KR20100069063A - 비 면허 대역을 이용하여 끊김 없는 서비스를 제공하는 무선 통신 시스템 및 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 펨토셀(Femtocell) 또는 릴레이(Relay)를 사용하는 무선 접속 환경에서 비 면허 대역을 이용하여 끊김 없는(seamless) 서비스를 제공할 수 있는 무선 통신 시스템에 관한 것이다. 면허대역을 사용하는 셀룰러 구조의 무선 통신 시스템에서 펨토셀이나 릴레이가 기지국과 동일 대역을 사용하는 경우 기지국과의 상호 간섭으로 인해 성능 저하가 일어나게 된다. 따라서 본 발명에서는 상호 간섭의 영향을 완화시키기 위해 실외 서비스를 제공하는 기지국은 면허대역을, 실내 또는 음영지역 서비스를 제공하는 펨토셀이나 릴레이는 면허 대역 내 동일 채널 간섭의 크기에 따라 면허 대역이나 비 면허 대역을 선택적으로 사용하도록 한다. 이 때, 비 면허 대역을 사용하는 펨토셀과 릴레이는 비 면허 대역 내에서 간섭이 존재하지 않는 대역을 이용하여 안정적인 서비스를 제공한다. 이를 통해 본 발명은 비면허 대역을 이용하여 동/이 기종 간섭을 효율적으로 회피하여 통신을 할 수 있는 펨토셀이나 릴레이를 이용하여, 기지국으로부터 서비스를 받던 사용자가 실내 혹은 음영지역으로 이동할 경우 또는 이와 반대되는 경우에도 끊김 없는 서비스 제공이 가능하다.

릴레이, 펨토셀, 비 면허 대역, 실내 환경, 음영 지역

Description

비 면허 대역을 이용하여 끊김 없는 서비스를 제공하는 무선 통신 시스템 및 장치{WIRELESS COMMUNICATION SYSTEMS AND METHODS PROVIDING SEAMLESS SERVICES UTILIZING UNLICENSED COMMUNICATION BANDS}

본 발명은 비 면허 대역을 이용하여 끊김 없는 서비스를 제공하는 무선 통신 시스템 및 장치에 관한 것이다.

무선 통신 환경에서 시스템 성능에 큰 영향을 미치는 동일 채널 간섭은 상호 간섭을 일으키는 시스템들이 서로 다른 대역을 사용함으로써 효과적으로 회피될 수 있다. 일례로 실외에서는 면허대역을 사용하는 모바일 와이맥스 기지국으로부터 통신 서비스를 받고, 실내에서는 비 면허 대역을 사용하는 무선랜(WLAN)으로부터 통신 서비스를 받는다면 각 사용자들에게 미치는 상호 간섭을 피할 수 있어 시스템 성능을 높일 수 있다. 하지만 이 경우 모바일 와이맥스와 무선랜이 서로 다른 통신 시스템이기 때문에 일례로 실내 사용자가 실외로 이동할 경우 사용자는 무선랜과의 접속을 끊고 새로이 모바일 와이맥스 기지국와의 접속을 시도해야 한다. 이는 시스템간 하드 핸드오버(hard handover) 기술을 요하게 되며 새로운 시스템에 접속하는 경우, 인증을 포함한 시간 및 주파수 동기 획득과 같은 복잡한 과정을 거쳐야 하기 때문에 끊김 없는 통신 서비스를 제공받을 수 없다.

최근 들어 IEEE 802.16x와 같은 무선 통신 표준화 규격에서 실내 환경에서 고품질의 데이터 서비스를 지원하기 위해 펨토셀 기술을, 기지국 신호의 세기가 미약한 음영지역에서의 성능 향상을 위해 릴레이 기술의 사용을 고려하고 있다. 그러나 이 경우 부분적인 성능 개선은 있을 수 있지만 모바일 와이맥스 기지국, 펨토셀, 릴레이가 동일 대역을 사용할 경우에는 상호 간섭으로 인해 전체 시스템 성능이 떨어지는 문제점이 있다.

따라서 본 발명은 기지국, 펨토셀, 릴레이 간 상호 간섭을 피하기 위해 실내 또는 음영지역 서비스를 제공하는 펨토셀(femtocell)과 릴레이(relay)는 면허 대역 내 동일 채널 간섭 크기에 따라 면허 대역이나 비 면허 대역을 선택적으로 사용하도록 한다. 펨토셀과 릴레이가 비 면허 대역을 사용하는 경우, 비 면허 대역 내 동/이 기종 간섭이 없는 대역을 사용하여 안정적인 서비스를 제공한다. 이를 통해 본 발명은 동/이 기종 간섭을 효율적으로 회피함과 동시에, 실내에서 기지국과 다른 시스템을 사용하는 종래 기법과 달리, 동일 규격을 갖는 기지국, 펨토셀, 릴레이를 이용하여 서비스를 제공함으로써 사용자의 서비스 환경 변화에 따른 추가적인 시스템 등록 절차 없이 끊김 없는 서비스를 제공할 수 있다.

동일 주파수 대역에서 기지국, 펨토셀, 릴레이 시스템이 사용되는 경우, 각 시스템의 성능이 저하되는 주요 원인은 동일 채널 간섭으로 인해 신호 대 간섭 잡음 비(Signal-to-Interference-Noise power Ratio: 이하 SINR)가 낮아지기 때문이다. 이 같은 문제점을 해결하기 위해서는 상호간의 서로 다른 대역을 사용함으로써 동일 채널 간섭의 영향을 완화하여 시스템이 요구하는 SINR 값을 보장해줘야 한다. 이를 위해 본 발명은 펨토셀과 릴레이에 가해지는 간섭 상황에 따라 펨토셀 및 릴레이가 면허 대역이나 비 면허 대역을 선택적으로 사용하게 함으로써 셀룰러 기지국으로부터의 간섭을 효율적으로 회피하도록 한다. 그러나 비 면허 대역을 사용하는 경우, 비 면허 대역 내 혼재되어 있는 기존의 무선랜, 블루투스(Bluetooth), 지그비(Zigbee) 시스템들과 같은 이기종 간섭 영향으로 펨토셀 및 릴레이의 성능이 저하될 가능성이 있기 때문에 펨토셀과 릴레이가 채널 센싱을 지속적으로 수행함으로써 비 면허 대역 내의 간섭 신호를 효율적으로 회피하여 통신 서비스를 제공하도록 한다. 또한 본 발명은 실내에서 기지국과 다른 시스템을 사용하는 경우와는 달리, 동일 규격을 갖는 기지국, 펨토셀, 릴레이를 활용하기 때문에 실외에서 실외 기지국으로부터 서비스를 받던 사용자가 실내 혹은 음영지역으로 또는 이 반대로 이동할 경우에도 별도의 시스템 등록 절차가 필요 없어 끊김 없는 통신 서비스를 지원할 수 있다.

본 발명의 상세한 동작 절차에 대하여 기술한다. 도 1과 같이 실외에는 기지국(101)이, 실내에는 기지국과 동일 규격을 갖는 펨토셀(102) 그리고 음영 지역에는 릴레이(103)가 존재하는 환경을 고려하자. 실외 사용자(104)가 정상적인 상태에서는 목표(target) 기지국(101)과 직접 통신하며, 사용자가 실내(105) 또는 음영 지역(106)으로 이동했을 경우에는 펨토셀(102)이나 릴레이(103)를 사용하여 통신을 한다. 이 때, 펨토셀(102)이나 릴레이(103)는 간섭 상황에 따라 면허 대역이나 비 면허 대역을 선택적으로 사용하며, 비 면허 대역을 통해 서비스를 제공할 경우, 채널 센싱 기법을 사용하여 이용 가능한 채널들을 찾아 사용자에게 서비스를 제공한다.

비 면허 대역 내의 전송 대역 개수를

, 이들의 집합을

이라 정의한다. 먼저 도 2와 같은 펨토셀 환경을 고려하자. 펨토셀(202)은 유선 망(203)을 통해 펨토셀 내 단말기(204)들에게 전송할 데이터를 전달받은 후, 단말기(204)로 데이터를 전달하기 전에 도 3과 같이 먼저 면허 대역 내 동일 채널 간섭 등을 고려하여 면허 대역의 사용 가능 여부를 판단하고, 면허 대역 사용이 불가할 경우 비 면허 대역에 대한 채널 센싱을 수행하여 이용 가능한 대역을 찾아낸다.

상기 301 단계에서 펨토셀이 유선 망을 통해 단말에게 전달할 신호를 전달 받으면, 펨토셀은 상기 302단계에서 면허 대역 내에 있는 간섭 신호의 수신 강 도(Received Signal Strength Indicator)를 측정한다. 이 때 상기 303 단계에서 간섭 신호의 크기가 특정 임계 값

보다 작을 경우 기지국과 동일한 면허 대역을 사용하고, 수신 강도 값이

보다 클 경우에는 상기 304단계에서 비 면허 대역을 사용하기 위해 채널 센싱을 수행한다. 펨토셀이 시간

에서 비 면허 대역 내 채널

을 통해 받은 수신 신호를

라 할 때, 상기 304 단계에서 채널

의 사용가능 여부를 <수학식 1>과 같은 단순 가정(hypothesis) 기법을 사용하여 판단한다.

여기서

와

는 간섭 신호의 존재 유무를 나타내는 가정을 의미하며,

는 시간

에서 비 면허 대역 전송 대역

에 존재하는 간섭 신호,

은 평균 0, 분산

을 가지는 시간

에서 비 면허 대역 전송 대역

의 가우시안(Gaussian) 잡음을 나타내며,

는 상기 가정기법을 수행하는 주기 시간을 나타낸다. 펨토셀은 <수학식 1>의 가설을 바탕으로 상기 304 단계에서 정합 필터(matched filter) [1], 에너지 검출기(energy detector) [2] 등의 센싱 기법을 통해 통신이 가능한 전송 대역들을 찾아낸다. 일례로 에너지 검출기를 통해 비 면허 대역에서의 채널 센싱을 수행한다고 가정할 때, 전송 가능한 대역은 <수학식 2> 와 같이 선택된다.

여기서

는 간섭 신호의 유무를 판단하기 위한 임계 값이며,

은 시간

, 전송 대역

에서의 수신 신호의 크기를 나타내는 값으로 일례로 <수학식 3>과 같이 구할 수 있다.

이를 통해 선택된 비 면허 대역 내의 전송이 가능한 대역들의 집합

는 <수학식 4>와 같다.

여기서

은 비 면허 대역 내의 전송 가능한 채널 대역들의 집합이다. 펨토셀은 데이터를 상기 305 단계에서

에 속한 채널을 통해 단말기와 송수신한다.

상기 도 2에서 시간

에서 펨토셀(202)과 목표 단말기(204) 사이의 채널을

, 기지국(201)과 목표 단말기(204) 사이의 채널을

이라 하자. 이 때, 시간

에서 펨토셀(202)이 유선 망(203)을 통해 목표 신호

를 전달받고 시간

에서 목표 단말(204)에게

를 전송한다고 가정하면, 기지국(201)과 펨토셀(202)이 동일한 면허 대역을 사용하는 경우 목표 단말(204)의 수신 신호

은 <수학식 5>와 같이 시간

에서 기지국(201)이 다른 단말(205)에게 전송하는 신호

의 간섭을 받게 된다.

그러나 본 발명에서는 면허 대역 내 기지국 간섭의 영향이 클 경우, 목표 단말(204)이 비 면허 대역 내 간섭이 존재하지 않는 채널

를 통해 목표 신호

를 수신함으로써 <수학식 6>과 같이 면허 대역 내 기지국 간섭

와 비 면허 대역 내의 이기종 간섭 신호의 영향을 받지 않고 안정적으로 신호를 수신할 수 있다.

또한 실내에서 기지국(201)과 다른 시스템을 사용하는 경우(일례로 모바일 와이맥스와 무선랜)와는 달리, 본 발명은 사용자가 건물 내외를 빈번하게 이동할 경우에도 그 때마다 시스템 등록을 다시 수행할 필요 없이 끊김 없는 통신이 가능하다는 장점이 있다.

본 발명은 기지국 신호가 제대로 전달되지 못하는 셀 가장 자리나 음영 지역에 있는 단말들을 지원해 주기 위한 릴레이 시스템으로도 응용이 가능하다. 도 4와 같이 목표 단말(403)이 음영 지역에 위치하여 릴레이(402)를 통해 기지국(401) 신호를 수신하는 환경을 고려하자. 도 5는 릴레이 환경에서 본 발명의 동작 절차를 나타낸다. 상기 501 단계에서 기지국은 면허 대역을 통해 시간

에 릴레이로 신호

를 전송하며, 신호를 전달받은 릴레이는 상기 502 단계에서 면허 대역으로부터 받는 간섭 신호의 수신 강도를 측정한다. 이 때 상기 503 단계에서 간섭 신호의 수신 강도 값이 특정 임계 값

보다 클 경우, 상기 504단계에 비 면허 대역을 센싱 하여 <수학식 4>와 같이 비 면허 대역 내의 이용 가능 대역을 찾는다. 다음으로 상기 505 단계에서 릴레이는 시간

에 비 면허 대역의 채널

을 통해 전송 신호

를 목표 단말에게 전송한다. 이 때, 본 발명은 펨토셀의 경우와 마찬가지로 시간

에서 릴레이가 비 면허 대역을 통해 목표 단말에게 신호를 전달함으로써 시간

에서 발생 가능한 기지국과 릴레이 간 상호 간섭의 영향을 효율적으로 회피할 수 있다.

본 발명은 펨토셀 또는 릴레이(Relay)를 사용하는 무선 접속 환경에서 실외지 역을 서비스하는 기지국은 면허 대역을, 실내 혹은 음영지역을 서비스하는 펨토셀과 릴레이는 간섭 상황에 따라 면허 대역 및 비 면허대역을 선택적으로 사용함으로써 끊김 없는(seamless) 서비스를 제공하는 무선 통신 시스템에 관한 것이다. 이 때, 비 면허대역을 사용하는 경우, 펨토셀이나 릴레이는 채널 센싱을 통해 비 면허 대역 내 간섭 신호가 없는 대역을 사용하여 기존 시스템 성능에 영향을 주지 않고 서비스를 제공할 수 있다. 본 발명은 실내에서 기지국과 다른 이기종 시스템을 사용하는 경우(일례로 모바일 와이맥스와 무선랜)와는 달리, 기지국과 같은 통신 규격의 펨토셀이나 릴레이를 사용함으로써 사용자가 실외, 실내 그리고 음영지역에서 서비스 받을 때 별도의 등록 절차 없이 서비스가 가능하도록 하여 끊김 없는 통신 서비스를 지원 할 수 있다.

본 발명에 의한, 비 면허 대역을 이용하여 끊김 없는 서비스를 제공하는 무선 통신 시스템 및 장치는 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 다양한 형태로 변형, 응용 가능하며 상기 실시 예에 한정되지 않는다. 또한, 상기 실시 예와 도면은 발명의 내용을 상세히 설명하기 위한 목적일 뿐, 발명의 기술적 사상의 범위를 한정하고자 하는 목적은 아니며, 이상에서 설명한 본 발명은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형, 및 변경이 가능하므로 상기 실시 예 및 첨부된 도면에 한정되는 것은 아님은 물론이며, 후술하는 청구범위뿐만이 아니라 청구범위 와 균등 범위를 포함하여 판단되어야 한다.

도 1은 비 면허 대역을 활용한 기지국 및 펨토셀 운용 도면이다.

도 2는 기지국 및 펨토셀 환경의 개략적인 구성을 나타내는 예시도이다.

도 3은 본 발명의 일실 시예에 따른 펨토셀 시스템의 비 면허 대역 전송 방안을 나타내는 예시도이다.

도 4는 기지국 및 릴레이 환경의 개략적인 구성을 나타내는 예시도이다.

도 5는 본 발명의 일실 시예에 따른 릴레이 시스템의 비 면허 대역 전송 방안을 나타내는 예시도이다.

Claims (6)

1. 비 면허 대역을 이용하여 끊김 없는 서비스를 제공하는 무선 통신 시스템 및 장치에 있어서,

   면허 대역의 간섭 신호 수신 크기 추정 방법 및 추정부와,

   면허 대역의 간섭 신호 크기에 따라, 펨토셀 또는 릴레이가 비 면허 대역 사용 여부를 결정하는 방법 및 결정부와,

   상기 결정 방법 및 결정부로부터 펨토셀 또는 릴레이가 비 면허 대역을 사용해야 하는 경우, 비 면허 대역 내 이용 가능한 전송 대역을 찾는 방법 및 결정부와,

   상기 결정 방법 및 결정부로부터 결정된 전송 대역에 따라, 펨토셀이 목표 단말과 통신 하는 방법 및 송/수신부와,

   상기 결정 방법 및 결정부로부터 결정된 전송 대역에 따라, 릴레이가 목표 단말과 통신 하는 방법 및 송/수신부를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법 및 장치.
2. 제 1항에 있어서, 면허 대역의 간섭 신호 수신 크기 추정 방법 및 추정부는,

   하향링크 파일럿(pilot) 및 프리앰블(preamble) 신호를 이용하여 추정하는 것을 특징으로 하는 방법 및 장치.
3. 제 1항에 있어서, 펨토셀 또는 릴레이가 비 면허 대역 사용 여부를 결정하는 방법 및 결정부는,

   상기 추정 방법 및 추정부로부터 획득한 면허 대역의 간섭 신호 수신 크기가 특정 임계 값

   

   보다 클 경우, 비 면허 대역을 사용하는 것을 특징으로 하는 방법 및 장치.
4. 제 1항에 있어서, 펨토셀 및 릴레이가 비 면허 대역을 사용해야 하는 경우, 펨토셀 및 릴레이가 비 면허 대역 내에서 이용 가능한 전송 대역을 찾는 방법 및 결정부는,

   수학식

   

   에 의해 구하고, 여기서

   

   은 비 면허 대역 내의 전송 가능한 채널들의 집합이며,

   

   은 시간

   

   에서 채널

   

   의 사용 가능 여부를 각각 의미하는 것을 특징으로 하는 방법 및 장치.
5. 제 1항에 있어서, 펨토셀이 목표 단말과 통신 하는 방법 및 송/수신부는,

   상기 목표 신호의 전송 대역을 결정하는 방법 및 결정부로부터 결정된 전송 대역을 이용하여, 펨토셀이 목표 신호를 목표 단말기에게 전송하거나 단말기로부터 신호를 수신하는 것을 특징으로 하는 방법 및 장치.
6. 제 1항에 있어서, 릴레이가 목표 단말과 통신 하는 방법 및 송/수신부는,

   상기 목표 신호의 전송 대역을 결정하는 방법 및 결정부로부터 결정된 전송 대역을 이용하여, 릴레이가 목표 신호를 목표 단말기에게 전송하거나 단말기로부터 신호를 수신하는 것을 특징으로 하는 방법 및 장치.

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