KR101197613B1 - 공유 중계기 및 이동통신 시스템 - Google Patents

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류근영
조동호
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Abstract

본 발명은 이동통신 시스템에서 이동통신 단말기와 기지국간의 통신을 중계하는 공유 중계기 및 공유 중계기가 포함된 이동통신 시스템에 관한 것이다. 기지국들의 셀 경계에 각 기지국과 해당하는 이동통신 단말기 사이의 통신을 중계하는 공유중계기를 설치함으로써, 셀 경계의 이동통신 단말기에서 발생하는 셀 간섭 문제를 최소화할 수 있다. 따라서 셀 경계에 위치한 사용자들의 통신품질을 보장할 수 있고, 더 나아가 전체 셀 용량을 획기적으로 증가시킬 수 있는 효과가 있다.

Description

공유 중계기 및 이동통신 시스템{SHARED REPEATER AND MOBILE COMMUNICATING SYSTEM}
본 발명은 이동통신 시스템에서 이동통신 단말기와 기지국간의 통신을 중계하는 공유 중계기 및 공유 중계기가 포함된 이동통신 시스템에 관한 것이다.
최근의 휴대폰이나 스마트폰과 같은 이동통신 단말기는 사용자들이 이동하면서 음성통화를 하는 것을 비롯하여 다양한 방면의 통신을 통해 다양한 정보를 획득하기 위한 용도로 많이 활용되고 있다. 이러한 통신에 있어서, 음성통화의 품질뿐만 아니라 높은 데이터 전송량을 요구하는 영상통화나 데이터 통신에서의 통신품질이 더욱 중요한 관건으로 부각되고 있다.
이러한 이동통신 시스템에서 각 기지국은 자신의 셀 내에 있는 이동통신 단말기들에게 서비스를 제공하고, 각 셀의 경계 지역이 서로 겹치도록 기지국을 설치함으로써, 사용자가 셀 사이를 이동할 때, 셀 경계에서 이동통신 단말기의 서비스가 원활하게 이루어지도록 하고 있다.
그렇지만, 도1에 도시된 바와 같이, 셀 경계에 위치한 이동통신 단말기들은 인접한 다른 기지국의 신호에 의한 인접 셀 간섭(Inter-cell Interference)을 받게 되고, 그로인하여 통신 품질을 보장받는 것이 힘들다.
따라서 셀 경계에 위치한 이동통신 단말기의 통신 품질을 보장하고 전체 시스템 용량을 증대시키기 위한 간섭 관리 기술이 필요하다. 이를 위해 기존에는 셀 경계에 위치하는 이동통신 단말기와 기지국간의 통신이 이루어질 때, 각 기지국에서 이동통신 단말기들에게 시간, 주파수, 또는 코드 등의 각각 다른 자원을 할당하여 인접한 기지국의 신호로 인해 발생하는 셀 간섭을 효과적으로 제거하였다. 그러나 이 방법은 직교하는 자원의 수만큼 셀 용량이 작아지는 단점이 있었다.
이를 해결하기 위해 최근에는 간섭신호들을 제약된 간섭 공간에서만 존재하도록 간섭정렬기술(IA: Interference Alignment)과 신호대 간섭잡음비(Max-SINR: Max Signal-to-Interference Noise Ratio)를 최대화 시키는 용량 증대기법 등이 제시되었고, 이 기법들은 다중 사용자 간섭채널에서 전송률을 향상시킬 수 있다.
또한, 기존 중계기는 셀룰러(Cellular) 시스템의 음영 지역 문제를 해결하거나 기지국의 커버리지를 넓히기 위해 사용되어 왔는데, 최근에는 다수의 기지국들과 공유중계기가 무선으로 연결되어 인접 셀 간섭을 공유중계기에서 제로 포싱(ZF: Zero-forcing)을 통해 제거하는 기법이 제안되기도 하였다. 이 기법은 공유중계기와 기지국들이 무선으로 연결되어 있으므로 공유중계기는 반이중(Half-Duplex) 형태가 되어 셀 용량이 반감되는 문제가 있다. 또한 ZF와 같은 다중 사용자 MIMO(Multi Input Multi Output) 신호처리를 수행해야 하므로 공유중계기의 구현이 복잡할 뿐 아니라, 안테나 수에 대한 조건을 만족하여야 한다는 제약이 있다.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 셀 경계에서 인접한 기지국의 신호에 의해 발생할 수 있는 셀 간섭을 최소화하는 기술을 제공하는데 그 목적이 있다.
이러한 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 일 태양으로 공유 중계기는 인접한 복수의 기지국과 통신을 수행하기 위해 구비되는 하나 이상의 기지국 통신부; 이동통신 단말기와 통신을 수행하기 위해 구비되는 단말기 통신부; 상기 하나 이상의 기지국 통신부를 통해 수신된 신호를 증폭하여 상기 단말기 통신부로 출력하고, 단말기 통신부를 통해 수신된 신호를 증폭하여 상기 기지국 통신부로 출력하는 증폭부; 및 이동통신 단말기로부터 신호가 수신되면 수신된 신호를 복수의 기지국 중 어느 하나로 전송하고, 기지국으로부터 신호가 수신되면 수신된 신호를 이동통신 단말기로 전송할 수 있도록 상기 하나 이상의 기지국 통신부, 단말기 통신부 및 증폭부를 제어하는 제어부; 를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 제어부는 복수의 기지국이나 이동통신 단말기로부터 수신되는 신호를 하나의 신호로 합쳐 상기 하나 이상의 기지국 통신부나 단말기 통신부로 출력하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제어부는 셀 경계에 위치한 이동통신 단말기로부터 신호가 수신되면, 이동통신 단말기가 속한 셀에 해당하는 기지국들 중 어느 하나로 신호를 전송하는 것을 특징으로 한다.
그리고 상기 기지국 통신부는 복수의 기지국과 광통신이나 마이크로웨이브를 이용한 통신을 통해 통신이 이루어지는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제어부는 상기 이동통신 단말기 측에서 수신된 신호를 상기 복수의 기지국에서 다중 사용자 신호처리를 수행할 수 있도록 상기 하나 이상의 기지국 통신부를 제어하는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 다중 사용자 신호처리는 MUD(Multi-user Decoding)나 수신 ZF(Zero-forcing) 중 어느 하나 이상인 것을 특징으로 한다.
한편, 이러한 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 일 태양으로 이동통신 시스템은 이동통신망에 접속되는 복수의 기지국; 상기 복수의 기지국 중 어느 하나와의 통신을 통해 이동통신망으로 접속이 이루어지는 이동통신 단말기; 및 상기 복수의 기지국의 셀 경계에 위치하고, 상기 복수의 기지국과 통신이 이루어지며, 상기 이동통신 단말기와 복수의 기지국의 통신을 중계하는 공유 중계기; 를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 공유 중계기는 상기 복수의 기지국과 광통신이나 마이크로웨이브를 이용한 통신이 이루어지는 것을 특징으로 한다.
그리고 상기 공유 중계기는 셀 경계에 위치한 이동통신 단말기로부터 신호가 수신되면, 수신된 신호를 상기 복수의 기지국 중 어느 하나로 전송하고, 상기 신호를 수신한 복수의 기지국 중 어느 하나는 신호를 전송한 상기 이동통신 단말기와의 통신은 상기 공유 중계기를 통해서만 이루어지도록 제어하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 복수의 기지국 중 상기 공유 중계기와 통신 이루어지는 기지국은 상기 이동통신 단말기에서 MUD(Multi-user Decoding)를 수행할 경우, 상기 이동통신 단말기가 에러 없이 신호를 복원할 수 있도록 전송률을 제어하거나 다중 사용자 신호처리를 통해 신호를 상기 공유중계기 측으로 전송하는 것을 특징으로 한다.
그리고 상기 이동통신 단말기 측으로부터 신호를 수신하는 복수의 기지국 중 어느 하나는 자신의 신호를 얻기 위해 다중 사용자 신호처리를 수행하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 다중 사용자 신호처리는 MUD(Multi-user Decoding)나 수신 ZF(Zero-forcing) 중 어느 하나 이상인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 이동통신 단말기 측으로부터 신호를 수신하는 복수의 기지국 중 어느 하나에서 MUD(Multi-user Decoding)를 수행하는 경우, 상기 이동통신 단말기는 상기 복수의 기지국 중 어느 하나에서 에러 없이 신호를 복원할 수 있도록 전송률을 제어하는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 이동통신 단말기는 상기 공유 중계기 측으로 신호를 송신할 때 신호의 전체 용량이 최대가 되도록 상기 이동통신 단말기의 프리코더를 생성하여 전송률을 제어하는 것을 특징으로 한다.
그리고 상기 공유 중계기는 기지국에서 이동통신 단말기로 신호가 전달되는 하향링크 통신시 상기 기지국의 셀 경계에 인접한 이동통신 단말기와 이루어지는 것을 특징으로 한다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명은, 기지국 간의 셀 경계에 복수의 기지국과 통신이 이루어지는 공유중계기를 설치함으로써, 셀 경계에 위치한 이동통신 단말기에서 셀 간섭에 의해 발생할 수 있는 문제를 최소화하여, 셀 경계에 위치한 사용자들이 이동통신 단말기의 통신품질을 보장하는 것이 가능하고, 더 나아가 전체 이동통신 시스템의 셀 용량을 증가시킬 수 있다는 효과가 있다.
또한, 공유 중계기를 통해 통신을 함으로써, 이동통신 단말기 측에서부터 기지국 측으로의 상향링크 통신이 이루어질 때, 셀 경계에 위치한 이동통신 단말기들과 기지국 들 사이의 채널은 기존 간섭채널(Interference Channel)에서 다중 접속채널(Multiple Access Channel)로 변경되고, 하향링크 통신이 이루어질 때에는 기존의 간섭 채널이 산포 채널(Broadcast Channel)로 변경되며, 또한, 셀 경계에 위치한 이동통신 단말기들은 기지국보다 거리가 가까운 공유중계기와 통신이 이루어짐에 따라서, 기지국과 직접 통신할 때보다 더 작은 송신 전력으로 목표 신호 대 잡음비를 얻을 수 있어, 이동통신 단말기들의 배터리 효율을 높일 수 있으며, 높은 송신전력으로 인해 발생되는 인접 셀 간섭의 양을 줄임으로써, 네트워크 용량을 증가시킬 수 있다는 효과가 있다.
도1은 종래의 기지국 셀 경계에서의 이동통신 단말기와 기지국 간의 통신이 이루어지는 것에 대하여 도시한 도면이다.
도2는 본 발명의 공유 중계기를 도시한 블록도이다.
도3은 본 발명의 기지국 셀 경계에서의 이동통신 단말기와 기지국 간의 통신이 이루어지는 것에 대하여 도시한 도면이다.
도4는 본 발명의 공유 중계기의 커버리지를 도시한 도면이다.
도5는 본 발명에서 음영지역 내에서 이동통신 단말기가 균일 분포를 가지고, 이동통신 단말기, 공유 중계기, 그리고 기지국의 안테나의 수가 하나일 경우의 모의실험 결과이다.
도6은 본 발명에서 이동통신 단말기가 음영지역 내에서 균일 분포를 가지고, 이동통신 단말기, 공유 중계기, 그리고 기지국의 안테나의 수가 두 개일 경우의 모의실험 결과이다.
도7은 본 발명의 셀 경계에 위치한 공유 중계기(100)를 통하여 이동성이 있는 단말들을 지원하는 모습을 나타내는 도면이다
본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 첨부된 도면을 참조하여 더 구체적으로 설명하되, 이미 주지되어진 기술적 부분에 대해서는 설명의 간결함을 위해 생략하거나 압축하기로 한다.
본 발명의 공유 중계기(100)는 기지국 통신부(110), 단말기 통신부(120), 증폭부(130) 및 제어부(140)를 포함하여 구성되는데, 이에 대하여 도2 내지 도7에 도시된 도면을 참조하여 설명한다.
기지국 통신부(110)는 공유 중계기(100)의 주변에 설치된 기지국(200)들과 통신이 이루어지는데, 이때의 기지국 통신부(110)는 각각의 기지국(200)과 광케이블이나 마이크로웨이브를 이용한 통신이 이루어져 신뢰성 있는 링크로 연결되어 통신 이 이루어진다.
단말기 통신부(120)는 상/하향 링크 통신시에 공유 중계기(100)와 인접한 다수의 이동통신 단말기(300)와 통신을 수행한다.
증폭부(130)는 단말기 통신부(120)에서 수신된 신호를 증폭하여 기지국 통신부(110) 측으로 출력을 하고, 기지국 통신부(110)에서 수신된 신호를 증폭하여 단말기 통신부(120)로 출력하는 역할을 수행한다. 즉, 증폭부(130)는 상향링크 통신이나 하향링크 통신에 있어서 각각의 수신 신호를 증폭하여 출력한다.
다시 말해, 상향링크 통신일 경우, 이동통신 단말기(300)로부터 오는 신호는 단말기 통신부(120)에 수신된 후, 증폭부(130)를 거쳐 기지국 통신부(110)를 통해 기지국(200) 측으로 전달되고, 하향링크 통신일 경우, 기지국(200)으로부터 오는 신호는 기지국 통신부(110)에 수신된 후, 증폭부(130)를 거쳐 단말기 통신부(120)를 통해 이동통신 단말기(300)측으로 전달된다.
이때, 제어부(140)는 복수의 기지국(200) 또는 다수의 이동통신 단말기(300)로부터 오는 신호를 하나로 합치는 역할을 수행하며, 그 외의 역할은 기존 증폭 후 전송(AF: Amplify-and-Forward)하는 중계기들과 동일하다.
도3은 본 발명의 공유 중계기(100)가 인접한 복수의 기지국(200)과 광케이블이나 마이크로웨이브를 이용한 통신 등의 신뢰성 있는 링크로 연결되어, 기지국(200) 간의 셀 경계에 위치한 다수의 이동통신 단말기(300)와 통신이 이루어지는 것을 도시한 것으로, 이때의 각 기지국(200)과 각 이동통신 단말기(300)는 공유 중계기(100)와 모든 이동통신 단말기(300) 사이의 채널 정보(CSI: channel state information)를 공유한다.
즉, 이동통신 단말기(300)에서 기지국(200) 측으로의 신호가 전달되는 상향링크 통신 시에는 인접한 셀에 의한 간섭을 기지국(200)에서 MUD(Multi-user Decoding)나 수신 ZF(Zero-forcing) 등의 다중 사용자 신호처리를 이용하여 해결하거나, 이동통신 단말기(300)에서의 송신 ZF 등을 이용하여 해결하는 것이 가능하고, 기지국(200)에서 이동통신 단말기(300) 측으로 신호가 전달되는 하향링크 통신 시에는 인접한 셀에 의한 간섭을 이동통신 단말기(300)에서 MUD나 수신 ZF 등의 다중 사용자 신호처리를 이용하거나 기지국(200)에서 송신 ZF 등을 이용하여 해결하는 것이 가능하다.
이에 대한 설명을 위해 본 발명의 일실시예에서 하기에서 좀 더 자세히 설명하되, 기지국(200)의 개수가 세 개인 것을 가정하여 설명한다. 물론, 기지국(200)의 개수는 필요에 따라 확장하는 것이 가능하고, 기지국(200), 이동통신 단말기(300) 및 공유 중계기(100)의 안테나는 복수 개로 구성되어 있는 것을 일례로 하여 설명하는데, 이때, 기지국(200), 이동통신 단말기(300) 및 공유 중계기(100)의 안테나 개수는 각각 일치하지 않아도 무방하다.
1) 상향 링크(Up-Link) 통신에서의 실시예
셀 경계에 위치한 이동통신 단말기(300)은 자기가 속한 셀의 기지국(200)과 직접 통신하지 않고, 공유 중계기(100)를 통하여 데이터를 복수의 기지국(200) 중 어느 하나로 전송한다. 공유 중계기(100)에서 수신되는 신호는 [수학식 1]과 같이 나타낼 수 있다. 이때, 공유 중계기(100)와 각 기지국(200)들은 신뢰성 있는 링크로 연결 되어 있으므로, [수학식 1]은 각 기지국(200)에서 수신되는 신호와 동일하다고 보아도 무방하다.
Figure 112010071223088-pat00001
여기서,
Figure 112010071223088-pat00002
는
Figure 112010071223088-pat00003
의 분포를 따르는
Figure 112010071223088-pat00004
째 단말의 데이터(이때,
Figure 112010071223088-pat00005
가 Gaussian Codebook에 의해서 생성되지 않는 경우와 보내는 심볼별로 전력 제어를 수행한 경우에도 적용하는 것이 가능하다)이고,
Figure 112010071223088-pat00006
는
Figure 112010071223088-pat00007
째 단말의 송신 전력이며,
Figure 112010071223088-pat00008
는
Figure 112010071223088-pat00009
인
Figure 112010071223088-pat00010
째 단말의 프리코더(Precoder)이고, 이때,
Figure 112010071223088-pat00011
이며,
Figure 112010071223088-pat00012
는
Figure 112010071223088-pat00013
째 단말과 공유 중계기(100) 사이의 채널이고,
Figure 112010071223088-pat00014
는
Figure 112010071223088-pat00015
의 분포를 따르는 가산 백색 가우시안 잡음(AWGN: Additive White Gaussian Noise)이다.
공유 중계기(100)는 이동통신 단말기(300)로부터 수신된 신호를 신뢰성 있는 링크로 연결된 해당 기지국(200)들에게 전송하고, 해당 기지국(200)에서는 수신 신호를 디코딩(Decoding)한다. 기지국(200)에서 MUD를 수행할 경우, 각 이동통신 단말기(300)에서는 각 기지국(200)이 에러 없이 MUD가 가능하도록 전송률을 제어한다.
그리고 기지국(200)의 안테나 수가 수신 ZF가 가능한 안테나 수의 제약 조건을 만족할 때(기지국(200)의 안테나 수 ≥ 셀 경계에 위치한 이동통신 단말기(300)의 안테나 수의 합)에는, 각 기지국(200)에서 수신 ZF를 수행한다.
그리고 기지국(200)에서 MUD를 수행하는 경우에 대해서 설명하면, 공유 중계기(100)와 다수의 기지국(200)들은 신뢰성 있는 링크로 연결되어 있으므로, 시스템의 전체 용량은 공유 중계기(100)에서 MUD를 수행한다고 가정했을 때의 전체 용량과 같다. 여기서, 각 단말들과 공유 중계기(100) 사이에는 다중 접속 채널(MAC: Multiple Access Channel)이 형성되고, 기지국(200)이 해당 단말의 데이터를 에러 없이 복원하기 위해 각 이동통신 단말기(300)에서는 [수학식 2]와 같이 전송률을 제어하는 것이 필요하다.
Figure 112010071223088-pat00016
Figure 112010071223088-pat00017
Figure 112010071223088-pat00018
여기서
Figure 112010071223088-pat00019
는
Figure 112010071223088-pat00020
째 단말의 전송률이고,
Figure 112010071223088-pat00021
는
Figure 112010071223088-pat00022
와
Figure 112010071223088-pat00023
사이의 상호 정보(Mutual Information)이다. [수학식 2]의 부등식 조건 하에서, 셀 경계 단말들의 전송률 합(Sum Rate)을 최대화시키는 각 이동통신 단말기(300)의 프리코더(Precoder) 값은 [수학식 3]을 통해 얻어진다.
Figure 112010071223088-pat00024
subject to
Figure 112010071223088-pat00025
and inequalities in [수학식 2]
셀 경계에 위치한 이동통신 단말기(300)들은 셀 경계에 위치한 공유 중계기(100)와 가까운 거리에 있기 때문에, 해당하는 기지국(200)과 직접 통신할 때에 비하여 작은 송신 전력으로 목표 신호 대 잡음 비(target SNR: Signal-to-Noise Ratio)를 얻을 수 있다.
Cell structure Hexagonal grid, 3-cell
BS, MS pair 3 pairs
Tx, Rx distribution Uniform distribution
Cell Radius 1000m
Cell edge radius 50~200m
BS(RS)-to-MS Propagation loss
BS-to-RS propagation loss 		128.1 + 37.6 log10(R)
128.1 + 28.8 log10(R),Rinkilometers
Shadowing, Fading model Log Normal stdev 8 dB, Rayleigh fading
Carrier frequency 2 GHz
Bandwidth 10MHz
Tx power (BS, RS/MS) 24/16 dBm
BS/RS Antenna gain 10 dBi
MS Antenna gain 0 dBi
Thermal noise density -174 dBm/Hz
Noise figure 9 dB
도4와 [표1]은 본 발명을 셀룰러 통신 시스템에 적용했을 때의 성능확인을 위해 사용된 모의실험 환경이다. 도4에서는 각 셀마다 셀의 음영지역(Shaded Area)에서 하나의 단말을 선택하여 공유 중계기(100)를 통해 서비스 받도록 하였으며, 이동통신 단말기(300)는 음영지역 내에서 균일한 분포(Uniform Distribution)를 가진다고 가정하였다. 도5와 도6은 이와 같이 주어진 환경에서
Figure 112010071223088-pat00026
일 경우(SISO: Single Input Single Output)와
Figure 112010071223088-pat00027
일 경우(MIMO)의 모의실험 결과이다.
도5와 도6에서 알 수 있듯이, 셀 경계의 공유 중계기(100)를 사용하는 시스템은 셀 크기가 1000m이고, 셀 경계의 거리가 50m일 때, 셀 경계에서의 이동통신 단말기(300)들이 해당 기지국(200)들과 직접 통신 하는 기존 시스템(Conventional Scheme), TDMA(Time Division Multiple Access) 기반 시스템, IA 기반 시스템, 그리고 Max-SINR 기반 시스템보다 10배 이상 성능 이득이 있음을 확인 할 수 있다.
IA 기반 시스템은 다중 사용자 간섭 채널에서 SNR이 높을 때 최대의 성능을 보장하지만, 이 모의 실험 환경에서는 셀 경계의 이동통신 단말기(300)가 낮은 SNR영역에 위치하고 있기 때문에 기존과 비슷한 성능을 나타낸다. Max-SINR기반 시스템은 기존 시스템들보다 더 높은 성능을 보여주지만, 이 값은 공유 중계기(100)를 이용했을 때의 값보다 매우 작다. 그 이유는 공유 중계기(100)와 셀 경계의 이동통신 단말기(300) 사이의 거리가 매우 가깝기 때문에, 셀 경계의 이동통신 단말기(300)에서 같은 전력을 사용한다면, 매우 높은 SNR을 갖는 다중 접속 채널이 형성되기 때문이다. 만일, 목표 용량이 정해져 있다면, 더 낮은 배터리 전력으로 목표 용량을 얻을 수 있기 때문에, 셀 경계에 위치한 이동통신 단말기(300)들의 배터리 전력을 절약할 수 있다.
또한, 더 높은 셀 용량을 얻기 위해, 필요에 따라 더 많은 공유 중계기(100)를 설치 할 수 있다. 셀 경계에 설치된 공유 중계기(100)는 소형 기지국(200)을 설치할 때에 비해 비용 면에서 더 저렴할 뿐 아니라, 단순히 받은 신호를 광케이블 등의 신뢰성 있는 링크를 통해 해당 기지국(200)으로 전송하는 역할만을 수행하기 때문에, 소형 기지국(200)을 설치할 때와 달리 또 다른 셀 경계 문제나 핸드오버 문제 등을 야기 시키지 않는다는 장점이 있다. 따라서 공유중계기(100)대신 소형기지국(200)을 설치하는 방안은, 공유중계기(100)를 사용하는 방안에 비해서 시스템의 오버헤드(Overhead) 및 복잡도를 증가시키므로 본 발명에서와 같이 공유 중계기(100)를 사용하는 방안이 더 효과적이다.
2) 하향 링크(Down-Link) 통신에서의 실시예
기지국(200)들은 자신의 셀 경계에 위치한 이동통신 단말기(300)들과 직접 통신하지 않고, 공유 중계기(100)에게 해당하는 데이터를 신뢰성 있는 링크를 통해 전송한다. 공유 중계기(100)에서 수신되는 신호는 [수학식 4]와 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112010071223088-pat00028
여기서
Figure 112010071223088-pat00029
는
Figure 112010071223088-pat00030
의 분포를 따르는
Figure 112010071223088-pat00031
째 기지국(200)의 데이터(이때,
Figure 112010071223088-pat00032
가 Gaussian Codebook에 의해서 생성되지 않는 경우와 보내는 심볼 별로 전력 제어를 수행한 경우에도 적용 가능하다)이고,
Figure 112010071223088-pat00033
는
Figure 112010071223088-pat00034
째 기지국(200)의 송신 전력이며,
Figure 112010071223088-pat00035
는
Figure 112010071223088-pat00036
인
Figure 112010071223088-pat00037
째 기지국(200)의 프리코더(Precoder)이고, 이때
Figure 112010071223088-pat00038
이며,
Figure 112010071223088-pat00039
는
Figure 112010071223088-pat00040
째 기지국(200)과 공유 중계기(100) 사이의 채널이고,
Figure 112010071223088-pat00041
는
Figure 112010071223088-pat00042
의 분포를 따르는 가산 백색 가우시안 잡음(AWGN: Additive White Gaussian Noise)이다.
공유 중계기(100)는 수신된 신호를 각 이동통신 단말기(300)에게 산포(Broadcast)한다. 공유 중계기(100)와 각 기지국(200)은 신뢰성 있는 링크로 연결되어 있으므로, 각 이동통신 단말기(300)에서 MUD를 수행할 경우, 각 기지국(200)에서는 산포채널에서 각 이동통신 단말기(300)가 에러 없이 MUD가 가능하도록 전송률 제어를 수행한다.
그리고 기지국(200) 안테나의 수가 송신 ZF가 가능한 안테나 수의 제약 조건을 만족할 때(기지국(200)의 안테나 수 ≥ 셀 경계에 위치한 이동통신 단말기(300)들의 안테나 수의 합)에는, 각 기지국(200)에서 송신 ZF를 수행할 수 있는데, 이 경우 기지국(200) 간의 송신 데이터 공유를 위한 협력 통신(Cooperative Communication)이 요구된다. 또한 기지국(200) 협력이 이루어질 경우 송신 ZF 외에도 DPC(Dirty Paper Coding), CMHP(Cover-van der Meulen-Hajek-Pursley) 등이 적용 가능하다.
3) 공유 중계기를 이용할 이동통신 단말기 선택 프로토콜
도7은 셀 경계에 위치한 공유 중계기(100)를 통하여 이동성이 있는 이동통신 단말기(300)들을 지원하는 모습을 나타낸 도면으로, 한 셀의 위치(a)에서 다른 셀의 위치(e)로 이동하는 이동통신 단말기(300)가 있을 경우, (a)의 위치에 있는 이동통신 단말기(300)는 현재 자신의 신호 대 간섭 잡음비(SINR: Signal-to-Interference Noise Ratio)를 자신이 속한 제1기지국(200a)에 알려준다. 이 값이 충분히 클 경우, (a)의 위치에 있는 이동통신 단말기(300)는 현재 자신이 속한 제1기지국(200a)과 직접 통신하게 된다.
하지만, 이동통신 단말기(300)가 셀 경계로 이동함(이동통신 단말기(300)가 (a)의 위치에서 (b)의 위치로 이동)에 따라 SINR은 낮아지게 되고 이 수치가 제1임계치보다 낮을 경우, 제1기지국(200a)은 이동통신 단말기(300)의 통신 품질이 낮아질 우려가 있으므로 해당 이동통신 단말기(300)를 공유 중계기(100)를 이용해서 통신할 가능성이 있는 후보 집합(Candidate Set)으로 분류한다. 이때도, 이동통신 단말기(300)는 아직 자신이 속한 제1기지국(200a)과 직접 통신을 한다.
그렇지만, 이동통신 단말기(300)가 (c)의 위치로 이동하여 SINR이 인접 셀 간섭으로 인해 매우 낮아져 제2임계치보다 낮아지는 경우에 이동통신 단말기(300)가 (a) 및 (b)의 위치에 있을 때 통신이 이루어지던 제1기지국(200a)에서는 해당 이동통신 단말기(300)를 활동 집합(Active Set)으로 분류하고, 해당 이동통신 단말기(300)와의 통신은 공유 중계기(100)를 이용해서 통신한다. 활동 집합으로 분류된 이동통신 단말기(300)는 셀 경계를 형성하는 양쪽의 제1 및 제2기지국(200a, 200b)에 각각의 제1 및 제2기지국(200a, 200b)과의 SINR을 각각 피드백 한다. 이때, 제1기지국(200a)과의 SINR을 제1SINR, 제2기지국(200b)과의 SINR을 제2SINR이라한다.
그리고 이동통신 단말기(300)가 (d)의 위치로 이동하여 다른 기지국(200b)의 셀로 이동함에 따라 제1SINR < 제2SINR이 되고, 제2SINR이 제2계치를 넘어서게 되면, (d)의 위치에 위치한 이동통신 단말기(300)는 다시 후보 집합(Candidate Set)으로 분류되며, 제2기지국(200b)과 직접 통신하게 되고, 제2기지국(200b)에만 SINR을 피드백하게 된다.
이렇게 해서 이동통신 단말기(300)가 (e)의 위치로 이동하여 셀 경계를 완전히 벗어남에 따라 이동통신 단말기(300)의 SINR이 제1임계치를 넘어서게 되면, 후보 집합에서 해제되고 계속해서 제2기지국(200b)과 통신하게 된다.
위에서 설명한 바와 같이 본 발명에 대한 구체적인 설명은 첨부된 도면을 참조한 실시예에 의해서 이루어졌지만, 상술한 실시예는 본 발명의 바람직한 예를 들어 설명하였을 뿐이기 때문에, 본 발명이 상기의 실시예에만 국한되는 것으로 이해되어져서는 아니 되며, 본 발명의 권리범위는 후술하는 청구범위 및 그 등가개념으로 이해되어져야 할 것이다.
100: 공유 중계기
110: 기지국 통신부 120: 단말기 통신부
130: 증폭부 140: 제어부
200: 기지국 300: 이동통신 단말기

Claims (15)

  1. 인접한 복수의 기지국과 통신을 수행하기 위해 구비되는 하나 이상의 기지국 통신부;
    이동통신 단말기와 통신을 수행하기 위해 구비되는 단말기 통신부;
    상기 하나 이상의 기지국 통신부를 통해 수신된 신호를 증폭하여 상기 단말기 통신부로 출력하고, 단말기 통신부를 통해 수신된 신호를 증폭하여 상기 기지국 통신부로 출력하는 증폭부; 및
    이동통신 단말기로부터 신호가 수신되면 수신된 신호를 복수의 기지국 중 어느 하나로 전송하고, 기지국으로부터 신호가 수신되면 수신된 신호를 이동통신 단말기로 전송할 수 있도록 상기 하나 이상의 기지국 통신부, 단말기 통신부 및 증폭부를 제어하는 제어부; 를 포함하며,
    상기 제어부는 상기 이동통신 단말기 측에서 수신된 신호를 상기 복수의 기지국에서 다중 사용자 신호처리를 수행할 수 있도록 상기 하나 이상의 기지국 통신부를 제어하는 것을 특징으로 하는
    공유 중계기.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는 복수의 기지국이나 이동통신 단말기로부터 수신되는 신호를 하나의 신호로 합쳐 상기 하나 이상의 기지국 통신부나 단말기 통신부로 출력하는 것을 특징으로 하는
    공유 중계기.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는 셀 경계에 위치한 이동통신 단말기로부터 신호가 수신되면, 이동통신 단말기가 속한 셀에 해당하는 기지국들 중 어느 하나로 신호를 전송하는 것을 특징으로 하는
    공유 중계기.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 기지국 통신부는 복수의 기지국과 광통신이나 마이크로웨이브를 이용한 통신을 통해 통신이 이루어지는 것을 특징으로 하는
    공유 중계기.
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서,
    상기 다중 사용자 신호처리는 MUD(Multi-user Decoding)나 수신 ZF(Zero-forcing) 중 어느 하나 이상인 것을 특징으로 하는
    공유 중계기.
  7. 이동통신망에 접속되는 복수의 기지국;
    상기 복수의 기지국 중 어느 하나와의 통신을 통해 이동통신망으로 접속이 이루어지는 이동통신 단말기; 및
    상기 복수의 기지국의 셀 경계에 위치하고, 상기 복수의 기지국과 통신이 이루어지며, 상기 이동통신 단말기와 복수의 기지국의 통신을 중계하는 공유 중계기; 를 포함하며,
    상기 이동통신 단말기 측으로부터 신호를 수신하는 복수의 기지국 중 어느 하나는 자신의 신호를 얻기 위해 다중 사용자 신호처리를 수행하는 것을 특징으로 하는
    이동통신 시스템.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 공유 중계기는 상기 복수의 기지국과 광통신이나 마이크로웨이브를 이용한 통신이 이루어지는 것을 특징으로 하는
    이동통신 시스템.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 공유 중계기는 셀 경계에 위치한 이동통신 단말기로부터 신호가 수신되면, 수신된 신호를 상기 복수의 기지국 중 어느 하나로 전송하고,
    상기 신호를 수신한 복수의 기지국 중 어느 하나는 신호를 전송한 상기 이동통신 단말기와의 통신은 상기 공유 중계기를 통해서만 이루어지도록 제어하는 것을 특징으로 하는
    이동통신 시스템.
  10. 제7항에 있어서,
    상기 복수의 기지국 중 상기 공유 중계기와 통신 이루어지는 기지국은 상기 이동통신 단말기에서 MUD(Multi-user Decoding)를 수행할 경우, 상기 이동통신 단말기가 에러 없이 신호를 복원할 수 있도록 전송률을 제어하거나 다중 사용자 신호처리를 통해 신호를 상기 공유중계기 측으로 전송하는 것을 특징으로 하는
    이동통신 시스템.
  11. 삭제
  12. 제7항에 있어서,
    상기 다중 사용자 신호처리는 MUD(Multi-user Decoding)나 수신 ZF(Zero-forcing) 중 어느 하나 이상인 것을 특징으로 하는
    이동통신 시스템.
  13. 제7항에 있어서,
    상기 이동통신 단말기 측으로부터 신호를 수신하는 복수의 기지국 중 어느 하나에서 MUD(Multi-user Decoding)를 수행하는 경우,
    상기 이동통신 단말기는 상기 복수의 기지국 중 어느 하나에서 에러 없이 신호를 복원할 수 있도록 전송률을 제어하는 것을 특징으로 하는
    이동통신 시스템.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 이동통신 단말기는 상기 공유 중계기 측으로 신호를 송신할 때 신호의 전체 용량이 최대가 되도록 상기 이동통신 단말기의 프리코더를 생성하여 전송률을 제어하는 것을 특징으로 하는
    이동통신 시스템.
  15. 제7항에 있어서,
    상기 공유 중계기는 기지국에서 이동통신 단말기로 신호가 전달되는 하향링크 통신시 상기 기지국의 셀 경계에 인접한 이동통신 단말기와 이루어지는 것을 특징으로 하는
    이동통신 시스템.
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