KR20070052536A - 셀룰러 이동 통신 시스템에서 송신 전력 조절 방법 - Google Patents

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KR20070052536A
KR20070052536A KR1020050110275A KR20050110275A KR20070052536A KR 20070052536 A KR20070052536 A KR 20070052536A KR 1020050110275 A KR1020050110275 A KR 1020050110275A KR 20050110275 A KR20050110275 A KR 20050110275A KR 20070052536 A KR20070052536 A KR 20070052536A
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Abstract

본 발명은 셀룰러 이동 통신 시스템에서 송신 전력 조절 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 셀룰러 이동 통신 시스템에서 인접한 기지국 간 공평성을 증대 시키기 위한 송신 전력 조절 방법에 관한 것이다.
이를 위해 본 발명은, 인접한 기지국들 중 NAK의 발생 빈도가 가장 높은 기지국에서는 가능한 최대 전력으로 신호를 송신하도록 하고 반대로 NAK 비율이 가장 적은 기지국에서는 가능한 작은 크기의 전력으로 신호를 송신하도록 하거나, 전체 프레임을 세분화하여 일정 구간에서는 저전력으로 신호를 송신하도록 하고 나머지 구간에서 최대 전력으로 신호를 송신하도록 하되 각 기지국별 최대 전력 전송 구간이 인접한 다른 기지국의 저전력 전송 구간과 겹쳐지도록 한다.
공평성, 전력

Description

셀룰러 이동 통신 시스템에서 송신 전력 조절 방법{Method for controlling transmission power in cellular mobile communication system}
도 1은 일반적인 셀룰러 이동 통신 시스템의 구성도.
도 2는 본 발명의 제 1 실시 예에 따라 기지국이 송신 전력의 크기를 조절하는 과정을 나타내는 흐름도.
도 3은 본 발명의 제 2 실시 예에 따라 기지국이 각 셀을 3개의 섹터로 나누어, 각 섹터마다 프레임의 전력을 다르게 설정하는 것을 나타내는 도면.
도 4는 본 발명의 제 2 실시 예에 따라 섹터마다 프레임의 전력을 다르게 설정한 기지국이 단말에게 자원을 할당하는 과정의 흐름도.
본 발명은 셀룰러 이동 통신 시스템에서 송신 전력 조절 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 셀룰러 이동 통신 시스템에서 인접한 기지국 간 공평성(fairness)을 증대 시키기 위한 송신 전력 조절 방법에 관한 것이다.
무선 이동 통신 시스템에서는 한정된 주파수 자원을 효율적으로 활용하는 것 이 매우 중요하다. 1세대와 2세대를 거친 기존의 음성 휴대전화 시스템에서는 인접 셀간 간섭을 고려하여 주파수 재사용도 '3' 또는 '7'을 적용하였으나 근래에는 한정된 무선 자원을 보다 효율적으로 활용하기 위해 점차 주파수 재사용도가 '1'인 시스템이 보편화 되어가고 있다.
한편, 무선 채널 환경에서는 거리에 따른 경로 감쇄로 인해 셀의 중심에서 멀어질수록 신호의 수신 감도가 기하급수적으로 나빠지는 특성을 지니고 있다. 특히 주파수 재사용도가 '1'인 시스템에서 각 셀의 경계 지역은 셀의 중심 지역에 비해 훨씬 더 큰 경로 감쇄를 겪을 뿐만 아니라 셀의 경계 지역으로 갈수록 간섭 기지국과의 거리는 가까워져 수신 신호의 감도는 더욱 열화될 수 밖에 없다. 따라서 셀의 경계 지역에 위치한 사용자는 그렇지 않은 사용자에 비해 상대적으로 낮은 채널 특성으로 인해 양질의 서비스를 제공받기 어려운 점이 있다.
구체적으로, 주파수 재사용도가 '1'인 셀룰러 시스템에서 셀의 경계 지역에 위치한 단말은 기지국과 가까이 위치한 단말에 비해 상대적으로 낮은 신호대 간섭비(Signal-to-Interference plus Noise Ratio, SINR)를 갖게 되며, max throughput 스케줄러와 같이 공평성을 전혀 고려하지 않은 스케줄링 방식에서는 자원 할당 기회를 박탈당하게 된다. 설령 공평성을 고려하는 PF 스케줄링 방식을 적용 하더라도 단말이 자원을 할당 받을 수 있는 기회는 max throughput 방식에 비해 늘어나지만 셀간 간섭 영향으로 인해 제대로 데이터를 수신하기 어려울 수 있으며 이로 인해 자원의 낭비가 발생하게 된다.
도 1에서 MS A는 기지국과 가까운 거리에 위치하고 있으며 반대로 MS B는 서 로 다른 두 기지국의 경계 지역에 존재하고 있다. 예를 들어 10MHz 대역폭을 사용하는 시스템 내에서 MS A의 주파수 효율이 2bps/Hz, MS B의 주파수 효율이 0.5bps/Hz라고 가정하면, max throughput을 적용한 경우 전체 셀 용량은 20Mbps가 되며 round-robin 스케줄링 방식에서는 12.5Mbps가 된다. 여기서 만약 공평성만을 고려한다면 전체 셀 용량은 8Mbps로 줄어들게 된다. 결국 공평성을 보장하기 위해서는 자원의 손실은 필연적이다.
또한 도 1에서 MS B는 셀의 경계지역에 위치하므로 MS A에 비해 상대적으로 낮은 신호대 간섭비를 갖는다. BS2와 BS3을 포함한 외부 기지국으로부터의 간섭 신호가 BS1로부터의 신호 크기에 비해 더 크다. 각 기지국의 shadowing과 열잡음을 고려하지 않은 상태에서 MS B의 신호대 간섭비는 -3dB가 되며 shadowing과 열잡음을 고려하게 되면 그보다 훨씬 더 작아질 수도 있다. 이와 같이 수신 신호의 감도가 열악하게 되면 MS B는 outage 상태에 놓이게 되며 채널 상황이 좋은 다른 지역으로 이동하지 않는 이상 기지국으로부터 자원을 할당 받을 기회가 다른 지역에 위치한 단말에 비해 현저히 떨어지게 된다.
한편 채널의 상태가 좋지 않은 사용자에게 서비스를 제공하기 위해서는 보다 강력한 오류 제어(Forward Error Correction) 기법 및 재전송(Automatic Repeat reQuest) 기법 등을 사용해야 한다. 이를 위해서는 그만큼 더 많은 자원을 redundancy로 사용해야 하므로 결국 자원의 낭비가 발생하게 된다. 다시 말해서 채널의 상태가 좋지 않은 사용자에게 서비스를 제공하기 위해서는 그렇지 않은 사용자에 비해 훨씬 더 많은 자원을 사용할 수 밖에 없다. 물론 채널의 품질이 좋지 않 은 사용자에게 자원을 할당하는 대신 채널 품질이 좋은 사용자에게 자원을 더 많이 할당하도록 하여 시스템의 전체적인 용량을 개선할 수 있으나 채널의 상태가 좋지 않은 사용자 단말에게 자원을 할당하지 않고 불이익을 주는 것은 결코 바람직한 것이 아니다.
이처럼 채널의 상태가 좋지 않은 단말에게 어느 정도 자원 할당의 기회를 보장해 주는 것이 바로 잘 알려진 Proportional Fairness(PF) 스케줄링 기법이다. PF 스케줄링에서는 사용자의 채널 상태가 좋을수록 채널 할당의 우선 순위가 높아질 뿐만 아니라 일정 기간 동안 서비스 받은 데이터의 양이 적을수록 우선 순위가 높아질 수 있도록 보장하고 있다. 즉 채널의 상태가 좋지 않은 사용자에게도 자원을 할당받을 수 있는 기회를 부여하여 어느 정도 공평성을 유지하도록 하고 있다. 결론적으로 PF 스케줄러는 max throughput 스케줄러에 비해 셀의 전체적인 용량은 줄어들지만 그만큼 셀 내 사용자간 공평성은 보장할 수 있다.
그러나 이러한 PF 스케줄링 방식이 셀 내 사용자간의 공평성을 고려하고 있기는 하지만 사용자 단말기가 셀의 경계지역에 위치하거나 방해물로 인해 수신 신호의 품질이 너무 나쁘다면 결국 그 사용자는 채널의 상태가 좋아지기 전까지 전혀 서비스를 제공받을 수 없다. 결국 그 사용자의 입장에서는 여전히 불공평(unfair)할 수 밖에 없다. 다시 말해 기존의 PF 스케줄링 방식은 셀 내 사용자간 공평성을 보장하는 수단을 제공하고 있기는 하지만 어디까지나 사용자의 채널 품질이 어느 정도 유지 되어야 한다는 한계가 있다. 따라서 셀의 경계 지역에 존재하는 단말에게도 공평한 서비스를 제공하기 위해서는 셀간 간섭 신호를 효과적으로 제어할 수 있어야 하며, 이를 위해서는 인접한 기지국들간 조율 과정이 필요하다.
이에 본 발명의 목적은 셀룰러 이동 통신 시스템에서 인접한 복수의 셀들에 대하여 각 셀의 경계 지역에서도 공평성을 보장하는 송신 전력 조절 방법 및 장치를 제공하는데 있다.
그리고 본 발명의 다른 목적은 셀룰러 이동 통신 시스템에서 셀의 경계 지역에 위치한 단말이 자원을 할당 받기 충분한 SINR을 가질 수 있도록 송신 전력을 조절하는 방법 및 장치를 제공하는데 있다.
그리고 본 발명의 또 다른 목적은 셀룰러 이동 통신 시스템에서 상향링크와 하향링크의 트래픽 전송 성공률을 이용하여 상향링크와 하향링크의 송신 전력을 조절하는데 있다.
그리고 본 발명의 또 다른 목적은 셀룰러 이동 통신 시스템에서 섹터로 구분된 셀의 송신 전력을 섹터마다 다르게 조절하는데 있다.
이를 위하여, 본 발명은 복수의 셀들로 구성된 셀룰러 이동 통신 시스템에서 상기 셀들을 담당하는 각 기지국들이 상향링크와 하향링크에 대해 송신 전력을 조절하는 방법에 있어서, 상향링크와 하향링크에 대한 트래픽의 전송 성공률을 각각 측정하는 과정; 상기 트래픽 전송 성공률을 이용하여 트래픽 충실도를 계산하는 과 정; 상기 트래픽 충실도를 이용하여 송신 전력 전송 계수를 계산하는 과정; 및 상향링크와 하향링크에 대한 이전의 최대 송신 전력에 상기 송신 전력 전송 계수를 곱하여 상향링크와 하향링크에 대한 새로운 송신 전력으로 설정하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명은 복수의 셀들로 구성된 셀룰러 이동 통신 시스템에서 상기 셀들을 각각 3개의 섹터로 나누어 담당하는 각 기지국들이 상향링크와 하향링크에 대해 송신 전력을 조절하는 방법에 있어서, 상기 3개의 섹터마다 상기 섹터에서 전송되는 프레임의 하향링크와 상향링크 부분을 각각, 최대 전력 전송 구간과 제한 전력 전송 구간으로 나누는 과정; 상기 3개의 섹터에 대한 상기 최대 전력 전송 구간이 서로 동일한 시간영역에서 중복되지 않도록 설정하는 과정; 채널 품질 상태가 좋은 단말은 상기 제한 전력 전송 구간에 할당하는 과정; 및 채널 품질 상태가 좋지 않은 단말은 상기 최대 전력 전송 구간에 할당하는 과정을 포함하여 상기 송신 전력을 조절하는 것을 특징으로 한다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 대한 동작 원리를 상세히 설명한다. 하기에서 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 그리고 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.
본 발명은 크게 두 가지 실시 예로 나누어진다.
첫번째는 기지국이 상향링크와 하향링크에서 사용할 송신 전력의 크기를 직접 조절하도록 하는 것이다. 채널의 품질이 나쁜 단말이 많이 존재하는 경우에는 그렇지 않은 경우에 비해 NAK(Negative Acknowledgement)의 발생 빈도가 상대적으로 높다. 따라서 인접한 기지국들 중 NAK의 발생 빈도가 가장 높은 기지국에서는 가능한 최대 전력으로 신호를 송신하도록 하고 반대로 NAK 비율이 가장 적은 기지국에서는 가능한 작은 크기의 전력으로 신호를 송신하도록 한다. 이를 통해 전체 이동 통신 시스템의 기지국들에 대한 NAK의 비율을 평준화 시킬 수 있게 되며 따라서 셀간 공평성을 향상시킬 수 있게 된다.
두번째는 전체 프레임을 세분화하여 일정 구간에서는 저전력으로 신호를 송신하도록 하고 나머지 구간에서 최대 전력으로 신호를 송신하도록 하되 각 기지국별 최대 전력 전송 구간이 인접한 다른 기지국의 저전력 전송 구간과 겹쳐지도록 하는 것이다. 각 기지국 내에는 신호 품질이 좋은 단말과 그렇지 않은 단말들이 공존한다. 이 때 신호 품질이 좋은 단말은 프레임 내 저전력 전송 구간에서 신호를 송/수신하도록 하고 반대로 신호 품질이 좋지 않은 단말은 최대 전력 전송 구간에서 신호를 송/수신하도록 한다. 여기서 중요한 것은 각 기지국의 저전력 전송 구간에서 자원을 할당 받은 단말은 기지국과의 거리가 가까워 채널의 상태가 좋으므로 인접한 기지국의 최대 전력 전송 구간과 겹쳐지더라도 어느 정도 수신 SINR의 저하는 발생하겠지만 여전히 채널의 상태는 크게 나빠지지 않는다는 것이다. 대신 셀의 경계 지역에 위치하여 채널의 상태가 좋지 않은 단말들은 최대 전력 전송 구간에서 자원을 할당 받도록 하여 수신 SINR을 향상시킬 수 있어 이를 통해 채널 품질이 좋지 않은 단말도 보다 안정적인 서비스를 제공받을 수 있게 된다.
그 밖에 본 발명은 상술한 두 실시 예를 서로 접목하는 실시 예도 제안한다.
상기와 같은 본 발명의 여러 가지 실시 예를 설명하기에 앞서 먼저 각 셀간 공평성을 다음과 같이 각
Figure 112005066216538-PAT00001
번 기지국의 하향링크와 상향링크에서의 각각의 트래픽 전송 성공률
Figure 112005066216538-PAT00002
과
Figure 112005066216538-PAT00003
로 정의하도록 한다.
Figure 112005066216538-PAT00004
과
Figure 112005066216538-PAT00005
은 각각 수학식 1과 수학식 2와 같이 표현된다.
Figure 112005066216538-PAT00006
Figure 112005066216538-PAT00007
여기서
Figure 112005066216538-PAT00008
는 하향링크 트래픽에 대한 ACK 수,
Figure 112005066216538-PAT00009
는 하향링크 트래픽에 대한 NAK 수,
Figure 112005066216538-PAT00010
는 상향링크 트래픽에 대한 ACK 수,
Figure 112005066216538-PAT00011
는 상향링크 트래픽에 대한 NAK 수를 나타낸다.
Figure 112005066216538-PAT00012
와
Figure 112005066216538-PAT00013
는 각각, 기지국이 자신에 속한 다수의 단말들로부터 하향링크 트래픽 에 대해 수신한 ACK와 NAK의 수이고,
Figure 112005066216538-PAT00014
와
Figure 112005066216538-PAT00015
는 각각, 기지국이 자신에 속한 다수의 단말들에게 상향링크 트래픽에 대해 전송한 ACK와 NAK의 수이다.
이러한 트래픽 전송 성공률
Figure 112005066216538-PAT00016
과
Figure 112005066216538-PAT00017
은(이하, 트래픽 전송 성공률
Figure 112005066216538-PAT00018
과
Figure 112005066216538-PAT00019
에 대해 상향링크와 하향링크를 구별하지 않을 경우에는 이를 통합하여
Figure 112005066216538-PAT00020
라 칭함), 값이 클수록 해당 기지국에는 채널 상태가 좋지 않은 단말이 많이 존재함을 의미하며,
Figure 112005066216538-PAT00021
값이 작은 여타 기지국에 비해 상대적으로 공평성 측면에서 손해를 입고 있다고 판단할 수 있다.
이하에서는 상술한 바와 같이 정의된 공평성 값, 즉
Figure 112005066216538-PAT00022
을 고려하여 송신 전력을 조절하는 실시 예를 구체적으로 살펴본다.
먼저 본 발명의 제 1 실시 예는 기지국이 상향링크와 하향링크에서 사용할 송신 전력의 크기를 직접 조절하도록 하는 것이다. 도 2는 본 발명의 제 1 실시 예에 따라 기지국이 송신 전력의 크기를 조절하는 과정을 나타내는 흐름도이며 전체 이동 통신 시스템에 속한 기지국들은 각각 도 2에 해당하는 과정을 수행한다. 도 2의 설명에서 상향링크와 하향링크는 필요 시에만 구별하며, 아래 첨자 n은 n번 기지국에서 수행됨을 나타낸다.
기지국은 먼저 링크에 대한 트래픽 전송 성공률
Figure 112005066216538-PAT00023
을 측정한다(S201).
그리고 기지국은
Figure 112005066216538-PAT00024
을 이용하여 트래픽의 충실도
Figure 112005066216538-PAT00025
을 계산한다(S203).
Figure 112005066216538-PAT00026
은 수학식 3과 같으며, 상향링크와 하향링크에서 모두 동일한 수학식에 의해 계산된다.
Figure 112005066216538-PAT00027
그리고 기지국은
Figure 112005066216538-PAT00028
을 이용하여 송신 전력 전송 계수
Figure 112005066216538-PAT00029
을 계산한다(S205). 송신 전력 전송 계수
Figure 112005066216538-PAT00030
은 수학식 4와 같으며, 상향링크와 하향링크에서 모두 동일한 수학식에 의해 계산된다.
Figure 112005066216538-PAT00031
여기서
Figure 112005066216538-PAT00032
는 기지국별 공평성의 엄정함(strictness)을 조절하는 변수로 0과 1 사이의 값을 갖는다.
Figure 112005066216538-PAT00033
값이 1과 가까울수록 전체 이동 통신 시스템 내의 기지국간 공평성은 더욱 견고하게 지켜지며 각 기지국의 송신 전력의 차이가 커지게 된다. 반대로
Figure 112005066216538-PAT00034
값이 0과 가까울수록 기지국간 공평성은 덜 고려되며 각 기지국은 서로 비슷한 크기의 송신 전력을 갖게 된다. 한편,
Figure 112005066216538-PAT00035
는 시스템 내 공평성을 고려하는 모든 기지국에서 동일한 값을 갖도록 한다.
이와 같은 방법으로 각 기지국은 현재 자신의 송신 전력 전송 계수
Figure 112005066216538-PAT00036
을 파악한 후 기존의 최대 송신 전력
Figure 112005066216538-PAT00037
를
Figure 112005066216538-PAT00038
배 만큼 감소시킨
Figure 112005066216538-PAT00039
를 새로운 최대 송 신 전력으로 설정한다(S207).
이러한 과정은 일정 주기(1 ~ 수 프레임 단위)로
Figure 112005066216538-PAT00040
,
Figure 112005066216538-PAT00041
,
Figure 112005066216538-PAT00042
, 및
Figure 112005066216538-PAT00043
를 체크하여 반복된다. 그리고 S201에서 측정된 각 기지국들의
Figure 112005066216538-PAT00044
은 인접 기지국과 공유된다. 이러한 공유는 상술한 S201 과정 후 수행되는 것이 가장 바람직하다. 그러면 기지국이 인접한 타 기지국들의
Figure 112005066216538-PAT00045
값을 모두 알고 있으므로, 그러한 타 기지국들의
Figure 112005066216538-PAT00046
값도 상술한 S203 과정에 의해 모두 알 수 있다. 이 과정에서 구한
Figure 112005066216538-PAT00047
값들 중에서 제일 작은 값을 찾게 되면 상술한 S205 과정에서
Figure 112005066216538-PAT00048
값이 조절되는 것이다. 만약
Figure 112005066216538-PAT00049
값 중 최소 값이 자신의
Figure 112005066216538-PAT00050
값과 동일하다면 해당 기지국의
Figure 112005066216538-PAT00051
값은 1이 되고, 그렇지 않은 경우
Figure 112005066216538-PAT00052
값은 1보다 작은 값을 갖게 된다. 예를 들어 1번 내지 3번 기지국의 트래픽 전송 성공률이 각각
Figure 112005066216538-PAT00053
,
Figure 112005066216538-PAT00054
,
Figure 112005066216538-PAT00055
이고
Figure 112005066216538-PAT00056
라고 하면, 각 기지국의 충실도는 각각
Figure 112005066216538-PAT00057
,
Figure 112005066216538-PAT00058
,
Figure 112005066216538-PAT00059
이 된다. 따라서 각 기지국의 송신 전력 전송 계수는 각각
Figure 112005066216538-PAT00060
,
Figure 112005066216538-PAT00061
,
Figure 112005066216538-PAT00062
이 된다.
한편, 하향링크에 대해 설정된 최대 송신 전력은 기지국이 자신에게 속한 단 말에게 데이터를 전송할 때 사용한다. 상향링크에 대해 설정된 최대 송신 전력은 기지국이 상술한 바와 같이 설정 후 그 값을 단말에게 알리어 단말이 상향링크에 대한 트래픽 전송 시 기지국으로부터 전달 받은 상향링크에 대한 최대 송신 전력으로 데이터를 전송하도록 하는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 제 2 실시 예는 전체 프레임을 세분화하여 일정 구간에서는 저전력으로 신호를 송신하도록 하고 나머지 구간에서 최대 전력으로 신호를 송신하도록 하되 각 기지국별 최대 전력 전송 구간이 인접한 다른 기지국의 저전력 전송 구간과 겹쳐지도록 하는 것이다
이를 위해 제 2 실시 예는 도 3에 도시된 바와 같이 각 셀을 3개의 섹터로 나누어, 각 섹터마다 프레임의 전력을 다르게 설정한다. 즉, 기지국에서 전송하는 프레임의 구조는 도 3과 같이 하향링크(DL)와 상향링크(UL) 모두에 대해, a 섹터 영역이 최대 전력(full power) 전송 구간인 동안 나머지 b와 c 섹터 영역은 제한 전력(restricted power) 전송 구간에 해당한다. 마찬가지로 b 섹터 영역이 최대 전력 전송 구간인 동안 나머지 a와 c 섹터의 전송 구간은 제한 전력 구간에 해당하며, c 섹터의 최대 전력 전송 구간은 a와 b 섹터의 제한 전력 전송 구간에 해당한다. 즉, 각 섹터 영역의 최대 전력 전송 구간은 인접한 기지국에서의 제한 전력 전송 구간과 겹쳐지게 된다. 따라서 각 기지국의 전체 프레임 중 최대 전력 전송 구간은 제한 전력 전송 구간에 비해 상대적으로 높은 SINR 값을 보장 받을 수 있게 된다.
이렇게 섹터마다 프레임의 전력을 다르게 설정한 기지국이 단말에게 자원을 할당하는 방법은 도 4와 같다.
기지국은 먼저 각 섹터에 존재하는 개별 단말들의 채널 품질 상태를 파악하기 위해 각 섹터마다 단말별로 하향링크와 상향링크에 대해서 각각 트래픽의 전송 성공률
Figure 112005066216538-PAT00063
과
Figure 112005066216538-PAT00064
을 계산한다(S401). 여기서 아래 첨자
Figure 112005066216538-PAT00065
는
Figure 112005066216538-PAT00066
번 단말을 나타낸다.
Figure 112005066216538-PAT00067
과
Figure 112005066216538-PAT00068
은 각각 수학식 5와 수학식 6으로 표현된다.
Figure 112005066216538-PAT00069
Figure 112005066216538-PAT00070
여기서
Figure 112005066216538-PAT00071
는
Figure 112005066216538-PAT00072
번 단말의 하향링크 트래픽에 대한 ACK 수,
Figure 112005066216538-PAT00073
는
Figure 112005066216538-PAT00074
번 단말의 하향링크 트래픽에 대한 NAK 수,
Figure 112005066216538-PAT00075
는
Figure 112005066216538-PAT00076
번 단말의 상향링크 트래픽에 대한 ACK 수,
Figure 112005066216538-PAT00077
는
Figure 112005066216538-PAT00078
번 단말의 상향링크 트래픽에 대한 NAK 수를 나타낸다.
Figure 112005066216538-PAT00079
와
Figure 112005066216538-PAT00080
는 각각, 기지국에 속한
Figure 112005066216538-PAT00081
번 단말의 하향링크 트래픽에 대해 수신한 ACK와 NAK의 수이고,
Figure 112005066216538-PAT00082
와
Figure 112005066216538-PAT00083
는 각각, 기지국이 자신에 속한
Figure 112005066216538-PAT00084
번 단말에게 상향링크 트래픽에 대해 전송한 ACK와 NAK의 수이다.
그리고 측정된
Figure 112005066216538-PAT00085
과
Figure 112005066216538-PAT00086
(이하, 트래픽 전송 성공률
Figure 112005066216538-PAT00087
과
Figure 112005066216538-PAT00088
에 대해 상향링크와 하향링크를 구별하지 않을 경우에는 이를 통합하여
Figure 112005066216538-PAT00089
라 칭함) 값이 해당
Figure 112005066216538-PAT00090
번 기지국의 특정 threshold 값
Figure 112005066216538-PAT00091
보다 큰 경우 해당 단말은 하향링크 또는 상향링크에서 다른 단말에 비해 상대적으로 채널 품질이 좋지 않은 것으로 판단할 수 있다(S403). 따라서 이 단말은 상향링크 또는 하향링크 프레임의 최대 전력(full power) 전송 구간에서 자원을 할당 받도록 한다(S405). 이때 채널의 품질이 좋지 않은 단말이 많이 존재하는 경우 최대 전력 전송 구간에서 할당 가능한 자원이 부족하게 되는 경우도 발생할 수 있으므로
Figure 112005066216538-PAT00092
값이 큰 단말부터 우선적으로 해당 구간에서 자원을 할당 받을 수 있도록 한다. 그리고
Figure 112005066216538-PAT00093
값이 해당
Figure 112005066216538-PAT00094
번 기지국의 특정 threshold 값
Figure 112005066216538-PAT00095
보다 작으면 이 단말은 상향링크 또는 하향링크 프레임의 제한 전력(restricted power) 전송 구간에서 자원을 할당 받도록 한다(S407). 여기서
Figure 112005066216538-PAT00096
번 기지국의 특정 threshold 값
Figure 112005066216538-PAT00097
은 예를 들어, 제 1 실시 예에서 상술한 수학식 4에 의해 표현되는 값이 될 수 있으며, 이는 상향링크와 하향링크에 대해 각각 적용될 수 있다.
이렇게 각 섹터별 해당 프레임에 단말이 할당되면 기지국은 해당 자원을 이 용하여 단말에게 데이터를 송신한다(S409).
이러한 과정은 일정 주기(1 ~ 수 프레임 단위)로
Figure 112005066216538-PAT00098
,
Figure 112005066216538-PAT00099
,
Figure 112005066216538-PAT00100
, 및
Figure 112005066216538-PAT00101
를 체크하여 반복된다.
한편 제한 전력(restricted power) 전송 구간에서의 전송 전력은
Figure 112005066216538-PAT00102
에 비례한다.
Figure 112005066216538-PAT00103
의 값이 커질수록 최대 전력(full power) 전송 구간에서 자원을 할당 받는 단말의 수는 줄어들고, 제한 전력 전송 구간에서 자원을 할당 받은 단말은 더 큰 전송 전력을 할당 받게 된다. 따라서
Figure 112005066216538-PAT00104
는 셀간 공평성을 조절하는 변수가 된다. 기지국 내 채널의 품질이 좋지 않은 단말이 많이 존재하여 정상적으로 데이터 송/수신이 어려운 단말이 존재하게 되면 해당 기지국은 공평성의 조절이 필요하다고 판단하게 된다. 이 때 기지국은 인접한 다른 기지국들과 협상을 통해 다른 기지국의
Figure 112005066216538-PAT00105
값을 현재 수준보다 더 낮게 조절하도록 요청한다.
Figure 112005066216538-PAT00106
값이 줄어들게 되면 그만큼 더 많은 단말이 최대 전력 전송 구간에서 자원을 할당 받게 되며, 반대로 제한 전력 전송 구간에서 자원을 할당 받는 단말이 줄어들게 된다. 또한 줄어든
Figure 112005066216538-PAT00107
값에 비례하여 제한 전력 전송 구간에서의 전송 전력이 줄어들게 되므로 결과적으로 인접한 다른 기지국으로 전송되는 간섭 신호의 영향은 줄어들게 된다. 즉,
Figure 112005066216538-PAT00108
값은 채널 품질을 판단하여 단말을 어느 전송 구간에서 자원을 할당받도록 할 것인지를 판단하는 기준이 된다. 만약 특정 기지국의
Figure 112005066216538-PAT00109
값이 작아지게 되면 그 기지국 내 단말들은 최대 전력 전송 구간에 할당될 확률이 커지게 되는 것이고, 이는 반대로 인 접한 기지국의 제한 전력 전송 구간에 할당되는 단말의 수가 줄어드는 것을 의미하므로, 특정 기지국의 최대 전력 전송 구간에서의 간섭 신호가 그만큼 줄게 되는 것이다.
본 발명은 또한 상술한 제 1 실시 예와 제 2 실시 예를 각각 상향링크 및 하향링크에 혼합하여 여러 가지 실시 예를 제안할 수 있다. 그 중 하향링크에는 제 1 실시 예를 적용하고 상향링크에는 제 2 실시 예를 적용한 제 3 실시 예를 이하에서 설명한다.
하향링크에서는 제 1 실시 예를 그대로 적용하고, 상향링크에 대해서는 제 2 실시 예를 그대로 적용한다. 즉, 하향링크에 대해서는 도 2에 따라 수학식 1의
Figure 112005066216538-PAT00110
을 측정하고, 이를 이용하여 트래픽의 충실도
Figure 112005066216538-PAT00111
와 수학식 4의 송신 전력 전송 계수
Figure 112005066216538-PAT00112
을 계산한 후, 하향링크에 대한 최대 송신 전력을 설정한다. 그리고 상향링크에 대해서는 도 3과 같이 프레임을 최대 전력 전송 구간과 제한 전력 전송 구간으로 나눈 후, 도 4에 따라 채널 상태가 좋지 않은 단말은 최대 전력 전송 구간에서 자원을 할당 받을 수 있도록 하고 채널 상태가 좋은 단말은 제한 전력 전송 구간에서 자원을 할당 받도록 한다.
그러나 실제로 상향링크에 대해 단말들의 전송 전력을 결정하는 것은 제 1 실시 예에 따른다. 즉, 단말이 사용할 자원은 제 2 실시 예에 따라 할당 받지만, 할당 받은 자원을 이용하여 데이터를 전송할 때 사용할 전력의 크기는 제 1 실시 예에 따르는 것이다. 그리고 일반적으로 채널 상태가 좋은 단말들은 제 1 실시 예 를 통해 낮은 송신 전력을 갖게 되므로 각 섹터의 최대 전력 전송 구간에서 간섭 신호의 크기는 제한 전력 전송 구간에 비해 작아지게 된다.
상향링크에 대해 기지국은, 기지국과 가까운 거리에 있어 채널의 상태가 좋은 단말은 제한 전력 전송 구간에서 자원을 할당 받도록 하고, 반대로 채널의 상태가 좋지 않은 단말 중
Figure 112005066216538-PAT00113
값이
Figure 112005066216538-PAT00114
보다 큰 단말만 최대 전력 전송 구간에서 자원을 할당 받을 수 있도록 한다.
그리고 기지국은 필요에 따라 인접 기지국과의 협상 과정을 통해
Figure 112005066216538-PAT00115
값을 기존보다 더 크거나 작게 변경할 수 있다. 기지국 내 채널 상태가 좋지 않은 단말에 대해 최대 전력 전송 구간에서 자원을 할당 받도록 했는데도 불구하고 여전히 수신 상태가 개선되지 않으면 해당 기지국은 인접한 기지국과 협상을 통해 인접한 기지국의
Figure 112005066216538-PAT00116
값을 기존보다 더 작게 설정하도록 하여 인접 기지국으로부터 발생되는 간섭 신호의 크기를 줄이도록 한다.
상술한 바에 의해 본 발명은 주파수 재사용도가 1인 광대역 무선 셀룰러 시스템에서 인접한 기지국간 공평성을 증대 시킬 수 있다. 그리고 이러한 공평성의 증대로 어떤 기지국 내 단말들의 채널 품질이 전반적으로 좋은 경우 어느 정도 전송 전력을 낮추어, 인접한 다른 기지국에서 채널 상태가 좋지 않아 제대로 서비스를 받지 못하고 있는 단말이 원활하게 서비스를 제공받을 수 있도록 할 수 있다.
그리고 전반적으로 채널 상태가 좋지 않은 단말이 많이 존재하는 기지국은 상대적으로 높은 전송 전력으로 신호를 전송하도록 하고 반대로 채널 상태가 좋은 단말이 많은 기지국은 낮은 전송 전력으로 신호를 송신하도록 하여 인접한 모든 기지국들의 PER(Packet Error Rate)을 비슷한 수준으로 맞출 수 있다.
또한 본 발명과 같이 기지국간 공평성을 고려하게 되면 단말이 기지국의 경계 지역에 존재하는 경우에도 공평성을 고려하지 않은 경우에 비해 높은 SINR을 갖게 되므로 원활한 서비스를 제공받을 수 있게 된다.

Claims (13)

  1. 복수의 셀들로 구성된 셀룰러 이동 통신 시스템에서 상기 셀들을 담당하는 각 기지국들이 상향링크와 하향링크에 대해 송신 전력을 조절하는 방법에 있어서,
    상향링크와 하향링크에 대한 트래픽의 전송 성공률을 각각 측정하는 과정;
    상기 트래픽 전송 성공률을 이용하여 트래픽 충실도를 계산하는 과정;
    상기 트래픽 충실도를 이용하여 송신 전력 전송 계수를 계산하는 과정; 및
    상향링크와 하향링크에 대한 이전의 최대 송신 전력에 상기 송신 전력 전송 계수를 곱하여 상향링크와 하향링크에 대한 새로운 송신 전력으로 설정하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 셀룰러 이동 통신 시스템에서 송신 전력 조절 방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 트래픽 전송 성공률은 각 트래픽에 대한 ACK와 NAK의 수를 이용하여 하기 수학식 7에 의해 측정되는 것을 특징으로 하는 셀룰러 이동 통신 시스템에서 송신 전력 조절 방법.
    Figure 112005066216538-PAT00117
    여기서
    Figure 112005066216538-PAT00118
    은 상기 트래픽 전송 성공률,
    Figure 112005066216538-PAT00119
    는 각 트래픽에 대한 ACK 수,
    Figure 112005066216538-PAT00120
    는 각 트래픽에 대한 NAK 수, 아래 첨자
    Figure 112005066216538-PAT00121
    은 복수의 기지국 중
    Figure 112005066216538-PAT00122
    번째 기지국임을 나타냄.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 트래픽 충실도는 하기 수학식 8에 의해 계산되는 것을 특징으로 하는 셀룰러 이동 통신 시스템에서 송신 전력 조절 방법.
    Figure 112005066216538-PAT00123
    여기서
    Figure 112005066216538-PAT00124
    은 상기 트래픽 충실도이고, 아래 첨자
    Figure 112005066216538-PAT00125
    은 복수의 기지국 중
    Figure 112005066216538-PAT00126
    번째 기지국임을 나타내며, N은 상기 기지국의 수.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 송신 전력 전송 계수는, 하기 수학식 9에 의해 계산되는 것을 특징으로 하는 셀룰러 이동 통신 시스템에서 송신 전력 조절 방법.
    Figure 112005066216538-PAT00127
    여기서
    Figure 112005066216538-PAT00128
    은 상기 송신 전력 전송 계수이고,
    Figure 112005066216538-PAT00129
    는 0과 1 사이의 값을 갖는 기지국별 공평성의 엄정함(strictness)을 조절하는 변수임.
  5. 복수의 셀들로 구성된 셀룰러 이동 통신 시스템에서 상기 셀들을 각각 3개의 섹터로 나누어 담당하는 각 기지국들이 상향링크와 하향링크에 대해 송신 전력을 조절하는 방법에 있어서,
    상기 3개의 섹터마다 상기 섹터에서 전송되는 프레임의 하향링크와 상향링크 부분을 각각, 최대 전력 전송 구간과 제한 전력 전송 구간으로 나누는 과정;
    상기 3개의 섹터에 대한 상기 최대 전력 전송 구간이 서로 동일한 시간영역에서 중복되지 않도록 설정하는 과정;
    채널 품질 상태가 좋은 단말은 상기 제한 전력 전송 구간에 할당하는 과정; 및
    채널 품질 상태가 좋지 않은 단말은 상기 최대 전력 전송 구간에 할당하는 과정을 포함하여 상기 송신 전력을 조절하는 것을 특징으로 하는 셀룰러 이동 통신 시스템에서 송신 전력 조절 방법.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 단말을 상기 제한 전력 전송 구간에 할당하는 과정은,
    상기 단말에 대한 상량링크와 하향링크에 대해서 각각 트래픽 전송 성공률을 계산하여 상기 트래픽 전송 성공률이 기지국의 특정 문턱값보다 크면 상기 단말을 상기 제한 전력 전송 구간에 할당하는 것을 특징으로 하는 셀룰러 이동 통신 시스템에서 송신 전력 조절 방법.
  7. 제 5항에 있어서,
    상기 단말을 상기 최대 전력 전송 구간에 할당하는 과정은,
    상기 단말에 대한 상량링크와 하향링크에 대해서 각각 트래픽 전송 성공률을 계산하여 상기 트래픽 전송 성공률이 기지국의 특정 문턱값보다 작으면 상기 단말을 상기 제한 전력 전송 구간에 할당하는 것을 특징으로 하는 셀룰러 이동 통신 시스템에서 송신 전력 조절 방법.
  8. 제 5항 또는 제 6항에 있어서,
    상기 트래픽 전송 성공률은 각 트래픽에 대한 ACK와 NAK의 수를 이용하여 하기 수학식 10에 의해 측정되는 것을 특징으로 하는 셀룰러 이동 통신 시스템에서 송신 전력 조절 방법.
    Figure 112005066216538-PAT00130
    여기서
    Figure 112005066216538-PAT00131
    는 상기 트래픽 전송 성공률,
    Figure 112005066216538-PAT00132
    는 각 트래픽에 대한 ACK 수,
    Figure 112005066216538-PAT00133
    는 각 트래픽에 대한 NAK 수, 아래 첨자
    Figure 112005066216538-PAT00134
    는 복수의 단말 중
    Figure 112005066216538-PAT00135
    번째 단말임을 나타냄.
  9. 복수의 셀들로 구성된 셀룰러 이동 통신 시스템에서 상기 셀들을 각각 3개의 섹터로 나누어 담당하는 각 기지국들이 상향링크와 하향링크에 대해 송신 전력을 조절하는 방법에 있어서,
    상향링크와 하향링크에 대한 트래픽의 전송 성공률을 각각 측정하는 과정;
    상기 트래픽 전송 성공률을 이용하여 트래픽 충실도를 계산하는 과정;
    상기 트래픽 충실도를 이용하여 송신 전력 전송 계수를 계산하는 과정;
    상향링크와 하향링크에 대한 이전의 최대 송신 전력에 상기 송신 전력 전송 계수를 곱하여 상향링크와 하향링크에 대한 새로운 송신 전력으로 설정하는 과정;
    상기 3개의 섹터마다 상기 섹터에서 전송되는 프레임의 상향링크 부분을 각각, 최대 전력 전송 구간과 제한 전력 전송 구간으로 나누는 과정;
    상기 3개의 섹터에 대한 상기 최대 전력 전송 구간이 서로 동일한 시간영역에서 중복되지 않도록 설정하는 과정;
    채널 품질 상태가 좋은 단말은 상기 제한 전력 전송 구간에 할당하는 과정; 및
    채널 품질 상태가 좋지 않은 단말은 상기 최대 전력 전송 구간에 할당하는 과정을 포함하여 상기 송신 전력을 조절하는 것을 특징으로 하는 셀룰러 이동 통신 시스템에서 송신 전력 조절 방법.
  10. 제 9항에 있어서,
    상기 기지국이 상기 상향링크에 대해 설정된 새로운 송신 전력 정보를 상기 채널 품질 상태가 좋은 단말과 상기 채널 품질 상태가 좋지 않은 단말에게 전송하는 과정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 셀룰러 이동 통신 시스템에서 송신 전력 조절 방법.
  11. 제 9항에 있어서,
    상기 트래픽 전송 성공률은 각 트래픽에 대한 ACK와 NAK의 수를 이용하여 하기 수학식 11에 의해 측정되는 것을 특징으로 하는 셀룰러 이동 통신 시스템에서 송신 전력 조절 방법.
    Figure 112005066216538-PAT00136
    여기서
    Figure 112005066216538-PAT00137
    은 상기 트래픽 전송 성공률,
    Figure 112005066216538-PAT00138
    는 각 트래픽에 대한 ACK 수,
    Figure 112005066216538-PAT00139
    는 각 트래픽에 대한 NAK 수, 아래 첨자
    Figure 112005066216538-PAT00140
    은 복수의 기지국 중
    Figure 112005066216538-PAT00141
    번째 기지국임을 나타냄.
  12. 제 11항에 있어서,
    상기 트래픽 충실도는 하기 수학식 12에 의해 계산되는 것을 특징으로 하는 셀룰러 이동 통신 시스템에서 송신 전력 조절 방법.
    Figure 112005066216538-PAT00142
    여기서
    Figure 112005066216538-PAT00143
    은 상기 트래픽 충실도이고, 아래 첨자
    Figure 112005066216538-PAT00144
    은 복수의 기지국 중
    Figure 112005066216538-PAT00145
    번째 기지국임을 나타내며, N은 상기 기지국의 수.
  13. 제 12항에 있어서,
    상기 송신 전력 전송 계수는, 하기 수학식 13에 의해 계산되는 것을 특징으로 하는 셀룰러 이동 통신 시스템에서 송신 전력 조절 방법.
    Figure 112005066216538-PAT00146
    여기서
    Figure 112005066216538-PAT00147
    은 상기 송신 전력 전송 계수이고,
    Figure 112005066216538-PAT00148
    는 0과 1 사이의 값을 갖는 기지국별 공평성의 엄정함(strictness)을 조절하는 변수임.
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