KR100575434B1 - 직교주파수 분할 다중 접속 기반 셀룰러 시스템에서의 자원 공간 분할 및 물리 채널 할당 방법 - Google Patents

직교주파수 분할 다중 접속 기반 셀룰러 시스템에서의 자원 공간 분할 및 물리 채널 할당 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 직교주파수 분할 다중 접속(Orthogonal Frequency Division Multiple Access, OFDMA) 기반 셀룰러 시스템의 자원 공간 분할 및 물리 채널 할당 방법에 관한 것으로, 다수의 인접한 셀에서 공통으로, 하나의 슬롯 내의 자원을 자원 공간으로 분할한 후, 분할된 자원 공간을 다수의 인접한 셀에서 각각 물리 채널의 크기에 맞추어 자원 집합으로 분할한다. 특성에 기초하여 분류된 물리 채널들은 하나의 자원 공간 내의 상기 분할된 자원 집합에 각각 할당된다. 본 발명에 따르면, OFDMA 기반의 셀룰러 시스템에서 특성이 다른 채널 별로 셀간 간섭을 용이하게 제어하고, 주파수 재사용 효율을 높일 수 있다. 또한, 서로 다른 두 셀 사이의 트래픽 채널이 전송되는 자원 공간을 부공간화하여 같은 부공간에 있는 트래픽 채널끼리만 충돌이 발생하도록 하고, 충돌이 일어나는 채널 사이에는 엄격한 전력 제어를 통하여 인접 셀로부터의 간섭을 제어하고 셀룰러 시스템의 주파수 재사용 효율을 높여 전체 시스템의 성능을 높일 수 있다.
OFDMA, 셀룰러, 자원 공간 분할, 물리 채널 할당, 전력 할당, 주파수 재사용

Description

직교주파수 분할 다중 접속 기반 셀룰러 시스템에서의 자원 공간 분할 및 물리 채널 할당 방법{METHOD FOR RESOURCE SPACE PARTITION AND A PHYSICAL CHANNEL ASSIGNMENT IN CELLULAR BASED ON OFDMA}
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 OFDMA 기반 셀룰러 시스템의 프레임 구조를 예시하는 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 OFDMA 기반 셀룰러 시스템에서 자원 공간 및 자원 부공간 분할과 자원 집합 분할을 예시하는 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 OFDMA 기반 셀룰러 시스템에서 각 자원 집합에 물리 채널을 할당하는 것을 예시하는 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 OFDMA 기반 셀룰러 시스템에서 트래픽 채널이 전송될 자원 공간을 자원 부공간으로 분할하지 않을 경우의 트래픽 자원 집합의 분할을 예시하는 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 OFDMA 기반 셀룰러 시스템에서 트래픽 채널이 전송될 자원 공간을 여러 개의 자원 부공간으로 분할하고, 각 자원 부공간의 최대 송신 전력을 다르게 허용하여 주파수 재사용 효율을 높이는 것을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 OFDMA 기반 셀룰러 시스템에서 자원 공간 및 부공간 분할과 자원 집합 분할, 그리고 물리 채널 할당 및 전송 전력 할당을 나타낸 순서도이다.
본 발명은 직교주파수 분할 다중 접속 기반 셀룰러 시스템에 관한 것으로, 보다 구체적으로 직교주파수 분할 다중 접속(Orthogonal Frequency Division Multiple Access, OFDMA) 기반의 셀룰러 시스템에서 물리 링크 자원을 여러 개의 자원 공간으로 구성하고, 또한 하나의 자원 공간을 여러 개의 자원 부공간으로 구성하여 셀룰러 환경에서 각 채널 특성별로 셀간의 간섭을 용이하게 제어할 수 있는 OFDMA 기반 셀룰러 시스템에서의 자원 공간 분할 및 물리 채널 할당 방법에 관한 것이다.
일반적으로 다중경로 채널을 통해 신호를 전송할 경우, 수신신호는 다중경로에 의한 심볼간 간섭(Inter-Symbol Interference; "ISI")이 발생하게 된다. 특히, 고속 데이터 전송 시에는 심볼의 주기가 채널의 지연 확산보다 작기 때문에 ISI가 더욱 심해져 ISI에 의한 왜곡을 보상하여 송신 신호를 정확히 복원하기 위해서는 복잡한 수신 기법이 필요하게 된다. 이러한 ISI에 의한 신호의 왜곡 현상을 줄이기 위해서는 심볼의 주기가 채널의 지연 확산보다 커야 하며, 이러한 다중경로 채널에서의 왜곡을 간단히 보상할 수 있는 변조 방식으로 직교주파수 분할 다중(OFDM) 방식이 제안되었다.
이러한 OFDM 방식은 단일 반송파를 이용한 전송 방식과는 달리 상호 직교성을 갖는 다수의 부반송파(sub-carrier)를 이용하여 데이터를 전송하게 된다. 즉, 상기 OFDM 방식은 입력되는 데이터를 변조에 사용되는 부반송파의 수만큼 직렬 및 병렬 변환을 수행하고, 변환된 각 데이터를 해당 부반송파를 이용해 변조시킴으로써 데이터 전송속도를 그대로 유지시키면서 각 부반송파에서의 심볼 주기를 부반송파의 수만큼 길어지게 한다. 상기 OFDM 방식은 상호 직교성을 갖는 부반송파를 사용하므로 기존의 FDM(Frequency Division Multiplex)에 비해 대역폭 효율이 좋고, 심볼 주기가 길어지게 되므로 단일 반송파 변조 방식에 비해 ISI에 강한 특성을 지닌다.
상기 OFDM 시스템에서 송신단 및 수신단의 변조 및 복조 과정은 각각 IDFT(Inverse Discrete Fourier Transform)와 DFT(Discrete Fourier Transform)를 수행한 것과 같으며, 이는 IFFT(Inverse Fast Fourier Transform)와 FFT(Fast Fourier Transform)를 사용하여 효율적으로 구현할 수도 있다. 또한, 채널의 지연 확산보다 긴 보호구간(Guard Interval)을 전송되는 심볼 주기마다 삽입하게 되면 부반송파간의 직교성이 유지되어 부반송파간 간섭(Inter-Carrier Interference: ICI)이 발생하지 않게 되고, 또한 다중경로 채널에 의한 OFDM 심볼이 겹치지 않게 되어 인접된 심볼 상호간의 ISI를 완전히 제거할 수 있다.
한편, 기존의 TDMA 기반의 셀룰러 시스템에서는 인접한 셀에서는 다른 주파수를 사용함으로써 다른 셀에 의한 간섭의 영향을 줄이게 된다. 하지만, 이러한 방법은 주파수 재사용 효율이 낮아 전체 시스템 용량을 줄어들게 된다. 이에 비해 기존의 IS-95, CDMA2000, W-CDMA 등의 CDMA 기반 셀룰러 시스템에서는 대역 확산 코드를 사용하여 다른 셀의 채널에 의한 간섭을 확산 요소만큼 줄이고, 또한 다른 셀의 여러 채널에 의한 간섭을 평균화할 수 있어 인접한 셀에서 동일한 주파수를 사용할 수 있다. 하지만, 기존의 OFDM 기반의 시스템인 IEEE802.11a, Hiperlan/2, Digital Audio Broadcasting(DAB) 등은 셀룰러가 아닌 환경에서 설계되었고, 셀간 간섭을 줄이기 위한 고려가 되어 있지 않다. 이 경우, 인접 셀에서는 다른 주파수를 사용하여 셀간 간섭을 줄일 수 있으나, 주파수 재사용 효율이 떨어져서 시스템 용량이 줄어들게 된다는 문제점이 있다.
한편, 상기 OFDMA 기반의 셀룰러 시스템에서 주파수 재사용 효율을 높이기 위해서 쓰는 방법으로는 동적 패킷 할당(Dynamic Packet Allocation) 또는 동적 채널 할당(Dynamic Channel Allocation) 방법이 있다(X. Qiu, K. Chawla, J.C.I. Chuang, and N. Sollenberger가 게재한 "Network-assisted resource management for wireless data networks", IEEE Selected Areas Commun., Vol. 19, pp. 1222-1234, July 2001 참조). 이 방법은 인접 셀끼리 서로 시그널링(signaling)을 통하여 인접 셀이 사용하는 채널에는 전송을 하지 않는 방법으로서, 이론적으로는 좋은 성능을 보이지만, 실제 시스템에서는 오버헤드(overhead)가 크기 때문에 적합하지 않다는 문제점이 있다.
또한, 상기 OFDMA 기반의 셀룰러 시스템에서는 셀간 간섭을 평균화하기 위해 주파수 도약 방법을 사용하게 되며, 셀 별로 다른 주파수 도약 패턴을 사용함으로써 한 셀의 한 채널이 다른 셀의 여러 채널과 최대한 균일하게 충돌하도록 하여 셀 간 간섭을 평균화하는 방법이 널리 쓰이고 있으며, 그 가운데 하나가 IEEE802.16a의 OFDMA 방식이다. 하지만, IEEE 802.16a에서는 채널 간의 구분 없이 간섭을 평균화하고 있어, 목표 수신 신호대 잡음비(required SNR)가 다른 채널들이 섞여서 평균화되어 셀간 간섭을 쉽게 제어하기 어렵다는 문제점이 있다.
상기 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 OFDMA 기반 셀룰러 시스템에서 특성이 다른 채널 별로 셀간 간섭을 용이하게 제어하고, 주파수 재사용 효율을 높이기 위한 자원 공간 분할 및 물리 채널 할당 방법을 제공하기 위한 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 하나의 특징에 따른 OFDMA 기반 셀룰러 시스템의 자원 공간 분할 및 물리 채널 할당 방법은,
a) 다수의 인접한 셀에서 공통으로, 프레임을 구성하는 각 슬롯 내의 자원―여기서 한 개의 자원은 한 심볼의 한 부반송파를 의미하며, 각 슬롯의 자원 수는 전송에 사용되는 부반송파 수와 하나의 슬롯 내의 심볼의 수의 곱에 해당함―을 복수의 자원 공간으로 분할하는 단계: b) 상기 분할된 복수의 자원 공간을 상기 다수의 인접한 셀에서 각각 물리 채널의 크기에 맞추어 복수의 자원 집합으로 분할하는 단계; 및 c) 특성에 기초하여 분류된 물리 채널들이 서로 다른 자원 집합을 통해 송신되도록 상기 분할된 자원 집합에 각각 할당하는 단계를 포함한다.
본 발명의 다른 특징에 따른 OFDMA 기반 셀룰러 시스템의 자원 공간 분할 및 물리 채널 할당 방법은,
a) 다수의 인접한 셀에서 공통으로, 프레임을 구성하는 각 슬롯 내의 자원―여기서 한 개의 자원은 한 심볼의 한 부반송파를 의미하며, 각 슬롯의 자원 수는 전송에 사용되는 부반송파 수와 하나의 슬롯 내의 심볼의 수의 곱에 해당함―을 복수의 자원 공간으로 분할하는 단계: b) 상기 분할된 복수의 자원 공간 중 하나 이상을 상기 다수의 인접한 셀에서 공통으로 복수의 자원 부공간으로 분할하는 단계; c) 상기 분할된 복수의 자원 공간과 자원 부공간을 상기 다수의 인접한 셀에서 각각 물리 채널의 크기에 맞추어 복수의 자원 집합으로 분할하는 단계; 및 d) 특성에 기초하여 분류된 물리 채널들이 서로 다른 자원 집합을 통해 송신되도록 상기 분할된 자원 집합에 각각 할당하는 단계를 포함한다.
여기서, 상기 자원 공간은 공통 채널, 전용 제어 채널, 공유 제어 채널, 전용 트래픽 채널 및 공유 트래픽 채널의 전부 또는 일부를 채널별로 통합하여 분할되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 b) 단계에서, 각 셀의 공통 채널, 전용 제어 채널 및 공유 제어 채널이 전송되는 자원 공간을 물리 채널 특성이 비슷한 유형의 채널들끼리 하나의 부공간에서 전송되도록 상기 자원 공간을 자원 부공간으로 분할하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 자원 집합은 인접한 다른 셀의 같은 자원 공간 내의 모든 자원 집합과 최대한 고르게 충돌이 발생하도록 분할되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 자원 집합은 인접한 다른 셀의 같은 자원 공간과 자원 부공간 중 어느 한 공간 내의 모든 자원 집합과 최대한 고르게 충돌이 발생하도록 분할되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 자원 공간을 구성하는 부반송파를, 하나 이상의 넓은 주파수 대역에 걸쳐 있고 일정한 간격을 가지는 부반송파 집합을 사용하여 구성하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 자원 공간과 자원 부공간을 구성하는 부반송파를, 하나 이상의 넓은 주파수 대역에 걸쳐 있고 일정한 간격을 가지는 부반송파 집합을 사용하여 구성하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 OFDMA 기반 셀룰러 시스템의 자원 공간 분할 및 물리 채널 할당 방법은 상기 자원 집합에 할당된 물리 채널 중에 고정 전송 전력을 사용하는 물리 채널에 상기 자원 공간의 전송 전력을 할당하는 단계; 및 상기 자원 집합에 할당된 물리 채널 중에 가변 전송 전력을 사용하는 물리 채널에 상기 자원 공간의 최대 전송 전력 이내의 전력을 할당하는 단계를 포함한다.
또한, 상기 OFDMA 기반 셀룰러 시스템의 자원 공간 분할 및 물리 채널 할당 방법은 상기 자원 집합에 할당된 물리 채널 중에 고정 전송 전력을 사용하는 물리 채널에 상기 자원 부공간의 전송 전력을 할당하는 단계; 및 상기 자원 집합에 할당된 물리 채널 중에 가변 전송 전력을 사용하는 물리 채널에 상기 자원 부공간의 최대 전송 전력 이내의 전력을 할당하는 단계를 포함한다.
여기서, 상기 전송 전력은 셀의 크기, 인접 셀의 간섭, 또는 목표 수신 신호대 잡음비(required SNR)를 고려하여 할당되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 최대 전송 전력은 셀의 크기, 인접 셀의 간섭, 또는 목표 수신 신호대 잡음비를 고려하여 할당되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 트래픽 채널이 전송되는 자원 공간이 셀 배치에 맞추어 인접한 셀의 수만큼의 자원 부공간으로 분할되고, 각 셀마다 하나의 자원 부공간에는 다른 자원 부공간보다 높은 송신 전력을 허용되며, 높은 송신 전력이 허용된 자원 부공 간을 인접한 셀마다 다르게 하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 각 셀에서 높은 송신 전력을 필요로 하는 사용자에 대해서는 높은 송신 전력이 허용된 자원 부공간의 트래픽 채널을 사용하도록 하는 것이 바람직하다.
아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 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 실시예에 한정되지 않는다. 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였다. 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 붙였다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명의 실시예에 따른 OFDMA 기반 셀룰러 시스템의 자원 공간 분할 및 물리 채널 할당 방법의 동작을 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 OFDMA 기반의 셀룰러 시스템의 프레임 구조를 예시하는 도면이다.
먼저, 주파수 분할 시스템(FDD)의 경우에는, 상향 링크 또는 하향 링크의 물리 링크 신호는 시간으로 연속적인 슬롯(100a, 100b)으로 각각 구성되는데, 서로 다른 주파수 대역으로 구분된다.
또한 시분할 시스템(TDD)의 경우에는, 같은 주파수 대역을 사용하고, 상향 링크 슬롯(100d)과 하향 링크 슬롯(100c)이 시간으로 구분되어 있다.
여기서, 하나의 슬롯(100a, 100b, 100c, 100d)은 전송에 사용되는 부반송파 수와 하나의 슬롯 내의 OFDM 심볼의 수의 곱만큼의 자원(110)으로 이루어진다. 여기서, 하나의 슬롯의 길이와 하나의 슬롯 내의 자원 수는 가변적일 수도 있다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 OFDMA 기반의 셀룰러 시스템에서 자원 공간 및 자원 부공간 분할과 자원 집합 분할을 예시하는 도면이다.
도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 OFDMA 기반의 셀룰러 시스템의 슬롯은 자원 공간 A(200), 자원 공간 B(201), 및 자원 공간 C(202)로 분할되고, 여기서 자원 공간 C의 경우에는 다시 자원 부공간 1(210)과 자원 부공간 2(211)로 분할된다.
또한, 각각의 자원 공간 A(200)는 3개의 자원 집합(221)으로, 자원 공간 B는 2개의 자원 집합(222)으로, 자원 부공간 1은 6개의 자원 집합(223)으로, 자원 부공간 2는 6개의 자원 집합(224)으로 각각 분할된다.
여기서, 인접한 셀(Cell 1과 Cell 2)은 같은 자원 공간(200, 201, 202) 및 자원 부공간(210, 211)을 가지지만, 상기 자원 집합(221, 222, 223, 224)은 서로 다르며, 하나의 셀의 하나의 자원 공간의 하나의 자원 집합은 다른 셀의 같은 자원 공간의 자원 집합들과 최대한 고르게 겹치도록 배치하게 된다.
상기 자원 집합의 수 및 하나의 자원 집합의 자원 수에 따라서, 배치하는 방법은 여러 가지일 수 있다. 예를 들어, 유사 랜덤 코드에 따라 배치할 수 있는데, 특히 자원 집합의 수, 인접한 셀의 수, 하나의 자원 집합의 자원 수가 잘 맞을 때는 하나의 셀의 자원 집합이 인접한 셀의 자원 집합들과 자원 집합의 자원 수를 자원 집합의 수로 나눈 수만큼 똑같이 고르게 겹치도록 배치할 수도 있다. 그 일례 가 G.J. Pottie and R. Calderbank가 게재한 "Channel Coding Strategies for Cellular Radio"(IEEE Trans. Vehic. Techn., vol. 44, pp.763-770, November 1995)에 개시되어 있다.
전술한 종래 기술의 특허나 논문과는 달리 본 발명에서는 하나의 자원 공간이나 자원 부공간 내에서는 인접한 셀의 자원 집합들이 최대한 고르게 겹치고, 서로 다른 자원 공간이나 자원 부공간의 자원 집합들은 서로 겹치지 않도록 하는 것이 특징이다.
여기서, 자원 공간이나 자원 부공간을 구성하는 방법에는 특별히 제한을 두지 않는다. 즉, 하나의 슬롯 내에서 시간으로 서로 다른 자원 공간이 구분될 수도 있고, 주파수로 자원 공간이 구분될 수도 있는데, 일반적으로 그 둘을 혼합하여 구성된다.
또한, 하나의 자원 공간이나 자원 부공간을 구성하는 부반송파를 일정한 간격을 가지고 넓은 주파수 대역에 걸쳐 있는 부반송파 집합 하나 또는 여러 개로 구성함으로써, 주파수 다이버시티를 얻고, 해당 자원 공간 또는 자원 부공간에 위치한 물리 채널만을 수신하는 단말의 경우, 부분 퓨리에 변환을 써서 전력 소모량을 줄일 수 있다(여기서, 부분 퓨리에 변환은 A.R.S. Bahai and B.R. Salzberg가 게재한 "Multi-Carrier Digital Communications: theory and application of OFDM", Kluwer Academic, NJ, USA, pp. 25-27을 참조하기로 한다).
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 OFDMA 기반의 셀룰러 시스템에서 각 자원 집합에 물리 채널을 할당하는 것을 예시하는 도면이다.
본 발명의 실시예에 따른 셀룰러 시스템에서는 그 기능에 따라 조금씩 다르기는 하지만 셀에 공통적으로 쓰이는 공통 채널(300), 사용자에게 할당된 전용 제어 채널(310), 사용자에게 할당된 전용 트래픽 채널(320), 사용자들 일부가 공유하는 공유 제어 채널(330), 및 사용자 일부가 공유하는 공유 트래픽 채널(340) 등이 있을 수 있으며, 또한 각각의 채널 종류에서 예를 들어, 전용 제어 채널(310)의 경우에 그 기능과 크기, 변조 방식과 부호화 방식의 차이에 따라서 필요 수신 전력 등의 특성이 서로 다른 채널들(311, 312)로 나뉘어 질 수도 있다. 이때, 공통 채널(300), 전용 제어 채널(310), 공유 제어 채널(320)은 필요 수신 전력 등의 특성이 같은 채널들을 묶어 하나의 자원 공간 또는 자원 부공간의 자원 집합을 통해 송신한다. 즉, 하나의 셀의 공통 채널 또는 제어 채널에 간섭을 미치는 인접 셀의 채널은 그 채널과 필요 수신 전력 등의 특성이 비슷한 채널들이 되도록 한다.
만일, 필요 수신 전력이 다르면, 송신 전력이 달라지고, 또한 송신 전력이 큰 채널과 작은 채널이 섞이면, 송신 전력이 작은 채널은 간섭을 크게 받게 된다. 하지만 본 발명에서는 송신 전력이 비슷한 채널끼리만 간섭을 일으키게 함으로써 인접 셀의 간섭을 용이하게 제어할 수 있다는 장점이 있다.
또한, 트래픽 채널(340)의 경우, 공통 채널이나 제어 채널과는 달리 여러 가지의 변조 방식과 부호화 방식을 채널 상황과 트래픽 양과 특성에 따라 사용하게 된다. 따라서 상기 트래픽 채널(340)이 전송될 자원 공간(350)을 필요에 따라 하나 이상의 자원 부공간(360)으로 분할하고, 각 자원 부공간(360)의 자원 집합(370)을 통해 트래픽 채널을 송신하게 된다.
도 3에서는 두 개의 자원 부공간을 사용하는 경우를 나타내고 있으며, 일반적으로 트래픽 채널(340)이 전송되는 자원 부공간(360)이 하나인 경우, 하나의 트래픽 채널(340)이 인접 셀의 모든 트래픽 채널과 최대한 고르게 간섭을 받게 되고, 자원 부공간(360)이 여러 개이면, 인접 셀의 같은 자원 부공간 내의 트래픽 채널로부터만 간섭을 받게 된다.
따라서, 셀간 간섭을 평균화하는 효과는 부공간 수가 하나일 때 가장 크지만, 각 셀 별로 각 트래픽 채널이 전송되는 자원 부공간의 송신 전력을 효과적으로 제어하여 인접 셀의 간섭을 쉽게 제어할 수 있으며, 특히 섹터화 구성과 셀 배치 시에 이를 고려하여 셀룰러 시스템의 주파수 재사용 효율을 높일 수 있다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 OFDMA 기반의 셀룰러 시스템에서 트래픽 채널이 전송될 자원 공간을 자원 부공간으로 분할하지 않을 경우의 트래픽 자원 집합의 분할을 예시하는 도면이다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따라 OFDMA 기반의 셀룰러 시스템에서 트래픽 채널이 전송될 자원 공간을 자원 부공간으로 분할하지 않고, 한 셀의 트래픽 채널이 다른 셀의 트래픽 채널 모두와 최대한 일정하게 충돌이 발생하게 함으로써 인접 셀의 간섭을 평균화할 수 있다.
즉, 상기 트래픽 자원 공간(400)을 여러 개의 자원 집합(410)으로 분할하고, 이를 각각의 트래픽 채널(420)에 할당한다. 여기서, 자원 집합(410) 분할은 셀마다 다르게 하여 한 셀의 트래픽 채널이 다른 셀의 트래픽 채널 모두와 최대한 일정하게 충돌이 발생하게 한다.
도 4에서는 Cell 0의 0번째 자원 집합(430)이 Cell 4의 6개의 자원 집합과 고르게 충돌이 나도록 두 셀에서 자원 집합을 분할하는 예가 개시되어 있다. 이러한 방식은 트래픽 밀도가 높지 않은 곳에서 셀의 반경이 클 때 더욱 적합하다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 OFDMA 기반의 셀룰러 시스템에서 여러 개의 트래픽 채널이 전송될 자원 공간을 여러 개의 자원 부공간으로 분할하고, 각 자원 부공간의 최대 송신 전력을 다르게 허용하여 주파수 재사용 효율을 높이는 것을 설명하기 위한 도면으로서, 즉, 여러 개의 트래픽 채널이 전송될 자원 부공간을 사용하고 각 셀별로 하나의 자원 부공간에서는 다른 자원 부공간보다 높은 송신 전력을 허용함으로써 셀룰러 시스템의 주파수 재사용 효율을 높이는 방법을 보이고 있다.
즉, 하나의 셀에서 작은 전력으로도 송신이 가능한 사용자(580)(보통 셀 안쪽의 사용자)는 보통 자원 부공간의 트래픽 채널을 할당하고, 높은 전력으로 송신해야 하는 사용자(590)(보통 셀 가장자리의 사용자)는 높은 송신 전력이 허용된 자원 부공간의 트래픽 채널을 할당한다. 그러면, 셀 안쪽의 사용자는 감쇄 때문에 인접 셀의 간섭을 거의 받지 않게 되고, 셀 가장자리의 사용자는 인접 셀에서 같은 자원 부공간으로 송신하는 전력을 크지 않게 하기 때문에 인접 셀의 간섭을 거의 받지 않게 된다.
도 5의 예에서는 두 셀(Cell 0과 Cell 4)에서 각각 3개의 트래픽 자원 부공간을 사용할 때, Cell 0에서는 첫 번째 자원 부공간(530)에는 높은 전력을 할당할 수 있도록 하고, 두 번째(540)와 세 번째(550) 자원 부공간에는 보통의 전력만을 할당할 수 있도록 한다.
마찬가지로, Cell 4에서는 두 번째 자원 부공간(510)에는 높은 전력을 할당할 수 있도록 하고, 첫 번째(500)와 세 번째(520) 자원 부공간에는 보통의 전력만을 할당할 수 있도록 한다. 그러면, Cell 0에서는 보통 전력으로 송신할 때의 셀 크기(560) 안에 있는 사용자(580)에게는 두 번째 또는 세 번째의 자원 부공간을 통해서 트래픽 채널을 송신하고(여기서, 첫 번째 자원 부공간을 사용하는 것을 배제하지는 않는다), 높은 전력으로 송신할 때의 셀 크기(570) 안에 있지만 보통 전력으로 송신할 때의 셀 크기(560) 밖에 있는 사용자(590)에게는 반드시 첫 번째 자원 부공간을 통해서 트래픽 채널을 송신한다. 이때, 보통 전력으로 송신할 때의 셀 크기(560) 안에 있는 사용자(580)는 Cell 4와의 거리가 멀기 때문에 Cell 4의 간섭을 적게 받게 되고, 높은 전력으로 송신할 때의 셀 크기(570) 안에 있지만 보통 전력으로 송신할 때의 셀 크기(560) 밖에 있는 사용자(590)는 Cell 4와의 거리는 멀지 않지만, Cell 4에서 해당 자원 부공간(첫 번째 자원 부공간)에 보통의 전력만을 송신하기 때문에 간섭이 크지 않게 된다.
따라서, 도 5의 일례에서 볼 수 있듯이 주파수 재사용 효율이 1/3인 시스템과 비슷한 정도의 인접 셀 간섭을 유지하면서 주파수 재사용 효율 1인 시스템을 구성할 수 있다. 이 방법은 트래픽 부공간의 개수를 셀 배치 및 섹터 배치와 함께 고려하여 적용함으로써 더욱 높은 효과를 얻을 수 있다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 OFDMA 기반의 셀룰러 시스템에서 자원 공간 및 부공간 분할과 자원 집합 분할, 그리고 물리 채널 할당 및 전송 전력 할당을 나타내는 순서도이다.
도 3과 도 6을 참조하면, 먼저, 다수의 인접한 셀에서 공통으로, 하나의 슬롯 내의 자원을 자원 공간(350)으로 분할하게 되는데, 이때, 공통 채널(300), 전용 제어 채널(310), 공유 제어 채널(320), 전용 트래픽 채널(330) 및 공유 트래픽 채널(340)의 전부 또는 일부를 채널별로 통합하여 분할하게 된다(S610).
다음으로, 상기 분할된 자원 공간(350)은 필요에 따라 다수의 인접한 셀에서 공통으로 다시 자원 부공간(360)으로 분할하게 된다(S620). 또한, 여기서, 상기 공통 채널, 전용 제어 채널 및 공유 제어 채널이 전송되는 자원 공간을 물리 채널 특성이 비슷한 것끼리 하나의 부공간에서 전송되도록 자원 공간을 자원 부공간으로 분할할 수 있다.
다음으로, 상기 각각 분할된 자원 공간(350)과 자원 부공간(360)을 다수의 인접한 셀에서 각각 물리 채널의 크기에 맞추어 자원 집합(370)으로 분할하되, 상기 자원 공간(350) 또는 자원 부공간(360)의 하나의 자원 집합(370)은 인접한 다른 셀의 같은 자원 공간 또는 부공간 내의 모든 자원 집합과 최대한 고르게 충돌이 발생하도록 분할된다(S630).
다음으로, 그 특성이 비슷한 물리 채널들을 하나의 자원 공간(350) 또는 자원 부공간(360) 내의 상기 분할된 자원 집합(370)에 각각 할당하게 된다(S640).
다음으로, 상기 할당된 물리 채널들 중에 고정 전송 전력을 쓰는 물리 채널에 상기 자원 공간(350) 또는 자원 부공간(360)의 전송 전력을 할당하게 되는데, 셀의 크기, 인접 셀의 간섭, 또는 목표 수신 신호대 잡음비(required SNR)를 고려하여 전송 전력을 할당하게 된다(S650).
다음으로, 상기 할당된 물리 채널들 중에 가변 전송 전력을 쓰는 물리 채널에 상기 자원 공간(350) 또는 자원 부공간(360)의 최대 전송 전력 이내의 전력을 할당하게 되는데, 마찬가지로, 셀의 크기, 인접 셀의 간섭, 또는 목표 수신 신호대 잡음비를 고려하여 최대 전송 전력을 할당하게 된다(S660).
여기서, 상기 자원 공간(350) 또는 자원 부공간(360)을 구성하는 부반송파를 넓은 주파수 대역에 걸쳐 있고, 일정한 간격을 가지는 부반송파 집합을 하나 이상 사용하여 구성할 수 있다.
또한, 상기 트래픽 채널이 전송되는 자원 공간(350)을 셀 배치에 맞추어 인접한 셀의 수만큼의 자원 부공간(360)으로 분할하고, 각 셀마다 하나의 자원 부공간(360)에는 다른 자원 부공간보다 높은 송신 전력을 허용하고, 높은 송신 전력이 허용된 자원 부공간(360)을 인접한 셀마다 다르게 할 수 있다. 또한, 상기 각 셀에서 높은 송신 전력을 필요로 하는 사용자는 반드시 높은 송신 전력이 허용된 자원 부공간(360)의 트래픽 채널을 사용하도록 하여 인접 셀의 간섭을 줄이고 주파수 재사용 효율을 높이게 된다.
이러한 방법을 통하여 OFDMA 기반의 셀룰러 시스템에서의 자원 공간(350) 및 부공간(360) 분할과 자원 집합(370) 분할, 그리고 물리 채널 할당 및 전송 전력 할당을 위한 셀 구성 또는 셀 재구성을 수행할 수 있다.
결국, 본 발명은 OFDMA 기반 셀룰러 시스템에서 자원(하나의 OFDM 심볼 안의 하나의 부반송파)을 자원 공간으로 분할하고, 각 자원 공간 내에서 비슷한 특성을 가진 채널들을 셀마다 다른 주파수 도약 패턴을 사용하여 간섭을 평균화하고, 마지 막으로 셀별로 각 자원 공간으로 송신할 수 있는 전력을 제어함으로써 셀간, 간섭을 용이하게 제어하여 주파수 재사용 효율을 높일 수 있다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니며, 그 외의 다양한 변경이나 변형이 가능하다.
본 발명에 따르면, OFDMA 기반의 셀룰러 시스템에서 특성이 다른 채널 별로 셀간 간섭을 용이하게 제어하고, 주파수 재사용 효율을 높이기 위한 자원 공간 분할과 물리 채널 할당 방법을 제공함으로써, 서로 다른 두 셀 사이의 공통 채널과 제어 채널들을 목표 신호대 잡음비가 비슷한 것끼리만 충돌이 일어나도록 함으로써 인접 셀로부터의 간섭을 제어하기 쉽다.
또한, 서로 다른 두 셀 사이의 트래픽 채널이 전송되는 자원 공간을 부공간화하여 같은 부공간에 있는 트래픽 채널끼리만 충돌이 일어나도록 하고, 충돌이 일어나는 채널 사이에는 엄격한 전력 제어를 통하여 인접 셀로부터의 간섭을 제어하고 셀룰러 시스템의 주파수 재사용 효율을 높여 전체 시스템의 성능을 높일 수 있다.

Claims (14)

  1. 직교주파수 분할 다중 접속 기반 셀룰러 시스템의 자원 공간 분할 및 물리 채널 할당 방법에 있어서,
    a) 다수의 인접한 셀에서 공통으로, 프레임을 구성하는 각 슬롯 내의 자원―여기서 한 개의 자원은 한 심볼의 한 부반송파를 의미하며, 각 슬롯의 자원 수는 전송에 사용되는 부반송파 수와 하나의 슬롯 내의 심볼의 수의 곱에 해당함―을 복수의 자원 공간으로 분할하는 단계:
    b) 상기 분할된 복수의 자원 공간을 상기 다수의 인접한 셀에서 각각 물리 채널의 크기에 맞추어 복수의 자원 집합으로 분할하는 단계; 및
    c) 특성에 기초하여 분류된 물리 채널들이 서로 다른 자원 집합을 통해 송신되도록 상기 분할된 자원 집합에 각각 할당하는 단계
    를 포함하는 직교주파수 분할 다중 접속 기반 셀룰러 시스템의 자원 공간 분할 및 물리 채널 할당 방법.
  2. 직교주파수 분할 다중 접속 기반 셀룰러 시스템의 자원 공간 분할 및 물리 채널 할당 방법에 있어서,
    a) 다수의 인접한 셀에서 공통으로, 프레임을 구성하는 각 슬롯 내의 자원―여기서 한 개의 자원은 한 심볼의 한 부반송파를 의미하며, 각 슬롯의 자원 수는 전송에 사용되는 부반송파 수와 하나의 슬롯 내의 심볼의 수의 곱에 해당함―을 복수의 자원 공간으로 분할하는 단계:
    b) 상기 분할된 복수의 자원 공간 중 하나 이상을 상기 다수의 인접한 셀에서 공통으로 복수의 자원 부공간으로 분할하는 단계;
    c) 상기 분할된 복수의 자원 공간과 자원 부공간을 상기 다수의 인접한 셀에서 각각 물리 채널의 크기에 맞추어 복수의 자원 집합으로 분할하는 단계; 및
    d) 특성에 기초하여 분류된 물리 채널들이 서로 다른 자원 집합을 통해 송신되도록 상기 분할된 자원 집합에 각각 할당하는 단계
    를 포함하는 직교주파수 분할 다중 접속 기반 셀룰러 시스템의 자원 공간 분할 및 물리 채널 할당 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 자원 공간은 공통 채널, 전용 제어 채널, 공유 제어 채널, 전용 트래픽 채널 및 공유 트래픽 채널의 전부 또는 일부를 채널별로 통합하여 분할되는 것을 특징으로 하는 직교주파수 분할 다중 접속 기반 셀룰러 시스템의 자원 공간 분할 및 물리 채널 할당 방법.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 b) 단계에서, 각 셀의 공통 채널, 전용 제어 채널 및 공유 제어 채널이 전송되는 자원 공간을 물리 채널 특성이 비슷한 유형의 채널들끼리 하나의 부공간에서 전송되도록 상기 자원 공간을 자원 부공간으로 분할하는 것을 특징으로 하는 직교주파수 분할 다중 접속 기반 셀룰러 시스템의 자원 공간 분할 및 물리 채널 할당 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 자원 집합은 인접한 다른 셀의 같은 자원 공간 내의 모든 자원 집합과 최대한 고르게 충돌이 발생하도록 분할되는 것을 특징으로 하는 직교주파수 분할 다중 접속 기반 셀룰러 시스템의 자원 공간 분할 및 물리 채널 할당 방법.
  6. 제2항에 있어서,
    상기 자원 집합은 인접한 다른 셀의 같은 자원 공간과 자원 부공간 중 어느 한 공간 내의 모든 자원 집합과 최대한 고르게 충돌이 발생하도록 분할되는 것을 특징으로 하는 직교주파수 분할 다중 접속 기반 셀룰러 시스템의 자원 공간 분할 및 물리 채널 할당 방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 자원 공간을 구성하는 부반송파를, 하나 이상의 넓은 주파수 대역에 걸쳐 있고 일정한 간격을 가지는 부반송파 집합을 사용하여 구성하는 것을 특징으로 하는 직교주파수 분할 다중 접속 기반 셀룰러 시스템의 자원 공간 분할 및 물리 채널 할당 방법.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 자원 공간과 자원 부공간을 구성하는 부반송파를, 하나 이상의 넓은 주파수 대역에 걸쳐 있고 일정한 간격을 가지는 부반송파 집합을 사용하여 구성하는 것을 특징으로 하는 직교주파수 분할 다중 접속 기반 셀룰러 시스템의 자원 공간 분할 및 물리 채널 할당 방법.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 자원 집합에 할당된 물리 채널 중에 고정 전송 전력을 사용하는 물리 채널에 상기 자원 공간의 전송 전력을 할당하는 단계; 및
    상기 자원 집합에 할당된 물리 채널 중에 가변 전송 전력을 사용하는 물리 채널에 상기 자원 공간의 최대 전송 전력 이내의 전력을 할당하는 단계
    를 포함하는 직교주파수 분할 다중 접속 기반 셀룰러 시스템의 자원 공간 분할 및 물리 채널 할당 방법.
  10. 제2항에 있어서,
    상기 자원 집합에 할당된 물리 채널 중에 고정 전송 전력을 사용하는 물리 채널에 상기 자원 부공간의 전송 전력을 할당하는 단계; 및
    상기 자원 집합에 할당된 물리 채널 중에 가변 전송 전력을 사용하는 물리 채널에 상기 자원 부공간의 최대 전송 전력 이내의 전력을 할당하는 단계
    를 포함하는 직교주파수 분할 다중 접속 기반 셀룰러 시스템의 자원 공간 분할 및 물리 채널 할당 방법.
  11. 제9항 또는 제10항에 있어서,
    상기 전송 전력은 셀의 크기, 인접 셀의 간섭, 또는 목표 수신 신호대 잡음비(required SNR)를 고려하여 할당되는 것을 특징으로 하는 직교주파수 분할 다중 접속 기반 셀룰러 시스템의 자원 공간 분할 및 물리 채널 할당 방법.
  12. 제9항 또는 제10항에 있어서,
    상기 최대 전송 전력은 셀의 크기, 인접 셀의 간섭, 또는 목표 수신 신호대 잡음비를 고려하여 할당되는 것을 특징으로 하는 직교주파수 분할 다중 접속 기반 셀룰러 시스템의 자원 공간 분할 및 물리 채널 할당 방법.
  13. 제10항에 있어서,
    상기 트래픽 채널이 전송되는 자원 공간을 셀 배치에 맞추어 인접한 셀의 수만큼의 자원 부공간으로 분할하고,
    각 셀마다 하나의 자원 부공간에는 다른 자원 부공간보다 높은 송신 전력을 허용하고, 높은 송신 전력이 허용된 자원 부공간을 인접한 셀마다 다르게 하는 것을 특징으로 하는 직교주파수 분할 다중 접속 기반 셀룰러 시스템의 자원 공간 분할 및 물리 채널 할당 방법.
  14. 제10항에 있어서,
    상기 각 셀에서 높은 송신 전력을 필요로 하는 사용자에 대해서는 높은 송신 전력이 허용된 자원 부공간의 트래픽 채널을 사용하도록 하는 것을 특징으로 하는 직교주파수 분할 다중 접속 기반 셀룰러 시스템의 자원 공간 분할 및 물리 채널 할당 방법.
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