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KR101521049B1 - 다중 홉 셀룰러 네트워크에 포함된 기지국 및 중계기와, 상기 기지국의 제어 방법 - Google Patents

다중 홉 셀룰러 네트워크에 포함된 기지국 및 중계기와, 상기 기지국의 제어 방법 Download PDF

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KR101521049B1
KR101521049B1 KR1020140061772A KR20140061772A KR101521049B1 KR 101521049 B1 KR101521049 B1 KR 101521049B1 KR 1020140061772 A KR1020140061772 A KR 1020140061772A KR 20140061772 A KR20140061772 A KR 20140061772A KR 101521049 B1 KR101521049 B1 KR 101521049B1
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KR
South Korea
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repeater
interference
repeaters
base station
neighboring
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KR1020140061772A
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English (en)
Inventor
이재용
임성국
Original Assignee
연세대학교 산학협력단
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Publication date
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Abstract

다중 홉 셀룰러 네트워크에 포함된 기지국 및 중계기와, 상기 기지국의 제어 방법이 개시된다. 개시된 기지국은 상기 기지국에 포함된 N개의 중계기 각각으로부터, 해당 중계기에 간섭을 미치는 복수의 인접 중계기의 정보를 포함하는 간섭 리스트를 수신하는 수신부; 상기 간섭 리스트를 이용하여 상기 N개의 중계기의 주파수 재사용 테이블을 생성하고, 상기 주파수 재사용 테이블을 이용하여 채널 할당을 수행하는 채널 할당부; 및 상기 간섭 리스트를 이용하여 상기 N개의 중계기 각각과 인접 기지국의 중계기 간의 간섭 여부를 확인하되, 상기 N개의 중계기 중 i번째 중계기가 상기 인접 기지국의 중계기로부터 간섭을 받는 경우, 상기 i번째 중계기에 할당된 채널을 다른 채널로 스위칭하는 채널 스위칭부;를 포함한다.

Description

다중 홉 셀룰러 네트워크에 포함된 기지국 및 중계기와, 상기 기지국의 제어 방법{Base station and Relay station included in multi-hop cellular network, and Method for controlling the base station}
본 발명의 실시예들은 다중 홉 셀룰러 네트워크에 포함된 기지국 및 중계기와, 상기 기지국의 제어 방법에 관한 것이다.
LTE-advanced나 IEEE 802.16m과 같은 차세대 셀룰러 네트워크는 펨토셀이나 마이크로셀 등과 같은 중계기를 이용하여 적은 비용으로 고품질 멀티미디어 서비스를 제공한다. 특히 OFDMA(Orthogonal Frequency Division Multiple Access)와 결합된 네트워크는 유동적인 무선 자원 관리가 가능하다는 점에서 크게 주목받고 있으며 많은 연구가 진행되고 있다.
다양한 방식의 무선 통신의 수요가 폭증함에 따라 현재 서비스를 제공하고 있는 이종망간의 라이센스 주파수 할당 문제가 중요한 문제로 부상하고 있으며, 따라서 좁은 주파수 대역을 최대한 효율적으로 사용하여 스펙트럼 효율을 향상시키는 것이 중요한 연구 분야 중 하나로 연구되고 있다.
주파수 재사용은 한정된 자원을 갖는 셀룰러 네트워크에서 스펙트럼 효율을 향상시키기 위해 필수적인 기술이다. 이러한 주파수 재사용은 기존의 단일홉 셀룰러 네트워크를 위한 연구로 제안되었으나, 근래에는 다중홉 셀룰러 네트워크에도 주파수 재사용 기술을 적용시키려는 연구들이 진행되고 있다.
도 1은 종래의 주파수 재사용의 개념을 도시한 도면이다.
도 1에서는 하나의 셀을 도시하고 있는데, 중앙의 기지국(BS)을 중심으로 대칭적으로 분포하는 6개의 중계기가 위치하고 있다. 같은 패턴무늬를 갖는 지역은 동일한 주파수를 사용하는 것을 의미한다.
도 1를 참조하면, 스펙트럼 효율 측면에서는 도 1(c)와 같이 모든 주파수 대역을 기지국과 중계기들이 동시에 사용하는 것이 좋으나, 간섭의 심화로 인해 중계기간의 경계에서는 성능 열화가 발생한다. 각각의 중계기가 서로 다른 주파수를 사용하면 간섭의 영향은 최소화할 수 있으나, 스펙트럼 효율이 급격히 감소한다.
일반적으로 중계기는 사용자의 의지에 의해 임의의 위치에 설치될 수 있는 특성이 있지만, 기존의 연구들은 소수의 중계기들이 균등하게 분포된 토폴로지만을 고려하여 주파수 재사용 패턴을 제안하였기 때문에 현실적으로 적용하기에는 불가능하다. 따라서 임의의 토폴로지를 갖는 중계기들의 주파수 재사용 방안이 새롭게 연구될 필요가 있다.
또한, 임의의 토폴로지를 갖는 다중홉 셀룰러 네트워크에서 각각의 기지국 및 중계기는 좁은 대역폭으로 이루어진 다수의 OFDMA 채널을 모두 사용할 수 있다. 이 때, 기지국이나 중계기가 직접 사용자 단말에 신호를 송출하는 OFDMA 하향 액세스 링크는 특히 간섭에 의한 성능 열화가 심각하다. 그 이유는 많은 양의 데이터를 기지국이나 중계기가 ODFMA 하향링크 프레임 구간동안 모든 채널을 사용하여 사용자 단말에게 동시에 전송하기 때문이다.
기존에 연구되었던 중계기 간의 간섭을 제어하기 위한 자원 할당 방법은 기본적으로 모든 중계기들이 시스템의 전체 주파수 대역을 할당받은 것을 가정하고 있다. 따라서 시스템 최적화 문제를 풀기 위해서는 모든 중계기가 상호간 채널 상태에 대한 정보를 교환해야 하며 이는 중계기의 수가 증가함에 따라 기하급수적으로 늘어남을 의미한다.
상기한 바와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위해, 본 발명에서는 중계기로부터의 트래픽 부하를 줄이고, 트래픽 품질의 최소 요구사항을 만족시키도록 간섭을 제어하면서도, 상대적으로 높은 스펙트럼 효율로 데이터 전송률을 높이는 기지국의 제어 방법과, 상기 기지국 및 이의 셀 영역에 포함되는 중계기를 제안하고자 한다.
본 발명의 다른 목적들은 하기의 실시예를 통해 당업자에 의해 도출될 수 있을 것이다.
상기한 목적을 달성하기 위해 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따르면, 기지국에 있어서, 상기 기지국에 포함된 N개의 중계기 각각으로부터, 해당 중계기에 간섭을 미치는 복수의 인접 중계기의 정보를 포함하는 간섭 리스트를 수신하는 수신부; 상기 간섭 리스트를 이용하여 상기 N개의 중계기의 주파수 재사용 테이블을 생성하고, 상기 주파수 재사용 테이블을 이용하여 채널 할당을 수행하는 채널 할당부; 및 상기 간섭 리스트를 이용하여 상기 N개의 중계기 각각과 인접 기지국의 중계기 간의 간섭 여부를 확인하되, 상기 N개의 중계기 중 i번째 중계기가 상기 인접 기지국의 중계기로부터 간섭을 받는 경우, 상기 i번째 중계기에 할당된 채널을 다른 채널로 스위칭하는 채널 스위칭부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 기지국이 제공된다.
상기 N개의 중계기 각각은, 상기 복수의 인접 중계기에서 각각 전송된 무선 신호의 수신세기를 측정하고, 상기 수신세기의 정보를 이용해 상기 간섭 리스트를 생성하여 상기 기지국으로 전송할 수 있다.
상기 N개의 중계기 각각은, 상기 복수의 인접 중계기를 포함하는 집합 Qi를 생성하고, 상기 집합 Qi에 포함된 인접 중계기의 수신세기의 총합이 기 설정된 간섭 한계점 이상인 경우, 상기 집합 Qi 중 가장 큰 수신세기를 가지는 인접 중계기를 상기 간섭 리스트에 추가하고 상기 가장 큰 수신세기를 가지는 인접 중계기를 상기 집합 Qi에서 제거하는 과정을 수행하되, 상기 과정은 반복 수행되고, 상기 집합 Qi에 포함된 인접 중계기의 수신세기의 총합이 기 설정된 간섭 한계점 이하인 경우 상기 과정은 종료되며, 상기 종료된 후에 생성된 간섭 리스트를 상기 기지국으로 전송할 수 있다.
상기 간섭 리스트에 포함된 상기 복수의 인접 중계기의 정보는 상기 기지국에 포함된 제1 인접 중계기의 정보 및 상기 인접 기지국에 포함된 제2 인접 중계기의 정보를 포함할 수 있다.
상기 채널 할당부는 상기 제1 인접 중계기의 정보를 이용하여 상기 주파수 재사용 테이블을 생성하되, 상기 주파수 재사용 테이블은 상기 N개의 중계기 각각과 간섭을 일으키는 중계기의 정보를 포함하고, 상기 채널 할당은 간섭을 일으키지 않은 상기 다수의 중계기로 동일한 채널을 할당할 수 있다.
상기 수신부는 상기 인접 기지국에서의 채널 할당 정보를 수신하고, 상기 채널 스위칭부는 상기 채널 할당 정보와, 상기 제2 인접 중계기의 정보를 이용하여 상기 N개의 중계기 각각과 인접 기지국에 포함된 중계기 간의 간섭 여부를 확인할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 중계기에 있어서, 복수의 인접 중계기에서 각각 전송된 무선 신호의 수신세기를 측정하는 수신세기 측정부; 상기 수신세기의 정보를 이용하여, 상기 복수의 인접 중계기 중 상기 중계기에 간섭을 미치는 인접 중계기의 정보를 포함한 간섭 리스트를 생성하는 간섭 리스트 생성부; 및 상기 간섭 리스트를 상기 중계기가 포함된 셀을 관할하는 기지국으로 전송하는 전송부;를 포함하되, 상기 간섭 리스트는 상기 기지국에 포함된 N개의 중계기의 채널 할당에 이용되는 것을 특징으로 하는 중계기가 제공된다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 기지국의 제어 방법에 있어서, 상기 기지국에 포함된 N개의 중계기 각각으로부터, 해당 중계기에 간섭을 미치는 복수의 인접 중계기의 정보를 포함하는 간섭 리스트를 수신하는 단계; 상기 간섭 리스트를 이용하여 상기 N개의 중계기의 주파수 재사용 테이블을 생성하는 단계; 상기 주파수 재사용 테이블을 이용하여 채널 할당을 수행하는 단계; 상기 간섭 리스트를 이용하여 상기 N개의 중계기 각각과 인접 기지국에 포함된 중계기 간의 간섭 여부를 확인하는 단계; 및 상기 N개의 중계기 중 i번째 중계기가 상기 인접 기지국의 중계기로부터 간섭을 받는 경우, 상기 i번째 중계기에 할당된 채널을 다른 채널로 스위칭하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 기지국의 제어 방법이 제공된다.
본 발명에 따르면, 중계기로부터의 트래픽 부하를 줄이고, 트래픽 품질의 최소 요구사항을 만족시키도록 간섭을 제어하면서도, 상대적으로 높은 스펙트럼 효율로 데이터 전송률을 높이는 장점이 있다.
도 1은 종래의 주파수 재사용의 개념을 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 다중 홉 셀룰러 네트워크 시스템의 개략적인 구성을 도시한 도면이다.
도 3는 본 발명의 일 실시예에 따른 중계기의 개략적인 구성을 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따라서, 간섭 리스트 생성부가 간섭 리스트를 생성하는 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 5은 본 발명의 일 실시예에 따른 간섭 한계점의 의미를 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 기지국의 개략적인 구성을 도시한 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 기지국의 제어 방법(즉, 기지국의 채널 할당 방법)의 전체적인 흐름을 도시한 도면이다.
도 8에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 채널 할당부의 동작의 개념을 설명하기 위한 도면이다.
도 9에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 채널 스위칭부의 동작의 개념을 설명하기 위한 도면이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다.
이하에서, 본 발명에 따른 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 다중 홉 셀룰러 네트워크 시스템의 개략적인 구성을 도시한 도면이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 다중 홉 셀룰러 네트워크 시스템은(210), 일례로 OFDMA 다중 홉 셀룰러 네트워크 시스템으로서, 복수의 기지국(210) 및 복수의 중계기(220)(일례로, 마이크로셀, 팸토셀 등)를 포함한다. 복수의 중계기(220)는 각각의 기지국(210)의 셀(230) 영역에 위치한다.
앞서 설명한 바와 같이, 다중 홉 셀룰러 네트워크 시스템에 있어, 기지국(210)은 중계기(220)를 통해 단말기(미도시)와 통신을 수행하며, 중계기(220)는 주파수 재사용 개념을 이용하여 기지국(230)으로부터 복수의 채널을 할당받는다.
한편, 도 2를 참조하면, 다중홉 셀룰러 네트워크 시스템(200)는 7개의 셀(230)로 구성되어 있는 것으로 가정하며, 셀(230) 중앙에 위치한 기지국(210)은 자신의 관할 영역의 셀(230) 내의 모든 중계기(220)의 하향링크 채널 할당에 관여하며, 각각의 중계기(220)는 임의의 위치에 설치될 수 있다. 또한, 특정 채널을 할당받은 중계기(220)는 해당 채널의 모든 심볼을 사용하고, 무지향성 안테나를 장착하고 있다고 가정한다. 그리고, 일반적으로 중계기(220)와 중계기(220) 간의 거리가 단말기(미도시)과 중계기(220) 간의 거리보다 훨씬 멀기 때문에, 단말기(미도시)에서 측정한 특정 중계기(220)로부터 오는 간섭의 세기와 해당 단말기(미도시)을 관리하는 중계기(220)에서 측정한 간섭의 세기가 동일하다고 가정한다.
이하, 도 3 및 도 9를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 기지국(210) 및 중계기(220)의 구성을 상세하게 설명하기로 한다.
도 3는 본 발명의 일 실시예에 따른 중계기의 개략적인 구성을 도시한 도면이다.
도 3에 도시된 중계기(300)는 도 2에 도시된 중계기(220)를 대표하는 것으로서, 수신부(310), 수신세기 측정부(320), 간섭 리스트 생성부(330) 및 전송부(340)를 포함한다.
수신부(310)는 해당 중계기(300)와 인접하고 있는 복수의 인접 중계기에서 각각 전송된 무선신호를 수신한다. 이 때, 복수의 인접 중계기는 해당 중계기(300)가 속한 셀을 관할하는 기지국(이하, "해당 기지국"이라고 함)에 포함된 인접 중계기(이하, "제1 인접 중계기"하고 함), 및 해당 기지국과 인접한 인접 기지국이 관할하는 셀에 포함된 인접 중계기(이하, "제2 인접 중계기"하고 함)를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 복수의 인접 중계기에서 각각 전송된 무선신호는, 경쟁기반 채널접근 방식의 레인징 구간에서 전송된 파일럿 신호일 수 있다. 이 때, 레인징 구간은 주기적 레인징 구간을 포함하는 개념이다.
수신세기 측정부(320)는 수신된 무선신호의 수신세기(RSSI: Received Signal Strength Indication)를 측정한다.
간섭 리스트 생성부(330)는 무선신호의 수신세기의 정보를 이용하여 간섭 리스트를 생성한다. 여기서, 간섭 리스트는 복수의 인접 중계기 중 해당 중계기(300)에 간섭을 미치는 인접 중계기의 정보를 포함한다. 또한, 하기에서 설명하는 바와 같이, 간섭 리스트는 해당 중계기(300)가 위치한 셀의 기지국에 포함된 N개의 중계기의 채널 할당에 이용된다.
이하, 도 4를 참조하여, 간섭 리스트 생성부(330)가 간섭 리스트를 생성하는 과정을 상세히 설명한다.
단계(410)에서는 복수의 인접 중계기를 포함하는 집합 Qi를 생성한다.
단계(420)에서는 집합 Qi에 포함된 인접 중계기의 무선신호 수신세기의 총합을 산출한다.
단계(430)에서는 집합 Qi에 포함된 인접 중계기의 무선신호 수신세기의 총합이 기 설정된 간섭 한계점 이상인지를 판단한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 간섭 한계점은 도 5에 도시된 바와 같이 해당 중계기(300)가 허용할 수 있는 최대 간섭의 양을 의미할 수 있다. 일례로서, 간섭 한계점은 하기의 수학식 1와 같이 표현될 수 있다.
Figure 112014048375422-pat00001
여기서,
Figure 112014048375422-pat00002
는 해당 중계기(300) 및 해당 중계기(300)와 통신을 수행하는 단말기들간의 채널 평균 이득,
Figure 112014048375422-pat00003
는 해당 중계기(300)의 최대전송전력,
Figure 112014048375422-pat00004
는 잡음 인자,
Figure 112014048375422-pat00005
는 해당 중계기(300)의 최소 요구 신호 대 간섭 잡음비를 의미한다.
만약, 집합 Qi에 포함된 인접 중계기의 무선신호 수신세기의 총합이 기 설정된 간섭 한계점 이상인 경우, 단계(440)에서는 집합 Qi 중 가장 큰 무선신호 수신세기를 가지는 인접 중계기를 간섭 리스트에 추가하고, 단계(450)에서는 가장 큰 무선신호 수신세기를 가지는 인접 중계기를 집합 Qi에서 제거한다.
반대로, 집합 Qi에 포함된 인접 중계기의 수신세기의 총합이 기 설정된 간섭 한계점 이하인 경우, 간섭 리스트 생성 과정은 종료된다.
또한, 단계(420) 내지 단계(450)는 반복 수행되며, 종료된 후에 생성된 간섭 리스트가 최종적 간섭 리스트가 된다.
한편, 전송부(340)는 최종적인 간섭 리스트를 해당 기지국으로 전송한다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 기지국의 개략적인 구성을 도시한 도면이다.
도 6에 도시된 기지국(600) 역시 도 2에 도시된 기지국(210)를 대표하는 것으로서, 수신부(610), 채널 할당부(620), 채널 스위칭부(630) 및 전송부(640)를 포함한다.
또한, 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 기지국의 제어 방법(즉, 기지국의 채널 할당 방법)의 전체적인 흐름을 도시한 도면이다.
이하, 도 6 및 도 7를 참조하여, 각 구성요소 별 기능 및 각 단계 별로 수행되는 과정을 상세하게 설명한다.
먼저, 단계(710)에서, 수신부(610)는 해당 기지국(600)에 포함된 N(2 이상이 정수임)개의 중계기 각각으로부터 간섭 리스트를 수신한다.
다음으로, 단계(720)에서, 채널 할당부(620)는 N개의 중계기에서 수신된 간섭 리스트를 이용하여 N개의 중계기의 주파수 재사용 테이블을 생성한다. 여기서, 주파수 재사용 테이블은 N개의 중계기가 어떤 중계기와 간섭을 일으키는지를 정리한 정보를 포함하는 표를 의미한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 채널 할당부는 기지국(600)에 포함된 인접 중계기의 정보, 즉, 제1 인접 중계기의 정보를 이용하여 주파수 재사용 테이블을 생성할 수 있다.
이 후, 단계(730)에서, 채널 할당부(620)는 주파수 재사용 테이블을 이용하여 채널 할당을 수행한다. 이 때, 하나의 채널은 다수의 중계기로 할당될 수 있으며, 채널 할당은 간섭을 일으키지 않은 다수의 중계기로 동일한 채널을 할당할 수 있다.
즉, 단계(720) 및 단계(730)에서, 기지국(600)은 자신의 셀 내 중계기의 간섭 정보를 수집하여, 서로간의 간섭이 미리 정한 수준을 넘지 않는 범위 내에서 채널을 중복해서 사용할 수 있도록 각 중계기에 채널 할당을 해주는 "샐 내부의 간섭 완화 동작"을 수행한다.
도 8에서는 채널 할당부(620)의 동작의 개념을 도시하고 있다.
도 8의 (a)에서 기지국(600)의 셀 영역 내에 5개의 중계기가 위치하는 것으로 가정하면, 기지국(600)은 5개의 중계기로부터 간섭 리스트를 수신한다.
그리고, 기지국(600)은 간섭 리스트 내의 제1 인접 리스트의 정보를 이용하여 도 8의 (b)와 같은 주파수 재사용 테이블을 생성한다.
일례로서, 중계기 1은 인접한 중계기 2 및 5와 심각한 간섭을 주고받으며, 이 때, 중계기 1의 간섭 리스트에서는 중계기 2 및 5의 정보가 포함된다. 이와 마찬가지로 중계기 4의 간섭 리스트에는 중계기 3의 정보가 포함된다. 주파수 재사용 테이블은 항상 대각화성질(diagonality)을 유지할 필요가 있기 때문에, 테이블의 lower triangle과 upper triangle을 원소곱하여 대각화를 유지한다.
이 후, 주파수 재사용 테이블의 upper triangle 중 원소가 1인 행과 열의 식별자를 갖는 중계기들에게 동일한 채널을 할당함으로써 도 6의 (c)와 같이 최종적인 채널 할당이 이루어진다.
이렇게 할당된 채널은 간섭 리스트를 만족하지 않는 중계기만 통신하게 되므로, 중계기가 모든 채널을 할당받는 방법과는 다르게 항상 최소 신호 대 간섭 잡음비 요구사항을 만족시킬 수 있게 된다. 또한, 하나의 중계기에 하나의 채널을 할당하는 직교할당방법보다 높은 주파수 재활용 비율을 갖기 때문에 스펙트럼 효율 또한 높아진다.
계속하여, 단계(740)에서, 채널 스위칭부(630)는 N개의 중계기에서 수신된 간섭 리스트를 이용하여, N개의 중계기 각각과 인접 기지국에 포함된 중계기 간의 간섭 여부를 확인한다.
만약, N개의 중계기 중 i번째 중계기가 인접 기지국의 중계기로부터 간섭을 받는 경우, 단계(750)에서, 채널 스위칭부(630)는 i번째 중계기에 할당된 채널을 다른 채널로 스위칭한다. 반대로, i번째 중계기가 인접 기지국의 중계기로부터 간섭을 받는 않는 경우, 아무런 동작도 수행되지 않는다. 또한, 단계(750)는 N개의 중계기 모두에 대해 수행된다.
요컨대, 단계(720) 및 단계(730)를 통해 셀 내부의 간섭을 해결한 후에도, 여전히 인접 셀 간의 간섭, 즉 "셀 외부의 간섭"이 존재할 수 있다. 이를 해결하기 위하여, 기지국(600)은 인접 기지국과의 정보 교환(백본망을 통해 채널 할당정보를 공유함) 및 N개의 중계기에서 수신된 간섭 리스트를 이용하여, 인접 셀 간섭이 심한 특정 채널과 상대적으로 간섭이 적은 채널을 채널 스위칭한다.
도 9에서는 채널 스위칭부(630)의 동작의 개념을 도시하고 있다.
앞서 설명한 바와 같이, 셀 간의 간섭을 완화하기 위하여, 각각의 기지국은 인접 기지국과 채널 할당 정보를 공유한다. 일반적으로 기지국은 유선으로 연결된 백본망에 의해 서로 연결되어 있기 때문에, 채널 할당 정보를 공유할 때 추가적인 무선자원을 사용하지 않는다.
이러한 과정이 끝나면, 도 9의 (a)에 도시된 바와 같이, 기지국 1은 인접 기지국 2의 각 채널에 할당된 중계기의 식별자를 확인할 수 있게 되며, 이를 기지국 1이 가지고 있는 중계기들의 간섭 리스트와 비교하여, 심화된 간섭이 발생하는지를 확인한다. 이 때, 기지국 1은 셀 외부에 위치한 인접 중계기, 즉 제2 인접 중계기를 이용해 셀 외부의 간섭을 확인한다.
심화된 셀 외부의 간섭이 발생하는 모든 기지국들은 상호 독립적으로, 도 9의 (b)에서와 같은 채널 스위칭을 수행하여 간섭을 완화시키며, 이는 분산처리방식으로 이루어진다.
즉, 도 9의 (a)에서, 기지국 1의 중계기 3의 간섭 리스트에 기지국 2의 중계기 14가 포함되어 있으며, 세 번째 채널을 두 중계기가 동일하게 할당받은 것을 알 수 있다. 세 번째 채널에서 발생하는 심각한 간섭을 완화하기 위해, 기지국 1은 중계기 3과 중계기 4에 할당된 채널을 도 9의 (b)와 같이 간섭 리스트에 위배되지 않는 다른 채널로 스위칭 해주게 된다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 채널 스위칭부(630)는 그래프 이론의 k-coloring problem을 이용하여 채널 스위칭 기법을 구현한다.
K-coloring problem은 그래프 G=(E,V)의 각 꼭짓점(V:vertex)에 k개의 색을 부여하는 방법으로, 모서리(E:edge)에 의해 서로 연결된 두 꼭짓점은 반드시 다른 색을 부여받도록 하는 알고리즘이다. 채널 스위칭을 수행하는 기지국은 그래프 G=(E,V)의 꼭짓점을 각 채널에 할당된 중계기 짝으로 정의하고, 각 꼭지점간에 심각한 간섭이 인지되면 모서리로 연결한다. 각 꼭짓점에는 할당된 채널에 맞는 고유한 색을 부여한다. 기지국은 인접 셀의 채널 할당 정보를 이용하여, 자신과 연결된 모든 꼭지점에 대해 이러한 그래프를 그리게 된다. 이 후 인접 셀과 연결된 모서리를 검토하여, 각 모서리에 의해 연결된 두 꼭짓점이 같은 색을 부여 받았으면, k-coloring problem을 통하여 자신의 꼭짓점의 색을 다시 설정한다.
K-coloring problem의 솔루션은 다양하지만 본 논문에서는 다음과 같은 방법을 제안한다. 모서리가 가장 많이 연결된 꼭짓점 순으로 색을 부여하되, 연결된 꼭짓점 중 인접 셀에 속한 다른 꼭짓점의 색과는 다른 색을 임의로 할당한다. 이 과정을 모든 꼭짓점에 색이 할당될 때까지 수행한다.
정리하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 기지국 내지 이의 제어 방법은, 임의의 토폴로지를 갖는 중계기가 도입된 다중홉 셀룰러 네트워크에서의 중계기 간의 간섭을 고려한 채널 할당 방안을, 셀 내부의 간섭 완화 방법과 셀 외부의(셀 간의) 간섭 완화 방법으로 나누어 제어한다.
기존의 주파수 재사용 방안에 대한 연구들은, 대칭형으로 분포된 소수의 중계기만을 고려하였기 때문에, 중계기 위치의 임의성이 높은 실제 환경에 적용하기에는 많은 어려움이 따랐다. 하지만, 본 발명에 따르면, 간섭 한계점 이하로 간섭을 통제하여 신호 대 간섭 잡음비를 높이고, 주파수 재사용이 발생하는 중계기의 범주를 축소하여 전력 제어에 필요한 메시지 양을 감소시키는 장점이 있다. 또한, 주파수 재사용 및 신호 대 간섭 잡음비의 향상을 통해, 적은 프레임 점유율을 가지면서도 데이터 전송률 향상을 보장한다.
또한 앞서 설명한 기술적 내용들은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 실시예들을 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. 하드웨어 장치는 실시예들의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.
이상과 같이 본 발명에서는 구체적인 구성 요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.

Claims (11)

  1. 기지국에 있어서,
    상기 기지국에 포함된 N개의 중계기 각각으로부터, 해당 중계기에 간섭을 미치는 복수의 인접 중계기의 정보를 포함하는 간섭 리스트를 수신하는 수신부;
    상기 간섭 리스트를 이용하여 상기 N개의 중계기의 주파수 재사용 테이블을 생성하고, 상기 주파수 재사용 테이블을 이용하여 채널 할당을 수행하는 채널 할당부; 및
    상기 간섭 리스트를 이용하여 상기 N개의 중계기 각각과 인접 기지국의 중계기 간의 간섭 여부를 확인하되, 상기 N개의 중계기 중 i번째 중계기가 상기 인접 기지국의 중계기로부터 간섭을 받는 경우, 상기 i번째 중계기에 할당된 채널을 다른 채널로 스위칭하는 채널 스위칭부를 포함하며,
    상기 N개의 중계기 각각은,
    상기 복수의 인접 중계기를 포함하는 집합 Qi를 생성하고,
    상기 집합 Qi에 포함된 인접 중계기의 수신세기의 총합이 기 설정된 간섭 한계점 이상인 경우, 상기 집합 Qi 중 가장 큰 수신세기를 가지는 인접 중계기를 상기 간섭 리스트에 추가하고 상기 가장 큰 수신세기를 가지는 인접 중계기를 상기 집합 Qi에서 제거하는 간섭 리스트 생성 과정을 수행하며,
    상기 간섭 한계점은 상기 중계기가 허용할 수 있는 최대 간섭의 양으로써, 하기 수학식과 같이 표현되는 것을 특징으로 하는 기지국.
    Figure 112015035608620-pat00020

    여기서,
    Figure 112015035608620-pat00021
    는 상기 중계기 및 상기 중계기와 통신을 수행하는 단말기들간의 채널 평균 이득,
    Figure 112015035608620-pat00022
    는 상기 중계기의 최대전송전력,
    Figure 112015035608620-pat00023
    는 잡음 인자,
    Figure 112015035608620-pat00024
    는 상기 중계기의 최소 요구 신호 대 간섭 잡음비를 의미함.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 N개의 중계기 각각은,
    상기 집합 Qi에 포함된 인접 중계기의 수신세기의 총합이 상기 간섭 한계점 이하인 경우 상기 간섭 리스트 생성 과정을 종료하며, 상기 종료된 후에 생성된 간섭 리스트를 상기 기지국으로 전송하는 것을 특징으로 하는 기지국.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 간섭 리스트에 포함된 상기 복수의 인접 중계기의 정보는 상기 기지국에 포함된 제1 인접 중계기의 정보 및 상기 인접 기지국에 포함된 제2 인접 중계기의 정보를 포함하는 것을 특징으로 하는 기지국.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 채널 할당부는 상기 제1 인접 중계기의 정보를 이용하여 상기 주파수 재사용 테이블을 생성하되,
    상기 주파수 재사용 테이블은 상기 N개의 중계기 각각과 간섭을 일으키는 중계기의 정보를 포함하고, 상기 채널 할당은 간섭을 일으키지 않은 다수의 중계기로 동일한 채널을 할당하는 것을 특징으로 하는 기지국.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 수신부는 상기 인접 기지국에서의 채널 할당 정보를 수신하고,
    상기 채널 스위칭부는 상기 채널 할당 정보와, 상기 제2 인접 중계기의 정보를 이용하여 상기 N개의 중계기 각각과 인접 기지국에 포함된 중계기 간의 간섭 여부를 확인하는 것을 특징으로 하는 기지국.
  7. 중계기에 있어서,
    복수의 인접 중계기에서 각각 전송된 무선 신호의 수신세기를 측정하는 수신세기 측정부;
    상기 수신세기의 정보를 이용하여, 상기 복수의 인접 중계기 중 상기 중계기에 간섭을 미치는 인접 중계기의 정보를 포함한 간섭 리스트를 생성하는 간섭 리스트 생성부; 및
    상기 간섭 리스트를 상기 중계기가 포함된 셀을 관할하는 기지국으로 전송하는 전송부를 포함하되,
    상기 간섭 리스트는 상기 기지국에 포함된 N개의 중계기의 채널 할당에 이용되며,
    상기 간섭 리스트 생성부는
    상기 복수의 인접 중계기를 포함하는 집합 Qi를 생성하고,
    상기 집합 Qi에 포함된 인접 중계기의 수신세기의 총합이 기 설정된 간섭 한계점 이상인 경우, 상기 집합 Qi 중 가장 큰 수신세기를 가지는 인접 중계기를 상기 간섭 리스트에 추가하고 상기 가장 큰 수신세기를 가지는 인접 중계기를 상기 집합 Qi에서 제거하는 간섭 리스트 생성 과정을 수행하며,
    상기 간섭 한계점은 상기 중계기가 허용할 수 있는 최대 간섭의 양으로써, 하기 수학식과 같이 표현되는 것을 특징으로 하는 중계기.
    Figure 112015035608620-pat00025

    여기서,
    Figure 112015035608620-pat00026
    는 상기 중계기 및 상기 중계기와 통신을 수행하는 단말기들간의 채널 평균 이득,
    Figure 112015035608620-pat00027
    는 상기 중계기의 최대전송전력,
    Figure 112015035608620-pat00028
    는 잡음 인자,
    Figure 112015035608620-pat00029
    는 상기 중계기의 최소 요구 신호 대 간섭 잡음비를 의미함.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 간섭 리스트 생성부는,
    상기 집합 Qi에 포함된 인접 중계기의 수신세기의 총합이 상기 간섭 한계점 이하인 경우 상기 간섭 리스트 생성 과정을 종료하며, 상기 종료된 후에 생성된 간섭 리스트를 상기 기지국으로 전송하는 것을 특징으로 하는 중계기.
  9. 삭제
  10. 제7항에 있어서,
    상기 복수의 인접 중계기는 상기 기지국에 포함된 인접 중계기 및 상기 인접 기지국에 포함된 인접 중계기를 포함하는 것을 특징으로 하는 중계기.
  11. 삭제
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