셀간 간섭 조정을 위한 자원할당방법 document_id A220623069736

무선 통신 시스템은 효율적인 시스템 구성을 위해 셀(cell) 구조를 갖는다. 셀이란 주파수를 효율적으로 이용하기 위하여 넓은 지역을 작은 구역으로 세분한 구역을 의미한다. 다중 접속 시스템(multiple access system)은 일반적으로 다중 셀을 포함한다. 일반적으로 셀 내에는 기지국을 설치하여 단말을 중계한다. 무선 통신 시스템은 다수의 단말을 위해 하향링크(downlink)와 상향링크(uplink)를 지원한다. 여기서, 하향링크는 기지국에서 단말로의 통신을 의미하며, 상향링크는 단말에서 기지국으로의 통신을 의미한다. 기지국(예를 들어 노드-B)은 셀을 운용하고, 기지국에 위치하는 스케줄러(scheduler)는 셀내에 어떠한 단말을 위한 데이터가 전송될 것인지를 결정한다. 단말은 보행하는 또는 차량내의 사람에 의해 작동하는 이동하거나 고정된 장치일 수 있다. 셀내에 다수의 단말이 존재하는 경우 다수의 단말이 동시에 하향링크 데이터를 수신하거나 또는 상향링크 데이터를 전송할 수 있다. 이때 발생할 수 있는 문제는 간섭(interference)이다. 간섭은 대부분 열잡음(thermal noise), 다른 셀로부터 전송되는 파워, 셀내에서 전송되는 전용채널파워, 셀내에서 전송되는 공용채널을 위한 파워등을 포함한다. 동일한 셀에서 단말에 의한 데이터 전송에 있어서, 직교성(Orthogonality)을 갖는 다중화를 통해 셀내 간섭(intra-cell interference)이 방지된다. 그러나 서로 다른 셀에서 단말에 의한 데이터 전송은 직교성이 보장되지 않을 수 있으며, 단말은 다른 셀로부터의 셀간 간섭(inter-cell interference)을 겪게 된다. 동일한 주파수를 사용하는 셀간의 간섭을 셀간 간섭이라 한다. 직교 주파수 분할 다중화(Orthogonal Frequency Division Multiplexing; 이하 OFDM)는 다수의 부반송파(subcarrier)를 이용한 기법 중 하나이다. OFDM은 전체 시스템 대역폭을 직교성을 갖는 다수의 부반송파로 분할하고(partition), 데이터를 부반송파들에 실어 전송한다. 다중 셀 환경하에서 OFDM과 같은 시스템은 부반송파간의 직교성때문에 셀 내의 간섭을 효과적으로 줄일 수 있다. 하지만, OFDM 시스템도 셀간 간섭의 영향을 줄일 수 없는 단점이 있다. 이는 인접하는 셀이 동일한 부반송파를 사용할 경우 사용자들에게 간섭의 원인으로 작용할 수 있기 때문이다. 데이터 전송률을 최대화하기 위하여는 단말에 작용하는 간섭을 최소화하는 것이 바람직하다. 셀간 간섭을 줄이기 위한 기법 중 하나가 셀간에 서로 다른 주파수를 사용하는 것이다. 이를 주파수 재사용 기법이라 한다. 예를 들어, 인접하는 셀의 수가 3이라면 전체 주파수 대역을 3등분하여 셀간에 서로 겹치지 않도록 주파수 대역을 할당하여 셀간 간섭을 방지한다. 여기서 3은 주파수 재사용 계수(Frequency Reuse Factor; FRF)라 한다. 주파수 재사용 계수가 1에 가까울수록 높은 시스템 용량을 얻을 수 있는 반면, 동일한 주파수를 재사용함으로써 발생되는 간섭 역시 증가한다. 부분적 주파수 재사용(Fractional Frequency Reuse; FFR) 기법은 인접셀로부터 간섭의 영향을 받지 않는 셀의 중심 영역에 위치한 단말에는 전체 주파수 대역을 할당하고, 인접셀과 인접하여 간섭의 영향을 받는 셀경계 부근에 위치한 단말에는 인접셀들과 대역이 중복되지 않도록 주파수를 부분적으로 할당하는 기법이다. 이는 셀간 간섭의 영향을 줄일 수는 있으나, 이로 인해 스케줄링이 제약을 받을 수 있다. 이러한 스케줄링의 제약은 주파수 선택 이득(frequency selectivity gain)의 감소를 초래하게 될 뿐만 아니라, 셀 경계 영역에서 높은 트래픽 부하(traffic load)가 발생할 경우, 대역효율(spectral efficiency)을 떨어뜨림으로써, 시스템의 수율(throughput) 개선을 제한할 수 있다. 상기 문제점을 개선하기 위해 주파수 대역을 유연하게 할당하기 위한 부분적 주파수 재사용 기법에는 반정적(semi-static) FFR (또는 soft FFR)과 동적(dynamic) FFR가 있다. 반정적 FFR은 셀 또는 섹터의 경계에 할당되는 대역의 폭이 탄력적이기 때문에 트래픽 부하의 변화에 유연하게 대응할 수 있는 기법이다. 그러나 반정적 FFR은 셀 또는 섹터 경계의 자원할당 요구가 높은 경우에 발생하는 자원 할당의 변화로 인한 셀간 간섭에 대처하기가 어렵다. 동적 FFR은 기지국간의 정보 교환을 통해 인접 셀의 자원 할당 상황을 파악하고 특정 셀 또는 섹터의 자원 할당으로 인해 발생할 수 있는 셀간 간섭을 효과적으로 처리할 수 있는 기법이다. 기지국간에 교환된 자원 할당 정보를 바탕으로, 인접 셀 또는 섹터간에 발생하는 간섭을 조절하고, 전력 등을 조절하는 것을 셀간 간섭 조정 (Inter Cell Interference Coordination; ICIC)이라 한다. 동적 FFR은 주파수 대역을 여러 개의 작은대역으로 나누어 단말에 할당하는데, 인접셀로부터 간섭을 받는 영역에 단말이 존재하지 않는데도 불구하고 주파수 대역을 구분하면, 이는 불필요한 연산이 되는 문제가 있다. 또한, 동적 FFR에 의해 인접셀로부터 간섭을 받는 셀경계의 단말에 주파수 대역을 할당하였는데, 과도한 트래픽 부하(heavy traffic load)에 의해 추가적인 주파수 대역을 할당해야 하는 경우, 추가적인 주파수 대역 할당으로 인해 셀간 간섭이 발생할 수 있다. 추가적인 주파수 대역 할당으로 인한 셀간 간섭을 제거하기 위한 정보요청 시간과 그에 대한 인접셀들의 응답을 받는 과정은 상당한 시간지연이 될 수 있다. 즉, 반정적 FFR과 동적 FFR에 의하더라도 여전히 셀간 간섭을 줄이는 데에는 한계가 있다. 따라서, 셀간 간섭을 효율적으로 줄일 수 있는 주파수 재사용 기법이 요구된다.