KR101150831B1 - 펨토셀 기지국 및 그의 통신 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 펨토셀 기지국 및 그의 통신 방법에 관한 것으로, 매크로셀에 펨토셀 기지국이 도입된 환경에서 펨토셀 기지국의 통신 방법은 상기 펨토셀 기지국은 주변에 위치하는 사용자들에 대한 신호의 세기를 측정하는 단계, 상기 신호의 세기를 바탕으로 상기 사용자의 위치와 거리를 파악하는 단계, 상기 사용자의 거리에 따른 전송 전력을 계산하는 단계, 상기 사용자의 아이디가 등록된 아이디인지 확인하는 단계, 상기 사용자의 아이디가 등록된 아이디인 경우, 방향성 안테나를 이용하여 상기 사용자의 위치로 빔을 방사하도록 상기 방향성 안테나의 빔 방향을 제어하고, 상기 전송 전력으로 빔을 방사하도록 상기 방향성 안테나의 빔 세기를 제어하는 단계를 포함한다.

Description

펨토셀 기지국 및 그의 통신 방법{Femtocell base station and communication method thereof}
본 발명은 펨토셀 기지국 및 그의 통신 방법에 관한 것으로, 방향성 안테나를 사용하여 사용자의 위치에 따라 빔의 방사 방향을 제어하고 사용자와의 거리에 따라 빔의 전송 전력을 제어하는 펨토셀 기지국 및 그의 통신 방법에 관한 것이다.
최근 실내에서 유선이 아닌 이동통신단말기를 사용하는 비율이 증가함에 따라 높은 데이터 전송률에 대한 요구가 높아지고 있다. 최근 조사에 따르면 음성 통신의 50%, 데이터 통신의 70%가 실내에서 이루어진다. 실내에서 높은 데이터 전송률과 서비스 품질의 향상을 위한 해결책으로 펨토셀(femtocell)이 주목을 받고 있다. 펨토셀은 사용자에게 무선 접속을 제공하는 초소형 셀룰러 기지국으로서 이동통신사업자의 주파수 대역을 사용하며, 10~100mW의 낮은 전력으로 송신하고, 기존의 단말을 가정 내의 DSL(Digital Subscriber Line)망 또는 케이블 망과 연결하여 이동통신사업자의 네트워크에 연결시켜준다.
펨토셀을 도입함으로써 사용자는 저렴한 가격에 높은 데이터 전송률을 얻을 수 있다. 그리고 사업자는 저렴한 비용으로 실내에서 서비스 영역을 넓힐 수 있고, 셀의 용량을 증가시킬 수 있으며, 높은 주파수 효율을 얻을 수 있다.
펨토셀을 배치하는데 있어서 중요한 이슈 중 하나는 매크로셀(macro cell)과 간섭 문제를 해결하는 것이다. OFDMA(Orthogonal Frequency Division Multiple Access)를 사용하는 셀룰러 환경에서 펨토셀과 매크로셀이 같은 주파수 대역에서 동작한다면, 즉, 펨토셀과 매크로셀이 co-channel 에서 동작한다면 펨토셀과 매크로셀간에 간섭이 발생하게 된다. 이러한 간섭의 영향은 펨토셀의 수가 증가할수록 더욱 커지게 되며, 이로 인해 펨토셀과 매크로셀 사용자의 성능이 저하되고 셀의 용량이 감소한다. 또한 펨토셀은 사용자가 직접 설치하기 때문에 사업자는 펨토셀의 위치를 미리 계획할 수 없다. 따라서 사업자는 매크로셀과 펨토셀 사이의 간섭 문제를 기존의 네트워크 플래닝과 최적화 기법으로 해결할 수 없다.
종래에는 펨토셀의 반경을 조절하여 매크로셀과의 간섭을 줄이는 기법이 제안되었다. 펨토셀 신호의 세기와 매크로셀 신호의 세기가 같아지는 영역을 ILCA(Interference-Limited Coverage Area)로 정의하고, 간섭의 양에 따라 ILCA를 조절하여 매크로셀과 펨토셀의 간섭을 줄인다. 하지만 펨토셀이 매크로셀 기지국에 가까워질수록 커버리지가 줄어드는 단점이 있다.
또한 종래에는 펨토셀이 매크로셀에 주는 간섭을 줄이기 위해서 펨토셀의 전소 전력을 조절하는 기법이 제안되었다. 매크로셀과 펨토셀의 전송손실(pathloss)등을 고려하여, 펨토셀의 최대 반경에서 매크로셀 신호의 세기와 펨토셀 신호의 세기가 같아지도록 펨토셀의 전송 전력을 조절한다. 하지만 매크로셀에게 미치는 간섭을 줄이기 위해서 펨토셀의 전송 전력을 계산하는 복잡한 알고리즘이 필요하다는 단점이 있다.
본 발명은 펨토셀이 매크로셀에 주는 간섭을 줄일 수 있는 펨토셀 기지국 및 그의 통신 방법을 제공한다.
본 발명의 한 특징에 따르면, 방향성 안테나, 사용자의 위치 및 거리를 파악하고, 상기 사용자의 위치로 빔을 방사하도록 상기 방향성 안테나의 방향을 제어하고, 상기 사용자의 거리에 따라 상기 방향성 안테나의 전송 전력을 제어하는 제어부를 포함하는 펨토셀 기지국이 제공된다.
이때, 방향성 안테나는 그라운드 패널의 중심에 위치하는 모노 폴 안테나, 상기 그라운드 패널에 위치하며 상기 모노 폴 안테나를 중심으로 사방으로 배치되어 있는 일변은 상기 그라운 패널에 평행하고 타변은 상기 그라운드 패널에 수직인 "L"자 형태로 구부러진 4개의 어레이 소자를 포함하며, 상기 4개의 어레이 소자 각각은 2개의 스위치를 통해 상기 그라운드 패널 사이에 위치하며, 상기 2개의 스위치 중 제1 스위치는 L자 형태로 구부러진 무릎 영역에 연결되고, 제2 스위치는 상기 어레이 소자의 상기 일변 중 끝단에 연결된다.
본 발명의 다른 특징에 따르면, 매크로셀에 펨토셀 기지국이 도입된 환경에서 펨토셀 기지국의 통신 방법이 제공된다. 이 방법은 상기 펨토셀 기지국은 주변에 위치하는 사용자들에 대한 신호의 세기를 측정하는 단계, 상기 신호의 세기를 바탕으로 상기 사용자의 위치와 거리를 파악하는 단계, 상기 사용자의 거리에 따른 전송 전력을 계산하는 단계, 상기 사용자의 아이디가 등록된 아이디인지 확인하는 단계, 상기 사용자의 아이디가 등록된 아이디인 경우, 방향성 안테나를 이용하여 상기 사용자의 위치로 빔을 방사하도록 상기 방향성 안테나의 빔 방향을 제어하고, 상기 전송 전력으로 빔을 방사하도록 상기 방향성 안테나의 빔 세기를 제어하는 단계를 포함한다.
본 발명의 실시 예에서는 사용자의 위치에 따라 방향성 안테나를 사용하여 빔을 방사하고 방사되는 빔의 세기는 계산된 전송 전력에 대응함으로써, 인접한 매크로셀 사용자에게 미치는 간섭 피해를 줄일 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명에서는 방향성 안테나를 사용하여 특정 영역으로만 빔을 방사함으로써, 펨토셀 기지국의 전력 소모를 줄일 수 있다.
더하여, 본 발명에서는 펨토셀 기지국이 ID가 등록된 사용자에게만 빔을 방사하여 ID가 등록되지 않은 사용자의 접속을 차단함으로써, 필요 없는 전송 과정을 피할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 펨토셀 기지국의 개략적인 구성도이다.
도 2는 도 1의 펨토셀 제어부의 동작을 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 펨토셀 안테나와 종래 펨토셀 안테나의 빔 패턴을 나타내는 도면이다.
도 4는 실내 환경에서 본 발명의 펨토셀 기지국과 종래 펨토셀 기지국에 대한 매크로셀 사용자의 SINR에 대한 CDF를 나타내는 도면이다.
도 5는 실외 환경에서 본 발명의 펨토셀 기지국과 종래 펨토셀 기지국에 대한 매크로셀 사용자의 SINR에 대한 CDF를 나타내는 도면이다.
도 6은 본 발명의 펨토셀 기지국 및 종래 펨토셀 기지국에 따른 매크로셀의 스루풋을 나타내는 도면이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시 예를 가질 수 있는 바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제2 구성요소는 제1 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제1 구성요소도 제2 구성요소로 명명될 수 있다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함한다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
이제 본 발명의 실시 예에 따른 펨토셀 기지국 및 그의 통신 방법에 대하여 도면을 참고하여 상세하게 설명하고, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기도 한다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 펨토셀 기지국의 개략적인 구성도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 펨토셀 기지국은 펨토셀 안테나(100)와 펨토셀 제어부(200)를 포함한다.
펨토셀 안테나(100)는 그라운드 패널(10)와, 그라운드 패널(10)의 중심에 위치하는 하나의 모노 폴 안테나(mono pole antenna)(20)와, 그라운드 패널(10)에 위치하며 모노 폴 안테나(20)를 중심으로 사방에 배치되어 있으며 일변은 그라운드 패널(10)에 평행하고 타변은 그라운드 패널(10)에 수직인 "L"자 형태로 구부러진 4개의 어레이 소자(array elements)(30: 31, 32, 33, 34)와, 어레이 소자(40)와 그라운드 패널(10) 사이에 위치하는 복수의 스위치(40)를 포함한다.
각각의 어레이 소자(30)의 일변은 그라운드 패널(10)과 평행하며, 어레이 소자(30)의 일변과 그라운드 패널(10)은 2개의 스위치(40: 41, 42, 43, 44, 45, 46, 47, 48)에 의해 연결된다.
보다 구체적으로, 제1 어레이 소자(31)의 일변은 제1 스위치(41) 및 제2 스위치(42)에 의해 그라운드 패널(10)과 연결되고, 제2 어레이 소자(32)의 일변은 제3 스위치(43) 및 제4 스위치(44)에 의해 그라운드 패널(10)과 연결되고, 제3 어레이 소자(33)의 일변은 제5 스위치(45) 및 제6 스위치(46)에 의해 그라운드 패널(10)과 연결되고, 제4 어레이 소자(34)의 일변은 제7 스위치 및 제8 스위치(48)에 의해 그라운드 패널(10)과 연결된다.
이때, 제1 스위치(41), 제3 스위치(43), 제5 스위치(45) 및 제7 스위치(47)는 각각 어레이 소자(30)의 일변 중 L자 형태로 구부러진 무릎(knee) 영역에 연결되고, 제2 스위치(42), 제4 스위치(44), 제6 스위치(46) 및 제8 스위치(48)는 각각 어레이 소자(30)의 일변 중 끝단에 연결된다.
본 발명의 펨토셀 안테나(100)는 어레이 소자(30)에 연결된 다수의 스위치(40)들의 온(on)/오프(off) 동작에 의해 "invisible", "director" 및 "reflector" 모드로 동작할 수 있다.
제1 어레이 소자(31) 내지 제4 어레이 소자(34)의 동작은 모두 동일하므로, 제1 어레이 소자(31)를 대표하여 설명하면 다음과 같다.
제1 어레이 소자(31)의 일변에 위치한 제1 스위치(41) 및 제2 스위치(42)가 모두 오프인 경우 제1 어레이 소자(31)에 어떤 바이어스도 인가되지 않아 제1 어레이 소자(31)는 아무런 동작을 하지 않는 "invisible"모드로 동작한다.
제1 어레이 소자(31)의 일변 중 무릎 영역에 위치한 제1 스위치(41)가 온되고 제2 스위치(42)가 오프된 경우, 제1 어레이 소자(31)의 무릎 영역에 네거티브 바이어스(negative bias)가 인가되어 제1 어레이 소자(31)는 짧은 RF(Radio Frequency) 경로를 제공하여 빔 방사를 향상시킬 수 있는 "director" 모드로 동작한다.
제1 어레이 소자(31)의 일변 중 무릎 영역에 위치한 제1 스위치(41)가 오프되고 제2 스위치 소자(42)가 온된 경우, 제1 어레이 소자(31)의 무릎 영역에는 파지티브 바이어스(positive bias)가 인가되고 제1 어레이 소자(31)의 끝단에는 네거티브 바이어스가 인가되어 제1 어레이 소자(31)는 긴 RF 경로를 제공하여 빔 방사를 반사시킬 수 있는 "reflector" 모드로 동작한다.
이와 같이, 본 발명에서는 어레이 소자(30)에 연결된 스위치(40)에 인가되는 바이어스에 따라 빔의 방향을 조정할 수 있다.
제1 어레이 소자(31)를 "director" 모드로 동작시키고 제3 어레이 소자(33)를 "reflector" 모드로 동작시키면, 빔은 동쪽(E)으로 방사될 수 있다. 이와 반대로 제3 어레이 소자(33)를 "director" 모드로 동작시키고 제1 어레이 소자(31)를 "reflector" 모드로 동작시키면, 빔은 서쪽(S)으로 방사될 수 있다. 본 발명에서는 마주보는 2개의 어레이 소자를 각각 director 모드와 reflector 모드로 동작시켜, 동서남북(E, W, S, N) 4방향으로 빔을 방사할 수 있다.
또한, 인접한 2개의 어레이 소자인 제1 어레이 소자(31) 및 제2 어레이 소자(32)를 "director" 모드로 동작시키고 나머지 2개의 어레이 소자인 제3 어레이 소자(33) 및 제4 어레이 소자(34)를 "reflector" 모드로 동작시키면, 빔은 인접한 2개의 어레이 소자의 사이 방향인 북동쪽(NE)으로 방사될 수 있다. 이와 반대로, 제1 어레이 소자(31) 및 제2 어레이 소자(32)를 "reflector" 모드로 동작시키고 제3 어레이 소자(33) 및 제4 어레이 소자(34)를 "director" 모드로 동작시키면, 빔은 남서쪽(SW)으로 방사될 수 있다. 본 발명에서는 2개의 어레이 소자를 director 모드로 동작시키고 2개의 소자를 reflector 모드로 동작시켜, 북동쪽(NE), 북서쪽(NW), 남동쪽(SE), 남서쪽(SW) 4 방향으로 빔을 방사할 수 있다.
도 2는 도 1의 펨토셀 제어부(200)의 동작을 나타내는 도면이다.
우선, 펨토셀 제어부(200)는 펨토셀 기지국 주변에 위치하는 사용자들에 대한신호의 세기를 측정하고(S201), 신호의 세기를 바탕으로 사용자의 위치와 거리를 파악한다(S202).
그리고, 사용자의 위치와 거리에 따라서 아래 수학식 1과 같이 전송 전력을 계산한다(S203).
Figure 112010050377456-pat00001
여기서, Pomni는 omni-directional 안테나를 사용했을 때의 펨토셀 기지국의 전송 전력이고, G(θ)는 본 발명의 펨토셀 안테나(100)를 사용하여 사용자의 위치에 빔을 방사할 때 생기는 이득이다. Lfemto(r)은 펨토셀 기지국과 사용자의 거리가 r일 때 평균 전송손실(pathloss)을 나타낸다.
다음으로, 펨토셀 기지국은 사용자의 아이디(ID)를 확인한다(S204).
펨토셀 기지국에 ID가 등록된 사용자이면(S204), 펨토셀 제어부는 단계(S202)에서 파악된 사용자의 위치로 펨토셀 안테나(100)의 빔이 방사되도록 펨토셀 안테나(100)의 방향을 제어하고, 단계(S203)에서 계산된 전송 전력으로 빔을 방사하도록 펨토셀 안테나(100)의 어레이 소자(30)에 인가되는 바이어스의 세기를 제어한다(S205).
이때, 펨토셀 안테나(100)의 방향을 제어하는 것은 어레이 소자(30)의 복수의 스위치(40)를 제어하는 것이다.
그러면, 사용자에게 빔이 방사되어 사용자는 펨토셀 기지국과 데이터를 송수신할 수 있다. 본 발명에서는 펨토셀 기지국이 자신에게 등록된 사용자에게만 접속을 허용하는 클로즈드 접속 모드(closed access)로 동작한다고 가정하였다.
그러나, 펨토셀 기지국에 ID가 등록된 사용자가 아닐 경우(S204), 펨토셀 기지국은 다시 주변에 위치하는 사용자들에 대한 신호의 세기를 측정한다(S201).
이와 같이, 본 발명의 펨토셀 기지국은 ID가 등록되지 않은 사용자의 접속을 차단함으로써, 필요 없는 전송 과정을 피할 수 있다.
또한, 본 발명에서는 사용자의 위치에 따라 방향성 안테나를 사용하여 빔을 방사하고 방사되는 빔의 세기는 계산된 전송 전력에 대응함으로써, 인접한 매크로셀 사용자에게 미치는 간섭 피해를 줄일 수 있는 효과가 있다.
더하여, 본 발명에서는 방향성 안테나를 사용하여 특정 영역으로만 빔을 방사함으로써, 펨토셀 기지국의 전력 소모를 줄일 수 있다.
다음으로, 시뮬레이션을 통해 본 발명의 성능을 분석하였다.
본 발명은 방향성을 갖는 펨토셀 안테나(100)를 사용하여 빔을 방사하는 펨토셀 기지국에 관한 것으로, 아래에서는 Omni-directional 안테나를 사용하는 종래 펨토셀 기지국과 본 발명의 펨토셀 기지국에 대해 각각 성능을 측정하여 분석하였다.
시뮬레이션 환경에서는 매크로셀은 19개의 셀을 가지는 2-tier 네트워크를 고려하였으며, 매크로셀에는 안쪽 영역, 그 외의 영역을 바깥쪽 영역으로 구분하였고, 각 매크로셀에는 30명의 사용자를 배치하였다. 펨토셀의 반경은 10m 로 설정하였고, 각 셀에 한 명의 펨토셀 사용자가 있다고 가정하였다. 인접한 펨토셀의 중심 사이에 거리를 40m로 설정하여 셀에 일정하게 분포하였다. 성능평가에 사용된 파라미터는 하기 표 1과 같다.
Parameters Value
System bandwidth 10Mhz
Inter-macrocell distance 1000m
Inter-femtocell distance 40m
Radius of femtocell 10m
Macrocell BS power 20W
Femtocell BS power 20mW
Number of data subcarriers 768
Frame duration 5ms
Number of symbols 48
Thermal noise(AWGN) density -174dBm/Hz
System frequency(λ) 2Ghz
성능평가에 사용된 전송손실(pathloss) 모델은 다음과 같다. 첫번째, 매크로셀 사용자의 성능을 알아보기 위해서 실외 환경에서는 다음과 같이 Modified COST 231-Walfisch-Ikeegami urban micro model을 사용하였으며, 이 모델의 전송 전력은 하기 수학식 2와 같다.
Figure 112010050377456-pat00002
여기서, d는 매크로셀 기지국과 매크로셀 사용자간에 거리를 나타내고 Ψout는 평균 0, 표준편차 8dB의 log normal 분포를 가지는 shadowing을 나타낸다.
둘째로, 펨토셀 사용자의 성능을 알아보기 위해서 실내 환경에서는 다음과 같이 Modified COST 231-multiwall model 을 사영하였으며, 이 모델의 전송 전력은 하기 수학식 3과 같다.
Figure 112010050377456-pat00003
여기서, d는 펨토셀 기지국과 펨토셀 사용자 사이의 거리를 나타내고, L은 펨토셀의 가장 바깥쪽에 위치한 벽에 의한 감쇄를 나타낸다. 본 시뮬레이션에서는 펨토셀 가장 바깥쪽에 감쇄가 10dB인 두꺼운 벽이 한 개 있다고 가정하였다. Ψin은 평균 0, 표준편차 4dB의 log normal 분포를 가지는 shadowing 을 나타낸다.
셋째로, 펨토셀의 신호가 매크로셀 사용자에게 미치는 영향을 알아보기 위하여 다음과 같은 indoor-to outdoor 모델을 사용하였으며, 이 모델의 전송 전력은 하기 수학식 4와 같다.
Figure 112010050377456-pat00004
여기서, Pout는 실외환경의 전송송실 모델을 나타내고, dout는 매크로셀 사용자와 펨토셀의 가장 바깥쪽에 위치한 벽과의 거리를 나타내고, din은 펨토셀 기지국과 펨토셀의 가장 바깥쪽에 위치한 벽과의 거리를 나타낸다.
도 3은 본 발명의 펨토셀 안테나와 종래 펨토셀 안테나의 빔 패턴을 나타내는 도면이다.
도 3에서 메시 사이즈(Mesh size)는 λ/10(λ는 파장)이고, 시뮬레이션은 Mom(Method of moments)로 실행하였다.
도 3b에 도시된 바와 같이 종래 omni-directional 안테나는 모든 방향으로 빔을 방사하지만, 도 3a에 도시된 바와 같이 본 발명의 펨토셀 안테나(100)는 한 방향으로 빔을 방사하고, 약 20dB 정도의 front-to-back ratio를 가진다. 이와 같이, 본 발명에서는 방향성을 갖는 펨토셀 안테나(100)를 사용하여 종래 omni-directional 안테나를 사용할 때와 같은 성능을 가지면서 매크로셀 사용자에게 주는 간섭을 줄일 수 있다.
도 4는 실내 환경에서 본 발명의 펨토셀 기지국과 종래 펨토셀 기지국에 대한 매크로셀 사용자의 SINR(signal to interference radio)에 대한 CDF(cumulative distribution function)를 나타내는 도면이고, 도 5는 실외 환경에서 본 발명의 펨토셀 기지국과 종래 펨토셀 기지국에 대한 매크로셀 사용자의 SINR에 대한 CDF를 나타내는 도면이다.
동그라미는 종래 펨토셀 기지국에서의 매크로셀 사용자의 SINR에 대한 CDF를 나타내고, 세모는 본 발명의 펨토셀 기지국에서의 메크로셀 사용자의 SINR에 대한 CDF를 나타낸다.
도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 종래 펨토셀 기지국에 대한 매크로셀 사용자의 경우 실내와 실외 환경에서 모두 SINR이 낮다. 특히 실외 환경에 위치한 사용자의 경우 펨토셀 기지국의 배치로 인한 간섭의 영향으로 거의 모든 사용자가 -4dB이하의 SINR을 가진다.
그러나, 본 발명의 펨토셀 기지국에 대한 매크로셀 사용자의 SINR은 실내와 실외 환경에서 모두 종래에 비해 대략 60~80%정도 향상됨을 알 수 있다.
도 6은 본 발명의 펨토셀 기지국 및 종래 펨토셀 기지국에 따른 매크로셀의 스루풋(throughput)을 나타내는 도면이다.
도 6에 도시된 바와 같이, 종래 펨토셀 기지국에 대한 매크로셀의 throughput은 실내 환경에서 매우 낮으며, 실외 환경에서는 거의 0에 가깝다. 본 시뮬레이션에 통신을 위해 필요한 최소의 SINR을 -4dB로 설정하였기 때문에, -4dB이하의 SINR을 가지는 사용자는 통신이 불가능하다고 가정하였다. 따라서, 실외 환경에서 종래 펨토셀 기지국에 대한 매크로셀은 매우 낮은 throughput을 가져 통신이 거의 불가능하다.
본 발명의 펨토셀 기지국에 대한 매크로셀의 throughput은 실내 환경에서 매우 우수하며 종래 펨토셀 기지국에 대한 매크로셀의 throughput에 비해 대략 4배 정도의 성능 향상을 보인다.
이와 같이, 본 발명에서는 방향성 안테나를 사용하여 펨토셀 기지국이 사용자에게 빔을 방사함으로써, 종래에 비해 매크로셀 사용자의 SINR을 대략 60~80%향상시킬 수 있으며, 종래에 비해 매크로셀의 throughput을 대략 4배 정도 향상시킬 수 있다.
이상에서 본 발명의 실시 예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
10: 그라운드 패널
20: 모노 폴 안테나
30(31, 32, 33, 34): 어레이 소자
40(41, 42, 43, 44, 45, 46, 47, 48): 스위치
100: 펨토셀 안테나
200: 펨토셀 제어부

Claims (19)

  1. 그라운드 패널의 중심에 위치하는 모노 폴 안테나, 상기 그라운드 패널에 위치하며 상기 모노 폴 안테나를 중심으로 사방으로 배치되어 있는 4개의 어레이 소자를 포함하는 방향성 안테나, 및
    사용자의 위치 및 거리를 파악하고, 상기 사용자의 위치로 빔을 방사하도록 상기 방향성 안테나의 방향을 제어하고, 상기 사용자의 거리에 따라 상기 방향성 안테나의 전송 전력을 제어하는 제어부를 포함하고,
    상기 방향성 안테나의 상기 4개의 어레이 소자는 각각 아무런 동작을 하지 않는 invisible 모드, 빔을 방사하는 director 모드 및 빔을 반사하는 reflector 모드 중 어느 하나의 모드로 동작하는 것을 특징으로 하는 펨토셀 기지국.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 4개의 어레이 소자는 일변은 상기 그라운드 패널에 평행하고 타변은 상기 그라운드 패널에 수직인 "L"자 형태로 구부러져 있으며,
    상기 4개의 어레이 소자 각각은 2개의 스위치를 통해 상기 그라운드 패널 사이에 위치하며, 상기 2개의 스위치 중 제1 스위치는 L자 형태로 구부러진 무릎 영역에 연결되고, 제2 스위치는 상기 어레이 소자의 상기 일변 중 끝단에 연결되는 펨토셀 기지국.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 4개의 어레이 소자 중 제1 어레이 소자는 상기 제1 스위치 및 상기 제2 스위치를 포함하고,
    상기 4개의 어레이 소자 중 제2 어레이 소자는 무릎 영역에 연결되는 제3 스위치와 상기 일변 중 끝단에 연결되는 제4 스위치를 포함하고,
    상기 4개의 어레이 소자 중 제3 어레이 소자는 무릎 영역에 연결되는 제5 스위치와 상기 일변 중 끝단에 연결되는 제6 스위치를 포함하고,
    상기 4개의 어레이 소자 중 제4 어레이 소자는 무릎 영역에 연결되는 제7 스위치와 상기 일변 중 끝단에 연결되는 제8 스위치를 포함하는 펨토셀 기지국.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 방향성 안테나는 상기 제1 내지 제8 스위치의 온/오프 동작에 따라 상기 visible 모드, 상기 director 모드 및 상기 reflector 모드로 동작하는 펨토셀 기지국.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제1 어레이 소자는 상기 제1 스위치 및 상기 제2 스위치가 모드 오프되면 상기 invisible 모드로 동작하고, 상기 제1 스위치가 온되고 상기 제2 스위치가 오프되면 상기 director 모드로 동작하여 빔을 방사하고, 상기 제1 스위치가 오프되고 상기 제2 스위치가 온되면 상기 reflector 모드로 동작하여 빔을 반사시키는 펨토셀 기지국.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 방향성 안테나는 마주보는 2개의 상기 어레이 소자를 각각 상기 director 모드와 상기 reflector 모드로 동작시켜 상기 제1 내지 제4 어레이 소자가 위치하는 상기 사방으로 빔을 방사하는 펨토셀 기지국.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 방향성 안테나는 상기 4개의 어레이 소자 중 인접한 2개의 어레이 소자를 상기 director 모드로 동작시키고 나머지 2개의 어레이 소자를 reflector 모드로 동작시켜 상기 인접한 2개의 어레이 소자의 사이 방향으로 빔을 방사하는 펨토셀 기지국.
  8. 제3항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 사용자의 위치로 빔을 방사하도록 상기 제1 내지 제4 어레이 소자의 상기 제1 내지 제8 스위치의 온/오프를 제어하는 펨토셀 기지국.
  9. 제3항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 사용자와의 거리에 따라 하기 수학식에 의해 빔의 전송 전력을 계산하는 펨토셀 기지국.
    Figure 112010050377456-pat00005

    (여기서, Pomni는 omni-directional 안테나를 사용했을 때의 펨토셀 기지국의 전송 전력이고, G(θ)는 상기 방향성 안테나를 사용하여 상기 사용자의 위치에 빔을 방사할 때 생기는 이득이고, Lfemto(r)은 펨토셀 기지국과 상기 사용자의 거리가 r일 때 평균 전송손실(pathloss)을 나타냄)
  10. 제3항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 사용자의 아이디가 등록된 아이디인지 판단하고, 등록된 아이디의 상기 사용자에게만 빔을 방사하도록 제어하는 펨토셀 기지국.
  11. 매크로셀에 펨토셀 기지국이 도입된 환경에서 펨토셀 기지국의 통신 방법에 있어서,
    상기 펨토셀 기지국은 주변에 위치하는 사용자들에 대한 신호의 세기를 측정하는 단계,
    상기 신호의 세기를 바탕으로 상기 사용자의 위치와 거리를 파악하는 단계,
    상기 사용자의 거리에 따른 전송 전력을 계산하는 단계,
    상기 사용자의 아이디가 등록된 아이디인지 확인하는 단계, 및
    상기 사용자의 아이디가 등록된 아이디인 경우, 그라운드 패널의 중심에 위치하는 모노 폴 안테나를 중심으로 사방으로 배치되어 있는 4개의 어레이 소자를 각각 아무런 동작을 하지 않는 invisible 모드, 빔을 방사하는 director모드 및 빔을 반사하는 reflector 모드 중 어느 하나의 모드로 동작시켜 상기 사용자의 위치로 빔을 방사하도록 방향성 안테나의 빔 방향을 제어하고, 상기 전송 전력으로 빔을 방사하도록 상기 방향성 안테나의 빔 세기를 제어하는 단계를 포함하는 펨토셀 기지국의 통신 방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 사용자의 아이디가 등록된 아이디가 아닌 경우, 상기 펨토셀 기지국은 주변에 위치하는 사용자들에 대한 신호의 세기를 재측정하는 단계를 포함하는 펨토셀 기지국의 통신 방법.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 펨토셀 기지국은 상기 사용자와의 거리에 따라 하기 수학식에 의해 빔의 상기 전송 전력을 계산하는 펨토셀 기지국의 통신 방법.
    Figure 112010050377456-pat00006

    (여기서, Pomni는 omni-directional 안테나를 사용했을 때의 상기 펨토셀 기지국의 전송 전력이고, G(θ)는 상기 방향성 안테나를 사용하여 상기 사용자의 위치에 빔을 방사할 때 생기는 이득이고, Lfemto(r)은 상기 펨토셀 기지국과 상기 사용자의 거리가 r일 때 평균 전송손실(pathloss)을 나타냄)
  14. 제11항에 있어서,
    상기 4개의 어레이 소자는 일변은 상기 그라운드 패널에 평행하고 타변은 상기 그라운드 패널에 수직인 "L"자 형태로 구부러져 있으며,
    상기 4개의 어레이 소자 각각은 2개의 스위치를 통해 상기 그라운드 패널 사이에 위치하며, 상기 2개의 스위치 중 제1 스위치는 L자 형태로 구부러진 무릎 영역에 연결되고, 제2 스위치는 상기 어레이 소자의 상기 일변 중 끝단에 연결되는 펨토셀 기지국의 통신 방법.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 4개의 어레이 소자 중 제1 어레이 소자는 상기 제1 스위치 및 상기 제2 스위치를 포함하고,
    상기 4개의 어레이 소자 중 제2 어레이 소자는 무릎 영역에 연결되는 제3 스위치와 상기 일변 중 끝단에 연결되는 제4 스위치를 포함하고,
    상기 4개의 어레이 소자 중 제3 어레이 소자는 무릎 영역에 연결되는 제5 스위치와 상기 일변 중 끝단에 연결되는 제6 스위치를 포함하고,
    상기 4개의 어레이 소자 중 제4 어레이 소자는 무릎 영역에 연결되는 제7 스위치와 상기 일변 중 끝단에 연결되는 제8 스위치를 포함하는 펨토셀 기지국의 통신 방법.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 방향성 안테나는 상기 제1 내지 제8 스위치의 온/오프 동작에 따라 상기 visible 모드, 상기 director 모드 및 상기 reflector 모드로 동작하는 펨토셀 기지국의 통신 방법.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 제1 어레이 소자는 상기 제1 스위치 및 상기 제2 스위치가 모드 오프되면 상기 invisible 모드로 동작하고, 상기 제1 스위치가 온되고 상기 제2 스위치가 오프되면 상기 director 모드로 동작하여 빔을 방사하고, 상기 제1 스위치가 오프되고 상기 제2 스위치가 온되면 상기 reflector 모드로 동작하여 빔을 반사시키는 펨토셀 기지국의 통신 방법.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 방향성 안테나는 마주보는 2개의 상기 어레이 소자를 각각 상기 director 모드와 상기 reflector 모드로 동작시켜 상기 제1 내지 제4 어레이 소자가 위치하는 상기 사방으로 빔을 방사하는 펨토셀 기지국의 통신 방법.
  19. 제17항에 있어서,
    상기 방향성 안테나는 상기 4개의 어레이 소자 중 인접한 2개의 어레이 소자를 상기 director 모드로 동작시키고 나머지 2개의 어레이 소자를 reflector 모드로 동작시켜 상기 인접한 2개의 어레이 소자의 사이 방향으로 빔을 방사하는 펨토셀 기지국의 통신 방법.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR101415670B1 (ko) * 2012-07-03 2014-07-04 한국과학기술원 편파 특성을 이용한 빔/편파 자원 할당 시스템 및 방법
KR101934692B1 (ko) * 2012-07-31 2019-04-05 에스케이텔레콤 주식회사 무선접속장치 및 그 동작 방법
KR20220081759A (ko) * 2020-12-09 2022-06-16 삼성전자주식회사 무선 통신 시스템에서 안테나를 제어하기 위한 장치 및 방법

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20090258680A1 (en) * 2008-04-14 2009-10-15 Holger Claussen Picocell base station for wireless telecommunications providing radio coverage lobes, and a method of identifying which subset of the lobes covers a user terminal
US20100054196A1 (en) * 2008-08-28 2010-03-04 Airhop Communications, Inc. System and method of base station performance enhancement using coordinated antenna array
US20100062723A1 (en) 2008-09-04 2010-03-11 Huiyu Tao Femto cell base station and method
KR20100053641A (ko) * 2007-08-10 2010-05-20 콸콤 인코포레이티드 송신 전력의 자율적인 조정

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20100053641A (ko) * 2007-08-10 2010-05-20 콸콤 인코포레이티드 송신 전력의 자율적인 조정
US20090258680A1 (en) * 2008-04-14 2009-10-15 Holger Claussen Picocell base station for wireless telecommunications providing radio coverage lobes, and a method of identifying which subset of the lobes covers a user terminal
US20100054196A1 (en) * 2008-08-28 2010-03-04 Airhop Communications, Inc. System and method of base station performance enhancement using coordinated antenna array
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