KR20210060310A - 통신 시스템에서 부하 관리를 이용한 무선 자원 관리 방법 및 장치 - Google Patents

Abstract

C-RAN 시스템에서 CP에 의해 수행되는 자원 관리 방법은 AN들에게 동일하거나 서로 다른 셀 식별자(identifier, ID)를 할당하여 셀들을 형성하는 단계; 복수의 단말들 각각과 통신할 수 있는 후보 셀들의 그룹을 상기 셀들과 상기 복수의 단말들 간의 채널 상태 및/또는 상기 복수의 단말들 각각의 능력에 따라서 결정하는 단계; 미리 지정된 부하값 또는 상기 시스템의 평균 셀 부하에 기초하여, 셀들의 부하를 균등하게 관리하는 단계; 상기 셀들 각각에서 데이터를 전송할 단말들을 상기 셀들의 개수와 상기 시스템의 평균 셀 부하에 기초하여 결정된 우선순위에 따라서 선택하는 단계; 및 선택된 단말들에게 자원을 할당하는 단계를 포함하고, 상기 자원을 할당하는 단계에서 적은 수의 후보 셀들을 가진 단말일수록 높은 우선 순위로 자원이 할당될 수 있다.

Description

통신 시스템에서 부하 관리를 이용한 무선 자원 관리 방법 및 장치{Method and apparatus for radio resource management using load balancing in communication system}

본 발명은 통신 시스템에서 무선 자원 관리 방법 및 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 C-RAN(cloud radio access network)를 포함하는 통신 시스템에서 단말에 할당된 무선 자원을 관리하는 통신 노드 및 이의 동작 방법에 관한 것이다.

최근 이동통신 환경은 4세대 통신 기술로 불리는 LTE-A 등의 기술이 주를 이루며 이를 통해 무선 단말로 고용량의 데이터를 주고 받을 수 있다. 그러나 수요자들이 보다 많은 대용량의 데이터를 통신하면서 데이터 트래픽 양의 급속한 증대를 가져왔고, 이를 효과적으로 처리하기 위해 주파수 자원의 활용도를 높이는 다양한 시도가 진행되고 있다. 이러한 시도로 최근 5G 통신 기술이 개발되고 있다.

5G 통신 기술의 하나로 C-RAN(Cloud Radio Access Network)은 기존 통신 시스템의 기지국에서 수행되던 주요 기능들을 엣지 노드(edge node)(또는 RRH(remote radio head))와 중앙 프로세서(CP(central processor))(또는 베이스밴드 처리 유닛 풀(baseband processing unit pool))로 분리시켜 수행할 수 있다. C-RAN에서 엣지 노드와 중앙 프로세서 사이의 링크를 프론트홀(fronthaul) 링크라고 한다. C-RAN 구조의 이동통신 시스템에서는 중앙 프로세서와 엣지 노드를 사용하여 통신 영역에 위치한 단말들에게 효율적으로 이동통신을 제공하여야 하며, 분산 배치된 복수 개의 엣지 노드를 이용하여 단말에게 최적의 통신 서비스를 제공하여야 한다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은, C-RAN(Cloud Radio Access Network)을 포함하는 통신 시스템에서 단말을 위해 셀 및 무선 자원을 할당하는 방법 및 장치를 제공하는 데 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예는, 복수개의 AN(access node)들과 CP(central processor)가 존재하는 C-RAN(cloud radio access network) 시스템에서, 상기 CP에 의해서 수행되는 자원 관리 방법으로서, 상기 AN들에게 동일하거나 서로 다른 셀 식별자(identifier, ID)를 할당하여 셀들을 형성하는 단계; 복수의 단말들 각각과 통신할 수 있는 후보 셀들의 그룹을 상기 셀들과 상기 복수의 단말들 간의 채널 상태 및/또는 상기 복수의 단말들 각각의 능력(capability)에 따라서 결정하는 단계; 미리 지정된 부하값 또는 상기 시스템의 평균 셀 부하에 기초하여, 셀들의 부하를 균등하게 관리하는 단계; 상기 셀들 각각에서 데이터를 전송할 단말들을 상기 셀들의 개수와 상기 시스템의 평균 셀 부하에 기초하여 결정된 우선순위에 따라서 선택하는 단계; 및 선택된 단말들에게 자원을 할당하는 단계를 포함하고, 상기 자원을 할당하는 단계에서 적은 수의 후보 셀들을 가진 단말일수록 높은 우선 순위로 자원이 할당될 수 있다.

본 발명의 실시예에 의하면, C-RAN 시스템에서, 분산되어 구축된 안테나들을 통한 단말과의 연결 상태를 동적으로 관리하고, 셀 부하와 단말 클러스터 정보를 이용하여 단말들에게 무선자원을 할당함으로써 데이터 송수신 동작을 효율적으로 수행할 수 있다.

도 1은 통신 시스템의 일 실시예를 도시한 개념도이다.
도 2는 통신 시스템을 구성하는 통신 노드의 일 실시예를 도시한 블록도이다.
도 3은 C-RAN(centralized/cloud-radio access network) 시스템의 일 실시예를 도시한 개념도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 C-RAN 시스템에서의 자원 관리 방법이 적용되는 C-RAN 시스템의 동작 절차를 설명하기 위한 순서도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 자원 관리 방법의 단말 클러스터링 절차에 의하여 단말 별로 결정된 후보 셀 그룹들을 설명하기 위한 개념도이다.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다.

제1, 제2, A, B 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. "및/또는"이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다. 본 발명을 설명함에 있어 전체적인 이해를 용이하게 하기 위하여 도면상의 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 사용하고 동일한 구성요소에 대해서 중복된 설명은 생략한다.

도 1은 통신 시스템의 일 실시예를 도시한 개념도이다.

도 1을 참조하면, 통신 시스템(100)은 복수의 통신 노드들(110-1, 110-2, 110-3, 120-1, 120-2, 130-1, 130-2, 130-3, 130-4, 130-5, 130-6)을 포함할 수 있다. 여기서, 통신 시스템은 "통신 네트워크"로 지칭될 수 있다. 복수의 통신 노드들 각각은 적어도 하나의 통신 프로토콜을 지원할 수 있다. 예를 들어, 복수의 통신 노드들 각각은 CDMA(code division multiple access) 기반의 통신 프로토콜, WCDMA(wideband CDMA) 기반의 통신 프로토콜, TDMA(time division multiple access) 기반의 통신 프로토콜, FDMA(frequency division multiple access) 기반의 통신 프로토콜, OFDM(orthogonal frequency division multiplexing) 기반의 통신 프로토콜, OFDMA(orthogonal frequency division multiple access) 기반의 통신 프로토콜, SC(single carrier)-FDMA 기반의 통신 프로토콜, NOMA(non-orthogonal multiple access) 기반의 통신 프로토콜, SDMA(space division multiple access) 기반의 통신 프로토콜 등을 지원할 수 있다. 복수의 통신 노드들 각각은 다음과 같은 구조를 가질 수 있다.

도 2는 통신 시스템을 구성하는 통신 노드의 일 실시예를 도시한 블록도이다.

도 2를 참조하면, 통신 노드(200)는 적어도 하나의 프로세서(210), 메모리(220) 및 네트워크와 연결되어 통신을 수행하는 송수신 장치(230)를 포함할 수 있다. 또한, 통신 노드(200)는 입력 인터페이스 장치(240), 출력 인터페이스 장치(250), 저장 장치(260) 등을 더 포함할 수 있다. 통신 노드(200)에 포함된 각각의 구성 요소들은 버스(bus)(270)에 의해 연결되어 서로 통신을 수행할 수 있다. 다만, 통신 노드(200)에 포함된 각각의 구성요소들은 공통 버스(270)가 아니라, 프로세서(210)를 중심으로 개별 인터페이스 또는 개별 버스를 통하여 연결될 수도 있다. 예를 들어, 프로세서(210)는 메모리(220), 송수신 장치(230), 입력 인터페이스 장치(240), 출력 인터페이스 장치(250) 및 저장 장치(260) 중에서 적어도 하나와 전용 인터페이스를 통하여 연결될 수도 있다.

프로세서(210)는 메모리(220) 및 저장 장치(260) 중에서 적어도 하나에 저장된 프로그램 명령(program command)을 실행할 수 있다. 프로세서(210)는 중앙 처리 장치(central processing unit, CPU), 그래픽 처리 장치(graphics processing unit, GPU), 또는 본 발명의 실시예들에 따른 방법들이 수행되는 전용의 프로세서를 의미할 수 있다. 메모리(220) 및 저장 장치(260) 각각은 휘발성 저장 매체 및 비휘발성 저장 매체 중에서 적어도 하나로 구성될 수 있다. 예를 들어, 메모리(220)는 읽기 전용 메모리(read only memory, ROM) 및 랜덤 액세스 메모리(random access memory, RAM) 중에서 적어도 하나로 구성될 수 있다.

다시 도 1을 참조하면, 통신 시스템(100)은 복수의 기지국들(base stations)(110-1, 110-2, 110-3, 120-1, 120-2), 복수의 단말들(user equipment)(130-1, 130-2, 130-3, 130-4, 130-5, 130-6)을 포함할 수 있다. 제1 기지국(110-1), 제2 기지국(110-2) 및 제3 기지국(110-3) 각각은 매크로 셀(macro cell)을 형성할 수 있다. 제4 기지국(120-1) 및 제5 기지국(120-2) 각각은 스몰 셀(small cell)을 형성할 수 있다. 제1 기지국(110-1)의 커버리지(coverage) 내에 제4 기지국(120-1), 제3 단말(130-3) 및 제4 단말(130-4)가 속할 수 있다. 제2 기지국(110-2)의 커버리지 내에 제2 단말(130-2), 제4 단말(130-4) 및 제5 단말(130-5)가 속할 수 있다. 제3 기지국(110-3)의 커버리지 내에 제5 기지국(120-2), 제4 단말(130-4), 제5 단말(130-5) 및 제6 단말(130-6)가 속할 수 있다. 제4 기지국(120-1)의 커버리지 내에 제1 단말(130-1)가 속할 수 있다. 제5 기지국(120-2)의 커버리지 내에 제6 단말(130-6)가 속할 수 있다.

여기서, 복수의 기지국들(110-1, 110-2, 110-3, 120-1, 120-2) 각각은 g노드B(gNB; next generation Node B), 노드B(NodeB), 고도화 노드B(evolved NodeB), BTS(base transceiver station), 무선 기지국(radio base station), 무선 트랜시버(radio transceiver), 액세스 포인트(access point), 액세스 노드(node), 노변 장치(road side unit; RSU), DU(digital unit), CDU(cloud digital unit), RRH(radio remote head), RU(radio unit), TP(transmission point), TRP(transmission and reception point), 중계 노드(relay node) 등으로 지칭될 수 있다. 복수의 단말들(130-1, 130-2, 130-3, 130-4, 130-5, 130-6) 각각은 터미널(terminal), 액세스 터미널(access terminal), 모바일 터미널(mobile terminal), 스테이션(station), 가입자 스테이션(subscriber station), 모바일 스테이션(mobile station), 휴대 가입자 스테이션(portable subscriber station), 노드(node), 디바이스(device) 등으로 지칭될 수 있다.

복수의 통신 노드들(110-1, 110-2, 110-3, 120-1, 120-2, 130-1, 130-2, 130-3, 130-4, 130-5, 130-6) 각각은 셀룰러(cellular) 통신(예를 들어, 3GPP(3rd generation partnership project) 표준에서 규정된 LTE(long term evolution), LTE-A(advanced), 5G NR(new RAT) 등)을 지원할 수 있다. 복수의 기지국들(110-1, 110-2, 110-3, 120-1, 120-2) 각각은 서로 다른 주파수 대역에서 동작할 수 있고, 또는 동일한 주파수 대역에서 동작할 수 있다. 복수의 기지국들(110-1, 110-2, 110-3, 120-1, 120-2) 각각은 아이디얼 백홀(ideal backhaul) 또는 논(non)-아이디얼 백홀을 통해 서로 연결될 수 있고, 아이디얼 백홀 또는 논-아이디얼 백홀을 통해 서로 정보를 교환할 수 있다. 복수의 기지국들(110-1, 110-2, 110-3, 120-1, 120-2) 각각은 아이디얼 백홀 또는 논-아이디얼 백홀을 통해 코어(core) 네트워크(미도시)와 연결될 수 있다. 복수의 기지국들(110-1, 110-2, 110-3, 120-1, 120-2) 각각은 코어 네트워크로부터 수신한 신호를 해당 단말(130-1, 130-2, 130-3, 130-4, 130-5, 130-6)에 전송할 수 있고, 해당 단말(130-1, 130-2, 130-3, 130-4, 130-5, 130-6)로부터 수신한 신호를 코어 네트워크에 전송할 수 있다.

복수의 기지국들(110-1, 110-2, 110-3, 120-1, 120-2) 각각은 OFDMA 기반의 하향링크(downlink) 전송을 지원할 수 있고, SC-FDMA 기반의 상향링크(uplink) 전송을 지원할 수 있다. 또한, 복수의 기지국들(110-1, 110-2, 110-3, 120-1, 120-2) 각각은 MIMO(multiple input multiple output) 전송(예를 들어, SU(single user)-MIMO, MU(multi user)-MIMO, 대규모(massive) MIMO 등), COMP(coordinated multipoint) 전송, 캐리어 집성(carrier aggregation) 전송, 비면허 대역(unlicensed band)에서 전송, 단말 간 직접(device to device, D2D) 통신(또는, ProSe(proximity services) 등을 지원할 수 있다. 여기서, 복수의 단말들(130-1, 130-2, 130-3, 130-4, 130-5, 130-6) 각각은 기지국(110-1, 110-2, 110-3, 120-1, 120-2)과 대응하는 동작, 기지국(110-1, 110-2, 110-3, 120-1, 120-2)에 의해 지원되는 동작을 수행할 수 있다.

도 3은 C-RAN(centralized/cloud-radio access network) 시스템의 일 실시예를 도시한 개념도이다.

도 3을 참조하면, 통신 네트워크는 코어 네트워크(core network, 310)와 C-RAN(320)을 포함할 수 있다. C-RAN(320)은 중앙 집중(centralized) 구조로 구성된 기지국 네트워크를 포함할 수 있다. 구체적으로, C-RAN(320)은 기지국 장치 중에서 변복조 및 코어 네트워크(core network)와의 연결과 관련된 처리 장치인 BBU(baseband unit) 및 안테나와 관련된 송수신 장치인 RRH(remote radio head)(또는, RF, TRP(transmission and reception point))를 포함할 수 있다. C-RAN(320)의 BBU는 통신 네트워크의 중앙에 집중되어 배치될 수 있으며, RRH는 사용자에게 통신 서비스를 제공하기에 용이한 지역에 분산되어 설치될 수 있다. BBU와 RRH는 유선(즉, 프론트홀(fronthaul))으로 연결되어 데이터 및 제어 정보를 송수신할 수 있다.

C-RAN(320)의 BBU를 포함하는 처리 장치는 CP(central processor)(321)로 표현될 수 있으며, RRH를 포함하는 송수신 장치는 AN(access node)(322)으로 표현될 수 있다. 표준 규격에서 CP(321)는 중앙 장치(CU, central unit)로 표현될 수 있으며, AN(322)은 분산 장치(DU, distributed unit)로 표현될 수 있다. CP(321)는 이동 통신 계층 구조에서 상위 계층 (L2, L3) 기능 또는 물리 계층 기능을 수행할 수 있다. AN(322)은 RF 기능 또는 물리 계층 기능을 수행할 수 있다.

CP(321)는 제어 평면(CP, control plane) 기능과 사용자 평면(UP, user plane) 기능을 수행할 수 있으며, 제어 평면 기능을 수행하는 엔티티 및 사용자 평면 기능을 수행하는 엔티티를 포함할 수 있다. 또한, CP(321)는 계층에 따라 분리된(function split) 엔티티들을 포함할 수 있으며, L3와 L2 계층의 기능을 수행하는 엔티티와 L1 계층의 기능을 수행하는 엔티티로 구분될 수 있다. C-RAN(320)은 CP(321)를 통해 코어 네트워크(310)와 연결될 수 있다. CP(321)와 코어 네트워크(310)와의 연결은 백홀(backhaul) 네트워크일 수 있고, CP(321)와 AN(322) 사이의 연결은 프론트홀(fronthaul) 네트워크일 수 있다. CP(321)와 AN (322)사이의 통신은 디지털 통신 방식으로 연결될 수 있으며, AN(322)은 아날로그 신호를 디지털로 변환하거나 디지털 신호를 아날로그 신호로 변환할 수 있다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 C-RAN 시스템에서의 자원 관리 방법이 적용되는 C-RAN 시스템의 동작 절차를 설명하기 위한 순서도이다.

도 4를 참조하면, C-RAN 시스템(410)은 CP(411) 및 AN(412)를 포함할 수 있다. C-RAN 시스템(410)은 복수의 AN들(412-1 내지 412-4)을 포함할 수 있으나, 설명의 편의상, 도 4에서는 이들을 대표하는 하나의 AN(412)만이 도시되어 있다. C-RAN 시스템(410)에 포함된 복수의 AN들 각각은 AN(412)와 동일한 방식으로 동작할 수 있다.

C-RAN 시스템(410)의 CP(411)는 시스템 정보를 AN(412)로 전달할 수 있다(S410). 이 경우, 시스템 정보는 셀(cell) 식별자(ID, identifier)를 포함할 수 있으며, CP(411)는 AN(412)을 포함한 복수의 AN들에 동일한 셀 ID를 할당하는 시스템 정보를 송신할 수 있다. 또는, CP(411)는 복수의 AN들에 서로 다른 셀 ID들을 할당하는 시스템 정보를 전송할 수도 있다. 이 경우, CP(411)는 각각의 AN들에 서로 다른 셀 ID를 부여할 수 있다. 즉, 복수의 AN들이 하나의 셀을 구성할 수도 있고, 하나의 AN이 하나의 셀을 구성할 수도 있다. 또한, 하나의 AN은 둘 이상의 셀에 포함될 수도 있다(즉, 서로 다른 셀들을 구성하는 AN들의 적어도 일부는 서로 중복될 수도 있다). 예컨대, 제1 AN은 제1 셀에도 속할 수 있고 제2 셀에도 속할 수 있다. CP(411)로부터 셀 ID를 획득한 AN(412)은 단말(420)로 하향링크 신호(예를 들어, 참조 신호 또는 데이터 신호)를 송신할 수 있다(S420).

한편, CP(410)는 C-RAN 정보를 설정하고 AN(412)에게 전달할 수 있으며, AN(412)은 CP(410)에서 설정한 C-RAN 정보를 무선 채널을 통해 단말(420)로 전송할 수 있다.

이 경우, C-RAN 정보는 아래의 정보를 포함할 수 있다.

- C-RAN 식별(identification) 정보: C-RAN 구조로 구성된 셀임을 표시하는 정보(예컨대, 1비트 또는 2비트)

- C-RAN 식별자: 하나의 C-RAN으로 구성된 셀 그룹을 다른 C-RAN으로 구성된 셀 그룹과 구별하기 위한 식별 번호(예컨대, 4비트)

AN(412)에서 C-RAN 정보를 송신할 때, C-RAN 정보는 시스템 정보로서 단말(420)에게 방송될 수도 있고, 데이터 채널에 포함되어 단말 특정적으로 전송될 수도 있다.

단말(420)은 셀에서 수신한 C-RAN 정보를 확인하고 C-RAN 식별 정보가 설정되어 있고 C-RAN 식별자가 동일한 번호인 것으로 확인된 경우, 해당 셀에서 수신된 셀 정보 및 채널 상태 정보를 하나의 C-RAN에서 송신된 정보로 판단한다. 따라서, 단말은 해당 셀 정보 및 채널 상태 정보를 무선 자원 관리에 사용하거나 기지국으로 전달할 수 있다.

단말(420)은 AN(412)으로부터 하향링크 신호 및/또는 하향링크 채널을 수신할 수 있으며(S420), 상향링크 신호 및/또는 상향링크 채널을 AN(412)으로 전송할 수 있다(S430). 이 경우, 단말(420)은 단일 빔을 이용하여 상향링크 신호 및/또는 상향링크 채널을 송신하거나 복수개의 빔을 통해 상향링크 신호 및/또는 상향링크 채널을 송신할 수 있다(S430).

단말(420)은 복수의 AN들을 통해 수신되는 각각의 하향링크 신호 및/또는 하향링크 채널을 기초로 셀 탐색(cell search) 절차를 수행할 수 있다. 단말(420)은 셀 탐색 결과 성공적으로 복조한 하향링크 신호 및/또는 하향링크 채널에 대응하는 상향링크 자원을 통해 채널 측정을 위한 상향링크 신호 및/또는 상향링크 채널을 AN으로 송신할 수 있다(S430). AN(412)은 단말(420)로부터 수신된 상향링크 신호 및/또는 상향링크 채널로부터 채널 측정 정보를 획득할 수 있으며, 획득한 채널 측정 정보를 CP(411)로 전달할 수 있다(S440).

CP(411)는 단말(420)로부터 획득한 채널 측정 정보를 기초로 단말(420)에 할당할 클러스터를 구성할 수 있다(S450). 예를 들어, CP(411)는 복수의 AN들(412-1 내지 412-4) 중에서 일부 AN들(예컨대, 412-1 내지 412-3)을 포함하는 클러스터를 구성하여 단말(420)에 할당할 수 있다(S450). 한편, CP(411)는 복수의 AN들(412-1 내지 412-4) 중에서 일부 AN들(예컨대, 412-1 내지 412-3)을 포함하는 제1 클러스터와 다른 일부 AN들(예컨대, 412-2 내지 412-4)를 포함하는 제2 클러스터를 구성하여 서로 다른 단말들에게 할당할 수 있다(S450). CP(411)는 구성된 클러스터에 속한 AN들이 해당 클러스터에 할당된 단말에 신호를 송신하도록 각 클러스터에 속한 AN들에게 데이터, 참조 신호 및 안테나 제어 신호를 전달할 수 있다(S460). 예컨대, AN(412)은 CP(411)로부터 획득한 안테나 제어 신호를 기초로 단말(420)에 하향링크 신호 및/또는 하향링크 채널을 송신할 수 있다(S470). 즉, 도 4의 실시예는 단말(420)에게 할당된 클러스터에 AN(412)가 포함되는 경우를 예시하고 있다.

본 발명의 실시예는 상술된 C-RAN 시스템에서 시스템이 관리하는 통신 영역 내에 위치한 단말들을 위한 무선 자원을 효율적으로 관리하는 방법을 제공한다. 앞서 도 4에서 설명된 바와 같이, 먼저 C-RAN 시스템 내에 존재하는 AN들에게 셀 ID가 할당하여 셀들이 형성된 이후에 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 자원 관리 방법은 수행될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 무선 자원 관리 방법은 단말과 통신할 수 있는 후보 셀 그룹을 결정하는 단말 클러스터링 단계, 셀들의 부하를 균등하게 관리하는 부하 균형(load balancing) 단계, 셀 내에서 데이터를 전송할 대상 단말들을 선택하는 단말 선택 단계, 및 선택된 단말들에게 자원을 할당하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 4가지 절차는 모두 함께 적용될 수도 있고, 일부만 선택적으로 적용될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 자원 관리 방법은 바람직하게는 CP(410)에 의해서 중앙 집중적으로 수행될 수 있다. 한편, 단말 클러스터링 절차는 CP(410)에 의해서 중앙 집중적으로 수행되거나 단말에 의해서 수행될 수 있다.

단말 클러스터링 절차

먼저, 단말 클러스터링 절차는 단말과 통신할 수 있는 후보 셀들의 그룹(즉, 단말 클러스터)을 구성하는 절차로서, 아래와 같이 2가지 방식으로 수행될 수 있다.

(제1 방식) 단말은 C-RAN 구조에서 AN으로 구성된 셀들이 송신한 무선 신호의 채널 상태를 측정하고, 측정된 채널 상태 정보를 사용하여 자신이 통신 가능한 셀을 선택하고 통신 후보 셀 그룹으로 관리할 수 있다. 또한, 단말은 측정된 채널 정보 및 통신 후보 셀 그룹 정보를 기지국으로 보고할 수 있고, 기지국은 단말이 보고한 정보를 사용하여 단말 클러스터링 정보를 관리할 수 있다. 즉, 제1 방식은 셀들로부터 전송되는 하향링크 신호를 측정하여 단말이 후보 셀 그룹을 구성하는 방식이다.

(제2 방식) 기지국은 단말이 송신한 신호를 사용하여 채널 상태를 측정함으로써 단말과 통신할 셀(들)을 관리할 수 있다. 구체적으로, AN은 단말이 송신한 참조 신호를 측정하고 측정된 채널 상태 정보를 사용하여 단말과 통신 가능한 AN을 선택하고 통신 후보 셀 그룹으로 관리한다. CP는 획득한 채널 측정 정보 및 후보 셀 그룹의 셀을 관리할 수 있다. 즉, 제2 방식은 단말이 전송하는 상향링크 신호를 측정하여 AN들이 각 단말에 대한 후보 셀 그룹을 구성하는 방식이다.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 자원 관리 방법의 단말 클러스터링 절차에 의하여 단말 별로 결정된 후보 셀 그룹들을 설명하기 위한 개념도이다.

도 5를 참조하면, 단말1에게는 셀1과 셀4를 포함한 후보 셀 그룹이 선택되며, 단말2에게는 셀1, 셀2, 셀3, 및 셀4를 포함한 후보 셀 그룹이 선택되며, 단말3에게는 셀1이 포함된 후보 셀 그룹이 선택될 수 있다. 즉, 단말의 위치와 채널 환경에 따라서 후보 셀 그룹으로 선택되는 셀들이 달라질 수 있다. 기지국은 단말로 데이터 송신 시에 해당 단말의 후보 셀 그룹 내의 셀을 선택하여 데이터를 송신할 수 있다.

한편, 본 발명의 일 실시예에서, 단말별 통신 후보 셀 그룹을 선택할 때 단말의 능력(UE capability)-예컨대, 최대 협력 송신 기능-이 고려될 수 있다. 예를 들어, 단말의 동시 송수신 가능 개수는 단말의 안테나 개수, 패널 개수, RF 체인의 개수 등에 의해 정해질 수 있다. 일 실시예로, 단말에 구비된 패널(panel)들의 개수에 기반하여 동시 송수신 가능 개수를 설명할 수 있다. 예컨대, 단말에 2개의 패널이 구비된 경우 해당 단말의 동시 송수신 가능 개수은 2이다.

또는, 단말 별 후보 셀 그룹에 포함된 셀들의 개수는 단말 별로 지정된 개수(예컨대, 4)로 선택하거나 해당 단말의 동시 송수신 가능 개수에 따라 선택할 수 있다. 셀 선택 기준은 패널 별로 측정된 단말과 셀 사이의 채널 상태에 기초하여 채널 상태가 우수한 N개의 셀들을 후보 셀들로 선택할 수 있다. 따라서, 단말 클러스터에 포함되는 셀들의 개수는 패널 별로 선택된 후보 셀들을 합한 개수이다. 예를 들어, 단말의 패널이 2개일 때 패널 별로 각각 3개의 셀을 선택하면 6개의 후보 셀들의 그룹으로 단말 클러스터가 구성될 수 있다.

또는, 추가적으로, N개의 후보 셀들을 선택할 때 가장 우수한 채널 상태를 가진 셀의 채널 품질과의 차이가 기준값 이하인 셀들만을 선택할 수 있다. 예를 들어, 가장 우수한 채널 상태를 기준으로 1 dB 이하의 차이가 있는 셀들만을 선택하여 단말 클러스터에 포함시킬 수 있다. 이와 같은 방법을 사용할 경우 2개의 패널들을 구비한 단말에 대한 단말 클러스터에 포함되는 셀들의 최소 개수는 2이며 최대 개수는 임의의 값으로 지정될 수 있다(예컨대, 8). 이에 따라, 채널 상태가 우수한 셀들이 후보 셀 그룹으로 구성될 수 있다.

부하 균형 절차

본 발명의 일 실시예에서, C-RAN 시스템 내의 모든 셀들의 부하(load)를 최대한 균등하게 관리하는 부하 균형(load balancing) 기능이 사용될 수 있다. 셀 부하(cell load)는 해당 셀에 접속하여 데이터를 전송하는 단말들의 개수에 기초하여 계산될 수 있으며, 단말들이 요구하는 QoS 정보를 추가적으로 사용할 수 있다. 이에 따라, 셀 부하 값이 결정되면 셀의 무선 자원을 지정된 단말들에게 공평하게 분산 할당하는 절차를 사용한다.

이를 위해, C-RAN 시스템에 존재하는 AN들의 개수와 단말들 개수를 사용하여 시스템의 평균 셀 부하를 계산하고, 셀 당 단말이 연결될 개수를 시스템의 평균 셀 부하에 맞추어 지정할 수 있다. 예를 들어, 셀들의 개수가 12이고 해당 통신 영역에 위치한 단말들의 개수가 24개인 경우 평균 셀 부하값은 2로 지정되며, 셀 당 연결 단말 개수는 2개가 된다. 추가적으로, 단말 전체 개수가 과도하여 시스템의 성능을 낮추는 문제가 발생할 경우 평균 셀 부하값은 미리 지정할 수 있다. 예를 들어 시스템의 전체 성능 저하가 셀 부하값이 2보다 클 때 발생하면 평균 셀 부하값을 2로 지정한다.

단말이 평균 셀 부하값보다 부하가 높은 셀에 접속해야 할 경우 부하 균형을 맞추기 위해 단말 클러스터 정보를 사용하여 클러스터에 포함된 후보 셀 중에서 다른 셀을 선택하여 연결하도록 변경한다.

송신 단말 선택 절차

본 발명의 일 실시예에서, 데이터를 송신할 단말을 선택하기 위해 C-RAN 시스템내의 전체 셀들의 개수와 평균 셀 부하값을 사용하며, 단말들의 우선순위를 결정하고 우선순위가 높은 N개의 단말들이 먼저 선택하는 스케쥴링이 수행될 수 있다. 예를 들어, 12개의 셀들이 존재하는 환경에서 평균 셀 부하값이 2인 경우 24개의 단말이 선택될 수 있다.

스케줄링은 예컨대 협력전송을 고려한 PF(proportional fair) 방식을 사용할 수 있다. PF에서 사용하는 파라메터는 단말별 누적 전송량과 채널 상태값이며, 단말별 누적 전송량은 C-RAN 구조 전체에서 각 단말이 수신한 데이터 크기 값이다. 이에 따라, 단말들의 전송량을 시스템 전체에서 공평한 비율로 관리할 수 있다. 채널 상태값은 복잡도를 낮추기 위해 단말 클러스터에 포함된 후보 셀들의 채널 상태 중에서 가장 우수한 1개의 값을 사용하여 스케줄링한다. 스케줄링 계산 시에 실제로 사용하는 값은 단말이 수신 가능한 데이터 크기값을 사용한다. 이것을 수식으로 표시하면 (단말의 채널상태 값 / 단말의 누적 전송량)이며, 상기 값이 큰 단말일수록 높은 우선순위를 가지고 우선적으로 선택될 수 있다.

자원 할당 절차

본 발명의 일 실시예에서, 자원 할당은 스케줄링에 의해 선택된 N개의 단말을 대상으로 무선 자원을 최종적으로 할당하는 절차이며, 대표적으로 관리되는 무선 자원은 셀이다. 또한, 주파수, 시간, 및 공간 자원을 포함할 수 있다. 셀을 할당하는 순서는 스케줄링에서 결정된 단말의 우선순위와 단말 클러스터 정보를 사용하며, 셀에 할당하는 단말들의 개수는 평균 셀 부하값을 사용한다. 특히, 단말에게 이미 할당된 자원을 추가로 다른 단말에게 할당할 경우 자원 충돌이 발생하므로 각 자원은 하나의 단말에게만 할당하여야 한다. 이 경우, 자원을 할당받는 단말들의 순서가 중요하며 자원을 할당받지 못한 단말에게는 다른 자원을 할당하여야 한다.

본 발명의 다른 실시예에서, 단말 클러스터(후보 셀 그룹)에 포함된 셀들의 개수가 작은 단말의 셀(또는 무선 자원)을 먼저 할당하는 절차를 사용한다. 구체적으로, 단말 클러스터에 포함된 후보 셀들의 개수가 1개인 단말을 먼저 할당하며, 후보 셀들의 개수가 2개인 단말은 다음 순서로 할당한다. 이와 같은 방식을 사용할 경우 통신 영역 경계에 위치한 단말(예를 들면, 도 5에서 단말3)이 먼저 데이터를 송신하게 될 가능성이 높아진다. 단말 클러스터에 포함된 후보 셀들의 개수가 동일한 단말들의 경우, 높은 스케줄링 우선순위를 가진 단말에게 자원을 먼저 할당할 수 있다.

단말의 무선 자원을 할당할 때, 동일한 자원을 할당하게 되어 자원 충돌이 발생할 경우, 단말 클러스터의 후보 셀을 변경하여 할당할 수 있다. 클러스터의 후보 셀들의 채널 상태에 따라 클러스터의 후보 셀들의 순서가 관리될 수 있고, 후보 셀을 변경할 때 관리된 순서에 따라 선택할 수 있다. 단말 클러스터를 구성할 때 채널 상태의 차이가 크지 않는 셀들을 선택한 경우 후보 셀 변경에 따른 성능 차이를 최소화할 수 있다. 단말 클러스터에 포함된 모든 후보 셀들이 충돌되어 자원 할당이 불가능한 경우 다음 스케줄링 기회에 자원을 할당하도록 한다.

본 발명에 따른 방법들은 다양한 컴퓨터 수단을 통해 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록되는 프로그램 명령은 본 발명을 위해 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다.

컴퓨터 판독 가능 매체의 예에는 롬, 램, 플래시 메모리(flash memory) 등과 같이 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러(compiler)에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터(interpreter) 등을 사용해서 컴퓨터에 의해 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. 상술한 하드웨어 장치는 본 발명의 동작을 수행하기 위해 적어도 하나의 소프트웨어 모듈로 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.

이상 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (1)

1. 복수개의 AN(access node)들과 CP(central processor)가 존재하는 C-RAN(cloud radio access network) 시스템에서, 상기 CP에 의해서 수행되는 자원 관리 방법으로서,
   상기 AN들에게 동일하거나 서로 다른 셀 식별자(identifier, ID)를 할당하여 셀들을 형성하는 단계;
   복수의 단말들 각각과 통신할 수 있는 후보 셀들의 그룹을 상기 셀들과 상기 복수의 단말들 간의 채널 상태 및/또는 상기 복수의 단말들 각각의 능력(capability)에 따라서 결정하는 단계;
   미리 지정된 부하값 또는 상기 시스템의 평균 셀 부하에 기초하여, 셀들의 부하를 균등하게 관리하는 단계;
   상기 셀들 각각에서 데이터를 전송할 단말들을 상기 셀들의 개수와 상기 시스템의 평균 셀 부하에 기초하여 결정된 우선순위에 따라서 선택하는 단계; 및
   선택된 단말들에게 자원을 할당하는 단계를 포함하고,
   상기 자원을 할당하는 단계에서 적은 수의 후보 셀들을 가진 단말일수록 높은 우선 순위로 자원이 할당되는 것을 특징으로 하는,
   자원 관리 방법.

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