KR101765127B1 - Apparatus and method for clustering for coordinated multi point ommunication in cellular communication system - Google Patents

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Abstract

본 발명은 셀룰러 통신 시스템에서 협력 통신을 위한 클러스터링 방법 및 장치에 관한 것으로서, 중앙 처리기에서 협력 통신을 위해 기지국을 클러스터링하는 방법은, 다수의 기지국에 대한 채널 상태 정보를 수집하는 과정과, 소정 수의 기지국들이 협력 통신하는 경우에 대한 캐패시티와 상기 소정 수의 기지국들이 단일 셀 통신하는 경우에 대한 캐패시티 간의 차이를 고려하여 클러스터를 구성하는 과정을 포함하여 시간 흐름에 따라 변화하는 사용자의 환경을 효율적으로 반영하여 클러스터를 구성할 수 있다.The present invention relates to a clustering method and apparatus for cooperative communication in a cellular communication system, and a method of clustering a base station for cooperative communication in a central processor includes collecting channel state information for a plurality of base stations, Comprising the steps of: constructing a cluster by considering a difference between a capacity for cooperative communication between base stations and a capacity for a single cell communication of the predetermined number of base stations; So that the cluster can be configured.

Description

셀룰러 통신 시스템에서 협력 통신을 위한 클러스터링 방법 및 장치{APPARATUS AND METHOD FOR CLUSTERING FOR COORDINATED MULTI POINT OMMUNICATION IN CELLULAR COMMUNICATION SYSTEM}[0001] APPARATUS AND METHOD FOR CLUSTERING FOR COORDINATED MULTI POINT OMMUNICATION IN CELLULAR COMMUNICATION SYSTEM [0002]

본 발명은 기지국 간의 협력이 가능한 셀룰러 통신 시스템에 관한 것으로서, 특히 기지국 간의 협력 통신을 위하여 클러스터를 구성하는 방법 및 장치에 관한 것이다.
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a cellular communication system capable of cooperation between base stations, and more particularly, to a method and apparatus for configuring a cluster for cooperative communication between base stations.

셀룰러 통신 환경에서 인접한 셀들이 동일한 주파수를 사용하는 경우, 셀 경계 영역에서의 간섭이 심각하게 발생될 수 있다. 이에 따라, 상기 셀룰러 통신 시스템에서는 셀 간 간섭을 감소시키면서 셀 경계의 용량을 향상하기 위한 다양한 방식이 제공되고 있다. 예를 들어, 셀 경계에 위치한 단말의 순간적인 채널 값 및 트래픽(Traffic) 상황을 고려하여 인접한 셀들이 협력하여 통신하는 협력 통신(CoMP: Coordinated Multi-Point) 방식이 제공되고 있다. If neighboring cells use the same frequency in a cellular communication environment, interference in the cell boundary region can be seriously generated. Accordingly, in the cellular communication system, various methods for improving cell boundary capacity while reducing inter-cell interference are being provided. For example, Coordinated Multi-Point (CoMP) scheme is provided in which neighboring cells cooperate in consideration of an instantaneous channel value and a traffic situation of a terminal located at a cell boundary.

상기 협력 통신 방식을 위해서는 협력 통신을 수행할 인접한 기지국들 간의 정보 공유가 필요하다. 그러나, 상기 기지국들 간에 정보를 공유하는 과정으로 인해 과부하, 지연 및 망 구축의 어려움 등과 같은 문제가 발생될 수 있다. 따라서, 최근에는 한정된 개수의 기지국 간에 협력 통신을 수행할 수 있도록 인접한 기지국들 간에 클러스터를 구성하는 방식에 대한 연구가 이루어지고 있다. For the cooperative communication scheme, it is necessary to share information between adjacent base stations to perform cooperative communication. However, the process of sharing information between the base stations may cause problems such as overload, delay, and difficulty in network construction. Therefore, in recent years, a method of forming a cluster between adjacent base stations so that cooperative communication can be performed between a limited number of base stations has been studied.

특히, 상기 클러스터 구성 방식은 크게 세 가지로 구분할 수 있다. 즉, 클러스터 구성 방식은 정적 클러스터링 방식, 전 영역 탐색(full-search) 기반의 동적 클러스터링 방식, 탐욕 탐색(greedy-search) 기반의 동적 클러스터링 방식으로 구분할 수 있다.In particular, the cluster configuration method can be roughly classified into three types. That is, the cluster configuration method can be classified into a static clustering method, a full-search based dynamic clustering method, and a greedy-search based dynamic clustering method.

상기 정적 클러스터링 방식은 초기에 인접한 기지국들을 클러스터로 구성하고, 상기 초기에 구성된 클러스터를 계속 유지하는 방식이다. 상기 정적 클러스터링 방식은 간편하고 신속하게 클러스터를 구성할 수 있지만, 클러스터 간의 간섭을 완벽하게 제거하기 어려우며, 클러스터 경계에 위치한 사용자가 간섭에 노출되어 성능이 저하될 확률이 높은 단점이 있다. 또한, 상기 정적 클러스터링 방식은 초기 클러스터를 계속 유지하기 때문에 시변하는 채널에 효율적이지 못하며, 다이버시티 이득을 얻을 수 없는 단점이 있다.The static clustering scheme is a scheme of initially configuring adjacent base stations as clusters and keeping the cluster initially configured. The static clustering scheme can easily and quickly construct clusters, but it is difficult to completely eliminate interference between clusters, and there is a high probability that a user located at a cluster boundary is exposed to interference and the performance is degraded. In addition, since the static clustering method keeps the initial cluster, it is not efficient for time-varying channels, and diversity gain can not be obtained.

상기 전 영역 탐색(full-search) 기반의 동적 클러스터링 방식(이하 '전 영역 탐색 방식'이라 칭함)은 중앙 처리 장치에서 시간에 따라 변하는 사용자 환경을 고려하여 클러스터를 구성하는 방식으로, 보다 자세하게는, 소정 주기마다 모든 기지국의 조합을 통해 얻을 수 있는 클러스터들 중에서 사용자의 데이터 전송 용량을 최대화하는 클러스터를 선택하는 방식이다. 상기 전 영역 탐색 방식은 최적의 성능을 낼 수 있으나, 모든 가능한 기지국 조합에 대하여 전송 용량을 계산해야하기 때문에, 복잡도가 매우 높고, 이에 따라 현실적으로 구현하기 어려운 문제점이 있다.The full-search-based dynamic clustering method (hereinafter, referred to as "all-region search method") is a method of configuring clusters in consideration of a user environment that varies with time in a central processing unit, And selects a cluster that maximizes a data transmission capacity of a user among clusters that can be obtained through a combination of all the base stations every predetermined period. However, since the transmission capacity needs to be calculated for all possible combinations of base stations, the entire area search scheme is very complex and difficult to implement realistically.

상기 탐욕 탐색(greedy-search) 기반의 동적 클러스터링 방식(이하 '탐욕 탐색 방식'이라 칭함)은 상기 전 영역 탐색 방식과 같이 중앙 처리 장치에서 시간에 따라 변하는 사용자 환경을 고려하여 클러스터를 구성하는 방식이나, 보다 자세하게는, 하나의 기지국을 선택한 후, 선택된 기지국과 협력했을 시 사용자의 데이터 전송 용량이 최대가 되는 기지국들을 선택하는 방식이다. 상기 탐욕 탐색 방식은 상기 전 영역 탐색 방식과 달리, 가능한 모든 기지국 조합을 고려하지 않음으로써, 복잡도를 감소시킬 수 있는 장점이 있으나, 적절한 클러스터를 구성하지 못하는 문제가 있다. 즉, 사용자 전송 용량은 협력을 통해 간섭을 줄여 증가할 수도 있으나, 각 사용자가 셀 중심에 위치해 있는 경우에도 증가할 수 있다. 따라서, 사용자의 전송 용량을 최대로 하는 기지국을 선택할 경우, 상기 사용자가 셀 중심에 위치한 기지국부터 선택하게 될 확률이 높으므로 비효율적인 클러스터를 구성하게 되는 문제점이 있다. The greedy-search-based dynamic clustering method (hereinafter referred to as a greedy search method) is a method of configuring clusters in consideration of a user environment that varies with time in a central processing unit as in the full area search method , More specifically, selects one base station and then selects a base station that maximizes the data transmission capacity of the user when cooperating with the selected base station. Unlike the full area search method, the greedy search method has the advantage of reducing the complexity by not considering all possible combinations of base stations, but it has a problem of not being able to construct an appropriate cluster. That is, the user transmission capacity may increase by reducing the interference through cooperation, but may also increase when each user is located at the cell center. Therefore, when selecting a base station that maximizes the transmission capacity of a user, there is a problem in that the user is likely to select a base station located at the center of the cell, thereby forming an inefficient cluster.

따라서, 시간에 따라 변화하는 사용자 환경을 고려하면서 기지국을 효율적으로 클러스터링할 수 있는 방식이 제공될 필요가 있다.
Therefore, it is necessary to provide a method of efficiently clustering base stations while considering a user environment changing with time.

본 발명은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위해 도출된 것으로서, 본 발명의 목적은 셀룰러 통신 시스템에서 기지국 간의 협력 통신을 위하여 클러스터를 구성하는 방법 및 장치를 제공함에 있다.It is an object of the present invention to provide a method and apparatus for configuring a cluster for cooperative communication between base stations in a cellular communication system.

본 발명의 다른 목적은 셀룰러 통신 시스템에서 협력에 따른 캐패시티 이득을 최대화하는 기지국들을 클러스터링하는 방법 및 장치를 제공함에 있다.It is another object of the present invention to provide a method and apparatus for clustering base stations that maximize capacity gain in cooperation in a cellular communication system.

본 발명의 또 다른 목적은 셀룰러 통신 시스템에서 서로 간의 간섭이 큰 기지국들을 클러스터링하는 방법 및 장치를 제공함에 있다.
It is still another object of the present invention to provide a method and an apparatus for clustering base stations with high interference between each other in a cellular communication system.

상술한 목적들을 달성하기 위한 본 발명의 제 1 견지에 따르면, 셀룰러 통신 시스템의 중앙 처리기에서 협력 통신을 위해 기지국을 클러스터링하는 방법은, 다수의 기지국에 대한 채널 상태 정보를 수집하는 과정과, 소정 수의 기지국들이 협력 통신하는 경우에 대한 캐패시티와 상기 소정 수의 기지국들이 단일 셀 통신하는 경우에 대한 캐패시티 간의 차이를 고려하여 클러스터를 구성하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 한다.According to a first aspect of the present invention, there is provided a method for clustered base stations for cooperative communication in a central processor of a cellular communication system, the method comprising: collecting channel state information for a plurality of base stations; And configuring a cluster by taking into consideration the difference between the capacity for the cooperative communication of the base stations and the capacity for the single cell communication of the predetermined number of base stations.

상술한 목적들을 달성하기 위한 본 발명의 제 2 견지에 따르면, 셀룰러 통신 시스템의 중앙 처리기에서 협력 통신을 위해 기지국을 클러스터링하는 장치는, 다수의 기지국에 대한 채널 상태 정보를 수집하는 채널 정보 수집부와, 소정 수의 기지국들이 협력 통신하는 경우에 대한 캐패시티와 상기 소정 수의 기지국들이 단일 셀 통신하는 경우에 대한 캐패시티 간의 차이를 고려하여 클러스터를 구성하는 기지국 클러스터링부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
According to a second aspect of the present invention, there is provided an apparatus for clustering base stations for cooperative communication in a central processor of a cellular communication system, comprising: a channel information collecting unit for collecting channel state information for a plurality of base stations; And a base station clustering unit for forming a cluster considering a difference between a capacity for a cooperative communication of a predetermined number of base stations and a capacity for a single cell communication of the predetermined number of base stations.

본 발명은 셀룰러 통신 시스템에서 협력에 따른 캐패시티 이득을 최대화하는 기지국들을 클러스터링하거나 서로 간의 간섭이 큰 기지국들을 클러스터링함으로써, 종래에 제공된 방식들에 비해 복잡도가 낮으면서도, 높은 성능을 얻을 수 있으며, 시간 흐름에 따라 변화하는 사용자의 환경을 효율적으로 반영하여 클러스터를 구성할 수 있는 효과가 있다.
The present invention can achieve high performance while clustering base stations that maximize the capacity gain due to cooperation in a cellular communication system or by clustering base stations with large interference between them, There is an effect that the cluster can be constituted by efficiently reflecting the environment of the user changing according to the flow.

도 1은 본 발명에 따른 셀룰러 통신 시스템에서 클러스터를 구성하기 위한 시스템 구성을 나타내는 도면,
도 2는 본 발명에 따른 셀룰러 통신 시스템에서 클러스터를 구성하여 협력 통신하는 간략한 절차를 도시하는 도면,
도 3은 본 발명에 따른 셀룰러 통신 시스템에서 기지국과 중앙 처리기의 블럭 구성을 도시하는 도면,
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 중앙 처리기에서 기지국 클러스터링부의 상세한 블럭 구성을 도시하는 도면,
도 5는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 중앙 처리기에서 기지국 클러스터링부의 상세한 블럭 구성을 도시하는 도면,
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 중앙 처리기의 클러스터링 절차를 도시하는 도면,
도 7은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 중앙 처리기의 클러스터링 절차를 도시하는 도면,
도 8은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 기지국 간 협력통신을 수행한 경우와 협력통신을 수행하지 않은 경우에 대한 간섭의 상관관계를 나타내는 도면,
도 9는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 기지국 간 협력통신을 수행한 경우와 협력통신을 수행하지 않은 경우에 대한 캐패시티 이득의 상관관계를 나타내는 도면,
도 10a 및 도 10b는 종래 기술에 따라 클러스터링한 경우와 본 발명에 따라 클러스터링한 경우에 대한 데이터 율을 나타내는 도면,
도 11a 및 도 11b는 종래 기술에 따라 클러스터링한 경우와 본 발명에 따라 클러스터링한 경우에 대한 에지 사용자의 데이터 율을 나타내는 도면, 및
도 12는 종래 기술에 따라 클러스터링한 경우와 본 발명에 따라 클러스터링한 경우에 대한 복잡도 및 성능을 나타내는 도면.
1 is a diagram showing a system configuration for configuring a cluster in a cellular communication system according to the present invention;
Figure 2 shows a simplified procedure for establishing a cluster and cooperating communication in a cellular communication system according to the present invention;
3 is a block diagram of a base station and a central processor in a cellular communication system according to the present invention;
4 is a detailed block diagram of a base station clustering unit in a central processor according to an embodiment of the present invention;
5 is a detailed block diagram of a base station clustering unit in a central processor according to another embodiment of the present invention;
6 is a diagram illustrating a clustering procedure of a central processor according to an embodiment of the present invention;
FIG. 7 illustrates a clustering procedure of a central processor according to another embodiment of the present invention; FIG.
FIG. 8 is a diagram illustrating a correlation between interference between base stations performing cooperative communication and non-cooperative communication according to another embodiment of the present invention; FIG.
9 is a diagram illustrating a correlation between a capacity gain for a case where the cooperative communication between the base stations is performed and a case where the cooperative communication is not performed according to another embodiment of the present invention;
FIGS. 10A and 10B are diagrams showing data rates for the case of clustering according to the conventional technique and the case of clustering according to the present invention,
FIGS. 11A and 11B are diagrams showing data rates of edge users in the case of clustering according to the conventional technique and the case of clustering according to the present invention, and FIGS.
Figure 12 shows the complexity and performance for a case of clustering according to the prior art and a case of clustering according to the present invention.

이하 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 설명한다. 그리고, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단된 경우 그 상세한 설명은 생략할 것이다. 또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. In the following description of the present invention, a detailed description of known functions and configurations incorporated herein will be omitted when it may make the subject matter of the present invention rather unclear. In addition, the terms described below are defined in consideration of the functions of the present invention, which may vary depending on the intention of the user, the operator, or the custom. Therefore, the definition should be based on the contents throughout this specification.

이하 본 발명에서는 셀룰러 통신 시스템에서 시간에 따라 변화하는 사용자의 채널 환경을 반영하여, 협력 통신을 수행하기 위한 기지국 클러스터를 구성하는 방법 및 장치에 관해 설명할 것이다.
Hereinafter, a method and an apparatus for configuring a base station cluster for performing cooperative communication by reflecting a channel environment of a user that changes with time in a cellular communication system will be described.

이하 본 발명에서는 다수의 기지국들이 협력 통신을 수행한 경우와, 상기 다수의 기지국들이 협력 통신을 하지 않고 단일 셀 통신을 사용하는 경우를 고려하여 상기 협력 통신을 수행하지 않는 경우에 비해 상기 협력 통신을 수행한 경우의 이득이 최대가 되는 기지국들을 선택하여 클러스터를 구성한다. In the present invention, the cooperative communication is performed in consideration of a case where a plurality of base stations perform cooperative communication and a case where the plurality of base stations do not perform cooperative communication and use single cell communication, And selects the base stations whose gain is maximized to construct a cluster.

특히, 이하 본 발명에서는 클러스터를 구성하는 두 가지 방식을 제안한다.In particular, the present invention proposes two methods of constituting clusters.

하나는, 다수의 기지국들이 협력 통신을 수행한 경우의 캐패시티와 상기 다수의 기지국들이 협력 통신을 수행하지 않는 경우의 캐패시티 차이가 최대가 되는 기지국들을 선택하여 클러스터를 구성하는 방식으로, 이하에서는 Max-CD(Max-Capacity Difference) 방식이라 칭한다.One is a method of constructing a cluster by selecting base stations whose capacity is greatest when a plurality of base stations perform cooperative communication and when the plurality of base stations do not perform cooperative communication, (Max-Capacity Difference) method.

다른 하나는, 두 기지국이 협력 통신을 수행한 경우의 캐패시티와 상기 두 기지국이 협력통신을 수행하지 않은 경우의 캐패시티 차이에 대해 비례 관계를 갖는 두 기지국 간의 간섭을 고려하여, 간섭이 큰 기지국들을 선택하여 클러스터를 구성하는 방식으로, 이하에서는 IW(Interference Weight) 방식이라 칭한다.
The other is to consider the interference between two base stations having a proportional relation to the capacity difference when two base stations perform cooperative communication and when the two base stations do not perform cooperative communication, (Hereinafter referred to as an " Interference Weight ") scheme.

먼저, 상기 클러스터를 구성하는 방식을 설명하기에 앞서 본 발명에 따른 셀룰러 통신 시스템에 대해 살펴보기로 한다.Before describing the method of configuring the cluster, a cellular communication system according to the present invention will be described.

도 1은 본 발명에 따른 셀룰러 통신 시스템에서 클러스터를 구성하기 위한 시스템 구성을 나타내고 있다. 여기서, 도시되지는 않았으나, 각각의 기지국은 신호가 수신되는 주변 모든 사용자들에 대한 채널 정보를 중앙 처리기로 전달한다, 즉, 본 발명에서는 중앙 처리기가 모든 채널 정보를 알고 있는 것으로 가정한다. 또한 본 발명은 클러스터 내의 모든 기지국들은 서로 간에 채널 정보 및 사용자의 데이터를 공유함을 가정한다. 1 shows a system configuration for configuring a cluster in a cellular communication system according to the present invention. Here, although not shown, each base station transmits channel information about all the nearby users to which the signal is received to the central processor. That is, it is assumed that the central processor knows all the channel information. It is also assumed that all base stations in the cluster share channel information and user data with each other.

상기 도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명은 N개의 셀이 존재하는 환경에서 각 기지국이 K명의 사용자를 지원하는 경우에, 상향링크에 대한 클러스터링 방식을 설명한다. 본 발명에서 각각의 클러스터는 B개의 기지국으로 구성됨으로써, 상기 각각의 클러스터는 총 BK명의 사용자를 포함한다. 이때, 상기 클러스터는 소정 시간마다 재구성된다. 본 발명에서는 각 기지국이 Nb개의 안테나를 포함하며, 각 사용자가 1개의 안테나를 포함하는 것을 가정한다. 또한, 각각의 클러스터는 선형 수신기를 이용하여 기지국 간 협력을 통해 사용자의 신호를 수신함을 가정한다. 여기서, 상기 선형 수신기는 ZF(Zero-Forcing) 수신기 및 MMSE(Minimum Mean-Square Error) 수신기와 같은 선형 수신기를 모두 포함하는 의미이다.As shown in FIG. 1, the present invention describes a clustering method for an uplink when each base station supports K users in an environment where there are N cells. In the present invention, each cluster is composed of B base stations, so that each cluster includes a total of BK users. At this time, the cluster is reconstructed every predetermined time. In the present invention, it is assumed that each base station includes N b antennas, and each user includes one antenna. It is also assumed that each cluster receives a user's signal through cooperation between the base stations using a linear receiver. Here, the linear receiver includes both a ZF (Zero-Forcing) receiver and a linear receiver such as a Minimum Mean-Square Error (MMSE) receiver.

그러면, 상기 중앙 처리기에서 각 기지국들을 클러스터링하기 위하여, 클러스터의 수신 신호에 대해 살펴보기로 한다.Then, in order to cluster each base station in the central processor, a received signal of the cluster will be described.

상기와 같은 가정에 따라, 클러스터 G의 수신 신호는 하기 수학식 1과 같이 나타낼 수 있다.According to the above assumption, the reception signal of the cluster G can be expressed by the following equation (1).

Figure 112011019390356-pat00001
Figure 112011019390356-pat00001

여기서, yG는 클러스터 G의 수신신호를 나타내며, HG는 클러스터 G에 속한 모든 기지국과 사용자 간의 채널을 나타내낸다. 여기서, 상기 HG는 BNb×BK의 크기를 가진다. 또한, 상기 sG는 클러스터 G에 속한 모든 사용자가 전송하는 신호를 나타내는 벡터이며, nG는 클러스터 G에 대한 BNb×1의 잡음 벡터를 나타낸다. 여기서, 상기 잡음벡터 nG는 각 성분이 독립적이고 평균이 0이며, 분산이 σ2 n인 정규 분포를 따른다. 또한, 상기

Figure 112011019390356-pat00002
는 상기 클러스터 G에 대한 다른 클러스터의 간섭을 나타낸다.Here, y G denotes a received signal of the cluster G, and H G denotes a channel between all base stations and users belonging to the cluster G. Here, H G has a size of BN b x BK. Also, s G is a vector representing a signal transmitted by all users belonging to the cluster G, and n G is a noise vector of BN b × 1 for the cluster G. Where the noise vector n G follows a normal distribution where each component is independent, the mean is zero, and the variance is σ 2 n . In addition,
Figure 112011019390356-pat00002
Represents the interference of the other cluster with respect to the cluster G.

상기 클러스터 G의 수신 신호를 선형 수신기를 이용하여 검파할 경우, 아래 수학식 2와 같이 나타낼 수 있다.When the reception signal of the cluster G is detected using a linear receiver, the following equation (2) can be obtained.

Figure 112011019390356-pat00003
Figure 112011019390356-pat00003

Figure 112011019390356-pat00004
Figure 112011019390356-pat00004

여기서, 상기 WG는 선형 수신기를 나타내며, HG는 클러스터 G에 속한 모든 기지국과 사용자 간의 채널을 나타내고, 상기 sG는 클러스터 G에 속한 모든 사용자가 전송하는 신호를 나타낸다. 또한, nG는 클러스터 G에 대한 BNb×1의 잡음 벡터를 나타내고, 상기

Figure 112011019390356-pat00005
는 상기 클러스터 G에 대한 다른 클러스터의 간섭을 나타낸다.Here, W G denotes a linear receiver, H G denotes a channel between all base stations and users belonging to the cluster G, and s G denotes a signal transmitted by all users belonging to the cluster G. N G denotes a noise vector of BN b × 1 for the cluster G,
Figure 112011019390356-pat00005
Represents the interference of the other cluster with respect to the cluster G.

상기 선형 수신기 WG가 아래 수학식 3과 같은 ZF(Zero-Forcing) 수신기임을 가정할 경우, 클러스터 G에 속한 기지국 b의 셀에 위치한 사용자 b(i)의 신호대 간섭 잡음비(SINR: Signal-to-Interference-plus-Noise-Ratio)은 아래 수학식 4와 같이 나타낼 수 있다.Signal-to-interference-noise ratio of the user b (i) b, located in the base station belonging to the cell, assuming that the linear receiver W G The equation (3) and ZF (Zero-Forcing) receiver, such as down, cluster G (SINR: Signal-to- Interference-plus-Noise-Ratio) can be expressed by Equation (4) below.

Figure 112011019390356-pat00006
Figure 112011019390356-pat00006

Figure 112011019390356-pat00007
Figure 112011019390356-pat00007

여기서, 상기 선형 수신기 WG를 사용함에 따라, 상기 클러스터 G에 속한 사용자 i의 신호는 1로 표현되고, 상기 클러스터 G에 속한 다른 사용자들의 신호는 모두 널링(nulling)된다.Here, with use of the linear receiver W G, a signal of user i belonging to the cluster is expressed by G 1, the signals of the other users who belong to the cluster G are both knurled (nulling).

따라서, 클러스터 G에 속한 기지국 b의 셀에 위치한 사용자 b(i)의 신호대 간섭 잡음비는 아래 수학식 5와 같이 간단하게 나타낼 수 있다.Therefore, the signal-to-interference noise ratio of the user b (i) located in the cell of the base station b belonging to the cluster G can be simply expressed by Equation (5) below.

Figure 112011019390356-pat00008
Figure 112011019390356-pat00008

여기서, 상기

Figure 112011019390356-pat00009
는 클러스터에 속한 기지국 b의 셀에 위치한 사용자 b(i)의 신호대 간섭 잡음비를 나타낸다.
Here,
Figure 112011019390356-pat00009
Represents the signal-to-interference noise ratio of the user b (i) located in the cell of the base station b belonging to the cluster.

이하에서는, 상술한 설명들을 바탕으로 본 발명에서 제안하는 두 가지 클러스터링 방식에 대해 상세히 설명할 것이다.Hereinafter, the two clustering methods proposed by the present invention will be described in detail based on the above description.

먼저, Max-CD(Max-Capacity Difference) 방식에 대해 살펴보기로 한다.First, a Max-Capacity Difference (Max-CD) method will be described.

상기 Max-CD 방식은 하기 수학식 6에 나타낸 바와 같이, 다수의 기지국들이 협력 통신을 수행한 경우의 캐패시티와 상기 다수의 기지국들이 협력 통신을 수행하지 않고 단일 셀 통신을 수행한 경우의 캐패시티 차이가 최대가 되도록 클러스터를 구성한다.As shown in Equation (6), the Max-CD scheme is a scheme in which the capacity when a plurality of base stations perform cooperative communication and the capacity when a plurality of base stations perform single cell communication without cooperative communication The cluster is configured to maximize the difference.

Figure 112011019390356-pat00010
Figure 112011019390356-pat00010

여기서, 상기 G는 B개의 기지국을 포함하는 클러스터를 나타내며, 상기 C(C)는 상기 B개의 기지국들이 협력통신을 수행하는 경우에 클러스터 G에 속한 사용자들의 캐패시티 합을 나타내며, 상기 C(N)은 상기 B개의 기지국들이 단일 셀 통신을 수행하는 경우에 클러스터 G에 속한 사용자들의 캐패시티 합을 나타낸다. 이하 설명에서는, 설명의 편의를 위해 상기 C(C)를 해당 기지국들이 협력 통신을 수행하는 경우의 캐패시티라 칭하며, C(N)를 해당 기지국들이 단일 셀 통신을 수행하는 경우의 캐패시티라 칭하기로 한다. (C) denotes a capacity sum of users belonging to the cluster G when the B base stations perform cooperating communication, and C (N) denotes a capacity sum of users belonging to the cluster G, Represents a capacity sum of users belonging to the cluster G when the B base stations perform single cell communication. In the following description, for convenience of description, the C (C) is referred to as a capacity when the corresponding base stations perform cooperative communication, and the C (N) is referred to as a capacity when the corresponding base stations perform single cell communication .

여기서, 상기 C(C)와 C(N)의 차이는 상기 수학식 5를 이용하여 하기 수학식 7과 같이 나타낼 수 있으며, 이를 이용하여 수학식 6을 정리하면 하기 수학식 8과 같이 나타낼 수 있다.Here, the difference between C (C) and C (N) can be expressed as Equation (7) using Equation (5 ) and Equation (6) can be summarized as Equation (8) .

Figure 112011019390356-pat00011
Figure 112011019390356-pat00011

Figure 112011019390356-pat00012
Figure 112011019390356-pat00012

Figure 112011019390356-pat00013
Figure 112011019390356-pat00013

상기 수학식 7 및 수학식 8에서, 상기

Figure 112011019390356-pat00014
는 클러스터에 속한 기지국들이 협력 통신하는 경우에 기지국 b의 셀에 위치한 사용자 b(i)의 신호대 간섭 잡음비를 나타내고, 상기
Figure 112011019390356-pat00015
는 클러스터에 속한 기지국들이 단일 셀 통신하는 경우에 기지국 b 셀에 위치한 사용자 b(i)의 신호대 간섭 잡음비를 나타낸다. 또한, 상기 Fb ,i는 단일 셀 통신 시 사용하는 선형 수신필터 Fb에서 i번째 사용자에게 해당하는 i번째 행 벡터를 나타내며, 상기 WG ,b(i)는 협력 통신 시 사용하는 선형 수신필터 WG에서 기지국 b에 속하는 i번째 사용자에 해당하는 행 벡터를 나타낸다. 또한, 상기 hβ(k),G는 기지국 β에 속하는 k번째 사용자와 클러스터 G에 속하는 모든 기지국 사이의 채널을 나타내는 BNb×1 벡터이며, hβ(k),b는 기지국 β에 속하는 k번째 사용자와 기지국 b사이의 채널을 나타내는 Nb×1 벡터이다.In the above Equations 7 and 8,
Figure 112011019390356-pat00014
Indicates a signal-to-interference noise ratio of a user b (i) located in a cell of the base station b when the base stations belonging to the cluster cooperatively communicate with each other,
Figure 112011019390356-pat00015
Denotes the signal-to-noise interference ratio of the user b (i) located in the cell b of the base station when the base stations belonging to the cluster perform single cell communication. In addition, F b , i denotes an i-th row vector corresponding to an i-th user in a linear reception filter F b used for single cell communication, and W G , b (i) denotes a linear reception filter W G denotes a row vector corresponding to the i-th user belonging to the base station b. In addition, the h β (k), G is a BN b × 1 vector representing the k-th user and the channels between all base stations that belong to the cluster G belonging to the base β, h β (k), b is a k belonging to the base station β Is an N b x 1 vector representing the channel between the ith user and the base station b.

즉, 상기 Max-CD 클러스터링 방식은 모든 기지국들에 대해 클러스터를 구성해야 하므로, 상기 모든 기지국들을 대상으로 하여 조합 가능한 모든 후보 클러스터를 생성한 후, 상기 수학식 8을 바탕으로 생성된 후보 클러스터 중에서 협력을 수행한 경우와 수행하지 않은 경우의 캐패시티 차이가 가장 큰 후보 클러스터를 선택하여, 선택된 후보 클러스터를 최종 클러스터로 결정한다. 이후, 상기 Max-CD 클러스터링 방식은 최종 클러스터에 포함되지 않은 남은 기지국들을 대상으로 하여 조합 가능한 모든 후보 클러스터를 재생성하고, 상기 수학식 8을 바탕으로 상기 생성된 후보 클러스터 중에서 협력을 수행한 경우와 수행하지 않은 경우의 캐패시티 차이가 가장 큰 후보 클러스터를 선택하여, 선택된 후보 클러스터를 최종 클러스터로 결정하는 방식을 반복적으로 수행하여 모든 기지국들을 클러스터링한다. 여기서, 이러한 클러스터링 방식을 직·병렬 혼합 탐색이라 칭할 수 있다.That is, since the Max-CD clustering scheme is required to form a cluster for all base stations, all the candidate clusters capable of being combined with all of the base stations are generated, and then the candidate clusters generated based on Equation (8) The candidate cluster having the largest capacity difference is selected, and the selected candidate cluster is determined as the final cluster. The Max-CD clustering scheme regenerates all possible candidate clusters with respect to the remaining base stations not included in the final cluster, and performs cooperation among the generated candidate clusters based on Equation (8) The candidate cluster having the largest capacity difference is selected, and the selected candidate cluster is determined as the final cluster, so that all the base stations are clustered. Here, such a clustering method can be called a serial-parallel hybrid search.

상기와 같은 Max-CD 방식은 채널 환경이 좋은 셀의 사용자는 협력 통신하는 경우의 캐패시티는 크지만, 캐패시티 이득은 작다는 점에 착안하여 고안된 것으로서, 환경이 좋지 않은 셀에 유리하게 클러스터를 구성하여, 채널 환경이 좋지 않은 사용자들의 통신 성능을 개선할 수 있는 효과를 얻을 수 있다.
The Max-CD scheme is designed in consideration of the fact that the capacity of a cell in a cell having a good channel environment is large when a cooperative communication is performed, but the capacity gain is small. In the Max-CD scheme, So that the communication performance of users with poor channel environment can be improved.

다음으로, IW(Interference Weight) 방식에 대해 살펴보기로 한다.Next, the IW (Interference Weight) method will be described.

상기 IW 방식은 하기 수학식 7에 나타낸 바와 같이, 두 기지국이 협력 통신을 수행한 경우의 캐패시티와 상기 두 기지국이 협력통신을 수행하지 않은 경우의 캐패시티 차이에 대해 비례 관계를 갖는 두 기지국 간의 간섭을 고려하여, 간섭이 큰 기지국들을 선택하여 클러스터를 구성한다. 즉, 상기 IW 방식은 상기 Max-CD 방식이 종래에 제공된 클러스터링 방식들에 비해 성능을 향상시킬 수 있는 장점이 있으나, 기지국들의 모든 조합을 고려해야함으로 인해 복잡도가 증가하는 문제점이 있어, 상기 Max-CD 방식의 복잡도를 줄이면서 높은 성능을 유지하기 위해 고안된 방식이다. 따라서, 상기 IW 방식 역시 다수의 기지국들이 협력 통신하는 경우와 협력 통신하지 않는 경우의 캐패시티 차이가 최대가 되도록 하는 것을 목표로 한다.As shown in Equation (7), the IW scheme is a scheme in which the capacity between two base stations performing cooperative communication and the capacity between two base stations having a proportional relationship with a capacity difference when the two base stations do not perform cooperative communication Considering the interference, the base stations having large interference are selected to constitute a cluster. That is, although the IW scheme has an advantage that the Max-CD scheme can improve the performance compared to the clustering schemes conventionally provided, there is a problem that complexity increases due to consideration of all combinations of base stations. It is designed to maintain high performance while reducing the complexity of the method. Therefore, the IW scheme also aims to maximize the difference in capacity between a case where a plurality of base stations perform cooperative communication and a case where cooperative communication is not performed.

상기 IW 방식은 모든 기지국들의 조합을 고려하지 않고, 두 개의 기지국을 고려한다. 즉, 상기 IW 방식은 두 개의 기지국이 협력 통신하는 경우와 협력 통신하지 않는 경우의 캐패시티 차이를 고려하여, 상기 캐패시티 차이와 비례 관계를 갖는 두 기지국 간의 간섭을 바탕으로 클러스터를 구성한다.The IW scheme considers two base stations without considering the combination of all base stations. That is, the IW scheme forms a cluster based on the interference between the two base stations having a proportional relationship with the capacity difference, taking into consideration the capacity difference in case of cooperative communication between two base stations and in case of no cooperative communication.

하기 수학식 9는 두 개의 기지국이 협력 통신하는 경우의 캐패시티와 협력 통신하지 않는 경우의 캐패시티 간의 차이를 나타낸다.Equation (9) represents the difference between the capacity when two base stations cooperate with each other and the capacity when there is no cooperative communication.

Figure 112011019390356-pat00016
Figure 112011019390356-pat00016

Figure 112011019390356-pat00017
Figure 112011019390356-pat00017

상기 수학식 9는, 실제 환경에서 사용자의 SINR이 1보다 큰 경우가 대부분이므로, 상기 사용자 SINR이 1보다 큰 값을 가짐을 가정하여 간략화한 것이다. 여기서, 상기 b1과 b2는 두 개의 기지국 각각을 나타낸다.Equation (9) is a simplification on the assumption that the SINR of the user is larger than 1 in the actual environment, and thus the SINR of the user has a value larger than 1. Here, b1 and b2 represent two base stations, respectively.

상기 수학식 9에서 나타낸 분자 부분을 클러스터에 속한 셀과 속하지 않은 셀로 나누어 표현하면, 하기 수학식 10과 같이 나타낼 수 있다. The numerator part shown in Equation (9) can be expressed by dividing the cell belonging to the cluster and the cell belonging to the cluster into Equation (10).

Figure 112011019390356-pat00018
Figure 112011019390356-pat00018

여기서, 상기

Figure 112011019390356-pat00019
는 기지국 b1과 기지국 b2가 협력 통신을 하지 않는 경우에 상기 기지국 b1과 기지국 b2가 아닌 다른 기지국에 속한 사용자들로부터의 간섭을 나타내며, 상기
Figure 112011019390356-pat00020
는 상기 기지국 b1과 기지국 b2가 협력 통신을 하는 경우에 상기 기지국 b1과 기지국 b2가 아닌 다른 기지국에 속한 사용자들로부터의 간섭을 나타낸다. 여기서, 도 8을 참조하면, 상기 두 가지의 간섭은 서로 비례하여 증가하는 알 수 있다. 여기서, 상기 도 8은 상기 두 기지국이 협력통신을 수행하는 경우에 다른 기지국들로부터의 간섭(Other Cell Interference with cooperation)과 상기 두 기지국이 협력통신을 수행하지 않는 경우에 다른 기지국들로부터의 간섭(Other Cell Interference without cooperation)을 나타낸다.Here,
Figure 112011019390356-pat00019
Indicates interference from users belonging to base stations other than the base station b1 and the base station b2 when the base station b1 and the base station b2 do not cooperate with each other,
Figure 112011019390356-pat00020
Indicates interference from users belonging to base stations other than the base station b1 and the base station b2 when the base station b1 and the base station b2 perform cooperative communication. Referring to FIG. 8, it can be seen that the two types of interference increase in proportion to each other. FIG. 8 is a diagram illustrating an example of a case where the two base stations perform cooperative communication with each other, and in the case where the two base stations do not perform cooperative communication, interference from other base stations Other Cell Interference without cooperation.

여기서, 도 9를 참조하면, 상기 두 기지국이 협력 통신을 수행하지 않는 경우에 기지국 b1이 기지국 b2로부터 받는 간섭

Figure 112011019390356-pat00021
은 상기 두 기지국이 협력 통신을 수행한 경우의 캐패시티와 상기 두 기지국이 협력 통신을 수행하지 않는 경우의 캐패시티 간의 차이를 나타내는 캐패시티 이득에 따라 증가하는 것을 알 수 있다. 즉, 두 기지국 간의 간섭이 커질수록 두 기지국에 대한 캐패시티 이득이 커지는 특징이 있다. Here, referring to FIG. 9, when the two base stations do not perform cooperative communication, when the interference between the base station b1 and the base station b2
Figure 112011019390356-pat00021
Is increased according to the capacity gain indicating the difference between the capacity when the two base stations perform cooperative communication and the capacity when the two base stations do not perform cooperative communication. That is, as the interference between the two base stations increases, the capacity gain for the two base stations increases.

따라서, 본 발명에서는 이러한 특징을 이용하여 두 기지국 간의 간섭을 고려하여 클러스터를 구성한다. 이를 위해, 본 발명에서는 두 기지국이 서로 주고 받는 간섭과 수신필터를 통과한 잡음의 크기를 고려하여 하기 수학식 11과 같이 간섭 가중치를 설정하고, 상기 간섭 가중치가 큰 기지국들을 클러스터링한다.Accordingly, in the present invention, a cluster is configured by considering the interference between two base stations using this feature. To this end, in the present invention, the interference weights are set according to the following Equation (11) in consideration of the interference between the two base stations and the noise passed through the reception filter, and the base stations having the large interference weights are clustered.

Figure 112011019390356-pat00022
Figure 112011019390356-pat00022

여기서, 상기 Fb ,i는 기지국 b에서 사용하는 선형 수신필터 Fb에서 i번째 사용자에 해당하는 i번째 행벡터를 나타내며, Wb1는 협력통신시 사용하는 선형 수신필터 Wbi에서 기지국 b1에 속하는 i번째 사용자에 해당하는 행벡터를 나타낸다. 또한, hb2 (k), b1 은 기지국 b1에 속하는 k번째 사용자와 기지국 b2 사이의 채널을 나타낸다.Here, the F b, i are in the linear receive filter F b used by the base station b denotes the i-th row vector corresponding to the i th user, W b1 is i belonging to the base station b1 in the linear receive filter W bi used when cooperative communication Represents the row vector corresponding to the ith user. Also, h b2 (k), b1 represents a channel between the k-th user and the base station b2 belonging to the base station b1.

즉, 상기 IW 방식은 상기 수학식 11과 같이 두 기지국의 캐패시티 이득에 따라 증가하는 간섭 가중치를 이용하여 각 기지국들을 클러스터링한다. 보다 자세하게는, 상기 IW 방식은 모든 기지국들 중 기준이 되는 하나의 기지국을 선택한 후, 상기 기준 기지국과의 간섭 가중치가 가장 크게 계산되는 소정 수의 기지국들을 선택하여 클러스터를 구성한다. 이후, 상기 IW 방식은 상기 클러스터에 포함되지 않은 남은 기지국들 중에서 다시 하나의 기지국을 선택한 후, 선택된 기준 기지국과의 간섭 가중치가 가장 크게 계산되는 소정 수의 기지국들을 선택하여 클러스터를 구성하는 방식을 반복적으로 수행하여 모든 기지국들을 클러스터링한다. 여기서, 이러한 클러스터링 방식을 직접적 탐색이라 칭할 수 있다. 여기서, 상기 클러스터의 기준이 되는 기지국 선택 방식은 임의의 기지국을 선택하는 방식을 이용할 수도 있으며, 채널 환경이 좋지 않은 기지국을 우선적으로 선택하는 방식 즉, 기지국과 사용자 간의 채널 고유값의 합을 비교하여 그 값이 가장 작은 기지국을 선택하는 방식을 이용할 수도 있을 것이다. 상기 임의의 기지국을 선택하는 방식은 각 기지국 간의 형평성을 보장해줌으로써, 모든 사용자가 공평하게 이용할 수 있으며, 상기 환경이 좋지 않은 기지국을 우선적으로 선택하는 방식은 셀 경계에 위치한 성능이 좋지 않은 사용자를 먼저 고려하여 클러스터를 구성하기 때문에 셀 경계 사용자의 성능을 향상시킬 수 있는 이점이 있다.
That is, the IW scheme clusters each base station using an interference weight that increases according to the capacity gains of the two base stations, as shown in Equation (11). More specifically, the IW scheme selects a base station as a reference among all the base stations, and then configures a cluster by selecting a predetermined number of base stations whose interference weights with respect to the reference base station are the largest calculated. Thereafter, the IW scheme selects a base station again from the remaining base stations not included in the cluster, and selects a predetermined number of base stations whose interference weights with the selected reference base station are the largest calculated, To cluster all base stations. Here, such a clustering method can be referred to as a direct search. Herein, the base station selection method as a reference of the cluster may use a method of selecting an arbitrary base station. In a method of preferentially selecting a base station having a poor channel environment, that is, a sum of channel eigenvalues between a base station and a user is compared A method of selecting a base station having the smallest value may be used. The method of selecting an arbitrary base station can guarantee fairness among the base stations so that all users can use it fairly. In a method of preferentially selecting a base station having a poor environment, It is advantageous to improve the performance of cell boundary users.

상술한 바와 같이, 본원 발명에서는 중앙 처리기에서 Max-CD 방식과 IW 방식 중 어느 하나를 이용하여 클러스터링을 수행한다.As described above, in the present invention, the central processor performs clustering using either the Max-CD scheme or the IW scheme.

그러면, 이하에서는 상기 중앙 처리기에서 클러스터링을 수행하는 시스템 구성과 상기 중앙 처리기의 구성 및 동작에 대해 상세하게 살펴보기로 한다.
Hereinafter, the system configuration for performing clustering in the central processor and the configuration and operation of the central processor will be described in detail.

도 2는 본 발명에 따른 셀룰러 통신 시스템에서 클러스터를 구성하여 협력 통신하는 간략한 절차를 도시하고 있다. 여기서는, 설명의 편의를 위해 두 개의 기지국과 각각의 기지국에 속한 두 개의 단말을 도시하였으나, 상기 셀룰러 통신 시스템에는 둘 이상의 기지국이 포함되며, 상기 기지국에는 다수의 단말이 포함되는 것은 당연하다. 또한, 이하 설명되는 도 2의 절차는 시간에 따라 변화하는 사용자의 채널 환경을 고려하기 위해, 소정 주기마다 반복하여 수행될 것이다.2 shows a simplified procedure for establishing a cluster and cooperating communication in a cellular communication system according to the present invention. Here, although two base stations and two terminals belonging to each base station are illustrated for convenience of explanation, it is natural that the cellular communication system includes two or more base stations and a plurality of terminals are included in the base station. In addition, the procedure of FIG. 2 to be described below will be repeatedly performed at predetermined intervals in order to consider the channel environment of the user which changes with time.

상기 도 2를 참조하면, 기지국 1(202)과 기지국 2(206)는 210단계에서 자신의 셀 영역 및 인접 셀 영역에 존재하는 단말들로부터 수신되는 기준 신호(Reference Signal)을 이용하여 상기 단말들에 대한 채널을 추정하고, 212단계로 진행하여 추정된 채널 정보를 포함하는 채널 상태 정보를 중앙 처리기(204)로 전송한다.Referring to FIG. 2, in step 210, the BS 1 202 and the BS 206 transmit a reference signal, which is received from MSs existing in a cell region and a neighboring cell region, And proceeds to step 212 to transmit the channel state information including the estimated channel information to the central processor 204. [

그러면, 상기 중앙 처리기(204)는 214단계에서 상기 기지국 1(202), 기지국 2(206) 및 그 외 다수 기지국들(미도시)로부터 수신된 채널 상태 정보를 바탕으로 소정 수의 기지국들이 협력 통신을 수행하는 경우와 협력 통신을 수행하지 않고 단일 셀 통신을 수행하는 경우의 캐패시티 차이를 고려하여 상기 기지국 1(202), 기지국 2(206) 및 그 외 다수 기지국들(미도시)에 대한 클러스터링을 수행한다. 여기서, 상기 중앙 처리기는 Max-CD 방식 혹은 IW 방식을 이용하여 상기 기지국들에 대한 클러스터링을 수행할 수 있다.In step 214, the central processor 204 determines whether a predetermined number of base stations are cooperating with each other based on the channel state information received from the first base station 202, the second base station 206 and a plurality of other base stations (not shown) (Not shown) in consideration of a difference in capacity when performing single cell communication without performing cooperative communication with the base station 1 202, the base station 2 206, and other multiple base stations . Here, the central processor can perform clustering on the BSs using a Max-CD scheme or an IW scheme.

이후, 상기 중앙 처리기(204)는 216단계에서 클러스터링 정보와 수신필터 정보를 상기 기지국 1(202), 기지국 2(206) 및 그 외 다수 기지국들(미도시)로 전송한다. 여기서, 상기 클러스터링 정보는 각 기지국이 속한 클러스터와 동일한 클러스터에 속한 다른 기지국들의 정보를 포함할 수 있다.In step 216, the central processor 204 transmits the clustering information and the reception filter information to the first base station 202, the second base station 206, and a plurality of other base stations (not shown). Here, the clustering information may include information of other base stations belonging to the same cluster as the cluster to which each base station belongs.

이후, 상기 기지국 1(202)에 속한 단말 1(200) 및 상기 기지국 2(206)에 속한 단말 2(208)가 218단계에서 상향링크 신호를 전송하는 경우, 상기 클러스터링 정보를 수신한 기지국 1(202) 및 기지국 2(206)는 자신의 클러스터에 속한 다른 기지국들과 협력하여 상기 단말 1(200) 및 단말 2(208)의 신호를 검출한다.
When the first UE 200 belonging to the first BS 202 and the second BS 208 belonging to the second BS 206 transmit the uplink signals in step 218, 202 and 206 detect signals of the first terminal 200 and the second terminal 208 in cooperation with other base stations belonging to the cluster.

도 3은 본 발명에 따른 셀룰러 통신 시스템에서 기지국과 중앙 처리기의 블럭 구성을 도시하고 있다.3 shows a block configuration of a base station and a central processor in a cellular communication system according to the present invention.

상기 도 3을 참조하면, 다수의 기지국들(300-1 내지 300-N) 각각은 채널 추정부(302), 협력 기반의 신호 검출부(304) 및 송수신부(306)를 포함하여 구성되며, 상기 중앙 처리기(350)는 송수신부(352), 채널 정보 수집부(354) 및 기지국 클러스터링부(356)를 포함하여 구성된다.3, each of the plurality of base stations 300-1 to 300-N includes a channel estimation unit 302, a cooperative signal detection unit 304, and a transmission / reception unit 306, The central processor 350 includes a transmitting / receiving unit 352, a channel information collecting unit 354, and a base station clustering unit 356.

먼저, 상기 다수의 기지국들(300-1 내지 300-N)의 구성을 살펴보면, 상기 채널 추정부(302)는 상기 송수신부(306)를 통해 수신되는 단말들의 기준 신호를 이용하여 해당 단말들에 대한 채널을 추정하고, 채널 추정 결과를 나타내는 채널 상태 정보를 상기 송수신부(306)와 상기 협력 기반의 신호 검출부(304)로 제공한다.First, the configuration of the plurality of base stations 300-1 to 300-N will be described. The channel estimator 302 estimates a channel quality of a corresponding terminal by using a reference signal of the terminals received through the transceiver 306 And provides the channel state information indicating the channel estimation result to the transceiving unit 306 and the cooperative-based signal detecting unit 304. [

상기 협력 기반의 신호 검출부(304)는 상기 송수신부(306)로부터 클러스터링 정보와 수신필터 정보를 제공받고, 상기 클러스터링 내에 속한 다른 기지국들과 협력하여 단말의 신호를 검출하기 위한 기능을 수행한다. 여기서, 상기 협력 기반의 신호 검출부(304)는 상기 채널 상태 정보를 바탕으로 선형 수신기를 이용하여 단말의 신호를 검출할 수 있다.The cooperative base signal detector 304 receives the clustering information and the reception filter information from the transceiver 306 and performs a function for detecting a signal of the terminal in cooperation with other base stations belonging to the clustering. Here, the cooperative-based signal detector 304 may detect a signal of the UE using a linear receiver based on the channel state information.

상기 송수신부(306)는 단말, 인접 기지국 및 중앙 처리기(350)와 신호를 송수신하는 기능을 수행한다. 특히, 상기 기지국의 셀 영역 내에 속한 단말들 혹은 인접한 셀 영역에 속한 단말들로부터 수신되는 기준 신호를 수신하여 상기 채널 추정부(302)로 제공하고, 상기 채널 추정부(302)로부터 입력되는 채널 상태 정보를 상기 중앙 처리기(350)로 전송한다. 또한, 상기 송수신부(306)는 상기 중앙 처리기(350)로부터 수신되는 클러스터링 정보 및 수신필터 정보와 자신의 셀 영역에 속한 단말로부터 수신되는 신호를 상기 협력 기반의 신호 검출부(304)로 제공한다.The transceiver 306 transmits and receives signals to and from the terminal, the neighboring base station, and the central processor 350. In particular, a reference signal received from terminals belonging to a cell region of the base station or terminals belonging to an adjacent cell region is received and provided to the channel estimation unit 302. The channel estimation unit 302 receives a reference signal received from the channel estimation unit 302, Information to the central processor 350. In addition, the transceiver 306 provides clustering information and reception filter information received from the central processor 350 and a signal received from a terminal belonging to its cell area to the cooperative base signal detector 304.

다음으로, 상기 중앙 처리기의 구성을 살펴보면, 상기 송수신부(352)는 기지국과 신호를 송수신 처리하는 기능을 수행한다. 특히, 상기 송수신부(352)는 다수의 기지국으로부터 채널 상태 정보를 수신하여 채널 정보 수집부(354)로 제공하고, 상기 기지국 클러스링부(356)로부터 기지국 클러스터링 정보를 입력받아 상기 다수의 기지국들로 전송한다.Next, referring to the configuration of the central processor, the transceiver unit 352 performs a function of transmitting and receiving signals with the base station. In particular, the transceiver 352 receives channel state information from a plurality of base stations, provides the channel state information to the channel information collector 354, receives base station clustering information from the base station clustering unit 356, Lt; / RTI >

상기 채널 정보 수집부(354)는 상기 송수신부(352)를 통해 각 기지국으로부터 채널 상태 정보를 수집하여, 클러스터링할 기지국들을 확인하고, 확인된 기지국들의 클러스터링해줄 것을 상기 기지국 클러스터링부(356)로 요청한다.The channel information collection unit 354 collects channel state information from each base station through the transmission / reception unit 352, identifies the base stations to be clustered, requests the base station clustering unit 356 to confirm that the base stations are clustered do.

상기 기지국 클러스터링부(356)는 상기 채널 정보 수집부(354)를 통해 클러스터링할 기지국들에 대한 채널 상태 정보를 수신하고, 수신된 채널 상태 정보를 바탕으로 소정 수의 기지국들이 협력 통신을 수행하는 경우와 협력 통신을 수행하지 않고 단일 셀 통신을 수행하는 경우의 캐패시티 차이를 고려하여 클러스터링을 수행한다. 특히, 상기 기지국 클러스터링부(356)는 Max-CD 방식 혹은 IW 방식을 이용하여 상기 기지국들에 대한 클러스터링을 수행할 수 있다. 상기 기지국 클러스터링부(356)는 상기 Max-CD 방식을 이용할 경우, 하기 도 4에 도시된 바와 같이 구성될 수 있으며, 상기 IW 방식을 이용할 경우, 하기 도 5에 도시된 바와 같이 구성될 수 있다. 따라서, 상기 기지국 클러스터링부(356)가 Max-CD 방식을 이용하는 경우와 IW 방식을 이용하는 경우의 동작은 하기 도 4 및 도 5에서 상세히 설명하기로 한다. 상기 기지국 클러스터링부(356)는 모든 기지국들에 대한 클러스터링이 완료되면, 클러스터링 정보와 협력 통신에 이용되는 수신필터 정보를 각 기지국들로 전송하여, 각각의 기지국이 다른 기지국들과 협력 통신을 수행하도록 유도한다.
The base station clustering unit 356 receives channel state information on base stations to be clustered through the channel information collecting unit 354 and performs a cooperative communication with a predetermined number of base stations based on the received channel state information And performs the clustering in consideration of the difference in the capacities when single cell communication is performed without cooperative communication. In particular, the base station clustering unit 356 may perform clustering on the BSs using a Max-CD scheme or an IW scheme. The base station clustering unit 356 may be configured as shown in FIG. 4 when the Max-CD scheme is used, and may be configured as shown in FIG. 5 when the IW scheme is used. Therefore, the operation of the base station clustering unit 356 in the case of using the Max-CD scheme and the case of using the IW scheme will be described in detail with reference to FIG. 4 and FIG. When clustering is completed for all base stations, the base station clustering unit 356 transmits clustering information and reception filter information used for cooperative communication to each of the base stations, and each base station performs cooperative communication with other base stations .

도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 중앙 처리기에서 기지국 클러스터링부의 상세한 블럭 구성을 도시하고 있다. 상기 도 4는 기지국 클러스터링부(356)가 상기 Max-CD 방식을 이용할 경우에 대한 블럭 구성을 나타낸다.FIG. 4 shows a detailed block configuration of a base station clustering unit in a central processor according to an embodiment of the present invention. FIG. 4 shows a block configuration when the base station clustering unit 356 uses the Max-CD scheme.

상기 도 4를 참조하면, 상기 Max-CD 방식을 이용하는 기지국 클러스터링부(356)는 클러스터링 조합 생성부(400), 캐패시티 이득 계산부(410) 및 클러스터 결정부(420)를 포함하여 구성된다.4, the base station clustering unit 356 using the Max-CD scheme includes a clustering combination generating unit 400, a capacity gain calculating unit 410, and a cluster determining unit 420.

상기 클러스터링 조합 생성부(400)는 클러스터링 대상이 되는 모든 기지국들 바탕으로, 하나의 클러스터에 포함될 수에 대응하는 기지국들을 선택하여 후보 클러스터들을 생성한다. 이때, 상기 후보 클러스터들은 조합을 통해 구성 가능한 모든 클러스터들을 포함한다. 예를 들어, 전체 기지국 수가 7개이고, 하나의 클러스터에 포함될 기지국 수가 3개인 경우, 상기 후보 클러스터의 수는 7C3이 될 것이다. 상기 클러스터링 조합 생성부(400)는 상기 생성된 후보 클러스터들을 상기 캐패시티 이득 계산부(410)로 제공한다. The clustering combination generator 400 generates candidate clusters based on all the base stations to be clusters by selecting the base stations corresponding to the number of the clusters to be included in one cluster. At this time, the candidate clusters include all clusters configurable through a combination. For example, if the total number of base stations is 7 and the number of base stations to be included in one cluster is 3, the number of candidate clusters will be 7 C 3 . The clustering combination generator 400 provides the generated candidate clusters to the capacity gain calculator 410.

상기 캐패시티 이득 계산부(410)는 상기 클러스터링 조합 생성부(400)로부터 입력되는 각각의 후보 클러스터들에 대한 캐패시티 이득을 계산한다. 여기서, 후보 클러스터 G에 대한 캐패시티 이득은 상기 수학식 6 및 8에 나타낸 바와 같이, 후보 클러스터 G에 속한 기지국들이 협력 통신을 수행한 경우의 캐패시티와 상기 후보 클러스터 G에 속한 기지국들이 협력 통신을 수행하지 않고 단일 셀 통신을 수행한 경우의 캐패시티의 차이를 나타낸다. 상기 캐패시티 이득 계산부(410)는 상기 각각의 후보 클러스터에 대해 계산된 캐패시티 이득을 상기 클러스터 결정부(420)로 제공한다.The capacity gain calculation unit 410 calculates a capacity gain for each of the candidate clusters input from the clustering combination generation unit 400. Here, as shown in Equations (6) and (8), the capacity gain for the candidate cluster G is determined by the capacity when the base stations belonging to the candidate cluster G perform cooperative communication and the base stations belonging to the candidate cluster G And the difference in capacity when single cell communication is performed. The capacity gain calculator 410 provides the calculated capacity gains to the cluster determiner 420 for each of the candidate clusters.

상기 클러스터 결정부(420)는 상기 캐패시티 이득 계산부(410)로부터 각각의 후보 클러스터에 대한 캐패시티 이득이 제공되면, 상기 후보 클러스터들 중에서 캐패시티 이득이 가장 큰 후보 클러스터를 선택하여 최종 클러스터로 결정한다. 이후, 상기 클러스터 결정부(420)는 상기 결정된 클러스터에 포함되지 않은 남은 기지국들을 대상으로 클러스터링을 재수행해야 함을 나타내는 신호를 상기 클러스터링 조합 생성부(400)로 전달한다. 즉, 상기 클러스터 결정부(420)는 모든 기지국들에 대한 클러스터링이 수행될 때까지, 클러스터링되지 않은 기지국들에 대한 정보를 상기 클러스터링 조합 생성부(400)로 제공하고 상기 캐패시티 이득 계산부(410)로부터 출력되는 후보 클러스터들의 캐패시티 이득을 비교하여 최종 클러스터를 결정하는 동작을 반복하여 수행한다.
When the capacity gain for each candidate cluster is provided from the capacity gain calculation unit 410, the cluster determination unit 420 selects a candidate cluster having the largest capacity gain among the candidate clusters, . Thereafter, the cluster determination unit 420 transmits a signal indicating that the remaining base stations not included in the determined cluster are to be re-clustered to the clustering combination generation unit 400. That is, the cluster determination unit 420 provides information on the non-clustered base stations to the clustering combination generator 400 until the clustering for all the base stations is performed, and the capacity gain calculator 410 And the final cluster is determined by comparing the capacity gains of the candidate clusters output from the candidate clusters.

도 5는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 중앙 처리기에서 기지국 클러스터링부의 상세한 블럭 구성을 도시하고 있다. 상기 도 5는 기지국 클러스터링부(356)가 상기 IW 방식을 이용할 경우에 대한 블럭 구성을 나타낸다.FIG. 5 shows a detailed block configuration of a base station clustering unit in a central processor according to another embodiment of the present invention. 5 illustrates a block configuration when the base station clustering unit 356 uses the IW scheme.

상기 도 5를 참조하면, 상기 기지국 클러스터링부(356)는 기지국 결정부(500), 간섭 가중치 계산부(510) 및 클러스터 결정부(520)를 포함하여 구성된다.Referring to FIG. 5, the base station clustering unit 356 includes a base station determining unit 500, an interference weight calculating unit 510, and a cluster determining unit 520.

상기 기지국 결정부(500)는 클러스터링 대상이 되는 모든 기지국들 중에서 클러스터 기준이 될 하나의 기지국을 선택한다. 여기서, 상기 기지국 결정부(500)는 클러스터링 대상이 되는 기지국들 중에서 임의의 기지국을 기준 기지국으로 선택할 수도 있으며, 상기 클러스터링 대상이 되는 기지국들 중에서 채널 환경이 가장 나쁜 기지국을 기준 기지국을 선택할 수도 있다. 상기 기지국 결정부(500)는 상기 선택한 하나의 기준 기지국에 대한 정보와 다른 기지국들에 대한 정보를 상기 간섭 가중치 계산부(510)로 제공한다. The base station determination unit 500 selects one base station to be a cluster reference among all base stations to be clustered. Here, the BS determining unit 500 may select an arbitrary BS among the BSs to be clusters as a reference BS, and may select a BS that is the worst channel environment among the BSs to be clustering. The BS determining unit 500 provides information on the selected one reference BS and information on other BSs to the interference weight calculating unit 510.

상기 간섭 가중치 계산부(510)는 상기 기지국 결정부(500)에서 결정된 기준 기지국과 다른 기지국들 각각에 대한 간섭 가중치를 계산한다. 즉, 상기 간섭 가중치 계산부(510)는 상기 다른 기지국들 중 순차적 혹은 임의로 하나를 선택한 후, 상기 수학식 11에 나타낸 바와 같이 상기 기준 기지국과 상기 선택한 다른 기지국 간의 간섭 가중치를 계산하며, 이를 다른 모든 기지국들에 대해 반복하여 수행한다. 이후, 상기 간섭 가중치 계산부(510)는 상기 기준 기지국과 다른 기지국들 각각에 대하여 계산된 간섭 가중치를 상기 클러스터 결정부(520)로 제공한다.The interference weight calculation unit 510 calculates interference weights for the base station and the other base stations determined by the base station decision unit 500. [ That is, the interference weight calculator 510 calculates the interference weights between the reference base station and the selected other base station as shown in Equation (11) after selecting one of the other base stations sequentially or arbitrarily, It repeatedly performs for the base stations. Then, the interference weight calculation unit 510 provides the calculated interference weights to the cluster determination unit 520 for each of the base stations and the other base stations.

상기 클러스터 결정부(520)는 상기 간섭 가중치 계산부(510)로부터 입력되는 간섭 가중치들을 비교하여, 상기 간섭 가중치가 큰 소정 수의 기지국들을 선택하고, 상기 기준 기지국과 상기 선택한 소정 수의 기지국들을 하나의 클러스터로 구성함을 결정한다. 여기서, 상기 클러스터 결정부(520)는 상기 클러스터에 포함될 기지국 수가 B개일 경우, 간섭 가중치가 큰 순서대로 B-1개의 기지국들을 선택할 수 있다. 상기 클러스터 결정부(520)는 상기 클러스터를 구성한 후, 상기 클러스터에 포함되지 않은 기지국들이 존재할 경우, 상기 클러스터에 포함되지 않은 기지국들에 대한 클러스터링을 재수행해야함을 나타내는 신호를 상기 기지국 결정부(500)로 제공한다. 즉, 상기 클러스터 결정부(520)는 모든 기지국들에 대한 클러스터링이 수행될 때까지, 클러스터링되지 않은 기지국들에 대한 정보를 상기 기지국 결정부(500)로 제공하고 상기 간섭 가중치 계산부(510)로부터 출력되는 간섭 가중치를 비교하여 클러스터를 구성하는 동작을 반복하여 수행한다.
The cluster determining unit 520 compares the interference weights inputted from the interference weight calculating unit 510, selects a predetermined number of base stations having a large interference weight, selects one of the selected base stations As shown in FIG. Here, when the number of base stations to be included in the cluster is B, the cluster determining unit 520 can select B-1 base stations in descending order of the interference weight. After the clusters are formed, the cluster determining unit 520 transmits a signal indicating that clustering for the base stations not included in the cluster is to be performed again when the base stations that are not included in the cluster exist, ). That is, the cluster determination unit 520 provides information on the non-clustered base stations to the base station determination unit 500 until the clustering for all the base stations is performed, and the interference weight calculation unit 510 And the operation of configuring the cluster by comparing the output interference weights is repeatedly performed.

도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 중앙 처리기의 클러스터링 절차를 도시하고 있다. 상기 도 6은 상기 중앙 처리기가 Max-CD 방식을 이용하여 클러스터링을 수행하는 경우에 대한 동작 절차를 나타낸다. 이하 설명되는 도 6의 과정은 설계자의 설계 방식에 따라 소정 주기마다 반복 수행될 수도 있으며, 미리 설정된 시점에 따라 수행될 수도 있을 것이다.FIG. 6 illustrates a clustering procedure of a central processor according to an embodiment of the present invention. FIG. 6 illustrates an operation procedure when the central processor performs clustering using the Max-CD scheme. The process of FIG. 6, which will be described below, may be repeated at predetermined intervals according to the design method of the designer, or may be performed at a preset time.

상기 도 6을 참조하면, 상기 중앙 처리기는 601단계에서 다수의 기지국들로부터 채널 상태 정보를 수신하고, 603단계로 진행하여 채널 상태 정보가 수신된 기지국들 즉, 클러스터링 대상이 되는 모든 기지국들을 바탕으로, 조합 가능한 모든 후보 클러스터들을 생성한다. 예를 들어, 전체 기지국 수가 7개이고, 하나의 클러스터에 포함될 기지국 수가 3개인 경우, 상기 중앙 처리기는 7C3개의 상기 후보 클러스터를 생성한다.Referring to FIG. 6, the central processor receives channel state information from a plurality of base stations in step 601, and proceeds to step 603 where base station information on the received base stations, that is, , And all possible candidate clusters are generated. For example, if the total number of base stations is 7 and the number of base stations to be included in one cluster is 3, the central processor generates 7 C 3 candidate clusters.

이후, 상기 중앙 처리기는 605단계에서 각각의 후보 클러스터들에 대한 캐패시티 이득 즉, 후보 클러스터에 포함된 기지국들이 협력 통신을 수행한 경우의 캐패시티와 상기 후보 클러스터에 포함된 기지국들이 협력 통신을 수행하지 않고 단일 셀 통신을 수행한 경우의 캐패시티 간의 차이를 계산한다. 여기서, 상기 후보 클러스터에 대한 캐패시티 이득은 상기 수학식 6 및 8에 나타낸 바와 같이 계산할 수 있다. Then, in step 605, the central processing unit performs a capacity gain for each of the candidate clusters, that is, the capacity when the base stations included in the candidate cluster perform cooperative communication and the base stations included in the candidate cluster perform cooperative communication And calculates the difference between the capacities when performing single cell communication without performing the single cell communication. Here, the capacity gains for the candidate clusters can be calculated as shown in Equations (6) and (8).

이후, 상기 중앙 처리기는 607단계에서 상기 후보 클러스터들 중에서 캐패시티 이득이 가장 큰 후보 클러스터를 선택하여 최종 클러스터로 결정하고, 609단계에서 모든 기지국들에 대한 클러스터링이 수행되었는지 여부를 검사한다. 즉, 상기 중앙 처리기는 상기 최종 클러스터로 결정되지 않은 후보 클러스터가 더 이상 존재하지 않는지 여부를 검사한다. In step 607, the central processor selects a candidate cluster having the largest capacity gain among the candidate clusters and determines the final cluster as a final cluster. In step 609, the central processor determines whether clustering has been performed for all the base stations. That is, the central processor determines whether there is no more candidate cluster that is not determined as the final cluster.

만일, 상기 모든 기지국들에 대한 클러스터링이 수행되지 않았을 경우, 상기 중앙 처리기는 613단계로 진행하여 클러스터링 되지 않은 기지국들을 대상으로 조합 가능한 모든 후보 클러스터를 재생성하고, 상기 605단계로 되돌아가 이하 단계를 재수행한다.If the clustering is not performed for all of the base stations, the central processor proceeds to step 613 to regenerate all candidate clusters that can be combined with the unclustered base stations, and returns to step 605, I do.

반면, 상기 모든 기지국들에 대한 클러스터링이 수행된 경우, 상기 중앙 처리기는 611단계로 진행하여 상기 결정된 클러스터에 대한 정보를 각 기지국으로 전송하고, 본 발명에 따른 알고리즘을 종료한다.
On the other hand, if clustering is performed on all the base stations, the central processor proceeds to step 611, and transmits information on the determined cluster to each base station, and terminates the algorithm according to the present invention.

도 7은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 중앙 처리기의 클러스터링 절차를 도시하고 있다. 상기 도 7은 상기 중앙 처리기가 IW 방식을 이용하여 클러스터링을 수행하는 경우에 대한 절차를 나타낸다. 이하 설명되는 도 7의 과정은 설계자의 설계 방식에 따라 소정 주기마다 반복 수행될 수도 있으며, 미리 설정된 시점에 따라 수행될 수도 있을 것이다.FIG. 7 illustrates a clustering procedure of a central processor according to another embodiment of the present invention. FIG. 7 shows a procedure for the case where the central processor performs clustering using the IW scheme. The process of FIG. 7 described below may be repeatedly performed at predetermined intervals according to the design method of the designer, or may be performed at a preset time.

상기 도 7을 참조하면, 상기 중앙 처리기는 701단계에서 다수의 기지국들로부터 채널 상태 정보를 수신하고, 703단계로 진행하여 채널 상태 정보가 수신된 기지국들 즉, 클러스터링 대상이 되는 모든 기지국들 중에서 클러스터 기준이 될 하나의 기지국을 선택한다. 여기서, 상기 중앙 처리기는 클러스터링 대상이 되는 기지국들 중에서 임의의 기지국을 기준 기지국으로 선택할 수도 있으며, 상기 클러스터링 대상이 되는 기지국들 중에서 채널 환경이 가장 나쁜 기지국을 기준 기지국을 선택할 수도 있다. 여기서, 설명의 편의를 위해 상기 클러스터링 대상이 되는 기지국들 중에서 기준 기지국 이외의 다른 기지국을 후보 기지국이라 칭한다. Referring to FIG. 7, the central processor receives channel state information from a plurality of base stations in step 701, and proceeds to step 703 where base stations, that is, all of the base stations to be clustered, And selects one base station to be a reference. Here, the central processor may select a base station as a reference base station among the base stations to be clustered, and may select a base station that is the worst channel environment among the base stations as the clustering target. Here, for convenience of explanation, the base stations other than the reference base station among the base stations to be clusters are referred to as candidate base stations.

이후, 상기 중앙 처리기는 705단계에서 상기 기준 기지국과 후보 기지국들 간의 간섭 가중치를 계산한다. 즉, 상기 중앙 처리기는 상기 후보 기지국들 중 순차적 혹은 임의로 하나의 후보 기지국을 선택한 후, 상기 수학식 11에 나타낸 바와 같이 상기 기준 기지국과 상기 선택한 후보 기지국 간의 간섭 가중치를 계산하며, 이를 모든 후보 기지국들에 대해 반복하여 수행한다. In step 705, the central processor calculates interference weights between the reference BS and the candidate BSs. That is, the central processor sequentially or randomly selects one candidate base station among the candidate base stations, calculates the interference weights between the reference base station and the selected candidate base station as shown in Equation (11) . ≪ / RTI >

이후, 상기 중앙 처리기는 707단계로 진행하여 상기 705단계에서 계산된 간섭 가중치들을 비교하여 상기 간섭 가중치가 큰 소정 수의 후보 기지국들을 선택한 후, 709단계로 진행하여 상기 기준 기지국과 상기 선택한 소정 수의 후보 기지국들을 하나의 클러스터로 구성함을 결정한다. 여기서, 상기 중앙 처리기는 상기 클러스터에 포함될 기지국 수가 B개일 경우, 간섭 가중치가 큰 순서대로 B-1개의 후보 기지국들을 선택할 수 있다. In step 707, the central processor compares the interference weights calculated in step 705, selects a predetermined number of candidate base stations having a large interference weight, and proceeds to step 709. In step 709, It is determined that the candidate base stations are configured as one cluster. Here, if the number of base stations to be included in the cluster is B, the central processor can select B-1 candidate base stations in descending order of the interference weight.

이후, 상기 중앙 처리기는 711단계에서 모든 기지국들에 대한 클러스터링이 수행되었는지 여부를 검사한다. 즉, 상기 중앙 처리기는 상기 클러스터로 구성함이 결정되지 않은 후보 클러스터가 더 이상 존재하지 않는지 여부를 검사한다. In step 711, the central processor determines whether clustering has been performed on all base stations. That is, the central processor checks whether or not a candidate cluster that is not determined to be composed of the cluster is no longer present.

만일, 상기 모든 기지국들에 대한 클러스터링이 수행되지 않았을 경우, 상기 중앙 처리기는 415단계로 진행하여 클러스터링 되지 않은 기지국들 중에서 기준 기지국을 결정한 후, 상기 705단계로 되돌아가 이하 단계를 재수행한다.If clustering is not performed for all the base stations, the central processor proceeds to step 415 to determine a reference base station among the non-clustered base stations, and then returns to step 705 to perform the following steps again.

반면, 상기 모든 기지국들에 대한 클러스터링이 수행된 경우, 상기 중앙 처리기는 713단계로 진행하여 상기 결정된 클러스터에 대한 정보를 각 기지국으로 전송하고, 본 발명에 따른 알고리즘을 종료한다.
On the other hand, if clustering is performed on all the base stations, the central processor proceeds to step 713 and transmits information on the determined cluster to each base station, and ends the algorithm according to the present invention.

상술한 바와 같이, 본 발명에서는 중앙 처리기에서 Max-CD 방식과 IW 방식을 이용하여 기지국들을 클러스터링한다. As described above, in the present invention, base stations are clustered using a Max-CD scheme and an IW scheme in a central processor.

그러면, 상기 본 발명에 따라 Max-CD 방식과 IW 방식을 이용하여 클러스터링 하는 경우에 대한 성능에 대해 살펴보기로 한다.Hereinafter, the performance of the clustering using the Max-CD scheme and the IW scheme according to the present invention will be described.

도 10a 및 도 10b는 종래 기술에 따라 클러스터링한 경우와 본 발명에 따라 클러스터링한 경우에 대한 데이터 율을 나타내고 있다. 여기서, 상기 도 10a는 전체 기지국 수가 7개이고, 3개의 기지국을 묶어 클러스터링하는 경우에 대한 데이터 율(data rate)을 나타내고, 상기 도 10b는 전체 기지국 수가 19개이고, 3개의 기지국을 묶어 클러스터링하는 경우에 대한 데이터 율을 나타낸다. 또한, 상기 도 10a 및 도 10b에서 IW-random은 IW 방식에서 기준 기지국을 임의로 선택하는 경우를 나타내며, IW-weak는 상기 IW 방식에서 기준 기지국을 채널 환경이 나쁜 기지국으로 선택하는 경우를 나타낸다.FIGS. 10A and 10B show data rates for the case of clustering according to the conventional technique and the case of clustering according to the present invention. 10A shows a data rate for the case where the total number of base stations is 7 and the three base stations are grouped and clustered. FIG. 10B shows a case where the total number of base stations is 19 and three base stations are grouped and clustered And the data rate for the data. In FIGS. 10A and 10B, IW-random denotes a case of randomly selecting a reference base station in the IW scheme, and IW-weak denotes a case in which the reference base station is selected as a base station having a poor channel environment in the IW scheme.

상기 도 10a 및 도 10b를 참조하면, 본 발명에서 제안하는 Max-CD 방식이 종래에 제공된 탐욕 탐색 방식에 비해 높은 성능을 나타내는 것을 알 수 있다. 물론, 도 10a에서 전 영역 탐색 방식의 성능이 상기 본 발명의 Max-CD 방식의 성능과 유사하나, 상기 전 영역 탐색 방식은 상기 Max-CD에 비해 매우 높은 복잡도를 갖는 단점이 있다.
Referring to FIGS. 10A and 10B, it can be seen that the Max-CD method proposed by the present invention has higher performance than the conventional greedy bath search method. Of course, the performance of the entire area search scheme is similar to that of the Max-CD scheme of the present invention, but the entire area search scheme has a much higher complexity than the Max-CD.

도 11a 및 도 11b는 종래 기술에 따라 클러스터링한 경우와 본 발명에 따라 클러스터링한 경우에 대한 에지 사용자의 데이터 율을 나타내고 있다.FIGS. 11A and 11B show data rates of edge users for clustering according to the prior art and clustering according to the present invention.

도 11a 및 도 11b는 종래 기술에 따라 클러스터링한 경우와 본 발명에 따라 클러스터링한 경우에 셀 경계 사용자의 데이터 율을 나타내고 있다. 여기서, 상기 도 11a는 전체 기지국 수가 7개이고, 3개의 기지국을 묶어 클러스터링하는 경우에 대한 셀 경계 사용자의 데이터 율(data rate)을 나타내고, 상기 도 11b는 전체 기지국 수가 19개이고, 3개의 기지국을 묶어 클러스터링하는 경우에 대한 셀 경계 사용자의 데이터 율을 나타낸다. 또한, 상기 도 11a 및 도 11b에서 IW-random은 IW 방식에서 기준 기지국을 임의로 선택하는 경우를 나타내며, IW-weak는 상기 IW 방식에서 기준 기지국을 채널 환경이 나쁜 기지국으로 선택하는 경우를 나타낸다.FIGS. 11A and 11B show data rates of cell boundary users when clustering according to the related art and clustering according to the present invention. 11A shows a data rate of a cell boundary user for the case where the total number of base stations is seven and the three base stations are clustered together. In FIG. 11B, the total number of base stations is 19, and three base stations are grouped And the data rate of the cell boundary user for the case of clustering. In FIGS. 11A and 11B, IW-random denotes a case of randomly selecting a reference base station in the IW scheme, and IW-weak denotes a case in which the reference base station is selected as a base station having a poor channel environment in the IW scheme.

상기 도 11a 및 도 11b을 참조하면, 본 발명에서 제안하는 Max-CD, IW-random, IW-weak 방식이 종래에 제공된 탐욕 탐색 방식에 비해 높은 성능을 나타내는 것을 알 수 있다. 즉, 상기 종래에 제공된 탐욕 탐색 방식은 캐패시티 합을 최대로 하는 것을 목적으로 함에 따라, 채널 환경이 좋은 사용자의 기지국들이 우선적으로 클러스터링 됨으로써, 셀 경계에 위치하여 채널 환경이 좋지 못한 사용자의 성능이 저하된다. 반면, 본 발명의 방식들은 캐패시티 이득을 최대로 하는 것을 목적으로 함에 따라, 셀 경계에 위치한 채널 환경이 좋지 못한 사용자들을 고려하여 클러스터링함으로써, 상기 셀 경계의 사용자들의 성능을 향상시킬 수 있다.
11A and 11B, it can be seen that the Max-CD, IW-random, and IW-weak methods proposed by the present invention have higher performance than the conventional greedy search method. That is, the conventional greedy search method aims to maximize the sum of capacities, so that the base stations of the users with good channel environment are clustered preferentially so that the performance of the users located in the cell boundary and having poor channel environment . On the other hand, with the aim of maximizing the capacity gain, the schemes of the present invention can improve the performance of users at the cell boundary by clustering in consideration of users with poor channel environments located at cell boundaries.

도 12는 종래 기술에 따라 클러스터링한 경우와 본 발명에 따라 클러스터링한 경우에 대한 복잡도 및 성능을 나타내고 있다.FIG. 12 shows the complexity and performance of the case of clustering according to the prior art and the case of clustering according to the present invention.

상기 도 12를 참조하면, 본 발명에서 제안하는 Max-CD 방식은 종래의 탐욕 탐색 방식에 비해 복잡도가 높으나, 높은 성능을 얻을 수 있으며, 상기 본 발명에서 제안하는 IW 방식은 상기 탐욕 탐색 방식에 비해 매우 낮은 복잡도를 가지며, 높은 성능을 얻을 수 있는 이점이 있다. 특히, IW-weak 방식은 셀 에지 사용자에 대한 데이터 율 측면에서 매우 높은 성능을 얻을 수 있다.
Referring to FIG. 12, the Max-CD scheme proposed in the present invention has higher complexity than the conventional greedy search scheme, but achieves high performance. The IW scheme proposed by the present invention is superior to the greedy search scheme It has a very low complexity and has the advantage of achieving high performance. In particular, the IW-weak scheme achieves very high performance in terms of data rate for cell edge users.

한편 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시 예에 관해 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능하다. 그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 아니 되며 후술하는 특허청구의 범위뿐만 아니라 이 특허청구의 범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
While the present invention has been described in connection with what is presently considered to be the most practical and preferred embodiment, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed embodiments. Therefore, the scope of the present invention should not be limited by the illustrated embodiments, but should be determined by the scope of the appended claims and equivalents thereof.

356: 기지국 클러스터링부 400: 클러스터링 조합 생성부
410: 캐패시티 이득 계산부 420: 클러스터 결정부
500: 기지국 결정부 510: 간섭 가중치 계산부
520: 클러스터 결정부
356: base station clustering unit 400: clustering combination generating unit
410: Capacity gain calculation unit 420: Cluster determination unit
500: base station determination unit 510: interference weight calculation unit
520: Cluster determination unit

Claims (18)

셀룰러 통신 시스템의 중앙 처리기에서 협력 통신을 위해 기지국을 클러스터링하는 방법에 있어서,
다수의 기지국들에 대한 채널 상태 정보를 수집하는 과정과,
소정 수의 기지국들이 협력 통신하는 경우에 대한 캐패시티와 상기 소정 수의 기지국들이 단일 셀 통신하는 경우에 대한 캐패시티 간의 차이를 고려하여 클러스터를 구성하는 과정을 포함하고,
상기 캐패시티 간의 차이는 가장 큰 캐패시티 합의 차이 또는 간섭에 비례하는 캐패시티 합의 차이인 방법.
A method for clustered base stations for cooperative communications in a central processor of a cellular communication system,
Collecting channel state information for a plurality of base stations,
Comprising the steps of: configuring a cluster in consideration of a difference between a capacity of a predetermined number of base stations performing cooperative communication and a capacity of a predetermined number of base stations communicating in a single cell;
Wherein the difference between the capacities is a difference of the largest capacity sum or a difference of the capacity sum proportional to the interference.
제 1항에 있어서,
상기 캐패시티 간의 차이를 고려하여 클러스터를 구성하는 과정은,
상기 다수의 기지국들에 대한 조합 가능한 모든 후보 클러스터를 생성하는 과정과,
후보 클러스터 내에 속한 기지국들이 협력 통신하는 경우에 대응하는 사용자들의 캐패시티 합과 상기 후보 클러스터 내에 속한 기지국들이 단일 셀 통신하는 경우에 대응하는 캐패시티 합의 차이가 가장 큰 후보 클러스터를 선택하는 과정과,
상기 선택한 후보 클러스터를 하나의 클러스터로 구성하는 과정을 포함함을 특징으로 하는 방법.
The method according to claim 1,
The process of configuring the cluster in consideration of the difference between the capacities,
Generating all combinable candidate clusters for the plurality of base stations;
Selecting a candidate cluster having a largest difference between a capacity sum of users corresponding to a case where the base stations belonging to the candidate cluster cooperate with each other and a capacity sum corresponding to a case where the base stations belonging to the candidate cluster belong to a single cell communication;
And constructing the selected candidate cluster as one cluster.
제 2항에 있어서,
상기 다수의 기지국들에 대한 클러스터링이 완료될 때까지, 상기 클러스터에 포함되지 않은 남은 기지국들을 대상으로 조합 가능한 모든 후보 클러스터를 재생성하여 두 캐패시티 합의 차이가 가장 큰 후보 클러스터를 하나의 클러스터로 구성하는 과정을 반복하여 수행하는 것을 특징으로 방법.
3. The method of claim 2,
All the candidate clusters capable of being combined with the remaining base stations not included in the cluster are regenerated until the clustering for the plurality of base stations is completed so that the candidate clusters having the largest difference between the two capacities are constituted as one cluster And repeating the process.
제 1항에 있어서,
상기 캐패시티 간의 차이를 고려하여 클러스터를 구성하는 과정은,
두 기지국 간의 간섭을 고려하여 클러스터를 구성하는 과정을 포함하며,
상기 두 기지국 간의 간섭은 상기 두 기지국이 협력하는 경우에 대응하는 사용자들의 캐패시티 합과 상기 두 기지국이 단일 셀 통신하는 경우에 대응하는 캐패시티 합의 차이에 비례하는 것을 특징으로 하는 방법.
The method according to claim 1,
The process of configuring the cluster in consideration of the difference between the capacities,
And constructing a cluster by considering interference between two base stations,
Wherein interference between the two base stations is proportional to a difference between a capacity sum of corresponding users when the two base stations cooperate and a corresponding capacity sum when the two base stations perform single cell communication.
제 4항에 있어서,
상기 두 기지국 간의 간섭을 고려하여 클러스터를 구성하는 과정은,
기준 기지국을 선택하는 과정과,
상기 다수의 기지국들에 대하여 상기 기준 기지국과의 간섭을 나타내는 간섭 가중치를 계산하는 과정과,
상기 계산된 간섭 가중치 값을 기준으로 소정 수의 기지국들을 선택하는 과정과,
상기 기준 기지국과 상기 선택된 소정 수의 기지국들을 하나의 클러스터로 구성하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
5. The method of claim 4,
The process of configuring a cluster in consideration of interference between the two base stations,
Selecting a reference base station,
Calculating interference weights indicating interference with the reference base station for the plurality of base stations;
Selecting a predetermined number of base stations based on the calculated interference weight value;
And configuring the reference base station and the selected predetermined number of base stations as one cluster.
제 5항에 있어서,
상기 기준 기지국은, 상기 다수의 기지국들 중에서 임의로 선택하는 것을 특징으로 하는 방법.
6. The method of claim 5,
Wherein the reference base station arbitrarily selects among the plurality of base stations.
제 5항에 있어서,
상기 기준 기지국은, 상기 다수의 기지국들 중에서 기지국과 사용자 간의 채널 고유값의 합이 가장 작은 기지국을 우선적으로 선택하는 것을 특징으로 하는 방법.
6. The method of claim 5,
Wherein the reference base station preferentially selects a base station having a smallest sum of channel eigenvalues between the base station and the user among the plurality of base stations.
제 4항에 있어서,
상기 다수의 기지국들에 대한 클러스터링이 완료될 때까지, 상기 클러스터에 포함되지 않은 남은 기지국들 중에서 하나의 기준 기지국을 선택한 후 상기 선택된 기준 기지국과의 간섭 가중치를 기준으로 소정 수의 기지국들을 선택하여 하나의 클러스터로 구성하는 과정을 반복하여 수행하는 것을 특징으로 방법.
5. The method of claim 4,
Selecting one base station among the remaining base stations not included in the cluster until the clustering for the plurality of base stations is completed, selecting a predetermined number of base stations based on the interference weight with the selected base station, And a cluster of a plurality of clusters are repeatedly performed.
제 5항에 있어서,
상기 간섭 가중치는, 상기 다수의 기지국들 중 하나의 기지국과 상기 기준 기지국이 서로 주고 받는 간섭 및 수신필터를 통과한 잡음의 크기 중 적어도 하나를 고려하여 계산하는 것을 특징으로 하는 방법.
6. The method of claim 5,
Wherein the interference weight is calculated in consideration of at least one of interference and reception noise passed through one of the plurality of base stations and the reference base station.
셀룰러 통신 시스템의 중앙 처리기에서 협력 통신을 위해 기지국을 클러스터링하는 장치에 있어서,
다수의 기지국들에 대한 채널 상태 정보를 수집하는 채널 정보 수집부와,
소정 수의 기지국들이 협력 통신하는 경우에 대한 캐패시티와 상기 소정 수의 기지국들이 단일 셀 통신하는 경우에 대한 캐패시티 간의 차이를 고려하여 클러스터를 구성하는 기지국 클러스터링부를 포함하고,
상기 캐패시티 간의 차이는 가장 큰 캐패시티 합의 차이 또는 간섭에 비례하는 캐패시티 합의 차이인 장치.
An apparatus for clustering base stations for cooperative communication in a central processor of a cellular communication system,
A channel information collecting unit for collecting channel state information for a plurality of base stations,
And a base station clustering unit configured to form a cluster in consideration of a capacity of a predetermined number of base stations performing cooperative communication and a difference between capacities of the predetermined number of base stations in case of single cell communication,
Wherein the difference between the capacities is the difference of the largest capacity sum or the difference of the capacity sum proportional to the interference.
제 10항에 있어서,
상기 기지국 클러스터링부는, 상기 다수의 기지국들에 대한 조합 가능한 모든 후보 클러스터를 생성한 후, 후보 클러스터 내에 속한 기지국들이 협력 통신하는 경우에 대응하는 사용자들의 캐패시티 합과 상기 후보 클러스터 내에 속한 기지국들이 단일 셀 통신하는 경우에 대응하는 캐패시티 합의 차이가 가장 큰 후보 클러스터를 선택하고, 상기 선택된 후보 클러스터를 하나의 클러스터로 구성함을 결정하는 것을 특징으로 하는 장치.
11. The method of claim 10,
Wherein the base station clustering unit generates all combinable candidate clusters for the plurality of base stations and then calculates a capacity sum of users corresponding to the cooperative communication between the base stations belonging to the candidate cluster, Selects a candidate cluster having the largest difference in capacity sum corresponding to the communication, and determines to configure the selected candidate cluster as one cluster.
제 11항에 있어서,
상기 기지국 클러스터링부는, 상기 다수의 기지국들에 대한 클러스터링이 완료될 때까지, 상기 클러스터에 포함되지 않은 남은 기지국들을 대상으로 조합 가능한 모든 후보 클러스터를 재생성하여 두 캐패시티 합의 차이가 가장 큰 후보 클러스터를 하나의 클러스터로 구성하는 과정을 반복하여 수행하는 것을 특징으로 장치.
12. The method of claim 11,
The base station clustering unit recreates all possible candidate clusters that can be combined with the remaining base stations not included in the cluster until the clustering for the plurality of base stations is completed to obtain a candidate cluster having the largest difference between the two capacities And a step of performing a process of configuring a plurality of clusters of clusters.
제 10항에 있어서,
상기 기지국 클러스터링부는, 두 기지국 간의 간섭을 고려하여 클러스터를 구성하며,
상기 두 기지국 간의 간섭은 상기 두 기지국이 협력하는 경우에 대응하는 사용자들의 캐패시티 합과 상기 두 기지국이 단일 셀 통신하는 경우에 대응하는 캐패시티 합의 차이에 비례하는 것을 특징으로 하는 장치.
11. The method of claim 10,
The base station clustering unit configures a cluster in consideration of interference between two base stations,
Wherein the interference between the two base stations is proportional to a difference between a capacity sum of corresponding users when the two base stations cooperate and a corresponding capacity sum when the two base stations perform single cell communication.
제 13항에 있어서,
상기 기지국 클러스터링부는, 기준 기지국을 선택한 후, 상기 다수의 기지국들에 대하여 상기 기준 기지국과의 간섭을 나타내는 간섭 가중치를 계산하고, 상기 계산된 간섭 가중치 값을 기준으로 소정 수의 기지국들을 선택하여 상기 기준 기지국과 상기 선택된 소정 수의 기지국들을 하나의 클러스터로 구성하는 것을 특징으로 하는 장치.
14. The method of claim 13,
The base station clustering unit calculates an interference weight indicating interference with the reference base station to the plurality of base stations after selecting the reference base station, selects a predetermined number of base stations based on the calculated interference weight value, Wherein the base station and the selected number of base stations are configured as one cluster.
제 13항에 있어서,
상기 기지국 클러스터링부는, 상기 다수의 기지국들 중에서 임의의 기지국을 선택하여 기준 기지국으로 결정하는 것을 특징으로 하는 장치.
14. The method of claim 13,
Wherein the base station clustering unit selects an arbitrary base station among the plurality of base stations and determines the base station as a reference base station.
제 13항에 있어서,
상기 기지국 클러스터링부는, 상기 다수의 기지국들 중에서 기지국과 사용자 간의 채널 고유값의 합이 가장 작은 기지국을 우선적으로 선택하여 기준 기지국으로 결정하는 것을 특징으로 하는 장치.
14. The method of claim 13,
Wherein the base station clustering unit preferentially selects a base station having the smallest sum of channel eigenvalues between the base station and the user among the plurality of base stations and determines the base station as a reference base station.
제 13항에 있어서,
상기 기지국 클러스터링부는, 상기 다수의 기지국들에 대한 클러스터링이 완료될 때까지, 상기 클러스터에 포함되지 않은 남은 기지국들 중에서 하나의 기준 기지국을 선택한 후 상기 선택된 기준 기지국과의 간섭 가중치를 기준으로 소정 수의 기지국들을 선택하여 하나의 클러스터로 구성하는 과정을 반복하여 수행하는 것을 특징으로 장치.
14. The method of claim 13,
Wherein the base station clustering unit selects one reference base station among remaining base stations not included in the cluster until the clustering for the plurality of base stations is completed, And selecting one of the base stations and configuring the base stations as one cluster.
제 14항에 있어서,
상기 간섭 가중치는, 상기 다수의 기지국들 중 하나의 기지국과 상기 기준 기지국이 서로 주고 받는 간섭 및 수신필터를 통과한 잡음의 크기 중 적어도 하나를 고려하여 계산하는 것을 특징으로 하는 장치.


15. The method of claim 14,
Wherein the interference weight calculation unit considers at least one of interference and reception noise transmitted through one of the plurality of base stations and the reference base station.


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