패킷 기반 이동통신 시스템에서 무선자원제어 연결 상태의 단말에 대한 페이징 방법 및 이를 위한 기지국 장치 document_id A220623033771

본 발명은 패킷 기반 차세대 이동통신 시스템에서 무선자원제어 연결 상태에 있는 단말에 대한 페이징 기술에 관한 것으로, 더욱 자세하게는 3GPP(3rd Generation Partnership Project)에서 논의되는 LTE(Long Term Evolution) 시스템에서 기지국의 매체접속제어(MAC: Medium Access Control) 처리부가 단말의 고유 식별자를 포함하는 페이징 지시자를 이용해 무선자원제어(RRC: Radio Resource Control) 연결 상태에 있는 단말을 페이징함으로써, 불연속적인 수신 주기로 동작하는 단말의 전력 소모를 줄일 수 있는 페이징 방법과, 이를 위한 기지국 장치에 관한 것이다. 현재 3GPP WCDMA 이동통신 시스템에서 단말은 음성 서비스의 경우 무선 자원을 한 번 할당받으면, 할당받은 무선 자원을 해당 단말만이 사용하는 서킷 스위치(Circuit Switched) 방식으로 운용되고 있다. 한편, 3GPP에서는 종래의 서킷 스위치 방식에 기반한 WCDMA 시스템의 단점들을 보완하기 위해, 패킷 서비스 기반의 LTE 시스템에 대한 규격화 작업을 진행하고 있다. 다시 말해, 서킷 스위치 방식의 자원 사용에 대한 비효율적인 문제를 해결하기 위해, 서킷 스위치 방식을 패킷 스위치(Packet Switch) 방식으로 전환하는 작업을 진행하고 있다. LTE 시스템은 2010년 정도의 상용화를 목표로 해서 100Mbps 정도의 고속 패킷 기반 통신을 구현하는 기술이다. 현재 LTE 시스템은 직교 주파수 분할 다중 접속(OFDMA:Orthogonal Frequency Division Multiplexing Access) 방식이 고려되고 있다. OFDMA 시스템은 코드를 할당하여 각 단말들을 위한 무선자원을 구별하는 CDMA 방식과 달리, 주파수와 시간으로 구별되는 2차원 구조의 무선 자원을 가지고 있다. 즉, OFDMA 시스템은 하향링크 및 상향링크 물리 채널에 대해 시간과 주파수로 구성된 무선 자원을 나누어 송신하게 되며, 무선 자원은 송신 주기인 TTI(Transmission Time Interval)와 부반송파(sub carrier) 그룹으로 나누어진 무선 자원 블록을 사용한다. 이러한 무선 자원을 구성하는 무선 프레임(radio frame)은 0.5 millisecond 크기의 슬롯(또는 TTI)으로 이루어진다. 따라서 10 millisecond의 무선 프레임의 경우에는 20개의 슬롯이 하나의 무선 프레임을 구성한다. 이와 같이 패킷 스위치 방식은 무선 자원을 특정 단말에게 할당하는 것이 아니라 여러 단말이 공유할 수 있도록 하는 것이다. 패킷 스위치 방식은 데이터의 송수신 필요 유무와 시간에 따라 동적으로 변화되는 단말의 무선 채널 상황에 따라 무선 자원이 할당될 단말이 선택된다는 점에서 무선 자원 사용의 효율성이 서킷 스위치 방식에 비해 높다. 도 1은 종래의 WCDMA 시스템의 제어 평면에서 프로토콜 구조를 설명하기 위한 도면이다. WCDMA 이동통신망의 무선 인터페이스 프로토콜은 수평적으로 물리계층(Physical Layer), 데이터링크계층(Data Link Layer) 및 네트워크계층(Network Layer)으로 이루어지며, 수직적으로는 데이터 정보 전송을 위한 사용자 평면(User Plane)과 제어 신호(Signaling) 전달을 위한 제어 평면(Control Plane)으로 구분된다. 프로토콜 계층들은 통신시스템에서 널리 알려진 개방형 시스템간 상호접속(Open System Interconnection; OSI) 기준모델의 하위 3개 계층을 바탕으로 L1(제1계층), L2(제2계층), L3(제3계층)으로 구분될 수 있다. 제1 계층인 물리계층은 물리채널(Physical Channel)을 이용하여 상위 계층에게 정보 전송 서비스(Information Transfer Service)를 제공한다. 물리계층은 상위에 있는 매체접속제어(MAC: Medium Access Control)계층과 전송 채널(Transport Channel)을 통해 연결된다. 이 전송채널을 통해 매체접속제어 계층과 물리계층 사이의 데이터가 이동된다. 제2 계층인 매체접속제어(MAC) 계층은 논리채널(Logical Channel)을 통해 상위 계층인 무선링크제어(RLC: Radio Link Control) 계층에게 서비스를 제공한다. 제2 계층의 무선링크제어(RLC) 계층은 신뢰성 있는 데이터의 전송을 지원하며, 상위 계층으로부터 내려온 RLC 서비스 데이터 단위(SDU: Service Data Unit)의 분할 및 연결(Segmentation and Concatenation) 기능을 수행할 수 있다. 제3 계층의 가장 하부에 위치한 무선자원제어(RRC: Radio Resource Control)계층은 제어 평면에서만 정의되며, 무선 베어러(Radio Bearer)들의 설정(Configuration), 재설정(Re-configuration) 및 해제(Release)와 관련되어 논리채널, 전송채널 및 물리채널들의 제어를 담당한다. 이와 같은 프로토콜 구조는 LTE 시스템에도 그대로 적용된다. 본 발명은 무선자원제어(RRC) 계층과, MAC 계층과, 물리 계층과 관련되어 있으므로 관련 프로토콜과 연관시켜 설명한다. 전술한 바와 같이, 서킷 스위치 방식의 WCDMA 시스템에서 무선자원제어(RRC) 계층에 의해 단말에게 한번 무선자원인 채널이 할당되면, 할당된 채널은 자원을 할당받은 단말만 사용하고 다른 단말은 사용할 수 없다. 이 때문에, 서킷 스위치 방식의 WCDMA 시스템에서는 무선자원제어(RRC) 계층이 중앙 집중적으로 무선 자원을 관리하는 것이 효율적이다. 이에 따라 단말과 무선자원제어(RRC) 계층과의 관계는 어떤 무선 자원 채널을 사용하는가에 따라 정의되었다. 도 2에 도시된 바와 같이, 단말과 무선자원제어 계층 사이에는 연결 모드(RRC Connected Mode)와 휴지 모드(Idle Mode)가 있을 수 있다. 휴지 모드에서 RRC 계층은 단말의 위치를 알 수 없는 상태이며, 단말은 페이징 채널과 방송(Broadcast) 채널의 일부를 수신할 수 있다. 연결 모드는 URA_PCH(102), Cell_PCH(101), Cell_DCH(103), Cell_FACH(104) 상태로 구분된다. Cell_PCH 상태(101)는 RRC 계층이 단말이 위치하는 셀 정보를 알고 있으며, 단말은 페이징 채널과 방송 채널의 일부를 수신할 수 있다. URA_PCH 상태(102)는 RRC 계층이 단말이 존재하는 등록 영역을 알 수 있으며, 단말은 페이징 채널과 방송 채널의 일부를 수신할 수 있다. 상기 등록 영역(Registration Area)은 시스템에서 단말의 위치를 관리하는 단위로서, 셀보다 큰 영역으로서 몇 개의 셀로 구성될 수 있다. Cell_FACH 상태(104)는 단말이 위치하는 셀 정보를 무선자원제어 계층이 알고, 여러 단말이 사용할 수 있는 채널인 순방향 접속 채널(FACH: Forward Access Channel)을 통해 기지국이 데이터를 송신하고, 단말도 데이터를 송신할 수 있는 채널을 부여받는다. Cell_DCH 상태(103)는 단말이 위치하는 셀 정보를 무선자원제어(RRC) 계층이 알고, 무선자원제어 계층은 각각의 단말이 혼자 사용할 수 있는 전용 채널(dedicated channel)을 할당해준다. WCDMA 시스템에서 RRC 연결 모드는 단말이 데이터를 송수신할 수 없고, 페이징만 수신할 수 있는 상태(Cell_PCH 상태(101)와 URA_PCH 상태(102))와, 단말이 데이터를 송수신할 수 있으면서 페이징을 수신할 수 있는 상태(Cell_FACH 상태(104)와 Cell_DCH 상태(103))로 구분된다. WCDMA 시스템에서는 MAC에 대해 단말의 상태가 정의되어 있지 않다. 종래의 WCDMA 시스템에서 단말이 데이터를 수신해야 하는 경우 또는 시스템의 정보가 바뀌어 단말이 시스템 정보를 수신해야 하는 경우, 무선자원제어(RRC) 계층이 단말의 페이징을 관리한다. RRC 계층은 페이징을 타입1과 타입2로 나누어 관리한다. 페이징 타입1은 단말이 RRC 비연결 모드 또는 RRC 연결 모드 중에서 데이터를 송수신할 수 없고, 페이징 채널만 읽을 수 있는 상태인 Cell_PCH 상태와 URA_PCH 상태에 있는 경우 사용된다. 이때, 페이징 타입1은 여러 단말이 공유하는 물리 계층 채널인 페이징 지시자 채널(PICH: Paging Indicator Channel)과 페이징 메시지 채널인 S-CCPCH(Secondary Common Control Physical channel)을 이용한다. 페이징 지시자는 단말의 고유 식별자를 이용하여 단말을 그룹핑하고, 그룹핑된 단말들 중 한 단말에게 페이징 메시지가 존재함을 알리기 위한 것이다. 페이징 지시자를 통해 페이징 메시지가 존재함을 지시받은 단말 그룹만 페이징 메시지를 읽는다. 페이징 지시자 채널과 페이징 메시지 채널은 여러 단말이 공유하는 채널이다. 다시 말해, 기지국은 물리계층 채널인 페이징 지시자 채널(PICH)로 해당 그룹에 속한 단말들로 페이징 채널을 통한 페이징 메시지가 있음을 알린다. 단말들은 정해진 주기마다 PICH를 모니터링한다. 이어서, 단말은 모니터링 결과 자신이 속한 그룹에 해당하는 지시(Indication) 정보가 PICH에 존재하는 것이 감지되면, S-CCPCH 채널로 전송된 페이징 채널(PCH) 정보를 검색하여 자신을 나타내는 식별자인 IMSI(International Mobile Subscriber Identity), TMSI(Temporary Mobile Subscriber Identity), U-RNTI(UMTS Terrestrial Radio Access Network - Radio Network Temporary Identifier) 등이 존재하는 페이징 정보를 복조한다. 페이징 정보를 복조한 단말기들은 페이징 정보에 해당하는 후속절차들을 수행한다. 페이징 타입1은 단말과 기지국의 무선자원제어(RRC) 계층이 미리 약속하여 운용되는 형태이다. 즉, 기지국과 단말은 페이징 지시자를 언제 보내고, 단말이 언제 읽을 것인가를 약속한다. 단말은 페이징 지시자를 읽는 순간만 전력을 소모하고, 페이징 지시자를 읽지 않는 순간에는 전력을 소모하지 않는 상태에 머무른다. 단말이 페이징 지시자를 읽었을 때, 페이징 지시자에 단말이 속한 그룹이 페이징 되었다는 정보가 있으면, 단말은 페이징 메시지 채널을 복조(Demodulation) 및 디코딩하여 자신이 페이징되었는가를 확인한다. 단말이 데이터 채널을 통해 송수신할 수 있는 상태(Cell_FACH 상태, Cell_DCH 상태)에 있을 때, 페이징이 필요한 경우 단말의 전용 채널(dedicated channel)을 사용하여 페이징 타입2가 이용된다. 페이징 타입2는 페이징 지시자 없이 곧바로 단말의 전용 채널을 사용하여 페이징을 수행하는 방식이다. 즉, 해당 단말만 전용 채널을 통해 페이징 메시지를 수신한다. LTE 시스템의 기지국(eNB: enhanced Node B)은 종래 WCDMA 시스템의 Node B와 RRC가 결합된 형태로, 도 1에 도시된 바와 같은 프로토콜 계층을 갖는다. 다시 말해, 기지국(eNB)은 무선자원제어(RRC) 계층과, 무선링크제어(RLC) 계층과, 매체접속제어(MAC) 계층과, 물리계층으로 구성된다. 서킷 스위치 방식에서, 무선 자원 관리에 있어 중요한 역할 중의 하나인 무선 자원 할당(allocation)과 해지(release)는 무선자원제어(RRC) 계층에 의해 수행되었다. 하지만, LTE 시스템의 경우 패킷 스위치 방식이므로, 무선 자원 할당(allocation)과 해지(release)는 매체접속제어(MAC) 계층의 스케쥴러에 의해 관리된다. 이와 같이 MAC 계층에 의해 무선 자원 할당 및 해지를 관리하는 것은 동적으로 변화하는 무선 채널(Wireless channel)의 상황에 효과적으로 적응하기 위함이다. LTE 시스템의 MAC 스케쥴러는 데이터를 송수신하는 채널을 특정 단말에게만 할당하지 않고, 여러 단말이 사용할 수 있도록 한다. MAC 스케쥴러는 무선 채널 상황과 서비스의 우선 순위에 따라 단말들을 선정하여 무선 자원을 할당한다. 그러므로 매 순간 무선 자원을 할당받는 단말들이 변경될 수 있다. 이러한 이유로, 단말은 데이터 서비스를 수행하기 위해, 어느 무선 자원 공간을 어떻게 송수신하는가에 대한 정보를 전달하는 제어 채널을 수신해야 한다. MAC 스케쥴러는 효율적인 무선 채널 사용과 단말의 전력 소모를 고려하여 불연속적인 송수신 파라미터를 두어 단말을 관리한다. 예를 들어, 불연속적인 송수신 주기 0, 2, 22, 23, 24, … 파라미터가 사용될 수 있다. 여기서, 0은 연속적으로 단말이 송수신할 수 있는 상태를 의미한다. WCDMA 시스템의 경우 단말이 수신해야 하는 데이터가 발생한 경우 또는 시스템의 파라미터가 변경되는 경우 페이징이 수행된다. RRC 계층이 페이징 지시자의 불연속적 수신 주기 등의 파라미터를 결정하고, 단말은 불연속적 수신 주기(Discontinuous Reception cycle)마다 페이징 지시자를 읽어, 자신의 페이징 여부를 검사한다. 여기서, 불연속적 수신 주기(DRX cycle)란 단말이 페이징 지시자를 읽는 주기를 의미하며, 단말은 주기적으로 일정 구간만 수신한다. LTE 시스템의 경우 RRC 연결 상태에서 MAC 계층의 스케쥴러가 효율적인 무선자원의 사용과 단말의 전력 소모를 고려하여, 서비스에 따라 단말의 불연속적인 송수신의 주기를 결정 관리할 수 있다. LTE 시스템은 패킷 스위치 방식이므로, 단말은 데이터 서비스의 사용 가능한 시간과 무선 자원 공간을 제어 채널로 할당받아야 한다. 서비스에 따라 제어 채널을 사용하는 방법이 다를 수 있다. 예들 들어, 음성 서비스(VoIP: voice over IP)인 경우 제어 채널은 거의 주기적으로 단말에게 할당되어 사용될 수 있다. 다른 예로, ftp, http 등의 데이터 서비스의 경우, 시간에 따라 데이터 양과 데이터가 도착하는 시간이 동적으로 변화되므로, 특정 단말에 대한 제어 채널의 할당 여부가 동적으로 변화되어야 한다. 단말은 언제 제어 채널이 할당될지 알지 못하므로, 항상 제어 채널을 수신해야 한다. 그러므로 단말은 자신에게 할당되지 않은 제어 채널을 읽는데 많은 전력을 소모하게 된다. 이러한 이유로, LTE 시스템에서는 데이터의 양과 도착 시간이 동적으로 변화하는 경우, 서비스에서 요구하는 시간적 지연과 단말의 전력 소모를 고려하여 적절한 불연속적 수신 주기가 결정되어야 한다.