KR101571904B1

KR101571904B1 - 이동통신 시스템에서 마이크로 단말에게 주파수 자원을 할당하기 위한 장치 및 방법

Info

Publication number: KR101571904B1
Application number: KR1020100083431A
Authority: KR
Inventors: 조준호; 왕한호; 홍대식; 노고산; 김병훈; 이지현
Original assignee: 연세대학교 산학협력단
Priority date: 2009-11-09
Filing date: 2010-08-27
Publication date: 2015-11-27
Also published as: WO2011056048A2; WO2011056048A3; US9094980B2; KR20110051133A; US20120225662A1

Abstract

계층적 셀 구조로 이루어진 이동통신 시스템에서 각 마이크로 단말(Micro UE)에게 주파수 자원을 할당하는 마이크로 기지국(Micro eNodeB) 장치와 그 방법이 개시된다. 초기정보 획득 모듈은 각 매크로 단말(Macro UE) 또는 매크로 기지국(Macro eNodeB)에 할당된 주파수 자원에서의 상기 각 매크로 단말 또는 상기 매크로 기지국의 트래픽에 대한 정보와, 상기 각 매크로 단말 또는 상기 매크로 기지국으로부터의 신호에 대해 상기 각 마이크로 단말이 측정한 제 1 신호 대 잡음비(Signal to Noise Ratio, SNR) 정보와, 상기 각 마이크로 단말로부터의 신호에 대해 각 마이크로 기지국에서 측정한 제 2 신호 대 잡음비 정보를 획득한다. 전송률 계산 모듈은 상기 획득한 트래픽 정보, 상기 제 1 신호 대 잡음비 정보 및 상기 제 2 신호 대 잡음비 정보를 이용하여 상기 각 마이크로 단말에서의 전송률을 계산한다. 주파수 자원 결정 모듈은 상기 계산된 전송률 정보를 이용하여 상기 각 마이크로 단말에게 할당할 주파수 자원을 결정한다. 주파수 자원 할당 모듈은 상기 결정된 주파수 자원을 상기 각 마이크로 단말에게 할당한다.

Description

이동통신 시스템에서 마이크로 단말에게 주파수 자원을 할당하기 위한 장치 및 방법{Apparatus and method for allocating frequency resource to micro UE in a mobile communication system}

본 발명은 이동통신에 관한 것으로, 보다 상세하게는 계층적 셀 구조로 이루어진 이동통신 시스템에서 마이크로 단말에 주파수 자원을 할당하는 방법 및 장치에 관한 것이다.

이동통신 시스템에는 전체 셀을 지원하는 큰 규모의 매크로셀(Macrocell)과 매크로셀 내부에 공간적으로 겹치게 설치되어 셀의 일부 지역만 지원하는 작은 규모의 마이크로 셀(Microcell)(펨토 셀(femtocell) 등 다양한 형태의 셀로 호칭될 수 있다)이 계층적으로 구성될 수 있다. 일반적인 셀룰러 망을 기초로 하는 이러한 계층적 셀 구조는 통화 범위 확장 등을 위한 셀 커버리지 확장과 주파수 자원을 효율적으로 사용하기 위해 제안된 구조이다.

첫 번째로 통화 범위 확장은 셀 구조에서 지형 지물이 존재하거나 실내 공간에서 음영지역이 발생하는 경우에 적용될 수 있다. 매크로 셀의 신호가 감쇄하여 통신이 불가능한 음영지역에 소규모의 마이크로 셀을 설치하면 적은 비용으로 통화 범위 확장이 가능해진다. 이 경우에는 매크로 셀과 마이크로 셀 간 간섭을 방지하는 목적으로 마이크로 셀에 매크로 셀이 사용하지 않는 자원을 할당해 준다.

다음으로 주파수 효율 확장은 한정된 주파수 자원으로 더 많은 단말과 데이터를 서비스하기 위한 것이다. 매크로 셀과 마이크로 셀이 중첩되어 있는 환경에서 매크로 셀이 사용하는 자원을 소규모의 마이크로 셀에서 재사용하여 주파수 자원 사용의 효율성을 높이자는 것이다. 이러한 방법들을 통해 셀 용량을 획기적으로 높일 수 있게 된다.

다만 공간적으로 분리되어 있지 않은 환경에서 매크로 셀에 접속하여 사용하는 매크로 단말(Macro user equipment)와 마이크로 셀에 접속하여 사용하는 마이크로 단말(Micro user equipment)가 동일한 주파수 자원을 사용함으로써 간섭 문제가 발생하게 된다. 이러한 간섭 문제를 해결하기 위하여 간섭 회피(Interference avoidance) 방법을 사용할 수 있다.

계층적 셀 구조(Hierarchical Cell Structure, HCS)에서 간섭 회피는 매크로 단말과 마이크로 단말이 시간 영역에서 동시 전송으로 인한 간섭을 방지하도록 하는 방식을 의미한다. 이 때 매크로 단말에게 주파수 자원 사용의 우선권을 주고 마이크로 단말에게는 매크로 단말이 주파수 자원을 사용하지 않는 시간에만 전송을 허용한다. 이러한 상황에서 마이크로 단말은 매크로 단말의 전송 유무를 판별하여야 하며, 이때 인지 무선 (Cognitive radio; CR) 에서의 스펙트럼 센싱(Spectrum sensing) 기술을 사용할 수 있다.

인지 무선 기술은 본래 주파수 자원을 가지고 있지 않은 비면허 단말(Unlicensed user)에게 면허 단말(Licensed user)가 가지고 있는 주파수 자원 중에 빈 영역(White space)을 스스로 찾고 해당 자원에 대한 최적의 전송 방식에 자동적으로 적응하여 사용하도록 하는 기술이다. 이러한 주파수 자원 공유 방식은 면허 단말이 주파수 자원을 가지고 있지만 모든 시간 동안 자원을 사용하는 것이 아니고 전체 시간 중에 일부분만 사용하기 때문에 제안된 것이다.

따라서, 면허 단말이 사용하지 않는 시간을 비면허 단말이 스펙트럼 센싱을 통해 찾아낸 다음 사용하면 면허 단말과 비면허 단말은 서로 간섭 없이 주파수 자원을 공유할 수 있게 된다. 이러한 스펙트럼 센싱은 인지 무선 기술에서 가장 중요한 기술 중 하나라고 할 수 있다.

스펙트럼 센싱은 통신 시스템의 물리 계층에서 정합 필터 검출기(Matched filter detector), 특징 검출기(Feature detector), 그리고 에너지 검출기(Energy detector)의 세 가지 형태 중 하나로 구현될 수 있다. 정합 필터 검출기와 특징 검출기는 구현이 복잡할 뿐만 아니라 비면허 단말이 면허 단말 신호의 특성을 미리 알고 있어야 하기 때문에 잘 쓰이지 않는다. 본 발명에서는 에너지 검출기를 기반으로 한 스펙트럼 센싱에 대하여 주로 다루도록 한다.

계층적 셀 구조에서 인지 무선 기술의 스펙트럼 센싱을 통해 매크로 셀과 마이크로 셀 간 공존을 구현하는 것과 관련하여 매크로 단말을 면허 단말로, 그리고 마이크로 단말을 비면허 단말로 대치하도록 한다. 그러므로 마이크로 셀이 매크로 셀 안에 겹쳐서 분포되어있으며 마이크로 단말은 매크로 단말이 사용하지 않는 주파수 자원을 센싱하여 접속하게 된다.

매크로 셀이 다수의 사용 가능한 주파수 자원을 가지고 있으며 동시에 다수의 매크로 단말이 이 주파수 자원들을 사용하는 환경을 고려한다. 그 이유는 주파수 자원 재사용의 대상이 되는 매크로 단말 시스템의 채널화 특성으로부터 기인한다. 예를 들어, IEEE 802.16e 모바일 와이맥스 시스템(Mobile WiMAX System)의 경우 전체 채널을 16개의 부채널로 나누는 방식을 사용하게 된다.

마이크로 셀에 존재하는 다수의 마이크로 단말이 매크로 셀이 가지고 있는 주파수 자원들을 사용하되 매크로 단말들이 사용하지 않는 시간을 스펙트럼 센싱을 통해 파악하여 매크로 셀의 주파수 자원을 공유하는 것이 중요하다. 그러나, 아직까지 마이크로 기지국 등이 각 마이크로 단말에게 어떤 매크로 셀 주파수 자원을 사용할 지 정해주는 주파수 자원 할당 문제에 대해서는 전혀 연구된 바가 없다.

본 발명에서 이루고자 하는 기술적 과제는 계층적 셀 구조로 이루어진 이동통신 시스템에서 마이크로 단말에게 주파수 자원을 할당하는 방법을 제공하는 데 있다.

본 발명에서 이루고자 하는 다른 기술적 과제는 계층적 셀 구조로 이루어진 이동통신 시스템에서 마이크로 단말에게 주파수 자원을 할당하는 마이크로 기지국을 제공하는 데 있다.

본 발명에서 이루고자 하는 기술적 과제들은 상기 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기의 기술적 과제를 달성하기 위한, 본 발명에 따른 계층적 셀 구조로 이루어진 이동통신 시스템에서 마이크로 기지국(Micro eNodeB)이 각 마이크로 단말(Micro UE)에게 주파수 자원을 할당하는 방법은, 각 매크로 단말(Macro UE) 또는 매크로 기지국(Macro eNodeB)에 할당된 주파수 자원에서의 상기 각 매크로 단말 또는 상기 매크로 기지국의 트래픽에 대한 정보와, 상기 각 매크로 단말 또는 상기 매크로 기지국으로부터의 신호에 대해 상기 각 마이크로 단말이 측정한 제 1 신호 대 잡음비(Signal to Noise Ratio, SNR) 정보와, 상기 각 마이크로 단말로부터의 신호에 대해 각 마이크로 기지국에서 측정한 제 2 신호 대 잡음비 정보를 획득하는 단계; 상기 획득한 트래픽 정보, 상기 제 1 신호 대 잡음비 정보 및 상기 제 2 신호 대 잡음비 정보를 이용하여 상기 각 마이크로 단말에서의 전송률을 계산하는 단계; 상기 계산된 전송률 정보를 이용하여 상기 각 마이크로 단말에게 할당할 주파수 자원을 결정하는 단계; 및 상기 결정된 주파수 자원을 상기 각 마이크로 단말에게 할당하는 단계를 포함할 수 있다.

상기의 기술적 과제를 달성하기 위한, 본 발명에 따른 계층적 셀 구조로 이루어진 이동통신 시스템에서 마이크로 기지국(Micro eNodeB)이 각 마이크로 단말(Micro UE)에게 주파수 자원을 할당하는 방법은, 각 매크로 단말(Macro UE) 또는 매크로 기지국(Macro eNodeB)에 할당된 주파수 자원에서의 상기 각 매크로 단말 또는 상기 매크로 기지국의 트래픽에 대한 정보와 상기 마이크로 기지국이 전송한 신호에 대해 상기 각 마이크로 단말에서 측정한 신호 대 잡음비 정보를 획득하는 단계; 상기 획득한 트래픽 정보와 상기 신호 대 잡음비 정보를 이용하여 상기 각 마이크로 단말에서의 전송률을 계산하는 단계; 상기 계산된 전송률 정보를 이용하여 상기 각 마이크로 단말에게 할당할 주파수 자원을 결정하는 단계; 및 상기 결정된 주파수 자원을 상기 각 마이크로 단말에게 할당하는 단계를 포함할 수 있다.

상기의 다른 기술적 과제를 달성하기 위한, 본 발명에 따른 계층적 셀 구조로 이루어진 이동통신 시스템에서 각 마이크로 단말(Micro UE)에게 주파수 자원을 할당하는 마이크로 기지국(Micro eNodeB)은, 각 매크로 단말(Macro UE) 또는 매크로 기지국(Macro eNodeB)에 할당된 주파수 자원에서의 상기 각 매크로 단말 또는 상기 매크로 기지국의 트래픽에 대한 정보와, 상기 각 매크로 단말 또는 상기 매크로 기지국으로부터의 신호에 대해 상기 각 마이크로 단말이 측정한 제 1 신호 대 잡음비(Signal to Noise Ratio, SNR) 정보와, 상기 각 마이크로 단말로부터의 신호에 대해 각 마이크로 기지국에서 측정한 제 2 신호 대 잡음비 정보를 획득하는 초기정보 획득 모듈; 상기 획득한 트래픽 정보, 상기 제 1 신호 대 잡음비 정보 및 상기 제 2 신호 대 잡음비 정보를 이용하여 상기 각 마이크로 단말에서의 전송률을 계산하는 전송률 계산 모듈; 상기 계산된 전송률 정보를 이용하여 상기 각 마이크로 단말에게 할당할 주파수 자원을 결정하는 주파수 자원 결정 모듈; 및 상기 결정된 주파수 자원을 상기 각 마이크로 단말에게 할당하는 주파수 자원 할당 모듈을 포함할 수 있다.

상기의 다른 기술적 과제를 달성하기 위한, 본 발명에 따른 계층적 셀 구조로 이루어진 이동통신 시스템에서 각 마이크로 단말(Micro UE)에게 주파수 자원을 할당하는 마이크로 기지국(Micro eNodeB)은, 각 매크로 단말(Macro UE) 또는 매크로 기지국(Macro eNodeB)에 할당된 주파수 자원에서의 상기 각 매크로 단말 또는 상기 매크로 기지국의 트래픽에 대한 정보와 상기 마이크로 기지국이 전송한 신호에 대해 상기 각 마이크로 단말에서 측정한 신호 대 잡음비 정보를 획득하는 초기정보 획득 모듈; 상기 획득한 트래픽 정보와 상기 신호 대 잡음비 정보를 이용하여 상기 각 마이크로 단말에서의 전송률을 계산하는 전송률 계산 모듈; 상기 계산된 전송률 정보를 이용하여 상기 각 마이크로 단말에게 할당할 주파수 자원을 결정하는 주파수 자원 결정 모듈; 및 상기 결정된 주파수 자원을 상기 각 마이크로 단말에게 할당하는 주파수 자원 할당 모듈을 포함할 수 있다.

본 발명에 따르면, 마이크로 단말에게 매크로 단말 등에 대한 간섭을 기존과 동일하게 유지하면서 전송률을 최대화할 수 있는 주파수 자원을 할당함으로써 통신 성능을 향상시킬 수 있다.

본 발명에서 얻은 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

본 발명에 관한 이해를 돕기 위해 상세한 설명의 일부로 포함되는, 첨부 도면은 본 발명에 대한 실시예를 제공하고, 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술적 사상을 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 무선 통신 시스템에서의 기지국(105) 및 단말(110) 의 구성을 도시한 블록도,
도 2는 다수의 매크로 단말이 다수의 마이크로 단말과 동일한 주파수 자원을 스펙트럼 센싱 기술을 이용하여 계층적으로 주파수 자원을 공유하는 환경에서 주파수 자원을 할당하는 예를 나타낸 도면,
도 3은 개별 마이크로 단말이 각각의 서로 다른 주파수 자원을 사용하였을 경우, 해당 주파수 자원을 사용하는 매크로 단말에게 주는 간섭량을 정해진 값 이하로 낮게 유지하는 조건 하에 얻을 수 있는 전송률을 나타낸 도면,
도 4는 각 마이크로 단말이 스펙트럼 센싱 및 신호 전송의 구조를 설명하기 위한 일 예를 나타낸 도면,
도 5는 에너지 검출로 매크로 단말의 신호 전송 유무를 판별하는 방법을 설명하기 위한 도면,
도 6은 계층적 셀 구조에서 제 1 시나리오에 따라, 매크로 셀과 마이크로 셀이 상향링크로 동작하는 경우의 신호 전달 관계를 나타낸 도면,
도 7은 본 발명에 따른 마이크로 기지국의 프로세서(180)의 구성을 나타낸 블록도,
도 8은 본 발명의 제 1 시나리오에 따라 마이크로 기지국과 마이크로 단말에서의 수행 과정을 도시한 흐름도,
도 9는 계층적 셀 구조에서 제 2 시나리오에 따라, 매크로 셀은 하향링크로 동작하고, 마이크로 셀이 상향링크로 동작하는 경우의 신호 전달 관계를 나타낸 도면,
도 10은 계층적 셀 구조에서 제 3 시나리오에 따라, 매크로 셀은 상향링크로 동작하고, 마이크로 셀은 하향링크로 동작하는 경우의 신호 전달 관계를 나타낸 도면,
도 11은 본 발명의 제 3 시나리오에 따라 마이크로 기지국에서의 주파수 자원 할당 과정을 도시한 흐름도,
도 12는 계층적 셀 구조에서 제 4 시나리오에 따라, 매크로 셀은 하향링크로 동작하고, 마이크로 셀도 하향링크로 동작하는 경우의 신호 전달 관계를 나타낸 도면,
도 13은 마이크로 단말에서 측정된 매크로 단말의 SNR과 합계 전송률(Sum throughput)의 관계를 도시한 도면,
도 14는 본 발명에서 제안된 방식을 적용한 경우와 기존 방식에 대하여 매크로 단말의 주파수 자원 개수(채널 개수)를 변화시키면서 합계 전송률을 나타낸 도면,
도 15는 본 발명에서 제안한 방식을 적용한 경우에 매크로 단말의 패킷의 도착률 통계 또는 서비스율 통계와 관련된 트래픽 수치를 변화시키면서 합계 전송률을 도시한 도면, 그리고,
도 16은 IEEE 802.11 시스템에서 스펙트럼 센싱을 위하여 정의한 CR-IFS를 나타낸 도면이다.

이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시 형태를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 첨부된 도면과 함께 이하에 개시될 상세한 설명은 본 발명의 예시적인 실시형태를 설명하고자 하는 것이며, 본 발명이 실시될 수 있는 유일한 실시형태를 나타내고자 하는 것이 아니다. 이하의 상세한 설명은 본 발명의 완전한 이해를 제공하기 위해서 구체적 세부사항을 포함한다. 그러나, 당업자는 본 발명이 이러한 구체적 세부사항 없이도 실시될 수 있음을 안다. 예를 들어, 이하의 상세한 설명은 이동통신 시스템이 3GPP LTE 시스템인 경우를 가정하여 구체적으로 설명하나, 3GPP LTE의 특유한 사항을 제외하고는 다른 임의의 이동통신 시스템에도 적용 가능하다.

몇몇 경우, 본 발명의 개념이 모호해지는 것을 피하기 위하여 공지의 구조 및 장치는 생략되거나, 각 구조 및 장치의 핵심기능을 중심으로 한 블록도 형식으로 도시될 수 있다. 또한, 본 명세서 전체에서 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 도면 부호를 사용하여 설명한다.

아울러, 이하의 설명에 있어서 단말은 UE(User Equipment), MS(Mobile Station), AMS(Advanced Mobile Station) 등 이동 또는 고정형의 단말단 기기를 통칭하는 것을 가정한다. 또한, 기지국은 Node B, eNode B, Base Station, AP(Access Point) 등 단말과 통신하는 네트워크 단의 임의의 노드를 통칭하는 것을 가정한다.

이동 통신 시스템에서 단말(User Equipment)은 기지국으로부터 하향링크(Downlink)를 통해 정보를 수신할 수 있으며, 단말은 또한 상향링크(Uplink)를 통해 정보를 전송할 수 있다. 단말이 전송 또는 수신하는 정보로는 데이터 및 다양한 제어 정보가 있으며, 단말이 전송 또는 수신하는 정보의 종류 용도에 따라 다양한 물리 채널이 존재한다.

도 1은 본 발명에 따른 무선 통신 시스템에서의 기지국(105) 및 단말(110) 의 구성을 도시한 블록도이다.

무선 통신 시스템(100)을 간략화하여 나타내기 위해 하나의 기지국(105)과 하나의 단말(110)을 도시하였지만, 하나 이상의 기지국 및/또는 하나 이상의 단말기를 포함할 수 있다. 여기서, 기지국은 매크로 기지국, 마이크로 기지국(예를 들어, 펨토 기지국) 등의 다양한 형태의 기지국일 수 있다.

도 1을 참조하면, 기지국(105)은 송신(Tx) 데이터 프로세서(115), 심볼 변조기(120), 송신기(125), 송수신 안테나(130), 프로세서(180), 메모리(185), 수신기(190), 심볼 복조기(195), 수신 데이터 프로세서(197)를 포함할 수 있다. 그리고, 단말(110)은 송신(Tx) 데이터 프로세서(165), 심볼 변조기(170), 송신기(175), 송수신 안테나(135), 프로세서(155), 메모리(160), 수신기(140), 심볼 복조기(155), 수신 데이터 프로세서(150)를 포함할 수 있다. 안테나(130, 135)가 각각 기지국(105) 및 단말(110)에서 하나로 도시되어 있지만, 기지국(105) 및 단말(110)은 복수 개의 안테나를 구비하고 있다.

하향링크 상에서, 송신 데이터 프로세서(115)는 트래픽 데이터를 수신하고, 수신한 트래픽 데이터를 포맷하여, 코딩하고, 코딩된 트래픽 데이터를 인터리빙하고 변조하여(또는 심볼 매핑하여), 변조 심볼들("데이터 심볼들")을 제공한다. 심볼 변조기(120)는 이 데이터 심볼들과 파일럿 심볼들을 수신 및 처리하여, 심볼들의 스트림을 제공한다.

심볼 변조기(120)는, 데이터 및 파일럿 심볼들을 다중화하여 이를 송신기(125)로 전송한다. 이때, 각각의 송신 심볼은 데이터 심볼, 파일럿 심볼, 또는 제로의 신호 값일 수도 있다. 각각의 심볼 주기에서, 파일럿 심볼들이 연속적으로 송신될 수도 있다. 파일럿 심볼들은 주파수 분할 다중화(FDM), 직교 주파수 분할 다중화(OFDM), 시분할 다중화(TDM), 또는 코드 분할 다중화(CDM) 심볼일 수 있다.

송신기(125)는 심볼들의 스트림을 수신하여 이를 하나 이상의 아날로그 신호들로 변환하고, 또한, 이 아날로그 신호들을 추가적으로 조절하여(예를 들어, 증폭, 필터링, 및 주파수 업 컨버팅(upconverting) 하여, 무선 채널을 통한 송신에 적합한 하향링크 신호를 발생시킨다. 이어서, 하향링크 신호는 안테나(130)를 통해 단말로 전송된다.

단말(110)에서, 안테나(135)는 기지국으로부터의 하향링크 신호를 수신하여 수신된 신호를 수신기(140)로 제공한다. 수신기(140)는 수신된 신호를 조정하여(예를 들어, 필터링, 증폭, 및 주파수 다운컨버팅(downconverting))하고, 조정된 신호를 디지털화하여 샘플들을 획득한다. 심볼 복조기(145) 는 수신된 파일럿 심볼들을 복조하여 채널 추정을 위해 이를 프로세서(155)로 제공한다.

또한, 심볼 복조기(145)는 프로세서(155)로부터 하향링크에 대한 주파수 응답 추정치를 수신하고, 수신된 데이터 심볼들에 대해 데이터 복조를 수행하여, (송신된 데이터 심볼들의 추정치들인) 데이터 심볼 추정치를 획득하고, 데이터 심볼 추정치들을 수신(Rx) 데이터 프로세서(150)로 제공한다. 수신 데이터 프로세서(150)는 데이터 심볼 추정치들을 복조(즉, 심볼 디-매핑(demapping)) 하고, 디인터리빙(deinterleaving)하고, 디코딩하여, 전송된 트래픽 데이터를 복구한다.

심볼 복조기(145) 및 수신 데이터 프로세서(150)에 의한 처리는 각각 기지국(105)에서의 심볼 변조기(120) 및 송신 데이터 프로세서(115)에 의한 처리에 대해 상보적이다.

단말(110)은 상향링크 상에서, 송신 데이터 프로세서(165)는 트래픽 데이터를 처리하여, 데이터 심볼들을 제공한다. 심볼 변조기(170)는 데이터 심볼들을 수신하여 파일럿 심볼들과 함께 다중화하여, 변조를 수행하여, 심볼들의 스트림을 송신기(175)로 제공한다. 송신기(175)는 심볼들의 스트림을 수신 및 처리하여, 상향링크 신호를 발생시키고, 이러한 상향링크 신호는 안테나(135)를 통해 기지국(105)으로 전송된다.

기지국(105)에서, 단말(110)로부터 상향링크 신호가 안테나(130)를 통해 수신되고, 수신기(190)는 수신한 상향링크 신호를 처리되어 샘플들을 획득한다. 이어서, 심볼 복조기(195)는 이 샘플들을 처리하여, 상향링크에 대해 수신된 파일럿 심볼들 및 데이터 심볼 추정치를 제공한다. 수신 데이터 프로세서(197)는 데이터 심볼 추정치를 처리하여, 단말기(110)로부터 전송된 트래픽 데이터를 복구한다.

단말(110) 및 기지국(105) 각각의 프로세서(155, 180)는 각각 단말(110) 및 기지국(105)에서의 동작을 지시(예를 들어, 제어, 조정, 관리 등)한다. 각각의 프로세서들(155, 180)은 프로그램 코드들 및 데이터를 저장하는 메모리 유닛(160, 185)들과 연결될 수 있다. 메모리(160, 185)는 프로세서(180)에 연결되어 오퍼레이팅 시스템, 어플리케이션, 및 일반 파일(general files)들을 저장한다.

프로세서(155, 180)는 컨트롤러(controller), 마이크로 컨트롤러(microcontroller), 마이크로 프로세서(microprocessor), 마이크로 컴퓨터(microcomputer) 등으로도 호칭될 수 있다.

한편, 프로세서(155, 180)는 하드웨어(hardware) 또는 펌웨어(firmware), 소프트웨어, 또는 이들의 결합에 의해 구현될 수 있다. 하드웨어를 이용하여 본 발명의 실시예를 구현하는 경우에는, 본 발명을 수행하도록 구성된 ASICs(application specific integrated circuits) 또는 DSPs(digital signal processors), DSPDs(digital signal processing devices), PLDs(programmable logic devices), FPGAs(field programmable gate arrays) 등이 프로세서(155, 180)에 구비될 수 있다.

한편, 펌웨어나 소프트웨어를 이용하여 본 발명의 실시예들을 구현하는 경우에는 본 발명의 기능 또는 동작들을 수행하는 모듈, 절차 또는 함수 등을 포함하도록 펌웨어나 소프트웨어가 구성될 수 있으며, 본 발명을 수행할 수 있도록 구성된 펌웨어 또는 소프트웨어는 프로세서(155, 180) 내에 구비되거나 메모리(160, 185)에 저장되어 프로세서(155, 180)에 의해 구동될 수 있다.

단말과 기지국이 무선 통신 시스템(네트워크) 사이의 무선 인터페이스 프로토콜의 레이어들은, 통신 시스템에서 잘 알려진 OSI(open system interconnection) 모델의 하위 3개 레이어를 기초로 제 1 레이어(L1), 제 2 레이어(L2), 및 제 3 레이어(L3)로 분류될 수 있다. 물리 레이어는 상기 제1 레이어에 속하며, 물리 채널을 통해 정보 전송 서비스를 제공한다. RRC(Radio Resource Control) 레이어는 상기 제 3 레이어에 속하며 UE와 네트워크 사이의 제어 무선 자원들을 제공한다. 단말, 기지국은 무선 통신 네트워크와 RRC 레이어를 통해 RRC 메시지들을 교환한다.

본 발명은 다수의 주파수 자원을 다수의 매크로 단말(혹은 단말)들이 우선권을 가지고 접속하는 환경에서 마이크로 단말(혹은 단말)들이 스펙트럼 센싱을 통해 주파수 자원을 공유하려고 할 때, 마이크로 단말에게 어떤 주파수 자원을 할당해 줄 것인가 하는 문제를 해결하기 위한 것이다.

도 2는 다수의 매크로 단말이 다수의 마이크로 단말과 동일한 주파수 자원을 스펙트럼 센싱 기술을 이용하여 계층적으로 주파수 자원을 공유하는 환경에서 주파수 자원을 할당하는 예를 나타낸 도면이다.

도 2를 참조하면, 각 주파수 자원에는 순서에 따라 채널 번호가 붙여져 있다. 여기서 채널 1(Ch 1)은 첫 번째 주파수 자원, 채널 2(Ch 2)는 두 번째 주파수 자원, 채널 3(Ch 3)은 세 번째 주파수 자원을 의미한다. 매크로 단말들은 우선권을 가지고 이러한 주파수 자원을 이용할 수 있다. 이러한 주파수 자원들을 마이크로 단말에게도 부여해주는 경우, 만약 다른 요소들을 고려하지 않고 순서에 따라 번호를 부여해주면 각 마이크로 단말은 스펙트럼 센싱을 통해 매크로 단말이 주파수 자원을 사용하지 않는 동안 해당 주파수 자원을 사용하여 전송할 수 있다. 그러나, 정해진 순서로 매크로 셀(혹은 기지국)의 주파수 자원을 마이크로 단말에게 할당하는 것은 각 주파수 자원 별로 매크로 단말에게 미치는 간섭량을 제한시켜 공존을 꾀하지만, 각 단말 별로 주파수 자원 사용에 따른 환경의 차이에 따른 고려를 하지 않기 때문에 각 마이크로 단말과 매크로 단말 간의 간섭을 낮게 유지하면서 마이크로 단말의 전송률을 늘리는데 한계가 있다.

도 3은 개별 마이크로 단말이 각각의 서로 다른 주파수 자원을 사용하였을 경우, 해당 주파수 자원을 사용하는 매크로 단말에게 주는 간섭량을 정해진 값 이하로 낮게 유지하는 조건 하에 얻을 수 있는 전송률을 나타낸 도면이다.

도 3을 참조하면, 마이크로 기지국은 각 마이크로 단말들끼리 서로 다른 주파수 자원을 사용하면서 합계 전송률(마이크로 단말의 전송률을 합한 값)을 극대화할 수 있는 방향으로 각 마이크로 단말이 사용할 주파수 자원을 지정해 줄 수 있다. 이러한 주파수 자원 할당 방식을 통해, 간섭량과 전송률이 스펙트럼 센싱의 성능에 의해 영향을 받고(즉, 스펙트럼 센싱 성능이 좋아질수록 간섭량이 줄어들고 전송률이 향상됨), 이러한 영향은 서로 다른 주파수 자원에 대하여 다른 마이크로 단말에게 서로 다르게 된다(즉, 각 주파수 자원은 서로 다른 단말에게 대하여 차별화된 채널 이득값을 가짐).

예를 들어, 도 3에서와 같이, 3개의 주파수 자원이 존재하고 이것을 사용하는 3명의 마이크로 단말이 존재한다고 가정한다. 이 경우 각 마이크로 단말의 주파수 자원 할당은 총 6가지의 조합으로 가능하다. 이때, 주파수 자원 1(Ch 1)에 대하여 모든 단말이 동일한 간섭량 제한 조건을 만족시키는 가정 하에, 단말 3 - 단말 2 - 단말 1의 순서로 전송률을 낼 수 있다고 하자.

한편, 주파수 자원 2(Ch 2)에 대하여 모든 단말이 동일한 간섭량 제한 조건을 만족시키는 가정 하에, 단말 1, 단말 3, 단말 2의 순서로 전송률을 낼 수 있다고 하자. 또한, 주파수 자원 3(Ch 3)에 대하여 모든 단말이 동일한 간섭량 제한 조건을 만족시키는 가정 하에, 단말 1, 단말 2, 단말 3의 순서로 전송률을 낼 수 있다고 하자. 이 경우 각 주파수 자원의 전송률을 극대화시키는 주파수 자원 할당은 주파수 자원 1에 단말 3을 할당하여 주고, 주파수 자원 2에는 단말 1을 할당하여 주며, 주파수 자원 3에 단말 1을 할당하여 주는 것이다. 그러나, 이 경우에 단말 1은 두 개의 주파수 자원을 할당받는 반면, 단말 2는 아무런 주파수 자원을 할당 받지 못한다. 그러므로 각 단말에게 적어도 하나의 주파수 자원을 할당하여 주기 위하여 주파수 자원 3에 단말 2를 할당하여 주면 이러한 불공평한 자원 할당 문제를 해결하면서 합계 전송률을 극대화 할 수 있게 된다.

스펙트럼 센싱을 통해 매크로 단말과 마이크로 단말이 주파수 자원을 공유하는 경우, 마이크로 단말의 신호 전송에 의하여 매크로 단말이 받는 간섭량과 마이크로 단말이 얻을 수 있는 데이터 전송률이 스펙트럼 센싱의 정확도에 의하여 결정된다. 좀 더 쉽게 설명하면, 마이크로 단말의 스펙트럼 센싱의 정확도가 높아질수록 매크로 단말의 존재를 더 정확하게 검출할 수 있기 때문에, 매크로 단말에게 주는 간섭량은 줄어들고 매크로 단말이 존재하지 않음을 더 정확하게 판별할 수 있어서 마이크로 단말의 전송률을 증가시킬 수 있다.

상술한 바와 같이 본 발명에서는 에너지 검출기에 의한 스펙트럼 센싱을 고려하므로 특정 마이크로 단말이 특정 매크로 단말 신호를 검출하는 스펙트럼 센싱의 정확도를 계산할 필요가 있다. 이를 위하여 다음과 같은 일반적인 상황을 고려한다.

매크로 셀에는 M 개의 주파수 자원이 존재하며 각각의 주파수 자원을 사용하는 M 명의 매크로 단말이 존재한다고 가정한다. 마이크로 단말 입장에서는 M 이 증가할수록 사용 가능한 주파수 자원이 많아지므로 신호 전송 기회가 증가하게 된다. 또한, 매크로 셀과 중첩되어 존재하는 마이크로 셀에는 N 명의 마이크로 단말이 존재한다고 가정한다.

한편, 각 주파수 자원은 W 의 대역폭을 가지며 그에 따른 T _s 의 심볼 주기를 가진다. 각 매크로 단말은 서로 다른 트래픽(Traffic) 모델을 가지며 m 번째 매크로 단말의 평균 유휴 주기(Idle period; 매크로 단말이 신호 전송을 하지 않고 휴지하는 기간)는 1/λ _m , 평균 사용 주기(Busy period; 매크로 단말이 신호 전송을 하는 기간)는 1/μ _m 라고 가정한다. 1/λ _m 과 1/μ _m 값의 지정을 통하여 주파수 자원을 점유하는 매크로 단말의 상태를 나타낼 수 있다. 즉, 1/λ _m 가 클수록 매크로 단말이 주파수 자원을 비우는 시간이 길어지고 1/μ _m 가 클수록 매크로 단말이 주파수 자원을 점유하는 시간일 길어지는 것을 알 수 있다.

도 4는 각 마이크로 단말이 스펙트럼 센싱 및 신호 전송의 구조를 설명하기 위한 일 예를 나타낸 도면이다.

도 4를 참조하면, 각 마이크로 단말은 센싱-전송 구조를 가지며 n _D 샘플의 길이를 가지는 센싱 슬롯(Sensing slot) 동안 스펙트럼 센싱을 수행하여 매크로 단말 신호가 검출되지 않으면 데이터 전송 슬롯(Data transmission slot)동안 신호 전송을 할 수 있다. 이러한 센싱-전송 과정은 n _P 샘플 길이만큼 반복된다. 반면, 각 마이크로 단말은 매크로 단말 신호가 검출된다면 신호 전송을 하지 않음으로써 간섭을 피할 수 있다. n _D 가 커지고 n _P 이 작아질수록 스펙트럼 센싱을 더 오랫동안 그리고 더 자주 하게 되므로 스펙트럼 센싱 정확도가 높아지는 반면 스펙트럼 센싱을 하느라 데이터 전송 시간을 낭비할 수 있다는 점을 직관적으로 알 수 있다. 반대로, n _D 가 작아지고 n _P 이 커질수록 스펙트럼 센싱 구간이 더 짧아지고 스펙트럼 센싱 횟수가 더 적어지게 되어, 스펙트럼 센싱으로 인한 데이터 전송 시간을 덜 낭비하게 되지만 스펙트럼 센싱 정확도가 낮아지게 된다.

이 때, 각 마이크로 단말의 스펙트럼 센싱에 오류가 생겨 매크로 단말이 신호를 전송하고 있음에도 불구하고 신호를 전송하지 않는다고 잘못 판단하여 마이크로 단말이 신호를 전송한다면 매크로 단말과 마이크로 단말간 신호의 충돌이 발생하고 간섭이 유발된다. 이러한 오류가 발생할 확률을 미검출 확률(Missdetection probability)라 정의한다. 또한, 미검출과 검출은 여집합 관계(Complement)이므로 미검출 확률과 검출 확률을 더한 전체 경우의 확률은 1이 된다. 그러므로 미검출 확률은 1에서 검출 확률(Detection probability; 매크로 단말이 있고 이것을 제대로 검출할 확률)을 뺀 값이다. 그러므로 검출 확률이 커질수록 미검출이 줄어들게 되어 마이크로 단말이 매크로 단말에게 미치는 간섭량을 줄일 수 있다.

한편, 매크로 단말이 신호를 전송하고 있지 않음에도 불구하고 신호를 전송한다고 잘못 판단하여 마이크로 단말이 신호를 전송하지 않는 경우 신호 전송 기회가 있음에도 불구하고 사용하지 못하여 전송률에 있어서 손해를 볼 수 있다. 이러한 오류가 발생할 확률을 오경보 확률(False alarm probability)이라고 정의한다. 오경보 확률이 줄어들수록 마이크로 단말은 매크로 단말이 주파수 자원을 사용하지 않는 것을 더 잘 인지하게 되어 더 많은 신호 전송 기회를 가지게 되어, 그 결과 전송률을 향상시킬 수 있다. 그러므로 최적의 주파수 자원 할당을 위하여 에너지 검출기에 기반한 스펙트럼 센싱 성능을 평가하고 향상시킬 필요가 있다.

상술한 바와 같이, 에너지 검출기는 마이크로 단말이 센싱 슬롯 구간 동안 매크로 단말 신호의 에너지를 검출하여 매크로 단말의 신호 전송 유무를 판별하는 것을 목적으로 한다. 에너지 검출기를 적용한 스펙트럼 센싱의 성능을 평가하기 위하여 다음과 같은 신호들을 고려할 수 있다. 먼저, m 번째 주파수 자원을 사용하는 매크로 단말이 전송하여 n 번째 마이크로 단말에게 도달하는 신호를 p _m,n (k) 라고 정의하며, 여기에서 k 는 마이크로 단말의 샘플링 된 시간 축 인덱스(Index)이다. n 번째 마이크로 단말에 도달한 신호는 잡음(noise) w _n (k) 와 더해져서 수신 신호 r _m,n (k) 가 결정된다. 그러므로 매크로 단말이 존재하지 않는 경우를 가정한 H₀ 인 경우와 매크로 단말이 존재하는 경우를 가정한 H₁ 인 경우에 대한 검출 문제(Detection problem)는 다음 수학식 1과 같이 정의할 수 있다.

매크로 단말이 존재하지 않는 경우( H₀ ) 마이크로 단말은 잡음만 수신하게 되며, 매크로 단말이 존재하는 경우( H₁ ) 마이크로 단말은 매크로 단말 신호와 잡음을 동시에 수신하게 된다. 따라서, 상기 수학식 1에 지시된 검출 문제의 목적은 수신 신호로부터 매크로 단말 신호가 존재하지 않고 잡음만 존재하는지( H₀ ) 매크로 단말 신호와 잡음이 동시에 존재하는지( H₁ )를 판별하는 것이다.

m번째 주파수 자원을 사용하는 매크로 단말이 n번째 마이크로 단말로 전송하는 신호 p _m,n (k) 의 확률 분포는 복소 화이트 가우시안 프로세스(복소수 값을 가지며 각 차원 및 시간 축에 대하여 독립적이고 동등한 정규 분포를 가짐)를 따르며

의 전력값을 가진다.

값이 커질수록 검출하려는 신호의 세기가 잡음에 비하여 상대적으로 커지므로 신호 검출이 용이해진다. 매크로 단말의 송신전력이 커지거나 채널 이득값이 커지는 경우 큰

값을 얻을 수 있다.

매크로 신호가 복소 화이트 가우시안(Additive White Gaussian) 분포라는 가정은 매크로 단말 신호가 페이딩(fading)을 거친 신호이거나 OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing) 신호처럼 PAPR(Peak-to-Average Power Ratio) 값이 큰 경우를 모델링할 때 쓰인다. 한편, 마이크로 단말의 수신기에서 발생하는 잡음 w _n (k) 는 복소 AWGN(Additive White Gaussian Noise) 신호로써

의 전력값을 가지는 것으로 모델링한다.

값이 커질수록 잡음의 세기가 검출하려는 신호에 비하여 상대적으로 커지므로 신호 검출이 어려워진다. 잡음의 주된 원인은 수신기에서의 열 잡음이며 수신기 특성에 따라 정해진 값을 갖는다. 그러므로, 매크로 단말의 신호와는 무관하며, 이는 마이크로 단말의 고유의 값이다.

마이크로 단말은 에너지 검출기를 사용하여 상기 수학식 1과 과정으로 신호는 얻고, 센싱 슬롯의 길이 n _D 만큼의 에너지의 형태로 구한다. 여기서 구해진 에너지는 검정 통계량(Test statistics; T _m,n )이라고 하며 다음 수학식 2와 같이 나타내어진다. 검정 통계량은 매크로 단말 신호의 존재를 판별하는데 쓰이는 기준이며 주어진 임계값

와 비교하여 더 크면 매크로 단말이 존재한다고 판별하며, 반대로 검정 통계량이 임계값보다 작으면 매크로 단말이 존재하지 않다고 판별한다.

여기서, r _m,n (k) 는 m번째 주파수 자원에서 매크로 단말로부터 전송된 신호를 n번째 마이크로 단말이 수신한 신호,

은 사전에 설정된 임계값, n _D 는 센싱 슬롯 길이, H₀ 는 매크로 단말이 존재하지 않는 경우, H₁ 은 매크로 단말이 존재하는 경우를 나타낸다.

도 5는 에너지 검출로 매크로 단말의 신호 전송 유무를 판별하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.

도 5를 참조하면, 잡음만 존재하는 경우( H₀ ; 좌측 점선 분포)와 매크로 단말의 신호와 잡음이 함께 존재하는 경우( H₁ ; 우측 실선 분포)를 나타내고 있다. 매크로 단말의 신호 전송 유무를 판별하는 기준으로 사전에 설정된 임계값을 이용할 수 있다. 도 5에서 중앙 부분에 두 분포가 서로 분리되지 않고 겹쳐지는 부분이 있으므로 검출 오류가 생기며 이는 스펙트럼 센싱의 미검출 확률(매크로 단말 신호와 잡음이 함께 존재하는 분포에서 임계값 이하의 확률)과 오경보 확률(잡음만 존재하는 분포에서 임계값 이상의 확률)에 반영된다. 이 때문에 두 가지의 센싱 오류를 동시에 없앨 수는 없지만 임계값을 조정함으로써 두 확률 사이의 균형을 조절하는 것은 가능하다.

즉, 임계값

을 높이면 미검출 확률이 높아지고 오경보 확률은 낮아진다. 반면,

을 낮추면 미검출 확률이 낮아지고 오경보 확률은 높아진다. 임계값

을 고정한 상태에서 검출 확률

과 오경보 확률

을 구하기 위하여 상기 수학식 2의 검정 통계량을 확률적으로 모델링한다. 상기 수학식 2에서 수신신호 r _m,n (k) 는 가우시안 분포(Gaussian distribution)을 가지게 되는데, 그 이유는 가우시안 분포의 합은 가우시안 분포가 되기 때문이다. 이 수신신호를 제곱하여 더하면 카이자승 분포(Chi-square distribution)가 된다. 따라서, 검정 통계량을 사용하여 상기 수학식 1의 검출 문제를 다시 표기하면 다음의 수학식 3과 같이 된다.

여기서,

는 m 의 차수를 가지는 카이자승 분포를 나타내고, T _m,n 는 검정 통계량,

는 m번째 주파수 자원을 사용하는 매크로 단말이 n번째 마이크로 단말로 전송하는 신호의 전력값,

는 마이크로 단말의 수신기에서 발생하는 잡음의 전력값을 나타낸다.

상기 수학식 3을 이용하여 오경보 확률

과 검출 확률

을 구하면 각각 다음 수학식 4와 수학식 5로 나타낼 수 있다.

여기서

는 m 의 차수를 가지는 카이자승 분포의 우측의 꼬리 확률을 의미한다. 또한, 여기서 n _D 가 10 샘플 이상으로 충분히 커지면 중심 극한 정리(Central limit theorem)을 적용하여 카이자승 분포를 가우시안 분포로 근사화할 수 있다. 중심 극한 정리를 사용하여 가우시안 분포로 근사화하는 식은 다음 수학식 6과 같이 나타내어진다.

상기 수학식 6을 반영한 오경보 확률

과 검출 확률

을 구하면 각각 다음 수학식 7과 수학식 8과 같이 나타낼 수 있다.

여기서,

는 가우시안 분포의 Q-함수이며 Q-함수는 다음 수학식 9와 같이 나타낼 수 있다.

는 x 에 대한 단조 감소 함수(Monotonically decreasing function)이므로 x 가 커질수록

는 감소하게 된다. 따라서, 상기 수학식 7을 통해 임계값

가 커질수록 오경보 확률이 낮아지고 상기 수학식 8를 통해 임계값

가 커질수록 검출 확률이 낮아져서 미검출 확률이 높아지는 것을 알 수 있다.

고정된 임계값에 대한 검출 확률을 구하였으므로 그 결과를 이용하여 임계값을 조절할 수 있다. 매크로 단말의 신호 전송을 보호하기 위하여, 어느 이상의 목표 검출 확률(Target detection probability)

을 얻기 위한 임계값을 구할 필요가 있다. 이를 위한 임계값은 다음 수학식 10과 같이 구할 수 있다. 다음 수학식 10을 만족시키는 임계값

는 항상 목표 검출 확률

을 만족시킨다.

여기서,

는 마이크로 단말의 수신기에서 발생하는 잡음의 전력값, n _D 는 센싱 슬롯 길이,

는 목표 검출 확률이다.

상기 수학식 10을 이용하여 구한 임계값을 적용하였을 경우, 목표 검출 확률을 만족시키면서 이 때의 오경보 확률을 구할 수 있다. m 번째 매크로 단말에 대한 n 번째 마이크로 단말에서 관측되는 신호 대 잡음비(Signal to Noise Ratio, SNR)를

라고 정의하면, 오경보 확률은 다음 수학식 11과 같이 나타낼 수 있다.

상기 수학식 11과

의 단조 감수 함수 특성을 통하여 특정 목표 검출 확률

를 만족시키는 조건에서 스펙트럼 센싱 시간

, 또는 m 번째 매크로 단말에 대한 n 번째 마이크로 단말에서 관측되는 신호 대 잡음비

의 증가에 따라 오경보 확률

이 감소하는 것을 알 수 있다.

상술한 바와 같이, 오경보 확률이 줄어들수록 매크로 단말이 사용하지 않는 주파수 자원을 사용할 확률이 커지므로 마이크로 단말의 신호 전송률이 증가할 수 있다. 또한, 미검출 확률은 일정 크기 이상을 만족시키도록 임계값을 설정하였으므로 매크로 단말에게 미치는 간섭을 일정량 이하로 유지할 수 있다. 그러므로 스펙트럼 센싱 방식을 통해 마이크로 단말이 전송하는 경우에 대하여 전송률을 계산할 수 있다. 여기에서 전송률은 마이크로 단말이 매크로 단말이 전송하지 않는 시간 동안 간섭 없이 신호를 전송하는 전송률에 스펙트럼 센싱으로 인한 자체의 부하(overhead)를 제외한 양을 의미한다.

따라서, 마이크로 단말의 신호 전송률은 매크로 단말의 전체 시간 중 휴지기(Idle period)의 분포와 마이크로 단말의 간섭비를 제외한 실제 전송시간의 비율을 동시에 고려하여 계산할 필요가 있다. 여기에, 오경보가 일어나지 않는 경우, 즉 매크로 단말이 신호를 전송하지 않음을 마이크로 단말이 정확히 인지하는 확률을 함께 고려할 필요가 있다. 이러한 확률을 고려함으로써 매크로 단말과 마이크로 단말 사이의 불완전한 센싱으로 인한 간섭에 의한 효과를 반영하는 것이다. 결과적으로, 마이크로 기지국이 마이크로 단말에게 m 번째 주파수 자원을 할당하는 경우, 마이크로 단말의 전송률을 구할 수 있다. 여기에서, 매크로 단말의 전체 시간(유휴 기간과 전송 기간을 합친 시간) 중 유휴 기간의 비율을 의미하는

와 전체 시간에 대한 실제 데이터 전송 시간의 비율을 의미하는

를 이용하여 m 번째 주파수 자원이 n 번째 마이크로 단말에게 할당되었을 경우의 마이크로 단말의 전송률은 다음 수학식 12와 같이 구할 수 있다.

여기서,

는 오경보가 일어나지 않을 확률(즉, 더 자세히 설명하면 m 번째 주파수 자원이 매크로 단말에 의해 점유되지 않아 비어있으며 n 번째 마이크로 단말이 스펙트럼 센싱을 통해 비어있음을 알고 있을 확률)을 의미한다. 이 경우에는 n 번째 마이크로 단말이 간섭 없이 m번째 주파수 자원에서 신호를 전송할 수 있다.

그러나, 스케줄러가 스펙트럼 센싱을 수행하는 경우와 같이, 먼저 스펙트럼 센싱을 수행하고, 후에 주파수 자원을 할당하는 것이 가능한 경우에 대해서는 비어 있는 주파수 자원(채널)에 대해서만 자원할당을 할 수 있도록 마이크로 단말의 전송률을 재정의할 수 있다. 즉, 마이크로 기지국의 마이크로 단말에 대한 주파수 자원을 할당 시, 스펙트럼 센싱 결과를 선험적으로 획득할 수 있는 경우에는, 스펙트럼 센싱 결과에 기반하여 매 센싱 주기( n _p )마다 자원 할당을 수행하도록 한다. 스펙트럼 센싱을 통해 획득한 각 주파수 자원에 대한 매크로 단말의 유무에 따라, 마이크로 단말의 전송률은 다음 수학식 13과 같이 정의할 수 있다. 이러한 경우엔는, 마이크로 단말의 전송률은 오경보 확률과 관계가 없으며, 스펙트럼의 idle 여부가 센싱을 통해 이미 획득되었으므로, n 번째 마이크로 단말에게 비어 있다고 판단된 주파수 자원 m 에 대해서

은 1이 되고, 매크로 단말이 점유하고 있는 주파수 자원 m 에 대해서는

은 0가 된다

여기서, C _m,n 는 m 번째 주파수 자원에 대하여 n 번째 마이크로 단말의 스펙트럼 센싱이 성공하여 간섭 없이 신호를 전송하였을 경우 마이크로 단말이 낼 수 있는 채널 용량으로서, 섀논(Shannon)의 채널 용량식에 의하여 다음 수학식 14와 같이 구하여진다. 이 때 m 번째 주파수 자원에 대한 n 번째 마이크로 단말의 신호 대 잡음비(SNR)

을 이용한다.

는 전체 시간에 대한 실제 데이터 전송 시간의 비율을 의미한다(

값은 사전에 설정된 값일 수 있다)

다음 수학식 14를 통하여 n 번째 마이크로 단말의 신호 대 잡음비

이 증가하면, 그 결과 n 번째 마이크로 단말의 채널 용량이 증가함을 알 수 있다.

상술한 바와 같이, 마이크로 기지국이 각 매크로 셀의 주파수 자원을 각 마이크로 단말에게 할당하는데 있어 간섭량을 일정 수준으로 제한시키며 상기 수학식 13에서와 같이 구해진 전송률을 극대화하기 위하여 다음 수학식 15에 나타낸 것과 같은 조건을 만족시킬 수 있게 주파수 자원을 할당하는 것을 고려할 수 있다.

여기서, x _m,n 는 주파수 자원 할당 여부를 나타내는 변수로서 x _m,n = 1 이면 m 번째 주파수 자원이 n 번째 마이크로 단말에게 할당되었다는 것을 의미하며 x _m,n = 0 이면 m번째 주파수 자원이 n 번째 마이크로 단말에게 할당되지 않았다는 것을 의미한다.

또한, 여기서 C _m,n 은 상기 수학식 12 또는 상기 수학식 13에서 정의된 바와 같이 m 번째 주파수 자원이 n 번째 마이크로 단말에게 할당되는 경우 m 번째 주파수 자원을 사용하는 매크로 단말에게 간섭 신호에 대한 제한조건을 만족시키면서 얻을 수 있는 최대의 전송률이다. 따라서, 상기 수학식 15의 첫 번째 줄의 목적 함수(Objective function)

은 m 번째 주파수 자원이 n 번째 마이크로 단말에게 할당되는 모든 경우에 대한 합계 전송률을 나타낸다. 마이크로 기지국은 합계 전송률을 극대화할 수 있도록 주파수 자원을 마이크로 단말에게 할당하는 것이 바람직하다. 또한, 상기 수학식 15의 두 번째 줄의 제한 조건(Constraint)

은 각 마이크로 단말에게 최대 한 개의 주파수 자원만을 할당해 주어야 한다는 조건이며, 세 번째 줄의 제한조건

은 각 주파수 자원에 최대 하나의 마이크로 단말만 할당해 주어야 한다는 조건이다. 그리고, 마지막 줄의 제한조건 x _m,n ≥ 0 은 위의 두 제한조건과 결합하여 주파수 자원 할당은 할당 하거나( x _m,n = 1 ) 또는 할당하지 않거나( x _m,n = 0 )의 두 가지 경우만 만족시켜야 함을 의미한다.

상기 수학식 15에 나타낸 조건을 충족시키도록 주파수 자원을 할당함으로써, 각 매크로 단말에 대한 간섭량을 일정 수준 이하로 제한하면서 마이크로 단말 전체의 합계 전송률(Sum throughput)을 극대화할 수 있다. 정의된 주파수 자원 할당 문제는 선형 계획법(Linear programming, LP)으로 분류되며 그 중에서도 이진정수 계획법(Binary integer programming, BIP)으로 분류된다. 통상의 Auction 알고리즘이나 Hungarian 알고리즘 등으로 해결할 수 있다.

경매(Auction) 알고리즘은 다음과 같은 동작 원리를 이용한다. 실제 세계에 존재하는 경매에서는 합리적인 자원 할당을 위하여 가격을 정하는 방식이 적용되며 이 가격은 경매에 참여하는 개인들의 이익(Profit)과 비용(Cost)의 차이가 극대화하는 쪽으로 자원 할당이 이루어진다. Auction algorithm의 동작은 다음과 같이 두 단계로 이루어진다.

첫 번째 단계는, 입찰 단계(Bidding phase)라고 하며 개별 자원(주파수 자원)에 대하여 서로 다른 가격이 주어졌고 부분적으로 단말들에게 할당되었다고 가정한다. 이 때, 자원이 할당되지 않은 단말들은 자신에게 최적인 자원(이익에서 비용을 뺀 값이 가장 큰 자원)을 찾아서 입찰을 하며, 이 때 낮은 가격을 받아들이는 쪽으로 한다. 이 때, 가격이 낮아지는 것은 가장 좋은 자원의 이익에서 두 번째로 좋은 자원의 이익을 뺀 값으로 정해진다.

두 번째 단계는 입찰 단계에 이어서 할당 단계(Assignment phase)라고 하며, 이 단계에서는 모든 자원이 가장 낮은 입찰자에 할당되는 단계이다. 각 자원의 새로운 가격은 가장 낮은 입찰 가격으로 맞춰진다. 그와 동시에 기존에 해당 자원이 할당된 단말은 자원을 반납하게 된다.

Hungarian 알고리즘은 다음과 같이 동작한다. 예를 들어 설명하면, 4개의 단말과 4개의 자원이 있는 상황을 가정한다. 각각의 단말에 대하여 각각의 자원을 할당하였을 경우의 효용을 계산하여 행렬(Matrix) 형태로 구성하면 다음의 수학식 16과 같이 4개의 행과 4개의 열을 가진 행렬 형태로 구성할 수 있다.

여기서 a, b, c, d는 각 단말을 의미하고 1, 2, 3, 4는 각각의 자원을 의미한다. 그리고 a1, a2, a3, a4는 단말 a가 각각 1, 2, 3, 4의 자원을 할당 받은 것을 의미한다.

Hungarian 알고리즘의 첫 번째 단계로서, 행렬에 행 연산(Row operation)을 한다. 이를 위하여 해당 행에서 가장 작은 값을 기준으로 하여 해당 행의 값들로부터 뺀다. 이 연산을 각 행 별로 하면 각 행에서 한 개의 값은 '0'이 되며 전체 행렬은 다음의 수학식 17과 같이 나타내어진다.

두 번째 단계로, 할당되지 않은 모든 행에 대하여 표시를 한다. 그 다음 해당 행에 '0'의 값을 가지지 않는 모든 열에 표시를 한다. 그 다음, 해당 열에 할당된 모든 행에 표시를 한다. 이 과정을 거치면 다음 수학식 18과 같은 결과를 얻을 수 있다.

이러한 과정을 할당이 가능할 때까지 반복한다. 그렇게 되면 모든 '0'를 포함하는 최소한의 줄 수가 최대화되며 최적의 자원 할당이 가능해진다.

이상에서는 각 매크로 단말에 대한 간섭량을 일정 수준 이하로 제한하면서 마이크로 단말 전체의 합계 전송률(Sum throughput)을 극대화하도록 주파수 자원을 할당하는 데 이용할 수 있는 경매 알고리즘과 Hungarian 알고리즘을 설명하였다.

이하에서는, 계층적 셀 구조로 이루어진 이동통신 시스템에서 마이크로 기지국(Micro eNodeB)이 각 마이크로 단말(Micro UE)에게 주파수 자원을 할당하는 방법을 다양한 시나리오를 이용하여 설명한다. 일반적인 무선 통신 환경에서 동작할 수 있으나 이해를 돕기 위하여 계층적 셀 구조에서의 상향링크와 하향링크에 적용되는 예를 보인다.

계층적 셀 구조에서, 매크로 셀의 중심부에는 기지국 역할을 하는 '매크로 기지국' ( 'Macro eNodeB' )가 존재하며 매크로 셀 내에는 하나 이상의 '매크로 단말' ( 'Macro UE' )가 존재할 수 있다. 모든 매크로 단말들은 매크로 기지국과의 링크를 통해 통신을 수행한다. 이때 매크로 셀은 M 개의 주파수 자원을 가지고 있으며, 각각의 주파수 자원은 하나의 매크로 단말에 의하여 사용되고 있다고 가정한다.

한편, 마이크로 셀은 매크로 셀 내부에 겹쳐져서 분포하고 있으며 기지국 역할을 하는 '마이크로 기지국' 과 단말 역할을 하는 '마이크로 단말' 이 존재하며 모든 마이크로 단말들은 마이크로 기지국과의 링크를 통해 통신을 수행할 수 있다. 이 때 N 개의 마이크로 단말이 존재하며, 이들은 매크로 셀이 보유한 한 개의 주파수 자원을 스펙트럼 센싱을 통해 기회적으로 접근할 수 있다고 가정한다. 한편, 매크로 기지국과 매크로 단말 간, 그리고 마이크로 기지국과 마이크로 단말간에 각각 제어 채널(Control channel)이 존재하며 매크로 기지국과 매크로 단말간에 매크로 제어 채널을 통하여 정보 수집 및 자원 할당에 필요한 정보 전달을 하며, 또한, 마이크로 기지국과 마이크로 단말 간에는 마이크로 제어 채널을 통하여 정보 수집 및 자원 할당을 위한 정보 전달을 한다고 가정한다.

그러나, 매크로셀 기기(매크로 기지국 또는 매크로 단말)와 마이크로 셀 기기(마이크로 기지국 또는 마이크로 단말) 간에는 별도의 제어 채널을 통한 정보 전달은 가정하지 않는다.

매크로 셀과 마이크로 셀의 각각에 대하여 상향링크와 하향링크의 두 가지 모드를 고려하면, 1) 매크로 상향링크-마이크로 상향링크, 2) 매크로 하향링크-마이크로 상향링크, 3) 매크로 상향링크-마이크로 하향링크, 4) 매크로 하향링크-마이크로 하향링크의 총 네 가지 모드를 고려할 수 있다.

한편, 스펙트럼 센싱의 주체를 결정함에 있어 다음의 사항을 고려한다. 매크로 단말의 송신기가 발생시키는 신호는 마이크로 단말의 송신기 또는 수신기에서 검출할 수 있다. 먼저, 마이크로 단말의 수신기가 스펙트럼 센싱을 하는 경우를 가정해 보자. 이러한 경우에, 마이크로 단말의 송신기가 신호를 전송하기 위해서, 마이크로 단말의 송신기가 수신기로 신호 전송을 하려는 의도를 알려줄 필요가 있다. 그러면, 마이크로 단말의 수신기가 스펙트럼 센싱을 수행하여 얻은 매크로 단말의 송신 유무 결과를 마이크로 단말의 송신기에게 알려준다. 그 후, 마이크로 단말의 송신기는 센싱 정보를 이용하여 자신의 신호를 전송할 수 있게 된다.

다음으로, 마이크로 단말의 송신기가 스펙트럼 센싱을 수행하는 경우를 가정한다. 마이크로 단말의 송신기가 스펙트럼 센싱을 하는 경우에는 스스로 매크로 단말의 송신 유무를 판별하고 이 정보를 가지고 자기 신호를 전송하게 된다. 그러므로 마이크로 단말의 수신기에서 센싱을 하는 방식과 비교하여 볼 때 동작 단계를 줄일 수 있을 뿐만 아니라 마이크로 단말의 송신기와 수신기 사이의 불필요한 제어 신호 전송에 따른 오버헤드를 줄일 수 있다. 이하에서 본 발명에서는 마이크로 단말의 송신기가 스펙트럼 센싱을 수행하는 것을 가정하여 기술한다.

＜제 1 시나리오: 매크로 셀 상향링크-마이크로 셀 상향링크＞

도 6은 계층적 셀 구조에서 제 1 시나리오에 따라, 매크로 셀과 마이크로 셀이 상향링크로 동작하는 경우의 신호 전달 관계를 나타낸 도면이다.

도 6을 참조하면, 계층적 셀 구조에, 일반적으로 M 개의 매크로 단말과 N 개의 마이크로 단말을 가정하지만, 도 6에서는 일 예로서 3개의 매크로 단말과 2개의 마이크로 단말이 존재한다고 가정하였다. 매크로 셀이 상향링크이므로 각 매크로 단말은 매크로 기지국으로 상향링크 신호를 전송한다. 도 6에 도시한 바와 같이, 매크로 단말 1, 매크로 단말 2, 매크로 단말 3은 매크로 기지국에 자기 자신의 신호를 전송한다. 또한, 마이크로 셀도 상향링크이므로, 각 마이크로 단말은 마이크로 기지국에게 신호를 전송한다. 마이크로 단말 1과 마이크로 단말 2는 마이크로 기지국에 자신의 신호를 전송할 수 있다.

도 6에 도시한 바와 같이, 매크로 단말이 매크로 기지국에, 마이크로 단말이 마이크로 기지국에 전송하는 자기 자신의 신호에 대한 링크는 실선으로 표시하였다. 매크로 단말들은 자신의 주파수 자원을 가지고 전송 시에 언제든 이용할 수 있지만 마이크로 단말들은 주파수 자원을 가지고 있지 않으므로 매크로 단말들이 사용하는 주파수 자원을 빌려 사용해야 한다. 따라서, 마이크로 단말들은 신호를 전송하기 전에 매크로 단말들로부터 오는 신호를 대상으로 하여 스펙트럼 센싱을 한다. 도 6의 예에 따르면, 마이크로 단말 1과 마이크로 단말 2는 매크로 단말 1, 매크로 단말 2, 매크로 단말 3이 전송하는 신호를 스펙트럼 센싱 기법을 이용하여 검출한다. 이를 위한 각 매크로 단말로부터 마이크로 단말까지의 링크들이 점선으로 표시되었다.

도 7은 본 발명에 따른 마이크로 기지국의 프로세서(180)의 구성을 나타낸 블록도이다.

도 7을 참조하면, 본 발명에 따른 마이크로 기지국의 프로세서(180)는 초기정보 획득 모듈(181), 전송률 계산 모듈(182), 주파수 자원 결정 모듈(183) 및 주파수 자원 할당 모듈(184)을 포함할 수 있다.

마이크로 기지국은 마이크로 셀 초기화를 하면서 매크로 단말의 시스템 정보를 수집할 수 있다. 즉, 마이크로 기지국의 초기정보 획득 모듈(181)은 각 매크로 단말에 할당된 주파수 자원에서의 각 매크로 단말의 트래픽 정보, 각 매크로 단말로부터의 신호에 대해 각 마이크로 단말이 측정한 신호 대 잡음비(Signal to Noise Ratio, SNR) 정보 및 각 마이크로 단말로부터의 신호에 대해 각 마이크로 기지국에서 측정한 신호 대 잡음비 정보를 수신할 수 있다. 여기서, 각 매크로 단말의 트래픽 정보라 함은 각 매크로 단말들이 할당받은 주파수 자원에서의 사용 트래픽 정보이다. 이러한 각 매크로 단말의 트래픽 정보는 {λ _m } 를 포함할 수 있으며, {λ _m } 는 매크로 단말의 패킷 도착율 정보(예를 들어, 패킷의 평균 도착율 정보)를 벡터 형태로 나타낸 것이다. 또한, 각 매크로 단말의 트래픽 정보는 {μ _m } (즉, 매크로 단말 패킷의 서비스율 정보(예를 들어, 패킷의 평균 서비스율 정보)를 벡터 형태로 나타낸 것)을 포함할 수 있다.

각 매크로 단말로부터의 신호에 대해 각 마이크로 단말이 측정한 신호 대 잡음비 정보는 M × N 의 크기를 가지는 SNR 행렬인 {

} 형태로 표현될 수 있다. 그리고, 각 마이크로 단말로부터의 신호에 대해 각 마이크로 기지국에서 측정한 신호 대 잡음비 정보는 SNR 행렬 {

} 형태로 표현될 수 있다. 이 때 마이크로 기지국의 초기정보 획득 모듈(181)은 마이크로 단말로부터 마이크로 제어 채널 등을 통해 {

} 등의 제어 정보를 수신할 수 있다. m개의 주파수 자원에서 각 주파수 자원은 주파수 선택적 페이딩 특성에 의한 영향과 서로 다른 위치에 있기 때문에 서로 다른 SNR 값을 가지게 된다.

마이크로 기지국의 전송률 계산 모듈(182)은 마이크로 기지국의 초기정보 획득 모듈(181)이 수집한 정보인 {

} , {

} , 및 {

} 를 이용하여 상기 수학식 12에서 정의된 것처럼 m 번째 매크로 단말이 전송하는 주파수 자원이 n 번째 마이크로 단말에 의하여 스펙트럼 센싱 방식으로 공유되었을 경우 해당 마이크로 단말이 주어진 간섭량 제한 조건을 만족시키면서 낼 수 있는 전송률 C _m,n 을 계산할 수 있다.

상기 수학식 12인

에서 살펴보면, 전송률 계산 모듈(182)은 {

} , {

} 를 이용하여 상기

값을 구할 수 있다(즉,

). 그리고, 수학식 12에서 전체 시간에 대한 실제 데이터 전송 시간의 비율을 의미하는

값은 사전에 설정된 값일 수 있다. 전송률 계산 모듈(182)은 {

} 값을 이용하여 상기 수학식 9 및 수학식 11에서와 같이 오경보 확률

를 구할 수 있다(상기 수학식 11:

, 상기 수학식 9:

그리고, 전송률 계산 모듈(182)은 {

} 을 이용하여 상기 수학식 14와 같은 연산을 통하여, m 번째 주파수 자원에 대하여 n 번째 마이크로 단말의 스펙트럼 센싱이 성공하여 간섭 없이 신호를 전송하였을 경우 마이크로 단말이 낼 수 있는 채널 용량값을 계산할 수 있다.

전송률 계산 모듈(182)은 계산된 매크로 단말의 전체 시간(유휴 기간과 전송 기간을 합친 시간) 중 유휴 기간의 비율을 의미하는

, 전체 시간에 대한 실제 데이터 전송 시간의 비율을 의미하는

, 마이크로 단말의 채널 용량값 및 오경보 확률값을 이용하여 상기 수학식 12와 같은 연산을 통해 각 마이크로 단말의 전송률을 계산할 수 있다.

마이크로 기지국의 주파수 자원 결정 모듈(183)은 상기 계산된 전송률 정보를 이용하여 상기 각 마이크로 단말에게 할당할 주파수 자원을 결정할 수 있다. 마이크로 기지국의 주파수 자원 결정 모듈(183)은 매크로 단말 등으로부터의 간섭량을 일정 수준으로 제한시키며, 전송률 계산 모듈(182)에서 계산한 전송률을 극대화할 수 있도록 각 마이크로 단말에게 할당할 주파수 자원을 결정할 수 있다.

이때, 주파수 자원 결정 모듈(183)은 상술한 바 있는 수학식 15에 나타낸 것과 같은 조건을 만족시킬 수 있도록 마이크로 단말에게 할당할 주파수 자원을 결정한다. 수학식 15는 다음과 같다.

[수학식 15]

여기서, x _m,n 는 마이크로 단말에 주파수 자원을 할당한 지 여부를 나타내는 값으로서 x _m,n = 1 이면 m 번째 주파수 자원이 n 번째 마이크로 단말에게 할당되었다는 것을 의미하며 x _m,n = 0 이면 m번째 주파수 자원이 n 번째 마이크로 단말에게 할당되지 않았다는 것을 의미한다. 또한, 여기서 C _m,n 은 상기 수학식 12 또는 상기 수학식 13에서 정의된 바와 같이 m 번째 주파수 자원이 n 번째 마이크로 단말에게 할당되는 경우 m 번째 주파수 자원을 사용하는 매크로 단말에게 간섭 신호에 대한 제한조건을 만족시키면서 얻을 수 있는 최대의 전송률이다. 따라서, 상기 수학식 15의 첫 번째 줄의 목적 함수(Objective function)

주파수 자원 결정 모듈(183)은 상기 수학식 15에서 정의된 최적화 문제를 경매 알고리즘(Auction algorithm) 등을 사용하여, 결정된 주파수 자원에 대한 정보를 주파수 자원 할당 행렬 {x _m,n } 로 표현할 수 있다. 경매 알고리즘 등에 대해서는 앞서 설명한 바 있다.

주파수 자원 할당 모듈(184)은 주파수 자원 결정 모듈(183)이 결정한 주파수 자원을 해당 마이크로 단말에게 할당해준다. 그리고, 마이크로 기지국의 송신기(125)는 할당된 주파수 자원에 대한 정보를 각 마이크로 단말에게 전송해준다.

그 후, 마이크로 단말은 할당된 주파수 자원을 대상으로 스펙트럼 센싱을 수행하고 해당 매크로 단말의 신호가 검출되지 않으면 마이크로 단말 자신의 신호를 매크로 기지국에게 전송한다. 이와 같은 과정으로 스펙트럼 센싱과 신호 전송을 반복하지만 환경 조건이 바뀌는 경우 최적화된 주파수 자원 할당에서 벗어날 수 있으므로, 주파수 자원 결정 모듈(183)은 SNR 행렬 {

} 과 {

} 을 갱신하여 다시 각 마이크로 단말에게 할당할 최적화된 주파수 자원을 결정할 필요가 있다. 이때, 주파수 자원 결정 모듈(183)은 SNR 행렬을 길게 또는 짧은 주기로 갱신할 수 있다. 예를 들어, TV White Space를 대상으로 하는 경우 각 TV 채널들의 상태 변동이 느린 특성을 가지고 있으므로 정보 갱신 주기는 길게 하고, 반대로, 각 단말들이 빠르게 움직이는 모바일 환경 등에서는 페이딩 특성이 빠르게 변하므로 이를 따라가기 위하여 정보 갱신 주기를 짧게 할 필요가 있다. 이와 같이, 주파수 자원 결정 모듈(183)은 단말이나 사용자 기기들의 환경 조건에 맞는 주기로 SNR 행렬 {

} 과 {

} 을 갱신할 수 있다.

도 8은 본 발명의 제 1 시나리오에 따라 마이크로 기지국과 마이크로 단말에서의 수행 과정을 도시한 흐름도이다.

도 8을 참조하면, 마이크로 기지국은 마이크로 셀 초기화를 하면서 매크로 단말의 시스템 정보( {

} , {

} , 및 {

} )를 수집할 수 있다(S810). 그리고, 마이크로 기지국의 전송률 계산 모듈(182)은 수학식 9, 수학식 11, 수학식 12 등을 이용하여 마이크로 단말의 전송률을 계산한다(S820). 그 후, 마이크로 기지국의 주파수 자원 결정 모듈(183)은 상기 계산된 전송률 정보를 이용하여 상기 각 마이크로 단말에게 할당할 주파수 자원을 결정할 수 있다(S830). 이때, 결정된 주파수 자원에 대한 정보는 주파수 자원 할당 행렬 {x _m,n } 로 표현될 수 있다. 주파수 할당 모듈(184)은 각 마이크로 단말에게 x _m,n = 1 을 만족시키는 주파수 자원을 할당하고(S840), 마이크로 기지국의 송신기(190)는 할당된 주파수 자원 정보(예를 들어, 주파수 자원 할당 행렬 형태일 수 있다)를 각 마이크로 단말에게 전송해 줄 수 있다(S850).

그러면, 마이크로 단말은 수신한 주파수 자원 할당 정보를 이용하여 할당받은 주파수 자원을 대상으로 스펙트럼 센싱을 수행한다(S860). 스펙트럼 센싱 결과, 해당 매크로 단말의 신호가 검출되지 않으면, 마이크로 단말은 자신의 신호를 마이크로 기지국에게 전송한다(S870).

그리고, 마이크로 기지국의 주파수 자원 결정 모듈(183)은 SNR 행렬 {

} 과 {

} 를 갱신할 수 있다(S880). 마이크로 기지국은 마이크로 단말이 더 전송할 데이터가 있는지 여부를 판단하고(S890), 만약, 마이크로 단말이 더 전송할 데이터가 있다면, S820 단계로 다시 돌아간다.

＜제 2 시나리오: 매크로 셀 하향링크-마이크로 셀 상향링크＞

도 9는 계층적 셀 구조에서 제 2 시나리오에 따라, 매크로 셀은 하향링크로 동작하고, 마이크로 셀이 상향링크로 동작하는 경우의 신호 전달 관계를 나타낸 도면이다.

도 9를 참조하면, 계층적 셀 구조에, 일반적으로 M 개의 매크로 단말과 N 개의 마이크로 단말을 가정하지만, 도 9에서는 도 6과 마찬가지로 일 예로서 3개의 매크로 단말과 2개의 마이크로 단말이 존재한다고 가정하였다. 매크로 셀이 하향링크이므로 매크로 기지국은 각 매크로 단말로 하향링크 신호를 전송한다. 도 9에 도시한 바와 같이, 매크로 기지국은 매크로 단말 1, 매크로 단말 2, 매크로 단말 3으로 각각 신호를 전송한다. 한편, 마이크로 셀은 상향링크이므로, 각 마이크로 단말은 마이크로 기지국에게 신호를 전송한다. 마이크로 단말 1과 마이크로 단말 2는 마이크로 기지국에 자신의 신호를 전송할 수 있다.

이때 매크로 기지국이 매크로 단말에 그리고 마이크로 단말이 마이크로 기지국에 전송하는 신호에 대한 링크는 실선으로 표시하였다. 매크로 기지국은 자신의 주파수 자원을 가지고 전송 시에 언제든 이용할 수 있지만 마이크로 단말들은 주파수 자원을 가지고 있지 않으므로 매크로 기지국이 사용하는 주파수 자원을 빌려서 사용하여야 한다. 따라서, 마이크로 단말들은 신호를 전달하기 전에 매크로 기지국으로부터 오는 신호를 대상으로 하여 스펙트럼 센싱을 한다. 도 8의 예에 따르면, 마이크로 단말 1과 마이크로 단말 2는 매크로 기지국이 전송하는 신호를 스펙트럼 센싱 기법을 이용하여 검출한다. 스펙트럼 센싱을 위한 매크로 기지국으로부터 마이크로 단말까지의 링크들은 점선으로 표시되었다. 각각의 매크로 셀 자원은 주파수 영역에서 분리되어 있기 때문에 각각의 주파수 자원에서 각 마이크로 단말에게 서로 다른 SNR값을 가지게 한다.

제 2 시나리오에서의 마이크로 기지국과 마이크로 단말의 동작은 제 1 시나리오 경우와 비교하여 유사하다. 마이크로 셀이 동작을 시작하기 전에, 마이크로 기지국은 마이크로 셀 초기화를 하면서 매크로 기지국으로부터 시스템 정보를 수집할 수 있다. 마이크로 기지국의 초기정보 획득 모듈(181)은 각 매크로 단말에 할당된 주파수 자원에서의 각 매크로 단말의 트래픽 정보( {λ _m } 및 {μ _m } ), 매크로 기지국으로부터의 신호에 대해 각 마이크로 단말이 측정한 신호 대 잡음비(Signal to Noise Ratio, SNR) 정보(예를 들어, {

} ) 및 각 마이크로 단말로부터의 신호에 대해 각 마이크로 기지국에서 측정한 신호 대 잡음비 정보(예를 들어, {

} )를 수신할 수 있다. 다만, 제 1 시나리오에서와 차이점은, 매크로 셀이 하향링크이기 때문에, {

} 는 매크로 기지국으로부터의 신호에 대해 각 마이크로 단말이 측정한 신호 대 잡음비 정보라는 것이다. 각 주파수 자원은 주파수 선택적 페이딩 특성에 의한 영향 때문에 서로 다른 SNR 값을 가질 수 있다.

제 1 시나리오에서 설명한 바와 같이, 마이크로 기지국의 전송률 계산 모듈(182)은 초기정보 획득 모듈(181)이 수집한 정보인 {

} , {

} , 및 {

마이크로 기지국의 주파수 자원 결정 모듈(183)은 상기 계산된 전송률 정보를 이용하여 상기 각 마이크로 단말에게 할당할 주파수 자원을 결정할 수 있다. 마이크로 기지국의 주파수 자원 결정 모듈(183)은 매크로 기지국 등으로부터의 간섭량을 일정 수준으로 제한시키며, 전송률 계산 모듈(182)에서 계산한 전송률을 극대화할 수 있도록 각 마이크로 단말에게 할당할 주파수 자원을 결정할 수 있다.

이때, 주파수 자원 결정 모듈(183)은 상술한 바 있는 수학식 15에 나타낸 것과 같은 조건을 만족시킬 수 있도록 마이크로 단말에게 할당할 주파수 자원을 결정한다.

그 후, 마이크로 단말은 할당된 주파수 자원을 대상으로 스펙트럼 센싱을 수행하고 해당 매크로 단말의 신호가 검출되지 않으면 마이크로 단말 자신의 신호를 마이크로 기지국에게 전송한다. 이와 같은 과정으로 스펙트럼 센싱과 신호 전송을 반복하지만 환경 조건이 바뀌는 경우 최적화된 주파수 자원 할당에서 벗어날 수 있으므로, 주파수 자원 결정 모듈(183)은 SNR 행렬 {

} 과 {

} 을 갱신하여 다시 각 마이크로 단말에게 할당할 최적화된 주파수 자원을 결정할 필요가 있다. 이때, 주파수 자원 결정 모듈(183)은 SNR 행렬을 길게 또는 짧은 주기로 갱신할 수 있다. 예를 들어, TV White Space를 대상으로 하는 경우 각 TV 채널들의 상태 변동이 느린 특성을 가지고 있으므로 정보 갱신 주기는 길게 하고, 반대로, 각 단말들이 빠르게 움직이는 모바일 환경 등에서는 페이딩 특성이 빠르게 변하므로 이를 따라가기 위하여 정보 갱신 주기를 짧게할 필요가 있다. 이와 같이, 주파수 자원 결정 모듈(183)은 단말이나 사용자 기기들의 환경 조건에 맞는 주기로 SNR 행렬 {

} 과 {

} 을 갱신할 수 있다.

또한, 본 발명의 제 2 시나리오에 따른 마이크로 기지국과 마이크로 단말에서의 수행 과정은 도 8에서 도시한 바와 같은 제 1 시나리오에서의 수행 과정과 동일하다.

＜제 3 시나리오: 매크로 셀 상향링크-마이크로 셀 하향링크＞

도 10은 계층적 셀 구조에서 제 3 시나리오에 따라, 매크로 셀은 상향링크로 동작하고, 마이크로 셀은 하향링크로 동작하는 경우의 신호 전달 관계를 나타낸 도면이다.

도 10을 참조하면, 계층적 셀 구조에, 일반적으로 M 개의 매크로 단말과 N 개의 마이크로 단말을 가정하지만, 도 10에서는 도 6과 마찬가지로 일 예로서 3개의 매크로 단말과 2개의 마이크로 단말이 존재한다고 가정하였다. 매크로 셀이 상향링크이므로, 각 매크로 단말은 매크로 기지국으로 상향링크 신호를 전송한다. 도 9에 도시한 바와 같이, 매크로 단말 1, 매크로 단말 2, 매크로 단말 3은 매크로 기지국에 자기 자신의 신호를 전송한다. 한편, 마이크로 셀은 하향링크이므로, 마이크로 기지국은 각 마이크로 단말로 하향링크 신호를 전송할 수 있다.

도 10에 도시한 바와 같이, 매크로 단말이 매크로 기지국에, 마이크로 기지국이 각 마이크로 단말에 전송하는 신호에 대한 링크는 실선으로 표시하였다. 매크로 단말들은 자신의 주파수 자원을 가지고 전송 시에 언제든 이용할 수 있지만 마이크로 기지국은 주파수 자원을 가지고 있지 않으므로 매크로 단말들이 사용하는 주파수 자원을 빌려 사용해야 한다. 따라서, 마이크로 기지국은 신호를 전송하기 전에 매크로 단말들로부터 오는 신호를 대상으로 하여 스펙트럼 센싱을 수행한다.

도 10의 예에 따르면, 마이크로 기지국은 매크로 단말1, 매크로 단말2, 매크로 단말3가 전송하는 신호를 스펙트럼 센싱 기법을 이용하여 검출한다. 스펙트럼 센싱을 위한 매크로 단말들로부터 마이크로 기지국까지의 링크들은 점선으로 표시하였다. 각각의 매크로 셀 주파수 자원은 주파수 영역에서 분리되어 있기 때문에, 각 주파수 자원은 각 마이크로 단말에게 서로 다른 SNR값을 가지게 한다.

본 발명의 제 3 시나리오에 따른 마이크로 기지국과 마이크로 단말의 동작은 제 1 시나리오 경우와 비교하여 유사하다.

마이크로 셀이 동작을 시작하기 전에, 마이크로 기지국은 마이크로 셀 초기화를 하면서 매크로 단말로부터 시스템 정보를 수집할 수 있다. 마이크로 기지국의 초기정보 획득 모듈(181)은 각 매크로 단말에 할당된 주파수 자원에서의 각 매크로 단말의 트래픽 정보( {λ _m } 및 {μ _m } ) 및 각 마이크로 기지국으로부터의 신호에 대해 각 마이크로 단말에서 측정한 신호 대 잡음비 정보(예를 들어, {

} )를 수신할 수 있다. 각 주파수 자원은 주파수 선택적 페이딩 특성에 의한 영향 때문에 서로 다른 SNR 값을 가질 수 있다.

} , {

} 및 {

} 를 이용하여 상기 수학식 12에서 정의된 것처럼 m 번째 매크로 단말이 전송하는 주파수 자원이 n 번째 마이크로 기지국에 의하여 스펙트럼 센싱 방식으로 공유되었을 경우 간섭량 제한 조건을 만족시킬 수 있는 전송률 C _m,n 을 계산할 수 있다. 제 3 시나리오의 경우에서는, 마이크로 셀이 하향링크로 동작하고, 마이크로 기지국이 스펙트럼 센싱과 주파수 자원 할당을 하게 되므로, 주파수 자원 할당 시에는 매크로 단말의 채널 사용 정보를 미리 알고 있다. 따라서, 마이크로 기지국에 의해 스펙트럼 센싱의 오류에 의한 효과는 고려하지 않을 수 있다.

상기 수학식 12인

에서 살펴보면, 전송률 계산 모듈(182)은 {

} , {

} 를 이용하여 상기

값을 구할 수 있다(즉,

값은 사전에 설정된 값일 수 있다. 이때, 마이크로 셀이 하향링크인 경우 스펙트럼 센싱 주체가 마이크로 기지국이기 때문에, 전송률 계산 모듈(182)은 오경보 확률

값을 구할 필요가 없다. 그리고, 전송률 계산 모듈(182)은 {

, 마이크로 단말의 채널 용량값을 이용하여 상기 수학식 13과 같이 각 마이크로 단말의 전송률을 계산할 수 있다.

마이크로 기지국의 주파수 자원 결정 모듈(183)은 상기 계산된 전송률 정보를 이용하여 상기 각 마이크로 단말에게 할당할 주파수 자원을 결정할 수 있다. 그리고, 다른 시나리오에서와 마찬가지로, 마이크로 기지국의 주파수 자원 결정 모듈(183)은 매크로 단말 등으로부터의 간섭량을 일정 수준으로 제한시키며, 전송률 계산 모듈(182)에서 계산한 전송률을 극대화할 수 있도록 각 마이크로 단말에게 할당할 주파수 자원을 결정할 수 있다. 이때, 주파수 자원 결정 모듈(183)은 상술한 바 있는 수학식 15에 나타낸 것과 같은 조건을 만족시킬 수 있도록 마이크로 단말에게 할당할 주파수 자원을 결정한다.

그 후, 마이크로 기지국은 할당된 주파수 자원을 대상으로 스펙트럼 센싱을 수행하고 해당 매크로 단말의 신호가 검출되지 않으면 자신의 신호를 마이크로 단말에게 전송한다. 이와 같은 과정으로 스펙트럼 센싱과 신호 전송을 반복하지만 환경 조건이 바뀌는 경우 최적화된 주파수 자원 할당에서 벗어날 수 있으므로, 주파수 자원 결정 모듈(183)은 SNR 행렬 {

} 을 갱신하여 다시 각 마이크로 단말에게 할당할 최적화된 주파수 자원을 결정할 필요가 있다. 그리고, 주파수 자원 결정 모듈(183)은 SNR 행렬을 길게 또는 짧은 주기로 갱신할 수 있다. 예를 들어, TV White Space를 대상으로 하는 경우 각 TV 채널들의 상태 변동이 느린 특성을 가지고 있으므로 정보 갱신 주기는 길게 하고, 반대로, 각 단말들이 빠르게 움직이는 모바일 환경 등에서는 페이딩 특성이 빠르게 변하므로 이를 따라가기 위하여 정보 갱신 주기를 짧게할 필요가 있다. 이와 같이, 주파수 자원 결정 모듈(183)은 단말이나 사용자 기기들의 환경 조건에 맞는 주기로 SNR 행렬 {

} 을 갱신할 수 있다.

도 11은 본 발명의 제 3 시나리오에 따라 마이크로 기지국에서의 주파수 자원 할당 과정을 도시한 흐름도이다.

도 11을 참조하면, 마이크로 기지국은 마이크로 셀 초기화를 하면서 매크로 단말의 시스템 정보(예를 들어, {

} , {

} , 및 {

} )를 수집할 수 있다(S1110). 그리고, 마이크로 기지국의 전송률 계산 모듈(182)은 수학식 9, 수학식 11, 수학식 13 등을 이용하여 마이크로 단말의 전송률을 계산한다(S1120). 그 후, 마이크로 기지국의 주파수 자원 결정 모듈(183)은 상기 계산된 전송률 정보를 이용하여 상기 각 마이크로 단말에게 할당할 주파수 자원을 결정할 수 있다(S1130). 이때, 결정된 주파수 자원에 대한 정보는 주파수 자원 할당 행렬 {x _m,n } 로 표현될 수 있다. 주파수 할당 모듈(184)은 각 마이크로 단말에게 x _m,n = 1 을 만족시키는 주파수 자원을 할당하고(S1140), 마이크로 기지국의 송신기(190)는 할당된 주파수 자원 정보(예를 들어, 주파수 자원 할당 행렬 형태일 수 있다)를 각 마이크로 단말에게 전송해 줄 수 있다(S1150).

그 후, 마이크로 기지국은 할당한 주파수 자원을 대상으로 스펙트럼 센싱을 수행한다(S1160). 스펙트럼 센싱 결과, 해당 매크로 기지국의 신호가 검출되지 않으면, 마이크로 기지국은 자신의 신호를 마이크로 단말에게 전송한다(S1170). 그리고, 마이크로 기지국의 주파수 자원 결정 모듈(183)은 SNR 행렬 {

} 를 갱신할 수 있다(S1180). 마이크로 기지국은 마이크로 단말이 더 전송할 데이터가 있는지 여부를 판단하고(S1190), 만약, 마이크로 단말이 더 전송할 데이터가 있다면, S1120 단계로 다시 돌아간다.

＜제 4 시나리오: 매크로 셀 하향링크-마이크로 셀 하향링크＞

도 12는 계층적 셀 구조에서 제 4 시나리오에 따라, 매크로 셀은 하향링크로 동작하고, 마이크로 셀도 하향링크로 동작하는 경우의 신호 전달 관계를 나타낸 도면이다.

도 12를 참조하면, 계층적 셀 구조에서 일반적으로 M 개의 매크로 단말과 N 개의 마이크로 단말을 가정하지만, 도 12에서는 도 6과 마찬가지로 일 예로서 3개의 매크로 단말과 2개의 마이크로 단말이 존재한다고 가정하였다. 매크로 셀이 하향링크이므로 매크로 기지국은 각 매크로 단말로 하향링크 신호를 전송한다. 도 11에 도시한 바와 같이, 매크로 기지국은 매크로 단말 1, 매크로 단말 2, 매크로 단말 3으로 각각 신호를 전송한다. 또한, 마이크로 셀도 하향링크이므로, 마이크로 기지국은 마이크로 단말 1과 마이크로 단말 2로 자신의 신호를 전송할 수 있다.

도 12에서, 매크로 기지국이 각 매크로 단말에게 그리고 마이크로 기지국이 각 마이크로 단말에 전송하는 자신의 신호에 대한 링크는 실선으로 표시하였다. 매크로 기지국은 자신의 주파수 자원을 가지고 전송 시에 언제든 이용할 수 있지만, 마이크로 기지국은 주파수 자원을 가지고 있지 않으므로 매크로 기지국이 사용하는 주파수 자원을 빌려서 사용하여야 한다. 따라서, 마이크로 기지국은 신호를 전송하기 전에 매크로 기지국으로부터 오는 신호를 대상으로 하여 스펙트럼 센싱을 수행한다. 마이크로 기지국은 매크로 기지국이 전송하는 신호를 스펙트럼 센싱 기법을 이용하여 검출할 수 있다. 마이크로 기지국의 스펙트럼 센싱을 위한 매크로 기지국으로부터 마이크로 기지국까지의 링크들은 점선으로 표시하였다.

마이크로 셀이 동작을 시작하기 전에, 마이크로 기지국은 마이크로 셀 초기화를 하면서 매크로 기지국으로부터의 시스템 정보를 수집할 수 있다. 마이크로 기지국은 마이크로 셀 초기화를 하면서 매크로 기지국으로부터 시스템 정보를 수집할 수 있다. 마이크로 기지국의 초기정보 획득 모듈(181)은 각 매크로 단말에 할당된 주파수 자원에서의 각 매크로 단말의 트래픽 정보( {λ _m } 및 {μ _m } ) 및 각 마이크로 기지국으로부터의 신호에 대해 각 마이크로 단말에서 측정한 신호 대 잡음비 정보(예를 들어, {

} )를 획득할 수 있다. 각 주파수 자원은 주파수 선택적 페이딩 특성에 의한 영향 때문에 서로 다른 SNR 값을 가질 수 있다.

} , {

} 및 {

} 를 이용하여 상기 수학식 12에서 정의된 것처럼 m 번째 매크로 단말이 전송하는 주파수 자원이 n 번째 마이크로 기지국에 의하여 스펙트럼 센싱 방식으로 공유되었을 경우 주어진 간섭량 제한 조건을 만족시키면서 낼 수 있는 전송률 C _m,n 을 계산할 수 있다. 제 4 시나리오의 경우에서도, 마이크로 셀은 하향링크로 동작하고 스펙트럼 센싱과 주파수 자원 할당을 하게 되므로, 주파수 자원 할당 시에는 매크로 단말의 채널 사용 정보를 미리 알고 있다. 따라서, 마이크로 기지국에 의한 스펙트럼 센싱의 오류 효과는 고려하지 않을 수 있다. 따라서, 제 3 시나리오에서와 마찬가지로, 전송률 계산 모듈(182)은 오경보 확률

값을 구할 필요가 없다. 그리고, 전송률 계산 모듈(182)은 계산된 매크로 단말의 전체 시간(유휴 기간과 전송 기간을 합친 시간) 중 유휴 기간의 비율을 의미하는

마이크로 기지국의 주파수 자원 결정 모듈(183)은 상기 계산된 전송률 정보를 이용하여 상기 각 마이크로 단말에게 할당할 주파수 자원을 결정할 수 있다. 그리고, 마이크로 기지국의 주파수 자원 결정 모듈(183)은 매크로 기지국 등으로부터의 간섭량을 일정 수준으로 제한시키며, 전송률 계산 모듈(182)에서 계산한 전송률을 극대화할 수 있도록 각 마이크로 단말에게 할당할 주파수 자원을 결정할 수 있다. 이때, 주파수 자원 결정 모듈(183)은 상술한 바 있는 수학식 15에 나타낸 것과 같은 조건을 만족시킬 수 있도록 마이크로 단말에게 할당할 주파수 자원을 결정한다.

그 후, 마이크로 기지국은 할당된 주파수 자원을 대상으로 스펙트럼 센싱을 수행하고 해당 매크로 기지국의 신호가 검출되지 않으면 자신의 신호를 마이크로 단말로 전송한다. 이와 같은 과정으로 스펙트럼 센싱과 신호 전송을 반복하지만 환경 조건이 바뀌는 경우 최적화된 주파수 자원 할당에서 벗어날 수 있으므로, 주파수 자원 결정 모듈(183)은 SNR 행렬 {

} 을 갱신할 수 있다.

또한, 본 발명의 제 4 시나리오에 따른 마이크로 기지국의 주파수 자원 할당 과정은 도 11에서 도시한 바와 같은 제 3 시나리오에서의 수행 과정과 동일하다.

이하에서는 본 발명에 따라 상기 제 1 내지 제 4 시나리오에서 제안하는 방식의 효용을 도 13 내지 도 15에서 수치적인 결과로 보이도록 한다. 공통적으로 다음과 같은 수치들을 고려한다. 주파수 자원의 대역폭은 1MHz 이며, n _D = 10samples , n _P = 100samples 를 가정한다. 또한, 모든 주파수 자원에 대하여 동일한 목표 검출 확률을 가정한다(예를 들어,

). 일정 수준 이상의 목표 검출 확률을 만족시킴으로써 매크로 단말의 전송을 보호할 수 있다. 마이크로 단말 신호에 대한 신호 대 잡음비(SNR)는

으로 가정한다. 서로 다른 주파수 자원 할당에 의한 변화를 모델링하기 위하여, 각 마이크로 단말이 겪는 매크로 단말 신호의 SNR은 균등 분포(Uniform distribution)을 따르고, 표준 편차

를 따른다고 가정하며, 트래픽 수치의 분포 역시 균등 분포이며 표준편차

를 가정한다. 한편, 매크로 단말의 트래픽 수치는 평균 유휴 주기 1/λ = 0.5 msec 와 평균 전송 주기 1/μ = 0.25 msec 를 가정한다. 이 경우에, 10000번의 반복을 통한 평균 결과를 구한다. 한편, M = N 을 가정한다.

도 13은 마이크로 단말에서 측정된 매크로 단말의 SNR과 합계 전송률(Sum throughput)의 관계를 도시한 도면이다.

도 13을 참조하면, 본 발명에서 제안된 방식을 적용한 경우와 기존 방식을 적용한 경우를 매크로 단말 신호의 SNR을 변화시키면서 합계 전송률을 나타내었다. 주파수 자원 개수는 N = 4 로 고정한다. 본 발명에서 제안한 방식에 의하면, 마이크로 단말은 매크로 단말에 대한 간섭을 기존과 동일하게 유지하면서 전송률을 극대화하기 위한 방향으로 주파수 자원 할당을 한다. 그러므로 모든 SNR 구간에서 제안된 방식이 기존 방식보다 더 높은 전송률을 보이는 것을 알 수 있다. 또한, SNR을 증가시킴으로 인하여 스펙트럼 센싱 성능의 향상으로 인한 합계 전송률이 증가하는 것을 확인할 수 있다.

도 14는 본 발명에서 제안된 방식을 적용한 경우와 기존 방식에 대하여 매크로 단말의 주파수 자원 개수(채널 개수)를 변화시키면서 합계 전송률을 나타낸 도면이다.

도 14에서 매크로 단말 신호의 SNR은 0 dB 로 고정한다. 본 발명에서 제안한 방식은 모든 주파수 자원 개수 영역에서 기존의 방식보다 더 높은 전송률을 보이는 것을 알 수 있다. 또한, 주파수 자원 개수가 높아질수록 성능 차이가 더 커지는 것을 알 수 있으며, 이는 주파수 자원이 많아질수록 특정 단말에게 유리한 주파수 자원이 생성될 확률이 커지기 때문이다.

도 15는 본 발명에서 제안한 방식을 적용한 경우에 매크로 단말의 패킷의 도착률 통계 또는 서비스율 통계와 관련된 트래픽 수치를 변화시키면서 합계 전송률을 도시한 도면이다.

도 15에서, 주파수 자원 개수는 N = 4 으로 고정한다. 매크로 단말의 도착률( λ )이 높아질수록 매크로 단말의 패킷 점유가 늘어나고, 그 결과 마이크로 단말의 사용 기회가 줄어들게 되므로 합계 전송률이 낮아진다. 또한, 매크로 단말의 서비스율( μ )이 높아질수록 매크로 단말 패킷 들의 주파수 자원 점유가 빨리 끝나므로, 마이크로 단말의 사용 기회가 늘어나게 되므로 합계 전송률이 높아진다.

본 발명에서 제안한 방법은 일반적인 계층적 셀 구조뿐만 아니라 IEEE 802.22 WRAN(Wireless regional area network)와 IEEE 802.11 TVWS(TV white space) 표준 등에도 적용될 수 있다. IEEE 802.22는 TV에서 사용되는 주파수 자원을 무선 인터넷용으로 재사용하기 위한 목적으로 제안되었다. IEEE 802.22 시스템에서, 각 사용자는 TV 채널에 맞추어 6 MHz 만큼의 대역폭을 사용하며, 특히 VHF의 5-15 채널과 UHF의 14-51 채널을 대상으로 한다. 따라서, 상기 제안된 방식에서 대역폭은 W = 6MHz 이 되며, 스펙트럼 센싱과 관련하여 2초의 센싱 기간을 가지게 되고 목표 검출 확률은 0.9를 만족시켜야 한다.

또한, 에너지 검출에 따르면, 목표 검출 확률이 높아질수록 오경보 확률이 높아지는 관계가 있기 때문에 목표 검출 확률 0.9를 만족시키는 최소한의 오경보 확률을 구하여 WRAN 사용자의 전송률을 극대화 하는 방향으로 한다. 추가적으로 TV 자원을 사용하는 일차 사용자(Primary user: Digital and analog TV, Wireless microphone)의 신호가 검출되는 경우 2초 안에 해당 채널을 비워주어야 한다. 또한, 한번 일차 사용자가 채널을 점유하게 되면 최소 10분 동안 해당 채널을 사용할 수 없다는 제한이 있다.

본 발명에서 제안된 방법은 IEEE 802.11 무선랜(Wireless LAN) 시스템에도 적용될 수 있다. IEEE 802.22 시스템에서는 TV 대역을 재사용하는 장치는 수십 Km에 이르는 큰 규모를 가지면서 사용자 밀도가 낮은(60 persons/km² 이하) 것에 적합한 전송 방식을 제안한다. 반면, 소규모 저전력 통신을 지향하는 WLAN 역시 TV 대역을 사용하기에 적합하다고 할 수 있으며, 이와 관련하여 IEEE 802.11 TVWS 표준이 제안되었으며 관련 연구가 활발하게 진행되고 있다.

그러므로 IEEE 802.11의 Listen-before-talk를 이용한 프로토콜인 DCF(Distributed coordination function)을 기반으로 한 CSMA(Carrier sensing multiple access) 방식을 스펙트럼 센싱에 응용할 수 있다. 본 발명에서 제안한 방법에 이러한 IEEE 802.11 기법을 적용하는 경우 TV 신호를 검출하기 위한 스펙트럼 센싱은 데이터 전송 단위인 MPDU(MAC Protocol Data Unit) 사이에 전송하지 않는 기간인 IFS(Interframe spacing) 기간 동안 이루어진다.

도 16은 IEEE 802.11 시스템에서 스펙트럼 센싱을 위하여 정의한 CR-IFS를 나타낸 도면이다.

도 16을 참조하면, 스펙트럼 센싱을 위하여 IEEE 802.11에서 기존 IFS와는 다르게 CR-IFS를 정의할 수 있다. 도 15에서 MPDU는 IEEE 802.11 시스템의 데이터 전송 단위이며, PHY HDR은 데이터 전송에 필요한 각종 신호들을 프리앰블 형태로 구성한 것이다. 데이터 전송 전에 CR-IFS 동안 스펙트럼 센싱을 실행하여 TV 신호가 검출되지 않으면 WLAN 단말은 DIFS를 거쳐서 CSMA/CA 기법을 이용하여 신호를 전송하고, SIFS(Shoft IFS) 후에 ACK 신호를 전송 받아 데이터 검증을 한다. 그리고 다중 TV 채널에 대하여 각 WLAN 단말 별로 채널 할당을 할 경우에 본 발명에서 제안한 방법을 사용한다.

이상에서 설명된 실시예들은 본 발명의 구성요소들과 특징들이 소정 형태로 결합된 것들이다. 각 구성요소 또는 특징은 별도의 명시적 언급이 없는 한 선택적인 것으로 고려되어야 한다. 각 구성요소 또는 특징은 다른 구성요소나 특징과 결합되지 않은 형태로 실시될 수 있다. 또한, 일부 구성요소들 및/또는 특징들을 결합하여 본 발명의 실시예를 구성하는 것도 가능하다. 본 발명의 실시예들에서 설명되는 동작들의 순서는 변경될 수 있다. 어느 실시예의 일부 구성이나 특징은 다른 실시예에 포함될 수 있고, 또는 다른 실시예의 대응하는 구성 또는 특징과 교체될 수 있다. 특허청구범위에서 명시적인 인용 관계가 있지 않은 청구항들을 결합하여 실시예를 구성하거나 출원 후의 보정에 의해 새로운 청구항으로 포함시킬 수 있음은 자명하다.

본 발명은 본 발명의 정신 및 필수적 특징을 벗어나지 않는 범위에서 다른 특정한 형태로 구체화될 수 있음은 당업자에게 자명하다. 따라서, 상기의 상세한 설명은 모든 면에서 제한적으로 해석되어서는 아니 되고 예시적인 것으로 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 첨부된 청구항의 합리적 해석에 의해 결정되어야 하고, 본 발명의 등가적 범위 내에서의 모든 변경은 본 발명의 범위에 포함된다.

Claims

계층적 셀 구조로 이루어진 이동통신 시스템에서 마이크로 기지국(Micro eNodeB)이 각 마이크로 단말(Micro UE)에게 주파수 자원을 할당하는 방법에 있어서,
각 매크로 단말(Macro UE) 또는 매크로 기지국(Macro eNodeB)에 할당된 주파수 자원에서의 상기 각 매크로 단말 또는 상기 매크로 기지국의 트래픽에 대한 정보와, 상기 각 매크로 단말 또는 상기 매크로 기지국으로부터의 신호에 대해 상기 각 마이크로 단말이 측정한 제 1 신호 대 잡음비(Signal to Noise Ratio, SNR) 정보와, 상기 각 마이크로 단말로부터의 신호에 대해 각 마이크로 기지국에서 측정한 제 2 신호 대 잡음비 정보를 획득하는 단계;
상기 획득한 트래픽 정보, 상기 제 1 신호 대 잡음비 정보 및 상기 제 2 신호 대 잡음비 정보를 이용하여 상기 각 마이크로 단말에서의 전송률을 계산하는 단계;
상기 계산된 전송률 정보를 이용하여 상기 각 마이크로 단말에게 할당할 주파수 자원을 결정하는 단계; 및
상기 결정된 주파수 자원을 상기 각 마이크로 단말에게 할당하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로 기지국의 주파수 할당 방법.
제 1항에 있어서,
상기 각 매크로 단말 또는 매크로 기지국의 트래픽 정보는, 상기 각 매크로 단말 또는 상기 매크로 기지국 패킷의 평균 도착율 정보( {λ _m } )와 평균 서비스율 정보( {μ _m } )를 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로 기지국의 주파수 할당 방법.
제 2항에 있어서,
상기 제 1 신호 대 잡음비 정보는 제 1 내지 제 M번째 주파수 자원에서의 상기 매크로 단말 또는 매크로 기지국으로부터의 신호에 대해 제 1 내지 제 N번째 마이크로 단말이 측정한 신호 대 잡음비 정보로서, M*N 크기의 행렬로 표현되는 것을 특징으로 하는 마이크로 기지국의 주파수 할당 방법.
제 3항에 있어서,
상기 제 2 신호 대 잡음비 정보는 상기 제 1 내지 제 M번째 주파수 자원에서의 제 1 내지 제 N번째 마이크로 단말의 신호로부터 측정된 신호 대 잡음비 정보로서, M*N 크기의 행렬로 표현되는 것을 특징으로 하는 마이크로 기지국의 주파수 할당 방법.
제 2항에 있어서,
상기 각 마이크로 단말에 대해 계산된 전송률은 상기 각 마이크로 단말에게 미치는 간섭량이 사전에 정의된 조건을 만족시키는 것을 특징으로 하는 마이크로 기지국의 주파수 할당 방법.
제 5항에 있어서,
상기 전송률을 계산하는 단계는,
상기 각 매크로 단말 또는 상기 매크로 기지국 패킷의 평균 도착율 정보( {λ _m } ) 및 평균 서비스율 정보( {μ _m } )와, 사전에 정의된 상기 각 매크로 단말의 전체 시간에 대한 실제 데이터 전송 시간의 비율값과, m 번째 주파수 자원이 상기 매크로 단말 또는 상기 매크로 기지국에 의해 점유되지 않아 비어있으며 n 번째 마이크로 단말이 스펙트럼 센싱을 통해 비어있음을 알고 있을 확률인 오경보가 일어나지 않을 확률과, 상기 m 번째 주파수 자원에 대하여 상기 n 번째 마이크로 단말의 스펙트럼 센싱이 성공하여 간섭 없이 신호를 전송하였을 경우 마이크로 단말이 낼 수 있는 채널 용량값을 이용하여 전송률을 계산하는 것을 특징으로 하는 마이크로 기지국의 주파수 할당 방법.
제 6항에 있어서,
상기 계산된 전송률은 다음 수학식 A와 같이 표현되는 것을 특징으로 하는 마이크로 기지국의 주파수 할당 방법:
[수학식 A]

여기서,
는 상기 매크로 단말 또는 상기 매크로 기지국의 전체 시간 중 유휴 기간의 비율로서 상기 각 매크로 단말 또는 상기 매크로 기지국 패킷의 평균 도착율 정보( {λ _m } )와 평균 서비스율 정보( {μ _m } )를 이용하여 계산되고, n _D 는 스펙트럼 센싱 슬롯 구간 n _P 는 샘플 구간으로
는 전체 시간에 대한 실제 데이터 전송 시간의 비율로 사전에 정의된 값이며,
는 오경보가 일어나지 않을 확률로서 상기 제 1 신호 대 잡음비 정보를 이용하여 계산되며, C _m,n 는 상기 채널 용량값으로서 상기 제 2 신호 대 잡음비 정보를 이용하여 계산되는 값이다.
제 7항에 있어서,
상기 유휴 기간의 비율은 상기 각 매크로 단말 또는 상기 매크로 기지국 패킷의 평균 도착율 정보( {λ _m } )와 평균 서비스율 정보( {μ _m } )를 이용하여 계산되는 것을 특징으로 하는 마이크로 기지국의 주파수 할당 방법.
제 7항에 있어서,
상기 오경보가 일어날 확률
는 상기 제 1 신호 대 잡음비 정보와, 상기 각 마이크로 단말의 스펙트럼 센싱을 수행하는 시간과, 상기 각 마이크로 단말 또는 마이크로 기지국 신호의 목표 검출 확률을 이용하여 계산되는 것을 특징으로 하는 마이크로 기지국의 주파수 할당 방법.
제 9항에 있어서,
상기 오경보가 일어날 확률
는 다음 수학식 B를 이용하여 계산되는 것을 특징으로 하는 마이크로 기지국의 주파수 할당 방법:
[수학식 B]

여기서, Q 함수는
와 같은 x에 대한 단조 감소함수로 표현되며, Q^-1는 Q의 역함수를 나타내고,
는 마이크로 단말 또는 마이크로 기지국 신호의 목표 검출 확률,
는 상기 제 1 신호 대 잡음비 정보를 나타낸다.
제 7항에 있어서,
상기 채널 용량 C _m,n 는 다음 수학식 C를 이용하여 계산되는 것을 특징으로 하는 마이크로 기지국의 주파수 할당 방법:
[수학식 C]

여기서 {
} 는 상기 제 2 신호 대 잡음비 정보를 나타낸다.
제 1항에 있어서,
상기 각 마이크로 단말에게 할당할 주파수 자원을 결정하는 단계는,
상기 마이크로 단말의 합계 전송률을 최대로 할 수 있는 주파수 자원을 결정하는 것을 특징으로 하는 마이크로 기지국의 주파수 할당 방법.
제 12항에 있어서,
상기 결정된 주파수 자원은 다음 수학식 D와 같이 계산되는 것을 특징으로 하는 마이크로 기지국의 주파수 할당 방법:
[수학식 D]

여기서
는 m 번째 주파수 자원이 n 번째 마이크로 단말에게 할당되는 모든 경우에 대한 합계 전송률을 나타내고,
조건은 각 마이크로 단말에게 최대 한 개의 주파수 자원만을 할당해 주어야 한다는 조건이며,
조건은 각 주파수 자원에 최대 하나의 마이크로 단말만 할당해 주어야 한다는 조건, 그리고 x _m,n ≥ 0 은 주파수 자원 할당은 할당 하거나( x _m,n = 1 ) 또는 할당하지 않거나( x _m,n = 0 )의 두 가지 경우만 만족시켜야 함을 의미한다.
제 12항에 있어서,
상기 할당할 주파수 자원 결정 단계에서,
상기 결정된 주파수 자원은 주파수 자원 행렬로 표현되며, 상기 주파수 자원 할당 행렬은 경매 알고리즘(auction algorithm) 또는 헝가리안 알고리즘(hungarian algorithm) 을 이용하여 계산되는 것을 마이크로 기지국의 주파수 할당 방법.
제 12항에 있어서,
상기 결정된 주파수 자원을 할당하는 단계는, 상기 결정된 1개의 주파수 자원은 1개의 상기 마이크로 단말에게만 할당하는 것을 특징으로 하는 마이크로 기지국의 주파수 할당 방법.
계층적 셀 구조로 이루어진 이동통신 시스템에서 각 마이크로 단말(Micro UE)에게 주파수 자원을 할당하는 마이크로 기지국(Micro eNodeB)에 있어서,
각 매크로 단말(Macro UE) 또는 매크로 기지국(Macro eNodeB)에 할당된 주파수 자원에서의 상기 각 매크로 단말 또는 상기 매크로 기지국의 트래픽에 대한 정보와, 상기 각 매크로 단말 또는 상기 매크로 기지국으로부터의 신호에 대해 상기 각 마이크로 단말이 측정한 제 1 신호 대 잡음비(Signal to Noise Ratio, SNR) 정보와, 상기 각 마이크로 단말로부터의 신호에 대해 각 마이크로 기지국에서 측정한 제 2 신호 대 잡음비 정보를 획득하는 초기정보 획득 모듈;
상기 획득한 트래픽 정보, 상기 제 1 신호 대 잡음비 정보 및 상기 제 2 신호 대 잡음비 정보를 이용하여 상기 각 마이크로 단말에서의 전송률을 계산하는 전송률 계산 모듈;
상기 계산된 전송률 정보를 이용하여 상기 각 마이크로 단말에게 할당할 주파수 자원을 결정하는 주파수 자원 결정 모듈; 및
상기 결정된 주파수 자원을 상기 각 마이크로 단말에게 할당하는 주파수 자원 할당 모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로 기지국.
제 16항에 있어서,
상기 각 매크로 단말 또는 매크로 기지국의 트래픽 정보는, 상기 각 매크로 단말 또는 상기 매크로 기지국 패킷의 평균 도착율 정보( {λ _m } )와 평균 서비스율 정보( {μ _m } )를 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로 기지국.
제 17항에 있어서,
상기 제 1 신호 대 잡음비 정보는 제 1 내지 제 M번째 주파수 자원에서의 상기 매크로 단말 또는 매크로 기지국으로부터의 신호에 대해 제 1 내지 제 N번째 마이크로 단말이 측정한 신호 대 잡음비 정보로서, M*N 크기의 행렬로 표현되는 것을 특징으로 하는 마이크로 기지국.
제 18항에 있어서,
상기 제 2 신호 대 잡음비 정보는 상기 제 1 내지 제 M번째 주파수 자원에서의 제 1 내지 제 N번째 마이크로 단말의 신호로부터 측정된 신호 대 잡음비 정보로서, M*N 크기의 행렬로 표현되는 것을 특징으로 하는 마이크로 기지국.
계층적 셀 구조로 이루어진 이동통신 시스템에서 마이크로 기지국(Micro eNodeB)이 각 마이크로 단말(Micro UE)에게 주파수 자원을 할당하는 방법에 있어서,
각 매크로 단말(Macro UE) 또는 매크로 기지국(Macro eNodeB)에 할당된 주파수 자원에서의 상기 각 매크로 단말 또는 상기 매크로 기지국의 트래픽에 대한 정보와 상기 마이크로 기지국이 전송한 신호에 대해 상기 각 마이크로 단말에서 측정한 신호 대 잡음비 정보를 획득하는 단계;
상기 획득한 트래픽 정보와 상기 신호 대 잡음비 정보를 이용하여 상기 각 마이크로 단말에서의 전송률을 계산하는 단계;
상기 계산된 전송률 정보를 이용하여 상기 각 마이크로 단말에게 할당할 주파수 자원을 결정하는 단계; 및
상기 결정된 주파수 자원을 상기 각 마이크로 단말에게 할당하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로 기지국의 주파수 할당 방법.
제 20항에 있어서,
상기 각 매크로 단말 또는 매크로 기지국의 트래픽 정보는, 상기 각 매크로 단말 또는 상기 매크로 기지국 패킷의 평균 도착율 정보( {λ _m } )와 평균 서비스율 정보( {μ _m } )를 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로 기지국의 주파수 할당 방법.
제 21항에 있어서,
상기 신호 대 잡음비 정보는 제 1 내지 제 M번째 주파수 자원에서의 상기 마이크로 기지국이 전송한 신호에 대해 제 1 내지 제 N번째 마이크로 단말이 측정한 신호 대 잡음비 정보로서, M*N 크기의 행렬로 표현되는 것을 특징으로 하는 마이크로 기지국의 주파수 할당 방법.
제 21항에 있어서,
상기 각 마이크로 단말에 대해 계산된 전송률은 상기 각 마이크로 단말에게 미치는 간섭량이 사전에 정의된 조건을 만족시키는 것을 특징으로 하는 마이크로 기지국의 주파수 할당 방법.
제 23항에 있어서,
상기 전송률을 계산하는 단계는,
상기 각 매크로 단말 또는 상기 매크로 기지국 패킷의 평균 도착율 정보( {λ _m } ) 및 평균 서비스율 정보( {μ _m } )와, 사전에 정의된 상기 각 매크로 단말의 전체 시간에 대한 실제 데이터 전송 시간의 비율값과, m 번째 주파수 자원에 대하여 n 번째 마이크로 단말의 스펙트럼 센싱이 성공하여 간섭 없이 신호를 전송하였을 경우 마이크로 단말이 낼 수 있는 채널 용량값을 이용하여 전송률을 계산하는 것을 특징으로 하는 마이크로 기지국의 주파수 할당 방법.
제 24항에 있어서,
상기 계산된 전송률은 다음 수학식 E와 같이 표현되는 것을 특징으로 하는 마이크로 기지국의 주파수 할당 방법:
[수학식 E]

여기서,
는 상기 매크로 단말 또는 상기 매크로 기지국의 전체 시간 중 유휴 기간의 비율로서 상기 각 매크로 단말 또는 상기 매크로 기지국 패킷의 평균 도착율 정보( {λ _m } )와 평균 서비스율 정보( {μ _m } )를 이용하여 계산되고, n _D 는 스펙트럼 센싱 슬롯 구간 n _P 는 샘플 구간으로
는 전체 시간에 대한 실제 데이터 전송 시간의 비율로 사전에 정의된 값이며, C _m,n 는 상기 채널 용량값으로서 상기 신호 대 잡음비 정보를 이용하여 계산되는 값이다.
제 25항에 있어서,
상기 채널 용량 C _m,n 는 다음 수학식 F를 이용하여 계산되는 것을 특징으로 하는 마이크로 기지국의 주파수 할당 방법:
[수학식 F]

여기서 {
} 는 상기 신호 대 잡음비 정보를 나타낸다.
제 20항에 있어서,
상기 각 마이크로 단말에게 할당할 주파수 자원을 결정하는 단계는,
상기 마이크로 단말의 합계 전송률을 최대로 할 수 있는 주파수 자원을 결정하는 것을 특징으로 하는 마이크로 기지국의 주파수 할당 방법.
제 27항에 있어서,
상기 결정된 주파수 자원은 다음 수학식 G와 같이 계산되는 것을 특징으로 하는 마이크로 기지국의 주파수 할당 방법:
[수학식 G]

여기서
는 m 번째 주파수 자원이 n 번째 마이크로 단말에게 할당되는 모든 경우에 대한 합계 전송률을 나타내고,
조건은 각 마이크로 단말에게 최대 한 개의 주파수 자원만을 할당해 주어야 한다는 조건이며,
조건은 각 주파수 자원에 최대 하나의 마이크로 단말만 할당해 주어야 한다는 조건, 그리고 x _m,n ≥0 은 주파수 자원 할당은 할당 하거나( x _m,n = 1 ) 또는 할당하지 않거나( x _m,n = 0 )의 두 가지 경우만 만족시켜야 함을 의미한다.
제 27항에 있어서,
상기 결정된 주파수 자원을 할당하는 단계는, 상기 결정된 1개의 주파수 자원은 1개의 상기 마이크로 단말에게만 할당하는 것을 특징으로 하는 마이크로 기지국의 주파수 할당 방법.
계층적 셀 구조로 이루어진 이동통신 시스템에서 각 마이크로 단말(Micro UE)에게 주파수 자원을 할당하는 마이크로 기지국(Micro eNodeB)에 있어서,
각 매크로 단말(Macro UE) 또는 매크로 기지국(Macro eNodeB)에 할당된 주파수 자원에서의 상기 각 매크로 단말 또는 상기 매크로 기지국의 트래픽에 대한 정보와 상기 마이크로 기지국이 전송한 신호에 대해 상기 각 마이크로 단말에서 측정한 신호 대 잡음비 정보를 획득하는 초기정보 획득 모듈;
상기 획득한 트래픽 정보와 상기 신호 대 잡음비 정보를 이용하여 상기 각 마이크로 단말에서의 전송률을 계산하는 전송률 계산 모듈;
상기 계산된 전송률 정보를 이용하여 상기 각 마이크로 단말에게 할당할 주파수 자원을 결정하는 주파수 자원 결정 모듈; 및
상기 결정된 주파수 자원을 상기 각 마이크로 단말에게 할당하는 주파수 자원 할당 모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로 기지국.
제 30항에 있어서,
상기 각 매크로 단말 또는 매크로 기지국의 트래픽 정보는, 상기 각 매크로 단말 또는 상기 매크로 기지국 패킷의 평균 도착율 정보( {λ _m } )와 평균 서비스율 정보( {μ _m } )를 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로 기지국.
제 31항에 있어서,
상기 신호 대 잡음비 정보는 제 1 내지 제 M번째 주파수 자원에서의 상기 마이크로 기지국이 전송한 신호에 대해 제 1 내지 제 N번째 마이크로 단말이 측정한 신호 대 잡음비 정보로서, M*N 크기의 행렬로 표현되는 것을 특징으로 하는 마이크로 기지국.
제 31항에 있어서,
상기 전송률 모듈은, 상기 각 마이크로 단말에 대해 계산된 전송률이 상기 각 마이크로 단말에게 미치는 간섭량이 사전에 정의된 조건을 만족시키도록 하는 것을 특징으로 하는 마이크로 기지국.
제 33항에 있어서,
상기 전송률 모듈은,
상기 각 매크로 단말 또는 상기 매크로 기지국 패킷의 평균 도착율 정보( {λ _m } ) 및 평균 서비스율 정보( {μ _m } )와, 사전에 정의된 상기 각 매크로 단말의 전체 시간에 대한 실제 데이터 전송 시간의 비율값과, m 번째 주파수 자원에 대하여 n 번째 마이크로 단말의 스펙트럼 센싱이 성공하여 간섭 없이 신호를 전송하였을 경우 마이크로 단말이 낼 수 있는 채널 용량값을 이용하여 전송률을 계산하는 것을 특징으로 하는 마이크로 기지국.
제 30항에 있어서,
상기 주파수 자원 결정 모듈은,
상기 마이크로 단말의 합계 전송률을 최대로 할 수 있는 주파수 자원을 결정하는 것을 특징으로 하는 마이크로 기지국.
제 35항에 있어서,
상기 주파수 자원 결정 모듈은 다음 수학식 H와 같이 계산하는 것을 특징으로 하는 마이크로 기지국:
[수학식 H]

여기서
는 m 번째 주파수 자원이 n 번째 마이크로 단말에게 할당되는 모든 경우에 대한 합계 전송률을 나타내고,
조건은 각 마이크로 단말에게 최대 한 개의 주파수 자원만을 할당해 주어야 한다는 조건이며,
조건은 각 주파수 자원에 최대 하나의 마이크로 단말만 할당해 주어야 한다는 조건, 그리고 x _m,n ≥ 0 은 주파수 자원 할당은 할당 하거나( x _m,n = 1 ) 또는 할당하지 않거나( x _m,n = 0 )의 두 가지 경우만 만족시켜야 함을 의미한다.
제 35항에 있어서,
상기 주파수 자원 할당 모듈은, 상기 결정된 1개의 주파수 자원은 1개의 상기 마이크로 단말에게만 할당하는 것을 특징으로 하는 마이크로 기지국.