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WO2016003251A1 - 셀룰러 통신 시스템에서 셀 탐색 방법 및 장치 - Google Patents

셀룰러 통신 시스템에서 셀 탐색 방법 및 장치 Download PDF

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Publication number
WO2016003251A1
WO2016003251A1 PCT/KR2015/006959 KR2015006959W WO2016003251A1 WO 2016003251 A1 WO2016003251 A1 WO 2016003251A1 KR 2015006959 W KR2015006959 W KR 2015006959W WO 2016003251 A1 WO2016003251 A1 WO 2016003251A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
cell
terminal
base station
information
synchronization signal
Prior art date
Application number
PCT/KR2015/006959
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
김영수
Original Assignee
삼성전자 주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 삼성전자 주식회사 filed Critical 삼성전자 주식회사
Priority to US15/323,935 priority Critical patent/US10075905B2/en
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    • H04J11/00—Orthogonal multiplex systems, e.g. using WALSH codes
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    • H04W48/00—Access restriction; Network selection; Access point selection
    • H04W48/16—Discovering, processing access restriction or access information
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    • H04B7/00—Radio transmission systems, i.e. using radiation field
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    • H04J11/00—Orthogonal multiplex systems, e.g. using WALSH codes
    • H04J2011/0096—Network synchronisation

Definitions

  • the present invention relates to a method and apparatus for cell discovery in a terminal and a base station of a beam forming cellular communication system.
  • a UE receives a synchronization signal of a neighbor cell through cell search, secures time and frequency synchronization of the neighbor cell, and includes a neighbor cell number (ie, a physical cell ID) as needed. Acquire main cell common control information.
  • the base station simultaneously transmits a synchronization signal and cell common control information to all terminals in the cell by using an antenna that transmits and receives signals in all directions in the cell.
  • the terminal since the terminal uses the omni-directional antenna, it simultaneously receives signals from neighboring base stations as well as the serving base station, and does not interfere with communication with the serving cell due to cell search.
  • the UE additionally needs to measure the reception power of the neighbor cell in order to make a decision to handover the serving cell to the neighbor cell, and at the moment of measuring the reception power of the neighbor cell according to the implementation of the UE, the signal of the serving cell is measured. You may not be able to decode. Therefore, the terminal requests a serving base station for a gap time for measuring the received power of the neighbor cell, and during the gap time, the terminal stops communicating with the serving cell and receives the received signal of the reference signal of the neighbor cell. Can be measured. In addition, the terminal uses a gap time to detect a cell and a base station using a frequency different from that used by the serving cell.
  • the UE uses the gap time
  • communication efficiency is degraded due to a process of requesting a serving cell to allocate a gap time and receiving a response to search for an adjacent cell.
  • the communication efficiency may be drastically reduced when the gap time allocation method is used.
  • the beamforming terminal when all the base stations transmit synchronization signals and cell common control information during the same fixed slot time, the beamforming terminal is configured to serve the serving cell. Even when the base station and the base station of the neighboring cell are located in any direction, in order to receive a signal, the base station and the neighboring cell receive the signal of the serving cell and the signal of the neighboring cell in order to receive the signal, synchronize with the serving cell, and search for the neighboring cell.
  • the terminal may not receive signals of some serving cells or search for neighbor cells due to a cell search operation. May cause a problem.
  • the beamforming apparatus and method used by the base station are different for each cell, and thus, a problem occurs when the slot time allocated for the synchronization signal and the cell common control information is different for each cell.
  • the terminal may not receive all the synchronization signals of the neighbor cell, and as a result, the discovery of the neighbor cell may fail. .
  • the neighbor cell search when performing a cell search operation according to the maximum length of the synchronization and cell common control information slots that can be allocated by all base stations, the neighbor cell search always succeeds but cannot receive control signals or data of the serving cell. In some cases, communication with the serving cell may be interrupted.
  • the present invention provides a method and apparatus for performing cell search in a beam forming cellular communication system.
  • the present invention also provides a method and apparatus for performing cell search by efficiently determining a cell search time in a beamforming cellular communication system.
  • the present invention also provides a method and apparatus for enabling a terminal to efficiently perform cell search even when the beamforming method and structure used by a base station and a terminal are different from each other in a beamforming cellular communication system.
  • a method of performing cell search by a base station of a serving cell includes: receiving information on beamforming capability of each terminal in a cell; And determining whether the cell search time needs to be extended based on the information on the beamforming capability, and transmitting group information on the cell search to a terminal that needs to extend the cell search time.
  • a method for performing cell search by a terminal in a cellular communication system includes the steps of transmitting information on beamforming capability, checking whether extension of a cell search time is necessary, If the cell search time needs to be extended, the method includes receiving group information on cell search from a base station of a serving cell, and searching for adjacent cells in a frame corresponding to a group number value included in the group information. .
  • an apparatus for performing cell search by a base station of a serving cell includes: a receiver configured to receive information on beamforming capability of each terminal in a cell; And a control unit for determining whether the cell search time needs to be extended based on the received beamforming capability information, and a transmitter for transmitting group information for cell search to a terminal that needs to extend the cell search time.
  • an apparatus for performing cell search by a terminal may include: a transmitter configured to transmit information on beamforming capability, a controller configured to determine whether an extension of a cell search time is necessary; When the cell search time needs to be extended, a receiver for receiving group information on cell search from a base station of a serving cell and a searcher for searching for adjacent cells in a frame corresponding to a group number value included in the group information are included. .
  • FIG. 1 is a diagram schematically illustrating a configuration of a transmitter in a beamforming cellular communication system to which the present invention is applied;
  • FIG. 2 is a diagram illustrating in detail the configuration of one RF unit and an antenna array unit in the transmitter of FIG. 1 to which the present invention is applied;
  • FIG. 3 is a diagram schematically illustrating a configuration of a receiver in a beamforming cellular communication system to which the present invention is applied;
  • FIG. 4 is a view illustrating in detail the configuration of one antenna array unit and one RF unit in the receiver of FIG. 3 to which the present invention is applied;
  • FIG. 5 is a diagram showing a frame configuration of a beamforming cellular communication system to which the present invention is applied;
  • FIG. 6 is a diagram illustrating a configuration of a synchronization signal and a common control information slot in a frame of a beamforming cellular communication system to which an embodiment of the present invention is applied;
  • FIG. 7 is a diagram illustrating a slot configuration in a frame of a beamforming cellular communication system to which an embodiment of the present invention is applied;
  • FIG. 8 is a diagram illustrating an embodiment of receiving beam switching for a terminal to receive both a synchronization signal and a common control information slot of a serving cell and a neighbor cell to search for neighbor cells while synchronizing with the serving cell according to an embodiment of the present invention
  • 9 to 12 are diagrams illustrating a frame configuration of a serving cell and an adjacent cell
  • FIG. 13 illustrates a method for performing cell search in a base station of a beamforming cellular communication system according to a first embodiment of the present invention
  • FIG. 14 is a diagram illustrating a method for performing cell search in a base station of a beamforming cellular communication system according to a second embodiment of the present invention
  • 15 is a diagram illustrating a method for performing cell discovery in a terminal of a beamforming cellular communication system according to a first embodiment of the present invention
  • 16 is a diagram illustrating a method for performing cell discovery in a terminal of a beamforming cellular communication system according to a second embodiment of the present invention
  • FIG. 17 is a diagram illustrating a configuration of an apparatus for performing cell discovery in a base station of a beamforming cellular communication system according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 18 is a diagram illustrating a configuration of an apparatus for performing cell discovery in a terminal of a beamforming cellular communication system according to an embodiment of the present invention.
  • the present invention provides a method and apparatus for determining a cell search time required for each cell in a beamforming cellular communication system, and performing a cell search during the determined cell search time.
  • a base station and a terminal may increase a received power of a signal by beam gain using a beamforming method, and have an advantage of increasing communication performance by reducing interference due to a narrow beam.
  • the base station needs to communicate with all the terminals in the cell, but when the base station performs beamforming, the terminals that can communicate with any one beam are limited to a certain area in the cell. Another beam must be used.
  • the base station may generate only one beam at a time, generate only a plurality of beams among all the beams at one time, or generate all beams at every instant, depending on the complexity of the beamforming method and apparatus used.
  • the embodiment of the present invention does not limit the beamforming environment of the base station, and considers all cases in which only one type of base station exists, some types of base stations coexist, or all types of base stations coexist.
  • a base station In the beamforming cellular communication system, a base station must transmit not only control signals or data for specific terminals but also signals that all terminals in a cell, such as synchronization signals and cell common control information, must be commonly received through beamforming. Therefore, when the base station generates only one or part of a plurality of beams at a time, the base station repeatedly transmits signals that are to be received by all terminals in the cell while switching the beams. The number of repetitions depends on the maximum number of beams generated by the base station or the width of each beam, the number of beams generated simultaneously, and the like.
  • the terminal In the beamforming cellular communication system, the terminal generates a plurality of narrow beams, transmits and receives signals in all directions, and communicates with the base station.
  • the base station communicating with the terminal through each narrow beam is limited by the beam width and direction of the signal transmission and reception, and the optimum beam of the terminal varies according to the relative position and direction of the base station relative to the terminal.
  • the terminal may generate only one beam at a time, generate only a plurality of beams among all the beams, or generate all beams at the same time according to the complexity of the beamforming apparatus and method of the terminal.
  • the beamforming situation of the terminal is not limited, and all of the cases in which only one type of terminal exists, some types of terminals coexist, or all types of terminals coexist simultaneously.
  • the terminal since the terminal moves its position while communicating with any one cell and the base station as the serving cell and the base station, the optimal cell and the base station may be changed. Therefore, the terminal always performs a cell search operation for finding a new cell and base station. Since the new base station may exist in any direction from the terminal, the terminal must receive a signal in the beam of all directions to find a new base station. And, if the terminal can generate only one or some plurality of beams at a time, it receives repeatedly while switching the reception beam to receive the signal in all directions. In this case, the number of repetitions depends on the width of the beam generated by the terminal, the total number of beams, and the number of beams generated simultaneously.
  • FIG. 1 is a block diagram illustrating a configuration of a transmitter in a beamforming cellular communication system to which the present invention is applied.
  • the transmitting unit includes L encoder units 102-1 to 102-L, L modulator units 104-1 to 104-L, a precoder unit 106, and M reverse high speeds.
  • IFFT Inverse Fast Fourier Transform
  • DAC Digital to Analogue Converters
  • RF Radio frequency
  • L and M are natural numbers of 1 or more.
  • the bits to be transmitted by the transmitter are input to the L encoder units 102-1 to 102-L and encoded, and the encoded bits are input to the L modulator units 104-1 to 104-L and modulated into symbols. do.
  • the modulated symbols are input to the precoder unit 106 and precoded.
  • the precoder unit 106 may perform additional beamforming on a plurality of transmission beams transmitted simultaneously. For example, the precoder unit 106 may convert L transmit symbols s 1 , n ,..., S L, n from subcarriers n of the OFDM signal to M antenna array units 114-1 to 114. -M) can be precoded as shown in Equation 1 below.
  • the beamforming method through the precoder unit 106 of FIG. 1 is referred to as digital beamforming, and the M RF units 112-1 through 112-M are provided for convenience of description.
  • the beamforming method will be defined as analog beamforming.
  • the digital beamformed transmission signals x 1, n , ..., x M , n for each subcarrier are transmitted to M antenna array units 114-1 to 114-M.
  • Each of the plurality of IFFT units 108-1 to 108 -M is converted into a time domain signal.
  • the relationship between the signal input to each of the M IFFT units (108-1 ⁇ 108-M) and the output signal can be expressed as shown in Equation 2 below.
  • Equation 2 F ⁇ 1 represents an N-point IFFT matrix.
  • the transmitter of FIG. 1 may simultaneously support analog beamforming and digital beamforming.
  • the signals output from each of the M IFFT units 108-1 to 108 -M are input to each of the M DAC units 110-1 to 110 -M and converted into analog signals.
  • Each of the changed analog signals is input to each of the M RF units 112-1 to 112 -M, converted into a desired frequency, and transmitted to the receiver through each of the M antenna array units 114-1 to 114 -M.
  • an operation between one of the M RF units 112-1 to 112 -M and one of the plurality of antenna array units 114-1 to 114 -M will be described in detail with reference to FIG. 2.
  • FIG. 2 illustrates in detail the configuration of one RF unit and an antenna array unit in the transmitter of FIG. 1 to which the present invention is applied.
  • one RF unit and an antenna array unit are illustrated as an RF1 unit 112-1 and an antenna array unit 214-1, and another RF1 unit and an antenna array unit are also included in the RF1 unit 112-1.
  • the antenna array unit 214-1 is illustrated as an RF1 unit 112-1 and an antenna array unit 214-1.
  • the RF1 unit 112-1 converts the frequency of the input signal
  • the antenna array unit 214-1 converts the phase of the signal.
  • the RF1 unit 112-1 includes a mixer 212, J phase converters 214-1 to 214-J, and J high power amplifiers 216-1 to 216 -J.
  • the antenna array unit 114-1 includes J antennas 222-1 to 222 -J.
  • the mixer 212 changes the frequency of the input signal to the desired transmission frequency fc, and the J phase shifters 214-1 to 214-J change the phase of the signal whose frequency has been changed to J phases.
  • the J high power amplifiers 216-1 to 216-J amplify the J phase shifted signals.
  • the J antennas 222-1 to 222 -J simultaneously transmit the J amplified signals to the receiver.
  • the signals transmitted through the RF1 unit 112-1 and the antenna array unit 114-1 of FIG. 2 form one beam at a time.
  • the number of antennas J, the arrangement shape of the antennas, the phase shifter The width and direction of the beam are determined by the values of (214-1 to 214-J).
  • the RF1 unit 112-1 and the antenna array unit 114-1 of FIG. 2 may change the transmission beam direction by changing the values of the phase shifters 214-1 to 214-J.
  • FIG. 3 is a schematic diagram of a receiver in a beamforming cellular communication system to which the present invention is applied.
  • the configuration of the receiver shown in FIG. 3 corresponds to the configuration of the transmitter shown in FIG. That is, referring to FIG. 3, the receiver includes M antenna array units 302-1 to 302 -M, M RF units 304-1 to 304 -M, and M ADC units 306-1 to 306-. M), M FFT units 308-1 to 308-M, beam forming unit 310, L demodulator units 312-1 to 312-L, and L decoder units 314-1 to 314-L).
  • the M analog signals transmitted from the transmitter are received through the plurality of antenna array units 302-1 to 302 -M and the plurality of RF units 304-1 to 304 -M.
  • the received analog signal is a digital signal r 1 , k , ..., r M , k through an analog to digital converter (ADC) unit 306-1 to 306-M.
  • ADC analog to digital converter
  • a plurality of FFT units (308-1 ⁇ 308-M) is the converted digital signals r m, 1, ..., r m, N in the frequency domain, the N-point FFT OFDM signal z m, 1,.
  • the relationship to .., z m , N can be expressed by Equation 3 below.
  • Equation 3 F represents an N-point FFT matrix.
  • reception beamforming is performed through beamforming ( W n ) unit 310 in each subcarrier n of the OFDM signal, which may be represented by Equation 4 below.
  • the beam forming unit ( W n ) unit 310 of each subcarrier n consists of an L ⁇ M matrix.
  • L symbols obtained through the beam forming unit ( W n ) 310 are demodulated through a plurality of demodulator units 312-1 through 312 -L, and the demodulated symbols are transmitted through a plurality of decoder units 314-1. 314-L) to detect L data at the same time.
  • the receiver in the beamforming cellular communication system of FIG. 3 may simultaneously support analog beamforming and digital beamforming.
  • FIG. 4 illustrates in detail the configuration of one antenna array unit and one RF unit in the receiver of FIG. 3 to which the present invention is applied.
  • one antenna array unit and an RF unit are illustrated as the antenna array unit 302-1 and the RF1 unit 304-1, and the other antenna array unit and the RF unit are also the antenna array unit 302-1.
  • the RF1 unit 304-1 is illustrated as the antenna array unit 302-1 and the RF1 unit 304-1.
  • the antenna array unit 302-1 includes J antennas 412-1 to 412 -J.
  • the RF1 unit 304-1 includes J phase converters 424-1 through 424 -J, a summer 426, and a mixer 428.
  • the antenna array unit 302-1 simultaneously receives signals through the J antennas 412-1 to 412 -J.
  • the J phase shifters 424-1 to 424 -J change received signals to different phases, and the summer 426 sums the J phase shifted received signals into one,
  • the mixer 428 changes the frequency of the summed signal to a desired frequency at the receiver.
  • the signals received through the antenna array unit 302-1 and the RF1 unit 304-1 form one analog receive beam at a time.
  • the number of antennas J, the arrangement of the antennas, J phase shifters The width and direction of the beam are determined by the values of 424-1 to 424-J.
  • the antenna array unit 302-1 and the RF1 unit 304-1 may change the analog receive beam direction by changing the values of the J phase shifters 424-1 to 424 -J.
  • An embodiment of the present invention considers an environment to which various beamforming structures and techniques are applied in a base station and a terminal.
  • Pico cell or Femto cell base stations are more important to implement, are smaller, cheaper, and less expensive than Macro base stations. Therefore, in the real environment, various types of base stations having different beamforming methods and techniques, implementation complexity, and performance may be used. In addition, different types of beamforming methods may be used for terminals according to price.
  • An embodiment of the present invention considers a communication environment in which a base station and a terminal having various beamforming structures and techniques coexist.
  • FIG. 5 illustrates a frame configuration of a beamforming cellular communication system to which the present invention is applied.
  • a base station and a terminal transmit and receive a signal of a frame 501 having a fixed size through beamforming.
  • One frame consists of a plurality of subframes 503 having a fixed length, and one subframe consists of a plurality of slots 505 having a fixed length.
  • one slot is composed of a plurality of symbols (507) having a fixed length.
  • the frame 501 consists of five subframes, one subframe 503 consists of 20 slots, and one slot 505 consists of 10 symbols.
  • the number of symbols constituting the slot 505 is determined according to the length of the protection period (CP: Cyclic Prefix) included in each symbol. For example, if the frame 501 is 5ms, one subframe 503 is 1ms, one slot 505 is 50us, and one symbol 507 is 5us.
  • CP Cyclic Prefix
  • the communication system uses the downlink (DL) for the frame to synchronize a signal (Synchronization Signal, SS), Cell Common Control Information (Broadcast Channel, BCH) slot, and Beam Measurement Slot. It is configured by dividing into a control slot and a data slot.
  • a signal Synchronization Signal
  • BCH Cell Common Control Information
  • Beam Measurement Slot It is configured by dividing into a control slot and a data slot.
  • the size of the frame, the subframe and the slot is fixed, but the combination and number of slots selected to configure one subframe may be determined by the hardware capability of the base station, antenna structure, beamforming method, installation ( deployment) environment and the number of terminals.
  • a frame includes at least one of a synchronization signal and cell common control information in every frame.
  • FIG. 6 illustrates a configuration of a synchronization signal and a cell common control information slot in a frame of a beamforming cellular communication system to which an embodiment of the present invention is applied.
  • all terminals should be able to receive synchronization signals and cell common control information. That is, the terminal receives the synchronization signal to obtain synchronization with the cell and obtains some or all of the information about the cell ID. The terminal receives the cell common control information to obtain additional information on the cell ID and various information necessary for receiving a signal of the cell.
  • the base station transmits a signal in a narrow beam
  • only terminals in some limited cell regions receive synchronization signals and cell common control information.
  • the base station repeatedly transmits the synchronization signal and the cell common control information several times while changing the beam.
  • the number of times of repeated transmission depends on the number of base station beams or the beam width and the cell width.
  • M the number of antenna arrays
  • FIG. 6 shows an embodiment in which a synchronization signal and cell common control information are continuously transmitted to each beam for one slot time.
  • a synchronization signal and cell common control information are continuously transmitted to each beam for one slot time.
  • the synchronization signal and the cell common control information are described as being transmitted in the same slot for convenience.
  • the embodiment of the present invention may be performed even when the synchronization signal and the cell common control information are transmitted at different times or in different slots. The same may apply.
  • the slot of FIG. 6 is located in a designated area of the frame.
  • the base station always transmits synchronization signals and cell common control information in slot 1 of subframe 0 of FIG. 5.
  • 6 shows transmission of a synchronization signal and cell common control information by switching transmission beams five times in one slot. That is, the transmitter transmits the synchronization signal and the cell common control information to the transmission beams 0, 1, 2, 3, and 4 in symbols 0 and 1, symbols 2 and 3, symbols 4 and 5, and symbols 8 and 9, respectively.
  • the transmission unit transmits the synchronization signal or the cell common control information in such a manner that the reception unit can identify how many times the synchronization signal and the cell common control information are repeatedly transmitted.
  • each frame may vary depending on the base station, it is assumed that the start position is fixed and continuously present in the frame. For example, when the synchronization beam and the cell common control information are to be transmitted while switching the transmission beam ten times, slots 1 and 2 are allocated to the synchronization signal and the cell common control information slot in subframe 0.
  • the base station can generate the beams in all directions at the same time, or can generate all in two to three times, without specifying a dedicated slot for the synchronization signal and the cell common control information, Some symbols may also transmit.
  • FIG. 7 illustrates a slot configuration in a frame of a beamforming cellular communication system to which an embodiment of the present invention is applied.
  • symbols included in one slot of a frame are used to transmit control or data, and to transmit a synchronization signal and cell common control information.
  • the frame of FIG. 7 illustrates a case in which the synchronization signal and the cell common control information are transmitted in all beam directions at once.
  • the terminal acquires time and frequency synchronization of the cell through cell search and detects a cell number (Physical Cell ID). In addition, the terminal receives cell common control information and receives information necessary for receiving a signal of the cell.
  • a terminal according to an embodiment of the present invention receives the synchronization signal and the cell common control information slot of FIG. 6 or the synchronization signal and the cell common control information of FIG. 7 to obtain time synchronization of a cell having a cell number or a synchronization signal number c.
  • An embodiment of a process of simultaneously detecting a cell is as follows.
  • the terminal receives the signal y (b) k in the candidate time interval for the synchronization signal and the cell common control information slot using the reception beam b and correlates with the synchronization signal s (c) k generated by the cell or synchronization signal number c. Perform a correlation and normalize the received power P (b) k to a metric value
  • the UE determines a correlation value
  • N CP denotes a length of a cyclic prefix (CP)
  • N denotes an FFT length of an orthogonal frequency division multiplex (OFDM) symbol signal.
  • the terminal receives the cell common control information without error, for example, it is possible to know the start time of the frame of the cell by checking the number of synchronization signals and the cell common control information, and additionally including the complete cell number of the cell. Other information about can be obtained.
  • the cell search and synchronization acquisition method is the same for a neighbor cell and a serving cell.
  • the optimal terminal beam varies according to the direction of the base station.
  • the serving cell base station and the plurality of neighbor cell base stations for one terminal are located in different directions from the terminal. Therefore, in order to search for an adjacent cell while the terminal communicates with the serving cell, the reception beam must be changed to a beam different from the beam optimal for the serving cell. If the UE cannot generate beams in all directions at the same time and only some limited beams can be generated, there is a problem in that the signal of the serving cell is not optimally received when the reception beam is changed for cell search.
  • the terminal performs reception beam switching for cell searching.
  • the signal of the serving cell is received using a beam that is optimal for the serving cell at other times.
  • the terminal since the terminal needs to synchronize with the serving cell in order to maintain communication with the serving cell, the terminal must also receive the synchronization signal and the common control information slot of the serving cell. Therefore, in order to receive both the synchronization signal and the cell common control information signal of the serving cell and the neighboring cells, the terminal receives the optimal reception beam in the serving cell in one frame and synchronizes with the serving cell in another frame. Switch sequentially to search for adjacent cells.
  • the UE can generate beams in all directions at the same time, the UE can simultaneously receive signals from the serving cell and the neighbor cell, so that the above-described cell search problem does not occur.
  • FIG. 8 illustrates an embodiment of receiving beam switching for searching for a neighboring cell while receiving a synchronization signal of a serving cell and a neighboring cell and a cell common control information slot by synchronizing with the serving cell according to an embodiment of the present invention. have.
  • a frame represents a case where slot 1 of subframe 0 is a synchronization signal and a common control information slot.
  • the UE receives a signal using Brx_Opt, which is an optimal beam for a serving cell.
  • Brx_Opt an optimal beam for a serving cell.
  • the UE receives a slot 1 of subframe 0 as a beam Brx_Opt to synchronize with the serving cell and simultaneously receives the beam with Brx_Opt.
  • Other cells that is, adjacent cells, are also searched through the signal.
  • the UE switches the reception beam to Brx_CS to search for adjacent cells at the start point of slot 1 of subframe 0, and receives the signal of the serving cell by switching the reception beam back to Brx_Opt after slot 1 time.
  • the reception beam Brx_CS is sequentially changed to the frames 0, 1, 2, ... in the frames 1, 3, 5, ..., and so on in all directions. Receive the signal.
  • the terminal receives the synchronization signal and the common control information slot as the optimal beam Brx_Opt in the serving cell to synchronize and simultaneously receive the signals in the beams in all the other directions to be adjacent. You can search for cells.
  • An embodiment of the present invention considers an environment in which a base station uses various antenna structures and beamforming methods, and considers an environment in which the number of synchronization signals and cell common control information is not fixed to one for this purpose.
  • the terminal in order for the terminal to perform cell search, the terminal should receive information on the length of the slot allocated to the synchronization signal and the cell common control information designated by the serving cell and the neighbor cell. Since the information is not provided to the terminal, a problem occurs when the time at which the terminal searches for the cell is different from the specified synchronization signal and the cell common control slot.
  • an embodiment of the present invention provides a means for a terminal to receive information on a synchronization signal and a cell common control information slot designated by a serving cell, an adjacent cell, or both types of cells.
  • the number of slots of the synchronization signal and the cell common control information of the neighboring cells may be different from each other.
  • a macro base station and a pico base station may have a different price and hardware complexity, so that an antenna structure and a beam forming method may be different. Therefore, in order to perform cell search, the UE should receive information on the synchronization signal and the length of the cell common control information slot designated by the serving cell and the neighbor cell.
  • the terminal searches for a cell based on the length of the synchronization signal and the common control information slot designated by the serving cell. In this case, no problem occurs.
  • 9 to 12 show a frame configuration of a serving cell and an adjacent cell.
  • the terminal capable of generating only one beam at a time is determined based on the slot length of the serving cell. Searching for a problem occurs that fails to search for adjacent cells.
  • the UE when the cell search time is searched for the neighbor cell based on the slot length of the neighbor cell, the UE has no problem in searching for the neighbor cell but may not receive some signals of the serving cell.
  • the UE adds or expands slot 2 to the cell search interval for neighbor cell search and switches the reception beam to Brx_CS to receive synchronization signals and cell common control information of the neighbor cell for slot 1 and 2 hours. Does not receive the optimal signal. If the serving cell transmits a control signal or data to the terminal in slot 2, the terminal may not receive the control signal or data.
  • the terminal even if a length of a synchronization signal and a common control information slot of a serving cell is smaller than that of an adjacent cell, the terminal provides a means for causing no problem in cell searching and communication with the serving cell.
  • the base station When the base station generates beams in all directions at the same time, as shown in FIG. 7, when the synchronization signal and the cell common control information are transmitted only once or two or three times in the control slot or the data slot, the beam can be transmitted to all areas of the own cell. have.
  • the UE In the beamforming cellular communication system, when cell synchronization is not exactly matched, the UE may fail to search for a cell as shown in FIG. 11.
  • the UE searches for a cell by switching the reception beam to Brx_CS for two symbol times, and while the signal of the neighbor cell arrives first or arrives later and receives the reception beam Brx_CS, the UE receives the synchronization signal and common control information of the neighbor cell.
  • the cell search fails without receiving.
  • the cell search section is extended back and forth, for example, to one slot section, adjacent cells may be searched.
  • a problem may occur in that a signal of a control slot or a data slot of a serving cell through which a synchronization signal and cell common control information are transmitted may not be received.
  • the present invention has no problem in cell search and communication with a serving cell even when the terminal needs to extend a cell search time to receive a synchronization signal or synchronization signal and cell common control information due to a large difference in frame synchronization time of a plurality of cells. It provides a means to avoid.
  • the embodiment of the present invention determines a cell search time required for each UE in the beamforming cellular communication system, and performs cell search for the determined cell search time. A method of performing and a method of providing an apparatus will be described.
  • FIG. 13 illustrates a method of performing cell search in a base station of a beamforming cellular communication system according to a first embodiment of the present invention.
  • a base station transmits at least one of a synchronization signal and cell common control information at least once while switching transmission beams at a predetermined position of every frame (1301). That is, the base station switches the transmission signal if necessary according to the antenna structure or beamforming method and cell area of the base station so that all terminals in the cell can receive at least one of the synchronization signal and the cell common control information. And cell common control information repeatedly.
  • the base station receives information on the number or length of synchronization signals or synchronization signals and cell common control information transmitted every frame from the base station of the neighboring cell (1303).
  • the information on the number or length may be provided through a network or may be information directly input by a service provider.
  • the base station of the neighbor cell may be a base station of the same type as the base station of the serving cell or a different type of base station.
  • the base station checks the maximum value of the number or length of the synchronization signal or the synchronization signal and the cell common control information from the information on the number or length received from the base station of the neighboring cell (1305).
  • the base station includes information on the number or length of synchronization signals or synchronization signals and cell common control information transmitted by the base station, information on the maximum value of the number or length of the identified synchronization signals or synchronization signals and cell common control information, and At least one of information on the number or length of synchronization signals or synchronization signals and cell common control information transmitted by the mobile station and information about a larger value of the maximum number or length of the identified synchronization signals or synchronization signals and cell common control information; Is transmitted to all terminals in the cell (1307).
  • the base station may broadcast the information to be transmitted to all the terminals as part of the cell common control information, or transmit the individual control information to each of the terminals.
  • the base station receives information on beamforming capability from all terminals belonging to its cell (1309).
  • the information on the beamforming capability may include the antenna structure of the terminal, the beamforming method, information on the total number of beams generated by the terminal, information on the number of simultaneous beams generated by the terminal, and the terminal simultaneously generating beams in all directions. At least one of information on whether multiple beams are required to transmit or receive a signal in all directions since the beam cannot be generated in all directions at the same time.
  • the base station may receive information on the beamforming capability for each terminal directly from the terminal or may be received from neighbor cells and the base station through the network during the handover process.
  • the base station checks information on the beamforming capability received for each terminal and determines whether the cell search time needs to be extended (1311). At this time, the base station may notify the terminal of the information on whether or not to extend the determined cell search time according to the configuration of the system. In detail, the base station determines that a terminal capable of simultaneously generating beams in all directions does not need an extension of cell search time for cell search.
  • Terminals that cannot generate beams in all directions at the same time and can only generate one or a plurality of beams at one time are the maximum values of the number or length of sync signals or sync signals and cell common control information for transmitting cell search time in adjacent cells. It is determined that the cell search time needs to be extended. At this time, the base station can extend the cell search time forward and backward by the maximum synchronization error allowed by the standard.
  • the base station has a maximum value of the number or the length of the synchronization signal or the synchronization signal and the cell common control information transmitted from the neighboring cell is the same as the number or the length of the synchronization signal or the synchronization signal and the cell common control information transmitted by the serving cell base station itself.
  • the beam cannot be generated in all directions at the same time, and only one or a plurality of beams at a time
  • the terminals that can be generated determine that the cell search time should be extended forward and backward by the maximum inter-base station synchronization error allowed by the standard.
  • the base station determines that the terminal can perform the cell search during the synchronization signal or the synchronization signal and the cell common control information time transmitted from the serving cell without the need for extension of the cell search time.
  • the base station divides the terminals that need to be extended cell search time into G (G> 1) groups, the number of groups G and the group number that each terminal belongs to g ⁇ Information about ⁇ 0, 1, 2, ..., G-1 ⁇ is transmitted to each terminal (1313).
  • G 2 groups
  • a group number 0 or 1 to which the terminal belongs is transmitted to the terminal.
  • the number of groups G may be fixed to a value according to the standard, in which case the base station does not need to transmit information about G to the terminal.
  • a rule for generating a group number g value is specified as a standard, that is, for example, a terminal has a unique number (Mobile Station ID (MSID) or Radio Network Temporary ID (RNTI)).
  • MSID Mobile Station ID
  • RNTI Radio Network Temporary ID
  • the base station may not inform the terminal of the group number g.
  • RNTIs are defined in the 3GPP standard, for example, Cell RNTI (C-RNTI) may be used to generate the group number g.
  • g is scheduled to not transmit control information or data during the extended cell search time for the UEs (1315).
  • the base station does not perform the operations of steps 1313 and 1315 for the terminal determined that the extension of the cell search time is not necessary.
  • FIG. 14 illustrates a method of performing cell search in a base station of a beamforming cellular communication system according to a second embodiment of the present invention.
  • the terminal when the maximum value of the number or length of the synchronization signal or the synchronization signal and the cell common control information transmitted from the base station is limited by the specification, the terminal actually transmits the transmission from the serving cell and the adjacent cell.
  • the cell search may be performed based on the maximum length regardless of the number or length of the signal or the synchronization signal and the cell common control information.
  • the base station does not need to receive information on the number or length of the synchronization signal or the synchronization signal and the cell common control information from the base station of the adjacent cell, and the information on the number or the length of the synchronization signal or the synchronization signal and the cell common control information. It is not necessary to transmit to the terminal.
  • the base station can further extend the cell search time by the maximum inter-base station synchronization error allowed by the standard.
  • the UE may perform cell search by extending the cell search time to one frame.
  • a base station transmits at least one of a synchronization signal and cell common control information at least once while switching transmission beams at a predetermined position of every frame (1401). That is, the base station switches the transmission signal if necessary according to the antenna structure or beamforming method and cell area of the base station so that all terminals in the cell can receive at least one of the synchronization signal and the cell common control information. And cell common control information repeatedly.
  • the base station receives information on beamforming capability from all terminals belonging to its cell (1403).
  • the information on the beamforming capability may include the antenna structure of the terminal, the beamforming method, information on the total number of beams generated by the terminal, information on the number of simultaneous beams generated by the terminal, and the terminal simultaneously generating beams in all directions. At least one of information on whether multiple beams are required to transmit or receive a signal in all directions since the beam cannot be generated in all directions at the same time.
  • the base station may receive information on the beamforming capability for each terminal directly from the terminal or may be received from neighbor cells and the base station through the network during the handover process.
  • the base station checks the information on the beamforming capability received for each terminal to determine whether the cell search time needs to be extended (1405). In detail, the base station determines that a terminal capable of generating beams in all directions at the same time does not need to extend the cell search time, and all other terminals determine that the cell search time needs to be extended. If the base station needs to extend the cell search time, the base station may transmit information on the extension of the cell search time to each terminal.
  • the terminal that needs to extend the cell search time may perform a search based on the maximum value of the synchronization signal or the synchronization signal and the cell common control information length defined in the standard, and if necessary, the maximum synchronization error time between base stations is allowed. You can add cell forwards and backwards to perform cell searches. In particular, in the asynchronous communication system, the cell search interval of the terminal can be extended to one frame.
  • the base station divides the terminals that need to be extended cell search time into G (G> 1) groups, the number of groups G and the group number that each terminal belongs to g ⁇ Information about ⁇ 0, 1, 2, ..., G-1 ⁇ is transmitted to each terminal (1407).
  • the base station divides the frame number f into G groups, and schedules the control information or data not to be transmitted during the extended cell search time for the terminals having the group number g from the frame number corresponding to the group number g ( 1409).
  • the base station does not perform operations of steps 1407 and 1409 for the terminal determined that the extension of the cell search time is not necessary.
  • the conventional UE requests the gap time for neighbor cell measurement and the base station allocates the gap time takes more control information and time than the process of the present invention, and communication efficiency is deteriorated due to gap time setting.
  • an extended cell search time according to an embodiment of the present invention is usually one or two slots, that is, 50-100us is sufficient for a synchronization system, and is much shorter than the conventional gap time, which is usually several ms to several hundred ms.
  • the method for performing cell search in the base station according to an embodiment of the present invention has the advantage of being simpler and more efficient than the conventional method for measuring neighbor cells through gap time.
  • FIG. 15 illustrates a method of performing cell search in a terminal of a beamforming cellular communication system according to a first embodiment of the present invention.
  • a method of performing cell search in a terminal according to the first embodiment of the present invention illustrated in FIG. 15 corresponds to a method of performing cell search in a base station according to the first embodiment of the present invention illustrated in FIG. 13.
  • the terminal may include information on the number or length of sync signals or sync signals and cell common control information from a serving cell, and information on the maximum value of the number or length of sync signals or sync signals and cell common control information. At least one of information on the number or length of the synchronization signal or the synchronization signal and the cell common control information, and information on a larger value of the maximum value of the number or length of the identified synchronization signal or the synchronization signal and the cell common control information. Receive 1501. In this case, the terminal may receive the information on the number or length as part of the cell common control information, or may be received as individual control information.
  • the terminal transmits information on the beamforming capability to the base station (1503).
  • the information on the beamforming capability may include the antenna structure of the terminal, the beamforming method, information on the total number of beams generated by the terminal, information on the number of simultaneous beams generated by the terminal, and the terminal simultaneously generating beams in all directions. At least one of information on whether multiple beams are required to transmit or receive a signal in all directions since the beam cannot be generated in all directions at the same time.
  • the terminal checks whether information on whether to extend the cell search time is received from the base station (1505). If the UE does not receive information on whether to extend the cell search time from the base station, it determines whether direct cell search time extension is necessary (1507). In detail, when the UE can generate beams in all directions at the same time, it determines that the cell search time is not extended. In addition, the terminal may determine that the maximum value of the number or length of the synchronization signal or the synchronization signal and the cell common control information received from the base station of the neighboring cell is the number or the length of the synchronization signal or the synchronization signal and the cell common control information received from the base station of the serving cell.
  • the cell search time is obtained from the synchronization signal or synchronization signal and the cell common control information received from the base station of the adjacent cell. Decide that you need to extend the cell search time to a maximum of number or length. In addition, the terminal may determine to extend the cell search time forward and backward by the maximum synchronization error allowed by the standard.
  • the maximum value of the number or length of the synchronization signal or the synchronization signal and the cell common control information received by the terminal from the base station of the neighboring cell is determined by the number or the length of the synchronization signal or the synchronization signal and the cell common control information received from the base station of the serving cell. Even if the same or smaller, the synchronization error between the base stations is so large that the terminal does not receive both the synchronization signal of the adjacent cell or the synchronization signal and the cell common control information, it is not possible to generate the beam in all directions at the same time, one or some plurality of beams at a time If only can be generated, it is decided to extend the cell search time forward and backward by the maximum inter-base station synchronization error allowed by the specification. In other cases, the UE may perform cell searching for the synchronization signal or the synchronization signal and the cell common control information time received from the base station of the serving cell without the need for extension of the cell search time.
  • the UE can determine the number of groups G (G> 1) for extending the cell search time from the base station and the group number g ⁇ ⁇ 0, 1, 2, ... And group information about G-1 ⁇ (1509).
  • G value is fixed to one by the standard, the G value may not be received from the base station.
  • the terminal does not receive information about the group number g from the base station.
  • the terminal searches for a neighbor cell while receiving a signal of a serving cell based on the received group information (1511).
  • the cell search is performed in the synchronization signal or the synchronization signal and the cell common control information time and the extended cell search time.
  • the terminal performs a cell search with the reception beam Brx_CS during the additional or extended cell search time and the synchronization signal of the odd-numbered frame number and the cell common control information slot and the even-numbered frame.
  • the synchronization signal of the number and the cell common control information slot are received by the optimal reception beam Brx_Opt in the serving cell to obtain synchronization of the serving cell and additionally search for neighboring cells.
  • the terminal searches for the neighboring time during the synchronization signal or the synchronization signal and the cell common control information time transmitted by the serving cell without receiving the group number g.
  • a terminal capable of generating beams in all directions at the same time can always search for neighboring cells while synchronizing with the serving cell.
  • a terminal that cannot generate beams in all directions at the same time and can generate only one or a plurality of beams at a time should distinguish a frame synchronized with a serving cell and a frame for searching adjacent cells differently. This is done without informing the serving cell of this distinction.
  • FIG. 16 illustrates a method of performing cell discovery in a terminal of a beamforming cellular communication system according to a second embodiment of the present invention.
  • a method of performing cell search in a terminal according to the second embodiment of the present invention illustrated in FIG. 16 corresponds to a method of performing cell search in a base station according to the second embodiment of the present invention illustrated in FIG. 14.
  • the terminal transmits beamforming related capacity information to the base station (1601).
  • the beamforming-related capacity information includes information about an antenna structure of a terminal, a beamforming method, information on the total number of beams generated by the terminal, information on the number of simultaneous beams generated by the terminal, and whether the terminal can simultaneously generate beams in all directions. Alternatively, since beams cannot be generated in all directions at the same time, at least one of information on whether a plurality of beams are required to transmit or receive signals in all directions.
  • the terminal determines whether information on whether to extend the cell search time is received from the base station (1603). If the UE does not receive information on whether to extend the cell search time from the base station, it determines whether direct cell search time extension is necessary (1605). In detail, when the UE can generate beams in all directions at the same time, it determines that the cell search time is not extended. In addition, the terminal may determine that the maximum value of the number or length of the synchronization signal or the synchronization signal and the cell common control information received from the base station of the neighboring cell is the number or the length of the synchronization signal or the synchronization signal and the cell common control information received from the base station of the serving cell.
  • the cell search time is obtained from the synchronization signal or synchronization signal and the cell common control information received from the base station of the adjacent cell. Decide that you need to extend the cell search time to a maximum of number or length. In addition, the terminal may determine to extend the cell search time forward and backward by the maximum synchronization error allowed by the standard.
  • the maximum value of the number or length of the synchronization signal or the synchronization signal and the cell common control information received by the terminal from the base station of the neighboring cell is determined by the number or the length of the synchronization signal or the synchronization signal and the cell common control information received from the base station of the serving cell. Even if the same or smaller, the synchronization error between the base stations is so large that the terminal does not receive both the synchronization signal of the adjacent cell or the synchronization signal and the cell common control information, it is not possible to generate the beam in all directions at the same time, one or some plurality of beams at a time If only can be generated, it is decided to extend the cell search time forward and backward by the maximum inter-base station synchronization error allowed by the specification. In other cases, the UE may perform cell searching for the synchronization signal or the synchronization signal and the cell common control information time received from the base station of the serving cell without the need for extension of the cell search time.
  • the UE can determine the number of groups G (G> 1) for extending the cell search time from the base station and the group number g ⁇ ⁇ 0, 1, 2, ... And group information about G-1 ⁇ (1509).
  • G value is fixed to one by the standard, the G value may not be received from the base station.
  • the terminal does not receive information about the group number g from the base station.
  • the terminal searches for a neighbor cell while receiving a signal of a serving cell based on the received cell search related information (1609).
  • the cell search is performed at the synchronization signal or the synchronization signal and the cell common control information time at the frame number corresponding to the group number g and at the additional or extended cell search time.
  • the terminal performs a cell search with the reception beam Brx_CS during an additional or extended cell search time with the synchronization signal of the odd frame number and the cell common control information slot and the even frame
  • the synchronization signal of the number and the cell common control information slot are received by the optimal reception beam Brx_Opt in the serving cell to obtain synchronization of the serving cell and additionally search for neighboring cells.
  • a terminal capable of generating beams in all directions at the same time does not need time extension of cell search, and can always search for neighboring cells while synchronizing with a serving cell.
  • the terminal in a method of performing a cell search by a terminal, information on the number or length of a synchronization signal or synchronization signal and cell common control information transmitted by a serving cell and a neighboring cell base station every frame is provided for each serving.
  • Each cell needs to be received only once, and its own beamforming related capacity information needs to be transmitted only once to the serving cell.
  • a process of requesting and allocating a gap time for measuring a neighbor cell in the conventional mobile communication system requires more control information and time than the process of the present invention, and communication efficiency is deteriorated due to gap time designation. There is. Therefore, in the embodiment of the present invention, transmission and reception and control of control information for searching for a terminal cell have advantages of simpler and more efficient than the conventional cell measurement method through a gap time.
  • 17 is a block diagram of an apparatus for performing cell discovery in a base station of a beamforming cellular communication system according to an embodiment of the present invention.
  • an apparatus for performing cell search in a base station includes a transmitting digital unit 1710, a transmitting RF unit 1720, a transmitting antenna 1730, a receiving antenna 1740, a receiving RF unit 1750, and a receiving digital unit.
  • a unit 1760, a generator 1770, and a controller 1780 are included.
  • the apparatus for performing cell search in the base station illustrated in FIG. 17 corresponds to each unit included in the transmitter and the receiver illustrated in FIGS. 1 and 3, where the operation of each unit is described in detail with reference to FIGS. 1 and 3. Since the description has been described, a detailed description thereof will be omitted.
  • the transmitting digital unit 1710 includes L encoder units 102-1 to 102-L, L modulator units 104-1 to 104-L, a precoder unit 106, and M units shown in FIG. Inverse Fast Fourier Transform (IFFT) units 108-1 to 108 -M, and M digital to analogue converter (DAC) units 110-1 to 110 -M.
  • the transmission digital unit 1710 receives a transmission bit to be transmitted, performs a corresponding operation in each unit with respect to the input transmission bit, and outputs the analog bit.
  • IFFT Inverse Fast Fourier Transform
  • DAC digital to analogue converter
  • the transmitting RF unit 1720 includes M radio frequency (RF) units 112-1 to 112 -M shown in FIG. 1, and receives analog bits from the transmitting digital unit 1710. After converting the frequency and the phase of the desired frequency and phase, the amplified signal with a high power amplifier.
  • RF radio frequency
  • the transmitting antenna 1730 includes the M antenna array units 114-1 to 114 -M shown in FIG. 1 to transmit the amplified signal to the terminal.
  • the transmitting digital unit 1710 transmits various control signals and data for the terminal through the transmitting RF unit 1720 and the transmitting antenna 1730, and particularly, a synchronization signal or a synchronization signal and a cell. Send common control information to the terminal.
  • the reception antenna 1740 includes M antenna array units 302-1 to 302 -M shown in FIG. 3, and receives a signal from the terminal.
  • the reception RF unit 1750 includes M RF units 304-1 to 304 -M shown in FIG. 3 to convert a phase of a received signal and add and add a phase-converted signal to sum the frequencies. To the desired frequency.
  • the receiving digital unit 1760 includes M ADC units 306-1 to 306-M, M FFT units 308-1 to 308-M, a beam forming unit 310, and L demodulator units 312-. 1 to 312-L) and L decoder units 314-1 to 314-L.
  • the receiving digital unit 1760 receives a signal changed to a desired frequency from the receiving RF unit 1750 and performs a corresponding operation in each unit with respect to the input signal and outputs the decoded signal.
  • the generation unit 1770 generates phase shift values corresponding to the transmission analog beam and the reception analog beam, and transfers the generated phase shift values to the transmission RF unit 1720 and the reception RF unit 1750, respectively, to form an analog beam.
  • a phase converter may not be required in the transmitting RF unit 1720 and the receiving RF unit 1750. In this case, the base station does not include the generation unit 1770.
  • the control unit 1780 controls the digital transmission beamforming of the transmission digital unit 1710 and the digital reception beamforming of the reception digital unit 1760, and the transmission RF unit 1720 and the reception RF unit through the generation unit 1770.
  • the analog beamforming of 1750 is controlled.
  • the controller 1780 controls operations for performing cell search according to the first and second embodiments of the present invention illustrated in FIGS. 13 and 14.
  • the controller 1780 may be implemented in hardware or implemented in software to be executed in a DSP or a CPU. Some of the controllers 1780 may be implemented in hardware and some may be implemented in software.
  • the controller 1780 controls the following operations according to the first embodiment of the present invention.
  • the controller 1780 selects and controls digital and analog transmission beams for various control signals and data to be transmitted to the terminal, and selects and controls digital and analog transmission beams for synchronization signals or synchronization signals and cell common control information. do.
  • the controller 1780 receives information on the number or length of the synchronization signal or the synchronization signal and the cell common control information transmitted by the base station of the neighboring cell from the base station of the network or the neighboring cell, or receives the information on the number or the length. Received from the storage in the base station stored in advance.
  • the controller 1780 checks the maximum value of the number or length of the synchronization signal or the synchronization signal and the cell common control information from the information on the received number or length.
  • the control unit 1780 is information on the number or length of the synchronization signal or synchronization signal and cell common control information transmitted by the controller 1780, information on the maximum value of the number or length of the identified synchronization signal or synchronization signal and cell common control information. And information on the maximum value of the number or length of the synchronization signal or the synchronization signal and the cell common control information transmitted by the self and the maximum value of the number or the length of the identified synchronization signal or the synchronization signal and the cell common control information. At least one of which is transmitted to the transmitting digital unit 1710 for transmission to all terminals in the cell.
  • the controller 1780 receives information about the beamforming capability.
  • the method in which the controller 1780 receives the information on the beamforming capability may include detecting information on the beamforming capability in a signal received from the terminal through the reception digital unit 1760 or in an adjacent cell in a handover process.
  • Information about the beamforming capability may be received from a base station or a network of the network.
  • the controller 1780 determines whether the cell search time needs to be extended by checking the information about the beamforming capability received for each UE, and if necessary, informs the UE of the information about whether to extend the determined cell search time. It forwards to the transmitting digital unit 1710 for notification.
  • the method for determining whether the cell search time needs to be extended is described in detail with reference to FIG. 13, it will be omitted.
  • the controller 1780 divides the terminals requiring extension of cell search time into G (G> 1) groups, the number of groups G and the group number g belonging to each terminal. Information about ⁇ 0, 1, 2, ..., G-1 ⁇ is transmitted to the transmitting digital unit 1710 for transmission to each terminal.
  • the controller 1780 does not limit the scheduling for the transmission of the control signal or the data in order to classify the UE or the cell search operation to determine that the expansion of the cell search time is not necessary.
  • the controller 1780 controls the following operations according to the second embodiment of the present invention.
  • the controller 1780 selects and controls the digital and analog transmission beams for various control signals and data to be transmitted to the terminal, and selects and controls the digital and analog transmission beams for the synchronization signal or the synchronization signal and the cell common control information. .
  • the controller 1780 receives information about the beamforming capability.
  • the method in which the controller 1780 receives the information on the beamforming capability may include detecting information on the beamforming capability in a signal received from the terminal through the reception digital unit 1760 or in an adjacent cell in a handover process.
  • Information about the beamforming capability may be received from a base station or a network of the network.
  • the controller 1780 determines whether the cell search time needs to be extended by checking the information about the beamforming capability received for each UE, and if necessary, informs the UE of the information about whether to extend the determined cell search time. It forwards to the transmitting digital unit 1710 for notification.
  • the controller 1780 divides the terminals requiring extension of cell search time into G (G> 1) groups, the number of groups G and the group number g belonging to each terminal. Information about ⁇ 0, 1, 2, ..., G-1 ⁇ is transmitted to the transmitting digital unit 1710 for transmission to each terminal.
  • FIG. 18 illustrates a configuration of an apparatus for performing cell discovery in a terminal of a beamforming cellular communication system according to an embodiment of the present invention.
  • an apparatus for performing cell search in a terminal may include a transmitting digital unit 1810, a transmitting RF unit 1820, a transmitting antenna 1830, a receiving antenna 1840, a receiving RF unit 1850, and a receiving digital unit.
  • a unit 1860, a generator 1870, a controller 1880, and a cell searcher 1890 are included.
  • the apparatus for performing cell search in the terminal illustrated in FIG. 18 corresponds to each unit included in the transmitter and the receiver illustrated in FIGS. 1 and 3, where the operation of each unit is described in detail with reference to FIGS. 1 and 3. Since the description has been described, a detailed description thereof will be omitted.
  • the transmitting digital unit 1810 includes L encoder units 102-1 to 102-L, L modulator units 104-1 to 104-L, a precoder unit 106, and M units shown in FIG. IFFT units 108-1 to 108-M and M DAC units 110-1 to 110-M.
  • the transmission digital unit 1810 receives a transmission bit to be transmitted, performs a corresponding operation in each unit with respect to the input transmission bit, and outputs the analog bit as an analog bit.
  • the transmitting RF unit 1820 includes M RF units 112-1 to 112 -M shown in FIG. 1, and receives analog bits from the transmitting digital unit 1810 and the frequency and phase of the analog bits. After converting to the desired frequency and phase, amplify the converted signal with a high power amplifier.
  • the transmit antenna 1830 includes M antenna array units 114-1 to 114 -M shown in FIG. 1 to transmit the amplified signal to a base station.
  • the reception antenna 1840 includes M antenna array units 302-1 to 302 -M shown in FIG. 3 to receive a synchronization signal or synchronization signal and cell common control information from a base station.
  • the reception RF unit 1850 includes M RF units 304-1 to 304 -M shown in FIG. 3 to convert a phase of a received signal and add and add a phase-converted signal to sum the frequencies. To the desired frequency.
  • the receiving digital unit 1860 includes M ADC units 306-1 to 306-M, M FFT units 308-1 to 308-M, a beam forming unit 310, and L demodulator units 312-. 1 to 312-L) and L decoder units 314-1 to 314-L.
  • the receiving digital unit 1860 receives a signal changed to a desired frequency from the receiving RF unit 1850 and performs a corresponding operation in each unit with respect to the input signal and outputs the decoded signal.
  • the generation unit 1870 generates phase shift values corresponding to the transmission analog beam and the reception analog beam, and transfers the generated phase shift values to the transmission RF unit 1820 and the reception RF unit 1850, respectively, to form an analog beam.
  • the phase shifter may not be required in the transmitting RF unit 1820 and the receiving RF unit 1850. In this case, the base station does not include the generation unit 1870.
  • the cell search unit 1890 receives a sync signal or a sync signal and cell common control information of a serving cell and an adjacent cell through the reception RF unit 1850, and performs a cell search for detecting a cell and obtaining a sync.
  • the control unit 1880 controls the digital transmit beam forming of the transmitting digital unit 1810 and the digital receive beam forming of the receiving digital unit 1860, and transmits the transmitting RF unit 1820 and the receiving RF unit through the generation unit 1870.
  • the analog beamforming of 1850 is controlled.
  • the controller 1880 controls operations of performing cell search according to the first and second embodiments of the present invention illustrated in FIGS. 15 and 16.
  • the controller 1880 may be implemented in hardware or implemented in software to be executed in a DSP or a CPU. Some of the controllers 1880 may be implemented in hardware and some may be implemented in software.
  • the controller 1880 controls the following operations according to the first embodiment of the present invention.
  • the control unit 1880 may include information about the number or length of sync signals or sync signals and cell common control information transmitted from the serving cell through the reception digital unit 1860, and the number of sync signals or sync signals and cell common control information. Or information on the maximum value of the length, information on the number or length of the synchronization signal or the synchronization signal and the cell common control information, and the maximum value of the number or length of the identified synchronization signal or the synchronization signal and the cell common control information. At least one of the information about the value is received.
  • the controller 1880 transmits the information on the beamforming capability to the transmitting digital unit 1810 to transmit the information about the beamforming capability.
  • the information on the beamforming capability may include the antenna structure of the terminal, the beamforming method, information on the total number of beams generated by the terminal, information on the number of simultaneous beams generated by the terminal, and the terminal simultaneously generating beams in all directions. At least one of information on whether multiple beams are required to transmit or receive a signal in all directions since the beam cannot be generated in all directions at the same time.
  • the controller 1880 receives information on whether to extend the cell search time transmitted from the base station through the reception digital unit 1860 or determines whether the cell search time needs to be extended.
  • the method for determining whether the cell search time needs to be extended is described in detail with reference to FIG. 15, it will be omitted.
  • the controller 1880 may include a group number G (G> 1) and a group number g to which it belongs to extend the cell search time transmitted from the base station through the receiving digital unit 1860.
  • the controller 1880 uses the value fixed by the standard without receiving the G value from the reception digital unit 1860.
  • the controller 1880 generates information about the group number g without receiving the information from the receiving digital unit 1860.
  • the controller 1880 controls the cell search unit 1890 and the generation unit 1870 to perform cell search for the extended cell search time.
  • the controller 1880 may perform a cell search during a sync signal or sync signal and cell common control information time transmitted by a serving cell.
  • the searcher 1890 and the generator 1870 are controlled. In this case, when the cell searcher 1890 can generate beams in all directions at the same time, the cell searcher 1890 may always search for neighboring cells while synchronizing with the serving cell.
  • the cell searcher 1890 when the cell searcher 1890 cannot generate beams in all directions at the same time and only one or a plurality of beams can be generated at one time, the cell searcher 1890 differs between a frame for synchronizing a serving cell and a frame for searching for adjacent cells. In this case, the classification is performed without informing the serving cell.
  • the controller 1880 controls the following operations according to the second embodiment of the present invention.
  • the controller 1880 transmits the information about the beamforming capability to the transmitting digital unit 1810 to transmit the information to the base station.
  • the controller 1880 receives information on whether to extend the cell search time transmitted from the base station through the reception digital unit 1860 or determines whether the cell search time needs to be extended.
  • the controller 1880 may include a group number G (G> 1) and a group number g ⁇ to which the cell search time is transmitted from the base station through the reception digital unit 1860.
  • Group information about ⁇ 0, 1, 2, ..., G-1 ⁇ is received.
  • the controller 1880 uses the value fixed by the standard without receiving the G value from the reception digital unit 1860.
  • the controller 1880 generates information about the group number g without receiving the information from the receiving digital unit 1860.
  • the controller 1880 controls the cell search unit 1890 and the generation unit 1870 to perform cell search for the extended cell search time.
  • the cell search unit 1890 and the generation unit 1870 are controlled to perform a cell search at the synchronization signal or the synchronization signal and the cell common control information time and the extended cell search time at the frame number corresponding to the group number g. do.
  • the controller 1880 may perform a cell search for a sync signal or a sync signal transmitted from a serving cell and cell common control information time. And the generation unit 1870.
  • an embodiment of the present invention provides efficient cell search of a terminal in a beamforming cellular communication system. That is, the conventional UE requests the gap time for measuring the neighboring cell and the base station allocates the gap time takes more control information and time than the process of the present invention, and communication efficiency is increased due to the gap time setting. There is a problem of deterioration.
  • an extended cell search time according to an embodiment of the present invention is usually one or two slots, that is, 50-100us is sufficient for a synchronization system, and is much shorter than the conventional gap time, which is usually several ms to several hundred ms. There is no degradation in communication efficiency due to expansion. Therefore, the method for performing cell search in the base station according to an embodiment of the present invention has the advantage of being simpler and more efficient than the conventional method for measuring neighbor cells through gap time.
  • the base station of the serving cell determines whether the cell search time needs to be extended for the terminal, specifies a group g value for the cell search, and informs the terminal.
  • each cell since each cell only needs to receive information on the number or length of synchronization signals or synchronization signals and common cell control information transmitted by neighboring cells, there is no waste of information exchange between cells.
  • each serving cell needs to receive information on beamforming capability for the UE belonging to its own cell only once. The information about the beamforming capability may be provided by the terminal to communicate with the serving cell when the terminal first accesses the wireless network or received from the neighbor cell when the terminal moves over by handover from the neighbor cell.
  • the information on the beamforming capability is information that the terminal and the serving cell must receive originally for communication, and are not additional information necessary for cell discovery in an embodiment of the present invention.
  • the cell discovery group number G value may be fixed to one as a standard. In this case, the base station does not need to inform the terminal, and even if the terminal does not have a fixed value, the terminal only receives the value once in each cell. do.
  • the terminal can receive the information about the extension of the cell search time of the serving cell and, if necessary, receive the g value and the G value once, and receive all the information necessary for the cell search to perform the cell search. Since the values are fixed and not change frequently in a given cell, the hardware implementation and operation of the cell search unit are simple. On the contrary, in the conventional cell measurement technique using the gap time, the gap time allocation and release are made at any time, and the gap time and period may change from time to time depending on the conditions of the terminal and the base station. There is a difficulty to make this possible.
  • the embodiment of the present invention does not limit the antenna structure or the beamforming method that can be used by the base station in the beamforming cellular communication system, even when the time length for the synchronization signal and the cell common information allocated to each cell is not limited to one.
  • the UE secures cell synchronization and communicates with the serving cell, the UE searches for neighbor cells without any problem.
  • the time and length for synchronization signals and cell common information allocated to a plurality of adjacent cells do not coincide with each other. Even when the UE secures the synchronization with the serving cell and communicates with the serving cell, the UE searches for the adjacent cell without any problem.
  • an optimal beamforming method and an antenna structure may be different according to a price and a type.
  • various types of terminals having different antenna structures or beamforming methods are the same cell. Coexistence in the UE has the effect of searching for adjacent cells without any problem in communication with the serving cell.
  • the synchronization error between the base stations is large, even if the synchronization signal or synchronization signal transmitted by a plurality of cells adjacent to each other and the time interval of the cell common control information are largely out of the serving cell It secures the motivation for and communicates with the serving cell, and the effect of searching for neighboring cells without any problem is obtained.
  • the embodiment of the present invention provides a cell search means for an asynchronous communication system, and in particular, since the cell search method and operation for the asynchronous communication system are the same as those of the synchronous communication system, the base station and the terminal according to the embodiment of the present invention.

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Abstract

본 발명은 빔 포밍(beam forming) 셀룰러 통신 시스템의 단말과 기지국에서 셀 탐색을 위한 방법 및 장치에 관한 것이다. 본 발명의 실시 예에 따른 셀룰러 통신 시스템에서 서빙 셀의 기지국에 의해 셀 탐색을 수행하는 방법은, 셀 내의 모든 단말들 각각의 빔 포밍 능력에 대한 정보를 수신하는 과정과,상기 각 단말 별로 수신된 빔 포밍 능력에 대한 정보를 근거로 셀 탐색 시간의 확장이 필요한지의 여부를 결정하는 과정과,상기 셀 탐색 시간의 확장이 필요한 단말로 셀 탐색에 대한 그룹 정보를 송신하는 과정을 포함한다.

Description

셀룰러 통신 시스템에서 셀 탐색 방법 및 장치
본 발명은 빔 포밍(beam forming) 셀룰러 통신 시스템의 단말과 기지국에서 셀 탐색을 위한 방법 및 장치에 관한 것이다.
셀룰러 통신 시스템에서 단말은 셀 탐색을 통하여 인접 셀의 동기신호를 수신하고 인접 셀의 시간 및 주파수 동기를 확보하고 인접 셀의 번호(즉, 물리적인 셀 아이디(Physical Cell ID))를 비롯하여 필요에 따라 주요 셀 공통제어정보를 획득한다. 그리고 기지국은 셀 내 모든 방향으로 신호를 송수신하는 안테나를 사용하여 동기신호와 셀 공통제어정보를 셀 내 모든 단말들에게 동시에 송신한다. 또한 단말은 전 방향 안테나를 사용하므로 서빙 기지국뿐만 아니라 인접 기지국들의 신호를 동시에 수신하며, 셀 탐색으로 인해 서빙 셀과의 통신에 아무런 지장을 받지 않는다.
그러나 단말은 추가적으로 서빙 셀을 인접 셀로 핸드오버(Handover)하는 결정을 내리기 위해서 인접 셀의 수신 전력을 측정해야 하는데, 단말의 구현 상황에 따라 인접 셀의 수신 전력을 측정하는 순간에는 서빙 셀의 신호를 디코딩 하지 못할 수도 있다. 그러므로 단말은 인접 셀의 수신 전력을 측정하기 위한 갭(Gap) 시간을 서빙 기지국에 요청하고, 상기 갭 시간 동안 단말은 서빙 셀과의 통신을 중단하고 인접 셀의 참조 신호(Reference Signal)의 수신 전력을 측정할 수 있다. 또한 단말은 서빙 셀이 사용하고 있는 주파수와 다른 주파수를 사용하는 셀 및 기지국을 검출하기 위해 갭 시간을 이용한다.
그러나 상기 단말이 갭 시간을 이용하는 경우, 인접 셀을 탐색하기 위해 서빙 셀에게 갭 시간 할당을 요청하고 응답을 받는 과정으로 인해 통신 효율이 저하된다. 특히, 셀 내 모든 단말들이 항상 셀 탐색을 수행하고자 할 때 갭 시간 할당 방법을 이용할 경우 통신 효율이 급격히 저하될 수 있다.
또 다른 예로, 기지국과 단말이 빔 포밍을 통하여 신호를 송수신하는 빔 포밍 셀룰러 통신 시스템에서 모든 기지국이 동일한 고정된 슬롯 시간 동안에 동기신호와 셀 공통제어정보를 송신할 때, 빔 포밍 단말은 서빙 셀의 기지국과 인접 셀의 기지국이 어떤 방향의 위치에 있더라고 신호를 수신하기 위해서 수신 빔을 순차적으로 전환하면서 서빙 셀의 신호와 인접 셀의 신호를 수신하여 서빙 셀과 동기를 맞추고 인접 셀을 탐색한다. 이러한 종래 빔 포밍 셀룰러 통신 시스템에서 동기신호와 셀 공통제어정보를 위해 할당되는 슬롯 시간의 길이가 고정되어 있지 않은 경우, 단말은 셀 탐색 동작으로 인해 일부 서빙 셀의 신호를 수신하지 못하거나 인접 셀 탐색에 실패하는 문제가 발생할 수 있다. 또한 종래 빔 포밍 셀룰러 통신 시스템에서 기지국이 사용하는 빔 포밍 장치 및 방법이 각 셀마다 달라서 동기신호와 셀 공통제어정보를 위해 할당되는 슬롯 시간의 길이가 셀 마다 다른 경우에도 문제가 발생한다. 특히 인접 셀에서 할당되는 동기신호를 위한 슬롯 시간이 서빙 셀의 것보다 긴 경우, 단말은 인접 셀의 모든 동기신호를 수신하지 못하는 경우가 발생할 수 있으며, 그 결과 상기 인접 셀 탐색에 실패할 수 있다. 이러한 문제를 해결하기 위해 모든 기지국에서 할당 가능한 동기 및 셀 공통제어정보 슬롯 길이의 최대 길이에 맞추어 셀 탐색 동작을 수행할 경우, 인접 셀 탐색은 항상 성공하지만 서빙 셀의 제어신호 또는 데이터를 수신하지 못하는 경우가 발생하므로 서빙 셀과의 통신에 장애가 발생할 수 있다.
따라서, 빔 포밍 셀룰러 통신 시스템에서 각 단말 별로 셀 탐색을 위한 셀 탐색 시간을 효율적으로 할당하여 셀 탐색을 수행하는 방안이 요구된다.
본 발명은 빔 포밍 셀룰러 통신 시스템에서 셀 탐색을 수행하기 위한 방법 및 장치를 제공한다.
또한 본 발명은 빔 포밍 셀룰러 통신 시스템에서 셀 탐색 시간을 효율적으로 결정하여 셀 탐색을 수행하는 방법 및 장치를 제공한다.
또한 본 발명은 빔 포밍 셀룰러 통신 시스템에서 기지국과 단말이 사용하는 빔 포밍 방법 및 구조가 고정되지 않고 서로 상이한 경우에도 단말이 효율적으로 셀 탐색을 수행할 수 있도록 하는 방법 및 장치를 제공한다.
본 발명의 실시 예에 따른 셀룰러 통신 시스템에서 서빙 셀의 기지국에 의해 셀 탐색을 수행하는 방법은, 셀 내의 모든 단말들 각각의 빔 포밍 능력에 대한 정보를 수신하는 과정과,상기 각 단말 별로 수신된 빔 포밍 능력에 대한 정보를 근거로 셀 탐색 시간의 확장이 필요한지의 여부를 결정하는 과정과,상기 셀 탐색 시간의 확장이 필요한 단말로 셀 탐색에 대한 그룹 정보를 송신하는 과정을 포함한다.
또한 본 발명의 실시 예에 따른 셀룰러 통신 시스템에서 단말에 의해 셀 탐색을 수행하는 방법은, 빔 포밍 능력에 대한 정보를 송신하는 과정과,셀 탐색 시간의 확장이 필요한지의 여부를 확인하는 과정과,상기 셀 탐색 시간의 확장이 필요한 경우, 서빙 셀의 기지국으로부터 셀 탐색에 대한 그룹 정보를 수신하는 과정과,상기 그룹 정보에 포함된 그룹 번호 값에 해당하는 프레임에서 인접 셀을 탐색하는 과정을 포함한다.
또한 본 발명의 실시 예에 따른 셀룰러 통신 시스템에서 서빙 셀의 기지국에 의해 셀 탐색을 수행하는 장치는, 셀 내의 모든 단말들 각각의 빔 포밍 능력에 대한 정보를 수신하는 수신부와, 상기 각 단말 별로 수신된 빔 포밍 능력 정보를 근거로 셀 탐색 시간의 확장이 필요한지의 여부를 결정하는 제어부와, 상기 셀 탐색 시간의 확장이 필요한 단말로 셀 탐색에 대한 그룹 정보를 송신하는 송신부를 포함한다.
또한 본 발명의 실시 예에 따른 셀룰러 통신 시스템에서 단말에 의해 셀 탐색을 수행하는 장치는, 빔 포밍 능력에 대한 정보를 송신하는 송신부와,셀 탐색 시간의 확장이 필요한지의 여부를 확인하는 제어부와, 상기 셀 탐색 시간의 확장이 필요한 경우, 서빙 셀의 기지국으로부터 셀 탐색에 대한 그룹 정보를 수신하는 수신부와, 상기 그룹 정보에 포함된 그룹 번호 값에 해당하는 프레임에서 인접 셀을 탐색하는 탐색부를 포함한다.
도 1은 본 발명이 적용되는 빔 포밍 셀룰러 통신 시스템에서 송신부의 구성을 간략하게 나타낸 도면,
도 2는 본 발명이 적용되는 도 1의 송신부에서 하나의 RF 유닛과 안테나 어레이 유닛의 구성을 상세히 나타낸 도면,
도 3은 본 발명이 적용되는 빔 포밍 셀룰러 통신 시스템에서 수신부의 구성을 간략하게 나타낸 도면,
도 4는 본 발명이 적용되는 도 3의 수신부에서 하나의 안테나 어레이 유닛과 하나의 RF 유닛의 구성을 상세히 나타낸 도면,
도 5는 본 발명이 적용되는 빔 포밍 셀룰러 통신 시스템의 프레임(Frame) 구성을 나타낸 도면,
도 6은 본 발명의 실시 예가 적용되는 빔 포밍 셀룰러 통신 시스템의 프레임에서 동기신호 및 공통 제어 정보 슬롯에 대한 구성을 나타낸 도면,
도 7은 본 발명의 실시 예가 적용되는 빔 포밍 셀룰러 통신 시스템의 프레임에서 슬롯의 구성을 나타낸 도면,
도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 단말이 서빙 셀과 인접 셀의 동기신호 및 공통제어 정보 슬롯을 모두 수신하여 서빙 셀에 동기를 맞추면서 인접 셀도 탐색하기 위한 수신 빔 전환의 실시 예를 나타낸 도면,
도 9 내지 도 12는 서빙 셀과 인접 셀의 프레임 구성을 나타낸 도면,
도 13은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 빔 포밍 셀룰러 통신 시스템의 기지국에서 셀 탐색을 수행하는 방법을 나타낸 도면,
도 14는 본 발명의 제2 실시 예에 따른 빔 포밍 셀룰러 통신 시스템의 기지국에서 셀 탐색을 수행하는 방법을 나타낸 도면,
도 15는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 빔 포밍 셀룰러 통신 시스템의 단말에서 셀 탐색을 수행하는 방법을 나타낸 도면,
도 16은 본 발명의 제2 실시 예에 따른 빔 포밍 셀룰러 통신 시스템의 단말에서 셀 탐색을 수행하는 방법을 나타낸 도면,
도 17은 본 발명의 실시 예에 따른 빔 포밍 셀룰러 통신 시스템의 기지국에서 셀 탐색을 수행하는 장치의 구성을 나타낸 도면,
도 18은 본 발명의 실시 예에 따른 빔 포밍 셀룰러 통신 시스템의 단말에서 셀 탐색을 수행하는 장치의 구성을 나타낸 도면.
이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 하기의 설명에서는 본 발명에 따른 동작을 이해하는데 필요한 부분만이 설명되며 그 이외 부분의 설명은 본 발명의 요지를 흩트리지 않도록 생략될 것이라는 것이 유의하여야 한다.
본 발명의 주요한 요지는 빔 포밍 셀룰러 통신 시스템에서 각 셀마다 요구되는 셀 탐색 시간을 결정하고, 상기 결정된 셀 탐색 시간 동안 셀 탐색을 수행하는 방법 및 장치를 제공한다.
이를 위해 본 발명이 적용되는 빔 포밍 셀룰러 통신 시스템에 대하여 설명한 후, 본 발명의 실시 예에 따른 빔 포밍 셀룰러 통신 시스템에서 셀 탐색을 수행하는 방법 및 장치에 대하여 상세히 설명하기로 한다.
먼저, 빔 포밍 셀룰러 통신 시스템에서 기지국과 단말은 빔 포밍 방법을 사용하여 빔 이득만큼 신호의 수신 전력을 높일 수 있고, 좁은 빔으로 인해 간섭이 감소하여 통신 성능을 높이는 장점이 있다. 기지국은 셀 내 모든 단말들과 통신을 해야 하지만 기지국이 빔 포밍을 할 경우 어느 하나의 빔으로 통신을 할 수 있는 단말들이 셀 내 일부 영역으로 제한되고, 다른 위치의 단말들과 통신하기 위해서는 기지국이 다른 빔을 사용해야 한다. 그리고 기지국은 사용하는 빔 포밍 방법 및 장치의 복잡도에 따라 한 순간에 하나의 빔만을 생성하거나, 한 순간에 전체 빔들 중에서 일부 복수 개의 빔만을 생성하거나, 또는 매 순간 모든 빔을 동시에 생성할 수 있다. 본 발명의 실시 예에서는 기지국의 빔 포밍 환경에 제한을 두지 않으며 이 중에서 어떤 한가지 종류의 기지국만 존재하거나 일부 종류의 기지국이 공존하거나 또는 모든 종류의 기지국이 동시에 공존하는 경우를 모두 고려한다.
빔 포밍 셀룰러 통신 시스템에서 기지국은 특정 단말들만을 위한 제어신호 또는 데이터뿐만 아니라 동기 신호와 셀 공통제어정보와 같은 셀 내 모든 단말들이 공통적으로 수신해야 하는 신호도 빔 포밍을 통해 송신해야 한다. 그러므로 기지국이 한 번에 하나 또는 일부 복수 개의 빔만을 생성하는 경우, 기지국은 셀 내 모든 단말들이 수신해야 하는 신호를 빔을 전환하면서 반복적으로 송신한다. 이때 반복하는 수는 기지국이 생성하는 빔의 최대 수 또는 각 빔의 폭, 동시에 생성하는 빔의 수 등에 따라 달라진다.
그리고 빔 포밍 셀룰러 통신 시스템에서 단말은 복수 개의 좁은 빔을 생성하여 모든 방향으로 신호를 송수신하여 기지국과 통신한다. 이때단말과 각 좁은 빔으로 통신하는 기지국은 신호의 송수신이 빔 폭과 방향에 의해 제한되며, 단말에 대한 기지국의 상대적 위치 및 방향에 따라 단말의 최적 빔은 달라진다. 상기 단말은 단말의 빔 포밍 장치 및 방법의 복잡도에 따라 한 순간에 하나의 빔만을 생성하거나, 한 순간에 전체 빔들 중에서 일부 복수 개의 빔만을 생성하거나, 또는 모든 빔을 동시에 생성할 수 있는데, 본 발명의 실시 예에서는 단말의 빔 포밍 상황에 제한을 두지 않으며, 이 중에서 어떤 한가지 종류의 단말만 존재하거나 일부 종류의 단말이 공존하거나 또는 모든 종류의 단말이 동시에 공존하는 경우를 모두 고려한다.
또한 빔 포밍 셀룰러 통신 시스템에서 단말은 어느 하나의 셀 및 기지국을 서빙 셀 및 기지국으로 하여 통신하는 중에도 위치를 이동하므로 최적 셀 및 기지국이 변경될 수 있다. 그러므로 단말은 항상 새로운 셀 및 기지국을 찾는 셀 탐색 동작을 필수적으로 수행한다. 새로운 기지국은 단말로부터 어떤 방향에도 존재할 수 있으므로, 단말은 새로운 기지국을 찾기 위해 자신의 모든 방향의 빔으로 신호를 수신해야 한다. 그리고 단말이 한 번에 하나 또는 일부 복수 개의 빔만을 생성할 수 있는 경우, 모든 방향으로 신호를 수신하기 위해 수신 빔을 전환하면서 반복적으로 수신한다. 이때 반복하는 수는 단말이 생성하는 빔의 폭 및 전체 빔의 수 및 동시에 생성하는 빔의 수 등에 따라 달라진다.　
도 1은 본 발명이 적용되는 빔 포밍 셀룰러 통신 시스템에서 송신부의 구성을 간략하게 보이고 있다.
도 1을 참조하면, 송신부는 L개의 인코더(Encoder) 유닛(102-1~102-L), L개의 변조기 유닛(104-1~104-L), 프리코더 유닛(106), M개의 역 고속 푸리에 변환(Inverse Fast Fourier Transform, IFFT) 유닛(108-1~108-M), M개의 디지털에서 아날로그로 변환하는 변환기(Digital to Analogue Converter, DAC) 유닛(110-1~110-M), M개의 무선 주파수(Radio Frequency, RF) 유닛(112-1~112-M) 및 M개의 안테나 어레이 유닛(114-1~114-M)을 포함한다. 여기서, L 및 M은 1이상인 자연수이다.
송신부에서 송신하고자 하는 비트들은 L개의 인코더 유닛(102-1~102-L)으로 입력되어 인코딩되고, 인코딩된 비트들은 L개의 변조기 유닛(104-1~104-L)으로 입력되어 심볼들로 변조된다. 상기 변조된 심볼들은 프리코더 유닛(106)으로 입력되어 프리코딩된다. 이때, 상기 프리코더 유닛(106)은 동시에 송신되는 복수의 송신 빔에 대하여 추가적인 빔 포밍을 수행할 수 있다. 일 예로, 상기 프리코더 유닛(106)은 OFDM 신호의 부반송파(subcarrier) n에서 L개의 송신 심볼들 s1 ,n, ..., sL,n을 M개의 안테나 어레이 유닛(114-1~114-M)으로 송신하기 위해 다음 <수학식 1>과 같이 프리코딩할 수 있다.
<수학식 1>
Figure PCTKR2015006959-appb-I000001
상기 <수학식 1>에서, P n은 subcarrier n에 대한 M x L 프리코더 행렬(Precoder matrix)을 나타낸다.
이하, 본 발명의 실시 예는 설명의 편의를 위하여, 도 1의 프리코더 유닛(106)을 통한 빔 포밍 방식을 디지털 빔 포밍이라고 하고, M개의 RF 유닛(112-1~112-M)을 통한 빔 포밍 방식을 아날로그 빔 포밍이라고 정의하기로 한다.
상기 프리코더 유닛(106)을 통해 각 subcarrier 별로 디지털 빔 포밍된 송신 신호 x1,n,..., xM ,n는 M개의 안테나 어레이 유닛(114-1~114-M)으로 송신하기 위해 복수 개의 IFFT 유닛(108-1~108-M) 각각을 통해 시간영역 신호로 변환된다. 이때, M개의 IFFT 유닛(108-1~108-M) 각각으로 입력되는 신호와 출력되는 신호 간의 관계는 아래의 <수학식 2>와 같이 나타낼 수 있다.
<수학식 2>
[ym,1 ym,2 ... ym,N] = [xm,1 xm,2 ... xm,N]F-1
<수학식 2>에서 F -1는 N-point IFFT 행렬을 나타낸다.
따라서, 도 1의 송신부는 아날로그 빔 포밍과 디지털 빔 포밍을 동시에 지원할 수 있다.
상기 M개의 IFFT 유닛(108-1~108-M) 각각에서 출력된 신호는 M개의 DAC 유닛(110-1~110-M) 각각으로 입력되어 아날로그 신호로 변경된다. 그리고 상기 각각 변경된 아날로그 신호는 M개의 RF 유닛(112-1~112-M) 각각으로 입력되어 원하는 주파수로 변환되어 M개의 안테나 어레이 유닛(114-1~114-M) 각각을 통해 수신부로 송신된다. 여기서, 상기 M개의 RF 유닛(112-1~112-M) 중 하나와 복수 개의 안테나 어레이 유닛(114-1~114-M) 중 하나 간의 동작을 아래 도 2를 참조하여 상세히 설명하기로 한다.
도 2는 본 발명이 적용되는 도 1의 송신부에서 하나의 RF 유닛과 안테나 어레이 유닛의 구성을 상세히 보이고 있다. 일 예로, 도 2에서 하나의 RF 유닛과 안테나 어레이 유닛은 RF1 유닛(112-1)과 안테나 어레이 유닛(214-1)으로 도시하였으며, 다른 RF1 유닛과 안테나 어레이 유닛도 RF1 유닛(112-1)과 안테나 어레이 유닛(214-1)과 동일한 구성을 가진다.
도 2를 참조하면, RF1 유닛(112-1)은 입력된 신호의 주파수를 변환하고, 안테나 어레이 유닛(214-1)은 신호의 위상을 변환한다. 상세하게, RF1 유닛(112-1)는 믹서(Mixer)(212), J개의 위상 변환기(214-1 ~ 214-J) 및 J개의 고전력 증폭기(216-1 ~ 216-J)를 포함한다. 그리고 안테나 어레이 유닛(114-1)은 J개의 안테나(222-1~222-J)를 포함한다.
상기 믹서(Mixer)(212)는 입력된 신호의 주파수를 원하는 송신 주파수 fc로 변경하고, J개의 위상 변환기(214-1 ~ 214-J)는 상기 주파수가 변경된 신호의 위상을 J개의 위상으로 변경하며, J개의 고전력 증폭기(216-1 ~ 216-J)는 위상 변경된 J개의 신호를 증폭한다. 그리고 상기 J개의 안테나(222-1~222-J)는 상기 J개의 증폭된 신호를 동시에 수신부로 송신한다.
여기서, 상기 도 2의 RF1 유닛(112-1) 및 안테나 어레이 유닛(114-1)을 통해 송신되는 신호는 한 순간에 하나의 빔을 형성하는데, 안테나의 수 J, 안테나의 배치 모양, 위상 변환기(214-1 ~ 214-J)의 값에 따라 빔의 폭과 방향이 결정된다. 도 2의 RF1 유닛(112-1) 및 안테나 어레이 유닛(114-1)은 위상 변환기(214-1 ~ 214-J)의 값을 변경하면 송신 빔 방향을 변경할 수 있다.
도 3은 본 발명이 적용되는 빔 포밍 셀룰러 통신 시스템에서 수신부의 구성을 간략하게 보이고 있다.
도 3에 도시한 수신부의 구성은 도 1에 도시한 송신부의 구성에 대응된다. 즉, 도 3을 참조하면, 수신부는 M개의 안테나 어레이 유닛(302-1~302-M), M개의 RF 유닛(304-1~304-M), M개의 ADC 유닛(306-1~306-M), M개의 FFT 유닛(308-1~308-M), 빔 포밍 유닛(310), L개의 복조기 유닛(312-1~312-L) 및 L개의 디코더(Decoder) 유닛(314-1~314-L)을 포함한다.
송신부로부터 송신된 M개의 아날로그 신호는 복수 개의 안테나 어레이 유닛(302-1~302-M) 및 복수 개의 RF 유닛(304-1~304-M)을 통해 수신된다. 그리고 수신된 아날로그 신호는 복수 개의 아날로그를 디지털로 변환하는 변환기(Analogue to Digital Converter, ADC) 유닛(306-1~306-M)을 통해 디지털 신호 r1 ,k, ..., rM ,k로 변환되고, 복수 개의 FFT 유닛(308-1~308-M)을 통해 주파수 영역 신호 z1 ,n, ..., zM ,n로 변환된다. 여기서 복수 개의 FFT 유닛(308-1~308-M)이 상기 변환된 디지털 신호 rm ,1, ..., rm ,N를 N-point FFT를 하여 주파수 영역 OFDM 신호 zm ,1, ..., zm ,N로 변환하는 관계를 아래 <수학식 3>으로 나타낼 수 있다.
<수학식 3>
[zm,1 zm,2 ... zm,N] = [rm,1 rm,2 ... rm,N]F-1
상기 <수학식 3>에서 F는 N-point FFT 행렬을 나타낸다.
그리고 상기 OFDM 신호의 각 subcarrier n에서 빔 포밍(W n) 유닛(310)을 통해 수신 빔 포밍을 수행하는데, 다음 <수학식 4>와 같이 나타낼 수 있다.
<수학식 4>
Figure PCTKR2015006959-appb-I000002
상기 <수학식 4>에서 각 subcarrier n의 빔 포밍(W n) 유닛(310)은 L x M 행렬로 구성된다.
상기 빔 포밍(W n) 유닛(310)을 통해 획득된 L개의 심볼은 복수 개의 복조기 유닛(312-1~312-L)를 통해 복조되고, 상기 복조된 심볼들은 복수 개의 디코더 유닛(314-1~314-L)을 통해 L개의 데이터로 동시에 검출된다.
이와 같은 방법을 통해 도 3의 빔 포밍 셀룰러 통신 시스템에서 수신부는 아날로그 빔 포밍과 디지털 빔 포밍을 동시에 지원할 수 있다.
도 4는 본 발명이 적용되는 도 3의 수신부에서 하나의 안테나 어레이 유닛과 하나의 RF 유닛의 구성을 상세히 보이고 있다. 일 예로, 도 4에서 하나의 안테나 어레이 유닛과 RF 유닛은 안테나 어레이 유닛(302-1)과 RF1 유닛(304-1)으로 도시하였으며, 다른 안테나 어레이 유닛과 RF 유닛도 안테나 어레이 유닛(302-1)과 RF1 유닛(304-1)과 동일한 구성을 가진다.
도 4를 참조하면, 안테나 어레이 유닛(302-1)은 J개의 안테나(412-1~412-J)를 포함한다. 그리고 RF1 유닛(304-1)는 J개의 위상 변환기(424-1 ~ 424-J), 합산기(426) 및 믹서(428)를 포함한다.
상기 안테나 어레이 유닛(302-1)은 J개의 안테나(412-1~412-J)를 통해 신호를 동시에 수신한다. 그리고 RF1 유닛(304-1)에서 J개의 위상 변환기(424-1 ~ 424-J)는 각각 다른 위상으로 수신 신호를 변경하고, 합산기(426)는 위상 변경된 J개의 수신 신호를 하나로 합산하고, 믹서(428)는 상기 합산한 신호의 주파수를 수신부에서 원하는 주파수로 변경한다.
여기서 상기 안테나 어레이 유닛(302-1) 및 RF1 유닛(304-1)을 통해 수신되는 신호는 한 순간에 하나의 아날로그 수신 빔을 형성하는데, 안테나의 수 J, 안테나의 배치 모양, J개의 위상 변환기(424-1 ~ 424-J)의 값에 따라 빔의 폭과 방향이 결정된다. 상기 안테나 어레이 유닛(302-1) 및 RF1 유닛(304-1)은 J개의 위상 변환기(424-1 ~ 424-J)의 값을 변경하면 아날로그 수신 빔 방향을 변경할 수 있다.
본 발명의 실시 예는 기지국과 단말에서 다양한 빔 포밍 구조 및 기술을 적용하는 환경을 고려한다. 도 1 및 도 3의 빔 포밍 셀룰러 통신 시스템에서 M=1이고 J>1인 경우, 즉 하나의 안테나 어레이만을 사용하는 경우, 빔 포밍 셀룰러 통신 시스템은 디지털 빔 포밍을 수행하지 않고 아날로그 빔 포밍만을 수행하며, 특히 한 순간에 하나의 아날로그 빔만을 생성한다. 이 경우 빔 방향을 변경하기 위해서는 다른 송수신 순간에 복수 개의 위상 변환기의 값을 변경한다. 또한 이 경우 한 스트림(stream)(L=1)의 데이터만 송수신 할 수 있다.
이와 반대로 도 1 및 도 3의 빔 포밍 셀룰러 통신 시스템에서 J=1이고 M>1 인 경우, 빔 포밍 셀룰러 통신 시스템은 아날로그 빔 포밍을 수행하지 않고 디지털 빔 포밍만을 수행하며, 특히 항상 최대 빔 개수인 M개의 빔을 동시에 생성할 수 있다. 그러므로 이 경우 생성 가능한 모든 M 방향의 빔을 항상 동시에 생성할 수 있고, 최대 L (L≤M)개 스트림의 데이터를 동시에 송수신하므로 최대 데이터 전송 속도를 매우 크게 높일 수 있는 장점이 있다. 그리고 동일한 폭의 빔을 생성하는 조건에서 100% 디지털 빔 포밍 (J=1, M>1)만을 수행하는 셀룰러 통신 시스템이 100%아날로그 빔 포밍 (J>1, M=1)만을 수행하는 셀룰러 통신 시스템에 비해 동시에 더 많은 빔을 생성하여 더 높은 전송 속도로 데이터를 송수신할 수 있는 장점이 있다. 그러나 100% 디지털 빔 포밍 셀룰러 통신 시스템은 100% 아날로그 빔 포밍 셀룰러 통신 시스템에 비해 구현 복잡도가 훨씬 높은 단점이 있다. 그러므로 실제 통신 환경에서는 100% 디지털 빔 포밍 (J=1, M>1) 셀룰러 통신 시스템과 100% 아날로그 빔 포밍 (J>1, M=1) 셀룰러 통신 시스템에 대한 중간 수준의 빔 포밍 셀룰러 통신 시스템을 사용할 수도 있다. 예를 들어 M=2 또는 4로 제한하고 J= 32 또는 64등으로 하여 2 또는 4개의 좁은 빔을 동시에 생성하는 빔 포밍 셀룰러 통신 시스템도 고려할 수 있다. 또한 매크로(Macro) 셀 기지국은 시스템의 성능이 우선시되고 구현 복잡도와 가격이 높아도 문제가 되지 않을 수 있다. 그 반대로 피코(Pico) 셀 또는 펨토(Femto) 셀 기지국은 구현 복잡도 및 크기가 작고 가격이 저렴한 것이 더 중요하고 성능은 Macro 기지국보다 낮아도 문제가 되지 않을 수 있다. 그러므로 실제 환경에서는 빔 포밍 방식 및 기술, 구현 복잡도와 성능 등이 서로 다른 다양한 형태의 기지국들이 사용될 수 있다. 뿐만 아니라 단말들도 가격에 따라 서로 다른 형태의 빔 포밍 방법이 사용될 수 있다. 본 발명의 실시 예는 이와 같이 다양한 빔 포밍 구조 및 기술을 갖춘 기지국 및 단말이 공존하는 통신 환경을 고려한다.
도 5는 본 발명이 적용되는 빔 포밍 셀룰러 통신 시스템의 프레임(Frame) 구성을 보이고 있다.
도 5를 참조하면, 기지국과 단말은 빔 포밍을 통하여 고정된 크기를 갖는 프레임(501)의 신호를 송수신한다. 하나의 프레임은 고정된 길이를 갖는 다수 개의 부프레임(Subframe)들(503)로 구성되고, 하나의 부프레임은 고정된 길이를 갖는 다수 개의 슬롯(Slot)들(505)로 구성된다. 그리고 하나의 슬롯은 고정된 길이를 갖는 다수 개의 심볼(Symbol)(507)이 구성된다. 예를 들어, 상기 프레임(501)은 5개의 부프레임들로 구성되고, 하나의 부프레임(503)은 20개의 슬롯들로 구성되며, 하나의 슬롯(505)은 10개의 심볼들로 구성된다. 이때, 상기 슬롯(505)을 구성하는 심볼의 개수는 각 심볼에 포함되는 보호구간(CP: Cyclic Prefix)의 길이에 따라 결정된다. 예를 들어, 상기 프레임(501)이 5ms이면, 하나의 부프레임(503)은 1ms이고, 하나의 슬롯(505)은 50us이며, 하나의 심볼(507)은 5us이다.
도 5와 같은 프레임 구조에서 통신 시스템은 하향링크 (Downlink, DL)에서 상기 프레임을 동기신호(Synchronization Signal, SS) 및 셀 공통제어정보(Broadcast Channel, BCH) 슬롯, 빔 측정 슬롯(Beam Measurement Slot), 제어 슬롯(Control Slot) 및 데이터 슬롯(Data Slot)으로 구분하여 구성한다. 여기서, 프레임, 부프레임과 슬롯의 크기는 고정되어 있지만, 하나의 부프레임을 구성하기 위해 선택되는 상기 슬롯들의 조합 및 수는 기지국의 하드웨어 용량(Hardware capability), 안테나 구조, 빔 포밍 방법, 설치(deployment) 환경 및 단말의 수 등에 의해 달라질 수 있다. 본 발명의 실시 예에서 프레임은 매 프레임에서 동기신호 및 셀 공통제어정보 중 적어도 하나를 포함하고 있다고 가정한다.
도 6은 본 발명의 실시 예가 적용되는 빔 포밍 셀룰러 통신 시스템의 프레임에서 동기신호 및 셀 공통제어정보 슬롯에 대한 구성을 보이고 있다.
셀 내에서 위치에 상관 없이 모든 단말들은 동기신호와 셀 공통제어정보를 수신할 수 있어야 한다. 즉 단말은 동기신호를 수신하여 셀과 동기를 획득하고 셀 ID에 대한 정보의 일부 또는 전부를 획득한다. 그리고 단말은 셀 공통제어정보를 수신하여 셀 ID에 대한 추가적인 정보와 셀의 신호를 수신하기 위해 필요한 다양한 정보를 획득한다.
그런데 기지국이 좁은 빔으로 신호를 송신할 경우 일부 제한된 셀 영역의 단말들만 동기신호와 셀 공통제어정보를 수신한다. 이를 해결하기 위해서(즉, 셀 내 모든 단말들이 상기 동기신호와 셀 공통제어정보를 수신하기 위해서), 기지국은 빔을 변경하면서 상기 동기신호와 셀 공통제어정보를 반복하여 여러 번 송신한다.
여기서 반복 송신해야 하는 회수는 기지국 빔의 수, 또는 빔 폭과 셀 넓이에 따라 달라진다. 또한 기지국이 복수의 안테나 어레이 (즉, M>1)를 구비하고 동시에 복수 개의 빔을 송신할 수 있을 경우, 동시에 송신하는 빔 방향을 서로 다르게 선택하면 반복 송신하는 회수를 줄일 수 있다.
도 6에는 한 슬롯 시간 동안 각 빔으로 동기신호와 셀 공통제어정보를 연속하여 송신하는 실시 예를 나타내었다. 여기서, 동기신호와 셀 공통제어정보를 프레임 내 다른 시간에 분리해서 송신하는 것도 가능하다. 본 발명의 실시 예에서는 편의상 동기신호와 셀 공통제어정보가 동일한 슬롯에서 전송되는 경우로 설명하지만, 본 발명의 실시 예는 동기신호와 셀 공통제어정보를 다른 시간 또는 다른 슬롯에 따로 송신하는 경우에도 동일하게 적용될 수 있다.
또한 도 6의 슬롯은 프레임에서 지정된 영역에 위치한다. 예를 들어, 기지국은 도 5의 부프레임 0의 슬롯 1에서 동기신호 및 셀 공통제어정보를 항상 송신한다. 그리고 도 6은 한 슬롯에서 송신 빔을 5번 전환하면서 동기신호 및 셀 공통제어정보를 송신하는 것을 나타낸다. 즉, 송신부는 동기신호 및 셀 공통제어정보를 심볼 0과 1, 심볼 2와 3, 심볼 4와 5, ... 심볼 8과 9에서 송신 빔 0, 1, 2, 3, 4로 각각 송신한다. 송신부는 이와 같이 반복되어 송신되는 동기신호 및 셀 공통제어정보가 몇 번째로 송신된 것인지를 수신부가 식별할 수 있도록 동기신호 또는 셀 공통제어정보에 포함하여 전송한다. 각 프레임 내에서 동기신호 및 셀 공통제어정보 슬롯의 수는 기지국에 따라 다를 수 있지만, 그 시작 위치는 프레임 내에서 고정되고, 연속적으로 존재한다고 가정한다. 예를 들어, 송신 빔을 10번 전환하면서 동기신호 및 셀 공통제어정보를 송신하고자 하는 경우, 부프레임 0에서 슬롯 1과 2를 동기신호 및 셀 공통제어정보 슬롯으로 할당한다.
기지국이 모든 방향의 빔을 한번에 동시에 생성할 수 있거나, 또는 2~3회 만에 모두 생성할 수 있다면, 상기 동기신호 및 셀 공통제어정보를 위한 전용 슬롯을 지정하지 않고, 제어슬롯이나 데이터슬롯의 일부 심볼을 통해 송신할 수도 있다.
도 7은 본 발명의 실시 예가 적용되는 빔 포밍 셀룰러 통신 시스템의 프레임에서 슬롯의 구성을 보이고 있다.
도 7을 참조하면, 프레임에서 하나의 슬롯에 포함된 심볼들은 제어 또는 데이터를 송신하고, 동기신호 및 셀 공통제어정보를 송신하는데 사용된다. 특히, 도 7의 프레임은 동기신호 및 셀 공통제어정보를 한번 만에 모든 빔 방향으로 송신하는 경우를 나타내고 있다.
단말은 셀 탐색을 통하여 셀의 시간 및 주파수 동기를 획득하고 셀 번호 (Physical Cell ID)를 검출한다. 그리고 추가적으로 단말은 셀 공통제어정보를 수신하여 그 셀의 신호를 수신하기 위해 필요한 정보를 수신한다. 본 발명의 실시 예에 따른 단말이 도 6의 동기신호 및 셀 공통제어정보 슬롯 또는 도 7의 동기신호 및 셀 공통제어정보를 수신하여 셀 번호 또는 동기신호 번호가 c인 셀의 시간 동기를 획득하고 동시에 셀을 검출하는 과정의 실시 예를 설명하면 다음과 같다.
단말은 수신 빔 b를 사용하여 동기신호 및 셀 공통제어정보 슬롯에 대한 후보 시간 구간에서 신호 y(b)k를 수신하고, 셀 또는 동기신호 번호 c로 생성된 동기 신호 s(c)k와 상관관계(correlation)를 수행하고, 수신 전력 P(b)k으로 정규화(normalize)한 메트릭(metric) 값 |U(c;b)k|2/P(b)k을 최대화 하는 시간 k(c;b)opt을 아래의 <수학식 5>와 같이 계산한다.
<수학식 5>
Figure PCTKR2015006959-appb-I000003
상기 <수학식 5>에서 단말은 각 셀 또는 동기신호 번호 c에 대한 correlation 값 |U(c;b)k| 의 최대 크기 값이 소정의 기준 값보다 큰 경우 그 셀 또는 동기신호 번호 c의 셀이 검출된 것으로 판단할 수 있고, 작은 경우 그 셀 또는 동기신호 번호 c의 셀이 검출되지 않은 것으로 판단할 수 있다.
그 다음, 단말은 k(c;b)opt+NCP에서 k(c;b)opt+NCP+N-1의 신호 샘플에 대해 N-point FFT를 수행하고, 셀 공통제어정보를 수신하는 소정의 방법에 따라 셀 공통제어정보의 신호를 검출한다. 여기서 NCP는 CP(Cyclic Prefix)의 길이를 나타내고, N은 직교의 주파수 분할 다중(Orthogonal Frequency Division Multiplex, OFDM) 심볼 신호의 FFT 길이를 나타낸다.
단말이 셀 공통제어정보를 오류 없이 수신하면 예를 들어 몇 번째 동기신호 및 셀 공통제어정보를 수신하였는지를 확인하여 상기 셀의 프레임 시작 시점을 알 수 있으며, 추가적으로 상기 셀의 완전한 셀 번호를 포함하여 셀에 대한 다른 정보를 획득할 수 있다. 상기 셀 탐색 및 동기 획득 방법은 인접 셀(Neighbor Cell) 과 서빙 셀(Serving Cell)에 대해 동일하다.
단말이 빔 포밍을 통하여 신호를 송수신하는 경우 기지국 방향에 따라 최적 단말 빔이 달라진다. 한 단말에 대한 서빙 셀 기지국과 다수의 인접 셀 기지국들은 단말로부터의 방향이 서로 다르게 위치한다. 그러므로 단말이 서빙 셀과 통신을 하는 도중에 인접 셀을 탐색하기 위해서는, 수신 빔을 서빙 셀에 최적인 빔과 다른 빔으로 변경해야 한다. 단말이 동시에 모든 방향의 빔을 생성할 수 없고 일부 제한된 빔만 생성할 수 있는 경우, 셀 탐색을 위해 수신 빔을 변경하면 서빙 셀의 신호를 최적으로 수신하지 못하는 문제가 있다. 단말이 서빙 셀 프레임의 동기신호 및 셀 공통제어정보를 수신하면서도 서빙 셀의 각종 제어신호와 데이터를 문제 없이 수신할 수 있도록 하기 위해, 예를 들어 단말이 셀 탐색을 위한 수신 빔 전환을 상기 서빙 셀 프레임의 동기신호 및 공통제어 정보 슬롯 구간으로 제한하고 그 이외의 시간에서는 서빙 셀에 최적인 빔을 사용하여 서빙 셀의 신호를 수신한다. 그런데 단말은 서빙 셀과 통신을 유지하기 위해서 서빙 셀에 동기를 맞추어야 하므로, 서빙 셀의 동기신호 및 공통제어 정보 슬롯도 수신해야 한다. 그러므로 단말은 서빙 셀과 인접 셀들의 동기신호와 셀 공통제어정보 신호를 모두 수신하기 위해 예를 들어 한 프레임에서는 서빙 셀에 최적의 수신 빔으로 수신하여 서빙 셀과 동기를 맞추고 다른 프레임에서는 수신 빔을 순차적으로 전환하여 인접 셀을 탐색한다. 그러나 단말이 동시에 모든 방향의 빔을 생성할 수 있는 경우, 단말은 서빙 셀과 인접 셀의 신호를 동시에 수신할 수 있으므로 상기와 같은 셀 탐색 문제가 발생하지 않는다.
도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 단말이 서빙 셀과 인접 셀의 동기신호 및 셀 공통제어정보 슬롯을 모두 수신하여 서빙 셀에 동기를 맞추면서 인접 셀도 탐색하기 위한 수신 빔 전환의 실시 예를 보이고 있다.
도 8을 참조하면, 프레임은 부프레임 0의 슬롯 1이 동기신호 및 공통제어 정보 슬롯인 경우를 나타낸다. 단말은 서빙 셀에 최적의 빔인 Brx_Opt을 사용하여 신호를 수신하는데, 예를 들어 짝수 번째 프레임에서 단말은 부프레임0의 슬롯1도 빔 Brx_Opt으로 수신하여 서빙 셀에 동기를 맞추며, 동시에 빔 Brx_Opt으로 수신 되는 신호를 통해 다른 셀, 즉 인접 셀도 탐색한다. 홀수 번째 프레임에서 단말은 부프레임0의 슬롯1 시작 시점에서 수신 빔을 Brx_CS로 전환하여 인접 셀을 탐색하고, 슬롯 1 시간이 끝나면 수신 빔을 Brx_Opt으로 다시 전환하여 서빙 셀의 신호를 수신한다. 이 때 단말은 인접 셀의 위치 및 방향을 사전에 알 수 없으므로 프레임 1, 3, 5, ...등에서 수신 빔 Brx_CS을 프레임 0, 1, 2, ...등으로 순차적으로 변경하여 모든 방향의 신호를 수신한다. 그러나 단말이 동시에 모든 방향의 빔을 생성할 수 있는 경우, 단말은 동기신호 및 공통제어 정보 슬롯을 서빙 셀에 최적의 빔Brx_Opt으로 수신하여 동기를 맞추는 동시에 다른 모든 방향의 빔으로 신호를 수신하여 인접 셀을 탐색할 수 있다.
본 발명의 실시 예는 기지국이 다양한 안테나 구조 및 빔 포밍 방법을 사용하는 환경을 고려하며, 이 목적을 위해 동기신호 및 셀 공통제어정보의 수가 하나로 고정되어 있지 않는 환경을 고려한다. 이와 같은 빔 포밍 셀룰러 통신 시스템에서 단말이 셀 탐색을 수행하기 위해서 단말은 서빙 셀과 인접 셀에서 지정한 동기신호 및 셀 공통제어정보로 할당된 슬롯의 길이에 대한 정보를 수신해야 한다. 단말에게 이 정보가 제공되지 않아서 단말이 셀 탐색하는 시간이 실제로 지정된 동기신호 및 셀 공통제어 슬롯과 다를 경우 문제가 발생한다. 단말이 실제보다 더 긴 시간 동안 셀 탐색을 수행할 경우 단말은 서빙 셀의 신호 중에서 일부를 수신하지 못하며, 그 반대로 더 짧은 시간 동안 셀 탐색을 수행하는 경우 인접 셀을 탐색하지 못할 수도 있다. 이러한 문제를 해결하기 위해 본 발명의 실시 예에서는 단말이 서빙 셀 또는 인접 셀 또는 두 종류의 셀 모두에서 지정한 동기신호 및 셀 공통제어정보 슬롯에 대한 정보를 수신하기 위한 수단을 제공한다.
또한 인접한 셀의 기지국들이 사용하는 안테나 구조 및 빔 포밍 방법이 서로 다를 경우 인접한 셀의 동기신호 및 셀 공통제어정보 슬롯 수가 서로 다를 수 있는데, 본 발명의 실시 예에서는 이런 환경도 고려한다. 예를 들어 Macro 셀과 Pico 셀이 공존하는 통신환경에서, Macro 기지국과 Pico 기지국은 가격 및 하드웨어 복잡도가 다를 수 있으므로 사용하는 안테나 구조 및 빔 포밍 방법이 다를 수 있다. 그러므로 단말은 셀 탐색을 수행하기 위해서 서빙 셀과 인접 셀에서 지정한 동기신호 및 셀 공통제어정보 슬롯의 길이에 대한 정보를 수신해야 한다. 서빙 셀에서 지정한 동기신호 및 셀 공통제어정보 슬롯의 길이가 인접 셀에서 지정한 상기 슬롯의 길이와 동일하거나 더 큰 경우, 단말은 서빙 셀에서 지정한 동기신호 및 공통제어 정보 슬롯의 길이를 기준으로 셀 탐색을 수행하며, 이 경우 아무런 문제가 발생하지 않는다.
그러나 도 9와 같이 서빙 셀에서 지정한 동기신호 및 셀 공통제어정보 슬롯의 길이와 인접 셀에서 지정한 동기신호 및 셀 공통제어정보 슬롯의 길이가 상이할 경우 인접 셀 탐색에 실패하는 문제가 발생한다. 도 9 내지 도 12는 서빙 셀과 인접 셀의 프레임 구성을 보이고 있다.
도 9와 같이 서빙 셀에서 지정한 동기신호 및 셀 공통제어정보 슬롯의 길이가 인접 셀에서 지정한 상기 슬롯의 길이보다 작은 경우, 한번에 일부 빔만 생성할 수 있는 단말이 서빙 셀의 슬롯 길이를 기준으로 인접 셀을 탐색하면 인접 셀 탐색에 실패하는 문제가 발생한다.
이와 반대로, 도 10과 같이 셀 탐색 시간을 인접 셀의 슬롯 길이를 기준으로 인접 셀을 탐색하는 경우, 상기 단말은 인접 셀 탐색에는 문제가 없지만 서빙 셀의 일부 신호를 수신하지 못하는 문제가 발생한다. 도 10에서 단말은 인접 셀 탐색을 위해 슬롯 2를 셀 탐색 구간에 추가 또는 확장하고 슬롯 1과 2 시간 동안 인접 셀의 동기신호 및 셀 공통제어정보를 수신하기 위해 수신 빔을 Brx_CS로 전환하므로 서빙 셀의 신호를 최적으로 수신하지 못한다. 만약 상기 슬롯 2에서 서빙 셀이 상기 단말에게 제어신호 또는 데이터를 송신할 경우 상기 단말은 이 제어신호 또는 데이터를 수신하지 못할 수도 있다.
본 발명의 실시 예에서는 서빙 셀의 동기신호 및 공통제어 정보 슬롯의 길이가 인접 셀의 것보다 작아도 단말이 셀 탐색과 서빙 셀과의 통신에 아무런 문제가 없도록 하는 수단을 제공한다.
기지국이 동시에 모든 방향으로 빔을 생성할 경우, 도 7과 같이 제어슬롯 또는 데이터슬롯에서 동기신호 및 셀 공통제어정보를 한번 또는 2-3번만 송신하면 자신의 셀의 모든 영역으로 빔을 송신할 수 있다. 이러한 빔 포밍 셀룰러 통신 시스템에서 셀 간 동기가 정확히 일치하지 않는 경우, 도 11과 같이 단말은 셀 탐색에 실패할 수 있다.
도 11에서 단말이 두 심볼 시간 동안 수신 빔을 Brx_CS로 전환하여 셀을 탐색하는데, 인접 셀의 신호가 먼저 도착하거나 나중에 도착하여 수신 빔 Brx_CS로 수신하는 시간 동안에는 인접 셀의 동기신호 및 공통제어 정보를 수신하지 못하고 셀 탐색에 실패하는 경우가 발생한다. 이 경우 도 12와 같이 셀 탐색 구간을 앞뒤로 확장하여 예를 들어 한 슬롯 구간으로 확장하면 인접 셀을 탐색할 수 있다. 그러나 이 경우 동기신호 및 셀 공통제어정보가 전송되는 서빙 셀의 제어슬롯 또는 데이터슬롯의 신호를 수신하지 못하는 문제가 발생할 수 있다. 또한 기지국이 동기신호 및 셀 공통제어정보 슬롯을 하나 또는 그 이상 송신하여도 단말이 수신한 인접 셀들 신호의 프레임 동기 시간이 서빙 셀의 신호의 프레임 동기 시간과 매우 다른 경우, 도 11과 동일한 문제가 발생하여 단말이 셀 탐색에 실패할 수 있다. 이 경우에도 셀 탐색 구간을 앞뒤로 확장해야 하는데, 인접 셀 탐색으로 인해 서빙 셀의 일부 신호를 수신하지 못하는 문제가 발생한다. 본 발명은 이와 같이 복수의 셀들의 프레임 동기 시간 차이가 커서 단말이 동기신호 또는 동기신호 및 셀 공통제어정보의 수신을 위해 셀 탐색 시간 확장이 필요한 경우에도 셀 탐색과 서빙 셀과의 통신에 아무런 문제가 없도록 하는 수단을 제공한다.
상기 설명한 셀 탐색에 실패하는 경우의 문제를 해결하기 위하여, 이하, 본 발명의 실시 예에서는 빔 포밍 셀룰러 통신 시스템에서 각 단말마다 요구되는 셀 탐색 시간을 결정하고, 상기 결정된 셀 탐색 시간 동안 셀 탐색을 수행하는 방법 및 장치를 제공하는 방법에 대하여 설명하기로 한다.
도 13은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 빔 포밍 셀룰러 통신 시스템의 기지국에서 셀 탐색을 수행하는 방법을 보이고 있다.
도 13을 참조하면, 기지국은 매 프레임의 지정된 소정의 위치에서 동기신호 및 셀 공통제어정보 중 적어도 하나를 송신 빔을 전환하면서 적어도 한번 송신한다(1301). 즉, 기지국은 셀 내 모든 단말들이 동기신호 및 셀 공통제어정보 중 적어도 하나를 수신할 수 있도록 기지국의 안테나 구조 또는 빔 포밍 방법 및 셀 영역에 따라 필요하다면 송신 빔을 전환하면서 동기신호 또는, 동기신호 및 셀 공통제어정보를 반복하여 송신한다.
상기 기지국은 인접 셀의 기지국으로부터 매 프레임마다 송신되는 동기신호 또는 동기신호 및 셀 공통제어정보의 수 또는 길이에 대한 정보를 수신한다(1303). 상기 수 또는 길이에 대한 정보는 네트워크를 통해 제공될 수도 있고 사업자가 직접 입력하는 정보일 수도 있다. 그리고 상기 인접 셀의 기지국은 서빙 셀의 기지국과 동일한 종류의 기지국이거나 다른 종류의 기지국일 수 있다.
상기 기지국은 상기 인접 셀의 기지국으로부터 수신한 수 또는 길이에 대한 정보에서 동기신호 또는 동기신호 및 셀 공통제어정보의 수 또는 길이의 최대 값을 확인한다(1305).
상기 기지국은 자신이 송신한 동기신호 또는 동기신호 및 셀 공통제어정보의 수 또는 길이에 대한 정보, 상기 확인한 동기신호 또는 동기신호 및 셀 공통제어정보의 수 또는 길이의 최대 값에 대한 정보, 및 상기 자신이 송신한 동기신호 또는 동기신호 및 셀 공통제어정보의 수 또는 길이에 대한 정보 및 상기 확인한 동기신호 또는 동기신호 및 셀 공통제어정보의 수 또는 길이의 최대 값 중 큰 값에 대한 정보 중 적어도 하나를 셀 내의 모든 단말로 송신한다(1307). 이때, 상기 기지국은 상기 모든 단말로 송신하고자 하는 정보를 셀 공통제어정보의 일부로 브로드캐스트(broadcast)하거나, 또는 단말 각각에게 개별적인 제어정보로 송신할 수 있다.
그리고 상기 기지국은 자신의 셀에 속한 모든 단말들로부터 빔 포밍 능력(Capability)에 대한 정보를 수신한다(1309). 상기 빔 포밍 능력에 대한 정보는 단말의 안테나 구조, 빔 포밍 방법, 단말이 생성하는 총 빔 수에 관한 정보, 단말이 동시 생성 빔 수 등에 관한 정보, 상기 단말이 동시에 모든 방향으로 빔을 생성할 수 있는지 또는 동시에 모든 방향으로 빔을 생성할 수 없으므로 모든 방향으로 신호를 송신 또는 수신하기 위해서는 복수 번의 빔 전환이 필요한지에 대한 정보 중 적어도 하나를 포함한다. 또한 기지국은 각 단말에 대한 상기 빔 포밍 능력에 대한 정보를 단말로부터 직접 수신할 수도 있고 핸드오버 과정에서 네트워크를 통해 인접 셀 및 기지국으로부터 전달 받을 수도 있다.
상기 기지국은 각 단말 별로 수신한 빔 포밍 능력에 대한 정보를 확인하여 셀 탐색 시간의 확장이 필요한지의 여부를 결정한다(1311). 이때 상기 기지국은 시스템의 설정에 따라 상기 결정된 셀 탐색 시간의 확장 여부에 대한 정보를 단말에게 통보할 수 있다. 상세하게, 상기 기지국은 동시에 모든 방향의 빔을 생성할 수 있는 단말은 셀 탐색을 위한 셀 탐색 시간의 확장이 필요 없다고 결정한다. 그리고 상기 기지국은 인접 셀에서 송신하는 동기신호 또는 동기신호 및 셀 공통제어정보의 수 또는 길이의 최대 값이 자신이 송신하는 동기신호 또는 동기신호 및 셀 공통제어정보의 수 또는 길이보다 더 큰 경우, 동시에 모든 방향의 빔을 생성할 수 없고 한번에 하나 또는 일부 복수 개의 빔만을 생성할 수 있는 단말들은 셀 탐색 시간을 인접 셀에서 송신하는 동기신호 또는 동기신호 및 셀 공통제어정보의 수 또는 길이의 최대 값으로 셀 탐색 시간의 확장이 필요하다고 결정한다. 이때, 상기 기지국은 규격에서 허용하는 최대 기지국간 동기오차만큼 셀 탐색 시간을 앞과 뒤로 확장할 수 있다. 반대로 상기 기지국은 인접 셀에서 송신하는 동기신호 또는 동기신호 및 셀 공통제어정보의 수 또는 길이의 최대 값이 서빙 셀 기지국 자신이 송신하는 동기신호 또는 동기신호 및 셀 공통제어정보의 수 또는 길이와 동일하거나 더 작더라도 기지국간 동기오차가 커서 단말이 인접 셀의 동기신호 또는 동기신호 및 셀 공통제어정보를 모두 수신하지 못하는 경우, 동시에 모든 방향의 빔을 생성할 수 없고 한번에 하나 또는 일부 복수 개의 빔만을 생성할 수 있는 단말들은 규격에서 허용하는 최대 기지국간 동기오차만큼 셀 탐색 시간을 앞과 뒤로 확장해야 한다고 결정한다. 상기 기재한 경우 외의 경우 기지국은 셀 탐색 시간의 확장이 필요 없이 상기 서빙 셀에서 송신하는 동기신호 또는 동기신호 및 셀 공통제어정보 시간 동안 단말이 셀 탐색을 수행할 수 있다고 결정한다.
이후, 상기 기지국은 셀 탐색 시간의 확장이 필요한 단말이 존재할 경우, 셀 탐색 시간의 확장이 필요한 단말들을 G (G>1)개 그룹으로 구분하고, 그룹 수 G와 각 단말이 속한 그룹번호 g ∈{0, 1, 2, ..., G-1}에 대한 정보를 각 단말로 송신한다(1313). 예를 들어 상기 셀 탐색 시간의 확장이 필요한 단말들을 G=2개 그룹으로 나누고, 단말이 속한 그룹번호 0 또는 1을 단말에게 송신한다. 그룹 수 G는 규격에 의해 한 값으로 고정될 수도 있으며, 이 경우 기지국이 단말에게 G에 대한 정보를 송신할 필요가 없다. 또한 그룹번호 g 값을 생성하는 규칙을 규격으로 정하는 경우, 즉, 예를 들어 단말에게 어떤 고유번호(단말 아이디(Mobile Station ID, MSID) 혹은 무선 네트워크 임시 아이디(Radio Network Temporary ID, RNTI))가 부여되었을 때 g값을 MSID 혹은 RNTI를 G로 나눈 나머지 값 (g = MSID%G 혹은 g = RNTI%G)으로 약속하는 경우, 기지국은 단말에게 그룹번호 g에 대한 정보를 알려주지 않을 수 있다. 3GPP 표준에는 여러 종류의 RNTI가 정의되어 있는데, 그 중에서 예를 들어 Cell RNTI (C-RNTI)가 상기 그룹번호 g를 생성하는데 사용될 수 있다.
그리고 기지국은 프레임 번호 f를 G개의 그룹으로 구분하여, 예를 들어 f=Gk+g (k=0, 1, 2, ...)로 나타내고, 그룹번호 g에 해당하는 프레임 번호에서 그룹번호가 g인 상기 단말들에 대해 확장된 셀 탐색 시간에는 제어정보 또는 데이터를 전송하지 않도록 스케줄링한다(1315). 예를 들어 G=2인 경우, 기지국은 짝수 번째 프레임 번호의 확장된 셀 탐색 시간 동안 그룹번호 g= 0인 단말들에 대해 제어신호 또는 데이터를 전송하지 않고, 홀수 번째 프레임 번호의 확장된 셀 탐색 시간 동안 그룹번호 g=1인 단말들에 대해 제어신호 또는 데이터를 전송하지 않도록 스케줄링한다. 또 다른 예를 들어 G=4인 경우, 기지국은 프레임 f=4k+g(k=0, 1, 2, ...)의 확장된 셀 탐색 시간 동안 그룹번호가 g인 단말들에 대해 제어신호 또는 데이터를 전송하지 않도록 스케줄링한다.
한편, 상기 기지국은 상기 셀 탐색 시간의 확장이 필요하지 않다고 결정된 단말에 대해서는 1313 단계 및 1315 단계의 동작들을 수행하지 않는다.
도 14는 본 발명의 제2 실시 예에 따른 빔 포밍 셀룰러 통신 시스템의 기지국에서 셀 탐색을 수행하는 방법을 보이고 있다.
본 발명의 제2 실시 예는 기지국에서 송신하는 동기신호 또는 동기신호 및 셀 공통제어정보의 수 또는 길이의 최대 값이 규격에 의해 제한되어 있을 경우, 단말은 서빙 셀과 인접 셀에서 실제로 송신하는 동기신호 또는 동기신호 및 셀 공통제어정보의 수 또는 길이와는 상관없이 그 최대 길이를 기준으로 셀 탐색을 수행할 수 있다. 이때 기지국은 인접 셀의 기지국으로부터 동기신호 또는 동기신호 및 셀 공통제어정보의 수 또는 길이에 대한 정보를 수신할 필요가 없으며, 동기신호 또는 동기신호 및 셀 공통제어정보의 수 또는 길이에 대한 정보를 단말로 송신하지 않아도 된다. 또한 기지국은 규격에서 허용하는 최대 기지국간 동기오차만큼 셀 탐색 시간을 추가로 확장할 수 있다. 특히 기지국들간 동기를 맞추지 않는 비 동기 시스템의 경우 단말이 셀 탐색 시간을 한 프레임으로 확장하여 셀 탐색을 수행할 수 있다.
도 14를 참조하면, 기지국은 매 프레임의 지정된 소정의 위치에서 동기신호 및 셀 공통제어정보 중 적어도 하나를 송신 빔을 전환하면서 적어도 한번 송신한다(1401). 즉, 기지국은 셀 내 모든 단말들이 동기신호 및 셀 공통제어정보 중 적어도 하나를 수신할 수 있도록 기지국의 안테나 구조 또는 빔 포밍 방법 및 셀 영역에 따라 필요하다면 송신 빔을 전환하면서 동기신호 또는, 동기신호 및 셀 공통제어정보를 반복하여 송신한다.
상기 기지국은 자신의 셀에 속한 모든 단말들로부터 빔 포밍 능력에대한 정보를 수신한다(1403). 상기 빔 포밍 능력에 대한 정보는 단말의 안테나 구조, 빔 포밍 방법, 단말이 생성하는 총 빔 수에 관한 정보, 단말이 동시 생성 빔 수 등에 관한 정보, 상기 단말이 동시에 모든 방향으로 빔을 생성할 수 있는지 또는 동시에 모든 방향으로 빔을 생성할 수 없으므로 모든 방향으로 신호를 송신 또는 수신하기 위해서는 복수 번의 빔 전환이 필요한지에 대한 정보 중 적어도 하나를 포함한다. 또한 기지국은 각 단말에 대한 상기 빔 포밍 능력에 대한 정보를 단말로부터 직접 수신할 수도 있고 핸드오버 과정에서 네트워크를 통해 인접 셀 및 기지국으로부터 전달 받을 수도 있다.
상기 기지국은 각 단말 별로 수신한 빔 포밍 능력에 대한 정보를 확인하여 셀 탐색 시간의 확장이 필요한지의 여부를 결정한다(1405). 상세하게, 상기 기지국은 동시에 모든 방향의 빔을 생성할 수 있는 단말은 셀 탐색 시간의 확장이 필요 없다고 결정하고, 그 밖의 모든 단말들은 셀 탐색 시간의 확장이 필요하다고 결정한다. 그리고 기지국은 셀 탐색 시간의 확장이 필요하다면 셀 탐색 시간의 확장에 대한 정보를 각 단말에게 전송할 수 있다. 상기 셀 탐색 시간의 확장이 필요한 단말은 규격에서 정의한 동기신호 또는 동기신호 및 셀 공통제어정보 길이의 최대 값을 기준으로 탐색을 수행할 수 있으며, 필요하다면 규격에서 허용하는 최대 기지국간 동기오차 시간을 앞과 뒤로 추가하여 셀 탐색을 수행할 수 있다. 특히, 비 동기 통신 시스템의 경우 상기 단말의 셀 탐색 구간을 한 프레임으로 확장할 수 있다.
이후, 상기 기지국은 셀 탐색 시간의 확장이 필요한 단말이 존재할 경우, 셀 탐색 시간의 확장이 필요한 단말들을 G (G>1)개 그룹으로 구분하고, 그룹 수 G와 각 단말이 속한 그룹번호 g ∈{0, 1, 2, ..., G-1}에 대한 정보를 각 단말로 송신한다(1407).
그리고 기지국은 프레임 번호 f를 G개의 그룹으로 구분하고, 그룹번호 g에 해당하는 프레임 번호에서 그룹번호가 g인 상기 단말들에 대해 확장된 셀 탐색 시간에는 제어정보 또는 데이터를 전송하지 않도록 스케줄링한다(1409).
한편, 상기 기지국은 상기 셀 탐색 시간의 확장이 필요하지 않다고 결정된 단말에 대해 1407 단계 및 1409 단계의 동작들을 수행하지 않는다.
상기 기지국에서 셀 탐색을 수행하는 방법에서 인접 셀의 기지국이 매 프레임마다 송신하는 동기신호 또는 동기신호 및 셀 공통제어정보의 수 또는 길이에 대한 정보는 각 인접 셀 별로 한번만 수신하면 되고, 자신의 셀(즉, 서빙 셀)에 속한 단말에 대한 빔 포밍 관련 빔 포밍 관련 용량 정보도 각 단말 별로 한번만 수신하면 된다. 그리고 기지국이 셀 탐색 시간의 확장이 필요한 단말의 그룹 g을 지정하는 것도 각 단말 별로 한번만 수행하여 단말에게 통보한다. 그 대신 상기 기지국은 각 프레임 f=Gk+g의 확장된 셀 탐색 시간에서 그룹 g의 단말에 대하여 제어신호 또는 데이터 자원할당을 하지 않는다.
종래의 단말이 인접 셀 측정을 위해 갭 시간을 요청하고 기지국이 갭 시간을 할당하는 과정은 상기 본 발명의 과정에 비해 더 많은 제어정보와 시간이 소요되며, 갭 시간 설정으로 인해 통신 효율이 저하되는 문제가 있다. 특히, 본 발명의 실시 예에 따른 확장된 셀 탐색 시간은 동기 시스템의 경우 보통 한두 슬롯, 즉 50~100us 정도면 충분하며 보통 수 ms ~ 수백 ms인 종래의 갭 시간에 비해 훨씬 짧아서 셀 탐색 시간의 확장으로 인한 통신효율 저하는 없다. 그러므로 본 발명의 실시 예에 따른 기지국에서 셀 탐색을 수행하는 방법은 종래의 갭 시간을 통한 인접 셀 측정 방법에 비해 더 간단하고 효율이 높은 장점이 있다.
도 15는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 빔 포밍 셀룰러 통신 시스템의 단말에서 셀 탐색을 수행하는 방법을 보이고 있다. 도 15에 도시한 본 발명의 제1 실시 예에 따른 단말에서 셀 탐색을 수행하는 방법은 도 13에 도시한 본 발명의 제1 실시 예에 따른 기지국에서 셀 탐색을 수행하는 방법에 대응된다.
도 15를 참조하면, 단말은 서빙 셀로부터 동기신호 또는 동기신호 및 셀 공통제어정보의 수 또는 길이에 대한 정보, 상기 동기신호 또는 동기신호 및 셀 공통제어정보의 수 또는 길이의 최대 값에 대한 정보, 및 상기 동기신호 또는 동기신호 및 셀 공통제어정보의 수 또는 길이에 대한 정보 및 상기 확인한 동기신호 또는 동기신호 및 셀 공통제어정보의 수 또는 길이의 최대 값 중 큰 값에 대한 정보 중 적어도 하나를 수신한다(1501). 이때, 상기 단말은 상기 수 또는 길이에 대한 정보를 셀 공통제어정보의 일부로 수신할 수도 있고 또는 개별적인 제어정보로 수신할 수도 있다.
그리고 상기 단말은 빔 포밍 능력에 대한 정보를 기지국에 송신한다(1503). 상기 빔 포밍 능력에 대한 정보는 단말의 안테나 구조, 빔 포밍 방법, 단말이 생성하는 총 빔 수에 관한 정보, 단말이 동시 생성 빔 수 등에 관한 정보, 상기 단말이 동시에 모든 방향으로 빔을 생성할 수 있는지 또는 동시에 모든 방향으로 빔을 생성할 수 없으므로 모든 방향으로 신호를 송신 또는 수신하기 위해서는 복수 번의 빔 전환이 필요한지에 대한 정보 중 적어도 하나를 포함한다.
상기 단말은 기지국으로부터 셀 탐색 시간의 확장 여부에 대한 정보가 수신되었는지 확인한다(1505). 만약 단말은 기지국으로부터 셀 탐색 시간의 확장 여부에 대한 정보를 수신하지 못한 경우, 직접 셀 탐색 시간의 확장이 필요한지의 여부를 결정한다(1507). 상세하게, 상기 단말은 동시에 모든 방향의 빔을 생성할 수 있는 경우, 셀 탐색 시간의 확장이 필요 없다고 결정한다. 그리고 상기 단말은 인접 셀의 기지국로부터 수신한 동기신호 또는 동기신호 및 셀 공통제어정보의 수 또는 길이의 최대 값이 서빙 셀의 기지국으로부터 수신한 동기신호 또는 동기신호 및 셀 공통제어정보의 수 또는 길이보다 더 큰 경우, 동시에 모든 방향의 빔을 생성할 수 없고 한번에 하나 또는 일부 복수 개의 빔만을 생성할 수 있다면, 셀 탐색 시간을 인접 셀의 기지국으로부터 수신한 동기신호 또는 동기신호 및 셀 공통제어정보의 수 또는 길이의 최대 값으로 셀 탐색 시간을 확장해야 한다고 결정한다. 또한 단말은 규격에서 허용하는 최대 기지국간 동기오차만큼 셀 탐색 시간을 앞과 뒤로 확장하도록 결정할 수 있다. 그리고 단말이 인접 셀의 기지국으로부터 수신한 동기신호 또는 동기신호 및 셀 공통제어정보의 수 또는 길이의 최대 값이 서빙 셀의 기지국으로부터 수신한 동기신호 또는 동기신호 및 셀 공통제어정보의 수 또는 길이와 동일하거나 더 작더라도 기지국간 동기오차가 커서 단말이 인접 셀의 동기신호 또는 동기신호 및 셀 공통제어정보를 모두 수신하지 못하는 경우, 동시에 모든 방향의 빔을 생성할 수 없고 한번에 하나 또는 일부 복수 개의 빔만을 생성할 수 있다면, 규격에서 허용하는 최대 기지국간 동기오차만큼 셀 탐색 시간을 앞과 뒤로 확장하도록 결정한다. 상기 경우 외의 경우 단말은 셀 탐색 시간의 확장이 필요 없이 상기 서빙 셀의 기지국으로부터 수신한 동기신호 또는 동기신호 및 셀 공통제어정보 시간 동안 셀 탐색을 수행할 수 있다.
상기 단말이 셀 탐색 시간의 확장이 필요한 경우, 상기 단말은 기지국으로부터 셀 탐색 시간의 확장을 위한 그룹 수 G(G>1)와 자신이 속한 그룹번호 g ∈{0, 1, 2, ..., G-1}에 대한 그룹 정보를 수신한다(1509). 상기 G 값이 규격에 의해 하나로 고정되어 있는 경우, G 값을 기지국으로부터 수신하지 않을 수 있다. 또한 그룹번호 g 값을 생성하는 규칙을 규격으로 정하는 경우 단말은 기지국으로부터 그룹번호 g에 대한 정보를 수신하지 않는다.
다음으로, 상기 단말은 상기 수신된 그룹 정보를 근거로 서빙 셀의 신호를 수신하면서 인접 셀을 탐색한다(1511). 상세하게, 상기 단말이 셀 탐색 시간의 확장이 필요한 경우, 상기 단말은 프레임 번호 f를 G개의 그룹으로 구분하여, 예를 들어 f=Gk+g (k=0, 1, 2, ...)로 나타내고, 그룹번호 g에 해당하는 프레임 번호에서 동기신호 혹은 동기신호 및 셀 공통제어정보 시간과 확장된 셀 탐색 시간에서 셀 탐색을 수행한다. 프레임 번호 f가 f=g, G+g, 2G+g, 3G+g, ...로 증가할 때 상기 단말은 셀 탐색을 위해 사용하는 수신 빔 Brx_CS을 예를 들어 Brx_CS=0, 1, 2, 3, ...등으로 순차적으로 변경한다. 상기 단말은 그 밖의 프레임 번호에서 서빙 셀에 최적인 수신 빔 Brx_Opt을 사용하여 동기신호 및 셀 공통제어정보 슬롯을 수신하여 서빙 셀의 동기를 획득하고 추가적으로 인접 셀을 탐색한다. 예를 들어 G=2이고, 상기 단말의 그룹번호가 0인 경우, 상기 단말은 짝수 번째 프레임 번호의 동기신호 또는 동기신호 및 셀 공통제어정보 슬롯과 확장된 셀 탐색 시간 동안 수신 빔 Brx_CS으로 셀 탐색을 수행하고, 홀수 번째 프레임 번호의 신호는 서빙 셀에 최적의 수신 빔 Brx_Opt으로 수신하여 서빙 셀의 동기를 획득하고 추가적으로 인접 셀을 탐색한다. 이와 반대로 상기 단말의 그룹번호가 1인 경우, 상기 단말은 홀수 번째 프레임 번호의 동기신호 및 셀 공통제어정보 슬롯과 추가 혹은 확장된 셀 탐색 시간 동안 수신 빔 Brx_CS으로 셀 탐색을 수행하고, 짝수 번째 프레임 번호의 동기신호 및 셀 공통제어정보 슬롯을 서빙 셀에 최적의 수신 빔 Brx_Opt으로 수신하여 서빙 셀의 동기를 획득하고 추가적으로 인접 셀을 탐색한다. G=2일 때 단말 동작의 실시 예를 아래 <표 1>에서 나타내었다.
표 1
Figure PCTKR2015006959-appb-T000001
반대로, 셀 탐색 시간의 확장이 필요하지 않는 단말의 경우, 상기 그룹번호 g 를 수신하지 않고 서빙 셀이 송신하는 동기신호 또는 동기신호 및 셀 공통제어정보 시간 동안 인접을 셀 탐색한다. 동시에 모든 방향의 빔을 생성할 수 있는 단말은 항상 서빙 셀에 동기를 맞추는 동시에 인접 셀을 탐색할 수 있다. 또한 동시에 모든 방향의 빔을 생성할 수 없고 한번에 하나 또는 일부 복수 개의 빔만을 생성할 수 있는 단말은 서빙 셀에 동기를 맞추는 프레임과 인접 셀을 탐색하는 프레임을 서로 다르게 구분해야 하는데, 이 경우 단말은 서빙 셀에 이 구분 내용을 알리지 않고 수행한다.
도 16은 본 발명의 제2 실시 예에 따른 빔 포밍 셀룰러 통신 시스템의 단말에서 셀 탐색을 수행하는 방법을 보이고 있다. 도 16에 도시한 본 발명의 제2 실시 예에 따른 단말에서 셀 탐색을 수행하는 방법은 도 14에 도시한 본 발명의 제2 실시 예에 따른 기지국에서 셀 탐색을 수행하는 방법에 대응된다.
도 16을 참조하면, 단말은 빔 포밍 관련 용량 정보를 기지국에 송신한다(1601). 상기 빔 포밍 관련 용량 정보는 단말의 안테나 구조, 빔 포밍 방법, 단말이 생성하는 총 빔 수에 관한 정보, 단말이 동시 생성 빔 수 등에 관한 정보, 상기 단말이 동시에 모든 방향으로 빔을 생성할 수 있는지 또는 동시에 모든 방향으로 빔을 생성할 수 없으므로 모든 방향으로 신호를 송신 또는 수신하기 위해서는 복수 번의 빔 전환이 필요한지에 대한 정보 중 적어도 하나를 포함한다.
상기 단말은 기지국으로부터 셀 탐색 시간의 확장 여부에 대한 정보가 수신되었는지 확인한다(1603). 만약 단말은 기지국으로부터 셀 탐색 시간의 확장 여부에 대한 정보를 수신하지 못한 경우, 직접 셀 탐색 시간의 확장이 필요한지의 여부를 결정한다(1605). 상세하게, 상기 단말은 동시에 모든 방향의 빔을 생성할 수 있는 경우, 셀 탐색 시간의 확장이 필요 없다고 결정한다. 그리고 상기 단말은 인접 셀의 기지국로부터 수신한 동기신호 또는 동기신호 및 셀 공통제어정보의 수 또는 길이의 최대 값이 서빙 셀의 기지국으로부터 수신한 동기신호 또는 동기신호 및 셀 공통제어정보의 수 또는 길이보다 더 큰 경우, 동시에 모든 방향의 빔을 생성할 수 없고 한번에 하나 또는 일부 복수 개의 빔만을 생성할 수 있다면, 셀 탐색 시간을 인접 셀의 기지국으로부터 수신한 동기신호 또는 동기신호 및 셀 공통제어정보의 수 또는 길이의 최대 값으로 셀 탐색 시간을 확장해야 한다고 결정한다. 또한 단말은 규격에서 허용하는 최대 기지국간 동기오차만큼 셀 탐색 시간을 앞과 뒤로 확장하도록 결정할 수 있다. 그리고 단말이 인접 셀의 기지국으로부터 수신한 동기신호 또는 동기신호 및 셀 공통제어정보의 수 또는 길이의 최대 값이 서빙 셀의 기지국으로부터 수신한 동기신호 또는 동기신호 및 셀 공통제어정보의 수 또는 길이와 동일하거나 더 작더라도 기지국간 동기오차가 커서 단말이 인접 셀의 동기신호 또는 동기신호 및 셀 공통제어정보를 모두 수신하지 못하는 경우, 동시에 모든 방향의 빔을 생성할 수 없고 한번에 하나 또는 일부 복수 개의 빔만을 생성할 수 있다면, 규격에서 허용하는 최대 기지국간 동기오차만큼 셀 탐색 시간을 앞과 뒤로 확장하도록 결정한다. 상기 경우 외의 경우 단말은 셀 탐색 시간의 확장이 필요 없이 상기 서빙 셀의 기지국으로부터 수신한 동기신호 또는 동기신호 및 셀 공통제어정보 시간 동안 셀 탐색을 수행할 수 있다.
상기 단말이 셀 탐색 시간의 확장이 필요한 경우, 상기 단말은 기지국으로부터 셀 탐색 시간의 확장을 위한 그룹 수 G(G>1)와 자신이 속한 그룹번호 g ∈{0, 1, 2, ..., G-1}에 대한 그룹 정보를 수신한다(1509). 상기 G 값이 규격에 의해 하나로 고정되어 있는 경우, G 값을 기지국으로부터 수신하지 않을 수 있다. 또한 그룹번호 g 값을 생성하는 규칙을 규격으로 정하는 경우 단말은 기지국으로부터 그룹번호 g에 대한 정보를 수신하지 않는다.
다음으로, 상기 단말은 상기 수신된 셀 탐색 관련 정보를 근거로 서빙 셀의 신호를 수신하면서 인접 셀을 탐색한다(1609). 상세하게 상기 단말이 셀 탐색의 시간 확장이 필요한 경우, 프레임 번호 f를 G개의 그룹으로 구분하여, 예를 들어 f=Gk+g (k=0, 1, 2, ...)로, 나타내고, 그룹번호 g에 해당하는 프레임 번호에서 동기신호 또는 동기신호 및 셀 공통제어정보 시간과 추가 또는 확장된 셀 탐색 시간에서 셀 탐색을 수행한다. 프레임 번호 f가 f=g, G+g, 2G+g, 3G+g, ...로 증가할 때 상기 단말은 셀 탐색을 위해 사용하는 수신 빔 Brx_CS을 예를 들어 Brx_CS=0, 1, 2, 3, ...등으로 순차적으로 변경한다. 상기 단말은 그 밖의 프레임 번호에서 서빙 셀에 최적인 수신 빔 Brx_Opt을 사용하여 동기신호 및 셀 공통제어정보 슬롯을 수신하여 서빙 셀의 동기를 획득하고 추가적으로 인접 셀을 탐색한다. 예를 들어 G=2이고, 상기 단말의 그룹번호가 0인 경우, 상기 단말은 짝수 번째 프레임 번호의 동기신호 또는 동기신호 및 셀 공통제어정보 슬롯과 추가 또는 확장된 셀 탐색 시간 동안 수신 빔 Brx_CS으로 셀 탐색을 수행하고, 홀수 번째 프레임 번호의 신호는 서빙 셀에 최적의 수신 빔 Brx_Opt으로 수신하여 서빙 셀의 동기를 획득하고 추가적으로 인접 셀을 탐색한다. 이와 반대로 상기 단말의 그룹번호가 1인 경우, 상기 단말은 홀수 번째 프레임 번호의 동기신호 및 셀 공통제어정보 슬롯과 추가 또는 확장된 셀 탐색 시간 동안 수신 빔 Brx_CS으로 셀 탐색을 수행하고, 짝수 번째 프레임 번호의 동기신호 및 셀 공통제어정보 슬롯을 서빙 셀에 최적의 수신 빔 Brx_Opt으로 수신하여 서빙 셀의 동기를 획득하고 추가적으로 인접 셀을 탐색한다. G=2일 때 단말 동작의 실시 예를 상기 <표 1>에서 나타내었다.
한편, 동시에 모든 방향의 빔을 생성할 수 있는 단말은 셀 탐색의 시간 확장이 필요 없으며, 항상 서빙 셀에 동기를 맞추는 동시에 인접 셀을 탐색할 수 있다.
상기 본 발명의 실시 예에 단말이 셀 탐색을 수행하는 방법에 있어서, 서빙 셀 및 인접 셀 기지국이 매 프레임마다 송신하는 동기신호 또는 동기신호 및 셀 공통제어정보의 수 또는 길이에 대한 정보는 각 서빙 셀 별로 한번만 수신하면 되고, 자신의 빔 포밍 관련 용량 정보도 서빙 셀에 한번만 송신하면 된다. 그리고 단말이 셀 탐색 시간의 확장이 필요한지에 대한 정보와 상기 단말이 속한 그룹 g에 대한 정보를 수신하는 것도 각 서빙 셀 별로 한번만 수신한다. 그 대신 상기 단말은 각 프레임 f=Gk+g의 확장된 셀 탐색 시간에서 인접 셀을 탐색한다. 종래의 이동통신 시스템에서 단말이 인접 셀 측정을 위해 갭 시간을 요청하고 할당 받는 과정은 상기 본 발명의 과정에 비해 더 많은 제어정보와 시간이 소요되며, 갭 시간 지정으로 인해 통신 효율이 저하되는 문제가 있다. 그러므로 본 발명의 실시 예에서 단말 셀 탐색을 위한 제어정보의 송수신과 단말 동작은 종래의 갭 시간을 통한 인접 셀 측정 방법에 비해 더 간단하고 효율이 높은 장점이 있다.
도 17은 본 발명의 실시 예에 따른 빔 포밍 셀룰러 통신 시스템의 기지국에서 셀 탐색을 수행하는 장치의 구성을 보이고 있다.
도 17을 참조하면, 기지국에서 셀 탐색을 수행하는 장치는 송신 디지털부(1710), 송신 RF부(1720), 송신 안테나(1730), 수신 안테나(1740), 수신 RF부(1750), 수신 디지털부(1760), 생성부(1770) 및 제어부(1780)를 포함한다. 도 17에 도시한 기지국에서 셀 탐색을 수행하는 장치는 상기 도 1 및 도 3에 도시된 송신기 및 수신기에 포함된 각 유닛에 대응되고, 여기서 각 유닛의 동작은 상기 도 1 및 도 3에 대한 상세한 설명에 기재하였으므로 그 상세한 설명은 생략하기로 한다.
상기 송신 디지털부(1710)는 도 1에 도시된 L개의 인코더 유닛(102-1~102-L), L개의 변조기 유닛(104-1~104-L), 프리코더 유닛(106), M개의 IFFT(Inverse Fast Fourier Transform) 유닛(108-1~108-M), M개의 DAC(Digital to Analogue Converter) 유닛(110-1~110-M)을 포함한다. 그리고 상기 송신 디지털부(1710)는 송신하고자 하는 송신 비트를 입력받고, 입력된 송신 비트에 대하여 각 유닛에서 해당 동작을 수행하여 아날로그 비트로 출력한다.
상기 송신 RF부(1720)는 도 1에 도시된 M개의 RF(Radio Frequency) 유닛(112-1~112-M)을 포함하여, 송신 디지털부(1710)로부터 아날로그 비트를 입력받고 입력된 아날로그 비트의 주파수 및 위상을 원하는 주파수 및 위상으로 변환한 후, 변환한 신호를 고 전력 증폭기로 증폭한다.
상기 송신 안테나(1730)는 도 1에 도시된 M개의 안테나 어레이 유닛(114-1~114-M)을 포함하여, 상기 증폭된 신호를 단말로 송신한다.
특히, 본 발명의 실시 예에 따른 송신 디지털부(1710)는 송신 RF부(1720)와 송신 안테나(1730)를 통해 단말에 대한 각종 제어신호와 데이터를 송신하고, 특히 동기신호 또는 동기신호 및 셀 공통제어정보를 단말로 송신한다.
그리고 수신 안테나(1740)는 도 3에 도시된 M개의 안테나 어레이 유닛(302-1~302-M)을 포함하여, 단말로부터 신호를 수신한다.
상기 수신 RF부(1750)는 도 3에 도시된 M개의 RF 유닛(304-1~304-M)을 포함하여 수신된 신호의 위상을 변환하고 위상이 변환된 신호를 합산하여 합산한 신호의 주파수를 원하는 주파수로 변경한다.
상기 수신 디지털부(1760)는 M개의 ADC 유닛(306-1~306-M), M개의 FFT 유닛(308-1~308-M), 빔 포밍 유닛(310), L개의 복조기 유닛(312-1~312-L) 및 L개의 디코더 유닛(314-1~314-L)을 포함한다. 그리고 수신 디지털부(1760)는 수신 RF부(1750)로부터 원하는 주파수로 변경된 신호를 입력받아 입력된 신호에 대하여 각 유닛에서 해당 동작을 수행하여 디코딩된 신호로 출력한다.
상기 생성부(1770)는 송신 아날로그 빔 및 수신 아날로그 빔에 대응하는 위상 변환 값들을 생성하고, 생성된 위상 변환 값들을 각각 송신 RF부(1720) 및 수신 RF부(1750)로 전달하여 아날로그 빔 포밍을 지원한다. 그러나 기지국의 빔 포밍 구조에 따라 상기 송신 RF부(1720) 및 수신 RF부(1750)에서 위상 변환기가 필요하지 않는 경우도 있으며, 이 경우 기지국은 생성부(1770)를 포함하지 않는다.
상기 제어부(1780)는 송신 디지털부(1710)의 디지털 송신 빔 포밍 및 수신 디지털부(1760)의 디지털 수신 빔 포밍을 제어하고, 생성부(1770)를 통해 송신 RF부(1720) 및 수신 RF부(1750)의 아날로그 빔 포밍을 제어한다. 또한 제어부(1780)는 도 13 및 도 14에 도시된 본 발명의 제1 및 제2 실시 예에 따른 셀 탐색을 수행하는 동작들을 제어한다. 이러한 제어부(1780)는 하드웨어로 구현되거나, 소프트웨어로 구현되어 DSP 또는 CPU에서 실행될 수도 있으며, 일부는 하드웨어로 구현되고 일부는 소프트웨어로 구현될 수도 있다.
상세하게, 제어부(1780)는 본 발명의 제1 실시 예에 따라 다음과 같은 동작들을 제어한다. 상기 제어부(1780)는 단말로 송신하고자 하는 각종 제어신호 및 데이터를 위한 디지털 및 아날로그 송신 빔을 선택하고 제어하며, 동기신호 또는 동기신호 및 셀 공통제어정보에 대한 디지털 및 아날로그 송신 빔을 선택하고 제어한다. 그리고 상기 제어부(1780)는 인접 셀의 기지국이 송신하는 동기신호 또는 동기신호 및 셀 공통제어정보의 수 또는 길이에 대한 정보를 네트워크 또는 인접 셀의 기지국으로부터 수신하거나 또는 상기 수 또는 길이에 대한 정보를 사전에 기억하고 있는 기지국내 기억소자로부터 수신한다. 상기 제어부(1780)는 상기 수신한 수 또는 길이에 대한 정보로부터 동기신호 또는 동기신호 및 셀 공통제어정보의 수 또는 길이의 최대 값을 확인한다. 상기 제어부(1780)는 자신이 송신한 동기신호 또는 동기신호 및 셀 공통제어정보의 수 또는 길이에 대한 정보, 상기 확인한 동기신호 또는 동기신호 및 셀 공통제어정보의 수 또는 길이의 최대 값에 대한 정보, 및 상기 자신이 송신한 동기신호 또는 동기신호 및 셀 공통제어정보의 수 또는 길이에 대한 정보 및 상기 확인한 동기신호 또는 동기신호 및 셀 공통제어정보의 수 또는 길이의 최대 값 중 큰 값에 대한 정보 중 적어도 하나를 셀 내의 모든 단말로 송신하기 위해 송신 디지털부(1710)로 전달한다. 그리고 상기 제어부(1780)는 빔 포밍 능력에 대한 정보를 수신한다. 여기서, 상기 제어부(1780)가 상기 빔 포밍 능력에 대한 정보를 수신하는 방법은 수신 디지털부(1760)을 통해 단말로부터 수신된 신호에서 빔 포밍 능력에 대한 정보를 검출하거나, 핸드오버 과정에서 인접 셀의 기지국 또는 네트워크로부터 빔 포밍 능력에 대한 정보를 수신할 수 있다. 상기 제어부(1780)는 각 단말 별로 수신한 빔 포밍 능력에 대한 정보를 확인하여 셀 탐색 시간의 확장이 필요한지의 여부를 결정하고, 필요에 따라 상기 결정된 셀 탐색 시간의 확장 여부에 대한 정보를 단말에게 통보하기 위해 송신 디지털부(1710)로 전달한다. 여기서, 상기 셀 탐색 시간의 확장이 필요한지의 여부를 결정하는 방법은 도 13에 대한 설명에서 상세히 기재하였으므로 생략하기로 한다. 그리고 제어부(1780)는 셀 탐색 시간의 확장이 필요한 단말이 존재할 경우, 셀 탐색 시간의 확장이 필요한 단말들을 G (G>1)개 그룹으로 구분하고, 그룹 수 G와 각 단말이 속한 그룹번호 g ∈{0, 1, 2, ..., G-1}에 대한 정보를 각 단말로 전송하기 위해 송신 디지털부(1710)로 전달한다. 상기 제어부(1780)는 프레임 번호 f를 G개의 그룹으로 구분하여, 예를 들어 f=Gk+g (k=0, 1, 2, ...)로 나타내고, 그룹번호 g에 해당하는 프레임 번호에서 그룹번호가 g인 상기 단말들에 대해 확장된 셀 탐색 시간에는 제어정보 또는 데이터를 전송하지 않도록 스케줄링한다. 반면 제어부(1780)는 상기 셀 탐색 시간의 확장이 필요하지 않다고 결정된 단말에 대해 그룹으로 구분하거나 셀 탐색 동작을 지원하기 위해 제어신호 또는 데이터 전송을 위한 스케줄링을 제한하지 않는다.
또한 제어부(1780)는 본 발명의 제2 실시 예에 따라 다음과 같은 동작들을 제어한다. 제어부(1780)는 단말로 송신하고자 하는 각종 제어신호 및 데이터를 위한 디지털 및 아날로그 송신 빔을 선택하고 제어하며, 동기신호 또는 동기신호 및 셀 공통제어정보에 대한 디지털 및 아날로그 송신 빔을 선택하고 제어한다. 그리고 상기 제어부(1780)는 빔 포밍 능력에 대한 정보를 수신한다. 여기서, 상기 제어부(1780)가 상기 빔 포밍 능력에 대한 정보를 수신하는 방법은 수신 디지털부(1760)을 통해 단말로부터 수신된 신호에서 빔 포밍 능력에 대한 정보를 검출하거나, 핸드오버 과정에서 인접 셀의 기지국 또는 네트워크로부터 빔 포밍 능력에 대한 정보를 수신할 수 있다. 상기 제어부(1780)는 각 단말 별로 수신한 빔 포밍 능력에 대한 정보를 확인하여 셀 탐색 시간의 확장이 필요한지의 여부를 결정하고, 필요에 따라 상기 결정된 셀 탐색 시간의 확장 여부에 대한 정보를 단말에게 통보하기 위해 송신 디지털부(1710)로 전달한다. 여기서, 상기 셀 탐색 시간의 확장이 필요한지의 여부를 결정하는 방법은 도 14에 대한 설명에서 상세히 기재하였으므로 생략하기로 한다. 그리고 제어부(1780)는 셀 탐색 시간의 확장이 필요한 단말이 존재할 경우, 셀 탐색 시간의 확장이 필요한 단말들을 G (G>1)개 그룹으로 구분하고, 그룹 수 G와 각 단말이 속한 그룹번호 g ∈{0, 1, 2, ..., G-1}에 대한 정보를 각 단말로 전송하기 위해 송신 디지털부(1710)로 전달한다. 상기 제어부(1780)는 프레임 번호 f를 G개의 그룹으로 구분하여, 예를 들어 f=Gk+g (k=0, 1, 2, ...)로 나타내고, 그룹번호 g에 해당하는 프레임 번호에서 그룹번호가 g인 상기 단말들에 대해 확장된 셀 탐색 시간에는 제어정보 또는 데이터를 전송하지 않도록 스케줄링한다. 반면 제어부(1780)는 상기 셀 탐색 시간의 확장이 필요하지 않다고 결정된 단말에 대해 그룹으로 구분하거나 셀 탐색 동작을 지원하기 위해 제어신호 또는 데이터 전송을 위한 스케줄링을 제한하지 않는다.
도 18은 본 발명의 실시 예에 따른 빔 포밍 셀룰러 통신 시스템의 단말에서 셀 탐색을 수행하는 장치의 구성을 보이고 있다.
도 18을 참조하면, 단말에서 셀 탐색을 수행하는 장치는 송신 디지털부(1810), 송신 RF부(1820), 송신 안테나(1830), 수신 안테나(1840), 수신 RF부(1850), 수신 디지털부(1860), 생성부(1870), 제어부(1880) 및 셀 탐색부(1890)를 포함한다. 도 18에 도시한 단말에서 셀 탐색을 수행하는 장치는 상기 도1 및 도 3에 도시된 송신기 및 수신기에 포함된 각 유닛에 대응되고, 여기서 각 유닛의 동작은 상기 도 1 및 도 3에 대한 상세한 설명에 기재하였으므로 그 상세한 설명은 생략하기로 한다.
상기 송신 디지털부(1810)는 도 1에 도시된 L개의 인코더 유닛(102-1~102-L), L개의 변조기 유닛(104-1~104-L), 프리코더 유닛(106), M개의 IFFT 유닛(108-1~108-M), M개의 DAC 유닛(110-1~110-M)을 포함한다. 그리고 상기 송신 디지털부(1810)는 송신하고자 하는 송신 비트를 입력받고, 입력된 송신 비트에 대하여 각 유닛에서 해당 동작을 수행하여 아날로그 비트로 출력한다.
상기 송신 RF부(1820)는 도 1에 도시된 M개의 RF 유닛(112-1~112-M)을 포함하여, 송신 디지털부(1810)로부터 아날로그 비트를 입력받고 입력된 아날로그 비트의 주파수 및 위상을 원하는 주파수 및 위상으로 변환한 후, 변환한 신호를 고 전력 증폭기로 증폭한다.
상기 송신 안테나(1830)는 도 1에 도시된 M개의 안테나 어레이 유닛(114-1~114-M)을 포함하여, 상기 증폭된 신호를 기지국으로 송신한다.
그리고 수신 안테나(1840)는 도 3에 도시된 M개의 안테나 어레이 유닛(302-1~302-M)을 포함하여, 기지국으로부터 동기신호 또는 동기신호 및 셀 공통제어정보를 수신한다.
상기 수신 RF부(1850)는 도 3에 도시된 M개의 RF 유닛(304-1~304-M)을 포함하여 수신된 신호의 위상을 변환하고 위상이 변환된 신호를 합산하여 합산한 신호의 주파수를 원하는 주파수로 변경한다.
상기 수신 디지털부(1860)는 M개의 ADC 유닛(306-1~306-M), M개의 FFT 유닛(308-1~308-M), 빔 포밍 유닛(310), L개의 복조기 유닛(312-1~312-L) 및 L개의 디코더 유닛(314-1~314-L)을 포함한다. 그리고 수신 디지털부(1860)는 수신 RF부(1850)로부터 원하는 주파수로 변경된 신호를 입력받아 입력된 신호에 대하여 각 유닛에서 해당 동작을 수행하여 디코딩된 신호로 출력한다.
상기 생성부(1870)는 송신 아날로그 빔 및 수신 아날로그 빔에 대응하는 위상 변환 값들을 생성하고, 생성된 위상 변환 값들을 각각 송신 RF부(1820) 및 수신 RF부(1850)로 전달하여 아날로그 빔 포밍을 지원한다. 그러나 단말의 빔 포밍 구조에 따라 상기 송신 RF부(1820) 및 수신 RF부(1850)에서 위상 변환기가 필요하지 않는 경우도 있으며, 이 경우 기지국은 생성부(1870)를 포함하지 않는다.
셀 탐색부(1890)는 수신 RF부(1850)를 통해 서빙 셀 및 인접 셀의 동기신호 또는 동기신호 및 셀 공통제어정보를 수신하여, 셀을 검출하고 동기를 획득하는 셀 탐색을 수행한다.
상기 제어부(1880)는 송신 디지털부(1810)의 디지털 송신 빔 포밍 및 수신 디지털부(1860)의 디지털 수신 빔 포밍을 제어하고, 생성부(1870)를 통해 송신 RF부(1820) 및 수신 RF부(1850)의 아날로그 빔 포밍을 제어한다. 또한 제어부(1880)는 도 15 및 도 16에 도시된 본 발명의 제1 및 제2 실시 예에 따른 셀 탐색을 수행하는 동작들을 제어한다. 이러한 제어부(1880)는 하드웨어로 구현되거나, 소프트웨어로 구현되어 DSP 또는 CPU에서 실행될 수도 있으며, 일부는 하드웨어로 구현되고 일부는 소프트웨어로 구현될 수도 있다.
상세하게, 제어부(1880)는 본 발명의 제1 실시 예에 따라 다음과 같은 동작을 제어한다. 상기 제어부(1880)는 수신 디지털부(1860)를 통해 서빙 셀로부터 송신된 동기신호 또는 동기신호 및 셀 공통제어정보의 수 또는 길이에 대한 정보, 상기 동기신호 또는 동기신호 및 셀 공통제어정보의 수 또는 길이의 최대 값에 대한 정보, 및 상기 동기신호 또는 동기신호 및 셀 공통제어정보의 수 또는 길이에 대한 정보 및 상기 확인한 동기신호 또는 동기신호 및 셀 공통제어정보의 수 또는 길이의 최대 값 중 큰 값에 대한 정보 중 적어도 하나를 전달받는다. 그리고 제어부(1880)는 빔 포밍 능력에 대한 정보를 기지국으로 송신하기 위해 송신 디지털부(1810)로 송신한다. 상기 빔 포밍 능력에 대한 정보는 단말의 안테나 구조, 빔 포밍 방법, 단말이 생성하는 총 빔 수에 관한 정보, 단말이 동시 생성 빔 수 등에 관한 정보, 상기 단말이 동시에 모든 방향으로 빔을 생성할 수 있는지 또는 동시에 모든 방향으로 빔을 생성할 수 없으므로 모든 방향으로 신호를 송신 또는 수신하기 위해서는 복수 번의 빔 전환이 필요한지에 대한 정보 중 적어도 하나를 포함한다. 그리고 상기 제어부(1880)는 수신 디지털부(1860)를 통해 기지국으로부터 송신된 셀 탐색 시간의 확장 여부에 대한 정보를 전달받거나, 셀 탐색 시간의 확장이 필요한지의 여부를 결정한다. 여기서, 상기 셀 탐색 시간의 확장이 필요한지의 여부를 결정하는 방법은 도 15에 대한 설명에서 상세히 기재하였으므로 생략하기로 한다. 그리고 상기 제어부(1880)는 셀 탐색 시간의 확장이 필요한 경우, 수신 디지털부(1860)를 통해 기지국으로부터 송신된 셀 탐색 시간의 확장을 위한 그룹 수 G(G>1)와 자신이 속한 그룹번호 g ∈{0, 1, 2, ..., G-1}에 대한 그룹 정보를 전달받는다. 여기서 상기 G값이 규격에 의해 하나로 고정되어 있는 경우, 상기 제어부(1880)는 상기 G값을 수신 디지털부(1860)로부터 전달받지 않고 규격에 의해 고정된 값을 사용한다. 그리고 상기 그룹번호 g 값을 생성하는 규칙을 규격으로 정하는 경우, 상기 제어부(1880)는 그룹번호 g에 대한 정보를 수신 디지털부(1860)로부터 전달받지 않고 생성한다. 그리고 제어부(1880)는 상기 그룹 정보를 근거로 셀 탐색 시간의 확장이 필요한 경우, 확장된 셀 탐색 시간 동안 셀 탐색을 수행할 수 있도록 셀 탐색부(1890) 및 생성부(1870)를 제어한다. 반면, 상기 제어부(1880)는 상기 그룹 정보를 근거로 셀 탐색 시간의 확장이 필요하지 않는 경우, 서빙 셀이 송신하는 동기신호 또는 동기신호 및 셀 공통제어정보 시간 동안 셀 탐색을 수행할 수 있도록 셀 탐색부(1890) 및 생성부(1870)를 제어한다. 이때, 상기 셀 탐색부(1890)는 동시에 모든 방향의 빔을 생성할 수 있는 경우, 항상 서빙 셀에 동기를 맞추는 동시에 인접 셀을 탐색할 수 있다. 또한 상기 셀 탐색부(1890)는 동시에 모든 방향의 빔을 생성할 수 없고 한번에 하나 또는 일부 복수 개의 빔만을 생성할 수 있는 경우, 서빙 셀에 동기를 맞추는 프레임과 인접 셀을 탐색하는 프레임을 서로 다르게 구분해야 하는데, 이 경우 서빙 셀에 구분 내용을 알리지 않고 수행한다.
또한 제어부(1880)는 본 발명의 제2 실시 예에 따라 다음과 같은 동작을 제어한다. 제어부(1880)는 빔 포밍 능력에 대한 정보를 기지국으로 송신하기 위해 송신 디지털부(1810)로 송신한다. 그리고 제어부(1880)는 수신 디지털부(1860)를 통해 기지국으로부터 송신된 셀 탐색 시간의 확장 여부에 대한 정보를 전달받거나, 셀 탐색 시간의 확장이 필요한지의 여부를 결정한다. 여기서, 상기 셀 탐색 시간의 확장이 필요한지의 여부를 결정하는 방법은 도 16에 대한 설명에서 상세히 기재하였으므로 생략하기로 한다. 상기 제어부(1880)는 셀 탐색 시간의 확장이 필요한 경우, 수신 디지털부(1860)를 통해 기지국으로부터 송신된 셀 탐색 시간의 확장을 위한 그룹 수 G(G>1)와 자신이 속한 그룹번호 g ∈{0, 1, 2, ..., G-1}에 대한 그룹 정보를 전달받는다. 여기서 상기 G값이 규격에 의해 하나로 고정되어 있는 경우, 상기 제어부(1880)는 상기 G값을 수신 디지털부(1860)로부터 전달받지 않고 규격에 의해 고정된 값을 사용한다. 그리고 상기 그룹번호 g 값을 생성하는 규칙을 규격으로 정하는 경우, 상기 제어부(1880)는 그룹번호 g에 대한 정보를 수신 디지털부(1860)로부터 전달받지 않고 생성한다. 그리고 제어부(1880)는 상기 그룹 정보를 근거로 셀 탐색 시간의 확장이 필요한 경우, 확장된 셀 탐색 시간 동안 셀 탐색을 수행할 수 있도록 셀 탐색부(1890) 및 생성부(1870)를 제어한다. 즉, 제어부(1880)는 셀 탐색의 시간 확장이 필요한 경우, 프레임 번호 f를 G개의 그룹으로 구분하여, 예를 들어 f=Gk+g (k=0, 1, 2, ...)로, 나타내고, 그룹번호 g에 해당하는 프레임 번호에서 동기신호 또는 동기신호 및 셀 공통제어정보 시간과 확장된 셀 탐색 시간에서 셀 탐색을 수행할 수 있도록 셀 탐색부(1890) 및 생성부(1870)를 제어한다. 반면, 상기 제어부(1880)는 상기 셀 탐색 시간의 확장이 필요하지 않는 경우, 서빙 셀이 송신하는 동기신호 또는 동기신호 및 셀 공통제어정보 시간 동안 셀 탐색을 수행할 수 있도록 셀 탐색부(1890) 및 생성부(1870)를 제어한다.
상기한 바와 같이, 본 발명의 실시 예에서는 빔 포밍 셀룰러 통신 시스템에서 단말의 효율적인 셀 탐색을 제공한다. 즉, 종래의 단말이 인접 셀 측정을 위해 갭 시간을 요청하고 기지국이 갭 시간을 할당하는 과정은 상기 본 발명의 과정에 비해 더 많은 제어정보와 시간이 소요되며, 갭 시간 설정으로 인해 통신 효율이 저하되는 문제가 있다. 특히, 본 발명의 실시 예에 따른 확장된 셀 탐색 시간은 동기 시스템의 경우 보통 한두 슬롯, 즉 50~100us 정도면 충분하며 보통 수 ms ~ 수백 ms인 종래의 갭 시간에 비해 훨씬 짧아서 셀 탐색 시간의 확장으로 인한 통신효율 저하는 없다. 그러므로 본 발명의 실시 예에 따른 기지국에서 셀 탐색을 수행하는 방법은 종래의 갭 시간을 통한 인접 셀 측정 방법에 비해 더 간단하고 효율이 높은 장점이 있다.
또한 본 발명의 실시 예에서 서빙 셀의 기지국은 단말에 대해 셀 탐색 시간의 확장이 필요한지를 결정하고, 셀 탐색을 위한 그룹 g 값을 한번 지정하고 단말로 통보한다. 그리고 본 발명의 실시 예에서 각 셀은 인접 셀들이 송신하는 동기신호 또는 동기신호 및 셀 공통제어정보의 수 또는 길이에 대한 정보를 한번만 수신하면 되므로 셀간 정보 교환으로 인한 낭비가 없다. 또한 본 발명의 실시 예에서 각 서빙 셀은 자신의 셀에 속한 단말에 대한 빔 포밍 능력에 대한 정보를 한번만 수신하면 된다. 상기 빔 포밍 능력에 대한 정보는 단말이 최초로 무선 네트워크에 접속할 때 서빙 셀과 통신을 하기 위해 단말이 제공하거나 인접 셀에서 핸드오버하여 이동할 때 인접 셀로부터 전달 받기도 한다. 특히 상기 빔 포밍 능력에 대한 정보는 단말과 서빙 셀이 통신을 하기 위해 원래 수신해야 하는 정보이며 본 발명의 실시 예에서 셀 탐색을 위해 추가로 필요한 정보가 아니다. 본 발명의 실시 예에서 셀 탐색 그룹 수 G 값을 규격으로 하나로 고정할 수도 있는데, 이 경우 기지국은 단말에게 알려줄 필요가 없으며, 하나로 고정되어 있지 않을 경우도 단말은 각 셀에서 그 값을 한번만 수신하면 된다. 또한 본 발명에서 그룹번호 g 값을 생성하는 규칙을 규격으로 정하는 경우, 즉, 예를 들어 단말에게 어떤 고유번호가 부여되었을 때 g값을 MSID 혹은 RNTI를 G로 나눈 나머지 값 (g = MSID%G 혹은 g = RNTI%G) 으로 약속하는 경우, 기지국은 단말에게 그룹번호 g에 대한 정보를 알려줄 필요가 없다.
그리고 본 발명의 실시 예에 따른 단말은 서빙 셀의 셀 탐색 시간의 확장에 대한 정보와 필요하다면 g 값과 G값을 한번만 수신하면 셀 탐색에 필요한 모든 정보를 수신하여 셀 탐색을 할 수 있으며, 이 값들은 주어진 셀에서 수시로 변경되지 않고 고정된 값이므로 셀 탐색부의 하드웨어 구현 및 동작이 간단한 장점이 있다. 이에 비해 종래 갭 시간을 통한 셀 측정 기술은 갭 시간 할당 및 해제가 수시로 이루어지고, 갭 시간 및 주기가 단말과 기지국의 조건에 의해 수시로 변경될 수도 있으므로 종래 단말은 셀 측정을 위한 장치를 매우 유연한 동작이 가능하도록 구현해야 하는 어려움이 있다.
또한 본 발명의 실시 예에서 빔 포밍 셀룰러 통신 시스템에서 기지국이 사용할 수 있는 안테나 구조 또는 빔 포밍 방법을 한정하지 않으므로 각 셀에서 할당되는 동기신호 및 셀 공통정보를 위한 시간 길이가 하나로 제한되지 않는 경우에도 단말이 셀 동기를 확보하고 서빙 셀과의 통신을 하는데 아무런 지장 없이 인접 셀을 탐색하는 효과를 얻는다.
또한 본 발명의 실시 예에서 빔 포밍 셀룰러 통신 시스템에서 기지국들이 사용하는 안테나 구조 또는 빔 포밍 방법이 서로 달라서 인접한 복수의 셀에 할당된 동기신호 및 셀 공통정보를 위한 시간 및 길이가 서로 일치하지 않는 경우에도 단말이 서빙 셀에 대한 동기를 확보하고 서빙 셀과의 통신을 하는데 아무런 지장 없이 인접 셀을 탐색하는 효과를 얻는다.
또한 단말은 가격 및 종류에 따라 최적의 빔 포밍 방법 및 안테나 구조가 다를 수 있는데, 본 발명의 실시 예에 따른 빔 포밍 셀룰러 통신 시스템에서 안테나 구조 또는 빔 포밍 방법이 서로 다른 다양한 종류의 단말들이 동일한 셀에 공존해도 단말들이 서빙 셀과의 통신에 아무런 문제가 없이 인접 셀을 탐색하는 효과를 얻는다.
또한 본 발명의 실시 예에서 빔 포밍 셀룰러 통신 시스템에서 기지국들간 동기 오차가 차이가 커서 서로 인접한 복수의 셀들이 송신하는 동기신호 또는 동기신호 및 셀 공통제어정보 시간 구간이 크게 벗어나는 경우에도 단말이 서빙 셀에 대한 동기를 확보하고 서빙 셀과의 통신을 하는데 아무런 지장 없이 인접 셀을 탐색하는 효과를 얻는다.　
또한 본 발명의 실시 예는 비동기 통신 시스템에 대해서도 셀 탐색 수단을 제공하는데, 특히 비동기 통신 시스템을 위한 셀 탐색 방법 및 동작이 동기 통신 시스템의 경우와 동일하므로, 본 발명의 실시 예에 따른 기지국과 단말은 하나의 셀 탐색부 및 제어부를 동기 시스템과 비 동기 시스템 모두에 대해 공통으로 사용할 수 있는 장점이 있다.
한편 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시 예에 관해 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 안되며 후술하는 특허 청구의 범위뿐만 아니라 이 특허 청구의 범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

Claims (40)

  1. 셀룰러 통신 시스템에서 서빙 셀의 기지국에 의해 셀 탐색을 수행하는 방법에 있어서,
    셀 내의 모든 단말들 각각의 빔 포밍 능력에 대한 정보를 수신하는 과정과,
    상기 각 단말 별로 수신된 빔 포밍 능력에 대한 정보를 근거로 셀 탐색 시간의 확장이 필요한지의 여부를 결정하는 과정과,
    상기 셀 탐색 시간의 확장이 필요한 단말로 셀 탐색에 대한 그룹 정보를 송신하는 과정을 포함함을 특징으로 하는 셀 탐색 방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 빔 포밍 능력에 대한 정보는,
    단말의 안테나 구조, 빔 포밍 방법, 단말이 생성하는 총 빔 수에 관한 정보, 단말이 동시에 생성한 빔 수에 관한 정보, 단말이 동시에 모든 방향으로 빔을 생성할 수 있는지 또는 복수 번의 빔 전환이 필요한지에 대한 정보 중 적어도 하나를 포함함을 특징으로 하는 셀 탐색 방법.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 빔 포밍 능력에 대한 정보는,
    상기 단말들 각각 또는 인접 셀의 기지국으로부터 수신됨을 특징으로 하는 셀 탐색 방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    적어도 하나의 빔을 이용하여 동기신호 및 셀 공통제어정보 중 적어도 하나를 상기 모든 단말들로 송신하는 과정을 더 포함함을 특징으로 하는 셀 탐색 방법.
  5. 제 4 항에 있어서,
    인접 셀의 기지국으로부터 매 프레임마다 송신되는 동기신호 및 셀 공통제어정보 중 적어도 하나의 수 또는 길이에 대한 정보를 수신하는 과정과,
    상기 수신된 수 또는 길이에 대한 정보에서 동기신호 및 공통제어 정보 중 적어도 하나의 수 또는 길이의 최대 값을 확인하는 과정과,
    상기 서빙 셀의 기지국에서 송신한 동기신호 및 셀 공통제어정보 중 적어도 하나의 수 또는 길이에 대한 정보, 상기 확인한 수 또는 길이의 최대 값에 대한 정보, 및 상기 서빙 셀의 기지국에서 송신한 동기신호 및 셀 공통제어정보 중 적어도 하나의 수 또는 길이에 대한 정보와 상기 확인한 수 또는 길이의 최대 값 중 큰 값에 대한 정보 중 적어도 하나를 상기 모든 단말로 송신하는 과정을 더 포함함을 특징으로 하는 셀 탐색 방법.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 결정하는 과정은,
    제1 단말이 동시에 모든 방향의 빔을 생성할 수 있는 경우, 상기 제1 단말은 상기 셀 탐색 시간의 확장이 필요 없다고 결정하는 과정과,
    인접 셀의 기지국에서 송신한 동기신호 및 셀 공통제어정보 중 적어도 하나의 수 또는 길이의 최대 값이 상기 서빙 셀의 기지국에서 송신한 동기신호 및 셀 공통제어정보 중 적어도 하나의 수 또는 길이보다 더 큰 경우, 그리고 상기 제1 단말이 동시에 모든 방향의 빔을 생성할 수 없고 한번에 하나 또는 일부 복수 개의 빔만을 생성할 수 있는 경우, 상기 인접 셀의 기지국에서 송신한 동기신호 및 셀 공통제어정보 중 적어도 하나의 수 또는 길이의 최대 값으로 상기 셀 탐색 시간의 확장이 필요하다고 결정하는 과정과,
    상기 인접 셀의 기지국에서 송신한 동기신호 및 셀 공통제어정보 중 적어도 하나의 수 또는 길이의 최대 값이 상기 서빙 셀의 기지국에서 송신한 동기신호 및 셀 공통제어정보 중 적어도 하나의 수 또는 길이와 동일하거나 작더라고 상기 서빙 셀의 기지국과 상기 인접 셀의 기지국 간의 동기오차가 커서 상기 제1 단말이 상기 인접 셀의 기지국에서 송신한 동기신호 및 셀 공통제어정보 중 적어도 하나를 수신하지 못한 경우, 그리고 상기 제1 단말이 동시에 모든 방향의 빔을 생성할 수 없고 한번에 하나 또는 일부 복수 개의 빔만을 생성할 수 있는 경우, 미리 정해진 최대 동기오차만큼 셀 탐색 시간의 확장이 필요하다고 결정하는 과정을 포함함을 특징으로 하는 셀 탐색 방법.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 그룹 정보를 송신하는 과정은,
    상기 셀 탐색 시간의 확장이 필요한 적어도 하나의 단말을 미리 정해진 개수의 그룹으로 구분하고, 상기 그룹의 개수와 상기 적어도 하나의 단말에 포함되는 제1 단말이 속한 그룹 번호 값 중 적어도 하나를 포함하는 상기 그룹 정보를 상기 제1 단말로 송신하는 과정을 포함함을 특징으로 하는 셀 탐색 방법.
  8. 제 7 항에 있어서, 상기 그룹 번호 값은,
    상기 제1 단말의 고유번호를 상기 그룹의 개수로 나눈 나머지 값임을 특징으로 하는 셀 탐색 방법.
  9. 제 8 항에 있어서, 상기 고유번호는
    단말 아이디(Mobile Station ID) 또는 무선 네트워크 임시 아이디(Radio Network Temporary ID)임을 특징으로 하는 셀 탐색 방법.
  10. 제 8 항에 있어서,
    상기 제1 단말에 대해 프레임 전체 시간 동안 제어정보 또는 데이터가 전송되지 않도록 스케줄링하는 과정을 더 포함함을 특징으로 하는 셀 탐색 방법.
  11. 제 8 항에 있어서,
    상기 제1 단말에 대해 미리 정해진 최대 동기 신호, 또는 동기신호 및 셀 공통제어정보 중 적어도 하나의 수 또는 길이에 해당하는 시간 동안 제어정보 또는 데이터가 전송되지 않도록 스케줄링하는 과정을 더 포함함을 특징으로 하는 셀 탐색 방법.
  12. 셀룰러 통신 시스템에서 단말에 의해 셀 탐색을 수행하는 방법에 있어서,
    빔 포밍 능력에 대한 정보를 송신하는 과정과,
    셀 탐색 시간의 확장이 필요한지의 여부를 확인하는 과정과,
    상기 셀 탐색 시간의 확장이 필요한 경우, 서빙 셀의 기지국으로부터 셀 탐색에 대한 그룹 정보를 수신하는 과정과,
    상기 그룹 정보에 포함된 그룹 번호 값에 해당하는 프레임에서 인접 셀을 탐색하는 과정을 포함하는 셀 탐색 방법.
  13. 제 12 항에 있어서, 상기 빔 포밍 능력에 대한 정보는,
    단말의 안테나 구조, 빔 포밍 방법, 단말이 생성하는 총 빔 수에 관한 정보, 단말이 동시에 생성한 빔 수에 관한 정보, 단말이 동시에 모든 방향으로 빔을 생성할 수 있는지 또는 복수 번의 빔 전환이 필요한지에 대한 정보 중 적어도 하나를 포함함을 특징으로 하는 셀 탐색 방법.
  14. 제 12 항에 있어서,
    서빙 셀의 기지국으로부터 적어도 하나의 빔을 이용하여 동기신호 및 셀 공통제어정보 중 적어도 하나를 수신하는 과정을 더 포함함을 특징으로 하는 셀 탐색 방법.
  15. 제 12 항에 있어서,
    서빙 셀의 기지국에서 송신한 동기신호 및 셀 공통제어정보 중 적어도 하나의 수 또는 길이에 대한 정보, 인접 셀의 기지국에서 송신한 동기신호 및 공통제어 정보 중 적어도 하나의 수 또는 길이의 최대 값, 및 상기 서빙 셀의 기지국에서 송신한 동기신호 및 셀 공통제어정보 중 적어도 하나의 수 또는 길이에 대한 정보와 상기 최대 값 중 큰 값에 대한 정보 중 적어도 하나를 상기 서빙 셀의 기지국으로부터 수신하는 과정을 더 포함함을 특징으로 하는 셀 탐색 방법.
  16. 제 12 항에 있어서, 상기 확인하는 과정은,
    서빙 셀의 기지국으로부터 셀 탐색 시간의 확장이 필요한지의 여부를 나타내는 정보를 수신하고, 상기 수신된 셀 탐색 시간의 확장이 필요한지의 여부를 나타내는 정보로부터 상기 셀 탐색 시간의 확장이 필요한지의 여부를 확인하는 과정임을 특징으로 하는 셀 탐색 방법.
  17. 제 12 항에 있어서, 상기 확인하는 과정은,
    상기 단말이 동시에 모든 방향의 빔을 생성할 수 있는 경우, 상기 단말은 상기 셀 탐색 시간의 확장이 필요 없다고 결정하는 과정과,
    인접 셀의 기지국에서 송신한 동기신호 및 셀 공통제어정보 중 적어도 하나의 수 또는 길이의 최대 값이 상기 서빙 셀의 기지국에서 송신한 동기신호 및 셀 공통제어정보 중 적어도 하나의 수 또는 길이보다 더 큰 경우, 그리고 상기 단말이 동시에 모든 방향의 빔을 생성할 수 없고 한번에 하나 또는 일부 복수 개의 빔만을 생성할 수 있는 경우, 상기 인접 셀의 기지국에서 송신한 동기신호 및 셀 공통제어정보 중 적어도 하나의 수 또는 길이의 최대 값으로 상기 셀 탐색 시간의 확장이 필요하다고 결정하는 과정과,
    상기 인접 셀의 기지국에서 송신한 동기신호 및 셀 공통제어정보 중 적어도 하나의 수 또는 길이의 최대 값이 상기 서빙 셀의 기지국에서 송신한 동기신호 및 셀 공통제어정보 중 적어도 하나의 수 또는 길이와 동일하거나 작더라고 상기 서빙 셀의 기지국과 상기 인접 셀의 기지국 간의 동기오차가 커서 상기 단말이 상기 인접 셀의 기지국에서 송신한 동기신호 및 셀 공통제어정보 중 적어도 하나를 수신하지 못한 경우, 그리고 상기 단말이 동시에 모든 방향의 빔을 생성할 수 없고 한번에 하나 또는 일부 복수 개의 빔만을 생성할 수 있는 경우, 미리 정해진 최대 동기오차만큼 셀 탐색 시간의 확장이 필요하다고 결정하는 과정을 포함함을 특징으로 하는 셀 탐색 방법.
  18. 제 12 항에 있어서, 상기 그룹 정보는,
    상기 셀 탐색 시간의 확장이 필요한 적어도 하나의 단말을 구분한 그룹의 개수와 상기 단말이 속한 그룹 번호 값 중 적어도 하나를 포함하는 셀 탐색 방법.
  19. 제 18 항에 있어서, 상기 그룹 번호 값은,
    상기 단말의 고유번호를 상기 그룹의 개수로 나눈 나머지 값임을 특징으로 하는 셀 탐색 방법.
  20. 제 18 항에 있어서, 상기 고유번호는
    단말 아이디(Mobile Station ID) 또는 무선 네트워크 임시 아이디(Radio Network Temporary ID)임을 특징으로 하는 셀 탐색 방법.
  21. 셀룰러 통신 시스템에서 서빙 셀의 기지국에 의해 셀 탐색을 수행하는 장치에 있어서,
    셀 내의 모든 단말들 각각의 빔 포밍 능력에 대한 정보를 수신하는 수신부와,
    상기 각 단말 별로 수신된 빔 포밍 능력에 대한 정보를 근거로 셀 탐색 시간의 확장이 필요한지의 여부를 결정하는 제어부와,
    상기 셀 탐색 시간의 확장이 필요한 단말로 셀 탐색에 대한 그룹 정보를 송신하는 송신부를 포함함을 특징으로 하는 셀 탐색 장치.
  22. 제 21 항에 있어서, 상기 빔 포밍 능력에 대한 정보는,
    단말의 안테나 구조, 빔 포밍 방법, 단말이 생성하는 총 빔 수에 관한 정보, 단말이 동시에 생성한 빔 수에 관한 정보, 단말이 동시에 모든 방향으로 빔을 생성할 수 있는지 또는 복수 번의 빔 전환이 필요한지에 대한 정보 중 적어도 하나를 포함함을 특징으로 하는 셀 탐색 장치.
  23. 제 21 항에 있어서, 상기 용량 정보는,
    상기 단말들 각각 또는 인접 셀의 기지국으로부터 수신됨을 특징으로 하는 셀 탐색 장치.
  24. 제 21 항에 있어서, 상기 송신부는,
    적어도 하나의 빔을 이용하여 동기신호 및 셀 공통제어정보 중 적어도 하나를 상기 모든 단말들로 송신함을 특징으로 하는 셀 탐색 장치.
  25. 제 24 항에 있어서, 상기 제어부는,
    인접 셀의 기지국으로부터 매 프레임마다 송신되는 동기신호 및 셀 공통제어정보 중 적어도 하나의 수 또는 길이에 대한 정보를 수신하면, 상기 수신된 수 또는 길이에 대한 정보에서 동기신호 및 공통제어 정보 중 적어도 하나의 수 또는 길이의 최대 값을 확인하고, 상기 서빙 셀의 기지국에서 송신한 동기신호 및 셀 공통제어정보 중 적어도 하나의 수 또는 길이에 대한 정보, 상기 확인한 수 또는 길이의 최대 값에 대한 정보, 및 상기 서빙 셀의 기지국에서 송신한 동기신호 및 셀 공통제어정보 중 적어도 하나의 수 또는 길이에 대한 정보와 상기 확인한 수 또는 길이의 최대 값 중 큰 값에 대한 정보 중 적어도 하나를 상기 모든 단말로 송신하도록 상기 송신부를 제어함을 특징으로 하는 셀 탐색 장치.
  26. 제 21 항에 있어서, 상기 제어부는,
    제1 단말이 동시에 모든 방향의 빔을 생성할 수 있는 경우, 상기 제1 단말은 상기 셀 탐색 시간의 확장이 필요 없다고 결정하고, 인접 셀의 기지국에서 송신한 동기신호 및 셀 공통제어정보 중 적어도 하나의 수 또는 길이의 최대 값이 상기 서빙 셀의 기지국에서 송신한 동기신호 및 셀 공통제어정보 중 적어도 하나의 수 또는 길이보다 더 큰 경우, 그리고 상기 제1 단말이 동시에 모든 방향의 빔을 생성할 수 없고 한번에 하나 또는 일부 복수 개의 빔만을 생성할 수 있는 경우, 상기 인접 셀의 기지국에서 송신한 동기신호 및 셀 공통제어정보 중 적어도 하나의 수 또는 길이의 최대 값으로 상기 셀 탐색 시간의 확장이 필요하다고 결정하며, 상기 인접 셀의 기지국에서 송신한 동기신호 및 셀 공통제어정보 중 적어도 하나의 수 또는 길이의 최대 값이 상기 서빙 셀의 기지국에서 송신한 동기신호 및 셀 공통제어정보 중 적어도 하나의 수 또는 길이와 동일하거나 작더라고 상기 서빙 셀의 기지국과 상기 인접 셀의 기지국 간의 동기오차가 커서 상기 제1 단말이 상기 인접 셀의 기지국에서 송신한 동기신호 및 셀 공통제어정보 중 적어도 하나를 수신하지 못한 경우, 그리고 상기 제1 단말이 동시에 모든 방향의 빔을 생성할 수 없고 한번에 하나 또는 일부 복수 개의 빔만을 생성할 수 있는 경우, 미리 정해진 최대 동기오차만큼 셀 탐색 시간의 확장이 필요하다고 결정함을 특징으로 하는 셀 탐색 장치.
  27. 제 21 항에 있어서, 상기 송신부는,
    상기 셀 탐색 시간의 확장이 필요한 적어도 하나의 단말을 미리 정해진 개수의 그룹으로 구분하고, 상기 그룹의 개수와 상기 적어도 하나의 단말에 포함되는 제1 단말이 속한 그룹 번호 값 중 적어도 하나를 포함하는 상기 그룹 정보를 상기 제1 단말로 송신함을 특징으로 하는 셀 탐색 장치.
  28. 제 27 항에 있어서, 상기 그룹 번호 값은,
    상기 제1 단말의 고유번호를 상기 그룹의 개수로 나눈 나머지 값임을 특징으로 하는 셀 탐색 장치.
  29. 제 28 항에 있어서, 상기 고유번호는,
    단말 아이디(Mobile Station ID) 또는 무선 네트워크 임시 아이디(Radio Network Temporary ID)임을 특징으로 하는 셀 탐색 장치,
  30. 제 28 항에 있어서, 상기 제어부는,
    상기 제1 단말에 대해 프레임 전체 시간 동안 제어정보 또는 데이터가 전송되지 않도록 스케줄링함을 특징으로 하는 셀 탐색 장치.
  31. 제 28 항에 있어서, 상기 제어부는,
    상기 제1 단말에 대해 미리 정해진 최대 동기 신호, 또는 동기신호 및 셀 공통제어정보 중 적어도 하나의 수 또는 길이에 해당하는 시간 동안 제어정보 또는 데이터가 전송되지 않도록 스케줄링함을 특징으로 하는 셀 탐색 장치.
  32. 셀룰러 통신 시스템에서 단말에 의해 셀 탐색을 수행하는 장치에 있어서,
    빔 포밍 능력에 대한 정보를 송신하는 송신부와,
    셀 탐색 시간의 확장이 필요한지의 여부를 확인하는 제어부와,
    상기 셀 탐색 시간의 확장이 필요한 경우, 서빙 셀의 기지국으로부터 셀 탐색에 대한 그룹 정보를 수신하는 수신부와,
    상기 그룹 정보에 포함된 그룹 번호 값에 해당하는 프레임에서 인접 셀을 탐색하는 탐색부를 포함하는 셀 탐색 장치.
  33. 제 32 항에 있어서, 상기 빔 포밍 능력에 대한 정보는,
    단말의 안테나 구조, 빔 포밍 방법, 단말이 생성하는 총 빔 수에 관한 정보, 단말이 동시에 생성한 빔 수에 관한 정보, 단말이 동시에 모든 방향으로 빔을 생성할 수 있는지 또는 복수 번의 빔 전환이 필요한지에 대한 정보 중 적어도 하나를 포함함을 특징으로 하는 셀 탐색 장치.
  34. 제 32 항에 있어서, 상기 수신부는,
    서빙 셀의 기지국으로부터 적어도 하나의 빔을 이용하여 동기신호 및 셀 공통제어정보 중 적어도 하나를 수신함을 특징으로 하는 셀 탐색 장치.
  35. 제 32 항에 있어서, 상기 수신부는,
    서빙 셀의 기지국에서 송신한 동기신호 및 셀 공통제어정보 중 적어도 하나의 수 또는 길이에 대한 정보, 인접 셀의 기지국에서 송신한 동기신호 및 공통제어 정보 중 적어도 하나의 수 또는 길이의 최대 값, 및 상기 서빙 셀의 기지국에서 송신한 동기신호 및 셀 공통제어정보 중 적어도 하나의 수 또는 길이에 대한 정보와 상기 최대 값 중 큰 값에 대한 정보 중 적어도 하나를 상기 서빙 셀의 기지국으로부터 수신함을 특징으로 하는 셀 탐색 장치.
  36. 제 32 항에 있어서, 상기 제어부는,
    서빙 셀의 기지국으로부터 셀 탐색 시간의 확장이 필요한지의 여부를 나타내는 정보를 수신하고, 상기 수신된 셀 탐색 시간의 확장이 필요한지의 여부를 나타내는 정보로부터 상기 셀 탐색 시간의 확장이 필요한지의 여부를 확인함을 특징으로 하는 셀 탐색 장치.
  37. 제 32 항에 있어서, 상기 제어부는,
    상기 단말이 동시에 모든 방향의 빔을 생성할 수 있는 경우, 상기 단말은 상기 셀 탐색 시간의 확장이 필요 없다고 결정하고, 인접 셀의 기지국에서 송신한 동기신호 및 셀 공통제어정보 중 적어도 하나의 수 또는 길이의 최대 값이 상기 서빙 셀의 기지국에서 송신한 동기신호 및 셀 공통제어정보 중 적어도 하나의 수 또는 길이보다 더 큰 경우, 그리고 상기 단말이 동시에 모든 방향의 빔을 생성할 수 없고 한번에 하나 또는 일부 복수 개의 빔만을 생성할 수 있는 경우, 상기 인접 셀의 기지국에서 송신한 동기신호 및 셀 공통제어정보 중 적어도 하나의 수 또는 길이의 최대 값으로 상기 셀 탐색 시간의 확장이 필요하다고 결정하고, 상기 인접 셀의 기지국에서 송신한 동기신호 및 셀 공통제어정보 중 적어도 하나의 수 또는 길이의 최대 값이 상기 서빙 셀의 기지국에서 송신한 동기신호 및 셀 공통제어정보 중 적어도 하나의 수 또는 길이와 동일하거나 작더라고 상기 서빙 셀의 기지국과 상기 인접 셀의 기지국 간의 동기오차가 커서 상기 단말이 상기 인접 셀의 기지국에서 송신한 동기신호 및 셀 공통제어정보 중 적어도 하나를 수신하지 못한 경우, 그리고 상기 단말이 동시에 모든 방향의 빔을 생성할 수 없고 한번에 하나 또는 일부 복수 개의 빔만을 생성할 수 있는 경우, 미리 정해진 최대 동기오차만큼 셀 탐색 시간의 확장이 필요하다고 결정함을 특징으로 하는 셀 탐색 장치.
  38. 제 32 항에 있어서, 상기 그룹 정보는,
    상기 셀 탐색 시간의 확장이 필요한 적어도 하나의 단말을 구분한 그룹의 개수와 상기 단말이 속한 그룹 번호 값 중 적어도 하나를 포함하는 셀 탐색 장치.
  39. 제 38 항에 있어서, 상기 그룹 번호 값은,
    상기 단말의 고유번호를 상기 그룹의 개수로 나눈 나머지 값임을 특징으로 하는 셀 탐색 장치.
  40. 제 39 항에 있어서, 상기 고유번호는,
    단말 아이디(Mobile Station ID) 또는 무선 네트워크 임시 아이디(Radio Network Temporary ID)임을 특징으로 하는 셀 탐색 장치.
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