KR101002885B1 - 통신 시스템에서 주파수 자원의 할당 장치 및 방법 - Google Patents

통신 시스템에서 주파수 자원의 할당 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 통신 시스템에서 이동 단말기를 위한 자원 할당 방법 및 장치에 대한 것이다. 본 발명의 방법은, 셀 내의 이동 단말기가, 셀 중심에 해당하는 제1 영역에 위치하는지, 셀 외곽에 해당하는 제3 영역에 위치하는지, 혹은 상기 제1 및 제3 영역의 사이에 해당하는 제2 영역에 위치하는지를 판단하는 과정과, 상기 이동 단말기가 상기 제1 영역에 위치하는 경우, 전체 주파수 대역 내의 주파수 자원을 상기 이동 단말기에게 할당하는 과정과, 상기 이동 단말기가 상기 제3 영역에 위치하는 경우, 제1 주파수 대역 내의 주파수 자원을 상기 이동 단말기에게 할당하는 과정과, 상기 이동 단말기가 상기 제2 영역에 위치하는 경우, 제2 주파수 대역 내의 주파수 자원을 상기 이동 단말기에게 할당하는 과정을 포함한다.
주파수 대역 할당, 전력 할당, 간섭 제거, 캐패시티.

Description

통신 시스템에서 주파수 자원의 할당 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR ALLOCATING RESOURCE IN A COMMUNICATION SYSTEM}
도 1은 일반적인 통신 시스템에서 재사용 분할 방식을 사용할 경우의 자원 할당을 도시한 도면,
도 2는 일반적인 통신 시스템에서 소프트 주파수 재사용 방식을 사용할 경우의 자원 할당을 도시한 도면,
도 3은 재사용 분할 방식과 소프트 주파수 재사용 방식의 캐패시티를 비교하여 나타내는 그래프,
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 통신 시스템에서 주파수 재사용 방식을 사용할 경우 자원 할당을 도시한 도면,
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 통신 시스템에서 주파수 재사용 방식을 사용할 때 각 영역 내의 MS들의 신호 검출을 도시한 도면,
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 통신 시스템에서 MS가 자신의 인접 셀로부터 받는 신호에 대한 경로 손실을 도시한 도면,
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 통신 시스템에서 BS가 각 영역 내의 MS들에게 전력을 할당하는 동작을 도시한 순서도,
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 송신 장치를 도시한 도면,
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 수신 장치를 도시한 도면.
본 발명은 통신 시스템에 대한 것으로서, 특히 주파수 자원의 할당 장치 및 방법에 관한 것이다.
차세대 통신 시스템은 이동 단말기(MS: Mobile Station, 이하 'MS'라 칭하기로 한다)들에게 고속의 대용량 데이터 송수신이 가능한 서비스들을 제공하기 위한 형태로 발전해 나가고 있다.
차세대 통신 시스템은 셀룰러(cellular) 구조를 가지는 통신 시스템(이하 '셀룰러 통신 시스템'이라 칭하기로 한다)으로서 한정된 자원, 일 예로 주파수(frequency) 자원과, 코드(code) 자원과, 타임 슬롯(time slot) 자원 등을 상기 셀룰러 통신 시스템을 구성하는 다수의 셀들이 분할하여 사용하므로 셀간 간섭(ICI: Inter Cell Interference, 이하 ‘ICI'라 칭하기로 한다)이 발생하게 된다. 상기 ICI를 제거하는 방법으로는 간섭 제거(Interference Cancellation) 방식과, 셀 계획(Cell Planning) 방식 등이 있다.
여기서, 상기 간섭 제거 방식은 상기 ICI를 발생 후 제거하는 방식으로서 복잡도가 높아서 셀룰러 통신 시스템에 적용하기 힘들고 인접 셀들의 채널 정보 등 부가적인 정보를 알고 있어야만 하는 문제점이 있다. 하지만, 상기 셀 계획 방식은 셀 설계 단계에서 셀들에서 주파수 자원을 어떻게 사용할 것인가 미리 계획하여 ICI가 발생하지 않도록 하므로 셀룰러 통신 시스템에서는 상기 셀 계획 방식이 주로 사용되고 있다.
한편, 상기 셀 계획 방식으로는 재사용 분할(RP: Reuse Partitioning) 방식과, 소프트 주파수 재사용(SFR: Soft Frequency Reuse) 방식이 있다.
먼저, 도 1을 참조하여 일반적인 통신 시스템에서 상기 재사용 분할 방식을 사용할 경우의 자원 할당에 대해서 설명하기로 한다.
삭제
도 1을 참조하면, 통신시스템이 3개의 셀, 즉 셀 A(110), 셀 B(120), 셀 C(130)를 포함할 경우, 재사용 분할 방식은 상기 셀들(110, 120, 130) 각각을 기지국으로부터의 거리에 따라 제 1영역(111,121,131)과 제 2영역(113,123,133)으로 구분한다. 여기서 제1 영역(111, 121, 131)은 셀 중심에 해당하며, 제2 영역(113, 123, 133)은 셀 외곽(Cell edge)에 해당한다. 상기 제 1영역(111,121,131)에 존재하는 MS들에게는 동일한 주파수 대역, 즉 밴드 #1이 할당되고, 상기 제 2영역(113,123,133)에 존재하는 MS들에게는 셀 별로 서로 다른 주파수 대역, 즉 밴드 #2, 밴드 #3, 밴드 #4가 할당된다.
따라서, 상기 1영역(111,121,131)과 비교하여 ICI가 높은, 다시 말해 신호 대 간섭 잡음비(SINR: Signal to Interference plus Noise Ratio, 이하 'SINR'이라 칭하기로 한다)가 낮은 제 2영역(113,123,133)에 존재하는 MS들에게는 서로 다른 주파수 대역을 할당하므로 ICI가 낮아지고, 상기 제 2영역과 비교하여 ICI가 낮은, 다시 말해 SINR이 높은 제 1영역(111,121,131)에 존재하는 MS들에게는 동일한 주파수 대역을 할당하지만 거리에 따른 전력 감쇠로 ICI가 낮아진다. 그러나, 상기 재사용 분할 방식의 경우, 셀 A(110)에는 전체 주파수 대역에서 밴드 #1 및 밴드 #2가 할당되고, 셀 B(120)에는 밴드 #1 및 밴드 #3이 할당되고, 셀 C(130)에는 밴드 #1 및 밴드 #4가 할당되므로 자원 활용도 측면에서 효율이 낮다.
도 2는 일반적인 통신 시스템에서 소프트 주파수 재사용 방식을 사용할 경우 자원 할당을 도시한 도면이다.
도 2를 참조하면, 통신시스템이 3개의 셀, 즉 셀 A(210), 셀 B(220), 셀 C(230)를 포함할 경우, 소프트 주파수 재사용 방식은 상기 셀들(210, 220, 230) 각각을 기지국으로부터의 거리에 따라 제 1영역(211,221,231)과 제 2영역(213,223,233)으로 구분한다. 여기서 제1 영역(211, 221, 231)은 셀 중심에 해당하며, 제2 영역(213, 223, 233)은 셀 외곽(Cell edge)에 해당한다. 상기 제 2영역(213,223,233)에 존재하는 MS들에게는 서로 다른 주파수 대역, 즉 밴드 #1, 밴드 #2, 밴드 #3과, 상대적으로 높은 전력이 할당되고, 제 1영역(211,221,231)에 존재하는 MS들에게는 나머지 셀들의 제 2영역(213,223,233)에 존재하는 MS들에게 할당한 것과 동일한 주파수 대역과, 상대적으로 낮은 전력이 할당된다.
따라서, 상기 제 1영역(211,221,231)과 비교하여 ICI가 높은, 다시 말해 SINR이 낮은 제 2영역(213,223,233)에 존재하는 MS들에게는 서로 다른 주파수 대역을 할당하므로 ICI가 낮아지고, 상기 제 2영역(213,223,233)과 비교하여 ICI가 낮은, 다시 말해 SINR이 높은 제 1영역(211,221,231)에 존재하는 MS들에게는 다른 셀들의 제 2영역에 존재하는 MS에게 이미 할당한 주파수 대역을 중복하여 할당하지만 거리에 따른 전력 감쇠로 ICI가 낮아진다. 또한, 상기 셀 A(210)는 제 2영역(213)에서 밴드 #1과 제 1영역(211)에서 밴드 #2 및 밴드 #3을 사용하고, 셀 B(220)는 자신의 제 2영역(223)에서 밴드 #2와 자신의 제 1영역(221)에서 밴드 #1 및 밴드 #3을 사용하고, 셀 C(230)는 자신의 제 2영역(233)에서 밴드 #3과 자신의 제 1영역(231)에서 밴드 #1 및 밴드 #2를 사용하므로, 재사용 분할 방식에 비해 자원 활용도가 높다. 상기 도 2에서는 셀 A(210)의 자원 할당 동작을 일 예로 도시하였고, 셀 B(220) 및 셀 C(230)의 자원 할당 동작은 도시하지 않기로 한다.
한편, 일반적인 통신시스템에서 주파수 사용의 캐패시티(capacity)는 하기 수학식 1과 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112007025951351-pat00001
상기 수학식 1에서 W는 대역폭을 의미하고, SINR은 신호대 간섭 잡음비를 나타낸다.
즉, SINR이 낮을 경우에는 상기 SINR이 캐패시티에 큰 영향을 미치고, SINR이 높을 경우에는 W가 캐패시티에 큰 영향을 미친다. 따라서 제 2영역과 비교하여 상대적으로 SINR이 높은 제 1영역에 존재하는 MS에게 서로 다른 주파수 대역을 할당하는 재사용 분할 방식보다, 주변 셀들의 제 2영역에 존재하는 MS에게 이미 할당한 주파수 대역을 중복하여 할당하지만 대역폭을 확장해서 할당하는 소프트 주파수 재사용 방식이 캐패시티 측면에서 더 효율적이다.
도 3의 그래프를 참조하여 재사용 분할 방식과 소프트 주파수 재사용 방식의 캐패시티를 비교하여 설명하기로 한다.
도 3을 참조하면, 셀의 제 1영역에서는 소프트 주파수 재사용 방식을 사용할 때 가장 높은 캐패시티를 갖는다. 상기 소프트 주파수 재사용 방식은 재사용 분할 방식과 비교하여 SINR 측면에서의 성능은 낮지만, 대역폭 사용 효율 측면에서는 큰 이득을 얻을 수 있으므로 캐패시티 측면에서는 높은 성능을 갖는다. 한편, 셀의 제 2영역에서 상기 소프트 주파수 재사용 방식을 사용할 때, 캐패시티가 재사용 분할 방식을 사용할 때의 캐패시티와 비교하여 일정 잡음 레벨 이후에는 더 낮아지지만 그 차이는 크지 않다. 따라서, 셀 전체적으로는 소프트 주파수 재사용 방식을 사용할 때 캐패시티 측면에서 높은 성능을 갖는다.
전술한 바와 같이 소프트 재사용 방식을 사용하면 캐패시티 측면에서 재사용 분할 방식보다 높은 성능을 갖는다. 그러나, 하나의 셀에서 제 1영역에 존재하는 MS들과 제 2영역에 존재하는 MS들에게 서로 다른 주파수 대역을 할당하므로 대역폭 사용 효율이 낮아진다.
따라서, 본 발명은 통신 시스템에서 대역폭 사용 효율을 높이기 위한 자원 할당 장치 및 방법을 제공한다.
본 발명은 통신 시스템에서 대역폭 사용 효율을 높이기 위한 주파수 대역을 효율적으로 할당하고 상기 주파수 대역에 적용되는 전력을 할당하는 장치 및 방법을 제공한다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 장치는; 통신 시스템의 자원 할당 장치에 있어서, 셀 내의 이동 단말기가, 셀 중심에 해당하는 제1 영역에 위치하는지, 셀 외곽에 해당하는 제3 영역에 위치하는지, 혹은 상기 제1 및 제3 영역의 사이에 해당하는 제2 영역에 위치하는지를 판단하는 위치 탐색기와, 상기 이동 단말기가 상기 제1 영역에 위치하는 경우 전체 주파수 대역 내의 주파수 자원을 상기 이동 단말기에게 할당하고, 상기 이동 단말기가 상기 제3 영역에 위치하는 경우 제1 주파수 대역 내의 주파수 자원을 상기 이동 단말기에게 할당하고, 상기 이동 단말기가 상기 제2 영역에 위치하는 경우 제2 주파수 대역 내의 주파수 자원을 상기 이동 단말기에게 할당하는 채널 선택기를 포함한다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 장치는; 통신 시스템의 자원 할당 장치에 있어서, 상기 이동 단말기가 셀 내에서, 셀 중심에 해당하는 제1 영역에 위치하는지, 셀 외곽에 해당하는 제3 영역에 위치하는지, 그리고 상기 제1 및 제3 영역의 사이에 해당하는 제2 영역에 위치하는지를 판단하는 제어기와, 상기 이동 단말기가 상기 제1 영역에 위치하는 경우 전체 주파수 대역 내에서 할당된 주파수 자원을 통해 기지국으로부터의 신호를 수신하고, 상기 이동 단말기가 상기 제3 영역에 위치하는 경우 제1 주파수 대역 내에서 할당된 주파수 자원을 통해 상기 기지국으로부터의 신호를 수신하고, 상기 이동 단말기가 상기 제2 영역에 위치하는 경우 제2 주파수 대역 내에서 할당된 주파수 자원을 통해 상기 기지국으로부터의 신호를 수신하는 수신기를 포함한다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 방법은; 통신 시스템에서 기지국에 의한 자원 할당 방법에 있어서, 셀 내의 이동 단말기가, 셀 중심에 해당하는 제1 영역에 위치하는지, 셀 외곽에 해당하는 제3 영역에 위치하는지, 혹은 상기 제1 및 제3 영역의 사이에 해당하는 제2 영역에 위치하는지를 판단하는 과정과, 상기 이동 단말기가 상기 제1 영역에 위치하는 경우, 전체 주파수 대역 내의 주파수 자원을 상기 이동 단말기에게 할당하는 과정과, 상기 이동 단말기가 상기 제3 영역에 위치하는 경우, 제1 주파수 대역 내의 주파수 자원을 상기 이동 단말기에게 할당하는 과정과, 상기 이동 단말기가 상기 제2 영역에 위치하는 경우, 제2 주파수 대역 내의 주파수 자원을 상기 이동 단말기에게 할당하는 과정을 포함한다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 방법은; 통신 시스템에서 이동 단말기를 위한 자원 할당 방법에 있어서, 상기 이동 단말기가 셀 내에서, 셀 중심에 해당하는 제1 영역에 위치하는지, 셀 외곽에 해당하는 제3 영역에 위치하는지, 혹은 상기 제1 및 제3 영역의 사이에 해당하는 제2 영역에 위치하는지를 판단하는 과정과, 상기 이동 단말기가 상기 제1 영역에 위치하는 경우, 전체 주파수 대역 내에서 할당된 주파수 자원을 통해 기지국으로부터의 신호를 수신하는 과정과, 상기 이동 단말기가 상기 제3 영역에 위치하는 경우, 제1 주파수 대역 내에서 할당된 주파수 자원을 통해 상기 기지국으로부터의 신호를 수신하는 과정과, 상기 이동 단말기가 상기 제2 영역에 위치하는 경우, 제2 주파수 대역 내에서 할당된 주파수 자원을 통해 상기 기지국으로부터의 신호를 수신하는 과정을 포함한다.
이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 하기의 설명에서는 본 발명의 동작을 이해하는데 필요한 부분만을 설명하며 그 이외의 배경 기술은 본 발명의 요지를 흩트리지 않도록 생략한다.
본 발명은 통신 시스템에서 대역폭 사용 효율을 높이기 위한 자원 할당 장치 및 방법을 제안한다. 특히, 본 발명은 통신 시스템에서 대역폭 사용 효율을 높이기 위한 셀 내의 지리적인 영역별로 서로 다른 주파수 대역을 할당하고, 상기 주파수 대역에 적용되는 송신 전력을 할당하는 장치 및 방법을 제안한다.
삭제
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 통신 시스템에서 주파수 재사용 방식을 사용할 경우 자원 할당을 도시한 도면이다.
도 4를 참조하면, 통신시스템이 3개의 셀, 즉 셀 A(410), 셀 B(420), 셀 C(430)을 포함할 경우, 본 발명에서 새롭게 제안하는 주파수 재사용 방식은 상기 셀들(410, 420, 430) 각각을 기지국으로부터의 거리에 따라 제 1영역(411,421,431)과, 제 2영역(413,423,433)과, 제 3영역(415,425,435)으로 구분한다. 여기서 제1 영역(411, 421, 431)은 셀 중심에 해당하며, 제3 영역(415, 425, 435)은 셀 외곽(Cell edge)에 해당하며, 제2 영역(413, 423, 433)은 셀 중심과 셀 외곽의 사이에 해당한다. 그런 후, 상기 영역들(411 ~ 435) 중 신호대 간섭 잡음비(SINR: Signal to Interference plus Noise Ratio, 이하 'SINR'라 칭하기로 한다)가 가장 낮은 제 3영역(415,425,435)에 존재하는 이동 단말기(MS: Mobile Station, 이하 'MS'라 칭하기로 한다)에게는 SINR을 높이기 위해 셀 별로 서로 다른 주파수 대역이 할당되고, 제 2영역(413,423,433)에 존재하는 MS들에게는 상기 제 3영역(415,425,435)에 존재하는 MS들에게 할당한 주파수 대역을 제외한 나머지 주파수 대역이 할당되고, 제 1영역(411,421,431)에 존재하는 MS들에게는 전체 주파수 대역이 할당된다. 또한, 상기 각 영역에 존재하는 MS들에게는 주파수 대역과 함께 전력이 할당되는데, 할당되는 전력은 제 3영역, 제 2영역, 제 1영역의 순으로 낮아진다.
시스템 내에 사용 가능한 3개의 밴드들 #1, #2, #3이 존재하는 경우 주파수 할당의 예는 다음과 같다.
셀 A(410)에서 제 3영역(415)에 존재하는 MS는 밴드 #1과 가장 높은 전력을 할당 받고, 제 2영역(413)에 존재하는 MS는 상기 밴드 #1을 제외한 나머지 주파수 대역, 즉 밴드 #2 및 밴드 #3과 상대적으로 낮은 전력을 할당 받는다. 또한, 제 1영역(411)에 존재하는 MS는 전체 주파수 대역, 즉 밴드 #1, 밴드 #2, 밴드 #3과 셀 A(410)에 할당되는 총 전력에서 상기 제 3영역(415) 및 제 2영역(413)에 존재하는 MS들에게 할당된 전력을 뺀 나머지 전력을 할당 받는다.
셀 B(420)에서 제 3영역(425)에 존재하는 MS는 밴드 #2와 가장 높은 전력을 할당 받고, 제 2영역(423)에 존재하는 MS는 상기 밴드 #2를 제외한 나머지 주파수 대역, 즉 밴드 #1 및 밴드 #3과 상대적으로 낮은 전력을 할당 받는다. 또한, 제 1영역(421)에 존재하는 MS는전체 주파수 대역, 즉 밴드 #1, 밴드 #2, 밴드 #3과 셀 B(420)에 할당되는 총 전력에서 상기 제 3영역(425) 및 제 2영역(423)에 존재하는 MS들에게 할당된 전력을 뺀 나머지 전력을 할당 받는다.
셀 C(430)에서 제 3영역(435)에 존재하는 MS들은 밴드 #3과 가장 높은 전력을 할당 받고, 제 2영역(433)에 존재하는 MS들은 상기 밴드 #3을 제외한 나머지 주파수 대역, 즉 밴드 #1 및 밴드 #2와 상대적으로 낮은 전력을 할당 받는다. 또한, 제 1영역(431)에 존재하는 MS들은 전체 주파수 대역, 즉 밴드 #1, 밴드 #2, 밴드 #3과 셀 C(430)에 할당되는 총 전력에서 상기 제 3영역(435) 및 제 2영역(433)에 존재하는 MS들에게 할당된 전력을 뺀 나머지 전력을 할당 받는다.
도 5를 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 통신 시스템에서 주파수 재사용 방식을 사용할 때, 상기 셀 A(410), 셀 B(420), 셀 C(430)의 각 영역, 즉 제 1영역(411,421,431), 제 2영역(413,423,433), 제 3영역(415,425,435) 중 어느 하나에 존재하는 MS이 신호를 검출(detect)하는 방법을 설명하기로 한다. 여기서 각 영역의 신호라 함은, 해당 영역에 할당된 주파수 대역을 통해 수신되는 신호를 의미한다.
도 5를 참조하면, 도 5(a)는 제 3영역의 신호 검출을 나타낸 것이고, 도 5(b)는 제 2영역의 신호 검출을 나타낸 것이고, 도 5(c)는 제 1영역의 신호 검출을 나타낸 것이다.
상기 도 5(a)와 같이 제 3영역의 신호를 검출할 때, MS는 상기 제 3영역과 동일한 주파수 대역을 사용하는 제 1영역의 신호는 잡음으로 간주하고 상기 제 3영역의 신호를 검출한다. 이때, 상기 제 1영역에 할당된 전력과 비교하여 상기 제 3영역에 할당된 전력이 높으므로 제 1영역의 신호에 의한 성능 열화는 적고 따라서 제3 영역의 신호를 위한 별도의 검출 절차는 필요하지 않다.
상기 도 5(b)와 같이 제 2영역의 신호를 검출할 때, MS는 상기 제 2영역과 동일한 주파수 대역을 사용하는 제 1영역의 신호는 잡음으로 간주하고 상기 제 2영역의 신호를 검출한다. 이때, 상기 제 1영역에 할당된 전력과 비교하여 상기 제 2영역에 할당된 전력이 높으므로 제 1영역의 신호에 의한 성능 열화는 적고 따라서 제2 영역의 신호를 위한 별도의 검출 절차는 필요하지 않다.
한편, 상기 도 5(c)와 같이 제 1영역의 신호를 검출할 때, MS는 먼저 제 3영역과 제 2영역의 신호를 검출한 후, 상기 검출된 신호를 이용하여 전체 수신 신호로부터 간섭을 제거함으로써 상기 제 1영역의 신호를 검출한다. 이때, 제 1영역의 신호는 제 3영역 및 제 2영역의 신호와 비교하여 높은 SINR을 가지므로, 상기 제 3영역 및 제 2영역의 신호는 에러 없이 정확하게 검출될 수 있다.
상기 제 3영역, 제 2영역, 제 1영역에 대한 캐패시티는 하기 수학식 2와 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112007025951351-pat00002
상기 수학식 2에서 Cout은 제 3영역의 캐패시티를 의미하고, Cmid는 제 2영역의 캐패시티를 의미하고, Cin은 제 1영역의 캐패시티를 의미한다. 여기서 상기 out은 제 3영역의 인덱스를 나타내고, mid는 제 2영역의 인덱스를 나타내고, in은 제 1영역의 인덱스를 나타낸다. 또한 Pout은 제 3영역에 존재하는 MS들에게 할당하는 전력을 의미하고, Pmid는 제 2영역에 존재하는 MS들에게 할당하는 전력을 의미하고, Pin은 제 1영역에 존재하는 MS들에게 할당하는 전력을 의미한다. 여기서, 상기 제 1영역에 존재하는 MS들에게 할당하는 전력은 셀에 할당되는 전체 전력에서 상기 Pout 및 Pmid를 뺀 나머지이다. 또한, rout,i는 제 3영역에 존재하는 MS들이 i번째 인접 셀로부터 받는 신호에 대한 경로 손실(path loss)을 의미하고, rmid,i는 제 2영역에 존재하는 MS들이 i번째 인접 셀로부터 받는 신호에 대한 경로 손실을 의미하고, rin,i는 제 1영역에 존재하는 MS들이 i번째 인접 셀로부터 받는 신호에 대한 경로 손실을 의미한다. 또한, εout은 제 3영역의 신호 중 간섭 제거(IC) 이후 남은 제 1영역의 간섭양을 의미하고, εmid는 제 2영역의 신호 중 간섭 제거하고 남은 제 1영역의 간섭양을 의미한다. 여기서 상기 εout과 εmid는 변조 성능과 상기 변조 성능에 상응한 간섭의 평균량으로 정의할 수 있다. 일 예로 이진 위상 편이(BPSK: Binary Phase Shift Keying) 변조를 사용할 때, 상기 εout 및 εin은 하기 수학식 3과 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112007025951351-pat00003
상기 수학식 3에서 SINRIn,mid는 제 1영역과 제 2영역의 SINR을 의미하고, SINRIn,out는 제 1영역과 제 3영역의 SINR을 의미하고, Pmid는 제 2영역에 존재하는 MS들에게 할당하는 전력을 의미하고, Pout는 제 3영역에 존재하는 MS들에게 할당하는 전력을 의미한다.
도 6을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 통신 시스템에서 MS들의 인접 셀 신호로 인한 경로 손실을 설명하기로 한다. 후술되는 본 발명의 실시예에서는 인접 셀 신호로 인해 경로 손실을 가지는 MS들을 포함하는 셀을 중심 셀이라 하고, 상기 통신시스템은 상기 중심 셀과 6개의 인접 셀을 포함한다고 가정한다. 또한, 도 6에서는 상기 6개의 인접 셀 중 1개의 인접 셀, 일 예로 i번째 인접 셀만 도시하기로 한다.
삭제
상기 도 6을 참조하면, r0는 MS와 중심 셀을 제어하는 타겟 BS와의 경로 손실을 나타내고
Figure 112008047236329-pat00018
은 타겟 BS와 i번째 인접 셀의 BS와의 경로 손실을 나타내고, ri는 MS와 상기 BS와의 경로 손실, 다시 말해 MS가 i번째 인접 셀로부터 받는 신호에 대한 경로 손실을 나타낸다. 여기서, 상기 MS가 인접 셀로부터 받는 신호에 대한 경로 손실(ri)는 하기 수학식 4와 같다.
Figure 112007025951351-pat00005
한편, 각 영역별 전력 할당은 하기 수학식 5와 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112007025951351-pat00006
즉 C를 최대로 하는 Pmid, Pin, Rin, Rmid가 정해진다. 상기 수학식 5에서 Pmid는 제 2영역에 존재하는 MS들에게 할당하는 전력을 의미하고, Pin은 제 1영역에 존재하는 MS들에게 할당하는 전력을 의미한다. 또한, Rin은 제 1영역의 셀 반경을 의미하고, Rmid는 제 2영역의 셀 반경을 의미한다. 균일한 MS들의 분포를 가정할 때 각 영역이 할당하는 MS들의 수가 동일하다고 가정하면 각 영역이 같은 면적을 가지므로
Figure 112008047236329-pat00019
이 된다.
여기서, 상기 C는 하기 수학식 6과 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112007025951351-pat00008
상기 수학식 6에서 Cout은 제 3영역의 캐패시티를 의미하고, Cmid는 제 2영역의 캐패시티를 의미하고, Cin은 제 1영역 캐패시티를 의미한다. 또한 Wout,Wmid,Win은 각 영역의 공평성(fairness)을 보장해주기 위한 가중치로서 각 요구 레이트(rate)에 맞게 조정한다.
삭제
도 7은 BS가 제 1영역, 제 2영역, 제 3영역에 존재하는 MS들에게 전력을 할당하는 과정을 도시한 순서도이다.
701단계에서 BS는 전력 변화량을 나타내는 Pstep과, 셀 전체의 전력을 나타내는 P와, 제 2영역에서 요구되는(required) 캐패시티를 나타내는 τmid와, 제 3영역에서 요구되는 캐패시티를 나타내는 τout을 설정하고 703단계로 진행한다. 703단계에서 BS는 제 3영역에 존재하는 MS들을 위한 전력(Pout)과 제 2영역에 존재하는 MS들을 위한 전력(Pmid)을 0으로 초기화하고, 제 1영역에 존재하는 MS들을 위한 전력(Pin)을 셀 전체의 전력(P)으로 초기화하고 705단계로 진행한다. 705단계에서 BS는 제 3영역을 위한 전력(Pout)을 Pstep만큼 높이고, 상기 높아진 전력(Pout)을 제 1영역을 위한 전력에서 제한 후 707단계로 진행한다. 707단계에서 BS는 각 영역의 전력에 상응하여 제 3영역의 캐패시티(Cout)를 구한 후, 제 3영역에서 요구되는 캐패시티(τout)보다 크거나 같은지 비교한다.
상기 비교 결과, 상기 제 3영역의 캐패시티(Cout)가 제 3영역에서 요구되는 캐패시티(out)보다 작으면 상기 705단계로 복귀하고, 상기 제 3영역의 캐패시티(Cout)가 제 3영역에서 요구되는 캐패시티(τout)보다 크거나 같으면 709단계로 진행한다. 709단계에서 BS는 제 2영역을 위한 전력(Pmid)을 Pstep만큼 높이고, 상기 높아진 전력(Pmid)을 제 1영역의 전력에서 제한 후 711단계로 진행한다. 711단계에서 BS는 각 영역의 전력에 상응하여 제 2영역의 캐패시티(Cmid)를 구한 후, 제 2영역에서 요구되는 캐패시티(τmid)보다 크거나 같은지 비교한다.
상기 비교 결과. 제 2영역의 캐패시티(Cmid)가 제 2영역에서 요구되는 캐패시티(τmid)보다 작으면 상기 709단계로 복귀하고, 제 2영역의 캐패시티(Cmid)가 제 2영역에서 요구되는 캐패시티(τmid)보다 크거나 같으면 713 단계에서 BS는 전력 할당을 완료한다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 BS 내의 송신 장치를 도시한 도면이다.
도 8을 참조하면, 상기 송신 장치는 부호화기(encoder)(801)와, 변조기(modulator)(803)와, 채널 선택기(channel selector)(805)와, 전력 제어기(807)와, 버퍼(buffer)(809)와, 송수신 장치(811)와, 복조기(demodulator)(813)와, 복호기(decoder)(815)와, MS 위치 탐색기(817)를 포함한다.
상기 신호 송신 장치에서 MS로 송신하고자 하는 신호는 상기 부호화기(801)로 입력된다. 상기 부호화기(801)는 상기 신호를 미리 설정되어 있는 부호화 방식, 일 예로 QAM(Quadrature Amplitude Modulation) 방식, BPSK(Binary Phase Shift Key) 방식, QPSK(Quadrature Phase Shift Key) 방식 중 어느 하나로 부호화한 후 상기 변조기(803)로 출력한다. 상기 변조기(803)는 상기 부호화기(801)에서 출력한 신호를 입력하여 미리 설정되어 있는 변조 방식에 상응하여 변조한 후 상기 채널 선택기(805)로 출력한다.
상기 채널 선택기(805)는 상기 변조기(803)에서 출력한 신호를 입력하고 상기 MS 위치 탐색기(817)에 저장된 MS의 위치 정보에 상응하여 MS가 제 1영역, 제 2영역, 제 3영역 중 어느 영역에 위치하는지 선택한 후, 상기 변조기에서 출력한 신호와 함께 상기 선택된 영역을 나타내는 정보를 전력 제어기(807)로 출력한다. 여기서 상기 MS 위치 탐색기(817)는 주기적인 신호 업데이트 혹은 다른 수단을 통하여 파악된 상기 MS의 위치를 저장하고 있다. 일 예로서 상기 MS가 제1 임계값 이하의 SINR을 가지는 경우 상기 MS 위치 탐색기(817)는 상기 MS가 제1 영역에 존재하는 것으로 판단하고, 상기 제 1임계값을 초과하고 제 2임계값 이하인 경우 제2 영역에 존재하는 것으로 판단하며, 상기 제2 임계값을 초과하는 경우 제3 영역에 존재하는 것으로 판단한다. 또한 상기 선택된 영역을 나타내는 정보는, 결과적으로 상기 선택된 영역에 대응하는 주파수 대역에 대한 정보가 된다.
상기 전력 제어기(807)는 상기 채널 선택기(805)가 선택한 영역에 따라 MS를 위한 전력을 상기 채널 선택기(805)로부터의 신호에 할당한 후 버퍼(809)로 출력한다. 상기 버퍼(809)는 상기 전력 제어기(807)가 출력한 신호를 입력하여 저장하였다가 상기 채널 선택기(805)가 선택한 영역과 동일한 주파수 대역폭을 사용하는 다른 영역을 나타내는 다른 영역 정보와 함께 송수신 장치(811)로 출력한다. 그러면 송수신 장치(811)는 상기 버퍼(809)로부터 제공된 신호를, 상기 선택한 영역에 대응하는 주파수 대역에 실어 상기 MS에게 송신한다.
상기 송수신 장치(811)로 수신 신호가 도달된 경우, 상기 송수신 장치는 상기 수신 신호를 입력하여 복조기(813)로 출력한다. 상기 복조기(813)는 상기 신호 송수신 장치(811)가 출력한 신호를 입력하여 미리 설정되어 있는 부호화 방식에 상응하여 복조한 후 복호기(815)로 출력한다. 상기 복호기(815)는 상기 복조기(813)가 출력한 신호를 입력하여 미리 설정되어 있는 부호화 방식으로 복호한 후 출력한다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 MS 내의 수신 장치를 도시한 도면이다.
상기 도 9를 참조하면, 상기 수신 장치는 송수신 장치(901)와, 버퍼(903)와, 복조기(905)와, 복호기(907)와, 제어기(909)와, 간섭 제거기(911)를 포함한다.
상기 송수신 장치(901)는 BS로부터의 수신 신호를 버퍼(903)로 출력한다. 상기 버퍼(903)는 상기 송수신 장치(901)가 출력한 신호를 버퍼링하고 상기 제어기(909)의 제어에 의해 상기 버퍼링된 신호를 간섭 제거기(911) 혹은 복조기(905)로 전달한다. 상기 제어기(909)는 기지국으로부터의 제어신호 혹은 다른 수단에 의해, MS가 어느 영역에 속해 있는지를 판단한다. MS가 제 3영역 또는 제 2영역에 포함되어 있으면 상기 버퍼(903)로부터의 신호는 복조기(905)로 출력된다. 반면, MS가 제 1영역에 포함되어 있으면 상기 버퍼(903)로부터의 신호는 간섭 제거기(911)로 출력된다. 상기 간섭 제거기(911)는 상기 버퍼(903)가 출력한 신호를 입력하여 MS가 포함된 영역, 즉 제 1영역과 동일한 주파수 대역에 겹쳐진 신호, 즉 제 3영역 신호 및 제 2영역 신호를 제거한 후 다시 버퍼(903)로 제공한다.
상기 버퍼(903)는 상기 간섭 제거기(911)가 출력한 제 1영역의 신호를 복조기(905)로 출력한다. 상기 복조기(905)는 상기 버퍼(903)가 출력한 신호를 미리 설정되어 있는 변조 방식에 상응하여 복조한 후 복호기(907)로 출력한다. 상기 복호기(907)는 상기 복조기(905)가 출력한 신호를 입력하여 미리 설정되어 있는 부호화 방식으로 복호한 후 출력한다.
본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시예에 관해 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되지 않으며, 후술되는 특허청구의 범위뿐만 아니라 이 특허청구의 범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
삭제
상술한 바와 같이 본 발명은 통신 시스템에서 일반적인 자원 할당 방식인 소프트 주파수 재사용 방식에서 대역폭 사용 효율이 낮아지는 문제점을 극복하기 위해 본 발명에서 새롭게 제안하는 재사용 방식을 사용하여 주파수 대역폭을 할당하고 상기 주파수 대역폭에 적용되는 전력을 할당하여 대역폭 사용 효율을 높일 수 있다.

Claims (24)

  1. 통신 시스템에서 기지국에 의한 자원 할당 방법에 있어서,
    셀 내의 이동 단말기가, 셀 중심에 해당하는 제1 영역에 위치하는지, 셀 외곽에 해당하는 제3 영역에 위치하는지, 혹은 상기 제1 및 제3 영역의 사이에 해당하는 제2 영역에 위치하는지를 판단하는 과정과,
    상기 이동 단말기가 상기 제1 영역에 위치하는 경우, 전체 주파수 대역 내의 주파수 자원을 상기 이동 단말기에게 할당하는 과정과,
    상기 이동 단말기가 상기 제3 영역에 위치하는 경우, 제1 주파수 대역 내의 주파수 자원을 상기 이동 단말기에게 할당하는 과정과,
    상기 이동 단말기가 상기 제2 영역에 위치하는 경우, 제2 주파수 대역 내의 주파수 자원을 상기 이동 단말기에게 할당하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 자원 할당 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 이동 단말기가 위치하는 영역에 따라, 상기 제1 영역을 위해 할당된 제1 송신 전력과, 상기 제2 영역을 위해 할당된 제2 송신 전력과 상기 제3 영역을 위해 할당된 제3 송신 전력 중 어느 하나 내에서 상기 이동 단말기를 위한 송신 전력을 할당하는 과정을 더 포함하며,
    상기 제1 송신 전력은 상기 셀의 전체에 할당된 송신 전력 중 상기 제2 및 상기 제3 송신 전력을 제외한 나머지이며, 상기 제3 송신 전력은 상기 제2 송신 전력보다 높게 설정됨을 특징으로 하는 자원 할당 방법.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서,
    상기 할당한 제1주파수 대역은 셀별로 상이한 주파수 대역임을 특징으로 하는 기지국의 자원 할당 방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 할당한 제2주파수 대역은 상기 전체 주파수 대역에서 상기 제1주파수 대역을 제외한 나머지 주파수 대역임을 특징으로 하는 기지국의 자원 할당 방법.
  8. 통신 시스템에서 이동 단말기가 자원을 할당받기 위한 방법에 있어서,
    기지국으로부터 수신한 신호를 이용하여 상기 이동 단말기가 셀 내에서, 셀 중심에 해당하는 제1 영역에 위치하는지, 셀 외곽에 해당하는 제3 영역에 위치하는지, 혹은 상기 제1 및 제3 영역의 사이에 해당하는 제2 영역에 위치하는지를 판단하는 과정과,
    상기 이동 단말기가 상기 제1 영역에 위치하는 경우, 전체 주파수 대역 내에서 할당된 주파수 자원을 통해 기지국으로부터의 신호를 수신하는 과정과,
    상기 이동 단말기가 상기 제3 영역에 위치하는 경우, 제1 주파수 대역 내에서 할당된 주파수 자원을 통해 상기 기지국으로부터의 신호를 수신하는 과정과,
    상기 이동 단말기가 상기 제2 영역에 위치하는 경우, 제2 주파수 대역 내에서 할당된 주파수 자원을 통해 상기 기지국으로부터의 신호를 수신하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 자원을 할당받기 위한 방법.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 이동 단말기를 위한 송신 전력은, 상기 이동 단말기가 위치하는 영역에 따라, 상기 제1 영역을 위해 할당된 제1 송신 전력과, 상기 제2 영역을 위해 할당된 제2 송신 전력과 상기 제3 영역을 위해 할당된 제3 송신 전력 중 어느 하나 내에서 할당되며,
    상기 제1 송신 전력은 상기 셀의 전체 송신 전력 중 상기 제2 및 상기 제3 송신 전력을 제외한 나머지이며, 상기 제3 송신 전력은 상기 제2 송신 전력보다 높게 설정됨을 특징으로 하는 자원을 할당받기 위한 방법.
  10. 제 8 항에 있어서,
    상기 이동 단말기가 상기 제1 영역에 위치하는 경우, 상기 수신하는 과정은,
    상기 제2 영역 및 상기 제3 영역의 신호들을 검출하는 과정과,
    상기 기지국으로부터의 전체 수신 신호로부터 상기 제2 영역 및 상기 제3 영역의 신호들을 제거함으로써, 상기 제1 영역의 신호를 검출하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 자원을 할당받기 위한 방법.
  11. 제8항에 있어서,
    상기 할당한 제1주파수 대역은 셀별로 상이한 주파수 대역임을 특징으로 하는 자원을 할당받기 위한 방법.
  12. 제8항에 있어서,
    상기 할당한 제2주파수 대역은 상기 전체 주파수 대역에서 상기 제1주파수 대역을 제외한 나머지 주파수 대역임을 특징으로 하는 자원을 할당받기 위한 방법.
  13. 통신 시스템의 자원 할당 장치에 있어서,
    셀 내의 이동 단말기가, 셀 중심에 해당하는 제1 영역에 위치하는지, 셀 외곽에 해당하는 제3 영역에 위치하는지, 혹은 상기 제1 및 제3 영역의 사이에 해당하는 제2 영역에 위치하는지를 판단하는 위치 탐색기와,
    상기 이동 단말기가 상기 제1 영역에 위치하는 경우 전체 주파수 대역 내의 주파수 자원을 상기 이동 단말기에게 할당하고, 상기 이동 단말기가 상기 제3 영역에 위치하는 경우 제1 주파수 대역 내의 주파수 자원을 상기 이동 단말기에게 할당하고, 상기 이동 단말기가 상기 제2 영역에 위치하는 경우 제2 주파수 대역 내의 주파수 자원을 상기 이동 단말기에게 할당하는 채널 선택기를 포함하는 것을 특징으로 하는 자원 할당 장치.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 이동 단말기가 위치하는 영역에 따라, 상기 제1 영역을 위해 할당된 제1 송신 전력과, 상기 제2 영역을 위해 할당된 제2 송신 전력과 상기 제3 영역을 위해 할당된 제3 송신 전력 중 어느 하나 내에서 상기 이동 단말기를 위한 송신 전력을 할당하는 전력 제어기를 더 포함하며,
    상기 제1 송신 전력은 상기 셀의 전체 송신 전력 중 상기 제2 및 상기 제3 송신 전력을 제외한 나머지이며, 상기 제3 송신 전력은 상기 제2 송신 전력보다 높게 설정됨을 특징으로 하는 자원 할당 장치.
  15. 삭제
  16. 삭제
  17. 삭제
  18. 제13항에 있어서,
    상기 할당한 제1주파수 대역은 셀별로 상이한 주파수 대역임을 특징으로 하는 자원 할당 장치.
  19. 제13항에 있어서,
    상기 할당한 제2주파수 대역은 상기 전체 주파수 대역에서 상기 제1주파수 대역을 제외한 나머지 주파수 대역임을 특징으로 하는 자원 할당 장치.
  20. 통신 시스템에서 이동 단말기가 자원을 할당받기 위한 장치에 있어서,
    기지국으로부터 수신한 신호를 이용하여 상기 이동 단말기가 셀 내에서, 셀 중심에 해당하는 제1 영역에 위치하는지, 셀 외곽에 해당하는 제3 영역에 위치하는지, 그리고 상기 제1 및 제3 영역의 사이에 해당하는 제2 영역에 위치하는지를 판단하는 제어기와,
    상기 이동 단말기가 상기 제1 영역에 위치하는 경우 전체 주파수 대역 내에서 할당된 주파수 자원을 통해 기지국으로부터의 신호를 수신하고, 상기 이동 단말기가 상기 제3 영역에 위치하는 경우 제1 주파수 대역 내에서 할당된 주파수 자원을 통해 상기 기지국으로부터의 신호를 수신하고, 상기 이동 단말기가 상기 제2 영역에 위치하는 경우 제2 주파수 대역 내에서 할당된 주파수 자원을 통해 상기 기지국으로부터의 신호를 수신하는 수신기를 포함하는 것을 특징으로 하는 자원을 할당받기 위한 장치.
  21. 제 20 항에 있어서,
    상기 이동 단말기를 위한 송신 전력은, 상기 이동 단말기가 위치하는 영역에 따라, 상기 제1 영역을 위해 할당된 제1 송신 전력과, 상기 제2 영역을 위해 할당된 제2 송신 전력과 상기 제3 영역을 위해 할당된 제3 송신 전력 중 어느 하나 내에서 할당되며,
    상기 제1 송신 전력은 상기 셀의 전체 송신 전력 중 상기 제2 및 상기 제3 송신 전력을 제외한 나머지이며, 상기 제3 송신 전력은 상기 제2 송신 전력보다 높게 설정됨을 특징으로 하는 자원을 할당받기 위한 장치.
  22. 제 20 항에 있어서,
    상기 수신기는, 상기 이동 단말기가 상기 제1 영역에 위치하는 경우, 상기 제2 영역 및 상기 제3 영역의 신호들을 검출하고, 상기 기지국으로부터의 수신 신호로부터 상기 제2 영역 및 상기 제3 영역의 신호들을 제거함으로써, 상기 제1 영역의 신호를 검출하는 것을 특징으로 하는 자원을 할당받기 위한 장치.
  23. 제20항에 있어서,
    상기 할당한 제1주파수 대역은 셀별로 상이한 주파수 대역임을 특징으로 하는 자원을 할당받기 위한 장치.
  24. 제20항에 있어서,
    상기 할당한 제2주파수 대역은 상기 전체 주파수 대역에서 상기 제1주파수 대역을 제외한 나머지 주파수 대역임을 특징으로 하는 자원을 할당받기 위한 장치.
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