KR101068464B1 - 적응적 안테나 기반 차세대 이동통신시스템에서 기지국의 동작주파수 선택방법 - Google Patents

적응적 안테나 기반 차세대 이동통신시스템에서 기지국의 동작주파수 선택방법 Download PDF

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Abstract

이 발명은 소형 기지국과 마크로 기지국으로 이루어진 적응적 안테나 기반 차세대 이동통신시스템에서, 기지국이 적응적 섹터 안테나를 사용하여 인접 기지국의 위치와 현재 기지국에서 서비스받고 있는 단말의 위치를 추정하고 이 위치 정보를 이용하여 최적의 동작주파수를 적응적으로 선택하여 사용하는 방법에 관한 것이다.
이 발명에 따른 기지국의 동작주파수 선택방법은, 소형 기지국이 적응적 안테나를 이용하여 간섭노드들의 위치를 파악하는 제1단계와, 상기 소형 기지국이 회전각도별 빔 번호가 부여된 빔을 회전시키면서 전송하여 서비스 대상 단말들의 위치를 파악하는 제2단계와, 상기 서비스 대상 단말별 상기 간섭노드들에 의한 간섭량을 계산하는 제3단계와, 상기 서비스 대상 단말별로 상기 간섭량이 최소가 되는 동작주파수를 선택하는 제4단계를 포함한 것을 특징으로 한다.
적응적 안테나, 마크로, 피코, 간섭, 안테나패턴, 빔

Description

적응적 안테나 기반 차세대 이동통신시스템에서 기지국의 동작주파수 선택방법 {dynamic frequency selecting method in future wireless communication system based the the adaptive antenna}
본 발명은 소형 기지국과 마크로 기지국으로 이루어진 적응적 안테나 기반 차세대 이동통신시스템에서 마크로 기지국 영역 내에 설치된 소형 기지국의 동작주파수 선택방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 적응적 섹터 안테나를 사용하여 인접 기지국의 위치와 현재 기지국에서 서비스받고 있는 단말의 위치를 추정하고 이 위치 정보를 이용하여 기지국의 최적의 동작주파수를 적응적으로 선택하여 사용하는 방법에 관한 것이다.
적응적 안테나 기반 차세대 이동통신시스템에서는 넓은 영역에 분포한 단말들을 서비스하는 마크로 기지국(macro base station)이 설치되며, 이 마크로 기지국의 성능 개선을 위해 하나의 마크로 기지국의 커버리지(coverage) 안에 다수의 소형 기지국(pico base station)이 설치 운용된다. 이 소형 기지국은 좁은 영역에 분포한 단말들을 서비스하며, 사업자의 필요에 따라 마크로 기지국의 서비스 영역에 설치된다.
소형 기지국의 증가와 빈번한 설치 및 제거에 따라 망을 최적화된 상태로 지속적으로 유지하기 위하여, 기지국 스스로 운용 파라미터를 결정하고 최적화하는 자체구성(self-configuration) 기술 및 자체최적화(self-optimization) 기술이 필요하게 되었다. 이러한 자체구성 기술 및 자체최적화 기술 중 한 기능으로서, 소형 기지국이 주변 환경에 따라 동작주파수(FA-frequency assignment)을 선택하는 기능이 요구된다.
적응적 안테나를 사용하는 소형 기지국의 경우 인접 소형 기지국의 동작주파수 대역과 안테나 설정 방향에 따라 간섭의 정도가 크게 변화한다. 따라서, 소형 기지국은 동작주파수 선택방안으로서 고정 주파수 선택방안을 사용하면, 인접 소형기지국에 의한 간섭으로 인하여 서비스영역 내의 단말들에게 사용자가 원하는 서비스 품질을 보장해 줄 수 없는 문제점이 있다. 따라서, 소형기지국에 동적 주파수 선택방안을 적용하는 것이 바람직하다.
한편, 일반적으로 동적 주파수 선택방법은 IEEE 802.11과 같이 AP(access point)를 통제하는 중앙처리장치가 없고 비허가대역에서 동작하는 시스템에 주로 적용되었으나, 최근들어 주파수 자원 부족으로 인해 인지무선통신(cognitive radio)이 주목받음에 따라 관련 연구가 활발하게 진행되고 있다. 표준화 측면에서 살펴보면 레이더와 무선 랜 사이의 간섭을 회피하기 위해 정의된 IEEE 802.11h와 3.65GHz 대역에서 무선 랜과 타 통신시스템과의 공존을 지원하기 위한 IEEE 802.11y가 대표적이며 모바일 WiMAX(IEEE 802.16e)에서도 비허가 대역에서 동작을 지원하기 위해 동적 주파수 선택방안을 지원하고 있다.
IEEE 802.11h의 동적 주파수 선택의 주 목적은 레이더와 같은 우선순위가 높은 사용자가 주파수를 사용할 때, 무선 랜 시스템과 같이 우선순위가 낮은 사용자가 우선순위가 높은 사용자에게 영향을 미치지 않도록 하는 것이며, 다른 목적은 인접한 통신장치로 인한 간섭으로 인해 채널상태가 좋지 않을 경우 동작채널을 바꾸는 것이다.
IEEE 802.11h의 동적 주파수 선택의 동작과정은 다음과 같다. 먼저, 단말들이 AP에 접속할 때 통신가능 채널 정보를 알려주고, AP는 그 단말들이 보고한 채널 정보를 저장하며, 추후 레이더신호와 같은 간섭신호를 감지할 채널 대상을 구성한다. AP가 간섭신호를 검출하는 방법에는 주기적인 감지기법과 메시지 송수신을 통한 감지기법이 있다. 주기적인 감지기법은 AP가 BSS(basic service set)에 채널 감지를 위한 휴지기간(quiet period)을 공지하고 모든 단말의 전송을 중단시킨다. 이 휴지기간동안 모든 단말들은 간섭신호를 측정하고 필요에 따라 기지국에 그 정보를 전달한다. 메시지 송수신을 통한 감지기법은 AP가 특정 단말에 측정요청프레임(measurement request frame)을 이용하여 특정 채널에서 신호측정을 요청하고, 그 요청을 수신한 단말은 측정요청프레임에 저장된 목표채널과 측정기간에 따라 채널의 상태를 측정하고 그 측정결과를 측정보고프레임(measurement report frame)에 실어서 보고한다.
한편, 모바일 WiMAX(IEEE 802.16e) 시스템은 허가대역과 비허가대역을 포함 한 다양한 주파수대역에서 OFDM(orthogonal frequency division multiplexing)을 이용하여 데이터를 송수신한다. 비허가대역은 군사용 레이더를 비롯하여 기상용, 항해용, 위성용 레이더 등에서 이미 사용하고 있으므로 모바일 WiMAX 시스템은 상기와 같은 시스템에 미치는 영향을 최소화하는 동시에 단말에게 원활한 서비스를 지원하기 위해 동적 주파수 선택기술을 지원한다. 동적 주파수 선택기술은 비허가대역 동작에 필수적으로 포함되어야 하는 기술로서, 상기의 대역을 이미 사용하고 있는 우선 사용자를 찾는 기술과 기지국이 사용할 주파수를 선택하는 기술로 구성된다.
모바일 WiMAX에서 동적 주파수 선택과정은 도 1에 도시된 바와 같다. 기지국과 단말은 우선순위 사용자가 사용중인 채널과 우선순위 사용자가 최근 사용한 채널에서는 동작하지 않아야 하므로, 채널을 사용하기 전에 우선순위 사용자의 존재를 파악한다(S101). 즉, 사용하고자 하는 채널을 우선순위 사용자가 사용중인 지를 파악한다.
만약, 사용하고자 하는 채널을 우선순위 사용자가 사용하고 있으면, 해당 기지국과 단말은 데이터나 맥 관리(MAC management) 메시지를 포함하는 모든 MAC PDU(packet data unit)의 전송을 중단한다(S103).
다음, 기지국과 단말이 통신에 사용할 새로운 채널을 찾기 위해 스케줄링하는데(S105), 기지국이 단말에게 해당 채널의 상태를 측정하도록 명령하고(S107), 해당 채널의 상태를 측정한다(S109). 기지국의 요청에 따라 단말이 해당 채널의 상태를 측정하는 동안 기지국은 해당 채널을 이용하여 다른 단말에게 데이터를 송 신하지 말아야 할 뿐만 아니라 다른 단말이 해당 채널을 이용하여 기지국으로 데이터를 전송하지 못하도록 상향링크 스테줄링을 해야 한다.
기지국으로부터 채널 상태 측정을 요구받은 단말은 메시지에 표시된 채널을 특정 시간동안 측정하며, 측정하는 각각의 채널에 대해 수신한 누적 프레임수, 누적 측정시간, 우선순위 사용자의 존재여부, 동일한 전송방식을 사용하는 시스템의 존재여부, 인식할 수 없는 신호의 존재 여부 등의 정보들을 계속하여 갱신하면서 저장한다(S111).
다음, 기지국과 단말이 측정한 채널 상태 정보를 상호 교환한다. 우선 기지국이 REP-REQ 메시지를 전송하는데(S113), 이 REP-REQ 메시지에 채널 번호와 채널 타입 요청값을 설정하여 전송할 수도 있다. 단말은 기지국으로부터 REP-REQ 메시지를 수신하거나 해당 채널에 우선순위 사용자가 발견되면 REP-RSP 메시지를 이용하여 채널 상태를 기지국에게 전달하고(S115), 지금까지 측정한 정보들을 모두 초기화한다. 단말이 전송하는 REP-RSP 메시지에는 채널 번호, 시작 프레임, 기간, 기본 보고값이 포함된다.
기지국은 단말의 초기화 과정과 채널 상태 정보를 기반으로 현재 채널을 계속 유지할 지 새로운 채널로 이동할 지를 결정하며, 만약 새로운 채널로 이동하게 될 경우, 동적컨텐츠전송(DCD; dynamic contents delivery) 메시지의 채널 번호를 변경하여 단말에게 채널 변동 결과를 알린다(S117).
상술한 바와 같은 IEEE 802.11 및 IEEE 802.16e에 적용되는 동적 주파수 선택방안은 그 동작 주기가 길고, 채널 측정에 소요되는 시간 및 메시지 오버헤드가 크다. 따라서, 이러한 일반적인 동적 주파수 선택방안을 적응적 안테나 기반 차세대 이동통신시스템에서 소형 기지국의 동작주파수 선택방법으로 바로 적용할 경우, 해당 소형 기지국의 주변 간섭의 변화에 능동적으로 대처할 수 없는 문제점이 있다. 또한, 기존의 방법들은 적응적 안테나의 사용을 고려하지 않고 있다.
상기한 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 이 발명의 목적은, 적응적 안테나를 사용하는 차세대 이동통신시스템에서, 마크로 기지국과 다수의 소형 기지국이 계층적으로 존재할 때 소형 기지국의 동작주파수를 주변 간섭에 따라 적응적으로 선택함으로써 시스템의 용량을 최대화하기 위한 것이다.
상술한 목적을 달성하기 위한 이 발명에 따른 적응적 안테나 기반 차세대 이동통신시스템에서 기지국의 동작주파수 선택방법은, 마크로 기지국과 다수의 소형 기지국을 포함한 적응적 안테나 기반 차세대 이동통신시스템에서 소형 기지국이 동작주파수를 선택하는 방법에 있어서, 소형 기지국이 적응적 안테나를 이용하여 간섭노드들의 위치를 파악하는 제1단계와, 상기 소형 기지국이 회전각도별 빔 번호가 부여된 빔을 회전시키면서 전송하여 서비스 대상 단말들의 위치를 파악하는 제2단계와, 상기 서비스 대상 단말별 상기 간섭노드들에 의한 간섭량을 계산하는 제3단계와, 상기 서비스 대상 단말별로 상기 간섭량이 최소가 되는 동작주파수를 선택하는 제4단계를 포함한 것을 특징으로 한다.
이상과 같이 이 발명에 따르면, 적응적 안테나를 사용하는 소형 기지국이 간 섭 노드, 단말의 위치 및 간섭 량 추정으로부터 적응적으로 동작주파수를 선택하기 때문에 인접 기지국들의 간섭영향을 최소화할 수 있고, 이로써 각 소형 기지국의 가장자리에 위치한 단말의 서비스 품질을 안정적으로 보장할 수 있을 뿐만 아니라 시스템의 전체 용량을 개선할 수 있는 효과가 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 이 발명의 한 실시예에 따른 적응적 안테나 기반 차세대 이동통신시스템에서 기지국의 동작주파수 선택방법을 상세하게 설명하면 다음과 같다.
도 2는 이 발명의 한 실시예에 따른 적응적 안테나 기반 차세대 이동통신시스템에서 기지국이 동작주파수를 선택한 예시도이다. 도 2의 예시도에서 시스템의 가용한 동작주파수(FA;frequency assignment)는 FA1와 FA2이다. 소형 기지국(205)는 FA1을 이용하여 단말들을 서비스하고, 소형 기지국(203)은 FA2를 이용하여 단말들을 서비스하고 있다고 가정한다. 이러한 환경에서 소형 기지국(203)과 소형 기지국(205) 사이에 설치된 소형기지국(201)은 FA1이나 FA2 중 어느 FA를 선택하더라도 단말들을 서비스할 수 있기는 하다. 그러나, 소형 기지국(203) 내의 단말들의 위치가 소형 기지국(201)의 단말들의 위치와 매우 가까우므로 소형 기지국(201)이 FA2를 선택하면 하향링크와 상향링크 간섭이 모두 심화된다. 따라서 상기와 같은 상황에서는 소형 기지국(201)이 FA1을 선택해야만 상향링크와 하향링크의 간섭을 최소화할 수 있고 이로써 시스템의 용량을 증가시킬 수 있다.
기존 동작주파수 선택방식은 기지국이 필요에 따라 휴지 구간(quiet period)를 선택하여 단말들과 기지국이 특정 동작주파수(FA)를 가지는 채널의 상태를 탐색한 후 메시지 송수신을 통해 채널(FA) 정보들을 교환하여 동작주파수 대역을 선정한다. 상기의 방식의 경우 최적의 동작주파수 대역을 찾기 위해서는 소형 기지국이 짧은 주기로 휴지 구간을 선정하여 모든 단말들에게 채널 측정을 요구하여야 할 뿐만 아니라 채널 측정상태를 메시지 형태로 교환을 해야 하므로 채널 정보를 측정하는 시간과 메시지 송수신에 사용되는 무선 자원의 낭비가 크다. 상기의 오버헤드를 낮추기 위해 휴지 구간(quiet period)의 길이를 줄이거나 주기를 증가시킬 경우 정확한 채널 측정이 불가능할 뿐만 아니라 인접 소형 기지국이나 단말들에 의한 상향/하향 링크의 간섭 변화에 대해 대처할 수 없다.
이 특허에서는 소형 기지국의 적응적 안테나를 이용하여 추가적인 휴지 구간(quiet period)나 메시지 송수신없이 소형 기지국 스스로 인접 기지국의 간섭 정도와 단말들의 위치를 파악하여 최적의 동작 주파수를 선택하는 방안을 제안한다.
[적응적 안테나를 이용한 망구조 예측 방안]
도 3은 소형 기지국이 안테나 패턴을 회전하여 주변 노드들의 전송에 의한 간섭을 측정하는 과정을 도시한 예시도이다.
소형 기지국(301)은 수신 안테나 패턴(303)을 회전시키면서 각 방향의 간섭 세기를 측정한다. 이때, 마크로 기지국 및 소형 기지국이 전송하는 파워가 고정되어 있다면 소형 기지국(301)은 간섭이 미치는 노드의 방향과 거리를 추정할 수 있다. 이 추정된 간섭 노드의 방향과 거리를 이용하여 인접 기지국의 위치를 추정할 수 있다. 여기서, 안테나 패턴이라 함은 다중 안테나 시스템에서 각 안테나의 가중치 값 조절을 통해 얻은 안테나 이득의 모양을 말한다. 방향에 따라 안테나 이득이 서로 상이하며, 송신 안테나 패턴과 수신 안테나 패턴을 모두 조절할 수 있다. 이 발명에서는 수신 안테나 패턴을 이용한다.
이동통신시스템에서 단말과 기지국 사이에 고속통신을 하기 위해서는 두 노드 사이의 동기를 맞추고 채널 상태를 파악하는 기술이 필수적이다. 일반적인 이동통신시스템은 통신하는 두 노드 사이의 동기를 위해서 비콘이나 프리엠블과 같은 신호를 무지향성 안테나를 이용해서 브로드캐스트(broadcast)함으로써 기지국과 단말은 신호의 동기를 맞추고 신호 품질 측정을 한다. 적응적 안테나를 사용하는 시스템에서 상기와 같이 무지향성 안테나로 동기신호를 브로드캐스트할 경우 지향성 안테나를 사용하면 서비스 가능한 가장자리 단말에게 동기신호를 전달할 수 없는 문제점이 있다. 상기 문제점을 해결하기 위해 적응적 안테나를 이용한 지향성 빔을 회전하여 동기신호를 전송하여 가장자리 단말들에게 동기 신호를 전달하는 방안들이 제안되었다.
이 특허에서는 소형 기지국이 송신 안테나 패턴에 따른 지향성 빔을 회전하여 동기 신호를 전송할 때 빔을 구분할 수 있는 정보를 같이 전송하고, 단말이 CQI(channel quality index) 정보를 기지국에 피드백(feedback)할 때 몇 번째 빔을 이용하여 신호품질을 측정하였는지 기지국에 같이 보고함으로써 소형 기지국이 단말들의 위치를 파악하는 방안을 제안한다.
도 4는 소형 기지국이 지향성 빔을 회전하여 단말의 위치를 파악하는 과정을 도시한 예시도이다.
소형 기지국은 적응적 안테나를 이용하여 지향성 빔을 회전하면서 전송하는데, 고유의 번호가 부여된 지향성 빔으로 동기를 위한 비콘 신호나 프리앰블 신호를 전송한다. 이 지향성 빔은 주기적으로 회전하면서 전송할 수 있다. 단말은 회전하는 지향성 빔으로부터 가장 높은 신호대간섭잡음비(SINR)를 가지는 빔 번호와 그 신호대간섭잡음비를 기지국에게 보고한다. 기지국은 각 단말마다 전송한 빔 번호와 신호대간섭잡음비를 이용하여 단말들의 위치를 추정한다. 도 4의 예에서, 단말(MS1)의 경우 신호대간섭잡음비가 가장 높은 빔은 빔 4이기 때문에, 단말(MS1)은 빔 4번의 신호대간섭잡음비가 가장 높다는 정보와 빔 4의 신호대간섭잡음비를 소형 기지국에게 보고한다. 소형 기지국은 단말이 보고한 빔 번호를 이용하여 각도를 추정할 수 있고, 그때의 신호대간섭잡음비 정보를 이용하여 소형 기지국과 단말과의 거리를 추정할 수 있다.
[간섭 예측 및 동작주파수 선택방법]
도 3과 도 4를 참조하여 알아본 상기 적응적 안테나를 이용한 망구조 예측방안을 통해 소형 기지국은 자신의 주변에 위치한 간섭노드들의 위치 정보와 현재 자신으로부터 서비스받고 있는 단말의 위치를 예측할 수 있다. 이로 인해, 하향링크에서 단말들이 받은 간섭의 량과 상향링크에서 기지국이 받는 간섭의 량을 예측할 수 있으므로 현재 동작주파수에서 단말들을 원활히 서비스 가능한지와 최적의 동작주파수가 무엇인지 찾을 수 있다.
도 5는 임의의 소형 기지국에서 서비스받고 있는 임의의 단말이 받는 간섭의 량을 예측하는 예시도이다. 도 5에서, 0번째 소형 기지국(601)에서 서비스받고 있는 k번째 단말(603)은, 3개의 마크로 기지국 관리자(Macr BSM), 2개의 마크로 기지국(Macr BS1, Macr BS2), 다수의 소형 기지국(Pico BS1, Pico BS2, ... Pico BSN)으로부터 간섭을 받는다.
i번째 소형 기지국에 속해있는 k번째 단말이 i번째 동작주파수(FA)에서 받는 총 간섭량은 아래의 수학식 1과 같이 표현된다.
Figure 112009044242931-pat00001
여기서, K는 현 소형 기지국 서비스 영역에 속한 단말의 개수, N은 현 소형 기지국에 인접한 이웃 소형 기지국의 개수, M은 현 소형 기지국에 인접한 이웃 마크로 기지국의 개수, N0은 백색가우시안잡음(AWGN),
Figure 112009044242931-pat00002
는 i번째 동작주파수(FA)에서 측정되는 n번째 이웃 소형 기지국의 전송파워,
Figure 112009044242931-pat00003
는 i번째 동작주파수(FA)에서 n번째 이웃 소형 기지국과 현 소형 기지국의 서비스 영역에 속한 k번째 단말 사이의 채널 이득,
Figure 112009044242931-pat00004
는 i번째 동작주파수(FA)에서 측정되는 m번째 이웃 마크로 기지국의 전송파워,
Figure 112009044242931-pat00005
는 i번째 동작주파수(FA)에서 m번째 이웃 마크로 기지국과 현 소형 기지국의 서비스 영역에 속한 k번째 단말 사이의 채널 이득이다.
예컨대, n번째 이웃 소형 기지국이 j번째 동작주파수(FA)에서 동작하면, i=j이면
Figure 112009044242931-pat00006
값이 존재하고, i≠j이면
Figure 112009044242931-pat00007
는 0 이다.
상기 수학식 1에서
Figure 112009044242931-pat00008
값과
Figure 112009044242931-pat00009
값은 정확히 추정할 수 없으므로 두 노드 사이의 거리를 기반으로 경로 손실값을 예측하여 사용한다.
수학식 1을 이용하면 소형 기지국은 모든 단말이 받는 간섭의 합을 알 수 있으므로 각 단말에 대해 상기의 간섭 량을 최소화 하는 동작주파수(FA)를 선택하면 하향링크의 용량을 극대화 할 수 있다. 따라서 하향링크의 용량 증대를 위해서는 아래 수학식2를 바탕으로 동작주파수를 선택한다.
Figure 112009044242931-pat00010
그러나, 상기 수학식 1과 수학식 2를 이용하여 동작주파수를 선택할 경우, 하향링크의 용량은 개선할 수 있으나, 상향링크의 용량 개선은 보장할 수 없다. 따라서, 상향링크에 대해 수학식 1과 수학식 2를 각각 수정하면 아래의 수학식 3과 수학식 4와 같다.
Figure 112009044242931-pat00011
여기서, K는 현 소형 기지국 서비스 영역에 속한 단말의 개수, N은 현 소형 기지국에 인접한 이웃 소형 기지국의 개수, M은 현 소형 기지국에 인접한 이웃 마크로 기지국의 개수, N0은 백색가우시안잡음(AWGN),
Figure 112009044242931-pat00012
는 i번째 동작주파수(FA)에서 측정되는 n번째 이웃 소형 기지국의 전송파워,
Figure 112009044242931-pat00013
는 i번째 동작주파수(FA)에서 n번째 이웃 소형 기지국과 현 소형 기지국 사이의 채널 이득,
Figure 112009044242931-pat00014
는 i번째 동작주파수(FA)에서 측정되는 m번째 이웃 마크로 기지국의 전송파워,
Figure 112009044242931-pat00015
는 i번째 동작주파수(FA)에서 m번째 이웃 마크로 기지국과 현 소형 기지국 사이의 채널 이득이다.
Figure 112009044242931-pat00016
위 수학식 3과 수학식 4를 이용하면 상향링크의 용량을 최대화하는 동작주파수를 선택할 수 있다. 이동통신시스템에서는 대부분 시간분할듀플렉싱(TDD) 또는 주파수분할듀플렉싱(FDD) 방식으로 하향링크와 상향링크를 분배하여 사용한다. 상기 특성을 이용하면 하향링크과 상향링크의 비가 a:(1-a)일 경우 아래의 수학식 5를 적용하면, 상향과 하향의 간섭의 비의 합을 최소화하는 최적의 동작주파수(FA)를 선택할 수 있다.
Figure 112009044242931-pat00017
도 6은 이 발명에 따른 적응적 안테나 기반 차세대 이동통신시스템에서 기지국의 동작주파수 선택방법을 도시한 동작 흐름도이다.
먼저, 소형 기지국은 수신 안테나 패턴을 회전시켜 주변에 간섭을 일으키는 간섭 노드의 위치(방향과 거리)를 파악한다(S61). 또한, 일정한 폭을 가지는 지향성 빔을 그 빔 번호와 함께 회전시키면서 전송한다(S62). 서비스 대상 단말들로부터 최대 신호대간섭잡음비(SINR)를 가지는 최대 SINR 빔 번호와 최대 신호대간섭잡음비(SINR) 값을 수신한다(S63). 그리고, 수신된 서비스 대상 단말별 최대 SINR 빔 번호와 SINR 값을 이용하여 각 서비스 대상 단말들의 위치를 계산한다(S64).
그리고, 위의 수학식 1과 수학식 3을 이용하여 서비스 대상 단말별로 간섭노드들에 의한 상향링크 총 간섭 량 및 하향링크 총 간섭 량을 계산한다(S65). 마지막으로 서비스 대상 단말별로 수학식 5를 적용하여 총 간섭 량이 최소가 되는 동작주파수를 선택한다(S66)
이상에서 본 발명에 대한 기술사상을 첨부도면과 함께 서술하였지만, 이는 본 발명의 가장 양호한 실시예를 예시적으로 설명한 것이지 본 발명을 한정하는 것은 아니다. 또한, 이 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 누구나 본 발명의 기술사상의 범주를 이탈하지 않는 범위 내에서 다양한 변형 및 모방이 가능함은 명백한 사실이다.
도 1은 일반적인 모바일 WiMAX에서 동적 주파수 선택과정을 도시한 신호 흐름도,
도 2는 이 발명의 한 실시예에 따른 적응적 안테나 기반 차세대 이동통신시스템에서 기지국이 동작주파수를 선택한 예시도,
도 3은 소형 기지국이 안테나 패턴을 회전하여 주변 노드들의 전송에 의한 간섭을 측정하는 과정을 도시한 예시도,
도 4는 소형 기지국이 지향성 빔을 회전하여 단말의 위치를 파악하는 과정을 도시한 예시도,
도 5는 임의의 소형 기지국에서 서비스받고 있는 임의의 단말이 받는 간섭의 량을 예측하는 예시도,
도 6은 이 발명에 따른 적응적 안테나 기반 차세대 이동통신시스템에서 기지국의 동작주파수 선택방법을 도시한 동작 흐름도이다.

Claims (11)

  1. 마크로 기지국과 다수의 소형 기지국을 포함한 적응적 안테나 기반 차세대 이동통신시스템에서 소형 기지국이 동작주파수를 선택하는 방법에 있어서,
    소형 기지국이 적응적 안테나를 이용하여 간섭의 세기를 측정하고 상기 측정된 간섭의 세기로부터 상기 간섭의 방향과 거리를 추정하여 상기 간섭을 일으키는 간섭노드들의 위치를 파악하는 제1단계와,
    상기 소형 기지국이 회전각도별 빔 번호가 부여된 빔을 회전시키면서 전송하여 서비스 대상 단말들의 위치를 파악하는 제2단계와,
    상기 서비스 대상 단말별 상기 간섭노드들에 의한 간섭량을 계산하는 제3단계와,
    상기 서비스 대상 단말별로 상기 간섭량이 최소가 되는 동작주파수를 선택하는 제4단계를 포함한 것을 특징으로 하는 적응적 안테나 기반 차세대 이동통신시스템에서 기지국의 동작주파수 선택방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 제1단계는,
    상기 소형 기지국이 회전하는 수신 안테나 패턴을 이용하여 상기 간섭노드들의 위치를 파악하는 것을 특징으로 하는 적응적 안테나 기반 차세대 이동통신시스템에서 기지국의 동작주파수 선택방법.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 제2단계는,
    상기 소형 기지국이 회전각도별 빔 번호가 부여된 빔을 회전시키면서 전송하는 제1소단계와,
    상기 소형 기지국이 상기 서비스 대상 단말들로부터 최대 신호대간섭잡음비 빔 번호와 최대 신호대간섭잡음비 값을 수신하는 제2소단계와,
    상기 소형 기지국이 상기 서비스 대상 단말들로부터 수신한 최대 신호대간섭잡음비 빔 번호와 최대 신호대간섭잡음비 값을 이용하여 상기 서비스 대상 단말들의 위치를 파악하는 제3소단계를 포함한 것을 특징으로 하는 적응적 안테나 기반 차세대 이동통신시스템에서 기지국의 동작주파수 선택방법.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 빔은 회전하는 지향성 빔과 프리앰블 신호 중 하나인 것을 특징으로 하는 적응적 안테나 기반 차세대 이동통신시스템에서 기지국의 동작주파수 선택방법.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 제3단계는,
    상기 소형 기지국은 상기 서비스 대상 단말별로 간섭노드들과의 거리를 계산하고 상기 계산된 거리 정보를 이용하여 경로손실값을 예측하여 상기 간섭량을 계산하는 것을 특징으로 하는 적응적 안테나 기반 차세대 이동통신시스템에서 기지국의 동작주파수 선택방법.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 제3단계는 아래의 수식을 이용하여 상기 하향링크 간섭량을 계산하는 것을 특징으로 하는 적응적 안테나 기반 차세대 이동통신시스템에서 기지국의 동작주파수 선택방법.
    [수식]
    Figure 112009044242931-pat00018
    여기서, K는 현 소형 기지국 서비스 영역에 속한 단말의 개수, N은 현 소형 기지국에 인접한 이웃 소형 기지국의 개수, M은 현 소형 기지국에 인접한 이웃 마크로 기지국의 개수, N0은 백색가우시안잡음(AWGN),
    Figure 112009044242931-pat00019
    는 i번째 동작주파수(FA)에서 측정되는 n번째 이웃 소형 기지국의 전송파워,
    Figure 112009044242931-pat00020
    는 i번째 동작주파수(FA)에서 n번째 이웃 소형 기지국과 현 소형 기지국의 서비스 영역에 속한 k번째 단말 사이의 채널 이득,
    Figure 112009044242931-pat00021
    는 i번째 동작주파수(FA)에서 측정되는 m번째 이웃 마크로 기지국의 전송파워,
    Figure 112009044242931-pat00022
    는 i번째 동작주파수(FA)에서 m번째 이웃 마크로 기지국과 현 소형 기지국의 서비스 영역에 속한 k번째 단말 사이의 채널 이득이다.
  7. 제 5 항에 있어서, 상기 제3단계는 아래의 수식을 이용하여 상기 상향링크 간섭량을 계산하는 것을 특징으로 하는 적응적 안테나 기반 차세대 이동통신시스템 에서 기지국의 동작주파수 선택방법.
    [수식]
    Figure 112009044242931-pat00023
    여기서, K는 현 소형 기지국 서비스 영역에 속한 단말의 개수, N은 현 소형 기지국에 인접한 이웃 소형 기지국의 개수, M은 현 소형 기지국에 인접한 이웃 마크로 기지국의 개수, N0은 백색가우시안잡음(AWGN),
    Figure 112009044242931-pat00024
    는 i번째 동작주파수(FA)에서 측정되는 n번째 이웃 소형 기지국의 전송파워,
    Figure 112009044242931-pat00025
    는 i번째 동작주파수(FA)에서 n번째 이웃 소형 기지국과 현 소형 기지국 사이의 채널 이득,
    Figure 112009044242931-pat00026
    는 i번째 동작주파수(FA)에서 측정되는 m번째 이웃 마크로 기지국의 전송파워,
    Figure 112009044242931-pat00027
    는 i번째 동작주파수(FA)에서 m번째 이웃 마크로 기지국과 현 소형 기지국 사이의 채널 이득이다.
  8. 제 1 항에 있어서, 제4단계는,
    상기 소형 기지국은 상향 링크 간섭량이 최소가 되는 동작주파수를 선택하는 것을 특징으로 하는 적응적 안테나 기반 차세대 이동통신시스템에서 기지국의 동작주파수 선택방법.
  9. 제 1 항에 있어서, 상기 제4단계는,
    상기 소형 기지국은 하향 링크 간섭량이 최소가 되는 동작주파수를 선택하는 것을 특징으로 하는 적응적 안테나 기반 차세대 이동통신시스템에서 기지국의 동작주파수 선택방법.
  10. 제 1 항에 있어서, 상기 제4단계는,
    상기 소형 기지국은 상향 링크 간섭량과 하향 링크 간섭량의 합이 최소가 되는 동작주파수를 선택하는 것을 특징으로 하는 적응적 안테나 기반 차세대 이동통신시스템에서 기지국의 동작주파수 선택방법.
  11. 제 10 항에 있어서, 상기 제4단계는 상기 상향 링크 대 하향 링크의 비를 고려한 상향 링크 간섭량과 하향 링크 간섭량의 합이 최소가 되는 동작주파수를 선택하는 것을 특징으로 하는 적응적 안테나 기반 차세대 이동통신시스템에서 기지국의 동작주파수 선택방법.
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