KR100513174B1 - 간섭 모델을 이용한 셀 커버리지 산정 장치 및 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 셀 커버리지 산정 장치 및 방법에 관한 것으로, 지형 데이터 처리부는 커버리지를 계산하기 위한 영역을 일정한 크기의 픽셀로 세분한다. 트래픽 산정 처리부는 상기 각 픽셀별 트래픽양을 산정한다. 순방향 커버리지 산정 처리부는 상기 각 픽셀별 트래픽양과 설정된 기지국 허용용량에 따라 경로 손실 정보를 계산하여 순방향 링크 용량 및 커버리지를 계산한다. 역방향 커버리지 산정 처리부는 상기 각 기지국간의 경로 손실 정보를 이용하여 동일 셀 간섭 및 인접셀의 간섭을 계산하여 역방향 링크 용량과 역방향 커버리지를 결정한다. 이렇게 함으로써, 트래픽을 기반으로 순방향링크에 따른 커버리지 산정 후 역방향링크시 필수적으로 발생하는 동일 셀 및 인접 셀에서는 간섭 요인을 포함하여 커버리지를 산정하여 실제 상황에 가까운 셀 커버리지를 구할 수 있다.

Description

간섭 모델을 이용한 셀 커버리지 산정 장치 및 방법 {Estimation apparatus of cell coverage with interference model and method thereof}

본 발명은 이동 통신에 관한 것으로, 특히, 간섭 모델을 이용한 셀 커버리지 산정 장치 및 방법에 관한 것이다.

현재, 이동통신 가입자의 폭발적 증가와 이동통신 기술의 발전으로, 다양한 서비스에 대한 요구가 점점 증가하고 있다.

또한, 향후 전개 될 차세대 이동통신 시스템 등을 위해서도 효율적인 셀설계와 그에 따른 최적화 과정이 매우 중요하다.

이를 위해 전파손실에 따라 기지국의 서비스 영역, 즉 커버리지를 결정하는 정적인 방법과는 달리 기지국의 허용용량과 간섭에 따른 동적인 셀설계가 필요하다.

이러한 기지국의 셀을 설계함에 있어서 기지국의 위치와 개수 등을 최적화하는 과정은 비용과 전파사용 측면에서 매우 중요한데, 이를 위해서 기초가 되는 것이 각 기지국이 차지하는 셀 커버리지라고 할 수 있다.

현재까지의 셀커버리지의 산정은 기지국 출력을 기준으로 전파손실에 따른 거리만을 주로 이용하였고, 이와 더불어 운용자들의 경험을 바탕으로 기지국의 위치를 정하는 식으로 이루어져 왔다.

이럴 경우 최소의 기지국으로 최대의 지역을 커버하려는 최적화가 이루어지기 힘들다.

한편, 현재는 음성이 차지하는 비중이 크지만, 향후 이동통신망은 데이터가 차지하는 비중이 크게 증가 할 것이며, 고속 데이터를 제공하기 위한 핫스팟(hot-spot)셀 등을 채용해야 등의 변화를 가져올 것이다.

이와 같이 증가하는 데이터 서비스 가입자수에 대비한 다양한 서비스 요구를 만족시키기 위해 시스템운용 전이나 후에라도 효율적인 셀설계 방안이 모색되어져야 한다.

셀설계의 목적은 최소의 기지국으로 최대의 용량을 얻고자 하는 것이다. 셀의 커버리지 측면에서 계층셀 환경을 모델링 할 수 있는 피코셀-마이크로셀-매크로셀로 이어지는 전파환경에 대한 전파모델이 요구되며, 셀내 사용자의 트래픽 분포에 따른 기지국의 배치 문제를 고려하여야 한다.

셀이 이렇게 복잡한 양상을 띄게 됨에 따라 겹치는 부분이 많아지게 되며, 특성화되어 지는 셀들로 인해 셀간의 간섭에 대한 모델링이 필요하게 된다.

이와 같은 셀 설계에 관한 종래의 기술에 대하여 설명하면 다음과 같다.

종래의 기술로서 대한민국 특허공개번호 제1999-35739호(출원인: 한국전기통신공사)가 있다.

이러한 종래기술은 무선망 설계 시스템에서의 셀 커버리지 추정 방법에 관한 것이며, 무선망 설계 시스템에 구현되는 전파 해석 기능의 계산 속도를 향상시키기 위하여 LOS(Line Of Sight)를 이용하여 셀 커버리지를 사전에 개략적으로 추정하거나, 각 래디얼(Radial)에 해당하는 모든 빈에 대해 수신 신호 전력을 계산하는 것이 아니라 이분 탐색 기법 등과 같은 임의의 탐색 기법을 이용하여 셀 커버리지 계산에 필요한 최소한의 빈에 대해서만 수신 신호 전력을 계산하여 셀 커버리지를 사전에 개략적으로 추정한다.

그 구성과정은 지형에 대한 정보를 읽어 모든 래디얼에 대해 LOS(Line Of Sight) 경로를 탐색하는 제 1 단계, 탐색한 모든 LOS 점들을 연결하여 서비스 영역을 구하는 제 2 단계, 구한 서비스 영역을 출력하는 제 3 단계를 포함하여, 기지국의 위치 설정시 보다 짧은 시간 안에 서비스 범위를 추정할 수 있다.

그러나, 종래의 기술은 목표지역에서 경로별 수신신호를 계산을 통해 커버리지를 개략적으로 파악하는 것이므로 정확하게 셀 커버리지를 판정하기 어려운 단점이 있다.

본 발명의 기술적 과제는 이와 같은 문제점의 해결을 위한 것으로, 본 발명은 셀설계시 간섭에 따른 영향을 고려하고, 코드분할다중접속(CDMA)방식의 특성상 일어 날 수밖에 없는 간섭 모델을 셀 커버리지 산정시 이용하여 실제상황에 가까운 셀 커버리지를 산정하는 간섭 모델을 이용한 셀 커버리지 산정 장치 및 방법을 제공하는 것이다.

이러한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 하나의 특징에 따른 간섭 모델을 이용한 셀 커버리지 산정 장치는,

기지국의 출력과 전파손실에 따라 셀 커버리지를 산정하는 장치로서,

커버리지를 계산하기 위한 영역을 일정한 크기의 픽셀로 세분하는 지형 데이터 처리부;

상기 각 픽셀별 트래픽양을 산정하는 트래픽 산정 처리부;

상기 각 픽셀별 트래픽양과 설정된 기지국 허용용량에 따라 경로 손실 정보를 계산하여 순방향 링크 용량 및 커버리지를 계산하는 순방향 커버리지 산정 처리부;

상기 각 기지국간의 경로 손실 정보를 이용하여 동일 셀 간섭 및 인접셀의 간섭을 계산하여 역방향 링크 용량과 역방향 커버리지를 결정하는 역방향 커버리지 산정 처리부를 포함한다.

이러한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 다른 특징에 따른 간섭 모델을 이용한 셀 커버리지 산정 방법은

기지국의 출력과 전파손실에 따라 셀 커버리지를 산정하는 방법으로서,

커버리지를 계산하기 위한 영역을 일정한 크기의 픽셀로 세분하는 제1 단계;

상기 각 픽셀별 트래픽양을 산정하는 제2 단계;

상기 각 픽셀별 트래픽양과 설정된 기지국 허용용량에 따라 경로 손실 정보를 계산하여 순방향 링크 용량 및 커버리지를 계산하는 제3 단계;

상기 각 기지국간의 경로 손실 정보를 이용하여 동일 셀 간섭 및 인접셀의 간섭을 계산하여 역방향 링크 용량과 역방향 커버리지를 결정하는 제4 단계를 포함한다.

이러한 본 발명을 이 분야의 통상의 지식을 지닌자가 용이하게 실시할 수 있도록 첨부된 도면을 참조로 하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도1은 이 발명의 실시예에 따른 셀 커버리지 산정 장치의 구성도이다.

도1을 참조하면, 이 발명의 실시예에 따른 셀 커버리지 산정 장치는, 지형 데이터 처리부(31), 트래픽 산정 처리부(32), 순방향 커버리지 산정 처리부(34), 역방향 커버리지 산정 처리부(35)를 포함한다.

지형 데이터 처리부(31)는 커버리지를 계산하기 위한 영역을 일정한 크기의 픽셀로 세분한다. 트래픽 산정 처리부(32)는 상기 각 픽셀별 트래픽양을 산정한다. 순방향 커버리지 산정 처리부(34)는 상기 각 픽셀별 트래픽양과 설정된 기지국 허용용량에 따라 경로 손실 정보를 계산하여 순방향 링크 용량 및 커버리지를 계산한다. 역방향 커버리지 산정 처리부(35)는 상기 각 기지국간의 경로 손실 정보를 이용하여 동일 셀 간섭 및 인접셀의 간섭을 계산하여 역방향 링크 용량과 역방향 커버리지를 결정한다.

이러한 구성을 가진 이 발명의 실시예에 따른 셀 커버리지 산정장치의 동작을 설명하면 다음과 같다.

먼저, 지형 데이터 처리부(31)는 커버리지율을 계산하기 위해 영역들을 일정한 크기인 픽셀(pixel) 단위로 세분화하고, 각 픽셀별 트래픽양을 산정한다.

각 픽셀별 트래픽 산정은 운용 데이터베이스(33)를 참조하여 기존의 운용데이타를 이용해서 각 지역별 즉, 도심, 오피스군, 주택지역에 따른 트래픽 평균치를 구하여 사용한다. 이럴 경우 차지하는 픽셀 개수가 바로 트래픽 크기가 됨으로 트래픽 산정을 손쉽게 구할 수 있다.

본 발명의 실시예에서는 각 픽셀과 유효한 모든 기지국으로부터의 경로 손실값을 이용한다.

순방향 링크에서의 용량 및 커버리지는 이동국의 감도(sensitivity)와 기지국 허용용량에 의해 수신감도 계산처리부(341)가 결정한다.

기지국 송신 전력은 설정된 최대값으로 초기화하며, 저장되어 있는 경로 손실값을 이용하여 각 픽셀은 수신단 감도(sensitivity) 이상의 값으로 수신되는 기지국들 중에서 가장 높게 수신되는 기지국에 링크되어 있는 것으로 간주한다.

트래픽량 계산처리부(342)는 기지국 커버리지내의 픽셀들의 합 즉, 전체 트래픽량이 기지국 허용 용량을 초과할 경우 각 픽셀들을 경로손실에 따라 정렬하여 기지국 허용 용량만큼 링크되도록 기지국 송신전력을 조정한다.

이럴 경우 순방향 커버리지 결정부(343)는 전체 기지국 용량에 해당하는 커버리지 만큼만 되도록 송신전력을 조정하기 때문에, 그 이상의 송신전력으로 인해 타 인접셀에 간섭을 줄 수 있는 영향을 최소화 할 수 있다.

도1을 참조하면, 순방향 커버리지(coverage)를 정하는 과정은, 미리 정한 기지국 전송 출력으로 초기화를 한다(S11).

다음 단계는 액티브셀을 결정하기 위한 과정이다.

픽셀단위로 나누어진 영역에서 각픽셀 단위에서의 경로 손실값을 이용하여 수신단의 감도를 구한다. 각 픽셀의 수신단에서는 각 기지국으로부터의 신호 세기 중에 가장 높은 기지국에 속하게 된다.

이런 과정을 거치게 되면, 영역에 있는 각 픽셀들이 수신강도가 가장 높은 하나의 기지국에 속하게 된다(S12).

다음 과정은 앞서의 과정을 통해 결정된 액티브셀의 트래픽양을 결정하는 것으로, 이미 각 픽셀당의 트래픽양을 알고 있으므로, 셀이 차지하고 있는 픽셀의 개수를 통해 쉽게 셀내의 전체 트래픽양을 구할 수 있다(S13).

앞서 계산한 트래픽양과 기지국에 허용된 트래픽양과의 크기를 비교한다(S14).

비교결과 트래픽이 기지국의 허용 트래픽보다 크지 않으면 현재 결정 된 액티브셀이 커버리지가 되며(S17), 허용한 트래픽 이상이 될 때는 각 픽셀에서의 전파손실에 따라 가장 큰 전파손실, 즉 수신강도가 제일 낮은 것부터 제거해 나가면서, 셀의 영역을 허용트래픽 만큼 줄여 나간다(S15). 그러다가 허용 트래픽과 일치하는 커버리지가 셀의 커버리지가 된다(S16).

역방향 링크에서는 다른 사용자에 의한 간섭으로 용량이 제한되며, 역방향 링크에서의 총 평균 간섭 전력은 수학식 1과 같이 자기 셀 간섭과 인접 셀 간섭량의 합으로 나타난다.

자기 셀 간섭의 경우 완전 전력 제어일 경우 기지국에서 동일한 레벨로 수신되며 자기 셀 간섭 량은 수학식 2와 같다.

여기서 M은 현재 셀에서 링크되어 있는 사용자 수이며, 는 사용자의 평균 음성화율(activity)이다.

픽셀로 정의된 임의의 사용자와 유효한 기지국사이의 전파 손실은 고도 정보로부터 거리에 대한 함수로 정의되어 있으며, 완전 전력 제어를 가정하면 i번째 사용자의 송신전력은 수학식 3과 같이 나타낼 수 있다.

따라서 i번째 사용자의 송신 전력이 기준 셀에 수신된 전력 는 수학식 4로 표현되며, 이때의 전체 평균 인접 셀 간섭 전력은 수학식 5와 같다.

여기서, 는 수학식 6과 같이 인접 셀 간섭 수신 전력과 동일 셀 간섭 수신 전력의 비로 표현되는 reuse fraction이다.

수학식 2와 수학식 5를 이용하면 전체 평균 간섭 전력을 수학식 7과 같이 나타낼 수 있다.

여기서 는 reuse efficiency로 수학식 8과 같이 정의된다.

열잡음의 영향을 무시했을 때, 수학식 7에서 정의된 전체 평균 간섭 전력을 이용하면 요구 신호대 잡음비를 수학식 9로 계산할 수 있으며, 이를 이용하여 수신감도 계산 처리부(351)는 수학식 10과 같이 기준 셀내 사용자수를 구할 수 있다.

트래픽량과 사용자수는 기존 운용데이타를 기준으로 서로 매치되는 룩업어랑 테이블(352, Look-up table)을 만든다.

도2의 역방향 링크의 커버리지를 계산 방법은 다음과 같다.

일단 기준이 되는 C/I(Carrier-to-interference ratio)를 설정한다(S21). 앞서 순방향 커버리지에서 계산 된 트래픽(16)을 해당하는 사용자 수로 룩업어랑 테이블(352, Look-up Erlang Table)을 이용하여 구한다(S22).

동일 셀상에서의 간섭량을 수학식2를 이용하여 계산한다(S23).

수학식8을 이용하여 재사용 효율을 계산한다(S24).

인접셀의 간섭량을 계산한다(S25). 결과적으로 전체 간섭량이 구해 진 것이며, 이를 토대로 가용한 사용자수를 알 수 있게 된다.

이를 다시 룩업어랑 테이블(352, Look-up Erlang Table)을 이용하여 pixel의 트래픽량으로 변경한다.(S26).

각 픽셀을 전파 손실별로 소팅(sorting)하고(S27), (S26)과정에서 구해진 트래픽량에 해당하는 픽셀만큼 커버리지가 되도록 전파손실이 작은 픽셀부터 취해 나가면 순방향과 역방향의 간섭을 모두 고려한 실제의 셀 커버리지를 구할 수 있게 된다.

이러한 과정에 의해 신규지역에 기지국을 설치하거나, 기존의 지역에 트래픽이 늘어나서 기지국을 추가로 설치할 경우, 본 발명의 실시예에 따른 커버리지 산정 장치 및 방법을 이용하면 좀 더 효과적으로 기지국 위치와 그에 따른 셀 설계를 할 수 있다.

설치 될 기지국의 출력과 전파환경에 따른 전파손실만으로 기지국의 커버리지를 구하고, 운용자의 경험에 따라 기지국을 설치하게 될 경우 실제 셀 커버리지는 서로 겹치는 부분이 많이 생길 수 있고, 어떤 지역은 셀 커버리지 밖에 존재하는 등, 비효율적일 수 있으나, 본 발명에서는 트래픽을 기반으로 순방향링크에 따른 커버리지 산정 후 역방향링크시 필수적으로 발생하는 동일 셀 및 인접셀에서는 간섭 요인을 포함하므로 좀 더 실제 상황에 가까운 셀 커버리지를 구할 수 있게 된다.

본 발명의 바람직한 실시예는 예시의 목적을 위해 개시된 것이며, 당업자라면 첨부된 특허청구범위에 개시된 본 발명의 사상과 범위를 통해 각종 수정, 변경, 대체 및 부가가 가능하다.

이상에서 설명한 바와 같이 이 발명의 실시예에서, 트래픽을 기반으로 순방향링크에 따른 커버리지 산정 후 역방향링크시 필수적으로 발생하는 동일 셀 및 인접셀에서는 간섭 요인을 포함하여 커버리지를 산정하여 실제 상황에 가까운 셀 커버리지를 구할 수 있는 장점을 가진 셀 커버리지 산정 장치 및 방법을 제공할 수 있다.

도1은 이 발명의 실시예에 따른 셀 커버리지 산정 장치의 구성도이다.

도2는 이 발명의 실시예에 따른 셀 커버리지 산정 방법에서 순방향 링크 용량 및 커버리지 계산방법의 흐름도이다.

도3은 이 발명의 실시예에 따른 셀 커버리지 산정 방법에서 순방향 링크 용량 및 커버리지 계산방법의 흐름도이다.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*

31: 지형데이터 처리부 32: 트래픽 산청처리부

33: 운용데이터 데이터베이스 34: 순방향 커버리지 산정 처리부

35: 역방향 커버리지 산정 처리부

Claims (15)

1. 기지국의 출력과 전파손실에 따라 셀 커버리지를 산정하는 장치로서,

   커버리지를 계산하기 위한 영역을 일정한 크기의 픽셀로 세분하는 지형 데이터 처리부;

   상기 각 픽셀별 트래픽양을 산정하는 트래픽 산정 처리부;

   상기 각 픽셀별 트래픽양과 설정된 기지국 허용용량에 따라 경로 손실 정보를 계산하여 순방향 링크 용량 및 커버리지를 계산하는 순방향 커버리지 산정 처리부;

   상기 각 기지국간의 경로 손실 정보를 이용하여 동일 셀 간섭 및 인접셀의 간섭을 계산하여 역방향 링크 용량과 역방향 커버리지를 결정하는 역방향 커버리지 산정 처리부;

   각 지역에 따른 트래픽 데이터를 저장하고 있는 운용데이터 데이터베이스를 포함하며,

   상기 트래픽 산정 처리부는 각 지역별 트래픽 평균치를 이용하여 상기 각 픽셀별 트래픽양을 산정하는 것을 특징으로 하는 셀 커버리지 산정 장치.
2. 삭제
3. 제1항에 있어서,

   상기 순방향 커버리지 산정 처리부는 일정한 크기의 픽셀로 분리된 각 지역을 차지하는 픽셀의 개수를 판단하여 전체 트래픽량을 산정하는 것을 특징으로 하는 셀 커버리지 산정 장치.
4. 제1항에 있어서,

   상기 역방향 커버리지 산정 처리부는 동일셀과 인접셀의 간섭을 합하여 역방향 링크 간섭을 계산하는 것을 특징으로 하는 셀 커버리지 산정 장치.
5. 제1항에 있어서,

   상기 역방향 커버리지 산정 처리부는,

   상기 순방향 커버리지를 기준으로 역방향 커버리지를 구함에 있어 순방향 커버리지의 트래픽을 사용자수로 변환시켜 역방향의 간섭을 구하는 것을 특징으로 하는 셀 커버리지 산정 장치.
6. 제1항에 있어서,

   사용자수에 대응되는 트래픽량을 저장하고 있는 룩업 어랑 테이블을 더 포함하며, 상기 역방향 커버리지 산정 처리부는 역방향 링크의 간섭을 구하여 셀내 사용자를 구하고, 룩업 어랑 테이블을 이용하여 사용자수를 트래픽량으로 변환하는 것을 특징으로 하는 셀 커버리지 산정 장치.
7. 제6항에 있어서,

   상기 역방향 커버리지 산정 처리부는 전파손실에 따라 소팅한 픽셀중에서 상기 변환된 트래픽량에 해당하는 만큼의 픽셀들을 취해 최종 커버리지를 산정하는 것을 특징으로 하는 셀 커버리지 산정 장치.
8. 기지국의 출력과 전파손실에 따라 셀 커버리지를 산정하는 방법으로서,

   커버리지를 계산하기 위한 영역을 일정한 크기의 픽셀로 세분하는 제1 단계;

   상기 각 픽셀별 트래픽양을 산정하는 제2 단계;

   상기 각 픽셀별 트래픽양과 설정된 기지국 허용용량에 따라 경로 손실 정보를 계산하여 순방향 링크 용량 및 커버리지를 계산하는 제3 단계;

   상기 각 기지국간의 경로 손실 정보를 이용하여 동일 셀 간섭 및 인접셀의 간섭을 계산하여 역방향 링크 용량과 역방향 커버리지를 결정하는 제4 단계를 포함하며,

   상기 제2 단계는 상기 각 픽셀별 트래픽량은 각 지역별 트래픽 평균치를 이용하여 산정하는 것을 특징으로 하는 셀 커버리지 산정 방법.
9. 삭제
10. 제8항에 있어서,

    상기 제3 단계는 일정한 크기의 픽셀로 분리된 각 지역을 차지하는 픽셀의 개수를 판단하여 전체 트래픽량을 산정하는 것을 특징으로 하는 셀 커버리지 산정 방법.
11. 제8항에 있어서,

    상기 제3 단계는,

    미리 정한 기지국 전송 출력으로 초기화를 하고, 액티브셀을 결정하는 단계;

    결정된 액티브셀의 트래픽양을 결정하는 단계;

    계산한 트래픽양과 기지국에 허용된 트래픽양과의 크기를 비교하는 단계;

    비교결과 트래픽이 기지국의 허용 트래픽보다 크지 않으면 현재 결정 된 액티브셀이 커버리지가 되고, 허용한 트래픽 이상이 될 때는 각 픽셀에서의 전파손실에 따라 수신강도가 제일 낮은 것부터 제거해 나가면서, 셀의 영역을 허용트래픽 만큼 줄여 나가는 단계;

    기지국의 허용 트래픽과 일치하는 커버리지를 셀의 커버리지로 결정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 셀 커버리지 산정 방법.
12. 제11항에 있어서,

    상기 액티브 셀을 결정하는 단계는,

    픽셀단위로 나누어진 영역에서 각픽셀 단위에서의 경로 손실값을 이용하여 수신단의 감도를 구하고, 각 픽셀의 수신단은 각 기지국으로부터의 신호 세기 중에 가장 높은 기지국에 속하는 과정을 거쳐서, 영역에 있는 각 픽셀들이 수신강도가 가장 높은 하나의 기지국에 속하게 되는 과정에 의해 액티브 셀이 결정되는 것을 특징으로 하는 셀 커버리지 산정 방법.
13. 제12항에 있어서,

    상기 제4 단계는,

    기준이 되는 C/I(Carrier-to-interference ratio)를 설정하는 단계;

    순방향 커버리지에서 계산 된 트래픽을 해당하는 사용자 수로 룩업어랑 테이블을 이용하여 계산하는 단계;

    동일 셀상에서의 간섭량을 계산하고, 재사용 효율을 계산하는 단계;

    인접셀의 간섭량을 계산하고, 이로부터 전체 간섭량과 가용한 사용자수를 계산하는 단계;

    이를 다시 룩업얼랑 테이블을 이용하여 픽셀의 트래픽량으로 변경하여 각 픽셀을 전파 손실별로 소팅하고, 구해진 트래픽량에 해당하는 픽셀 만큼 커버리지가 되도록 전파손실이 작은 픽셀부터 취해 나가면서 순방향과 역방향의 간섭을 모두 고려한 실제의 셀 커버리지를 구하는 단계를 포함하는 셀 커버리지 산정 방법.
14. 제8항에 있어서,

    상기 제4 단계는 동일셀과 인접셀의 간섭을 합하여 역방향 링크 간섭을 계산하는 것을 특징으로 하는 셀 커버리지 산정 방법.
15. 제8항에 있어서,

    상기 제4 단계는 상기 순방향 커버리지를 기준으로 역방향 커버리지를 구함에 있어 순방향 커버리지의 트래픽을 사용자수로 변환시켜 역방향의 간섭을 구하는 것을 특징으로 하는 셀 커버리지 산정 방법.