KR101386813B1

KR101386813B1 - 다중 셀 환경에서 상향링크 전력제어 방법

Info

Publication number: KR101386813B1
Application number: KR1020070105416A
Authority: KR
Inventors: 김동철; 박홍원; 조성구; 남기호; 한승희; 곽진삼; 노민석; 권영현; 이현우
Original assignee: 엘지전자 주식회사
Priority date: 2007-10-19
Filing date: 2007-10-19
Publication date: 2014-04-17
Also published as: KR20090039919A; WO2009051362A3; WO2009051362A2

Abstract

복수의 기지국으로 이루어지는 다중 셀 환경에서 상향링크 전력제어 방법은 기지국으로부터 전력제어 메시지를 수신하는 단계 및 상기 전력제어 메시지를 바탕으로 송신전력을 제어하는 단계를 포함하되, 상기 전력제어 메시지는 인접 기지국의 NI 레벨(noise and interference level)을 포함한다. 기지국 간에 전력제어 정보를 공유하고 이를 단말에 알려줌으로써, 단말은 보다 정확하게 송신전력을 제어할 수 있다. 이에 따라 셀간 간섭을 줄이고 NI 레벨을 낮출 수 있으며, 단말의 전력 소모를 줄일 수 있다.

Description

다중 셀 환경에서 상향링크 전력제어 방법{Method for unlink power control in multiple cell environment}

본 발명은 무선 통신에 관한 것으로 보다 상세하게는 다중 셀 환경에서 전력제어 정보를 셀 간에 공유하여 상향링크 송신전력을 제어하는 방법에 관한 것이다.

최근 활발하게 연구되고 있는 차세대 멀티미디어 무선통신 시스템은 초기의 음성 위주의 서비스를 벗어나 영상, 무선 데이터 등의 다양한 정보를 보다 높은 데이터 전송률로 처리할 것을 요구한다.

높은 데이터 전송률을 가질 수 있는 OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing)이 최근 주목받고 있다. OFDM은 주파수 대역을 다수의 직교 부반송파로 분할하여 데이터를 전송하는 다중 반송파 변조 기법으로, 낮은 복잡도로 심벌간 간섭(inter-symbol interference) 효과를 감쇄시킬 수 있다. OFDM은 직렬로 입력되는 데이터 심벌을 N개의 병렬 데이터 심벌로 변환하여, 각각 분리된 N개의 부반송파(subcarrier)에 실어 송신한다. 부반송파는 주파수 차원에서 직교성을 유지하도 록 한다. 각각의 직교 채널은 상호 독립적인 주파수 선택적 페이딩(frequency selective fading)을 경험하게 되고, 전송되는 심벌의 간격이 길어져 심벌간 간섭이 최소화될 수 있다. 직교 주파수 분할 다중 접속(Orthogonal Frequency Division Multiple Access; 이하 OFDMA)은 OFDM을 변조 방식으로 사용하는 시스템에 있어서 이용가능한 부반송파의 일부를 각 사용자에게 독립적으로 제공하여 다중 접속을 실현하는 다중 접속 방법을 말한다. OFDMA는 부반송파라는 주파수 자원을 각 사용자에게 제공하며, 각각의 주파수 자원은 다수의 사용자에게 독립적으로 제공되어 서로 중첩되지 않는 것이 일반적이다. 결국 주파수 자원은 사용자마다 상호 배타적으로 할당된다.

한편, 무선통신 시스템은 효율적인 시스템 구성을 위해 셀(cell) 구조를 갖는다. 셀이란 주파수를 효율적으로 이용하기 위하여 넓은 지역을 작은 구역으로 세분한 구역을 의미한다. 일반적으로 셀의 중심부에 기지국(Base Station; BS)을 설치하여 단말(User Equipment; UE)을 중계하며, 셀은 하나의 기지국이 제공하는 서비스 영역을 말한다.

무선통신 시스템은 기지국과 단말 간의 거리에 따른 경로손실(path-loss) 및 인접 셀로부터의 간섭에 의한 셀간 간섭(inter-cell interference)을 줄이기 위한 하나의 방법으로 전력제어 기법을 사용한다. 전력제어 기법은 무선통신 시스템의 서비스 품질(quality of service; QoS)을 어느 정도 유지하면서 가장 낮은 전력 레벨로 데이터를 전송할 수 있도록 송신전력을 조절하는 기법이다. 특히, 다중 셀 환경에서 셀 경계 부근에 있는 단말들은 경로손실과 셀간 간섭 등에 많은 영향을 받 는다. 단말은 인접 셀에 간섭을 주지 않으면서 경로손실에 의해 서비스 품질이 저하되지 않도록 적절한 송신전력을 결정하여 데이터를 전송하여야 한다.

다중 셀 환경에서 셀간 간섭을 최소화할 수 있는 상향링크 전력제어 방법이 요구된다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 셀간 간섭을 최소화할 수 있는 상향링크 전력제어 방법을 제공함에 있다.

본 발명의 일 양태에 따르면 복수의 기지국으로 이루어지는 다중 셀 환경에서 상향링크 전력제어 방법은 기지국으로부터 전력제어 메시지를 수신하는 단계 및 상기 전력제어 메시지를 바탕으로 송신전력을 제어하는 단계를 포함하되, 상기 전력제어 메시지는 인접 기지국의 NI 레벨(noise and interference level)을 포함한다.

본 발명의 다른 양태에 따르면 다중 셀 환경에서 상향링크 전력제어 방법은 제1 기지국으로부터 상기 제1 기지국의 전력제어 정보를 수신하는 단계, 상기 제1 기지국으로부터 제2 기지국의 전력제어 정보를 수신하는 단계 및 상기 제1 기지국의 전력제어 정보 및 상기 제2 기지국의 전력제어 정보를 바탕으로 송신전력을 제어하는 단계를 포함한다.

기지국 간에 전력제어 정보를 공유하고 이를 단말에 알려줌으로써, 단말은 보다 정확하게 송신전력을 제어할 수 있다. 이에 따라 셀간 간섭을 줄이고 NI 레벨 을 낮출 수 있으며, 단말의 전력 소모를 줄일 수 있다.

도 1은 무선통신 시스템의 일예를 나타낸 블록도이다. 무선통신 시스템은 음성, 패킷 데이터 등과 같은 다양한 통신 서비스를 제공하기 위해 널리 배치된다.

도 1을 참조하면, 무선통신 시스템은 단말(10; User Equipment, UE) 및 기지국(20; Base Station, BS)을 포함한다. 단말(10)은 고정되거나 이동성을 가질 수 있으며, MS(Mobile Station), UT(User Terminal), SS(Subscriber Station), 무선기기(wireless device) 등 다른 용어로 불릴 수 있다. 기지국(20)은 일반적으로 단말(10)과 통신하는 고정된 지점(fixed station)을 말하며, 노드-B(Node-B), BTS(Base Transceiver System), 액세스 포인트(Access Point) 등 다른 용어로 불릴 수 있다.

하나의 기지국(20)에는 하나 이상의 셀이 존재할 수 있다. 셀은 하나의 기지국(20)이 통신 서비스를 제공하는 영역이다. 다중 셀은 적어도 하나의 셀을 가지는 기지국이 복수로 배치되어 이루어질 수 있다. 단말(10)에게 통신 서비스를 제공하는 기지국의 셀을 서빙셀(Serving Cell)이라 하고, 서빙셀에 인접하는 셀을 논서빙셀(Non-serving Cell)이라 한다. 여기서는 하나의 서빙셀과 인접하는 2개의 논서빙셀을 나타내었으나, 이는 예시에 불과하다. 무선통신 시스템에서 다수의 기지국은 필요에 따라 다양하게 배치될 수 있으며, 이에 따라 셀의 모양 및 범위는 다양하게 변경될 수 있다.

이하에서 하향링크(downlink)는 기지국(20)에서 단말(10)로의 통신을 의미하며, 상향링크(uplink)는 단말(10)에서 기지국(20)으로의 통신을 의미한다. 하향링크에서 송신기는 기지국(20)의 일부분일 수 있고, 수신기는 단말(10)의 일부분일 수 있다. 상향링크에서 송신기는 단말(10)의 일부분일 수 있고, 수신기는 기지국(20)의 일부분일 수 있다.

서빙셀 또는 논서빙셀에 포함되는 단말(10)은 상향링크 프레임을 통하여 데이터를 전송할 수 있다. 상향링크 프레임은 여러 가지 순열(permutation) 방식을 적용할 수 있다. 순열은 논리적인 서브채널을 물리적인 부반송파로 맵핑을 의미한다. 여기서는 각 단말(10)이 PUSC(Partial Usage of Subchannels) 순열을 적용하여 상향링크 데이터를 전송하는 것을 가정하였으나, 이는 예시에 불과하며 각 단말(10)은 서로 다른 순열을 하나 이상 적용할 수 있다. 프레임의 구조 및 순열 방식에 대해서는 후술한다.

무선통신 시스템에 적용되는 다중 접속 기법에는 제한이 없다. CDMA(Code Division Multiple Access), TDMA(Time Division Multiple Access), FDMA(Frequency Division Multiple Access), SC-FDMA(Single-Carrier FDMA) 및 OFDMA(Orthogonal Frequency Division Multiple Access)와 같은 다양한 다중 접속 기법을 사용할 수 있다. 설명을 명확히 하기 위해, 이하에서는 OFDMA 기반의 무선통신 시스템에 대하여 설명한다.

OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing)은 다수의 직교 부반송파(subcarrier)를 이용한다. OFDM은 IFFT(inverse fast Fourier Transform)과 FFT(fast Fourier Transform) 사이의 직교성 특성을 이용한다. 송신기에서 데이터는 IFFT를 수행하여 전송한다. 수신기에서 수신신호에 대해 FFT를 수행하여 원래 데이터를 복원한다. 송신기는 다중 부반송파들을 결합하기 위해 IFFT를 사용하고, 다중 부반송파들을 분리하기 위해 수신기는 대응하는 FFT를 사용한다. OFDM에 의하면, 광대역 채널의 주파수 선택적 페이딩(frequency selective fading) 환경에서 수신기의 복잡도를 낮추고, 부반송파간의 상이한 채널 특성을 활용하여 주파수 영역에서의 선택적 스케줄링 등을 통해 주파수 효율(spectral efficiency)을 높일 수 있다. OFDMA(Orthogonal Frequency Division Multiple Access)는 OFDM을 기반으로 한 다중 접속 방식이다. OFDMA에 의하면 다중 사용자에게 상이한 부반송파를 할당함으로써 무선자원의 효율성을 높일 수 있다.

도 2는 프레임 구조의 일예를 나타낸다. 프레임은 물리적 사양에 의해 사용되는 고정된 시간 동안의 데이터 시퀀스이다. 이는 IEEE 표준 802.16-2004 "Part 16: Air Interface for Fixed Broadband Wireless Access Systems" 의 8.4.4.2절을 참조할 수 있다.

도 2를 참조하면, 프레임은 하향링크(DL) 프레임과 상향링크(UL) 프레임을 포함한다. 시간 분할 이중(Time Division Duplex)은 상향링크와 하향링크 전송이 동일 주파수를 공유하지만 서로 다른 시간에 일어나는 방식이다. 하향링크 프레임은 상향링크 프레임보다 시간적으로 앞선다. 하향링크 프레임은 프리앰블(preamble), FCH(Frame Control Header), DL(Downlink)-MAP, UL(Uplink)-MAP, 버스트 영역의 순서로 시작된다. 상향링크 프레임과 하향링크 프레임을 구분하기 위 한 보호시간(guard time)이 프레임의 중간 부분(하향링크 프레임과 상향링크 프레임 사이)과 마지막 부분(상향링크 프레임 다음)에 삽입된다. TTG(transmit/receive transition gap)는 다운링크 버스트와 계속되는(subsequent) 상향링크 버스트 사이의 갭이다. RTG(receive/transmit transition gap)는 상향링크 버스트와 계속되는 하향링크 버스트 사이의 갭이다.

프리앰블은 기지국과 단말 간의 초기 동기, 셀 탐색, 주파수 오프셋 및 채널추정에 사용된다. FCH는 DL-MAP 메시지의 길이와 DL-MAP의 코딩 방식(coding scheme) 정보를 포함한다.

DL-MAP은 DL-MAP 메시지가 전송되는 영역이다. DL-MAP 메시지는 하향링크 채널의 접속을 정의한다. DL-MAP 메시지는 DCD(Downlink Channel Descriptor)의 구성 변화 카운트 및 기지국 ID(identifier)를 포함한다. DCD는 현재 맵에 적용되는 하향링크 버스트 프로파일(downlink burst profile)을 기술한다. 하향링크 버스트 프로파일은 하향링크 물리채널의 특성을 말하며, DCD는 DCD 메시지를 통해 주기적으로 기지국에 의해 전송된다.

UL-MAP은 UL-MAP 메시지가 전송되는 영역이다. UL-MAP 메시지는 상향링크 채널의 접속을 정의한다. UL-MAP 메시지는 UCD(Uplink Channel Descriptor)의 구성 변화 카운트, UL-MAP에 의해 정의되는 상향링크 할당의 유효 시작 시각을 포함한다. UCD는 상향링크 버스트 프로파일(uplink burst profile)을 기술한다. 상향링크 버스트 프로파일은 상향링크 물리채널의 특성을 말하며, UCD는 UCD 메시지를 통해 주기적으로 기지국에 의해 전송된다.

이하에서, 슬롯(slot)은 최소한의 가능한 데이터 할당 유닛으로, 시간과 서브채널(subchannel)로 정의된다. 서브채널의 수는 FFT 크기와 시간-주파수 맵핑에 종속한다. 서브채널은 복수의 부반송파를 포함하고, 서브채널 당 부반송파의 수는 순열(permutation) 방식에 따라 따르다. 순열은 논리적인 서브채널을 물리적인 부반송파로 맵핑을 의미한다. FUSC(Full Usage of Subchannels)에서 서브채널은 48 부반송파를 포함하고, PUSC(Partial Usage of Subchannels)에서 서브채널은 24 또는 16 부반송파를 포함한다. 세그먼트(segment)는 적어도 하나의 서브채널 집합을 말한다.

물리계층에서 데이터를 물리적인 부반송파로 맵핑하기 위해 일반적으로 2단계를 거친다. 첫번째 단계에서, 데이터가 적어도 하나의 논리적인 서브채널 상에서 적어도 하나의 데이터 슬롯으로 맵핑된다. 두번째 단계에서, 각 논리적인 서브채널은 물리적인 부반송파로 맵핑된다. 이를 순열이라 한다. 참조문헌 1은 FUSC, PUSC, O-FUSC(Optional-FUSC), O-PUSC(Optional-PUSC), AMC(Adaptive modulation and Coding) 등의 순열 방식을 개시한다. 동일한 순열 방식이 사용되는 OFDM 심벌의 집합을 순열 영역(permutation zone)이라고 하고, 하나의 프레임은 적어도 하나의 순열 영역을 포함한다.

FUSC와 O-FUSC는 하향링크 전송에만 사용된다. FUSC는 모든 서브채널 그룹을 포함하는 하나의 세그먼트로 구성된다. 각 서브채널은 전체 물리채널을 통해 분포되는 물리적인 부반송파로 맵핑된다. 이 맵핑은 각 OFDM 심벌마다 바뀐다. 슬롯은 하나의 OFDM 심벌상에서 하나의 서브채널로 구성된다. O-FUSC는 FUSC와 파일럿이 할당되는 방식이 다르다.

PUSC는 하향링크 전송과 상향링크 전송 모두에 사용된다. 하향링크에서, 각 물리적인 채널은 2 OFDM 심벌상에서 14 인접하는(contiguous) 부반송파로 구성되는 클러스터(cluster)로 나누어진다. 물리채널은 6 그룹으로 맵핑된다. 각 그룹내에서, 파일럿은 고정된 위치로 각 클러스터에 할당된다. 상향링크에서, 부반송파들은 3 OFDM 심벌상에서 4 인접하는 물리적 부반송파로 구성된 타일(tile)로 나누어진다. 서브채널은 6 타일을 포함한다. 각 타일의 모서리에 파일럿이 할당된다. O-PUSC는 상향링크 전송에만 사용되고, 타일은 3 OFDM 심벌 상에서 3 인접하는 물리적 부반송파로 구성된다. 파일럿은 타일의 중심에 할당된다.

도 3은 복수의 순열을 포함하는 프레임의 일예를 나타낸다. 이는 물리적 프레임일 수 있다.

도 3을 참조하면, 하향링크 프레임(DL frame)에는 프리앰블, FCH 및 DL-MAP은 매 프레임마다 반드시 나타난다. FCH 및 DL-MAP에는 PUSC 순열이 적용된다. 하향링크 프레임에는 PUSC, FUSC, 선택적 PUSC, AMC 순열 등이 나타날 수 있다. 하향링크 프레임에 나타나는 순열은 DL-MAP에서 지정할 수 있다. 상향링크 프레임에는 PUSC, 선택적 PUSC, AMC 순열 등이 나타날 수 있다. 상향링크 프레임에 나타나는 순열은 UL-MAP에서 지정할 수 있다.

각 프레임의 프리앰블, FCH 및 DL-MAP 등을 통하여 프레임 내의 데이터 또는 제어정보의 정확한 획득이 가능하다.

도 4는 무선통신 시스템의 다른 예를 나타낸 블록도이다.

도 4를 참조하면, 서빙셀(Serving cell)의 기지국(20S)은 서빙셀 내의 단말(10S)에게 통신 서비스를 제공한다. 서빙셀 내의 단말(10S)은 서빙셀 기지국(20S)으로 상향링크 프레임을 통하여 데이터를 전송한다. 논서빙셀(Non-serving cell)에 위치하는 단말(10N)은 자신에게 통신 서비스를 제공하는 기지국(20N)으로 상향링크 프레임을 통하여 데이터를 전송한다. 이때, 서빙셀 내의 단말(10S)과 논서빙셀의 단말(10N)은 서로 다른 순열 방식을 적용하여 상향링크 데이터를 전송할 수 있다. 예를 들어, 서빙셀 내의 단말(10S)은 PUSC 순열을 적용하여 상향링크 데이터를 전송하고, 논서빙셀의 단말(10N)은 AMC 및 O-PUSC 순열을 적용하여 상향링크 데이터를 전송할 수 있다. 서빙셀의 기지국(20S)은 서빙셀 내의 단말(10S)의 신호를 유효한 데이터 신호로 수신하고, 논서빙셀의 단말(10N)의 신호를 잡음으로 간주하여 전체 수신신호에서 제거한다.

만일, 모든 셀에서 동일한 순열 방식이 사용되는 경우, 기지국은 인접 셀의 단말로부터 수신되는 신호를 유효한 데이터 신호로부터 쉽게 제거할 수 있다. 그러나, 인접 셀간에 사용하는 순열 방식이 서로 다르고 각 기지국이 사용하는 순열 방식에 대한 정보를 서로 알지 못하는 경우에는 인접 셀간 간섭(inter-cell interference)을 제거하는데 어려움이 있다. 그리고 각 기지국이 자신의 잡음 및 간섭 레벨(Noise and Interference level; NI 레벨)만을 고려하여 셀 내의 단말의 송신전력이 증가하게 되면, 이로 인하여 인접 셀에서는 간섭량이 증가하게 되고 증가된 간섭량을 보상하기 위하여 단말의 송신전력을 증가시키게 된다. 이러한 악순환으로 모든 셀의 송신전력이 불필요하게 증가된다.

각 기지국이 사용하는 순열에 대한 정보 및 NI 레벨에 대한 정보를 상호 공유하여 셀간 간섭을 줄이고 적절한 송신전력을 유지할 수 있다. 기지국 간의 정보 공유는 백본망(backbone network)을 통하여 이루어질 수 있다. 백본망은 유선 또는 무선으로 각 기지국을 연결할 수 있다. 무선통신 시스템에서 백본망을 이용한 네트워킹 시스템을 네트워크 제어 및 관리 시스템(Network Control and Management System; NCMS)이라 할 수 있다.

도 5는 네트워크 참조 모델(network reference model)의 일예를 나타낸 블록도이다.

도 5를 참조하면, 네트워크 참조 모델은 기지국(BS)과 단말(UE) 간의 인터페이스(U)를 통한 통신으로 정의될 수 있다. 이때, 기지국(BS) 및 단말(UE)은 네트워크 제어 및 관리 시스템(NCMS) 및 프로토콜 개체(Protocol Entity)를 포함한다. 프로토콜 개체는 특정 통신 규약에 따른 통신 방식을 제공한다. 예를 들어, 프로토콜 개체는 IEEE 표준 802.16의 통신 프로토콜을 따를 수 있다. 네트워크 제어 및 관리 시스템(NCMS)과 프로토콜 개체는 제어 서비스 액세스 포인트(Control Service Access Point; C-SAP) 또는 관리 서비스 액세스 포인트(Management Service Access Point; M-SAP)를 통해 MAC 관리 정보를 교환할 수 있다. 기지국(BS)의 프로토콜 개체와 단말(UE)의 프로토콜 개체 간에는 MAC 메시지 교환을 통하여 물리계층(PHY) 및 MAC(media access control)계층의 운영이 이루어진다.

도 6은 네트워크 제어 및 관리 시스템(NCMS)의 기능적 개체(functional entity)를 나타낸 블록도이다.

도 6을 참조하면, 네트워크 제어 및 관리 시스템은 AAA(authorization, authentication, accounting) 서비스, 보안 서비스(Security Services), 이동성 관리 서비스(Mobility Management Services), 무선자원 관리 서비스(Radio Resource Management Services), 서비스 흐름 관리 서비스(Service Flow Management Services), 페이징 및 정지 모드 서비스(Paging and Idle Mode Services), 멀티캣트 브로드캐스트 서비스 관리(Multicast Broadcast Services(MBS) Management), 위치기반 서비스 관리(Location Based Service(LBS) Management), MIH(Media Independent Handover) 기능 서비스(MIH Function Services), 단말 관리(Subscriber Station Management(SSM)), 네트워크 관리 서비스(Network Management Services) 등의 다양한 기능을 제공한다. 각 기능을 제공하는 개체들(entities)은 네트워크 제어 및 관리 시스템에 모여 있거나 네트워크상에서 분산되어 있을 수 있다.

네트워크 제어 및 관리 시스템을 통하여 기지국 간의 정보 공유가 이루어질 수 있다. 즉, 다중 셀 환경에서 각 기지국이 사용하는 순열(permutation) 방식 및/또는 NI 레벨에 대한 정보를 네트워크 제어 및 관리 시스템을 통하여 기지국 간에 서로 공유할 수 있다.

도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 기지국 간의 정보 공유 방법을 도시한 블록도이다. 네트워크 제어 및 관리 시스템의 무선자원 관리 기능(radio resource management function)을 이용한다.

도 7을 참조하면, 네트워크 제어 및 관리 시스템(NCMS)의 무선자원 관리 기 능(radio resource management function)은 RRA(Radio Resource Agents)와 RRC(Radio Resource Controllers) 사이의 통신 또는 RRC 간의 통신에 관여한다. RRC는 네트워크 제어 및 관리 시스템에 포함되어 무선자원의 설정, 재설정 및 해제등과 관련하여 기지국의 무선자원을 관리한다. RRA는 기지국의 프로토콜 개체(Protocol Entity)에 포함되어 RRC로부터의 무선자원 관리에 대해 응답한다.

네트워크 제어 및 관리 시스템은 프로토콜 개체로 무선자원 관리 메시지(radio resource management message; C-RRM-XXX)를 이용하여 인접 기지국 정보(neighbor-BS PHY report)를 전송한다. 인접 기지국 정보를 나타내는 무선자원 관리 메시지는 표 1과 같이 표현될 수 있다.

무선자원 관리 메시지(C-RRM-XXX)

C-RRM-XXX
(
Event_type : Neighbor-BS PHY report,
Destination : BS,
Attribute_List :
N_NEIGHBORS,
For all BSs in the BS List :
BSID
NI_REGION
For all NI region :
xx Value,
...
)

무선자원 관리 메시지는 인접하는 기지국의 ID(BSID) 정보 및 각 기지국의 NI 영역(NI region)에 대한 정보를 포함한다. 기지국 ID(BSID)는 기지국을 구분하는 특정 ID 이다. NI 영역은 동일한 순열을 사용하는 순열 구역(permutation zone) 또는 특정 제어정보의 전송을 위한 제어채널 영역을 의미한다. 기지국은 인접 기지국의 NI 영역별 NI 레벨을 무선자원 관리 메시지를 통하여 전송받을 수 있다. 기지국은 네트워크 제어 및 관리 시스템을 통하여 인접 기지국의 NI 레벨을 전송받을 수 있다.

여기서는 무선자원 관리 메시지에 인접 기지국의 ID 및 NI 영역의 NI 레벨이 포함되는 것으로 설명하였으나 이는 예시에 불과하며, 무선자원 관리 메시지는 인접 기지국에 대한 다양한 정보를 포함할 수 있다. 예를 들어, 무선자원 관리 메시지에는 인접 기지국이 사용하는 순열의 사용 빈도에 대한 가중치, 대역폭에 대한 NI 레벨, 순열 구역별 기준값에 대한 비교값 등 다양한 정보가 포함될 수 있다.

도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 상향링크 전력제어 방법을 도시한 흐름도이다.

도 8을 참조하면, 기지국은 인접 기지국과 정보를 공유한다(S110). 인접 기지국의 공유 정보는 네트워크 제어 및 관리 시스템을 통하여 기지국으로 전달될 수 있다.

기지국은 단말로 인접 기지국에 대한 정보를 포함한 전력제어 메시지를 전송한다(S120). 전력제어 메시지는 단말이 상향링크 송신전력을 제어하는데 필요한 전력제어 정보가 포함된다. 전력제어 정보는 해당 기지국의 NI 레벨 및 인접 기지국의 NI 레벨에 대한 정보가 될 수 있다. 인접 기지국에 대한 정보가 셀 공통(cell common)의 정보인 경우, 전력제어 메시지는 멀티캐스트(multicast) 또는 브로트캐스트(broadcast) 방식으로 전송될 수 있다. 전력제어 메시지가 특정 단말에 대한 메시지인 경우에는 유니캐스트(unicast) 방식의 제어채널을 통하여 전송될 수 있다.

전력제어 메시지는 인접 기지국과의 공유 정보를 이용하여 생성될 수 있다. 전력제어 메시지는 다음 중 적어도 어느 하나의 방법으로 생성되어 단말에게 전송될 수 있다.

1. 기지국은 일정 시간동안 인접 기지국이 사용하는 순열 방식을 관찰하여 순열의 사용 빈도에 따른 가중치를 단말에게 알려줄 수 있다. 표 2는 상향링크 프레임에서 사용되는 순열에 대한 가중치의 일예를 나타낸다.

NI Region	PUSC	O-PUSC	AMC
Weight	xx	xx	xx

순열 구역의 구분은 비트맵 형태로 나타낼 수 있고, 각 순열 구역의 가중치의 크기는 미리 정한 형태로 표현될 수 있다.

2. 기지국은 일정 시간동안 인접 기지국이 사용하는 순열 방식을 관찰하여 순열의 사용 빈도에 따른 지시자(indicator)를 단말에게 알려줄 수 있다. 표 3은 상향링크 프레임에서 사용되는 순열에 대한 이진수(binary) 형태의 지시자의 일예를 나타낸다.

NI Region	PUSC	O-PUSC	AMC
Indicator	1	0	0

미리 정한 이진수의 비트맵 형태로 순열 구역 및 사용되는 순열을 나타낼 수 있다. 예를 들어, '100'은 인접 기지국이 PUSC 순열만을 사용하거나 PUSC 순열을 사용 빈도가 가장 크다는 것을 의미한다.

3. 기지국은 인접 기지국이 사용하는 순열 방식 중에서 사용 빈도가 가장 높은 하나의 NI 영역만을 단말에게 알려줄 수 있다. 비트맵 형태로 사용 빈도가 가장 높은 NI 영역을 나타내거나, 각 NI 영역의 인덱스를 설정하여 하나의 인덱스를 단말에게 알려줄 수 있다.

4. 기지국은 인접 기지국의 순열 구역(permutation zone)별 NI 레벨을 직접 단말에게 알려줄 수 있다. 순열 구역의 구분은 비트맵 형태로 나타낼 수 있고, NI 레벨은 미리 정한 형태로 표현될 수 있다.

5. 기지국은 전체 대역폭의 NI 레벨을 단말에게 알려줄 수 있다.

6. 순열 구역별로 특정 기준값을 설정하여, 그 기준값과 측정한 NI 레벨의 차이에 대한 지시자를 인접 기지국으로부터 수신하여 단말에게 이를 알려줄 수 있다. 비트맵 형태로 순열 구역을 구분하고 이진수 형태로 지시자를 나타낼 수 있다.

기지국이 순열의 사용 빈도에 대한 정보를 제공하는 경우(방법 1 내지 3)는 인접하는 특정 기지국의 정보만을 이용하여 전력제어 정보를 생성하거나, 또는 모든 인접 기지국의 정보를 통합하여 전력제어 정보를 생성할 수 있다.

표 4는 전력제어 메시지의 일예를 나타낸다. 단말에게 각 순열 방식의 사용 빈도에 대한 가중치 또는 이진수 지시자(binary indicator)를 알려주는 경우이다.

Syntax	Note
Other BS NI Information Extended IE{
Extended DIUC
Length
Bitmap
If(LSB of Bitmap=1){
PUSC	Weight level or binary indicator
}
If(The 2^nd LSB of Bitmap=1){
AMC	Weight level or binary indicator
}
If(The 3^rd LSB of Bitmap=1){
O-PUSC	Weight level or binary indicator
}
...
}

상향링크에서 여러 가지 순열 방식이 적용될 때, 기지국은 적용되는 순열 방식을 비트맵 형식으로 단말에게 알려줄 수 있고, 각 순열 방식의 사용 빈도에 대한 가중치 또는 이진수 지시자를 알려줄 수 있다. 이는 단말에게 각 순열 구역에 대한 NI 레벨을 알려주는 메시지와 함께 전송되거나, 표 4와 같이 별도의 메시지 형태로 주기적 또는 비주기적으로 전송될 수 있다.

표 5는 전력제어 메시지의 다른 예를 나타낸다. 단말에게 각 순열 방식의 사용 빈도에 대한 가중치 또는 이진수 지시자와 함께 각 순열 구역에 대한 NI 레벨을 알려주는 경우(방법 1, 2, 4)이다.

Syntax	Note
UL_Interference_and_Noise_Level_IE(){
Extended DIUC
Length
Bitmap	LSB indicates the there exists a CQI/ACK/Periodic Ranging Region NI field (1). Otherwise, it is 0. The 2^nd LSB indicates the there exists a PUSC Region NI field (1). Otherwise, it is 0. The 3^rd LSB indicates the there exists a Optional PUSC Region NI field (1). Otherwise, it is 0. The 4^th LSB indicates the there exists an AMC Region NI field (1). Otherwise, it is 0. The 5^th LSB indicates the there exists an AAS Region NI field (1). Otherwise, it is 0. The 6^th LSB indicates the there exists a Periodic Ranging Region NI field (1). Otherwise, it is 0. The 7^th LSB indicates the there exists a Sounding Region NI field (1). Otherwise, it is 0. The 8^th LSB indicates the there exists a MIMO Region NI field (1). Otherwise, it is 0.
If(LSB of Bitmap=1){
CQI/ACK/Periodic Ranging Region NI	Estimated average power level(dBm) per a subcarrier in CQI/ACK/periodic ranging region.
Other_BS_CQI/ACK/Periodic Ranging Region	Weight level or binary indicator
}
If(The 2nd LSB of Bitmap=1){
PUSC Region NI	Estimated average power level(dBm) per a subcarrier in PUSC region.
Other_BS_PUSC Region	Weight level or binary indicator
}
...	...

If(The 8th LSB of Bitmap=1){
MIMO Region NI	Estimated average power level(dBm) per a subcarrier in MIMO region.
Other_BS_MIMO Region	Weight level or binary indicator
}
}

여기서, NI 영역을 8가지로 표현하였으나, 이는 제한이 아니며 NI 영역의 수는 증가 또는 감소될 수 있다.

전력제어 메시지에 모든 NI 영역에 대한 NI 레벨, 인접 기지국의 사용 빈도에 따른 가중치 정보 등을 포함하는 경우에는 오버헤드가 증가할 수 있다. 그러나, 인접 기지국이 사용하는 순열 방식 중에서 사용 빈도가 가장 높은 하나의 NI 영역만을 단말에게 알려주거나, 전체 대역폭에 대한 NI 레벨을 단말에게 알려주는 경우(방법 3, 5)는 전력제어 메시지로 인한 오버헤드를 줄일 수 있다.

순열 구역별로 특정 기준값을 설정하는 경우(방법 6)는 인접 기지국이 미리 NI 레벨의 기준값을 설정하여 측정된 NI 레벨과 비교하여, 측정된 NI 레벨이 기준값을 초과하거나 또는 초과하지 않는 순열 구역을 이진수 지시자로 기지국으로 알려준다. 이때, 기지국은 인접 기지국이 알려주는 이진수 지시자를 단말에게 그대로 전송하거나 다른 전력제어 정보와 함께 전송할 수 있다. 한편, 인접 기지국의 NI 레벨에 대한 이진수 지시자는 기지국을 통하지 않고 단말이 직접 인접 기지국으로부터 수신할 수도 있다. 단말이 인접 기지국으로부터 직접 NI 레벨에 대한 정보를 수신하는 경우, 단말은 기지국으로부터 전송되는 전력제어 메시지와 함께 고려하여 송신전력을 결정한다.

단말은 기지국으로부터 수신한 전력제어 메시지를 바탕으로 송신전력을 제어한다(S130). 단말은 인접 기지국에서의 사용 빈도가 높은 순열 구역의 NI 레벨과 자신이 다음 전송에 사용할 순열 구역의 NI 레벨을 비교하여 송신전력을 제어할 수 있다. 예를 들어, 단말이 전력제어 메시지로부터 인접 기지국이 사용하는 순열의 사용 빈도에 대한 정보(방법1, 2, 3)와 함께 사용 빈도가 높은 순열의 NI 레벨을 알게 되면, 인접 기지국에서의 사용 빈도가 높은 순열 구역의 NI 레벨보다 자신이 사용할 순열 구역의 NI 레벨이 상대적으로 높은 경우에는 일정 수준만큼 송신전력을 낮추고, 자신이 사용할 순열 구역의 NI 레벨이 상대적으로 낮은 경우에는 일정 수준만큼 송신전력을 높이거나 현재 송신전력을 그대로 유지할 수 있다. 만일, 단말이 인접 기지국이 사용한 순열의 사용 빈도만을 알고 있는 경우, 사용 빈도가 높은 순열에 대한 자신의 기지국의 NI레벨 값이 타겟 레벨을 초과하게 되면 그 순열에 대해 그 만큼 증가된 송신전력을 결정하여야 하므로 단말은 허용되는 범위 내에서 MCS 레벨을 한 단계 낮추거나 송전전력을 일정량 증가시킬 수 있다.

수학식 1은 기지국이 전송한 전력제어 정보를 이용한 단말의 전력제어의 일예를 나타낸다.

여기서, P는 단말의 송신전력 레벨(dBm), L은 추정되는 평균 상향링크 손실, C/N은 부반송파 대 잡음비(Carrier-to-noise ratio), R은 변조 방식에 대한 반복 횟수, NI는 추정되는 평균 잡음 및 간섭, Offset(SS_perSS)는 단말에 의해 결정되는 송신전력 보정값, Offset(BS_perSS)는 기지국에 의해 결정되는 송신전력 보정값, F(NI_otherBS)는 인접 기지국에 대한 정보를 기반으로 한 송신전력 보정값이다.

단말은 기지국으로부터 수시한 전력제어 메시지를 바탕으로 제어된 송신전력으로 데이터를 전송한다(S140).

이상, 다중 셀 환경에서 각 기지국의 NI 레벨을 기지국 간에 상호 공유하여 단말의 송신전력 결정에 적용하는 것으로 설명하였다. 그러나 다중 셀 환경의 통신에 영향을 미치는 요소는 다양한 방법으로 표현될 수 있고, 이러한 환경적 요소를 기지국 간에 상호 공유하여 단말의 송신전력 결정에 적용하는 방법에는 제한이 없다. 예를 들어, 기지국의 간섭 수준만을 고려하거나 간섭 대 열잡음(Interference over Thermal Noise) 형태로 각 기지국의 환경적 요소를 나타낼 수 있다.

한편, 기지국이 모든 단말의 위치를 알고 있은 경우에는 단말의 위치에 따른 인접 기지국과의 간섭 정도를 고려하여 각 단말의 상황에 적절한 전력제어 메시지를 생성하여 전송할 수 있다. 예를 들어, 특정 위치에 있는 단말이 특정 인접 기지국에게 강한 간섭원으로 작용할 여지가 있는 경우에는 특정 인접 기지국을 고려하여 단말이 송신전력을 제어할 수 있도록 전력제어 메시지를 구성하여 전송할 수 있다. 이와 같이, 각 단말과 인접 기지국과의 관계를 유기적으로 고려하여 송신전력 수준을 결정하게 되면 셀 공통(cell common)의 전력제어 정보를 적용하는 경우보다 셀간의 NI 레벨을 전체적으로 더 낮출 수 있다. 즉, 기지국이 단말의 위치를 알고 있는 경우에는 단말의 통신 환경을 보다 정확히 고려하여 통신 시스템의 성능을 향상시킬 수 있다. 단말의 위치에 따른 통신 환경을 고려하는 경우는 셀 내의 사용자 분포에 따른 특성을 이용하는 경우보다 더욱 효과적인 시스템 제어가 가능하다.

상술한 모든 기능은 상기 기능을 수행하도록 코딩된 소프트웨어나 프로그램 코드 등에 따른 마이크로프로세서, 제어기, 마이크로제어기, ASIC(Application Specific Integrated Circuit) 등과 같은 프로세서에 의해 수행될 수 있다. 상기 코드의 설계, 개발 및 구현은 본 발명의 설명에 기초하여 당업자에게 자명하다고 할 것이다.

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 실시예들을 포함한다고 할 것이다.

도 1은 무선통신 시스템의 일예를 나타낸 블록도이다.

도 2는 프레임 구조의 일예를 나타낸다.

도 3은 복수의 순열을 포함하는 프레임의 일예를 나타낸다.

도 4는 무선통신 시스템의 다른 예를 나타낸 블록도이다.

도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 기지국 간의 정보 공유 방법을 도시한 블록도이다.

Claims

복수의 기지국으로 이루어지는 다중 셀 환경에서 상향링크 전력제어 방법에 있어서,

기지국으로부터 전력제어 메시지를 수신하는 단계; 및

상기 전력제어 메시지를 바탕으로 송신전력을 제어하는 단계를 포함하되, 상기 전력제어 메시지는 인접 기지국의 NI 레벨(noise and interference level)을 포함하고

상기 NI 레벨은 상기 인접 기지국이 사용하는 각 순열 구역(permutation zone)별 NI 레벨인 것을 특징으로 하는 다중 셀 환경에서 상향링크 전력제어 방법.
삭제
제1 항에 있어서, 상기 전력제어 메시지는 상기 인접 기지국이 사용하는 순열의 사용 빈도를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 다중 셀 환경에서 상향링크 전력제어 방법.
제1 항에 있어서, 상기 송신전력은

와 같이 제어되되, P는 송신전력 레벨(dBm), L은 추정되는 평균 상향링크 손실, C/N은 부반송파 대 잡음비(Carrier-to-noise ratio), R은 변조 방식에 대한 반복 횟수, NI는 추정되는 평균 잡음 및 간섭, Offset(SS_perSS)는 단말에 의해 결정되는 송신전력 보정값, Offset(BS_perSS)는 기지국에 의해 결정되는 송신전력 보정값, F(NI_otherBS)는 상기 인접 기지국의 NI 레벨을 기반으로 한 송신전력 보정값인 것을 특징으로 하는 다중 셀 환경에서 상향링크 전력제어 방법.
제1 기지국으로부터 상기 제1 기지국의 전력제어 정보를 수신하는 단계;

상기 제1 기지국으로부터 제2 기지국의 전력제어 정보를 수신하는 단계; 및

상기 제1 기지국의 전력제어 정보 및 상기 제2 기지국의 전력제어 정보를 바탕으로 송신전력을 제어하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 다중 셀 환경에서 상향링크 전력제어 방법.
제5 항에 있어서, 상기 제1 기지국의 전력제어 정보는 상기 제1 기지국에 의해 결정되는 오프셋이고, 상기 제2 기지국의 전력제어 정보는 상기 제2 기지국의 NI 레벨인 것을 특징으로 하는 다중 셀 환경에서 상향링크 전력제어 방법.