KR20130109702A - 펨토셀 기지국의 제어 방법 및 장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 매크로셀 내에서 펨토셀의 위치에 따른 동적인 전력 제어와 최소한의 다른 주파수 할당을 통해 셀 간 간섭 문제를 효과적으로 해결할 수 있는 펨토셀 기지국의 제어 방법 및 장치에 관한 것이다. 본 발명의 일 실시예에 의한 펨토셀 기지국의 제어 방법은, 펨토셀 주변에 위치한 하나 이상의 매크로셀 기지국으로부터 파일럿 신호를 수신하고 신호 세기를 측정하는 단계, 상기 하나 이상의 매크로셀 기지국으로부터 사용 주파수 및 파일럿 신호 전송 전력 정보를 수신하는 단계, 상기 수신된 파일럿 신호 중 신호 세기가 최대인 기준 파일럿 신호의 세기에 따라 기준 매크로셀 내에서의 상기 펨토셀의 위치를 판단하는 단계, 상기 펨토셀의 위치에 따라 상기 펨토셀의 사용 주파수를 결정하는 단계 및 상기 펨토셀의 사용 주파수 및 상기 기준 파일럿 신호의 세기에 따라 상기 펨토셀의 전송 전력을 결정하는 단계를 포함한다.
Description
본 발명은 매크로셀(Macro cell)과 펨토셀(Femtocell)이 혼재된 이동통신 네트워크 환경에서 셀 간 간섭 완화를 위한 펨토셀 기지국의 제어 방법 및 장치에 관한 것이다.
펨토셀은 유선 인터넷(xDSL/Cable)라인을 기지국 회선으로 사용하여 이동통신 사업자 네트워크와 IP로 연결되는 가정용 초소형 기지국으로서 4 ~ 8명의 사용자에게 음성 및 데이터 서비스를 제공하고자 하는 셀이다. 이러한 펨토셀의 장점은 첫째로 가정마다 전용 기지국이 설치되는 형태이므로 가정 내 무선 품질의 향상 및 데이터 서비스의 안정적 제공이 가능하며 가정에서 발생하는 음성 및 데이터 트래픽을 흡수하여 매크로셀의 부하를 경감시키는 효과가 있다. 따라서 광범위하게 보급된 가정내 유선 인프라를 활용함으로써 기지국 회선 증설 및 유지 비용의 절감이 가능하다. 둘째로 유선 사업자 중심의 FMC(Fixed Mobile Convergence)에 대응하는 새로운 FMS(Fixed Mobile Substitution) 솔루션을 제공할 수 있다. 즉 이동통신 주파수를 사용하므로 듀얼 모드(dual mode)형 FMC 서비스와 달리 단말의 제약이 없고, 기존 FMS 방식과 달리 가정 내 사용량이 증가해도 매크로셀에 영향을 주지 않는다.
그러나, 펨토셀은 위와 같은 장점과 더불어 매크로셀과 펨토셀 간의 간섭 문제를 해결해야 하는 기술적 과제가 존재한다. 도 1은 매크로셀과 펨토셀 간의 간섭 현상을 설명하기 위한 도면이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 펨토셀 내에는 펨토셀의 파일럿(pilot) 신호 세기가 매크로셀의 파일럿 신호 세기보다 큰 펨토셀 커버리지(Femtocell coverage) 영역과, 펨토셀의 파일럿 신호 세기가 매크로셀의 파일럿 신호 세기보다 일정값(예를 들어, WCDMA의 경우 4dB) 이상 큰 매크로셀 데드존(Macro cell dead zone), 이렇게 두 개의 영역이 정의된다.
매크로셀 데드존에서는 단말이 매크로셀에 접속하는 것이 불가능하며, 매크로셀의 셀 경계 지역으로 갈수록 매크로셀의 파일럿 신호 세기가 작아지기 때문에 데드존의 크기가 커진다. 또한, 매크로셀의 경계 지역에 있는 단말이 매크로셀에 접속하기 위해서는 매우 높은 전력으로 전파를 전송하게 되는데, 이 전파에 의해 펨토셀이 간섭을 받게 된다. 이것은 상향링크에 의한 간섭이 된다. 즉, 매크로셀의 경계 지역에 있는 펨토셀에서는 매크로셀과 펨토셀 간에 서로 큰 간섭을 주게 되어 통화 품질이 떨어지게 된다.
또한, 매크로셀의 셀 중앙 지역에서는 매크로셀의 신호 세기가 매우 커서 펨토셀 커버리지가 형성되기 어렵다. 따라서 펨토셀의 서비스 자체가 매우 어렵게 된다.
종래에 이러한 간섭 문제를 해결하고자 하는 방안으로 펨토셀의 전력 제어를 통한 방법과 펨토셀에서 사용하는 주파수를 매크로셀과 다르게 할당하는 방법 등이 제안되었다. 그러나, 전력 제어 방법은 정적인 방법에 국한되어 셀 간 간섭을 완화하는 데 한계가 있으며, 펨토셀에 다른 주파수만을 할당하는 방법은 주파수 이용 효율을 떨어뜨리고 매크로셀과 펨토셀 간에 핸드오버(handover)가 발생할 때 통화 끊김 현상이 많이 발생하게 되는 문제점이 있다.
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로, 매크로셀 내에서 펨토셀의 위치에 따른 동적인 전력 제어와 최소한의 다른 주파수 할당을 통해 셀 간 간섭 문제를 효과적으로 해결할 수 있는 펨토셀 기지국의 제어 방법 및 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 의한 펨토셀 기지국의 제어 방법은, 펨토셀 주변에 위치한 하나 이상의 매크로셀 기지국으로부터 파일럿 신호를 수신하고 신호 세기를 측정하는 단계; 상기 하나 이상의 매크로셀 기지국으로부터 사용 주파수 및 파일럿 신호 전송 전력 정보를 수신하는 단계; 상기 수신된 파일럿 신호 중 신호 세기가 최대인 기준 파일럿 신호의 세기에 따라 기준 매크로셀 내에서의 상기 펨토셀의 위치를 판단하는 단계; 상기 펨토셀의 위치에 따라 상기 펨토셀의 사용 주파수를 결정하는 단계; 및 상기 펨토셀의 사용 주파수 및 상기 기준 파일럿 신호의 세기에 따라 상기 펨토셀의 전송 전력을 결정하는 단계를 포함한다.
상기 펨토셀의 위치를 판단하는 단계는, 상기 기준 파일럿 신호의 세기가 제 1 설정값보다 작거나 제 2 설정값보다 큰 경우 상기 펨토셀이 상기 기준 매크로셀의 중앙 지역 또는 경계 지역에 위치하는 것으로 판단하고, 상기 기준 파일럿 신호의 세기가 상기 제 1 설정값보다 크고 상기 제 2 설정값보다 작은 경우 상기 펨토셀이 상기 기준 매크로셀의 중간 지역에 위치하는 것으로 판단하는 것을 특징으로 한다.
상기 펨토셀의 사용 주파수를 결정하는 단계는, 상기 펨토셀이 상기 기준 매크로셀의 중앙 지역 또는 경계 지역에 위치하는 경우 상기 기준 매크로셀의 사용 주파수와 다른 주파수를 사용하도록 결정하되, 상기 기준 매크로셀의 사용 주파수와 다른 주파수가 다른 매크로셀에서 모두 사용 중인 경우에는 상기 다른 매크로셀 중 파일럿 신호의 세기가 가장 작은 매크로셀에서 사용되는 주파수를 사용하도록 결정하고, 상기 펨토셀이 상기 기준 매크로셀의 중간 지역에 위치하는 경우 상기 기준 매크로셀의 사용 주파수와 같은 주파수를 사용하도록 결정하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의하면, 펨토셀 기지국에서 수신한 매크로셀의 파일럿 신호와 시스템 정보(사용 주파수, 파일럿 신호 전송 전력 등)를 이용하여 매크로셀 내에서의 펨토셀의 위치를 구분하고, 그에 따라 펨토셀의 사용 주파수 및 전송 전력을 다르게 할당함으로써 매크로셀과 펨토셀 간의 간섭을 크게 완화할 수 있다.
도 1은 매크로셀과 펨토셀 간의 간섭 현상을 설명하기 위한 도면.
도 2는 본 발명에 의한 펨토셀 기지국의 제어 방법을 개략적으로 설명하기 위한 도면.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 의한 펨토셀 기지국의 제어 방법을 나타낸 순서도.
도 4는 도 3의 펨토셀의 사용 주파수 및 전송 전력 결정 단계를 보다 상세히 나타낸 순서도.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 의한 펨토셀 기지국의 제어 장치의 구성도.
도 2는 본 발명에 의한 펨토셀 기지국의 제어 방법을 개략적으로 설명하기 위한 도면.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 의한 펨토셀 기지국의 제어 방법을 나타낸 순서도.
도 4는 도 3의 펨토셀의 사용 주파수 및 전송 전력 결정 단계를 보다 상세히 나타낸 순서도.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 의한 펨토셀 기지국의 제어 장치의 구성도.
전술한 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 후술되며, 이에 따라 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 상세한 설명을 생략한다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 2는 본 발명에 의한 펨토셀 기지국의 제어 방법을 개략적으로 설명하기 위한 도면이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에서는 매크로셀 내에서 펨토셀의 상대적인 위치에 따라 펨토셀의 주파수 및 전송 전력을 제어하는 방법을 사용한다. 즉, 펨토셀 기지국에서 측정한 매크로셀의 파일럿 신호의 세기가 제 1 설정값(Pth_l)인 지점과 제 2 설정값(Pth_h)인 지점을 기준으로 펨토셀이 매크로셀의 경계 지역에 있는지(205), 중간 지역에 있는지(203), 혹은 중앙 지역에 있는지(201)를 판단하고, 그 위치에 따라 매크로셀과의 간섭을 최소화할 수 있는 주파수 및 전송 전력을 펨토셀에 할당하는 것이다. 이하, 도 3 및 도 4를 통해 보다 상세히 설명하기로 한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 의한 펨토셀 기지국의 제어 방법을 나타낸 순서도이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 의한 펨토셀 기지국의 제어 방법은, 매크로셀의 파일럿 신호를 수신하고 신호 세기를 측정하는 단계(S301), 매크로셀의 사용 주파수 및 파일럿 신호 전송 전력 정보를 수신하는 단계(S303), 수신된 파일럿 신호 중 신호 세기가 최대인 기준 파일럿 신호의 세기에 따라 기준 매크로셀 내에서의 펨토셀의 위치를 판단하는 단계(S305), 펨토셀의 위치에 따라 사용 주파수를 결정하는 단계(S307) 및 펨토셀의 사용 주파수 및 기준 파일럿 신호의 세기에 따라 전송 전력을 결정하는 단계(S309)를 포함한다.
S301 단계에서, 펨토셀 주변에 위치한 하나 이상의 매크로셀 기지국으로부터 파일럿 신호를 수신하고 그 신호 세기를 측정한다. 측정된 매크로셀의 파일럿 신호 세기를 다음과 같이 Pm으로 표현하기로 한다. 괄호 안의 숫자는 수신된 파일럿 신호의 개수, 즉, 펨토셀 주변에 위치한 매크로셀의 개수를 의미한다.
Pm = {Pm(0), Pm(1), …}
여기에서, 수신된 파일럿 신호 중 신호 세기가 가장 큰 신호를 전송한 기지국이 현재 펨토셀이 위치하고 있는 매크로셀의 기지국일 것이므로, 이 신호를 기준 파일럿 신호라 하고, 이를 전송한 매크로셀을 기준 매크로셀이라고 부르기로 한다.
S303 단계에서, 하나 이상의 매크로셀 기지국으로부터 사용 주파수 및 파일럿 신호 전송 전력 정보를 수신한다. 이러한 정보는 매크로셀 기지국에서 송신하는 방송채널(Broadcast Channel; BCH)을 복조(decoding)하여 얻어질 수 있다. 매크로셀의 사용 주파수와 파일럿 신호 전송 전력을 다음과 같이 각각 Fm, Pm _ tx로 표현하기로 한다.
Fm = {Fm(0), Fm(1), …}
Pm _ tx = {Pm _ tx(0), Pm _ tx(1), …}
위의 Pm, Fm 및 Pm _ tx에서, 괄호 안의 숫자가 같은 것은 동일한 매크로셀의 정보임을 의미한다.
도 4는 도 3의 펨토셀의 사용 주파수 및 전송 전력 결정 단계를 보다 상세히 나타낸 순서도이다. 펨토셀에 할당되는 주파수를 Ff, 전송 전력을 Pf로 표현하기로 한다.
S305 단계에서, 기준 파일럿 신호의 세기(max{Pm})가 제 1 설정값(Pth _l)보다 작으면 펨토셀이 기준 매크로셀의 경계 지역(도 2의 205)에 있는 것으로 판단하고, 제 1 설정값(Pth_l)과 제 2 설정값(Pth_h)의 사이이면 중간 지역(도 2의 203)에 있는 것으로 판단하고, 제 2 설정값(Pth _h)보다 크면 중앙 지역(도 2의 201)에 있는 것으로 판단한다(S401).
매크로셀의 중앙 지역이나 경계 지역에서는 매크로셀과 펨토셀 간의 간섭이 심해지므로 가능하면 매크로셀과 다른 주파수를 펨토셀에 할당하는 것이 좋다. 보통 이동통신 사업자의 경우 2~3개의 주파수 대역을 운용하므로 다른 주파수를 할당하는 것이 가능하다.
S307 단계에서, 펨토셀이 기준 매크로셀의 중앙 지역이나 경계 지역에 있는 것으로 판단되면, 먼저 기준 매크로셀과 다른 주파수 중 주변 매크로셀들에 의해 사용되지 않는 주파수가 있는지를 확인한다(S403). 사용되지 않는 주파수가 있는 경우, 그 주파수(Ff ≠ Fm)를 펨토셀에 할당한다(S405). 모든 주파수가 사용되고 있는 경우, 수신된 파일럿 신호 중 신호 세기가 가장 작은 신호를 전송한 매크로셀에서 사용되는 주파수, 즉, Pm(k) = min{Pm}인 k 값에 대응되는 매크로셀의 주파수(Ff = Fm(k))를 펨토셀에 할당한다(S407).
펨토셀이 기준 매크로셀의 중간 지역에 있는 것으로 판단되면, 기준 매크로셀과 같은 주파수, 즉, (Ff = Fm(i), Pm(i) = max{Pm})를 펨토셀에 할당한다(S409).
S309 단계에서, 펨토셀의 전송 전력(Pf)은 펨토셀과 매크로셀의 주파수가 동일한 경우와 다른 경우로 나누어 결정할 수 있다. 주파수가 다른 경우에는 서로 간의 간섭이 발생하지 않으므로 최대 전송 전력(Pf _ max)을 사용한다(S411). 주파수가 같은 경우에는 다음과 같이 기준 매크로셀의 전송 전력에 반비례하고 기준 파일럿 신호의 세기에 비례하도록 펨토셀의 전송 전력(Pf)을 할당한다.
(Pm(i) = max{Pm})
이것은 매크로셀의 중앙 지역에서 경계 지역으로 갈수록 펨토셀의 크기를 줄이는 효과가 있다. 이로써 매크로셀 데드존(도 1 참조)도 함께 줄어들게 된다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 의한 펨토셀 기지국의 제어 장치의 구성도이다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 의한 펨토셀 기지국의 제어 장치(500)는 채널 탐색부(501), 측정/분석부(503), 메모리부(505) 및 펨토셀 제어부(507)를 포함한다.
채널 탐색부(501)는 파일럿 채널 및 방송 채널을 탐색하여 펨토셀 주변에 위치한 하나 이상의 매크로셀 기지국으로부터 파일럿 신호, 사용 주파수 및 파일럿 신호 전송 전력 정보를 수신한다.
이 때, 매크로셀의 경계 지역에서는 다수의 매크로셀이 탐색될 수 있으므로, 탐색된 모든 매크로셀의 정보를 메모리부(505)에 저장해 둘 수 있다. 저장된 정보는 펨토셀의 사용 주파수와 전송 전력을 결정하는 데 사용될 수 있다.
측정/분석부(503)는 수신된 파일럿 신호의 세기를 측정하고, 신호 세기가 최대인 기준 파일럿 신호의 세기에 따라 기준 매크로셀 내에서의 펨토셀의 위치를 판단한다.
펨토셀 제어부(507)는 기준 파일럿 신호의 세기 및 펨토셀의 위치에 따라 펨토셀의 사용 주파수 및 전송 전력을 결정한다.
펨토셀의 위치를 판단하는 방법과 사용 주파수 및 전송 전력을 결정하는 방법은 위의 도 2 내지 도 4를 통해 설명한 바와 동일하다.
본 발명의 기술사상은 상기 바람직한 실시예에 따라 구체적으로 기술되었으나, 상기한 실시예는 그 설명을 위한 것이며 그 제한을 위한 것이 아님을 주의하여야 한다. 또한, 본 발명의 기술분야의 통상의 전문가라면 본 발명의 기술사상의 범위 내에서 다양한 실시예가 가능함을 알 수 있을 것이다.
Claims (10)
- 펨토셀 주변에 위치한 하나 이상의 매크로셀 기지국으로부터 파일럿 신호를 수신하고 신호 세기를 측정하는 단계;
상기 하나 이상의 매크로셀 기지국으로부터 사용 주파수 및 파일럿 신호 전송 전력 정보를 수신하는 단계;
상기 수신된 파일럿 신호 중 신호 세기가 최대인 기준 파일럿 신호의 세기에 따라 기준 매크로셀 내에서의 상기 펨토셀의 위치를 판단하는 단계;
상기 펨토셀의 위치에 따라 상기 펨토셀의 사용 주파수를 결정하는 단계; 및
상기 펨토셀의 사용 주파수 및 상기 기준 파일럿 신호의 세기에 따라 상기 펨토셀의 전송 전력을 결정하는 단계
를 포함하는 펨토셀 기지국의 제어 방법.
- 제 1항에 있어서,
상기 펨토셀의 위치를 판단하는 단계는
상기 기준 파일럿 신호의 세기가 제 1 설정값보다 작거나 제 2 설정값보다 큰 경우 상기 펨토셀이 상기 기준 매크로셀의 중앙 지역 또는 경계 지역에 위치하는 것으로 판단하고, 상기 기준 파일럿 신호의 세기가 상기 제 1 설정값보다 크고 상기 제 2 설정값보다 작은 경우 상기 펨토셀이 상기 기준 매크로셀의 중간 지역에 위치하는 것으로 판단하는
펨토셀 기지국의 제어 방법.
- 제 2항에 있어서,
상기 펨토셀의 사용 주파수를 결정하는 단계는
상기 펨토셀이 상기 기준 매크로셀의 중앙 지역 또는 경계 지역에 위치하는 경우 상기 기준 매크로셀의 사용 주파수와 다른 주파수를 사용하도록 결정하되,
상기 기준 매크로셀의 사용 주파수와 다른 주파수가 다른 매크로셀에서 모두 사용 중인 경우에는 상기 다른 매크로셀 중 파일럿 신호의 세기가 가장 작은 매크로셀에서 사용되는 주파수를 사용하도록 결정하는
펨토셀 기지국의 제어 방법.
- 제 2항에 있어서,
상기 펨토셀의 사용 주파수를 결정하는 단계는
상기 펨토셀이 상기 기준 매크로셀의 중간 지역에 위치하는 경우 상기 기준 매크로셀의 사용 주파수와 같은 주파수를 사용하도록 결정하는
펨토셀 기지국의 제어 방법.
- 제 2항에 있어서,
상기 펨토셀의 전송 전력을 결정하는 단계는
상기 펨토셀과 상기 기준 매크로셀의 사용 주파수가 서로 다른 경우 최대 전송 전력을 사용하도록 결정하는
펨토셀 기지국의 제어 방법.
- 파일럿 채널 및 방송 채널을 탐색하여 펨토셀 주변에 위치한 하나 이상의 매크로셀 기지국으로부터 파일럿 신호, 사용 주파수 및 파일럿 신호 전송 전력 정보를 수신하는 채널 탐색부;
상기 수신된 파일럿 신호의 세기를 측정하고, 신호 세기가 최대인 기준 파일럿 신호의 세기에 따라 기준 매크로셀 내에서의 상기 펨토셀의 위치를 판단하는 측정/분석부; 및
상기 기준 파일럿 신호의 세기 및 상기 펨토셀의 위치에 따라 상기 펨토셀의 사용 주파수 및 전송 전력을 결정하는 펨토셀 제어부
를 포함하는 펨토셀 기지국의 제어 장치.
- 제 7항에 있어서,
상기 측정/분석부는
상기 기준 파일럿 신호의 세기가 제 1 설정값보다 작거나 제 2 설정값보다 큰 경우 상기 펨토셀이 상기 기준 매크로셀의 중앙 지역 또는 경계 지역에 위치하는 것으로 판단하고, 상기 기준 파일럿 신호의 세기가 상기 제 1 설정값보다 크고 상기 제 2 설정값보다 작은 경우 상기 펨토셀이 상기 기준 매크로셀의 중간 지역에 위치하는 것으로 판단하는
펨토셀 기지국의 제어 장치.
- 제 8항에 있어서,
상기 펨토셀 제어부는
상기 펨토셀이 상기 기준 매크로셀의 중앙 지역 또는 경계 지역에 위치하는 경우 상기 기준 매크로셀의 사용 주파수와 다른 주파수를 사용하되, 상기 기준 매크로셀의 사용 주파수와 다른 주파수가 다른 매크로셀에서 모두 사용 중인 경우에는 상기 다른 매크로셀 중 파일럿 신호의 세기가 가장 작은 매크로셀에서 사용되는 주파수를 사용하고,
상기 펨토셀이 상기 기준 매크로셀의 중간 지역에 위치하는 경우 상기 기준 매크로셀의 사용 주파수와 같은 주파수를 사용하는
펨토셀 기지국의 제어 장치.
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