서로 다른 크기(size)와 범위(range)를 가지는 복수의 매크로 셀(macro cells) 및 마이크로 셀(micro cells)들을 포함하여 이루어지는 이종 셀룰러 네트워크(heterogeneous cellular networks)에 대하여, 기지국(Base Station ; BS)의 배치(deployment)와 운영(operation)의 측면을 모두 고려하여 상기 네트워크에서 낭비되는 에너지를 감소하고 전력소비의 효율을 개선하여 주파수 효율(spectral efficiency)을 증가시키는 것에 의해 자본과 운영비용(CAPEX 0026# OPEX)에 대한 부담을 동시에 감소할 수 있도록 구성되는 에너지 소비 감소를 위한 이종 셀룰러 네트워크 설계방법에 있어서, 상기 네트워크에 대한 피크타임(peak time)에서의 트래픽을 고려하여 얼마나 많은 수의 마이크로 BS가 추가적으로 배치되어야 하는지를 결정하기 위해, 지역 주파수 효율(area spectral efficiency ; ASE)에 대한 요구를 만족하는 최소한의 마이크로 BS의 배치를 결정하는 배치(Deployment)문제 결정단계; 상기 네트워크에 대한 비피크타임(off-peak time) 동안의 에너지 절약을 위해 각각의 매크로 BS 및 마이크로 BS를 부하 인식(load-aware) 동적 스위칭 온-오프 제어하는 운영(Operation)문제 결정단계; 및 상기 배치문제 결정단계와 상기 운영문제 결정단계를 통하여 각각 결정된 결과에 따라 상기 네트워크의 전체적인 구성 및 실제 동작을 결정하는 네트워크 구현단계를 포함하고,상기 배치문제 결정단계는, 매크로 BS 및 마이크로 BS의 집합을 각각 BM 및 Bm으로 나타내고, 각각의 BS가 2차원 영역 에 위치하며, BS의 인덱스가 b ∈ B = BM ∪ Bm으로 나타내지는 이종 셀룰러 네트워크를 고려할 때, 피크타임 ASE를 지원 가능한 마이크로 BS의 최소 배치를 찾기 위해, 이하의 수학식에 근거하여, 피크타임 t = t에서 증가된 ASE 요구를 만족하는 최소의 마이크로 BS 배치를 결정하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 에너지 소비 감소를 위한 이종 셀룰러 네트워크 설계방법. (여기서, 는 기준영역(reference area) │A│에 대한 주파수효율의 합으로 정의되는 지역 주파수효율(ASE)이고, 이며, 는 피크타임 t에서 요구되는 ASE 임)

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제 1항에 있어서, 상기 배치문제 결정단계에서, 상기 지역 주파수효율(ASE)은, 이하의 수학식으로 나타내지는 것을 특징으로 하는 에너지 소비 감소를 위한 이종 셀룰러 네트워크 설계방법. (여기서, Pr(x)는 특정 위치 x에 MT가 위치할 확률이고, χ는 영역 A 내에서 모든 x ∈ χ에 대하여 Pr(x) 003e# 0을 만족하는 영역 A 내에 포함되는 사용자 위치(user locations)의 집합임)

제 3항에 있어서, 상기 배치문제 결정단계는, 마이크로 BS 배치에 대한 후보위치(candidate locations)의 집합 κ를 이하의 수학식으로 정의하고, 마이크로 BS Bm의 집합을 증분식으로 배치하는(incrementally deploying) 것에 의해 ASE를 증가시키는 실제값 집합 함수(real-value set function)인 ASE 증가함수 를 이하의 수학식으로 정의할 때, 모든 Bm에 대하여 이고 임의의 선택된 k에 대하여 일 때, 이하의 수학식에 나타낸 조건이 유지되지를 검사하여 상기 ASE 증가함수 F가 부분계수인지를 검사하며, 공집합 에서 시작하여 상기 ASE가 상기 수학식 (P1)에 나타낸 제약조건을 만족할 때까지 후보 위치 의 집합 중에서 가장 높은 증가를 가지는 마이크로 BS 위치를 하나씩 반복적으로 부가하는 탐욕 배치 알고리즘(Greedy Deployment Algorithm ; GDA)에 근거하여 마이크로 BS 배치를 결정하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 에너지 소비 감소를 위한 이종 셀룰러 네트워크 설계방법.

제 4항에 있어서, 상기 배치문제 결정단계에서, 상기 탐욕 배치 알고리즘(GDA)은, 및 이 각각 탐욕(greedy) 및 최적해(optimal solution)를 나타내는 것으로 할 때, 에 대하여 및 이고, 및 인 것으로 정의할 때, 마이크로 BS의 최적 배치에 의해 달성될 수 있는 ASE 증가는 탐욕 알고리즘에 의해 달성될 수 있는 ASE 증가의 e/(e-1)배(factor)를 초과할 수 없다는 전제에 근거하여, 모든 에 대하여, 이하의 수학식을 이용하여 최적의 마이크로 BS 배치를 결정하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 에너지 소비 감소를 위한 이종 셀룰러 네트워크 설계방법. (여기서, 상수 e는 자연로그(natural logarithm)의 베이스(base)임)

제 5항에 있어서, 상기 배치문제 결정단계는, 각각의 마이크로 BS가 서로 다른 동작전력(operational power)(k ∈ Bi에 대하여 Pk = Pi)을 가지는 경우, 이하의 수학식을 이용하여 단위 전력소비당 가장 높은 ASE 증가를 가지는 위치를 찾도록 구성되는 것을 특징으로 하는 에너지 소비 감소를 위한 이종 셀룰러 네트워크 설계방법.

제 6항에 있어서, 상기 운영문제 결정단계는, 이하의 수학식으로 나타내지는 BS 운영문제에 근거하여 상기 운영문제를 결정하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 에너지 소비 감소를 위한 이종 셀룰러 네트워크 설계방법. (여기서, Bt는 시간 t에서 온 상태인 BS의 집합이고, PM 및 Pm은 각각 매크로 BS 및 마이크로 BS의 동작 전력 소비(operational power consumption)임)

제 7항에 있어서, 상기 운영문제 결정단계는, 이하의 수학식에 근거하여, 승수(multiplier) λ를 가지는 라그랑지안 완화(Lagrangian relaxation)를 이용하여 상기 BS 운영문제(P2)를 각각의 BS에서의 스위칭 문제의 합으로 분리하고, (여기서, 는 BS 상태의 지시자(indicator)이고, BS b가 시간 t일 때 이고 아니면 0이며, χb는 BS b의 서비스 영역(serving area)에 포함되는 위치(locations)의 집합을 나타내며, 는 임) 각각의 시간 t에서, 각 BS b는 현재의 로컬 정보(local information) 를 네트워크 조정자에게 보내고 라그랑지안 승수 λ를 수신하며, 임의의 주어진 λ에 대하여, 이하의 수학식에 나타낸 스위칭 오프 조건에 근거한 분산 BS 스위칭 알고리즘(S-OFF1)을 이용하여, 단위 동작전력(unit operational power)당 주파수 효율의 감소가 미리 정해진 특정한 임계값보다 낮으면 상기 BS b가 스위치 오프되고, BS가 원래 스위치 오프되었던 값과 동일한 값에 목표 ASE가 도달하면 상기 BS b가 스위치 온 되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 에너지 소비 감소를 위한 이종 셀룰러 네트워크 설계방법.

제 8항에 있어서, 상기 운영문제 결정단계는, SINR 평가(estimation)를 요구하는 상기 분산 BS 스위칭 알고리즘(S-OFF1) 대신에, 이하의 수학식으로 나타내지는 SNR 평가에 근거한 BS 스위칭 알고리즘(S-OFF2)를 이용하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 에너지 소비 감소를 위한 이종 셀룰러 네트워크 설계방법. (여기서, 임)

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