KR20050081136A

KR20050081136A - 시분할이중화/가상주파수분할 이중화 계층적 셀룰러 통신시스템 및 그 운용 방법

Info

Publication number: KR20050081136A
Application number: KR1020040025131A
Authority: KR
Inventors: 윤상보; 조성현; 김영수; 김응선; 이연우; 맥라우린스티븐
Original assignee: 삼성전자주식회사; 유니버시티 오브 코트 오브 더 유니버시티 오브 에딘버그
Priority date: 2004-02-11
Filing date: 2004-04-12
Publication date: 2005-08-18
Also published as: GB0403007D0; KR101093854B1; GB2412541B; GB2412541A

Abstract

본 발명의 시분할이중화(TDD)와 주파수분할이중화(FDD) 기법을 동시에 지원하는 셀룰러 통신 시스템은 다수의 이동국들, 상기 주파수분할이중화 기법을 기반으로 상기 이동국들과 통신하며, 연속적인 각각의 매크로 셀들과 하나의 가상셀을 규정하는 적어도 3개의 제1형기지국, 그리고 시분할이중화 기법을 기반으로 상기 이동국들과 통신하며 상기 가상 셀 내에 하나의 마이크로 혹의 피코 셀을 규정하는 적어도 하나의 제2형기지국을 포함하는 클러스터로 이루어지는 것을 특징으로 하는 셀룰러 통신 시스템.

Description

시분할이중화/가상주파수분할 이중화 계층적 셀룰러 통신 시스템 및 그 운용 방법{METHOD OF OPERATING TDD/VIRTUAL FDD HIERARCHICAL CELLULAR TELECOMMUNICATION SYSTEM}

본 발명은 셀 및 섹터 배치의 맥락에서 시분할이중화/가상주파수분할이중화 (Time Division Duplexing/Virtual Frequency Division Duplexing: TDD/virtual FDD) 계층적 셀룰러 시스템의 운용 방법에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 이와 같은 망 구조에서 미사용 중인 자원 차용 메커니즘 및 그 운용 방법에 관한 것이다.

최근 범용이동통신시스템 (universal mobile telecommunications systems: UMTS)의 주파수 할당과 관련하여, 대부분의 운영적 측면에서, 두 개 혹은 그 이상의 FDD 반송파를 할당하고 있다.

이론적으로, 한 쌍의 FDD 반송파를 할당하는 것은 오직 하나의 망 계층의 동작을 위해서만 허락된다. 마이크로 셀이나 피코 셀 계층과 함께 매크로 셀 계층으로 구성되는 2계층 구조에서는 두 쌍의 반송파가 제공될 수 있다. 핫스팟 지역에서와 같이 부하량이 매우 높은 셀들은 또 다른 반송파를 추가함으로써 잉여의 시스템 용량을 얻을 수 있다. 이는 “UMTS를 위한 무선 네트워크 계획 및 최적화” (Jaana Laiho, Achim Wacker, and Tomas Novosad, ed., Radio Network Planning and Optimisation for UMTS, John Wiley & Sons, Ltd., 2002)에 기술되어 있는 바와 같이 기지국의 송신 전력을 증가시키는 것 보다 효과적이다.

매우 효율적이리라 기대되는 접근 방법 중 하나는 FDD 매크로 셀 계층과 TDD 마이크로 혹은 피코 셀 계층으로 구성되는 TDD와 FDD의 계층적 셀룰러 구조이다. 이와 같은 구조의 시스템에서, TDD 반송파는 트래픽이 매우 비대칭적이고 상대적으로 이동성이 낮은 핫스팟 지역을 지원하기 위해 할당된다. 일반적으로, FDD 셀과 TDD 셀은 시스템간 간섭에 대처하기 위해 서로 다른 반송파를 사용한다. 그러나 “1920MHz의 경계에서 UMTS의 TDD 및 FDD 모드 사이의 간섭 효과” (Harald Haas, Steve McLaughlin, and Gordon Povey의 “The Effect of Interference Between the TDD and FDD Mode in UMTS at the Boundary of 1920 MHz,” in proceedings of IEEE 6th Intern. Symp. On Spread-Spectrum Tech. & Appli., NJIT, NJ, USA, pp. 486-490, Sept. 6-8, 2000)에 설명된 바와 같이, 도 1에 도시된 시스템 성능을 저하시키는 요소로서 인접채널간섭 (adjacent channel interference: ACI)은 여전히 존재한다. 상기 문헌에서는 TDD 반송파의 FDD 상향링크에 대한 간섭 효과가 매우 현저히 나타나며 최적의 기지국(BS)의 위치와 상충 관계에 있다는 것을 보여주고 있다.

Harald Haas와 Gordon Povey의 “Apparatus, Method of and System for Improving Capacity in Communication Network,”라는 제목의 국제 특허 출원 (국제출원번호: PCT/GB99/02223, 25 July 1998)과 “UMTS 에 적용 가능한 TDD 언더레이의 용량 분석”(Capacity Analysis of A TDD Underlay Applicable to UMTS, in Proceeding of PIMR99, pp.167-171) 에서 유래된 셀룰러 CDMA-FDD 시스템 (FDD 인터페이스의 한쪽 통신 방향은 미사용 중일 것이기 때문에)에서는 잔여 무선 스펙트럼 (미사용 중인 radio spectrum)을 이용하는 방안이 제안된 바 있다. CDMA-FDD 개념에서, 하나의 쌍을 이루지 않는 (unpaired) 주파수 스펙트럼과 공존하는 하나의 TDD 인터페이스가 추가의 연결을 위해 잔여 FDD 주파수 밴드를 이용하고, TDD는 하향링크를 우선으로 하는 앞서 언급한 채널 비대칭에 의해 FDD 상향링크에서 동작되는 것만 고려된다. 저자는 품질의 심각한 열화 없이 실질적인 용량 이득이 있다고 보고하고 있으며 채널 임차 기술 (channel borrowing technique)에 의해 발생하는 추가 간섭을 해결할 수 있는 방안을 제안하였다. 다시 말해, TDD 기지국은 이론적으로 FDD 셀 반경의 대략 반에 해당하는 거리에 위치해야만 한다.

운용 전략과는 관계없이, TDD 기지국은 미사용 중인 FDD 상향링크 자원을 임차하기 위해서 양쪽 주파수 밴드를 모두 사용해야 하기 때문에 TDD/FDD 기반의 시스템은 여전히 TDD와 FDD 상향링크 밴드의 경계 지역에서 ACI를 겪게 되고 FDD 상향링크 임차 기법에 의해 발생되는 추가 간섭을 겪게 된다. 도 1은 이와 같은 시스템에서의 간섭 시나리오를 보여주고 있다. 도 1에서 TDD 이동국 (MS) (18) 과 TDD 기지국 (15)은 FDD 이동국 (14)의 상향링크에서의 높은 전송 전력에 의해 심각한 간섭을 겪고 있으며 반대로 TDD 기지국 (15) 역시 FDD 기지국 (11)의 수신에 간섭을 주고 있다. 도 1에서 보는 바와 같이, TDD 및 FDD 반송파 밴드의 경계에서의 ACI 형태는 미사용 중인 FDD 상향 스펙트럼을 임차하는 TDD 언더레이 시스템의 그것과 상당히 유사하다.

본 발명에서는 ACI와 추가 간섭 같은 두 가지의 간섭 형태를 고려한다. 본 발명의 실시예들의 목적은 상기한 문제들을 적어도 부분적으로 해결하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 섹터화 방법으로 반송파의 추가 없이 용량 증가 효과를 얻을 수 있으므로 TDD/FDD 계층적 언더레이 시스템에서, 더 상세하게는 섹터화 된 셀룰러 시스템에서, 추가 간섭을 줄이는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 추가 간섭 조건과 미사용 중인 자원을 고려한 효과적인 자원 임차로 전체 시스템 용량을 최대화 하는 것이다.

본 발명의 일 국면에 있어서, 적어도 두 개의 상이한 이중화 기법을 지원하는 셀룰러 통신 시스템은 다수의 이동국들; 제1이중화 기법을 이용하여 상기 이동국들과 통신하며 하나의 매크로 셀의 범위를 규정하는 적어도 하나의 제1형기지국; 그리고 제2이중화 기법을 이용하여 상기 이동국들과 통신하며 상기 매크로 셀의 경계 안쪽에 위치하는 마이크로 또는 피코 셀의 범위를 규정하는 적어도 하나의 제2형기지국으로 이루어진다.

바람직하게는 상기 제1이중화 기법은 주파수분할이중화 (FDD)인 것을 특징으로 한다.

바람직하게는 상기 제2이중화 기법은 시분할이중화(TDD)인 것을 특징으로 한다.

바람직하게는 상기 매크로 셀은 일정한 방위각으로 분할되어 동일한 크기의 다수의 매크로 섹터들을 형성하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는 상기 마이크로 셀은 상기 매크로 셀과 동일한 방위각으로 분할되어 매크로 섹터의 수와 동일한 수의 마이크로 섹터들을 형성하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는 상기 마이크로 셀은 상기 매크로 섹터들 중 하나의 내부에 위치하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는 상기 각각의 매크로 또는 마이크로 섹터는 고유의 섹터 코드로 구분되는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는 상기 마이크로 섹터에 위치한 이동국은 상기 마이크로 섹터와 동일한 방위각의 매크로 섹터에 할당된 미사용 중인자원을 임차할 수 있는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는 상기 제1및 제2형 기지국들은 적응적 빔포밍 안테나를 이용하여 상기 이동국에 초점을 맞춘 섹터 빔을 형성하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는 상기 방위각은 120도 인 것을 특징으로 한다.

본 발명의 다른 일 국면에 있어서, 적어도 두 개의 상이한 이중화 기법을 지원하는 셀룰러 통신 시스템은 다수의 이동국들과; 제1이중화기법을 이용하여 상기 이동국들과 통신하며, 각각의 매크로 셀의 범위와 함께 하나의 가상셀의 범위를 규정하는 적어도 세 개의 제1형 기지국들; 그리고 제2이중화 기법을 이용하여 상기 이동국들과 통신하는 적어도 하나의 제2형 기지국을 포함하는 하나의 마이크로 또는 피코 셀 클러스터로 이루어지며, 상기 제2형 기지국은 상기 가상 셀 내에 위치한 마이크로 혹은 피코 셀의 범위를 규정하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는 상기 각각의 매크로 셀은 상기 제1형 기지국으로부터 서로 다른 각도로 방사되는 각각의 섹터빔을 갖추고 있는 세 개의 매크로 섹터를 형성하도록 분할되는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는 상기 마이크로 셀은 상기 제2형 기지국으로부터 방사되는 각각의 섹터 빔을 갖추고 있는 세 개의 마이크로 섹터를 형성하도록 분할되는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는 상기 매크로 및 마이크로 섹터들은 섹터 고유 코드에 의해 서로 구별되는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는 상기 가상셀은 서로 다른 제1형 기지국에 속하고 서로 다른 방향으로 섹터빔을 방사는 세 개의 매크로 섹터로 구성되는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는 상기 각각의 마이크로 섹터의 섹터빔은 상기 마이크로 섹터들 중 하나의 주엽과 병렬을 이루는 주엽을 가지는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는 상기 마이크로 셀 클러스터는 상기 가상셀의 중앙에 위치하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는 상기 마이크로 섹터에 위치한 이동국들은 상기 가상 셀 내에서 동일한 주엽 방향을 가지는 매크로 섹터에 할당된 미사용 중인 자원을 임차할 수 있는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는 상기 제 1형 및 제2형 기지국은 이동국들에 초점을 맞추기 위해 적응적 빔포밍 안테나들을 이용하여 섹터빔을 형성하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 다른 일 국면에 있어서, 시분할이중화(TDD)와 주파수분할이중화(FDD) 기법을 지원하는 셀룰러 통신 시스템은 다수의 이동국들; 상기 주파수분할이중화 기법을 기반으로 상기 이동국들과 통신하며, 연속적인 각각의 매크로 셀들과 하나의 가상셀을 규정하는 적어도 3개의 제1형기지국; 그리고 시분할이중화 기법을 기반으로 상기 이동국들과 통신하며 상기 가상 셀 내에 하나의 마이크로 혹의 피코 셀을 규정하는 적어도 하나의 제2형기지국을 포함하는 클러스터로 이루어진다.

바람직하게는 상기 클러스터는 상기 가상셀과 동축을 이루도록 위치하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는 각각의 매크로 셀은 상기 제1형기지국으로부터 방사되는 각각의 섹터빔들에 의해 커버되는 세 개의 매크로 섹터들을 형성하도록 일정한 방위각으로 분할되는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는 각각의 마이크로 셀은 상기 제2형기지국으로부터 방사되는 각각의 섹터빔에 의해 커버되는 세 개의 마이크로 섹터들을 형성하도록 일정한 방위각으로 분할되는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는 상기 가상셀은 서로 다른 방위각으로 서로 다른 매크로 셀에서 속해 잇는 세 개의 매크로 섹터들에 의해 형성되는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는 상기 마이크로 섹터에 위치한 이동국은 해당 마이크로 섹터의 방위각과 동일한 방위각의 매크로 섹터를 위해 할당된 미사용 중인 자원을 임차할 수 있는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는 상기 제1 및 제2형기지국들은 상기 이동국들에 초점을 맞추기 위해 적응적 빔포밍 안테나를 이용하여 섹터빔을 형성하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 다른 일 국면에 있어서, 주파수분할이중화(FDD)와 시분할이중화(TDD) 기법을 기반으로 기지국들과 이동국들 간의 통신을 지원하는 셀룰러 시스템을 구성하는 방법은 주파수분할이중화 기반의 각각의 기지국들에 의해 규정되는 적어도 세 개의 연속된 매크로 셀을 구성하고; 시분할이중화 기반의 적어도 하나의 마이크로 또는 피코 셀을 포함하는 적어도 하나의 클러스터를 구성하고; 상기 주파수분할이중화 기반의 기지국들에 의해 둘러싸인 가상셀을 형성하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는 상기 클러스터는 상기 가상셀과 동축으로 위치하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는 각각의 매크로 셀은 상기 주파수분할다중화 기반의 기지국으로부터 방사되는 각각의 섹터빔들에 의해 커버되는 세 개의 매크로 섹터를 형성하도록 일정한 각도로 분할되는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는 각각의 마이크로 셀은 상기 시분할이중화 기반의 기지국으로부터 방사되는 각각의 섹터빔에 의해 커버되는 세 개의 마이크로 섹터를 형성하도록 일정한 각도로 분할되는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는 상기 가상셀은 서로 다른 방위각으로 형성된 서로 다른 매크로 셀에 속해있는 세 개의 매크로 섹터들로 구성되는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는 상기 마이크로 섹터에 위치한 이동국은 상기 마이크로 섹터의 방위각과 동일한 방위각의 매크로 섹터를 위해 할당된 미사용 중인 자원을 임차할 수 있는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는 상기 주파수분할이중화 및 시분할이중화 기반의 기지국들은 이동국들에 초점을 맞추기 위해 적응형 빔포밍 안테나를 이용하여 섹터빔을 형성하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 일 국면에 있어서, 주파수분할이중화(FDD) 및 시분할이중화(TDD) 기법을 기반으로 기지국들과 이동국들의 통신을 지원하는 셀룰러 통신 시스템에서의 무선자원 할당 방법은 TDD 기지국이 TDD 이동국으로부터 호 요청을 받고; TDD 자원이 가용한지를 판단하고; 상기 TDD 자원이 가용하면 상기 TDD 이동국에 가용한 TDD 자원을 할당하고; 상기 TDD 자원을 사용할 수 없으면, FDD 기지국으로부터 FDD 자원을 임차하고; 상기 TDD 이동국의 우선순위에 따라 상기 FDD 자원을 상기 TDD 이동국에 할당하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는 상기 자원을 임차하는 과정은: 어떤 FDD 반송파에 가용한 미사용 중인 자원이 있는지 여부를 판단하고; 가용한 미사용 중인 자원이 있으면 미사용 중인 FDD 자원을 임차할 지를 결정하고; 미사용 중인 FDD 자원을 임차하기로 결정되면 상기 TDD 이동국의 우선순위를 결정하는 것을 포함한다.

바람직하게는 자원을 임차하는 과정은 상기 TDD 이동국의 우선순위 결정을 위해 적응적 빔포밍을 적용할 것일지를 판단하는 것을 더욱 포함한다.

바람직하게는 상기 미사용 중인 FDD 자원을 임차할지 여부를 결정하는 과정은: 상기 TDD 이동국이 제1시스템간 간섭(I _{MS_inter-sys} )을 측정하도록 하고; 상기 TDD 이동국으로부터 수신한 제1시스템간 간섭(I _{MS_inter-sys} )을 미리 정해진 제1간섭 마진 임계치(I _{TH_MS} )와 비교하고; 상기 제1시스템간 간섭(I _{MS_inter-sys} )이 제1간섭 마진 임계치(I _{TH_MS} )보다 작거나 같으면 미사용 중인 FDD 자원을 임차하는 것을 포함한다.

바람직하게는 상기 제1시스템간 간섭(I _{MS_inter-sys} ) 은 FDD 이동국들로부터 TDD 이동국으로 발생하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는 상기 적응적 빔포밍을 적용할지 여부를 결정하는 과정은: 상기 TDD 기지국이 제2시스템간 간섭(I _{BS_inter-sys} )을 측정하고; 상기 제2시스템간 간섭(I _{BS_inter-sys} )을 제2 간섭 마진 임계치 (I _{TH_BS} )와 비교하고; 상기 제2시스템간 간섭(I _{BS_inter-sys} )이 제2 간섭 마진 임계치 (I _{TH_BS} )보다 크면 적응적 빔포빙을 적용하는 것을 포함한다.

상기 제2시스템간 간섭 (I _{BS_inter-sys} )은 FDD 이동국들로부터 TDD 기지국으로 발생하는 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 TDD/가상 FDD 계층적 셀룰러 시스템을 첨부된 도면을 참조하여 설명한다.

<TDD/가상 FDD 계층적 시스템의 개념>

본 발명의 바람직한 실시예에 따른 TDD/가상FDD 계층적 셀루러 시스템 모델은 두 배의 이득을 갖는다. 첫 번째로, 다른 미사용 중인 스펙트럼의 임차 여부에 관계없이 ACI와 추가 간섭을 억제하기 위한 TDD 기지국과 FDD 기지국 사이의 합리적인 거리를 유지할 수 있다. 두 번째로는, 매크로 다이버시티처럼 3개의 둘러싼 FDD 기지국들의 자원 전체를 사용할 수 있기 대문에 유연하고 용이하게 자원 임차 메커니즘을 이용할 수 있다. 도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 TDD/가상 FDD 계층적 셀룰러 시스템 모델을 도시한 도면이고, 도 3a 및 도 3b 는 그러한 시스템에 의해 완화된 간섭 시나리오를 보인 도면들이다. 본 발명의 바람직한 실시예에서는 설명의 편이를 위해 각 셀이 3개의 섹터로 섹터화된다.

도 2에서 도시한 바와 같이, TDD 셀들이 피코 또는 마이크로 셀을 커버하고 FDD 셀들이 매크로 셀 계층을 커버한다.

3개의 인접 FDD 기지국들 (21, 22, 23)이 각각의 매크로 셀들을 규정하고 또한 각각의 매크로 셀들에 속한 인접 매크로 섹터들 (V1, V2, V3)로 구성되는 가상 셀 (20)을 규정한다.

또한, 인접한 TDD 기지국들 (31, 32, 33)은 각각의 마이크로 셀들 (S1, S2, S3)을 규정하여 마이크로 셀 클러스터 (C1)를 형성한다.

마이크로 셀 (S1)은 분할되어 세 개의 마이크로 섹터 (S11, S12, S13)를 형성하고, 마이크로 셀 (S2)은 분할되어 세 개의 마이크로 섹터 (S21, S22, S22)를, 그리고 마이크로 셀 (S3)은 분할되어 세 걔의 마이크로 섹터 (S31, S32, S33)를 형성한다.

상기 마이크로 셀 클러스터 (C1)는 상기 가상 셀 (20)의 중앙, 다시 말해, 상기 매크로 셀들의 가장 자리에 위치한다.

이와 같은 구조에서, TDD 반송파는 비교적 이동성이 적고 매우 비대칭적인 트래픽을 지원하는 핫스팟 지역을 커버하도록 할당된다. “UMTS에 적용할 수 있는 TDD 언더레이의 용량 분석” (Harald Haas and Gordon Povey, “Capacity Analysis of A TDD Underlay Applicable to UMTS,” in Proceeding of PIMR99, pp.167-171) 에서 설명하고 있는 바와 같이, TDD/FDD 언더레이에 대한 연구에 따르면 TDD 기지국은 이론적으로 FDD 셀 반경의 대략 반 정도의 거리에 위치해야 한다. 따라서 FDD 매크로 셀 기지국은 높은 기지국 전력 수준으로 전송함으로써 기지국에 가까운 중심 영역을 아우르기 때문에, 도 2에 도시된 바와 같이 세 개의 TDD 셀 클러스터가 FDD 매크로 셀 경계지역에 위치하는 것이 바람직하다. 이 위치는 TDD와 FDD 셀 크기에 의해 결정된다. 일반적으로, 섹터화 기법은 셀룰러 시스템에서 주파수 재사용 효과를 얻기 위해 사용되며, 하나의 셀을 여러 개의 섹터로 분할함으로써 셀 용량을 증가시키는 결과를 가져온다. 따라서 이와 같은 원리로 섹터화 된 TDD와 FDD 계층적 셀룰러 시스템은 용량 증대를 보장한다.

도 2에서는 3 TDD 셀 클러스터를 예로 들고 있지만, 상기 클러스터는 3개 이상의 더 작은 반경의 TDD 셀들로 구성될 수 있다. 따라서 TDD 셀들로 이루어진 클러스터는 도 2에서와 같이 위치할 경우가 아니면, 모든 TDD 기지국들이 FDD 기지국으로부터 이상적인 거리를 유지 할 수 있는 것은 아니다.

본 발명의 중요한 개념은, 미사용 중인 자원 임차 기법이 적용될 때, 섹터로 나누어진 TDD 셀들의 빔들과, TDD 밴드와 FDD 상향링크 밴드가 연속적일 경우 ACI와 FDD 이동국에 의해 발생되는 추가 간섭을 회피하기 위한 적응 빔포밍 메커니즘을 어떻게 배치하느냐 하는 것이다.

각각의 FDD 섹터는 자신을 다른 섹터들과 혹은 다른 셀들의 섹터들과 구별하기 위한 고유의 스크램블링 코드를 가지고 있고 각각의 TDD 섹터 역시 고유의 코드를 사용한다고 가정하자. TDD/가상 FDD 계층적 셀 전개 방법은 다음과 같다.

<TDD 및 가상 FDD 섹터들의 빔 방향과 셀 배치>

1) FDD 이동국으로부터 TDD 기지국으로의 간섭을 완화하고 안테나 빔 패턴에 의한 TDD 기지국으로부터 FDD 기지국으로의 간섭을 피하기 위해 FDD 섹터빔의 주엽 (main lobe)은 TDD 섹터 빔, 예를 들어, 도 2에서 두 번째 FDD 기지국의 섹터빔 (V2)과 두 번째 TDD 기지국의 섹터 빔 (S ₂₂ )은 병렬로 배치되어야 한다. 상기 두 번째 TDD 기지국 (S ₂₂ )의 섹터 안테나는 후방으로 방사할 수 없으며 자신의 비의 후엽(back lobe) 뒤쪽 신호를 수신할 수 없다. 따라서 상기 TDD 섹터 S ₂₂ 의 후엽 두에 위치한 FDD 이동국 (41)에 의한 간섭은 더 이상 영향을 받지 않는다. 이러한 규칙은 다른 TDD 섹터들 S ₁₂ 와 S ₃₂ 에도 적용된다.

2) 상기 두 TDD 섹터 S ₂₁ 와 S ₂₃ 는 FDD 이동국 (41)으로부터의 간섭을 겪기 쉽고 두번째 FDD 기지국(22)에 간섭을 야기하기 쉽기 때문에 상기 과정 1)은 섹터 빔의 주엽이 같은 방향인 TDD 섹터들에 만 적용되어야 한다. 다시 말해, 상기 섹터들 S ₁₂ , S ₂₂ , 및 S _32는 두 번째 FDD 기지국 (22)과 병렬로 배치되어야만 한다. 같은 이유로, 섹터 S ₁₁ , S ₂₁ , 및 S ₃₁ 은 상기 첫번째 FDD 기지국 (21)과, 그리고 섹터 S ₁₃ , S ₂₃ , 및 S ₃₃ 은 세번째 FDD 기지국 (23)과 병렬로 배치되어야 한다. 하나의 가상 셀 내의 N개의 TDD 셀들에서, 각각의 TDD 섹터 (, )는 하나의 FDD 기지국과 연관하여 배치되어야 한다. 만약 TDD 셀이 M TDD 섹터들로 분할된다면 각각의 섹터 ( )는 특정 FDD 기지국과 동일한 빔 방향을 가지는 섹터들의 세트에 따라 대응하는 특정 FDD 기지국과 연관하여 배치되어야만 한다. 모든 TDD 섹터들은 섹터들의 세 개의 섹터들 세트들로 분할되고 그 전체 방위각은 120도 이내여야 한다.

<연속된 TDD 밴드와 FDD 상향링크 밴드>

3) 미사용 중인 자원 임차 기법이 적용되지 않을 경우, 과정 1)과 과정 2)의 메커니즘은 범용이동통신시스템무선접속(UMTS Terrestrial Radio Access: UTRA) TDD 밴드와 FDD 상향링크 밴드의 경계 지역에서 발생하는 ACI를 억제하기 위해 사용될 수 있다. 상기 TDD 기지국이 FDD 상향링크 밴드와 같은 주파수를 사용하지 않는다 해도, “1920MHz의 경계에서 UMTS의 TDD 및 FDD 모드 사이의 간섭 효과” (Harald Haas, Steve McLaughlin, Gordon Povey, “The Effect of Interference Between the TDD and FDD Mode in UMTS at the Boundary of 1920 MHz,” in proceedings of IEEE 6th Intern. Symp. On Spread-Spectrum Tech. & Appli., NJIT, NJ, USA, pp. 486-490, Sept. 6-8, 2000)에 설명되어 있는 것처럼 UMTS 시스템의 1920MHz의 경계지역에서 인접 채널 간섭이 발생한다.

이와 같은 메커니즘과 구조로, TDD 기지국에서 FDD 기지국으로 그리고 TDD 이동국에서 FDD 기지국으로의 ACI 는, 이들 두 기지국들의 섹터 빔 엽(lobe)들이 동일한 방향을 가질 경우에만 완벽하게 제고될 수 있다. 다른 섹터들이 이러한 간섭문제를 완전히 해결할 수 는 없지만 이 메커니즘은 상당한 간섭 문제 해결 효과를 보장할 수 있다. 더욱이, FDD 단말들로부터 TDD 기지국으로의 상당량의 간섭이 도식적인 방법으로 억제될 수 있다. 이러한 시나리오는 도 3a와 도 3b에 나타나 있다. 도 3a에서 보는 바와 같이, TDD 기지국 (15)과 TDD 이동국 (18)으로부터 FDD 기지국으로 그리고 FDD 이동국 (14)과 TDD 기지국으로의 ACI들이 완화된다. 또한, 상기 TDD 기지국 (15)에서 FDD 기지국 (11)으로 그리고 FDD 이동국 (14)에서 TDD 기지국 (15)으로의 추가 간섭도 완화된다. 상기 추가 간섭들은, 도 3b에서 보는 바와 같이, 미사용 중인 FDD 상향링크 자원이 TDD 셀을 위해 임차되는 경우 FDD 상향링크 자원을 임차함으로써 발생된다. 도 3b에서 속이 빈 굵은 화살표는 ACI를 나타내며 x 마크는 TDD/가상 FDD 계층적 시스템에서 본 발명의 셀 및 섹터 배치 방법에 의해 완화된 간섭 링크를 나타낸다.

<미사용 중인 FDD 상향링크 공유 및 임차>

4) 미사용 중인 자원 임차 기법이 적용될 경우 섹터 및 셀 배치 계획 기법과 함께 신중히 조화되어야 한다.

과정 1)과 과정 2)에서 설명한 TDD 및 가상 FDD 섹터들의 빔 배치 과정에 이어, 제안된 공유 및 임차 방법에서는 섹터 () 에서, 가용할 경우, TDD 이동국이 특정 FDD 기지국의 미사용 중인 상향링크 자원을 임차할 수 있다.

예를 들어, 섹터 S ₁₂ , S ₂₂ , and S ₃₂ 에 위치한 TDD 이동국은 두 번째 FDD 기지국(22)의 미사용 중인 자원 (다시 말해, CDMA 를 사용하는 FDD 시스템에서의 코드 슬럿, TDMA 시스템에서의 타임 슬럿, TDD-OFDM-CDMA 시스템에서의 시간/코드/주파수 슬럿)을 공유하고 임차할 수 있다.

같은 이유로, 섹터 S ₁₁ , S ₂₁ , 와 S ₃₁ 에서 TDD 이동국은 첫 번째 FDD 기지국(21)의 미사용 중인 자원을 임차할 수 있다.

하나의 가상 셀 내에 N개의 TDD 셀들이 존재한다면, 각 TDD 섹터 ( , ) 내의 TDD 이동국 사용자들은 특정 FDD 기지국의 미사용 중인 자원을 임차할 수 있는 권한을 가질 수 있다.

하나의 TDD 셀 ()의 M개의 섹터들에 대해, TDD 이동국 사용자들은 다수 섹터를 120도의 전체 방위각 내의 () 같은 대응하는 섹터들로 분할함으로써 결정되는 FDD 기지국의 미사용 중인자원을 임차 및 공유할 수 있다; 예를 들어, 동일한 빔 각도를 가진 6개의 섹터들에 대해, ()은 첫 번째 FDD 기지국 (21)과 연관된다.

그러므로 도식적 특성에 의해 TDD/가상 FDD 계층적 셀룰러 구조는 섹터화 이득을 충분히 이용하고 자원 임차 메커니즘에 의해 발생되는 추가 간섭을 억제한다는 점에서 많은 이점을 갖고 있다.

5) 본 발명의 다른 개념은 섹터 안테나를 이용하는 대신 스마트 안테나 (혹은 적응 빔 형성) 기법을 이용하는 것으로, 안테나 빔의 선택성으로 인해 TDD 이동국을 겨냥한 스마트 안테나 빔 혹은 적응적으로 형성된 빔에 의해 FDD 이동국에서 TDD 기지국으로의 간섭은 더욱 줄어들게 된다. 그러나 동일한 섹터 내의 TDD 사용자들은 TDD 밴드와 FDD 상향링크 밴드의 경계에서 추가적인 인접 채널 간섭을 겪을 수 있다. 이는 다른 추가 자원 임차자들이 연속된 FDD 상향링크 밴드를 사용하는 동안 일부 TDD 사용자들이 자신의 원래 TDD 주파수 밴드를 사용할 때 인접 주파수 스펙트럼을 임차하는 사용자들로부터 발생한다. 이러한 이유로, 스마트 안테나 혹은 적응 빔 형성 기법을 적용하는 것이 필요하다. 그러나 동일한 섹터 내에서 자원 임차자들(resource borrowers)을 포함하는 모든 TDD 사용자들에게 동일한 타임 슬럿 분할 (다시 말해, 동일한 타임 슬럿 프레임 구조)를 사용하도록 한다면, 추가 인접 채널 간섭은 더 이상 문제가 되지 않는다. 따라서 이러한 방법은 제안된 TDD/가상 FDD 시스템의 간섭 억제 특성을 향상시킬 수 있다.

<TDD/가상 FDD 계층적 시스템에서 스마트 안테나를 이용한 미사용 중인 자원 임차 알고리즘 개념>

도 2에서 보는 바와 같이, 3개의 TDD 기지국 (31, 32, 33)과 대응하여 하나의 가상셀을 구성하는 3개의 인접 FDD 기지국들의 섹터들 (V1, V2, V3)은 동일한 무선 네트워크 제어기 (Radio Network Controller: RNC) (50)에 연결되어 있는 세 개의 FDD 기지국들 (21, 22, 23)로부터 미사용 중인 자원은 물론 무선 자원을 제어하기 용이하도록 배치되어야 한다.

그러므로 상기 미사용 중인 스펙트럼이 FDD 상향링크 밴드와 같은 인접 반송파로 제한되지 않고 다중 반송파로 혹은 외부 반송파들로 확장된다면, TDD/가상 FDD 계층적 셀룰러 시스템 구조와 통합된 이러한 스마트 안테나 혹은 적응 빔 형성 기법은 무선자원을 제어하기 위한 더 넓은 자유도를 제공할 수 있고 따라서, 핫스팟 지역 (즉, TDD 지역)에서 좁고 방향성을 가진 빔들이 TDD 고속 하향 패킷 접속 (high speed data packet access: HSDPA) 사용자들에게 신뢰성 있는 링크를 보장하고 종래의 밴드들 혹은 추가의 밴드들로부터 유용한 자원을 해제할 수 있다. 이것은 가상셀 내의 세 개의 TDD 기지국들 (31, 32, 33)과 대응하는 세 개의 인접 FDD 기지국들의 섹터들 (V1, V2, V3)이 상기 RNC (50)가 더 유연한 자원 관리 제어를 하게 함으로써 쉽게 수행될 수 있다.

결국, 이러한 기법으로 미사용 중인 주파수 자원을 개발하고 균형 잡히지 않은 부하를 분산시킴으로써 전체 시스템 용량을 최적화 할 수 있다. 적어도 3개의 반송파들과 2.5GHz 근방의 여분의 밴드를 가지는 UMTS-FDD 상향링크는 HSDPA 목적으로 고려되고 있다는 것은 주목할 만하다. 어떤 섹터들과 어떤 TDD 이동국 사용자들이 어떤 반송파의 미사용 중인 자원을 임차하는 것이 바람직한가를 결정하는 메커니즘이 도 4에 도시되어 있다. 이러한 메커니즘은 시스템간 간섭을 측정하고 공유될 유용한 자원을 판단함으로써 수행된다.

일단 특정 섹터에서 상기 TDD 이동국이 TDD 기지국에 대한 새로운 호를 요청하면, 상기 TDD 기지국은 남아있는 유용한 자원을 확인하고 자신의 TDD 자원 혹은 다른 반송파의 미사용 중인 자원을 사용할 수 있는지에 대한 정보를 전송한다. 만약 대상 TDD 기지국 섹터의 부하 (load) 상태가 과부하 상태이고 잉여의 자원이 필요하면, 상기 TDD 기지국은 상기 설명한 섹터들과 셀 배치 방법에 의해 이미 결정되어 있는 대응 FDD 기지국 (실제 상황에서는 RNC가 이러한 기능을 제어하고 수행한다.)의 자원 유용도(resource availability)를 요청하여 확인한다. 만약 대상 섹터가 ( , 이면, FDD 기지국 BS x가 관계된다.

절차 블록 5 내지 13은 간섭 측정 과정, 정보 교환 흐름, 자원 임차와 스마트 안테나 애플리케이션의 결정 과정 및 그 기준들을 설명하고 있다.

시스템간 그리고 주파수간 측정을 위한 간단한 방법은 TDD 이동국이 엑티브 상태가 아닐 때 트래픽이 없는 유휴 타임 슬럿을 이용하는 것이다.

상기 TDD 이동국은, FDD 이동국들이 동일한 주파수 밴드 (예를 들어, FDD 상향링크) 에서 전송할 때, 인접 FDD 이동국들의 간섭 신호들에 노출되어 있기 때문에, 유휴 타임 슬럿들 구간에서 심볼간 간섭(I _{MS_inter-sys} )을 측정할 수 있다.

이러한 간섭에 더하여, 또 다른 주요 간섭원은 FDD 단말들로부터 TDD 기지국에 대한 간섭, 즉, I _{BS_inter-sys} 이다.

이들 두 형태의 간섭은 도 4의 과정 7에서 자원 임차 및 스마트 안테나 애플리케이션 결정 기준을 위해 이용된다.

여기서, 간섭 마진 임계치 (I _{TH_MS} )는 TDD 기지국이 자원 임차 방법을 이용할지 여부를 결정하는 허용 간섭 수준의 양에 의해 규정되고, 이 허용 간섭 수준은 TDD 기지국에서 기지국 자신은 물론 모든 TDD 이동국으로부터의 보고 되는 측정 정보를 근거로 감지되고 수집된다.

허용 간섭 수준은 시변 랜덤 변수이며 하나의 대상 FDD 섹터와 TDD 섹터 내의 FDD 이동국들의 분산에 따라 달라진다.

FDD 자원을 임차하여 FDD 상향링크 주파수에서 전송하는 임의의 사용자 j 와 관련하여, TDD 하향링크의 비트 에너지대간섭비 (bit energy to interference ratio) 은 다음 수학식 1과 같이 표시될 수 있다.

여기서, 는 희망 TDD 사용자 j로부터의 수신 신호 전력이고 는 FDD 상향링크의 FDD 이동국 사용자들로부터의 수신 신호 전력으로, FDD 이동국의 위치가 모든 TDD 사용자와 관련 있기 때문에 상호 독립적인 램덤 변수로서 고려된다. 는 TDD 이동국 사용자들에 간섭하는 FDD 이동국 사용자들의 전체 수이고, 와 W 는 각각 배경 열잡음 스펙트럼 밀도(back ground thermal noise spectral density)와 전체 대역폭이며 pg는 하향링크에서 j번째 사용자의 채널 대역폭대정보비트 율 ( )로 정의되는 처리 이득이다. 는 상기 사용자 j 에 대한 희망 하향링크 이다. 허용 부하 조건은 다음 수학식 2와 같이 표현할 수 있다.

만약 추가 TDD 이동국 사용자들에 의해 겪게 되는 시스템간 간섭이 수학식 3과 같이 표현될 수 있다면,

모든 추가 TDD 이동국 사용자들을 위한 최대 부하 조건에 부합되는 값으로서 간섭 마진 임계치를 얻을 수 있으며 이는 다음 수학식 4를 근거로 할 수 있고,

,

따라서 수학식 5를 유도해 낼 수 있다.

여기서 는 TDD 섹터의 최대 용량이 포화되어 유용한 TDD 자원이 없을 경우 다른 반송파의 미사용 중인 자원을 요청하는 TDD 이동국 사용자들의 전체 수이다.

같은 이유로, TDD 기지국에 의해 인지된 시스템간 간섭과 TDD 기지국에서의 간섭 임계치는 다음 수학식 6및 수학식 7과 같이 유도될 수 있다.

여기서 모든 용어는 수학식 1 내지 수학식 5의 d를 대신하는 TDD 상향링크를 의미하는 윗첨자 u 를 제외한 동일한 개체를 표시한다.

상기 TDD 기지국이 제안된 계층적 섹터 배치 방식 덕분에 FDD 이동국 사용자들에 의해 발생하는 매우 적은 시스템간 간섭을 겪기 때문에, 상기 기지국 간섭 임계치 (I _{TH_BS} )는 간섭 마진 임계치 (I _{TH_MS} ) 보다 상당히 작음에 주목하자.

유휴 타임 슬럿 동안 시스템간 간섭의 주기적 측정에 의해 관찰될 수 있는 이러한 전략과 관계없이 잔여 간섭이 아직 남아 있다면, 상기 TDD 기지국은, 이 기지국 간섭 임계치(I _{TH_BS} ) 를 근거로, 스마트 안테나 기법을 이용할지 여부를 결정할 수 있다. 이렇게 함으로써, 자원 임차자에 대한 간섭 억제 및 신뢰성 있는 링크를 보장한다.

TDD 기지국들과 이동국들에 의해 감지되는 가능한 시스템간 간섭 전력 수준은 도 5에 도시되어 있다. 자신의 섹터 및 셀에 대응하는 모든 TDD 이동국으로부터 간섭 측정 보고를 수집함으로써, 도 4에 도시된 자원 임차 및 할당 알고리즘은 스마트 안테나 기술과 함께 혹은 스마트 안테나 기술을 이용하지 않고 (즉, 도 4의 블록 6 내지 블록 10) 자원 임차 기법을 이용할지 여부를 결정할 수 있다. 연관된 섹터들과 TDD 기지국을 선택하는 메커니즘은 과정 1) 및 과정 2)에 설명되어 있다.

과정 7의 결정 단계들에서, 만약 I _{MS_inter-sys} 이 간섭 마진 임계치 (I _{TH_MS} ) 수준을 초과하면, 희망 는 그런 상황에서 보장될 수 없으며 따라서 이러한 호는 FDD 반송파의 미사용 중인 자원을 임차하기 위해 허용될 수 없다.

같은 맥락에서, 상기 TDD 기지국은, 본 발명의 TDD/가상 FDD 시스템 구조에서 시스템간 간섭이 감소할 지라도 주 FDD 이동국 사용자들에 의해 발생하는 시스템간 간섭을 겪기 때문에, 기지국 간섭 임계치 (I _{TH_BS} )는 스마트 안테나 기술을 적용하기 위해 결정할 최대 허용 간섭을 나타낸다.

따라서 스마트 안테나는 인지된 간섭 수준이 I _{TH_BS} 수준 이상일 경우에 사용되어야 하며, 시스템간 간섭 마진 임계치 (I _{TH_MS} ) 수준과 비교하여 신중하게 제어되어야만 한다. 이렇게 함으로써 결과적으로, RNC 와 전체 시스템이 유연하고 적응적인 방식으로 그들의 기능을 수행할 수 있다. 섹터, 사용자, 제공될 자원이 결정된 후 기지국은 사용자들의 요청에 대해 자원을 할당하게 된다.

도 6은 본 발명에 따른 TDD/가상 FDD 계층적 셀룰러 시스템에서 자원 할당 방법을 설명하기 위한 순서도이다.

일단 특정 섹터의 TDD 기지국이 TDD 이동국으로부터 새로운 호를 수신하면 (S601), 상기 TDD 기지국은 TDD 잔여 자원이 있는지 여부를 체크한다(S602). 만약 잔여 TDD 자원이 남아 있으면 상기 TDD 기지국은 TDD 자원을 상기 TDD 이동국에 할당한다(S603).

반면, 잔여 TDD 자원이 남아있지 않으면, 상기 TDD 기지국은 어느 FDD 반송파에 가용한 미사용 중인 자원이 있는지를 체크한다 (S604). FDD 자원의 가용성을 결정하기 위해 상기 TDD 기지국은 대응 FDD 기지국에 미사용 중인 자원을 요청하고 이에 대해 상기 FDD 기지국으로부터 미사용 중인 자원 정보를 수신한다.

만약 가용한 미사용 중인 자원이 있으면, 상기 TDD 기지국은 TDD 이동국이 유휴 타임 슬럿을 이용하여 FDD 이동국들에 의해 발생되는 제1 시스템간 간섭 (I _{MS_inter-sys} ) 측정을 시작하도록 허용하고 (S605) 자신도 FDD 이동국으로부터 TDD 기지국으로의 제2 시스템간 간섭 (I _{BS_inter-sys} )을 측정한다. 그렇지 않으면, 상기 TDD 기지국은 S601단계로 알고리즘을 되돌린다.

계속해서, 상기 TDD 기지국은 상기 TDD 이동국에 의해 측정된 제1 시스템간 간섭 (I _{MS_inter-sys} )을 수신하여(S607) 미리 정해진 제1간섭 마진 임계치 ( I _{TH_MS} )와 비교하여 시스템간 간섭 (I _{MS_inter-sys} )이 제1간섭 마진 임계치(I _{TH_MS} ) 보다 작거나 같은지 판단한다(S608)

만약 제1시스템간 간섭 (I _{MS_inter-sys} )이 제1 간섭 마진 임계치 (I _{TH_MS} )보다 크면, 상기 TDD 기지국은 알고리즘을 단계 S601로 복귀시킨다, 그 반대이면, 상기 TDD 기지국은 상기 제1시스템간 간섭 (I _{BS_inter-sys} )을 미리 정해진 제2 간섭 마진 임계치 (I _{TH_BS} )와 비교한다(S609). 비교 결과, 상기 제2 시스템간 간섭 ( I _{BS_inter-sys} )이 제2 간섭 마진 임계치 (I _{TH_BS} )보다 작으면, 상기 TDD 기지국은 상기 TDD 이동국의 우선순위를 결정하고 (S611) 할당된 우선순위에 따라 미사용 중인 FDD 자원을 상기 TDD 이동국에 할당한다(S612).

단계 609에서, 상기 제2시스템간 간섭 (I _{BS_inter-sys} )이 제2간섭 마진 임계치 (I _{TH_BS} )보다 작지 않으면, 상기 TDD 기지국은 TDD 이동국의 우선순위를 결정하기 위해 스마트 안테나를 적용한다(S610).

상기한 바와 같이, 미사용 중인 자원 임차 기법과 스마트 안테나 빔 형성 기법과 함께 본 발명의 TDD/가상 FDD 계층적 셀룰러 시스템 구조는 TDD 기지국과 FDD 기지국 사이의 간섭 최소 거리를 유지할 수 있으며 유연한 자원 임차 메커니즘으로 주변 FDD 기지국들의 자원을 충분히 사용할 수 있다.

이와 같이 계층적 셀룰러 시스템에서는 TDD 밴드와 FDD 상향 밴드의 경계지역의 연속 인접 밴드 혹은 FDD 상향 밴드와 동일한 주파수를 사용할지에 따라 섹터화된 TDD 셀들의 빔 방향을 배열함으로써 간섭 억제를 수행할 수 있기 때문에, 간섭문제를 더욱 효과적으로 해결할 수 있으며 마이크로(혹은 피코) 셀의 과부하 트래픽을 매크로 셀로 분산 시킬 수 있으며, 더욱이 전체 계층적 셀룰러 시스템 용량을 최적화 할 수 있다.

본 발명에 따른 스마트 안테나 적용/미적용 미사용 중인 자원 임차 메커니즘과 알고리즘은 예상할 수 없는 시변 시스템간 간섭 문제를 해결하기 위한 적응적이고 융통성 있는 방법을 제공할 수 있고 따라서 마이크로(혹은 피코) 셀들의 균일하지 않은 트래픽 부하의 균형 있게 분산시킨다.

간섭 시나리오에 대한 다소의 변형을 통해, 본 발명의 세안된 TDD/가상 FDD 계층적 셀룰러 구조는 TDD 마이크로 (또는 피코) 셀 계층과 FDD 매크로 셀 계층 구조에는 물론 서로 다른 주파수 밴드를 사용하는 TDD 마이크로 셀 계층과 TDD 매크로 셀 계층에 적용될 수 있다. 간단히 말해, 제안된 간섭 제거 완화 메커니즘과 함께 매크로 셀 자원 풀(pull)로부터의 미사용 중인 자원 임차 기법은 매크로 셀 사용자들이 자원을 임차하는 마이크로(혹은 피코) 셀 사용자들에 대해 추가 간섭을 야기시키는 전형적인 다중 계층의 계층적 셀룰러 시스템에 적용될 수 있다.

본 발명의 이해를 돕기 위해 제공되고 본 출원의 일부분을 구성하는 첨부된 도면들은 단지 일 예로서 본 발명의 원리를 설명하기 위한 본 발명의 실시예들을 도시한다. 도면에서,

도 1은 종래의 FDD/TDD 계층적 셀룰러 시스템에서 시스템간 간섭을 도시한 개략도;

도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 TDD/가상 FDD 계층적 셀룰러 시스템을 도시한 개념도;

도 3a는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 TDD/가상 FDD 계층적 셀룰러 시스템에서 시스템간 간섭 완화를 설명하기 위한 개략도;

도 3b는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 TDD/가상 FDD 계층적 셀룰러 시스템에서 미사용 중인 FDD 자원이 TDD 시스템으로 임차되는 방법을 설명하기 위한 다이어그램;

도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 TDD/가상 FDD 계층적 셀룰러 시스템에서 미사용 중인 FDD 반송파들로부터 자원을 임차하는 메커니즘을 설명하기 위한 순서도;

F도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 TDD/가상 FDD 계층적 셀룰러 시스템에서 특정 섹터 내의 TDD 기지국들과 이동국들에 의해 인지된 가능한 간섭 전력 수준을 설명하는 개념도; 그리고

도 6은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 TDD/가상 FDD 계층적 셀룰러 시스템에서 자원할당 방법을 설명하기 위한 순서도이다.

Claims

적어도 두 개의 상이한 이중화 기법을 지원하는 셀룰러 통신 시스템에 있어서,

다수의 이동국들;

제1이중화 기법을 이용하여 상기 이동국들과 통신하며 하나의 매크로 셀의 범위를 규정하는 적어도 하나의 제1형기지국;

그리고 제2이중화 기법을 이용하여 상기 이동국들과 통신하며 상기 매크로 셀의 경계 안쪽에 위치하는 마이크로 또는 피코 셀의 범위를 규정하는 적어도 하나의 제2형기지국을 포함하는 셀룰러 통신 시스템.
상기 제1이중화 기법은 주파수분할이중화 (FDD)인 것을 특징으로 하는 셀룰러 통신 시스템.
제 1항 또는 2항에 있어서, 상기 제2이중화 기법은 시분할이중화(TDD)인 것을 특징으로 하는 셀룰러 통신 시스템.
제 1항에 있어서, 상기 매크로 셀은 일정한 방위각으로 분할되어 동일한 크기의 다수의 매크로 섹터들을 형성하는 것을 특징으로 하는 셀룰러 통신 시스템.
제 4항에 있어서, 상기 마이크로 셀은 상기 매크로 셀과 동일한 방위각으로 분할되어 매크로 섹터의 수와 동일한 수의 마이크로 섹터들을 형성하는 것을 특징으로 하는 셀룰러 통신 시스템.
제 5항에 있어서, 상기 마이크로 셀은 상기 매크로 섹터들 중 하나의 내부에 위치하는 것을 특징으로 하는 셀룰러 통신 시스템.
제 6항에 있어서, 상기 각각의 매크로 또는 마이크로 섹터는 고유의 섹터 코드로 구분되는 것을 특징으로 하는 셀룰러 통신 시스템.
제 7항에 있어서, 상기 마이크로 섹터에 위치한 이동국은 상기 마이크로 섹터와 동일한 방위각의 매크로 섹터에 할당된 미사용 중인자원을 임차할 수 있는 것을 특징으로 하는 셀룰러 통신 시스템.
제 8항에 있어서, 상기 제1및 제2형 기지국들은 적응적 빔포밍 안테나를 이용하여 상기 이동국에 초점을 맞춘 섹터 빔을 형성하는 것을 특징으로 하는 셀룰러 통신 시스템.
제 4항에 있어서, 상기 방위각은 120도 인 것을 특징으로 하는 셀룰러 통신 시스템.
다수의 이동국들과;

제1이중화기법을 이용하여 상기 이동국들과 통신하며, 각각의 매크로 셀의 범위와 함께 하나의 가상셀의 범위를 규정하는 적어도 세 개의 제1형 기지국들; 그리고

제2이중화 기법을 이용하여 상기 이동국들과 통신하는 적어도 하나의 제2형 기지국을 포함하는 하나의 마이크로 또는 피코 셀 클러스터로 이루어지며, 상기 제2형 기지국은 상기 가상셀 내에 위치한 마이크로 혹은 피코 셀의 범위를 규정하는 것을 특징으로 하는 셀룰러 통신 시스템.
제 11항에 있어서, 각각의 매크로 셀은 상기 제1형 기지국으로부터 서로 다른 각도로 방사되는 각각의 섹터빔을 갖추고 있는 세 개의 매크로 섹터를 형성하도록 분할되는 것을 특징으로 하는 셀룰러 통신 시스템.
제 11항에 있어서, 상기 마이크로 셀은 상기 제2형 기지국으로부터 방사되는 각각의 섹터빔을 갖추고 있는 세 개의 마이크로 섹터를 형성하도록 분할되는 것을 특징으로 하는 셀룰러 통신 시스템.
제 12항에 있어서, 상기 마이크로 셀은 상기 제2형 기지국으로부터 방사되는 각각의 섹터빔을 갖추고 있는 세 개의 마이크로 섹터를 형성하도록 분할되는 것을 특징으로 하는 셀룰러 통신 시스템.
제 14항에 있어서, 상기 매크로 및 마이크로 섹터들은 섹터 고유 코드에 의해 서로 구별되는 것을 특징으로 하는 셀룰러 통신 시스템.
제 14항에 있어서, 상기 가상셀은 서로 다른 제1형 기지국에 속하고 서로 다른 방향으로 섹터빔을 방사는 세 개의 매크로 섹터로 구성되는 것을 특징으로 하는 셀룰러 통신 시스템.
제 16항에 있어서, 각각의 마이크로 섹터의 섹터빔은 상기 마이크로 섹터들 중 하나의 주엽과 병렬을 이루는 주엽을 가지는 것을 특징으로 하는 셀룰러 통신 시스템.
제 17항에 있어서, 상기 마이크로 셀 클러스터는 상기 가상셀의 중앙에 위치하는 것을 특징으로 하는 셀룰러 통신 시스템.
제 18항에 있어서, 상기 마이크로 섹터에 위치한 이동국들은 상기 가상 셀 내에서 동일한 주엽 방향을 가지는 매크로 섹터에 할당된 미사용 중인 자원을 임차할 수 있는 것을 특징으로 하는 셀룰러 통신 시스템.
제 19항에 있어서, 상기 제 1형 및 제2형 기지국은 이동국들에 초점을 맞추기 위해 적응적 빔포밍 안테나들을 이용하여 섹터빔을 형성하는 것을 특징으로 하는 셀룰러 통신 시스템.
시분할이중화(TDD)와 주파수분할이중화(FDD) 기법을 지원하는 셀룰러 통신 시스템에 있어서,

다수의 이동국들;

상기 주파수분할이중화 기법을 기반으로 상기 이동국들과 통신하며, 연속적인 각각의 매크로 셀들과 하나의 가상셀을 규정하는 적어도 3개의 FDD 기지국; 그리고

시분할이중화 기법을 기반으로 상기 이동국들과 통신하며 상기 가상 셀 내에 하나의 마이크로 혹의 피코 셀을 규정하는 적어도 하나의 TDD 기지국을 포함하는 클러스터로 이루어지는 것을 특징으로 하는 셀룰러 통신 시스템.
제 21항에 있어서, 상기 클러스터는 상기 가상셀과 동축을 이루도록 위치하는 것을 특징으로 하는 셀룰러 통신 시스템.
제 22항에 있어서, 각각의 매크로 셀은 상기 제1형기지국으로부터 방사되는 각각의 섹터빔들에 의해 커버되는 세 개의 매크로 섹터들을 형성하도록 일정한 방위각으로 분할되는 것을 특징으로 하는 셀룰러 통신 시스템.
제 23항에 있어서, 각각의 마이크로 셀은 상기 TDD기지국으로부터 방사되는 각각의 섹터빔에 의해 커버되는 세 개의 마이크로 섹터들을 형성하도록 일정한 방위각으로 분할되는 것을 특징으로 하는 셀룰러 통신 시스템.
제 24항에 있어서, 상기 가상셀은 서로 다른 방위각으로 서로 다른 매크로 셀에서 속해 잇는 세 개의 매크로 섹터들에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 셀룰러 통신 시스템.
제 25항에 있어서, 상기 마이크로 섹터에 위치한 이동국은 해당 마이크로 섹터의 방위각과 동일한 방위각의 매크로 섹터를 위해 할당된 미사용 중인 자원을 임차할 수 있는 것을 특징으로 하는 셀룰러 통신 시스템.
제 26항에 있어서, 상기 FDD 및 TDD 기지국들은 상기 이동국들을 지향하기 위해 적응형 빔포밍 안테나를 이용하여 섹터빔을 형성하는 것을 특징으로 하는 셀룰러 통신 시스템.
주파수분할이중화(FDD)와 시분할이중화(TDD) 기법을 기반으로 기지국들과 이동국들 간의 통신을 지원하는 셀룰러 시스템에 있어서,

주파수분할이중화 기반의 각각의 기지국들에 의해 규정되는 적어도 세 개의 연속된 매크로 셀을 구성하고;

시분할이중화 기반의 적어도 하나의 마이크로 또는 피코 셀을 포함하는 적어도 하나의 클러스터를 구성하고;

상기 주파수분할이중화 기반의 기지국들에 의해 둘러싸인 가상셀을 형성하는 것을 특징으로 하는 셀룰러 시스템 구성 방법.
제 28항에 있어서, 상기 클러스터는 상기 가상셀과 동축으로 위치하는 것을 특징으로 하는 셀룰러 시스템 구성 방법.
제 29항에 있어서, 각각의 매크로 셀은 상기 주파수분할다중화 기반의 기지국으로부터 방사되는 각각의 섹터빔들에 의해 커버되는 세 개의 매크로 섹터를 형성하도록 일정한 각도로 분할되는 것을 특징으로 하는 셀룰러 시스템 구성방법.
제 30항에 있어서, 각각의 마이크로 셀은 상기 시분할이중화 기반의 기지국으로부터 방사되는 각각의 섹터빔에 의해 커버되는 세 개의 마이크로 섹터를 형성하도록 일정한 각도로 분할되는 것을 특징으로 하는 셀룰러 시스템 구성 방법.
제 31항에 있어서, 상기 가상셀은 서로 다른 방위각으로 형성된 서로 다른 매크로 셀에 속해있는 세 개의 매크로 섹터들로 구성되는 것을 특징으로 하는 셀룰러 시스템 구성방법.
제 32항에 있어서, 상기 마이크로 섹터에 위치한 이동국은 상기 마이크로 섹터의 방위각과 동일한 방위각의 매크로 섹터를 위해 할당된 미사용 중인 자원을 임차할 수 있는 것을 특징으로 하는 셀룰러 시스템 구성방법.
제 33항에 있어서, 상기 주파수분할이중화 및 시분할이중화 기반의 기지국들은 이동국들을 지향하기 위해 적응형 빔포밍 안테나를 이용하여 섹터빔을 형성하는 것을 특징으로 하는 셀룰러 시스템 구성방법.
주파수분할이중화(FDD) 및 시분할이중화(TDD) 기법을 기반으로 기지국들과 이동국들의 통신을 지원하는 셀룰러 통신 시스템에 있어서,

TDD 기지국이 TDD 이동국으로부터 호 요청을 받고;

TDD 자원이 가용한지를 판단하고;

상기 TDD 자원이 가용하면 상기 TDD 이동국에 가용한 TDD 자원을 할당하고;

상기 TDD 자원을 사용할 수 없으면, FDD 기지국으로부터 FDD 자원을 임차하고;

상기 TDD 이동국의 우선순위에 따라 상기 FDD 자원을 상기 TDD 이동국에 할당하는 것을 특징으로 하는 무선자원 할당 방법.
제 35항에 있어서, 상기 자원을 임차하는 과정은:

어떤 FDD 반송파에 가용한 미사용 중인 자원이 있는지 여부를 판단하고;

가용한 미사용 중인 자원이 있으면 미사용 중인 FDD 자원을 임차할 지를 결정하고;

미사용 중인 FDD 자원을 임차하기로 결정되면 상기 TDD 이동국의 우선순위를 결정하는 것을 특징으로 하는 무선자원 할당 방법.
제 36항에 있어서, 자원을 임차하는 과정은 상기 TDD 이동국의 우선순위 결정을 위해 적응적 빔포밍을 적용할 것일지를 판단하는 것을 더욱 포함하는 것을 특징으로 하는 무선자원 할당 방법.
제 36항에 있어서, 상기 미사용 중인 FDD 자원을 임차할지 여부를 결정하는 과정은:

상기 TDD 이동국이 제1시스템간 간섭(I _{MS_inter-sys} )을 측정하도록 하고;

상기 TDD 이동국으로부터 수신한 제1시스템간 간섭(I _{MS_inter-sys} )을 미리 정해진 제1간섭 마진 임계치(I _{TH_MS} )와 비교하고;

상기 제1시스템간 간섭(I _{MS_inter-sys} )이 제1간섭 마진 임계치(I _{TH_MS} )보다 작거나 같으면 미사용 중인 FDD 자원을 임차하는 것을 포함하는 무선자원 할당 방법.
제 38항에 있어서, 상기 제1시스템간 간섭(I _{MS_inter-sys} ) 은 FDD 이동국들로부터 TDD 이동국으로 발생하는 것을 특징으로 하는 무선자원 할당 방법.
제 37항에 있어서, 상기 적응적 빔포밍을 적용할지 여부를 결정하는 과정은:

상기 TDD 기지국이 제2시스템간 간섭(I _{BS_inter-sys} )을 측정하고;

상기 제2시스템간 간섭(I _{BS_inter-sys} )을 제2 간섭 마진 임계치 (I _{TH_BS} )와 비교하고;

상기 제2시스템간 간섭(I _{BS_inter-sys} )이 제2 간섭 마진 임계치 (I _{TH_BS} )보다 크면 적응적 빔포빙을 적용하는 것을 포함하는 무선자원 할당 방법.
제 40항에 있어서, 상기 제2시스템간 간섭 (I _{BS_inter-sys} )은 FDD 이동국들로부터 TDD 기지국으로 발생하는 것을 특징으로 하는 무선 자원 할당 방법.