2. 셀 재선택에 필요한 시스템 정보와 셀 재선택 기준
 

3장에서 셀 재선택 상세 절차를 기술하기에 앞서 2.1 절에서 셀 재선택 절차 개요를 살펴보고, 2.2 절에서는 셀 재선택 절차에 필요한 시스템 정보를 2.3 절에서는 셀 재선택 기준에 대해 알아본다.

2.1 셀 재선택 절차 개요
 

셀 재선택은 사용자 단말의 주도로 이루어지며, 사용자 단말은 셀 재선택에 필요한 정보(예, 이웃 셀 신호 측정여부를 결정할 때 사용되는 임계값, 서빙 셀과 이웃 셀들의 Rank 계산시 사용되는 파라미터 등)를 eNB가 방송하는 시스템 정보(System Information)로부터 얻는다. Intra-frequency 셀 재선택에 필요한 정보는 SIB(System Information Block) 3과 SIB 4로 전달되며 SIB 3/4는 2.2절에서 다룬다.

셀 재선택 개시 (Cell Reselection Triggering)
 

서빙 셀 측정: 휴지 상태에 있는 단말은 DRX cycle마다 깨어나서 서빙 셀의 신호(Q_rxlevmeas)를 측정하여, 서빙 셀의 수신 레벨(Srxlev)을 구하고 계속 머물러있어도 되는지 다른 셀을 선택해야 하는지 판단한다. 서빙 셀의 수신 레벨은 단말의 송수신 상황이 반영되어(최소 수신 레벨 Q_rxlevmin, 허용된 최대 송신 전력 PEMAX 등이 적용됨) 구해진다(2.2 절 참조).

셀 재선택 개시 (Cell Reselection Triggering): 서빙 셀의 수신 레벨(Srxlev)이 주어진 임계값(s-IntraSearch)보다 크면 서빙 셀에 계속 머무르고 그렇지 않으면 다른 셀을 선택하기 위해 셀 재선택이 triggering된다. 셀 재선택을 triggering하는 기준이 되는 임계값은 SIB 3에 의해 전달되고, Release 8인 경우 s-IntraSearch 로 Release 9에서는 s-IntraSearchP 와 s-IntraSearchQ 로 정의된다.

휴지 상태에 있는 단말이 계속 한자리에 머물러 있는 경우, DRX cycle마다 깨어나서 서빙 셀의 수신 레벨(Srxlev)을 구하는데 서빙 셀의 수신 레벨이 임계값(s-IntraSearch)을 넘지 않아 계속 서빙 셀에 캠핑하고 있다고 하자. 이제 단말이 이동하여 서빙 셀에서 멀어지면 서빙 셀의 수신 레벨이 점점 감소하여 어느 시점에서는 s-IntraSearch보다 낮아지게 되고 셀 재선택이 triggering된다. 이제 사용자 단말은 이웃 셀(non-serving 셀)들의 신호를 측정하기 시작한다.

■ 셀 재선택 기준 (Cell Reselection Criteria)
 

셀 랭킹 기준 (Cell-Ranking Criterion): 이 후 단말은 서빙 셀과 이웃 셀 신호의 측정값(서빙 셀: Q_meas,s,이웃 셀: Q_meas,n)을 기반으로 각 셀의 Rank(R_s, R_n)를 구한다. 셀 Rank 계산에 필요한 파라미터는 SIB 3와 SIB 4로 전달된다(2.2. 참조). 서빙 셀 Rank는 SIB 3에 있는 hysteresis(q-Hyst) 값을 이용하고, 이웃 셀 Rank는 SIB 4에 있는 셀 별 offset(q-OffsetCell) 값을 이용하여 구한다.
 

셀 재선택 (Cell Reselection): 서빙 셀과 이웃 셀(non-serving 셀) Rank를 계산하면 셀 재선택 조건(R_n > R_s)을 만족하는지 확인한다. 셀 재선택 조건을 만족하는 이웃 셀이 있으면 best 셀을 선택하여 새로운 셀로 캠핑한다. 셀 재선택은 셀 재선택 조건이 일정 시간(t-ReselectionEUTRA) 이상 유지되어야 수행된다.
 

이동통신 사업자는 hysteresis와 셀 별 offset 값을 이용하여 단말이 서빙 셀에 캠핑하는 정도를 제어함으로써 잦은 셀 재선택을 방지하고 셀 상황에 맞는 셀 재선택이 수행되도록 제어할 수 있다. 또한 단말의 이동 속도에 따라 scaling factor(q-hystSF, t-ReselectionEUTRA-SF)를 적용하여 q-Hyst와 t-ReselectionEUTRA 값을 제어할 수 있다.

2.2 시스템 정보
 

시스템 정보(SI, System Information)란 eNB가 방송하는 정보로 MIB(Master Information Block) 및 SIB(System Information Blocks; SIB 1 ~ SIB 16)로 구성된다[4]. 시스템 정보 중 MIB, SIB 1, SIB 2는 필수 정보이고 나머지 SIB들은 옵션 정보이다. 이들 시스템 정보는 RRC 메시지인 MIB 메시지, SIB 1 메시지, SI 메시지를 통하여 UE에게 전송된다*. SI 메시지들은 MIB와 SIB 1을 제외한 나머지 SIB들(SIB 2 ~ SIB16)의 그룹으로 구성된다.

* 물리계층에서 MIB는 PBCH(Physical Broadcast Channel)에 의해 방송되며, SIB들은 PDSCH(Physical Downlink Shared Channel) 상으로 전송된다.

UE는 eNB가 방송하는 시스템 정보(SI)를 기반으로 셀 재선택 절차를 수행된다. MIB, SIB 1, SIB 2는 연결 상태(EMM-Registered, ECM-Connected, RRC-Connected) 및 휴지 상태(EMM-Registered, ECM-Idle, RRC-Idle)에 있는 모든 UE에게 공통으로 적용되며, SIB 3 ~ SIB 8까지는 휴지 상태에 있는 UE가 셀을 재선택하는데 사용된다. 표 1은 이들 시스템 정보 특성 및 주요 정보를 나타낸다(전체 SIB 정보 특성은 넷매니아즈 One-Shot Gallery 참조*).

* 넷매니아즈 One-Shot Gallery, “기지국이 방송하는 시스템 정보”, https://www.netmanias.com/bbs/view.php?id=oneshot&no=325

표 1. 시스템 정보 예

예를 들어 이동통신 사업자 A와 B가 있는데 아래와 같이 망을 운용한다고 가정하자.

• A사 

  - LTE 망만 있고 전국망임
  - LTE 주파수: 1.8 GHz band에서 10MHz 대역폭을 갖는 채널 한 개를 이용 (lteFA1)
• B사 

  - 3G(UMTS) 망과 LTE 망이 있고 둘 다 전국망임
  - 3G 주파수: 2.1 GHz band에서 5MHz 대역폭을 갖는 채널 6개를 이용 (3gFA 1/2/3/4/5/6)
  - LTE 주파수: 1.8 GHz band에서 10MHz 대역폭을 갖는 채널 한 개와 850 MHz band에서 10 MHz 대역폭을 갖는 채널 한 개를 이용 (lteFA1, lteFA2)

이 경우, A사 eNB는 셀 재선택을 위한 정보로 intra-frequency 관련 정보가 필요하다(eNB는 SIB 3/4를 방송하고 SIB 5/6/7/8 정보는 방송 안 함). 반면 B사 eNB는 intra-frequency, inter-frequency, inter-RAT(3G UTRA) 관련 정보가 필요하다(eNB는 SIB 3/4/5/6을 방송).

eNB가 방송하는 시스템 정보는 모든 UE에게 공통으로 적용되나, UE 능력(예, Release 9 단말, Release 11 단말)에 따라 UE별로 수신할 수 있는 시스템 정보 종류는 다를 수 있다.
 

그림 1에서 UE는 eNB 2, 셀 5에 캠핑하고 있다. 그림 2는 그림 1에서 eNB 2만을 대상으로 필수 시스템 정보 및 셀 재선택과 관련된 시스템 정보를 나타내었다.

그림 2. eNB2가 방송하는 셀 재선택 관련 SIBs

그림 1은 Home PLMN만을 갖는 단일 주파수(lteFA1)를 사용하는 LTE 전용망으로, 본 문서는 intra-frequency 셀 재선택 절차를 다룬다. Intra-frequency 셀 재선택과 관련된 시스템 정보는 SIB 3과 SIB 4를 통해 방송된다. 표 2는 SIB 3와 SIB 4 파라미터들을 나타낸다. SIB 3과 SIB 4 정보 중 다른 주파수, 다른 RAT, VPLMN과 관련된 파라미터는 표 2에 나타나지 않았다6.

표 2. 셀 재선택 파라미터 (SIB3/SIB4)

2.3 셀 재선택 기준

먼저, 본 문서 범위에 들어가지는 않지만 UE가 power-on후 셀을 선택하는 기준에 대해 알아본다. 셀 선택 기준은 아래 식 (1)과 같이 주어진다. 표 3은 셀 선택 기준에 사용된 파라미터들을 설명한다.

■ 셀 선택 기준 (Cell Selection Criteria)

표 3. Cell Selection Criteria 파라미터 (TS 36.304 [5])

초기 셀 선택시 서빙 셀이 되기 위해서는 셀 수신 레벨(Srxlev)이 최소한 Q_rxlevmin과 P_Compensation의 합보다는 커야 한다. Q_rxlevmin보다 커야 함은 단말이 셀로부터 메시지를 제대로 받기 위해서는 신호 측정값이 최소한 이보다 커야 함을 의미하고, 단말의 송신 출력이 셀에서 허용된 값보다 작으면 P_Compensation 값이 커져서 해당 셀을 선택하는게 어려워짐을 의미한다. 단말의 송수신 상황이 반영되어 셀이 선택된다.

Release 9에서는 셀 선택 조건으로 Srxlev외에 Squal이 추가되었다. Q_rxlevmeas는 RSRP(Reference Signal Received Power) 값이고 Q_qualmeas는 RSRQ(Reference Signal Received Quality) 값으로, 신호 세기 만을 나타내는 RSRP에 비해 신호 대 간섭잡음비(SINR)를 나타내는 RSRQ가 무선 링크 품질을 좀 더 정확하게 나타낼 수 있다.

■ 셀 재선택 개시 (Cell Reselection Triggering)

서빙 셀에 캠핑하고 있는 UE는 서빙 셀 수신 레벨이 아래 식 (2) 조건을 만족하면 다른 셀을 측정할 필요 없이 서빙 셀에 계속 캠핑되어 있을 수 있다.

식 (2)에서 S_intraSearch, S_intraSearchP 와 S_intraSearchP 는 SIB 3에 의해 주어지는 값이다(표 2 참조). 서빙 셀에서 식 (2)가 만족되지 않는 경우(즉, 아래 식 (3)을 만족하면) UE는 다른 셀을 선택하기 위해 이웃 셀을 측정하기 시작한다.

셀 재선택 개시 (Cell Reselection Triggering) (Neighbor Cell Measurement Triggering)

■ 셀 재선택 기준(Cell Reselection Criteria)
 

셀 Ranking 기준 (Cell Ranking Criterion)
서빙 셀에서 식 (3)을 만족하여 이웃 셀들의 RSRP를 측정하게 되면, UE는 서빙 셀과 이웃 셀의 측정값을 기반으로 셀 별로 Rank를 구한다. 셀 Rank는 아래 식 (4)와 같이 계산된다[5]. 표 4는 셀 Rank 파라미터들을 설명한다.

표 4. Cell Reselection Criteria 파라미터 (TS 36.304 [5])

셀 재선택 (Cell Reselection)
UE는 아래 식 (5)를 만족하는 이웃 셀(들)이 있으면 최적의 셀을 선택하여 새로운 셀에 캠핑한다.

식 (4)에서 보듯 Rs와 Rn은 서로 다른 기준으로 계산된다. Q_hyst 값과 Q_offset 값이 클수록 UE는 서빙 셀에 좀 더 오래 머무르게 된다.