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LTE EMM Procedure: 7. Cell Reselection without TAU
LTE EMM Procedure: 7. Cell Reselection without TAU
By Netmanias (tech@netmanias.com)
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사용자 경험에 기반한 EMM 시나리오와 11가지 EMM Case들 문서를 참고하시고 본 문서를 읽기 바랍니다. 

본 문서에서는 EMM Case 7, 즉 TAU(Tracking Area Update) 절차 없는 셀 재선택(Cell Reselection) 절차를 다룬다. 이는 망 접속 후 휴지 상태(EMM-Registered, ECM-Idle, RRC-Idle)에 있는 단말이 망(MME)에 등록되어 있는 TA로 이동함에 따라 셀을 재선택하는 절차이다. 이미 등록되어 있는 TA로 이동하므로 단말은 셀을 재선택한 후 TAU 절차를 수행하지 않는다. 먼저 셀 재선택에 필요한 시스템 정보와 셀 재선택 기준을 설명한다. 이어서 셀 재선택이 triggering되는 기준과 셀 Rank 기준을 중심으로 셀 재선택 절차를 설명한다. 단일 LTE carrier 주파수를 사용하는 LTE 단일 망에서 Intra-Frequency 셀 재선택(같은 주파수에서 셀을 재선택)을 대상으로 하였다.

 

 

 

목차

1. 시작하는 글

2. 셀 재선택에 필요한 시스템 정보와 셀 재선택 기준

3. TAU 절차 없는 셀 재선택 절차

4. EPS Entity Information: Before/After Cell Reselection without TAU

5. 마치는 글

 

 

1. 시작하는 글

 

이전 기술문서[1,2,3]에서 3회에 걸쳐 연결상태에 있는 사용자 단말(UE)가 같은 TA(Tracking Area)에 있는 셀로 핸드오버하는 “EMM Case 6. Handover without TAU” 절차를 다루었다*. 이번 문서는 망 접속 후 휴지 상태에 있는 UE가 이동하면서 셀을 재선택(Cell Reselection)하는 절차에 대해 설명한다.

* EMM 전체 시나리오는 이전 기술문서[4]를 참조

 

핸드오버는 연결 상태(EMM-Registered, ECM-Connected, RRC-Connected)에 있는 UE의 이동성을 관리하는 기술이고 셀 재선택은 휴지 상태(EMM-Registered, ECM-Idle, RRC-Idle)에 있는 UE의 이동성을 관리하는 기술이다. 핸드오버시 어느 셀로 핸드오버 할지는 망(MME 또는 source eNB)에 의해 결정되는데 비하여, 셀 재선택시 어느 셀을 선택할지는(다른 말로 어느 셀에 캠핑*할지-머무를 지는) UE가 결정한다.

* UE가 셀 재선택 절차를 끝마친 후, 새로 선택한 셀에서 시스템 정보와 paging 정보를 모니터링 하고 있는 것을 말함. 3GPP TS 36.304[5]를 참조

 

셀 재선택 절차는 다음과 같이 두 가지 경우로 분류되며 그림 1에 나타나 있다. 그림 1의 예에서 UE는 망 접속시 MME로부터 TA list={TA1, TA2}를 할당받았고 현재 휴지 상태에 있으며 TA1에 속한 셀 5에 캠핑하고 있다.

 

• Cell Reselection without TAU ( : EMM Case 7): UE가 MME에 등록되어 있는 TA(해당 UE의 TAI list에 있는 TA), 즉 TA2로 이동하는 경우이다. 셀 재선택만 발생하고 TAU(Tracking Area Update) 절차는 수행되지 않는다.

• Cell Reselection with TAU ( : EMM Case 9): UE가 MME에 등록되어 있지 않은 TA(해당 UE의 TAI list에 없는 TA), 즉 TA3로 이동하는 경우이다. 셀 재선택 후 TAU 절차가 수행된다.

그림 1. 셀 재선택 시나리오 종류

 

사용자가 이동하면서 재선택하게 되는 셀은 현재 캠핑하고 있는 서빙 셀과 같은 LTE 주파수를 사용하거나(intra-frequency), 다른 LTE 주파수를 사용하거나(inter-frequency), 다른 무선 접속 기술(RAT*; Radio Access Technology)를 사용하는(inter-RAT) 셀 일 수 있다. 그림 1에 나타난 셀 재선택 시나리오들은 단일 LTE 주파수만을 사용하는 LTE 단일 망 환경에서 intra-frequency 셀 재선택 만을 대상으로 한다

UTRAN, GERAN, CDMA2000 등에서 사용하는 무선 접속 기술

 

본 문서에서는 셀 재선택 시나리오 을 다루며 는 넷매니아즈 기술 문서(EMM Procedure: 8/9. Handover/ Cell Reselection with TAU)[6]에서 설명한다.

 

 

2장에서 셀 재선택 절차의 이해에 필요한 사전 정보를 살펴보고,

3장에서 TAU 절차 없는 셀 재선택(Cell Reselection without TAU) 절차를 상세히 기술한다.

 

 

 

 

 

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넷매니아즈 2013-05-09 22:49:17
오랜만에 신규 LTE 기술문서를 올립니다. 앞으로는 자주(?) 뵈요..
Jinsung Lee 2013-05-10 14:04:18
아주아주 좋은 자료 감사합니다 :-)
한창섭 2013-05-10 14:33:52
항상좋은자료감사합니다.
EMM Procedure 7.이 최신인거죠??
넷매니아즈 2013-05-10 15:10:38
네, EMM Procedure 7 이 최신입니다.
감사합니다~
김동철 2013-05-13 20:41:50
항상 좋은 자료 감사합니다. LTE 관련해서 좀 더 자주뵈면(???) 더욱 더 감사할것 같습니다~
좋은 하루 되십시요...^^
박광현 2013-05-14 15:08:35
다음 버전 Handover/Cell Reselection with TAU도 손꼽아 기다려 봅니다. 많은 도움이 되고 있습니다. 감사합니다.
이규민 2013-05-15 09:52:01
넷메니아즈 기술문서를 통해 많이 배우고 있습니다.
이렇게 좋은 자료들을 올려주셔서 항상 감사합니다.
장관엽 2013-05-15 22:41:12
오랫동안 기다려왔던 자료네요.. 이런 좋은 자료를 올려주셔서 항상 감사합니다.
이기웅 2013-05-22 14:52:07
언제나 최고의 자료를 공유해 주셔서 감사드립니다, 잘 활용하고 공부하고 있습니다.
고맙습니다!
이남기 2013-05-27 09:56:06
진짜 최곱니다! 감사합니다.ㅎ
김동환 2013-05-27 13:53:30
감사합니다.
조현장 2013-06-10 10:41:30
좋은 자료 감사합니다.
추가적으로 inter-frequency 와 inter-RAT 셀 재선택에 대한 자료 기대해봐도 될까요? ^^;
넷매니아즈 2013-06-10 15:41:47
조현장님,
계획되어 있는 항목들의 일정이 있어, 빠른 시일내 작성은 어려워보여요. --;;;
작성 항목 추가시 고려하도록 하겠습니다.
(궁금하신 것은 Comment나 자유게시판을 이용하여 질문하시고, LTE 고수님들 답글을 기대해 보세요..)

감사합니다.
김건호 2016-01-07 16:09:29

궁금한점 몇가지 적어봐도 될까요?

 

1. SIB 메시지는 어떤 채널로 전달이 되는건가요??

2. 마지막장에 엔티티 업데이트되는 항목에서 'PCC rule' 이 빨간표시가 되어있는데 왜 그런지 알 수 있을까요?

이상화 2016-01-07 18:20:37

1. SIB는 broadcast 채널로 전송되고 셀에 있는 UE들이 동시에 수신합니다. One-Shot Gallery에 있는 "기지국이 방송하는 시스템 정보"를 참고하심 좋으실듯: https://www.netmanias.com/ko/?m=view&id=oneshot&tag=305&no=5697 


2. 빨간 * 표시되어 있는 정보들이 PCC Rule 정보들이라는걸 나타낸것 같아요. 

김건호 2016-01-07 19:29:13

답변 아주 감사합니다!

도움이 많이 되었습니다 ^^

 2017-10-31 16:24:45

셀 재선택 할때 Srxlev 값을 계산하는데, 이 때 Srxlev값은 Q_rxlevmin을 이용해서 계산하잖아요.

근데 Q_rxlevmin 값은 SIB1에도 있고 SIB3에도 있는데, SIB3에 있는 녀석은 언제 쓰이는건가요?

그러니까 다시 말하면,

 SIB1에 Q_rxlevmin을 활용한 Srxlev은 언제 쓰이는지

 SIB3에 Q_rxlevmin을 활용한 Srxlev은 언제 쓰이는지 궁금합니다!!

정도연 2018-01-19 14:40:55

MIB는 RRC-Connected state일 때 왜 필수정보인가요?

신동혁 2018-07-31 13:31:42

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.

 

이 부분이 잘 이해가 안가는데 임계값을 넘지 않아서 캠핑을 한다는건가요 아니면 넘지않음에도 불구하고 캠핑하고 있는건가요

s-intrasearch보단 수신레벨이 커야 캠핑할 수 있는게 아닌가요?

잘 이해가 안갑니다.

Allen 2018-08-23 15:34:13

정보 감사합니다.

 

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

여기 링크는 접속이 되지않네요~!

넷매니아즈 2018-08-23 15:37:27

"기지국이 방송하는 시스템 정보"는 아래 링크로 접속하세요.

https://www.netmanias.com/ko/?m=view&id=oneshot&no=5697

김선태 2018-08-27 21:07:17

셀재선택하면 단말의 ip도 변하는지 궁금합니다!?

버너 2018-08-28 14:56:57

단말의 IP 변경은 PGW가 개입되는 

1. Reattachment : PGW 선택 과정을 처음부터 하기 때문에 단말 IP도 새로 할당됨. 

2. Inter-RAT Handover : GGSN/PGW 일체형 Core 이면 안 바뀔 수 있으나 기본적으로는 GGSN, PGW각 다르므로 바뀐다고 볼 수 있음. 

에 일어나고 cell reseelction 등의 상황은 eNB ~ MME ~ SGW만 개입하고 PGW가 개입하지 않으므로 IP 변경이 일어나지 않습니다.   

 

김선태 2018-08-31 09:53:18

감사합니다!

Thank you for visiting Netmanias! Please leave your comment if you have a question or suggestion.
Transcript
EMM Procedure: 7. Cell Reselection without TAU


목 차

I. 시작하는 글
II. 셀 재선택에 필요한 시스템 정보와 셀 재선택 기준
III. 셀 재선택 절차 (Procedure for Cell Reselection with TAU)
IV. EPS Entity Information
V. 마치는 글




본 문서에서는 EMM Case 7, 즉 TAU(Tracking Area Update) 절차 없는 셀 재선택(Cell Reselection) 절차를 다룬다. 이는 망 접속 후 휴지 상태(EMM-Registered, ECM-Idle, RRC-Idle)에 있는 단말이 망(MME)에 등록되어 있는 TA로 이동함에 따라 셀을 재선택하는 절차이다. 이미 등록되어 있는 TA로 이동하므로 단말은 셀을 재선택한 후 TAU 절차를 수행하지 않는다. 먼저 셀 재선택에 필요한 시스템 정보와 셀 재선택 기준을 설명한다. 이어서 셀 재선택이 triggering되는 기준과 셀 Rank 기준을 중심으로 셀 재선택 절차를 설명한다. 단일 LTE carrier 주파수를 사용하는 LTE 단일 망에서 Intra-Frequency 셀 재선택(같은 주파수에서 셀을 재선택)을 대상으로 하였다.





2013년 5월 9일



www.netmanias.com

NMC Consulting Group (tech@netmanias.com)

약어표
CDMA Code Division Multiple Access
DRX Discontinuous Reception
ECM EPS Connection Management
EMM EPS Mobility Management
eNB Evolved Node B
EPC Evolved Packet Core
EPS Evolved Packet System
E-UTRA Evolved Universal Terrestrial Radio Access
E-UTRAN Evolved Universal Terrestrial Radio Access Network
GERAN GSM/EDGE Radio Access Network
LTE Long Term Evolution
MBSFN Multimedia Broadcast multicast service Single Frequency Network
MIB Master Information Block
MME Mobility Management Entity
PCI Physical Cell ID
PLMN Public Land Mobile Network
RAT Radio Access Technology
RRC Radio Resource Control
RSRP Reference Signal Received Power
RSRQ Reference Signal Received Quality
SFN System Frame Number
SI System Information
SIB System Information Block
TA Tracking Area
TAC Tracking Area Code
TAI Tracking Area Identity
TAU Tracking Area Update
UE User Equipment
UMTS Universal Mobile Telecommunication System
UTRA Universal Terrestrial Radio Access
VPLMN Visited Public Land Mobile Network


?
I. 시작하는 글
이전 기술문서[1,2,3]에서 3회에 걸쳐 연결상태에 있는 사용자 단말(UE)가 같은 TA(Tracking Area)에 있는 셀로 핸드오버하는 “EMM Case 6. Handover without TAU” 절차를 다루었다 . 이번 문서는 망 접속 후 휴지 상태에 있는 UE가 이동하면서 셀을 재선택(Cell Reselection)하는 절차에 대해 설명한다.

핸드오버는 연결 상태(EMM-Registered, ECM-Connected, RRC-Connected)에 있는 UE의 이동성을 관리하는 기술이고 셀 재선택은 휴지 상태(EMM-Registered, ECM-Idle, RRC-Idle)에 있는 UE의 이동성을 관리하는 기술이다. 핸드오버시 어느 셀로 핸드오버 할지는 망(MME 또는 source eNB)에 의해 결정되는데 비하여, 셀 재선택시 어느 셀을 선택할지는(다른 말로 어느 셀에 캠핑 할지-머무를 지는) UE가 결정한다.

셀 재선택 절차는 다음과 같이 두 가지 경우로 분류되며 그림 1에 나타나 있다. 그림 1의 예에서 UE는 망 접속시 MME로부터 TA list={TA1, TA2}를 할당받았고 현재 휴지 상태에 있으며 TA1에 속한 셀 5에 캠핑하고 있다.

? Cell Reselection without TAU (?: EMM Case 7): UE가 MME에 등록되어 있는 TA(해당 UE의 TAI list에 있는 TA), 즉 TA2로 이동하는 경우이다. 셀 재선택만 발생하고 TAU(Tracking Area Update) 절차는 수행되지 않는다.
? Cell Reselection with TAU (?: EMM Case 9): UE가 MME에 등록되어 있지 않은 TA(해당 UE의 TAI list에 없는 TA), 즉 TA3로 이동하는 경우이다. 셀 재선택 후 TAU 절차가 수행된다


그림 1. 셀 재선택 시나리오 종류

?
사용자가 이동하면서 재선택하게 되는 셀은 현재 캠핑하고 있는 서빙 셀과 같은 LTE 주파수를 사용하거나(intra-frequency), 다른 LTE 주파수를 사용하거나(inter-frequency), 다른 무선 접속 기술(RAT ; Radio Access Technology)를 사용하는(inter-RAT) 셀 일 수 있다. 그림 1에 나타난 셀 재선택 시나리오들은 단일 LTE 주파수만을 사용하는 LTE 단일 망 환경에서 intra-frequency 셀 재선택 만을 대상으로 한다

본 문서에서는 셀 재선택 시나리오 ?을 다루며 ?는 넷매니아즈 기술 문서(EMM Procedure: 8/9. Handover/ Cell Reselection with TAU)[6]에서 설명한다. II 장에서 셀 재선택 절차의 이해에 필요한 사전 정보를 살펴보고, III 장에서 TAU 절차 없는 셀 재선택(Cell Reselection without TAU) 절차를 상세히 기술한다.





?
II. 셀 재선택에 필요한 시스템 정보와 셀 재선택 기준
III 장에서 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(Qrxlevmeas)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 Qrxlevmin, 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: Qmeas,s,이웃 셀: Qmeas,n)을 기반으로 각 셀의 Rank(Rs, Rn)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(Rn > Rs)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.

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 ).

표 1. 시스템 정보 예
시스템 정보 종류 특성 주요 파라미터
Mandatory MIB ? UE가 셀에 접속하기 위한 필수 정보 DL 대역폭, SFN, HARQ 채널(PHICH) 정보
SIB 1 ? 셀 접속 허용여부 관련 정보 제공
? 다른 SIB들의 scheduling을 정의 Access restriction info, Cell selection info,
다른 SIB들에 대한 Scheduling 정보
SIB 2 ? 모든 UE에 공통인 무선 자원 configuration 정보 Common and shared channel info(RACH, BCCH, PCCH, PRACH, PDSCH, PUSCH, PUCCH, Sounding RS, UL Power Control),
MBSFN용 Sub-frame
셀 재선택 관련 SIBs SIB 3 ? 모든 종류의 셀 재선택(intra-frequency/ inter-frequency/ inter-RAT)에 공통으로 사용되는 정보
? 동일 주파수(Intra-frequency) 셀 재선택 정보 q-Hyst,
s-NonIntraSearch, threshServingLow, cellReselectionPriority
q-RxLevMin, p-Max, s-IntraSearch,
t-ReselectionEUTRA, q-QualMin


SIB 4 ? 동일 주파수(intra-frequency) 셀 재선택을 위한 이웃 셀 정보 intraFreqNeighCellList(physCellId,
q-OffsetCell),
intraFreqBlackCellList(physCellId Range),
CSG-PCI Range
SIB 5 ? 다른 주파수 (inter-frequency) 셀 재선택을 위한 주파수 및 이웃 셀 정보 Supported E-UTRA frequency list (E-UTRA 주파수, Neighbor cell list, Black cell list, Reselection threshold)
SIB 6 ? Inter-RAT (UTRA) 셀 재선택을 위한 정보 UTRA 주파수
SIB 7 ? Inter-RAT (GERAN) 셀 재선택을 위한 정보 GERAN 주파수
SIB 8 ? Inter-RAT (CDMA2000) 셀 재선택을 위한 정보 CDMA 2000 주파수

?
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 않았다 .

표 2. 셀 재선택 파라미터 (SIB3/SIB4)
Parameters Description
SIB 3 cellReselectionInfoCommon 모든 셀에 공통인 셀 재선택 정보
q-Hyst ? 서빙 셀 Rank에 적용되는 hysteresis 값
speedStateReselectionPars ? UE의 이동 속도에 따른 재선택 파라미터
mobilityStateParameters ? UE mobility state를 결정하는 파라미터
q-hystSF ? Qhyst에 대한 scaling factor로 UE 속도에 좌우됨.
? Medium 또는 high mobility state가 검출되면 Qhyst 값에 sf-Medium 또는 sf-High 값을 더함
Sf-Medium
Sf-High
intraFreqCellReselectionInfo Intra-frequency 셀에 적용할 셀 재선택 정보
q-RxLevMin ? 해당 셀에 계속 캠핑하기 위해 요구되는 최소 수신 레벨 [dBm]
p-Max ? UE에게 허용된 최대 송신 전력 레벨 [dBm]
? UE의 송신 출력을 제한하기 위해 사용되는 값으로 PCompenation (2.3 절 참조) 계산에 사용됨
s-IntraSearch ? Intra-frequency 측정을 triggering하는Srxlev 임계값 [dB]
? Srxlev이 s-IntraSearch보다 작으면 UE는 동일 주파수 안에서 이웃 셀들을 측정하기 시작함
allowedMeasBandwidth ? UE가 측정할 DL Bandwidth
presenceAntennaPort1 ? 이웃 셀들이 Antenna Port 1을 사용하는지 여부를 나타냄
neighCellConfig ? 이웃 셀들의 MBSFN 관련 정보
t-ReselectionEUTRA ? 셀 재선택 timer 값. 셀 재선택 조건이 이 시간 이상 지속되어야 셀 재선택이 수행됨
t-ReselectionEUTRA-SF ? t-ReselectionEUTRA에 대한 scaling factor로 UE 속도에 좌우됨
lateNonCriticalExtension Release 9에서 추가된 intra-frequency 셀 재선택 정보
s-IntraSearchP ? Intra-frequency 측정을 triggering하는 Srxlev 임계값
s-IntraSearchQ ? Intra-frequency 측정을 triggering하는 Squal 임계값
q-QualMin ? 해당 셀에 계속 캠핑하기 위해 요구되는 최소 quality 레벨 [dB]
SIB 4 intraFreqNeighCellList Cell specific q-Offset을 갖는 intra-frequency 이웃 셀들의 목록
physCellId ? 이웃 셀의 PCI
q-OffsetCell ? 현재 캠핑하고 있는 셀과 이웃 셀 간 offset
intraFreqBlackCellList 셀 재선택 대상이 되지 않는 이웃 셀들의 목록
physCellId Range ? PCI 범위

?
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)
? Release 8: Srxlev > 0 (1-1)
? Release 9: Srxlev > 0 and Squal > 0 (1-2)
where, Srxlev = Qrxlevmeas - Qrxlevmin - PCompensation [dB]
Squal = Qqualmeas ? Qqualmin [dB]

표 3. Cell Selection Criteria 파라미터 (TS 36.304 [5])
Parameters Description
Srxlev ? 셀 선택 수신 레벨 [dB]
Qrxlevmeas ? UE가 해당 셀에 대해 측정한 수신 레벨 (RSRP) [dBm]
Qrxlevmin ? 해당 셀이 요구하는 최소 수신 레벨 [dBm]
? SIB 1에 의해 전달되는 q-RxLevMin 값에 의해 정의됨
PCompensation ? Max (PEMAX ? PPowerClass , 0) [dB]
PEMAX ? 해당 셀에서 UE에게 허용된 최대 송신 전력 레벨 [dBm]
? SIB 1에 의해 전달되는 p-Max 값에 의해 정의됨
PPowerClass ? UE의 최대 출력 전력 (UE power class 에 따름) [dBm]
Squal ? 셀 선택 quality 레벨 [dB]
Qqualmeas ? 측정된 셀 quality 레벨 (RSRQ) [dB]
Qqualmin ? 해당 셀이 요구하는 최소 quality 레벨 [dB]
? SIB 1에 의해 전달되는 q-QualMin 값에 의해 정의됨


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

Release 9에서는 셀 선택 조건으로 Srxlev외에 Squal이 추가되었다. Qrxlevmeas는 RSRP(Reference Signal Received Power) 값이고 Qqualmeas는 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.

? Release 8: Srxlev > SintraSearch (2-1)
? Release 9: Srxlev > SintraSearchP and Squal > SintraSearchQ (2-2)
where, Srxlev = Qrxlevmeas - Qrxlevmin - PCompensation [dB]
Squal = Qqualmeas ? Qqualmin [dB]

식 (2)에서 SintraSearch, SintraSearchP 와 SintraSearchP 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)
? Release 8: Srxlev ≤ SintraSearch (3-1)
? Release 9: Srxlev ≤ SintraSearchP or Squal ≤ SintraSearchQ (3-2)

■ 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.

? Serving Cell Rank: Rs = Qmeas,s + Qhyst (4-1)
? Neighbor Cell(non-serving cell) Rank: Rn = Qmeas,n - Qoffset (4-2)

표 4. Cell Reselection Criteria 파라미터 (TS 36.304 [5])
Parameters Description
Qmeas,s ? 서빙 셀의 RSRP 측정 값
Qmeas,n ? 이웃 셀의 RSRP 측정 값
Qhyst ? 서빙 셀의 hysteresis 값
Qoffset ? 서빙 셀과 해당 이웃 셀 간 offset (Qoffset = Qoffsets,n)
? SIB 4에 의해 전달되는 q-OffsetCell 값에 의해 정의됨

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

Rn > Rs (5)

식 (4)에서 보듯 Rs와 Rn은 서로 다른 기준으로 계산된다. Qhyst 값과 Qoffset 값이 클수록 UE는 서빙 셀에 좀 더 오래 머무르게 된다.
?
III. TAU 없는 셀 재선택 절차 (Procedure for Cell Reselection without TAU)
그림 3은 EMM Case 7. Cell Reselection without TAU (?) 절차를 나타낸다. 그림 1에서 UE는 식 (1)을 만족하는 셀로 셀 5을 선택하고, 셀 5를 통해 초기 접속을 수행하여 MME로부터 TA로 {TA1, TA2}를 할당 받았다. 이 후 셀 5에서 서비스를 이용하던 UE는 휴지 상태로 천이하여 현재는 셀 5에 캠핑하고 있다.

그림 3은 셀 5에 캠핑하고 있는 UE가 eNB 4 방향으로 이동하면서 intra-frequency 셀 재선택 절차를 수행하고 셀 10에 캠핑하는 과정을 보여준다. 단말의 이동성 상태(mobility state)는 “Normal”로 scaling factor는 적용되지 않으며, 이웃 셀 중 측정 대상은 셀 4/6/10/13으로, 그림 3에서는 편의상 셀 10과 13만 나타내었다. III 장에서 기술될 intra-frequency 셀 재선택 절차는 그림 1에서 정상적으로 셀 재선택이 진행되는 경우를 다룬다. 즉,

? 서빙 셀에 캠핑: UE가 셀 5에 캠핑하고 있다.
? 셀 재선택 개시 (Cell Reselection Triggering): UE가 이동함에 따라 서빙 셀에서 멀어지면서 셀 재선택이 triggering 된다.
1. 서빙 셀 측정: 서빙 셀을 측정하여 이웃 셀 측정 여부를 판단한다.
2. 이웃 셀 측정: 셀 재선택을 위해 이웃 셀(셀 4/6/10/13)을 측정한다.
? 셀 재선택 기준 (Cell Reselection Criteria)
1. 셀 별 Rank 계산: 서빙 셀과 이웃 셀들을 측정하여 셀 별 Rank를 계산한다.
2. 셀 재선택: 셀 재선택 기준을 만족하는 셀을 구하고 가장 적합한 셀을 결정한다(셀 10).
? 새로운 셀에 캠핑: UE는 셀 10에 캠핑 한다.

?


그림 3. 동일 주파수 셀 재선택 절차 (기 등록되어 있는 TA로 이동 시)

?

1) [UE] 서빙 셀에 캠핑하고 있는 UE
UE는 휴지 상태에서 서빙 셀인 셀 5(in eNB 2)에 캠핑하고 있다.

2) [UE] 서빙 셀로부터 시스템 정보 얻기
UE는 서빙 셀로부터 셀 재선택에 필요한 시스템 정보를 얻는다. 서빙 셀과 이웃 셀 간 offset이 이웃 셀 별로 다른 경우 서빙 셀은 SIB 4를 통해 이웃 셀 목록을 UE에게 제공할 수 있다. UE는 SIB 3와 SIB 4를 획득하여 다음 파라미터를 얻는다.

? 셀 재선택 개시를 결정하기 위한 파라미터: q-RxLevMin, p-Max, s-IntraSearchP, s-IntraSearchQ, t-ReselectionEUTRA, q-QualMin (SIB 3)
? 서빙 셀 Rank 계산에 필요한 파라미터: q-Hyst (SIB 3)
? 이웃 셀 Rank 계산에 필요한 파라미터: q-OffsetCell (SIB 4)

3) [UE] 서빙 셀 신호 측정
UE는 DTX cycle 마다 깨어나서 서빙 셀의 신호(RSRP, RSRQ)를 측정하여 Qrxlevmeas,Qqualmeas를 얻고, 셀 재선택 수신 레벨 Srxlev와 셀 재선택 quality 레벨 Squal을 구한다. 식 (3)를 적용하여 셀 재선택을 해야 하는 상황인지 계속 캠핑하고 있어도 되는 상황인지 확인한다. Srxlev 또는 Squal이 식 (3)를 만족하지 않으면 계속 서빙 셀에 캠핑하고, 식 (3)를 만족하면 단계 4)가 수행된다.

4) [UE] 이웃 셀 신호 측정
UE는 서빙 셀과 같은 주파수에서 이웃 셀들의 RSRP(Qmeas,n, n=4,6,10,13)를 측정한다.

5) [UE] 셀 Ranking 기준 (Cell-Ranking Criterion)
이웃 셀들의 RSRP를 측정하면 서빙 셀(셀 5)과 이웃 셀들(셀 4, 셀 6, 셀 10, 셀 13)의 Rank를 계산한다. 서빙 셀 Rank R5는 식 (4-1)에 의해서 이웃 셀들의 Rank R4/R6/R10/R12는 식 (4-2)에 의해서 구해진다.

6) [UE] 셀 Rank 비교 (Cell Rank Comparison)
UE는 서빙 셀의 Rank R5와 이웃 셀들의 Rank Rn(n=4,6,10,13)를 비교하여 식 (5)를 만족하는지 확인한다. 식 (5)를 만족하는 셀이 없으면 UE는 셀 5에 계속 캠핑한다. 여기서는 셀 10과 셀 13이 식 (5)를 만족하고 있다.

7) [UE] 새로운 셀 선택
식 (5)를 만족하는 셀이 존재하므로 UE는 새로운 서빙 셀을 선택한다. R10과 R13을 비교하여 최적의 셀로 R10이 선택된다.

8) [UE] 새로운 셀에 캠핑하는 UE
UE는 셀 10에 캠핑한다. 셀 10에서 방송하는 SIB 1을 수신하여 셀 10의 TAI가 단말의 TAI list에 있음을 확인한다. 새로운 서빙 셀이 단말이 등록되어 있는 TA에 속하므로 TAU 절차는 수행되지 않는다. UE는 이제부터는 DRX cycle마다 깨어나면 셀 10의 시스템 정보와 paging 정보를 모니터링하고 셀 10의 신호(RSRP, RSRQ)를 측정하게 된다.

?
IV. EPS Entity Information: Before/After Cell Reselection without TAU
셀 재선택 절차 전?후로 EPS Entity에 있는 정보를 살펴본다. 셀 재선택 절차 전?후로 단말은 휴지 상태(EMM-Registered, ECM-Idle, RRC-Idle)에 있으며, MME 역시 휴지 상태(EMM-Registered, ECM-Idle)에 있게 된다. 셀 5에서 셀 10으로 캠핑하고 TAU 절차도 수행되지 않으므로 셀 재선택 절차 전과 후에 EPS Entity에 있는 정보는 동일하며, 이는 S1 Release 후 EPS Entity에 있는 정보와 동일하다[10]. 그림 4는 셀 재선택 절차 전?후에 EPS Entity에 있는 정보를 나타낸다.


그림 4. Information in EPS entity before/after Cell Reselection without TAU


V. 마치는 글
휴지 상태에 있는 단말이 등록되어 있는 TA 영역으로 이동할 때 TAU 절차 없이 셀을 재선택하는 절차를 살펴보았다. 본 문서에서는 동일 주파수 내에서 셀을 재선택하는 intra-frequency 셀 재선택 절차만을 다루었다. 이동통신 사업자의 상용망은 여러 LTE carrier 주파수를 운용하고 또한 2G/3G 망과 같이 운용하므로, 실제 셀 재선택은 intra-frequency 외에 inter-frequency와 inter-RAT 셀 재선택을 고려하여 수행된다. 이 후 EMM Case 9 문서에서는 단말이 기 등록되어 있지 않은 TA 영역으로 이동시 TAU 절차가 수행되는 셀 재선택 절차에 대해 설명한다.

참고문헌
[1] 넷매니아즈 기술문서, “LTE EMM Procedure: 6. Handover without TAU (1편) ? Overview of Handover”, June 2012, https://www.netmanias.com/ko/?m=view&id=techdocs&no=5523
[2] 넷매니아즈 기술문서, “LTE EMM Procedure: 6. Handover without TAU (2편) ? X2 Handover”, July 2012, https://www.netmanias.com/ko/?m=view&id=techdocs&no=5542
[3] 넷매니아즈 기술문서, “LTE EMM Procedure: 6. Handover without TAU (3편) ? S1 Handover”, April 2013, https://www.netmanias.com/ko/?m=view&id=techdocs&no=5567
[4] 넷매니아즈 기술문서, “사용자 경험에 기반한 EMM 시나리오와 11가지 EMM Case들”,
September 2011, https://www.netmanias.com/ko/?m=view&id=techdocs&no=5303
[5] 3GPP TS 36.304, “Evolved Universal Terrestrial Radio Access (E-UTRA); User Equipment (UE) Procedures in Idle Mode”
[6] 넷매니아즈 기술문서, “EMM Procedure 8/9. Handover/Cell Reselection with TAU”,
May 2013, TBD
[7] 넷매니아즈 기술문서, “EMM 및 ECM 상태”, October 2011, https://www.netmanias.com/ko/?m=view&id=techdocs&no=5284
[8] 3GPP TS 36.331, “Evolved Universal Terrestrial Radio Access (E-UTRA); Radio Resource Control (RRC); Protocol Specification”
[9] 3GPP TS 36.101, “Evolved Universal Terrestrial Radio Access (E-UTRA); User Equipment (UE) Radio Transmission and Reception”
[10] 넷매니아즈 기술문서, “EMM Procedure: 3. S1 Release”, April 2012, https://www.netmanias.com/ko/?m=view&id=techdocs&no=5464
[11] NMC 컨설팅 내부 리포트, “E2E LTE Network Design”, August 2010
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