KR20120034902A - 계층 셀에서의 간섭 제어를 위한 매크로 기지국, 매크로 단말, 소형 기지국 및 소형 단말의 통신 방법 - Google Patents

계층 셀에서의 간섭 제어를 위한 매크로 기지국, 매크로 단말, 소형 기지국 및 소형 단말의 통신 방법 Download PDF

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신창용
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Abstract

계층 셀 환경에서 매크로-소형 셀간의 간섭 문제와 소형-소형 셀 간의 상황 별로 어떠한 간섭 제어 방식을 사용할지를 결정하고, 결정한 간섭 제어 방식 별 세부 동작, 이들 세부 동작과 관련된 메시지 및 자원 관리 방법을 정의한 계층 셀에서의 간섭 제어를 위한 매크로 기지국, 매크로 단말, 소형 기지국 및 소형 단말의 통신 방법이 제공된다.

Description

계층 셀에서의 간섭 제어를 위한 매크로 기지국, 매크로 단말, 소형 기지국 및 소형 단말의 통신 방법{COMMUNICATION METHOD OF MACRO BASE STATION, MACRO TERMINAL, MICRO BASE STATION AND MICRO TERMINAL FOR INTERFERENCE CONTROL IN HIERARCHICAL CELLULAR NETWORK}
아래의 실시예들은 계층 셀에서의 간섭 제어를 위한 매크로 기지국, 매크로 단말, 소형 기지국 및 소형 단말의 통신 방법에 관한 것이다.
계층셀은 매크로 셀 내에 소형 셀인 피코셀이 중첩되어 설치되기 때문에 매크로 셀과 피코 셀 간의 간섭이 존재하며, 다수의 피코셀이 설치될 경우 피코 셀 간의 간섭도 존재한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 계층 셀에서의 간섭 제어를 위한 매크로 기지국의 신 방법은 적어도 하나의 매크로 단말을 서빙하는 매크로 기지국, 소형 단말들을 각각 서빙하는 소형 기지국 및 다른 소형 기지국을 포함하는 계층 셀에서의 간섭 제어를 위한 매크로 기지국의 통신 방법에 있어서, 상기 소형 기지국으로부터 상기 매크로 단말로의 제1 간섭의 세기가 미리 설정된 제1 임계값을 초과하는 경우, 상기 매크로 단말로부터 상기 매크로 단말이 요구하는 바이어스 값이 포함된 레인징 확장을 요청하는 메시지를 수신하는 단계; 상기 레인징 확장을 요청하는 메시지에 기초하여 상기 레인징 확장에 이용되는 바이어스 값을 결정하는 단계; 및 상기 매크로 단말 및 상기 소형 기지국이 상기 레인징 확장을 수행할 수 있도록, 상기 바이어스 값을 포함하는 레인징 확장 메시지를 상기 매크로 단말 및 상기 소형 기지국으로 전송하는 단계를 포함한다.
상기 매크로 기지국으로부터 상기 소형 단말로의 제2 간섭의 세기가 미리 설정된 제2 임계값을 초과하고, 다른 소형 기지국으로부터 상기 소형 단말로의 제3 간섭의 세기가 미리 설정된 제3 임계값에 미달하는 경우, 상기 소형 단말로부터 상기 제2 간섭 및 상기 제3 간섭 각각의 간섭량 및 상기 소형 단말의 통신 품질과 관련된 정보를 포함하는 협력 사일런싱을 요청하는 메시지를 수신한 상기 소형 기지국으로부터 상기 매크로 기지국에 대한 협력 사일런싱 메시지를 수신하는 단계; 상기 협력 사일런싱을 요청하는 메시지에 기초하여 상기 매크로 기지국의 사일런싱 채널 영역을 결정하는 단계; 및 상기 사일런싱 채널 영역에 대한 협력 사일런싱을 수행하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 협력 사일런싱 메시지는 상기 소형 단말 및 상기 소형 기지국의 각각의 통신 품질과 관련된 정보, 상기 협력 사일런싱을 요구하는 채널의 개수 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 매크로 기지국의 사일런싱 채널 영역을 결정하는 단계는 상기 매크로 기지국이 속한 매크로 셀의 부하(load), 상기 바이어스(bias) 값, 상기 소형 단말의 전송률 및 상기 매크로 단말의 전송률에 따라 상기 사일런싱 채널 영역을 동적으로 가변하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 매크로 기지국으로부터 상기 소형 단말로의 제2 간섭의 세기가 미리 설정된 제2 임계값을 초과하고, 다른 소형 기지국으로부터 상기 소형 단말로의 제3 간섭의 세기가 미리 설정된 제3 임계값을 초과하는 경우, 상기 소형 단말로부터 상기 계층적 협력 빔 포밍의 필요를 요청하는 메시지를 수신한 상기 소형 기지국으로부터 상기 매크로 기지국에 대한 계층적 협력 빔 포밍을 요청하는 메시지를 수신하는 단계; 상기 계층적 협력 빔 포밍을 요청하는 메시지에 기초하여 상기 계층적 협력 빔 포밍에 이용되는 전송 빔 포밍 벡터의 값을 결정하는 단계; 상기 소형 기지국 및 다른 소형 기지국 각각에게, 상기 전송 빔 포밍 벡터의 값, 상기 계층적 협력 빔 포밍의 시작 시점 및 상기 계층적 협력 빔 포밍의 자원 영역에 대한 정보 중 적어도 하나를 포함하는 계층적 협력 빔 포밍 메시지를 전송하는 단계; 및 상기 전송 빔 포밍 벡터의 값, 상기 계층적 협력 빔 포밍의 시작 시점 및 상기 계층적 협력 빔 포밍의 자원 영역에 대한 정보에 기초하여 상기 계층적 협력 빔 포밍을 수행하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 계층적 협력 빔 포밍을 요청하는 메시지는 상기 적어도 하나의 소형 단말에게 간섭을 주는 소형 셀의 아이디, 상기 소형 기지국의 채널 품질 인덱스, 상기 소형 기지국의 프리코딩 매트릭스 인덱스 및 상기 소형 기지국의 채널 상태 정보의 값 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 계층 셀에서의 간섭 제어를 위한 매크로 단말의 통신 방법은 적어도 하나의 매크로 단말을 서빙하는 매크로 기지국, 소형 단말들을 각각 서빙하는 소형 기지국 및 다른 소형 기지국을 포함하는 계층 셀에서의 간섭 제어를 위한 매크로 단말의 통신 방법에 있어서, 상기 소형 기지국으로부터 상기 매크로 단말로의 제1 간섭의 세기가 미리 설정된 제1 임계값을 초과하면, 상기 매크로 기지국에게 레인징 확장을 요청하는 메시지를 전송하는 단계; 상기 매크로 기지국으로부터, 상기 레인징 확장을 요청하는 메시지에 기초하여 결정된 바이어스 값을 포함하는 레인징 확장 메시지를 수신하는 단계; 및 상기 바이어스 값을 이용하여 레인징 확장을 수행하는 단계를 포함한다.
상기 레인징 확장을 요청하는 메시지는 상기 제1 간섭의 간섭량 및 상기 레인징 확장 시에 상기 매크로 단말이 희망하는 바이어스 값 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 계층 셀에서의 간섭 제어를 위한 소형 단말의 통신 방법은 적어도 하나의 매크로 단말을 서빙하는 매크로 기지국, 소형 단말들을 각각 서빙하는 소형 기지국 및 다른 소형 기지국을 포함하는 계층 셀에서의 간섭 제어를 위한 소형 단말의 통신 방법에 있어서, 상기 매크로 기지국으로부터 상기 소형 단말로의 제2 간섭의 세기 및 다른 소형 기지국으로부터 상기 소형 단말로의 제3 간섭의 세기를 측정하는 단계; 및 상기 제2 간섭의 세기 및 상기 제2 간섭의 세기에 기초하여 상기 소형 기지국에게 상기 제2 간섭 및 상기 제3 간섭을 제어하기 위한 메시지를 전송하는 단계를 포함한다.
상기 제2 간섭 및 상기 제3 간섭을 제어하기 위한 메시지를 전송하는 단계는 상기 제2 간섭의 세기가 미리 설정된 제2 임계값을 초과하고, 상기 제3 간섭의 세기가 미리 설정된 제3 임계값에 미달하는 경우, 상기 매크로 기지국에 대한 협력 사일런싱의 수행을 요청하기 위하여, 상기 소형 기지국에게 상기 제2 간섭 및 상기 제3 간섭 각각의 간섭량, 상기 소형 단말 및 상기 소형 기지국 각각의 통신 품질과 관련된 정보들 중 적어도 하나를 포함하는 협력 사일런싱을 요청하는 메시지를 전송하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 제2 간섭 및 상기 제3 간섭을 제어하기 위한 메시지를 전송하는 단계는 상기 제2 간섭의 세기가 미리 설정된 제2 임계값에 미달하고, 상기 제3 간섭의 세기가 미리 설정된 제3 임계값에 초과하는 경우, 상기 다른 소형 기지국에게 협력 빔 포밍의 수행을 요청하기 위하여, 상기 소형 기지국에게 상기 간섭을 받는 소형 셀의 아이디, 인접한 소형 셀로부터의 간섭량, 채널 상태 정보, 프리코딩 매트릭스 인덱스 및 채널 품질 인덱스 중 적어도 하나를 포함하는 협력 빔 포밍을 요청하는 메시지를 전송하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 제2 간섭 및 상기 제3 간섭을 제어하기 위한 메시지를 전송하는 단계는 상기 제2 간섭의 세기가 미리 설정된 제2 임계값을 초과하고, 상기 제3 간섭의 세기가 미리 설정된 제3 임계값을 초과하는 경우, 상기 매크로 기지국에게 상기 소형 기지국에게 상기 간섭을 받는 소형 셀의 아이디, 상기 제2 간섭 및 상기 제3 간섭 각각의 간섭량, 채널 상태 정보, 프리코딩 매트릭스 인덱스 및 채널 품질 인덱스 중 적어도 하나를 포함하는 계층적 협력 빔 포밍을 요청하는 메시지를 전송하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 계층 셀에서의 간섭 제어를 위한 소형 기지국의 통신 방법은 적어도 하나의 매크로 단말을 서빙하는 매크로 기지국, 소형 단말들을 각각 서빙하는 소형 기지국 및 다른 소형 기지국을 포함하는 계층 셀에서의 간섭 제어를 위한 소형 기지국의 통신 방법에 있어서, 상기 소형 기지국으로부터 상기 매크로 단말로의 제1 간섭의 세기가 미리 설정된 제1 임계값을 초과하는 경우, 상기 매크로 단말로부터 레인징 확장을 요청하는 메시지를 수신한 매크로 기지국으로부터 상기 레인징 확장 메시지를 수신하는 단계; 및 상기 레인징 확장 메시지에 포함된 상기 레인징 확장에 이용될 바이어스 값을 이용하여 상기 레인징 확장을 수행하는 단계를 포함한다.
상기 매크로 기지국으로부터 상기 소형 단말로의 제2 간섭의 세기가 미리 설정된 제2 임계값을 초과하고, 상기 다른 소형 기지국으로부터 상기 소형 단말로의 제3 간섭의 세기가 미리 설정된 제3 임계값에 미달하는 경우, 상기 소형 단말로부터 상기 제2 간섭 및 상기 제3 간섭 각각의 간섭량, 상기 소형 단말 및 상기 소형 기지국의 각각의 통신 품질과 관련된 정보들 중 적어도 하나를 포함하는 협력 사일런싱을 요청하는 메시지를 수신하는 단계; 및 상기 매크로 기지국이 상기 협력 사일런싱을 수행하도록 하기 위하여, 상기 협력 사일런싱을 요청하는 메시지에 응답하여 상기 매크로 기지국에게 상기 협력 사일런싱 메시지를 전송하는 단계를 포함하고, 상기 협력 사일런싱 메시지는 상기 소형 단말의 통화 품질과 관련된 정보, 상기 사일런싱을 요청하는 채널의 개수 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 매크로 기지국으로부터 상기 소형 단말로의 제2 간섭의 세기가 미리 설정된 제2 임계값에 미달하고, 상기 다른 소형 기지국으로부터 상기 소형 단말로의 제3 간섭의 세기가 미리 설정된 제3 임계값을 초과하는 경우, 상기 소형 단말로부터 상기 소형 기지국과 상기 다른 소형 기지국 간의 협력 빔 포밍을 요청하는 메시지를 수신하는 단계; 상기 협력 빔 포밍을 요청하는 메시지에 따라 상기 다른 소형 기지국에게 상기 협력 빔 포밍을 위해 추천되는(recommended) 프리코딩 매트릭스 인덱스 및 제한되는(restricted) 프리코딩 매트릭스 인덱스 중 적어도 하나를 포함하는 협력 빔 포밍 메시지를 전송하는 단계; 상기 협력 빔 포밍을 수행하기 위하여 전송 빔 포밍 벡터를 결정한 상기 다른 소형 기지국로부터 상기 협력 빔 포밍의 응답 메시지를 수신하는 단계; 및 상기 협력 빔 포밍의 응답 메시지에 기초하여 상기 협력 빔 포밍을 수행하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 매크로 기지국으로부터 상기 소형 단말로의 제2 간섭의 세기가 미리 설정된 제2 임계값에 초과하고, 상기 다른 소형 기지국으로부터 상기 소형 단말로의 제3 간섭의 세기가 미리 설정된 제3 임계값을 초과하는 경우, 상기 소형 단말로부터, 간섭을 받는 소형 셀의 아이디, 상기 제2 간섭 및 상기 제3 간섭 각각의 간섭량, 채널 상태 정보, 프리코딩 매트릭스 인덱스 및 채널 품질 인덱스 중 적어도 하나를 포함하는 계층적 협력 빔 포밍을 요청하는 메시지를 수신하는 단계; 상기 계층적 협력 빔 포밍을 요청하는 메시지에 응답하여, 상기 매크로 기지국에게 상기 계층적 협력 빔 포밍 메시지를 전송하는 단계; 상기 계층적 협력 빔 포밍 메시지에 기초하여 전송 빔 포밍 벡터를 결정한 매크로 기지국으로부터, 상기 전송 빔 포밍 벡터, 상기 계층적 협력 빔 포밍의 시작 시점 및 상기 계층적 협력 빔 포밍을 위한 자원 영역에 대한 정보를 포함하는 상기 계층적 협력 빔 포밍의 응답 메시지를 수신하는 단계; 및 상기 계층적 협력 빔 포밍의 응답 메시지에 기초하여 계층적 협력 빔 포밍을 수행하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 계층 셀에서의 매크로 기지국, 소형 기지국 및 다른 소형 기지국 간에 발생할 수 있는 다양한 간섭 상황에 따른 서로 다른 간섭 제어 방법을 수행함으로써 매크로 셀과 소형 셀 간의 간섭 및 소형 셀과 소형 셀 간의 간섭 완화 및 각 셀에서의 전송률을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 계층 셀에서 매크로 기지국, 소형 기지국 및 다른 소형 기지국 간에 발생할 수 있는 다양한 간섭 상황을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 도 1의 다양한 간섭 상황에 적용되는 간섭 제어 방식에 따른 매크로 셀과 소형 셀의 자원 관리 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 계층 셀에서의 간섭 제어를 위한 매크로 기지국, 매크로 단말, 소형 기지국 및 소형 단말의 통신 방법을 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 매크로 기지국의 통신 방법을 나타낸 플로우 차트이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 매크로 단말의 통신 방법을 나타낸 플로우 차트이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 소형 단말의 통신 방법을 나타낸 플로우 차트이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 소형 기지국의 통신 방법을 나타낸 플로우 차트이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 협력 사일런싱 방법 및 협력 사일런싱에 따른 자원 할당 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 계층적 협력 빔 포밍을 설명하기 위한 도면이다.
이하, 본 발명에 따른 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 그러나, 본 발명이 일실시예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 또한, 각 도면에 제시된 동일한 참조 부호는 동일한 부재를 나타낸다. 이하에서 기술된 '소형 단말'은 '소형 셀로부터 서비스 받는 단말'로서, 예를 들어, 피코셀로부터 서비스를 받는 피코(pico) 단말 또는 펨토 셀로부터 서비스를 받는 펨토(femto) 단말 등이 이에 해당할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 계층 셀에서 매크로 기지국, 소형 기지국 및 다른 소형 기지국 간에 발생할 수 있는 다양한 간섭 상황을 설명하기 위한 도면이다.
도 1을 참조하면, 적어도 하나의 매크로 단말을 서빙하는 매크로 기지국, 소형 단말들을 각각 서빙하는 소형 기지국 및 다른 소형 기지국을 포함하는 계층 셀에서 발생할 수 있는 다양한 간섭 상황을 볼 수 있다. 아래의 [표 1]은 도 1과 같은 다양한 간섭 상황에 따라 사용할 수 있는 간섭 제어 방법을 정리하여 나타낸 것이다.
Case 1 Case 2 Case 3 Case 4 Case 5 Case 6 Case 7 Case 8
IM ->P > threshold Yes Yes Yes Yes No No No No
IP ->M > threshold Yes Yes No No Yes Yes No No
IP ->P > threshold Yes No Yes No Yes No Yes No
간섭 제어 방법 ㆍRE & CS & CB
ㆍRE & HCB		 ㆍRE& CS
ㆍHCB		 ㆍHCB ㆍCS ㆍRE&CB ㆍRE ㆍCB ㆍN/A
[표 1]을 참조하면, 적어도 하나의 매크로 단말을 서빙하는 매크로 기지국, 소형 단말들을 각각 서빙하는 소형 기지국 및 다른 소형 기지국을 포함하는 계층 셀에서 발생할 수 있는 다양한 간섭 상황은 다음과 같다.
다양한 간섭 상황들은 매크로 기지국이 소형 단말에게 미치는 간섭(IM ->P), 소형 기지국이 매크로 단말에게 미치는 간섭(IP ->M), 다른 소형 기지국이 소형 단말에게 미치는 간섭 (IP->P)의 세기에 따라 구분 가능하다. 여기에서 I 라고 표시한 간섭량(Interference)을 대신하여 INR(Interference-to-Noise Ratio) 또는 SINR(Signal-to-Interference-plus-Noise Ratio)로 정의되는 값을 이용할 수도 있다.
간섭의 존재 유무는 상술한 세 간섭 성분(IM ->P,IP ->M,IP ->P)이 미리 정해진 각각의 threshold 값보다 크고 작음에 따라 판단할 수 있으므로 모든 case를 다 고려한다면 도 1과 같이 총 8가지 경우가 존재할 수 있다. 미리 정해진 각각의 threshold 값은 서로 같게 설정할 수도 있고, 서로 다르게 설정할 수도 있다.
8 가지 경우에서 사용 가능한 간섭 제어 방법으로는 레인징 확장(Range Expansion; RE), 협력 사일런싱(Coordinated Silencing; CS), 협력 빔 포밍(Coordinated Beam-forming; CB), 및 계층적 협력 빔 포밍(Hierarchical Coordinated Beam-forming; HCB)의 4 가지를 고려할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에서는 이러한 간섭 제어 방법들은 간섭 상황에 따라 선택적으로 사용할 수 있다.
Case 1의 경우에는 레인징 확장(RE)와 협력 사일런싱(CS)과 협력 빔 포밍(CB)을 함께 사용하거나 레인징 확장(RE)과 계층적 협력 빔 포밍(HCB)을 함께 사용할 수 있다. 이 두 가지 방법 중 협력 사일런싱(CS)의 사용으로 인해 매크로 셀의 전송률(rate)이 떨어지는 경우에는 레인징 확장(RE)과 계층적 협력 빔 포밍(HCB)을 사용할 수 있다.
Case 2의 경우에는 레인징 확장(RE)와 협력 사일런싱(CS)을 사용하거나 계층적 협력 빔 포밍(HCB)을 사용할 수 있다. 이때, 협력 사일런싱(CS)을 사용하여 매크로 셀의 전송률(rate)이 떨어지면, 레인징 확장(RE)와 협력 사일런싱(CS)를 사용하는 대신 계층적 협력 빔 포밍(HCB)만을 사용할 수 있다.
Case 3~7 까지는 [표 1]에 언급한 방식을 사용할 수 있고, Case 8의 경우는 간섭이 없는 상황이므로 별도의 간섭 제어를 필요로 하지 않는다.
각 상황에 따른 간섭 제어 방식 별 세부 동작에 대하여는 [표 2]를 참조하여 설명한다.
RE CS CB HCB
동작 조건 IP ->M > threshold IM ->P > threshold &
IP ->P > threshold		 IM ->P < threshold &
IP ->P > threshold		 IM ->P > threshold &
IP ->P >threshold
또는
IM ->P > threshold &
IP ->M > threshold
사용 알고리즘 Bias-based handover Dynamic Coordinated Silencing(DCS) Zero-Forcing beamforming (ZF) Hierarchical Interference Alignment( HIA)
메시지 정의 매크로 셀->소형 셀로 RE 요청 소형 셀 -> 매크로 셀로 CS 요청 소형 셀 <-> 소형 셀 간 ZF 요청 소형 셀 -> 매크로 셀로, 소형 셀<->소형 셀 간 HIA 요청
필요 정보 Bias 값 사일런싱 하는 정도 또는 사일런싱 채널 개수 또는 하위 사용자의 SINR 값 CSI(Channel State Information) 또는 PMI(Precoding Matrix Index)와 CQI(Channel Quality Index) 값 CSI(Channel State Information) 또는 PMI(Precoding Matrix Index)와 CQI(Channel Quality Index) 값
[표 2]와 같이 간섭 제어 방식에 따라 동작 조건, 사용 알고리즘, 전달해야 할 메시지의 정의, 필요한 정보를 분류할 수 있다.
레인징 확장(RE)은 IP ->M 값이 정해진 threshold 보다 큰 경우 사용할 수 있으며, 바이어스(bias) 기반의 단말 핸드오버 알고리즘을 적용할 수 있다. 따라서, 매크로 셀에서 소형 셀로 레인징 확장을 요청하는 메시지가 수반되며, 이 메시지에는 바이어스(bias) 값이 포함될 수 있다.
소형 셀은 단말의 핸드오버 조건을 결정할 때 이 바이어스 값을 적용할 수 있다.
협력 사일런싱(CS)은 IM ->P >threshold 이며 IP ->P >threshold 인 경우에 사용할 수 있으며, 이때 사용하는 알고리즘으로는 동적 협력 사일런싱(DCS)을 예로 들 수 있다.
동적 협력 사일런싱을 위해 소형 셀은 매크로 셀에게 동적 협력 사일런싱을 요청하며 이때 사일런싱(silencing) 하는 정도 또는 사일런싱(silencing) 하는 채널 개수 등에 대한 정보를 함께 전달한다.
협력 빔 포밍(CB)은 IM ->P< threshold 이며 IP ->P >threshold 인 경우에 사용할 수 있으며, 이때 사용하는 알고리즘으로는 ZF(Zero-Forcing beam forming)을 예로 들 수 있다.
즉, 소형 셀 간의 간섭을 해결하기 위해서 소형 셀 간에 ZF를 요청하게 된다. 이때 ZF를 위해 필요한 채널 상태 정보(Channel State Information; CSI) 또는 프리코딩 매트릭스 인덱스(Precoding Matrix Index; PMI)와 채널 품질 인덱스 (Channel Quality Index; CQI) 값을 소형 간에 서로 교환한다.
계층적 협력 빔 포밍(HCB)은 IM ->P > threshold & IP ->P > threshold 또는 IM ->P > threshold & IP ->M > threshold 인 경우에 사용할 수 있으며, 이때 사용하는 알고리즘으로는 HIA(Hierarchical Interference Alignment)을 예로 들 수 있다.
HIA를 사용하기 위해 소형 셀은 매크로 셀로 HIA를 요청하며, 소형 셀 간에도 HIA 사용을 약속할 수 있다. HIA를 사용하기 위해 소형 셀과 매크로 셀은 채널 상태 정보(Channel State Information; CSI), 프리코딩 매트릭스 인덱스(Precoding Matrix Index; PMI) 및 채널 품질 인덱스 (Channel Quality Index; CQI) 값 등을 서로 공유할 수 있다.
도 2는 도 1의 다양한 간섭 상황에 적용되는 간섭 제어 방식에 따른 매크로 셀과 소형 셀의 자원 관리 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 2를 참조하면, 간섭 제어 방식에 따른 사용 자원의 관리 방법 및 프레임 워크를 볼 수 있다.
매크로 셀의 사용 자원과 소형 셀의 사용 자원은 동시에 관리되어야 한다. 매크로 셀이 소형 셀로 간섭을 주지 않기 위해 사일런싱(silencing)을 수행하면, 매크로 셀은 자신의 자원을 사용하지 않는다. 자원을 사용하는 영역에서는 간섭 제어를 하지 않는 부분(No ICIC)과, HCB 타입의 간섭 제어 방식을 사용하는 영역이 존재할 수 있다.
자원을 사용하지 않는 사일런싱(silencing) 영역에서는 소형 셀만이 해당 자원을 사용하게 되는데, 소형 셀의 입장에서 자원은 협력 사일런싱(CS)만을 사용하는 부분과 협력 사일런싱(CS)과 협력 빔 포밍(CB)을 동시에 사용하는 영역으로 나눌 수 있다. 자원 관리 프레임 워크의 구조에서 각 해당 간섭 제어 방식에 따라 적용되는 자원량은 상황에 따라 가변 될 수 있으며, 이에 대하여는 도 8을 참조하여 설명한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 계층 셀에서의 간섭 제어를 위한 매크로 기지국, 매크로 단말, 소형 기지국 및 소형 단말의 통신 방법을 나타낸 도면이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 계층 셀은 매크로 기지국(301), 매크로 단말(303), 소형 단말(305), 소형 기지국(307) 및 다른 소형 기지국(309)를 포함한다.
계층 셀에서의 전체 간섭 제어 동작은 다음과 같다.
먼저, 소형 기지국(307)으로부터 매크로 단말(303)로의 간섭(IP ->M)의 세기가 미리 설정된 제1 임계값(threshold)을 초과하면, 매크로 단말(303)과 소형 기지국(307)은 각각 매크로 셀- 소형 셀 간의 레인징 확장(RE)을 수행한다(310~320).
이후 매크로 기지국(301)으로부터 소형 단말(305)로의 간섭(IM ->P)의 세기와 다른 소형 기지국(309)으로부터 소형 단말(305)로의 간섭(IP ->P)의 세기에 따라 적절한 간섭 제어 방법을 수행할 수 있다.
즉, 매크로 기지국(301)으로부터 소형 단말(305)로의 간섭(IM->P)의 세기가 미리 설정된 제2 임계값에 초과하고, 다른 소형 기지국(309)으로부터 소형 단말(305)로의 간섭(IP ->P)의 세기가 미리 설정된 제3 임계값을 미달하면 매크로 기지국(301)은 매크로 셀 - 소형 셀 간 협력 사일런싱(Coordinated Silencing)을 수행할 수 있다(330~338).
매크로 기지국(301)으로부터 소형 단말(305)로의 간섭(IM ->P)의 세기가 미리 설정된 제2 임계값에 미달하고, 다른 소형 기지국(309)으로부터 소형 단말(305)로의 간섭(IP ->P)의 세기가 미리 설정된 제3 임계값을 초과하면 소형 기지국(307)과 다른 소형 기지국(309)은 소형 셀 - 소형 셀 간의 협력 빔 포밍(Coordinated Beamforming)을 수행할 수 있다(350~360).
또한, 매크로 기지국(301)으로부터 소형 단말(305)로의 간섭(IM ->P)의 세기가 미리 설정된 제2 임계값을 초과하고, 다른 소형 기지국(309)으로부터 소형 단말(305)로의 간섭(IP ->P)의 세기가 미리 설정된 제3 임계값을 초과하면 매크로 기지국(301), 소형 기지국(307) 및 다른 소형 기지국(309) 각각은 매크로 셀 - 소형 셀 간 및 소형 셀-소형 셀 간 계층적 협력 빔 포밍(Hierarchical Coordinated Beamforming)을 수행할 수 있다.
이하에서는 전체 간섭 제어를 위한 동작 절차 및 간섭 제어를 위한 동작과 관련된 메시지에 대하여 설명한다.
레인징 확장( Ranging expansion ) 수행 절차
매크로 단말(303)은 인접한 소형 기지국(307)으로부터 받는 간섭량((IP ->M)이 미리 설정된 임계값(threshold)을 넘어서면(310), 레인징 확장(ranging expansion)의 필요성을 느끼고 자신의 기지국(여기서는 매크로 기지국(301))에게 레인징 확장을 요청하는 메시지를 전송한다(312). 이때, 레인징 확장을 요청하는 메시지에는 현재 매크로 단말(303)이 인접한 소형 기지국(307)으로부터 받는 간섭량 또는 매크로 단말(303)이 레인징 확장(ranging expansion)시 원하는 바이어스(bias) 값이 포함될 수 있다.
매크로 기지국(301)은 레인징 확장을 요청하는 메시지를 매크로 단말(303)을 포함하는 여러 매크로 단말들로부터 수신할 수 있으며, 레인징 확장을 요청하는 메시지들을 수신하면 종합하여 최종 바이어스 값을 결정할 수 있다(314).
이후, 매크로 기지국(301)은 결정된 바이어스 값을 포함한 레인징 확장을 수행할 것을 요청하는 메시지(예를 들어, 레인징 확장 메시지)를 셀 내의 매크로 단말들과 해당 소형 기지국들에게 각각 보내어 변경된 바이어스 값(최종 바이어스 값)을 인지하도록 한다(316,318).
매크로 단말(303)을 포함하는 매크로 단말들과 소형 기지국(307)은 레인징 확장을 수행할 것을 요청하는 메시지에 포함된 바이어스 값(최종 바이어스 값)을 기반으로 레인징 확장(Ranging Expansion)을 수행할 수 있다(320).
협력 사일런싱 ( Coordinated Silencing ) 수행 절차
이후, 소형 단말(305)은 매크로 기지국(301)으로부터 수신하는 간섭(IM ->P)의 세기와 인접하는 다른 소형 기지국(309)으로부터 수신하는 간섭(IP ->P)의 세기가 미리 정해진 임계값(threshold) 값보다 각각 크냐 또는 작으냐에 따라서 세 가지의 간섭 제어 방식을 취할 수 있다.
첫 번째로, 매크로 기지국(301)으로부터 소형 단말(305)로의 간섭(IM ->P)의 세기가 미리 설정된 제2 임계값을 초과하고, 다른 소형 기지국(309)으로부터 소형 단말(305)로의 간섭(IP ->P)의 세기가 미리 설정된 제3 임계값에 미달하면 매크로 기지국(301)은 매크로 셀 - 소형 셀 간 협력 사일런싱(Coordinated Silencing)을 수행한다.
소형 단말(305)은 첫 번째 간섭 상황을 인지한 경우(330), 자신의 소형 기지국(307)에게 협력 사일런싱을 요청하는 메시지를 전송한다(332).
협력 사일런싱을 요청하는 메시지에는 소형 단말의 수신 간섭량 및 SINR 값, INR 값 등과 같은 통신 품질과 관련된 정보 등이 포함될 수 있다. 소형 단말(305)로부터 협력 사일런싱을 요청하는 메시지를 수신한 소형 기지국(307)은 협력 사일런싱의 수행을 요청하는 메시지(예를 들어, 협력 사일런싱 메시지)를 상위의 매크로 기지국(301)에게 전달한다(334).
협력 사일런싱의 수행을 요청하는 메시지에는 매크로 기지국(301)이 사일런싱(silencing) 채널 영역을 결정하기 위한 하위 SINR 값 또는 소형 기지국(307)이 요구하는 사일런싱 채널의 개수 등이 포함될 수 있다.
협력 사일런싱의 수행을 요청하는 메시지를 수신한 매크로 기지국(301)은 사일런싱 하는 채널 영역을 결정하고(336), 협력 사일런싱을 수행한다(338).
두 번째로, 매크로 기지국(301)으로부터 소형 단말(305)로의 간섭(IM ->P)의 세기가 미리 설정된 제2 임계값에 미달하고, 다른 소형 기지국(309)으로부터 소형 단말(305)로의 간섭(IP ->P)의 세기가 미리 설정된 제3 임계값을 초과하면, 소형 기지국(307)과 다른 소형 기지국(307)은 각각 협력 빔 포밍(Coordinated Beamforming)을 수행한다.
소형 단말(305)은 상술한 두 번째 간섭 상황을 인지하면(350), 한 자신의 소형 기지국(307)에게 협력 빔 포밍을 요청하는 메시지를 전송한다(352).
협력 빔 포밍을 요청하는 메시지에는 인접한 소형 셀의 아이디(ID), 인접한 소형 셀로부터의 간섭량, 채널 상태 정보(CSI) 또는 프리코딩 매트릭스 인덱스(PMI)와 채널 품질 인덱스(CQI) 값 등이 포함될 수 있다.
협력 빔 포밍을 요청하는 메시지를 수신한 소형 기지국(307)은 인접하여 간섭을 주는 다른 소형 기지국(309)에게 협력 빔 포밍의 수행을 요청하는 메시지(예를 들어, 협력 빔 포밍 메시지)를 전송한다(354).
협력 빔 포밍의 수행을 요청하는 메시지는 협력 빔 포밍의 수행 시에 다른 소형 기지국(309)이 사용해 줬으면 하는 프리코딩 매트릭스 인덱스 셋(Recommended PMI)과 사용하지 않았으면 하는 프리코딩 매트릭스 인덱스 셋(PMI)을 포함할 수 있다.
협력 빔 포밍의 수행을 요청하는 메시지를 수신한 다른 소형 기지국(309)은 가능한 프리코딩 매트릭스 인덱스 셋(PMI set) 내에서 전송 빔 포밍 벡터(TX beam forming vector) 값을 결정한다(356).
그 후, 다른 소형 기지국(309)은 협력 빔 포밍 수행 응답 메시지로 응답한다(358). 협력 빔 포밍 수행 응답 메시지에는 결정된 프리코딩 매트릭스 인덱스(PMI) 값 (즉, 전송 빔 포밍 벡터(TX beam forming vector) 값)이 포함되며 협력 빔 포밍을 같이 시작하는 시점 및 자원 영역에 대한 내용이 포함될 수 있다.
협력 빔 포밍 수행 응답 메시지를 수신한 소형 기지국(307)은 서로 간섭을 주고 받는 다른 소형 기지국(309)과 사전에 정한 시점에서, 정한 자원 영역을 가지고 소형 셀 간의 협력 빔 포밍을 수행한다(360).
세 번째로, 매크로 기지국(301)으로부터 소형 단말(305)로의 간섭(IM ->P)의 세기가 미리 설정된 제2 임계값을 초과하고, 다른 소형 기지국(309)으로부터 소형 단말(305)로의 간섭(IP ->P)의 세기가 미리 설정된 제3 임계값을 초과하면, 매크로 기지국(301), 소형 기지국(307) 및 다른 소형 기지국(307)은 매크로 셀-소형 셀 간 및 소형 셀-소형 셀 간 계층적 협력 빔 포밍(Hierarchical Coordinated Beam forming)을 수행한다.
소형 단말(305)은 상술한 세 번째 간섭 상황을 인지하면(370), 자신의 소형 기지국(307)에게 계층적 협력 빔 포밍을 요청하는 메시지를 전송한다(372).
계층적 빔 포밍을 요청하는 메시지는 간섭을 주는 셀들의 아이디(ID)와 간섭원에 해당되는 매크로 기지국(301)과 다른 소형 기지국(309)으로부터 각각 수신되는 간섭량, 채널 상태 정보, 프리코딩 매트릭스 인덱스 및 채널 품질 인덱스 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
계층적 빔 포밍을 요청하는 메시지를 수신한 소형 기지국(307)은 이들 정보를 상위의 매크로 기지국(301)에게 포워딩 하면서 계층적 협력 빔 포밍을 수행을 요청하는 메시지를 전송한다(374).
이때, 계층적 협력 빔 포밍을 수행을 요청하는 메시지는 간섭을 주는 셀들의 아이디(ID), 간섭원에 해당되는 매크로 기지국(301)과 다른 소형 기지국(309)으로부터 수신되는 채널 상태 정보, 프리코딩 매트릭스 인덱스 및 채널 품질 인덱스 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
매크로 기지국(301)은 소형 기지국(307)을 포함하는 소형 기지국들로부터 수집한 계층적 빔 포밍을 요청하는 메시지들을 가지고 계층적 협력 빔 포밍을 수행하기 위한 전송 빔 포밍 벡터(TX beam forming vector)를 결정한다(376).
그 후, 매크로 기지국(301)은 결정된 전송 빔 포밍 벡터 값과 계층적 협력 빔 포밍의 시작 시점 및 자원 영역에 대한 내용을 포함하는 계층적 협력 빔 포밍 수행 응답 메시지를 해당 소형 기지국들에게 전송한다(378,380).
매크로 기지국(301)과 소형 기지국(307) 및 다른 소형 기지국(309)은 상술한 과정을 통해 결정된 전송 빔 포밍 벡터의 값, 계층적 협력 빔 포밍의 시작 시점, 및 자원 영역 등을 이용하여 계층적 협력 빔 포밍을 수행할 수 있다(382).
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 매크로 기지국의 통신 방법을 나타낸 플로우 차트이다.
도 4를 참조하면, 매크로 기지국은 소형 기지국으로부터 매크로 단말로의 제1 간섭의 세기가 미리 설정된 제1 임계값을 초과하면, 매크로 단말로부터 매크로 단말이 요구하는 바이어스 값이 포함된 레인징 확장을 요청하는 메시지를 수신한다(405).
매크로 기지국은 레인징 확장을 요청하는 메시지에 기초하여 레인징 확장에 이용되는 바이어스 값을 결정하고(410), 매크로 단말 및 소형 기지국이 레인징 확장을 수행할 수 있도록, 바이어스 값을 포함하는 레인징 확장 메시지를 매크로 단말 및 소형 기지국으로 전송한다(415).
매크로 기지국은, 매크로 기지국으로부터 소형 단말로의 제2 간섭의 세기가 미리 설정된 제2 임계값을 초과하고, 다른 소형 기지국으로부터 소형 단말로의 제3 간섭의 세기가 미리 설정된 제3 임계값에 미달하는 경우, 소형 단말로부터 협력 사일런싱을 요청하는 메시지를 수신한 소형 기지국으로부터 매크로 기지국에 대한 협력 사일런싱 메시지를 수신한다(420).
이 때, 협력 사일런싱을 요청하는 메시지는 제2 간섭 및 제3 간섭 각각의 간섭량(간섭의 세기) 및 소형 단말의 통신 품질과 관련된 정보를 포함할 수 있다.
또한, 협력 사일런싱 메시지는 소형 단말 및 소형 기지국 각각의 통신 품질과 관련된 정보, 협력 사일런싱을 요구하는 채널의 개수 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 소형 단말 및 소형 기지국 각각의 통신 품질과 관련된 정보로는 소형 단말 및 소형 기지국 각각으로부터 수신한 SINR 값이 포함될 수 있다.
매크로 기지국은 협력 사일런싱을 요청하는 메시지에 기초하여 매크로 기지국의 사일런싱 채널 영역을 결정하고(425), 사일런싱 채널 영역에 대한 협력 사일런싱을 수행할 수 있다(430).
425에서 매크로 기지국의 사일런싱 채널 영역을 결정하는 단계는 매크로 기지국이 속한 매크로 셀의 부하(load), 바이어스(bias) 값, 소형 단말의 전송률 및 매크로 단말의 전송률에 따라 사일런싱 채널 영역을 동적으로 가변하는 단계를 더 포함할 수 있다. 사일런싱 채널 영역을 동적으로 가변하는 방법에 대하여는 도 8을 참조하여 설명한다.
매크로 기지국은, 매크로 기지국으로부터 소형 단말로의 제2 간섭의 세기가 미리 설정된 제2 임계값을 초과하고, 다른 소형 기지국으로부터 소형 단말로의 제3 간섭의 세기가 미리 설정된 제3 임계값을 초과하는 경우, 소형 단말로부터 계층적 협력 빔 포밍의 필요를 요청하는 메시지를 수신한 소형 기지국으로부터 매크로 기지국에 대한 계층적 협력 빔 포밍을 요청하는 메시지를 수신할 수 있다(435).
계층적 협력 빔 포밍을 요청하는 메시지는 적어도 하나의 소형 단말에게 간섭을 주는 소형 셀의 아이디, 소형 기지국의 채널 품질 인덱스, 소형 기지국의 프리코딩 매트릭스 인덱스 및 소형 기지국의 채널 상태 정보의 값 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
매크로 기지국은 계층적 협력 빔 포밍을 요청하는 메시지에 기초하여 계층적 협력 빔 포밍에 이용되는 전송 빔 포밍 벡터의 값을 결정할 수 있다(440).
매크로 기지국은 소형 기지국 및 다른 소형 기지국 각각에게, 전송 빔 포밍 벡터의 값, 계층적 협력 빔 포밍의 시작 시점 및 계층적 협력 빔 포밍의 자원 영역에 대한 정보 중 적어도 하나를 포함하는 계층적 협력 빔 포밍 메시지를 전송할 수 있다(445).
매크로 기지국은 전송 빔 포밍 벡터의 값, 계층적 협력 빔 포밍의 시작 시점 및 계층적 협력 빔 포밍의 자원 영역에 대한 정보에 기초하여 소형 기지국 및 다른 소형 기지국 각각과 함께 계층적 협력 빔 포밍을 수행할 수 있다(450).
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 매크로 단말의 통신 방법을 나타낸 플로우 차트이다.
도 5를 참조하면, 매크로 단말은 소형 기지국으로부터 매크로 단말로의 제1 간섭의 세기가 미리 설정된 제1 임계값을 초과하면, 매크로 기지국에게 레인징 확장을 요청하는 메시지를 전송한다(510). 매크로 단말은 매크로 기지국으로부터, 레인징 확장을 요청하는 메시지에 기초하여 결정된 바이어스 값을 포함하는 레인징 확장 메시지를 수신하고(520), 바이어스 값을 이용하여 레인징 확장을 수행한다(530).
레인징 확장을 요청하는 메시지는 제1 간섭의 간섭량 및 레인징 확장 시에 매크로 단말이 희망하는 바이어스 값 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 소형 단말의 통신 방법을 나타낸 플로우 차트이다.
도 6을 참조하면, 소형 단말은 매크로 기지국으로부터 소형 단말로의 제2 간섭의 세기 및 다른 소형 기지국으로부터 소형 단말로의 제3 간섭의 세기를 측정한다(610).
그 후, 소형 단말은 제2 간섭의 세기 및 제2 간섭의 세기에 기초하여 소형 기지국에게 제2 간섭 및 제3 간섭을 제어하기 위한 메시지를 전송할 수 있다.
구체적으로, 소형 단말은 제2 간섭의 세기가 미리 설정된 제2 임계값을 초과하고, 제3 간섭의 세기가 미리 설정된 제3 임계값에 미달하는 경우(620), 매크로 기지국에 대한 협력 사일런싱의 수행을 요청하기 위하여, 소형 기지국에게 제2 간섭 및 제3 간섭 각각의 간섭량, 소형 단말 및 소형 기지국 각각의 통신 품질과 관련된 정보들 중 적어도 하나를 포함하는 협력 사일런싱을 요청하는 메시지를 전송할 수 있다(630).
만약 620의 조건을 만족하지 않으면 소형 단말은 다음으로 640의 조건을 만족하는지 여부를 판단할 수 있다.
소형 단말은 제2 간섭의 세기가 미리 설정된 제2 임계값에 미달하고, 제3 간섭의 세기가 미리 설정된 제3 임계값에 초과하는 경우(640), 다른 소형 기지국에게 협력 빔 포밍의 수행을 요청하기 위하여, 소형 기지국에게 협력 빔 포밍을 요청하는 메시지를 전송할 수 있다(650). 소형 단말은 640의 조건을 만족하지 않으면, 다음 660의 조건을 만족하는지 여부를 판단할 수 있다.
협력 빔 포밍을 요청하는 메시지는 간섭을 받는 소형 셀의 아이디, 인접한 소형 셀(들)로부터의 간섭량, 채널 상태 정보, 프리코딩 매트릭스 인덱스 및 채널 품질 인덱스 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
소형 단말은 제2 간섭의 세기가 미리 설정된 제2 임계값을 초과하고, 제3 간섭의 세기가 미리 설정된 제3 임계값을 초과하는 경우(660), 매크로 기지국에게 계층적 협력 빔 포밍을 요청하는 메시지를 전송할 수 있다(670).
계층적 협력 빔 포밍을 요청하는 메시지는 소형 기지국에게 간섭을 받는 소형 셀의 아이디, 제2 간섭 및 제3 간섭 각각의 간섭량, 채널 상태 정보, 프리코딩 매트릭스 인덱스 및 채널 품질 인덱스 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 소형 기지국의 통신 방법을 나타낸 플로우 차트이다.
도 7을 참조하면, 적어도 하나의 매크로 단말을 서빙하는 매크로 기지국, 소형 단말들을 각각 서빙하는 소형 기지국 및 다른 소형 기지국을 포함하는 계층 셀에서의 간섭 제어를 위하여, 소형 기지국은 매크로 단말로의 제1 간섭의 세기가 미리 설정된 제1 임계값을 초과하는 경우, 매크로 단말로부터 레인징 확장을 요청하는 메시지를 수신한 매크로 기지국으로부터 레인징 확장 메시지를 수신한다(705).
소형 기지국은 레인징 확장 메시지에 포함된, 레인징 확장에 이용될 바이어스 값을 이용하여 레인징 확장을 수행한다(710).
소형 기지국은 소형 단말로부터 협력 사일런싱을 요청하는 메시지를 수신할 수 있다(715).
이 때, 협력 사일런싱을 요청하는 메시지는 매크로 기지국으로부터 소형 단말로의 제2 간섭의 세기가 미리 설정된 제2 임계값을 초과하고, 다른 소형 기지국으로부터 소형 단말로의 제3 간섭의 세기가 미리 설정된 제3 임계값에 미달하는 경우, 소형 단말로부터 수신할 수 있다.
협력 사일런싱을 요청하는 메시지는 제2 간섭 및 제3 간섭 각각의 간섭량, 소형 단말 및 소형 기지국의 각각의 통신 품질과 관련된 정보들 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
소형 기지국은 매크로 기지국이 협력 사일런싱을 수행하도록 하기 위하여, 협력 사일런싱을 요청하는 메시지에 응답하여 매크로 기지국에게 협력 사일런싱 메시지를 전송할 수 있다(720). 협력 사일런싱 메시지는 소형 단말의 통화 품질과 관련된 정보, 사일런싱을 요청하는 채널의 개수 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
소형 기지국은 소형 단말로부터 소형 기지국과 다른 소형 기지국 간의 협력 빔 포밍을 요청하는 메시지를 수신할 수 있다(725).
협력 빔 포밍을 요청하는 메시지는 매크로 기지국으로부터 소형 단말로의 제2 간섭의 세기가 미리 설정된 제2 임계값에 미달하고, 다른 소형 기지국으로부터 소형 단말로의 제3 간섭의 세기가 미리 설정된 제3 임계값을 초과하는 경우, 소형 단말로부터 수신할 수 있다.
소형 기지국은 협력 빔 포밍을 요청하는 메시지에 따라 다른 소형 기지국에게 협력 빔 포밍을 위해 추천되는(recommended) 프리코딩 매트릭스 인덱스 및 제한되는(restricted) 프리코딩 매트릭스 인덱스 중 적어도 하나를 포함하는 협력 빔 포밍 메시지를 전송할 수 있다(730).
소형 기지국은 협력 빔 포밍을 수행하기 위하여 전송 빔 포밍 벡터를 결정한 다른 소형 기지국로부터 협력 빔 포밍의 응답 메시지를 수신하고(735), 협력 빔 포밍의 응답 메시지에 기초하여 협력 빔 포밍을 수행할 수 있다(740).
소형 기지국은 소형 단말로부터 계층적 협력 빔 포밍을 요청하는 메시지를 수신할 수 있다(745)
계층적 협력 빔 포밍을 요청하는 메시지는 소형 기지국은 매크로 기지국으로부터 소형 단말로의 제2 간섭의 세기가 미리 설정된 제2 임계값에 초과하고, 다른 소형 기지국으로부터 소형 단말로의 제3 간섭의 세기가 미리 설정된 제3 임계값을 초과하는 경우, 소형 단말로부터 수신할 수 있다.
계층적 협력 빔 포밍을 요청하는 메시지는 간섭을 받는 소형 셀의 아이디, 제2 간섭 및 제3 간섭 각각의 간섭량, 채널 상태 정보, 프리코딩 매트릭스 인덱스 및 채널 품질 인덱스 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
소형 기지국은 계층적 협력 빔 포밍을 요청하는 메시지에 응답하여, 매크로 기지국에게 계층적 협력 빔 포밍 메시지를 전송할 수 있다(750).
소형 기지국은, 계층적 협력 빔 포밍 메시지에 기초하여 전송 빔 포밍 벡터를 결정한 매크로 기지국으로부터, 전송 빔 포밍 벡터, 빔 포밍의 시작 시점 및 빔 포밍을 위한 자원 영역에 대한 정보를 포함하는 계층적 협력 빔 포밍의 응답 메시지를 수신할 수 있다(755).
소형 기지국은 계층적 협력 빔 포밍의 응답 메시지에 기초하여 계층적 협력 빔 포밍을 수행할 수 있다(760).
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 동적 협력 사일런싱(DCS) 방법(8a) 및 동적 협력 사일런싱에 따른 자원 할당 방법(8b, 8c)을 설명하기 위한 도면이다.
도 8a를 참조하면, 동적 협력 사일런싱(DCS)의 개념을 보여준다.
도 2를 통해 상술한 바와 같이 협력 사일런싱에서 매크로 셀이 자신의 자원을 사용하지 않음으로써 소형 셀은 해당 자원 영역에서 간섭을 받지 않게 된다. 이 때, 매크로 셀은 매크로 기지국이 속한 매크로 셀의 부하(load), 바이어스(bias) 값, 소형 단말의 전송률 및 매크로 단말의 전송률에 따라 사일런싱(silencing) 채널 영역(즉, 사일런싱 주파수 자원 영역)을 동적으로 가변 할 수 있다.
매크로 기지국은 계층 셀 전체의 효율(Throughput)을 높이면서 하위의 소형 단말의 전송률(rate)를 보호하기 위해 동적으로 사일런싱 구간을 제어할 수 있다. 이를 위한 주변의 다른 소형 기지국과의 프로토콜(Protocol)은 아래와 같다.
Step 1: 매크로 기지국은 주변의 소형 기지국에 보고할 하위 사용자의 수를 알려준다. 이는 시스템 전체의 사용자 수, 소형 기지국의 수에 따라 달라질 수 있다.
Step 2: 계층 셀에 포함된 각 소형 기지국은 해당 하위 사용자의 정보를 매크로 기지국에 알린다.
Step 3: 매크로 기지국은 리포트 받은 단말들을 모두 모아서 매크로 단말 및 소형 단말 별로 각각 정렬(Sorting) 한다.
예를 들어, 하위 5% 사용자를 보호하고자 할 때, 정렬된 하위 5% 사용자의 타입(type)에 따라서 아래와 같은 기본 2가지 경우로 나눌 수 있다.
도 8b는 하위 5%의 단말이 소형 단말 타입일 경우를 나타낸다. 이때, 사일런싱(Silencing) 구간의 제어 방법은 아래와 같다.
하위 5% 단말의 전송률(rate)을 LR (Low Rate)이라고 하고, LR 보다 큰 전송률을 갖는 매크로 단말 중에서 가장 작은 전송률(rate)을 갖는 매크로 단말의 전송률(rate)를 RR(Reference Rate) 이라고 하자.
이때, 사일런싱 구간을 늘릴수록 LR은 올라가고, RR은 내려가므로, 매크로 기지국은 두 값이 가장 가깝게 일치할 때까지 사일런싱 구간을 늘려줄 수 있다.
도 8c는 하위 5%의 단말이 매크로 단말 타입일 경우이다. 이 때 사일런싱(Silencing) 구간의 제어 방법은 아래와 같다.
하위 5% 단말의 전송률(rate)을 LR (Low Rate)이라고 하고, LR 보다 큰 전송률을 갖는 소형 단말 중에서 가장 작은 전송률을 갖는 소형 단말의 전송률(rate)를 RR (Reference Rate) 이라고 한다.
사일런싱 구간을 줄일수록 LR은 올라가고, RR은 내려가므로, 매크로 기지국은 두 값이 가장 가깝게 일치할 때까지 사일런싱 구간을 줄여 줄 수 있다.
도 8b 및 도 8c에서 각 소형 기지국은 매크로 기지국에게 주기적으로 하위 단말을 보고(report)함으로서, 일정 주기마다 매크로 기지국이 동적으로 사일런싱(silencing) 구간을 제어할 수 있도록 한다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 계층적 협력 빔 포밍(HCB)을 설명하기 위한 도면이다.
도 9를 참조하면, 계층적 협력 빔 포밍(HCB)의 일 예로서 HIA(Hierarchical Interference Alignment)의 동작을 볼 수 있다.
계층적 협력 빔 포밍(HCB)에서 매크로 셀과 소형 셀로부터 들어오는 두 간섭을 정렬 시키는 송/수신 빔 포밍 벡터 결정하고, 매크로 셀과 소형 셀은 결정된 빔 포밍 벡터를 사용하여 전송을 하게 된다.
수신단에서는 간섭 성분이 서로 하나의 영역(domain)에 정렬되므로 자신의 신호만 취하고 나머지 간섭 신호는 없앨 수 있다. 이때 소형 셀이 매크로 단말에게 미치는 간섭은 없으므로 매크로 단말은 자신의 데이터만 수신하게 된다.
즉, 수신단의 소형 단말 1(U1)이 소형 기지국 1(V1)으로부터 수신하는 신호 Stream 1은 매크로 기지국(V2) 및 소형 기지국 2(V3)으로부터의 간섭에 의해 Stream 1 + Stream 2/3이 된다. 또한, 수신단의 소형 단말 2(U3)이 소형 기지국 2(V3)로부터 수신하는 신호 Stream 3은 매크로 기지국(V2) 및 소형 기지국 1(V1)으로부터의 간섭에 의해 Stream 3 + Stream 1/2이 된다.
계층적 협력 빔 포밍(HCB)은 상술한 송, 수신된 신호에 의해 매크로 셀과 소형 셀로부터 들어오는 두 간섭을 정렬 시키는 송/수신 빔포밍 벡터 결정할 수 있고, 매크로 셀과 소형 셀은 결정된 빔포밍 벡터를 사용하여 전송할 수 있다.
이때, 소형 셀들이 매크로 단말(U2)에게 미치는 간섭은 없으므로 매크로 단말(U2)은 매크로 기지국(V2)으로부터 수신된 자신의 신호 Stream 2 만을 수신한다.
상술한 방법들은 다양한 컴퓨터 수단을 통해 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 본 발명을 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. 상기된 하드웨어 장치는 본 발명의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.
이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.
그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
301: 매크로 기지국
303: 매크로 단말
305: 소형 단말
307: 소형 기지국
309: 다른 소형 기지국

Claims (17)

  1. 적어도 하나의 매크로 단말을 서빙하는 매크로 기지국, 소형 단말들을 각각 서빙하는 소형 기지국 및 다른 소형 기지국을 포함하는 계층 셀에서의 간섭 제어를 위한 매크로 기지국의 통신 방법에 있어서,
    상기 소형 기지국으로부터 상기 매크로 단말로의 제1 간섭의 세기가 미리 설정된 제1 임계값을 초과하는 경우, 상기 매크로 단말로부터 상기 매크로 단말이 요구하는 바이어스 값이 포함된 레인징 확장을 요청하는 메시지를 수신하는 단계;
    상기 레인징 확장을 요청하는 메시지에 기초하여 상기 레인징 확장에 이용되는 바이어스 값을 결정하는 단계; 및
    상기 매크로 단말 및 상기 소형 기지국이 상기 레인징 확장을 수행할 수 있도록, 상기 바이어스 값을 포함하는 레인징 확장 메시지를 상기 매크로 단말 및 상기 소형 기지국으로 전송하는 단계
    를 포함하는 계층 셀에서의 간섭 제어를 위한 매크로 기지국의 통신 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 매크로 기지국으로부터 상기 소형 단말로의 제2 간섭의 세기가 미리 설정된 제2 임계값을 초과하고, 다른 소형 기지국으로부터 상기 소형 단말로의 제3 간섭의 세기가 미리 설정된 제3 임계값에 미달하는 경우,
    상기 소형 단말로부터 상기 제2 간섭 및 상기 제3 간섭 각각의 간섭량 및 상기 소형 단말의 통신 품질과 관련된 정보를 포함하는 협력 사일런싱을 요청하는 메시지를 수신한 상기 소형 기지국으로부터 상기 매크로 기지국에 대한 협력 사일런싱 메시지를 수신하는 단계;
    상기 협력 사일런싱을 요청하는 메시지에 기초하여 상기 매크로 기지국의 사일런싱 채널 영역을 결정하는 단계; 및
    상기 사일런싱 채널 영역에 대한 협력 사일런싱을 수행하는 단계
    를 포함하는 계층 셀에서의 간섭 제어를 위한 매크로 기지국의 통신 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 협력 사일런싱 메시지는
    상기 소형 단말 및 상기 소형 기지국의 각각의 통신 품질과 관련된 정보, 상기 협력 사일런싱을 요구하는 채널의 개수 중 적어도 하나를 포함하는 계층 셀에서의 간섭 제어를 위한 매크로 기지국의 통신 방법.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 매크로 기지국의 사일런싱 채널 영역을 결정하는 단계는
    상기 매크로 기지국이 속한 매크로 셀의 부하(load), 상기 바이어스(bias) 값, 상기 소형 단말의 전송률 및 상기 매크로 단말의 전송률에 따라 상기 사일런싱 채널 영역을 동적으로 가변하는 단계
    를 더 포함하는 계층 셀에서의 간섭 제어를 위한 매크로 기지국의 통신 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 매크로 기지국으로부터 상기 소형 단말로의 제2 간섭의 세기가 미리 설정된 제2 임계값을 초과하고, 다른 소형 기지국으로부터 상기 소형 단말로의 제3 간섭의 세기가 미리 설정된 제3 임계값을 초과하는 경우,
    상기 소형 단말로부터 상기 계층적 협력 빔 포밍의 필요를 요청하는 메시지를 수신한 상기 소형 기지국으로부터 상기 매크로 기지국에 대한 계층적 협력 빔 포밍을 요청하는 메시지를 수신하는 단계;
    상기 계층적 협력 빔 포밍을 요청하는 메시지에 기초하여 상기 계층적 협력 빔 포밍에 이용되는 전송 빔 포밍 벡터의 값을 결정하는 단계;
    상기 소형 기지국 및 다른 소형 기지국 각각에게, 상기 전송 빔 포밍 벡터의 값, 상기 계층적 협력 빔 포밍의 시작 시점 및 상기 계층적 협력 빔 포밍의 자원 영역에 대한 정보 중 적어도 하나를 포함하는 계층적 협력 빔 포밍 메시지를 전송하는 단계; 및
    상기 전송 빔 포밍 벡터의 값, 상기 계층적 협력 빔 포밍의 시작 시점 및 상기 계층적 협력 빔 포밍의 자원 영역에 대한 정보에 기초하여 상기 계층적 협력 빔 포밍을 수행하는 단계
    를 더 포함하는 계층 셀에서의 간섭 제어를 위한 매크로 기지국의 통신 방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 계층적 협력 빔 포밍을 요청하는 메시지는
    상기 적어도 하나의 소형 단말에게 간섭을 주는 소형 셀의 아이디, 상기 소형 기지국의 채널 품질 인덱스, 상기 소형 기지국의 프리코딩 매트릭스 인덱스 및 상기 소형 기지국의 채널 상태 정보의 값 중 적어도 하나를 포함하는 계층 셀에서의 간섭 제어를 위한 매크로 기지국의 통신 방법.
  7. 적어도 하나의 매크로 단말을 서빙하는 매크로 기지국, 소형 단말들을 각각 서빙하는 소형 기지국 및 다른 소형 기지국을 포함하는 계층 셀에서의 간섭 제어를 위한 매크로 단말의 통신 방법에 있어서,
    상기 소형 기지국으로부터 상기 매크로 단말로의 제1 간섭의 세기가 미리 설정된 제1 임계값을 초과하면, 상기 매크로 기지국에게 레인징 확장을 요청하는 메시지를 전송하는 단계;
    상기 매크로 기지국으로부터, 상기 레인징 확장을 요청하는 메시지에 기초하여 결정된 바이어스 값을 포함하는 레인징 확장 메시지를 수신하는 단계; 및
    상기 바이어스 값을 이용하여 레인징 확장을 수행하는 단계
    를 포함하는 계층 셀에서의 간섭 제어를 위한 매크로 단말의 통신 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 레인징 확장을 요청하는 메시지는
    상기 제1 간섭의 간섭량 및 상기 레인징 확장 시에 상기 매크로 단말이 희망하는 바이어스 값 중 적어도 하나를 포함하는 계층 셀에서의 간섭 제어를 위한 매크로 단말의 통신 방법.
  9. 적어도 하나의 매크로 단말을 서빙하는 매크로 기지국, 소형 단말들을 각각 서빙하는 소형 기지국 및 다른 소형 기지국을 포함하는 계층 셀에서의 간섭 제어를 위한 소형 단말의 통신 방법에 있어서,
    상기 매크로 기지국으로부터 상기 소형 단말로의 제2 간섭의 세기 및 다른 소형 기지국으로부터 상기 소형 단말로의 제3 간섭의 세기를 측정하는 단계; 및
    상기 제2 간섭의 세기 및 상기 제2 간섭의 세기에 기초하여 상기 소형 기지국에게 상기 제2 간섭 및 상기 제3 간섭을 제어하기 위한 메시지를 전송하는 단계
    를 포함하는 계층 셀에서의 간섭 제어를 위한 소형 단말의 통신 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 제2 간섭 및 상기 제3 간섭을 제어하기 위한 메시지를 전송하는 단계는
    상기 제2 간섭의 세기가 미리 설정된 제2 임계값을 초과하고, 상기 제3 간섭의 세기가 미리 설정된 제3 임계값에 미달하는 경우,
    상기 매크로 기지국에 대한 협력 사일런싱의 수행을 요청하기 위하여, 상기 소형 기지국에게 상기 제2 간섭 및 상기 제3 간섭 각각의 간섭량, 상기 소형 단말 및 상기 소형 기지국 각각의 통신 품질과 관련된 정보들 중 적어도 하나를 포함하는 협력 사일런싱을 요청하는 메시지를 전송하는 단계
    를 포함하는 계층 셀에서의 간섭 제어를 위한 소형 단말의 통신 방법.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 제2 간섭 및 상기 제3 간섭을 제어하기 위한 메시지를 전송하는 단계는
    상기 제2 간섭의 세기가 미리 설정된 제2 임계값에 미달하고, 상기 제3 간섭의 세기가 미리 설정된 제3 임계값에 초과하는 경우,
    상기 다른 소형 기지국에게 협력 빔 포밍의 수행을 요청하기 위하여, 상기 소형 기지국에게 상기 간섭을 받는 소형 셀의 아이디, 인접한 소형 셀로부터의 간섭량, 채널 상태 정보, 프리코딩 매트릭스 인덱스 및 채널 품질 인덱스 중 적어도 하나를 포함하는 협력 빔 포밍을 요청하는 메시지를 전송하는 단계
    를 포함하는 계층 셀에서의 간섭 제어를 위한 소형 단말의 통신 방법.
  12. 제9항에 있어서,
    상기 제2 간섭 및 상기 제3 간섭을 제어하기 위한 메시지를 전송하는 단계는
    상기 제2 간섭의 세기가 미리 설정된 제2 임계값을 초과하고, 상기 제3 간섭의 세기가 미리 설정된 제3 임계값을 초과하는 경우,
    상기 매크로 기지국에게 상기 소형 기지국에게 상기 간섭을 받는 소형 셀의 아이디, 상기 제2 간섭 및 상기 제3 간섭 각각의 간섭량, 채널 상태 정보, 프리코딩 매트릭스 인덱스 및 채널 품질 인덱스 중 적어도 하나를 포함하는 계층적 협력 빔 포밍을 요청하는 메시지를 전송하는 단계
    를 포함하는 계층 셀에서의 간섭 제어를 위한 소형 단말의 통신 방법.
  13. 적어도 하나의 매크로 단말을 서빙하는 매크로 기지국, 소형 단말들을 각각 서빙하는 소형 기지국 및 다른 소형 기지국을 포함하는 계층 셀에서의 간섭 제어를 위한 소형 기지국의 통신 방법에 있어서,
    상기 소형 기지국으로부터 상기 매크로 단말로의 제1 간섭의 세기가 미리 설정된 제1 임계값을 초과하는 경우, 상기 매크로 단말로부터 레인징 확장을 요청하는 메시지를 수신한 매크로 기지국으로부터 상기 레인징 확장 메시지를 수신하는 단계; 및
    상기 레인징 확장 메시지에 포함된 상기 레인징 확장에 이용될 바이어스 값을 이용하여 상기 레인징 확장을 수행하는 단계
    를 포함하는 계층 셀에서의 간섭 제어를 위한 소형 기지국의 통신 방법.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 매크로 기지국으로부터 상기 소형 단말로의 제2 간섭의 세기가 미리 설정된 제2 임계값을 초과하고, 상기 다른 소형 기지국으로부터 상기 소형 단말로의 제3 간섭의 세기가 미리 설정된 제3 임계값에 미달하는 경우,
    상기 소형 단말로부터 상기 제2 간섭 및 상기 제3 간섭 각각의 간섭량, 상기 소형 단말 및 상기 소형 기지국의 각각의 통신 품질과 관련된 정보들 중 적어도 하나를 포함하는 협력 사일런싱을 요청하는 메시지를 수신하는 단계; 및
    상기 매크로 기지국이 상기 협력 사일런싱을 수행하도록 하기 위하여, 상기 협력 사일런싱을 요청하는 메시지에 응답하여 상기 매크로 기지국에게 상기 협력 사일런싱 메시지를 전송하는 단계
    를 포함하고,
    상기 협력 사일런싱 메시지는
    상기 소형 단말의 통화 품질과 관련된 정보, 상기 사일런싱을 요청하는 채널의 개수 중 적어도 하나를 포함하는 계층 셀에서의 간섭 제어를 위한 소형 기지국의 통신 방법.
  15. 제13항에 있어서,
    상기 매크로 기지국으로부터 상기 소형 단말로의 제2 간섭의 세기가 미리 설정된 제2 임계값에 미달하고, 상기 다른 소형 기지국으로부터 상기 소형 단말로의 제3 간섭의 세기가 미리 설정된 제3 임계값을 초과하는 경우,
    상기 소형 단말로부터 상기 소형 기지국과 상기 다른 소형 기지국 간의 협력 빔 포밍을 요청하는 메시지를 수신하는 단계;
    상기 협력 빔 포밍을 요청하는 메시지에 따라 상기 다른 소형 기지국에게 상기 협력 빔 포밍을 위해 추천되는(recommended) 프리코딩 매트릭스 인덱스 및 제한되는(restricted) 프리코딩 매트릭스 인덱스 중 적어도 하나를 포함하는 협력 빔 포밍 메시지를 전송하는 단계;
    상기 협력 빔 포밍을 수행하기 위하여 전송 빔 포밍 벡터를 결정한 상기 다른 소형 기지국로부터 상기 협력 빔 포밍의 응답 메시지를 수신하는 단계; 및
    상기 협력 빔 포밍의 응답 메시지에 기초하여 상기 협력 빔 포밍을 수행하는 단계
    를 포함하는 계층 셀에서의 간섭 제어를 위한 소형 기지국의 통신 방법.
  16. 제13항에 있어서,
    상기 매크로 기지국으로부터 상기 소형 단말로의 제2 간섭의 세기가 미리 설정된 제2 임계값에 초과하고, 상기 다른 소형 기지국으로부터 상기 소형 단말로의 제3 간섭의 세기가 미리 설정된 제3 임계값을 초과하는 경우,
    상기 소형 단말로부터, 간섭을 받는 소형 셀의 아이디, 상기 제2 간섭 및 상기 제3 간섭 각각의 간섭량, 채널 상태 정보, 프리코딩 매트릭스 인덱스 및 채널 품질 인덱스 중 적어도 하나를 포함하는 계층적 협력 빔 포밍을 요청하는 메시지를 수신하는 단계;
    상기 계층적 협력 빔 포밍을 요청하는 메시지에 응답하여, 상기 매크로 기지국에게 상기 계층적 협력 빔 포밍 메시지를 전송하는 단계;
    상기 계층적 협력 빔 포밍 메시지에 기초하여 전송 빔 포밍 벡터를 결정한 매크로 기지국으로부터, 상기 전송 빔 포밍 벡터, 상기 계층적 협력 빔 포밍의 시작 시점 및 상기 계층적 협력 빔 포밍을 위한 자원 영역에 대한 정보를 포함하는 상기 계층적 협력 빔 포밍의 응답 메시지를 수신하는 단계; 및
    상기 계층적 협력 빔 포밍의 응답 메시지에 기초하여 계층적 협력 빔 포밍을 수행하는 단계
    를 포함하는 계층 셀에서의 간섭 제어를 위한 소형 기지국의 통신 방법.
  17. 제1항 내지 제16항 중 어느 한 항의 방법을 수행하기 위한 프로그램이 기록된 컴퓨터로 판독 가능한 기록 매체.
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