KR20040041009A - 이동통신 시스템에서 오에프디엠 주파수 재사용 방법 - Google Patents

이동통신 시스템에서 오에프디엠 주파수 재사용 방법 Download PDF

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Abstract

가. 청구범위에 기재된 발명이 속한 기술분야
OFDM을 사용하는 이동통신 시스템에서 주파수의 재사용 방법에 관한 기술이다.
나. 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제
OFDM을 사용하는 이동통신 시스템에서 주파수를 효율적으로 재사용할 수 있는 방법을 제공한다.
다. 발명의 해결방법의 요지
본 발명은 오에프디엠 방식으로 단말과 통신하는 기지국들을 포함하는 이동통신 시스템에서 오에프디엠 주파수 자원의 재사용 방법으로서, 각 기지국에서 사용 가능한 오에프디엠 주파수 자원을 4 그룹 이상으로 분할하고 상기 분할된 오에프디엠 주파수 자원마다 서로 같거나 다른 주파수 재사용 거리 값을 가지도록 설정하는 과정과, 기지국의 인근 영역부터 원거리 영역의 순으로 상기 분할된 오에프디엠 주파수 자원 중 주파수 재사용 거리 값이 작은 자원부터 주파수 재사용 거리 값이 큰 자원까지 순차적으로 할당하는 과정을 포함한다.
라. 발명의 중요한 용도
OFDM을 사용하는 이동통신 시스템에 사용한다.

Description

이동통신 시스템에서 오에프디엠 주파수 재사용 방법{FREQUENCY REUSE METHOD OF ORTHOGONAL FREQUENCY DIVISION MULTIPLEX IN MOBILE COMMUNICATION SYSTEM}
본 발명은 이동통신 시스템에서 주파수의 재사용(Frequency Reuse) 방법에 관한 것으로, 특히 이동통신 시스템에서 직교 주파수 분할 다중(OFDM : Orthogonal Frequency Division Multiplex - 이하 "오에프디엠"이라 칭함) 방식의 주파수 재사용 방법에 관한 것이다.
통상적으로 이동통신 시스템은 사용자로 하여금 이동성을 확보하며 음성 통화를 제공하기 위해 개발되었다. 이러한 이동통신 시스템은 기술의 비약적인 발전과 사용자들의 욕구 증가에 따라 데이터 통신을 수행하는 단계에 이르고 있다. 이동통신 시스템에서 데이터의 전송은 초기에 간단한 단문 메시지로부터 시작하여, 인터넷 서비스 등을 지원할 수 있도록 발전하였으며, 현재 동영상 데이터 등의 고속 데이터를 전송할 수 있는 상황에 이르고 있다. 이와 같이 이동통신 시스템의 전송 방식은 초기 셀룰라 음성 통신에서 발전하여 현재 3세대(3rd GenerationPartnership Project : 3GPP) 이동통신 시스템의 표준에서 많은 논의가 이루어져 있다. 상기 3세대 이동통신 시스템은 동기식의 CDMA 방식과 비동기식의 WCDMA 방식으로 구분된다.
한편 오에프디엠 방식은 멀티 캐리어 변조방식의 일종이며, 오에프디엠 방식의 대역확산 기술은 정확한 주파수에서 일정 간격 떨어져 있는 많은 수의 반송파에 데이터를 분산시킨다. 이와 같이 오에프디엠 방식의 대역확산을 사용하면, 정확한 주파수에서 일정 간격 떨어지도록 하므로 다른 주파수를 참조하지 않도록 하여 직교성을 제공한다. 또한 상기 오에프디엠 방식은 다중 경로(Multi-path) 및 이동 수신 환경에서 우수한 성능을 발휘한다. 이러한 이유로 오에프디엠 방식은, 지상파 디지털 텔레비전 및 디지털 음성 방송에 적합한 변조 방식으로 주목받고 있다. 따라서 상기 오에프디엠 방식은 유럽과 일본 및 호주의 디지털 텔레비전의 표준으로 채택될 것으로 예상되며, 향후 이동통신 시스템의 4세대(4th Generation Partnership Project - 현재 구성되어 있지 않음)에서 논의될 것으로 예상된다.
상기 오에프디엠 방식을 이동통신 시스템에 적용하는 경우 오에프디엠 방식의 특성에 의거하여 하기와 같은 장점을 가지게 된다.
첫째로, 오에프디엠 방식에서 전송 심볼 1개의 계속시간은 단일 캐리어 방식과 비교할 때 반송파의 개수 배만큼 길어지게 된다. 여기에 가드 인터벌을 부가하는 경우 다중 경로에 의한 전송 특성의 열화를 줄일 수 있다. 둘째로, 오에프디엠 방식은 데이터를 전송대역 전체에 분산하여 전송하기 때문에 특정 주파수 대역에 방해 신호가 존재하는 경우에도 영향을 받는 것은 일부 데이터 비트에 한정되며,인터리브와 에러 정정 부호로 효과적으로 특성을 개선할 수 있다. 셋째로, 오에프디엠 방식의 변조파는 랜덤 잡음에 가깝기 때문에 다른 서비스에 미치는 방해 성질이 랜덤 잡음과 같다. 넷째로, 오에프디엠 방식은 고속 퓨리에 변환에 의한 변복조 처리가 가능하다. 상술한 이점 이외에도 많은 이점을 가지므로 이동통신 시스템에서 오에프디엠 방식을 사용하기 위한 많은 연구들이 진행 중에 있다.
상기한 오에프디엠 방식은 직교 주파수를 사용하는 방식이므로 하나의 기지국에서 모든 오에프디엠 주파수 채널을 사용할 수 없는 문제가 있다. 이를 상술하면 하기와 같다. 오에프디엠 방식에서 사용 가능한 주파수 채널의 개수가 512개라 가정하고, 하나의 사용자가 4개 혹은 32개의 주파수 채널을 사용할 수 있다 가정하자. 이하에서 하나의 사용자에게 4개의 주파수 채널을 할당하는 경우로 가정하면, 기지국에서 할당할 수 있는 자원(resource)은 128개로 한정된다. 만일 기지국에서 128개의 모든 주파수 자원을 사용하도록 설정하면, 동일한 주파수 자원을 인접한 기지국에서 할당하게 된다. 이를 예를 들어 설명하면, 소정 영역을 가지는 하나의 기지국_A와, 상기 기지국_A에 인접한 기지국_B를 가정한다. 상기 기지국_A에서 특정한 4개의 주파수 채널을 사용자에게 할당하고, 상기 기지국_A에 인접한 기지국_B에서도 동일한 주파수 채널을 사용자에게 할당하는 경우가 발생할 수 있다. 이러한 경우 기지국_A와 통신을 수행하는 단말과 기지국_B와 통신을 수행하는 단말간 거리가 근접한 경우 각 단말들은 C/I(carrier to interference ratio) 특성이 저하되는 문제가 있다.
따라서 이를 개선하기 위해 각 기지국에서는 오에프디엠 방식을 사용하는 경우 간섭량에 따라 적응적으로 캐리어를 할당하는 방식을 이용한다. 인접한 기지국에서 사용하지 않는 주파수를 가장 우선순위가 높은 주파수 자원으로 설정한다. 그리고, 인접한 기지국에서 사용하는 주파수라 할지라도 서비스 받고자 하는 단말들간의 거리에 따라 자원의 우선순위를 달리하여 주파수를 할당한다. 이때 우선 순위가 높은 주파수에 먼저 자원을 할당할 수 있다.
이러한 방식을 사용하는 경우에 기지국에서 인접한 기지국들에서 사용하고 있는 주파수를 알고 있어야 하며, 인접 기지국에서 서비스 받는 단말과 자신의 기지국에서 서비스 받을 단말간의 거리 등을 계산해야 하므로 시스템이 매우 복잡해지는 문제가 있다.
따라서 상기한 문제점을 해결하기 위해 방안으로, 사용 가능한 전체 주파수를 예를 들어 1/3로 나누어 사용하는 방법이 있다. 상기 주파수를 나누어 사용하는 방법을 도 1을 참조하여 간략히 설명하면 하기와 같다. 도 1은 종래기술에 따라 오에프디엠을 사용하는 셀룰라 이동통신 시스템에서 주파수 재사용 방식을 설명하기 위한 도면이다.
기지국들(100, 110, 120, 130, 140, 150, 160)은 하나의 셀을 이루며, 각기 다른 주파수들을 사용한다. 즉, 하나의 기지국은 전체 사용할 수 있는 주파수들 중 1/3만을 사용하도록 한다. 도 3을 참조하면, 기지국(100)은 캐리어 인덱스(Carrier Index)의 1/3을 사용하고 있다. 또한 상기 기지국(100)의 인접한 기지국들(110, 120, 130, 140, 150, 160)은 상기 기지국(100)이 사용하지 않는 캐리어 인덱스의 주파수들을 사용하며, 또한 각 기지국들간 인접한 기지국에서 사용하지 않는 주파수 인덱스를 사용하도록 하고 있다. 상기와 같이 전체 사용 가능한 주파수를 1/3로 나누어 사용하는 경우 주파수 재사용 거리가 3이 된다. 즉, 상기한 방법을 기초로 하여 일반적으로 주파수 재사용 거리는 3보다 큰 값을 가지게 된다. 상술한 바와 같이 구성하면, 각 기지국들에서 사용할 수 있는 주파수가 서로 교차하지 않으며, 효율적으로 사용할 수 있다.
그러나 상기한 방법은 모든 주파수를 사용할 수 없다는 문제가 있다. 소정 기지국에서 사용할 수 있는 주파수의 숫자는 사용자 숫자를 의미하거나 전송률을 의미한다. 따라서 주파수 숫자가 줄어드는 경우 수용할 수 있는 사용자가 제한되거나 또는 전송률에 제한을 받는 문제가 발생한다.
따라서 본 발명의 목적은 오에프디엠 방식을 사용하는 이동통신 시스템에서 주파수의 재사용을 증대시킬 수 있는 방법을 제공함에 있다.
본 발명의 다른 목적은 오에프디엠 방식을 사용하는 이동통신 시스템에서 사용자들의 데이터 성능에 지장을 주지 않으면서 주파수 재사용율을 높일 수 있는 방법을 제공함에 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 오에프디엠 방식을 사용하는 이동통신 시스템에서 사용할 수 있는 자원을 증대시킬 수 있는 방법을 제공함에 있다.
상기한 목적들을 달성하기 위한 본 발명의 일실시 예에 따른 방법은 오에프디엠 방식으로 단말과 통신하는 기지국들을 포함하는 이동통신 시스템에서 오에프디엠 주파수 자원의 재사용 방법으로서, 각 기지국에서 사용 가능한 오에프디엠 주파수 자원을 4 그룹 이상으로 분할하고 상기 분할된 오에프디엠 주파수 자원마다 서로 같거나 다른 주파수 재사용 거리 값을 가지도록 설정하는 과정과, 기지국의 인근 영역부터 원거리 영역의 순으로 상기 분할된 오에프디엠 주파수 자원 중 주파수 재사용 거리 값이 작은 자원부터 주파수 재사용 거리 값이 큰 자원까지 순차적으로 할당하는 과정을 포함하며,
상기 주파수 자원의 분할 시,
상기 오에프디엠 주파수의 캐리어 인덱스가 연속하도록 그룹으로 구성하거나 상기 시스템에서 주파수 호핑이 이루어지는 경우 상기 호핑이 이루어지는 주파수들간을 그룹으로 구성할 수 있고,
상기 분할된 주파수 자원들 중 적어도 하나의 주파수 자원에 대하여 주파수 재사용 거리 값을 1로 설정하고, 상기 주파수 재사용 거리 값이 1인 주파수 자원을 기지국의 인근 영역에 할당하며,
상기 기지국의 인근 영역은,
기지국으로부터의 거리, 시스템에서 요구하는 신호대 잡음비(C/I), 주변 기지국으로부터의 간섭량 등에 의해 계산된다. 그리고, 상기 오에프디엠 주파수 자원의 분할은 균등하게 분할한다.
상기한 목적들을 달성하기 위한 본 발명의 일실시 예에 따른 방법은 오에프디엠 방식으로 단말과 통신하는 기지국들을 포함하며, 각 기지국들은 기지국 인근 영역에 할당하기 위한 오에프디엠 주파수 자원과 원거리 영역에 할당하기 위한 오에프디엠 주파수 자원을 구비하는 이동통신 시스템에서 각 기지국이 단말로 오에프디엠 주파수 자원을 할당하기 위한 방법으로서, 소정 단말로부터 기지국으로부터 오에프디엠 주파수 설정이 요구되면, 상기 기지국과 단말간의 거리 또는 인터피어런스 양 또는 수신 신호의 감도 또는 상기한 요소들의 둘 이상을 검사하는 과정과, 상기 기지국과 단말간 거리가 미리 설정된 조건을 만족하는 경우 인근 영역에 할당하기 위한 오에프디엠 주파수 자원을 할당하여 채널을 설정하는 과정과, 상기 기지국과 단말간 거리가 미리 설정된 거리 영역의 밖에 위치하는 경우 원거리 영역에 할당하기 위한 오에프디엠 주파수 자원을 할당하여 채널을 설정하는 과정을 포함함을 특징으로 한다.
상기한 목적들을 달성하기 위한 본 발명의 다른 실시 예에 따른 방법은, 오에프디엠 방식으로 단말과 통신하는 기지국들을 포함하며, 각 기지국들은 둘 이상으로 구분된 그룹의 오에프디엠 주파수 자원의 그룹들을 가지며, 통신이 요구되는 단말에 주파수 위한 오에프디엠 주파수 자원 할당하기 위한 시스템에서 각 기지국이 단말로 오에프디엠 주파수 자원을 할당하기 위한 방법으로서, 소정 단말로부터 기지국으로부터 오에프디엠 주파수 설정이 요구되면, 상기 단말의 신호대 잡음비를 미리 결정된 기준 신호대 잡음비와 비교하는 과정과, 상기 단말의 신호대 잡음비가 미리 결정된 신호대 잡음비보다 낮은 경우 낮은 부채널 그룹의 오에프디엠 주파수 자원을 할당하여 채널을 설정하는 과정을 포함한다.
또한 상기 부 채널 그룹이 셋 이상이고 상기 각 부채널 그룹을 구분하기 위한 미리 결정된 기준 신호대 잡음비가 둘 이상인 경우 상기 부채널 그룹의 결정은상기 단말의 신호대 잡음비보다 큰 기준 신호대 잡음비들 중 가장 작은 신호대 잡음비의 그룹의 오에프디엠 주파수 자원을 할당하며,
부채널의 결정 시, 로그노말 페이딩을 포함한 신호 손실을 상기 신호대 잡음비와 함께 고려하여 부채널 그룹을 결정한다.
도 1은 종래기술에 따라 오에프디엠을 사용하는 셀룰라 이동통신 시스템에서 주파수 재사용 방식을 설명하기 위한 도면,
도 2는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따라 이동통신 시스템의 기지국에서 오에프디엠 주파수의 재사용 방법을 설명하기 도면,
도 3은 본 발명에 따른 하나의 기지국과 상기 기지국의 셀을 인근 영역과 원거리 영역으로 구분한 도면,
도 4는 <수학식 1>의 얼랑 비 확률을 그래프로 도시한 도면,
도 5는 특정 기지국에서 신호의 세기(signal strength) 또는 C/I에 따라 셀을 인근 영역과 원거리 영역으로 구분하여 도시한 도면,
도 6은 본 발명의 제2실시 예에 따라 주파수 호핑(frequency hopping) 시스템에서 OFDM 캐리어를 그룹별로 구분하여 서로 다른 거리 값을 할당한 예를 도시한 도면,
도 7은 본 발명의 다른 실시 예에 따라 사용자별 부 채널 할당 방법을 예시한 도면,
도 8은 부하가 50%인 경우 근거리 영역(inner cell)과 원거리 영역(outer cell)의 에지(edge)에서 신호대 잡음비의 매시 평면도(mesh plot),
도 9는 부하가 50%인 경우 근거리 영역(inner cell)과 원거리 영역(outer cell)의 에지 부분의 신호대 잡음비의 등고선 평면도(contour plot).
이하 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 우선 각 도면의 구성 요소들에 참조 부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다.
또한 하기 설명에서는 구체적인 특정(特定) 사항들이 나타나고 있는데, 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐 이러한 특정 사항들 없이도 본 발명이 실시될 수 있음은 이 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게는 자명하다 할 것이다. 그리고 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한 본 발명의 설명에 있어서는 주파수 reuse distance를 3과 1로 (3개의 기지국에 한번씩 사용하는 캐리어와 모든 기지국에서 사용하는 캐리어로) 특정지워 설명하고 있으나, 이를 N1, N2, ..., NM과 같이 M개의 reuse distance를 사용하는 경우 역시 본 발명에 포함된다.
도 2는 본 발명의 제1실시 예에 따라 이동통신 시스템의 기지국에서 오에프디엠 주파수의 재사용 방법을 설명하기 도면이다. 이하 도 2를 참조하여 본 발명에서 이동통신 시스템의 기지국에서 오에프디엠 주파수의 재사용 방법에 대하여 상세히 설명한다.
본 발명에 따른 기지국들(200, 210, 220, 230, 240, 250, 260)은 종래기술에서 설명한 바와 달리 주파수를 1/4로 분할하여 사용한다. 상기와 같이 1/4로 분할된 주파수 인덱스(Carrier Index)의 영역들을 제1영역(n1) 내지 제4영역(n4)이라 칭한다. 여기서 상기 주파수들을 1/4로 분할하는 이유는 주파수의 재사용 거리(frequency reuse distance)가 3과 1로 서로 다른 종류를 함께 사용하기 때문이다. 즉, 주파수 재사용 거리 3과 주파수 재사용 거리 1을 함께 사용하므로 주파수를 1/4로 분할하였다. 그러므로 본 실시 예와 다른 주파수 재사용 거리를 사용하는 경우 주파수 분할 값이 달라진다. 또한 본 실시 예에서 주파수 재사용 거리로 3과 1을 함께 사용하는 이유는 셀의 경계 또는 모서리(edge) 부분에서도 주파수 재사용 거리가 3인 경우 시스템에서 원하는 C/I를 만족할 수 있기 때문이다. 따라서 시스템에서 요구하는 C/I의 레벨(level)이 보다 커진다면 주파수 재사용 거리를 보다 크게 가져가야 할 것이다. 또한 채널에서 전파 손실(propagation loss)과 페이딩(fading)의 변화(variance) 등이 심한 경우 주파수 재사용 거리를 본 실시 예에서보다 크게 사용하여야 할 것이다. 즉, 기지국들이 전파 손실 또는 페이딩 변화 또는 원하는 C/I 값의 변화 등으로 인하여 주파수 재사용 거리의 영역 또는 기지국의 경계 등이 상기 도 1 또는 도 2에 도시한 바와 다르게 구성되는 경우에는 주파수들을 더 많은 영역들로 분할하여야 한다. 이는 오에프디엠 주파수의 재사용에 따른 거리 값이 기지국의 형상(실제 전파의 전달거리, 전파 손실, 페이딩 변화, 시스템에서 요구하는 C/I 값, 기지국으로부터의 거리 등)에 따라 달라짐을 의미한다.
뿐만 아니라 도 2의 실시 예에는 주파수 재사용 거리를 기지국으로부터의 거리로 구분하도록 하고 있다. 즉, 기지국으로부터 가까운 영역에서는 주파수 재사용 거리를 1로 하는 OFDM 캐리어들을 사용하며, 기지국으로부터 원거리 영역에서는 주파수 재사용 거리를 3으로 하는 OFDM 캐리어들을 사용한다. 그러나 상술한 바와 같이 단순 거리가 아닌 C/I 값에 따라 OFDM 캐리어들을 사용하도록 구성할 수 있다. C/I에 따라 기지국을 구분하는 경우 미리 설정된 임계 값의 C/I에 따라 기지국과 채널 상황이 좋은 영역과 그렇지 못한 영역으로 구분된다. 이때 C/I는 기지국 주변의 건물 배치 및 주변 환경 등에 따라 상기 도 2와 다르게 도시될 수 있다. 이는 후술되는 도 5를 참조하여 설명하기로 한다.
실제로 오페프디엠 주파수의 재사용 거리 값은 3, 4, 7, … 등의 값을 가질 수 있다. 이하의 설명에서는 기지국들간 인접하는 형상이 상기 도 1 또는 도 2와 같이 구성되는 예로 가정하여 설명하기로 한다.
이와 같이 분할한 주파수 인덱스의 영역들 중 제1영역(n1)의 주파수는 상기 도 2에 도시한 바와 같이 기지국으로부터 소정의 거리 내에 위치한 곳에서 주파수 재사용 값을 1로 설정한다. 즉, 상기 주파수 인덱스의 영역들 중 제1영역(n1)의 주파수는 모든 기지국에서 사용 가능하도록 구성한다. 이에 대하여 상술하면 하기와 같다.
기지국으로부터 소정의 거리 내에 위치하는 단말들은 일반적으로 C/I 특성이 좋다. 이하에서 상기 도 2에 도시한 바와 같이 기지국들(200, 210, 220, 230, 240, 250, 260)로부터 섬과 같이 도시되는 소정의 거리 내의 영역을 "인근 영역"이라 칭한다. 또한 상기 기지국들(200, 210, 220, 230, 240, 250, 260)의 각 기지국 인근 영역 이외의 영역을 "원거리 영역"이라 칭한다. 상기 인근 영역과 원거리 영역은 단순한 거리만으로 계산되는 것이 아니며, 시스템에서 요구하는 C/I, 주변 기지국으로부터의 간섭량 등에 따라 인근 영역과 원거리 영역을 구분한다.
이를 도 3을 참조하여 더 상세히 설명한다. 도 3은 본 발명에 따른 하나의 기지국과 상기 기지국의 셀을 인근 영역과 원거리 영역으로 구분한 도면이다. 기지국은(200)은 일반적으로 신호의 송달거리를 셀로 영역(200a)으로 한다. 상기 신호의 송달거리 내에 기지국의 특성 및 기지국이 설치된 지역적인 조건에 따라 달리 설정되는 반경(r) 내의 기지국 인근 영역(200b)을 가진다. 또한 상기 기지국(200)의 인근 영역(200b)을 제외한 영역을 기지국 원거리 영역으로 설정한다. 상기 기지국 인근 영역(200b)은 기지국으로부터 가까운 거리에 위치하므로 다른 기지국들과 간섭의 효과가 거의 없게 된다. 따라서 상기 기지국 인근 영역(200b)에서는 주파수 재사용 거리 값을 1로 사용하여도 다른 단말에 영향을 주지 않는다.
또한 기지국 원거리 영역은 종래기술과 같은 방법의 주파수 재사용 방법을 사용한다. 이를 도 2를 참조하여 다시 살피면 하기와 같다. 각 기지국들(200, 210,220, 230, 240, 250, 260)은 기지국의 특성 및 기지국의 위치 조건에 따라 각기 다른 영역을 가지게 된다. 본 발명에서는 이상적인 경우로 가정하여 설명한다. 즉, 각 기지국들(200, 210, 220, 230, 240, 250, 260)이 6각의 셀로 구성되는 경우이다. 이와 같이 구성되는 경우 기지국 원거리 영역들은 종래기술과 같이 각기 교차하지 않도록 오에프디엠 주파수들이 할당된다. 이때 주파수 재사용 거리 값이 3인 경우 각 기지국들(200, 210, 220, 230, 240, 250, 260)은 주파수 인덱스 제2영역(n2) 내지 제4영역(n4)의 3영역 값들만을 할당받는다. 따라서 각 기지국들(200, 210, 220, 230, 240, 250, 260)은 기지국으로부터 원거리에 위치하는 단말들에 오에프디엠 주파수를 할당할 경우 자신의 기지국에 할당된 영역의 주파수를 사용한다. 예를 들어 상기 기지국(200)이 주파수 인덱스 값 중 제2영역(n2)의 주파수 인덱스 값을 할당받은 경우라면 원거리에 위치한 단말에 할당하는 주파수는 제2영역(n2)에 주파수들을 할당한다.
이에 반하여 기지국(200)의 인근 영역에 단말이 위치하는 경우 상기 기지국(200)은 제1영역(n1)의 주파수 인덱스 값으로 주파수를 할당한다. 이는 다른 기지국 예를 들어 기지국(210)의 경우도 동일하다. 즉, 기지국(210)에 제3영역(n3)의 주파수 인덱스 값이 할당된 경우 상기 기지국(210)은 인근 영역의 단말에는 제1영역(n1)의 주파수들을 할당한다. 또한 상기 기지국(210)의 원거리에 위치한 단말의 경우 값을 제3영역(n3)의 주파수들을 할당한다. 이와 같이 할당하는 경우를 도 2에도시하고 있다.
도 5는 특정 기지국에서 신호의 세기(signal strength) 또는 C/I에 따라 셀을 인근 영역과 원거리 영역으로 구분하여 도시한 도면이다. 상기 도 5와 도 3을 비교하여 살펴보면, 거리에 따른 구분되는 기지국 인근 영역(200b)과 신호의 세기 또는 시스템에서 요구하는 C/I에 따라 구분되는 인근 영역(200c)은 서로 다른 경계를 가짐을 알 수 있다. 이는 도 5에 직접 도시하지 않았으나, 기지국 영역(200a)도 동일하게 표현이 가능하다. 이는 기지국의 위치하는 지리적 여건과, 시간에 따른 페이딩(fading) 변화 등에 따라 다르게 표현된다. 즉, 거리가 기지국으로부터 근접한 위치라 할지라도 건물 등으로 인하여 기지국과 단말간 채널 상황이 좋지 않거나 또는 전파 손실 등이 심한 경우 도 5에 도시한 바와 같이 인근 영역(200c)은 거리와 다른 형태로 표현이 가능하다. 즉, 상기 도 2 및 도 3은 이해의 편의를 돕기 위해 인근 영역(200b)을 거리로 표현하여 도시하였으며, 이하의 설명에서도 기지국으로부터의 거리로 설명한다. 그러나 상기 도 5에서 도시된 바와 같이 실제로 거리에 한정되지 않으며, 상기한 다양한 여건 등에 의하여 변경이 가능하다.
본 발명의 제1실시 예에서 설명하는 바에 따르면, 주파수 인덱스 값을 소정 개수로 영역들을 분할한다. 그리고 상기 분할된 주파수 인덱스 값들 중 특정 영역에는 주파수 재사용 거리 값을 1로 사용하며, 다른 영역의 주파수 인덱스 값들은 주파수 재사용 인덱스를 3으로 설정하는 경우이다. 즉, 본 발명은 주파수 인덱스 영역들을 분할하고, 분할된 주파수 영역들에 서로 다른 주파수 재사용 거리 값을 사용하는 방법을 제안한다. 따라서 기지국이 상기와 같이 일정한 형상을 가지지 않는 경우 원거리 영역의 주파수 재사용 거리 값은 더 커지게 된다. 즉, 주파수 재사용 거리 값은 3 이상의 값을 가진다. 이와 같이 주파수 재사용 거리 값이 3이상인 경우 주파수 인덱스를 분할하는 경우도 달라진다. 즉, 주파수 재사용 거리 값보다 1큰 값으로 주파수 인덱스를 분할하게 된다. 또한 본 실시 예에서는 상기 분할되는 주파수 인덱스의 영역이 동일한 크기가 되도록 분할되는 경우로 가정하였으나, 기지국의 위치 요소 등을 고려하여 서로 다른 주파수 인덱스 영역을 가지도록 분할할 수도 있다.
다음으로 본 발명의 제2실시 예에 대하여 살펴본다. 도 6은 본 발명의 제2실시 예에 따라 주파수 호핑(frequency hopping) 시스템에서 OFDM 캐리어를 그룹별로 구분하여 서로 다른 거리 값을 할당한 예를 도시한 도면이다.
제1실시 예에서는 주파수 재사용 거리를 사용하는 그룹이 연속되어 있는 경우를 예로 설명하였다. 즉, 도 2에 도시한 바와 같이 주파수 재사용 거리 값이 1인 캐리어 인덱스의 제1영역(n1)의 주파수와 주파수 재사용 거리 값이 3인 캐리어 인덱스의 제2영역(n2) 내지 제4영역(n4)으로 구분하였다. 상기 제1영역(n1)의 캐리어 인덱스는 최초의 캐리어부터 마지막 캐리어까지 연이어 구성되며, 제2영역(n2)의 캐리어 인덱스도 최초의 캐리어부터 마지막 캐리어까지 연이어 구성된다. 이는 제3영역(n3)의 캐리어 인덱스와 제4영역(n4)의 캐리어 인덱스도 동일하다. 그러나 제2실시 예에서는 불연속적으로 존재하는 캐리어 인덱스들간을 그룹(Group)으로 형성하여 사용하는 방법을 설명한다.
예를 들어 주파수 다이버시티(diversity)를 향상시키기 위해 각 그룹(group)별 할당된 주파수가 도 6에 도시한 바와 같이 제1그룹(G1)과 제2그룹(G2) 및 제3그룹(G3)으로 구분할 수 있다. 상기 제1 내지 제3그룹들은 도 6에 도시한 바와 같이 캐리어 인덱스 값들이 일정 간격을 두어 분포할 수 있다. 이와 같이 캐리어 인덱스 값들이 일정한 간격을 두는 경우는 직교 주파수 호핑(orthogonal frequency hopping)을 사용하는 OFDMA 시스템에서 주파수 호핑의 패턴(pattern)별로 그룹으로 묶어 사용할 수 있다. 이때, 각 그룹들은 본 발명의 사상에 따라 서로 다른 주파수 재사용 거리 값을 가지도록 구성할 수 있다. 상기 도 6의 실시 예에서는 인근 영역에 사용되는 캐리어 인덱스들을 가지는 캐리어 주파수들은 주파수 재사용 거리 값을 1로 설정한 예이다. 그리고 기지국 원거리 영역에 사용되는 제1그룹(G1) 내지 제3그룹(G3)의 값들은 주파수 재사용 거리 값으로 3을 사용하는 예를 도시하였다. 이와 같은 주파수 호핑을 사용함으로 인하여 간섭 평균(interference averaging) 효과를 얻을 수 있다. 따라서 주파수 재사용 거리 값을 1로 사용할 수 있는 거리를 확장할 수 있다. 여기서 거리는 실제적인 거리일 수도 있고, 상술한 바와 같이 시스템에서 요구하는 C/I 값 등이 될 수 있다.
그러면 본 발명을 최적의 조건으로 활용하기 위하여 하기와 같은 가정들 하에서 비용함수(cost function)를 구하는 것을 설명한다.
1. 사용자는 기지국의 영역 내에 균일하게 분포하며, 평균 포아선 프로세스(Poission Process)를 따라 발생한다 가정하자.
2. 셀의 반지름을 1로 표준화 한 경우 상기 인근 영역의 반지름 r 내에 위치하는 사용자는 주파수 재사용 거리 값을 1로 하더라도 시스템에서 원하는 FER을 만족한다고 가정한다. 그리고, 반지름 r 보다 멀고 셀의 반지름 1 내에 있는 사용자는 주파수 재사용 거리 값을 3으로 하는 경우 FER 조건을 만족한다. 또한 셀의 모양은 원형(circle)으로 근사화 한다. 이 경우 상기 인근 영역 반지름 r 내에 들어오는 사용자의 평균 개수는 "r2"이며, 밖에 있는 사용자의 평균 개수는 "1-r2"로 2가지를 서로 독립된 포아선 프로세스(Poisson process)로 생각할 수 있다.
3. 오에프디엠의 주파수(sub-carrier) 개수는 N이며, 한 명의 사용자가 M개의 주파수(sub-carrier)를 사용한다고 가정하면, 전체 자원(resource)의 개수는 n = N/M이다. 이때 주파수 재사용 거리 값이 1인 경우 n1개의 자원(resource)을 사용하고, 주파수 재사용 거리 값이 3인 곳에 n2개의 자원(resource)을 사용한다면 n = n1+ 3n2의 관계를 따른다. 이때 n1과 n2를 최적화하기 위해 비용함수로 차단율(blocking rate)의 합을 사용한다.
4. 오에프디엠 시스템에 버퍼가 없다는 것을 가정하면, 위의 문제는 n1개와 n2개의 서버(server)를 가지며, 트래픽(traffic)의 발생 빈도가 n1= R2와 n2= (1-R2) 인 경우로 가정할 수 있다.
따라서 상기한 가정들 하에서 비용함수는 잘 알려진 얼랑 비(Erlang B)를 이용하여 차단 확률(blocking probability)을 구할 수 있으며, 이를 수학식으로 도시하면 하기 <수학식 1>과 같이 도시할 수 있다.
상기 <수학식 1>에서 n1은 기지국의 인근 영역의 자원 개수이며, n2는 기지국 원거리 영역의 자원 개수이고, n1과 n2의 관계는 전체 자원 n = n1+ 3n2의 관계를 가지며, n,과 n2는 정수이다. 또한 ??1은 인근 영역에서 이벤트가 발생할 확률 값이고, ??2는 원거리 영역에서 이벤트가 발생할 확률 값이다. j는 1 ~ n1까지 변하거나 0에서 n2까지 변하며, 이는 summation을 하기 위한 매개 변수이다.
상기 <수학식 1>의 얼랑 비 확률을 그래프로 도시하면 도 4와 같이 도시된다. 상기 도 4에서 보는 바와 같이 확률 값은 항상 양의 값을 가지며, 아래로 볼록한 포물선의 곡선을 그린다. 따라서 비용함수의 미분 값이 "0"가 되는 즉, 포물선의 꼭지점의 값이 최소 값을 가지는 값이 된다.
그러면 이하에서 상기와 같이 주파수 재사용 거리 값을 3으로 한 경우와 본 발명과 같이 주파수 재사용 거리 값을 1과 3으로 하는 경우를 비교하여 설명한다.
주파수 재사용 거리 값을 3으로 설정한 경우 차단 확률은 하기 <수학식 2>와 같이 도시할 수 있다.
상기 <수학식 2>와 본 발명을 대비할 때, 본 발명은 주파수 재사용 값이 1인 영역을 도입함으로써 n개의 채널을 종래기술보다 더 작게 구분하여 사용하게 된다. 그러므로 특정 기지국에서만 사용하는 주파수의 개수는 줄어들게 된다. 그러나 모든 기지국이 사용하는 주파수 영역이 존재하므로 모든 기지국에서 사용하는 영역을 제외한 나머지 주파수 영역을 균등하게 3등분하여 사용한다면, 한 기지국에서 사용할 수 있는 주파수 채널의 개수는 n1+ n2의 관계가 성립한다. 이로 인해 하나의 기지국에서 사용할 수 있는 주파수의 숫자는 늘어나게 된다. 이를 하기와 같은 조건에서 시뮬레이션 하면 하기와 같은 결과를 얻을 수 있다.
먼저 오에프디엠에서 사용할 수 있는 주파수의 개수를 512개로 가정하고, 하나의 사용자에게 4 또는 32개의 채널을 사용한다고 가정한다. 그러면 전체 활용할 수 있는 자원의 개수는 128개가 된다. 시스템의 부하는 전체 활용 가능한 채널의 개수 대비 단위 시간에 발생하는 트래픽의 비가 된다. 주파수의 재사용 거리를 1로 사용하는 반경을 0.3 ~ 0.4로 가정하면 차단 확률은 주파수 재사용 거리 값을 3으로 사용하는 경우보다 낮아진다. 또한 상기 주파수 재사용 거리를 0.9까지 확장하고, 차단확률을 0.02로 고정하는 경우 주파수 재사용 거리 값이 3인 경우보다 기지국의 용량을 4배까지 증가시킬 수 있다.
이상에서 살핀 바와 같이 본 발명에서 주파수 자원은 기지국으로부터의 거리, 수신 신호의 감도, 주변 기지국으로부터의 간섭량 등에 따라 단말과 통신에 할당한다. 본 발명의 실시 예에서는 주파수 자원의 분할 개수보다 하나 많은 개수로 분할하는 것을 예로써 설명하였으나, 그 보다 많은 개수로 주파수 자원을 분할할 수 있다. 또한 본 발명의 실시 예에서는 주파수 자원을 나눈 개수가 2종류로 한정되어 주파수 자원을 나누고 할당하는 과정이 설명되어 있으나, 2종류에 본 발명은 2 종류에 한정되지 않고, 그 이상의 종류에도 적용할 수 있다.
이와 같이 분할된 주파수 자원을 할당하는 방법은, 본 발명의 실시 예에서 설명한 바와 같이 주파수 자원을 2 종류로 구분하는 경우 원거리 영역에 위치한 단말과 인근 영역에 위치한 단말로 구분하여 통신에 사용하는 주파수에 특정한 주파수 자원을 할당할 수 있다. 또한 주파수 자원을 둘로 구분하는 경우에 상기한 바와 달리 하기와 같은 방법으로 주파수를 할당할 수 있다.
첫째로 원거리 단말과 통신에 할당하는 방법, 둘째로 단말에서 기지국으로부터 수신 신호의 감도를 측정한 뒤에 수신 감도가 낮은 단말과 통신에 할당하는 방법, 셋째로 단말에서 다른 기지국으로부터 오는 간섭을 측정한 뒤에 간섭양이 많은 단말과 통신에 할당하는 방법 등이 있을 수 있다. 그리고 나머지 자원에는 나머지 단말과 통신에 할당하여 사용할 수 있다. 또한 만일 두개 이상으로 주파수 자원이 구분되어 있는 경우, 위의 세 경우에 따라 소트(sort) 한 후에 순서대로 할당하도록 구성할 수도 있다.
이상에서 설명한 바는 단순히 기지국과 단말간 거리만을 고려하여 계산한 경우이다. 그러나 실제 환경에서 사용자를 부채널에 할당하는 기준을 거리를 사용하는 것보다는 로그노말 페이딩(lognomal fading)을 포함한 경로 손실(pathloss)이 가장 큰 사용자들에게 부하(load)가 비교적 낮은 부 채널 그룹을 할당하는 것이 바람직하다. 이와 다른 방법으로 사용자의 신호대 간섭비(SIR : Signal to Interference Ratio)를 알고 있다면 신호대 간섭비가 가장 작은 사용자들에게 부하기 비교적 낮은 부 채널을 할당하는 것이 바람직하다. 즉, 2개의 그룹으로 구성되는 경우를 가정하여 설명하면, 경로 손실이 낮은 부채널 그룹과 높은 부채널 그룹으로 구분할 수 있다. 이러한 상태에서 상기와 같이 미리 결정된 신호대 간섭비를 이용하여 사용자들을 할당할 수 있다.
만일 상기 부 채널 그룹이 셋 이상이고 상기 각 부채널 그룹을 구분하기 위한 미리 결정된 기준 신호대 잡음비가 둘 이상이 필요하다. 이러한 경우 미리 결정된 기준 신호대 잡음비가 2 이상인 경우 상기 부채널 그룹의 결정은 상기 단말의 신호대 잡음비보다 큰 기준 신호대 잡음비들 중 가장 작은 신호대 잡음비의 그룹의 오에프디엠 주파수 자원을 할당함으로써, 상기와 동일하게 자원이 할당될 수 있다.
그러면 이하에서 로그노말 페이딩을 포함한 경로 손실을 사용하는 방법 및 사용자의 신호대 간섭비를 사용하는 방법에 대하여 살펴보기로 한다.
일반적으로 기지국(base station)으로부터 가까운 사용자는 인접 셀(cell)로부터 거리가 멀기 때문에 수신되는 신호의 간섭(Interferer)이 작아 충분히 큰 신호대 잡음비를 가진다. 이러한 경우 트래픽 부하(traffic load)가 높아져도 충분히 낮은 오류율을 보인다. 하지만 사용자 단말이 기지국으로부터 멀어지면, 인접한 셀로부터 수신되는 채널의 간섭양이 증가하기 때문에, 신호대 잡음비가 작아진다. 따라서 이러한 사용자 단말은 간섭량을 줄여야만 한다.
이를 위하여 본 발명의 실시 예에서는 이러한 원리를 이용하여 부채널을 2개 이상의 그룹으로 나눈다. 이와 같이 구분된 부채널의 그룹을 이상에서 설명한 바와 같이 거리가 아닌 트래픽 부하(traffic load)를 할당하는 방식으로 신호대 잡음비를 개선하는 것이다. 따라서 각 그룹들은 사용자 단말의 부하가 다른 트래픽들을 할당하는 그룹들이 된다. 그러면 이를 도 7을 참조하여 설명하기로 한다. 도 7은 본 발명의 다른 실시 예에 따라 사용자별 부 채널 할당 방법을 예시한 도면이다.
상기 도 7을 참조하여 살펴보면, 하나의 기지국(200)은 근거리 영역(200b)과 원거리 영역(200a)으로 구분된다. 상기 도 7에서 원거리 영역과 근거리 영역을 구분하는 것은 거리에 따른 구분이 아니라 트래픽 부하에 따라 구분된 것이다. 도면에서는 이를 표시하기 어려움이 있어 거리에 따른 것처럼 도시하였다. 또한 실제로, 원거리 영역과 근거리 영역을 구분할 때, 실제 거리가 참조되어 이용될 수 있음은 물론이다. 상기 사용 가능한 부 채널들(Carrier)은 2개의 서로 다른 그룹(n1, n2)으로 구분하였다. 그리고 상기 원거리 영역에 포함되는 단말들(301, 302, 303, 304)은 원거리 영역에 할당되는 주파수 그룹(n2) 내의 주파수들이 주파수 호핑 방법(320)을 통해 설정되어 사용된다. 그리고 근거리 영역(200b)에 포함된 단말들(311, 312, 313) 또한 근거리 영역에 할당되는 주파수 그룹(n1) 내의 주파수들이 주파수 호핑 방법(320)을 통해 할당된다.
상기 도 7에서 설명한 바와 같이 본 발명의 실시 예에서는 설명의 편의를 위하여 부하에 따른 그룹을 2개로 구분하는 경우에 대하여 설명하였다. 그러나 실제로 부하에 따른 그룹을 3개 이상으로 구분할 수 있으며, 시스템의 환경에 따라 적절한 개수의 그룹으로 나누어 사용하는 경우 보다 효율이 증대될 것이다.
비교적 높은 부 채널 그룹(n1)의 부하와 비교적 낮은 부 채널 그룹(n2)의 부하를 결정하는 것은 각 그룹에 할당된 부 채널의 개수를 조절함으로 이루어진다. 만일 각 그룹에 할당된 부 채널이 개수가 동일하다면 발생하는 사용자들 중 각 그룹에 할당되는 사용자의 개수를 변경함으로써 조정할 수 있다. 일반적으로 높은 평균 트래픽(traffic)인 경우 부하가 높은 부채널 그룹에서의 부하는 1.0에 가까이 정하는 것이 최적이다. 또한 부하를 조정하는 경우 높은 부하를 가지는 부채널 그룹에 할당된 사용자들 중 가장 나쁜 신호대 잡음비가 낮은 부하를 가지는 부채널 그룹에 할당된 사용자들 중 가장 나쁜 신호대 잡음비보다 동일하거나 좋도록 한다.
이상에서 설명한 바와 같은 구성을 가지는 경우의 채널 모델에 대하여 살펴보고, 그 채널 모델에서의 효율에 대하여 살피기로 한다.
r을 사용자와 기지국간의 거리를 각 기지국의 셀간의 거리의 절반으로 나눈 값이라 한다. 또한 기지국과 사용자의 채널은 하기 <수학식 3>과 같은 모델이 된다고 가정한다.
상기 <수학식 3>에서d는 기지국과 사용자 단말간의 거리이며,c는 주파수와 환경에 의해 결정되는 상수이다.는 신호 손실 지수(path loss exponent)라 불리우는 값이다. 상기 신호 손실 지수()가 2이면 자유 공감 모델(free space model)과 같다. 이때 기지국에서 r만큼 떨어져 위치한 사용자의 평균 신호대 잡읍비는 하기 <수학식 4>와 같이 표시할 수 있다.
만일 셀의 모양이 원과 같고, 패킷의 평균 발생 개수가 영역(area)에 비례하고, 셀의 로드가 p라고 가정한다. 이때, 기지국에서 반경으로 정규화한 거리가 r만큼 떨어진 원 안에서 발생하는 패킷의 개수는r 2 Np이고, 밖에서 발생하는 packet의 개수는 (1-r 2)Np이다. 또한 목표 신호대 잡음비(target SIR)를s라 한다.
그러면, 상기 부하 p를 최대화 할 수 있도록 부채널(subcarrier)의 배치를 나누는 방법을 찾아야 한다. 즉, 전체 부채널(sub-carrier)이N이고, 기지국에서 거리가 r이내인 사용자들에게N 1을, 밖에 있는 사용자들에게N 2를 할당한다면 이때 부하는 각각r 2 Np/N 1,(1-r 2)Np/N 2와 같다. 이때 각각 에지(edge)에서 신호대 잡음비를 상기 <수학식 4>를 통해 구하면 하기 <수학식 5> 및 <수학식 6>과 같이 도시할수 있다.
그러므로 상기 <수학식 5>와 상기 <수학식 10> 모두 목표 신호대 잡음비 s보다 큰 최대 셀의 로드p가 시스템의 최대 용량이 되며, 반대로 p가 주어져 있는 경우 상기 <수학식 5>와 상기 <수학식 6>을 최소화 하도록 r과 N1을 결정하면 최소 신호대 잡음비가 된다. 즉, 2가지 방향으로 최적화를 할 수 있다.
상기 <수학식 5>와 상기 <수학식 6>은 모두r과N 1에 대해 비선형적인 관계에 있기 때문에 도식화(graphic)한 방법을 통해 최적화를 하도록 한다. 이를 일 예를 들어 설명하면, 우선를 4로 고정하고,r과N 1/N을 변수로 한 경우 신호대 잡음비를 도식화하면, 도 8 및 도 9와 같이 도시할 수 있다. 상기 도 8은 부하가 50%인 경우 근거리 영역(inner cell)과 원거리 영역(outer cell)의 에지(edge)에서 신호대 잡음비의 매시 평면도(mesh plot)이고, 도 9는 부하가 50%인 경우 근거리 영역(inner cell)과 원거리 영역(outer cell)의 에지 부분의 신호대 잡음비의 등고선 평면도(contour plot)이다.
상기 도 8에서 x 축은 사용자와 기지국간의 거리를 가장 멀리 있는 사용자와 기지국간의 거리로 나눈 값이고, y축은 부하가 높은 주파수 호핑 그룹(frequency hopping group)에 할당된 부채널(subcarrier)의 개수를 전체 부채널의 개수로 나눈 값이며, z는 신호대 잡음비, 참조부호 400 곡면의 가장 위쪽은 신호대 잡음비가 50dB이고, 상기 참조부호 400 곡면의 가장 아래쪽 즉, 참조부호 410 곡면과 접하는 영역의 아래 부분은 신호대 잡음비가 SIR -20dB이다.
또한 상기 도 9에서 x 축은 사용자와 기지국간의 거리를 가장 멀리 있는 사용자와 기지국과의 거리로 나눈 값이고, y축은 부하가 높은 주파수 호핑 그룹(frequency hopping group)에 할당된 부채널의 개수를 전체 부채널의 개수로 나눈 값이며, 원점에 가장 가까운 즉, 참조부호 500의 곡선의 신호대 잡음비는 50dB이고, 가장 먼 곡선 즉, 참조부호 510의 곡선의 신호대 잡음비는 SIR -5dB이다. 상기 도 8 및 도 9에 도시한 바와 같이 평균 부하를 변화시키면서 이때 생기는 신호대 잡음비의 이득(SIR gain)을 정리하면 하기 <표 1>과 같이 정리할 수 있다.
부하(Load) 이전신호대 잡음비(Before SIR) 이후신호대 잡음비(After SIR) 이득(Gain) r N1/N 내부 부하(Load inner)
0.7 -7dB -3.85dB 3.15dB 0.885 0.565 0.97
0.5 -5.5dB -2.15dB 3.35dB 0.885 0.415 0.88
0.3 -3.3dB 0.08dB 3.4dB 0.83 0.32 0.65
0.1 1.45dB 4.6dB 3.1dB 0.84 0.33 0.21
상기 <표 1>에서 부하(Load)는 전체 평균 부하이며, 이전 신호대 잡음비(Before SIR)는 본 발명의 방식을 사용하기 전의 셀 에지(cell edge)에서 신호대 잡음비를 의미하고, 이후 신호대 잡음비(After SIR)는 본 발명에 따른 방식을 사용하는 경우 셀 에지(cell edge)에서 신호대 잡음비를 의미한다. 그리고 이득(Gain)은 이전 신호대 잡음비와 이후 신호대 잡음비간의 차를 의미하고, r을 사용자와 기지국간의 거리를 cell간의 거리의 절반으로 나눈 값으로 하였다. 그리고 N1/N은 부하가 높은 영역에 할당된 부채널 개수를 전체 부채널 개수로 나눈 값이며, 내부 부하(Load inner)는 부하가 높은 영역 - 일반적으로 셀(cell)의 안쪽의 사용자가 할당된 주파수 호핑 그룹(frequency hopping group) - 의 부하이다. 상기 <표 1>에서 볼 수 있듯이, 본 발명에서 제안하는 방식을 도입함에 따라 3dB 정도의 신호대 잡음비 이득을 얻을 수 있다.
상술한 바와 같이 이동통신 시스템에서 오에프디엠 주파수를 특정 개수로 분할하고, 기지국의 인근 영역과 원거리 영역으로 구분하여 인근 영역에 할당된 주파수들의 주파수 재사용 거리 값을 1로 설정함으로써 주파수 사용율을 높일 수 있는 이점이 있다. 또한 주파수 호핑을 사용하는 경우에 기지국 인근 영역과 기지국 원거리 영역을 구분하고, 이에 따라 인근 영역에는 주파수 재사용 값을 1로 설정함으로써 주파수 사용율을 높일 수 있는 이점이 있다.

Claims (22)

  1. 오에프디엠 방식으로 단말과 통신하는 기지국들을 포함하는 이동통신 시스템에서 오에프디엠 주파수 자원의 재사용 방법에 있어서,
    각 기지국에서 사용 가능한 오에프디엠 주파수 자원을 4 그룹 이상으로 분할하고 상기 분할된 오에프디엠 주파수 자원마다 서로 같거나 다른 주파수 재사용 거리 값을 가지도록 설정하는 과정과,
    기지국의 인근 영역부터 원거리 영역의 순으로 상기 분할된 오에프디엠 주파수 자원 중 주파수 재사용 거리 값이 작은 자원부터 주파수 재사용 거리 값이 큰 자원까지 순차적으로 할당하는 과정을 포함함을 특징으로 하는 상기 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 주파수 자원의 분할 시,
    상기 오에프디엠 주파수의 캐리어 인덱스가 연속하도록 그룹으로 구성함을 특징으로 하는 상기 방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 주파수 자원의 분할 시,
    상기 시스템에서 주파수 호핑이 이루어지는 경우 상기 호핑이 이루어지는 주파수들간을 그룹으로 구성함을 특징으로 하는 상기 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 분할된 주파수 자원들 중 적어도 하나의 주파수 자원에 대하여 주파수 재사용 거리 값을 1로 설정하고, 상기 주파수 재사용 거리 값이 1인 주파수 자원을 기지국의 인근 영역에 할당함을 특징으로 하는 상기 방법.
  5. 제4항에 있어서, 상기 기지국의 인근 영역은,
    기지국으로부터의 거리에 의해 계산됨을 특징으로 하는 상기 방법.
  6. 제4항에 있어서, 상기 기지국의 인근 영역은,
    시스템에서 요구하는 신호대 잡음비(C/I)에 의해 계산됨을 특징으로 하는 상기 방법.
  7. 제4항에 있어서, 상기 기지국의 인근 영역은,
    주변 기지국으로부터의 간섭량에 의해 계산됨을 특징으로 하는 상기 방법.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 오에프디엠 주파수 자원의 분할은 균등하게 분할함을 특징으로 하는 상기 방법.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 기지국의 인근 영역에 할당하기 위한 오에프디엠 주파수 자원의 분할은하기 <수학식 7>을 만족하는 값으로 설정함을 특징으로 하는 상기 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 기지국의 원거리 영역에 할당하기 위한 오에프디엠 주파수 자원의 분할은 상기 인근 영역에 할당된 주파수를 제외한 나머지 영역들을 균일하게 분할함을 특징으로 하는 상기 방법.
  11. 오에프디엠 방식으로 단말과 통신하는 기지국들을 포함하는 이동통신 시스템에서 오에프디엠 주파수 자원의 재사용 방법에 있어서,
    상기 오에프디엠 주파수 자원을 4 그룹 이상으로 분할하는 과정과,
    상기 분할된 오에프디엠 주파수 자원 영역들 중 특정한 하나의 주파수 자원 영역을 모든 기지국들의 인근 영역에 할당하는 과정과,
    상기 특정한 주파수 자원 영역을 제외한 나머지 3 주파수 자원 영역들에 대하여 주파수 재사용 값을 3이상의 값으로 설정하여 할당하는 과정을 포함함을 특징으로 하는 상기 방법.
  12. 오에프디엠 방식으로 단말과 통신하는 기지국들을 포함하며, 각 기지국들은 기지국 인근 영역에 할당하기 위한 오에프디엠 주파수 자원과 원거리 영역에 할당하기 위한 오에프디엠 주파수 자원을 구비하는 이동통신 시스템에서 각 기지국이 단말로 오에프디엠 주파수 자원을 할당하기 위한 방법에 있어서,
    소정 단말로부터 기지국으로부터 오에프디엠 주파수 설정이 요구되면, 상기 기지국과 단말간의 미리 설정된 조건을 검사하는 과정과,
    상기 기지국과 단말간 미리 설정된 조건을 충족하는 경우 인근 영역에 할당하기 위한 오에프디엠 주파수 자원을 할당하여 채널을 설정하는 과정과,
    상기 기지국과 단말간 거리가 미리 설정된 거리 영역의 밖에 위치하는 경우 원거리 영역에 할당하기 위한 오에프디엠 주파수 자원을 할당하여 채널을 설정하는 과정을 포함함을 특징으로 하는 상기 방법.
  13. 제12항에 있어서, 상기 미리 설정된 조건이,
    상기 단말과 상기 기지국간의 거리임을 특징으로 하는 상기 방법.
  14. 제12항에 있어서, 상기 미리 설정된 조건이,
    상기 단말과 상기 기지국간 설정된 채널의 인터피어런스 양임을 특징으로 하는 상기 방법.
  15. 제12항에 있어서, 상기 미리 설정된 조건이,
    상기 단말과 상기 기지국간의 수신 신호의 감도임을 특징으로 하는 상기 방법.
  16. 제12항에 있어서,
    상기 인근 영역의 오에프디엠 주파수 자원의 주파수 재사용 거리 값은 1임을 특징으로 하는 상기 방법.
  17. 오에프디엠 방식으로 단말과 통신하는 기지국들을 포함하며, 각 기지국들은 둘 이상으로 구분된 그룹의 오에프디엠 주파수 자원의 그룹들을 가지며, 통신이 요구되는 단말에 주파수 위한 오에프디엠 주파수 자원 할당하기 위한 시스템에서 각 기지국이 단말로 오에프디엠 주파수 자원을 할당하기 위한 방법에 있어서,
    소정 단말로부터 기지국으로부터 오에프디엠 주파수 설정이 요구되면, 상기 단말의 신호대 잡음비를 미리 결정된 기준 신호대 잡음비와 비교하는 과정과,
    상기 단말의 신호대 잡음비가 미리 결정된 신호대 잡음비보다 낮은 경우 낮은 부채널 그룹의 오에프디엠 주파수 자원을 할당하여 채널을 설정하는 과정을 포함함을 특징으로 하는 상기 방법.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 부 채널 그룹이 셋 이상이고 상기 각 부채널 그룹을 구분하기 위한 미리 결정된 기준 신호대 잡음비가 둘 이상인 경우 상기 부채널 그룹의 결정은 상기 단말의 신호대 잡음비보다 큰 기준 신호대 잡음비들 중 가장 작은 신호대 잡음비의 그룹의 오에프디엠 주파수 자원을 할당함을 특징으로 하는 상기 방법.
  19. 제17항에 있어서, 부채널의 결정 시, 로그노말 페이딩을 포함한 신호 손실을 상기 신호대 잡음비와 함께 고려하여 부채널 그룹을 결정함을 특징으로 하는 상기 방법.
  20. 제19항에 있어서, 상기 로그 노말 페이딩 값이 큰 단말에게 부하가 적은 부채널 그룹을 설정함을 특징으로 하는 상기 방법.
  21. 제17항에 있어서, 상기 기지국은,
    상기 단말과 통신 시 미리 결정된 주파수 호핑 규칙에 따라 상기 단말이 포함된 그룹 내의 오에프디엠 주파수들을 호핑하도록 함을 특징으로 하는 상기 방법.
  22. 오에프디엠 방식으로 단말과 통신하는 기지국들을 포함하며, 각 기지국들은 둘 이상으로 구분된 그룹의 오에프디엠 주파수 자원의 그룹들을 가지며, 통신이 요구되는 단말에 주파수 위한 오에프디엠 주파수 자원 할당하기 위한 시스템에서 각 기지국이 단말로 오에프디엠 주파수 자원을 할당하기 위한 방법에 있어서,
    소정 단말로부터 기지국으로부터 오에프디엠 주파수 설정이 요구되면, 채널 모델이 하기 <수학식 8>과 같고, 상기 기지국으로부터 상기 단말까지의 거리가 r인 단말의 평균 신호대 잡음비가 <수학식 9>와 같을 때, 하기 <수학식 10> 및 하기 <수학식 11>의 부하(p)를 최대로 하는 그룹의 오에프디엠 주파수 그룹의 주파수를 할당함을 특징으로 하는 상기 방법.
    상기 <수학식 8> 내지 상기 <수학식 11>에서d는 기지국과 사용자 단말간의 거리이며,c는 주파수와 환경에 의해 결정되는 상수이고,는 신호 손실 지수(path loss exponent)라 불리우는 값이며, 셀의 로드를 p라 하고, 전체 부채널의 개수를 N으로 하며, 근거리 영역에 할당되는 주파수 자원의 개수를 N1이 된다.
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