KR20150095505A - 무선 통신 시스템에서 소형셀 운영 장치 및 방법 - Google Patents

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Abstract

매크로 기지국은 상기 매크로셀 내의 복수의 사용자 단말로부터 측정 정보를 수신하고, 복수의 소형셀에 대하여 순차적으로, 해당 소형셀에 속한 사용자 단말로부터 수신한 측정 정보를 이용하여 상기 해당 소형셀의 온 또는 오프 상태를 결정하며, 온 상태의 소형셀에 대하여, 해당 온 상태의 소형셀에 속한 사용자 단말로부터 수신한 측정 정보를 이용하여 오프 상태를 결정한다.

Description

무선 통신 시스템에서 소형셀 운영 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR OPERATING SMALL CELL IN WIRELESS COMMUNICATION SYSTEM}
본 발명은 무선 통신 시스템에서 소형셀 운영 장치 및 방법에 관한 것으로, 특히 무선 통신 시스템에서 소형셀로부터 발생하는 에너지 소모를 최소화시킬 수 있는 소형셀 운영 장치 및 방법에 관한 것이다.
가정집이나 작은 사무실 등에서 독립적인 네트워크를 구축하여 운영하는 방식이 새로운 기술로 부각되고 있다. 작은 크기의 소형셀 네트워크는 기지국과 각 이동 단말 사이의 거리가 매우 짧기 때문에 고효율의 성능을 보일 수 있을 뿐 아니라 소형셀을 운영하는데 있어서 기존의 매크로 셀과 비교 했을 때 매우 큰 용이성이 있다. 특히 폭발적으로 증가하는 데이터 트래픽을 효율적으로 처리하기 위해 더 많은 소형 셀들을 밀집하여 배치하고 있다. 하지만 매크로셀과 소형셀이 동일한 주파수를 사용하는 경우에 서로간 간섭이 발생할 수 있다.
소형셀은 온/오프(ON/OFF) 상태 변환을 제공한다. 예를 들어 단말이 셀 내에 내에 존재하지 않는 소형 셀의 경우, 셀을 오프시킬 수 있다. 이러한 소형셀의 온오프 상태 도입으로 셀 운영에 소모되는 에너지를 절약하고 불필요한 간섭을 없앨 수 있는 소형셀의 효율적인 운영 방안이 필요하다.
본 발명이 해결하려는 과제는 매크로셀과 소형셀이 중첩되어 있는 무선 통신 시스템에서 소형셀로부터 발생하는 에너지 소모를 최소화시킬 수 있는 소형셀 운영 장치 및 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 한 실시 예에 따르면, 매크로 기지국에서 매크로셀 내의 복수의 소형셀을 운영하는 방법이 제공된다. 소형셀 운영 방법은 상기 매크로셀 내의 복수의 사용자 단말로부터 측정 정보를 수신하는 단계, 상기 복수의 소형셀에 대하여 순차적으로, 해당 소형셀에 속한 사용자 단말로부터 수신한 측정 정보를 이용하여 상기 해당 소형셀의 온 또는 오프 상태를 결정하는 단계, 그리고 온 상태의 소형셀에 대하여, 해당 온 상태의 소형셀에 속한 사용자 단말로부터 수신한 측정 정보를 이용하여 오프 상태를 결정하는 단계를 포함한다.
본 발명의 실시 예에 의하면, 매크로셀과 소형셀이 중첩되어 있는 무선 통신 시스템에서 특정 조건을 만족하는 경우에만 소형셀을 온 상태로 설정함으로써 사용자의 서비스 요구 수준을 만족시킬 수 있고, 소형셀에 의해 소모되는 에너지를 최소화시킬 수 있어 에너지 절감 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 무선 통신 시스템의 일 예를 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 소형셀이 운영되는 일 예를 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 소형셀 운영 방법을 나타낸 흐름도이다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 소형셀 운영 장치를 나타낸 도면이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시 예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시 예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
명세서 및 청구범위 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성 요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
이제 본 발명의 실시 예에 따른 무선 통신 시스템에서 소형셀 운영 장치 및 방법에 대하여 도면을 참고로 하여 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 무선 통신 시스템의 일 예를 나타낸 도면이고, 도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 소형셀이 운영되는 일 예를 나타낸 도면이다.
도 1을 참고하면, 이기종 네트워크는 하나의 매크로셀(10) 내에 복수의 소형셀(21~24)을 포함한다.
매크로셀(10)은 넓은 셀 커버리지 예를 들면, 1km 내외의 커버리지를 가지고, 소형셀(21~24)은 매크로셀(10)의 커버리지보다 작은 커버리지를 가진다. 예를 들어, 소형셀(21~24)은 커버리지가 10~20m 정도인 셀로, 피코셀, 펨토셀이나 와이파이 AP(Access Point) 등이 있을 수 있다. 소형셀(21~24)은 매크로셀(10)로부터 사용자 단말(300)이 제공받는 서비스의 품질이 좋지 않은 경우 해당 지역의 사용자 단말(300)에게 높은 수준의 서비스를 제공하기 위하여 운영된다.
매크로셀(10)은 매크로셀(10)을 관리하는 매크로 기지국(100)을 포함한다.
소형셀(21~24)은 각각 소형셀(21~24)을 관리하는 소형 기지국(210~240)을 포함한다.
매크로 기지국(100)과 소형 기지국(210~240)은 동일한 주파수 대역을 사용한다.
매크로 기지국(100)은 소형셀(21~24)을 관리한다. 예를 들어, 도 2에 도시한 바와 같이, 매크로셀(10)의 외곽 지역(A1)은 인접 매크로셀(11)의 인접 매크로 기지국(110)으로부터 간섭을 받을 수 있다. 외곽 지역(A1)이 야구장과 같이 특정 시간에만 사용자 단말의 수가 증가하는 지역인 경우에, 매크로셀(10)의 매크로 기지국(100)은 인접 매크로셀(110)로부터의 간섭으로 인해 외곽 지역(A1)의 사용자 단말에게 적정한 수준의 서비스를 제공해주기 어렵다. 이러한 외곽 지역(A1)에 설치되어 있는 소형셀(23)의 소형 기지국(230)을 온(ON) 상태로 설정함으로써, 외곽 지역(A1)의 사용자 단말에게 적정한 수준의 서비스를 제공할 수 있다. 그러나 특정 시간에만 사용자 단말의 수가 많기 때문에 소형 기지국(230)이 계속해서 온 상태로 설정되어 있다면 에너지 낭비라는 문제를 발생 시키기도 하며 매크로셀(10)에 간섭을 주기도 한다.
따라서 매크로 기지국(100)은 셀 운영에 소모되는 에너지를 절약하고 불필요한 간섭을 줄이기 위해 소형 기지국(210~240)의 온오프 상태를 제어한다. 여기서, 온오프란 물리적인 전원의 온오프를 의미하는 것이 아니라 데이터 통신을 위한 채널이 제공되지 않는 상태를 의미한다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 소형셀 운영 방법을 나타낸 흐름도이다.
도 3을 참고하면, 매크로 기지국(100)은 매크로셀 내의 각 사용자 단말로부터 셀 정보를 수신한다(S310). 매크로셀(10) 내의 각 사용자 단말은 셀 정보를 매크로 기지국(100)으로 전달한다. 셀 정보는 사용자 단말에게 보다 좋은 서비스를 제공할 수 있는 셀의 정보를 포함한다. 사용자 단말에게 보다 좋은 서비스를 제공할 수 있는 셀은 사용자 단말이 위치한 셀일 수도 있고, 수신신호세기가 가장 큰 셀일 수 있다.
매크로 기지국(100)은 매크로셀 내의 각 사용자 단말로부터 수신한 셀 정보로부터 매크로셀 내의 소형셀들을 사용자 단말이 가장 많은 소형셀 순서로 정렬한다(S320).
매크로 기지국(100)은 사용자 단말이 가장 많은 소형셀 순서로 해당 소형셀의 온/오프 상태를 결정한다(S330).
그러면, 소형셀의 온/오프 상태를 결정하는 방법에 대해서 설명한다.
매크로셀 내의 모든 소형셀이 오프되어 있는 경우, 사용자 단말 i의 순방향 (Downlink) 신호대 간섭비(Signal to Interference Ration, SIR)는 수학식 1과 같이 나타낼 수 있다.
Figure pat00001
수학식 1에서, N은 매크로셀의 수이고, W는 열잡음을 나타낸다. Pni는 매크로셀 기지국 n과 사용자 단말 i 사이의 전송 전력이고, gni는 매크로셀 기지국 n과 사용자 단말 i 사이의 경로 이득(path gain)을 나타낸다. Pnigni는 매크로셀 기지국 n으로부터의 수신신호세기를 나타낸다.
각 사용자 단말은 서비스 특징에 따라 요구하는 최소한의 서비스 요구 수준이 있다. 사용자 단말 i의 서비스 요구 수준을
Figure pat00002
라 할 때 매크로 기지국(100)은 수학식 2의 조건을 만족시킬 수 있어야 사용자 단말 i의 서비스 요구 수준을 만족시킬 수 있다.
Figure pat00003
매크로셀 n에 총 M명의 사용자 단말이 있다고 가정하고 수학식 2를 전개하면, 수학식 3과 같이 나타낼 수 있다.
Figure pat00004
각 사용자 단말은 수학식 3을 만족하는 경우 서비스를 제공받을 수 있다. 다시 말해 사용자 단말 i이 요구하는 서비스 요구 수준인
Figure pat00005
를 넘지 못하는 경우 사용자 단말 i는 서비스를 제공 받을 수 없다.
매크로 기지국(100)은 매크로셀 n 내의 M명의 사용자 단말이 수학식 3을 만족하는지 판단한다.
수학식 3을 보면, 사용자 단말 i의 서비스 요구 수준을 만족하지 못하는 경우는 사용자 단말 i가 속한 매크로셀 n로부터의 수신신호세기(Pnigni)가 작은 경우, 열잡음(W)이 큰 경우, 인접 매크로셀로부터의 간섭(
Figure pat00006
)이 큰 경우를 들 수 있다.
매크로 기지국(100)은 서비스 요구 수준을 만족하지 못하는 사용자 단말에게 적절한 수준의 서비스를 제공하기 위하여 소형셀을 운영할 수 있다. 예를 들어, 총 s개의 소형셀을 온 상태로 설정하면, 매크로셀 관점에서 간섭이 발생하는 것으로 해석 될 수 있다. 따라서 매크로셀 내의 사용자 단말 j의 SIR은 수학식 4와 같이 나타낼 수 있다.
Figure pat00007
수학식 4에서,
Figure pat00008
는 사용자 단말 j에 미치는 소형셀로부터의 간섭을 나타낸다.
수학식 4는 수학식 5와 같이 변형할 수 있다.
Figure pat00009
여기서, 각 소형셀의 전송전력은 0 또는 최대값을 갖는다. 소형셀의 전송전력이 최대값을 가질 때 해당 셀에서 서비스를 제공 받는 사용자 단말들에게 사용자 단말의 서비스 수준을 보장해 줄 수 있는 것으로 가정한다.
매크로 기지국(100)은 사용자 단말이 가장 많은 소형셀 순서로 수학식 5를 만족하는지 판단함으로써, 해당 소형셀의 온/오프 상태를 결정할 수 있다. 이때 수학식 5를 만족하는지 판단하기 위해 필요한 정보들은 해당 사용자 단말로부터 보고 받는다. 예를 들면, 사용자 단말 j는 매크로셀 n로부터의 수신신호세기(Pnjgnj), 간섭에 해당하는 인접 매크로셀로부터의 수신신호세기(
Figure pat00010
) 및 소형셀로부터의 수신신호세기(
Figure pat00011
)를 계산하고, 계산한 값(Pnjgnj,
Figure pat00012
,
Figure pat00013
)을 매크로 기지국(100)으로 보고한다.
매크로 기지국(100)은 각 사용자 단말로부터 보고받은 정보들을 이용하여 매크로셀(10) 내의 소형 셀의 온오프 상태를 결정한다. 매크로 기지국(100)은 주기적 또는 특정 이벤트가 발생한 시점(예를 들면, 새로운 사용자 단말의 추가 등)에서 매크로셀(10) 내의 소형 셀의 온오프 상태를 결정할 수 있다.
예를 들어 1번 소형셀에 사용자 단말이 10명, 2번 소형셀에 5명, 3번 소형셀에 3명이 있고, 1번 소형셀, 2번 소형셀 및 3번 소형셀이 모두 오프 상태인 것으로 가정한다. 매크로 기지국(100)은 1번 소형셀의 소형 기지국의 전송 전력을 최대값으로 설정하고, 1번 소형셀에 속한 10명의 사용자 단말에 대해 모두 수학식 5를 만족하는지 판단한다.
매크로 기지국(100)은 1번 소형 셀에 속한 모든 사용자 단말에 대해 수학식 5를 만족하면, 1번 소형셀을 온 상태로 결정하고, 그렇지 않으면 1번 소형셀을 오프 상태로 결정한다. 그 다음, 매크로 기지국(100)은 2번 소형셀의 소형 기지국의 전송 전력을 최대값으로 설정하고 1번 소형셀에 속한 모든 사용자 단말에 대해 수학식 5를 만족하는지 판단하고, 2번 소형 셀에 속한 모든 사용자 단말에 대해 수학식 5를 만족하면, 2번 소형셀을 온 상태로 결정하고, 그렇지 않으면 2번 소형셀을 오프 상태로 결정한다. 매크로 기지국(100)은 이와 같은 방법으로 매크로셀(10) 내의 모든 소형셀에 대해 온오프 상태를 결정한다.
이와 같이 하여, 매크로 셀(10) 내에 하나 이상의 소형셀이 온 상태일 때 매크로 기지국(100)은 매크로 셀(10) 내의 모든 사용자 단말에 대해서 수학식 3을 만족하는지 판단하여 온 상태의 소형셀을 오프 상태로 결정할 수 있다(S340). 이때 매크로 기지국(100)은 주기적으로 매크로 셀(10) 내의 모든 사용자 단말에 대해서 수학식 3을 만족하는지 판단할 수도 있고, 특정 이벤트가 발생한 시점에서 판단할 수 있다.
매크로 기지국(100)은 특정 소형셀에서 서비스를 받고 있는 사용자 단말에 대해서 수학식 3을 만족한다면 해당 온 상태의 소형셀을 오프 상태로 결정할 수 있다. 매크로셀 기지국(100)은 이와 같은 방식을 통해 소형셀이 온 상태에 있는 시간을 최소화시킴으로써 에너지 소모를 최소화 시킬 수 있다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 소형셀 운영 장치를 나타낸 도면이다.
도 4를 참고하면, 소형셀 운영 장치(400)는 송수신부(410) 및 제어부(420)를 포함한다. 소형셀 운영 장치(400)는 매크로 기지국(100)에 포함되거나 매크로 기지국(100) 자체일 수 있다.
송수신부(410)는 매크로셀(10) 내의 사용자 단말 및 소형셀과 정보를 송수신한다. 송수신부(410)는 매크로셀(10) 내의 사용자 단말로부터 소형셀의 온오프에 필요한 정보들을 수신하고, 온오프할 소형셀로 온오프 지시를 전송할 수 있다.
제어부(420)는 도 3을 참고로 설명한 동작을 수행한다. 제어부(420)는 사용자 단말이 가장 많은 소형셀 순서로 수학식 5를 만족하는지 판단함으로써, 해당 소형셀의 온/오프 상태를 결정한다. 또한 제어부(420)는 매크로 셀(10) 내에 하나 이상의 소형셀이 온 상태일 때 매크로 셀(10) 내의 모든 사용자 단말에 대해서 수학식 3을 만족하는지 판단하고, 특정 소형셀에서 서비스를 받고 있는 사용자 단말에 대해서 수학식 3을 만족한다면 해당 소형셀을 오프 상태로 결정할 수 있다.
이상에서 설명한 본 발명의 실시 예에 따른 무선 통신 시스템에서 소형셀 운영 장치 및 방법의 적어도 일부 기능은 하드웨어로 구현되거나 하드웨어에 결합된 소프트웨어로 구현될 수 있다. 예를 들면, 중앙 처리 유닛(central processing unit, CPU)이나 기타 칩셋, 마이크로프로세서 등으로 구현되는 프로세서가 제어부(420)의 기능을 수행하고, 송수신기(transceiver)가 송수신부(410)의 기능을 수행할 수 있다.
본 발명의 실시 예는 이상에서 설명한 장치 및/또는 방법을 통해서만 구현되는 것은 아니며, 본 발명의 실시 예의 구성에 대응하는 기능을 실현하는 프로그램 또는 그 프로그램이 기록된 기록 매체를 통해 구현될 수도 있으며, 이러한 구현은 앞서 설명한 실시 예의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야의 전문가라면 쉽게 구현할 수 있는 것이다.
이상에서 본 발명의 실시 예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리 범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리 범위에 속하는 것이다.

Claims (1)

  1. 매크로 기지국에서 매크로셀 내의 복수의 소형셀을 운영하는 방법으로서,
    상기 매크로셀 내의 복수의 사용자 단말로부터 측정 정보를 수신하는 단계,
    상기 복수의 소형셀에 대하여 순차적으로, 해당 소형셀에 속한 사용자 단말로부터 수신한 측정 정보를 이용하여 상기 해당 소형셀의 온 또는 오프 상태를 결정하는 단계, 그리고
    온 상태의 소형셀에 대하여, 해당 온 상태의 소형셀에 속한 사용자 단말로부터 수신한 측정 정보를 이용하여 오프 상태를 결정하는 단계
    를 포함하는 소형셀 운영 방법.
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