KR101658884B1 - 기지국의 전송범위 확장 방법 및 이를 이용한 기지국 장치 - Google Patents

기지국의 전송범위 확장 방법 및 이를 이용한 기지국 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 이종 네트워크에서의 스몰셀 기지국의 전송범위 확장 방법을 개시하고 있다. 상기 방법은 상기 스몰셀 기지국에 접속하는 성공 단말의 수를 유휴(idle) 랜덤 액세스 기회(RAO: Random Access Opportunity)를 기반으로 추정하는 단계 및 상기 추정된 예상 성공 단말의 수와 실제 측정된 측정 성공 단말의 수를 비교하여 전송 범위 확장 거리를 결정하는 단계를 포함한다.

Description

기지국의 전송범위 확장 방법 및 이를 이용한 기지국 장치{TRANSMISSION RANGE EXPANSION METHOD OF BASE STATION AND BASE STATION APPARATUS USING SAID METHOD}
본 발명은 이종 네트워크(HetNet, Heterogenous Network) 환경에서의 사물간 통신 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 이종 네트워크 환경에서 사물간 통신을 위한 기지국의 자원 및 전력을 조절하는 방법에 관한 것이다.
차세대 네트워크에서는 사물간(M2M, Machine-to-Machine) 통신이 새로운 서비스를 창출할 수 있는 중요 기술로 주목받고 있다. 사물간 통신은 기존 사용자에 의한 통신의 모습과 달리 사용자의 제어가 최소화된 형태로 단말간의 통신이 이루어지는 특징을 갖는다. 이러한 사물간 통신의 특성은 전기, 수도 사용량을 측정하는 센서 단말, 사용자의 신체 상태를 확인할 수 있는 웨어러블(Wearable) 장치, 물류 관리 시스템 등 다양한 어플리케이션으로 활용될 수 있다. 주변의 일반사물들이 통신이 가능해지게 됨에 따라 사물간 통신 단말은 대규모로 배치될 것으로 예상된다.
이러한 추세에 따라 LTE(Long Term Evolution)에서는 기존 셀룰러 단말과 구별되고, 사물간 통신의 주체가 되는 사물 통신 단말(MTC Device: Machine Type Communication Device)를 정의하였다. 또한, 사물 통신 단말(이하 단말)들이 통신을 위해 기지국이 할당한 PRACH(Physical Random Access CHannel)에서 수행하는 RACH(Random Access CHannel) 과정을 정의하였다.
도 1은 기지국의 주파수 자원 중 PRACH의 할당 예시를 나타낸 도면이다.
도 1을 참조하면, FDD(Frequency Division Duplexing) LTE에서 상향링크 자원은 도 1과 같이 PUCCH(Physical Uplink Control CHannel)와 PUSCH(Physical Uplink Shared CHannel)로 구성되며, 10ms 길이의 프레임(Frame)은 1ms 길이의 서브프레임(Subframe) 10개로 구성된다. 이때 PRACH는 한 프레임 내에서 0.5, 1, 2, 3, 5, 10개의 서브프레임에 할당될 수 있으며, 도 1에서는 2개의 서브프레임에 PRACH가 할당된 상태이다.
도 2는 단말이 수행하는 RACH 과정(랜덤 액세스(Random Access) 과정)을 나타낸 도면이다.
도 2를 참조하면, 랜덤 액세스를 위해 단말은 PRACH에서 64개의 프리앰블(Preamble) 중 하나를 선택하여 전송한다(S210). 이때 두 개 이상의 단말(202)이 같은 프리앰블을 전송한 경우 충돌이 발생하게 된다. 기지국(204)은 성공적으로 프리앰블을 수신하면, RAR(Random Access Response)로 응답하며 단말을 스케줄링 한다(S220). 여기서, 기지국(204)은 eNodeB, NodeB, Base station 등 3GPP, LTE, LTE-A, WIBRO와 같은 이동통신 기지국을 포함할 수 있다. 단말(202)은 스케줄링된 자원에서 데이터 전송을 수행하고(S230), 기지국(204)은 이에 응답하여 Contention Resolution을 단말(202)로 전송한다(S240).
사물간 통신과 더불어 차세대 네트워크에서는 소형 기지국의 설치로 기존의 기지국이 서비스하기 어려운 음영지역을 보조하고, 부하를 분산시킬 수 있는 이종 네트워크(Heterogeneous Network, HetNet)가 주목받고 있다. 이종 네트워크에서는 기존 기지국인 매크로 기지국(macro-eNodeB)에 비해 상대적으로 작은 영역에 서비스를 제공하는 소형 기지국 종류인 피코 기지국(pico-eNodeB)이 공존하여 동작하게 된다. 여기서, 소형 기지국은 스몰셀(small cell) 기지국으로 부를 수 있고, 피코 기지국뿐만 아니라 펨토(femto) 기지국, 및 마이크로(micro) 기지국을 포함할 수 있다. 즉, 이하 피코셀로만 설명되어 있어도, 이를 펨토셀 및 마이크로셀에 적용할 수 있음은 쉽게 이해될 것이다.
소개한 종래 기술들에서, 이종 네트워크의 피코 기지국은 부하를 분산시키는 것 외에 설치된 이후에 주변 단말의 접속량을 고려하여 부하를 분산시키기 위한 알고리즘이 없고, 기지국이 랜덤접속을 위해 할당하는 PRACH의 수 역시 고정된 값을 할당하며, 주변 단말의 접속량에 따라 가변적으로 대응하지 못해, 피코 기지국의 주변 단말에 적절한 스케줄링이 이루어지지 못하는 문제점이 있다.
상술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 이종 네트워크 환경에서 접속 단말 수 추정을 통한 전송범위 확장 방법을 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 다른 목적은 사물간 통신에서 대규모로 존재할 것으로 예상되는 단말들의 부하를 분산하기 위해 이종 네트워크 환경에서 피코 기지국이 주변 단말 수에 따라 전송범위를 조절하고, 동적으로 자원을 할당할 수 있는 알고리즘을 통해 매크로 기지국의 부하를 분산시켜, 단말의 랜덤 접속의 효율을 높일 수 있는 스몰셀 기지국의 전송범위 확장 방법 및 이를 이용한 기지국 장치를 제공하는 것이다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 이종 네트워크에서의 스몰셀 기지국의 전송범위 확장 방법은 상기 스몰셀 기지국에 접속 시도 경쟁을 통해 성공적으로 접속하는 성공 단말의 수를 유휴(idle) 랜덤 액세스 기회(RAO: Random Access Opportunity)를 기반으로 추정하는 단계 및 상기 추정된 예상 성공 단말의 수와 실제 측정된 측정 성공 단말의 수를 비교하여 전송 범위 확장 거리를 결정하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 스몰셀 기지국에 접속하는 성공 단말의 수를 추정하는 단계는, 이전 랜덤 액세스 과정의 경쟁 프레임 중 유휴 랜덤 액세스 기회의 비율을 산출하는 단계, 상기 산출된 유휴 RAO 비율을 역으로 이용하여 접속을 시도한 단말의 수를 추정하는 단계 및 상기 산출된 접속 시도 단말의 수를 기반으로 예상 성공 단말의 수를 추정하는 단계를 포함할 수 있다.
소정 i번째 경쟁프레임에서, 상기 성공 단말의 수는
Figure 112015031695756-pat00001
(여기서,
Figure 112015031695756-pat00002
는 i번째 경쟁프레임에서 해당 스몰셀 기지국에 접속을 시도하는 단말의 수이고,
Figure 112015031695756-pat00003
는
Figure 112015031695756-pat00004
수의 단말이 Lpico,i 크기를 갖는 경쟁프레임에서 경쟁을 수행하는 경우, 성공적으로 접속할 확률을 의미함)을 통해 산출된 성공확률 값과 경쟁프레임 크기 값(Lpico,i)의 곱을 통해 산출될 수 있다.
상기 추정된 예상 성공 단말의 수와 실제 측정된 측정 성공 단말의 수를 비교하여 전송 범위 확장 거리를 결정하는 단계는, 상기 예상 성공 단말의 수와 상기 측정 성공 단말의 수의 차가 임계값을 초과하는지 판단하는 단계, 상기 임계값을 초과하는 경우, 현재 전송범위를 계산하는 단계, 상기 현재 전송범위를 기반으로 상기 접속 시도 단말의 수를 수용가능한 전송범위 확장 거리를 산출하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 전송범위 확장 거리는 매크로 기지국이 수용할 수 있는 최대 단말의 수와 매크로 기지국의 전송반경의 비를 이용하여 산출될 수 있다.
상기 전송범위 확장 방법은 상기 전송범위 확장 거리를 반영하여 전송범위를 확장하는데 필요한 전력 증가량을 스몰셀 및 매크로 기지국으로부터의 경로손실값을 적용한 신호 세기값을 기반으로 산출하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 스몰셀 기지국과 상기 매크로 기지국으로부터의 신호세기 값이 같아지는 전송전력 증가량을 결정하고, 상기 결정된 전송전력 증가량을 기반으로 전송 전력의 최대값 및 최소값을 고려하여 다음 경쟁프레임에서의 전송전력을 산출할 수 있다.
상기 전송범위 확장 방법은 상기 접속 시도 단말의 수에 대응하는 자원할당을 위해, 랜덤 경쟁시 성공적으로 접속하는 성공 단말의 수를 최대화하는 RAO의 수 - RAO의 수는 경쟁 프레임의 크기를 의미함 - 를 산출하는 단계를 더 포함할 수 있다.
랜덤 경쟁시 성공적으로 접속하는 성공 단말의 수를 최대화하는 RAO의 수는
Figure 112015031695756-pat00005
의 성공 단말의 비율을 최대화하는 RAO 수를 미분하여 산출되는 최적 경쟁프레임 크기를 기반으로 계산될 수 있다.
상기 랜덤 경쟁시 성공적으로 접속하는 단말의 수를 최대화하는 RAO의 수는 상기 산출된 최적 경쟁프레임 크기와 할당 가능한 최대프레임 크기를 고려하여 산출될 수 있다.
상기 RAO 값은 PRACH(Physical Random Access CHannel) 자원 수에 프리앰블의 수를 곱한 값일 수 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 이종 네트워크에서의 전송범위 확장을 위한 스몰셀 기지국 장치는 상기 스몰셀 기지국에 접속 시도 경쟁을 통해 성공적으로 접속하는 성공 단말의 수를 유휴(idle) 랜덤 액세스 기회(RAO: Random Access Opportunity)를 기반으로 추정하는 접속 단말 추정부 및 상기 추정된 예상 성공 단말의 수와 실제 측정된 측정 성공 단말의 수를 비교하여 전송 범위 확장 거리를 결정하는 전송범위 확장거리 결정부를 포함할 수 있다.
상기 접속 단말 추정부는, 이전 랜덤 액세스 과정의 경쟁 프레임 중 유휴 RAO의 비율을 산출하는 유휴 랜덤 액세스 기회 비율 산출부, 상기 산출된 유휴 RAO 비율을 역으로 이용하여 접속을 시도한 단말의 수를 추정하는 접속 시도 단말 추정부 및 상기 산출된 접속 시도 단말의 수를 기반으로 접속에 성공한 단말의 수를 추정하는 접속 성공 단말 추정부를 포함할 수 있다.
소정 i번째 경쟁프레임에서, 상기 성공 단말의 수는
Figure 112015031695756-pat00006
(여기서,
Figure 112015031695756-pat00007
는 i번째 경쟁프레임에서 해당 스몰셀 기지국에 접속을 시도하는 단말의 수이고,
Figure 112015031695756-pat00008
는
Figure 112015031695756-pat00009
수의 단말이 Lpico,i 크기를 갖는 경쟁프레임에서 경쟁을 수행하는 경우, 성공적으로 접속할 확률을 의미함)을 통해 산출된 성공확률 값과 경쟁프레임 크기 값(Lpico,i)의 곱을 통해 산출될 수 있다.
상기 전송범위 확장거리 결정부는, 상기 예상 성공 단말의 수와 상기 측정 성공 단말의 수의 차가 임계값을 초과하는지 판단하는 판단부, 상기 임계값을 초과하는 경우, 현재 전송범위를 계산하는 현재 전송범위 계산부 및 상기 현재 전송범위를 기반으로 상기 접속 시도 단말의 수를 수용가능한 전송범위 확장 거리를 산출하는 확장거리 산출부를 포함할 수 있다.
상기 전송범위 확장 거리는 매크로 기지국이 수용할 수 있는 최대 단말의 수와 매크로 기지국의 전송반경의 비를 이용하여 산출될 수 있다.
상기 스몰셀 기지국 장치는 상기 전송범위 확장 거리를 반영하여 전송범위를 확장하는데 필요한 전력 증가량을 스몰셀 및 매크로 셀 기지국으로부터의 신호세기 값을 경로손실값을 적용하여 산출하는 전력 증가량 산출부를 더 포함할 수 있다.
상기 전력 증가량 산출부는 상기 스몰셀 기지국과 상기 매크로 기지국으로부터의 신호 세기값이 같아지는 전송전력 증가량을 결정하고, 상기 결정된 전송전력 증가량을 기반으로 전송 전력의 최대값 및 최소값을 고려하여 다음 경쟁프레임에서의 전송전력을 산출할 수 있다.
상기 스몰셀 기지국 장치는 상기 접속 시도 단말의 수에 대응하는 자원할당을 위해, 랜덤 경쟁시 성공적으로 접속하는 단말의 수를 최대화하는 랜덤 액세스 기회(RAO)의 수를 산출하는 최적 경쟁프레임 크기 결정부를 더 포함할 수 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 이종 네트워크에서의 기지국의 전송범위 결정을 위한 시스템은 상기 스몰셀 기지국 또는 매크로 기지국에 랜덤 액세스를 시도하는 복수 개의 단말들, 상기 단말들 중 일부의 랜덤 액세스 요청을 수신하는 매크로 기지국 및 상기 매크로 기지국과 공존하면서, 상기 단말들 중 다른 일부로부터의 랜덤 액세스 요청을 처리하기 위해, 상기 스몰셀 기지국에 접속하는 성공 단말의 수를 유휴(idle) 랜덤 액세스 기회(RAO: Random Access Opportunity)를 기반으로 추정하고, 상기 추정된 예상 성공 단말의 수와 실제 측정된 측정 성공 단말의 수를 비교하여 전송 범위 확장 거리를 결정하는 스몰셀 기지국을 포함할 수 있다.
본 발명의 스몰셀 기지국의 전송범위 확장 방법 및 이를 이용한 기지국 장치에 따르면, 이종 네트워크에서 넓은 전송범위를 가지며, 다수의 단말들에게 서비스를 제공하는 매크로 기지국의 부하를 분산시키기 위해 설치되는 피코 기지국의 전송범위를 효과적으로 제어할 수 있는 효과가 있다. 이러한 전송범위 확장 방법을 통해 피코 기지국은 더 수용할 수 있는 단말의 수를 파악하여 해당 차이만큼을 추가로 서비스 할 수 있는 전송범위를 계산하여 매크로 기지국의 부하를 최대한 분산시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 스몰셀 기지국의 전송범위 확장 방법 및 이를 이용한 기지국 장치에 따르면, 추정된 접속 시도 단말 수를 바탕으로 효율적인 자원할당 방법을 제안하여 각 기지국에서 단말이 랜덤 접속시의 성공확률을 최대화시켜 단말이 접속하는데 걸리는 지연시간을 단축시키는 효과가 있다.
도 1은 기지국의 주파수 자원 중 PRACH의 할당 예시를 나타낸 도면,
도 2는 단말이 수행하는 RACH 과정(랜덤 액세스(Random Access) 과정)을 나타낸 도면,
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전송범위 확장 방법이 고려하는 이종 네트워크(HetNet) 환경을 나타낸 도면,
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 전송범위 확장 방법을 개략적으로 나타낸 흐름도,
도 5는 사물간 통신에서 수행하는 RACH 과정을 RAO(랜덤 액세스 기회: Random Access Opportunity) 경쟁으로 설명한 도면,
도 6는 본 발명의 일 실시예에 따른 전송범위 확장 방법에 있어서, 피코 기지국이 전송범위 확장을 위해 전송 전력 증가량(Δpup)을 계산하기 위해 필요한 값을 나타낸 도면,
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 전송범위 확장 및 효율적 자원 할당 방법이 적용된 이종 네트워크 환경을 나타낸 도면,
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 전송범위 확장 및 효율적 자원할당을 위한 기지국 장치의 구성을 개략적으로 나타낸 블록도,
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 전송범위 확장 및 효율적 자원할당 방법이 적용된 환경과 종래 환경에서 매크로 기지국의 랜덤 액세스 효율을 나타낸 그래프,
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 전송범위 확장 및 효율적 자원할당 방법이 적용된 환경과 종래 환경에서 매크로 기지국의 접속 지연시간을 비교한 그래프이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 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.
제 1, 제 2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제 1 구성요소는 제 2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제 2 구성요소도 제 1 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가진 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다. 본 발명을 설명함에 있어 전체적인 이해를 용이하게 하기 위하여 도면상의 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 사용하고 동일한 구성요소에 대해서 중복된 설명은 생략한다.
본 명세서에 걸쳐서, RACH 과정은 RAO(랜덤 액세스 기회: Random Access Opportunity) 경쟁으로 설명되며, FDD LTE에서 RACH 과정에서 단말은 할당된 PRACH의 RACH 자원마다 최대 64개의 프리앰블(Preamble) 중 하나를 선택하여 전송한다. 그러므로, 단말들이 한 프레임에서 RACH 경쟁시 선택할 수 있는 경우의 수는 PRACH의 RACH 자원 수에 프리앰블 수를 곱한 값이 되며, 이 값을 RAO로 정의할 수 있다. 따라서, RACH 경쟁은 한 프레임에서 단말들이 RAO를 선택하는 경쟁으로 모식화 할 수 있으며, 이때 경쟁프레임의 크기 L은 전체 RAO 수로 표현될 수 있다. 즉, 경쟁 프레임은 경쟁이 존재하는 랜덤 액세스 환경의 프레임을 의미할 수 있다.
전송 범위 확장을 위한 이종 네트워크 시스템
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전송범위 확장 방법이 고려하는 이종 네트워크(HetNet) 환경을 나타낸 도면이다. 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 이종 네트워크 시스템은 매크로 기지국(310), 스몰셀 기지국(320-1~320-4: 도면 상에는 피코 기지국으로 표시되어 있으나, 다른 스몰셀 기지국(예컨대, 펨토 셀, 마이크로 셀 등)도 대체가능함) 및 단말(MTC Device)을 포함할 수 있다.
도 3을 참조하면, 매크로 기지국(310) 내에 피코 기지국(320-1~320-4) 4개가 존재하며, 단말들은 분포된 위치에 따라서 속한 기지국 영역에 해당하는 매크로(310) 또는 피코 기지국(320-1~320-4)으로 랜덤 액세스를 시도한다. 피코 기지국 1, 3, 4(320-1, 320-3, 320-4)는 전송범위 외곽의 가까운 매크로 기지국에 연결된 단말에 의한 간섭신호를 받고 있고, 피코 기지국(320-2)는 특별한 간섭 신호를 받지 않아 간섭에 의한 신호 왜곡이 적을 수 있다. 특히, 피코 기지국(320-1~320-4)의 전송범위의 가장자리에 위치하면서 매크로 기지국(310)으로 신호를 보내는 단말에 의한 간섭이 피코 기지국(320-1~320-4)에 접속하는 단말에 영향을 많이 끼칠 수 있는데, 이러한 위치의 단말으로부터의 간섭을 방지하기 위해 본 발명의 전송 범위 확장을 사용할 수 있다.
스몰셀 기지국 장치의 전송범위 확장 방법
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 전송범위 확장 방법을 개략적으로 나타낸 흐름도이다. 도 4에서는 재귀적인 동작 설명을 위해 이후에 표기된 문자와 다르게 모든 문자에서 특정 경쟁프레임의 인덱스(index)를 나타내는 기호 i를 제외하였다. 표기된 문자들은 특정 프레임에서 제한되는 의미외에는 이후에 표기되는 문자의 의미와 상동하다.
도 4를 참조하면, 스몰셀 기지국은 먼저, 초기값 혹은 이전 경쟁프레임의 랜덤 액세스과정에서 결정된 전송 전력과 RAO(Random Access Opportunity, 랜덤 액세스 기회) 수를 가지고 경쟁프레임을 구성한다(S410). 해당 경쟁프레임에서 랜덤 액세스 종료 후 스몰셀 기지국은 접속 시도 단말의 수를 추정한다(S420). 그리고는, 추정된 접속 시도 단말의 수를 활용하여, 예상 성공 단말 수를 계산하고, 실제 성공 단말 수를 측정한다(S430). 본 발명의 일 실시예에 따른 예상 성공 단말 수 산출 방법은 유휴(idle) RAO 비율을 역으로 이용하여 접속을 시도한 단말 수를 추정하는 방식이 사용될 수 있다. 이후, 추정된 예상 성공 단말 수와 측정 성공 단말 수의 차가 소정 임계값보다 높은지 비교한다(S440). 비교 결과, 예상 성공 단말 수와 측정 성공 단말 수의 차가 임계값보다 낮은 경우, 전송 범위 확장, 전송 전력 및 경쟁 프레임 크기 변경 없이 그대로 이전 전송 전력 및 RAO 수를 다음 경쟁 프레임에 적용하여 랜덤 액세스를 기회로 제공한다(S445). 비교 결과, 추정된 예상 성공 단말 수와 측정 성공 단말 수의 차가 임계값보다 큰 경우, 이는 추정된 단말 수 중 일부가 실제로는 접속에 성공하지 못한 것으로 분석가능하고, 이는 매크로 기지국에 접속하는 단말에 의한 간섭에 기인할 수 있다. 따라서, 이러한 단말들 모두 또는 일부를 스몰셀 기지국에 수용하기 위해 전송 범위를 확장할 것을 결정하고, 현재 전송 범위를 계산하고 전송 범위 확장 거리를 결정한다(S450). 그리고는, 결정된 전송 범위 확장에 필요한 전력 증가량을 계산한다(S460). 이후 단계(S420) 및 단계(S460) 과정에서 결정된 접속 시도 단말 수와 전력 증가량을 활용하여 다음 경쟁프레임에서 랜덤 액세스를 위한 전송 전력과 RAO 수를 결정하여, 다음 경쟁프레임을 구성한다(S470). 이하 도 5 내지 도 7을 통해 상기 과정을 보다 상세히 설명한다.
전송 범위 확장 여부 결정 방법
도 5는 사물간 통신에서 수행하는 RACH 과정을 RAO(랜덤 액세스 기회: Random Access Opportunity) 경쟁으로 설명한 도면이다. 즉, 도 5는 각 단말들이 기지국으로 RACH 과정을 수행하는 자원 구조 및 경쟁 결과를 도식화한 것이다.
도 5의 실시예에 따르면, 10개의 RAO를 가지고, 11개의 단말들이 경쟁한 결과를 나타내며, RAO 1, 4, 6 에서는 2개 이상의 단말이 선택하여 충돌이 발생한다. RAO 3, 7, 8, 10 에서는 성공적으로 각각 1개의 단말들이 선택하였으며, RAO 2, 5, 9는 모든 단말들이 선택하지 않은 유휴 RAO가 된다.
피코 기지국은 매 경쟁 프레임에서 랜덤 액세스 과정 종료 후에 랜덤 액세스을 시도한 단말 수를 계산하여 기대할 수 있는 성공 단말의 수를 추정하는 접속 단말 수 추정 과정을 수행한다. 접속 시도 단말 수를 추정하기 위해 피코 기지국은 i번째 경쟁 프레임에서 랜덤 경쟁 종료 후 경쟁 프레임 중 단말들로부터 선택되지 않은 유휴 RAO의 수를 측정하여 해당 비율
Figure 112015031695756-pat00010
을 다음과 같이 계산한다.
Figure 112015031695756-pat00011
이때 Lpico,i 및
Figure 112015031695756-pat00012
는 각각 i번째 경쟁 프레임의 크기(RAO 수)와 i번째 경쟁 프레임에서의 유휴 RAO의 개수를 나타낸다. 피코 기지국은 계산된 유휴 RAO의 비율을 통해 i번째 경쟁 프레임에서 해당 피코 기지국에 접속을 시도한 단말의 수
Figure 112015031695756-pat00013
를 다음의 식을 통해 계산한다.
Figure 112015031695756-pat00014
여기서,
Figure 112015031695756-pat00015
수의 단말이 Lpico,i 크기를 갖는 경쟁 프레임에서 경쟁을 수행하는 경우 성공적으로 접속할 확률
Figure 112015031695756-pat00016
은 아래의 식과 같다.
Figure 112015031695756-pat00017
수학식 3의 성공확률을 활용하여 피코 기지국은 i번째 경쟁 프레임에서 랜덤 경쟁시 기대할 수 있는 성공 단말의 수
Figure 112015031695756-pat00018
를 다음과 같이 추정할 수 있다.
Figure 112015031695756-pat00019
이후, 피코 기지국은 추정된 성공 단말의 수를 기반으로 전송범위 확장 여부를 결정하는 전송범위 확장 결정과정을 진행한다.
피코 기지국은 i번째 경쟁 프레임에서 실제 측정 성공 단말의 수인
Figure 112015031695756-pat00020
를 측정하여 이전 과정의 추정값인
Figure 112015031695756-pat00021
와 비교한다. 추정값과 실제 측정값보다 임계값 Nthr보다 큰 경우, 피코 기지국은 전송영역 외곽의 매크로 기지국에 속한 단말(매크로 단말)의 신호가 피코 기지국으로 도달하여 실제로는 매크로 기지국에 접속하는 과정에 의한 영향으로 판단하고 전송범위 확장을 수행하도록 결정한다. 이를 통해 피코 기지국이 현재의 전송영역 외부의 매크로 단말이 피코 기지국으로 속할 수 있도록 하여 매크로 기지국의 부하를 분산시키고, 바깥 영역에 매크로 단말에 의한 간섭신호의 영향을 줄일 수 있도록 한다.
전송 범위 확장에 따른 전력 증가량 산출 방법
도 6는 본 발명의 일 실시예에 따른 전송범위 확장 방법에 있어서, 피코 기지국이 전송범위 확장을 위해 전송 전력 증가량(Δpup,i)을 계산하기 위해 필요한 값을 나타낸 도면이다.
도 6을 참조하면, 전송범위 확장을 수행하는 경우 피코 기지국(620)은 전송범위 확장을 위해 필요한 전력량을 계산하는 전송전력 결정 과정을 수행한다. 피코 기지국(620)은 이전 과정에서 계산한 랜덤 접속을 시도한 단말의 수를 모두 수용할 수 있도록 전송범위를 확장하며, 이를 위해 단말은 영역에 균일하게 분포하며, 피코 기지국(620)은 매크로 기지국(610)의 및 자신의 위치를 아는것으로 가정한다. 피코 기지국(620)은 전송영역 확장을 시작하며 현재 피코 기지국(620)의 전송범위를 계산한다. 전송영역은 신호세기로 결정되며, 피코 기지국(620)에서 수신되는 신호세기가 매크로 기지국(610)에서 수신되는 신호세기 보다 큰 경우 단말은 피코 기지국(620)으로 랜덤 접속을 시도한다. 따라서, 피코 기지국(620)의 현재 전송범위(확장 전)은 매크로 기지국(610)과의 직선상에서 피코, 매크로 기지국(610)의 신호세기가 같아지는 지점이 된다. 피코, 매크로 기지국(610)에서 신호가 전송되는 경우 신호는 경로감쇠를 겪게되며, i번째 경쟁 프레임에서 피코, 매크로 기지국(610)에서 전송되는 신호의 경로손실 값은 PLmacro,i, PLpico,i는 다음과 같다.
Figure 112015031695756-pat00022
여기서, dmacro,i와 dpico,i는 각각 i번째 경쟁 프레임에서 매크로 및 피코 기지국(610, 620)을 기준으로 매크로 및 피코 기지국(610, 620)간 직선상에서 두 신호의 신호세기가 같아지는 킬로미터 단위 거리들을 나타낸다. 상기 수학식 5의 경로손실 값을 이용하여 i번째 경쟁 프레임에서 매크로 및 피코 기지국(610, 620)에서 거리 dmacro,i와 dpico,i만큼 떨어진 위치의 신호세기 RSRPmacro,i와 RSRPpico,i들은 다음과 같이 계산된다.
Figure 112015031695756-pat00023
여기서, Ptx,macro,i 및 Ptx,pico,i는 각각 i번째 경쟁프레임에서 매크로 및 피코 기지국(610, 620)의 전송전력을 나타낸다. 피코 기지국(620)은 매크로 기지국(610)과의 직선거리 Dmtop을 위치정보를 통해 계산하고, 다음의 조건식을 활용하여 상기 수학식 6 과의 연립을 통해 "RSRPmacro,i = RSRPpico,i"를 만족하는 현재의 전송범위의 반지름 dpico,i를 계산할 수 있다.
Figure 112015031695756-pat00024
확장전의 전송영역을 계산하면, 피코 기지국(620)은 접속 단말 수 추정과정에서 계산한 i번째 경쟁프레임에서의 접속 시도 단말 수
Figure 112015031695756-pat00025
를 수용할 수 있는 i번째 경쟁프레임에서 필요한 확장 거리 Δd를 다음의 비례식을 통해 계산할 수 있다.
Figure 112015031695756-pat00026
이때, NTOTAL와 Dmacro는 각각 매크로 기지국(610)이 수용할 수 있는 최대 단말의 수와 매크로 기지국(610)의 전송반경을 나타낸다. 전송 범위 확장 거리는 매크로 기지국이 수용할 수 있는 최대 단말의 수와 매크로 기지국의 전송 반경의 비율과 접속 추정된 단말의 수와 현재 전송범위에 확장되는 전송범위를 더한 값의 비율이 같아지도록 하는 조건을 만족하는 확장 거리를 산출하는 방식을 통해 계산될 수 있다. 즉, 피코 기지국(620)은 결정된 확장 거리를 바탕으로 실제 전송범위 확장에 필요한 전송전력 증가량 Δpup,i을 상기 수학식 5, 수학식 6 및 수학식 7을 이용하여 계산할 수 있다. 구체적으로, 확장된 전송거리를 적용시의 피코 및 매크로 기지국(610, 620)에서의 경로손실 값들은 다시 다음과 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112015031695756-pat00027
확장된 전송범위에서의 경로손실 값에 따른 신호세기 RSRP'macro,i와 RSRP'pico,i는 다시 다음과 같이 표현된다.
Figure 112015031695756-pat00028
그리고는, 상기 수학식 9 및 수학식 10을 연립하여 "RSRP'macro,i = RSRP'pico,i"를 만족하는 전송전력 증가량 Δpup,i을 결정할 수 있다. 피코 기지국(620)은 전송전력의 최대값 Pmax와 최소값 Pmin을 고려하여 아래와 같이 다음 프레임에서의 전송전력 Ptx_pico,i+1를 아래와 같이 결정한다.
Figure 112015031695756-pat00029
추정된 성공 단말의 수
Figure 112015031695756-pat00030
가 측정 성공 단말의 수
Figure 112015031695756-pat00031
보다 작거나 문턱값 Nthr보다 크지 않은 경우, 피코 기지국(620)은 전송범위 확장을 수행하지 않는다.
전송 범위 확장에 따른 최적 자원 할당 방법
본 발명의 일 실시예에 따른 전송범위 확장 결정 방법 또는 전송전력 결정 방법에 따라 전송범위 확장 및 전송 전력을 결정한 이후, 피코 기지국은 접속 단말 수 추정 과정에서 계산된 접속 시도 단말의 수
Figure 112015031695756-pat00032
에 대응하는 효율적인 자원을 다음 경쟁프레임에 할당하기 위한 최적 자원할당 과정을 수행한다.
최적의 RAO의 수는 랜덤 경쟁시 성공적으로 접속하는 단말의 수를 최대화 하는 값이다. 이를 결정하기 위해 상기 수학식 3의 성공확률을 최대화 하는 RAO 수(경쟁프레임 크기)인 Lpico,i+1를 미분하여 계산할 수 있다. 계산되는 최적 경쟁프레임 크기는 다음과 같다.
Figure 112015031695756-pat00033
피코 기지국은 계산된 최적 경쟁프레임 크기와 할당할 수 있는 최대 경쟁프레임 크기 Lmax를 고려하여 다음의 수학식과 같이, 다음 랜덤 경쟁시의 최적 경쟁프레임 크기를 최종적으로 결정한다.
Figure 112015031695756-pat00034
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 전송범위 확장 및 효율적 자원 할당 방법이 적용된 이종 네트워크 환경을 나타낸 도면이다.
도 7을 참조하면, 피코 기지국 1, 3, 4(720-1, 720-3, 720,4)는 i번째 경쟁프레임 종료 후 i+1번째 경쟁프레임에서의 전송전력을 증가시켜(Ptx_pico,i < Ptx_pico,i+1) 전송범위 확장을 수행하고, 전송범위 외곽의 가까운 단말들을 더 수용한다. 또한, 전송범위 확장을 통해 추가적으로 수용한 단말 수에 대응하여 i+1번째 경쟁프레임의 RAO 수 Lpico,i+1를 각각 상기 수학식 12 및 수학식 13을 통해 결정하며, 각각 3, 4, 5의 값으로 기존 2개로 할당된 RAO 수에서 증가하게 된다.
매크로 기지국(710)은 피코 기지국(720-1~720-4)의 전송범위 확장에 의해 매크로 기지국(710)으로 접속하는 단말의 수가 줄어들게 되며, 이에 따라 할당하는 RAO 수를 감소시킨다. 이를 통해 매크로 기지국(710)의 부하를 감소시킬 수 있다.
전송범위 확장을 위한 스몰셀 기지국 장치
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 전송범위 확장 및 효율적 자원할당을 위한 기지국 장치의 구성을 개략적으로 나타낸 블록도이다. 도 8에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 스몰셀 기지국 장치는 단말 수 추정/측정부(810), 전송범위 확장거리 결정부(820), 전력 증가량 산출부(830) 및 최적 경쟁프레임 크기 결정부(840)를 포함할 수 있다.
도 8을 참조하면, 단말 수 추정/측정부(810)는 접속 단말 추정부(812) 및 접속 단말 측정부(814)를 포함할 수 있다. 접속단말 추정부(812)는 현재 경쟁프레임의 RAO 수와, 스몰셀 기지국의 경쟁프레임 중 유휴(idle) RAO 수의 비율을 역으로 이용하여 접속을 시도하는 단말의 수를 추정하고, 추정된 접속 시도 단말의 수와 성공 확률을 곱하여 예상 성공 단말의 수를 추정한다. 접속 단말 측정부(814)는 성공 단말의 수를 모니터링하여 한 경쟁프레임에 실제 접속에 성공한 단말의 수를 측정한다.
전송범위 확장거리 결정부(820)는 감산부(822), 임계값 비교부(824) 및 전송범위 결정부(826)를 포함할 수 있다. 감산부(822)는 추정된 단말 수와 측정된 단말 수를 차감하여 차이값을 산출한다. 이 값은 임계값 비교부(824)로 전송되고, 임계값 비교부(824)는 차이 값을 수신하여, 사용자 인터페이스를 통해 설정가능한 임계값과 비교한다. 비교 결과, 임계값 비교부(824)는 해당 차이값이 임계값보다 작으면, 전송범위를 확장하지 않는 것으로 결정하고, 임계값보다 차이값이 크면, 전송범위를 확장하는 것을 결정한다.
전송범위 결정부(826)는 임계값 비교부(824)에서 전송범위를 확장하는 것으로 결정된 경우, 현재 전송범위를 기반으로 접속 단말 추정부(812)에서 산출된 접속 시도 단말의 수를 수용가능하도록 확장한다. 이는 매크로 기지국이 수용할 수 있는 최대 단말의 수와 매크로 기지국의 전송 반경의 비를 이용하여 산출될 수 있다.
전력 증가량 산출부(830)는 확장된 전송반경에 대응하여 증가되어야 할 전력증가량을 산출한다. 이는 스몰셀 기지국과 매크로 기지국에서의 경로 손실값을 기반으로 한 신호 세기값을 기반으로 산출된다. 전력 증가량 산출부(830)는 확장된 전송범위에서 스몰셀 기지국과 매크로 기지국으로부터의 신호 세기값이 같아지도록 전송전력 증가량을 결정하고, 결정된 전송전력 증가량을 기반으로 전송 전력의 최대값과 최소값을 고려하여 다음 경쟁프레임에서의 전송 전력을 산출할 수 있다.
최적 경쟁프레임 크기 결정부(840)는 접속 단말 추정부(812)에서 계산된 접속 시도 단말의 수
Figure 112015031695756-pat00035
에 대응하는 효율적인 자원을 다음 경쟁프레임에 할당하기 위한 최적 경쟁프레임 크기를 결정한다. 최적 자원량인 RAO의 수는 랜덤 경쟁시 성공적으로 접속하는 단말의 수를 최대화하는 것이고, 이는 수학식 3의 성공확률을 최대화하는 RAO를 결정하는 과정으로 이어진다. 최적 경쟁프레임 크기 결정부(840)는 상기 RAO의 수인 Lpico,i+1를 미분하여 최적 경쟁프레임 크기를 계산할 수 있고, 이에 최대 경쟁프레임 크기를 고려하여 랜덤 경쟁시 최적 경쟁프레임 크기를 최종 결정할 수 있다.
시뮬레이션 결과
본 발명에 대한 시뮬레이션을 매크로 기지국의 랜덤 접속 효율과 지연시간 측면에서 진행하였다. 랜덤 접속효율은 단말이 랜덤 접속시 경쟁에서 성공적으로 접속을 할 확률이며, 지연시간은 성공적으로 접속을 할 때까지 걸리는 시간이다. 본 발명의 방법과의 비교를 위해 본 발명의 방법을 적용하지 않은 경우들(Fixed RAOs)과, 본 발명의 전송범위 확장(CRE) 과 최적 자원할당(Dynamic RAOs)을 단계적으로 적용한 경우와의 비교를 진행하였다. 본 발명의 방법을 적용하지 않은 경우들인 Fixed RAOs는 각각 Physical Random Access CHannel(PRACH) 의 수가 1, 2, 5, 10개인 경우로 나뉘며, 본 발명의 방법이 적용된 경우는 전송범위 확장없이 최적 자원할당만 적용한 경우(Dynamic RAOs without CRE)와 전송범위 확장과 최적 자원할당 모두를 적용한 경우(Dynamic RAOs with CRE)로 나뉜다. 그 외 시뮬레이션에 사용된 기타 환경변수들을 다음의 표 1에 나타낸다.
Figure 112015031695756-pat00036
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 전송범위 확장 및 효율적 자원할당 방법이 적용된 환경과 종래 환경에서 매크로 기지국의 랜덤 액세스 효율을 나타낸 그래프이다. 랜덤 접속 경쟁을 시도하는 단말의 수의 빈도를 1,000/초부터 35,000/초까지 변화시켜 가며 진행하였다.
도 9를 참조하면, 본 발명의 방법이 적용되지 않은 경우, 랜덤 접속 효율은 접속 시도 단말의 수에 따라 증가하다가 특정 시점 이후 다시 감소하는 경향을 나타내는 것을 알 수 있다. 이는 고정된 자원의 양을 할당하기 때문에, 할당된 자원의 양이 접속 시도 단말의 수보다 많을 때까지는 랜덤 접속효율이 증가하다가 접속 시도 단말의 수가 자원의 양을 넘어서면서 단말간 충돌에 의해 접속 효율이 감소하기 때문이다.
반면에 본 발명의 방법이 적용된 경우, 최적 자원할당만 적용할 때 랜덤 접속 효율이 일정하게 유지되다가 접속 시도 단말의 수가 25,000/초 이상에서 접속 효율이 떨어지는 것을 확인할 수 있다. 이는 할당할 수 있는 최대 자원의 양을 넘어섰기 때문에 상기 수학식 12에서 계산된 최적 자원 수만큼을 할당하지 못해 발생하는 문제이다. 또한, 최적 자원할당과 전송범위 확장이 모두 적용된 경우에는 랜덤 접속 효율이 감소되는 시점이 더 늦어 졌으며, 이는 피코 기지국의 전송범위 확장에 의해 매크로 기지국이 수용하는 단말의 수가 감소되어 부하분산이 이루어지는 것에 기인한다. 따라서 본 발명의 최적 자원할당 및 피코 기지국의 전송범위 확장을 통한 부하분산 방법이 단말의 랜덤 접속 효율을 향상시킴을 확인할 수 있다
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 전송범위 확장 및 효율적 자원할당 방법이 적용된 환경과 종래 환경에서 매크로 기지국의 접속 지연시간을 비교한 그래프이다. 이 역시, 랜덤 접속 경쟁을 시도하는 단말의 수의 빈도를 1,000/초부터 35,000/초까지 변화시켜 가며 진행하였다.
도 10을 참조하면, 본 발명의 방법이 적용되지 않은 경우에서 지연시간 성능은 서서히 증가하다가 특정 시점에서 지연시간이 크게 증가하는 것으로 나타났다. 이는 할당한 자원의 양보다 접속을 시도하는 단말의 수가 많아져서 충돌에 의해 성능이 감소되기 때문이다.
본 발명의 방법이 적용된 경우 지연시간의 성능이 일정하게 유지되다가 특정 시점부터 지연시간이 역시 크게 증가하며, 이는 할당할 수 있는 자원의 양이 한계에 도달하여 접속 시도 단말들 간의 충돌이 빈번하게 발생하는 것에 기인한다. 지연시간의 성능이 일정하게 유지되는 구간동안 본 발명의 방법이 적용된 경우의 지연시간은 본 발명의 방법이 적용되지 않은 경우에서 지연시간이 증가하기 전의 값보다 크게 나타났다. 그러나, 도 10에서 해당 구간의 경우 랜덤 접속 효율이 접속 단말에 수에 따라 증가하는, 자원이 접속을 시도하는 단말의 수보다 지나치게 많이 할당된 상황임을 알 수 있다. 그러므로 실제로는 자원의 낭비가 발생하고 있는 것이며, 본 발명의 최적 자원할당 및 피코 기지국의 전송범위 확장을 통한 부하분산을 통해 효과적으로 자원을 할당하고, 지연시간 성능을 수용가능한 선에서 유지할 수 있음을 알 수 있다.
이상 도면 및 실시예를 참조하여 설명하였지만, 본 발명의 보호범위가 상기 도면 또는 실시예에 의해 한정되는 것을 의미하지는 않으며 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (20)

  1. 이종 네트워크에서의 스몰셀 기지국의 전송범위 확장 방법에 있어서,
    상기 스몰셀 기지국에 경쟁을 통해 성공적으로 접속하는 성공 단말의 수를 유휴(idle) 랜덤 액세스 기회(RAO: Random Access Opportunity)를 기반으로 추정하는 단계;
    상기 추정된 예상 접속 단말의 수와 실제 측정된 측정 성공 단말의 수를 비교하여 전송 범위 확장 거리를 결정하는 단계를 포함하되, 상기 스몰셀 기지국에 접속하는 성공 단말의 수를 추정하는 단계는,
    이전 랜덤 액세스 과정의 경쟁프레임 중 유휴 랜덤 액세스 기회의 비율을 산출하는 단계;
    상기 산출된 유휴 RAO 비율을 역으로 이용하여 접속을 시도한 단말의 수를 추정하는 단계; 및
    상기 산출된 접속 시도 단말의 수를 기반으로 접속에 성공한 단말의 수를 추정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 이종 네트워크에서의 스몰셀 기지국의 전송범위 확장 방법.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    소정 i번째 경쟁프레임에서, 접속에 성공한 단말의 수는
    Figure 112016036982313-pat00037
    (여기서,
    Figure 112016036982313-pat00038
    는 i번째 경쟁프레임에서 해당 스몰셀 기지국에 접속을 시도하는 단말의 수이고,
    Figure 112016036982313-pat00039
    는
    Figure 112016036982313-pat00040
    수의 단말이 Lpico,i 크기를 갖는 경쟁프레임에서 경쟁을 수행하는 경우, 성공적으로 접속할 확률을 의미함)을 통해 산출된 성공확률 값과 경쟁프레임 크기 값(Lpico,i)의 곱을 통해 산출되는 것을 특징으로 하는 이종 네트워크에서의 스몰셀 기지국의 전송범위 확장 방법.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 추정된 예상 성공 단말의 수와 실제 측정된 측정 성공 단말의 수를 비교하여 전송 범위 확장 거리를 결정하는 단계는,
    상기 예상 성공 단말의 수와 상기 측정 성공 단말의 수의 차가 임계값을 초과하는지 판단하는 단계;
    상기 임계값을 초과하는 경우, 현재 전송범위를 계산하는 단계;
    상기 현재 전송범위를 기반으로 상기 접속 시도 단말의 수를 수용가능한 전송범위 확장 거리를 산출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 이종 네트워크에서의 스몰셀 기지국의 전송범위 확장 방법.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 전송범위 확장 거리는 매크로 기지국이 수용할 수 있는 최대 단말의 수와 매크로 기지국의 전송반경의 비를 이용하여 산출되는 것을 특징으로 하는 이종 네트워크에서의 스몰셀 기지국의 전송범위 확장 방법.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 전송범위 확장 거리를 반영하여 전송범위를 확장하는데 필요한 전력 증가량을 스몰셀 및 매크로 기지국으로부터의 경로 손실값을 적용한 신호 세기값을 기반으로 산출하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이종 네트워크에서의 스몰셀 기지국의 전송범위 확장 방법.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 스몰셀 기지국과 상기 매크로 기지국으로부터의 신호 세기값이 같아지는 전송전력 증가량을 결정하고, 상기 결정된 전송전력 증가량을 기반으로 전송 전력의 최대값 및 최소값을 고려하여 다음 경쟁프레임에서의 전송전력을 산출하는 것을 특징으로 하는 이종 네트워크에서의 스몰셀 기지국의 전송범위 확장 방법.
  8. 제 3 항에 있어서,
    상기 접속 시도 단말의 수에 대응하는 자원할당을 위해, 랜덤 경쟁시 성공적으로 접속하는 단말의 수를 최대화하는 RAO의 수 - RAO의 수는 경쟁 프레임의 크기를 의미함 - 를 산출하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이종 네트워크에서의 스몰셀 기지국의 전송범위 확장 방법.
  9. 제 8 항에 있어서,
    랜덤 경쟁시 성공적으로 접속하는 단말의 수를 최대화하는 RAO의 수는
    Figure 112015031695756-pat00041
    의 성공확률을 최대화하는 RAO 수를 미분하여 산출되는 최적 경쟁프레임 크기를 기반으로 계산되는 것을 특징으로 하는 이종 네트워크에서의 스몰셀 기지국의 전송범위 확장 방법.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 랜덤 경쟁시 성공적으로 접속하는 단말의 수를 최대화하는 RAO의 수는 상기 산출된 최적 경쟁프레임 크기와 할당 가능한 최대 경쟁프레임 크기를 고려하여 산출되는 것을 특징으로 하는 이종 네트워크에서의 스몰셀 기지국의 전송범위 확장 방법.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 RAO 값은 PRACH(Physical Random Access CHannel) 자원 수에 프리앰블의 수를 곱한 값인 것을 특징으로 하는 이종 네트워크에서의 스몰셀 기지국의 전송범위 확장 방법.
  12. 이종 네트워크에서의 전송범위 확장을 위한 스몰셀 기지국 장치에 있어서,
    상기 스몰셀 기지국에 경쟁을 통해 성공적으로 접속하는 성공 단말의 수를 유휴(idle) 랜덤 액세스 기회(RAO: Random Access Opportunity)를 기반으로 추정하는 접속 단말 추정부; 및
    상기 추정된 예상 성공 단말의 수와 실제 측정된 측정 성공 단말의 수를 비교하여 전송 범위 확장 거리를 결정하는 전송범위 확장거리 결정부를 포함하되, 상기 접속 단말 추정부는,
    이전 랜덤 액세스 과정의 경쟁프레임 중 유휴 RAO의 비율을 산출하는 유휴 랜덤 액세스 기회 비율 산출부;
    상기 산출된 유휴 RAO 비율을 역으로 이용하여 접속을 시도한 단말의 수를 추정하는 접속 시도 단말 추정부 ; 및
    상기 산출된 접속 시도 단말의 수를 기반으로 접속에 성공한 단말의 수를 추정하는 접속 성공 단말 추정부를 포함하는 것을 특징으로 하는 이종 네트워크에서의 전송범위 확장을 위한 스몰셀 기지국 장치.
  13. 삭제
  14. 제 12 항에 있어서,
    소정 i번째 경쟁프레임에서, 상기 성공 단말의 수는
    Figure 112016036982313-pat00042
    (여기서,
    Figure 112016036982313-pat00043
    는 i번째 경쟁프레임에서 해당 스몰셀 기지국에 접속을 시도하는 단말의 수이고,
    Figure 112016036982313-pat00044
    는
    Figure 112016036982313-pat00045
    수의 단말이 Lpico,i 크기를 갖는 경쟁프레임에서 경쟁을 수행하는 경우, 성공적으로 접속할 확률을 의미함)을 통해 산출된 성공확률 값과 경쟁프레임 크기 값(Lpico,i)의 곱을 통해 산출되는 것을 특징으로 하는 이종 네트워크에서의 전송범위 확장을 위한 스몰셀 기지국 장치.
  15. 제 12 항에 있어서, 상기 전송범위 확장거리 결정부는,
    상기 예상 성공 단말의 수와 상기 측정 성공 단말의 수의 차가 임계값을 초과하는지 판단하는 판단부;
    상기 임계값을 초과하는 경우, 현재 전송범위를 계산하는 현재 전송범위 계산부; 및
    상기 현재 전송범위를 기반으로 상기 접속 시도 단말의 수를 수용가능한 전송범위 확장 거리를 산출하는 확장거리 산출부를 포함하는 것을 특징으로 하는 이종 네트워크에서의 전송범위 확장을 위한 스몰셀 기지국 장치.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 전송범위 확장 거리는 매크로 기지국이 수용할 수 있는 최대 단말의 수와 매크로 기지국의 전송반경의 비를 이용하여 산출되는 것을 특징으로 하는 이종 네트워크에서의 전송범위 확장을 위한 스몰셀 기지국 장치.
  17. 제 12 항에 있어서,
    상기 전송범위 확장 거리를 반영하여 전송범위를 확장하는데 필요한 전력 증가량을 스몰셀 및 매크로 기지국으로부터의 경로 손실값을 적용한 신호 세기값을 기반으로 산출하는 전력 증가량 산출부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이종 네트워크에서의 전송범위 확장을 위한 스몰셀 기지국 장치.
  18. 제 17 항에 있어서, 상기 전력 증가량 산출부는
    상기 스몰셀 기지국과 상기 매크로 기지국으로부터의 신호 세기값이 같아지도록 전송전력 증가량을 결정하고, 상기 결정된 전송전력 증가량을 기반으로 전송 전력의 최대값 및 최소값을 고려하여 다음 경쟁 프레임에서의 전송전력을 산출하는 것을 특징으로 하는 이종 네트워크에서의 전송범위 확장을 위한 스몰셀 기지국 장치.
  19. 제 14 항에 있어서,
    상기 접속 시도 단말의 수에 대응하는 자원할당을 위해, 랜덤 경쟁시 성공적으로 접속하는 단말의 수를 최대화하는 랜덤 액세스 기회(RAO)의 수를 산출하는 최적 경쟁프레임 크기 결정부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이종 네트워크에서의 전송범위 확장을 위한 스몰셀 기지국 장치.
  20. 이종 네트워크에서의 기지국의 전송범위 결정을 위한 시스템에 있어서,
    스몰셀 기지국 또는 매크로 기지국에 랜덤 액세스를 시도하는 복수 개의 단말들;
    상기 단말들 중 일부의 랜덤 액세스 요청을 수신하는 매크로 기지국; 및
    상기 매크로 기지국과 공존하면서, 상기 단말들 중 다른 일부로부터의 랜덤 액세스 요청을 처리하기 위해, 상기 스몰셀 기지국에 접속하는 성공 단말의 수를 유휴(idle) 랜덤 액세스 기회(RAO: Random Access Opportunity)를 기반으로 추정하고, 상기 추정된 예상 성공 단말의 수와 실제 측정된 측정 성공 단말의 수를 비교하여 전송 범위 확장 거리를 결정하는 스몰셀 기지국을 포함하되,
    상기 예상 성공 단말의 수는 이전 랜덤 액세스 과정의 경쟁프레임 중 유휴 RAO의 비율을 역으로 이용하여 추정되는 것을 특징으로 하는 이종 네트워크에서의 기지국의 전송범위 결정을 위한 시스템.


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