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KR101071093B1 - 펨토셀 기지국, 펨토셀 기지국의 제어방법 및 단말 장치 - Google Patents

펨토셀 기지국, 펨토셀 기지국의 제어방법 및 단말 장치 Download PDF

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KR101071093B1
KR101071093B1 KR1020090050309A KR20090050309A KR101071093B1 KR 101071093 B1 KR101071093 B1 KR 101071093B1 KR 1020090050309 A KR1020090050309 A KR 1020090050309A KR 20090050309 A KR20090050309 A KR 20090050309A KR 101071093 B1 KR101071093 B1 KR 101071093B1
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KR
South Korea
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base station
radio signal
terminal device
value
femtocell base
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KR1020090050309A
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홍대식
김영주
박성수
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연세대학교 산학협력단
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Abstract

본 발명은 펨토셀 기지국, 펨토셀 기지국의 제어방법 및 단말 장치에 관한 것이다. 본 발명에 따른 펨토셀 기지국은 매크로셀 기지국으로부터 기 설정된 거리 내에 존재하는 적어도 하나의 제2 단말 장치 중 어느 하나의 제2 단말 장치와 상기 매크로셀 기지국 사이에 형성된 채널을 이용하여 상기 펨토셀 기지국의 관할 영역에 속하는 제1 단말 장치와 무선통신을 수행하는 송수신부를 포함한다. 본 발명에 따르면, 매크로셀 기지국과 펨토셀 기지국 간에 발생하는 교차 계층 간섭(cross-tier interference)의 영향을 줄일 수 있게 된다.
매크로셀, 펨토셀, 교차 계층 간섭, cross-tier interference, 주파수 재사용

Description

펨토셀 기지국, 펨토셀 기지국의 제어방법 및 단말 장치{Femtocell base-station, Method for controlling the femtocell base-station and Terminal device}
본 발명은 펨토셀 기지국 및 단말 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 매크로셀 기지국과 펨토셀 기지국 간에 발생하는 교차 계층 간섭(cross-tier interference)의 영향을 줄일 수 있는 펨토셀 기지국 및 단말 장치에 관한 것이다.
펨토셀(femtocell)은 1,000조 분의 1(10-15)을 뜻하는 "펨토(femto)"와, 이동통신에 있어 하나의 기지국이 담당하는 서비스 구역 단위인 "셀(cell)"을 합친 조어로서, 펨토셀 기지국은 가정이나 사무실 등 실내에서 사용되는 초소형 이동 통신용 기지국을 의미한다.
펨토셀 기술은 본래 이동 전화의 실내 음영지역(shadow area)을 해소하기 위해 개발된 기술로서, 펨토셀 기지국은 매크로셀 기지국의 관할 영역(cell coverage)내에 위치한다. 이와 같이 펨토셀 기지국과 매크로셀 기지국을 모두 포함하여 구성된 네트워크를 "헤테로지니어스 네트워크(heterogeneous network)"라 한다.
도 1은 매크로셀(macrocell) 기지국과 펨토셀 기지국으로 구성된 헤테로지니어스 네트워크의 개념을 설명하기 위한 도면이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 헤테로지니어스 네트워크는 매크로셀 기지국(110)에 의한 제1 계층(tier 1)과 복수의 펨토셀 기지국(120 내지 180)에 의한 제2 계층(tier 2)을 포함하여 구성된다. 따라서, 헤테로지니어스 네트워크를 "2-계층 네트워크(2-계층 network)"라고 칭하기도 한다.
2-계층 네트워크에 있어서, 복수의 펨토셀 기지국(120 내지 180)은 매크로셀 기지국(110)에 의해 사용되는 채널(또는 주파수 대역)을 이용하여 펨토셀 기지국의 관할 영역 내의 제1 단말 장치와 무선통신을 수행한다(이하에서는 설명의 편의를 위해 복수의 펨토셀 기지국(120 내지 180) 중 펨토셀 기지국(120)에서 수행되는 무선통신만을 설명하기로 한다). 즉, 매크로셀 기지국(110)과 펨토셀 기지국(120)은 동일한 채널 자원을 공유하고, 공유하는 채널 자원 중에서 일부의 채널을 랜덤하게 선택하여 사용한다.
따라서, 만약 매크로셀 기지국(110)과 펨토셀 기지국(120)이 동일한 채널을 사용하여 무선통신을 수행하는 경우, 제1 계층과 제2 계층 사이에는 교차 계층 간섭(cross-tier interference)이 발생할 수 있다. 이에 따라, 매크로셀 기지국(110)과 펨토셀 기지국(120)의 기지국 용량(base-station)이 저하되고, 무선신호의 전송 실패 확률(outage probability)이 증가하는 등의 문제점이 발생할 수 있다.
도 2는 헤테로지니어스 네트워크에 있어서, 매크로셀 기지국과 펨토셀 기지국에서의 교차 계층 간섭에 의한 영향을 설명하기 위한 도면이다.
도 2에서는 전송 실패 확률의 관점에서, 매크로셀 기지국과 펨토셀 기지국에서의 교차 계층 간섭에 의한 영향을 그래프로 도시하였다.
도 2a는 매크로셀 기지국으로부터 제2 단말 장치로 전송되는 제2 무선신호의 전송 실패 확률(macrocell outage probability) 및 매크로셀 기지국이 관할하는 셀 영역(cell site) 내에 존재하는 펨토셀 기지국의 평균 개수(average number of femtocell per cell site) 간의 관계를 나타내는 그래프이다.
매크로셀 기지국이 관할하는 셀 영역에 존재하는 펨토셀 기지국 장치의 개수가 많을수록, 제2 무선신호에 대하여 간섭으로 작용하는 제1 무선신호의 수가 많아지게 되므로, 도 2a에 도시된 바와 같이, 제2 무선신호의 전송 실패 확률은 매크로셀 기지국이 관할하는 셀 영역에 존재하는 펨토셀 기지국 장치의 개수에 비례한다.
도 2b는 펨토셀 기지국으로부터 제1 단말 장치로 전송되는 제1 무선신호의 전송 실패 확률(femtocell outage probability) 및 매크로셀 기지국과 펨토셀 기지국간의 평균 거리(normalized distance from the central macrocell BS)간의 관계를 나타내는 그래프이다.
매크로셀 기지국과 펨토셀 기지국간의 거리가 짧을수록 제1 무선신호에 대하여 간섭으로 작용하는 제2 무선신호의 세기(intensity)가 커지므로, 도 2b에 도시된 바와 같이, 제1 무선신호의 전송 실패 확률은 매크로셀 기지국과 펨토셀 기지국간의 평균 거리에 반비례한다.
상기와 같은 교차 계층 간섭으로 인한 문제점을 해결하는 한 방법으로서, 매크로셀 기지국과 펨토셀 기지국 각각에 대해 직교성을 갖는(orthogonal) 주파수를 할당하는 방법이 있다.
그러나, 펨토셀 기지국은 온 디맨드(on-demand) 방식에 따라 사용자의 필요에 의해 선택적으로 설치/관리되므로, 펨토셀 기지국을 위한 고정적인 채널(내지 주파수 대역)을 할당하는 경우, 채널 자원의 낭비가 되는 문제점이 있다.
상기한 바와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위해, 본 발명은 매크로셀 기지국과 펨토셀 기지국으로 구성되는 헤테로지니어스 네트워크에 있어서, 효율적으로 매크로셀 기지국에 할당된 채널 자원을 재사용할 수 있는 펨토셀 기지국 및 펨토셀 기지국의 제어 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기한 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 바람직한 일실시예에 따르면, 펨토셀 기지국에 있어서, 매크로셀 기지국으로부터 기 설정된 거리 내에 존재하는 적어도 하나의 제2 단말 장치 중 어느 하나의 제2 단말 장치와 상기 매크로셀 기지국 사이에 형성된 채널을 이용하여 상기 펨토셀 기지국의 관할 영역에 속하는 제1 단말 장치와 무선통신을 수행하는 송수신부를 포함하는 것을 특징으로 하는 펨토셀 기지국이 제공된다.
또한, 본 발명의 다른 일실시예에 따르면, 펨토셀 기지국에 있어서, 매크로셀 기지국으로부터 제2 무선신호를 수신하는 복수의 제2 단말 장치 중 어느 하나의 제2 단말 장치와 상기 매크로셀 기지국 사이에 형성된 채널을 이용하여 상기 펨토셀 기지국의 관할 영역에 속하는 제1 단말 장치와 무선통신을 수행하는 송수신부를 포함하고, 상기 어느 하나의 제2 단말 장치에서 수신되는 제2 무선신호의 SNR(Signal to Noise Ratio) 값은 기 설정된 SNR 값보다 큰 것을 특징으로 하는 펨토셀 기지국이 제공된다. .
또한, 본 발명의 일실시예에 따르면, 펨토셀 기지국을 제어하는 방법에 있어서, 매크로셀 기지국으로부터 기 설정된 거리 내에 존재하는 복수의 제2 단말 중 어느 하나의 제2 단말 장치와 상기 매크로셀 기지국 사이에 형성된 채널에 대한 정보 및 상기 기 설정된 거리에 대한 정보 중에서 적어도 하나를 상기 매크로셀 기지국으로부터 수신하는 단계; 상기 기 설정된 거리에 대한 정보에 기초하여 상기 펨토셀 기지국이 상기 매크로셀 기지국으로부터 상기 기 설정된 거리 내에 존재하는지를 판단하고, 상기 판단의 결과에 따라 제1 무선신호의 송신전력 값을 결정하는 단계; 및 상기 채널에 대한 정보에 기초하여 상기 어느 하나의 제2 단말 장치와 상기 매크로셀 기지국 사이에 형성된 채널을 통하여 상기 결정된 송신전력 값에 따라 상기 제1 무선신호를 상기 펨토셀 기지국의 관할 영역에 속하는 제1 단말 장치로 송신하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 펨토셀 기지국의 제어 방법이 제공된다.
또한, 본 발명의 다른 일실시예에 따르면, 단말 장치에 있어서, 펨토셀 기지국으로부터 송신된 제1 무선신호 및 매크로셀 기지국으로부터 송신된 제2 무선신호를 포함하는 무선신호를 수신하는 수신부; 및 상기 무선신호로부터 상기 제2 무선신호에 의한 간섭을 제거하여 상기 제1 무선신호를 추출하는 간섭신호 제거부를 포함하고, 상기 제1 무선신호의 송신전력 값은 상기 펨토셀 기지국이 상기 매크로셀 기지국으로부터 기 설정된 거리 내에 존재하는지에 따라 결정되는 것을 특징으로 하는 단말 장치가 제공된다.
본 발명에 따르면, 매크로셀 기지국과 펨토셀 기지국 간에 발생하는 교차 계층 간섭의 영향을 줄일 수 있게 된다.
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.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징 들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면들을 참조하여 상세히 설명하기로 한다. 본 발명을 설명함에 있어 전체적인 이해를 용이하게 하기 위하여 도면 번호에 상관없이 동일한 수단에 대해서는 동일한 참조 번호를 사용하기로 한다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따라, 교차 계층 간섭을 감소시키기 위한 헤테로지니어스 네트워크의 개념을 설명하기 위한 도면이다.
본 발명의 일실시예에 따른 헤테로지니어스 네트워크에서는 교차 계층 간섭에 의한 영향을 감소시키기 위하여, 매크로셀 기지국을 포함하는 제1 계층을 제1 순위 하부구조(primary infrastructure)로 모델링(modeling)함으로써, 계층간의 채널(내지 주파수 대역, 이하 '채널'이라고 한다)의 재사용 문제를 펨토셀 기지국에서의 채널의 사용 문제로 공식화(formulation)한다. 다시 말해, 본 발명은 헤테로지니어스 네트워크에서의 채널의 재사용 문제를 펨토셀 기지국의 채널의 재사용 문 제로 단순화시킨다.
이를 위해, 본 발명의 일실시예에 따른 헤테로지니어스 네트워크 시스템에서는 아래와 같은 2가지 조건이 만족되도록 펨토셀 기지국의 동작을 제한한다. 이하에서는 설명의 편의를 위해 펨토셀 기지국과 무선통신을 수행하는 단말 장치를 제1 단말 장치로, 펨토셀 기지국으로부터 제1 단말 장치로 전송되는 무선신호를 제1 무선신호로, 매크로셀 기지국과 무선통신을 수행하는 단말 장치를 제2 단말 장치로, 매크로셀 기지국으로부터 제2 단말 장치로 전송되는 무선신호를 제2 무선신호로 칭하기로 한다.
1. 펨토셀 네트워크로 인한 매크로셀 네트워크에서의 간섭 영향을 제한
먼저, 본 발명의 일실시예에 따르면, 펨토셀 네트워크로 인해 발생하는 매크로셀 네트워크에서의 간섭 영향을 최소화하도록, 펨토셀 네트워크에서 사용되는 채널의 범위를 제한할 수 있다(여기서, 펨토셀 네트워크는 펨토셀 기지국 및 상기 펨토셀 기지국과 무선통신을 수행하는 제1 단말 장치로 구성된 네트워크를, 매크로셀 네트워크는 매크로셀 기지국 및 상기 매크로셀 기지국과 무선통신을 수행하는 제2 단말 장치로 구성된 네트워크를 각각 의미한다).
이 경우, 펨토셀 기지국은 매크로셀 네트워크 내에 형성된 복수의 채널 중에서 신호 품질(signal quality)이 우수한 어느 하나의 채널을 사용하여 제1 단말 장치와 무선통신을 수행할 수 있다.
즉, 제2 단말 장치의 입장에서 보면 펨토셀 기지국이 낮은 신호 품질을 갖는 채널을 재사용하는 경우보다 높은 신호 품질을 갖는 채널을 재사용하는 경우 펨토셀 네트워크에 의한 간섭 영향을 더 적게 받을 수 있으므로, 제2 단말 장치에서의 간섭 영향을 줄이기 위해, 펨토셀 기지국은 높은 신호 품질을 갖는 채널을 이용하여 제1 단말 장치와 무선 통신을 수행한다.
이에 따라, 일정 신호 품질 이상의 신호 품질을 갖는 채널을 사용하는 제2 단말 장치의 SIR(Signal Interference Ratio)은 낮아질 수 있지만, 보다 낮은 신호 품질을 갖는 채널을 사용하는 제2 단말 장치를 효과적으로 보호할 수 있으므로, 채널의 효율적 재사용이 가능하게 된다.
본 발명의 일실시예에 따르면, 펨토셀 기지국은 매크로셀 기지국 및 상기 매크로셀 기지국과 가까운 거리에 위치하는 제2 단말 장치 간에 형성된 채널을 우선적으로 사용할 수 있다. 이는 일반적으로 무선신호의 세기(intensity)가 전송 거리가 멀어질수록 감쇄한다는 점에 기인한 것이다.
이를 위해, 본 발명에서는 매크로셀 기지국 부근의 가상의 원을 정의하고, 가상의 원 내에 존재하는 제2 단말 장치와 매크로셀 기지국 사이에 형성된 채널을 이용하여 제1 단말 장치와 무선 통신을 수행한다.
즉, 본 발명의 일실시예에 따르면, 펨토셀 기지국은 매크로셀 기지국으로부터 기 설정된 거리 내(
Figure 112009034388256-pat00001
)에 존재하는 적어도 하나의 제2 단말 장치 중에서 어느 하나의 제2 단말 장치와 매크로셀 기지국 사이에 형성된 채널을 이용하여 자신의 관할 영역에 존재하는 제1 단말 장치와 무선 통신을 수행한다.
또한, 본 발명의 다른 일실시예에 따르면, 펨토셀 기지국은 복수의 단말 장치와 매크로셀 기지국 사이에 형성된 복수의 채널 중에서 기 설정된 SNR(Signal to Noise Ratio) 값보다 큰 SNR값을 갖는 어느 하나의 채널을 이용하여 제1 단말 장치와 무선통신을 수행할 수 있다. 이는 매크로셀 기지국으로부터의 거리가 증가할수록 채널의 SNR 값이 작아진다는 점에 기인한 것이다. 따라서, 가상의 원의 반지름은 SNR 값의 역과 대응될 수 있다.
이 때, 펨토셀 기지국은 매크로셀 기지국의 위치, 기 설정된 거리, 및 매크로셀 기지국과 복수의 제2 단말 장치 간에 형성된 채널에 대한 정보를 매크로셀 기지국으로부터 수신하는 것으로 가정한다.
매크로셀 기지국의 관할 영역 내에는 제2 단말 장치가 균일(uniform)하게 분포하는 것으로 모델링 될 수 있으므로, 가상의 원 내에서 사용되는 채널과 매크로셀 전체에서 사용되는 채널의 비율을 하기 수학식 1과 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112009034388256-pat00002
여기서,
Figure 112009034388256-pat00003
은 매크로셀로부터의 기 설정된 거리를,
Figure 112009034388256-pat00004
는 매크로셀 기지국의 관할 영역을 매크로셀 기지국을 중심으로 하는 원으로 가정하였을 때의 반지름을,
Figure 112009034388256-pat00005
은 가상의 원 내에서 사용되는 채널과 매크로셀 전체에서 사용되는 채널의 비율을 각각 의미한다.
매크로셀 내에 속하는(overlaid) 펨토셀 기지국은
Figure 112009034388256-pat00006
을 반지름으로 하는 가상의 원 내에 존재하는 채널을 이용하여 제1 단말 장치와 무선통신을 수행하는데, 매크로셀 내에 속하는 펨토셀 기지국의 수를
Figure 112009034388256-pat00007
, 가상의 원 내에 형성된 채널의 수를
Figure 112009034388256-pat00008
,
Figure 112009034388256-pat00009
개의 채널 중 어느 하나의 채널을 사용하는 펨토셀 기지국의 수를
Figure 112009034388256-pat00010
이라고 하면,
Figure 112009034388256-pat00011
은 하기의 수학식 2와 같이 표현될 수 있다.
Figure 112009034388256-pat00012
본 발명은
Figure 112009034388256-pat00013
을 적절히 조절하여 하나의 채널을 동시에 사용하는 펨토셀의 개수를 적절히 조절하여 헤테로지니어스 시스템의 시스템 용량을 최적화시킨다.
이하에서는 설명의 편의를 위해, 도 3에 도시된 펨토셀 기지국(320 및 330)이 매크로셀 기지국(310)과 제2 단말 장치(311) 사이에 형성된 채널을 재사용하여 제1 단말 장치(321 및 331)와 무선통신을 수행하는 것으로 가정한다.
2. 펨토셀 기지국에서 전송되는 무선신호(즉, 제1 무선신호)의 송신 전력을 조절
앞서 도 2b를 통해 살펴본 바와 같이, 펨토셀 기지국과 매크로셀 기지국 사이의 거리가 가까울수록, 제2 무선신호에 의한 제1 단말 장치에서의 간섭의 영향은 커진다.
즉, 펨토셀 기지국이 기 설정된 거리에 따라 선택된 어느 하나의 채널을 사용하는 경우라 하더라도, 펨토셀 네트워크(즉, 제1 단말 장치)가 매크로셀 기지국으로부터 가까운 거리에 위치할수록 펨토셀 네트워크는 매크로셀 기지국으로부터 갑섭을 크게 받게 되어 펨토셀 네트워크에서의 전송 효율이 나빠질 수 있게 된다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위해, 제1 단말 장치는 간섭 제거(IC: Interference Cancelation)를 이용하여, 수신된 전체 무선신호 중에서 원하는(desired) 제1 무선신호를 추출할 수 있다(수신된 전체 무선신호는 제1 무선신호와 제2 무선신호를 포함한다).
이 경우, 펨토셀 기지국은 앞서 설명한 가상의 원의 반지름(즉, 기 설정된 거리)에 기초하여 제1 무선신호의 송신전력 값을 결정할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따르면, 펨토셀 기지국은 자신이 매크로셀 기지국으로부터 기 설정된 거리 내에 존재하는지에 따라 제1 무선신호의 송신전력 값을 결정할 수 있다.
만약, 펨토셀 기지국이 기 설정된 거리 내에 존재하지 않는다면(즉, 펨토셀 기지국이 Outer ring에 존재하는 경우), 제1 단말 장치는 매크로셀 기지국으로부터 멀리 떨어진 위치에 존재하는 경우이므로, 제1 단말 장치에서 수신되는 제2 무선신호의 세기는 제1 무선신호의 세기에 비해 작게 된다. 따라서, 펨토셀 기지국은 제1 단말 장치에서의 제2 무선신호에 의한 간섭의 영향을 고려하지 않고, 제2 단말 장치에서의 제1 무선신호에 의한 간섭의 영향만을 고려하여 제1 무선신호의 송신전력 값을 결정할 수 있다.
다시 말해, 펨토셀 기지국이 기 설정된 거리 내에 존재하지 않는 경우, 펨토셀 기지국은 제2 단말 장치에서의 제1 무선신호에 의한 간섭 값과 제2 단말 장치에서의 제2 무선신호의 수신전력 값 간의 비율 값에 기초하여 제1 무선신호의 송신전력 값을 결정할 수 있다. 여기서, 제2 단말 장치에서의 제1 무선신호에 의한 간섭 값은 제2 단말장치가 받는 교차 계층 간섭(aggregated cross-tier interference) 값을 의미한다.
즉, 도 3에 도시된 바와 같이, Outer ring에 위치하는 펨토셀 기지국(330)은 제2 단말 장치(311)에서의 제1 무선신호에 의한 간섭 값과 제2 단말 장치(311)에서의 제2 무선신호의 수신전력 값 간의 비율 값에 기초하여 제1 무선신호의 송신전력 값을 결정할 수 있다.
이 경우, 펨토셀 기지국은 상기의 비율 값이 기 설정된 제1 비율 값
Figure 112009034388256-pat00014
보다 작도록 제1 무선신호의 송신전력 값을 결정할 수 있다. 이는 하기의 수학식 3과 같이 표현될 수 있다.
Figure 112009034388256-pat00015
또한, 본 발명의 일실시예에 따르면, 펨토셀 기지국이 매크로셀 기지국으로부터 기 설정된 거리 내에 존재하지 않는 경우, 펨토셀 기지국은 하기의 수학식 4에 따라서 제1 무선신호의 송신전력 값을 결정할 수 있다.
Figure 112009034388256-pat00016
여기서,
Figure 112009034388256-pat00017
는 상기 펨토셀 기지국에서의 제1 무선신호의 송신전력 값,
Figure 112009034388256-pat00018
는 최소값 함수,
Figure 112009034388256-pat00019
는 펨토셀 기지국에서의 제1 무선신호의 최대 송신전력 값,
Figure 112009034388256-pat00020
는 매크로셀 기지국과 제2 단말 장치 간에 형성된 채널의 채널 크기 값,
Figure 112009034388256-pat00021
는 펨토셀 기지국과 제2 단말 장치 간에 형성된 채널의 채널 크기 값,
Figure 112009034388256-pat00022
는 매크로셀 기지국에서의 제2 무선신호의 송신전력 값,
Figure 112009034388256-pat00023
은 제1 비율 값,
Figure 112009034388256-pat00024
은 어느 하나의 채널을 사용하는 펨토셀 기지국의 개수를 각각 의미한다.
또한, 만약, 펨토셀 기지국이 기 설정된 거리 내에 존재한다면(즉 Inner cell 내에 존재한다면), 제1 단말 장치는 매크로셀 기지국으로부터 가까운 위치에 존재하는 경우이므로, 제1 단말 장치에서 수신되는 제2 무선신호의 세기는 앞서 설명한 펨토셀 기지국이 기 설정된 거리 내에 존재하는 경우 보다 상대적으로 크게 된다. 따라서, 펨토셀 기지국은 제1 단말 장치에서의 제2 무선신호에 의한 간섭의 영향 및 제2 단말 장치에서의 제1 무선신호에 의한 간섭을 모두 고려하여 제1 무선신호의 송신전력 값을 결정할 수 있다.
즉, 펨토셀 기지국이 기 설정된 거리 내에 존재하지 않는 경우, 펨토셀 기지국은 제2 단말 장치에서의 제1 무선신호에 의한 간섭 값(aggregated cross-tier interference)과 제2 단말 장치에서의 제2 무선신호의 수신전력 값 간의 비율 값, 및 제1 단말 장치에서의 제1 무선신호의 수신전력 값과 제1 단말 장치에서의 제2 무선신호에 의한 간섭 값(interference from the center macrocell base-station) 간의 비율 값 중에서 어느 하나에 기초하여 제1 무선신호의 송신전력 값을 결정할 수 있다.
즉, 도 3에 도시된 바와 같이, Inner cell에 존재하는 펨토셀 기지국(320)은 제2 단말 장치(311)에서의 제1 무선신호에 의한 간섭 값과 제2 단말 장치(311)에서의 제2 무선신호의 수신전력 값 간의 비율 값에 기초하여 제1 무선신호의 송신전력 값을 결정할 수 있다.
이 경우, 펨토셀 기지국은 상기 제2 단말 장치에서의 제1 무선신호에 의한 간섭 값과 제2 단말 장치에서의 제2 무선신호의 수신전력 값 간의 비율 값이 기 설정된 제1 비율 값보다 작고, 제1 단말 장치에서의 제1 무선신호의 수신전력 값과 제1 단말 장치에서의 제2 무선신호에 의한 간섭 값 간의 비율 값이 기 설정된 제2 비율 값보다 작도록 제1 무선신호의 송신전력 값을 결정할 수 있다. 이는 하기의 수학식 5와 같이 표현될 수 있다.
Figure 112009034388256-pat00025
또한, 본 발명의 일실시예에 따르면, 펨토셀 기지국은 하기의 수학식 6에 따라서 제1 무선신호의 송신전력 값을 결정할 수 있다.
Figure 112009034388256-pat00026
여기서,
Figure 112009034388256-pat00027
는 상기 펨토셀 기지국에서의 제1 무선신호의 송신전력 값,
Figure 112009034388256-pat00028
는 최소값 함수,
Figure 112009034388256-pat00029
는 펨토셀 기지국에서의 제1 무선신호의 최대 송신전력 값,
Figure 112009034388256-pat00030
는 매크로셀 기지국과 제2 단말 장치 간에 형성된 채널의 채널 크기 값,
Figure 112009034388256-pat00031
는 펨토셀 기지국과 제2 단말 장치 간에 형성된 채널의 채널 크기 값,
Figure 112009034388256-pat00032
는 매크로셀 기지국에서의 제2 무선신호의 송신전력 값,
Figure 112009034388256-pat00033
은 제1 비율 값,
Figure 112009034388256-pat00034
은 어느 하나의 채널을 사용하는 펨토셀 기지국의 개수,
Figure 112009034388256-pat00035
는 매크로셀 기지국과 제1 단말 장치 간에 형성된 채널의 채널 크기 값,
Figure 112009034388256-pat00036
는 펨토셀 기지국과 제1 단말 장치 간에 형성된 채널의 채널 크기 값,
Figure 112009034388256-pat00037
는 제2 비율 값을 각각 의미한다.
또한, 상기에서 설명한 바와 같이, 기 설정된 거리는 SNR 값의 역과 대응될 수 있으므로, 본 발명의 일실시예에 따르면, 펨토셀 기지국은 매크로셀 기지국으로 부터 펨토셀 기지국으로 전송되는 제3 무선신호의 SNR 값과 기 설정된 SNR 값을 비교하여 제1 무선신호의 송신전력 값을 결정할 수 있다.
일례로, 제3 무선신호의 SNR 값이 상기 기 설정된 SNR 값보다 작다면, 이는 펨토셀 기지국이 상기 기 설정된 거리 내에 존재하지 않는 경우이므로, 펨포셀 기지국은 제2 단말 장치에서의 제1 무선신호에 의한 간섭 값과 제2 단말 장치에서의 제2 무선신호의 수신전력 값 간의 비율 값이 기 설정된 제1 비율 값보다 작도록 제1 무선신호의 송신전력 값을 결정할 수 있다.
다른 예로, 제3 무선신호의 SNR 값이 상기 기 설정된 SNR 값보다 크다면, 이는 펨토셀 기지국이 상기 기 설정된 거리 내에 존재하는 경우이므로, 펨토셀 기지국은 제2 단말 장치에서의 제1 무선신호에 의한 간섭 값과 제2 단말 장치에서의 제2 무선신호의 수신전력 값 간의 비율 값이 기 설정된 제1 비율 값보다 작고, 제1 단말 장치에서의 제1 무선신호의 수신전력 값과 제1 단말 장치에서의 제2 무선신호에 의한 간섭 값 간의 비율 값이 기 설정된 제2 비율 값보다 작도록 제1 무선신호의 송신전력 값을 결정할 수 있다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따라서, 매크로셀 기지국과 펨토셀 기지국이 사용하는 채널을 모델링한 채널 사용 모델(내지 주파수 사용 모델, 이하 '채널 사용 모델'이라고 한다)을 도시한 도면이다.
먼저, 도 4a는 일반적인 헤테로지니어스 네트워크에서 매크로셀 기지국과 펨토셀 기지국이 사용하는 채널을 모델링한 채널 사용 모델을 도시한 도면이다.
도 4a를 통해 알 수 있듯이, 일반적인 헤테로지니어스 네트워크에서, 매크로셀 기지국과 펨토셀 기지국이 사용하는 주파수 대역은 동일하다. 이에 따라, 앞서 설명한 바와 같은 교차 계층 간섭 문제가 발생할 수 있다.
다음으로, 도 4b는 본 발명의 일실시예에 따른 헤테로지니어스 네트워크에서 매크로셀 기지국과 펨토셀 기지국이 사용하는 채널을 모델링한 채널 사용 모델을 도시하고 있다.
도 4a와 도 4b를 비교하면, 매크로셀 기지국은 일반적인 헤테로지니어스 네트워크의 경우와 동일하게 모든 주파수 대역을 사용하여 제2 단말 장치와 무선 통신을 수행할 수 있지만, 펨토셀 기지국은 전체 주파수 대역 중에서
Figure 112009034388256-pat00038
의 비율만큼의 주파수 대역 만을 사용하여 제1 단말 장치와 무선통신을 수행할 수 있다. 이에 따라, 2-계층 간에 발생하는 교차 계층 간섭을 최소화시킬 수 있다.
이와 같이, 본 발명에 따르면, 펨토셀 네트워크가 매크로셀 네트워크에 대해 미치는 간섭의 영향을 제한하고, 펨토셀 사용자(즉, 제1 단말 장치)가 매크로셀 네트워크로부터 받는 간섭을 완화시킴으로써, 전체 시스템 용량(spatial throughput)을 최대화 시킬 수 있다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 펨토셀 기지국(510) 및 단말 장치(520)의 상세한 구성을 도시한 블록도이다.
본 발명의 일실시예에 따르면, 펨토셀 기지국(510)은 송수신부(511) 및 송신 전력 결정부(512)를 포함하고, 단말 장치(520)는 수신부(521) 및 간섭신호 제거부(522)를 포함할 수 있다.
먼저, 펨토셀 기지국(510)의 구성을 설명하면 아래와 같다.
송수신부(511)는 매크로셀 기지국으로부터 기 설정된 거리 내에 존재하는 적어도 하나의 제2 단말 장치 중 어느 하나의 제2 단말 장치와 매크로셀 기지국 사이에 형성된 채널을 이용하여 펨토셀 기지국의 관할 영역에 속하는 제1 단말 장치와 무선통신을 수행한다.
이는 앞서 설명한 바와 같이, 높은 신호 품질을 갖는 채널을 재사용하는 경우, 제2 단말 장치에서 펨토셀 네트워크에 의한 간섭 영향을 더 적게 받을 수 있다는 점에 기인한 것이다.
송신전력 결정부(512)는 펨토셀 기지국(510)이 매크로셀 기지국으로부터 기 설정된 거리 내에 존재하는지에 따라 제1 단말 장치로 전송되는 제1 무선신호의 송신전력 값을 결정한다.
본 발명의 일실시예에 따르면, 송신전력 결정부(512)는 펨토셀 기지국(510)이 매크로셀 기지국으로부터 기 설정된 거리 내에 존재하지 않는 경우, 제2 단말 장치에서의 제1 무선신호에 의한 간섭 값과 제2 단말 장치에서의 제2 무선신호의 수신전력 값 간의 비율 값이 기 설정된 제1 비율 값보다 작도록 제1 무선신호의 송신전력 값을 결정할 수 있다. 이는 상기의 수학식 3과 같이 표현될 수 있다. 이 경우, 송신전력 결정부(512)는 상기의 수학식 4에 따라서 제1 무선신호의 송신전력을 결정할 수 있다.
본 발명의 다른 일실시예에 따르면, 송신전력 결정부(512)는 펨토셀 기지국(510)이 매크로셀 기지국으로부터 기 설정된 거리 내에 존재하는 경우, 제2 단말 장치에서의 제1 무선신호에 의한 간섭 값과 제2 단말 장치에서의 제2 무선신호의 수신전력 값 간의 비율 값이 기 설정된 제1 비율 값보다 작고, 제1 단말 장치에서의 제1 무선신호의 수신전력 값과 제1 단말 장치에서의 제2 무선신호에 의한 간섭 값 간의 비율 값이 기 설정된 제2 비율 값보다 작도록 제1 무선신호의 송신전력 값을 결정할 수 있다. 이 경우, 송신전력 결정부(512)는 상기의 수학식 5에 따라서 제1 무선신호의 송신전력을 결정할 수 있다.
다음으로, 단말 장치(520)의 구성을 설명하면 아래와 같다.
수신부(521)는 펨토셀 기지국(510)으로부터 송신된 제1 무선신호 및 매크로셀 기지국으로부터 송신된 제2 무선신호를 포함하는 무선신호를 수신한다.
간섭신호 제거부(522)는 수신된 무선신호로부터 제2 무선신호에 의한 간섭을 제거하여 제1 무선신호를 추출한다.
여기서, 수신된 제1 무신신호의 송신전력 값은 앞서 설명한 바와 같이, 펨토셀 기지국(510)이 매크로셀 기지국으로부터 기 설정된 거리 내에 존재하는지에 따라 결정된 것이다.
즉, 본 발명의 일실시예에 따르면, 펨토셀 기지국(510)이 매크로셀 기지국으로부터 기 설정된 거리 내에 존재하지 않는 경우, 제1 무선신호의 송신전력 값은 매크로셀 기지국으로부터 전송된 제2 무선신호를 수신하는 제2 단말 장치에서의 제1 무선신호에 의한 간섭 값과 제2 단말 장치에서의 제2 무선신호의 수신전력 값 간 의 비율 값이 기 설정된 제1 비율 값보다 작도록 결정된 것일 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 일실시예에 따르면, 펨토셀 기지국이 매크로셀 기지국으로부터 기 설정된 거리 내에 존재하는 경우, 제1 무선신호의 송신전력 값은 매크로셀 기지국으로부터 전송된 제2 무선신호를 수신하는 제2 단말 장치에서의 제1 무선신호에 의한 간섭 값과 제2 단말 장치에서의 제2 무선신호의 수신전력 값 간의 비율 값이 기 설정된 제1 비율 값보다 작고, 단말 장치(520)에서의 제1 무선신호의 수신전력 값과 제1 단말 장치에서의 제2 무선신호에 의한 간섭 값 간의 비율 값이 기 설정된 제2 비율 값보다 작도록 결정된 것일 수도 있다.
간섭신호 제거부(522)는 송신전력 값이 조절된 제1 무선신호를 포함하는 무선신호를 수신함으로써, 무선신호로부터 제1 무선신호를 용이하게 추출할 수 있게 된다.
예를 들어, 펨토셀 기지국(510) 및 단말 장치(520)를 포함하는 펨토셀 네트워크가 매크로셀 기지국으로부터 기 설정된 거리 내에 존재하는 경우, 상기의 수학식 5를 만족시키기 위해, 제1 무선신호의 송신전력 값은 제1 단말 장치에서의 제1 무선신호의 수신전력 값과 제1 단말 장치에서의 제2 무선신호에 의한 간섭 값 간의 비율 값이 기 설정된 제2 비율 값보다 작아야 한다. 따라서, 송신전력 결정부(512)는 제1 단말 장치에서의 제1 무선신호의 수신전력 값을 작게 하기 위해 제1 무선신호의 송신전력 값을 낮은 값으로 결정한다.
이 경우, 제1 단말 장치에서의 제2 무선신호의 수신전력 값과 제1 단말 장치에서의 제1 무선신호의 수신전력 값 간의 차이가 커지므로, 간섭신호 제거부(522) 는 제2 무선신호를 용이하게 구분할 수 있게 된다. 이 후, 간섭신호 제거부(522)는 무선신호로부터 제2 무선신호를 빼서 제1 무선신호를 추출할 수 있게 된다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따라서, 기 설정된 거리(radius of the inner cell (r))와 헤테로지니어스 네트워크 시스템의 시스템 용량(spatial throughput)과의 상관 관계를 도시한 도면이다.
도 6은 19개의 매크로셀 기지국을 포함하고, 각각의 매크로셀 영역에
Figure 112009034388256-pat00039
개의 펨토셀 네트워크(또는 펨토셀 기지국)가 균일(uniform)하게 분포하는 헤테로지니어스 네트워크 시스템의 시스템 용량에 관한 그래프로서, 헤테로지니어스 네트워크 상에 형성된 복수의 각각의 채널에 각각 대하여 경로 손실(path loss) 및 쉐도잉(shadowing) 영향을 고려하였다.
또한, 도 6에서는 각각의 매크로셀 영역에 존재하는 펨토셀 네트워크의 개수
Figure 112009034388256-pat00040
와 펨토셀 기지국의 최대 전송 전력
Figure 112009034388256-pat00041
를 서로 다르게 하여 수행한 실험 결과를 도시하고 있다.
이에 대한 보다 상세한 실험 환경은 아래의 표 1을 참고하기로 한다.
Description Value
Macrocell/femtocell radius 1000m / 10 m
Macrocell transmit power,
Figure 112009034388256-pat00042
 46 dBm
Maximum femtocell transmit power,
Figure 112009034388256-pat00043
 20 dBm
or
10 dBm
Macrocell/ femtocell target SIR 3dB / 10 dB
Wall penetration loss -10 dB
Outdoor, indoor path loss exponent 4, 3
Outdoor, indoor lognormal shadow parameters 8, 4 dB
여기서, 헤테로지니어스 네트워크 시스템의 시스템 용량
Figure 112009034388256-pat00044
은 하기 수학식 7과 같이 정의된다.
Figure 112009034388256-pat00045
여기서,
Figure 112009034388256-pat00046
는 펨토셀 기지국에서의 제1 무선신호의 전송 실패 확률(outage probability)을,
Figure 112009034388256-pat00047
는 매크로셀 기지국에서의 제2 무선신호의 전송 실패 확률을 각각 의미하는 것으로서,
Figure 112009034388256-pat00048
와
Figure 112009034388256-pat00049
는
Figure 112009034388256-pat00050
의 함수이다. 따라서, 도 6에 도시된 그래프는
Figure 112009034388256-pat00051
을 변화시켰을 때의
Figure 112009034388256-pat00052
값의 변화를 나타낸다.
도 6을 통해 알 수 있듯이, 그림 6는 시스템 용량
Figure 112009034388256-pat00053
는 그래프는
Figure 112009034388256-pat00054
이 특정 값을 가질 때 최대값을 갖는다. 따라서, 송수신부(511)는 시스템 용량
Figure 112009034388256-pat00055
를 최대화하는
Figure 112009034388256-pat00056
을 기 설정된 거리로 결정한다.
또한, 도 6을 참고하면, 각각의 매크로셀 영역에 존재하는 펨토셀 네트워크의 개수가 많아질수록(즉,
Figure 112009034388256-pat00057
이 커질수록), 시스템 용량
Figure 112009034388256-pat00058
를 최대화하는
Figure 112009034388256-pat00059
이 커진다는 사실을 알 수 있다. 이는 너무 많은 수의 펨토셀 기지국이 하나의 채널을 동시에 사용하게 되면, 간섭 영향으로 인해 펨토셀 기지국의 사용자(즉, 제1 단말 장치)와 매크로셀 기지국의 사용자(즉, 제2 단말 장치) 모두의 throughput 손실이 발생하기 때문이다. 따라서, 본 발명에서는 매크로셀 영역에 존재하는 펨토셀 네트워크의 개수가 많아질수록, 기 설정된 거리를 증가시켜 펨토셀 기지국이 더 많은 채널 자원을 사용할 수 있도록 한다.
또한, 펨토셀 기지국에서의 최대 송신 전력이 작을수록, 펨토셀 기지국에서 전송되는 제1 무선신호와 매크로셀 기지국에서 전송되는 제2 무선신호의 송신 전력의 차이(disparity)가 커지게 되고, 이에 따라, 단말 장치에서의 IC의 사용으로 인한 간섭 제거 효과가 더 커지게 된다. 따라서 더 큰
Figure 112009034388256-pat00060
에서 시스템 용량
Figure 112009034388256-pat00061
가 최대화된다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따라서, 매크로셀 영역에 존재하는 펨토셀 네트워크(또는 펨토셀 기지국)의 개수(number of femtocells per cell site (N))와 헤테로지니어스 네트워크 시스템의 시스템 용량(spatial throughput)과의 상관 관계를 도시한 도면이다.
도 7을 참고하면, 종래의 기법에 따른 헤테로지니어스 네트워크 시스템의 시스템 용량(Conventional)과 본 발명에 따른 헤테로지니어스 네트워크 시스템의 시스템 용량(Proposed)제안 기법과 종래 기법 모두 펨토셀 네트워크의 개수가 늘어날수록 시스템 용량이 증가함을 알 수 있다. 이는 더 많은 수의 펨토셀 네트워크가 동일한 채널을 사용하는 경우, 펨토셀 간의 간섭이 큰 영향을 미치지 않기 때문에, 더 높은 채널 효율(또는 주파수 효율, spectral efficiency)을 얻을 수 있기 때문이다.
본 발명에 따르면, 교차 계층 간섭을 효과적으로 감소시킬 수 있기 때문에, 종래 기법과 비교했을 때 약간의 시스템 용량의 이득을 얻을 수 있다. 이때, 본 발명에 따른 헤테로지니어스 네트워크에 있어, 펨토셀 네트워크에 의해 사용되도록 허용된 채널 자원의 양은 종래 기법에 비해 현저히 작은 양이다. 즉, 본 발명에 따르면, 대부분의 채널 자원은 펨토셀 기지국의 간섭 없이 매크로셀 기지국이 사용하고, 펨토셀 기지국은 일부 채널 품질이 높은 채널 자원 만을 사용한다.
도 8은 본 발명의 일실시예에 따라서, 매크로셀 영역에 존재하는 펨토셀 네트워크(또는 펨토셀 기지국)의 개수(number of femtocells per cell site (N))와 매크로셀 네트워크 시스템의 시스템 용량(macrocell spatial throughput)과의 상관 관계를 도시한 도면이다.
앞서 언급한 바와 같이, 펨토셀 네트워크에 의해 사용되도록 허용된 채널 자원의 양은 종래 기법에 비해 현저히 작은 양이기 때문에, 대부분의 채널 자원에서, 매크로셀 기지국은 펨토셀 기지국으로부터의 간섭 없이 제2 단말 장치와 무선통신 을 수행할 수 있다.
따라서, 본 발명에 따르면, 매크로셀 영역에 존재하는 펨토셀 네트워크(또는 펨토셀 기지국)의 개수가 증가하더라도 종래 기술과는 달리, 매크로셀 네트워크 시스템의 시스템 용량에는 큰 변화가 발생하지 않는다.
도 9는 본 발명의 일실시예에 따라서, 매크로셀로부터 펨토셀 사용자(즉, 제1 단말 장치)간의 거리와 펨토셀 네트워크에서의 전송 실패 확률과의 상관 관계를 도시한 도면이다.
매크로셀 기지국 근처에 위치하는 펨토셀 네트워크의 경우, 매크로셀 기지국으로부터의 간섭량이 매우 크므로, 종래 기법 같은 경우, 펨토셀 사용자(즉, 제1 단말 장치)에서의 전송 실패 확률이 거의 1에 가깝게 증가한다. 그러나, 본 발명에 따르면, 펨토셀 사용자는 매크로셀 기지국으로부터 전송되는 제2 무선신호에 의한 간섭을 먼저 제거(cancellation)하므로, 전송 실패 확률을 현저히 줄일 수 있다.
상기와 같은 결과는 펨토셀 기지국이 매크로셀 내의 음영 지역뿐만 아니라 핫스팟(hotspot)과 같은 지역에서도 매크로셀 기지국이 사용하는 채널을 재사용하여 무선통신 서비스를 제공할 수 있음을 보여준다.
도 10은 본 발명의 일실시예에 따른 펨토셀 기지국의 제어 방법에 대한 흐름도이다. 이하, 도 10을 참고하여 각 단계에서 수행되는 동작을 상세히 설명하기로 한다.
먼저, 단계(S1010)에서는 매크로셀 기지국으로부터 기 설정된 거리 내에 존재하는 복수의 제2 단말 중 어느 하나의 제2 단말 장치와 매크로셀 기지국 사이에 형성된 채널에 대한 정보 및 기 설정된 거리에 대한 정보 중에서 적어도 하나를 매크로셀 기지국으로부터 수신한다.
단계(S1020)에서는 기 설정된 거리에 대한 정보에 기초하여 펨토셀 기지국이 매크로셀 기지국으로부터 기 설정된 거리 내에 존재하는지를 판단하고, 판단의 결과에 따라 제1 무선신호의 송신전력 값을 결정한다.
본 발명의 일실시예에 따르면, 단계(S1020)에서는 펨토셀 기지국이 매크로셀 기지국으로부터 기 설정된 거리 내에 존재하지 않는 경우, 제2 단말 장치에서의 제1 무선신호에 의한 간섭 값과 제2 단말 장치에서의 제2 무선신호의 수신전력 값 간의 비율 값이 기 설정된 제1 비율 값보다 작도록 제1 무선신호의 송신전력 값을 결정할 수 있다. 이는 상기의 수학식 3과 같이 표현될 수 있다. 이 경우, 단계(S1020)에서는 상기의 수학식 4에 따라서 제1 무선신호의 송신전력을 결정할 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 일실시예에 따르면, 단계(S1020)에서는 펨토셀 기지국이 매크로셀 기지국으로부터 기 설정된 거리 내에 존재하는 경우, 제2 단말 장치에서의 제1 무선신호에 의한 간섭 값과 제2 단말 장치에서의 제2 무선신호의 수신전력 값 간의 비율 값이 기 설정된 제1 비율 값보다 작고, 제1 단말 장치에서의 제1 무선신호의 수신전력 값과 제1 단말 장치에서의 제2 무선신호에 의한 간섭 값 간의 비율 값이 기 설정된 제2 비율 값보다 작도록 제1 무선신호의 송신전력 값을 결정 할 수 있다. 이 경우, 단계(S1020)에서는 상기의 수학식 5에 따라서 제1 무선신호의 송신전력을 결정할 수 있다.
마지막으로, 단계(S1030)에서는 채널에 대한 정보에 기초하여 상기 어느 하나의 제2 단말 장치와 매크로셀 기지국 사이에 형성된 채널을 통하여 결정된 송신전력 값에 따라 제1 무선신호를 펨토셀 기지국의 관할 영역에 속하는 제1 단말 장치로 송신한다.
지금까지 본 발명에 따른 펨토셀 기지국의 제어 방법의 실시예들에 대하여 설명하였고, 앞서 도 5에서 설명한 펨토셀 기지국에 관한 구성이 본 실시예에도 그대로 적용 가능하다. 이에, 보다 상세한 설명은 생략하기로 한다.
또한, 본 발명의 실시예들은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 본 발명을 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드 를 포함한다. 상기된 하드웨어 장치는 본 발명의 일실시예들의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.
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.
도 1은 매크로셀 기지국과 펨토셀 기지국으로 구성된 헤테로지니어스 네트워크의 개념을 설명하기 위한 도면.
도 2는 헤테로지니어스 네트워크에 있어서, 매크로셀 기지국과 펨토셀 기지국에서의 교차 계층 간섭에 의한 영향을 설명하기 위한 도면.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따라, 교차 계층 간섭을 감소시키기 위한 헤테로지니어스 네트워크의 개념을 설명하기 위한 도면.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따라서, 매크로셀 기지국과 펨토셀 기지국이 사용하는 채널을 모델링한 채널 사용 모델을 도시한 도면.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 펨토셀 기지국 및 단말 장치의 상세한 구성을 도시한 블록도.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따라서, 기 설정된 거리와 헤테로지니어스 네트워크 시스템의 시스템 용량과의 상관 관계를 도시한 도면.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따라서, 매크로셀 영역에 존재하는 펨토셀 네트워크의 개수와 헤테로지니어스 네트워크 시스템의 시스템 용량과의 상관 관계를 도시한 도면.
도 8은 본 발명의 일실시예에 따라서, 매크로셀 영역에 존재하는 펨토셀 네트워크의 개수와 매크로셀 네트워크 시스템의 시스템 용량과의 상관 관계를 도시한 도면.
도 9는 본 발명의 일실시예에 따라서, 매크로셀로부터 펨토셀 사용자간의 거 리와 펨토셀 네트워크에서의 전송 실패 확률과의 상관 관계를 도시한 도면.
도 10은 본 발명의 일실시예에 따른 펨토셀 기지국의 제어 방법에 대한 흐름도.

Claims (14)

  1. 펨토셀 기지국에 있어서,
    매크로셀 기지국으로부터 기 설정된 거리 내에 존재하는 적어도 하나의 제2 단말 장치 중 어느 하나의 제2 단말 장치와 상기 매크로셀 기지국 사이에 형성된 채널을 이용하여 상기 펨토셀 기지국의 관할 영역에 속하는 제1 단말 장치와 무선통신을 수행하는 송수신부; 및
    상기 제1 단말 장치로 송신되는 제1 무선신호의 송신전력 값을 결정하는 송신전력 결정부
    를 포함하고,
    상기 송신전력 결정부는 상기 펨토셀 기지국이 상기 매크로셀 기지국으로부터 상기 기 설정된 거리 내에 존재하는지에 따라 상기 제1 무선신호의 송신전력 값을 결정하는 것을 특징으로 하는 펨토셀 기지국.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 어느 하나의 제2 단말 장치는 상기 매크로셀 기지국으로부터 전송된 제2 무선신호를 수신하고,
    상기 송신전력 결정부는
    상기 펨토셀 기지국이 상기 매크로셀 기지국으로부터 상기 기 설정된 거리 내에 존재하지 않는 경우,
    상기 제2 단말 장치에서의 상기 제1 무선신호에 의한 간섭 값과 상기 제2 단말 장치에서의 상기 제2 무선신호의 수신전력 값 간의 비율 값이 기 설정된 제1 비율 값보다 작도록 상기 제1 무선신호의 송신전력 값을 결정하는 것을 특징으로 하는 펨토셀 기지국.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 송신전력 결정부는 아래의 수학식에 따라 상기 제1 무선신호의 송신전력 값을 결정하는 것을 특징으로 하는 펨토셀 기지국.
    Figure 112009034388256-pat00062
    여기서,
    Figure 112009034388256-pat00063
    는 상기 펨토셀 기지국에서의 제1 무선신호의 송신전력 값,
    Figure 112009034388256-pat00064
    는 최소값 함수,
    Figure 112009034388256-pat00065
    는 펨토셀 기지국에서의 제1 무선신호의 최대 송신전력 값,
    Figure 112009034388256-pat00066
    는 매크로셀 기지국과 제2 단말 장치 간에 형성된 채널의 채널 크기 값,
    Figure 112009034388256-pat00067
    는 펨토셀 기지국과 제2 단말 장치 간에 형성된 채널의 채널 크기 값,
    Figure 112009034388256-pat00068
    는 매크로셀 기지국에서의 제2 무선신호의 송신전력 값,
    Figure 112009034388256-pat00069
    은 제1 비율 값,
    Figure 112009034388256-pat00070
    은 어느 하나의 채널을 사용하는 펨토셀 기지국의 개수를 각각 의미함.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 어느 하나의 제2 단말 장치는 상기 매크로셀 기지국으로부터 전송된 제2 무선신호를 수신하고,
    상기 송신전력 결정부는
    상기 펨토셀 기지국이 상기 매크로셀 기지국으로부터 상기 기 설정된 거리 내에 존재하는 경우,
    상기 제2 단말 장치에서의 상기 제1 무선신호에 의한 간섭 값과 상기 제2 단말 장치에서의 상기 제2 무선신호의 수신전력 값 간의 비율 값이 기 설정된 제1 비율 값보다 작고,
    상기 제1 단말 장치에서의 상기 제1 무선신호의 수신전력 값과 상기 제1 단말 장치에서의 상기 제2 무선신호에 의한 간섭 값 간의 비율 값이 기 설정된 제2 비율 값보다 작도록 상기 제1 무선신호의 송신전력 값을 결정하는 것을 특징으로 하는 펨토셀 기지국.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 송신전력 결정부는 아래의 수학식에 따라 상기 송신전력 값을 결정하는 것을 특징으로 하는 펨토셀 기지국.
    Figure 112009034388256-pat00071
    여기서,
    Figure 112009034388256-pat00072
    는 상기 펨토셀 기지국에서의 제1 무선신호의 송신전력 값,
    Figure 112009034388256-pat00073
    는 최소값 함수,
    Figure 112009034388256-pat00074
    는 상기 펨토셀 기지국에서의 제1 무선신호의 최대 송신전력 값,
    Figure 112009034388256-pat00075
    는 상기 매크로셀 기지국과 상기 제2 단말 장치 간에 형성된 채널의 채널 크기 값,
    Figure 112009034388256-pat00076
    는 상기 펨토셀 기지국과 상기 제2 단말 장치 간에 형성된 채널의 채널 크기 값,
    Figure 112009034388256-pat00077
    는 상기 매크로셀 기지국에서의 상기 제2 무선신호의 송신전력 값,
    Figure 112009034388256-pat00078
    은 상기 제1 비율 값,
    Figure 112009034388256-pat00079
    은 상기 어느 하나의 채널을 이용하여 특정 단말 장치와 무선 통신을 수행하는 펨토셀 기지국의 개수,
    Figure 112009034388256-pat00080
    는 상기 매크로셀 기지국과 상기 제1 단말 장치 간에 형성된 채널의 채널 크기 값,
    Figure 112009034388256-pat00081
    는 상기 펨토셀 기지국과 상기 제1 단말 장치 간에 형성된 채널의 채널 크기 값,
    Figure 112009034388256-pat00082
    는 상기 제2 비율 값을 각각 의미함
  7. 펨토셀 기지국에 있어서,
    매크로셀 기지국으로부터 제2 무선신호를 수신하는 복수의 제2 단말 장치 중 어느 하나의 제2 단말 장치와 상기 매크로셀 기지국 사이에 형성된 채널을 이용하여 상기 펨토셀 기지국의 관할 영역에 속하는 제1 단말 장치와 무선통신을 수행하는 송수신부
    를 포함하고,
    상기 어느 하나의 제2 단말 장치에서 수신되는 제2 무선신호의 SNR(Signal to Noise Ratio) 값은 기 설정된 SNR 값보다 큰 것을 특징으로 하는 펨토셀 기지국.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제1 단말 장치로 송신되는 제1 무선신호의 송신전력 값을 결정하는 송신전력 결정부
    를 더 포함하고,
    상기 송신전력 결정부는 상기 매크로셀 기지국으로부터 상기 펨토셀 기지국으로 전송되는 제3 무선신호의 SNR 값과 상기 기 설정된 SNR 값을 비교하여 상기 제1 무선신호의 송신전력 값을 결정하는 것을 특징으로 하는 펨토셀 기지국.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 송신전력 결정부는
    상기 제3 무선신호의 SNR 값이 상기 기 설정된 SNR 값보다 작은 경우,
    상기 제2 단말 장치에서의 상기 제1 무선신호에 의한 간섭 값과 상기 제2 단말 장치에서의 상기 제2 무선신호의 수신전력 값 간의 비율 값이 기 설정된 제1 비율 값보다 작도록 상기 제1 무선신호의 송신전력 값을 결정하는 것을 특징으로 하는 펨토셀 기지국.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 송신전력 결정부는
    상기 제3 무선신호의 SNR 값이 상기 기 설정된 SNR 값보다 큰 경우,
    상기 제2 단말 장치에서의 상기 제1 무선신호에 의한 간섭 값과 상기 제2 단말 장치에서의 상기 제2 무선신호의 수신전력 값 간의 비율 값이 기 설정된 제1 비율 값보다 작고,
    상기 제1 단말 장치에서의 상기 제1 무선신호의 수신전력 값과 상기 제1 단말 장치에서의 상기 제2 무선신호에 의한 간섭 값 간의 비율 값이 기 설정된 제2 비율 값보다 작도록 상기 제1 무선신호의 송신전력 값을 결정하는 것을 특징으로 하는 펨토셀 기지국.
  11. 펨토셀 기지국을 제어하는 방법에 있어서,
    매크로셀 기지국으로부터 기 설정된 거리 내에 존재하는 복수의 제2 단말 중 어느 하나의 제2 단말 장치와 상기 매크로셀 기지국 사이에 형성된 채널에 대한 정보 및 상기 기 설정된 거리에 대한 정보 중에서 적어도 하나를 상기 매크로셀 기지국으로부터 수신하는 단계;
    상기 기 설정된 거리에 대한 정보에 기초하여 상기 펨토셀 기지국이 상기 매크로셀 기지국으로부터 상기 기 설정된 거리 내에 존재하는지를 판단하고, 상기 판단의 결과에 따라 제1 무선신호의 송신전력 값을 결정하는 단계; 및
    상기 채널에 대한 정보에 기초하여 상기 어느 하나의 제2 단말 장치와 상기 매크로셀 기지국 사이에 형성된 채널을 통하여 상기 결정된 송신전력 값에 따라 상기 제1 무선신호를 상기 펨토셀 기지국의 관할 영역에 속하는 제1 단말 장치로 송신하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 펨토셀 기지국의 제어 방법.
  12. 단말 장치에 있어서,
    펨토셀 기지국으로부터 송신된 제1 무선신호 및 매크로셀 기지국으로부터 송신된 제2 무선신호를 포함하는 무선신호를 수신하는 수신부; 및
    상기 무선신호로부터 상기 제2 무선신호에 의한 간섭을 제거하여 상기 제1 무선신호를 추출하는 간섭신호 제거부
    를 포함하고,
    상기 제1 무선신호의 송신전력 값은 상기 펨토셀 기지국이 상기 매크로셀 기지국으로부터 기 설정된 거리 내에 존재하는지에 따라 결정되는 것을 특징으로 하 는 단말 장치.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 제1 무선신호의 송신전력 값은
    상기 펨토셀 기지국이 상기 매크로셀 기지국으로부터 상기 기 설정된 거리 내에 존재하지 않는 경우,
    상기 매크로셀 기지국으로부터 전송된 제2 무선신호를 수신하는 제2 단말 장치에서의 상기 제1 무선신호에 의한 간섭 값과 상기 제2 단말 장치에서의 상기 제2 무선신호의 수신전력 값 간의 비율 값이 기 설정된 제1 비율 값보다 작도록 결정되는 것을 특징으로 하는 단말 장치.
  14. 제12항에 있어서,
    상기 제1 무선신호의 송신전력 값은
    상기 펨토셀 기지국이 상기 매크로셀 기지국으로부터 상기 기 설정된 거리 내에 존재하는 경우,
    상기 매크로셀 기지국으로부터 전송된 제2 무선신호를 수신하는 제2 단말 장치에서의 상기 제1 무선신호에 의한 간섭 값과 상기 제2 단말 장치에서의 상기 제2 무선신호의 수신전력 값 간의 비율 값이 기 설정된 제1 비율 값보다 작고,
    상기 단말 장치에서의 상기 제1 무선신호의 수신전력 값과 상기 제1 단말 장치에서의 상기 제2 무선신호에 의한 간섭 값 간의 비율 값이 기 설정된 제2 비율 값보다 작도록 결정되는 것을 특징으로 하는 단말 장치.
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