KR101532436B1 - 셀간 간섭 조정을 위한 자원할당방법 - Google Patents

Abstract

셀간 간섭 조정을 위한 자원할당방법을 제공한다. 상기 방법은 복수의 섹터를 포함하는 셀의 경계영역을 복수의 셀계층구획으로 구분하는 단계, 상기 복수의 셀계층구획에 서로 겹치지 않게 주파수 대역을 할당하는 단계, 제1 섹터에 속한 제1 셀계층구획에 제2 섹터에 속한 제2 셀계층구획에 할당된 주파수 대역을 추가적으로 할당하는 단계, 및 상기 추가적으로 할당된 주파수 대역에 관한 정보를 상기 제1 셀계층구획에 인접한 셀로 전송하는 단계를 포함한다. 2차원적 셀분할구조에서 주파수 할당 및 활용을 고려한 간섭조정은 인접셀들의 역동성(dynamics)을 최소화하고, 추가적인 자원할당변경에 따른 셀간 간섭을 줄일 수 있다.

Description

셀간 간섭 조정을 위한 자원할당방법{Method of Resource Allocation for Coordinating Intercell Interference}

본 발명은 무선통신에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 셀간 간섭 조정을 위한 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.

부분적 주파수 재사용(Fractional Frequency Reuse; FFR) 기법은 인접셀로부터 간섭의 영향을 받지 않는 셀의 중심 영역에 위치한 단말에는 전체 주파수 대역을 할당하고, 인접셀과 인접하여 간섭의 영향을 받는 셀경계 부근에 위치한 단말에는 인접셀들과 대역이 중복되지 않도록 주파수를 부분적으로 할당하는 기법이다. 이는 셀간 간섭의 영향을 줄일 수는 있으나, 이로 인해 스케줄링이 제약을 받을 수 있다. 이러한 스케줄링의 제약은 주파수 선택 이득(frequency selectivity gain)의 감소를 초래하게 될 뿐만 아니라, 셀 경계 영역에서 높은 트래픽 부하(traffic load)가 발생할 경우, 대역효율(spectral efficiency)을 떨어뜨림으로써, 시스템의 수율(throughput) 개선을 제한할 수 있다.

상기 문제점을 개선하기 위해 주파수 대역을 유연하게 할당하기 위한 부분적 주파수 재사용 기법에는 반정적(semi-static) FFR (또는 soft FFR)과 동적(dynamic) FFR가 있다. 반정적 FFR은 셀 또는 섹터의 경계에 할당되는 대역의 폭이 탄력적이기 때문에 트래픽 부하의 변화에 유연하게 대응할 수 있는 기법이다. 그러나 반정적 FFR은 셀 또는 섹터 경계의 자원할당 요구가 높은 경우에 발생하는 자원 할당의 변화로 인한 셀간 간섭에 대처하기가 어렵다.

동적 FFR은 기지국간의 정보 교환을 통해 인접 셀의 자원 할당 상황을 파악 하고 특정 셀 또는 섹터의 자원 할당으로 인해 발생할 수 있는 셀간 간섭을 효과적으로 처리할 수 있는 기법이다. 기지국간에 교환된 자원 할당 정보를 바탕으로, 인접 셀 또는 섹터간에 발생하는 간섭을 조절하고, 전력 등을 조절하는 것을 셀간 간섭 조정 (Inter Cell Interference Coordination; ICIC)이라 한다. 동적 FFR은 주파수 대역을 여러 개의 작은대역으로 나누어 단말에 할당하는데, 인접셀로부터 간섭을 받는 영역에 단말이 존재하지 않는데도 불구하고 주파수 대역을 구분하면, 이는 불필요한 연산이 되는 문제가 있다.

또한, 동적 FFR에 의해 인접셀로부터 간섭을 받는 셀경계의 단말에 주파수 대역을 할당하였는데, 과도한 트래픽 부하(heavy traffic load)에 의해 추가적인 주파수 대역을 할당해야 하는 경우, 추가적인 주파수 대역 할당으로 인해 셀간 간섭이 발생할 수 있다. 추가적인 주파수 대역 할당으로 인한 셀간 간섭을 제거하기 위한 정보요청 시간과 그에 대한 인접셀들의 응답을 받는 과정은 상당한 시간지연이 될 수 있다. 즉, 반정적 FFR과 동적 FFR에 의하더라도 여전히 셀간 간섭을 줄이는 데에는 한계가 있다.

따라서, 셀간 간섭을 효율적으로 줄일 수 있는 주파수 재사용 기법이 요구된다.

본 발명의 기술적 과제는 셀간 간섭 조정을 위한 자원할당방법을 제공함에 있다.

본 발명의 일 양태에 따르면, 셀간 간섭 조정을 위한 자원할당방법을 제공한다. 상기 방법은 복수의 섹터를 포함하는 셀의 경계영역을 복수의 셀계층구획으로 구분하는 단계, 상기 복수의 셀계층구획에 서로 겹치지 않게 주파수 대역을 할당하는 단계, 제1 섹터에 속한 제1 셀계층구획에 제2 섹터에 속한 제2 셀계층구획에 할당된 주파수 대역을 추가적으로 할당하는 단계, 및 상기 추가적으로 할당된 주파수 대역에 관한 정보를 상기 제1 셀계층구획에 인접한 셀로 전송하는 단계를 포함한다.

본 발명의 다른 양태에 따르면, 셀간 간섭 조정을 위한 자원할당방법을 제공한다. 상기 방법은 셀의 내부를 상기 셀을 관할하는 기지국의 방향성 안테나(directional antenna)의 패턴에 따라 복수의 섹터(sector)로 구분하는 단계, 상기 셀의 셀경계영역을 복수의 셀계층구획으로 구분하는 단계, 상기 복수의 셀계층구획에 서로 겹치지 않게 주파수 대역을 할당하는 단계, 및 제1 셀계층구획이 상기 셀에 인접한 셀로부터 간섭의 영향을 받는 경우, 상기 제1 셀계층구획에 할당된 주파수 대역을 제2 셀계층구획에 할당된 주파수 대역과 서로 바꾸는 단계를 포함한다.

셀 또는 섹터의 경계에 위치한 단말에 자원할당의 공정성(fairness)을 보장하면서 신호 대 잡음비(Signal to Noise Ratio; SNR) 개선을 통해 셀 또는 섹터의 경계에서의 간섭을 줄일 수 있다.

2차원적 구조에서 주파수 할당 및 활용을 고려한 간섭조정은 인접셀들의 역동성(dynamics)을 최소화하고, 추가적인 자원할당변경에 따른 지연시간을 줄일 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. 한편, 각각의 셀경계에서 사용 가능한 주파수 대역이 일부로 제한되는 경우, 스케줄러가 단말로 주파수 대역을 할당함에 있어서 제약을 받게 될 수 있다.

또한, 셀경계에 위치한 단말은 셀 중심 영역에 위치한 단말에 비해 경로 손실, 셀간 간섭등으로 인해서 채널 상태가 열악하기 때문에 시스템의 수율을 올리기 위해 자원을 할당하는 스케줄러에서 상대적으로 낮은 자원 할당 비율을 갖는다. 게다가 단말이 자원을 할당받는다고 하더라도, 열악한 신호 대 잡음비는 높은 정보 전송률을 얻을 수 있는 변조 및 암호화 기술을 사용할 수 없게 하므로 수율 개선에 더욱 제한으로 작용한다.

도 2는 본 발명의 일 예에 따른 자원할당방법을 나타내는 블록도이다.

도 2를 참조하면, 전체 주파수 대역은 스케줄링에 의해 하나의 셀에 위치한 단말들에 할당되는 주파수 자원으로서, 모든 셀이 공통으로 이용하는 주파수 자원이다. 상기 전체 주파수 대역은 논리적 주파수 대역일 수도 있고 또는 물리적 주파 수 대역일 수도 있다. 상기 전체 주파수 대역은 연속적인 부반송파(subcarrier)를 포함한다. 상기 전체 주파수 대역은 3개의 부분대역으로 구분되는데, 이 중 어느 하나의 부분대역은 셀에서 간섭의 영향을 받는 위치(예를 들어 셀경계 또는 섹터경계)의 단말에 할당된다. 음영으로 표시된 부분은 간섭이 일어나는 위치의 단말에 할당되는 부분대역이다.

간섭의 영향에 민감한 위치에 속한 단말에 서로 겹치지 않게 간섭 부분대역을 할당함으로써 간섭의 영향을 줄일 수 있다. 따라서, 셀 A는 제1 부분대역을 간섭 부분대역으로 사용하고, 셀 B는 제2 부분대역을 간섭 부분대역으로 사용하며, 셀 C는 제3 부분대역을 간섭 부분대역으로 사용한다. 즉, 각 단말이 어느 셀에 위치하느냐에 따라 전체 주파수 대역에서 할당되는 부분대역이 다를 수 있다. 상기 부분대역의 개수는 반드시 3개에 한정되지 않고, 음영으로 표시된 부분대역의 위치는 서로 바뀔 수도 있으며, 각 부분대역의 대역폭도 상이할 수 있다.

도 3은 본 발명의 일 예에 따른 셀을 구분하는 방법을 나타내는 블록도이다.

도 3을 참조하면, 셀(10)은 육각형의 셀경계에 의해 형성된다. 상기 셀(10)의 중심으로부터 상기 셀경계(11)에 이르는 복수의 방사형 구획선(20-1,...20-m+1)에 의하여 시계방향(또는 반시계방향)으로 상기 셀(10)의 내부가 2차원적으로 구분(divided)된다. 제1 방사형 구획선(20-1)과 제2 방사형 구획선(20-2) 및 셀경계(11)에 둘러싸여 제1 구획(division)이 형성된다. 또한 제2 방사형 구획선(20-2)과 제3 방사형 구획선(20-3) 및 셀경계(11)에 둘러싸여 제2 구획이 형성된다. 이러한 방식으로 제m 방사형 구획선(20-m)과 제m+1 방사형 구획선(20-m+1) 및 셀경 계(11)에 둘러싸여 제m 구획이 형성된다. 마지막으로 제m+1 방사형 구획선(20-m+1)과 상기 제1 방사형 구획선(20-1) 및 셀경계(11)에 둘러싸여 제m+1 구획이 형성된다. 여기서 m>0 인 정수이다.

이와 같이 상기 셀(10)은 복수의 방사형 구획선(20-1,...20-m+1)에 의해 그 내부가 복수의 구획으로 구분된다. 서로 다른 구획에 위치한 단말에는 서로 다른 부분대역을 할당한다고 가정하면, 전체 주파수 대역은 m+1개의 부분대역으로 구분될 수 있고, 각 부분대역은 서로 다른 구획에 위치한 단말에 할당될 수 있다. 만약 셀에 속한 단말의 개수만큼 구획을 구분할 수 있다고 가정하면, m+1의 최대값은 상기 단말의 개수가 된다.

제m-1 방사형 구획선과 제m 방사형 구획선이 이루는 각도와 제m 방사형 구획선과 제m+1 방사형 구획선이 이루는 각도는 서로 같을 수도 있고, 다를 수도 있다. 이는 매 스케줄링에 영향을 미치는 채널상태, 트래픽 부하(traffic load)등이 시간에 따라 변하므로, 각 구획에 위치한 단말에 할당되는 무선자원도 달라져야 하기 때문이다.

도 4는 본 발명의 다른 예에 따른 셀을 구분하는 방법을 나타내는 블록도이다.

도 4를 참조하면, 셀(30)은 육각형의 셀경계(31)에 의해 형성된다. 상기 셀(30)은 상기 셀(30)보다 크기가 작으나, 상기 셀(30)의 모양과 닮은 셀인 복수의 축소셀(mini cell, 40-1,...40-n+1)을 포함한다. 가장 큰 제1 축소셀(40-1)은 그보다 작은 제2 내지 제n+1 축소셀(40-2,...40-n+1)을 포함한다. 상기 제1 축소셀(40- 1) 다음으로 큰 제2 축소셀(40-1)은 그보다 작은 제3 내지 제n+1 축소셀(40-3,...40-n+1)을 포함한다. 즉, 제k 축소셀(40-k)는 제k+1 내지 제n+1 축소셀(40-k+1,...40-n+1)을 포함한다(0<k<n인 정수). 여기서 상기 셀(30)과 상기 복수의 축소셀(40-1,...40-n+1)은 모두 공통된 중심점을 가진다.

상기 셀경계(31)와 축소셀, 또는 인접한 2개의 축소셀간의 경계에 둘러싸여 형성되는 부분을 셀계층이라 한다. 상기 셀경계(31)와 상기 제1 축소셀(40-1)의 경계에 둘러싸여 제1 셀계층이 형성되고, 상기 제1 축소셀(40-1)의 경계와 상기 제2 축소셀(40-2)의 경계에 둘러싸여 제2 셀계층이 형성된다. 이와 같이 제n 축소셀(40-n)의 경계와 제n+1 축소셀(40-n+1)의 경계에 둘러싸여 제p 셀계층이 형성된다(1≤p≤n인 정수).

즉, 셀(30)은 복수의 축소셀(40-1,...40-n+1)의 경계에 의해 구분되는 복수의 셀계층을 포함한다. 각 축소셀의 경계간의 간격을 일정하게 묘사하였으나, 이는 예시에 불과할 뿐 스케줄링에 따라 그 간격은 유동적으로 변할 수 있고, 축소셀의 개수에 따른 셀계층의 개수도 변할 수 있다. 서로 다른 셀계층에 위치한 단말에는 서로 다른 부분대역을 할당한다고 가정하면, 전체 주파수 대역은 n+1개의 부분대역으로 구분될 수 있고, 각 부분대역은 서로 다른 셀계층에 위치한 단말에 할당될 수 있다. 만약 셀에 속한 단말의 개수만큼 셀계층을 구분할 수 있다고 가정하면, n+1의 최대값은 상기 단말의 개수가 된다.

도 5는 본 발명의 또 다른 예에 따른 셀을 구분하는 방법을 나타내는 블록도이다.

도 5를 참조하면, 하나의 셀이 3개의 방사형 구획선과 셀경계에 의해 3개의 구획으로 구분된다. 3개의 방사형 구획선이 셀내부를 균등하게 분할하여 구분하여 형성하는 각 구획을 이하에서 섹터(sector)라 한다. 즉, 상기 하나의 셀은 섹터 a, 섹터 b 및 섹터 c를 포함한다. 각 섹터내에서는 주파수 재사용 계수(Frequency Reuse Factor; FRF)에 따라 사용가능한 모든 주파수 자원을 단말에 할당할 수 있다.

도 6은 본 발명의 또 다른 예에 따른 셀을 구분하는 방법을 나타내는 블록도이다.

도 6을 참조하면, 하나의 셀이 먼저 1개의 축소셀에 의하여 구분되고, 상기 축소셀에 의하여 형성된 제1 셀계층이 다시 3개의 방사형 구획선에 의해 각각 3개의 셀계층구획(셀계층구획 a, 셀계층구획 b, 셀계층구획 c)으로 구분된다. 전술된 바와 같이, 구획(division)은 방사형 구획선에 의해 구분되어 셀내에 형성되는 영역이며, 셀계층구획(cell layer division)은 방사형 구획선이 셀내에서 특히 셀계층을 구분하여 형성되는 영역을 의미한다.

적어도 하나의 축소셀과, 적어도 하나의 방사형 구획선에 의해 셀을 2차원적인 복수의 셀계층구획으로 구분하여, 각 셀계층구획에 서로 겹치지 않게 주파수 대역을 할당함으로써 셀경계 또는 섹터경계에서의 간섭의 영향을 최소화할 수 있다.

도 7은 본 발명의 또 다른 예에 따른 셀을 구분하는 방법을 나타내는 블록도이다.

도 7을 참조하면, 하나의 셀이 2개의 축소셀(제1 및 제2 축소셀)에 의하여 구분되고, 상기 축소셀에 의하여 형성된 제1 및 제2 셀계층 중 제1 셀계층이 다시 6개의 방사형 구획선에 의해 6개의 셀계층구획(셀계층구획 a, 셀계층구획 b, 셀계층구획 c, 셀계층구획 d, 셀계층구획 e, 셀계층구획 f)으로 구분된다. 상기 6개의 방사형 구획선은 상기 제1 셀계층만을 셀계층구획으로 분할할 뿐, 제2 셀계층은 셀계층구획으로 분할하지 않는다.

스케줄러는 전체 주파수 대역을 복수의 부분대역으로 분할하여, 상기 6개의 셀계층구획과 상기 제2 셀계층, 및 상기 제2 축소셀내부에 서로 겹치지 않게 각 부분대역을 할당할 수 있다.

적어도 하나의 축소셀과, 적어도 하나의 방사형 구획선에 의해 셀을 2차원적인 복수의 셀계층구획으로 구분하여, 각 셀계층구획에 서로 겹치지 않게 주파수 대역을 할당함으로써 셀경계 또는 섹터경계에서의 간섭의 영향을 최소화할 수 있다.

도 8은 본 발명의 또 다른 예에 따른 셀을 구분하는 방법을 나타내는 블록도이다.

도 8을 참조하면, 하나의 셀이 2개의 축소셀(제1 및 제2 축소셀)에 의하여 구분되고, 상기 축소셀에 의하여 형성된 제1 및 제2 셀계층 중 제2 셀계층이 다시 5개의 방사형 구획선에 의해 5개의 셀계층구획(셀계층구획 a, 셀계층구획 b, 셀계층구획 c, 셀계층구획 d, 셀계층구획 e)으로 구분된다. 상기 제1 셀계층은 상기 5개의 방사형 구획선에 의해 셀계층구획으로 분할되지 않는다. 즉, 방사형 구획선은 반드시 모든 셀계층을 셀계층구획으로 분할하는 것은 아니며, 특정한 셀계층을 선택적으로 분할할 수 있다.

이와 같은 2차원적인 동적 FFR에 있어서, 한 셀의 자원할당 역동성(dynamics)이 인접셀들의 자원할당 역동성을 크게 변화시키지 않고, 능동적(proactive) 혹은 반응적(reactive) 개념의 셀간간섭조정이 전체 네트워크 차원에서 손쉽게 이루어질 수 있다. 또한 트래픽 부하의 변화에 따른 유연한 주파수 할당이 가능할 뿐만 아니라, 셀간간섭조정이 용이해지고, 인접셀로의 간섭의 영향을 최소화, 국지화시킬 수 있다.

도 9는 본 발명의 또 다른 예에 따른 셀을 구분하는 방법을 나타내는 블록도이다.

도 9를 참조하면, 셀은 3개의 섹터(섹터 A, 섹터 B, 및 섹터 C)로 구성되고, 하나의 축소셀을 포함한다. 셀의 제1 셀계층은 12개의 방사형 구획선에 의해 12개의 셀계층구획으로 구분된다. 즉, 셀은 셀경계 부근에서 2차원적으로 구분된다. 각 섹터는 4개의 셀계층구획을 포함한다. 이하에서 편의상 셀 n의 섹터 x에 포함된 셀계층구획 y를 셀 n의 (x,y)라 표기한다.

도 10은 섹터로 구분된 셀을 위한 안테나 패턴을 설명하는 그래프이다.

도 10을 참조하면, 각 기지국은 섹터를 구분하기 위한 지향성 안테나(directional antenna)를 이용한다. 각 지향성 안테나에 대하여, 빔형성 각에 따른 신호강도는 다음과 같다. 빔형성 각이 -90°이하인 경우와 90°이상인 경우에는 신호강도는 -20dB이고, 빔형성 각이 0°인 경우에 신호강도는 최대치인 0dB이다. 한편, 빔형성각이 -90°와 0°사이인 경우 및 빔형성각이 0°와 90°사이인 경우는 신호강도가 서로 대칭적으로 포물선을 그린다.

도 11a 및 도 11b는 본 발명의 일 예에 따른 도 9의 셀구조에서의 간섭조정방법을 설명하는 블록도이다.

도 11a 및 도 11b를 참조하면, 셀 중심에 표기된 번호(1 내지 4)는 셀 번호를 나타낸다. 셀 1에 셀 2 내지 셀 3이 인접하고, 각 셀은 3개의 섹터(섹터 A, 섹터 B, 섹터 C)를 포함한다. 전체 주파수 대역을 F라 하면, 주파수 재사용 계수 3에 의해 각 섹터에는 각각 부분대역 F1, F2, 및 F3이 할당된다. 보다 구체적으로는, 섹터 A는 부분대역 F1이, 섹터 B에는 부분대역 F3이, 섹터 C에는 부분대역 F2가 할당된다. 부분대역 F1, F2, F3 각각은 다시 4개의 소부분대역으로 나뉜다. 즉, 부분대역 Fn은 소부분대역 Fn-a, Fn-b, Fn-c, 및 Fn-d를 포함한다. 부분대역을 다시 소부분대역을 나누는 것은 한 섹터에 포함되는 4개의 셀계층구획에 대해 서로 겹치지 않게 주파수 자원을 할당하기 위함이다.

먼저 (a)를 참조하면, 셀 1 내지 셀 4의 (A,a)에는 소부분대역 F1-a이, (A,b)에는 F1-b가, (A,c)에는 F1-c이, (A,d)에는 F1-d가 할당된다. (B,a)에는 소부분대역 F3-a이, (B,b)에는 F3-b가, (B,c)에는 F3-c이, (B,d)에는 F3-d가 할당된다. (C,a)에는 소부분대역 F2-a이, (C,b)에는 F2-b가, (C,c)에는 F2-c이, (C,d)에는 F2-d가 할당된다. 여기에서, 셀 1의 (A,a)란 셀 1의 섹터 A에서의 셀계층구획 a를 의미한다.

셀 1의 (B,b)와 (B,d)에 트래픽 부하가 과도하면 부분대역 F3 이외에 다른 부분대역의 추가할당이 필요하다. 추가할당되는 소부분대역이 F1-a와 F1-d로 결정되었다고 가정한다.

(b)를 참조하면, 상기 셀 1의 (B,b)와 (B,d)에 각각 상기 소부분대역 F1-a와 F1-d를 추가적으로 할당함에 따라, 상기 셀 1의 (B,b)에는 소부분대역 F3-b, F1-a가 할당되고, 상기 셀 1의 (B,d)에는 소부분대역 F3-d, F1-d가 할당된다.

상기 셀 1의 (B,b)는 소부분대역 F1-a를 사용하는 셀 4의 (A,a)와 서로 인접하므로, 셀간 간섭을 일으킨다.

한편, 상기 셀 1의 (B,d)은 소부분대역 F1-d를 사용하는 셀 2의 (A,d)와 서로 셀간 간섭을 일으킨다. 이는 셀 2의 섹터 A의 빔의 방향이 셀 1의 (B,d)에서 전송되는 간섭신호를 매우 큰 강도로 수신하게끔 배치되어 있기 때문이다(도 10 참조). 한편, 셀 2의 섹터 A의 기지국은 셀 2의 (A,d)에서 전송되는 신호는 수신하고자 하나, 셀 2의 섹터 A의 빔의 방향이 셀 2의 (A,d)에서 전송되는 신호를 매우 낮은 강도로 수신하게끔 배치되어 있다.

이렇게 추가적인 자원할당으로 인한 셀간 간섭을 제거하기 위하여, 셀 1은 상기 추가적인 자원할당의 정보와 셀 1의 셀계층구획에서의 자원할당의 정보를 인접셀들로 전달한다. 상기 추가적인 자원할당의 정보와 상기 셀 1의 셀계층구획에서의 자원할당의 정보를 수신한 인접셀인 셀 2와 셀 4는 간섭이 발생하지 않도록 각각의 셀계층구획에서의 자원 할당을 변경한다. 이와 같이 셀의 경계부근이 추가적인 자원할당을 요구할 때, 상기 추가적인 자원할당으로 인하여 발생하는 인접셀과의 간섭을 조정하기 위하여, 추가적인 자원할당을 요구한 셀 이외의 인접셀이 자원할당 변경을 수행하는 과정을 간섭조정(interference coordination)이라한다.

상기 간섭조정은 상기 인접셀과 방향성 안테나가 이루는 각도, 간섭조정이 수행될 셀계층구획과 상기 방향성 안테나가 이루는 각도, 상기 인접셀과 상기 방향성 안테나간의 거리, 및 상기 간섭조정이 수행될 셀계층구획과 상기 방향성 안테나간의 거리 중 적어도 하나에 기하여 결정될 수 있다.

(c)를 참조하면, 상기 셀 2와 셀 4가 셀계층구획에서 자원할당을 변경하는 방법이 좀더 자세히 설명된다. 셀 2의 (A,d)에 발생하는 간섭을 조정하기 위해 상기 셀 2의 (A,d)에 다른 셀계층 또는 다른 셀계층구획에 할당된 자원이 할당된다. 즉, 기존에 셀 2의 (A,d)에 할당된 소부분대역 F1-d 대신에, 셀 2의 기지국에서 수신강도가 큰 빔 방향에 위치한 단말(또는 기지국에서 가까운 위치에 있는 단말)에 할당한 소부분대역, 예를 들어 소부분대역 F3-b를 할당한다.

셀 2의 섹터 A의 자원할당의 변경으로 인해 셀 1의 (B,b)와 셀 2의 (A,d)에 모두 동일한 소부분대역 F3-b이 할당된다. 그러나 각각의 섹터에서 소부분대역 F3-b을 사용하는 위치 및 수신 빔의 방향을 고려할 때, 기지국이 수신하고자 하는 F3-b 대역 신호를 구분해 내기가 쉽다. 즉, 자원할당의 변경에 의해 간섭이 감소할 수 있다.

반면, 셀 1의 (B,b)와 셀 4의 (A,a)간의 간섭조정은 셀 4의 (A,c)과 셀 4의 (A,a)에 할당되는 소부분대역을 서로 바꿈(switch)으로써, 수행될 수 있다. 상기 간섭조정은 각각의 섹터가 수신하고자 하는 신호의 강도가 간섭신호의 강도에 비해서 상대적으로 강하게 수신되도록 함으로써 간섭을 최소화한다. 즉, 셀 1의 (B,b)에 간섭으로 작용하던 셀 4의 (A,a)에 할당된 소부분대역 F1-a이 셀 4의 (A,c)에 할당됨으로써(즉, 전파 감쇠가 큰 지역으로 이동하였기 때문에) 간섭의 영향이 최 소화된다.

한편 셀 4의 섹터 A의 측면에서 보면, 셀 4의 섹터 A는 셀 1의 (B,b)에 할당된 소부분대역 F1-a에 의해 간섭의 영향을 받게 되지만, 셀 4의 (A,a)에 할당되었던 소부분대역 F1-a를 셀 1의 (B,b)에서 보다 강하게 수신할 수 있는 셀 4의 (A,c)로 변경하여 할당함으로써, 간섭을 상대적으로 감소시킬 수 있다.

본 발명에 따라 축소셀과 방사형 구획선을 적절히 조합하여 형성된 2차원적인 셀경계구획별로 자원을 할당하는 경우, 단말로부터 수신하는 신호대 간섭잡음비(Carrier to Interference Noise Ratio; CINR), 이동국의 위치정보, 수신 안테나의 빔 형성 방향에 따른 신호의 강도변화 등이 자원 할당을 결정하는 데 필요한 제어정보가 될 수 있다. 따라서, 스케줄러는 상기 제어정보를 고려하여 셀 또는 섹터의 경계에 위치한 단말에 자원할당의 공정성(fairness)을 보장하면서 신호 대 잡음비(Signal to Noise Ratio; SNR) 개선을 통해 셀 또는 섹터의 경계에 위치한 단말들의 수율(throughput)을 높일 수 있는 자원할당을 수행할 수 있다.

또한 본 발명에 따른 간섭조정은 2차원적 구조에서 주파수 할당 및 활용을 고려하기 때문에, 인접셀들의 역동성(dynamics)을 최소화하도록 간섭조정을 수행할 수 있고, 추가적인 자원할당변경에 따른 지연시간을 줄일 수 있다.

도 12는 본 발명의 일 예에 따른 도 9의 셀구조에서의 동적 자원할당방법을 설명하는 블록도이다.

도 12를 참조하면, 섹터 A에 속한 셀계층구획 (A,a),(A,b),(A,c), 및 (A,d)에 전체주파수 대역 F의 부분대역이 할당됨에 있어서, 각 구획에 서로 겹치지 않게 동일한 대역폭을 가진 소부분대역이 동시에 할당된다. 이와 같이 4개의 셀계층구획에서 자원할당이 동시에 이루어지면 상기 4개의 셀계층구획 모두 동일한 트래픽 부하 발생 확률을 가진다.

이하에서 설명의 편의를 위해 셀계층구획 각각에 할당되는 최소의 자원할당 단위를 f₀라 하고, 상기 4개의 셀계층구획에 우선적으로 할당하는 부분대역은 f₀~16f₀라 하며, 추가적으로 8f₀가 더 할당되어야 한다고 가정한다. 4개의 서로 다른 소부분대역(즉, 4개의 오프셋(offset)을 이용하여 자원을 할당)을 4개의 셀계층구획에 할당할 때, (A,a)에는 f₀~4f₀, (A,b)에는 5f₀~8f₀, (A,c)에는 9f₀~12f₀, (A,d)에는 13f₀~16f₀의 대역이 할당된다.

따라서 추가적으로 할당되는 8f₀는 (A,a),(A,b),(A,c), 및 (A,d) 각각에 2f₀만큼씩 분배된다. 추가적인 대역할당으로 인해 발생하는 간섭은 인접셀의 4개의 섹터에 모두 작용하게 되고, 상기 인접셀의 4개의 섹터들은 간섭을 제거하기 위해 간섭조정(interference coordination)을 수행한다. 간섭을 일으키는 추가적인 대역할당이 4개의 셀계층구획으로 분산되어 수행되므로, 각각의 인접한 섹터에 작용하는 간섭의 양을 랜덤화(randomization)시킬 수 있다. 간섭조정을 수행하는 방법은 도 11a 및 도 11b의 설명을 참조할 수 있다.

도 13은 본 발명의 다른 예에 따른 도 9의 셀구조에서의 동적 자원할당방법을 설명하는 블록도이다.

도 13을 참조하면, 섹터 A의 (A,a),(A,b),(A,c), 및 (A,d)에 전체주파수 대역 F 중 부분대역을 각각 할당함에 있어서, 하나의 오프셋 값을 이용하여 우선순위(priority)에 따라 순차적으로(sequencially) 부분대역을 할당할 수 있다. 셀계층구획 각각에 할당되는 최소의 자원할당 단위를 f₀라 하고, 상기 4개의 셀계층구획의 우선순위에 따라 순차적으로 할당하는 부분대역은 f₀~16f₀라 하며, 추가적으로 8f₀가 더 할당되어야 한다고 가정한다.

1개의 부분대역(즉, 1개의 오프셋(offset)을 이용하여 자원을 할당)을 4개의 셀계층구획에 할당할 때, (A,a)에는 f₀~6f₀, (A,b)에는 7f₀~12f₀, (A,c)에는 13f₀~16f₀ 및 추가적인 대역 2f₀, 그리고 (A,d)에는 추가적인 대역 6f₀이 할당된다. 따라서, 추가적인 자원할당으로 인한 간섭조정을 수행해야 하는 인접셀의 섹터의 수를 2개로 줄일 수 있다. 이 때, 간섭조정을 수행하는 인접섹터들은 섹터 경계((A,a) 및 (A,d))에 할당된 부분대역과 섹터 중앙((A,b) 및 (A,c))에 할당된 부분대역을 서로 바꿈(switch)으로서 간섭조정을 수행한다.

간섭조정이 섹터경계와 섹터 중앙에 할당된 부분대역을 서로 바꾸는 방법으로 수행되면, 최초 발생하게 되는 간섭을 제거하는 측면에서는 유리하다. 그러나 섹터 중앙에 할당된 부분대역이 섹터경계로 할당되면서 발생할 수 있는 간섭을 방지하기 위해서는 기지국의 빔 형성 패턴에 따른 수신 신호 강도 또한 함께 고려되 어야 한다. 그러나, 이를 매번 고려하게 되면 간섭조정의 지연이 발생할 수 있다.

도 14는 본 발명의 또 다른 예에 따른 도 9의 셀구조에서의 동적 자원할당방법을 설명하는 블록도이다.

도 14를 참조하면, 섹터 A의 (A,a),(A,b),(A,c), 및 (A,d)에 전체주파수 대역 F 중 부분대역을 각각 할당함에 있어서, (A,a)에 할당되는 부분대역의 시작위치와 (A,d)에 할당되는 부분대역의 끝위치를 각각 오프셋으로 하여, 섹터경계로부터 섹터중앙 쪽으로 부분대역을 할당할 수 있다.

셀계층구획 각각에 할당되는 최소의 자원할당 단위를 f₀라 하고, 상기 4개의 셀계층구획에 우선적으로 할당하는 부분대역은 f₀~16f₀라 하며, 추가적으로 8f₀가 더 할당되어야 한다고 가정한다.

1개의 부분대역을 2개의 오프셋(offset)을 이용하여 4개의 셀계층구획에 할당할 때, (A,a)에는 f₀~6f₀, (A,d)에는 7f₀~12f₀, (A,b)와 (A,c)에는 13f₀~16f₀ 및 추가적인 대역 8f₀이 각각 할당된다. 추가적인 대역 8f₀이 할당됨에 따라 (A,b) 및 (A,c)에 인접한 다른 셀의 섹터에서 간섭조정이 수행되어야 한다.

(A,b) 및 (A,c)에 추가된 부분대역이 인접한 섹터의 경계에 할당된 부분대역과 동일한 경우, 상기 인접한 섹터는 다른 셀계층구획과 할당된 부분대역을 서로 바꿈으로서 간섭조정이 수행될 수 있다.

여기까지 간섭조정을 수행할 때 간섭이 발생하는 셀계층구획에 할당된 소부 분대역 자체를 바꾸어 할당하는 경우에 관하여 설명하였다. 인접 셀 또는 섹터들의 간섭조정은 각각의 경계의 자원할당정보의 공유 여부와, 공유방법에 의하여 영향을 받는 점에 입각하여, 이하에서 간섭이 발생하는 대역의 크기만큼만을 바꾸어 할당하는 방법에 관하여 설명된다.

도 15는 본 발명의 또 다른 예에 따른 도 9의 셀구조에서의 동적 자원할당방법을 설명하는 블록도이다.

도 15를 참조하면, 셀은 섹터 A를 포함하고, 상기 섹터 A는 셀계층구획 (A,a), (A,b),(A,c), 및 (A,d)를 포함한다. 상기 섹터 A에 인접한 인접셀 또는 인접섹터는 표시되지 않았으나 존재한다고 가정한다. 인접섹터의 경계에서의 자원할당정보를 모르는 경우, 상기 섹터 A는 임의의 부분대역을 과도한 트래픽 부하가 걸린 특정한 셀계층구획에 추가적으로 할당하고, 이러한 자원할당변경의 정보를 인접셀 또는 섹터로 전송한다. 상기 자원할당변경의 정보를 수신한 인접셀 또는 섹터는 셀간 간섭을 막기 위해 간섭조정을 수행한다.

반면, 상기 섹터 A에 인접한 인접셀 또는 인접섹터의 자원할당정보가 알려져 있는 경우, 상기 섹터 A는 상기 인접셀 또는 인접섹터가 굳이 간섭조정을 수행하지 않아도 되게끔 상기 (A,a), (A,b),(A,c), 및 (A,d)에 추가적인 자원을 할당할 수 있다. 이를 위하여서는 먼저 상기 셀이 상기 인접셀 또는 인접섹터와 자원할당정보를 공유해야 한다. 자원할당정보를 공유하는 방법의 일 예로서, 상기 셀과 상기 인접셀 또는 섹터가 주기적으로 자원할당정보를 할 수 있다. 이때 공유되는 자원할당정보의 전송주기는 일반적으로 각 셀 또는 섹터의 자원할당 스케줄링 주기보다 크 다. 한편, 간섭조정을 수행하는 시점은 상기 공유되는 자원할당정보의 전송주기와 같다.

자원할당정보를 공유하는 방법의 다른 예로서, 상기 셀과 상기 인접셀 또는 섹터는 자원할당정보에 변경이 있는 때만 정보를 공유할 수 있다. 이 경우, 간섭 발생에 따른 신속한 간섭조정이 가능하나, 이를 위해 공유해야 하는 자원할당정보의 양이 늘어나게 된다.

이와 같이 자원할당정보를 공유하면, 상기 셀은 상기 인접셀 또는 섹터에 할당되도록 정해진 부분대역 중 일부의 대역이 할당되지 않았음을 알 수 있고, 상기 셀은 과도한 트래픽 부하에 따른 추가적인 자원할당을 인접섹터에게 알려줄 필요가 없이 상기 할당되지 않은 일부의 대역을 특정한 셀계층구획에 추가적으로 할당할 수 있다. 따라서 인접섹터들의 간섭조정수행이 불필요하다.

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 특허청구범 위의 범위 내의 모든 실시예들을 포함한다고 할 것이다.

도 1은 부분적 주파수 재사용을 설명하는 블록도이다.

도 2는 본 발명의 일 예에 따른 자원할당방법을 나타내는 블록도이다.

도 3은 본 발명의 일 예에 따른 셀을 구분하는 방법을 나타내는 블록도이다.

도 4는 본 발명의 다른 예에 따른 셀을 구분하는 방법을 나타내는 블록도이다.

도 5는 본 발명의 또 다른 예에 따른 셀을 구분하는 방법을 나타내는 블록도이다.

도 6은 본 발명의 또 다른 예에 따른 셀을 구분하는 방법을 나타내는 블록도이다.

도 7은 본 발명의 또 다른 예에 따른 셀을 구분하는 방법을 나타내는 블록도이다.

도 8은 본 발명의 또 다른 예에 따른 셀을 구분하는 방법을 나타내는 블록도이다.

도 9는 본 발명의 또 다른 예에 따른 셀을 구분하는 방법을 나타내는 블록도이다.

도 10은 섹터로 구분된 셀을 위한 안테나 패턴을 설명하는 그래프이다.

도 11a 및 도 11b는 본 발명의 일 예에 따른 도 9의 셀구조에서의 간섭조정방법을 설명하는 블록도이다.

도 12는 본 발명의 일 예에 따른 도 9의 셀구조에서의 동적 자원할당방법을 설명하는 블록도이다.

도 13은 본 발명의 다른 예에 따른 도 9의 셀구조에서의 동적 자원할당방법을 설명하는 블록도이다.

도 14는 본 발명의 또 다른 예에 따른 도 9의 셀구조에서의 동적 자원할당방법을 설명하는 블록도이다.

도 15는 본 발명의 또 다른 예에 따른 도 9의 셀구조에서의 동적 자원할당방법을 설명하는 블록도이다.

Claims (8)

1. 기지국의 방향성 안테나(directional antenna)에 따라 제1 셀의 내부를 제1 섹터(sector) 및 제2 섹터를 포함하는 복수의 섹터로 구분하는 단계;

   상기 제1 섹터의 경계영역 및 상기 제2 섹터의 경계영역을 복수의 셀계층구획(cell layer division)으로 구분하는 단계;

   상기 제1 섹터에 속한 제1 셀계층구획 및 상기 제2 섹터에 속한 제2 셀계층구획을 포함하는 상기 복수의 셀계층구획에 서로 겹치지 않게 주파수 대역을 할당하는 단계;

   상기 제1 셀계층구획에 상기 제2 셀계층구획에 할당된 주파수 대역을 추가적으로 할당하는 단계;

   추가적으로 할당된 상기 제2 셀계층구획의 주파수 대역에 관한 정보를 상기 제1 셀계층구획에 인접한 셀인 제2 셀로 전송하는 단계; 및

   상기 추가적으로 할당된 상기 제2 셀계층구획의 주파수 대역에 관한 정보를 기반으로, 상기 제2 셀의 경계영역에 속하고 상기 제1 셀계층구획으로부터 간섭의 영향을 받는 제3 셀계층구획에 할당된 주파수 대역을 변경하는 단계를 포함하되,

   상기 제3 셀계층구획에 할당된 주파수 대역은, 상기 제2 셀과 상기 제2 셀의 방향성 안테나가 이루는 각도, 상기 제3 셀계층구획과 상기 제2 셀의 방향성 안테나가 이루는 각도, 상기 제2 셀과 상기 제2 셀의 방향성 안테나간의 거리, 및 상기 제3 셀계층구획과 상기 제2 셀의 방향성 안테나간의 거리 중 적어도 하나에 기초하여 변경되는, 자원할당방법.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 복수의 셀계층구획은 그 크기가 동일한, 자원할당방법.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 복수의 셀계층구획에 상기 주파수 대역이 균등하게 분할되어 할당되는, 자원할당방법.
4. 제 1 항에 있어서,

   상기 복수의 셀계층구획에 우선순위에 따라 상기 주파수 대역이 순차적으로 할당되는, 자원할당방법.
5. 제 1 항에 있어서,

   상기 제1 셀과 상기 제2 셀은 서로 자원할당정보를 공유하는, 자원할당방법.
6. 삭제
7. 삭제
8. 삭제

Images