기지국과 릴레이 간의 이동성 제공 방법 및 그를 위한 이동통신 시스템 document_id A220623112759

최근에 통신 및 컴퓨터 네트워크, 반도체 기술의 비약적인 발전으로 인해 무선통신망을 이용한 다양한 서비스가 제공되고 있을 뿐만 아니라 수요자들의 요구 사항은 날이 갈수록 수준이 높아지고 있으며, 전세계 무선 인터넷 서비스 시장은 폭발적으로 증가하고 있는 추세이다. 이에 따라, 무선통신망을 이용한 이동통신 시스템에서 제공하는 서비스는 음성 서비스뿐만 아니라, 다양한 데이터를 전송하는 멀티미디어 통신 서비스로 발전해 가고 있다. ITU-R에서는 3세대 이후의 차세대 이동통신 시스템인 IMT-Advanced의 표준화 작업을 진행하고 있다. IMT-Advanced는 정지 및 저속 이동상태에서 1Gbps, 고속 이동상태에서 100Mbps의 데이터 전송률로 IP 기반의 멀티미디어 서비스 지원을 목표로 하고 있다. 현재 3GPP는 IMT-Advanced의 요구사항을 충족시키기 위한 시스템 표준으로 OFDMA/SC-FDMA 전송방식 기반인 LTE(Long Term Evolution) 시스템을 개선한 LTE-Advanced를 준비하고 있다. LTE-Advanced는 IMT-Advanced를 위한 유력한 후보 중의 하나이다. LTE-Advanced를 위해 논의가 진행중인 주요 기술로는 릴레이(Relay), 스펙트럼 집성, 상하향 링크 MIMO, 셀간 간섭 제어 등의 기술들이 있다. 도 1에 도시된 바와 같이, 릴레이는 셀 내의 음영 지역 해소를 목적으로 사용할 수 있으며, 셀 경계 지역에 릴레이를 설치하여 효과적인 셀 커버리지 확장(커버리지 확장용: 음영지역을 커버하기 위해 사용됨)과 Throughput을 향상시킬 목적으로 사용될 수 있다(Throughput 향상용: 서비스의 데이터 량을 고속화하여 품질을 향상시키기 위해 사용됨). 릴레이 시스템은 기지국(eNB)과 단말(UE) 간 통신 과정에서 릴레이(Relay)를 거쳐 통신을 수행한다. 릴레이는 백홀 링크(Backhaul Link)에 있어 유선이 아닌 무선 백홀을 이용하므로 새로운 기지국의 추가나 유선 백홀의 설치가 필요없는 장점이 있다. 단 LTE-Advanced 시스템에서 릴레이는 현재 표준화 작업중인 Rel-8 단말과의 Backward Compatibility를 만족시켜야 하는 요구조건이 있다. 릴레이는 기지국과 통신을 하는 무선 백홀의 주파수 밴드에 따라 In-Band Relay와 Out-Band Relay가 있다. 기지국과 릴레이간 링크(Backhaul Link)에 사용되는 주파수 밴드가 릴레이와 단말이 링크(Access Link)에 사용되는 주파수 밴드와 같은 경우를 "In-Band Relay(기지국과 릴레이가 동일한 주파수 대역을 사용함)", 다른 경우를 "Out-Band Relay(기지국과 릴레이가 상이한 주파수 대역을 사용함)"라고 한다. Out-Band Relay를 사용하면 추가의 주파수 자원이 필요하므로 주파수 사용 효율이 떨어지지만, 릴레이 적용시 발생하는 문제점 중 하나인 SI 현상을 방지할 수 있다. SI란 릴레이의 송신 안테나와 수신 안테나에서 동일 시간에 동일 밴드로 신호를 송/수신할 경우에 송신 안테나의 신호에 의해 수신 안테나에 발생하는 간섭(Interference)을 말한다. 반면에 In-Band Relay는 주파수 자원의 낭비는 없으나 SI 현상을 방지하기 위한 별도의 기술이 필요하다. 구체적으로, Out-Band Relay는 기지국과 릴레이가 서로 다른 주파수를 사용하여 서로 간의 간섭을 최소화할 수 있지만, FA(Frequency Allocation)를 독립적으로 사용하므로 주파수 활용성에서 좋지 않다. In-Band Relay는 릴레이가 커버하는 셀에 대해 자신의 물리계층 셀 식별자(PCI: Physical Cell Identity)를 가짐으로써 독립적인 셀로 간주하는 Own Cell 방식과, 기지국과 동일한 구성정보를 가짐으로써 동일한 셀로 간주하는 Same Cell 방식이 있다. Own Cell 방식은 커버리지 확장용에는 간섭이 적지만 Throughput 향상용에서는 기지국과 간섭이 크게 작용하고, Same Cell 방식은 기지국과 자원을 공유하므로 자원에 대한 스케쥴 기능이 필요하다. LTE 망에서는 릴레이에 대한 이동성에 대해 논의중에 있으며, 이에 대해 현재까지는 정립된 바가 없다. 도 2를 참조하여 기지국 셀간 이동시의 일반적인 핸드오버 절차를 설명하면 다음과 같다. 단말(UE)이 PCI=1의 기지국 커버리지 내에서 서비스를 받고 있다(Call Setup). 단말(UE)이 PCI=2의 기지국 커버리지로 이동시, 단말(UE)은 해당 셀의 Reference Signal를 통해 PCI=2를 탐색하고, 핸드오버를 요청하기 위해 측정 보고(Measurement Report) 메시지를 전송한다. 기지국(eNB)은 단말(UE)의 연속적인 서비스를 위해 해당 셀의 자원(주파수 자원, 전송 채널, 전송 파워 등)을 설정하고, 설정된 자원을 바탕으로 해당 정보를 단말(UE)에게 RRC 연결 재구성(Connection Reconfiguration) 메시지 내 mobilityControlInformation을 통해 알려준다. 단말(UE)은 RRC Connection Reconfiguration 메시지 내 정보를 이용하여 내부 설정을 마치고, RRC 연결 재구성 완료(Connection Reconfiguration Complete) 메시지를 기지국(eNB)으로 전송한다. 상기와 같은 핸드오버 절차에 있어서, 단말(UE)은 Down Link Reference Signal의 PCI를 보고 이웃 셀을 탐색하여 핸드오버 절차를 수행한다. 그러나, In-Band 릴레이(Relay)가 Own Cell의 구조가 아닌 Same cell인 경우에(릴레이가 독립적인 셀을 갖지 않으므로 릴레이와 기지국의 PCI는 동일함), 단말이 기지국 영역에서 릴레이 영역내로 진입하게 되면 릴레이의 셀을 기지국의 셀과 동일한 셀(Cell)로 간주하기 때문에, 측정 보고(Measurement Report) 메시지를 기지국으로 전송할 수 없다. 따라서 릴레이(Relay)와 기지국(eNB) 간 이동 시점을 구분할 수 없어 릴레이를 통해 커버리지 확대 및 Throughput 향상에 대한 이득을 얻을 수 없는 문제점이 있다.