KR20140075476A - 동적 자원 할당 방법 및 장치 - Google Patents

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Abstract

셀룰러 통신 시스템에서 제1 셀을 관리하는 제1 기지국의 동적 자원 할당 장치는 상기 제1 셀에 속하는 각 사용자 단말이 상기 복수의 인접 셀로부터 받는 상기 각 사용자 단말의 간섭 메트릭을 계산하고, 상기 간섭 메트릭과 상기 각 사용자 단말의 부하를 이용하여 상기 제1 기지국과 각 인접 셀의 인접 기지국과의 결합 인자를 계산하며, 각 인접 기지국과의 결합 인자를 이용하여 사용 가능한 인접 셀의 셀 경계 자원을 계산하고, 제1 셀에 할당된 셀 경계 자원과 상기 사용 가능한 인접 셀의 셀 경계 자원을 이용하여 자원 할당을 수행한다.

Description

동적 자원 할당 방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS FOR DYNAMIC RESOURCE ALLOCATION}
본 발명은 동적 자원 할당 장치 및 방법에 관한 것으로, 특히 셀룰러 통신 시스템에서 셀간 간섭을 제거하기 위한 동적 자원 할당 방법 및 장치에 관한 것이다.
일반적으로 무선 통신 시스템은 시스템 용량을 증가시키기 위하여 전체 서비스 지역을 복수의 셀로 분할하여 다중 셀로 구성한다. 각각의 셀에서는 셀 내에 위치한 단말에 서비스를 제공하기 위한 기지국이 설치된다.
이러한 셀룰러 시스템에서 시스템 용량을 높이기 위해서는 주파수 사용 효율을 최대화해야 하는데 이를 위해 각 셀은 전체 주파수 대역을 공통으로 사용하도록 설계된다. 이렇게 서로 인접한 셀이 서로 동일한 주파수 대역을 사용할 경우에 한 셀 내에서는 직교 주파수로 구성된 서브채널을 사용자 별로 할당하기 때문에 간섭이 없지만 셀간에는 간섭이 발생하게 된다. 이를 셀간 간섭(Inter-Cell Interference)이라 한다.
특히 셀의 중심 지역에 존재하는 단말은 다른 셀로부터 수신된 신호의 세기가 약하고 서빙 셀로부터 수신된 신호가 강하기 때문에 셀간 간섭이 크게 문제되지 않지만 셀의 경계 지역에 위치한 단말은 인접 셀로부터 수신되는 신호의 세기가 강하고 서빙 셀로부터 수신되는 신호가 약하기 때문에 수신 SNR이 낮아져서 결과적으로 셀간 간섭이 통신 성능을 크게 저하시킨다.
이러한 문제를 해결하기 위하여 종래에는 FFR(Fractional Frequency Reuse)방식이 제안되었다.
FFR 방식은 셀간 간섭 제거를 위한 자원 할당을 주파수 영역에서 수행하는 방법으로, 시간 영역에서 수행하는 FTR(Fractional Time Reuse) 방식도 제안되었다.
FFR 방식은 시간과 주파수의 2차원 영역으로 정의되는 무선 자원 구조에서 주파수 영역을 분할하여 셀간 간섭을 제거하기 위한 기술인 반면 FTR 방식은 시간 영역을 분할하여 인접 셀에 자원을 할당함으로써 셀간 간섭을 제거하기 위한 기술인데 FFR 방식에 비하여 최근에 제안된 방식이다.
FTR 방식에서도 FFR 방식에서 사용된 여러 가지 방법들이 동일하게 사용될 수 있다. 그러나 이러한 자원 할당 방식은 할당된 자원의 구성이 고정되기 때문에 셀 내, 또는 셀간 부하 분포 변화에 대처하기 어려운 단점이 있다.
즉, 셀간 사용자 부하 분포가 균등한 경우는 문제가 없으나 셀간 사용자 부하 분포가 균등하지 않은 경우에는 자원이 부족한 셀이 있는 반면 자원이 남아서 사용되지 않고 남아 있는 셀도 존재하게 된다. 또한 한 셀 내에서도 셀 중심과 셀 경계의 부하 분포가 균일하지 않을 경우 할당된 자원이 사용되지 않거나 부족하여 서비스가 제대로 이루어지지 않는 경우가 발생한다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 셀간 자원 할당을 적응적으로 수행하여 셀간 간섭을 제거하면서 자원 이용 효율을 높일 수 있는 동적 자원 할당 방법 및 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 한 실시 예에 따르면, 제1 셀과 상기 제1 셀에 인접한 복수의 인접 셀을 포함하는 셀룰러 통신 시스템에서, 제1 셀을 관리하는 제1 기지국의 동적 자원 할당 장치가 자원을 할당하는 방법이 제공된다. 동적 자원 할당 방법은 상기 제1 셀에 속하는 각 사용자 단말이 상기 복수의 인접 셀로부터 간섭을 받는 상기 각 사용자 단말의 간섭 메트릭을 계산하는 단계, 상기 각 사용자 단말의 간섭 메트릭과 상기 각 사용자 단말의 부하를 이용하여 상기 제1 기지국과 각 인접 셀의 인접 기지국과의 결합 인자를 계산하는 단계, 각 인접 기지국과의 결합 인자를 이용하여 사용 가능한 인접 셀의 셀 경계 자원을 계산하는 단계, 그리고 상기 제1 셀에 할당된 셀 경계 자원과 상기 사용 가능한 인접 셀의 셀 경계 자원을 이용하여 자원 할당을 수행하는 단계를 포함한다.
상기 셀 경계 자원을 계산하는 단계는 상기 각 인접 기지국으로부터, 상기 각 인접 기지국이 계산한 상기 제1 기지국과의 결합 인자를, 수신하는 단계, 상기 계산한 인접 기지국과의 결합 인자와 상기 수신한 각 인접 기지국의 제1 기지국과의 결합 인자를 이용하여 평균 값을 계산하는 단계, 그리고 계산한 인접 기지국과의 평균 값이 설정된 임계 값보다 작은 경우 해당 인접 기지국을 제외하고 사용 가능한 인접 기지국의 셀 경계 자원을 계산하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 수행하는 단계는 해당 시점 전의 정해진 시간 동안 상기 사용 가능한 인접 기지국의 셀 경계 자원을 통해 전송한 데이터의 양을 이용하여 유틸리티 값을 계산하는 단계, 상기 각 인접 기지국으로부터 계산된 유틸리티 값을 수신하는 단계, 그리고 상기 계산한 유틸리티 값이 상기 수신한 유틸리티 값보다 큰 경우에, 상기 해당 시점에서 상기 사용 가능한 인접 셀의 셀 경계 자원을 사용하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 수행하는 단계는 상기 계산한 유틸리티 값을 상기 각 인접 기지국으로 전송하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 결합 인자를 계산하는 단계는 상기 계산한 인접 기지국과의 결합 인자를 해당 인접 기지국으로 전송하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 셀은 셀 중앙과 셀 경계로 나뉘어지고, 상기 사용자 단말은 상기 셀 경계에 위치한 단말일 수 있다.
상기 간섭 메트릭을 계산하는 단계는 상기 간섭 메트릭의 값이 설정된 임계 값보다 큰 경우에, 상기 사용자 단말을 상기 셀 경계에 위치한 단말로 분류하는 단계를 포함할 수 있다.
전체 주파수 대역은 복수의 대역으로 나뉘어지고, 복수의 대역은 각각 제1 셀과 상기 복수의 인접 셀의 셀 경계에 할당될 수 있다.
상기 간섭 메트릭을 계산하는 단계는 상기 사용자 단말이 측정한 상기 제1 기지국의 기준 신호의 수신 전력 값과 상기 사용자 단말이 측정한 상기 인접 기지국의 수신 신호의 수신 전력 값을, 상기 사용자 단말로부터, 수신하는 단계, 그리고 수신한 상기 제1 기지국의 기준 신호의 수신 전력 값과 상기 인접 기지국의 기준 신호의 수신 전력 값 이용하여 상기 간섭 메트릭을 계산하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 결합 인자를 계산하는 단계는 상기 간섭 메트릭의 값이 설정된 임계 값보다 큰 사용자 단말의 간섭 메트릭의 값과 부하를 곱한 값의 합으로부터 각 인접 기지국과의 결합 인자를 계산하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 한 실시 예에 따르면, 제1 셀과 상기 제1 셀에 인접한 복수의 인접 셀을 포함하는 셀룰러 통신 시스템에서, 제1 셀을 관리하는 제1 기지국의 동적 자원 할당 장치가 제공된다. 동적 자원 할당 장치는 자원 계산부, 그리고 할당부를 포함한다. 상기 자원 계산부는 셀 경계에 위치한 사용자 단말이 상기 복수의 인접 셀로부터 받는 간섭 메트릭의 값과 상기 사용자 단말의 부하를 이용하여 상기 복수의 인접 셀의 셀 경계 자원 중 사용 가능한 인접 셀의 셀 경계 자원을 계산한다. 그리고 상기 할당부는 상기 제1 셀의 셀 경계에 할당된 자원과 상기 사용 가능한 인접 셀의 셀 경계 자원을 이용하여 상기 셀 경계에 위치한 사용자 단말로 자원을 할당한다.
상기 동적 자원 할당 장치는 분류부를 더 포함할 수 있다. 상기 분류부는 상기 제1 셀에 속하는 각 사용자 단말이 상기 복수의 인접 셀로부터 받은 간섭을 나타내는 각 사용자 단말의 간섭 메트릭을 계산하고, 설정된 임계 값 이상인 상기 간섭 메트릭의 값을 가지는 사용자 단말을 상기 셀 경계에 위치한 단말로 분류할 수 있다.
상기 동적 자원 할당 장치는 수신부를 더 포함할 수 있다. 상기 수신부는 상기 사용자 단말이 측정한 상기 제1 기지국의 기준 신호의 수신 전력 값과 상기 사용자 단말이 측정한 상기 인접 기지국의 수신 신호의 수신 전력 값을, 상기 사용자 단말로부터, 수신할 수 있다. 이때 상기 분류부는 상기 제1 기지국의 기준 신호의 수신 전력 값과 상기 인접 기지국의 기준 신호의 수신 전력 값 이용하여 상기 간섭 메트릭을 계산할 수 있다.
상기 동적 자원 할당 장치는 파라미터 계산부, 그리고 수신부를 더 포함할 수 있다. 상기 파라미터 계산부는 상기 각 사용자 단말의 간섭 메트릭과 상기 각 사용자 단말의 부하를 이용하여 상기 제1 기지국과 각 인접 셀의 인접 기지국과의 결합 인자를 계산한다. 그리고 상기 수신부는 상기 각 인접 기지국으로부터, 상기 각 인접 기지국이 계산한 상기 제1 기지국과의 결합 인자를, 수신한다. 이때 상기 자원 계산부는 상기 계산한 인접 기지국과의 결합 인자와 상기 수신한 각 인접 기지국의 제1 기지국과의 결합 인자를 이용하여 평균 값을 계산하고, 상기 복수의 인접 기지국에서 계산한 평균 값이 설정된 임계 값보다 작은 인접 기지국을 제외한 나머지 인접 기지국의 셀 경계 자원으로부터 사용 가능한 인접 기지국의 셀 경계 자원을 계산할 수 있다.
상기 자원 할당부는 해당 시점 전의 정해진 시간 동안 상기 사용 가능한 인접 기지국의 셀 경계 자원을 통해 전송한 데이터의 양을 이용하여 유틸리티 값을 계산하고, 상기 유틸리티 값이 상기 각 인접 기지국이 계산한 유틸리티 값보다 큰 경우에 상기 해당 시점에서 상기 사용 가능한 인접 셀의 셀 경계 자원을 사용할 수 있다.
전체 주파수 대역은 복수의 대역으로 나뉘어지고, 복수의 대역은 각각 상기 제1 셀과 상기 복수의 인접 셀의 셀 경계에 할당될 수 있다.
상기 사용 가능한 인접 기지국의 셀 경계 자원은 상기 인접 기지국에서 공통으로 사용하지 않는 셀 경계 자원을 포함할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 의하면, 사용자 분포 및 부하 레벨의 변화를 고려하여 셀간 자원 할당을 적응적으로 수행함으로써, 셀간 간섭을 제거하면서 자원 이용 효율을 높일 수 있다.
또한 한 셀이 인접 셀과 정보를 교환하는 절차만으로 해당 셀이 사용할 자원을 결정하기 때문에 별도의 중앙 집중형 서버를 필요로 하지 않을 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 무선 통신 시스템의 일 예를 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 무선 자원 구조를 나타낸 도면이다.
도 3 내지 도 5는 각각 본 발명의 실시 예에 따른 HFR, PFR 및 SFR 방식을 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 동적 자원 할당 방법을 설명하기 위한 셀 구성의 일 예이다.
도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 동적 자원 할당 방법을 나타낸 흐름도이다.
도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 동적 자원 할당 방법을 구체적으로 설명하기 위한 흐름도이다.
도 9는 기지국(0)을 중심으로 한 인접 기지국을 나타낸 도면이다.
도 10은 본 발명의 실시 예에 따른 기지국의 동적 자원 할당 장치를 나타낸 도면이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시 예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시 예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
명세서 및 청구범위 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성 요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
이제 본 발명의 실시 예에 따른 동적 자원 할당 방법 및 장치에 대하여 도면을 참고로 하여 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 무선 통신 시스템의 일 예를 나타낸 도면이고, 도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 무선 자원 구조를 나타낸 도면이다.
도 1을 참고하면, 무선 통신 시스템은 복수의 셀(C1, C2, C3)을 포함한다. 셀(C1, C2, C3)은 각각 기지국(10, 20, 30)을 포함한다.
기지국(10, 20, 30)은 각각 무선 자원을 이용하여 셀(C1, C2, C3) 내 단말과 통신한다.
이러한 복수의 셀(C1, C2, C3)을 가지는 무선 통신 시스템에서 셀간 간섭 제거를 위한 방법으로 FFR(Fractional Frequency Reuse) 방식과 FTR(Fractional Time Reuse) 방식이 있다.
도 2를 보면, 무선 자원은 시간과 주파수의 2차원 영역으로 정의될 수 있다.
FFR 방식은 시간과 주파수의 2차원 영역으로 정의되는 무선 자원 구조에서 주파수 영역을 분할하여 인접 셀에 주파수 자원을 할당함으로써 셀간 간섭을 제거하는 방식이고, FTR 방식은 시간 영역을 분할하여 인접 셀에 자원을 할당함으로써 셀간 간섭을 제거하는 기술이다.
FFR 방식은 대역을 나누는 방식에 따라 HFR(Hard Frequency Reuse), PFR(Partial Frequency Reuse) 및 SFR(Soft Frequency Reuse) 등의 방식으로 분류될 수 있다.
도 3 내지 도 5는 각각 본 발명의 실시 예에 따른 HFR, PFR 및 SFR 방식을 나타낸 도면이다.
도 3을 참고하면, HFR 방식은 전체 주파수 대역을 세 부분으로 나누고 인접한 세 셀(C1, C2, C3)이 서로 다른 대역을 사용하는 방식이다. 이때 셀(C1, C2, C3)의 경계(Rout)에 할당되는 주파수 대역은 서로 겹치지 않아서 인접 셀에 간섭이 미치지 않으므로 높은 송신 전력(P2)이 사용될 수 있다. 이러한 HFR 방식은 셀간 겹치는 대역이 전혀 없기 때문에 간섭이 완전히 제거되나 한 셀에서 전체 주파수 대역의 1/3만 사용하므로 주파수 사용 효율이 떨어지는 단점이 있다.
도 4를 참고하면, PFR 방식은 전체 주파수 대역을 네 부분으로 나누고, 하나의 대역은 각 셀(C1, C2, C3)의 중앙(Rin)에 할당하고 나머지 세 대역은 세 개의 셀(C1, C2, C3)의 경계(Rout)에 각각 할당하는 방식이다. 이때 셀(C1, C2, C3)의 경계(Rout)에 할당하는 대역은 인접 셀간에 상호 배타적으로 할당하여 서로 겹치지 않도록 한다. 셀(C1, C2, C3)의 중앙(Rin)에 할당하는 주파수 대역은 인접 셀에서도 사용되기 때문에 간섭이 미치지 않기 위해서 낮은 송신 전력(P1)이 사용되고 셀(C1, C2, C3)의 경계(Rout)에 할당되는 주파수 대역은 서로 겹치지 않아서 인접 셀에 간섭이 미치지 않으므로 높은 송신 전력(P2)이 사용된다.
다음, 도 5를 참고하면, SFR 방식은 HFR 방식에서와 마찬가지로 전체 주파수 대역을 세 부분으로 나누되 각각의 대역을 세 셀(C1, C2, C3)의 경계(Rout)에서 사용하고 각 셀(C1, C2, C3)의 경계(Rout)에 사용되지 않은 나머지 대역은 각 셀(C1, C2, C3)의 중앙(Rin)에서 공통적으로 사용한다. 이때 SFR 방식은 PFR 방식과 마찬가지로 셀(C1, C2, C3)의 중앙(Rin)에 할당하는 주파수 대역은 인접 셀에서도 사용되기 때문에 간섭이 미치지 않기 위해서 낮은 송신 전력(P1)이 사용되고 셀(C1, C2, C3)의 경계(Rout)에 할당되는 주파수 대역은 서로 겹치지 않아서 인접 셀에 간섭이 미치지 않으므로 높은 송신 전력(P2)이 사용된다. 이러한 SFR 방식은 셀의 중앙(Rin)에서 사용하는 대역과 인접 셀의 경계(Rout)에서 사용하는 대역이 겹치기 때문에 간섭이 존재할 가능성이 있으나 모든 셀에서 전체 대역을 모두 사용하므로 자원 이용 효율이 높다는 장점이 있다.
그리고 FTR 방식에서도 FFR 방식에서 사용된 여러 가지 방법들이 동일하게 사용될 수 있다.
일반적으로, 하나의 기지국 내에 여러 개의 셀이 존재할 수 있는데 아래에서는 기지국과 셀을 동일하게 지칭하여 설명한다.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 동적 자원 할당 방법을 설명하기 위한 셀 구성의 일 예로서, 도 5를 토대로 설명한 SFR 방식에 따른 셀 구성을 나타낸다.
도 6을 참고하면, 전체 주파수 대역폭은 B로 주어진다. 전체 시스템에 있는 셀(C1~C18)은 세 가지 셀 유형(
Figure pat00001
)으로 나뉘며, 셀 경계 자원(대역)이 각각
Figure pat00002
로 나뉘어질 수 있다. 각 셀(C1~C18)에 의하여 실제로 사용되는 셀 경계 자원은 각각
Figure pat00003
으로 표시된다. 이때
Figure pat00004
이
Figure pat00005
와 같거나 커지면 해당 셀은 과부하(overload) 상태이며,
Figure pat00006
이
Figure pat00007
보다 작으면 저부하(underload) 상태이다. 각 셀(C1~C18)에서
Figure pat00008
이외의 대역은 셀 중심에 위치한 사용자를 서비스하는데 사용된다.
그리고 도면에서 표시되지 않았으나 인접 기지국(셀)간에는 인터페이스가 존재하여 기지국간 정보 전송이 지원된다. 이 인터페이스는 LTE에서의 X2 인터페이스에 해당할 수 있다.
도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 동적 자원 할당 방법을 나타낸 흐름도이다.
먼저, 전체 시스템에 있는 셀 및 사용자에 대한 표기(notation)는 표 1과 같이 정의된다.
■ 사용자 단말 집합:
Figure pat00009

■ 기지국 집합:
Figure pat00010

■ 기지국(i)에 속하는 사용자 집합:
Figure pat00011

■ 기지국(i)의 인접기지국 집합:
Figure pat00012

■ 기지국(i)에 속하면서 인접기지국(j)로부터 간섭(interference)을 받는 사용자 집합:
Figure pat00013
도 7을 참고하면, 기지국(i)은 사용자 단말로 기준 신호를 전송하고, 사용자 단말은 기지국(i)으로부터 수신되는 기준 신호의 수신 전력 값을 측정하여 기지국(i)으로 보고한다. 이때 사용자 단말은 기지국(i)으로부터 수신되는 기준 신호의 수신 전력 값과 함께 인접 기지국으로부터 수신되는 기준 신호의 수신 전력 값도 측정하여 보고한다. 여기서, 수신 전력은 예를 들면 LTE 시스템의 경우 RSRP(Reference Signal Received Power)를 포함할 수 있다. 또한 수신 전력 값 대신에 수신 SNR(Signal-to-Noise Ratio), 수신 SINR(Signal-to-Interference Ratio), 수신 전력 값 등의 채널 품질을 간접적으로 나타내는 값(Channel Quality Indicator, CQI)이 사용될 수도 있다.
기지국(i)은 사용자 단말로부터 기지국(i)의 기준 신호의 수신 전력 값과 인접 기지국의 기준 신호의 수신 전력 값을 획득하면(S702), 획득한 수신 전력 값을 이용하여 수학식 1과 같이 사용자 단말의 간섭 메트릭(interference metric, IM)을 계산한다(S704).
Figure pat00014
수학식 1은 기지국(i)에 속하는 사용자 단말(m)이 인접 기지국(j)로부터 받는 IM을 나타낸다.
Figure pat00015
는 사용자 단말(m)이 서빙 기지국(i)으로부터 수신하는 기준 신호의 수신 전력 값을 나타내고,
Figure pat00016
는 사용자 단말(m)이 서빙 기지국(i)에 속하면서 인접 기지국(j)으로부터 수신하는 기준 신호의 수신 전력 값을 나타낸다.
수학식 1에 따르면, IM은 사용자 단말이 셀 중심에 위치 할수록 작아지고 셀 경계 지역으로 갈수록 커진다. 따라서 기지국(i)은 사용자 단말의 IM을 설정된 임계 값과 비교하여 사용자 단말을 셀 중앙에 위치한 단말(이하, "셀 중앙 사용자"라 함)과 셀 경계에 위치한 단말(이하, "셀 경계 사용자"라 함)로 분류한다(S706). 이때 사용자 단말의 IM이 설정된 임계 값 이상이면 해당 사용자 단말은 셀 경계 사용자로 분류되고, 사용자 단말의 IM이 설정된 임계 값 이하이면 해당 사용자 단말은 셀 중앙 사용자로 분류된다.
즉, 기지국(i)에 속하는 셀 중심 사용자 집합은 수학식 2와 같이 표현되고, 기지국(i)에 속하는 셀 경계 사용자 집합은 수학식 3과 같이 표현될 수 있다.
Figure pat00017
Figure pat00018
수학식 2 및 3에서, IMth는 설정된 임계 값을 나타낸다.
기지국(i)은 셀 경계 사용자 중에서 인접 셀로부터 간섭을 강하게 받는 사용자 그룹을 수학식 4와 같이 분류할 수 있다.
Figure pat00019
다음, 기지국(i)은 사용자 단말의 부하를 측정한다(S708). 부하는 상위에서 전달되는 트래픽 속도(bits/sec)로서, 하향링크의 경우 기지국에서, 상향링크의 경우 단말에서 측정이 가능하다.
본 발명의 실시 예에서는 하향링크의 부하와 상향링크의 부하를 모두 고려할 수 있지만 아래에서는 하향링크의 부하만을 고려하여 설명한다.
기지국(i)은 앞에서 정의된 IM과 측정된 부하를 사용하여 결합 메트릭(coupling metric, CM)과 결합 인자(coupling factor, CF)를 계산한다(S710).
기지국(i)에 속하는 사용자 단말(m)의 인접 기지국(j)과의 CM은 수학식 5와 같이 계산될 수 있다.
Figure pat00020
수학식 5에서, Li는 기지국(i)에서 측정된 기지국(i)의 전체 부하(bits/sec)를 나타내고,
Figure pat00021
은 기지국(i)에 속하는 사용자 단말(m)의 부하(bits/s)를 나타낸다.
기지국(i)의 인접기지국(j)과의 CF는 수학식 6과 같이 계산된다. 기지국(i)은 계산한 CF를 인접 기지국으로 전송한다(S712). 이러한 과정을 통해서 기지국(i)은 인접 기지국이 계산한 CF를 획득할 수 있다.
Figure pat00022
그리고 나서, 기지국(i)은 인접 기지국간 평균 CF를 계산한다(S714). 두 기지국(i,j)간 평균 CF는 수학식 7과 같이 계산된다.
Figure pat00023
기지국(i)은 위에서 정의된 여러 가지 파라미터를 이용하여 동적 자원 할당을 수행한다(S716).
도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 동적 자원 할당 방법을 구체적으로 설명하기 위한 흐름도이다.
셀 유형(x)인 기지국(i)에서 사용하는 셀 경계 자원을
Figure pat00024
라 하고 사용하지 않는 셀 경계 자원을
Figure pat00025
라 표기하면 기지국(i)에서 사용 가능한 인접 셀의 셀 경계 자원은 수학식 8과 같이 표현된다.
Figure pat00026
수학식 8에서,
Figure pat00027
는 기지국(i)에서 셀 유형(
Figure pat00028
)인 인접 기지국으로부터 사용 가능한 자원으로, 수학식 9와 같이 나타낼 수 있다. 그리고
Figure pat00029
는 기지국(i)에서 셀 유형(
Figure pat00030
)인 인접 기지국으로부터 사용 가능한 자원으로, 수학식 10과 같이 나타낼 수 있다.
Figure pat00031
Figure pat00032
즉, 기지국(i)에서 사용 가능한 인접 기지국의 셀 경계 자원은 셀 유형이
Figure pat00033
인 인접 기지국(셀)에서 공통으로 사용하지 않는 자원과 셀 유형이
Figure pat00034
인 인접 기지국에서 공통으로 사용하지 않는 자원의 합으로 구성된다. 따라서 기지국(i)의 인접 셀 중에서 어느 하나라도 부하가 높으면 그 셀에 의해 사용 가능한 인접 셀의 셀 경계 자원이 줄어든다.
기지국(i)에서 사용 가능한 인접 셀의 셀 경계 자원을 늘리기 위해서 기지국(i)의 셀 경계 자원과 인접 셀의 셀 경계 자원이 서로 충돌(중첩)되더라도 그 영향이 적은 경우에 이를 허용하는 방안이 필요하다. 이를 위해 앞에서 정의된 평균 CF 값이 이용된다.
수학식 8에 따르면, 두 기지국(i,j) 사이에 CF 값이 크다면 서로 간섭이 크고 이 간섭에 의한 성능의 영향이 크다는 것을 의미하고, 두 기지국(i,j)간의 CF 값이 작다면 서로간에 간섭이 작거나 간섭이 있다고 하더라도 성능에 미치는 영향이 작다는 것을 의미한다.
도 8을 참고하면, 기지국(i)은 인접 기지국간 평균 CF가 계산되고 나면(S802), 계산된 각 인접 기지국과의 평균 CF 값을 설정된 임계 값(
Figure pat00035
)과 비교한다(S804). 기지국(i)은 각 인접 기지국과의 평균 CF 값이 설정된 임계 값(
Figure pat00036
)보다 작으면 해당 인접 기지국은 제외하고 사용 가능한 인접 기지국의 셀 경계 자원을 계산한다(S806).
도 9는 기지국(0)을 중심으로 한 인접 기지국을 나타낸 도면이다.
예를 들어, 도 9에 도시한 바와 같이 기지국(0)을 기준으로 인접 기지국(1, 2, 3, 4, 5, 6)이 있고, 인접 기지국(2, 4, 6)의 셀 유형이
Figure pat00037
이고, 인접 기지국(1, 3, 5)의 셀 유형이
Figure pat00038
라고 가정한다. 그리고 기지국(i)이 계산한 인접 기지국과의 CF는 각각 C0 ,1, C0 ,2, C0 ,3, C0 ,4, C0 ,5 및 C0 ,6이고, 기지국(i)이 각 인접 기지국(1, 2, 3, 4, 5, 6)으로부터 수신한 인접 기지국(1, 2, 3, 4, 5, 6)의 기지국(0)간 CF는 각각 C1,0, C2,0, C3,0, C4,0, C5,0 및 C6,0이라고 가정한다.
이때, 기지국(0)과 인접 기지국(6)간 평균 CF 값(
Figure pat00039
)이 임계 값(
Figure pat00040
) 이하이면 기지국(0)은 셀 유형(
Figure pat00041
)인 인접기지국(2, 4, 6)으로부터 사용 가능한 셀 경계 자원에서 인접기지국(6)의 셀 경계 자원을 제외한다. 즉, 기지국(0)이 셀 유형(
Figure pat00042
)인 인접기지국으로부터 사용 가능한 설 경계 자원은
Figure pat00043
와 같이 표현될 수 있다.
다시, 도 8을 보면, 기지국(i)은 모든 인접 기지국에 대하여 이러한 절차(S804, S806)를 수행하여, 기지국(i)에서 사용 가능한 인접 기지국의 셀 경계 자원(
Figure pat00044
)을 획득한다(S808).
이를 수식화하면 기지국(i)의 인접 기지국 중에서 평균 CF 값이 임계값(
Figure pat00045
) 이하가 되는 인접 기지국의 집합은 수학식 11과 같이 표현될 수 있다.
Figure pat00046
또한 기지국(i)은 과거 일정 시간(Td) 동안 인접 기지국의 셀 경계 자원을 통해 전송한 데이터의 양에 대한 정보를 측정 및 관리한다(S810).
기지국(i)은 사용 가능한 인접 기지국의 셀 경계 자원과 과거 일정 시간(Td) 동안 인접 기지국의 셀 경계 자원을 통해 전송한 데이터의 양에 의하여 수학식 12와 같은 유틸리티를 계산한다(S812).
Figure pat00047
수학식 13에서, Ti는 기지국(i)에서 과거 일정 시간(Td) 동안 인접 기지국의 셀 경계 자원을 통해 전송한 데이터의 양을 나타내고,
Figure pat00048
는 기지국(i)에서 사용 가능한 인접 기지국의 셀 경계 자원을 나타낸다.
즉, 기지국(i)은 과거 일정 시간(Td)마다 위의 절차에 따라서 필요한 파라미터 값을 측정하고 이로부터 유틸리티 값을 계산한다.
기지국(i)은 이렇게 계산된 유틸리티 값을 모든 인접 기지국으로 전송한다(S814). 이렇게 하면, 기지국(i)는 기지국(i)과 그 인접 기지국에 대한 유틸리티 값을 모두 획득할 수 있게 된다.
다음, 기지국(i)은 계산된 유틸리티 값과 인접 기지국의 유틸리티 값을 토대로 해당 시점에 셀 경계 자원을 사용할지 결정한다. 즉, 해당 시점에 기지국(i)과 그 인접 기지국 중에서 유틸리티 값이 가장 큰 값을 갖는 기지국이 셀 경계 자원을 사용할 기지국으로 선정된다(S816).
기지국(i)과 그 인접기지국(
Figure pat00049
)이 주어지고 그들간에 평균 CF 값이 임계 값(
Figure pat00050
) 이하가 되는 기지국(
Figure pat00051
)이 정해질 때 셀 경계 자원을 사용할 기지국은 수학식 13과 같이 선정될 수 있다.
Figure pat00052
예를 들면, 도 9에서 기지국(0)은 기지국(0)에서 계산된 유틸리티 값과 인접 기지국(1, 2, 3, 4, 5, 6)에서 전송된 유틸리티 값들을 비교하여 가장 큰 유틸리티 값을 가진 기지국이 인접 기지국의 셀 경계 자원을 사용하게 된다. 이때 인접기지국 중에서 평균 CF가 임계 값 이하인 기지국은 제외하고 최대값을 구할 수 있다.
도 10은 본 발명의 실시 예에 따른 기지국의 동적 자원 할당 장치를 나타낸 도면이다.
도 10을 참고하면, 기지국(i)은 동적 자원 할당 장치(100)를 포함한다.
동적 자원 할당 장치(100)는 송신부(110), 수신부(120) 및 제어부(130)를 포함한다.
송신부(110)는 사용자 단말로 기준 신호를 전송한다. 송신부(110)는 계산된 기지국(i)과 인접 기지국간 CF를 인접 기지국으로 전송하며, 계산된 유틸리티 값을 인접 기지국으로 전송한다.
수신부(120)는 사용자 단말로부터 기지국(i)의 기준 신호의 수신 전력 값과 인접 기지국의 기준 신호의 수신 전력 값을 수신한다. 수신부(120)는 인접 기지국으로부터 인접 기지국과 기지국(i)간 CF를 수신하며, 인접 기지국으로부터 인접 기지국이 계산한 유틸리티 값을 수신한다.
제어부(130)는 분류부(131), 파라미터 계산부(132), 자원 계산부(133), 선정부(134) 및 할당부(135)를 포함한다.
분류부(131)는 수학식 1을 이용하여 사용자 단말의 IM을 계산하고, 계산한 IM을 이용하여 사용자 단말이 셀 중앙 사용자인지 셀 경계 사용자인지 분류한다.
파라미터 계산부(132)는 동적 자원 할당에 필요한 파라미터들을 계산한다. 동적 자원 할당에 필요한 파라미터에는 앞에서 설명한 CM, 기지국(i)의 인접기지국(j)과의 CF 및 기지국(i)과 인접 기지국간 평균 CF 등이 포함될 수 있다.
자원 계산부(133)는 각 인접 기지국과의 평균 CF 값을 설정된 임계 값(
Figure pat00053
)과 비교하여, 각 인접 기지국과의 평균 CF 값이 설정된 임계 값(
Figure pat00054
)보다 작으면 해당 인접 기지국은 제외하고 사용 가능한 인접 기지국의 셀 경계 자원을 계산한다.
선정부(134)는 사용 가능한 인접 기지국의 셀 경계 자원과 과거 일정 시간(Td) 동안 인접 기지국의 셀 경계 자원을 통해 전송한 데이터의 양을 이용하여 유틸리티를 계산하고, 계산된 유틸리티 값과 인접 기지국의 유틸리티 값을 토대로 해당 시점에 셀 경계 자원을 사용할지 결정한다. 즉, 해당 시점에 기지국(i)과 그 인접 기지국 중에서 유틸리티 값이 가장 큰 값을 갖는 기지국이 셀 경계 자원을 사용할 기지국으로 선정된다.
할당부(135)는 기지국(i)이 셀 경계 자원을 사용할 기지국으로 선정되면, 기지국(i)에 할당된 셀 경계 자원과 사용 가능한 인접 기지국의 셀 경계 자원을 사용한다. 즉, 할당부(135)는 전체 주파수 대역을 복수의 대역으로 나누고, 복수의 대역 중 적어도 하나를 기지국(i)에서 셀 경계 사용자에게 할당한다. 이때 기지국(i)이 셀 경계 자원을 사용할 기지국으로 선정되면, 할당부(135)는 사용 가능한 인접 기지국의 셀 경계 자원을 셀 경계 사용자에게 추가적으로 할당할 수 있다.
이상에서 본 발명의 실시 예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리 범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리 범위에 속하는 것이다.

Claims (19)

  1. 제1 셀과 상기 제1 셀에 인접한 복수의 인접 셀을 포함하는 셀룰러 통신 시스템에서, 제1 셀을 관리하는 제1 기지국의 동적 자원 할당 장치가 자원을 할당하는 방법으로,
    상기 제1 셀에 속하는 각 사용자 단말이 상기 복수의 인접 셀로부터 간섭을 받는 상기 각 사용자 단말의 간섭 메트릭을 계산하는 단계,
    상기 각 사용자 단말의 간섭 메트릭과 상기 각 사용자 단말의 부하를 이용하여 상기 제1 기지국과 각 인접 셀의 인접 기지국과의 결합 인자를 계산하는 단계,
    각 인접 기지국과의 결합 인자를 이용하여 사용 가능한 인접 셀의 셀 경계 자원을 계산하는 단계, 그리고
    상기 제1 셀에 할당된 셀 경계 자원과 상기 사용 가능한 인접 셀의 셀 경계 자원을 이용하여 자원 할당을 수행하는 단계
    를 포함하는 동적 자원 할당 방법.
  2. 제1항에서,
    상기 셀 경계 자원을 계산하는 단계는
    상기 각 인접 기지국으로부터, 상기 각 인접 기지국이 계산한 상기 제1 기지국과의 결합 인자를, 수신하는 단계,
    상기 계산한 인접 기지국과의 결합 인자와 상기 수신한 각 인접 기지국의 제1 기지국과의 결합 인자를 이용하여 평균 값을 계산하는 단계, 그리고
    계산한 인접 기지국과의 평균 값이 설정된 임계 값보다 작은 경우 해당 인접 기지국을 제외하고 사용 가능한 인접 기지국의 셀 경계 자원을 계산하는 단계를 포함하는 동적 자원 할당 방법.
  3. 제1항에서,
    상기 사용 가능한 인접 셀의 셀 경계 자원은 상기 복수의 인접 기지국에서 공통으로 사용하지 않는 셀 경계 자원을 포함하는 동적 자원 할당 방법.
  4. 제1항에서,
    상기 수행하는 단계는
    해당 시점 전의 정해진 시간 동안 상기 사용 가능한 인접 기지국의 셀 경계 자원을 통해 전송한 데이터의 양을 이용하여 유틸리티 값을 계산하는 단계,
    상기 각 인접 기지국으로부터 계산된 유틸리티 값을 수신하는 단계, 그리고
    상기 계산한 유틸리티 값이 상기 수신한 유틸리티 값보다 큰 경우에, 상기 해당 시점에서 상기 사용 가능한 인접 셀의 셀 경계 자원을 사용하는 단계를 포함하는 동적 자원 할당 방법.
  5. 제4항에서,
    상기 수행하는 단계는 상기 계산한 유틸리티 값을 상기 각 인접 기지국으로 전송하는 단계를 더 포함하는 동적 자원 할당 방법.
  6. 제1항에서,
    상기 결합 인자를 계산하는 단계는 상기 계산한 인접 기지국과의 결합 인자를 해당 인접 기지국으로 전송하는 단계를 포함하는 동적 자원 할당 방법.
  7. 제1항에서,
    상기 셀은 셀 중앙과 셀 경계로 나뉘어지고,
    상기 사용자 단말은 상기 셀 경계에 위치한 단말인 동적 자원 할당 방법.
  8. 제7항에서,
    상기 간섭 메트릭을 계산하는 단계는 상기 간섭 메트릭의 값이 설정된 임계 값보다 큰 경우에, 상기 사용자 단말을 상기 셀 경계에 위치한 단말로 분류하는 단계를 포함하는 동적 자원 할당 방법.
  9. 제7항에서,
    전체 주파수 대역은 복수의 대역으로 나뉘어지고, 복수의 대역은 각각 제1 셀과 상기 복수의 인접 셀의 셀 경계에 할당되는 동적 자원 할당 방법.
  10. 제1항에서,
    상기 간섭 메트릭을 계산하는 단계는
    상기 사용자 단말이 측정한 상기 제1 기지국의 기준 신호의 수신 전력 값과 상기 사용자 단말이 측정한 상기 인접 기지국의 수신 신호의 수신 전력 값을, 상기 사용자 단말로부터, 수신하는 단계, 그리고
    수신한 상기 제1 기지국의 기준 신호의 수신 전력 값과 상기 인접 기지국의 기준 신호의 수신 전력 값 이용하여 상기 간섭 메트릭을 계산하는 단계를 포함하는 동적 자원 할당 방법.
  11. 제1항에서,
    상기 결합 인자를 계산하는 단계는 상기 간섭 메트릭의 값이 설정된 임계 값보다 큰 사용자 단말의 간섭 메트릭의 값과 부하를 곱한 값의 합으로부터 각 인접 기지국과의 결합 인자를 계산하는 단계를 포함하는 동적 자원 할당 방법.
  12. 제1 셀과 상기 제1 셀에 인접한 복수의 인접 셀을 포함하는 셀룰러 통신 시스템에서, 제1 셀을 관리하는 제1 기지국의 동적 자원 할당 장치로서,
    셀 경계에 위치한 사용자 단말이 상기 복수의 인접 셀로부터 받는 간섭 메트릭의 값과 상기 사용자 단말의 부하를 이용하여 상기 복수의 인접 셀의 셀 경계 자원 중 사용 가능한 인접 셀의 셀 경계 자원을 계산하는 자원 계산부, 그리고
    상기 제1 셀의 셀 경계에 할당된 자원과 상기 사용 가능한 인접 셀의 셀 경계 자원을 이용하여 상기 셀 경계에 위치한 사용자 단말로 자원을 할당하는 할당부
    를 포함하는 동적 자원 할당 장치.
  13. 제12항에서,
    상기 제1 셀에 속하는 각 사용자 단말이 상기 복수의 인접 셀로부터 받은 간섭을 나타내는 각 사용자 단말의 간섭 메트릭을 계산하고, 설정된 임계 값 이상인 상기 간섭 메트릭의 값을 가지는 사용자 단말을 상기 셀 경계에 위치한 단말로 분류하는 분류부
    를 더 포함하는 동적 자원 할당 장치.
  14. 제13항에서,
    상기 사용자 단말이 측정한 상기 제1 기지국의 기준 신호의 수신 전력 값과 상기 사용자 단말이 측정한 상기 인접 기지국의 수신 신호의 수신 전력 값을, 상기 사용자 단말로부터, 수신하는 수신부
    를 더 포함하고,
    상기 분류부는 상기 제1 기지국의 기준 신호의 수신 전력 값과 상기 인접 기지국의 기준 신호의 수신 전력 값 이용하여 상기 간섭 메트릭을 계산하는 동적 자원 할당 장치.
  15. 제13항에서,
    상기 각 사용자 단말의 간섭 메트릭과 상기 각 사용자 단말의 부하를 이용하여 상기 제1 기지국과 각 인접 셀의 인접 기지국과의 결합 인자를 계산하는 파라미터 계산부, 그리고
    상기 각 인접 기지국으로부터, 상기 각 인접 기지국이 계산한 상기 제1 기지국과의 결합 인자를, 수신하는 수신부
    를 더 포함하며,
    상기 자원 계산부는 상기 계산한 인접 기지국과의 결합 인자와 상기 수신한 각 인접 기지국의 제1 기지국과의 결합 인자를 이용하여 평균 값을 계산하고, 상기 복수의 인접 기지국에서 계산한 평균 값이 설정된 임계 값보다 작은 인접 기지국을 제외한 나머지 인접 기지국의 셀 경계 자원으로부터 사용 가능한 인접 기지국의 셀 경계 자원을 계산하는 동적 자원 할당 장치.
  16. 제12항에서,
    상기 자원 할당부는 해당 시점 전의 정해진 시간 동안 상기 사용 가능한 인접 기지국의 셀 경계 자원을 통해 전송한 데이터의 양을 이용하여 유틸리티 값을 계산하고, 상기 유틸리티 값이 상기 각 인접 기지국이 계산한 유틸리티 값보다 큰 경우에 상기 해당 시점에서 상기 사용 가능한 인접 셀의 셀 경계 자원을 사용하는 동적 자원 할당 장치.
  17. 제16항에서,
    상기 각 인접 기지국으로부터 상기 각 인접 기지국이 계산한 유틸리티 값을 수신하는 수신부, 그리고
    상기 계산한 유틸리티 값을 상기 각 인접 기지국으로 전송하는 송신부
    를 더 포함하는 동적 자원 할당 장치.
  18. 제16항에서,
    전체 주파수 대역은 복수의 대역으로 나뉘어지고, 복수의 대역은 각각 상기 제1 셀과 상기 복수의 인접 셀의 셀 경계에 할당되는 동적 자원 할당 장치.
  19. 제12항에서,
    상기 사용 가능한 인접 기지국의 셀 경계 자원은 상기 인접 기지국에서 공통으로 사용하지 않는 셀 경계 자원을 포함하는 동적 자원 할당 장치.
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