KR101387851B1

KR101387851B1 - 기지국 장치 및 통신 방법

Info

Publication number: KR101387851B1
Application number: KR1020127014157A
Authority: KR
Inventors: 유야 하라다; 다이 기무라
Original assignee: 후지쯔 가부시끼가이샤
Priority date: 2009-12-01
Filing date: 2009-12-01
Publication date: 2014-04-22
Also published as: US20120230281A1; WO2011067832A1; KR20120087162A; JP5433020B2; EP2509377A1; CN102668662A; JPWO2011067832A1

Abstract

복수의 이동국과 복수 입력 복수 출력(MIMO) 방식으로 무선 통신하는 기지국 장치이다. 그 기지국 장치는, 인접하는 셀과의 간섭 레벨에 따라서, 이동국을, 제1 주파수 대역에 걸치는 제1 스트림에 할당하거나, 또는 상기 제1 주파수 대역에 포함되는 제2 주파수 대역에 걸치는 제2 스트림에 할당하는 스케줄러를 갖는다.

Description

기지국 장치 및 통신 방법{BASE STATION APPARATUS AND COMMUNICATION METHOD}

본 발명은, 무선 통신 네트워크에서의 기지국 장치 및 통신 방법에 관한 것이다.

무선 통신 네트워크에서의 이동국의 증가에 수반하여, 높은 스루풋을 넓은 에어리어에서 실현하는 기술이 요구되고 있다.

도 1은 무선 통신 네트워크(10)의 구성예를 도시하는 도면이다. 이하, 상향 링크를 예로서 설명하지만, 하향 링크에서도 마찬가지이다. 도 1에 도시한 바와 같이, 무선 통신 네트워크(10)의 셀1, 2에는 각각 무선 기지국 BS1, BS2가 배치되어 있다. BS1, BS2는, 그 셀 내의 이동국 MS1∼4로부터 송신되는 무선 신호를 수신함으로써 통신을 행한다.

무선 기지국과 이동국 사이의 스루풋을 증가시키기 위해서, 주파수 이용 효율의 향상이 요구되고 있다. 예를 들면, 3GPP(3rd Generation Partnership Project)가 표준화를 진행시키고 있는 LTE(Long Term Evolution)에서는, MIMO(Multi-Input Multi-Output) 기술을 이용하고 있다.

MIMO는, 상이한 정보를 송신측이 복수의 송신 안테나로부터 동일 주파수 대역을 이용하여 공간 다중하여 송신하고, 송신 신호를 수신측이 복수의 수신 안테나로 수신하는 것이다. 송신 신호는 복수의 경로를 통하여 수신된다. 각 경로의 전파로 상태를 고려하여 수신 신호를 복조함으로써, 스루풋을 향상시킬 수 있다.

MIMO 기술에는, 싱글 유저 MIMO와 멀티 유저 MIMO가 있다. 도 2a는 싱글 유저 MIMO를 설명하기 위한 도면이다. 도 2a에 도시한 바와 같이, 각 이동국 MS1∼MS2는 복수의 안테나를 갖고, 상이한 데이터를 동일한 주파수를 이용하여 기지국 BS1에 송신한다.

도 2b는 멀티 유저 MIMO를 설명하기 위한 도면이다. 멀티 유저 MIMO에서는, 도 2b에 도시한 바와 같이 상이한 이동국 MS1∼MS4가 동일한 주파수를 이용하여 신호를 송신하고, 기지국 BS1에서 복수의 안테나를 이용하여 수신을 행함으로써, MIMO 통신을 행할 수 있다. 멀티 유저 MIMO는 이동국측의 안테나가 1개이어도 적용 가능하여, 주파수 이용 효율의 향상이 예상된다.

도 3에 멀티 유저 MIMO에서의 주파수 대역 f와 송신 전력 P를 도시하는 도면이다. 이 예는, 상향 링크에서의 2×2 멀티 유저 MIMO의 경우를 나타내고 있다. 동일 셀(예를 들면 셀1) 내에서 상이한 이동국(예를 들면 MS1, 2)이 동일한 주파수 대역을 이용하여 상이한 스트림(예를 들면 스트림#1, 2)에서 송신을 행함으로써, 주파수 이용 효율이 향상되고, 스루풋이 증대된다.

한편, 인접하는 셀과의 간섭을 고려하면, 셀의 경계 부근에 있는 이동국의 스루풋을 향상시키는 기술이 요구되고 있다. 그를 위한 유효한 기술로서 FFR(Fractional Frequency Reuse) 기술이 있다. 이것은 셀 경계 부근의 이동국에는, 인접하는 셀과 상이한 주파수 대역을 할당함으로써, 인접하는 셀과의 간섭을 방지하여, 셀 경계 부근의 이동국의 스루풋을 증가시키는 기술이다.

도 4는 무선 통신 네트워크(20)의 공간적 구성을 도시하는 도면이다. 무선 통신 네트워크(20)는, 인접하는 셀1과 셀2로 분할되고, 각 셀에는 무선 기지국 BS1과 BS2가 각각 배치되어 있다. 또한, 셀1에는 복수의 이동국 MS1, MS2, …가 재권하고, MS1은 셀 경계 영역에 있고, MS2는 BS1의 근방 영역에 있다. 마찬가지로, 셀2에는 복수의 이동국 MS3, MS4, …가 재권하고, MS3은 셀 경계 영역에 있고, MS4는 BS2의 근방 영역에 있다.

이 무선 통신 네트워크(20)에 FFR을 그대로 적용하는 경우, 경계 영역에 소재하는 MS1과 MS3에는 상이한 주파수 대역을 할당함으로써, 인접하는 셀1과 셀2의 사이의 간섭을 저감할 수 있다.

일본 특허 출원 공개 제2007-214993호 공보 일본 특허 출원 공개 제2008-61250호 공보

이동국 전체의 스루풋과, 셀 경계 부근에 위치하는 이동국의 스루풋은 트레이드오프의 관계에 있다.

멀티 셀 환경에서, 멀티 유저 MIMO 기술을 적용하면, 주파수 이용 효율이 증가되는 한편, 복수의 이동국이 동일 주파수 대역을 이용하는 것에 의한 셀간 간섭이 증가한다. 이에 의해, 신호 대 간섭 잡음비(SINR : Signal Interference Noise Ratio)가 저하되기 때문에, 이동국에 대한 스루풋이, 셀이 고립된 환경과 비교하여 크게 저하되게 된다고 하는 문제가 있다.

이 문제를 해결하기 위해서, 셀 경계 부근의 이동국에 대한 간섭을 배려하는 기술인 FFR를 적용하는 것도 가능하다. 그러나, 멀티 유저 MIMO를 적용하는 경우, 각 섹터 내에서 복수의 이동국이 동일한 주파수 대역을 사용하여 통신을 행하기 때문에, 간섭이 커져, 셀 경계 부근의 이동국에 할당하는 주파수 대역을 인접 셀간에서 어긋나게 하는 것에 의한 간섭 억제 효과는 작아진다. 따라서, 스루풋 향상 효과도 얻어지지 않는다. 그 때문에, 멀티 유저 MIMO에 FFR을 조합한 것에 의해서는 만족스러운 효과는 얻어지지 않는다.

본 발명은, 멀티 유저 MIMO를 적용한 경우에 있어서, 인접하는 셀과의 간섭을 배려하여 셀 전체의 이동국의 스루풋뿐만 아니라, 셀 경계 부근의 이동국의 스루풋을 향상시킬 수 있는, 무선 통신 네트워크에서의 기지국 장치 및 무선 통신 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

일 양태에 의한 기지국 장치는, 복수의 이동국과 복수 입력 복수 출력(MIMO) 방식으로 무선 통신하는 기지국 장치로서, 인접하는 셀과의 간섭 레벨에 따라서, 이동국을, 제1 주파수 대역에 걸치는 제1 스트림에 할당하거나, 또는 상기 제1 주파수 대역에 포함되는 제2 주파수 대역에 걸치는 제2 스트림에 할당하는 스케줄러를 갖는다.

다른 양태에 의한 통신 방법은, 복수의 이동국과 기지국 장치가 복수 입력 복수 출력(MIMO) 방식으로 무선 통신하는 통신 방법으로서, 상기 복수의 이동국에서, 인접하는 셀과의 간섭 레벨을 측정하는 단계와, 상기 기지국 장치에서, 상기 간섭 레벨에 따라서, 이동국을, 제1 주파수 대역에 걸치는 제1 스트림에 할당하거나, 또는 상기 제1 주파수 대역에 포함되는 제2 주파수 대역에 걸치는 제2 스트림에 할당하는 단계를 포함한다.

멀티 유저 MIMO를 적용하는 경우에서도, 인접하는 셀과의 간섭을 배려하여 셀 전체의 이동국의 스루풋뿐만 아니라, 셀 경계 부근의 이동국의 스루풋을 향상시킬 수 있다.

도 1은 무선 통신 네트워크의 구성예를 도시하는 도면이다.
도 2a는 싱글 유저 MIMO를 설명하기 위한 도면이다.
도 2b는 멀티 유저 MIMO를 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 멀티 유저 MIMO에서의 주파수 대역과 송신 전력을 도시하는 도면이다.
도 4는 무선 통신 네트워크의 공간적 구성을 도시하는 도면이다.
도 5는 일 실시 형태에 따른 각 셀에서의 스트림 구성을 도시하는 도면이다.
도 6은 일 실시 형태에 따른 무선 기지국 장치의 구성예를 도시하는 도면이다.
도 7은 일 실시 형태에 따른 이동국 장치의 구성예를 도시하는 도면이다.
도 8은 일 실시 형태에 따른 통신 방법을 설명하는 플로우차트이다.
도 9는 도 8의 스텝 806의 상세를 설명하는 플로우차트이다.

도면을 참조하여 본 발명의 실시 형태를 상세하게 설명한다.

일 실시 형태에서는, 멀티 유저 MIMO의 스트림 구성을 변경함으로써, 멀티 유저 MIMO를 적용한 경우에서의 인접 셀과의 간섭의 문제를 해결한다.

도 5는 일 실시 형태에 따른 각 셀에서의 스트림 구성, 즉 주파수 대역 f와 송신 전력 P의 관계를 도시하는 도면이다. 도 5에 도시한 바와 같이, 셀1에는 MS1과 MS2가 재권하고 있다. 또한, 셀1과 인접하는 셀2에는 MS3과 MS4가 재권하고 있다.

본 실시 형태에서는, 도 5에 도시한 바와 같이, 셀1에서는, 타셀(예를 들면 셀2)과의 간섭이 작은(즉 SINR이 큰) 이동국인 MS2를 스트림#2에 할당한다. 또한, 타셀과의 간섭이 큰(즉 SINR이 작은) 이동국인 MS1을 스트림#1에 할당한다. 마찬가지로, 셀2에서는, 타셀(예를 들면 셀1)과의 간섭이 작은(즉 SINR이 큰) 이동국인 MS4를 스트림#2에 할당한다. 또한, 타셀과의 간섭이 큰(즉 SINR이 작은) 이동국인 MS3을 스트림#1에 할당한다.

이와 같이, 타셀과의 간섭이 작은 이동국을 스트림#2에만 할당함으로써, MIMO 기술을 적용하는 것에 의한 타셀과의 간섭의 증가를 저감할 수 있다. 그 때문에, 셀 주변 영역에 소재하는 이동국의 스루풋을 증가시킬 수 있다.

또한, 각 셀에서, 스트림#1에는 주파수 대역 전체를 사용하지만, 스트림#2에는 주파수 대역의 일부만을 사용한다. 또한, 스트림#2에 사용하는 주파수 대역은, 인접하는 셀간에서 상이하게 한다.

이와 같이, 스트림#2에서 사용하는 주파수 대역을 제한함으로써, MIMO 기술의 적용에 수반되는 간섭량의 증가를 경감하고, 또한 사용하는 주파수 대역을 어긋나게 함으로써, 간섭 증가에 의한 스루풋 감소에의 영향을 분산시킬 수 있다.

상기 실시 형태에서는, 스트림#2에서 사용하는 주파수 대역을 인접하는 셀과 어긋나게 하였지만, 셀이 복수의 섹터에 의해 구성되어 있는 경우에는, 주파수 대역을 인접 섹터간에서 어긋나게 해도 된다.

도 6은 일 실시 형태에 따른 무선 기지국 장치(100)의 구성예를 도시하는 도면이다. 무선 기지국 장치(100)에서, 이동국[예를 들면 도 7에 도시하는 이동국 장치(200)]으로부터 송신된 신호는 수신 안테나(102)에 의해 수신되어, 신호 분리부(104)에 의해 데이터 신호와 제어 신호와 타셀 간섭 신호로 분리된다. 데이터 신호는 데이터 채널(CH) 복호부(106)에 의해 복호되어, 상위 레이어의 코어 네트워크(150)에 송신된다. 한편, 제어 신호는 제어 채널(CH) 복호부(108)에 의해 복호되어, 무선 기지국 장치(100) 내에서 상향ㆍ하향 링크 스케줄러(110, 112)에 보내어진다. 또한, 이동국측에서 측정한 타셀 간섭량을 나타내는 타셀 간섭 신호는 타셀 간섭 수신부(114)에 의해 처리되어, 상향ㆍ하향 링크 스케줄러(110, 112)에 보내어진다. 상향 링크 스케줄러(110)에서는 상향 링크에서의 리소스 할당이나 송신 전력 등을 스케줄링하고, 하향 링크 스케줄러(112)에서는 하향 링크에서의 리소스 할당이나 송신 전력 등을 스케줄링한다. 스케줄링의 결과에 기초하여 제어 채널(CH) 생성부(116)가 제어 신호를 생성한다. 또한, 하향 링크에서는, 스케줄링의 결과에 기초하여 데이터 채널(CH) 생성부(118)가 코어 네트워크(150)로부터의 신호를 이용한 데이터 신호를 생성한다. 생성된 제어 신호와 데이터 신호는 신호 다중화부(120)에 의해 다중되어, 송신 안테나(122)로부터 송신된다.

또한, 도 6에서는, 설명을 알기 쉽게 하기 위해서, 수신 안테나(102)와 송신 안테나(122)를 나누어 도시하였다. 그러나, 반드시 수신 안테나와 송신 안테나를 나눌 필요는 없고, 실제의 무선 기지국 장치에서는 송수신 공용 안테나를 이용할 수 있다.

도 7은 일 실시 형태에 따른 이동국 장치(200)의 구성예를 도시하는 도면이다. 이동국 장치(200)에서, 기지국[예를 들면 도 6에 도시한 무선 기지국 장치(100)]으로부터 송신된 신호는 수신 안테나(202)에 의해 수신되고, 신호 분리부(204)에 의해 데이터 신호와 제어 신호로 분리된다. 데이터 신호는 이동국 장치(200)에서의 어플리케이션의 데이터이며, 데이터 채널(CH) 복호부(206)에 의해 복호되어, 데이터 처리부(208)에서 사용된다. 제어 신호는 제어 채널(CH) 복호부(210)에 의해 복호되어, 데이터 채널(CH) 복호부(206)에 의한 데이터의 복호 등에 사용된다. 또한, 타셀 간섭 측정부(212)는 제어 채널(CH) 복호부(210)에 의해 복호된 제어 신호로부터 하향 링크에서의 SIR을 측정하여, CQI 생성부(214)에 보낸다. CQI 생성부(214)는 타셀 간섭 측정부(212)가 측정한 SIR로부터 CQI를 생성한다. 생성된 CQI는 제어 채널(CH) 생성부(216)에 의해 제어 신호로 된다. 데이터 처리부(208)로부터의 데이터는 데이터 채널(CH) 생성부(218)에 의해 데이터 신호로 된다. 생성된 제어 신호와 데이터 신호는 신호 다중부(220)에 의해 다중되어, 송신 안테나(222)로부터 송신된다.

또한, 도 7에서는, 설명을 알기 쉽게 하기 위해서, 수신 안테나(202)와 송신 안테나(222)를 나누어 도시하였다. 그러나, 반드시 수신 안테나와 송신 안테나를 나눌 필요는 없고, 실제의 무선 기지국 장치에서는 송수신 공용 안테나를 이용할 수 있다.

도 8은 일 실시 형태에 따른 통신 방법을 설명하는 플로우차트이다. 이 통신 방법은, 예를 들면 도 6에 도시한 무선 기지국 장치(100)의 상향 링크 스케줄러(110)에 의해 실행할 수 있다.

우선, 수신 데이터를 처리하여, 신호 내의 CRC로부터 ACK/NACK를 체크하여 재송을 행할지의 여부를 결정한다(스텝 802). 다음으로, 이동국으로부터의 송신 데이터의 유무 및 재송 데이터의 유무를 체크하여 신규 데이터가 있는지의 여부를 판단한다(스텝 804). 그리고, 재송 또는 신규 데이터가 있는 이동국을 대상으로 하여 주파수 할당을 행한다(스텝 806). 이 스텝에 대해서는, 도 9를 참조하여 더욱 상세하게 설명한다. 다음으로, 송신 전력 제어나 MCS(Modulation and channel Coding Scheme)의 제어를 행하여(스텝 808, 810), 송신 데이터로서 송신을 행한다(스텝 812).

도 9는 도 8의 스텝 806의 상세를 설명하는 플로우차트이다.

우선 스트림#1에 대한 할당을 행한다. 각 주파수 대역에서 이동국마다의 순시 데이터 레이트 및 평균 데이터 레이트를 측정한다(스텝 902). 그리고, 평균 데이터 레이트에 대한 순시 데이터 레이트의 값이 가장 큰 이동국을 선택하여(스텝 904), 스트림#1의 해당하는 주파수 대역에 할당한다(스텝 906). 스텝 902∼906은 전체 서브밴드에 대하여 반복된다.

다음으로 스트림#2에 대한 할당을 행한다. 우선 스트림#2에 사용하는 주파수 대역을, 사용하는 대역이 인접하는 셀과 중첩되지 않도록 분할한다(스텝 908). 다음으로, 기지국측에서 이동국마다의 타셀 간섭량을 취득하고(스텝 910), 측정값이 임계값 이하인지의 여부를 판단하고(스텝 912), 임계값 이하의 이동국만을 선택 대상으로 한다(스텝 914). 여기서, 측정값은 타셀에 재권하는 이동국의 합계 간섭량이어도 된다. 측정에는, 이동국측에서 각 기지국간과의 패스 로스를 계산하고, 이동국이 통신을 행하는 기지국에 대하여 그 값을 통지할 수 있기 때문에, 그 값을 이용하여 행한다. 대상으로 된 이동국마다의 각 주파수 대역에서의 순시 데이터 레이트를 측정하고(스텝 916), 순시 데이터 레이트가 최대로 되는 이동국을 선택하여(스텝 918), 스트림#2의 주파수 대역에 할당한다(스텝 920). 스텝 908∼920은 전체 서브밴드에 대하여 반복된다.

상기의 실시 형태에서는, 측정값을 임계값과 비교하였지만, 측정값이 최소로 되는 이동국만을 선택 대상으로 해도 된다.

다음으로, 실시 형태와 종래 기술의 시뮬레이션에 의한 비교 결과를 설명한다. 시뮬레이션은 표 1A, B에 나타내는 조건 하에서 행하였다. 표 1A, B는 시뮬레이션 제원을 나타낸다.

[표 1A]

[표 1B]

상기 시뮬레이션의 결과를 표 2에 나타낸다.

[표 2]

시뮬레이션 결과로부터 다음의 것을 알 수 있다. 즉, 종래의 MIMO에서는, 평균(이동국 전체의 평균 스루풋)이 증가하는 한편, 커버리지(셀 경계 부근의 이동국의 평균 스루풋)가 SIMO와 비교하여 크게 감소하고 있다. 그것에 대하여, 실시 형태에서는 커버리지를 감소시키지 않고, MIMO에 의한 평균의 증가의 효과가 얻어지고 있어, 간섭량의 증가를 억제하면서 주파수 이용 효율을 향상시킬 수 있다.

이상, 실시 형태에 대하여 상술하였지만, 특정한 실시 형태에 한정되는 것은 아니고, 청구의 범위에 기재된 본 발명의 요지의 범위 내에서, 다양한 변형 및 변경이 가능하다. 또한, 상기에서는 스트림의 다중수가 최대 2의 경우에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 스트림의 최대 다중수가 2에 한정되는 것은 아니다.

100 : 무선 기지국 장치
102 : 수신 안테나
104 : 신호 분리부
106 : 데이터 채널 복호부
108 : 제어 채널 복호부
110 : 상향 링크 스케줄러
112 : 하향 링크 스케줄러
114 : 타셀 간섭 수신부
116 : 제어 채널 생성부
118 : 데이터 채널 생성부
120 : 신호 다중부
122 : 송신 안테나
150 : 코어 네트워크
200 : 이동국 장치
202 : 수신 안테나
204 : 신호 분리부
206 : 데이터 채널 복호부
208 : 데이터 처리부
210 : 제어 채널 복호부
212 : 타셀 간섭 측정부
214 : CQI 생성부
216 : 제어 채널 생성부
218 : 데이터 채널 생성부
220 : 신호 다중부
222 : 송신 안테나

Claims

복수의 이동국과 복수 입력 복수 출력(MIMO) 방식으로 무선 통신하는 기지국 장치로서,
무선 기지국이 배치되는 셀 내에서, 제1 이동국 및 제2 이동국이 상기 무선 기지국과 통신하는 경우에, 인접하는 셀과 자신의 셀과의 간섭 레벨에 따라서, 상기 인접하는 셀과의 간섭이 상기 제2 이동국보다도 큰 상기 제1 이동국을, 제1 주파수 대역에 걸치는 제1 스트림에 할당하고, 상기 인접하는 셀과의 간섭이 상기 제1 이동국보다도 작은 상기 제2 이동국을, 상기 제1 주파수 대역의 일부인 제2 주파수 대역에 걸치는 제2 스트림에 할당하는 스케줄러를 갖는 기지국 장치.
제1항에 있어서,
상기 제2 주파수 대역은,
상기 인접하는 셀에서, 복수의 이동국과 MIMO 방식으로 무선 통신하는 기지국 장치가, 인접하는 다른 셀과의 간섭 레벨에 따라서, 이동국을, 제1 주파수 대역에 걸치는 제1 스트림에 할당하거나, 또는 상기 제1 주파수 대역에 포함되는 제3 주파수 대역에 걸치는 제2 스트림에 할당할 때, 상기 제3 주파수 대역과는 상이한 기지국 장치.
복수의 이동국과 기지국 장치가 복수 입력 복수 출력(MIMO) 방식으로 무선 통신하는 통신 방법으로서,
상기 복수의 이동국에서, 인접하는 셀과 자신의 셀과의 간섭 레벨을 측정하는 단계와,
상기 기지국 장치에서, 무선 기지국이 배치되는 셀 내에서, 제1 이동국 및 제2 이동국이 상기 무선 기지국과 통신하는 경우에, 상기 간섭 레벨에 따라서, 상기 인접하는 셀과의 간섭이 상기 제2 이동국보다도 큰 상기 제1 이동국을, 제1 주파수 대역에 걸치는 제1 스트림에 할당하고, 상기 인접하는 셀과의 간섭이 상기 제1 이동국보다도 작은 상기 제2 이동국을, 상기 제1 주파수 대역의 일부인 제2 주파수 대역에 걸치는 제2 스트림에 할당하는 단계를 포함하는 통신 방법.
제3항에 있어서,
상기 인접하는 셀에서, 복수의 이동국과 MIMO 방식으로 무선 통신하는 기지국 장치가, 인접하는 다른 셀과의 간섭 레벨에 따라서, 이동국을, 제1 주파수 대역에 걸치는 제1 스트림에 할당하거나, 또는 상기 제1 주파수 대역에 포함되는 제3 주파수 대역에 걸치는 제2 스트림에 할당할 때, 상기 제2 주파수 대역은 상기 제3 주파수 대역과는 상이한 통신 방법.
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