KR101643130B1 - 셀 자원의 효율적 사용을 위한 스몰셀의 커버리지 조절 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 스몰셀의 커버리지 조절 방법에 관한 것으로서, 스몰셀에서 사용자 단말의 timing advance 정보를 이용하여 단말의 위치를 추정하고, 셀의 부하 상태 및 단말의 채널 상태를 고려한 커버리지 조절 방법을 제공함으로써 셀 자원을 효율적으로 사용할 수 있도록 하는 셀 자원의 효율적 사용을 위한 스몰셀의 커버리지 조절 방법에 관한 것이다.
본 발명은, 스몰셀 AP에서 스몰셀 내 사용자 단말 수를 파악하고, 상기 스몰셀 내 사용자 단말 수가 커버리지를 확장하는 사용자 단말(UE) 수 범위의 상한 이하인 경우 스몰셀 AP는 커버리지를 확장하는 단계;를 수행하고, 스몰셀 내 사용자 단말 수가 커버리지를 축소하는 사용자 단말(UE) 수 범위의 하한값과 커버리지를 확장하는 사용자 단말(UE) 수 범위의 상한값의 범위 내인 것으로 판단되면 스몰셀 AP는, 현재 커버리지와 스몰셀 내 사용자 단말 들의 위치를 추정하고, Edge User 조건을 만족하는 사용자 수가 커버리지를 축소하는 cell edge 사용자 수의 임계값 이상인 것으로 판단되면 스몰셀 AP는 커버리지를 축소하는 단계;를 수행하는 셀 자원의 효율적 사용을 위한 스몰셀의 커버리지 조절 방법을 제공한다.
본 발명은, 스몰셀 AP에서 스몰셀 내 사용자 단말 수를 파악하고, 상기 스몰셀 내 사용자 단말 수가 커버리지를 확장하는 사용자 단말(UE) 수 범위의 상한 이하인 경우 스몰셀 AP는 커버리지를 확장하는 단계;를 수행하고, 스몰셀 내 사용자 단말 수가 커버리지를 축소하는 사용자 단말(UE) 수 범위의 하한값과 커버리지를 확장하는 사용자 단말(UE) 수 범위의 상한값의 범위 내인 것으로 판단되면 스몰셀 AP는, 현재 커버리지와 스몰셀 내 사용자 단말 들의 위치를 추정하고, Edge User 조건을 만족하는 사용자 수가 커버리지를 축소하는 cell edge 사용자 수의 임계값 이상인 것으로 판단되면 스몰셀 AP는 커버리지를 축소하는 단계;를 수행하는 셀 자원의 효율적 사용을 위한 스몰셀의 커버리지 조절 방법을 제공한다.
Description
본 발명은 스몰셀의 커버리지 조절 방법에 관한 것으로서, 스몰셀에서 사용자 단말의 timing advance 정보를 이용하여 단말의 위치를 추정하고, 셀의 부하 상태 및 단말의 채널 상태를 고려한 커버리지 조절 방법을 제공함으로써 셀 자원을 효율적으로 사용할 수 있도록 하는 셀 자원의 효율적 사용을 위한 스몰셀의 커버리지 조절 방법에 관한 것이다.
본 발명에 대한 배경 기술로서 도면 제1도에 도시된 3GPP TR 32.836 V12.0.0 (2014-09)의 self-organizing network(SON)에서의 커버리지 및 용량 최적화(CCO: coverage and capacity optimization) 기술이 있다. 상기 3GPP 기술보고서는 4.2절에서 CCO의 사용례(use case)로서, 스몰셀 기지국이 셀의 사용자 단말(UE: user equipment)의 2차원 분포를 주기적으로 관찰하여 커버리지를 조절하는 기술을 제시하고 있으며, 이를 위해 사용자 단말의 timing advance(TADV)와 도달각(AOA: angle of arrival)을 이용하는 것을 정의하고 있다. 그러나 이 기술은 사용자 단말들이 이동중인 경우를 고려하면 도달각 계산이 복잡해질 뿐만 아니라, 커버리지의 홀(holes)이 발생되어 서비스의 불연속이 발생될 우려가 있다.
본 발명에 대한 다른 배경 기술로서 도면 제2도의 대한민국 공개특허공보 제10-2011-0042508호의 전력 설정 방법 및 이를 위한 펨토셀 기지국 및 단말기 기술이 있다. 이 기술은, 초기 전력을 설정하여 펨토셀 커버리지를 설정하는 단계와, 매크로셀 단말로부터 핸드오버 요청 메시지를 수신하는 단계와, 상기 펨토셀 커버리지 내에서 통신 중인 적어도 하나의 펨토셀 단말기의 위치를 획득하는 단계와, 상기 펨토셀 커버리지 내에서 통신 중인 적어도 하나의 펨토셀 단말기의 위치에 기초하여 송신 전력을 1m 단위로 증가 감소하도록 설정하는 단계로 구성된 펨토셀 기지국에서 전력을 설정하는 방법을 특징으로 한다. 그러나 이 기술은 펨토셀 단말기의 위치만으로 송신 전력을 조절하도록 구성됨에 따라 펨토셀 기지국의 용량을 최적으로 활용할 수 없으며, 사용자 단말이 밀집된 장소(예: 운동 경기장 등)에서는 펨토셀 기지국의 과부하가 발생하거나 또는 송신 전력의 증가와 감소만을 반복하는 오동작의 우려가 있다.
본 발명에 대한 또 다른 배경 기술로서 도면 제3도의 대한민국 공개특허공보 제10-2009-0062192호의 홈 기지국의 출력 제어를 위한 장치 및 방법이 있다. 이 기술은, 위치 등록 메시지를 수신한 경우 상기 위치 등록 메시지를 전송한 사용자의 타입을 검사하는 과정과 상기 사용자의 타입이 홈 사용자인 경우, 유지 전력을 계산하는 과정과 상기 유지 전력의 값이 가장 최근에 계산된 회피 간섭 전력보다 크지 않은 경우 상기 홈 기지국에 적용할 최적 출력 전력 값을 그 차이만큼 증가시키는 과정을 포함한다. 그러나 이 기술은 사용자 단말이 위치 등록 메시지를 제공하도록 구성됨에 따라 사용자 단말의 추가적인 동작을 수행해야 하고, 유지 전력의 값이 가장 최근에 계산된 회피 간섭 전력에 대해 계산되므로 홈 기지국의 용량을 최적으로 활용할 수 없는 문제가 있다.
3rd Generation Partnership Project; Technical Specification Group Services and System Aspects; Telecommunication management; Study on Network Management (NM) centralized Coverage and Capacity Optimization (CCO) Self-Organizing Networks (SON) function (Release 12), 3GPP TR 32.836 V12.0.0 (2014-09)
3rd Generation Partnership Project; Technical Specification Group Services and System Aspects; Telecommunication Management; Self-Organizing Networks (SON) Policy Network Resource Model (NRM) Integration Reference Point (IRP); Requirements (Release 11), 3GPP TS 32.521 V11.1.0 (2012-12)
3rd Generation Partnership Project; Technical Specification Group Services and System Aspects; Telecommunication management; elf-Organizing Networks (SON) Policy Network Resource Model (NRM)Integration Reference Point (IRP); Information Service (IS) (Release 11), 3GPP TS 32.522 V11.7.0 (2013-09)
3rd Generation Partnership Project; Technical Specification Group Services and System Aspects; Telecommunication management; Energy Saving Management (ESM); Concepts and requirements (Release 12), 3GPP TS 32.551 V12.0.0 (2014-10)
3rd Generation Partnership Project; Technical Specification Group Radio Access Network; Evolved Universal Terrestrial Radio Access Network (E-UTRAN); Self-configuring and self-optimizing network (SON) use cases and solutions (Release 9), 3GPP TR 36.902 V9.3.1 (2011-03)
본 발명은, 스몰셀에서 사용자 단말의 timing advance 정보를 이용하여 단말의 위치를 추정하고, 셀의 부하 상태 및 단말의 채널 상태를 고려한 커버리지 조절 방법을 제공함으로써 셀 자원을 효율적으로 사용할 수 있도록 하는 스몰셀의 커버리지 조절 방법을 제공하는 것을 해결하고자 하는 과제로 한다.
상기의 과제를 해결하기 위해 본 발명은, 스몰셀 AP에서 스몰셀 내 사용자 단말 수를 파악하고, 상기 스몰셀 내 사용자 단말 수가 커버리지를 확장하는 사용자 단말(UE) 수 범위의 상한 이하인 경우 스몰셀 AP는 커버리지를 확장하는 단계;를 수행하고, 스몰셀 내 사용자 단말 수가 커버리지를 축소하는 사용자 단말(UE) 수 범위의 하한값과 커버리지를 확장하는 사용자 단말(UE) 수 범위의 상한값의 범위 내인 것으로 판단되면 스몰셀 AP는, 현재 커버리지와 스몰셀 내 사용자 단말 들의 위치를 추정하고, Edge User 조건을 만족하는 사용자 수가 커버리지를 축소하는 cell edge 사용자 수의 임계값 이상인 것으로 판단되면 스몰셀 AP는 커버리지를 축소하는 단계;를 수행하는 셀 자원의 효율적 사용을 위한 스몰셀의 커버리지 조절 방법을 과제의 해결 수단으로 제공한다.
본 발명의 셀 자원의 효율적 사용을 위한 스몰셀의 커버리지 조절 방법에 의하면, 스몰셀에서 사용자 단말의 timing advance 정보를 이용하여 단말의 위치를 추정하고, 셀의 부하 상태 및 단말의 채널 상태를 고려한 커버리지 조절 방법을 제공함으로써 셀 자원을 효율적으로 사용할 수 있도록 하는 기술적 효과를 제공한다.
도면 제1도는 3GPP TR 32.836 V12.0.0 (2014-09)의 self-organizing network(SON)에서의 커버리지 및 용량 최적화(CCO: coverage and capacity optimization) 기술의 개요도
도면 제2도는 전력 설정 방법 및 이를 위한 펨토셀 기지국 및 단말기 기술의 구성
도면 제3도는 홈 기지국의 출력 제어를 위한 장치 및 방법의 구성
도면 제4도는 매크로셀과 스몰셀의 커버리지 모델
도면 제5도는 본 발명의 사용자 위치 추정 및 Edge User 결정 모델
도면 제6도는 본 발명의 셀 자원의 효율적 사용을 위한 스몰셀의 커버리지 조절 방법의 흐름도
도면 제2도는 전력 설정 방법 및 이를 위한 펨토셀 기지국 및 단말기 기술의 구성
도면 제3도는 홈 기지국의 출력 제어를 위한 장치 및 방법의 구성
도면 제4도는 매크로셀과 스몰셀의 커버리지 모델
도면 제5도는 본 발명의 사용자 위치 추정 및 Edge User 결정 모델
도면 제6도는 본 발명의 셀 자원의 효율적 사용을 위한 스몰셀의 커버리지 조절 방법의 흐름도
이하의 내용은 단지 본 발명의 원리를 예시한다. 이에 따라 당업자는 비록 본 명세서에 명확히 설명되거나 도시되지 않았지만 본 발명의 원리를 구현하고 본 발명의 개념과 범위에 포함된 다양한 장치를 발명할 수 있는 것이다. 본 명세서에 열거된 모든 조건부 용어 및 실시예들은 원칙적으로, 본 발명의 개념이 이해되도록 하기 위한 목적으로만 명백히 의도되고, 이와 같이 특별히 열거된 실시예 들 및 상태들에 제한적이지 않는 것으로 이해되어야 한다. 또한, 본 발명의 원리, 관점 및 실시예들 뿐만 아니라 특정 실시예를 열거하는 모든 상세한 설명은 이러한 사항의 구조적 및 기능적 균등물을 포함하도록 의도되는 것으로 이해되어야 한다.
상술한 목적, 특징 및 장점들은 첨부된 도면과 관련한 다음의 상세한 설명을 통하여 더욱 분명해 질 것이다. 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우, 그 상세한 설명을 생략한다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.
스몰셀은 기존 이동통신 기지국(매크로셀)보다 작은 영역을 커버하는 기지국으로, 매크로셀에 비해 송출 전력, 하드웨어 구성 및 데이터 처리 능력이 상대적으로 소규모인 특징이 있다. 스몰셀은 통상적으로 사용자에 의해 임의의 위치에 설치되며, 이러한 이유로 네트워크 사업자가 의도한 대로 커버리지를 설정할 수 없다. 이에 따라 스몰셀은 주변 환경을 감지하여 자율적으로 최적의 커버리지를 설정하는 구동 방법을 필요로 하게 된다.
스몰셀의 커버리지는 매크로셀 커버리지 내에 중첩되어 설치되며, 향상된 Spectral efficiency per unit area를 제공하여 사용자의 평균 체감 성능을 증대시키는 서비스를 제공한다. 그러나 매크로셀 커버리지 내 설치된 스몰셀의 커버리지가 지나치게 작을 경우, 스몰셀에 매우 적은 수의 사용자들만이 연결되게 되며, 이러한 경우 스몰셀의 설치에 따른 실제적인 이득을 기대할 수 없게 된다. 한편 스몰셀의 커버리지가 너무 클 경우, 스몰셀 용량에 비해 너무 많은 사용자가 연결되는 과부하 문제가 발생할 수 있다. 이 경우, 낮은 MCS(modulation and coding scheme)에 의해 사용하는 데이터 량에 비해 상대적으로 많은 수의 RB(radio bearer)를 할당받아 사용하는 커버리지 주변의 사용자(edge user)가 셀 자원의 효율성을 저하시킬 수 있다. 따라서 이러한 셀 커버리지에 따른 문제를 막기 위해서 스몰셀의 커버리지가 너무 작을 경우, 커버리지를 확장하여 더 많은 사용자가 스몰셀에 연결될 수 있도록 해야 하며, 스몰셀의 커버리지가 너무 클 경우 커버리지를 축소하여 커버리지 주변의 사용자(edge user) 일부를 매크로셀로 방출시키는 방안이 필요하다.
본 발명은, 스몰셀에서 사용자 단말의 timing advance 정보를 이용하여 단말의 위치를 추정하고, 셀의 부하 상태 및 단말의 채널 상태를 고려한 커버리지 조절 방법을 제공함으로써 셀 자원을 효율적으로 사용할 수 있도록 하는 셀 자원의 효율적 사용을 위한 스몰셀의 커버리지 조절 방법을 제공한다.
이를 위해 본 발명은 스몰셀에서 단말의 위치, 셀의 부하 상태, 단말의 채널 상태 등을 계산하기 위해 다음의 표에 제시된 파라미터들을 스몰셀 AP(access point)에 설정한다.
| Notation | Description |
| r_ max | 스몰셀 커버리지 크기의 상한 |
| r_ min | 스몰셀 커버리지 크기의 하한 |
| N_ sh | 커버리지를 축소하는 사용자 단말(UE) 수 범위의 하한 |
| N_ ex | 커버리지를 확장하는 사용자 단말(UE) 수 범위의 상한 |
| N_ max | 스몰셀의 최대 사용자 단말(UE) 수 |
| P_ max | 스몰셀의 다운링크(DL) 최대출력 파워 |
| P_ min | 스몰셀의 다운링크(DL) 최소출력 파워 |
| t_ interval | 커버리지 조절을 수행하는 시간 interval |
| ΔP | 커버리지 조절을 위한 파워 조절 단위 |
| PLm (d) | 매크로 셀로부터의 pathloss estimation function |
| PLs (r) | 스몰 셀로부터의 pathloss estimation function |
| Δr | cell edge 사용자 판정을 위한 범위 |
| N_ edgeThresh | 커버리지를 축소하는 cell edge 사용자 수의 임계값 |
r_ max와 r_ min은 스몰셀 AP에 설정되는 커버리지 범위(반경)의 상한과 하한값으로서, 스몰셀 AP의 성능과 인접 셀들의 환경에 따라 결정된다. 예로서 r_ max = 10[m], r_ min = 3[m]로 설정된 스몰셀의 커버리지는 최대 10[m] 최소 3[m]의 반경을 커버리지로 한다. 만약 스몰셀 AP의 출력이 충분하다면 r_ max 는 확장이 가능하고, 인접 셀들과의 간섭이 고려되어야 하는 스몰셀 AP는 r_ max 를 축소 설정할 수도 있다. 또한 인접 셀들이 적은 경우나 스몰셀 AP의 용량이 충분한 경우에는 r_min을 확장하여 설정할 수도 있다.
N_ sh 는 커버리지를 축소하는 사용자 단말(UE) 수 범위의 하한값이다. 즉, 사용자 단말(UE)의 수가 N_ sh 이상인 경우 스몰셀 AP는 커버리지를 축소하기 위한 동작을 수행하게 된다. 또한 사용자 단말(UE)의 수가 커버리지를 확장하는 사용자 단말(UE) 수 범위의 상한값 N_ ex 값보다 작은 경우, 스몰셀 AP는 커버리지를 확장하기 위한 동작을 수행하게 된다.
P_ max , P_ min 값은 스몰셀 AP로부터 전송 가능한 최대 및 최소 전송 전력을 나타내는 값으로, 하드웨어 규격상 문제 없이 전송 가능한 최대 및 최소 전송 전력으로 설정되어야 한다. 따라서 본 발명의 커버리지 조절은 P_ max와 P_ min 의 범위 내에서 스몰셀 AP의 전송 전력을 조절함으로써 달성된다.
t_ interval은 스몰셀 AP에서 단일 스텝의 커버리지 조절 절차를 수행하는 주기이다. 즉 본 발명의 스몰셀은 매 t_ interval 시간 간격 마다 커버리지 조절을 위한 동작을 수행하게 된다. 이때, 매 시간마다 수행되는 커버리지 조절의 송신 전력 조절 스텝은ΔP 이다.
PLm (d) 은 매크로 셀과 스몰셀 AP가 d의 거리를 두고 배치되어 있을 때 매크로 셀로부터의 전송경로손실 추정함수(pathloss estimation function)이며, PLs (r) 은 스몰 셀에서 r만큼 이격된 거리에서 스몰 셀로부터의 전송경로손실 추정함수(pathloss estimation function)이다. 상기 추정함수들은 스몰셀의 커버리지 추정을 위한 것으로서 스몰셀의 설치 환경에 따라 결정된다.
Δr은 커버리지 주변의 사용자(edge user)를 판정하기 위한 범위로서, 스몰셀 AP의 커버리지로부터 Δ r 의 거리 이내에 있는 사용자 단말(UE)을 커버리지 주변의 사용자(edge user)로 판정한다.
N_ edgeThresh 은 커버리지를 축소하기 위한 커버리지 주변의 사용자(edge user) 수의 임계값으로서 커버리지 주변의 사용자(edge user)가 N_ edgeThresh 보다 많은 경우 스몰셀 AP는 셀 커버리지를 축소한다. 상기 N_ edgeThresh 는 스몰셀 AP의 용량에 따라 결정될 수 있다.
본 발명의 셀 자원의 효율적 사용을 위한 스몰셀의 커버리지 조절 방법은 스몰셀 내 사용자 단말 수에 따라 다음과 같은 동작을 제공한다.
| Case | Operation |
| N_ sh ≤ N_ UE ≤ N_ max | 커버리지 축소 (cell shrinking) |
| N_ ex ＜ N_UE＜ N_ sh | 커버리지 유지 |
| 0 ≤ N_ UE ≤ N_ ex | 커버리지 확장 (cell expending) |
스몰셀에 접속한 사용자 단말 수 N_ UE 가 N_ sh 보다 많은 경우, 스몰셀 AP는커버리지 축소를 수행하게 되며, 스몰셀에 접속한 사용자 단말 수 N_ UE 가 N_ ex 보다 적은 경우, 스몰셀 AP는 커버리지 확장을 수행한다. 또한 사용자 단말 수 N_ UE 가 이 두 가지 경우에 속하지 않는 경우, 스몰셀 AP는 현재 커버리지를 유지한다.
도면 제4도는 매크로셀과 스몰셀의 커버리지 모델을 도시한다. 스몰셀 AP는 매크로셀로부터 수신한 RSRP(reference signal received power) 값 및 스몰셀 AP 의 송신 RS(Reference Signal) 전력값을 이용하여 현재 커버리지를 추정할 수 있다. 커버리지 추정은 첫번째 단계인 매크로셀과 스몰셀의 거리를 추정하는 단계와 두번째 단계인 스몰셀의 RS 전력값에 따른 스몰셀 커버리지 추정 단계로 구분할 수 있다.
먼저 첫 번째 단계인 매크로셀과 스몰셀 사이의 거리 추정은 다음과 같다. 먼저 스몰셀은 sniff 기능을 통해 매크로셀로부터의 RSRP를 측정할 수 있으며, 또한 매크로셀의 SIB 2(systeminformationblock 2)를 디코드하여 매크로셀의 송신 RS 전력값을 추출할 수 있다. 이때 매크로셀로부터 스몰셀까지의 거리 d 에 대한 전송경로손실 추정함수를 PLm (d)라 할 때 수신한 RSRP 와 송신 RS 전력, 그리고 경로손실 추정함수에 대한 관계식을 구하면 아래의 수학식 1과 같다.
[수학식 1]
P_ RS .m - RSRPm (d) = PLm (d)
P_ RS .m : 매크로셀의 RS 송신 전력
RSRPm (d) : 매크로셀로부터 거리 d 만큼 떨어진 위치에서의 RSRP
따라서 아래와 같이 경로손실 추정함수의 Inverse function을 이용하여 매크로셀과 스몰셀 AP 간의 거리 d 를 구할 수 있다.
[수학식 2]
d = PLm -1 (P_ RS .m - RSRPm (d))
위의 과정으로 추정된 거리 d 를 이용하여, 스몰셀의 커버리지 r 을 구할 수 있다. 스몰셀 커버리지의 edge 에서는 매크로셀로부터 수신한 RSRP 와 스몰셀 AP로부터 수신한 RSRP 가 동일하므로, 다음과 같이 나타낼 수 있다.
[수학식 3]
RSRPm(d-r) = RSRPf(r)
RSRP 는 송신 RS 전력에서 전송경로손실(pathloss)를 뺀 값과 동일하므로, 위 식을 정리하여 나타내면 다음의 수식 4와 같다.
[수학식 4]
PRS .m - PLm(d-r) = PRS .f - PLf(r)
따라서 상기 수학식 4로부터 스몰셀의 커버리지 r 을 구할 수 있다.
도면 제5도는 본 발명의 사용자 위치 추정 및 Edge User 결정 모델을 도시한다. 스몰셀에서 스몰셀 AP와 사용자 단말간의 거리는, 스몰셀 AP가 송신하는 downlink 신호의 송신 시점과 스몰셀 AP가 수신하는 Uplink 신호의 수신 시점의 시간 차이인 timing advance 정보를 이용하여 추정할 수 있다. 사용자 단말 i 에 대한 timing advance 값을 TA .i 라 할 때, 사용자 단말 i 와 스몰셀 간의 추정 거리 di는 다음과 같은 식으로 표현 가능하다.
[수학식 5]
di = 1/2 (TA .i * c) : c 는 빛의 속도 3.0 × 108
스몰셀 AP에서는 상기 수학식 5에 의해 사용자 단말 i 와 스몰셀 간의 추정 거리 di를 구한 뒤, 각각의 사용자 단말이 edge user 인지의 여부를 판단한다. 이때 스몰셀 AP는 사용자 단말 i가 커버리지의 edge로부터 이격된 거리가 Δr 미만인 경우 해당 단말을 edge user로 판단한다. 따라서 edge user 판단을 위한 조건은 다음의 수학식 6으로 정리될 수 있다.
[수학식 6]
di ＞ (r - Δr)
1/2 (TA .i * c) ＞ (r - Δr)
TA .i ＞ 2/c (r - Δr)
스몰셀 AP는 상기와 같은 과정을 통해 edge user를 판단한 뒤, 사용자 단말수 N_ UE 가 N_ sh 이상이면서, Edge User 조건을 만족하는 사용자 수가 Nedge.Thresh 이상인 경우 셀 커버리지를 단계적으로 축소한다. 이 조건을 식으로 나타내면 아래와 같다.
[수학식 7]
N_ sh ≤ N_ UE ≤ N_ max and Nedge ≥ Nedge . Thresh
상기의 셀 커버리지 축소 조건을 만족하는 경우 스몰셀 AP는 적용 가능한 최대/최소 커버리지 범위 내에서 RS 전송 전력 후보 값을 계산한다. 커버리지의 축소를 위한 전송전력의 감소는 단위 시간 간격 t_ interval 당 ΔP 만큼 씩 이루어진다. 전송전력 후보값 PRS . candidate의 계산식은 아래와 같다.
[수학식 8]
PRS . candidate = max ( min (PRS . max _ cov , PRS -ΔP), PRS . min _ cov)
수학식 8에서 PRS . max _ cov 및 PRS . min _ cov 는 각각 설정된 최대 및 최소 커버리지를 만족하는 RS 전송 전력 값으로, 아래 식과 같이 계산된다.
[수학식 9]
PRS . max _ cov = PRS .m - PLm(d-r_ max) + PLf(r_ max)
PRS . min _ cov = PRS .m - PLm(d-r_ max) + PLf(r_ min)
최종 RS 전송 전력은 스몰셀 AP로부터 제공될 수 있는 최대/최소 전송전력을 고려하여 결정되어야 한다. 따라서 셀 커버리지 축소를 위한 최종 RS 전송 전력은 아래의 식을 통해 결정된다.
[수학식 10]
PRS . set = max ( min (PRS . max , PRS . candidate), PRS . min)
본 발명의 셀 자원의 효율적 사용을 위한 스몰셀의 커버리지 조절 방법은, 스몰셀의 사용자 단말 수 N_ UE 가 N_ ex 이하인 경우 셀 커버리지를 단계적으로 확장한다. 이 조건을 식으로 표현하면 다음과 같다.
[수학식 11]
0 ≤ N_ UE ≤ N_ ex
상기의 셀 커버리지 확장 조건을 만족하는 경우 스몰셀 AP는 적용 가능한 최대/최소 커버리지 범위 내에서 RS 전송 전력 후보 값을 계산한다. 커버리지의 확장을 위한 전송전력의 증가는 단위 시간 간격 t_ interval 당 ΔP 만큼씩 이루어진다. 전송전력 후보값 PRS . candidate의 계산식은 아래와 같다.
[수학식 12]
PRS . candidate = max ( min (PRS . max _ cov , PRS+ΔP), PRS . min _ cov)
수학식 12에서 PRS . max _ cov 및 PRS . min _ cov 는 각각 설정된 최대 및 최소 커버리지를 만족하는 RS 전송 전력 값으로, 아래 식과 같이 계산된다.
[수학식 13]
PRS . max _ cov = PRS .m - PLm(d-r_ max) + PLf(r_ min)
PRS . min _ cov = PRS .m - PLm(d-r_ min) + PLf(r_ min)
최종 RS 전송 전력은 스몰셀 AP로부터 제공될 수 있는 최대/최소 전송전력을 고려하여 결정되어야 한다. 따라서 셀 커버리지 확장을 위한 최종 RS 전송 전력은 아래의 식으로써 결정된다.
[수학식 14]
PRS . set = max ( min (PRS . max , PRS . candidate), PRS . min)
따라서 본 발명의 셀 자원의 효율적 사용을 위한 스몰셀의 커버리지 조절 방법은, 셀 커버리지의 유지, 축소, 확장을 단위 시간 간격 t_ interval 마다 반복하여 조절하게 된다.
도면 제6도는 본 발명의 셀 자원의 효율적 사용을 위한 스몰셀의 커버리지 조절 방법의 흐름도이다. 도면의 흐름도는 설정된 단위 시간 간격 t_ interval 마다 스몰셀 AP에 의해 반복 수행된다. 이하 도면의 흐름도를 수순별로 설명한다.
- S100 : 스몰셀 AP의 동작이 개시되는 단계
- S110 : 스몰셀 AP에서 스몰셀 내 사용자 단말 수 N_ UE 를 파악하고, 상기 스몰셀 내 사용자 단말 수 N_ UE 가 커버리지를 확장하는 사용자 단말(UE) 수 범위의 상한 N_ ex 이하인지 판단하는 단계
- S120 : 상기 단계 S110에서, 스몰셀 내 사용자 단말 수 N_ UE 가 N_ ex 이하인 것으로 판단되면 스몰셀 AP는 커버리지를 확장하는 단계;를 수행하고, 다시 상기 단계 S110부터 수행하며,
- S130 : 상기 단계 S110에서, 스몰셀 내 사용자 단말 수 N_UE 가 N_ex 이하가 아닌 것으로 판단되면 스몰셀 AP는, 스몰셀 내 사용자 단말 수 N_UE 가 커버리지를 축소하는 사용자 단말(UE) 수 범위의 하한값 N_sh 과 커버리지를 확장하는 사용자 단말(UE) 수 범위의 상한값 N_ex 사이의 값인지를 판단하는 단계;를 수행하고, 스몰셀 내 사용자 단말 수 N_UE 가 N_sh와 N_ex 사이의 값이 아닌 경우 다시 상기 단계 S110부터 수행하며,
- S140 : 상기 단계 S130에서 스몰셀 내 사용자 단말 수 N_UE 가 N_sh와 N_ex 사이의 값인 것으로 판단되면 스몰셀 AP는, 현재 커버리지를 추정하는 단계;를 수행하고,
- S150 : 스몰셀 AP는 스몰셀 내 사용자 단말 들의 위치를 추정하는 단계;를 수행한다.
- S160 : 다음으로 스몰셀 AP는 Edge User 조건을 만족하는 사용자 수 N_edge가 커버리지를 축소하는 cell edge 사용자 수의 임계값 Nedge . Thresh 이상인지를 판단하는 단계;를 수행하며, N_ edge가 Nedge . Thresh 이상이 아닌 경우 다시 상기 단계 S110부터 수행하며,
- S170 : 상기 단계 S160에서 N_ edge가 Nedge . Thresh 이상인 것으로 판단되면 스몰셀 AP는 커버리지를 축소하는 단계;를 수행하고, 다시 상기 단계 S110부터 수행한다.
==============================================================
- 상기 스몰셀 AP가 현재 커버리지를 추정하는 단계 S140은,
매크로셀로부터 스몰셀까지의 거리 d 에 대한 전송경로손실 추정함수를 PLm(d)라 할 때 수신한 RSRP 와 송신 RS 전력, 그리고 경로손실 추정함수에 대한 관계식을 구하고,
[수학식 1]
P_ RS .m - RSRPm (d) = PLm (d)
P_ RS .m : 매크로셀의 RS 송신 전력
RSRPm (d) : 매크로셀로부터 거리 d 만큼 떨어진 위치에서의 RSRP
경로손실 추정함수의 Inverse function을 이용하여 매크로셀과 스몰셀 AP 간의 거리 d 를 구한 뒤,
[수학식 2]
d = PLm -1 (P_ RS .m - RSRPm (d))
스몰셀 커버리지의 edge 에서는 매크로셀로부터 수신한 RSRP 와 스몰셀 AP로부터 수신한 RSRP 가 동일한 조건을 적용하고,
[수학식 3]
RSRPm(d-r) = RSRPf(r)
RSRP 는 송신 RS 전력에서 전송경로손실(pathloss)를 뺀 값과 동일하므로,
[수학식 4]
PRS .m - PLm(d-r) = PRS .f - PLf(r)
의 식으로 계산하여 커버리지의 반경 r을 구한다.
==============================================================
상기 스몰셀 AP가 스몰셀 내 사용자 단말 들의 위치를 추정하는 단계 S150에서, 스몰셀 AP는 사용자 단말 i 에 대한 timing advance 값 TA . i 로써 추정 거리;
[수학식 5]
di = 1/2 (TA .i * c) : c 는 빛의 속도 3.0 × 108
를 구한다.
==============================================================
상기 스몰셀 AP가 스몰셀 내 사용자 단말 들의 위치를 추정하는 단계 S150에서 사용자 단말 i 와 스몰셀 간의 추정 거리 di를 구한 뒤, 스몰셀 AP는 사용자 단말 i가 커버리지의 edge로부터 이격된 거리가 Δr 미만인 경우 해당 단말을 edge user로 판단하는 단계를 더 포함한다.
==============================================================
상기 스몰셀 AP가 스몰셀 내 사용자 단말 들의 위치를 추정하는 단계 S150에서 사용자 단말 i를 edge user로 판단하는 조건은;
[수학식 6]
di ＞ (r - Δr)
1/2 (TA .i * c) ＞ (r - Δr)
TA .i ＞ 2/c (r - Δr)
을 적용하여 사용자 단말 i가 커버리지의 edge로부터 이격된 거리가 Δr 미만인 경우로 판단하는 단계를 포함한다.
==============================================================
상기 스몰셀 AP가 커버리지를 축소하는 단계 S170은;
단위 시간 간격 t_ interval 당 ΔP 만큼씩 전송전력을 감소시킴으로써 스몰셀 AP의 커버리지를 축소시키며, 상기 스몰셀 AP는 적용 가능한 최대/최소 커버리지 범위 내에서 RS 전송 전력 후보값 PRS . candidate를 다음의 수학식 8에 의해 계산하고,
[수학식 8]
PRS . candidate = max ( min (PRS . max _ cov , PRS -ΔP), PRS . min _ cov)
셀 커버리지 축소를 위한 최종 RS 전송 전력은,
[수학식 10]
PRS . set = max ( min (PRS . max , PRS . candidate), PRS . min)
로 계산하여 적용한다.
==============================================================
상기 스몰셀 AP가 커버리지를 확장하는 단계 S120은;
단위 시간 간격 t_ interval 당 ΔP 만큼씩 전송전력을 증가시킴으로써 스몰셀 AP의 커버리지를 확장시키며, 상기 스몰셀 AP는 적용 가능한 최대/최소 커버리지 범위 내에서 RS 전송 전력 후보값 PRS . candidate를 다음의 수학식 12에 의해 계산하고,
[수학식 12]
PRS . candidate = max ( min (PRS . max _ cov , PRS+ΔP), PRS . min _ cov)
셀 커버리지 확장을 위한 최종 RS 전송 전력은,
[수학식 14]
PRS . set = max ( min (PRS . max , PRS . candidate), PRS . min)
로 계산하여 적용한다.
이상과 같이 설명된 본 발명의 셀 자원의 효율적 사용을 위한 스몰셀의 커버리지 조절 방법에 의하면, 스몰셀에서 사용자 단말의 timing advance 정보를 이용하여 단말의 위치를 추정하고, 셀의 부하 상태 및 단말의 채널 상태를 고려한 커버리지 조절 방법을 제공함으로써 셀 자원을 효율적으로 사용할 수 있도록 하는 기술적 효과를 제공한다.
본 발명의 본 발명의 셀 자원의 효율적 사용을 위한 스몰셀의 커버리지 조절 방법은, 비록 한정된 실시 예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술적 사상과 아래에 기재된 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.
r_ max : 스몰셀 커버리지 크기의 상한
r_ min : 스몰셀 커버리지 크기의 하한
N_ sh : 커버리지를 축소하는 사용자 단말(UE) 수 범위의 하한
N_ ex : 커버리지를 확장하는 사용자 단말(UE) 수 범위의 상한
N_ max : 스몰셀의 최대 사용자 단말(UE) 수
P_ max : 스몰셀의 다운링크(DL) 최대출력 파워
P_ min : 스몰셀의 다운링크(DL) 최소출력 파워
t_ interval : 커버리지 조절을 수행하는 시간 interval
ΔP : 커버리지 조절을 위한 파워 조절 단위
PLm (d) : 매크로 셀로부터의 pathloss estimation function
PLs (r) : 스몰 셀로부터의 pathloss estimation function
Δr : cell edge 사용자 판정을 위한 범위
N_ edgeThresh : 커버리지를 축소하는 cell edge 사용자 수의 임계값
r_ min : 스몰셀 커버리지 크기의 하한
N_ sh : 커버리지를 축소하는 사용자 단말(UE) 수 범위의 하한
N_ ex : 커버리지를 확장하는 사용자 단말(UE) 수 범위의 상한
N_ max : 스몰셀의 최대 사용자 단말(UE) 수
P_ max : 스몰셀의 다운링크(DL) 최대출력 파워
P_ min : 스몰셀의 다운링크(DL) 최소출력 파워
t_ interval : 커버리지 조절을 수행하는 시간 interval
ΔP : 커버리지 조절을 위한 파워 조절 단위
PLm (d) : 매크로 셀로부터의 pathloss estimation function
PLs (r) : 스몰 셀로부터의 pathloss estimation function
Δr : cell edge 사용자 판정을 위한 범위
N_ edgeThresh : 커버리지를 축소하는 cell edge 사용자 수의 임계값
Claims (7)
- 셀 자원의 효율적 사용을 위한 스몰셀의 커버리지 조절 방법에 있어서,
- S100 : 스몰셀 AP의 동작이 개시되는 단계
- S110 : 스몰셀 AP에서 스몰셀 내 사용자 단말 수 N_UE 를 파악하고, 상기 스몰셀 내 사용자 단말 수 N_UE 가 커버리지를 확장하는 사용자 단말(UE) 수 범위의 상한 N_ex 이하인지 판단하는 단계
- S120 : 상기 단계 S110에서, 스몰셀 내 사용자 단말 수 N_UE 가 N_ex 이하인 것으로 판단되면 스몰셀 AP는 커버리지를 확장하는 단계;를 수행하고, 다시 상기 단계 S110부터 수행하며,
- S130 : 상기 단계 S110에서, 스몰셀 내 사용자 단말 수 N_UE 가 N_ex 이하가 아닌 것으로 판단되면 스몰셀 AP는, 스몰셀 내 사용자 단말 수 N_UE 가 커버리지를 축소하는 사용자 단말(UE) 수 범위의 하한값 N_sh 과 커버리지를 확장하는 사용자 단말(UE) 수 범위의 상한값 N_ex 사이의 값인지를 판단하는 단계;를 수행하고, 스몰셀 내 사용자 단말 수 N_UE 가 N_sh와 N_ex 사이의 값이 아닌 경우 다시 상기 단계 S110부터 수행하며,
- S140 : 상기 단계 S130에서 스몰셀 내 사용자 단말 수 N_UE 가 N_sh와 N_ex 사이의 값인 것으로 판단되면 스몰셀 AP는, 현재 커버리지를 추정하는 단계;를 수행하고,
- S150 : 스몰셀 AP는 스몰셀 내 사용자 단말 들의 위치를 추정하는 단계;를 수행하며,
- S160 : 다음으로 스몰셀 AP는 Edge User 조건을 만족하는 사용자 수 N_edge가 커버리지를 축소하는 cell edge 사용자 수의 임계값 Nedge.Thresh 이상인지를 판단하는 단계;를 수행하며, N_edge가 Nedge.Thresh 이상이 아닌 경우 다시 상기 단계 S110부터 수행하며,
- S170 : 상기 단계 S160에서 N_edge가 Nedge.Thresh 이상인 것으로 판단되면 스몰셀 AP는 커버리지를 축소하는 단계;를 수행하고, 다시 상기 단계 S110부터 수행하는 수순으로 구성된 것을 특징으로 하는 셀 자원의 효율적 사용을 위한 스몰셀의 커버리지 조절 방법
- 제1항에 있어서 상기 스몰셀 AP가 현재 커버리지를 추정하는 단계 S140은,
매크로셀로부터 스몰셀까지의 거리 d 에 대한 전송경로손실 추정함수를 PLm(d)라 할 때 수신한 RSRP 와 송신 RS 전력, 그리고 경로손실 추정함수에 대한 관계식을 구하고,
[수학식 1]
P_ RS .m - RSRPm (d) = PLm (d)
P_ RS .m : 매크로셀의 RS 송신 전력
RSRPm (d) : 매크로셀로부터 거리 d 만큼 떨어진 위치에서의 RSRP
경로손실 추정함수의 Inverse function을 이용하여 매크로셀과 스몰셀 AP 간의 거리 d 를 구한 뒤,
[수학식 2]
d = PLm -1 (P_ RS .m - RSRPm (d))
스몰셀 커버리지의 edge 에서는 매크로셀로부터 수신한 RSRP 와 스몰셀 AP로부터 수신한 RSRP 가 동일한 조건을 적용하고,
[수학식 3]
RSRPm(d-r) = RSRPf(r)
RSRP 는 송신 RS 전력에서 전송경로손실(pathloss)를 뺀 값과 동일하므로,
[수학식 4]
PRS .m - PLm(d-r) = PRS .f - PLf(r)
의 식으로 계산하여 커버리지의 반경 r을 구하는 수순으로 구성된 것을 특징으로 하는 셀 자원의 효율적 사용을 위한 스몰셀의 커버리지 조절 방법
- 제1항에 있어서 상기 스몰셀 AP가 스몰셀 내 사용자 단말 들의 위치를 추정하는 단계 S150에서, 스몰셀 AP는 사용자 단말 i 에 대한 timing advance 값 TA.i 로써 추정 거리;
[수학식 5]
di = 1/2 (TA.i * c) : c 는 빛의 속도 3.0 × 108
를 구하는 단계를 더 구비한 것을 특징으로 하는 셀 자원의 효율적 사용을 위한 스몰셀의 커버리지 조절 방법
- 제1항에 있어서 상기 스몰셀 AP가 스몰셀 내 사용자 단말 들의 위치를 추정하는 단계 S150는,
사용자 단말 i 와 스몰셀 간의 추정 거리 di를 구한 뒤, 스몰셀 AP는 사용자 단말 i가 커버리지의 edge로부터 이격된 거리가 Δr 미만인 경우 해당 단말을 edge user로 판단하는 단계를 더 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 셀 자원의 효율적 사용을 위한 스몰셀의 커버리지 조절 방법
- 제1항에 있어서 상기 스몰셀 AP가 스몰셀 내 사용자 단말 들의 위치를 추정하는 단계 S150에서 사용자 단말 i를 edge user로 판단하는 조건은;
[수학식 6]
di ＞ (r - Δr)
1/2 (TA .i * c) ＞ (r - Δr)
TA .i ＞ 2/c (r - Δr)
을 적용하여 사용자 단말 i가 커버리지의 edge로부터 이격된 거리가 Δr 미만인 경우로 판단하는 단계를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 셀 자원의 효율적 사용을 위한 스몰셀의 커버리지 조절 방법
- 제1항에 있어서 상기 스몰셀 AP가 커버리지를 축소하는 단계 S170은;
단위 시간 간격 t_ interval 당 ΔP 만큼씩 전송전력을 감소시킴으로써 스몰셀 AP의 커버리지를 축소시키며, 상기 스몰셀 AP는 적용 가능한 최대/최소 커버리지 범위 내에서 RS 전송 전력 후보값 PRS . candidate를 다음의 수학식 8에 의해 계산하고,
[수학식 8]
PRS . candidate = max ( min (PRS . max _ cov , PRS -ΔP), PRS . min _ cov)
셀 커버리지 축소를 위한 최종 RS 전송 전력은,
[수학식 10]
PRS . set = max ( min (PRS . max , PRS . candidate), PRS . min)
로 계산하여 적용하는 것을 특징으로 하는 셀 자원의 효율적 사용을 위한 스몰셀의 커버리지 조절 방법
- 제1항에 있어서 상기 스몰셀 AP가 커버리지를 확장하는 단계 S120은;
단위 시간 간격 t_ interval 당 ΔP 만큼씩 전송전력을 증가시킴으로써 스몰셀 AP의 커버리지를 확장시키며, 상기 스몰셀 AP는 적용 가능한 최대/최소 커버리지 범위 내에서 RS 전송 전력 후보값 PRS . candidate를 다음의 수학식 12에 의해 계산하고,
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PRS . candidate = max ( min (PRS . max _ cov , PRS+ΔP), PRS . min _ cov)
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[수학식 14]
PRS . set = max ( min (PRS . max , PRS . candidate), PRS . min)
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