KR101479774B1

KR101479774B1 - 셀기반 이동통신시스템에서의 자원할당방법

Info

Publication number: KR101479774B1
Application number: KR20080017658A
Authority: KR
Inventors: 조한규; 남승우; 박형호; 최진수; 정재훈; 한종영
Original assignee: 엘지전자 주식회사
Priority date: 2008-02-27
Filing date: 2008-02-27
Publication date: 2015-01-12
Also published as: KR20090092420A

Abstract

셀기반 이동통신시스템에서의 자원할당방법을 제공한다. 상기 방법은 셀내의 기지국과 단말간의 통신을 위해 할당된 전체 주파수 대역을 복수의 부분대역(partial band)으로 분할하는 단계, 및 상기 복수의 부분대역 중 어느 하나의 부분대역을 상기 단말에 할당하는 단계를 포함한다. 상기 셀은 인접한 셀로부터 간섭의 영향을 받는 셀경계, 상기 셀의 중심과 상기 셀경계간의 복수의 구획선에 의해 상기 셀의 내부가 분할되어 형성되는 복수의 섹터(sector) 및 상기 복수의 섹터들이 서로 간섭의 영향을 미치는 섹터경계로 구분되고, 상기 셀경계에 위치한 단말에 할당되는 부분대역과 상기 섹터경계에 위치한 단말에 할당되는 부분대역이 서로 다르다. 셀경계 또는 섹터경계에서 발생할 수 있는 간섭을 줄이며, 각 위치에 할당되는 주파수 대역에 대하여 가장 최적화된 부분적 주파수 재사용 방법을 이용함으로써 성능 및 스케줄링의 유연성을 높일 수 있다.

부분적 주파수 재사용, FFR, 셀, 섹터, 부분대역, 셀간 간섭(intercell interference)

Description

셀기반 이동통신시스템에서의 자원할당방법{Method of Resource Allocation in Mobile Communication System based on Cell}

본 발명은 무선통신에 관한 것으로서 보다 상세하게는 셀기반 이동통신시스템에서의 자원할당방법에 관한 것이다.

무선 통신 시스템은 효율적인 시스템 구성을 위해 셀(cell) 구조를 갖는다. 셀이란 주파수를 효율적으로 이용하기 위하여 넓은 지역을 작은 구역으로 세분한 구역을 의미한다. 다중 접속 시스템(multiple access system)은 일반적으로 다중 셀을 포함한다. 일반적으로 셀 내에는 기지국을 설치하여 단말을 중계한다.

무선 통신 시스템은 다수의 단말을 위해 하향링크(downlink)와 상향링크(uplink)를 지원한다. 여기서, 하향링크는 기지국에서 단말로의 통신을 의미하며, 상향링크는 단말에서 기지국으로의 통신을 의미한다. 기지국(예를 들어 노드-B)은 셀을 운용하고, 기지국에 위치하는 스케줄러(scheduler)는 셀내에 어떠한 단말을 위한 데이터가 전송될 것인지를 결정한다. 단말은 보행하는 또는 차량내의 사람에 의해 작동하는 이동하거나 고정된 장치일 수 있다.

셀내에 다수의 단말이 존재하는 경우 다수의 단말이 동시에 하향링크 데이터 를 수신하거나 또는 상향링크 데이터를 전송할 수 있다. 이때 발생할 수 있는 문제는 간섭(interference)이다. 간섭은 대부분 열잡음(thermal noise), 다른 셀로부터 전송되는 파워, 셀내에서 전송되는 전용채널파워, 셀내에서 전송되는 공용채널을 위한 파워등을 포함한다.

동일한 셀에서 단말에 의한 데이터 전송에 있어서, 직교성(Orthogonality)을 갖는 다중화를 통해 셀내 간섭(intra-cell interference)이 방지된다. 그러나 서로 다른 셀에서 단말에 의한 데이터 전송은 직교성이 보장되지 않을 수 있으며, 단말은 다른 셀로부터의 셀간 간섭(inter-cell interference)을 겪게 된다. 동일한 주파수를 사용하는 셀간의 간섭을 셀간 간섭이라 한다.

직교 주파수 분할 다중화(Orthogonal Frequency Division Multiplexing; 이하 OFDM)는 다수의 부반송파(subcarrier)를 이용한 기법 중 하나이다. OFDM은 전체 시스템 대역폭을 직교성을 갖는 다수의 부반송파로 분할하고(partition), 데이터를 부반송파들에 실어 전송한다. 다중 셀 환경하에서 OFDM과 같은 시스템은 부반송파간의 직교성때문에 셀 내의 간섭을 효과적으로 줄일 수 있다. 하지만, OFDM 시스템도 셀간 간섭의 영향을 줄일 수 없는 단점이 있다. 이는 인접하는 셀이 동일한 부반송파를 사용할 경우 사용자들에게 간섭의 원인으로 작용할 수 있기 때문이다.

데이터 전송률을 최대화하기 위하여는 단말에 작용하는 간섭을 최소화하는 것이 바람직하다. 셀간 간섭을 줄이기 위한 기법 중 하나가 셀간에 서로 다른 주파수를 사용하는 것이다. 이를 주파수 재사용 기법이라 한다. 예를 들어, 인접하는 셀의 수가 3이라면 전체 주파수 대역을 3등분하여 셀간에 서로 겹치지 않도록 주파 수 대역을 할당하여 셀간 간섭을 방지한다. 여기서 3은 주파수 재사용 계수(Frequency Reuse Factor; FRF)라 한다. 주파수 재사용 계수가 1에 가까울수록 높은 시스템 용량을 얻을 수 있는 반면, 동일한 주파수를 재사용함으로써 발생되는 간섭 역시 증가한다.

또는, 방향성 안테나(directional antenna)를 배치하여 특정한 셀로부터의 신호가 다른 셀로부터의 신호와 서로 겹치지 않게 할 수 있다. 이러한 방법에 의해 셀간 간섭을 줄일 수 있다하여도 셀을 분할한 섹터간의 간섭은 여전히 배제할 수 없다.

따라서, 통신 품질의 향상을 위해 간섭을 효과적으로 줄일 수 있는 자원할당방법이 필요하다.

본 발명의 기술적 과제는 셀기반 이동통신시스템에서의 자원할당방법을 제공함에 있다.

본 발명의 일 양태에 따르면, 셀기반 이동통신시스템에서의 자원할당방법을 제공한다. 상기 방법은 셀내의 기지국과 단말간의 통신을 위해 할당된 전체 주파수 대역을 복수의 부분대역(partial band)으로 분할하는 단계, 및 상기 복수의 부분대역 중 어느 하나의 부분대역을 상기 단말에 할당하는 단계를 포함한다. 상기 셀은 인접한 셀로부터 간섭의 영향을 받는 셀경계, 상기 셀의 중심과 상기 셀경계간의 복수의 구획선에 의해 상기 셀의 내부가 분할되어 형성되는 복수의 섹터(sector) 및 상기 복수의 섹터들이 서로 간섭의 영향을 미치는 섹터경계로 구분되고, 상기 셀경계에 위치한 단말에 할당되는 부분대역과 상기 섹터경계에 위치한 단말에 할당되는 부분대역이 서로 다르다.

본 발명의 다른 양태에 따르면, 셀기반 이동통신시스템에서의 자원할당방법을 제공한다. 셀내의 기지국과 단말간의 통신을 위해 할당된 전체 주파수 대역은 복수의 부분대역으로 구분되고, 상기 복수의 부분대역 중 어느 하나의 부분대역을 할당받는 단계, 및 상기 할당받은 부분대역을 통해 상기 기지국과 데이터 통신을 수행하는 단계를 포함한다. 상기 셀은 인접한 셀로부터 간섭의 영향을 받는 셀경계, 상기 셀의 중심과 상기 셀경계간의 복수의 구획선에 의해 상기 셀의 내부가 분 할되어 형성되는 복수의 섹터(sector) 및 상기 복수의 섹터들이 서로 간섭의 영향을 미치는 섹터경계로 구분되고, 상기 셀경계에 위치한 단말이 할당받는 부분대역과 상기 섹터경계에 위치한 단말이 할당받는 부분대역이 서로 다르다.

셀경계 또는 섹터경계에서 발생할 수 있는 간섭을 줄이며, 각 위치에 할당되는 주파수 대역에 대하여 가장 최적화된 부분적 주파수 재사용 방법을 이용함으로써 성능 및 스케줄링의 유연성을 높일 수 있다.

이하 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조 번호는 동일한 구성요소를 나타낸다.

이하의 기술은 다양한 통신 시스템에 사용될 수 있다. 통신 시스템은 음성, 패킷 데이터 등과 같은 다양한 통신 서비스를 제공하기 위해 널리 배치된다(deploy). 이 기술은 하향링크(downlink) 또는 상향링크(uplink)에 사용될 수 있다. 하향링크는 기지국(base station; BS)에서 단말(mobile station; MS)로의 통신을 의미하며, 상향링크는 단말에서 기지국으로의 통신을 의미한다. 기지국은 일반적으로 단말와 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. 단말은 고정되거나 이동성을 가질 수 있으며, UE(user equipment), UT(user terminal), SS(subscriber station), 무선기기(wireless device) 등 다른 용어로 불릴 수 있다.

본 발명은 다중 접속(mutiple access)을 위해 주파수 분할이 필요한 어떠한 다중 접속 기법에도 적용할 수 있다. 다중 접속 기법은 FDMA(Frequency Division Multiple Access), OFDMA(Orthogonal Frequency Division Multiple Access), MC-CDMA(Multi-Carrier Code Division Multiple Access) 및 이들의 조합을 포함한다.

OFDM/OFDMA 기반 시스템에 관하여 좀더 자세히 설명하면, OFDM은 다수의 직교 부반송파를 이용한다. OFDM은 IFFT(inverse fast Fourier Transform)과 FFT(fast Fourier Transform) 사이의 직교성을 이용한다. 송신기에서 데이터는 IFFT를 수행하여 전송된다. 수신기에서 수신신호에 FFT를 수행하여 원래 데이터를 복원한다. 송신기는 다중 부반송파들을 결합하기 위해 IFFT를 사용하고, 수신기는 다중 부반송파들을 분리하기 위해 대응하는 FFT를 사용한다.

도 1은 부분적 주파수 재사용을 설명하는 블록도이다. 이하에서 셀경계는 인접한 셀로부터 간섭신호의 영향이 미치는 셀 경계 부근의 영역을 포괄하는 개념으로서 정의한다. 또한 셀 중심 영역은 인접한 셀로부터 간섭신호의 영향이 미치지 않는 셀 중심 부근의 영역을 포괄하는 개념으로서 정의한다.

도 1을 참조하면, 부분적 주파수 재사용 (Fractional Frequency Reuse; FFR)은 OFDM 시스템에서 부반송파들의 직교성을 이용해서 하나의 셀 또는 섹터(sector) 내에서 다양한 주파수 재사용 계수를 사용하는 방법이다. 각 셀에서 기지국이 사용 가능한 전체 주파수 대역을 F라고 할 때, 셀간 간섭을 방지하기 위해서 각 셀의 기지국은 각 셀경계에서 서로 다른 주파수 f1(셀 A에 대해), f2(셀 B에 대해), f3(셀 C에 대해)를 사용한다. 즉, 셀경계는 인접 셀로부터의 간섭의 영향을 쉽게 받으므로, 인접 셀들과 대역이 중복되지 않도록 하기 위해 셀경계에는 주파수 재사용 계수 3이 적용된다.

한편, 셀 중앙 영역은 인접 셀과의 거리가 어느 정도 확보되어 간섭 신호의 세기가 약하므로, 각 셀의 중앙부에는 주파수 재사용 계수 1이 적용된다.

이와 같이 인접셀로부터 간섭의 영향을 많이 받는 셀 경계에 위치한 단말에는 전체 주파수 대역의 일부만 할당하고, 인접셀로부터 셀간 간섭에 영향이 적은 셀 중앙 영역에 위치한 단말에는 전체 주파수 대역을 모두 할당할 수 있게 함으로써, 효과적으로 셀간 간섭을 방지하고 시스템의 용량을 높일 수 있다.

도 2는 본 발명의 일 예에 따른 셀 구조를 나타내는 블록도이다.

도 2를 참조하면, 셀 A는 크게 셀경계(cell boundary), 복수의 섹터(sector) 및 섹터경계(sector boundary)로 구분된다. 셀 A의 중심에는 기지국(BS)이 위치한다. 상기 셀경계는 문언적으로는 지형적으로 상기 셀 A가 다른 인접한 셀과 형성하는 경계를 의미할 수도 있다. 또는 상기 셀경계는 상기 셀 A에 인접한 셀인 셀 B 및 셀 C로부터 간섭의 영향을 받는 영역을 의미할 수도 있다. 셀경계가 간섭의 영향에 의해 결정되는 경우, 간섭의 영향은 SINR(Signal to Interference Noise Ratio)에 기반하여 파악될 수 있다. 간섭의 영향이 어느 정도 미쳐야 셀경계를 형성하는지는 구현상의 문제로서 본 발명에서의 제한은 아니다. 이하에서 셀경계는 다른 셀로부터 간섭의 영향을 받는 영역을 의미한다고 가정하여 설명하도록 한다.

섹터는 상기 셀 A의 중심과 상기 셀경계간의 복수의 구획선에 의해 상기 셀의 내부가 분할되어 형성되는 영역이다. 3개의 구획선이 상기 셀 A의 중심에서 상 기 셀경계로 그어져 있으며, 상기 3개의 구획선에 의해 상기 셀 A의 내부는 섹터 a, 섹터 b 및 섹터 c로 분할된다. 섹터를 구분하는 기준은 기지국에 구비된 안테나의 특성에 의해 결정될 수 있다. 특히 빔포밍(beamforming) 안테나 또는 지향성 안테나(directional antenna)를 사용하는 경우, 상기와 같이 셀 내부를 섹터로 구분하면 데이터가 효율적으로 전송될 수 있다.

상기 섹터경계는 상기 복수의 섹터들 중 인접한 섹터들이 서로 간섭의 영향을 미치는 영역이다. 상기 섹터 a의 일측은 섹터 b와, 타측은 섹터 c와 인접한다. 상기 섹터 b의 일측은 섹터 a와, 타측은 섹터 c와 인접한다. 또한 상기 섹터 c의 일측은 섹터 a와, 타측은 섹터 c와 인접한다. 즉, 각 섹터는 인접한 섹터에 간섭의 영향을 미치기도 하고 또한 인접한 섹터로부터 간섭의 영향을 받기도 한다. 이렇게 인접한 섹터로부터 간섭의 영향을 받는 영역을 섹터경계라 한다.

섹터 y에 의해 간섭의 영향을 받는 섹터 x의 섹터경계를 편의상 섹터경계 (x,y)라 표기하도록 한다. 예를 들어, 섹터경계 (b,c)는 섹터 b의 섹터경계로서 섹터 c에 의해 간섭의 영향을 받는 섹터경계이고, 섹터경계 (b,a)는 섹터 b의 섹터경계로서 섹터 a에 의해 간섭의 영향을 받는 섹터경계이다. 또한 셀경계로서, 섹터 x에 인접한 부분의 셀경계를 섹터 x의 셀경계라 한다.

이와 같이 하나의 셀은 셀경계, 섹터경계 및 복수의 섹터로 구분되며, 단말은 이 중 어느 한 곳에 위치할 수 있다.

셀을 복수의 섹터로 분할하여 각 섹터마다 동일한 주파수 대역을 사용하는 경우, 섹터간에서 서로 간섭의 영향을 미칠 수 있다. 따라서 셀내에서 섹터경계를 별도로 구분하여, 섹터경계에 위치한 단말에 할당되는 주파수 영역을 따로 관리해 줄 경우, 섹터간에 발생하는 간섭을 줄일 수 있고, 전체 주파수 사용 효율을 증가시킬 수 있다. 즉, 셀에서 셀경계에 별도의 부분대역을 할당하는 것은 인접한 다른 셀과의 간섭을 피하기 위함이고, 섹터경계에 별도의 부분대역을 할당하는 것은 동이한 셀내의 다른 섹터와의 간섭을 피해기 위함이다.

셀경계와 섹터경계 각각에 위치한 단말에 할당되는 주파수를 구별하는 실익은 다음과 같다. 첫째, 셀경계와 섹터경계의 단말에 따라 지배적인 간섭요소(dominant interferer)의 수가 다를 수 있다. 둘째, 섹터경계에 위치한 단말들은 동일한 기지국(BS)에 관계하는 반면, 셀경계에 위치한 단말들은 서로 다른 서빙 기지국(serving BS)에 관계한다. 셋째, 셀경계에 위치한 단말들은 비슷한 경로손실(path loss) 특성을 보이는 대신 지향성 안테나의 빔패턴(beam pattern)에 대해서 상이한 신호 강도를 가질 수 있다. 반면, 섹터경계에 위치한 단말들은 지향성 안테나의 빔패턴에 대해서 비슷한 신호 강도를 가지는 대신 상이한 경로손실 특성을 보일 수 있다.

도 2에서는 셀 A의 셀 구조만을 도시하였으나, 상기 셀 A의 구조는 셀 B, 셀 C, 및 셀 D의 셀 구조에도 적용될 수 있다. 또한 상기 복수의 섹터는 셀내에서 반드시 3개로 분할될 필요는 없고, 3개 이하 또는 그 이상으로 분할될 수도 있음은 물론이다. 상기 셀경계와 상기 섹터경계의 넓이가 동일하게 표시되어 있으나, 이는 인접한 셀 또는 인접한 섹터로부터 간섭의 영향을 미치는 영역을 임의로 나타낸 것이므로, 예시에 불과할 뿐이다.

도 3은 본 발명의 다른 예에 따른 셀 구조를 나타내는 블록도이다.

도 3을 참조하면, 도 2에서의 하나의 섹터와 상기 하나의 섹터에 인접한 셀경계만이 부분적으로 도시된다. 도 3의 셀 구조는 도 2와 비교하여 셀내에 셀경계와 섹터가 존재하는 점에서는 동일하나 섹터경계가 별도로 존재하지 않는 점에서 차이가 있다. 즉, 셀은 셀경계와 복수의 섹터로 구분되고, 하나의 섹터는 좌섹터, 우섹터로 구분된다.

도 4는 본 발명의 일 예에 따른 자원할당방법을 나타내는 블록도이다.

도 4를 참조하면, 전체 주파수 대역은 스케줄링에 의해 하나의 셀에 위치한 단말들에 할당되는 주파수 자원이다. 상기 전체 주파수 대역은 논리적 주파수 대역일 수도 있고 또는 물리적 주파수 대역일 수도 있다. 상기 전체 주파수 대역은 연속적인 부반송파(subcarrier)를 포함한다. 상기 전체 주파수 대역은 2개의 부분대역으로 구분되는데, 이 중 제1 부분대역은 섹터경계에 위치한 단말(이하 섹터경계 단말)들에 할당되고, 제2 부분대역은 셀경계에 위치한 단말(이하 셀경계 단말)들에 할당된다. 한편, 섹터내에 위치한 단말(이하 섹터내 단말)들에게는 상기 전체 주파수 대역 중 상기 셀경계 단말과 상기 섹터경계 단말들에 할당하고 남은 대역이 할당된다. 이는 도 2 또는 3의 셀구조에 모두 적용될 수 있는 자원할당방법이다.

도 5는 본 발명의 다른 예에 따른 자원할당방법을 나타내는 블록도이다.

도 5를 참조하면, 전체 주파수 대역은 3개의 부분대역으로 구분되는데, 이 중 제1 부분대역은 섹터경계 단말들에 할당되고, 제2 부분대역은 셀경계 단말들에 할당되며, 제3 부분대역은 섹터내 단말들에 할당된다. 즉, 각 단말이 셀내에서 어 느 곳에 위치하느냐에 따라 전체 주파수 대역에서 할당되는 부분대역이 다를 수 있다. 상기 3개의 부분대역의 위치는 반드시 도시된 형태에 한하지 않으며 서로 바뀔 수도 있고, 대역폭도 상이할 수 있다. 이는 도 2의 셀구조에 적용될 수 있는 자원할당방법이다.

도 4 또는 도 5와 같이 전체 주파수 대역이 2개 또는 3개의 부분대역으로 구분되는 구조는 모든 셀에 공통으로 적용된다. 예를 들어, 각 셀의 셀경계 단말들에게는 전체 주파수 대역 중 모두 같은 부분대역이 할당될 수 있다. 즉, 셀 A의 셀경계 단말과 셀 B의 셀경계 단말은 서로 동일한 부분대역을 사용할 수 있다. 이 경우 셀 A의 셀경계 단말은 셀 B의 셀경계 단말에 의해 간섭의 영향을 받을 수 있으므로(혹은 그 반대) 간섭이 조절되도록 적절한 주파수 재사용 계수가 선택되어야 한다.

한편, 각 셀의 섹터경계 단말들에게도 전체 주파수 대역 중 모두 같은 부분대역이 할당될 수 있다. 그러나, 섹터는 다른 셀의 섹터에 미치는 간섭의 영향이 작고, 셀내에서 인접한 섹터간에 간섭의 영향이 크므로 셀내에서 인접한 섹터간에 간섭을 줄여야 한다. 즉, 셀경계 단말에 할당되는 부분대역의 경우, 다른 셀의 셀경계 단말에 할당되는 부분대역을 고려하여 자원을 할당하고, 섹터경계 단말에 할당되는 부분대역은 동일한 셀 내에서의 섹터를 고려하여 자원을 할당하도록 설계할 필요가 있다.

도 6은 본 발명의 일 예에 따른 도 2의 셀 구조에서의 자원할당방법을 나타 내는 블록도이다. 셀경계 단말에 할당되는 주파수 대역과 섹터경계 단말에 할당되는 주파수 대역이 셀마다 모두 동일한 경우이다.

도 6을 참조하면, 하나의 셀 A에서 단말이 어느 위치에 있느냐에 따라 전체 주파수 대역에서 할당되는 부분대역이 달라질 수 있음을 알 수 있다. 위에서 첫번째 블록도는 섹터경계 (a,b) 또는 (a,c)에 위치한 단말 및 섹터 a의 셀경계에 위치한 단말에 할당되는 부분대역을 나타내고, 위에서 두번째 블록도는 섹터경계 (b,c) 또는 (b,a)에 위치한 단말 및 섹터 b의 셀경계에 위치한 단말에 할당되는 부분대역을 나타내며, 위에서 세번째 블록도는 섹터경계 (c,b) 또는 (c,a)에 위치한 단말 및 섹터 c의 셀경계에 위치한 단말에 할당되는 부분대역을 나타낸다.

섹터경계 단말에는 제1 내지 제3 부분대역 중 어느 하나의 부분대역이 할당될 수 있고, 셀경계에 위치한 단말에는 제4 내지 제6 부분대역 중 어느 하나의 부분대역이 할당될 수 있다. 다만 전술된 바와 같이, 섹터경계 단말에는 다른 섹터경계 단말과의 간섭을 고려하고, 셀경계 단말에는 다른 셀의 셀경계 단말과의 간섭을 고려하여 규칙적으로 부분대역이 할당된다.

섹터경계 (a,b)에 위치한 단말에는 제1 내지 제3 부분대역 중 어느 하나의 부분대역이 할당될 수 있다. 상기 섹터경계 (a,b)에 위치한 단말에 제2 부분대역이 할당되면, 다른 섹터경계에 위치한 단말에는 간섭이 최소화되도록 부분대역이 할당되어야 한다. 섹터경계 (b,a)는 섹터경계 (a,b)와 인접하므로(도 2 참조) 서로 간섭의 영향을 받게 된다. 따라서, 섹터경계 (b,a)에 위치한 단말에는 섹터경계 (a,b)에 위치한 단말과 다른 부분대역(제1 부분대역 또는 제3 부분대역)이 할당되 어야 한다.

동일한 규칙에 의해, 섹터경계 (c,a)에 위치한 단말과 섹터경계 (a,c)에 위치한 단말에는 서로 다른 부분대역이 할당되어야 하고, 섹터경계 (b,c)에 위치한 단말과 섹터경계 (c,b)에 위치한 단말에는 서로 다른 부분대역이 할당되어야 한다. 즉, 섹터경계 단말에 대하여는 주파수 재사용 계수 2/3를 적용한다. 이러한 규칙하에서, 각 섹터경계에 위치한 단말에 할당되는 부분대역은 도 5와 같이 나타내어질 수 있다. 그러나 이는 예시에 불과할 뿐, 상기 규칙을 만족하는 조합의 부분대역 할당이라면 모두 본 발명의 기술적 범위에 포함될 수 있다.

한편, 셀경계에 위치한 단말들에는 주파수 재사용 계수 1/3가 적용된다. 즉, 섹터 a의 셀경계에 위치한 단말에는 제4 부분대역이, 섹터 b의 셀경계에 위치한 단말에는 제6 부분대역이, 섹터 c의 셀경계에 위치한 단말에는 제5 부분대역이 할당된다.

섹터경계 단말과 셀경계 단말에 모두 부분대역이 할당된 후, 남는 부분대역(섹터 a의 경우 제3 부분대역, 제5 및 제6 부분대역)들은 섹터내에 위치한 단말에 할당될 수 있다(도 4 참조).

도 7은 본 발명의 다른 예에 따른 도 2의 셀 구조에서의 자원할당방법을 나타내는 블록도이다. 셀경계 단말에 할당되는 주파수 대역과 섹터경계 단말에 할당되는 주파수 대역이 셀별로 다른 경우이다.

도 7을 참조하면, 셀 A, B, C는 각각 배타적인 부분대역을 셀경계 단말에 할당한다. 즉, 각 셀은 셀경계 단말에 대하여 전체 주파수 대역을 1/3의 주파수 재사 용 계수를 적용하여 사용한다. 한편, 셀 A는 셀경계 단말에 할당된 부분대역을 제외한 나머지 주파수 대역을 2/3의 주파수 재사용 계수를 적용하여 간섭이 최소화되도록 섹터경계 단말에 할당한다(도 6 참조). 마찬가지로, 셀 B는 셀경계 단말에 할당된 부분대역을 제외한 나머지 주파수 대역을 2/3의 주파수 재사용 계수를 적용하여 간섭이 최소화되도록 섹터경계 단말에 할당하고, 셀 C는 셀경계 단말에 할당된 부분대역을 제외한 나머지 주파수 대역을 2/3의 주파수 재사용 계수를 적용하여 간섭이 최소화되도록 섹터경계 단말에 할당한다.

도 6에서의 자원할당방법과 비교하여, 전체적인 영역 구분이 더 적으므로, 스케줄링의 유연성(flexibility)이 더 증가할 수 있다. 섹터경계 단말과 셀경계 단말에 모두 부분대역이 할당된 후, 남는 부분대역들은 섹터내에 위치한 단말에 할당될 수 있다(도 4 참조). 물론, 상기 남는 부분대역들은 간섭의 영향을 받지 않는 다른 섹터경계 단말이나, 다른 셀경계 단말에 할당될 수도 있다.

셀경계 단말과 섹터경계 단말에 할당되는 주파수 대역을 서로 구분함으로써, 셀경계 단말과 섹터경계 단말이 서로 다른 간섭제한(interference-limited) 환경(서로 다른 지배적 간섭의 수, 지향성 안테나의 빔패턴에 따른 서로 다른 신호 강도, 서로 다른 경로손실 등)을 갖게 되는 점을 효율적으로 이용할 수 있다. 즉, 셀내의 각 위치에 할당되는 주파수 대역에 대하여 가장 최적화된 부분적 주파수 재사용 방법 및 간섭 제거 기술을 이용할 수 있다. 또한, 셀 간에 각 위치별로 할당되는 주파수 대역을 일치시킬 수도 있고, 일치시키지 않을 수도 있어, 성능 및 스케줄러의 유연성을 높일 수 있다.

도 8은 본 발명의 또 다른 예에 따른 도 2의 셀 구조에서의 자원할당방법을 나타내는 블록도이다. 셀경계 단말에 할당되는 주파수 대역과 섹터경계 단말에 할당되는 주파수 대역이 셀별로 다른 경우로서, 섹터내에 위치한 단말에 할당되는 주파수 대역도 별도로 마련한 경우이다.

도 8을 참조하면, 셀 A, B, C는 모두 제1 부분대역을 섹터내 단말에 할당한다. 한편, 셀 A, B, C는 상기 전체 주파수 대역에서 상기 제1 부분대역을 제외한 나머지 주파수 대역을 3등분하여 서로 배타적인 부분대역을 셀경계 단말에 할당한다. 즉, 각 셀은 셀경계 단말에 대하여 1/3의 주파수 재사용 계수를 적용하여 사용한다.

한편, 셀 A는 제3 내지 제5 부분대역을 섹터경계 단말에 할당하며, 할당하는 규칙은 인접한 섹터경계간에 간섭이 일어나지 않도록 하기 위해 주파수 재사용 계수 2/3를 적용하여 배타적으로 부분대역을 할당하는 것이다.

섹터내 단말에 할당되는 부분대역을 별도로 마련하는 자원할당방법을 사용하는 경우, 섹터내 단말에 할당되는 부분대역에는 상향링크 CSM(Collaborative Spatial Multiplexing)과 같은 기법에 의해 추가적인 수율 이득을 얻을 수 있다.

도 9는 본 발명의 또 다른 예에 따른 도 2의 셀 구조에서의 자원할당방법을 나타내는 블록도이다.

도 9를 참조하면, 셀 A, B, C가 사용하는 전체 주파수 대역은 섹터내 단말에 할당되는 부분대역과 섹터경계 단말에 할당되는 부분대역, 및 셀경계 단말에 할당되는 부분대역을 구분되는 점에서 도 8에서의 자원할당방법과 동일하나, 섹터경계 단말에 할당되는 부분대역의 조합에 차이가 있다. 이는 섹터경계에서 매크로 다이버시티(macro diversity)를 이루기 위함이다. 따라서, 서로 인접한 섹터경계 단말에는 서로 동일한 부분대역이 할당된다.

셀 A에서 섹터경계 (a,c)와 섹터경계(c,a)는 서로 인접하며, 이 두 위치에 있는 단말에는 동일한 부분대역이 할당된다. 마찬가지로, 섹터경계 (a,b)와 (b,a)간에 동일한 부분대역이 할당되고, 섹터경계 (a,c)와 (c,a)간에 동일한 부분대역이 할당되며, 섹터경계 (b,c)와 (c,b)간에 동일한 부분대역이 할당된다.

트래픽 부하가 많은 경우는 도 8과 같은 구조에 의해 자원이 할당되도록 설계하고, 트래픽 부하가 적은 경우는 도 9와 같은 구조에 의해 자원이 할당되도록 설계함으로서 상황에 따라 적응적으로 자원할당방법을 효율적으로 변화시킬 수 있다.

도 6 내지 도 9에서 제시된 다양한 자원할당방법은 실제 시스템에서의 트래픽 부하와 연관하여 적응적으로(adaptively) 조절될 수 있다. 예를 들어, 섹터내의 단말에 대한 수율(throughput)을 증가시키기 위한 관점에서 섹터내 단말을 위한 부분대역이 따로 존재하는 도 7의 자원할당방법이 사용될 수도 있고, 셀경계 또는 섹터경계 단말의 커버리지(coverage) 혹은 고른 QoS(seamless Quality of Service)의 관점에서 도 5 또는 도 6의 자원할당방법이 사용될 수도 있다.

도 10은 본 발명의 일 예에 따른 셀의 위치별 할당되는 주파수 대역을 구분하는 방법을 나타내는 블록도이다.

도 10을 참조하면, 주어진 전체 주파수 대역에서 셀경계 단말에 할당되는 부 분대역의 시작위치, 섹터경계 단말에 할당되는 부분대역의 시작위치, 및 섹터내 단말에 할당되는 부분대역의 시작위치는 셀별로 서로 달리 정해질 수 있다. 셀내에서의 위치의 단말에 할당되는 부분대역의 시작위치만이 주어지고 그 끝위치는 주어지지 않을 수 있다.

각 위치의 단말에 할당되는 부분대역의 시작위치와 끝위치가 정해져 있는 경우, 각 위치에 따른 명확한 주파수 대역을 알 수 있으므로, 주파수 재사용과 연관해서 셀간 혹은 섹터간에 간섭을 피하도록 설계하는데 효율적이다. 그러나, 명확한 대역이 정해진 경우 트래픽 부하(traffic load)에 따라 어떤 경우는 영역이 남을 수도 있고, 어떤 경우는 영역이 모자랄 수도 있다. 따라서, 트래픽 부하의 유연성을 보장하기 위해서 각 부분대역을 시작위치과 끝위치로 구분하지 않고 시작위치만으로 구분한다.

셀 A에서 셀경계 단말에 할당되는 부분대역의 시작위치는 x이고, 셀 B에서 셀경계 단말에 할당되는 부분대역의 시작위치는 y이며, 셀 C에서 셀경계 단말에 할당되는 부분대역의 시작위치는 z이다. 각 부분대역에서의 자원할당은 부분대역 시작위치로부터 시작된다.

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 부분적 주파수 재사용을 설명하는 블록도이다.

도 6은 본 발명의 일 예에 따른 도 2의 셀 구조에서의 자원할당방법을 나타내는 블록도이다.

도 7은 본 발명의 다른 예에 따른 도 2의 셀 구조에서의 자원할당방법을 나타내는 블록도이다.

도 8은 본 발명의 또 다른 예에 따른 도 2의 셀 구조에서의 자원할당방법을 나타내는 블록도이다.

Claims

기지국의 주파수 자원 할당 방법에 있어서,

상기 기지국이 트래픽 부하 정보를 기반으로 제1 자원 할당 방법 및 제2 자원 할당 방법 중 하나를 자원 할당 방법으로 결정하되, 상기 자원 할당 방법은 상기 단말의 통신을 위한 주파수 자원을 할당하는 방법인, 단계;

상기 기지국이 상기 하나의 자원 할당 방법에 기반하여 상기 단말의 위치에 따라 상기 단말과 통신하기 위한 할당 부분 대역을 결정하되, 단말의 위치는 제1 섹터의 섹터 영역, 상기 제1 섹터의 섹터 경계 영역, 상기 제1 섹터의 셀 경계 영역 중 하나인, 단계; 및

상기 기지국이 결정된 상기 할당 부분 대역을 기반으로 상기 단말과 통신하는 단계를 포함하되,

상기 단말의 위치가 상기 섹터 영역인 경우, 상기 할당 부분 대역은 섹터 부분 대역이고,

상기 단말의 위치가 상기 섹터 경계 영역인 경우, 상기 할당 부분 대역은 섹터 경계 부분 대역이고,

상기 단말의 위치가 상기 셀 경계 영역인 경우, 상기 할당 부분 대역은 셀 경계 부분 대역이고,

상기 섹터 부분 대역의 시작 위치, 상기 섹터 경계 부분 대역의 시작 위치 및 상기 셀 경계 부분 대역의 시작 위치는 상기 기지국에 대해 특정된 정보이고,

상기 섹터 부분 대역의 끝 위치, 상기 섹터 경계 부분 대역의 끝 위치 및 상기 셀 경계 부분 대역의 끝 위치는 상기 트래픽 부하를 기반으로 적응적으로 결정되고,

상기 셀 경계 영역은 상기 기지국과 인접한 기지국으로부터 간섭의 영향을 받는 영역이고,

상기 섹터 영역은 상기 기지국과 상기 셀 경계 간의 복수의 구획선에 의해 분할되어 생성된 영역이고,

상기 섹터 경계 영역은 다른 섹터에 의해 간섭의 영향을 받는 영역이고,

상기 하나의 자원 할당 방법을 결정하는 단계는,

상기 트래픽 부하가 임계값 이상인 경우, 상기 기지국이 상기 제1 자원 할당 방법을 상기 자원 할당 방법으로 결정하는 단계; 및

상기 트래픽 부하가 임계값 미만인 경우, 상기 기지국이 상기 제2 자원 할당 방법을 상기 자원 할당 방법으로 결정하는 단계를 포함하고,

상기 제1 자원 할당 방법은 상기 제1 섹터에 포함되는 제1 섹터 경계 영역과 제2 섹터에 포함되는 제2 섹터 경계 영역에 서로 다른 주파수 자원을 할당하고,

상기 제1 섹터 경계 영역은 상기 제1 섹터에 인접한 상기 제2 섹터와의 경계 영역이고,

상기 제2 섹터 경계 영역은 상기 제2 섹터에 인접한 상기 제1 섹터와의 경계 영역이고,

상기 제2 자원 할당 방법은 상기 제1 섹터 경계 영역과 상기 제2 섹터 경계 영역에서 매크로 다이버시티를 위해 상기 제1 섹터 경계 영역과 상기 제2 섹터 경계 영역에서 동일한 주파수 자원을 할당하는 기지국의 주파수 자원 할당 방법.
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주파수 자원 할당을 수행하는 기지국에 있어서, 상기 기지국은 프로세서를 포함하고,

상기 프로세서는 트래픽 부하 정보를 기반으로 제1 자원 할당 방법 및 제2 자원 할당 방법 중 하나를 자원 할당 방법으로 결정하되, 상기 하나의 자원 할당 방법은 단말이 사용할 주파수 자원을 할당하기 위한 방법이고,

상기 하나의 자원 할당 방법에 기반하여 상기 단말의 위치에 따라 상기 단말과 통신하기 위한 할당 부분 대역을 결정하되, 상기 단말의 위치는 제1 섹터의 섹터 영역, 상기 제1 섹터의 섹터 경계 영역, 상기 제1 섹터의 셀 경계 영역 중 하나이고,

결정된 상기 할당 부분 대역을 기반으로 상기 단말과 통신하도록 구현되되,

상기 단말의 위치가 상기 섹터 영역인 경우, 상기 할당 부분 대역은 섹터 부분 대역이고,

상기 단말의 위치가 상기 섹터 경계 영역인 경우, 상기 할당 부분 대역은 섹터 경계 부분 대역이고,

상기 단말의 위치가 상기 셀 경계 영역인 경우, 상기 할당 부분 대역은 셀 경계 부분 대역이고,

상기 섹터 부분 대역의 시작 위치, 상기 섹터 경계 부분 대역의 시작 위치 및 상기 셀 경계 부분 대역의 시작 위치는 상기 기지국에 대해 특정된 정보이고,

상기 섹터 부분 대역의 끝 위치, 상기 섹터 경계 부분 대역의 끝 위치 및 상기 셀 경계 부분 대역의 끝 위치는 상기 트래픽 부하를 기반으로 적응적으로 결정되고,

상기 셀 경계 영역은 상기 기지국과 인접한 기지국으로부터 간섭의 영향을 받는 영역이고,

상기 섹터 영역은 상기 기지국과 상기 셀 경계 간의 복수의 구획선에 의해 분할되어 생성된 영역이고,

상기 섹터 경계 영역은 다른 섹터에 의해 간섭의 영향을 받는 영역이고,

상기 프로세서는 상기 하나의 자원 할당 방법을 결정하기 위해

상기 트래픽 부하가 임계값 이상인 경우, 상기 제1 자원 할당 방법을 상기 자원 할당 방법으로 결정하고,

상기 트래픽 부하가 임계값 미만인 경우, 상기 제2 자원 할당 방법을 상기 자원 할당 방법으로 결정하도록 구현되고,

상기 제1 자원 할당 방법은 상기 제1 섹터에 포함되는 제1 섹터 경계 영역과 제2 섹터에 포함되는 제2 섹터 경계 영역에 서로 다른 주파수 자원을 할당하고,

상기 제1 섹터 경계 영역은 상기 제1 섹터에 인접한 상기 제2 섹터와의 경계 영역이고,

상기 제2 섹터 경계 영역은 상기 제2 섹터에 인접한 상기 제1 섹터와의 경계 영역이고,

상기 제2 자원 할당 방법은 상기 제1 섹터 경계 영역과 상기 제2 섹터 경계 영역에서 매크로 다이버시티를 위해 상기 제1 섹터 경계 영역과 상기 제2 섹터 경계 영역에서 동일한 주파수 자원을 할당하는 기지국.
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