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KR101586236B1 - 주파수 재사용을 고려한 분산 안테나 시스템 및 그 시스템에서의 적응적 협력 전송 방법 - Google Patents

주파수 재사용을 고려한 분산 안테나 시스템 및 그 시스템에서의 적응적 협력 전송 방법 Download PDF

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KR101586236B1
KR101586236B1 KR1020140145722A KR20140145722A KR101586236B1 KR 101586236 B1 KR101586236 B1 KR 101586236B1 KR 1020140145722 A KR1020140145722 A KR 1020140145722A KR 20140145722 A KR20140145722 A KR 20140145722A KR 101586236 B1 KR101586236 B1 KR 101586236B1
Authority
KR
South Korea
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rrh
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small base
enb
sinr
Prior art date
Application number
KR1020140145722A
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Inventor
황인태
이칠우
문상미
김보라
말리크 사란쉬
Original Assignee
전남대학교 산학협력단
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
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    • H04W16/00—Network planning, e.g. coverage or traffic planning tools; Network deployment, e.g. resource partitioning or cells structures
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Abstract

본 발명은 주파수 재사용을 고려한 분산 안테나 시스템 및 그 시스템에서의 적응적 협력 전송 방법에 관한 것으로, 본 발명에 따른 분산 안테나 시스템은 셀 중심 영역의 기지국(eNB)은 인접 셀로부터의 간섭이 적으므로 주파수 재사용률 1을 적용하여 전체 주파수 대역을 사용하고, 셀 경계 영역의 소형 기지국(RRH)은 셀 간 간섭이 크기 때문에 주파수 재사용률 3을 적용하여 두 개의 소형 기지국(RRH)과 같은 주파수 대역을 사용하도록 함으로써 셀 경계 영역에서 다른 셀로부터 간섭의 영향을 감소시켜 SINR 성능 향상시킨다. 또한, 본 발명은 사용자 단말로부터 수신한
Figure 112014102460383-pat00058
이 목표 SINR인
Figure 112014102460383-pat00059
이하이면 통신 장치인 기지국(eNB)과 소형 기지국(RRH)들이 협력 전송 모드로 작동한다. 또한, 수신한
Figure 112014102460383-pat00060
이 목표 SINR인
Figure 112014102460383-pat00061
을 초과하면 통신 장치인 기지국(eNB)(110)과 소형 기지국(RRH)들은 비협력 전송 SAT 모드로 작동한다. 이와 같이 적응적 협력 전송을 적용함에 따라 협력 및 비협력 모드의 장점을 결합함으로써 성능이 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

Description

주파수 재사용을 고려한 분산 안테나 시스템 및 그 시스템에서의 적응적 협력 전송 방법{Distributed Antenna System Considering the Frequency Reuse and Method of Adaptive Cooperative Transmission Therein}
본 발명은 주파수 재사용을 고려한 분산 안테나 시스템 및 그 시스템에서의 적응적 협력 전송 방법에 관한 것으로, 특히 분산 안테나 시스템에서 주파수 재사용을 고려하여 높은 스펙트럼 효율을 얻을 수 있도록 하고, 목표 신호대간섭및잡음비(SINR: Signal to Interference plus Noise Ratio)을 기반으로 협력 및 비협력 모드를 적응적으로 작동될 수 있도록 하기 위한 주파수 재사용을 고려한 분산 안테나 시스템 및 그 시스템에서의 적응적 협력 전송 방법에 관한 것이다.
최근 스마트폰의 보급으로 언제 어디서나 양질의 데이터 서비스를 지원 받고자 하는 사용자의 요구가 급증하고 있다. 이에 따라 사용자가 밀집한 지역에서도 고속의 데이터 서비스 제공이 가능하도록 하기 위하여 매크로셀의 영역 내 소형 셀을 설치하는 이종 네트워크(HetNet; Heterogeneous Network)가 대두되고 있다.
이와 같은 이종 네트워크(HetNet)의 도입을 통해 대규모 트래픽 수요가 존재하는 핫-스팟(hot-spot)들의 용량을 증대하여, 이미 한계치에 근접한 이동통신 시스템의 스펙트럼 효율 증대를 기대할 수 있다. 그러나 이 경우 링크 성능을 더욱 개선시키기 위해서는 송신단과 수신단 사이의 단일 링크뿐만 아니라, 타 링크로부터 들어오는 간섭 신호에 대한 보다 적극적인 대처가 필요하다.
또한, 셀 중심뿐만 아니라 셀 가장자리에 있는 단말들에도 높은 데이터 속도를 지원할 수 있는 기술이 필요하게 되었다.
데이터 속도를 지원하기 위해서 셀 중심에서는 안테나 수를 늘려 데이터 전송 속도를 증가시키는 것이 가능하였다. 하지만, 셀 가장자리에 있는 단말들은 인접 셀의 간섭 신호로 인해 급격한 성능 저하를 겪게 되어 셀 간 협력 없이는 어느 한계점 이상으로 데이터 속도를 증가시키기 어렵다. 이에 따라 전송 지점 간 효율적인 간섭 제어 방법은 그 필요성이 더욱 증대되고 있다.
이에 따라 전송지점 간 간섭을 제어하는 기술이 현재 표준 및 학계의 주요 사안으로 주목 받고 있으며, 3GPP(3rd Generation Partnership Project)에서는 이를 다중 포인트 협력 통신(CoMP; Coordinated Multi-Point)이라 명명하고 LTE-A (Long Term Evolution-Advanced) Release 11의 워크 아이템으로 선정하였다. 특히, 기지국의 안테나들이 셀 전 영역에 분산 배치되어 통신 서비스를 지원하는 분산 안테나 시스템(DAS: Distributed Antenna System)가 이종 네트워크(HetNet)를 고려한 협력 통신기술 중의 하나로 분류된다.
이와 같은 다중 포인트 협력 통신 서비스를 지원하는 통신 시스템은 효율적인 시스템 구성을 위해 셀(cell) 구조를 갖는다. 셀이란 주파수를 효율적으로 이용하기 위하여 넓은 지역을 작은 구역으로 세분한 영역을 의미한다. 셀 구조를 가지는 시스템을 셀룰러 시스템(Cellular System)이라 한다. 셀룰러 시스템은 매크로 셀(macro cell)을 제어하는 복수의 매크로 기지국들과, 셀룰러 네트워크의 피코 셀(pico cell)을 제어하는 적어도 하나의 피코 기지국을 포함하고, 피코 셀은 적어도 하나의 매크로 셀 내에서 적어도 부분적으로 위치해 있다.
이러한 셀룰러 시스템 셀 경계에 위치한 단말은 인접 셀 간 간섭(inter-cell interference)을 많이 받는다. 인접 셀 간 간섭은 해당 단말에 대한 신호대간섭및잡음비(Signal to Interference and Noise Ratio, SINR) 또는 신호대잡음비(Signal to Noise Ratio, SNR)를 낮추어 서비스 품질(Quality of Service, QoS)과 채널 용량을 감소시키고, 전체 시스템의 성능을 저하시킨다.
이에 따라 셀 가장자리에 있는 단말들까지 골고루 높은 데이터 전송 속도를 지원하기 위해 전송 지점 간의 간섭 제어가 표준의 새로운 중요 사안으로 대두되고 있다.
이로 인해 전송지점 간의 간섭을 제어하기 위한 주요 기술인 다중 포인트 협력(CoMP; 이하, CoMP라고 기재하도록 함.) 통신이 LTEA-dvanced Release 11의 study item으로 합의되었고 표준화를 통한 CoMP 통신 기술의 지원이 현실화되고 있는 상황이다.
이러한 CoMP 기법은 크게 JP(Joint Processing) 및 CS/CB(Coordinated Scheduling and/or Coordinated Beamforming)로 구분된다.
먼저, CoMP JP 방식은 주변 기지국들과의 협력을 통해, 사용자 단말이 존재하는 셀의 기지국뿐만 아니라 주변 셀에 존재하는 기지국에서도 같은 데이터를 사용자 단말에 전송하도록 하는 방식이다. 이를 통해, 사용자 단말은 주변 기지국에서 전송하는 신호 또한 간섭신호가 아닌 유용한 신호로 사용할 수 있다.
또한, CoMP CB 방식은 각 셀 내에 위치한 사용자 단말의 수신된 신호로부터 각각의 SINR을 측정하여, SINR을 최대화할 수 있는 프리코딩을 적용함으로써 주변 셀로부터 오는 간섭은 최소화하고 수신 신호 세기는 최대화할 수 있다.
상기한 바와 같이 전송지점 간 간섭을 제어하기 위해 기지국의 안테나들을 셀 전 영역에 분산 배치하여 통신 서비스를 지원하는 분산 안테나 시스템에서 셀 간 간섭을 완화시키고, 셀 가장자리에 있는 단말들에도 높은 데이터 속도를 지원할 수 있도록 전송 효율을 높이기 위한 기술 개발이 요구되고 있다.
이에 따라 본 발명은 분산 안테나 시스템(DAS)에서 주파수 재사용을 통해 셀 간 간섭을 완화시키고, 셀 가장자리에 있는 단말들에 대해서도 전송 효율을 높일 수 있도록 하기 위한 주파수 재사용을 고려한 분산 안테나 시스템 및 그 시스템에서의 적응적 협력 전송 방법을 제공하고자 한다.
상술한 과제의 해결 수단으로, 본 발명에 따른 주파수 재사용을 고려한 분산 안테나 시스템은 전체 주파수 대역을 사용하는 기지국(eNB); 두 개의 소형 기지국이 같은 주파수 대역을 사용하는 적어도 둘 이상의 소형 기지국(RRH); 주파수 재사용을 통해 간섭을 제어하는 사용자 단말을 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 상기 기지국(eNB)은, 셀 중심 영역에 위치하고, 인접 셀로부터의 간섭이 적으므로 주파수 재사용률 1을 적용하여 전체 주파수 대역을 사용하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 상기 둘 이상의 소형 기지국(RRH)은, 셀 경계 영역의 위치하고, 주파수 재사용률 3을 적용하여 두 개의 소형 기지국(RRH)이 같은 주파수 대역을 사용하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 상기 사용자 단말은, 상기 각각의 기지국(eNB) 및 소형 기지국(RRH)들로부터 신호를 받을 때 주변 기지국(eNB) 또는 소형 기지국(RRH)에서 오는 간섭 신호를 함께 받고, 협력전송(CT-n)의 SINR(Signal to Interference plus Noise Ratio)은 하기 <수학식 1>과 같이 정의할 수 있는 것을 특징으로 한다.
[수학식 1]
Figure 112014102460383-pat00001
여기서,
Figure 112014102460383-pat00002
와
Figure 112014102460383-pat00003
는 각각 협력 전송하는 안테나와 간섭 안테나의 세트이다. P는 안테나의 송신 전력, G는 사용자와 안테나 사이의 채널이고 N는 잡음을 나타냄.
또한, 본 발명에 따른 상기 협력전송(CT-n)의 정규화된 스펙트럼 효율은 하기 <수학식 2>와 같이 정의할 수 있는 것을 특징으로 한다.
[수학식 2]
Figure 112014102460383-pat00004
상기 <수학식 2>는 소형 기지국(RRH) 당 스펙트럼 효율을 나타내며, 그 단위는 bps/Hz/RRH임.
또한, 본 발명에 따른 상기 기지국(eNB)은, 셀 중심 영역에 위치하여 전체 주파수 대역을 사용하고, 상기 적어도 둘 이상의 소형 기지국(RRH)은, 상기 셀 중심 영역에 인접한 6개의 셀 경계 영역에 위치하고, 각각의 셀 경계 영역에 제1 소형 기지국(RRH), 제2 소형 기지국(RRH), 제3 소형 기지국(RRH), 제4 소형 기지국(RRH), 제5 소형 기지국(RRH), 제6 소형 기지국(RRH)으로 위치하고, 제1 소형 기지국(RRH), 제2 소형 기지국(RRH)은 제1 주파수 대역(
Figure 112014102460383-pat00005
), 제3 소형 기지국(RRH), 제4 소형 기지국(RRH)은 제2 주파수 대역(
Figure 112014102460383-pat00006
), 그리고 제5 소형 기지국(RRH), 제6 소형 기지국(RRH)은 제3 주파수 대역(
Figure 112014102460383-pat00007
)을 사용하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 상기 기지국(eNB)와 상기 소형 기지국(RRH)는, 상기 사용자 단말로 수신한 SINR에 따라 하기 <수학식 3>과 같은 모드 선택 기준에 따라 수신 SINR과 목표 SINR을 비교함으로써 협력 및 비협력 모드를 적응적으로 작동하는 것을 특징으로 한다.
[수학식 3]
Figure 112014102460383-pat00008
여기서,
Figure 112014102460383-pat00009
과
Figure 112014102460383-pat00010
는 각각 수신 SINR과 목표 SINR임.
상술한 과제의 해결 수단으로, 본 발명에 따른 분산 안테나 시스템에서의 적응적 협력 전송 방법은 셀 중심 영역에 위치하는 기지국(eNB)이 전체 주파수 대역을 사용하도록 설정하는 과정; 상기 셀 중심 영역에 인접한 적어도 둘 이상의 셀 경계 영역에 위치하는 적어도 둘 이상의 소형 기지국(RRH)이 두 개의 소형 기지국이 같은 주파수 대역을 사용하도록 설정하는 과정; 상기 기지국(eNB)와 상기 적어도 둘 이상의 소형 기지국(RRH)가 사용자 단말로부터 수신한
Figure 112014102460383-pat00011
이 목표 SINR인
Figure 112014102460383-pat00012
이하이면 통신 장치인 기지국(eNB)과 소형 기지국(RRH)들이 협력 전송 모드로 작동하는 과정; 상기 수신한
Figure 112014102460383-pat00013
이 목표 SINR인
Figure 112014102460383-pat00014
을 초과하면 통신 장치인 기지국(eNB)과 소형 기지국(RRH)들은 비협력 전송 모드로 작동하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 방법에서 상기 협력 전송 모드로 작동하는 과정과 상기 비협력 전송 모드로 작동하는 과정은, 상기 사용자 단말로 수신한 SINR에 따라 하기 <수학식 3>과 같은 모드 선택 기준에 따라 수신 SINR과 목표 SINR을 비교함으로써 협력 및 비협력 모드를 적응적으로 작동하는 과정인 것을 특징으로 한다.
[수학식 3]
Figure 112014102460383-pat00015
여기서,
Figure 112014102460383-pat00016
과
Figure 112014102460383-pat00017
는 각각 수신 SINR과 목표 SINR임.
본 발명은 셀 중심 영역의 기지국(eNB)은 인접 셀로부터의 간섭이 적으므로 주파수 재사용률 1을 적용하여 전체 주파수 대역을 사용하고, 셀 경계 영역의 소형 기지국(RRH)은 셀 간 간섭이 크기 때문에 주파수 재사용률 3을 적용하여 두 개의 소형 기지국(RRH)과 같은 주파수 대역을 사용하도록 함으로써 셀 경계 영역에서 다른 셀로부터 간섭의 영향을 감소시켜 SINR 성능 향상시킨다.
또한, 본 발명은 사용자 단말로부터 수신한
Figure 112014102460383-pat00018
이 목표 SINR인
Figure 112014102460383-pat00019
이하이면 통신 장치인 기지국(eNB)과 소형 기지국(RRH)들이 협력 전송 모드로 작동한다. 또한, 수신한
Figure 112014102460383-pat00020
이 목표 SINR인
Figure 112014102460383-pat00021
을 초과하면 통신 장치인 기지국(eNB)(110)과 소형 기지국(RRH)들은 비협력 전송 SAT 모드로 작동한다.
이와 같이 적응적 협력 전송을 적용함에 따라 협력 및 비협력 모드의 장점을 결합함으로써 성능이 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 실시예가 적용되는 LTE-A 네트워크를 도시하는 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 분산 안테나 시스템에서 주파수 재사용 기법을 보여주는 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 분산 안테나 시스템에서 주파수 재사용률 3이 적용될 시 공간 다이버시티를 보여주는 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 분산 안테나 시스템에서 주파수 재사용률에 따른 SINR을 보여주는 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 분산 안테나 시스템에서 주파수 재사용률에 따른 스펙트럼 효율을 보여주는 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 분산 안테나 시스템에서 적응적 협력 전송의 정규화된 스펙트럼 효율을 보여주는 도면이다.
이하 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 다만, 하기의 설명 및 첨부된 도면에서 본 발명의 요지를 흐릴 수 있는 공지 기능 또는 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다. 이는 불필요한 설명을 생략함으로써 본 발명의 핵심을 흐리지 않고 더욱 명확히 전달하기 위함이다. 또한, 도면 전체에 걸쳐 동일한 구성 요소들은 가능한 한 동일한 도면 부호로 나타내고 있음에 유의하여야 한다.
먼저, 도 1은 본 발명의 실시 예가 적용되는 LTE-A 네트워크를 도시하는 도면이다.
도 1을 참조하면, LTE-Advanced 네트워크는 LTE-A Release 11의 시나리오 4(Homogeneous Network)을 따른다. 이러한 LTE-Advanced Release 11의 시나리오 4의 경우 HetNet에서의 고전력 기지국(eNB)와 모든 같은 셀 아이디(ID)를 같은 저전력 소형 기지국(RRH: Remote Ratio Head)들 간의 CoMP로 LTE-A에서 고려하고 있는 시나리오이다.
도 1을 참조하면, 매크로셀은 하나의 중심 영역(10)과 6개의 경계 영역(20, 30, 40, 50, 60, 70)으로 구성되며, 중심 영역(10)에는 기지국(eNB)(110)가 경계 영역(20, 30, 40, 50, 60, 70)에는 각각 낮은 전송 전력을 가지는 소형 기지국(RRH)(120, 122, 123, 124, 125, 126)이 배치된다. 이러한 기지국(eNB)(110)과 각각의 소형 기지국(RRH)(120, 122, 123, 124, 125, 126)은 광파이버(Optical fiber)로 연결된다. 이때 사용자 단말이 셀 내에 무작위로 균일하게 분포함을 가정한다.
분산 안테나 시스템(DAS)에서 협력통신 방식은 JP(Joint Processing) 및 CS/CB(Coordinated Scheduling and/or Coordinated Beamforming)로 3GPP의 LTE-A에서 논의되고 있다. 본 발명의 실시예에서는 이런 방식들 중 JP 방식을 주파수 재사용과 함께 고려하여, 공간 다이버시티(spatial diversity)를 얻을 수 있도록 하는 방안에 대하여 설명하도록 한다.
이때, 하나의 소형 기지국(RRH)에서 비협력 전송인 단일 안테나 전송(SAT: Single Antenna Transmission)과 n개의 안테나로 동일한 신호를 전송하는 경우인 협력전송(CT-n: Cooperative Transmission by n antenna)으로 표현한다.
사용자 단말들이 각각의 기지국(eNB) 및 소형 기지국(RRH)으로부터 신호를 받을 때 주변 기지국(eNB) 또는 소형 기지국(RRH)에서 오는 간섭 신호를 함께 받으며, 이때 협력전송(CT-n)의 SINR(Signal to Interference plus Noise Ratio)은 하기 <수학식 1>과 같다.
Figure 112014102460383-pat00022
여기서,
Figure 112014102460383-pat00023
와
Figure 112014102460383-pat00024
는 각각 협력 전송하는 안테나와 간섭 안테나의 세트이다. P는 안테나의 송신 전력, G는 사용자와 안테나 사이의 채널이고 N는 잡음을 나타낸다.
따라서 협력전송(CT-n)의 정규화된 스펙트럼 효율은 하기 <수학식 2>와 같이 정의할 수 있다.
Figure 112014102460383-pat00025
상기 <수학식 2>는 소형 기지국(RRH) 당 스펙트럼 효율을 나타내며, 그 단위는 bps/Hz/RRH이다.
상기와 같이 구성되는 분산 안테나 시스템에서 주파수 재사용 기법을 적용하는 실시예에 대하여 도 2를 참조하여 살펴보도록 한다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 분산 안테나 시스템에서 주파수 재사용 기법을 보여주는 도면이다. 본 발명에서는 셀 간 간섭 관리를 위해 도 2와 같이 기지국(eNB)과 소형 기지국(RRH)에 주파수 대역을 할당한다.
도 2를 참조하여 구체적으로 설명하면, 매크로셀은 기지국(eNB)이 배치된 셀 중심 영역과 소형 기지국(RRH)이 배치된 셀 경계 영역으로 구분되며, 전체 주파수 밴드는 세 부분 제1 주파수 대역(
Figure 112014102460383-pat00026
), 제2 주파수 대역(
Figure 112014102460383-pat00027
) 및 제3 주파수 대역(
Figure 112014102460383-pat00028
)으로 나누어진다.
이때, 셀 중심 영역의 기지국(eNB)은 인접 셀로부터의 간섭이 적으므로 주파수 재사용률 1을 적용하여 전체 주파수 대역을 사용하고, 셀 경계 영역의 소형 기지국(RRH)은 셀 간 간섭이 크기 때문에 주파수 재사용률 3을 적용하여 두 개의 소형 기지국(RRH)과 같은 주파수 대역을 사용한다.
즉, 도면부호 20, 30의 소형 기지국(RRH) 1, 2는 제1 주파수 대역(
Figure 112014102460383-pat00029
), 도면부호 60, 70의 소형 기지국(RRH)3, 4는 제2 주파수 대역(
Figure 112014102460383-pat00030
), 그리고 도면부호 40, 50의 소형 기지국(RRH) 5, 6은 제3 주파수 대역(
Figure 112014102460383-pat00031
)을 사용한다.
셀 중심 영역의 기지국(eNB)은 충분히 높은 송신 전력을 가지고 있기 때문에, 협력 전송을 고려하지 않은 단일 안테나 전송(SAT)을 적용한다. 반면, 셀 경계 영역의 경우 인접 셀 간 간섭이 크고 낮은 전력으로 송신이 이루어져 소형 기지국(RRH) 간의 협력 전송을 고려할 수 있다.
이와 같이 본 발명의 실시예에 따라 주파수 재사용률 3이 적용될 경우, 2개의 소형 기지국(RRH)가 동일한 주파수 대역을 사용하고, 하나의 기지국(eNB)이 전체 주파수 대역을 사용하기 때문에 도 3과 같이 공간 다이버시티를 최대 3까지 얻을 수 있다.
도 3을 참조하면, 사용자 단말이 하나의 기지국(eNB)(110)과 2개의 소형 기지국(RRH)(123, 124)로부터 동일한 주파수 대역인 제3 주파수 대역(
Figure 112014102460383-pat00032
)으로 신호를 수신하게 된다.
따라서 다른 안테나로부터 오는 신호 또한 간섭 신호가 아닌 유용한 신호로 사용되어 상기 <수학식 1>에서 신호를 방해하는 요소로는 잡음만 존재하여 사용자 단말의 수신 SINR이 향상된다.
도 6을 참조하면, 도 6에서 단일 안테나 전송(SAT)과 협력전송(CT-n)의 경우 각각 비협력 및 협력 전송 모드의 성능을 보여주고 있으며, 단일 안테나 전송(SAT)과 협력전송(CT-3) 사이에 교차점이 발생한 것을 알 수 있다.
즉, 사용자 단말의 수신 SINR이 좋지 않은 환경에서는 협력 전송(CT-n)이 이루어진 CT-3의 성능이 우수하며, 반대의 경우에는 비협력 전송 SAT의 성능이 우수함을 알 수 있다.
따라서 사용자 단말의 환경에 따라 적응적 협력 전송기법이 필요하며, 본 발명에서는 하기 <수학식 3>과 같은 모드 선택 기준에 따라 수신 SINR과 목표 SINR을 비교함으로써 협력 및 비협력 모드를 적응적으로 작동될 수 있다.
Figure 112014102460383-pat00033
여기서,
Figure 112014102460383-pat00034
과
Figure 112014102460383-pat00035
는 각각 수신 SINR과 목표 SINR이다.
즉, 사용자 단말로부터 수신한
Figure 112014102460383-pat00036
이 목표 SINR인
Figure 112014102460383-pat00037
이하이면 통신 장치인 기지국(eNB)(110)과 소형 기지국(RRH)(120, 122, 123, 124, 125, 126)이 협력 전송 모드로 작동한다. 또한, 수신한
Figure 112014102460383-pat00038
이 목표 SINR인
Figure 112014102460383-pat00039
을 초과하면 통신 장치인 기지국(eNB)(110)과 소형 기지국(RRH)(120, 122, 123, 124, 125, 126)은 비협력 전송 SAT 모드로 작동한다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 분산 안테나 시스템에서 주파수 재사용률에 따른 SINR을 보여주는 도면이고, 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 분산 안테나 시스템에서 주파수 재사용률에 따른 스펙트럼 효율을 보여주는 도면이다.
도 4 및 5를 참조하여 본 발명의 실시예와 같이 주파수 재사용을 적용한 분산 안테나 시스템의 성능 평가를 살펴보도록 한다.
여기서, 모의실험은 기지국(eNB)과 소형 기지국(RRH)들로 구성된 HetNet에서 LTE-A 표준에 따라 간략화한 시스템 레벨 모의실험으로 이루어니다. 주요 파라미터 값들은 하기 <표 1)과 같이 도시할 수 있다.
Figure 112014102460383-pat00040
본 발명에 따른 분산 안테나 시스템에서 주파수 재사용의 성능 평가를 위해 기지국(eNB)과 소형 기지국(RRH) 모두 주파수를 재사용하지 않은 경우(FRF 1)와 소형 기지국(RRH)에 주파수 재사용률 3을 적용한 경우(FRF 3)에 대하여 비교 분석을 한다. 도 4와 5는 각각 전체 사용자 단말의 SINR 및 스펙트럼 효율에 대한 CDF를 보이고 있다.
셀 중심 영역의 기지국(eNB)에서 전체 주파수 대역을 사용하고, 셀 경계 영역에서 주파수 재사용을 적용하여 다른 셀로부터 간섭의 영향을 감소시켜 SINR 성능 향상시킨다. 따라서 주파수 재사용에 따른 이용 가능한 주파수와 간섭을 고려한 결과, 주파수 재사용률 1 보다 3을 적용한 경우 스펙트럼 효율이 향상 된 것을 알 수 있다.
또한, 단일 안테나 전송(SAT)과 협력전송(CT-n)의 정규화된 스펙트럼 효율의 경우 약 2.0 bps/Hz/RRH에서 교차점이 발생한다.
이는 높은 스펙트럼 효율의 경우 비협력 통신의 성능이 우수한 것을 알 수 있다. 또한, 적응적 협력 전송을 적용할 경우 협력 및 비협력 모드의 장점을 결합함으로써 성능이 향상된 것을 확인할 수 있다.
이상과 같이, 본 명세서와 도면에는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 개시하였으나, 여기에 개시된 실시 예외에도 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형 예들이 실시 가능하다는 것은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것이다. 또한, 본 명세서와 도면에서 특정 용어들이 사용되었으나, 이는 단지 본 발명의 기술 내용을 쉽게 설명하고 발명의 이해를 돕기 위한 일반적인 의미에서 사용된 것이지, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다.
본 발명을 통해 얻게 되는 차세대 이동통신 핵심기술은 이동통신 성능의 향상은 물론, 단말기ㅇ부품 수출 및 네트워크 구축에도 크게 기여할 것으로 예상된다. 구체적으로 표준화 경쟁에서 우위 확보 및 차세대 이동통신 시장 선점에 기여할 것이며, 차세대 이동통신 관련 특허와 같은 지적소유권의 산업체 이전을 통한 국내 이동통신 산업의 기술 자립도 향상 및 가격 경쟁력 제고와, 확보된 특허의 국제적 상호사용승인(cross-licensing)으로 인한 이동통신 산업의 비용절감은 물론, 차세대 이동통신의 핵심기술 확보를 통한 기술료 지불경감 및 수입대체 효과가 예상된다.
100: 사용자 단말
10: 중신 영역
20, 30, 40, 50, 60, 70: 경계 영역
110: 기지국(eNB)
120, 122, 123, 124, 125, 126: 소형 기지국(RRH)

Claims (9)

  1. 전체 주파수 대역을 사용하는 기지국(eNB);
    두 개의 소형 기지국이 같은 주파수 대역을 사용하는 적어도 둘 이상의 소형 기지국(RRH);
    주파수 재사용을 통해 간섭을 제어하는 사용자 단말;
    을 포함하고,
    상기 기지국(eNB)은,
    셀 중심 영역에 위치하여 전체 주파수 대역을 사용하고,
    상기 적어도 둘 이상의 소형 기지국(RRH)은,
    상기 셀 중심 영역에 인접한 6개의 셀 경계 영역에 위치하고, 각각의 셀 경계 영역에 제1 소형 기지국(RRH), 제2 소형 기지국(RRH), 제3 소형 기지국(RRH), 제4 소형 기지국(RRH), 제5 소형 기지국(RRH), 제6 소형 기지국(RRH)으로 위치하고, 제1 소형 기지국(RRH), 제2 소형 기지국(RRH)은 제1 주파수 대역(
    Figure 112015112884374-pat00068
    ), 제3 소형 기지국(RRH), 제4 소형 기지국(RRH)은 제2 주파수 대역(
    Figure 112015112884374-pat00069
    ), 그리고 제5 소형 기지국(RRH), 제6 소형 기지국(RRH)은 제3 주파수 대역(
    Figure 112015112884374-pat00070
    )을 사용하는 것을 특징으로 하는 주파수 재사용을 고려한 분산 안테나 시스템.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 기지국(eNB)은,
    셀 중심 영역에 위치하고, 인접 셀로부터의 간섭이 적으므로 주파수 재사용률 1을 적용하여 전체 주파수 대역을 사용하는 것을 특징으로 하는 주파수 재사용을 고려한 분산 안테나 시스템.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 둘 이상의 소형 기지국(RRH)은,
    셀 경계 영역의 위치하고, 주파수 재사용률 3을 적용하여 두 개의 소형 기지국(RRH)이 같은 주파수 대역을 사용하는 것을 특징으로 하는 주파수 재사용을 고려한 분산 안테나 시스템.
  4. 제 1항에 있어서, 상기 사용자 단말은,
    상기 각각의 기지국(eNB) 및 소형 기지국(RRH)들로부터 신호를 받을 때 주변 기지국(eNB) 또는 소형 기지국(RRH)에서 오는 간섭 신호를 함께 받고, 협력전송(CT-n)의 신호대간섭및잡음비(SINR)은 하기 <수학식 1>과 같이 정의할 수 있는 것을 특징으로 하는 주파수 재사용을 고려한 분산 안테나 시스템.
    [수학식 1]
    Figure 112014102460383-pat00041

    여기서,
    Figure 112014102460383-pat00042
    와
    Figure 112014102460383-pat00043
    는 각각 협력 전송하는 안테나와 간섭 안테나의 세트이다. P는 안테나의 송신 전력, G는 사용자와 안테나 사이의 채널이고 N는 잡음을 나타냄.
  5. 제 4항에 있어서, 상기 협력전송(CT-n)의 정규화된 스펙트럼 효율은 하기 <수학식 2>와 같이 정의할 수 있는 것을 특징으로 하는 주파수 재사용을 고려한 분산 안테나 시스템.
    [수학식 2]
    Figure 112014102460383-pat00044

    상기 <수학식 2>는 소형 기지국(RRH) 당 스펙트럼 효율을 나타내며, 그 단위는 bps/Hz/RRH임.
  6. 삭제
  7. 제 1항에 있어서, 상기 기지국(eNB)와 상기 소형 기지국(RRH)는,
    상기 사용자 단말로 수신한 SINR에 따라 하기 <수학식 3>과 같은 모드 선택 기준에 따라 수신 SINR과 목표 SINR을 비교함으로써 협력 및 비협력 모드를 적응적으로 작동하는 것을 특징으로 하는 주파수 재사용을 고려한 분산 안테나 시스템.
    [수학식 3]
    Figure 112014102460383-pat00048

    여기서,
    Figure 112014102460383-pat00049
    과
    Figure 112014102460383-pat00050
    는 각각 수신 SINR과 목표 SINR임.
  8. 셀 중심 영역에 위치하는 기지국(eNB)이 전체 주파수 대역을 사용하도록 설정하는 과정;
    상기 셀 중심 영역에 인접한 적어도 둘 이상의 셀 경계 영역에 위치하는 적어도 둘 이상의 소형 기지국(RRH)이 두 개의 소형 기지국이 같은 주파수 대역을 사용하도록 설정하는 과정;
    상기 기지국(eNB)와 상기 적어도 둘 이상의 소형 기지국(RRH)가 사용자 단말로부터 수신한 신호대간섭및잡음비(SINR)인
    Figure 112015112884374-pat00051
    이 목표 SINR인
    Figure 112015112884374-pat00052
    이하이면 통신 장치인 기지국(eNB)과 소형 기지국(RRH)들이 협력 전송 모드로 작동하는 과정;
    상기 수신한
    Figure 112015112884374-pat00053
    이 목표 SINR인
    Figure 112015112884374-pat00054
    을 초과하면 통신 장치인 기지국(eNB)과 소형 기지국(RRH)들은 비협력 전송 모드로 작동하는 과정;
    을 포함하고,
    상기 기지국(eNB)은,
    셀 중심 영역에 위치하여 전체 주파수 대역을 사용하고,
    상기 적어도 둘 이상의 소형 기지국(RRH)은,
    상기 셀 중심 영역에 인접한 6개의 셀 경계 영역에 위치하고, 각각의 셀 경계 영역에 제1 소형 기지국(RRH), 제2 소형 기지국(RRH), 제3 소형 기지국(RRH), 제4 소형 기지국(RRH), 제5 소형 기지국(RRH), 제6 소형 기지국(RRH)으로 위치하고, 제1 소형 기지국(RRH), 제2 소형 기지국(RRH)은 제1 주파수 대역(
    Figure 112015112884374-pat00071
    ), 제3 소형 기지국(RRH), 제4 소형 기지국(RRH)은 제2 주파수 대역(
    Figure 112015112884374-pat00072
    ), 그리고 제5 소형 기지국(RRH), 제6 소형 기지국(RRH)은 제3 주파수 대역(
    Figure 112015112884374-pat00073
    )을 사용하는 것을 특징으로 하는 분산 안테나 시스템에서의 적응적 협력 전송 방법.
  9. 제 8항에 있어서, 상기 협력 전송 모드로 작동하는 과정과 상기 비협력 전송 모드로 작동하는 과정은,
    상기 사용자 단말로 수신한 SINR에 따라 하기 <수학식 3>과 같은 모드 선택 기준에 따라 수신 SINR과 목표 SINR을 비교함으로써 협력 및 비협력 모드를 적응적으로 작동하는 과정인 것을 특징으로 하는 분산 안테나 시스템에서의 적응적 협력 전송 방법.
    [수학식 3]
    Figure 112014102460383-pat00055

    여기서,
    Figure 112014102460383-pat00056
    과
    Figure 112014102460383-pat00057
    는 각각 수신 SINR과 목표 SINR임.
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