KR20120082751A - 동적 부분 주파수 재사용 기법을 이용한 서브채널 할당 방법 및 장치 - Google Patents

동적 부분 주파수 재사용 기법을 이용한 서브채널 할당 방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

제1 이동 기지국과 무선으로 연결된 하나 이상의 제1 이동 노드 각각의 재사용 서브채널 개수 및 독점 서브채널 개수와, 상기 제1 이동 기지국과의 사이에 셀간 간섭을 야기하는 제2 이동 기지국과 무선으로 연결된 하나 이상의 제2 이동 노드 각각의 재사용 서브채널 개수 및 독점 서브채널 개수를 계산하는 단계와, 상기 하나 이상의 제1 이동 노드의 재사용 서브채널 개수 및 독점 서브채널 개수와 상기 하나 이상의 제2 이동 노드의 재사용 서브채널 개수 및 독점 서브채널 개수에 기반하여, 상기 하나 이상의 제1 이동 노드 및 상기 하나 이상의 제2 이동 노드에 의해 요구되는 서브채널의 총 개수를 최소화하도록 상기 하나 이상의 제1 이동 노드 및 상기 하나 이상의 제2 이동 노드에 서브채널을 할당하는 단계를 포함하는 방법을 제공한다. 이를 통하여, 이동 기지국과 이동 노드를 포함하는 무선 통신 네트워크에서 이동 기지국 간에 간섭이 발생하는 경우에 동적 부분 주파수 사용 기법을 이용하여 셀간 간섭을 최소화하면서 주파수 사용 효율을 높일 수 있고, 각 이동 노드에 의해 요구되는 데이터 레이트를 만족시키면서 모든 이동 노드에 대해 필요한 서브채널의 개수를 최적화할 수 있는 효과가 있다.

Description

동적 부분 주파수 재사용 기법을 이용한 서브채널 할당 방법 및 장치{Method and Apparatus for Allocating Sub-channels Using Dynamic Fractional Frequency Reuse Scheme}
본 발명은 동적 부분 주파수 재사용 기법을 이용한 서브채널 할당 방법 및 장치에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 이동 기지국과 이동 노드를 포함하는 무선 통신 네트워크에서 이동 노드에 의해 요구되는 데이터 레이트를 만족시키면서 모든 이동 노드에 대해 필요한 서브채널의 개수를 최소화하도록 각 이동 노드에 서브채널을 할당하는 방법 및 장치에 관한 것이다.
무선 통신 네트워크에 있어서, 여러 사용자들에게 다중 접속을 제공하기 위하여 소정의 대역폭으로 주어진 주파수 자원을 각 사용자에게 할당할 수 있다. 예컨대, OFDMA(Orthogonal Frequency Division Multiple Access)와 같은 다중 접속을 지원하는 무선 통신 시스템에서, 그 시스템의 주파수 자원은 각 사용자에게 서브채널(sub-channel) 단위로 할당된다.
이와 같은 무선 통신 시스템에서, 어떤 기지국(base station, BS)이 그 기지국과 무선으로 연결된 이동 노드(mobile node, MN)들 모두에 대하여 그 시스템의 채널 대역폭 모두를 사용하여 서브채널을 할당하는 것이 셀 용량 측면에서는 유리하나, 위 기지국과 인접한 다른 기지국에 의해 동일한 채널이 같은 시간대에 사용되는 경우에는 셀 간 간섭(inter-cell interference)이 발생할 수 있다. 따라서, 이와 같이 간섭의 영향을 받는 무선 통신 네트워크에서 이동 노드에게 적절한 SINR(Signal to Interference plus Noise Ratio)을 제공하면서도 주파수 효율성을 극대화하고 셀 용량 확대를 도모할 필요가 있다.
이를 위하여, 어떤 셀의 경계에 위치한 이동 노드들이 동일한 통신 대역을 사용하는 인접 셀의 기지국으로부터 받게 되는 동일 채널 간섭(co-channel interference)을 완화하는 방안으로서 주파수 재사용(Frequency Reuse) 기법이 사용될 수 있다. 종래의 주파수 재사용 기법으로는 하드 주파수 재사용(Hard Frequency Reuse), 부분 주파수 재사용(Fractional Frequency Reuse), 그리고 소프트 주파수 재사용(Soft Frequency Reuse) 등이 있다.
하드 주파수 재사용 기법은 소정의 주파수 대역을 주파수 재사용률(Frequency Reuse Factor, FRF)에 따라 부대역으로 분할한 후, 일정 거리 이상 이격하여 배치된 인접 기지국들에 서로 다른 부대역을 할당한다. 부분 주파수 재사용 기법은 소정의 주파수 대역을 내부대역과 외부대역으로 분할한 후, 셀 중앙 부분(즉, 기지국 부근)에 위치한 이동 노드에 대해서는 모든 기지국이 주파수 재사용률 1로 내부대역을 재사용하도록 하고, 셀 가장자리에 위치한 이동 노드에 대해서는 주파수 재사용률에 따라 외부대역을 나누고 각 기지국이 그와 같이 나누어진 외부대역의 각 부분을 재사용하도록 한다. 소프트 주파수 재사용 기법은 각 기지국이 셀 중앙 부분에 위치한 이동 노드에 대해서는 내부대역을 사용하도록 하고 셀 가장 자리에 위치한 이동 노드에 대해서는 외부대역을 사용하도록 하되, 각 외부대역은 서로 직교가 되도록 할당되며 대응하는 내부대역에 비해 높은 송신전력을 가진다.
고정된 하부구조를 활용하는 무선 통신 네트워크와 달리 기반 시설 없이 동적으로 기지국들이 배치되는 무선 통신 네트워크, 예컨대 군사 분야에서 이동 노드의 움직임에 따라 기지국이 이동하면서 이동 노드에 대해 최소한도 이상의 데이터 레이트(data rate)로 무선 통신을 제공하도록 구성되는 전술 네트워크에서는, 어떤 기지국이 이동하면 동일 채널 간섭을 일으키는 기지국과의 거리가 변하므로 셀 간 간섭의 변화가 발생할 수 있다. 그러나, 종래의 주파수 재사용 기법은 기지국의 위치가 변화할 수 있는 환경에서 셀 간 간섭을 최소화하면서 주파수 사용 효율을 높이는 데 적합하지 않은 면이 있다.
따라서, 본 발명은 위와 같은 특징을 갖는 네트워크에서 이동 기지국이 그 이동 기지국과 연관된 이동 노드 각각에 대해 요구되는 데이터 레이트를 만족시키면서 모든 이동 노드에 대해 필요한 서브채널의 개수를 최소화하는 동적 부분 주파수 재사용 기법을 제공함으로써, 동일 채널 간섭을 효과적으로 완화시키고 주파수 효율성을 증가시키는 데에 그 목적이 있다.
또한, 본 발명의 다른 목적은, 동적 부분 주파수 재사용 기법에 있어서, 제한된 주파수 대역을 가지고 모든 이동 노드에 대해 적어도 소정의 데이터 레이트를 보장하기 위해 요구되는 서브채널을 할당하는 데에 필요한 계산의 복잡도를 감소시키되, 할당되는 서브채널의 수를 최적화하는 것이다.
본 발명의 목적은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따르면, 제1 이동 기지국과 무선으로 연결된 하나 이상의 제1 이동 노드 각각의 재사용 서브채널(reuse sub-channel) 개수 및 독점 서브채널(exclusive sub-channel) 개수와, 상기 제1 이동 기지국과의 사이에 셀간 간섭(inter-cell interference)을 야기하는 제2 이동 기지국과 무선으로 연결된 하나 이상의 제2 이동 노드 각각의 재사용 서브채널 개수 및 독점 서브채널 개수를 계산하는 단계와, 상기 하나 이상의 제1 이동 노드의 재사용 서브채널 개수 및 독점 서브채널 개수와 상기 하나 이상의 제2 이동 노드의 재사용 서브채널 개수 및 독점 서브채널 개수에 기반하여, 상기 하나 이상의 제1 이동 노드 및 상기 하나 이상의 제2 이동 노드에 의해 요구되는 서브채널의 총 개수를 최소화하도록 상기 하나 이상의 제1 이동 노드 및 상기 하나 이상의 제2 이동 노드에 서브채널을 할당하는 단계를 포함하는 방법을 제공한다.
또한, 상기 서브채널 할당 단계는 상기 서브채널의 총 개수를 최적화하도록 상기 하나 이상의 제1 이동 노드 각각 및 상기 하나 이상의 제2 이동 노드 각각에 대해 부분 주파수 재사용을 위한 서브채널의 사용 또는 셀간 간섭 제거를 위한 서브채널의 사용을 판정하는 단계를 더 포함하는 방법을 제공한다.
또한, 상기 판정 단계는 상기 하나 이상의 제1 이동 노드의 재사용 서브채널 개수 및 독점 서브채널 개수에 기반하여 상기 하나 이상의 제1 이동 노드 중 일부가 부분 주파수 재사용을 위한 서브채널을 사용하도록 판정하는 단계와, 상기 하나 이상의 제2 이동 노드의 재사용 서브채널 개수 및 독점 서브채널 개수에 기반하여 상기 하나 이상의 제2 이동 노드 중 일부가 부분 주파수 재사용을 위한 서브채널을 사용하도록 판정하는 단계를 더 포함하는 방법을 제공한다.
또한, 상기 계산 단계 이전에 상기 제1 이동 기지국과 상기 제2 이동 기지국이 서로 셀간 간섭을 야기하는지 감지하는 단계를 더 포함하는 방법을 제공한다.
또한, 상기 하나 이상의 제1 이동 노드의 재사용 서브채널 개수 및 독점 서브채널 개수를 계산하기 위한 제1 채널 정보를 획득하는 단계를 더 포함하는 방법을 제공한다.
또한, 상기 하나 이상의 제2 이동 노드의 재사용 서브채널 개수 및 독점 서브채널 개수를 계산하기 위한 제2 채널 정보를 상기 제2 이동 기지국으로부터 수신하는 단계를 더 포함하는 방법을 제공한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 제1 이동 기지국과 무선으로 연결된 하나 이상의 제1 이동 노드 각각의 재사용 서브채널 개수 및 독점 서브채널 개수와, 상기 제1 이동 기지국과의 사이에 셀간 간섭을 야기하는 제2 이동 기지국과 무선으로 연결된 하나 이상의 제2 이동 노드 각각의 재사용 서브채널 개수 및 독점 서브채널 개수를 계산하도록 구성되는 서브채널 개수 계산부와, 상기 하나 이상의 제1 이동 노드의 재사용 서브채널 개수 및 독점 서브채널 개수와 상기 하나 이상의 제2 이동 노드의 재사용 서브채널 개수 및 독점 서브채널 개수에 기반하여, 상기 하나 이상의 제1 이동 노드 및 상기 하나 이상의 제2 이동 노드에 의해 요구되는 서브채널의 총 개수를 최소화하도록 상기 하나 이상의 제1 이동 노드 및 상기 하나 이상의 제2 이동 노드에 서브채널을 할당하도록 구성되는 서브채널 할당부를 포함하는 장치를 제공한다.
또한, 상기 서브채널 할당부는 또한 상기 서브채널의 총 개수를 최적화하도록 상기 하나 이상의 제1 이동 노드 각각 및 상기 하나 이상의 제2 이동 노드 각각에 대해 부분 주파수 재사용을 위한 서브채널의 사용 또는 셀간 간섭 제거를 위한 서브채널의 사용을 판정하도록 구성되는 장치를 제공한다.
또한, 상기 서브채널 할당부는 상기 판정을 위하여 상기 하나 이상의 제1 이동 노드의 재사용 서브채널 개수 및 독점 서브채널 개수에 기반하여 상기 하나 이상의 제1 이동 노드 중 일부가 부분 주파수 재사용을 위한 서브채널을 사용하도록 판정하고, 상기 하나 이상의 제2 이동 노드의 재사용 서브채널 개수 및 독점 서브채널 개수에 기반하여 상기 하나 이상의 제2 이동 노드 중 일부가 부분 주파수 재사용을 위한 서브채널을 사용하도록 판정하도록 구성되는 장치를 제공한다.
또한, 상기 제1 이동 기지국과 상기 제2 이동 기지국이 서로 셀간 간섭을 야기하는지 감지하도록 구성되는 감지부를 더 포함하는 장치를 제공한다.
또한, 상기 하나 이상의 제1 이동 노드의 재사용 서브채널 개수 및 독점 서브채널 개수를 계산하기 위한 제1 채널 정보를 획득하도록 구성되는 채널 정보 획득부를 더 포함하는 장치를 제공한다.
또한, 상기 채널 정보 획득부는 또한 상기 하나 이상의 제2 이동 노드의 재사용 서브채널 개수 및 독점 서브채널 개수를 계산하기 위한 제2 채널 정보를 상기 제2 이동 기지국으로부터 수신하도록 구성되는 장치를 제공한다.
본 발명의 실시예에 따르면, 네트워크를 구성하는 기지국의 위치가 동적으로 변할 수 있는 경우, 동일 채널 간섭을 일으키는 기지국 간의 거리의 변화로 인한 셀 간 간섭을 최소화하면서 주파수 사용 효율을 높이되, 이동 노드 각각에 요구되는 데이터 레이트를 제공하기 위해 각 이동 노드에 할당되는 서브채널의 총 개수를 최적화할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따라 서브채널 할당이 이루어지는 무선 통신 시스템의 예시적인 구성을 도시하는 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따라 서브채널이 할당된 각 이동노드 별로 필요한 개수의 서브채널을 프레임 상에 맵핑한 예를 도시한다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 무선 통신 네트워크의 하향 링크에서 모든 이동 노드들의 요구 데이터 레이트를 만족하도록 서브채널을 할당하는 과정을 도시한 플로우차트이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 무선 통신 시스템에서 2개의 이동 기지국이 동일 채널 간섭을 야기하는 경우 이동 노드들에 대해 서브채널을 할당하는 과정을 예시하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 서브채널 할당 장치의 구성을 간략하게 도시한 도면이다.
본 발명의 특징과 장점 및 이를 달성하기 위한 방법과 시스템은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되는 실시예들을 참조하면 더욱 명확하게 이해될 수 있다. 그러나 본 발명은 아래에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니며 이와 상이한 다른 다양한 형태로도 구현될 수 있다. 즉, 아래의 실시예들은 본 발명의 충분한 개시를 위해 제공되는 것일 뿐이며 본 발명의 범위를 제한하기 위한 것이 아니다. 또한 본 명세서 전체에 걸쳐 동일한 참조 부호는 동일한 구성요소를 가리킨다.
이하에서는 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들이 상세히 설명된다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따라 서브채널 할당이 이루어지는 무선 통신 시스템의 예시적인 구성을 도시하는 도면이다.
무선 통신 시스템(100)은 이동 기지국(120, 140) 및 이동 노드(160, 170, 180)를 포함한다. 무선 통신 시스템(100)에서 이동 기지국의 수와 이동 노드의 수는 도 1에서 도시된 것과 다를 수 있다. 예컨대, 무선 통신 시스템(100)은 다중 접속 기법으로서 OFDMA를 이용하여 이동 노드들에 대해 서브채널(sub-channel) 단위로 주파수 자원을 할당할 수 있다.
무선 통신 시스템(100)에서는 통신 채널(communication channel) 및 제어 채널(control channel)이 사용될 수 있다. 여기서, 통신 채널은 이동 노드와 이동 기지국 간에 사용자 데이터를 송수신하기 위해 사용되고, 제어 채널은 이동 노드와 이동 기지국 간에 또는 이동 기지국들 간에 각종 제어 정보를 교환하기 위해 사용되는 것을 의미한다. 특히, 제어 채널은 이동 노드들의 SINR 정보를 연관된 이동 기지국으로 전송하기 위해 사용될 수 있고, 또한 서로 간섭을 일으킬 수 있는 이동 기지국 간의 정보 교환을 위해 사용될 수 있다. 이와 같은 제어 채널을 통한 정보 교환의 신뢰성을 유지하기 위해, 제어 채널을 통한 송신은 인접한 이동 기지국 간에 전달되기에 충분한 전력으로 수행할 수 있고, 이와 별도로 또는 이와 더불어 채널 코딩(channel coding) 등을 이용할 수 있다.
무선 통신 시스템(100)의 이동 기지국(120, 140)에 대해서는 소정의 통신 반경(셀의 반경)이 정의될 수 있다. 도 1을 참조하면, 이동 기지국(120, 140)의 통신 반경은 모두
Figure pat00001
로 주어진다. 또한, 도 1에 도시된 바와 같이, 이동 기지국(120, 140)에 대하여 채널 재사용 거리(channel reuse distance)
Figure pat00002
가 정의될 수 있는데, 이동 기지국(120, 140) 간의 거리가 이 값보다 작아지면 본 발명의 실시예에 따른 서브채널 할당이 수행될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 무선 통신 시스템(100)은 고정된 하부구조 없이 구성되는 무선 통신 네트워크, 예컨대 전술 통신 네트워크에서 운영될 수 있다. 예를 들어, 이동 기지국(120, 140)은 각각 동일 부대에 속한 이동 노드들에 대해서만 통신을 지원하도록 구성될 수 있다. 도 1을 참조하면, 이동 기지국(120)과 이동 노드(160, 170)가 동일 부대 소속일 수 있다. 이와 같은 경우, 이동 노드(160, 170)가 이동 기지국(120)의 통신 반경을 벗어나더라도 이동 기지국(140)으로 핸드오프하는 것이 허용되지 않을 수 있다. 이는 이동 기지국(140)과 이동 노드(180)가 동일 부대에 소속된 경우에도 마찬가지일 수 있다. 나아가, 무선 통신 시스템(100)에서 이동 기지국(120, 140)은 백본망에 연결되어 있지 않을 수도 있으며, 이로 인해 예컨대 이동 노드(160)에서 이동 기지국(120)으로부터의 수신 강도보다 이동 기지국(140)으로부터의 수신 강도가 크더라도 이동 노드(160)가 다른 부대의 이동 기지국(140)으로 핸드오프하지 않도록 구성될 수 있다.
한편, 도 1을 참조하면, 이동 기지국(120, 140) 간의 거리가 채널 재사용 거리
Figure pat00003
보다 작아지는 경우, 서로 간섭을 일으킬 수 있는 이동 기지국(120, 140) 간의 제어 채널이 활성화되어 서브채널 할당을 수행하는 데에 필요한 정보가 이동 기지국(120, 140) 간에 교환될 수 있다. 이때, 서브채널의 할당은 이동 기지국(120, 140) 중 조정 이동 기지국으로 선택된 이동 기지국에서 수행될 수 있다. 조정 이동 기지국의 선택은 이동 기지국(120, 140) 중에서 그 ID가 가장 낮은 것을 찾는 방식으로 이루어질 수 있다. 예컨대, 이동 기지국(120)이 조정 이동 기지국으로 선택되어 인접한 이동 기지국(140)으로부터 제어 채널을 통해 서브채널 할당을 수행하는 데 필요한 정보를 수집하고 이를 이용하여 서브채널 할당을 수행한 후, 그 결과를 인접 이동 기지국(140)에 전송할 수 있다.
서브채널 할당으로 인해 주파수 재사용이 허용되는지 여부에 따라, 이동 노드들은 2개의 그룹으로 구분될 수 있다. 하나는 상호 간섭을 야기하는 인접 기지국들(120, 140)과 연관된 셀들에서 동일한 서브채널을 사용할 수 있는 이동 노드들의 집합인 재사용 그룹(reuse group)이며, 재사용 그룹에 속한 이동 노드를 재사용 노드라고 한다. 다른 하나는 상호 간섭을 야기하는 인접 기지국들(120, 140)과 연관된 셀들 중 하나의 셀에서만 사용되는 서브채널을 사용하는 이동 노드들의 집합인 독점 그룹(exclusive group)이며, 독점 그룹에 속한 이동 노드를 독점 노드라고 한다.
본 발명의 일 실시예에서, 조정 이동 기지국(120)은 각 이동 기지국(120, 140)에 대해 그 이동 기지국과 무선으로 연결된, 다시 말해 그 이동 기지국에 속한 각 이동 노드가 재사용 그룹에 속하는 경우 요구되는 데이터 레이트를 만족하기 위해 필요한 서브채널의 개수(이하, 재사용 서브채널 개수) 및 그 이동 노드가 독점 그룹에 속하는 경우 요구되는 데이터 레이트를 만족하기 위해 필요한 서브채널의 개수(이하, 독점 서브채널 개수)를 구한 후, 모든 이동 노드(160, 170, 180)의 요구 데이터 레이트를 만족하기 위한 서브채널의 총 개수(이하, 요구 서브채널 총 개수)를 최소화하도록 각각의 이동 노드(160, 170, 180)를 재사용 노드 또는 독점 노드로 결정함으로써, 서브채널 할당을 수행할 수 있다. 이러한 방식은 일종의 동적 부분 주파수 재사용 기법이라 할 수 있다.
이하에서는, 본 발명의 실시예에 따른 서브채널 할당에 대하여 더욱 상세하게 설명한다.
우선, 예컨대 OFDMA와 같은 다중 접속을 지원하는 무선 통신 네트워크에서, 번째 이동 기지국에 속한
Figure pat00005
번째 이동 노드의 재사용 서브채널 개수
Figure pat00006
및 독점 서브채널 개수
Figure pat00007
는
Figure pat00008
번째 이동 기지국과
Figure pat00009
번째 이동 노드 간의 채널 특성이나 인접하는
Figure pat00010
번째 이동 기지국에 따른 간섭의 영향에 기반하여 획득할 수 있다. 여기서,
Figure pat00011
와
Figure pat00012
는
Figure pat00013
번째 이동 기지국에서
Figure pat00014
번째 이동 노드에 할당되는 프레임 당 평균 서브채널의 개수로서 주어질 수 있다.
이후, 동일 채널 간섭을 야기하는 이동 기지국들에 속한 모든 이동노드에 대하여, 조정 이동 기지국이
Figure pat00015
와
Figure pat00016
를 획득한 후, 획득된
Figure pat00017
와
Figure pat00018
를 이용하여 전술한 서브채널 할당을 수행할 수 있다. 이로써, 각 이동 노드가 재사용 노드인지 또는 독점 노드인지 결정됨에 따라, 각 이동 노드 별로 필요한 서브채널의 개수(이하, 이동 노드의 서브채널 개수)가
Figure pat00019
또는
Figure pat00020
로 결정될 수 있다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따라 서브채널이 할당된 각 이동노드 별로 필요한 개수의 서브채널을 프레임 상에 맵핑한 예를 도시한다. 도 2를 참조하면, 프레임(200) 내에서 하향 링크만을 고려하여 각 이동노드에 대해 서브채널 할당이 수행되었을 때, 이동 노드(MN #4)에 할당되는 평균 서브채널의 개수가 0.5인 경우 하나의 서브채널을 할당하는 대신 하나의 서브채널을 1/2만큼 사용할 수 있다. 이는
Figure pat00021
와
Figure pat00022
의 값이 정수가 아니더라도
Figure pat00023
번째 이동 기지국에 속한
Figure pat00024
번째 이동 노드에 대하여 이동 노드의 서브채널 개수를
Figure pat00025
또는
Figure pat00026
으로 하지 않아도 무방하다는 것을 의미한다(여기서,
Figure pat00027
는
Figure pat00028
이상인 최소의 정수임).
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 무선 통신 네트워크의 하향 링크에서 모든 이동 노드들의 요구 데이터 레이트를 만족하도록 서브채널을 할당하는 과정을 도시한 플로우차트이다.
우선, 각 이동 기지국은 제어 채널을 통해 자신의 위치로부터 채널 재사용 거리
Figure pat00029
내에 근접한 이동 기지국이 있는지 감지한다(310).
Figure pat00030
거리 내에 인접한 것으로 감지된 이동 기지국들이 존재하면, 그 이동 기지국들 중에서 조정 이동 기지국을 선택한다(320). 전술한 바와 같이, 조정 이동 기지국은 거리 내에 인접한 것으로 감지된 이동 기지국들의 ID를 비교함으로써 선택될 수 있다.
위 이동 기지국들(즉, 동일 채널 간섭을 야기하는 이동 기지국들) 각각은 자신에게 속한 모든 이동 노드들로부터, 자신과 그 이동 노드 간의 채널 특성 및 인접한 이동 기지국과 그 이동 노드 간의 간섭에 관한 정보를 포함하는 채널 정보를 수집한다(330). 예를 들어, OFDMA 무선 통신 네트워크에서, 위 채널 정보는
Figure pat00032
와
Figure pat00033
를 포함할 수 있다. 여기서,
Figure pat00034
는 서브캐리어(sub-carrier)
Figure pat00035
에 대해
Figure pat00036
번째 이동 기지국에 속한
Figure pat00037
번째 이동 노드의 채널 상수
Figure pat00038
의 분산 평균값이고,
Figure pat00039
는 인접한
Figure pat00040
번째 이동 기지국으로부터 서브캐리어
Figure pat00041
에 대해
Figure pat00042
번째 이동 기지국에 속한
Figure pat00043
번째 이동 노드의 채널 상수
Figure pat00044
의 분산 평균값이다.
선택된 조정 이동 기지국은 동일 채널 간섭을 야기하는 인접 이동 기지국들로부터 위 채널 정보를 수집한다(340).
이후, 일단 위 이동 기지국들의 송신 전력이 소정의 값으로 할당되고, 조정 이동 기지국은 위 채널 정보를 이용하여 모든 이동 노드들의
Figure pat00045
와
Figure pat00046
를 계산하고, 이를 이용하여 각 이동 노드에 대한 서브채널 할당(모든 이동 노드들의 요구 데이터 레이트를 만족시키기 위한 서브채널의 총 개수, 즉 요구 서브채널 총 개수를 최소화하도록 각 이동 노드들을 재사용 노드 또는 독점 노드로 결정함)을 수행한다(350).
만일 서브채널 할당에 따라 최소화된 요구 서브채널의 총 개수가 이용가능한 서브채널의 총 개수보다 크다면, 이동 기지국들이 동일 채널 간섭을 심하게 받는 것으로 볼 수 있는바, 이동 기지국들의 송신 전력을 조정한다(360). 이때, 이동 기지국들의 송신 전력은 요구 서브채널의 총 개수가 이용가능한 서브채널의 총 개수를 초과하지 않으면서 이동 기지국들의 송신 전력의 합이 최소가 되도록 할당된다. 여기서, 이와 같은 이동 기지국들의 송신 전력 할당은 최적화 알고리즘으로부터 유도되는 반복적 과정에 의해 최적값을 결정하는 방식으로 수행될 수 있다. 예컨대, 조정 이동 기지국에서, 이동 기지국들의 송신 전력을 조정한 후에 그러한 송신 전력의 변화에 따라 모든 이동 노드들의
Figure pat00047
와
Figure pat00048
을 다시 계산하고 각 이동 노드에 대한 서브채널 할당을 다시 수행하는 일련의 과정을, 요구 서브채널의 총 개수가 이용가능한 서브채널의 총 개수를 초과하지 않는다고 판정할 수 있을 때까지 반복함으로써 이동 기지국들의 송신 전력을 할당할 수 있다.
이하에서는, 요구 서브채널 총 개수를 최소화하도록 각각의 이동 노드를 재사용 노드 또는 독점 노드로 결정하는 과정을 상세하게 설명한다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 무선 통신 시스템에서 2개의 이동 기지국이 동일 채널 간섭을 야기하는 경우 이동 노드들에 대해 서브채널을 할당하는 과정을 예시하기 위한 도면이다.
무선 통신 시스템(400)에서 이동 기지국
Figure pat00049
(420)과 이동 기지국
Figure pat00050
(440)이 동일 채널 간섭을 야기하는 것으로 감지된 경우를 고려한다(도 4의 사선은 이러한 간섭의 영향을 나타냄). 우선, 각각의 이동 기지국(420, 440)은 자신에게 속한 모든 이동 노드로부터 채널 정보를 수집한다. 단, 여기서는 설명의 편의를 위해 각각의 이동 기지국(420, 440)에 속한 이동 노드의 수를 동일하게
Figure pat00051
으로 한다. 이어서, 조정 이동 기지국(420)은 다른 이동 기지국(440)이 수집한 채널 정보를 수신하고, 모든 이동 노드들에 대하여 재사용 서브채널 개수
Figure pat00052
(460a, 460b) 및 독점 서브채널 개수
Figure pat00053
(462a, 462b)를 계산한다.
여기서, 도 4에 도시된 바와 같이, 조정 이동 기지국(420)이 자신에 속한 이동 노드 각각을 재사용 노드 또는 독점 노드로 지정하고, 마찬가지로 이동 기지국(440)에 속한 이동 노드 각각을 재사용 노드 또는 독점 노드로 지정한 경우를 고려하자. 이때, 어떤 노드도 재사용 그룹 및 독점 그룹 양자에 속할 수 없다.
이동 기지국(420)에 속한 각 이동 노드에 대한 재사용 서브채널 개수(460a)의 합을
Figure pat00054
, 독점 서브채널의 개수(462a)의 합을
Figure pat00055
라 하고, 이동 기지국(440)에 속한 각 이동 노드에 대한 재사용 서브채널 개수(460b)의 합을
Figure pat00056
, 독점 서브채널의 개수(462b)의 합을
Figure pat00057
라 한다면, 무선 통신 시스템(400)에서 요구되는 전체 서브채널의 개수(즉, 요구 서브채널의 총 개수)는
Figure pat00058
와
Figure pat00059
중 큰 값에
Figure pat00060
와
Figure pat00061
를 합한 값이 된다. 도 4에 도시된 바와 같이, 만일
Figure pat00062
가
Figure pat00063
보다 큰 경우 요구 서브채널의 총 개수는
Figure pat00064
+
Figure pat00065
+
Figure pat00066
이 된다.
따라서, 조정 이동 기지국(420)은 자신에 속한 이동 노드 각각과 이동 기지국(440)에 속한 이동 노드 각각이 재사용 노드 또는 독점 노드로 결정되는 각 경우 중에서 요구 서브채널의 총 개수가 최소화되는 경우를 어떤 방식으로 판정함으로써, 서브채널 할당을 수행한다. 위와 같은 판정을 위한 방식으로는 무차별 대입 검색(brute-force search) 방법을 사용할 수도 있고, 이동 기지국의 수와 이동 노드의 수에 따라 지수적으로 증가하는 계산의 복잡도를 줄이기 위해 최적화 내지 준최적화 알고리즘을 이용할 수도 있다.
본 발명의 실시예에 따라, 계산의 복잡도를 감소시키면서 위 서브채널 할당을 수행하는 과정을 상세하게 설명하면 다음과 같다.
일반화를 위해,
Figure pat00067
개의 이동 기지국이 동일 채널 간섭을 야기하는 경우를 고려한다. 다만, 설명의 편의를 위해, 각 이동 기지국에 속한 이동 노드의 수는 모두
Figure pat00068
으로 주어진다.
임의의
Figure pat00069
번째 이동 기지국에 속한 임의의
Figure pat00070
번째 이동 노드의 재사용 서브채널 개수
Figure pat00071
및 독점 서브채널 개수
Figure pat00072
가 주어지면,
Figure pat00073
번째 이동 기지국에 속한 각 이동 노드에 대한 재사용 서브채널 개수의 합
Figure pat00074
과 독점 서브채널의 개수의 합
Figure pat00075
은 다음 수학식과 같이 표현될 수 있다.
Figure pat00076
여기서,
Figure pat00077
는
Figure pat00078
번째 이동 기지국에 속한
Figure pat00079
번째 이동 노드가 재사용 노드이면 1이고, 독점 노드이면 0으로 주어지는바, 재사용 노드 또는 독점 노드인지를 나타내는 일종의 지시값(indicator)이 된다.
위 수학식에서 볼 수 있듯이,
Figure pat00080
는
Figure pat00081
번째 이동 기지국에서 재사용되는 서브채널의 총 개수이고
Figure pat00082
는
Figure pat00083
번째 이동 기지국에 의해 독점되는 서브채널의 총 개수이다. 따라서, 무선 통신 네트워크에서의 요구 서브채널 총 개수
Figure pat00084
는 다음 수학식과 같이 표현될 수 있다.
Figure pat00085
결국, 본 발명의 실시예에 따른 서브채널 할당은
Figure pat00086
를 최소화하는
Figure pat00087
를 구함으로써 수행될 수 있다.
예컨대, 다음의 수학식과 같은 최적의
Figure pat00088
를 결정하여 서브채널 할당이 수행될 수 있다.
Figure pat00089
여기서,
Figure pat00090
는 재사용 그룹을 의미하고,
Figure pat00091
는 독점 그룹을 의미한다.
위 수학식과 같은
Figure pat00092
를 찾는 경우, 무차별 대입 검색 방법은
Figure pat00093
개의 경우를 고려하면 된다.
한편, 본 발명의 일 실시예에서,
Figure pat00094
를 최소화하는
Figure pat00095
를 결정하는 서브채널 할당은 위 수학식 중
Figure pat00096
가 1 또는 0이라는 조건을 완화(relaxation)하여
Figure pat00097
의 값이 모든
Figure pat00098
과
Figure pat00099
에 대하여 양의 실수라는 제한 하에
Figure pat00100
를 구하는 방식이 될 수 있다. 이하에서, 이러한 방식을 SA-K(Subchannel Assignment-Knapsack) 기법이라고 한다.
이때, 이동 기지국에서 재사용되는 서브채널의 총 개수의 최대값
Figure pat00101
은 다음 수학식과 같은 관계를 가질 수 있다.
Figure pat00102
여기서, 요구 서브채널 총 개수의 최소화를 위해 모든 이동 기지국은 재사용되는 서브채널의 총 개수를 최대화할 수 있다는 점을 고려할 때, 전술한 바와 같이
Figure pat00103
에 대해 완화된 제한 하에서는 모든 이동 기지국에서 재사용되는 서브채널의 총 개수를 동일한 값으로 놓을 수 있다. 즉, 이동 기지국에서 재사용되는 서브채널의 총 개수의 최대값은 다음 수학식을 만족하게 된다.
Figure pat00104
따라서, SA-K 기법에 의한 서브채널 할당은 다음의 수학식과 같은 최적의
Figure pat00105
를 결정하는 것이 된다.
Figure pat00106
예컨대, 표 1을 참조하면, 위 수학식과 같은 최적화 문제는 다음과 같은 과정에 의해 해결될 수 있다.
Figure pat00107
표 1에서 볼 수 있는 바와 같이, 이동 기지국 각각에 대하여
Figure pat00108
의 값이 작은 순으로 이동 노드를 재사용 노드로 지정하되, 그러한 지정을 재사용 서브채널 개수의 합이 특정 값을 초과하지 않을 때까지 수행하는 방식으로
Figure pat00109
를 결정할 수 있다.
우선,
Figure pat00110
번째 이동 기지국에 속한
Figure pat00111
번째 이동 노드에 대하여
Figure pat00112
라고 할 때,
Figure pat00113
를 오름차순으로 정렬한다. 여기서는 편의상
Figure pat00114
Figure pat00115
로 정렬된다고 가정한다.
다음,
Figure pat00116
번째 이동 기지국에 대하여,
Figure pat00117
가 특정 값으로 주어지면
Figure pat00118
을 만족하는
Figure pat00119
을 구한다. 그리고, 첫 번째 이동 노드부터
Figure pat00120
번째 이동 노드까지는 재사용 그룹에 포함시킨다. 따라서, 특정
Figure pat00121
에 대하여, 요구 서브채널 총 개수는 다음 수학식과 같이 표현될 수 있다.
Figure pat00122
여기서,
Figure pat00123
는
Figure pat00124
에 따른
Figure pat00125
값을 의미한다.
한편, 위와 같은 요구 서브채널 총 개수
Figure pat00126
는 0부터
Figure pat00127
까지
Figure pat00128
를 증분
Figure pat00129
씩 증가시켜 가면서 계산한다(단,
Figure pat00130
가 이용가능한 서브채널의 총 개수
Figure pat00131
보다 큰 경우에는,
Figure pat00132
까지만 계산함). 이후,
Figure pat00133
을 만족하는
Figure pat00134
를 선택한다. 이로써,
Figure pat00135
에 대해서는
Figure pat00136
로,
Figure pat00137
에 대해서는
Figure pat00138
으로 결정할 수 있다. 나아가, 모든 이동 기지국에 대하여 위와 같은 과정을 수행하여
Figure pat00139
를 결정할 수 있다.
나아가, 본 발명의 일 실시예에서,
Figure pat00140
를 최소화하는
Figure pat00141
를 결정하는 서브채널 할당은 별도의 제한을 두지 않고 다음의 수학식과 같이
Figure pat00142
를 구하는 방식으로 이루어질 수 있다. 이하에서, 이러한 방식을 SA-I(Subchannel Assignment-Individual) 기법이라고 한다.
Figure pat00143
예컨대, 표 2를 참조하면, 위 수학식과 같은 최적화 문제는
Figure pat00144
을 정렬할 필요 없이 개개의 이동 노드에 대해
Figure pat00145
의 값이 0보다 작은지, 0인지, 아니면 0보다 큰지를 확인하여 재사용 노드 또는 독점 노드로 결정하는 방식으로 해결될 수 있다.
Figure pat00146
예를 들어, 표 2에서 볼 수 있는 바와 같이, 어떤 이동 노드에 대하여
Figure pat00147
을 만족하는 경우에는 그 이동 노드를 재사용 노드(
Figure pat00148
)로 결정하고,
Figure pat00149
이라면 그 이동 노드를 독점 노드(
Figure pat00150
)로 결정할 수 있다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 서브채널 할당 장치의 구성을 간략하게 도시한 도면이다.
서브채널 할당 장치(500)는 서브채널 개수 계산부(510)와 서브채널 할당부(520)를 포함한다. 서브채널 개수 계산부(510)는 제1 이동 기지국과 제2 이동 기지국이 셀간 간섭을 야기하는 경우, 제1 이동 기지국과 무선으로 연결된 이동 노드 각각의 재사용 서브채널 개수 및 독점 서브채널 개수와, 제2 이동 기지국과 무선으로 연결된 이동 노드 각각의 재사용 서브채널 개수 및 독점 서브채널 개수를 계산하도록 구성된다. 서브채널 할당부(520)는 서브채널 개수 계산부(510)에서 구한 각 이동 노드의 재사용 서브채널 개수 및 독점 서브채널 개수에 기반하여, 모든 이동 노드에 의해 요구되는 서브채널의 총 개수를 최소화하도록 각 이동 노드에 서브채널을 할당하도록 구성된다. 예컨대, 서브채널 할당부(520)는 앞서 서술한 바와 같은 동적 부분 주파수 재사용 기법(예컨대, SA-K 기법이나 SA-I 기법)을 통해 이동 노드 각각에 대해 부분 주파수 재사용을 위한 서브채널의 사용 또는 셀간 간섭 제거를 위한 서브채널의 사용을 판정하도록 구성된다.
또한, 서브채널 할당 장치(500)는 이동 기지국 간에 서로 셀간 간섭을 야기하는지 감지하도록 구성되는 간섭 감지부(530)를 더 포함할 수 있다. 또한, 서브채널 할당 장치(500)는 각 이동 노드의 재사용 서브채널 개수 및 독점 서브채널 개수를 계산하기 위한 채널 정보를 각 이동 기지국으로부터 획득하도록 구성되는 채널 정보 획득부(540)를 더 포함할 수 있다. 나아가, 서브채널 할당 장치(500)는 이동 기지국들의 송신 전력을 조정하도록 구성되는 전력 조정부(580)를 더 포함할 수 있다. 전력 조정부(580)는 요구 서브채널의 총 개수가 이용가능한 서브채널의 총 개수를 초과하지 않으면서 이동 기지국들의 송신 전력의 합이 최소가 되도록 이동 기지국들의 송신 전력을 할당한다. 전력 조정부(580)에 의해 전력이 조정되면, 서브채널 개수 계산부(510)에서 이동 노드 각각의 재사용 서브채널 개수 및 독점 서브채널 개수가 계산된 후, 서브채널 할당부(520)에서 각 이동 노드에 대해 서브채널이 다시 할당될 수 있다.
본 발명의 실시예들은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 형태로 구현되어 컴퓨터로 판독할 수 있는 기록 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독가능 기록 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체는 본 발명을 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media) 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같이 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 이러한 매체는 프로그램 명령, 데이터 구조 등을 지정하는 신호를 전송하는 반송파를 포함하는 광 또는 금속선, 도파관 등의 전송 매체일 수도 있다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였으나, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 다양한 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며, 한정적인 것으로 이해해서는 안 된다.
120, 140: 이동 기지국, 160, 170, 180: 이동 노드

Claims (12)

  1. 제1 이동 기지국과 무선으로 연결된 하나 이상의 제1 이동 노드 각각의 재사용 서브채널(reuse sub-channel) 개수 및 독점 서브채널(exclusive sub-channel) 개수와, 상기 제1 이동 기지국과의 사이에 셀간 간섭(inter-cell interference)을 야기하는 제2 이동 기지국과 무선으로 연결된 하나 이상의 제2 이동 노드 각각의 재사용 서브채널 개수 및 독점 서브채널 개수를 계산하는 단계와,
    상기 하나 이상의 제1 이동 노드의 재사용 서브채널 개수 및 독점 서브채널 개수와 상기 하나 이상의 제2 이동 노드의 재사용 서브채널 개수 및 독점 서브채널 개수에 기반하여, 상기 하나 이상의 제1 이동 노드 및 상기 하나 이상의 제2 이동 노드에 의해 요구되는 서브채널의 총 개수를 최소화하도록 상기 하나 이상의 제1 이동 노드 및 상기 하나 이상의 제2 이동 노드에 서브채널을 할당하는 단계
    를 포함하는 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 서브채널 할당 단계는 상기 서브채널의 총 개수를 최적화하도록 상기 하나 이상의 제1 이동 노드 각각 및 상기 하나 이상의 제2 이동 노드 각각에 대해 부분 주파수 재사용을 위한 서브채널의 사용 또는 셀간 간섭 제거를 위한 서브채널의 사용을 판정하는 단계
    를 더 포함하는 방법.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 판정 단계는
    상기 하나 이상의 제1 이동 노드의 재사용 서브채널 개수 및 독점 서브채널 개수에 기반하여 상기 하나 이상의 제1 이동 노드 중 일부가 부분 주파수 재사용을 위한 서브채널을 사용하도록 판정하는 단계와,
    상기 하나 이상의 제2 이동 노드의 재사용 서브채널 개수 및 독점 서브채널 개수에 기반하여 상기 하나 이상의 제2 이동 노드 중 일부가 부분 주파수 재사용을 위한 서브채널을 사용하도록 판정하는 단계
    를 더 포함하는 방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 계산 단계 이전에 상기 제1 이동 기지국과 상기 제2 이동 기지국이 서로 셀간 간섭을 야기하는지 감지하는 단계
    를 더 포함하는 방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 하나 이상의 제1 이동 노드의 재사용 서브채널 개수 및 독점 서브채널 개수를 계산하기 위한 제1 채널 정보를 획득하는 단계
    를 더 포함하는 방법.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 하나 이상의 제2 이동 노드의 재사용 서브채널 개수 및 독점 서브채널 개수를 계산하기 위한 제2 채널 정보를 상기 제2 이동 기지국으로부터 수신하는 단계를 더 포함하는 방법.
  7. 제1 이동 기지국과 무선으로 연결된 하나 이상의 제1 이동 노드 각각의 재사용 서브채널 개수 및 독점 서브채널 개수와, 상기 제1 이동 기지국과의 사이에 셀간 간섭을 야기하는 제2 이동 기지국과 무선으로 연결된 하나 이상의 제2 이동 노드 각각의 재사용 서브채널 개수 및 독점 서브채널 개수를 계산하도록 구성되는 서브채널 개수 계산부와,
    상기 하나 이상의 제1 이동 노드의 재사용 서브채널 개수 및 독점 서브채널 개수와 상기 하나 이상의 제2 이동 노드의 재사용 서브채널 개수 및 독점 서브채널 개수에 기반하여, 상기 하나 이상의 제1 이동 노드 및 상기 하나 이상의 제2 이동 노드에 의해 요구되는 서브채널의 총 개수를 최소화하도록 상기 하나 이상의 제1 이동 노드 및 상기 하나 이상의 제2 이동 노드에 서브채널을 할당하도록 구성되는 서브채널 할당부
    를 포함하는 장치.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 서브채널 할당부는 또한 상기 서브채널의 총 개수를 최적화하도록 상기 하나 이상의 제1 이동 노드 각각 및 상기 하나 이상의 제2 이동 노드 각각에 대해 부분 주파수 재사용을 위한 서브채널의 사용 또는 셀간 간섭 제거를 위한 서브채널의 사용을 판정하도록 구성되는
    장치.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 서브채널 할당부는 상기 판정을 위하여 상기 하나 이상의 제1 이동 노드의 재사용 서브채널 개수 및 독점 서브채널 개수에 기반하여 상기 하나 이상의 제1 이동 노드 중 일부가 부분 주파수 재사용을 위한 서브채널을 사용하도록 판정하고, 상기 하나 이상의 제2 이동 노드의 재사용 서브채널 개수 및 독점 서브채널 개수에 기반하여 상기 하나 이상의 제2 이동 노드 중 일부가 부분 주파수 재사용을 위한 서브채널을 사용하도록 판정하도록 구성되는
    장치.
  10. 제 7 항에 있어서,
    상기 제1 이동 기지국과 상기 제2 이동 기지국이 서로 셀간 간섭을 야기하는지 감지하도록 구성되는 간섭 감지부
    를 더 포함하는 장치.
  11. 제 7 항에 있어서,
    상기 하나 이상의 제1 이동 노드의 재사용 서브채널 개수 및 독점 서브채널 개수를 계산하기 위한 제1 채널 정보를 획득하도록 구성되는 채널 정보 획득부
    를 더 포함하는 장치.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 채널 정보 획득부는 또한 상기 하나 이상의 제2 이동 노드의 재사용 서브채널 개수 및 독점 서브채널 개수를 계산하기 위한 제2 채널 정보를 상기 제2 이동 기지국으로부터 수신하도록 구성되는
    장치.
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