KR101040977B1 - Communication system in multi-cell environment and method of operating the same - Google Patents

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Abstract

본 발명은 고정 릴레이를 셀들의 경계 영역에 위치시켜 외곽 유저에 대한 서비스 품질을 향상시키는 통신 시스템에 관한 것이다. 상기 통신 시스템은 제 1 셀 내에 위치하는 제 1 기지국, 제 2 셀 내에 위치하는 제 2 기지국 및 상기 제 1 셀과 상기 제 2 셀의 경계 영역에 위치하는 릴레이(RS)를 포함한다. 여기서, 상기 제 1 기지국, 상기 제 2 기지국 및 상기 릴레이 중 적어도 하나는 다중 안테나로 구현되며, 상기 릴레이는 고정 릴레이(FRS)이며, 상기 고정 릴레이는 빔포밍 게인 지표(BG, 해당 기지국 외의 타기지국에 의한 간섭 요소에 반비례함)에 따라 설치된다.The present invention relates to a communication system for improving the quality of service for an outer user by placing a fixed relay in the boundary region of cells. The communication system includes a first base station located in a first cell, a second base station located in a second cell, and a relay (RS) located in a boundary area between the first cell and the second cell. Here, at least one of the first base station, the second base station and the relay is implemented with multiple antennas, the relay is a fixed relay (FRS), the fixed relay is a beamforming gain indicator (BG, other base station other than the base station) Inversely proportional to the interference element).

고정 릴레이, FRS, Relay, 셀, 외곽 유저 Fixed Relay, FRS, Relay, Cell, Outer User

Description

멀티 셀 환경에서의 통신 시스템 및 이를 동작시키는 방법{COMMUNICATION SYSTEM IN MULTI-CELL ENVIRONMENT AND METHOD OF OPERATING THE SAME}COMMUNICATION SYSTEM IN MULTI-CELL ENVIRONMENT AND METHOD OF OPERATING THE SAME

본 발명은 멀티 셀 환경에서의 통신 시스템 및 이를 동작시키는 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 셀들의 경계 영역에 고정 릴레이를 설치하여 외곽 유저에 대한 서비스 품질(QoS)을 향상시키는 통신 시스템 및 이를 동작시키는 방법에 관한 것이다. The present invention relates to a communication system in a multi-cell environment and a method of operating the same. More particularly, the present invention relates to a communication system for improving a quality of service (QoS) for an outer user by installing a fixed relay in a boundary area of cells. It is about how to let.

멀티 셀 환경의 통신 시스템은 외곽 유저에 대한 서비스 품질(QoS)을 보장하기 위하여 아래의 도 1에 도시된 바와 같이 셀 내에 다수의 릴레이들(Relay stations)을 설치한다. A communication system in a multi-cell environment installs a number of relay stations in a cell as shown in FIG. 1 below to ensure quality of service (QoS) for an outer user.

도 1은 일반적인 멀티 셀 환경에서의 통신 시스템을 도시한 도면이다. 1 illustrates a communication system in a general multi-cell environment.

도 1에 도시된 바와 같이, 각 셀들(100) 내에는 기지국(102), 릴레이(104) 및 유저들(106)이 존재한다.As shown in FIG. 1, within each cell 100 is a base station 102, a relay 104, and users 106.

이러한 멀티 셀 환경에서 외곽 유저(106b)의 QoS를 향상시키기 위하여, 릴레이(104)가 기지국(102)과 외곽 유저(106b) 사이를 중계한다. In order to improve the QoS of the outer user 106b in such a multi-cell environment, the relay 104 relays between the base station 102 and the outer user 106b.

일반적으로, 이러한 외곽 유저들(106b)을 서비스하기 위하여, 각 셀(100)에 는 4-6개의 릴레이들이 설치된다. In general, in order to service these outer users 106b, 4-6 relays are installed in each cell 100.

그러나, 릴레이들(104)이 상호간 간섭을 일으키기 때문에, 외곽 유저들(106b)의 QoS는 실제적으로 많이 향상되지 못하였다. 또한, 각 셀들(100)에다수의 릴레이들(104)을 설치하여야 하므로, 상기 통신 시스템의 비용이 증가하는 문제점이 발생하였다. However, because the relays 104 interfere with each other, the QoS of the outer users 106b has not actually improved much. In addition, since a large number of relays 104 must be installed in each cell 100, a problem arises in that the cost of the communication system increases.

본 발명의 목적은 경제적이면서도 외곽 유저의 서비스 품질(QoS)을 향상시킬 수 있는 멀티 셀 환경에서의 통신 시스템 및 이를 구동하는 방법을 제공하는 것이다.An object of the present invention is to provide a communication system and a method of driving the same in a multi-cell environment that can improve the quality of service (QoS) of the outer user while being economical.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 멀티 셀 환경에서의 통신 시스템은 제 1 셀 내에 위치하는 제 1 기지국; 제 2 셀 내에 위치하는 제 2 기지국; 및 상기 제 1 셀과 상기 제 2 셀의 경계 영역에 위치하는 릴레이(RS)를 포함한다. 여기서, 상기 제 1 기지국, 상기 제 2 기지국 및 상기 릴레이 중 적어도 하나는 다중 안테나로 구현된다.In order to achieve the above object, a communication system in a multi-cell environment according to an embodiment of the present invention includes a first base station located in a first cell; A second base station located in a second cell; And a relay RS positioned at a boundary area between the first cell and the second cell. Here, at least one of the first base station, the second base station, and the relay is implemented with multiple antennas.

삭제delete

본 발명의 일 실시예에 따른 멀티 셀들 사이의 경계 영역에 위치하는 고정 릴레이를 포함하는 통신 시스템의 동작 방법은 상기 셀들 내의 기지국들의 간섭을 반영한 빔포밍 게인 지표(BG, 해당 기지국 외의 타기지국에 의한 간섭 요소에 반비례함)를 획득하는 단계; 및 상기 빔포밍 게인 지표(BG)를 고려하여 상기 고정 릴레이를 설치하는 단계를 포함한다.According to an embodiment of the present invention, a method of operating a communication system including a fixed relay located in a boundary area between multiple cells includes a beamforming gain indicator (BG) reflecting interference of base stations in the cells, by another base station other than the base station. Inversely proportional to the interference element; And installing the fixed relay in consideration of the beamforming gain index BG.

삭제delete

본 발명에 따른 멀티 셀 환경에서의 통신 시스템 및 이를 동작시키는 방법은 셀들의 경계 영역에 고정 릴레이를 설치하여 복수의 셀들 내의 외곽 유저들을 서비스하므로, 경제적이면서도 외곽 유저에 대한 서비스 품질을 향상시킬 수 있는 장점이 있다. The communication system and the method of operating the same in a multi-cell environment according to the present invention install a fixed relay in the boundary area of the cells to serve the outer users in the plurality of cells, thereby improving the quality of service for the outer users while being economical. There is an advantage.

특히, 기지국 및 다른 고정 릴레이에 의한 간섭을 최소화할 수 있도록 고정 릴레이를 설치하고, 유저 그룹을 구성할 유저들을 해당 기지국과 상기 고정 릴레이 사이의 채널 벡터를 기초로 선택하며, 고정 릴레이들 사이의 간섭이 최소화되도록 상기 고정 릴레이들을 적절하게 스케쥴링한다. 따라서, 다수의 고정 릴레이들을 설치하였음에도 불구하고, 외곽 유저에 대한 서비스 품질이 향상될 수 있다. In particular, the fixed relay is installed to minimize the interference by the base station and other fixed relays, the users who will form the user group are selected based on the channel vector between the base station and the fixed relay, and the interference between the fixed relays. Properly schedule the fixed relays to minimize this. Therefore, even though a plurality of fixed relays are installed, the quality of service for the outer user can be improved.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다. As the invention allows for various changes and numerous embodiments, particular embodiments will be illustrated in the drawings and described in detail in the written description. However, this is not intended to limit the present invention to specific embodiments, it should be understood to include all modifications, equivalents, and substitutes included in the spirit and scope of the present invention. Like reference numerals are used for like elements in describing each drawing.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.The terminology used herein is for the purpose of describing particular example embodiments only and is not intended to be limiting of the present invention. Singular expressions include plural expressions unless the context clearly indicates otherwise. In this application, the terms "comprise" or "have" are intended to indicate that there is a feature, number, step, operation, component, part, or combination thereof described in the specification, and one or more other features. It is to be understood that the present invention does not exclude the possibility of the presence or the addition of numbers, steps, operations, components, components, or a combination thereof.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.Unless defined otherwise, all terms used herein, including technical or scientific terms, have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art. Terms such as those defined in the commonly used dictionaries should be construed as having meanings consistent with the meanings in the context of the related art, and are not construed in ideal or excessively formal meanings unless expressly defined in this application. Do not.

이하에서는 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예들을 자세히 설명하도록 한다. Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 멀티 셀 환경에서의 통신 시스템의 구조를 도시한 도면이다. 2 is a diagram illustrating a structure of a communication system in a multi-cell environment according to an embodiment of the present invention.

도 2를 참조하면, 본 실시예의 통신 시스템은 멀티 셀 환경에서 사용되며, 기지국들(Base Station, 202, BS), 적어도 하나의 고정 릴레이(Fixed Relay Station, 204, FRS) 및 복수의 유저들(Users, 206, MS)을 포함한다. 특히, 상기 통신 시스템은 후술하는 바와 같이 멀티 셀 환경에서 처리율(Throughput)을 유지하면서 외곽 유저에 대한 서비스 품질(QoS)을 향상시킬 수 있다. Referring to FIG. 2, the communication system of the present embodiment is used in a multi-cell environment, and includes base stations (Base Stations 202 and BS), at least one fixed relay station (204, FRS), and a plurality of users ( Users, 206, MS). In particular, the communication system can improve the quality of service (QoS) for the outer user while maintaining the throughput in a multi-cell environment as described below.

기지국(202)은 각 셀(200) 내에 위치하며, 해당 고정 릴레이(204) 및 해당 유저들(206)에게 신호를 전송한다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 기지국(202)은 복수의 안테나들을 가지며, 즉 다중 안테나로 구현된다. The base station 202 is located in each cell 200 and transmits a signal to the fixed relay 204 and the corresponding users 206. According to one embodiment of the invention, the base station 202 has a plurality of antennas, i.e., implemented with multiple antennas.

고정 릴레이(204)는 도 2에 도시된 바와 같이 셀들(200)의 경계 영역에 위치하며, 해당 기지국(202)으로부터 신호를 전송받아 해당 유저(206)로 전송한다. 특히, 고정 릴레이(204)는 셀들(200)의 경계 영역에 위치하므로 복수의 셀들(200)의 외곽 유저들(206)을 서비스할 수 있다. The fixed relay 204 is located in the boundary region of the cells 200 as shown in FIG. 2, and receives a signal from the base station 202 and transmits the signal to the corresponding user 206. In particular, since the fixed relay 204 is located at the boundary area of the cells 200, the fixed relay 204 may serve the outer users 206 of the plurality of cells 200.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 고정 릴레이(204)는 다중 안테나로 구현되며, 해당 기지국(202)과 고정 릴레이(204)의 채널은 LOS(Line-of-sight) 채널이다. According to an embodiment of the present invention, the fixed relay 204 is implemented with multiple antennas, and the channel of the base station 202 and the fixed relay 204 is a line-of-sight (LOS) channel.

유저들(206)은 예를 들어 휴대폰이며, 다중 안테나로 구현될 수도 있지만 일반적으로는 하나의 안테나로 구현된다. The users 206 are, for example, cell phones and may be implemented with multiple antennas but are generally implemented with one antenna.

요컨대, 본 실시예의 통신 시스템은 다중 안테나를 가지는 기지국(202) 및 고정 릴레이(204)를 포함하며, 고정 릴레이(204)는 셀들(200)의 경계 영역에 위치 하여 복수의 셀들(200)의 외곽 유저들(206)을 서비스한다. 따라서, 많은 릴레이들을 필요로 하는 종래의 통신 시스템에 비하여 경제적이다. 다만, 상기 멀티 셀 환경에서 다른 고정 릴레이들(204)로부터의 간섭 및 기지국들(202)로부터의 간섭이 여전히 존재하므로, 상기 간섭을 제거할 필요가 있다. 이에 대한 자세한 설명은 첨부된 도면을 참조하여 후술하겠다. In short, the communication system of the present embodiment includes a base station 202 having multiple antennas and a fixed relay 204, wherein the fixed relay 204 is located in the boundary region of the cells 200 to the outside of the plurality of cells 200. Serve users 206. Thus, it is economical compared to conventional communication systems that require many relays. However, since interference from other fixed relays 204 and interference from base stations 202 still exist in the multi-cell environment, it is necessary to remove the interference. Detailed description thereof will be described later with reference to the accompanying drawings.

이러한 통신 시스템의 동작 방법을 살펴보면, 고정 릴레이(204)를 간섭이 최소화되도록 셀들(200) 사이의 경계 영역에 적절하게 설치하고, 기지국(202)이 서비스할 유저들(206)을 선택하며, 그런 후 기지국(202), 고정 릴레이(204) 및 유저(206) 사이에 통신을 수행한다. Looking at the operation of such a communication system, the fixed relay 204 is properly installed in the boundary area between the cells 200 to minimize the interference, the base station 202 selects the users 206 to serve, Thereafter, communication is performed between the base station 202, the fixed relay 204, and the user 206.

이하, 고정 릴레이(204)를 설치하는 방법, 유저 그룹을 선택하는 방법 및 고정 릴레이들(204)을 스케쥴링(Scheduling) 방법을 차례로 상술하겠다. 다만, 본 발명의 통신 시스템이 3개의 셀들(200a, 200b 및 200c)을 포함하고, 셀들(200a, 200b 및 200c) 내에는 각기 기지국들(202a, 202b 및 202c)이 배열되며, 고정 릴레이(204)가 셀들(200a, 200b 및 200c)의 경계 영역에 위치하는 것으로 가정한다. 또한, 기지국들(202a, 202b 및 202c)과 고정 릴레이(204) 사이의 채널은 LOS 채널이며, 고정 릴레이(204)는 ZFBF(Zero Forcing Beam-forming) 기술을 통하여 해당 유저들(206)로 신호를 전달하는 것으로 가정한다. 즉, 기지국들(202a, 202b 및 202c) 및 고정 릴레이(204)는 서비스할 유저들(206)의 채널 상태 정보를 알고 있다고 가정한다. Hereinafter, a method of installing the fixed relay 204, a method of selecting a user group, and a method of scheduling the fixed relays 204 will be described in detail. However, the communication system of the present invention includes three cells 200a, 200b and 200c, and the base stations 202a, 202b and 202c are arranged in the cells 200a, 200b and 200c, respectively, and the fixed relay 204 Is assumed to be located at the boundary region of the cells 200a, 200b and 200c. In addition, the channel between the base stations 202a, 202b and 202c and the fixed relay 204 is an LOS channel, and the fixed relay 204 signals to the corresponding users 206 through Zero Forcing Beam-forming (ZFBF) technology. Assume to pass. That is, it is assumed that the base stations 202a, 202b and 202c and the fixed relay 204 know the channel state information of the users 206 to serve.

1. 고정 릴레이(204)를 설치하는 방법1. How to Install the Fixed Relay 204

도 3 내지 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 고정 릴레이를 설치하는 과정을 도시한 도면들이다. 3 to 7 are views illustrating a process of installing a fixed relay according to an embodiment of the present invention.

도 3을 참조하면, 고정 릴레이(204)는 인접한 기지국들(202a, 202b 및 202c)로부터 신호들을 수신하고, 상기 수신된 신호들을 유저들(206a, 206b 및 206c)로 전송한다. 즉, 고정 릴레이(204)는 기지국들(202a, 202b 및 202c)과 유저들(206a, 206b 및 206c) 사이를 중계한다. Referring to FIG. 3, the fixed relay 204 receives signals from adjacent base stations 202a, 202b and 202c and transmits the received signals to users 206a, 206b and 206c. That is, the fixed relay 204 relays between the base stations 202a, 202b and 202c and the users 206a, 206b and 206c.

일반적으로, 고정 릴레이(204)가 특정 기지국으로부터 전송된 신호를 복원하고자 하는 경우, 다른 기지국들 및 타고정 릴레이는 간섭으로서 작용한다. 따라서, 상기 간섭을 제거할 필요가 있으며, 상기 간섭을 제거하기 위하여 본 발명의 통신 시스템은 아래와 같은 방법을 사용한다. In general, when the fixed relay 204 wishes to recover a signal transmitted from a particular base station, the other base stations and the boarding relay act as interference. Therefore, it is necessary to remove the interference, and the communication system of the present invention uses the following method to remove the interference.

이하, 간섭을 제거하는 과정을 상술하겠다. 다만, 고정 릴레이(204)가 기지국(202a)으로부터 전송된 신호를 복원한다고 가정한다. 결과적으로, 기지국들(202b 및 202c)은 간섭으로서 작용한다. Hereinafter, a process of eliminating interference will be described in detail. However, it is assumed that the fixed relay 204 restores the signal transmitted from the base station 202a. As a result, the base stations 202b and 202c act as interference.

우선, 유저 k가 기지국(202a)로부터 수신한 신호(yb k)는 아래의 수학식 1과 같이 표현된다. First, the signal y b k received by the user k from the base station 202a is expressed by Equation 1 below.

Figure 112009048454648-pat00001
Figure 112009048454648-pat00001

여기서, hb k는 기지국(202a)과 유저 k 사이의 채널 벡터이고, xb는 기지국(202a)에서의 송신 신호이며, nb k는 잡음이고, Ib k는 다른 기지국들(202b 및 202c) 및 다른 고정 릴레이들(204)로부터의 간섭이다. Where h b k is a channel vector between base station 202a and user k, x b is a transmission signal at base station 202a, n b k is noise, and I b k is other base stations 202b and 202c ) And other fixed relays 204.

위 수학식 1에 표현된 채널 벡터(hb k)는 아래의 수학식 2와 같다. The channel vector h b k represented in Equation 1 is the same as Equation 2 below.

Figure 112009048454648-pat00002
Figure 112009048454648-pat00002

Figure 112009048454648-pat00003
Figure 112009048454648-pat00003

여기서, db k는 기지국(202a)과 유저 k 사이의 거리이고, ρ는 db k가 1㎞일 때의 평균 패스 이득(mean path gain)의 미디언(median)이며, γ는 패스 손실 성분(path loss exponent)이다. 또한, sb k,i는 로그-노멀 쉐도우 페이딩 랜덤 변수(log-normal fading random variable)이며, zb k,i는 Rayleigh fading을 의미한다. Where d b k is the distance between the base station 202a and the user k, ρ is the median of the mean path gain when d b k is 1 km, and γ is the path loss component. (path loss exponent). In addition, s b k, i is a log-normal fading random variable, and z b k, i means Rayleigh fading.

다음으로, 고정 릴레이(204)가 인접한 기지국들(202a, 202b 및 202c)로부터 수신하는 수신 신호(yj)는 아래의 수학식 3과 같다. 여기서, 고정 릴레이(204)는 기 지국들(202a, 202b 및 202c)로부터 신호들을 동시에 수신한다. Next, the reception signal y j that the fixed relay 204 receives from adjacent base stations 202a, 202b, and 202c is expressed by Equation 3 below. Here, the fixed relay 204 simultaneously receives signals from base stations 202a, 202b and 202c.

Figure 112009048454648-pat00004
Figure 112009048454648-pat00004

여기서, nj는 잡음 성분이며, Ij는 다른 고정 릴레이들(204)로부터의 간섭 성분을 표시한다. Where n j is the noise component and I j represents the interference component from the other fixed relays 204.

계속하여, 고정 릴레이(204)로부터 서비스받는 외곽 유저 k의 수신 신호는 아래의 수학식 4와 같이 표현된다. Subsequently, the received signal of the outer user k serviced by the fixed relay 204 is expressed by Equation 4 below.

Figure 112009048454648-pat00005
Figure 112009048454648-pat00005

여기서, hj k는 고정 릴레이(204, j)와 유저 k 사이의 채널 벡터를 의미하고, xj는 고정 릴레이(204)로부터의 송신 신호이며, Ij k는 기지국들(202a, 202b 및 202c)로부터의 간섭 성분을 의미한다. Where h j k denotes a channel vector between the fixed relays 204 and j and user k, x j is a transmission signal from the fixed relay 204, and I j k is the base stations 202a, 202b and 202c Means an interference component from

위에서, 기지국(202a)과 고정 릴레이(204) 사이의 채널을 도 4에 도시된 바와 같이 LOS 채널로 가정하였으므로, 기지국(202a)과 고정 릴레이(204) 사이의 채널 매트릭스는 아래의 수학식 5와 같이 표현된다. In the above, since the channel between the base station 202a and the fixed relay 204 is assumed to be an LOS channel as shown in FIG. 4, the channel matrix between the base station 202a and the fixed relay 204 is represented by Equation 5 below. It is expressed as

Figure 112009048454648-pat00006
Figure 112009048454648-pat00006

Figure 112009048454648-pat00007
Figure 112009048454648-pat00007

여기서, NJ는 고정 릴레이(204)의 안테나 수이고, NT는 기지국(202a)의 안테나 수이며, abj는 패스 감쇄(path attenuation)이다. 또한, dbj는 기지국(202a)과 고정 릴레이(204) 사이의 거리이며, ΩR,bj 및 ΩT,bj는 기지국(202a)과 고정 릴레이(204) 사이의 방향 코사인(directional cosine)을 나타낸다. Where N J is the number of antennas of the fixed relay 204, N T is the number of antennas of the base station 202a, and a bj is path attenuation. Also, d bj is the distance between the base station 202a and the fixed relay 204, and Ω R, bj and Ω T, bj represent the directional cosine between the base station 202a and the fixed relay 204. .

고정 릴레이(204)가 기지국(202a)로부터 전송된 신호를 수신 웨이트 벡터(receive weight vector), 즉 Hbj의 레프트 싱귤러 컬럼 벡터(left-singular column vector)를 이용하여 복원한다고 가정하면, 고정 릴레이(204)에서 복원된 신호(ybj)는 아래의 수학식 6과 같이 표현된다. Assuming that the fixed relay 204 restores the signal transmitted from the base station 202a using a receive weight vector, that is, a left-singular column vector of H bj , the fixed relay ( The signal y bj reconstructed at 204 is expressed by Equation 6 below.

Figure 112009048454648-pat00008
Figure 112009048454648-pat00008

여기서, ubj는 Hbj의 레프트 싱귤러 컬럼 벡터이고, wbj는 고정 릴레이(204)를 위한 전송 웨이트 벡터(transmit weight vector)이다. 또한, sbj k는 기지국(202a)에서 전송되는 유저 k에 대한 심볼이며, Ibj는 주변 기지국들(202b 및 202c)과 유저 k에 대한 신호 벡터(signal vector)를 제외한 기지국(202a)로부터의 신호 벡터의 합을 나타낸다. Where u bj is a left singular column vector of H bj , and w bj is a transmit weight vector for the fixed relay 204. Also, s bj k is a symbol for user k transmitted from base station 202a, and I bj is from base station 202a excluding signal vectors for neighboring base stations 202b and 202c and user k. Indicates the sum of the signal vectors.

Hbj를 특이치 분해(singular value decomposition, SVD)하면 아래의 수학식 7과 같이 표현된다. Singular value decomposition (SVD) of H bj is represented by Equation 7 below.

Figure 112009048454648-pat00009
Figure 112009048454648-pat00009

위 수학식 7에서 알 수 있는 바와 같이, 고정 릴레이(204)와 기지국(202a)이 일렬 안테나 구조를 가지는 경우, 하나의 특이치(singular value)가 생성된다. As can be seen from Equation 7, when the fixed relay 204 and the base station 202a has a single-line antenna structure, one singular value is generated.

고정 릴레이(204)가 기지국(202a)로부터의 신호를 복원하기 위한 수신 웨이트 벡터는 상기 특이치에 대응하는 레프트 싱귤러 컬럼 벡터, 즉 ubj가 된다. The received weight vector for the fixed relay 204 to recover the signal from the base station 202a becomes a left singular column vector corresponding to the outlier, i.e. u bj .

수학식 3으로부터 고정 릴레이(204)가 기지국(202a)의 신호를 복원했을 때의 SINR을 유도하면 아래의 수학식 8과 같다. If the fixed relay 204 derives the SINR when the signal of the base station 202a is restored from Equation 3, Equation 8 below.

Figure 112009048454648-pat00010
Figure 112009048454648-pat00010

Figure 112009048454648-pat00011
,
Figure 112009048454648-pat00012
Figure 112009048454648-pat00011
,
Figure 112009048454648-pat00012

여기서, σN은 잡음 편차이고, Ij는 다른 고정 릴레이들(204)로부터의 간섭이며, Ibj는 인접한 기지국들(202b 및 202c)로부터의 간섭이다. Where σ N is noise deviation, I j is interference from other fixed relays 204 and I bj is interference from adjacent base stations 202b and 202c.

이하, 빔포밍 게인 요소 대 기지국들(202b 및 202c)에 의한 간섭 요소의 비율로 정의되는 아래의 수학식 9와 같은 빔포밍 게인 지표(beam-forming gain index, BGj)를 정의한다. Hereinafter, a beamforming gain index BG j is defined as shown in Equation 9 below, which is defined as a ratio of a beamforming gain element to an interference element by the base stations 202b and 202c.

Figure 112009048454648-pat00013
Figure 112009048454648-pat00013

위 수학식 9를 살펴보면, 빔포밍 게인 지표(BGj)는 수신 웨이트 벡터(ubj)가 기지국(202a) 외의 다른 기지국들(202b 및 202c)과 고정 릴레이(204) 사이의 채널 매트릭스들과 상관값이 작을 수록 큰 값을 가짐을 확인할 수 있다. 즉, 기지국들(202b 및 202c)로부터의 간섭이 작을 수록 빔포밍 게인 지표(BGj)가 커진다. Above Looking at the equation (9), beam-forming gain index (BG j) is correlated with the channel matrix between the receiving weight vectors (u bj) other base stations other than the base station (202a), (202b and 202c) and the fixed relay 204 The smaller the value, the larger the value. That is, the smaller the interference from the base stations 202b and 202c, the larger the beamforming gain indicator BG j .

따라서, 고정 릴레이(204)가 상기 수신 웨이트 벡터(ubj)를 이용하여 기지국(202a)로부터의 신호를 복원할 때, 빔포밍 게인 지표(BGj)가 큰 값을 가지도록 고정 릴레이(204)를 설치하면 기지국들(202b 및 202c)로부터 전송된 신호들을 효과적으로 제거할 수 있음을 알 수 있다. Accordingly, when the fixed relay 204 restores the signal from the base station 202a using the reception weight vector u bj , the fixed relay 204 such that the beamforming gain indicator BG j has a large value. It can be seen that by installing the E can effectively remove the signals transmitted from the base stations (202b and 202c).

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 통신 시스템은 도 5에 도시된 바와 같이 고정 릴레이(204)와 기지국(202a, 202b 및 202c) 사이의 각도(α)와 고정 릴레이(204)의 안테나들 사이의 거리(d)를 조정하면서 빔포밍 게인 지표(BGj)를 측정하고, 빔포밍 게인 지표(BGj)가 최대가 될때의 조건, 즉 α와 d로 고정 릴레이(204)를 설치한다. 여기서, 도 5(A)에서는 안테나들이 선형 배열(Linear array)을 가지며, 도 5(B)에서는 안테나들이 정방형 배열(Square array)을 가진다. According to one embodiment of the invention, the communication system is provided between the antennas of the fixed relay 204 and the angle a between the fixed relay 204 and the base stations 202a, 202b and 202c as shown in FIG. The beamforming gain index BG j is measured while adjusting the distance d, and the fixed relay 204 is provided under the conditions when the beamforming gain index BG j becomes maximum, that is, α and d. In FIG. 5A, the antennas have a linear array, and in FIG. 5B, the antennas have a square array.

이하, α와 d를 조절하였을 때의 빔포밍 게인 지표(BGj)의 변화를 살펴보겠 다.Hereinafter, the change of the beamforming gain index BG j when α and d are adjusted will be described.

도 6을 참조하면, 고정 릴레이(204)와 기지국(202a, 202b 및 202c) 사이의 각도(α)를 변화시킴에 따라 빔포밍 게인 지표(BGj)가 달라짐을 확인할 수 있다. 여기서, NB 및 NJ를 각기 4로 설정하였고, 반송파 주파수(carrier frequency)를 2.5㎓로 설정하였으며, 고정 릴레이(204)와 기지국(202a, 202b 및 202c) 사이의 거리를 1㎞로 설정하였다. Referring to FIG. 6, it can be seen that the beamforming gain indicator BG j changes as the angle α is changed between the fixed relay 204 and the base stations 202a, 202b, and 202c. Here, N B and N J were respectively set to 4, the carrier frequency was set to 2.5 kHz, and the distance between the fixed relay 204 and the base stations 202a, 202b, and 202c was set to 1 km. .

예를 들어, 도 5(A)에 도시된 바와 같은 선형 배열 구조에서는 α가 약 30.7도일 때 빔포밍 게인 지표(BGj)가 최대로 됨을 알 수 있으며, 따라서 기지국(202a, 202b 및 202c)과 고정 릴레이(204) 사이의 각도(α)가 30.7도가 되도록 고정 릴레이(204)를 설치한다. For example, in the linear arrangement as shown in FIG. 5A, it can be seen that the beamforming gain indicator BG j is maximized when α is about 30.7 degrees, and thus the base stations 202a, 202b, and 202c The fixed relay 204 is provided such that the angle α between the fixed relays 204 is 30.7 degrees.

다른 예로, 도 5(B)에 도시된 바와 같은 정방형 배열 구조에서는 α가 약 38.8도일 때 빔포밍 게인 지표(BGj)가 최대로 됨을 알 수 있으며, 따라서 기지국(202a, 202b 및 202c)과 고정 릴레이(204) 사이의 각도(α)가 38.8도가 되도록 고정 릴레이(204)를 설치한다. As another example, in the square array structure as illustrated α is can be seen that is the maximum beam forming gain index (BG j) as about 38.8 degrees, so the base station (202a, 202b, and 202c) in Fig. 5 (B) and a fixed The fixed relay 204 is provided such that the angle α between the relays 204 is 38.8 degrees.

도 7을 참조하면, 고정 릴레이(204)의 안테나들 사이의 거리(d)를 변화시킴에 따라 빔포밍 게인 지표(BGj)가 달라짐을 확인할 수 있다. 여기서, NB 및 NJ를 각기 4로 설정하였고, 반송파 주파수를 2.5㎓로 설정하였으며, 고정 릴레이(204)와 기지국(202a, 202b 및 202c) 사이의 거리를 1㎞로 설정하였다. Referring to FIG. 7, it can be seen that the beamforming gain index BG j varies as the distance d between the antennas of the fixed relay 204 is changed. Here, N B and N J were respectively set to 4, the carrier frequency was set to 2.5 kHz, and the distance between the fixed relay 204 and the base stations 202a, 202b, and 202c was set to 1 km.

예를 들어, 선형 배열 구조에서는 d가 약 0.465m일 때 빔포밍 게인 지표(BGj)가 최대로 됨을 알 수 있으며, 따라서 고정 릴레이(204)의 안테나들 사이의 거리(d)가 0.465m가 되도록 고정 릴레이(204)를 설치한다. For example, in the linear array structure, when d is about 0.465 m, the beamforming gain index BG j is maximized. Thus, the distance d between the antennas of the fixed relay 204 is 0.465 m. The fixed relay 204 is installed as much as possible.

다른 예로, 정방형 배열 구조에서는 d가 약 0.93m일 때 빔포밍 게인 지표(BGj)가 최대로 됨을 알 수 있으며, 따라서 고정 릴레이(204)의 안테나들 사이의 거리(d)가 0.93m가 되도록 고정 릴레이(204)를 설치한다.As another example, in the square array structure, the beamforming gain index BG j is maximized when d is about 0.93 m, so that the distance d between the antennas of the fixed relay 204 is 0.93 m. The fixed relay 204 is installed.

요컨대, 본 발명의 통신 시스템은 빔포밍 게인 지표(BGj)가 최대가 되도록 고정 릴레이(204)를 설치하여 해당 기지국 외의 타기지국들로부터 전송되는 신호를 효과적으로 제거할 수 있다. 즉, 기지국(202)으로부터 고정 릴레이(204)로 타신호들의 간섭없이 잘 전송되므로, 고정 릴레이(204)로부터 유저들(206)로의 신호 전달 특성이 우수할 수 있다. In short, the communication system of the present invention can effectively remove a signal transmitted from other base stations other than the base station by installing a fixed relay 204 so that the beamforming gain index BG j is maximized. That is, since the signal is well transmitted from the base station 202 to the fixed relay 204 without interference of other signals, the signal transmission characteristic from the fixed relay 204 to the users 206 may be excellent.

이하, 고정 릴레이(204)를 위에 상술한 방법으로 설치한 후 기지국(202)으로부터 서비스받을 유저 그룹을 선택하며, 선택 방법은 아래와 같다. Hereinafter, after the fixed relay 204 is installed in the above-described manner, a user group to be served from the base station 202 is selected, and the selection method is as follows.

2. 유저 그룹 선택 방법2. User Group Selection

도 8 및 도 9는 본 발명의 일 실시예에 따라 유저 그룹을 선택하는 과정을 도시한 도면들이다. 8 and 9 are diagrams illustrating a process of selecting a user group according to an embodiment of the present invention.

도 8을 참조하면, 기지국(202)은 그의 안테나 수만큼 유저들(206)을 하나의 그룹으로 선택하며, 유저 그룹 선택시 전체 링크 전송용량(total link capacity)을 고려하여 상호 직교(Orthogonal)하는 채널 벡터들을 가지는 유저들(206)을 선택한다. 이 경우, 상기 유저 그룹은 큰 합 전송율(sum-rate)을 가지게 된다. Referring to FIG. 8, the base station 202 selects users 206 as one group by the number of antennas thereof, and orthogonal to each other in consideration of total link capacity when selecting a user group. Select users 206 with channel vectors. In this case, the user group has a large sum-rate.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 기지국(202)은 기지국(202)과 고정 릴레이(204) 사이의 채널 벡터를 기초로 하여 유저들(206)을 선택한다. 다만, 고정 릴레이(204)에서 기지국(202)으로부터의 신호를 복원하기 위한 수신 웨이트 벡터가 Hbj의 레프트 싱귤러 컬럼 벡터(ubj)이므로, 기지국(202)에서의 전송 웨이트 벡터가 라이트 싱귤러 컬럼 벡터(vbj)일 때 가장 큰 이득을 가지게 된다. 따라서, 기지국(202)은 라이트 싱귤러 컬럼 벡터(vbj)와 직교하는 채널 벡터들을 가지는 유저들(206)을 선택한다. According to one embodiment of the present invention, base station 202 selects users 206 based on the channel vector between base station 202 and fixed relay 204. However, since the reception weight vector for restoring the signal from the base station 202 in the fixed relay 204 is the left singular column vector u bj of H bj , the transmission weight vector in the base station 202 is the write singular column vector. (v bj ) has the biggest gain. Thus, the base station 202 selects users 206 with channel vectors orthogonal to the write singular column vector v bj .

상세하게는, 기지국(202)은 도 9에 도시된 바와 같이 기지국(202)과 고정 릴레이(204) 사이의 제 1 채널 벡터(vbj)를 기초로 하여 채널 벡터(vbj)와 직교하는 제 2 채널 벡터를 가지는 제 1 유저(900)를 선택한다. Specifically, the base station 202 is orthogonal to the channel vector v bj based on the first channel vector v bj between the base station 202 and the fixed relay 204 as shown in FIG. 9. A first user 900 having two channel vectors is selected.

이어서, 제 1 채널 벡터(vbj)와 기지국(202)과 제 1 유저(900) 사이의 제 2 채널 벡터 모두와 직교하는 제 3 채널 벡터를 가지는 제 3 유저(902)를 선택한다. Next, a third user 902 is selected that has a first channel vector v bj and a third channel vector orthogonal to both the second channel vector between the base station 202 and the first user 900.

계속하여, 제 1 채널 벡터(vbj), 기지국(202)과 제 1 유저(900) 사이의 제 2 채널 벡터 및 기지국(202)과 제 2 유저(902) 사이의 제 3 채널 벡터 모두와 직교하는 제 4 채널 벡터를 가지는 제 4 유저(904)를 선택한다. Subsequently , it is orthogonal to both the first channel vector v bj , the second channel vector between the base station 202 and the first user 900, and the third channel vector between the base station 202 and the second user 902. A fourth user 904 having a fourth channel vector is selected.

즉, 기지국(202)의 안테나가 4개인 경우, 기지국(202)은 고정 릴레이(204), 제 1 유저(900), 제 2 유저(902) 및 제 3 유저(904)를 하나의 유저 그룹으로 선택한다. In other words, when the base station 202 has four antennas, the base station 202 sets the fixed relay 204, the first user 900, the second user 902, and the third user 904 into one user group. Choose.

위에서 상술한 바와 같이, 기지국(202)이 기지국(202)과 고정 릴레이(204) 사이의 채널 벡터(vbj)를 기초로 하여 서비스받을 유저들을 선택하므로, 기지국(202)으로부터 고정 릴레이(204)로의 신호 전송 특성을 우수하게 유지할 수 있다. As described above above, since the base station 202 selects users to be serviced based on the channel vector v bj between the base station 202 and the fixed relay 204, the fixed relay 204 from the base station 202 is selected. It is possible to maintain excellent signal transmission characteristics of the furnace.

다음으로, 고정 릴레이들(204)의 설치에 따른 간섭을 최소화하고 고정 릴레이(204)의 사용으로 인한 타임 효율(time efficiency)를 보장하기 위하여 고정 릴레이들(204)을 스케쥴링하는 방법을 살펴보겠다. Next, we will look at how to schedule the fixed relays 204 in order to minimize interference due to the installation of the fixed relays 204 and to ensure time efficiency due to the use of the fixed relays 204.

3. 고정 릴레이 스케쥴링 방법3. Fixed Relay Scheduling Method

도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 고정 릴레이들을 스케쥴링하는 과정을 도시한 도면이고, 도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 고정 릴레이들을 스케쥴링했을 때의 멀티 셀 배열을 도시한 도면이다. 다만, 고정 릴레이들(204) 중 기지국(202)으로부터 신호를 수신하는 릴레이를 수신 고정 릴레이(RFRS)라 하고, 해당 유저로 신호를 송신하는 릴레이를 송신 고정 릴레이(TFRS)라 하겠다. 10 is a diagram illustrating a process of scheduling fixed relays according to an embodiment of the present invention, and FIG. 11 is a diagram illustrating a multi-cell arrangement when scheduling fixed relays according to an embodiment of the present invention. However, among the fixed relays 204, a relay that receives a signal from the base station 202 is called a reception fixed relay (RFRS), and a relay that transmits a signal to a corresponding user is called a transmission fixed relay (TFRS).

도 10을 참조하면, 본 발명의 통신 시스템에서, 셀(200)은 육각형 형상을 가지며, 셀(200)의 모서리 모두에는 고정 릴레이들(204)이 배열된다. Referring to FIG. 10, in the communication system of the present invention, the cell 200 has a hexagonal shape, and fixed relays 204 are arranged at all corners of the cell 200.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 매타임 슬롯마다 6개의 고정 릴레이들(204) 중 하나는 수신 고정 릴레이(RFRS)로서 동작하고, 다른 하나는 송신 고정 릴레이(TFRS)로서 동작한다. 여기서, 다른 고정 릴레이들(204)은 동작하지 않도록 제어된다. According to one embodiment of the invention, one of the six fixed relays 204 every time slot acts as a receive fixed relay (RFRS) and the other acts as a transmit fixed relay (TFRS). Here, the other fixed relays 204 are controlled to not operate.

또한, 수신 고정 릴레이(RFRS)와 송신 고정 릴레이(TFRS)는 상호간 간섭이 최소화되도록 도 10에 도시된 바와 같이 인접하지 않도록 배열된다. In addition, the receiving fixed relay RFRS and the transmitting fixed relay TFRS are arranged so as not to be adjacent as shown in FIG. 10 so that mutual interference is minimized.

즉, 본 발명의 통신 시스템은 매타임 슬롯마다 하나의 수신 고정 릴레이(RFRS)와 하나의 송신 고정 릴레이(TFRS)를 선택하고, 선택된 고정 릴레이들(RFRS 및 TFRS)이 상호 인접하지 않도록 배열한다. That is, the communication system of the present invention selects one receiving fixed relay (RFRS) and one transmitting fixed relay (TFRS) every time slot and arranges the selected fixed relays (RFRS and TFRS) so as not to be adjacent to each other.

또한, 6번의 타임 슬롯이 경과한 경우 각 고정 릴레이들(204)은 한번은 수신 고정 릴레이(RFRS)로서 동작하고 한번은 송신 고정 릴레이(TFRS)로서 동작하도록 스케쥴링된다. 결과적으로, 각 고정 릴레이들(204)은 6번의 타임 슬롯동안 모두 2번만 동작하도록 스케쥴링된다. 즉, 본 발명의 통신 시스템은 라운드 로빈(Round-robin) 방법을 통하여 신호들을 송신 및 수신하여 공정성을 확보한다. In addition, when six timeslots have elapsed, each of the fixed relays 204 is scheduled to operate once as a receiving fixed relay (RFRS) and once as a transmitting fixed relay (TFRS). As a result, each fixed relay 204 is scheduled to operate only twice in six time slots. That is, the communication system of the present invention ensures fairness by transmitting and receiving signals through a round-robin method.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 현재 타임 슬롯에서 수신 고정 릴레이(RFRS)로서 동작하는 고정 릴레이(204)는 다음 타임 슬롯에서 송신 고정 릴레이(TFRS)로서 동작하도록 고정 릴레이들(204)을 스케쥴링할 수 있다. According to one embodiment of the invention, the fixed relay 204 operating as a receiving fixed relay (RFRS) in the current time slot may schedule the fixed relays 204 to operate as a transmitting fixed relay (TFRS) in the next time slot. Can be.

위 도 10에서는 하나의 셀(200)의 스케쥴링 과정만을 도시하였지만, 고정 릴레이(204)를 공유하는 인접 셀들(200)이 모두 동일한 스케쥴링 방법을 사용한다. In FIG. 10, only the scheduling process of one cell 200 is illustrated, but all neighboring cells 200 sharing the fixed relay 204 use the same scheduling method.

도 11에 도시된 바와 같이 수신 고정 릴레이(RFRS)가 셀들(200)의 중앙에 위치하면, 제 1 셀(200a)을 위한 송신 고정 릴레이(TFRS)는 좌측 하단부에 위치되고, 제 2 셀(200b)을 위한 송신 고정 릴레이(TFRS)는 우측 상단부에 위치되며, 제 3 셀(200c)을 위한 송신 고정 릴레이(TRFS)는 우측 중앙에 위치된다. 결과적으로, 송신 고정 릴레이들(TRFS) 사이의 간격이 상당히 멀어지며, 따라서 송신 고정 릴레이들(TRFS) 사이의 상호 간섭이 최소화될 수 있다. As shown in FIG. 11, when the reception fixed relay (RFRS) is located at the center of the cells 200, the transmission fixed relay (TFRS) for the first cell 200a is located at the lower left side, and the second cell 200b is provided. The transmission fixed relay (TFRS) for the third cell 200c is located at the upper right side, and the transmission fixed relay TRFS for the third cell 200c is located at the right center. As a result, the spacing between the transmission fixed relays TRFS becomes considerably farther, so that mutual interference between the transmission fixed relays TRFS can be minimized.

이하, 고정 릴레이(204)를 사용하는 본 발명의 통신 시스템과 다른 통신 시스템들을 비교하겠다.Hereinafter, the communication system of the present invention using the fixed relay 204 and other communication systems will be compared.

도 12는 기지국으로부터의 거리에 따른 유저의 전송용량(capacity)을 측정한 결과를 도시한 도면이다. 여기서, NB 및 NJ를 각기 4로 설정하였다. 12 is a diagram illustrating a result of measuring a transmission capacity of a user according to a distance from a base station. Here, N B and N J were set to 4, respectively.

종래의 통신 시스템들의 전송 용량 그래프들(RR-ZFBF, RUSBF, RR-ZFBF-SBF-OB, RR-ZFBF-SBF-OR)을 살펴보면, 도 12에 도시된 바와 같이 유저가 기지국으로부터 멀어질 수록 전송용량이 감소한다. Looking at the transmission capacity graphs (RR-ZFBF, RUSBF, RR-ZFBF-SBF-OB, RR-ZFBF-SBF-OR) of the conventional communication systems, as the user moves away from the base station as shown in FIG. Dose is reduced.

반면에, 본 발명의 통신 시스템의 전송용량 그래프(FCBF)를 참조하면, 유저(206)가 기지국(202)으로부터 멀어질 수록 전송용량이 감소하기도 하지만 0.7 이상에서는, 즉 외곽 영역에서는 경계 영역에 설치된 고정 릴레이(204)로 인하여 전송용량이 증가함을 확인할 수 있다. On the other hand, referring to the FCBF of the communication system of the present invention, the transmission capacity may decrease as the user 206 moves away from the base station 202, but in 0.7 or more, that is, installed in the boundary region in the outer region. It can be seen that the transmission capacity increases due to the fixed relay 204.

즉, 본 발명의 통신 시스템에서 외곽 유저에 대한 서비스 품질이 향상됨을 확인할 수 있다. That is, it can be seen that the quality of service for the outer user is improved in the communication system of the present invention.

도 13은 기지국으로부터의 거리에 따른 신호 장애 가능성(outage probability)을 측정한 결과를 도시한 도면이다. 여기서, NB 및 NJ를 각기 4로 설정 하였다. FIG. 13 is a diagram illustrating a result of measuring an probability of signal failure according to a distance from a base station. Here, N B and N J were set to 4, respectively.

종래의 통신 시스템들의 신호 장애 가능성 그래프들(RR-ZFBF, RUSBF, RR-ZFBF-SBF-OB, RR-ZFBF-SBF-OR)을 살펴보면, 도 13에 도시된 바와 같이 유저가 기지국으로부터 멀어질 수록 신호 장애 가능성이 상당히 커진다. Looking at the signal failure probability graphs (RR-ZFBF, RUSBF, RR-ZFBF-SBF-OB, RR-ZFBF-SBF-OR) of conventional communication systems, as the user moves away from the base station as shown in FIG. The potential for signal disturbances increases significantly.

반면에, 본 발명의 통신 시스템의 전송용량 그래프(FCBF)를 참조하면, 0.7의 거리까지는 유저(206)가 기지국(202)으로부터 멀어질 수록 신호 장애 가능성이 커지지만, 0.7 이상의 거리에서는, 즉 외곽 영역에서는 경계 영역에 설치된 고정 릴레이(204)로 인하여 신호 장애 가능성이 상당히 작아짐을 확인할 수 있다. On the other hand, referring to the FCBF of the communication system of the present invention, as the user 206 moves away from the base station 202 to a distance of 0.7, the possibility of signal failure increases, but at a distance of 0.7 or more, i. In the region, it can be seen that the possibility of signal failure is considerably reduced due to the fixed relay 204 installed in the boundary region.

즉, 본 발명의 통신 시스템에서 외곽 유저에 대한 서비스 품질이 향상됨을 확인할 수 있다. That is, it can be seen that the quality of service for the outer user is improved in the communication system of the present invention.

도 14는 유저수에 따른 평균 합 전송률을 도시한 도면이다. 14 is a diagram illustrating an average sum transfer rate according to the number of users.

도 14에 도시된 바와 같이, 유저들의 수가 많아질 수록 멀티 유저 다이버시티 이득(multi-user diversity gain)으로 인하여 해당 통신 시스템의 평균 합 전송률(average sum-rate)이 증가함을 확인할 수 있다.As shown in FIG. 14, it can be seen that as the number of users increases, an average sum rate of the corresponding communication system increases due to multi-user diversity gain.

다만, 본 발명의 통신 시스템에 대한 평균 합 전송률 그래프(1402)와 종래의 통신 시스템에 대한 평균 합 전송률 그래프(1400)를 비교하면, 본 발명의 통신 시스템에 대한 평균 합 전송률이 종래의 통신 시스템에 대한 평균 합 전송률보다 10% 이상 크다는 것을 확인할 수 있다. However, when comparing the average sum rate graph 1402 for the communication system of the present invention and the average sum rate graph 1400 for the conventional communication system, the average sum rate for the communication system of the present invention is compared to that of the conventional communication system. It can be seen that the average sum of the transmission rate is 10% or more.

즉, 본 발명의 통신 시스템에서 외곽 유저에 대한 서비스 품질이 향상됨을 확인할 수 있다. That is, it can be seen that the quality of service for the outer user is improved in the communication system of the present invention.

도 15는 유저수에 따른 평균 신호 장애 가능성을 도시한 도면이다. 15 is a diagram illustrating the average signal disturbance possibility according to the number of users.

도 15에 도시된 바와 같이, 유저들의 수가 많아질 수록 해당 통신 시스템의 평균 신호 장애 가능성(average outage probability)이 증가함을 확인할 수 있다.As shown in FIG. 15, as the number of users increases, the average outage probability of the corresponding communication system increases.

다만, 본 발명의 통신 시스템에 대한 평균 신호 장애 가능성 그래프(1502)와 종래의 통신 시스템에 대한 평균 신호 장애 가능성 그래프(1500)를 비교하면, 본 발명의 통신 시스템에 대한 평균 신호 장애 가능성이 종래의 통신 시스템에 대한 평균 신호 장애 가능성보다 25% 이상 작다는 것을 확인할 수 있다. However, if the average signal failure probability graph 1502 for the communication system of the present invention and the average signal failure potential graph 1500 for the conventional communication system are compared, the average signal failure potential for the communication system of the present invention is conventional. It can be seen that it is 25% less than the average probability of signal failure for a communication system.

즉, 본 발명의 통신 시스템에서 외곽 유저에 대한 서비스 품질이 향상됨을 확인할 수 있다. That is, it can be seen that the quality of service for the outer user is improved in the communication system of the present invention.

상기한 본 발명의 실시예는 예시의 목적을 위해 개시된 것이고, 본 발명에 대한 통상의 지식을 가지는 당업자라면 본 발명의 사상과 범위 안에서 다양한 수정, 변경, 부가가 가능할 것이며, 이러한 수정, 변경 및 부가는 하기의 특허청구범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다. The embodiments of the present invention described above are disclosed for purposes of illustration, and those skilled in the art having ordinary knowledge of the present invention may make various modifications, changes, and additions within the spirit and scope of the present invention. Should be considered to be within the scope of the following claims.

도 1은 일반적인 멀티 셀 환경에서의 통신 시스템을 도시한 도면이다. 1 illustrates a communication system in a general multi-cell environment.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 멀티 셀 환경에서의 통신 시스템의 구조를 도시한 도면이다. 2 is a diagram illustrating a structure of a communication system in a multi-cell environment according to an embodiment of the present invention.

도 3 내지 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 고정 릴레이를 설치하는 과정을 도시한 도면들이다. 3 to 7 are views illustrating a process of installing a fixed relay according to an embodiment of the present invention.

도 8 및 도 9는 본 발명의 일 실시예에 따라 유저 그룹을 선택하는 과정을 도시한 도면들이다. 8 and 9 are diagrams illustrating a process of selecting a user group according to an embodiment of the present invention.

도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 고정 릴레이들을 스케쥴링하는 과정을 도시한 도면이다.10 is a diagram illustrating a process of scheduling fixed relays according to an embodiment of the present invention.

도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 고정 릴레이들을 스케쥴링했을 때의 멀티 셀 배열을 도시한 도면이다.11 is a diagram illustrating a multi-cell arrangement when scheduling fixed relays according to an embodiment of the present invention.

도 12는 기지국으로부터의 거리에 따른 유저의 전송용량(capacity)을 측정한 결과를 도시한 도면이다.12 is a diagram illustrating a result of measuring a transmission capacity of a user according to a distance from a base station.

도 13은 기지국으로부터의 거리에 따른 신호 장애 가능성(outage probability)을 측정한 결과를 도시한 도면이다.FIG. 13 is a diagram illustrating a result of measuring an probability of signal failure according to a distance from a base station.

도 14는 유저수에 따른 평균 합 전송률을 도시한 도면이다. 14 is a diagram illustrating an average sum transfer rate according to the number of users.

도 15는 유저수에 따른 평균 신호 장애 가능성을 도시한 도면이다. 15 is a diagram illustrating the average signal disturbance possibility according to the number of users.

Claims (21)

제 1 셀 내에 위치하는 제 1 기지국;A first base station located in a first cell; 제 2 셀 내에 위치하는 제 2 기지국; 및A second base station located in a second cell; And 상기 제 1 셀과 상기 제 2 셀의 경계 영역에 위치하는 릴레이(RS)를 포함하되,Including a relay (RS) located in the boundary region of the first cell and the second cell, 상기 제 1 기지국, 상기 제 2 기지국 및 상기 릴레이 중 적어도 하나는 다중 안테나로 구현되고, 상기 릴레이는 고정 릴레이(FRS)이며, 상기 고정 릴레이는 빔포밍 게인 지표(BG, 해당 기지국 외의 타기지국에 의한 간섭 요소에 반비례함)에 따라 설치되는 것을 특징으로 하는 멀티 셀 환경에서의 통신 시스템. At least one of the first base station, the second base station, and the relay is implemented with multiple antennas, the relay is a fixed relay (FRS), and the fixed relay is a beamforming gain indicator (BG) by another base station other than the base station. Communication system in an inverse proportion to an interference element). 삭제delete 제 1 항에 있어서, 상기 고정 릴레이는 상기 빔포밍 게인 지표(BG)가 최대로 될 때의 조건에 따라 설치되되,The method of claim 1, wherein the fixed relay is installed in accordance with the conditions when the beamforming gain index (BG) is maximized, 상기 빔포밍 게인 지표(BG)는 해당 기지국의 안테나와 상기 고정 릴레이(FRS) 사이의 각도 또는 상기 고정 릴레이(FRS)의 안테나들 사이의 거리를 조정함에 따라 달라지는 것을 특징으로 하는 멀티 셀 환경에서의 통신 시스템. In the multi-cell environment, the beamforming gain indicator (BG) is changed by adjusting an angle between the antenna of the base station and the fixed relay (FRS) or the distance between the antennas of the fixed relay (FRS). Communication system. 제 1 항에 있어서, 상기 각 기지국들과 상기 고정 릴레이 사이의 채널은 LOS (Line-of-sight) 채널인 것을 특징으로 하는 멀티 셀 환경에서의 통신 시스템. The communication system of claim 1, wherein the channel between each base station and the fixed relay is a line-of-sight (LOS) channel. 제 1 항에 있어서, 상기 통신 시스템은, The method of claim 1, wherein the communication system, 상기 제 1 기지국에 의해 서비스받는 복수의 유저들을 더 포함하되,Further comprising a plurality of users serviced by the first base station, 상기 제 1 기지국은 상기 제 1 기지국과 상기 고정 릴레이(FRS) 사이의 채널 메트릭스의 라이트 싱귤러 컬러 벡터(right singular column vector)를 기초로 하여 상기 유저들 중 서비스받을 유저들을 선택하여 유저 그룹을 구성하는 것을 특징으로 하는 멀티 셀 환경에서의 통신 시스템. The first base station selects users to be serviced from among the users based on a right singular column vector of channel metrics between the first base station and the fixed relay (FRS) to form a user group. A communication system in a multi-cell environment, characterized in that. 제 5 항에 있어서, 상기 선택된 유저들은 상기 라이트 싱귤러 벡터와 직교하는 채널 벡터를 가지며, 상기 채널 메트릭스는 상기 라이트 싱귤러 컬럼 벡터(right singular column vector)인 것을 특징으로 하는 멀티 셀 환경에서의 통신 시스템. 6. The communication system of claim 5, wherein the selected users have a channel vector orthogonal to the write singular vector, and wherein the channel matrix is the right singular column vector. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 셀은 육각형 형상을 가지며, 상기 제 1 셀의 각 모서리들에는 고정 릴레이들이 배열되되,The method of claim 1, wherein the first cell has a hexagonal shape, fixed relays are arranged at each corner of the first cell, 상기 제 1 기지국이 상기 고정 릴레이들 중 제 1 고정 릴레이로 제 1 신호를 전송할 때 제 2 고정 릴레이는 제 2 신호를 자신의 관리하에 있는 유저로 전송하는 것을 특징으로 하는 멀티 셀 환경에서의 통신 시스템. And when the first base station transmits the first signal to the first one of the fixed relays, the second fixed relay transmits the second signal to a user under its management. . 제 7 항에 있어서, 상기 제 1 고정 릴레이와 상기 제 2 고정 릴레이는 인접하지 않도록 배열되는 것을 특징으로 하는 멀티 셀 환경에서의 통신 시스템. 8. The communication system of claim 7, wherein the first fixed relay and the second fixed relay are arranged so as not to be adjacent to each other. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 셀은 육각형 형상을 가지며, 상기 제 1 셀의 각 모서리들에는 고정 릴레이들이 배열되되,The method of claim 1, wherein the first cell has a hexagonal shape, fixed relays are arranged at each corner of the first cell, 매타임 슬롯에서 상기 고정 릴레이들 중 하나는 상기 제 1 기지국으로부터 제 1 신호를 수신하는 수신 고정 릴레이(RFRS)로서 동작하고, 다른 고정 릴레이는 해당 유저로 제 2 신호를 전송하는 송신 고정 릴레이(TFRS)로서 동작하며, 나머지 고정 릴레이들(RFS)은 동작하지 않으며,In every time slot, one of the fixed relays acts as a receiving fixed relay (RFRS) that receives a first signal from the first base station, and the other fixed relay transmits a second signal to the user. ), The remaining fixed relays (RFS) do not operate, 연속적인 6번의 타임 슬롯들에서 하나의 고정 릴레이는 수신 고정 릴레이(RFRS)로서 한번 동작하고 송신 고정 릴레이(TFRS)로서 한번 동작하는 것을 특징으로 하는 멀티 셀 환경에서의 통신 시스템. One fixed relay in six consecutive time slots operates once as a receiving fixed relay (RFRS) and once as a transmitting fixed relay (TFRS). 삭제delete 삭제delete 삭제delete 멀티 셀들 사이의 경계 영역에 위치하는 고정 릴레이를 포함하는 통신 시스템의 동작 방법에 있어서, In the operating method of a communication system including a fixed relay located in the boundary region between the multi-cells, 상기 셀들 내의 기지국들의 간섭을 반영한 빔포밍 게인 지표(BG, 해당 기지국 외의 타기지국에 의한 간섭 요소에 반비례함)를 획득하는 단계; 및Obtaining a beamforming gain indicator (BG, inversely proportional to an interference factor by another base station other than the base station) reflecting interference of base stations in the cells; And 상기 빔포밍 게인 지표(BG)를 고려하여 상기 고정 릴레이를 설치하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 멀티 셀 환경에서의 통신 시스템 동작 방법. And installing the fixed relay in consideration of the beamforming gain indicator (BG). 제 13 항에 있어서, 상기 빔포밍 게인 지표(BG)를 획득하는 단계는,The method of claim 13, wherein the obtaining of the beamforming gain indicator BG comprises: 상기 각 기지국들의 안테나와 상기 고정 릴레이 사이의 각도를 조정하여 상기 빔포밍 게인 지표(BG)를 획득하는 단계; 및Acquiring the beamforming gain indicator (BG) by adjusting an angle between the antennas of the base stations and the fixed relay; And 상기 고정 릴레이의 안테나들 사이의 거리를 조정하여 상기 빔포밍 게인 지표(BG)를 획득하는 단계를 포함하되,Adjusting the distance between the antennas of the fixed relay to obtain the beamforming gain indicator (BG), 상기 고정 릴레이는 상기 빔포밍 게인 지표(BG)가 최대로 되는 조건으로 설치되는 것을 특징으로 하는 멀티 셀 환경에서의 통신 시스템 동작 방법. The fixed relay is a communication system operation method in a multi-cell environment, characterized in that the beamforming gain indicator (BG) is installed on the condition that the maximum. 제 13 항에 있어서, 상기 고정 릴레이가 위치한 셀은 육각형 형상을 가지며, 상기 고정 릴레이는 연속적인 6번의 타임 슬롯동안 해당 기지국으로부터 제 1 신호를 수신하는 수신 고정 릴레이(RFRS)로서 한번 동작하고 제 2 신호를 해당 유저로 전송하는 송신 고정 릴레이(TRFS)로서 한번 동작하는 것을 특징으로 하는 멀티 셀 환경에서의 통신 시스템 동작 방법. 14. The cell of claim 13, wherein the cell in which the fixed relay is located has a hexagonal shape, wherein the fixed relay operates once as a receiving fixed relay (RFRS) that receives the first signal from the base station for six consecutive time slots. A method of operating a communication system in a multi-cell environment, characterized by operating once as a transmission fixed relay (TRFS) for transmitting a signal to a corresponding user. 제 13 항에 있어서, 상기 각 기지국들과 상기 고정 릴레이 사이의 채널은 LOS (Line-of-sight) 채널인 것을 특징으로 하는 멀티 셀 환경에서의 통신 시스템 동작 방법. 15. The method of claim 13, wherein the channel between each of the base stations and the fixed relay is a line-of-sight (LOS) channel. 제 13 항에 있어서, 상기 통신 시스템 동작 방법은,The method of claim 13, wherein 특정 기지국과 상기 고정 릴레이 사이의 채널 벡터를 기초로 상기 기지국으로부터 서비스받을 유저들을 선택하는 단계를 더 포함하되,Selecting users to be served from the base station based on a channel vector between a specific base station and the fixed relay, 상기 유저들의 채널 벡터는 상기 기지국과 상기 고정 릴레이 사이의 채널 벡터와 직교하는 것을 특징으로 하는 멀티 셀 환경에서의 통신 시스템 동작 방법. The channel vector of the users is orthogonal to the channel vector between the base station and the fixed relay. 제 17 항에 있어서, 상기 고정 릴레이의 채널 벡터는 라이트 싱귤러 컬럼 벡터(right singular column vector)인 것을 특징으로 하는 멀티 셀 환경에서의 통신 시스템 동작 방법. 18. The method of claim 17, wherein the channel vector of the fixed relay is a right singular column vector. 삭제delete 삭제delete 삭제delete
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