KR101682030B1 - 무선통신시스템에서 이동 기지국의 송신전력을 제어하기 위한 방법 및 장치 - Google Patents

무선통신시스템에서 이동 기지국의 송신전력을 제어하기 위한 방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

무선통신시스템에서 이동 기지국의 송신전력을 제어하기 위한 방법 및 장치에 관한 것으로, 무선통신시스템에서 이동 기지국의 송신전력을 제어하기 위한 방법은, 잡음전력 레벨과 간섭전력 레벨을 기준으로 셀 커버리지를 최대화하는 파라미터를 결정하는 과정과, 상기 파라미터를 기반으로 송신전력 증감 여부를 판단하는 과정과, 상기 판단결과에 따라 송신전력을 증감하는 과정을 포함하여, 시스템 전체 커버리지를 최대화할 수 있다. 또한, 시스템에 미치는 간섭영향을 줄여, 간섭으로 인한 커버리지를 감소를 최소로 하고, 이동형 기지국 내 사용자들에게 우수한 품질의 무선 통신 서비스를 제공할 수 있다.

Description

무선통신시스템에서 이동 기지국의 송신전력을 제어하기 위한 방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS FOR CONTROLLING TRANSMISSION POWER OF BASE STATION IN WIRELESS COMMUNICATION SYSTEM}
본 발명은 무선통신시스템에서 송신전력에 관한 것으로, 특히, 이동 기지국들이 이동하는 무선통신 환경에서 상기 이동 기지국의 송신전력을 제어하기 위한 방법 및 장치에 관한 것이다.
셀룰러 통신시스템을 구성하기 위해, 셀플랜닝(cell planning)을 이용하여, 기지국들이 배치될(deployment) 지점을 결정한다. 상기 셀플랜닝은 최소의 비용으로 최대 효율을 제공하기 위해, 송수신 전력 세기, 시험 호 발생 기능, 셀 커버리지 분석 및 진단, 운용 환경 분석, 기지국간 간섭, 지역적 특성에 따른 전파특성 등을 분석하여 가장 최적의 조건으로 기지국 배치 지점을 결정할 수 있다.
일반적으로, 셀룰러 통신시스템에서는 셀플랜닝 기반으로 결정된 기지국 배치 지점에서 일정지역의 서비스 커버리지를 유지하도록 옥외에 고정형 기지국이 설치되어 운용되고 있다. 즉, 상기 옥외 고정형 기지국 설치를 위한 망 설계시, 주변 지형이나 지물, 사용자의 수 등에 따라서 셀의 크기를 여러 가지로 분류하여 적응적으로 상기 셀룰러 통신시스템을 운용한다. 현재 상용 시스템으로 운용중인 코드 분할 다중 접속(Code Division Multiple Access: CDMA) 시스템이나 WiMAX 계열의 시스템에서는 기지국을 배치하기 전에, 네트워크 최적화 과정의 망 설계를 통해서 고정 기지국이 일정 커버리지 내에서 최대 용량(capacity)을 갖도록 상기 기지국의 최대 전송전력을 기반으로 기지국 위치가 결정된다.
한편, 군통신 환경에서는 부대 전체가 훈련지역으로 이동할 수 있기 때문에, 일반적인 셀룰러 통신시스템에서 최대 전송전력을 기반으로 일정 커버리지 내에서 최대 용량(capacity)을 갖도록 기지국의 위치를 결정하는 것처럼, 고정형 기지국 배치 지점을 결정할 수 없다. 다시 말해, 사용자 단말뿐만 아니라 기지국 전체가 이동하는 군통신 환경에는 기존의 전력제어 기법을 이용할 수 없다. 예를 들어, 기지국의 위치에 따라서 무선환경이 심하게 변하기 때문에, 일반 셀룰러 통신시스템에서처럼 모든 기지국이 하향링크로 최대 송신전력으로 동일하게 단말기에 데이터를 송신할 경우, 이동형 기지국이 인접한 상황에서는 두 기지국 모두 심각한 간섭으로 작용하여 시스템 성능이 떨어질 수 있다.
상술한 바와 같이, 이동 기지국이 주변 무선환경에 대한 인지가 되지 않은 상황에서 송신전력 제어 없이 최대 전송전력으로 송신할 경우 기존 망에 심각한 간섭을 일으킬 수 있다.
따라서, 무선통신시스템에서 이동 기지국의 송신전력을 제어하기 위한 방법 및 장치가 필요하다.
본 발명의 목적은 무선통신 시스템에서 이동 기지국의 송신전력을 제어하기 위한 방법 및 장치를 제공함에 있다.
본 발명의 목적은 무선통신 시스템에서 최대 송신전력으로 송출하는 이동 기지국으로 발생할 수 있는 간섭으로 인해 시스템 용량뿐만 아니라 커버리지가 감소하는 것을 줄이기 위한 방법 및 장치를 제공함에 있다.
본 발명의 다른 목적은 이동형 기지국을 포함하는 무선통신 시스템에서 커버리지를 최대화하기 위한 방법 및 장치를 제공함에 있다.
상기한 목적들을 달성하기 위한 본 발명의 제 1 견지에 따르면, 무선통신시스템에서 이동 기지국의 송신전력을 제어하기 위한 방법에 있어서, 잡음전력 레벨과 간섭전력 레벨을 기준으로 셀 커버리지를 최대화하는 파라미터를 결정하는 과정과, 상기 파라미터를 기반으로 송신전력 증감 여부를 판단하는 과정과, 상기 판단결과에 따라 송신전력을 증감하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기한 목적들을 달성하기 위한 본 발명의 제 2 견지에 따르면, 무선통신시스템에서 이동 기지국의 송신전력을 제어하기 위한 장치에 있어서, 잡음전력 레벨과 간섭전력 레벨을 기준으로 셀 커버리지를 최대화하는 파라미터를 결정하는 정보 제공부, 상기 파라미터를 기반으로 송신전력 증감 여부를 판단하고, 상기 판단결과에 따라 송신전력을 증감하는 전력제어 결정부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상술한 바와 같이, 무선통신 시스템에서 최대 커버리지가 되도록 이동형 기지국의 송신전력을 결정함으로써, 시스템 전체 커버리지를 최대화할 수 있다. 또한, 시스템에 미치는 간섭영향을 줄여, 간섭으로 인한 커버리지를 감소를 최소로 하고, 이동형 기지국 내 사용자들에게 우수한 품질의 무선 통신 서비스를 제공할 수 있다.
또한, 백홀(Backhaul)이 연결 유무에 관계없이 동작하기 때문에 이동형 기지국이 어느 위치에 있더라도 기존 시스템에 미치는 간섭을 최소화하면서 동작 가능하다. 외부의 고정형 기지국이나 이동형 기지국의 커버리지 변경에 따라서도 적응적으로 송신전력을 제어하기 때문에 새로운 이동형 기지국이나 고정형 기지국이 새로 설치되더라도 이에 적응적으로 송신전력을 결정할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 이동형 기지국에서의 커버리지를 분석하기 도면,
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 C1 면적을 구하기 위한 커버리지 중첩 예,
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 C2 면적을 구하기 위한 커버리지 중첩 예,
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 잡음전력≫간섭전력(BS1)와 잡음전력≫간섭전력(BS2) 경우의 셀 중첩 예,
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 잡음전력≫간섭전력(BS1)와 잡음전력≫간섭전력(BS2) 경우의 셀 중첩 예,
간섭전력≫잡음전력(BS2), 잡음전력≫간섭전력(BS1) 경우의 셀 중첩 예,
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 무선통신시스템에서 초기 이동 기지국의 송신전력을 제어하기 위한 흐름도,
도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 무선통신시스템에서 운용중인 이동 기지국의 송신전력을 제어하기 위한 흐름도 및,
도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 무선통신시스템에서 이동 기지국의 송신전력을 제어하기 위한 장치도.
이하 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면의 참조와 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 생략할 것이다. 그리고 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
이하, 본 발명은 무선통신시스템에서 이동 기지국의 송신전력을 제어하기 위한 방법 및 장치에 대해 설명하기로 한다. 특히, 본 발명은 최대 커버리지(coverage)을 판단하기 위한 조건식을 통해 이동 기지국의 송신전력을 제어하는 기법에 대해 설명하기로 한다.
이하, 도 1 내지 도 5를 참조하여, 최대 커버리지(coverage)을 판단하기 위한 조건식을 유도하기로 한다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 이동형 기지국에서의 커버리지를 분석하기 도면이다.
상기 도 1을 참조하면, 이동형 기지국의 셀 영역은 각 기지국을 중심으로 원으로 나타난다고 가정하고, 2개의 이동형 기지국(BS1(130), BS2(140))이 각각 임의의 전력으로 송신하고, 커버리지 일정 부분이 중첩되는 모델을 고려한다.
상기 도 1에서, BS1(130)을 기준으로 나타내는 셀 영역과 BS2(140)을 기준으로 나타내는 셀 영역이 중첩되어 나타낸다.
상기 도 1에서 전체 시스템 커버리지(C1(100)+C2(110)+C3(120))는 하기 <수학식 1>과 같다.
Figure 112010010552570-pat00001
여기서, C1(100)은 BS1(130)의 셀 영역에서 BS2(140)의 셀 영역과 중첩되는 영역을 제외한 영역이고, C2(110)는 BS2(140)의 셀 영역에서 BS1(130)의 셀 영역과 중첩되는 영역을 제외한 영역이고, C3(120)는 BS1(130)의 셀 영역과 BS2(140)의 셀 영역이 중첩되는 영역이다. θ1s는 BS1(130)과 a지점 사이의 선과 BS1(130)과 BS2(140) 사이의 선이 이루는 각도이고, r1은 BS1(130)의 셀 영역의 반지름이고,θ2e는 BS2(140)과 a지점 사이의 선과 BS1(130)과 BS2(140) 사이의 선이 이루는 각도이고, r2은 BS2(140)의 셀 영역의 반지름이다.
a 지점에서는 두 기지국(BS1, BS2)으로부터의 수신전력이 동일하고 두 셀의 경계에 있다. 따라서 하기 <수학식 2>, <수학식 3>, <수학식 4>이 성립한다.
Figure 112010010552570-pat00002
Figure 112010010552570-pat00003
Figure 112010010552570-pat00004
여기서, C/(I+N)은 CINR(Carrier to Interference-and-Noise Ratio) 값을 의미하며, CINRcoverage는 셀 가장자리(edge)에서의 CINR이고, r1s는 도 1에서 BS1과 a지점간 거리이고, r2e는 도 1에서 BS2와 a지점간 거리이고, TxP1은 BS1의 송신전력이고, TxP2은 BS2의 송신전력이고, SF1은 BS1의 새도우잉 (shadowing factor)이고, SF2은 BS2의 새도우잉 요소(shadowing factor)이고, N은 열잡음 전력(thermal noise power), P1은 TxP1?SF1이고 P2는 TxP2?SF2이다. d는 BS1과 BS2간 거리이다. 그리고, A, B는 경로손실 관련 파라미터로써 하기 도 6에서 상세히 설명하기로 한다.
상기 <수학식 2>, <수학식 3>, <수학식 4>를 이용하여, r1s, θ1s, r2e, θ2e를 계산할 수 있다.r1s, θ1s, r2e, θ2e 값은 <수학식 5> 내지 <수학식 8>과 같다.
Figure 112010010552570-pat00005
Figure 112010010552570-pat00006
Figure 112010010552570-pat00007
Figure 112010010552570-pat00008
여기서, 상기 <수학식 5> 내지 <수학식 8>를 이용하여, 상기 도 1의 C1, C2, C3 영역의 면적을 계산할 수 있다.
먼저, C3 영역의 면적을 하기 <수학식 9>로 표현할 수 있다.
Figure 112010010552570-pat00009
그리고, C1 영역의 면적은 유도하기 위해, 도 2의 C1 면적을 구하기 위한 커버리지 중첩을 참조하기로 한다.
상기 도 2에서, r1은 BS1과 a' 지점 간 거리(혹은 BS1의 셀 영역의 반지름)이고, d는 BS1과 BS2 간 거리이고, r1,2는 BS2과 a' 지점간 거리이고, θ1은 r1과 d가 이루는 각도이다. a'은 BS1의 셀 가장자리에 위치한다.
여기서, C1 영역의 면적은 하기 <수학식 10>, 하기 <수학식 11>으로부터 유도될 수 있다.
Figure 112010010552570-pat00010
Figure 112010010552570-pat00011
상기 도 2에서, 커버리지의 가장자리인 b지점에서 간섭전력과 잡음전력의 관계에 따라서 3가지 경우(즉, b 지점에서 잡음전력이 간섭전력보다 큰 경우, 비슷한 경우, 그리고 작은 경우)로 나누어 면적을 구할 수 있다.
1) b지점에서 잡음전력 >> 간섭전력일 때의 C1 면적
먼저 상기 도 2의 C1의 면적을 구하기 위해 b 지점에서의 잡음전력이 BS2로부터의 간섭전력보다 매우 큰 경우 간섭전력을 무시할 수 있으므로 상기 <수학식 11>를 하기 <수학식 12>와 하기 <수학식 13>과 같은 조건식을 정의할 수 있다.
Figure 112010010552570-pat00012
Figure 112010010552570-pat00013
여기서, 상기 <수학식 12>의 거리 r1이 C1 영역 내에서 모두 r1b와 같다고 가정하면, 상기 <수학기 6>과 상기 <수학식 12>를 이용하여 하기 <수학식 14>를 구할 수 있다.
Figure 112010010552570-pat00014
2) b지점에서 잡음전력 ≒ 간섭전력일 때의 C1 면적
b 지점에서의 간섭전력과 잡음전력이 비슷할 경우 상기 <수학식 11>은 하기 <수학식 15>와 같고 상기 <수학식 10>은 하기 <수학식 16>과 같이 표현할 수 있다.
Figure 112010010552570-pat00015
Figure 112010010552570-pat00016
여기서, 상기 <수학식 15>와 상기 <수학식 16>은, 하기 <수학식 17>과 하기 <수학식 18>를 만족해야 한다. 다시 말해, 하기 <수학식 17>과 하기 <수학식 18>을 만족해야, 상기 <수학식 15>와 상기 <수학식 16>이 유도된다.
Figure 112010010552570-pat00017
Figure 112010010552570-pat00018
상기 <수학식 15>와 상기 <수학식 16>를 이용하여, 하기 <수학식 19> 즉, r1b를 유도한다.
Figure 112010010552570-pat00019
여기서, 상기 <수학식 6>, 상기 <수학식 19>을 이용하여, C1의 면적을 구하면 하기 <수학식 20>과 같다.
Figure 112010010552570-pat00020
3) b지점에서 잡음전력 << 간섭전력일 때의 C1 면적
b지점에서 간섭전력이 잡음전력보다 큰 경우 상기 <수학식 11>은 하기 <수학식 21>과 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112010010552570-pat00021
상기 <수학식 10>와 상기 <수학식 21>를 이용하여, 하기 <수학식 22> 즉, r1b를 유도한다.
Figure 112010010552570-pat00022
여기서, 상기 <수학식 22>는, 하기 <수학식 23>과 하기 <수학식 24>를 만족해야 한다. 다시 말해, 하기 <수학식 23>과 하기 <수학식 24>을 만족해야, 상기 <수학식 22>이 유도된다.
Figure 112010010552570-pat00023
Figure 112010010552570-pat00024
상기 <수학식 6>, 상기 <수학식 21>을 이용하여 C1의 면적을 구하면 하기 <수학식 25>와 같다.
Figure 112010010552570-pat00025
마지막으로, C2 영역의 면적은 C1의 면적 계산 방법과 비슷한 방법으로 유도할 수 있다.
도 3은 본 발명에 따라, C2 면적을 구하기 위한 커버리지 중첩을 도시하고 있다.
상기 도 3을 참조하면, r2은 BS2과 a' 지점 간 거리(혹은 BS2의 셀 영역의 반지름)이고, d는 BS1과 BS2 간 거리이고, r2,1는 BS1과 a' 지점간 거리이고, θ2은 r2와 d가 이루는 각도이다. a'은 BS2의 셀 가장자리에 위치한다.
C2의 면적을 구하는 방법은 다음과 같다.
1) c지점에서 잡음전력 >> 간섭전력일 때의 C2 면적
상기 도 3에서 C1과 같은 방법으로 C2의 면적을 구하면 BS2의 b지점에서 잡음전력이 간섭전력보다 크다고 하면 <수학식 26>과 같은 조건식이 유도된다. 그리고 C2의 면적은 하기 <수학식 27>과 같다.
Figure 112010010552570-pat00026
Figure 112010010552570-pat00027
2) c지점에서 (잡음전력≒간섭전력) 일 때의 C2 면적
잡음전력과 간섭전력이 비슷한 경우는 하기 <수학식 28>과 하기 <수학식 29>이 유도된다. 그리고 이때 C2의 면적은 하기 <수학식 30)>과 같다.
Figure 112010010552570-pat00028
Figure 112010010552570-pat00029
Figure 112010010552570-pat00030
3) c 지점에서 (잡음전력 << 간섭전력) 일 때의 C2 면적
마지막으로 간섭전력이 잡음전력보다 매우 큰 경우 하기 <수학식 31>, <수학식 32>가 도출된다.그리고 이때 C2의 면적은 하기 <수학식 33>과 같다.
Figure 112010010552570-pat00031
Figure 112010010552570-pat00032
Figure 112010010552570-pat00033
한편, 커버리지를 최대화하기 위해서 두 개의 이동형 기지국에서의 전파환경을 분석하면 상기 <수학식 34>과 같이 5가지 전파환경을 고려할 수 있다.
Figure 112010010552570-pat00034
상기 <수학식 23>과 <수학식 31>를 동시에 만족할 수 없으므로, Noise Power << Interference Power(BS1)와 Noise Power << Interference Power(BS2)인 경우는 존재하지 않는다. 한편 CINRCOVERAGE 값이 -3.5dB라고 하면(Ped A 3km/h SIMO, QPSK 1/12 환경에서 최소 required CINR), BS1과 BS2가 모두 최대전송전력인 경우 상기 <수학식 17>, 상기 <수학식 18>와 상기 <수학식 28>, 상기 <수학식 29>을 동시에 만족할 수 없으므로, Noise Power≒Interference Power(BS1), Noise Power≒Interference Power(BS2)인 경우는 존재하지 않는다. 또한, 상기 <수학식 17>, 상기 <수학식 18>과 상기 <수학식 31>, <상기 수학식 32> 역시 동시에 만족할 수 없으므로 Noise Power≒Interference Power(BS1), Noise Power << Interference Power(BS2)의 경우도 존재하지 않는다. 그러므로 실제 상기 <수학식 34>의 (a),(b),(c)의 세 가지 전파환경만이 존재하게 된다.
한편, Noise Power≫Interference Power(BS1)와 Noise Power≫Interference Power(BS2) 경우의 셀 중첩은 도 4와 같다.
상기 도 4를 참조하면, BS1 입장에서, b지점에서는 BS2로부터 간섭신호를 받지 않기 때문에 잡음전력이 간섭전력보다 훨씬 큰 경우이다. 마찬가지로, BS2 입장에서, c 지점에서는 BS1로부터 간섭신호를 받지 않기 때문에 잡음전력이 간섭전력보다 훨씬 큰 경우이다.
그리고, c지점에서 Interference Power≫Noise Power(BS2), Noise Power≫Interference(BS1) 경우의 셀 중첩은 도 5와 같다.
상기 도 5를 참조하면, BS1의 셀 영역에 BS2의 셀 영역을 포함할 때, b지점에서는 BS2로부터의 간섭신호를 받지 않기 때문에 Noise Power≫Interference이 되고, c지점에서 BS2는 BS1으로부터 간섭신호를 받기 때문에 Interference Power≫Noise Power이 된다.
여기서, 상기 도 4와 상기 도 5에 존재하는 두 기지국의 최대 송신전력이 동일한 경우, 상기 도 4의 경우 더 넓은 커버리지를 갖는다. 왜냐하면 도 4에서 두 원이 겹쳐진 부분을 제외하면 간섭이 존재하지 않고, 도 5의 경우 BS2 셀 영역에서 BS1이 간섭을 받고, BS2 또한 BS1 셀 영역의 많은 부분에 간섭의 영향을 준다. 그러므로 도 5의 BS2는 송신전력을 최소로 하는 것이 시스템 전체의 커버리지를 최대화시켜준다.
상기 도 5와 같은 무선전파 환경을 판단하는 방법은 위에서 언급한 대로(잡음전력>>간섭전력)이 아닌 기지국의 송신전력을 최소로 하는 것이고, 반대로 생각하면(잡음전력>>간섭전력)의 조건을 가진 기지국의 송신전력을 최대로 해주면 전체 커버리지의 최대화가 가능하다.
셀의 끝 지점(b지점, c지점)에서 N>2?Interference을 만족할 경우(잡음전력>>간섭전력)을 만족하는 것으로 판단한다. dB 관점에서 보면 N(dB)-3 > I(dB)를 만족한다.
따라서, 두 이동형 기지국 중(Noise Power>>Interference Power)의 조건에 해당하지 않는 기지국의 송신전력을 최소로 할 때 커버리지는 최대가 된다. (Noise Power>>Interference Power)조건의 하기 <수학식 35>를 한다.
Figure 112010010552570-pat00035
따라서 상기 <수학식 13>와 상기 <수학식 35>을 이용하면 하기 <수학식 36>을 유도하게 되고, 하기 <수학식 36>을 만족할 때 해당 기지국의 송신전력을 최대로 설정하면 해당기지국의 커버리지는 최대가 된다.
Figure 112010010552570-pat00036
여기서, i는 송신전력을 설정하는 기지국 인덱스이고, j는 인접 기지국 인덱스, N은 열잡음 전력, SF는 새도우잉 요소이고, d는 기지국간 거리이고, A는 경로 손실 지수(pathloss exponent), B는 경로손실 보상 상수(pathloss compensation constant), MaxTxP는 최대 송신전력이다.
상기 <수학식 36>은 j번째 기지국에서 i번째 기지국으로의 수신전력(RxPji) 값을 이용하여 하기 <수학식 37>으로 표현된다.
Figure 112010010552570-pat00037
새도우잉(shadowing) 추정을 살펴보기로 한다. 상기 <수학식 37>에서, CINRCOVERAGE, N, MaxTxP 등은 시스템에서 결정되는 파라미터와, A, B, SF등은 기지국이 추정해야하는 파라미터, 그리고 수신전력 같은 측정해야 하는 파라미터로 구분된다. 모든 파라미터를 결정하여 상기 <수학식 37>를 만족하는 경우 해당 기지국의 송신전력을 최대값으로 설정하여 최대 커버리지를 도출할 수 있다.
송신전력을 결정해야하는 기지국의 새도우잉 값을 추정하기 위해서 다른 기지국으로부터의 수신전력을 측정한다. 측정한 수신전력에서 하기 <수학식 38>과 같이 기지국 인덱스를 결정한다.
Figure 112010010552570-pat00038
송신전력을 설정하는 기지국은 결정된 인접기지국으로부터의 수신전력을 측정하여 평균값을 계산한다. 그리고, 이 값들을 이용하여 하기 <수학식 39>과 같이 새도우잉 파라미터를 결정한다.
Figure 112010010552570-pat00039
Pathloss parameter 추정을 살펴보면, 기지국간 경로손실 관련 파라미터인 상기 <수학식 37>의 A, B값을 구하기 위해서 최소자승 추정법(Least Mean Square Method)을 이용한다. 최소자승 추정법으로 하기 <수학식 40>, 하기 <수학식 41>과 같이 A,B 값을 결정할 수 있다.
Figure 112010010552570-pat00040
Figure 112010010552570-pat00041
한편, 기지국간 이격거리 d는 주변 기지국의 신호세기 측정시 frame sync값을 이용하여 상기 <수학식 42>와 같이 추정한다.
Figure 112010010552570-pat00042
상술한 바와 같이, 상기 <수학식 37>에 대입하면 해당 이동형 기지국의 송신전력이 결정되며, 상기 송신전력 결정은 초기 송신전력 결정(하기 <수학식 43>)과 운용중 송신전력 결정(하기 <수학식 44>)으로 구분할 수 있다.
Figure 112010010552570-pat00043
Figure 112010010552570-pat00044
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 무선통신시스템에서 초기 이동 기지국의 송신전력을 제어하기 위한 흐름도를 도시하고 있다.
상기 도 6을 참조하면, 이동형 기지국은 600단계에서 전원이 공급되면 주변 기지국들로부터의 신호 세기(Received Singnal strength indication: RSSI)를 측정한다.
이후, 상기 이동형 기지국은 602단계에서 백홀(backhaul)이 연결되어 있을 경우 GPS(Global Positioning System) 정보를 이용하여 주변 기지국과의 거리 정보를 받는다. 만약 상기 이동형 기지국이 백홀에 연결되어 있지 않을 경우 OTAR(Over-The-Air-Rekeying)등 다른 방법을 이용하여 주변 기지국과의 거리를 추정한다.
이후, 상기 이동형 기지국은 604단계에서, 측정된 RSSI값과 거리 값을 이용하여 최소자승추정법으로 A,B 값을 추정한다. 상기 최소자승 추정법에 의한 A,B 파라미터는 상기 <수학식 40>, 상기 <수학식 41>에 의해 A,B 값을 결정된다.
이후, 상기 이동형 기지국은 606단계에서, 추정된 값과 주어진 시스템 파라미터(CINR, N, MaxTxP 등등)를 이용하여 상기 <수학식 43>에 대입하고, 결과 값이 0보다 크거나 같은 경우 608단계로 진행하여, 초기 송신전력을 최대 전력으로 설정한다.
반면, 결과 값이 0보다 작은 경우, 초기 송신전력을 최소 전력으로 설정한다.
이후, 본 발명의 이동형 기지국의 송신전력 결정 절차를 종료한다.
도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 무선통신시스템에서 운용중인 이동 기지국의 송신전력을 제어하기 위한 흐름도를 도시하고 있다.
상기 도 7을 참조하면, 이동형 기지국은 700단계에서 백홀 네트워크와 연결되어 있는지를 확인한다. 백홀 네트워크와 연결 상태인 경우, 상기 이동형 기지국은 702단계에서 주변 기지국의 대한 정보를 상위 네트워크 엔티티로부터 제공받는다. 그리고, 상기 이동형 기지국은 702단계에서 상기 주변 기지국에 대해 신호 세기를 측정한다. 구현에 있어서, 초기 송신전력 결정 절차 시, 측정된 주변 기지국의 송신5전력이 변경된 기지국에 대해서만 신호 세기를 측정할 수도 있다.
이후, 상기 이동형 기지국은 706단계에서 백홀 네트워크가 연결되어 있으므로 GPS 정보를 이용하여 주변 기지국과의 거리정보를 상위 네트워크 엔티티로부터 제공받는다.
반면, 700단계에서 백홀 네트워크와 연결되어 있지 않은 경우, 상기 이동형 기지국은 708단계에서 주변에 송신전력이 변경된 기지국의 정보를 알 수 없으므로 주기적으로 주변 기지국의 수신신호세기(RSSI)를 측정한다. 그리고, 710단계에서 측정 결과를 이용하여 주변 기지국과의 거리를 추정한다.
이후, 상기 이동형 기지국은 712단계에서 주변 기지국들과의 거리와 수신전력 값을 기반으로, 수신 전력중 최소인 값을 찾아 해당 인접 기지국을 검색한다. 또한 714단계에서 연결되어 있는 단말들로부터 상기 검색된 인접 기지국으로부터의 수신전력 값들을 보고받아 평균값을 구한다.
이후, 상기 이동형 기지국은 716단계에서 주변 기지국들로부터의 최소수신전력 값과 단말들로부터 얻어진 수신전력 평균값을 상기 <수학식 39>을 이용하여 shadowing 값을 추정하고, 기 획득된 거리정보와 수신전력값을 상기 <수학식 40>, 상기 <수학식 41>, 에 대입하여 이용하여 A,B 값을 결정한다.
이후, 상기 이동형 기지국은 716단계에서 상기 <수학식 44>를 이용하여 송신전력 증감 여부를 판단한다.
판단이 증가로 판정되면 720단계로 진행하여 현재 송신전력을 기정의된 스텝만큼 증가시킨다. 반면 판단이 감소로 판정되면 722단계로 진행하여 현재 송신전력을 기정의된 스텝만큼 감소시킨다.
이후, 상기 이동형 기지국은 724단계에서 송신전력이 결정되면 다음 송신전력결정(Transmit Power Control: TPC) 주기까지 대기한다.
도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 무선통신시스템에서 이동 기지국의 송신전력을 제어하기 위한 장치를 도시하고 있다.
상기 도 8을 참조하면, 이동형 기지국은 정보 제공부(800), 전력제어 결정부(810), 송수신부(802)를 포함하여 구성된다.
상기 정보 제공부(800)는 무선전파 환경에 따른 커버리지를 최대하는 조건을 결정하는 파라미터(예: 새도우잉 추정, 경로손실 추정(A,B) 등등)를 산출하여, 상기 전력제어 결정부(810)에 제공한다. 상기 무선전파 환경은 잡음전력과 간섭전력의 크기에 따라 결정된다. 상기 정보 제공부(800)는 커버리지를 최대하는 조건을 결정하는 파라미터를 결정하기 위해, 거리추정부(802), 인접 기지국 선택부(804), 파라미터 결정부(806)를 포함한다.
상기 송수신부(802)는 기정의된 인터페이스를 통해 백홀 네트워크와 통신하거나 기정의된 통신방식에 근거하여 단말기들과 통신한다. 예를 들어, 상기 송수신부(802)는 인코딩/디코딩, 변조/복조를 수행한다. 또한, 상기 송수신부(802)는 백홀 네트워크와 연결 상태인 경우 주변 기지국의 대한 정보를 상위 네트워크 엔티티로부터 제공받고, 그리고, 상기 송수신부(820)로부터 유입되는 수신신호로부터 주변 기지국에 대해 신호 세기를 측정하여, 그 결과를 상기 거리추정부(802)로 제공한다.
상기 거리추정부(802)는 백홀 네트워크가 연결되어 있으므로 GPS 정보를 이용하여 주변 기지국과의 거리정보를 상위 네트워크 엔티티로부터 제공받는다. 만약, 백홀 네트워크와 연결되어 있지 않은 경우, 상기 거리추정부(802)는 주변에 송신전력이 변경된 기지국의 정보를 알 수 없으므로 주기적으로 측정된 주변 기지국의 수신신호세기(RSSI)를 기반으로 주변 기지국과의 거리를 추정하여 상기 인접 기지국 선택부(804)으로 제공한다.
상기 인접 기지국 선택부(804)는 주변 기지국들과의 거리와 수신전력 값을 기반으로, 수신 전력중 최소인 값을 찾아 해당 인접 기지국을 검색한다.
상기 파라미터 결정부(806)는 연결되어 있는 단말들로부터 상기 검색된 인접 기지국으로부터의 수신전력 값들을 보고받아 평균값을 구하고, 주변 기지국들로부터의 최소수신전력 값과 단말들로부터 얻어진 수신전력 평균값을 상기 <수학식 39>을 이용하여 shadowing 값을 추정하고, 기 획득된 거리정보와 수신전력값을 상기 <수학식 40>, 상기 <수학식 41>, 에 대입하여 이용하여 A,B 값을 결정한다.
상기 전력제어 결정부(810)는 상기 정보 제공부(800)로부터의 제공되는 정보를 기반으로 상기 <수학식 44>를 이용하여 송신전력 증감 여부를 판단하여 송신전력을 제어한다. 예를 들어, 판단이 증가로 판정되면 상기 송수신기(820)의 현재 송신전력을 기정의된 스텝만큼 증가시키고. 반면 판단이 감소로 판정되면 상기 송수신기(820)의 현재 송신전력을 기정의된 스텝만큼 감소시킨다.
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.
거리추정부(802), 전력제어 결정부(810), 파라미터 결정부(806)

Claims (28)

  1. 무선통신시스템에서 이동 기지국의 송신전력을 제어하기 위한 방법에 있어서,
    적어도 하나의 인접 기지국 각각에 대한 거리(d)를 추정하는 과정과,
    상기 적어도 하나의 인접 기지국 각각에 대한 거리(d)에 기반하여 경로 손실 지수(pathloss exponent)(A) 및 경로 손실 보상 상수(pathloss compensation constant)(B)를 추정하는 과정과,
    상기 적어도 하나의 인접 기지국 각각에 대한 거리(d), 경로 손실 지수(A) 및 경로 손실 보상 상수(B)에 기반하여 잡음 전력 레벨이 간섭 전력 레벨보다 큰지 여부를 판단하는 측정 값을 결정하는 과정과,
    상기 측정 값이 임계 값보다 큰 경우, 상기 잡음 전력 레벨이 상기 간섭 전력 레벨보다 큰 것으로 판단하는 과정과,
    상기 잡음 전력 레벨이 상기 간섭 전력 레벨보다 큰 것으로 판단된 경우, 송신 전력을 증가시키는 과정을 포함하는 방법.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 측정 값을 결정하는 과정은,
    상기 적어도 하나의 인접 기지국 각각에 대한 RSSI(received signal strength indicator)를 측정하는 과정과,
    최소 자승 추정법(least mean square error, LMS)을 이용하여 상기 적어도 하나의 인접 기지국 각각에 대한 RSSI 및 상기 거리(d)에 기반하여 상기 경로 손실 지수(A) 및 상기 경로 손실 보상 상수(B)를 추정하는 과정을 포함하는 방법.
  3. 제 2항에 있어서, 상기 거리는 프레임 동기(frame synchronization)에 기반하여 결정되는 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 인접 기지국들로부터 RSSI(received signal strength indicator)을 추정하는 과정과,
    상기 적어도 하나의 인접 기지국의 RSSI 중에서 최소 수신 전력을 가지는 인접 기지국을 선택하는 과정과,
    상기 선택된 인접 기지국의 수신 전력에 대해 단말로부터 적어도 하나의 측정 보고를 수신하고, 평균 수신 전력을 결정하는 과정과,
    상기 최소 수신 전력 및 상기 평균 수신 전력에 기반하여 새도우잉 인자(shadowing factor, SF)를 결정하는 과정과,
    상기 선택된 인접 기지국의 상기 RSSI 및 상기 선택된 인접 기지국과의 거리에 기반하여 상기 경로 손실 지수(A) 및 상기 경로 손실 보상 상수(B)를 추정하는 과정을 포함하는 방법.
  5. 제4항에 있어서, 상기 적어도 하나의 인접 기지국 각각에 대한 거리를 추정하는 과정은,
    백홀을 통해 인접 기지국 정보를 수신하는 과정과,
    상기 인접 기지국 정보에 기반하여 송신 전력이 변경된 기지국의 RSSI를 측정하는 과정과,
    상기 백홀을 통해 GPS(global positioning system) 정보에 기반하여 상기 적어도 하나의 인접 기지국 각각에 대한 거리 정보를 수신하는 과정을 포함하는 방법.
  6. 제 4항에 있어서,
    상기 새도우잉 인자(SF)는 하기 수학식으로 산출되는 방법.
    Figure 112016029957519-pat00063

    여기서, E[x] 평균값을 의미하고, RxPBSindex,i는 i 기지국이 인접 기지국으로부터의 최소 수신전력이고,
    Figure 112016029957519-pat00064
    는 가중치임.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 측정 값이 임계 값보다 큰지 여부는 하기 수학식으로 판단하는 것을 특징으로 하는 방법.
    Figure 112016029957519-pat00065

    여기서, i는 송신전력을 설정하는 기지국 인덱스이고, j는 인접 기지국 인덱스, N은 열잡음 전력, d는 기지국간 거리이고, A는 경로 손실 지수(pathloss exponent), B는 경로손실 보상 상수(pathloss compensation constant), MaxTxP는 최대 송신전력, RxPji는 수신전력, CINRcoverage (carrier to interference-and-noise ratio coverage)는 셀 가장자리에서의 CINR, CINRji는 j 기지국과 i 기지국간 CINR, CINRthreshold는 임계 CNIR, UsedFAj는 j 기지국의 주파수 할당(frequency allocation), UsedFAi는 i 기지국의 주파수 할당임.
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 측정 값이 임계 값보다 큰지 여부는 하기 수학식으로 판단하는 것을 특징으로 하는 방법.
    Figure 112016029957519-pat00066

    여기서, i는 송신전력을 설정하는 기지국 인덱스이고, j는 인접 기지국 인덱스, N은 열잡음 전력, SF는 새도우잉 요소이고, d는 기지국간 거리이고, A는 경로 손실 지수(pathloss exponent), B는 경로손실 보상 상수(pathloss compensation constant), MaxTxP는 최대 송신전력, RxPji는 수신전력, CINRcoverage (carrier to interference-and-noise ratio coverage)는 셀 가장자리에서의 CINR, CINRji는 j 기지국과 i 기지국간 CINR, CINRthreshold는 임계 CNIR, UsedFAj는 j 기지국의 주파수 할당(frequency allocation), UsedFAi는 i 기지국의 주파수 할당임.
  9. 삭제
  10. 삭제
  11. 제1항에 있어서,
    상기 송신 전력을 증가시키는 과정은,
    상기 송신 전력을 최대 송신 전력으로 설정하는 과정을 포함하는 방법.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 송신 전력을 증가시키는 과정은,
    상기 송신 전력을 대응되는 레벨 만큼 현재 송신 전력보다 증가시키는 과정을 포함하는 방법.
  13. 제 1항에 있어서,
    상기 잡음 전력 레벨이 상기 간섭 전력 레벨보다 작은 것으로 판단된 경우, 상기 송신 전력을 최소 송신 전력으로 설정하는 과정을 포함하는 방법.
  14. 제 1항에 있어서,
    상기 잡음 전력 레벨이 상기 간섭 전력 레벨보다 작은 것으로 판단된 경우, 상기 송신 전력을 대응되는 레벨 만큼 현재 송신 전력보다 감소시키는 과정을 포함하는 방법.
  15. 무선통신시스템에서 이동 기지국의 송신전력을 제어하기 위한 장치에 있어서,
    적어도 하나의 인접 기지국 각각에 대한 거리(d)를 추정하는 거리 추정부와,
    상기 적어도 하나의 인접 기지국 각각에 대한 거리(d)에 기반하여 경로 손실 지수(pathloss exponent)(A) 및 경로 손실 보상 상수(pathloss compensation constant)(B)를 추정하고, 상기 적어도 하나의 인접 기지국 각각에 대한 거리(d), 경로 손실 지수(A) 및 경로 손실 보상 상수(B)에 기반하여 잡음 전력 레벨이 간섭 전력 레벨보다 큰지 여부를 판단하는 측정 값을 결정하는 파라미터 결정부와,
    상기 측정 값이 임계 값보다 큰 경우, 상기 잡음 전력 레벨이 상기 간섭 전력 레벨보다 큰 것으로 판단하고, 상기 잡음 전력 레벨이 상기 간섭 전력 레벨보다 큰 것으로 판단된 경우, 송신 전력을 증가시키는 전력제어 결정부를 포함하는 장치.
  16. 제 15항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 인접 기지국 각각에 대한 RSSI(received signal strength indicator)를 측정하는 송수신부를 더 포함하고,
    상기 파라미터 결정부는 최소 자승 추정법(least mean square error, LMS)을 이용하여 상기 적어도 하나의 인접 기지국 각각에 대한 RSSI 및 상기 거리(d)에 기반하여 상기 경로 손실 지수(A) 및 상기 경로 손실 보상 상수(B)를 추정하는 장치.
  17. 제 16항에 있어서, 상기 거리는 프레임 동기(frame synchronization)에 기반하여 결정되는 장치.
  18. 제15항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 인접 기지국 각각으로부터 RSSI(received signal strength indicator)을 추정하고, 상기 추정된 RSSI를 상기 거리 추정부에 제공하는 송수신부를 더 포함하고,
    상기 파라미터 결정부는 상기 적어도 하나의 인접 기지국의 RSSI 중에서 최소 수신 전력을 가지는 인접 기지국을 선택하고, 상기 선택된 인접 기지국의 수신 전력에 대해 단말로부터 적어도 하나의 측정 보고를 수신하고, 평균 수신 전력을 결정하고, 상기 최소 수신 전력 및 상기 평균 수신 전력에 기반하여 새도우잉 인자(shadowing factor, SF)를 결정하고, 상기 선택된 인접 기지국의 상기 RSSI 및 상기 선택된 인접 기지국과의 거리에 기반하여 상기 경로 손실 지수(A) 및 상기 경로 손실 보상 상수(B)를 추정하는 장치.
  19. 제18항에 있어서, 상기 거리 추정부는 백홀을 통해 인접 기지국 정보를 수신하고, 상기 인접 기지국 정보에 기반하여 송신 전력이 변경된 기지국의 RSSI를 측정하고, 상기 백홀을 통해 GPS(global positioning system) 정보에 기반하여 상기 적어도 하나의 인접 기지국 각각에 대한 거리 정보를 수신하는 장치.
  20. 제 18항에 있어서,
    상기 새도우잉 인자(SF)는 하기 수학식으로 산출되는 장치.
    Figure 112016029957519-pat00071

    여기서, E[x] 평균값을 의미하고, RxPBSindex,i는 i 기지국이 인접 기지국으로부터의 최소 수신전력이고,
    Figure 112016029957519-pat00072
    는 가중치임.
  21. 제 15항에 있어서,
    상기 측정 값이 임계 값보다 큰지 여부는 하기 수학식으로 판단하는 장치.

    여기서, i는 송신전력을 설정하는 기지국 인덱스이고, j는 인접 기지국 인덱스, N은 열잡음 전력, d는 기지국간 거리이고, A는 경로 손실 지수(pathloss exponent), B는 경로손실 보상 상수(pathloss compensation constant), MaxTxP는 최대 송신전력, RxPji는 수신전력, CINRcoverage (carrier to interference-and-noise ratio coverage)는 셀 가장자리에서의 CINR, CINRji는 j 기지국과 i 기지국간 CINR, CINRthreshold는 임계 CNIR, UsedFAj는 j 기지국의 주파수 할당(frequency allocation), UsedFAi는 i 기지국의 주파수 할당임.
  22. 제 15항에 있어서,
    상기 측정 값이 임계 값보다 큰지 여부는 하기 수학식으로 판단하는 장치.
    Figure 112016029957519-pat00074

    여기서, i는 송신전력을 설정하는 기지국 인덱스이고, j는 인접 기지국 인덱스, N은 열잡음 전력, SF는 새도우잉 요소이고, d는 기지국간 거리이고, A는 경로 손실 지수(pathloss exponent), B는 경로손실 보상 상수(pathloss compensation constant), MaxTxP는 최대 송신전력, RxPji는 수신전력, CINRcoverage (carrier to interference-and-noise ratio coverage)는 셀 가장자리에서의 CINR, CINRji는 j 기지국과 i 기지국간 CINR, CINRthreshold는 임계 CNIR, UsedFAj는 j 기지국의 주파수 할당(frequency allocation), UsedFAi는 i 기지국의 주파수 할당임.
  23. 삭제
  24. 삭제
  25. 제15항에 있어서,
    상기 전력제어 결정부는 상기 송신 전력을 최대 송신 전력으로 설정하는 과정을 포함하는 장치.
  26. 제15항에 있어서,
    상기 전력제어 결정부는 상기 송신 전력을 대응되는 레벨 만큼 현재 송신 전력보다 증가시키는 과정을 포함하는 장치.
  27. 제 15항에 있어서,
    상기 전력제어 결정부는 상기 잡음 전력 레벨이 상기 간섭 전력 레벨보다 작은 것으로 판단된 경우, 상기 송신 전력을 최소 송신 전력으로 설정하는 과정을 포함하는 장치.
  28. 제 15항에 있어서,
    상기 전력제어 결정부는 상기 잡음 전력 레벨이 상기 간섭 전력 레벨보다 작은 것으로 판단된 경우, 상기 송신 전력을 대응되는 레벨 만큼 현재 송신 전력보다 감소시키는 과정을 포함하는 장치.
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