KR20060045305A - 광대역 무선 접속 통신 시스템에서 핸드오버 방법 및 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 무선 통신 시스템에서 핸드오버 방법 및 시스템에 관한 것으로, 특히 무선 통신 시스템에서 하드 핸드오버 방법 및 시스템에 관한 것이다.

본 발명에서는 OFDMA 방식을 사용하는 무선 통신 시스템에서 핸드오버 시 호 절단율을 낮추고, 신호대 잡음비를 줄여 통신 품질을 향상시키고, 인접 셀에 간섭 등의 영향을 줄일 수 있는 방법 및 시스템을 제공한다.

이러한 본 발명에 따른 시스템은, OFDMA 방식의 단말과 상기 단말과 통신하는 기지국을 포함하는 무선 통신 시스템에서 상기 단말의 핸드오버를 제공하기 위한 시스템의 상기 기지국을 제공하는 것이다. 이러한 상기 기지국은, 상기 단말과 통신을 수행 중에 상기 단말이 핸드오버 영역에 위치할 시 하향 링크 및 상향 링크의 각각의 데이터 전송 영역 중 핸드오버 단말에게 할당하기 위한 설정된 특정 영역에서 분산 부반송파 할당 방식으로 부채널들을 설정하고, 상기 영역에 설정된 부채널들 중 할당 가능한 부채널 비율 내에서 상기 부채널들을 상기 핸드오버를 수행중인 단말에 할당한다.

OFDMA, 주파수 재사용 계수, 핸드오버, 하드 핸드오버

Description

직교 주파수 다중 접속 방식의 무선 통신 시스템에서 자원 할당 방법 및 시스템{METHOD AND SYSTEM FOR ALLOCATING RESOURCE IN A WIRELESS COMMUNICATION SYSTEM USING OFDMA}

도 1은 OFDMA 방식을 사용하는 셀룰라 이동통신 시스템에서 주파수 재사용 방식을 설명하기 위한 도면,

도 2는 서로 다른 기지국에서 다수의 직교 주파수들을 이용하여 하나의 부채널을 구성하는 예를 도시한 도면,

도 3은 본 발명에 따른 OFDMA 통신 시스템에서 하향링크 프레임의 구성을 도시한 도면,

도 4는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 OFDMA 시스템에서 상향 링크의 부채널 할당 방법을 설명하기 위한 도면,

도 5는 OFDMA 시스템에서 본 발명을 적용하기 위한 기지국의 기능 블록 구성도,

도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따라 기지국에서 단말들에게 상향 및 하향 링크의 부채널 할당을 위한 제어 흐름도.

도 7은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 직교 주파수 분할 다중접속 시스템에 서 서로 다른 2개의 기지국간 채널 할당을 설명하기 위한 개념도.

본 발명은 무선 통신 시스템에서 자원 할당 방법 및 시스템에 관한 것으로, 특히 무선 통신 시스템에서 하드 자원 할당 방법 및 시스템에 관한 것이다.

통상적으로 무선 통신 시스템은 사용자가 단말을 이용하여 특정한 장소 등에 구애받지 않고, 통신을 수행할 수 있도록 제공하는 방법을 의미한다. 이러한 무선 통신 시스템은 다양한 다중 접속(Multiple Access) 방식을 이용하여 다수의 사용자들을 수용할 수 있도록 개발되어 왔다. 상기 무선 통신 시스템의 대표적인 방법이 코드 분할 다중 접속(CDMA : Code Division Multiple Access) 방식이다. 상기 코드 분할 다중 접속 방식은 음성 통신에서부터 시작되어 현재에는 비교적 고속의 데이터까지 처리할 수 있도록 개발되어 왔다. 이와 같이 코드 분할 다중 접속 방식의 발전은 사용자들이 보다 고속의 데이터 전송의 요구와 함께 기술의 비약적인 발전에 기인한다. 이러한 코드분할 다중접속 방식은 기술의 발전에 힘입어 현재에는 제3세대(3G) 이동통신 시스템의 표준이 대부분 확정되어 상용화 단계에 이르고 있다.

그런데, 상기 코드 분할 다중 접속 방식에서 사용되는 제한된 자원으로 인하여 더 이상 고속의 데이터를 전송하는데 한계에 이르렀다는 문제가 있다. 그럼에도 불구하고 사용자들이 요구하는 데이터의 전송률은 계속적으로 증가하는 추세에 있 다. 따라서 무선 통신 분야에서는 보다 고속의 데이터를 전송하기 위해 다양한 연구와 시도가 이루어지고 있다.

상기한 연구의 한 방향으로 직교 주파수 분할 다중 접속(Orthogonal Frequency Division Multiple Access : 이하 "OFDMA"라 함) 방식을 사용하여 통신을 수행하는 방법에 대하여 연구가 이루어지고 있다. 상기 OFDMA 방식은 직교성을 가지는 주파수들을 이용하여 다수의 채널을 구성하고, 각 사용자들에게 적어도 하나 또는 그 이상의 채널을 할당하여 데이터를 전송하는 방식이다. 그러면 OFDMA 방식에서 통신이 이루어지는 과정에 대하여 간략히 살펴보기로 한다.

OFDMA 방식에서 통신은 상향 링크와 하향 링크의 부채널을 할당하는 방식을 사용한다. 즉, 특정한 시간 내에서 상향 링크의 시간과 하향 링크의 시간을 구분하고, 상기 시간 내에서 각 사용자마다 상기한 채널을 할당하여 통신이 이루어진다. 또한 상기 OFDMA를 기반으로 하는 셀룰라 이동통신 방식에서는 가용 주파수의 운용 방법에 따라 크게 두 가지의 운용 방법으로 구분할 수 있다. 상기 가용 주파수의 운용 방법이란, 주파수 재사용 계수(Frequency Reuse Factor)에 따른 방법을 의미한다. 그러면 먼저 가장 일반적으로 생각할 수 있는 첫 번째 방법에 대하여 살펴보기로 한다. 첫 번째 방법은 주파수 재사용 계수를 3 또는 7과 같이 1보다 큰 값을 사용하는 방법이다. 이와 같이 주파수 재사용 계수를 높게 사용해야 하는 이유에 대하여 도 1을 참조하여 간략히 살펴보기로 한다.

도 1은 OFDMA 방식을 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. 상기 도 1에서 각 기지국들은 캐리어 인덱스(Carrier Index)의 1/3을 사용하고 있다. 즉, 전체 캐리어 인덱스들이 n₁+n₂+n₃라 가정할 때, 그 중 하나의 영역만을 사용할 수 있도록 구성되어 있다. 이를 상기 기지국(100)의 인접한 기지국들(110, 120, 130, 140, 150, 160)과 함께 살펴보면, 인접한 기지국들(110, 120, 130, 140, 150, 160)은 상기 기지국(100)이 사용하지 않는 캐리어 인덱스의 주파수들을 사용한다.

이와 같이 각 기지국들에서 서로 다른 캐리어 인덱스를 가지는 주파수를 사용하도록 함으로써 각 기지국들간 간섭을 효과적으로 줄일 수 있다. 상기 도 1에 도시한 같이 전체 사용 가능한 주파수를 1/3로 나누어 사용하는 경우 주파수 재사용 계수가 3이 된다. 즉, 상기한 방법을 기초로 하여 셀룰라 시스템을 구성하는 경우 일반적으로 주파수 재사용 계수는 3보다 큰 값을 가지게 된다. 왜냐하면 상기 도 1에 도시한 바와 같이 모든 기지국들이 이론적인 셀 구조를 가지기 어렵기 때문이다. 따라서 일반적으로 주파수 재사용 계수는 3 ~ 7의 값을 가지게 된다.

이와 같이 주파수 재사용 계수가 3 ~ 7의 값을 가지는 경우 모든 주파수를 사용할 수 없다는 문제가 있다. 소정 기지국에서 사용할 수 있는 캐리어 인덱스의 개수는 수용할 수 있는 사용자의 수 또는 전송률을 의미한다. 따라서 캐리어 인덱스의 숫자가 줄어드는 경우 수용할 수 있는 사용자가 제한되거나 또는 전송률에 제 한을 받는 문제가 발생한다. 반면에 주파수 재사용 계수가 3 ~ 7의 값을 가지는 경우에 셀 가장자리(Cell Boundary)에서도 신호 대 잡음비가 우수하다는 장점이 있다.

다음으로 주파수 재사용 계수를 1로 사용하는 방법에 대하여 살펴보기로 한다. 주파수 재사용 계수가 1인 경우 상기 도 1에서 각 기지국들은 모든 캐리어 인덱스의 주파수들을 사용할 수 있다. 앞에서 살핀 바와 같이 주파수 재사용 계수를 1로 사용하면, 주파수 자원을 효율적으로 사용할 수 있다는 이점이 있다. 그러나, 주파수 재사용 계수를 1로 사용하는 경우에 셀 가장자리에 위치한 단말들은 신호대 잡음비가 현저히 저하되는 단점을 가진다. 즉, 주파수 재사용 계수를 1로 사용하는 경우에 셀에 근접한 단말들은 통신에 크게 문제가 되지 않을 수 있으나, 셀 가장자리에서는 성능이 나빠지거나 또는 통신이 불가능한 경우가 발생할 수 있다.

이러한 문제점으로 인하여 종래에 OFDMA 시스템에서는 주파수 재사용 계수를 3 이상의 값을 가지는 경우에 대하여 대부분 논의가 이루어졌었다. 그러나, 최근 IEEE 802.16 표준 회의 등에서는 주파수 재사용 계수를 1로 사용하는 방법에 대해 많은 논의가 이루어지고 있다.

다른 한편, 이동통신 시스템에서는 단말의 이동성을 확보하기 위해 핸드오버(Handover)라는 개념을 도입하여 사용하고 있다. 이러한 핸드오버는 통신을 수행하는 단말(MS : Mobile Station)이 기지국과 기지국 사이를 이동하더라도 통신을 계속하여 유지할 수 있도록 하는 것을 말한다. 이러한 핸드오버는 소프트 핸드오버(soft handover)와 소프터 핸드오버(softer handover) 및 하드 핸드오버(hard handover)의 3가지 방식으로 구분할 수 있다.

상기 소프트 핸드오버는 통신 중인 단말이 기지국간 이동 시 양쪽 기지국의 신호를 동시에 수신하는 중간 과정을 거쳐 목표한 타겟 기지국(Target BS)으로 호를 연결시켜 주는 방식을 의미한다. 또한 소프터 핸드오버는 상술한 소프트 핸드오버와 유사한 방식이나, 동일한 기지국 내에서 이루어진다는 차이를 가진다. 즉, 소프터 핸드오버란, 상기 기지국 내의 섹터들 내를 이동하는 경우 기지국이 단말에 대하여 소프트 핸드오버를 제공하는 방식이다. 따라서 소프터 핸드오버는 기지국이 섹터형 기지국인 경우에 가능한 방식이다.

이와 달리 하드 핸드오버는 통신 중인 단말이 기지국간을 이동할 경우 통신을 유지하고 있던 소스 기지국(source BS)의 호를 순간적으로 절단하고, 향후 통신을 수행할 목표 기지국(target BS)으로 호를 최대한 빠른 시간 내에 재연결하는 방식을 의미한다.

이상에서 상술한 바와 같이 현재 연구가 이루어지는 방향은 주파수 재사용 계수를 1로 사용하는 방식이다. 또한 일반적으로 OFDMA 시스템에서는 핸드오버 시 하드 핸드오버 방법이 고려되어 왔다. 따라서 이러한 방식으로 통신을 수행하면, 셀의 가장자리 부근에 위치한 단말들은 하드 핸드오버 시 낮은 신호대 잡음비(SINR)가 낮아지므로, 성능 열화를 겪게 되거나 또는 호 절단율(call drop rate)이 높아져서 통신 시스템의 안정성이 떨어뜨리는 요인으로 작용할 수 있다. 그러면 이를 도 2를 참조하여 살펴보기로 한다.

도 2는 서로 다른 기지국에서 다수의 직교 주파수들을 이용하여 하나의 부채 널을 구성하는 예를 도시한 도면이다.

상기 도 2에서는 특정 기지국 A의 셀에서 하나의 부채널을 할당하기 위한 직교 주파수들과 다른 기지국 B의 셀에서 하나의 부채널을 할당하기 위한 직교 주파수들을 도시하고 있다.

상기 기지국 A의 셀에서 표시된 부분은 전체 직교 주파수들 중에서 하나의 부채널을 할당하기 위한 다수의 직교 주파수들을 도시한 것이다. OFDMA 시스템에서는 하나의 부채널을 할당할 경우 순차적으로 직교 주파수들을 할당할 수도 있으나, 일반적으로 랜덤하게 또는 단말에 의해 보고된 정보에 의거하여 다수의 직교 주파수들을 하나의 부채널로 할당한다. 따라서 기지국 B의 셀에서도 이와 동일한 방법으로 직교 주파수들이 하나의 부채널을 구성한다. 그런데 상기와 같이 부채널이 구성되어 각각 단말에 할당된 경우 두 단말이 각각 기지국의 가장자리 영역에 위치하여 두 단말간 근접한 경우 두 단말은 참조부호 210 및 220과 같이 서로 동일한 직교 주파수가 각각 할당되게 된다. 그러면 상기 일치하는 직교 주파수간에는 매우 심각한 간섭이 발생하게 되며, 이로 인하여 통신 품질이 저하되거나 또는 통신이 불가능해질 수 있다.

또한 상기한 시스템에서 전력 제어(Power Control)를 사용할 경우 셀 가장자리의 사용자는 높은 전력으로 데이터를 송신하게 되므로 주변의 다른 셀의 사용자들에게 큰 간섭신호를 주게 되는 문제가 있다.

이상에서 살핀 바와 같이 하드 핸드오버의 경우에 가장 큰 문제점은 인접 셀 사용자에 할당된 동일한 주파수에 의한 간섭 때문에 발생하는 낮은 신호 대 간섭 전력 비(SIR)이다. 이러한 문제를 해결하기 위해 가장 쉽게 사용될 수 있는 방법은 주파수 재사용 계수를 1 보다 큰 값, 즉 3 혹은 7로 설정하는 것이다. 그러면 상술한 바와 같이 인접 셀로부터의 간섭을 줄일 수 있다. 그러나 이러한 방식으로 하드 핸드오버를 수행할 경우 인접 셀 혹은 섹터에서는 서로 다른 주파수를 사용하도록 하기 위한 특별한 셀 배치 계획(cell planning)이 필요하다. 뿐만 아니라 인접 셀 간에 같은 주파수를 사용할 수 없기 때문에 주파수 효율이 현저하게 떨어지게 된다. 따라서 만일 기지국을 신설하거나 증축하는 데에도 매우 큰 부담으로 작용하게 되는 문제가 있다.

따라서 본 발명의 목적은 OFDMA 방식을 사용하는 무선 통신 시스템에서 자원 할당 시 호 절단율을 낮출 수 있는 방법 및 시스템을 제공함에 있다.

본 발명의 다른 목적은 OFDMA 방식을 사용하는 무선 통신 시스템에서 자원 할당 시 신호대 잡음비를 줄일 수 있는 방법 및 시스템을 제공함에 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 OFDMA 방식을 사용하는 무선 통신 시스템에서 자원 할당 시 통신 품질을 향상시킬 수 있는 방법 및 시스템을 제공함에 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 OFDMA 방식을 사용하는 무선 통신 시스템에서 자원 할당 시 인접 셀에 간섭 등의 영향을 줄일 수 있는 방법 및 시스템을 제공함에 있다.

상기한 목적들을 달성하기 위한 본 발명의 시스템은, OFDMA 방식의 단말과 상기 단말과 통신하는 기지국을 포함하는 무선 통신 시스템으로서, 상기 기지국은, 상기 단말의 채널 환경이 이 미리 결정된 제1조건을 만족하는 경우 데이터 전송 영역 중 상기 단말에게 할당하기 위해 설정된 특정 영역에서 부채널들을 설정하고, 상기 단말이 상기 제1조건을 만족하지 못하는 경우 상기 특정 영역을 제외한 영역에서 부채널을 설정하여 신호를 전송함을 특징으로 한다.

또한 본 발명에 따른 시스템에서 수행되는 방법은, OFDMA 방식의 단말과 상기 단말과 통신하는 기지국을 포함하는 무선 통신 시스템의 기지국에서 자원 할당 방법으로서, 상기 단말의 채널 환경이 이 미리 결정된 제1조건을 만족하는 경우 데이터 전송 영역 중 상기 단말에게 할당하기 위해 설정된 특정 영역에서 부채널들을 설정하는 과정과, 상기 단말이 상기 제1조건을 만족하지 못하는 경우 상기 특정 영역을 제외한 영역에서 부채널을 설정하는 과정과, 상기 설정된 부채널들을 이용하여 데이터를 전송하는 과정을 포함함을 특징으로 한다.

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 메시지 또는 신호 등과 같은 많은 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.

본 발명에서는 셀 계획(cell planning) 없이도 하드 핸드오프를 원활히 수행할 수 있으며, 호 차단율을 저하시킬 수 있는 방법을 제시한다. 본 발명에서는 하향 링크와 상향 링크의 데이터 전송 영역 중 일부에서 실제적으로 주파수 재사용 계수를 1보다 큰 값으로 사용함으로써 상기한 목적들을 달성할 수 있도록 하는 방법을 제시한다. 또한 상기한 핸드오프를 보다 넓게 확장하여 핸드오프 영역에 근접한 경우에도 호 처리를 원할히 수행할 수 있는 시스템 및 방법을 제공한다.

그러면 본 발명을 설명하기에 앞서 OFDMA 방식을 사용하는 시스템에 대하여 살펴보며, 본 발명에서 사용될 용어들에 대하여 정의한다.

OFDMA 통신 시스템은 상향 링크 및 하향 링크에서 각 사용자에게 특정 부반송파의 집합인 부채널을 단위로 자원을 할당한다. 이때 부채널을 구성하는 방법은 여러 가지가 있을 수 있다. 예를 들어 IEEE 802.16 OFDMA 방식의 하향 링크에서 부채널을 구성하는 방법은 PUSC, FUSC, optional-FUSC, AMC permutation 등의 방법이 있다. 또한 상향 링크에서는 PUSC, optional-PUSC, AMC permutation 등의 방법이 있다. 상기 AMC permutation을 제외한 다른 모든 부채널 할당 방법들은 기본적으로 전체 주파수 영역에 랜덤하게 분산되어 있는 부반송파들을 하나의 부채널에 할당하여 부채널을 할당받는 각 사용자에게 주파수 다이버시티 이득을 주도록 하고 있다. 상향 링크의 경우 채널 추정의 용이성을 위해서 부채널을 구성할 때 부반송파를 특정 단위로 묶은 후 그 단위를 바탕으로 부채널을 구성하기도 한다. 예를 들어 IEEE 802.16 OFDMA 방식의 상향링크에서 PUSC 부반송파 할당 방식은 전체 부반송파들을 주파수-시간 축을 4 반송파 x 3 심볼로 구성된 타일로 나누고 이러한 타일들을 랜덤한 방식으로 선택하여 부채널을 구성한다. 이하에서 부채널을 설명함에 있어서 부반송파는 부반송파의 블록으로 대체될 수 있음을 미리 밝혀 둔다.

또한 전체 부반송파들을 각 부채널로 나누는 방법은 각 부채널 구성 방법에 따라 정해진 수식을 통해서 이루어진다. 이때 수식에는 셀마다 서로 다른 부채널이 만들어지도록 하는 파라미터가 포함된다. 이 파라미터는 여러 가지 이름이 있을 수 있으나 본 발명에서는 "셀 ID"라 부르기로 한다. 또한 상기 설명한 것과 같은 부채널 구성 방법들을 통칭 "분산 부반송파 할당 방법"이라 부르기로 한다.

종래 기술에서 설명한 도 2는 이러한 분산 부반송파 할당 방식으로 할당된 부채널을 구성하는 부반송파의 배치를 예로 도시한 것이다. 상기 도 2에서 두 기지국의 셀 A, B는 서로 다른 셀 ID를 가진다. 또한 앞서 상기 도 2에서 설명한 바와 같이 하나의 부채널에 할당된 부반송파 중에서 두 개의 부반송파에서 충돌이 발생한다.

인접 셀로부터의 간섭은 부채널 관점에서 볼 때 한 사용자에게 할당된 부채널들의 부반송파와 인접 셀에서 할당된 전체 부채널들의 부반송파간의 충돌 수에 의해 결정된다. 분산 부반송파 할당 방법에서는 부채널을 구성하는 부반송파가 전체 주파수 영역에 랜덤하게 분포하기 때문에 서로 다른 셀 안의 부채널간 충돌 혹 은 간섭은 평균적으로 특정 부채널에 관계없이 할당된 부채널의 개수에 의존하게 된다.

따라서 본 발명에서는 핸드오버를 위한 단말들에게 분산 부반송파 할당 방법을 사용하여 부채널을 할당할 경우 할당되는 전체 부채널의 개수를 제한함으로써 인접 셀로부터 오는 간섭 전력의 양을 조절한다. 이를 예를 들어 설명하면 하기와 같다.

모든 부채널이 할당되는 경우에서 각 부채널이 겪는 인접 셀로부터의 간섭 전력을 I라 가정하자. 그러면 전체 부채널 중 하드 핸드오버를 수행할 단말들에게 할당할 영역을 미리 결정하고, 이 영역에서 1/M만이 할당되는 경우의 인접 셀로부터의 간섭 전력은 모든 부채널에서 동일하게 근사적으로 I/M이 된다. 따라서 인접 셀들의 하드 핸드오버 사용자들이 상기한 바와 같은 분산 부반송파 할당 방법을 사용하는 공통 영역을 할당받고 이 영역에서 부채널의 전체 할당 개수를 조절하면 안정적인 하드 핸드오버가 가능한 신호 대 간섭 잡음 전력 비를 가지고 통신을 할 수 있다.

그러면 이러한 방식을 첨부된 도면을 참조하여 좀 더 구체적으로 살펴보기로 한다.

도 3은 본 발명에 따른 OFDMA 통신 시스템에서 하향링크 프레임의 구성을 도시한 도면이다. 이하 도 3을 참조하여 본 발명에 따른 OFDMA 통신 시스템에서 하향 링크 프레임의 구성 및 할당 방법에 대하여 상세히 설명하기로 한다.

상기 도 3에 도시한 바와 같이 하향 링크의 채널은 프리앰블(301)과 MAP 정 보(302)와 데이터 전송 영역(310, 320)을 가진다. 상기 하향 링크 프레임의 첫 심볼은 대개 프리앰블(301)로 시작한다. 따라서 각 단말(사용자)은 프리앰블로부터 하향링크의 동기를 획득한다. 그리고 프리앰블 다음의 몇 개의 심볼들은 각 단말에게 상향 및 하향 부채널 할당 정보를 알려주기 위한 MAP 정보(302)가 송신된다. 그런 후 데이터 전송 영역(310, 320)이 존재한다. 상기 도 3에서는 MAP 정보(302)가 송신된 이후 X개의 심볼들을 핸드오버 영역 부채널들(310)로 설정한 예를 도시하고 있다. 즉, 앞에서 상술한 바와 같이 본 발명에서는 핸드오버 영역에 위치한 단말들에게만 할당하기 위한 핸드오버 영역 부채널들(310)을 구비한다. 상기 핸드오버 영역 부채널들(310)에서는 본 발명에 따라 주파수 재사용 계수가 1보다 큰 수가 사용된다. 또한 상기 핸드오버 영역 부채널들(310)의 이후에는 핸드오버를 수행하지 않는 단말들에게 할당할 일반 사용자 영역 부채널들(320)을 가진다. 상기 일반 사용자 영역 부채널들(320)은 주파수 재사용 계수를 1로 사용한다. 따라서 상기 일반 사용자 영역 부채널들(320)의 자원은 주파수 재사용 계수를 1로 하여 부채널들을 구성하고, 각 단말들에게 자원이 할당된다.

반면에 상기 핸드오버 영역 부채널들(310)은 주파수 재사용 계수가 1보다 큰 수이기 때문에 핸드오버에 사용되는 부채널들(311)과 핸드오버에 사용되지 않는 부채널들(312)이 존재한다. 핸드오버 영역 부채널들(310)은 전체 할당 가능한 부채널들 중 일부만 할당하는 것이다. 또한 상기 도 3에서는 각 부채널들을 편의상 인접하여 도시하였으나, 실제로는 앞에서 설명한 바와 같이 분산 부반송파 할당 방식을 통해 각 부채널들이 할당된다. 따라서 실제로 각 부채널들은 상술한 도 2의 방법과 같이 하나의 부채널이 할당된다.

이와 같이 핸드오버 영역 부채널들(310)의 심볼 개수(M) 및 핸드오버 영역 부채널들(310) 중에서 핸드오버 단말에게 할당할 가능한 부채널들(311)의 비율(R)은 시스템 운용 시 통계적으로 결정할 수 있다. 예를 들어, 핸드오버 사용자의 비율 및 셀 가장자리에서의 신호 및 간섭 잡음 비에 대한 통계를 일정 기간 누적하고 이를 이용하여 정할 수 있다.

이상에서 설명한 도 3에서는 핸드오버 영역 부채널들(310) 이후에 일반 사용자 영역 부채널들(320)을 가지도록 구성하였다. 그러나 이러한 순서는 바뀌어도 크게 문제되지 않는다. 다만 본 발명에서와 같이 2가지 영역의 부채널들을 구비하면, 본 발명의 목적을 달성할 수 있다.

다음으로 상향 링크의 부채널 할당 방법에 대하여 살펴보기로 한다. 도 4는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 OFDMA 시스템에서 상향 링크의 부채널 할당 방법을 설명하기 위한 도면이다. 이하 도 4를 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 OFDMA 시스템에서 상향 링크의 부채널 할당 방법에 대하여 상세히 설명하기로 한다.

상향 링크에서는 첫 번째 심볼부터 시작되는 제어 심볼 영역을 구비한다. 상기 제어 심볼 영역은 ranging을 위한 심볼, HARQ의 응답 신호를 송신하기 위한 영역 등으로 구성된다. 그 이후 영역은 일반 사용자 영역 부채널들(410)이 존재한다. 상기 일반 사용자 영역 부채널들(410)은 도 3에서 설명한 바와 같이 주파수 재사용 계수를 1로 하여 핸드오버를 수행하지 않는 사용자들에게 할당되는 부채널들이다. 따라서 핸드오버를 수행하지 않는 단말들은 일반 사용자 영역 부채널들(410)이 할당되어 상향 링크로 송신한다. 반면에 상기 일반 사용자 영역 부채널들(410) 이후에 위치한 핸드오버 영역 부채널들(420)은 전체 부채널이 사용되지 않고, 도 3에서 설명한 바와 같이 일부만이 사용된다.

이와 같이 핸드오버 단말들에게 일부의 부채널을 할당함으로써 전체적인 관점에서 동일한 주파수 자원이 할당될 수 있는 확률을 낮출 수 있다. 뿐만 아니라 주파수 재사용 계수를 크게 증가시키지 않고 전체 대역을 활용할 수 있는 이점이 있다.

도 5는 OFDMA 시스템에서 본 발명을 적용하기 위한 기지국의 기능 블록 구성도이다. 이하 도 5를 참조하여 본 발명이 적용된 OFDMA 시스템에서 기지국의 기능 블록들 및 동작에 대하여 상세히 설명하기로 한다.

상기 기지국은 상위로부터 수신되는 데이터 및 제어 신호 등의 인터페이스를 수행하는 상위 인터페이스(501)를 구비한다. 상기 상위 인터페이스(501)는 하드웨어적인 로직으로, 그 제어는 제어부(511)에서 이루어진다. 상기 상위 인터페이스(501)는 상위로부터 데이터가 수신되면 이를 데이터 처리부(503)로 제공하며, 데이터 처리부(503)로부터 상위로 전달할 데이터의 인터페이싱을 수행한다. 또한 제어부(511)로 전달되는 제어 신호를 제어부(511)로 전달하며, 제어부(511)로부터 상위로 전달할 제어 신호를 상위 네트워크의 특정 요소(element)로 전달한다. 데이터 처리부(503)는 단말로 전달할 데이터 또는 단말로부터 수신된 데이터를 처리하는 부분으로, OFDMA 방식에 따라 각 신호들의 처리를 수행한다. 무선부(505)는 송신할 신호를 상기 기지국과 단말간 송/수신 할 수 있는 통신 대역의 주파수 신호로 상승 변환하여 안테나(ANT)를 통해 무선 채널로 송신한다. 또한 무선부(505)는 안테나(ANT)로부터 수신된 무선 신호를 데이터 처리부(503)에서 처리할 수 있는 기저 대역의 신호로 하강 변환을 수행한다.

제어부(511)는 상기 기지국 장치의 전반적인 제어를 수행하며, 본 발명에 따라 핸드오버 영역에 위치한 단말에게 송신할 심볼들의 배치 등을 제어한다. 또한 상위로부터 핸드오버 단말에게 할당할 가능한 부채널들의 비율(R) 값을 수신하면, 이를 갱신하도록 할 수 있다. 뿐만 아니라, 상기 핸드오버 단말에게 할당할 가능한 부채널들의 비율(R)을 갱신하기 위해 주기적으로 핸드오버 단말들의 통계 값을 상위로 전달하는 제어를 수행할 수 있다. 만일 필요한 경우에는 기지국에서 상기한 통계 값을 이용하여 핸드오버 단말에게 할당할 가능한 부채널들의 비율(R)을 갱신하도록 구성할 수도 있다. 그러나, 이와 같이 구성할 경우 인접한 기지국과 부채널의 비율이 일치하지 않으므로 종래 기술에서와 같은 문제가 발생하는 영역이 존재할 수 있다. 따라서 핸드오버 단말에게 할당할 가능한 부채널들의 비율(R)의 갱신은 상위에서 수행하는 것이 보다 바람직하다.

메모리(507)는 상기 제어부(511)에서 제어를 위한 프로그램 데이터 및 제어 시 발생되는 데이터를 임시 저장하며, 본 발명에 따라 핸드오버 단말에게 할당할 가능한 부채널들의 비율(R) 값을 저장한다. 이러한 비율 값들은 시간 대역별로 다르게 설정할 수도 있다. 또한 상기 메모리(507)에는 제어부(511)가 상위로 핸드오버 단말에게 할당할 가능한 부채널들의 비율(R)의 갱신을 위해 통계 자료를 제공하 는 경우에 통계 값들을 저장하기 위한 영역을 별도로 구비하도록 한다.

그러면 상기한 구성을 가지는 기지국에서 단말들에게 하향 링크 및 상향 링크로 부채널들을 할당하는 과정에 대하여 살펴보기로 한다.

도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따라 기지국에서 단말들에게 상향 및 하향 링크의 부채널 할당을 위한 제어 흐름도이다. 이하 도 6을 참조하여 기지국에서 단말에게 상향 및 하향 링크의 부채널 할당 시 제어 과정에 대하여 상세히 설명한다.

기지국의 제어부(511)는 600단계에서 스케줄링 시점이 도래하였는가를 검사한다. 상기 600단계의 검사결과 스케줄링 시점이 도래하면, 602단계로 진행하여 상기 메모리(507)에 저장된 핸드오버 영역의 부채널에서 할당 가능한 부채널 비율(R) 값을 검사한다. 상기 할당 가능한 부채널 비율(R) 값은 상술한 바와 같이 기지국에서 자체적으로 결정하도록 구성할 수도 있고, 상위로부터 수신하도록 구성할 수도 있다. 이때, 핸드오버 영역의 부채널로 구성되는 상향 링크의 심볼 수(X) 및 하향 링크의 심볼 수(X)는 미리 정해진 값으로 가정한다. 그러나 이러한 값 또한 상기한 바와 같이 상위에서 수신하도록 구성할 수도 있고, 기지국에서 자체적으로 계산하도록 할 수도 있다. 또한 상기 핸드오버 영역의 부채널로 구성되는 상향 링크의 심볼 수와 하향 링크의 심볼 수는 서로 다를 수도 있다.

상기와 같이 핸드오버 부채널에서 할당 가능한 부채널 비율(R)을 검사한 후 제어부(511)는 604단계로 진행하여 핸드오버 단말의 송/수신에 필요한 심볼 수를 계산한다. 즉, 핸드오버 단말에 대하여 상위로부터 수신되어 하향 링크를 통해 단말로 송신할 심볼의 수와 단말로부터 상위로 전달할 심볼의 수를 계산한다. 이와 같이 계산이 완료되면 기지국의 제어부(511)는 606단계로 진행하여 현재 프레임에서 송/수신이 가능한가를 검사한다. 즉, 606단계는 현재 프레임에서 핸드오버에 시에 할당할 심볼의 수 내에서 할당 가능한 부채널 비율(R) 값에 따라 결정되는 값과 송/수신할 심볼의 수를 비교함으로써 계산할 수 있다. 이와 같이 두 값을 비교한 결과 송/수신할 심볼의 수가 적은 경우 제어부(511)는 송/수신이 가능한 것으로 결정하고, 그렇지 않은 경우 송/수신이 불가능한 것으로 결정한다. 상기 606단계의 검사결과 송/수신이 가능한 경우 제어부(511)는 610단계로 진행한다.

반면에 상기 606단계의 검사결과 송/수신이 불가능한 경우 제어부(511)는 608단계로 진행하여 우선 순위에 따라 송/수신할 심볼을 결정한다. 상기 도 6의 실시 예에서는 기지국에서 매 순간 핸드오버 영역의 부채널들에 할당되는 심볼 개수를 변경하지 않는 방법이다. 따라서 제어부(511)는 결정되어 있는 심볼 수 내에서 핸드오버를 수행하는 단말로 전송할 데이터를 송신해야 한다. 그러므로 제어부(511)는 단말의 우선순위 또는 데이터 특징에 따른 우선 순위 등에 따라 송/수신할 심볼을 결정한 후 610단계로 진행한다.

이와 다른 방법으로 제어부(511)에서 매 순간마다 핸드오버 영역의 부채널들에 할당되는 심볼 개수를 변경할 수 있다면, 608단계에서 현재 프레임에서 송/수신할 심볼의 수에 따라 요구되는 핸드오버 영역의 부채널들에 할당되는 심볼 개수를 변경하면 된다.

상술한 과정인 606단계에서 또는 608단계에서 610단계로 진행하면 제어부(511)는 하향 링크를 통해 전송되는 MAP 정보를 상기 결정된 방법에 따라 구성하 고, 이를 출력한다. 즉, 핸드오버 영역의 부채널들에서 송/수신될 심볼들을 배열하고, 일반 사용자 영역의 부채널들에서 송/수신될 심볼들의 배열한다. 이러한 과정이 완료되면, 다시 600단계로 진행하여 다음 슬롯에 대한 스케줄링 시점이 도래하는가를 검사한다.

이상에서 설명한 내용은 하기와 같은 방법으로 확장이 가능하다. 그러면 확장 가능한 내용에 대하여 살펴보기로 한다. 핸드오버 영역이란, 결과적으로 채널 상황이 매우 않좋거나 또는 간섭(Interference)이 매우 큰 경우를 의미한다. 이러한 경우에 상기한 바와 같이 단말들에게 앞에서 언급한 핸드오버 영역의 채널을 하당할 수 있다. 물론, 채널 상황이 좋지 않은 경우와 간섭이 큰 경우를 구분할 수 있다면 가장 바람직하게 채널을 할당할 수 있을 것이다. 그러나 일반적으로 채널 상황이 좋지 않은 경우와 간섭이 큰 경우를 구별할 수 없는 경우가 일반적이기 때문에 이에 대하여 먼저 살펴보기로 한다.

도 7은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 직교 주파수 분할 다중접속 시스템에서 서로 다른 2개의 기지국간 채널 할당을 설명하기 위한 개념도이다.

제1기지국(BS #1)(710)과 제2기지국(BS #2)(720)은 인접한 기지국들로서 모두 전체의 부반송파들을 사용할 수 있는 기지국들이다. 즉, 앞에서 상술한 바와 같이 주파수 재사용 계수를 1로 사용할 수 있는 기지국들이다. 다만 본 발명에 따라 특정 조건을 만족하는 단말의 경우에 대하여 주파수 재사용 계수를 1보다 큰 값을 사용한다. 즉, 앞에서 상술한 바와 같이 1/M의 값을 사용할 수도 있으며, N/M의 값을 사용할 수도 있다. 상기 N/M의 값을 사용할 때, 당연히 M의 값이 N의 값보다 큰 값을 사용한다.

상기 도 7에 도시한 바에 따르면, 제1기지국(BS #1)의 근거리 영역은 참조부호 711의 내부 영역이 되며, 원거리 영역은 참조부호 711의 외부 영역이면서 참조부호 712의 내부 영역이 된다. 또한 제2기지국(BS #2)(720)의 근거리 영역은 참조부호 721의 내부 영역이 되며, 원거리 영역은 참조부호 711의 외부 영역이면서 참조부호 722의 내부 영역이 된다. 이와 같이 본 발명에서는 상기 기지국을 크게 2개의 영역으로 구분한다. 그러면 상기한 바와 같이 근거리 영역과 원거리 영역을 구분하는 인자들에 대하여 살펴보기로 한다.

여기서 근거리 영역이란, 핸드오버를 수행하지 않는 기지국에 인접한 영역을 의미하며, 원거리 영역이란, 핸드오버를 수행하거나 또는 핸드오버를 수행할 가능성이 매우 높은 경우이다. 즉, 핸드오버를 수행할 가능성이 높다란 의미는 단말의 입장에서 간섭이 크거나 또는 기지국으로부터 원거리에 존재하거나 또는 다른 기지국으로부터의 신호의 세기가 세지는 등의 경우이다. 기지국은 이러한 경우 상기 도 3 및 도 4에서 살펴본 바와 같이 핸드오버 영역의 부채널들을 할당한다. 그러나 근거리 영역의 단말들에게는 상기 핸드오버 영역이 아닌 부채널들을 할당한다.

따라서 기지국은 근거리 영역과 원거리 영역을 인지할 수 있는 방법이 여러 가지 방법이 있을 수 있다. 첫 번째 방법으로, 기지국이 단말로부터 수신된 신호의 세기를 검출하는 경우이다. 이러한 경우 미리 결정된 수신 세기 이하인 경우 원거리 영역으로 검출할 수 있다. 두 번째 방법으로 단말이 기지국으로 인접한 기지국의 신호 세기와 비교 값을 기지국으로 보고하도록 구성할 수 있다. 이러한 경우 기 지국은 인접 기지국에서 수신되는 신호의 세기와 자신의 기지국으로부터 수신된 신호의 세기 비교를 통해 단말의 위치가 근거리 영역인지 또는 원거리 영역의 단말인지를 검출할 수 있다. 세 번째 방법으로, 자동 재전송(ARQ) 또는 복합 자동 재전송(HARQ) 방식을 사용할 때 재전송이 요구되는 횟수를 참조하여 확인할 수도 있다. 또 다른 방법으로 전력 제어가 이루어지는 경우에 단말로 전송되는 데이터의 전력 값을 이용하여 확인하도록 하는 방법도 있다.

상기한 방법들 중 적어도 하나의 방법을 이용하여 원거리 영역에 위치한 단말인지 아니면 근거리 영역에 위치한 단말인지를 검출하고 그에 따라 자원을 할당함으로써 보다 원활히 통신을 제공할 수 있다.

여기서 자원 할당은 원거리 영역으로 검출된 단말에게는 도 3 및 도 4에서 설명한 바와 같이 핸드오버 영역 부채널들(310, 420)을 이용하여 채널을 할당하는 것이며, 근거리 영역의 단말들에게는 일반 사용자 영역 부채널들(320, 410)을 이용하여 채널을 할당하는 것이다. 상기 도 3 및 도 4에서 설명한 바와 같이 핸드오버 영역 부채널들(310, 420)의 위치는 상기 도 3 및 도 4에 도시한 바와 같은 위치 뿐만 아니라 데이터를 전송할 수 있는 전체 영역 중 미리 설정된 가운데의 일정 부분부터 시작될 수도 있으며, 제어 정보들이 전송되는 다음에 위치할 수도 있고, 심볼들의 맨 마지막 위치부터 소정 개수만큼 이전에 심볼부터 시작할 수도 있다.

상술한 바와 같은 본 발명은 OFDMA 통신 시스템에서 하드 핸드오버를 제공할 때, 별도의 셀 배치 계획(cell planning) 없이 셀 가장자리에 있는 사용자의 신호 대 간섭 잡음 비를 향상시켜 안정적인 핸드오버를 가능하게 하는 이점이 있다. 또한 이로 인하여 사용자가 다른 셀에 주는 간섭 신호도 줄일 수 있으므로 시스템의 안정성을 보다 향상시킬 수 있는 이점이 있다.

Claims (22)

1. OFDMA 방식의 단말과 상기 단말과 통신하는 기지국을 포함하는 무선 통신 시스템에서 있어서,

   상기 기지국은, 상기 단말의 채널 환경이 이 미리 결정된 제1조건을 만족하는 경우 데이터 전송 영역 중 상기 단말에게 할당하기 위해 설정된 특정 영역에서 부채널들을 설정하고, 상기 단말이 상기 제1조건을 만족하지 못하는 경우 상기 특정 영역을 제외한 영역에서 부채널을 설정하여 신호를 전송함을 특징으로 하는 상기 시스템.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 미리 결정된 제1조건을 만족하는 경우는,

   단말들에 할당된 부반송파간의 간섭이 소정 임계값보다 큰 경우임을 특징으로 하는 상기 시스템.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 미리 결정된 제1조건을 만족하는 경우는,

   단말들로부터 수신되는 심볼의 불량률이 소정 임계값보다 큰 경우임을 특징으로 하는 상기 시스템.
4. 제 1 항에 있어서, 상기 미리 결정된 제1조건을 만족하는 경우는,

   상기 단말로부터 수신된 전력이 소정 임계값보다 작은 경우임을 특징으로 하는 상기 시스템.
5. 제 1 항에 있어서, 상기 미리 결정된 제1조건을 만족하는 경우는,

   상기 단말이 핸드오버를 수행하는 경우임을 특징으로 하는 상기 시스템.
6. 제 1 항에 있어서, 데이터 전송 영역은,

   상향 링크와 하향 링크 중 적어도 하나를 포함함을 특징으로 하는 상기 시스템.
7. 제 6 항에 있어서,

   상기 하향 링크 또는/및 상향 링크의 데이터 전송 영역의 크기는, 상위로부터 전송된 심볼의 수로 결정됨을 특징으로 하는 상기 시스템.
8. 제 6 항에 있어서,

   상기 하향 링크 또는/및 상향 링크의 데이터 전송 영역의 크기는, 중 핸드오버 단말에게 할당하기 위한 설정된 특정 영역은, 단말과 송/수신하는 데이터의 양에 따라 결정됨을 특징으로 하는 상기 시스템.
9. 제 1 항에 있어서, 특정 영역에서 부채널들은,

   소정의 비율만큼만 할당함을 특징으로 하는 상기 시스템.
10. 제 9 항에 있어서, 상기 소정 비율은,

    상위로부터 수신됨을 특징으로 하는 상기 시스템.
11. 제 9 항에 있어서, 상기 소정 비율은,

    상기 핸드오버 중인 단말들의 신호 대 간섭 잡음 전력 비를 바탕으로 결정됨을 특징으로 하는 상기 시스템.
12. OFDMA 방식의 단말과 상기 단말과 통신하는 기지국을 포함하는 무선 통신 시 스템의 기지국에서 자원 할당 방법에 있어서,

    상기 단말의 채널 환경이 이 미리 결정된 제1조건을 만족하는 경우 데이터 전송 영역 중 상기 단말에게 할당하기 위해 설정된 특정 영역에서 부채널들을 설정하는 과정과,

    상기 단말이 상기 제1조건을 만족하지 못하는 경우 상기 특정 영역을 제외한 영역에서 부채널을 설정하는 과정과,

    상기 설정된 부채널들을 이용하여 데이터를 전송하는 과정을 포함함을 특징으로 하는 상기 방법.
13. 제 12 항에 있어서, 상기 미리 결정된 제1조건을 만족하는 경우는,

    단말들에 할당된 부반송파간의 간섭이 소정 임계값보다 큰 경우임을 특징으로 하는 상기 방법.
14. 제 12 항에 있어서, 상기 미리 결정된 제1조건을 만족하는 경우는,

    단말들로부터 수신되는 심볼의 불량률이 소정 임계값보다 큰 경우임을 특징으로 하는 상기 방법.
15. 제 12 항에 있어서, 상기 미리 결정된 제1조건을 만족하는 경우는,

    상기 단말로부터 수신된 전력이 소정 임계값보다 작은 경우임을 특징으로 하는 상기 방법.
16. 제 12 항에 있어서, 상기 미리 결정된 제1조건을 만족하는 경우는,

    상기 단말이 핸드오버를 수행하는 경우임을 특징으로 하는 상기 방법.
17. 제 12 항에 있어서, 데이터 전송 영역은,

    상향 링크와 하향 링크 중 적어도 하나를 포함함을 특징으로 하는 상기 방법.
18. 제 17 항에 있어서,

    상기 하향 링크 또는/및 상향 링크의 데이터 전송 영역의 크기는, 상위로부터 전송된 심볼의 수로 결정됨을 특징으로 하는 상기 방법.
19. 제 17 항에 있어서,

    상기 하향 링크 또는/및 상향 링크의 데이터 전송 영역의 크기는, 중 핸드오버 단말에게 할당하기 위한 설정된 특정 영역은, 단말과 송/수신하는 데이터의 양에 따라 결정됨을 특징으로 하는 상기 방법.
20. 제 12 항에 있어서, 특정 영역에서 부채널들은,

    소정의 비율만큼만 할당함을 특징으로 하는 상기 방법.
21. 제 20 항에 있어서, 상기 소정 비율은,

    상위로부터 수신됨을 특징으로 하는 상기 방법.
22. 제 20 항에 있어서, 상기 소정 비율은,

    상기 핸드오버 중인 단말들의 신호 대 간섭 잡음 전력 비를 바탕으로 결정됨을 특징으로 하는 상기 방법.

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