KR101729419B1 - 이종 네트워크에서의 하이브리드 셀 접속 시스템 및 방법 - Google Patents

이종 네트워크에서의 하이브리드 셀 접속 시스템 및 방법 Download PDF

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KR101729419B1
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황승찬
박진배
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Abstract

이종 네트워크에서 하이브리드 셀 접속 방법 및 시스템이 개시된다. 개시된 시스템은, 적어도 하나의 매크로셀 기지국; 다수의 소형셀 기지국의 집합인 적어도 하나의 소형셀 클러스터; 상기 적어도 하나의 소형셀 클러스터 각각의 셀 접속을 제어하기 위한 적어도 하나의 클러스터 제어부; 상기 적어도 하나의 매크로셀 기지국 및 상기 적어도 하나의 클러스터 제어부와 통신 가능하게 연결되는 중앙 제어부를 포함하되, 상기 중앙 제어부는 특정 사용자 단말에 대해 상기 적어도 하나의 매크로셀 기지국 및 적어도 하나의 소형셀 클러스터 중 하나를 할당하는 거시적 셀 접속을 수행하고, 상기 적어도 하나의 클러스터 제어부는 상기 거시적 셀 접속에서 해당 클러스터 제어부와 연관된 클러스터에 상기 특정 사용자 단말이 할당될 경우 상기 연관된 클러스에 포함된 소형셀 기지국들 중 하나를 상기 특정 사용자 단말에 할당하는 미시적 셀 접속을 수행한다. 개시된 시스템에 의하면, , 매크로셀과 다수의 소형셀이 존재하는 환경에서 소형셀의 증가로 인한 중앙 제어부의 오버헤드와 연산 복잡도를 해소할 수 있는 장점이 있다.

Description

이종 네트워크에서의 하이브리드 셀 접속 시스템 및 방법{System and Methdo for Associating Hybrid Cell in Heterogeneous Network}
본 발명의 실시예들은 셀 접속 시스템 및 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 이종 네트워크에서 하이브리드 셀 접속 시스템 및 방법에 관한 것이다.
최근 셀룰러 시스템에서는 면적당 전송 효율을 증가시키는 방법의 하나로 데이터 밀집지역에 펨토셀과 같은 소형셀 기지국을 설치하여 공간적 자원의 효율성 증대를 통한 데이터 요구량을 만족시키는 방법을 차세대 셀룰러 네트워크의 핵심 기술 중 하나로 생각하고 있으며 이러한 네트워크의 형태를 이종 네트워크 (Heterogeneous Network; HetNet)라고 부른다.
소형셀 기지국과 매크로셀 기지국은 송신 전력의 차이로 인해 커버리지의 차이가 존재하며 일반적으로 매크로셀 기지국의 커버리지에 소형셀 기지국의 커버리지가 포함되는 형태로 이종 네트워크에서의 서비스 커버리지가 결정된다. 따라서 이종 네트워크 내의 사용자들을 적절하게 매크로셀과 소형셀로 분산하는 것이 중요하다.
이러한 목적으로 매크로셀과 소형셀이 각각 전송해야 할 트래픽 부하를 고려하여 사용자의 서비스 셀을 결정하는 로드밸런싱 (Load Balancing)을 고려한 셀 접속 방법에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다.
기존 로드밸런싱을 고려한 셀 접속 방법은 매크로셀과 소형셀의 지리적인 위치, 즉 경로 감쇄에 따른 사용자의 수신 신호 대 간섭 및 잡음 비 (SINR : Signal to Interference plus Noise Ratio)를 이용하여 중앙 제어부에서 최적화 방법을 통해 사용자의 서비스 셀을 결정한다.
기존의 셀 접속 방법은 중앙 제어부에서 모든 사용자에 대한 서비스 셀이 결정되기 때문에 각 사용자의 사용자 단말기의 신호대 잡음비 정보외에 추가적인 정보를 이용하는 데에는 지나친 오버헤드로 인해 한계가 있었다.
Zero-forcing과 같은 다중 안테나 전송 기술이 사용되거나 적응적 셀 접속 방식이 사용되는 환경에서 추가적인 정보가 보다 합리적인 셀 접속에 사용될 필요가 있으나, 기존의 셀 접속 시스템 및 방법으로는 중앙 제어부의 오버헤드로 인해 합리적인 셀 접속을 수행할 수 없는 문제가 있었다.
특히, 소형셀의 수가 증가할 수록 중앙 제어부의 오버헤드는 심화되는 문제점 역시 있었다.
본 발명의 일 측면은 매크로셀과 다수의 소형셀이 존재하는 환경에서 소형셀의 증가로 인한 중앙 제어부의 오버헤드와 연산 복잡도를 해소할 수 있는 이종 네트워크에서의 하이브리드 셀 접속 시스템 및 방법에 관한 것이다.
본 발명의 다른 측면은 신호 대 잡음비와 같은 채널 품질 정보 이외에도 다양한 전송 환경을 고려하여 합리적으로 셀 접속을 수행할 수 있는 이종 네트워크에서의 하이브리드 셀 접속 시스템 및 방법에 관한 것이다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 적어도 하나의 매크로셀 기지국; 다수의 소형셀 기지국의 집합인 적어도 하나의 소형셀 클러스터; 상기 적어도 하나의 소형셀 클러스터 각각의 셀 접속을 제어하기 위한 적어도 하나의 클러스터 제어부; 상기 적어도 하나의 매크로셀 기지국 및 상기 적어도 하나의 클러스터 제어부와 통신 가능하게 연결되는 중앙 제어부를 포함하되, 상기 중앙 제어부는 특정 사용자 단말에 대해 상기 적어도 하나의 매크로셀 기지국 및 적어도 하나의 소형셀 클러스터 중 하나를 할당하는 거시적 셀 접속을 수행하고, 상기 적어도 하나의 클러스터 제어부는 상기 거시적 셀 접속에서 해당 클러스터 제어부와 연관된 클러스터에 상기 특정 사용자 단말이 할당될 경우 상기 연관된 클러스에 포함된 소형셀 기지국들 중 하나를 상기 특정 사용자 단말에 할당하는 미시적 셀 접속을 수행하는 이종 네트워크에서의 하이브리드 셀 접속 시스템이 제공된다.
상기 적어도 하나의 매크로셀 기지국과 연결된 사용자 단말들은 채널 품질 정보를 접속된 매크로 셀 기지국에 전송하며, 상기 적어도 하나의 매크로셀 기지국들은 상기 수신된 채널 품질 정보를 상기 중앙 제어부에 전송한다.
상기 적어도 하나의 클러스터 제어부는 상기 적어도 하나의 클러스터 제어부와 연관된 클러스터에 포함된 소형셀 기지국들이 수신하는 사용자 단말들의 채널 품질 정보를 상기 중앙 제어부에 전송한다.
상기 적어도 하나의 클러스터 제어부는 연관된 클러스터에서 클러스터 단위의 전송률을 예측할 수 있는 정보를 상기 채널 품질 정보와 함께 상기 중앙 제어부에 전송한다.
상기 클러스터 단위의 전송률을 예측할 수 있는 정보는, Zero forcing 기법이 적용되었을 경우 클러스터 단위의 전송률을 예측할 수 있는 정보, 적응적 셀 접속(Adaptive Cell Association) 이 이루어질 경우의 클러스터 단위의 전송률을 예측할 수 있는 정보, 특정 미모 스킴(MIMO Schme)이 적용되었을 경우의 클러스터 단위의 전송률을 예측할 수 있는 정보를 포함한다.
상기 클러스터 단위의 전송률을 예측할 수 있는 정보는 클러스터에 포함된 소형셀 기지국들과 연관된 가중치 정보를 포함한다.
상기 적어도 하나의 클러스터 제어부는 연관된 클러스터에 포함된 소형셀 기지국의 수에 대한 정보를 추가적으로 상기 중앙 제어부에 전송한다.
상기 중앙 제어부는 상기 적어도 하나의 매크로셀 기지국 및 상기 적어도 하나의 클러스터 제어부가 전송하는 사용자 단말들의 채널 품질 정보, 상기 적어도 하나의 클러스터 제어부가 전송하는 상기 클러스터 단위의 전송률을 예측할 수 있는 정보 및 상기 연관된 클러스터에 포함된 소형셀 기지국의 수에 대한 정보를 이용하여 상기 특정 사용자 단말에 대해 상기 적어도 하나의 매크로셀 기지국 및 적어도 하나의 소형셀 클러스터 중 하나를 할당한다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 적어도 하나의 매크로셀 기지국, 다수의 소형셀 기지국의 집합인 적어도 하나의 소형셀 클러스터 및 상기 적어도 하나의 소형셀 클러스터 각각의 셀 접속을 제어하기 위한 적어도 하나의 클러스터 제어부를 포함하는 이종 네트워크 시스템에서의 셀 접속 방법으로서, 중앙 제어부가 상기 적어도 하나의 매크로셀 기지국 및 상기 적어도 하나의 클러스터 제어부가 전송하는 채널 품질 정보를 수신하는 단계(a); 상기 중앙 제어부가 특정 사용자 단말에 대해 상기 적어도 하나의 매크로셀 기지국 및 적어도 하나의 소형셀 클러스터 중 하나를 할당하는 거시적 셀 접속을 수행하는 단계(b); 및 상기 적어도 하나의 클러스터 제어부가 상기 단계(b)에서 해당 클러스터 제어부와 연관된 클러스터에 상기 특정 사용자 단말이 할당될 경우 상기 연관된 클러스에 포함된 소형셀 기지국들 중 하나를 상기 특정 사용자 단말에 할당하는 미시적 셀 접속을 수행하는 단계(c)를 포함하는 이종 네트워크에서의 하이브리드 셀 접속 방법이 제공된다.
본 발명에 의하면, 매크로셀과 다수의 소형셀이 존재하는 환경에서 소형셀의 증가로 인한 중앙 제어부의 오버헤드와 연산 복잡도를 해소할 수 있는 장점이 있다.
또한, 본 발명에 의하면, 신호 대 잡음비와 같은 채널 품질 정보 이외에도 다양한 전송 환경을 고려하여 합리적으로 셀 접속을 수행할 수 있는 장점이 있다.
도 1은 본 발명이 적용되는 매크로 셀 및 소형셀이 함께 존재하는 이동통신 시스템 구조를 도시한 도면.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 셀 접속 방법을 설명하기 위한 개념도.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 이종 네트워크에서의 하이브리드 셀 접속 방법의 전체적인 흐름을 도시한 순서도.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 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. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다.
이하에서, 본 발명에 따른 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명이 적용되는 매크로 셀 및 소형셀이 함께 존재하는 이동통신 시스템 구조를 도시한 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 이종 네트워크에서의 하이브리드 셀 접속 방법이 적용되는 이동통신 시스템은 다수의 매크로셀 기지국, 다수의 소형셀 기지국 및 다수의 사용자 단말을 포함한다.
도 1에서, 매크로셀 기지국은
Figure 112015117539512-pat00001
으로 표시되어 있고, 소형셀 기지국은
Figure 112015117539512-pat00002
으로 표시되어 있으며 사용자 단말은
Figure 112015117539512-pat00003
로 표시되어 있다.
도 1과 같은 이동통신 시스템에서 특정 사용자 단말은 주변에 존재하는 매크로셀 기지국 및 소형셀 기지국 중 어느 하나를 선택하여 셀 접속을 수행하게 되며, 본 발명은 도 1과 같이 이종 네트워크가 존재하는 환경에서 효과적으로 셀을 선택하여 접속할 수 있는 방법에 관한 것이다.
도 1에는 도시되어 있지 않으나 각 매크로셀 기지국 및 각 소형셀 기지국은 중앙 제어부와 연결되어 있으며, 중앙 제어부는 외부 네트워크와의 정보 교환을 위한 P-GW (Packet data network Gateway)와 망내 기지국과의 연결을 위한 S-GW (Serving Gateway)와 사용자의 이동성을 지원하기 위한 MME (Mobility Management Entity) 를 포함한다.
매크로셀 기지국 및 소형셀 기지국은 S-GW(Serving Gateway)를 통해 중앙 제어부와 연결되어 필요한 데이터의 송수신을 수행한다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 다수의 소형셀 기지국들은 하나의 클러스터를 형성한다. 예를 들어, 특정 소형셀 기지국을 중심으로 일정 거리 내에 있는 소형셀 기지국들이 하나의 클러스터를 형성할 수 있다.
소형셀 기지국들의 집합인 클러스터는 소형셀 기지국들의 위치를 중심으로 형성되는 것이 바람직하나 다른 특성 정보에 기초하여 클러스터가 형성될 수도 있을 것이다.
도 1을 참조하면, 세 개의 소형셀 클러스터(100, 110, 120)가 예시되어 있으며, 각 소형셀 클러스터(100, 110, 120)에는 다수의 소형셀 기지국이 위치하고 있음을 확인할 수 있다.
이와 같은 소형셀 클러스터의 형성은 추후 설명하는 본 발명의 셀 접속 방법에서 클러스터 단위의 셀 선택을 수행하기 때문이다. 본 발명의 셀 접속 방법은 클러스터가 형성된 상태에서 수행되며, 클러스터를 형성하는 방법의 변경은 본 발명의 사상 및 범주에 영향을 미치지 않는다는 점을 당업자라면 이해할 수 있을 것이다.
각 소형셀 클러스터와 관련되어 클러스터 제어부가 구비된다. 클러스터 제어부는 다양한 위치에 설치될 수 있을 것이다. 일례로, 클러스터 제어부는 클러스터를 구성하는 소형셀 기지국 중 선택된 어느 하나의 기지국에 설치될 수 있을 것이다. 이와 달리, 클러스터 제어부는 소형셀 클러스터와 가장 인접한 매크로셀 기지국에 설치될 수도 있을 것이다. 물론, 클러스터 제어부는 소형셀 기지국 또는 매크로셀 기지국에 설치되지 않고 별도의 장소에 독립적으로 위치할 수도 있을 것이다.
네트워크에 위치하는 사용자 단말기들은 채널 품질 정보를 현재 접속되어 있는 기지국에 전송한다. 예를 들어, 매크로셀 기지국에 접속되어 있는 사용자 단말기는 매크로셀 기지국에 채널 품질 정보를 제공하며, 소형셀 기지국에 접속되어 있는 사용자 단말기는 소형셀 기지국에 채널 품질 정보를 제공한다.
여기서 채널 품질 정보는 단말기 자신이 속한 셀의 채널 품질 정보와 인접셀의 채널 품질 정보를 포함할 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 셀 접속 방법을 설명하기 위한 개념도이다.
도 2를 참조하면, 네트워크 내에 다수의 매크로셀 기지국(200, 202, 204) 및 다수의 소형셀 클러스터(210, 212, 214, 216)가 포함된다.
각 소형셀 클러스터에는 클러스터 제어부(220, 222, 224, 226)가 구비되며, 앞서 설명한 바와 같이, 클러스터 제어부(220, 222, 224, 226)가 소형셀 클러스터 내부에 위치할 필요는 없다.
매크로셀 기지국(200, 202, 204) 및 소형셀 클러스터 제어부(220, 222, 224, 226)는 중앙 제어부(230)와 통신 가능하게 연결된다.
네트워크에 포함된 사용자 단말기들이 전송하는 채널 품질 정보는 수신 신호대 잡음비 정보
Figure 112015117539512-pat00004
를 포함한다. 여기서, u는 사용자 단말을 의미하고, d는 사용자 단말 u에 인접한 기지국들을 의미한다. 사용자 단말기는 자신에게 신호를 전송하는 모든 기지국들과의 신호대 잡음비 정보를 현재 접속중인 기지국에 전송한다. 사용자 단말기는 인접한 기지국들의 신호 대 잡음비들의 집합
Figure 112015117539512-pat00005
를 접속중인 기지국에 전송하는 것이다. 여기서,
Figure 112015117539512-pat00006
는 사용자 단말기 u에 인접한 기지국들을 의미한다.
사용자 단말기는 인접한 기지국들과의 신호 대 잡음비를 추정하기 위해 정해진 빔웨이트를 사용하는 프리앰블 신호를 사용할 수 있다. 또 다른 예로, 소형셀 기지국의 경우 사용자별로 정의되어 있는 특정 빔웨이트를 사용하는 파일롯 심볼을 사용할 수도 있다.
접속중인 사용자 단말기들로부터 각 사용자 단말기의 신호대 잡음비 집합을 수신한 매크로셀 기지국
Figure 112015117539512-pat00007
은 수신된 신호대 잡음비 집합을 중앙 제어부(230)로 전송한다.
소형셀 클러스터 c에 속한 소형셀 기지국
Figure 112015117539512-pat00008
은 접속중인 사용자 단말기들로부터 수신한 각 사용자 단말기의 신호대 잡음비 집합인
Figure 112015117539512-pat00009
를 해당 소형셀의 클러스터 제어부로 전달한다. 해당 소형셀의 클러스터 제어부는 클러스터에 속한 소형셀들로부터 수집되는 신호대 잡음비 집합
Figure 112015117539512-pat00010
와 소형셀 클러스터 단위의 전송률을 예측할 수 있는 정보 및 소형셀 특징 정보를 중앙 제어부(230)로 전송한다.
소형셀 특징 정보는 소형셀 수, 소형셀 안테나 수 및 자원할당 정보를 포함할 수 있다.
클러스터 단위의 전송률을 예측할 수 있는 정보는 다중 안테나 방식 정보, 스케줄링 정보 및 클러스터에 포함된 소형셀 기지국들과 연관된 가중치 정보를 포함할 수 있다.
일례로, Zero forcing 기법이 적용되었을 경우 클러스터 단위의 전송률을 예측할 수 있는 정보, 적응적 셀 접속(Adaptive Cell Association) 이 이루어질 경우의 클러스터 단위의 전송률을 예측할 수 있는 정보, 특정 미모 스킴(MIMO Schme)이 적용되었을 경우의 클러스터 단위의 전송률을 예측할 수 있는 정보를 포함할 수 있다.
구체적으로, 클러스터 제어부는 Zero-forcing 방식에 따른 사용자별 소형셀 기지국에 접속하였을 경우의 전송율 예측 알고리즘을 소형셀 클러스터 내에서의 전송 상태를 나타내는 추가 정보로 중앙 제어부(230)에 전송할 수 있다.
소형셀 기지국
Figure 112015117539512-pat00011
에 사용자 u가 접속할 경우 예측할 수 있는 전송률을
Figure 112015117539512-pat00012
라고 정의한다. 이때 소형셀 클러스터 내에
Figure 112015117539512-pat00013
개의 소형셀 기지국이 존재하고 각 소형셀이 N개의 디지털 채널이 존재할 경우 사용자 u와 소형셀 기지국
Figure 112015117539512-pat00014
로부터 신호를 받을 때의 제로-포싱 방식에 의한 전송률은 다음의 수학식 1을 통해 예측할 수 있다.
Figure 112015117539512-pat00015
위 수학식 1에서
Figure 112015117539512-pat00016
,
Figure 112015117539512-pat00017
,
Figure 112015117539512-pat00018
로 정의될 수 있다.
중앙 제어부(230)는 위 수학식 1의 알고리즘을 이용하여 특정 클러스터에서의 전송률을 예측하는 것이 가능하다.
적응적 셀 접속 관련하여 하나의 전송 프레임은 L개의 슬롯으로 나누어지고 소형셀 클러스터 내의 사용자는 매 슬롯 서로 다른 소형셀로부터 서비스를 받을 수 있다. 이 때 소형셀 클러스터 c에서 사용자 u가 매 슬롯별 클러스터 내의 서로 다른 소형셀에 접속할 경우 예측할 수 있는 전송률
Figure 112015117539512-pat00019
는 다음의 수학식 2와 같이 표현될 수 있다.
Figure 112015117539512-pat00020
위 수학식 2에서,
Figure 112015117539512-pat00021
는 사용자 u가 소형셀 기지국
Figure 112015117539512-pat00022
에 접속했을 때 기대되는 전송률이며
Figure 112015117539512-pat00023
는 사용자 u가 소형셀 기지국
Figure 112015117539512-pat00024
에 접속했을 때 전체 슬롯수에 대하여 정규화된 사용 슬롯수로 정의할 수 있다.
클러스터 단위의 전송률을 예측할 수 있는 정보는 수학식 2와 같은 형태로 제공될 수 있으며, 클러스터 단위의 전송률을 예측할 수 있는 정보는 클러스터의 각 소형셀 기지국의 전송률과 연관된 가중치 정보를 포함할 수 있고, 해당 가중치 정보는 클러스터 단위의 전송률 예측을 위해 각 소형셀 기지국의 전송률에 곱해질 수 있을 것이다.
위에서 예를 들어 설명한 제로 포싱 및 적응적 셀 접속 이외에도 클러스터 제어부는 클러스터 다른 정보를 이용하여 클러스터 단위의 전송률을 예측할 수 있는 정보를 제공할 수 있다는 점은 당업자에게 있어 자명할 것이다. 또한, 클러스터 단위의 전송률을 예측할 수 있는 정보는 각 기지국의 전송률에 곱해지는 가중치 이외에 다른 형태의 정보일 수도 있다는 점 역시 당업자에게 있어 자명할 것이다.
매크로셀 기지국 또는 소형셀의 클러스터 제어부로부터 각 단말의 신호대 잡음비 집합 및 소형셀 클러스터에서 제공하는 클러스터 전송률을 예측할 수 있는 정보를 수신한 중앙 제어부(230)는 사용자 단말을 특정 매크로셀 기지국 또는 특정 소형셀 클러스터로 할당하는 거시적 셀 접속을 1차적으로 수행한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 중앙 제어부(230)에서 아래의 수학식 3에 따라서 거시적 셀 접속을 수행할 수 있다. 거시적 셀 접속은 전체 사용자 U를 각 매크로셀 기지국과 소형셀 클러스터의 사용자 집합으로 나누는 과정으로 정의할 수 있다.
Figure 112015117539512-pat00025
위 수학식 3에서,
Figure 112015117539512-pat00026
는 매크로셀 기지국 또는 소형셀 클러스터 d에 소속된 사용자 집합을 의미하고,
Figure 112015117539512-pat00027
는 매크로셀과 소형셀 클러스터의 특성을 반영하여 예측한 전송률이다.
위 수학식 3에서, 소형셀 클러스터 d에 소속되는 사용자 u는 소형셀 클러스터의 클러스터 제어부에서 소형셀 기지국
Figure 112015117539512-pat00028
중의 한 곳으로 소속된다.
종래의 이종 네트워크에서의 셀 접속은 중앙 제어부에서 각 사용자 단말기가 접속할 기지국을 직접 선택하였다. 그러나, 이와 같은 종래의 셀 접속 방법은 중앙 제어부에 과도한 오버헤드를 발생시키는 문제가 있었으며, 특히 추가 정보를 반영하여 접속할 기지국을 선택할 경우 오버헤드는 더욱 심화되는 문제점이 있었다.
본 발명에서 중앙 제어부(230)는 사용자 단말기가 특정 매크로셀에 할당되거나 특정 소형셀 클러스터에 할당될 경우의 전송률을 예측하여 사용자 단말기를 특정 매크로셀 또는 특정 소형셀 클러스터에 할당하는 거지석 셀 접속을 수행한다.
이때, 사용자 단말기가 소형셀 클러스터 d에 할당될 경우의 전송률을 예측하기 위해서는 소형셀 클러스터 d에 존재하는 전체 소형셀 기지국
Figure 112015117539512-pat00029
의 개수를 고려하여야 하며, 이와 같은 개수 정보는 클러스터 제어부를 통해 제공받게 된다.
위 수학식 3에서 예측되는 전송률
Figure 112015117539512-pat00030
는 다음의 수학식 4를 통해 소형셀 클러스터의 전체 소형셀 기지국 개수를 반영하도록 한다.
Figure 112015117539512-pat00031
각 매크로셀 기지국과 각 소형셀 클러스터로 할당되는 사용자 그룹을 결정하는 거시적 셀 접속이 중앙 제어부(230)에서 완료되면, 중앙 제어부(230)는 할당된 사용자 그룹을 해당 매크로셀 기지국 또는 해당 소형셀 클러스터의 클러스터 제어부로 전송한다.
소형셀 클러스터의 클러스터 제어부는 소형셀 클러스터로 할당된 사용자 단말기가 최종적으로 소속될 소형셀 기지국을 선택하는 미시적 셀 접속을 수행한다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 소형셀 클러스터 내에서 사용자 단말기의 전송률을 최대화할 수 있는 기지국을 선택하며, 다음의 수학식 5와 같이 미시적 셀 접속이 이루어질 수 있을 것이다.
Figure 112015117539512-pat00032
중앙 제어부(230)에서 결정된 매크로셀에 소속된 사용자 집합과 소형셀 클러스터 제어부에서 결정된 특정 소형셀에 소속된 사용자 집합은 각각 해당 매크로셀 기지국과 소형셀 기지국에 전달되고, 각 매크로셀 기지국과 소형셀 기지국은 해당 사용자 단말기에게 방송용 채널을 통해 접속할 기지국 정보를 전달한다.
미시적 셀접속을 위해 전송률을 추정할 수 있는 다수의 추정 함수가 클러스터 재어부에 저장될 수 있다. 다수의 추정 함수는 중앙 제어부와 함께 공유되는 것이 바람직하다.
클러스터 제어부는 미리 저장하고 있는 다수의 추정 함수들 중 클러스터 네트워크 상태에 적합한 추정 함수를 선택하며, 선택한 추정 함수를 이용하여 전송률을 추정한다.
추정 함수를 통해 전송률이 추정되면 클러스터 제어부는 사용자 단말기의 전송률이 최대화될 수 있도록 수학식 5와 같이 미시적 셀 접속을 수행하게 된다.
클러스터 제어부에 의해 선택된 추정 함수 또는 선택된 추정 함수를 예측할 수 있는 정보는 중앙 제어부(230)로 전송되는 것이 바람직하다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 이종 네트워크에서의 하이브리드 셀 접속 방법의 전체적인 흐름을 도시한 순서도이다.
도 3을 참조하면, 우선 네트워크에 포함된 사용자 단말기들은 신호 대 잡음비를 포함하는 채널 품질 정보를 현재 스케줄링된 기지국으로 전송한다(단계 300). 매크로셀 기지국에 스케줄링된 사용자 단말기는 매크로셀 기지국으로 채널 품질 정보를 전송하며, 소형셀 기지국에 스케줄링된 사용자 단말기는 소형셀 기지국으로 채널 품질 정보를 전송한다.
매크로 기지국 및 소형셀 기지국은 사용자 단말기들이 전송하는 채널 품질 정보를 수집한다(단계 302).
또한, 매크로셀 기지국 및 소형셀 기지국은 채널 품질 정보를 중앙 제어부에 전송한다(단계 304).
한편, 클러스터 제어부는 클러스터에 포함된 사용자 단말기들이 전송하는 채널 품질 정보를 수집하며(단계 306), 클러스터 단위의 전송률을 예측할 수 있는 정보(예를 들어, 각 소형셀에 대한 가중치)를 생성한다(단계 308).
클러스터 제어부는 수집된 채널 품질 정보 및 클러스터 단위의 전송률을 예측할 수 있는 정보 및 클러스터 특징 정보를 중앙 제어부(230)에 전송한다(단계 310).
중앙 제어부는 각 사용자 단말기의 채널 품질 정보 및 클러스터 단위의 전송률을 예측할 수 있는 정보를 이용하여 사용자 단말기를 특정 매크로셀 또는 특정 소형셀 클러스터로 할당하는 미시적 셀 접속을 수행한다(단계 312).
단계 312에서 할당된 정보는 해당 매크로셀 기지국 또는 해당 소형셀 클러스터 제어부로 전송된다(단계 314).
도 3에는 도시되어 있지 않으나, 클러스터 제어부는 클러스터에 포함된 소형셀 기지국들 중 사용자 단말을 할당할 소형셀 기지국을 결정하는 작업을 수행할 수 있다. 앞서 설명한 바와 같이, 전송률을 최대화할 수 있는 소형셀 기지국을 선택할 수 있을 것이다.
이상과 같이 본 발명에서는 구체적인 구성 요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.

Claims (16)

  1. 적어도 하나의 매크로셀 기지국;
    다수의 소형셀 기지국의 집합인 적어도 하나의 소형셀 클러스터;
    상기 적어도 하나의 소형셀 클러스터 각각의 셀 접속을 제어하기 위한 적어도 하나의 클러스터 제어부;
    상기 적어도 하나의 매크로셀 기지국 및 상기 적어도 하나의 클러스터 제어부와 통신 가능하게 연결되는 중앙 제어부를 포함하되,
    상기 중앙 제어부는 특정 사용자 단말에 대해 상기 적어도 하나의 매크로셀 기지국 및 적어도 하나의 소형셀 클러스터 중 하나를 할당하는 거시적 셀 접속을 수행하고, 상기 적어도 하나의 클러스터 제어부는 상기 거시적 셀 접속에서 해당 클러스터 제어부와 연관된 클러스터에 상기 특정 사용자 단말이 할당될 경우 상기 연관된 클러스터에 포함된 소형셀 기지국들 중 하나를 상기 특정 사용자 단말에 할당하는 미시적 셀 접속을 수행하며,
    상기 중앙 제어부 및 상기 적어도 하나의 클러스터 제어부는 단말들로부터 채널 품질 정보를 수신하고,
    상기 클러스터 제어부는 클러스터 특징 정보 및 클러스터 단위의 전송률을 예측할 수 있는 정보를 상기 중앙 제어부에 전송하며, 상기 클러스터 특징 정보 및 상기 클러스터 단위의 전송률을 예측할 수 있는 정보 및 상기 채널 품질 정보에 기초하여 상기 거시적 셀 접속을 수행하고,
    상기 클러스터 단위의 전송률을 예측할 수 있는 정보는 다중 안테나 방식 정보, 스케줄링 정보 및 클러스터에 포함된 소형셀 기지국들과 연관된 가중치 정보를 포함하며,
    상기 거시적 셀 접속은 다음의 수학식과 같이 이루어지는 것을 특징으로 하는 이종 네트워크에서의 하이브리드 셀 접속 시스템.
    Figure 112016127421828-pat00036

    위 수학식에서
    Figure 112016127421828-pat00037
    는 매크로셀 기지국(
    Figure 112016127421828-pat00038
    ) 또는 소형셀 클러스터(C)에 소속된 사용자 집합이고,
    Figure 112016127421828-pat00039
    는 매크로셀과 소형셀 클러스터의 예측되는 전송률이고 u는 사용자를 나타내는 인덱스임.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    소형셀 기지국과 상기 매크로셀 기지국의 자원이 나뉘어져 있을 경우, 상기 중앙 제어부는 상기 거시적 셀 접속 과정에서 상기 소형셀 클러스터의 자원할당과 상기 매크로 기지국의 자원 할당을 구분하여 수행하는 것을 특징으로 하는 이종 네트워크에서의 하이브리드 셀 접속 시스템.
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    상기 클러스터 특징 정보는 소형셀 수, 소형셀 안테나 수 및 자원할당 정보를 포함하는 것을 특징으로 하는 이종 네트워크에서 하이브리드 셀 접속 시스템.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 중앙 제어부와 상기 클러스터 제어부는 상기 미시적 셀접속을 결정하기 위한 전송율을 추정할 수 있는 다수의 추정 함수들을 공유하며, 상기 클러스터 제어부는 다수의 추정 함수들 중 선택된 어느 하나의 추정 함수를 이용하여 전송율을 추정하며, 추정된 전송율에 기초하여 미시적 셀접속을 수행하는 것을 특징으로 하는 이종 네트워크에서 하이브리드 셀 접속 시스템.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 클러스터 제어부에서 결정된 추정 함수 정보는 상기 중앙 제어부와 공유되는 것을 특징으로 하는 이종 네트워크에서 하이브리드 셀 접속 시스템.
  8. 삭제
  9. 적어도 하나의 매크로셀 기지국, 다수의 소형셀 기지국의 집합인 적어도 하나의 소형셀 클러스터 및 상기 적어도 하나의 소형셀 클러스터 각각의 셀 접속을 제어하기 위한 적어도 하나의 클러스터 제어부를 포함하는 이종 네트워크 시스템에서의 셀 접속 방법으로서,
    중앙 제어부가 상기 적어도 하나의 매크로셀 기지국 및 상기 적어도 하나의 클러스터 제어부가 전송하는 채널 품질 정보를 수신하는 단계(a);
    상기 중앙 제어부가 특정 사용자 단말에 대해 상기 적어도 하나의 매크로셀 기지국 및 적어도 하나의 소형셀 클러스터 중 하나를 할당하는 거시적 셀 접속을 수행하는 단계(b); 및
    상기 적어도 하나의 클러스터 제어부가 상기 단계(b)에서 해당 클러스터 제어부와 연관된 클러스터에 상기 특정 사용자 단말이 할당될 경우 상기 연관된 클러스터에 포함된 소형셀 기지국들 중 하나를 상기 특정 사용자 단말에 할당하는 미시적 셀 접속을 수행하는 단계(c)를 포함하되,
    상기 중앙 제어부 및 상기 적어도 하나의 클러스터 제어부는 단말들로부터 채널 품질 정보를 수신하고,
    상기 클러스터 제어부가 클러스터 특징 정보 및 클러스터 단위의 전송률을 예측할 수 있는 정보를 상기 중앙 제어부에 전송하는 단계를 더 포함하며, 상기 단계(b)는 상기 클러스터 특징 정보, 클러스터 단위의 전송률을 예측할 수 있는 정보 및 상기 채널 품질 정보를 이용하여 상기 거시적 셀 접속을 수행하고,
    상기 클러스터 단위의 전송률을 예측할 수 있는 정보는 다중 안테나 방식 정보, 스케줄링 정보 및 클러스터에 포함된 소형셀 기지국들과 연관된 가중치 정보를 포함하며,
    상기 거시적 셀 접속은 다음의 수학식과 같이 이루어지는 것을 특징으로 하는 이종 네트워크에서의 하이브리드 셀 접속 방법.
    Figure 112016127421828-pat00040

    위 수학식에서
    Figure 112016127421828-pat00041
    는 매크로셀 기지국(
    Figure 112016127421828-pat00042
    ) 또는 소형셀 클러스터(C)에 소속된 사용자 집합이고,
    Figure 112016127421828-pat00043
    는 매크로셀과 소형셀 클러스터의 예측되는 전송률이고 u는 사용자를 나타내는 인덱스임.
  10. 삭제
  11. 제9항에 있어서,
    상기 소형셀 기지국과 상기 매크로셀 기지국의 자원이 나뉘어져 있을 경우, 상기 중앙 제어부는 상기 거시적 셀 접속 과정에서 상기 소형셀 클러스터의 자원할당과 상기 매크로 기지국의 자원 할당을 구분하여 수행하는 것을 특징으로 하는 이종 네트워크에서의 하이브리드 셀 접속 방법.
  12. 삭제
  13. 제9항에 있어서,
    상기 클러스터 특징 정보는 소형셀 수, 소형셀 안테나 수 및 자원할당 정보를 포함하는 것을 특징으로 하는 이종 네트워크에서 하이브리드 셀 접속 방법.
  14. 제9항에 있어서,
    상기 중앙 제어부와 상기 클러스터 제어부는 상기 미시적 셀접속을 결정하기 위한 전송율을 추정할 수 있는 다수의 추정 함수들을 공유하며, 상기 클러스터 제어부는 다수의 추정 함수들 중 선택된 어느 하나의 추정 함수를 이용하여 전송율을 추정하며, 추정된 전송율에 기초하여 미시적 셀접속을 수행하는 것을 특징으로 하는 이종 네트워크에서 하이브리드 셀 접속 방법.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 클러스터 제어부에서 결정된 추정 함수 정보는 상기 중앙 제어부와 공유되는 것을 특징으로 하는 이종 네트워크에서 하이브리드 셀 접속 방법.



  16. 삭제
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클러스터 이기종 셀룰러 네트워크에서 결합 셀 접속을 위한 하이브리드 자가구성 기법*

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