KR101366309B1

KR101366309B1 - 광대역 무선통신 시스템에서 거리 기반 주파수 대역 선택장치 및 방법

Info

Publication number: KR101366309B1
Application number: KR1020070012460A
Authority: KR
Inventors: 이상민; 조면균; 정영호; 홍대식; 서우현
Original assignee: 연세대학교 산학협력단; 삼성전자주식회사
Priority date: 2007-02-07
Filing date: 2007-02-07
Publication date: 2014-02-25
Also published as: KR20080073813A

Abstract

본 발명은 광대역 무선통신 시스템에 관한 것으로, 기지국은, 셀 중심을 포함하는 제 1 구역에 위치한 단말로의 송신 신호를 인접 셀의 경계 지역에 위치한 단말이 사용하는 대역에 매핑하는 제 1 매핑부와, 셀 경계를 포함하는 제 2 구역에 위치한 단말로의 송신 신호를 셀에 할당된 대역에 매핑하는 제 2 매핑부와, 상기 제 1 구역 및 상기 제 2 구역의 중간인 제 3 구역에 위치한 단말로의 송신 신호를 고유 대역에 매핑하는 제 3 매핑부와, 상기 제 1 매핑부, 상기 제 2 매핑부, 상기 제 3 매핑부로부터의 신호를 송신하는 통신부를 포함하여, 셀 구역을 분리하여 구역에 따른 주파수 대역 사용 및 전력 제어를 수행함으로써, 시스템 전체 성능을 향상시킬 수 있다.

주파수 재사용률(FRF : Frequency Reuse Factor), 보강 구역(Boosted Zone), 전력 제어

Description

광대역 무선통신 시스템에서 거리 기반 주파수 대역 선택 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR SELLECTING FREQUENCY BAND BASED ON DISTANCE IN BROADBAND WIRELESS COMMUNICATION SYSTEM}

도 1은 종래의 RP(Reuse Partitioning) 기법에 따른 주파수 활용 방식을 개략적으로 도시하는 도면,

도 2는 종래의 SFR(Soft Frequency Reuse) 기법에 따른 주파수 활용 방식을 개략적으로 도시하는 도면,

도 3은 종래의 RP 기법 및 SFR 기법의 성능을 도시하는 도면,

도 4는 셀이 내부 구역과 외부 구역으로 이분된 경우 전력에 따른 채널 용량을 도시하는 도면,

도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 셀의 구역 구분을 도시하는 도면,

도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 주파수 활용 방식을 개략적으로 도시하는 도면,

도 7은 본 발명에 따른 광대역 무선통신 시스템에서 기지국의 블록 구성을 도시하는 도면,

도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 광대역 무선통신 시스템에서 기지국의 전 력 및 대역 제어 절차를 도시하는 도면, 및

도 9는 본 발명에 따른 주파수 활용 방식의 성능을 도시하는 도면.

본 발명은 광대역 무선통신 시스템에 관한 것으로, 특히 광대역 무선통신 시스템에서 주파수 대역을 효율적으로 사용하기 위한 장치 및 방법에 관한 것이다.

광대역 무선통신 시스템에서 기지국과 단말은 일정 주파수 대역을 사용하여 통신을 수행한다. 이때, 주파수 재사용율(FRF : Frequency Reuse Factor)에 따라 각 셀은 동일한 주파수 대역을 사용할 수도 있고, 상이한 주파수 대역을 사용할 수도 있다. 상기 각 셀이 동일한 주파수 대역을 사용하는 경우에는, 상기 각 셀이 넓은 대역을 사용할 수 있지만, 인접 셀로부터의 간섭이 존재하게 된다. 반면, 상기 각 셀이 사용하는 주파수 대역이 다양할수록, 상기 인접 셀로부터의 간섭이 감소한다. 하지만, 제한된 대역을 나누어 사용하게 되므로, 상기 각 셀은 상대적으로 좁은 대역을 사용해야 한다.

따라서, 상기 주파수 대역의 운용 방식은 전체 시스템의 성능에 큰 영향을 미친다. 더욱이, 각 셀 간에 일정 주파수 대역을 분배하는 문제뿐만 아니라, 하나의 셀 내에서도 구역에 따라 주파수 대역을 어떻게 활용하느냐에 따라 상기 전체 시스템의 성능이 달라질 수 있다. 상기 주파수 대역의 효율적인 활용을 위해 제안 되어있는 종래의 기술은 다음과 같다.

도 1은 종래의 RP(Reuse Partitioning) 기법에 따른 주파수 활용 방식을 개략적으로 도시하고 있다.

상기 RP 기법은 셀 내부를 두 개 이상의 구역으로 나누어, 각 구역마다 다른 주파수 재사용률을 적용하는 방식이다. 상기 도 1의 (a)에 도시된 바와 같이, 셀 내부를 네 개의 구역으로 나눈 경우, 네 개의 서로 다른 주파수 재사용률이 존재하고 셀 외각으로 갈수록 높은 주파수 재사용률을 적용한다. 셀 외각에 근접할수록 상대적으로 큰 재사용률이 할당되기 때문에 인접 셀로부터의 간섭은 감소하게 되다. 이로 인해, 셀 외곽에 위치한 단말로의 전송 효율이 증가한다.

상기 RP 기법을 다수의 셀에 대해 적용하면, 상기 도 1의 (b)에 도시된 바와 같다. 상기 도 1의 (b)는 셀이 두 개의 구역으로 나뉘어 있고, 내부 구역은 주파수 재사용율 '1', 외곽은 '3'으로 적용한 경우를 도시하고 있다. 상기 도 1의 (b)에 도시된 바와 같이 주파수 대역을 할당하면, 외곽 구역에서 직접 맞닿아 있는 셀 간에 간섭이 존재하지 않게 된다.

도 2는 종래의 SFR(Soft Frequency Reuse) 기법에 따른 주파수 활용 방식을 개략적으로 도시하고 있다.

상기 SFR 기법은 상기 RP 기법과 유사하지만, 대역 효용성(Bandwidth Availability)에 중점을 둔 방식이다. 여기서, 상기 대역 활용률은 전체 주파수 대역 중 한 셀이 사용할 수 있는 주파수 대역을 의미한다. 상기 SFR 기법에 따르면, 도 2의 (a)에 도시된 바와 같이, 셀 외곽 구역의 단말과 셀 내부 구역의 단말은 상 이한 주파수 대역을 통해 통신을 수행한다. 이때, 상호 인접한 셀A와 셀B 간의 관계를 살펴보면, 상기 셀A의 외곽 구역 단말이 사용하는 주파수 대역은, 상기 셀B의 내부 구역 단말이 사용하는 주파수 대역의 일부이다. 또한, 외곽 구역의 단말에게 높은 신호대 간섭 및 잡음비(SINR : Signal to Interference and Noise Ratio)를 보장하기 위해 다른 셀의 내부 구역의 단말은 낮은 전력으로 통신을 수행한다. 이로 인해, 셀 외곽 구역의 단말이 받는 간섭이 감소한다. 상기 SFR 기법을 사용한 경우, 각 셀에서의 주파수 사용 상태는 상기 도 2의 (b)에 도시된 바와 같다. 각 셀의 내부 구역 단말은 자기 셀의 외곽 구역 단말에 의해 사용되지 않는 대역을 통해 낮은 전력으로 통신을 수행한다. 만일, 셀의 부하(Load)가 포화 상태인 경우, 셀C와 같은 주파수 대역별 전력 분포를 형성한다.

도 3은 종래의 RP 기법 및 SFR 기법의 성능을 도시하고 있다.

상기 도 3은 상기 RF 기법 및 SFR 기법을 적용한 경우에 대해 모의 실험한 성능 그래프이다. 상기 모의 실험에서 가정한 환경은 하기 <표 1>과 같다.

항 목	값
전체 대역폭	10 Mhz
사용자 수	40
셀 수	19
경로 손실 계수	4
SFR 기법의 내부 구역대 외곽 구역 전력비	0.3

상기 도 3의 (a)에 도시된 바와 같이, 상기 RP 기법은 내부 구역에서 상기 SFR 기법보다 낮은 채널 용량 갖는다. 또한, 외곽 구역에서의 채널 용량도 유사하다. 이는, 내부 구역에 위치한 단말들, 즉, 기지국과 근접한 단말들의 대역 효용성이 높기 때문에 나타나는 결과이다. 이에 반해, 상기 SFR 기법은 외곽 구역에 위치한 단말들의 신호대 간섭 및 잡음비가 상기 RP 기법에 비해 낮은 문제점이 있다. 상기 RP 기법의 경우, 외곽 구역에서는 주파수 재사용률을 '3'으로 사용하기 때문에, 상대적으로 높은 신호대 간섭 및 잡음비를 갖는다. 하지만, SFR의 경우, 인접 셀의 내부 구역이 동일한 대역을 사용하고 있기 때문에 신호대 간섭 및 잡음비가 낮아진다. 또한, 내부 구역과 외곽 구역의 경계 지역에서 바뀌는 부분에 존재하는 단말의 경우, 신호대 간섭 및 잡음비가 급격히 낮아지는 현상이 발생한다. 상기 경계 지역에 위치해 있지만 내부 구역에 포함될 경우, 단말은 낮은 전력으로 인해 신호 대 간섭 및 잡음비가 낮아지는 것이다.

상기 도 3의 (b)은 거리에 따른 평균 신호대 간섭 및 잡음비 변화를 도시하고 있다. 상기 도 3의 (b)에 도시된 바와 같이, 상기 SFR 기법에 따른 시스템의 내부 구역은 낮은 전력을 사용하기 때문에, 상기 내부 구역과 외곽 구역의 경계 부분에서 신호대 간섭 및 잡음비가 낮아진다. 그리고, 바깥 구역의 모든 영역에서 상기 RP 기법보다 상기 SFR 기법의 신호대 간섭 및 잡음비가 낮은 것을 확인할 수 있다.

상술한 바와 같이, 상기 RP 기법 및 상기 SFR 기법은 신호대 잡음 및 간섭비 또는 채널 용량 중 한 가지 측면만을 고려하고 있다. 이로 인해, 셀 전체 채널 용량이 감소하거나, 셀 내의 단말들의 신호대 간섭 및 잡음비가 전체적으로 낮아지는 문제점이 있다.

따라서, 본 발명의 목적은 광대역 무선통신 시스템에서 채널 용량 및 신호대 간섭 및 잡음비를 모두 고려한 대역 할당 장치 및 방법을 제공함에 있다.

본 발명의 다른 목적은 광대역 무선통신 시스템에서 채널 용량 및 신호대 간섭 및 잡음비를 모두 고려한 전력 제어 장치 및 방법을 제공함에 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 광대역 무선통신 시스템에서 단말의 위치에 따라 주파수 대역 및 신호 전력을 결정하기 위한 장치 및 방법을 제공함에 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제 1 견지에 따르면, 광대역 무선통신 시스템의 기지국 장치는, 셀 중심을 포함하는 제 1 구역에 위치한 단말로의 송신 신호를 인접 셀의 경계 지역에 위치한 단말이 사용하는 대역에 매핑하는 제 1 매핑부와, 셀 경계를 포함하는 제 2 구역에 위치한 단말로의 송신 신호를 셀에 할당된 대역에 매핑하는 제 2 매핑부와, 상기 제 1 구역 및 상기 제 2 구역의 중간인 제 3 구역에 위치한 단말로의 송신 신호를 고유 대역에 매핑하는 제 3 매핑부와, 상기 제 1 매핑부, 상기 제 2 매핑부, 상기 제 3 매핑부로부터의 신호를 송신하는 통신부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제 2 견지에 따르면, 광대역 무선통신 시스템의 기지국의 통신 방법은, 셀 중심을 포함하는 제 1 구역에 위치한 단말로의 송신 신호를 인접 셀의 경계 지역에 위치한 단말이 사용하는 대역에 매핑하는 과정과, 셀 경계를 포함하는 제 2 구역에 위치한 단말로의 송신 신호를 셀에 할당된 대 역에 매핑하는 과정과, 상기 제 1 구역 및 상기 제 2 구역의 중간인 제 3 구역에 위치한 단말로의 송신 신호를 고유 대역에 매핑하는 과정과, 각 대역에 매핑된 신호들을 송신하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 한다.

이하 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면의 참조와 함께 상세히 설명한다. 그리고, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단된 경우, 그 상세한 설명은 생략한다.

이하 본 발명은 광대역 무선통신 시스템에서 기지국과 단말의 거리에 따라 대역을 할당하고 신호 전력을 결정하기 위한 기술에 대해 설명한다. 본 발명은 직교 주파수 반할 다중화(Orthogonal Frequency Division Multiplexing, 이하 'OFDM'이라 칭함) 방식의 무선통신 시스템을 예로 들어 설명하며, 셀룰러 기반의 무선통신 시스템이라면 동일하게 적용될 수 있다.

먼저 본 발명이 제안하는 셀 내부 구역 분류 방식 및 각 구역별 대역 할당 및 전력 제어 방식에 대해 설명한다.

본 발명은 단말의 거리 혹은 수신 신호 세기에 따라 다른 대역 및 송신 전력, 주파수 재사용률을 적용함으로써, 셀 경계에 위치한 단말에 대해 높은 신호대 간섭 및 잡음비(SINR : Signal to Interference and Noise Ratio)을 유지하고 셀 안쪽의 단말은 높은 채널 용량을 갖도록 하기 위한 것이다. 이를 위해, 높은 대역 효용성(Bandwdth Availability)를 보장해야하기 때문에, 종래의 SFR(Soft Frequency Reuse) 기법과 유사하게 셀을 분류한다. 다시 말해, 셀의 외곽 구역은 인접 셀의 내부 구역과 같은 대역을 사용한다. 이때, 상기 내부 구역은 외곽 구역보다 낮은 전력을 사용하게 되며, 내부 구역에서 사용하는 전력 변화에 따른 ㅊ채채널 용량은 도 4와 같다. 상기 도 4에 도시된 바와 같이, 전력비가 1이라면 일반적인 주파수 재사용률이 '1'인 통신 시스템과 동일하다. 상기 도 4를 통해 확인되는 특징은 전력비가 낮을수록 외곽 구역의 채널용량 감소치보다 내부 구역의 채널용량 증가치가 커진다는 것이다. 따라서, 높은 대역 효용성을 보장하기 위해 상술한 바와 같이 내부 구역과 인접 셀의 외곽 구역이 같은 대역을 사용하는 경우에 상기 내부 구역에서 사용하는 전력이 낮을수록 시스템 전체 성능이 향상됨을 알 수 있다.

하지만, 상기 SFR 기법 적용 시, 내부 구역의 전력을 낮출수록 내부 구역 및 외곽 구역의 경계에 있는 단말들의 신호대 간섭 및 잡음비가 낮아진다. 또한, 내부 구역의 채널 용량이 점점 낮아진다. 일반적으로, 상기 내부 구역에 위치한 단말들은 채널 환경이 좋은 단말들이다. 따라서, 셀 전체 채널 용량에 대해 차지하는 비율이 높고, 상기 내부 구역에 위치한 단말들의 채널 용량이 낮아지게 되면 셀 전체 채널 용량이 크게 감소한다. 따라서, 본 발명은 상기 내부 구역과 상기 외곽 구역의 경계 지역을 전력을 부스팅(Boosting)하는 보강 구역(Boosted Zone)으로 지정한 다.

다시 말해, 본 발명에 따른 통신 시스템에서, 셀은 내부 구역과 외곽 구역으로 분류되며, 상기 내부 구역 및 외곽 구역의 중간 구역을 보강 구역이라 정의한다. 즉, 도 5에 도시된 바와 같이, 셀은 내부 구역(510), 보강 구역(520) 및 외곽 구역(530)으로 분류된다. 일반적으로, 상기 보강 구역(520)에 위치한 단말들은 상기 내부 구역(510)에 위치한 단말들에 비해 높은 전력을 필요로 한다. 따라서, 상기 보강 구역(520)에 위치한 단말들이 상기 외곽 구역(530)에 위치한 단말들과 동일한 대역을 사용하면, 인접 셀의 외곽 구역에 위치한 단말들은 큰 간섭을 받게 된다. 따라서, 상기 보강 구역(520)에 위치한 단말들은 상기 외곽 구역(530)에 위치한 단말들과 상이한 대역을 사용해야 한다. 또한, 상기 내부 구역(510)에 위치한 단말들은 상대적으로 기지국과 가장 근접한 단말들이기 때문에, 낮은 전력을 사용한다.

상기 도 5에 도시된 바와 같이 셀을 분류하는 경우, 다수의 셀 간 주파수 대역 할당 및 각 셀의 전력 제어는 도 6에 도시된 바와 같다. 상기 도 6를 참조하면, 각 셀의 보강 구역(520)은 대역B로 모두 동일하게 할당된다. 그리고, 각 셀의 외곽 구역(530)은 인접 셀 간 동일한 대역을 사용하지 않도록 적절한 주파수 재사용률로 할당되며, 내부 구역(510)은 인접 셀의 외곽 구역(530)에서 사용하는 주파수 대역인, 대역A-1 내지 대역A-3으로 할당된다. 상기 도 6은 외곽 구역(530)에 세 가지 대역(대역C, 대역D, 대역E)를 사용한 경우의 예를 도시하고 있다. 예를 들어, 임의의 셀k(600)의 경우, 상기 셀k(600)의 내부 구역(530)에 할당된 대역A-1은 대역D 및 대역E과 동일하다. 단, 상기 셀k(600)의 내부 구역(510)에서 대역A-1을 사용하는 전력은, 인접 셀의 외곽 구역(530)에서 대역D 및 대역E를 사용하는 전력보다 낮다. 또한, 상기 보강 구역(520)에 사용하는 전력은 사용 가능한 최대 전력이다.

도 7은 본 발명에 따른 광대역 무선통신 시스템에서 기지국의 블록 구성을 도시하고 있다.

상기 도 7에 도시된 바와 같이, 상기 기지국은 부호 및 변조기(701), 거리 측정부(703), 역다중화기(705), 내부 구역 신호 매핑기(707-1), 보강 구역 신호 매핑기(707-2), 외곽 구역 신호 매핑기(707-3), 다중화기(709), OFDM 변조기(711), 디지털 아날로그 변환기(Digital to Analog Converter, 이하 'DAC'라 칭함)(713), RF(Radio Frequency) 송신기(715)를 포함하여 구성된다.

상기 부호 및 변조기(701)는 제공되는 각 단말로 송신할 비트열을 해당 방식으로 부호 및 변조하여 복소 심벌로 변환한다. 상기 거리 측정부(703)는 셀 내 단말들과의 거리를 측정한다. 즉, 거리 측정부(703)는 각 단말이 내부 구역, 보강 구역, 외곽 구역 중 어느 구역에 위치하고 있는지 판단하기 위하여, 상기 각 단말과의 거리를 측정한다. 여기서, 상기 단말이 위치한 구역을 판단하기 위한 기준으로 상기 거리가 아닌 신호대 간섭 및 잡음비를 사용할 수 있다. 이 경우, 상기 거리 측정부(703)는 상기 신호대 간섭 및 잡음비를 측정하는 신호세기 측정기로 대체될 수 있다.

상기 역다중화기(705)는 상기 부호 및 변조기(701)로부터 제공되는 각 단말 로 송신할 신호들을 각 단말이 위치한 구역에 따라 분류하여 출력한다. 다시 말해, 상기 역다중화기(705)는 상기 거리 측정부(703)로부터 제공되는 각 단말의 거리 정보에 따라 각 단말이 위치한 구역을 판단한 후, 상기 내부 구역에 위치한 단말로의 송신 신호를 상기 내부 구역 신호 매핑기(707-1)로, 상기 보강 구역에 위치한 단말로의 송신 신호를 상기 보강 구역 신호 매핑기(707-2)로, 상기 외곽 구역에 위치한 단말로의 송신 신호를 상기 외곽 구역 신호 매핑기(707-3)로 출력한다.

상기 내부 구역 신호 매핑기(707-1), 상기 보강 구역 신호 매핑기(707-2), 상기 외곽 구역 신호 매핑기(707-3)는 각 구역에 위치한 단말들로의 송신 신호를 해당 대역에 매핑하고, 신호의 전력을 제어한다. 즉, 상기 내부 구역 신호 매핑기(707-1)는 상기 역다중화기(705)로부터 내부 구역에 위치한 단말들로의 송신 신호를 제공받아 인접 셀의 외곽 지역에서 사용하는 대역에 매핑하고, 신호의 전력을 상기 인접 셀의 외곽 지역보다 낮도록 설정한다. 상기 보강 구역 신호 매핑기(707-2)는 상기 역다중화기(705)로부터 보강 구역에 위치한 단말들로의 송신 신호를 제공받아 상기 보강 구역 고유의 대역에 매핑하고, 신호의 전력을 사용 가능한 최대 전력으로 설정한다. 상기 외곽 구역 신호 매핑기(707-3)는 상기 역다중화기(705)로부터 외곽 구역에 위치한 단말들로의 송신 신호를 제공받아 자신의 셀에 할당된 대역에 매핑하고, 신호의 전력을 사용 가능한 최대 전력으로 설정한다.

상기 다중화기(709)는 상기 내부 구역 신호 매핑기(707-1), 보강 구역 신호 매핑기(707-2), 외곽 구역 신호 매핑기(707-3)로부터 제공되는 신호들을 대역 별로 정렬하여 출력한다. 상기 OFDM 변조기(711)는 IFFT(Inverse Fast Fourier Transform) 연산을 통해 상기 다중화기(709)로부터 주파수 영역에 매핑된 신호들을 시간 영역 OFDM 심벌로 변환한다. 상기 DAC(713)는 상기 OFDM 변조기(711)로부터 제공되는 디지털 신호를 아날로그 신호로 변환한다. 상기 RF 송신기(715)는 상기 DAC(713)로부터 제공되는 기저대역 신호를 RF 대역 신호로 변환하여 안테나를 통해 송신한다.

상기 도 7에 도시된 구성은 단말의 위치에 따라 주파수 대역을 선택하고, 전력을 제어하여 신호를 송신하는 기지국의 구성이다. 즉, 상기 기지국은 상기 도 7에 도시된 구성을 통해 하향링크 통신 시 본 발명에 따른 주파수 활용 방식을 적용하여 통신을 수행한다. 이때, 상기 기지국은 각 단말에게 위치에 따라 해당 주파수 대역의 일부를 할당하고 전력 제어를 수행함으로써, 상향링크 시에도 본 발명에 따른 주파수 활용 방식이 적용될 수 있다. 이 경우, 상기 기지국은, 미 도시되었지만, 자원 할당 메시지 및 전력 제어 메시지를 생성하는 메시지 생성기를 더 포함하여 구성된다. 여기서, 상기 메시지 생성기에서 생성된 자원 할당 메시지 및 전력 제어 메시지는 제어 채널을 통해 각 단말로 송신된다.

도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 광대역 무선통신 시스템에서 기지국의 전력 및 대역 제어 절차를 도시하고 있다.

상기 도 8을 참조하면, 상기 기지국은 801단계에서 새로운 단말이 망에 진입하는지 확인한다.

상기 새로운 단말이 망에 진입하면, 상기 기지국은 803단계에서 상기 단말의 위치를 추정한다. 즉, 상기 단말이 포함된 구역을 판단하기 위해, 상기 기지국은 상기 단말과의 거리를 측정하거나, 상기 단말로부터 수신된 신호를 통해 신호 대 간섭 및 잡음비를 측정한다.

이후, 상기 기지국은 805단계로 진행하여 상기 단말이 내부 구역, 보강 구역, 외곽 구역 중 어느 구역에 위치하고 있는지 판단한다.

상기 단말이 상기 내부 구역에 위치하면, 상기 기지국은 807단계로 진행하여 인접 셀의 외곽 지역에서 사용하는 대역을 통해 상기 인접 셀의 외곽 지역보다 낮은 전력으로 상기 단말과 통신을 수행한다. 다시 말해, 상기 기지국은 하향링크 통신을 위해, 해당 대역에 상기 인접 셀의 외곽 지역보다 낮은 전력으로 신호를 매핑하여 송신한다. 또한, 상기 기지국은 상향링크 통신을 위해, 상기 해당 대역의 일부를 상기 단말에게 할당하고, 상기 인접 셀의 외곽 지역보다 낮은 전력을 사용하도록 전력 제어를 수행한다.

상기 단말이 상기 보강 구역에 위치하면, 상기 기지국은 809단계로 진행하여 상기 보강 구역 고유 대역을 통해 사용 가능한 최대 전력으로 통신을 수행한다. 다시 말해, 상기 기지국은 하향링크 통신을 위해, 상기 고유 대역에 사용 가능한 최대 전력으로 신호를 매핑하여 송신한다. 또한, 상기 기지국은 상향링크 통신을 위해, 상기 고유 영역의 일부를 상기 단말에게 할당하고, 최대 전력을 사용하도록 전력 제어를 수행한다.

상기 단말이 상기 외곽 구역에 위치하면, 상기 기지국은 811단계로 진행하여 자신의 셀에 할당된 대역을 통해 사용 가능한 최대 전력으로 통신을 수행한다. 다 시 말해, 상기 기지국은 하향링크 통신을 위해, 상기 할당된 대역에 사용 가능한 최대 전력으로 신호를 매핑하여 송신한다. 또한, 상기 기지국은 상향링크 통신을 위해 상기 할당된 대역의 일부를 상기 단말에게 할당하고, 최대 전력을 사용하도록 전력 제어를 수행한다.

상기 도 8을 참조하여 설명한 실시 예는 망에 새로이 진입한 단말에 대해 위치에 따른 대역 선택 및 전력 제어를 수행하는 과정을 설명하였다. 만일, 서비스 중인 단말이 이동하여 위치한 구역이 변경되는 경우, 상기 기지국은 이를 감지하여 사용 대역 및 전력 제어를 수행해야 한다. 따라서, 상기 도 8의 803단계 내지 811단계의 절차는 단말이 위치한 구역이 변경됨이 감지되는 시점 또는 주기적으로 수행될 수 있다.

도 9는 본 발명에 따른 주파수 활용 기법의 성능을 도시하고 있다.

상기 도 9는 본 발명에 따른 주파수 활용 기법을 종래의 RP(Reuse Partitioning) 기법 및 SFR(Soft Frequency Reuse) 기법과 비교하여 모의 실험한 성능 그래프를 도시하고 있다.

상기 모의 실험을 위해 가정한 환경은 하기 <표 2>와 같다.

항 목	값
전체 대역폭	10 Mhz
사용자 수	40
셀 수	19
경로 손실 계수	4
SFR 기법의 내부 구역대 외곽 구역 전력비	0.3
본 발명의 내부 구역대 외곽 구역 전력비	0.07
보강 구역의 대역폭	2 Mhz

상기 도 9의 (a)는 각 기법에 대해 신호대 잡음비(SNR : Signal to Noise Ratio) 변화에 따른 평균 채널 용량(Average Capacity)을 나타내고 있다.

상기 도 9의 (a)를 참조하면, 본 발명에 따른 통신 시스템은 외곽 구역에서 RP 기법 또는 SFR 기법과 유사한 채널 용량을 갖는다. 하지만, 본 발명에 따른 통신 시스템은 내부 구역에서 상대적으로 높은 채널 용량을 갖게 된다. 다시 말해, 상기 도 9의 (a)에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 통신 시스템은 SFR 기법을 사용한 경우와 비교하여 약 35% 증가된 채널 용량을 갖는다. 이는, 내부 구역에 위치한 단말들은 낮은 전력에 넓은 대역을 할당받고, 보강 구역에 위치한 단말들은 높은 전력을 사용함으로써, 채널 활용 효율이 증가되었기 때문이다. 또한, 외곽 구역에 할당된 대역폭은 SFR 기법에 비교하여 감소하였지만, 인접 셀의 내부 구역에서 오는 간섭이 줄어들었기 때문에, 본 발명에 따른 통신 시스템은 거의 유사한 채널 용량을 갖는다.

상기 도 9의 (b)는 각 기법에 대해 거리 변화에 따른 각 단말의 신호대 간섭 및 잡음비를 나타내고 있다.

상기 도 9의 (b)를 참조하면, 본 발명에 따른 기법은 거리가 멀어질수록 RP 기법과 유사한 성능을 나타냄을 알 수 있다. 이는, 내부 구역에서 사용되는 전력이 외곽 구역에서 사용되는 전력보다 상대적으로 매우 낮기 때문이다. 다시 말해, 인접 셀에서 미치는 간섭의 영향이 작기 때문에, 본 발명에 따른 기법은 외곽 구역에서는 주파수 재사용률이 '3'인 것과 같은 효과를 얻게 된다. 따라서, 본 발명에 따른 기법은 셀 경계에서도 주파수 재사용률이 '3'인 것과 유사한 신호대 간섭 및 잡음비를 제공할 수 있다.

한편 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시 예에 관해 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 아니 되며 후술하는 특허청구의 범위뿐만 아니라 이 특허청구의 범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

상술한 바와 같이, 광대역 무선통신 시스템에서 셀 구역을 분리하여 구역에 따른 주파수 대역 사용 및 전력 제어를 수행함으로써, 시스템 전체 성능을 향상시킬 수 있다.

Claims

광대역 무선통신 시스템의 기지국 장치에 있어서,

셀 중심을 포함하는 제 1 구역에 위치한 단말로의 송신 신호를 인접 셀의 경계 지역에 위치한 단말이 사용하는 대역에 매핑하는 제 1 매핑부와,

셀 경계를 포함하는 제 2 구역에 위치한 단말로의 송신 신호를 셀에 할당된 대역에 매핑하는 제 2 매핑부와,

상기 제 1 구역 및 상기 제 2 구역의 중간인 제 3 구역에 위치한 단말로의 송신 신호를 고유 대역에 매핑하는 제 3 매핑부와,

상기 제 1 매핑부, 상기 제 2 매핑부, 상기 제 3 매핑부로부터의 신호를 송신하는 통신부를 포함하며,

상기 제 2 구역은, 2 이상의 주파수 재사용률로 주파수 대역이 할당되고,

상기 제 3 구역은, 모든 셀에서 공통되는 주파수 대역을 사용하고,

상기 제 1 구역은, 상기 기지국과 상기 제 2 구역에서 다른 주파수 대역을 사용하는 다른 셀들에서 상기 제 2 구역을 위해 사용하는 주파수 대역을 사용하는 것을 특징으로 하는 장치.
제 1항에 있어서,

상기 제 1 매핑부는, 상기 송신 신호의 전력을 상기 인접 셀의 경계 지역에 위치한 단말이 사용하는 전력보다 낮도록 설정하는 것을 특징으로 하는 장치.
제 1항에 있어서,

상기 제 2 매핑부는, 상기 송신 신호의 전력을 사용 가능한 최대 전력으로 설정하는 것을 특징으로 하는 장치.
제 1항에 있어서,

상기 제 3 매핑부는, 상기 송신 신호의 전력을 사용 가능한 최대 전력으로 설정하는 것을 특징으로 하는 장치.
제 1항에 있어서,

셀 내 단말들과의 거리를 측정하는 측정부와,

상기 측정부로부터의 거리 정보에 따라 각 단말로의 송신 신호를 분류하는 역다중화부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
제 1항에 있어서,

셀 내 단말들로부터의 신호대 간섭 및 잡음비(SINR : Signal to Interference and Noise Ratio)를 측정하는 측정부와,

상기 측정부로부터의 신호대 간섭 및 잡음비 정보에 따라 각 단말로의 송신 신호를 분류하는 역다중화부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
제 1항에 있어서,

상기 통신부는,

IFFT(Inverse Fast Fourier Transform) 연산을 통해 주파수 대역에 매핑된 신호들을 시간 영역 OFDM(Orthogonal Frequency Division Modulation) 심벌로 변환하는 변조기와,

상기 변조기로부터의 디지털 신호를 아날로그 신호로 변환하는 변환기와,

상기 변환기로부터의 기저대역 신호를 RF(Radio Freqneucy) 대역 신호로 변환하여 안테나를 통해 송신하는 송신부를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
제 1항에 있어서,

각 단말이 위치한 구역에 따른 대역 중 일부가 상향링크 통신을 위해 할당되었음을 알리는 메시지를 생성하는 생성부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
제 8항에 있어서,

상기 생성부는, 각 단말이 위치한 구역에 따라 단말의 송신 전력을 제어하기 위한 메시지를 생성하는 것을 특징으로 하는 장치.
광대역 무선통신 시스템의 기지국의 통신 방법에 있어서,

셀 중심을 포함하는 제 1 구역에 위치한 단말로의 송신 신호를 인접 셀의 경계 지역에 위치한 단말이 사용하는 대역에 매핑하는 과정과,

셀 경계를 포함하는 제 2 구역에 위치한 단말로의 송신 신호를 셀에 할당된 대역에 매핑하는 과정과,

상기 제 1 구역 및 상기 제 2 구역의 중간인 제 3 구역에 위치한 단말로의 송신 신호를 고유 대역에 매핑하는 과정과,

각 대역에 매핑된 신호들을 송신하는 과정을 포함하며,

상기 제 2 구역은, 2 이상의 주파수 재사용률로 주파수 대역이 할당되고,

상기 제 3 구역은, 모든 셀에서 공통되는 주파수 대역을 사용하고,

상기 제 1 구역은, 상기 기지국과 상기 제 2 구역에서 다른 주파수 대역을 사용하는 다른 셀들에서 상기 제 2 구역을 위해 사용하는 주파수 대역을 사용하는 것을 특징으로 하는 방법.
제 10항에 있어서,

상기 제 1 구역에 위치한 단말로의 송신 신호 전력을 상기 인접 셀의 경계 지역에 위치한 단말이 사용하는 전력보다 낮도록 설정하는 과정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제 10항에 있어서,

상기 제 2 구역에 위치한 단말로의 송신 신호의 전력을 사용 가능한 최대 전 력으로 설정하는 과정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제 10항에 있어서,

상기 제 3 구역에 위치한 단말로의 송신 신호 전력을 사용 가능한 최대 전력으로 설정하는 과정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제 10항에 있어서,

셀 내 단말들과의 거리를 측정하는 과정과,

상기 거리에 따라 각 단말로의 송신 신호를 분류하는 과정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제 10항에 있어서,

셀 내 단말들로부터의 신호대 간섭 및 잡음비(SINR : Signal to Interference and Noise Ratio)를 측정하는 과정과,

상기 신호대 간섭 및 잡음비에 따라 각 단말로의 송신 신호를 분류하는 과정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제 10항에 있어서,

각 단말이 위치한 구역에 따른 대역 중 일부를 상기 각 단말의 상향링크 통신을 위해 할당하는 과정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제 11항에 있어서,

각 단말이 위치한 구역에 따라 단말의 송신 전력을 제어하는 과정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.