KR101078707B1 - 직교 주파수 분할 다중 접속 시스템에서 가상 셀을 기반으로 하는 동적인 주파수 재사용 방법 및 시스템 - Google Patents

Abstract

직교 주파수 분할 다중 접속(OFDMA) 시스템에서 가상 셀을 기반으로 하여 이동 단말에 대하여 주파수 자원을 동적으로 재사용하는 방법 및 시스템이 제공되며, 보다 상세하게는, 직교 주파수 분할 다중 접속(OFDMA) 시스템에서 가상 셀의 섹터에 위치한 이동 단말에 기지국 및 가상 셀의 유형에 따라 부채널 그룹 및 부채널을 설정하고 주파수 자원을 할당하여 주파수를 재사용하는 방법 및 시스템이 제공된다.

직교 주파수 분할 다중 접속 시스템에서 가상 셀을 기반으로 하는 동적인 주파수 재사용 방법은 (a) 특정 섹터에 위치한 이동 단말로부터 부채널의 할당에 대한 요구를 수신하는 단계, (b) 상기 섹터를 포함하는 가상 셀에 할당된 1차 부채널 그룹 중 상기 섹터에 대응하는 부채널을 상기 이동 단말에 할당하는 단계 및 (c) 상기 1차 부채널 그룹의 부채널이 다른 이동 단말에 의해 모두 점유된 경우, 2차 부채널 그룹에서 상기 섹터의 기지국의 지향성에 기초하여 선택된 부채널을 상기 이동 단말에 할당하는 단계를 포함한다.

가상 셀, 주파수 재사용, 직교 주파수 분할 다중 접속

Description

직교 주파수 분할 다중 접속 시스템에서 가상 셀을 기반으로 하는 동적인 주파수 재사용 방법 및 시스템{METHOD AND SYSTEM FOR VIRTUAL CELL-BASED FLEXIBLE FREQUENCY REUSE IN ORTHOGONAL FREQUENCY DIVISION MULTIPLE ACCESS SYSTEMS}

본 발명은 직교 주파수 분할 다중 접속(OFDMA) 시스템에서 가상 셀을 기반으로 하여 이동 단말에 대하여 주파수 자원을 동적으로 재사용하는 방법 및 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 직교 주파수 분할 다중 접속(OFDMA) 시스템에서 가상 셀의 섹터에 위치한 이동 단말에 기지국 및 가상 셀의 유형에 따라 부채널 그룹 및 부채널을 설정하고 주파수 자원을 할당하여 주파수를 재사용하는 방법 및 시스템에 관한 것이다.

셀룰러 시스템의 성능을 대표하는 척도는, 시스템이 동시에 서비스할 수 있는 이동 단말(mobile station, MS) 들의 수를 결정하는 채널 수, 각 이동 단말이 요구하는 데이터 전송 속도(data rate)를 제공하는 능력을 나타내는 처리율(throughput) 및 신호 두절율(outage rate), 지리적 위치에 따른 신호 두절율(outage rate) 및 처리율(throughput)의 공평성(fairness), 시스템이 이동 단말 의 이동 및 위치적 분포의 시간적 변화에 유연하게 대처하는 능력 등을 포함할 수 있다.

직교 주파수 분할 다중 접속(OFDMA) 시스템에서 한정된 주파수 자원으로 많은 수의 채널을 공급하기 위해서는 주어진 주파수 자원을 가급적 많은 지역에서 동시에 사용할 수 있도록 해야 한다.

그러나 적절한 제어 없이 주파수 자원을 인접한 지역에서 재사용할 경우에는 동일한 채널을 사용하는 이동 단말 사이의 간섭, 즉 동일 채널 간섭(co-channel interference, CCI)이 발생하여 그 링크들의 SINR(signal-to-interference plus noise ratio)이 악화되고, 이로 인해 요구되는 데이터 전송율(data rate)을 제공 받지 못하게 된다.

특히, 셀 외곽 지역에 위치한 이동 단말들의 경우에는 셀 내부 지역에 비해 동일 채널 간섭(CCI)로 인한 SINR의 저하가 특히 심하기 때문에 지리적 위치에 따라 서로 상이한 처리율(throughput) 및 신호 두절율(outate rate)이 발생하게 되어 공평한 서비스를 제공 받기 어렵다.

이러한 문제를 해결하기 위하여 TSFR(tri-sector frequency reuse), FFFR(flexible fractional frequency reuse), PFR(partial frequency reuse) 및 SFR(soft frequency reuse) 등의 방법이 제시되었다.

도 1은 종래 기술에 따른 TSFR(tri-sector frequency reuse) 방식에 의해 주파수 자원을 할당하는 방법을 도시한 도면이다.

TSFR 방식은 셀(10)을 F1 섹터(11), F2 섹터(12), F3 섹터(13)로 분할하고, 전체 주파수 자원을 3 등분하여 F1 섹터(11), F2 섹터(12), F3 섹터(13)에 각각 할당한다.

TSFR 방식에 의하는 경우, 셀에 할당된 자원이 모두 사용되면서도 전방성 셀에 비하여 셀간 간섭(intercell interference, ICI)이 1/3로 감소된다.

도 2는 종래 기술에 따른 FFFR(flexible fractional frequency reuse) 방식에 의해 주파수 자원을 할당하는 방법을 도시한 도면이다.

FFFR 방식은 3 섹터(tri-sector) 셀룰러 시스템에서 부하율(loading factor)이 큰 섹터의 가용 자원이 없는 경우, 다른 섹터의 자원을 사용하여 할당한다.

예를 들어, A 섹터(21)의 가용 자원이 없는 경우, B 섹터(22) 또는 C 섹터(23)의 자원이 A 섹터(21)에 할당되어 사용될 수 있다. 이로 인해 섹터 사이의 이동 단말의 밀도 변화에 자원 할당이 유연하게 대응할 수 있으며, 오버로딩(overloading) 상황에서도 이동 단말에 채널이 제공될 수 있다.

그러나, FFFR 방식에 의할 경우, 셀간 간섭에 대해 이득이 발생하지 않는다는 문제점이 있다.

도 3은 종래 기술에 따른 PFR(partial frequency reuse) 방식에 의해 주파수 자원을 할당하는 방법을 도시한 도면이다.

PFR 방식은 이른바 지역 분할(region division) 방식으로서, 기지국과의 거리 또는 파일럿(pilot) 채널의 수신 전력 수준을 기준으로 셀을 내부 지역과 외곽 지역으로 구분하고, 이동 단말이 속한 지역에 따라 다른 대역을 할당한다.

예를 들어, 제 1 셀(cell 1)은 기지국과의 거리 또는 파일럿(pilot) 채널의 수신 전력 수준을 기준으로 구분된 내부 지역(31) 및 외곽 지역(32)를 포함하고, 내부 지역(31)에 위치한 이동 단말은 전체 주파수 대역 중에서 주파수 대역(1)을 할당 받고, 외곽 지역(32)에 위치한 이동 단말은 주파수 대역(3)을 할당 받는다.

이러한 PFR 방식은 외곽 지역의 주파수 재사용 팩터를 1보다 매우 작은 값을 사용하여 셀 외곽 지역의 SINR을 개선하고자 한다.

도 4는 종래 기술에 따른 SFR(soft frequency reuse) 방식에 의해 주파수 자원을 할당하는 방법을 도시한 도면이다.

SFR(soft frequency reuse)은 PFR과 마찬가지로 셀을 동심원적으로 분할하는 지역 분할 방식으로서, 외곽 지역의 송신 전력을 안쪽보다 크게 하여 셀 외곽 지역의 SINR을 개선하고자 한다.

이러한 PFR 및 SFR 방식은 부하율이 1 이상으로 증가할 경우 신호 두절율(outage rate)이 급격히 상승하고, TSFR에 비하여 핸드오버(handover)가 빈번히 발생한다는 문제점이 있다.

본 발명의 일 실시예는 직교 주파수 분할 다중 접속 기반 셀룰러 시스템에서 셀간 간섭(ICI)으로 인한 신호 두절 문제를 해결하고 동시에 주파수 재사용율을 개선하여 주어진 주파수 자원으로 보다 많은 채널을 공급할 수 있는 부채널 할당 방법 및 시스템을 제공하고자 한다.

상술한 기술적 과제를 달성하기 위한 기술적 수단으로서, 본 발명의 제 1 측면은 (a) 특정 섹터에 위치한 이동 단말로부터 부채널의 할당에 대한 요구를 수신하는 단계, (b) 상기 섹터를 포함하는 가상 셀에 할당된 1차 부채널 그룹 중 상기 섹터에 대응하는 부채널을 상기 이동 단말에 할당하는 단계 및 (c) 상기 1차 부채널 그룹의 부채널이 다른 이동 단말에 의해 모두 점유된 경우, 2차 부채널 그룹에서 상기 섹터의 기지국의 지향성에 기초하여 선택된 부채널을 상기 이동 단말에 할당하는 단계를 포함하는 직교 주파수 분할 다중 접속 시스템에서 가상 셀을 기반으로 하는 동적인 주파수 재사용 방법을 제공할 수 있다.

또한, 본 발명의 제 1 측면에서, (d) 상기 1차 부채널 그룹의 부채널 및 상기 2차 부채널 그룹에서 선택된 부채널이 다른 이동 단말에 의해 모두 점유된 경우, 상기 2차 부채널 그룹의 나머지 부채널 중 사용 가능한 부채널을 상기 이동 단말에 할당하는 단계를 더 포함 할 수 있다.

또한, 본 발명의 제 2 측면은 이동 단말이 속하는 섹터 및 가상 셀의 유형을 이용하여 1차 부채널 그룹 및 2차 부채널 그룹을 설정하는 부채널 그룹 설정부, 상기 설정된 1차 부채널 그룹 및 2차 부채널 그룹에서 사용 가능한 부채널을 검색하는 부채널 검색부 및 상기 검색된 부채널을 상기 이동 단말에 할당하는 부채널 할당부를 포함하고, 상기 가상 셀은 서로 다른 셀에 속하는 3개의 섹터를 포함하고, 상기 3개의 섹터는 상기 1차 부채널 그룹 중 서로 중복되지 않은 부채널이 우선 할당되는 것인 직교 주파수 분할 다중 접속 시스템에서 가상 셀을 기반으로 하는 동적인 주파수 재사용 시스템을 제공할 수 있다.

전술한 본 발명의 과제 해결 수단에 의하면, 가상 셀이 포함하는 3 개의 섹터에 위치한 다수의 이동 단말에 의해 주어진 전체 채널 자원이 공동으로 사용되므로, 섹터 간의 이동 단말의 분포 밀도가 상이한 경우 이동 단말에 채널 자원을 유연하게 할당할 수 있다.

또한, 전술한 본 발명의 과제 해결 수단에 의하면, 하나의 가상 셀 내의 섹터 사이에 서로 중복되는 부채널을 동시에 사용하지 않으므로, 이 섹터들 간의 간섭을 방지할 수 있다.

또한, 전술한 본 발명의 과제 해결 수단에 의하면, 부하율(loading factor)이 1 이하인 경우, 부채널 자원의 재사용 거리의 평균이 셀 반경의 1.5배 이상이 되므로, 종래 기술에 비해 셀간 간섭을 효율적으로 감소시킬 수 있다.

아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "전기적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 가상 셀의 구성을 도시한 도면이다.

본 발명의 일 실시예에서 셀(110)은 섹터 1, 2 및 3와 기지국(111)을 포함하고, 셀(120)은 섹터 7, 8 및 9 와 기지국(121)을 포함하며, 셀(130)은 섹터 10, 11 및 12 와 기지국(131)을 포함한다. 각각의 기지국(111, 121 및 131)은 각 섹터를 담당하는 3개의 섹터 기지국을 포함한다. 이러한 섹터 기지국은 담당 섹터에 대해 지향성을 갖는다. 예를 들어 기지국(111)은 섹터 기지국(111a, 111b 및 111c)을 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에서는, 상호 인접한 세 개의 기지국의 섹터 기지국 중 상호 지향하고 있는 세 개의 섹터 기지국들에 의해 가상 셀(virtual cell)(100)이 구성될 수 있다. 예를 들어, 섹터 기지국(111a, 121c 및 131b)이 커버하는 섹터 1, 9 및 11을 포함하는 가상 셀(100)이 구성될 수 있다. 가상셀(100)에 위치한 이동 단말(101)은 3개의 섹터 기지국으로부터 송신된 신호를 동시에 수신할 가능성이 높다.

가상 셀(100)에 할당되는 신호는 서로 다른 주파수를 갖는 다수의 서브 캐리어(141)를 포함한다. 복수의 서브 캐리어는 부채널(151 및 152)를 구성하고, 복수의 부채널은 부채널 그룹(161)을 구성한다. 따라서, 부채널 그룹(161)은 복수의 서브 캐리어들로 구성된다.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 가상 셀 및 가상 셀에 할당되는 부채널 그룹을 도시한 도면이다.

본 발명의 일 실시예에서, 기지국은 1, 2 및 3의 유형으로 구별될 수 있으며, 제 1 유형 기지국(250)은 섹터 1, 2 및 3에 주파수 자원을 할당하고, 제 2 유형 기지국(260)은 섹터 10, 11 및 12에 주파수 자원을 할당하고, 제 3 유형 기지국(270)은 섹터 7, 8 및 9에 주파수 자원을 할당한다. 전술한 바와 같이, 이러한 섹터로의 자원 할당은 각 기지국에 포함된 섹터 기지국에 의하여 수행된다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 가상 셀(virtual cell)은 A, B 및 C의 유형으로 구별될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 A 유형 가상 셀(210)은 섹터 1, 9 및 11을 포함하고, B 유형 가상 셀(220)은 섹터 2, 6 및 19를 포함하고, C 유 형 가상 셀(230)은 섹터 3, 14 및 16을 포함한다. 이러한 가상 셀의 유형은 각 기지국의 섹터 기지국의 지향성에 따라 결정될 수 있다.

예를 들어, 모든 섹터 기지국은 A 유형, B 유형 및 C 유형으로 구별될 수 있으며, 본 발명의 일 실시예의 가상 셀(210)은 섹터 1, 11 및 9를 포함하는 A 유형의 가상 셀이다.

따라서, 각 가상 셀이 사용할 수 있는 부채널 그룹은 부채널 그룹 A(241), 부채널 그룹 B(242), 부채널 그룹 C(243) 및 부채널 그룹 D(244)를 포함할 수 있다. 또한, 부채널 그룹 A(241)는 부채널 그룹 A1, A2 및 A3을 포함하고, 부채널 그룹 B(242)는 부채널 그룹 B1, B2 및 B3를 포함하며, 부채널 그룹 C(243)는 부채널 그룹 C1, C2 및 C3를 포함할 수 있다.

A, B 및 C 유형의 가상 셀(210, 220 및 230)은 각각 부채널 그룹 A(241), B(242) 및 C(243)를 1차 부채널 그룹 및 2차 부채널 그룹으로서 할당 받을 수 있다.

예를 들어, 제 1 유형 기지국(250) 및 A 유형 가상 셀(210)은 1차 부채널 그룹으로서 부채널 그룹 A(241)를 할당 받고, 2차 부채널 그룹으로서 부채널 그룹 B(242) 및 C(243)을 할당 받을 수 있다.

이처럼, 부채널 그룹 A(241), B(242) 및 C(243)는 각각 A 유형, B 유형 및 C 유형의 가상 셀에 우선적으로 할당될 수 있으며, 부채널 그룹 D는 3 개의 가상 셀의 경계를 포함하는 피코 셀(picocell)에 할당될 수 있다.

또한, 부채널 그룹 A(241), B(242) 및 C(243)에 포함된 부채널은 섹터의 기 지국의 지향성에 기초하여 선택되고, 선택된 부채널이 이동 단말에 할당될 수 있다.

예를 들어, 부채널 그룹 A1, B1 및 C1은 제 1 유형 기지국이 커버하는 섹터에, 부채널 그룹 A2, B2 및 C2는 제 2 유형 기지국이 커버하는 섹터에, 부채널 그룹 A3, B3 및 C3은 제 3 유형 기지국이 커버하는 섹터에 우선적으로 할당될 수 있다.

따라서, 각 가상 셀(210, 220 및 230)은 위와 같은 부채널 그룹 A1, A2, A3, B1, B2, B3, C1, C2, C3 및 D의 부채널을 이동 단말에 순차적으로 할당할 수 있다.

예를 들어, 각 섹터는 섹터가 속하는 가상 셀 및 기지국에 따라 아래의 표 1과 같이 우선적으로 할당되는 부채널의 순서가 미리 설정될 수 있다.

예를 들어, 이동 단말(201)이 위치한 섹터 1은 A 유형 가상 셀(210) 및 제 1 유형 기지국(250)에 해당한다. 따라서, 섹터 1에 위치한 이동 단말은 A 유형 가상 셀(210)에 할당된 1차 부채널 그룹인 부채널 그룹 A(241) 중 제 1 유형 기지국의 지향성에 대응하는 부채널 그룹 A1을 1차적으로 할당 받을 수 있다.

또한, 섹터 1에 위치한 이동 단말은 2차 부채널 그룹인 부채널 그룹 B(242) 및 C(243) 중 제 1 유형 기지국의 지향성에 대응하는 부채널 그룹 B1 및 C1을 2차적으로 할당 받을 수 있다.

또한, 섹터 1은 A 유형 가상 셀(210)에 할당된 2차 부채널 그룹 B(242) 및 C(243) 중 제 1 유형 기지국의 지향성에 대응하지 않는, 즉 다른 유형의 기지국의 지향성에 대응하는 부채널 그룹 B2, B3, C2 및 C3을 3차적으로 할당 받을 수 있다. 이처럼 다른 유형의 기지국의 지향성에 대응하는 부채널을 할당 받음으로써 섹터 1의 이동 단말의 밀도가 동일한 가상 셀의 다른 섹터들보다 크게 되는 경우에도 섹터 1은 부채널을 할당 받을 수 있다.

또한, 섹터 1은 마지막으로 1차 부채널 그룹 중 제 1 유형 기지국의 지향성에 대응하지 않는 부채널 그룹 A2 및 A3을 할당 받을 수 있다.

위와 같이 부채널을 순차적으로 선택하여 이동 단말에 할당하는 경우, 부채널의 간섭을 방지하기 위하여, 동일한 가상 셀 내에서 중복하여 동일한 부채널이 할당될 수 없다.

또한, A 유형 가상 셀, B 유형 가상 셀 및 C 유형 가상 셀이 교차하는 지점인 피코 셀(pico cell)(280)은 부채널 그룹 D(244)를 할당 받는다. 따라서, 피코 셀(280)에 위치한 이동 단말은 부채널 그룹 D(244)를 사용할 수 있으며, 만약 부채널 그룹 D에 가용한 채널이 없는 경우에는 홈 섹터를 피코 셀이 아닌 다른 기지국으로 변경하고 그 기지국으로부터 상기의 방법에 따라 부채널을 할당 받는다.

이처럼 특정 섹터에 대하여 순차적으로 할당될 부채널 그룹을 미리 설정한 후, 이동 단말로부터 부채널 할당 요청을 수신한 경우, 해당 섹터의 기지국은 설정된 부채널 그룹에 대해 사용 가능한 부채널이 있는지 여부를 검색하여 이동 단말에 검색된 부채널을 할당할 수 있다.

이처럼 본 발명에 따른 부채널 할당 방법에 의해 임의의 섹터에 위치한 이동 단말에 섹터 기지국이 부채널을 할당하는 경우, 동일한 가상 셀에 속하는 3 개의 섹터는 서로 중복되지 않는 부채널을 사용하여, 가상 셀 영역 안에서 3 개의 섹터 기지국들로부터 송신된 신호가 서로 간섭하는 것을 방지할 수 있다. 즉, A 유형의 가상 셀(210)의 섹터 1은 섹터 9 및 11에 사용되지 않는 부채널만을 할당 받을 수 있다.

또한, 전술한 바와 같이, 해당 섹터에 대해 미리 설정된 부채널 그룹의 부채널들 중 사용 가능한 부채널이 있는지 여부를 순차적으로 검색하여 이동 단말에 할당하는 과정을 통해, 섹터 기지국은 이동 단말의 밀도가 적은 저 부하(low loading) 상황에서는 섹터 기지국의 지향성에 대응하는 부채널을 이동 단말에 할당하고, 이동 단말의 밀도가 높은 고 부하(high loading) 상황에서는 섹터 기지국의 지향성에 대응하는 부채널뿐만 아니라 섹터 기지국의 지향성에 대응하지 않는 부채널, 즉 다른 섹터 기지국의 지향성에 대응하는 부채널을 이동 단말에 할당할 수 있다.

또한, 서로 다른 유형의 가상 셀이 교차하는 지점에 별도의 피코 셀(picocell) 기지국을 설치하고, 전체 주파수 자원 중 일부인 부채널 그룹 D를 설정하고, 피코 셀(280)에 위치한 이동 단말에 부채널 그룹 D를 할당할 수 있다

각 섹터에서 해당 섹터의 2차 부채널 그룹의 부채널을 사용하는 경우, 피코 셀(280) 영역에서 셀간 간섭이 매우 심하므로, 이처럼 별도의 부채널 그룹을 설정하고 할당하여 이 영역에 위치한 단말기들의 신호 두절을 방지할 수 있다.

다만, 부채널 그룹 A, B 및 C의 부채널을 할당받은 이동 단말이 피코 셀(280) 영역으로 이동하는 경우, 반드시 이동 단말이 부채널 그룹 D를 다시 할당 받아 핸드오버(handover)할 필요는 없으며, 이동 단말의 링크 품질이 미리 설정된 값 이하가 되는 경우에 피코 셀(280)의 기지국으로부터 부채널 그룹 D의 부채널을 새로이 할당 받고 핸드오버할 수 있다. 그러나, 이와 반대로 피코 셀(280) 영역에서 발생하여 부채널 그룹 D의 부채널을 할당 받은 이동 단말이 피코 셀(280) 영역 밖으로 이동 한 경우, 이동한 섹터의 기지국으로부터 새로이 부채널을 할당 받아 핸드오버한다.

도 7a, 도 7b 및 도 7c는 본 발명의 일 실시예에 따른 직교 주파수 분할 다중 접속(OFDMA) 시스템에서 가상 셀을 기반으로 하여 동적으로 주파수를 재사용하는 방법의 흐름을 도시한 순서도이다.

이하에서, 도 6에서와 같이 이동 단말은 섹터 1에 위치하고, 섹터 1은 A 유형 가상 셀에 포함되고, 제 1 유형의 기지국의 지향성에 대응한다고 가정한다.

단계(S105)에서, 섹터 기지국은 데이터 송수신을 위한 부채널의 할당 요구를 해당 섹터에 위치하는 이동 단말로부터 수신한다. 섹터 기지국에 대응하는 섹터는 이동 단말에 의해 홈으로 선택된 섹터이다.

이동 단말은 인접한 기지국들로부터 수신되는 파일럿 채널의 신호를 바탕으로 이동 단말의 홈 섹터 기지국을 선택하고, 선택한 섹터 기지국으로 부채널 할당 요청 메시지를 송신한다. 여기서, 홈 섹터 기지국은 이동 단말의 채널 할당과 데이터 전송을 중계하는 섹터 기지국이다.

이동 단말이 위치하는 섹터는 하나의 가상 셀에 포함되며, 가상 셀은 이동 단말이 위치한 섹터뿐만 아니라 2개의 섹터를 더 포함한다.

단계(S110)에서, 단계(S105)에서 수신한 부채널 할당 요구가 피코 셀(pico cell)에 대한 부채널 할당 요구인지 여부를 판단한다. 피코 셀(pico cell)은 3 개의 가상 셀의 경계가 맞닿는 영역을 포함한다. 따라서, 이동 단말이 피코 셀에 위치하여, 피코 셀에 할당된 부채널 그룹에 속하는 부채널의 할당을 요구하는지 여부를 판단한다.

단계(S115)에서는, 단계(S110)에서 피코 셀에 대한 부채널 할당 요구가 아닌 것으로 판단되는 경우, 섹터 기지국은 이동 단말이 위치한 섹터가 포함된 가상 셀의 유형을 확인한다. 예를 들어, 가상 셀의 유형은 A 유형, B 유형 및 C 유형을 포함할 수 있다. 이러한 가상 셀의 유형을 확인하여, 가상 셀에 할당된, 즉 해당 섹터에 할당된 1차 부채널 그룹 및 2차 부채널 그룹을 확인할 수 있다.

부채널 그룹 D는 단계(S115)에서 확인한 가상 셀의 유형 및 섹터 기지국의 지향성에 관계없이 설정되며, 피코 셀에 위치한 이동 단말에 할당된다.

단계(S120)에서, 섹터 기지국의 지향성에 기초하여 해당 섹터의 1차 부채널 그룹의 부채널 중 사용 가능한 주파수 자원을 1차적으로 검색한다.

따라서, 본 발명의 일 실시예에서, 섹터 기지국은 섹터 1이 속한 가상 셀의 1차 부채널 그룹인 부채널 그룹 A 중 섹터 기지국의 지향성에 대응하는 부채널 그룹 A1의 사용 가능한 주파수 자원을 1차적으로 검색한다(표 1 참조).

단계(S125)에서, 섹터 기지국은 단계(S120)의 검색 결과를 기준으로 해당 가상 셀의 1차 부채널 그룹 중 섹터 기지국의 지향성에 기초하는 부채널이 이미 다른 이동 단말에 의해 모두 점유되었는지, 즉 다른 이동 단말에 모두 할당되었는지 여부를 판단한다.

단계(S130)에서는, 단계(S125)에서 1차 부채널 그룹 중 섹터 기지국의 지향성에 기초하는 부채널들이 다른 이동 단말에 의해 모두 점유되지 않은 것으로 판단된 경우, 섹터 기지국은 단계(S120)에서 1차적으로 검색된 사용 가능한 주파수 자원을 해당 섹터에 위치한 이동 단말에 할당한다.

단계(S135)에서는, 단계(S125)에서 1차 부채널 그룹 중 섹터 기지국의 지향성에 기초하는 부채널이 다른 이동 단말에 의해 모두 점유된 것으로 판단된 경우, 섹터 기지국의 지향성에 기초하여 해당 섹터의 2차 부채널 그룹의 부채널 중 사용 가능한 주파수 자원을 2차적으로 검색한다.

따라서, 본 발명의 일 실시예에서, 섹터 기지국은 섹터 1의 2차 부채널 그룹인 부채널 그룹 B 및 C 중 섹터 기지국의 지향성에 대응하는 부채널 그룹 B1 및 C1의 부채널 중 사용 가능한 부채널을 검색할 수 있다(표 1 참조).

단계(S140)에서, 섹터 기지국은 단계(S135)의 검색 결과를 기준으로 해당 섹터의 2차 부채널 그룹 중 섹터 기지국의 지향성에 기초하는 부채널이 이미 다른 이동 단말에 의해 모두 점유되었는지, 즉 다른 이동 단말에 모두 할당되었는지 여부를 판단한다.

단계(S145)에서는, 단계(S140)에서 2차 부채널 그룹 중 섹터 기지국의 지향성에 기초하는 부채널들이 다른 이동 단말에 의해 모두 점유되지 않은 것으로 판단된 경우, 섹터 기지국은 단계(S135)에서 2차적으로 검색된 사용 가능한 부채널을 해당 섹터에 위치한 이동 단말에 할당한다.

단계(S150)에서는, 단계(S140)에서 2차 부채널 그룹 중 섹터 기지국의 지향성에 기초하는 부채널이 다른 이동 단말에 의해 모두 점유된 것으로 판단된 경우, 2차 부채널 그룹 중 단계(S135)에서 2차적으로 검색된 부채널을 제외한 나머지 부채널 중 사용 가능한 부채널을 3차적으로 검색한다.

따라서, 본 발명의 일 실시예에서, 섹터 기지국은 섹터 1이 속한 가상 셀의 2차 부채널 그룹 중 2차적으로 검색된 부채널 그룹 B1 및 C1을 제외한 나머지 부채널 그룹 B2, B3, C2 및 C3 중 사용 가능한 부채널을 검색할 수 있다(표 1 참조).

단계(S155)에서, 섹터 기지국은 단계(S150)의 검색 결과를 기준으로 해당 섹터의 2차 부채널 그룹 중 3차적으로 검색된 부채널이 이미 다른 이동 단말에 의해 모두 점유되었는지, 즉 다른 이동 단말에 모두 할당되었는지 여부를 판단한다.

단계(S160)에서는, 단계(S155)에서 3차적으로 검색된 부채널이 다른 이동 단말에 의해 모두 점유되지 않은 것으로 판단된 경우, 섹터 기지국은 단계(S150)에서 3차적으로 검색된 사용 가능한 부채널을 해당 섹터에 위치한 이동 단말에 할당한다.

단계(S165)에서는, 단계(S155)에서 3차적으로 검색된 부채널이 다른 이동 단말에 의해 모두 점유된 것으로 판단된 경우, 해당 가상 셀의 1차 부채널 그룹 중 섹터 기지국의 지향성에 대응하지 않는 부채널 그룹 중에서 점유되지 않은 부채널을 검색하고, 검색된 부채널을 이동 단말에 할당한다.

따라서, 본 발명의 일 실시예에서, 섹터 기지국은 섹터 1의 1차 부채널 그룹 중 섹터 기지국의 지향성에 대응하는 부채널 그룹 A1을 제외한 나머지 부채널 그룹 A2 및 A3 중 사용 가능한 부채널을 검색하고(표 1 참조), 검색된 부채널을 이동 단말에 할당할 수 있다.

이 경우 사용 가능한 부채널의 검색은 검색 대상이 되는 부채널을 사용하는 다른 가상 셀과 해당 섹터의 거리에 기초하여 수행될 수 있다.

이처럼 임의의 섹터를 홈(home)으로 선택한 이동 단말의 부채널 할당 요청에 응답하여, 임의의 섹터의 섹터 기지국은 동적으로 사용 가능한 부채널을 검색하고, 검색된 부채널 정보를 이동 단말에 전송한다. 이동 단말은 수신한 부채널 정보를 이용하여 할당된 부채널을 데이터 송수신에 사용할 수 있다.

단계(S170)에서는, 단계(S110)에서 피코 셀에 대한 부채널 할당 요구인 것으로 판단되는 경우, 피고 셀에 할당된 부채널 그룹의 부채널 중 사용 가능한 부채널을 검색한다.

따라서, 본 발명의 일 실시예에서, 섹터 기지국은 피고 셀에 할당된 부채널 그룹인 부채널 그룹 D의 부채널 중 사용 가능한 부채널을 검색할 수 있다.

단계(S175)에서, 섹터 기지국은 단계(S170)의 검색 결과를 기준으로 피코 셀에 할당된 부채널 그룹의 부채널이 이미 다른 이동 단말에 의해 모두 점유되었는지, 즉 다른 이동 단말에 모두 할당되었는지 여부를 판단한다.

단계(S180)에서는, 단계(S175)에서 부채널들이 다른 이동 단말에 의해 모두 점유된 것으로 판단된 경우, 부채널을 이동 단말에 할당할 수 없다는 메시지를 해당 이동 단말에 전송한다.

이 경우, 위와 같은 메시지를 수신한 이동 단말은 홈 섹터를 피코 셀이 아닌 다른 기지국의 섹터로 변경하고 해당 섹터 기지국으로부터 단계(S115) 내지 단계(S165)에 따라 부채널을 할당 받을 수 있다.

단계(S185)에서는, 단계(S175)에서 부채널들이 다른 이동 단말에 의해 모두 점유되지 않은 것으로 판단된 경우, 단계(S170)에서 검색된 사용 가능한 부채널을 피코 셀에 위치한 이동 단말에 할당한다.

도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 직교 주파수 분할 다중 접속(OFDMA) 시스템에서 가상 셀을 기반으로 하는 동적인 주파수 재사용 시스템의 섹터 기지국의 구성을 도시한 블록도이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 직교 주파수 분할 다중 접속(OFDMA) 시스템에서 부채널을 할당하는 시스템의 섹터 기지국(300)은 수신부(310), 부채널 그룹 설정부(320), 부채널 검색부(330), 부채널 할당부(340) 및 송신부(350)를 포함한다.

수신부(310)는 섹터 기지국(300)이 속한 섹터에 위치하는 이동 단말(도시 생략)로부터 부채널 할당 요청을 수신하며, 이동 단말이 위치한 섹터 및 섹터 내의 이동 단말의 위치에 대한 정보를 수신한다. 섹터에 대한 정보는 섹터에 대응하는 가상 셀의 유형에 대한 정보를 포함할 수 있다.

부채널 그룹 설정부(320)는 수신부(310)가 수신한 섹터 정보 및 섹터 기지국(300)의 정보를 이용하여 부채널 그룹을 설정한다. 즉, 부채널 그룹 설정부(320)는 섹터 기지국(300)의 정보에 포함된 기지국의 유형에 대한 정보 및 섹터 정보에 포함된 가상 셀의 유형에 대한 정보를 이용하여, 이동 단말에 대한 1차 및 2차 부채널 그룹을 설정한다.

예를 들어, 이동 단말이 위치한 섹터의 가상 셀 유형이 C 유형인 경우, 이동 단말에 대한 1차 부채널 그룹은 부채널 그룹 C 이고, 2차 부채널 그룹은 부채널 그룹 A 및 B 로 설정된다.

부채널 검색부(330)는 수신부(310)가 수신한 부채널 할당 요청에 응답하여, 사용 가능한 부채널을 검색한다. 즉, 부채널 검색부(330)는 부채널 그룹 설정부(320)에 의해 설정된 1차 부채널 그룹 및 2차 부채널 그룹의 부채널 중 사용 가능한 부채널을 검색한다.

우선, 부채널 검색부(330)는 섹터 기지국의 지향성에 기초하여 부채널 그룹 설정부(320)에 의해 설정된 1차 부채널 그룹의 부채널 중 사용 가능한 주파수 자원을 검색한다. 섹터 기지국의 지향성에 기초하는 1차 부채널 그룹의 부채널이 다른 이동 단말에 의해 모두 점유된 경우, 부채널 검색부(330)는 섹터 기지국의 지향성에 기초하여 2차 부채널 그룹의 부채널 중 사용 가능한 주파수 자원을 검색한다.

섹터 기지국의 지향성에 기초하는 2차 부채널 그룹의 부채널이 모두 점유된 경우, 섹터 기지국의 지향성에 대응하지 않는 2차 부채널 그룹 또는 1차 부채널 그룹의 부채널 중 사용 가능한 부채널을 순차적으로 검색한다.

부채널 검색부(330)에 의해 수행되는 사용 가능한 부채널의 검색은 다른 가상 셀에서의 부채널의 사용 여부 및 부채널을 사용하는 다른 가상 셀과의 거리에 기초하여 수행될 수 있다.

부채널 할당부(340)는 부채널 할당 요청을 전송한 이동 단말에 부채널 검색부(330)에 의해 검색된 부채널을 할당한다. 가용한 부채널이 두 개 이상인 경우, 부채널 할당부(340)는 복수의 가용한 부채널의 식별 번호를 송신부(350)를 통해 이동 단말로 전송하여, 이동 단말이 선호하는 부채널을 선택할 수 있도록 할 수 있다.

송신부(350)는 부채널 할당부(340)에 의해 할당된 부채널의 식별 번호 또는 선택 가능한 부채널의 식별 번호를 이동 단말로 전송한다.

이하의 표 2는 본 발명의 일 실시에 따른 모의 실험에서 사용된 파라미터의 값을 포함한다.

표 2의 파라미터가 적용되는 모의 실험은 IEEE 802.16m에서 정의한 기지국(base station, BS) 안테나의 빔 패턴(beam pattern)을 적용하였으며, 기지국과 기지국 사이의 거리는 1.5km로 가정되며, 이동 단말(mobile station, MS)은 이동 통신 시스템(cellular system)의 전체 지역에서 균일한 분포를 가지고 발생한다고 가정된다.

도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 직교 주파수 분할 다중 접속(OFDMA) 시스템에서 가상 셀을 기반으로 하는 동적인 주파수 재사용 시스템에서 시스템의 부하율(loading factor)이 1인 경우, 즉 전체 부채널의 수가 30 개이며, 셀 당 평균 이동 단말(MS)의 발생 수가 30 개인 경우의 부채널 할당 결과를 도시한다.

부하율(loading factor)은 셀 당 평균 이동 단말의 발생 수를 전체 부채널 수로 나눈 값을 나타낸다. 원이 채워지지 않은 부채널(910)은 그 부채널을 할당 받은 이동 단말의 링크가 신호 두절(outage)상태에 있음을 나타낸다.

본 발명의 다른 실시예에 따른 부채널 할당 결과에서, 고 부하율 상태에서 각 섹터는 자신의 1차 부채널 그룹의 부채널들 뿐만 아니라 2차 부채널 그룹의 부채널도 이동 단말에 할당함이 나타난다.

예를 들어, 섹터 1은 1차 부채널 그룹 A1의 부채널들 뿐만 아니라 2차 부채널 그룹인 B1 및 C1의 부채널을 이동 단말에 할당한다.

도 10a 및 도 10b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 직교 주파수 분할 다중 접속(OFDMA)에서 가상 셀을 기반으로 하는 동적인 주파수 재사용 시스템에 따른 VC-FFR(virtual cell-based flexible frequency reuse) 방식 및 종래 기술인 TSRrand 방식 및 FFFRrand 방식의 다운링크(downlink)의 신호 두절율(outage rate)과 SINR(signal-to-interference plus noise ratio)을 도시하며, 특히 시스템의 부하율(loading factor)이 1인 경우, 즉 전체 부채널의 수가 30 개이며, 셀 당 평균 이동 단말(MS)의 발생 수가 30 개인 경우의 다운링크의 신호 두절율 및 SINR을 도시한다.

도 10a는 홈 기지국(home BS)으로부터 임의의 거리에서 발생한 각각의 이동 단말에 대한 신호 두절율(outage rate)(1020)을 나타낸다. 신호 두절율(1020)은 이동 단말에 할당된 채널의 SINR이 최소 요구치(SINRmin)인 3dB 이하가 되는 비율이며, 정규화 거리(normalized distance)(1010)의 1의 값은 이동 단말이 발생한 지점과 기지국 사이의 거리가 기지국 간의 거리와 동일함을 나타낸다.

또한, 점선(1030)은 이동 단말과 홈 기지국 사이의 거리에 따른 이동 단말의 분포 밀도를 나타낸다. 도시된 바와 같이, 이동 단말의 분포 밀도가 큰 경우, 즉 정규화 거리(normalized distance)(1010)이 0.7 미만인 경우에 본 발명에 따른 VC-FFR 방식에서의 신호 두절율(1020)이 가장 작다.

또한, 도 10b는, 본 발명에 따른 VC-FFR 방식에서의 SINR에 대한 cdf가 종래의 FFFRrand 및 TSRrand 방식에 비해 우수함을 나타낸다.

도 11a 및 도 11b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 직교 주파수 분할 다중 접속(OFDMA)에서 가상 셀을 기반으로 하는 동적인 주파수 재사용 시스템에 따른 VC-FFR(virtual cell-based flexible frequency reuse) 방식 및 종래 기술인 TSRrand 방식 및 FFFRrand 방식의 업링크(uplink)의 신호 두절율(outage rate)과 SINR(signal-to-interference plus noise ratio)을 도시하며, 특히 시스템의 부하율(loading factor)이 1인 경우의 업링크의 신호 두절율 및 SINR을 도시한다.

도 11a는, 다운링크와 마찬가지로 업링크의 경우에도 이동 단말의 분포 밀도가 큰 경우, 즉 정규화 거리(normalized distance)(1110)이 0.7 미만인 경우에 본 발명에 따른 VC-FFR 방식에서의 신호 두절율(1120)이 가장 작음을 나타낸다.

또한, 도 11b는 업링크의 경우에도 본 발명에 따른 VC-FFR 방식에서의 SINR에 대한 cdf가 종래의 FFFRrand 및 TSRrand 방식에 비해 우수함을 나타낸다.

전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.

본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

도 1은 종래 기술에 따른 TSFR(tri-sector frequency reuse) 방식에 의해 주파수 자원을 할당하는 방법을 도시한 도면,

도 2는 종래 기술에 따른 FFFR(flexible fractional frequency reuse) 방식에 의해 주파수 자원을 할당하는 방법을 도시한 도면,

도 3은 종래 기술에 따른 PFR(partial frequency reuse) 방식에 의해 주파수 자원을 할당하는 방법을 도시한 도면,

도 4는 종래 기술에 따른 SFR(soft frequency reuse) 방식에 의해 주파수 자원을 할당하는 방법을 도시한 도면,

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 가상 셀의 구성을 도시한 도면,

도 6은 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 가상 셀 및 가상 셀에 할당되는 부채널 그룹을 도시한 도면,

도 7a, 도 7b 및 도 7c는 본 발명의 일 실시예에 따른 직교 주파수 분할 다중 접속(OFDMA) 시스템에서 가상 셀을 기반으로 하여 동적으로 주파수를 재사용하는 방법의 흐름을 도시한 순서도,

도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 직교 주파수 분할 다중 접속(OFDMA) 시스템에서 가상 셀을 기반으로 하는 동적인 주파수 재사용 시스템의 섹터 기지국의 구성을 도시한 블록도,

도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 직교 주파수 분할 다중 접속(OFDMA) 시스템에서 가상 셀을 기반으로 하는 동적인 주파수 재사용 시스템에서 시스템의 부하율(loading factor)이 1인 경우의 부채널 할당 결과를 도시한 도면,

도 10a 및 도 10b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 직교 주파수 분할 다중 접속(OFDMA)에서 가상 셀을 기반으로 하는 동적인 주파수 재사용 시스템에 따른 VC-FFR(virtual cell-based flexible frequency reuse) 방식 및 종래 기술인 TSRrand 방식 및 FFFRrand 방식의 다운링크(downlink)의 신호 두절율(outage rate) 및 SINR(signal-to-interference plus noise ratio)을 도시한 도면,

도 11a 및 도 11b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 직교 주파수 분할 다중 접속에서 가상 셀을 기반으로 하는 동적인 주파수 재사용 시스템에 따른 VC-FFR 방식 및 종래 기술인 TSRrand 방식 및 FFFRrand 방식의 업링크(uplink)의 신호 두절율 및 SINR을 도시한 도면.

Claims (8)

1. 직교 주파수 분할 다중 접속 시스템에서 가상 셀을 기반으로 하는 동적인 주파수 재사용 방법에 있어서,

   (a) 특정 섹터에 위치한 이동 단말로부터 부채널의 할당에 대한 요구를 수신하는 단계,

   (b) 상기 섹터를 포함하는 가상 셀에 할당된 1차 부채널 그룹 중 상기 섹터에 대응하는 부채널을 상기 이동 단말에 할당하는 단계 및

   (c) 상기 1차 부채널 그룹의 부채널이 다른 이동 단말에 의해 모두 점유된 경우, 2차 부채널 그룹에서 상기 섹터의 기지국의 지향성에 기초하여 선택된 부채널을 상기 이동 단말에 할당하는 단계

   를 포함하는 주파수 재사용 방법.
2. 제 1 항에 있어서,

   (d) 상기 1차 부채널 그룹의 부채널 및 상기 2차 부채널 그룹에서 선택된 부채널이 다른 이동 단말에 의해 모두 점유된 경우, 상기 2차 부채널 그룹의 나머지 부채널 중 사용 가능한 부채널을 상기 이동 단말에 할당하는 단계

   를 더 포함하는 주파수 재사용 방법.
3. 제 2 항에 있어서,

   상기 (d) 단계는,

   (d1) 상기 나머지 부채널이 다른 가상 셀의 1차 부채널 그룹의 부채널로서 사용 중인 경우에는 상기 나머지 부채널을 사용 중인 다른 가상 셀과의 거리에 기초하여 선택된 부채널을 상기 이동 단말에 할당하는 단계

   를 포함하는 주파수 재사용 방법.
4. 제 1 항에 있어서,

   (e) 상기 부채널 할당 요구가 3 개의 가상 셀의 경계를 포함하는 피코셀(picocell)에 대한 부채널 할당 요구인 경우, 상기 피코셀에만 설정된 부채널 그룹의 부채널 중 사용 가능한 부채널을 상기 이동 단말에 할당하는 단계

   를 더 포함하는 주파수 재사용 방법.
5. 직교 주파수 분할 다중 접속 시스템에서 가상 셀을 기반으로 하는 동적인 주파수 재사용 시스템에 있어서,

   이동 단말이 속하는 섹터 및 가상 셀의 유형을 이용하여 1차 부채널 그룹 및 2차 부채널 그룹을 설정하는 부채널 그룹 설정부,

   상기 설정된 1차 부채널 그룹 및 2차 부채널 그룹에서 사용 가능한 부채널을 검색하는 부채널 검색부 및

   상기 검색된 부채널을 상기 이동 단말에 할당하는 부채널 할당부

   를 포함하고,

   상기 가상 셀은 서로 다른 셀에 속하는 3개의 섹터를 포함하고, 상기 3개의 섹터는 상기 1차 부채널 그룹 중 서로 중복되지 않은 부채널이 우선 할당되는 것인 주파수 재사용 시스템.
6. 제 5 항에 있어서,

   상기 부채널 할당부는,

   상기 1차 부채널 그룹의 부채널이 모두 할당된 경우 상기 2차 부채널 그룹에서 상기 이동 단말이 속하는 섹터의 기지국의 지향성을 고려하여 선택된 부채널을 할당하는 것인 주파수 재사용 시스템.
7. 제 6 항에 있어서,

   상기 부채널 할당부는 다른 가상 셀의 부채널의 사용 여부 및 거리에 기초하여 상기 2차 부채널 그룹에서 부채널을 선택하여 할당하는 것인 주파수 재사용 시스템.
8. 제 5 항에 있어서,

   상기 부채널 그룹 설정부는 3 개의 가상 셀의 경계를 포함하는 피코셀(picocell)에 대응하는 부채널 그룹을 설정하고,

   상기 부채널 할당부는, 상기 이동 단말이 상기 피코셀에 위치하는 경우, 상기 피코셀에 대응하는 부채널 그룹을 상기 이동 단말에 할당하는 것인 주파수 재사용 시스템.

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