KR101624332B1 - 중계기 위치를 설정하는 방법 및 장치 - Google Patents

Abstract

기지국이 중계기의 설치 위치를 설정하는 방법을 제공한다. 중계기 위치 설정 방법에 따르면 복수의 단말로부터 프리앰블 측정값을 수신하고, 상기 프리앰블 측정값에 기초하여 각 단말의 위치에서의 신호 세기를 추정하며, 상기 신호 세기가 미리 설정된 기준 신호 세기 이하인 단말이 위치하는 영역을 음영 지역으로 판단하고, 상기 음영 지역을 커버하도록 중계기의 설치 위치를 설정한다.

Description

중계기 위치를 설정하는 방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS FOR CONFIGURATING LOCATION OF RELAY}

본 발명은 무선통신 시스템에서 기지국이 중계기의 위치를 설정하는 방법 및 장치에 관한 것이다.

무선통신 시스템에서 기지국은 셀 내에 존재하는 단말과 통신한다. 한편, 셀 내에 속하지만 기지국의 커버리지(coverage)를 벗어나는 지역을 음영 지역이라 한다. 음영 지역은 건물 또는 산 등의 장애물에 의해 발생할 수 있다. 음영 지역 내에서 기지국은 단말과 직접 통신할 수 없다. 따라서, 중계기를 설치하여 기지국과 단말의 통신을 중계하는 방법을 고려할 수 있다.

중계기는 설치 위치에 따라 옥내형 중계기와 옥외형 중계기로 구분될 수 있고, 설치 형태에 따라 이동형 중계기와 고정형 중계기로 구분될 수 있다. 그리고, 중계기는 제어 정보의 수신 유형에 따라 투과형(transparent) 중계 모드와 비투과형(Non-transparent) 중계 모드로 구분될 수 있다. 투과형 중계 모드에서 단말은 데이터를 중계기로부터 수신하고, 제어 신호를 기지국으로부터 수신한다. 비투과형 중계 모드에서 단말은 데이터 및 제어 신호를 중계기로부터 수신한다.

일반적으로, 중계기를 설치하기 위하여 사업자가 직접 셀 내의 전파 세기를 측정하여 셀 내의 음영 지역을 검출하고, 이에 기초하여 중계기의 설치 위치 및 중계기의 초기 파라미터를 결정한다. 그러나, 일시적으로 중계기를 설치하거나, 군사적 목적으로 중계기를 설치하는 경우에는 사업자가 직접 셀 내의 음영 지역을 확인하여 중계기의 설치 위치를 결정하는 것이 어려운 문제가 있다.

본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 기지국이 셀 내의 음영 지역을 검출하고, 중계기의 설치 위치를 설정하는 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 일 양태에 따른 기지국이 중계기의 설치 위치를 설정하는 방법은 복수의 단말로부터 프리앰블 측정값을 수신하는 단계, 상기 프리앰블 측정값에 기초하여 각 단말의 위치에서의 신호 세기를 추정하는 단계, 상기 신호 세기가 미리 설정된 기준 신호 세기 이하인 단말이 위치하는 영역을 음영 지역으로 판단하는 단계, 그리고 상기 음영 지역을 커버하도록 중계기의 설치 위치를 설정하는 단계를 포함한다.

본 발명의 일 양태에 따른 기지국의 중계기 위치 결정 장치는 복수의 단말에게 신호를 송신하고, 상기 복수의 단말로부터 프리앰블 측정값 수신하는 입출력부, 상기 프리앰블 측정값에 기초하여 각 단말의 위치에서의 신호 세기를 추정하고, 상기 신호 세기가 미리 설정된 기준 신호 세기 이하인 단말이 위치하는 영역을 음영 지역으로 판단하는 음영지역 판단부, 그리고 상기 음영 지역을 커버하도록 중계기의 설치 위치를 설정하는 중계기 설정부를 포함한다.

기지국이 셀 내의 음영 지역을 검출하고 중계기의 설치 위치 및 중계기의 초기 파라미터를 설정하므로, 중계기 설치 절차가 빠르고 간단해질 수 있다.

도 1은 셀 내의 음영 지역을 나타내는 도면이다.
도 2는 셀 내에서의 신호 세기 변화를 나타내는 그래프이다.
도 3은 본 발명의 한 실시예에 따른 기지국의 중계기 설정 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 4는 본 발명의 한 실시예에 따라 기지국이 음영 지역을 판단하는 방법을나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명의 한 실시예에 따라 기지국이 중계기의 설치 위치를 결정하는 방법을 나타내는 도면이다.
도 6은 본 발명의 한 실시예에 따라 설정된 중계기 설치 위치 및 예상 커버리지를 나타내는 도면이다.
도 7은 본 발명의 한 실시예에 따른 기지국의 중계기 위치 설정 장치를 나타내는 블록도이다.

아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.

본 명세서에서 이동국(Mobile Station, MS)은 단말(terminal), 이동 단말(Mobile Terminal, MT), 가입자국(Subscriber Station, SS), 휴대 가입자국(Portable Subscriber Station, PSS), 사용자 장치(User Equipment, UE), 접근 단말(Access Terminal, AT) 등을 지칭할 수도 있고, 단말, 이동 단말, 가입자국, 휴대 가입자 국, 사용자 장치, 접근 단말 등의 전부 또는 일부의 기능을 포함할 수도 있다.

본 명세서에서 기지국(Base Station, BS)은 접근점(Access Point, AP), 무선 접근국(Radio Access Station, RAS), 노드B(Node B), 고도화 노드B(evolved NodeB, eNodeB), 송수신 기지국(Base Transceiver Station, BTS), MMR(Mobile Multihop Relay)-BS 등을 지칭할 수도 있고, 접근점, 무선 접근국, 노드B, eNodeB, 송수신 기지국, MMR-BS 등의 전부 또는 일부의 기능을 포함할 수도 있다.

도 1은 셀 내의 음영 지역을 나타내는 도면이고, 도 2는 셀 내에서의 신호 세기 변화를 나타내는 그래프이다.

도 1을 참조하면, 기지국(10)은 A 지점에 위치하고, 기지국(10)의 커버리지가 미치는 최대 지점은 D이다. 만약, 셀 내의 B 지점에 장애물(20), 예를 들면 건물 또는 산 등이 존재하면, B 지점으로부터 C 지점까지는 기지국(10)의 전파가 닿지 않는 음영 지역이 된다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 기지국(10)으로부터 거리가 멀어질수록 신호 세기는 작아지는 경로 손실(Pathloss)이 발생한다. 그리고, 통신 채널의 변화로 인하여 셀 전체에 걸쳐 전파 강도가 약해지는 페이딩(fading) 현상이 발생한다. 페이딩은 셀 전체에 걸쳐 나타나는 평균적인 음영이다. 페이딩은 셀 내에서 다수로 발생하므로 정규 로그 분포를 이용하여 통계적으로 모형화할 수 있다.

한편, 셀 내의 B 지점에 장애물(20)이 존재하면, 음영 지역이 발생한다. 음영지역은 셀 내 특정 지역에서 발생하는 현상으로, 비교적 넓은 지역에서 발생하고, 신호 손실이 크다는 점에서 페이딩과 차이가 있다. 음영 지역 내의 단말이 기지국과 통신하기 위하여 중계기를 설치할 수 있다. 이때, 일반적으로 중계기의 설치 위치는 사업자가 직접 설정한다. 다만, 중계기의 위치가 수시로 변하는 경우를 비롯하여 사업자가 설정하기 힘든 경우가 있다. 따라서, 기지국이 자동으로 중계기의 설치 위치 등을 설정하는 방법이 요구된다.

도 3은 본 발명의 한 실시예에 따른 기지국의 중계기 설정 방법을 나타내는 흐름도이다.

도 3을 참조하면, 기지국은 단말로부터 프리앰블 측정값을 수신하고(S300), 프리앰블 측정값에 기초하여 음영 지역을 검출한다(S310). 기지국은 음영 지역을 검출하기 위하여 단말로부터 수신한 프리앰블 측정값에 기초하여 단말이 위치하는 지점에서의 신호 세기를 추정하고, 수학식 1과 같이 추정된 신호 세기를 최소 요구 값인 기준 신호 세기와 비교한다.

여기서, P_rx(x,y)는 (x,y) 지점에 위치하는 단말이 기지국으로부터 수신하는 수신 신호 세기이고, P_{BS - MS}는 기지국-단말 간 기준 신호 세기이다. 기지국-단말 간 기준 신호 세기는 기지국-단말 간의 통신을 위하여 요구되는 최소 신호 세기를 의미한다. 기지국은 단말들에 대한 수신 신호 세기를 추정하고, 모든 단말들에 대한 수신 신호 세기가 기준 신호 세기보다 작은 영역을 음영 지역으로 판단한다.

기지국은 검출된 음영 지역을 커버할 수 있는 중계기의 설치 위치를 설정한다(S320). 중계기가 최소의 송신 전력으로 최대의 영역을 커버할 수 있도록 하기 위하여, 중계기는 음영 지역에 가까운 위치에 설치될 수 있다. 한편, 기지국은 단말의 위치 및 각 위치에서의 추정된 수신 신호 세기를 알고 있다. 따라서, 기지국은 기지국-단말 간 기준 신호 세기를 만족하고, 음영 지역에 가깝게 위치하는 단말의 위치를 중계기의 설치 위치로 결정할 수 있다.

기지국은 중계기의 설치 위치에서의 중계기의 초기 파라미터를 설정한다(S330). 중계기의 초기 파라미터는 예를 들면 중계기의 송신 전력을 포함한다.

도 4는 본 발명의 한 실시예에 따라 기지국이 음영 지역을 판단하는 방법을나타내는 도면이다.

도 4를 참조하면, 기지국은 검출 중심 위치 (x₀, y₀)를 설정하고, 검출 중심 위치 (x₀, y₀)로부터 검출 반경을 증가시키며 단말의 수신 신호 세기를 추정한다. 즉, 기지국은 검출 영역 내의 단말로부터 수신한 프리앰블 측정값에 기초하여 수신 신호 세기를 추정하고, 추정된 수신 신호 세기를 기준 신호 세기와 비교한다. 기지국은 검출 영역 내의 복수의 단말의 위치((x₁,y₁), (x₂,y₂), (x₃,y₃))에서의 수신 신호 세기를 추정하고, 복수의 단말에 대한 수신 신호 세기가 모두 기준 신호 세기보다 작은 경우 해당 영역을 음영 지역으로 검출한다.

다만, 검출의 신뢰도를 보장하기 위하여, 오경보 확률을 고려할 수 있다. 따라서, 복수의 단말에 대한 수신 신호 세기 P_rx(x_k, y_k)의 최대 값이 기준 신호 세기 P_BS-MS보다 큰 경우, 오경보 확률 Pr _FA과 오경보 허용값 C을 비교하고, 오경보 확률 Pr _FA이 오경보 허용값 C보다 작은 경우 해당 영역을 음영 지역으로 판단할 수 있다.

여기서, 오경보 확률 Pr _FA은 기지국이 페이딩을 음영 지역인 것으로 잘못 판단할 확률을 포함할 수 있다. 검출 영역 내에서 수신한 프리앰블 측정값의 수가 작을수록 페이딩을 음영 지역으로 판단할 가능성은 높아진다. 이와 같은 오경보 확률은 수학식 3과 같이 나타낼 수 있다.

여기서, P_tx는 기지국 송신전력(dBm)이고, L_k는 프리앰블 측정값을 전송한 단말의 위치에서의 경로손실 추정값(dB)다. 경로손실 추정값 L_k는 수학식 4와 같이 나타낼 수 있다.

여기서, L₀는 기준 거리(예를 들면, 기지국)에서의 경로손실(dB)이고, α는 경로손실 지수이며, d는 기지국과 단말 사이의 거리(m)이고, υ는 표준편차가 σ_υ인 정규 로그 분포의 음영페이딩(dB)이다. L₀, α, σ_υ는 미리 결정된 값 또는 단말로부터 수신한 프리앰블 측정값으로부터 추정된 값이다.

도 5는 본 발명의 한 실시예에 따라 기지국이 중계기의 설치 위치를 결정하는 방법을 나타내는 도면이다.

도 5를 참조하면, 기지국은 추정된 수신 신호 세기가 기지국-중계기 간 기준 신호 세기를 만족하는 단말 가운데, 음영지역에서 가장 가까운 단말의 위치를 중계기의 위치로 결정할 수 있다. 예를 들어, (x₁, y₁)에 위치하는 단말에 대한 수신 신호 세기 P₁는 기지국-중계기 간 기준 신호 세기 P_{BS - RS}보다 약하고, (x_a, y_a)에 위치하는 단말에 대한 수신 신호 세기 P_a 및 (x_b, y_b)에 위치하는 단말에 대한 수신 신호 세기 P_b는 기지국-중계기 간 기준 신호 세기 P_{BS - RS}보다 강하다. 따라서, (x_a, y_a) 또는 (x_b, y_b)를 중계기의 설치 위치로 결정할 수 있다. 다만, (x_a, y_a)가 (x_b, y_b)보다 음영 지역에서 가깝다. 따라서, (x_a, y_a)를 중계기의 설치 위치로 설정할 수 있다. 중계기의 설치 위치를 결정하기 위하여 하기 수학식 5를 참조할 수 있다.

여기서, (x₀, y₀)는 검출 중심 위치이고, (x_k, y_k)는 단말이 위치하는 임의의 위치이며, P_rx(x_k, y_k)는 임의의 위치에서의 수신 신호 세기이고, P_{BS - RS}는 기지국-중계기 간의 기준 신호 세기이다.

도 6은 본 발명의 한 실시예에 따라 설정된 중계기 설치 위치 및 예상 커버리지를 나타내는 도면이다.

도 6을 참조하면, 기지국은 음영 지역의 반경(D), 중계기와 음영지역 사이의 거리(r), 경로손실 모형 및 중계기의 최대 송신전력 가운데 적어도 하나를 고려하여 중계기의 초기 파라미터를 결정할 수 있다. 예를 들면, 하기 수학식 6을 이용하여 중계기의 송신 전력의 초기값을 결정할 수 있다.

여기서, L(r)은 중계기의 예상 커버리지 r에서의 경로손실 추정값(dB)이고, P_RS-MS는 중계기-단말 간 기준 신호 세기이며, P_max는 중계기의 최대 송신전력이고, (x_R, y_R)은 중계기의 설치 위치이며, D는 음영 지역의 반경이다.

한편, 기지국은 설정한 위치에 중계기가 설치되고 난 후, 음영 지역 내의 단말로부터 음영 지역 내의 지형에 대한 정보를 수집하여 중계기의 송신 전력을 보정할 수 있다.

도 7은 본 발명의 한 실시예에 따른 기지국의 중계기 위치 설정 장치를 나타내는 블록도이다.

도 7을 참조하면, 중계기 위치 설정 장치(700)는 입출력부(710), 음영지역 판단부(720) 및 중계기 설정부(730)를 포함한다. 입출력부(710)는 복수의 단말에게 신호를 송신하고, 복수의 단말로부터 프리앰블 측정값 수신한다. 음영지역 판단부(720)는 복수의 단말로부터 수신한 프리앰블 측정값에 기초하여 각 단말의 위치에서의 수신 신호 세기를 추정하고, 수신 신호 세기가 미리 설정된 기준 신호 세기 이하인 단말이 위치하는 영역을 음영 지역으로 판단한다. 중계기 설정부(730)는 음영 지역을 커버하도록 중계기의 설치 위치를 설정한다. 중계기 설정부(730)는 음영 지역에 근접하여 위치하는 단말 가운데 기지국-중계기 간 요구되는 최소 신호 세기보다 수신 신호 세기가 큰 단말의 위치를 중계기의 설치 위치로 설정할 수 있다. 한편, 중계기 설정부(730)는 음영 지역의 반경, 중계기와 음영 지역 사이의 거리 및 중계기의 최대 송신 전력 중 적어도 하나를 이용하여 중계기의 초기 파라미터를 설정할 수 있다.

이상에서 설명한 본 발명의 실시예는 장치 및 방법을 통해서만 구현이 되는 것은 아니며, 본 발명의 실시예의 구성에 대응하는 기능을 실현하는 프로그램 또는 그 프로그램이 기록된 기록 매체를 통해 구현될 수도 있다.

이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.

Claims (10)

1. 기지국이 중계기의 설치 위치를 설정하는 방법에 있어서,
   복수의 단말로부터 프리앰블 측정값을 수신하는 단계,
   상기 프리앰블 측정값에 기초하여 각 단말의 위치에서의 신호 세기를 추정하는 단계,
   상기 신호 세기가 미리 설정된 기준 신호 세기 이하인 단말이 위치하는 영역을 음영 지역으로 판단하는 단계, 그리고
   기지국과 중계기간 요구되는 최소 신호 세기보다 신호 세기가 큰 단말 중에서 상기 음영 지역에 가장 근접하는 단말의 위치를 중계기의 설치 위치로 결정하는 단계를 포함하는 방법.
2. 삭제
3. 삭제
4. 제1항에 있어서,
   상기 각 단말의 위치에서의 신호 세기는 상기 각 단말이 기지국으로부터 수신하는 수신 신호 세기인 방법.
5. 제1항에 있어서,
   상기 음영 지역으로 판단하는 단계는,
   상기 영역의 오경보 확률과 오경보 허용값을 비교하는 단계, 그리고
   상기 오경보 확률이 상기 오경보 허용값보다 작은 경우 상기 영역을 상기 음영 지역으로 판단하는 단계를 더 포함하는 방법.
6. 제1항에 있어서,
   상기 음영 지역의 반경, 상기 중계기와 상기 음영 지역 사이의 거리 및 상기 중계기의 최대 송신 전력 중 적어도 하나를 이용하여 상기 중계기의 초기 파라미터를 설정하는 단계를 더 포함하는 방법.
7. 제6항에 있어서,
   상기 중계기의 초기 파라미터는 상기 중계기의 송신 전력의 초기값을 포함하는 방법.
8. 복수의 단말에게 신호를 송신하고, 상기 복수의 단말로부터 프리앰블 측정값 수신하는 입출력부,
   상기 프리앰블 측정값에 기초하여 각 단말의 위치에서의 신호 세기를 추정하고, 상기 신호 세기가 미리 설정된 기준 신호 세기 이하인 단말이 위치하는 영역을 음영 지역으로 판단하는 음영지역 판단부, 그리고
   기지국과 중계기간 요구되는 최소 신호 세기보다 신호 세기가 큰 단말 중에서 상기 음영 지역에 가장 근접하는 단말의 위치를 중계기의 설치 위치로 결정하는 중계기 설정부를 포함하는 중계기 위치를 설정하는 장치.
9. 삭제
10. 제8항에 있어서,
    상기 중계기 설정부는 상기 음영 지역의 반경, 상기 중계기와 상기 음영 지역 사이의 거리 및 상기 중계기의 최대 송신 전력 중 적어도 하나를 이용하여 상기 중계기의 초기 파라미터를 설정하는 중계기 위치를 설정하는 장치.

Images