KR101512470B1 - 소형 기지국의 주파수 선택 장치 및 방법 - Google Patents

소형 기지국의 주파수 선택 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 무선통신 시스템에서 소형 기지국의 동적 주파수 할당 장치 및 방법에 관한 것으로서, 소형 기지국의 동작은 다수의 매크로 기지국들의 시스템 FA(Frequency Assignment)들에 대한 수신 신호 세기를 측정하는 과정과, FA 별 최대 수신 신호 세기들을 판단하는 과정과, 상기 FA 별 최대 수신 신호 세기들 및 제1임계치와의 비교 결과를 이용하여 가용 FA 집합을 결정하는 과정을 포함하여, 옥외 기지국에 대한 영향을 최소화하면서 옥내 기지국 환경에 적응적이며 시스템 용량을 최대화할 수 있는 이점이 있다.
소형 기지국, 주파수 할당, FA, 수신 전력

Description

소형 기지국의 주파수 선택 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR SELECTING FREQUENCY ALLOCATION OF FEMTO BASE STATION}
본 발명은 무선통신 시스템에 관한 것으로, 특히 소형 기지국에서 매크로 셀에 대한 영향을 최소화시키고, 소형 기지국 용량을 최대화할 수 있는 주파수를 자동으로 할당하는 장치 및 방법에 관한 것이다.
현재 광대역 무선통신 시스템에서는 매크로(Macro) 기지국을 보완하기 위해 소형 기지국을 증설하는 방안을 고려하고 있다. 상기 소형 기지국은 매크로 기지국의 서비스 영역이 아니거나 신호가 미약하여 서비스 질이 취약한 지역에 설치하는 홈(Home) 또는 SOHO(Small Office Home Office)용 기지국으로, 홈 또는 오피스(Office)용 기지국과 기업(Enterprise)용 기지국으로 분류된다. 상기 소형 기지국은 상기 매크로 기지국과 같이 단말에게 휴대인터넷 서비스를 제공하며, 다만, 홈 또는 SOHO 등 소규모 실내에 최적화된 저출력과 소용량 및 저렴한 가격 등의 특징을 가진다.
상기 소형 기지국의 저출력, 소용량 및 저렴한 가격 등의 특징으로, 설치되는 소형 기지국의 수가 기하급수적으로 증가할 것으로 예상된다. 이에 따라, 소형 기지국의 빈번한 설치 및 제거에 적합한 지속적인 망 최적화가 필요하게 되었고, 이는 곧 네트워크 설치비용 감소를 위한 기지국 자동 설치(automatic installation) 기능 및 주변 소형 기지국들의 형상 변경을 판독하고 적응할 수 있는 기능을 요구한다. 이를 위해, 현재 차세대이동통신 표준에서는 자동 구성(Self Organization Network또는 Self Configurable Network)으로 명명하여 표준화가 진행중이다.
여기서, 상기 기지국 자동 설치 및 자동 망 최적화 기능을 가지는 소형 기지국은 초기 설치시 혹은 운용 중에 주변 무선 환경에 적응적으로 동작하도록, 설치 환경에 따라 적응적으로 사용 FA(Frequency Allocation), 송신전력(Tx Power), 셀 아이디(Cell ID) 등을 결정하여 단말에게 서비스를 제공해야 한다.
이러한 소형 기지국은 매크로 기지국과 동일한 시스템 규격으로 운용될 수 있기 때문에, 가급적이면 매크로 셀에 영향을 주지 않거나, 최소화해야 한다. 이 조건이 만족되지 않고서 많은 소형 기지국이 설치될 경우, 소형 기지국으로 인해 발생하는 간섭의 영향으로 매크로 기지국이 정상적으로 동작하지 못하는 문제가 발생할 수 있다.
따라서, 소형 기지국의 용량을 최대화하면서, 매크로 셀에 대한 영향을 최소화하도록 FA를 자동으로 선택하는 방법이 필요하다.
본 발명의 목적은 무선통신 시스템에서 소형 기지국의 설치시 또는 운용중에 매크로 셀에 대한 간섭을 감소시킬 수 있는 소형 기지국의 FA 선택 방법을 제공함에 있다.
본 발명의 다른 목적은 무선통신 시스템에서 소형 기지국의 운용중에 소형 기지국의 전체 용량을 최대화할 수 있도록 자동적으로 FA를 선택하는 방법을 제공함에 있다.
상기 목적을 달성하기 위해 본 발명의 제1견지에 따르면, 무선통신 시스템에서 소형 기지국의 동작 방법은, 다수의 매크로 기지국들의 시스템 FA들에 대한 수신 신호 세기를 측정하는 과정과, FA 별 최대 수신 신호 세기들을 판단하는 과정과, 상기 FA 별 최대 수신 신호 세기들 및 제1임계치와의 비교 결과를 이용하여 가용 FA 집합을 결정하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위해 본 발명의 제2견지에 따르면, 무선통신 시스템에서 망 관리 시스템(NMS : Network Management System)의 동작 방법은, 소형 기지국들 각각의 가용 FA 집합들을 수신하는 과정과, 제1소형 기지국의 가용 FA 집합에 포함된 적어도 하나의 FA 중에서 상기 제1소형 기지국의 초기 사용 FA를 결정하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위해 본 발명의 제3견지에 따르면, 무선통신 시스템에서 소형 기지국 장치는, 다수의 매크로 기지국들의 시스템 FA들에 대한 수신 신호 세기를 측정하는 측정기와, FA 별 최대 수신 신호 세기들을 판단하고, 상기 FA 별 최대 수신 신호 세기들 및 제1임계치와의 비교 결과를 이용하여 가용 FA 집합을 결정하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위해 본 발명의 제4견지에 따르면, 무선통신 시스템에서 망 관리 시스템 장치는, 소형 기지국들 각각의 가용 FA 집합들을 수신하는 통신기와, 제1소형 기지국의 가용 FA 집합에 포함된 적어도 하나의 FA 중에서 상기 제1소형 기지국의 초기 사용 FA를 결정하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
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상술한 바와 같이, 본 발명은 본 발명의 목적은 무선통신 시스템에서 옥내에 소형 기지국 설치 및 운용 시, 옥내외 기지국의 동일 주파수 간섭이 가장 작도록 주파수를 할당함으로써, 옥외 기지국에 대한 영향을 최소화하면서 옥내 기지국 환경에 적응적이며 시스템 용량을 최대화할 수 있는 이점이 있다.
이하 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면의 참고와 함께 상세히 설명한다. 그리고, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단된 경우 그 상세한 설명은 생략한다.
이하, 본 발명은 다수의 FA들을 이용하여 단말과 통신하는 매크로 기지국이 존재하는 통신 시스템에서 소형 기지국의 주파수를 동적으로 할당하는 방법에 대해 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 매크로 기지국과 소형 기지국이 공존하는통신 시스템에서 다수의 매크로 기지국들(100, 101, 110, 111) 및 단말들(120, 121), 소형 기지국(130)으로 구성된 네트워크를 개략적으로 도시하고 있다.
상기 매크로 기지국들(100, 101, 110, 111)은 단말의 동기 설정을 위한 프리앰블(preamble) 및 통신 수행을 위해 필요한 정보를 포함시켜 주기적으로 송신한다.
상기 소형 기지국(130)이 가정 내 설치되어 전원 온(on)이 되면, 상기 소형 기지국(130)은 자동으로 NMS(Network Management System)으로부터 IP(Internet Protocol) 설정 및 인증, 등록, 이미지 다운로드 등의 시스템 초기 설정에 필요한 정보를 수신한다. 또한, 상기 소형 기지국(130)은 사용 FA를 선택해야 하는데, 상기 FA의 선택에 대한 상세한 절차는 이하 도 2를 참고하여 설명한다.
상기 도 1을 참고하면, 상기 소형 기지국(130)의 설치 시, 매크로 셀 영역 내 단말11(120) 및 단말22(121)로의 간섭이 발생할 수 있다. 설명의 편의를 위해, 상기 도 1은 4개의 매크로 기지국들, 2개의 단말들, 2개의 사용 FA들을 가정하고 있으나, 이는 예시에 불과하며, 매크로 기지국의 수, 펨토 기지국의 수, 단말의 수 및 사용 FA의 수는 더 확장 가능하다.
매크로 기지국11(100) 및 매크로 기지국12(101)는 단말11(120)과 FA1을 이용하여 통신을 수행하고, 매크로 기지국21(110) 및 매크로 기지국22(111)는 단말22(121)과 FA2를 이용하여 통신을 수행한다. 이때, 상기 소형 기지국(130)은 초기 설치 시 또는 동작 중에 FA1 혹은 FA2 2개 중 1개를 선택하여야 한다. 상기 도 1에서, Pmxx는 매크로 기지국xx로부터의 신호에 대한 수신 전력을 나타낸다.

매크로 셀에 대한 간섭을 최소화할 수 있는 기본 원리는 다음과 같다.
매크로 기지국이 FA1을 이용하여 단말과 통신할 때, 매크로 기지국의 서비스 영역 내에 존재하는 단말에 대한 소형 기지국 설치 전/후의 수신 SINR은 다음과 같다. 하기 수학식 1은 소형 기지국 설치 전의 수신 SINR 및 소형 기지국 설치 후의 수신 SINR을 나타낸다. 여기서, 하기 수학식1은 상기 소형 기지국이 FA1을 사용하는 경우를 나타낸다. 만일, 소형 기지국이 FA2를 이용할 경우, FA1을 이용하여 통신을 수행하는 단말로 간섭을 주지 않기 때문에, 소형 기지국 설치 전/후의 상기 단말이 겪는 수신 SINR에는 영향이 없다.
Figure 112010000076200-pat00001
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Figure 112010000076200-pat00002
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상기 수학식 1에서, 상기 SINRbef,1은 단말의 소형 기지국 설치 전의 수신 SINR, 상기 SINRaft,1은 단말의 소형 기지국 설치 후의 수신 SINR, 상기 Pm11은 FA1을 이용하는 매크로 기지국11으로부터 단말에 수신되는 수신 전력, 상기 Pm12은 FA1을 이용하는 매크로 기지국12으로부터 단말에 수신되는 수신 전력, 상기 Pf11은 소형 기지국이 FA1을 이용할 경우 단말에 수신되는 간섭전력, 상기 N은 열잡음(thermal noise)전력을 나타낸다.
소형 기지국의 설치로 인한 간섭 영향을 설치 전/후의 SINR 비율은 하기 수학식 2과 같다.
Figure 112010000076200-pat00003
상기 수학식 2에서, 상기 SINRLossRatio는 소형 기지국 설치 전/후의 SINR 비율, 상기 SINRbef은 단말의 소형 기지국 설치 전의 수신 SINR, 상기 SINRaft은 단말의 소형 기지국 설치 후의 수신 SINR, 상기 Pf11은 소형 기지국이 FA1을 이용할 경우 단말에 수신되는 간섭전력, 상기 Pm12은 FA1을 이용하는 매크로 기지국12으로부터 단말에 수신되는 수신 전력, 상기 N은 열잡음 전력을 나타낸다.
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상기 수학식 2의 SINR 비율이 크다는 것은 소형 기지국의 설치로 인한 채널 품질의 악화 정도가 큼을 의미한다. 따라서, 매크로 셀로의 간섭을 최소화하기 위해서, 다시 말해, 매크로 단말의 SINR 손실을 최소화하기 위해서, 하기 수학식 3을 최소화하도록 상기 소형 기지국의 FA가 선택되어야 한다.
Figure 112010000076200-pat00004
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상기 수학식 3에서, 상기 Pf11은 소형 기지국이 FA1을 이용할 경우 단말에 수신되는 간섭전력, 상기 Pm12은 FA1을 이용하는 매크로 기지국12으로부터 단말에 수신되는 수신 전력, 상기 N은 열잡음 전력을 나타낸다.
결과적으로, 상기 도 1의 환경에서 매크로 셀로의 간섭을 최소화시키기 위해, 소형 기지국이 사용해야 할 FA는 다음 수학식 4와 같이 결정된다.
Figure 112010000076200-pat00005
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상기 수학식 4에서, 상기
Figure 112010000076200-pat00025
는 소형 기지국의 사용 FA, 상기 Pf11은 소형 기지국이 FA1을 이용할 경우 단말에 수신되는 간섭전력, 상기 Pf21은 소형 기지국이 FA2을 이용할 경우 단말에 수신되는 간섭전력, Pm12+N은 FA1에서 소형 기지국으로부터의 수신 전력을 제외한 NI(Noise and Interference) 전력, Pm22+N은 FA2에서 소형 기지국으로부터의 수신 전력을 제외한 NI 전력을 나타낸다.
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소형 기지국으로부터의 수신 전력을 제외한 NI 전력은 소형 기지국 설치 전/ 후에 거의 동일한 값을 가지므로, 상기 소형 기지국으로부터의 수신 전력 Pf를 최소가 되는 FA가 선택되는 경우, 매크로 셀로의 간섭이 최소화될 수 있다. 즉, 각 FA별로 소형 기지국으로부터의 수신 전력이 최소가 되기 위해서, 소형 기지국과 가장 거리가 먼 매크로 셀의 FA를 소형 기지국의 FA로서 결정하는 것이 바람직하다.
특히, 동일 FA를 사용하는 다수의 매크로 셀이 존재할 경우, 수신신호 전력이 가장 큰 매크로 기지국을 선택하면, 동일 FA를 사용하는 매크로 기지국 중 소형 기지국에 가장 가까운 매크로 기지국을 선택할 수 있다. 그리고, 선택된 FA 별 매크로 기지국들 중 가장 수신신호 전력이 작은 매크로 기지국의 FA를 이용할 경우, 소형 기지국과 가장 거리가 먼 매크로 기지국의 FA를 이용하게 되므로, 매크로 셀에 대한 간섭이 최소가 되는 FA가 선택된다.

한편, 소형 기지국의 용량을 최대화시키는 기본 원리는 다음과 같다.
N개의 소형 기지국들 전체의 용량은 각 소형 기지국의 평균 용량의 합으로 나타낼 수 있으며, 하기 수학식 5과 같이 표현된다.
Figure 112010000076200-pat00006
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상기 수학식 5에서, Tsum은 소형 기지국들의 용량 합, 상기 N은 소형 기지국들의 개수, 상기 Tavg,n은 n번째 소형 기지국의 평균 용량을 나타낸다. 상기 Tavg,n는 하기 수학식 6과 같이 표현 가능하다. 하기 수학식 6과 같이, 각 지점의 용량(throughput)은 SINR의 함수이다.
Figure 112010000076200-pat00007
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상기 수학식 6에서, 상기 Tavg,n은 n번째 소형 기지국의 평균 용량, 상기 Sn은 n번째 기지국의 커버리지의 면적, 상기 Prx,n(x,y)는 단말이 (x,y)위치에서 n번째 소형 기지국에 대한 수신 전력, 상기 Prx,n,l(x,y)은 단말이 (x,y)위치에서 l번째 소형 기지국에서 l번째 소형 기지국에 대해 측정한 수신 신호 세기, 상기 Im(x,y)는 단말이 (x,y)위치에서 수신되는 n번째 소형 기지국과 동일 FA를 사용하는 매크로기지국에 대한 수신 전력의 합, 상기 gl,n은 l번째 FA와 m번째 FA가 동일 FA인 경우 1, 그렇지 않은 경우 0으로 설정되는 지시자 함수(indicator function)를 나타낸다. 상기 지시자 함수 gl,m은 하기 수학식 7과 같다.
Figure 112010000076200-pat00008
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상기 수학식 7에서, 상기 gl,n은 l번째 소형 기지국과 n번째 FA가 동일 FA인 경우 1, 그렇지 않은 경우 0으로 설정되는 지시자 함수, 상기 fl은 l번째 FA, 상기 fn은 n번째 FA를 나타낸다.
그러므로, 다수의 소형 기지국의 용량을 최대화하는 FA 집합은 하기 수학식 8와 같다.
Figure 112010000076200-pat00009
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상기 수학식 8에서, Fset은 소형 기지국들의 용량을 최대화하는 FA 집합, 상기 Sn은 n번째 기지국의 커버리지의 면적, 상기 Prx,n(x,y)는 단말이 (x,y)위치에서 n번째 소형 기지국에 대한 수신 전력, 상기 gl,n은 l번째 FA와 m번째 FA가 동일 FA인 경우 1, 그렇지 않은 경우 0으로 설정되는 지시자 함수, 상기 Prx,n,l(x,y)은 단말이 (x,y)위치에서 l번째 소형 기지국에서 l번째 소형 기지국에 대해 측정한 수신 신호 세기, 상기 Im(x,y)는 단말이 (x,y)위치에서 수신되는 n번째 소형 기지국과 동일 FA를 사용하는 매크로기지국에 대한 수신 전력의 합, 상기 N은 잡음 전력을 나타낸다.
일반적으로, 상기 수학식 8의 분모가 의미하는 NI 전력은 셀 내에서 일정하며, 상기 NI 전력이 일정하다는 조건은 쉐도잉(shadowing) 효과를 제거한 경우 특히 유효하다. 따라서, 상기 NI 전력은 소형 기지국이 직접 주변 기지국으로부터 수신하는 신호의 합으로 치환될 수 있다. 이 경우, 상기 NI 전력은 위치 (x,y)에 따라 변하는 값이 아닌 n번째 소형 기지국 셀 내에서 상수로서, 상기 수학식 8의 결과를 최대화하는 FA 집합에 영향을 주지 않는다. 따라서, 상기 수학식 8은 하기 수학식 9과 같이 정리된다.
Figure 112010000076200-pat00010
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상기 수학식 9에서, 상기 Fset은 소형 기지국들의 용량을 최대화하는 FA 집합, 상기 gl,n은 l번째 FA와 m번째 FA가 동일 FA인 경우 1, 그렇지 않은 경우 0으로 설정되는 지시자 함수, 상기 Prx,n,l은 n번째 소형 기지국에서 l번째 소형 기지국에 대해 측정한 수신 신호 세기, 상기 Im,n은 n번째 소형 기지국과 동일 FA를 사용하는 매크로기지국에 대한 수신 전력의 합, 상기 N은 잡음 전력, 상기 Sn은 n번째 기지국의 커버리지의 면적, 상기 Prx,n(x,y)는 단말이 (x,y)위치에서 n번째 소형 기지국에 대한 수신 전력을 나타낸다.
상기 수학식 9에서 적분(integral)되는 항은 셀 영역 크기에 관계없이 일정한 값, 즉, 상수이므로, 상기 수학식 9는 하기 수학식 10과 같이 표현된다.
Figure 112010000076200-pat00011
삭제
상기 수학식 10에서, 상기 Fset은 소형 기지국들의 용량을 최대화하는 FA 집합, 상기 gl,n은 l번째 FA와 m번째 FA가 동일 FA인 경우 1, 그렇지 않은 경우 0으로 설정되는 지시자 함수, 상기 Prx,n,l은 n번째 소형 기지국에서 l번째 소형 기지국에 대해 측정한 수신 신호 세기, 상기 Im,n은 n번째 소형 기지국과 동일 FA를 사용하는 매크로기지국에 대한 수신 전력의 합, 상기 N은 잡음 전력을 나타낸다.
결론적으로, 상기 수학식 10을 만족하는 FA를 선택하면, 소형 기지국의 용량을 최대화하는 FA가 결정된다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 무선통신 시스템에서 FA를 선택하는 절차를 도시하고 있다.
다수의 매크로 기지국들은 다수의 FA들을 이용하여 단말들과 통신을 수행하고 있는 상태에서 소형 기지국이 새로이 설치될 때, 상기 소형 기지국은 가용 FA 집합을 결정한 후, 초기 FA를 선택하는 단계 및 운용 중 FA를 변경하는 단계를 통해 사용 FA를 선택한다.
상기 도 2를 참고하면, 소형 기지국은 NMS(Network Management System)로부터 수신한 시스템 FA 집합 중에서 소형 기지국이 이용할 수 있는 FA의 집합인 가용 FA 집합을 결정한다(200단계). 여기서, 상기 시스템 FA 집합은 시스템에 할당된 모든 FA들의 집합을 의미하며, 상기 시스템 FA들 중 전부 또는 일부가 상기 소형 기지국(130)을 위해 할당된다. 상기 가용 FA 집합의 결정 방법은 이하 도 3을 참고하여 상세하게 설명한다.
이후, 상기 소형 기지국은 가용 FA 집합 중에서 매크로 셀에 대한 영향을 최소화하면서 용량을 최대화할 수 있는 초기 FA를 선택한다(210단계). 여기서, 상기 초기 FA의 선택은 상기 NMS에 의해 수행될 수도 있다.
또한, 소형 기지국의 운용 중, 가용 FA 집합에서 주기적으로 매크로 셀에 대한 영향을 최소화하면서 실내 용량을 최대화할 수 있는 FA를 탐색하여, 사용 FA를 변경할 수 있다(220단계). 여기서, 상기 사용 FA의 변경은 상기 NMS에 의해 수행될 수도 있다.
삭제
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 무선통신 시스템에서 소형 기지국의 가용 FA 집합 결정 과정을 도시하고 있다.
도 3을 참고하면, 상기 소형 기지국의 전원이 온(on)이 될 때, 상기 소형 기지국은 매크로 기지국들로부터 수신한 프리앰블을 이용하여 모든 FA들 각각에 대한 RSSI를 측정한다(301단계).
그리고, 상기 소형 기지국은 시스템 FA 중 각 FA별로, 최대 매크로 기지국의 RSSI값을 구한다(302단계). 이는 각 FA별로 소형 기지국으로 가장 큰 간섭을 주게 될 매크로 기지국을 선택하기 위함이다.
이후, 상기 소형 기지국은 각 FA마다 RSSI의 최대값을 기설정된 문턱값(ThFA,min)과 비교한다(303단계). 여기서, 상기 문턱값은 상기 소형 기지국이 해당 매크로 기지국의 주파수를 이용하더라도 매크로 셀에 대한 간섭 영향을 무시할 수 있는 정도의 RSSI 값으로서, 시스템에서 미리 설정된다. 경우에 따라, 상기 문턱값은 변경될 수 있다.
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그리고, 상기 소형 기지국은 상기 비교결과, 상기 RSSI가 문턱값(ThFA,min)보다 작은 FA가 존재하는지 여부를 판단하고(304단계), 상기 RSSI가 문턱값(ThFA,min)보다 작은 FA들을 가용 FA 집합에 포함시킨다.(305단계). 이와 같이, 가용 FA 집합이 결정된다.
만일, 상기 RSSI가 문턱값(ThFA,min)보다 작은 FA가 존재하지 않을 경우, 상기 소형 기지국은 각 FA별로 최대 RSSI를 서로 비교하여 최소 RSSI를 갖는 FA를 가용 FA 집합에 포함시킨다(306단계).
이후, 상기 소형 기지국은 상기 최소 RSSI를 갖는 FA의 RSSI와 다른 FA의 최대 RSSI의 차이값이 임계값(ThFA,dif)보다 작은 모든 FA를 가용 FA 집합에 포함시킨다(307단계).
다음으로, 상기 도 2의 제2단계, 즉, 초기 FA 결정 절차에 대해 설명한다.
상기 도 3과 같은 절차를 통해 가용 FA 집합을 결정한 후, 소형 기지국은 단말이 보고한 매크로 기지국의 RSSI를 이용하여 소형 기지국의 쉐도우 인자를 제거한다. 동작 중인 소형 기지국의 경우, 단말에게 측정/보고를 요구할 수 있으나, 새로 전원 온된 소형 기지국은 측정/보고를 요구할 단말이 없으므로, 상기 수학식 10은 하기 수학식 11과 같이 변형된다. 하기 수학식 11에서 k번째 소형 기지국이 초기 FA를 선택하여야 하고, 나머지 소형 기지국은 운용 중이므로 사용 FA를 변경할 수 없다.
Figure 112010000076200-pat00012
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상기 수학식 11에서, 상기
Figure 112010000076200-pat00026
는 k번째 소형 기지국의 초기 사용 FA, 상기 f는 사용 FA 후보, 상기 Fa,k는 사용 FA 후보들, 상기 gn,l은 n번째 소형 기지국의 사용 FA 및 l번째 소형 기지국의 사용 FA가 동일하면 1 아니면 0으로 설정되는 지시자, 상기 Prx,n,l은 n번째 소형 기지국에서 측정한 l번째 소형 기지국에 대한 수신 신호 세기, 상기 Im,n은 단말에서 측정한 n번째 소형 기지국과 동일한 FA를 사용하는 매크로 기지국들에 대한 수신 신호 세기, 상기 N은 열잡음, 상기 sn은 n번째 소형 기지국의 쉐도잉 펙터(shadowing factor)를 의미한다.
상기 수학식 11을 적용함에 있어서, 운용 중인 소형 기지국에 대해서는 이미 추정된 쉐도잉 팩터가 사용된다. 하지만, 추정된 쉐도잉 펙터가 없는 k번째 소형 기지국에 대해서는 하기 수학식 12와 같이 1을 사용한다.
Figure 112010000076200-pat00013
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상기 수학식 12에서, 상기 sn은 n번째 소형 기지국의 쉐도잉 펙터를 의미한다.
다음으로, 상기 도 2의 제3단계, 즉, 운용 중 FA 결정 절차에 대해 설명한다.
기본 아이디어는 제2단계와 마찬가지로 상기 수학식 10을 기본으로 하고 있다. 그러나, 본 단계의 제2단계와의 차이점은 다음 2가지가 있다.
첫째, 제2단계에서는 k 번째 소형 기지국의 쉐도잉 팩터 값이 존재하지 않아 1을 사용하였으나, 제3단계에서는 추정된 k 번째 소형 기지국의 쉐도잉 팩터를 사용한다. 둘째, 제2단계는 k 번째 소형 기지국의 사용 FA만을 변화시키면서 수학식 10을 최적화 하지만, 제3단계에서는 모든 N개의 소형 기지국들의 사용 FA들을 변화시키면서 수학식 10을 최적화한다.
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다시 말해, N개의 소형 기지국들 모두 가용 FA 집합 안에 2개의 FA를 갖는 경우, 제2단계에서는 2개의 FA들에 대해 상기 수학식 10의 합(summation)을 계산하나, 제3단계에서는 2^N 의 경우에 대해 수학식 10의 합을 계산한다. 이때, 연산의 복잡도를 줄이기 위해 Tabu's search와 같은 휴리스틱(heuristic) 알고리즘이 사용될 수 있다.
상술한 내용을 고려하여 FA의 결정을 표현하면 하기 수학식 13과 같다.
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Figure 112010000076200-pat00014
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상기 수학식 13에서, 상기 Fset은 소형 기지국들의 사용 FA 집합, 상기 {f}는 소형 기지국들에 대한 사용 FA 집합 후보, 상기 {Fa,k}는 소형 기지국들의 사용 FA 집합 후보들, 상기 gn,l은 n번째 소형 기지국의 사용 FA 및 l번째 소형 기지국의 사용 FA가 동일하면 1 아니면 0으로 설정되는 지시자, 상기 Prx,n,l은 n번째 소형 기지국에서 측정한 l번째 소형 기지국에 대한 수신 신호 세기, 상기 Im,n은 단말에서 측정한 n번째 소형 기지국과 동일한 FA를 사용하는 매크로 기지국들에 대한 수신 신호 세기, 상기 N은 열잡음, 상기 sn은 n번째 소형 기지국의 쉐도잉 펙터를 의미한다.
상술한 바와 같이, 새로 설치된 소형 기지국 및 기존 망 내 소형 기지국들이 운용되는 도중, 상기 소형 기지국들의 FA별 수신 전력을 바탕으로 동일 FA간 수신 전력의 합이 최소가 되도록, 즉, 동일 FA 간 간섭이 작아지도록 소형 기지국들의 FA를 변경할 수 있다. 이로써, 소형 기지국들의 용량이 최대가 되는 주파수 대역이 할당된다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 무선통신 시스템에서 소형 기지국의 블록 구성을 도시하고 있다.
도 4에 도시된 바와 같이, 상기 소형 기지국은 RF(Radio Frequency)수신기(402), OFDM복조기(404), 부반송파디매핑기(406), 심벌복조기(408), 복호화기(410), 신호세기측정기(412), 제어부(414), 유선통신기(416)를 포함하여 구성된다.
상기 도 4를 참고하면, 상기 RF수신기(402)는 안테나를 통해 수신되는 RF대역 신호를 기저대역 신호로 하향변환한다. 상기 OFDM복조기(404)는 상기 RF수신기(402)로부터 제공되는 신호를 OFDM 심벌 단위로 분할한 후, CP를 제거하고, FFT(Fast Fourier Transform) 연산을 통해 주파수 영역에 매핑된 복소심벌들을 복원한다. 상기 부반송파디매핑기(406)는 상기 주파수 영역에 매핑된 복소심벌들을 추출하고, 상기 복소심벌들을 처리 단위로 분류한다. 상기 심벌복조기(408)는 상기 복소심벌들을 복조함으로써 비트열로 변환한다. 상기 복호화기(410)는 상기 비트열을 채널 복호화(channel decoding)함으로써 정보 비트열을 복원한다.
상기 신호세기측정기(412)는 다른 기지국들 및 단말들로부터의 수신 신호 세기를 측정한다. 특히, 본 발명에 따라, 상기 신호세기측정기(312)는 다른 기지국들, 즉, 매크로 기지국들 및 소형 기지국들에 의해 송신되는 프리앰블 신호에 대해, FA 별 RSSI를 측정한다.
상기 제어부(414)는 상기 소형 기지국의 전반적인 기능을 제어한다. 예를 들어, 상기 제어부(414)는 NMS로부터의 명령에 따라 최적화 절차를 수행하도록 제어한다. 특히, 본 발명에 따라, 상기 제어부(414)는 도 2와 같은 절차를 통해 FA를 선택한다. 상기 FA를 선택하는 동작을 상세히 살펴보면 다음과 같다.
우선, 초기화, 즉, 전원 온(on) 시, 상기 제어부(414)는 각 FA별 최대 RSSI들을 판단하고, 미리 정의된 기준값보다 작은 RSSI에 대응하는 적어도 하나의 FA를 가지고 가용 FA 집합을 구성한다. 그리고, 상기 제어부(414)는 상기 가용 FA 집합에 속한 FA들을 가지고 상기 수학식 11를 수행함으로써, 사용 FA를 결정한다. 이에 따라, 상기 제어부(414)는 상기 사용 FA를 통해 통신을 수행하도록 제어한다.
이후, 운용 중, 상기 제어부(414)는 이벤트 발생에 의해 또는 주기적으로 사용 FA를 최적화한다. 즉, 상기 제어부(414)는 모든 소형 기지국들의 가용 FA 집합들에 속하는 모든 FA들을 가지고 상기 수학식 13를 수행함으로써, 모든 소형 기지국들의 용량을 최대로 하는 FA 집합을 선택한다.
상기 유선통신기(416)는 유선망을 통해 연결된 망 객체(network entity)들과의 통신을 위한 인터페이스를 제공한다. 예를 들어, 상기 유선통신기(416)는 NMS으로부터 수신되는 최적화 수행에 필요한 정보(다른 기지국들의 정보)를 상기 제어부(414)에게 제공한다. 또한, 상기 유선통신기(416)는 상기 제어부(414)로부터 제공되는 최적화 결과 정보를 상기 NMS로 송신할 수 있다.
본 발명은 상기 도 4를 참고하여 소형 기지국의 구성 및 FA 선택을 위한 상기 소형 기지국의 구성 요소의 기능을 살펴보았다. 하지만, 상기 FA 선택은 상기 소형 기지국이 아닌 NMS에 의해 수행될 수 있으며, 이 경우, 상기 NMS은 상기 제어부(414)를 포함하여 구성된다. 또한, 상기 NMS는 상기 유선통신기(416)를 포함하며, 상기 유선통신기(416)는 소형 기지국들로부터 가용 FA 집합 정보를 수신한다.
한편 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 국한되어 정해져서는 아니 되며 후술하는 특허청구의 범위뿐만 아니라 이 특허청구의 범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 무선통신 시스템에서 옥내 환경에 설치된 소형 기지국 망 구성을 도시하는 도면,
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 무선통신 시스템에서 FA를 선택하는 단계를 도시하는 도면,
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 무선통신 시스템에서 소형 기지국에서 가용 FA 집합 결정과정을 도시하는 도면,
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 무선통신 시스템에서 소형 기지국의 블록 구성을 도시하는 도면.

Claims (32)

  1. 무선통신 시스템에서 소형 기지국의 동작 방법에 있어서,
    다수의 매크로 기지국들의 시스템 FA들에 대한 수신 신호 세기를 측정하는 과정과,
    FA 별 최대 수신 신호 세기들을 결정하는 과정과,
    제1임계치보다 작은 FA 별 최대 수신 신호 세기를 갖는 적어도 하나의 FA를 가용 FA 집합에 포함시키는 과정과,
    상기 제1임계치보다 작은 FA 별 최대 수신 신호 세기가 존재하지 않는 경우, 최소의 최대 수신 신호 세기를 갖는 FA를 상기 가용 FA 집합에 포함시키고, 상기 FA 별 최대 수신 신호 세기와 상기 최소의 최대 수신 신호 세기의 차이값이 제2임계치보다 작은 적어도 하나의 FA를 상기 가용 FA 집합에 포함시키는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    상기 가용 FA 집합에 포함된 적어도 하나의 FA 중에서 초기 사용 FA를 결정하는 과정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 초기 사용 FA는, 상기 가용 FA 집합에 포함된 적어도 하나의 FA 중 상기 소형 기지국의 용량을 최대화하는 FA인 것을 특징으로 하는 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 초기 사용 FA는, 상기 가용 FA 집합에 포함된 적어도 하나의 FA 중 단말이 겪는 잡음 및 간섭 전력을 최소화하는 FA인 것을 특징으로 하는 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 초기 사용 FA는, 하기 수식과 같이 결정되는 것을 특징으로 하는 방법,
    Figure 112010000076200-pat00027
    여기서, 상기
    Figure 112010000076200-pat00028
    는 k번째 소형 기지국의 초기 사용 FA, 상기 f는 사용 FA 후보, 상기 Fa,k는 사용 FA 후보들, 상기 gn,l은 n번째 소형 기지국의 사용 FA 및 l번째 소형 기지국의 사용 FA가 동일하면 1 아니면 0으로 설정되는 지시자, 상기 Prx,n,l은 n번째 소형 기지국에서 측정한 l번째 소형 기지국에 대한 수신 신호 세기, 상기 Im,n은 단말에서 측정한 n번째 소형 기지국과 동일한 FA를 사용하는 매크로 기지국들에 대한 수신 신호 세기, 상기 N은 열잡음, 상기 sn은 n번째 소형 기지국의 쉐도잉 펙터(shadowing factor)를 의미함.
  9. 제5항에 있어서,
    상기 초기 사용 FA를 통해 통신을 수행 중, 적어도 하나의 소형 기지국의 사용 FA 집합을 결정함으로써 사용 FA를 변경하는 과정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 사용 FA 집합은, 하기 수식과 같이 결정되는 것을 특징으로 하는 방법,
    Figure 112010000076200-pat00029
    여기서, 상기 Fset은 소형 기지국들의 사용 FA 집합, 상기 {f}는 소형 기지국들에 대한 사용 FA 집합 후보, 상기 {Fa,k}는 소형 기지국들의 사용 FA 집합 후보들, 상기 gn,l은 n번째 소형 기지국의 사용 FA 및 l번째 소형 기지국의 사용 FA가 동일하면 1 아니면 0으로 설정되는 지시자, 상기 Prx,n,l은 n번째 소형 기지국에서 측정한 l번째 소형 기지국에 대한 수신 신호 세기, 상기 Im,n은 단말에서 측정한 n번째 소형 기지국과 동일한 FA를 사용하는 매크로 기지국들에 대한 수신 신호 세기, 상기 N은 열잡음, 상기 sn은 n번째 소형 기지국의 쉐도잉 펙터를 의미함.
  11. 무선통신 시스템에서 망 관리 시스템(NMS : Network Management System)의 동작 방법에 있어서,
    다수의 소형 기지국들이 각각 결정한 가용 FA 집합들을 상기 다수의 소형 기지국들로부터 수신하는 과정과,
    제1소형 기지국의 가용 FA 집합에 포함된 적어도 하나의 FA 중에서 상기 제1소형 기지국의 초기 사용 FA를 결정하는 과정을 포함하고,
    상기 가용 FA 집합은,
    소형 기지국에 의해 측정된, 제1임계치 보다 낮은 FA 별 최대 수신 신호 세기를 갖는 FA를 포함하고,
    상기 제1임계치 보다 낮은 상기 FA 별 최대 수신 신호 세기를 갖는 FA가 존재하지 않는 경우, 상기 소형 기지국에 의해 측정된 최소의 최대 수신 신호 세기를 갖는 FA를 포함하고, 상기 FA 별 최대 수신 신호 세기와 상기 최소의 최대 수신 신호 세기의 차이값이 제2임계치 보다 작은 적어도 하나의 FA를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 초기 사용 FA는, 상기 가용 FA 집합에 포함된 적어도 하나의 FA 중 상기 제1소형 기지국의 용량을 최대화하는 FA인 것을 특징으로 하는 방법.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 초기 사용 FA는, 상기 가용 FA 집합에 포함된 적어도 하나의 FA 중 단말이 겪는 잡음 및 간섭 전력을 최소화하는 FA인 것을 특징으로 하는 방법.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 초기 사용 FA는, 하기 수식과 같이 결정되는 것을 특징으로 하는 방법,
    Figure 112010000076200-pat00030
    여기서, 상기
    Figure 112010000076200-pat00031
    는 k번째 소형 기지국의 초기 사용 FA, 상기 f는 사용 FA 후보, 상기 Fa,k는 사용 FA 후보들, 상기 gn,l은 n번째 소형 기지국의 사용 FA 및 l번째 소형 기지국의 사용 FA가 동일하면 1 아니면 0으로 설정되는 지시자, 상기 Prx,n,l은 n번째 소형 기지국에서 측정한 l번째 소형 기지국에 대한 수신 신호 세기, 상기 Im,n은 단말에서 측정한 n번째 소형 기지국과 동일한 FA를 사용하는 매크로 기지국들에 대한 수신 신호 세기, 상기 N은 열잡음, 상기 sn은 n번째 소형 기지국의 쉐도잉 펙터를 의미함.
  15. 제11항에 있어서,
    상기 소형 기지국들 각각의 초기 사용 FA를 결정한 후, 상기 소형 기지국들의 사용 FA 집합을 결정함으로써 상기 소형 기지국들의 사용 FA들을 변경하는 과정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 사용 FA 집합은, 하기 수식과 같이 결정되는 것을 특징으로 하는 방법,
    Figure 112010000076200-pat00032
    여기서, 상기 Fset은 소형 기지국들의 사용 FA 집합, 상기 {f}는 소형 기지국들에 대한 사용 FA 집합 후보, 상기 {Fa,k}는 소형 기지국들의 사용 FA 집합 후보들, 상기 gn,l은 n번째 소형 기지국의 사용 FA 및 l번째 소형 기지국의 사용 FA가 동일하면 1 아니면 0으로 설정되는 지시자, 상기 Prx,n,l은 n번째 소형 기지국에서 측정한 l번째 소형 기지국에 대한 수신 신호 세기, 상기 Im,n은 단말에서 측정한 n번째 소형 기지국과 동일한 FA를 사용하는 매크로 기지국들에 대한 수신 신호 세기, 상기 N은 열잡음, 상기 sn은 n번째 소형 기지국의 쉐도잉 펙터를 의미함.
  17. 무선통신 시스템에서 소형 기지국 장치에 있어서,
    다수의 매크로 기지국들의 시스템 FA들에 대한 수신 신호 세기를 측정하는 측정기와,
    FA 별 최대 수신 신호 세기들을 판단하고, 제1임계치보다 작은 FA 별 최대 수신 신호 세기를 갖는 적어도 하나의 FA를 가용 FA 집합에 포함시키고, 상기 제1임계치보다 작은 FA 별 최대 수신 신호 세기가 존재하지 않는 경우, 최소의 최대 수신 신호 세기를 갖는 FA를 상기 가용 FA 집합에 포함시키고, 상기 최소의 최대 수신 신호 세기의 차이값이 제2임계치보다 작은 최대 수신 신호 세기를 갖는 적어도 하나의 FA를 상기 가용 FA 집합에 포함시키는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  18. 삭제
  19. 삭제
  20. 삭제
  21. 제17항에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 가용 FA 집합에 포함된 적어도 하나의 FA 중에서 초기 사용 FA를 결정하는 것을 특징으로 하는 장치.
  22. 제21항에 있어서,
    상기 초기 사용 FA는, 상기 가용 FA 집합에 포함된 적어도 하나의 FA 중 상기 소형 기지국의 용량을 최대화하는 FA인 것을 특징으로 하는 장치.
  23. 제22항에 있어서,
    상기 초기 사용 FA는, 상기 가용 FA 집합에 포함된 적어도 하나의 FA 중 단말이 겪는 잡음 및 간섭 전력을 최소화하는 FA인 것을 특징으로 하는 장치.
  24. 제23항에 있어서,
    상기 초기 사용 FA는, 하기 수식과 같이 결정되는 것을 특징으로 하는 장치,
    Figure 112010000076200-pat00033
    여기서, 상기
    Figure 112010000076200-pat00034
    는 k번째 소형 기지국의 초기 사용 FA, 상기 f는 사용 FA 후보, 상기 Fa,k는 사용 FA 후보들, 상기 gn,l은 n번째 소형 기지국의 사용 FA 및 l번째 소형 기지국의 사용 FA가 동일하면 1 아니면 0으로 설정되는 지시자, 상기 Prx,n,l은 n번째 소형 기지국에서 측정한 l번째 소형 기지국에 대한 수신 신호 세기, 상기 Im,n은 단말에서 측정한 n번째 소형 기지국과 동일한 FA를 사용하는 매크로 기지국들에 대한 수신 신호 세기, 상기 N은 열잡음, 상기 sn은 n번째 소형 기지국의 쉐도잉 펙터(shadowing factor)를 의미함.
  25. 제21항에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 초기 사용 FA를 통해 통신을 수행 중, 적어도 하나의 소형 기지국의 사용 FA 집합을 결정함으로써 사용 FA를 변경하는 것을 특징으로 하는 장치.
  26. 제25항에 있어서,
    상기 사용 FA 집합은, 하기 수식과 같이 결정되는 것을 특징으로 하는 장치,
    Figure 112010000076200-pat00035
    여기서, 상기 Fset은 소형 기지국들의 사용 FA 집합, 상기 {f}는 소형 기지국들에 대한 사용 FA 집합 후보, 상기 {Fa,k}는 소형 기지국들의 사용 FA 집합 후보들, 상기 gn,l은 n번째 소형 기지국의 사용 FA 및 l번째 소형 기지국의 사용 FA가 동일하면 1 아니면 0으로 설정되는 지시자, 상기 Prx,n,l은 n번째 소형 기지국에서 측정한 l번째 소형 기지국에 대한 수신 신호 세기, 상기 Im,n은 단말에서 측정한 n번째 소형 기지국과 동일한 FA를 사용하는 매크로 기지국들에 대한 수신 신호 세기, 상기 N은 열잡음, 상기 sn은 n번째 소형 기지국의 쉐도잉 펙터를 의미함.
  27. 무선통신 시스템에서 망 관리 시스템(NMS : Network Management System) 장치에 있어서,
    다수의 소형 기지국들이 각각 결정한 가용 FA 집합들을 상기 다수의 소형 기지국들로부터 수신하는 통신기와,
    제1소형 기지국의 가용 FA 집합에 포함된 적어도 하나의 FA 중에서 상기 제1소형 기지국의 초기 사용 FA를 결정하는 제어부를 포함하고,
    상기 가용 FA 집합은,
    소형 기지국에 의해 측정된, 제1임계치 보다 낮은 FA 별 최대 수신 신호 세기를 갖는 FA를 포함하고,
    상기 제1임계치 보다 낮은 상기 FA 별 최대 수신 신호 세기를 갖는 FA가 존재하지 않는 경우, 상기 소형 기지국에 의해 측정된 최소의 최대 수신 신호 세기를 갖는 FA를 포함하고, 상기 FA 별 최대 수신 신호 세기와 상기 최소의 최대 수신 신호 세기의 차이값이 제2임계치 보다 작은 적어도 하나의 FA를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  28. 제27항에 있어서,
    상기 초기 사용 FA는, 상기 가용 FA 집합에 포함된 적어도 하나의 FA 중 상기 제1소형 기지국의 용량을 최대화하는 FA인 것을 특징으로 하는 장치.
  29. 제28항에 있어서,
    상기 초기 사용 FA는, 상기 가용 FA 집합에 포함된 적어도 하나의 FA 중 단말이 겪는 잡음 및 간섭 전력을 최소화하는 FA인 것을 특징으로 하는 장치.
  30. 제29항에 있어서,
    상기 초기 사용 FA는, 하기 수식과 같이 결정되는 것을 특징으로 하는 장치,
    Figure 112010000076200-pat00036
    여기서, 상기
    Figure 112010000076200-pat00037
    는 k번째 소형 기지국의 초기 사용 FA, 상기 f는 사용 FA 후보, 상기 Fa,k는 사용 FA 후보들, 상기 gn,l은 n번째 소형 기지국의 사용 FA 및 l번째 소형 기지국의 사용 FA가 동일하면 1 아니면 0으로 설정되는 지시자, 상기 Prx,n,l은 n번째 소형 기지국에서 측정한 l번째 소형 기지국에 대한 수신 신호 세기, 상기 Im,n은 단말에서 측정한 n번째 소형 기지국과 동일한 FA를 사용하는 매크로 기지국들에 대한 수신 신호 세기, 상기 N은 열잡음, 상기 sn은 n번째 소형 기지국의 쉐도잉 펙터를 의미함.
  31. 제27항에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 소형 기지국들 각각의 초기 사용 FA를 결정한 후, 상기 소형 기지국들의 사용 FA 집합을 결정함으로써 상기 소형 기지국들의 사용 FA들을 변경하는 것을 특징으로 하는 장치.
  32. 제31항에 있어서,
    상기 사용 FA 집합은, 하기 수식과 같이 결정되는 것을 특징으로 하는 장치,
    Figure 112010000076200-pat00038
    여기서, 상기 Fset은 소형 기지국들의 사용 FA 집합, 상기 {f}는 소형 기지국들에 대한 사용 FA 집합 후보, 상기 {Fa,k}는 소형 기지국들의 사용 FA 집합 후보들, 상기 gn,l은 n번째 소형 기지국의 사용 FA 및 l번째 소형 기지국의 사용 FA가 동일하면 1 아니면 0으로 설정되는 지시자, 상기 Prx,n,l은 n번째 소형 기지국에서 측정한 l번째 소형 기지국에 대한 수신 신호 세기, 상기 Im,n은 단말에서 측정한 n번째 소형 기지국과 동일한 FA를 사용하는 매크로 기지국들에 대한 수신 신호 세기, 상기 N은 열잡음, 상기 sn은 n번째 소형 기지국의 쉐도잉 펙터를 의미함.
KR1020080119921A 2008-11-28 2008-11-28 소형 기지국의 주파수 선택 장치 및 방법 KR101512470B1 (ko)

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