KR101524752B1 - 셀간 협력을 위한 통신 시스템 - Google Patents

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Abstract

매크로 단말 및 매크로 기지국은 사운딩 신호를 위한 무선 자원을 할당하고, 사운딩 신호의 패턴을 미리 결정한다. 그리고, 매크로 기지국은 펨토 기지국으로 사운딩 신호의 패턴에 대한 정보, 사운딩 신호를 위한 무선 자원에 대한 정보 등을 제공한다. 펨토 기지국은 그 정보를 이용하여 매크로 단말로부터 사운딩 신호를 성공적으로 수신할 수 있고, 이에 따라 매크로 단말의 존재 여부를 확인할 수 있으며, 매크로 단말 및 펨토 기지국 사이의 채널을 파악할 수도 있다.
계층 셀, 사운딩, 채널, 간섭 제어, 기지국, 단말

Description

셀간 협력을 위한 통신 시스템{COMMUNICATION SYSTEM FOR INTER-CELL COORDINATION}
아래의 실시예들은 펨토 기지국 및 매크로 기지국을 포함하는 계층(hierarchical) 셀 통신 시스템에서 펨토 기지국이 매크로 단말을 인지하거나, 펨토 기지국 및 매크로 단말 사이의 채널을 인지할 수 있는 기술에 관한 것이다.
이동 통신 시스템의 용량을 증대하기 위하여 펨토 셀 및 매크로 셀을 포함하는 계층 셀 통신 시스템에 관한 기술이 주목받고 있다. 계층 셀 통신 시스템에서, 펨토 셀로부터 매크로 셀로의 간섭은 해결되어야 하는 중요한 문제이다.
여러 표준들은 셀간 간섭으로 인한 문제를 해결하기 위하여 협력(coordinated) 빔포밍 등의 기술들을 제안하고 있다. 다만, 협력 빔포밍 등의 기술들은 실시간으로 셀들 사이에서 채널 정보를 교환/공유하는 것을 요구하는데, 펨토 셀을 포함하는 계층 셀 통신 시스템에서, 셀들이 채널 정보를 실시간으로 교환/공유하는 것은 어려울 수 있다. 왜냐 하면, 펨토 셀은 매크로 셀과 직접 연결되지 않고, 인터넷을 통하여 매크로 셀과 연결되므로, 펨토 셀과 매크로 셀 사이에서 송/수신되는 정보는 상대적으로 큰 딜레이를 갖기 때문이다.
따라서, 펨토 셀로부터 매크로 셀로의 간섭(특히, 펨토 기지국으로부터 매크로 단말로의 간섭)으로 인한 문제를 해결하면서도, 펨토 셀 및 매크로 셀이 채널 정보를 실시간으로 공유할 수 있는 기술이 필요하다.
본 발명의 일실시예에 따른 송신 전력 제어를 위한 펨토 기지국의 동작 방법은 매크로 기지국으로부터 매크로 단말의 사운딩 신호와 관련된 정보를 수신하는 단계; 상기 매크로 단말의 사운딩 신호와 관련된 정보를 이용하여 상기 매크로 단말로부터 전송된 상기 사운딩 신호를 검출하는 단계; 상기 사운딩 신호를 기초로 상기 매크로 단말 및 펨토 기지국 사이의 채널을 추정하는 단계; 및 상기 매크로 기지국 및 상기 펨토 기지국의 송신 전력 제어를 위하여 상기 추정된 채널에 대한 정보를 처리하는 단계를 포함한다.
상기 방법은 상기 매크로 기지국에게 상기 사운딩 신호와 관련된 정보를 요청하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 방법은 상기 사운딩 신호와 관련된 정보를 수신하였음을 나타내는 확인 메시지를 상기 매크로 기지국으로 전송하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 사운딩 신호는 상기 매크로 단말임을 나타내는 정보, 상기 매크로 단말을 위한 무선 자원에 대한 정보 또는 상기 매크로 단말의 서비스 품질(Quality of Service: QoS)에 대한 정보 중 적어도 하나를 나타낼 수 있다.
상기 매크로 단말의 사운딩 신호와 관련된 정보는 상기 사운딩 신호의 패턴에 대한 정보, 상기 사운딩 신호를 위한 무선 자원에 대한 정보 또는 상기 사운딩 신호의 전송 주기에 대한 정보 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 추정된 채널에 대한 정보를 처리하는 단계는 상기 매크로 기지국이 상 기 매크로 기지국 및 상기 펨토 기지국의 송신 전력 제어를 수행할 수 있도록 상기 매크로 기지국으로 상기 추정된 채널에 대한 정보를 전달하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 추정된 채널에 대한 정보를 처리하는 단계는 상기 추정된 채널에 대한 정보를 기초로 상기 펨토 기지국의 송신 전력을 결정하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 방법은 상기 매크로 기지국으로부터 상기 펨토 기지국을 위한 제어된 송신 전력에 관한 정보를 수신하는 단계를 더 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따른 송신 전력 제어를 위한 펨토 기지국의 동작 방법은 매크로 기지국으로부터 매크로 단말의 사운딩 신호와 관련된 정보를 수신하는 단계; 상기 매크로 단말의 사운딩 신호와 관련된 정보를 이용하여 상기 매크로 단말로부터 전송된 상기 사운딩 신호를 검출하는 단계; 및 상기 검출된 사운딩 신호의 파워에 따라 펨토 기지국의 송신 전력을 조절하는 단계를 포함한다.
상기 방법은 상기 펨토 기지국의 송신 전력을 조절하는 단계; 상기 검출된 사운딩 신호의 파워를 적어도 하나의 비교값과 비교하는 단계; 및 상기 비교 결과에 따라 상기 송신 전력을 증가 또는 감소시키는 단계를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따른 송신 전력 제어를 위한 펨토 기지국의 동작 방법은 매크로 기지국으로부터 매크로 단말의 사운딩 신호와 관련된 정보를 수신하는 단계; 상기 매크로 단말의 사운딩 신호와 관련된 정보를 이용하여 상기 매크로 단말로부터 전송된 상기 사운딩 신호를 검출하는 단계; 및 상기 사운딩 신호를 기초로 상기 매크로 단말 및 펨토 기지국 사이의 채널을 추정한 이후에, 상기 추정된 채널을 기초로 펨토 단말을 위한 빔포밍 벡터를 설계하거나, 상기 사운딩 신호를 검출함에 응답하여 상기 매크로 단말로부터 상기 매크로 단말 및 상기 펨토 기지국 사이의 채널에 대한 정보를 수신한 이후에, 상기 수신된 채널에 대한 정보를 기초로 상기 펨토 단말을 위한 상기 빔포밍 벡터를 설계하는 단계를 포함한다.
상기 방법은 상기 사운딩 신호를 검출함에 응답하여 상기 매크로 단말 및 상기 펨토 기지국 사이의 채널에 대한 정보를 상기 매크로 단말에게 요청하는 단계를 더 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따른 송신 전력 제어를 위한 매크로 단말의 동작 방법은 매크로 기지국으로부터 사운딩 신호에 대한 전송 요청을 수신하는 단계; 및 상기 사운딩 신호를 펨토 기지국으로 전송하는 단계를 포함하고, 상기 사운딩 신호는 매크로 단말임을 나타내는 정보, 상기 매크로 단말을 위한 무선 자원에 대한 정보 또는 상기 매크로 단말의 서비스 품질(Quality of Service: QoS)에 대한 정보 중 적어도 하나를 나타내고, 상기 사운딩 신호의 패턴에 대한 정보, 상기 사운딩 신호를 위한 무선 자원에 대한 정보 또는 상기 사운딩 신호의 전송 주기에 대한 정보 중 적어도 하나를 포함하는 상기 사운딩 신호와 관련된 정보는 상기 매크로 기지국으로부터 상기 펨토 기지국으로 미리 제공된다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 매크로 기지국은 펨토 기지국으로 사운딩 신호의 패턴에 대한 정보, 사운딩 신호를 위한 무선 자원에 대한 정보 등을 제공함으로써, 펨토 기지국은 성공적으로 매크로 단말로부터 전송된 사운딩 신호를 수신할 수 있다. 따라서, 펨토 기지국은 매크로 단말 및 펨토 기지국 사이의 채널을 쉽게 추정할 수 있거나, 매크로 단말의 존재를 인지할 수 있다.
이하, 본 발명에 따른 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
본 명세서에서 기술되는 펨토 셀, 펨토 기지국은 소형 기지국의 일 예이다. 본 발명의 실시예들은 펨토 셀, 펨토 기지국뿐만 아니라 다양한 종류의 소형 기지국을 포함하는 통신 시스템에 잘 적용될 수 있다. 이 때, 그 소형 기지국은 heterogeneous network에서 릴레이, RRH(Radio Remote Head)을 포함하며, 펨토 기지국, 피코 기지국, 홈 기지국(home eNode B) 등을 포함한다.
도 1은 부분적 주파수 재사용(Fractional Frequency Reuse, FFR) 기법을 사용하는 매크로 셀 통신 시스템의 예를 나타낸 도면이다.
도 1을 참조하면, 매크로 기지국을 포함하는 매크로 셀 통신 시스템은 부분적 주파수 재사용 기법에 따라 내부 셀(inner cell)을 위한 주파수 자원 F1+F2과 외곽 셀(outer cell)을 위한 주파수 자원 F3를 별도로 관리한다. 내부 셀(inner cell)을 위한 주파수 자원 F1+F2은 인접한 셀에 의해 재사용될 수 있으며, 외곽 셀(outer cell)을 위한 주파수 자원 F3은 인접한 셀에 의해 사용되지 않는다. 부분적 주파수 재사용 기법은 내부 셀(inner cell)을 위한 주파수 자원 F1+F2을 재사용함으로써 무선 자원의 사용 효율을 높일 뿐만 아니라 인접 셀로부터 간섭을 받지 않도록 외곽 셀을 위한 주파수 자원 F3을 할당함으로써, 외곽 셀에 있는 사용자의 용량을 향상시킬 수 있다. 즉, 부분적 주파수 재사용 기법에 따르면, 매크로 기지국은 도 1에 도시된 송신 전력의 그래프에 도시된 바와 같이, 외곽 셀을 위한 주파수 자원 F3에서도 높은 송신 전력을 할당할 수 있다.
매크로 셀의 인접 셀이 다른 매크로 셀이라면, 두 개의 매크로 셀들은 실시간으로 채널 정보를 공유할 수 있다. 다만, 인접 셀이 펨토 셀인 경우, 펨토 셀은 인터넷과 연결되어 있으므로, 매크로 셀과 펨토 셀이 실시간으로 채널 정보를 공유하는 것은 어렵다. 또한, 매크로 셀의 위치는 고정되어 있는 반면, 펨토 셀의 위치는 자유롭게 변할 수 있다. 따라서, FFR을 사용하는 경우, 펨토 셀로부터 매크로 단말로의 간섭을 확실하게 방지할 수 없다. 결국, 매크로 셀 및 펨토 셀을 포함하는 계층 셀 통신 시스템에서, FFR을 그대로 사용하는 것은 최적화된 솔루션이 아니다.
도 2는 부분적 주파수 재사용 기법을 사용하는 계층 셀 통신 시스템을 나타낸 도면이다.
도 2를 참조하면, 계층 셀 통신 시스템은 매크로 기지국, 매크로 단말 및 펨토 기지국을 포함한다. 또한, 계층 셀 통신 시스템은 FFR을 사용하므로, 내부 셀(inner cell)을 위한 주파수 자원 F1+F2과 외곽 셀(outer cell)을 위한 주파수 자원 F3은 서로 구별됨을 확인할 수 있다.
매크로 단말과 펨토 기지국이 서로 멀리 떨어져 있는 경우, 펨토 기지국으로부터 매크로 단말로의 간섭은 거의 없을 것으로 예측된다. 다만, 매크로 단말이 펨토 기지국으로 가까이 다가올수록 그 간섭은 증가하며, 펨토 기지국의 위치 또한 변할 수 있으므로, 단순히 FFR을 사용하는 것은 펨토 기지국으로부터 매크로 단말로의 간섭을 해결하지 못한다.
뿐만 아니라, 펨토 기지국으로부터 매크로 단말로의 간섭을 제어하기 위해서는 매크로 기지국 및 펨토 기지국이 펨토 기지국으로부터 매크로 단말로의 채널에 대한 정보를 실시간으로 공유해야 한다. 다만, 펨토 기지국은 매크로 기지국과 직접 연결되지 않고, 인터넷을 통하여 연결되므로, 그 정보를 실시간으로 공유하지 못한다. 뿐만 아니라, 펨토 기지국은 매크로 단말의 신호가 어떤 패턴을 갖는지, 어느 무선 자원을 이용하여 전송되는지를 알 수 없으므로, 펨토 기지국으로부터 매크로 단말로의 채널을 파악하는 것조차 힘들다.
도 3은 실시간 정보 공유의 어려움을 갖는 계층 셀 통신 시스템을 개념적으로 설명하는 도면이다.
도 3을 참조하면, 310과 같이 두 개의 매크로 기지국들을 포함하는 다중 셀 통신 시스템에서, 매크로 기지국 A 및 매크로 기지국 B는 Fiber로 연결되거나, 이미 잘 알려진 X2 인터페이스를 통하여 연결된다. 이러한 경우, 매크로 기지국 A 및 매크로 기지국 B은 작은 지연 시간을 두고 실시간으로 채널 정보를 공유할 수 있다.
다만, 320에 도시된 계층 셀 통신 시스템과 같이, 매크로 기지국 및 펨토 기지국이 인터넷을 통하여 연결되는 경우, 매크로 기지국 및 펨토 기지국은 상대적 으로 큰 지연 시간을 두고 채널 정보를 공유한다. 따라서, 계층 셀 통신 시스템은 3GPP LTE_advanced 또는 IEEE 802.16m의 표준들에서 논의되는 협력(coordinated) 빔포밍 등을 사용하기 어렵다.
도 4는 여러 펨토 기지국들을 포함하는 계층 셀 통신 시스템의 예를 나타낸 도면이다.
도 4를 참조하면, 계층 셀 통신 시스템이 둘 이상의 펨토 기지국들을 포함하는 경우, 매크로 단말이 간섭 채널들(h1, h2)을 측정하는 방안이 있을 수 있다. 즉, 매크로 단말은 펨토 기지국1, 2를 스캐닝한 후, 간섭 채널들(h1, h2)을 측정하고, 그 간섭 채널들에 대한 정보를 매크로 기지국으로 보고할 수 있다.
그러나, 매크로 단말의 전력은 제한되며, 특히 많은 수의 펨토 기지국들으로부터의 간섭 채널을 개별적으로 측정하기 위해서는 단말에서 많은 양의 전력이 소모되며, 긴 측정 시간이 요구될 수 있다. 또한 매크로 단말이 매크로 기지국으로 간섭 채널들에 대한 정보를 보고하기 위해서는 추가적인 무선 자원을 필요로 한다. 따라서, 매크로 단말이 간섭 채널들에 대한 정보를 매크로 기지국으로 보고하는 방안 또한 좋은 방안이 아니다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 계층 셀 통신 시스템의 동작 방법을 나타낸 동작 흐름도이다.
도 5를 참조하면, 펨토 기지국은 매크로 단말의 사운딩 신호와 관련된 정보를 얻기 위하여 유선 백홀을 통하여 매크로 기지국으로 메시지 'Macro_Info_Request'를 전송한다(510). 여기서, 펨토 기지국 및 매크로 기지국 사이의 유선 백본의 용량은 충분하므로, 펨토 기지국은 많은 양의 정보를 매크로 기지국으로 수신할 수 있다.
매크로 기지국은 펨토 기지국이 인증된 것인 경우, 매크로 기지국에 의해 서빙되는 매크로 단말의 사운딩 신호와 관련된 정보를 펨토 기지국으로 전송한다(520). 이 때, 매크로 단말의 사운딩 신호와 관련된 정보는 메시지 'Macro_Info'의 형태로 전송된다.
여기서, 매크로 단말의 사운딩 신호와 관련된 정보는 사운딩 신호의 패턴에 대한 정보, 사운딩 신호를 위한 무선 자원에 대한 정보 또는 사운딩 신호의 전송 주기에 대한 정보를 포함할 수 있다. 따라서, 펨토 기지국은 매크로 단말로부터 전송되는 사운딩 신호의 패턴, 사운딩 신호를 위해 할당된 무선 자원(주파수 자원 및 시간 자원), 사운딩 신호가 언제 전송되는지 등을 파악할 수 있다.
또한, 펨토 기지국은 메시지 'Macro_Info'를 성공적으로 수신함에 응답하여 확인 메시지 'Macro_Info ACK'를 매크로 기지국으로 전송한다(530).
이 때, 매크로 기지국은 펨토 기지국이 할당된 무선 자원을 통하여 매크로 단말로부터 사운딩 신호를 수신할 준비를 완료하였음을 매크로 단말에게 알린다.
또한, 매크로 기지국은 무선으로 매크로 단말이 펨토 기지국과 인접한 위치에 있음을 확인한 후(또는 펨토 기지국이 사운딩 신호를 수신할 수 있는 것을 확인 한 후), 매크로 단말에게 지정된 패턴, 할당된 무선 자원 및 지정된 전송 주기에 따라 사운딩 신호를 전송할 것을 명령한다(540).
또한, 매크로 단말은 지정된 패턴, 할당된 무선 자원 및 지정된 전송 주기에 따라 사운딩 신호를 전송한다(550).
여기서, 사운딩 신호는 매크로 단말에 의해 전송되는 신호로서, 소형 기지국이 매크로 단말의 존재 여부(또는, 간섭 양)를 판단하거나 매크로 단말 및 소형 기지국 사이의 채널을 추정하는 데에 사용되는 신호를 의미한다. 보다 구체적으로, 사운딩 신호는 매크로 단말임을 나타내는 정보, 매크로 단말을 위한 무선 자원에 대한 정보 또는 매크로 단말의 서비스 품질(Quality of Service: QoS)에 대한 정보를 나타낼 수 있다. 매크로 단말을 위한 무선 자원의 할당 패턴, 매크로 단말의 서비스 품질에 따라 사운딩 신호의 패턴이 다르게 결정될 수 있고, 펨토 기지국은 사운딩 신호의 패턴을 통하여 매크로 단말을 위한 무선 자원의 할당 패턴, 매크로 단말의 서비스 품질을 파악할 수 있다. 이 때, 사운딩 신호는 상술한 기능을 수행하기 위하여 다양한 방식으로 생성될 수 있다.
결국, 펨토 기지국은 사운딩 신호를 통하여 펨토 기지국으로부터 매크로 단말로의 채널을 추정하거나, 매크로 단말의 존재 여부를 확인할 수 있다. 보다 구체적으로, 시간 분할 이중화(Time Division Duplex) 시스템의 경우, 펨토 기지국은 사운딩 신호를 이용하여 매크로 단말로부터 펨토 기지국으로의 채널을 추정함으로써, 펨토 기지국으로부터 매크로 단말로의 채널을 파악할 수 있다. 그리고, 펨토 기지국은 사운딩 신호를 이용하여 매크로 단말의 존재 여부를 확인한 이후에, 펨토 기지국으로부터 매크로 단말로의 채널에 대한 정보(예를 들어, 매크로 단말에서 수신된 펨토 기지국의 신호의 파워에 대한 정보)의 피드백을 요청할 수 있다.
최종적으로, 매크로 기지국 및 펨토 기지국은 펨토 기지국으로부터 매크로 단말로의 채널에 대한 정보를 공유할 수 있고, 그 정보를 이용하여 송신 전력 제어 또는 빔포밍과 같은 간섭 제어를 수행할 수 있다. 아래에서는, 송신 전력 제어의 방안들로서 롱-텀 동적 스펙트럼 관리, 자발적 동적 스펙트럼 관리를 구체적으로 설명하며, 빔포밍의 예로서 leakage-based 빔포밍에 대해 상세히 설명한다. 또한, 상기 정보는 셀간 핸드오버 등에도 사용될 수 있다.
-롱-텀 동적 스펙트럼 관리
도 6은 매크로 단말이 이동하는 경우, 매크로 기지국 및 펨토 기지국의 송신 전력의 변화를 나타낸 도면이다.
도 6을 참조하면, 매크로 셀이 FFR을 사용하는 환경에서, 매크로 단말이 펨토 기지국으로 점점 가까워지고 있음을 알 수 있다. 이 때, 도면부호 610 및 620을 통해 알 수 있는 바와 같이, 펨토 기지국으로 인해 매크로 기지국의 송신 전력은 변경되지 않은 채로, 외곽 셀을 위한 주파수 자원 F3에서의 펨토 기지국의 송신 전력만이 감소될 수 있다.
보다 구체적으로, 외곽 셀에 펨토 기지국이 존재하는 경우, 펨토 기지국 주 변에 매크로 단말이 존재하더라도, 펨토 기지국은 매크로 단말에 의해 사용되지 않는 무선 자원을 자유롭게 사용할 수 있다. 또한, 펨토 기지국은 매크로 단말에 의해 요구되는 서비스 품질(예를 들어, 평균 SINR)을 알 수 있고, 그 서비스 품질을 보장해주는 전제 아래 경로 손실(path loss) 또는 쉐도잉(shadowing) 같은 롱-텀 채널 게인을 고려하여 매크로 단말에 의해 사용되는 무선 자원을 제한적으로 사용할 수 있다.
따라서, 펨토 기지국은 매크로 단말이 존재하지 않는 것으로 판단한 경우, 가능한 모든 무선 자원을 최대한 사용할 수 있으며, 주변에 매크로 단말이 존재하는 경우에도 매크로 단말이 정상적으로 통신하는 것을 보장해주면서 무선 자원을 효율적으로 사용할 수 있다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따라 송신 전력 제어의 하나의 방법으로서 롱-텀 동적 스펙트럼 관리(Dynamic Spectrum Management)를 적용하는 계층 셀 통신 시스템의 동작 방법을 나타낸 동작 흐름도이다.
도 7을 참조하면, 펨토 기지국은 매크로 단말의 사운딩 신호와 관련된 정보를 얻기 위하여 유선 백홀을 통하여 매크로 기지국으로 메시지 'Macro_Info_Request'를 전송한다(710).
매크로 기지국은 펨토 기지국이 인증된 것인 경우, 매크로 기지국에 의해 서빙되는 매크로 단말의 사운딩 신호와 관련된 정보를 펨토 기지국으로 전송한다(720). 이 때, 매크로 단말의 사운딩 신호와 관련된 정보는 메시지 'Macro_Info'의 형태로 전송된다.
또한, 펨토 기지국은 메시지 'Macro_Info'를 성공적으로 수신함에 응답하여 확인 메시지 'Macro_Info ACK'를 매크로 기지국으로 전송한다(730).
이 때, 매크로 기지국은 펨토 기지국이 할당된 무선 자원을 통하여 매크로 단말로부터 사운딩 신호를 수신할 준비를 완료하였음을 매크로 단말에게 알린다.
또한, 매크로 기지국은 무선으로 매크로 단말이 펨토 기지국과 인접한 위치에 있음을 확인한 후(또는 펨토 기지국이 사운딩 신호를 수신할 수 있는 것을 확인한 후), 매크로 단말에게 지정된 패턴, 할당된 무선 자원 및 지정된 전송 주기에 따라 사운딩 신호를 전송할 것을 명령한다(740).
또한, 매크로 단말은 지정된 패턴, 할당된 무선 자원 및 지정된 전송 주기에 따라 사운딩 신호를 전송한다(750).
또한, 펨토 기지국은 펨토 기지국으로부터 매크로 단말로의 채널을 추정 또는 예측한다(760).
펨토 기지국은 매크로 단말로부터 펨토 기지국으로의 롱-텀 채널 게인을 추정할 수 있고, 그에 따라 펨토 기지국으로부터 매크로 단말로의 롱-텀 채널 게인을 예측할 수 있다. 보다 구체적으로, TDD 시스템과 같이 채널 reciprocity가 성립하는 경우, 매크로 단말로부터 펨토 기지국으로의 채널 게인과 펨토 기지국으로부터 매크로 단말로의 채널 게인은 동일한 것으로 간주될 수 있다.
또한, 매크로 단말이 자주 사운딩 신호를 전송하는 경우, 펨토 기지국은 측정된 채널 게인들을 평균화함으로써 롱-텀 채널 게인을 계산할 수 있으며, 매크로 단말이 자주 사운딩 신호를 전송하지 않더라도 적절한 페이딩 마진을 측정된 채널 게인에 더함으로써, 롱-텀 채널 게인을 얻을 수 있다.
또한, 펨토 기지국은 얻어진 롱-텀 채널 게인을 메시지 'Channel Info Report'의 형태로 매크로 기지국으로 전달한다(770). 이 때, 펨토 기지국은 유선 백본 또는 무선 백본을 사용할 수 있다.
또한, 매크로 기지국은 롱-텀 채널 게인을 기초로 송신 전력 제어에 따라 펨토 기지국들 각각 및 주파수 자원(서브 밴드들) 각각에 대한 송신 전력을 계산한다(780). 그리고, 계산된 송신 전력에 대한 정보는 펨토 기지국들 각각으로 전달된다(790).
이 때, 도 7에 도시된 바와 다르게, 송신 전력은 펨토 기지국에 의해 계산된 후에, 다른 펨토 기지국 및 매크로 기지국으로 전달될 수도 있다.
롱-텀 채널 게인과 매크로 기지국에서 일반적으로 사용 가능한 정보를 기초로 송신 전력 제어를 수행하는 과정은 다음과 같은 알고리즘을 통해 이루어질 수 있다.
Figure 112009065065139-pat00001
Figure 112009065065139-pat00002
: 펨토 기지국 j의 현재 전송 파워
Figure 112009065065139-pat00003
: 매크로 단말 i로의 매크로 기지국의 현재 전송 파워
Figure 112009065065139-pat00004
: 펨토 기지국 j의 전송 파워 변화
Figure 112009065065139-pat00005
: 펨토 기지국 j로부터 매크로 단말 i로의 채널 게인
Figure 112009065065139-pat00006
: 매크로 기지국으로부터 매크로 단말 i로의 채널 게인
Figure 112009065065139-pat00007
: 매크로 단말 i의 롱-텀 SINR
Figure 112009065065139-pat00008
: 매크로 단말 i의 롱-텀 타겟 SINR
Figure 112009065065139-pat00009
: 매크로 단말 i의 백그라운드 잡음
Figure 112009065065139-pat00010
Figure 112009065065139-pat00011
Figure 112009065065139-pat00012
은 펨토 기지국이 매크로 단말의 사운딩 신호를 측정한 후, 매크로 기지국으로 보고된 것이다.
1. 펨토 기지국들의 개수가 매크로 단말들의 개수보다 많은 경우
펨토 기지국들의 개수가 매크로 단말들의 개수보다 많은 경우, 알고리즘은 펨토 기지국의 송신 전력 x의 변화를 최소화하는 것을 목표(Objective)로 삼고, 매크로 단말의 타겟 롱-텀 SINR을 만족하는 것을 제약식(constraint)으로 가질 수 있다. 예를 들어, 알고리즘은
Figure 112009065065139-pat00013
와 같이 표현될 수 있으며,
Figure 112009065065139-pat00014
이다.
2. 펨토 기지국들의 개수가 매크로 단말들의 개수보다 작거나 같은 경우
펨토 기지국들의 개수가 매크로 단말들의 개수보다 작거나 같은 경우, 알고리즘은 매크로 단말들의 성능 저하를 최소화하는 것을 목표로 삼을 수 있다. 예를 들어, 알고리즘은
Figure 112009065065139-pat00015
와 같이 표현될 수 있으며,
Figure 112009065065139-pat00016
이다.
- 자발적 동적 스펙트럼 관리
롱-텀 동적 스펙트럼 관리에 따르면, 매크로 기지국 및 펨토 기지국은 최적의 송신 전력 제어를 위해 서로 관련 정보를 교환한다. 다만, 자발적 동적 스펙트럼 관리에 따르면, 매크로 기지국 및 펨토 기지국 중 어느 하나는 자발적으로 스스로의 송신 전력을 제어할 수 있다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따라 송신 전력 제어의 하나의 방법으로서 자발적 동적 스펙트럼 관리를 적용하는 계층 셀 통신 시스템에서, 펨토 기지국의 동작 방법을 나타낸 동작 흐름도이다.
도 8을 참조하면, 펨토 기지국은 미리 설정된 주기(전송 주기)에 따라 매크로 단말의 사운딩 신호를 모니터링한다(810).
그리고, 펨토 기지국은 매크로 단말의 사운딩 신호의 패턴을 알고 있으므로, 매크로 단말의 사운딩 신호가 검출되었는지를 판단한다(820).
매크로 단말의 사운딩 신호가 검출되지 않는다면, 단계 810이 다시 시작되며, 검출된다면, 펨토 기지국은 검출된 사운딩 신호의 파워(롱-텀 채널 게인)가 α보다 큰지 여부를 판단한다(830). 만약, 검출된 사운딩 신호의 파워가 α보다 크 다면, 매크로 단말 및 펨토 기지국 사이의 간섭이 상대적으로 큰 것으로 예측되므로, 펨토 기지국은 송신 전력을 감소한다(850). 반대로, 검출된 사운딩 신호의 파워가 α보다 작거나 같다면, 펨토 기지국은 검출된 사운딩 신호의 파워가 β보다 작은지 여부를 판단한다(840). 여기서, β는 α보다 작은 실수이다.
검출된 사운딩 신호의 파워가 β보다 작다면, 펨토 기지국 및 매크로 단말 사이의 간섭은 상대적으로 작은 것으로 예측되므로, 펨토 기지국은 송신 전력을 증가한다(860). 여기서, 송신 전력의 증가 또는 감소는 매크로 단말에 의해 사용되는 주파수 대역에서의 송신 전력의 증가 또는 감소를 의미한다.
-leakage-based 빔포밍
자발적 동적 스펙트럼 관리 및 롱-텀 동적 스펙트럼 관리는 롱-텀 채널 게인에 기반한다. 다만, 본 발명의 실시예들은 멀티 패스 페이딩과 같은 숏-텀 채널 게인에 기반하여 간섭 제어를 수행할 수 있다.
매크로 단말이 사운딩 신호를 송신하는 경우, 펨토 기지국은 펨토 기지국 및 매크로 단말 사이의 채널을 쉽게 추정할 수 있다. 또한, 여러 펨토 기지국들이 존재하는 경우, 매크로 기지국이 모든 펨토 기지국들 각각에 무선 자원을 할당하는 것보다 펨토 기지국들 각각이 매크로 기지국을 고려하여 스스로의 무선 자원을 할당하는 것이 효율적일 수 있다.
도 9는 leakage-based 빔포밍을 설명하기 위한 도면이다.
도 9를 참조하면, 펨토 기지국 1, 2, 3 각각은 펨토 단말 A, B, C 각각을 위해 빔 A, B, C 각각을 형성한다. 이 때, 빔 A, B, C는 매크로 단말에 간섭을 주지 않도록 형성되어 있으므로, 펨토 기지국 1, 2, 3 각각은 매크로 단말에 의해 사용되는 무선 자원을 함께 사용할 수 있다.
펨토 기지국 1, 2, 3 각각은 다음과 같은 수학식을 통하여 leakage-based 빔포밍 벡터를 설계할 수 있다.
-
Figure 112009065065139-pat00017
-
Figure 112009065065139-pat00018
Figure 112009065065139-pat00019
: 펨토 셀 j에 있는 펨토 기지국의 전송 안테나들의 개수
Figure 112009065065139-pat00020
: 펨토 셀 j에 있는 펨토 단말 k의 수신 안테나들의 개수
Figure 112009065065139-pat00021
: 매크로 단말 i의 수신 안테나들의 개수
Figure 112009065065139-pat00022
: 펨토 기지국 j로부터 펨토 단말 k로의 채널 매트릭스로서, 차원은
Figure 112009065065139-pat00023
x
Figure 112009065065139-pat00024
임
Figure 112009065065139-pat00025
: 펨토 기지국 j로부터 매크로 단말 i로의 채널 매트릭스로서, 차원은
Figure 112009065065139-pat00026
x
Figure 112009065065139-pat00027
임
Figure 112009065065139-pat00028
: 펨토 단말 k를 위한 펨토 기지국 j의 빔포밍 벡터
Figure 112009065065139-pat00029
: 펨토 셀 j에 있는 펨토 단말 k의 백그라운드 잡음 파워
도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 leakage-based 빔포밍을 적용하는 계층 셀 통신 시스템에서, 펨토 기지국의 동작 방법을 나타낸 동작 흐름도이다.
도 10을 참조하면, 펨토 기지국은 매크로 단말의 사운딩 신호를 수신한다(1010). 그리고, 펨토 기지국은 사운딩 신호를 이용하여 펨토 기지국으로부터 매크로 단말로의 채널(특히, 숏-텀 채널 게인)을 추정하거나, 매크로 단말로부터 보고된 정보를 이용하여 펨토 기지국으로부터 매크로 단말로의 채널을 파악한다(1020).
또한, 펨토 기지국은 여러 사용자 선택 알고리즘들(예를 들어, 비례 공정 스케쥴링(proportional fairness scheduling) 중 어느 하나를 이용하여 서빙하고자 하는 적어도 하나의 사용자(펨토 단말)를 선택한다(1030).
또한, 펨토 기지국은 상술한 수학식 등을 이용하여 적절한 leakage-based 빔포밍 벡터를 설계한다(1040).
도 11은 펨토 기지국이 매크로 단말로부터 전송된 사운딩 신호를 이용하여 펨토 기지국 및 매크로 단말 사이의 채널을 추정하는 경우, leakage-based 빔포밍을 적용하는 계층 셀 통신 시스템의 동작 방법을 나타낸 동작 흐름도이다.
도 11을 참조하면, 펨토 기지국은 매크로 단말의 사운딩 신호와 관련된 정보를 얻기 위하여 유선 백홀을 통하여 매크로 기지국으로 메시지 'Macro_Info_Request'를 전송한다(1110).
매크로 기지국은 펨토 기지국이 인증된 것인 경우, 매크로 기지국에 의해 서빙되는 매크로 단말의 사운딩 신호와 관련된 정보를 펨토 기지국으로 전송한다(1120).
또한, 펨토 기지국은 메시지 'Macro_Info'를 성공적으로 수신함에 응답하여 확인 메시지 'Macro_Info ACK'를 매크로 기지국으로 전송한다(1130).
또한, 매크로 기지국은 무선으로 매크로 단말이 펨토 기지국과 인접한 위치에 있음을 확인한 후(또는 펨토 기지국이 사운딩 신호를 수신할 수 있는 것을 확인한 후), 매크로 단말에게 지정된 패턴, 할당된 무선 자원 및 지정된 전송 주기에 따라 사운딩 신호를 전송할 것을 명령한다(1140).
또한, 매크로 단말은 지정된 패턴, 할당된 무선 자원 및 지정된 전송 주기에 따라 사운딩 신호를 전송한다(1150).
이 때, 펨토 기지국은 수신된 사운딩 신호를 기초로 펨토 기지국으로부터 매크로 단말로의 채널(특히, 숏-텀 채널 게인)을 추정한 후에, 적절한 leakage-based 빔포밍 벡터를 설계한다(1160).
도 11에 도시된 것과 다르게, 채널 reciprocity가 성립하지 않는 경우, 펨토 기지국으로부터 매크로 단말로의 채널에 대한 정보는 매크로 단말로부터 펨토 기지국으로 제공될 수 있다. 이에 대해서는 도 12와 관련하여 설명한다.
도 12는 펨토 기지국이 매크로 단말로부터 피드백된 펨토 기지국 및 매크로 단말 사이의 채널에 대한 정보를 수신하는 경우, leakage-based 빔포밍을 적용하는 계층 셀 통신 시스템의 동작 방법을 나타낸 동작 흐름도이다.
도 12를 참조하면, 단계 1210 내지 단계 1250은 도 11의 단계 1110 내지 단계 1150과 동일하게 수행된다.
단계 1110 내지 단계 1150가 모두 수행되면, 펨토 기지국은 사운딩 신호를 이용하여 매크로 단말의 존재 여부, 매크로 단말이 펨토 기지국에게 미치는 영향을 인지한다(1260).
펨토 기지국은 펨토 기지국으로부터 매크로 단말로의 채널에 대한 정보를 매크로 기지국에게 요청하며(1270), 매크로 기지국은 그 요청에 대해 응답한다(1280). 그리고, 매크로 기지국은 매크로 단말에게 펨토 기지국으로부터 매크로 단말로의 채널에 대한 정보를 펨토 기지국으로 피드백할 것을 명령하며(1290), 매크로 단말은 펨토 기지국으로부터 매크로 단말로의 채널에 대한 정보를 펨토 기지국으로 피드백한다(1291). 이 때, 매크로 단말 및 펨토 기지국 사이의 통신을 위한 초기화 과정이 선택적으로 진행될 수 있다.
최종적으로, 펨토 기지국으로부터 매크로 단말로의 채널에 대한 정보가 펨토 기지국으로 제공되면, 펨토 기지국은 적절한 leakage-based 빔포밍 벡터를 설계한다(1292).
본 발명에 따른 방법들은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프 로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 본 발명을 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. 상기된 하드웨어 장치는 본 발명의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.
이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.
그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
도 1은 부분적 주파수 재사용(Fractional Frequency Reuse, FFR) 기법을 사용하는 매크로 셀 통신 시스템의 예를 나타낸 도면이다.
도 2는 부분적 주파수 재사용 기법을 사용하는 계층 셀 통신 시스템을 나타낸 도면이다.
도 3은 실시간 정보 공유의 어려움을 갖는 계층 셀 통신 시스템을 개념적으로 설명하는 도면이다.
도 4는 여러 펨토 기지국들을 포함하는 계층 셀 통신 시스템의 예를 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 계층 셀 통신 시스템의 동작 방법을 나타낸 동작 흐름도이다.
도 6은 매크로 단말이 이동하는 경우, 매크로 기지국 및 펨토 기지국의 송신 전력의 변화를 나타낸 도면이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따라 송신 전력 제어의 하나의 방법으로서 롱-텀 동적 스펙트럼 관리(Dynamic Spectrum Management)를 적용하는 계층 셀 통신 시스템의 동작 방법을 나타낸 동작 흐름도이다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따라 송신 전력 제어의 하나의 방법으로서 자발적 동적 스펙트럼 관리를 적용하는 계층 셀 통신 시스템에서, 펨토 기지국의 동작 방법을 나타낸 동작 흐름도이다.
도 9는 leakage-based 빔포밍을 설명하기 위한 도면이다.
도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 leakage-based 빔포밍을 적용하는 계층 셀 통신 시스템에서, 펨토 기지국의 동작 방법을 나타낸 동작 흐름도이다.
도 11은 펨토 기지국이 매크로 단말로부터 전송된 사운딩 신호를 이용하여 펨토 기지국 및 매크로 단말 사이의 채널을 추정하는 경우, leakage-based 빔포밍을 적용하는 계층 셀 통신 시스템의 동작 방법을 나타낸 동작 흐름도이다.
도 12는 펨토 기지국이 매크로 단말로부터 피드백된 펨토 기지국 및 매크로 단말 사이의 채널에 대한 정보를 수신하는 경우, leakage-based 빔포밍을 적용하는 계층 셀 통신 시스템의 동작 방법을 나타낸 동작 흐름도이다.

Claims (14)

  1. 매크로 기지국으로부터 매크로 단말의 사운딩 신호와 관련된 정보를 수신하는 단계;
    상기 매크로 단말의 사운딩 신호와 관련된 정보를 이용하여 상기 매크로 단말로부터 전송된 상기 사운딩 신호를 검출하는 단계;
    상기 사운딩 신호를 기초로 상기 매크로 단말 및 소형 기지국 사이의 채널을 추정하는 단계; 및
    상기 매크로 기지국 및 상기 소형 기지국의 송신 전력 제어를 위하여 상기 추정된 채널에 대한 정보를 처리하는 단계
    를 포함하는 송신 전력 제어를 위한 소형 기지국의 동작 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 매크로 기지국에게 상기 사운딩 신호와 관련된 정보를 요청하는 단계
    를 더 포함하는 송신 전력 제어를 위한 소형 기지국의 동작 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 사운딩 신호와 관련된 정보를 수신하였음을 나타내는 확인 메시지를 상기 매크로 기지국으로 전송하는 단계
    를 더 포함하는 송신 전력 제어를 위한 소형 기지국의 동작 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 사운딩 신호는
    상기 매크로 단말임을 나타내는 정보, 상기 매크로 단말을 위한 무선 자원에 대한 정보 또는 상기 매크로 단말의 서비스 품질(Quality of Service: QoS)에 대한 정보 중 적어도 하나를 나타내는 송신 전력 제어를 위한 소형 기지국의 동작 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 매크로 단말의 사운딩 신호와 관련된 정보는
    상기 사운딩 신호의 패턴에 대한 정보, 상기 사운딩 신호를 위한 무선 자원에 대한 정보 또는 상기 사운딩 신호의 전송 주기에 대한 정보 중 적어도 하나를 포함하는 송신 전력 제어를 위한 소형 기지국의 동작 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 추정된 채널에 대한 정보를 처리하는 단계는
    상기 매크로 기지국이 상기 매크로 기지국 및 상기 소형 기지국의 송신 전력 제어를 수행할 수 있도록 상기 매크로 기지국으로 상기 추정된 채널에 대한 정보를 전달하는 단계
    를 포함하는 송신 전력 제어를 위한 소형 기지국의 동작 방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 추정된 채널에 대한 정보를 처리하는 단계는
    상기 추정된 채널에 대한 정보를 기초로 상기 소형 기지국의 송신 전력을 결정하는 단계
    를 포함하는 송신 전력 제어를 위한 소형 기지국의 동작 방법.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 매크로 기지국으로부터 상기 소형 기지국을 위한 제어된 송신 전력에 관한 정보를 수신하는 단계
    를 더 포함하는 송신 전력 제어를 위한 소형 기지국의 동작 방법.
  9. 매크로 기지국으로부터 매크로 단말의 사운딩 신호와 관련된 정보를 수신하는 단계;
    상기 매크로 단말의 사운딩 신호와 관련된 정보를 이용하여 상기 매크로 단말로부터 전송된 상기 사운딩 신호를 검출하는 단계; 및
    상기 검출된 사운딩 신호의 파워에 따라 소형 기지국의 송신 전력을 조절하는 단계
    를 포함하는 송신 전력 제어를 위한 소형 기지국의 동작 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 소형 기지국의 송신 전력을 조절하는 단계는
    상기 검출된 사운딩 신호의 파워를 적어도 하나의 비교값과 비교하는 단계; 및
    상기 비교 결과에 따라 상기 송신 전력을 증가 또는 감소시키는 단계
    를 포함하는 송신 전력 제어를 위한 소형 기지국의 동작 방법.
  11. 매크로 기지국으로부터 매크로 단말의 사운딩 신호와 관련된 정보를 수신하는 단계;
    상기 매크로 단말의 사운딩 신호와 관련된 정보를 이용하여 상기 매크로 단말로부터 전송된 상기 사운딩 신호를 검출하는 단계; 및
    상기 사운딩 신호를 기초로 상기 매크로 단말 및 소형 기지국 사이의 채널을 추정한 이후에, 상기 추정된 채널을 기초로 펨토 단말을 위한 빔포밍 벡터를 설계하거나,
    상기 사운딩 신호를 검출함에 응답하여 상기 매크로 단말로부터 상기 매크로 단말 및 상기 소형 기지국 사이의 채널에 대한 정보를 수신한 이후에, 상기 수신된 채널에 대한 정보를 기초로 상기 펨토 단말을 위한 상기 빔포밍 벡터를 설계하는 단계
    를 포함하는 송신 전력 제어를 위한 소형 기지국의 동작 방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 사운딩 신호를 검출함에 응답하여 상기 매크로 단말 및 상기 소형 기지국 사이의 채널에 대한 정보를 상기 매크로 단말에게 요청하는 단계
    를 더 포함하는 송신 전력 제어를 위한 소형 기지국의 동작 방법.
  13. 매크로 기지국으로부터 사운딩 신호에 대한 전송 요청을 수신하는 단계; 및
    상기 사운딩 신호를 소형 기지국으로 전송하는 단계
    를 포함하고,
    상기 사운딩 신호는
    매크로 단말임을 나타내는 정보, 상기 매크로 단말을 위한 무선 자원에 대한 정보 또는 상기 매크로 단말의 서비스 품질(Quality of Service: QoS)에 대한 정보 중 적어도 하나를 나타내고,
    상기 사운딩 신호의 패턴에 대한 정보, 상기 사운딩 신호를 위한 무선 자원에 대한 정보 또는 상기 사운딩 신호의 전송 주기에 대한 정보 중 적어도 하나를 포함하는 상기 사운딩 신호와 관련된 정보는 상기 매크로 기지국으로부터 상기 소형 기지국으로 미리 제공되는 송신 전력 제어를 위한 매크로 단말의 동작 방법.
  14. 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항의 방법을 수행하기 위한 프로그램이 기록된 컴퓨터로 판독 가능한 기록 매체.
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