간섭 널링을 이용한 동적 채널 할당 시스템 및 방법 document_id A220623072241

기본적으로 이동통신은 한정된 스펙트럼을 효과적으로 이용하고자 하는 기본 개념에서 출발하였으므로 셀을 점점 더 나누면 스펙트럼의 효율성은 증가한다. 그러나 셀을 분할하는 방법은 기지국을 설치하는데 엄청난 비용이 추가 부담되는 것뿐만 아니라 잦은 핸드오프로 인한 통신 두절, 혹은 통신 신뢰성 하락이 필연적으로 존재하게 되는 단점을 가지고 있다. 특히 차세대 이동통신 시스템에서는 고속 데이터 통신에 대한 요구가 증대됨에 따라 기지국의 섹터당 처리량(throughput)이 중요한 개념이 되고 있다. 특히 순방향 채널은 단말기들의 데이터 다운로드 요구에 의해 매우 높은 셀 용량이 요구될 것이다. 따라서 최근에는 기지국을 증설하지 않고 진보된 안테나 기술을 적용해서 통신 용량을 대폭 증가시키고 통신 품질을 개선할 수 있는 새로운 연구가 진행되고 있다. 그 중 하나로써 스마트 안테나 기술을 이용해서 원하는 가입자의 방향으로 전파를 집중시키고 타가입자의 간섭 신호는 저하시켜 송수신함으로써 기존의 이동통신 시스템의 성능을 획기적으로 향상시킬 수 있도록 하는 기술이 보급되고 있다. 스마트 안테나 기술은 안테나 어레이와 전파 방향을 제어할 수 있는 디지털 신호처리 기술을 복합적으로 활용하여 구현되는 최첨단 빔 형성(Beamforming) 기술이다. 이동통신 시스템의 기지국 안테나는 전방향 안테나(Omni-directional Antenna)가 사용되어 방향에 상관없이 일정한 이득을 주도록 제작한다. 이럴 경우 안테나에 송수신되는 모든 신호들은 기지국의 송수신 안테나와의 거리에 따라 전력(Power)을 제어하여 송수신되며 송수신 희망 신호에 간섭의 영향을 미친다. 따라서 기지국 안테나는 선택적으로 신호에 이득을 주어 송수신할 수 없다. 이러한 간섭의 영향을 줄이기 위해 셀을 여러 섹터로 나누어 여러 개의 안테나를 사용하는 방법이 있는데, 예컨대, 셀을 3 개의 섹터로 나누어 3 개의 안테나를 사용하여 각 안테나가 120도를 담당하도록 한다면 간섭의 영향을 1/3로 줄일 수 있다. 간섭의 영향을 줄일 수 있는 또 다른 방법으로는 안테나가 하드웨어적으로 고정되어 정해진 특정각으로부터 도달하는 신호에 대해 큰 이득을 주고 다른 방향에서 송수신되는 간섭 신호에 매우 작은 이득을 주도록 제작하는 것도 있다. 그러나 이 방법은 송수신체가 고정되어 있는 경우에 한하여야 한다. 좀더 고급적인 방법으로는 희망 신호를 송출하는 송신체가 이동하거나 그 신호의 도달각이 상황에 따라 가변적일 때는 여러 안테나 소자로 구성된 어레이를 사용하는 것이다. 안테나 어레이는 원거리 신호원들의 위치를 파악하거나 그들로부터 나오는 신호들을 선택적으로 송수신하는데 이용되고 주변으로부터 들어오는 방해 전파를 제거하는데 이용된다. 이와 같은 스마트 안테나 시스템을 이용하는 경우 원하는 방향의 신호를 선택적으로 송수신하고 간섭 신호의 영향을 최소화시킴으로써 가입자 상호간의 간섭을 대폭 감쇠시킬 수 있다. 즉 셀내의 각 단말기에 독립된 빔을 송수신 간에 제공하고, 원하는 단말기 방향으로 이들을 극대화되도록 빔을 형성시킴으로써 여타의 단말기 방향에 전파량을 극소화할 수 있다. 그러므로 수신 신호의 잡음을 대폭 감쇠시킨다. 스마트 안테나 시스템은 통화 채널간 방해 전파(Interfering Noise)를 최소화하여 통화 품질을 향상시키고 가입자 수를 증가시킬 수 있는 시스템이며 원하는 방향으로 전파가 집중되어 각 단말기는 저전력으로 통화가 가능하므로 배터리 수명 역시 획기적으로 연장할 수 있는 기술이다. 그래서 스마트 안테나 시스템이란 각 단말기 방향으로 독립된 빔 패턴을 제공하여 통신 용량을 증대시키고 통신 품질을 대폭 개선할 수 있다. 결국, 셀 내의 모든 가입자에게 방향성 빔 패턴을 제공함으로써 통화 방향으로는 최대의 이득을 설정하고 여타의 방향으로는 이득을 최소화한다. 이것은 송신과 수신 양방향에 제공되며 셀 내의 모든 가입자에게 독립적으로 동시에 제공된다. 이와 같은 최적의 빔 형성 기술은 기지국에 어레이 안테나를 설치하고 각 가입자에 맞는 최적의 웨이트를 독립적으로 계산하여 각 가입자에게 제공하여야 한다. CDMA 환경의 경우 원하는 신호와 간섭 신호는 PN 코드에 의해 분리된다. 이 원리를 이용하여 각 가입자마다 수신되는 고유 벡터값을 계산하여 어레이 안테나 위상을 조정함으로써 어레이된 안테나는 신호원이 있는 방향으로 독립적인 빔 패턴을 형성시킨다. 즉 m 개의 빔 형성 모듈은 어레이 안테나 n 개를 독립적으로 위상 어레이 할 수 있으며 이는 각 가입자 방향으로 빔 패턴을 형성하여 원하는 신호와 간섭 신호 간의 신호차를 크게 유지하여 통화 품질을 개선하는 것이다. 또한, 스마트 안테나는 자신이 원하는 방향으로 안테나의 주 빔이 형성되도록 하여 자원을 할당하면서 동시에, 자신이 원치 않는 방향도 고려하여 안테나의 빔 패턴이 형성되도록 자원을 할당하는 기술도 보고되고 있다. 즉, 자신이 원하는 방향으로 빔을 형성하면서 간섭이 들어오는 방향에 대해서는 null-out point 를 형성하여 간섭 신호를 크게 줄일 수 있는 방법이다. 이러한 스마트 안테나를 사용하는 TD-(S)CDMA 채널 할당 방식에서는 비슷한 입사각을 갖는 신호들은 상호간에 큰 간섭을 일으키기 때문에 서로 다른 시간 슬롯에 할당하는 방식 등이 제시되고 있다. 그러나, 간섭 널링을 사용하는 스마트 안테나를 채용하는 TD-(S)CDMA 방식에서 간섭 널링에 의한 효과를 고려한 채널 할당 방식은 제시된 바 없다..