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KR102233630B1 - 이동통신 네트워크에서의 빔 스위칭 방법 및 장치 - Google Patents

이동통신 네트워크에서의 빔 스위칭 방법 및 장치 Download PDF

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KR102233630B1
KR102233630B1 KR1020140184921A KR20140184921A KR102233630B1 KR 102233630 B1 KR102233630 B1 KR 102233630B1 KR 1020140184921 A KR1020140184921 A KR 1020140184921A KR 20140184921 A KR20140184921 A KR 20140184921A KR 102233630 B1 KR102233630 B1 KR 102233630B1
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beam switching
terminal
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base station
layer
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성낙운
최용석
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한국전자통신연구원
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Abstract

이동통신 네트워크에서 단말은 서빙빔과 후보빔의 신호 세기를 토대로 타겟빔이 결정된 후 서빙빔과 타겟빔이 동일한 기지국에서 운용되는 경우에 계층 2에서의 빔 스위칭 절차를 수행한다.

Description

이동통신 네트워크에서의 빔 스위칭 방법 및 장치{METHOD AND METHOD FOR BEAM SWITCHING IN MBOBILE COMMUNICATION NETWORK}
본 발명은 이동통신 네트워크에서의 빔 스위칭 방법 및 장치에 관한 것으로, 밀리미터파(millimeter wave, mmW) 주파수 대역을 사용하는 이동통신 네트워크에서의 빔 스위칭 방법 및 장치에 관한 것이다.
일반적으로, 핸드오버를 위해 서빙 기지국은 RRC 연결 재구성 메시지(RRC connection reconfiguration message)를 단말로 전송하여 단말에 대한 측정 제어(measurement control)를 지시한다. 이때 RRC 연결 재구성 메시지는 단말이 수행할 측정을 설정하는 측정 구성(measurement configuration) 정보를 포함한다.
단말은 측정 구성 정보를 기반으로 RSRP(Reference Signal Received Power) 또는 RSRQ(Reference Signal Received Quality)를 측정하여, 이웃 셀(Neighbor Cell)의 RSRP 혹은 RSRQ가 임계 값 이상일 경우 측정된 RSRP 또는 RSRQ 값을 서빙 기지국으로 보고한다. 여기서 RSRP는 특정 주파수 대역폭 내에서 셀-특정 기준 신호(cell-specific reference signal)의 평균 수신 전력을 나타내고, RSRQ는 수신된 기준 신호 품질(reference signal quality)를 나타낸다. RSRP 및 RSRQ는 RRC 연결(connected) 상태에서 핸드오버 절차에 사용되는 반면, RSRP는 RRC 유휴(idle) 상태에서 셀 선택(cell selection) 또는 셀 재선택(cell recelection) 절차에 사용된다.
서빙 기지국은 단말로부터의 측정 보고를 기반으로 핸드오버의 수행 여부를 결정한다. 핸드오버를 수행하기로 결정한 경우, 서빙 기지국은 타겟 기지국으로 핸드오버 요청 메시지를 전송한다. 다음, 타겟 기지국은 핸드오버 요청 메시지에 기반해서 핸드오버를 승인할 것인지에 대한 허용 제어(admission control)를 수행한다. 따라서 서빙 기지국의 핸드오버 요청이 있더라도 타겟 기지국의 승인이 있어야 핸드오버가 수행된다. 핸드오버 승인을 위해 타겟 기지국은 핸드오버 요청 허락 메시지를 서빙 기지국으로 전송한다. 핸드오버 요청 허락 메시지는 핸드오버를 승인한 경우 핸드오버 승인 정보, 반면에 핸드오버를 거절한 경우에는 핸드오버 거절 정보를 포함한다. 타겟 기지국으로부터 핸드오버가 승인된 경우, 서빙 기지국은 핸드오버 명령 메시지를 단말로 전송하여 핸드오버를 명령한다. 핸드오버 결정부터 핸드오버 명령을 단말에게 보내는 시점까지를 핸드오버 준비 단계(handover preparation phase)라 한다.
단말은 핸드오버 명령 메시지를 수신한 이후부터 실제 핸드오버 과정을 진행한다. 이때부터 핸드오버 실행 단계(handover execution phase)이다.
다음, 단말은 서빙 기지국으로부터 타겟 기지국으로 핸드오버를 수행하는 절차를 개시한다. 단말은 타겟 기지국에서 랜덤 접속 절차 동작 이후에 핸드오버 과정을 진행하여 핸드오버 확정 메시지를 타겟 기지국에 전송하게 된다.
이와 같은 핸드오버에서는 동일 기지국내 잦은 빔간 이동 시에도 기지국간 계층 3에 해당하는 RRC 계층에서의 핸드오버 절차를 준용해야 하므로, 핸드오버 지연 시간이 증가하는 문제점이 있다. 또한 항상 기지국에 의해 핸드오버가 시작되므로, 빠른 빔간 스위칭이 어렵고 항상 랜덤접속채널(Physical Random Access Channel, PRACH)을 이용하여 랜덤 접속 절차(random access procedure)를 수행해야 하는 문제점이 있다.
본 발명이 해결하려는 과제는 이동통신 네트워크에서 빠른 빔 스위칭을 제공할 수 있는 이동통신 네트워크에서의 빔 스위칭 방법 및 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 한 실시 예에 따르면, 복수의 빔을 운용하는 이동통신 네트워크에서 단말의 빔 스위칭 방법이 제공된다. 단말의 빔 스위칭 방법은 서빙빔과 후보빔의 신호 세기를 측정하는 단계, 상기 서빙빔과 상기 후보빔의 신호 세기를 토대로 타겟빔으로의 빔 스위칭을 결정하는 단계, 그리고 상기 타겟빔과 상기 서빙빔이 동일한 기지국에서 운용되는 경우에, 상기 단말과 상기 기지국의 MAC 계층간 메시지 교환을 통해 상기 타겟빔으로 빔 접속을 변경하는 단계를 포함한다.
상기 변경하는 단계는 상기 단말의 MAC 계층에서 상기 타겟빔에 할당된 전용 상향링크 경쟁기반채널의 설정 정보를 상기 타겟빔으로부터 획득하는 단계, 상기 전용 상향링크 경쟁기반채널을 이용하여 상기 타겟 빔의 MAC 계층으로 빔 스위칭 요청 메시지를 전송하는 단계, 그리고 상기 타겟 빔의 MAC 계층으로부터 빔 스위칭 허락 메시지를 수신하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 설정 정보는 상기 전용 상향링크 경쟁기반채널에 대한 무선자원의 위치 및 복수의 CB-RNTI(Contention based-Radio Network Temporary Identifier)에 각각 대응하는 하향링크 제어 정보를 포함하고, 상기 하향링크 제어 정보는 상기 전용 상향링크 경쟁기반채널 내 무선자원 정보를 포함할 수 있다.
상기 빔 스위칭 요청 메시지를 전송하는 단계는 상기 복수의 CB-RNTI 중에서 임의로 하나의 CB-RNTI를 선택하는 단계, 그리고 상기 선택한 CB-RNTI에 대응하는 DCI가 나타내는 무선 자원을 통해서 상기 빔 스위칭 요청 메시지를 전송하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 빔 스위칭 요청 메시지는 상기 선택한 CB-RNTI 및 상기 단말의 C-RNTI를 포함할 수 있다.
상기 변경하는 단계는 설정된 시간 내에 상기 빔 스위칭 허락 메시지를 수신하지 못한 경우, 상기 빔 스위칭 요청 메시지를 재전송하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 변경하는 단계는 상기 타겟빔의 MAC 계층으로부터 상기 빔 스위칭 허락 메시지의 수신에 실패한 경우, 랜덤 접속 절차를 수행하여 상향링크 자원 할당 정보를 수신하는 단계, 상기 상향링크 자원 할당 정보를 이용하여 빔 스위칭 요청 메시지를 타겟 빔의 MAC 계층으로 전송하는 단계, 그리고 상기 타겟 빔의 계층 2으로부터 빔 스위칭 허락 메시지를 수신하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 상향링크 자원 할당 정보를 수신하는 단계는 상기 타겟빔의 MAC 계층으로 랜덤 접속 프리앰블을 전송하는 단계, 그리고 상기 타겟빔의 MAC 계층으로부터 상기 랜덤 접속 프리앰블에 대한 랜덤 접속 응답을 수신하는 단계를 포함하며, 상기 랜덤 접속 응답은 상기 상향링크 자원 할당 정보를 포함할 수 있다.
상기 변경하는 단계는 상기 빔 스위칭 허락 메시지를 수신하면, 상기 단말의 MAC 계층에서 상기 단말의 RRC 계층으로 빔 스위칭 지시 메시지를 전달하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 획득하는 단계는 상기 타겟빔으로부터 방송되는 SIB(System Information Block)를 수신하는 단계를 포함하며, 상기 SIB는 상기 전용 상향링크 경쟁기반채널의 설정 정보를 포함할 수 있다.
상기 단말의 빔 스위칭 방법은 상기 타겟빔과 상기 서빙빔이 다른 기지국에서 운용되는 경우에, 상기 단말과 상기 기지국의 RRC 계층간 메시지 교환을 통해서 상기 타겟빔으로 빔 접속을 변경하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 한 실시 예에 따르면, 복수의 빔을 운용하는 이동통신 네트워크에서 단말의 빔 스위칭 장치가 제공된다. 단말의 빔 스위칭 장치는 빔 스위칭 결정부, 그리고 빔 스위칭 제어부를 포함할 수 있다. 상기 빔 스위칭 결정부는 상기 복수의 빔 중 서빙빔과 후보빔의 신호 세기를 토대로 타겟빔으로의 빔 스위칭을 결정한다. 그리고 상기 빔 스위칭 제어부는 상기 타겟빔과 상기 서빙빔이 동일한 기지국에서 운용되는 경우에, 상기 단말과 상기 기지국의 MAC 계층간 메시지 교환을 통해 타겟빔으로 빔 접속을 변경한다.
상기 빔 스위칭 제어부는 상기 타겟빔에 할당된 전용 상향링크 경쟁기반채널을 통해서 상기 타겟빔의 MAC 계층으로 빔 스위칭 요청 메시지를 전송하고, 상기 타겟빔의 MAC 계층으로부터 빔 스위칭 허락 메시지를 수신할 수 있다.
상기 빔 스위칭 제어부는 상기 타겟빔의 MAC 계층으로부터 방송되는 시스템 정보를 통해서 상기 타겟빔에 할당된 상기 전용 상향링크 경쟁기반채널의 설정 정보를 획득할 수 있다.
상기 설정 정보는 상기 전용 상향링크 경쟁기반채널에 대한 무선자원의 위치 및 복수의 CB-RNTI(Contention based-Radio Network Temporary Identifier)에 각각 대응하는 하향링크 제어 정보를 포함하고, 상기 하향링크 제어 정보는 상기 전용 상향링크 경쟁기반채널 내 무선자원 정보를 포함할 수 있다.
상기 빔 스위칭 제어부는 상기 복수의 CB-RNTI 중에서 임의로 하나의 CB-RNTI를 선택하고, 상기 선택한 CB-RNTI에 대응하는 DCI가 나타내는 무선 자원을 통해서 상기 빔 스위칭 요청 메시지를 전송할 수 있다.
상기 빔 스위칭 제어부는 설정된 시간 내에 상기 빔 스위칭 허락 메시지를 수신하지 못한 경우, 상기 빔 스위칭 요청 메시지를 재전송할 수 있다.
상기 빔 스위칭 제어부는 상기 타겟빔의 MAC 계층으로부터 상기 빔 스위칭 허락 메시지의 수신에 실패한 경우, 랜덤 접속 절차를 수행하여 상기 빔 스위칭 요청 메시지를 전송할 상향링크 자원 할당 정보를 수신할 수 있다.
상기 빔 스위칭 제어부는 상기 타겟빔과 상기 서빙빔이 다른 기지국에서 운용되는 경우에, 상기 단말과 상기 기지국의 RRC 계층간 메시지 교환을 통해서 상기 타겟빔으로 빔 접속을 변경할 수 있다.
상기 복수의 빔 각각은 물리 계층과 MAC 계층을 포함할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 의하면, 동일 기지국내에서 운용되는 빔간 접속 변경 시에는 계층 2에서의 빔간 스위칭으로 빠른 빔간 접속 변경을 실현할 수 있다.
또한 동일 기지국내 빔간 스위칭에서는 단말에 의해 빔 스위칭이 결정되므로, 빔간 스위칭 지연 시간을 최소화할 수 있으며, 빔 스위칭 요청 메시지 전송을 위해 전용 상향링크 경쟁기반채널을 이용함으로써 단말과 기지국간 빔 스위칭 지연 시간을 최소화할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 이동통신 네트워크에서의 다중 빔 환경을 나타낸 도면이다.
도 2는 도 1에 도시된 기지국의 빔 스케줄러를 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 경쟁기반 상향링크채널을 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 빔 스위칭 방법을 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 빔 스위칭 방법을 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 단말의 빔 스위칭 장치를 나타낸 도면이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시 예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시 예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
명세서 및 청구범위 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성 요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
명세서 전체에서, 단말(terminal)은 이동 단말(mobile terminal, MT), 이동국(mobile station, MS), 진보된 이동국(advanced mobile station, AMS), 고신뢰성 이동국(high reliability mobile station, HR-MS), 가입자국(subscriber station, SS), 휴대 가입자국(portable subscriber station, PSS), 접근 단말(access terminal, AT), 사용자 장비(user equipment, UE) 등을 지칭할 수도 있고, MT, MS, AMS, HR-MS, SS, PSS, AT, UE 등의 전부 또는 일부의 기능을 포함할 수도 있다.
또한, 기지국(base station, BS)은 진보된 기지국(advanced base station, ABS), 고신뢰성 기지국(high reliability base station, HR-BS), 노드B(node B), 고도화 노드B(evolved node B, eNodeB), 접근점(access point, AP), 무선 접근국(radio access station, RAS), 송수신 기지국(base transceiver station, BTS), MMR(mobile multihop relay)-BS, 기지국 역할을 수행하는 중계기(relay station, RS), 기지국 역할을 수행하는 중계 노드(relay node, RN), 기지국 역할을 수행하는 진보된 중계기(advanced relay station, ARS), 기지국 역할을 수행하는 고신뢰성 중계기(high reliability relay station, HR-RS), 소형 기지국[펨토 기지국(femoto BS), 홈 노드B(home node B, HNB), 홈 eNodeB(HeNB), 피코 기지국(pico BS), 메트로 기지국(metro BS), 마이크로 기지국(micro BS) 등] 등을 지칭할 수도 있고, ABS, 노드B, eNodeB, AP, RAS, BTS, MMR-BS, RS, RN, ARS, HR-RS, 소형 기지국 등의 전부 또는 일부의 기능을 포함할 수도 있다.
이제 본 발명의 실시 예에 따른 이동통신 네트워크에서의 빔 스위칭 방법 및 장치에 대하여 도면을 참고로 하여 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 이동통신 네트워크에서의 다중 빔 환경을 나타낸 도면이다.
도 1을 참고하면, 이동통신 네트워크는 적어도 하나의 기지국(110, 120) 및 기지국(110, 120)의 서비스 영역에서 서비스를 제공 받은 적어도 하나의 단말(210, 220, 230, 240)을 포함한다.
기지국(110, 120)은 셀 내 단말(210, 220, 230, 240)과의 통신을 위해 10GHz 이상의 밀리미터파 주파수 대역을 사용하며, 빔 포밍 기술을 이용하여 다수의 가늘고 정밀한 빔들을 운용한다. 예를 들어, 기지국(110)은 셀 내 다중 빔(B#1~B#n+1)을 운영한다. 기지국(120)은 셀 내 다중 빔(B#k~B#k+i)을 운용한다.
각 빔(B#1~B#n+1, B#k~B#k+i)의 서비스 반경은 수십 m로써 1GHz 대역폭을 사용할 수 있다. 이러한 각 빔(B#1~B#n+1, B#k~B#k+i)은 개별적인 소형 기지국으로 동작할 수 있다. 소형 기지국은 기지국(110)보다 셀 커버리지가 작으며, 예를 들어 셀 커버리지가 수십 m인 기지국을 의미한다.
동일한 기지국(110, 120) 내 다중 빔(B#1~B#n+1, B#k~B#k+i)은 동일한 셀 식별자를 가지며, 서로 다른 고유한 빔 식별자를 가진다. 또한 동일한 기지국(110, 120) 내 각 빔(B#1~B#n+1, B#k~B#k+i)은 셀 내 단말에 동일한 상향링크 동기(uplink synchronization)를 제공하도록 동작한다. 이를 통해서 빔간 초기 접속 시 랜덤 접속 절차를 통한 타이밍 어드밴스(Timing Advance) 값을 획득하기 위한 절차가 필요 없게 된다. 이는 기지국(110, 120)이 전파 특성상 광대역에서 운용되는 반면에 셀 반경이 작기 때문에 가능하다.
기지국(110, 120)은 셀 내 빔(B#1~B#n+1, B#k~B#k+i)마다 독립적인 자원 및 무선 채널을 할당하여 해당 빔 영역의 단말들에게 데이터를 전송할 수 있다. 즉, 각 빔(B#1~B#n+1, B#k~B#k+i)은 독립적으로 하향링크 물리 채널(Downlink Physical Channel) 및 상향링크 물리 채널(Uplink Physical Channel)을 운용할 수 있다.
또한 각 빔(B#1~B#n+1, B#k~B#k+i)은 시스템 정보, 즉 MIB(Master Information Block) 및 SIB(System Information Block) 정보를 브로드캐스팅(Broadcasting)한다. MIB는 단말이 셀에 접속하는 데 필요한 기본적인 파라미터를 포함한다. 단말은 MIB로부터 수신한 파라미터를 사용하여 SIB를 수신할 수 있다. SIB 정보 중에서 SIB 1은 셀 접속에 관련된 정보를 포함하며, 특히 SIB 1을 제외한 다른 SIB들의 스케줄링 정보를 포함할 수 있다.
단말(210, 220, 230, 240)은 전원이 켜지면 기지국(110, 120)이 운용하는 다중 빔(B#1~B#n+1, B#k~B#k+i) 중 하나의 빔에 초기 접속한 후 서비스를 받을 수 있다.
각 빔(B#1~B#n+1, B#k~B#k+i)이 각각의 독립적인 소형 기지국으로써 동작하고 있기 때문에 단말(210, 220, 230, 240)이 각 빔에 접속하는 절차는 기존 기지국에 접속하는 절차와 동일할 수 있다. 그리고 단말(210, 220, 230, 240)은 이동 시 현재 접속된 서빙 빔(Serving Beam)보다 더 좋은 전파 특성을 제공하는 타겟 빔(Target Beam)에 접속하여 서비스를 받을 수 있다. 타겟 빔이 서빙 빔과 동일 기지국내 운용되는 빔인 경우에 서빙 빔에서 타겟 빔으로의 이동을 빔 스위칭이라 한다. 타켓 빔이 서빙 빔과 다른 기지국에서 운용되는 빔인 경우에 서빙 빔에서 타겟 빔으로의 이동을 빔 핸드오버라 한다.
도 1에 도시한 바와 같이, 빔의 개수가 증가할수록 단말(210, 220, 230, 240)의 빔간 이동은 증가하게 된다. 기지국(110, 120)은 단말(210, 220, 230, 240)의 빔간 이동에 의한 서비스 단절을 최소화하기 위해 서빙빔에서 타겟빔으로의 빠른 빔 스위칭을 제어한다.
본 발명의 실시 예에 따르면, 서빙빔에서 타겟빔으로의 빠른 빔 스위칭을 위해 타겟 빔이 서빙 빔과 동일 기지국내 운용되는 빔인 경우, 계층 2(Layer 2)의 빔 스위칭(Beam switching) 절차에 따라 단말(210, 230, 240)의 빔 접속이 변경된다.
반면 타겟 빔이 서빙 빔과 다른 기지국에서 운용되는 빔인 경우, 계층 3(Layer 3)의 핸드오버 절차에 따라 단말(220)의 빔 접속이 변경된다.
도 2는 도 1에 도시된 기지국의 빔 스케줄러를 나타낸 도면이다. 도 2에서는 편의상 기지국(110)의 빔 스케줄러(112)를 도시하였다.
도 2를 참고하면, 기지국(110)의 계층에는 물리(Physical, PHY) 계층과 매체 접근 제어(Media Access Control, MAC) 계층, RLC(Radio Link Control), PDCP(Packet Data Convergence Protocol), RRC(Radio Resource Control) 계층으로 구성된다.
RRC 계층은 기지국(110)과 접속된 각 단말 사이의 RRC 연결을 관리한다. 또한 RRC 계층은 기지국(110)과 접속된 각 단말 사이의 무선 베어러(UE #1, UE #2, …, UE #m)를 관리한다.
PDCP 계층은 보안 기능과 헤더 압축을 수행한다. RLC 계층은 분할과 재조립(Segmentation and Reassembly) 기능과 오류 없는 전송을 위해 자동 반복 요청(Automatic Repeat request, ARQ) 기능을 제공한다.
MAC 계층은 빔 스케줄러(112)를 포함한다. 빔 스케줄러(112)는 빔 스케줄링을 통해서 접속된 단말을 다중 빔(B#1~B#n+1) 중 하나의 빔에 매핑시킨다. 각 빔(B#1~B#n+1)은 물리(Physical, PHY) 계층과 매체 접근 제어(Media Access Control, MAC) 계층의 페어(pair)로 구성된다.
MAC 계층은 다양한 논리 채널(Logical Channel)을 다양한 전송 채널에 매핑시키는 역할을 하며, 또한 여러 논리 채널을 하나의 전송 채널에 매핑시키는 논리 채널 다중화(Multiplexing)의 역할을 수행한다. MAC 계층은 상위 계층인 무선 링크 제어(Radio Link Control, RLC) 계층과는 논리 채널로 연결되어 있다.
또한 MAC 계층은 빔 내 유니캐스트 스케줄링(unicast scheduler)을 통해 각 빔(B#1~B#n+1)에 매핑된 단말에게 무선 자원을 할당하며, 논리채널을 통해 상위 계층인 무선 링크 제어(Radio Link Control, RLC) 계층에게 서비스를 제공한다. MAC 계층은 단말과 논리 채널의 우선 순위를 관리하고, HARQ 기능을 제공한다. 그리고 PHY 계층은 실제 송수신을 수행한다.
이때 동일 기지국내 빔 스위칭의 주체는 단말과 기지국간 계층 2, 즉 MAC 계층간 메시지 교환으로 이루어지며, 서로 다른 기지국간 빔 핸드오버의 주체는 단말과 기지국간 계층 3, 즉 RRC 계층간 메시지 교환으로 이루어진다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 경쟁기반 상향링크채널을 나타낸 도면이다.
도 3을 참고하면, 본 발명의 실시 예에 따른 기지국(110, 120)은 전파 특성상 Ghz 대역 이상의 무선 자원 제공이 가능한 반면 가시선(line-of-sight)이 가능한 소형셀의 커버리지 내에서 소수의 단말에 대하여 서비스를 제공할 수 있는 특성이 있다. 이러한 특성은 무선 자원이 희소하고 넓은 커버리지를 제공하면서 셀 내 비교적 많은 단말이 경쟁하는 기존 3G/4G 매크로 기지국의 환경과 차별된다. 따라서 본 발명의 실시 예에서는 동일 기지국(110, 120)내 빔간 접속 변경 시 이러한 기지국(110, 120)의 전파 특성을 반영하여 빔 스위칭을 위한 전용 경쟁기반 상향링크채널 즉, PUBSCCH(Physical Uplink Beam Switching Control Channel)가 정의된다.
PUBSCCH는 랜덤 접속 절차 없이 빔 내 모든 단말이 상향링크 전송(uplink transmission)을 허용하는 상향링크 자원 블록 구간이다. 기지국(110, 120)은 각각 빔별 PUBSCCH를 할당하고, PUBSCCH는 SIB2 또는 다른 SIB 내에 정의될 수 있다. 따라서 단말(210, 220, 230, 240)은 해당 빔에 접속하여 SIB 정보를 획득한 후 해당 빔의 PUBSCCH를 이용할 수 있다. 이때 각 기지국(110, 120) 내 모든 빔은 제어 채널을 공유하며, 동일한 기지국(110, 120) 내 PUBSCCH는 공용으로 사용될 수 있다. 즉 동일한 기지국(110, 120) 내 모든 빔은 동일한 PUBSCCH를 이용할 수 있다.
본 발명의 실시 예에서 PUBSCCH는 일반 사용자 트래픽 및 시그날링 정보의 전송은 허용되지 않으며, C-RNTI 기반 빔 스위칭 요청 메시지(Beam Switching Request message)와 BSR(Buffer status report)을 전송할 수 있는 고정 크기로 구성될 수 있다. 일반적인 LTE 시스템에서 단말은 상향링크 데이터 전송 시 PUSCH 자원이 없는 경우 SR(Scheduling Request)을 전송한다. 그리고 SR을 수신한 기지국 스케줄러는 PDCCH(Physical Downlink Control Channel)를 통하여 C-RNTI(Cell-Radio Network Temporary Identifier)에 대응하는 DCI(Downlink Control Information)를 이용하여 해당 단말에 상향링크 승인(uplink grant) 즉, 상향링크 자원할당 정보를 제공한다. 이때 일반적으로 DCI는 PUSCH를 이용하여 데이터 전송 시에 이용되는 변조 및 코딩 (Modulation and Coding Scheme, MCS) 정보 및 전송 블록의 크기 정보, 상향링크 자원할당 정보 등을 포함한다. 단말은 자신의 C-RNTI에 해당하는 DCI 수신 시에 해당 DCI를 디코딩하고 이에 따라 할당된 상향링크 무선자원에 변조 및 코딩된 데이터를 전송하게 된다.
이때 PUSCH가 비경쟁 기반 상향링크(Non contention based physical uplink shared channel)인 반면 본 발명의 실시 예에 따른 PUBSCCH는 경쟁기반 상향링크 채널이다. PUSCH에 대한 상향링크 승인은 PDCCH를 통해 임의의 서브프레임에 전달되는 DCI를 이용하여 이루어진다. 반면 본 발명의 실시 예에서 PUBSCCH에 대한 상향링크 승인은 SIB2에 정의된다. 즉, SIB2에는 PUBSCCH 채널 이용 시 필요한 상향링크 무선자원의 위치와 할당 주기, 그리고 앞에서 언급한 DCI를 포함할 수 있다. 도 3에서는 2 서브프레임(subframe) 주기로 PUBSCCH를 설정하는 일례를 나타내고 있으며, 이 설정 주기는 해당 셀이 설치되는 위치 또는 단말 사용자 수에 따라 변경될 수 있다.
SIB2에 포함된 DCI는 C-RNTI 값이 아닌 CB-RNTI(Contention based-Radio Network Temporary Identifier) 값을 이용하여 할당된다. 즉 PUBSCCH 내 무선자원할당정보는 DCI를 이용하여 정의되며, 이때 각각의 DCI는 CB-RNTI과 일대일 대응된다. 따라서 각 CB-RNTI는 PUBSCCH 내에 각 단말이 이용 가능한 복수 개의 상향링크 무선자원을 식별하는 용도로 이용될 수 있다. 또한 CB-RNTI에 따라 우선순위를 부여할 수 있다. 또한 특정 사용자 그룹을 특정 CB-RNTI에 해당하는 무선자원만 이용하도록 할 수 있다.
본 발명의 실시 예에서는 복수 개의 CB-RNTI가 할당될 수 있다. 이는 PUBSCCH를 통하여 복수 개의 단말에 대한 복수 개의 무선자원할당이 가능하도록 한다. 따라서 빔 스위칭 시 각 단말은 SR 요청이나 종래 기술에서처럼 PDCCH를 검색하지 않고 전용 상향링크 제어채널 즉 PUBSCCH를 통하여 빠르게 빔 스위칭 정보를 전달할 수 있다.
단말은 접속한 빔으로부터 방송되는 SIB2를 통해 지시된 다수의 CB-RNTI에서 임의로 하나의 CB-RNTI를 선택하고, CB-RNTI에 대응하는 DCI가 나타내는 무선 자원을 통해서 빔 스위칭 요청 메시지를 전송한다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 빔 스위칭 방법을 나타낸 도면이다.
도 4를 참고하면, 전원이 켜지면 단말(210)은 기지국(110) 내 특정 빔에 접속하여 서비스를 받을 수 있다. 이때 접속된 빔을 서빙 빔이라 한다. 즉 단말(210)은 기지국(110)으로부터 서빙 빔의 PHY 계층을 통해서 데이터를 수신한다(S402).
단말(210)의 PHY 계층은 다중 빔 탐색을 수행하여 수신된 빔 리스트와 수신 신호 세기 측정값을 계층 3에게 빔 스캐닝 결과 보고(Beam Scanning Result Report)을 이용하여 주기적으로 전달한다(S404).
단말(210)의 계층 3은 수신된 빔 리스트와 수신 신호 세기 측정값을 저장한다. 단말(210)의 계층 3은 수신 신호 세기 측정값에 따라 타겟 빔을 결정한다.
단말(210)의 계층 3은 타겟 빔이 서빙 빔보다 수신 신호 세기가 좋은 경우 타겟 빔으로 빔 스위칭을 결정한다.
단말(210)의 계층 3은 타겟 빔의 셀 식별자와 서빙 빔의 셀 식별자를 확인한다.
단말(210)의 계층 3은 타겟 빔의 셀 식별자와 서빙 빔의 셀 식별자가 다른 경우, 종래와 같이 계층 3에서의 핸드오버 절차를 수행한다. 그러나 단말(210)의 계층 3은 타겟 빔의 셀 식별자와 서빙 빔의 셀 식별자가 같은 경우, 계층 2에서의 빔 스위칭 절차를 수행한다. 빔 스위칭 절차의 경우 계층 2는 경쟁 기반 빔 스위칭 절차(Contention Based Beam Switching Procedure)를 수행한다.
단말(210)의 계층 3은 타겟 빔의 셀 식별자와 서빙 빔의 셀 식별자가 같은 경우, 계층 2에서의 빔 스위칭을 위하여 계층 2로부터 빔 스위칭 요청(Beam Switching Request) 메시지를 전송한다(S406).
단말(210)의 계층 3으로부터 빔 스위칭 요청(Beam Switching Request) 메시지를 수신한 단말(210)의 계층 2는 타겟 빔으로부터 주 동기 채널(Primary Synchronization Channel, P-SCH) 및 부 동기 채널(Secondary Synchronization Channel, S-SCH)을 수신하여 타겟 빔과 동기를 맞추고, 셀 식별자와 빔 식별자 등의 정보를 획득한다(S408).
단말(210)의 계층 2는 기지국(110)으로부터 타겟 빔을 통해 물리 방송 채널(Physical Broadcast Channel)를 수신하여 셀 내 방송 정보를 획득한다.
초기 셀 탐색을 마친 단말(210)의 계층 2는 PDCCH 및 PDCCH에 실린 정보에 따라 물리 하향 링크 공유 채널(Physical Downlink Shared Channel, PDSCH)을 수신함으로써 SIB2를 통해 PUBSCCH의 설정 정보를 획득한다(S410). PUBSCCH의 설정 정보는 PUBSCCH에 대한 무선자원 위치, 복수의 CB-RNTI에 각각 대응하는 DCI, 그리고 할당 주기를 포함할 수 있다.
단말(210)의 계층 2는 PUBSCCH의 설정 정보를 저장한다.
단말(210)의 계층 2는 타겟 빔의 PUBSCCH를 이용하여 빔 스위칭 요청(Beam Switching Request) 메시지를 타겟 빔의 계층 2로 전송한다(S412). 구체적으로, 단말(210)의 계층 2는 복수의 CB-RNTI 중에서 임의로 하나의 CB-RNTI를 선택하고, 선택한 CB-RNTI에 대응하는 DCI가 나타내는 무선 자원을 통해서 빔 스위칭 요청(Beam Switching Request) 메시지를 전송할 수 있다. 이때 빔 스위칭 요청(Beam Switching Request) 메시지는 선택된 CB-RNTI 및 단말(210)의 C-RNTI 값를 포함한다.
빔 스위칭 요청(Beam Switching Request) 메시지를 수신한 기지국(110)의 타겟 빔의 계층 2는 해당 C-RNTI 값에 대하여 PDSCH를 이용하여 빔 스위칭 허락(Beam Switching Ack) 메시지를 전송한다(S418).
빔 스위칭 허락(Beam Switching Ack) 메시지를 수신한 단말(210)의 계층 2는 빔 스위칭 지시(Beam Switching Indication) 메시지를 계층 3으로 전달한다(S420).
또한 기지국(110)의 타겟 빔의 계층 2는 단말(210)의 C-RNTI를 포함한 빔 스위칭 지시(Beam Switching Indication) 메시지를 기지국(110)의 계층 3으로 전달한다(S422).
단말(210)의 계층 3은 타겟 빔으로 빔 스위칭을 실행하고(S424), 기지국(110) 또한 타겟 빔으로 빔 스위칭을 실행한다(S426). 이와 같이 함으로써, 경쟁 기반 빔 스위칭 절차가 완료된다.
이후 기지국(110)의 계층 3은 단말(210)의 계층 3은 C-RNTI값을 이용하여 데이터를 송수신한다(S428).
한편, 단말(210)의 계층 2는 빔 스위칭 허락(Beam Switching Ack) 메시지를 일정 시간 내에 타겟 빔으로부터 수신하지 못하는 경우 빔 스위칭 요청(Beam Switching Request) 메시지를 설정된 횟수만큼 재전송할 수 있다(S414~S416).
도 5는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 빔 스위칭 방법을 나타낸 도면이다.
도 5에서는 편의상 경쟁 기반 빔 스위칭 절차만을 도시하였으며, 경쟁 기반 빔 스위칭 절차에서도 단계(S502~S510)의 동작은 도 4에서 설명한 단계(S408~S416)의 동작과 동일하므로, 이에 대한 설명은 생략한다.
도 5를 참고하면, 단말(210)의 계층 2는 빔 스위칭 허락(Beam Switching Ack) 메시지를 일정 시간 내에 타겟 빔으로부터 수신하지 못하는 경우 빔 스위칭 요청(Beam Switching Request) 메시지를 설정된 횟수만큼 재전송할 수 있다(S508~S510).
단말(210)의 계층 2는 빔 스위칭 요청(Beam Switching Request) 메시지를 설정된 횟수만큼 재전송하였음에도 빔 스위칭 허락(Beam Switching Ack) 메시지 수신에 실패하는 경우(S512), 랜덤 접속 절차를 수행하여 상향링크 전송 기회(uplink transmission opportunity)를 획득한다.
구체적으로, 단말(210)의 계층 2는 기지국(110)의 타겟 빔의 계층 2로 랜덤 접속 프리앰블을 전송한다(S514). 타겟 빔의 계층 2는 랜덤 접속 프리앰블에 대한 랜덤 접속 응답(random access response)을 단말(210)의 계층 2로 전송한다(S516). 랜덤 접속 응답(random access response)은 상향링크 자원 할당 정보를 포함하는 상향링크 승인(UL grant) 정보를 포함할 수 있다.
단말(210)의 계층 2는 상향링크 자원 할당 정보인 PUSCH를 이용하여 빔 스위칭 요청(Beam Switching Request) 메시지를 타겟 빔의 계층 2로 전달한다(S518). 이때 빔 스위칭 요청(Beam Switching Request) 메시지는 단말(210)의 C-RNTI 값을 포함한다.
빔 스위칭 요청(Beam Switching Request) 메시지를 수신한 타겟 빔의 계층 2는 해당 C-RNTI 값에 대하여 PDSCH를 이용하여 빔 스위칭 허락(Beam Switching Ack) 메시지를 전송한다(S520).
빔 스위칭 허락(Beam Switching Ack) 메시지를 수신한 단말(210)의 계층 2는 빔 스위칭 지시(Beam Switching Indication) 메시지를 계층 3으로 전달한다(S522).
또한 기지국(110)의 타겟 빔의 계층 2는 단말(210)의 C-RNTI를 포함한 빔 스위칭 지시(Beam Switching Indication) 메시지를 기지국(110)의 계층 3으로 전달한다(S524).
단말(210)의 계층 3은 타겟 빔으로 빔 스위칭을 실행하고(S526), 기지국(110) 또한 타겟 빔으로 빔 스위칭을 실행한다(S528).
이와 같이 함으로써, 경쟁 기반 빔 스위칭 절차가 완료된다.
이후 기지국(110)의 계층 3은 단말(210)의 계층 3은 C-RNTI값을 이용하여 데이터를 송수신한다(S530).
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 단말의 빔 스위칭 장치를 나타낸 도면이다.
도 6을 참고하면, 빔 스위칭 장치(600)는 빔 스위칭 결정부(610), 빔 스위칭 제어부(620) 및 송수신부(630)를 포함한다.
빔 스위칭 결정부(610)는 PHY 계층으로부터 수신되는 빔 스캐닝 결과 보고(Beam Scanning Result Report)을 이용하여 타겟빔으로의 빔 스위칭을 결정한다.
빔 스위칭 제어부(620)는 타겟 빔의 셀 식별자와 서빙 빔의 셀 식별자가 다른 경우 계층 3에서의 핸드오버 절차를 수행하고, 타겟 빔의 셀 식별자와 서빙 빔의 셀 식별자가 동일한 경우 계층 2에서의 빔 스위칭 절차를 수행한다. 특히 빔 스위칭 제어부(620)는 계층 2에서의 빔 스위칭 절차의 경우 경쟁 기반 빔 스위칭 절차를 수행한다. 빔 스위칭 제어부(620)는 도 4 및 도 5에서 설명한 경쟁기반 빔 스위칭 절차를 수행할 수 있다.
송수신부(630)는 기지국(110)의 타겟 빔과 데이터를 송수신하며, 경쟁 기반 빔 스위칭을 위해 다양한 메시지나 제어 신호 또는 시스템 정보를 송수신할 수 있다.
이상에서 설명한 본 발명의 실시 예에 따른 단말의 빔 스위칭 장치 및 방법의 적어도 일부 기능은 하드웨어로 구현되거나 하드웨어에 결합된 소프트웨어로 구현될 수 있다. 예를 들면, 중앙 처리 유닛(central processing unit, CPU)이나 기타 칩셋, 마이크로프로세서 등으로 구현되는 프로세서가 빔 스위칭 결정부(610) 및 빔 스위칭 제어부(620)의 기능을 수행하고, 송수신기(transceiver)가 송수신부(630)의 기능을 수행할 수 있다.
본 발명의 실시 예는 이상에서 설명한 장치 및/또는 방법을 통해서만 구현되는 것은 아니며, 본 발명의 실시 예의 구성에 대응하는 기능을 실현하는 프로그램 또는 그 프로그램이 기록된 기록 매체를 통해 구현될 수도 있으며, 이러한 구현은 앞서 설명한 실시 예의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야의 전문가라면 쉽게 구현할 수 있는 것이다.
이상에서 본 발명의 실시 예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리 범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리 범위에 속하는 것이다.

Claims (20)

  1. 복수의 빔을 운용하는 이동통신 네트워크에서 단말의 빔 스위칭 방법으로서,
    서빙빔과 후보빔의 신호 세기를 측정하는 단계,
    상기 서빙빔과 상기 후보빔의 신호 세기를 토대로 타겟빔으로의 빔 스위칭을 결정하는 단계, 그리고
    상기 타겟빔과 상기 서빙빔이 동일한 기지국에서 운용되는 경우에, 상기 단말과 상기 기지국의 MAC 계층간 메시지 교환을 통해 상기 타겟빔으로 빔 접속을 변경하는 단계
    를 포함하며,
    상기 변경하는 단계는
    상기 단말의 MAC 계층에서 상기 타겟빔에 할당된 전용 상향링크 경쟁기반채널의 설정 정보를 상기 타겟빔으로부터 획득하는 단계,
    상기 전용 상향링크 경쟁기반채널을 이용하여 상기 타겟 빔의 MAC 계층으로 빔 스위칭 요청 메시지를 전송하는 단계, 그리고
    상기 타겟 빔의 MAC 계층으로부터 빔 스위칭 허락 메시지를 수신하는 단계를 포함하는 빔 스위칭 방법.
  2. 삭제
  3. 제1항에서,
    상기 설정 정보는 상기 전용 상향링크 경쟁기반채널에 대한 무선자원의 위치 및 복수의 CB-RNTI(Contention based-Radio Network Temporary Identifier)에 각각 대응하는 하향링크 제어 정보를 포함하고,
    상기 하향링크 제어 정보는 상기 전용 상향링크 경쟁기반채널 내 무선자원 정보를 포함하는 빔 스위칭 방법.
  4. 제3항에서,
    상기 빔 스위칭 요청 메시지를 전송하는 단계는
    상기 복수의 CB-RNTI 중에서 임의로 하나의 CB-RNTI를 선택하는 단계, 그리고
    상기 선택한 CB-RNTI에 대응하는 DCI가 나타내는 무선 자원을 통해서 상기 빔 스위칭 요청 메시지를 전송하는 단계를 포함하는 빔 스위칭 방법.
  5. 제4항에서,
    상기 빔 스위칭 요청 메시지는 상기 선택한 CB-RNTI 및 상기 단말의 C-RNTI를 포함하는 단말의 빔 스위칭 방법.
  6. 제1항에서,
    상기 변경하는 단계는 설정된 시간 내에 상기 빔 스위칭 허락 메시지를 수신하지 못한 경우, 상기 빔 스위칭 요청 메시지를 재전송하는 단계를 더 포함하는 단말의 빔 스위칭 방법.
  7. 제1항에서,
    상기 변경하는 단계는
    상기 타겟빔의 MAC 계층으로부터 상기 빔 스위칭 허락 메시지의 수신에 실패한 경우, 랜덤 접속 절차를 수행하여 상향링크 자원 할당 정보를 수신하는 단계,
    상기 상향링크 자원 할당 정보를 이용하여 빔 스위칭 요청 메시지를 타겟 빔의 MAC 계층으로 전송하는 단계, 그리고
    상기 타겟 빔의 계층 2으로부터 빔 스위칭 허락 메시지를 수신하는 단계를 더 포함하는 단말의 빔 스위칭 방법.
  8. 제7항에서,
    상기 상향링크 자원 할당 정보를 수신하는 단계는
    상기 타겟빔의 MAC 계층으로 랜덤 접속 프리앰블을 전송하는 단계, 그리고
    상기 타겟빔의 MAC 계층으로부터 상기 랜덤 접속 프리앰블에 대한 랜덤 접속 응답을 수신하는 단계를 포함하며,
    상기 랜덤 접속 응답은 상기 상향링크 자원 할당 정보를 포함하는 단말의 빔 스위칭 방법.
  9. 제1항에서,
    상기 변경하는 단계는 상기 빔 스위칭 허락 메시지를 수신하면, 상기 단말의 MAC 계층에서 상기 단말의 RRC 계층으로 빔 스위칭 지시 메시지를 전달하는 단계를 더 포함하는 빔 스위칭 방법.
  10. 제1항에서,
    상기 획득하는 단계는 상기 타겟빔으로부터 방송되는 SIB(System Information Block)를 수신하는 단계를 포함하며,
    상기 SIB는 상기 전용 상향링크 경쟁기반채널의 설정 정보를 포함하는 빔 스위칭 방법.
  11. 제1항에서,
    상기 타겟빔과 상기 서빙빔이 다른 기지국에서 운용되는 경우에, 상기 단말과 상기 기지국의 RRC 계층간 메시지 교환을 통해서 상기 타겟빔으로 빔 접속을 변경하는 단계
    를 더 포함하는 단말의 빔 스위칭 방법.
  12. 복수의 빔을 운용하는 이동통신 네트워크에서 단말의 빔 스위칭 장치로서,
    상기 복수의 빔 중 서빙빔과 후보빔의 신호 세기를 토대로 타겟빔으로의 빔 스위칭을 결정하는 빔 스위칭 결정부, 그리고
    상기 타겟빔과 상기 서빙빔이 동일한 기지국에서 운용되는 경우에, 상기 단말과 상기 기지국의 MAC 계층간 메시지 교환을 통해 타겟빔으로 빔 접속을 변경하는 빔 스위칭 제어부
    를 포함하며,
    상기 빔 스위칭 제어부는 상기 타겟빔에 할당된 전용 상향링크 경쟁기반채널을 통해서 상기 타겟빔의 MAC 계층으로 빔 스위칭 요청 메시지를 전송하고, 상기 타겟빔의 MAC 계층으로부터 빔 스위칭 허락 메시지를 수신하는 단말의 빔 스위칭 장치.
  13. 삭제
  14. 제12항에서,
    상기 빔 스위칭 제어부는 상기 타겟빔의 MAC 계층으로부터 방송되는 시스템 정보를 통해서 상기 타겟빔에 할당된 상기 전용 상향링크 경쟁기반채널의 설정 정보를 획득하는 단말의 빔 스위칭 장치.
  15. 제14항에서,
    상기 설정 정보는 상기 전용 상향링크 경쟁기반채널에 대한 무선자원의 위치 및 복수의 CB-RNTI(Contention based-Radio Network Temporary Identifier)에 각각 대응하는 하향링크 제어 정보를 포함하고,
    상기 하향링크 제어 정보는 상기 전용 상향링크 경쟁기반채널 내 무선자원 정보를 포함하는 단말의 빔 스위칭 장치.
  16. 제15항에서,
    상기 빔 스위칭 제어부는 상기 복수의 CB-RNTI 중에서 임의로 하나의 CB-RNTI를 선택하고, 상기 선택한 CB-RNTI에 대응하는 DCI가 나타내는 무선 자원을 통해서 상기 빔 스위칭 요청 메시지를 전송하는 단말의 빔 스위칭 장치.
  17. 제12항에서,
    상기 빔 스위칭 제어부는 설정된 시간 내에 상기 빔 스위칭 허락 메시지를 수신하지 못한 경우, 상기 빔 스위칭 요청 메시지를 재전송하는 단말의 빔 스위칭 장치.
  18. 제12항에서,
    상기 빔 스위칭 제어부는 상기 타겟빔의 MAC 계층으로부터 상기 빔 스위칭 허락 메시지의 수신에 실패한 경우, 랜덤 접속 절차를 수행하여 상기 빔 스위칭 요청 메시지를 전송할 상향링크 자원 할당 정보를 수신하는 단말의 빔 스위칭 장치.
  19. 제12항에서,
    상기 빔 스위칭 제어부는 상기 타겟빔과 상기 서빙빔이 다른 기지국에서 운용되는 경우에, 상기 단말과 상기 기지국의 RRC 계층간 메시지 교환을 통해서 상기 타겟빔으로 빔 접속을 변경하는 단말의 빔 스위칭 장치.
  20. 제12항에서,
    상기 복수의 빔 각각은 물리 계층과 MAC 계층을 포함하는 단말의 빔 스위칭 장치.
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