KR20090076500A

KR20090076500A - 분산 중계기 배치방법 및 그 시스템

Info

Publication number: KR20090076500A
Application number: KR1020080002490A
Authority: KR
Inventors: 장재선
Original assignee: 주식회사 케이티프리텔
Priority date: 2008-01-09
Filing date: 2008-01-09
Publication date: 2009-07-13
Also published as: WO2009088164A1; KR100951640B1; US20100317285A1; US8380123B2; CN101971521A; JP2011509620A; JP5149396B2; CN101971521B

Abstract

본 발명은 이동통신 시스템에서의 중계기 배치방법 및 그 시스템에 관한 것으로, 이동통신 시스템에 있어서 적어도 하나의 기지국 및 중계기를 배치하는 방법에 있어서, 기지국 셀을 형성하고, 상기 기지국 셀의 경계영역에 N개의 중계기 셀 영역을 형성하는 단계; 상기 기지국 셀의 중심에 기지국을 배치하고, 상기 기지국 셀 및 중계기 셀의 경계 영역에 N개의 중계기를 배치하는 단계를 포함하되, 상기 기지국 셀 반경(R) 및 상기 중계기 셀 반경(r)의 비율에 따라 상기 중계기의 수가 결정되고, 상기 기지국 및 중계기의 출력전력이 결정되는 것을 특징으로 한다.

이와 같은 본 발명을 제공하게 되면, 다른 셀 간섭신호 대 자기 셀 다른 사용자 간섭신호의 비(UARI or DARI)를 낮추고, 커버리지 홀 및 과다 커버리지 오버랩을 현저히 줄이게 되어 네트워크 평균용량을 향상시킬 수 있는 시스템을 제공할 수 있을 뿐만 아니라, 한 개의 케이블 설치로 3개의 중계기 서비스를 할 수 있게 되어 그 설치가 용이하여 신속한 네트워크 구성을 가능하게 하는 장점이 있다.

중계기, 기지국, DARI, UARI, 커버리지, 용량

Description

분산 중계기 배치방법 및 그 시스템{ARRANGEMENT METHOD OF THE DISTRIBUTED REPEATER AND SYSTEM THEOROF}

본 발명은 이동통신 네트워크 시스템 및 그 배치 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 중계기를 분산 배치하여 업링크 및 다운링크 용량을 증가시키기 위한 분산 중계기 배치방법 및 그 시스템에 관한 것이다.

이동통신 서비스의 급속한 발달에 따라 이제까지 비수요 지역으로 이동통신 서비스가 완전하게 제공되지 못했던 산간벽지, 낙도, 도심 전파 사각지대, 지하철, 터널, 아파트 단지 등에서도 고품질의 서비스를 원하고 있다. 그러나 통신 사업자가 전파 사각 지역에 기지국 증설을 위해 막대한 투자를 하는 것은 잘못하면 통신사업자의 경영수지를 악화시키고 국가적으로 막대한 투자 비효율성으로 손실을 초래할 수 있다. 이의 대응 방안으로 저렴한 비용에 높은 통신품질과 서비스 범위를 개선할 수 있는 '중계시스템'이 활용되고 있다.

최근 1인 1휴대폰 시대가 오면서 그 밑거름이 되었던 과학 기술 분야를 살펴보면 대표적으로 셀룰라 개념의 도입, 무선 전송기술의 발전(CDMA의 상용화), 광 전송 기술의 발전 등을 들 수 있다.

셀룰라의 개념은 무선통신의 가장 큰 제약성인 주파수 스펙트럼의 한정으로 인한 통화 용량부족 및 통화 품질 문제를 모든 지역을 셀이라는 단위로 나누어 주파수 재사용 효율을 높임으로써 무선 이동통신 발전의 계기를 마련하였으며 무선 전송 기술의 발전은 무선 통신 시스템의 디지털화라는 점에서 발전의 계기를 마련하였다.

이동통신 시스템에 중계기를 도입하여 셀 커버리지를 확장하는 방법은 여러 곳에서 시도되고 있다. 예를 들어 WWRF(Wireless World Research Forum)의 WG4(Working Group 4)에서는 이동통신 시스템에 중계기를 도입하여 셀 커버리지 확장 및 전송률 향상을 도모하고 있다. 이를 위해 WWRF는 도심 상황을 고려한 맨하탄 시티 시나리오에서 격자 형 중계기 배치를 제안하였고, 이에 맞는 전송 프레임 구조도 제안하였다.

또한, "Technologies for the wireless future chapter 6, WWRF2005"을 통해 여러 층(stage)의 중계기를 이용한 협동중계(Cooperative Relaying) 방식을 제안하고, 이의 성능을 분석하기도 하였다. 그러나 이러한 시도는 고전적인 의미에서의 중계기 활용을 단순히 정리한 정도의 수준으로써, 새로운 아이디어라 보기 어렵고 큰 유용성을 기대하기도 어렵다는 평가가 지배적이다.

이 외에도 유럽의 여러 기업 및 대학 등 43개 연합체로 구성된 WINNER Project에서도 기존의 이동통신 망에 중계기를 도입하여 성능향상을 도모하는 연구를 진행하고 있다. WINNER에서 제시한 "Wireless multi-hop mesh network" 구조에서는 중계기간 토폴로지는 메쉬(Mesh) 구조로 유지하여 리던던시(Redundancy)를 확 보하고, 중계기와 단말간 연결은 PMP(Point to Multi-Point) 형태를 유지하여 전송 효율성을 확보하고 있다(Description of identified new relay based radio network deployment concepts and first assessment by comparison against benchmarks of well known deployment concepts using enhanced radio interface technologies, IST-2003-507581 WINNER D3.1).

이 밖에도 TDD(Time Division Duplex) 기반 HERN(Heterogeneous Relay Node) 시스템에서 타임 슬롯 및 주파수 자원할당에 대한 일반적 개념을 제시하기도 했으나, 구체적인 알고리즘은 언급하지 않고 있다. 또한, "Definition and assessment of relay based cellular deployment concepts for future radio scenarios considering 1st protocol characteristics, IST-2003-507581 WINNER D3.4"를 통해 멀티 유저 다이버시티(Multi User Diversity)를 고려한 단말 간 중계 방식인 IMDR(Initiative Marketing Digital Radio)과 중계기의 중계 시간을 단축시키는 부호화된 역방향 중계(Coded Bi-directional relaying) 방식도 제안하였다. 그러나 셀간 간섭을 제거할 수 있는 중계기 배치 및 그와 관련된 자원 할당 알고리즘을 제시하지는 못하였다.

그리고 현재 이동통신 네트워크의 구성은 3섹터 기지국의 경우 도 1에 나타낸 바와 같이 하나의 셀 주변에 6개의 6각 셀의 형태로 이루어져 왔다. 이러한 셀 구조는 인접기지국 간섭신호로 인하여 하나의 기지국에서 제공 가능한 평균 용량은 기지국 최대용량의 약 55% 정도이다. 즉 10Mbps 까지 제공 가능한 기지국의 경우 해당기지국에서 고루 분포한 이동 국에서는 평균적으로 5.5Mbps 정도의 서비스를 제공 받고 있는 실정으로 용량효율이 낮다는 문제점이 있다.

상술한 문제를 해결하기 위한 본 발명의 과제는 다른 셀 간섭신호 대 자기 셀 다른 사용자 간섭신호의 비(UARI or DARI)를 낮추고, 커버리지 홀 및 과다 커버리지 오버랩을 현저히 줄이게 되어 네트워크 평균용량을 향상시킬 수 있는 시스템을 제공하고자 하는 것뿐만 아니라, 용이하고 신속하게 네트워크를 구성하게 하고자 함이다.

상술한 문제를 해결하기 위한 본 발명의 수단은 이동통신 시스템에 있어서 적어도 하나의 기지국 및 중계기를 배치하는 방법에 있어서, 기지국 셀을 형성하고, 상기 기지국 셀의 경계영역에 상기 복수개의 중계기 셀 영역을 형성하는 단계; 상기 기지국 셀의 중심에 기지국을 배치하고, 상기 기지국 셀 및 중계기 셀의 경계 영역에 복수개의 중계기를 배치하는 단계를 포함하되, 상기 기지국 셀 반경(R) 및 상기 중계기 셀 반경(r)의 비율에 따라 상기 중계기의 수가 결정되고, 상기 기지국 및 중계기의 출력전력이 결정되는 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 기지국 셀은 3개의 섹터로 형성된 것이 바람직하고, 상기 기지국 셀의 섹터당 배치되는 상기 중계기의 수(N)를 N = 2*(R/r)+1 의 관계식으로 결정하는 것이 바람직하고, 상기 중계기의 배치는 다른 셀 간섭신호 대 자기 셀 다른 사용자 간섭신호의 비가 최소가 되도록 하는 것이 바람직하며, 상기 기지국 및 중계기의 출력은,

,

(여기서, P_b 는 기지국의 출력전력, P_r 은 중계기의 출력전력을 나타내고, Pcb 는 사용할 전력의 총합,

은 기지국과 중계기의 셀 반경의 비(R/r), 그리고

는 전파환경에 따른 감쇄지수이다.) 와 같은 관계식을 만족하는 것이 역시 바람직하다.

또한, 바람직하게는 상기 중계기를 상기 중계기 셀 및 기지국 셀 경계부분에 위치시키고, 각 중계기 셀 마다 중계기를 설치하되, 하나의 위치에서 복수개의 중계기를 설치하는 것일 수 있다.

그리고, 본 발명에 따른 이동통신의 분산 중계기 시스템은 복수개의 섹터로 하나의 기지국 셀을 형성하고 일정 거리를 두고 이격되어 있는 복수개의 기지국; 및 상기 기지국 셀 섹터당 상기 기지국 셀의 경계 영역에 적어도 하나의 중계기 셀을 형성하는 중계기를 포함하고, 상기 기지국의 셀 반경(R) 및 상기 중계기의 셀 반경(r)의 비율에 따라 상기 중계기의 수가 결정되고, 상기 기지국 및 중계기의 출력전력이 결정되는 것을 특징으로 한다.

더하여, 상기 기지국 셀 섹터는 3개의 섹터로 형성된 것이 바람직하고, 상기 기지국 셀의 섹터당 배치되는 중계기의 수(N)는 N = 2*(R/r)+1 와 같은 관계식을 만족하는 것이 바람직하고, 상기 기지국 및 중계기의 출력은,

,

은 기지국과 중계기의 서비스 반경의 비(R/r), 그리고

는 전파환경에 따른 감쇄지수이다.) 와 같은 관계식을 만족하는 것이 바람직하다.

더 나아가, 바람직하게는 상기 중계기는 주파수변환중계기, 마이크로웨이브 중계기 및 광 중계기 중 어느 하나인 것일 수 있고, 상기 중계기의 위치는 다른 셀 간섭신호 대 자기 셀 다른 사용자 간섭신호의 비가 최소가 되는 위치인 것일 수 있으며, 상기 중계기는 상기 중계기 셀 및 기지국 셀 경계부분에 위치하고, 각 중계기 셀 마다 중계기가 설치되되, 하나의 위치에서 복수개의 중계기가 설치되는 것일 수 있다.

이와 같은 발명을 제공하게 되면, 다른 셀 간섭신호 대 자기 셀 다른 사용자 간섭신호의 비(UARI or DARI)를 낮추고, 커버리지 홀 및 과다 커버리지 오버랩을 현저히 줄이게 되어 네트워크 평균용량을 향상시킬 수 있는 시스템을 제공할 수 있게 될 뿐만 아니라, 한 개의 케이블 설치로 3개의 중계기 서비스를 할 수 있게 되어 그 설치가 용이하여 신속한 네트워크 구성을 가능하게 하는 장점이 있다.

도 2는 본 발명에 따른 분산 중계기 시스템의 구성 도를 예시한 도면이다. 도 2에 나타낸 바와 같이, 하나의 기지국에 3개의 섹터로 이루어진 하나의 셀을 형성하고, 이 셀의 경계영역에 N개의 중계기를 배치하는 구조로 되어 있다.

즉, 종래의 네트워크 구조가 제공 가능한 평균용량을 증대시키기 위해서 하나의 셀을 3섹터 기지국 장비 하나와 섹터당 N개의 중계기를 이용하여 구성하는 시스템 및 배치방법이다.

여기서 기지국 셀의 섹터당 중계기의 수 N=2*(R/r)+1 이다. 즉 기지국의 서비스반경과 중계기의 서비스반경이 동일한 경우 섹터당 3개의 중계기로 기지국 서비스 반경이 중계기서비스반경의 2배인 경우 5개의 중계기 그리고 3배인 경우 7개의 중계기로 하나의 섹터를 구성하는 방식이다. 이와 같이 네트워크를 구성하는 경우 다른 셀 간섭신호 대 자기 셀 다른 사용자 간섭신호의 비(UARI or DARI)가 줄어들어 기지국에서 제공 가능한 평균용량을 향상시킬 수 있다.

WCDMA 통신에서 이동통신 서비스의 가장 큰 요구는 고속데이터 처리를 위한 시스템 설계이다. 새로운 전송형태의 발전은 꾸준히 다양한 시스템들의 용량을 향상시키고 있다. 일반적인 셀 구조는 고속 이동통신 네트워크의 용량 및 커버리지 향상을 필요로 한다. 그러나, 대부분의 셀 구조들은 부적당한 기지국 및 중계기의 전력할당 때문에 상술한 바와 같이 커버리지 홀(Coverage holes) 또는 과다 커버리지 오버랩(Excess Coverage Overlaps)를 갖는다. 즉 만약 기지국 및 중계기의 출력전력이 전파환경에 따른 감쇄 지수와 비례하여 할당된다면 커버리지 홀 또는 과다 커버리지 오버랩 없이 셀 구조를 형성할 수 있다.

이와 같은 점을 착안하여 본 발명에서는 따른 분산 중계기 시스템 및 중계기 배치방법을 제안함으로써, 커버리지 홀 및 과다 커버리지 오버랩을 현저히 줄일 수 있고, 할당할 출력 전력에 대한 유용한 방정식을 이끌어 낼 수 있다. 그리고 이러한 방정식을 통하여, 본 발명에 따른 셀 구조는 전파환경임에도 불구하고 정육각형의 셀 모양을 유지할 수 있다.

본 발명에 따른 분산 중계기 시스템 셀 구조의 용량은 종래의 셀 구조의 용량보다 더 크게 확대된다. 용량을 결정하는 중요한 파라미터는 다른 셀 간섭신호 대 자기 셀 다른 사용자 간섭신호의 비(UARI or DARI), 직교 인자(OF) 및 중계기 안테나의 높이이다. 이하에서는 UARI 또는 DARI를 중심으로 본 발명에서 제안하는 시스템 구조의 용량(Capacity) 증대 효율을 중심으로 본 발명의 수단 및 효과를 설명하기로 한다.

도 2에 나타낸 바와 같이, 정 육각형의 모양을 갖고 하나의 기지국을 중심으 로 3개의 섹터로 이루어진 셀의 경계 영역에 섹터당 N개의 중계기를 배치하는 구성으로 되어 있고, 기지국의 셀 반경(기지국 서비스 반경)을 R이라고 하고, 중계기의 셀 반경(중계기 서비스 반경)을 r이라고 할 때 R/r의 비율에 따라 중계기의 수를 결정하며, 기지국 및 중계기의 출력 전력을 할당되도록 배치된다. 즉 종래의 하나의 기지국 섹터 내에 N개의 중계기 셀 영역 및 1개의 기지국 셀 영역으로 이루어져 있다. 기지국 셀 영역은 기지국에서 서비스하고, 각 중계기 셀 영역은 중계기가 서비스하는 구조로 되어 있다.

상술한 기지국 및 중계기의 출력 전력은 이하의 [식 1]에 의해서 결정된다.

[식 1]

,

은 기지국과 중계기의 셀 반경의 비(R/r), 그리 고

는 전파환경에 따른 감쇄지수이다.)

[식 1]에 의하여 기지국 및 중계기를 배치하고 출력전력을 할당한다면, 상술한 바와 같이 다른 셀 간섭신호 대 자기 셀 다른 사용자 간섭신호의 비(UARI or DARI)가 줄어들어 커버리지 홀(Coverage holes) 또는 과다 커버리지 오버랩(Excess Coverage Overlaps)을 현저히 줄어들게 할 수 있으므로 네트워크 구조가 제공 가능한 평균용량을 종래의 구조보다 훨씬 향상시킬 수 있다.

도 3은 본 발명에 따른 또 다른 실시 예로서, 분산 중계기 시스템의 구조를 예시한 도면이다. 도 3에 나타낸 바와 같이, 3개의 섹터로 이루어진 기지국 셀의 경계영역에 중계기를 배치하되, 각 섹터당 중계기의 수는 N=2*(R/r)+1 의 식을 만족하는 수로 결정되고, 기지국 및 출력전력 또한 [식 1]을 만족하도록 할당된다.

도 3에서는 기지국 셀의 반경(R)과 중계기 셀 반경(r)의 크기가 동일한 경우로서, 용량향상을 최대화하기 위해서는 기지국과 중계기의 출력전력을 기지국과 중계기의 서비스반경 비(R/r)에 따라서 적절히 배분하여야 한다. 도 3에 나타낸 바와 같이, 종래의 기지국 섹터를 4개의 영역으로 나누고, 4개의 영역 중 하나는 기지국에 의해서 서비스되고, 나머지 3개의 영역은 중계기에 의해 서비스된다. 3개의 중계기들은 기지국 섹터가 각 분산중계기 셀과 인접하는 경계부분에 위치해 있다. 기지국 섹터의 출력 전력은 각 중계기 섹터의 출력 값과 같다. 왜냐하면, 기지국 섹터의 커버리지는 각 중계기 섹터의 커버리지와 동일해야 하기 때문이다. 즉, [식 1]에서

(R/r) 값이 1일 때, 기지국 및 중계기 출력 값이 동일함을 알 수 있 다.

이처럼 종래의 기지국 섹터의 영역을 기지국 및 중계기 서비스 영역으로 할당하되, 기지국 셀 반경 및 중계기 셀 반경의 비율에 따라 중계기 수 및 출력전력을 결정함으로써, 다른 셀 간섭신호 대 자기 셀 다른 사용자 간섭신호의 비(UARI or DARI)를 낮추고, 커버리지 홀 및 과다 커버리지 오버랩을 현저히 줄이게 되어 네트워크 평균용량을 향상시킬 수 있는 시스템을 제공할 수 있게 된다.

도 4는 본 발명에 따른 또 다른 실시 예로서, 분산 중계기 시스템의 구조를 예시한 도면이다. 도 4에 나타낸 바와 같이, 도 3에 예시된 시스템처럼 종래의 기지국 셀 섹터에 하나의 기지국 셀 및 3개의 중계기 셀로 구성된 4개의 영역으로 이루어진다.

그러나, 도 4에 예시된 발명은 도 3에 예시된 발명과 달리, 기지국 셀의 경계영역에 중계기가 배치되되, 하나의 위치에서 3개의 중계기 셀 영역을 서비스할 수 있도록 3개의 중계기를 설치하는 구조로 되어 있다. 즉, 기지국 셀 외부의 9개의 중계기 셀 영역을 3개의 위치에서 각 3개의 중계기 합쳐서 설치함으로써, 모든 중계기 셀 영역을 서비스할 수 있는 구조로 되어 있다.

도 4에 예시된 발명은 도 3에 예시된 발명과 같이, 기지국 셀 반경 및 중계기 셀 반경의 비율에 따라 중계기 수 및 출력전력을 결정함으로써, 다른 셀 간섭신호 대 자기 셀 다른 사용자 간섭신호의 비(UARI or DARI)를 낮추고, 커버리지 홀 및 과다 커버리지 오버랩을 현저히 줄이게 되어 네트워크 평균용량을 향상시킬 수 있는 시스템을 제공할 수 있게 될 뿐만 아니라, 한 개의 케이블 설치로 3개의 중계 기 서비스를 할 수 있게 되어 그 설치가 용이하여 신속한 네트워크 구성을 가능하게 하는 장점이 있다. 무선 중계기인 경우도 설치가 간담함은 물론이다.

그 외에도 본 발명에서 제안하는 기지국 셀 및 중계기 셀 반경의 비율에 따라 중계기의 수와 출력전력을 결정하는 시스템 구조를 통하여 필요에 따라 선택적으로 다양하게 구성할 수 있는데, 예를 들어, 종래의 각 기지국 섹터는 6개의 영역으로 나뉘어 있다. 6개의 영역 중 하나는 기지국 섹터이고, 나머지 5개 영역은 중계기 영역이다. 5개의 중계기는 기지국 섹터가 각 분산중계기 시스템 셀과 인접해 있는 부분에 위치시키고, 기지국 셀 섹터의 및 각 중계기 셀의 출력 전력은 앞서 설명한 수식에 의해 결정된다. 왜냐하면 육각형 형태의 분산중계기 시스템 구조는 전파 환경과 독립적으로 유지되어야 하기 때문이다.

이와 같은 본 발명에서 제안된 분산중계기 시스템 네트워크 구성에 사용되는 중계기는 주파수변환중계기, 마이크로웨이브 중계기 및 광 중계기 중 어느 하나를 사용하는 것이 바람직한데, 이하 중계기의 구성 및 역할에 대하여 설명하기로 한다.

중계기란 산이나 빌딩 혹은 기타 지형지물로 인한 전파 차단 지역 또는 터널, 지하 주차장과 같이 전파 도달이 어려운 음영지역을 대상으로 기지국의 신호가 도달할 수 있도록 신호를 증폭해 음영지역을 서비스하며, 음영 지역 단말기의 신호가 기지국으로 도달할 수 있도록 연결하여 주는 장치를 의미한다. 도 5는 마이크로 웨이브 중계기의 구성 도를 예시한 도면이다. 도 5에 나타낸 바와 같이, 상기 마이크로 웨이브 중계기는, 기지국(100)과 이동국(150) 간에 신호의 중계를 위한 도너 장비(110) 및 리모트 장비(120)를 포함한 구성을 갖는다.

상기 도너 장비(110)는 기지국(100)으로부터 상용 주파수의 신호를 수신하여 마이크로웨이브 신호로 변환하고, 변환된 마이크로 웨이브 신호를 무선을 통해 상기 리모트 장비(120)로 전송한다. 즉, 도너 장비(110)는 기지국(100)에서 송신되는 신호를 수신하고, 상기 수신된 신호를 내부에 구비된 마이크로웨이브 모듈을 통해 1718GHz 마이크로웨이브 주파수로 변환하여 최종 파라볼릭 안테나를 통하여 원거리 음영지역에 설치된 리모트 장비(120)로 송신한다.

상기 리모트 장비(120)는, 상기 도너 장비(110)로부터 전송된 마이크로 웨이브 주파수의 신호를 다시 상용 주파수의 신호로 변환하여, 필요에 따라 고출력 증폭하여 신규 커버리지를 확장한다. 즉, 17~18GHz 마이크로웨이브 주파수로 변환되어 송신된 신호를 파라볼릭 안테나에서 수신하고, 이를 필터링, 저잡음 증폭, 및 대전력 증폭, 주파수 변환 등의 일련의 과정을 거쳐 상용 주파수로 변환하고, 변환된 상용 주파수의 신호를 음영 지역으로 송출한다. 이상의 과정은 다운 링크 동작을 중심으로 설명하였으며 업 링크 동작은 다운 링크 동작과 유사하게 역순으로 진행된다.

한편, 상기 도너 장비(110)가 기지국(100)으로부터 신호를 수신하는 방법으로는, 1) 유선을 통해 기지국(100)의 커플러 단자에 직접 접속하여 기지국(100)으로부터 상용 주파수의 신호를 수신하는 방법, 2) 도 6에 도시한 바와 같이, 주파수 변환장비(130)를 통해 상용 주파수를 낮은 주파수로 변환하고, 이를 유선으로 수신하는 방법, 및 3) 도 7에 도시한 바와 같이, 광 중계기 도너 장비(140)를 통한 광 신호를 광 선로를 통하여 수신하는 방법이 있다.

상술한 주파수 변환 중계기는 기지국의 RF 신호를 사용하지 않는 빈 FA 신호로 변환해 안테나로 전송한 후, 원격지에서 수신하여 다시 원래의 주파수 신호로 변환하면 입출력 안테나간의 주파수가 다르기 때문에 발진을 방지할 수 있다. 장점은 안테나 아이솔레이션의 확보가 용이해 다소 넓은 지역의 커버리지를 확보할 수 있고, 아이솔레이션 확보가 어려운 지역에 적합하다.

그러나, 국내의 환경 즉 많은 사업자 및 지형적 특성에 의한 많은 음영 지역에 대한 해소로는 기지국과 음영 지역간 연결 및 서비스에서 RF 링크로는 한계성이 대두 되고 있기 때문에 이러한 문제점을 해결할 수 있는 기지국과 서비스 지역간의 유선 링크 형태의 중계기가 고려되었으며, 대표적인 기술이 옵티컬 링크, 즉 광 전송 기술을 수용한 형태의 광 중계기다.

광 중계기는 기지국의 RF신호를 전송, 특성이 우수한 광 링크를 이용해 서비스 지역으로 전송함으로써 양질의 신호를 전달할 수 있고, 보다 넓은 지역의 고출력 서비스를 구현할 수 있으므로 간이 기지국 대용으로도 사용할 수 있는 장점이 있다.

도 7에 나타낸 바와 같이, 광 중계기 시스템은 기지국에서 커플러(coupler)로 직접 신호를 분기해 광 신호로 변환시켜 송신하며, 음영 지역에서 광 변환해 전송된 역방향 신호를 다시 전기적 신호로 변환하여 기지국으로 입력시켜주는 도너(DONOR) 유닛과 도너 유닛에서 전송된 광 신호를 전기적 신호로 변환 후 고출력 증폭기로 증폭해 안테나로 음영지역을 서비스하고, 단말기로부터 수신된 신호를 광 신호로 변환하여 도너 유닛측으로 전송하는 리모트 유닛으로 구성된다.

도 8은 본 발명에 따른 분산 중계기 시스템의 다른 셀 간섭신호 대 자기 셀 다른 사용자 간섭신호의 다운링크 평균 비(DARI: downlink average ratio of the other-cell interference to the serving cell other-user interference)를 나타낸 그래프이다. 도 8에 나타낸 바와 같이, 종래(conventional)의 네트워크 시스템의 DARI 값보다 본 발명에서 제안한 분산 중계기 시스템 네트워크의 DARI 값이 현저히 줄어들었음을 알 수 있다. 더하여, 본 발명에서 제안한 분산 중계기 네트워크의 중계기 수가 증가함에 따라 DARI 값이 줄어들고 있음이 잘 나타나고 있다.

그러나, 감쇄지수가 3.8보다 더 클 때, 3개의 중계기를 갖는 네트워크의 DARI는 거의 5개의 중계기를 갖는 네트워크의 DARI와 동일함을 알 수 있다. 그러므로, 밀집한 도심지역에서 DARI를 개선하기 위해 5개의 중계기를 갖는 분산 중계기 시스템을 적용할 필요가 없다. 즉, 수치적으로 보면 감쇄지수가 4.2 이상에서는 중계기의 수가 증가함에 따라 DARI 값이 낮아져 개선됨을 알 수 있다.

이는 전파환경에 따른 감쇄지수가 높은 도심지역에서는 중계기 수에 의한 의존도가 높지 않지만 감쇄지수가 낮은 지역에서는 중계기 수의 증가에 따라 DARI 값이 낮아짐을 알 수 있다. 그러므로, 이러한 관계를 고려하여 지역에 따라 분산중계기 시스템 구성을 달리하여 보다 적절하고 낮은 단가로 고효율의 분산중계기 시스템 네트워크를 구성할 수 있게 된다.

도 9는 본 발명에 따른 분산 중계기 시스템 네트워크의 다운링크 용량과 종래(classic) 네트워크 용량의 값을 비교한 그래프이다. 도 9(a)는 전파환경에 따른 감쇄지수에 따른 다운링크 출력용량의 값을 비교한 그래프이고, 도 9(b)는 기지국에서부터의 거리에 따른 다운링크 출력용량의 값을 비교한 그래프이다.

도 9(a)에 나타낸 바와 같이, 종래의 네트워크 보다 본 발명에 따른 시스템 네트워크의 다운링크 용량이 증가됨을 알 수 있고, 감쇄지수가 3일 때 중계기의 수가 3개 또는 5개의 경우 26%에서 중계기 수가 7개인 경우 38%로 증가함을 알 수 있고, 감쇄지수가 4인 경우에는 60%에서 70% 정도로 증가함을 알 수 있다. 즉, 감쇄지수가 높은 도시지역에서 용량이 증가하고, 중계기의 수가 많아 질수록 용량이 높아짐을 알 수 있다. 여기서, 업 링크에 대한 다른 셀 간섭신호 대 자기 셀 다른 사용자 간섭신호의 비(UARI) 또한 DARI 동일하게 개선되어 업 링크 출력용량이 증가됨은 물론이다.

도 9(b)는 본 발명에 따른 시스템 네트워크의 셀 반경(R) 및 기지국에서부터 거리의 비에 따른 출력용량을 나타낸 그래프이다. 도 9(b)에 나타낸 바와 같이, 종래(Conventional)의 네트워크 보다 본 발명에 따른 분산 중계기 시스템 네트워크의 다운링크 출력용량이 큼을 알 수 있고, 셀 경계영역에 가까울수록 즉, 중계기에 가까울수록 중계기에 의한 간섭효과가 높아져서 다운링크 출력용량이 줄어들고 있음을 알 수 있다.

이와 같이 본 발명에 따른 분산중계기 시스템 및 그 배치방법을 제공하게 되면, 다른 셀 간섭신호 대 자기 셀 다른 사용자 간섭신호의 비(UARI or DARI)를 낮추고, 커버리지 홀 및 과다 커버리지 오버랩을 현저히 줄이게 되어 네트워크 평균용량을 향상시킬 수 있는 시스템을 제공할 수 있게 될 뿐만 아니라, 한 개의 케이 블 설치로 3개의 중계기 서비스를 할 수 있게 되어 그 설치가 용이하여 신속한 네트워크 구성을 가능하게 하는 장점이 있다.

이상에서는 본 발명의 바람직한 실시 예에 관하여 중점적으로 설명하였으나, 본 발명은 상기한 실시 예 및 도면에 한정되지 아니하며, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변경과 수정이 가능할 것이므로, 본 발명의 범위는 첨부된 청구범위 및 그와 균등한 범위에 의해 결정되어야 할 것이다.

도 1은 종래의 이동통신 네트워크 시스템 구조를 예시한 도면,

도 2는 본 발명에 따른 분산 중계기 시스템의 구성 도를 예시한 도면,

도 3은 본 발명에 따른 또 다른 실시 예로서, 분산 중계기 시스템의 구조를 예시한 도면,

도 4는 본 발명에 따른 또 다른 실시 예로서, 분산 중계기 시스템의 구조를 예시한 도면,

도 5는 마이크로 웨이브 중계기의 구성 도를 예시한 도면,

도 6은 주파수 변환중계기의 구성 도를 예시한 도면,

도 7은 광 중계기의 구성 도를 예시한 도면,

도 8은 본 발명에 따른 분산 중계기 시스템의 다른 셀 간섭신호 대 자기 셀 다른 사용자 간섭신호의 다운링크 평균 비(DARI: downlink average ratio of the other-cell interference to the serving cell other-user interference)를 나타낸 그래프,

도 9는 본 발명에 따른 분산 중계기 시스템 네트워크의 다운링크 용량과 종래(classic) 네트워크 용량의 값을 비교한 그래프이다.

Claims

이동통신 시스템에 있어서 적어도 하나의 기지국 및 중계기를 배치하는 방법에 있어서,

기지국 셀을 형성하고, 상기 기지국 셀의 경계영역에 상기 복수개의 중계기 셀 영역을 형성하는 단계;

상기 기지국 셀의 중심에 기지국을 배치하고, 상기 기지국 셀 및 중계기 셀의 경계 영역에 복수개의 중계기를 배치하는 단계를 포함하되,

상기 기지국 셀 반경(R) 및 상기 중계기 셀 반경(r)의 비율에 따라 상기 중계기의 수가 결정되고, 상기 기지국 및 중계기의 출력전력이 결정되는 것을 특징으로 하는 분산 중계기 배치방법.
제1항에 있어서,

상기 기지국 셀은 3개의 섹터로 형성된 것을 특징으로 하는 분산 중계기 배치방법.
제2항에 있어서,

상기 기지국 셀의 섹터당 배치되는 상기 중계기의 수(N)를

N = 2*(R/r)+1

의 관계식으로 결정하는 것을 특징으로 하는 분산 중계기 배치방법.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 중계기의 배치는 다른 셀 간섭신호 대 자기 셀 다른 사용자 간섭신호의 비가 최소가 되도록 하는 것을 특징으로 하는 분산 중계기 배치방법.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 기지국 및 중계기의 출력은,

,

(여기서, P_b 는 기지국의 출력전력, P_r 은 중계기의 출력전력을 나타내고, Pcb 는 사용할 전력의 총합,
은 기지국과 중계기의 셀 반경의 비(R/r), 그리고
는 전파환경에 따른 감쇄지수이다.)

와 같은 관계식을 만족하는 것을 특징으로 하는 분산 중계기 배치방법.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 중계기를 상기 중계기 셀 및 기지국 셀 경계부분에 위치시키고, 각 중계기 셀 마다 중계기를 설치하되, 하나의 위치에서 복수개의 중계기를 설치하는 것을 특징으로 하는 분산 중계기 배치방법.
복수개의 섹터로 하나의 기지국 셀을 형성하고 일정 거리를 두고 이격되어 있는 복수개의 기지국; 및

상기 기지국 셀 섹터당 상기 기지국 셀의 경계 영역에 적어도 하나의 중계기 셀을 형성하는 중계기를 포함하고,

상기 기지국의 셀 반경(R) 및 상기 중계기의 셀 반경(r)의 비율에 따라 상기 중계기의 수가 결정되고, 상기 기지국 및 중계기의 출력전력이 결정되는 것을 특징으로 하는 이동통신의 분산 중계기 시스템.
제7항에 있어서,

상기 기지국 셀 섹터는 3개의 섹터로 형성된 것을 특징으로 하는 이동통신의 분산 중계기 시스템.
제8항에 있어서,

상기 기지국 셀의 섹터당 배치되는 중계기의 수(N)는

N = 2*(R/r)+1

와 같은 관계식을 만족하는 것을 특징으로 하는 이동통신의 분산중계기 시스템.
제7항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 기지국 및 중계기의 출력은,

,

(여기서, P_b 는 기지국의 출력전력, P_r 은 중계기의 출력전력을 나타내고, Pcb 는 사용할 전력의 총합,
은 기지국과 중계기의 서비스 반경의 비(R/r), 그리고
는 전파환경에 따른 감쇄지수이다.)

와 같은 관계식을 만족하는 것을 특징으로 하는 이동통신의 분산중계기 시스템.
제7항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 중계기는 주파수변환중계기, 마이크로웨이브 중계기 및 광 중계기 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 이동통신의 분산중계기 시스템.
제11항에 있어서,

상기 중계기의 위치는 다른 셀 간섭신호 대 자기 셀 다른 사용자 간섭신호의 비가 최소가 되는 위치인 것을 특징으로 하는 이동통신의 분산중계기 시스템.
제7항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 중계기는 상기 중계기 셀 및 기지국 셀 경계부분에 위치하고, 각 중계기 셀 마다 중계기가 설치되되, 하나의 위치에서 복수개의 중계기가 설치되는 것을 특징으로 하는 이동통신의 분산 중계기 시스템.