KR101160574B1 - 통신시스템에서 펨토셀의 전력 제어 방법 및 장치 - Google Patents

통신시스템에서 펨토셀의 전력 제어 방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

본원은 통신 시스템에서 펨토셀의 전력 제어 방법에 있어서, 상기 펨토셀에 접속한 제1단말로부터 상기 제1단말이 측정한 상기 펨토셀의 제1서비스 품질 정보를 수신하고, 코어 네트워크를 통해서 매크로 셀에 접속한 제2단말이 측정한 상기 매크로 셀의 제2서비스 품질 정보를 수신하는 과정과, 상기 제1서비스 품질 정보와, 상기 제2서비스 품질 정보를 사용하여 상기 펨토셀의 송신 전력을 제어하는 과정을 포함하며; 상기 제2단말은 상기 펨토셀의 커버리지와 상기 매크로 셀의 커버리지의 중첩 영역에 위치함을 특징으로 한다.

Description

통신시스템에서 펨토셀의 전력 제어 방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS FOR CONTROLLING POWER OF FEMTOCELL IN A COMMUNICATION SYSTEM}
본 발명은 통신 시스템에서 매크로셀과 펨토셀 간의 간섭 완화를 위한 펨토셀의 전력 제어 방법 및 장치에 관한 것이다.
차세대 무선 이동통신 시스템은 높은 전송 속도를 충족시키기 위해 매우 높은 반송파 주파수를 사용한다. 이러한 고주파 환경에서는 거리에 따른 신호 감쇄가 심하기 때문에 매크로셀(macrocell) 만으로는 충분한 통신 서비스를 위한 커버리지(coverage)를 확보하기 힘들다.
또한, 사용자들의 무선 이동통신 사용 패턴을 살펴보면, 상당수의 사용자가 가정이나 사무실 등과 같은 실내에서 이동통신 서비스를 사용한다. 이런 상황을 고려하여 설치가 용이하고 저렴한 비용으로 이동통신 망의 커버리지 확장과 서비스 품질을 향상 시킬 수 있는 펨토셀(femtocell)이 주목받고 있다.
일반적으로, 펨토셀은 디지털 가입자 회선(digital subscriber line) 라우터(router)나 케이블 모뎀 등과 같은 정도의 크기로 매크로셀에 비해 매우 작은 초소형 기지국을 의미한다. 펨토셀은 이동통신 사업자에게 할당된 공인 주파수 대역 혹은 비공인 주파수 대역 (ISM band 등)에서 동작할 수 있고, 10명 이내의 사용자가 동시 접속할 수 있다. 또한, 상기 펨토셀은 망 운영자 또는 사용자가 직접 설치할 수 있고, 별도의 통신망을 이용하거나 혹은 초고속 인터넷 망을 이용해서 코어 네트워크(core network)와 연결된다.
한편, 펨토셀 설치 시, 매크로셀 커버리지 내에 설치된 펨토셀과 상기 매크로셀 각각에 서로 다른 주파수를 할당(dedicated channel)함으로써, 상기 펨토셀과 상기 매크로셀간에 발생하는 간섭 문제를 피할 수 있다. 그렇지만, 이동통신 시스템이 발달함에 따라 사용자가 고속의 데이터 전송 속도를 요구하고 이동통신 가입자 수가 늘어나고 있어 해당 기지국에서 필요로 하는 대역폭이 증가하고 있다. 그런데, 실제 이동통신용으로 사용 가능한 주파수 자원은 제한되어 있으므로, 결국 기지국에서 선택 가능한 주파수 자원은 줄어들게 된다. 특히, 펨토셀은 커버리지가 수십 미터 정도로 매우 좁으므로, 하나의 매크로셀 커버리지 내에 다수의 펨토셀들이 설치될 수 있다. 이런 경우, 상기 펨토셀들과 상기 매크로셀들 각각에게 서로 다른 주파수를 할당하는 것이 매우 어렵다. 또한, 상기 펨토셀과 상기 매크로셀에 서로 다른 주파수를 할당 가능하다 하더라도 전체 이동통신 네트워크의 주파수 이용 효율이 저하되는 문제점이 있다.
반면, 매크로셀과, 상기 매크로셀 커버리지 내에 설치된 펨토셀에 동일한 주파수를 할당하는 경우, 상기 매크로셀에 접속한 단말(이하, '매크로 단말'이라 칭함)이 상기 펨토셀 커버리지의 가장자리에 위치하면, 상기 펨토셀의 송신 전력이 간섭으로 작용하여 하향링크의 채널환경이 열화되고 심할 경우 통신이 불가능하게 된다.
그러므로, 펨토셀과 매크로셀을 동시에 운영하는 이동 통신 시스템에서는 펨토셀과 매크로셀 간에 발생하는 간섭을 완화시키는 방안이 필요하다.
본 발명은 펨토셀과 매크로셀을 동시에 운용하는 이동 통신 시스템에서 상기 펨토셀과 매크로셀 간의 간섭을 완화하기 위하여 펨토셀의 송신 전력을 제어하는 방법을 제공한다.
본 발명은 펨토셀에 접속한 단말과 상기 펨토셀에 인접한 매크로 단말의 서비스 품질을 동시에 고려하여 펨토셀의 송신 전력을 제어하는 방법을 제공한다.
본 발명에서 제안하는 방법은, 통신 시스템에서 펨토셀의 전력 제어 방법에 있어서, 상기 펨토셀에 접속한 제1단말로부터 상기 제1단말이 측정한 상기 펨토셀의 제1서비스 품질 정보를 수신하고, 코어 네트워크를 통해서 매크로셀에 접속한 제2단말이 측정한 상기 매크로셀의 제2서비스 품질 정보를 수신하는 과정과, 상기 제1서비스 품질 정보와, 상기 제2서비스 품질 정보를 사용하여 상기 펨토셀의 송신 전력을 제어하는 과정을 포함하며; 상기 제2단말은 상기 펨토셀의 커버리지와 상기 매크로셀의 커버리지의 중첩 영역에 위치함을 특징으로 한다.
본 발명에서 제안하는 장치는, 통신 시스템에서 펨토셀의 전력 제어 장치에 있어서, 상기 펨토 셀에 접속한 제1단말로부터 상기 제1단말이 측정한 상기 펨토셀의 제1서비스 품질 정보를 수신하고, 코어 네트워크를 통해서 매크로셀에 접속한 제2단말이 측정한 상기 매크로셀의 제2서비스 품질 정보를 수신하는 송수신부와, 상기 제1서비스 품질 정보와, 상기 제2서비스 품질 정보를 사용하여 상기 펨토셀의 송신 전력을 제어하는 제어부를 포함하며; 상기 제2단말은 상기 펨토셀의 커버리지와 상기 매크로 셀의 커버리지의 중첩 영역에 위치함을 특징으로 한다.
본 발명은 펨토셀에 접속한 단말(이하, '펨토 단말'이라 칭하기로 한다)과 상기 펨토셀에 인접한 매크로 단말의 QoS(Quality of Service)를 동시에 고려하여 상기 펨토셀의 송신 전력을 제어함으로써, 매크로 단말의 QoS와 펨토 단말의 QoS를 동시에 만족시킬 수 있는 효과가 있다. 또한, 본 발명은 매크로 단말의 QoS를 만족시키면서 펨토 단말의 송신 속도를 극대화하거나, 펨토 단말의 QoS를 만족시키면서 매크로 단말에 미치는 간섭을 줄일 수 있는 효과가 있다. 결국, 본 발명은 코어 네트워크의 부하를 크게 증가시키지 않고 비교적 적은 연산량으로 펨토 단말과 매크로 단말의 QoS가 동시에 만족되도록 할 수 있으며, 이를 통해 펨토셀과 매크로셀이 공존할 경우 전체 네트워크 용량을 극대화할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 일반적인 분산 제어 방식을 설명하기 위한 도면.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 펨토셀 송신 전력 제어 방식을 설명하기 위한 도면.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따라 펨토셀과 매크로셀 간 간섭이 발생하는 상황을 설명하기 위한 도면.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 펨토 기지국의 송신 전력 제어 장치의 세부 구성도.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따라 상기 펨토셀 송신 전력 계산부(400)의 계산 동작 흐름도.
이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 하기의 설명에서는 본 발명에 따른 동작을 이해하는데 필요한 부분만이 설명되며 그 이외 부분의 설명은 본 발명의 요지를 흩트리지 않도록 생략될 것이라는 것을 유의하여야 한다.
최근 상용화되어 널리 사용되고 있는 CDMA(code division multiple access), W-CDMA(wideband CDMA), M-WiMAX(mobile WiMAX) 등의 이동통신 시스템에 펨토셀이 적용되고 있고, 앞으로 상용화가 예상되는 3GPP LTE(long term evolution), IEEE 802.16m 등의 4세대 이동통신 시스템의 경우 표준화 단계에서부터 펨토셀 사용을 고려하고 있다. 상기한 바와 같이 펨토셀의 보급이 활성화되면서 펨토셀과 매크로셀 간의 간섭 문제가 가장 중요한 이슈로 떠오르고 있다. 그러므로, 매크로셀과 펨토셀의 혼용으로 인한 하향링크의 간섭 문제를 완화하고, 시스템의 용량과 서비스 품질을 향상시키기 위한 방법들이 요구된다. 이러한 방법들로는 다중 안테나 기법, 송신 전력 제어 방법 등이 연구되어 왔다.
상기 다중 안테나 기법으로는 송신 빔포밍 기법 및 간섭 정렬(interference alignment) 기법 등이 포함된다. 상기 다중 안테나 기법을 이용하면 펨토 단말의 송신 효율을 극대화하면서 동시에 인접 매크로 단말에게 미치는 영향을 최소화할 수 있다. 하지만 이런 다중 안테나 기법을 적용하기 위해서는 펨토셀이 자신에게 접속한 단말(이하, '펨토 단말'이라 칭하기로 한다)과 인접 매크로 단말의 순시 채널 정보를 알아야 한다. 그러므로, 해당 서비스 영역 내에 다수 개의 펨토셀들이 설치되는 경우, 상기 펨토셀들의 채널 정보 전달을 위해 코어 네트워크의 부하가 과도하게 증가하는 문제가 있다. 또한, 해당 펨토 단말의 이동에 의해 채널 환경이 빨리 변하는 경우, 채널 정보 지연에 의해 간섭 회피 성능이 급격히 열화될 수 있다.
상기 송신 전력 제어 기법은 펨토 단말과 인접 매크로 단말의 하향링크 채널 환경을 고려하여 펨토셀의 송신 전력을 조절함으로써, 펨토 단말의 송신 품질을 보장하면서 간섭을 완화시킨다. 상기 송신 전력 제어 기법은 펨토셀의 송신 전력을 결정하는 주체에 따라 중앙 제어 방식(centralized power control)과 분산 제어 방식(distributed power control)으로 구분된다. 상기 중앙 제어 방식은 매크로셀과 펨토셀 사이의 간섭을 고려하여 펨토 단말과 매크로 단말의 서비스 품질(QoS)을 보장하면서 전체 펨토셀의 송신 전력의 합이 최소화되도록 펨토셀의 송신 전력을 정하는 방식이다. 상기 중앙 제어 방식을 적용하기 위해서는 펨토셀, 매크로셀, 단말의 위치 정보 및 상기 펨토 단말과 상기 매크로 단말의 모든 채널 환경 정보를 상기 중앙 제어 장치에서 획득해야 하므로, 코어 네트워크의 부하가 급격히 증가하는 문제가 있다. 또한, 단말의 채널 환경 정보를 획득한 후 펨토셀의 송신 전력을 계산하여 이를 실제 반영하기까지 상당한 시간 지연이 발생하므로, 전력 제어에 의한 이득이 감소하게 된다.
한편, 상기 분산 제어 방식은 펨토셀이 독립적으로 송신 전력을 조절하는 것으로, 펨토셀에 인접한 매크로 단말의 QoS는 고려하지 않고, 각 펨토셀에 접속한 펨토 단말의 QoS만을 고려하여 송신 전력을 제어한다.
도 1은 일반적인 분산 제어 방식을 설명하기 위한 도면이다. 여기서는, 펨토 기지국(100)이 1개의 펨토 단말과 통신하는 경우를 예로 들어 설명하기로 한다.
도 1을 참조하면, 상기 펨토 기지국(100)은 상기 분산 제어 방식에 따라 펨토셀의 송신 전력을 제어하는 송신 전력 제어 장치(102)와, 펨토셀 송수신기(104) 및 듀플렉서(106)를 포함한다.
상기 송신 전력 제어 장치(102)는 상기 펨토 단말(108)의 목표 QoS를 설정한다.
상기 펨토셀 송수신기(104)가 상기 듀플렉서(106)를 통해서 하향링크를 통해서 상기 펨토 단말(108)로 신호를 송신하면, 상기 펨토 단말(108)은 상기 신호로부터 QoS(이하, 펨토 기지국(100)의 QoS라 칭하기로 한다)를 측정한 후, 상향링크 제어 채널을 통해 상기 펨토 기지국(100)의 QoS 값을 상기 듀플렉서(106)를 통해서 상기 펨토셀 송수신기(104)로 송신한다. 상기 펨토셀 송수신기(104)는 상기 펨토 기지국(100)의 하향링크 QoS 값을 복원해서 상기 송신 전력 제어 장치(102)로 전달한다. 상기 송신 전력 제어 장치(102)는 상기 목표 QoS와 상기 펨토 기지국(100)의 QoS 값을 비교한다. 상기 비교 결과 상기 펨토 기지국(100)의 QoS 값이 상기 목표 QoS 이상이면 상기 펨토셀 송수신기(104)의 송신 전력을 낮추고, 상기 비교 결과 상기 목표 QoS 미만이면, 상기 펨토셀 송수신기(104)의 송신 전력을 증가시킨다. 상기한 바와 같은 분산 제어 방식은 각 펨토셀이 자신이 통신하고 있는 펨토 단말의 QoS만을 고려하여 독립적으로 송신 전력을 조절하므로 구현이 간단한 장점이 있는 반면, 해당 펨토셀에 인접한 매크로 단말의 QoS가 보장되지 않는 단점이 있다. 또한, 펨토셀이 매크로셀에 미치는 간섭을 줄이기 위해서 상기 펨토셀의 송신 전력을 가능한 낮게 설정하게 되므로, 상기 펨토셀 주변에 매크로 단말이 없는 경우에도 펨토 단말의 QoS를 불필요하게 낮게 설정하는 문제가 발생할 수 있다.
그러므로, 본 발명에서는 매크로셀과 상기 매크로셀 커버리지 내에 설치된 펨토셀 간의 간섭을 완화화기 위한 펨토셀 송신 전력 제어 방법을 제안한다. 구체적으로, 본 발명의 실시 예에서는 상기 분산 제어 방식에 근거하여 각 펨토셀이 독립적으로 송신 전력을 결정하지만, 해당 펨토셀은 자신에게 접속한 펨토 단말의 QoS 뿐만 아니라 인접한 매크로 단말의 QoS를 동시에 고려하여 해당 펨토셀의 송신 전력을 조절한다. 이를 통해서 본 발명의 실시 예에 따른 펨토셀의 전력 제어 방법은, 펨토셀에 인접한 매크로 단말의 QoS를 보장하면서 펨토 단말의 용량을 극대화하거나, 펨토 단말의 QoS를 보장하면서 펨토셀에 인접한 매크로 단말에 미치는 간섭을 완화시킬 수 있게 된다. 이하, 본 발명에서는 설명의 편의상 펨토셀의 송신 전력과 펨토 기지국의 송신 전력을 동일한 의미로 사용하기로 한다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 펨토셀 송신 전력 제어 방식을 설명하기 위한 도면이다. 여기서는, 설명의 편의상 펨토 기지국(210)이 1대의 펨토 단말(240)과 통신하고 있고, 상기 펨토 기지국(210)에 인접한 매크로 단말(230)이 1대인 경우를 가정하여 설명하기로 한다. 하지만, 본 발명의 실시 예는 펨토 기지국이 통신하는 펨토 단말 수가 2대 이상이고, 상기 펨토 기지국에 인접한 매크로 단말 수가 2대 이상인 경우에도 일반적으로 적용 가능함은 물론이다. 그리고, 상기 펨토 기지국(210)의 펨토셀 커버리지는 매크로 기지국의 매크로셀 커버리지 내에 설치된 상태임을 가정하기로 한다.
도 2를 참조하면, 상기 펨토 기지국(210)은 송신 전력 제어 장치(212)와, 펨토셀 송수신기(214) 및 듀플렉서(216)를 포함한다. 상기 송신 전력 제어 장치(212)는 자신에게 접속한 펨토 단말들의 목표 QoS(이하, 'QoS_femto'라 칭하기로 한다)와, 매크로 기지국과 접속한 상태에서 상기 펨토 기지국(210)의 펨토셀 커버리지 내에 위치한 매크로 단말들의 목표 QoS(이하, 'QoS_macro'라 칭하기로 한다)를 각각 설정한다. 본 발명의 실시 예에서 사용되는 QoS는, 통신 채널의 신호 대 간섭 및 잡음 비율(SINR:signal to interference plus noise ratio), 신호 대 잡음 비율(SNR:signal to noise ratio), 채널 용량, 채널의 순시 SINR 변동 폭, 데이터 전송 속도, 변조 방식 및 부호화율, 데이터 전송 지연 등의 값이 사용될 수 있다. 상기 펨토셀 송수신기(214)는 상기 듀플렉서(216)를 거쳐 하향링크 채널을 통해서 상기 펨토 단말(240)에게 신호를 송신하고, 상기 펨토 단말(240)은 상기 하향링크 채널을 통해서 수신한 신호의 QoS(이하, '펨토 기지국(210)의 QoS'라 칭하기로 한다)를 측정한다. 상기 펨토 단말(240)은 상향링크 채널을 통해 상기 측정한 '펨토 기지국(210)의 QoS'를 상기 듀플렉서(216)를 통해서 상기 펨토셀 송수신기(214)로 송신한다. 그러면, 상기 송신 전력 제어 장치(212)는 상기 펨토셀 송수신기(214)로부터 상기 펨토 기지국(210)의 QoS를 획득한다. 만약, 상기 펨토 기지국(210)과 상기 펨토 단말(240) 사이의 하향링크 채널과 상향링크 채널이 대칭인 경우, 상기 펨토 단말(240)에서 상기 펨토 기지국(210)의 QoS를 상기 펨토 기지국(210)으로 송신하는 과정을 생략하고, 상기 펨토 기지국(210)이 상향링크 채널을 통해서 수신한 신호로부터 측정된 QoS를 상기 펨토 기지국(210)의 QoS 대신 사용할 수 있다.
상기 펨토 기지국(210)과 유사하게 매크로 기지국(220)은 매크로셀 송수신기(222) 및 제어부(224)를 포함하고, 상기 매크로셀 송수신기(222)는 하향링크 채널을 통해서 상기 매크로 단말(230)에게 신호를 송신한다. 그러면, 상기 매크로 단말(230)은 상기 하향링크 채널을 통해서 수신한 신호의 QoS(이하, '매크로 기지국(220)의 QoS'라 칭하기로 한다)를 측정한다. 일반적인 이동 통신 단말의 경우 셀간의 핸드오버(handover)를 지원하고, 이를 위해 해당 이동 통신 단말은 서빙 셀(serving cell)과의 통신을 잠시 중단하고 인접한 다른 기지국을 스캔하는 동작을 주기적으로 수행한다. 이러한 이동 통신 단말인 상기 매크로 단말(230)은 상기한 바와 같은 스캔 동작을 수행함으로써, 인접한 펨토셀의 식별(identification) 정보를 획득한다. 그리고, 상기 매크로 단말(230)은 상향링크 채널을 통해서 상기 측정된 매크로 기지국(220)의 QoS와, 상기 매크로 단말(230)에 인접한 펨토셀의 식별 정보를 포함하는 신호를 상기 매크로 기지국(220)으로 송신한다. 상기 제어부(224)는 상기 매크로셀 송수신기(222)가 상기 매크로 단말(230)로부터 수신한 상기 매크로 단말(230)의 QoS와, 상기 매크로 단말(230)에 인접한 펨토셀의 식별 정보를 복원한다. 이후, 상기 제어부(224)는 상기 매크로 단말(230)에 인접한 펨토셀의 식별 정보를 이용해서 상기 펨토 기지국(210)의 코어 네트워크 상에서의 위치를 획득한다. 이후, 상기 제어부(224)는 상기 코어 네트워크(220)를 통해 상기 매크로 단말(230)의 QoS를 상기 펨토 기지국(210)의 상기 송신 전력 제어 장치(212)로 전달한다.
상기 송신 전력 제어 장치(212)는 상기 펨토 기지국(210)의 QoS와 상기 펨토 기지국(210)에 인접한 상기 매크로셀(220)의 QoS를 모두 고려하여 상기 펨토셀 송수신기(214)의 송신 전력을 조절한다. 상기한 바와 같은 펨토셀 송신 전력 조절 과정은 매크로셀 내에 설치된 각 펨토셀 별로 독립적으로 수행된다.
만약, 매크로 셀 내에서 송수신되는 신호가 영향을 미치지 않는 지역에 펨토셀을 설치하는 경우, 펨토셀과 매크로셀의 커버리지는 완전히 분리되므로 상호간에 간섭이 발생하지 않는다. 그런데, 실질적으로 펨토셀은 데이터 전송 속도를 높이거나 통신 비용 절감, 핫 존(hot zone)에서의 용량 증대 등을 위해 매크로셀 커버리지 내에 설치될 수 있다. 이러한 경우, 하기 도 3에서와 같이 매크로 기지국(300)과 펨토 기지국(310) 각각의 커버리지의 경계에 위치한 해당 단말은 셀간 간섭에 의해 하향링크 채널의 품질이 저하된다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따라 펨토셀과 매크로셀 간 간섭이 발생하는 상황을 설명하기 위한 도면이다.
도 3을 참조하면, 매크로 기지국(300)과 펨토 기지국(310) 각각의 커버리지가 일부 중첩되어 있는 상황에서, 매크로 단말1(302) 및 매크로 단말2(304)는 상기 매크로 기지국(300)에 접속한 상태이고, 펨토 단말(312)는 상기 펨토 기지국(310)에 접속한 상태이다.
이때, 각 단말 별 동작을 살펴보면, 다음과 같다.
상기 매크로 단말1(302)은 핸드오버 영역이 아닌 영역에 위치하므로, 서빙 셀인 상기 매크로 기지국(300)의 하향링크 채널을 통해서 수신한 신호의 QoS(이하, '매크로 기지국(300)의 QoS' 라 칭하기로 한다)를 측정하여 상기 매크로 기지국(300)으로 송신한다. 상기 매크로 단말 2(304)는 상기 매크로 기지국(300)과 상기 펨토 기지국(310)의 경계 영역에 위치하므로, 상기 매크로 기지국(300)의 하향링크 채널을 통해서 수신한 신호의 QoS와, 상기 매크로 기지국(300)에 인접한 펨토셀 식별 정보 및 상기 펨토 기지국(310)의 하향링크 채널을 통해서 수신한 신호의 SINR(이하, '펨토 기지국(310) 간섭 신호의 SINR'이라 칭하기로 한다)를 측정한다. 이때, 상기 펨토 기지국(310) 간섭 신호의 SINR이 미리 설정해 놓은 간섭 기준값(threshold) 이상이면, 상기 매크로 단말 2(304)는 상기 매크로 기지국(300)의 QoS와 함께 상기 펨토 기지국(310)의 식별 정보를 상기 매크로 기지국(300)에게 송신한다.
반면, 상기 매크로 단말 2(304)는 상기 펨토 기지국(310) 간섭 신호의 SINR이 미리 설정해 놓은 간섭 기준값 미만이면, 상기 매크로 기지국(300)의 QoS만 상기 매크로 기지국(300)으로 전달한다.
상기 펨토 단말(312)은 상기 펨토 기지국(310)의 하향링크 채널을 통해서 수신한 신호에 대한 QoS를 측정하여 상기 펨토 기지국(312)으로 전달한다. 상기 펨토 기지국(310)의 커버리지에 2대 이상의 단말이 존재하는 경우, 각 단말 별로 상기 펨토 기지국(310)의 하향링크 채널을 통해서 수신한 신호의 QoS를 측정하여 상기 펨토 기지국(310)으로 전달한다. 또한, 상기 매크로 기지국(300)과 상기 펨토 기지국(310) 각각의 커버리지 중첩 영역인, 핸드오버 영역에 2대 이상의 단말이 있는 경우, 각 단말 별로 해당하는 위치에 따라 상기에서 설명한 절차를 통해 상기 매크로 기지국(300)의 QoS, 인접 펨토 기지국의 식별 정보 중 해당 정보를 상기 매크로 기지국(300)으로 송신한다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 펨토 기지국의 송신 전력 제어 장치의 세부 구성도이다. 여기서는, 설명의 편의상 도 2의 송신 전력 제어 장치(212)의 세부 구성이라 가정하기로 하며, QoS 정보로 사용될 수 있는 여러 가지 값 중에서 SINR을 이용하여 펨토셀의 송신 전력을 조절하는 방법을 일 예로 설명하기로 한다. SINR 이외의 다른 측정값을 QoS 정보로 사용하는 경우에 대해서는 도 4의 내용으로부터 쉽게 유추할 수 있으므로, 본 문서에서 그 상세한 설명을 생략하기로 한다. 마지막으로, 도 4의 송신 전력 제어 장치(212)는 도 3의 펨토 기지국과과 매크로 기지국 각각의 커버리지가 일부 중첩되어 있는 상황에서 동작한다고 가정하여 설명하기로 한다.
도 4를 참조하면, 상기 송신 전력 제어 장치(212)는 펨토셀 송신 전력 계산부(400)와, 증폭기 이득 조절기(402) 및 송신 전력 증폭기(408)를 포함한다.
상기 펨토셀 송신 전력 계산부(400)는 펨토 기지국에 접속한 펨토 단말들의 목표 SINR(이하, 'T_femto'라 칭하기로 한다)과 매크로 기지국에 접속한 매크로 단말들 중 상기 펨토 기지국의 커버리지에 인접한 단말의 목표 SINR(이하, 'T_macro'라 칭하기로 한다)을 미리 설정하여 저장한다. 도면에 도시하지는 않았으나, 펨토셀 수신기(도 2의 214 참조)는 펨토 단말로부터 수신한 SINR(이하, 'S_femto'라 칭하기로 한다)을 상기 펨토셀 송신 전력 계산부(400)로 전달한다. 상기 S_femto는 상기 펨토 단말이 하향 링크 채널을 통해서 상기 펨토 기지국으로부터 수신한 신호에 대해 측정한 SINR 값이다. 또한, 매크로 기지국은 매크로 단말이 상기 매크로 기지국의 하향링크 채널을 통해서 수신한 신호로부터 측정한 SINR(이하, 'S_macro'라 칭하기로 한다)을 코어 네트워크를 통해 상기 펨토셀 송신 전력 계산부(400)로 전달한다. 여기서, 상기 매크로 단말은 도 3에서의 매크로 단말2(304)와 마찬가지로, 매크로 기지국에 접속한 상태이지만, 상기 매크로 기지국과 펨토셀 각각의 커버리지가 중첩된 영역에 위치한 상태임을 가정하기로 한다.
그러면, 상기 펨토셀 송신 전력 계산부(400)는 상기 T_femto와, 상기 T_macro와, 상기 S_femto 및 상기 S_macro 값을 이용하여 상기 펨토 기지국의 송신 전력을 계산하여 상기 증폭기 이득 조절기(402)에게 전달한다. 상기 증폭기 이득 조절기(402)는 펨토 기지국의 송신 전력에 대한 이득을 조정함으로써, 상기 펨토 기지국의 송신 전력이 상기 펨토셀 송신 전력 계산부(400)가 계산한 송신 전력과 일치되도록 한다. 이후, 상기 송신 전력 증폭기(408)는 상기 계산된 송신 전력을 사용해서 신호를 송신한다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 상기 펨토셀 송신 전력 계산부(400)의 계산 동작 흐름도이다. 여기서는 펨토 단말과 매크로 단말 각각이 측정한 QoS를 동시에 이용하여 펨토 기지국의 송신 전력을 조절하는 한 예를 설명하기로 한다. 여기서도, 도 3과 같이 펨토 기지국과 매크로 기지국 각각의 커버리지가 중첩된 상태이며, 상기 매크로 단말은 상기 펨토 기지국의 커버리지에 인접한 곳에 위치함을 가정하기로 한다. 이때, 일 예로 QoS 값으로 도 4에서와 같이 SINR을 사용하는 경우에 대해 설명한다.
도 5를 참조하면, 500단계에서 상기 펨토셀 송신 전력 계산부(400)는 T_femto, T_macro를 미리 저장하고, 502단계로 진행한다. 502단계에서 상기 펨토셀 송신 전력 계산부(400)는 펨토 단말로부터 S_femto를 획득하고, 매크로 단말로부터 코어 네트워크를 거쳐 S_macro를 획득하고, 504단계로 진행한다.
504단계에서 상기 펨토셀 송신 전력 계산부(400)는 S_femto, S_macro, T_femto 및 T_macro를 사용하여 하기 <수학식 1> 및 <수학식 2>의 조건을 만족하는 지 검사한다.
Figure 112010039305016-pat00001
Figure 112010039305016-pat00002
즉, 상기 <수학식 1>의 c1조건은 펨토 단말의 SINR이 미리 설정해 놓은, 펨토 단말의 목표 SINR을 만족하는지 여부를 나타내고, 상기 <수학식 2>의 c2 조건은 매크로 단말의 SINR이 미리 설정해 놓은, 매크로 단말의 목표 SINR을 만족 못하는지 여부를 나타낸다. 상기 검사 결과 상기 c1 및 c2조건이 모두 만족되면, 즉, 상기 펨토 단말은 상기 펨토 단말의 목표 SINR을 만족하고, 상기 매크로 단말은 상기 매크로 단말의 목표 SINR을 만족하지 못하는 경우, 510단계로 진행한다. 510단계에서 상기 펨토셀 송신 전력 계산부(400)는 상기 매크로 단말에 유입되는 간섭을 줄이기 위해서 펨토셀의 송신 전력을 감소시킨다.
상기 검사 결과 상기 c1 및 c2 조건 중 하나라도 만족되지 않으면, 508단계에서 상기 펨토셀 송신 전력 계산부(400)는 하기 <수학식 3>과 하기 <수학식 4>의 조건식을 계산한다. 그리고, 상기 <수학식 2> 내지 <수학식 4>의 조건을 모두 만족하는 지 검사한다.
Figure 112010039305016-pat00003
Figure 112010039305016-pat00004
여기서, c3조건은 펨토 단말의 SINR이 상기 펨토 단말의 목표 SINR을 만족 못하는지 여부를 나타내고, c4조건은 상기 펨토 단말의 SINR과 상기 펨토 단말의 목표 SINR간의 차이가 상기 매크로 단말의 SINR과 상기 매크로 단말의 목표 SINR간의 차이보다 작은지 여부를 나타낸다.
상기 검사 결과 상기 c2조건과, c3 및 c4조건이 모두 만족되면, 상기 펨토 단말의 성능 열화에 비해 상기 매크로 단말의 성능 열화가 심하므로, 510단계에서 상기 펨토셀 송신 전력 계산부(400)는 상기 매크로 단말에 유입되는 간섭을 줄이기 위해서 상기 펨토셀의 송신 전력을 감소시키고, 514단계로 진행한다. 그리고, 상기 508단계에서의 검사 결과 상기 c2조건과, c3 및 c4조건 중 적어도 하나라도 만족하지 않는 경우, 512단계에서 상기 펨토셀 송신 전력 계산부(400)는 상기 펨토 단말의 용량 증대를 위해 상기 펨토셀의 송신 전력을 증가시키고 514단계로 진행한다.
514단계에서 상기 펨토셀 송신 전력 계산부(400)는 상기 510단계 내지 512단계에서의 상기 펨토셀의 송신 전력을 감소 및 증가 시, 하기 <수학식 5>에 따라 상기 감소 도는 증가된 펨토셀의 송신 전력을 미리 정해놓은 최소 값과 최대값 사이의 범위 내에서 결정하고, 516단계로 진행한다.
Figure 112010039305016-pat00005
Figure 112010039305016-pat00006
여기서, P(n+1)은 상기 510단계 내지 512단계의 감소 및 증가 동작으로 인해서 결정된 송신 전력이고, Pmax는 상기 펨토셀 송신 전력의 최대값이고, Pmin는 상기 펨토셀 송신 전력의 최소값을 나타낸다. 즉, 514단계에서는 상기 510단계의 감소 동작에서 결정된 송신 전력 P(n+1)과 상기 펨토셀 송신 전력의 최소값 중 큰 값을 현재 펨토셀의 송신 전력으로 선택하고, 상기 512단계에서의 증가 동작에서 결정된 송신 전력 P(n+1)과 상기 펨토셀 송신 전력의 최대값 중 작은 값을 상기 현재 펨토셀의 송신 전력으로 선택한다. 그리고, 상기 펨토셀 송신 전력 계산부(400)는 상기 선택된 송신 전력을 상기 펨토셀의 송신 전력으로 갱신한다.
516단계에서 상기 펨토셀 송신 전력 계산부(400)는 상기 결정된 펨토셀의 송신 전력으로 펨토 단말들에게 신호를 송신한다.
한편, 상기 510단계 내지 512단계에서의 상기 펨토셀의 송신 전력을 감소 및 증가시키는 과정은 상기 S_femto와, S_macro와, T_femto 및 T_macro를 동시에 고려하여 송신 전력을 조절하는 알고리즘에 따라 달라질 수 있다. 예를 들어, 상기 S_femto와, S_macro와, T_femto 및 T_macro 4가지 값을 이용하여 최적의 송신 전력을 곧바로 계산할 수도 있고, 혹은 조건에 따라 상기 펨토셀의 송신 전력을 증가시키거나 감소시킬 수 있다. 상기 504단계와 508단계에서 보인 바와 같이 조건에 따라 송신 전력을 조절하는 경우, 상기 펨토셀의 송신 전력 조절 과정은 하기 <수학식 6>과 <수학식 7>과 같이 나타내어 진다.
Figure 112010039305016-pat00007
Figure 112010039305016-pat00008
여기서, P(n)은 시간 n에서 펨토셀의 송신 전력을 나타내고, Pstep은 송신 전력 변동량을 의미한다. 그리고, 510단계에서 송신 전력을 감소시키는 경우 <수학식 6>을 사용하고, 512단계에서 송신 전력을 증가시키는 경우 <수학식 7>을 사용한다. Pstep의 경우 상수값으로 설정할 수도 있고, 송신 전력 계산기의 입력값을 고려하여 크기가 적응적으로 변하도록 설정할 수도 있다.
상기 도 5에서는 펨토 단말이 1대, 인접 매크로 단말이 1대인 경우를 가정하여 설명하였다. 그러나, 본 발명의 다른 실시 예에서 펨토 단말들이 2대 이상인 경우를 가정하면, 상기 펨토 단말들에서 측정한 SINR 값들 중 최소값을 Sfemto로 설정하거나 펨토 단말들에서 측정한 SINR 값의 평균값을 Sfemto로 설정하는 등의 방법을 도 5의 Sfemto 설정 시 적용할 수 있다. 또한, 매크로 단말들 역시 2대 이상인 경우에도 상기 Sfemto 설정과 마찬가지로, 상기 매크로 단말들에서 측정한 SINR 값들 중 최소값을 Smacro로 설정하거나 상기 매크로 단말들에서 측정한 SINR 값의 평균값을 Smacro로 설정하는 등의 방법을 도 5의 Smacro 설정 시 적용할 수 있다.
본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시 예에 관해 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 국한되지 않으며, 후술되는 특허청구의 범위뿐만 아니라 이 특허청구의 범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

Claims (20)

  1. 통신 시스템에서 펨토셀의 전력 제어 방법에 있어서,
    상기 펨토셀에 접속한 제1단말로부터 상기 제1단말이 측정한 상기 펨토셀의 제1서비스 품질 정보를 수신하고, 코어 네트워크를 통해서 매크로 셀에 접속한 제2단말이 측정한 상기 매크로 셀의 제2서비스 품질 정보를 수신하는 과정과,
    상기 제1서비스 품질 정보와, 상기 제2서비스 품질 정보를 사용하여 상기 펨토셀의 송신 전력을 제어하는 과정을 포함하며;
    상기 제2단말은 상기 펨토셀의 커버리지와 상기 매크로셀의 커버리지의 중첩 영역에 위치함을 특징으로 하는 펨토셀의 전력 제어 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 펨토셀의 송신 전력을 제어하는 과정은,
    상기 제1단말을 위한 제1기준 서비스 품질 정보와 상기 제2단말을 위한 제2기준 서비스 품질 정보를 설정하는 과정과,
    상기 제1서비스 품질 정보가 상기 제1기준 서비스 품질 정보를 초과하는 제1조건과, 상기 제2서비스 품질 정보가 상기 제2기준 서비스 품질 정보 미만인 제2조건을 만족하는 지를 검사하는 과정과,
    상기 검사 결과 상기 제1조건 및 상기 제2조건을 모두 만족하는 경우, 상기 펨토셀의 송신 전력을 감소시키는 과정을 포함하는 펨토셀의 전력 제어 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 펨토셀의 송신 전력을 감소시키는 과정은,
    상기 펨토셀의 송신 전력을 미리 정해진 단위만큼 감소시키는 과정과,
    상기 감소된 펨토셀의 송신 전력과 미리 정해놓은 상기 펨토셀의 최소 송신 전력값 중 최대값을 선택하는 과정과,
    상기 선택된 최대값으로 상기 펨토셀의 송신 전력을 갱신하는 과정을 포함하는 펨토셀의 전력 제어 방법.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 검사 결과 상기 제1조건 및 상기 제2조건을 모두 만족하지 않는 경우, 상기 제2조건과, 상기 제1단말의 서비스 품질 정보가 상기 제1기준 서비스 품질 정보 미만인 제3조건 및 제4조건을 모두 만족하는 지 확인하는 과정과,
    상기 확인 결과 상기 제2조건 내지 상기 제4조건을 모두 만족하는 경우, 상기 펨토셀의 송신 전력을 감소시키는 과정을 더 포함하며;
    상기 제4조건은 상기 제1단말의 서비스 품질 정보와 상기 제1기준 서비스 품질 정보간의 차이에 대한 절대값이 상기 제2단말의 서비스 품질 정보와 상기 제2기준 서비스 품질 정보간의 차이에 대한 절대값 미만인 경우를 나타냄을 특징으로 하는 펨토셀의 전력 제어 방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 펨토셀의 송신 전력을 감소시키는 과정은,
    상기 펨토셀의 송신 전력을 미리 정해진 단위만큼 감소시키는 과정과,
    상기 감소된 펨토셀의 송신 전력과 미리 정해놓은 상기 펨토셀의 최소 송신 전력값 중 최대값을 선택하는 과정과,
    상기 선택된 최대값으로 상기 펨토셀의 송신 전력을 갱신하는 과정을 포함하는 펨토셀의 전력 제어 방법.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 확인 결과 상기 제2조건 내지 상기 제4조건을 모두 만족하지 않을 경우, 상기 펨토셀의 전력을 증가시키는 과정을 더 포함하는 펨토셀의 전력 제어 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 펨토셀의 송신 전력을 증가시키는 과정은,
    상기 펨토셀의 송신 전력을 미리 정해진 단위만큼 증가시키는 과정과,
    상기 증가된 펨토셀의 송신 전력과 미리 정해놓은 상기 펨토셀의 최대 송신 전력값 중 최소값을 선택하는 과정과,
    상기 선택된 최소값으로 상기 펨토셀의 송신 전력을 갱신하는 과정을 포함하는 펨토셀의 전력 제어 방법.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 제1단말의 수가 2 이상일 경우, 2 이상의 제1단말들 각각이 측정한 서비스 품질 정보들 중 최소값을 상기 제1서비스 품질 정보로 결정하거나 상기 측정한 서비스 품질 정보들의 평균값을 상기 제1서비스 품질 정보로 결정하는 과정을 더 포함하는 펨토셀의 전력 제어 방법.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 제2단말의 수가 2이상일 경우, 2이상의 제2단말들 각각이 측정한 서비스 품질 정보들 중 최소값을 상기 제2서비스 품질 정보로 결정하거나 상기 측정한 서비스 품질 정보들의 평균값을 상기 제2서비스 품질 정보로 결정하는 과정을 더 포함하는 펨토셀의 전력 제어 방법.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 제1서비스 품질 정보와 상기 제2서비스 품질 정보는, 통신 채널의 신호 대 간섭 및 잡음 비율, 신호 대 잡음 비율, 채널 용량, 채널의 순시 신호 대 간섭 및 잡음 비율 변동 폭, 데이터 전송 속도, 변조 방식, 부호화율 및 데이터 전송 지연 중 하나의 값으로 나타내어 짐을 특징으로 하는 펨토셀의 전력 제어 방법.
  11. 통신 시스템에서 펨토셀의 전력 제어 장치에 있어서,
    상기 펨토셀에 접속한 제1단말로부터 상기 제1단말이 측정한 상기 펨토셀의 제1서비스 품질 정보를 수신하고, 코어 네트워크를 통해서 매크로 셀에 접속한 제2단말이 측정한 상기 매크로 셀의 제2서비스 품질 정보를 수신하는 송수신부와,
    상기 제1서비스 품질 정보와, 상기 제2서비스 품질 정보를 사용하여 상기 펨토셀의 송신 전력을 제어하는 제어부를 포함하며;
    상기 제2단말은 상기 펨토셀의 커버리지와 상기 매크로셀의 커버리지의 중첩 영역에 위치함을 특징으로 하는 펨토셀의 전력 제어 장치.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 제1단말을 위한 제1기준 서비스 품질 정보와 상기 제2단말을 위한 제2기준 서비스 품질 정보를 설정하고,
    상기 제1서비스 품질 정보가 상기 제1기준 서비스 품질 정보를 초과하는 제1조건과, 상기 제2서비스 품질 정보가 상기 제2기준 서비스 품질 정보 미만인 제2조건을 만족하는 지를 검사하고,
    상기 검사 결과 상기 제1조건 및 상기 제2조건을 모두 만족하는 경우, 상기 펨토셀의 송신 전력을 감소시키는 것을 특징으로 하는 펨토셀의 전력 제어 장치.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 펨토셀의 송신 전력을 미리 정해진 단위만큼 감소시키고,
    상기 감소된 펨토셀의 송신 전력과 미리 정해놓은 상기 펨토셀의 최소 송신 전력값 중 최대값을 선택하고, 상기 선택된 최대값으로 상기 펨토셀의 송신 전력을 갱신함을 특징으로 하는 펨토셀의 전력 제어 장치.
  14. 제12항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 검사 결과 상기 제1조건 및 상기 제2조건을 모두 만족하지 않는 경우, 상기 제2조건과, 상기 제1단말의 서비스 품질 정보가 상기 제1기준 서비스 품질 정보 미만인 제3조건 및 제4조건을 모두 만족하는 지 확인하고,
    상기 확인 결과 상기 제2조건 내지 상기 제4조건을 모두 만족하는 경우, 상기 펨토셀의 송신 전력을 감소시키며;
    상기 제4조건은 상기 제1단말의 서비스 품질 정보와 상기 제1기준 서비스 품질 정보간의 차이에 대한 절대값이 상기 제2단말의 서비스 품질 정보와 상기 제2기준 서비스 품질 정보간의 차이에 대한 절대값 미만인 경우를 나타냄을 특징으로 하는 펨토셀의 전력 제어 장치.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 펨토셀의 송신 전력을 미리 정해진 단위만큼 감소시키고, 상기 감소된 펨토셀의 송신 전력과 미리 정해놓은 상기 펨토셀의 최소 송신 전력값 중 최대값을 선택하고, 상기 선택된 최대값으로 상기 펨토셀의 송신 전력을 갱신함을 특징으로 하는 펨토셀의 전력 제어 장치.
  16. 제14항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 확인 결과 상기 제2조건 내지 상기 제4조건을 모두 만족하지 않을 경우, 상기 펨토셀의 전력을 증가시키는 것을 특징으로 하는 펨토셀의 전력 제어 장치.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 펨토셀의 송신 전력을 미리 정해진 단위만큼 증가시키고, 상기 증가된 펨토셀의 송신 전력과 미리 정해놓은 상기 펨토셀의 최대 송신 전력값 중 최소값을 선택하고, 상기 선택된 최소값으로 상기 펨토셀의 송신 전력을 갱신함을 특징으로 하는 펨토셀의 전력 제어 장치.
  18. 제11항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 제1단말의 수가 2 이상일 경우, 2 이상의 제1단말들 각각이 측정한 서비스 품질 정보들 중 최소값을 상기 제1서비스 품질 정보로 결정하거나 상기 측정한 서비스 품질 정보들의 평균값을 상기 제1서비스 품질 정보로 결정함을 특징으로 하는 펨토셀의 전력 제어 장치.
  19. 제11항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 제2단말의 수가 2이상일 경우, 2이상의 제2단말들 각각이 측정한 서비스 품질 정보들 중 최소값을 상기 제2서비스 품질 정보로 결정하거나 상기 측정한 서비스 품질 정보들의 평균값을 상기 제2서비스 품질 정보로 결정함을 특징으로 하는 펨토셀의 전력 제어 장치.
  20. 제11항에 있어서,
    상기 제1서비스 품질 정보와 상기 제2서비스 품질 정보는, 통신 채널의 신호 대 간섭 및 잡음 비율, 신호 대 잡음 비율, 채널 용량, 채널의 순시 신호 대 간섭 및 잡음 비율 변동 폭, 데이터 전송 속도, 변조 방식, 부호화율 및 데이터 전송 지연 중 하나의 값으로 나타내어 짐을 특징으로 펨토셀의 전력 제어 장치.
KR1020100058016A 2010-06-18 2010-06-18 통신시스템에서 펨토셀의 전력 제어 방법 및 장치 KR101160574B1 (ko)

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