KR101241974B1 - 전력 제어를 이용한 간섭의 분산 억제 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전력 제어를 이용한 간섭의 분산 억제 방법에 관한 것이다.

본 발명은 인접 셀간의 정보 교환이 없이도, 분산된 방식에서 전력 제어를 통해 인접 셀간 간섭을 감소시킬 수 있다. 또한 미리 결정된 전력 벡터를 이용할 수도 있기 때문에, 여러 번의 기지국과 단말기간 피드백 채널을 이용한 정보 교환 없이도 전력을 제어할 수 있어 뛰어난 성능 향상을 가져올 수 있다.

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Description

전력 제어를 이용한 간섭의 분산 억제 방법{A distributed interference mitigation technique using power planning}

본 발명은 인접한 셀간의 간섭을 분산 억제하는 방법에 관한 것으로, 보다 자세하게는 전력 제어를 이용하여 간섭을 억제하는 방법에 관한 것이다.

일반적으로 인접 셀간의 간섭을 줄이기 위해 전력을 제어하여 간섭을 줄이는 여러 방식이 존재한다.

간섭을 줄이는 여러 방식들 중 인접셀의 정보를 받고 이를 이용해 전력 제어 값을 계속적으로 수정하여 인접 셀간의 간섭을 줄이는 방법이 있다. 이는 기지국간의 정보 교환을 통해 인접셀의 정보를 지속적으로 받아야만 전력 제어 값을 수정할 수 있게 되며, 전력 값을 수정하기 위해 필요한 자원이 전력 값을 수정할 때마다 소모된다는 문제점이 있다.

이러한 방식 이외에도 인접 셀의 정보를 이용하지 않고도 특정 대역에 적은 전력을 사용하도록 하여 인접 셀간의 간섭을 줄이는 방식도 존재한다. 그러나 이들 방식을 이용할 경우, 특정 대역에서 사용되는 적은 전력이 어느정도인지 파악하기 어렵다는 문제점이 있다.

따라서, 본 발명은 인접 셀과의 정보 교환이 없는 경우, 인접 셀의 간섭의 영향을 줄이기 위한 분산 전력 제어 방법을 제공한다.

상기 본 발명의 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 하나의 특징인 전력 제어를 통해 인접 셀간 간섭을 억제하는 방법은,

전력 벡터 계산을 위한 제1 값 및 제2 값의 초기 값을 설정하고, 상기 설정한 초기 값을 토대로 하나의 셀에서 사용하는 주파수의 하위 주파수 밴드 수 만큼의 전력 벡터의 초기 값을 설정하는 단계; 상기 전력 벡터를 결정하기 위한 임의의 정보를 설정하는 단계; 및 상기 임의의 정보를 토대로 상기 설정한 제1 값 및 제2 값을 갱신하고, 미리 설정한 방식으로 상기 전력 벡터를 갱신하는 단계를 포함한다.

본 발명에 따르면, 인접 셀간의 정보 교환이 없이도, 분산된 방식에서 전력 제어를 통해 인접 셀간 간섭을 감소시킬 수 있다.

또한 사용할 스케줄링 방식까지 고려하여 미리 결정된 전력 벡터를 이용할 수 있기 때문에, 뛰어난 성능 향상을 가져올 수 있다.

아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명 이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 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 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. 또한, 명세서에 기재된 "…부", "…기", "모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.

본 명세서에서 이동국(Mobile Station, MS)은 단말(terminal), 이동 단말(Mobile Terminal, MT), 가입자국(Subscriber Station, SS), 휴대 가입자국(Portable Subscriber Station, PSS), 사용자 장치(User Equipment, UE), 접근 단말(Access Terminal, AT) 등을 지칭할 수도 있고, 이동 단말, 가입자국, 휴대 가입자 국, 사용자 장치 등의 전부 또는 일부의 기능을 포함할 수도 있다.

본 명세서에서 기지국(Base Station, BS)은 접근점(Access Point, AP), 무선 접근국(Radio Access Station, RAS), 노드B(Node B), 송수신 기지국(Base Transceiver Station, BTS), MMR(Mobile Multihop Relay)-BS 등을 지칭할 수도 있고, 접근점, 무선 접근국, 노드B, 송수신 기지국, MMR-BS 등의 전부 또는 일부의 기능을 포함할 수도 있다.

이하 도면을 참고로 하여, 본 발명의 실시예에 따른 인접 셀간 간섭을 감소시키는 방법에 대하여 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 시스템 개념도이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 하나의 기지국이 사용할 수 있는 주파수 밴드를 K개의 밴드로 나누고, 각 밴드의 전력 벡터는 P(k) (k=1, 2, … K)로 표기한다. 본 발명의 실시예에서는 편의상 K=3일 경우에 대해 설명하기로 하며, K는 임의의 수로 확장이 가능하다.

S는 전체 사용 가능한 부반송파 개수를 의미한다. 도 1에 나타난 바와 같이, 동일한 파워 벡터를 셀마다 다른 밴드에 할당한다. 예를 들어, 제1 셀 타입의 제1 주파수 밴드에 제1 전력 값을 할당하였다면, 제1 셀 타입과 인접한 제2 셀 타입의 제1 주파수 밴드에는 제2 전력 값을 할당하여 제1 셀 타입과 제2 셀 타입의 간섭이 상대적으로 차이가 나도록 한다.

이와 마찬가지로 제1 셀 타입 및 제2 셀 타입과 인접해 있는 제3 셀 타입의 제1 주파수 밴드에는 제3 전력 값을 할당하여, 제1 셀 타입 및 제2 셀 타입과 서로 상대적으로 차이가 나도록 할당한다. 다시 말해, 제1 주파수 밴드에서 높은 전력을 할당받은 셀이 다른 셀과 비교하여 상대적으로 간섭을 적게 받도록 한다.

이와 같이 전력 벡터 P(k)를 설정하는 방법으로 본 발명의 실시예에서는 크게 선형 모델을 이용하는 제1 실시예와, 반복 과정을 이용하는 제2 실시예에 대하여 설명하기로 한다. 먼저 제1 실시예에 대하여 도 2를 참조로 하여 설명한다.

도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 전력 제어의 예시도이다.

도 2에 도시된 바와 같이, 그래프의 X 축은 전력 인덱스, Y 축은 전력 값을 나타낸다. 본 발명의 실시예에서는 K를 3으로 가정하였기 때문에, 전력 인덱스는 1, 2 및 3으로 표시되어 있음을 알 수 있다.

셀마다 평균 사용 전력을

로 설정한다. 그러면 평균 전력

를 중심으로 θ의 기울기로 P(k)가 결정된다. 여기서 θ의 범위는 0에서 π/4 이다. θ가 0일 경우 모든 P(k)는

로 동일하다.

예를 들어, 전체 전력을 3이라 가정하면, K가 3이기 때문에 평균 전력은 1이 된다. 그러면 제2 전력 인덱스는 전력 값이 1이 되고, 제1 전력 인덱스는 0.5, 제3 전력 인덱스는 1.5가 된다. 이와 같이 본 발명의 제1 실시예에 따른 전력 벡터 P(k)를 설정하는 방식은 시스템을 설계하기 전에 미리 전력 인덱스에 대한 전력 값을 결정할 수도 있고 또는 아래 제2 실시예에서 설명하는 바와 같이 θ를 결정할 수도 있다. 이렇게 결정된 값을 이용하여 기지국은 각각의 셀의 전력을 제어하고, 이를 토대로 인접 셀과의 간섭을 줄일 수 있게 된다.

다음은 본 발명의 제2 실시예에 따라 전력 벡터 P(k)를 설정하여 전력을 제어하는 방법에 대하여 도 3을 참조로 설명하기로 한다.

도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 전력 제어의 예시도이다.

제2 실시예에 따라 최적의 전력 벡터를 결정하기 위해 임의의 시나리오 N_s를 설정하고, 이에 대해 반복적으로 전력 벡터를 수정하여 수렴하는 값으로 결정한다. 여기서 임의의 시나리오 N_s는 셀 내의 유저 즉 단말의 수, 위치 및 이동 속도, 스케줄링 방법 그리고 채널 특성 등의 다양한 정보 중 어느 하나의 정보가 선택될 수 있다.

K = 3 일 경우, 평균 전력을

라 하고 세 가지 조합으로 가능한 값을 모두 포함하기 위해 다음 수학식 1과 같이 전력 값을 설정한다.

P(1) = (cosαcosβ)²

P(2) = (

sinαcosβ)²

P(3) = (

sinβ)²

이와 같이 설정한 후, 다음과 같은 반복 과정을 수행한다.

먼저, 초기 값으로 α=0, β=0으로 설정한다(s100). 여기서 α(혹은 '제1 값'이라고도 함)와 β(혹은 '제2 값'이라고도 함)는 임의의 값이다. 따라서, 초기 값으로 각각의 전력 벡터들은 P(1) = K

, P(2) = 0, P(3) = 0과 같이 결정된다(S110).

그리고 나서 유저 즉 단말들을 셀 내에 임의의 시나리오에 맞추어 균등한 랜덤으로 배치시키고(S120), 각 유저의 SINR(Signal to Interference Noise Ratio, 신호대 간섭 잡음 비)을 각각 구한다(S130). 그리고 나서 시나리오에 의해 정해진 스케줄링 방식을 사용해 유저의 사용 밴드 및 전송 방식 등을 결정한 후(S140), 기 울기 상승(gradient ascent) 방식으로 초기 S110 단계에서 결정한 전력 벡터를 갱신한다(S150). 여기서 기울기 상승 방식은 이미 알려진 사항으로, 본 발명의 실시예에서는 상세한 설명을 생략하기로 한다.

S150 단계에서 갱신된 전력 벡터는 다음 수학식 2와 같이 표현할 수 있다.

여기서,

는 i번째 반복시 P(k)의 전력 값이며, C_net은 P(k)가 적용되는 밴드를 사용하는 유저의 용량(capacity)을 의미한다.

수학식 2에 표기된 방법으로 임의의 시나리오 N_s에서 전력 벡터가 수렴하였는지 여부를 판단하고(S160), 만약 수렴하였다면 해당 전력 벡터를 이용하여 전력을 제어하여 인접 셀간의 간섭이 억제될 수 있도록 한다(S170).

그러나 S150 단계에서 갱신된 전력 벡터가 수렴하지 않았다면, S130 단계 내지 S160 단계를 반복하여 수렴할 수 있도록 한다. 이때, 수렴하는 값은 임의의 시나리오에 따라 달라지며, 미리 사전에 수렴할 값을 결정하여 이용할 수도 있다.

여기서 미리 결정한 값은, 다양한 임의의 시나리오를 토대로 사전에 적절한 결정해 놓은 전력 값을 의미한다. 즉, 임의의 시나리오는 실질적인 시스템에서 상황에 따라 바뀌기 때문에, 최종적인 성능 평가를 위해서 미리 정의된 가지 수의 시나리오 N_s에 대해 전력 벡터를 구해놓은 후, 그 평균 값을 미리 결정한 값으로 이용 할 수 있다. 전력 벡터의 수렴에 대해서 도 4를 참조로 설명하기로 한다.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 기울기 상승 방식에서 전력 벡터의 수렴을 나타내는 예시도이다.

도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 반복 과정과 기울기 상승 방식을 통해 전력 벡터를 결정할 경우, 반복 횟수가 증가함에 따라 전력 벡터 값이 일정 값으로 수렴 함을 알 수 있다. 따라서, 도 4에 나타난 수렴된 값을 미리 알고 있어 반복 과정시 이용할 수도 있고, 이 값을 모를 경우 지속적인 반복 과정을 통해 일정 값으로 수렴할 때까지 도 3에 나타낸 S130 단계 내지 S160 단계를 반복할 수도 있다.

본 발명의 제1 실시예 및 제2 실시예에 따른 방식 모두 채널 특성이 급격하게 변하지 않는 환경에서 이용할 수 있으며, 특히 제2 실시예에 따른 방식을 이용할 경우 실시간으로 현재 채널 상태에 따라 전력 값을 설정할 수 있다. 또한, 제1 실시예 및 제2 실시예 모두 시스템 구현 전에 오프라인(off-line)에서 테스트를 수행하여 최종적으로 정해진 전력 벡터로써 사용할 수도 있다.

이와 같은 본 발명의 제1 실시예에 따른 성능 향상 정도에 대해도 5를 참조로 설명하기로 한다.

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 용량의 누적 분포 함수를 나타내는 예시도이다.

목표 전송률이 3kbit/s인 공정성-지향 스케쥴러(fairness-oriented scheduler)를 사용한다고 가정하고, 제1 실시예에 따른 선형 모델을 이용할 경우 기울기 θ를 π/4로 설정하였다고 가정한다. 그러면, 용량의 누적 분포 함수(CDF: Cumulative Distribution Function)가 동등한 전력 벡터를 사용하는 경우(EP) 보다 향상되었음을 알 수 있다.

이상에서 설명한 본 발명의 실시예는 장치 및 방법을 통해서만 구현이 되는 것은 아니며, 본 발명의 실시예의 구성에 대응하는 기능을 실현하는 프로그램 또는 그 프로그램이 기록된 기록 매체를 통해 구현될 수도 있으며, 이러한 구현은 앞서 설명한 실시예의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야의 전문가라면 쉽게 구현할 수 있는 것이다.

이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 시스템 개념도이다.

도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 전력 제어의 예시도이다.

도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 전력 제어의 예시도이다.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 기울기 상승 방식에서 전력 벡터의 수렴을 나타내는 예시도이다.

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 용량의 누적 분포 함수를 나타내는 예시도이다.

Claims (8)

1. 전력 제어를 통해 인접 셀간 간섭을 억제하는 방법에 있어서,

   전력 벡터 계산을 위한 제1 값 및 제2 값의 초기 값을 설정하고, 상기 설정한 초기 값을 토대로 하나의 셀에서 사용하는 주파수의 하위 주파수 밴드 수 만큼의 전력 벡터의 초기 값을 설정하는 단계;

   셀 내에 위치한 단말의 위치 정보, 스케줄링 방법 정보 및 상기 단말의 이동 속도 정보 중 적어도 하나를 상기 전력 벡터를 결정하기 위한 정보로 설정하는 단계; 및

   상기 전력 벡터를 결정하기 위한 정보를 토대로 미리 설정한 방식으로 상기 전력 벡터를 갱신하는 단계

   를 포함하고,

   상기 전력 벡터가 미리 설정한 값으로 수렴할 때까지 상기 전력 벡터를 갱신하는 단계를 반복하는 간섭 억제 방법.
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 제1항에 있어서,

   상기 미리 설정한 방식은 기울기 상승 방식을 이용하는 간섭 억제 방법.
6. 제1항에 있어서,

   상기 전력 벡터는,

   하나의 셀에서 사용하는 평균 사용 전력을 결정하는 단계;

   상기 결정한 평균 사용 전력을 토대로 기울기를 결정하는 단계; 및

   상기 결정된 기울기로 상기 전력 벡터를 결정하는 단계

   를 통해 결정되는 간섭 억제 방법.
7. 제6항에 있어서,

   상기 전력 벡터는 미리 설정된 전력 인덱스 값을 토대로 상기 전력 벡터가 결정되는 간섭 억제 방법.
8. 제7항에 있어서,

   상기 전력 인덱스 값은 하나의 주파수 밴드를 임의의 수로 복수의 주파수 밴드로 나누어 서로 다른 전력 값이 할당되도록 하는 간섭 억제 방법.

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