KR20160037767A - 면허대역 무선통신 시스템에서 비면허 대역의 간섭 예측 방법 및 장치 - Google Patents

Abstract

면허대역 무선통신 시스템의 기지국은 단말이 수신할 비면허 대역의 하향링크 간섭을 예측하기 위해, 비면허 대역에서 신호를 송신하는 비면허 기기의 밀도를 계산하고, 상기 기지국과 상기 단말과의 거리를 추정하며, 상기 거리를 이용하여 상기 단말에 수신되는 SINR이 설정된 임계 값 이상일 경우의 확률값을 계산한 후, 상기 확률값을 이용하여 전송 MCS(modulation and coding) 모드를 결정한다.

Description

면허대역 무선통신 시스템에서 비면허 대역의 간섭 예측 방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS FOR PREDICTING INTERFERENCE OF UNLICENSE BANDS IN LICENSE BAND WIRELESS COMMUNICATION SYSTEMS}

본 발명은 면허대역 무선통신 시스템에서 비면허 대역의 간섭 예측 방법 및 장치에 관한 것으로, 특히 면허 대역에서 운용되고 있는 무선통신 시스템이 비면허 대역을 이용할 때 단말에서 비면허 대역에서의 하향링크 간섭을 예측하는 방법에 관한 것이다.

LTE 셀룰러 네트워크는 면허 대역(licensed band)에서만 운용이 되어 왔다. 고용량 및 고속의 데이터 서비스 수요가 늘어감에 따라 LTE 표준은 기존의 면허대역에 한정하지 않고 비면허 대역을 수용하여 용량을 증대하는 방안을 채택하였으며, 현재 표준화 시작 단계에 놓여있는 상황이다.

면허대역은 하향링크 상의 신호대간섭잡음비(signal to interference plus noise ratio, SINR)를 예측할 수 있다. FDD(Frequency Division Duplexing) 방식의 경우, 간섭의 주체는 셀의 커버리지 안에 다른 셀들에서 발생하는 하향링크 신호이다. 간섭으로 작용하는 신호를 파악하기 위해 LTE 단말은 간섭 측정 구간을 두어 간섭의 평균 크기와 통계적인 특징을 알 수 있다.

하지만 비면허 주파수 대역에서 LTE 시스템을 운용하는 경우, LTE 단말은 면허 대역처럼 간섭의 영향을 받지만 간섭을 측정하는 것이 어렵다. 그 이유는 면허대역처럼 간섭이 일정하거나 예측이 쉽지 않기 때문이다.

WiFi와 같은 기기들이 공존하고 있는 비면허 대역의 무선 채널의 전송 시기는 LTE 단말의 간섭 측정 구간과 전혀 상관없이 발생한다. 따라서 LTE 단말은 LTE 기지국으로부터 신호를 수신하는 중에 다른 기기의 송신 신호에 의해 간섭이 발생할 수도 있고, 간섭이 발생하지 않을 수도 있기 때문에 그렇지 않을 수도 있기 때문에 SINR을 계산하기가 어렵다. SINR을 정확히 계산해야 LTE 시스템의 전체적인 전송 효율을 높일 수 있지만, 비면허 대역에서의 SINR 측정이 힘든 관계로 전송 효율이 저하될 수 밖에 없다.

본 발명이 해결하려는 과제는 면허대역 무선통신 시스템에서 비면허 대역을 사용하고자 할 때 비면허 대역의 하향링크 간섭을 효율적으로 예측할 수 있는 면허대역 무선통신 시스템에서 비면허 대역의 간섭 예측 방법 및 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 한 실시 예에 따르면, 면허대역 무선통신 시스템의 기지국이 단말이 수신할 비면허 대역의 하향링크 간섭을 예측하는 방법이 제공된다. 비면허 대역의 간섭 예측 방법은 상기 비면허 대역에서 신호를 송신하는 비면허 기기의 밀도를 계산하는 단계, 상기 기지국과 상기 단말과의 거리를 추정하는 단계, 상기 거리를 이용하여 상기 단말에 수신되는 SINR이 설정된 임계 값 이상일 경우의 확률값을 계산하는 단계, 그리고 상기 확률값을 이용하여 전송 MCS(modulation and coding) 모드를 결정하는 단계를 포함한다.

본 발명의 실시 예에 의하면, 단말의 SINR 계산 없이도 기지국이 LTE 단말과의 거리 정보와 비면허 대역에서의 비면허 기기의 밀도 정보를 이용하여 하향링크 SINR를 예측할 수 있으며, 상대적으로 계산 능력이 적은 단말에서의 SINR 계산 처리를 유발하지 않는다. 기지국에서의 하향링크 SINR 예측으로 비면허 대역에서 보다 더 스펙트럼 효율적인 전송 신호로 하향링크의 데이터 전송률(throughput)을 높일 수 있다.

도 1 및 도 2는 각각 본 발명의 실시 예에 따른 면허대역 무선통신 시스템에서 비면허 대역을 사용하는 일 예를 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 하향링크 SINR을 예측하는 방법을 나타낸 흐름도이다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 비면허 대역의 간섭 예측 장치를 나타낸 도면이다.

아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시 예에 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 실시 예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.

명세서 및 청구범위 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성 요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.

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, MT, MS, 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 중계 노드(relay node, RN), 기지국 역할을 수행하는 진보된 중계기(advanced relay station, ARS), 기지국 역할을 수행하는 고신뢰성 중계기(high reliability relay station, HR-RS), 소형 기지국[펨토 기지국(femoto BS), 홈 노드B(home node B, HNB), 홈 eNodeB(HeNB), 피코 기지국(pico BS), 메트로 기지국(metro BS), 마이크로 기지국(micro BS) 등] 등을 지칭할 수도 있고, ABS, 노드B, eNodeB, AP, RAS, BTS, MMR-BS, RS, RN, ARS, HR-RS, 소형 기지국 등의 전부 또는 일부의 기능을 포함할 수도 있다.

이제 본 발명의 실시 예에 따른 면허대역 무선통신 시스템에서 비면허 대역의 간섭 예측 방법 및 장치에 대하여 도면을 참고로 하여 상세하게 설명한다.

도 1 및 도 2는 각각 본 발명의 실시 예에 따른 면허대역 무선통신 시스템에서 비면허 대역을 사용하는 일 예를 나타낸 도면이다.

도 1을 참고하면, 대표적인 이동통신시스템인 LTE(Long Term Evolution) 시스템은 면허(license) 주파수 대역에서 운용되며, LTE 기지국(100) 및 LTE 단말(200)을 포함한다.

면허 대역은 한 사업자에게 독점적 사용권이 주어진다. 반면, 비면허(unlicensed) 대역은 누구나 무료로 사용할 수 있도록 규정한 주파수 대역으로, 독점적 주파수 사용권이 보장되지 않는다. 따라서 면허 대역은 비면허 대역에 비해 더 나은 신뢰성과 통신 품질 등이 보장된다. 그러나 모바일 데이터 트래픽이 폭발적으로 증가함에 따라 추가적인 주파수 확보가 반드시 필요한 상황이다. 이에 대한 방안으로, 도 2에 도시한 바와 같이 LTE 기지국(100)은 데이터 요구량을 충족시키기 위해서 면허(license) 주파수 대역과 비면허(unlicensed) 주파수 대역을 통합하여 LTE 서비스를 단말(200)에게 제공한다. LTE 기지국(100)은 면허 주파수 대역을 이용하여 상향링크(UL) 및 하향링크(DL) 자원을 할당하고, 비면허 주파수 대역을 이용하여 상향링크(UL) 및 하향링크(DL) 자원을 추가적으로 할당할 수 있다.

즉, LTE 기지국(100)은 사용 주파수를 면허 대역에 한정하지 않고 비면허 대역을 통해 부족한 주파수를 확보함으로써, 추가적인 용량과 더욱 빠른 데이터 속도를 제공할 수 있게 된다. 비면허 대역으로는 예를 들면, 5GHz의 주파수 대역이 사용될 수 있다.

일반적으로 와이파이(WiFi)라 불리우는 WLAN(Wireless Local Area Network) 기기들이 비면허 대역을 사용한다. WLAN의 송신기는 LTE 신호의 감도 저하를 일으킬 수 있다. 따라서 LTE 시스템에서 비면허 대역을 사용하기 위해서는 동일 대역 내에서 서비스를 제공하는 WLAN 기기와의 간섭 정도를 추정하고, LTE 단말(200)의 수신 성능을 향상시킬 수 있는 방법이 요구된다. 이때 간섭 정도는 하향링크 상의 SINR로 추정될 수 있는데, 아래에서는 하향링크 상의 SINR을 예측하는 방법에 대해서 설명한다.

도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 하향링크 SINR을 예측하는 방법을 나타낸 흐름도이다.

도 3을 참고하면, 하향링크 SINR은 일반적으로 LTE 단말(200)에서 LTE 기지국(100)으로부터 전송되는 하향링크 신호로부터 계산된다.

본 발명의 실시 예에서는 LTE 단말(200)이 아닌 LTE 기지국(100)에서 하향링크 SINR이 추정된다.

LTE 기지국(100)은 비면허 대역에서 하향링크 신호를 전송하기 전에 미리 주변의 비면허 대역에서 신호를 송신하는 비면허 기기의 수와 각 비면허 기기에서 송신되는 신호의 전력 크기를 판단하고, 이를 통계화하여 주변 비면허 기기의 밀도를 계산한다(S310). LTE 기지국(100)은 인접한 비면허 기기들이 전송하는 신호를 수신하여 복조 가능한지 판단하고, 복조 가능하다면 간섭 신호로 판단하고 해당 신호를 전송한 비면허 기기의 개수와 해당 신호의 전력 크기를 파악하여 LTE 기지국(100)이 서비스하는 영역에서 비면허 기기의 밀도를 계산한다. 여기서 비면허 기기는 LTE 기지국(100)이 서비스하지 않는 단말 및 WLAN 기기 등 비면허 대역을 이용하는 기기를 포함할 수 있다.

다음, LTE 기지국(100)은 면허 대역의 채널 패스 손실 모델(channel pass loss model)을 가지고 LTE 기지국(100)과 LTE 단말(200)과의 거리를 추정한다(S320).

LTE 기지국(100)은 추정된 거리 정보를 가지고 통계 기하학을 적용하여 LTE 단말(200)의 SINR이 설정된 SINR 임계 값 이상일 경우의 확률값을 계산한다(S330). LTE 기지국(100)은 이 확률 값을 토대로 하향링크 SINR을 예측하고, LTE 단말(200)의 하향링크 간섭 정도를 예측할 수 있다.

LTE 기지국(100)은 계산된 확률값을 이용하여 전송 MCS(modulation and coding) 모드를 결정한다(S340). SINR은 수학식 1과 같이 계산되고, 거리 r과 밀도 λ가 주어졌을 때 SINR 임계 값 β 이상일 확률 값 P[SINR≥β|r]은 수학식 1을 적용하여 수학식 2와 같이 계산될 수 있다.

수학식 1 및 수학식 2에서, h는 LTE 기지국(100)과 LTE 단말(200)간의 채널을 나타내고,

은 잡음 전력이며, I_r은 총 간섭량을 나타낸다.

는 거리 r에 따른 송신 전력 감쇄치를 나타낸다.

적률 생성 함수(Moment Generating Function, MGF)인

는 수학식 3과 같이 계산될 수 있다.

수학식 3에서, r_min은 LTE 기지국(100)과 LTE 단말(200)간의 최소 거리이며, r_max는 LTE 기지국(100)과 LTE 단말(200)간의 최대 거리를 나타낸다.

도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 비면허 대역의 간섭 예측 장치를 나타낸 도면이다.

도 4를 참고하면, 비면허 대역의 간섭 예측 장치(400)는 프로세서(410), 송수신기(420) 및 메모리(430)를 포함한다. 비면허 대역을 이용한 통신 장치(400)는 LTE 기지국(100) 내에 구현될 수 있다.

프로세서(410)는 도 3에서 설명한 하향링크 SINR을 추정하는 기능을 수행한다. 구체적으로, 프로세서(410)는 비면허 대역에서 신호를 송신하는 비면허 기기의 수와 각 비면허 기기에서 송신되는 신호의 전력 크기를 판단하고, 비면허 기기의 수와 각 비면허 기기에서 송신되는 신호의 전력 크기를 통계화하여 주변 비면허 기기의 밀도를 계산한다. 프로세서(410)는 LTE 기지국(100)과 LTE 단말(200)과의 거리를 추정하고, 추정된 거리 정보를 LTE 단말(200)이 설정된 SINR 임계 값 이상일 경우의 확률값을 계산한다. 프로세서(410)는 계산된 확률값을 이용하여 전송 MCS 모드를 결정한다. 전송 MCS 모드에 따라 하향링크 신호의 전송률이 결정될 수 있다. 전송 MCS 모드는 확률값을 이용하여 가장 높은 효율을 가지는 값으로 결정될 수 있다.

송수신기(420)는 전송 MCS 모드에 따라 변조 및 코딩된 하향링크 신호를 LTE 단말(200)로 전송하고 LTE 단말(200)로부터의 상향링크 신호를 수신한다.

메모리(430)는 프로세서(410)에서 수행하기 위한 명령어(instructions)을 저장하고 있거나 저장 장치(도시하지 않음)로부터 명령어를 로드하여 일시 저장하며, 프로세서(410)는 메모리(430)에 저장되어 있거나 로드된 명령어를 실행한다.

프로세서(410)와 메모리(430)는 버스(도시하지 않음)를 통해 서로 연결되어 있으며, 버스에는 입출력 인터페이스(도시하지 않음)도 연결되어 있을 수 있다. 이때 입출력 인터페이스에 송수신기(420)가 연결되며, 입력 장치, 디스플레이, 스피커, 저장 장치 등의 주변 장치가 연결되어 있을 수 있다.

본 발명의 실시 예는 이상에서 설명한 장치 및/또는 방법을 통해서만 구현되는 것은 아니며, 본 발명의 실시 예의 구성에 대응하는 기능을 실현하는 프로그램 또는 그 프로그램이 기록된 기록 매체를 통해 구현될 수도 있으며, 이러한 구현은 앞서 설명한 실시 예의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야의 전문가라면 쉽게 구현할 수 있는 것이다.

이상에서 본 발명의 실시 예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리 범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리 범위에 속하는 것이다.

Claims (1)

1. 면허대역 무선통신 시스템의 기지국이 단말이 수신할 비면허 대역의 하향링크 간섭을 예측하는 방법으로서,
   상기 비면허 대역에서 신호를 송신하는 비면허 기기의 밀도를 계산하는 단계,
   상기 기지국과 상기 단말과의 거리를 추정하는 단계,
   상기 거리를 이용하여 상기 단말에 수신되는 SINR이 설정된 임계 값 이상일 경우의 확률값을 계산하는 단계, 그리고
   상기 확률값을 이용하여 전송 MCS(modulation and coding) 모드를 결정하는 단계
   를 포함하는 비면허 대역의 간섭 예측 방법.

Images