KR20150043968A - 협력 다중입력다중출력 송수신 방법 - Google Patents

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KR20150043968A
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장성철
조승권
정수정
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Abstract

협력 MIMO 송수신 방법이 개시된다. 마스터 단말은 기지국 또는 다른 클러스터간의 SINR인 제1 SINR을 계산하고, 마스터 단말은 슬래이브 단말과 마스터 단말간의 SINR인 제2 SINR을 계산한다. 여기서, 마스터 단말은 제2 SINR이 제2 SINR보다 높은 경우 슬래이브 단말과 클러스터를 형성한다.

Description

협력 다중입력다중출력 송수신 방법{COOPERATION MULTI-INPUT MULTI-OUTPUT TRANSMITTING/RECEIVING METHOD}
본 발명은 협력 MIMO 송수신 방법에 관한 것이다.
스마트 모바일 기기의 급격한 보급으로 인해 무선 데이터 트래픽이 폭증하고 있으며, 이를 위해 무선 통신망에서 전송 용량을 증대시키기 위한 다양한 방법이 제안되었다. 다중안테나를 이용한 MIMO(Multi Input Multi Output) 송수신 방법은 추가적인 주파수 자원의 사용 없이 송수신기의 안테나 개수에 비례하여 전송 용량을 증대시킬 수 있는 기술이다. MIMO 송수신 기법을 이용하여 무선 채널의 용량을 증대시키기 위해서는 각 송수신 안테나의 채널간 상관(Correlation)이 작아야 한다. 이를 위해 안테나들 간의 간격이 멀어져야 하지만 스마트 기기의 소형화로 인해 안테나 간격을 늘리는 데는 한계가 있다.
이러한 MIMO 송수신 기법의 한계를 극복하기 위해, 인접한 복수의 장치가 클러스터(Cluster)를 구성하고 클러스터간에 협력 MIMO 송수신을 통해 채널의 용량을 증대시키는 방법이 제안되었다. 클러스터를 구성하는 복수의 장치는 협력 MIMO 송수신을 위해 송수신 데이터를 공유하는데, 이로 인해 협력 MIMO 송수신을 위한 자원 이외의 추가적인 자원이 필요하다. 이러한 추가적인 자원의 양이 많을수록 협력 MIMO 송수신을 통한 용량 증대의 효과는 상쇄된다. 따라서 협력 MIMO 송수신 통해 실질적인 용량을 증대시키기 위해서는 클러스터 내의 송수신 데이터 공유를 위해 추가적인 사용되는 자원을 최소화해야 한다. 추가적인 자원의 사용량을 주파수 재사용을 통해 줄일 수 있지만 주파수 재사용율을 높일수록 간섭 신호의 세기도 증가하여 수신 성능의 열화 문제가 발생한다. 협력 MIMO 송수신을 통한 용량 증대를 유지하면서도 수신 성능의 열화를 방지하기 위해서, 협력 MIMO 송수신을 위한 간섭 제어 기술이 필요하다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 협력 MIMO 송수신에서 효율적인 간섭 제어 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 실시예에 따르면, 제1 단말이 제1 장치로 송신할 또는 상기 제1 장치로부터 수신할 제1 데이터를 협력 통신을 통해 송신 또는 수신하는 방법이 제공된다. 상기 방법은, 상기 제1 단말과 제1 장치간의 신호대잡음과 간섭의 전력비(SINR)인 제1 SINR을 계산하는 단계, 상기 협력 통신을 수행할 적어도 하나의 제2 단말과 상기 제1 단말간의 신호대잡음과 간섭의 전력비(SINR)인 제2 SINR을 계산하는 단계, 그리고 상기 제2 SINR이 상기 제1 SINR보다 소정의 임계치 이상 높은 경우, 상기 협력 통신을 위해 상기 제2 단말과 제1 클러스터를 형성하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 제1 클러스터를 형성하는 단계는, 상기 제2 SINR이 상기 제1 SINR보다 상기 임계치보다 높도록, 상기 제1 데이터의 송신 전력을 조절하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 방법은, 상기 제1 데이터를 상기 조절된 송신 전력으로 상기 제2 단말과 공유하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 제1 장치는 상기 제1 단말 및 상기 제2 단말이 속할 수 있다.
상기 제1 단말은 상기 제2 단말과의 통신을 위해, 제2 클러스터와 상기 기지국간의 통신을 위한 자원을 재사용하며,
상기 제2 클러스터는 상기 기지국에 속하며 상기 제1 클러스터와 다른 클러스터일 수 있다.
상기 제1 장치는 상기 제1 클러스터와 다른 제2 클러스터이며, 상기 제1 클러스터와 상기 제2 클러스터는 분산 환경을 형성할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 기지국이 협력 통신을 수행하는 복수의 클러스터에 자원을 할당하는 방법이 제공된다. 상기 방법은, 상기 복수의 클러스터 각각에 대한 위치 정보를 추정하는 단계, 상기 추정된 위치 정보를 인자로 하여, 상기 복수의 클러스터 각각에 대한 우선 순위를 결정하는 단계, 그리고 상기 우선 순위에 따라, 상기 복수의 클러스터 각각에 클러스터 내부 통신을 위한 자원을 할당하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 우선 순위를 결정하는 단계는, 상기 복수의 클러스터 중 서로간에 더욱 인접한 클러스터에 더욱 높은 우선 순위를 설정하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 자원을 할당하는 단계는, 제1 클러스터와 제2 클러스터 간의 거리가 상기 제1 클러스터와 제3 클러스터간의 거리보다 가까운 경우, 상기 제1 클러스터와 상기 제2 클러스터에 서로 다른 자원을 할당하며, 상기 제3 클러스터에는 상기 제1 클러스터 또는 상기 제2 클러스터와 동일한 자원을 할당하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 위치 정보를 추정하는 단계는, 상기 복수의 클러스터 각각에 속한 단말의 GPS 정보나 CQI 정보를 이용하여, 상기 복수의 클러스터 각각에 대한 위치 정보를 추정하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 복수의 클러스터 각각은 상기 기지국으로 송신할 또는 상기 기지국으로부터 수신한 데이터를 클러스터 내부에 속한 단말들간에 공유하여, 상기 협력 통신을 수행할 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 제1 단말과 협력통신을 수행하는 제2 단말의 동작 방법이 제공된다. 상기 방법은, 상기 제1 단말로부터 수신되는 신호의 세기인 제1 값을 측정하는 단계, 상기 제2 단말이 수신하는 간섭 신호의 세기인 제2 값을 측정하는 단계, 그리고 상기 제1 값과 상기 제2 값의 비가 소정의 임계치 이상인 경우, 상기 협력 통신을 수행하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 방법은, 상기 제1 값이 소정의 값 이하인 경우, 상기 협력 통신을 수행하지 않는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 방법은, 상기 제1 값과 상기 제2 값의 비가 상기 임계치 이하인 경우, 상기 협력 통신을 수행하지 않는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 임계치는 네트워크 환경에 따라 다르게 설정될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 셀룰러 네트워크 환경 또는 무선 분산 네트워크 환경에서 협력 MIMO 송수신시 발생할 수 있는 간섭을 효과적으로 제어할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 셀룰러 네트워크 환경과 협력 MIMO 송수신 시 발생할 수 있는 간섭의 종류를 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 분산 네트워크 환경과 협력 MIMO 송수신 시 발생할 수 있는 간섭의 종류를 나타내는 도면이다.
도 3a는 TDM(Time Division Multiplexing) 방식으로 클러스터내부 통신을 위한 전용 자원을 할당하는 방법이다.
도 3b FDM(Frequency Division Multiplexing) 방식으로 클러스터내부 통신을 위한 전용 자원을 할당하는 방법이다.
도 3c는 CDM(Code Division Multiplexing) 방식으로 클러스터내부 통신을 위한 전용 자원을 할당하는 방법이다.
도 4a는 클러스터내부 통신을 위한 전용 자원이 면허 대역을 사용하는 것을 나타내는 도면이며, 도 4b는 클러스터내부 통신을 위한 전용 자원이 준면허/비면허 대역을 사용하는 것을 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 인접성 기반으로 간섭을 제어하는 방법을 나타내는 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 3차원 좌표를 이용한 위치기반 스케줄링 방법을 나타내는 도면이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 CQI를 이용한 위치기반 스케줄링 방법을 나타내는 도면이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 슬래이브 단말이 동작 모드를 선택하는 방법을 나타내는 도면이다.
도 9는 클러스터간에 동일한 자원을 사용하여 클러스터내부 통신(Intra-Cluster Transmission)를 수행하는 경우 발생되는 클러스터간 간섭 상황을 나타내는 도면이다.
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 멀티 클러스터(Multi-Cluster) 구성을 통해 간섭을 완화는 방법을 나타내는 도면이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
명세서 전체에서, 단말(terminal)은 이동 단말(mobile terminal, MT), 이동국(mobile station, MS), 진보된 이동국(advanced mobile station, AMS), 고신뢰성 이동국(high reliability mobile station, HR-MS), 가입자국(subscriber station, SS), 휴대 가입자국(portable subscriber station, PSS), 접근 단말(access terminal, AT), 사용자 장비(user equipment, UE) 등을 지칭할 수도 있고, 단말, MT, AMS, HR-MS, SS, PSS, AT, UE 등의 전부 또는 일부의 기능을 포함할 수도 있다.
또한, 기지국(base station, BS)은 진보된 기지국(advanced base station, ABS), 고신뢰성 기지국(high reliability base station, HR-BS), 노드B(node B), 고도화 노드B(evolved node B, eNodeB), 접근점(access point, AP), 무선 접근국(radio access station, RAS), 송수신 기지국(base transceiver station, BTS), MMR(mobile multihop relay)-BS, 기지국 역할을 수행하는 중계기(relay station, RS), 기지국 역할을 수행하는 고신뢰성 중계기(high reliability relay station, HR-RS) 등을 지칭할 수도 있고, ABS, 노드B, eNodeB, AP, RAS, BTS, MMR-BS, RS, HR-RS 등의 전부 또는 일부의 기능을 포함할 수도 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 셀룰러 네트워크 환경과 협력 MIMO 송수신 시 발생할 수 있는 간섭의 종류를 나타내는 도면이다.
협력 MIMO 송수신을 위해서는 복수의 단말이 모여 클러스터를 구성한다. 클러스터(120)는 복수의 단말(122, 124)을 포함하고 있으며 복수의 단말(122, 124)은 서로 협력하여 기지국(100)과 통신한다. 클러스터(140)도 복수의 단말(142, 144)을 포함하고 있으며 복수의 단말(142, 144)은 서로 협력하여 기지국(100)과 통신한다. 각 클러스터(120, 140)에 포함되는 복수의 단말은 마스터 단말(122, 142)과 슬래이브 단말(124, 144)로 분류할 수 있다. 마스터 단말(122, 142)는 송신 또는 수신의 주체가 되는 단말이며, 슬래이브 단말(124, 144)는 마스터 단말(122, 142)에 협력하는 단말이다.
도 1에서, 기지국(100)과 클러스터(120, 140) 간의 협력 MIMO 송수신 과정을 매크로 통신(Macro transmission), 클러스터(120)와 클러스터(140) 사이의 협력 MIMO 송수신 과정을 클러스터간 통신(Inter-Cluster Transmission)라고 정의한다. 그리고 클러스터 내에서의 송수신 데이터에 대한 공유 과정을 클러스터내부 통신(Intra-cluster transmission)이라고 정의한다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 분산 네트워크 환경과 협력 MIMO 송수신 시 발생할 수 있는 간섭의 종류를 나타내는 도면이다.
분산 네트워크 환경은 단말이 기지국과 통신하는 환경이 아니라 단말이 단말과 통신하는 직접(Direct) 통신 환경을 나타낸다. 분산 네트워크 환경에서도 협력 MIMO 송수신을 위해서 복수의 단말이 모여 클러스터(200~260)을 구성한다. 그리고 각 클러스터(200~260)를 구성하는 복수의 단말은 마스터 단말과 슬래이브 단말로 분류된다.
도 2에서도, 클러스터들 사이의 협력 MIMO 송수신 과정을 클러스터간 통신(Inter-Cluster Transmission)이라 정의한다. 즉, 클러스터(200)과 클러스터(220)간에 클러스터간 통신(Inter-Cluster Transmission)이 수행되며, 클러스터(240)과 클러스터(260)간에 클러스터간 통신(Inter-Cluster Transmission)이 수행된다. 그리고 각 클러스터(200~260) 내에서의 송수신 데이터에 대한 공유 과정을 클러스터내부 통신(Intra-cluster transmission)이라고 정의한다.
도 1 및 도2에서, 매크로 통신(Macro transmission) 또는 클러스터간 통신(Inter-cluster transmission)을 위해 사용되는 무선 자원을 클러스터내부 통신(Intra-cluster transmission)을 위해 재사용하는 경우, 매크로-클러스터 간섭(Macro-Cluster Interference)이 발생한다. 그리고 복수의 클러스터들이 동일한 자원을 사용하여 클러스터내부 통신(Intra-Cluster transmission)을 수행하는 경우, 클러스터간 간섭(Inter-Cluster Interference)가 발생한다.
먼저, 매크로-클러스터 간섭(Macro-Cluster Interference)를 완화하는 방법에 대해서 설명한다.
매크로-클러스터 간섭을 완화하는 방법은 클러스터내부 통신(Intra-cluster transmission)을 위한 전용 자원을 할당하는 방법이 있다. 이와 같이 전용 자원을 사용하는 방법에 대하여 도 3a-도 3c 및 도 4a-도 4c를 참조하여 설명한다.
도 3a 내지 도 3c에 나타낸 바와 같이, 클러스터내부 통신을 위한 전용 자원은 매크로 통신(Macro transmission) 또는 클러스터간 통신(Inter-cluster transmission)을 위한 자원 중 일부의 자원이 할당된다. 즉, 도 3a 내지 도 3c의 자원 할당 방법은 In-band 할당 방식이다.
도 3a는 TDM(Time Division Multiplexing) 방식으로 클러스터내부 통신을 위한 전용 자원을 할당하는 방법이다. 도 3a에 나타낸 바와 같이 매크로 통신 또는 클러스터간 통신을 위한 전용 자원(310)과 클러스터내부 통신을 위한 자원(320)은 시간으로 분할된다.
도 3b FDM(Frequency Division Multiplexing) 방식으로 클러스터내부 통신을 위한 전용 자원을 할당하는 방법이다. 도 3b에 나타낸 바와 같이 매크로 통신 또는 클러스터간 통신을 위한 전용 자원(330)과 클러스터내부 통신을 위한 자원(340)은 주파수로 분할된다.
도 3c는 CDM(Code Division Multiplexing) 방식으로 클러스터내부 통신을 위한 전용 자원을 할당하는 방법이다. 도 3c에 나타낸 바와 같이 매크로 통신 또는 클러스터간 통신을 위한 전용 자원(340)과 클러스터내부 통신을 위한 자원(350)은 코드(Code)로 분할된다.
한편, 같이 매크로 통신 또는 클러스터간 통신을 위한 전용 자원과 클러스터내부 통신을 위한 자원은 TDM, FDM, CDM 방식이 조합된 하이브리드(Hybride) 형태로 자원할당이 가능하다.
도 4a는 클러스터내부 통신을 위한 전용 자원이 면허 대역을 사용하는 것을 나타내는 도면이며, 도 4b는 클러스터내부 통신을 위한 전용 자원이 준면허/비면허 대역을 사용하는 것을 나타내는 도면이다. 도 4a 및 도 4b에 나타낸 바와 같이, 클러스터내부 통신(Intra-Cluster Transmission)을 위한 전용 자원은 Out-band 방식으로 매크로 통신(Macro transmission) 또는 클러스터간 통신(Inter-cluster transmission)을 위한 자원과 별도로 할당되며, 면허 대역 또는 준면허/비면허 대역을 사용할 수 있다.
매크로-클러스터 간섭을 완화하는 다른 방법은 인접성(Proximity) 기반으로 클러스터를 구성하는 방법이 있다. 이와 같이 인접성 기반으로 클러스터를 구성하는 방법에 대하여 도 5를 참조하여 설명한다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 인접성 기반으로 간섭을 제어하는 방법을 나타내는 도면이다.
도 5에서, 기지국(500)과 클러스터(540)는 협력 MIMO 송수신을 위해 매크로 전송(Macro Transmission) 자원을 사용하고 있다. 그리고 클러스터(520)는 기지국(500)과 클러스터(540)간의 매크로 전송 자원을 재사용하여 클러스터내부 전송(intra-cluster transmission)을 수행하고 있다. 이로 인해, 기지국(500)과 클러스터(520) 사이에 매크로-클러스터 간섭(Macro-Cluster Interference)이 발생하게 된다. 그러나, 이러한 환경에서 기지국(500)과 클러스터(520) 사이의 신호대잡음과 간섭의 전력비(SINRMacro)보다 클러스터(520) 내부에서의 단말들간의 신호대잡음과 간섭의 전력비(SINRCluster)가 더 큰 경우, 인접성에 기반하여 매크로-클러스터 간섭(Macro-Cluster Interference)이 무시될 수 있다. 신호대잡음과 간섭의 전력비(SINR)을 계산하는 방법은 본 발명이 속하는 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 알 수 있으므로 구체적인 설명은 생략한다.
다시 말하면, 마스터 단말과 슬래이브 단말이 인접성 기반으로 아래의 수학식 1의 조건을 만족하도록 클러스터를 구성하는 경우, 매크로-클러스터 간섭(Macro-Cluster Interference)를 줄일 수 있다.
Figure pat00001
수학식 1에서, Th는 클러스터 구성 조건을 만족시키기 위한 임계값(Threshold)이며, 네트워크 환경에 따라 최적의 임계값으로 다르게 설정될 수 있다. 여기서, 마스터 단말과 슬래이브 단말은 임계값을 만족시키는 범위 내에서 서로 간에 공유하는 데이터에 대한 송신전력을 조절하여 간섭을 완화시킬 수 있다.
한편 도 5에서는 셀룰러 환경에 대해서만 나타내었지만, 분산네트워크 환경에서는 도 5에서의 기지국은 클러스터로 대체되고 매크로-클러스터 간섭(Macro-Cluster Interference)은 클러스터간 통신(Inter-Cluster transmission)에 의해 발생한다.
다음으로, 클러스터간 간섭(Inter-Cluster Interference)를 완화하는 방법에 대해서 설명한다.
클러스터간 간섭을 완화하는 첫 번째 방법은 위치기반 스케줄링 방법(자원할당 방법)이다. 이와 같은 위치기반 스케줄링 방법에 대하여 도 6 및 도 7을 참조하여 설명한다.
클러스터를 구성한 마스터 단말과 슬래이브 단말은 기지국 또는 다른 클러스터와의 협력 MIMO 송수신을 위해 클러스터 내에서 송수신 데이터를 공유한다. 이때, 협력 MIMO 송수신에 의한 용량 증대 효과를 보전하기 위해, 클러스터내부 통신(Intra-Cluster transmission)을 위해 사용되는 자원은 여러 클러스터에서 재사용될 수 있다. 이로 인해 클러스터간 간섭(Inter-Cluster Interference)이 발생한다. 동일한 자원을 사용하여 클러스터내부 통신(Intra-Cluster transmission)을 수행하는 클러스터들 간에 서로 멀리 떨어져 있는 경우 클러스터간 간섭(Inter-Cluster Interference)은 무시될 수 있다.
임의의 기지국 영역 내에서 N개의 마스터 단말이 각각의 슬래이브 단말과 구성하여 협력 MIMO 송수신을 준비한다고 가정하자. 이때, 기지국이 K개의 클러스터에 클러스터내부 통신(Intra-Cluster Transmission)을 위한 자원을 할당할 시, 각 클러스터의 위치 정보는 각 클러스터의 스케줄링(자원할당) 우선순위를 결정하는 입력 변수가 된다. 기지국이 클러스터의 위치 정보를 획득하는 방법으로서 마스터 단말 또는 슬래이브 단말의 GPS를 이용하거나 기지국 기준의 상대 위치 정보 등을 이용할 수 있다. 또한, 기지국이 클러스터의 위치 정보를 획득하는 방법으로서 마스터 단말 또는 슬래이브 단말의 RSSI(Received Signal Strength), CQI(Channel Quality Indication) 등의 피드백 정보가 사용될 수 있다. 슬래이브 단말이 고정형인 경우에는 기지국이 슬래이브 단말의 위치 정보를 사전에 파악하여 이용할 수 있다. 이러한 방법들은 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 알 수 있으므로 구체적인 설명 생략하며, 이외의 다른 방법(WiFi의 Access Point를 이용한 위치 추적 방법 등)이 사용될 수 있다.
기지국은 상기에서 설명한 위치 정보 획득 방법을 통해 클러스터의 위치 정보를 추정하고 1차원 또는 2차원 이상의 좌표 값으로 표현할 수 있다. 기지국 영역 내에 N개의 클러스터가 존재하고 n번째 클러스터의 추정된 위치 정보를 Cn인 경우, n번째 클러스터의 스케줄링 우선순위 Pn은 다음의 수학식 2와 같이 결정된다.
Figure pat00002
수학식 2에서
Figure pat00003
는 우선순위 함수(Priority Function)이다. 일반적으로 기지국은 QoS(Quality of Service), 평균 이득(Average throughput) 또는 순시 이득(Instant throughput) 등을 이용하여 우선 순위를 결정하나, 본 발명의 실시예에서는 클러스터의 위치 정보가 사용된다. 여기서, 기지국은 클러스터들 중 서로 간에 더욱 인접한 클러스터에 더욱 높은 순위를 가지는 우선 순위를 설정한다. 우선 순위가 높은 클러스터는 우선적으로 서로 다른 자원이 할당되며, 이로 인해 서로 간에 인접하더라도 간섭이 발생하지 않는다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 3차원 좌표를 이용한 위치기반 스케줄링 방법을 나타내는 도면이며, 도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 CQI를 이용한 위치기반 스케줄링 방법을 나타내는 도면이다.
도 6에 나타낸 바와 같이, 기지국(600)은 마스터 단말 또는 슬래이브 단말의 GPS 정보 등을 이용하여 각 클러스터(620~680)의 3차원 좌표를 획득한다. 도 6에서, 클러스터(660)의 3차 위치 좌표를 {xn, yn, xn}로 나타내었다. 기지국(600)은 각 클러스터의 위치 좌표를 이용하여 클러스터들 간의 위치 정보를 추정할 수 있으며, 도 6에서는 추정된 위치 정보를 숫자(9.56, 36.46 등)로 나타내었다. 기지국(600)은 이러한 추정된 위치 정보를 수학식 2와 같은 우선순위 함수에 적용하여, 각 클러스터의 스케줄링 우선순위를 결정한다.
기지국(600)은 결정한 우선순위에 따라 복수의 클러스터(620~680) 각각에 대한 클러스터내부 통신(Intra-Cluster Transmission)을 위한 자원을 할당한다. 예를 들면, 도 6에 나타낸 바와 같이 클러스터(620)과 클러스터(640)간의 거리는 9.56이고 클러스터(620)과 클러스터(660)간의 거리는 42.58이다. 이와 같은 경우, 기지국(600)은 클러스터(620)과 클러스터(640)에는 높은 우선 순위를 할당하고 클러스터(660)에는 낮은 우선 순위를 할당한다. 즉, 클러스터(620)에 대한 자원(클러스터내부 통신 자원)과 클러스터(640)에 대한 자원(클러스터내부 통신 자원)은 서로 다른 값으로 할당되며, 클러스터(660)은 자원 재사용을 위해 클러스터(620) 또는 클러스터(640)와 동일한 자원이 할당될 수 있다. 서로 인접한 클러스터(620)과 클러스터(640)은 서로 다른 자원이 할당되므로 클러스터간 간섭(Inter-Cluster Interference)이 발생하지 않는다. 그리고 클러스터(620) 또는 클러스터(640)과 클러스터(660)은 동일한 자원이 할당되더라도 거리가 멀어 클러스터간 간섭(Inter-Cluster Interference)이 완화된다.
도 7에 나타낸 바와 같이, 기지국(700)은 마스터 단말 또는 슬래이브 단말의 피드백 정보로서 CQI(Channel Quality Indicator)를 획득한다. 도 6에서, 클러스터(760)의 CQI를 CQIn으로 나타내었다. 기지국(700)은 각 클러스터의 CQI 정보를 이용하여 클러스터들 간의 위치 정보를 추정할 수 있다. 기지국이 CQI 정보를 이용하여 클러스터들 간의 위치 정보를 획득하는 방법은 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 알 수 있으므로 구체적이 설명은 생략한다. 기지국(700)은 CQI를 통해 추정한 위치 정보를 수학식 2와 같은 우선순위 함수에 적용하여, 각 클러스터의 스케줄링 우선순위를 결정한다. 그리고 기지국(700)은 결정한 우선순위에 따라 복수의 클러스터(720~780) 각각에 대한 클러스터내부 통신(Intra-Cluster Transmission)을 위한 자원을 할당한다. 기지국(700)이 결정한 우선 순위에 따라 자원을 할당하는 방법은 도 6의 경우와 동일하므로 구체적인 설명은 생략한다.
클러스터간 간섭을 완화하는 두 번째 방법은 슬래이브 단말이 동작 모드를 선택하는 방법이다. 이와 같은 슬래이브 단말의 모든 선택에 대하여 도 8을 참조하여 설명한다.
마스터 단말이 특정 영역에 밀집하여 분포되어 있고 각 마스터 단말이 슬래이브 단말과 클러스터를 구성하는 경우, 클러스터 간 거리가 멀지 않아 클러스터간 간섭(Inter-Cluster Interference)가 발생한다. 이는 슬래이브 단말이 주변 간섭 상황에 따라 동작 모드를 선택함으로써 클러스터간 간섭(Inter-Cluster Interference)을 완화시킬 수 있다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 슬래이브 단말이 동작 모드를 선택하는 방법을 나타내는 도면이다. 도 8에서, 가로축(Interference Signal)은 슬래이브 단말이 수신하는 간섭신호의 세기를 나타내며, 세로축(Signal Power)은 슬래이브 단말이 마스터 단말로부터 수신되는 신호의 세기를 나타낸다.
본 발명의 실시예에 따른 슬래이브 단말은 마스터 단말로부터 클러스터 구성 요청이 있는 경우, 간섭 상황에 따라 클러스터 구성여부를 판단한다.
도 8에 나타낸 바와 같이, 마스터 단말로부터의 신호의 세기가 일정 수준(810) 이하인 경우에는 슬래이브 단말은 휴먼 모드(Idle Mode)를 유지한다. 즉, 슬래이브 단말은 마스터 단말로부터 수신되는 신호의 세기가 일정 수준(810) 이하인 경우 마스터 단말과 클러스터를 구성하지 않고 휴먼 모드를 유지한다.
마스터 단말로부터 신호 세기와 간섭 신호의 세기의 비가 임계치(830) 이상인 경우, 슬래이브 단말은 동작 모드(Operating Mode)를 수행한다. 즉, 마스터 단말로부터 신호 세기와 간섭 신호의 세기의 비가 임계치(830) 이상인 경우, 슬래이브 단말은 마스터 단말과 클러스터를 구성하여 협력 MIMO 송수신을 수행한다.
그리고, 마스터 단말로부터 신호 세기와 간섭 신호의 세기의 비가 임계치(830) 이하인 경우에는, 슬래이브 단말은 침묵 모드(Mute Mode)를 수행한다. 즉, 마스터 단말로부터 신호 세기와 간섭 신호의 세기의 비가 임계치(830) 이하인 경우, 슬래이브 단말은 마스터 단말과 클러스터를 구성하지 않는다.
도 8에서, 마스터 단말로부터의 신호 세기와 간섭 신호의 세기의 비는 830과같은 기울기 라인으로 표시될 있으며, 기울기 라인 830이 임계 값이 될 수 있다. 최적의 임계 값은 네트워크 환경에 따라 다르게 설정될 수 있으며, 기울기 라인(830)은 1차 방정식으로 표현되는 직선뿐만 아니라 2차 이상의 방정식으로 표현되는 곡선으로도 설정될 수 있다.
클러스터간 간섭을 완화하는 세 번째 방법은 빔포밍(Beamforming) 또는 프리코딩(Precoding) 기법이다. 이러한 빔포밍 또는 프리코딩 기법에 대하여 도 9를 참조하여 설명한다.
도 9는 클러스터간에 동일한 자원을 사용하여 클러스터내부 통신(Intra-Cluster Transmission)를 수행하는 경우 발생되는 클러스터간 간섭 상황을 나타내는 도면이다.
도 9에서, 기지국(900)이 클러스터(920)으로 송신한 심볼을 X1, 기지국(900)이 클러스터(940)으로 송신한 심볼을 X2라고 정의한다. 그리고 기지국(900)과 클러스터(920) 사이의 채널을 H1, 기지국(900)과 클러스터(940) 사이의 채널을 H2라고 정의한다. 클러스터(920)과 클러스터(940) 사의 채널은 각각 HI 12, HI 21로 정의하며, 클러스터(920) 내부의 채널을
Figure pat00004
로 클러스터(940)의 내부 채널을
Figure pat00005
로 정의한다. 이와 같은 경우, 클러스터(920)의 수신 신호 Y1과 클러스터(940)의 수신 신호 Y2는 아래의 수학식 3과 같이 표현될 수 있다.
Figure pat00006
수학식 3에서 W는 AWGN(Additive Circular Symmetric White Gaussian Noise)이다. 클러스터(920)에서의 간섭 신호는
Figure pat00007
이 되고, 클러스터(940)에서의 간섭 신호는
Figure pat00008
이 된다.
수학식 3을 N개의 클러스터로 확장하면, 각 클러스터의 수신 심볼 Y는 다음과 같은 수학식 4와 같이 표현될 수 있다.
Figure pat00009
따라서, 수학식 4에서의 채널 행렬 H에 기반하여, 수신신호의 SINR 또는 용량(Capacity)를 최대화 하는 빔포밍 또는 프리코딩 행렬 P가 곱해진 MIMO 심볼을 전송함으로써, 간섭을 제어할 수 있다. 이때 수신 심볼행렬 Y는 다음 수학식 5와 같다.
Figure pat00010
빔포밍 또는 프리코딩 행렬 P는 H의 함수이고, 행렬 생성 방법은 기존에 알려진 MIMO 송수신 기법에서 사용되는 행렬 생성 방법이 적용될 수 있다.
클러스터간 간섭을 완화하는 네 번째 방법은 멀티 클러스터(Multi-Cluster) MIMO 전송 기법이다. 이러한 멀티 클러스터 MIMO 전송 기법에 대하여 도 10을 참조하여 설명한다.
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 멀티 클러스터(Multi-Cluster) 구성을 통해 간섭을 완화는 방법을 나타내는 도면이다.
마스터 단말이 특정 영역에 밀집하여 분포되고 각 마스터 단말이 슬래이브 단말과 클러스터를 구성하는 경우, 클러스터간 거리가 멀지 않아 클러스터간 간섭(Inter-Cluster Interference)가 발생한다.
도 10에 나타낸 바와 같이, 특정 영역에 밀집되어 있는 슬래이브 단말이 한 개의 마스터 단말과 클러스터를 구성하는 것이 아니라 2개 이상의 단말과 클러스터를 구성한다. 그리고 슬래이브 단말과 멀티 클러스터를 구성한 각 마스터 단말간의 다중 접속을 위해, 공간 분할 다중 접속(SDMA, Spatial Division Multiple Access) 방식이 적용되며, 이를 통해 클러스터간 간섭이 완화될 수 있다. 예를 들면, 도 10에 나타낸 바와 같이 3개의 슬래이브 단말(1500, 1600, 1700)은 각각 4개씩의 마스터 단말(1100~1400) 단말과 멀티 클러스터를 구성한다. 이때 각 마스터 단말을 위해 MIMO 공간 자원(Stream 또는 Layer)을 할당하면, 멀티 클러스터를 구성한 마스터 단말과 슬래이브 단말 사이에는 클러스터간 간섭이 사라지게 된다.
이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.

Claims (15)

  1. 제1 단말이 제1 장치로 송신할 또는 상기 제1 장치로부터 수신할 제1 데이터를 협력 통신을 통해 송신 또는 수신하는 방법으로서,
    상기 제1 단말과 제1 장치간의 신호대잡음과 간섭의 전력비(SINR)인 제1 SINR을 계산하는 단계,
    상기 협력 통신을 수행할 적어도 하나의 제2 단말과 상기 제1 단말간의 신호대잡음과 간섭의 전력비(SINR)인 제2 SINR을 계산하는 단계, 그리고
    상기 제2 SINR이 상기 제1 SINR보다 소정의 임계치 이상 높은 경우, 상기 협력 통신을 위해 상기 제2 단말과 제1 클러스터를 형성하는 단계를 포함하는 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 클러스터를 형성하는 단계는, 상기 제2 SINR이 상기 제1 SINR보다 상기 임계치보다 높도록, 상기 제1 데이터의 송신 전력을 조절하는 단계를 포함하는 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제1 데이터를 상기 조절된 송신 전력으로 상기 제2 단말과 공유하는 단계를 더 포함하는 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제1 장치는 상기 제1 단말 및 상기 제2 단말이 속한 기지국인 방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제1 단말은 상기 제2 단말과의 통신을 위해, 제2 클러스터와 상기 기지국간의 통신을 위한 자원을 재사용하며,
    상기 제2 클러스터는 상기 기지국에 속하며 상기 제1 클러스터와 다른 클러스터인 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제1 장치는 상기 제1 클러스터와 다른 제2 클러스터이며, 상기 제1 클러스터와 상기 제2 클러스터는 분산 환경을 형성하는 방법.
  7. 기지국이 협력 통신을 수행하는 복수의 클러스터에 자원을 할당하는 방법으로서,
    상기 복수의 클러스터 각각에 대한 위치 정보를 추정하는 단계,
    상기 추정된 위치 정보를 인자로 하여, 상기 복수의 클러스터 각각에 대한 우선 순위를 결정하는 단계, 그리고
    상기 우선 순위에 따라, 상기 복수의 클러스터 각각에 클러스터 내부 통신을 위한 자원을 할당하는 단계를 포함하는 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 우선 순위를 결정하는 단계는, 상기 복수의 클러스터 중 서로간에 더욱 인접한 클러스터에 더욱 높은 우선 순위를 설정하는 단계를 포함하는 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 자원을 할당하는 단계는,
    제1 클러스터와 제2 클러스터 간의 거리가 상기 제1 클러스터와 제3 클러스터간의 거리보다 가까운 경우, 상기 제1 클러스터와 상기 제2 클러스터에 서로 다른 자원을 할당하며, 상기 제3 클러스터에는 상기 제1 클러스터 또는 상기 제2 클러스터와 동일한 자원을 할당하는 단계를 포함하는 방법.
  10. 제7항에 있어서,
    상기 위치 정보를 추정하는 단계는, 상기 복수의 클러스터 각각에 속한 단말의 GPS 정보나 CQI 정보를 이용하여, 상기 복수의 클러스터 각각에 대한 위치 정보를 추정하는 단계를 포함하는 방법.
  11. 제7항에 있어서,
    상기 복수의 클러스터 각각은 상기 기지국으로 송신할 또는 상기 기지국으로부터 수신한 데이터를 클러스터 내부에 속한 단말들간에 공유하여, 상기 협력 통신을 수행하는 방법.
  12. 제1 단말과 협력통신을 수행하는 제2 단말의 동작 방법으로서,
    상기 제1 단말로부터 수신되는 신호의 세기인 제1 값을 측정하는 단계,
    상기 제2 단말이 수신하는 간섭 신호의 세기인 제2 값을 측정하는 단계, 그리고
    상기 제1 값과 상기 제2 값의 비가 소정의 임계치 이상인 경우, 상기 협력 통신을 수행하는 단계를 포함하는 방법.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 제1 값이 소정의 값 이하인 경우, 상기 협력 통신을 수행하지 않는 단계를 더 포함하는 방법.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 제1 값과 상기 제2 값의 비가 상기 임계치 이하인 경우, 상기 협력 통신을 수행하지 않는 단계를 더 포함하는 방법.
  15. 제12항에 있어서,
    상기 임계치는 네트워크 환경에 따라 다르게 설정되는 방법.
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