KR101500244B1 - 셀간 간섭 완화를 위한 스펙트럼 전력 밀도 제어 방법 및 장치 - Google Patents

셀간 간섭 완화를 위한 스펙트럼 전력 밀도 제어 방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

셀간 간섭 완화를 위한 스펙트럼 전력 밀도 제어 방법 및 장치가 개시된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 밀도 제어 방법은, 셀 경계 영역에 위치한 경계 단말을 위해 사용되는 최대 주파수 대역을 설정하는 단계, 경계 단말의 비율을 획득하는 단계 및 최대 주파수 대역을 상한으로, 경계 단말의 비율에 대한 증감을 기반으로 경계 단말을 위한 경계 주파수 대역을 할당하는 단계를 포함한다. 따라서, 무선 통신 시스템의 성능을 향상시킬 수 있다.

Description

셀간 간섭 완화를 위한 스펙트럼 전력 밀도 제어 방법 및 장치{METHOD OF CONTROLLING SPECTRUM POWER DENSITY FOR INTER-CELL INTERFERENCE MITIGATION AND APPARATUS THEREOF}
본 발명은 셀간 간섭을 제어하는 기술에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 무선 통신 시스템에서 전력 밀도 제어를 통해 셀간 간섭을 제어하기 위한 방법 및 장치에 관한 것이다.
LTE(Long Term Evolution)는 다중 주파수 전송 방식인 OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplex)에 기반한 무선접속 기술로 3GPP(3rd Generation Partnership Project)라는 표준화 단체에서 표준화되었다. LTE의 성능 목표는 20MHz의 대역폭을 대상으로 하향링크는 100Mbps, 상향링크는 50Mbps의 전송속도를 기준으로 한다.
이러한 고속의 전송속도를 지원할 수 있도록 LTE에서는 하향링크 다중접속 기술로 OFDMA(Orthogonal Frequency Division Multiple Access)를 사용하고, 상향링크 다중접속으로는 OFDM의 구현 원리를 응용한 SC-FDMA(Single Carrier-Frequency Division Multiple Access) 기술을 사용한다.
OFDM/OFDMA는 넓은 대역폭을 사용하는 시스템에서 효율적인 디지털 신호처리를 지원하는 FFT(Fast Fourier Transform)를 사용하여 송수신기 구조를 간단하게 만들 수 있도록 해주며, 상호 직교하는 다수의 부반송파(subcarrier)를 동시에 전송하여 고속의 전송을 지원하고, 심볼(symbol)의 길이가 상대적으로 긴 편이라 다중 경로 페이딩(multipath fading)에 대한 강인성을 유지하는 확장성이 장점이다. SC-FDMA는 OFDM과 비슷한 방식이지만, 송신 신호의 PAPR(Peak to Average Power Ratio)를 감소시킴으로써 휴대 단말기의 전력 효율을 향상시키는 장점이 있다.
이러한 무선 통신 시스템에서, 이웃한 기지국들 간에는 부반송파 사이의 상호 직교성이 보장되지 않기 때문에 간섭이 발생하게 되며 이로 인해 무선 통신 시스템 전체의 성능이 저하되는 문제가 있다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은, 셀 경계 영역에 위치한 단말에 대한 과도한 간섭을 줄일 수 있도록 셀 경계 영역에 위치한 단말의 비율을 기반으로 기지국의 송신 전력을 제어하는 방법을 제공하는 데 있다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 다른 목적은, 셀 경계 영역에 위치한 단말에 대한 과도한 간섭을 줄일 수 있도록 셀 경계 영역에 위치한 단말의 비율을 기반으로 송신 전력을 제어하는 장치를 제공하는 데 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 밀도 제어 방법은, 셀 경계 영역에 위치한 경계 단말을 위해 사용되는 최대 주파수 대역을 설정하는 단계, 상기 경계 단말의 비율을 획득하는 단계 및 상기 최대 주파수 대역을 상한으로, 상기 경계 단말의 비율에 대한 증감을 기반으로 상기 경계 단말을 위한 경계 주파수 대역을 할당하는 단계를 포함한다.
여기서, 상기 최대 주파수 대역은, 부분 주파수 재사용 기법을 기반으로, 셀 경계 영역을 위해 우선적으로 사용되는 주파수 대역과 그 이외의 다른 주파수 대역으로 설정될 수 있다.
여기서, 상기 경계 단말의 비율을 획득하는 단계는, 셀 내에 위치한 적어도 하나의 단말로부터 하향링크 신호의 수신 품질 정보를 수신하는 단계 및 미리 설정된 기준 미만인 수신 품질 정보를 전송한 단말을 경계 단말로 판단하는 단계를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 수신 품질 정보는, 상기 하향링크 신호에 대한 신호 대 간섭 잡음 비율(signal to interference plus noise ratio, SINR) 또는 채널 품질 지시자(channel quality indicator, CQI)를 의미할 수 있다.
여기서, 상기 경계 주파수 대역은, 상기 경계 단말의 비율이 증가한 경우, 증가 비율을 기반으로 미리 설정된 주파수 대역만큼 증가할 수 있다.
여기서, 상기 경계 주파수 대역은, 상기 경계 단말의 비율이 감소한 경우, 감소 비율을 기반으로 미리 설정된 주파수 대역만큼 감소할 수 있다.
여기서, 상기 기지국은, 셀 중심 영역과 셀 경계 영역에 위치한 단말에 대하여 서로 다른 방식으로 주파수 대역을 할당할 수 있다.
여기서, 상기 기지국은, 상기 경계 단말에 상기 경계 주파수 대역을 할당할 수 있고, 셀 중심 영역에 위치한 단말에 상기 경계 주파수 대역 이외의 주파수 대역을 할당할 수 있다.
여기서, 상기 기지국은, 상기 경계 단말에 상기 기지국이 지원하는 모든 주파수 대역을 할당할 수 있고, 셀 중심 영역에 위치한 단말에 상기 경계 주파수 대역 이외의 주파수 대역을 할당할 수 있다.
여기서, 상기 기지국은, 상기 경계 단말에 상기 경계 주파수 대역을 할당할 수 있고, 셀 중심 영역에 위치한 단말에 상기 기지국이 지원하는 모든 주파수 대역을 할당할 수 있다.
여기서, 상기 전력 밀도 제어 방법은, 상기 경계 주파수 대역을 통해 상기 경계 단말과 데이터를 송수신하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 실시예에 따른 기지국은, 셀 경계 영역에 위치한 경계 단말을 위해 사용되는 최대 주파수 대역을 설정하고, 상기 경계 단말의 비율을 획득하고, 상기 최대 주파수 대역을 상한으로 하여 상기 경계 단말의 비율에 대한 증감을 기반으로 상기 경계 단말을 위한 경계 주파수 대역을 할당하는 처리부 및 상기 처리부에서 처리되는 정보 및 처리된 정보를 저장하는 저장부를 포함한다.
여기서, 상기 최대 주파수 대역은, 부분 주파수 재사용 기법을 기반으로, 셀 경계 영역을 위해 우선적으로 사용되는 주파수 대역과 그 이외의 다른 주파수 대역으로 설정될 수 있다.
여기서, 상기 처리부는, 상기 경계 단말의 비율을 획득하는 경우, 셀 내에 위치한 적어도 하나의 단말로부터 하향링크 신호의 수신 품질 정보를 획득하고, 미리 설정된 기준 미만인 수신 품질 정보를 전송한 단말을 경계 단말로 판단할 수 있다.
여기서, 상기 수신 품질 정보는, 상기 하향링크 신호에 대한 신호 대 간섭 잡음 비율(signal to interference plus noise ratio, SINR) 또는 채널 품질 지시자(channel quality indicator, CQI)를 의미할 수 있다.
여기서, 상기 경계 주파수 대역은, 상기 경계 단말의 비율이 증가한 경우, 증가 비율을 기반으로 미리 설정된 주파수 대역만큼 증가할 수 있다.
여기서, 상기 경계 주파수 대역은, 상기 경계 단말의 비율이 감소한 경우, 감소 비율을 기반으로 미리 설정된 주파수 대역만큼 감소할 수 있다.
여기서, 상기 처리부는, 셀 중심 영역과 셀 경계 영역에 위치한 단말에 대하여 서로 다른 방식으로 주파수 대역을 할당할 수 있다.
본 발명에 의하면, 셀 경계 영역에 위치한 단말의 비율을 기반으로 셀간 간섭 영향을 고려한 최적의 주파수 전력 밀도 분포를 설정할 수 있고, 이에 따라 인접 기지국에 불필요한 간섭을 유발하는 고전력 주파수 대역을 줄일 수 있다. 또한, 이웃한 기지국들 간의 간섭을 감소시킴으로써 무선 통신 시스템의 전체 성능을 향상시킬 수 있다.
도 1은 하향링크 물리자원의 구조를 도시한 개념도이다.
도 2는 부분 주파수 재사용 기법에 의한 자원 할당의 예를 도시한 개념도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 밀도 제어 방법을 도시한 흐름도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 고전력 주파수 할당의 일 예를 도시한 개념도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 고전력 주파수 할당의 다른 예를 도시한 개념도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 기지국의 구성을 도시한 블록도이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세하게 설명하고자 한다.
그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가진 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다. 본 발명을 설명함에 있어 전체적인 이해를 용이하게 하기 위하여 도면상의 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 사용하고 동일한 구성요소에 대해서 중복된 설명은 생략한다.
명세서 전체에서 망(network)은, 예를 들어, WiFi(Wireless Fidelity)와 같은 무선인터넷, WiBro(Wireless Broadband Internet) 또는 WiMax(World Interoperability for Microwave Access)와 같은 휴대인터넷, GSM(Global System for Mobile communication) 또는 CDMA(Code Division Multiple Access)와 같은 2G 이동통신망, WCDMA(Wideband Code Division Multiple Access) 또는 CDMA2000과 같은 3G 이동통신망, HSDPA(High Speed Downlink Packet Access) 또는 HSUPA(High Speed Uplink Packet Access)와 같은 3.5G 이동통신망, LTE(Long Term Evolution)망 또는 LTE-Advanced망과 같은 4G 이동통신망, 및 5G 이동통신망 등을 포함할 수 있다.
명세서 전체에서 단말(Terminal)은 이동국(Mobile Station), 이동 단말(Mobile Terminal), 가입자국(Subscriber Station), 휴대 가입자국(Portable Subscriber Station), 사용자 장치(User Equipment), 접근 단말(Access Terminal) 등을 지칭할 수도 있고, 단말, 이동국, 이동 단말, 가입자국, 휴대 가입자 국, 사용자 장치, 접근 단말 등의 전부 또는 일부의 기능을 포함할 수도 있다.
여기서, 단말로 통신이 가능한 데스크탑 컴퓨터(Desktop Computer), 랩탑 컴퓨터(Laptop Computer), 태블릿(Tablet) PC, 무선전화기(Wireless Phone), 모바일폰(Mobile Phone), 스마트폰(Smart Phone), e-book 리더기, PMP(Portable Multimedia Player), 휴대용 게임기, 네비게이션(Navigation) 장치, 디지털 카메라(Digital Camera), DMB (Digital Multimedia Broadcasting) 재생기, 디지털 음성 녹음기(Digital Audio Recorder), 디지털 음성 재생기(Digital Audio Player), 디지털 영상 녹화기(Digital Picture Recorder), 디지털 영상 재생기(Digital Picture Player), 디지털 동영상 녹화기(Digital Video Recorder), 디지털 동영상 재생기(Digital Video Player) 등을 사용할 수 있다.
명세서 전체에서 기지국(Base Station)은 접근점(Access Point), 무선 접근국(Radio Access Station), 노드B(Node B), 고도화 노드B(evolved NodeB), 송수신 기지국(Base Transceiver Station), MMR(Mobile Multihop Relay)-BS 등을 지칭할 수도 있고, 기지국, 접근점, 무선 접근국, 노드B, eNodeB, 송수신 기지국, MMR-BS 등의 전부 또는 일부의 기능을 포함할 수도 있다.
LTE 통신 시스템에서는 이전의 통신 방식과 달리 특정 단말에 전용으로 자원을 할당하지 않고, 셀 내에 위치한 모든 사용자들이 시간-주파수 자원을 공유하도록 자원을 할당할 수 있다.
도 1은 하향링크 물리자원의 구조를 도시한 개념도이다.
도 1을 참조하면, LTE 통신 시스템에서 무선 전송을 위한 시간 자원의 최소 단위인 서브프레임(subframe)과 주파수 자원의 최소 단위인 자원 블록(resource block, RB)의 구조를 알 수 있다. 각 서브프레임은 1ms의 길이를 가지고, 10개의 서브프레임이 하나의 프레임을 구성한다. 더불어, 각 서브프레임은 0.5ms의 길이를 가진 슬롯(slot)으로 구성되며, 각 슬롯은 6개 또는 7개의 OFDM 심볼(symbol)로 구성될 수 있다. 즉, 일반 주기적 전치 부호(cyclic prefix, CP)가 사용되는 경우 슬롯은 7개의 OFDM 심볼로 구성되고, 확장 주기적 전치 부호가 사용되는 경우 슬롯은 6개의 OFDM 심볼로 구성된다. 하나의 서브프레임은 기본적인 전송 시간으로 사용되기 때문에 이를 TTI(transmission time interval)라고 부르기도 한다.
주파수 영역에서 OFDM 부반송파(subcarrier) 간격은 보통 15kHz로 설정되고, 12개의 부반송파들은 하나의 자원 블록을 구성한다. 자원 블록은 주파수 영역에서 각 단말에 할당할 수 있는 최소 단위를 의미한다. LTE 통신 시스템은 가변적인 대역폭을 지원할 수 있으며, 표준 규격에서는 최소 6RB에서 최대 110RB까지의 대역폭을 지원할 수 있다. 이 주파수 자원을 하향링크 대역폭으로 환산하면 보호 대역(guard band)을 포함하여 1.4MHz에서 20MHz에 해당한다.
상기와 같은 시간-주파수 자원은 셀 내의 모든 사용자들 사이에서 공유되기 때문에 기지국에 위치한 스케쥴러(scheduler)는 매 서브프레임(또는 TTI)마다 자원을 할당할 단말을 선택할 수 있다. 더불어 다수의 단말은 주파수 자원을 공유하기 때문에 동시에 서로 다른 주파수 자원을 할당받을 수도 있다.
LTE 통신 시스템에서 사용하는 OFDM 방식은 서로 직교하는 부반송파를 사용하기 때문에 이론적으로 셀 내에서는 상호 간섭이 없다고 할 수 있다. 그러나 인접한 셀이 동일한 주파수 대역을 사용하는 경우 부반송파들은 상호 직교하지 않기 때문에 상호 영향을 미칠 수 있다. 특히, 셀 경계 영역에 위치한 단말은 셀 중심 영역에 위치한 단말에 비해 인접한 셀에 의한 간섭의 영향을 심하게 받기 때문에 상대적으로 서비스 품질이 저하된다.
셀간 간섭을 완화하고 주파수 사용효율을 향상시킬 수 있는 방안으로 주파수 재사용(frequency reuse) 기법이 있다. 일반적으로, 주파수 재사용 기법은 주어진 주파수 대역을 다수의 셀들이 분할하여 사용하는 방식을 의미한다. 예를 들어, 인접한 셀들이 모두 동일한 주파수 대역을 사용하는 경우 주파수 재사용률(frequency reuse factor, FRF)을 1로 표현할 수 있고, 인접한 3개의 셀이 주파수 대역을 3개로 나누어 사용하는 경우 주파수 재사용률을 3으로 표현할 수 있다.
이러한 주파수 재사용 기법은 인접 셀에 의한 간섭이 감소하는 효과가 기대되지만, 주파수 재사용률이 커질수록 각 셀에서 사용할 수 있는 주파수 대역폭은 감소하여 성능이 저하될 수 있다. 이와 같은 문제점을 보완하기 위하여 OFDM 기반의 통신 시스템에서는 부분 주파수 재사용(fractional frequency reuse, FFR) 기법을 사용할 수 있다. 부분 주파수 재사용 기법은 전체 주파수 대역을 모두 사용하지만 주파수 위치별 전력 밀도(power density)를 달리하기 때문에 부반송파에 따라 송신 전력을 다르게 설정할 수 있다. 이에 따라, 셀 경계 영역에 위치한 단말은 인접 셀의 간섭을 적게 받고, 셀 중심 영역에 위치한 단말은 여전히 모든 주파수 대역을 사용할 수 있다.
도 2는 부분 주파수 재사용 기법에 의한 자원 할당의 예를 도시한 개념도이다.
도 2를 참조하면, 제1 셀은 제1 기지국에 의해 서빙(serving)되는 셀을 의미하고, 제2 셀은 제2 기지국에 의해 서빙되는 셀을 의미하고, 제3 셀은 제3 기지국에 의해 서빙되는 셀을 의미한다. 셀 중심 영역(100, 200, 300)에 위치한 단말은 인접 셀에 의한 간섭을 적게 받기 때문에 모든 주파수 대역을 사용할 수 있다.
반면, 셀 경계 영역(110, 210, 310)에 위치한 경계 단말은 인접 셀에 의한 간섭을 심하게 받기 때문에 부분 주파수 재사용 기법을 기반으로 인접한 셀과 겹치지 않는 고전력 주파수 대역(111, 211, 311)을 사용할 수 있다. 즉, 기지국은 전체 주파수 대역을 보통 세 개의 주파수 대역으로 구분하고, 인접 셀과 겹치지 않는 고전력 주파수 대역을 설정하여 경계 단말에 통신 우선순위를 부여할 수 있다. 필요에 따라 기지국은 셀 중심 영역에 위치한 단말이 상기 고전력 주파수 대역을 사용하지 못하도록 설정하여 경계 단말에 할당 우선순위를 부여할 수도 있다.
예를 들어, 제1 기지국은 셀 경계 영역(110)에 관련하여 제1 주파수 대역(111)을 고전력 부반송파로 설정하고 다른 주파수 대역(211, 311)을 저전력 부반송파로 설정할 수 있다. 제2 기지국은 셀 경계 영역(210)에 관련하여 제2 주파수 대역(211)을 고전력 부반송파로 설정하고 다른 주파수 대역(111, 311)을 저전력 부반송파로 설정할 수 있다. 제3 기지국은 셀 경계 영역(310)에 관련하여 제3 주파수 대역(311)을 고전력 부반송파로 설정하고 다른 주파수 대역(111, 211)을 저전력 부반송파로 설정할 수 있다.
상기에서 설명한 부분 주파수 재사용 기법에 의한 고전력 주파수 결정 방식은 다음과 같이 정리할 수 있다. 우선, 전체 주파수 대역을 세 개의 주파수 대역으로 나눈 후 각각의 셀마다 셀간 간섭을 고려하여 하나의 주파수 대역을 선택하도록 한다. 선택된 주파수 대역은 고전력의 송신 전력을 사용하도록 하고, 선택되지 않은 주파수 대역은 저전력의 송신 전력을 사용하도록 한다. 이때, 셀 경계 영역에 위치한 경계 단말과 셀 중심 영역에 위치한 단말에 대한 주파수 할당 방식을 달리할 수 있다. 한편, 고전력 주파수 대역과 저전력 주파수 대역에 대해서는 일정한 전력 옵셋(power offset, PO)을 부여할 수 있다. 예를 들어, 저전력 주파수 대역의 전력 밀도는 고전력 주파수 대역과 비교하여 -3dB 또는 -6dB 정도의 전력 옵셋을 가질 수 있다.
이러한 방식을 사용하는 경우, 일반적인 주파수 재사용 기법과 비교하여 사용되지 않는 주파수 대역이 없기 때문에 자원이 낭비되지 않으며, 선택된 주파수 대역 이외의 주파수 대역에서는 송신 전력을 줄이기 때문에 인접 셀에 의한 간섭이 줄어드는 효과가 발생한다.
그러나 이와 같은 방식은 셀 경계 영역에 위치한 경계 단말을 위해 고정된 주파수 대역을 할당하기 때문에 경계 단말의 비율이 낮은 경우 과도하게 많은 주파수 자원이 경계 단말에 할당되어 통신 시스템 전체의 효율이 저하되는 문제가 있다. 따라서 경계 단말의 비율이 낮은 경우 경계 단말을 위한 주파수 대역은 많이 할당될 필요가 없고, 반면 경계 단말의 비율이 높은 경우 경계 단말을 위한 주파수 대역은 많이 할당될 필요가 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 밀도 제어 방법을 도시한 흐름도이다. 전력 밀도 제어 방법은 전력 밀도 제어 장치에 의해 수행될 수 있다. 전력 밀도 제어 장치는 기지국에 포함된 장치 또는 기지국 그 자체를 의미할 수 있다.
도 3을 참조하면, 기지국은 셀 경계 영역에 위치한 경계 단말이 사용 가능한 최대 주파수 대역을 설정할 수 있다(S100). 예를 들어, 사용 가능한 전체 주파수 대역이 20MHz이고 총 100개의 자원 블록을 사용할 수 있다고 가정하면, 일반적으로 3개의 기지국 사이에 간섭 패턴이 반복되기 때문에 각 기지국은 전체 주파수 자원의 1/3인 33개 또는 34개의 자원 블록을 최대 주파수 대역으로 설정할 수 있다(33RB + 33RB + 34RB = 100RB). 즉, 기지국은 부분 주파수 재사용 기법을 기반으로 인접 기지국의 셀 경계 영역에 할당된 주파수 대역과 겹치지 않도록 자신의 셀 경계 영역에 위치한 경계 단말을 위한 고전력 주파수 대역을 할당할 수 있다. 한편, 기지국은 셀 중심 영역에 위치한 단말과 전체 주파수 대역을 사용하여 통신을 수행할 수 있다. 필요에 따라 기지국은 셀 중심 영역에 위치한 단말이 상기 고전력 주파수 대역을 사용하지 못하도록 설정하여 경계 단말에 할당 우선순위를 부여할 수도 있다.
최대 주파수 대역을 설정한 후, 기지국은 셀 경계 영역에 위치한 경계 단말의 비율을 주기적 또는 비주기적으로 획득할 수 있다(S200). 이때, 기지국은 자신의 셀 영역에 위치한 단말들이 수신한 하향링크 신호의 수신 품질을 기반으로 해당 단말이 셀 중심 영역에 위치하는지 셀 경계 영역에 위치하는지 판단할 수 있다.
구체적으로, 기지국은 자신의 셀 영역에 위치한 단말들로부터 하향링크(downlink) 신호의 수신 품질 정보를 수신할 수 있다(S210). 수신 품질 정보는 하향링크 신호에 대한 신호 대 잡음 비율(signal to noise ratio, SNR), 신호 대 간섭 잡음 비율(signal to interference plus noise ratio, SINR), 채널 품질 지시자(channel quality indicator, CQI) 등을 의미할 수 있다. 즉, 셀룰러 통신 시스템에서는 인접 셀의 간섭 영향이 크기 때문에 간섭이 클수록 셀 경계 영역에 위치한다고 판단할 수 있다. 기지국은 수신 품질 정보를 기반으로 각각의 단말에 대한 평균 수신 품질을 산출할 수 있고, 평균 수신 품질이 미리 설정된 기준보다 작은 경우 해당 수신 품질 정보를 전송한 단말을 경계 단말로 판단할 수 있다(S220).
예를 들어, 경계 단말의 기준을 전체 SINR의 경우 3dB로 설정할 수 있다. 즉, 기지국은 평균 SINR이 3dB보다 작은 경우 해당 SINR을 가지는 단말을 경계 단말로 판단할 수 있다.
이와 같이, 기지국은 수신 품질 정보를 기초로 하여 경계 단말을 판단할 수 있고, 판단된 경계 단말의 개수를 기초로 하여 경계 단말의 비율을 획득할 수 있다.
기지국은 경계 단말의 비율에 대한 증감을 기반으로 경계 단말을 위한 경계 주파수 대역을 할당할 수 있다(S300). 이때, 기지국은 경계 주파수 대역이 최대 주파수 대역을 초과하지 않도록 할당할 수 있다.
구체적으로, 기지국은 경계 단말의 비율에 대한 증감을 기초로 경계 주파수 대역을 설정할 수 있다(S310). 먼저 기지국은 경계 단말의 비율에 대한 증감과 그에 따른 경계 주파수 대역의 증감량을 설정할 수 있다. 예를 들어, 기지국은 경계 단말의 비율이 10% 또는 20% 증가할 때마다 경계 주파수 대역을 위해 사용되는 자원 블록의 개수를 5개, 4개, 3개씩 증가시킬 수 있다.
표 1은 경계 단말의 비율에 따른 고전력 자원 블록 설정의 예를 나타낸다. 즉, 표 1은 경계 단말의 비율이 10% 증가할 때마다 경계 주파수 대역을 위해 사용되는 자원 블록의 개수를 나타낸다. 여기서, 최대 주파수 대역은 20개의 자원 블록을 포함하는 것으로 가정한다.
Figure 112013120224717-pat00001
반대로, 표 1을 참조하면 경계 단말의 비율이 10% 감소할 때마다 경계 주파수 대역을 위해 사용되는 자원 블록의 개수를 5개, 4개, 3개씩 감소시킬 수도 있다.
표 2는 경계 단말의 비율에 따른 고전력 자원 블록 설정의 다른 예를 나타낸다. 즉, 표 2는 경계 단말의 비율이 20% 증가할 때마다 경계 주파수 대역을 위해 사용되는 자원 블록의 개수를 나타낸다. 여기서, 최대 주파수 대역은 20개의 자원 블록을 포함하는 것으로 가정한다.
Figure 112013120224717-pat00002
반대로, 표 2를 참조하면 경계 단말의 비율이 20% 감소할 때마다 경계 주파수 대역을 위해 사용되는 자원 블록의 개수를 5개, 4개, 3개씩 감소시킬 수도 있다.
즉, S310에서 기지국은 표 1, 표 2 및 아래 수학식 1을 기초로 하여 경계 주파수 대역을 설정할 수 있다.
Figure 112013120224717-pat00003
여기서, ΔRB는 표 1 또는 표 2에 기재된 자원 블록의 증가량을 의미하고, NedgeUE는 셀 경계 영역에 위치한 경계 단말의 개수를 의미하고, NUE는 셀 영역에 위치한 모든 단말의 개수를 의미한다. 또한, α는 경계 단말의 비율에 따른 ΔRB 양을 조절하는 파라미터(parameter)로서, 표 1에서는 10을 의미하고 표 2에서는 20을 의미한다.
기지국은 설정된 경계 주파수 대역이 최대 주파수 대역을 초과하는지 판단할 수 있다(S320). 만일 경계 주파수 대역이 최대 주파수 대역을 초과하는 경우, 기지국은 경계 주파수 대역을 최대 주파수 대역으로 변경할 수 있다(S330). 반대로 경계 주파수 대역이 최대 주파수 대역을 초과하지 않는 경우, 기지국은 설정된 경계 주파수 대역을 유지할 수 있다(S340).
즉, 기지국은 아래 수학식 2를 기초로 최종 경계 주파수 대역을 결정할 수 있다.
Figure 112013120224717-pat00004
여기서, NHPRB는 최종 경계 주파수 대역을 의미하고, MHPRB는 최대 주파수 대역을 의미한다.
기지국은 상기 수학식 2를 통해 결정된 최종 경계 주파수 대역을 사용하여 경계 단말과 통신을 수행할 수 있다. 즉, 기지국은 최종 경계 주파수 대역을 고전력 주파수 대역으로 설정할 수 있고, 최종 경계 주파수 대역 이외의 주파수 대역을 저전력 주파수 대역으로 설정할 수 있다.
또한, 기지국은 주기적 또는 비주기적으로 경계 단말의 비율 변화를 모니터링할 수 있고(S400), 그 결과 경계 단말의 비율이 변경된 경우에 증감 비율을 기반으로 경계 주파수 대역을 다시 설정할 수 있다.
경계 주파수 대역이 결정되면, 기지국은 셀 중심 영역과 셀 경계 영역에 서로 다른 주파수 할당 방식을 적용하여 주파수 자원을 할당할 수 있다. 즉, 기지국은 다음과 같은 할당 방식을 고려할 수 있다.
첫 번째 방법으로, 기지국은 경계 단말에 경계 주파수 대역을 우선적으로 할당할 수 있고, 셀 중심 영역에 위치한 단말에 셀 경계 주파수 대역 이외의 주파수 자원을 할당할 수 있다. 이 경우 경계 단말과 셀 중심 영역에 위치한 단말에 의해 사용되는 주파수 자원이 구분되어 단말의 간섭 환경을 고려한 자원 분배가 가능하다.
두 번째 방법으로, 기지국은 자신이 지원하는 모든 주파수 자원을 경계 단말에 할당할 수 있고, 셀 중심 영역에 위치한 단말에 셀 경계 주파수 대역 이외의 주파수 자원을 할당할 수 있다. 이 경우 경계 단말에 보다 많은 주파수 자원을 할당하여 경계 단말의 전송 속도를 개선할 수 있다.
세 번째 방법으로, 기지국은 경계 단말에 경계 주파수 대역을 할당할 수 있고, 셀 중심 단말에 자신이 지원하는 모든 주파수 자원을 할당할 수 있다. 이는 기존의 부분 주파수 재사용 방식과 유사한 방식에 해당한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 고전력 주파수 할당의 일 예를 도시한 개념도이고, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 고전력 주파수 할당의 다른 예를 도시한 개념도이다.
도 4 및 도 5를 참조하면, 경계 단말이 많을수록 경계 단말을 위해 사용되는 고전력 주파수 대역은 상대적으로 증가하고, 경계 단말이 적을수록 경계 단말을 위해 사용되는 고전력 주파수 대역은 상대적으로 감소한다. 이와 같이, 경계 단말의 비율을 기반으로 경계 단말을 위해 사용되는 고전력 주파수 대역을 적응적으로 결정함으로써 통신 시스템 전체의 효율을 향상시킬 수 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 기지국의 구성을 도시한 블록도이다.
도 6을 참조하면, 기지국(10)은 처리부(11) 및 저장부(12)를 포함할 수 있다. 처리부(11)는 셀 경계 영역에 위치한 경계 단말을 위해 사용되는 최대 주파수 대역을 설정할 수 있다. 최대 주파수 대역은 부분 주파수 재사용 기법을 기반으로 기지국의 셀 경계 영역을 위해 사용되는 주파수 대역과 다른 주파수 대역으로 설정될 수 있다. 여기서, 최대 주파수 대역을 설정하는 구체적인 절차는 도 3을 참조하여 설명한 S100과 동일할 수 있다.
최대 주파수 대역을 설정한 후, 처리부(11)는 경계 단말의 비율을 획득할 수 있다. 즉, 처리부(11)는 셀 내에 위치한 적어도 하나의 단말로부터 하향링크 신호의 수신 품질 정보를 획득할 수 있고, 미리 설정된 기준 미만인 수신 품질 정보를 전송한 단말을 경계 단말로 판단할 수 있다. 수신 품질 정보는 하향링크 신호에 대한 SNR, SINR, CQI 등을 의미할 수 있다. 여기서, 경계 단말의 비율을 획득하는 구체적인 절차는 도 3을 참조하여 설명한 S210, S220과 동일할 수 있다.
처리부(11)는 최대 주파수 대역을 상한으로 하여 경계 단말의 비율에 대한 증감을 기반으로 상기 경계 단말을 위한 경계 주파수 대역을 할당할 수 있다. 즉, 처리부(11)는 경계 단말의 비율이 증가한 경우 증가 비율을 기반으로 미리 설정된 주파수 대역만큼 경계 주파수 대역을 증가시킬 수 있다. 반대로, 처리부(11)는 경계 단말의 비율이 감소한 경우 감소 비율을 기반으로 미리 설정된 주파수 대역만큼 경계 주파수 대역을 감소시킬 수 있다. 여기서, 경계 주파수 대역을 할당하는 구체적인 절차는 도 3을 참조하여 설명한 S310, S320, S330, S340과 동일할 수 있다.
그 후에 처리부(11)는 경계 주파수 대역을 사용하여 경계 단말과 통신을 수행할 수 있다. 즉, 처리부(11)는 경계 주파수 대역을 고전력 주파수로 설정하고, 경계 주파수 대역 이외의 주파수 대역을 저전력 주파수로 설정할 수 있다. 또한, 처리부(11)는 경계 단말의 비율 변화를 주기적 또는 비주기적으로 모니터링할 수 있으며, 그 결과 경계 단말의 비율이 변경된 경우 경계 주파수 대역을 재설정할 수 있다.
한편, 처리부(11)는 셀 중심 영역과 셀 경계 영역에 서로 다른 주파수 대역을 할당할 수 있고, 인접한 셀 경계 영역과 겹치지 않는 고전력 주파수 대역을 자신의 셀 경계 영역에 우선적으로 할당할 수 있다.
여기서, 처리부(11)는 프로세서(processor) 및 메모리(memory)를 포함할 수 있다. 프로세서는 범용의 프로세서(예를 들어, CPU(Central Processing Unit) 등) 또는 전력 밀도 제어 방법의 수행을 위한 전용의 프로세서를 의미할 수 있다. 메모리에는 력 제어 방법의 수행을 위한 프로그램 코드(program code)가 저장될 수 있다. 즉, 프로세서는 메모리에 저장된 프로그램 코드를 독출할 수 있고, 독출된 프로그램 코드를 기반으로 전력 밀도 제어 방법의 각 단계를 수행할 수 있다.
저장부(12)는 처리부(11)에서 처리되는 정보 및 처리된 정보를 저장할 수 있다. 예를 들어, 저장부(12)는 최대 주파수 대역, 경계 단말의 비율, 경계 주파수 대역, 하향링크 신호에 대한 수신 품질 정보(예를 들어, SNR, SINR, CQI 등), 경계 단말의 비율 증감, 자원 블록의 증감량 등을 저장할 수 있다.
이상 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (18)

  1. 기지국에서 수행되는 전력 밀도 제어 방법으로서,
    상기 기지국이 서빙(serving)하는 셀에서 사용되는 전체 주파수 대역 중 다른 주파수 대역보다 고전력으로 송신 가능한 최대 주파수 대역을 설정하는 단계;
    셀 경계 영역에 위치한 경계 단말의 비율을 획득하는 단계; 및
    상기 최대 주파수 대역을 상한으로, 상기 경계 단말의 비율에 대한 증감을 기반으로 상기 전체 주파수 대역 중 다른 주파수 대역보다 고전력으로 송신되는 경계 주파수 대역을 설정하는 단계를 포함하는 전력 밀도 제어 방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 최대 주파수 대역은,
    부분 주파수 재사용 기법을 기반으로, 상기 기지국과 이웃한 기지국의 셀 경계 영역을 위해 사용되는 주파수 대역과 다른 주파수 대역으로 설정되는 것을 특징으로 하는 전력 밀도 제어 방법.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 경계 단말의 비율을 획득하는 단계는,
    셀 내에 위치한 적어도 하나의 단말로부터 하향링크(downlink) 신호의 수신 품질 정보를 수신하는 단계; 및
    미리 설정된 기준 미만인 수신 품질 정보를 전송한 단말을 경계 단말로 판단하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 밀도 제어 방법.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 수신 품질 정보는,
    상기 하향링크 신호에 대한 SINR(signal to interference plus noise ratio)인 또는 CQI(channel quality indicator)인 것을 특징으로 하는 전력 밀도 제어 방법.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 경계 주파수 대역은,
    상기 경계 단말의 비율이 증가한 경우, 증가 비율을 기반으로 미리 설정된 주파수 대역만큼 증가하는 것을 특징으로 하는 전력 밀도 제어 방법.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 경계 주파수 대역은,
    상기 경계 단말의 비율이 감소한 경우, 감소 비율을 기반으로 미리 설정된 주파수 대역만큼 감소하는 것을 특징으로 하는 전력 밀도 제어 방법.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 기지국은,
    셀 중심 영역과 셀 경계 영역에 서로 다른 주파수 할당 방식을 적용하는 것을 특징으로 하는 전력 밀도 제어 방법.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 기지국은,
    상기 경계 단말에 상기 경계 주파수 대역을 할당하고, 셀 중심 영역에 위치한 단말에 상기 경계 주파수 대역 이외의 주파수 대역을 할당하는 것을 특징으로 하는 전력 밀도 제어 방법.
  9. 청구항 7에 있어서,
    상기 기지국은,
    상기 경계 단말에 상기 기지국이 지원하는 전체 주파수 대역을 할당하고, 셀 중심 영역에 위치한 단말에 상기 경계 주파수 대역 이외의 주파수 대역을 할당하는 것을 특징으로 하는 전력 밀도 제어 방법.
  10. 청구항 7에 있어서,
    상기 기지국은,
    상기 경계 단말에 상기 경계 주파수 대역을 할당하고, 셀 중심 영역에 위치한 단말에 상기 기지국이 지원하는 전체 주파수 대역을 할당하는 것을 특징으로 하는 전력 밀도 제어 방법.
  11. 청구항 1에 있어서,
    상기 전력 밀도 제어 방법은,
    상기 경계 주파수 대역을 통해 상기 경계 단말과 데이터를 송수신하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 밀도 제어 방법.
  12. 기지국이 서빙(serving)하는 셀에서 사용되는 전체 주파수 대역 중 다른 주파수 대역보다 고전력으로 송신 가능한 최대 주파수 대역을 설정하고, 셀 경계 영역에 위치한 경계 단말의 비율을 획득하고, 상기 최대 주파수 대역을 상한으로 하여 상기 경계 단말의 비율에 대한 증감을 기반으로 상기 전체 주파수 대역 중 다른 주파수 대역보다 고전력으로 송신되는 경계 주파수 대역을 설정하는 처리부; 및
    상기 처리부에서 처리되는 정보 및 처리된 정보를 저장하는 저장부를 포함하는 기지국.
  13. 청구항 12에 있어서,
    상기 최대 주파수 대역은,
    부분 주파수 재사용 기법을 기반으로, 상기 기지국과 이웃한 기지국의 셀 경계 영역을 위해 사용되는 주파수 대역과 다른 주파수 대역으로 설정되는 것을 특징으로 하는 기지국.
  14. 청구항 12에 있어서,
    상기 처리부는,
    상기 경계 단말의 비율을 획득하는 경우, 셀 내에 위치한 적어도 하나의 단말로부터 하향링크(downlink) 신호의 수신 품질 정보를 획득하고, 미리 설정된 기준 미만인 수신 품질 정보를 전송한 단말을 경계 단말로 판단하는 것을 특징으로 하는 기지국.
  15. 청구항 14에 있어서,
    상기 수신 품질 정보는,
    상기 하향링크 신호에 대한 SINR(signal to interference plus noise ratio) 또는 CQI(channel quality indicator)인 것을 특징으로 하는 기지국.
  16. 청구항 12에 있어서,
    상기 경계 주파수 대역은,
    상기 경계 단말의 비율이 증가한 경우, 증가 비율을 기반으로 미리 설정된 주파수 대역만큼 증가하는 것을 특징으로 하는 기지국.
  17. 청구항 12에 있어서,
    상기 경계 주파수 대역은,
    상기 경계 단말의 비율이 감소한 경우, 감소 비율을 기반으로 미리 설정된 주파수 대역만큼 감소하는 것을 특징으로 하는 기지국.
  18. 청구항 12에 있어서,
    상기 처리부는,
    셀 중심 영역과 셀 경계 영역에 서로 다른 주파수 할당 방식을 적용하는 것을 특징으로 하는 기지국.
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