KR101339522B1 - 비대칭 서비스를 제공하는 무선 통신 방법 - Google Patents

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Abstract

무선 통신에 관한 것으로 보다 상세하게는 비대칭 서비스를 제공하는 무선 통신 방법을 제공한다. 주파수 대역을 제1 주파수 대역과 제2 주파수 대역으로 분리하고, 제1 영역에서는 상기 제1 주파수 대역을 통하여 시분할 이중화하여 상향링크 정보와 하향링크 정보를 전송하며, 제2 영역에서는 상기 제2 주파수 대역을 통하여 하향링크 정보를 전송한다. 비대칭형 서비스를 제공하고, 셀간 간섭 영향에 견고할 수 있다.
비대칭 서비스, 시분할, 주파수 분할

Description

비대칭 서비스를 제공하는 무선 통신 방법{Wireless communication method for asymmetric service}
도 1은 하나의 셀 영역의 무선 통신 시스템을 나타낸 예시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 통신 시스템을 나타낸 블록도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 통신 방법의 일례를 보여주는 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 통신 방법을 적용하는 셀의 구조를 보여주는 도면이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 무선 통신 방법의 일례를 보여주는 도면이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 무선 통신 방법을 적용하는 셀의 구조를 보여주는 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 통신 방법에서의 인접 셀간의 간섭의 영향을 보여주는 도면이다.
도 8은 내부셀과 외부셀의 크기 비율에 따른 각 통신 방법의 성능 평가의 결과를 보여주는 도면이다.
도 9는 기지국과 단말간의 전송 전력 비율에 따른 각 통신 방법의 성능 평가 의 결과를 보여주는 도면이다.
** 도면의 주요부분의 부호에 대한 설명 **
100: 기지국 110: 단말
200: 제1 영역 300: 제2 영역
본 발명은 무선 통신에 관한 것으로 보다 상세하게는 비대칭 서비스를 제공하는 무선 통신 방법에 관한 것이다.
차세대 무선 통신 시스템에서는 멀티 미디어 서비스가 주류로 예상되며 데이터 전송 속도 또한 현존 무선 통신 시스템의 제공 속도보다 더욱 증가될 것으로 예상된다. 차세대 무선 통신 시스템은 음성 서비스는 물론 실시간 방송 및 비디오 컨퍼런스와 같은 고용량의 멀티 미디어 서비스의 필요성이 증대되고 있다.
이와 함께, 차세대 무선 통신 시스템에서는 사용자의 고속화 및 광대역 멀티미디어 서비스 요구에 발맞추어 유무선 통신의 통합과 통신과 방송의 구분이 없어지는 융합기술이 발현되고 있다. 특히 이동 통신, WRAN(Wireless regional area network), 디지털 방송 및 위성 통신을 비롯하여 RFID(Radio frequency identification)/USN(Ubiquitous sensor network), UWB(Ultra wideband) 통신 등 무선을 이용하는 서비스가 급증하여 한정된 전파 자원에 대한 수요가 계속 급증하고 있다.
따라서 이용되지 않고 있는 스펙트럼 자원을 효율적으로 이용할 수 있는 스펙트럼 공유 기술이 대두되고 있는 실정이다. 여기서, 스펙트럼이란 가용할 수 있는 무선 자원을 말한다. 스펙트럼 환경을 측정하여 사용하지 않은 주파수를 선정하고 기존의 전파환경과 양립하면서 통신을 하는 CR(Cognitive Radio) 기술이 있다. CR 기술은 공간, 시간적인 통신 환경 영역에서 현재의 스펙트럼 이용 현황을 감지한 후 지능적으로 판단하여 적절한 주파수, 변조 방식, 출력 등을 선택하는 기술이다. 이러한 CR 기술은 주 사용자가 사용하지 않는 주파수 대역을 검출하여, 이를 다양한 통신 방식에 의해 데이터를 전송할 수 있다.
차세대 무선 통신 시스템에서는 가입자들이 단말을 통하여 화상전화, MMS(Multimedia Message Service), 이메일 등의 데이터 서비스뿐만 아니라 영화 및 스트리밍, 고용량 VOD(Video On Demand), 파일 다운로드 등 고용량의 데이터 서비스를 필요로 한다. 이와 같이, 상향링크(Uplink; UL)보다 하향링크(Downlink; DL)에 더 많은 데이터 전송이 필요한 비대칭 서비스가 요구되고 있다. 여기서, 하향링크는 기지국(Base station; BS)에서 단말(Mobile station; MS)로의 통신을 의미하며, 상향링크는 단말에서 기지국으로의 통신을 의미한다.
이러한 비대칭 서비스를 지원하기 위하여 시분할 이중화(Time division duplexing; 이하 TDD) 방식이 적용될 수 있다. TDD는 동일한 주파수 대역을 시구간으로 나누어 송신과 수신 구간을 교대로 나누어 양방향 통신을 구현하는 방식이다. TDD 기반의 통신 시스템에서는 상향링크(Uplink) 및 하향링크(Downlink)에 할당되는 시간 구간을 다르게 함으로써 비대칭 서비스를 제공하기 적합하다. 하지만 TDD 방법은 셀의 반경이 커질수록 라운드 트립 지연(Round-trip-delay)으로 인하여 송수신간 보호 구간(Guard time)이 증가하게 되고 전송 효율이 떨어질 수 있다. 이와 함께, TDD 방법은 다중 셀 환경에서 각 셀의 비대칭 비율이 동일하지 않기 때문에 인접 셀의 가장자리에 있는 단말간의 동일 주파수 간섭인 코-채널 간섭(Co-channel interferences; 이하 CCI)이 커질 수 있다. 이러한 코-채널 간섭에 의하여 셀의 가장자리 부근에서는 성능이 현저히 낮아져 데이터 송수신에 효율성이 낮아질 수 있다.
따라서, 고용량의 하향링크 정보 전송에 대한 요구를 만족시키면서 셀 가장자리에서의 간섭에도 강인한 통신 방법이 필요하다.
본 발명의 일 실시예가 이루고자 하는 기술적 과제는 비대칭형 서비스를 제공하며, 셀간 간섭 영향에 견고한 통신 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명의 일 양태에 따른 무선 통신 방법은 주파수 대역을 제1 주파수 대역과 제2 주파수 대역으로 분리하고, 제1 영역에서는 상기 제1 주파수 대역을 통하여 시분할 이중화하여 상향링크 정보와 하향링크 정보를 전송하며, 제2 영역에서는 상기 제2 주파수 대역을 통하여 하향링크 정보를 전송한다.
본 발명의 다른 양태에 따르면, 상향링크 정보를 제1 주파수 대역을 통하여 제1 시간 동안 전송하며, 상기 제1 주파수 대역을 통하여 제2 시간 동안 하향링크 정보를 전송하고, 상기 제1 시간과 제2 시간 동안 제2 주파수 대역을 통하여 하향링크 정보를 전송한다.
이하 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조 번호는 동일한 구성요소를 나타낸다.
도 1은 하나의 셀 영역의 무선 통신 시스템을 나타낸 예시도이다. 무선 통신 시스템은 동영상, 음성, 텍스트 등과 같은 여러 가지 데이터를 이용한 다양한 통신 서비스를 제공하기 위해 널리 배치된다.
도 1을 참조하면, 기지국(100)이 다수의 단말(110)에 서비스를 제공하는 영역이 셀(150)이다. 하나의 셀(150)을 중심으로 주변에 인접셀(160, 170)이 배치된다. 셀(150)에는 기지국(100, Base station; BS)이 배치되고, 인접셀(160, 170)에도 마찬가지로 기지국(100)이 각각 배치된다. 인접셀의 배치나 수는 다양하게 바뀔 수 있다.
셀(150)은 기지국을 중심으로 제1 영역(200)과 제2 영역(300)로 구분할 수 있다. 제1 영역(200)은 기지국을 중심으로 근거리 영역으로서, 내부셀, 작은 셀 또는 마이크로 셀(Micro cell) 등으로 불릴 수 있고, 제2 영역(300)은 기지국을 중심으로 원거리 영역으로서, 외부셀, 큰 셀 또는 매크로 셀(Macro cell) 등으로 불릴 수 있다. 제2 영역(300)은 제1 영역(200)을 제외한 영역이 된다.
이 기술은 하향링크(Downlink; DL) 또는 상향링크(Uplink; UL)에 사용될 수 있다. 하향링크는 기지국(Base station; BS)에서 단말(Mobile station; MS)로의 통 신을 의미하며, 상향링크는 단말에서 기지국으로의 통신을 의미한다. 기지국은 일반적으로 단말과 통신하는 고정된 지점(fixed station)을 말하며, 노드-B(node-B), BTS(base transceiver system), 액세스 포인트(access point) 등 다른 용어(terminology)로 불릴 수 있다. 단말은 고정되거나 이동성을 가질 수 있으며, UE(user equipment), UT(user terminal), SS(subscriber station), 무선기기(wireless device) 등 다른 용어로 불릴 수 있다.
상기의 통신 시스템은 일반적인 무선 통신 시스템뿐만 아니라 CR(Cognitive radio) 기술이 적용되는 통신 시스템에도 사용될 수 있다. 타 사용자가 사용하지 않는 다양한 주파수 대역을 검출하여, 상기의 검출된 주파수 대역을 본 발명의 일 실시예에 따른 통신 방법에 의하여 통신할 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 통신 시스템을 나타낸 블록도이다. 도 2를 참조하면, 기지국(100)은 수신기(102), 제어기(104) 및 송신기(106)를 포함한다. 수신기(102)는 상향링크 채널을 통해 단말(110)로부터 상향링크 정보를 수신한다. 상향링크 정보는 제1 영역(200)과 제2 영역(300)에서 시분할 이중화(TDD) 방식 또는 주파수 분할 이중화(Frequency division duplexing; 이하 FDD) 방식에 의하여 수신될 수 있다.
제어기(104)는 송신기(106)의 송신 포맷, 파워 레벨, 송신율 등을 스케줄링 할 수 있다. 송신기(106)는 결정된 송신 포맷, 파워 레벨, 송신율 등을 통해 데이터를 처리하고, 하향링크 채널을 통해 상기 데이터를 단말(110)로 전송한다. 하향링크는 시분할 이중화(TDD) 방식 또는 주파수 분할 이중화(FDD) 방식에 의하여 수 행될 수 있다. 단말이 위치하는 영역에 따라서 이중화 방식을 달리할 수 있다. 예를 들어, 제1 영역(200)에서는 TDD에 의하고 제2 영역(300)에서는 FDD에 의하여 하향링크 서비스를 수행될 수 있다.
단말(110)은 수신기(112), 제어기(114) 및 송신기(116)를 포함한다. 수신기(112)는 하향링크 채널을 통해 데이터를 수신한다. 제어기(114)는 송신기(116)의 송신 포맷, 파워 레벨, 송신율 등을 스케줄링 할 수 있다. 송신기(116)는 상향링크 채널을 통해 기지국(100)으로 데이터를 송신한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 통신 방법의 일례를 보여준다. 도 3을 참조하면, 주파수 자원으로는 제1 주파수 대역(f1), 제2 주파수 대역(f2) 및 제3 주파수 대역(f3)으로 나눌 수 있다. 세 개의 주파수 대역 사이에 주파수 상의 간섭을 방지하기 위하여 보호 대역(Guard band)를 둘 수 있다.
제1 주파수 대역(f1)에서는 TDD DL(410) 과 TDD UL(420)로 나눌 수 있다. TDD DL(410)은 제1 시간(t1) 동안 제1 주파수 대역을 통하여 하향링크 정보를 전송하는 영역을 말하며, TDD UL(420)은 제2 시간(t2) 동안 제1 주파수 대역을 통하여 상향링크 정보를 전송하는 영역을 말한다. 제1 시간(t1)과 제2 시간(t2)을 가변적으로 조정함으로써 비대칭 서비스를 제공할 수 있다. TDD DL(410)의 제1 시간 구간(t1)과 TDD UL(420)의 제2 시간 구간(t2) 사이에 간섭을 막기 위해 보호 시간(Guard time)을 둘 수 있다. 제1 시간 구간(t1)과 제2 시간 구간(t2)의 순서는 달 라질 수 있다.
주파수 대역으로는 제2 주파수 대역과 제3 주파수 대역을 나누어 FDD 방식에 의해 통신한다. 제2 주파수 대역에서는 FDD DL(430) 영역이 할당되며, 제3 주파수 대역에서는 FDD UL(440) 영역이 할당된다.
세 개의 주파수 대역인 f1, f2, f3 의 위치는 상대적으로 다양하게 변경될 수 있다. 예를 들어, 제1 주파수 대역(f1)이 가장 높은 주파수 대역을 차지하고, 순차적으로 제2 주파수 대역(f2) 및 제3 주파수 대역(f3)으로 나누어질 수 있다.
도 3을 다시 참조하면, TDD DL(410), TDD UL(420), FDD DL(430) 및 FDD UL(440)의 네 개의 영역을 하나의 시간 주기(T)에 대한 서브 프레임(Sub-frame)으로 볼 수 있다. 하나의 TTI(Transmission time interval)는 복수의 서브 프레임을 포함할 수 있다.
주파수 상으로 세 개의 주파수 대역으로 나눌 수 있고, 세 개의 주파수 대역은 각각 제1 주파수 대역, 제2 주파수 대역 및 제3 주파수 대역으로 불릴 수 있다.
세 개의 주파수 대역 중에서 하나의 주파수 대역에 대하여는 시간 주기(T) 상에서 두 개의 시간 구간을 나눌 수 있다. 따라서 하나의 서브 프레임을 총 4개의 영역으로 나눌 수 있다. 상기 4개의 영역에 대한 무선 자원을 배분에 대하여는 후술한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 통신 방법을 적용하는 셀의 구조를 보여준다. 도 4를 참조하면, 제1 영역(200)인 내부셀에서는 TDD DL(410) 과 TDD UL(420) 자원이 분배된다.
제1 영역(200)에 TDD DL(410) 과 TDD UL(420) 자원을 분배하는 것은 기지국을 중심으로 근거리 영역에서는 시간 구간을 나누어 상향링크와 하향링크 정보를 전송하는 것이 유리하기 때문이다. 상향링크와 하향링크의 데이터 전송률에 차이가 나는 비대칭 서비스를 수행하기 위하여 TDD DL(410)의 제1 시간 구간(t1)과 TDD UL(420)의 제2 시간 구간(t2)을 가변적으로 변동시킬 수 있다. 이와 함께, 전송 효율을 높이기 위하여 제1 시간 구간(t1)과 제2 시간 구간(t2)으로 구성되는 서브 프레임의 시간을 길게 하는 것이 유리하다.
다중 셀 환경에서 인접 셀 간에 상향링크의 시간 구간과 하향링크의 시간 구간이 일치하지 않을 때, 기지국들 사이에서 CCI(Co-channel interference)가 발생할 수 있다. CCI는 단말들 사이에서도 발생할 수 있다.
따라서 근거리 영역인 제1 영역(200)에는 TDD DL(410) 과 TDD UL(420) 자원을 분배함으로써 셀 간의 CCI를 줄일 수 있다. 인접셀들간에는 내부셀간의 이격거리가 충분히 확보되기 때문에 이로인한 CCI 간섭이 줄어들수 있다.
제2 영역(300)인 외부셀에서는 FDD DL(430) 과 FDD UL(440) 자원이 분배된다. 제2 영역(300)에서 FDD DL(430) 과 FDD UL(440) 자원이 분배함으로 TDD 방식에 의한 CCI 간섭을 배제할 수 있다. 특히 FDD DL(430) 과 FDD UL(440) 자원에 할당되는 주파수 대역을 다르게 함으로써 주파수 상의 간섭을 줄일 수 있다. 이와 함께, 시간 지연이 없어 고속의 이동중인 단말에 대하여도 원할하게 데이터를 전송할 수 있다.
단말이 제1 영역(200) 또는 제2 영역(300)에 위치하는지에 대한 판단은 기지국으로부터의 거리, 수신 신호의 전력 레벨, 신호대간섭잡음비(Signal to interferences-plus-noise ratio), GPS(Global Positioning System) 신호의 정보, 파일럿 신호의 세기 등의 결정 인자가 사용될 수 있다. 예를 들어, 단말(110)이 기지국(100)으로부터 파일럿 신호를 수신할 때 수신된 파일럿 신호의 세기로 판단할 수 있다. 파일럿 신호의 세기가 임계값 이상이 되면 제1 영역(200)에 위치하고, 임계값 이하이면 제2 영역(300)에 있다고 판단할 수 있다.
따라서 단말(110)은 기지국(100)으로부터의 결정 인자를 기지국(100)에 귀환시킬 수 있다. 이러한 결정 인자는 주기적으로 단말로부터 기지국에 귀환시킬 수 있다. 기지국(100)은 단말(110)로부터 귀환된 결정 인자를 이용하여 단말에게 무선 자원을 할당한다.
단말(110)은 직접 제1 영역(200) 또는 제2 영역(300)에 위치하는지 여부를 판단하여, 기지국(100)으로 제1 영역(200)과 제2 영역(300)의 분배를 요청할 수 있다. 분배를 요청받은 기지국(100)은 단말별로 제1 영역(200) 또는 제2 영역(300)을 할당할 수 있다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 무선 통신 방법의 일례를 보여준다. 도 5를 참조하면, 주파수 자원에 대하여는 두 개의 주파수 대역인 제1 주파수 대역(f1)과 제2 주파수 대역(f2)으로 나눈다. 제1 주파수 대역과 제2 주파수 대역 사이에는 주파수 간의 간섭을 줄이기 위하여 보호 대역(Guard band)를 둘 수 있다.
제1 주파수 대역에는 TDD DL(510)과 TDD UL(520) 자원이 분배될 수 있다. TDD DL(510) 자원은 제1 시간 구간(t1) 동안 제1 주파수 대역만큼 하향링크 자원으로 할당되며, TDD UL(520) 자원은 제2 시간 구간(t2) 동안 상향링크 자원으로 할당된다. 제1 시간 구간(t1)과 제2 시간 구간(t2) 사이에는 라운드 트립 지연(Round-trip-delay)으로 인한 간섭을 줄이기 위하여 보호 시간(Guard time)을 둘 수 있다. 제1 시간 구간(t1)과 제2 시간 구간(t2)을 조정하여 비대칭 서비스를 수행할 수 있다. 제1 시간 구간과 제2 시간 구간의 순서는 달라질 수 있다.
제2 주파수 대역에는 FDD DL(530) 자원을 할당한다. 제1 주파수 대역과는 다른 제2 주파수 대역에 하향링크 자원을 할당함으로써 하향링크 정보를 전송하는데 간섭을 줄일 수 있다. 이와 함께, 제2 주파수 대역의 하향링크 채널을 통하여 하향링크 정보를 송신함으로써 고용량의 하향링크 정보를 전송할 수 있다. 이는 제1 주파수 대역과는 다른 제2 주파수 대역을 통하여 정보를 전송함으로써 간섭을 현저히 줄일 수 있기 때문이다. 제1 주파수 대역과 제2 주파수 대역의 위치는 겹치지 않도록 다양하게 변경될 수 있다.
이와 함께, 도 5의 무선 자원의 배치는 시간 주기(T)에 대한 서브 프레임의 구조로 이해할 수 있다. 서브 프레임의 구조는 주파수 상으로는 제1 주파수 대역과 제2 주파수 대역으로 나눌 수 있다. 제1 주파수 대역에서는 시간 구간으로 제1 시간 구간과 제2 시간 구간으로 나눌 수 있다. 따라서 하나의 서브 프레임은 총 세 개의 영역인 TDD DL(510), TDD UL(520) 및 FDD DL(530)로 나눌 수 있다. 이러한 세 개의 영역의 무선 자원을 셀 내의 영역인 제1 영역(200) 또는 제2 영역(300)에 배분할 수 있다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 무선 통신 방법을 적용하는 셀의 구조를 보여준다. 도 6을 참조하면, 제1 영역(200)에서는 TDD DL(510) 과 TDD UL(520) 자원이 분배되며, 제2 영역(300)에서는 FDD DL(530) 과 TDD UL(520) 자원이 분배된다.
제1 영역(200)에는 제1 주파수 대역을 통하여 제1 시간(t1) 동안 하향링크 자원인 TDD DL(510)이 분배되고, 제1 주파수 대역을 통하여 제2 시간(t2) 동안에는 상향링크 자원인 TDD UL(520)이 분배된다. 제1 영역(200)에서는 TDD DL(510) 과 TDD UL(520) 자원을 배분하여 전송 효율을 높일 수 있다. 제1 시간(t1)을 제2 시간(t2) 보다 크게 하여 고용량의 하향링크 정보의 송수신을 지원할 수 있다. 고용량의 하향링크 정보로는 MBMS(Multimedia Broadcast and Multicast Service) 정보를 포함할 수 있다.
제2 영역(300)에서는 하향링크에 대하여는 FDD DL(530) 자원이, 상향링크에 대하여는 TDD UL(520) 자원이 분배된다. FDD DL(530)은 제2 주파수 대역을 통하여 하향링크 정보 전송에 사용된다. TDD UL(520)은 제1 주파수 대역을 통하여 제2 시간(t2) 동안에 상향링크 정보를 전송할 때 할당되는 무선 자원이다. 기지국으로부터 원거리 영역인 제2 영역(300)에서는 인접 셀간의 거리가 가깝거나 인접셀과 겹치게 되어 코-채널 간섭(CCI)이 발생할 수 있다.
따라서 FDD DL(530)의 무선 자원인 제2 주파수 대역을 이용하여 하향링크 정보를 전송함으로써 TDD DL로 제1주파수 대역을 사용하는 경우에 비해 간섭에 효과적으로 대응할 수 있다. 간섭이 줄어듦으로써 더 많은 사용자에게 하향링크 정보를 전송하거나 또는 고용량의 하향링크 정보를 전송할 수 있다.
단말(110)의 위치에 따라 사용되는 무선 자원의 영역이 달라지기 때문에, 단말의 위치를 판단하는 것이 필요하다. 단말(110)은 셀 내에서 제1 영역(200) 또는 제2 영역(300)에 위치하는지에 대한 결정 인자를 기지국(100)에 귀환시킬 수 있다. 이러한 결정 인자는 수신 신호의 전력 세기, 신호대간섭잡음비, GPS 신호의 정보, 파일럿 신호의 세기 등의 정보를 포함할 수 있다. 이러한 정보를 이용하여 단말(110)이 제1 영역(200) 또는 제2 영역(300)에 위치하는지를 판단할 수 있고, 기지국(100)은 결정 인자를 수신 받아 단말이 위치하는 영역에 따라 무선 자원을 할당하여 정보를 송수신할 수 있다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 통신 방법에서의 인접 셀간의 간섭의 영향을 보여준다.
무선 통신 서비스를 수행하는 셀 영역에서는 인접 셀들 간에 간섭이 발생할 수 있다. 제1 영역(200)과 제2 영역(300)으로 조합된 셀 영역에서는 단말의 위치에 따라 발생되는 간섭이 다를 수 있다. 따라서 단말의 위치에 따른 간섭을 분석하고, 간섭의 영향에 따른 시스템의 성능을 비교할 수 있다. 특히 단말의 위치가 제1 영역(200) 또는 제2 영역(300)에 위치하는지에 따른 무선 자원의 배분이 간섭에도 영 향을 미치게 된다.
도 7을 참조하면, 단말이 제1 영역에서 하향링크 서비스를 받고 있는 상황에서 인접셀의 제1 영역에서 상향링크 정보 전송으로 인한 간섭이 발생할 수 있는 일례이다. 상향링크시에 완벽한 전력 제어를 가정하여 사용자의 단말이 받는 간섭 크기를 계산한다.
사용자의 단말이 셀 A의 제1 영역(200)에서 하향링크 서비스를 받는 중에 단말의 수신 전력 S = kP0(x0)-r 이다. 여기서, P0는 제1 영역에서 하향링크시 기지국으로부터의 전송 전력, k는 안테나의 이득과 높이와 관련된 상수, x0는 기지국과 임의의 단말까지의 거리, r은 경로 손실 상수(path loss constant)이다.
셀 A에 있는 사용자 단말의 위치는 중심에서의 거리 x0와 각도 θA로서 정의되며, 셀 B에 있지만 셀 A에 있는 단말에 간섭을 주는 타 사용자의 단말의 위치는 셀 B 중심에서의 거리 y0와 각도 θB로 나타낼 수 있다. 이와 함께, 제1 영역(200)의 반경은 Rin 과 제2 영역(300)의 반경을 Rout라 한다.
상향링크시에 완벽한 전력 제어를 가정하면, 셀 B의 기지국의 수신 전력 S는 다음 수학식으로 나타낼 수 있다.
Figure 112007033933103-pat00001
여기서, Pm0는 제1 영역에서 상향링크시에 기지국과 단말 사이의 거리가 제1 영역의 반경인 Rin인 경우에 단말의 전송 전력이다.
따라서 셀 B에 있는 단말로부터의 간섭량(I)은 다음 수학식으로 나타낼 수 있다.
Figure 112007033933103-pat00002
여기서, 길이 l2는 간섭 거리로서, 다음 수학식으로 나타낼 수 있다.
Figure 112007033933103-pat00003
여기서,
Figure 112007033933103-pat00004
이다.
셀 B의 임의의 위치에 있는 단말이 셀 A의 임의의 위치에 있는 단말에 간섭을 기댓값을 다음 수학식으로 나타낼 수 있다.
Figure 112007033933103-pat00005
여기서, q(x0, y0, θA, θB)는 셀 A의 제1 영역의 임의의 지점에 있는 단말 의 위치가 (x0, θA)이고, 셀 B의 제1 영역의 임의의 지점에 있는 단말의 위치가 (y0, θB)인 사건에 대응하는 확률 밀도 값이다. 따라서, 수학식 4를 이용하여 셀 A에 위치하는 단말은 셀 B에 존재하는 단말에 의하여 발생되는 간섭의 크기를 알 수 있다.
이하에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 통신 방법의 성능을 평가한 결과를 설명한다.
성능 평가를 위하여 간섭이 존재하는 환경하에서 사용자의 용량(Capacity)를 예측하였다. 예를 들면, 셀 A의 제1 영역에서는 하향링크 중이며 셀 B의 제1 영역에는 상향링크 중인 경우를 살펴본다. 셀 A의 비트에너지 대 잡음 밀도비는 다음 수학식으로 나타낼 수 있다.
Figure 112007033933103-pat00006
여기서,
Figure 112007033933103-pat00007
는 셀 A의 하향링크에서 비트에너지 대 잡음 밀도비이며,
Figure 112007033933103-pat00008
는 셀 A에서 요구되는 비트에너지 대 잡음 밀도비이다. MA는 셀 A의 사용자 수, MB는 셀 B의 사용자 수,
Figure 112007033933103-pat00009
는 셀 A의 인접 셀 B로부터의 간섭의 기댓값, W/R은 확산 팩터(Spreading factor)이다.
수학식 5를 이용하여 셀 A의 사용자의 용량은 다음 수학식으로 나타낼 수 있다.
Figure 112007033933103-pat00010
여기서,
Figure 112007033933103-pat00011
는 X보다 크지 않은 최대 정수이다.
이와 동일하게, 셀 B의 사용자 용량은 다음 수학식으로 나타낼 수 있다.
Figure 112007033933103-pat00012
여기서,
Figure 112007033933103-pat00013
는 셀 B의 인접 셀 A로부터의 간섭의 기댓값이다.
수학식 6과 수학식 7을 살펴보면, MA와 MB는 서로 영향을 주는 관계에 있으므로, MA와 MB의 합으로 이루어진 사용자 수를 이용하여 성능 평가를 할 수 있다. 이는 간섭의 영향이 작을수록 하나의 셀에서 더 많은 사용자에게 서비스를 수행할 수 있으므로, 간섭을 끼치는 양 셀간의 총 사용자의 수를 계산하여 성능의 지표(Index)로 삼을 수 있기 때문이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 통신 방법의 성능 평가를 위하여 다음의 세 가지의 방법을 고려하였다. 첫 번째로는 '케이스 I' 방식으로, 제1 영역(200)에서는 TDD UL 및 TDD DL 자원이 분배되며 제2 영역(300)에서는 FDD UL 및 FDD DL 자원이 분배된다. 두 번째로는 '케이스 II' 방식으로, 제1 영역(200)에서는 TDD UL 및 TDD DL 자원이 분배되며 제2 영역(300)에서는 FDD DL 및 TDD UL 자원이 분배된다. 세 번째로는 '케이스 III' 방식으로, 제1 영역(200)에서는 TDD UL 및 TDD DL 자원이 분배되며 제2 영역(300)에서는 FDD UL 및 TDD DL 자원이 분배된다.
따라서 상기의 세가지 방식에 대하여 파라미터 변화에 따른 간섭 성능을 비교하였다. 각 시스템의 성능을 평가하기 위하여 총 사용자의 용량을 지표(Index)로 선택하였다. 동일한 상황을 고려하기 위하여 각 시스템의 전체 사용 대역을 같게 하였다. 또한 TDD 사용 대역에서 보호 타임(Guard time)을 생략하였다.
각 시스템에서의 간섭 상황하에서 시간상으로의 타임 슬롯(Time slot)에 할당된 사용자의 총 수를 합하여 성능 평가를 수행하였다.
도 8은 제1 영역과 제2 영역의 크기 비율에 따른 각 통신 방법의 성능 평가의 결과를 보여준다. 도 8을 참조하면, 제1 영역/제2 영역의 크기 비율이 증가할수록 각 통신 방식에 따른 사용자 수는 감소함을 알 수 있다. 제1 영역/제2 영역의 크기 비율이 증가한다는 의미는 제1 영역의 크기가 증가하여 거의 셀의 전 영역에서 TDD UL 및 TDD DL 무선 자원에 의하여 데이터 통신이 이루어지는 것을 의미한다. 따라서 셀의 전 영역에서 TDD UL 및 TDD DL 무선 자원에 의하여 하향링크 정보와 상향링크 정보를 송수신하게 되면, 셀의 가장 자리 부근에서 간섭이 증가하게 된다. 간섭의 증가로 인하여 서비스를 수행할 수 있는 사용자의 수가 줄어든다.
각 통신 방식 별로 성능을 비교하면, '케이스 I'과 '케이스 II'의 성능이 '케이스 III'에 비하여 상대적으로 뛰어나다. '케이스 I'과 '케이스 II'의 제1 영역/제2 영역의 크기 비율이 0에서 0.6 사이에서는 총 사용자의 수가 거의 비슷하여 성능이 거의 비슷하다. 하지만 제1 영역/제2 영역의 크기 비율이 0에서 0.6 사이에서의 '케이스 I'과 '케이스 II'는 '케이스 III'에 비하여 사용자의 수가 훨씬 많아 '케이스 III'에 비하여 상대적으로 뛰어난 성능을 가짐을 알 수 있다.
이는 '케이스 III'에서의 간섭의 영향이 '케이스 I'과 '케이스 II'보다 제1 영역/제2 영역의 비율이 0에서 0.6 사이에서의 간섭의 영향보다 크기 때문이다. 가장 성능이 뛰어난 '케이스 I'에서의 제2 영역에서 상향링크와 하향링크에 대하여 이중 주파수 대역을 사용함으로써 간섭의 영향을 용이하게 낮출 수 있기 때문이다. 다만, '케이스 I'에서의 제2 영역에는 FDD DL 및 FDD UL 무선 자원이 분배됨으로써 제2 영역의 데이터 트래픽을 비대칭적으로 조절하기가 용이하지 않다.
도 9는 기지국과 단말간의 전송 전력 비율에 따른 각 통신 방법의 성능 평가의 결과를 보여준다. 도 9를 참조하면, 기지국의 전송 전력(P)이 단말의 전송 전력(Pm)에 비하여 커질수록 '케이스 II'의 성능은 증가하지만 '케이스 III'의 성능은 감소하였다. '케이스 I'의 성능은 기지국/단말의 전송 전력 비율에 관계없이 일정하였다. 여기서 단말의 전송 전력은 셀 가장 자리에 위치한 단말의 전송 전력이다.
기지국/단말의 전송 전력의 비율은 CTS(Cross time slot)인 상황에서 간섭에 영향을 끼친다. CTS(Cross time slot)는 동일한 주파수 대역에서 동일한 시간에 하나의 셀에서는 하향링크 서비스 중이라면, 인접셀에서는 상향링크 서비스를 수행하는 것을 말한다. 이와 반대로 하나의 셀에서는 상향링크 서비스 중이라면 인접셀에서는 하향링크 서비스를 수행하는 경우도 마찬가지이다.
'케이스 I'에서는 제2영역에 위치하는 단말에 있어서는 FDD DL 및 FDD UL의 무선 자원이 배분됨으로써 CTS경우가 배제되어 전송 전력의 비율에 따라서 크게 영향을 받지 않는다. 이것은 FDD DL의 주파수 대역과 FDD UL의 주파수 대역이 다르기 때문에 간섭에 강인하기 때문이다.
'케이스 II'는 셀의 제1 영역에서 하향링크 서비스를 위하여 TDD DL 무선 자원이 할당되고, 인접 셀의 제2 영역에서 상향링크 서비스를 위하여 TDD UL 무선 자원이 할당된다. 따라서 동일한 주파수 대역에 의하여 간섭이 발생하지만, 셀의 기지국의 전력을 높이면 제1 영역에 있는 단말에 대하여 비트 에너지 대 잡음 밀도비의 이득이 높아진다. 따라서 제1 영역에 있는 단말에 대하여는 이득이 높아짐으로 더 많은 사용자에게 서비스를 수행할 수 있다. 따라서 기지국의 전력을 높임으로써 성능이 향상되고 있다.
다만, '케이스 III'에서는 셀이 제 2영역에서 하향링크 서비스를 위하여 TDD DL 무선 자원이 배분되고, 인접 셀의 제1 영역에서 상향링크 서비스를 위하여 TDD UL 무선 자원이 배분된다. 이때 제2 영역에 위치한 단말에게 하향링크 정보를 전송하기 위해 기지국의 전송 전력을 높이면, 인접 셀의 제1 영역에 위치한 단말에게 간섭의 영향이 커지게 되어 사용자의 수가 감소하게 된다.
본 발명은 하드웨어, 소프트웨어 또는 이들의 조합으로 구현될 수 있다. 하드웨어 구현에 있어, 상술한 기능을 수행하기 위해 디자인된 ASIC(application specific integrated circuit), DSP(digital signal processing), PLD(programmable logic device), FPGA(field programmable gate array), 프로세서, 제어기, 마이크로 프로세서, 다른 전자 유닛 또는 이들의 조합으로 구현될 수 있다. 소프트웨어 구현에 있어, 상술한 기능을 수행하는 모듈로 구현될 수 있다. 소프트웨어는 메모리 유닛에 저장될 수 있고, 프로세서에 의해 실행된다. 메모리 유닛이나 프로세서는 당업자에게 잘 알려진 다양한 수단을 채용할 수 있다.
이상 본 발명에 대하여 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시켜 실시할 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 따라서 상술한 실시예에 한정되지 않고, 본 발명은 이하의 특허청구범위의 범위 내의 모든 실시예들을 포함한다고 할 것이다.
상기에서 상술한 바와 같이 본 발명에 의하면, 비대칭적인 데이터 전송 서비스와 함께 셀간의 간섭을 줄임으로써 무선 통신의 성능을 개선할 수 있다.

Claims (10)

  1. 제1 기지국이 제1 단말로부터 제1 주파수 대역을 통하여 제1 시간 구간에서 상향링크 정보를 수신하는 단계;
    상기 제1 기지국이 상기 제1 단말로 상기 제1 주파수 대역을 통하여 제2 시간 구간에서 하향링크 정보를 전송하는 단계;
    상기 제1 기지국이 제2 단말로 상기 제1 시간 구간 및 상기 제2 시간 구간에서 제2 주파수 대역을 통하여 하향링크 정보를 전송하는 단계; 및
    상기 제1 기지국이 상기 제2 단말로부터 상기 제1 시간 구간과 상기 제2 시간 구간에서 제3 주파수 대역을 통하여 상향링크 정보를 수신하는 단계를 포함하되,
    상기 제1 단말은 제1 영역에 위치하는 단말이고,
    상기 제2 단말은 제2 영역에 위치하는 단말이고,
    상기 제1 영역은 상기 제1 기지국이 전송하는 신호의 세기가 임계값 이상인 영역이고,
    상기 제2 영역은 상기 제1 기지국이 전송하는 신호의 세기가 상기 임계값 미만인 영역이고,
    MBMS(Multimedia Broadcast and Multicast Service) 정보를 전송하는 경우, 상기 제2 시간 구간의 크기를 상기 제1 시간 구간의 크기보다 크게 설정하는 무선 통신 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    제2 기지국의 제3 영역에 위치한 제3 단말이 상기 제2 시간 구간에서 상기 제1 주파수 대역을 통하여 상향링크 정보를 전송함으로서 상기 제1 단말에 발생하는 간섭량은 아래의 수학식 1에 의해 결정되고,
    <수학식 1>
    Figure 112013089203617-pat00023
    상기
    Figure 112013089203617-pat00024
    는 상기 제1 기지국과 상기 제1 단말 사이의 거리, 상기
    Figure 112013089203617-pat00025
    는 상기 제2 기지국과 상기 제3 단말 사이의 거리, 상기
    Figure 112013089203617-pat00026
    는 상기 제1 기지국과 상기 제1 단말 사이의 각도, 상기
    Figure 112013089203617-pat00027
    는 상기 제2 기지국과 상기 제3 단말 사이의 각도, 상기 k는 안테나의 이득과 높이와 관련된 상수, 상기
    Figure 112013089203617-pat00028
    는 상기 제3 단말이 상기 제2 기지국으로 상기 상향링크 정보를 전송시 전송 전력, 상기
    Figure 112013089203617-pat00029
    는 간섭 거리, 상기 r은 경로 손실 상수, 상기
    Figure 112013089203617-pat00030
    는 제3 영역에서 상기 상향링크 정보를 전송시 상기 제2 기지국과 상기 제3 단말 사이의 거리가 상기 제3 영역의 반경
    Figure 112013089203617-pat00031
    인 경우 단말의 전송 전력인 무선 통신 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기
    Figure 112013089203617-pat00032
    는 아래의 수학식 2에 의해 결정되고,
    <수학식 2>
    Figure 112013089203617-pat00033
    상기
    Figure 112013089203617-pat00034
    은 아래의 수학식 3에 의해 결정되고
    <수학식 3>
    Figure 112013089203617-pat00035
    상기
    Figure 112013089203617-pat00036
    은 상기 제2 영역의 반경이고,
    상기 제1 시간과 제2 시간의 비율은 서로 다르게 설정되는 무선 통신 방법.
  4. 무선 통신 시스템의 제1 기지국에 있어서, 상기 제1 기지국은,
    제1 단말로부터 제1 주파수 대역을 통하여 제1 시간 구간에서 상향링크 정보를 수신하고, 제2 단말로부터 상기 제1 시간 구간과 제2 시간 구간에서 제3 주파수 대역을 통하여 상향링크 정보를 수신하는 수신기; 및
    상기 제1 단말로 상기 제1 주파수 대역을 통하여 상기 제2 시간 구간에서 하향링크 정보를 전송하고, 상기 제2 단말로 상기 제1 시간 구간 및 상기 제2 시간 구간에서 제2 주파수 대역을 통하여 하향링크 정보를 전송하는 전송기를 포함하고,
    상기 제1 단말은 제1 영역에 위치하는 단말이고,
    상기 제2 단말은 제2 영역에 위치하는 단말이고,
    상기 제1 영역은 상기 제1 기지국이 전송하는 신호의 세기가 임계값 이상인 영역이고,
    상기 제2 영역은 상기 제1 기지국이 전송하는 신호의 세기가 상기 임계값 미만인 영역이고,
    MBMS(Multimedia Broadcast and Multicast Service) 정보를 전송하는 경우, 상기 제2 시간 구간의 크기를 상기 제1 시간 구간의 크기보다 크게 설정되는 기지국.
  5. 제4항에 있어서,
    제2 기지국의 제3 영역에 위치한 제3 단말이 상기 제2 시간 구간에서 상기 제1 주파수 대역을 통하여 상향링크 정보를 전송함으로서 상기 제1 단말에 발생하는 간섭량은 아래의 수학식 1에 의해 결정되고,
    <수학식 1>
    Figure 112013089203617-pat00037
    상기
    Figure 112013089203617-pat00038
    는 상기 제1 기지국과 상기 제1 단말 사이의 거리, 상기
    Figure 112013089203617-pat00039
    는 상기 제2 기지국과 상기 제3 단말 사이의 거리, 상기
    Figure 112013089203617-pat00040
    는 상기 제1 기지국과 상기 제1 단말 사이의 각도, 상기
    Figure 112013089203617-pat00041
    는 상기 제2 기지국과 상기 제3 단말 사이의 각도, 상기 k는 안테나의 이득과 높이와 관련된 상수, 상기
    Figure 112013089203617-pat00042
    는 상기 제3 단말이 상기 제2 기지국으로 상기 상향링크 정보를 전송시 전송 전력, 상기
    Figure 112013089203617-pat00043
    는 간섭 거리, 상기 r은 경로 손실 상수, 상기
    Figure 112013089203617-pat00044
    는 제3 영역에서 상기 상향링크 정보를 전송시 상기 제2 기지국과 상기 제3 단말 사이의 거리가 상기 제3 영역의 반경
    Figure 112013089203617-pat00045
    인 경우 단말의 전송 전력인 기지국.
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