KR101256226B1 - Frequency resource allocation method for multi-carrier mobile communication systsem - Google Patents

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Abstract

다중 반송파를 기반으로 하는 OFDM 셀룰러 이동통신 시스템을 위한 주파수 자원 할당 방법을 제공한다. 상기 주파수 자원 할당 방법은 시스템의 부하(Load)에 따라서 주파수 재사용(Frequemcy Reuse)을 결정하고, 상기 주파수 재사용을 이용하여 중단 확률(outage probability)을 계산한다. 상기 중단 확률이 설정값보다 큰 경우 새로운 주파수 재사용을 결정하여 상기 중단 확률을 재계산한다. 효율적인 간섭 제어를 통해 주파수 효율을 극대화할 수 있고, 하나의 링크 레벨에서의 효율성뿐만 아니라 다수의 링크 레벨에서의 효율성을 고려하여 주파수 자원을 할당할 수 있다. Provided is a frequency resource allocation method for an OFDM cellular mobile communication system based on a multicarrier. The frequency resource allocation method determines frequency reuse according to the load of the system, and calculates an outage probability using the frequency reuse. If the stopping probability is greater than the set value, a new frequency reuse is determined to recalculate the stopping probability. Through efficient interference control, frequency efficiency can be maximized, and frequency resources can be allocated in consideration of efficiency at multiple link levels as well as efficiency at one link level.

OFDM/OFDMA, 주파수 재사용, OFCDM, 주파수 영역 확산, Outage Probability OFDM / OFDMA, Frequency Reuse, OFCDM, Frequency Domain Spread, Outage Probability

Description

다중 반송파 이동통신 시스템의 주파수 자원 할당 방법{Frequency resource allocation method for multi-carrier mobile communication systsem}Frequency resource allocation method for multi-carrier mobile communication systems {Frequency resource allocation method for multi-carrier mobile communication systsem}

도 1은 통신 시스템을 나타내는 예시도이다.1 is an exemplary view showing a communication system.

도 2는 하나의 셀에서 문턱값 γ에 따른 중단 확률을 나타낸 그래프이다.2 is a graph showing the stopping probability according to the threshold γ in one cell.

도 3은 Q=768일 때 주파수 영역 확산율 L에 따른 중단 확률을 나타낸 그래프이다. 3 is a graph showing the stopping probability according to the frequency-domain spreading rate L when Q = 768.

도 4는 Q=512일 때 주파수 영역 확산율 L에 따른 중단 확률을 나타낸 그래프이다. 4 is a graph showing the stopping probability according to the frequency-domain spreading rate L when Q = 512.

도 5는 Q=256일 때 주파수 영역 확산율 L에 따른 중단 확률을 나타낸 그래프이다. 5 is a graph showing the stopping probability according to the frequency-domain spreading rate L when Q = 256.

도 6은 다중 셀 환경의 예를 나타낸다. 6 shows an example of a multi-cell environment.

도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 주파수 자원 할당 방법을 나타낸 순서도이다.7 is a flowchart illustrating a frequency resource allocation method according to an embodiment of the present invention.

도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 주파수 자원 할당 방법을 나타낸 순서도이다.8 is a flowchart illustrating a frequency resource allocation method according to another embodiment of the present invention.

도 9는 서브셀로 나누어진 싱글 셀의 예를 나타낸다.9 shows an example of a single cell divided into subcells.

도 10은 서브셀로 나누어진 다중 셀의 예를 나타낸다.10 shows an example of multiple cells divided into subcells.

도 11은 섹터별로 나누어진 싱글 셀의 예를 나타낸다.11 shows an example of a single cell divided by sector.

도 12는 섹터별로 나누어진 다중 셀의 예를 나타낸다.12 shows an example of multiple cells divided by sector.

도 13은 서브셀 및 섹터별로 나누어진 싱글 셀의 예를 나타낸다.13 shows an example of a single cell divided by subcells and sectors.

도 14는 서브셀 및 섹터별로 나누어진 다중 셀의 예를 나타낸다.14 shows an example of multiple cells divided by subcells and sectors.

본 발명은 다중 반송파 이동통신 시스템의 주파수 자원 할당 방법에 관한 것으로 보다 상세하게는 주파수 재사용을 최적화시키는 다중 반송파 이동통신 시스템의 주파수 자원 할당 방법에 관한 것이다. The present invention relates to a frequency resource allocation method of a multi-carrier mobile communication system, and more particularly, to a frequency resource allocation method of a multi-carrier mobile communication system for optimizing frequency reuse.

3G 이후의 시스템에서 보다 높은 데이터 전송률을 요구함에 따라 다중 경로 지연(multipath delay)이 더 큰 문제가 되고 있다. 다중경로 지연은 심벌 간 간섭(Inter-Symbol Interference; 이하 ISI)를 유발하기 때문이다. 낮은 복잡도로 ISI 효과를 감쇄하기 위해 직교 주파수 분할 다중(Orthogonal Frequency Division Multiplexing; 이하 OFDM)이 주목받고 있다.Multipath delay is becoming a bigger problem as higher data rates are required in 3G and later systems. This is because the multipath delay causes inter-symbol interference (ISI). Orthogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM) has attracted attention to reduce the ISI effect with low complexity.

OFDM은 직렬로 입력되는 데이터 심벌을 N개의 병렬 데이터 심벌로 변환하여, 각각 분리된 N개의 부반송파(subcarrier)에 실어 전송한다. 부반송파는 주파수 차원에서 직교성을 유지하도록 한다. 각각의 직교 채널은 상호 독립적인 주파수 선택적 페이딩(frequency selective fading)을 경험하게 되고, 전송되는 심벌의 간격이 길어져 ISI가 최소화될 수 있다. OFDMA(Orthogonal Frequency Division Multiplexing Access)는 OFDM을 변조 방식으로 사용하는 시스템에 있어서 이용가능한 부반송파의 일부를 각 사용자에게 독립적으로 제공하여 다중 접속을 실현하는 다중 접속 방법을 말한다.OFDM converts serially input data symbols into N parallel data symbols and carries them on N subcarriers, respectively. The subcarriers maintain orthogonality in the frequency dimension. Each orthogonal channel experiences frequency selective fading that is independent of each other, and the interval of transmitted symbols is increased, thereby minimizing ISI. Orthogonal Frequency Division Multiplexing Access (OFDMA) refers to a multiple access method for realizing multiple access by independently providing each user with a part of subcarriers available in a system using OFDM as a modulation scheme.

무선 통신 시스템은 효율적인 시스템 구성을 위해 셀(cell) 구조를 갖는다. 셀이란 주파수를 효율적으로 이용하기 위하여 넓은 지역을 작은 구역으로 세분한 구역을 의미한다. 일반적으로 셀 중심부에 기지국을 설치하여 단말기를 중계하며, 셀은 하나의 기지국이 제공하는 서비스 영역을 말한다.The wireless communication system has a cell structure for efficient system configuration. A cell is an area that is divided into small areas in order to efficiently use frequencies. In general, a base station is installed in a cell center to relay a terminal, and a cell refers to a service area provided by one base station.

다중 셀 환경하에서 OFDM/OFDMA 시스템은 인접하는 셀이 동일한 부반송파를 사용할 경우 사용자들에게 간섭의 원인으로 작용할 수 있다. 이를 셀간 간섭(inter-cell interference)이라 한다. In a multi-cell environment, an OFDM / OFDMA system may act as a cause of interference to users when adjacent cells use the same subcarrier. This is called inter-cell interference.

OFDM/OFDMA 시스템에서 주파수 재사용(frequency reuse)을 증가시킴으로써 셀간 간섭을 감소시킬 수 있다. 그러나 이는 하나의 셀에서 사용 가능한 부반송파의 수가 줄어드는 문제가 있다. 따라서 다중 셀 환경하에서 최적의 주파수 재사용을 선택하는 것이 필요하다.Inter-cell interference can be reduced by increasing frequency reuse in OFDM / OFDMA systems. However, this has a problem that the number of subcarriers available in one cell is reduced. Therefore, it is necessary to select the optimal frequency reuse in a multi-cell environment.

한편, OFDM과 CDMA(Code Division Multiple Access)의 장점을 활용하기(exploit) 위해 두기법을 결합한 다중 반송파 CDMA(OFCDM, Orthogonal Frequency and Code Division Multiplexing) 기법이 제안되고 있다. 다중 반송파 시스템에서 심벌은 2가지 방법으로 확산된다(spread). 일 방법은 심벌을 하나의 부반송파로 확산시켜, 하나의 부반송파 상에서 하나 이상의 사용자 심벌을 다중화한 다(multiplex). 이를 시간 영역 확산(time domain spreading)이라 한다. 다른 방법은 심벌을 다수 부반송파로 평행하게 확산시킨다. 이를 주파수 영역 확산(frequency domain spreading)이라 한다. 전체 확산율(spreading factor)은 시간 영역 확산율과 주파수 영역 확산율의 곱이다. 2차원 확산 OFCDM(Orthogonal Frequency and Code Division Multiplexing) 시스템은 상기 2가지 방법을 채용한 시스템이다. 2차원 확산 OFCDM 시스템의 예는 VSF OFCDM(Variable Spreading Factor OFCDM)과 MC DS-CDMA가 있다. On the other hand, in order to exploit the advantages of OFDM and Code Division Multiple Access (CDMA), a multi-carrier Orthogonal Frequency and Code Division Multiplexing (OFCDM) technique combining two techniques has been proposed. In a multi-carrier system, symbols are spread in two ways. One method spreads a symbol onto one subcarrier, multiplexing one or more user symbols on one subcarrier. This is called time domain spreading. Another method spreads the symbols in parallel on multiple subcarriers. This is called frequency domain spreading. The overall spreading factor is the product of the time-domain spreading rate and the frequency-domain spreading rate. The two-dimensional diffusion Orthogonal Frequency and Code Division Multiplexing (OFCDM) system employs the above two methods. Examples of two-dimensional spreading OFCDM systems are VSF OFVDM (Variable Spreading Factor OFCDM) and MC DS-CDMA.

2차원 확산 OFCDM 시스템에서 주파수 재사용과 확산율을 연대하여(jointly) 최적화하는 방법이 필요하다.There is a need for a method for jointly optimizing frequency reuse and spreading rate in a two-dimensional spreading OFCDM system.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 다중 반송파를 기반으로 하는 OFDM 셀룰러 이동통신 시스템에서 주파수 재사용을 최적화하는 주파수 자원 할당 방법을 제공하는 데 있다.An object of the present invention is to provide a frequency resource allocation method for optimizing frequency reuse in an OFDM cellular mobile communication system based on a multi-carrier.

본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는 OFDM과 CDMA가 결합된 OFCDM 셀룰러 이동통신 시스템에서 주파수 재사용 및 주파수 영역 확산율을 최적화하는 주파수 자원 할당 방법을 제공하는 데 있다.Another object of the present invention is to provide a frequency resource allocation method for optimizing frequency reuse and frequency domain spreading ratio in an OFCDM cellular mobile communication system combining OFDM and CDMA.

본 발명의 일 양태에 따르면 다중 반송파를 기반으로 하는 OFDM 셀룰러 이동통신 시스템에서 주파수 재사용을 동적으로 할당하는 주파수 자원 할당 방법을 제공한다. 상기 주파수 자원 할당 방법은 상기 OFDM 셀룰러 이동통신 시스템의 부 하(load)에 따라서 주파수 재사용을 결정하고, 상기 주파수 재사용을 이용하여 중단 확률(outage probability)을 계산한다. 상기 중단 확률이 설정값보다 큰 경우 새로운 주파수 재사용을 결정하여 상기 중단 확률을 재계산한다.According to an aspect of the present invention, there is provided a frequency resource allocation method for dynamically allocating frequency reuse in an OFDM cellular mobile communication system based on a multi-carrier. The frequency resource allocation method determines frequency reuse according to a load of the OFDM cellular mobile communication system, and calculates an outage probability using the frequency reuse. If the stopping probability is greater than the set value, a new frequency reuse is determined to recalculate the stopping probability.

본 발명의 다른 양태에 따르면 OFDM과 CDMA가 결합된 OFCDM 셀룰러 이동통신 시스템의 주파수 자원 할당 방법을 제공한다. 상기 주파수 자원 할당 방법은 상기 OFCDM 셀룰러 이동통신 시스템의 부하에 따라서 주파수 영역에서 초기 확산율을 계산한다. 상기 주파수 재사용과 상기 초기 확산율을 이용하여 중단 확률을 계산하되, 상기 중단 확률이 최저가 되는 유효 주파수 영역 확산율을 구한다.According to another aspect of the present invention, there is provided a frequency resource allocation method of an OFCDM cellular mobile communication system combining OFDM and CDMA. The frequency resource allocation method calculates an initial spread rate in the frequency domain according to the load of the OFCDM cellular mobile communication system. The probability of interruption is calculated using the frequency reuse and the initial spreading rate, and the effective frequency domain spreading rate at which the probability of interruption is lowest is obtained.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조 번호는 동일한 구성요소를 나타낸다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. Like reference numerals designate like elements throughout the specification.

도 1은 통신 시스템을 나타내는 예시도이다.1 is an exemplary view showing a communication system.

도 1을 참조하면, 통신 시스템은 기지국(100, base station; BS)과 단말(200, user equipment; UE)을 포함한다. 이는 OFDM과 같이 다중 반송파를 이용한 통신 시스템이다. 통신 시스템은 음성, 패킷 데이터 등과 같은 다양한 통신 서비스를 제공하기 위해 널리 배치된다(deploy). Referring to FIG. 1, a communication system includes a base station 100 (BS) and a terminal 200 (UE). This is a communication system using multiple carriers, such as OFDM. The communication system is widely deployed to provide various communication services such as voice, packet data and the like.

기지국(100)은 제어기(110), 수신기(receiver, 120) 및 전송기(transmitter, 130)를 포함한다. 기지국은 일반적으로 단말과 통신하는 고정된 지점(fixed station)을 말하며, 노드-B(node-B), BTS(base transceiver system), 액세스 포인트(access point) 등 다른 용어(terminology)로 불릴 수 있다. 제어기(110)는 기지국(100)의 전체적인 동작을 제어한다. 제어기(110)는 주파수 재사용과 확산율에 따 라 단말(200)에 적절하게 주파수 자원을 할당한다. 수신기(120)는 단말(200)로부터 전송된 신호를 수신하고, 전송기(130)는 단말(200)로 신호를 전송한다. 하향링크(downlink)는 기지국(100)에서 단말(200)로의 통신을 의미하며, 상향링크(uplink)는 단말(200)에서 기지국(100)으로의 통신을 의미한다.Base station 100 includes a controller 110, a receiver 120, and a transmitter 130. A base station generally refers to a fixed station for communicating with a terminal, and may be referred to as other terminology such as a node-B, a base transceiver system (BTS), or an access point. . The controller 110 controls the overall operation of the base station 100. The controller 110 allocates a frequency resource appropriately to the terminal 200 according to the frequency reuse and spreading rate. The receiver 120 receives a signal transmitted from the terminal 200, and the transmitter 130 transmits a signal to the terminal 200. Downlink (downlink) means communication from the base station 100 to the terminal 200, uplink (uplink) means communication from the terminal 200 to the base station 100.

단말(200)은 제어기(210), 수신기(220) 및 전송기(230)를 포함한다. 단말(200)은 고정되거나 이동성을 가질 수 있으며, MS(mobile station), UT(user terminal), SS(subscriber station), 무선기기(wireless device) 등 다른 용어로 불릴 수 있다. 제어기(210)는 단말(200)의 전체적인 동작을 제어한다. 수신기(220)는 기지국(100)으로부터 전송된 신호를 수신하고, 전송기(230)는 기지국(100)으로 신호를 전송한다. The terminal 200 includes a controller 210, a receiver 220, and a transmitter 230. The terminal 200 may be fixed or mobile and may be referred to by other terms such as a mobile station (MS), a user terminal (UT), a subscriber station (SS), and a wireless device. The controller 210 controls the overall operation of the terminal 200. The receiver 220 receives the signal transmitted from the base station 100, and the transmitter 230 transmits the signal to the base station 100.

이하에서는 레일리 페이딩(Rayleigh fading)에서 OFDM/OFDMA 시스템 또는 OFCDM 시스템에 대해 상술한다. OFDM은 전체 시스템 대역폭을 직교성을 갖는 다수의 부반송파(subcarrier)로 분할한다(partition). 부반송파는 서브밴드(subband), 톤(tone) 등으로 불릴 수 있다. OFCDM 시스템은 시간 영역 확산과 주파수 영역 확산의 2차원 확산이 가능하다. 시스템 성능에 있어서 주파수 영역 확산의 효과를 검토하기 위해 중단 확률과 최대 신호 대 간섭 및 잡음비(signal-to-interfernce plus noise ratio; 이하 SINR)의 수식을 도출한다. 주파수 영역 확산은 높은 주파수 재사용과 같은 상대적으로 안정적인 간섭을 갖는 네트워크 하에서 유용하다. Hereinafter, an OFDM / OFDMA system or an OFCDM system in Rayleigh fading will be described in detail. OFDM divides the total system bandwidth into a plurality of subcarriers having orthogonality. The subcarriers may be called subbands, tones, and the like. The OFCDM system enables two-dimensional spreading of time domain spreading and frequency spreading. To examine the effects of frequency-domain spreading on system performance, equations for interruption probability and maximum signal-to-interfernce plus noise ratio (SINR) are derived. Frequency domain spreading is useful under networks with relatively stable interference, such as high frequency reuse.

OFDM/OFDMA 시스템에서 부반송파의 수를 N이라 하고, 주파수 재사용(freqeuncy reuse)을 K라 하자. 주파수 재사용 K≥1 이며, 그 역수인 1/K를 주파 수 재사용율(frequency reuse factor)이라 한다. 하나의 셀은 M = N/K 개의 부반송파를 사용할 수 있다. 정보 심벌은 길이 W 칩(chips)의 OVSF(Orthogonal Variable Spreading Factor) 코드를 이용하여 시간 영역에서 먼저 확산될 수 있다. 각각의 칩은 확산율(spreading factor) L에 의해 주파수 영역으로 확산될 수 있다. 여기서, L ≤ M 이다. Assume that the number of subcarriers in an OFDM / OFDMA system is N and frequency reuse is K. Frequency reuse K≥1, and the inverse 1 / K is called a frequency reuse factor. One cell may use M = N / K subcarriers. The information symbol may be first spread in the time domain using an Orthogonal Variable Spreading Factor (OVSF) code of length W chips. Each chip can be spread in the frequency domain by a spreading factor L. Where L ≦ M.

Q는 셀당 활동(active) 단말의 수이다. 만약 QL ≤ M 이면, 각각의 단말에 서로 다른 세트의 부반송파를 할당하여 셀내 간섭(intra-cell interference)을 완전히 피할 수 있다. 그러나 이하에서는 대량 통신량 부하(heavy traffic load)를 감안하여(즉, QL > M) 모든 사용가능한 M 부반송파를 단말끼리 공유한다고 한다.Q is the number of active terminals per cell. If QL ≤ M, different sets of subcarriers may be allocated to each UE to completely avoid intra-cell interference. However, hereinafter, it is assumed that all available M subcarriers are shared among terminals in consideration of heavy traffic load (ie, QL> M).

기지국 i가 사용자 i로 데이터를 전송한다고 한다. 전형적으로 하나의 기지국은 한번에 다수의 사용자를 다룬다(serve). 하나의 기지국의 서비스 영역을 셀이라 하며, 하나의 셀에서 동시 전송은 셀내 간섭(intra-cell interference)을 유발할 수 있고, 주변 셀 들에서 전송은 셀간 간섭(inter-cell interference)을 유발할 수 있다.Base station i is said to transmit data to user i. Typically one base station serves multiple users at a time. The service area of one base station is called a cell, and simultaneous transmission in one cell may cause intra-cell interference, and transmission in neighboring cells may cause inter-cell interference.

수신기가 최대치 결합(Maximum Ratio Combining; 이하 MRC)를 사용한다고 가정한다. 단말 i의 수신기에서 시간 영역 수축(despreading) 전의 SINR은 수학식 1과 같다.Assume that the receiver uses Maximum Ratio Combining (hereinafter referred to as MRC). The SINR before time domain despreading in the receiver of UE i is expressed by Equation 1 below.

Figure 112006065699892-pat00001
Figure 112006065699892-pat00001

여기서, Si는 수신된 파워, Iintra ,i는 셀내 간섭, Iinter ,i는 셀간 간섭, Ni는 단말 i에서의 잡음 파워이다.Here, S i is the received power, I intra , i is intra-cell interference, I inter , i is inter-cell interference, and Ni is noise power at terminal i.

P를 기지국 파워라 한다. 각 단말의 정보 시퀀스는 주파수 영역 확산율 L에 의해, L개의 부반송파에 실려 전송된다. 기지국 파워는 부반송파와 단말 사이에 균등하게(equally) 나뉜다. 따라서 하나의 사용자와 부반송파에 할당되는 전송 파워는

Figure 112006065699892-pat00002
이다.P is called base station power. The information sequence of each terminal is carried on L subcarriers by the frequency domain spreading rate L. The base station power is equally divided between the subcarrier and the terminal. Therefore, the transmission power allocated to one user and subcarrier is
Figure 112006065699892-pat00002
to be.

B를 시스템의 사용가능한 대역폭(bandwidth)라 한다. 이중 분산 레일리 페이딩 채널(double dispersive Rayleigh fading channel)을 고려한다. 채널의 코히어런트 시간(coherent time)이 심벌 길이(symbol length)보다 W배 크고, 코히어런트 대역폭이 부반송파의 대역폭 B/N과 같다고 가정한다. ξij ,l을 부반송파 l상의 기지국 j와 단말 i 사이의 링크 이득(link gain)이라 한다. 1부터 L 부반송파가 단말 i에 할당된다. MRC로 가정하였으므로, 단말 i의 수신기에서 상관 검출기(correlator detector)의 출력에서 수신된 신호 파워는 다음과 같다.B is referred to as the available bandwidth of the system. Consider a double dispersive Rayleigh fading channel. Assume that the coherent time of the channel is W times greater than the symbol length, and the coherent bandwidth is equal to the bandwidth B / N of the subcarrier. ξ ij , l is referred to as a link gain between the base station j on the subcarrier l and the terminal i. From 1 to L subcarriers are allocated to terminal i. Since it is assumed as MRC, the signal power received at the output of the correlator detector at the receiver of the terminal i is as follows.

Figure 112006065699892-pat00003
Figure 112006065699892-pat00003

여기서, 링크 게인 gij를 다음 수학식 2과 같이 정의한다.Here, the link gain g ij is defined as in Equation 2 below.

Figure 112006065699892-pat00004
Figure 112006065699892-pat00004

ζij ,l은 확률 밀도 함수(probability density function)로 이에 대하여는 후술한다.ζ ij , l is a probability density function, which will be described later.

v를 반송파 당 잡음 파워라 한다. 수신기 구조로부터 상관 검출기의 출력에서 잡음 파워는 Ni = Lv 이다. v is called the noise power per carrier. The noise power at the output of the correlation detector from the receiver architecture is N i = Lv.

기지국은 Q 사용자를 동시에 다룬다. 각 사용자는 가능한 M개 중 L 부반송파를 필요로 한다. 만약 부반송파를 임의로(randomly) 할당한다면, 평균적으로 하나의 부반송파는

Figure 112006065699892-pat00005
사용자에 의해 점유된다. 비록 직교 코드가 기지국 전송기에서 사용되지만, 주파수 영역 확산과 다중 경로 전파(multi-path propagation)는 수신기 측에서 직교성을 어느 정도 소실시켜 사용자 간에 셀내 간섭을 유발할 수 있다. 이때, 시간 영역 확산 코드의 정규화된 직교성 인자(normalized orthogonality factor)를
Figure 112006065699892-pat00006
로 정의한다. θ가 작을수록 수신기 측에서 더 나은 직교성이 유지되고, 셀내 간섭이 작아진다. 결과적으로 사용자 i의 수신기에서 셀내 간섭 파워는 다음과 같이 모델링된다.The base station handles Q users at the same time. Each user needs L subcarriers out of M possible. If you randomly assign subcarriers, on average one subcarrier
Figure 112006065699892-pat00005
Is occupied by the user. Although orthogonal codes are used in base station transmitters, frequency domain spreading and multi-path propagation can cause some loss of orthogonality at the receiver side, causing intra-cell interference between users. In this case, the normalized orthogonality factor of the time-domain spreading code
Figure 112006065699892-pat00006
. The smaller θ, the better orthogonality is maintained on the receiver side, and the less intra-cell interference is. As a result, the intracell interference power at the receiver of user i is modeled as follows.

Figure 112006065699892-pat00007
Figure 112006065699892-pat00007

다른 셀들은 스크램블링 코드(pseudo-random scrambling codes)를 이용하여 격리된다고 가정한다. 또한, 간섭하는 기지국들은 M 사용가능한 부반송파 중에 그들의 전송 파워를 공평하게(evenly) 나눈다고 가정한다. 따라서 기지국 파워의 일부(fraction)인 L/M이 결국 사용자 i와 간섭한다. 이 경우에 셀간 간섭 파워는 다음과 같이 나타낼 수 있다.The other cells are assumed to be isolated using pseudo-random scrambling codes. In addition, it is assumed that interfering base stations divide their transmission power evenly among the M usable subcarriers. Thus, L / M, which is a fraction of the base station power, eventually interferes with user i. In this case, the intercell interference power can be expressed as follows.

Figure 112006065699892-pat00008
Figure 112006065699892-pat00008

여기서, T는 동일한 L 부반송파를 공유하는 기지국의 수이다.Here, T is the number of base stations sharing the same L subcarrier.

상기 모델들을 수학식 1에 결합하면, SINR은 다음 수학식 3과 같이 나타낼 수 있다.When the models are combined with Equation 1, SINR may be expressed as Equation 3 below.

Figure 112006065699892-pat00009
Figure 112006065699892-pat00009

한편, 부반송파 링크 이득 {ξij ,l}을 독립적인 임의의 변수로 가정한다. 실제로 인접하는 부반송파상의 링크 이득은 상관되어(correlate) 있다고 할 수 있지만, 만약 기지국이 부반송파 간격(spacing)이 큰 방식으로 L 부반송파를 선택한다면 독립적이라는 가정은 유지될 수 있다. 주파수 영역 확산의 목적은 선택 기 법(selection technique)이 잘 정당화되도록 다이버시티 이득(diversity gain)을 얻는 것이다. On the other hand, it is assumed that the subcarrier link gain {ξ ij , l } as an independent arbitrary variable. In fact, the link gains on adjacent subcarriers may be correlated, but the assumption that the base station is independent if the base station selects the L subcarriers in such a way that the subcarriers spacing is large can be maintained. The purpose of frequency domain spreading is to obtain diversity gain so that the selection technique is well justified.

레일리 페이딩 채널에서 장기간 변동(ling term variation)을 무시한다면, 링크 이득은 지수 분포를 따른다고 가정할 수 있다. 분석을 간단히 하기 위해 다른 부반송파들의 링크 이득 {ξij ,l}은 거리에 따라 감쇄하고, 음영 페이딩(shadow fading)은 무시한다. 그러므로 링크 이득의 평균은

Figure 112006065699892-pat00010
이 된다. 여기서 dij는 기지국 i와 단말 j 사이의 거리이고, α≥2는 감쇠 지수(attenuation exponent)이고, k는 양의 변수이다.If we ignore the ling term variation in the Rayleigh fading channel, we can assume that the link gain follows the exponential distribution. To simplify the analysis, the link gain {ξ ij , l } of the other subcarriers is attenuated over distance, and shadow fading is ignored. Therefore, the average of link gain
Figure 112006065699892-pat00010
. Where d ij is the distance between the base station i and the terminal j, α ≧ 2 is an attenuation exponent, k is a positive variable.

분석의 편의상 정규화된 부반송파 이득

Figure 112006065699892-pat00011
을 고려한다. 누적된(cumulative) 확률 밀도 함수 ζij ,l은 다음과 같이 주어진다.Normalized subcarrier gain for ease of analysis
Figure 112006065699892-pat00011
Consider. The cumulative probability density function ζ ij , l is given by

Figure 112006065699892-pat00012
Figure 112006065699892-pat00012

Figure 112006065699892-pat00013
는 독립적이고 동일하게 분포되는(independent and identically distributed) 지수 분포이므로, 이들의 합은 다음 어랑-L 분포(Erlang-L distribution)를 나타낸다.
Figure 112006065699892-pat00013
Since is an independent and identically distributed exponential distribution, their sum represents the next Erlang-L distribution.

Figure 112006065699892-pat00014
Figure 112006065699892-pat00014

이제 수학식 2의 확률 밀도 함수는 다음 수학식 4와 같이 나타낼 수 있다.Now, the probability density function of Equation 2 can be expressed as Equation 4 below.

Figure 112006065699892-pat00015
Figure 112006065699892-pat00015

부반송파 링크 이득의 평균값은 다르지만, 전체로서(aggregate) 링크 이득은 하이퍼-기하급수적(hyperexponential) 분포를 따른다. The average value of the subcarrier link gains is different, but the aggregate link gains follow a hyper-exponential distribution.

이하에서는 중단 확률(Outage Probability)을 도출한다. Hereinafter, outage probability is derived.

기지국이 전방향 안테나(omni-directional antenna)를 가지고, 각 셀의 중심에 위치한다고 가정한다. 이하에서 단말이 목표 문턱값 γ> 0 보다 작은 SINR을 수신하는 확률을 분석한다. 채널에서 비트 에러 확률은 SINR의 단조롭게(monotonically) 감소하는 함수이다. 주어진 변조 및 코딩 방식에서 BER(bit error rate)가 어떤 최대 허용값보다 커지는 SINR 문턱값 γ을 찾을 수 있다. 이 상황을 중단(outage)라 한다. 즉 중단 확률은 사용자가 원하는 데이터를 얻지 못할 확률을 말하며, 낮을수록 시스템 성능이 좋다고 할 수 있다.It is assumed that the base station has an omni-directional antenna and is located at the center of each cell. Hereinafter, the UE analyzes the probability of receiving an SINR smaller than the target threshold γ> 0. The bit error probability in the channel is a monotonically decreasing function of the SINR. We can find the SINR threshold γ where the bit error rate (BER) is greater than some maximum allowable value for a given modulation and coding scheme. This situation is called outage. In other words, the probability of interruption is the probability that the user does not get the desired data. The lower the probability, the better the system performance.

이제 셀내 간섭을 고려한 중단 확률을 도출하는 것을 구체적으로 설명한다. 셀간 간섭 Iinter ,i을 상수(constant)로 가정한다. 이는 격리된 셀(isolated cell)의 경우이다. 상가 수학식 1 내지 4로부터 중단 확률은 다음 수학식 5와 같이 나타낼 수 있다.It will now be described in detail to derive an interruption probability in consideration of intra-cell interference. Assume that inter- cell interference I inter , i is constant. This is the case for isolated cells. The stopping probabilities from the additive equations (1) to (4) can be expressed by the following equation (5).

Figure 112006065699892-pat00016
Figure 112006065699892-pat00016

Figure 112006065699892-pat00017
Figure 112006065699892-pat00017

Figure 112006065699892-pat00018
Figure 112006065699892-pat00018

Figure 112006065699892-pat00019
Figure 112006065699892-pat00019

만약 Iinter ,i를 무시하면, 수학식 5는 하나의 셀 시스템에서 중단 확률을 정의한다. QL>M로 가정하므로, SINR은 음이 아닌

Figure 112006065699892-pat00020
을 상한으로 제한된다. 선택적으로, 주어진 문턱값 γ에 따라 P → ∞ 일 때 뒷받침되는 최대 사용자 수를 찾을 수 있다. 이를 시스템의 극용량(pole capacity)이라 하고, Qpole 로 표시한다. 주어진 문턱값 γ에 대한 극용량은
Figure 112006065699892-pat00021
이다. 최대 SINR γmax와 극용량 Qpole 은 L의 감소 함수임을 쉽게 증명할 수 있다. 이는 단말 i의 하나 의 부반송파에 할당되는 파워
Figure 112006065699892-pat00022
가 L 에 반비례하기 때문이다. 이는 높은 데이터률 서비스를 위해서는 L을 작은 값으로 취해야 하는 것을 암시한다. θ 또한 주파수 영역 확산에 종속적이다. 일반적으로 주파수 영역 확산은 수신기에서 시간 영역 코드 직교성을 소실시킨다. 결과적으로 주파수 영역 확산은 θ을 증가시키고, 최대 SINR을 감소시킨다.If I inter , i is ignored, Equation 5 defines the stopping probability in one cell system. Assume QL> M, so SINR is not negative
Figure 112006065699892-pat00020
Is limited to the upper limit. Alternatively, we can find the maximum number of users supported when P → ∞ according to the given threshold γ. This is called the pole capacity of the system, denoted Q pole . The pole capacity for a given threshold γ is
Figure 112006065699892-pat00021
to be. It is easy to prove that the maximum SINR γ max and the pole capacity Q pole are reduction functions of L. This is the power allocated to one subcarrier of terminal i
Figure 112006065699892-pat00022
Is inversely proportional to L. This suggests that L should be taken as a small value for high data rate services. θ is also dependent on the frequency domain spread. In general, frequency-domain spreading results in loss of time-domain code orthogonality at the receiver. As a result, frequency domain spreading increases θ and decreases the maximum SINR.

도 2는 하나의 셀에서 문턱값 γ에 따른 중단 확률을 나타낸 그래프이다. 이는 기준 셀의 가장자리에 위치한 단말에 설정된 하나의 셀에서 3가지 다른 값 γ에 대한 중단 확률을 나타낸다. 2 is a graph showing the stopping probability according to the threshold γ in one cell. This represents the stopping probability for three different values γ in one cell set in the terminal located at the edge of the reference cell.

격리된 OFCDM 셀의 하향 링크를 고려한다. 101.5 MHz 대역폭을 N=768 부반송파로 나누고, 셀에 M = 64 부반송파가 사용된다고 한다. 이때 주파수 재사용은 K=12가 된다. 잡음 파워 스펙트랄 밀도(noise power spectral density)는 -175 dBm/Hz이고, 기지국의 전송 파워는 30 dBm이다. 셀 반지름은 1km로 가정한다. 모든 단말은 셀의 가장자리에 위치하고 동일한 데이터률(data rate)을 사용한다. 시간 영역 축소(dispreading) 전의 수신기에서 SINR은 -10dB가 필요하고, 이는 확산율 32 chips per bit에서 5dB SINR에 대응한다. 단말의 수 Q는 768이고, 시간 영역 확산 코드의 직교성 인자 θ는 0.1로 가정한다.

Figure 112006065699892-pat00023
에서, k=1, α=4를 사용한다.Consider the downlink of an isolated OFCDM cell. Divide the 101.5 MHz bandwidth by N = 768 subcarriers and use M = 64 subcarriers in the cell. At this time, the frequency reuse becomes K = 12. The noise power spectral density is -175 dBm / Hz, and the transmit power of the base station is 30 dBm. The cell radius is assumed to be 1 km. All terminals are located at the edge of the cell and use the same data rate. In the receiver before time domain dispreading, SINR is needed -10dB, which corresponds to 5dB SINR at 32 chips per bit spread rate. The number Q of terminals is 768, and the orthogonality factor θ of the time-domain spreading code is assumed to be 0.1.
Figure 112006065699892-pat00023
K = 1 and α = 4 are used.

도 2를 참조하면, 주어진 SINR 문턱값 -15dB, -10dB, -5dB에 대해, 대응하는 최적의 주파수 영역 확산율 L은 각각 7, 2, 1이다. Referring to Figure 2, for a given SINR threshold of -15 dB, -10 dB, -5 dB, the corresponding optimal frequency-domain spreading rate L is 7, 2, 1, respectively.

주파수 영역 확산은 시스템의 성능에 긍정적인 면과 부정적인 면을 준다. 주파수 영역 확산은 깊은 페이딩 딥(fading dip)의 확률을 차례로 감소시키는 몇몇 부반송파의 페이딩을 평균하여 주파수 다이버시티 이득을 증가시킨다. 그러나 주파수 영역 확산은 또한 셀내 간섭과 수신기 측의 잡음을 증가시켜 최대로 얻을 수 있는 SINR을 감소시킨다. 도 2에 나타난 바와 같이, 높은 SINR에 대해 주파수 영역 확산은 시스템 용량에 부정적인 영향을 미친다. 반면에 낮은 SINR에 대해 주파수 영역 확산은 부정적인 면을 만회할 정도의 다이버시티 이득을 주고, 최적 주파수 확산율은 1 보다 크다. Frequency-domain spreading gives both positive and negative aspects to the performance of the system. Frequency domain spreading increases the frequency diversity gain by averaging the fading of some subcarriers, which in turn reduces the probability of deep fading dips. However, frequency-domain spreading also increases the intra-cell interference and receiver-side noise, reducing the maximum possible SINR. As shown in FIG. 2, for high SINR, frequency domain spreading negatively affects system capacity. On the other hand, for low SINR, frequency-domain spreading gives a diversity gain that makes up for the negative side, and the optimum frequency spreading ratio is greater than one.

이하에서는 지금까지의 가정을 바꾸어서 셀간 간섭을 고려한다. 수학식 5에서 다음과 같은 임의의 변수 zi를 정의한다.In the following, the inter-cell interference is considered by changing the assumptions made so far. In Equation 5, an arbitrary variable z i is defined as follows.

Figure 112006065699892-pat00024
Figure 112006065699892-pat00024

여기서,

Figure 112006065699892-pat00025
이다.here,
Figure 112006065699892-pat00025
to be.

γ<γmax로 가정하면, 수학식 5를 다음 수학식 6과 같이 나타낼 수 있다.Assuming γ <γ max , Equation 5 may be expressed as Equation 6 below.

Figure 112006065699892-pat00026
Figure 112006065699892-pat00026

Figure 112006065699892-pat00027
를 임의 변수 z의 모멘트 발생 함수(moment generating function)라 한다. t에 대한 Γz(t)의 l번째 미분을
Figure 112006065699892-pat00028
라 한다.
Figure 112006065699892-pat00027
Is the moment generating function of the arbitrary variable z. Find the lth derivative of Γ z (t) with respect to t
Figure 112006065699892-pat00028
It is called.

중단 확률

Figure 112006065699892-pat00029
은 zi에 대해 수학식 6의 예측을 고려하여 얻을 수 있다. 주어진 zi의 모멘트 발생 함수에 대해 다음 수학식 7과 같이 나타낼 수 있다.Interruption probability
Figure 112006065699892-pat00029
Can be obtained by considering the prediction of Equation 6 with respect to z i . The moment generating function of z i can be expressed as Equation 7 below.

Figure 112006065699892-pat00030
Figure 112006065699892-pat00030

링크 이득은 L 독립적인 레일리 페이딩 주파수 채널 상에서 평균한다고 가정한다. 이 경우에 링크 이득은 어랑-L 분포(Erlang-L distribution)를 따르는 것으로 할 수 있다. 임의 변수 gij에 대한 모멘트 발생 함수는 다음과 같이 나타낼 수 있다.Assume the link gain is averaged over the L independent Rayleigh fading frequency channel. In this case, the link gain may be based on the Erlang-L distribution. The moment generating function for the arbitrary variable g ij can be expressed as

Figure 112006065699892-pat00031
Figure 112006065699892-pat00031

Iinter ,i는 독립적인 임의 변수의 합으로 구성되므로, 다음과 나타낼 수 있다.Since I inter , i consists of the sum of independent arbitrary variables, it can be expressed as follows.

Figure 112006065699892-pat00032
Figure 112006065699892-pat00032

그러므로, zi의 전체적인 모멘트 발생 함수는 다음과 같다.Therefore, the overall moment generating function of z i is

Figure 112006065699892-pat00033
Figure 112006065699892-pat00033

상기 식의 미분은 다음 귀납(recursion)을 통해 풀 수 있다.The derivative of the above equation can be solved through the following recursion.

Figure 112006065699892-pat00034
Figure 112006065699892-pat00034

여기서,

Figure 112006065699892-pat00035
이다.here,
Figure 112006065699892-pat00035
to be.

주파수 재사용 K의 효과를 검토하기 위해, 대규모 네트워크를 검토할 필요가 있다. 기지국의 수가 증가할수록(T→∞), 중심 극한 정리(central limit theorem)에 의하면 임의 변수 Iinter ,i(T)가 가우시안 임의 변수(Gaussian random variable)로 접근한다. Iinter ,i(T)의 예측값과 변동(variance)은 다음 각각과 같다.To examine the effects of frequency reuse K, it is necessary to review large networks. As the number of base stations increases (T → ∞), according to the central limit theorem, the random variable I inter , i (T) approaches a Gaussian random variable. The predicted value and variance of I inter , i (T) are as follows.

Figure 112006065699892-pat00036
Figure 112006065699892-pat00036

Figure 112006065699892-pat00037
Figure 112006065699892-pat00037

만약 Iinter ,i가 가우시안 분포를 따른다면, z도 가우시안 분포를 따른다. μ 를 z의 평균, σ을 z의 표준 편차(standard deviation)라 한다. 결과적으로 다음 식들을 얻을 수 있다.If I inter , i follows a Gaussian distribution, z also follows a Gaussian distribution. μ is the mean of z, and σ is the standard deviation of z. As a result, the following equations can be obtained.

Figure 112006065699892-pat00038
Figure 112006065699892-pat00038

Figure 112006065699892-pat00039
Figure 112006065699892-pat00039

가우시안 분포되는 임의 함수의 모멘트 발생 함수는 다음과 같다.The moment generating function of the Gaussian distributed random function is

Figure 112006065699892-pat00040
Figure 112006065699892-pat00040

수학식 7을 풀기 위해서는 모멘트 발생 함수의 미분이 필요하다. 이를 위해서는 다음과 같은 간단한 반복을 제안할 수 있다.In order to solve Equation 7, the derivative of the moment generating function is required. For this purpose, the following simple repetition can be proposed.

Figure 112006065699892-pat00041
Figure 112006065699892-pat00041

Figure 112006065699892-pat00042
Figure 112006065699892-pat00042

Figure 112006065699892-pat00043
Figure 112006065699892-pat00043

다중 셀 시스템을 고려한다. 최악의 조건인 사용자가 중심 셀의 가장자리에 위치한 경우를 가정한다. R는 셀 반지름이고, D는 기지국에서 첫번째 tier의 간섭자 간의 거리라 한다. 링크 이득을

Figure 112006065699892-pat00044
과 같이 정규화한다. 이 경우에 잡음은 인수 Rα로 곱해진다. 예측되는 간섭은 다음과 같다.Consider a multi-cell system. Assume that the worst case user is located at the edge of the center cell. R is the cell radius and D is the distance between the interferers of the first tier at the base station. Link gain
Figure 112006065699892-pat00044
Normalize as In this case the noise is multiplied by the factor R α . The predicted interference is as follows.

Figure 112006065699892-pat00045
Figure 112006065699892-pat00045

이는 α>2 인 경우에 수렴한다(converge). 변동(variance)은 다음과 같다.This converges when α> 2. The variance is

Figure 112006065699892-pat00046
Figure 112006065699892-pat00046

이는 α> 1 인 경우에 수렴한다.This converges when α> 1.

이하에서는 시뮬레이션 결과에 대하여 설명한다.Hereinafter, the simulation result will be described.

OFCDM 시스템의 하향링크를 고려한다. 101.5 MHz 대역폭을 N=768 부반송파로 나누고, 잡음 파워 스펙트랄 밀도(noise power spectral density)는 -175 dBm/Hz이고, 기지국의 전송 파워는 30 dBm이다. 셀 반지름은 1km로 가정한다. 모든 단말은 셀의 가장자리에 위치하고 동일한 데이터률을 사용한다. 시간 영역 축소 전의 수신기에서 SINR은 -10dB가 필요하고, 이는 확산율 32 chips per bit에서 5dB SINR에 대응한다. Consider the downlink of the OFCDM system. The 101.5 MHz bandwidth is divided by N = 768 subcarriers, the noise power spectral density is -175 dBm / Hz, and the transmission power of the base station is 30 dBm. The cell radius is assumed to be 1 km. All terminals are located at the edge of the cell and use the same data rate. In the receiver before the time domain reduction, SINR is required -10dB, which corresponds to 5dB SINR at 32 chips per bit spread rate.

도 3은 Q=768일 때 주파수 영역 확산율 L에 따른 중단 확률을 나타낸 그래프이다. 도 4는 Q=512일 때 주파수 영역 확산율 L에 따른 중단 확률을 나타낸 그래프이다. 도 5는 Q=256일 때 주파수 영역 확산율 L에 따른 중단 확률을 나타낸 그래프이다. 3 is a graph showing the stopping probability according to the frequency-domain spreading rate L when Q = 768. 4 is a graph showing the stopping probability according to the frequency-domain spreading rate L when Q = 512. 5 is a graph showing the stopping probability according to the frequency-domain spreading rate L when Q = 256.

중단 확률은 수학식 7을 사용한다. Q가 클수록 통신량이 많으므로, Q=768은 많은 통신량(heavy traffic), Q=512는 중간 통신량(medium traffic), Q=256은 적은 통신량(light traffic)으로 볼 수 있다. 결과는 γQ에 대해 거의 변화가 없다. 따라서 통신량은 Q를 고정시키고 γ를 달리하여 변화시킬 수 있다. 예를 들어 많은 통신량은 Q=256, γ=-5dB, 중간 통신량은 Q=256, γ=-7dB로 할 수 있다.The probability of interruption uses Equation 7. Since larger Q results in more traffic, Q = 768 is heavy traffic, Q = 512 is medium traffic, and Q = 256 is light traffic. The results show little change for γQ. Therefore, the communication amount can be changed by fixing Q and changing γ. For example, a large amount of communication may be Q = 256, γ = -5dB, and an intermediate communication amount may be Q = 256 and γ = -7dB.

도 3 내지 5를 참조하면, 중단 확률은 주파수 재사용이 K=9 일 때 최소화된다. 그러나 최적의 주파수 영역 확산은 통신량에 민감하다. 많은 통신량에 대해 L=2, 중간 통신량에 대해 L=3, 적은 통신량에 대해 L=6 이다. 이는 L의 함수로서 간섭이 선형적으로 비례하기(scale) 때문이다. 작은 L에 대해 다중 경로 다이버시티의 긍정적인 효과가 간섭이 증가하는 불리한 점을 극복하지만, 커다란 L에 대해 간섭이 우세하게 된다. K가 작을수록 최적의 L도 작아진다. K=1인 경우에, L=1이 많은 통신량에서 최적의 선택이라 할 수 있다.3 to 5, the stopping probability is minimized when the frequency reuse is K = 9. However, optimal frequency domain spreading is sensitive to traffic. L = 2 for high traffic, L = 3 for medium traffic and L = 6 for low traffic. This is because interference as a function of L scales linearly. Although the positive effect of multipath diversity on small Ls overcomes the disadvantage of increased interference, interference prevails on large Ls. The smaller K, the smaller the optimal L. In the case of K = 1, L = 1 can be said to be an optimal choice in high traffic volume.

시뮬레이션 결과는 주파수 재사용 K에 대한 최적값도 제시한다. K가 클수록, 셀간 간섭은 무시할만하게 되지만, 셀내 간섭은 우세하게 된다. 부반송파가 적을수록 더 많은 단말이 부반송파를 공유하고, 셀내 간섭은 더 커진다. 작은 K에 대해 그 효과는 반대가 된다. 셀당 수율(throughput)은

Figure 112006065699892-pat00047
이고, 반송파당 수율은
Figure 112006065699892-pat00048
이다. 상기 결과로부터 주파수 재사용은 반송파의 수를 줄어들게 하지만 반송파당 수율을 증가시킬 수 있다는 것을 알 수 있다. 또한, 셀 수율을 최대화하는 최적의 주파수 재사용이 있다. 검토한 결과에 따르면 K=12가 중단 확률을 최소화하고 수율을 최대화하는 면에서 최적이다. 또한, K=9 가 거의 동일한 성능을 나타낸다.The simulation results also give an optimal value for the frequency reuse K. The larger K is, the more negligible the intercell interference is, but the intracell interference is predominant. The fewer subcarriers, the more terminals share subcarriers and the greater the intra-cell interference. For small K the effect is reversed. The yield per cell is
Figure 112006065699892-pat00047
Yield per carrier
Figure 112006065699892-pat00048
to be. From the above results, it can be seen that frequency reuse reduces the number of carriers but can increase the yield per carrier. In addition, there is an optimal frequency reuse that maximizes cell yield. Based on the review, K = 12 is optimal for minimizing the probability of downtime and maximizing yield. Also, K = 9 shows almost the same performance.

이하에서는 주파수 자원 할당 방법에 대하여 설명한다. 기지국은 현재의 로드(load)에 따라 주파수 재사용을 결정할 수 있다. 또한, OFCDM 시스템의 경우 주파수 재사용과 주파수 영역 확산율을 최적의 조합으로 결정할 수 있다.Hereinafter, a frequency resource allocation method will be described. The base station may determine frequency reuse according to the current load. In the case of the OFCDM system, frequency reuse and frequency domain spreading ratio can be determined as an optimal combination.

도 6은 다중 셀 환경의 예를 나타낸다. 7개의 셀을 나타내고 있으나, 셀의 수는 제한이 없고, 7개보다 많거나 작을 수 있다. 하나의 셀에는 하나의 기지국이 배치되고, 다수의 단말이 위치할 수 있다. 다중 셀 환경에서 최적의 주파수 재사용과 주파수 대역 확산률을 유동적으로 할당한다.6 shows an example of a multi-cell environment. Although seven cells are shown, the number of cells is not limited and may be more or less than seven. One base station is disposed in one cell, and a plurality of terminals may be located. In the multi-cell environment, optimal frequency reuse and frequency spreading are allocated flexibly.

도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 주파수 자원 할당 방법을 나타낸 순서도이다.7 is a flowchart illustrating a frequency resource allocation method according to an embodiment of the present invention.

도 7을 참조하면, 먼저 주파수 재사용 K를 결정한다(S110). 주파수 재사용은 다중셀 환경에서 기지국의 부하(load)를 고려하여 결정할 수 있다. 이때 전체 시스템 대역폭을 N이라 하면, M은 셀 내의 사용가능한 부반송파 수 M = N/K 이다.Referring to FIG. 7, first, frequency reuse K is determined (S110). Frequency reuse may be determined in consideration of the load of a base station in a multicell environment. If the total system bandwidth is N, then M is the number of usable subcarriers M = N / K in the cell.

주파수 영역 확산율을 결정하기 위해 기지국은 다음 수학식 8에 의한 주파수 영역에서 초기 확산율 Lb을 계산한다(S120). 초기 확산율 Lb은 이하에서 최적의 확산율을 구하기 위한 상한치(upper limit)가 된다.In order to determine the frequency domain spreading rate, the base station calculates an initial spreading rate L b in the frequency domain according to Equation 8 (S120). The initial diffusion rate L b is an upper limit for obtaining an optimum diffusion rate below.

Figure 112006065699892-pat00049
Figure 112006065699892-pat00049

여기서, Q는 셀 내의 활동 단말의 수, ω는 활동 단말들의 평균 전송 속도이다. Where Q is the number of active terminals in the cell and ω is the average transmission rate of the active terminals.

초기 확산율 Lb을 기초로 중단 확률이 최저가 되는 유효 주파수 영역 확산율 Leffective 을 찾는다(S130). 구해진 초기 확산율을 기준으로 셀 내의 중단 확률이 최소화하는 방향으로 주파수 영역 확산율을 감소 또는 증가시킨다. 즉 도 3 내지 5에 나타난 바와 같이 중단 확률은 주파수 영역 확산율의 함수이다. 주파수 재사용 K는 미리 결정되어 있으므로 주파수 영역 확산율을 이동하면서, 중단 확률이 최소로 되는 주파수 영역 확산율을 찾을 수 있다. 중단 확률이 최소로 되는 주파수 영역 확산율을 유효 주파수 영역 확산율을 Leffective 라 한다. Based on the initial spreading rate L b , the effective frequency domain spreading rate L effective having the lowest probability of interruption is found (S130). Based on the obtained initial spreading rate, the frequency-domain spreading rate is decreased or increased in a direction that minimizes the probability of interruption in the cell. That is, as shown in Figs. 3 to 5, the stopping probability is a function of the frequency domain spreading rate. Since the frequency reuse K is predetermined, it is possible to find a frequency domain spreading rate at which the probability of interruption is minimized while moving the frequency spreading rate. The frequency-domain spreading rate at which the probability of interruption is minimized is called L effective .

기지국은 주파수 재사용 K와 유효 주파수 영역 확산율 Leffective 이 현재 시스템의 성능에서 최적인지 여부를 판단한다(S140). 최적 여부는 최소 중단 확률이 설정된 문턱값 이하인지 여부를 통해 판단할 수 있다. 즉 최소 중단 확률이 설정값 이하이면 최적으로 판단한다. 또는 최적 여부는 반송파당 수율이 설정값 이상인지 여부 등을 통해 판단할 수 있다. 최적이 아니라면, 새로운 주파수 재사용 K를 결정하여 단계 S110 부터 다시 시작하여 새로운 유효 주파수 영역 확산율 Leffective 을 구 한다.The base station determines whether the frequency reuse K and the effective frequency domain spreading rate L effective are optimal in the performance of the current system (S140). The optimality may be determined based on whether the minimum interrupt probability is less than or equal to a set threshold. In other words, it is optimally determined if the minimum interruption probability is less than or equal to the set value. Alternatively, the optimum may be determined based on whether the yield per carrier is greater than or equal to a set value. If not optimal, a new frequency reuse K is determined and the new effective frequency domain spreading ratio L effective is obtained starting from step S110.

주파수 재사용 K와 유효 주파수 영역 확산율 Leffective 이 최적이라면, 이를 시스템에 적용한다(S150). If the frequency reuse K and the effective frequency domain spreading ratio L effective are optimal, this is applied to the system (S150).

즉 본 발명에 의하면 동적으로 주파수 재사용을 할당하여 다중 셀 환경에서 효율적인 간섭 제어를 통해 주파수 효율을 극대화할 수 있다. 하나의 링크 레벨에서의 효율성뿐만 아니라 다수의 링크 레벨에서의 효율성을 고려하여 주파수 자원을 할당한다. 단말에서의 귀환(feedback)이 필요없이 기지국에서 동적으로 주파수 재사용이나 주파수 영역 확산율을 결정할 수 있으므로 추가적인 전송 부하가 걸리지 않는다. That is, according to the present invention, frequency reuse can be dynamically allocated to maximize frequency efficiency through efficient interference control in a multi-cell environment. Frequency resources are allocated in consideration of efficiency at multiple link levels as well as efficiency at one link level. Since the base station can dynamically determine the frequency reuse or the frequency domain spreading rate without the need for feedback from the UE, no additional transmission load is applied.

상기는 주파수 재사용과 더불어 주파수 영역 확산율을 최적화하는 점에서 OFCDM에 적합한 방법이다. 이하에서는 OFDM/OFDMA 시스템에 주파수 자원 할당 방법을 설명한다. OFDM/OFDMA 시스템은 주파수 영역이나 시간 영역으로 심벌을 확산시키지 않는다. 따라서 주파수 영역 확산율이 L = 1로 고정된다고 할 수 있다.The above method is suitable for OFCDM in that frequency reuse is optimized in addition to frequency reuse. Hereinafter, a frequency resource allocation method for an OFDM / OFDMA system will be described. OFDM / OFDMA systems do not spread symbols in the frequency domain or the time domain. Therefore, it can be said that the frequency domain diffusion rate is fixed at L = 1.

도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 주파수 자원 할당 방법을 나타낸 순서도이다.8 is a flowchart illustrating a frequency resource allocation method according to another embodiment of the present invention.

도 8을 참조하면, 먼저 주파수 재사용 K를 결정한다(S210). 주파수 재사용은 다중셀 환경에서 기지국의 부하를 고려하여 결정할 수 있다. 이때 전체 시스템 대역폭을 N이라 하면, M은 셀 내의 사용가능한 부반송파 수 M = N/K 이다.Referring to FIG. 8, first, frequency reuse K is determined (S210). Frequency reuse may be determined in consideration of the load of the base station in a multicell environment. If the total system bandwidth is N, then M is the number of usable subcarriers M = N / K in the cell.

확산율 L=1로 두고, 중단 확률을 계산한다(S220). 구해진 중단 확률을 기초 로 최적인지 여부를 판단한다(S230). 최적 여부는 중단 확률이 설정된 문턱값 이하인지 여부를 통해 판단할 수 있다. 즉 중단 확률이 설정값 이하이면 최적으로 판단한다. 또는 최적 여부는 반송파당 수율이 설정값 이상인지 여부 등을 통해 판단할 수 있다. 최적이 아니라면, 새로운 주파수 재사용 K를 결정하여 단계 S210 부터 다시 시작하여 최적 여부를 판단한다. 주파수 재사용 K이 최적이라면, 이를 시스템에 적용한다(S240).Set the diffusion rate L = 1 and calculate the probability of interruption (S220). It is determined whether or not it is optimal based on the obtained stopping probability (S230). The optimality may be determined based on whether the probability of interruption is less than or equal to a set threshold. In other words, it is optimally determined if the probability of interruption is less than or equal to the set value. Alternatively, the optimum may be determined based on whether the yield per carrier is greater than or equal to a set value. If not optimal, a new frequency reuse K is determined and started again from step S210 to determine whether it is optimal. If the frequency reuse K is optimal, it is applied to the system (S240).

도 9는 서브셀로 나누어진 싱글 셀의 예를 나타낸다.9 shows an example of a single cell divided into subcells.

도 9를 참조하면, 하나의 셀은 내부로 여러 개의 서브셀(C1, C2, C3)로 분할된다. 가장 내부의 셀을 제1 서브셀(C1)이라 하고, 외부로 갈수록 제2 서브셀(C2), 제3 서브셀(C3)이라 한다. Referring to FIG. 9, one cell is divided into several subcells C1, C2, and C3. The innermost cell is referred to as a first subcell C1, and is referred to as a second subcell C2 and a third subcell C3.

하나의 셀을 3개의 서브셀로 나누었으나, 서브 셀의 수는 제한이 없으며 1개 이상일 수 있다. 서브셀의 크기나 형태는 다양하게 변형할 수 있으며 각 서브셀별로 크기나 형태를 달리할 수 있다. Although one cell is divided into three subcells, the number of subcells is not limited and may be one or more. The size or shape of the subcell may be variously modified, and the size or shape may be changed for each subcell.

각각의 서브셀(C1, C2, C3)에는 서로 다른 주파수 재사용을 사용할 수 있다. 이를 재사용 분할(reuse partitioning)이라 한다. 서브셀(C1, C2, C3)에 할당되는 주파수 재사용은 중단 확률을 이용하여 동적으로 최적의 값을 할당할 수 있다. 또한, 각 서브셀(C1, C2, C3)의 크기도 중단 확률을 통해 동적으로 최적의 값을 찾을 수 있다. 기지국은 동적으로 서브셀(C1, C2, C3)에 할당되는 주파수 재사용 또는 서브셀(C1, C2, C3)의 크기를 변경하여 시스템의 성능을 높일 수 있다.Different frequency reuse may be used for each of the subcells C1, C2, and C3. This is called reuse partitioning. The frequency reuse allocated to the subcells C1, C2, and C3 may dynamically allocate an optimal value using the stopping probability. In addition, the size of each subcell (C1, C2, C3) can also find the optimal value dynamically through the probability of interruption. The base station can increase the performance of the system by dynamically reusing the frequency allocated to the subcells C1, C2, and C3 or by changing the sizes of the subcells C1, C2, and C3.

예를 들어, 제1 서브셀(C1)의 주파수 재사용 K1을 1로 고정하고, 제2 서브셀(C2)의 주파수 재사용 K2를 1<K2<3 범위에서 유동적으로 할당하고, 제3 서브셀(C3)의 주파수 재사용 K3의 범위를 K3>3 범위에서 유동적으로 할당한다고 하자. 제2 서브셀(C2)의 주파수 재사용 K2를 정해진 범위 내에서 중단 확률이 최소가 되는 지점에서 찾는다. 제3 서브셀(C3)의 주파수 재사용 K3를 정해진 범위 내에서 중단 확률이 최소가 되는 지점에서 찾는다. 즉 본 발명에서는 하나의 셀을 다수의 영역으로 나누고, 중단 확률을 이용하여 영역별로 동적으로 최적의 주파수 재사용을 재할당함으로써 시스템의 성능을 높인다.For example, the frequency reuse K1 of the first subcell C1 is fixed to 1, the frequency reuse K2 of the second subcell C2 is flexibly allocated in the range of 1 <K2 <3, and the third subcell ( Assume that the frequency reuse K3 in C3) is flexibly allocated in the range K3> 3. The frequency reuse K2 of the second subcell C2 is found at a point where the interrupt probability becomes the minimum within a predetermined range. The frequency reuse K3 of the third subcell C3 is found at a point where the probability of interruption is minimized within a predetermined range. That is, in the present invention, one cell is divided into a plurality of regions, and the performance of the system is improved by dynamically reallocating the optimal frequency reuse for each region by using the probability of interruption.

주파수 재사용뿐만 아니라 OFCDM 시스템의 경우 각각의 서브셀(C1, C2, C3)에 주파수 재사용 및 주파수 영역 확산률을 동적으로 할당할 수 있다. 예를 들어, 제1 서브셀(C1)에 주파수 재사용 K1과 주파수 영역 확산률 L1을 할당하고, 제2 서브셀(C2)에 주파수 재사용 K2와 주파수 영역 확산률 L2를 할당하고, 제3 서브셀(C3)에 주파수 재사용 K3와 주파수 영역 확산률 L3를 할당한다고 하자. 수학식 8을 이용하여 각 서브셀(C1, C2, C3) 마다 초기 확산률을 계산한다. 구해진 초기 확산률을 기준으로 셀 내의 중단 확률이 최소화하는 방향으로 주파수 영역 확산률을 이동시키면서, 중단 확률이 최소화되는 유효 주파수 영역 확산률을 찾는다. 시스템의 성능에 따라 주파수 재사용과 유효 주파수 영역 확산률을 바꾸어 가며, 최적의 값을 찾는다. 구해진 값들을 통해 각 서브셀(C1, C2, C3)의 주파수 재사용과 주파수 영역 확산률을 동적으로 할당한다. 본 발명에서는 하나의 셀을 다수의 영역으로 나누고, 중단 확률을 이용하여 영역별로 동적으로 최적의 주파수 재사용 및 주파수 영역 확산률을 재할당함으로써 시스템의 성능을 높인다.In addition to frequency reuse, the OFCDM system can dynamically allocate frequency reuse and frequency domain spreading rate to each of the subcells C1, C2, and C3. For example, the frequency reuse K1 and the frequency domain spreading rate L1 are allocated to the first subcell C1, the frequency reuse K2 and the frequency domain spreading rate L2 are allocated to the second subcell C2, and the third subcell is allocated. Assume that (C3) allocates frequency reuse K3 and frequency-domain spreading rate L3. Using Equation 8, the initial diffusion rate is calculated for each subcell C1, C2, C3. Based on the obtained initial spreading rate, the effective frequency domain spreading rate is minimized while the frequency spreading rate is shifted in the direction of minimizing the probability of stopping in the cell. Depending on the performance of the system, the frequency reuse and the effective frequency domain spreading rate are changed to find the optimal value. Through the obtained values, frequency reuse and frequency domain spreading ratio of each subcell C1, C2, and C3 are dynamically allocated. In the present invention, the performance of the system is improved by dividing one cell into a plurality of regions and reallocating optimal frequency reuse and frequency region spread ratio dynamically for each region by using the probability of interruption.

도 10은 서브셀로 나누어진 다중 셀의 예를 나타낸다.10 shows an example of multiple cells divided into subcells.

도 10을 참조하면, 하나의 셀은 내부로 여러 개의 서브셀로 분할된다. 다중 셀 환경하에서도 각 셀을 서브셀로 분할하고, 각 서브셀에 대하여 최적의 주파수 재사용 또는 주파수 영역 확산률을 동적으로 할당할 수 있다.Referring to FIG. 10, one cell is divided into several subcells. Even under a multi-cell environment, each cell may be divided into subcells, and an optimal frequency reuse or frequency domain spreading rate may be dynamically allocated to each subcell.

도 11은 섹터별로 나누어진 싱글 셀의 예를 나타낸다.11 shows an example of a single cell divided by sector.

도 11을 참조하면, 하나의 셀은 방사상으로(radially) 여러 개의 섹터(E1, E2, E3)로 분할된다. 하나의 셀을 3개의 섹터로 나누었으나, 섹터의 수는 제한이 없으며 1개 이상일 수 있다. 섹터의 크기나 형태는 다양하게 변형할 수 있으며 각 섹터 별로 크기나 형태를 달리할 수 있다.Referring to FIG. 11, one cell is radially divided into several sectors E1, E2, and E3. Although one cell is divided into three sectors, the number of sectors is not limited and may be one or more. The size or shape of a sector may vary, and the size or shape may vary for each sector.

각각의 섹터(E1, E2, E3)에는 서로 다른 주파수 재사용을 사용할 수 있다. 섹터(E1, E2, E3)에 할당되는 주파수 재사용은 중단 확률을 이용하여 최적의 값을 찾을 수 있다. 기지국은 동적으로 각 섹터(E1, E2, E3)에 할당되는 주파수 재사용을 변경하여 시스템의 성능을 높일 수 있다.Different sector reuse may be used for each sector E1, E2, E3. Frequency reuse assigned to sectors E1, E2, E3 can find the optimal value using the probability of interruption. The base station can increase the performance of the system by dynamically changing the frequency reuse allocated to each sector (E1, E2, E3).

예를 들어, 제1 섹터(E1)의 주파수 재사용 K1을 1로 고정하고, 제2 섹터(E2)의 주파수 재사용 K2를 1<K2<3 범위에서 유동적으로 할당하고, 제3 섹터(E3)의 주파수 재사용 K3의 범위를 K3>3 범위에서 유동적으로 할당한다고 하자. 제2 섹터(E2)의 주파수 재사용 K2를 정해진 범위 내에서 중단 확률이 최소가 되는 지점에서 찾는다. 제3 섹터(E3)의 주파수 재사용 K3를 정해진 범위 내에서 중단 확률이 최소가 되는 지점에서 찾는다.For example, the frequency reuse K1 of the first sector E1 is fixed to 1, the frequency reuse K2 of the second sector E2 is flexibly allocated in the range of 1 <K2 <3, and the third sector E3 of Assume that the range of frequency reuse K3 is dynamically allocated in the range K3> 3. The frequency reuse K2 of the second sector E2 is found at a point where the interruption probability is minimum within a predetermined range. The frequency reuse K3 of the third sector E3 is found at the point where the probability of interruption is minimized within a predetermined range.

주파수 재사용뿐만 아니라 OFCDM 시스템의 경우 각각의 섹터(E1, E2, E3)에 주파수 재사용 및 주파수 영역 확산률을 동적으로 할당할 수 있다. 예를 들어, 제1 섹터(E1)에 주파수 재사용 K1과 주파수 영역 확산률 L1을 할당하고, 제2 섹터(E2)에 주파수 재사용 K2와 주파수 영역 확산률 L2를 할당하고, 제3 섹터(E3)에 주파수 재사용 K3와 주파수 영역 확산률 L3를 할당한다고 하자. 수학식 8을 이용하여 각 섹터(E1, E2, E3) 마다 초기 확산률을 계산한다. 구해진 초기 확산률을 기준으로 셀 내의 중단 확률이 최소화하는 방향으로 주파수 영역 확산률을 이동시키면서, 중단 확률이 최소화되는 유효 주파수 영역 확산률을 찾는다. 시스템의 성능에 따라 주파수 재사용과 유효 주파수 영역 확산률을 바꾸어 가며, 최적의 값을 찾는다. 구해진 값들을 통해 각 섹터(E1, E2, E3)의 주파수 재사용과 주파수 영역 확산률을 동적으로 할당한다.In addition to frequency reuse, in the case of the OFCDM system, frequency reuse and frequency domain spreading rate can be dynamically allocated to each sector E1, E2, and E3. For example, the frequency reuse K1 and the frequency domain spreading rate L1 are allocated to the first sector E1, the frequency reuse K2 and the frequency domain spreading rate L2 are allocated to the second sector E2, and the third sector E3 is allocated. Suppose we assign frequency reuse K3 and frequency-domain spreading rate L3 to. Equation 8 is used to calculate the initial diffusion rate for each sector (E1, E2, E3). Based on the obtained initial spreading rate, the effective frequency domain spreading rate is minimized while the frequency spreading rate is shifted in the direction of minimizing the probability of stopping in the cell. Depending on the performance of the system, the frequency reuse and the effective frequency domain spreading rate are changed to find the optimal value. Through the obtained values, frequency reuse and frequency domain spread ratio of each sector E1, E2, and E3 are dynamically allocated.

도 12는 섹터별로 나누어진 다중 셀의 예를 나타낸다.12 shows an example of multiple cells divided by sector.

도 12를 참조하면, 하나의 셀은 방사상으로 여러 개의 섹터로 분할된다. 다중 셀 환경하에서도 각 셀을 섹터로 분할하고, 각 섹터에 대하여 최적의 주파수 재사용 또는 주파수 영역 확산률을 동적으로 할당할 수 있다.Referring to FIG. 12, one cell is radially divided into several sectors. Even in a multi-cell environment, each cell may be divided into sectors, and an optimal frequency reuse or frequency domain spreading rate may be dynamically allocated to each sector.

도 13은 서브셀 및 섹터별로 나누어진 싱글 셀의 예를 나타낸다.13 shows an example of a single cell divided by subcells and sectors.

도 13을 참조하면, 하나의 셀은 내부로 여러 개의 서브셀로 분할되고, 또한 방사상으로 여러 개의 섹터로 분할되어, 다수의 서브블록(B)을 형성한다. 여기서는 하나의 셀을 3개의 서브셀과 3개의 섹터로 나누어 총 9개의 서브블록(B)을 형성하고 있으나, 서브셀 또는 섹터의 수는 제한이 없으며, 서브 블록(B)의 수나 형태도 다양하게 바뀔 수 있다. 서브블록(B)의 크기나 형태는 다양하게 변형할 수 있으며 각 서브블록(B) 별로 크기나 형태를 달리할 수 있다.Referring to FIG. 13, one cell is divided into several subcells and radially divided into several sectors to form a plurality of subblocks (B). Here, one cell is divided into three subcells and three sectors to form a total of nine subblocks (B). However, the number of subcells or sectors is not limited, and the number and shape of the subblocks (B) may vary. Can be changed. The size or shape of the subblock B may be variously modified, and the size or shape may be different for each subblock B. FIG.

각각의 서브블록(B)에는 서로 다른 주파수 재사용을 동적으로 할당할 수 있다. 서브블록(B) 별로 할당되는 주파수 재사용은 중단 확률을 이용하여 최적의 값을 찾을 수 있다. 기지국은 동적으로 서브블록(B)에 할당되는 주파수 재사용을 변경하여 시스템의 성능을 높일 수 있다.Each subblock B may be dynamically allocated different frequency reuses. Frequency reuse allocated to each subblock (B) can find an optimal value using the stopping probability. The base station can increase the performance of the system by changing the frequency reuse dynamically allocated to the subblock (B).

각각의 서브블록(B)에는 서로 다른 주파수 재사용 및 주파수 영역 확산률을 동적으로 할당할 수 있다. 서브블록(B) 별로 할당되는 주파수 재사용 및 주파수 영역 확산률은 중단 확률을 이용하여 최적의 값을 찾을 수 있다. Each subblock B may be dynamically allocated different frequency reuse and frequency domain spreading rates. The frequency reuse rate allocated to each subblock (B) and the frequency domain spread ratio may be found to be optimal values using the stopping probability.

도 14는 서브셀 및 섹터별로 나누어진 다중 셀의 예를 나타낸다.14 shows an example of multiple cells divided by subcells and sectors.

도 14를 참조하면, 하나의 셀은 내부로 여러 개의 서브셀로 분할되고, 또한 방사상으로 여러 개의 섹터로 분할되어, 다수의 서브블록을 형성한다. 다중 셀 환경하에서도 각 셀을 서브블록으로 분할하고, 각 서브블록에 대하여 최적의 주파수 재사용 또는 주파수 영역 확산률을 동적으로 할당할 수 있다. Referring to FIG. 14, one cell is divided into several subcells and radially divided into several sectors to form a plurality of subblocks. Even in a multi-cell environment, each cell may be divided into subblocks, and an optimal frequency reuse or frequency domain spreading rate may be dynamically allocated to each subblock.

본 발명은 하드웨어, 소프트웨어 또는 이들의 조합으로 구현될 수 있다. 하드웨어 구현에 있어, 상술한 기능을 수행하기 위해 디자인된 ASIC(application specific integrated circuit), DSP(digital signal processing), PLD(programmable logic device), FPGA(field programmable gate array), 프로세서, 제어기, 마이크로 프로세서, 다른 전자 유닛 또는 이들의 조합으로 구현될 수 있다. 소프트웨어 구현에 있어, 상술한 기능을 수행하는 모듈로 구현될 수 있다. 소프트웨어는 메모리 유닛에 저장될 수 있고, 프로세서에 의해 실행된다. 메모리 유닛이나 프로세서는 당업자에게 잘 알려진 다양한 수단을 채용할 수 있다.The present invention may be implemented in hardware, software, or a combination thereof. (DSP), a programmable logic device (PLD), a field programmable gate array (FPGA), a processor, a controller, a microprocessor, and the like, which are designed to perform the above- , Other electronic units, or a combination thereof. In the software implementation, the module may be implemented as a module that performs the above-described function. The software may be stored in a memory unit and executed by a processor. The memory unit or processor may employ various means well known to those skilled in the art.

이상 본 발명에 대하여 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시켜 실시할 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 따라서 상술한 실시예에 한정되지 않고, 본 발명은 이하의 특허청구범위의 범위 내의 모든 실시예를 포함한다고 할 것이다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it will be understood by those skilled in the art that various changes and modifications may be made therein without departing from the spirit and scope of the invention. You will understand. Therefore, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and the present invention will include all embodiments within the scope of the following claims.

상기에서 상술한 바와 같이 본 발명에 의하면 효율적인 간섭 제어를 통해 주파수 효율을 극대화할 수 있다. 하나의 링크 레벨에서의 효율성뿐만 아니라 다수의 링크 레벨에서의 효율성을 고려하여 주파수 자원을 할당할 수 있다. 단말에서의 귀환(feedback)이 필요없이 기지국에서 주파수 재사용이나 주파수 영역 확산율을 결정함으로써 추가적인 전송 부하없이 주파수 자원을 동적으로 할당할 수 있다.As described above, according to the present invention, frequency efficiency can be maximized through efficient interference control. Frequency resources may be allocated in consideration of efficiency at multiple link levels as well as efficiency at one link level. A frequency resource can be dynamically allocated without additional transmission load by determining a frequency reuse or a frequency domain spreading rate at the base station without the need for feedback from the terminal.

Claims (8)

이동 통신 시스템에서 기지국에 의한 주파수 자원 할당 방법에 있어서,A method for allocating frequency resources by a base station in a mobile communication system, 상기 기지국에 의해 서비스가 제공되는 셀의 부하(load)에 따라 주파수 재사용(frequency reuse)을 결정하는 단계;Determining frequency reuse according to the load of the cell provided by the base station; 상기 셀에서의 중단 확률(outage probability)을 계산하는 단계; 및Calculating an outage probability in the cell; And 상기 주파수 재사용 및 상기 중단 확률에 기반하여 단말에 상기 셀의 주파수 자원을 할당하는 단계를 포함하되,Allocating a frequency resource of the cell to the terminal based on the frequency reuse and the probability of interruption, 상기 중단 확률은 상기 서비스에 가입된 사용자가 원하는 데이터를 얻지 못할 확률을 나타내고, 상기 주파수 재사용 및 상기 셀과 다른 셀간의 간섭에 기반하여 계산되는 것을 특징으로 하는 방법.The interrupt probability indicates a probability that a user subscribed to the service does not obtain desired data, and is calculated based on the frequency reuse and interference between the cell and another cell. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 중단 확률 Fγi(.)은 다음의 수학식에 의해 계산되는 것을 특징으로 하는 방법.The stopping probability F γ i (.) Is calculated by the following equation.
Figure 112012092244581-pat00064
Figure 112012092244581-pat00064
여기서, 상기 γ는 상기 셀에서의 신호대 간섭 및 잡음 비(signal-to-interference plus noise ratio; SINR) 문턱 값, 상기 L은 주파수 대역 확산율, 상기 Iinter,i는 상기 셀과 다른 셀간의 간섭을 나타내는 상수, 상기 Pr(.)은 확률 함수, 상기 gii는 링크 이득, 상기 Q는 셀 당 활동(active) 단말의 수, 상기
Figure 112012092244581-pat00065
는 상기 링크 이득의 평균, 상기 P는 상기 기지국의 파워, 상기 ν는 반송파 당 잡음 파워, 상기 θ는 시간 영역 확산 코드에서의 정규화된 인자(normalized orthogonality factor)로서 0과 1 사이의 값, 및 상기 M은 상기 기지국의 사용 가능한 부반송파.
Where γ is a signal-to-interference plus noise ratio (SINR) threshold in the cell , L is a frequency spreading rate, and I inter, i is interference between the cell and another cell A constant representing, wherein Pr (.) Is a probability function, g ii is a link gain, Q is the number of active terminals per cell, and
Figure 112012092244581-pat00065
Is an average of the link gain, P is the power of the base station, ν is the noise power per carrier, θ is a value between 0 and 1 as a normalized orthogonality factor in the time domain spreading code, and M is the usable subcarrier of the base station.
제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 중단 확률 Fγi(.)은 다음의 수학식에 의해 계산되는 것을 특징으로 하는 방법.The stopping probability F γ i (.) Is calculated by the following equation.
Figure 112012092244581-pat00066
Figure 112012092244581-pat00066
여기서, 상기 γ는 상기 셀에서의 신호대 간섭 및 잡음 비(signal-to-interference plus noise ratio; SINR) 문턱 값, 상기 L은 주파수 대역 확산율,
Figure 112012092244581-pat00067
는 zi에 대한 모멘트 발생 함수의 l차 도함수이고,
Where γ is a signal-to-interference plus noise ratio (SINR) threshold in the cell, L is a frequency spread spectrum,
Figure 112012092244581-pat00067
Is the l-th derivative of the moment generating function for z i ,
상기 zi
Figure 112012092244581-pat00068
, 상기 Q는 셀 당 활동(active) 단말의 수, 상기
Figure 112012092244581-pat00069
는 링크 이득의 평균, 상기 P는 상기 기지국의 파워, 상기 θ는 시간 영역 확산 코드에서의 정규화된 인자(normalized orthogonality factor)로서 0과 1 사이의 값, 및 상기 M은 상기 기지국의 사용 가능한 부반송파, Iinter,i는 상기 셀과 다른 셀간의 간섭을 나타내는 상수, 상기 ν는 반송파 당 잡음 파워.
Z i is
Figure 112012092244581-pat00068
Q is the number of active terminals per cell,
Figure 112012092244581-pat00069
Is the average of the link gain, P is the power of the base station, θ is a value between 0 and 1 as a normalized orthogonality factor in the time domain spreading code, and M is the available subcarrier of the base station, I inter, i is a constant representing interference between the cell and another cell, and ν is the noise power per carrier.
제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 주파수 자원을 할당하는 단계는Allocating the frequency resource 상기 중단 확률이 설정 값보다 큰 지를 확인하는 단계를 포함하되,Including checking whether the interruption probability is greater than a set value, 상기 중단 확률이 설정 값보다 큰 경우,If the probability of interruption is greater than the set value, 새로운 주파수 재사용을 결정하고,Determine new frequency reuse, 상기 새로운 주파수 재사용에 기반하여 새로운 중단 확률을 계산하고,Calculate a new probability of interruption based on the new frequency reuse, 상기 새로운 주파수 재사용 및 상기 새로운 중단 확률에 기반하여 상기 셀의 주파수 자원을 할당하는 것을 특징으로 하는 방법.Allocating frequency resources of the cell based on the new frequency reuse and the new interrupt probability. 이동 통신 시스템에서 주파수 자원을 할당하는 기지국에 있어서,A base station for allocating frequency resources in a mobile communication system, 주파수 재사용(frequency reuse) 및 상기 기지국에 의해 서비스가 제공되는 셀에서 상기 서비스에 가입된 사용자가 원하는 데이터를 얻지 못할 확률을 나타내는 중단 확률(outage probability)에 따라 단말에 주파수 자원을 할당하는 제어기;A controller for allocating frequency resources to a terminal according to frequency reuse and an outage probability indicating a probability that a user subscribed to the service does not obtain desired data in a cell provided by the base station; 상기 주파수 자원을 통해 상기 단말로부터 상향링크 신호를 수신하는 수신기; 및A receiver for receiving an uplink signal from the terminal through the frequency resource; And 상기 주파수 자원을 통해 상기 단말로 하향링크 신호를 전송하는 전송기를 포함하되, 상기 제어기는 And a transmitter for transmitting a downlink signal to the terminal through the frequency resource, wherein the controller 상기 셀의 부하(load)에 따라 상기 주파수 재사용을 결정하고,Determine the frequency reuse according to the load of the cell, 상기 주파수 재사용 및 상기 셀과 다른 셀간의 간섭에 기반하여 상기 중단 확률을 계산하는 것을 특징으로 하는 기지국.And calculating the interruption probability based on the frequency reuse and the interference between the cell and another cell. 삭제delete 삭제delete 삭제delete
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