KR20110108671A - 광대역 무선통신 시스템에서 동작 주파수를 결정하기 위한 장치 및 방법 - Google Patents

광대역 무선통신 시스템에서 동작 주파수를 결정하기 위한 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 무선통신 시스템에서 기지국의 동작 주파수 결정에 관한 것으로, 기지국의 동작은, 주변 기지국들에 대한 커버리지 선(coverage line)들 각각의 안쪽 영역들의 교집합으로 이루어지는 지역을 상기 기지국의 커버리지 지역으로 결정하는 과정과, 상기 커버리지 지역의 평균 전송률을 최대화하는 후보 동작 주파수를 사용 동작 주파수로서 선택하는 과정을 포함한다.

Description

광대역 무선통신 시스템에서 동작 주파수를 결정하기 위한 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR DETERMINING OPERATING FREQUCENCY IN BROADBAND WIRELESS COMMUNICATION}
본 발명은 광대역 무선통신 시스템에 관한 것으로, 특히, 광대역 무선통신 시스템에서 기지국의 동작 주파수를 결정하기 위한 장치 및 방법에 관한 것이다.
DFS(Dynamic Frequency Selection) 기법은 망 상태의 변화에 따라 기지국이 동작 주파수를 변경하는 알고리즘을 말한다. 상기 알고리즘은 빠르게 변화하는 무선 환경에 맞추어 성능을 유지하기 위해 사용될 수 있다. 예를 들어, 상기 DFS 기법은 다수의 이동 기지국들로 구성되는 전술 망(tactical network)에 적용될 수 있다. 이 경우, 각 이동 기지국들의 움직임은 단말의 성능에 영향을 주는 망 환경의 변동(fluctuation)을 야기한다. 따라서, 각 기지국은 QoS(Quality of Service)를 보장하기 위해 상기 DFS 기법을 채용함이 바람직하다.
상기 DFS 기법은 크게 2가지로 구분된다. 첫째는 중앙집중식(centralized) DFS 기법으로서, 각 기지국의 주파수 대역이 망 내의 제어자(control entity)에 의해 결정된다. 둘째는 분산형(distributed) DFS 기법으로서, 각 기지국은 자신의 동작 주파수 대역을 선택하여야 한다. 상기 중앙집중식 DFS 기법은, 모든 기지국들의 동작을 제어하고 정보를 수집하는 제어자가 사용되므로, 상기 분산형 DFS 기법에 비하여 향상된 성능을 가진다. 하지만, 이동 기지국들로 구성되는 망은 이동하기 때문에 상기 제어자를 사용하는 것에 곤란함이 따른다. 상기 분산형 DFS 기법은 다시 조정형(coordinated) 및 비조정형(uncoordiated)으로 나누어진다. 상기 조정형의 경우, 각 기지국은 백홀(backhaul) 연결을 통해 기지국과 접속가능하며 정보를 교환할 수 있다. 이 경우, 각 기지국은 특정 시스템 파라미터, 예를 들어, 최대 전송률, 최소 간섭량 등을 최적화하는 목적으로 동작 주파수를 결정한다. 상기 비조정형의 경우, 각 기지국은 자신이 측정할 수 있는 정보에만 근거하여 동작 주파수를 선택한다.
상술한 DFS 기법은 기지국에서 측정되는 파라미터들만을 고려한다. 일반적으로, 상기 기지국에서 측정되는 파라미터들에 의해 사용자 전송률이 증대되나, 사용자 및 기지국이 밀집된 것과 같이 특정한 망 환경에서는 그렇지 아니할 수 있다. 따라서, 모든 망 환경에서 우수한 성능을 보이는 DFS 기법이 제안되어야 한다.
따라서, 본 발명의 목적은 광대역 무선통신 시스템에서 기지국의 동작 주파수를 결정하기 위한 장치 및 방법을 제공함에 있다.
본 발명의 다른 목적은 광대역 무선통신 시스템에서 기지국들이 밀집한 환경에서 기지국의 동작 주파수를 결정하기 위한 장치 및 방법을 제공함에 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 광대역 무선통신 시스템에서 기지국의 커버리지를 결정하기 위한 장치 및 방법을 제공함에 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제1견지에 따르면, 무선통신 시스템에서 기지국의 동작 주파수 결정 방법은, 주변 기지국들에 대한 커버리지 선(coverage line)들 각각의 안쪽 영역들의 교집합으로 이루어지는 지역을 상기 기지국의 커버리지 지역으로 결정하는 과정과, 상기 커버리지 지역의 평균 전송률을 최대화하는 후보 동작 주파수를 사용 동작 주파수로서 선택하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제2견지에 따르면, 무선통신 시스템에서 기지국 장치는, 주변 기지국들에 대한 커버리지 선(coverage line)들 각각의 안쪽 영역들의 교집합으로 이루어지는 지역을 상기 기지국의 커버리지 지역으로 결정하는 커버리지 결정기와, 상기 커버리지 지역의 평균 전송률을 최대화하는 후보 동작 주파수를 사용 동작 주파수로서 선택하는 주파수 결정기를 포함하는 것을 특징으로
무선통신 시스템에서 주변 기지국들에 대한 수신 전력 및 사용자 전송률을 고려하여 커버리지 및 동작 주파수를 결정함으로써, 다양한 통신 환경에서도 기지국의 효과적인 동작 주파수를 결정할 수 있다.
도 1a 내지 도 1f는 본 발명의 실시 예에 따른 광대역 무선통신 시스템에서 기지국의 동작 주파수를 결정하는 과정을 도시하는 도면,
도 2a 및 도 2b는 본 발명의 실시 예에 따른 광대역 무선통신 시스템에서 기지국의 동작 절차를 도시하는 도면,
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 광대역 무선통신 시스템에서 기지국의 블록 구성을 도시하는 도면.
이하 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면의 참조와 함께 상세히 설명한다. 그리고, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단된 경우, 그 상세한 설명은 생략한다.
이하 본 발명은 광대역 무선통신 시스템에서 기지국들이 밀집한 환경에서 기지국의 동작 주파수를 결정하기 위한 기술에 대해 설명한다.
도 1a 내지 도 1f 를 참고하여 본 발명의 실시 예에 따른 기지국의 동작 주파수 결정 과정을 설명하면 다음과 같다.
각 기지국은 기지국에 대한 수신 전력을 측정할 수 있으며, 또한, 백홀 연결을 통해 기지국들의 위치 정보를 획득할 수 있다. 각 기지국은 자신의 커버리지를 추정하기 위해 상기 수신 전력 및 위치 정보를 이용한다. 이하, 본 발명은 하나의 기지국을 기준으로 동작 주파수 결정 과정을 설명한다. 상기 기준이 되는 기지국은 '소스(source) 기지국'이라 지칭된다.
도 1a에 도시된 바와 같이, 소스 기지국(100)은 주변 기지국들 중 최대 수신 전력의 기지국을 검색하고, 상기 최대 수신 전력의 기지국을 기준으로 시계방향 또는 반시계방향을 향해 각도(angle) 순으로 기지국들을 정렬한다. 만일, 동일한 각도 또는 동일한 위치에 다수의 기지국들이 위치하면, 그 중 최대 수신 전력의 기지국만이 열거된다. 상기 도 1a를 참고하면, 기지국A(101)가 최대 수신 전력의 기지국으로서 선택되었다. 그리고, 나머지 기지국들(102 내지 106)은 반시계방향으로 정렬되고, 그 결과 {A, B, E, D, C}의 순서로 목록이 구성되었다.
이후, 도 1b에 도시된 바와 같이, 상기 소스 기지국(100)은 상기 최대 수신 전력의 상기 기지국A(101)로부터 상기 소스 기지국(100)까지의 직선상에서 상기 기지국A(101)에 대한 수신 전력 및 상기 소스 기지국(100)에 대한 수신 전력이 동일한 기준점A(121)를 결정한다. 그리고, 상기 소스 기지국(100)은 상기 기준점A(121)를 지나며 상기 기지국A(101)로부터 상기 소스 기지국(100)까지의 직선에 직교하는 커버리지 선(coverage line)A(131)를 결정한다. 상기 기준점A(121)의 좌표는 <수학식 1>과 같이 결정된다.
Figure pat00001
상기 <수학식 1>에서, 상기 xAS는 기준점A의 x좌표, 상기 PA는 기지국A에 대한 수신 전력, 상기 xS는 소스 기지국의 x좌표, 상기 PS는 소스 기지국에 대한 수신 전력, 상기 xA는 기지국A의 x좌표, 상기 yAS는 기준점A의 y좌표, 상기 yS는 소스 기지국의 y좌표, 상기 yA는 기지국A의 y좌표를 의미한다.
이후, 도 1c에 도시된 바와 같이, 상기 소스 기지국(100)은 상기 목록에 포함된 다음 순서의 기지국인 기지국B(102)에 대하여 상기 도 1b와 같은 과정을 수행함으로써, 기준점B(122) 및 커버리지 선B(132)를 결정한다. 이에 따라, 상기 커버리지 선A(131) 및 상기 커버리지 선B(132)가 교차하는 교차점AB(141)가 결정된다. 상기 교차점AB(141)의 좌표는 <수학식 2>와 같이 결정된다.
Figure pat00002
상기 <수학식 2>에서, 상기 xABS는 교차점AB의 x좌표, 상기 xB는 기지국B의 x좌표, 상기 xS는 소스 기지국의 x좌표, 상기 yB는 기지국B의 y좌표, 상기 yS는 소스 기지국의 y좌표, 상기 xBS는 기준점B의 x좌표, 상기 xA는 기지국A의 x좌표, 상기 yA는 기지국A의 y좌표, 상기 xAS는 기준점A의 x좌표, 상기 yBS는 기준점B의 y좌표, 상기 yAS는 기준점A의 y좌표, 상기 yABS는 교차점AB의 y좌표를 의미한다.
최소의 커버리지를 결정하기 위해, 상기 소스 기지국(100)은 다음과 같이 일부 커버리지 선을 제외시킨다. 상기 소스 기지국(100)은 새로운 커버리지 선이 결정되면, 상기 새로운 커버리지 선과 이전 커버리지 선들의 교차점들을 결정한다. 이때, 상기 소스 기지국(100)은 첫 번째 커버리지 선과의 교차점을 먼저 결정한다. 만일, 새로운 교차점이 다른 교차점들보다 상기 소스 기지국(100)에 근접하면, 상기 소스 기지국(100)은 상기 첫 번째 커버리지 선 및 상기 새로운 커버리지 선을 제외한 나머지 커버리지 선들을 폐기하고, 상기 새로운 커버리지 선을 두 번째 커버리지 선으로 설정한 후, 다음 순서의 기지국에 대한 커버리지 선을 새로이 결정한다. 반면, 새로운 교차점이 다른 교차점들보다 상기 소스 기지국(100)에 근접하지 아니하면, 상기 소스 기지국(100)은 다음 순서의 커버리지 선과의 교차점이 나머지 교차점들보다 상기 소스 기지국(100)에 근접한지 비교하고, 상술한 과정을 반복한다. 모든 이전 커버리지 선들이 유효하다 판단되면, 상기 소스 기지국(100)은 다음 순서의 기지국에 대한 커버리지 선을 새로이 결정한다.
모든 커버리지 선들이 유효한 경우의 예는 도 1d와 같고, 일부 커버리지 선들이 폐기되는 경우의 예는 도 1e와 같다. 상기 도 1d를 참고하면, 새로운 선이 결정된 후, 소스 기지국으로부터 교차점ab(161) 및 교차점ad(162)까지의 거리들이 비교된다. 비교 결과, 상기 교차점ab(161)까지의 거리가 더 짧다. 이에 따라, 선b(152)는 유효한 것으로 판단되고, 상기 소스 기지국으로부터 교차점bc(163) 및 교차점 bd(164)까지의 거리들이 비교된다. 비교 결과, 상기 교차점bc(163)까지의 거리가 더 짧다. 이에 따라, 선c(153)는 유효한 것으로 판단되고, 상기 새로운 선은 선d(164)로 설정된다. 상기 도 1e를 참고하면, 새로운 선이 결정된 후, 소스 기지국으로부터 교차점ab(181) 및 교차점ad(182)까지의 거리들이 비교된다. 비교 결과, 상기 교차점ad(182)까지의 거리가 더 짧다. 이에 따라, 기존의 선b(172) 및 선c(173)는 유효하지 않은 것으로 판단되어 해당 기지국들은 무시(neglected)되고, 상기 새로운 선은 선b(172)로 설정된다.
상기 도 1a 및 상기 도 1b의 과정은 목록에 포함된 모든 기지국들에 대해 수행되며, 상기 도 1d 또는 상기 도 1e의 과정은 새로운 커버리지 선이 결정될 때마다 수행된다. 상기 목록에 포함된 모든 기지국들에 대해 상기 도 1a 및 상기 도 1b의 과정이 완료되면, 결과적으로 도 1f와 같은 커버리지 선들이 얻어진다. 상기 도 1f를 참고하면, 기지국들(101 내지 105)과의 커버리지 선들이 유효하며, 상기 소스 기지국(100)은 오각형 모양의 커버리지 지역을 결정하였다. 이후, 상기 소스 기지국(100)은 상기 커버리지 지역을 상기 기지국들(101 내지 105) 각각에 대응되는 삼각 영역(triangle area)들로 분할한다. 예를 들어, 상기 기지국B(102)에 대응되는 삼각 영역은 점 CS, 점 CABS 및 점 CCBS를 잇는 삼각형이다. 상기 기지국B(102)에 대응되는 삼각 영역의 넓이는 하기 <수학식 3>과 같이 결정된다.
Figure pat00003
상기 <수학식 3>에서, 상기 ASABS는 기지국B에 대응되는 삼각 영역의 넓이, 상기 d()는 두 지점 사이의 거리, 상기 CS는 소스 기지국의 좌표, 상기 CB는 기지국B의 좌표, 상기 PS는 소스 기지국에 대한 수신 전력, 상기 PB는 기지국B에 대한 수신 전력, 상기 CABS는 교차점AB, 상기 CCBS는 교차점BC를 의미한다.
또한, 상기 소스 기지국(100)은 각 삼각 영역 내의 평균 CINR(Carrier to Interference and Noise Ratio)을 산출한다. 상기 평균 CINR을 산출하는 구체적인 방법으로서, 하기 <수학식 4>와 같이 삼각형의 무게 중심(center of gravity)에서의 CINR을 산출하는 것, 하기 <수학식 5>와 같이 삼각형의 내심점(incenter point)에서의 CINR을 산출하는 것, 하기 <수학식 6>과 같이 3개 꼭지점들에서의 CINR들을 평균하는 것 등이 있다. 특정 지점에서의 CINR은 기지국들 간 수신 전력으로부터 경로 감쇄 계수(path loss coefficient)를 추정하고, 기지국과 해당 지점과의 거리를 이용하여 수신 전력을 수정하는 방식으로 결정될 수 있다. 또는, 상기 특정 지점에서의 CINR은 해당 지점 부근에 위치한 단말로부터 보고된 수신 전력에 따라 결정될 수 있다.
Figure pat00004
상기 <수학식 4>에서, 상기 xGABS는 기지국B에 대응되는 삼각 영역의 무게 중심의 x좌표, 상기 xS는 소스 기지국의 x좌표, 상기 xABS는 교차점AB의 x좌표, 상기 xBCS는 교차점BC의 x좌표, 상기 yGABS는 기지국B에 대응되는 삼각 영역의 무게 중심의 y좌표, 상기 yS는 소스 기지국의 y좌표, 상기 yABS는 교차점AB의 y좌표, 상기 yBCS는 교차점BC의 y좌표, 상기 CINRave는 평균 CINR, 상기 CINRCGABC는 기지국B에 대응되는 삼각 영역의 무게 중심에서의 CINR을 의미한다.
Figure pat00005
상기 <수학식 5>에서, 상기 xGABS는 기지국B에 대응되는 삼각 영역의 내심의 x좌표, 상기 d()는 두 점 사이의 거리, 상기 CABS는 교차점AB, 상기 CCBS는 교차점BC, 상기 xS는 소스 기지국의 x좌표, 상기 CS는 소스 기지국의 좌표, 상기 xABS는 교차점AB의 x좌표, 상기 xCBS는 교차점BC의 x좌표, 상기 yGABS는 기지국B에 대응되는 삼각 영역의 내심의 y좌표, 상기 yS는 소스 기지국의 y좌표, 상기 yABS는 교차점AB의 y좌표, 상기 xCBS는 교차점BC의 y좌표, 상기 CINRave는 평균 CINR, 상기 CINRCGABC는 기지국B에 대응되는 삼각 영역의 내심에서의 CINR을 의미한다.
Figure pat00006
상기 <수학식 6>에서, 상기 CINRave는 평균 CINR, 상기 CINRCs는 소스 기지국의 좌표에서의 CINR, 기 CINRCABS는 교차점AB에서의 CINR, 상기 CINRCCBS는 교차점BC에서의 CINR을 의미한다.
상기 삼각 영역 내의 평균 CINR이 산출된 후, 각 삼각 영역 내 사용자 전송률은 하기 <수학식 7>과 같이 추정될 수 있다.
Figure pat00007
상기 <수학식 7>에서, 상기 Trinagle throughtput은 삼각 영역 내 사용자 전송률, 상기 ASABC는 기지국B에 대응되는 삼각 영역의 넓이, 상기 CINRave는 삼각 영역 내의 평균 CINR을 의미한다.
그리고, 상기 각 삼각 영역 내의 사용자 전송률들을 합산하면, 상기 소스 기지국(100)의 커버리지 지역 내의 사용자 전송률이 결정된다. 상기 소스 기지국(100)은 선택 가능한 동작 주파수들에 대하여 상술한 바와 같이 사용자 전송률을 결정한다. 이에 따라, 상기 소스 기지국(100)은 자신의 커버리지 지역의 사용자 전송률을 최대화하는 동작 주파수를 선택할 수 있다. 또한, 상기 소스 기지국(100)은 기지국들에서 선택된 동작 주파수를 알려줄 수 있다. 이로 인해, 상기 기지국들은 자신의 삼각 영역 전송률을 산출하고, 상기 전송률을 상기 소스 기지국(100)으로 알려줄 수 있다. 이에 따라, 상기 소스 기지국(100)은 자신의 커버리지 지역 뿐만 아니라 기지국의 삼각 영역 전송률을 포함한 전체 사용자 전송률이 최대가 되도록 동작 주파수를 선택할 수 있다. 여기서, 상기 기지국들은 1-티어(1-tier) 이웃 기지국만을 포함하거나, 또는, 시스템 내의 모든 기지국들을 포함할 수 있다.
이하 본 발명은 상술한 바와 같이 동작 주파수를 결정하는 기지국의 동작 및 구성을 도면을 참고하여 상세히 설명한다.
도 2a 및 도 2b는 본 발명의 실시 예에 따른 광대역 무선통신 시스템에서 기지국의 동작 절차를 도시하고 있다.
상기 도 2a 및 상기 도 2b를 참고하면, 상기 기지국은 201단계에서 최대 수신 전력의 기지국을 기준으로 주변 기지국들을 각도 순으로 정렬한다. 상세히 설명하면, 상기 기지국은 주변 기지국들로부터 수신되는 신호를 이용하여 상기 주변 기지국들 각각의 수신 전력 세기를 측정하고, 수신 전력이 최대인 기지국을 판단한다. 그리고, 상기 기지국은 상기 최대 수신 전력의 기지국을 기준으로 시계방향 또는 반시계방향을 향해 각도 순으로 기지국들을 정렬한다. 만일, 동일한 각도 또는 동일한 위치에 다수의 기지국들이 위치하면, 그 중 최대 수신 전력의 기지국만이 선택된다. 이에 따라, 주변 기지국들의 목록이 구성된다.
상기 주변 기지국들을 정렬한 후, 상기 기지국은 203단계로 진행하여 첫번째 기지국에 대한 커버리지 선을 결정한다. 즉, 상기 기지국은 상기 최대 수신 전력의 기지국에 대한 커버리지 선을 결정한다. 상기 커버리지 선은 양 기지국들을 잇는 직선상에서 상기 양 기지국들에 대한 수신 전력이 동일한 지점에서 상기 직선과 직교하는 선을 의미한다. 예를 들어, 상기 수신 전력이 동일한 지점은 상기 <수학식 1>과 같이 결정될 수 있다.
이어, 상기 기지국은 205단계로 진행하여 다음 기지국에 대한 커버리지 선을 결정한다. 여기서, 상기 다음 기지국은 상기 201단계에서 결정된 목록에 포함된 기지국들의 순서에 따라 결정된다. 예를 들어, 상기 기지국은 상기 <수학식 1>과 유사하게 상기 다음 기지국에 대한 커버리지 선을 결정한다.
이어, 상기 기지국은 207단계로 진행하여 최근 선 및 새로운 선의 교차점을 결정한다. 상기 새로운 선은 상기 205단계에서 결정된 커버리지 선을 의미하고, 상기 최근 선은 상기 205단계에서 결정된 커버리지 선을 제외한 커버리지 선들 중 가장 늦게 결정된 선을 의미한다. 예를 들어, 상기 교차점은 상기 <수학식 2>와 유사하게 결정될 수 있다.
상기 교차점을 결정한 후, 상기 기지국은 209단계로 진행하여 앞서 결정된 선들 각각 및 상기 새로운 선의 교차점을 결정한다. 여기서, 상기 앞서 결정된 선들은 커버리지 선들 중 상기 최근 선 및 상기 새로운 선을 제외한 나머지를 의미한다. 만일, 상기 최근 선 및 상기 새로운 선 외에 다른 커버리지 선이 존재하지 아니하면, 상기 209단계 내지 215단계는 생략될 수 있다.
이어, 상기 기지국은 211단계로 진행하여 동일 선 상에서 상기 새로운 선과의 교차점보다 멀리 위치한 교차점이 존재하는지 판단한다. 예를 들어, 1번째 커버리지 선에 대하여, 상기 기지국은 상기 1번째 커버리지 선 상에서 상기 기지국으로부터 2번째 커버리지 선과의 교차점까지의 거리가 상기 새로운 선과의 교차점까지의 거리보다 긴지 판단한다. 이때, 교차점들 간 거리의 비교는 상기 앞서 결정된 선들 각각에서 가장 먼저 결정된 교차점에 대하여만 수행될 수 있다. 즉, 상기 1번째 커버리지 선의 경우 상기 1번째 커버리지 선 및 상기 2번째 커버리지 선의 교차점에 대하여만, 상기 2번째 커버리지 선의 경우 상기 2번째 커버리지 선 및 상기 3번째 커버리지 선의 교차점에 대하여만 비교 연산이 수행될 수 있다.
만일, 상기 새로운 선과의 교차점보다 멀리 위치한 교차점이 존재하면, 상기 기지국은 213단계로 진행하여 상기 새로운 선과의 교차점보다 멀리 위치한 교차점을 폐기하고, 상기 교차점을 발생시킨 커버리지 선을 폐기한다. 여기서, 상기 교차점은 2개의 커버리지 선들로부터 발생하며, 상기 2개의 커버리지 선들 중 후에 결정된 커버리지 선이 폐기된다. 예를 들어, 1번째 커버리지 선 상에서 상기 기지국으로부터 2번째 커버리지 선과의 교차점까지의 거리가 상기 새로운 선과의 교차점까지의 거리보다 길면, 상기 기지국은 상기 2번째 커버리지 선과의 교차점 및 상기 2번째 커버리지 선을 폐기한다. 이때, 교차점들 간 거리의 비교는 상기 앞서 결정된 선들 각각에서 가장 먼저 결정된 교차점에 대하여만 수행되는 경우, 상기 2번째 커버리지 선 및 상기 2번째 커버리지 선보다 이후에 결정된 커버리지 선들 모두가 폐기된다. 예를 들어, 상기 도 1e와 같은 경우, 선b(172) 내지 선c(173)가 폐기된다.
이후, 상기 기지국은 215단계로 진행하여 상기 새로운 선을 셀 경계로서 추가한다. 그리고, 상기 기지국은 217단계로 진행하여 상기 201단계에서 생성된 목록에 포함된 모든 기지국들에 대한 커버리지 선들을 고려하였는지 판단한다. 만일, 상기 모든 기지국들에 대해 고려하지 아니하였으면, 상기 기지국은 205단계로 되돌아가 상기 205단계 내지 상기 215단계를 반복한다. 즉, 상기 201단계 내지 상기 217단계를 통해, 상기 기지국은 상기 주변 기지국들에 대한 커버리지 선들 각각의 안쪽 영역들의 교집합으로 이루어지는 지역을 상기 기지국의 커버리지 지역으로 결정한다.
반면, 상기 모든 기지국들에 대해 고려하였으면, 상기 기지국은 219단계로 진행하여 커버리지 지역을 다수의 삼각 영역들로 구분한다. 상기 커버리지 지역은 상기 201단계 내지 상기 217단계를 통해 셀 경계로서 확정된 커버리지 선들로 특정되는 지역을 의미한다. 그리고, 상기 다수의 삼각 영역들은 상기 셀 경계로서 확정된 커버리지 선 당 하나씩 생성된다. 예를 들어, 상기 삼각 영역들은 상기 <수학식 3>과 같이 결정된다.
이어, 상기 기지국은 221단계로 진행하여 첫 번째 후보 동작 주파수를 선택한다. 즉, 상기 기지국은 사용 가능한 다수의 후보 동작 주파수들을 가진다. 이때, 상기 후보 동작 주파수들 간 선택의 순위를 결정하는 기준은 구체적인 실시 예에 따라 달라질 수 있다. 예를 들어, 주파수의 오름차순 또는 내림차순으로 상기 선택의 순위가 결정될 수 있다.
상기 후보 동작 주파수를 선택한 후, 상기 기지국은 223단계로 진행하여 각 삼각 영역의 평균 전송률 및 커버리지 평균 전송률을 산출한다. 즉, 상기 기지국은 각 삼각 영역의 평균 전송률들을 합산함으로써 상기 커버리지 평균 전송률을 산출한다. 상기 삼각 영역의 평균 전송률은 상기 삼각 영역의 평균 CINR을 이용하여 결정되며, 상기 평균 CINR으로서 상기 <수학식 4>와 같은 삼각형의 무게 중심에서의 CINR, 상기 <수학식 5>와 같은 삼각형의 내심점에서의 CINR, 상기 <수학식 6>과 같은 3개 꼭지점들에서의 CINR들의 평균이 사용될 수 있다. 그리고, 상기 삼각 영역의 평균 전송률은 상기 <수학식 7>과 같이 결정될 수 있다.
상기 커버리지 평균 전송률을 산출한 후, 상기 기지국은 225단계로 진행하여 현재의 커버리지 평균 전송률이 최대인지 판단한다. 즉, 상기 기지국은 후보 동작 주파수를 변경하며 후보 동작 주파수 별 커버리지 평균 전송률을 산출하며, 현재의 커버리지 평균 전송률을 앞서 산출한 커버리지 평균 전송률과 비교한다. 이때, 상기 현재의 커버리지 평균 전송률이 최초로 산출된 커버리지 평균 전송률이면, 상기 기지국은 상기 현재의 커버리지 평균 전송율이 최대라고 판단한다.
상기 현재의 커버리지 평균 전송율이 최대이면, 상기 기지국은 227단계로 진행하여 현재의 후보 동작 주파수를 사용 동작 주파수로 설정한다. 즉, 상기 기지국은 최대의 커버리지 평균 전송률에 대응되는 후보 동작 주파수를 상기 사용 동작 주파수로 설정한다.
이후, 상기 기지국은 229단계로 진행하여 모든 후보 동작 주파수들을 고려하였는지 판단한다. 즉, 상기 기지국은 모든 후보 동작 주파수들에 대한 커버리지 평균 전송률을 산출 및 비교하였는지 판단한다. 만일, 상기 모든 후보 동작 주파수들을 고려지 아니하였으면, 상기 기지국은 231단계로 진행하여 다음 순위의 후보 동작 주파수를 선택하고, 상기 223단계로 되돌아간다. 반면, 모든 후보 동작 주파수들을 고려하였으면, 상기 기지국은 상기 227단계에서 설정된 사용 동작 주파수를 확정하고, 본 절차를 종료한다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 광대역 무선통신 시스템에서 기지국의 블록 구성을 도시하고 있다.
상기 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 기지국은 RF(Radio Frequency)처리부(302), 모뎀(304), 백홀통신부(306), 저장부(308), 제어부(310)를 포함하여 구성된다.
상기 RF처리부(302)는 신호의 대역 변환, 증폭 등 무선 채널을 통해 신호를 송수신하기 위한 기능을 수행한다. 즉, 상기 모뎀(304)으로부터 제공되는 기저대역 신호를 RF 대역 신호로 상향변환한 후 안테나를 통해 송신하고, 상기 안테나를 통해 수신되는 RF 대역 신호를 기저대역 신호로 하향변환한다.
상기 모뎀(304)은 시스템의 물리 계층 규격에 따라 기저대역 신호 및 비트열 간 변환 기능을 수행한다. 예를 들어, 데이터 송신 시, 상기 모뎀(304)은 송신 비트열을 부호화 및 변조함으로써 복소 심벌들을 생성하고, 상기 복소 심벌들을 부반송파들에 매핑한 후, IFFT 연산 및 CP 삽입을 통해 OFDM 심벌들을 구성한다. 또한, 데이터 수신 시, 상기 모뎀(304)은 상기 RF처리부(302)로부터 제공되는 기저대역 신호를 OFDM 심벌 단위로 분할하고, FFT 연산을 통해 부반송파들에 매핑된 신호들을 복원한 후, 복조 및 복호화를 통해 수신 비트열을 복원한다.
상기 백홀통신부(306)는 상기 기지국이 다른 기지국들과 통신을 수행하기 위한 인터페이스를 제공한다. 즉, 상기 백홀통신부(306)는 상기 다른 기지국으로 송신되는 비트열을 물리적 신호로 변환하고, 상기 다른 기지국으로부터 수신되는 물리적 신호를 비트열로 변환한다.
상가 저장부(308)는 상기 기지국의 동작에 필요한 기본 프로그램, 설정 데이터, 제어 데이터 등을 저장한다. 특히, 상기 저장부(308)는 주변 기지국들에 대한 정보를 저장한다. 또한, 상기 저장부(308)는 상기 제어부(310)의 동작 중에 발생하는 임시 데이터를 저장한다.
상기 제어부(310)는 상기 기지국의 전반적인 기능을 제어한다. 즉, 상기 제어부(310)는 상기 기지국에 접속된 단말과의 통신을 위해, 접속 절차를 처리하고, 자원을 할당하고, 신호의 송수신을 제어한다. 특히, 상기 제어부(310)는 상기 기지국의 동작 주파수를 결정한다. 상기 동작 주파수를 결정하기 위한 상기 제어부(310)의 동작은 커버리지결정부(312)에 의한 커버리지 지역 결정 기능 및 주파수결정부(314)에 의한 동작 주파수 선택 기능을 포함한다.
상기 동작 주파수의 결정을 위해, 상기 제어부(310)는 주변 기지국들로부터 수신되는 신호를 이용하여 상기 주변 기지국들 각각의 수신 전력 세기를 측정하고, 측정 결과를 상기 커버리지결정부(312)로 제공한다. 이에 따라, 상기 커버리지결정부(312)는 주변 기지국들에 대한 커버리지 선들 각각의 안쪽 영역들의 교집합으로 이루어지는 지역을 상기 기지국의 커버리지 지역으로 결정한다. 구체적으로 설명하면, 상기 커버리지결정부(312)는 수신 전력이 최대인 기지국을 판단한 후, 상기 최대 수신 전력의 기지국을 기준으로 시계방향 또는 반시계방향을 향해 각도 순으로 주변 기지국들을 정렬한다. 만일, 동일한 각도 또는 동일한 위치에 다수의 기지국들이 위치하면, 그 중 최대 수신 전력의 기지국만이 선택된다. 이에 따라, 주변 기지국들의 목록이 구성되며, 상기 저장부(308)는 상기 목록을 저장한다. 이후, 상기 커버리지결정부(312)는 상기 목록에 포함된 순서에 따라 각 기지국에 대한 커버리지 선들을 순차적으로 결정하며 상기 커버리지 선들을 이용하여 커버리지 지역을 결정한다. 여기서, 상기 커버리지 선은 양 기지국들을 잇는 직선상에서 상기 양 기지국들에 대한 수신 전력이 동일한 지점에서 상기 직선과 직교하는 선을 의미하며, 상기 수신 전력이 동일한 지점은 상기 <수학식 1>과 같이 결정될 수 있다. 이때, 상기 목록에 포함된 주변 기지국들 중 일부에 대한 커버리지 선은 배제될 수 있다.
상기 커버리지 선이 배제되는 경우를 살펴보면 다음과 같다, 상기 커버리지결정부(312)는 새로운 커버리지 선을 결정한 후, 앞서 결정된 선들 각각 및 상기 새로운 선의 교차점을 결정한다. 이어, 상기 커버리지결정부(312)는 동일 선 상에서 상기 새로운 선과의 교차점보다 멀리 위치한 교차점이 존재하는지 판단하고, 상기 새로운 선과의 교차점보다 멀리 위치한 교차점을 폐기하고 및 상기 폐기되는 교차점을 발생시킨 커버리지 선을 폐기한다. 예를 들어, 상기 도 1e와 같은 경우, 선b(172) 내지 선c(173)가 폐기된다.
상기 주파수결정부(314)는 상기 커버리지결정부(312)에 의해 결정된 커버리지 지역에서의 평균 전송률을 이용하여 동작 주파수를 결정한다. 구체적으로 설명하면, 상기 주파수결정부(314)는 상기 커버리지 지역을 다수의 삼각 영역들로 구분한다. 여기서, 상기 다수의 삼각 영역들은 상기 셀 경계로서 확정된 커버리지 선 당 하나씩 생성되며, 예를 들어, 상기 <수학식 3>과 같이 결정된다. 그리고, 상기 주파수결정부(314)는 후보 동작 주파수들 각각에 대응하는 커버리지 평균 전송률들을 산출하고, 최대의 커버리지 평균 전송률에 대응하는 후보 동작 주파수를 사용 동작 주파수로 설정한다. 이때, 상기 커버리지 평균 전송률은 각 삼각 영역의 평균 전송률들을 합산함으로써 산출된다. 또한, 상기 삼각 영역의 평균 전송률은 상기 삼각 영역의 평균 CINR을 이용하여 결정되며, 상기 평균 CINR으로서 상기 <수학식 4>와 같은 삼각형의 무게 중심에서의 CINR, 상기 <수학식 5>와 같은 삼각형의 내심점에서의 CINR, 상기 <수학식 6>과 같은 3개 꼭지점들에서의 CINR들의 평균이 사용될 수 있다. 그리고, 상기 삼각 영역의 평균 전송률은 상기 <수학식 7>과 같이 결정될 수 있다.
상술한 본 발명의 실시 예에 따른 DFS 기법을 적용한 시스템의 모의 실험 결과는 다음과 같다. 상기 모의 실험에서, 본 발명의 실시 예에 따른 DFS 기법의 선능을 나타내기 위하여, 종래의 중앙집중식 DFS 기법, 최대 CINR DFS 기법, 최소 간섭 DFS 기법의 성능이 비교되었다. 여기서, 상기 중앙집중식 DFS 기법은 모든 기지국들을 제어하는 제어자에 의해 시스템 전반의 간섭(system-wide interfernece)를 최소화하는 방식이고, 상기 최대 CINR DFS 기법은 각 기지국에 의해 시스템 전반의 간섭 및 잡음의 합을 최소화하는 방식이고, 상기 최소 간섭 DFS 기법은 각 기지국에 의해 각 기지국의 간섭을 최소화하는 방식이다.
첫 번째 모의 실험은 10km × 10km의 범위 내에 10개의 기지국들이 임의로 배치된 상황을 가정하였다. 이때, 상기 10개의 기지국들의 시스템 평균 성능은 하기 <표 1>과 같다.
기법 셀 전송률 사용자 전송률 아웃티지(outage)[%]
본 발명 6274069 6119029 5.3828
중앙집중식 6278263 6122474 5.3887
최대 CINR 6276811 6121188 5.3845
최소 간섭 6276810 6121187 5.3845
두 번째 모의 실험은 10km × 10km의 범위 내에 9개의 기지국들이 격자 모양으로 배치된 상황을 가정하였다. 이때, 9개의 기지국들의 시스템 평균 성능은 하기 <표 2>와 같다.
기법 셀 전송률 사용자 전송률 아웃티지(outage)[%]
본 발명 11168000 11498840 5.8904
중앙집중식 11168000 11498840 5.8904
최대 CINR 11168000 11498840 5.8904
최소 간섭 11168000 11498840 5.8904
세 번째 모의 실험은 500m × 500m의 범위 내에 9개의 기지국들이 격자 모양으로 배치된 상황을 가정하였다. 이때, 9개의 기지국들의 시스템 평균 성능은 하기 <표 3>과 같다.
기법 셀 전송률 사용자 전송률 아웃티지(outage)[%]
본 발명 19874240 19881830 0
중앙집중식 20159990 20159990 0
최대 CINR 19710970 19760620 0
최소 간섭 19296830 19349710 0
상기 <표 2> 및 상기 <표 3>을 참고하면, 기지국들이 격자 모양으로 배치된 경우 본 발명의 실시 예에 따른 DFS 기법은 효과적이지 아니하다. 그러나, 기지국들이 밀집하여 있는 경우, 본 발명의 실시 예에 따른 DFS 기법은 종래의 기법들에 비하여 향상된 성능을 보인다.
네 번째 모의 실험은 10개의 기지국들이 밀집된 상황을 가정하다. 이때, 10개의 기지국들의 시스템 평균 성능은 하기 <표 4>와 같다.
기법 셀 전송률 사용자 전송률 아웃티지(outage)[%]
본 발명 15634560 18992660 0
중앙집중식 13909480 16041630 0
최대 CINR 12245730 13976520 0
최소 간섭 14089230 16462300 0
상기 <표 4>를 참고하면, 본 발명의 실시 예에 따른 DFS 기법은 기지국들이 밀집된 상황에서 10% 정도의 성능 향상을 보인다. 이는, 본 발명의 실시 예에 따른 DFS 기법은 다른 기지국들을 고려하여 커버리지 지역을 결정하고 삼각 영역의 전송률을 산출함으로써 사용자 성능을 충분히 반영하기 때문이다.
한편 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시 예에 관해 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 아니 되며 후술하는 특허청구의 범위뿐만 아니라 이 특허청구의 범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

Claims (20)

  1. 무선통신 시스템에서 기지국의 동작 주파수 결정 방법에 있어서,
    주변 기지국들에 대한 커버리지 선(coverage line)들 각각의 안쪽 영역들의 교집합으로 이루어지는 지역을 상기 기지국의 커버리지 지역으로 결정하는 과정과,
    상기 커버리지 지역의 평균 전송률을 최대화하는 후보 동작 주파수를 사용 동작 주파수로서 선택하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 커버리지 지역을 결정하는 과정은,
    상기 주변 기지국들에 대한 수신 전력 값들을 측정하는 과정과,
    최대 수신 전력의 기지국을 기준으로 시계방향 또는 반시계방향을 향해 각도(angle) 순으로 기지국들을 정렬하는 과정과,
    상기 정렬된 순서에 따라 상기 주변 기지국들에 대한 커버리지 선들을 결정하는 과정과,
    상기 커버리지 선들의 전부 또는 일부를 셀 경계로 확정하는 과정과,
    셀 경계로서 확정된 커버리지 선들로 특정되는 지역을 상기 커버리지 지역으로 결정하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 커버리지 선들을 결정하는 과정은,
    주변 기지국 및 상기 기지국을 잇는 직선상에서 상기 주변 기지국 및 상기 기지국에 대한 수신 전력이 동일한 지점을 결정하는 과정과,
    상기 수신 전력이 동일한 지점에서 상기 직선과 직교하는 선을 결정하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 커버리지 선들의 전부 또는 일부를 셀 경계로 확정하는 과정은,
    새로운 커버리지 선이 결정되면, 이전 결정된 적어도 하나의 커버리지 선과의 적어도 하나의 교차점을 결정하는 과정과,
    하나의 커버리지 선 상에서 상기 새로운 커버리지 선과의 교차점보다 멀리 위치한 이전 결정된 커버리시 선과의 교차점을 폐기하는 과정과,
    폐기되는 교차점을 발생시킨 2개의 커버리지 선들 중 후에 결정된 커버리지 선을 폐기하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 하나의 커버리지 선 상에서 상기 새로운 커버리지 선과의 교차점보다 멀리 위치한 이전 결정된 커버리지 선과의 교차점을 폐기하는 과정은,
    상기 새로운 커버리지 선과의 교차점 및 상기 하나의 커버리지 선의 다음 순서의 커버리지 선과의 교차점을 비교하는 과정과,
    상기 하나의 커버리지 선의 다음 순서의 커버리지 선과의 교차점이 더 멀리 위치하면, 상기 하나의 커버리지 선 및 상기 새로운 커버리지 선 사이의 순서를 갖는 적어도 하나의 커버리지 선과의 교차점을 폐기하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 커버리지 지역의 평균 전송률을 최대화하는 후보 동작 주파수를 사용 동작 주파수로서 선택하는 과정은,
    상기 커버리지 지역을 다수의 삼각 영역들로 구분하는 과정과,
    다수의 후보 동작 주파수들 각각에 대응되는 상기 삼각 영역들의 평균 전송률들의 합을 산출하는 과정과,
    최대의 삼각 영역들의 평균 전송률들의 합에 대응되는 후보 동작 주파수를 선택하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 삼각 영역들의 평균 전송률들의 합을 산출하는 과정은,
    삼각 영역의 평균 CINR을 산출하는 과정과,
    상기 평균 CINR을 이용하여 상기 삼각 영역의 평균 전송률을 산출하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 평균 CINR은, 삼각형의 무게 중심(center of gravity)에서의 CINR, 삼각형의 내심점(incenter point)에서의 CINR, 및 삼각형의 3개 꼭지점들에서의 CINR들의 평균 중 하나인 것을 특징으로 하는 방법.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 삼각 영역의 평균 전송률은, 하기 수학식과 같이 산출되는 것을 특징으로 하는 방법,
    Figure pat00008

    여기서, 상기 Trinagle throughtput은 삼각 영역 내 평균 전송률, 상기 ASABC는 상기 삼각 영역의 넓이, 상기 CINRave는 상기 삼각 영역 내의 평균 CINR을 의미함.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 기지국은, 이동 가능한 것을 특징으로 하는 방법.
  11. 무선통신 시스템에서 기지국 장치에 있어서,
    주변 기지국들에 대한 커버리지 선(coverage line)들 각각의 안쪽 영역들의 교집합으로 이루어지는 지역을 상기 기지국의 커버리지 지역으로 결정하는 커버리지 결정기와,
    상기 커버리지 지역의 평균 전송률을 최대화하는 후보 동작 주파수를 사용 동작 주파수로서 선택하는 주파수 결정기를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 커버리지 결정기는, 최대 수신 전력의 기지국을 기준으로 시계방향 또는 반시계방향을 향해 각도(angle) 순으로 기지국들을 정렬하고, 상기 정렬된 순서에 따라 상기 주변 기지국들에 대한 커버리지 선들을 결정하고, 상기 커버리지 선들의 전부 또는 일부를 셀 경계로 확정한 후, 셀 경계로서 확정된 커버리지 선들로 특정되는 지역을 상기 커버리지 지역으로 결정하는 것을 특징으로 하는 장치.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 커버리지 결정기는, 주변 기지국 및 상기 기지국을 잇는 직선상에서 상기 주변 기지국 및 상기 기지국에 대한 수신 전력이 동일한 지점을 결정하고, 상기 수신 전력이 동일한 지점에서 상기 직선과 직교하는 선을 결정하는 것을 특징으로 하는 장치.
  14. 제12항에 있어서,
    상기 커버리지 결정부는, 상기 커버리지 선들의 전부 또는 일부를 셀 경계로 확정하기 위해, 새로운 커버리지 선이 결정되면, 이전 결정된 적어도 하나의 커버리지 선과의 적어도 하나의 교차점을 결정하고, 하나의 커버리지 선 상에서 상기 새로운 커버리지 선과의 교차점보다 멀리 위치한 이전 결정된 커버리지 선들의 교차점을 폐기하고, 폐기되는 교차점을 발생시킨 2개의 커버리지 선들 중 후에 결정된 커버리지 선을 폐기하는 것을 특징으로 하는 방법.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 커버리지 결정부는, 상기 새로운 커버리지 선과의 교차점 및 상기 하나의 커버리지 선의 다음 순서의 커버리지 선과의 교차점을 비교하고, 상기 하나의 커버리지 선의 다음 순서의 커버리지 선과의 교차점이 더 멀리 위치하면 상기 하나의 커버리지 선 및 상기 새로운 커버리지 선 사이의 순서를 갖는 적어도 하나의 커버리지 선과의 교차점을 폐기하는 것을 특징으로 하는 장치.
  16. 제11항에 있어서,
    상기 주파수 결정부는, 상기 커버리지 지역을 다수의 삼각 영역들로 구분하고, 다수의 후보 동작 주파수들 각각에 대응되는 상기 삼각 영역들의 평균 전송률들의 합을 산출한 후, 최대의 삼각 영역들의 평균 전송률들의 합에 대응되는 후보 동작 주파수를 선택하는 것을 특징으로 하는 장치.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 주파수 결정기는, 삼각 영역의 평균 CINR을 산출하고, 상기 평균 CINR을 이용하여 상기 삼각 영역의 평균 전송률을 산출하는 것을 특징으로 하는 장치.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 평균 CINR은, 삼각형의 무게 중심(center of gravity)에서의 CINR, 삼각형의 내심점(incenter point)에서의 CINR, 및 삼각형의 3개 꼭지점들에서의 CINR들의 평균 중 하나인 것을 특징으로 하는 장치.
  19. 제17항에 있어서,
    상기 삼각 영역의 평균 전송률은, 하기 수학식과 같이 산출되는 것을 특징으로 하는 장치,
    Figure pat00009

    여기서, 상기 Trinagle throughtput은 삼각 영역 내 평균 전송률, 상기 ASABC는 상기 삼각 영역의 넓이, 상기 CINRave는 상기 삼각 영역 내의 평균 CINR을 의미함.
  20. 제21항에 있어서,
    상기 기지국은, 이동 가능한 것을 특징으로 하는 방법.
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KR (1) KR20110108671A (ko)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20190066260A (ko) * 2017-12-05 2019-06-13 주식회사 케이티 Lte 셀간 간섭 회피 장치 및 방법

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