KR20130028624A - Ｐｃｉ 자동 할당 방법 및 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 기지국의 초기 설정 값 중 하나인 PCI (physical cell identity)를 자동으로 할당하는 방법 및 그를 위한 시스템에 관한 것이다. 본 발명의 PCI 자동 할당 시스템은, PCI 할당과 인접 셀 목록(NCL: Neighbor Cell List) 구성에 필요한 정보를 수집하고, 적어도 하나의 PCI 결정 방법을 이용하여 기지국의 PCI를 결정하며, 적어도 하나의 PCI 결정 방법과 연동하여 인접 셀 목록을 설정한다.

Description

ＰＣＩ 자동 할당 방법 및 시스템{METHOD AND SYSTEM FOR AUTOMATED ASSIGNING OF PHYSICAL CELL IDENTITY}

본 발명은 LTE (Long Term Evolution) 분야에 관한 것으로, 특히 기지국의 초기 설정 값 중 하나인 PCI (Physical Cell Identity)를 자동으로 할당하는 방법 및 그를 위한 시스템에 관한 것이다.

고속의 데이터를 필요로 하는 이동통신 시장의 흐름에 따라 기지국의 커버리지(coverage)는 점차 작아지고 있다. 네트워크 사업자는 동일한 지역에 양질의 데이터 서비스를 위해서 더 많은 기지국이 필요하게 되고 다수의 기지국을 설치 및 유지하기 위해서는 비용이 많이 소요된다. 즉, 유무선관련 파라미터를 결정하기 위해서는 많은 인원과 시간이 필요하게 된다. 기지국의 가변적인 위치와 변화하는 무선 환경에 대한 최적의 조건을 찾기는 쉽지 않기 때문에 기지국과 네트워크가 자동적으로 설치되고 변화하는 무선환경 및 데이터 트래픽 환경에 적응하는 SON(Self Organizing Network)이 필요하게 되었다.

PCI (Physical Cell Identity)는 기지국에 설정하는 가장 기본적인 파라미터이다. 기지국은 PCI를 이용하여 랜덤 시퀀스(random sequence) 생성, 동기화 신호(synchronization signal) 생성, 하향링크 참조 신호 (reference signal)의 부반송파 맵핑 (subcarrier mapping) 등을 수행한다.

무선 네트워크 사업자는 기지국 주변에 어떤 셀이 구성되어 있는가에 따라 각각의 PCI를 구성하고 이에 따라 인접 셀 목록 (NCL: Neighbor Cell List)을 구성하게 되는데, 종래의 PCI 및 NCL을 설정하는 방법에 의하면 기지국의 NCL은 자동 설치보다는 수동 설치에 의해 구성되었다. NCL의 구성요소는 주변 셀들이 사용하는 PCI로 이루어지며, 핸드오버를 수행하는 단말은 NCL을 서빙 기지국 (serving cell)으로부터 제공받아 제한된 PCI 만을 탐색(searching)하여 핸드오버 속도를 높일 수 있다.

작은 셀 커버리지(coverage)를 요구하는 이동통신 시장의 흐름에 따라 동일한 지역에서 양질의 서비스를 제공하기 위해서는 더 많은 기지국이 필요하게 되고 다수의 기지국을 설치 및 유지하기 위해서는 비용이 많이 소요된다. 이러한 상황에서 기지국 설치시에 PCI 및 NCL을 매번 수동으로 설정하는 것이 어려워진다. 더욱이 펨토셀(femtocell)과 같이 작은 기지국의 경우에는 더 많은 기지국이 설치될 것이 예상되고 기지국의 온/오프(On/Off)가 자유로워지며 기지국의 이동성을 보장해야 한다. 이러한 경우 PCI 및 NCL을 수동으로 설치하는 것은 비용 문제뿐만 아니라 매우 복잡한 절차를 거쳐야 한다. 그러므로 기지국의 PCI 및 NCL을 자동으로 설정하는 방법을 필요로 한다.

한국 공개 특허 제10-2010-0098994호 (2010. 09.10. 공개)

본 발명은 기지국의 초기 설정 값 중 하나인 PCI (physical cell identity)를 자동으로 할당하는 방법 및 그를 위한 시스템에 관한 것이다.

본 발명의 PCI 자동 할당 시스템은, PCI 할당과 인접 셀 목록(NCL: Neighbor Cell List) 구성에 필요한 정보를 수집하는 정보 수집부; 적어도 하나의 PCI 결정 방법을 이용하여 PCI를 결정하는 PCI 할당부; 및 상기 PCI 할당부에서 이용한 PCI 결정 방법과 연동하여 상기 인접 셀 목록을 설정하는 NCL 구성부를 포함한다.

또한 본 발명의 PCI 자동 할당 방법은, PCI 할당과 인접 셀 목록(NCL: Neighbor Cell List) 구성에 필요한 정보를 수집하는 단계; 적어도 하나의 PCI 결정 방법을 이용하여 기지국의 PCI를 결정하는 단계; 및 상기 적어도 하나의 PCI 결정 방법과 연동하여 상기 인접 셀 목록을 설정하는 단계를 포함한다.

본 발명에 따르면, 기지국에 설정하는 기본적인 파라미터인 PCI (physical cell identity) 및 NCL (Neighbor Cell List)을 자동으로 설정하여 기지국의 설치 및 유지를 용이하게 수행할 수 있고, 저렴한 비용으로 경제적으로 수행할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 이동통신 시스템의 구성을 보이는 블록도.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 PCI 충돌 현상을 보이는 예시도.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 PCI 혼동 현상을 보이는 예시도.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 OAM 서브 시스템을 보이는 예시도.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 정보 수집기의 구성을 보이는 블록도.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 네트워크의 구성을 보이는 예시도.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 초소형 기지국의 평가를 위한 구성을 보이는 예시도.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 PCI 충돌 성능을 보이는 예시도.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 PCI 혼동 성능을 보이는 예시도.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들에 대해 상세히 설명한다. 다만, 이하의 설명에서는 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 우려가 있는 경우, 널리 알려진 기능이나 구성에 관한 구체적 설명은 생략하기로 한다.

이동통신 시스템에서 동일한 주파수 채널을 다수의 가입자 단말과 다수의 초소형 기지국이 동시에 사용한다. 따라서, 동일한 주파수 채널 사용은 동시 통화자 및 초소형 기지국 간에 간섭을 야기하므로 시스템의 효율성과 통화 품질의 향상을 위해서 각 초소형 기지국은 송신출력을 적절하게 제어해야 한다. 본 발명에서 초소형 기지국은 펨토(Femto) 기지국, 피코(Pico) 기지국, 마이크로(Micro) 기지국, 옥내용 기지국 및 셀 확장용으로 사용되는 릴레이(relay) 등을 포함할 수 있다. 본 발명의 도면에서는 매크로 기지국을 옥외용 기지국의 일례로, 펨토 기지국을 초소형 기지국의 일례로 설명한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 이동통신 시스템의 구성을 보이는 블록도이다.

도 1에서 보이는 바와 같이 이동통신 시스템은, 예컨대 GSM(Global System for Mobile communication), CDMA(code division multiple access)와 같은 2G 이동통신망, LTE(long term evolution)망, WiFi와 같은 무선인터넷, WiBro(Wireless Broadband Internet) 및 WiMax(World Interoperability for Microwave Access)와 같은 휴대인터넷 또는 패킷 전송을 지원하는 이동통신망(예컨대, WCDMA 또는 CDMA2000과 같은 3G 이동통신망, HSDPA(High Speed Downlink Packet Access) 또는 HSUPA(High Speed Uplink Packet Access)와 같은 3.5G 이동통신망, 또는 향후 개발될 4G 등) 및 매크로 기지국(eNB)(30), 펨토 기지국(21~25) 및 사용자 단말(UE: user equipment)(10)을 구성요소로 포함하는 임의의 기타 이동통신망을 포함할 수 있지만, 이에 제한되는 것은 아니다.

도 1에 도시된 바와 같이, 이동통신 시스템은 하나 이상의 네트워크 셀로 구성될 수 있고, 이동통신 시스템에 서로 다른 종류의 네트워크 셀이 혼재할 수도 있다. 이동통신 시스템은 좁은 범위의 네트워크 셀(펨토셀)을 관리하는 펨토 기지국(Home-eNB)(21~25), 넓은 범위의 셀(매크로셀)을 관리하는 매크로 기지국(eNB)(30), 사용자 단말(UE)(10), SON(Self Organizing & optimizing Networks) 서버(40) 및 MME(50)를 포함할 수 있다. 도 1에 도시된 각 구성요소의 개수는 예시적인 것으로, 본 발명이 실시될 수 있는 이동통신망의 각 구성요소의 개수가 도면에 도시된 개수에 제한되는 것은 아니다.

매크로 기지국(30)은, 예컨대 LTE망, WiFi망, WiBro망, WiMax망, WCDMA망, CDMA망, UMTS망, GSM망 등에서 사용될 수 있는, 예를 들어 1km 내외의 반경을 갖는 매크로셀 기지국의 특징을 포함할 수 있지만, 이에 제한되는 것은 아니다.

펨토 기지국(21~25)은 예컨대 LTE망, WiFi망, WiBro망, WiMax망, WCDMA망, CDMA망, UMTS망, GSM망 등에서 사용될 수 있는, 예를 들어 수십 m 내외의 반경을 갖는 펨토셀 기지국의 특징을 포함할 수 있지만, 이에 제한되는 것은 아니다.

펨토 기지국(21~25)은 셀 내의 음영 지역 해소를 목적으로 사용하며, 셀 경계 지역에 펨토 기지국(21~25)을 설치하여 효과적인 셀 커버리지 확장과 처리량(Throughput)을 향상시킬 수 있다.

이동통신 시스템을 구성하는 네트워크 셀은 매크로셀 및 펨토셀을 포함할 수 있다. 매크로셀은 매크로 기지국(30)에 의해 관리될 수 있고, 펨토셀은 펨토 기지국(21~25)에 의해 관리될 수 있다. 펨토 기지국(21~25)이나 매크로 기지국(30)은 각각 독자적으로 코어망의 접속성을 가질 수 있다.

사용자 단말(10)은 GSM망, CDMA망과 같은 2G 이동통신망, LTE망, WiFi망과 같은 무선인터넷망, WiBro망 및 WiMax망과 같은 휴대인터넷망 또는 패킷 전송을 지원하는 이동통신망에서 사용되는 무선 이동 단말기의 특징을 포함할 수 있지만, 이에 제한되는 것은 아니다. 일 실시예에 있어서, 사용자 단말(10)은 매크로셀 가입자 단말 또는/및 펨토셀 가입자 단말일 수 있다.

기지국의 네트워크 관리 장치인 관리 서버(OAM 서버)(60)는 펨토 기지국(21~25)과 매크로 기지국(30)의 구성 정보를 관리를 담당한다. 관리 서버(60)는 SON 서버(40) 및 MME(50)의 기능을 모두 수행할 수 있다.

SON 서버(40)는 매크로 기지국/펨토 기지국 설치 및 최적화를 수행하고 각 매크로 기지국/펨토 기지국에 필요한 기본 파라미터 또는 데이터를 제공하는 기능을 하는 임의의 서버를 포함할 수 있다.

MME(50)는 사용자 단말(10)의 호 처리 등을 관리하기 위하여 사용되는 임의의 개체를 포함할 수 있다. MME(50)는 기지국 제어기(BSC)의 기능을 수행하며, 자신에 연결된 기지국에 대하여 자원 할당, 호 제어, 핸드오버 제어, 음성 및 패킷 처리 등을 수행할 수 있다.

일 실시예에 있어서, 하나의 관리 서버(60)가 SON 서버(40)와 MME(50)의 기능을 모두 수행할 수 있고, SON 서버(40) 및 MME(50)는 하나 이상의 매크로 기지국(30)과 하나 이상의 펨토 기지국(21~25)을 관리할 수 있다.

상기 이동통신망에서 매크로셀 및 펨토셀이 혼재된 네트워크 셀을 가정하였지만, 네트워크 셀은 매크로셀 또는 펨토셀만으로도 구성 가능하다.

3GPP (3rd generation partnership project) LTE (long term evolution)에서 SON 서버(40)가 제공하는 기본 파라미터 중 하나인 PCI (physical cell identity)는 504개로 구성되며 기지국에는 이를 재사용하여 할당한다. 일 실시예로서, 어느 곳의 기지국이 1번 PCI를 사용하고 있다고 하면 주변 기지국은 1번 PCI를 제외한 다른 PCI를 할당하고 1번 PCI를 사용하는 기지국에서 멀리 떨어져 있는 기지국은 다시 1번을 사용하게 된다. 504개의 PCI는 기지국 운용자의 설치 목적에 따라 나뉘어 사용되기 때문에 더욱 제한된 범위에서 PCI를 재사용할 가능성이 있지만 이하의 설명에서는 504개의 PCI를 모두 사용할 수 있는 상황을 가정한다.

매크로 기지국(30)은 모든 사용자가 접속할 수 있도록 OSG (Open Subscriber Group)를 사용하고 504개의 범위 내에서 PCI를 설정하지만 댁내에 설치되는 펨토 기지국(21~25)은 정해진 사용자만 사용할 수 있도록 CSG (Close Subscriber Group)를 사용하여 펨토 기지국(21~25) 소유자만 접속할 수 있도록 한다. 또한 셀 커버리지가 작은 다수의 펨토 기지국(21~25)이 존재할 것이 예상되므로 기지국의 방송 메시지 중 "csg-PhysCellIdRange" IE(information element)를 통하여 CSG를 사용하는 기지국의 PCI 범위를 알려준다. 즉, 504개의 PCI 중 일부를 이용하여 CSG를 사용하는 펨토 기지국(21~25)에 할당한다. 제한된 PCI만을 CSG를 사용하는 펨토 기지국(21~25)에 할당함으로써 단말(10)은 일부의 PCI만 탐색하여 핸드오버 속도를 높일 수 있고, 단말(10) 전력 소모를 감소시킬 수 있다. CSG를 사용하는 펨토 기지국(21~25)을 위한 PCI 범위는 RRC(radio resource control) 방송 메시지(3GPP TS36. 331)에 정의되어 있고, 설정할 수 있는 범위는 4, 8, 12, 16, 24, 32, 48, 64, 84, 96, 128, 168, 252 또는 504개이다.

OSG를 사용하는 기지국이든 CSG를 사용하는 기지국이든 어떠한 기지국이 설치되면 정해진 범위에서 PCI를 설정하여야 한다. OSG를 사용하는 기지국의 경우에는 504개 중 하나의 PCI를, CSG를 사용하는 기지국의 경우에는 csg-PhysCellIdRange 가 지정하는 범위 내에서 하나의 PCI를 결정하는데 다음과 같이 두 가지 조건을 만족하여야 한다.

1. "collision-free": 셀 커버리지 내에서 PCI가 유일해야 한다.

2. "confusion-free": 주변 셀들에 동일한 PCI가 할당되어 있으면 안된다.

충돌이 없다는 것은(collision-free) 새로 설치되는 기지국과 주변의 기지국이 동일한 PCI를 갖지 않도록 하는 것이고, 혼동이 없다는 것은(confusion-free) 새로 설치되는 기지국 주변에 위치한 기지국간에 동일한 PCI를 갖지 않아야 한다는 것이다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 PCI 충돌이 발생하는 경우의 예시도이고, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 PCI 혼동이 발생하는 경우의 예시도이다. 도 2에서 보이는 바와 같이 인접한 기지국에 동일한 PCI A가 할당되어 있으므로 PCI 충돌(Collision)이 발생하고, 도 3에서 보이는 바와 같이 인접하여 있는 기지국 간에는 서로 다른 PCI가 할당되어 있으므로 PCI 충돌은 없으나, PCI A가 할당된 중앙에 위치한 기지국 양 옆으로 동일한 PCI B가 할당된 기지국이 위치하므로 PCI 혼동(Confusion)이 발생한다.

504개의 범위에서 PCI를 할당하는 경우에는 PCI 충돌 또는 PCI 혼동이 발생할 확률이 낮지만, 기지국 운용 목적에 따라서 504개의 PCI를 나누어 사용하면 PCI 충돌 또는 PCI 혼동이 발생할 확률이 높아지고, CSG를 사용하는 기지국은 제한된 범위에서 PCI를 선택하므로 PCI 충돌 또는 PCI 혼동이 발생할 확률이 높아진다. 그러나 PCI 범위를 넓히게 되면 사용자 단말(10)이 많은 개수의 PCI를 탐색해야 하므로 핸드오버 속도가 느려지고 사용자 단말(10)의 전력 소모가 커지게 되므로, CSG 기지국에서는 작은 범위 내에서의 PCI를 이용하여 재사용률을 높이면서 PCI를 할당해야 한다.

기지국의 설치 비용, 유지 비용, 무선 네트워크의 성능을 높이기 위하여 셀 계획 도구(cell planning tool) 등에만 의존하지 않고, 해당 기지국이 자체적으로 무선 환경을 예측하고 필요한 파라미터를 자동으로 설정하도록 운용되고 있다. 이렇게 자동으로 기지국에 필요한 파라미터를 설정하는 방법을 SON(Self Organizing Network)이라 일컫는다. SON은 아래와 같이 기본 설정(basic setup), 초기 무선 구성(initial radio configuration), 자기 최적화(self-optimization) 등으로 나뉘게 되며, 도 4에서 보이는 바와 같은 OAM(Operation and Maintenance) 서브 시스템의 도움으로 수행된다.

1. 기본 설정

-IP address configuration,

-Associate with a gateway

-Authentication

2. 초기 무선 구성

-Physical Cell ID configuration

-Neighbor list configuration

-Establish interfaces(e.g., X2)

3. 자기 최적화

-Optimize neighbor list

-Coverage and capacity optimization

이동통신 시스템에서 기본 설정이 완료되면 기지국이 운영되기 전에 초기 무선 파라미터를 설정하게 된다. 초기 무선 파라미터 중 제일 기본적인 것은 해당 셀이 사용할 PCI이다. 기지국의 PCI를 결정하기 위한 간단한 방법은 PCI 범위 (OSG인 경우는 504개, CSG인 경우는 csg-PhysCellIdRange의 범위) 내에서 임의의 PCI를 결정하는 것이다. 하지만 해당 기지국의 주변 셀에 대한 정보없이 임의의 PCI를 결정하게 되면 PCI 충돌과 PCI 혼동을 효과적으로 제어할 수 없다. 이를 보완하기 위하여 기지국 운영 중에 자기 최적화를 수행하게 된다. 기지국이 자기 최적화를 수행하기 위하여 접속되어 있는 사용자 단말(10)로부터 핸드오버 정보를 수신하여 문제가 발생했다고 판단되는 셀간에 PCI 또는 NCL (Neighbor Cell List) 등의 정보 교환을 하게 하여 PCI 충돌과 PCI 혼동 문제를 해결한다. 하지만 이러한 해결 방법은 기지국 운영 중에 사용자 단말(10)이 핸드오버를 수행하는 과정에서 수행되므로 기지국이 PCI 충돌과 PCI 혼동없이 안정적으로 동작하는데 많은 시간이 소요된다. 이를 보완하기 위하여 수신되는 PCI를 측정하여 이를 바탕으로 기지국의 PCI 및 NCL을 설정할 수 있다.

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 PCI 자동 할당 시스템의 구성을 보이는 예시도이다.

도 5에서 보이는 바와 같이, PCI 자동 할당 시스템(100)은 PCI 할당과 NCL 구성에 필요한 정보를 수집하기 위한 정보 수집부(110), 서로 다른 PCI 결정 방법 중 적어도 하나의 방법을 이용하여 기지국의 PCI를 할당하는 PCI 할당부(120), PCI 할당부(120)의 PCI 결정 방법과 연동하여 인접 셀 목록을 형성하는 NCL 구성부(130) 및 할당된 PCI와 구성된 NCL이 충돌 또는 혼동 없이 설정되었는지 여부를 판단하는 PCI 판별부(140)를 포함한다.

정보 수집부(110)는 주변 셀에 할당되어 있는 PCI 정보를 수집하고, 주변 셀의 독립적인 식별자를 알기 위하여 CGI(cell global identity) 정보를 수집하거나 직접적으로 수집이 불가능한 경우에는 CGI를 추정한다. 또한, 정보 수집부(110)는 주변셀의 CGI가 결정되면 해당 셀이 방송하고 있는 NCL을 수집한다. 본 실시예에서 PCI, CGI 및 NCL을 수집하는 장치 및 방법에 대하여 규정하지는 않았지만 기지국이 스니퍼(sniffer, 기지국이 주변셀을 측정하기 위한 하향링크 수신 장치)를 포함하는 경우 스니퍼를 이용하여 셀 탐색을 하여 PCI를 검출하고 방송 메시지를 수신하여 CGI 및 NCL을 구할 수 있다. 기지국의 스니퍼와 유사한 기능을 수행하는 장치로서 사용자 단말(10)은 하향링크 수신기를 포함하고 있으므로 셀에 접속되어 있는 사용자 단말(10)의 측정 기능을 통하여 스니퍼를 대체할 수 있다. 스니퍼를 사용하거나 셀에 접속되어 있는 단말을 이용하더라도 OAM 서버(60)의 도움을 받을 수 있으며 기지국이 GPS (global positioning system) 수신 기능을 포함하는 경우에는 OAM 서버(60)에 저장되어 있는 각 기지국의 위치 정보와 GPS에서 측정된 위치 정보를 이용하여 새로 설치되는 기지국에 인접한 주변셀의 PCI, CGI, NCL 등의 정보를 획득할 수 있다.

기지국이 스니퍼를 포함한다고 하더라도 물리계층에서 알 수 있는 PCI 정보는 검출할 수 있으나, RRC 방송 메시지를 수신해야 알 수 있는 CGI 정보를 수신할 수 없는 경우에는 검출된 PCI 정보를 이용하여 위치를 추정하여 CGI 정보를 획득하거나 IP 주소(internet protocol address)를 통하여 대략의 위치를 추정하고 이를 통하여 CGI 정보를 획득할 수 있다. PCI 정보를 이용한 위치 추정후 CGI를 추정하기 위하여 검출된 PCI 중 관련성이 높다고 판단되는 PCI 하나를 선택한다. 송신기와 수신기가 가까이 위치할수록 수신 전력이 높아지므로 관련성 정도를 판단하는 방법으로 해당 PCI에 대한 수신 전력이 가장 큰 것을 선택할 수 있다. 하나의 PCI가 선택되면 그 다음으로 관련성이 높다고 판단되는 PCI를 선택하여 선택된 각각의 PCI에 대한 물리적 거리 또는 네트워크 연결 거리를 계산한다. 물리적 거리는 지도상의 좌표에 의한 거리를 나타내며, 네트워크 연결 거리는 하나의 기지국에서 다른 기지국까지 도달하기 위한 최단 호핑(hopping) 수를 나타낸다. 네트워크 연결 거리를 계산하는 방법에 대해서는 후술하도록 한다. 물리적 거리 또는 네트워크 연결 거리를 선택된 PCI에 대하여 계산하면 네트워크상에 동일한 PCI를 사용하는 기지국이 여러 개 있으므로 다수의 조합이 생길 수 있는데, 두 개 혹은 그 이상의 PCI 정보를 이용하여 추정 위치의 정확도를 높이고 최종적으로 추정된 위치를 바탕으로 주변셀의 CGI 정보를 획득한다.

PCI 할당부(120)는 정보 수집부(110)로부터 수신한 정보에 따라 수신 전력 기반 PCI 결정 방법, 네트워크 연결 기반 PCI 결정 방법, 통계 기반 PCI 결정 방법 중 적어도 하나의 방법을 사용하여 PCI를 할당한다.

수신 전력 기반 PCI 결정 방법을 사용하기 위해서, PCI 할당부(120)는 정보 수집부(110)로부터 주변 셀에 할당되어 있는 PCI에 대한 정보와 각 셀에 대한 수신 전력 정보를 제공받는다. 본 발명에서 수신 전력 정보는 RSSI (receiveed signal strength indicator), RSRP (reference signal received power), RSRQ(reference signal received quality), 동기 신호 수신 전력 등의 수신 전력과 관련이 되거나 수신 전력을 통하여 계산되는 값을 의미한다. PCI 할당부(120)는 주변 셀이 사용하고 있는 PCI와 각 셀에 대한 수신 전력 정보를 수신하면 수학식 1에서와 같이 수신 전력이 가장 작은 PCI를 할당한다.

수학식 1에서,

는

가 할당된 기지국으로부터 수신되는 수신 전력을 나타낸다. 만약 동일 PCI에 대하여 두 개 이상의 값이 수신되면 수신된 값들 중 최대값을 이용한다.

수신 전력 대신 경로감쇄를 계산하는 경우에는 수학식 2에서와 같이 경로감쇄가 가장 큰 PCI를 할당한다.

수학식 2에서,

는

가 할당된 기지국으로부터의 경로감쇄를 의미한다. 만약 동일 PCI에 대하여 두 개 이상의 값이 계산되면 계산된 값들 중 최소값을 이용한다.

PCI 할당부(120)는 정보 수집부(110)로부터 수신된 PCI가 설정할 수 있는 PCI의 범위보다 작으면 통계 기반 PCI 결정 방법에 의해 PCI를 할당한다. 일 실시예로서, PCI 할당부(120)는 설정할 수 있는 PCI의 범위가 0~7인데 수신된 PCI는 0~5이면 통계 기반 PCI 결정 방법에 의하여 6과 7중 하나를 선택한다.

네트워크 연결 기반 PCI 결정 방법을 사용하기 위해서, PCI 할당부(120)는 정보 수집부(110)로부터 주변 셀에 할당되어 있는 PCI 및 CGI, 주변 셀이 갖고 있는 각각의 NCL 정보를 수신받는다. PCI 할당부(120)는 수신받은 PCI, CGI 및 NCL을 통하여 네트워크 연결 거리를 계산한다. 네트워크 연결 거리는 하나의 기지국에서 다음 기지국까지 도달하기 위한 최단 호핑 수를 의미한다. 일 실시예로서, 도 6에서 보이는 바와 같이 네트워크가 구성되고 주변 셀과의 연결 상태가 정해져 있다고 가정하면, Cell X의 PCI를 할당하려고 할 경우 Cell X와 Cell F의 네트워크 연결 거리는 Cell X→Cell A→Cell E→Cell F 또는 Cell X→Cell B→Cell E→Cell F 등으로 연결되는 경로로 3이다. 이와 같은 네트워크 연결 거리를 탐색할 수 있는 알려져 있는 알고리즘은 다수 존재한다. 일 실시예로서, BFS(Breadth-First Search) 알고리즘을 사용하여 네트워크 연결 거리를 계산할 수 있다. 네트워크 연결 거리가 계산되면 수학식 3과 같이 네트워크 연결 거리가 가장 큰 PCI를 할당한다. 정보 수집부(110)로부터 소정 임계값보다 많은 PCI를 제공받는 경우에는 수신 전력 기반 PCI 결정 방법에 의해서 도움을 받을 수 있다. 즉, PCI 할당부(120)는 정보 수집부(110)로부터 수신한 PCI별 수신 전력에 의해 PCI를 설정하거나 일정 레벨 이상의 수신 전력을 갖는 PCI에 대하여 네트워크 연결 거리를 계산한다.

수학식 3에서

는 PCI를 설정하고자 하는 셀로부터

를 갖는 셀까지의 최단 네트워크 연결거리를 나타낸다.

만약, 네트워크 검색에 의해 획득된 PCI가 설정할 수 있는 PCI의 범위보다 작으면 통계 기반 PCI 결정 방법에 의해 PCI를 할당한다.

통계 기반 PCI 결정 방법을 사용하기 위해서, PCI 할당부(120)는 정보 수집부(110)로부터 위치 정보를 수신받는다. 만약 사무실과 같이 좁은 영역에 대하여 통계 기반 PCI 결정 방법을 이용하려고 한다면 위치 정보가 필요하지 않을 수 있으며, IP 수준의 위치 정보를 통하여 통계 기반 PCI 결정 방법을 구현할 수도 있다. 일단 위치 정보를 획득하면 그 주위의 특정 영역에 대하여 사용되고 있는 PCI 중복 횟수를 측정하여 최소로 사용되고 있는 PCI를 할당한다. 일 실시예로서, 사용할 수 있는 PCI의 범위가 0~3이고 PCI 0은 2번 사용되고, PCI 1은 3번 PCI 2는 4번, PCI 3은 0번 사용되고 있다면 PCI 할당부(120)는 가장 적은 회수로 사용된 PCI 3을 할당한다. 한편, PCI 사용 회수를 측정할 수 없는 경우 최근 할당한 PCI 다음 순번의 PCI를 할당하도록 설정할 수 있고, PCI 사용 회수도 측정할 수 없고 최근에 할당한 PCI 정보가 없는 경우 PCI를 할당할 수 있는 범위에서 임의의 PCI를 할당하도록 설정할 수도 있다.

NCL 구성부(130)는 PCI 할당부(120)에서 이용한 PCI 결정 방법과 연동하여, PCI 할당부(120)에서 수신 전력 기반 PCI 결정 방법을 이용하였을 경우 수신 전력 기반 NCL 구성 방법을 사용하고, PCI 할당부(120)에서 네트워크 연결 기반 PCI 결정 방법을 이용하였을 경우 네트워크 연결 기반 NCL 구성 방법을 사용하며, PCI 할당부(120)에서 통계 기반 PCI 결정 방법을 이용하였을 경우 위치 기반 NCL 결정 방법을 사용하여 NCL을 설정한다.

수신 전력 기반 NCL 구성 방법에서, NCL 구성부(130)은 수신 전력 기반 PCI 결정 방법에서 사용된 주변 셀 PCI 또는 사용된 주변 셀 PCI의 부분 집합을 이용하여 NCL을 설정할 수 있다.

네트워크 연결 기반 NCL 구성 방법에서, NCL은 네트워크 연결 거리가 소정 임계값 이하에 해당하는 셀들의 PCI 조합으로 구성된다. 참고로 네트워크 연결 거리가 1 이하의 값으로 설정되면 수신 전력 기반 NCL 구성방법과 유사하게 NCL이 설정될 수 있다.

위치 기반 NCL 구성 방법에서, NCL 구성부(130)는 추정된 위치 주변의 PCI를 NCL로 구성한다. 단, 위치 기반 NCL 구성 방법에서 PCI 중복 회수를 측정하는 영역과 NCL 구성을 위한 영역은 상이할 수 있다.

PCI 판별부(140)는 상기 설명된 두 가지 판단 기준 즉, PCI 충돌 또는 PCI 혼동이 있는지 여부를 판별하여, 문제가 없으면 PCI 할당부(120)가 선택한 PCI 및 NCL 구성부(130)가 설정한 NCL을 유지한다. PCI 판별부(140)는 PCI 충돌 또는 PCI 혼동문제가 발생한 경우에는 다른 PCI 및 NCL을 재설정하도록 한다. 만약 새로 설치되는 셀에서 PCI 및 NCL을 재설정하여 문제 해결이 되지 않으면 타 셀들의 PCI 및 NCL을 변경하도록 설정할 수 있다.

본 발명은 정보 수집부(110), PCI 할당부(120), NCL 구성부(130) 및 PCI 판별부(140)로 구성되어 새로 설치되는 기지국의 PCI 및 NCL을 자동으로 설정한다. PCI 할당부(120)는 정보 수집부(110)가 제공하는 정보에 따라 PCI 결정 방법 중 적어도 하나를 사용하여 동작한다. 일 실시예를 도 6을 통하여 설명하면 아래와 같다.

Cell X가 새로 설치되고 수신 전력에 기반하여 자동으로 PCI와 NCL을 설정하는 경우, 우선 각 셀에 대한 수신 전력을 측정하여 수신 전력의 크기별로 나열해야 한다. 본 실시예에서는 Cell A와 Cell H가 동일한 PCI를 갖기 때문에 수신 전력이 더 큰 Cell A의 값을 이용한다. 수신 전력의 크기가 아래와 같다고 가정하면 Cell I가 수신 전력이 가장 작으므로 Cell X의 PCI는 7번이 된다.

Cell A>Cell B>Cell C>Cell E>Cell D>Cell F>Cell G>Cell I

수신 전력에 기반하여 구성되는 NCL은 가장 수신 전력이 높은 Cell A~C의 PCI 0~2번으로 구성된다.

만약 Cell X가 새로 설치되고 네트워크 연결에 기반하여 자동으로 PCI와 NCL을 설정하는 경우, 각 셀에 대한 네트워크 연결 거리를 계산하여야 한다. 일 실시예로서, Cell A, Cell B 및 Cell C가 검색되면 최단 네트워크 연결 거리는 아래와 같다. 여기서 Cell A와 Cell H는 동일한 PCI를 사용하므로 최소 네트워크 연결거리를 갖는 Cell A가 사용된다.

네트워크 연결 거리 1: Cell A(PCI 0), Cell B(PCI 1), Cell C(PCI 2)

네트워크 연결 거리 2: Cell D(PCI 3), Cell E(PCI 4), Cell G(PCI 6)

네트워크 연결 거리 3: Cell F(PCI 5)

네트워크 연결 거리 4: Cell I(PCI 7)

상기한 바와 같이 Cell I에 할당되어 있는 PCI 7번이 네트워크 연결 거리가 가장 크므로 Cell X의 PCI는 7번으로 할당하고, NCL은 네트워크 연결거리가 가장 작은 Cell A~C의 PCI 0~2번으로 구성된다.

만약 Cell X가 새로 설치되고 통계값에 기반하여 자동으로 PCI 및 NCL을 설정하는 경우, 특정 영역에 대하여 PCI 통계를 구해야 한다. 일 실시예에서, Cell I를 제외한 Cell A~H까지에 대하여 통계를 구하면 PCI 0은 2번 사용되고 PCI 1~6은 1번 사용된다. PCI 7번은 0번 사용되기 때문에 Cell X의 PCI는 7번이 되고 NCL은 위치상으로 근접해 있는 Cell A~C의 PCI 0~2로 구성된다.

본 발명의 효과를 알기 위하여 아래와 같은 모의 실험 환경을 구성하였다.

-펨토 기지국 송신 출력: 10dBm

-펨토 기지국 설치 형태: 5 by 5 grid model

-안테나 이득: 0dBi

-잡음 밀도: -174dBm/Hz

-간섭잡음 밀도: -110dBm/RB

-Noise figure: 5dB

-매크로 기지국 송신 출력: 46dBm

-매크로 셀에 대한 경로손실: 100dB(Cell site), 140dB(Cell edge)

펨토 기지국은 도 7에서와 같이 5 by 5 그리드 모델(grid model)을 사용하였다. 5 by 5 그리드 모델은 3GPP에서 펨토 기지국을 평가하기 위한 설치 모델로서, 가로, 세로 5개의 기지국이 10m 간격으로 있으며 총 25개의 기지국이 존재한다. 이러한 25개의 기지국을 매크로셀과 가까이 위치하는 경우(Cell site)와 매크로셀에서 멀리 떨어져 위치하는 경우(Cell edge)의 두 가지 경우에 대하여 모의 실험하였다.

도 8 및 도 9는 각각의 PCI 결정 방법에 따른 PCI 충돌 성능과 PCI 혼동 성능을 나타낸다. 무작위로 PCI를 설정하는 방법은 각각의 성능이 매우 열악하지만 통계 기반 PCI 결정 방법으로 많은 개선을 할 수 있다. 수신 전력기반 PCI 결정 방법과 통계 기반 PCI 결정 방법은 Cell site와 Cell edge에 따라 성능의 차이가 있는데, 매크로셀로부터 간섭이 작은 경우(Cell edge)에는 수신 전력 기반 PCI 결정 방법과 네트워크 연결 기반 PCI 결정 방법의 성능이 다소 차이가 있으나 비슷한 범위에서 수렴을 하지만, 매크로셀로부터 간섭이 큰 경우(Cell site)에는 수신할 수 있는 PCI가 매크로 간섭으로 적어지므로 현저한 성능 열화를 겪는다.

상기 방법들은 특정 실시예들을 통하여 설명되었지만, 상기 방법들은 또한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로서 구현하는 것이 가능하다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 컴퓨터 시스템에 의해 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록장치를 포함한다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체의 예로는 ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피 디스크, 광데이터 저장장치 등이 있으며, 또한 케리어 웨이브(예를 들어 인터넷을 통한 전송)의 형태로 구현되는 것도 포함한다. 또한, 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어, 분산방식으로 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드가 저장되고 실행될 수 있다. 그리고, 상기 실시예들을 구현하기 위한 기능적인(functional) 프로그램, 코드 및 코드 세그먼트들은 본 발명이 속하는 기술분야의 프로그래머들에 의해 용이하게 추론될 수 있다.

본 명세서에서는 본 발명이 일부 실시예들과 관련하여 설명되었지만, 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자가 이해할 수 있는 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않는 범위에서 다양한 변형 및 변경이 이루어질 수 있다는 점을 알아야 할 것이다. 또한, 그러한 변형 및 변경은 본 명세서에 첨부된 특허청구의 범위 내에 속하는 것으로 생각되어야 한다.

10: 사용자 단말 21~25: 펨토 기지국
30: 매크로 기지국 40: SON 서버
50: MME 60: 관리 서버(OAM 서버)

Claims (17)

1. PCI(Physical Cell Identity) 자동 할당 시스템으로서,
   PCI 할당과 인접 셀 목록(NCL: Neighbor Cell List) 구성에 필요한 정보를 수집하는 정보 수집부;
   적어도 하나의 PCI 결정 방법을 이용하여 PCI를 결정하는 PCI 할당부; 및
   상기 PCI 할당부에서 이용한 PCI 결정 방법과 연동하여 상기 인접 셀 목록을 설정하는 NCL 구성부를 포함하는, PCI 자동 할당 시스템.
2. 제1항에 있어서,
   상기 PCI 할당부에서 결정된 PCI 및 상기 NCL 구성부에서 설정된 인접 셀 목록의 PCI 충돌 및 PCI 혼동 여부를 판별하는 PCI 판별부를 더 포함하는, PCI 자동 할당 시스템.
3. 제2항에 있어서,
   상기 PCI 판별부는,
   상기 PCI 충돌 및 PCI 혼동이 발생할 경우 상기 PCI 및 상기 인접 셀 목록을 재구성하고, 상기 PCI 및 상기 인접 셀 목록의 재구성을 통해서도 상기 PCI 충돌 및 PCI 혼동을 해결되지 않는 경우 타 기지국의 PCI 및 인접 셀 목록을 재설정하는, PCI 자동 할당 시스템.
4. 제1항에 있어서,
   상기 정보 수집부는,
   상기 PCI 할당과 인접 셀 목록 구성에 필요한 정보로서, 상기 기지국의 주변 셀에 설정되어 있는 PCI 정보와, PCI별 수신 전력과, 상기 기지국의 주변 셀에 설정되어 있는 CGI 및 인접 셀 목록과, 상기 주변 셀을 관할하는 기지국의 위치 정보를 수집하는, PCI 자동 할당 시스템.
5. 제4항에 있어서,
   상기 위치 정보는,
   IP 주소를 통하여 대략의 위치를 추정하는 방법과, 위치를 알려주는 장치를 통하여 위치를 추정하는 방법과, 상기 PCI 정보를 이용하여 물리적 거리 또는 네트워크 연결 거리를 계산하여 상기 주변 셀을 관할하는 기지국이 설치된 위치를 추정하는 방법 중 적어도 하나를 이용하여 추정하는, PCI 자동 할당 시스템.
6. 제1항에 있어서,
   상기 정보 수집부는,
   상기 기지국에 설치되는 스니퍼(sniffer) 또는 하향링크 수신기, 단말(user equipment), OAM(Operation and Maintenance) 서버, GPS(global positioning system) 중 적어도 하나를 포함하는, PCI 자동 할당 시스템.
7. 제1항에 있어서,
   상기 PCI 결정 방법은,
   수신 전력 기반 PCI 결정 방법, 네트워크 연결 기반 PCI 결정 방법 및 통계 기반 PCI 결정 방법을 포함하는, PCI 자동 할당 시스템.
8. 제7항에 있어서,
   상기 수신 전력 기반 PCI 결정 방법은,
   상기 정보 수집부로부터 상기 주변 셀에 할당된 PCI와 상기 주변 셀에 대한 RSSI (receiveed signal strength indicator), RSRP (reference signal received power), RSRQ(reference signal received quality), 동기 신호 수신 전력 또는 상기 수신 전력을 통하여 계산되는 값 중 적어도 하나를 포함하는 수신 전력 정보를 제공받아 수신 전력이 가장 작은 PCI를 선택하는, PCI 자동 할당 시스템.
9. 제7항에 있어서,
   상기 수신 전력 기반 PCI 결정 방법은,
   경로 감쇄가 각 PCI에 대하여 계산되어 있는 경우, 상기 경로 감쇄가 가장 큰 PCI를 선택하는, PCI 자동 할당 시스템.
10. 제7항에 있어서,
    상기 PCI 할당부는,
    상기 정보 수집부에서 수집한 PCI가 설정할 수 있는 PCI의 범위보다 작은 경우, 상기 수집한 PCI를 제외한 나머지 PCI에서 상기 통계 기반 PCI 결정 방법을 이용하여 PCI를 결정하는, PCI 자동 할당 시스템.
11. 제7항에 있어서,
    상기 네트워크 연결 기반 PCI 결정 방법은,
    상기 정보 수집부로부터 상기 주변 셀에 할당되어 있는 PCI, CGI 및 인접 셀 목록을 제공받아 네트워크 연결 거리를 계산하여, 네트워크 연결 거리가 가장 긴 PCI를 선택하는, PCI 자동 할당 시스템.
12. 제11항에 있어서,
    상기 네트워크 연결 거리는,
    일 기지국에서 타 기지국까지 도달하기 위한 최단 호핑(hopping) 수를 나타내는, PCI 자동 할당 시스템.
13. 제7항에 있어서,
    상기 PCI 할당부는,
    상기 통계 기반 PCI 결정 방법에서 상기 정보 수집부로부터 위치 정보를 제공받아 PCI 사용 회수를 측정하여 최소 사용 회수를 갖는 PCI를 결정하는, PCI 자동 할당 시스템.
14. PCI(Physical Cell Identity) 자동 할당 방법으로서,
    PCI 할당과 인접 셀 목록(NCL: Neighbor Cell List) 구성에 필요한 정보를 수집하는 단계;
    적어도 하나의 PCI 결정 방법을 이용하여 기지국의 PCI를 결정하는 단계; 및
    상기 적어도 하나의 PCI 결정 방법과 연동하여 상기 인접 셀 목록을 설정하는 단계를 포함하는, PCI 자동 할당 방법.
15. 제14항에 있어서,
    상기 결정된 PCI 및 상기 설정된 인접 셀 목록의 PCI 충돌 및 PCI 혼동 여부를 판별하는 단계를 더 포함하는, PCI 자동 할당 방법.
16. 제15항에 있어서,
    상기 PCI 충돌 및 PCI 혼동 여부를 판별하는 단계는,
    상기 PCI 충돌 및 PCI 혼동이 발생할 경우 상기 PCI 및 상기 인접 셀 목록을 재구성하고, 상기 PCI 및 상기 인접 셀 목록의 재구성으로 상기 PCI 충돌 및 PCI 혼동을 해결되지 않는 경우 타 기지국의 PCI 및 인접 셀 목록을 다시 할당하는, PCI 자동 할당 방법.
17. 제14항에 있어서,
    상기 PCI 결정 방법은,
    수신 전력 기반 PCI 결정 방법, 네트워크 연결 기반 PCI 결정 방법 및 통계 기반 PCI 결정 방법을 포함하는, PCI 자동 할당 방법.

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