KR20130142274A - A method and apparatus for cell selection in heterogeneous wireless communication systems - Google Patents

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KR20130142274A KR1020120065344A KR20120065344A KR20130142274A KR 20130142274 A KR20130142274 A KR 20130142274A KR 1020120065344 A KR1020120065344 A KR 1020120065344A KR 20120065344 A KR20120065344 A KR 20120065344A KR 20130142274 A KR20130142274 A KR 20130142274A
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Abstract

The present invention relates to a method for improving transmission performance by enabling a user, who is located in a femto-cell boundary in a macro-cell base station, to select a base station for receiving a service by recognizing the environment of oneself and considering the operation information of nearby base stations in a heterogeneous-cell operation environment where femto-cells are operated in the operation area of a macro-cell base station. A method for a terminal to select a serving base station according to the present invention includes the following steps: a step of receiving operation information, which contains at least one among the number of multi-antennas, used frequency bands, and load status for at least one small base station, from a macro-cell base station; and a step of transmitting a message, which requests a handover to a base station having maximum average transmission capacity by using the operation information, to the macro-cell base station. According to the present invention, a user located on a heterogeneous-cell boundary can request neighboring cell operation information, which includes the number of antennas, frequency resource utilization information, and cell loads, from a serving macro-cell base station, and the serving macro-cell base station can obtain operation information of a corresponding neighboring cell through a backhaul network and provide the operation information for the user. As a result, the user can estimate the average transmission capacity of the serving macro-cell base station and neighboring cell based on the received operation information, and select a base station capable of providing a service with highest quality, therefore, the performance of the user located on the heterogeneous-cell boundary can be improved. [Reference numerals] (410) Service;(420) Preamble signal;(425) Detect neighboring cell ID;(430) Request neighboring cell operation information;(440) Exchange information (wired backhaul network);(450) Neighboring cell information;(455) Calculate transmission capacity;(460) Select target cell;(470) Request handover;(AA) Femto-cell

Description

이종셀 무선 통신 시스템에서 셀을 선택하는 방법 및 장치 {A METHOD AND APPARATUS FOR CELL SELECTION IN HETEROGENEOUS WIRELESS COMMUNICATION SYSTEMS}Method and apparatus for selecting a cell in a heterogeneous wireless communication system {A METHOD AND APPARATUS FOR CELL SELECTION IN HETEROGENEOUS WIRELESS COMMUNICATION SYSTEMS}

본 발명은 매크로 기지국 운용 지역(operational coverage) 내에 펨토 셀 등의 소형기지국(Low power nodes, LeNB)으로 구성되는 이종 네트워크에서 펨토셀 경계에 위치한 단말(UE)가 서비스 받을 기지국을 선택하는 방법 및 장치에 관한 것이다. The present invention relates to a method and apparatus for selecting a base station to be serviced by a UE located at a femtocell boundary in a heterogeneous network including low power nodes (LeNBs) such as femtocells within a macro base station operating area. It is about.

보다 구체적으로, 본 발명은 셀 경계에 위치한 UE가 적어도 하나 이상의 인접셀 각각에 대한 다중 안테나 개수, 사용하는 주파수 대역, 부하상태에 대한 정보를 포함하는 운용정보를 매크로 기지국으로부터 수신하여, 평균 전송 용량이 최대인 셀로 핸드오버할 수 있는 방법 및 장치에 관한 것이다. More specifically, the present invention, the UE located at the cell boundary receives operation information from the macro base station, including information on the number of multiple antennas, frequency bands used, load status for each of at least one or more adjacent cells, the average transmission capacity The present invention relates to a method and an apparatus capable of handing over to a maximum cell.

매크로 기지국만으로 구성된 네트워크((Macro BS only Network)의 coverage 및 capacity를 증가시키기 위한 low power를 가지는 소형 기지국(low power nodes, LeNB)에 대한 연구가 최근 3GPP LTE-Advanced(LTE-A) 등에서 활발히 진행되고 있다. 예를 들면, Macro cellular network에 RRH(Remote Radio Head), pico, femto, relay 등을 배치(deploy)하여 이종 네크워트 (heterogeneous network, HetNet)를 구성하는 것이다. 이러한 이종셀 무선통신 시스템은 매크로 기지국 신호가 작게 도달하는 실내 음영지역에서 펨토 기지국을 운용하여 사용자의 전송 성능을 향상시킬 수 있다. Research on low power nodes (LNBs) with low power to increase coverage and capacity of a macro BS only network (Macro BS only Network) has been actively conducted in 3GPP LTE-Advanced (LTE-A). For example, a heterogeneous network (HetNet) is formed by deploying a remote radio head (RRH), pico, femto, relay, etc. in a macro cellular network. The femto base station can be operated in an indoor shadow area where the macro base station signal reaches a small amount to improve the transmission performance of the user.

그러나 매크로 기지국과 펨토 기지국이 동일 채널을 사용하여 서비스하는 경우, 펨토 기지국은 인접 매크로 기지국 사용자에게 심한 간섭을 유발할 수 있는 문제가 있다. 또한 매크로 기지국은 넓은 운용지역을 가지는 반면, 펨토 기지국은 상대적으로 작은 운용지역을 가지므로 펨토셀 경계 지역에 존재하는 사용자는 위치 변경에 따라 수신 신호 대 간섭 잡음 비(Signal-to-Interference plus Noise Ratio: 이하 SINR)가 크게 변할 수 있다. However, when the macro base station and the femto base station serves using the same channel, the femto base station has a problem that can cause severe interference to the neighbor macro base station user. In addition, the macro base station has a large operating area, while the femto base station has a relatively small operating area, so users existing in the femtocell boundary area receive a signal-to-interference plus noise ratio according to the change of location. SINR) may vary greatly.

따라서 셀 경계 지역에 위치한 사용자는 성능 향상을 위하여 어떤 기지국으로부터 서비스를 받을 것인지를 결정하는 것이 중요한 문제가 된다. Therefore, it is important to determine which base station the user who is located in the cell boundary area will receive service to improve performance.

종래의 기지국 선택 방식인 수신 신호 세기(received signal strength indicator: 이하 RSSI)를 이용한 셀 선택 기법은 인접 기지국으로부터 수신된 파일럿(pilot) 혹은 프리앰블(preamble) 신호의 RSSI가 가장 큰 기지국으로부터 서비스를 받도록 단말이 기지국을 선택하는 방법이다. In the conventional cell selection scheme, a cell selection technique using a received signal strength indicator (RSSI) is used to receive a service from a base station having the largest RSSI of a pilot or preamble signal received from a neighboring base station. This is a method of selecting a base station.

그러나 상기 기법은 매크로-펨토셀 간 운용 방법 차이를 고려하지 않고 있다는 문제가 있다. 펨토 기지국은 매크로 기지국에 비해 더 적은 주파수 대역을 사용하며, 다수의 펨토셀이 공존하는 경우 이들 사이의 간섭을 제어하기 위하여 부분적 주파수 재사용(fractional frequency reuse: 이하 FFR) 방식으로 채널을 할당 받는 등 매크로 기지국과는 운용방법이 차이가 나기 때문이다. 또한 펨토 기지국은 실장 복잡도를 고려하여 송수신 안테나 개수도 제한되어 있으며 셀 부하(loading) 상황도 다르게 발생할 수 있다. However, there is a problem that the technique does not take into account the difference between operating methods between macro-femtocells. Femto base stations use fewer frequency bands than macro base stations, and when multiple femtocells coexist, channels are allocated in a fractional frequency reuse (FFR) manner to control interference between them. This is because the operation method is different from the. In addition, the femto base station has a limited number of transmit / receive antennas in consideration of mounting complexity, and a cell loading situation may occur differently.

이러한 운용 기법 차이를 고려했을 때, 수신 신호 세기가 동일한 위치에서도 각 기지국이 실제로 제공할 수 있는 전송 용량이 다른 상황이 발생하는 문제가 발생한다. In consideration of such a difference in operating techniques, a situation arises in which a transmission capacity that each base station can actually provide even in a location where the received signal strength is the same.

따라서 HetNet의 효율적인 운영을 위해서, 지능적으로 동작하는 단말이 인접 기지국의 운용 기법을 고려하여 계산한 전송 용량을 최대화 할 수 있는 서빙 기지국을 선택하는 방법을 사용하여 전송 성능을 최대화하는 기술의 필요성이 대두된다. Therefore, for efficient operation of HetNet, there is a need for a technique for maximizing transmission performance by using a method of selecting a serving base station capable of maximizing a transmission capacity calculated by an intelligent terminal in consideration of an operation technique of a neighboring base station. do.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것이다. 특히 본 발명은 셀 경계에 위치한 UE가 적어도 하나 이상의 인접셀 각각에 대한 다중 안테나 개수, 사용하는 주파수 대역, 부하상태에 대한 정보를 포함하는 운용정보를 매크로 기지국으로부터 수신하여, 평균 전송 용량이 최대인 셀을 선택하여 전송 성능을 최대화하는 것을 목적으로 한다. The present invention is to solve the above problems. In particular, the present invention, the UE located at the cell boundary receives the operating information from the macro base station including information on the number of multiple antennas, frequency bands used, and load status for each of at least one neighboring cell from the macro base station, the average transmission capacity is the maximum The purpose is to maximize the transmission performance by selecting a cell.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 단말이 서빙 기지국을 선택하는 방법은, 적어도 하나 이상의 소형 기지국에 대한 다중 안테나 개수, 주파수 사용 대역 또는 부하 상태 중 적어도 하나 이상을 포함하는 운용 정보를 매크로 기지국으로부터 수신하는 단계; 및 상기 운용 정보를 이용하여 평균 전송 용량이 최대인 기지국으로 핸드오버를 요청하는 메시지를 상기 매크로 기지국에게 발신하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다. The method for selecting a serving base station by the terminal of the present invention for solving the above problems, the macro base station to the operating information including at least one of the number of multiple antennas, frequency use bands or load conditions for at least one small base station Receiving from; And sending a message to the macro base station to request a handover to the base station having the maximum average transmission capacity by using the operation information.

그리고 본 발명의 기지국이 단말의 서빙 기지국을 선택하는 방법은 적어도 하나 이상의 소형 기지국에 대한 다중 안테나 개수, 주파수 사용 대역 또는 부하 상태 중 적어도 하나 이상을 포함하는 운용 정보를 단말에게 발신하는 단계; 및 상기 운용 정보를 이용하여 평균 전송 용량이 최대인 기지국으로 핸드오버를 요청하는 메시지를 상기 단말로부터 수신하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다. The method for selecting a serving base station of the terminal by the base station of the present invention comprises the steps of: transmitting operation information including at least one or more of the number of multiple antennas, frequency use bands or load conditions for the at least one small base station; And receiving, from the terminal, a message for requesting handover to a base station having a maximum average transmission capacity using the operation information.

나아가 본 발명의 서빙 기지국을 선택하는 단말은 기지국과 신호를 송수신하는 송수신부; 및 적어도 하나 이상의 소형 기지국에 대한 다중 안테나 개수, 주파수 사용 대역 또는 부하 상태 중 적어도 하나 이상을 포함하는 운용 정보를 매크로 기지국으로부터 수신하고, 상기 운용 정보를 이용하여 평균 전송 용량이 최대인 기지국으로 핸드오버를 요청하는 메시지를 상기 매크로 기지국에게 발신하도록 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다. Furthermore, the terminal for selecting a serving base station of the present invention includes a transceiver for transmitting and receiving a signal with the base station; And receiving operation information from the macro base station including at least one of a number of multiple antennas, a frequency using band, or a load state of the at least one small base station, and handing over to the base station having the maximum average transmission capacity using the operation information. And a controller for controlling to transmit a message requesting the message to the macro base station.

그리고 본 발명의 단말의 서빙 기지국을 선택하는 매크로 기지국은 단말과 신호를 송수신하는 송수신부; 및 적어도 하나 이상의 소형 기지국에 대한 다중 안테나 개수, 주파수 사용 대역 또는 부하 상태 중 적어도 하나 이상을 포함하는 운용 정보를 단말에게 발신하며, 상기 운용 정보를 이용하여 평균 전송 용량이 최대인 기지국으로 핸드오버를 요청하는 메시지를 상기 단말로부터 수신하도록 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
And a macro base station for selecting a serving base station of the terminal of the present invention includes a transceiver for transmitting and receiving a signal with the terminal; And transmitting operation information including at least one of the number of multiple antennas, a frequency using band, or a load state of the at least one small base station to the terminal, and handover to the base station having the maximum average transmission capacity using the operation information. And a control unit controlling to receive a request message from the terminal.

본 발명에 따르면, 이종셀 경계에 위치한 사용자가 서빙 매크로 기지국에게 안테나 개수, 주파수 자원 활용 정보, 셀 로드를 비롯한 인접 셀 운용 정보를 요청하고, 서빙 매크로 기지국은 백홀망을 통해 해당 인접 셀의 운용 정보를 얻어 상기 사용자에게 제공할 수 있다. 이에 의해 기 사용자는 수신한 운용 정보를 기반으로 상기 서빙 매크로 기지국과 인접 셀의 평균 전송 용량을 추정하여 가장 양질의 서비스를 제공해줄 수 있는 기지국을 선택함으로써 이종셀 경계에 있는 사용자의 성능을 향상시킬 수 있다.
According to the present invention, a user located at a heterogeneous cell boundary requests neighboring cell operation information, including antenna number, frequency resource utilization information, and cell load, from a serving macro base station, and the serving macro base station operates information of the neighboring cell through a backhaul network. Can be obtained and provided to the user. Accordingly, the user can improve the performance of the user at the heterogeneous cell boundary by estimating the average transmission capacity of the serving macro base station and the neighbor cell based on the received operation information and selecting the base station that can provide the best quality service. Can be.

도 1는 이종셀 무선통신 네크워크 모델의 예시를 도시하는 도면.
도 2는 펨토셀이 다중 펨토셀 그룹 내에 있는 인접 펨토셀과의 간섭을 회피하기 위하여 전체 가용 대역 중 일부 대역을 사용하는 FFR(fractional frequency reuse) 기법을 사용하는 예시를 도시하는 도면.
도 3은 인접셀의 부하에 따라서 사용자가 받는 간섭 영향을 설명하기 위한 도면.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 UE가 서빙 기지국을 선택하는 과정을 도시하는 순서도. 1 is a diagram illustrating an example of a heterogeneous wireless communication network model.
FIG. 2 illustrates an example of using a fractional frequency reuse (FFR) technique in which a femtocell uses some of the available bands to avoid interference with adjacent femtocells in a multi-femtocell group.
3 is a view for explaining the influence of interference received by a user according to the load of an adjacent cell.
4 is a flowchart illustrating a process of selecting a serving base station by a UE according to an embodiment of the present invention.

본 발명은 이하에 기재되는 실시예들의 설명 내용에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 요지를 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변형이 가해질 수 있음은 자명하다. 그리고 실시예를 설명함에 있어서 본 발명이 속하는 기술 분야에 널리 알려져 있고 본 발명의 기술적 요지와 직접적으로 관련이 없는 기술 내용에 대해서는 설명을 생략한다. It is to be understood that the present invention is not limited to the description of the embodiments described below, and that various modifications may be made without departing from the technical scope of the present invention. In the following description, well-known functions or constructions are not described in detail since they would obscure the invention in unnecessary detail.

한편, 첨부된 도면에서 동일한 구성요소는 동일한 부호로 표현된다. 그리고 첨부 도면에 있어서 일부 구성요소는 과장되거나 생략되거나 개략적으로 도시될 수도 있다. 이는 본 발명의 요지와 관련이 없는 불필요한 설명을 생략함으로써 본 발명의 요지를 명확히 설명하기 위함이다. 이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예들을 상세히 설명한다.
In the drawings, the same components are denoted by the same reference numerals. And in the accompanying drawings, some of the elements may be exaggerated, omitted or schematically illustrated. It is intended to clearly illustrate the gist of the present invention by omitting unnecessary explanations not related to the gist of the present invention. Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명에서 고려하는 이종셀 무선 통신 시스템 모델이다. 도 1을 참조하면, 이종셀 무선 통신 시스템은 매크로 기지국(101) 및 복수의 매크로 기지국 사용자(103)와 펨토 기지국(105)과 펨토 기지국 사용자(107)를 포함하며, 이종셀 경계에 위치하여 상기 매크로 기지국(101) 및 펨토 기지국(105)으로부터 간섭 영향을 받는 사용자(109)를 포함한다. 1 is a heterogeneous cell wireless communication system model considered in the present invention. Referring to FIG. 1, a heterogeneous cell wireless communication system includes a macro base station 101, a plurality of macro base station users 103, a femto base station 105, and a femto base station user 107. A user 109 subjected to interference from the macro base station 101 and the femto base station 105.

전 채널 대역 Bm(111)은 L개의 부채널(113)로 이루어져 있으며 펨토셀은 이 중에 일부인 Lf 개의 부채널(117)로 구성되는 채널 대역 Bf (115)을 사용한다. 상기 매크로 기지국(101)과 펨토 기지국(103)은 각각 자신의 사용자의 순시적 채널 정보를 이용하여 채널 상황이 좋은 부채널(113, 117)을 사용자에게 할당해준다. 상기 매크로 기지국(101)과 펨토 기지국(105)은 각각 Nm , Nf개의 안테나를 이용한 송신 빔포밍 기법을 사용하여 전송 성능을 향상시킨다. The full channel band B m (111) consists of L subchannels 113, with the femtocell being part of L f. Band B f consisting of two subchannels 117 (115) is used. The macro base station 101 and the femto base station 103 respectively assign subchannels 113 and 117 having good channel conditions to the user by using the instantaneous channel information of the user. The macro base station 101 and the femto base station 105 improve transmission performance by using a transmission beamforming technique using N m and N f antennas, respectively.

상기 시스템 내 펨토셀은 근처에 설치된 다수의 펨토셀들과 상호 간의 간섭 영향을 주며 운용될 수 있다. 이 경우 사용자 k의 수신 신호는 하기 <수학식 1>과 같이 표현할 수 있다.The femtocell in the system may be operated while affecting interference with a plurality of femtocells installed nearby. In this case, the received signal of the user k may be expressed as Equation 1 below.

Figure pat00001
Figure pat00001

여기서 αk (l) 와 βk,f (l) 는 각각 매크로 기지국과 펨토 기지국 f로부터 사용자 k사이의 채널 경로 감쇠(path loss) 값을 의미한다. 그리고 hk (l) 와 gk ,f (l) 는 각각 (1xNm)과 (1x Nf) 벡터인 매크로 기지국과 펨토 기지국 f 로부터 사용자 k까지의 채널 벡터를 의미한다Where α k (l) and β k, f (l) Denotes a channel path loss value between the macro base station and the femto base station f from the user k. And h k (l) and g k , f (l) Is the macro base station and femto base station f, which are (1xN m ) and (1xN f ) vectors, respectively. Means the channel vector from user k to user k

또한 w(l) 과 uf (l) 는 각각 (Nm x 1)과 (Nf x 1) 벡터인 매크로 기지국과 펨토 기지국 의 빔 가중치를, xM (l) 과 xf (l)은 각각 매크로 기지국과 펨토 기지국 f가 l번째 부채널을 사용하여 송신하는 신호를 의미한다. 그리고 nk는 σk 2의 분산값을 가지는 복소 가우시안 잡음(complex Gaussian noise)을 나타내며, εM (l) 와 εf (l) 은 {0,1} 값을 갖는 각각 l번째 부채널에 대한 매크로 기지국과 펨토 기지국 f의 활용 함수(utility function)를 의미한다.
Also w (l) and u f (l) Are beam weights of the macro base station and the femto base station, which are the (N m x 1) and (N f x 1) vectors, respectively, and x M (l) and x f (l) are the l th sub-groups of the macro base station and the femto base station f respectively. Means a signal transmitted using a channel. And n k represents complex Gaussian noise with a variance of σ k 2 , ε M (l) and ε f (l) Denotes a utility function of the macro base station and the femto base station f for each l-th subchannel having a value of {0,1}.

상기 사용자 k가 매크로 기지국으로부터 l번째 부채널을 통해 서비스를 받을 때의 평균 전송 용량은 하기 <수학식 2>와 같이 표현할 수 있다. The user k from the macro base station The average transmission capacity when the service is received through the l-th subchannel may be expressed as Equation 2 below.

Figure pat00002
Figure pat00002

여기서,

Figure pat00003
은 각각 매크로 셀과 펨토셀 □f의 사용자 k가 얻을 수 있는 평균 신호 대 잡음비(signal-to-noise ratio: 이하 SNR)을, E{?}는 평균값 계산 함수를 의미한다. here,
Figure pat00003
Denotes an average signal-to-noise ratio (SNR) that can be obtained by the user k of the macro cell and the femtocell □ f, respectively, and E {?} Denotes an average value calculation function.

순시적 채널 정보를 이용해서 빔 가중치를 생성하기 위하여 기지국 사용자가 채널 방향 정보(Channel Direction Information)

Figure pat00004
를 B비트 크기의 코드북을 사용하여 양자화 하여 기지국에 보고 하는 경우, 실제 채널 정보 hk ~(l) 와 양자화된 채널 정보 qk (l)와의 관계는 하기 <수학식 3>과 같이 표시할 수 있다.Channel direction information by a base station user to generate beam weights using instantaneous channel information
Figure pat00004
In the case of quantizing and using the B-bit codebook to report to the base station, the relationship between the actual channel information h k ~ (l) and the quantized channel information q k (l) can be expressed as shown in Equation 3 below. have.

Figure pat00005
Figure pat00005

여기서 vk (l) 는 qk (l) 의 null space에 존재하는 임의의 unit norm 벡터다.Where v k (l) is any unit norm vector in the null space of q k (l) .

상기 매크로 기지국 사용자 k에 인접한 펨토 기지국들은 사용자 k와의 채널을 고려하지 않은 채로 빔 가중치를 형성하나, 사용자 k를 서빙하고 있는 매크로 기지국은 사용자 k로부터 보고 받은 채널 방향 정보를 이용하여 정합 빔포밍의 빔 가중치를 생성한다. (즉 w=qH). 이 경우 상기 사용자 k의 평균 전송 용량은 하기 <수학식 4>와 같이 표현할 수 있다.The macro base station user Femto base stations adjacent to k are users Although the beam weight is formed without considering the channel with k, the macro base station serving the user k generates the beam weight of the matched beamforming using the channel direction information reported from the user k. (Ie w = q H ). In this case, the average transmission capacity of the user k may be expressed as Equation 4 below.

Figure pat00006
Figure pat00006

여기서 β(·,·)는 베타함수를 나타낸다.
Where β (·, ·) represents a beta function.

만약, 상기 사용자 k가 펨토셀 □f로부터 l번째 부채널을 통해 서비스를 받는다면, 상기 사용자 k의 평균 전송 용량은 하기 <수학식 5>와 같이 근사적으로 표현할 수 있다.If the user k is serviced through the l-th subchannel from the femtocell □ f, the average transmission capacity of the user k may be approximately expressed as in Equation 5 below.

Figure pat00007
Figure pat00007

상기 매크로 기지국에서의 경우와 같이, 펨토셀 □f 가 사용자 k로부터 보고받은 채널 정보에 따라 정합 빔포밍을 사용하여 신호를 전송하는 경우 사용자 k의 평균 전송 용량은 하기 <수학식 6>과 같이 근사적으로 표현할 수 있다.As in the macro base station, femtocell □ f When the signal is transmitted using matched beamforming according to the channel information reported from the user k, the average transmission capacity of the user k may be approximately expressed as in Equation 6 below.

Figure pat00008
Figure pat00008

도 2는 펨토셀(201)이 다중 펨토셀 그룹(203) 내에 있는 인접 펨토셀(205)과의 간섭을 회피하기 위하여 전체 가용 대역 중 일부 대역을 사용하는 FFR(fractional frequency reuse) 기법 사용 예를 나타낸다. 2 illustrates an example of using a fractional frequency reuse (FFR) technique in which a femtocell 201 uses some bands among all available bands in order to avoid interference with adjacent femtocells 205 within a multi-femtocell group 203.

도 2를 참조하면, 전체 L개의 부채널(207)이 D개의 주파수 분할대역 {B1,B2,…,BD} (209)로 나뉘며 각 주파수 분할대역은 Lf개의 부채널(211)을 포함한다. 도 2에서는 상기 주파수 분할 집합 중 분할대역 Bd를 사용하는 펨토셀 들의 집합을 Sd로 나타낸다. 주파수 분할대역 Bd에 속해있지 않은 부채널들에 대한 상기 Sd에 속한 펨토셀들의 활용 함수는 0이다. 즉, l∈ Sd에 대하여 하기 <수학식 7>이 성립한다.2, the total L subchannels 207 are divided into D frequency division bands {B 1 , B 2 ,... , B D } 209 and each frequency division band includes L f subchannels 211. In FIG. 2, a set of femtocells using split band B d among the frequency division sets is represented by S d . The utilization function of femtocells belonging to S d for subchannels not belonging to frequency division band B d is zero. That is, Equation 7 below holds for l ∈ S d .

Figure pat00009
Figure pat00009

펨토셀 경계 지역에 위치한 매크로 기지국 사용자 k는 평균 간섭 영향이 가장 적은 주파수 분할대역(일례로

Figure pat00010
)에 속한 부채널을 통해 서비스 받는다. 상기
Figure pat00011
에 대하여 하기 <수학식 8>이 성립한다.The macro base station user k located at the femtocell boundary region has a frequency division band having the least average interference effect (eg,
Figure pat00010
Receive service through subchannel belonging to). remind
Figure pat00011
With respect to Equation 8 is established.

Figure pat00012
Figure pat00012

여기서 l과

Figure pat00013
은 각각 주파수 분할대역 Bd과
Figure pat00014
에 속한 부채널이다.
Where l and
Figure pat00013
Respectively Frequency division bands B d and
Figure pat00014
Subchannels belonging to

따라서, 상기 매크로 기지국 사용자 k의 평균 전송 용량은 하기 <수학식 9>와 같이 나타낼 수 있다. Therefore, the average transmission capacity of the macro base station user k can be expressed as Equation 9 below.

Figure pat00015
Figure pat00015

상기 사용자 k가 펨토셀 □f(∈S□d)로부터 서비스를 받는 경우, 서빙 펨토셀이 사용하는 주파수 분할대역 B□d와 같은 대역을 사용하는 인접 펨토셀로부터 간섭 영향을 받을 수 있다.
When the user k receives a service from a femtocell □ f (∈S □ d ), the user k may be affected by interference from an adjacent femtocell using the same band as the frequency division band B □ d used by the serving femtocell.

이 경우 부채널

Figure pat00016
를 통해 서비스 받는 사용자 k의 평균 전송 용량은 하기 <수학식 10>과 같이 근사적으로 나타낼 수 있다. In this case, the subchannel
Figure pat00016
The average transmission capacity of the user k serviced through can be approximated as shown in Equation 10 below.

Figure pat00017
Figure pat00017

도 3은 인접셀의 부하에 따라서 사용자가 받는 간섭 영향을 도식화한 것이다. 도 3을 참조하면, 부하가 작은 셀(301)의 경우에는 사용하는 부채널 수가 할당받은 부채널 수보다 더 적으므로 서빙 사용자(303)의 순시적 채널 정보를 이용하여 이웃 사용자(305)에게 간섭 영향을 적게 하면서 부채널을 할당할 수 있다. 3 is a diagram illustrating the interference effect received by a user according to the load of an adjacent cell. Referring to FIG. 3, in the case of a cell 301 having a small load, the number of subchannels to be used is smaller than the number of subchannels allocated, thereby interfering with the neighbor user 305 using the instantaneous channel information of the serving user 303. Subchannels can be allocated with less impact.

반면에 부하가 큰 셀(307)은 이웃 사용자(305)를 고려할 여유가 없어 큰 간섭 영향을 주게 된다.On the other hand, the cell 307 with a high load cannot afford to consider the neighboring user 305 and thus has a large interference effect.

상기 매크로 기지국이 순시적 채널 정보를 이용하여 부채널을 사용자에게 할당해주는 경우, 부채널 l에 대한 활용 함수 εM (l) 는 하기 <수학식 11>과 같이 베르누이(Bernoulli) 분포를 따른다.When the macro base station allocates a subchannel to a user using instantaneous channel information, the utilization function ε M (l) for the subchannel l follows a Bernoulli distribution as shown in Equation 11 below.

Figure pat00018
Figure pat00018

여기서 PM은 매크로 기지국의 부하로서 해당 대역을 매크로 기지국이 점유할 확률을, UM은 매크로 기지국 사용자 수를 나타낸다.
Where P M is the load of the macro base station and the probability that the macro base station occupies the corresponding band, and U M represents the number of users of the macro base station.

마찬가지로, 펨토셀 □f(∈S□d) 의 부채널

Figure pat00019
에 대한 활용 함수
Figure pat00020
는 하기 <수학식 12>와 같이 나타낼 수 있다.Similarly, the subchannel of femtocell □ f (∈S □ d )
Figure pat00019
Utilization function for
Figure pat00020
May be represented as in Equation 12.

Figure pat00021
Figure pat00021

여기서 p□f는 펨토 기지국 □f 의 부하로서 해당 대역을 펨토 기지국 □f이 점유할 확률을, Lf은 펨토셀당 가용 부채널 개수를, U□f는 펨토 기지국 사용자 수를 나타낸다. Where p □ f is the femto base station □ f Of the probability of the femto base station □ f occupy the band as the load, f L is the number of available subchannels per femtocell, U □ f represents the number of users a femto base station.

이와 같이 간섭이 들어올 확률이 베르누이 분포를 따른다는 인접셀 간섭 특성을 고려했을 경우에 사용자 k가 매크로 셀로부터 서비스를 받을 때의 평균 전송 용량은 하기 <수학식 13>과 같이 근사화하여 표시할 수 있다.In this case, when considering the neighbor cell interference characteristic that the probability of interference follows the Bernoulli distribution, the average transmission capacity when the user k receives the service from the macro cell may be expressed by the following Equation (13). .

Figure pat00022
Figure pat00022

여기서 펨토셀 □f 은 Sd에 속한 펨토셀 중 하기 <수학식 14>를 만족시키며 사용자 k에게 가장 큰 간섭 영향을 미치는 펨토셀이다.Where femtocells □ f is to satisfy the one femtocell belonging to S d <Equation 14> It is the femtocell that has the greatest interference effect on user k.

Figure pat00023
Figure pat00023

반면에 이종셀 경계에 위치한 펨토셀 사용자는 매크로 기지국으로부터 가장 큰 간섭 영향을 받는다. 따라서 상기 사용자 k가 펨토셀 □f 로부터 서비스 받을 때의 전송 용량을 구하면 하기 <수학식 15>와 같이 근사화하여 표시할 수 있다.On the other hand, femtocell users located at heterogeneous cell boundaries are most affected by the macro base station. Therefore, the user k is femtocell □ When the transmission capacity at the time of service from f is obtained, it can be approximated and expressed as shown in Equation 15 below.

Figure pat00024
Figure pat00024

상기 <수학식 13>과 <수학식 15>에 따라 상기 사용자 k는 서빙셀 및 인접한 셀들의 수신 신호 세기뿐만 아니라 다양한 운용 환경 요소들에 의해 전송 성능이 변할 수 있음을 알 수 있다.
According to Equations (13) and (15), the user k may know that the transmission performance may be changed by various operating environment factors as well as the reception signal strength of the serving cell and the adjacent cells.

이 때 최적의 서비스를 제공해줄 수 있는 기지국 hk는 모든 인접 펨토셀과 전체 부채널에 대하여 하기 <수학식 16>을 만족시킨다.At this time, the base station h k that can provide the optimal service satisfies Equation 16 for all adjacent femtocells and all subchannels.

Figure pat00025
Figure pat00025

따라서 셀 경계에 위치한 사용자가 전송 용량을 최대화 할 수 있는 기지국을 선택하기 위해서는 사용자의 단말은 서빙 기지국으로부터 서빙셀 및 인접 셀들의 안테나 개수, 주파수 자원 활용 정보, 셀 로드를 수신하는 과정이 필요하다. 이러한 정보를 수신한 단말은 환경 요소들을 고려하여 자신에게 최적의 서비스를 제공해줄 수 있는 셀을 선택할 수 있게 된다.
Therefore, in order for a user located at a cell boundary to select a base station capable of maximizing transmission capacity, the user terminal needs to receive a number of antennas, frequency resource utilization information, and cell load of the serving cell and neighbor cells from the serving base station. Receiving such information, the terminal can select a cell that can provide an optimal service to itself in consideration of environmental factors.

도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 사용자가 서빙 기지국을 선택하기 위하여 서빙 매크로 기지국이 인접셀에 대한 정보를 전달받는 절차를 나타낸 순서도이다. 4 is a flowchart illustrating a procedure in which a serving macro base station receives information about a neighbor cell in order for a user to select a serving base station according to an embodiment of the present invention.

단계 410에서 단말(401)은 매크로 기지국(403)의 서비스 커버리지 내에 존재한다. 그리고 인접 기지국(405)는 UE(401)에게 간섭 영향을 미치고 있는 상태이다. In step 410, the terminal 401 is in the service coverage of the macro base station 403. The adjacent base station 405 is in a state of affecting interference with the UE 401.

단계 420에서 사용자, 즉 UE(401)는 간섭 영향을 주는 인접 기지국(405)의 프리앰블 신호를 수신하여, 단계 425에서 인접 기지국(405)의 ID를 검출한다. 이후 UE(401)는 단계 430에서 상기 검출된 인접 기지국(405) ID를 이용하여 서빙 매크로 기지국(403)에게 상기 인접 기지국에 대한 안테나 개수, 주파수 자원 활용 정보, 셀 로드(부하) 정보를 요청한다.In step 420, the user, i.e., the UE 401, receives the preamble signal of the neighboring base station 405 that affects interference, and in step 425 detects the ID of the neighboring base station 405. Thereafter, the UE 401 requests the serving macro base station 403 for the number of antennas, frequency resource utilization information, and cell load (load) information for the neighboring base station by using the detected neighboring base station 405 ID in step 430. .

이후 단계 440에서 서빙 매크로 기지국은 백홀(backhaul)망을 통해 상기 인접 기지국(405)에 대한 정보를 얻는다. 그리고 단계 440에서 상기 운용 정보를 상기 사용자에게 알려준다. Thereafter, in step 440, the serving macro base station obtains information on the neighbor base station 405 through a backhaul network. In operation 440, the operation information is informed to the user.

이후 상기 사용자(401)는 단계 455에서 전달받은 운용 정보를 바탕으로 상기 서빙셀(403)과 인접 셀(405)에서 서비스 받는 경우에 대한 전송 용량을 도출한다. 그리고 단계 460에서 전송 용량이 최대가 되는 기지국을 선택한다. Thereafter, the user 401 derives a transmission capacity for the case where the serving cell 403 and the neighbor cell 405 are serviced based on the operation information received in step 455. In step 460, the base station with the maximum transmission capacity is selected.

도출한 전송 용량을 기반으로 자신에게 가장 좋은 서비스를 제공해줄 수 있는 기지국을 선택한 UE는 단계 470에서 서빙 매크로 기지국에게 기지국 변환을 요구할 수 있다. The UE, which selects a base station that can provide the best service to itself based on the derived transmission capacity, may request the base station transformation from the serving macro base station in step 470.

본 명세서와 도면에 개시된 본 발명의 실시 예들은 본 발명의 기술 내용을 쉽게 설명하고 본 발명의 이해를 돕기 위해 특정 예를 제시한 것뿐이며, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시 예들 이외에도 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형 예들이 실시 가능하다는 것은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것이다Embodiments of the present invention disclosed in the specification and drawings are only specific examples to easily explain the technical contents of the present invention and aid the understanding of the present invention, and are not intended to limit the scope of the present invention. It will be apparent to those skilled in the art that other modifications based on the technical idea of the present invention can be carried out in addition to the embodiments disclosed herein.

101, 403 : 매크로 기지국
103, 109, 305, 401 : UE
105, 201, 205, 405 : 소형 기지국101, 403: macro base station
103, 109, 305, 401: UE
105, 201, 205, 405: small base station

Claims (16)

이종 네크워크(Heterogeneous Network)에서 단말이 서빙 기지국을 선택하는 방법에 있어서,
적어도 하나 이상의 소형 기지국에 대한 다중 안테나 개수, 주파수 사용 대역 또는 부하 상태 중 적어도 하나 이상을 포함하는 운용 정보를 매크로 기지국으로부터 수신하는 단계; 및
상기 운용 정보를 이용하여 평균 전송 용량이 최대인 기지국으로 핸드오버를 요청하는 메시지를 상기 매크로 기지국에게 발신하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 선택 방법.
In a method for the terminal to select a serving base station in a heterogeneous network (Heterogeneous Network),
Receiving, from the macro base station, operation information including at least one of the number of multiple antennas, frequency use bands or load conditions for the at least one small base station; And
And sending a message to the macro base station to request a handover to the base station having the maximum average transmission capacity by using the operation information.
제 1항에 있어서, 상기 운용 정보를 수신하는 단계 이전에,
적어도 하나 이상의 상기 소형 기지국으로부터 프리앰블 신호를 수신하는 단계;
상기 프리앰블 신호로부터 상기 소형 기지국의 ID를 획득하는 단계; 및
상기 소형 기지국의 ID를 포함하는 상기 운용정보를 요청하는 메시지를 상기 매크로 기지국에게 발신하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 선택 방법.
The method of claim 1, wherein before receiving the operation information,
Receiving a preamble signal from at least one of the small base stations;
Obtaining an ID of the small base station from the preamble signal; And
And sending a message requesting the operation information including the ID of the small base station to the macro base station.
제 2항에 있어서, 상기 핸드오버를 요청하는 메시지를 발신하는 단계는,
상기 주파수 사용 대역 중, 다른 기지국으로부터 간섭이 가장 작은 주파수 대역을 결정하는 단계;
상기 주파수 대역에서 상기 소형 기지국의 평균 전송 용량을 계산하는 단계;
상기 평균 전송 용량이 최대인 기지국을 선택하는 단계; 및
상기 평균 전송 용량이 최대인 기지국 및 상기 간섭이 가장 작은 주파수 대역으로 핸드오버를 요청하는 메시지를 발신하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 선택 방법. The method of claim 2, wherein the sending of the message requesting the handover comprises:
Determining a frequency band having the least interference from other base stations among the frequency use bands;
Calculating an average transmission capacity of the small base station in the frequency band;
Selecting a base station having the maximum transmission capacity; And
And transmitting a message requesting a handover to a base station having the largest average transmission capacity and a frequency band having the smallest interference. 제3항에 있어서, 상기 평균 전송 용량을 계산하는 단계는,
Figure pat00026

식을 이용하는 것을 특징으로 하는 선택 방법. The method of claim 3, wherein calculating the average transmission capacity comprises:
Figure pat00026

Selection method characterized by using an equation. 이종 네크워크(Heterogeneous Network)에서 매크로 기지국이 단말의 서빙 기지국을 선택하는 방법에 있어서,
적어도 하나 이상의 소형 기지국에 대한 다중 안테나 개수, 주파수 사용 대역 또는 부하 상태 중 적어도 하나 이상을 포함하는 운용 정보를 단말에게 발신하는 단계; 및
상기 운용 정보를 이용하여 평균 전송 용량이 최대인 기지국으로 핸드오버를 요청하는 메시지를 상기 단말로부터 수신하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 선택 방법.
In the heterogeneous network (Heterogeneous Network), the macro base station selects the serving base station of the terminal,
Transmitting operation information including at least one of the number of multiple antennas, a frequency using band, or a load state to at least one small base station to the terminal; And
And receiving a message for requesting handover from the terminal to the base station having the maximum average transmission capacity using the operation information.
제 5항에 있어서, 상기 운용 정보를 발신하는 단계 이전에,
상기 소형 기지국의 ID를 포함하는 상기 운용정보를 요청하는 메시지를 상기 단말로부터 수신하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 선택 방법.
The method of claim 5, wherein before the step of transmitting the operation information,
And receiving from the terminal a message for requesting the operation information including the ID of the small base station.
제 6항에 있어서, 상기 핸드오버를 요청하는 메시지를 수신하는 단계는,
상기 평균 전송 용량이 최대인 기지국 및 다른 기지국으로부터 간섭이 가장 작은 주파수 대역으로 핸드오버를 요청하는 메시지를 상기 단말로부터 수신하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 선택 방법. The method of claim 6, wherein receiving the message requesting handover comprises:
And receiving a message from the terminal requesting handover in a frequency band having the least interference from the base station having the maximum transmission capacity and another base station. 제7항에 있어서, 상기 평균 전송 용량이 최대인 기지국은,
Figure pat00027

식을 이용하여 상기 단말이 결정하는 것을 특징으로 하는 선택 방법.
The base station of claim 7, wherein the average transmission capacity is maximum,
Figure pat00027

Selecting method, characterized in that determined by the terminal using an equation.
이종 네크워크(Heterogeneous Network)에서 서빙 기지국을 선택하는 단말에 있어서,
기지국과 신호를 송수신하는 송수신부; 및
적어도 하나 이상의 소형 기지국에 대한 다중 안테나 개수, 주파수 사용 대역 또는 부하 상태 중 적어도 하나 이상을 포함하는 운용 정보를 매크로 기지국으로부터 수신하고, 상기 운용 정보를 이용하여 평균 전송 용량이 최대인 기지국으로 핸드오버를 요청하는 메시지를 상기 매크로 기지국에게 발신하도록 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 단말.
In a terminal for selecting a serving base station in a heterogeneous network (Heterogeneous Network),
A transmission / reception unit for transmitting / receiving signals to / from a base station; And
Receive operation information from the macro base station including at least one of the number of multiple antennas, frequency bands or load conditions for at least one small base station from the macro base station, and handover to the base station having the maximum average transmission capacity using the operation information. And a controller for controlling to send a request message to the macro base station.
제 9항에 있어서, 상기 제어부는,
적어도 하나 이상의 상기 소형 기지국으로부터 프리앰블 신호를 수신하고, 상기 프리앰블 신호로부터 상기 소형 기지국의 ID를 획득하며, 상기 소형 기지국의 ID를 포함하는 상기 운용정보를 요청하는 메시지를 상기 매크로 기지국에게 발신하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 단말.
10. The apparatus according to claim 9,
Receiving a preamble signal from at least one small base station, obtaining an ID of the small base station from the preamble signal, and controlling the macro base station to send a message requesting the operation information including the ID of the small base station; Terminal, characterized in that.
제 10항에 있어서, 상기 제어부는,
상기 주파수 사용 대역 중, 다른 기지국으로부터 간섭이 가장 작은 주파수 대역을 결정하고, 상기 주파수 대역에서 상기 소형 기지국의 평균 전송 용량을 계산하여 상기 평균 전송 용량이 최대인 기지국을 선택하고, 상기 평균 전송 용량이 최대인 기지국 및 상기 간섭이 가장 작은 주파수 대역으로 핸드오버를 요청하는 메시지를 발신하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 단말.
11. The apparatus according to claim 10,
Among the frequency use bands, a frequency band having the least interference is determined from other base stations, the average transmission capacity of the small base station is calculated in the frequency band, and the base station having the maximum transmission capacity is selected, and the average transmission capacity is And a base station having a maximum and controlling to transmit a message for requesting handover in a frequency band having the least interference.
제 11항에 있어서, 상기 제어부는,
Figure pat00028

식을 이용하여 상기 평균 전송 용량을 계산하는 것을 특징으로 하는 단말.
12. The apparatus according to claim 11,
Figure pat00028

The terminal characterized in that for calculating the average transmission capacity using a formula.
이종 네크워크(Heterogeneous Network)에서 단말의 서빙 기지국을 선택하는 매크로 기지국에 있어서,
단말과 신호를 송수신하는 송수신부; 및
적어도 하나 이상의 소형 기지국에 대한 다중 안테나 개수, 주파수 사용 대역 또는 부하 상태 중 적어도 하나 이상을 포함하는 운용 정보를 단말에게 발신하며, 상기 운용 정보를 이용하여 평균 전송 용량이 최대인 기지국으로 핸드오버를 요청하는 메시지를 상기 단말로부터 수신하도록 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 매크로 기지국.
In the macro base station for selecting the serving base station of the terminal in a heterogeneous network (Heterogeneous Network),
A transmitting and receiving unit for transmitting and receiving signals to and from the terminal; And
Sending operation information including at least one of the number of multiple antennas, frequency use bands or load conditions for at least one small base station to the terminal, and requests a handover to the base station having the maximum average transmission capacity using the operation information. And a control unit for controlling to receive a message from the terminal.
제 13항에 있어서, 상기 제어부는,
상기 소형 기지국의 ID를 포함하는 상기 운용정보를 요청하는 메시지를 상기 단말로부터 수신하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 매크로 기지국.
The method of claim 13, wherein the control unit,
And controlling to receive from the terminal a message requesting the operation information including the ID of the small base station.
제 14항에 있어서, 상기 제어부는,
상기 평균 전송 용량이 최대인 기지국 및 다른 기지국으로부터 간섭이 가장 작은 주파수 대역으로 핸드오버를 요청하는 메시지를 상기 단말로부터 수신하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 매크로 기지국.
The method of claim 14, wherein the control unit,
And controlling a base station with a maximum transmission capacity to receive a message from the terminal requesting handover to a frequency band having the least interference from another base station.
제 15항에 있어서, 상기 평균 전송 용량이 최대인 기지국은,
Figure pat00029

식을 이용하여 상기 단말이 결정하는 것을 특징으로 하는 매크로 기지국.
The base station of claim 15, wherein the average transmission capacity is maximum.
Figure pat00029

Macro base station, characterized in that determined by the terminal using an equation.
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