KR20130134889A

KR20130134889A - 무선 통신 시스템에서 복수의 기지국이 협동하는 방법 및 장치

Info

Publication number: KR20130134889A
Application number: KR1020120058756A
Authority: KR
Inventors: 라케쉬 타오리; 장영빈; 강현정; 박중신; 손영문
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2012-05-31
Filing date: 2012-05-31
Publication date: 2013-12-10
Also published as: EP2856667A4; CN107404755A; US20200112952A1; ES2864292T3; US10159072B2; EP3836697A1; EP2856667B1; EP3836697B1; CN104412523A; US20170215184A1; US10536939B2; KR102008331B1; CN104412523B; US20130322375A1; WO2013180513A1; EP2856667A1; CN107404755B; US11337209B2

Abstract

무선 통신 시스템에서 복수의 기지국이 협동하는 방법 및 장치를 개시한다. 클라우드 셀은 단말을 위해 협동하는 복수의 기지국들을 포함하여 구성되며, 상기 클라우드 셀에 포함되는 복수의 기지국들 간에 상기 단말을 서비스하기 위한 사용자 컨텍스트를 동기화하고, 상기 복수의 기지국들이 협동하여 상기 단말에게 통신 서비스를 제공한다. 이러한 본 발명은 단말이 기지국들간 이동시에 핸드오버의 발생을 최소화하며, 음영지역 또는 셀 경계에서도 클라우드 셀 내의 기지국들의 협력적으로 데이터를 송수신 하여, 단말의 데이터 수율의 감소를 최소화 시킬 수 있다.

Description

무선 통신 시스템에서 복수의 기지국이 협동하는 방법 및 장치{APPARATUS AND METHOD OF COOPERATING WITH MULTIPLE BASE STATIONS IN WIRELESS COMMUNICATION SYSTEM}

본 발명은 통신 시스템에서 정보의 송수신에 관한 것으로서, 특히, 무선 통신 시스템에서 복수의 기지국이 협동하여 단말을 서비스하기 위한 방법 및 장치에 관한 것이다.

무선 통신을 위한 셀룰러 시스템은 초고주파의 사용으로 인한 경로 손실의 증가, 사용자 또는 단말 중심의 서비스 제공 등과 같은 여러 이유로 인하여, 각 기지국의 무선 신호가 전달되는 서비스영역(Coverage)인 셀이 점차 소형화되는 추세에 있다. 이러한 소형 셀을 위한 소형 기지국은, 일반적으로 반경 1 km 이상의 셀 영역을 가지는 매크로 기지국에 비하여 보다 소형화되고 간단한 구조를 가지도록 설계될 수 있다.

소형 셀로 구성된 무선 통신 시스템에서는 매크로 기지국에 비해서 평균적으로 면적당 단말에 제공 가능한 무선 용량의 증대를 가져올 수 있지만, 매크로 셀 보다 셀 경계의 밀도가 높아지게 된다. 즉, 하나의 매크로 기지국의 서비스 영역을 여러 개의 소형 기지국들로 대체하게 되면, 소형 기지국들 사이에는 많은 셀 경계가 발생하게 된다.

이러한 소형 셀에서의 셀 경계 영역의 증가는 핸드오버 빈도를 증가시키게 된다. 또한 셀 경계에서의 데이터 수율은 일반적으로 셀 경계가 아닌 곳에서의 수율 보다 적으므로, 소형 기지국 하의 고정된 단말은 매크로 기지국의 경우보다 높은 데이터 수율을 가지게 되지만, 소형 기지국 하의 이동하는 단말은 매크로 기지국에 비해 많은 빈도의 핸드오버와 셀 경계에서의 데이터 수율 저하를 겪게 된다. 일반적으로 핸드오버 절차는 데이터 전송 에러 발생 확률을 높이고 시스템의 오버헤드를 증가 시키는 요인으로 알려져 있다.

따라서 소형 기지국들로 구성된 시스템에서 발생하는 상기와 같은 여러 문제들을 해결하기 위한 기술을 필요로 하게 되었다.

본 발명은 통신 시스템에서 정보를 송수신하기 위한 방법 및 장치를 제공한다.

본 발명은 소형 셀들로 구성된 무선 통신 시스템의 셀 경계에서 발생하는 핸드오버 및 데이터 수율 감소 현상을 개선하기 위한 방법 및 장치를 제공한다.

본 발명은 소형 셀로 구성된 무선 통신 시스템에서 복수의 기지국들이 협동하여 하나의 단말을 서비스하도록 하기 위한 방법 및 장치를 제공한다.

본 발명은 셀룰러 통신 시스템에서 사용자 중심의 가상 셀을 구성하기 위한 방법 및 장치를 제공한다.

본 발명은 셀룰러 통신 시스템에서 복수의 기지국들을 단말을 위한 가상 셀로 구성하기 위한 방법 및 장치를 제공한다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따른 방법은; 무선 통신 시스템에서 복수의 기지국이 협동하는 방법에 있어서, 단말을 위해 협동하는 복수의 기지국들을 포함하는 클라우드 셀을 구성하는 과정과, 상기 클라우드 셀에 포함되는 복수의 기지국들 간에 상기 단말을 서비스하기 위한 사용자 컨텍스트를 동기화하는 과정과, 상기 복수의 기지국들이 협동하여 상기 단말에게 통신 서비스를 제공하는 과정을 포함한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 장치는, 무선 통신 시스템에 있어서, 통신 서비스를 제공받는 단말과, 상기 단말을 서비스하기 위해 동기화된 사용자 컨텍스트를 공유하며, 상기 단말을 위한 클라우드 셀을 구성하여 상호간에 협동하여 상기 단말에게 통신 서비스를 제공하는 복수의 기지국들을 포함한다.

도 1a 및 도 1b는 매크로 기지국들을 포함하는 셀룰러 시스템과 소형 기지국들을 포함하는 셀룰러 시스템을 도식화한 것이다.
도 2a는 기지국 중심의 고정 셀 구조를 도시한 것이며, 도 2b는 본 발명의 일 실시예에 따른 사용자 또는 단말 중심의 가상 셀 구조를 도시한 것이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 2계층 가상화를 위한 절차를 도시한 것이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 가상 셀 내의 기지국간의 협력을 도시한 것이다.
도 5는 본 발명의 실시예들에 따른 클라우드 셀 내에서 기지국간 통신을 도시한 것이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 클라우드 셀에서의 기지국간의 관계를 도시한 것이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 클라우드 셀에서의 신호 전송을 도시한 것이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따라 클라우드 셀을 구성하는 기지국으로부터 하향링크 신호를 송신하는 절차를 도시한 것이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따라 클라우드 셀을 구성하는 기지국에서 상향링크 신호를 수신하는 절차를 도시한 것이다.
도 10a 및 도 10b는 본 발명의 일 실시예에 따른 클라우드 셀의 재구성을 도시한 것이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따라 클라우드 셀에서 새로운 기지국을 추가하는 절차를 도시한 것이다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따라 클라우드 셀에서 기지국 구성원을 제거하는 절차를 도시한 것이다.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따라 클라우드 셀 내에서 마스터 기지국을 변경하는 절차를 도시한 것이다.
도 14는 본 발명의 다른 실시예에 따라 클라우드 셀 내에서 마스터 기지국을 변경하는 절차를 도시한 것이다.
도 15는 본 발명의 일 실시예에 따른 단말의 구성을 나타낸 블록도이다.
도 16은 본 발명의 일 실시예에 따른 기지국의 구성을 나타낸 블록도이다.

이하 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 그리고, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단된 경우 그 상세한 설명은 생략한다. 그리고 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.

도 1a 및 도 1b는 매크로 기지국들을 포함하는 셀룰러 시스템과 소형 기지국들을 포함하는 셀룰러 시스템을 도식화한 것이다.

도 1a를 참조하면, 무선통신 시스템을 구성하는 복수개의 기지국은 상대적으로 넓은 서비스영역을 가지면서, 자신의 서비스영역 내에 위치하는 하나 혹은 그 이상의 단말들에게 데이터 또는 음성통화와 같은 통신 서비스를 제공한다. 구체적으로 기지국1(BS1)(112)은 자신의 서비스영역인 셀1(102)을 가지며, 셀1(102) 내에 위치하는 단말(MS)(120)에게 통신 서비스를 제공한다. 단말(120)이 기지국2(BS2)(114)의 서비스영역인 셀2(104)로 진입하게 되면(122) 단말(122)은 기지국2(114)로부터 통신 서비스를 이용한다. 이와 같이 단말(120)은 현재 서비스 중이 아닌 다른 기지국(즉 기지국2(114))으로 옮겨서 서비스를 받기 위해서는 핸드오버(Handover)가 발생한다.

도 1b는 소형 기지국들을 포함하는 셀룰러 시스템을 도시한 것이다. 도시한 바와 같이, 도 1a에 비하여 동일 면적에 보다 많은 소형 기지국들(130) 및 그의 셀들(132)이 배치되며, 단말은 셀들(132) 간을 이동하면서 소형 기지국들(130) 중 하나로부터 통신 서비스를 이용한다.

도 1a에서는 일반적으로 셀 영역이 반경 1km 이상인 매크로(Macro) 기지국(112,114) 중심으로 구성된 무선 네트워크 시스템을 도시하고 있지만, 시스템의 용량(Capacity) 증대를 위해서 매크로 기지국보다는 셀 영역의 반경이 작은 소형 기지국(130) 중심으로 구성된 무선네트워크 시스템이 유리하다. 그러나 소형 기지국 중심의 시스템에서는 핸드오버 빈도가 증가하며 많은 셀 경계에서의 데이터 수율이 저하된다는 문제점이 발생할 수 있다.

소형 셀로 구성된 무선 통신 시스템에서의 셀 경계에서 발생하는 문제들을 해결하기 위하여 클라우드 셀(Cloud cell)이 제공된다. 클라우드 셀은 사용자 또는 단말 중심의 가상 셀(user-centric virtual cell)로서, 서로 협동하는(cooperative) 복수의 기지국들로 구성된다. 단말은 자신의 클라우드 셀을 구성하는 어느 기지국으로부터도 신호를 송수신 가능하며, 클라우드 셀을 구성하는 기지국들은 단말의 이동 혹은 단말의 무선 환경 변화 등에 따라 계속하여 변화될 수 있다.

무선 통신 시스템에서 클라우드 셀을 통하여, 단말이 기지국간 이동 시에도 핸드오버가 발생하지 않게 되며, 음영지역 또는 셀 경계에서도 클라우드 셀 내의 기지국들의 협력적으로 데이터를 송수신 하여, 단말의 데이터 수율의 감소를 최소화 시킬 수 있다.

도 2a는 기지국 중심의 고정 셀(BS-centric Static Cell) 구조를 도시한 것이며, 도 2b는 본 발명의 일 실시예에 따른 사용자 또는 단말 중심의 가상 셀(User-centric Virtual cell) 구조를 도시한 것이다.

도 2a를 참조하면, 단말1(210)과 단말2(212)는 기지국1(BS1)(202)로부터 서비스를 받고 있으며, 단말1(210)과 단말2(212)의 서비스 영역은 기지국1(202)에 의해서만 결정된다. 만약 단말1(210) 혹은 단말2(212)가 기지국1(202)이 아닌 다른 기지국(예를 들어 기지국3)으로부터 서비스를 받으려고 하면, 핸드오버를 통해서 기지국3으로부터 이동하여야 하며, 핸드오버 이후에 기지국1(202)은 더 이상 단말1(210)과 단말2(212)를 서비스하지 않게 된다.

도 2b를 참조하면, 단말1(230)과 단말2(232)는 도 2a에서와 마찬가지로 기지국1(BS1)(220)로부터 가장 좋은 신호를 송수신 할 수 있다. 클라우드 셀 구조에서는 기지국 중심이 아닌 사용자 중심으로 가상 셀이 형성되므로, 단말1(230)을 위한 가상 셀(222)은 기지국1(220), 기지국2(BS2), 기지국3(BS3), 기지국4(BS4)로 구성되며, 단말2(232)를 위한 가상 셀(224)은 기지국1(220), 기지국5(BS5), 기지국6(BS6), 기지국7(BS7)로 구성된다. 즉, 각 단말(230,232)의 가상 셀(222,224)은, 어느 한 기지국의 신호범위 내에서 결정되는 것이 아니라, 단말을 중심으로 신호를 송수신이 가능한 하나 또는 하나 이상의 기지국들을 포함하여 형성된다. 가상 셀(222,224)은 하나 이상의 기지국으로 이루어져 있지만 단말 관점에서 마치 하나의 기지국처럼 동작하도록, 2계층인 MAC(Media Access Control) 계층에서의 가상화(Virtualization)가 이루어진다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 2계층 가상화를 위한 절차를 도시한 것이다. 여기에서는 단말이 전원을 켜고 처음으로 네트워크 진입(Network Entry)을 수행하는 경우의 실시예를 도시하였으나, 단말이 동작중이면서 새로운 기지국을 가상 셀의 구성원(member)으로서 추가(add)하는 경우에도 마찬가지의 절차가 적용될 수 있음에 유의하여야 한다.

도 3을 참조하면, 과정 302에서 단말은 전원이 켜고, 과정 304에서 감지되는 신호 품질이 가장 좋은 기지국(즉 기지국1)과 네트워크 진입을 수행하게 된다. 이후 단말은 기지국1과 통신을 수행할 수 있다. 네트워크 진입을 수행한 이후에 과정 306에서 기지국1은 미리 정해지는 조건, 단말로부터의 요청, 혹은 네트워크로부터의 지시 등에 따라 기지국2를 단말을 위한 가상 셀을 구성하는 구성원으로 정하고, 과정 308에서 기지국1에서 관리하는 단말을 위한 사용자 컨텍스트(User Context)를 기지국2로 전송한다. 이때 사용자 컨텍스트의 전체 혹은 일부가 기지국2로 전달될 수 있다. 일 예로서 상기 사용자 컨텍스트는 소정의 메시지에 실려, 단말의 식별정보(혹은 단말의 클라우드 셀을 식별하는 정보 혹은 단말의 사용자 컨텍스트를 식별하는 정보)와 함께 전달될 수 있다.

사용자 컨텍스트는 단말에게 통신 서비스를 제공하기 위해 필요한 정보들을 포함하며, 일 예로서, 단말과 가상 셀 간의 통신을 위한 모든 식별자(Identifier: ID) (예를 들어, 단말 ID, 논리적 연결자 ID(Logical connection ID), 가상 셀을 구성하는 기지국 ID 등), 보안(Security) 관련 정보(예를 들어, 보안 키(key), 인증 ID, 암호화 계층에서 부여되는 시퀀스 번호(Sequence number), 보안 연관(Association) ID, 암호화 알고리즘(Encryption algorithm) 등), 논리적 연결자 ID 별 서비스 품질(Quality of service: QoS) 정보, 2 계층의 SDU(Service data unit) 또는 PDU (Protocol data unit)의 시퀀스 번호, 전송 또는 재전송 관련 정보(예를 들어 ARQ(Automatic Repeat Request) 관련 정보, HARQ(Hybrid ARQ) 관련 정보), 네트워크 컨텍스트(예를 들어 인증기(Authenticator) ID, 앵커 게이트웨이(Anchor Gateway) ID 등) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 도시하지 않을 것이나, 사용자 컨텍스트 중 일부는 기지국1이 아닌 네트워크 노드로부터 기지국2에게 전달될 수 있다.

과정 310에서 기지국2는 사용자 컨텍스트 정보를 수신하여 단말에 대해 저장함으로써 기지국1과 2계층 동기화를 수행하여, 단말을 서비스하기 위한 가상 셀에서의 2계층 가상화 과정을 마치게 된다. 단말의 사용자 컨텍스트 중에서 시간에 따라 계속 바뀌는 동적인 컨텍스트 정보들은, 가상 셀이 유지되는 동안 과정 312에서 가상 셀 내의 기지국들 간에 업데이트(Update)됨으로써, 가상 셀 내 기지국들간에 2계층 가상화가 유지된다.

단말의 이동 등으로 인해서 기지국2로부터의 신호 품질이 일정 수준 이하가 되어 통신이 어려워지면, 과정 314에서 기지국1은 기지국2를 가상 셀에서 제거하기로 결정하고, 과정 316에서 가상 셀 제거를 기지국2에 통보한다. 일 예로서 과정 316에서 기지국1은 단말의 식별정보(혹은 단말의 클라우드 셀을 식별하는 정보 혹은 단말의 사용자 컨텍스트를 식별하는 정보)를 함께 전송함으로써 기지국2가 상기 단말의 클라우드 셀로부터 탈퇴함을 지시할 수 있다. 과정 318에서 기지국2는 가상 셀에서 서비스 중이던 단말의 사용자 컨텍스트를 삭제한다.

사용자 컨텍스트들은 가상 셀 내에서 다음과 같이 구성 가능하다. 일 실시예로서, 사용자 컨텍스트들은 가상 셀 내에서 모든 기지국이 동일한 값을 가지도록 동일(Common) 컨텍스트로 정의된다. 일 예로서, 2계층의 PDU 시퀀스번호를 넘버링(Numbering) 하는 경우, 가상 셀을 구성하는 모든 기지국들이 하나의 PDU에 대해서 동일한 시퀀스번호를 갖도록 넘버링한다. 다른 실시예로서 사용자 컨텐스트들은 가상 셀 내의 기지국 별로 다른 값을 가지지만, 기지국들 간에 동기화 할 수 있도록 기지국 별로 매핑(Mapping) 규칙이 정의된다. 일 예로서 가상 셀을 구성하는 기지국들은 동일한 내용의 PDU에 대하여 서로 다른 2계층의 PDU 시퀀스번호를 부여하지만, 기지국1에서의 PDU 시퀀스번호 100은 기지국2에서 PDU 시퀀스번호 300으로 사용된다는 매핑 규칙을 단말이 알고 있음으로써 2계층의 가상화를 이루게 된다.

2계층의 가상화 절차는 가상 셀 내의 모든 기지국들이 공통된 사용자 컨텍스트를 동기화함으로써, 단말의 관점에서는 마치 하나의 기지국으로부터 2계층 서비스를 제공받는 것처럼 보인다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 가상 셀 내의 기지국간의 협력을 도시한 것이다.

도 4를 참조하면, 단말(410)을 서비스하기 위해서 기지국1, 기지국2, 기지국3, 기지국4가 단말(410)의 가상 셀(412)을 구성하고 있다, 기지국들은, 단말(410)을 서비스하기 위해서 단말(410)의 사용자 컨텍스트를 공유하고 동적인 사용자 컨텍스트 정보를 수시로 주고 받음으로써, 기지국들간에 사용자 컨텍스트에 대한 동기화를 이룬다. 추가적으로 기지국들이 단말(410)에게 데이터를 전송하기 위해서, 사용자 컨텍스트 뿐 아니라, 데이터 전송을 위한 스케줄링 제어 메시지나 단말 데이터 등을 상호간에 교환한다.

이러한 기지국간 통신을 위해서는 클라우드 셀 내에서 기지국간 협력(400)을 위해서 서로 정보를 주고 받을 수 있는 논리적 연결을 수립한다. 또한, 클라우드 셀은 다수의 기지국으로 구성되므로, 특정한 단말을 서비스 하기 위해서 기지국들간에 결정사항이 필요하거나 단말을 위한 제어 메시지 등을 생성하는 하나의 대표 기지국을 결정하기 위해 기지국들간에 관계가 설정된다.

도 5는 본 발명의 실시예들에 따른 클라우드 셀 내에서 기지국간 통신을 도시한 것이다.

도 5의 (a) 및 (b)는 기지국간 통신을 위한 물리적인 연결의 예들을 도시한 것이다.

도 5의 (a)를 참조하면, 클라우드 셀을 구성하는 기지국1과 기지국2를 연결하기 위해서, 기지국들보다 인터넷 프로토콜(Internet Protocol: IP) 코어 네트워크(Core network)에 가까운 또는 기지국들보다 단말로부터 1단계 더 멀리 떨어진 하나 또는 하나 이상의 게이트웨이(Gateway)를 통하여 기지국간 통신이 이루어질 수 있다. 일 예로 기지국1과 기지국 2는 유선으로(wired) 정보를 주고 받게 된다.

도 5의 (b)를 참조하면, 클라우드 셀을 구성하는 기지국들은 상호 간에 물리적으로 연결되어 있고, 인접 기지국과 직접 물리적인 연결이 없더라도 다른 기지국을 통해서 기지국들끼리 통신을 주고 받을 수 있다. 도시한 예에서 기지국2와 기지국4는 직접 통신하며, 기지국 1은 기지국 4를 통해 기지국 3과 통신한다. 일 예로 기지국들은 유선(wired) 혹은 무선으로(wireless) 정보를 주고 받을 수 있다. 기지국들 간 무선 통신을 위해, 기지국과 단말간의 통신에 사용하는 무선채널 주파수를 재사용하거나(In-band) 다른 주파수 자원을 사용(Out-of-Band)할 수 있다.

도 5의 (c)와 (d)는 기지국간 통신을 위한 논리적인 연결의 예들을 도시한 것이다.

도 5의 (c)를 참조하면, 기지국들은 IP 계층(3계층)을 이용하여 서로 정보를 주고 받을 수 있다. 이 경우, 통신을 위해 주고 받는 정보는 IP 패킷(Packet)의 형태가 된다. 도 5의 (d)를 참조하면, 기지국들은 MAC 계층(2계층)을 이용하여 서로 정보를 주고 받을 수 있다. 이 경우, 통신을 위해 주고 받는 정보는 MAC PDU의 형태가 된다.

클라우드 셀에서는 기지국간의 통신을 위해서 도 5의 (a) 및 (b)와 같은 물리적인 연결과 도 5의 (c) 및 (d)와 같은 논리적인 연결의 조합이 사용된다. 일 실시예로서 도 5의 (b)와 같이 물리적으로는 기지국간 직접통신을 이용하고 도 5의 (d)와 같이 논리적으로는 MAC 계층 통신을 이용하면, 지연시간을 보다 최소화 할 수 있다.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 클라우드 셀에서의 기지국간의 관계를 도시한 것이다.

도 6을 참조하면, 시스템 내에 다수의 단말들, 즉 단말1(602), 단말2(612), 단말3(622)이 존재하고, 각 단말(602,612,622) 별로 클라우드 셀(604,614,624)이 구성되어 있다. 구체적으로, 단말1(602)은 기지국1, 기지국2, 기지국3으로 구성된 클라우드 셀1(604)를 가지며, 단말2(612)는 기지국3, 기지국3, 기지국5로 구성된 클라우드 셀2(614)를 가지며, 단말3(622)은 기지국4, 기지국5로 구성된 클라우드 셀3(624)을 가지고 있다.

상기와 같이 구성된 클라우드 셀들(604,614,624)에서 각자의 단말(602,612,622)을 서비스 하기 위해서 기지국들간에 공통된 결정을 수행하거나 단말(602,612,622)을 위한 제어 메시지 등을 생성하는 등의 공통된 동작이 필요하다. 이러한 공통된 동작을 대표로 수행하기 위하여 각 클라우드 셀(604,614,624)은 하나의 마스터 기지국을 가지며, 마스터가 아닌 기지국은 슬레이브 기지국이라 칭한다.

마스터와 슬레이브는 기지국 별로 정해지는 것이 아니라, 클라우드 셀을 구성하는 기지국들 사이에서 논리적인 역할 분담을 통해 정해진다. 예를 들면, 클라우드 셀1(604)에서는 기지국3이 마스터이고 기지국1과 기지국2가 슬레이브로 동작하며, 클라우드 셀2(614)에서는 기지국5가 마스터이고, 기지국3과 기지국4가 슬레이브로 동작하며, 클라우드 셀3(624)에서는 기지국5가 마스터이고, 기지국4가 슬레이브로 동작한다. 상기와 같이 하나의 기지국은 여러 단말에 대해 마스터 또는 슬레이브의 역할을 수행할 수 있다. 일 예로서 기지국3은 단말 2에 대해 마스터로서 동작하지만 단말 1에 대해서는 슬레이브로서 동작한다. 반면 기지국4는 단말2와 단말3에 대하여 모두 슬레이브로 동작한다. 각 기지국의 마스터와 슬레이브의 역할은 고정되는 것이 아니라 시간에 따라서 또는 단말과의 이동에 따라서 변할 수 있다.

각 클라우드 셀 내에서 마스터 기지국의 역할은 다음과 같다. 마스터 기지국은 클라우드 셀 내에서 하나의 기지국으로 지정되며, 마스터 기지국은 서비스 중인 단말에 대한 모든 제어 정보를 생성하고 관리하는 앵커(Anchor)의 역할을 수행한다. 네트워크 관점에서도 마스터 기지국은 단말을 서비스하기 위한 제어 정보를 네트워크 노드(일 예로서 게이트웨이)와의 사이에 주고 받는 앵커(Anchor) 기지국의 역할을 수행한다. 또한 마스터 기지국은 단말을 위한 사용자 컨텍스트를 관리하고 이를 슬레이브 기지국(들)에게 알려준다. 또한 마스터 기지국은 클라우드 셀의 구성원(Member)이 되는 기지국을 결정한다. 즉, 마스터 기지국은 단말로부터 신호품질에 대한 정보를 보고 받고, 단말과 통신이 가능한 일정 수준 이상의 신호품질을 가지는 타 기지국을 슬레이브로서 상기 단말의 클라우드 셀에 포함시킨다. 반대로 일정한 신호품질 이하의 기지국들은 클라우드 셀에서 제외시킨다.

마스터 기지국은 스스로의 마스터 자격을 반납하고 다른 기지국으로 마스터 권한을 위임하는 권한을 가질 수 있다. 또한 마스터 기지국은 단말을 서비스하는 슬레이브 기지국들과 협동하여 데이터 통신을 위한 스케줄링 정보를 생성하고, 네트워크에서 오는 하향링크로 전송할 단말의 데이터를 슬레이브 기지국들로 전달(forwarding)하거나 상향링크로 전송 받은 데이터를 네트워크 노드로 전달한다.

각 슬레이브 기지국은 마스터 기지국과 협동하여 하향링크 데이터를 단말에게 전송하거나, 상향링크 데이터를 단말로부터 수신하여 마스터 기지국으로 혹은 네트워크 노드로 전달한다.

도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 클라우드 셀에서의 신호 전송을 도시한 것이다. 도 7의 (a) 내지 (d)는 각각 T1, T2, T3, T4의 시간 구간 동안의 신호 전송을 도시한 것으로서, 각 시간 구간은 일 예로서 스케줄링 주기가 될 수 있다. 단말(702)은 각 시간 구간에서 클라우드 셀(704)을 구성하는 기지국들, 기지국1, 기지국2, 기지국3, 기지국4 중에 어느 기지국으로부터도 신호를 송수신할 수 있다. 클라우드 셀(704)의 마스터 기지국은, 각 시간 구간에서 어느 기지국(들)이 단말(702)과 신호를 송수신할지, 다시 말해서 각 시간 구간에서 어느 기지국(들)을 단말(702)에게 스케줄링(즉 송신/수신을 위해 할당)할지를 결정할 수 있다. 여기에서는 단말(702)이 클라우드 셀(704) 내에서 이동하는 T1 내지 T4의 구간 동안 클라우드 셀(704)의 구성이 변경되지 않는 것으로 가정하였다.

도 7의 (a)를 참조하면 시간 T1에서 단말(702)은 기지국2로부터 신호를 송수신 하고, 도 7의 (b)를 참조하면 시간 T2에서 단말(702)은 기지국1로부터 신호를 송수신한다. 또한 도 7의 (c)를 참조하면 시간 T3에서 단말(702)은 기지국3과 기지국4로부터 동시에 신호를 송수신하고, 도 7의 (d)를 참조하면 시간 T4에서 단말(702)은 클라우드 셀을 구성하는 모든 기지국으로부터 동시에 신호를 송수신한다.

단말은 상기 기술한 바와 같이 클라우드 셀 내에서 하나 또는 하나 이상의 기지국을 이용하여 가장 좋은 신호 품질로 신호를 송수신할 수 있으며, 셀 경계에서 발생하는 데이터 수율 저하를 최소화 하도록 최적화된 신호 전송 또는 수신 방식을 선택할 수 있다. 상기 최적화된 신호 전송 또는 수신방식의 일 예로, 다수의 노드들을 이용한 협력통신 방식(Coordinated multipoint transmission or reception)들이 적용 가능하다.

클라우드 셀 내의 다수의 기지국들과 송신 또는 수신을 수행함에 있어서, 마스터 기지국과 슬레이브 기지국 별로 전송하는 신호의 종류를 나누어 마스터 기지국과 슬레이브 기지국이 서로 다른 역할을 수행할 수 있다. 예를 들어 마스터 기지국은 제어 신호의 앵커 역할을 수행하므로, 제어 신호와 관련된 전송은 마스터 기지국에서 담당한다. 반면 제어 신호가 아닌 단말의 데이터는 마스터 및 슬레이브 기지국을 통해서 전송이 가능하다.

하기의 <표 1>에 클라우드 셀에서 단말을 위한 제어신호와 데이터 전송의 역할 분담의 예들을 도시하였다.

	하향링크 송신 제어신호	상향링크 수신 제어신호	하향링크 송신 데이터	상향링크 수신 데이터
1	마스터	마스터	마스터	마스터
2			마스터	구성원
3			구성원	마스터
4			구성원	구성원
5	구성원	마스터	마스터	마스터
6			마스터	구성원
7			구성원	마스터
8			구성원	구성원
9	마스터	구성원	마스터	마스터
10			마스터	구성원
11			구성원	마스터
12			구성원	구성원
13	구성원	구성원	마스터	마스터
14			마스터	구성원
15			구성원	마스터
16			구성원	구성원

<표 1>은 클라우드 셀에서 마스터-슬레이브 협력 프로토콜을 이용한 전송 가능한 제어신호와 데이터 전송에 대한 경우의 수를 나타낸 것이다. 여기서 "마스터"는 마스터 기지국을 의미하고, "구성원"은 클라우드 셀을 구성하는 하나 또는 하나 이상의 기지국을 의미하며 마스터나 슬레이브가 될 수 있다.

제어신호는 마스터 기지국의 2계층(MAC) 또는 1계층(물리계층) 에서 생성되는 단말을 제어하기 위한 신호를 의미한다. 예를 들면, 제어신호는 데이터 송수신을 위한 무선자원의 스케줄링 정보, 전력제어 정보, HARQ ACK/NACK 관련 정보, CQI(Channel Quality information), 빔포밍 시스템에서의 빔 인덱스(index) 중 적어도 하나를 포함하며, 2계층에서 생성되는 메시지(Message) 형태의 제어신호는 포함하지 않을 수도 있다. 또한 데이터는 사용자가 네트워크로부터 전송받거나 네트워크로 전송하고자 하는 데이터를 의미한다.

<표 1>의 1번째 경우, 제어신호와 데이터 모두 마스터에서만 전송 가능하므로 단말은 하나의 기지국(즉 마스터 기지국)과 제어신호 및 데이터를 송수신한다.

<표 1>의 2번째부터 16번째 경우, 클라우드 셀의 마스터 기지국 뿐만 아니라 슬레이브 기지국도 제어신호 또는 데이터 전송에 참여하게 된다. 클라우드 셀에서의 제어신호/데이터 전송은 무선통신 시스템 환경에 따라 다양한 경우로 응용될 수 있다.

도 8은 본 발명의 일 실시예에 따라 클라우드 셀을 구성하는 기지국으로부터 하향링크 신호를 송신하는 절차를 도시한 것이다. 여기서 단말의 클라우드 셀은 마스터 기지국과 슬레이브 기지국1, 슬레이브 기지국2로 구성되어 있다.

도 8을 참조하면, 과정 802에서 단말은 클라우드 셀을 구성하는 모든 기지국과 하향링크의 물리적인 신호의 동기가 일치하도록 동기화 과정을 수행한다. 다른 실시예로서 단말은 최초로 접속한 기지국, 혹은 마스터 기지국과 하향링크 동기화 과정을 수행할 수 있다. 또한 마스터 기지국은 단말과의 하향링크 동기에 대한 정보를 다른 기지국들과 공유할 수 있다.

과정 804에서 클라우드 셀 내의 모든 기지국은 주기적 또는 특정 이벤트(Event)에 따라서 하향링크 기준신호(Reference signal)를 전송한다. 상기 기준신호는 미리 정해진 포맷의 디지털 비트 시퀀스로 구성될 수 있다. 과정 806에서 단말에서는 상기 기준신호의 수신 전력을 감지함으로써 단말과 모든 기지국들과의 무선채널 신호 품질을 측정하고, 과정 808에서 상기 측정된 하향링크에서의 채널 측정값들(channel measurements)을 마스터 기지국으로 전송한다. 일 예로서 상기 채널 측정값은 SNR(Signal to Noise Ratio) 또는 SINR(Signal to Interference and noise ratio)의 형태로 마스터 기지국으로 보고된다. 다른 실시예로서 상기 채널 측정값들은 적어도 하나의 슬레이브 기지국을 통해 마스터 기지국으로 보고될 수 있다. 또 다른 실시예로서 단말은 시스템 내의 감지 가능한 모든 기지국에 대한 무선 채널 신호 품질을 측정하고, 상위의 신호 품질을 가지는 소정 개수의 기지국들에 대한 채널 측정값들을 마스터 기지국으로 보고할 수 있으며, 이 경우 마스터 기지국은 보고된 채널 측정값들 중 클라우드 셀의 기지국들에 대한 채널 측정값들을 스케줄링에 참조할 수 있다.

과정 810에서 마스터 기지국은 상기 단말에서 측정된 각 기지국에 대한 채널 측정값을 이용하여 다음 스케줄링 주기에서 하향링크 데이터를 전송할 적어도 하나의 기지국을 선택하며, 또한 하향링크에서 신호 전송을 위한 최적의 전송방식을 선택하게 된다. 상기 전송방식은 일 예로서 각 기지국에서의 신호 전송을 위한 자원 할당, 변조/부호화 방식, 프리코딩 방식, 빔포밍을 위한 최적의 송수신 빔 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 과정 812에서 마스터 기지국은 다음 스케줄링 구간 동안 마스터 기지국과 슬레이브 기지국1에서 데이터를 전송하기로 결정하고, 과정 814에서 상기 결정에 따른 스케줄링 정보를 슬레이브 기지국1으로 알려준다. 상기 스케줄링 정보를 슬레이브 기지국에서 이미 알고 있는 경우에는 따로 알려주지 않을 수 있다. 다른 실시예로서 상기 스케줄링 정보는 모든 슬레이브 기지국에게로 전달된다. 더불어 마스터 기지국은 네트워크로부터 수신한 단말로 전송할 하향링크 데이터를 슬레이브 기지국1에게 전달한다.

과정 816에서 마스터 기지국은 상기 스케줄링 정보를 단말에게 스케줄링 제어정보를 통해 알려주게 된다. 조합 가능한 실시예로서 상기 스케줄링 제어정보는 선택된 슬레이브 기지국1에 의해 단말에게 통보될 수 있다. 과정 818에서 마스터 기지국과 슬레이브 기지국1은 상기 스케줄링 정보에서 지정한 무선자원과 전송방식을 이용하여 단말에게 하향링크 데이터를 전송한다. 그러면 단말은 상기 스케줄링 제어 정보에서 지정한 무선자원과 전송방식을 이용하여 하향링크 데이터를 수신하게 된다. 이때 마스터 기지국과 슬레이브 기지국1은 동일한 혹은 독립적인 무선자원과 전송방식을 사용하여 상기 하향링크 데이터를 전송할 수 있다. 일 실시예로서 상기 하향링크 데이터는 복수의 기지국으로부터 동일한 무선자원과 변조/부호화 방식을 사용하며, 단지 서로 다른 송신 빔들을 사용하여 전송될 수 있다. 그러면 단말은 서로 다른 수신 빔들을 사용하여 하향링크 데이터를 수신할 수 있다.

도 9는 본 발명의 일 실시예에 따라 클라우드 셀을 구성하는 기지국에서 상향링크 신호를 수신하는 절차를 도시한 것이다. 여기서 단말의 클라우드 셀은 마스터 기지국과 슬레이브 기지국1, 슬레이브 기지국2로 구성되어 있다.

도 9를 참조하면, 과정 902에서 단말은 클라우드 셀을 구성하는 모든 기지국과 상향링크의 물리적인 신호의 동기가 일치하도록 동기화 과정을 수행한다. 다른 실시예로서 단말은 최초로 접속한 기지국, 혹은 마스터 기지국과 상향링크 동기화 과정을 수행할 수 있다. 마스터 기지국은 단말과의 상향링크 동기에 대한 정보를 다른 기지국들과 공유할 수 있다. 상향링크의 물리계층 동기화는 하향링크의 물리계층 동기화에 비하여 복잡하고 단말의 전력 소모가 크기 때문에, 복수의 기지국과 상향링크의 물리계층 동기화를 수행하는 것은 단말에게 큰 부담이 될 수 있다. 따라서 모든 기지국들이 아닌 마스터 기지국과만 상향링크의 물리계층 동기화를 수행함으로써 단말의 부담을 절감할 수 있다.

과정 904에서 단말은 클라우드 셀 내의 모든 기지국이 수신할 수 있도록, 주기적 또는 특정 이벤트(Event)에 따라서 상향링크 기준신호를 전송한다. 상기 기준신호는 미리 정해진 포맷의 디지털 비트 시퀀스로 구성된다. 과정 906에서 클라우드 셀의 각 기지국은 상기 기준신호의 수신 전력을 감지함으로써 단말과 각 기지국 사이의 무선채널 신호 품질을 측정하고, 과정 908에서 마스터 기지국을 제외한 기지국, 즉 슬레이브 기지국들에서 측정된 상향링크에서의 채널 측정값들은 마스터 기지국으로 전송된다. 일 예로서 상기 채널 측정값은 SNR(Signal to Noise Ratio) 또는 SINR(Signal to Interference and noise ratio)의 형태로 마스터 기지국으로 보고될 수 있다.

과정 910에서 마스터 기지국에서는 각 기지국에서 측정된 채널 측정값들을 이용하여 상향링크 데이터를 수신할 적어도 하나의 기지국을 선택하며, 또한 상향링크에서 신호 전송을 위한 최적의 전송방식을 선택하게 된다. 상기 전송방식은 일 예로서 단말에서의 신호 전송을 위한 자원 할당, 변조/부호화 방식, 프리코딩 방식, 빔포밍을 위한 최적의 송수신 빔 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 과정 912에서 마스터 기지국은 다음 스케줄링 구간 동안 슬레이브 기지국1과 슬레이브 기지국2에서 단말로부터 데이터를 수신하도록 결정하고, 과정 914에서 상기 결정에 따른 스케줄링 정보를 슬레이브 기지국1과 슬레이브 기지국2로 알려준다. 상기 스케줄링 정보를 슬레이브 기지국들에서 이미 알고 있는 경우에는 따로 알려주지 않을 수 있다. 다른 실시예로서 상기 스케줄링 정보는 모든 슬레이브 기지국에게로 전달된다.

과정 916에서 마스터 기지국은 상기 스케줄링 정보를 단말에게 스케줄링 제어정보를 통해 알려주게 된다. 조합 가능한 실시예로서 상기 스케줄링 제어정보는 선택된 슬레이브 기지국1에 의해 단말에게 통보될 수 있다. 상기 스케줄링 제어 정보를 수신한 단말은 과정 918에서 상기 스케줄링 제어정보에서 지정한 무선자원과 전송방식을 이용하여 슬레이브 기지국1과 슬레이브 기지국2로 상향링크 데이터를 송신하게 된다. 그러면 슬레이브 기지국1과 슬레이브 기지국2는 상기 스케줄링 정보에서 지정한 무선자원과 전송방식을 이용하여 상향링크 데이터를 수신하게 된다. 이때 단말은 동일한 혹은 독립적인 무선자원과 전송방식을 사용하여 상기 상향링크 데이터를 전송할 수 있다. 일 실시예로서 상기 상향링크 데이터는 동일한 무선자원과 변조/부호화 방식을 사용하며, 단지 서로 다른 송신 빔들을 사용하여 단말로부터 슬레이브 기지국1과 슬레이브 기지국2로 전송될 수 있다. 그러면 슬레이브 기지국1과 슬레이브 기지국2는 서로 다른 수신 빔들을 사용하여 상향링크 데이터를 수신할 수 있다.

과정 918에서 슬레이브 기지국1과 슬레이브 기지국2는 상기 수신한 상향링크 데이터를 마스터 기지국으로 전송하여, 마스터 기지국이 네트워크 노드로 전송하도록 한다. 다른 실시예로서 슬레이브 기지국들 중 어느 하나가 네트워크 노드와의 데이터 전송이 가능한 연결을 가지는 경우, 상기 수신한 상향링크 데이터는 슬레이브 기지국으로부터 네트워크 노드로 직접 전송될 수 있다.

도 10a 및 도 10b는 본 발명의 일 실시예에 따른 클라우드 셀의 재구성(Reformation)을 도시한 것이다. 도 10a 및 도 10b는 각각 T1, T2의 시간 구간에서의 클라우드 셀 재구성을 도시한 것으로서, 각 시간 구간은 일 예로서 스케줄링 주기가 되거나 혹은 클라우드 셀의 재구성 주기가 될 수 있다.

도 10a을 참조하면, 시간 T1에서 단말(1002)을 서비스하기 위한 클라우드 셀(1004)은 기지국1, 기지국2, 기지국3, 기지국4로 구성되어 있다. 클라우드 셀(1004)의 구성은 단말(1002)의 이동 혹은 단말(1002) 주변의 무선 환경 변화에 따라 변경될 수 있다. 시간 T2에서 단말(1002)이 새로운 위치(1012)로 이동함에 따라 단말(1012)과의 신호 품질이 우수한 새로운 기지국인 기지국5, 기지국6, 기지국7이 단말(1012)의 클라우드 셀(1014)에 새로 추가되고, 신호 품질이 낮은 기지국1, 기지국2, 기지국4는 클라우드 셀(1014)에서 제거된다.

즉, 단말의 클라우드 셀은 시간의 흐름, 단말의 이동, 무선 환경의 변화 등에 따라서, 단말과 좋은 신호 품질을 가지는 기지국들로 구성되도록 끊임없이 변화할 수 있다. 클라우드 셀에 새로운 기지국이 추가되거나 기존이 기지국이 삭제되는 절차를 클라우드 셀의 재구성(reformation)이라고 한다. 클라우드 셀의 재구성은 기지국들의 무선 자원 상태, 시스템 부하, 단말의 무선 신호 품질 등 여러 요건들을 기초로 수행될 수 있으며, 마스터 기지국에 의해 결정되거나 혹은 단말의 요청에 의해 수행될 수 있다. 마스터 기지국은 소정 주기, 일 예로서 스케줄링 주기 혹은 그와는 독립적으로 결정될 수 있는 소정 주기에 따라 클라우드 셀의 재구성 여부를 결정할 수 있다.

도 11은 본 발명의 일 실시예에 따라 클라우드 셀에서 새로운 기지국을 추가하는 절차를 도시한 것이다.

도 11을 참조하면, 과정 1102에서 단말은 전원을 켜고 수신 신호 품질이 가장 우수한 기지국으로 네트워크 진입을 수행한다. 상기 네트워크 진입을 수행하는 기지국은 단말의 마스터 기지국이 된다. 네트워크 진입을 수행한 후 과정 1104에서 단말은 주기적으로 또는 이벤트에 따라 주위 기지국들의 무선 채널 신호 품질을 측정하여 마스터 기지국으로 보고한다. 과정 1106에서 마스터 기지국은 단말로부터 신호 품질이 보고된 기지국들 중에서 소정 조건을 만족하는 기지국, 일 예로서 미리 정해진 임계값보다 우수한 신호 품질을 가지는 적어도 하나의 기지국을 클라우드 셀의 슬레이브 구성원으로 추가하기로 결정한다. 구체적으로 마스터 기지국은 슬레이브 기지국1을 클라우드 셀에 추가하기로 결정한다.

과정 1108에서 마스터 기지국은 슬레이브 기지국 1에게 단말의 클라우드 셀에 추가할 것을 요청하는 메시지, 일 예로서 추가 요청(ADD-REQ) 메시지를 전송하고, 과정 1110에서 슬레이브 기지국1로부터 그에 대한 응답 메시지, 일 예로서 추가 응답(ADD-RSP) 메시지를 수신한다. 상기 추가 요청 메시지는 상기 단말의 식별정보를 포함할 수 있다. 상기 추가 응답 메시지는 마스터 기지국의 추가 요청을 수락하는 내용의 정보를 포함할 수 있다. 과정 1112에서 마스터 기지국은 단말에 대한 사용자 컨텍스트를 슬레이브 기지국1에게 전송하여 사용자 컨텍스트를 공유하고, 과정 1114에서 단말에게 슬레이브 기지국1이 클라우드 셀에 추가되었음을 알려주는 통보 메시지를 전송한다. 다른 실시예로서 사용자 컨텍스트는 상기 추가 요청 메시지를 통해 슬레이브 기지국1에게 전달될 수 있다.

과정 1116에서 단말은 상기 통보 메시지의 수신에 응답하여, 슬레이브 기지국1과 물리계층에서의 신호 동기를 맞추는 동기화 절차를 수행한다. 상기 동기화 절차는 일 예로서 하향링크 및/또는 상향링크의 물리계층 동기화를 포함한다.

과정 1118에서 마스터 기지국은 과정 1104에서 단말로부터 보고된 신호 품질 정보를 기반으로 슬레이브 기지국2를 클라우드 셀의 슬레이브 구성원으로 추가할 것으로 결정하고, 과정 1120에서 슬레이브 기지국2에게 추가 요청 메시지를 전송하며, 과정 1122에서 슬레이브 기지국2로부터 추가 응답 메시지를 수신한다. 슬레이브 기지국2는 단말을 서비스 하기 위한 무선 자원의 여분이 없다거나 단말이 슬레이브 기지국2에서 인증이 불가하다는 등의 여러 가지 이유로 단말의 서비스를 수용하지 않기로 결정할 수 있다. 즉 마스터-슬레이브 프로토콜은 단말을 서비스하기 위한 기지국들의 논리적인 역할 설정이며, 각각의 기지국에서는 독립적으로 단말의 서비스 여부를 결정하는 허용제어(Admission control) 기능을 가지고 있다. 따라서 상기 추가 응답 메시지는 마스터 기지국의 추가 요청을 거절하는 내용의 정보를 포함할 수 있다. 과정 1124에서 상기 추가 응답 메시지를 수신한 마스터 기지국은 슬레이브 기지국2를 클라우드 셀의 구성원으로 포함시키지 않을 것으로 결정한다.

도 12는 본 발명의 일 실시예에 따라 클라우드 셀에서 기지국 구성원을 제거하는 절차를 도시한 것이다.

도 12를 참조하면, 과정 1202에서 단말은 세 개의 기지국(마스터 기지국, 슬레이브 기지국1, 슬레이브 기지국2)으로 구성된 클라우드 셀과 통신하고 있으며, 과정 1204에서 상기 기지국들을 포함한 주위 기지국들의 무선 채널 신호 품질을 측정하여 주기적 혹은 비주기적으로 마스터 기지국에게 보고한다. 과정 1206에서 마스터 기지국은 단말로부터의 신호 품질 보고에 근거하여 슬레이브 기지국1을 클라우드 셀에서 제거하기로 결정한다. 다른 실시예로서 슬레이브 기지국1은 자신의 무선 자원 부족이나 시스템 과부하 등과 같은 요인에 의해 단말을 더 이상 서비스하기 어렵다고 판단하고, 마스터 기지국에게 단말의 클라우드 셀로부터 탈퇴할 것을 요청할 수 있다.

과정 1208에서 마스터 기지국은 슬레이브 기지국 1에게 단말의 클라우드 셀로부터 삭제할 것을 요청하는 메시지, 일 예로서 삭제 명령(Delete Command: Delete-CMD) 메시지를 전송하고, 과정 1210에서 슬레이브 기지국1로부터 상기 삭제 명령 메시지에 대한 응답 메시지로서, 삭제 확인(Delete Confirmation: Delete-CFM) 메시지를 수신한다. 과정 1212에서 슬레이브 기지국1은 상기 삭제 명령 메시지의 수신에 응답하여 단말에 대해 저장하고 있던 사용자 컨텍스트를 삭제한다. 과정 1214에서 마스터 기지국은 상기 삭제 확인 메시지의 수신에 응답하여, 단말에게 상기 슬레이브 기지국1이 클라우드 셀로부터 삭제 되었음을 알려 줄 수 있다. 그러면 단말은 슬레이브 기지국1과 물리계층에서의 신호 동기과정 등의 클라우드 셀 동작을 중단하고 더 이상 수행하지 않는다.

도 13은 본 발명의 일 실시예에 따라 클라우드 셀 내에서 마스터 기지국을 변경하는 절차를 도시한 것이다.

도 13을 참조하면, 과정 1302에서 단말은 세 개의 기지국(마스터 기지국, 슬레이브 기지국1, 슬레이브 기지국2)으로 구성된 클라우드 셀과 통신하고 있으며, 상기 세 개의 기지국과 하향링크와 상향링크 모두 물리계층의 동기 절차를 수행하고 있다. 과정 1304에서 마스터 기지국은 소정 조건에 따라 단말의 클라우드 셀에 대한 마스터 기지국의 역할을 더 이상 수행할 수 없다고 판단한다. 일 실시예로서 마스터 기지국은 시스템 부하의 증가, 단말의 신호 품질 저하 혹은 다른 조건에 따라 마스터 기지국의 역할을 더 이상 수행할 수 없게 될 수 있다. 더불어 마스터 기지국은 일 예로서 단말의 신호 품질과 같은 소정의 조건에 따라 슬레이브 기지국2가 새로운 마스터 기지국이 될 것으로 결정한다.

과정 1306에서 마스터 기지국은 마스터 기지국의 자격을 스스로 반납하고 상기 자격을 다른 기지국으로 이전하기 위한 메시지, 일 예로서 마스터 변경 요청 메시지(Master change request)를 슬레이브 기지국2에게 전송한다. 과정 1308에서 슬레이브 기지국2는 상기 마스터 변경 요청 메시지에 응답하는 메시지, 일 예로서 마스터 변경 응답(Master change response) 메시지에 수락의 정보를 포함하여 마스터 기지국으로 보내게 된다. 다른 실시예로서 슬레이브 기지국2는 마스터 기지국의 역할을 수행할 수 없다고 판단하는 경우 상기 마스터 변경 응답 메시지에 수락의 정보가 아닌 거절의 정보를 포함하여 전송하고, 이 경우 마스터 기지국 변경 절차는 중단된다.

과정 1310에서 마스터 기지국은 상기 마스터 변경 응답 메시지에 포함된 수락의 정보를 확인하고, 슬레이브 기지국1, 슬레이브 기지국2 그리고 기지국 상위의 네트워크 노드인 게이트웨이(Gateway)에게 마스터 기지국이 바뀌었음을 알려주는 제어 메시지를 전송하게 된다. 게이트웨이는 마스터 기지국이 기존의 슬레이브 기지국 2로 바뀌었음을 인지하고, 네트워크에서 단말로 향하는 모든 제어 정보와 데이터들을 새로운 마스터 기지국(즉 기존의 슬레이브 기지국2)으로 전송하기 위해서 라우팅(Routing) 경로를 변경한다. 추가적으로 과정 1312에서 마스터 기지국은 단말에게 마스터 기지국이 바뀌었음을 알려줄 수 있다.

상기한 과정이 완료되면, 클라우드 셀의 과거의 마스터 기지국은 슬레이브 기지국3로 바뀌게 되고, 슬레이브 기지국2는 마스터 기지국으로 변경되어 단말에게 마스터 기지국의 역할을 수행하게 된다.

도 14는 본 발명의 다른 실시예에 따라 클라우드 셀 내에서 마스터 기지국을 변경하는 절차를 도시한 것이다.

도 14를 참조하면, 과정 1402에서 단말은 세 개의 기지국(마스터 기지국, 슬레이브 기지국1, 슬레이브 기지국2)으로 구성된 클라우드 셀과 통신하고 있으며, 상기 세 개의 기지국과 하향링크로의 물리계층 동기 절차를 수행하고 있고, 상향링크로는 마스터 기지국과만 물리계층 동기 절차를 수행하고 있다. 과정 1404에서 마스터 기지국은 소정 조건에 따라 단말의 클라우드 셀에 대한 마스터 기지국의 역할을 더 이상 수행할 수 없다고 판단한다. 더불어 마스터 기지국은 일 예로서 단말의 신호 품질과 같은 소정의 조건에 따라 슬레이브 기지국2가 새로운 마스터 기지국이 될 것으로 결정한다.

과정 1406에서 마스터 기지국은 마스터 기지국의 자격을 스스로 반납하고 상기 자격을 다른 기지국으로 이전하기 위한 메시지, 일 예로서 마스터 변경 요청 메시지(Master change request)를 슬레이브 기지국2에게 전송한다. 과정 1308에서 슬레이브 기지국2는 상기 마스터 변경 요청 메시지에 응답하는 메시지, 일 예로서 마스터 변경 응답(Master change response) 메시지에 수락의 정보를 포함하여 마스터 기지국으로 보내게 된다. 다른 실시예로서 슬레이브 기지국2는 마스터 기지국의 역할을 수행할 수 없다고 판단하는 경우 상기 마스터 변경 응답 메시지에 수락의 정보가 아닌 거절의 정보를 포함하여 전송하고, 이 경우 마스터 기지국 변경 절차는 중단된다.

과정 1410에서 마스터 기지국은 슬레이브 기지국2로 마스터 권한을 이전하기 전에 슬레이브 기지국2와 상향링크 동기를 확인하기 위한 상향링크 동기 확인 요청(UL Sync check Request) 메시지를 단말에게 전송한다. 일 예로 상기 상향링크 동기 확인 요청 메시지는 상향링크 동기화를 수행할 슬레이브 기지국2에 대한 정보를 포함할 수 있다. 과정 1412에서 단말은 상기 상향링크 동기 확인 요청 메시지에 응답하여 슬레이브 기지국2와 상향링크의 물리계층 동기 절차를 수행함으로써, 슬레이브 기지국2에 대한 정확한 동기를 획득한다. 이후 과정 1414에서 단말은 슬레이브 기지국2와의 상향링크 동기가 정확함을 알리는 상향링크 동기 확인 응답(UL sync check Confirm) 메시지를 마스터 기지국에게 전송한다. 상기 상향링크 동기 확인 응답 메시지는 슬레이브 기지국2와의 상향링크 동기가 양호함(OK)을 나타내는 정보를 포함할 수 있다. 단말이 슬레이브 기지국2와 상향링크 동기화되었음을 확인한 경우, 마스터 기지국은 슬레이브 기지국2로 마스터의 권한을 이전하기 위해 다음 과정으로 진행한다.

과정 1416 에서 마스터 기지국은 슬레이브 기지국1, 슬레이브 기지국2 그리고 기지국 상위의 네트워크 노드인 게이트웨이(Gateway)에게 마스터 기지국이 바뀌었음을 알려주는 제어 메시지를 전송하게 된다. 게이트웨이는 마스터 기지국이 기존의 슬레이브 기지국 2로 바뀌었음을 인지하고, 네트워크에서 단말로 향하는 모든 제어 정보와 데이터들을 새로운 마스터 기지국(즉 기존의 슬레이브 기지국2)으로 전송하기 위해서 라우팅(Routing) 경로를 변경한다. 추가적으로 과정 1418에서 마스터 기지국은 단말에게 마스터 기지국이 바뀌었음을 알려줄 수 있다.

도 15는 본 발명의 일 실시예에 따른 단말의 구성을 나타낸 블록도이다. 도시한 바와 같이 단말은 제어부(1502), 송신기(1504), 수신기(1506) 및 메모리(1508)로 구성된다.

도 15를 참조하면, 송신기(1504)와 수신기(1506)은 무선 인터페이스 프로토콜에 따라 하나 혹은 그 이상의 기지국들과 무선 신호를 송수신한다. 제어부(1502)는 본 발명의 실시예들 중 적어도 하나에 따라 송신기(1504)와 수신기(1506)를 제어하여 클라우드 셀을 구성하는 복수의 기지국들로부터 통신 서비스를 제공받을 수 있다. 메모리(1508)는 제어부(1502) 및 송수신기(1504,1506)의 동작에 필요한 프로그램 코드, 동작 파라미터들을 저장하며 필요에 따라 제공한다.

도 16은 본 발명의 일 실시예에 따른 기지국의 구성을 나타낸 블록도이다. 도시한 바와 같이 기지국은 제어부(1602), 무선 인터페이스(1604), 네트워크 인터페이스(1506) 및 메모리(1508)로 구성된다.

도 16을 참조하면, 무선 인터페이스(1604)는 무선 인터페이스 프로토콜에 따라 하나 혹은 그 이상의 단말들과 무선 신호를 송수신한다. 네트워크 인터페이스(1606)는 정해진 프로토콜에 따라 네트워크 노드 혹은 다른 기지국들과 제어 정보 및/또는 데이터를 교환한다.

제어부(1602)는 본 발명의 실시예들 중 적어도 하나에 따라 하나 혹은 그 이상의 단말들 각각을 위한 클라우드 셀의 마스터 기지국 혹은 슬레이브 기지국으로서 동작하도록, 무선 인터페이스(1604)와 네트워크 인터페이스(1606)를 제어한다. 제어부(1602)의 제어하에 기지국은 단독으로 혹은 다른 기지국들과 통신하여 단말에게 통신 서비스를 제공할 수 있다. 메모리(1608)는 제어부(1602) 및 인터페이스들(1604,1606)의 동작에 필요한 프로그램 코드, 동작 파라미터들을 저장하며 필요에 따라 제공한다.

한편 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시 예에 관해 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능하다. 그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 아니되며 후술하는 특허청구의 범위뿐만 아니라 이 특허청구의 범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

Claims

무선 통신 시스템에서 복수의 기지국이 협동하는 방법에 있어서,
단말을 위해 협동하는 복수의 기지국들을 포함하는 클라우드 셀을 구성하는 과정과,
상기 클라우드 셀에 포함되는 복수의 기지국들 간에 상기 단말을 서비스하기 위한 사용자 컨텍스트를 동기화하는 과정과,
상기 복수의 기지국들이 협동하여 상기 단말에게 통신 서비스를 제공하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 협동 방법.
제 1 항에 있어서, 상기 클라우드 셀에 포함되는 상기 복수의 기지국들은,
적어도 하나의 게이트웨이를 통해서, 혹은 적어도 하나의 타 기지국을 통해서, 혹은 직접 상호간에 물리적으로 연결되는 것을 특징으로 하는 협동 방법.
제 1 항에 있어서, 상기 클라우드 셀에 포함되는 상기 복수의 기지국들은,
인터넷 프로토콜(IP) 계층을 통해서, 혹은 MAC(Media Access Control) 계층을 통해서 상호간에 논리적으로 연결되는 것을 특징으로 하는 협동 방법.
제 1 항에 있어서, 상기 클라우드 셀을 구성하는 과정은,
상기 단말이 상기 복수의 기지국들 중 하나인 제1 기지국으로 네트워크 진입을 수행하는 과정과,
상기 제1 기지국이 미리 정해지는 소정 조건에 따라 상기 클라우드 셀에 제2 기지국을 추가할 것을 결정하는 과정과,
상기 제1 기지국이 상기 단말을 서비스하기 위해 사용되는 사용자 컨텍스트를 상기 제2 기지국에게 전달하는 과정과,
상기 제1 기지국과 상기 제2 기지국이 상기 사용자 컨텍스트 중 시간에 따라 변화하는 정보를 동적으로 업데이트하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 협동 방법.
제 4 항에 있어서,
상기 제1 기지국이 상기 클라우드 셀에 포함되는 제3 기지국을 상기 클라우드 셀로부터 제거할 것을 결정하는 과정과,
상기 제1 기지국이 상기 제3 기지국에게 상기 단말을 위한 사용자 컨텍스트를 삭제할 것을 통보하는 과정과,
상기 제3 기지국이 상기 사용자 컨텍스트를 삭제하는 과정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 협동 방법.
제 1 항에 있어서, 상기 통신 서비스를 제공하는 과정은,
상기 단말이 상기 클라우드 셀에 포함되는 상기 복수의 기지국들과 하향링크의 물리계층 동기화를 수행하는 과정과,
상기 단말이 상기 클라우드 셀에 포함되는 상기 복수의 기지국들로부터 전송되는 기준신호로부터 측정된 채널 측정값들을, 상기 클라우드 셀의 기지국들 중 하나인 마스터 기지국으로 보고하는 과정과,
상기 마스터 기지국이 상기 채널 측정값들에 근거하여, 상기 클라우드 셀의 기지국들 중 다음 스케줄링 주기에서 하향링크 데이터를 전송할 적어도 하나의 기지국을 선택하는 과정과,
상기 선택된 적어도 하나의 기지국을 나타내는 스케줄링 정보를 상기 단말과 상기 선택된 적어도 하나의 기지국에게 통보하는 과정과,
상기 단말을 위한 하향링크 데이터를 상기 선택된 적어도 하나의 기지국으로부터 상기 단말로 전송하는 과정을 포함하며,
상기 하향링크 데이터는 네트워크 노드로부터 상기 마스터 기지국을 통해 혹은 상기 마스터 기지국과 적어도 하나의 슬레이브 기지국을 통해 상기 단말로 전송됨을 특징으로 하는 협동 방법.
제 1 항에 있어서, 상기 통신 서비스를 제공하는 과정은,
상기 단말이 상기 클라우드 셀에 포함되는 상기 복수의 기지국들 중 하나인 마스터 기지국과 상향링크의 물리계층 동기화를 수행하는 과정과,
상기 클라우드 셀에 포함되는 상기 복수의 기지국들이 상기 단말로부터 전송되는 기준신호로부터 측정한 채널 측정값들에 근거하여, 상기 클라우드 셀의 기지국들 중 다음 스케줄링 주기에서 상향링크 데이터를 수신할 적어도 하나의 기지국을 선택하는 과정과,
상기 선택된 적어도 하나의 기지국을 나타내는 스케줄링 정보를 상기 단말과 상기 선택된 적어도 하나의 기지국에게 통보하는 과정과,
상기 단말로부터의 상향링크 데이터를 상기 선택된 적어도 하나의 기지국에서 수신하는 과정을 포함하며,
상기 상향링크 데이터는 상기 단말로부터 상기 마스터 기지국을 통해 혹은 적어도 하나의 슬레이브 기지국과 상기 마스터 기지국을 통해 네트워크 노드로 전송됨을 특징으로 하는 협동 방법.
제 7 항에 있어서,
상기 클라우드 셀에 포함되는 상기 복수의 기지국들 중 상기 마스터 기지국을 제외한 적어도 하나의 슬레이브 기지국이 상기 단말로부터 전송되는 기준신호로부터 측정한 채널 측정값들을 상기 마스터 기지국으로 보고하는 과정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 협동 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 단말이 상기 클라우드 셀에 포함되는 상기 복수의 기지국들로부터 전송되는 기준신호로부터 측정된 채널 측정값들을, 상기 클라우드 셀의 기지국들 중 하나인 마스터 기지국으로 보고하는 과정과,
상기 마스터 기지국이 상기 채널 측정값들에 근거하여, 제1 기지국을 상기 클라우드 셀에 추가할 것을 결정하는 과정과,
상기 마스터 기지국이 상기 제1 기지국으로 상기 클라우드 셀에 대한 추가 요청 메시지를 전송하고, 상기 제1 기지국으로부터 추가 응답 메시지를 수신하는 과정과,
상기 마스터 기지국이 상기 단말에 대한 사용자 컨텍스트를 상기 제1 기지국으로 전송하고, 상기 단말에게 상기 제1 기지국이 상기 클라우드 셀에 추가됨을 통보하는 과정과,
상기 단말이 상기 제1 기지국과 하향링크 및/또는 상향링크의 물리계층 동기화 절차를 수행하는 과정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 협동 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 단말이 상기 클라우드 셀에 포함되는 상기 복수의 기지국들로부터 전송되는 기준신호로부터 측정된 채널 측정값들을, 상기 클라우드 셀의 기지국들 중 하나인 마스터 기지국으로 보고하는 과정과,
상기 마스터 기지국이 상기 채널 측정값들에 근거하여, 상기 클라우드 셀의 기지국들 중 제1 기지국을 상기 클라우드 셀에서 삭제할 것을 결정하는 과정과,
상기 마스터 기지국이 상기 제1 기지국으로 상기 클라우드 셀에 대한 삭제 명령 메시지를 전송하고, 상기 제1 기지국으로부터 삭제 응답 메시지를 수신하는 과정과,
상기 제1 기지국이 상기 단말에 대한 사용자 컨텍스트를 삭제하는 과정과,
상기 마스터 기지국이 상기 단말에게 상기 제1 기지국이 상기 클라우드 셀에서 삭제됨을 통보하는 과정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 협동 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 클라우드 셀의 기지국들 중 제1 기지국이 상기 클라우드 셀에 대한 마스터 기지국으로서 동작하는 과정과,
상기 제1 기지국이, 상기 클라우드 셀의 기지국들 중 제2 기지국이 상기 마스터 기지국이 될 것으로 결정하는 과정과,
상기 제1 기지국이 상기 제2 기지국으로 마스터 변경 요청 메시지를 전송하고, 상기 제2 기지국으로부터 마스터 변경 응답 메시지를 수신하는 과정과,
상기 제1 기지국이 상기 클라우드 셀의 기지국들 및 네트워크 노드에게 상기 제2 기지국이 상기 마스터 기지국이 됨을 알리는 제어 메시지를 전송하는 과정과,
상기 제1 기지국이 상기 단말에게 상기 제2 기지국이 상기 마스터 기지국이 됨을 알리는 제어 메시지를 전송하는 과정과,
상기 제2 기지국이 상기 클라우드 셀에 대한 마스터 기지국으로서 동작하는 과정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 협동 방법.
제 11 항에 있어서,
상기 제1 기지국이 상기 마스터 변경 응답 메시지를 수신한 이후 상기 단말에게 상기 제2 기지국에 대한 상향링크 동기 확인 요청 메시지를 전송하는 과정과,
상기 단말이 상기 제2 기지국과 상향링크 동기화 절차를 수행하고, 상기 제1 기지국에게 상기 제2 기지국과 상향링크 동기화되었음을 통보하는 응답 메시지를 전송하는 과정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 협동 방법.
제 1 항에 있어서, 상기 사용자 컨텍스트는,
상기 단말의 단말 ID, 논리적 연결자 ID(Logical connection ID), 가상 셀을 구성하는 각 기지국의 기지국 ID, 보안 키(key), 인증 ID, 암호화 계층에서 부여되는 시퀀스 번호(Sequence number), 보안 연관(Association) ID, 암호화 알고리즘(Encryption algorithm), 논리적 연결자 ID 별 서비스 품질(Quality of service: QoS) 정보, 2 계층의 SDU(Service data unit) 및/또는 PDU (Protocol data unit)의 시퀀스 번호, ARQ(Automatic Repeat Request) 관련 정보, HARQ(Hybrid ARQ) 관련 정보, 네트워크 인증을 위한 인증기(Authenticator) ID 및 앵커 게이트웨이(Anchor Gateway) ID 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 협동 방법.
무선 통신 시스템에 있어서,
통신 서비스를 제공받는 단말과,
상기 단말을 서비스하기 위해 동기화된 사용자 컨텍스트를 공유하며, 상기 단말을 위한 클라우드 셀을 구성하여 상호간에 협동하여 상기 단말에게 통신 서비스를 제공하는 복수의 기지국들을 포함하는 무선 통신 시스템.
제 14 항에 있어서, 상기 복수의 기지국들은,
적어도 하나의 게이트웨이를 통해서, 혹은 적어도 하나의 타 기지국을 통해서, 혹은 직접 상호간에 물리적으로 연결되는 것을 특징으로 하는 무선 통신 시스템.
제 14 항에 있어서, 상기 복수의 기지국들은,
인터넷 프로토콜(IP) 계층을 통해서, 혹은 MAC(Media Access Control) 계층을 통해서 상호간에 논리적으로 연결되는 것을 특징으로 하는 무선 통신 시스템.
제 14 항에 있어서, 상기 클라우드 셀에 포함되는 복수의 기지국들은, 상기 단말을 위한 사용자 컨텍스트를 공유하며, 상기 사용자 컨텍스트 중 시간에 따라 변화하는 정보는 동적으로 업데이트됨을 특징으로 하는 무선 통신 시스템.
제 14 항에 있어서, 상기 클라우드 셀에 포함되는 복수의 기지국들 중 하나인 마스터 기지국은,
상기 단말에 대한 제어 정보를 생성하고 관리하며,
네트워크 노드와의 사이에 상기 단말을 서비스하기 위한 제어 정보를 송수신하고,
상기 단말을 서비스하기 위해 사용되는 사용자 컨텍스트를 관리하고 상기 사용자 컨텍스트를 상기 클라우드 셀에 포함되는 다른 기지국인 슬레이브 기지국에게 통보하며,
상기 단말과의 통신을 위해 상기 클라우드 셀에 포함되는 복수의 기지국들을 스케줄하고,
상기 클라우드 셀에 추가될 기지국 및 상기 클라우드 셀에서 삭제될 기지국을 결정하고,
상기 클라우드 셀에 대한 마스터 권한을 다른 기지국에게 위임하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 무선 통신 시스템.
제 18 항에 있어서, 상기 슬레이브 기지국은,
소정의 시간 구간 동안 상기 마스터 기지국에 의해 스케줄된 경우, 상기 시간 구간 동안 하향링크 데이터를 전송하거나 혹은 상향링크 데이터를 수신하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 무선 통신 시스템.
제 18 항에 있어서, 상기 마스터 기지국은,
상기 클라우드 셀에 포함되는 복수의 기지국들로부터 전송된 기준 신호에 대한 상기 단말의 채널 측정값들에 근거하여, 상기 복수의 기지국들을 스케줄하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 무선 통신 시스템.
제 14 항에 있어서, 상기 단말은 상기 클라우드 셀을 구성하는 상기 복수의 기지국들 모두와 하향링크의 물리계층 동기화를 수행하며, 상기 클라우드 셀을 구성하는 상기 복수의 기지국들 중 적어도 하나와 상향링크의 물리계층 동기화를 수행하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 무선 통신 시스템.
제 14 항에 있어서, 상기 사용자 컨텍스트는,
상기 단말의 단말 ID, 논리적 연결자 ID(Logical connection ID), 가상 셀을 구성하는 각 기지국의 기지국 ID, 보안 키(key), 인증 ID, 암호화 계층에서 부여되는 시퀀스 번호(Sequence number), 보안 연관(Association) ID, 암호화 알고리즘(Encryption algorithm), 논리적 연결자 ID 별 서비스 품질(Quality of service: QoS) 정보, 2 계층의 SDU(Service data unit) 및/또는 PDU (Protocol data unit)의 시퀀스 번호, ARQ(Automatic Repeat Request) 관련 정보, HARQ(Hybrid ARQ) 관련 정보, 네트워크 인증을 위한 인증기(Authenticator) ID 및 앵커 게이트웨이(Anchor Gateway) ID 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 통신 시스템.