KR20100074803A - 다중 셀 협력 방법 - Google Patents

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KR20100074803A
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Abstract

본 발명의 실시예에 따른 다중 셀 협력 방법은 단말의 서빙 셀 및 2개 이상의 인접 셀에 대한 셀 측정에 따른 신호 대 잡음비가 기준치 이상인 협력 단위 결정 대상 셀들의 채널 정보를 수신하는 단계, 하나 이상의 셀을 포함하며 상기 단말로의 협력 전송을 수행하는 협력 단위를 결정하기 위한 협력 단위 결정 주기를 상기 채널 정보를 이용하여 결정하는 단계 및 상기 채널 정보를 이용하여 상기 협력 단위 결정 주기마다 상기 협력 단위 결정 대상 셀들 중에서 상기 협력 단위를 결정하는 단계를 포함한다. 시간에 따라 사용자들의 채널 상태를 반영하여 동적으로 협력 단위를 결정할 수 있다.
기지국, 다중 셀, 채널 정보.

Description

다중 셀 협력 방법{METHOD OF MULTI CELL COOPERATION}
본 발명은 무선 통신에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 단말의 성능을 향상시키기 위해 기지국간 협력(cooperation) 단위를 형성하는 방법에 관한 것이다.
최근 무선 이동통신 시스템 분야에서는 멀티미디어 서비스와 같은 고속의 데이터 통신을 지원하기 위하여 다중 셀 구조를 가지는 통신 시스템에서 셀 가장자리에 위치한 단말의 성능 향상을 위한 방안들이 연구되고 있다. 또한 이러한 다중 셀 구조의 통신 시스템에서 셀 간 상호 협력을 통해 신호를 전송하는 협조적 전송 기법에 대한 연구 역시 활발히 진행되고 있다. 기지국 협력에 따른 협조적 전송 기법 또한 방안들 중 하나이다. 단말, 특히 셀 가장자리에 위치한 단말은 다수의 기지국들과 통신함으로써 송신 전력 이득은 물론 신호 감도를 향상시킬 수 있다.
그런데, 매우 많은 셀들이 존재하는 실제 통신 시스템에서 협조적 전송 방안을 위해 협력 단위를 결정함에 있어서, 모든 셀들을 하나의 협력 단위로 묶을 경우에는 협력 통신 기술에 필요한 연산량 및 기지국들 간에 주고 받아야 할 정보들의 오버헤드가 매우 커진다. 여기서 스케줄링을 위한 프레임의 전송까지 겹쳐지면 오버헤드는 더욱 커지게 된다. 따라서 채널 상황에 적합한 협력 단위를 결정하고, 또 한 협력 단위를 결정하는 주기를 채널 상황에 맞게 조정함으로써 오버헤드를 최소화할 수 있는 방안이 필요하다.
본 발명은 시간의 흐름에 따라 변화하는 기지국과 단말 사이의 무선 채널 상황을 적응적으로 고려한 협력 전송을 수행하고, 이에 따라 시스템 전체의 주파수 자원의 효율성을 높일 수 있는 협력 전송 방법을 제공하고자 한다. 또한 협력 단위 결정으로 인한 오버헤드를 방지하고 채널 상황에 맞는 협력 전송을 수행할 수 있도록 하는 방법을 제공하고자 한다.
또한 본 발명은 간섭을 일으킬 수 있는 셀들 간에 협력 단위를 형성함으로써 셀 간의 간섭 현상을 감소시키고자 한다.
본 발명의 일 양태에 따르면, 단말의 서빙 셀 및 2개 이상의 인접 셀에 대한 셀 측정에 따른 신호 대 잡음비가 기준치 이상인 협력 단위 결정 대상 셀들의 채널 정보를 수신하는 단계, 하나 이상의 셀을 포함하며 상기 단말로의 협력 전송을 수행하는 협력 단위를 결정하기 위한 협력 단위 결정 주기를 상기 채널 정보를 이용하여 결정하는 단계 및 상기 채널 정보를 이용하여 상기 협력 단위 결정 주기마다 상기 협력 단위 결정 대상 셀들 중에서 상기 협력 단위를 결정하는 단계를 포함하는 다중 셀 협력 방법이 제공된다.
또한 본 발명의 다른 양태에 따르면, 서빙 셀 및 2개 이상의 인접 셀의 셀 측정을 수행하는 단계, 상기 셀 측정에 따른 셀 측정 결과에 따라 결정된 상기 서빙 셀 및 상기 인접 셀을 포함하는 협력 단위로부터 협력 전송되는 데이터를 스케 줄링 주기마다 수신하는 단계를 포함하되 상기 협력 단위는 상기 측정 결과에 따라 협력 단위 결정 주기마다 결정되는 것을 특징으로 하는 다중 셀 협력 방법이 제공된다.
또한 본 발명의 또 다른 양태에 따르면 단말로부터 수신한 셀 측정 결과를 이용하여 생성된 협력 단위 결정 정보를 협력 단위 결정 주기마다 수신하는 단계, 상기 협력 단위 결정 정보에 따라 상기 협력 단위에 포함되는 다른 기지국과 협력 전송을 위한 협력 스케줄링을 수행하는 단계, 상기 협력 단위에 포함되는 인접 셀의 단말로 상기 협력 전송 방법에 따라 데이터를 협력 전송하는 단계를 포함하는 다중 셀 협력 방법이 제공된다.
본 발명의 실시예에 따르면 셀 간 협력 단위를 결정함으로 인해 수반되는 오버헤드를 줄이고, 셀 간 간섭의 영향을 고려한 스케줄링을 할 수 있다.
또한 간섭을 일으킬 수 있는 셀들 간에 협력 단위를 형성함으로써 셀 간의 간섭 현상을 감소시킬 수 있다.
또한 본 발명의 실시예에 따르면 시간의 흐름에 따라 변화하는 기지국과 단말 사이의 무선 채널 상황을 적응적으로 고려한 협력 전송을 수행할 수 있고, 이에 따라 시스템 전체의 주파수 자원의 효율성을 높일 수 있다.
도 1은 무선 통신 시스템을 나타낸 블록도이다. 이는 E-UMTS(Evolved- Universal Mobile Telecommunications System)의 망 구조일 수 있다. E-UMTS 시스 템은 LTE(Long Term Evolution) 시스템이라고 할 수도 있다. 무선 통신 시스템은 음성, 패킷 데이터 등과 같은 다양한 통신 서비스를 제공하기 위해 널리 배치된다.
도 1을 참조하면, E-UTRAN(Evolved-UMTS Terrestrial Radio Access Network)은 제어 평면(control plane)과 사용자 평면(user plane)을 제공하는 기지국(20; Base Station, BS)을 포함한다.
단말(10; User Equipment, UE)은 고정되거나 이동성을 가질 수 있으며, MS(Mobile station), UT(User Terminal), SS(Subscriber Station), 무선기기(Wireless Device) 등 다른 용어로 불릴 수 있다. 기지국(20; Base Station, BS)은 일반적으로 단말(10)과 통신하는 고정된 지점(fixed station)을 말하며, eNB(evolved-NodeB), BTS(Base Transceiver System), 액세스 포인트(Access Point) 등 다른 용어로 불릴 수 있다. 하나의 기지국(20)은 적어도 하나의 셀에 대해 서비스를 제공할 수 있다. 셀은 기지국(20)이 통신 서비스를 제공하는 영역이다. 기지국(20) 간에는 사용자 트래픽 혹은 제어 트래픽 전송을 위한 인터페이스가 사용될 수도 있다. 이하에서 하향링크(downlink)는 기지국(20)에서 단말(10)로의 통신을 의미하며, 상향링크(uplink)는 단말(10)에서 기지국(20)으로의 통신을 의미한다.
기지국(20)들은 X2 인터페이스를 통하여 서로 연결될 수 있다. 기지국(20)은 S1 인터페이스를 통해 EPC(Evolved Packet Core), 보다 상세하게는 MME(Mobility Management Entity)/S-GW(Serving Gateway, 30)와 연결된다. S1 인터페이스는 기지국(20)과 MME/S-GW(30) 간에 다수-대-다수 관계(many-to-many-relation)를 지원한 다.
도 2는 다중 셀 환경에서 통신하는 단말을 나타낸 도면이다. 도 2에 도시된 바에 따르면 단말은 기지국간 협력 단위 형성을 통한 협력 전송 방법에 따라 복수의 기지국들과 통신을 수행한다.
일반적으로 다중 셀룰러 통신 시스템에서 각 셀이 다른 셀들을 고려하지 않고, 동일한 시간 및 주파수 대역에서 주파수 재사용도 (frequency reuse) ‘1’을 유지한 상태에서 기지국과 단말간의 송수신이 이루어지게 될 경우 셀 경계에 가깝게 위치한 단말일수록 다른 셀들로부터의 간섭으로 인하여 성능이 매우 열악해진다.
이러한 간섭에 의한 성능 악화 현상을 극복하기 위하여 지금까지 여러 기법들이 연구되었으며, 그 중 한 기법으로서 다중 셀간 협력 통신 기술 (Multi-cell cooperative communication)을 수행할 경우 간섭의 영향을 효과적으로 제거하여 전체 시스템의 전송률을 향상시킬 수 있다.
도 2를 참조하면 협력 전송 방법을 설명하기 위한 다중 셀 환경의 무선 통신 시스템에서 K개(K≥3, K는 자연수)의 기지국을 포함하는 다중 셀 환경의 일부가 도시되어 있다.
무선 통신 시스템은 복수의 기지국(1, 2, …) 및 단말(200)을 포함한다. 각 기지국은 하나의 셀에 속한다. 각 기지국은 하나 또는 복수의 송신 안테나를 포함하고, 단말(200)은 MR개(MR≥1, MR은 자연수)의 안테나를 포함한다고 가정한다.
단말(200)은 제1 셀(Cell1)에 속해 있다. 따라서, 제1 셀(Cell1)은 서빙 셀이고, 제1 기지국(1)은 서빙 기지국이다. 단말(200)은 제1 셀(Cell1), 제2셀(Cell2) 및 제3 셀(Cell3)의 경계에 위치한다. 따라서, 단말(200)에게 서빙 기지국인 제1 기지국(1)뿐 아니라, 인접 기지국들인 제2 기지국(2) 및 제3 기지국(3)도 단말(200)에게 큰 영향을 미칠 수 있다. 따라서, 제1 기지국(1), 제2 기지국(2) 및 제3 기지국(3)이 단말(200)에게 협조적으로 데이터 신호를 전송하면, 간섭 신호를 최소화하여 단말(200)의 수신 성능을 향상시킬 수 있을 것이다.
서빙 기지국인 제1 기지국(1) 및 인접 기지국들인 제2 기지국(2), 제3 기지국(3)이 단말(200)에게 협조적으로 데이터 신호를 전송하는 경우, 제4, 제5, …, 제K 기지국이 전송하는 신호는 단말(200)에게 간섭 신호가 된다. 서빙 기지국 및 단말에게 데이터 신호를 협조적으로 전송하는 인접 기지국의 인덱스 집합은 S ={1, 2, 3}으로, 간섭 신호를 전송하는 인접 기지국의 인덱스 집합은 I = {4, 5, …, K}로 표현할 수 있다.
다만, 이는 셀 경계에 위치한 단말에게 서빙 기지국 및 인접 기지국이 협력 전송을 하는 경우의 일 예일 뿐, 협력 전송을 하는 인접 기지국의 위치, 인접 기지국 개수 등을 제한하는 것이 아니다. 협력 전송을 수행하는 인접 기지국은 단말과 인접 기지국 사이의 거리, SINR, 전송 효율(Spectral Efficiency) 등을 고려하여 적절하게 정해질 수 있다.
이와 같이, 서빙 기지국 및 적어도 하나의 인접 기지국이 셀 경계의 단말에게 데이터 신호를 협력 전송(CT, Cooperative Transmit) 방법에 의해 전송하는 경 우, 데이터를 수신하는 방법이 문제된다. 데이터가 협력 전송되는 경우, 데이터 수신 방법에는 공간 역다중화(CT with Spatial Demultiplexing; CT-SD) 기법, 빔포밍(CT with Beamforming; CT-BF) 기법, 주파수 재사용(Fractional Frequency Reuse; FFR) 기법 등이 이용될 수 있다.
또는 복수의 단말이나 단말과 기지국이 협력 단위를 형성하여 협력 전송을 수행할 수 있다. 상향링크 데이터를 협력 전송 기법에 의해 전송하는 경우가 이에 해당될 것이다. 즉 복수의 단말들(200, 201, 202)이 협력 단위를 형성하여 기지국으로 상향링크 데이터를 협력 전송하거나, 복수의 단말들 중 하나 이상의 단말(200, 201, 202 중 하나 이상의 단말)과 기지국(2, 3, 4, 5, 6 중 하나 이상)이 협력 단위를 형성하여 상향링크 데이터를 서빙 셀 기지국(1)에 상향링크 데이터를 협력 전송할 수 있다. 즉 단말(200)이 복수의 기지국들과 통신하거나, 복수의 단말이 복수의 기지국과 통신하게 되면, 한 개의 기지국과 통신하는 경우에 비하여 기지국의 송신 안테나 개수가 증가하게 되므로 다이버시티(diversity) 이득이 증가하게 된다. 게다가 하나의 기지국에서 다중 안테나를 사용하는 경우에 비하여 공간적으로 떨어져 있는 다른 기지국과 함께 다중 안테나를 사용하면, 각 안테나 간 상관도 감소로 인해 다이버시티 이득이 더 증가하는 효과가 나타날 수 있다.
도 3은 단말의 요소를 나타낸 블록도이다. 단말(30)은 프로세서(processor, 31), 메모리(memory, 32), RF부(RF unit, 33), 디스플레이부(display unit, 34), 사용자 인터페이스부(user interface unit, 35)을 포함한다. 프로세서(31)는 무선 인터페이스 프로토콜의 계층들이 구현되어, 제어 평면과 사용자 평면을 제공한다. 각 계층들의 기능은 프로세서(31)를 통해 구현될 수 있다.
메모리(32)는 프로세서(31)와 연결되어, 단말 구동 시스템, 애플리케이션 및 일반적인 파일을 저장한다. 디스플레이부(34)는 단말의 여러 정보를 디스플레이하며, LCD(Liquid Crystal Display), OLED(Organic Light Emitting Diodes) 등 잘 알려진 요소를 사용할 수 있다. 사용자 인터페이스부(35)는 키패드나 터치 스크린 등 잘 알려진 사용자 인터페이스의 조합으로 이루어질 수 있다. RF부(33)는 프로세서와 연결되어, 무선 신호(radio signal)을 송신 및/또는 수신한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 단말의 프로세서를 나타낸 블록 구성도이다.
본 발명의 일 실시예에 따르면 협력 단위 결정을 위한 단말의 프로세서는 셀 탐색부(401)와 셀 별 평균 신호 대 잡음비를 측정하는 신호 대 잡음비(SNR) 측정부(402) 및 채널 정보 생성부(403)를 포함할 수 있다.
셀 탐색부(401)는 기지국으로부터 무선으로 전송된 신호를 이용하여 탐색할 수 있는 모든 셀들의 고유 ID 등의 셀 탐색 정보를 획득하여 출력한다.
신호 대 잡음비 측정부(402)는 셀 탐색기와 셀 간의 출력 신호와 수신 신호를 이용하여 셀 탐색기에서 탐색한 셀들의 신호 대 잡음비를 측정한다. 신호 대 잡음 측정부는 셀 별 신호 대 잡음비의 평균값을 산출할 수 있다.
또한 채널 정보 생성부(403)는 신호 대 잡음비 측정부(402)가 셀 별로 측정한 신호 대 잡음비를 이용하여 협력 단위 생성의 대상이 되는 셀들의 채널 정보를 획득한다. 즉 탐색한 셀들 중 신호 대 잡음비가 미리 정해진 기준, 예컨대 신호 대 잡음비의 임계치 또는 기준치을 만족하는 셀들의 신호 대 잡음비 또는 평균 신호 대 잡음비를 가공하여 협력 단위 결정에 필요한 채널 정보를 생성할 수 있다.
채널 정보 생성부(403)는 셀 별 신호 대 잡음비를 가공 후 양자화하여 탐색한 셀들을 나타내는 정보와 함께 상향링크를 통하여 기지국으로 전송한다. 여기서 채널 정보에 상응하는 각각의 셀을 나타내는 정보가 함께 전송될 수 있는데, 셀들을 나타내는 이러한 정보를 셀 정보라 지칭하며, 셀 아이디(ID) 등이 셀 정보에 해당될 수 있다.
단말로부터 셀 정보와 채널 정보를 수신한 기지국은 이후, 이들 정보를 협력 단위 결정 장치로 전송할 수 있다. 그러면 협력 단위 결정 장치는 각 기지국들로부터 수신한 채널 정보 등을 취합하여 협력 단위를 결정할 수 있다. 만일 해당 기지국이 협력 단위 결정 장치로서의 기능을 함께 수행하게 되는 경우에는 셀 정보 및 채널 정보를 다른 별도의 장치로 전송하지 않고 기지국 내에서 이들 정보를 처리할 수 있음은 물론이다.
도 5는 기지국의 일 예를 나타낸 블록 구성도이다.
기지국은 채널 정보 저장부(501)와 협력 스케줄러(502)를 포함한다.
채널 정보 저장부(501)는 해당 셀에 속하는 각 단말로부터 수신한 셀 별 채널 정보를 저장한다. 그리고 채널 정보를 아래에 설명할 협력 스케줄러 및 협력 단위 결정 장치로 출력 또는 전송한다.
협력 스케줄러(502)는 채널 정보 저장부(501)로부터 입력받은 셀 별 채널 정보와 협력 단위 결정 장치로부터 입력받게 될 협력 단위를 결정 정보 그리고 다른 기지국으로부터 전달된 스케줄링 정보 및 같은 협력 단위 내의 다른 셀에 속한 단말기들의 채널 정보를 이용하여 협력 스케줄링을 수행한다. 또한 상기에서 수행된 협력 스케줄링 정보는 시스템에서 정해진 협력 스케줄링 방식에 따라 필요한 정보를 가공하여 다른 기지국으로 전달한다.
이 밖에 기지국은 채널 정보 저장부(미도시)를 두어 해당 셀에 속하는 각 단말로부터 수신한 셀 별 채널 정보를 저장할 수 있다. 이 경우 채널 정보 저장부(미도시)는 해당 셀에 속하는 각 단말로부터 수신한 셀 별 채널 정보를 저장한다. 여기서 실시간으로 채널 상태에 따라 단말로부터 계속적으로 채널 정보를 저장하는 경우 저장 공간이 부족할 수 있으므로, 채널 정보 등의 정보는 임시 저장될 수 있다. 그리고 채널 정보를 아래에 설명할 협력 스케줄러 및 협력 단위 결정 장치로 출력 또는 전송한다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 협력 단위 결정 장치를 나타낸 블록 구성도이다.
도 6에 따르면 협력 단위 결정 장치는 정보 수신부(601), 협력 단위 주기 결정부(602)와 협력 단위 결정부(603)를 포함할 수 있다.
정보 수신부(601)는 기지국들로부터 채널 정보 및 셀 정보를 수신한다. 채널 정보 및 셀 정보는 기지국이 서빙 셀 내의 단말로부터 수신하여 전달한 것임은 이 미 설명한 바와 같다.
그리고 협력 단위 결정 장치는 협력 단위 결정하는 주기를 정할 수 있다. 협력 단위 결정 주기는 협력 단위 주기 결정부(602)를 두어 수행한다. 협력 단위 주기 결정부(602)는 각 기지국의 채널 정보 저장기로부터 전송되어 정보 수신부(601)에 수신된 단말기들의 셀 별 채널 정보를 이용하여 시스템의 목적에 맞게 적응적으로 협력 단위 결정 주기를 결정한다. 또는 협력 단위를 결정하는 주기는 미리 설정되어 있을 수도 있다.
협력 단위 결정 주기가 결정되면 협력 단위 주기 결정부(602)는 그 주기값을 협력 단위 결정부(603)로 전송한다. 그러면 협력 단위 결정부(603)는 결정된 주기값에 따라 협력 단위 결정 정보를 각 기지국으로 전송한다. 협력 단위 결정 주기는 채널의 상황이 변화하는 정도나 협력 단위의 크기나 개수 등에 따라 다르게 결정될 수 있다.
본 발명의 실시예에서 협력 단위 결정 주기는 스케줄링을 위한 프레임 전송의 주기와 다르게 설정될 수 있다. 협력 단위 결정이나 이에 따라 결정된 협력 단위 별 협력 스케줄링을 위한 주기가 스케줄링을 위한 프레임 전송과 주기가 같음으로 인해 오버헤드가 발생하는 것을 방지하기 위함이다. 따라서 협력 단위 결정 주기는 채널 상황에 따라 스케줄링을 위한 프레임 주기와 같을 수도 있고, 이보다 길게 설정될 수도 있다.
협력 단위 결정부(603)는 협력 단위 주기 결정부(602)가 출력한 주기값과 각 기지국의 채널 정보 저장기로부터 출력된 각 단말기의 셀 별 채널 정보를 이용하여 협력 단위를 결정한다.
협력 단위를 결정하는 방법에는 여러 가지가 있을 수 있다. 예컨대 셀들 간의 간섭 정보를 측정하여 상호간의 간섭이 심한 셀들을 하나의 협력 단위로 형성하거나, 기지국의 전력값이나 단말과의 채널 상태를 나타내는 채널 값 등을 이용하여 협력 전송 시 단말과의 데이터 전송률을 최대로 만드는 기지국들을 묶어 하나의 협력 단위로 형성하는 방법이 있을 수 있다. 협력 단위를 결정하는 보다 상세한 방법이나 이에 사용되는 연산에 관하여서는 이후 도 8 이하에서 설명하도록 한다.
이와 같은 방법에 의해 협력 단위가 결정되면, 협력 단위 결정 장치는 협력 단위를 나타내는 정보인 협력 단위 결정 정보를 생성하여 각 기지국으로 전송한다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 다중 셀 협력 방법을 위한 단말, 기지국 및 협력 단위 결정 장치 간의 신호 흐름을 나타낸 흐름도이다.
본 발명에 따르면 단말(300)은 셀 측정을 수행한 결과를 이용하여 채널 정보를 생성한다(S701). 단말이 셀 측정을 하고 채널 정보를 생성하는 과정에 대하여서는 도 3 내지 도 4에서 이미 설명하였다. 그리고 단말(300)은 생성한 채널 정보를 서빙 셀의 기지국(500)으로 전송한다(S702). 그러면 기지국(500)의 채널 정보 저장부(501)가 채널 정보를 수신하여 저장한다.
채널 정보 저장부(501)에 저장되었던 채널 정보는 다시 협력 단위 결정 장치로 전송된다(S703). 각 기지국들로부터 전송되는 채널 정보는 협력 단위 결정 장치(600)의 정보 수신부(601)가 수신하여 저장한다(S704). 즉. 각 셀 별 채널 정 보들은 정보 수신부(601)에서 취합된다. 채널 정보를 이용하여 협력 단위 결정 주기를 결정하는 경우, 정보 수신부(601)는 셀 별로 취합된 채널 정보를 협력 단위 주기 결정부(602)로 출력할 수 있다.
협력 단위 주기 결정부(602)는 채널 정보를 이용하여 채널 상황에 따른 협력 단위 결정 주기를 결정한다(S706). 즉 협력 단위 주기 결정부(602)는 채널 상황에 따라, 시그널링의 양이 많거나 연산량이 많아 오버헤드가 심해질 경우라면 협력 단위 결정 주기를 길게 설정하고, 채널 상황이나 단말의 위치나 개수 등의 변동이 심하거나 협력 단위를 갱신하여야 할 환경이라면 협력 단위 결정 주기를 상대적으로 짧게 설정할 수 있다. 물론, 이와는 달리 협력 단위 결정 주기가 미리 결정되어 있을 수 있음은 이미 설명하였다.
협력 단위 주기 결정부(602)는 미리 설정된, 또는 채널 상황에 따라 결정된 협력 단위 결정 주기의 주기 값을 협력 단위 결정부(603)로 출력한다(S707). 또한 정보 수신부(601)는 저장된 채널 정보를 협력 단위 결정부(603)에도 출력한다(S708). 그러면 협력 단위 결정부(603)는 입력받은 주기 값에 따른 협력 단위 결정 주기에 채널 정보를 이용하여 협력 단위를 결정한다(S709).
협력 단위 결정부(603)는 결정된 협력 단위에 대한 협력 단위 결정 정보를 기지국(500)으로 전송한다(S710). 그러면 협력 단위 결정 정보는 기지국(500)의 협력 스케줄러(502)가 수신한다. 협력 스케줄러(502)는 협력 단위 결정 정보에 따라 다른 기지국들과 협력 스케줄링을 수행한다(S711).
기지국들 간의 협력 스케줄링에 따라 단말(300)은 다중 셀 환경에서 데이터 를 협력 전송 방법에 의해 송수신할 수 있다(S712). 여기서 협력 전송 방법에 의해 송수신되는 데이터에는 상향링크 데이터와 하향링크 데이터가 모두 해당됨은 앞에서 이미 설명한 바와 같다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 다중 셀 협력 방법을 나타낸 도면이다.
도 8을 참조하면, 단말은 서빙 셀의 기지국으로 셀 측정 결과를 보고한다(S801). 셀 측정 결과 보고는 채널 정보 전송을 의미할 수 있다.
채널 정보의 생성을 위한 과정을 예로 들어 설명하면 다음과 같다. 단말은 인접 셀 탐색을 통해 서빙 셀 및 서빙 셀에 인접한 셀들부터 셀 탐색을 위한 신호를 수신한다. 셀 탐색을 위한 신호에는, 각 셀의 탐색을 위한 셀 아이디 등의 고유 정보와 그 셀에 상응하는 파일럿 위치 정보가 포함된다. 단말은 각각의 셀 별로 셀 탐색을 수행하여 신호를 수신하고, 이를 통해 후술할 채널 정보를 셀 별로 얻는다. 만약 탐색이 가능한 인접 셀이 없으면, 채널 정보 역시 생성되지 않는다.
그리고 단말은 탐색이 된 인접 셀에 대해서 셀 측정을 수행한다. 즉 단말은 인접 셀들의 신호 대 잡음비를 측정한다. 단말은 이 단계에서 평균 신호 대 잡음비를 산출할 수도 있다. 단말은 셀 별로 측정한 신호 대 잡음비를 이용하여, 신호 대 잡음비가 기준치 이상인 셀들에 대한 채널 정보를 생성한다. 채널 정보는 이미 측정한 셀 별 신호 대 잡음비 또는 평균 신호 대 잡음비 등의 정보를 포함할 수 있다.
여기서 신호 대 잡음비의 값이 기준치 이상인 셀들을 협력 단위 결정 대상 셀이라고 지칭한다. 즉 신호 대 잡음비의 값이 일정 수준이 미치지 못하는 셀들은 협력 단위 형성의 대상에서 제외될 수 있다.
그리고 단말은 인접 셀들에 상응하는 채널 정보를 서빙 셀 기지국으로 전송한다. 각 기지국들은 자신을 서빙 셀의 기지국으로 하는 모든 단말들 중 가능한 한 많은 단말들로부터 인접 셀에 대한 채널 정보를 수신하도록 한다. 이 때 채널 정보는 양자화된 정보일 수 있다. 이미 설명한 바와 같이, 신호 대 잡음비가 기준치 이하인 셀의 채널 정보는 전송되지 않는다.
기지국들이 단말들로부터 채널 정보를 수신하면, 기지국은 셀 별 채널 정보를 협력 단위 결정 장치로 전송한다(S802). 이로써 협력 단위 결정 장치는 기지국들로부터 채널 정보를 수신하여 취합할 수 있다.
협력 단위 결정 장치는 여러 기지국 중에서 지정된 기지국이거나, 제3의 장치 또는 기지국보다 상위에 있는 장치일 수 있다. 예컨대 무선망 제어부(Radio Network Controller, RNC)가 협력 단위 결정 장치의 역할을 할 수 있다. 만일 어느 기지국이 협력 단위 결정 장치의 역할로 지정된 경우라면 그 기지국은 단말로부터 수신한 채널 정보나 셀 정보를 또다른 장치로 전송할 필요가 없다.
협력 단위 결정 장치는 각 기지국들로부터 채널 정보를 수신 및 취합한다. 그리고 협력 단위 결정의 주기를 결정한다(S803). 취합된 채널 정보를 이용하여 협력 단위를 결정 또는 갱신하는 주기를 협력 단위 결정 주기라 하는데, 협력 단위 결정 주기를 결정하기 위해 채널 정보를 이용할 수 있다. 또는 협력 단위 결정 주기는 미리 결정되어 있을 수 있다.
그러면 협력 단위 결정 장치는 협력 단위 결정 주기마다 협력 단위를 결정한다(S804). 협력 단위 결정 장치가 협력 단위를 결정하는 방법을 예로 들어 설명하도록한다.
협력 단위 결정 장치는 어떤 협력 단위에도 속하지 않은 기지국 중 무작위로 임의의 기지국을 선택하여 새로운 협력 단위를 생성할 수 있다. 그 다음, 어떤 협력 단위에도 속하지 않은 나머지 기지국 중에서 어느 하나의 기지국을 해당 협력 단위에 귀속시킬 경우, 다음의 수식에 따른 C1 값을 최대로 하는 기지국을 선택하여 해당 협력 단위에 포함시킨다.
[수학식 1]
Figure 112008088795032-PAT00001
[수학식 1]에서 ICIk,b’ 는 b’번째 기지국과 k번째 단말 사이에서 측정된 신호 대 잡음비의 값을 이용해서 산출된 인접 셀의 간섭 전력 정보이다. [수학식 1]을 사용할 경우, 결과적으로 간섭 전력의 크기가 큰 기지국의 셀이 협력 단위에 포함되게 된다. 즉, 이 방법은 인접 기지국들 사이에 간섭의 정도가 많은 기지국들끼리 협력 단위를 형성하는 방법이다.
또는, 협력 단위 결정 장치는 인접 셀 정보를 이용하여 [수학식 2]의 로그 합(log-sum)에 따른 C2 값을 최대화하는 기지국을 선택하여 협력 단위에 포함시킨다.
[수학식 2]
Figure 112008088795032-PAT00002
여기서 Pmax는 기지국의 최대 전력이고, Hk,b는 b번째 기지국과 k번째 단말 사이의 채널값이다. [수학식 2]를 사용하여 C2 값을 최대로 하는 기지국을 선택하여 협력 단위에 포함시키면, 협력 단위내의 기지국과 단말 간의 전송률을 최대화하는 기지국들끼리 협력 단위를 형성시키게 된다.
협력 단위 결정 장치는 셀을 협력 단위에 편입시킴으로써 협력 단위를 형성하는 과정을 최대 협력 단위 개수에 도달할 때까지 계속 반복한다. 최대 협력 단위 갯수란, 하나의 협력 단위 내에 포함될 수 있는 셀 또는 기지국의 개수의 최대값을 의미할 수 있고, 또는 형성 가능한 협력 단위의 개수의 최대값을 의미할 수도 있다. 협력 단위 결정 장치는 다른 협력 단위를 형성하기 시작한다.
아래는 협력 단위 결정을 위한 알고리즘의 예를 pseudo 코드로 나타낸 것이다.
Figure 112008088795032-PAT00003
협력 단위 결정 장치가 상술한 방법에 따라 협력 단위를 결정 및 형성하면, 이에 관한 협력 단위 결정 정보를 각 기지국으로 전송한다(S805). 기지국은 협력 단위 결정 장치로부터 협력 단위 결정 정보를 수신함으로써 자신이 어느 협력단위 에 포함되어 단말과 협력 전송을 수행할 것인지를 알게 된다.
그러면 기지국들은 협력 단위 결정 정보에 따라 자신과 협력 단위를 형성하는 다른 기지국들과 협력 단위 형성을 위한 협력 스케줄링을 수행한다(S806). 그러면 단말은 협력 단위를 형성한 복수의 셀들과 협력 전송을 통해 통신하게 되며, 협력 단위 내의 인접 셀의 기지국과 데이터를 송수신한다(S807). 이 경우, 단말과 기지국 간 데이터 또는 신호 송수신 시, 인접 셀의 간섭에 의한 영향이 줄어드는 효과가 있을 수 있다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 다중 셀 협력 방법을 위한 협력 단위를 결정하는 주기를 나타낸 도면이다.
종래의 정적 협력단위 결정 방식은 시간에 따라 변하는 기지국과 단말 사이의 무선 채널 상태를 적응적으로 고려하지 않았다. 따라서 성능 개선 효과가 크지 않았다.
또한 종래의 동적 협력 단위 결정 방식에 따르면, 협력 단위 결정 주기와 스케줄링이 수행되는 프레임의 주기와 동일함으로 인해 오버헤드가 심해 실제 시스템에 적용하기 어려웠다. 뿐만 아니라, 스케줄링 이득을 효과적으로 얻지 못하는 문제점도 있었다.
이러한 문제점을 해결하기 위하여 본 발명에서는 협력 단위 결정을 위한 주기를 스케줄링을 위한 프레임의 주기와는 다르게 설정한다. 예컨대, 스케줄링이 수행되는 프레임을 여러 개 묶은 시간 단위를 주기로 협력 단위 결정이 수행될 수 있 다. 도 9에서 901, 902, 903, …은 프레임 전송 시기를 나타내고, 빗금친 909 및 910은 협력 단위 결정 시기를 나타낸다. 협력 단위 결정 시기(909, 910)는 기지국들로부터 수신한 셀 별 채널 이득을 이용하여, 협력 단위를 결정하는 시기를 말한다. 또는, 본 발명의 다른 실시예에 따르면 협력 단위 결정 정보를 수신한 기지국들이 협력 스케줄링을 하는 시기를 의미할 수도 있다. 909에서 910까지를 협력 단위 결정의 한 주기라 할 수 있다.
프레임 주기보다 긴 협력 단위 결정 주기 동안 각 셀들은 같은 협력 단위에 속한 다른 셀들과 단말로의 협력 전송을 수행한다. 그리고 이 때 각 단말은 셀 별 평균 신호 대 잡음비를 측정한다. 신호 대 잡음비는 채널 정보로 가공될 수 있다. 각 단말이 측정한 셀 별 평균 신호 대 잡음비 또는 채널 정보는 협력 전송 주기가 끝나는 시점에서 서빙 셀의 기지국을 통해 협력 단위 결정 장치로 전송된다. 협력 단위 결정 장치는 채널 정보를 이용하여 다양한 연산을 통해 협력 단위를 결정할 수 있다.
협력 단위가 결정된 내용을 나타낸 정보를 협력 단위 결정 정보라 한다. 협력 단위 결정 장치에 의해 생성된 협력 단위 결정 정보는 각 기지국으로 전송된다. 따라서 본 발명의 실시예에 따른 협력 단위의 결정은 실시간으로 수집되는 채널 정보를 이용하여 다시 생성 또는 변경됨으로써 채널 상황을 정확하게 반영할 수 있게 된다.
도 10 내지 도 12는 본 발명의 실시예에 따른 다중 셀 협력 방법의 수행을 위한 협력 단위 결정 장치를 지정하는 다양한 방식을 예시한 도면이다.
도 10 내지 도 12를 참조하면, 실제 통신 환경에서 단말과 기지국이 위치하는 토폴로지(topology)에 따라 부분 협력 단위 결정 방식(도 10)과 전체 협력 단위 결정 방식(도 11), 그리고 하이브리드 협력 단위 결정 방식(도 12)으로 구분할 수 있다.
도 10의 부분 협력 단위 결정 방식은 부분적으로 기지국들의 협력 단위가 결정되는 방식이다. 우선, 각 기지국들이 단말들로부터 인접 셀 정보를 수신한다. 그리고 기지국 별 단말들(1011, 1012, 1013, 1014)에게서 받은 인접 셀 정보를 미리 정해진 바에 따라 기지국 별로 정보를 모은다. 그리고 상술한 미리 정해진 바에 따른 기지국 그룹(1021, 1022)에 해당하는 협력 단위 결정 장치(1022, 1032)가 존재한다.
각 기지국 그룹(1021, 1022) 내에서의 협력 단위를 각각의 협력 단위 결정 장치(1022, 1032)가 독립적으로 결정하는 방식이 도 10에 도시된 부분 협력 단위 결정 방식이다. 이 방식은 기지국들이 지역적으로 흩어져 있는 통신 환경에 적합하다.
도 11의 전체 협력 단위 결정 방식은 모든 기지국(1121)들의 단말(1111, 1112, 1113, 1114)의 인접 셀들에 상응하는 채널 정보들을 한꺼번에 모아서, 하나의 협력 결정 장치(1131)가 이들 전부에 대한 협력 단위를 결정하는 방식이다. 상기 방식은 기지국들이 서로 그룹별로 나누어져서 채널 정보를 처리하는 것보다 일괄적으로 처리하는 것이 유리한 통신 환경에 적합하다.
마지막으로 도 12의 하이브리드 방식은 부분 협력 단위 결정 방식과 전체 협력 단위 결정 방식을 결합한 방식이다. 단말(1211, 1212, 1213, 1214)에게서 받은 인접 셀 정보를 미리 약속된 기지국(1221, 1222)끼리 부분적으로 모으고, 기지국 그룹(1221, 1222) 별 협력 단위 결정 장치(1231, 1232)는 보다 상위의 협력 단위 결정 장치(1241)를 통해 인접 셀 정보 또는 셀 별 채널 정보를 다른 그룹과 공유할 수 있다.
즉 채널 정보를 공유하기 위해서, 협력 단위 결정 장치 중에서도 상위의 협력 단위 결정 장치(1241)가 존재하게 된다. 기지국 그룹(1221, 1222) 별 협력 단위 결정 장치(1231, 1232)가 수집한 인접 셀들에 대한 채널 정보를 상위 단계의 협력 단위 결정 장치(1241)로 전송한다. 그러면 상위의 협력 단위 결정 장치(1241)는 채널 정보를 각 기지국 그룹의 인접 셀 정보와 함께 처리하여 기지국 그룹 별 협력 단위 결정 장치(1231, 1232)로 다시 전송한다. 그러면 각 기지국 그룹 별로 협력 단위가 결정된다. 여기서 상위의 협력 단위 결정 장치(1241)의 역할은 미리 정해진 기지국 또는 RNC 등이 수행할 수 있다.
상기의 과정을 거쳐 협력 통신을 수행하기 위한 협력 단위가 결정되면, 협력 단위 별로 스케줄링이 실시된다.
도 13은 본 발명의 실시예에 따른 다중 셀 협력 방법을 수행하기 위한 기지국들의 다양한 협력 스케줄링 방식을 예시한 도면이다. 도 13을 참조하면, (a)의 ‘스케줄링 방식 1’에서는 미리 결정된 하나의 기지국 또는 제3의 RNC가 스케줄러(13010)로서 협력 단위 이내의 모든 기지국들에 대해서 협력 스케줄링을 하는 방식이다. 스케줄링 방식 1에서 스케줄러(1301)는 서비스를 제공받고자 하는 협력 단위 이내의 모든 사용자들에 대한 정보를 가지고 있으며, 사용하고자 하는 스케줄링 방법에 따라서 서비스를 제공받을 사용자를 선택할 수 있다.
만약, 협력 단위 이내의 모든 정보를 한꺼번에 처리하는 방식이 어려운 경우, 도 13의 (b)와 (c)의 스케줄링 방식2 또는 스케줄링 방식 3이 사용될 수 있다. 스케줄링 방식 2에서는 협력 단위 이내의 기지국들끼리 순서를 먼저 정한다. 순서상 가장 처음인 기지국이 해당 기지국 내의 사용자들에 대해서 스케줄링을 수행한다. 그리고 두 번째 기지국이 첫번째 기지국의 스케줄링 결과를 전달받게 되고, 이 정보를 고려하여 두 번째 기지국 내의 사용자들에 대해서 스케줄링을 수행한다. 이와 같이, 각 기지국은 정해진 순서에 따라서 이전 기지국의 스케줄링 결과를 고려하여 협력 스케줄링을 수행하게 된다.
스케줄링 방식 3에서는 협력 단위 이내에서 모든 기지국들이 각자 협력 스케줄링을 수행한다. 그 후, 각 기지국의 스케줄링 결과를 스케줄러(1303)로 설정된 미리 결정된 기지국 또는 제3의 RNC로 전송한다. 각 기지국들로부터 전송된 협력 스케줄링 결과들은 함께 가공되고, 가공된 정보는 각 기지국으로 다시 전송된다. 상기 과정을 반복함으로써, 각 기지국들은 인접 기지국의 스케줄링 결과를 고려하여 각자 협력 스케줄링을 수행한다.
상술한 모든 방법은 상기 방법을 수행하도록 코딩된 소프트웨어나 프로그램 코드 등에 따른 마이크로프로세서, 제어기, 마이크로 제어기, ASIC(Application Specific Integrated Circuit) 등과 같은 프로세서 또는 도 3에 도시된 단말의 프로세서에 의해 수행될 수 있다. 상기 코드의 설계, 개발 및 구현은 본 발명의 설명에 기초하여 당업자에게 자명하다고 할 것이다.
이상 본 발명에 대하여 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시켜 실시할 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 따라서 상술한 실시예에 한정되지 않고, 본 발명은 이하의 특허청구범위의 범위 내의 모든 실시예들을 포함한다고 할 것이다.
도 1은 무선 통신 시스템을 나타낸 블록도.
도 2는 다중 셀 환경에서 통신하는 단말을 나타낸 도면.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 단말, 기지국 및 협력 단위 결정 장치를 나타낸 블록도.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 다중 셀 협력 방법을 나타낸 도면.
도 5는 본 발명의 실시예에 따라 시간에 따른 협력 단위를 결정하는 과정을 나타낸 도면. 다중 셀 협력 방법
도 6 내지 도 8은 기지국들 협력 단위 결정 장치를 지정하는 다양한 방식을 예시한 도면.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 기지국들의 다양한 협력 스케줄링 방식을 예시한 도면.

Claims (12)

  1. 단말의 서빙 셀 및 2개 이상의 인접 셀에 대한 셀 측정에 따른 신호 대 잡음비가 기준치 이상인 협력 단위 결정 대상 셀들의 채널 정보를 수신하는 단계;
    상기 단말로의 협력 전송을 수행하며 하나 이상의 셀을 포함하는 협력 단위를 결정하기 위한 협력 단위 결정 주기를 상기 채널 정보를 이용하여 결정하는 단계; 및
    상기 채널 정보를 이용하여 상기 협력 단위 결정 주기마다 상기 협력 단위 결정 대상 셀들 중에서 채널 상황에 따른 상기 협력 단위를 결정하는 단계를 포함하는 다중 셀 협력 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 협력 단위를 결정한 결과인 협력 단위 결정 정보를 상기 협력 단위에 포함된 셀의 기지국으로 전송하는 단계를 포함하는 다중 셀 협력 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 협력 단위 결정 주기는 상기 단말과 기지국 간의 스케줄링을 위해 프레임을 전송하는 주기와 다르게 설정되는 것을 특징으로 하는 다중 셀 협력 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 단말은 서빙 셀 및 상기 인접 셀에 대한 셀 탐색을 통해 획득한 탐색 신호로부터 상기 신호 대 잡음비를 산출하고, 상기 평균 신호 대 잡음비를 이용하여 상기 채널 정보를 생성하는 것을 특징으로 하는 다중 셀 협력 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 셀 측정 결과 상호 간섭이 심한 상기 서빙 셀 및 상기 인접 셀을 상기 협력 단위에 포함시킴으로써 상기 협력 단위를 결정하는 것을 특징으로 하는 다중 셀 협력 방법.
  6. 서빙 셀 및 2개 이상의 인접 셀의 셀 측정을 수행하는 단계;
    상기 셀 측정에 따른 셀 측정 결과에 따라 결정된 상기 서빙 셀 및 상기 인접 셀을 포함하는 협력 단위로부터 협력 전송되는 데이터를 스케줄링 주기마다 수신하는 단계를 포함하되
    상기 협력 단위는 상기 측정 결과에 따라 채널 상황에 따라 협력 단위 결정 주기마다 결정되는 것을 특징으로 하는 다중 셀 협력 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 협력 단위에 포함되는 상기 서빙 셀 및 상기 인접 셀은 상기 셀 측정 결과에 따른 신호 대 잡음비가 기준치 이상인 것을 특징으로 하는 다중 셀 협력 방법.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 셀 측정 결과 획득한 상기 신호 대 잡음비의 평균값을 이용하여 채널 정보를 생성하며, 상기 채널 정보를 상기 서빙 셀의 기지국으로 전송함으로써 상기 협력 단위 및 상기 협력 단위 결정 주기가 결정되는 것을 특징으로 하는 다중 셀 협력 방법.
  9. 제6항에 있어서,
    상기 협력 단위는 상호 간섭이 심한 셀들을 포함하는 것을 특징으로 하는 다중 셀 협력 방법.
  10. 단말로부터 수신한 셀 측정 결과를 이용하여 생성된 협력 단위 결정 정보를 협력 단위 결정 주기마다 수신하는 단계;
    상기 협력 단위 결정 정보에 따라 상기 협력 단위에 포함되는 다른 기지국과 협력 전송을 위한 협력 스케줄링을 수행하는 단계;
    상기 협력 단위에 포함되는 인접 셀의 단말로 상기 협력 전송 방법에 따라 데이터를 협력 전송하는 단계를 포함하는 다중 셀 협력 방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 협력 스케줄링을 위한 주기는 상기 단말로 상기 데이터를 전송하는 스케줄링 주기보다 긴 것을 특징으로 하는 다중 셀 협력 방법.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 협력 단위 결정 정보는 미리 설정된 다른 기지국에 의해 생성되는 것을 특징으로 하는 다중 셀 협력 방법.
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