KR100973589B1 - 차세대셀룰러통신시스템에서의 기지국과 비가시채널단말간통신방법 및 중계채널 형성방법 - Google Patents

Abstract

이 발명은 수십 GHz 대역을 이용하는 차세대셀룰러통신시스템에서의 기지국과 비가시채널단말 사이의 통신방법 및 중계채널 형성방법에 관한 것이다.

이 발명에 따른 차세대셀룰러통신시스템에서의 기지국과 비가시채널단말간 통신방법은, 기지국이 비가시채널단말로부터 채널상태정보를 수신하는 제1단계와; 상기 기지국이 상기 비가시채널단말과 상기 비가시채널단말의 주변단말들 사이의 채널상태정보를 수집하는 제2단계와; 상기 주변단말들 중 상기 기지국 및 상기 비가시채널단말과 가시채널이 확보되는 중계채널단말이 존재하면, 상기 기지국과 상기 비가시채널단말이 상기 중계채널단말을 통해 고주파수대역의 셀룰러통신을 수행하는 제3단계와; 상기 주변단말들 중 상기 기지국 및 상기 비가시채널단말과 가시채널이 확보되는 중계채널단말이 존재하지 않으면, 상기 기지국과 상기 비가시채널단말이 저주파수대역의 셀룰러통신을 수행하는 제4단계를 포함한다.

중계, 셀룰러통신, 고주파수대역, 그룹전송, 가시채널, 비가시채널

Description

차세대셀룰러통신시스템에서의 기지국과 비가시채널단말간 통신방법 및 중계채널 형성방법 {method for communicating between a base station and an out-of-sight-channel terminal in next generation cellular communication system}

이 발명은 수십 GHz 대역을 이용하는 차세대셀룰러통신시스템에서의 기지국과 단말간 통신방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 기지국과 비가시채널단말 사이의 통신방법 및 중계채널 형성방법에 관한 것이다.

현재 셀룰러통신시스템은 2GHz 이하의 주파수대역을 이용하여 비교적 넓은 영역의 사용자들에게 음성 또는 데이터 서비스를 제공하고 있다. 현재의 셀룰러통신시스템은 최대 수 Mbps 이하의 저속 서비스를 제공하기 때문에, 대역폭이 작아도 서비스를 제공하는데 별다른 문제는 없다. 또한, 2GHz 이하의 주파수대역은 전파 특성이 비교적 양호하여 기지국과 단말간 가시채널이 보장되지 않아도 통신이 충분히 가능하다.

한편, 2001년에 연방 통신 위원회(FCC: Federal Communications Commission) 가 57 GHz부터 64 GHz까지의 총 7 GHz의 주파수대역을 비인가 주파수대역(Unlicensed band)으로 할당하면서 이 주파수대역에 대한 연구와 시스템 개발이 활발하게 진행되고 있다. 그 중 60 GHz의 고주파수대역을 통신에 사용하는 시스템으로서, WPAN(Wireless Personal Area Network)과 같은 아주 근거리 통신, 및 빌딩과 빌딩 사이의 유선 트렁크를 대체하는 무선 트렁크시스템 등이 있다.

이 고주파수대역의 반송파를 사용하는 통신시스템은, 넓은 대역폭을 확보해 수 Gbps급의 고속의 데이터 통신을 제공할 수 있는 잇점이 있지만, 직진성이 강해 장애물을 잘 통과하지 못하고, 상당수의 에너지가 산소에 흡수되는 등 전파 특성이 매우 좋지 않은 단점이 있다.

따라서, 무지향성 안테나를 사용하는 고주파수대역의 통신시스템은, 가시 채널이 보장되는 수십 m 지역을 벗어나면 통신이 불가능해지기 때문에 아주 근거리 통신에만 이용할 수 있을 뿐이었다.

한편, 파라볼릭 안테나와 같은 지향성이 큰 안테나를 사용하는 고주파수대역의 통신시스템은, 전파도달거리의 문제점을 해결하고 좁은 안테나 빔폭으로 보안성이 높고 주파수간 간섭이 완화되어 주파수 재활용이 용이한 장점을 가지기 때문에 빌딩들을 연결하는 무선 트렁크시스템으로 사용되고 있다. 그러나, 이 파라볼릭 안테나는 점대점(point-to-point) 통신에서만 사용할 수 있고, 점대다점(point-to-multipoint) 통신에서는 사용할 수 없다. 그래서 안테나의 이득을 최대한 보장하면서 점대다점 통신을 위해서는 배열 안테나를 이용하여 안테나의 지향성을 수시로 바꿀 수 있어야 한다.

현재 서비스중인 통신에서 전파 특성이 좋은 낮은 주파수대역은 거의 모두 사용되고 있다고 할 수 있다. 그래서 연방 통신 위원회에서 57 GHz ~ 64 GHz, 총 7 GHz의 주파수대역을 비인가 주파수대역(Unlicensed band)으로 할당하였고, 국제전기통신연합(ITU : International Telecommunication Union)에서는 수십 GHz 주파수대역까지를 셀룰러통신시스템을 위한 후보 주파수대역으로 고려하고 있다.

저주파수대역을 이용하는 기존의 셀룰러통신시스템은 현재 최대 수 Mbps 이하의 저속의 서비스를 제공하기 때문에 대역폭이 작아도 큰 문제가 없었다. 하지만, 앞으로 사용자의 요구에 따라 고주파수대역을 이용해 최소 수백 Mbps에서 최대 수 Gbps의 초고속의 서비스를 제공해야 할 필요가 있을 것이다.

현재까지 개발된 고주파수를 이용한 통신시스템들은 전파 특성을 고려하여 서비스 영역이 아주 좁은 WPAN이나, 높은 이득을 갖는 파라볼릭 안테나를 이용한 무선트렁크시스템 등으로 제한되었다.

이 고주파수대역을 이용하는 통신시스템에서 배열안테나를 이용하면 셀룰러통신과 같은 일반 통신시스템으로 확장할 수 있고, 고이득과 다양한 방향성을 보장할 수 있다. 하지만, 고주파수의 전파 특성과 기지국들을 연결하는 백본 네트워크의 용량을 고려하면 기지국의 서비스 반경이 좁아지고 음영지역의 비중이 많이 늘어나 기지국과 단말간 비가시채널이 많이 생길 수 있다. 또한, 단말이 이동하는 경우 가시채널에서 비가시채널로, 비가시채널에서 가시채널로 채널환경이 자주 바뀔 것이다. 고주파수대역은 전파 특성이 좋지 않아서 가시채널이 보장되지 않는 경우에는 신호의 크기가 아주 작고, 그로 인해 비가시채널단말에게는 통신서비스를 제공할 수 없는 문제점이 존재한다.

이러한 문제점을 해결하기 위한 방안으로서, 출원인은 차세대셀룰러통신시스템에서의 그룹 협력 및 중계를 이용한 통신방법을 대한민국 특허청에 출원(출원번호 ; 제2007-100764호)한 바 있다.

도 1을 참조하여 이 특허출원 제2007-100764호에 개시된 출원발명에 대해 설명한다. 도 1은 차세대셀룰러통신시스템에서 특허출원 제2007-100764호의 통신링크 구성방법을 도시한 도면이다. 기지국은 배열 안테나를 이용하여 가시채널이 확보되는 단말들을 향하여 직접 빔을 형성하여 데이터를 주고받으며, 가시채널이 보장되지 않는 단말과는 주변의 가시채널이 확보되는 단말들의 그룹 협력 및 중계를 이용해 통신을 수행한다.

이하 이 명세서에서 기지국과의 가시채널이 확보된 단말을 가시채널단말이라고 하고, 기지국과의 가시채널이 확보되지 못한 단말을 비가시채널단말이라고 한다.

임의의 가시채널단말이 이동 중에 건물과 같은 장애물에 가려져서 도 1과 같이 기지국과 직접 통신을 못하는 비가시채널로 채널환경이 바뀐 경우, 기지국과 이 비가시채널단말은 주변의 다른 가시채널단말들의 도움을 받아서 통신링크를 형성하고 데이터를 주고 받는다. 이를 위해서 중간영역에서 데이터 전송을 도와줄 단말들의 집합인 중계협력릴레이그룹(11)을 정의하고, 중계협력릴레이그룹(11)에서 중계된 신호를 송수신하기 위한 송수신단말그룹(12)도 정의한다.

중계협력릴레이그룹(11)은 기지국과 가시채널이 보장되어 기지국과 직접 고 주파수대역의 신호를 송수신할 수 있는 단말이 적어도 한 개 이상 있어야 한다. 즉, 중계협력릴레이그룹(11)은 기지국과 직접 신호를 송수신할 수 있는 중계협력릴레이단말(11a)과 중계협력도움단말들(11b)로 이루어진다. 중계협력릴레이단말(11a)은 기지국과 가시채널이 확보되면서 기지국과 통신을 하지 않는 조건을 만족해야 하고, 중계협력도움단말들(11b)은 중계협력릴레이단말(11a)과 가시채널이 확보된 중계협력릴레이단말(11a)의 주변 단말이고 기지국과 통신을 하지 않는 조건을 만족해야 한다.

그리고 송수신단말그룹(12)은 최종송수신단말(12a)과 중계송수신도움단말들(12b)로 구성되는데, 중계송수신도움단말들(12b)은 최종송수신단말(12a) 및 중계협력릴레이그룹(11)을 구성하는 중계협력릴레이단말(11a) 및 중계협력도움단말들(11b)과 가시채널이 확보되는 최종송수신단말(12a)의 주변 단말이다.

도 1에서, 기지국(BS)은 비가시채널단말과 통신을 하고자 할 경우, 중계협력릴레이그룹(11)과 송수신단말그룹(12)을 구성한다. 기지국(BS)은 최종송수신단말(12a)에게 전송할 데이터를 우선 중계협력릴레이단말(11a)에 전송하고, 그러면 이 중계협력릴레이단말(11a)은 그 데이터를 중계협력도움단말들(11b)에게 공유하고 분배한다. 그 후, 중계협력릴레이단말(11a)과 중계협력도움단말들(11b)은 분배된 데이터를 송수신단말그룹(12)에 전송하고, 이 송수신단말그룹(12)에 속한 중계송수신도움단말들(12b)은 수신 데이터를 최종송수신단말(12a)에게 전달한다.

한편, 비가시채널단말인 최종송수신단말(12a)이 기지국(BS)에게 데이터를 전송하고자 할 경우, 중계송수신도움단말들(12b)과 중계협력릴레이그룹(11)을 구성하 고, 최종송수신단말(12a)이 중계송수신도움단말들(12b)와 중계협력릴레이그룹(11)을 통해 기지국(BS)에 데이터를 전송한다.

상술한 바와 같은 특허출원 제2007-100764호의 통신링크 구성방법은 다음과 같은 기술적 과제를 해결해야 할 필요가 있다.

먼저, 기지국은 단말이 가시채널에서 비가시채널로 환경이 변화하는 것을 즉각적으로 인지하지 못한다. 즉, 단말이 이동함에 따라 가시채널을 유지하다가 빌딩 등의 장애물에 의해 가시채널이 가로막히는 경우가 있는데, 이때, 단말은 수신 신호의 세기가 갑자기 약해져서 통신이 중단되므로 가시채널에서 비가시채널로의 변화를 즉각적으로 인지할 수 있다. 반면에, 기지국은 해당 단말이 가시채널 상태에서 비가시채널 상태로 변화되었는지 여부를 빠르게 인지하기 힘들다. 이 때문에 기지국은 통신이 불가능한 비가시채널단말에 자원을 할당하여 기지국 자원이 낭비되고, 해당 단말이 가시채널인 것으로 인지하고 통신을 하기 때문에 가시채널에서 비가시채널로 바뀐 단말에게 고속의 데이터 통신 서비스를 보장할 수 없게 되는 문제점이 있다.

다음, 선행 특허출원 제2007-100764호와 같이 그룹 협력 및 중계를 통한 통신 링크를 구성하려면, 중계협력릴레이그룹에 속한 단말들과 송수신단말그룹에 속한 단말들 사이의 가시채널이 확보되어야 한다. 하지만 기지국은 기지국과 단말 사이의 가시/비가시채널 정보만을 알고 있기 때문에, 이 기지국과 단말 사이의 가시/비가시채널 정보만으로는 중계협력릴레이그룹과 송수신단말그룹 사이의 가시채널이 보장되는지 알 수 없다.

또한, 비가시채널단말의 주변에 그룹 협력 및 중계를 할만한 단말이 없는 경우에는 기지국에서 해당 비가시채널단말에게 통신 서비스를 제공할 수 없게 되는 문제점이 있다.

이 발명은 상술한 바와 같은 특허출원 제2007-100764호의 기술적 과제를 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 이 발명의 첫 번째 목적은 기지국이 단말의 가시/비가시채널 환경 변화를 즉각적으로 인지할 수 있는 방법을 제안하기 위한 것이다.

이 발명의 두 번째 목적은, 기지국과 비가시채널단말 사이의 통신 링크를 구성할 때, 중계협력릴레이그룹에 속한 단말들과 송수신단말그룹에 속한 단말들 사이에 가시채널이 보장될 수 있는 방법을 제안하기 위한 것이다.

이 발명의 세 번째 목적은, 비가시채널단말 주변에 그룹 협력 및 중계를 할 수 있는 단말이 없는 경우에도 기지국과 비가시채널단말 사이의 통신 링크를 연결할 수 있는 방법을 제안하기 위한 것이다.

상기한 목적을 달성하기 위한 이 발명에 따른 차세대셀룰러통신시스템에서의 기지국과 비가시채널단말간 통신방법은, 기지국이 비가시채널단말로부터 채널상태정보를 수신하는 제1단계와; 상기 기지국이 상기 비가시채널단말과 상기 비가시채널단말의 주변단말들 사이의 채널상태정보를 수집하는 제2단계와; 상기 주변단말들 중 상기 기지국 및 상기 비가시채널단말과 가시채널이 확보되는 중계채널단말이 존재하면, 상기 기지국과 상기 비가시채널단말이 상기 중계채널단말을 통해 고주파수대역의 셀룰러통신을 수행하는 제3단계와; 상기 주변단말들 중 상기 기지국 및 상 기 비가시채널단말과 가시채널이 확보되는 중계채널단말이 존재하지 않으면, 상기 기지국과 상기 비가시채널단말이 저주파수대역의 셀룰러통신을 수행하는 제4단계를 포함한 것을 특징으로 한다.

또한, 이 발명에 따른 차세대셀룰러통신시스템에서의 기지국과 비가시채널단말간 중계채널 형성방법은, 기지국이 비가시채널단말로부터 채널상태정보를 수신하는 제1단계와; 상기 기지국이 상기 비가시채널단말과 상기 비가시채널단말의 주변단말들 사이의 채널상태정보를 수집하는 제2단계와; 상기 주변단말들 중 상기 기지국 및 상기 비가시채널단말과 가시채널이 확보되는 중계채널단말이 존재하면, 상기 중계채널단말을 포함하여 상기 기지국과 상기 비가시채널단말간 중계채널을 형성하는 제3단계를 포함한 것을 특징으로 한다.

이 발명에 따르면 기지국은 저주파수의 제어 채널을 이용해 기지국과 단말 사이의 가시/비가시채널 환경의 변화를 빠르게 인지할 수 있으며, 이로 인해 기지국은 직접 통신이 불가능한 비가시채널단말에게 자원을 할당하는 낭비를 줄일 수 있고, 중계협력릴레이그룹과 송수신단말그룹을 즉각적으로 형성하여 통신 환경이 가시채널에서 비가시채널로 바뀐 단말에게 끊김없는 통신 서비스를 제공할 수 있는 잇점이 있다.

또한, 이 발명에 따르면 기지국과 비가시채널 사이에서 그룹 협력 및 중계하 는 중계협력릴레이그룹과 송수신단말그룹 사이의 가시채널을 보장할 수 있는 잇점이 있다.

또한, 이 발명에 따르면 기지국과 비가시채널단말 사이에 그룹 협력 및 중계가 가능한 단말이 없더라도 해당 기지국과 비가시채널단말 사이에 끊김없는 통신 서비스를 빠르게 제공할 수 있는 잇점이 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 이 발명의 한 실시예에 따른 차세대셀룰러통신시스템에서의 기지국과 비가시채널단말간 통신방법을 보다 상세하게 설명한다.

차세대셀룰러통신시스템은 기지국과 단말이 고주파수대역을 사용하는 것을 전제한다. 고주파수대역의 특징은 높은 데이터 전송률을 보장할 수 있는 장점이 있는 반면에, 직진성이 강하고 장애물을 잘 통과하지 못하기 때문에 전송거리가 짧고 기지국과의 가시채널이 확보되지 않은 비가시채널단말은 통신이 불가능한 단점이 있다.

이 발명에서는 고주파수대역을 사용하는 차세대셀룰러통신시스템과 저주파수대역을 사용하는 현행 셀룰러통신시스템이 공존하는 환경을 고려한다. 즉, 기지국과 단말은 고주파수대역의 차세대셀룰러통신시스템에 접속하여 직접 통신할 수 있고, 아울러 저주파수대역의 현행 셀룰러통신시스템에 접속하여 직접 통신할 수 있다.

각 단말은 지리정보시스템(GPS ; Global Positioning System) 및 기타 장비 를 이용하여 자신의 위치 및 속도를 파악하여 위치속도정보를 생성하고, 그 위치속도정보를 주기적으로 기지국에게 전송한다. 기지국은 단말이 전송하는 위치속도정보를 이용하여 단말의 위치 및 속도(이동성)를 파악한다.

이 발명에서 기지국과 가시채널단말은 단말의 위치 및 속도 정보를 고려하여 고주파수대역으로 직접 통신한다.

반면, 기지국은 비가시채널단말과의 통신을 위해서 그룹 협력 및 중계 가능한 단말, 즉, 기지국 및 비가시채널단말과 가시채널이 확보되고 기지국과 직접 통신을 하지 않는 단말로 이루어진 중계협력릴레이그룹과 송수신단말그룹을 형성하고, 그 중계협력릴레이그룹과 송수신단말그룹을 통해 통신한다. 이 명세서에서는 기지국과 비가시채널단말 사이의 중계협력릴레이그룹과 송수신단말그룹을 통한 통신채널을 중계채널이라고 한다. 중계채널에서 그룹 협력 및 중계를 수행하는 단말을 중계채널단말이라고 한다. 즉, 기지국은 비가시채널단말과의 통신을 위해서 중계채널을 형성하고, 기지국과 비가시채널단말은 그 중계채널을 통해 고주파수대역으로 통신한다. 한편, 기지국이 비가시채널단말과의 통신을 위한 중계채널을 구성할 수 없을 경우에는, 기지국과 비가시채널단말은 저주파수대역의 셀룰러통신시스템을 이용하여 직접 통신한다.

도 2는 차세대셀룰러통신시스템의 채널환경을 도시한 도면이다.

이 발명의 차세대셀룰러통신시스템은 기지국(BS)과, 이 기지국(BS)이 관할하는 셀 내에 위치한 다수의 단말(21, 22, 23, 24)로 이루어진다. 기지국(BS)은 관할 셀 내에 위치한 단말들에게 저주파수대역의 제어채널 슬롯을 할당한다. 단말에 는 관할 셀 내에 새롭게 진입하는 단말(21)과, 셀로부터 이탈하는 단말(22), 채널환경이 가시채널에서 비가시채널로 바뀌는 단말(23), 및 채널환경이 비가시채널에서 가시채널로 바뀌는 단말(24) 등이 포함된다.

기지국(BS)은 셀 내로 진입하는 단말(21)에게 제어채널 슬롯을 새롭게 할당하고, 해당 기지국(BS)의 셀로부터 이탈하는 단말(22)은 자신에게 할당된 제어채널 슬롯을 기지국(BS)에게 반납한다. 셀 내에 존재하는 단말들(23, 24)은 기지국(BS)에게 주기적으로 채널보고메시지(channel report message)를 전송한다. 제어채널 슬롯은 저주파수대역으로서, 기지국과 단말은 비가시채널 환경에서도 제어채널 슬롯을 이용한 통신이 가능하다.

또한, 기지국(BS)의 관할 셀 내에 위치한 단말은 이동함에 따라 채널상태가, 가시채널에서 비가시채널로 바뀌기도 하고, 비가시채널에서 가시채널로 바뀌기도 한다. 이와 같이 채널상태가 가시채널에서 비가시채널로 바뀌거나 비가시채널에서 가시채널로 바뀔 때, 각 단말은 기지국에게 위 채널보고메시지(channel report message)를 전송하는데 이 채널보고메시지에 단말의 식별정보(ID)와 위치정보와 이동성정보(속도)와 채널상태정보(가시/비가시 여부)가 포함된다.

도 3은 기지국이 셀 내에 진입한 단말에게 저주파수 대역의 제어채널 슬롯을 할당하고 셀로부터 이탈하는 단말이 기지국에게 제어채널 슬롯을 반납하는 과정을 도시한 동작 흐름도이다.

임의의 한 단말이 셀 내로 진입하면(S31), 셀 관할 기지국이 자신에게 할당된 제어채널 자원 중 해당 단말에게 제어채널 슬롯을 할당한다(S32). 단말은 셀 내에 머무르는 동안 자신에게 할당된 제어채널 슬롯을 이용하여 채널보고메시지(channel report message)를 생성하여 기지국에게 전송하고(S33), 기지국은 단말별로 채널보고메시지의 정보를 저장한다(S34). 해당 단말이 셀로부터 이탈하면(S35), 단말은 셀 관할 기지국에게 해당 제어채널 슬롯을 반납한다(S36).

단말은 채널보고메시지를 주기적으로 전송하기도 하고, 채널환경이 가시채널에서 비가시채널로 바뀌거나 비가시채널에서 가시채널로 바뀔 때 전송하기도 한다. 단말은 자신의 위치정보와 수신신호의 세기 변화를 이용하여, 가시채널에서 비가시채널로 채널환경이 바뀌었는지 혹은 셀의 가장자리에서 외부로 이탈되는지를 판단할 수 있다. 즉, 단말은 셀의 중심 부분에서 수신신호의 세기가 갑자기 약해지면 가시채널에서 비가시채널로 채널환경이 바뀐 것으로 인지하고 채널보고메시지를 생성하여 기지국에게 보고한다. 한편, 단말은 셀의 가장자리 부분에서 수신신호의 세기가 점차적으로 약해지면 셀로부터 이탈된 것으로 인지하고 제어채널 슬롯을 기지국에게 반납한다.

기지국은 도 3과 같이 저주파수대역의 제어채널 슬롯을 이용하여 단말로부터 단말의 식별정보와 위치정보와 이동성정보와 채널상태정보를 포함한 채널보고메시지를 받는다. 이 때문에 기지국은 단말의 채널환경이 가시채널에서 비가시채널로 바뀌는 것을 즉각적으로 인지할 수 있으며, 인지 후 즉각적으로 해당 단말에게 할당된 고주파수대역의 자원을 차단하고 중계채널을 형성하여 그 중계채널을 이용한 통신을 수행할 수 있다. 아울러, 기지국은 단말의 채널환경이 비가시채널에서 가시채널로 바뀌는 것을 즉각적으로 인지할 수 있으며, 인지 후 즉각적으로 해당 단 말에게 고주파수대역의 자원을 할당하여 빠르게 통신 서비스를 제공할 수 있다.

이 발명에서 고려하는 차세대셀룰러통신시스템은 고주파수대역을 사용한다. 고주파수의 전파특성과 기지국들을 연결하는 백본 네트워크의 용량을 고려하면 셀 크기가 수십 m로 작아질 것이고, 따라서 셀 내에 머무는 단말의 개수도 많지 않을 것으로 예상된다. 또한, 단말은 제어채널 슬롯을 통하여 매우 작은 크기의 채널보고메시지만을 기지국에 전송하기 때문에, 기지국은 자신에게 할당된 제어채널 자원을 분할하여 셀 내의 모든 단말들에게 제어채널 슬롯을 할당할 수 있을 것이다.

도 4는 기지국이 중계채널을 형성하는 과정에서의 문제점을 설명하기 위하여 도시한 도면이다. 앞서 특허출원 제2007-100764호의 통신링크 구성방법의 문제점에서도 언급한 바와 같이, 기지국이 그룹 협력 및 중계를 위한 중계채널을 구성하기 위해서는 중계협력릴레이그룹(11)과 송수신단말그룹(12) 사이에 가시채널이 확보되어야 한다. 기지국(BS)은 채널보고메시지를 통해 기지국과 각 단말간 가시/비가시채널 여부를 알 수는 있으나, 단말과 단말 사이의 가시/비가시채널 여부를 알 수는 없다. 따라서, 기지국이 비가시채널단말과의 통신을 위해 중계채널을 형성할 때, 도 4에 도시된 바와 같이 중계협력릴레이그룹(11)과 송수신단말그룹(12) 사이에 가시채널을 보장할 수 없으면 해당 중계채널을 통한 통신이 불가능하며 결국 해당 기지국과 비가시채널단말과의 통신도 불가능하게 된다.

이 발명에서는 기지국이 비가시채널단말과 그 비가시채널단말의 주변단말간 가시채널 여부를 파악함으로써, 기지국과도 가시채널이 보장되고 비가시채널단말과 도 가시채널이 보장되는 중계채널단말을 찾고 그 중계채널단말을 이용하여 중계채널을 형성하는 방법을 제안한다.

도 5는 이 발명의 제1실시예에 따른 기지국과 비가시채널단말간 중계채널 형성 및 통신방법을 도시한 동작 흐름도이다.

단말의 채널환경이 가시채널에서 비가시채널로 바뀌면, 도 3에 도시된 바와 같이 단말은 기지국에게 제어채널 슬롯을 이용하여 채널보고메시지를 전송한다.

비가시채널단말은 주변단말들에게 고주파수대역의 그룹핑요청메시지를 주기적으로 방송하고, 기지국에게 저주파수대역의 제어채널 슬롯을 이용하여 그룹핑시도메시지를 전송함으로써, 그룹핑요청메시지를 방송한 사실을 기지국에게 알린다(S51). 그룹핑요청메시지에는 비가시채널단말의 식별정보와 전송시간이 포함된다. 그룹핑요청메시지는 고주파수대역으로 방송되기 때문에 비가시채널단말의 주변단말들 중 비가시채널단말과 가시채널이 확보된 주변단말만이 이 그룹핑요청메시지를 수신할 수 있게 된다. 이때, 고주파수대역의 전파 특성상 주파수 재사용이 용이한 장점과 주변단말의 상하향 링크의 스케줄링을 고려하여 다른 단말과 간섭을 일으키지 않도록 한다.

비가시채널단말로부터 그룹핑요청메시지를 수신한 주변단말은 자신들에게 각각 할당된 제어채널 슬롯을 이용하여 기지국에게 그룹핑응답메시지를 전송한다(S52). 위에서 언급하였듯이, 그룹핑요청메시지는 고주파수대역이기 때문에 비가시채널단말과 가시채널이 확보된 주변단말만이 그룹핑요청메시지를 수신하고 그에 대한 그룹핑응답메시지를 기지국에게 전송할 수 있다. 이 주변단말이 전송하는 그룹핑응답메시지에는 그룹핑요청메시지에 포함된 비가시채널단말의 식별정보와 전송시간이 포함되고, 아울러 자신의 식별정보와 그룹핑요청메시지의 수신 신호대잡음비(SNR ; signal-to-noise ratio)와 기지국과 자신과의 가시/비가시채널 정보와 자신의 위치정보 및 이동성정보가 포함된다.

기지국은 비가시채널단말로부터 그룹핑시도메시지를 수신한 후 일정 시간동안 수신되는 그룹핑응답메시지를 이용하여 비가시채널단말과 그 주변단말과의 가시채널 여부와 링크 상태를 파악하고(S53), 기지국과 비가시채널단말간 중계채널 형성이 가능한 지를 판단한다(S54). 즉, 기지국 및 비가시채널단말과 동시에 가시채널이 확보되고 기지국과 직접 통신을 하지 않는 중계채널단말이 존재하는 지를 판단한다.

중계채널 형성이 가능하면, 즉 기지국과 비가시채널단말 사이에 상호 가시채널이 보장되고 기지국과는 직접 통신을 하지 않는 적어도 하나의 중계채널단말이 있으면(S54), 기지국은 중계채널의 각 중계채널단말과 비가시채널단말에게 각 단말의 제어채널 슬롯을 이용하여 그룹핑성공메시지를 전송한다(S55). 기지국과 비가시채널단말은 이 중계채널을 이용하여 고주파수대역 셀룰러통신시스템으로 통신한다(S56).

한편, 중계채널 형성이 가능하지 않으면, 즉 기지국과 비가시채널단말 사이에 중계채널단말이 하나도 없으면(S54), 기지국은 비가시채널단말에게 그룹핑실패메시지를 전송하고(S57), 기지국과 비가시채널단말은 저주파수대역의 셀룰러통신시스템에 접속하여 통신을 수행한다(S58).

비가시채널단말은 채널환경이 비가시채널일 때, 주기적으로 그룹핑요청메시지를 방송하는데, 그 주기는 비가시채널단말의 이동속도에 따라 다르게 설정된다. 즉, 비가시채널단말이 빠르게 이동하면 수십초마다 그룹핑요청메시지를 방송하고, 비가시채널단말이 느리게 이동하면 수분마다 그룹핑요청메시지를 방송한다.

상술한 이 발명의 제1실시예에 따른 기지국과 비가시채널단말간 중계채널 형성 및 통신방법은, 단말의 채널환경이 가시채널에서 비가시채널로 바뀔 때 기지국과 비가시채널단말간 가시채널이 확보되는 중계채널을 형성하여 그 중계채널을 이용한 고주파수대역 통신을 수행할 수 있다. 그러나, 기지국이 중계채널을 형성할 수 없는 경우에도 비가시채널단말은 기지국으로부터 그룹핑실패메시지를 받을 때까지 대기하여야 하며 그룹핑실패메시지를 받은 후에 비로소 저주파수대역의 셀룰러통신시스템에 접속하여 통신하기 위한 절차를 수행한다.

비가시채널단말이 기지국으로부터 끊김 없이 통신서비스를 받기 위해서는, 중계채널단말이 존재하는 경우에는 최대한 빨리 가시채널이 확보된 중계채널을 형성하여 중계채널을 통한 고주파수대역 통신을 수행하고, 중계채널단말이 존재하지 않은 경우에는 최대한 빨리 저주파수대역의 셀룰러통신시스템에 접속하여야 한다.

그러나, 제1실시예에 따르면 비가시채널단말은 중계채널을 형성할 수 없는 경우에도 이를 미리 알 수 없고 기지국으로부터 그룹핑실패메시지를 수신한 후 저주파수대역의 셀룰러통신시스템에 접속하기 때문에, 통신이 끊어질 위험이 있다.

이 발명의 제2실시예로서, 비가시채널단말은 그룹핑요청메시지를 전송한 후, 주변단말이 기지국에게 전송하는 그룹핑응답메시지를 가로채기하고 그 가로채기한 그룹핑응답메시지를 분석하여 중계채널단말이 존재하는 지를 판단한다. 중계채널단말이 있는 것으로 판단되면 비가시채널단말은 기지국이 그룹핑성공메시지를 전송할 때까지 대기하고, 그룹핑성공메시지가 수신되면 중계채널을 이용하여 고주파수대역의 셀룰러통신시스템으로 통신한다. 한편, 중계채널단말이 없는 것으로 판단되면, 비가시채널단말은 바로 저주파수대역의 셀룰러통신을 위한 준비를 한다.

이 발명의 제2실시예에 따르면, 중계채널을 형성할 수 없는 경우 비가시채널단말은 기지국으로부터 그룹핑실패메시지가 전달되기 전에 미리 저주파수대역의 셀룰러통신을 위한 준비를 하기 때문에, 기지국과 비가시채널단말간 통신이 끊김 없이 유지될 수 있다.

이상에서 본 발명의 기술사상을 첨부도면과 함께 서술하였지만, 이는 본 발명의 가장 양호한 실시예를 예시적으로 설명한 것이지 본 발명을 한정하는 것은 아니다. 또한, 이 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 누구나 본 발명의 기술사상의 범주를 이탈하지 않는 범위 내에서 다양한 변형 및 모방이 가능함은 명백한 사실이다.

도 1은 특허출원 제2007-100764호에 개시된 출원발명의 개념을 도시한 도면,

도 2는 차세대셀룰러통신시스템의 채널환경을 도시한 도면,

도 3은 기지국이 셀 내에 진입한 단말에게 저주파수 대역의 제어채널 슬롯을 할당하고 셀로부터 이탈하는 단말이 기지국에게 제어채널 슬롯을 반납하는 과정을 도시한 동작 흐름도,

도 4는 기지국이 중계채널을 형성하는 과정에서의 문제점을 설명하기 위하여 도시한 도면,

도 5는 이 발명에 따른 기지국과 비가시채널단말간 중계채널 형성 및 통신방법을 도시한 동작 흐름도이다.

Claims (18)

1. 차세대셀룰러통신시스템에서의 기지국과 비가시채널단말간 통신방법에 있어서, 상기 기지국이 상기 비가시채널단말에게 저주파수대역의 제어채널 슬롯을 할당하고 상기 비가시채널단말로부터 상기 제어채널 슬롯을 이용하여 채널상태정보를 수신하는 제1단계와; 상기 기지국이 상기 비가시채널단말과 상기 비가시채널단말의 주변단말들 사이의 채널상태정보를 수집하는 제2단계와; 상기 주변단말들 중 상기 기지국 및 상기 비가시채널단말과 가시채널이 확보되는 중계채널단말이 존재하면, 상기 기지국과 상기 비가시채널단말이 상기 중계채널단말을 통해 고주파수대역의 셀룰러통신을 수행하는 제3단계와; 상기 주변단말들 중 상기 기지국 및 상기 비가시채널단말과 가시채널이 확보되는 중계채널단말이 존재하지 않으면, 상기 기지국과 상기 비가시채널단말이 저주파수대역의 셀룰러통신을 수행하는 제4단계를 포함한 것을 특징으로 하는 차세대셀룰러통신시스템에서의 기지국과 비가시채널단말간 통신방법.
2. 삭제
3. 제1항에 있어서, 상기 제2단계는 상기 비가시채널단말이 고주파수대역의 그 룹핑요청메시지를 방송하고, 상기 그룹핑요청메시지를 수신한 셀 내의 단말이 상기 그룹핑요청메시지에 대한 그룹핑응답메시지를 상기 기지국에 전송하는 것을 특징으로 하는 차세대셀룰러통신시스템에서의 기지국과 비가시채널단말간 통신방법.
4. 제3항에 있어서, 상기 그룹핑요청메시지는 상기 비가시채널단말의 식별정보와, 상기 그룹핑요청메시지의 전송시간 정보를 포함하고; 상기 그룹핑응답메시지는 상기 비가시채널단말의 식별정보와, 상기 그룹핑요청메시지의 전송시간 정보와, 상기 그룹핑요청메시지 수신 단말의 식별정보와, 상기 그룹핑요청메시지 수신 단말과 기지국 사이의 채널상태정보를 포함한 것을 특징으로 하는 차세대셀룰러통신시스템에서의 기지국과 비가시채널단말간 통신방법.
5. 제3항에 있어서, 상기 그룹핑응답메시지는 저주파수대역의 제어채널 슬롯을 이용하여 전송되는 것을 특징으로 하는 차세대셀룰러통신시스템에서의 기지국과 비가시채널단말간 통신방법.
6. 제1항에 있어서, 상기 제3단계에서, 상기 기지국은 상기 주변단말들 중 상기 중계채널단말이 존재하는 것으로 판단하면, 상기 중계채널단말과 상기 비가시채널단말에게 그룹핑성공메시지를 전송하는 것을 특징으로 하는 차세대셀룰러통신시스템에서의 기지국과 비가시채널단말간 통신방법.
7. 제1항에 있어서, 상기 제4단계에서, 상기 기지국은 상기 주변단말들 중 상기 중계채널단말이 존재하지 않은 것으로 판단하면, 상기 비가시채널단말에게 그룹핑실패메시지를 전송하는 것을 특징으로 하는 차세대셀룰러통신시스템에서의 기지국과 비가시채널단말간 통신방법.
8. 제3항에 있어서, 상기 제4단계는, 상기 비가시채널단말이 상기 그룹핑응답메시지를 가로채기하여 상기 중계채널단말이 존재하지 않은 것으로 판단하면 상기 저주파수대역의 셀룰러통신을 준비하는 것을 특징으로 하는 차세대셀룰러통신시스템에서의 기지국과 비가시채널단말간 통신방법.
9. 제3항에 있어서, 상기 비가시채널단말은 주기적으로 상기 그룹핑요청메시지를 방송하는 것을 특징으로 하는 차세대셀룰러통신시스템에서의 기지국과 비가시채널단말간 통신방법.
10. 제9항에 있어서, 상기 그룹핑요청메시지의 방송 주기는 상기 비가시채널단말의 이동성에 따라 달라지는 것을 특징으로 하는 차세대셀룰러통신시스템에서의 기지국과 비가시채널단말간 통신방법.
11. 차세대셀룰러통신시스템에서의 기지국과 비가시채널단말간 중계채널 형성방법에 있어서, 상기 기지국이 상기 비가시채널단말에게 저주파수대역의 제어채널 슬롯을 할당하고 상기 비가시채널단말로부터 상기 제어채널 슬롯을 이용하여 채널상태정보를 수신하는 제1단계와; 상기 기지국이 상기 비가시채널단말과 상기 비가시채널단말의 주변단말들 사이의 채널상태정보를 수집하는 제2단계와; 상기 주변단말들 중 상기 기지국 및 상기 비가시채널단말과 가시채널이 확보되는 중계채널단말이 존재하면, 상기 중계채널단말을 포함하여 상기 기지국과 상기 비가시채널단말간 중계채널을 형성하는 제3단계를 포함한 것을 특징으로 하는 차세대셀룰러통신시스템에서의 기지국과 비가시채널단말간 중계채널 형성방법.
12. 삭제
13. 제11항에 있어서, 상기 제2단계는 상기 비가시채널단말이 고주파수대역의 그룹핑요청메시지를 방송하고, 상기 그룹핑요청메시지를 수신한 셀 내의 단말이 상기 그룹핑요청메시지에 대한 그룹핑응답메시지를 상기 기지국에 전송하는 것을 특징으로 하는 차세대셀룰러통신시스템에서의 기지국과 비가시채널단말간 중계채널 형성방법.
14. 제13항에 있어서, 상기 그룹핑요청메시지는 상기 비가시채널단말의 식별정보 와, 상기 그룹핑요청메시지의 전송시간 정보를 포함하고; 상기 그룹핑응답메시지는 상기 비가시채널단말의 식별정보와, 상기 그룹핑요청메시지의 전송시간 정보와, 상기 그룹핑요청메시지 수신 단말의 식별정보와, 상기 그룹핑요청메시지 수신 단말과 기지국 사이의 채널상태정보를 포함한 것을 특징으로 하는 차세대셀룰러통신시스템에서의 기지국과 비가시채널단말간 중계채널 형성방법.
15. 제13항에 있어서, 상기 그룹핑응답메시지는 저주파수대역의 제어채널 슬롯을 이용하여 전송되는 것을 특징으로 하는 차세대셀룰러통신시스템에서의 기지국과 비가시채널단말간 중계채널 형성방법.
16. 제11항에 있어서, 상기 제3단계에서, 상기 기지국은 상기 주변단말들 중 상기 중계채널단말이 존재하는 것으로 판단하면, 상기 중계채널단말과 상기 비가시채널단말에게 그룹핑성공메시지를 전송하는 것을 특징으로 하는 차세대셀룰러통신시스템에서의 기지국과 비가시채널단말간 중계채널 형성방법.
17. 제13항에 있어서, 상기 비가시채널단말은 주기적으로 상기 그룹핑요청메시지를 방송하는 것을 특징으로 하는 차세대셀룰러통신시스템에서의 기지국과 비가시채널단말간 중계채널 형성방법.
18. 제17항에 있어서, 상기 그룹핑요청메시지의 방송 주기는 상기 비가시채널단 말의 이동성에 따라 달라지는 것을 특징으로 하는 차세대셀룰러통신시스템에서의 기지국과 비가시채널단말간 중계채널 형성방법.

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