KR101523385B1 - 무선통신 시스템에서 자원 할당 방법 - Google Patents

Abstract

자원 할당 방법은 복수의 펨토 기지국들로부터 서로 간섭을 겪는 펨토 기지국들에 대한 검색 정보를 획득하는 단계, 각 펨토 기지국에 무선자원을 할당하는 단계, 및 각 펨토 기지국에 무선자원 할당 정보를 전송하는 단계를 포함한다. 상기 무선자원을 할당하는 단계는 서로 간섭을 겪지 않는 펨토 기지국들에 동일한 컬러를 할당하는 단계, 및 상기 컬러에 따라 상기 무선자원을 할당하는 단계를 포함한다.

Description

무선통신 시스템에서 자원 할당 방법{METHOD OF ALLOCATING RESOURCE IN WIRELESS COMMUNICATION SYSTEM}

본 발명은 무선통신에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 무선통신 시스템에서 자원 할당 방법에 관한 것이다.

무선통신 시스템이 음성이나 데이터 등과 같은 다양한 종류의 통신 서비스를 제공하기 위해 광범위하게 전개되고 있다. 일반적으로 무선통신 시스템은 가용한 시스템 자원(대역폭, 전송 파워 등)을 공유하여 다중 사용자와의 통신을 지원할 수 있는 다중 접속(multiple access) 시스템이다. 다중 접속 시스템의 예들로는 CDMA(code division multiple access) 시스템, FDMA(frequency division multiple access) 시스템, TDMA(time division multiple access) 시스템, OFDMA(orthogonal frequency division multiple access) 시스템, SC-FDMA(single carrier frequency division multiple access) 시스템 등이 있다.

통신의 발달과 멀티미디어 기술의 보급과 더불어 다양한 대용량 전송기술이 요구되고 있다. 무선 용량을 증대시키기 위한 방법으로 보다 많은 주파수 자원을 할당하는 방법이 있지만, 한정된 주파수 자원을 다수의 사용자에게 보다 많은 주파 수 자원을 할당하는 것은 한계가 있다.

한정된 주파수 자원을 보다 효율적으로 활용할 수 있는 방법 중 하나로 셀의 커버리지(coverage)를 작게 만드는 방법이 있다. 셀의 커버리지가 작아지면 하나의 기지국이 서비스해야 하는 사용자의 수가 줄어들 수 있으므로, 기지국은 사용자에게 보다 많은 주파수 자원을 할당할 수 있기 때문이다.

이에 따라, 가정이나 사무실에 설치되는 펨토 기지국(femto BS(base station)) 기술에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 펨토 기지국은 가정이나 사무실 등 실내에서 사용되는 초소형 이동통신 기지국을 의미한다. 펨토 기지국은 가정이나 사무실에 보급되어 있는 IP(internet protocol) 네트워크와 연결되며, IP 네트워크를 통하여 무선통신 시스템의 핵심망(core network)에 접속하여 무선통신 서비스를 제공한다. 사용자는 실외에서 기존의 마크로 기지국(macro BS)을 통하여 서비스를 제공받고, 실내에서는 펨토 기지국을 통하여 서비스를 제공받을 수 있다. 펨토 기지국은 기존의 마크로 기지국의 서비스가 건물 내에서 악화되는 점을 보완하여 무선통신 시스템의 실내 커버리지를 개선한다. 또한, 펨토 기지국은 정해진 특정 사용자만을 대상으로 서비스를 제공할 수 있으므로 높은 품질의 음성 서비스 및 데이터 서비스를 제공할 수 있다.

마크로 기지국의 커버리지 내에 배치되는 펨토 기지국의 주파수 대역을 할당하는 방식에는 공동채널(co-channel) 방식, 부분공동채널(partial co-channel) 방식 및 전용채널(dedicated channel) 방식이 있다. 공동채널 방식은 마크로 기지국과 동일한 주파수 대역을 펨토 기지국의 주파수 대역으로 할당하는 방식으로, 마크 로 기지국과 펨토 기지국이 동일한 주파수 대역을 사용함으로써 발생할 수 있는 간섭을 줄이기 위한 펨토 기지국의 전송전력 제어가 중요하다. 부분공동채널 방식은 마크로 기지국의 일부 주파수 대역을 펨토 기지국과 함께 사용하는 공동채널로 할당하는 방식으로, 공동채널에서 간섭이 발생하면 마크로 기지국의 사용자는 공동채널 이외의 주파수 대역을 통하여 서비스를 받음으로서 간섭을 줄일 수 있다. 전용채널 방식은 마크로 기지국과 펨토 기지국이 서로 다른 주파수 대역을 사용하는 방식으로, 마크로 기지국과 펨토 기지국 간의 간섭을 크게 완화할 수 있다.

펨토 기지국은 사용자가 구매하여 자신의 사무실이나 가정에 설치하는 소형 기지국이므로, 무선통신 사업자가 정책적으로 펨토 기지국의 배치를 제한하기 어렵다. 일반적으로 펨토 기지국들의 분포는 규칙적이지 않고 예측이 불가능하다. 따라서, 임의로 배치되는 펨토 기지국 간의 간섭을 줄일 수 있는 방법이 필요하다.

펨토 기지국 간의 간섭을 완화하기 위하여 펨토 기지국의 전송전력을 제한할 수 있으나, 이는 펨토 기지국의 커버리지를 줄어들게 하는 문제점이 있다. 인접한 펨토 기지국 간에 서로 다른 주파수 대역을 사용하면 펨토 기지국 간의 간섭을 크게 완화할 수 있고 펨토 기지국의 커버리지를 보장할 수 있다. 즉 인접한 펨토 기지국 간에 서로 다른 주파수 대역을 사용하면서 각각의 펨토 기지국은 최대한의 주파수 자원을 이용할 수 있다면 높은 주파수 효율을 얻을 수 있을 것으로 기대된다.

펨토 기지국들 간의 간섭을 줄이고 주파수 효율을 향상시킬 수 있는 방법이 필요하다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 펨토 기지국들간의 간섭을 완화시키는 자원 할당 방법을 제공하는 데 있다.

일 양태에 있어서, 무선 통신 시스템에서 자원 할당 방법은 복수의 펨토 기지국들로부터 서로 간섭을 겪는 펨토 기지국들에 대한 검색 정보를 획득하는 단계, 각 펨토 기지국에 무선자원을 할당하는 단계, 및 각 펨토 기지국에 무선자원 할당 정보를 전송하는 단계를 포함한다. 상기 무선자원을 할당하는 단계는 서로 간섭을 겪지 않는 펨토 기지국들에 동일한 컬러를 할당하는 단계, 및 상기 컬러에 따라 상기 무선자원을 할당하는 단계를 포함한다.

몇몇 실시예에 있어서, 상기 컬러를 할당하는 단계는 상기 컬러 선택의 기준이 되는 기준셀을 선택하고, 상기 기준셀에 상기 컬러를 할당하는 단계, 및 현재 컬러를 할당받은 다른 펨토 기지국들과 간섭을 겪지 않는 펨토 기지국을 상기 기준셀의 동종셀로 선택하고, 상기 동종셀에 상기 컬러를 할당하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 기준셀은 현재까지 하나의 컬러도 할당받지 못한 펨토 기지국 중에서 자신이 속한 최대 클리크의 크기가 가장 큰 펨토 기지국으로 선택될 수 있다. 또는, 상기 기준셀은 현재까지 하나의 컬러도 할당받지 못한 펨토 기지국 중에서 간섭을 겪는 이웃 펨토 기지국의 수가 가장 큰 펨토 기지국으로 선택될 수 있다. 상기 동종셀은 펨토 기지국들간의 거리 정보를 이용하여 선택될 수 있다.

다른 양태에 있어서, 무선 통신 시스템에서 자원 할당 방법은 복수의 펨토 기지국들 중 서로 간섭을 겪지 않는 펨토 기지국들에게 동일한 컬러가 할당되도록 하나의 컬러를 할당하는 단계, 서로 다른 컬러가 할당된 펨토 기지국들 중 서로 간섭을 겪지 않는 펨토 기지국에게 적어도 하나의 컬러를 추가적으로 할당하는 단계, 및 할당된 컬러에 따라 각 펨토 기지국에게 무선자원을 할당하는 단계를 포함한다.

펨토 기지국들간의 간섭을 완화시킬 수 있다. 또한, 전체 펨토 기지국들이 사용하는 무선자원의 양을 최대화하여 주파수 효율을 향상시킬 수 있다. 낮은 복잡도로 효율적인 자원 할당이 가능하다.

이하의 기술은 CDMA(code division multiple access), FDMA(frequency division multiple access), TDMA(time division multiple access), OFDMA(orthogonal frequency division multiple access), SC-FDMA(single carrier frequency division multiple access) 등과 같은 다양한 무선 통신 시스템에 사용될 수 있다. CDMA는 UTRA(Universal Terrestrial Radio Access)나 CDMA2000과 같은 무선 기술(radio technology)로 구현될 수 있다. TDMA는 GSM(Global System for Mobile communications)/GPRS(General Packet Radio Service)/EDGE(Enhanced Data Rates for GSM Evolution)와 같은 무선 기술로 구현될 수 있다. OFDMA는 IEEE 802.11 (Wi-Fi), IEEE 802.16 (WiMAX), IEEE 802-20, E-UTRA(Evolved UTRA) 등과 같은 무선 기술로 구현될 수 있다. UTRA는 UMTS(Universal Mobile Telecommunications System)의 일부이다. 3GPP(3rd Generation Partnership Project) LTE(long term evolution)은 E-UTRA를 사용하는 E-UMTS(Evolved UMTS)의 일부로써, 하향링크에서 OFDMA를 채용하고 상향링크에서 SC-FDMA를 채용한다. LTE-A(LTE-Advanced)는 LTE의 진화이다.

설명을 명확하게 하기 위해, 3GPP LTE/LTE-A를 위주로 기술하지만 본 발명의 기술적 사상이 이에 제한되는 것은 아니다.

단말(User Equipment, UE)은 고정되거나 이동성을 가질 수 있으며, MS(mobile station), UT(user terminal), SS(subscriber station), 무선기기(wireless device), PDA(personal digital assistant), 무선 모뎀(wireless modem), 휴대기기(handheld device) 등 다른 용어로 불릴 수 있다. 기지국(base station, BS)은 일반적으로 단말과 통신하는 고정된 지점(fixed station)을 말하며, eNB(evolved-NodeB), BTS(Base Transceiver System), 액세스 포인트(Access Point) 등 다른 용어로 불릴 수 있다.

이하에서 하향링크(downlink)는 기지국에서 단말로의 통신을 의미하며, 상향링크(uplink)는 단말에서 기지국으로의 통신을 의미한다. 하향링크에서 전송기는 기지국의 일부분일 수 있고, 수신기는 단말의 일부분일 수 있다. 상향링크에서 전송기는 단말의 일부분일 수 있고, 수신기는 기지국의 일부분일 수 있다.

도 1은 펨토 기지국을 포함하는 무선통신 시스템을 나타낸다.

도 1을 참조하면, 무선통신 시스템에 포함되는 기지국은 셀 커버리지 또는 배치 방식에 따라 펨토 기지국(femto BS; 20) 및 마크로 기지국(macro BS; 60)으로 구분될 수 있다. 펨토 기지국(20)의 커버리지(coverage)은 마크로 기지국(60)의 커버리지보다 작은 크기를 가진다. 펨토 기지국(20)의 커버리지의 전부 또는 일부는 마크로 기지국(60)의 커버리지와 겹칠 수 있다. 펨토 기지국(20)은 펨토셀(femto-cell), 홈노드-B(home node-B), CSG(closed subscriber group) 셀 등 다른 용어로 불릴 수 있다. 마크로 기지국(60)은 펨토셀과 구분하여 마크로셀(macro-cell)로 불릴 수 있다.

펨토 기지국(20)은 Iuh 인터페이스를 통하여 펨토 게이트웨이(femto gateway; 30)에 연결된다. Iuh 인터페이스는 IP(Internet protocol) 네트워크를 통한 펨토 기지국(20)과 펨토 게이트웨이(30) 간의 인터페이스를 의미한다. 펨토 게이트웨이(30)는 적어도 하나의 펨토 기지국(20)을 관리하는 개체(entity)이다. 펨토 게이트웨이(30)는 펨토 기지국(20)이 무선통신 시스템의 핵심망(core network; 90)에 접속할 수 있도록 펨토 기지국(20)의 등록, 인증 및 보안 절차를 수행할 수 있다. 마크로 기지국(60)은 Iub 인터페이스를 통하여 RNC(radio network control; 70)에 연결된다. RNC(70)는 적어도 하나의 마크로 기지국(60)을 관리하는 개체로서, 마크로 기지국(60)을 핵심망(90)에 접속시킨다. 마크로 기지국(60)은 핵심망(90)과 전용선으로 연결되는 반면, 펨토 기지국(20)은 IP 네트워크를 통하여 핵심망(90)에 연결된다.

펨토 기지국(20)에 접속하는 단말을 펨토 단말(femto UE; 10)이라 하고, 마크로 기지국(60)에 접속하는 단말을 마크로 단말(macro UE; 50)이라 한다. 펨토 단말(10)은 마크로 기지국(60)으로의 핸드오버를 통하여 마크로 단말(50)이 될 수 있 고, 마크로 단말(50)은 펨토 기지국(20)으로의 핸드오버를 통하여 펨토 단말(10)이 될 수 있다.

펨토 기지국(20)은 마크로 기지국(60)과 달리 각 각 셀의 분포가 규칙적이지 않고, 예측이 불가능하기 때문에 간섭이 여러 상황에서 발생할 수 있다. 다음 표 1은 상황별 간섭 시나리오를 나타낸다.

No	Aggressor	Victim
1	UE attached to femto BS	Macro BS uplink
2	Femto BS	Macro BS downlink
3	UE attached to macro BS	Femto BS uplink
4	Macro BS	Femto BS downlink
5	UE attached to femto BS	Femto BS uplink
6	Femto BS	Femto BS downlink
7	UE attached to femto BS and/or femto BS	Other system
8	Other system	UE attached to femto BS and/or femto BS

펨토 기지국(20)을 효율적으로 이용하기 위해서는 상기와 같은 여러 상황에서의 간섭을 완화시킬 수 있는 방법이 필요하다.

펨토 기지국(20)들 간의 간섭을 완화하기 위해 제안된 자원 할당 방법은 다음과 같은 세가지 기준에 따라 자원을 할당한다.

(1) 가장 적은 자원을 할당 받은 펨토 기지국의 주파수 자원 할당량을 최대화한다.

(2) 조건 (1)을 만족하면서 시스템 내의 모든 펨토 기지국이 사용하는 주파수 자원의 양을 최대화한다.

(4) 자원 할당 방법은 낮은 복잡도를 가진다.

이하에서는, 각 펨토 기지국(20)들이 펨토 게이트웨이(30)를 통해 연동하고 있는 환경에서, 펨토 게이트웨이(30)를 통한 자원 할당 방법을 개시한다. 펨토 기지국(20)이 마크로 기지국(60)과 서로 다른 주파수 대역을 사용하는 전용 채널 방식을 가정하여, 펨토 기지국(20)과 마크로 기지국(60) 간의 간섭은 무시할 정도로 본다.

자원 할당 방법은 컬러링(coloring)을 이용한다. 서로 다른 주파수 자원을 사용하는 펨토 기지국들을 구분한 후, 서로 동일한 주파수 자원을 사용할 펨토 기지국들을 같은 컬러로 구분한다. 이 후 주파수 자원을 각 컬러에 할당한다. 각 펨토 기지국은 할당받은 컬러의 양만큼 주파수 자원을 할당받을 수 있고, 펨토 기지국이 할당받는 최소 자원의 양은 컬러 개수의 역수에 비례한다.

도 2는 간섭 그래프를 생성하는 예를 나타낸다. 간섭 그래프(interfering graph)는 도 2의 (B)에 나타난 바와 같이 각 펨토 기지국이 자신이 간섭으로 작용할 수 있는 이웃 펨토 기지국을 선으로 연결한 것이다. 도 2의 (A)에서, 원(205)는 각 펨토 기지국의 커버리지를 나타내고, Fn은 n번째 펨토 기지국의 ID(identifier)를 나타낸다. 펨토 기지국들의 커버리지가 중복되면 서로 간섭으로 작용할 수 있음을 나타낸다.

간섭 그래프를 생성하기 위해, 각 펨토 기지국을 정점(vertex)으로 하고, 간섭으로 작용할 수 있는(즉 커버리지가 서로 중복되는) 펨토 기지국을 연결한다. 예를 들어, 제1 펨토 기지국(F1)은 제2 펨토 기지국(F2)과 서로 간섭하므로, 제1 펨토 기지국(F2)는 제2 펨토 기지국(F2)은 연결된다. 제2 펨토 기지국(F2)과 간섭하는 펨토 기지국은 제3 펨토 기지국(F3), 제4 펨토 기지국(F4) 및 제5 펨토 기지국(F5)이다. 따라서, 제2 펨토 기지국(F2)는 제3 펨토 기지국(F3), 제4 펨토 기지국(F4) 및 제5 펨토 기지국(F5)과 연결된다. 제10 펨토 기지국(F10)은 어느 펨토 기지국과도 간섭하지 않으므로, 연결되는 펨토 기지국이 없다.

서로 연결된 펨토 기지국들 간에는 동일한 주파수 자원이 할당될 수 없다. 생성된 간섭 그래프를 이용하여 컬러를 하나씩 추가해 나가며, 새롭게 추가되는 각 컬러에 대해 컬러링을 수행한다. 이를 위하여 다음의 용어들을 정의한다.

- 클리크(Clique): 서로 동일한 자원을 사용할 수 없는 펨토 기지국들의 집합. 도 2의 예에서 클리크로는 {F1, F2}, {F4, F5}, {F3, F4, F5} 등이 있다.

- 최대 클리크(Maximal clique): 어떤 다른 클리크에도 포함되지 않는 클리크. 도 2의 예에서 최대 클리크는 {F3, F4, F8, F9} 또는 {F2, F3, F4, F5}가 있다.

- 광역 최대 클리크(Global maximal clique): 주어진 위상(topology) 전체에서 포함되는 펨토 기지국의 수가 가장 많은 최대 클리크.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 자원 할당 방법을 나타낸 블록도이다.

도 3을 참조하면, 단계 S310에서 주변 펨토 기지국의 정보를 획득한다. c는 할당된 컬러들의 수를 의미하며, 초기에 0으로 셋팅된다. 단계 S320에서, 컬러의 수 c에 1을 더하여 컬러 할당을 시작한다.

단계 S330에서, 기준셀(reference cell)을 선택한다. 기준셀은 해당하는 컬러를 선택하기 위한 기준이 되는 셀이다. 기준셀을 선택하는 방법으로는 몇가지가 있다.

일 실시예에 있어서, 현재까지 하나의 컬러도 할당받지 못한 펨토 기지국 중에서 자신이 속한 최대 클리크의 크기가 가장 큰 펨토 기지국를 기준셀로 선택할 수 있다. 광역 최대 클리크에 포함되는 펨토 기지국의 수는 컬러링을 위해 필요한 컬러의 최소 갯수를 의미하며, 이는 또한 가장 적은 자원을 할당받는 펨토 기지국의 자원양의 최대값을 의미한다. 필요한 컬러의 수를 최소화하기 위해 광역 최대 클리크에 속한 펨토 기지국에게 우선적으로 컬러를 할당하는 것이다.

다른 실시예에 있어서, 현재까지 하나의 컬러도 할당받지 못한 펨토 기지국 중에서 간섭을 겪는 이웃 펨토 기지국의 수가 가장 큰 펨토 기지국를 기준셀로 선택할 수 있다. 최대 클리크의 크기를 찾는 것은 복잡도가 높을 수 있으므로, 가장 적은 컬러를 할당받을 것이 유력한 펨토 기지국에게 우선적으로 컬러를 할당함으로써 자원을 공평하게 분배할 수 있다.

단계 S340에서, 적어도 하나의 동종셀(cognate cell)을 선택한다. 동종셀은 현재 컬러를 할당받은 모든 펨토 기지국들과 간섭을 겪지 않는 펨토 기지국이다. 동종셀은 현재의 컬러를 가능한 많은 펨토 기지국에게 할당하여 자원의 활용도를 높이기 위함이다. 동종셀의 선택 기준은 펨토 기지국간의 거리 정보 유무에 따라 두 가지로 나눌 수 있다.

일 실시예에 있어서, 펨토 기지국들간의 거리 정보를 알 수 있다면, 거리정보를 이용하여 동종셀을 선택한다. 즉, 현재 컬러를 할당받은 다른 펨토 기지국들과 간섭을 겪지 않으면서 거리가 가장 가까운 펨토 기지국을 동종셀로 선택한다. 동종셀은 복수일 수 있다. 먼저, 현재까지 아무런 컬러도 할당받지 못한 펨토 기지국들 중 현재 컬러를 할당받은 다른 펨토 기지국들과 간섭을 겪지 않으면서 가장 가까운 펨토 기지국을 동종셀로 선택하여 컬러를 할당한다. 이어서, 현재까지 아무런 컬러도 할당받지 못한 펨토 기지국이 아직 남아 있다면, 현재 컬러를 할당받은 다른 펨토 기지국들과 간섭을 겪지 않으면서 가장 가까운 펨토 기지국을 동종셀로 선택하여 컬러를 할당한다. 이는 하나의 컬러를 가능한 많은 펨토 기지국에게 할당할 수 있는 장점이 있다.

다른 실시예에서, 펨토 기지국들간의 거리 정보를 알 수 없다면, 현재 컬러를 할당받은 모든 펨토 기지국들과 간섭을 겪지 않는 펨토 기지국들 중 임의의 펨토 기지국을 동종셀로 선택한다. 펨토 기지국들간의 위치정보가 없다면 각 펨토 기지국가 간섭을 겪지 않는 다른 펨토 기지국과 거리를 알기 어렵기 때문이다. 먼저, 현재까지 아무런 컬러도 할당받지 못한 펨토 기지국들 중 현재 컬러를 할당받은 다른 펨토 기지국들과 간섭을 겪지 않은 임의의 펨토 기지국을 동종셀로 선택하여 컬러를 할당한다. 이어서, 현재까지 아무런 컬러도 할당받지 못한 펨토 기지국이 아직 남아 있다면, 현재 컬러를 할당받은 다른 펨토 기지국들과 간섭을 겪지 않은 임의의 펨토 기지국을 동종셀로 선택하여 컬러를 할당한다.

단계 S350에서, 모든 펨토 기지국들이 컬러를 할당받을 때까지 상기 단계 S320 내지 S340을 반복한다.

단계 S360에서, 각 컬러마다 무선자원을 맵핑하고, 동일한 컬러를 가진 각 펨토 기지국들에게 해당하는 컬러에 대한 무선자원을 할당한다. 모든 컬러 내에는 기준셀은 하나씩 존재하므로, 해당하는 컬러를 할당받은 펨토 기지국은 최소한 하나씩은 존재한다. 각 컬러마다 할당되는 무선자원의 양은 다를 수도 있고, 동일할 수 있다.

추가적으로, 모든 펨토 기지국들이 하나씩의 컬러를 할당받은 후에 추가적인 컬러를 할당할 수 있다. 이는 펨토 기지국들이 복수개의 컬러를 할당받을 수 있음을 의미한다. 즉, 복수의 펨토 기지국들 중 서로 간섭을 겪지 않는 펨토 기지국들에게 동일한 컬러가 할당되도록 하나의 컬러를 먼저 할당한다. 서로 다른 컬러가 할당된 펨토 기지국들 중 서로 간섭을 겪지 않는 펨토 기지국에게 적어도 하나의 컬러를 추가적으로 할당한다. 예를 들어, 펨토 기지국 A가 기준셀 또는 동종셀로써 A 컬러를 할당받았다고 하자. 이때, 펨토 기지국 A는 B 컬러를 할당받은 다른 펨토 기지국들과 간섭을 겪지 않는다면 B 컬러를 추가적으로 할당받을 수 있다. 이때 거리정보를 이용하여 다른 컬러를 할당받을 수 있고 또는 임의로 선택되어 다른 컬러를 할당받을 수 있다. 펨토 기지국마다 적어도 하나의 컬러를 할당할 경우, 다른 모든 펨토 기지국들과 간섭을 겪지 않는 기지국(예를 들어, 도 2의 제10 기지국(F10))에는 모든 컬러가 할당될 수 있다.

상술한 자원 할당 방법에 의하면, 펨토 기지국들 간의 간섭을 완화시키고, 높은 주파수 효율을 얻을 수 있다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 자원 할당 방법을 나타낸 흐름도이다.

도 4를 참조하면, 단계 S410에서, 펨토 기지국은 주변 펨토 기지국을 검색한다. 단계 S420에서, 펨토 기지국은 주변 펨토 기지국에 관한 검색 정보를 펨토 게이트웨이로 보낸다. 검색 정보를 위한 메시지 포맷의 일 예는 다음 표와 같다.

명 칭	내 용
메시지 유형 (Message type)	현재 전송되는 메시지가 검색 정보임을 알림
펨토 기지국 ID	현재 전송되는 message를 보내는 펨토 기지국 표시
주변 펨토 기지국 ID (optional)	간섭을 겪는 주변 펨토 기지국 표시
위치정보 (optional)	자신의 위치 정보

상기와 같은 메시지 포맷에서, 전달되는 데이터의 많은 부분을 펨토 기지국 ID가 차지한다. 일반적으로 이웃 펨토 기지국들은 서로 간섭을 겪을 것이기 때문에 두 펨토 기지국에서 각각 상대방의 펨토 기지국 ID가 전송될 것이다. 따라서, 이를 둘 중 어느 하나의 펨토 기지국에서만 전달하게 한다면, 메시지 양을 줄일 수 있다. 어느 펨토 기지국만이 펨토 기지국 ID를 전달할 것인지 여부에 관한 판단은 다양하게 설정할 수 있다. 펨토 게이트웨이가 펨토 기지국 ID를 전달할 펨토 기지국을 지정할 수 있다. 또는, 별도의 시그널링 없이 이웃 펨토 기지국 ID와 자신의 펨토 기지국 ID의 값을 비교하여 그 값이 큰 (혹은 작은) 펨토 기지국가 이웃 펨토 기지국 ID를 전송하도록 할 수 있다.

단계 S430에서, 자신이 관장하는 펨토 기지국들로부터 검색 정보를 수신한 펨토 게이트웨이는 전술한 컬러링을 이용하여 각 펨토 기지국에게 자원을 할당한다.

단계 S440에서, 펨토 게이트웨이는 각 펨토 기지국에게 할당된 자원 할당 정보를 보낸다. 각 펨토 기지국는 다음 자원 할당시까지 할당받은 자원을 이용하여 셀 내의 단말들과 통신한다. 자원 할당 정보를 위한 메시지 포맷의 일 예는 다음 표와 같다.

명 칭	내 용
메시지 유형 (Message type)	현재 전송되는 메시지가 자원 할당 정보임을 알림
펨토 기지국 ID	현재 전송되는 message를 보내는 펨토 기지국 표시
자원 할당 정보	할당된 무선자원 정보
유효기간 (optional)	할당된 무선자원을 사용할 수 있는 기간

상기 표에서, 유효기간은 자원 할당에 시간 공유(time sharing)을 수행할 경우에 사용될 수 있다. 예를 들어, 2비트의 유효기간을 이용한다면, '00'일 경우에는 항상 그 자원을 사용하고, '01'일 경우에는 홀수번째 타임슬롯에 해당 자원을 사용하고, '10'일 경우에는 짝수번째 타임슬롯에 해당 자원을 사용하는 것이다. 이를 위해서는 모든 펨토 기지국들간 동기가 맞추어져 있는 것이 필요하다.

이제 펨토 게이트웨이가 각 펨토 기지국에게 전달할 자원 할당 정보를 구성하는 방법에 대해 기술한다. 이하에서, 자원블록(resource block, RB)은 무선자원을 할당하기 위한 최소 자원 할당 단위를 말한다. 예를 들어, 자원블록은 복수의 부반송파를 포함할 수 있다. 자원블록은 서브채널, 타일, 슬롯 등 기타 다른 명칭으로 불리울 수 있다.

제1 실시예에 있어서, 자원 할당 정보는 할당된 자원블록을 가리키는 비트맵 또는 적어도 하나의 인덱스로 구성될 수 있다. 예를 들어, 5MHz 대역을 사용하는 환경에서 총 13개의 자원블록을 가정한다. 비트맵을 이용할 경우 1비트가 1개의 자원블록을 가리키므로, 13개의 자원블록을 나타내기 위해 13비트의 자원 할당 정보가 필요하다. 인덱스를 이용할 경우 하나의 자원블록을 가리키기 위해 4비트의 자원 할당 정보가 필요하다. 즉, 펨토 기지국에 3개의 자원블록이 할당되면, 3개의 인덱스가 필요하므로 12비트의 자원 할당 정보가 필요하다.

제 2 실시예에 있어서, 각 컬러에 따라 자원 할당 정보를 구성할 수 있다. 비트맵 형태로 자원 할당 정보를 구성하지만, 각 비트가 컬러에 대한 자원 할당을 나타낸다. 각 컬러를 정렬한 후 각 펨토 기지국에게 전송할 때 해당 컬러를 사용하는 경우 1로 셋팅하고, 사용하지 않는 경우 0으로 셋팅하는 것이다. 이에 의하면, 자원블록의 수가 증가하더라도, 컬러의 수는 변하지 않을 것이기 때문에 대역폭이 늘어난다면 높은 이득을 얻을 수 있다. 컬러에 따른 자원 할당을 위해서는 각 컬러와 자원블록간의 맵핑 정보가 필요하다. 이러한 맵핑 정보는 미리 지정될 수도 있고, 펨토 게이트웨이가 펨토 기지국으로 알려줄 수도 있다.

도 5는 컬러-자원블록 맵핑의 일 예를 나타낸다. 해당하는 컬러를 사용하는 펨토 기지국들의 수가 적은 컬러부터 오름 차순으로 정렬한다. 또한, 낮은 주파수 대역에 속하는 자원블록부터 오름 차순으로 정렬한다. 정렬된 컬러와 자원블록을 순서대로 1:1 맵핑한다. 만약, 자원블록의 수가 컬러의 수보다 적다면, 사용하는 펨토 기지국의 수가 더 많은 컬러 즉, 뒤쪽에 정렬된 컬러에게 남는 자원블록들을 할당함으로써, 주파수 효율을 높일 수 있다. 여기에서는, 컬러의 수(c)가 11이고, 자원블록의 수 (R)이 13일 때, 남은 2개의 자원블록들을 뒷쪽에서 2개의 컬러에 각각 하나씩 할당하는 예를 보이고 있다.

도 5와 같은 컬러-자원블록 맵핑를 사용할 때, 자원 할당 정보를 위한 메시지 포맷의 일 예는 다음 표와 같다.

명 칭	내 용
메시지 유형 (Message type)	현재 전송되는 메시지가 자원 할당 정보임을 알림
펨토 기지국 ID	현재 전송되는 메시지를 보내는 펨토 기지국 표시
할당된 컬러 수	현재 전체 시스템에 사용되는 컬러의 개수
컬러 맵핑 정보	비트맵

비트맵 형태의 컬러 맵핑 정보는 할당된 컬러 수에 따라 그 크기가 달라진다. 또는, 컬러 맵핑 정보를 일정 크기로 정의할 경우(예를 들어, 13비트), 할당된 컬러 수를 메시지에 포함시킬 필요가 없다.

도 6은 각 컬러별 자원 할당을 나타낸 예시도이다. 펨토 기지국들(601, 602, 603)은 제1 컬러가 할당되고, 펨토 기지국(610)은 제2 컬러가 할당된다고 한다. 최소 자원을 할당받는 펨토 기지국의 자원 양을 최대화하기 위해서는, 'Mapping 1'에 나타난 바와 같이, 모든 컬러가 동일한 양의 자원을 사용하도록 할 수 있다. 또는, 'Mapping 2'에 나타난 바와 같이, 보다 많은 펨토 기지국들을 포함하는 제1 컬러에 보다 많은 자원을 할당할 수 있다. 이에 따라 전체 펨토 기지국에서 사용하는 자원의 양을 증가시킬 수 있다.

도 7은 시간 공유의 일 예를 나타낸다. 컬러의 개수가 자원블록의 개수보다 많을 경우, 시간 공유를 이용할 수 있다. 시간 공유는 다른 컬러에 속한 펨토 기지국들이 서로 다른 타임슬롯을 이용하도록 하는 것이다. 예를 들어, 자원블록의 총 수가 13개일 때, 1:1 컬러-자원블록 맵핑을 사용하면 최대 사용가능한 컬러의 수는 13이다. 하지만, 펨토 기지국의 수가 많을 때, 13개 이상의 컬러가 사용될 수 있다. 따라서, 자원블록의 총 수보다 컬러의 수가 클 때, 일부 자원블록들을 여러 개의 컬러에 중복으로 할당하고, 중복된 컬러에 속한 펨토 기지국들은 서로 다른 타임 슬롯을 사용하도록 한다.

도 7은 자원블록의 수 R=13, 컬러의 수 c=15인 경우 시간 공유를 이용한 컬러와 자원블록간 맵핑을 나타낸다. 컬러의 수가 자원블록의 수보다 2보다 크므로, 두쌍의 컬러(여기서는 1과 2, 3과 4)가 각각 하나의 자원블록에 맵핑된다. 자원블록 1에 맵핑되는 컬러 1과 2는 시간 공유를 사용한다. 즉, 컬러 1은 홀수번째 타임슬롯에서 자원블록 1을 사용하고, 컬러 2는 짝수번째 타임슬롯에서 자원블록 1을 사용한다. 마찬가지로, 자원블록 2에 맵핑되는 컬러 3과 4는 시간 공유를 사용한다. 나머지 컬러 5~15는 자원블록 3~13에 1:1 맵핑될 수 있다.

자원블록의 수가 R이고, 컬러의 수 c가 R<c≤2R일 때, 2R-c개의 컬러는 각 1개의 자원블록을 맵핑시키고, 나머지 2c-2R개의 컬러들은 2개씩 한쌍으로 1개의 자원블록에 맵핑시킨다. 상기의 예에 의하면, c개의 컬러들을 각 컬러가 할당된 펨토 기지국의 수에 따라 오름차순으로 정렬하여 앞쪽의 컬러들을 2개씩 묶어서 하나의 자원블록을 시간 공유하도록 하고, 나머지 컬러들은 하나씩의 자원블록을 할당한다.

컬러 별로 자원을 할당받은 각 펨토 기지국은 컬러의 수와 자원블록의 수를 알고 있다면, 시간 공유를 하는 컬러 및 자원블록을 알 수 있다. 따라서, 시간 공유를 위한 별도의 시그널링이 필요없다.

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.

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 펨토 기지국을 포함하는 무선통신 시스템을 나타낸다.

도 2는 간섭 그래프를 생성하는 예를 나타낸다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 자원 할당 방법을 나타낸 블록도이다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 자원 할당 방법을 나타낸 흐름도이다.

도 5는 컬러-자원블록 맵핑의 일 예를 나타낸다.

도 6은 각 컬러별 자원 할당을 나타낸 예시도이다.

도 7은 시간 공유의 일 예를 나타낸다.

Claims (14)

1. 무선 통신 시스템에서 자원 할당 방법에 있어서,

   복수의 펨토 기지국으로부터 서로 간섭을 겪는 펨토 기지국에 대한 검색 정보를 획득하는 단계;

   상기 복수의 펨토 기지국에 속하는 각 펨토 기지국에 컬러를 할당하되, 상기 컬러 선택의 기준이 되는 기준셀(reference cell)을 선택하고, 상기 기준셀에 우선적으로 컬러를 할당하고, 현재까지 하나의 컬러도 할당받지 못한 펨토 기지국 중에서 현재 컬러를 할당 받은 다른 펨토 기지국과 간섭을 겪지 않는 펨토 기지국을 상기 기준셀의 동종셀(cognate cell)로 선택하고, 상기 동종셀에 상기 기준셀에 할당된 컬러와 동일한 컬러를 할당하는 단계; 및

   할당된 컬러에 따라 상기 각 펨토 기지국에 무선자원을 할당하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 기준셀은 현재까지 하나의 컬러도 할당받지 못한 펨토 기지국 중에서 자신이 속한 최대 클리크(Clique)의 크기가 가장 큰 펨토 기지국으로 선택되는 것을 특징으로 하는 방법.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 기준셀은 현재까지 하나의 컬러도 할당받지 못한 펨토 기지국 중에서 간섭을 겪는 이웃 펨토 기지국의 수가 가장 큰 펨토 기지국으로 선택되는 것을 특징으로 하는 방법.
4. 제 1 항에 있어서,

   상기 동종셀은 펨토 기지국 간의 거리 정보를 이용하여 선택되는 것을 특징으로 하는 방법.
5. 무선 통신 시스템에서 자원 할당 방법에 있어서,

   복수의 펨토 기지국 중 서로 간섭을 겪지 않는 펨토 기지국에게 동일한 컬러가 할당되도록 하나의 컬러를 할당하는 단계;

   서로 다른 컬러가 할당된 펨토 기지국 중 서로 간섭을 겪지 않는 펨토 기지국에게 적어도 하나의 컬러를 추가적으로 할당하는 단계; 및

   할당된 컬러에 따라 각 펨토 기지국에게 무선자원을 할당하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
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