KR101430391B1 - 펨토셀의 주파수 대역 선택 방법 및 매크로셀 기지국 및 펨토셀 기지국이 공유 부대역을 사용하는 통신시스템 - Google Patents

펨토셀의 주파수 대역 선택 방법 및 매크로셀 기지국 및 펨토셀 기지국이 공유 부대역을 사용하는 통신시스템 Download PDF

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KR101430391B1 KR1020140051390A KR20140051390A KR101430391B1 KR 101430391 B1 KR101430391 B1 KR 101430391B1 KR 1020140051390 A KR1020140051390 A KR 1020140051390A KR 20140051390 A KR20140051390 A KR 20140051390A KR 101430391 B1 KR101430391 B1 KR 101430391B1
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Abstract

통신시스템(100)은 펨토셀 기지국(HeNB, 130)이 사용할 수 있는 공유 부대역의 수(
Figure 112014040937709-pat00085
)를 결정하는 매크로셀 기지국(MeNB, 110) 및
Figure 112014040937709-pat00086
개의 공유 부대역 중에서 기준 거리에 위치한 이웃 HeNB가 사용하는 이웃 공유 부대역을 선택하는 펨토셀 기지국(HeNB, 130)을 포함한다.

Description

펨토셀의 주파수 대역 선택 방법 및 매크로셀 기지국 및 펨토셀 기지국이 공유 부대역을 사용하는 통신시스템{METHOD FOR SELECTING FREQUENCY BAND IN FEMTOCELL AND COMMUNICATION SYSTEM INCLUDING MACROCELL BASE AND FEMTOCELL BASE USING SHARED SUB-BAND}
이하 설명하는 기술은 매크로셀 기지국 및 펨토셀 기지국이 공유 부대역을 사용하는 통신시스템에서 펨토셀에 대한 주파수 대역을 선택하는 방법에 관한 것이다.
현재 이동단말과 이동통신시스템이 날로 발전함에 따라, 증권 서비스, 무선 인터넷 서비스, 위치 추적 서비스 등이 가입자에게 제공되고 있다. 아울러, 현 단계의 서비스보다 더욱 빠르고 다양한 서비스를 제공하기 위하여 연구가 계속되고 있다.
이런 연구 대상 중의 하나는 이동통신시스템의 서비스 영역인 셀을 더욱 세분화하고, 그 셀 영역에 위치한 이동단말을 광대역 인터넷망으로 연결하는 펨토셀(FemtoCell) 서비스이다. 펨토셀은 100조분의 1을 의미하는 펨토(Femto)와 이동단말의 서비스 영역 단위인 셀(cell)의 합성어로서, 초소형 기지국인 펨토셀 AP(Femto AccessPoint)를 통해 기존의 이동통신 서비스 반경보다 훨씬 작은 지역을 대상으로 이동통신 서비스를 제공하는 기술이다.
펨토셀은 주로 가정이나 빌딩 내부와 같이 매크로셀(Macro Cell)의 전파가 열화되는 지역이나 음영지역에서 이동통신 서비스의 품질을 보장하기 위한 목적으로도 사용되며, 펨토존 서비스 등을 통하여 저렴한 요금을 제공하는 수단으로도 사용될 수 있다. 또한, 펨토셀은 이동통신 코어망(Core Network)과의 연결을 위하여 범용인터넷 회선을 이용하기 때문에 설치비용 및 유지보수 비용이 저렴하고, 인터넷 회선이 설치된 지역은 어디에서나 설치할 수 있기 때문에 이동성도 뛰어난 장점이 있다.
매크로셀과 펨토셀이 혼재된 이종셀 망 환경에서 매크로셀과 펨토셀 사이의 하향링크 간섭을 완화하기 위해 전송전력 조정기법과 주파수대역 분할기법이 제안된 바 있다.
주파수대역 분할기법은 전체 주파수 대역을 몇 개의 부대역을 구분하여 매크로셀과 펨토셀에 할당하는 기법이다. 주파수대역 분할기법은 직교할당방식(Orthogonal Assignment)과 부분공유방식(Partial Sharing)으로 구분된다. 직교할당방식의 경우 매크로셀과 펨토셀은 서로 다른 부대역을 선택하여 사용함으로써 상호 간섭을 피할 수 있다. 그러나 직교할당방식은 매크로셀과 펨토셀 모두 전체 주파수 대역 중 일부 대역만을 사용하기 때문에 주파수 자원을 효율적으로 사용할 수 없다. 부분공유방식은 매크로셀은 전체 주파수 대역을 모두 사용하고 펨토셀은 전체 부대역 중 일부만을 매크로셀과 공유하여 사용하는 기법이다. 부분공유방식에서는 전체 주파수대역을 매크로셀과 펨토셀이 공유하여 사용하는 주파수 대역인 공유 부대역과 매크로셀만 사용가능한 전용 부대역으로 나눈다.
부분공유방식은 매크로셀 단말을 위한 전용 부대역과 펨토셀 기지국 간의 간섭완화를 위한 공유 부대역의 세분화로 인해 한 펨토셀 기지국이 사용가능한 주파수 대역이 감소하는 문제점이 있다. 또한 펨토셀 기지국 게이트웨이를 이용한 펨토셀 기지국 사이의 간섭완화 기법은 펨토셀 기지국의 수가 증가함에 따라 최적의 무선자원 할당결과를 얻기 위한 복잡도가 크게 증가하는 문제점이 있다.
이하 설명하는 기술은 이종셀 망 환경에서 매크로셀과 펨토셀이 전 주파수 대역을 공유대역으로 사용하여 펨토셀에서 사용가능한 주파수 대역을 확장하고자 한다.
또한 이하 설명하는 기술은 네트워크 환경변화에 적응적으로 펨토셀 기지국이 사용할 공유 부대역의 개수를 조정하여 매크로셀 기지국이 매크로셀 단말에 대해 미리 설정한 SIR 문턱값(Threshold Value)보다 높은 SIR을 제공하고자 한다.
나아가 이하 설명하는 기술은 펨토셀 기지국이 펨토셀 기지국 사이의 정보교환이 없이 스스로 측정한 채널정보만을 이용하여 수행되는 분산적인 HeNB 군집화를 통해, 매크로셀 단말과 펨토셀의 상호간섭을 최소화하고자 한다.
이하 설명하는 기술의 해결과제는 이상에서 언급된 것들에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 해결과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명에 따른 펨토셀의 주파수 대역 선택 방법은 매크로셀 기지국(MeNB) 및 펨토셀 기지국(HeNB)이 공유 부대역을 사용하는 통신시스템에서 매크로셀 기지국(MeNB)이 펨토셀 기지국(HeNB)이 사용할 수 있는 공유 부대역의 수(
Figure 112014040937709-pat00001
)를 결정하는 단계 및 펨토셀 기지국(HeNB)이 기준 거리에 위치한 이웃 HeNB가
Figure 112014040937709-pat00002
개의 공유 부대역 중에서 동일한 이웃 공유 부대역을 사용하도록 설정하는 단계를 포함한다.
공유 부대역의 수를 결정하는 단계는 공동 부대역을 사용하는 펨토셀 기지국(HeNB)의 밀집도(
Figure 112014040937709-pat00003
)에 따른 메크로셀 단말(MUE) i의 SIR값과 문턱값을 비교하여 결정한다.
공유 부대역의 수를 결정하는 단계는 임시 공유 부대역의 수를 1부터 증가시키면서 밀집도(
Figure 112014040937709-pat00004
)에 따른 펨토셀 기지국(HeNB)과 메크로셀 단말(MUE) i의 상호간섭을 연산하고, 연산과정마다 상호간섭을 기준으로 연산된 SIR값과 문턱값을 비교하여 SIR값이 문턱값보다 큰 경우의 임시 공유 부대역의 수를 공유 부대역의 수로 결정한다.
공유 부대역의 수를 결정하는 단계는
Figure 112014040937709-pat00005
로 표현되는 밀집도(
Figure 112014040937709-pat00006
)에 따른 상호간섭을 연산하는 단계, 상호간섭을 기준으로 메크로셀 단말(MUE) i의 SIR값(
Figure 112014040937709-pat00007
)을 연산하는 단계 및
Figure 112014040937709-pat00008
과 문턱값(
Figure 112014040937709-pat00009
)을 비교하면서
Figure 112014040937709-pat00010
>
Figure 112014040937709-pat00011
이 되는 경우의
Figure 112014040937709-pat00012
를 공유 부대역의 수로 결정하는 단계를 포함한다. 공유 부대역의 수가 결정될 때까지 자연수인
Figure 112014040937709-pat00013
를 1부터 증가시키면서 상호간섭을 연산하는 단계, SIR값을 연산하는 단계 및 결정하는 단계를 반복한다.
설정하는 단계는 HeNB가 결정된 공유 부대역에서 RSS를 측정하고, RSS를 이용하여 펨토셀 단말(HUE)의 QoS 조건을 만족하는 이웃 공유 부대역을 선택한다.
설정하는 단계는 HeNB가
Figure 112014040937709-pat00014
개의 공유 부대역 각각에서 RSS를 측정하는 단계, HeNB가 공유 부대역 각각에서 펨토셀 단말(HUE)의 QoS 조건을 만족하는 후보 공유 부대역을 선택하는 단계 및 HeNB가 후보 공유 부대역 중에서 이웃 공유 부대역을 선택하는 단계를 포함한다.
후보 공유 부대역을 선택하는 단계는 HeNB가 측정한 RSS를 가상 HeNB로부터 수신한 것으로 가정하고 HeNB(k)와 가상 HeNB(l) 사이의 거리(d k,l)를 추정하는 단계, HeNB가 거리(d k,l)를 이용하여 펨토셀 단말(HUE)의 SIR 값을 추정하고, SIR 값이 문턱값(
Figure 112014040937709-pat00015
)보다 낮은 지역(OA)을 추정하는 단계 및 HeNB가 전체 통신반경면적에서 낮은 지역(OA)이 차지하는 비율을 기준으로 후보 공유 부대역을 결정하는 단계를 포함한다.
QoS 만족 여부를 판단하는 단계는 공유 부대역에서 추정된 ROA가 0(zero)인 경우 공유 부대역을 후보 공유 부대역으로 판단한다.
이웃 공유 부대역을 선택하는 단계는 후보 공유 부대역에서 RSS가 가장 높은 값을 갖는 후보 공유 부대역을 이웃 공유 부대역으로 선택하고, 만약 선택된 후보 공유 부대역이 없다면
Figure 112014040937709-pat00016
개의 공유 부대역 중 임의의 하나를 이웃 공유 부대역을 선택한다.
본 발명에 따른 매크로셀 기지국 및 펨토셀 기지국이 공유 부대역을 사용하는 통신시스템은 펨토셀 기지국(HeNB)이 사용할 수 있는 공유 부대역의 수(
Figure 112014040937709-pat00017
)를 결정하는 매크로셀 기지국(MeNB) 및 공유 부대역 중에서 기준 거리에 위치한 이웃 HeNB가 사용하는 이웃 공유 부대역을 선택하는 펨토셀 기지국(HeNB)을 포함한다.
매크로셀 기지국(MeNB)은 임시 공유 부대역의 수를 1부터 증가시키면서 밀집도(
Figure 112014040937709-pat00018
)에 따른 펨토셀 기지국(HeNB)과 메크로셀 단말(MUE) i의 상호간섭을 연산하고, 연산과정마다 상호간섭을 기준으로 연산된 SIR값과 문턱값을 비교하여 SIR값이 문턱값보다 큰 경우의 임시 공유 부대역의 수를 공유 부대역의 수로 결정한다.
HeNB는 결정된 공유 부대역에서 RSS를 측정하고, RSS를 이용하여 펨토셀 단말(HUE)의 QoS 조건을 만족하는 이웃 공유 부대역을 선택한다.
HeNB는
Figure 112014040937709-pat00019
개의 공유 부대역 각각에서 RSS를 측정하는 RSS 측정부, 측정한 RSS를 가상 HeNB로부터 수신한 것으로 가정하고 HeNB(k)와 가상 HeNB(l) 사이의 거리(d k,l)를 추정하는 거리 추정부, 거리(d k,l)를 이용하여 펨토셀 단말(HUE)의 SIR 값을 추정하고, SIR 값이 문턱값(
Figure 112014040937709-pat00020
)보다 낮은 지역(OA)을 추정하는 지역 추정부, 전체 통신반경면적에서 낮은 지역(OA)이 차지하는 비율(ROA)을 기준으로 QoS 만족 여부로 후보 공유 부대역을 선택하는 후보 선택부 및 후보 공유 부대역 또는 공유 부대역을 기준으로 이웃 공유 부대역을 선택하는 공유 부대역 선택부를 포함한다.
후보 선택부는 공유 부대역에서 추정된 ROA가 0(zero)인 경우 공유 부대역을 후보 공유 부대역으로 판단한다.
공유 부대역 선택부는 후보 공유 부대역에서 RSS가 가장 높은 값을 갖는 후보 공유 부대역을 이웃 공유 부대역으로 선택하고, 만약 선택된 후보 공유 부대역이 없다면
Figure 112014040937709-pat00021
개의 공유 부대역 중 임의의 하나를 이웃 공유 부대역을 선택한다.
이하 설명하는 기술은 매크로셀 단말을 위한 별도의 전용 부대역을 설정하지 않고 펨토셀에서 사용가능한 주파수 대역을 확장함으로써 펨토셀의 무선용량을 향상 시킬 수 있다.
이하 설명하는 기술은 지역적 인접한 펨토셀 기지국이 동일한 공유 부대역을 사용하여 펨토셀 기지국이 사용하지 않는 주파수 대역에서 매크로셀 단말과 펨토셀 기지국의 상호간섭을 완화시킨다.
이하 설명하는 기술은 펨토셀 단말의 SIR 문턱값을 조건으로 하여 펨토셀 기지국의 군집화를 위한 공유 부대역을 선택하기 때문에, 펨토셀 기지국 사이의 상호 간섭을 억제하여 펨토셀 성능의 저하를 최소화한다.
이하 설명하는 기술의 효과는 이상에서 언급된 것들에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 효과들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 매크로셀과 펨토셀이 전 주파수 대역을 공유대역으로 사용하는 통신시스템에서 인접한 펨토셀 기지국이 동일한 공유 부대역을 사용하는 경우 매크로셀 단말과 펨토셀 기지국의 간섭을 도시한 예이다.
도 2는 펨토셀의 주파수 대역 선택 방법에 대한 개략적인 순서도이다.
도 3은 매크로셀 기지국이 펨토셀 기지국이 사용할 수 있는 공유 부대역의 수를 결정하는 단계에 대한 개략적인 순서도이다.
도 4(a)는 펨토셀 기지국이 이웃 펨토셀 기지국이 동일한 이웃 공유 부대역을 사용하도록 설정하는 단계에 대한 개략적인 순서도이고, 도 4(b)는 이웃 공유 부대역을 선택하기 위한 후보 공유 부대역을 선택하는 단계에 대한 개략적인 순서도이다.
도 5는 도 4에서 도시한 펨토셀 기지국이 이웃 펨토셀 기지국이 동일한 이웃 공유 부대역을 사용하도록 설정하는 단계에 대한 다른 순서도이다.
도 6은 펨토셀 기지국이 RSS를 측정하는 단계에서 하나의 가상 펨토셀 기지국으로부터 전송받는 신호의 세기로 가정하는 과정을 도시한 예시도이다.
도 7은 펨토셀 기지국에서 전체 통신반경면적에서 낮은지역(Orthogonal Area)이 차지하는 비율을 도시한 예시도이다.
도 8은 매크로셀 기지국 및 펨토셀 기지국이 공유 부대역을 사용하는 통신시스템의 구성에 대한 개략적인 블록도이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 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, A, B 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 해당 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않으며, 단지 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.
본 명세서에서 사용되는 용어에서 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 해석되지 않는 한 복수의 표현을 포함하는 것으로 이해되어야 하고, "포함한다" 등의 용어는 설시된 특징, 개수, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 의미하는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 개수, 단계 동작 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
도면에 대한 상세한 설명을 하기에 앞서, 본 명세서에서의 구성부들에 대한 구분은 각 구성부가 담당하는 주기능 별로 구분한 것에 불과함을 명확히 하고자 한다. 즉, 이하에서 설명할 2개 이상의 구성부가 하나의 구성부로 합쳐지거나 또는 하나의 구성부가 보다 세분화된 기능별로 2개 이상으로 분화되어 구비될 수도 있다. 그리고 이하에서 설명할 구성부 각각은 자신이 담당하는 주기능 이외에도 다른 구성부가 담당하는 기능 중 일부 또는 전부의 기능을 추가적으로 수행할 수도 있으며, 구성부 각각이 담당하는 주기능 중 일부 기능이 다른 구성부에 의해 전담되어 수행될 수도 있음은 물론이다. 따라서, 본 명세서를 통해 설명되는 각 구성부들의 존재 여부는 기능적으로 해석되어야 할 것이며, 이러한 이유로 본 발명의 매크로셀 기지국 및 펨토셀 기지국이 공유 부대역을 사용하는 통신시스템(100)에 따른 구성부들의 구성은 본 발명의 목적을 달성할 수 있는 한도 내에서 도 8과는 상이해질 수 있음을 명확히 밝혀둔다.
또, 방법 또는 동작 방법을 수행함에 있어서, 상기 방법을 이루는 각 과정들은 문맥상 명백하게 특정 순서를 기재하지 않은 이상 명기된 순서와 다르게 일어날 수 있다. 즉, 각 과정들은 명기된 순서와 동일하게 일어날 수도 있고 실질적으로 동시에 수행될 수도 있으며 반대의 순서대로 수행될 수도 있다.
이하에서는 도면을 참조하면서 펨토셀의 주파수 대역 선택 방법 및 매크로셀 기지국 및 펨토셀 기지국이 공유 부대역을 사용하는 통신시스템에 관하여 구체적으로 설명하겠다.
먼저 사용할 용어들에 대한 약어를 정의하고자 한다. 이하 매크로셀 기지국(Macro eNode B)은 'MeNB'라 하고, 매크로셀 단말(Macro User Equipment)는 'MUE'라 하고, 펨토셀 기지국(Home eNode B)은 'HeNB'라고 하고, 펨토셀 단말(Home User Equipment)은 'HUE'라고 한다.
도 1은 매크로셀과 펨토셀이 전 주파수 대역을 공유대역으로 사용하는 통신시스템에서 인접한 펨토셀 기지국(HeNB)이 동일한 공유 부대역을 사용하는 경우 매크로셀 단말과 펨토셀 기지국의 간섭을 도시한 예이다.
도 1은 HeNB의 군집화를 통한 매크로셀과 펨토셀의 간섭완화의 예를 보여준다. 도 1에서 HeNB는 동일한 공유 부대역을 사용하는 HeNB들이 군집화되어 있다. 이때 특정 MUE가 각 부대역에서 HeNB로부터 받는 간섭의 세기는 MUE와 거리가 멀리 떨어진 HeNB 군집(cluster)에서 사용하는 부대역(C)에서 가장 낮아진다. 도 1의 좌측 하단에 도시한 그래프를 살펴보면 MUE와 HeNB의 간섭은 A > B > C 순서로 낮아지는 것을 알 수 있다. 또한 MeNB가 MUE에서와 거리가 먼 HeNB 군집이 사용하는 부대역(C)를 할당하면, MUE는 인접한 HeNB 군집에서의 강한 간섭을 회피할 수 있다.
본 발명은 MeNB와 HeNB가 전체 주파수 대역을 공유하는 통신 시스템에서 MeNB와 MUE 간 SIR 조건을 만족하면서 이웃한 HeNB가 동일한 공유 부대역을 사용하게 할당하는 것이 특징이다.
본 발명은 MeNB는 전체 주파수 대역 내에서 MUE들에게 무선자원을 할당하고 각 HeNB는 특정 공유 부대역 내에서 HUE에게 무선자원을 할당하는 부분공유방식을 기반으로 한다.
도 2는 펨토셀의 주파수 대역 선택 방법에 대한 개략적인 순서도이다. 본 발명에 따른 펨토셀의 주파수 대역 선택 방법은 매크로셀 기지국(MeNB) 및 펨토셀 기지국(HeNB)이 공유 부대역을 사용하는 통신시스템에서 매크로셀 기지국(MeNB)이 펨토셀 기지국(HeNB)이 사용할 수 있는 공유 부대역의 수(
Figure 112014040937709-pat00022
)를 결정하는 단계(510) 및 펨토셀 기지국(HeNB)이 기준 거리에 위치한 이웃 HeNB가
Figure 112014040937709-pat00023
개의 공유 부대역 중에서 동일한 이웃 공유 부대역을 사용하도록 설정하는 단계(520)를 포함한다.
520 단계에서
Figure 112014040937709-pat00024
개의 공유 부대역은 전체 주파수 대역을
Figure 112014040937709-pat00025
개로 균등하게 분할한 것이다.
본 발명은 MeNB는 주기적으로 자신의 통신반경 내에서 무선자원을 사용 중인 HeNB의 수를 파악한다. 이 후 MeNB는 MUE의 SIR 요구조건을 만족시키기 위한 HeNB와의 상호 간섭을 추정하고, 원하는 HeNB와의 상호 간섭을 얻기 위한 공유 부대역의 수(
Figure 112014040937709-pat00026
)를 결정한다. MeNB는 공유 부대역의 수(
Figure 112014040937709-pat00027
)의 정보를 주기적으로 방송메시지에 포함하여 이를 HeNB에 전달한다.
공유 부대역의 개수를 파악한 HeNB는 MUE에 주는 상호 간섭을 최소화하기 위해 지역적으로 인접한 HeNB들이 동일 부대역을 사용하도록 군집화를 수행한다. 군집화를 위해 HeNB는 다수의 이웃 HeNB들이 사용하여 RSS가 높은 부대역을 선택하여 사용한다. 더불어 HeNB 사이의 과도한 군집화를 막기 위해, HeNB는 각 부대역에서 HUE의 SIR을 추정하고 특정 SIR보다 낮은 SIR을 가지는 공유 부대역은 선택하지 않는다.
MeNB에 의한 공유 부대역의 수를 결정하는 단계(510)는 MeNB가 MUE의 SIR 문턱값(
Figure 112014040937709-pat00028
)과 자신의 통신반경 내에 특정 부대역을 공유하는 HeNB의 밀집도를 고려하여 공유 부대역의 수를 결정하는 단계이다. HeNB의 밀집도(
Figure 112014040937709-pat00029
)는 MeNB의 통신반경 내에서 동작 중인 HeNB의 수를 통신반경의 면적비를 통해 확인한다.
공유 부대역의 수를 결정하는 단계(510)는 공동 부대역을 사용하는 펨토셀 기지국(HeNB)의 밀집도(
Figure 112014040937709-pat00030
)에 따른 매크로셀 단말(MUE) i의 SIR값과 문턱값(
Figure 112014040937709-pat00031
)을 비교하여 결정한다.
공유 부대역의 수를 결정하는 단계(510)는 임시 공유 부대역의 수를 1부터 증가시키면서 밀집도(
Figure 112014040937709-pat00032
)에 따른 펨토셀 기지국(HeNB)과 매크로셀 단말(MUE) i의 상호간섭을 연산하고(511), 연산과정마다 상호간섭을 기준으로 SIR 값을 연산하고(512), 연산된 SIR값과 문턱값(
Figure 112014040937709-pat00033
)을 비교하여(513) SIR값이 문턱값(
Figure 112014040937709-pat00034
)보다 큰 경우의 임시 공유 부대역의 수를 공유 부대역의 수로 결정한다(514).
도 3은 매크로셀 기지국이 펨토셀 기지국이 사용할 수 있는 공유 부대역의 수를 결정하는 단계에 대한 개략적인 순서도이다.
구체적으로 공유 부대역의 수를 결정하는 단계는
Figure 112014040937709-pat00035
로 표현되는 밀집도(
Figure 112014040937709-pat00036
)에 따른 상호간섭을 연산하는 단계, 상호간섭을 기준으로 매크로셀 단말(MUE) i의 SIR값(
Figure 112014040937709-pat00037
)을 연산하는 단계 및
Figure 112014040937709-pat00038
과 문턱값(
Figure 112014040937709-pat00039
)을 비교하면서
Figure 112014040937709-pat00040
>
Figure 112014040937709-pat00041
이 되는 경우의
Figure 112014040937709-pat00042
를 공유 부대역의 수(
Figure 112014040937709-pat00043
)로 결정하는 단계를 포함한다.
공유 부대역의 수가 결정될 때까지 자연수인
Figure 112014040937709-pat00044
를 1부터 증가시키면서 상호간섭을 연산하는 단계, SIR값을 연산하는 단계 및 결정하는 단계를 반복하여 수행한다. 여기서
Figure 112014040937709-pat00045
는 임시 공유 부대역의 수이고, 최종적인 공유 부대역의 수는
Figure 112014040937709-pat00046
이다.
MUE의 SIR 값은 아래의 수학식 1과 같이 표현될 수 있다.
Figure 112014040937709-pat00047
여기서, x i는 MUE i와 MeNB 사이의 거리, h는 채널이득, α는 신호감쇄지수, P m은 MeNB의 송신전력, P f는 HeNB의 송신전력, φf는 상호간섭을 주는 HeNB와 MUE i의 거리 집합이다.
HeNB와 MUE 사이의 상호 간섭은 MeNB와 특정 부대역을 공유하는 HeNB의 밀집도(
Figure 112014040937709-pat00048
)에 의해 결정된다. HeNB가 전체 시스템 주파수 대역을 다수의 공유 부대역으로 나누고 그 중 하나를 선택하여 이용할 때, MeNB와 특정 부대역을 공유하는 HeNB의 밀집도(
Figure 112014040937709-pat00049
)는 무선자원을 사용하는 전체 HeNB의 밀집도(
Figure 112014040937709-pat00050
)와 공유 부대역 개수(
Figure 112014040937709-pat00051
)의 비(
Figure 112014040937709-pat00052
)로 얻어진다.
공동 부대역을 사용하는 HeNB의 밀집도(
Figure 112014040937709-pat00053
)는 MUE에 상호간섭을 주는 HeNB 수를 결정한다. 상기 수학식 1에서 상호관섭과 관련된 수식은
Figure 112014040937709-pat00054
이다. 이 식에서 밀집도(
Figure 112014040937709-pat00055
)가 낮을 경우 φf에 포함된 원소의 개수가 적기 때문에 상호간섭이 줄어들고, 밀집도(
Figure 112014040937709-pat00056
)가 높은 경우에는 φf에 포함된 원소의 개수가 많아져 상호간섭이 증가하게 된다.
도 4(a)는 펨토셀 기지국이 이웃 펨토셀 기지국이 동일한 이웃 공유 부대역을 사용하도록 설정하는 단계에 대한 개략적인 순서도이고, 도 4(b)는 이웃 공유 부대역을 선택하기 위한 후보 공유 부대역을 선택하는 단계에 대한 개략적인 순서도이다.
설정하는 단계는 HeNB가 결정된 공유 부대역에서 RSS를 측정하고, RSS를 이용하여 펨토셀 단말(HUE)의 QoS 조건을 만족하는 이웃 공유 부대역을 선택한다.
도 4(a)에 도시된 바와 같이, 설정하는 단계는 HeNB가
Figure 112014040937709-pat00057
개의 공유 부대역 각각에서 RSS를 측정하는 단계, HeNB가 공유 부대역 각각에서 펨토셀 단말(HUE)의 QoS 조건을 만족하는 후보 공유 부대역을 선택하는 단계 및 HeNB가 후보 공유 부대역 중에서 이웃 공유 부대역을 선택하는 단계를 포함한다.
도 4(b)에 도시된 바와 같이 후보 공유 부대역을 선택하는 단계는 HeNB가 측정한 RSS를 가상 HeNB로부터 수신한 것으로 가정하고 HeNB(k)와 가상 HeNB(l) 사이의 거리(d k,l)를 추정하는 단계, HeNB가 거리(d k,l)를 이용하여 펨토셀 단말(HUE)의 SIR 값을 추정하고, SIR 값이 문턱값(
Figure 112014040937709-pat00058
)보다 낮은 지역(Orthogonal Area, 이하 'OA'라 함)을 추정하는 단계, HeNB가 전체 통신반경면적에서 낮은 지역(OA)이 차지하는 비율(ROA)을 기준으로 후보 공유 부대역을 결정하는 단계를 포함한다.
HUE의 SIR 값은 아래의 수학식 2와 같이 표현될 수 있다.
Figure 112014040937709-pat00059
여기서, P f는 HeNB의 송신전력, h는 채널이득, α는 신호감쇄지수, x 및 y는 HUE의 좌표 위치이다.
전술한 MUE의 SIR 문턱값(
Figure 112014040937709-pat00060
) 및 HUE의 SIR 문턱값(
Figure 112014040937709-pat00061
)은 서비스 품질에 의해 사전에 결정되는 것이다. 이동통신서비스의 품질은 이동통신사업자가 결정하거나 또는 통신정책에 따라 결정될 수 있다.
QoS 만족 여부를 판단하는 단계는 공유 부대역에서 추정된 ROA가 0(zero)인 경우 공유 부대역을 후보 공유 부대역으로 판단한다.
결국 동일한 공유 부대역인 이웃 공유 부대역을 공유하는 HeNB들은 ROA값에 따라 결정된다. 즉, 인접한 HeNB의 그룹화는 ROA에 의해 결정된다. 지역적으로 인접한 HeNB들이 그룹화가 완료되었고 공동 부대역 A을 사용하는 환경에서 한 HeNB가 새롭게 자신의 그룹을 결정할 때, 해당 HeNB는 인접한 HeNB들이 사용하는 공동 부대역 A에 대한 ROA 값을 추정하고 추정된 ROA의 값에 0일 경우에만 해당 그룹을 선택하여 공동 부대역 A를 사용한다. 공동 부대역 A를 사용하는 HeNB 그룹에 포함된 HeNB의 수가 많아 그룹 내 HeNB 간의 간섭이 큰 경우, 공동 부대역 A에서 추정한 ROA의 값이 0보다 커져 HeNB는 더 이상 해당 그룹을 선택하지 않아 더 이상 그룹화가 이루어지지 않는다.
이웃한 HeNB들에 대한 이웃 공유 부대역을 선택하는 단계는 후보 공유 부대역에서 RSS가 가장 높은 값을 갖는 후보 공유 부대역을 이웃 공유 부대역으로 선택하고, 만약 선택된 후보 공유 부대역이 없다면
Figure 112014040937709-pat00062
개의 공유 부대역 중 임의의 하나를 이웃 공유 부대역을 선택한다.
도 5는 도 4에서 도시한 펨토셀 기지국이 이웃 펨토셀 기지국이 동일한 이웃 공유 부대역을 사용하도록 설정하는 단계에 대한 다른 순서도이다. 도 5는 순서도를 도시하고 있지만, 동시에 일종의 수도코드(pseudo code)를 기재하고 있다.
도 5에 표시된 변수
Figure 112014040937709-pat00063
는 HeNB가 사용할 수 있는 공동 부대역의 수이고,
Figure 112014040937709-pat00064
는 HUE의 SIR 문턱값이고, S는 후보 공유 부대역의 집합이고, FBS는 가상 펨토셀 기지국(HeNB)이고, s i는 i번째 부대역이고, Ωk,l.i는 s i에서 HeNB(k)와 가상 HeNB(l) 사이의 거리(d k,l)에 따른 ROA값을 의미한다.
전체적으로 i가 1부터 시작하여
Figure 112014040937709-pat00065
개가 될 때까지 각 공유 부대역에 대해서 RSS를 측정하여 ROA를 연산하는 과정을 반복한다. 모든 공유 부대역에 대하여 ROA를 측정하고, ROA가 0인 경우 S에 해당 공유 부대역(s i)을 추가한다. 최종적으로 S가 공집합이 아니라면 RSS가 가장 높은 값을 갖는 후보 공유 부대역을 이웃 공유 부대역으로 선택하고, 만약 S가 공집합이라면
Figure 112014040937709-pat00066
개의 공유 부대역 중 임의의 하나를 이웃 공유 부대역을 선택한다.
도 6은 펨토셀 기지국이 RSS를 측정하는 단계에서 하나의 가상 펨토셀 기지국(HeNB)으로부터 전송받는 신호의 세기로 가정하는 과정을 도시한 예시도이다.
도 6과 같이 한 공유 부대역 내에서 측정한 RSS를 동일 공유 부대역을 사용하는 다수의 HeNB로부터 수신한 것이 아닌 하나의 가상 HeNB로부터 전송받은 신호의 세기로 인지한다. 가상 HeNB는 각 공유 부대역에서 ROA를 연산하기 위하여 도입한 것이다. 하나의 HeNB에게 간섭을 주는 가상 HeNB의 수는 공유 부대역 개수(
Figure 112014040937709-pat00067
)와 동일하다.
도 7은 펨토셀 기지국에서 전체 통신반경면적에서 낮은지역(Orthogonal Area)이 차지하는 비율을 도시한 예시도이다.
도 7과 같이 HeNB(HeNBk)와 가상 HeNB(HeNBl)와의 거리가 d k,l이고, HUE가 임의의 좌표 (x,y)에 위치한다고 가정할 때, HeNB는 자신과 HUE와의 거리 (d k), 가상 HeNB과 HUE와의 사이의 거리(d l)를 계산하여 상기 수학식 2와 같이 HUE의 SIR을 추정한다. HeNBk는 반경 rk인 통신 반경(Q)을 갖고, Q에서 SIR 문턱값(
Figure 112014040937709-pat00068
)보다 낮은 영역은 사선으로 빗금친 OA(ψ)영역이다.
도 8은 매크로셀 기지국(110) 및 펨토셀 기지국(130)이 공유 부대역을 사용하는 통신시스템(100)의 구성에 대한 개략적인 블록도이다.
이하 설명하는 매크로셀 기지국(110) 및 펨토셀 기지국(130)이 공유 부대역을 사용하는 통신시스템(100)에 대해서는 전술한 펨토셀의 주파수 대역 선택 방법에서 설명한 내용은 생략하거나 간략하게 설명하고자 한다.
본 발명에 따른 통신시스템(100)은 펨토셀 기지국(HeNB, 130)이 사용할 수 있는 공유 부대역의 수(
Figure 112014040937709-pat00069
)를 결정하는 매크로셀 기지국(MeNB, 110) 및 공유 부대역 중에서 기준 거리에 위치한 이웃 HeNB가 사용하는 이웃 공유 부대역을 선택하는 펨토셀 기지국(HeNB, 130)을 포함한다.
매크로셀 기지국(MeNB, 110)은 임시 공유 부대역의 수를 1부터 증가시키면서 밀집도(
Figure 112014040937709-pat00070
)에 따른 펨토셀 기지국(HeNB, 130)과 매크로셀 단말(MUE, 120) i의 상호간섭을 연산하고, 연산과정마다 상호간섭을 기준으로 연산된 SIR값과 문턱값을 비교하여 SIR값이 문턱값보다 큰 경우의 임시 공유 부대역의 수를 공유 부대역의 수로 결정한다. 여기서 SIR 값은 상기 수학식 1에 해당한다.
HeNB(130)는 결정된 공유 부대역에서 RSS를 측정하고, RSS를 이용하여 펨토셀 단말(HUE, 140))의 QoS 조건을 만족하는 이웃 공유 부대역을 선택한다.
HeNB(130)는
Figure 112014040937709-pat00071
개의 공유 부대역 각각에서 RSS를 측정하는 RSS 측정부(131), 측정한 RSS를 가상 HeNB로부터 수신한 것으로 가정하고 HeNB(k)와 가상 HeNB(l) 사이의 거리(d k,l)를 추정하는 거리 추정부(132), 거리(d k,l)를 이용하여 펨토셀 단말(HUE)의 SIR 값을 추정하고, SIR 값이 문턱값(
Figure 112014040937709-pat00072
)보다 낮은 지역(OA)을 추정하는 지역 추정부(133), 전체 통신반경면적에서 낮은 지역(OA)이 차지하는 비율(ROA)을 기준으로 QoS 만족 여부로 후보 공유 부대역을 선택하는 후보 선택부(134) 및 후보 공유 부대역 또는 공유 부대역을 기준으로 이웃 공유 부대역을 선택하는 공유 부대역 선택부(135)를 포함한다. HUE의 SIR 값은 상기 수학식 2로 표현된다.
후보 선택부(134)는 공유 부대역에서 추정된 ROA가 0(zero)인 경우 공유 부대역을 후보 공유 부대역으로 판단한다.
공유 부대역 선택부(135)는 후보 공유 부대역에서 RSS가 가장 높은 값을 갖는 후보 공유 부대역을 이웃 공유 부대역으로 선택하고, 만약 선택된 후보 공유 부대역이 없다면
Figure 112014040937709-pat00073
개의 공유 부대역 중 임의의 하나를 이웃 공유 부대역을 선택한다.
본 실시예 및 본 명세서에 첨부된 도면은 본 발명에 포함되는 기술적 사상의 일부를 명확하게 나타내고 있는 것에 불과하며, 본 발명의 명세서 및 도면에 포함된 기술적 사상의 범위 내에서 당업자가 용이하게 유추할 수 있는 변형 예와 구체적인 실시예는 모두 본 발명의 권리범위에 포함되는 것이 자명하다고 할 것이다.
100 : 통신시스템 110 : 매크로셀 기지국(MeNB)
120 : 매크로셀 단말(MUE) 130 : 펨토셀 기지국(HeNB)
131 : RSS 측정 132 : 거리 추정부
133 : 지역 추정부 134 : 후보 선택부
135 : 공유 부대역 선택부 140 : 펨토셀 단말(HUE)

Claims (8)

  1. 매크로셀 기지국(MeNB) 및 펨토셀 기지국(HeNB)이 공유 부대역을 사용하는 통신시스템에서
    상기 매크로셀 기지국(MeNB)이 상기 펨토셀 기지국(HeNB)이 사용할 수 있는 상기 공유 부대역의 수(
    Figure 112014040937709-pat00074
    )를 결정하는 단계; 및
    펨토셀 기지국(HeNB)이 기준 거리에 위치한 이웃 HeNB가 상기
    Figure 112014040937709-pat00075
    개의 공유 부대역 중에서 동일한 이웃 공유 부대역을 사용하도록 설정하는 단계를 포함하되,
    상기 설정하는 단계는
    상기 HeNB가 상기
    Figure 112014040937709-pat00076
    개의 공유 부대역 각각에서 RSS를 측정하는 단계;
    상기 HeNB가 상기 공유 부대역 각각에서 펨토셀 단말(HUE)의 QoS 조건을 만족하는 후보 공유 부대역을 선택하는 단계; 및
    상기 HeNB가 상기 후보 공유 부대역 중에서 상기 이웃 공유 부대역을 선택하는 단계를 포함하고,
    상기 후보 공유 부대역을 선택하는 단계는
    상기 HeNB가 상기 측정한 RSS를 가상 HeNB로부터 수신한 것으로 가정하고 상기 HeNB(k)와 상기 가상 HeNB(l) 사이의 거리(d k ,l)를 추정하는 단계;
    상기 HeNB가 상기 거리(d k ,l)를 이용하여 상기 펨토셀 단말(HUE)의 SIR 값을 추정하고, 상기 SIR 값이 문턱값(
    Figure 112014040937709-pat00077
    )보다 낮은 지역(OA)을 추정하는 단계;
    상기 HeNB가 전체 통신반경면적에서 상기 낮은 지역(OA)이 차지하는 비율(ROA)을 기준으로 상기 QoS 만족 여부를 판단하는 단계를 포함하는 펨토셀의 주파수 대역 선택 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 SIR 값은 아래의 식으로 표현되는 펨토셀의 주파수 대역 선택 방법.
    Figure 112014040937709-pat00078

    (여기서, P f는 HeNB의 송신전력, h는 채널이득, α는 신호감쇄지수, x 및 y는 HUE의 좌표 위치임)
  3. 제1항에 있어서,
    상기 QoS 만족 여부를 판단하는 단계는
    상기 공유 부대역에서 추정된 상기 ROA가 0(zero)인 경우 상기 공유 부대역을 상기 후보 공유 부대역으로 판단하는 펨토셀의 주파수 대역 선택 방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 이웃 공유 부대역을 선택하는 단계는
    상기 후보 공유 부대역에서 RSS가 가장 높은 값을 갖는 후보 공유 부대역을 상기 이웃 공유 부대역으로 선택하고, 만약 선택된 상기 후보 공유 부대역이 없다면
    Figure 112014040937709-pat00079
    개의 상기 공유 부대역 중 임의의 하나를 상기 이웃 공유 부대역을 선택하는 펨토셀의 주파수 대역 선택 방법.
  5. 매크로셀 기지국(MeNB) 및 펨토셀 기지국(HeNB)을 포함하는 통신시스템에 있어서,
    상기 펨토셀 기지국(HeNB)이 사용할 수 있는 공유 부대역의 수(
    Figure 112014040937709-pat00080
    )를 결정하는 매크로셀 기지국(MeNB); 및
    상기 공유 부대역 중에서 기준 거리에 위치한 이웃 HeNB가 사용하는 이웃 공유 부대역을 선택하는 펨토셀 기지국(HeNB)을 포함하되,
    상기 HeNB는
    상기
    Figure 112014040937709-pat00081
    개의 공유 부대역 각각에서 RSS를 측정하는 RSS 측정부
    상기 측정한 RSS를 가상 HeNB로부터 수신한 것으로 가정하고 상기 HeNB(k)와 상기 가상 HeNB(l) 사이의 거리(d k ,l)를 추정하는 거리 추정부;
    상기 거리(d k ,l)를 이용하여 상기 펨토셀 단말(HUE)의 SIR 값을 추정하고, 상기 SIR 값이 문턱값(
    Figure 112014040937709-pat00082
    )보다 낮은 지역(OA)을 추정하는 지역 추정부;
    전체 통신반경면적에서 상기 낮은 지역(OA)이 차지하는 비율(ROA)을 기준으로 상기 QoS 만족 여부로 후보 공유 부대역을 선택하는 후보 선택부; 및
    상기 후보 공유 부대역 또는 상기 공유 부대역을 기준으로 상기 이웃 공유 부대역을 선택하는 공유 부대역 선택부를 포함하는 매크로셀 기지국 및 펨토셀 기지국이 공유 부대역을 사용하는 통신시스템.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 SIR 값은 아래의 식으로 표현되는 매크로셀 기지국 및 펨토셀 기지국이 공유 부대역을 사용하는 통신시스템.
    Figure 112014040937709-pat00083

    (여기서, P f는 HeNB의 송신전력, h는 채널이득, α는 신호감쇄지수, x 및 y는 HUE의 좌표 위치임)
  7. 제5항에 있어서,
    상기 후보 선택부는
    상기 공유 부대역에서 추정된 상기 ROA가 0(zero)인 경우 상기 공유 부대역을 상기 후보 공유 부대역으로 판단하는 매크로셀 기지국 및 펨토셀 기지국이 공유 부대역을 사용하는 통신시스템.
  8. 제5항에 있어서,
    상기 공유 부대역 선택부는
    상기 후보 공유 부대역에서 RSS가 가장 높은 값을 갖는 후보 공유 부대역을 상기 이웃 공유 부대역으로 선택하고, 만약 선택된 상기 후보 공유 부대역이 없다면
    Figure 112014040937709-pat00084
    개의 상기 공유 부대역 중 임의의 하나를 상기 이웃 공유 부대역을 선택하는 매크로셀 기지국 및 펨토셀 기지국이 공유 부대역을 사용하는 통신시스템.
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