KR20080027372A - 무선 네트워크의 간섭을 감소시키고 용량을 증가시키기위한 채널 할당을 하는 시스템 및 방법 - Google Patents

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Abstract

1의 채널 재사용을 갖는 시스템들에서 신호 대 간섭 비(Signal to Interference Ratio;SIR)가 높을 경우, 충돌들을 감소시켜서 무선 시스템 용량을 향상시키기 위한 시스템 및 방법이 개시되었다. 하나의 패턴에 따라 간섭 셀들의 각각에 채널 할당을 순서화하여, 예를 들어, 기지국으로부터의 거리에 따라(전력 레벨들에 의해 결정됨), 모바일 기지국들은 이들 사이의 간섭을 감소시키기 위한 방식으로 동일한 채널 상에서 쌍을 이루게 될 것이다. 일 실시예에서, 이 지능적 할당은, 하나의 셀에서, 가장 강한 신호를 갖는 모바일 기지국에 채널 A가 할당되고, 한편 간섭 셀에서, 가장 약한 신호를 갖는 모바일 기지국에 채널 A가 할당되도록, 모바일 기지국들을 할당하여, 달성된다. 다른 실시예에서, 특정 우선권 모바일 기지국들에는 무간섭 채널들 혹은 약한 간섭 모바일 기지국들과 쌍을 이룬 채널들이 할당된다.
무선 네트워크, 지능적 채널 할당, SIR, 모바일 기지국, 우선권 MS, 무간섭 채널, OFDMA

Description

무선 네트워크의 간섭을 감소시키고 용량을 증가시키기 위한 채널 할당을 하는 시스템 및 방법{Systems and methods for making channel assignments to reduce interference and increase capacity of wireless networks}
본 발명은 무선 네트워크 채널 할당들에 관한 것이고, 더 구체적으로는 무선 네트워크들에서 간섭을 감소시키고 용량을 증가시키기 위한 방식으로 그런 할당들을 하는 시스템들 및 방법들에 관한 것이다.
무선 시스템들에서, 모든 셀에서 모든 채널들(또는 할당된 스펙트럼들의 전체)을 사용하는 것이 종종 바람직하다. 이들 시스템들은 N = 1 재사용 시스템들로서 지칭된다. 그런 시스템들에서, 모바일 기지국(mobile station;MS)이 2개의 베이스 기지국들(base stations;BSs)로부터 동일 채널 상에서 동일한 전력의 신호들을 수신하는 것이 가능하다.
이 문제를 해결하는 현재 방법들은, 상이한 코드들이 상이한 BS들로부터 전송되고, 분산 요인들에 따라, 간섭으로부터 신호가 더 큰 신뢰성으로 추출될 수 있는 CDMA를 포함한다. 불행히도, 그런 시스템들에서, 분산은 직접적 비율로 전체 처리율을 감소시킨다.
다른 해결책은 주파수 홉핑(frequency hopping)과 관련된다. 이 경우, BS들 은 MS에 전송하기 위해 채널들을 랜덤하게 선택하고, 단지 몇 개의 모바일들만이 사용 중이면, 각 채널이 단지 적은 시간만을 사용하므로, 충돌 확률은 작아질 수 있다. 그러나, 부하(증가된 MS들)가 증가함에 따라, 모든 경우에서 가능한 사용자들의 100%가 각 BS 충돌들에서 발생할 때까지, 충돌 가능성은 증가한다. 각 순간에 이루어진 간섭으로 인한 피해는 간섭하는 BS들의 즉각적 전송기 전력과 MS들이 이들의 각 BS들로부터의 상대 거리들에 종속한다.
1의 채널 재사용을 갖는 시스템들에서 SIR(signal to interference ratio)이 높은 경우, 충돌들을 감소시켜 무선 시스템 용량을 향상시키는 시스템 및 방법이 개시되었다. 패턴에 따라 간섭하는 셀들의 각각에서 채널들을 지능적으로 할당(순서화)하여, 예를 들어, BS로부터의 거리에 따라서, MS들은 이들 사이의 간섭을 감소시키기 위한 방식으로 동일한 채널 상에서 쌍이 이루어질 것이다. 제 2 단계는 선택적으로 BS 및 MS 전송기의 전력을 제어하여 사용자 용량을 더 최적화하거나 또는 간섭을 감소시키는 것이다.
일 실시예에서, 이 지능적 할당은, 하나의 셀에서, 가장 강한 신호를 갖는 MS에 채널 A가 할당되고, 한편 간섭 셀에서, 가장 약한 신호를 갖는 MS에 채널 A가 할당되도록, MS들을 할당하여 달성된다. 다른 실시예에서, 특정 우선권 MS들에 무간섭 채널들 또는 약한 간섭 MS들과 쌍을 이룬 채널들이 할당된다.
이하 본 발명의 상세한 설명이 더 잘 이해될 수 있기 위해 본 발명의 특징들과 기술적 이점들을 다소 넓게 개괄하여 전술하였다. 본 발명의 청구범위의 주제를 형성하는 본 발명의 추가 특징들 및 이점들이 이하 설명될 것이다. 당업자들이라면, 개시된 개념과 특정 실시예가 본 발명의 동일한 목적들을 수행하기 위해 다른 구조들을 수정하거나 또는 고안하기 위한 기초로서 쉽게 사용될 수 있슴을 이해해야 한다. 또한, 당업자들이라면, 그런 동격의 구성들이 첨부된 청구범위에 기재된 본 발명의 취지 및 범위로부터 벗어나지 않음을 이해해야 한다. 본 발명의 구조 및 동작 방법 모두에 대해, 본 발명의 특성이라고 믿어지는 새로운 특징들은, 추가 목적들 및 이점들과 함께, 첨부 도면들과 연관하여 고려될 때 이하 설명으로부터 더 잘 이해될 것이다. 그러나, 도면들 각각이 단지 도시 및 설명 목적으로만 제공되었고 본 발명의 한계들을 정의하려고 의도되지는 않았음이 명백히 이해되어야 한다.
본 발명의 더욱 완전한 이해를 위해, 첨부 도면들과 연관된 이하 설명들로의 참조가 되어진다:
도 1은 일 패턴에 따라 순서화된 무선 셀들의 일 실시예를 도시한다.
도 2는 일 할당 패턴을 도시한다.
도 3은 랜덤하고 지능적인 채널 할당을 위한 이론적 용량 분포들의 시뮬레이션을 도시한다.
도 4는 채널들을 할당하는 알고리즘의 일 실시예를 도시한다.
도 1은 BS1이 가장 근접한 것(가장 강한 전력 레벨들)으로부터 가장 먼 것 (가장 약한 전력 레벨들)으로 MS들에 대한 채널 할당을 하고, 한편 BS2는 가장 먼 것(가장 약한 전력 레벨들)으로부터 가장 근접한 것(가장 강한 전력 레벨들)으로 MS들로의 채널 할당을 하는 일 실시예를 도시한다. 이 할당 패턴은 도 2에 도시된다.
이 채널 할당을 사용하여, 강한 신호를 갖는 패턴 MS1-A(1)에 제 1 셀에서 채널 A가 할당된다. 제 2 셀의 변두리에 있고 BS2로부터 비교적 약한 신호를 갖는 MS7에 제 2 셀에서 채널 A가 할당된다. 이 할당은 MS3과 MS7이 동일한 채널 상에서 쌍을 이루는 상황을 피한다. 이런 상황이 발생하면, BS에서 MS로 그리고 MS에서 BS로 각 방향의 전송에 대해 S≒I가 되어, 높은 간섭을 나타낸다.
각 BS는 때때로 새로운 채널 할당들을 하여, 대부분의 경우 MS들은 이동 중에도 이들의 상대 강도에 따라 할당되어 있도록 할 수 있다.
지능적 할당들은 상이한 목적들을 달성하기 위해 다른 방식들로 수행될 수 있다. 예를 들어, 일부 MS들은 우선권 사용자들로서 지정되어 이 우선권 사용자는 항상 모든 경우 가장 약한 간섭자와 쌍을 이루게 될 것이다. 예를 들어, MS4가 우선권 사용자인 경우, MS4는 도 1의 예에서 MS7과 쌍을 이루게 될 것이다.
다른 목적은 특정 사용자에게 최대 용량을 제공하는 것일 것이다. 그런 경우, 선명한 채널이 이 사용자에게 보장될 수 있거나 또는 이 사용자가 다른 셀에서 가장 약한 사용자와 쌍을 이룰 수 있다.
다른 목적은 BS 및/또는 선택된 MS가 감소된 전력에 더 느린 속도로 전송하도록 하여 셀에서 간섭을 감소시키는 것일 수 있다.
본 명세서에서 논의되는 전략들은 BS 간섭에서 신호들 및 간섭들에 대한 선행 지식이 없이 각 BS에서 구현될 수 있다. 일 대안은 모든 MS들의 신호 레벨들과 간섭 레벨들을 액세스하고 전체 네트워크의 용량을 최대화하기 위해 중앙집중적 전략을 구현하는 중앙집중적 제어기일 것이다. 원칙에서, 컴퓨터는 모든 가능한 쌍 조합을 평가하여, 그것으로부터 최대 네트워크 용량 혹은 고 간섭 상태들을 최소화시키는 것과 같은 바람직한 결과를 선택할 수 있다.
도 3은 도 2에 도시된 바와 같이 BS 간섭에서 저(low)에서 고(high)(그래프(303))와 순서 쌍을 이룬 고에서 저의 시뮬레이션(30)을 도시한다. 그래프들(301, 302, 및 303)은 3개의 전략들의 용량 분배를 나타낸다. 예를 들어, 25% 지점에서, 이것은 모든 사용자들의 75%가 4, 3, 및 2.5 BPH를 각각 초과하는 용량들을 경험한다. 또는 다른 관점에서 보면, 모든 사용자의 25%가 4, 3, 및 2.5 BPH 이하의 용량을 갖는다. 16 서브-캐리어들(sub-carriers)을 사용하는 결과들은 증가된 대역폭(이론적 용량), 즉, 전체가 간섭 셀들 양쪽 모두에서 채널들의 100%를 사용하는, 우선권 채널 할당 방법(그래프(301)) 또는 랜덤 할당(그래프(302))에 비해 더 많은 수의 사용자들에 대해 고 간섭 경우들의 큰 감소를 나타낸다. 우선권 쌍을 사용하여(선택된 수의 MS들에게 가용한 고급 서비스일 수 있음), 더욱 고 용량(그래프(301))이 달성될 수 있지만, 더 작은 수의 MS들에 대해서임을 주목한다.
그래프(302)는, 예를 들어, 개별 MS에 모든 가용한 서브-캐리어들의 부분집합이 할당되는 통상적 OFDMA 시스템을 도시한다. 통상적 전송 슬롯에서, BS는 가용한 16, 32, 또는 그 이상의 서브-캐리어들을 가질 수 있다. 서브-채널은 여러 서브-캐리어들을 보통 가지며, 각 서브-캐리어는 독립적 정보를 전달한다. 보통, 서브-캐리어들은, 선착순으로, 보통 모바일 사용자들의 각 셀들 내에서 랜덤하게 분포되는 모바일 사용자들에게 할당된다.
그래프(303)를 사용하는 쌍은, 예를 들어, 상술된 것처럼, 5 MS마다, 제 1 셀에서, 가장 강한 기지국에 채널 A가 할당되고, 가장 약한 기지국에 채널 D가 할당되고, 한편 제 2 셀에서, 가장 약한 기지국에 채널 A가 할당되고, 가장 강한 기지국에는 채널 D가 할당되도록, 변경될 수 있다. 잠재적 간섭 셀들이 메트릭(metric)에 동의하는 한, 가장 강한 기지국은 임의 편리한 메트릭을 사용하여 정의될 수 있다. 일례로는 강도의 측정으로서 고 신호 대 간섭 비(SIR)를 사용하는 것일 것이다.
제 1 셀의 우선권 할당 사용은 우선권 고객들에게의 할당을 위해 개방된 채널들의 처음 5% 내지 10%를 남길 것이고, 채널들의 최종 5% 내지 10%를 빈 채로 둘 것이다. 제 2 셀은 그 반대로 할 것이다. 즉, 채널들의 처음 5% 내지 10%를 빈 채로 둘 것이고, 우선권 고객들에게는 채널들의 최종 5% 내지 10%를 할당할 것이다. 또한, 상술된 것처럼, 우선권 사용자들이 항상 나머지 다른 셀로부터 가장 약한 간섭들을 받도록 설정될 수 있다. 그래프(301)는 가장 약한 간섭자(랜덤 위치들에서 16 MS들 중 가장 약한 MS)와 쌍을 이루는 우선권 사용자의 경우에 대해 시뮬레이트되었다.
도 4는 무선 시스템에서 채널들을 할당하는 프로세스의 일 실시예(40)를 도시한다. 프로세스(401)는 MS(사용자)로부터 서비스 요청들을 제어하고, 프로세 스(402)는 이 요청하는 사용자가 우선권 사용자인지의 여부를 선택적으로 결정한다. 만약 그렇다면, 프로세스(403)는 이 사용자와의 계약 협정에 따른 이 MS의 다른 식별 특성 혹은 서비스 클래스에 따라 채널을 할당한다.
요청하는 사용자가 우선권 사용자가 아니면, 프로세스(404)는 상술된 것처럼 상대 신호 강도를 결정하고, 프로세스(405)는, 도 2에 도시된 것처럼 할당 패턴을 따라, 특정 채널들의 사용금지가 없도록(예를 들어, 특정 채널들이 빈 채로 유지되어야 한다면 발생할 것과 같은) 확실히 검사하는 프로세스들(406, 407, 408, 및 409)과 연관하여 적절한 채널을 할당한다.
프로세스(410)는, 도 2에 의해 설정된 패턴이 적어도 평균으로 유지되도록 하기 위해 채널 할당들의 재할당을 때때로 제어한다.
일 실시예에서, 할당된 스펙트럼은 채널들로 분리된다. 채널은 특정 시간 동안 사용되는 할당된 스펙트럼의 부분(또는 전부일 수 있슴)으로서 정의된다. 본 발명의 개념들은 FDMA, TDMA, TD-CDMA, OFDMA, 혹은 이들의 조합들에 적용된다.
BS의 용량 혹은 특정 MS들의 용량들이 처리율(용량)에 대한 전력 절충에 의해 증가되거나 혹은 감소됨을 주목한다. 단순한 일례: 사용자가 감소된 용량이 필요하면, 전력을 감소시키고 변조 레이트를 변경한다.
C = log2(1 + S/N + I). S를 S*1/4로 감소시키면, 새로운 C = 이전 C*1/2이다. S를 4S로 증가시키면, 새로운 C는 두 배가 된다.
이것은 절충안이다. BS가 전력을 감소시킬 때마다, 이것은 이웃 셀을 돕지 만, BS가 특정 MS로의 전력을 증가시키면, 그것은 더 많은 간섭을 유발한다. 그러나, 전력이 증가된 채널들이 예약 집합의 일부이면, 그것은 문제가 되지 않는다.
본 발명과 그것의 이점들이 상세히 설명되었지만, 첨부된 청구범위에 의해 정의된 것처럼 본 발명의 취지 및 범위를 벗어나지 않고서 본 명세서에서 다양한 변경, 대체, 및 변형들이 만들어질 수 있슴이 이해되어져야 한다. 더욱이, 본 출원서의 범위는 본 명세서에 기재된, 프로세스, 기계, 제조, 물건의 조합, 수단, 방법들, 및 단계들의 특정 실시예들에 제한되려고 의도되지는 않는다. 당업자들이라면, 본 발명의 개시로부터, 실질적으로 동일한 기능을 수행하거나 또는 본 명세서에 설명된 대응하는 실시예들과 동일한 결과를 실질적으로 달성하는, 현재 존재하거나 혹은 추후 개발될, 프로세스, 기계, 제조, 물건들의 조합, 수단, 방법, 혹은 단계들이 본 발명에 따라 사용될 수 있슴을 쉽게 이해할 것이다. 따라서, 첨부된 청구범위는 그 범위 내에 프로세스들, 기계들, 제조, 물건의 조합들, 수단들, 방법들, 혹은 단계들을 포함하려고 의도된다.

Claims (20)

  1. 무선 시스템에서 채널들을 할당하는 방법에 있어서,
    간섭 셀들에서 주어진 시점에, 상기 셀들 각각에서 어느 모바일 기지국들(mobile stations;MSs)이 가장 높은 신호 강도로 통신하는지를 결정하는 단계; 및
    상기 결정된 신호 강도에 기초하여 상기 MS들에 채널들을 할당하는 단계를 포함하는, 채널 할당 방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 할당 단계는,
    상기 셀들 중 하나에서, 가장 강한 수신 전력을 갖는 MS에 특정 채널이 할당되고, 상기 간섭 셀에서, 가장 약한 수신 전력을 갖는 MS에 상기 특정 채널이 할당되도록 상기 채널 할당을 하는 단계를 포함하는, 채널 할당 방법.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 할당 단계는,
    상기 셀들 중 하나에서, 우선권 MS들이 특정 채널들에 할당되고 상기 간섭 셀에서 상기 특정 채널들이 예약되도록 하는 상기 채널 할당을 하는 단계를 포함하는, 채널 할당 방법.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 예약 채널들은 임의 MS 할당들이 없이 적어도 하나 의 셀에서 유지되는, 채널 할당 방법.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 예약된 채널들은 특정 전력 레벨에 제한되는, 채널 할당 방법.
  6. 제 3 항에 있어서, 가장 약한 수신기 전력을 갖는 상기 결정된 MS들에 상기 예약된 채널들이 할당되는, 채널 할당 방법.
  7. 제 3 항에 있어서, 우선권 MS들에 추가 전송 전력이 할당되는, 채널 할당 방법.
  8. MS들에 채널들을 할당하는 방법에 있어서,
    잠재적 간섭 셀들의 쌍에서, 각 셀의 순서화된 일련의 채널들에 대해, 제 1 셀은 특정 할당 패턴에 따라 MS들에 채널들을 할당할 것이고, 한편, 상기 셀들 중 제 2 셀에서, 상기 할당은 상기 제 1 셀의 상기 할당의 거울 이미지가 되도록, 채널들의 할당 순서를 설정하는 단계를 포함하는, 채널 할당 방법.
  9. 제 8 항에 있어서, 상기 특정 패턴은 상기 제 1 셀에 대해 가장 강한 신호 강도에서 가장 약한 신호 강도 순으로 되고, 상기 채널 할당은 상기 제 2 셀에서 상기 동일한 순서의 일련의 채널들에 대해 가장 약한 신호 강도에서 가장 강한 신 호 강도의 순으로 되는, 채널 할당 방법.
  10. 제 9 항에 있어서,
    각 셀에서, 주기적으로 MS 신호 강도를 결정하는 단계; 및
    각 상기 결정에 따라 상기 MS 신호의 상기 할당을 하는 단계를 더 포함하는, 채널 할당 방법.
  11. 제 10 항에 있어서, 상기 주기는 5 MS 정도인, 채널 할당 방법.
  12. 제 7 항에 있어서, 상기 주기는 5 MS 정도인, 채널 할당 방법.
  13. 제 8 항에 있어서, 상기 특정 패턴은, 상기 제 1 셀의 상기 순서화된 채널들 중의 제 1 그룹의 채널들이 특정 MS들에 대해 예약되어 있고, 상기 제 2 셀의 상기 순서화된 채널들 중의 최종 그룹의 채널들이 상기 특정 MS들에 대해 예약되어 있는, 채널 할당 방법.
  14. 제 13 항에 있어서, 상기 제 2 셀의 상기 순서화된 채널들 중의 상기 제 1 그룹의 채널들은 가장 약한 신호 강도 수신기들을 위해 예약되는, 채널 할당 방법.
  15. 제 14 항에 있어서,
    각 셀에서, 주기적으로 MS 수신 신호 강도를 결정하는 단계; 및
    각 상기 결정에 따라 상기 MS들의 상기 할당을 하는 단계를 더 포함하는, 채널 할당 방법.
  16. 제 8 항에 있어서,
    특정 MS들에 대해 베이스 기지국(base station;BS)의 전력 레벨들을 때때로 변경하는 단계를 더 포함하는, 채널 할당 방법.
  17. 무선 시스템에 있어서,
    적어도 2개의 BS들로서, 각각은 하나의 셀을 정의하고, N = 1 반복 패턴을 사용하는, 상기 적어도 2개의 BS들;
    각 상기 BS와 통신하는 MS들 사이의 상대 신호 강도를 결정하는 수단; 및
    동일한 채널들을 사용하는 상기 셀들의 각각에서 MS들 간의 간섭을 최소화하기 위해 고안된 패턴에 따라 MS들을 할당하는 수단을 포함하는, 무선 시스템.
  18. 제 7 항에 있어서, 상기 할당 수단에 의해 사용되는 상기 패턴은,
    하나의 셀에서, 가장 약한 신호 강도의 MS들에 채널 순서의 한쪽 끝으로부터 할당되고, 가장 강한 신호 강도의 MS들은 상기 채널 순서의 나머지 한쪽 끝으로부터 할당되도록, 각 상기 셀의 상기 채널들에 순서를 할당하는 수단을 포함하는, 무선 시스템.
  19. 제 18 항에 있어서,
    상기 MS들 중 특정 MS들을 우선권 MS들로서 지정하는 수단; 및
    상기 셀들 중 하나에서 우선권 MS들과, 상기 셀들 중의 나머지 하나에서 약한 신호 강도의 MS가 쌍을 이루는 수단을 더 포함하는, 무선 시스템.
  20. 제 19 항에 있어서,
    상기 셀들 양쪽 모두에 걸쳐 용량을 최적화하기 위해, BS와 하나 이상의 MS 사이의 전력 레벨을 수정하기 위해 때때로 동작하는 수단을 더 포함하는, 무선 시스템.
KR1020087002361A 2005-06-30 2006-06-08 무선 네트워크의 간섭을 감소시키고 용량을 증가시키기위한 채널 할당을 하는 시스템 및 방법 KR101258824B1 (ko)

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