KR20190089510A - Method and apparatus for controlling interference for uplink and downlink in multi-tier heterogeneous network with in-band wireless backhaul - Google Patents
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Abstract
대역 내 무선 백홀을 이용한 다계층 이종망의 상하향 링크 간섭제어 방법 및 장치가 제시된다. 일 실시예에 따른 대역 내(in-band) 무선 백홀을 이용한 다계층 이종망의 상하향 링크 간섭제어 방법은, 광역셀 기지국은 소형셀 기지국들로부터 네트워크 상의 채널 정보, 각 사용자 단말의 최소 목표 전송률(target rate) 조건 및 전력제한 조건에 대한 정보를 전달받는 단계; 상기 광역셀 기지국에서 채널 정보를 이용하여 네트워크 전체의 빔 형성 및 전력 할당을 위한 중앙 집중식 간섭제어를 수행하는 단계; 및 최적화된 상기 빔 형성 및 전력 할당에 대한 변수들을 각각 해당되는 상기 소형셀 기지국에게 전달하는 단계를 포함하여 이루어질 수 있으며, 다른 실시예에 따른 대역 내(in-band) 무선 백홀을 이용한 다계층 이종망의 상하향 링크 간섭제어 방법은, 각각의 소형셀 기지국이 광역셀 기지국의 도움 없이 상기 소형셀 기지국들의 위치정보를 이용하여 빔 형성 및 전력 분배를 최적화하도록 분산방식의 간섭제어를 수행하는 단계를 포함하여 이루어질 수 있다. A method and an apparatus for controlling uplink and downlink interference of a multi-layer heterogeneous network using an in-band wireless backhaul are presented. In an uplink and downlink interference control method of a multi-layer heterogeneous network using an in-band wireless backhaul according to an exemplary embodiment, a wide area cell base station transmits channel information on a network from a small cell base station, a minimum target transmission rate a target rate condition and a power limitation condition; Performing centralized interference control for beam forming and power allocation of the entire network by using channel information in the wide area cell base station; And transmitting the optimized beamforming and power allocation parameters to the corresponding small cell base station. In another embodiment, the multi-layer heterogeneous multi- The uplink and downlink interference control method of the network includes a step of performing a distributed interference control so that each small cell base station optimizes beam forming and power distribution using the location information of the small cell base stations without the help of a wide area cell base station .
Description
아래의 실시예들은 다계층 이종망의 상하향 링크 간섭제어 방법 및 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 다계층 이종망에서 대역 내 무선 백홀 시스템 운영을 위한 상하향 링크 간섭제어 기술에 관한 것이다. The following embodiments are directed to a method and apparatus for controlling uplink and downlink interference in a multi-layer heterogeneous network, and more particularly, to a technique for controlling uplink and downlink interference for operating an in-band wireless backhaul system in a multi-layer heterogeneous network.
소형셀 네트워크 시스템에 대한 수요가 증가하면서, 다수의 소형셀을 운용하기 위한 방안으로 유선 백홀보다는 설치의 용이성이 뛰어난 무선 백홀(wireless backhaul)의 사용이 최근 각광을 받고 있다. As the demand for small cell network systems increases, the use of wireless backhaul, which is easier to install than a wired backhaul, is getting popular in order to operate a plurality of small cells.
기존 기술에 따르면 기존의 단일 셀 시스템보다 2-계층(two-tier) 이종망(heterogeneous network)을 무선 백홀과 함께 사용하는 것이 에너지 효율면에서 우수한 것으로 밝혀졌다. 따라서 무선 백홀을 사용하는 다계층 이종망이 요구되고 있다. According to the existing technology, it is found that using a two-tier heterogeneous network with a wireless backhaul is superior to the existing single cell system in terms of energy efficiency. Therefore, a multi-layer heterogeneous network using wireless backhaul is required.
2-계층(two-tier) 이종망의 제1 계층(tier)은 한 개의 광역셀 기지국(MBS)과 다수의 소형셀 기지국들(SBSs) 사이의 무선 백홀 링크를 뜻하며, 제2 계층(tier)은 소형셀 기지국들(SBSs)과 각 소형셀에 할당된 사용자 단말들(UEs) 사이의 링크를 뜻한다. A first tier of a two-tier heterogeneous network refers to a wireless backhaul link between one wide area cell base station (MBS) and a plurality of small cell base stations (SBSs) Refers to a link between small cell base stations (SBSs) and user terminals (UEs) allocated to each small cell.
제1 계층과 제2 계층이 같은 주파수를 공유하는 경우를 대역 내(in-band) 무선 백홀이라고 하며, 서로 다른 주파수로 분리되어 운용되는 경우를 대역 외(out-of-band) 무선 백홀이라고 한다. 한편, 대역 내 무선 백홀 시스템의 간섭관리를 통해 대역 외 무선 백홀 시스템보다 높은 전송용량을 달성할 수 있다.An in-band wireless backhaul where the first and second layers share the same frequency is referred to as an out-of-band wireless backhaul. . On the other hand, interference management of in-band wireless backhaul systems can achieve higher transmission capacity than out-of-band wireless backhaul systems.
한국공개특허 10-2012-0007997호는 이러한 소형 셀 커버리지 확장을 위한 기지국 및 단말의 간섭 제어 방법에 관한 것으로, 저전력 노드의 소형 셀의 커버리지를 확장시키는 소형 셀 커버리지 확장을 위한 기지국 및 단말의 간섭 제어 방법에 관한 기술을 기재하고 있다.Korean Patent Laid-Open No. 10-2012-0007997 relates to a method of controlling interference between a base station and a terminal for extending a small cell coverage, and more particularly, to an interference control of a base station and a terminal for extending a small- And a description of the method.
실시예들은 대역 내 무선 백홀을 이용한 다계층 이종망의 상하향 링크 간섭제어 방법 및 장치에 관하여 기술하며, 보다 구체적으로 기지국 및 사용자들의 다중 안테나 기술과 전력 할당 기술을 통해 대역 내(in-band) 무선 백홀 채널과 접속 채널에 존재하는 간섭 신호를 제어하는 기술을 제공한다. The present invention relates to a method and an apparatus for controlling uplink and downlink interference of a multi-layer heterogeneous network using an in-band wireless backhaul, and more particularly, to an in- And provides a technique for controlling an interference signal existing in a backhaul channel and an access channel.
실시예들은 대역 내 무선 백홀을 사용하는 다계층 이종망 시스템에서 발생하는 간섭요인들을 제어하기 위해 반전 시분할 다중접속(Reverse-Time Division Duplex, Reverse-TDD)을 이용하고, 기지국들의 다중 안테나 기술 및 전력 할당 기술을 통해 잔여 간섭 신호를 제어하는 대역 내 무선 백홀을 이용한 다계층 이종망의 상하향 링크 간섭제어 방법 및 장치를 제공하는데 있다. Embodiments utilize Reverse-Time Division Duplex (Reverse-TDD) to control interference factors occurring in a multi-layer heterogeneous network system using an in-band wireless backhaul, And a method and an apparatus for controlling uplink and downlink interference of a multi-layer heterogeneous network using an in-band wireless backhaul which controls residual interference signals through allocation techniques.
또한, 광역셀 기지국에서 모든 정보를 가지고 수행하는 중앙 집중식 간섭제어뿐만 아니라, 각 소형셀 기지국이 독립적으로 수행할 수 있는 분산방식의 간섭제어 방법 또한 제공한다.The present invention also provides a decentralized interference control method that each small cell base station can independently perform, as well as a centralized interference control that performs all information in a wide area cell base station.
기존에 주로 고려되던 대역 외 무선 백홀 시스템과 달리 대역 내 무선 백홀 시스템에서는 계층 간 간섭이 존재하게 되는데, 이를 제어하기 위한 빔 형성 및 전력 할당 기술을 제공한다.In contrast to the conventional out-of-band wireless backhaul system, in-band wireless backhaul systems have inter-layer interference, and provide beam forming and power allocation techniques to control the inter-layer interference.
또한, 현실적인 시스템에 도입하기 위해서는 기지국간의 정보교환으로 인한 오버헤드와 계산 복잡도를 대폭 줄여야 하는데, 이를 위해 광역셀 기지국의 고정형 빔 형성 기술 및 고정형 전력 할당 기술을 제공한다.Also, in order to introduce into a real system, the overhead due to information exchange between base stations and the computational complexity must be greatly reduced. For this purpose, a fixed beam forming technique and a fixed power allocation technique of a wide area cell base station are provided.
일 실시예에 따른 대역 내(in-band) 무선 백홀을 이용한 다계층 이종망의 상하향 링크 간섭제어 방법은, 광역셀 기지국은 소형셀 기지국들로부터 네트워크 상의 채널 정보, 각 사용자 단말의 최소 목표 전송률(target rate) 조건 및 전력제한 조건에 대한 정보를 전달받는 단계; 상기 광역셀 기지국에서 채널 정보를 이용하여 네트워크 전체의 빔 형성 및 전력 할당을 위한 중앙 집중식 간섭제어를 수행하는 단계; 및 최적화된 상기 빔 형성 및 전력 할당에 대한 변수들을 각각 해당되는 상기 소형셀 기지국에게 전달하는 단계를 포함하여 이루어질 수 있다. In an uplink and downlink interference control method of a multi-layer heterogeneous network using an in-band wireless backhaul according to an exemplary embodiment, a wide area cell base station transmits channel information on a network from a small cell base station, a minimum target transmission rate a target rate condition and a power limitation condition; Performing centralized interference control for beam forming and power allocation of the entire network by using channel information in the wide area cell base station; And transmitting the optimized beamforming and power allocation parameters to the corresponding small cell base station, respectively.
각각의 상기 소형셀 기지국에서 해당 소형셀의 상기 사용자 단말들에게 전력 할당 값을 전달하는 단계를 더 포함할 수 있다. And transmitting a power allocation value from the small cell base station to the user terminals of the small cell.
상기 광역셀 기지국에서 채널 정보를 이용하여 네트워크 전체의 빔 형성 및 전력 할당을 위한 중앙 집중식 간섭제어를 수행하는 단계는, 무선 백홀 링크의 목표 전송률을 상기 소형 셀의 전송률보다 작지 않도록 설정하는 단계; 상기 무선 백홀 링크의 각 링크별 수신신호의 신호대간섭잡음비(Signal-To-Interference Plus Noise Ratio, SINR)의 최대화 또는 기설정된 기준을 만족하는 광역셀 기지국의 빔 형성 행렬을 업데이트 하는 단계; 상기 무선 백홀 링크의 하향 링크의 목표 전송률을 최소 전력으로 최대한 만족시키는 광역셀 기지국의 전력 할당 벡터를 업데이트 하는 단계; 소형셀 상향 링크의 목표 전송률을 최소 전력으로 최대한 만족시키는 소형셀에 속한 사용자 단말의 전력 할당 벡터 및 최대 전력 제한조건을 업데이트 하는 단계; 상기 신호대간섭잡음비(SINR)의 최대화 또는 기설정된 기준을 만족하는 소형셀 기지국의 빔 형성 행렬 및 상기 최대 전력 제한조건을 업데이트 하는 단계; 및 상기 무선 백홀 링크의 상향 링크 및 상기 소형셀 하향 링크의 목표 전송률을 최소 전력으로 최대한 만족시키는 소형셀 기지국의 전력 할당 벡터 및 상기 최대 전력 제한조건을 업데이트 하는 단계를 포함하며, 기설정된 수렴조건을 만족할 때까지 반복할 수 있다. Performing centralized interference control for beam forming and power allocation of the entire network using channel information in the wide area cell base station includes setting a target transmission rate of the wireless backhaul link so as not to be smaller than a transmission rate of the small cell; The method comprising: maximizing a signal-to-interference plus noise ratio (SINR) of a received signal for each link of the wireless backhaul link or updating a beamforming matrix of a wide area cell base station satisfying a predetermined criterion; Updating a power allocation vector of a wide area cell base station that satisfies a target transmission rate of a downlink of the wireless backhaul link to a minimum power; Updating a power allocation vector and a maximum power limitation condition of a user terminal belonging to a small cell that satisfies a target transmission rate of a small cell uplink with a minimum power as much as possible; Updating the beamforming matrix and the maximum power constraint of the small cell base station that maximizes the SINR or satisfies a predetermined criterion; And a step of updating a power allocation vector and a maximum power limitation condition of a small cell base station that satisfies a maximum transmission power of the uplink and the target transmission rate of the small cell downlink of the wireless backhaul link to the minimum power, You can repeat until you are satisfied.
상기 광역셀 기지국에서 채널 정보를 이용하여 네트워크 전체의 빔 형성 및 전력 할당을 위한 중앙 집중식 간섭제어를 수행하는 단계는, 상기 광역셀 기지국의 빔 형성 행렬과 상기 소형셀 기지국의 빔 형성 행렬을 초기화하는 단계; 및 상기 광역셀 기지국의 전력 할당 벡터, 상기 소형셀 기지국의 전력 할당 벡터, 상기 사용자 단말의 전력 할당 벡터 및 상기 최대 전력 제한조건을 초기화하는 단계를 더 포함하고, 기지국들의 송신 전력을 최소화하도록 상기 광역셀 기지국 및 상기 소형셀 기지국들의 빔 형성 및 전력 분배를 동시에 최적화할 수 있다. The step of performing centralized interference control for beamforming and power allocation of the entire network using the channel information in the wide area cell base station may include initializing a beamforming matrix of the wide area cell base station and a beamforming matrix of the small cell base station step; And initializing a power allocation vector of the wide area cell base station, a power allocation vector of the small cell base station, a power allocation vector of the user terminal, and the maximum power restriction condition, The beam forming and the power distribution of the cell base station and the small cell base stations can be simultaneously optimized.
상기 광역셀 기지국에서 채널 정보를 이용하여 네트워크 전체의 빔 형성 및 전력 할당을 위한 중앙 집중식 간섭제어를 수행하는 단계는, 다계층 이종망의 동일 대역에서 동시 운용이 가능하도록 반전 시분할 다중접속(Reverse-Time Division Duplex, Reverse-TDD)을 사용하여 각 계층(tier)의 상향 링크와 하향 링크의 방향을 서로 반대로 함에 따라 링크간 간섭을 회피할 수 있다. The step of performing centralized interference control for beam forming and power allocation of the entire network using the channel information in the wide area cell base station comprises the steps of performing a reverse- Time Division Duplex, and Reverse-TDD), the inter-link interference can be avoided by reversing the direction of the uplink and the downlink in each tier.
상기 최적화된 상기 빔 형성 및 전력 할당에 대한 변수들을 각각 해당되는 상기 소형셀 기지국에게 전달하는 단계는, 상기 소형셀 기지국의 빔 형성 행렬, 상기 소형셀 기지국의 전력 할당 벡터, 및 상기 소형셀에 속한 사용자 단말들의 전력 할당 벡터의 변수들을 상기 소형셀 기지국에 전달할 수 있다.Wherein the step of transmitting the optimized beamforming and power allocation parameters to the corresponding small cell base station comprises: determining a beamforming matrix of the small cell base station, a power allocation vector of the small cell base station, And may transmit the variables of the power allocation vector of the user terminals to the small cell base station.
다른 실시예에 따른 대역 내(in-band) 무선 백홀을 이용한 다계층 이종망의 상하향 링크 간섭제어 방법은, 각각의 소형셀 기지국이 광역셀 기지국의 도움 없이 상기 소형셀 기지국들의 위치정보를 이용하여 빔 형성 및 전력 분배를 최적화하도록 분산방식의 간섭제어를 수행하는 단계를 포함할 수 있다.The method of controlling uplink and downlink interference of a multi-layer heterogeneous network using an in-band wireless backhaul according to another embodiment is characterized in that each small cell base station uses position information of the small cell base stations without the help of a wide- And performing dispersion-based interference control to optimize beamforming and power distribution.
각각의 상기 소형셀 기지국에서 해당 소형셀의 상기 사용자 단말들에게 전력 할당 값을 전달하는 단계를 더 포함하고, 기지국들의 송신 전력을 최소화하도록 상기 광역셀 기지국 및 상기 소형셀 기지국들의 빔 형성 및 전력 분배를 동시에 최적화할 수 있다. And transmitting power allocation values to the user terminals of the small cell in each of the small cell bases, wherein the beam forming and power distribution of the wide cell base station and the small cell base stations Can be optimized at the same time.
상기 소형셀 기지국들의 위치정보를 이용하여 빔 형성 및 전력 분배를 최적화하도록 분산방식의 간섭제어를 수행하는 단계는, 소형셀 상향 링크의 목표 전송률을 최소 전력으로 최대한 만족시키는 소형셀에 속한 사용자 단말의 전력 할당 벡터를 업데이트 하는 단계; 무선 백홀 링크의 각 링크별 수신신호의 신호대간섭잡음비(Signal-To-Interference Plus Noise Ratio, SINR)의 최대화 또는 기설정된 기준을 만족하는 소형셀 기지국의 빔 형성 행렬을 업데이트 하는 단계; 및 상기 무선 백홀 링크의 상향 링크 및 상기 소형셀 하향 링크의 목표 전송률을 최소 전력으로 최대한 만족시키는 소형셀 기지국의 전력 할당 벡터를 업데이트 하는 단계를 포함하며, 기설정된 수렴조건을 만족할 때까지 반복할 수 있다. The step of performing dispersion-type interference control to optimize beamforming and power allocation using the location information of the small cell base stations may include: determining a target transmission rate of a small- cell uplink to a user terminal belonging to a small- Updating a power allocation vector; Updating a beamforming matrix of a small cell base station satisfying a predetermined criterion or maximizing a Signal-To-Interference plus Noise Ratio (SINR) of a received signal for each link of a wireless backhaul link; And updating a power allocation vector of the small cell base station that satisfies the maximum transmission power of the uplink and the target data rate of the small cell downlink of the wireless backhaul link to the minimum, have.
상기 소형셀 기지국의 빔 형성 행렬, 상기 소형셀 기지국의 전력 할당 벡터 및 상기 사용자 단말의 전력 할당 벡터를 초기화하는 단계를 더 포함할 수 있다. And a step of initializing a beamforming matrix of the small cell base station, a power allocation vector of the small cell base station, and a power allocation vector of the user terminal.
고정형 빔 형성 행렬을 설계하여 광역셀 기지국의 빔 형성 행렬을 구하는 단계; 및 고정형 전력 할당 행렬을 설계하여 광역셀 기지국의 전력 할당 벡터를 구하는 단계를 더 포함할 수 있다. A fixed beamforming matrix is designed to obtain a beamforming matrix of a wideband cell base station; And a step of designing a fixed power allocation matrix to obtain a power allocation vector of a wide area cell base station.
상기 소형셀 기지국들의 위치정보를 이용하여 빔 형성 및 전력 분배를 최적화하도록 분산방식의 간섭제어를 수행하는 단계는, 다계층 이종망의 동일 대역에서 동시 운용이 가능하도록 반전 시분할 다중접속(Reverse-Time Division Duplex, Reverse-TDD)을 사용하여 각 계층(tier)의 상향 링크와 하향 링크의 방향을 서로 반대로 함에 따라 링크간 간섭을 회피할 수 있다. The step of performing dispersion-based interference control to optimize beamforming and power allocation using the location information of the small cell base stations may include performing a Reverse-Time-Interference Control operation to enable simultaneous operation in the same band of the multi- The inter-link interference can be avoided by reversing the uplink and downlink directions of each tier using Division Duplex and Reverse-TDD.
또 다른 실시예에 따른 대역 내(in-band) 무선 백홀을 이용한 다계층 이종망의 상하향 링크 간섭제어 장치는, 광역셀 기지국은 소형셀 기지국들로부터 네트워크 상의 채널 정보, 각 사용자 단말의 최소 목표 전송률(target rate) 조건 및 전력제한 조건에 대한 정보를 전달받는 정보 수집부; 상기 광역셀 기지국에서 채널 정보를 이용하여 네트워크 전체의 빔 형성 및 전력 할당을 위한 중앙 집중식 간섭제어를 수행하는 간섭 제어부; 및 최적화된 상기 빔 형성 및 전력 할당에 대한 변수들을 각각 해당되는 상기 소형셀 기지국에게 전달하는 전송부를 포함하고, 기지국들의 송신 전력을 최소화하도록 상기 광역셀 기지국 및 상기 소형셀 기지국들의 빔 형성 및 전력 분배를 동시에 최적화할 수 있다. In an uplink and downlink interference control apparatus of a multi-layer heterogeneous network using an in-band wireless backhaul according to yet another embodiment, a wide-area cell base station receives channel information on a network from small cell base stations, a minimum target transmission rate an information collector receiving information on a target rate condition and a power limitation condition; An interference controller for performing centralized interference control for beamforming and power allocation of the entire network by using channel information in the wide area cell base station; And a transmitter for delivering optimized beamforming and power allocation parameters to the corresponding small cell base station, wherein the beamforming and power allocation of the wide area cell base station and the small cell base stations to minimize transmission power of the base stations, Can be optimized at the same time.
상기 간섭 제어부는, 상기 광역셀 기지국의 빔 형성 행렬과 소형셀 기지국의 빔 형성 행렬을 초기화하고, 광역셀 기지국의 전력 할당 벡터, 상기 소형셀 기지국의 전력 할당 벡터, 상기 사용자 단말의 전력 할당 벡터 및 상기 최대 전력 제한조건을 초기화하는 초기화부; 무선 백홀 링크의 목표 전송률을 상기 소형 셀의 전송률보다 작지 않도록 설정하는 목표 전송률 설정부; 상기 무선 백홀 링크의 각 링크별 수신신호의 신호대간섭잡음비(Signal-To-Interference Plus Noise Ratio, SINR)의 최대화 또는 기설정된 기준을 만족하는 광역셀 기지국의 빔 형성 행렬을 업데이트 하고, 상기 무선 백홀 링크의 하향 링크의 목표 전송률을 최소 전력으로 최대한 만족시키는 광역셀 기지국의 전력 할당 벡터를 업데이트 하며, 소형셀 상향 링크의 목표 전송률을 최소 전력으로 최대한 만족시키는 소형셀에 속한 사용자 단말의 전력 할당 벡터 및 최대 전력 제한조건을 업데이트 하고, 상기 신호대간섭잡음비(SINR)의 최대화 또는 기설정된 기준을 만족하는 소형셀 기지국의 빔 형성 행렬 및 상기 최대 전력 제한조건을 업데이트 하며, 상기 무선 백홀 링크의 상향 링크 및 상기 소형셀 하향 링크의 목표 전송률을 최소 전력으로 최대한 만족시키는 소형셀 기지국의 전력 할당 벡터 및 상기 최대 전력 제한조건을 업데이트 하는 산정부를 포함할 수 있다. Wherein the interference control unit initializes a beamforming matrix of the wide area cell base station and a beamforming matrix of the small cell base station and calculates a power allocation vector of the wide area cell base station, a power allocation vector of the small cell base station, An initialization unit for initializing the maximum power limitation condition; A target transmission rate setting unit setting a target transmission rate of the wireless backhaul link so as not to be smaller than a transmission rate of the small cell; (SINR) of a received signal for each link of the wireless backhaul link, or updates a beamforming matrix of a wide area cell base station satisfying a preset criterion, and updates the beamforming matrix of the wireless backhaul link The power allocation vector of the user terminal belonging to the small cell which satisfies the target transmission rate of the small cell uplink at the minimum power as much as possible and the maximum power allocation vector Updating the power constraint condition and updating the beamforming matrix and the maximum power constraint of the small cell base station that maximizes the SINR or meets a predetermined criterion and updates the uplink and the small size of the wireless backhaul link A small cell which satisfies the target transmission rate of the cell downlink as a minimum power The power allocation vector of the base station, and the maximum power limitation condition.
또한, 또 다른 실시예에 따른 대역 내(in-band) 무선 백홀을 이용한 다계층 이종망의 상하향 링크 간섭제어 장치는, 각각의 소형셀 기지국이 광역셀 기지국의 도움 없이 상기 소형셀 기지국들의 위치정보를 이용하여 빔 형성 및 전력 분배를 최적화하도록 분산방식의 간섭제어를 수행하는 간섭 제어부를 포함하고, 기지국들의 송신 전력을 최소화하도록 상기 광역셀 기지국 및 상기 소형셀 기지국들의 빔 형성 및 전력 분배를 동시에 최적화할 수 있다. In addition, an apparatus for controlling uplink and downlink interference of a multi-layer heterogeneous network using an in-band wireless backhaul according to another embodiment is characterized in that each small cell base station is capable of receiving location information of the small cell base stations And an interference controller for performing distributed interference control so as to optimize beam forming and power distribution using the beamforming and power distribution of the base station and the small cell base stations, can do.
상기 간섭 제어부는, 상기 소형셀 기지국의 빔 형성 행렬, 상기 소형셀 기지국의 전력 할당 벡터 및 상기 사용자 단말의 전력 할당 벡터를 초기화하는 초기화부; 소형셀 상향 링크의 목표 전송률을 최소 전력으로 최대한 만족시키는 소형셀에 속한 사용자 단말의 전력 할당 벡터를 업데이트 하고, 무선 백홀 링크의 각 링크별 수신신호의 신호대간섭잡음비(Signal-To-Interference Plus Noise Ratio, SINR)의 최대화 또는 기설정된 기준을 만족하는 소형셀 기지국의 빔 형성 행렬을 업데이트 하며, 상기 무선 백홀 링크의 상향 링크 및 상기 소형셀 하향 링크의 목표 전송률을 최소 전력으로 최대한 만족시키는 소형셀 기지국의 전력 할당 벡터를 업데이트 하는 산정부를 포함할 수 있다. Wherein the interference control unit includes: an initialization unit for initializing a beamforming matrix of the small cell base station, a power allocation vector of the small cell base station, and a power allocation vector of the user terminal; The power allocation vector of a user terminal belonging to a small cell that satisfies the target transmission rate of the small-size cell uplink with the minimum power is updated, and the signal-to-interference plus noise ratio , SINR) or a beamforming matrix of a small cell base station that meets a predetermined criterion, and updates the beamforming matrix of the small cell base station satisfying the maximum transmission power of the uplink and the target transmission rate of the small- And a calculation unit for updating the power allocation vector.
고정형 빔 형성 행렬을 설계하여 광역셀 기지국의 빔 형성 행렬을 구하고, 고정형 전력 할당 행렬을 설계하여 광역셀 기지국의 전력 할당 벡터를 구하는 고정형 빔 형성 및 전력 할당 설계부를 더 포함할 수 있다. A fixed beam forming and power allocation designing unit for designing a fixed beam forming matrix to obtain a beamforming matrix of a wide area cell base station and a fixed power allocation matrix to obtain a power allocation vector of a wide area cell base station.
실시예들에 따르면 대역 내(in-band) 무선 백홀을 사용하는 다계층 이종망 시스템에서 발생하는 간섭요인들을 제어하기 위해 반전 시분할 다중접속(Reverse-TDD)을 이용하고, 기지국들의 다중 안테나 기술 및 전력 할당 기술을 통해 잔여 간섭 신호를 제어하는 대역 내 무선 백홀을 이용한 다계층 이종망의 상하향 링크 간섭제어 방법 및 장치를 제공할 수 있다. Embodiments use inverse time division multiple access (Reverse-TDD) to control interference factors occurring in a multi-layer heterogeneous network system using an in-band wireless backhaul, It is possible to provide a method and an apparatus for controlling uplink and downlink interference of a multi-layer heterogeneous network using an in-band wireless backhaul that controls a residual interference signal through a power allocation technique.
기술적 측면에서, 대역 내 무선 백홀 시스템의 간섭 제어를 통해 주파수 자원을 효율적으로 사용할 수 있으며, 소형셀 네트워크의 공간 재사용을 통한 전체 네트워크 용량증대를 달성할 수 있다. From the technical point of view, it is possible to efficiently use the frequency resources through the interference control of the in-band wireless backhaul system and achieve the increase of the total network capacity through the space reuse of the small cell network.
또한, 경제적 측면에서, 무선 백홀을 사용하여 유선 백홀의 설치비용을 줄일 수 있으며, 전력 최소화 방식의 간섭제어 방법을 통해 에너지 소비를 줄일 수 있다. In addition, from an economical point of view, it is possible to reduce the installation cost of a wired backhaul by using a wireless backhaul, and to reduce energy consumption through a power minimization interference control method.
도 1은 일 실시예에 따른 Reverse-TDD 기반의 2-계층 이종망 시스템을 나타내는 도면이다.
도 2는 일 실시예에 따른 무선 백홀을 사용하는 다계층 이종망에서 Reverse-TDD의 운용을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 일 실시예에 따른 중앙 집중식 간섭제어 방법을 사용하는 다계층 이종망의 상하향 링크 간섭제어 방법을 나타낸다.
도 4은 다른 실시예에 따른 분산방식의 간섭제어 방법을 사용하는 다계층 이종망의 상하향 링크 간섭제어 방법을 나타낸다.
도 5는 일 실시예에 따른 네트워크 지형도를 나타내는 도면이다.
도 6은 일 실시예에 따른 알고리즘의 수렴성을 나타내는 도면이다.
도 7은 일 실시예에 따른 최적 성능과의 전력소모 비교를 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 일 실시예에 따른 중앙 집중식 간섭제어 및 분산방식의 간섭제어 성능 비교를 나타내는 도면이다.
도 9는 일 실시예에 따른 소형셀 기지국(SBS) 안테나 수에 따른 전력소모 비교를 나타내는 도면이다.FIG. 1 is a diagram illustrating a reverse-TDD-based 2-layer heterogeneous network system according to an embodiment.
2 is a diagram for explaining the operation of reverse-TDD in a multi-layer heterogeneous network using a wireless backhaul according to an exemplary embodiment.
3 illustrates an uplink and downlink interference control method of a multi-layer heterogeneous network using a centralized interference control method according to an exemplary embodiment.
FIG. 4 illustrates an uplink and downlink interference control method of a multi-layer heterogeneous network using a dispersion-based interference control method according to another embodiment.
5 is a diagram of a network topology according to one embodiment.
6 is a diagram illustrating the convergence of the algorithm according to an embodiment.
7 is a diagram for explaining a power consumption comparison with an optimum performance according to an embodiment.
FIG. 8 is a diagram illustrating a comparison of interference control performance of a centralized interference control and dispersion scheme according to an embodiment.
9 is a diagram illustrating a comparison of power consumption according to the number of small cell base station (SBS) antennas according to an embodiment.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 실시예들을 설명한다. 그러나, 기술되는 실시예들은 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명되는 실시예들에 의하여 한정되는 것은 아니다. 또한, 여러 실시예들은 당해 기술분야에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 도면에서 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있다.Hereinafter, embodiments will be described with reference to the accompanying drawings. However, the embodiments described may be modified in various other forms, and the scope of the present invention is not limited by the embodiments described below. In addition, various embodiments are provided to more fully describe the present invention to those skilled in the art. The shape and size of elements in the drawings may be exaggerated for clarity.
본 명세서에서 본 발명의 실시예들을 기지국과 단말 간의 데이터 송신 및 수신의 관계를 중심으로 설명한다. 여기서, 기지국은 단말과 직접적으로 통신을 수행하는 네트워크의 종단 노드(terminal node)로서의 의미를 갖는다. 아래에서 기지국에 의해 수행되는 것으로 설명된 특정 동작은 경우에 따라서는 기지국의 상위 노드(upper node)에 의해 수행될 수도 있다.Embodiments of the present invention will be described herein with reference to the relationship between data transmission and reception between a base station and a terminal. Here, the BS has a meaning as a terminal node of a network that directly communicates with the MS. The particular operation described below to be performed by the base station may be performed by an upper node of the base station, as the case may be.
즉, 기지국을 포함하는 다수의 네트워크 노드들(network nodes)로 이루어지는 네트워크에서 단말과의 통신을 위해 수행되는 다양한 동작들은 기지국 또는 기지국 이외의 다른 네트워크 노드들에 의해 수행될 수 있음은 자명하다. '기지국(BS: Base Station)'은 고정국(fixed station), Node B, eNode B(eNB), 액세스 포인트(AP: Access Point) 등의 용어에 의해 대체될 수 있다. 또한, 아래에서 기지국이라는 용어는 셀 또는 섹터를 포함하는 개념으로 사용될 수 있다. 한편, 중계기는 Relay Node(RN), Relay Station(RS) 등의 용어에 의해 대체될 수 있다. '단말(Terminal)'은 UE(User Equipment), MS(Mobile Station), MSS(Mobile Subscriber Station), SS(Subscriber Station) 등의 용어로 대체될 수 있다.That is, it is apparent that various operations performed for communication with a terminal in a network composed of a plurality of network nodes including a base station can be performed by a network node other than the base station or the base station. A 'base station (BS)' may be replaced by a term such as a fixed station, a Node B, an eNode B (eNB), an access point (AP) Also, the term base station below can be used as a concept including a cell or a sector. Meanwhile, the repeater can be replaced by terms such as Relay Node (RN) and Relay Station (RS). The term 'terminal' may be replaced with terms such as UE (User Equipment), MS (Mobile Station), MSS (Mobile Subscriber Station), SS (Subscriber Station)
이하의 설명에서 사용되는 특정 용어들은 본 발명의 이해를 돕기 위해서 제공된 것이며, 이러한 특정 용어의 사용은 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위에서 다른 형태로 변경될 수 있다.The specific terminology used in the following description is provided to aid understanding of the present invention, and the use of such specific terminology may be changed into other forms without departing from the technical idea of the present invention.
몇몇의 경우, 본 발명의 개념이 모호해지는 것을 피하기 위하여 공지의 구조 및 장치는 생략되거나, 각 구조 및 장치의 핵심기능을 중심으로 한 블록도 형식으로 도시될 수 있다. 또한, 본 명세서 전체에서 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 도면 부호를 사용하여 설명한다.
In some instances, well-known structures and devices may be omitted or may be shown in block diagram form, centering on the core functionality of each structure and device, to avoid obscuring the concepts of the present invention. In the following description, the same components are denoted by the same reference numerals throughout the specification.
차세대 이동통신 시스템에서는 다수의 소형셀 기지국을 설치가 용이한 무선 백홀망과 함께 이용하여 면적당 용량을 증가시키는 기술이 각광을 받고 있다. 특히 접속 채널과 같은 주파수를 사용하는 대역 내(in-band) 무선 백홀 시스템의 경우, 무선 백홀과 접속 채널간의 간섭문제가 발생한다. 따라서 주어진 광역셀 기지국, 소형셀 기지국, 사용자의 송신전력 내에서 사용자들의 데이터 트래픽 요구량을 충족시키기 위한 최적의 간섭제어 기술이 필요하다. 아래의 실시예에서는 대역 내 무선 백홀 환경에서 상향 링크 및 하향 링크를 모두 고려하는 간섭제어 방법을 제안한다. In a next generation mobile communication system, a technique of increasing the capacity per area by using a plurality of small cell base stations together with a wireless backhaul network which is easy to install is attracting attention. In particular, for an in-band wireless backhaul system that uses the same frequency as the access channel, interference problems occur between the wireless backhaul and the access channel. Therefore, an optimal interference control technique is required to satisfy users' data traffic demands within a given wide cell base station, small cell base station, and user transmission power. The following embodiments propose an interference control method considering uplink and downlink in an in-band wireless backhaul environment.
제안한 시스템 모델은 광역셀 링크(무선 백홀 채널)와 소형셀 링크(접속 채널)를 동일 대역(in-band)에서 동시에 운용함으로써, 더 넓은 주파수 자원을 사용하도록 한다. 대신에 링크간 간섭문제가 발생하지만, 반전 시분할 다중접속(Reverse-Time Division Duplex, Reverse-TDD)을 사용함으로써, 상하향 링크 방향을 서로 반대로 하여 광역셀 기지국이 사용자들에게 미치는 간섭을 회피할 수 있다. 그 외의 간섭요인들은 다중 안테나를 사용한 빔 형성 기술과 전력 할당 기술을 통해 제어할 수 있다.The proposed system model uses a wider frequency resource by simultaneously operating a wide-area cell link (wireless backhaul channel) and a small cell link (connection channel) in the same band (in-band). However, by using Reverse-Time Division Duplex (Reverse-TDD), interference between the wide-area cell base station and the users can be avoided by reversing the direction of the uplink and downlink . Other interference factors can be controlled through beamforming techniques using multiple antennas and power allocation techniques.
광역셀 기지국에서 소형셀 기지국을 거쳐 사용자까지 연결되는 링크의 용량은 각 소형셀의 용량과 그에 해당하는 무선 백홀의 용량 중 작은 값에 의해 제한된다. 이러한 조건과 더불어 기지국들의 송신 전력을 최소화하도록 광역셀 기지국 및 모든 소형셀 기지국의 빔 형성 및 전력 분배를 동시에 최적화할 수 있다. 또한, 소형셀 기지국들의 위치정보만을 이용하여 각 소형셀 기지국이 광역셀 기지국의 도움 없이 빔 형성 및 전력 분배를 최적화할 수 있는 분산 방식의 간섭제어 방법을 제공할 수 있다.The capacity of a link connected from a wide area cell base station to a user via a small cell base station is limited by a small value of the capacity of each small cell and the capacity of the corresponding wireless backhaul. In addition to this condition, the beam forming and power distribution of the wide cell base station and all the small cell base stations can be simultaneously optimized to minimize the transmission power of the base stations. Also, it is possible to provide a decentralized interference control method in which each small cell base station can optimize beam forming and power distribution without using a wide area cell base station only by using position information of small cell base stations.
먼저, 아래에서 사용되는 기호에 대해 설명한다. First, the symbols used below are described.
은 광역셀 기지국(MBS)의 안테나 수이고, 은 소형셀 기지국(SBS)의 안테나 수이며, 은 소형셀 수이고, 은 소형셀 당 사용자 단말 수이며, 은 광역셀 기지국(MBS), 소형셀 기지국(SBS) 및 사용자 단말(UE)의 잡음전력이다. 그리고 은 광역셀 기지국(MBS)과 l 번째 소형셀 기지국(SBS) 사이의 복소 채널 행렬, 이며, 은 l 번째 소형셀 기지국(SBS)과 j 번째 소형셀의 k 번째 사용자 단말(UE) 사이의 복소 채널 벡터, 이고, 은 광역셀 기지국(MBS)의 빔 형성 행렬, 이며, 은 l 번째 소형셀 기지국(SBS)의 빔 형성 행렬, 이고, 은 광역셀 기지국(MBS)의 전력 할당 벡터, 이며, 은 l 번째 소형셀 기지국(SBS)의 전력 할당 벡터, 이고, 은 l 번째 소형셀에 속한 사용자 단말(UE)들의 전력 할당 벡터, 이다. 또한, 은 기댓값 연산자(Expectation operator)이며, 은 단위 행렬(Identity matrix)이고, 은 전치(transpose)/켤레 전치(conjugate transpose)이며, 함수 은 matrices pair 의 단위 표준을 갖는 지배적인 일반화된 고유 벡터를 나타낸다.
Is the number of antennas of the wide area cell base station MBS, Is the number of antennas of the small cell base station (SBS) Is a small cell number, Is the number of user terminals per small cell, Is the noise power of the wide area cell base station (MBS), the small cell base station (SBS) and the user terminal (UE). And Is a complex channel matrix between the wide area cell base station (MBS) and the l-th small-cell base station (SBS), Lt; Is a complex channel vector between the lth small cell base station (SBS) and the kth user terminal (UE) of the jth small cell, ego, A beamforming matrix of a wide area cell base station MBS, Lt; Is a beamforming matrix of the lth small cell base station (SBS) ego, A power allocation vector of the wide area cell base station MBS, Lt; Is the power allocation vector of the 1 st small cell base station (SBS) ego, The power allocation of the user terminal (UE) belonging to the l-th small cell vector, to be. Also, Is an expectation operator, silver Is an identity matrix, Is a transpose / conjugate transpose, Matrices pair Lt; RTI ID = 0.0 > normalized < / RTI >
도 1은 일 실시예에 따른 Reverse-TDD 기반의 2-계층 이종망 시스템을 나타내는 도면이다. FIG. 1 is a diagram illustrating a reverse-TDD-based 2-layer heterogeneous network system according to an embodiment.
도 1을 참조하면, 2-계층 이종망에서는 반전 시분할 다중접속(Reverse-TDD)을 사용하여 제1 계층(tier)과 제2 계층(tier)의 상향 링크(uplink, UL) 및 하향 링크(downlink, DL) 모드의 순서를 서로 엇갈리게 함으로써, 사용자 단말(User Equipment, UE)이 광역셀 기지국(Macro cell Base Station, MBS)으로 부터의 강한 간섭을 회피할 수 있도록 한다. 여기서, 제1 계층은 한 개의 광역셀 기지국(MBS)과 다수의 소형셀 기지국들(SBSs) 사이의 무선 백홀 링크이고, 제2 계층은 소형셀 기지국들(SBSs)과 각 소형셀에 할당된 사용자 단말들(UEs) 사이의 링크이다. Referring to FIG. 1, in a 2-layer heterogeneous network, an uplink (UL) and a downlink (UL) of a first tier and a second tier are established using an inverse time division multiple access (DL) mode are staggered from each other, so that a user equipment (UE) can avoid strong interference from a macro cell base station (MBS). Here, the first layer is a wireless backhaul link between one wide area cell base station (MBS) and a plurality of small cell base stations (SBSs), the second layer is a small backhaul link between small cell base stations (SBSs) And is a link between terminals UEs.
Reverse-TDD 기반의 2-계층 이종망 시스템에서는 Reverse-TDD를 기반으로 두 개의 타임 슬롯(time slot)을 번갈아 가며 상하향 링크 전송이 이루어질 수 있다. In a 2-layer heterogeneous network system based on reverse-TDD, uplink and downlink transmission can be performed alternately through two time slots based on reverse-TDD.
도 2는 일 실시예에 따른 무선 백홀을 사용하는 다계층 이종망에서 Reverse-TDD의 운용을 설명하기 위한 도면이다. 2 is a diagram for explaining the operation of reverse-TDD in a multi-layer heterogeneous network using a wireless backhaul according to an exemplary embodiment.
도 2a는 일 실시예에 따른 무선 백홀을 사용하는 다계층 이종망에서 Reverse-TDD의 타임 슬롯 1을 나타내며, 도 2b는 일 실시예에 따른 무선 백홀을 사용하는 다계층 이종망에서 Reverse-TDD의 타임 슬롯 2를 나타낸다. FIG. 2A illustrates
타임 슬롯 1에서는 제1 계층의 하향 링크 전송과 제2 계층의 상향 링크 전송이 이루어지며, 타임 슬롯 2에서는 타임 슬롯 1과 반대 방향의 전송이 이루어진다. 즉, 타임 슬롯 2에서는 제1 계층의 상향 링크 전송과 제2 계층의 하향 링크 전송이 이루어질 수 있다. In the
도 2a를 참조하면, 제1 계층 채널 모델을 확인할 수 있다. Referring to FIG. 2A, the first layer channel model can be confirmed.
개 안테나를 가진 광역셀 기지국(MBS, 210)과 개 안테나를 가진 l 번째 소형셀 기지국(SBS, 220) 사이의 하향 링크 채널 행렬 는 크기가 이며, 대규모(large-scale) 채널 이득 와 소규모(small-scale) 채널 이득 을 모두 포함할 수 있다. 여기서, 은 광역셀 기지국(MBS, 210)의 안테나 수이고, 은 소형셀 기지국(SBS, 220)의 안테나 수이다. A wide area cell base station (MBS) 210 having an antenna The downlink channel matrix between the l th small cell base station (SBS) 220 having two antennas Is the size , And a large-scale channel gain And small-scale channel gain May be included. here, Is the number of antennas of the wide area cell base station (MBS) 210, Is the number of antennas of the small cell base station (SBS) 220.
한편, 광역셀 기지국(MBS, 210)은 주로 높은 건물이나 산꼭대기에 설치되므로 제1 계층 채널의 소규모(small-scale) 채널은 원-링(one-ring) 채널로 모델링이 가능하며, 이 경우 채널 행렬은 다음 식과 같이 나타낼 수 있다.On the other hand, since the wide area cell base station (MBS) 210 is mainly installed in a high building or a mountain peak, a small-scale channel of the first layer channel can be modeled as a one-ring channel, The channel matrix can be expressed by the following equation.
[식 1][Formula 1]
여기서, 은 광역셀 기지국(MBS, 210)과 l 번째 소형셀 기지국(SBS, 220) 사이의 복소 채널 행렬, 이다. here, Is a complex channel matrix between the wide area cell base station (MBS, 210) and l-th small cell base stations (SBS, 220), to be.
그리고 l 번째 소형셀 기지국(SBS, 220)에 대한 채널 공분산 행렬은 로 나타낼 수 있으며, 다음 식과 같이 주어질 수 있다.And the channel covariance matrix for the 1 st small cell base station (SBS, 220) And can be given by the following equation.
[식 2][Formula 2]
여기서, 는 배열 조향 벡터(array steering vector)이며, 광역셀 기지국(MBS, 210)이 UPA(Uniform Planar Array)를 사용하는 경우 다음 식과 같이 나타낼 수 있다.here, Is an array steering vector, and when a wide area cell base station (MBS) 210 uses a UPA (Uniform Planar Array), it can be expressed as the following equation.
[식 3][Formula 3]
여기서, 은 전치(transpose)를 나타내고, 와 는 UPA의 가로 및 세로 방향의 안테나 수이다.here, Represents a transpose, Wow Is the number of antennas in the horizontal and vertical directions of the UPA.
한편, 제2 계층의 상향 링크 채널은 시분할 다중접속(Time Division Duplex, TDD) 시스템의 채널 가역성(reciprocity)에 의해 로 가정한다.On the other hand, the uplink channel of the second layer is divided into a plurality of uplink channels by a channel reciprocity of a time division duplex (TDD) .
도 2b를 참조하면, 제2 계층 채널 모델을 확인할 수 있다. Referring to FIG. 2B, the second layer channel model can be confirmed.
개 안테나를 가진 l 번째 소형셀 기지국(SBS, 220)과 단일 안테나를 가진 각 사용자 단말(UE, 240) 사이의 채널 벡터는 길이가 이며 대규모(large-scale) 채널 이득 와 소규모(small-scale) 채널 이득 로 구성된다. 여기서, 는 i.i.d. 레일리(Rayleigh) 채널로 모델링 할 수 있다. 이 경우 l 번째 소형셀(230)의 k 번째 사용자 단말(UE, 240)과 l 번째 소형셀 기지국(SBS, 220) 사이의 상향 링크 채널은 다음 식과 같이 나타낼 수 있다. The channel vector between the l th small cell base station (SBS, 220) having one antenna and each user terminal (UE, 240) having a single antenna has a length And a large-scale channel gain And small-scale channel gain . here, Can be modeled as an iid Rayleigh channel. Uplink channel between the k th user terminal in this case l in the second small cell (230) (UE, 240) and l-th small cell base stations (SBS, 220) can be expressed by the following equation.
[식 4][Formula 4]
여기서, 은 l 번째 소형셀 기지국(SBS, 220)과 j 번째 소형셀(230)의 k 번째 사용자 단말(UE, 240) 사이의 복소 채널 벡터, 이다. here, Is a complex channel vector between the lth small cell base station (SBS, 220) and the kth user terminal (UE, 240) of the jth
하향 링크 채널은 TDD 시스템의 채널 가역성에 의해 로 가정한다.
The downlink channel is determined by the channel reversibility of the TDD system .
각 링크별 수신신호의 신호대간섭잡음비(Signal-To-Interference Plus Noise Ratio, SINR)를 다음과 같이 표현할 수 있다. The signal-to-interference plus noise ratio (SINR) of the received signal for each link can be expressed as follows.
다시 도 2a를 참조하면, 타임 슬롯 1에서 l 번째 소형셀 기지국(SBS, 220)에 대한 광역셀 하향 링크(Macro cell Downlink)는 다음 식과 같이 나타낼 수 있다. 한편, 은 소형셀(230) 수이고, 은 소형셀(230) 당 사용자 단말 수이다.Referring again to Figure 2a, a wide area cell for the downlink in a
[식 5][Formula 5]
여기서, 은 광역셀 기지국(MBS, 210)의 전력 할당 벡터, 이고, 은 소형셀 기지국(SBS, 220)의 빔 형성 행렬, 이다. here, The power allocation vector of the wide area cell base station (MBS) 210, ego, A beamforming matrix of the small cell base station (SBS) 220, to be.
행렬 와 는 각각 다음 식과 같이 나타낼 수 있다.procession Wow Can be expressed by the following equations respectively.
[식 6][Formula 6]
여기서, 은 광역셀 기지국(MBS, 210)의 빔 형성 행렬, 이며, 은 l 번째 소형셀 기지국(SBS, 220)의 전력 할당 벡터, 이고, 은 l 번째 소형셀(230)에 속한 사용자 단말(UE, 240)들의 전력 할당 벡터, 이며, 은 단위 행렬(Identity matrix)이다. here, A beamforming matrix of the wide area cell base station (MBS) 210, Lt; Is the power allocation vector of the 1 st small cell base station (SBS, 220) ego, The power allocation vector of user terminals UE 240 belonging to the 1 st
타임 슬롯 1에서 l 번째 소형셀(230)의 k 번째 사용자 단말(UE, 240)의 상향 링크(Small cell Uplink)는 다음 식과 같이 나타낼 수 있다. The uplink (small cell uplink) of the kth user terminal (UE) 240 of the l th
[식 7][Equation 7]
여기서, 행렬 와 는 각각 다음 식과 같이 나타낼 수 있다.Here, Wow Can be expressed by the following equations respectively.
[식 8][Equation 8]
다시 도 2b를 참조하면, 타임 슬롯 2에서 l 번째 소형셀 기지국(SBS, 220)에 대한 광역셀 상향 링크(Macro cell Uplink)는 다음 식과 같이 나타낼 수 있다. Referring again to FIG. 2B, a macro cell uplink for the 1 st small cell base station (SBS) 220 in the
[식 9][Equation 9]
여기서, 행렬 와 는 각각 다음 식과 같이 나타낼 수 있다.Here, Wow Can be expressed by the following equations respectively.
[식 10][Equation 10]
타임 슬롯 2에서 l 번째 소형셀(230)의 k 번째 사용자 단말(UE, 240)의 소형셀 하향 링크(Small cell Downlink)는 다음 식과 같이 나타낼 수 있다. K th user terminal of the l-th
[식 11][Equation 11]
여기서, 와 는 각각 다음 식과 같이 나타낼 수 있다.here, Wow Can be expressed by the following equations respectively.
[식 12][Equation 12]
아래에서는 2-계층 이종망을 하나의 예를 들어 대역 내 무선 백홀을 이용한 다계층 이종망의 상하향 링크 간섭제어 방법 및 장치에 대해 설명한다. Hereinafter, an uplink and downlink interference control method and apparatus of a multi-layer heterogeneous network using a two-layer heterogeneous network, for example, an in-band wireless backhaul will be described.
2-계층 이종망의 빔 형성(Beam forming또는 Precoding) 및 전력 할당 설계 시 만족해야 할 조건은 다음과 같다. 1) 각 사용자 단말(UE)의 서비스 품질을 보장하기 위한 최소 전송률 조건, 2) 제1 계층의 각 링크별 전송률이 그에 해당하는 제2 계층의 소형셀 전송률 합보다 높아야 하는 조건 및 3) 광역셀 기지국(MBS), 소형셀 기지국(SBS) 및 사용자 단말(UE)별 최대 전송 전력 조건(최대 전력 조건)이다. 여기서, 빔(beam)은 송신단에서 안테나 배열에 곱하는 가중치 벡터에 따라 형성되는 안테나 패턴이다. The conditions to be satisfied in beam forming (precoding) and power allocation design of 2-layer heterogeneous network are as follows. 2) a condition that the transmission rate of each link of the first layer should be higher than the sum of the small cell rate of the second layer corresponding thereto, and 3) Is the maximum transmission power condition (maximum power condition) for the base station (MBS), the small cell base station (SBS) and the user terminal (UE). Here, the beam is an antenna pattern formed according to a weight vector multiplied by the antenna array at the transmitting end.
이러한 세 가지 조건을 고려하여 전력 최소화를 위한 최적화 문제를 만들면 다음과 같이 나타낼 수 있다.Considering these three conditions, the optimization problem for power minimization can be expressed as follows.
목적(objective)은 광역셀 기지국(MBS), 소형셀 기지국(SBS) 및 사용자 단말(UE)들의 모든 전송 전력의 합을 최소화하는 것이며, 다음 식과 같이 나타낼 수 있다. The objective is to minimize the sum of all transmission powers of a wide area cell base station (MBS), a small cell base station (SBS), and a user terminal (UE).
[식 13][Formula 13]
이 때, 제약 조건(constraints)은 백홀 용량 조건, 각 사용자 단말(UE)의 최소 목표 전송률(target rate) 조건, 그리고 최대 전력 제한조건이며, 다음 식과 같이 나타낼 수 있다. In this case, constraints are defined as a backhaul capacity condition, a minimum target rate condition of each user equipment (UE), and a maximum power limitation condition.
[식 14][Equation 14]
여기서, 는 각 사용자 단말(UE)에게 보장해야 하는 소형셀 하향 링크 목표 전송률이고, 는 각 사용자 단말(UE)에게 보장해야 하는 소형셀 상향 링크의 목표 전송률이다.
here, Is a small cell downlink target transmission rate that should be guaranteed to each user terminal (UE) Is a target transmission rate of a small cell uplink to be guaranteed to each user terminal (UE).
아래에서는 실행가능성(feasibility)을 보장하기 위해 수정된 문제를 제공한다. The following provides a revised problem to ensure feasibility.
상술한 [식 13] 문제는 목표 전송률 과 에 비해서 최대 전력조건이 충분하지 않을 경우, 실행 불가능한(infeasible) 문제가 될 수 있으며, 이러한 경우 문제를 풀 수 없다. 그러나 실행 불가능한 경우라도 활성화된(active) 사용자 단말(UE)이 존재하는 한 주어진 전력조건하에서 최대의 전송률을 보장하도록 빔 형성 및 전력 할당을 할 수 있어야 한다.The above-described [Expression 13] problem is that the target transmission rate and If the maximum power condition is not sufficient, it may be an infeasible problem, and in such a case, the problem can not be solved. However, even if it is not feasible, beam forming and power allocation should be possible to ensure the maximum data rate under a given power condition as long as there is an active user terminal (UE).
따라서 실행가능성을 항상 보장하는 문제로 수정하여 주어진 전력조건에서 목표 전송률을 최대한 만족하는 빔 형성 및 전력 할당을 설계하는 문제로 만든다. 그 후, 만약 실행 가능한(feasible) 문제로 판명되는 경우에는 추가적으로 전력 최소화 과정을 거치도록 하여 원래의 목적을 달성할 수 있도록 한다. 수정된 문제는 다음과 같이 나타낼 수 있다.Therefore, the problem is to design beam forming and power allocation satisfying the target transmission rate at a given power condition by modifying the problem to always guarantee the feasibility. Thereafter, if it turns out to be a feasible problem, an additional power minimization process is performed to achieve the original purpose. The modified problem can be described as follows.
목적(objective)은 모든 계층의 링크별 상하향 링크 SINR과 해당하는 목표(target) SINR의 최소비율을 최대화하는 것이며, 다음 식과 같이 나타낼 수 있다.The objective is to maximize the minimum ratio of uplink and downlink SINRs of all layers to the corresponding target SINR.
[식 15][Formula 15]
이 때, 제약 조건(constraints)은 최대 전력 제한조건이며, 다음 식과 같이 나타낼 수 있다. In this case, the constraints are maximum power limiting conditions and can be expressed as the following equation.
[식 16][Formula 16]
여기서, 이고, 또한 함수 는 중 가장 작은 값과 같다.here, Also, The Which is the smallest of the two.
문제로 제시된 [식 15]를 풀기 위해 중앙 집중식 간섭제어 방법과 분산방식의 간섭제어 방법을 제공할 수 있다.In order to solve [Expression 15] presented as a problem, a centralized interference control method and a decentralized interference control method can be provided.
중앙 집중식 간섭제어 방법(Centralized interference management) Centralized interference management method (Centralized interference management)
도 3은 일 실시예에 따른 중앙 집중식 간섭제어 방법을 사용하는 다계층 이종망의 상하향 링크 간섭제어 방법을 나타낸다. 3 illustrates an uplink and downlink interference control method of a multi-layer heterogeneous network using a centralized interference control method according to an exemplary embodiment.
도 3을 참조하면, 일 실시예에 따른 중앙 집중식 간섭제어 방법을 사용하는 다계층 이종망의 상하향 링크 간섭제어 방법은, 광역셀 기지국은 소형셀 기지국들로부터 네트워크 상의 채널 정보, 각 사용자 단말의 최소 목표 전송률(target rate) 조건 및 전력제한 조건에 대한 정보를 전달받는 단계(310), 광역셀 기지국에서 채널 정보를 이용하여 네트워크 전체의 빔 형성 및 전력 할당을 위한 중앙 집중식 간섭제어를 수행하는 단계(320), 및 최적화된 빔 형성 및 전력 할당에 대한 변수들을 각각 해당되는 소형셀 기지국에게 전달하는 단계(330)를 포함하여 이루어질 수 있다. Referring to FIG. 3, a method for controlling uplink and downlink interference of a multi-layer heterogeneous network using a centralized interference control method according to an exemplary embodiment of the present invention includes: (310) receiving information on a target rate condition and a power limitation condition, performing centralized interference control for beam forming and power allocation of the entire network using channel information in a wide area
각각의 상기 소형셀 기지국에서 해당 소형셀의 사용자 단말들에게 전력 할당 값을 전달하는 단계(340)를 더 포함할 수 있다.
And transmitting (340) the power allocation value to the user terminals of the small cell in each of the small cell bases.
아래에서 하나의 예를 들어 일 실시예에 따른 중앙 집중식 간섭제어 방법을 사용하는 다계층 이종망의 상하향 링크 간섭제어 방법을 보다 구체적으로 설명한다. 한편, 일 실시예에 따른 중앙 집중식 간섭제어 방법을 사용하는 다계층 이종망의 상하향 링크 간섭제어 장치는 정보 수집부, 간섭 제어부 및 전송부를 포함하여 이루어질 수 있다. 여기서, 정보 수집부, 간섭 제어부 및 전송부는 광역셀 기지국(MBS)에 포함되거나 광역셀 기지국(MBS)을 포함하는 장치로 이루어질 수 있다. Hereinafter, an uplink and downlink interference control method of a multi-layer heterogeneous network using a centralized interference control method according to one embodiment will be described in more detail. Meanwhile, an apparatus for controlling uplink and downlink interference of a multi-layer heterogeneous network using a centralized interference control method according to an exemplary embodiment may include an information collecting unit, an interference controlling unit, and a transmitting unit. Here, the information collecting unit, the interference control unit, and the transmitting unit may be comprised of a device included in a wide area cell base station (MBS) or a device including a wide area cell base station (MBS).
광역셀 기지국(MBS)은 채널 를 알고 있고, l 번째 소형셀 기지국(SBS)은 와 를 알고 있다고 가정한다. The wide area cell base station (MBS) , And the 1 st small cell base station (SBS) knows Wow .
단계(310)에서, 정보 수집부는 광역셀 기지국은 소형셀 기지국들로부터 네트워크 상의 채널 정보, 각 사용자 단말의 최소 목표 전송률(target rate) 조건 및 전력제한 조건에 대한 정보를 전달받을 수 있다. 즉, 광역셀 기지국(MBS)은 모든 소형셀 기지국(SBS)들로부터 정보를 전달받을 수 있다.In
단계(320)에서, 간섭 제어부는 광역셀 기지국에서 채널 정보를 이용하여 네트워크 전체의 빔 형성 및 전력 할당을 위한 중앙 집중식 간섭제어를 수행할 수 있다. 다시 말하면, 광역셀 기지국(MBS)에서 모든 채널 정보를 이용하여 네트워크 전체의 빔 형성 및 전력 할당 설계를 위한 중앙 집중식 간섭제어를 수행할 수 있다. 이 때, 전체 최적화 변수는 이다. In
특히, 다계층 이종망의 동일 대역에서 동시 운용이 가능하도록 반전 시분할 다중접속(Reverse-Time Division Duplex, Reverse-TDD)을 사용하여 각 계층(tier)의 상향 링크와 하향 링크의 방향을 서로 반대로 함에 따라 링크간 간섭을 회피할 수 있다. In particular, in order to enable simultaneous operation in the same band of a multi-layer heterogeneous network, the uplink and downlink directions of each tier are reversed by using reverse time division duplex (Reverse-TDD) It is possible to avoid inter-link interference.
단계(330)에서, 전송부는 최적화된 빔 형성 및 전력 할당에 대한 변수들을 각각 해당되는 소형셀 기지국에게 전달할 수 있다. 전송부는 소형셀 기지국의 빔 형성 행렬, 소형셀 기지국의 전력 할당 벡터, 및 소형셀에 속한 사용자 단말들의 전력 할당 벡터의 변수들을 소형셀 기지국에 전달할 수 있다.In
즉, 최적화된 빔 형성 및 전력 할당 변수들을 각각 해당되는 소형셀 기지국(SBS)에게 전달할 수 있다. 여기서 l 번째 소형셀 기지국(SBS)에 해당하는 변수는 이다. That is, the optimized beamforming and power allocation parameters can be transmitted to the corresponding small cell base station (SBS). Here, the variable corresponding to the l- th small cell base station (SBS) to be.
이에, 단계(340)에서 각각의 소형셀 기지국에서는 해당 소형셀의 사용자 단말들에게 전력 할당 값을 전달할 수 있다. 즉, 각 소형셀 기지국(SBS)은 해당 셀의 K 개 사용자 단말(UE)들에게 전력 할당 값을 전달할 수 있다. 여기서 해당변수는 이다.
Accordingly, in
다음의 표 1은 중앙 집중식 간섭제어 방법을 나타내는 알고리즘 1이다. The following Table 1 is the
[표 1][Table 1]
상기 광역셀 기지국에서 채널 정보를 이용하여 네트워크 전체의 빔 형성 및 전력 할당을 위한 중앙 집중식 간섭제어를 수행하는 단계(320)를 보다 구체적으로 설명한다. (320) of performing centralized interference control for beamforming and power allocation of the entire network using the channel information in the wide area cell base station will be described in detail.
간섭 제어부는 초기화부, 목표 전송률 설정부 및 산정부를 포함하여 이루어질 수 있다. The interference control unit may include an initialization unit, a target rate setting unit, and a calculation unit.
초기화부는 광역셀 기지국의 빔 형성 행렬과 소형셀 기지국의 빔 형성 행렬을 초기화할 수 있다. 그리고 광역셀 기지국의 전력 할당 벡터, 소형셀 기지국의 전력 할당 벡터, 사용자 단말의 전력 할당 벡터 및 최대 전력 제한조건을 초기화할 수 있다. The initialization unit may initialize the beamforming matrix of the wide cell base station and the beamforming matrix of the small cell base station. Then, the power allocation vector of the wide area cell base station, the power allocation vector of the small cell base station, the power allocation vector of the user terminal, and the maximum power limitation condition can be initialized.
목표 전송률 설정부는 무선 백홀 링크의 목표 전송률을 소형 셀의 전송률보다 작지 않도록 설정할 수 있다. The target transmission rate setting unit may set the target transmission rate of the wireless backhaul link so as not to be smaller than the transmission rate of the small cell.
산정부는 무선 백홀 링크의 각 링크별 수신신호의 신호대간섭잡음비(Signal-To-Interference Plus Noise Ratio, SINR)의 최대화 또는 기설정된 기준을 만족하는 광역셀 기지국의 빔 형성 행렬을 업데이트 할 수 있다. The estimation unit may update the signal-to-interference plus noise ratio (SINR) of the received signal for each link of the wireless backhaul link or update the beamforming matrix of the wide area cell base station satisfying a predetermined criterion.
그리고 산정부는 무선 백홀 링크의 하향 링크의 목표 전송률을 최소 전력으로 최대한 만족시키는 광역셀 기지국의 전력 할당 벡터를 업데이트 할 수 있다. Then, the estimator can update the power allocation vector of the wide area cell base station satisfying the target transmission rate of the wireless backhaul link with the minimum power as much as possible.
이후, 산정부는 소형셀 상향 링크의 목표 전송률을 최소 전력으로 최대한 만족시키는 소형셀에 속한 사용자 단말의 전력 할당 벡터 및 최대 전력 제한조건을 업데이트 할 수 있다. Thereafter, the estimating unit may update the power allocation vector and the maximum power limitation condition of the user terminal belonging to the small cell that satisfies the target transmission rate of the small cell uplink with the minimum power as much as possible.
그리고 산정부는 신호대간섭잡음비(SINR)의 최대화 또는 기설정된 기준을 만족하는 소형셀 기지국의 빔 형성 행렬 및 최대 전력 제한조건을 업데이트 할 수 있다. The estimator may update the beamforming matrix and the maximum power constraint of the small cell base station that maximizes the signal-to-interference-plus-noise ratio (SINR) or meets predetermined criteria.
이후, 산정부는 무선 백홀 링크의 상향 링크 및 소형셀 하향 링크의 목표 전송률을 최소 전력으로 최대한 만족시키는 소형셀 기지국의 전력 할당 벡터 및 최대 전력 제한조건을 업데이트할 수 있다. Then, the estimator can update the power allocation vector and the maximum power limitation condition of the small cell base station that satisfies the target transmission rate of the uplink and the small cell downlink of the wireless backhaul link with the minimum power as much as possible.
이는 기설정된 수렴조건을 만족할 때까지 반복할 수 있다. This can be repeated until a predetermined convergence condition is satisfied.
이에 따라 기지국들의 송신 전력을 최소화하도록 광역셀 기지국 및 소형셀 기지국들의 빔 형성 및 전력 분배를 동시에 최적화할 수 있다.
Accordingly, it is possible to simultaneously optimize the beam forming and the power distribution of the wide cell base station and the small cell base stations so as to minimize the transmission power of the base stations.
분산 방식의 간섭제어 방법(Distributed interference management)Distributed interference management (Distributed interference management)
소형셀 수가 많아지고 기지국의 안테나 수가 많아질수록 중앙 집중식 간섭제어 수행을 위한 채널 정보 교환량 및 알고리즘 계산 복잡도가 매우 높아지게 되어 현실적인 시스템에서 사용하는 것이 힘들어진다.As the number of small cells increases and the number of antennas of the base station increases, the channel information exchange amount for performing centralized interference control and the computational complexity of the algorithm become very high, making it difficult to use in a realistic system.
광역셀 기지국(MBS)의 빔 형성 행렬 F와 전력 할당 벡터 q를 소형셀 기지국(SBS)들의 위치정보에 기반한 설계를 통해 순시 채널 정보와 상관없이 고정시킴으로써 광역셀 기지국(MBS)과 소형셀 기지국(SBS) 사이에 필요한 순시 채널 정보 교환의 부담을 없애고, 중앙 집중식 간섭제어 방법의 계산 복잡도를 각 소형셀 기지국(SBS)으로 분산시켜 현실적인 시스템에서 사용 가능하도록 할 수 있다.The beamforming matrix F of the wide area cell base station MBS and the power allocation vector q are fixed by the design based on the location information of the small cell base stations SBS, regardless of the instantaneous channel information, SBS), and the computational complexity of the centralized interference control method can be distributed to each small cell base station (SBS) so that it can be used in a realistic system.
이는 제1 계층의 무선 백홀 채널이 좁은 확산 각도(angular spread) 특성으로 인해 위치정보와 밀접한 관련이 있으며, 대량의 안테나를 사용하는 경우 채널 하드닝(channel hardening) 효과로 인해 소규모(small-scale) 페이딩(fading)이 사라지는 효과를 이용하여 가능하다.
This is because the first-layer wireless backhaul channel is closely related to the location information due to the narrow angular spread characteristic, and when using a large number of antennas, the channel hardening effect causes a small-scale, It is possible to use the effect of disappearing fading.
도 4은 다른 실시예에 따른 분산방식의 간섭제어 방법을 사용하는 다계층 이종망의 상하향 링크 간섭제어 방법을 나타낸다. FIG. 4 illustrates an uplink and downlink interference control method of a multi-layer heterogeneous network using a dispersion-based interference control method according to another embodiment.
도 4를 참조하면, 다른 실시예에 따른 분산방식의 간섭제어 방법을 사용하는 다계층 이종망의 상하향 링크 간섭제어 방법은, 대역 내(in-band) 무선 백홀을 이용한 다계층 이종망의 상하향 링크 간섭제어 방법은, 각각의 소형셀 기지국이 광역셀 기지국의 도움 없이 소형셀 기지국들의 위치정보를 이용하여 빔 형성 및 전력 분배를 최적화하도록 분산방식의 간섭제어를 수행하는 단계(410)를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 4, a method for controlling uplink and downlink interference of a multi-layer heterogeneous network using a dispersion-based interference control method according to another embodiment includes uplink and downlink interference control of an in- The interference control method may include a
각각의 소형셀 기지국에서 해당 소형셀의 사용자 단말들에게 전력 할당 값을 전달하는 단계(420)를 더 포함하고, 기지국들의 송신 전력을 최소화하도록 광역셀 기지국 및 소형셀 기지국들의 빔 형성 및 전력 분배를 동시에 최적화할 수 있다.
And transmitting (420) the power allocation value to the user terminals of the small cell in each small cell base station. The beam forming and power distribution of the wide cell base station and the small cell base stations are minimized to minimize the transmission power of the base stations. It can be optimized at the same time.
아래에서 하나의 예를 들어 다른 실시예에 따른 분산방식의 간섭제어 방법을 사용하는 다계층 이종망의 상하향 링크 간섭제어 방법을 보다 구체적으로 설명한다. 한편, 다른 실시예에 따른 분산방식의 간섭제어 방법을 사용하는 다계층 이종망의 상하향 링크 간섭제어 장치는 간섭 제어부 및 전송부를 포함하여 이루어질 수 있다. 여기서, 간섭 제어부 및 전송부는 소형셀 기지국(SBS)에 포함되거나 소형셀 기지국(SBS)을 포함하는 장치로 이루어질 수 있다. Hereinafter, an uplink / downlink interference control method of a multi-layer heterogeneous network using an interference control method of a distributed system according to another embodiment will be described in more detail. Meanwhile, an uplink and downlink interference control apparatus of a multi-layer heterogeneous network using a distributed interference control method according to another embodiment may include an interference control unit and a transmission unit. Here, the interference controller and the transmitter may be comprised of a small cell base station (SBS) or a small cell base station (SBS).
단계(410)에서, 간섭 제어부는 각각의 소형셀 기지국이 광역셀 기지국의 도움 없이 소형셀 기지국들의 위치정보를 이용하여 빔 형성 및 전력 분배를 최적화하도록 분산방식의 간섭제어를 수행할 수 있다.In
특히, 다계층 이종망의 동일 대역에서 동시 운용이 가능하도록 반전 시분할 다중접속(Reverse-Time Division Duplex, Reverse-TDD)을 사용하여 각 계층(tier)의 상향 링크와 하향 링크의 방향을 서로 반대로 함에 따라 링크간 간섭을 회피할 수 있다. In particular, in order to enable simultaneous operation in the same band of a multi-layer heterogeneous network, the uplink and downlink directions of each tier are reversed by using reverse time division duplex (Reverse-TDD) It is possible to avoid inter-link interference.
단계(420)에서, 전송부는 각각의 소형셀 기지국에서 해당 소형셀의 사용자 단말들에게 전력 할당 값을 전달할 수 있다.
In
1) 고정형 빔 형성 행렬 설계방법1) Fixed beamforming matrix Design Method
제1 계층의 각 무선 백홀 채널의 채널 공분산 행렬 은 광역셀 기지국(MBS)의 배열 응답 벡터(array response vector)와 소형셀 기지국(SBS) 위치 및 확산 각도(angular spread)를 알고 있는 경우 [식 2]를 이용하여 계산 가능하다.The channel covariance matrix of each wireless backhaul channel of the first tier Can be calculated using Equation (2) if the array response vector of the wide area cell base station (MBS) and the location of the small cell base station (SBS) and the angular spread are known.
한편, 대량의 안테나를 사용하는 경우의 대용량 다중 입력 다중 출력(massive Multi Input Multi Output, massive MIMO) 이론에 의해 소규모(small-scale) 페이딩(fading)이 사라지는 효과가 있으며, 이에 따라 소형셀 기지국(SBS) 위치정보에 의존하는 채널 공분산 행렬을 이용하여 제1 계층의 내부-계층(intra-tier) 간섭제어 및 빔 형성 이득을 얻을 수 있다.Meanwhile, small-scale fading disappears due to the massive multi-input multi-output (MIMO) theory when a large number of antennas are used, The intra-tier interference control and the beamforming gain of the first layer can be obtained by using the channel covariance matrix depending on the SBS position information.
고정형 빔 형성 행렬 를 구성하는 열 벡터들은 SINR을 최대화 하는 경우 다음 식과 같이 구할 수 있다.Fixed Beamforming Matrix Can be obtained as shown in the following equation when the SINR is maximized.
[식 17][Formula 17]
여기서, 함수 은 matrices pair의 단위 표준을 갖는 지배적인 일반화된 고유 벡터를 나타낸다. 그리고, 이다. Here, Matrices pair Lt; RTI ID = 0.0 > normalized < / RTI > And, to be.
2) 고정형 전력 할당 벡터 설계방법2) fixed power allocation vector Design Method
제1 계층 링크의 목표 전송률을 만족하기 위한 고정형 전력 할당 은 다음 식과 같이 구할 수 있다.A fixed power allocation for satisfying a target transmission rate of the first layer link Can be obtained by the following equation.
[식 18][Formula 18]
여기서, 이며, j 번째 소형셀 기지국(SBS)에 대하여 가 가지는 통계적 빔 형성 이득 은 다음 식과 같이 계산할 수 있다.here, , And for the j- th small cell base station (SBS) The statistical beam forming gain Can be calculated as follows.
[식 19][Formula 19]
또한, 는 다음 식과 같이 정의할 수 있다. Also, Can be defined as follows.
[식 20][Formula 20]
한편, 채널의 공분산 정보만 이용하여 설계하면 순간적으로 채널상황이 좋지 않아 제1 계층의 목표 전송률을 만족시키지 못하는 경우가 발생할 수 있다. 이러한 경우를 대비하여 페이딩 여유(fading margin) 을 도입하며, 광역셀 기지국(MBS) 안테나 수가 증가할수록 채널 하드닝(channel hardening) 효과로 인해 값을 줄일 수 있다.On the other hand, if only the covariance information of the channel is designed, it may happen that the channel condition is not instantly available and the target transmission rate of the first layer can not be satisfied. In this case, the fading margin And the channel hardening effect as the number of MBS antennas increases. You can reduce the value.
다음의 표 2는 분산방식의 간섭제어 방법을 나타내는 알고리즘 2이다. The following Table 2 is
[표 2][Table 2]
상기 소형셀 기지국들의 위치정보를 이용하여 빔 형성 및 전력 분배를 최적화하도록 분산방식의 간섭제어를 수행하는 단계(410)를 보다 구체적으로 설명한다. (410) performing dispersion-based interference control to optimize beamforming and power distribution using the location information of the small cell base stations will be described in more detail.
간섭 제어부는 초기화부 및 산정부를 포함하여 이루어질 수 있다. The interference control unit may include an initialization unit and a calculation unit.
초기화부는 소형셀 기지국의 빔 형성 행렬, 소형셀 기지국의 전력 할당 벡터 및 사용자 단말의 전력 할당 벡터를 초기화할 수 있다. The initialization unit may initialize the beamforming matrix of the small cell base station, the power allocation vector of the small cell base station, and the power allocation vector of the user terminal.
산정부는 소형셀 상향 링크의 목표 전송률을 최소 전력으로 최대한 만족시키는 소형셀에 속한 사용자 단말의 전력 할당 벡터를 업데이트 할 수 있다. The estimating unit may update the power allocation vector of the user terminal belonging to the small cell that satisfies the target transmission rate of the small cell uplink with the minimum power as much as possible.
이후, 산정부는 무선 백홀 링크의 각 링크별 수신신호의 신호대간섭잡음비(Signal-To-Interference Plus Noise Ratio, SINR)의 최대화 또는 기설정된 기준을 만족하는 소형셀 기지국의 빔 형성 행렬을 업데이트 할 수 있다. Thereafter, the estimator may update the signal-to-interference plus noise ratio (SINR) of the received signal for each link of the wireless backhaul link or update the beamforming matrix of the small cell base station satisfying a predetermined criterion .
그리고 산정부는 무선 백홀 링크의 상향 링크 및 소형셀 하향 링크의 목표 전송률을 최소 전력으로 최대한 만족시키는 소형셀 기지국의 전력 할당 벡터를 업데이트 할 수 있다. 이는, 기설정된 수렴조건을 만족할 때까지 반복할 수 있다. Then, the estimator can update the power allocation vector of the small cell base station that satisfies the target transmission rate of the uplink and the small cell downlink of the wireless backhaul link with the minimum power as much as possible. This can be repeated until a predetermined convergence condition is satisfied.
한편, 실시예에 따라 간섭 제어부는 고정형 빔 형성 행렬을 설계하여 광역셀 기지국의 빔 형성 행렬을 구하고, 고정형 전력 할당 행렬을 설계하여 광역셀 기지국의 전력 할당 벡터를 구하는 고정형 빔 형성 및 전력 할당 설계부를 더 포함할 수 있다.
Meanwhile, according to an embodiment, the interference controller calculates a beamforming matrix of a wide area cell base station by designing a fixed beamforming matrix, and design a fixed power allocation matrix to obtain a fixed beamforming and power allocation design unit .
다음은 시뮬레이션 결과를 나타낸다. The following shows the simulation results.
여기서, 광역셀 기지국(MBS)은 UPA 사용하고, 경로 손실(path-loss)은 다음 식과 같이 가정할 수 있다. Here, the wide area cell base station (MBS) uses UPA, and the path loss can be assumed to be as follows.
[식 21][Formula 21]
여기서, 는 광역셀 기지국(MBS)과 l 번째 소형셀 기지국(SBS) 사이의 거리를 미터 단위로 나타낸 것이며, 는 l 번째 소형셀 기지국(SBS)과 j 번째 소형셀의 k 번째 사용자 단말(UE) 사이의 거리를 나타낸 것이다.here, Will showing a distance between the wide area cell base station (MBS) and the l-th small-cell base station (SBS) in meters, Is the distance between the lth small cell base station (SBS) and the kth user terminal (UE) of the jth small cell.
아래 표 3의 두 가지 파라미터 집합을 사용하였으며, 상향 링크의 목표 전송률은 항상 하향 링크 목표 전송률의 0.5배로 설정하였다. 분산방식의 간섭제어의 경우 페이딩 여유(fading margin)는 dB로 설정하였다.The set of two parameters shown in Table 3 below is used, and the target transmission rate of the uplink is always set to 0.5 times the downlink target transmission rate. In the case of distributed interference control, the fading margin is dB.
표 3은 시뮬레이션 파라미터를 나타낸다. Table 3 shows the simulation parameters.
[표 3][Table 3]
도 5는 일 실시예에 따른 네트워크 지형도를 나타내는 도면이다. 5 is a diagram of a network topology according to one embodiment.
본 시뮬레이션에서는 두 가지 네트워크 지형도를 고려하며, 도 5a는 파라미터 집합 A의 네트워크 지형도를 나타내고, 도 5b는 파라미터 집합 B의 네트워크 지형도를 나타낸다.In this simulation, two network topographical diagrams are considered. FIG. 5A shows a network topology of the parameter set A, and FIG. 5B shows a network topology of the parameter set B. FIG.
파라미터 집합 A는 3개의 소형셀이 존재하며, 파라미터 집합 B는 8개의 소형셀이 존재하고 각 소형셀에는 2개의 사용자 단말(UE)(점으로 도면에 표시)이 존재한다.
There are three small cells in the parameter set A, eight small cells in the parameter set B, and two user terminals UE (shown in the figure) in each small cell.
도 6은 일 실시예에 따른 알고리즘의 수렴성을 나타내는 도면이다. 6 is a diagram illustrating the convergence of the algorithm according to an embodiment.
도 6a는 중앙 집중식 간섭제어를 나타내고, 도 6b는 분산방식의 간섭제어를 나타내며, 이를 통해 두 가지 간섭제어 알고리즘의 수렴 성능을 확인할 수 있다. 여기서 수렴조건은 전체 전력 소모의 합으로 정한 경우이다. FIG. 6A shows a centralized interference control, and FIG. 6B shows a dispersion-based interference control, whereby the convergence performance of two interference control algorithms can be confirmed. Here, the convergence condition is the sum of the total power consumption.
도 6b에 도시된 바와 같이, 분산방식의 간섭제어의 경우 첫 번째 소형셀에 대한 값만 나타내었다.As shown in FIG. 6B, in the case of the interference control of the dispersion scheme, Value only.
중앙 집중식 간섭제어 및 분산방식의 간섭제어의 두 알고리즘 모두 전체 전력 소모량이 단조롭게 감소하다가 수렴하는 것을 확인할 수 있다. 분산방식의 간섭제어의 경우, 중앙 집중식 간섭제어에 비해 최적화 변수의 자유도가 현저히 줄어들었으므로 수렴속도도 매우 빨라진 것을 확인할 수 있다.
Both algorithms, centralized interference control and distributed interference control, show that the overall power consumption decreases monotonically and converges. In the case of dispersion-based interference control, the convergence speed is also very fast since the degree of freedom of the optimization variable is significantly reduced as compared with the centralized interference control.
도 7은 일 실시예에 따른 최적 성능과의 전력소모 비교를 설명하기 위한 도면이다. 7 is a diagram for explaining a power consumption comparison with an optimum performance according to an embodiment.
도 7을 참조하면, 파라미터 집합 A를 사용한 경우의 최적 성능과 전력소모를 비교하며, 상술한 최적화 문제 [식 13]을 브루트 포스(brute force) 접근(approaches)으로 푼 경우와 상술한 알고리즘 1의 전력소모를 비교한다. Referring to FIG. 7, the optimum performance and power consumption are compared in the case of using the parameter set A, and the above-described optimization problem (13) is solved for brute force approaches and the
브루트 포스(brute force)는 최적화 문제를 MATLAB의 fmincon 함수를 이용하여 직접 풀어보았을 때의 성능이며 주어진 문제의 국부적 최적(local optimal) 성능으로 간주한다. 이 방법은 실제로는 수렴성이 보장되지 않고 계산복잡도가 높아 파라미터 값이 비교적 적은 파라미터 집합 A를 사용하여 수렴하는 경우만 골라서 평균 값을 계산했다.The brute force is the performance when solving optimization problems directly with MATLAB's fmincon function and is considered to be the local optimal performance of the given problem. In this method, the average value is calculated only when the convergence is achieved using the parameter set A having a relatively low parameter value because the convergence is not guaranteed and the calculation complexity is high.
또한, 대역 외 무선 백홀 시스템에 대한 최적화 결과도 나타내었으며, 이 경우 무선 백홀과 접속 채널 사이의 대역폭을 다양한 레벨로 분할하는 비율과 빔 형성 및 전력 할당을 최적화하였다.In addition, optimization results for the out-of-band wireless backhaul system are shown, in which case the bandwidth division ratio between the wireless backhaul and the access channel is optimized and beamforming and power allocation are optimized.
중앙 집중식 간섭제어 방법(알고리즘 1)을 이용하는 대역 내 무선 백홀 시스템이 대역 외 무선 백홀 시스템보다 전력소모를 줄일 수 있다.An in-band wireless backhaul system using a centralized interference control method (algorithm 1) can consume less power than an out-of-band wireless backhaul system.
대역 내 무선 백홀 시스템의 성능을 비교해보면, 하향 링크 목표 전송률(target rate) = 80 Mbps 기준으로 중앙 집중식 간섭제어 방법(알고리즘 1)이 브루트 포스(brute force)를 이용한 성능에 약 0.63 dB차이만큼 가깝다는 것을 확인할 수 있다.
A comparison of the performance of the in-band wireless backhaul system shows that the centralized interference control method (Algorithm 1) at the target downlink target rate = 80 Mbps has a difference of about 0.63 dB compared to the performance using the brute force It can be confirmed that it is close.
도 8은 일 실시예에 따른 중앙 집중식 간섭제어 및 분산방식의 간섭제어 성능 비교를 나타내는 도면이다. FIG. 8 is a diagram illustrating a comparison of interference control performance of a centralized interference control and dispersion scheme according to an embodiment.
도 8을 참조하면, 파라미터 집합 B를 사용하여 중앙 집중식 간섭제어(알고리즘 1) 및 분산방식의 간섭제어(알고리즘 2)의 성능을 비교할 수 있다. Referring to FIG. 8, the performance of the centralized interference control (Algorithm 1) and the distributed interference control (Algorithm 2) can be compared using the parameter set B.
도 8a에 도시된 바와 같이, 분산방식의 간섭제어(알고리즘 2)는 광역셀 기지국(MBS)와 소형셀 기지국(SBS) 사이의 정보교환이 필요 없고, 계산 복잡도 또한 중앙 집중식 간섭제어(알고리즘 1) 방식보다 더 낮은 대신, 2.2 dB 많은 전력을 소비한다.8A, the distributed interference control (algorithm 2) requires no information exchange between the wide area cell base station MBS and the small cell area base station SBS, and the calculation complexity is also controlled by the centralized interference control (algorithm 1) Instead of lower than the scheme, it consumes 2.2 dB more power.
또한, 를 150개에서 200개로 증가시키는 경우 전체 전력 소모는 약 0.9 dB 줄어들게 되어 실행 가능한 전송률 영역(feasible rate region)이 늘어나게 된다. Also, Is increased from 150 to 200, the total power consumption is reduced by about 0.9 dB, thereby increasing the feasible rate region.
이와 동시에, 도 8b는 각 링크별 달성 가능한 전송률(rate)과 목표 전송률의 차이를 모두 합한 것이다. 낮은 목표 전송률 영역에서는 중앙 집중식 간섭제어(알고리즘 1) 및 분산방식의 간섭제어(알고리즘 2) 모두 조건을 만족하는 것을 확인할 수 있고, 분산 방식의 간섭제어(알고리즘 2)는 중앙 집중식 간섭제어(알고리즘 1)가 보장하는 최대 목표 전송률 영역의 약 90%를 달성하는 것을 확인할 수 있다.
At the same time, FIG. 8B shows the sum of the difference between the achievable transmission rate and the target transmission rate for each link. It can be seen that both the centralized interference control (Algorithm 1) and the distributed interference control (Algorithm 2) satisfy the conditions in the low target rate region and the decentralized interference control (Algorithm 2) ) Achieves about 90% of the maximum target transmission rate range guaranteed by the present invention.
도 9는 일 실시예에 따른 소형셀 기지국(SBS) 안테나 수에 따른 전력소모 비교를 나타내는 도면이다. 9 is a diagram illustrating a comparison of power consumption according to the number of small cell base station (SBS) antennas according to an embodiment.
도 9를 참조하면, 파라미터 집합 B 사용한 경우를 나타내며, 소형셀 기지국(SBS) 안테나 수가 두 배 증가할 때마다 전체 전력 소모가 약 두 배(3 dB)씩 줄어드는 것을 확인할 수 있다. 이는 소형셀 기지국(SBS) 안테나 수의 변화가 제1 계층과 제2 계층의 상하향 링크 성능 모두에 영향을 미치기 때문이다. 따라서 제안한 중앙 집중식 간섭제어(알고리즘 1) 및 분산방식의 간섭제어(알고리즘 2)은 소형셀 기지국(SBS) 안테나 수를 증가시킬수록 실행 가능한 목표 전송률 영역을 증가시킬 수 있을 것으로 기대된다.
Referring to FIG. 9, it is shown that the parameter set B is used, and the total power consumption is reduced by about twice (3 dB) each time the number of small cell base station (SBS) antennas is doubled. This is because the change in the number of small cell base station (SBS) antennas affects both the uplink and downlink performance of the first layer and the second layer. Therefore, it is expected that the proposed centralized interference control algorithm (Algorithm 1) and the distributed interference control algorithm (Algorithm 2) will increase the target target transmission rate range as the number of small cell base station (SBS) antennas increases.
차세대 이동통신 망에서는 점점 셀의 크기가 줄어들면서 그 수는 증가하는 형태가 되고 있다. 수많은 소형셀 기지국을 백홀을 통해 네트워크에 연결해야 하는데, 이 때 유선 백홀 시스템보다 설치와 운용의 자유도가 높은 무선 백홀 시스템에 관련된 기술들이 최근 활발하게 개발되고 있으며 수년 이내에 관련 시장이 크게 각광 받을 것으로 기대된다.In a next generation mobile communication network, the number of cells is gradually decreasing and the number of cells is increasing. Many small cell basestations need to be connected to the network through backhaul. At this time, technology related to wireless backhaul system, which has more freedom of installation and operation than wired backhaul system, is being actively developed and it is expected that related market do.
광역셀 기지국에서 모든 링크에 대한 최적의 빔 형성 및 전력 분배를 하기 위해서는 소형셀 기지국들과의 채널 정보교환이 필요하다. 그러나 수시로 많은 양의 정보를 교환하려면 큰 오버헤드가 따르므로, 본 실시예에서는 실용성을 고려하여 분산방식의 간섭제어 방법을 추가로 제공하였다. 이를 통해 시스템 오버헤드와 계산 복잡도를 줄일 수 있고, 각 소형셀 기지국은 광역셀 기지국의 도움 없이 자체적으로 간섭제어를 할 수 있다. 따라서 통신 사업자의 네트워크 운용의 자율성이 높아진다. In order to perform optimal beamforming and power allocation for all links in a wide area cell base station, it is necessary to exchange channel information with small cell base stations. However, since large overhead is required to exchange a large amount of information from time to time, the present embodiment further provides a decentralized interference control method in consideration of practicality. This reduces system overhead and computational complexity, and each small cell base station can perform its own interference control without the help of a wide area cell base station. Therefore, autonomy of the network operation of the telecommunication service provider is enhanced.
이에, 가까운 미래에는 버스, 기차 또는 무인 이동체 등에 다중 안테나를 장착한 고정 및 이동형 소형셀 기지국들이 중계기의 형태로 등장할 것으로 예상되며, 본 특허의 간섭제어 기술을 통해 다수의 고정 및 이동형 소형셀 기지국들을 무선 백홀을 통해 운용하는 통신사업이 가능할 것으로 예상된다.
In the near future, fixed and mobile small cell base stations equipped with multiple antennas such as buses, trains or unmanned mobile stations are expected to emerge in the form of repeaters. Through the interference control technology of the present patent, To operate wireless backhaul.
이상에서 설명된 장치는 하드웨어 구성요소, 소프트웨어 구성요소, 및/또는 하드웨어 구성요소 및 소프트웨어 구성요소의 조합으로 구현될 수 있다. 예를 들어, 실시예들에서 설명된 장치 및 구성요소는, 예를 들어, 프로세서, 컨트롤러, ALU(arithmetic logic unit), 디지털 신호 프로세서(digital signal processor), 마이크로컴퓨터, FPA(field programmable array), PLU(programmable logic unit), 마이크로프로세서, 또는 명령(instruction)을 실행하고 응답할 수 있는 다른 어떠한 장치와 같이, 하나 이상의 범용 컴퓨터 또는 특수 목적 컴퓨터를 이용하여 구현될 수 있다. 처리 장치는 운영 체제(OS) 및 상기 운영 체제 상에서 수행되는 하나 이상의 소프트웨어 애플리케이션을 수행할 수 있다. 또한, 처리 장치는 소프트웨어의 실행에 응답하여, 데이터를 접근, 저장, 조작, 처리 및 생성할 수도 있다. 이해의 편의를 위하여, 처리 장치는 하나가 사용되는 것으로 설명된 경우도 있지만, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는, 처리 장치가 복수 개의 처리 요소(processing element) 및/또는 복수 유형의 처리 요소를 포함할 수 있음을 알 수 있다. 예를 들어, 처리 장치는 복수 개의 프로세서 또는 하나의 프로세서 및 하나의 컨트롤러를 포함할 수 있다. 또한, 병렬 프로세서(parallel processor)와 같은, 다른 처리 구성(processing configuration)도 가능하다.The apparatus described above may be implemented as a hardware component, a software component, and / or a combination of hardware components and software components. For example, the apparatus and components described in the embodiments may be implemented within a computer system, such as, for example, a processor, controller, arithmetic logic unit (ALU), digital signal processor, microcomputer, field programmable array (FPA) A programmable logic unit (PLU), a microprocessor, or any other device capable of executing and responding to instructions. The processing device may execute an operating system (OS) and one or more software applications running on the operating system. The processing device may also access, store, manipulate, process, and generate data in response to execution of the software. For ease of understanding, the processing apparatus may be described as being used singly, but those skilled in the art will recognize that the processing apparatus may have a plurality of processing elements and / As shown in FIG. For example, the processing apparatus may comprise a plurality of processors or one processor and one controller. Other processing configurations are also possible, such as a parallel processor.
소프트웨어는 컴퓨터 프로그램(computer program), 코드(code), 명령(instruction), 또는 이들 중 하나 이상의 조합을 포함할 수 있으며, 원하는 대로 동작하도록 처리 장치를 구성하거나 독립적으로 또는 결합적으로(collectively) 처리 장치를 명령할 수 있다. 소프트웨어 및/또는 데이터는, 처리 장치에 의하여 해석되거나 처리 장치에 명령 또는 데이터를 제공하기 위하여, 어떤 유형의 기계, 구성요소(component), 물리적 장치, 가상 장치(virtual equipment), 컴퓨터 저장 매체 또는 장치에 구체화(embody)될 수 있다. 소프트웨어는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템 상에 분산되어서, 분산된 방법으로 저장되거나 실행될 수도 있다. 소프트웨어 및 데이터는 하나 이상의 컴퓨터 판독 가능 기록 매체에 저장될 수 있다.The software may include a computer program, code, instructions, or a combination of one or more of the foregoing, and may be configured to configure the processing device to operate as desired or to process it collectively or collectively Device can be commanded. The software and / or data may be in the form of any type of machine, component, physical device, virtual equipment, computer storage media, or device As shown in FIG. The software may be distributed over a networked computer system and stored or executed in a distributed manner. The software and data may be stored on one or more computer readable recording media.
실시예에 따른 방법은 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 실시예를 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. The method according to an embodiment may be implemented in the form of a program command that can be executed through various computer means and recorded in a computer-readable medium. The computer-readable medium may include program instructions, data files, data structures, and the like, alone or in combination. The program instructions to be recorded on the medium may be those specially designed and configured for the embodiments or may be available to those skilled in the art of computer software. Examples of computer-readable media include magnetic media such as hard disks, floppy disks and magnetic tape; optical media such as CD-ROMs and DVDs; magnetic media such as floppy disks; Magneto-optical media, and hardware devices specifically configured to store and execute program instructions such as ROM, RAM, flash memory, and the like. Examples of program instructions include machine language code such as those produced by a compiler, as well as high-level language code that can be executed by a computer using an interpreter or the like.
이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments. For example, it is to be understood that the techniques described may be performed in a different order than the described methods, and / or that components of the described systems, structures, devices, circuits, Lt; / RTI > or equivalents, even if it is replaced or replaced.
그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 특허청구범위의 범위에 속한다.
Therefore, other implementations, other embodiments, and equivalents to the claims are also within the scope of the following claims.
Claims (17)
광역셀 기지국은 소형셀 기지국들로부터 네트워크 상의 채널 정보, 각 사용자 단말의 최소 목표 전송률(target rate) 조건 및 전력제한 조건에 대한 정보를 전달받는 단계;
상기 광역셀 기지국에서 상기 채널 정보를 이용하여 네트워크 전체의 빔 형성 및 전력 할당을 위한 중앙 집중식 간섭제어를 수행하는 단계; 및
최적화된 상기 빔 형성 및 전력 할당에 대한 변수들을 각각 해당되는 상기 소형셀 기지국에게 전달하는 단계
를 포함하는 다계층 이종망의 상하향 링크 간섭제어 방법.A method for controlling uplink and downlink interference in a multi-layer heterogeneous network using an in-band wireless backhaul,
The wide area cell base station receives channel information on a network, a minimum target rate condition and a power limitation condition of each user terminal from the small cell base stations.
Performing centralized interference control for beam forming and power allocation of the entire network using the channel information in the wide area cell base station; And
And transmitting the optimized beamforming and power allocation parameters to the corresponding small cell base station
Wherein the uplink and downlink interference control method of the multi-layer heterogeneous network.
각각의 상기 소형셀 기지국에서 해당 소형셀의 상기 사용자 단말들에게 전력 할당 값을 전달하는 단계
를 더 포함하는 다계층 이종망의 상하향 링크 간섭제어 방법. The method according to claim 1,
Transmitting power allocation values to the user terminals of the small cell in each of the small cell basestations
Wherein the uplink and downlink interference control method of the multi-layer heterogeneous network further comprises:
상기 광역셀 기지국에서 상기 채널 정보를 이용하여 네트워크 전체의 빔 형성 및 전력 할당을 위한 중앙 집중식 간섭제어를 수행하는 단계는,
무선 백홀 링크의 목표 전송률을 상기 소형 셀의 전송률보다 작지 않도록 설정하는 단계;
상기 무선 백홀 링크의 각 링크별 수신신호의 신호대간섭잡음비(Signal-To-Interference Plus Noise Ratio, SINR)의 최대화 또는 기설정된 기준을 만족하는 광역셀 기지국의 빔 형성 행렬을 업데이트 하는 단계;
상기 무선 백홀 링크의 하향 링크의 목표 전송률을 최소 전력으로 최대한 만족시키는 광역셀 기지국의 전력 할당 벡터를 업데이트 하는 단계;
소형셀 상향 링크의 목표 전송률을 최소 전력으로 최대한 만족시키는 소형셀에 속한 사용자 단말의 전력 할당 벡터 및 최대 전력 제한조건을 업데이트 하는 단계;
상기 신호대간섭잡음비(SINR)의 최대화 또는 기설정된 기준을 만족하는 소형셀 기지국의 빔 형성 행렬 및 상기 최대 전력 제한조건을 업데이트 하는 단계; 및
상기 무선 백홀 링크의 상향 링크 및 상기 소형셀 하향 링크의 목표 전송률을 최소 전력으로 최대한 만족시키는 소형셀 기지국의 전력 할당 벡터 및 상기 최대 전력 제한조건을 업데이트 하는 단계
를 포함하며,
기설정된 수렴조건을 만족할 때까지 반복하는 것을 특징으로 하는, 다계층 이종망의 상하향 링크 간섭제어 방법. The method according to claim 1,
Performing centralized interference control for beam forming and power allocation of the entire network using the channel information in the wide area cell base station,
Setting a target transmission rate of the wireless backhaul link so as not to be smaller than a transmission rate of the small cell;
The method comprising: maximizing a signal-to-interference plus noise ratio (SINR) of a received signal for each link of the wireless backhaul link or updating a beamforming matrix of a wide area cell base station satisfying a predetermined criterion;
Updating a power allocation vector of a wide area cell base station that satisfies a target transmission rate of a downlink of the wireless backhaul link to a minimum power;
Updating a power allocation vector and a maximum power limitation condition of a user terminal belonging to a small cell that satisfies a target transmission rate of a small cell uplink with a minimum power as much as possible;
Updating the beamforming matrix and the maximum power constraint of the small cell base station that maximizes the SINR or satisfies a predetermined criterion; And
Updating the power allocation vector of the small cell base station and the maximum power limitation condition that satisfy the maximum transmission power of the uplink of the radio backhaul link and the target transmission rate of the small cell downlink to the minimum power,
/ RTI >
And repeatedly repeats the step until the predetermined convergence condition is satisfied.
상기 광역셀 기지국에서 상기 채널 정보를 이용하여 네트워크 전체의 빔 형성 및 전력 할당을 위한 중앙 집중식 간섭제어를 수행하는 단계는,
상기 광역셀 기지국의 빔 형성 행렬과 상기 소형셀 기지국의 빔 형성 행렬을 초기화하는 단계; 및
상기 광역셀 기지국의 전력 할당 벡터, 상기 소형셀 기지국의 전력 할당 벡터, 상기 사용자 단말의 전력 할당 벡터 및 상기 최대 전력 제한조건을 초기화하는 단계
를 더 포함하고,
기지국들의 송신 전력을 최소화하도록 상기 광역셀 기지국 및 상기 소형셀 기지국들의 빔 형성 및 전력 분배를 동시에 최적화하는 것
을 특징으로 하는, 다계층 이종망의 상하향 링크 간섭제어 방법. The method of claim 3,
Performing centralized interference control for beam forming and power allocation of the entire network using the channel information in the wide area cell base station,
Initializing a beamforming matrix of the wide area cell base station and a beamforming matrix of the small cell base station; And
Initializing a power allocation vector of the wide area cell base station, a power allocation vector of the small cell base station, a power allocation vector of the user terminal,
Further comprising:
Optimizing the beamforming and power distribution of the wide area cell base station and the small cell base stations simultaneously to minimize the transmission power of the base stations
And the uplink and downlink interference control method of the multi-layer heterogeneous network.
상기 광역셀 기지국에서 상기 채널 정보를 이용하여 네트워크 전체의 빔 형성 및 전력 할당을 위한 중앙 집중식 간섭제어를 수행하는 단계는,
다계층 이종망의 동일 대역에서 동시 운용이 가능하도록 반전 시분할 다중접속(Reverse-Time Division Duplex, Reverse-TDD)을 사용하여 각 계층(tier)의 상향 링크와 하향 링크의 방향을 서로 반대로 함에 따라 링크간 간섭을 회피하는 것
을 특징으로 하는, 다계층 이종망의 상하향 링크 간섭제어 방법.The method according to claim 1,
Performing centralized interference control for beam forming and power allocation of the entire network using the channel information in the wide area cell base station,
By reversing the direction of the uplink and the downlink in each tier by using reverse time division duplex (Reverse-TDD) so that simultaneous operation in the same band of the multi-layer heterogeneous network is possible, Avoidance of interferences
And the uplink and downlink interference control method of the multi-layer heterogeneous network.
상기 최적화된 상기 빔 형성 및 전력 할당에 대한 변수들을 각각 해당되는 상기 소형셀 기지국에게 전달하는 단계는,
상기 소형셀 기지국의 빔 형성 행렬, 상기 소형셀 기지국의 전력 할당 벡터, 및 상기 소형셀에 속한 사용자 단말들의 전력 할당 벡터의 변수들을 상기 소형셀 기지국에 전달하는 것
을 특징으로 하는, 다계층 이종망의 상하향 링크 간섭제어 방법. The method according to claim 1,
Wherein the step of transmitting the optimized beamforming and power allocation parameters to the corresponding small cell base station comprises:
Transmitting a beamforming matrix of the small cell base station, a power allocation vector of the small cell base station, and a power allocation vector variable of user terminals belonging to the small cell to the small cell base station
And the uplink and downlink interference control method of the multi-layer heterogeneous network.
각각의 소형셀 기지국이 광역셀 기지국의 도움 없이 상기 소형셀 기지국들의 위치정보를 이용하여 빔 형성 및 전력 분배를 최적화하도록 분산방식의 간섭제어를 수행하는 단계
를 포함하는, 다계층 이종망의 상하향 링크 간섭제어 방법.A method for controlling uplink and downlink interference in a multi-layer heterogeneous network using an in-band wireless backhaul,
Each of the small cell base stations performs a dispersion-type interference control so as to optimize beam forming and power distribution using the position information of the small cell base stations without the help of a wide-area cell base station
Wherein the uplink and downlink interference control method of the multi-layer heterogeneous network.
각각의 상기 소형셀 기지국에서 해당 소형셀의 사용자 단말들에게 전력 할당 값을 전달하는 단계
를 더 포함하고,
기지국들의 송신 전력을 최소화하도록 상기 광역셀 기지국 및 상기 소형셀 기지국들의 빔 형성 및 전력 분배를 동시에 최적화하는 것
을 특징으로 하는, 다계층 이종망의 상하향 링크 간섭제어 방법. 8. The method of claim 7,
Transmitting a power allocation value from each of the small cell basestations to user terminals of the small cell;
Further comprising:
Optimizing the beamforming and power distribution of the wide area cell base station and the small cell base stations simultaneously to minimize the transmission power of the base stations
And the uplink and downlink interference control method of the multi-layer heterogeneous network.
상기 소형셀 기지국들의 위치정보를 이용하여 빔 형성 및 전력 분배를 최적화하도록 분산방식의 간섭제어를 수행하는 단계는,
소형셀 상향 링크의 목표 전송률을 최소 전력으로 최대한 만족시키는 소형셀에 속한 사용자 단말의 전력 할당 벡터를 업데이트 하는 단계;
무선 백홀 링크의 각 링크별 수신신호의 신호대간섭잡음비(Signal-To-Interference Plus Noise Ratio, SINR)의 최대화 또는 기설정된 기준을 만족하는 소형셀 기지국의 빔 형성 행렬을 업데이트 하는 단계; 및
상기 무선 백홀 링크의 상향 링크 및 상기 소형셀 하향 링크의 목표 전송률을 최소 전력으로 최대한 만족시키는 소형셀 기지국의 전력 할당 벡터를 업데이트 하는 단계
를 포함하며,
기설정된 수렴조건을 만족할 때까지 반복하는 것을 특징으로 하는, 다계층 이종망의 상하향 링크 간섭제어 방법.8. The method of claim 7,
The step of performing dispersion-based interference control to optimize beamforming and power distribution using the location information of the small cell base stations,
Updating a power allocation vector of a user terminal belonging to a small cell that satisfies a target transmission rate of a small-size cell uplink with a minimum power as much as possible;
Updating a beamforming matrix of a small cell base station satisfying a predetermined criterion or maximizing a Signal-To-Interference plus Noise Ratio (SINR) of a received signal for each link of a wireless backhaul link; And
Updating the power allocation vector of the small cell base station satisfying the maximum transmission power of the uplink of the wireless backhaul link and the target transmission rate of the small cell downlink to the minimum power;
/ RTI >
And repeatedly repeats the step until the predetermined convergence condition is satisfied.
상기 소형셀 기지국의 빔 형성 행렬, 상기 소형셀 기지국의 전력 할당 벡터 및 상기 사용자 단말의 전력 할당 벡터를 초기화하는 단계
를 더 포함하는, 다계층 이종망의 상하향 링크 간섭제어 방법. 10. The method of claim 9,
Initializing a beamforming matrix of the small cell base station, a power allocation vector of the small cell base station, and a power allocation vector of the user terminal
Wherein the uplink and downlink interference control method of the multi-layer heterogeneous network.
고정형 빔 형성 행렬을 설계하여 광역셀 기지국의 빔 형성 행렬을 구하는 단계; 및
고정형 전력 할당 행렬을 설계하여 광역셀 기지국의 전력 할당 벡터를 구하는 단계
를 더 포함하는, 다계층 이종망의 상하향 링크 간섭제어 방법. 10. The method of claim 9,
A fixed beamforming matrix is designed to obtain a beamforming matrix of a wideband cell base station; And
A step of calculating a power allocation vector of a wide area cell base station by designing a fixed power allocation matrix
Wherein the uplink and downlink interference control method of the multi-layer heterogeneous network.
상기 소형셀 기지국들의 위치정보를 이용하여 빔 형성 및 전력 분배를 최적화하도록 분산방식의 간섭제어를 수행하는 단계는,
다계층 이종망의 동일 대역에서 동시 운용이 가능하도록 반전 시분할 다중접속(Reverse-Time Division Duplex, Reverse-TDD)을 사용하여 각 계층(tier)의 상향 링크와 하향 링크의 방향을 서로 반대로 함에 따라 링크간 간섭을 회피하는 것
을 특징으로 하는, 다계층 이종망의 상하향 링크 간섭제어 방법.8. The method of claim 7,
The step of performing dispersion-based interference control to optimize beamforming and power distribution using the location information of the small cell base stations,
By reversing the direction of the uplink and the downlink in each tier by using reverse time division duplex (Reverse-TDD) so that simultaneous operation in the same band of the multi-layer heterogeneous network is possible, Avoidance of interferences
And the uplink and downlink interference control method of the multi-layer heterogeneous network.
광역셀 기지국은 소형셀 기지국들로부터 네트워크 상의 채널 정보, 각 사용자 단말의 최소 목표 전송률(target rate) 조건 및 전력제한 조건에 대한 정보를 전달받는 정보 수집부;
상기 광역셀 기지국에서 상기 채널 정보를 이용하여 네트워크 전체의 빔 형성 및 전력 할당을 위한 중앙 집중식 간섭제어를 수행하는 간섭 제어부; 및
최적화된 상기 빔 형성 및 전력 할당에 대한 변수들을 각각 해당되는 상기 소형셀 기지국에게 전달하는 전송부
를 포함하고,
기지국들의 송신 전력을 최소화하도록 상기 광역셀 기지국 및 상기 소형셀 기지국들의 빔 형성 및 전력 분배를 동시에 최적화하는 것
을 특징으로 하는, 다계층 이종망의 상하향 링크 간섭제어 장치.An uplink and downlink interference control apparatus for a multi-layer heterogeneous network using an in-band wireless backhaul,
The wide area cell base station includes: an information collecting unit for receiving channel information on a network, a minimum target rate condition of each user terminal and information on a power limiting condition from small cell base stations;
An interference controller for performing centralized interference control for beamforming and power allocation of the entire network using the channel information in the wide area cell base station; And
And transmits the optimized beamforming and power allocation parameters to the corresponding small cell base station,
Lt; / RTI >
Optimizing the beamforming and power distribution of the wide area cell base station and the small cell base stations simultaneously to minimize the transmission power of the base stations
And the uplink and downlink interference control apparatus of the multi-layer heterogeneous network.
상기 간섭 제어부는,
상기 광역셀 기지국의 빔 형성 행렬과 소형셀 기지국의 빔 형성 행렬을 초기화하고, 광역셀 기지국의 전력 할당 벡터, 상기 소형셀 기지국의 전력 할당 벡터, 상기 사용자 단말의 전력 할당 벡터 및 최대 전력 제한조건을 초기화하는 초기화부;
무선 백홀 링크의 목표 전송률을 상기 소형 셀의 전송률보다 작지 않도록 설정하는 목표 전송률 설정부;
상기 무선 백홀 링크의 각 링크별 수신신호의 신호대간섭잡음비(Signal-To-Interference Plus Noise Ratio, SINR)의 최대화 또는 기설정된 기준을 만족하는 광역셀 기지국의 빔 형성 행렬을 업데이트 하고, 상기 무선 백홀 링크의 하향 링크의 목표 전송률을 최소 전력으로 최대한 만족시키는 광역셀 기지국의 전력 할당 벡터를 업데이트 하며, 소형셀 상향 링크의 목표 전송률을 최소 전력으로 최대한 만족시키는 소형셀에 속한 사용자 단말의 전력 할당 벡터 및 최대 전력 제한조건을 업데이트 하고, 상기 신호대간섭잡음비(SINR)의 최대화 또는 기설정된 기준을 만족하는 소형셀 기지국의 빔 형성 행렬 및 상기 최대 전력 제한조건을 업데이트 하며, 상기 무선 백홀 링크의 상향 링크 및 상기 소형셀 하향 링크의 목표 전송률을 최소 전력으로 최대한 만족시키는 소형셀 기지국의 전력 할당 벡터 및 상기 최대 전력 제한조건을 업데이트 하는 산정부
를 포함하는, 다계층 이종망의 상하향 링크 간섭제어 장치. 14. The method of claim 13,
Wherein the interference control unit comprises:
The beamforming matrix of the wide area cell base station and the beamforming matrix of the small cell base station are initialized and the power allocation vector of the wide area cell base station, the power allocation vector of the small cell base station, the power allocation vector of the user terminal, An initialization unit for initializing;
A target transmission rate setting unit setting a target transmission rate of the wireless backhaul link so as not to be smaller than a transmission rate of the small cell;
(SINR) of a received signal for each link of the wireless backhaul link or a beamforming matrix of a wide area cell base station satisfying a predetermined criterion is updated, and the wireless backhaul link The power allocation vector of the user terminal belonging to the small cell which satisfies the target transmission rate of the small cell uplink at the minimum power as much as possible and the maximum power allocation vector Updating the power constraint condition and updating the beamforming matrix and the maximum power constraint of the small cell base station that maximizes the SINR or meets a predetermined criterion and updates the uplink and the small size of the wireless backhaul link A small cell which satisfies the target transmission rate of the cell downlink as a minimum power The power allocation vector of the base station and the maximum power limitation condition,
And the uplink and downlink interference control apparatus of the multi-layer heterogeneous network.
각각의 소형셀 기지국이 광역셀 기지국의 도움 없이 상기 소형셀 기지국들의 위치정보를 이용하여 빔 형성 및 전력 분배를 최적화하도록 분산방식의 간섭제어를 수행하는 간섭 제어부
를 포함하고,
기지국들의 송신 전력을 최소화하도록 상기 광역셀 기지국 및 상기 소형셀 기지국들의 빔 형성 및 전력 분배를 동시에 최적화하는 것
을 특징으로 하는, 다계층 이종망의 상하향 링크 간섭제어 장치.An uplink and downlink interference control apparatus for a multi-layer heterogeneous network using an in-band wireless backhaul,
Each of the small cell base stations performs an interference control of a distributed scheme so as to optimize beam forming and power distribution using the position information of the small cell base stations without the help of a wide cell base station,
Lt; / RTI >
Optimizing the beamforming and power distribution of the wide area cell base station and the small cell base stations simultaneously to minimize the transmission power of the base stations
And the uplink and downlink interference control apparatus of the multi-layer heterogeneous network.
상기 간섭 제어부는,
상기 소형셀 기지국의 빔 형성 행렬, 상기 소형셀 기지국의 전력 할당 벡터 및 사용자 단말의 전력 할당 벡터를 초기화하는 초기화부;
소형셀 상향 링크의 목표 전송률을 최소 전력으로 최대한 만족시키는 소형셀에 속한 사용자 단말의 전력 할당 벡터를 업데이트 하고, 무선 백홀 링크의 각 링크별 수신신호의 신호대간섭잡음비(Signal-To-Interference Plus Noise Ratio, SINR)의 최대화 또는 기설정된 기준을 만족하는 소형셀 기지국의 빔 형성 행렬을 업데이트 하며, 상기 무선 백홀 링크의 상향 링크 및 상기 소형셀 하향 링크의 목표 전송률을 최소 전력으로 최대한 만족시키는 소형셀 기지국의 전력 할당 벡터를 업데이트 하는 산정부
를 포함하는, 다계층 이종망의 상하향 링크 간섭제어 장치.16. The method of claim 15,
Wherein the interference control unit comprises:
An initialization unit for initializing a beamforming matrix of the small cell base station, a power allocation vector of the small cell base station and a power allocation vector of the user terminal;
The power allocation vector of a user terminal belonging to a small cell that satisfies the target transmission rate of the small-size cell uplink with the minimum power is updated, and the signal-to-interference plus noise ratio , SINR) or a beamforming matrix of a small cell base station that meets a predetermined criterion, and updates the beamforming matrix of the small cell base station satisfying the maximum transmission power of the uplink and the target transmission rate of the small- The power control unit
And the uplink and downlink interference control apparatus of the multi-layer heterogeneous network.
상기 간섭 제어부는,
고정형 빔 형성 행렬을 설계하여 광역셀 기지국의 빔 형성 행렬을 구하고, 고정형 전력 할당 행렬을 설계하여 광역셀 기지국의 전력 할당 벡터를 구하는 고정형 빔 형성 및 전력 할당 설계부
를 더 포함하는, 다계층 이종망의 상하향 링크 간섭제어 장치.
16. The method of claim 15,
Wherein the interference control unit comprises:
A fixed beamforming and power allocation design for finding a beamforming matrix of a wide area cell base station by designing a fixed beamforming matrix and obtaining a power allocation vector of a wide area cell base station by designing a fixed power allocation matrix
Further comprising: an uplink and downlink interference controller for a multi-layer heterogeneous network.
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