KR100242276B1 - 소직경 빔 섹터간에 가입자를 할당하기 위한 방법 - Google Patents

Abstract

소직경 섹터 간에 가입자들을 할당하는 방법은 제1실시에에서 현 섹터가 부하 임계값을 넘는 부하를 받을 때 섹터를 변경하도록 가입자를 오프-로딩하는 단계를 포함한다. 최대의 신호 춤질 측정값(예로 전력 설정)을 갖는 가입자(들)가 바람직하게는 오프-로딩의 대상으로 선택되는데, 이는 대체로 최대값을 가진 이가 다른 섹터(예로 안테나에 근접)와 중첩되는 영역에 있기 때문이다. 선택된 가입자(들)는 대체 섹터, 바람직하게는 그 가입자에 대해 최상의 수신 신호 품질을 가지며 또 부하 임계값 이하의 부하를 갖는 섹터로 전달된다.

Description

[발명의 명칭]

소직경 빔 섹터 간에 가입자를 할당하기 위한 방법

[발명의 이용 분야]

본 발명은 통신 시스템, 특히 통신 시스템에서 가입자의 채널을 할당하는 방법에 관한 것이다.

[발명의 배경]

셀룰러 무선 시스템은 통상 빌딩이나 탑 위에 장착되어 해당 서비스 영역에 에 무선 신호를 제공하는 기지국의 송수신기를 사용한다. 전통적인 아날로그 시스템 및 대부분의 디지털 시스템에서, 별도의 주파수를 갖는 수많은 통신 채널이 각 기지국에 사용되며 이들 채널은 최소의 재사용 거리만큼 떨어져 있는 다른 기지국에서 재사용된다. 섹터화 안테나는 이러한 재사용의 효율을 증진시키기 위해서 셀을 3 또는 그 이상의 섹터로 분할한다. 이와 같이 셀을 분할함으로써 통상의 아날로그 셀룰러 시스템은 그 재사용 패턴을 하나의 클러스터당 12 셀에서 7셀로 줄일 수 있다. 여기서, 클러스터는 재사용이 허용되기 전에 특정의 주파수/채널 집합을 갖는 셀들의 수를 의미한다. 따라서, 클러스터의 크기를 감소시킬수록 보다 많은 채널이 각 셀에서 이용 가능하게 되어 용량 향상이 이루어진다.

그러나, 전 패턴을 섹터화 패턴으로 분할함으로써 주어진 섹터에서의 송신 및 수신 안테나는 섹터의 부분만을 인식할 것이다. 이 때문에, 주파수 할당은 섹터들 간에 분할되어야 한다. 다시말하면, 섹터 1, 2, 3이 주어졌을 때, 섹터 1에서의 채널은 안테나들이 다른 방향을 지시하므로 일반적으로 섹터 2, 3을 커버하는데 사용될 수 없다. 따라서, 셀이 섹터화되면 각 섹터에 대해 별도의 주파수군이 존재한다.

제1도는 얼랑 B 분포(Erlang B distribution)의 종래 기술의 표이다. 이는 통상 3 내지 6 섹터의 기지국을 더 많은 수의 섹터들로 재분할하는 효과를 나타내는 배경 정보로서 주어진다. 통상 AMPS(advanced mobile phone service) 셀룰러의 경우에는, 클러스터당 3섹터의 7-셀이 주파수 할당을 고르게 분포시키며 섹터당 19 채널까지 갖는 것으로 가정할 수 있다. 부가의 섹터를 추가함으로써 클러스터의 크기가 감소함에도 불구하고 섹터당 주파수의 수도 감소한다. 클러스터당 6 섹터의 4-셀 시스템의 경우에는 채널의 수가 섹터당 16으로 감소한다. 현재 셀당 섹터의 수를 24까지로 하는 제안이 있으므로 섹터당 채널의 수는 표준의 재사용 계획에서와 같이 분할될 때 아주 적을 것이다. 제1도는 채널 집합에서 보다 적은 수의 서버를 갖는 효과를 도시한다. 그 결과로 트럭킹(trunking) 효율성에 손실, 즉 제공될 수 있는 평균 서버의 수가 채널의 수보다 더 빨리 감소하게 된다.

제2도는 각 섹터(10, 20, 30)가 120도의 안테나 패턴(11, 21, 31)에 의해 각각 서비스되는 기지국의 서비스 영역(5)에 대한 표준의 3 섹터 패턴을 도시하는 종래 기술의 도면이다. 이들 섹터(10, 20, 30)는 빌딩이나 탑 위에 장착된 3개의 개별 안테나를 사용함으로써 통상 구현된다.

각 셀 또는 섹터에서의 실제 용량은 셀이 섹터들로 분할되는 경우에 각 주파수군에서 이용 가능한 주파수들의 개수의 함수이다. 사용자 트래픽이 균일한 프로세스가 아닌, 즉 사용자가 통상의 프와송 프로세스 및 지수적인 호출 지속 기간에 도달하므로, 용량은 소정 블록킹 레이트로 얼랑 B 용량으로 보통 지정된다. 예를 들면, 소정 섹터에 19개의 이용 가능한 주파수가 존재하면, 얼랑 B 표에 따라 평균 12.5 사용자가 서비스를 받을 수 있으며 이것은 2%의 블록킹 레이트를 제공하는데, 이것은 시간의 2%에, 19명의 사용자가 서비스를 얻으려고 시도하는 것을 의미한다. 따라서, 19 주파수의 채널 집합은 소정 등급의 서비스(GOS : grade of service) 또는 블록킹 백분율에서 12.5 얼랑의 트래픽을 지원한다.

섹터화는 통상 범위 및 용량 - 섹터화 안테나에 고유한 추가 안테나 게인 으로 인한 범위 및 재사용의 형상으로 인한 용량을 향상시킨다. 따라서, 셀 내의 섹터의 수를 상당히 큰 수로 증가시키는 것은 이득이 된다. 오늘날 세계에서 사용되는 섹터의 통상의 수는 3 내지 6이다. 그러나, 6 섹터 이상을 사용하는 경우의 문제는 주파수군을 보다 작은 그룹으로 분할해야 하는 것이다. 보통 3-섹터의 소형으로 주파수군을 유지하는 것이 바람직한데, 이 채널 집합 내의 소직경 빔을 통해 사용되는 이러한 그룹으로 주파수들을 스위치할 수 있다. 그러나, 이것은 소위 20개의 주파수를 120도 섹터 내의 임의 수의 빔으로 스위치하기 위해 상당량의 하드웨어를 필요로 한다. 따라서, 주파수군을 지원될 빔의 수로 간단히 분할하는 것이 바람직하다. 그러나, 얼랑의 수가 급속히 감소하므로 이것은 용량을 제한한다. 예를 들면, 빔당 8 채널, 2% GOS로 단지 2.5 얼랑이 각 빔에 이용 가능하다.

따라서, 소직경 빔의 통신 시스템에서 가입자에 채널을 할당하는 향상된 방법이 필요성이 존재한다.

[도면의 간단한 설명]

제1도는 2% 블록킹에 대한 얼랑 B 로딩이 종래 기술의 표를 나타내는 도면.

제2도는 기지 사이트 커버 영역에 대한 통상의 종래 기술의 3 섹터 안테나 패턴을 도시하는 도면.

제3도는 본 발명에 따른 제1 실시 프로세스를 도시하는 흐름도.

제4도는 본 발명의 제1 실시예에 따른 소직경 빔의 안테나 패턴을 구현하는 것을 도시하는 도면.

[발명의 상세한 설명]

본 발명의 향상된 방법을 통해 상기의 문제점은 해결된다. 본 발명의 제1실시예에서, 섹터의 장치 용량은 섹터의 부하가 그 피크 용량에 근접할 때 기지국에 충분히 접근하는 사용자를 동적으로 오프-로딩(off-loading)함으로써 향상된다.

따라서, 섹터가 충분히, 예로 소정 수의 사용자가 최대로부터 어느 정도 내에 또는 최대로 채워질 때, 서비스 받는 사용자는 보다 부하가 덜한 다른 섹터로부터 서비스를 받게 될 것이다. 이로써 섹터의 그룹 내에서 채널을 이용함에 있어서, 각 채널의 부하를 보다 평균화시키고 그의 피크를 감소 즉 부하 분할을 이루므로써 주어진 섹터에서 통신 두절(blocking)이 발생하는 지점을 방지하게 된다. 이것은 또 셀이 서비스할 수 있는 용량을 증가시킨다.

이 프로세스는 안테나가 이러한 아주 상이한 각(둔각)으로 지향되므로 멀리 떨어진 사용자에 대해 표준의 3 섹터 패턴으로 구현하기가 더 어렵다. 가장 근접한 사용자는 기지국까지의 짧은 거리도 인한 극소 경로 손실, 및 근처 클러서터에 의해 생성된 반사와 회절로 인한 인접 섹터로의 경로를 향상시키는 국부 스캐터링 신호 전파 효과로부터 이익을 얻을 것이다. 그러나, 수많은 소직경 빔을 갖는 기지국은 중첩되어 섹터들 사이의 각이 더 작아지며 신호를 인접 섹터에 결합시키는데 필요한 국부 스캐터링은 최소가 된다. 또, 통상의 환경에는 가입자에 대한 해당 각에 따라 여러 섹터들로부터 섹터들로 충분히 양호한 신호 경로를 제공하도록 충분한 국부 스캐터링이 존재한다. 기지국에 근접한 사용자는 충분히 양호한 인접 섹터로의 경로를 가짐으로써 사용자가 이들 섹터에 재할당되도록 한다. 셀의 경계 근처에서 멀리 떨어진 사용자는 전 경로에서의 여유가 많지 않으며 시스템 이득의 한계 근처에서 작동할 것이다.

따라서, 본 발명의 제1 실시예에 따르면 제1 섹터가 그 제한 용량 근처에 있을 때 인접 섹터로 오프-로딩하기 위해 가장 근접한 사용자를 선택하는 것이 바람직하다. 근접 사용자를 식별하는 것은 임의의 측정값, 예로 전력 제어 레벨, 가입자가 전력 소비량을 감소시키는 양, (일부 디지털 시스템의 경우에) 기지국과 가입자 간의 무선 신호 전송 시간에 기초하여 거리를 측정하는데 사용된 시간의 전진 등에 기초하여 이루어질 수 있다. 전력 제어 방법은 제1 실시예의 일부로서 후술되는데, 이것은 셀룰러 시스템의 모든 형태와 더불어 동작하는 가장 폭넓게 사용되는 방법이 될 것이다.

제3도에는 참조 부호(100)로서 본 발명의 양호한 제1 실시예에 따른 프로세스를 나타내는 흐름도를 도시한다. 흐름도는 블록(110)에서 시작되는데, 여기서는 기지국에서의 각 소직경 빔 섹터에 대한 통신 채널 이용 상황이 모니터되고 이용통계가 기록된다.(예로, 가입자 호출이나 채널 이용율이 변결될 때). 이러한 통계는 양호하게는 부하 레벨(예로, 전 채널에 의해 나누어진 사용자 수 또는 사용되지 않은 채널 수)이지만, 임의 부하 측정값, 예로 프레임 점유 백분율 같은 주기적인 채널 이용률[E-TDMA(enhanced time division multiple access)에서와 같이], 적응 측정값 등을 포함할 수 있다. 그 후, 바람직하게는 블록(115)이 수행되는데, 여기서는 부하를 받는 섹터, 예로 새로운 호출에 이용 가능한 채널의 수가 매우 적은 섹터를 식별한다. 섹터가 소정의 부하 임계값을 넘어서 부하를 받는 것이 아니면, 블록(120)이 수행되어 다음 섹터를 스캔닝한다.

일단 섹터가 소정의 임계값을 넘어서 부하를 받으면, 이 섹터에 의해 서비스 받는 현 사용자들은 블록(125)을 통해 분석되며, 그 중 가장 적격의 사용자(또는 가입자 통신 채널)를 다른 섹터 상으로 오프-로드/재할당하도록 한다. 상술한 바와 같이 다른 섹터로의 전달(예로 핸드오프 또는 스위칭)을 위해 임의의 적절한 오프-로딩 품질 측정값(또는 재할당 품질 측정값)이 사용될 수 있을지라도, 가장 적격의 사용자를 지정하는 기준은 바람직하게는 각 사용자의 전력 설정이다. 바람직하게는, 최저 전력 설정의 사용자가 선택되는데, 이는 상기 사용자가 통상 기지국에 가장 근접하기 때문이다. 셀룰러 무선 시스템에는 가입자의 송신 전력 레벨에 대해 많은 전력 설정이 통상 존재하는데, 예로 각각은 다음 설정으로부터 소정 수의 dB가 된다. 섹터를 통해 통신하는 가입자들을 결정하고 최고 전력 설정의 사용자(들)를 제외하므로써 기지국에 가장 근접한 사용자(들)는 선택될 수 있다. 이용가능한 다른 선택 기준은 가입자가 소정 전력 레벨로 소비하는 시간의 양이다. 이것은 그룹을 가장 긴 시간에 근접한 사용자들로 더 분할한다.

그 결과 품질 측정값 즉 Q 팩터는 Q = A*PL + B*T + C로서 지정될 수 있는데, 여기서 A ＆ B는 설계자에 의해 조정될 수 있는 스케일링 계수이고 PL은 가입자 유닛의 송신 전력 설정에 대해 조정되는 기지국에서 수신된 신호의 전력 레벨이며 T는 가입자가 소정 전력 설정(따라서 그 동작의 일치성을 나타내는)으로 설정된 시간이다. C는 양을 적절한 범위로 스케일하는데 사용되는 상수이다. Q 팩터가 사용되는 방법의 예로서 가입자 전력 레벨이 0 - 9의 정수값(9가 최대)으로 변하는 경우를 고려한다. 또, T＜10s(초)에 대해 B = 0.2, T＞10s에 대해 B = 2.0(양 B*T가 0 내지 2의 범위로서 10초보다 큰 T에 대해 2에 머물도록)이라고 가정한다. 이 경우에, Q는 C =0 일 때 모든 가능한 범위에 대해 0 내지 11의 범위에 있을 것이다. 따라서, 전력 레벨이 Q 팩터에 가장 크게 기여하지만, 시간은 전체량에 약간의 변동을 줄 뿐이다. 다른 방법으로서, 사용자가 신호 레벨 임계값 이상인 경우의 신호 레벨 및 시간 둘다가 두 개의 상이한 파라미터로 별도 지정될 수 있다. 이것은 실시예의 동작을 변화시키지는 않지만, 사용자에게 조정하도록 다소 상이한 집합의 파라미터를 부여할 것이다.

또, 기술자들은 다양한 다른 팩터가 품질 팩터를 지정하는데 사용될 수 있다는 것을 인식할 것이며, 구성 팩터의 변화나 부가 팩터의 추가는 여전히 오프-로딩/핸드오프의 선택에 적격인 가입자를 평가하는 본 발명의 프로세스의 범위에 있다.

일단 최적격의 사용자가 예를 들면 Q 팩터에 기초하여 선택되면, 기지국에서 섹터 그룹의 각각에 대해 수신자를 스캐닝하는 것은 양호하게는 그 수신 신호 품질, 예를 들어 인식되는 톤 또는 디지털 워드와 더불어 선택적으로 수신 신호에서의 그 전력 레벨의 판독을 얻기 위해 선택된 사용자를 스캔하는데 사용된다. 이것은 국부 평균 전력 레벨의 추정값을 얻도록 빠른 페이딩(Rayleigh) 변동을 평균하기 위해 적절한 평균화 간격을 통상 포함하는 블록(130)에서 수행된다. 그룹은 n의 최근접/인접 섹터( 및 서비스하는 안테나), 부하를 받는 섹터로서 소스 패널로부터의 모든 서비스 안테나, 셀의 모든 섹터 또는 임의 다른 편리한 수단으로서 미리 정해질 수 있다. 블록(135)은 블록(140)에서의 부가의 프로세스를 위해 결과의 판독을 정렬하는데, 이것은 정렬된 리스트를 각 섹터에 대한 채널 부하 임계값과 비교한다. 최상의 섹터가 소정의 부하 임계값 이하면, 블록(145)은 블록(140)에서 시험하기 위해 정렬된 리스트(즉, 다음의 최대 품질 측정값을 갖는)에서 다음의 섹터를 선택한다. 소정의 부하 임계값을 넘는 섹터가 발견된 후 양호하게는 블록(150)이 수행된다. 이 블록에서, 신호 레벨은 테스트되어 블록(125)에서 결정된 품질 측정값에 의해 지시된 레벨과 비교된다. 이들 두 개의 차이가 소정 dB 값의 범위에 있으면, 가입자 유닛은 양호하게는 다른 섹터 상의 새로운 서버(예를 들면 송수신기 포트)로 전달되고 전력 레벨은 이 새로운 서버를 통해 동작하기 위해 절절한 값으로 설정된다. 그 대신에, 동일 서버는 이를 새로운 서비스 섹터로 선택적으로 새로운 주파수로써 전환하는 동안 유지된다. 블록(155)의 완료 후, 프로세스는 시작 부분으로 반환된다. 블록(150)의 결과가 음이면, 사용자는 감쇄량이 블록(150)의 임계값에 대해 너무 크게 고려되므로 전환될 수 없다. 양호하게는 블록(150)은 개시 레벨에 기초하여 허용된 신호의 다른 감쇄량과 함께 신호 레벨의 함수로서 정해진다. 따라서, 신호가 전송 시도 이전에 강해지면 더욱 더 신호 감쇄가 허용되지만, 신호 레벨이 약해지면 감쇄가 덜 허용된다. 최소 신호 레벨의 플루어가 이러한 식으로 지정될 수도 있다.

제4도는 본 발명이 사용될 수 있는 다수의 소직경 빔 섹터를 갖는 셀(400)을 도시하는 도면이다. 이 경우에 각각 15도 빔 폭의 8 빔(예로, 하나의 패널로부터 방사된 120도의 서비스 가능 영역에서 401 - 408)을 각각 갖는 3개의 패널 안테나에 의해 생성된 24개의 소직경 빔 섹터가 존재한다.

따라서, 이 분야의 기술자들은 본 발명에 따라 상술한 목표, 목적 및 장점을 완전히 만족시키는 부하를 받는 소직경 빔 섹터로부터 가입자들을 재할당하기 위한 방법이 제공되는 것을 이해할 것이다.

본 발명이 특정 실시예에 따라 설명되었지만, 많은 다른 대체, 변형 및 수정이 상술한 설명의 관점에서 이 분야의 기술자들에게 명백할 것이다. 예를 들면, 본 발명은 셀룰러 통신 시스템에만 제한적으로 적용되는 것은 아니어서 소직경 빔 안테나를 채용하는 다른 형태의 통신 시스템에도 적용 가능하다. 따라서, 본 발명은 후술되는 특허청구 범위의 정신 및 범위 내에서 이러한 모든 대체, 수정 및 변형을 포괄하는 것으로 인식된다.

Claims (10)

1. 기지국의 다수의 섹터 간의 부하-분할(load-sharing) 방법에 있어서, (a) 상기 기지국의 다수의 섹터의 각각에 대한 부하 레벨을 모니터링하는 단계, (b) 제1섹터의 부하 레벨이 소정 임계값을 초과할 경우에, 이에 응답하여 상기 제1섹터를 통해 통신하는 제2가입자 보다 상기 기지국에 더 가까이 위치하는 상기 제1섹터를 통해 통신하고 있는 제1가입자를 선정하는 단계, 및 (c) 상기 제1가입자와 통신하기 위한 상기 기지국의 하나의 부가 섹터로 상기 제1가입자를 오프-로딩하기 위한 단계를 포함하는 부하-분할 방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 단계(c)는 상기 기지국의 다수의 섹터중 상기 제1섹터를 제외한 나머지 섹터들에 의해 상기 제1가입자로부터의 신호의 수신 신호 품질(receive signal quality)을 측정하는 단계, 상기 제1가입자로부터의 최대 수신 신호 품질을 갖는 하나의 부가 섹터를 선정하는 단계, 및 상기 선정된 부가 섹터를 통해 상기 제1가입자와 통신을 설정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 부하-분할 방법.
3. 제2항에 있어서, 상기 측정 단계는 상기 제1섹터를 서비스하는 제1섹터 안테나와 함께 안테나 패널의 모든 다른 섹터 안테나에 의해 측정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 부하-분할 방법.
4. 제2항에 있어서, 상기 단계 (c)는 상기 부가의 섹터가 다른 소정의 임계값 보다 적은 다른 부하 레벨을 가질 때 상기 부가의 섹터를 통한 통신만을 설정하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 부하-분할 방법.
5. 제1항에 있어서, 각각의 가입자는 전송 전력 레벨(transmit power level)을 가지고, 제1가입자를 선정하는 상기 단계는 가장 낮은 전송 전력 레벨을 가진 가입자를 선정하는 단계를 포함하는 부하-분할 방법.
6. 제1항에 있어서, 각각의 가입자는 전송 전력 레벨을 가지고, 제1가입자를 선정하는 상기 단계는 무선 신호 전송 시간(time of flight of radio signal propagation)에 따라서 가입자를 선정하는 단계를 포함하는 부하-분할 방법.
7. 다수의 소직경 빔 섹터를 갖는 기지국을 통해 통신하는 가입자들에 대해 가입자 통신 채널 재할당 방법에 있어서, (a) 각각의 섹터에 대한 통신 채널 이용 레벨(level of communication channel utilization)을 측정하는 단계, (b) 상기 소직경 빔 섹터의 제1섹터의 레벨이 소정 임계값을 넘는 경우에, 이에 응답하여 상기 제1섹터를 통해 통신하는 제2가입자보다 기지국에 가까이 위치하는 가입자가 사용하는 상기 제1섹터를 통해 통신하고 있는 제1가입자 통신 채널을 선정하는 단계; 및 (c) 상기 제1가입자와 통신하기 위한 상기 다수의 섹터중 하나의 부가 섹터로 상기 제1가입자 통신 채널을 재할당하는 단계를 포함하는 통신 채널 재할당 방법.
8. 제7항에 있어서, 상기 단계 (a)는 각 섹터에 대한 통신 채널 이용 레벨을 측정하기 위한 단계를 포함하며, 상기 레벨은 상기 각 섹터에 사용되는 이용 가능 채널의 수인 것을 특징으로 하는 통신 채널 재할당 방법.
9. 제7항에 있어서, 각각의 가입자는 전송 전력 레벨(transmit power level)을 가지고, 제1가입자를 선정하는 상기 단계는 한 주기 동안에 가장 낮은 전송 전력 레벨을 갖는 지의 여부로 가입자를 선정하는 단계를 포함하는 통신 채널 재할당 방법.
10. 제7항에 있어서, 상기 단계 (c)는 상기 기지국의 다수의 섹터중 상기 제1 섹터를 제외한 나머지 섹터들에 의해 상기 제1가입자의 통신 채널의 수신 신호 품질을 측정하여, 상기 최대의 수신신호 품질이 측정되는 부가의 섹터를 결정하는 단계, 및 상기 부가의 섹터를 통한 통신을 위해 상기 제1가입자의 통신 채널을 전달하기 위한 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 통신 채널의 재할당 방법.

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