KR101463478B1 - 통신 네트워크에서의 방법 및 그 장치 - Google Patents

통신 네트워크에서의 방법 및 그 장치 Download PDF

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Abstract

기지국을 운영하는 방법이 제공되며, 그 방법은 기지국의 다운링크 송신에 의해 야기된 간섭으로부터 보호를 필요로 하는 기지국과 관련되지 않는 임의의 모바일 단말기가 존재하는 지를 판단하는 단계, 및 상기 판단 단계의 결과에 기초하여 기지국에 대한 최대 허용 송신 전력을 설정하는 단계를 포함한다.

Description

통신 네트워크에서의 방법 및 그 장치{A METHOD AND DEVICE IN A COMMUNICATION NETWORK}
본 발명은 기지국을 포함하는 통신 네트워크에 관한 것이며, 특히 기지국으로부터의 다운링크 송신에 대한 최대 허용 송신 전력을 제어하기 위한 방법 및 그 방법을 수행하도록 구성된 기지국에 관한 것이다.
롱 텀 에볼루션(long term evolution: LTE) 통신 네트워크(이와 달리 홈 이볼브드 노드 비(Home evolved Node B: HeNB) 또는 엔터프라이즈 이볼브드 노드 비(Enterprise evolved Node B: EeNB)로 알려짐)에서 펨토셀 기지국은 주거 용도의 또는 사무 용도의 작은 저전력 실내 셀 방식 기지국이다. 그들은 중첩하는 매크로셀 방식 LTE 네트워크로부터 이러한 환경에 적용 가능한 것보다 양호한 네트워크 가청 범위(coverage) 및 용량을 제공한다. 또한, 펨토셀 기지국은 ("백홀(backhaul)"로 알려진) 오퍼레이터 네트워크로부터 데이타를 수신하고 오퍼레이터 네트워크로 데이타를 다시 보내기 위해 광대역 접속을 사용한다.
펨토셀 기지국이 매크로셀 방식 네트워크 내의 매크로셀 기지국과 동일한 주파수를 사용할 수 있으므로 그리고 펨토셀 기지국이 매크로셀 방식 네트워크 내의 하나 이상의 매크로셀 기지국의 가청 영역 내에 위치되므로, 펨토셀 기지국을 사용하는 펨토셀 기지국으로부터 모바일 단말기(이와 달리 사용자 설비(User Equipment: UE)로 알려짐)로의 다운링크 송신이 매크로셀 기지국을 사용하는 매크로셀 기지국으로부터 모바일 단말기로의 다운링크 송신과 실질적으로 간섭하지 않는다는 것을 보장할 필요가 있다.
일반적으로, 이러한 간섭은 모바일 단말기로 신호를 송신하기 위해 펨토셀 기지국이 사용할 수 있는 전력에 대한 상한(cap)을 정해둠으로써 완화된다. 펨토셀 기지국으로부터의 특정 경로 손실(예를 들어 80dB)에서, 매크로셀 기지국으로부터 모바일 단말기에 의해 수신된 신호가 특정 품질 레벨(예를 들어 표적 신호 대 간섭 및 잡음비(signal to interface plus noise ratio: SINR))을 만족시키도록 전력에 대한 상한이 설정될 수 있다. 상한의 결정은 예를 들어 각각 0.001W 및 0.1W인 펨토셀 기지국의 송신 전력에 대한 최소 및 최대 전력 제한에 의존한다.
그러나, 이러한 접근법은 펨토셀 기지국의 송신 전력이 매크로셀 기지국과 통신하고 있으며 보호를 필요로 하는 펨토셀 기지국에 인접한 임의의 모바일 단말기가 존재하는 지에 무관하게 상한이 정해질 것이라는 점에서 제한을 갖는다. 이러한 상한에 의해 펨토셀 기지국과 통신하는 모바일 단말기에 대한 데이타 처리량이 불필요하게 제한될 수 있다.
그러므로, 기지국으로부터의 다운링크 송신에 대한 최대 허용 송신 전력을 설정하기 위한 개선된 접근법에 대한 필요성이 존재한다.
그러므로, 본 발명의 첫 번째 양상에 따라 기지국을 운영하는 방법이 제공되며, 그 방법은 기지국의 다운링크 송신에 의해 야기된 간섭으로부터 보호를 필요로 하는 기지국과 관련되지 않는 임의의 모바일 단말기가 존재하는 지를 판단하는 단계, 및 상기 판단 단계의 결과에 기초하여 기지국에 대한 최대 허용 송신 전력을 설정하는 단계를 포함한다.
본 발명의 두 번째 양상에 따라 통신 네트워크에서 사용되는 기지국이 제공되며, 그 기지국은 기지국의 다운링크 송신에 의해 야기된 간섭으로부터 보호를 필요로 하는 기지국과 관련되지 않는 임의의 모바일 단말기가 존재하는 지를 판단하며, 상기 결정 결과에 기초하여 기지국에 대한 최대 허용 송신 전력을 설정하도록 구성된다.
이제 본 발명은 첨부된 도면을 참조하여 단지 예시적으로만 상세하게 설명될 것이다.
도 1은 예시적인 통신 네트워크를 도시한다.
도 2는 본 발명에 따른 방법을 도시하는 흐름도이다.
도 3은 본 발명에 따른 방법을 보다 상세하게 도시하는 흐름도이다.
도 4a 및 도 4b는 작은 신호 대 잡음비 및 큰 신호 대 잡음비를 각각 갖는 시간 도메인 기준 신호에 대한 자기 상관 함수를 도시하는 그래프이다.
도 5는 신호 대 잡음비에 대한 자기 상관 함수 피크의 플롯을 도시하는 그래프이다.
도 6은 신호 대 잡음비에 대한 피크 전력 대 평균 전력비의 플롯을 도시하는 그래프이다.
도 7은 확산이 감소된 상태에서 신호 대 잡음비에 대한 자기 상관 함수 피크의 플롯을 도시하는 그래프이다.
도 8은 업링크에서 기준 신호의 신호 품질을 추정하는 방법을 도시하는 흐름도이다.
도 9은 매크로셀 섹터 내의 펨토셀 기지국 밀도에 대한 매크로셀 다운링크 상의 처리량에서의 변화를 도시하는 그래프이다.
도 10은 매크로셀의 가장자리에서의 사용자 설비에 대한 펨토셀 기지국 밀도에 대한 매크로셀 다운링크 상의 처리량에서의 변화를 도시하는 그래프이다.
도 11은 펨토셀 기지국 밀도에 대한 펨토셀 다운링크 상의 처리량에서의 변화를 도시하는 그래프이다.
도 12는 펨토셀의 가장자리에서의 사용자 설비에 대한 펨토셀 기지국 밀도에 대한 펨토셀 다운링크 상의 처리량에서의 변화를 도시하는 그래프이다.
비록 본 발명이 LTE 통신 네트워크 및 펨토셀 기지국 또는 HeNB를 참조하여 후술되더라도, 그 네트워크 내의 (가정 용도의 또는 사무 용도의) 펨토셀 기지국 또는 그 동등물이 배치될 수 있는 다른 유형의 제 3세대 또는 그에 후속하는 세대의 네트워크에 본 발명이 적용 가능하다는 것이 이해될 것이다. 또한, 비록 이하의 실시예에서 펨토셀 기지국 및 매크로셀 기지국이 동일한 공기 인터페이스(LTE)를 사용하더라도, 매크로셀 기지국 및 펨토셀 기지국이 동일한 또는 상응하는 주파수를 사용하지만 상이한 공기 인터페이스 방안을 사용하는 상황에서(예를 들어, 매크로셀 기지국은 WCDMA를 사용할 수 있는 반면 펨토셀 기지국은 LTE를 사용함) 본 발명이 사용될 수 있다는 것이 이해될 것이다.
또한, 비록 후술될 본 발명의 특정 실시예가 펨토셀 기지국에 대한 최대 허용 송신 전력을 제어하는 것과 관련되더라도, 매크로셀 기지국과 같은 비펨토셀 기지국(non-femtocell base station)에 대한 최대 허용 송신 전력의 제어에 본 발명이 적용될 수 있다는 것이 당업자에 의해 이해될 것이다.
도 1은 본 발명이 구현될 수 있는 예시적인 통신 네트워크(2)의 일부를 도시한다. 통신 네트워크(2)는 복수의 매크로셀 기지국(4)을 포함하며(복수의 매크로셀 기지국 중 오직 하나의 매크로셀 기지국만 도 1에 도시됨), 각각의 매크로셀 기지국은 매크로셀로 표시된 각각의 가청 영역(6)을 한정한다. LTE 통신 네트워크에서, 매크로셀 기지국(4)은 이볼브드 노드 비(evolved Node B: eNB)로서 지칭된다.
하나 이상의 펨토셀 기지국(8)(홈 eNB: HeNB)이 매크로셀 기지국(4)의 가청 영역(6) 내에 위치될 수 있으며(그럼에도 불구하고 오직 하나의 펨토셀 기지국(8)만이 도 1에 도시됨), 각각의 펨토셀 기지국(8)은 펨토셀로 표시된 각각의 가청 영역(10)을 한정한다.
도 1이 축척대로 도시되지 않았으며, 대부분의 현실 세계에서의 구현예에서 펨토셀 기지국(8)의 가청 영역(10)이 매크로셀 기지국(4)의 가청 영역(6)보다 상당히 작을 것이라는 것이 이해될 것이다.
복수의 모바일 단말기(12)(UE)도 또한 매크로셀 기지국(4)의 가청 영역(6) 내의 통신 네트워크(2) 내에 위치된다.
네 개의 모바일 단말기(12a, 12b, 12c 및 12d)는 각각 매크로셀 기지국(4)과 관련되는데, 이는 그 모바일 단말기들이 매크로셀 기지국(4)을 사용하여 제어 시그널링(control signalling) 및/또는 데이타를 송신하고 그리고/또는 수신한다는 것을 의미한다. 비록 모바일 단말기(12d)가 펨토셀 기지국(8)의 가청 영역(10) 내에도 또한 위치하더라도, 모바일 단말기(12d)는 매크로셀 기지국(4)과 관련된다(이는 모바일 단말기(12d)에 대한 매크로셀 기지국(4)의 신호 세기가 펨토셀 기지국(8)의 신호 세기보다 상당히 낫다는 것에 기인할 수 있거나 또는 펨토셀 기지국(8)이 모바일 단말기(12d) 등을 갖지 않는 특정 가입자에게 제한될 수 있다)는 것에 주목할 것이다. 모바일 단말기(12a, 12b, 12c 및 12d)는 매크로셀 기지국(4)과 관련된 모바일 단말기/사용자 설비(user equipment: UE)이므로, 모바일 단말기(12a, 12b, 12c 및 12d)는 본 명세서에서 집합적으로 "매크로-UE(macro-UE)"로 지칭된다.
두 개의 추가적인 모바일 단말기(12e 및 12f)는 펨토셀 기지국(8)의 가청 영역(10) 내에 위치되고 현재는 펨토셀 기지국(8)과 관련되는데, 이는 그 모바일 단말기들이 펨토셀 기지국(8)을 사용하여 제어 시그널링 및/또는 데이타를 송신하고 그리고/또는 수신한다는 것을 의미한다. 모바일 단말기(12e 및 12f)는 펨토셀 기지국(8)과 관련된 모바일 단말기/사용자 설비(UE)이므로, 모바일 단말기(12e 및 12f)는 본 명세서에서 집합적으로 "펨토-UE(femto-UE)"로 지칭된다.
전술된 바와 같이, 펨토셀 기지국(8)으로부터 펨토-UE(12e 및 12f)로의 다운링크 송신에 의해 (매크로-UE(12d)와 같은) 인접한 매크로-UE가 매크로셀 기지국(4)으로부터의 다운링크 송신을 성공적으로 수신할 수 있는 것이 방해되지 않는다는 것을 보장할 필요가 있다. 펨토셀 기지국(8)로부터 펨토-UE(12e 및 12f)로의 다운링크 송신에 의해 이들 모바일 단말기들이 그 펨토셀 기지국으로부터의 다운링크 송신을 성공적으로 수신하는 것이 방해되지 않아야 하므로, 또다른 펨토셀 기지국과 연관된 모바일 단말기에 대해서 유사한 요건이 존재한다.
전술된 바와 같이, 통상적인 네트워크에서 신호를 펨토-UE로 송신하기 위해 펨토셀 기지국(8)에 의해 사용된 송신 전력에 대해 상한을 적용함으로써 이러한 문제가 해결된다. 이러한 상한은 이들 다운링크 신호가 펨토셀 기지국(8)의 가청 영역(10) 내에 또는 그 근처에 있는 펨토셀 기지국(8)과 관련되지 않는 (도 1에 도시된 모바일 단말기(12d)와 같은) 모바일 단말기에 대한 바람직하지 않은 간섭 레벨을 야기하는 것을 방해하는 값으로 설정된다. 이러한 상한은 펨토셀 기지국(8)의 가청 영역(10) 내에 또는 그 근처에 임의의 모바일 단말기가 존재하는 지에 무관하게 송신 전력에 적용된다(따라서 예를 들어 심지어 모바일 단말기(12d)가 존재하지 않더라도 상한이 적용될 것이다).
그러나, (도 2에 도시된 바와 같이) 본 발명에 따르면, 펨토셀 기지국(8)의 다운링크 송신에 의해 야기된 간섭으로부터 보호를 필요로 하는 펨토셀 기지국(8)과 관련되지 않는 임의의 모바일 단말기가 존재하는 지를 판단하고(단계 101), 그에 따라 펨토셀 기지국(8)에 대한 송신 전력 상한이 설정된다(단계 102).
본 발명에 따라 펨토셀 기지국(8)을 운용하는 보다 상세한 방법이 도 3에 도시되어 있다. 도 3에서, 단계 111, 113, 117 및 119는 도 2에서의 판단 단계(단계 101)에 상응한다.
이하에서, 비록 매크로셀 기지국(4)와 관련된 모바일 단말기(12d)(즉, 매크로-UE)를 펨토셀 기지국(8)로부터의 다운링크 송신으로부터 보호하는 것과 관련하여 본 발명이 설명되더라도, 또다른 펨토셀 기지국과 관련된 모바일 단말기를 보호하기 위해 유사한 방법이 사용될 수 있다는 것이 이해될 것이다.
단계 111에서, 펨토셀 기지국(8)은 매크로셀 기지국(4)으로부터 다운링크 송신을 수신하는 임의의 매크로-UE(12)가 존재하는 지를 확인하게 된다.
LTE에서, 매크로셀 기지국(4)으로부터 다운링크 송신을 수신하기 전에, 또는 이를 수신하는 동안에, 또는 이를 수신한 후에, 매크로-UE(12)는 매크로셀 기지국(4)으로 예를 들어 수신확인(acknowledgement)(ACK/NACK) 신호, 채널 품질 표시(channel quality indicator: CQI), 음성 신호, 데이타 신호 등과 같은 정보를 송신한다. 그러므로, 펨토셀 기지국(8)은 다운링크 송신으로부터 보호를 필요로 할 수 있는 인접한 임의의 모바일 단말기가 존재하는 지를 판단하기 위해 이들 송신을 위해 매크로-UE에 의해 사용된 업링크 채널을 모니터할 수 있다.
단계 113에서, 단계 111에서 검출된 임의의 신호가 펨토셀 기지국(8)에 의해 제공되지 않는 (또는 그와 관련되지 않는) 모바일 단말기로부터 생성되는 지가 판단된다.
펨토셀 기지국(8)이 매크로-UE(12)로부터 임의의 신호를 검출하지 않으면, 펨토셀 기지국(8)은 그 다운링크 송신으로부터 보호를 필요로 하는 인접한 매크로-UE가 없다는 것을 가장할 수 있다. 이 경우에, 단계 115에서, 펨토셀 기지국(8)에 대한 최대 허용 송신 전력이 설정된 값으로, 예를 들어 송신 전력에 대한 상한(예를 들어 LTE에서 0.1W)으로 설정될 수 있다. 그런 다음, 본 방법은 단계 111로 회귀되어 주기적으로 반복된다.
펨토셀 기지국(8)이 매크로-UE(12)로부터 신호를 검출하지 않으면, 본 방법은 단계 117로 진행하며, 그 단계에서 펨토셀 기지국(8)은 검출 신호의 품질을 추정한다. 이러한 품질은 신호 대 잡음비(signal to noise ratio: SNR), 신호 대 잡음 및 간섭 비(signal to noise and interference ratio: SNIR), 신호 세기 또는 송신 신호의 품질에 대한 임의의 다른 측정치일 수 있다. 몇몇 실시예에서, 펨토셀 기지국(8)은 업링크 내의 신호를 검출하는 방법에 따라 복수의 매크로-UE(12)로부터 신호를 구별할 수 있으며, 각각의 신호의 품질을 추정할 수 있다. 그러나, 또 다른 실시예에서, 펨토셀 기지국(8)은 신호를 구별할 수 없으며 따라서 최대 품질로 신호에 대한 추정을 수행한다.
바람직한 실시예에서, 펨토셀 기지국(8)은 자드오프-추(Zadoff-Chu) 기준 신호의 특성을 확인하며, 이 신호의 신호 대 잡음비를 추정한다. 이러한 실시예는 도 4를 참조하여 이하에서 상세하게 설명된다. 이 실시예에서 펨토셀 기지국(8)은 복수의 매크로-UE(12)로부터의 신호를 구별하지 않으며 따라서 최대 품질로 신호에 대한 SNR을 추정하는 것을 주목할 것이다.
또 다른 실시예에서, 펨토셀 기지국(8)은 업링크 내의 데이타를 검출하고 복호화하며 데이타 신호의 품질을 결정한다. 업링크 내의 신호의 품질을 결정하기 위해 펨토셀 기지국(8)에 의해 또 다른 기법이 사용될 수 있다는 것이 당업자에 의해 이해될 것이다.
그런 다음, 펨토셀 기지국(8)은 추정 품질(또는 펨토셀 기지국(8)이 복수의 신호에 대한 품질을 추정할 수 있는 경우에는 최대 추정 품질)을 문턱값과 비교한다(단계 119). 품질이 신호 대 잡음비인 바람직한 실시예에서, 문턱값은 10dB 내지 30dB 범위 내의 값일 수 있다.
매크로-UE(12)에서 매크로셀 기지국(4)로부터 수신된 다운링크 신호가 비교적 약할 것이므로, 매크로-UE(12)가 매크로셀 기지국(4)의 가청 영역(6)의 가장자리에 인접할 때, 매크로-UE(12)는 펨토셀 기지국(8)의 다운링크 송신으로부터 최상의 보호를 필요로 할 것이다. 이 상황에서, (매크로셀 기지국(4)으로부터의 거리 때문에) 매크로-UE(12)는 그 업링크 신호를 비교적 큰 전력으로 송신하는 것을 필요로 할 것이다. (매크로-UE(12d)의 송신 전력 및 펨토셀 기지국(8)에 대한 근접성에 의해 영향을 받게 될) 업링크 신호의 품질을 추정함으로써, 펨토셀 기지국(8)은 매크로-UE(12)가 펨토셀 기지국(8)의 다운링크 송신으로부터 보호를 필요로 하는 지를 그리고/또는 그 보호를 필요로 하는 정도를 결정할 수 있다.
그러므로, 추정 품질이 문턱값을 초과하면, 펨토셀 기지국(8)은 신호를 발생시킨 매크로-UE(12)가 펨토셀 기지국(8)의 다운링크 송신으로부터 상당한 보호를 필요로 하며, 펨토셀 기지국(8)에 대한 최대 허용 송신 전력은 상기 설정된 값보다 작은 값으로 설정되어야 한다고 가정한다(단계 121). 예를 들어, 최대 허용 송신 전력은 송신 전력에 대한 하한(예를 들어 LTE에서 0.001W)으로 설정될 수 있다.
하나의 실시예에서, 펨토셀 기지국(8)이 최대 허용 송신 전력을 설정함으로써, 펨토셀 기지국(8)으로부터의 특정 경로 손실(pathloss)(예를 들어 80dB)에서, 매크로셀 기지국(4)으로부터 매크로-UE(12d)에 의해 수신된 신호가 통상적인 네트워크에서와 같이 특정 품질 레벨(예를 들어 표적 신호 대 간섭 및 잡음 비(signal to interference plus noise ratio: SINR))을 만족시키거나 또는 이를 만족시키도록 추정된다.
그런 다음, 본 방법은 단계 111로 회귀되어 주기적으로 반복된다.
추정 품질이 문턱값을 초과하지 않으면, 펨토셀 기지국(8)은 최대 허용 송신 전력을 송신 전력에 대한 상한과 하한 사이에 있는 중간값으로 설정한다(단계 123). 따라서, 펨토셀 기지국(8)은 펨토셀 기지국(8)으로부터의 다운링크 송신이 통상적인 기법이 허용하는 것보다 큰 전력으로 송신되도록 허용하면서 매크로-UE(12d)에 대한 몇 가지 보호를 제공한다. 이런 방식으로, 펨토-UE(12e 및 12f)에 대한 데이타 처리량이 통상적인 기술보다 개선될 수 있다.
바람직한 실시예에서, 최대 허용 송신 전력에 대한 중간값은 신호의 추정 품질과 문턱값 사이의 차이에 기초하여 선택된다. 특히, 최대 허용 송신 전력에 대한 값은 신호의 추정 품질과 문턱값 사이의 차이에 비례하여 (해당되는 경우에는 최대로 상한까지) 증가될 수 있다. 품질이 신호 대 잡음비인 바람직한 실시예에서, 추정 SNR이 문턱값보다 5dB 작으면, 최대 허용 송신 전력에 대한 상한을 조건으로 하여 최대 허용 송신 전력을 상기 설정된 값보다 작은 값보다 5dB 크게 설정할 수 있다.
다시, 본 방법은 단계 111로 회귀되어 주기적으로 반복된다.
본 발명의 또 다른 구현예에서, 단계 113 및 117이 조합될 수 있으며, 그 단계에서 펨토셀 기지국(8)은 업링크 내의 신호의 품질(예를 들어 SNR)을 추정하며, 추정 품질이 특정 문턱값보다 크면, 매크로-UE(12)가 검출된 것으로 추정된다. 이러한 문턱값은 단계 119에서 사용된 문턱값과 동일하거나 상이할 수 있다.
(예를 들어 매크로-UE(12d)가 매크로셀 기지국(4)으로부터 임의의 다운링크 송신을 수신하지 않는다면) 매크로-UE(12)는 그와 관련된 매크로셀 기지국(4)으로 어느 것도 송신할 필요 없이 펨토셀 기지국(8)의 부근으로 (즉, 펨토셀 기지국(8)의 가청 영역(10) 내로 또는 그 근처로) 이동할 수 있으며, 이는 단계 111에서 펨토셀 기지국(8)이 매크로-UE(12d)를 검출할 수 없을 것이라는 것을 의미한다는 것이 이해될 것이다.
그러나, 매크로-UE(12d)가 매크로셀 기지국(4)으로부터 다운링크 제어 채널(예를 들어 방송 채널(broadcast channel: BCH) 또는 물리적 다운링크 제어 채널(physical downlink control channel: PDCCH)을 모니터하는 것을 필요로 할 수 있으므로, 매크로-UE(12d)가 이들 다운링크 송신을 수신할 수 있는 것을 보장할 필요가 있다. 비록 이들 채널이 간섭에 대해 비교적 강건하도록 설계되더라도, 송신 전력이 충분히 크면 펨토셀 기지국(8)은 이들 채널과 여전히 간섭할 수 있다.
그러므로, 하나의 실시예에서, 단계 111 및 113에서 펨토셀 기지국(8)이 임 의의 신호를 검출하는 지에 무관하게 펨토셀 기지국(8)의 부근에서 매크로-UE(12d)에 대한 최대 보호를 제공하기 위해, 펨토셀 기지국(8)은 최대 허용 송신 전력을 주기적으로 또는 간헐적으로 하한으로 설정한다. 예를 들어, 펨토셀 기지국(8)은 최대 허용 송신 전력을 1초마다 100밀리초 동안 하한으로 설정할 수 있다. 이는 임의의 업링크 신호를 송신하지 않는 임의의 매크로-UE(12d)가 매크로셀 기지국(4)으로부터의 다운링크 송신에 귀를 기울이는 기회를 제공할 것이다.
또 다른 실시예에서, 매크로셀 기지국(4)이 제어 채널 신호를 송신할 때와 동시에 펨토셀 기지국(8)이 신호를 송신할 때마다 펨토셀 기지국(8)은 최대 허용 송신 전력을 하한으로 설정할 수 있다. 특히, 펨토셀 기지국(8)은 매크로셀 기지국(4)과 대체로 동기될 것이며 제어 채널 신호는 미리 정해진 회수로 그리고 미리 정해진 자원 블록(resource block: RB) 상에 보내질 것이며, 그에 따라 펨토셀 기지국은 매크로셀 기지국(4)이 제어 채널 신호를 언제 송신하는 지를 인지할 것이다. 예를 들어, LTE에서, 몇몇 제어 채널 신호는 1 밀리초당 한 번씩 송신되며(예를 들어 PFICH, PDCCH), 14개의 심볼 중 처음 네 개의 심볼이 제어 채널 신호를 이송하면서 1초마다 송신된다. 다른 제어 채널(예를 들어 PBCH, PSCH)은 덜 자주 보내지며 이용 가능한 자원 블록의 부분집합 및 매 140개의 심볼 당 대략 7개의 심볼을 사용한다.
업링크 기준 신호의 품질의 추정
전술된 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예에서, 펨토셀 기지국(8)은 자드오프-추 기준 신호의 특성을 확인하고 이 신호의 신호 대 잡음비(SNR)를 추정한다.
WCDMA 네트워크와 달리, LTE에서 업링크 기준 신호의 특성은 데이타 송신 및 열 잡음의 특성과 상당히 다르다. 이러한 방법은 시간 도메인 기준 신호의 일부와 (필터링된) 가우시안 잡음 사이의 자기 상관 함수에서의 차이를 이용한다.
작은 개수의 주파수 도메인 자원 블록을 차지하는 업링크 기준 신호에 대해, 큰 SNR을 갖는 자기 상관 함수가 (필터링된) 가우시안 잡음 때문에 그와 다를 것이라고 기대될 것이다. 그러나, 심지어 50 개의 자원 블록(10 MHz 시스템에 대한 최대값)과 같은 스펙트럼상 평탄한 광대역 기준 신호를 이용하더라도, 시간 도메인 기준 신호의 일부의 자기 상관 함수는 필터링된 가우시안 잡음인 경우와 다르다.
비록 자기 상관 함수의 본질이 특정 자드오프-추 기반 시퀀스에 따라 달라지더라도, 이는 모든 자드오프-추 기반 시퀀스에 대해 사실이다. 50 개의 자원 블록을 갖는 작은 SNR인 경우 및 큰 SNR인 경우에 대한 자기 상관 함수의 예는 도 4a 및 도 4b에 각각 도시되어 있다.
작은 SNR인 경우는 필터링된 가우시안 잡음의 자기 상관 함수에 의해 좌우되는 반면 큰 SNR인 경우는 기준 신호의 자기 상관 함수에 의해 좌우된다는 것을 도 4에서 알 수 있다.
도 5는 시뮬레이션 결과를 도시하며, 그 결과에서 중앙 탭을 배제한 상태로 단일 기준 신호로부터의 자기 상관 피크가 SNR에 대해 도시된다. 이러한 플롯은 일정 범위의 상이한 기준 신호 매개변수, 자원 블록의 개수, 매크로-UE의 개수, 각각의 매크로-UE로부터의 SNR 및 주파수 자원 할당에 대하여 획득되었다. 시뮬레이션은 또한 페이딩 효과(fading effects)도 포함했다.
그러므로, 자기 상관 함수에 기초하여 많은 경우에 SNR을 추정하거나 예측하기 위해 이러한 측정치(metric)가 사용될 수 있다는 것을 도 5로부터 알 수 있다. 그러나, 비록 SNR이 크더라도 측정치가 여전히 작은 많은 점들이 플롯 내에 존재한다. 플롯의 우측에서의 이러한 확산(scatter)은 잠재적으로 문제가 되는 데, 왜냐하면 이들 경우에 인접한 매크로-UE는 펨토셀 기지국(8)에 의해 보호될 수 없기 때문이다. 이러한 확산은 상이한 자드오프-추 기반 시퀀스의 자기 상관 함수들 사이의 차이뿐만 아니라 페이딩에 기인할 수 있다.
SNR의 추정을 위한 또 다른 종류의 측정치는 시간 도메인 파형의 통계에 기초할 수 있다. 하나의 단순한 측정치는 피크 전력 대 평균 전력비(peak to average power ratio: PAPR)이다. 큰 SNR 기준 신호는 작은 PAPR을 가져야 하는 반면, 가우시안 잡음은 비교적 큰 PAPR을 갖는다.
이러한 측정치에 대한 결과는 도 6에 도시되어 있으며, 자기 함수 측정치보다 PAPR 측정치에서 분명한 훨씬 큰 확산이 존재하며, 그러므로 PAPR 측정치(및 전력의 통계에 기초한 다른 측정치)가 업링크 기준 신호의 SNR을 추정하기에 덜 매력적이라는 것을 알 수 있다.
그러나, 자기 상관 측정치와 PAPR 측정치 사이의 확산은 독립적이며, 즉 큰 SNR을 갖지만 비정상적으로 작은 자기 상관 측정치를 갖는 문제가 되는 점들에 대해 PAPR이 (큰 SNR 신호에 대해 기대되는 바와 같이) 여전히 작은 경향이 있다는 것이 관측되었다. 이러한 점들에 대해, 자기 상관 측정치는 (위로) 조정될 수 있다. 이러한 접근법은 자기 상관 측정치 내에서 확산을 감소시키기 위해 사용될 수 있으며, 그에 따라 SNR의 추정을 개선시킨다. 예를 들어, (선형 유닛에서) PAPR p가 3보다 작으면, 최소값이 측정치에 적용될 수 있으며, 이러한 최소값은 400+(3-p)*50으로 주어진다.
자기 상관 측정치에서 확산을 추가로 줄이기 위한 두 개의 추가적인 접근법이 확인되었다.
먼저, 기준 신호의 자기 상관 피크가 주 중앙 피크로부터의 거리에 따라 크기에서 감소하는 경향이 있으므로, 자기 상관 함수에 대한 다소간의 성형이 적용될 수 있다. "거짓 검출"율("false detection" rate)에서의 증가를 회피하기 위해, 자기 상관 함수에서 잡음 레벨보다 이미 상당히 큰 샘플에 대해서만 이것이 행해지는 것이 중요하며, 따라서 이러한 성형을 적용하기 전에 문턱값이 적용된다. 예를 들어, 측정치가 120보다 크고, 중앙 탭으로부터의 오프셋이 n이면, 측정치는 0.6n만큼 증가될 수 있다.
다음으로, 복수의 측정에 대한 결과를 획득함으로써, 예를 들어 4개 또는 8개의 측정 세트로부터 획득된 최대 측정치를 취함으로써 확산이 감소될 수 있다.
이들 기법 모두를 사용함으로써, 자기 상관 측정치 내에서 확산이 상당히 줄어든다. 도 7은 자기 상관 측정치 및 SNR 사이의 결과로서 얻은 관계를 도시한다.
펨토셀 기지국(8)은 업링크 신호의 SNR을 평가하기 위해 자기 상관 함수와 SNR 사이의 관계를 사용할 수 있다. 자드오프-추 기준 신호의 SNR을 추정하는 방법은 도 8에 상세히 도시되어 있다.
먼저, 펨토셀 기지국(8)은 (네트워크 모니터 모드를 통해, 또는 규격(standard)이 허용한다면 모바일 단말기 측정에 포함된 매크로셀 타이밍 측정 보고를 통해 또는 X2 인터페이스를 통해) 매크로셀에 대한 "대략적인" 동기를 획득한다.
이러한 대략적인 동기에 의해 펨토셀 기지국(8)은 매크로-UE로부터의 업링크 기준 신호가 때 맞추어 발생할 것인지를 대략적으로 추정한다. 거의 모든 경우에, 이는 0.5ms 업링크 서브프레임에서 중앙 심볼이다.
이러한 추정이 매크로셀 기지국(4)로부터의 전파 지연(propagation delay) 및 매크로-UE(12)에 의해 사용된 타이밍 어드밴스(timing advance)에 기인하는 다소간의 오차에 의존할 것이라는 것이 이해될 것이다. 이하에서 가정되는 무선(over-the-air) 동기의 경우에, 오차는 최대 하나의 매크로셀 왕복 전파 지연(macrocell round-trip propagation delay)일 것이며, 이 지연은 5km의 셀인 경우에 33μ인데, 33μs는 직교 주파수 분할 멀티플렉싱(orthogonal frequency division multiplexing: OFDM) 심볼의 지속 시간의 대략 절반이다. 오차가 의미하는 것은 매크로-UE(12)로부터 수신된 신호가 기대되는 것보다 펨토셀 기지국(8)에 빨리 도착할 수 있다는 것이다.
그러므로, 도 8의 단계 201에서 펨토셀 기지국(8)은 시간 도메인 기준 신호를 부여하기 위해 업링크 기준 심볼의 일부를 측정하거나 캡처링한다. 예를 들어, 펨토셀 기지국(8)은 (1024 개의 샘플 및 OFDM 심볼당 한 개의 순환 전치(cyclic prefix)를 갖는 10 MHz 대역폭을 가정하면) 기준 심볼의 첫번째 512개의 샘플로부터 시간 도메인 기준 신호를 획득한다. 무선 동기에 대한 타이밍 불확실성에도 불구하고, 기준 심볼의 이러한 캡처링된 부분은 오직 펨토셀 기지국(8)에 인접한 매크로-UE(12)로부터 기준 신호 샘플을 획득해야한다(즉, 임의의 데이타 심볼의 샘플이 존재하지 않아야 한다).
이 단계에서, 이러한 측정과 간섭할 수 있는 매크로-UE(12)로부터 펨토셀 기지국(8)으로의 업링크 송신이 존재하지 않는다는 것을 보장하기 위해 펨토셀 기지국(8) 내에 스케줄러(scheduler)가 사용될 수 있다.
단계 203에서, 펨토셀 기지국(8)은 시간 도메인 기준 신호 및 (필터링된) 가우시안 잡음에 대한 자기 상관 함수를 결정한다.
하나의 구현예에서, 펨토셀 기지국(8)이 이를 수행하기 위해, 캡처링된 시간 도메인 신호를 정규화하여 단위 전력(unit power)을 부여하며(그 결과로서 얻은 시퀀스는 r로 나타냄), 이 시퀀스의 고속 푸리에 변환(fast Fourier transform: FFT)을 수행하여 f를 부여하고, f의 각각의 샘플에 대한 제곱 크기(I2+Q2)를 계산하며, 그 결과로서 얻은 시퀀스의 역 FFT를 수행하여 자기 상관 시퀀스 a를 부여한다.
단계 203에서 결정된 자기 상관 시퀀스 a가 대칭이므로(도 4 참조), 자기 상관 시퀀스 a내의 샘플들 중 오직 절반만이 추가 처리를 위해 펨토셀 기지국(8)에 의해 유지될 필요가 있다.
단계 205에서, 펨토셀 기지국(8)은 시퀀스 a의 크기(또는 또 다른 구현예에서 제곱 크기)를 취하고, 그 다음에 단계 207에서, (자기 상관 함수 내의 0인 시간 지연(time lag)에 상응하여) 중앙 탭을 조정하거나 0으로 한다.
이러한 탭이 수신 경로 내에서의 필터링에 의해 상당히 영향을 받는다면 중앙 탭에 인접한 탭을 조정하거나 0으로 하는 것도 또한 필요할 수 있다. 이러한 필터링은 고정 특성을 가지며, 따라서 이러한 탭을 조정하거나 0으로 하는 것에 대한 판단은 설계 판단이다.
그런 다음, 단계 209에서, 펨토셀 기지국(8)은 잔류 탭들 내에서 최대 크기(또는 제곱 크기)를 갖는 탭을 발견하고, 측정치 m의 값을 이 크기(또는 제곱 크기)로 설정한다.
그런 다음, 펨토셀 기지국(8)은 이 측정치를 사용하여 업링크 기준 신호의 신호 대 잡음비를 결정할 수 있다(단계 211). 결정된 측정치 m에 대한 SNR의 값이 도 5 또는 도 7에 도시된 관계로부터 예를 들어 곡선 피팅(curve-fitting) 기법 또는 색인표(look-up table)를 사용하여 결정될 수 있다.
전술된 바와 같이, SNR 추정의 정확도는 신호의 PAPR를 고려함으로써, 중앙 탭으로부터 측정치를 결정하기 위해 사용된 피크의 거리에 기초하여 자기 상관 함수를 성형함으로써, 그리고/또는 복수의 시간 슬롯에서 수신된 신호로부터 측정치를 추정함으로써 개선될 수 있다.
그러므로, 측정치 m은 예를 들어 단계 209에서 결정된 측정치 m에 단순한 선형 함수를 적용함으로써 중앙 탭으로부터의 거리의 함수로서 조정될 수 있다. 이러한 선형 함수는 전술된 바와 같을 수 있다.
추가적으로 또는 대안적으로, 측정치 m은 업링크 기준 심볼의 캡처링된 부분의 피크 전력 대 평균 전력비의 함수로서 조정될 수 있다. 특히, PAPR가 문턱값(예를 들어 선형 유닛에서 3)보다 작으면, 최소값이 측정치 상에 부여될 수 있다(다시 이는 PAPR의 단순한 선형 함수일 수 있다). 다시, 이러한 선형 함수는 전술된 바와 같을 수 있다.
다시, 추가적으로 또는 대안적으로, 측정치 m 또는 SNR은 복수의 시간 슬롯에서 캡처링된 업링크 기준 신호로부터 추정될 수 있으며, 예를 들어 이들 측정으로부터 획득된 SNR의 최대값은 그 최대 허용 송신 전력을 조정하기 위해 펨토셀 기지국(8)에 의해 사용될 수 있다.
도 9 내지 도 12는 전술된 발명의 성능 이득을 도시한다.
도 9는 매크로셀 기지국으로부터의 다운링크 상의 데이타 처리량이 통상적인 고정식 전력 상한과 본 발명에 따른 방안에 대한 매크로셀 기지국의 가청 영역 내의 증가하는 개수의 활성 펨토셀 기지국에 의해 어떻게 영향을 받는 지를 도시한다. 특히, 통상적인 방안과 본 발명에 따른 방안 사이의 데이타 처리량에 무시할 만한 차이가 존재한다는 것을 알 수 있다.
도 10은 매크로셀 기지국으로부터 셀 가장자리 (5 백분위수) 매크로-UE로의 다운링크 상의 데이타 처리량이 통상적인 방안과 본 발명에 따른 방안에 대한 매크로셀 기지국의 가청 영역 내의 증가하는 개수의 활성 펨토셀 기지국에 의해 어떻게 영향을 받는 지를 도시한다. 다시, 두 개의 방안 사이에 거의 무시할 만한 차이가 존재한다.
도 11은 통상적인 고정식 전력 상한과 본 발명에 따른 방안에 대한 매크로셀 기지국의 가청 영역 내의 활성 펨토셀 기지국의 개수에 대한 펨토셀 기지국으로부터의 다운링크 상의 데이타 처리량을 도시한다. 본 발명에 따른 방안은 활성 펨토셀 기지국의 개수에 무관하게 대체로 5 Mb/s의 데이타 처리량에서의 증가를 제공하며, 이는 데이타 처리량에서 25%의 개선과 대략 같다는 것을 알 수 있다.
도 12는 통상적인 방안과 본 발명에 따른 방안에 대한 매크로셀 기지국의 가청 영역 내의 활성 펨토셀 기지국의 개수에 대한 펨토셀 기지국으로부터 셀 가장자리 (5 백분위수) 펨토-UE로의 다운링크 상의 데이타 처리량을 도시한다. 셀 가장자리 (5 백분위수) 펨토-UE에 대해 본 발명에 따른 방안은 활성 펨토셀 기지국의 개수에 무관하게 대체로 190 kb/s의 데이타 처리량에서의 증가를 제공하며, 이는 데이타 처리량에서 8배의 증가로 해석된다는 것을 알 수 있다.
그러므로, 이들 그래프는 본 발명에 따른 최대 허용 송신 전력의 적응이 펨토-UE에 대해 통상적인 고정식 최대 허용 송신 전력 방안을 능가하는 성능 이득을 제공하면서도 매크로셀 기지국 다운링크에 대한 동일한 보호를 제공한다는 것을 나타낸다.
비록 본 발명이 펨토셀 기지국을 운용하는 방법에 관하여 설명되었지만, 전술된 방법을 수행하도록 구성된 프로세서 및 송수신 회로를 포함하는 기지국(및 특히 펨토셀 기지국) 내에서 본 발명이 구현될 수 있다는 것이 이해될 것이다.
그러므로, 기지국으로부터 다운링크 송신에 대한 최대 허용 송신 전력을 설정하기 위한 개선된 접근법이 제공된다.
본 발명이 도면 및 전술한 설명에서 상세히 도시되고 설명되었지만, 이러한 도시 및 설명은 도식적이거나 예시적이지만 제한적이 아니라고 간주되어야 하며, 따라서 본 발명은 개시된 실시예에 제한되지 않는다.
설명된 실시예에 대한 변형은 도면, 발명의 상세한 설명 및 특허청구범위를 학습함으로써 청구된 본 발명을 실행하는 분야에서의 당업자에 의해 이해되고 달성될 수 있다. 특허청구범위에서, "포함하는"이라는 단어는 다른 요소 또는 단계를 배제하지 않으며, 부정관사 "하나의(a 또는 an)"는 복수를 배제하지 않는다. 단일 프로세서 또는 다른 유닛이 특허청구범위에 기재된 몇 개의 항목의 기능을 충족시킬 수 있다. 어떤 대책들이 서로 상이한 종속항에 기재된다는 단순한 사실은 이들 대책들의 조합이 이익이 되도록 사용될 수 없다는 것을 의미하지는 않는다. 다른 하드웨어와 함께 또는 그 일부로서 제공된 광학 저장 매체 또는 고상 매체와 같은 적절한 매체 상에 컴퓨터 프로그램이 저장되고/분배될 수 있지만, 컴퓨터 프로그램은 인터넷 또는 다른 유선 또는 무선 통신 시스템과 같이 다른 형태로 분배될 수도 있다. 특허청구범위에서 임의의 기준 신호는 그 범위를 제한하는 것으로 해석되지 않아야 한다.

Claims (21)

  1. 기지국을 운영하는 방법에 있어서,
    상기 기지국의 다운링크 송신에 의해 야기된 간섭으로부터 보호를 필요로 하는 상기 기지국과 관련되지 않는 임의의 모바일 단말기가 존재하는 지를 판단하는 판단 단계, 및
    상기 판단 단계의 결과에 기초하여 상기 기지국에 대한 최대 허용 송신 전력을 설정하는 설정 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 기지국 운영 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 설정 단계는 상기 기지국의 다운링크에 의해 야기된 간섭으로부터 보호를 필요로 하는 모바일 단말기가 존재하지 않는다고 판단된 경우에 상기 최대 허용 송신 전력을 설정된 값 또는 상기 최대 허용 송신 전력에 대한 상한으로 설정하는 단계를 포함하거나,
    상기 기지국의 다운링크 송신에 의해 야기된 간섭으로부터 보호를 필요로 하는 상기 기지국과 관련되지 않는 적어도 하나의 모바일 단말기가 존재한다고 판단된 경우에 상기 최대 허용 송신 전력을 상기 설정된 값보다 작은 값 또는 상기 최대 허용 송신 전력에 대한 하한으로 설정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 기지국 운영 방법.
  3. 삭제
  4. 제2항에 있어서, 상기 설정 단계는 상기 기지국의 다운링크 송신에 의해 야기된 간섭으로부터 보호를 필요로 하는 상기 기지국과 관련되지 않는 적어도 하나의 모바일 단말기가 존재한다고 결정된 경우에 상기 최대 허용 송신 전력을 상기 설정된 값보다 작은 값 또는 상기 최대 허용 송신 전력에 대한 상기 하한보다 큰 중간값으로 설정하는 단계를 포함하며, 상기 중간값은 상기 적어도 하나의 모바일 단말기가 상기 간섭으로부터 보호를 필요로 하는 정도에 따라 설정되는 것을 특징으로 하는 기지국 운영 방법.
  5. 제1항 또는 제2항 또는 제4항에 있어서, 상기 판단 단계는 상기 기지국 이외의 나머지 기지국으로부터 다운링크 송신을 수신하는 임의의 모바일 단말기가 존재하는 지를 확인하는 확인 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 기지국 운영 방법.
  6. 제5항에 있어서, 상기 확인 단계는 상기 기지국과 관련되지 않는 모바일 단말기로부터 상기 나머지 기지국으로의 업링크 내의 신호를 검출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 기지국 운영 방법.
  7. 제6항에 있어서, 상기 확인 단계에서 신호가 검출되는 경우에, 상기 판단 단계는 검출 신호의 품질을 추정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 기지국 운영 방법.
  8. 제5항에 있어서, 상기 확인 단계는 상기 기지국과 관련되지 않는 모바일 단말기로부터 상기 나머지 기지국으로의 업링크 내의 신호의 품질을 추정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 기지국 운영 방법.
  9. 제8항에 있어서, 상기 확인 단계는 상기 업링크 내의 기준 신호의 품질을 추정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 기지국 운영 방법.
  10. 제9항에 있어서, 상기 기준 신호는 자드오프-추(Zadoff-Chu) 기반 기준 신호인 것을 특징으로 하는 기지국 운영 방법.
  11. 제7항에 있어서, 상기 기지국에 대한 최대 허용 송신 전력을 설정하는 상기 설정 단계는 상기 신호의 추정 품질에 기초하여 상기 최대 허용 송신 전력을 설정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 기지국 운영 방법.
  12. 제11항에 있어서, 상기 결정 단계는 상기 검출 신호의 상기 추정 품질을 문턱값과 비교하는 단계를 포함하며, 또한 상기 설정 단계는 비교 결과에 기초하여 상기 최대 허용 송신 전력을 설정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 기지국 운영 방법.
  13. 제12항에 있어서, 상기 추정 품질이 상기 문턱값보다 크면, 상기 설정 단계는 상기 최대 허용 송신 전력을 상기 설정된 값보다 작은 값 또는 상기 최대 허용 송신 전력에 대한 하한으로 설정하는 단계를 포함하거나,
    상기 추정 품질이 상기 문턱값보다 작으면, 상기 설정 단계는 상기 최대 허용 송신 전력을 상기 기지국에 대한 상기 최대 허용 송신 전력에 대한 상한과 하한 사이의 중간값으로 설정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 기지국 운영 방법.
  14. 삭제
  15. 제13항에 있어서, 상기 중간값은 상기 추정 품질과 상기 문턱값 사이의 차이에 기초하여 설정되는 것을 특징으로 하는 기지국 운영 방법.
  16. 제13항에 있어서, 상기 확인 단계에서 모바일 단말기가 확인되지 않는 경우에, 상기 설정 단계는 상기 최대 허용 송신 전력을 상기 설정된 값 또는 상기 최대 허용 송신 전력에 대한 상한으로 설정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 기지국 운영 방법.
  17. 제1항에 있어서, 상기 설정 단계는 상기 최대 허용 송신 전력을 상기 설정된 값보다 작은 값 또는 상기 최대 허용 송신 전력에 대한 하한으로 주기적으로 또는 간헐적으로 설정하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 기지국 운영 방법.
  18. 제1항에 있어서, 상기 설정 단계는 상기 기지국 이외의 나머지 기지국으로부터 다운링크 제어 채널 송신과 동시에 발생하는 상기 기지국으로부터의 다운링크 송신에 대해 상기 최대 허용 송신 전력을 상기 설정된 값보다 작은 값 또는 상기 최대 허용 송신 전력에 대한 하한으로 설정하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 기지국 운영 방법.
  19. 제1항 또는 제2항 또는 제4항 또는 제17항 또는 제18항에 있어서, 상기 기지국은 펨토셀 기지국인 것을 특징으로 하는 기지국 운영 방법.
  20. 제1항 또는 제2항 또는 제4항 또는 제17항 또는 제18항에 따른 기지국 운영 방법을 수행하도록 구성된 것을 특징으로 하는 통신 네트워크에 사용되는 기지국.
  21. 제20항에 있어서, 상기 기지국은 펨토셀 기지국인 것을 특징으로 하는 통신 네트워크에 사용되는 기지국.
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