KR20150086591A - 무선 네트워크에서 시간 동기화 방법 및 장치 - Google Patents

무선 네트워크에서 시간 동기화 방법 및 장치 Download PDF

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김지형
이준환
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한국전자통신연구원
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    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04W—WIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
    • H04W56/00—Synchronisation arrangements
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Abstract

무선 네트워크에서 시간 동기화 방법 및 장치가 개시된다. 시간 동기화 방법은, 복수의 소형 기지국들 간의 왕복 지연 시간을 추정하는 단계, 왕복 지연 시간을 기반으로 복수의 소형 기지국들 간의 시간 동기화를 위한 시간 정보를 생성하는 단계, 및 시간 정보를 복수의 소형 기지국들에 전송하는 단계를 포함한다. 따라서, 기지국들 간의 시간을 동기화할 수 있다.

Description

무선 네트워크에서 시간 동기화 방법 및 장치{METHOD FOR SYNCHRONIZING TIME IN WIRELESS NETWORK AND APPARATUS THEREFOR}
본 발명은 시간 동기화 기술에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 무선 네트워크에서 기지국들 간의 시간 동기화를 위한 방법 및 장치에 관한 것이다.
OFDMA(orthogonal frequency division multiple access) 기반의 셀룰러(cellular) 통신 시스템에서, 단말은 기지국과의 레인징(ranging) 과정을 통해 타이밍 어드밴스 값(timing advance value)을 수신함으로써 기지국과 시간 동기를 설정할 수 있다. 이를 위해, 단말은 레인징 프리앰블(preamble)(또는 PRACH(physical random access channel))을 기지국에 전송한다. 기지국은 단말로부터 레인징 프리앰블(또는 PRACH)을 수신함으로써 왕복 지연 시간(round trip delay, RTD)을 측정할 수 있고, 측정한 값을 기초로 RTD/2를 보상하기 위한 타이밍 어드밴스 값을 단말에 전송할 수 있다. 여기서, 단말은 소형(또는 개인) 기지국을 의미할 수 있다.
소형(또는 개인) 기지국은 단말과 동일한 방식으로 매크로(macro) 기지국과 시간 동기를 설정할 수 있다. 소형 기지국은 GPS(global positioning system)를 사용하여 자체적으로 시간 동기를 설정할 수 있는 경우에도 매크로 기지국과의 RTD/2를 보상하기 위한 타이밍 어드밴스 값을 수신하기 위해 시간 동기화 과정을 수행할 수 있다.
한편, 소형 기지국과 매크로 기지국 간의 시간 동기가 설정된 경우에도 소형 기지국들 간의 통신을 위한 시간 동기 설정이 필요하다. 또한, 매크로 기지국이 자신이 커버(cover)하는 셀 반경을 고려하여 긴 보호구간(cyclic prefix, CP)을 설정한 경우에도 소형 기지국들 간의 시간 동기화 과정이 필요하다. 즉, 임의의 소형 기지국은 매크로 기지국과의 시간 동기화 과정에서 수신한 타이밍 어드밴스 값을 적용하여 다른 소형 기지국과 통신을 수행하는 경우 OFDM 심볼(symbol)을 보호구간 내에 수신하지 못할 수 있다.
또 다른 문제는 채널 추정과 관련된다. 즉, 기지국은 파일럿(pilot) 부반송파를 통해 채널을 추정하는 경우 보간 방식을 사용하는데 주파수 축에서 보간 방식을 적용할 경우 채널 추정의 정확도를 향상시키기 위해 심볼이 보호구간 내에 수신되더라도 심볼의 수신시간과 FFT(fast fourier transform) 시작점과의 차이를 알 필요가 있다. 또한, 기지국은 MMSE(minimum mean squared error) 채널 추정 방식을 적용할 경우에도 이전에 획득한 채널 상관 관계 값과 현재의 채널 상관 관계 값의 차이를 알 필요가 있기 때문에 심볼의 수신시간과 FFT 시작점과의 차이를 알 필요가 있다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은, 기지국들 간의 시간 동기를 설정하기 위한 시간 동기화 방법을 제공하는 데 있다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 다른 목적은, 기지국들 간의 시간 동기를 설정하기 위한 시간 동기화 장치를 제공하는 데 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 중앙 기지국에서 수행되는 시간 동기화 방법은, 복수의 소형 기지국들 간의 왕복 지연 시간을 추정하는 단계, 상기 왕복 지연 시간을 기반으로 상기 복수의 소형 기지국들 간의 시간 동기화를 위한 시간 정보를 생성하는 단계, 및 상기 시간 정보를 상기 복수의 소형 기지국들에 전송하는 단계를 포함한다.
여기서, 상기 왕복 지연 시간을 추정하는 단계는, 각각의 소형 기지국으로부터 위치 정보를 수신하는 단계, 상기 위치 정보를 기반으로 상기 복수의 소형 기지국들 간의 거리 정보를 산출하는 단계, 및 상기 거리 정보를 기반으로 상기 복수의 소형 기지국들 간의 왕복 지연 시간을 추정하는 단계를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 위치 정보를 수신하는 경우 상기 위치 정보가 포함된 레인징 메시지를 수신할 수 있다.
여기서, 상기 왕복 지연 시간을 추정하는 단계는, 셀 내의 각 섹터에 섹터 빔을 전송하는 단계, 상기 복수의 소형 기지국들로부터 상기 섹터 빔의 수신 상태를 기반으로 결정된 빔 인덱스 정보를 수신하는 단계, 및 상기 빔 인덱스 정보를 기반으로 상기 복수의 소형 기지국들 간의 왕복 지연 시간을 추정하는 단계를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 빔 인덱스 정보는 미리 설정된 신호 대 잡음비를 만족하는 섹터 빔에 대한 인덱스 정보일 수 있다.
여기서, 상기 시간 정보는 상기 복수의 기지국들 간의 시간 동기화를 위한 타이밍 어드밴스 값을 포함할 수 있다.
여기서, 상기 중앙 기지국은 소형 기지국보다 큰 셀 반경을 가질 수 있다.
상기 다른 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 중앙 기지국은, 복수의 소형 기지국들 간의 왕복 지연 시간을 추정하고, 상기 왕복 지연 시간을 기반으로 상기 복수의 소형 기지국들 간의 시간 동기화를 위한 시간 정보를 생성하고, 상기 시간 정보를 상기 복수의 소형 기지국들에 전송하는 처리부, 및 상기 처리부에서 처리되는 정보 및 처리된 정보를 저장하는 저장부를 포함한다.
여기서, 상기 처리부는, 상기 왕복 지연 시간을 추정하는 경우, 각각의 소형 기지국으로부터 위치 정보를 수신하고, 상기 위치 정보를 기반으로 상기 복수의 소형 기지국들 간의 거리 정보를 산출하고, 상기 거리 정보를 기반으로 상기 복수의 소형 기지국들 간의 왕복 지연 시간을 추정할 수 있다.
여기서, 상기 처리부는, 상기 위치 정보를 수신하는 경우 상기 위치 정보가 포함된 레인징 메시지를 수신할 수 있다.
여기서, 상기 처리부는, 상기 왕복 지연 시간을 추정하는 경우, 셀 내의 각 섹터에 섹터 빔을 전송하고, 상기 복수의 소형 기지국들로부터 상기 섹터 빔의 수신 상태를 기반으로 결정된 빔 인덱스 정보를 수신하고, 상기 빔 인덱스 정보를 기반으로 상기 복수의 소형 기지국들 간의 왕복 지연 시간을 추정할 수 있다.
여기서, 상기 빔 인덱스 정보는 미리 설정된 신호 대 잡음비를 만족하는 섹터 빔에 대한 인덱스 정보일 수 있다.
여기서, 상기 시간 정보는 상기 복수의 기지국들 간의 시간 동기화를 위한 타이밍 어드밴스 값을 포함할 수 있다.
여기서, 상기 중앙 기지국은 소형 기지국보다 큰 셀 반경을 가질 수 있다.
본 발명에 의하면, 기지국들 간의 시간을 동기화할 수 있으며, 이에 따라 기지국들 간의 통신에 있어서 수신 신호의 검출 성능을 향상시킬 수 있다.
도 1은 복수의 기지국이 존재하는 셀의 구성을 도시한 개념도이다.
도 2는 소형 기지국들 간의 심볼 송수신 타이밍을 도시한 개념도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 기지국들 간의 시간 동기화 방법을 도시한 흐름도이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 기지국들 간의 시간 동기화 방법을 도시한 흐름도이다.
도 5는 섹터 빔을 사용하여 왕복 지연 시간을 추정하는 과정을 도시한 개념도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 중앙 기지국의 구성을 도시한 블록도이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세하게 설명하고자 한다.
그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가진 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다. 본 발명을 설명함에 있어 전체적인 이해를 용이하게 하기 위하여 도면상의 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 사용하고 동일한 구성요소에 대해서 중복된 설명은 생략한다.
명세서 전체에서 망(network)은, 예를 들어, WiFi(Wireless Fidelity)와 같은 무선인터넷, WiBro(Wireless Broadband Internet) 또는 WiMax(World Interoperability for Microwave Access)와 같은 휴대인터넷, GSM(Global System for Mobile communication) 또는 CDMA(Code Division Multiple Access)와 같은 2G 이동통신망, WCDMA(Wideband Code Division Multiple Access) 또는 CDMA2000과 같은 3G 이동통신망, HSDPA(High Speed Downlink Packet Access) 또는 HSUPA(High Speed Uplink Packet Access)와 같은 3.5G 이동통신망, LTE(Long Term Evolution)망 또는 LTE-Advanced망과 같은 4G 이동통신망, 및 5G 이동통신망 등을 포함할 수 있다.
명세서 전체에서 단말(Terminal)은 이동국(Mobile Station), 이동 단말(Mobile Terminal), 가입자국(Subscriber Station), 휴대 가입자국(Portable Subscriber Station), 사용자 장치(User Equipment), 접근 단말(Access Terminal) 등을 지칭할 수도 있고, 단말, 이동국, 이동 단말, 가입자국, 휴대 가입자 국, 사용자 장치, 접근 단말 등의 전부 또는 일부의 기능을 포함할 수도 있다.
여기서, 단말로 통신이 가능한 데스크탑 컴퓨터(Desktop Computer), 랩탑 컴퓨터(Laptop Computer), 태블릿(Tablet) PC, 무선전화기(Wireless Phone), 모바일폰(Mobile Phone), 스마트폰(Smart Phone), e-book 리더기, PMP(Portable Multimedia Player), 휴대용 게임기, 네비게이션(Navigation) 장치, 디지털 카메라(Digital Camera), DMB (Digital Multimedia Broadcasting) 재생기, 디지털 음성 녹음기(Digital Audio Recorder), 디지털 음성 재생기(Digital Audio Player), 디지털 영상 녹화기(Digital Picture Recorder), 디지털 영상 재생기(Digital Picture Player), 디지털 동영상 녹화기(Digital Video Recorder), 디지털 동영상 재생기(Digital Video Player) 등을 사용할 수 있다.
명세서 전체에서 기지국(Base Station)은 접근점(Access Point), 무선 접근국(Radio Access Station), 노드B(Node B), 고도화 노드B(evolved NodeB), 송수신 기지국(Base Transceiver Station), MMR(Mobile Multihop Relay)-BS 등을 지칭할 수도 있고, 기지국, 접근점, 무선 접근국, 노드B, eNodeB, 송수신 기지국, MMR-BS 등의 전부 또는 일부의 기능을 포함할 수도 있다.
도 1은 복수의 기지국이 존재하는 셀의 구성을 도시한 개념도이고, 도 2는 소형 기지국들 간의 심볼 송수신 타이밍을 도시한 개념도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 중앙 기지국(10)의 셀 범위 내에 복수의 소형(또는 개인) 기지국들(20, 21, 22)이 존재할 수 있다. 중앙 기지국(10)은 매크로(macro) 기지국의 의미할 수 있으며, 중앙 기지국(10)의 셀 범위는 각각의 소형 기지국(20, 21, 22)의 셀 범위보다 크다.
각각의 소형 기지국(20, 21, 22)은 펨토(femto) 기지국, 피코(pico) 기지국 등을 의미할 수 있다. 즉, 소형 기지국(20, 21, 22)은 중앙 기지국(10)보다 작은 셀 반경을 가지는 기지국을 의미할 수 있다.
여기서, RTDAe는 중앙 기지국(10)과 제1 소형 기지국(20) 간의 왕복 지연 시간(round trip delay, RTD)을 나타내고, RTDBe는 중앙 기지국(10)과 제2 소형 기지국(21) 간의 왕복 지연 시간을 나타내고, RTDCe는 중앙 기지국(10)과 제3 소형 기지국(22) 간의 왕복 지연 시간을 나타낸다. 또한, RTDAB는 제1 소형 기지국(20)과 제2 소형 기지국(21) 간의 왕복 지연 시간을 나타내고, RTDBC은 제2 소형 기지국(21)과 제3 소형 기지국(22) 간의 왕복 지연 시간을 나타낸다.
프레임(frame) 시작 시간을 Tf라고 할 경우, 중앙 기지국(10)과 각각의 소형 기지국(20, 21, 22) 간의 동기 설정을 위해 타이밍 어드밴스 값(timing advance value)은 아래와 같이 설정될 수 있다.
- 제1 소형 기지국(20): Tf - RTDAe/2
- 제2 소형 기지국(21): Tf - RTDBe/2
- 제3 소형 기지국(22): Tf - RTDCe/2
아래에서는 제1 소형 기지국(20) 및 제3 소형 기지국(22)이 상기에서 설정된 시간에 심볼을 전송하고, 제2 소형 기지국(21)이 이를 수신할 경우 소형 기지국들(20, 21, 22) 간의 심볼 송수신 타이밍에 대해 설명한다.
제2 소형 기지국(21)은 중앙 기지국(10)과의 수신 설정에 의해 T4를 FFT(fast fourier transform) 시작점으로 설정할 수 있다. 이를 기초로 하면, 각각의 시간 T1, T2, T3, T4는 아래와 같이 나타낼 수 있다.
- T1 = Tf + RTDBe/2
- T2 = Tf + (RTDAB/2 - RTDAe/2) + CPL
- T3 = Tf + (RTDBC/2 - RTDCe/2)
- T4 = T1 + CPL
제2 소형 기지국(21)은 제1 소형 기지국(20)으로부터 전송된 신호를 수신한 경우 심볼 간 간섭(inter symbol interference, ISI)과 캐리어 간 간섭(inter carrier interference, ICI) 없이 신호를 복구하기 위해 FFT 시작점을 T1과 T2 사이의 임의의 시간으로 변경해야 한다.
또한, 제2 소형 기지국(21)은 제3 소형 기지국(22)으로부터 전송된 신호를 수신한 경우 심볼 간 간섭(ISI)과 캐리어 간 간섭(ICI) 없이 신호를 복구하기 위해 FFT 시작점을 T3과 T4 사이의 임의의 시간으로 변경해야 한다. 이 경우에 제2 소형 기지국(21)의 FFT 시작점이 T4이므로 FFT 시작점을 변경하지 않아도 된다. 다만, 채널 추정의 정확도를 높이기 위해서 T3과 T4 간의 시간 차이를 알 필요가 있다.
결과적으로, 제2 소형 기지국(21)에서 수신 신호의 검출 정확도를 향상시키기 위해서 아래 두 가지 방법을 적용할 수 있다.
- 제1 방법: 제1 소형 기지국(20)과 제3 소형 기지국(22)으로부터 전송된 신호가 제2 소형 기지국(21)의 T1에 도착하도록 제1 소형 기지국(20)과 제3 소형 기지국(22)이 새로운 타이밍 어드밴스 값을 적용하는 방법.
- 제2 방법: 제1 소형 기지국(20)과 제3 소형 기지국(22)은 기존의 타이밍 어드밴스 값(즉, 중앙 기지국(10) 간의 타이밍 어드밴스 값)을 사용하고, 제2 소형 기지국(21)이 각각의 소형 기지국(20, 22)으로부터 전송되는 신호의 수신 시간을 알고 있음으로써 정확한 타이밍에 신호를 수신하는 방법.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 기지국들 간의 시간 동기화 방법을 도시한 흐름도이다. 아래에서는 시간 동기화 방법이 도 1 및 도 2에 도시된 중앙 기지국(10)과 복수의 소형 기지국들(20, 21, 22)에 의해 수행되는 것으로 가정하고 설명하도록 한다.
도 3을 참조하면, 중앙 기지국(10)은 복수의 소형(또는 개인) 기지국들(20, 21, 22) 간의 왕복 지연 시간을 추정할 수 있다(S100). 중앙 기지국(10)은 매크로 기지국을 의미할 수 있으며, 각각의 소형 기지국(20, 21, 22)보다 큰 셀 범위를 가진다. 각각의 소형 기지국(20, 21, 22)은 펨토 기지국, 피코 기지국 등을 의미할 수 있으며, 중앙 기지국(10)의 셀 범위 내에 위치할 수 있다. 즉, 중앙 기지국(10)은 복수의 소형 기지국들(20, 21, 22)과 신호를 송수신할 수 있다.
중앙 기지국(10)은 각각의 소형 기지국(20, 21, 22)으로부터 위치 정보를 수신할 수 있다(S110). 위치 정보는 각각의 소형 기지국(20, 21, 22)에 위치한 GPS(global positioning system) 장치로부터 획득한 좌표값을 의미할 수 있다. 즉, 각각의 소형 기지국(20, 21, 22)은 GPS 장치를 사용하여 자신의 좌표값을 획득할 수 있고, 획득한 좌표값을 중앙 기지국(10)에 전송할 수 있다. 이때, 각각의 소형 기지국(20, 21, 22)은 위치 정보(즉, 좌표값)를 포함한 레인징 메시지(ranging message)를 생성하고, 생성된 레인징 메시지를 중앙 기지국(10)에 전송할 수 있다.
중앙 기지국(10)은 위치 정보를 기반으로 복수의 소형 기지국들(20, 21, 22) 간의 거리 정보를 산출할 수 있고(S120), 거리 정보를 기반으로 복수의 소형 기지국들(20, 21, 22) 간의 왕복 지연 시간을 추정할 수 있다(S130).
중앙 기지국(10)은 추정한 왕복 지연 시간을 기반으로 복수의 소형 기지국들(20, 21, 22) 간의 시간 동기화를 위한 시간 정보를 생성할 수 있고(S300), 생성된 시간 정보를 복수의 소형 기지국들(20, 21, 22)에 전송할 수 있다(S400).
예를 들어, 임의의 제N 소형 기지국이 제2 소형 기지국(21)에 프레임을 전송하고자 하는 경우, 중앙 기지국(10)은 새로운 타이밍 어드밴스 값인 'RTDNe/2(제N 소형 기지국과 중앙 기지국(10) 간의 왕복 지연 시간/2) - RTDNB/2(제N 소형 기지국과 제2 소형 기지국(21) 간의 왕복 지연 시간/2)'을 포함한 시간 정보를 생성할 수 있고, 생성된 시간 정보를 제N 소형 기지국에 전송할 수 있다. 시간 정보를 수신한 제N 소형 기지국은 'Tf(프레임 시작 시간) + (RTDNe/2 - RTDNB/2)'에 프레임을 제2 소형 기지국(21)에 전송할 수 있다.
다른 예로, 임의의 제N 소형 기지국이 제2 소형 기지국(21)에 프레임을 전송하고자 하는 경우, 중앙 기지국(10)은 수신 시간의 차이인 'RTDNe/2 - RTDNB/2'을 제2 소형 기지국(21)에 전송할 수 있다. 시간 정보를 수신한 제2 소형 기지국(21)은 아래 수학식 1과 같이 FFT의 시작 시점과 채널 추정에 반영할 값(CHB)을 결정할 수 있다.
Figure pat00001
여기서, T4는 도 2에 도시된 T4를 의미하고, RTDNe는 제N 소형 기지국과 중앙 기지국(10) 간의 왕복 지연 시간을 의미하고, RTDNB는 제N 소형 기지국과 제2 소형 기지국(21) 간의 왕복 지연 시간을 의미한다.
제2 소형 기지국(21)은 수학식 1을 통해 산출한 FFT의 시작 시점과 채널 추정에 반영할 값을 기초로 하여 임의의 제N 소형 기지국으로부터 전송되는 프레임을 수신할 수 있다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 기지국들 간의 시간 동기화 방법을 도시한 흐름도이다. 아래에서는 시간 동기화 방법이 도 1 및 도 2에 도시된 중앙 기지국(10)과 복수의 소형 기지국들(20, 21, 22)에 의해 수행되는 것으로 가정하고 설명하도록 한다.
도 4를 참조하면, 중앙 기지국(10)은 복수의 소형(또는 개인) 기지국들(20, 21, 22) 간의 왕복 지연 시간을 추정할 수 있다(S200). 중앙 기지국(10)은 매크로 기지국을 의미할 수 있으며, 각각의 소형 기지국(20, 21, 22)보다 큰 셀 범위를 가진다. 각각의 소형 기지국(20, 21, 22)은 펨토 기지국, 피코 기지국 등을 의미할 수 있으며, 중앙 기지국(10)의 셀 범위 내에 위치할 수 있다. 즉, 중앙 기지국(10)은 복수의 소형 기지국들(20, 21, 22)과 신호를 송수신할 수 있다.
왕복 지연 시간을 추정하는 경우, 중앙 기지국(10)은 셀 내의 각 섹터(sector)에 섹터 빔(beam)을 전송할 수 있고(S210), 복수의 소형 기지국들(20, 21, 22)로부터 섹터 빔의 수신 상태를 기반으로 결정된 빔 인덱스(index) 정보를 수신할 수 있고, 빔 인덱스 정보를 기반으로 복수의 소형 기지국들(20, 21, 22) 간의 왕복 지연 시간을 추정할 수 있다.
중앙 기지국(10)이 왕복 지연 시간을 추정하는 구체적인 방법에 대하여 아래에서 도 5를 참조하여 상세하게 설명한다.
도 5는 섹터 빔을 사용하여 왕복 지연 시간을 추정하는 과정을 도시한 개념도이다. 여기서, 도 5에 도시된 기지국들 간의 배치는 도 1에 도시된 기지국들 간의 배치와 동일하다.
도 5를 참조하면, 중앙 기지국(10)은 프리앰블(preamble) 신호에 빔포밍(beamforming) 방식을 적용하여 섹터 빔(30, 31, 32, 33, 34, 35, 36)을 전송할 수 있다. 각각의 섹터 빔들(30, 31, 32, 33, 34, 35, 36)은 자신의 빔 인덱스(index) 정보를 포함할 수 있다. 각각의 소형 기지국(20, 21, 22)은 복수의 섹터 빔(30, 31, 32, 33, 34, 35, 36)을 수신할 수 있고, 수신한 섹터 빔들(30, 31, 32, 33, 34, 35, 36) 중에서 미리 설정된 신호 대 잡음비(signal to noise ratio, SNR) 보다 큰 하나의 섹터 빔(예를 들어, 신호 대 잡음비가 가장 큰 섹터 빔)을 결정할 수 있고, 결정된 섹터 빔에 대한 인덱스 정보를 중앙 기지국(10)에 전송할 수 있다.
예를 들어, 제1 소형 기지국(20)은 수신한 섹터 빔들 중에서 제3 섹터 빔(32)을 미리 설정된 신호 대 잡음비를 만족하는 섹터 빔으로 결정할 수 있고, 제3 섹터 빔(32)에 대한 빔 인덱스 정보를 중앙 기지국(10)에 전송할 수 있다. 제2 소형 기지국(21)은 수신한 섹터 빔들 중에서 제4 섹터 빔(33)을 미리 설정된 신호 대 잡음비를 만족하는 섹터 빔으로 결정할 수 있고, 제4 섹터 빔(33)에 대한 빔 인덱스 정보를 중앙 기지국(10)에 전송할 수 있다. 제3 소형 기지국(22)은 수신한 섹터 빔들 중에서 제7 섹터 빔(36)을 미리 설정된 신호 대 잡음비를 만족하는 섹터 빔으로 결정할 수 있고, 제7 섹터 빔(36)에 대한 빔 인덱스 정보를 중앙 기지국(10)에 전송할 수 있다.
중앙 기지국(10)은 복수의 소형 기지국들(20, 21, 22)로부터 수신한 빔 인덱스 정보를 기반으로 복수의 소형 기지국들(20, 21, 22) 간의 왕복 지연 시간을 추정할 수 있다.
예를 들어, 제2 소형 기지국(21)과 제3 소형 기지국(22) 간의 왕복 지연 시간(RTDBC)을 추정하는 경우, 중앙 기지국(10)은 빔 인덱스 정보를 기반으로 제4 섹터 빔(33)과 제7 섹터 빔(36) 사이의 각도인 θBC를 추정할 수 있고, 이를 기초로 하여 아래 수학식 2를 통해 RTDBC을 추정할 수 있다.
Figure pat00002
여기서, RTDCe는 중앙 기지국(10)과 제3 소형 기지국(22) 간의 왕복 지연 시간을 의미하고, RTDBe는 중앙 기지국(10)과 제2 소형 기지국(21) 간의 왕복 지연 시간을 의미한다.
중앙 기지국(10)은 이와 동일한 방식으로 제1 소형 기지국(20)과 제2 소형 기지국(21) 간의 왕복 지연 시간(RTDAB), 제1 소형 기지국(20)과 제3 소형 기지국(22) 간의 왕복 지연 시간(RTDCA)을 추정할 수 있다.
다시 도 4를 참조하면, 중앙 기지국(10)은 추정한 왕복 지연 시간을 기반으로 복수의 소형 기지국들(20, 21, 22) 간의 시간 동기화를 위한 시간 정보를 생성할 수 있고(S300), 생성된 시간 정보를 복수의 소형 기지국들(20, 21, 22)에 전송할 수 있다(S400).
예를 들어, 임의의 제N 소형 기지국이 제2 소형 기지국(21)에 프레임을 전송하고자 하는 경우, 중앙 기지국(10)은 새로운 타이밍 어드밴스 값인 'RTDNe/2(제N 소형 기지국과 중앙 기지국(10) 간의 왕복 지연 시간/2) - RTDNB/2(제N 소형 기지국과 제2 소형 기지국(21) 간의 왕복 지연 시간/2)'을 포함한 시간 정보를 생성할 수 있고, 생성된 시간 정보를 제N 소형 기지국에 전송할 수 있다. 시간 정보를 수신한 제N 소형 기지국은 'Tf(프레임 시작 시간) + (RTDNe/2 - RTDNB/2)'에 프레임을 제2 소형 기지국(21)에 전송할 수 있다.
다른 예로, 임의의 제N 소형 기지국이 제2 소형 기지국(21)에 프레임을 전송하고자 하는 경우, 중앙 기지국(10)은 수신 시간의 차이인 'RTDNe/2 - RTDNB/2'을 제2 소형 기지국(21)에 전송할 수 있다. 시간 정보를 수신한 제2 소형 기지국(21)은 상기 수학식 1과 같이 FFT의 시작 시점과 채널 추정에 반영할 값(CHB)을 결정할 수 있다.
제2 소형 기지국(21)은 상기 수학식 1을 통해 산출한 FFT의 시작 시점과 채널 추정에 반영할 값을 기초로 하여 임의의 제N 소형 기지국으로부터 전송되는 프레임을 수신할 수 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 중앙 기지국의 구성을 도시한 블록도이다.
도 6을 참조하면, 중앙 기지국(10)은 처리부(11) 및 저장부(12)를 포함할 수 있다. 처리부(11)는 복수의 소형(또는 개인) 기지국들 간의 왕복 지연 시간을 추정할 수 있고, 왕복 지연 시간을 기반으로 복수의 소형 기지국들 간의 시간 동기화를 위한 시간 정보를 생성할 수 있고, 시간 정보를 복수의 소형 기지국들에 전송할 수 있다.
여기서, 중앙 기지국(10)은 매크로 기지국을 의미하고, 소형 기지국은 중앙 기지국(10)의 셀 범위 내에 위치한다. 소형 기지국은 펨토 기지국, 피코 기지국 등을 의미한다. 즉, 중앙 기지국(10)의 셀 범위는 소형 기지국의 셀 범위보다 크다.
처리부(11)는 복수의 소형 기지국들 간의 왕복 지연 시간을 추정하는 경우 두 가지 방법을 사용할 수 있다. 첫 번째 방법은, 도 3에 도시된 단계 S100과 같이 처리부(11)는 각각의 소형 기지국으로부터 위치 정보(즉, 위치 정보가 포함된 레인징 메시지)를 수신할 수 있고, 위치 정보를 기반으로 복수의 소형 기지국들 간의 거리 정보를 산출할 수 있고, 거리 정보를 기반으로 복수의 소형 기지국들 간의 왕복 지연 시간을 추정할 수 있다. 즉, 왕복 지연 시간을 추정하는 구체적인 방법은 도 3을 참조하여 설명한 단계 S100과 동일할 수 있다.
두 번째 방법은, 도 4에 도시된 단계 S200과 같이 처리부(11)는 셀 내의 각 섹터에 섹터 빔을 전송할 수 있고, 복수의 소형 기지국들로부터 섹터 빔의 수신 상태를 기반으로 결정된 빔 인덱스 정보(즉, 미리 설정된 SNR을 만족하는 섹터 빔에 대한 인덱스 정보)를 수신할 수 있고, 빔 인덱스 정보를 기반으로 복수의 소형 기지국들 간의 왕복 지연 시간을 추정할 수 있다. 즉, 왕복 지연 시간을 추정하는 구체적인 방법은 도 4를 참조하여 설명한 단계 S200과 도 5를 참조하여 설명한 과정과 동일할 수 있다.
한편, 처리부(11)는 시간 정보로 복수의 소형 기지국들 간의 시간 동기화를 위한 타임 어드밴스 값을 생성할 수 있다. 처리부(11)는 생성한 시간 정보를 프레임을 전송할 소형 기지국 또는 프레임을 수신할 소형 기지국에 전송할 수 있다. 예를 들어, 프레임을 전송할 소형 기지국은 시간 정보를 수신한 경우 시간 정보를 기초로 설정된 송신 시간에 프레임을 전송할 수 있다. 반면, 프레임을 수신할 소형 기지국은 시간 정보를 수신한 경우 시간 정보를 기초로 설정된 수신 시간에 프레임을 수신할 수 있다.
여기서, 처리부(11)는 프로세서(processor) 및 메모리(memory)를 포함할 수 있다. 프로세서는 범용의 프로세서(예를 들어, CPU(central processing unit) 등) 또는 시간 동기화 방법의 수행을 위한 전용의 프로세서를 의미할 수 있다. 메모리에는 시간 동기화 방법의 수행을 위한 프로그램 코드(program code)가 저장될 수 있다. 즉, 프로세서는 메모리에 저장된 프로그램 코드를 독출할 수 있고, 독출된 프로그램 코드를 기반으로 시간 동기화 방법의 각 단계를 수행할 수 있다.
저장부(12)는 처리부(11)에서 처리되는 정보 및 처리된 정보를 저장할 수 있다. 예를 들어, 저장부(12)는 왕복 지연 시간, 시간 정보(즉, 타이밍 어드밴스 값), 빔 인덱스 정보 등을 저장할 수 있다.
이상 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
10: 중앙 기지국
20: 제1 소형 기지국
21: 제2 소형 기지국
22: 제3 소형 기지국

Claims (14)

  1. 복수의 소형 기지국들을 제어하는 중앙 기지국에서 수행되는 시간 동기화 방법으로서,
    상기 복수의 소형 기지국들 간의 왕복 지연 시간을 추정하는 단계;
    상기 왕복 지연 시간을 기반으로 상기 복수의 소형 기지국들 간의 시간 동기화를 위한 시간 정보를 생성하는 단계; 및
    상기 시간 정보를 상기 복수의 소형 기지국들에 전송하는 단계를 포함하는 시간 동기화 방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 왕복 지연 시간을 추정하는 단계는,
    각각의 소형 기지국으로부터 위치 정보를 수신하는 단계;
    상기 위치 정보를 기반으로 상기 복수의 소형 기지국들 간의 거리 정보를 산출하는 단계; 및
    상기 거리 정보를 기반으로 상기 복수의 소형 기지국들 간의 왕복 지연 시간을 추정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 시간 동기화 방법.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 위치 정보를 수신하는 경우 상기 위치 정보가 포함된 레인징 메시지(ranging message)를 수신하는 것을 특징으로 하는 시간 동기화 방법.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 왕복 지연 시간을 추정하는 단계는,
    셀(cell) 내의 각 섹터(sector)에 섹터 빔(beam)을 전송하는 단계;
    상기 복수의 소형 기지국들로부터 상기 섹터 빔의 수신 상태를 기반으로 결정된 빔 인덱스(index) 정보를 수신하는 단계; 및
    상기 빔 인덱스 정보를 기반으로 상기 복수의 소형 기지국들 간의 왕복 지연 시간을 추정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 시간 동기화 방법.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 빔 인덱스 정보는 미리 설정된 신호 대 잡음비(signal to noise ratio, SNR)를 만족하는 섹터 빔에 대한 인덱스 정보인 것을 특징으로 하는 시간 동기화 방법.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 시간 정보는 상기 복수의 기지국들 간의 시간 동기화를 위한 타이밍 어드밴스 값(timing advance value)을 포함하는 것을 특징으로 하는 시간 동기화 방법.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 중앙 기지국은 소형 기지국보다 큰 셀(cell) 반경을 가지는 것을 특징으로 하는 시간 동기화 방법.
  8. 복수의 소형 기지국들을 제어하는 중앙 기지국으로서,
    상기 복수의 소형 기지국들 간의 왕복 지연 시간을 추정하고, 상기 왕복 지연 시간을 기반으로 상기 복수의 소형 기지국들 간의 시간 동기화를 위한 시간 정보를 생성하고, 상기 시간 정보를 상기 복수의 소형 기지국들에 전송하는 처리부; 및
    상기 처리부에서 처리되는 정보 및 처리된 정보를 저장하는 저장부를 포함하는 중앙 기지국.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 처리부는,
    상기 왕복 지연 시간을 추정하는 경우, 각각의 소형 기지국으로부터 위치 정보를 수신하고, 상기 위치 정보를 기반으로 상기 복수의 소형 기지국들 간의 거리 정보를 산출하고, 상기 거리 정보를 기반으로 상기 복수의 소형 기지국들 간의 왕복 지연 시간을 추정하는 것을 특징으로 하는 중앙 기지국.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 처리부는,
    상기 위치 정보를 수신하는 경우 상기 위치 정보가 포함된 레인징 메시지(ranging message)를 수신하는 것을 특징으로 하는 중앙 기지국.
  11. 청구항 8에 있어서,
    상기 처리부는,
    상기 왕복 지연 시간을 추정하는 경우, 셀(cell) 내의 각 섹터(sector)에 섹터 빔(beam)을 전송하고, 상기 복수의 소형 기지국들로부터 상기 섹터 빔의 수신 상태를 기반으로 결정된 빔 인덱스(index) 정보를 수신하고, 상기 빔 인덱스 정보를 기반으로 상기 복수의 소형 기지국들 간의 왕복 지연 시간을 추정하는 것을 특징으로 하는 중앙 기지국.
  12. 청구항 11에 있어서,
    상기 빔 인덱스 정보는 미리 설정된 신호 대 잡음비(signal to noise ratio, SNR)를 만족하는 섹터 빔에 대한 인덱스 정보인 것을 특징으로 하는 중앙 기지국.
  13. 청구항 8에 있어서,
    상기 시간 정보는 상기 복수의 기지국들 간의 시간 동기화를 위한 타이밍 어드밴스 값(timing advance value)을 포함하는 것을 특징으로 하는 중앙 기지국.
  14. 청구항 8에 있어서,
    상기 중앙 기지국은 소형 기지국보다 큰 셀(cell) 반경을 가지는 것을 특징으로 하는 중앙 기지국.
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