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KR100304924B1 - 코드분할다중접속셀룰러시스템의주파수간핸드오프제어방법 - Google Patents

코드분할다중접속셀룰러시스템의주파수간핸드오프제어방법 Download PDF

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Abstract

이동단말기 또는 다른 기지국이 인접 기지국의 주파수를 검색하여 주파수간 핸드오프가 신속히 이루어져 양호한 통화 품질 상태를 유지할 수 있도록 한 코드분할다중접속 셀룰러전화 시스템에서 주파수간 핸드오프 제어방법은 소정 밴드의 무선주파수를 프레임 단위의 x/n의 에너지 전송 레벨로 디지탈 변조하는 스텝과, 상기 변조된 프레임에 다른 주파수 검색 구간을 삽입하고 다중 코드를 할당하여 전송 프레임을 재구성하는 스텝과, 상기 스텝을 통해 전송된 프레임을 이용하여 주변기지국이 주파수 정보를 검색하여 핸드오프를 수행하는 스텝으로 이루어짐을 특징으로 한다.

Description

코드분할다중접속 셀룰러 시스템에서 다중코드를 이용한 주파수간 핸드오프제어방법
본 발명은 CDMA(code division multiple access) 셀룰러 전화 시스템에 관한 것으로써, 특히 가변 레이트 전송 특성을 이용하여 이동단말기 및 기지국이 서로 다른 주파수의 신호를 쉽게 검색할 수 있는 코드분할다중접속 셀룰러 전환 시스템에서 주파수간 핸드오프 제어방법에 관한 것이다.
일반적으로 셀룰러 전화 시스템은 서비스 지역을 “셀(Cell)”이라고 부르는 여러 개의 구역으로 쪼개어, 각구역에서 기지국(base station)을 통하여 다수의 이동 단말기에 무선 통신 서비스를 제공한다.
이러한 셀룰러 전화 시스템에서는 이동 단말기가 통화 중에 셀간을 이동할 때 양호한 통화 품질을 유지하기 위하여 한 기지국과의 통신링크에서 다른 기지국과의 통신링크를 바꾸는 핸드오프(handoff)가 적시에 이루어져야 한다. 이를 위하여 단말기는 통화 중에도 주변의 다른 기지국의 신호의 품질을 측정할 수 있어야하며, 기지국 시스템은 이를 보고 받아 적절한 시기에 핸드오프가 이루어지도록 하는데 이를 단말기 보조 핸드오프(mobile-assisted handoff)라고 한다.
특히 CDMA 시스템에서는 같은 주파수를 사용하면서 코드의 오프셋(offset)을 달리하여 통신을 할 수 있다. CDMA 방식에서는 데이터 복조를 위한 디지탈 수신기외에 같은 주파수의 다른 CDMA 신호를 찾기 위한 “탐색기(searcher)”라는 별도의 디지탈 수신기가 있어, CDMA 이동단말기가 통화 중에도 같은 주파수의 다른 기지국 신호의 품질을 측정할 수 있다.
셀룰러 전화 시스템에서는 셀의 크기를 작게 함으로써 서비스 지역내의 셀의 수를 늘려 이동 단말기 수용량(capacity)을 늘릴 수 있다. 그러나 셀의 크기를 작게하면 고속 이동시 핸드오프가 너무 빨리 발생하여 기지국이 적절히 처리하기 어려워진다.
따라서 고속으로 이동중인 단말기를 위해서 작은 크기의 마이크로 셀(micro-cell) 위에 넓은 영역의 매크로 셀(macro-cell)이 겹쳐진 계층적 셀 구조(hicrarchical cell structure 또는 layered cell structure)을 사용한다. 이러한 셀 구조에서는 마인크로 셀간, 매크로 셀간의 핸드오프 뿐 아니라, 단말기의 이동속도에 따라서 마이크로 셀과 매크로 셀간의 핸드오프가 제공되어야 한다.
계층적 셀 구조에서는 매크로 셀의 기지국 신호의 세기가 마이크로 셀의 기지국 신호의 세기 보다 훨씬 크므로 CDMA 방식에서도 매크로 셀과 마이크로 셀의 주파수를 같이 사용하기가 어렵다. 따라서 CDMA 방식에서 계층적 셀 구조를 제공하기 위해서는 기지국간의 주파수간 핸드오프(Inter-frequency Handoff)가 제공되어야 한다.
주파수간의 단말기 보조 핸드오프를 수행하기 위해서는 통화 중에 다른 주파수의 기지국 신호를 수신할 수 있어야 하므로 추가적으로 RF 수신기를 갖추거나, 하나의 RF 수신기를 시구간 멀티플랙싱(TDM : Time-Division Multiplexing) 방식으로 사용하여 다른 주파수의 신호를 수신할 수 있어야 한다.
CDMA 방식의 주요 특징 중에 하나는 전송 데이터의 레이트를 다단계로 가변시킬 수 있으며, 각 채널의 신호는 전송 레이트를 낮춘 만큼 같은 주파수를 사용하는 다른 채널들에 간섭을 줄임으로써 전체 채널 용량을 증대시킬 수 있다. 특히 음성 데이터의 경우 시간에 따라 가변적인 정보량을 가지며, 통화시 보통 반 정도는 듣고 나머지 반 정도만 이야기하므로 가변 레이트 전송 방식을 사용할 경우 50% 이상의 용량 증대를 가져온다.
상기 언급한 종래의 CDMA 셀룰러 전화 시스템에서는 기지국에서 이동단말기로 향하는 순방향(forward link) 신호를 연속적으로(continuous) 전송하므로, 이동단말기가 통화 중에 다른 주파수의 기지국 신호를 수신하기 위해서는 두 개 이상의 RF 수신기를 가지고 있어야 한다. 그러나 상기의 방법은 단말기의 소형화 추세로 볼 때 실질적으로 적용하기가 곤란하다.
상기의 CDMA 방식에서 하나의 RF 수신기로 주파수간 핸드오프를 제공하기 위한 방안으로, 이동단말기가 수신신호의 일부를 깨뜨리고 그 구간동안 다른 주파수의 신호를 수신하는 방법이 있으나 그로 인해 통화 품질의 저하를 초래하고 필요한 시그날링(signaling) 데이터를 수신하지 못하여 통화의 절단이 생길 수 있다.
따라서 본 발명은 상기한 점을 감안하여 안출한 것으로써, 본 발명의 목적은 이동단말기가 다른 기지국의 주파수를 검색하거나 검색된 정보를 기지국에 전송함으로써 이동단말기와 주변 기지국의 주파수간 핸드오프가 신속히 이루어져 양호한 통화 품질 상태를 유지할 수 있도록 한 코드분할다중접속 셀룰러 전화 시스템에서 주파수간 핸드오프 제어방법을 제공함에 있다.
제1(a)도 내지 제1(d)도는 가변 레이트 CDMA 시스템의 순방향 링크에 적용되는 전송타이밍도.
제2(a)도 내지 제2(d)도는 가변 레이트 CDMA 시스템의 역방향 링크에 적용되는 전송타이밍도.
제3(a)도 ∼ 제3(c)도와 제4(a)도 ∼ 제4(c)도는 본 발명에 따른 코드분할다중접속 셀룰러 시스템에서 주파수간 핸드오프 제어방법에 적용되는 전송 타이밍도.
제5도는 본 발명에 따른 코드분할다중접속 셀룰러 시스템에서 단말기 수신부를 나타낸 블록도.
제6도는 본 발명에 따른 코드분할다중접속 셀룰러 시스템에서 기지국 송신부를 나타낸 블록도이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
100 : 단말기 수신부 101-a∼101-d : 디지탈 복조기
102 : RF 수신기 103 : 주파수 합성기
200 : 기지국 송신부 201 : RF 송신기
202-1∼202-n : 디지탈 변조기 203-1∼203-n : 이득 조정기
204 : 누산기
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 코드분할다중접속 셀룰러 시스템에서 주파수간 핸드오프 제어 방법은 소정밴드의 무선 주파수를 프레임 단위의 X/n의 에너지 전송 레벨로 디지탈 변조하는 스텝과; 상기 변조된 프레임을 다중으로 구성하는 스텝과; 상기 다중으로 구성된 프레임에 다른 주파수 검색 구간을 삽입하여 전송 프레임으로 재구성하는 스텝과; 상기 스텝을 통해 전송된 프레임을 이용하여 단말기가 다른 주파수 정보를 검색하는 스텝과; 상기 스텝을 역으로 하여 다른 주파수를 가진 기지국이 단말기의 정보를 검색하여 핸드오프를 수행하는 스텝으로 이루어짐을 특징으로 한다.
이하, 본 발명에 따른 코드분할다중접속 셀룰러 시스템에서 주파수간 핸드오프 제어방법의 바람직한 일실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
제1(a)도∼제1(d)도 및 제2(a)도∼제2(d)도는 가변 전송율의 신호 전송에 따른 타이밍도의 일례를 나타낸 것으로, 제1(a)도∼제1(d)도는 기지국 신기에서 이동 단말기로 전송되는 순방향 링의 신호 전송 타이밍도이며, 전송에너지를 가변시키는 방식에 적용된다. 제2(a)도는 이동 단말기에서 기지국으로 전송되는 역방향 링크의 신호 전송 타이밍도를 나타낸 것으로 전송시간을 가변시키는 방식에 적용된다.
또한 제3(a)도∼제3(d)도와 제4(a)도∼제4(c)도는 본 발명에 따른 코드분할다중접속 셀룰러 시스템에서 주파수간 핸드오프 제어방법에 적용되는 전송 타이밍도이고, 제5도는 본 발명에 따른 코드분할다중접속 셀룰러 시스템에서 주파수간 핸드오프 제어장치를 나타낸 블록도이다.
제5도를 참조하면, 본 발명의 코드분할 다중접속 셀룰러 시스템에서 주파수간 핸드오프 제어장치는 단말기 수신부(100)와 기지국 송신부(200)로 구성된다.
먼저 단말기 수신부(100)는 기지국 송신부(200)부로 부터 전송된 무선신호들 중 선턱된 무선신호를 수신하는 RF 수신기(102)와, 상기 무선신호를 원래의 신호로 복원하는 디지탈 복조기(101-a∼101-d)와, 상기 RF 수신기(102)가 무선신호들 중 어느 한 신호를 선택적으로 수신하도록 주파수 합성하는 주파수 합성기(103)로 구성된다.
다음 기지국 송신부(200)는 일정 밴드의 무선 주파수를 프레임 단위로 디지탈 신호로 변조하는 디지탈 변조기(202-1∼202-n)와, 상기 프레임 단위의 X/n의 에너지 전송 레벨로 제어하는 이득 조정기(203-1∼203-n)와, 상기 이득 조정된 무선 신호들을 입력되는 우선순위별로 가산하여 하나의 이득 조정된 무선신호로 출력하는 가산기(204)와, 상기 이득 조정된 무선신호를 증폭하여 안테나를 통해 외부로 송출하는 RF 송신기(201)로 구성된다.
상기한 구성에 의한 본 발명의 이동 단말기에서 주파수간 핸드오프 제어방법을 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
먼저 제3(a)도와 같이 소정 밴드의 무선 주파수를 디지탈 변조기(202-1∼202-n)를 통해 프레임 단위의 x/n의 에너지 전송 레벨로 디지탈 변조한다.
다음 상기변조된 프레임에 대해 신호 전송 구간(1/m)과 다른 주파수 검색구간(1-l/m)을 결정하고 전송율을 유지하기 위해 m개의 확산코드를 신호 전송 구간에 삽입하여 프레임을 재구성한다. 이때 상기 전송 프레임의 다른 주파수 검색구간은 상기 프레임의 전단 또는 후단에 삽입할 수 있다.
신호의 전송구간은 서로 다른 단말기간의 신호 간섭을 최소화하기 위하여 랜덤한 패턴으로 단말기 마다 서로 다르게 정할 수 있다.
제3(b)도는 최대 전송율(full rate)의 프레임에 대해 1/2의 신호 전송 구간을 가질 경우, 2개의 확산 코드를 신호 전송에 할당한 것이며, 제3(c)도는 한 프레임에 대해 1/4의 신호 전송 구간을 가질 경우, 4개의 확산 코드를 신호 전송에 할당한 일례를 나타낸 것이다.
제4(b)도는 제4(a)도의 1/2 전송율(hlaf rate) 프레임에 대해 신호 전송 구간을 1/2로 정하고 2개의 확산 코드를 할당한 예이다. 시간 다이버시티(time diversity)를 적용하여 2개의 확산코드로 전송되는 프레임의 신호의 순서를 재배열한 것이다.
제4(c)도는 제4(a)도의 1/2 전송율(hlaf rate) 프레임에 대해 신호 전송 구간을 1/4로 정하고 4개의 확산 코드를 할당한 예이다. 이와 같은 방법으로 다른 전송율에 대해서도 상기와 같은 동일한 방법으로 프레임을 재구성할 수 있다.
이와 같이 변조된 무선 신호가 RF 송신기(201)에 의해 송신되면 이동 단말기 수신부(100)의 RF 수신기(102)가 상기 무선 신호를 수신한다.
이때 단말기 수신부(100)에는 상기한 확산 코드의 수보다도 더 많은 수의 디지탈 복조기(101-a∼101-d)가 존재하므로 이를 코드분할 다중접속 방식의 수신기에서는 RAKE 수신기라고도 말할 수 있다. 따라서 각 복조기에 상기한 다중 확산 코드를 할당함으로써 신호 전송 구간 동안에 다중 프레임의 신호를 복원할 수 있다.
또한 이동 단말기는 다른 주파수 검색 구간 동안에 인접 기지국의 다른 주파수를 검색하고, 이 검색된 정보를 기지국으로 전송하여 줌으로써 결과적으로 앤드오프 데이터로 활용할 수 있다.
상기와 같은 방법으로 전송 구간을 줄임으로써 생긴 빈 구간 동안에 단말기가 주파수 합성기(103)의 주파수를 다른 기지국의 맞춤으로써 다른 주파수의 기지국 신호를 수신할 수 있다.
이러한 전송방식은 단말기에서 기지국으로 전송하는 역방향 링크에서도 적용함으로써 단말기가 빈구간을 이용하여 다른 주파수의 신호를 송신함으로써 다른 주파수의 기지국이 핸드오프 예정중인 단말기의 신호에 미리 동기를 맞출 수 있는 것이다.
이상에서 상세히 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 이동단말기에서 주파수간 핸드오프 제어방법은 이동단말기가 다른 기지국의 주파수를 검색할 수 있으며, 역으로 다른 기지국이 이동 단말기의 무선신호를 검색할 수 있도록 함으로써 주파수간 핸드오프가 신속히 이루어져 양호한 통화 품질 상태를 유지할 수 있는 효과가 있다.
또한 무선 신호에 대한 전력 이득의 변화없이 주파수간 핸드오프를 수행할 수 있기 때문에 핸드오프 시에도 동일한 전력제어 알고리즘을 적응할 수 있고, 핸드오프를 위해 음성이나 테이터의 전송속도를 낮추지 않아도 되기 때문에 핸드오프시에도 일정한 통화 품질을 유지할 수 있다.
따라서 본 발명은 무선주파수 신호 변경 등에 따른 프레임 구성의 변화가 예상되기 때문에 본 기술분야에서 숙련된 자에 의해 여러가지로 수정변경 가능하기 때문에 상술한 구성과 동작에만 본 발명이 제한되지 않고 본 발명의 기술적 사상이 벗어나지 않는 범위내에 속하는 모든 수정 및 등가들을 포함한다.

Claims (3)

  1. 소정 밴드의 무선주파수를 프레임 단위의 X/n의 에너지 전송 레벨로 디지탈 변조하는 스텝과; 상기 변조된 프레임에 다른 주파수 검색 구간을 삽입하고 다중 코드를 할당하여 전송 프레임을 재구성하는 스텝과; 상기 스텝을 통해 전송된 프레임을 이용하여 주변 기지국이 주파수 정보를 검색하여 핸드오프를 수행하는 스텝으로 이루어짐을 특징으로 하는 코드분할 다중 접속 셀룰러 시스템에서 주파수간 핸드오프 제어방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 전송 프레임은 다중코드를 할당하여 다중 프레임을 구성하고 각 프레임에 동일한 다른 주파수 검색 구간을 삽입함을 특징으로 하는 코드분할 다중접속 셀룰러 시스템에서 주파수간 핸드오프 제어방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 다중코드에 의해 구성된 다중 프레임 사이에 상호 중복되는 신호에 대해 시간 다이버시티를 적용하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 코드분할 다중접속 셀룰러 시스템에서 주파수간 핸드오프 제어방법.
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