KR101000007B1 - Method for virtual frequency reuse to increase capacity of ofdm systems - Google Patents

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Abstract

본 발명은 직교 주파수 분할 멀티플렉싱 시스템의 용량을 증가시키기 위한 가상 주파수 재사용 방법으로서, 직교 주파수 분할 멀티플렉싱 시스템의 각 셀이 재사용 계수(Reuse Factor)로 1을 가지고, 가상 재사용 계수(Virtual Reuse Factor)로 클러스터의 사이즈인 M을 갖고, 가상 재사용 계수에 의해 각 셀을 M개의 타입으로 분류하는 제 1 단계와, 해당 셀의 타입에 따라 소정의 규칙에 따라 사용자에게 서브 채널을 할당하는 제 2 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.The present invention is a virtual frequency reuse method for increasing the capacity of an orthogonal frequency division multiplexing system, wherein each cell of the orthogonal frequency division multiplexing system has 1 as a reuse factor and is clustered with a virtual reuse factor. And a second step of classifying each cell into M types by a virtual reuse coefficient and assigning a subchannel to a user according to a predetermined rule according to the type of the corresponding cell. It is characterized by.

VFR; 가상 주파수 재사용; FFR; OFDM VFR; Virtual frequency reuse; FFR; OFDM

Description

직교 주파수 분할 멀티플렉싱 시스템의 용량을 증가시키기 위한 가상 주파수 재사용 방법{METHOD FOR VIRTUAL FREQUENCY REUSE TO INCREASE CAPACITY OF OFDM SYSTEMS}FREQUENTLY FREQUENCY REUSE TO INCREASE CAPACITY OF OFDM SYSTEMS} for Increased Capacity of Orthogonal Frequency Division Multiplexing Systems

본 발명은 주파수 재사용 방법에 관한 것으로서, 구체적으로 직교 주파수 분할 멀티플렉싱(OFDM, Orthogonal Frequency Division Multiplexing) 시스템의 용량을 증가시키기 위한 가상 주파수 재사용(Virtual Frequency Reuse) 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a frequency reuse method, and more particularly, to a virtual frequency reuse (Virtual Frequency Reuse) method for increasing the capacity of an Orthogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM) system.

새로운 무선 어플리케이션들이 등장하고 멀티미디어 서비스가 확산되면서, 이를 지원할 수 있도록 광대역 무선 액세스(BWA, Broadband Wireless Access)가 연구되어 왔다. 한편, 차세대 무선 네트워크는 제한된 스펙트럼 리소스로 인해 주파수 스펙트럼을 효과적으로 사용하기 위하여 몇 가지 기술을 요구하게 되었는데, 특히 직교 주파수 분할 멀티플렉싱(OFDM, Orthogonal Frequency Division Multiplexing)은 이러한 요구를 만족시킬 수 있는 최상의 솔루션 중 하나로 평가되어 왔다. OFDM 하에서, BWA에 고유하게 적용되는 데이터 심볼의 병렬 전송은 심볼 간 간섭(ISI, Intersymbol Interference) 효과를 감소시키는 특징이 있다.With the advent of new wireless applications and the proliferation of multimedia services, Broadband Wireless Access (BWA) has been studied to support this. Next-generation wireless networks, on the other hand, require some techniques to effectively use the frequency spectrum due to limited spectrum resources. In particular, Orthogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM) is one of the best solutions to meet these requirements. It has been evaluated as one. Under OFDM, parallel transmission of data symbols inherently applied to BWA is characterized by reducing the effects of intersymbol interference (ISI).

한편, OFDM에서의 스펙트럼 효율을 향상시키기 위하여는 스펙트럼 리소스 관리가 필요한데, 이와 같이 OFDM 시스템에서의 스펙트럼 리소스를 관리하기 위하여 다양한 채널 할당 기술이 제안되어 왔다.On the other hand, spectrum resource management is required to improve spectral efficiency in OFDM. Thus, various channel allocation techniques have been proposed to manage spectral resources in an OFDM system.

기본적으로, 채널 할당 기술은 고정 채널 할당(FCA, Fixed Channel Assignment)과 동적 채널 할당(DCA, Dynamic Channel Assignment)으로 분류된다. 이 중 FCA는 각각의 셀에 영구적으로 채널 세트를 할당하는 방법으로, 그 구성이 간단하며 셀 간의 사용자 분포가 균일하고 트래픽의 변화가 적은 경우에는 효율적인 장점이 있었다. 그러나, 일부의 셀이 높은 트래픽 부하를 갖고 다른 셀은 낮은 트래픽 부하를 갖는 경우, 그리고 셀 간의 사용자 분포가 불균일한 경우 FCA에서는 스펙트럼 리소스가 효과적으로 관리되지 못하는 문제점이 있었다. 이러한 FCA의 문제점을 개선하기 위하여 DCA가 제안되었다. DCA에서 채널은 특정 시간 동안 셀에 할당되고 이러한 할당은 동적으로 변화하는데, 이는 각 셀의 트래픽 상태를 반영하고 스펙트럼 리소스를 효율적으로 관리하게 된다. 특히, DCA는 셀 간의 사용자 분포가 불균일한 경우에 효율적인 장점이 있었다. 그러나, DCA는 인접한 셀에 대한 예상치 못한 간섭을 유발하기 때문에, 간섭 회피 알고리즘(Interference Avoidance Algorithms)이 필요한 문제점이 있었다. 또한, 실시간으로 재사용 세트를 변경하므로 그만큼 복잡도가 증가하는 문제점이 있었다.Basically, channel assignment techniques are classified into fixed channel assignment (FCA) and dynamic channel assignment (DCA). Among them, FCA is a method of permanently assigning a channel set to each cell, and its configuration is simple, and it is efficient when the user distribution between cells is uniform and traffic changes are small. However, when some cells have a high traffic load and other cells have a low traffic load, and the user distribution between cells is uneven, there is a problem in that spectrum resources are not managed effectively in the FCA. DCA has been proposed to improve this problem of FCA. In DCA, channels are assigned to cells for specific times, and these assignments change dynamically, reflecting the traffic conditions of each cell and efficiently managing spectral resources. In particular, DCA has an efficient advantage when the user distribution between cells is nonuniform. However, since DCA causes unexpected interference with adjacent cells, interference avoidance algorithms have been required. In addition, since the reuse set is changed in real time, there is a problem that the complexity increases.

한편, FCA와 DCA를 조합하여 차용 채널 할당(BCA, Borrowing Channel Assignment)가 제안되었는데, BCA는 높은 트래픽 조건의 셀이라도 인접한 셀로부터 채널을 빌려옴으로써 새로 들어오는 콜을 수용할 수 있는 장점이 있었다. 또한, BCA는 이를 통해 FCA의 성능을 향상시키고 DCA와 비교하여 채널 할당 교환에 따른 부담을 감소시키는 특징이 있었다.On the other hand, Borrowing Channel Assignment (BCA) has been proposed by combining FCA and DCA. BCA has the advantage of accepting new incoming calls by borrowing channels from adjacent cells even in cells with high traffic conditions. In addition, the BCA improves the performance of the FCA and reduces the burden of exchanging channel assignments compared to the DCA.

한편, 무선 셀룰러 시스템에서, 주파수의 재사용(Frequency Reuse)은 채널간 간섭(CCI, Co-channel Interference)을 감소시키고 시스템 용량을 증가시키기 위해 사용된다. 이때, 시스템 용량을 증가시키기 위하여 재사용 계수(Reuse Factor)는 1에 가까워야 한다. 그런데, CCI를 감소시키기 위하여는 셀 용량을 희생하여야 하는 문제점이 있었는데, 이러한 문제점을 줄이기 위하여 재사용 분할(Reuse Partitioning) 그리고 FFR(Fractional Frequency Reuse)과 같은 몇 가지 기술들이 제안되었다.Meanwhile, in a wireless cellular system, frequency reuse is used to reduce co-channel interference (CCI) and increase system capacity. At this time, the reuse factor should be close to 1 to increase system capacity. However, in order to reduce CCI, there has been a problem of sacrificing cell capacity, and some techniques such as reuse partitioning and fractional frequency reuse (FFR) have been proposed to reduce such problems.

이 중 재사용 분할은 다중 재사용 계수(Multiple Reuse Factor)를 사용하며, 오버레이된 셀들은 재사용 분할에서 CCI를 감소시키도록 구현된다. 또한, FFR은 셀 용량과 간섭 사이 교환의 균형을 맞추기 위하여 셀에서의 사용 가능한 채널 세트에 제약을 갖는다. 이처럼 종래의 FFR은 각 셀에서 사용되는 서브 채널 세트에 대하여 많은 제약을 갖는데, 이는 시스템의 스펙트럼 효과를 제한하는 문제점이 있었다.Among these, reuse partitioning uses multiple reuse factors, and overlaid cells are implemented to reduce CCI in reuse partitioning. FFR also constrains the set of available channels in a cell to balance the exchange between cell capacity and interference. As such, the conventional FFR has many restrictions on the set of subchannels used in each cell, which limits the spectral effects of the system.

본 발명은 종래의 FFR이 갖고 있는 문제점을 극복하기 위하여 제시된 것으로서, 본 발명의 목적은 직교 주파수 분할 멀티플렉싱 시스템의 용량을 증가시키기 위한 새로운 가상 주파수 재사용(VFR, Virtual Frequency Reuse) 방법을 제공하는 것이다. 구체적으로, 본 발명은 모든 서브 채널 세트가 각각의 셀에 유연하게 할당될 수 있도록 하고 각 셀에서 사용되는 서브 채널 세트의 순서에 제한을 가함으로써 시스템의 스펙트럼 리소스를 효율적으로 관리할 수 있으며 시스템의 처리량을 효과적으로 향상시킬 수 있는 가상 주파수 재사용 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.The present invention has been made to overcome the problems of the conventional FFR, and an object of the present invention is to provide a new Virtual Frequency Reuse (VFR) method for increasing the capacity of an orthogonal frequency division multiplexing system. Specifically, the present invention enables efficient management of spectral resources of a system by allowing all subchannel sets to be flexibly allocated to each cell and by restricting the order of the subchannel sets used in each cell. It is an object of the present invention to provide a virtual frequency reuse method that can effectively improve throughput.

상기의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 직교 주파수 분할 멀티플렉싱 시스템의 용량을 증가시키기 위한 가상 주파수 재사용 방법은, 직교 주파수 분할 멀티플렉싱 시스템의 각 셀이 재사용 계수(Reuse Factor)로 1을 가지고, 가상 재사용 계수(Virtual Reuse Factor)로 클러스터의 사이즈인 M을 갖고, 가상 재사용 계수에 의해 각 셀을 M개의 타입으로 분류하는 제 1 단계와, 해당 셀의 타입에 따라 소정의 규칙에 따라 사용자에게 서브 채널을 할당하는 제 2 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, in the virtual frequency reuse method for increasing the capacity of the orthogonal frequency division multiplexing system according to the present invention, each cell of the orthogonal frequency division multiplexing system has a 1 as a reuse factor, The first step of classifying each cell into M types according to the virtual reuse factor and having a cluster size M, and a virtual reuse factor, and subchannels to the user according to a predetermined rule according to the type of the corresponding cell. It characterized in that it comprises a second step of assigning.

바람직하게는, 제 2 단계가, 모든 서브 캐리어를 M개의 서브 채널 세트로 분할하고, 각 셀이 해당 셀 타입에 따라 소정의 규칙에 의해 서브 채널을 각 사용자 에게 할당하도록 한다. 이때, 제 2 단계는, 각 셀의 서브 캐리어를 순차적으로 인덱스하는 제 2-1 단계 및 각 서브 캐리어를 해당 인덱스 번호에 대한 모듈러 M 연산인

Figure 112008065787915-pat00001
을 수행하여 M개의 서브 채널 세트로 분할하는 제 2-2 단계를 포함하도록 한다. 이때, 상기 모듈러 M 연산에서 fk는 k번째 서브 캐리어이고, N은 전체 서브 캐리어의 수이다. 또한, 셀 i의 타입(Ti)가 0 ≤ Ti ≤ M-1의 조건을 갖고, 제 2-2 단계 이후에, 상기 각 셀 타입에서 서브 채널을
Figure 112008065787915-pat00002
의 순서로 순차적으로 사용자에게 할당하는 제 2-3 단계를 더 포함하도록 한다. 더욱 바람직하게는, 가상 주파수 재사용 계수 M이 3일 경우, 각 서브 채널 세트 F0, F1, 그리고 F2이 각 셀 타입에 대하여, Ti = 0 : F0 → F1 → F2, Ti = 1 : F1 → F2 → F0, Ti = 2 : F2 → F0 → F1 의 순서로 사용자에게 순차적으로 할당하도록 한다.Preferably, the second step divides all subcarriers into M subchannel sets and allows each cell to assign a subchannel to each user according to a predetermined rule according to the corresponding cell type. In this case, the second step is a step 2-1 of sequentially indexing subcarriers of each cell and each subcarrier is a modular M operation for a corresponding index number.
Figure 112008065787915-pat00001
Step 2-2 of dividing into M subchannel sets is performed. In the modular M operation, f k is a k th subcarrier and N is a total number of sub carriers. In addition, cell type i (T i) has a condition of 0 ≤ T i ≤ M-1 , since the second step 2-2, the subchannel in each cell type of
Figure 112008065787915-pat00002
The second to third steps to sequentially assign to the user in order to further include. More preferably, when the virtual frequency reuse coefficient M is 3, each subchannel set F 0 , F 1 , and F 2 is for each cell type, T i = 0: F 0 → F 1 → F 2 , T i = 1: F 1 → F 2 → F 0 , T i = 2: F 2 → F 0 → F 1

본 발명에 따른 직교 주파수 분할 멀티플렉싱 시스템의 용량을 증가시키기 위한 가상 주파수 재사용 방법은 셀 사이의 균일한 트래픽 조건과 불균일한 트래픽 조건에서 모두 시스템의 처리량을 크게 향상시키는 현저한 효과가 있다. 또한, 서브 채널 세트를 각각의 셀에 유연하게 할당함으로써 OFDM 시스템의 용량을 증가시 킬 뿐만 아니라, CCI를 감소시키기 위해 셀 용량을 희생하는 문제점을 효율적으로 해결하는 효과가 있다.The virtual frequency reuse method for increasing the capacity of an orthogonal frequency division multiplexing system according to the present invention has a significant effect of greatly improving the throughput of the system in both uniform and non-uniform traffic conditions between cells. In addition, by flexibly assigning a subchannel set to each cell, not only does it increase the capacity of the OFDM system, but also effectively solves the problem of sacrificing the cell capacity to reduce the CCI.

이하에서는, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 장점, 특징 및 바람직한 실시예에 대하여 상세히 설명하도록 한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described in detail the advantages, features and preferred embodiments of the present invention.

먼저, 종래의 FFR에 대하여 설명하면 이하와 같다.First, the conventional FFR will be described.

모바일 WiMAX는 더 많은 가입자를 수용하기 위하여 FFR을 사용하는데, FFR은 각각의 셀에 대하여 사용 가능한 서브 채널 세트에 제한을 갖는다. 종래의 주파수 재사용 기술은 유사한 제약 조건을 가지며, FFR은 모든 셀에 공통으로 할당된 공통 서브 채널 세트를 갖는다. 또한, FFR에서 주파수 분할 스킴은 각 셀에 대하여 사용 가능한 서브 채널 세트를 결정한다.Mobile WiMAX uses FFR to accommodate more subscribers, which has a limitation on the set of subchannels available for each cell. Conventional frequency reuse techniques have similar constraints, and FFR has a common set of subchannels commonly assigned to all cells. In addition, the frequency division scheme in FFR determines the set of available subchannels for each cell.

도 1은 종래의 FFR에서의 주파수 분할 예를 도시한 도로서, 도 1a는 클러스터 사이즈가 3일 때의 주파수 분할을 도시한 도이고, 도 1b는 클러스터 사이즈가 7일 때의 주파수 분할을 도시한 도이다. 도 1a 및 도 1b에 도시한 바와 같이, 각 셀은 공통 서브 채널 세트와 특정 셀에 할당되는 특정 채널 세트를 갖는다. 전체 서브 캐리어의 수에 대한 공통 서브 채널 세트의 서브 캐리어 수의 비율은 서브 채널 할당 스킴에 의해 결정된다. 또한, 서브 채널 세트는 재사용 세트 관리 알고리즘에 의해 정적 또는 동적으로 관리된다. 그런데, 공통 서브 채널 세트가 시스템의 용량을 증가시키기는 하지만, 각 셀은 특정 서브 채널(예를 들어 전체 대역폭의 일부)을 사용하는 것만이 허용되기 때문에, 사용 가능한 서브 채널 세트에 제한이 생길 수밖에 없게 된다. 예를 들어, 도 1a에서 셀 1은 F2 부터 F4 중 특정 서브 채널 F2의 사용만이 허용된다.1 is a diagram illustrating an example of frequency division in a conventional FFR, in which FIG. 1A illustrates frequency division when the cluster size is 3, and FIG. 1B illustrates frequency division when the cluster size is 7. It is also. As shown in Figs. 1A and 1B, each cell has a common subchannel set and a specific channel set assigned to a specific cell. The ratio of the number of subcarriers of the common subchannel set to the total number of subcarriers is determined by the subchannel allocation scheme. In addition, subchannel sets are managed statically or dynamically by a reuse set management algorithm. By the way, although a common set of subchannels increases the capacity of the system, each cell is only allowed to use a particular subchannel (e.g. part of the total bandwidth), which inevitably limits the set of available subchannels. There will be no. For example, in FIG. 1A cell 1 is only allowed to use certain sub-channels F 2 of F 2 through F 4 .

다음으로, 본 발명에 따른 VFR에 대하여 설명하면 이하와 같다.Next, the VFR according to the present invention will be described.

본 발명에 따른 VFR에서의 각 서브 채널 세트는 동일 사이즈를 가지며 정적 재사용 세트 관리가 적용된다. 또한, VFR에서는 서브 캐리어 할당 알고리즘으로 정적인 스킴과 동적 스킴을 모두 사용할 수 있다.Each subchannel set in the VFR according to the present invention has the same size and static reuse set management is applied. In VFR, both a static scheme and a dynamic scheme can be used as a subcarrier allocation algorithm.

또한, VFR에서 각 셀은 재사용 계수(Reuse Factor)로 1을 가지며 가상 재사용 계수(Virtual Reuse Factor)로 M을 갖는다. 여기서 M은 클러스터의 사이즈이다. 따라서, OFDM 시스템의 모든 서브 채널(서브 캐리어)은 모든 셀에서 사용자에게 할당될 수 있다. 또한, 가상 재사용 계수에 의해 셀은 M 타입으로 분류되며, 각 셀은 해당 셀 타입에 의해 서브 채널을 할당하기 위하여 특정 규칙을 따르게 된다. 또한, 모든 서브 캐리어는 순차적인 방법으로 인덱스되고, 자신의 인덱스 번호상의 모듈러 M 연산을 수행함으로써 M 서브 채널 세트로 분할된다. 따라서, 각각의 서브 채널 세트는 수학식 1과 같이 표현된다.Also, in VFR, each cell has 1 as a reuse factor and M as a virtual reuse factor. Where M is the size of the cluster. Thus, all subchannels (subcarriers) of an OFDM system can be assigned to a user in every cell. In addition, cells are classified into M type by the virtual reuse coefficient, and each cell follows a specific rule for allocating subchannels by the corresponding cell type. In addition, all subcarriers are indexed in a sequential manner and divided into M subchannel sets by performing a modular M operation on its index number. Accordingly, each subchannel set is represented by Equation 1 below.

Figure 112008065787915-pat00003
Figure 112008065787915-pat00003

여기서 fk는 k번째 서브 캐리어이고, N은 전체 서브 캐리어의 수이다. Ti가 셀 i의 타입을 표시한다고 가정하고 0 ≤ Ti ≤ M-1이라고 할 때, 각각의 셀 타입에 서 서브 채널은 이하와 같은 특정 순서에 따라 순차적으로 사용자에게 할당된다.Where f k is the kth subcarrier and N is the total number of subcarriers. When T i that the i-type cells to home and that 0 ≤ T i ≤ M-1 of the display, in the respective cell-type sub-channels are sequentially assigned to the user in a specific sequence as described below.

Figure 112008065787915-pat00004
Figure 112008065787915-pat00004

도 2는 본 발명에 따른 VFR에서의 주파수 분할 예를 도시한 도이다. 도 2에서 OFDM 시스템은 가상 주파수 재사용 계수 M=3을 갖는다. 이때, 각각의 서브 채널 세트는 F0, F1, 그리고 F2로 표현된다. 각각의 셀 타입에 대하여, 서브 채널은 이하와 같이 순차적으로 할당된다.2 is a diagram illustrating an example of frequency division in a VFR according to the present invention. The OFDM system in FIG. 2 has a virtual frequency reuse coefficient M = 3. In this case, each subchannel set is represented by F 0 , F 1 , and F 2 . For each cell type, subchannels are assigned sequentially as follows.

Ti = 0 : F0 → F1 → F2 T i = 0: F 0 → F 1 → F 2

Ti = 1 : F1 → F2 → F0 T i = 1: F 1 → F 2 → F 0

Ti = 2 : F2 → F0 → F1 T i = 2: F 2 → F 0 → F 1

따라서, 타입 0 셀에 대하여 새로운 콜이 도착하게 되면, F0에서 서브 캐리어가 우선적으로 사용자에게 임의의 방법으로 할당된다. 만일 F0의 모든 서브 캐리어가 사용자에게 할당되면, F1의 서브 캐리어가 새로 들어오는 콜에 대하여 사용자에게 할당된다. F0와 F1의 모든 서브 캐리어가 사용자에게 할당된 후에 F2의 서브 캐리어에 대한 할당이 시작된다. 타입 1 및 타입 2의 셀에 대하여도 서브 채널 세트의 할당 배열을 제외하고 동일한 방법으로 서브 캐리어가 할당된다.Thus, when a new call arrives for a Type 0 cell, the subcarrier at F 0 is preferentially assigned to the user in any way. If all subcarriers of F 0 are assigned to the user, then the subcarriers of F 1 are assigned to the user for incoming calls. After all subcarriers of F 0 and F 1 have been assigned to a user, allocation of subcarriers of F 2 is started. Subcarriers are allocated to Type 1 and Type 2 cells in the same manner except for an allocation arrangement of sub channel sets.

이하에서는, 본 발명에 따른 VFR 방법과 종래의 FFR이 각기 적용된 시스템에서 발생하는 간섭을 측정함으로써 각각의 성능을 비교 평가하였다.In the following, the performance of the VFR method and the conventional FFR according to the present invention was evaluated by measuring the interference generated in the system to which each is applied.

본 발명에 따른 VFR의 성능을 비교하기 위하여 두 개의 FFR 스킴(FFR1, FFR2)을 고려하도록 한다. 이 중 FFR1은 종래의 FFR 스킴으로서 서브 채널 할당의 배열을 갖지 않는다. 또한, FFR2는 서브 채널 할당 배열을 갖는 것을 제외하고 FFR1과 동일하다. FFR2에서 특정 서브 채널이 사용자에게 먼저 할당된다. FFR1과 FFR2에서 전체 서브 캐리어의 수에 대한 공통 서브 채널 세트의 서브 캐리어 수의 비율은 0.7이다. 그리고, FFR1, FFR2 그리고 VFR에서 클러스터 사이즈는 3이다. 이때, 셀 i와 셀 j의 트래픽 부하는 λi와 λj로 정의된다.Consider two FFR schemes (FFR1, FFR2) to compare the performance of the VFR according to the present invention. Among these, FFR1 does not have an arrangement of subchannel allocation as a conventional FFR scheme. Also, FFR2 is identical to FFR1 except that it has a subchannel assignment arrangement. In FFR2, certain subchannels are assigned to users first. The ratio of the number of subcarriers of the common subchannel set to the total number of subcarriers in FFR1 and FFR2 is 0.7. And, cluster size is 3 in FFR1, FFR2 and VFR. At this time, the traffic load of cell i and cell j is defined as λ i and λ j .

Figure 112008065787915-pat00005
Figure 112008065787915-pat00005

여기서

Figure 112008065787915-pat00006
Figure 112008065787915-pat00007
는 셀 i와 셀 j에서 사용되는 서브 캐리어의 수이고,
Figure 112008065787915-pat00008
Figure 112008065787915-pat00009
는 셀 i와 셀 j의 전체 서브 캐리어의 수를 나타낸다.here
Figure 112008065787915-pat00006
Wow
Figure 112008065787915-pat00007
Is the number of subcarriers used in cells i and j,
Figure 112008065787915-pat00008
Wow
Figure 112008065787915-pat00009
Denotes the total number of subcarriers of cell i and cell j.

우선, 간섭량을 대략적으로 파악하기 위하여, 인접한 셀로부터 VFR의 간섭을 확률적으로 측정하였다. 이때, 클러스터 사이즈 M=3으로 가정하였다. 셀 i에서 사용되는 서브 캐리어가 셀 j에서도 사용될 이벤트의 확률은 λi와 λj의 함수로 표현된다. 또한,

Figure 112008065787915-pat00010
,
Figure 112008065787915-pat00011
, 그리고
Figure 112008065787915-pat00012
를 셀 i에서 사용되는 임의의 서브 캐리어가 서브 채널 세트 F0, F1, 그리고 F2에 각기 포함될 확률이라 한 다. 그리고, 셀 i에서 사용되는 서브 캐리어가 인접한 셀 j에서도 사용될 확률을
Figure 112008065787915-pat00013
라 한다.First, in order to roughly grasp the amount of interference, the interference of the VFR from proximate cells was measured probabilistically. At this time, it is assumed that the cluster size M = 3. The probability of the event that the subcarrier used in cell i will also be used in cell j is expressed as a function of λ i and λ j . Also,
Figure 112008065787915-pat00010
,
Figure 112008065787915-pat00011
, And
Figure 112008065787915-pat00012
Denotes the probability that any subcarriers used in cell i are included in subchannel sets F 0 , F 1 , and F 2 , respectively. Then, the probability that the subcarrier used in cell i will be used in the adjacent cell j
Figure 112008065787915-pat00013
It is called.

Figure 112008065787915-pat00014
는 λi와 λj의 범위에 따라 다른 형태로 표현된다. 예를 들어, 타입 0인 셀 i에서 사용된 서브 캐리어가 타입 1인 셀 j에서도 사용될 이벤트의 확률은 수학식 3과 같이 계산된다. 여기서 2/3 ≤ λi ≤ 1 이고 1/3 ≤ λj ≤ 2/3 이다.
Figure 112008065787915-pat00014
Is expressed in different forms depending on the range of λ i and λ j . For example, the probability of an event to be used in a cell j of a subcarrier used in a cell i of type 0 is also calculated by Equation 3 below. Where 2/3 ≤ λ i ≤ 1 and 1/3 ≤ λ j ≤ 2/3.

Figure 112008065787915-pat00015
Figure 112008065787915-pat00015

Figure 112008065787915-pat00016
Figure 112008065787915-pat00016

Figure 112008065787915-pat00017
Figure 112008065787915-pat00017

그리고, 조건적 확률은 수학식 4와 같다.The conditional probability is the same as Equation 4.

Figure 112008065787915-pat00018
Figure 112008065787915-pat00018

따라서,

Figure 112008065787915-pat00019
는 수학식 5와 같이 산출된다.therefore,
Figure 112008065787915-pat00019
Is calculated as in Equation 5.

Figure 112008065787915-pat00020
Figure 112008065787915-pat00020

이와 유사한 방법으로 각각의 셀 타입으로부터 VFR, FFR1 및 FFR2의 간섭은 λi와 λj의 함수로 정의할 수 있다.In a similar way, the interference of VFR, FFR1 and FFR2 from each cell type can be defined as a function of λ i and λ j .

도 3은 셀 i에서 사용되는 서브 캐리어가 인접한 셀 j에서도 사용될 확률을 도시한 도로서, 변화하는 트래픽 부하 하에서의 확률

Figure 112008065787915-pat00021
을 나타낸다. 여기서 λi = λj이다. 도 3에 도시한 바와 같이, VFR은 다른 타입의 셀에 대하여 간섭 발생 확률을 감소시키고, 동일 타입 셀에서 확률은 증가하는 것을 알 수 있다. 그러나, 동일 타입 셀 j는 셀 i의 2계층에 배치되므로 전체적인 간섭 효과는 크지 않다. 이는 이하에 기술되는 시뮬레이션을 통해 입증되었다. 또한, 하기의 시 뮬레이션에서는 FFR2 및 VFR에서 몇 개의 중요한 포인트가 발견되었다. 두 스킴 모두 서브 채널 할당 배열을 사용하기 때문에 서브 채널 할당의 경계에서
Figure 112008065787915-pat00022
는 1로 수렴하게 된다.3 is a diagram showing the probability that a subcarrier used in cell i will be used in an adjacent cell j, and the probability under varying traffic loads.
Figure 112008065787915-pat00021
Indicates. Where λ i = λ j . As shown in FIG. 3, it can be seen that VFR reduces the probability of occurrence of interference for other types of cells and increases the probability in the same type of cells. However, since the same type cell j is disposed in two layers of cell i, the overall interference effect is not large. This was demonstrated through the simulation described below. In addition, several important points were found in FFR2 and VFR in the following simulations. Because both schemes use an array of subchannel assignments,
Figure 112008065787915-pat00022
Converges to one.

이하에서는, 본 발명에 따른 VFR, 그리고 FFR1 및 FFR2의 주파수 재사용 방법이 적용된 시스템의 처리량을 시뮬레이션한 결과를 설명하도록 한다.Hereinafter, the results of simulating throughput of the system to which the frequency reuse method of VFR and FFR1 and FFR2 according to the present invention is applied will be described.

λj는 셀 i에 인접한 셀인 셀 j의 트래픽 부하를 모델링하는 가우스 랜덤 변수로 가정하고, 셀들 사이의 균일한 분포와 불균일한 분포 하에서 각 주파수 재사용 기술의 성능을 비교하도록 한다. 이때, λj의 평균은 λi와 동일하다. 또한, 모바일 WiMAX 시스템을 고려할 때, 링크 레벨 파라미터를 이하와 같이 설정하였다.λ j is assumed to be a Gaussian random variable that models the traffic load of cell j, a cell adjacent to cell i, and compares the performance of each frequency reuse technique under uniform and non-uniform distribution between cells. At this time, the average of λ j is equal to λ i . In addition, considering the mobile WiMAX system, the link level parameter is set as follows.

캐리어 주파수 = 2.3GHzCarrier Frequency = 2.3 GHz

샘플링 주파수 = 10MHzSampling frequency = 10 MHz

FFT 사이즈 = 1024FFT size = 1024

사용된 서브 캐리어 수 = 864Number of subcarriers used

데이터 서브 캐리어 수 = 768Number of Data Subcarriers

파일럿 서브 캐리어 수 = 96Pilot Subcarriers

심볼 레이트=9.76ksymbols/secSymbol rate = 9.76ksymbols / sec

또한, 모듈레이션 스킴과 에러 정정 코드는 SIR에 의해 결정된다.In addition, the modulation scheme and error correction code are determined by the SIR.

표 1은 FFR과 VFR에 대한 모듈레이션 및 코딩 스킴(MCS) 테이블을 나타낸다.Table 1 shows the Modulation and Coding Schemes (MCS) table for FFR and VFR.

ModulationsModulations Code RateCode rate SIRSIR QPSKQPSK 1/121/12 - 4.34-4.34 QPSKQPSK 1/81/8 - 2.80-2.80 QPSKQPSK 1/61/6 - 1.65-1.65 QPSKQPSK 1/41/4 0.130.13 QPSKQPSK 1/31/3 1.511.51 QPSKQPSK 1/21/2 4.124.12 QPSKQPSK 2/32/3 6.356.35 16QAM16QAM 1/21/2 9.509.50 16QAM16QAM 2/32/3 12.2112.21 64QAM64QAM 1/21/2 13.3213.32 64QAM64QAM 2/32/3 16.7916.79 64QAM64QAM 5/65/6 20.6820.68

셀의 수는 19, 기지국 간의 거리는 1km, 그리고 기지국의 송출전력은 20W으로 설정한다. 또한, 캐리어 주파수와 셀 반경을 고려하면, 채널 모델로 COST-WI 도심 마이크로 모델이 적용된다.The number of cells is set to 19, the distance between base stations is 1 km, and the transmission power of the base stations is set to 20W. In addition, considering the carrier frequency and the cell radius, the COST-WI downtown micromodel is applied as the channel model.

PL(d) = 31.81 + 40.5 log(d)PL (d) = 31.81 + 40.5 log (d)

도 4는 각각의 주파수 재사용 방법의 셀 i의 전체 처리량을 도시한 도이다. 도 4에 도시한 바와 같이, 균일한 트래픽 부하 분포(분산=0)에서, VFR은 중간 그리고 높은 트래픽 부하에서 더욱 향상된 성능을 갖는다. 불균일 트래픽 부하 분포(분산=0.1)에서, VFR은 높은 트래픽 부하에서 처리량을 크게 향상시키고, 최대의 스펙트럼 효율을 갖는다(1.7bps/Hz).4 shows the total throughput of cell i of each frequency reuse method. As shown in Figure 4, in a uniform traffic load distribution (variance = 0), the VFR has more improved performance at medium and high traffic loads. In non-uniform traffic load distribution (variance = 0.1), VFR significantly improves throughput at high traffic loads and has maximum spectral efficiency (1.7 bps / Hz).

한편, 분산 0을 갖는 VFR 플롯에는 두 개의 중요한 포인트가 있는데, 각각의 중요 포인트에서 VFR은 셀 용량을 크게 향상시켰다. 특히, VFR은 주어진 부하(평균)와 분산이 각기 0.33과 0인 조건 하에서 FFR2와 비교하여 처리량을 30% 가량 향상시켰다.On the other hand, there are two important points in the VFR plot with variance zero, where at each critical point the VFR significantly improved cell capacity. In particular, VFR improved throughput by 30% compared to FFR2 under given load (average) and variance of 0.33 and 0, respectively.

한편, FFR1과 FFR2에서 시스템의 전체 처리량은, 특정 셀에 대한 특정 서브 채널 세트가 전체 스펙트럼 리소스를 제한하기 때문에, 154MSs에 이른다.On the other hand, the overall throughput of the system in FFR1 and FFR2 amounts to 154 MSs, because a particular set of subchannels for a particular cell limits the overall spectrum resources.

도 5는 MSs의 수가 변화하는 셀 i에서 각각의 주파수 재사용 방법의 평균 처리량을 도시한 도이다. 도 5에 도시한 바와 같이, MSs의 수가 154일 때 FFR2 상의 평균 출력은 36%(분산=0)와 34%(분산=0.1)로 개선된다.FIG. 5 shows the average throughput of each frequency reuse method in cell i where the number of MSs varies. As shown in FIG. 5, when the number of MSs is 154, the average power on FFR2 is improved to 36% (variance = 0) and 34% (dispersion = 0.1).

도 6은 불균일 트래픽 부하 분포에서의 각각의 주파수 재사용 방법의 평균 처리량을 도시한 도이다. 도 6에 도시한 바와 같이, 낮은 트래픽 부하(평균=0.267)에서, 트래픽 부하 분포가 보다 균일해지듯이 본 발명에 따른 VFR은 더욱 개선된 평균 처리량을 가짐을 알 수 있다.6 shows the average throughput of each frequency reuse method in non-uniform traffic load distribution. As shown in FIG. 6, it can be seen that at low traffic loads (mean = 0.267), the VFR according to the present invention has a more improved average throughput, as the traffic load distribution becomes more uniform.

도 7은 각각의 주파수 재사용 방법의 불능(outage) 확률을 도시한 도이다. 여기서 불능 확률은 이하와 같이 산출된다.7 is a diagram illustrating an outage probability of each frequency reuse method. The probability of incapacity is calculated as follows.

Figure 112008065787915-pat00023
Figure 112008065787915-pat00023

여기서 SIR0는 SIR 쓰레시홀드(threshold)이다.Where SIR 0 is the SIR threshold.

이를 통해 주파수 재사용 스킴으로 VFR을 사용하는 OFDM 시스템이 모바일 스테이션에 요구되는 서비스 품질을 만족시킬 수 있음을 알 수 있다. 또한, 상기의 시뮬레이션 결과에 따르면 VFR이 시스템 성능과 QoS를 동시에 충족시킴을 알 수 있다.Through this, it can be seen that an OFDM system using VFR can satisfy the quality of service required for a mobile station as a frequency reuse scheme. In addition, the simulation results show that the VFR simultaneously meets system performance and QoS. have.

본 발명의 바람직한 실시예가 특정 용어들을 사용하여 기술되어 왔지만, 그러한 기술은 오로지 설명을 하기 위한 것이며, 다음의 청구범위의 기술적 사상 및 범위로부터 이탈되지 않고서 여러가지 변경 및 변화가 가해질 수 있는 것으로 이해되어져야 한다.While the preferred embodiments of the present invention have been described using specific terms, such descriptions are for illustrative purposes only and it should be understood that various changes and modifications can be made without departing from the spirit and scope of the following claims. do.

도 1a는 클러스터 사이즈가 3일 때의 주파수 분할을 도시한 도이다.1A is a diagram illustrating frequency division when the cluster size is three.

도 1b는 클러스터 사이즈가 7일 때의 주파수 분할을 도시한 도이다.FIG. 1B is a diagram showing frequency division when the cluster size is 7. FIG.

도 2는 본 발명에 따른 VFR에서의 주파수 분할 예를 도시한 도이다.2 is a diagram illustrating an example of frequency division in a VFR according to the present invention.

도 3은 셀 i에서 사용되는 서브 캐리어가 인접한 셀 j에서도 사용될 확률을 도시한 도이다.3 is a diagram illustrating the probability that a subcarrier used in cell i will also be used in an adjacent cell j.

도 4는 각각의 주파수 재사용 방법의 셀 i의 전체 처리량을 도시한 도이다.4 shows the total throughput of cell i of each frequency reuse method.

도 5는 MSs의 수가 변화하는 셀 i에서 각각의 주파수 재사용 방법의 평균 처리량을 도시한 도이다.FIG. 5 shows the average throughput of each frequency reuse method in cell i where the number of MSs varies.

도 6은 불균일 트래픽 부하 분포에서의 각각의 주파수 재사용 방법의 평균 처리량을 도시한 도이다.6 shows the average throughput of each frequency reuse method in non-uniform traffic load distribution.

도 7은 각각의 주파수 재사용 방법의 불능(outage) 확률을 도시한 도이다.7 is a diagram illustrating an outage probability of each frequency reuse method.

Claims (5)

삭제delete 직교 주파수 분할 멀티플렉싱 시스템의 용량을 증가시키기 위한 가상 주파수 재사용 방법으로서, A virtual frequency reuse method for increasing the capacity of an orthogonal frequency division multiplexing system, 상기 직교 주파수 분할 멀티플렉싱 시스템의 각 셀이 재사용 계수(Reuse Factor)로 1을 가지고, 가상 재사용 계수(Virtual Reuse Factor)로 클러스터의 사이즈인 M을 갖고,Each cell of the orthogonal frequency division multiplexing system has 1 as a reuse factor and M as a size of a cluster as a virtual reuse factor. 상기 가상 재사용 계수에 의해 각 셀을 M개의 타입으로 분류하는 제 1 단계; 및A first step of classifying each cell into M types by the virtual reuse coefficient; And 모든 서브 캐리어를 M개의 서브 채널 세트로 분할하고, 각 셀이 해당 셀 타입에 따라 소정의 규칙에 의해 서브 채널을 각 사용자에게 할당하는 제 2 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 직교 주파수 분할 멀티플렉싱 시스템의 용량을 증가시키기 위한 가상 주파수 재사용 방법.And subdividing all subcarriers into M subchannel sets, each cell assigning subchannels to each user according to a predetermined rule according to a corresponding cell type. Virtual frequency reuse method to increase capacity. 제 2 항에 있어서,The method of claim 2, 상기 제 2 단계가,The second step, 각 셀의 서브 캐리어를 순차적으로 인덱스하는 제 2-1 단계; 및Step 2-1 of sequentially indexing subcarriers of each cell; And 각 서브 캐리어를 해당 인덱스 번호에 대한 모듈러 M 연산인Each subcarrier is a modular M operation for its index number.
Figure 112008065787915-pat00024
을 수행하여 M개의 서브 채널 세트로 분할하는 제 2-2 단계를 포함하고,
Figure 112008065787915-pat00024
Performing step 2-2 of dividing into M subchannel sets,
상기 모듈러 M 연산에서 fk는 k번째 서브 캐리어이고, N은 전체 서브 캐리어의 수인 것을 특징으로 하는 직교 주파수 분할 멀티플렉싱 시스템의 용량을 증가시키기 위한 가상 주파수 재사용 방법.In the modular M operation, f k is a k th subcarrier, N is the number of total subcarriers, virtual frequency reuse method for increasing the capacity of the orthogonal frequency division multiplexing system.
제 3 항에 있어서,The method of claim 3, wherein 셀 i의 타입(Ti)가 0 ≤ Ti ≤ M-1의 조건을 갖고,The type of cell i (T i) has a condition of 0 ≤ T i ≤ M-1 , 상기 제 2-2 단계 이후에,After step 2-2, 상기 각 셀 타입에서 서브 채널을
Figure 112008065787915-pat00025
의 순 서로 순차적으로 사용자에게 할당하는 제 2-3 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 직교 주파수 분할 멀티플렉싱 시스템의 용량을 증가시키기 위한 가상 주파수 재사용 방법.
Sub-channels in each cell type
Figure 112008065787915-pat00025
And a second step of allocating sequentially to the users sequentially from each other.
제 4 항에 있어서,The method of claim 4, wherein 각 서브 채널 세트 F0, F1, 그리고 F2이 각 셀 타입에 대하여 가상 주파수 재사용 계수 M이 3일 때,When each subchannel set F 0 , F 1 , and F 2 is the virtual frequency reuse factor M is 3 for each cell type, Ti = 0 : F0 → F1 → F2 T i = 0: F 0 → F 1 → F 2 Ti = 1 : F1 → F2 → F0 T i = 1: F 1 → F 2 → F 0 Ti = 2 : F2 → F0 → F1 T i = 2: F 2 → F 0 → F 1 순서로 사용자에게 순차적으로 할당되는 것을 특징으로 하는 직교 주파수 분할 멀티플렉싱 시스템의 용량을 증가시키기 위한 가상 주파수 재사용 방법.Virtual frequency reuse method for increasing the capacity of the orthogonal frequency division multiplexing system, characterized in that sequentially assigned to the user in order.
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