KR20060056141A - 직교 주파수 다중 접속 방식의 무선 통신 시스템에서자원할당 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 자원할당 방법 및 시스템{METHOD AND SYSTEM FOR HANDOVER 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.

본 발명은 무선 통신 시스템에서 핸드오버 방법 및 시스템에 관한 것으로, 특히 무선 통신 시스템에서 하드 핸드오버 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 있다. 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 제한을 받는 문제가 발생한다. 반면에 주파수 재사용 계수가 3 ~ 7의 값을 가지는 경우에 셀 가장자리(Cell Boundary)에서도 신호 대 잡음비가 우수하다는 장점이 있 다.

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 부채널을 구성하는 예를 도시한 도면이다.

상기 도 2에서는 특정 기지국 A의 셀에서 하나의 부채널을 할당하기 위한 직 교 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 상술 한 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 핸드오버 시 호 절단율을 낮출 수 있는 방법 및 시스템을 제공함에 있다.

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

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

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

상기한 목적들을 달성하기 위한 본 발명의 방법은, OFDMA 방식의 단말들과 상기 단말들과 통신하는 기지국을 포함하는 무선 통신 시스템의 기지국에서 상기 단말의 핸드오버를 제공하기 위한 방법으로서, 단말이 핸드오버 시 하향 링크 및 상향 링크의 각각의 데이터 전송 영역 중 상기 핸드오버 단말에게 할당하기 위한 설정된 특정 영역을 분산 부반송파 할당 방식으로 상기 핸드오버 단말에 할당할 부채널들을 설정하는 과정과, 상기 핸드오버 단말에게 할당할 영역에 설정된 부채널들 중 할당 가능한 부채널 비율 내에서 상기 부채널들을 상기 핸드오버 단말에게 할당하는 과정을 포함한다.

또한 본 발명에 따른 시스템에서 수행되는 방법은, 상기 단말들 중 핸드오버 영역에 위치하지 않은 단말을 위해 상기 데이터 전송 영역 중 나머지 영역을 분산 부반송파 할당 방식으로 부채널들을 설정하는 과정과, 상기 핸드오버를 수행하지 않는 단말에게 상기 부채널들을 할당하는 과정을 더 포함한다.

상기한 목적들을 달성하기 위한 본 발명의 시스템은, OFDMA 방식의 단말과 상기 단말과 통신하는 기지국을 포함하는 무선 통신 시스템에서 상기 단말의 핸드오버를 제공하기 위한 시스템의 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.

또한 상기 기지국은, 상기 단말들 중 핸드오버 영역에 위치하지 않은 단말을 위해 상기 데이터 전송 영역 중 나머지 영역을 분산 부반송파 할당 방식으로 부채널들을 설정하고, 상기 핸드오버를 수행하지 않는 단말에게 상기 부채널들을 할당하는 과정을 더 수행한다.

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.

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 혹은 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.

그런데 이와 같이 채널을 할당하는 경우에도 확률적으로 부반송파간 중첩이 발생할 수 있다. 이에 대한 원인은 전체 부반송파를 분산 부반송파 할당방식을 이용하여 할당하기 때문이다. 따라서 이를 좀 더 효과적으로 개선할 수 있는 방법을 제안한다. 본 발명에서는 부반송파 대역을 미리 결정된 몇 개의 대역으로 구분할 수 있는 방법을 제안한다. 즉, 도 2b와 같이 전체 부반송파를 미리 결정된 3개의 대역으로 구분한다. 부반송파 대역을 3개의 대역으로 구분하면, 전체 부반송파를 이용하여 부채널을 이용하는 방식과 다르게 구성할 수 있다. 먼저 핸드오버 상황에 존재하거나 또는 핸드오버 확률이 높거나 또는 원거리에 위치하여 채널 상황이 나쁜 단말들에게 할당하기 위한 부반송파들은 상위로부터 특정 영역으로 수신된다. 이러한 특정 영역은 도 2b에 도시한 바와 같이 3개로 구성한다면, 3개의 영역이 주파수 재사용 계수를 3으로 사용하는 경우와 동일하다. 따라서 상기 3개로 구분된 영역들(230A, 230B, 230C) 중 선택된 영역에서만 부채널을 구성한다. 상기 도 2b에서는 230A 영역이 선택된 경우로 가정하였다. 이와 같이 230A 영역이 선택되면, 기지국은 선택된 영역에서 부채널을 조합한다. 즉, 도 1에서 설명한 바와 같이 원거리 영역은 주파수 재사용 계수가 3이 되고, 근거리 영역에서는 주파수 재사용 계수가 1로 사용되는 것이다. 이는 원거리 및 근거리 영역으로 구분하지 않고, 핸드오버의 확률로 구분할 수도 있으며, 수신되는 채널의 상황 또는 수신 오류율 등을 고려하여 결정할 수 있다.

상기 도 2b에 도시한 바와 같이 제1영역(230A)의 부반송파들을 이용하여 하나의 채널을 구성할 때, 상기 선택된 부반송파들내에서 분산 부반송파 할당 방법을 사용하여 부채널을 구성할 수 있다. 그러나 도 2b와 같이 구성하는 경우에는 굳이 이러한 방법을 사용할 필요가 없을 수도 있다. 왜냐하면, 인접한 기지국에서는 동일한 부반송파에 대하여 원거리 영역에 위치하거나 또는 핸드오버를 수행 중이거나 또는 핸드오버를 수행할 확률이 높은 단말들에게 할당되는 부채널은 다른 영역들(230B, 230C)의 부반송파들을 이용하여 전송하기 때문이다. 따라서 연속된 부반송파들로 하나의 부채널을 구성하여도 무방하다. 그런데 인접한 부반송파들을 이용하는 경우 대체로 채널 환경에 따른 제약이 유사하게 발생할 수 있으므로, 상기한 바와 같이 분산 부반송파 할당 방법을 이용할 수 있다. 상기 도 2b에 도시한 바와 같이 분산 부반송파 할당 방법을 이용하는 경우에 하나의 부채널은 230A-a, 230A-b, …, 230A-n과 같이 구성할 수 있다.

이와 같이 원거리 영역에 위치하거나 또는 핸드오버를 수행 중이거나 또는 핸드오버를 수행할 확률이 높은 단말들에게 할당되는 부채널이 1/n로 구성되면, 사기 구성된 채널은 나머지 단말들에게 할당되는 영역에서도 동일하게 사용되어야 한다. 따라서 일반 데이터를 전송하는 영역의 채널 구성 방법이 달라지게 된다. 이를 도 2c를 참조하여 살펴보기로 한다.

도 2c는 일반 단말 또는 근거리 영역의 단말에게 할당하기 위한 부반송파들을 이용하여 하나의 채널을 구성하는 경우를 예로 도시한 경우이다. 도 2c와 같이 일반 단말 또는 근거리 영역의 단말에게 할당되는 부반송파들은 상기 원거리 영역 또는 핸드오버를 수행하는 단말에게 할당되지 않는 영역의 부반송파들을 이용하여 부채널을 구성한다. 상기 나머지 부반송파들을 이용하여 부채널을 구성하는 경우에 는 분산 부반송파 할당 방식을 이용하는 것이 보다 바람직한 채널 구성 방법이다. 따라서 상기 도 2c에서는 분산 부반송파 할당 방식을 이용하여 채널을 구성하는 경우를 도시하고 있다.

또 다른 예로서, 인접한 기지국의 수가 많고, 그 기지국들간 핸드오버를 수행하는 단말의 수가 많은 경우에 부반송파들을 약간씩 중첩되도록 구성할 수 있다. 이러한 경우를 도 2d를 참조하여 살펴보기로 한다.

상기 도 2d에 도시한 바와 같이 전체 부반송파의 개수를 n+1개로 가정할 때, 제1기지국에 할당하는 부반송파를 참조부호 240으로 도시하였다. 또한 제2기지국에 할당하는 부반송파를 참조부호 241로 도시하였으며, 제3기지국에 할당하는 부반송파를 242로 도시하였으며, 제n기지국에 할당하는 부반송파를 참조부호 24n으로 도시하였다. 상기 도 2d에 도시한 바와 같이 각 부반송파들은 소정 부분씩 중첩되는 부분이 발생한다. 이와 같이 약간씩 부반송파가 중첩되더라도 인접한 기지국들의 수가 많기 때문에 실제로 중첩되는 기지국에 인접한 단말에게만 상기 중첩되는 영역의 부반송파들을 가지는 채널을 할당하지 않는다면 실제로 큰 문제는 발생하지 않는다. 이와 같이 구성할 때, 핸드오버 영역 또는 원거리 영역 또는 핸드오버 가능성이 높은 단말들에게 할당하지 않는 부반송파들은 앞의 도 2c에서 설명한 바와 같은 방법으로 부채널을 구성한다. 그리고 도 2d와 같은 형태로 핸드오버 영역 또는 원거리 영역 또는 핸드오버의 발생 가능성이 높은 단말에게 할당되는 부반송파들을 이용하여 부채널을 구성할 때, 분산 부반송파 할당 방법을 이용하여 부채널을 구성할 수도 있으며, 인접한 부반송파들을 이용하여 부채널들을 구성할 수도 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 정보(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 영역 또는 원거리 영역 또는 핸드오버 확률이 높은 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 자원 이 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 부채널들은 도 2b 및 도 2d에서 설명한 방법을 통해 부채널을 구성할 수 있다. 뿐만 아니라 그 전에 설명한 방법을 이용하여도 하나의 부채널을 구성할 수 있다.

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. 즉, 상기 비율이란, 도 2d와 같은 방법으로 구성할 경우에 사용되는 방법으로, 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 예 에 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 하드웨 어적인 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 핸드오버를 수행중인 단말 또는 핸드오버 확률이 높은 영역에 위치한 단말 또는 원거리 영역에 위치한 단말에게 송신할 심볼들의 배치 등을 제어한다. 이러한 심볼의 배치 제어는 상기 도 2b 내지 도 2d에서 설명한 방법 또는 그 앞에서 설명한 방법을 이용할 수 있다. 또한 상기 도 2d와 같은 방법을 사용하는 경우에 상위로부터 수신되는 제한 채널 인자를 수신하여 주파수 재사용 계수가 1보다 큰 값을 가지는 영역의 단말에게 할당할 가능한 부채널들의 비율(R)을 결정한다. 상기 제한 채널 인자 값은 주기적으로 상위로부터 수신할 수도 있으며, 기지국 자체적으로 통계 자료를 이용하여 설정할 수도 있다. 바람직하게는 상위로 수신하여 처리하는 것이 가 장 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 제한 채널 인자 값 또는 그에 따라 계산된 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 제공하는 경우에 통계 값들을 저장하기 위한 영역을 별도로 구비할 수 있다.

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 제한 채널 인자 값을 수신하여 채널을 구성할 시 제어 흐름도이다. 이하 도 6을 참조하여 본 발명의 일 실시 예에 따라 기지국에서 제한 채널 인자 값을 수신하여 채널을 구성할 시 제어 과정에 대하여 상세히 설명한다.

기지국의 제어부(511)는 600단계에서 상위 인터페이스(501)를 통해 상위로부터 전달되는 제한 채널 인자를 수신한다. 상기 제한 인자는 일반적으로 채널 인덱스 번호의 범위(도 2d의 경우) 또는 미리 구분된 채널 인덱스 영역(도 2b의 경우) 또는 사용 가능한 비율(R)이 될 수 있다. 이러한 값을 수신하면, 기지국은 610단계로 진행하여 제한 채널 인자를 이용하여 제한 채널 즉, 도 3 및 도 4에서 설명한 바와 같이 핸드오버 영역 또는 핸드오버 확률이 높은 영역 또는 원거리 영역에 위 치한 단말에게 할당할 제한 채널을 구성한다. 이와 같이 제한 채널을 구성한 이후에 상기 기지국의 제어부(511)는 비제한 채널을 구성한다. 즉, 일반 사용자에게 할당할 채널을 구성하는 것이다. 기지국의 제어부(511)는 이와 같이 채널을 구성한 이후에 630단계로 진행하여 구성된 채널 자원을 이용하여 해당 단말들에게 자원을 할당한다. 이를 통해 본 발명에서 설명한 목적을 달성할 수 있다.

상술한 바와 같은 본 발명은 OFDMA 통신 시스템에서 하드 핸드오버를 제공할 때, 자원을 보다 효율적으로 사용하면서 채널을 구성할 수 있는 이점이 있다.

Claims (2)

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

   상기 기지국은, 상위로부터 제한 채널 인자를 수신하여 제한 채널을 구성하고, 상기 제한 채널 인자를 이용하여 비제한 채널을 구성하며, 상기 단말이 미리 결정된 제1조건을 만족하는 경우 상기 제한 채널을 통해 데이터를 송신하며, 상기 단말이 미리 결정된 제1조건을 만족하지 못하는 경우 상기 비제한 채널을 통해 데이터를 전송함을 특징으로 하는 상기 시스템.
2. OFDMA 방식의 단말과 상기 단말과 통신하는 기지국을 포함하는 무선 통신 시스템의 기지국에서 자원을 할당하기 위한 방법에 있어서,

   상위로부터 제한 채널 인자를 수신하고 상기 수신된 제한 채널 인자를 이용하여 제한 채널과 이용하여 비제한 채널을 구성하는 과정과,

   상기 단말이 미리 결정된 제1조건을 만족하는 경우 상기 제한 채널을 할당하고, 상기 단말이 미리 결정된 제1조건을 만족하지 못하는 경우 상기 비제한 채널을 할당하는 과정을 포함함을 특징으로 하는 상기 방법.

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