이종망(HetNet) 간섭제어 기술의 연구 동향

이재홍 교수

이재홍 교수
(서울대학교 전기정보공학부)

대형셀로 구성된 무선통신망의 처리율 향상 및 부하 분산을 위해 피코셀, 펨토셀 등의 소형셀이 추가된 이종망(HetNet: heterogeneous network)이 전세계적으로 많은 관심을 모으고 있다. 소형셀 기지국은 대형셀 기지국에 비해 상대적으로 커버리지가 작고 작은 전력을 소비하는 특징이 있으며, 기존 무선통신망에 저비용으로 추가 가능하다는 장점이 있다. 현재 국내 통신 사업자들은 저비용으로 사용자의 QoS(quality of service)를 향상시키기 위해 소형셀을 활용하는 전략을 세우고 있다.
그림 1에서는 이종망 구성의 예를 보인다.

이종망 구성의 예

이종망 구성의 예

이종망에서는 대형셀로만 구성된 기존 망에 비해 셀 경계(cell edge) 영역이 넓어지므로 인접 셀로부터의 간섭에 의한 성능 열화를 겪는 사용자의 수도 많아진다. 특히 소형셀 경계에 위치한 사용자들은 고전력으로 송신하는 인접 대형셀 기지국으로부터 큰 간섭을 받으므로 큰 성능 열화를 겪게 된다. 따라서 이종망에서는 셀 경계 사용자의 서비스 품질 보장을위해 간섭제어 기술이 필수적이다.

셀간 간섭을 줄이는 기존 간섭제어 기술에서는 인접 셀들에 서로 다른 주파수를 할당하는데 복잡도가 높고 주파수 효율이 낮아 이종망에의 적용에 한계가 있다. 이를 해결하고자 제안된 이종망을 위한 간섭제어 기술인 eICIC(enhanced inter-cell interference coordination)가 3GPP Release 10 표준부터 채택되었다. eICIC 기술은 시간 영역 eICIC 기술과 주파수 영역 eICIC 기술로 구분된다.

시간 영역 eICIC 기술에서는 대형셀 기지국이 ABS(almost blank subframe)에서는 기준 신호(CRS: common reference signal)만 송신하고 데이터는 전송하지 않는다. 소형셀 사용자 데이터가 대형셀 ABS에 해당하는 서브프레임에 스케줄된 경우 다른 서브프레임에 스케줄된 경우보다 대형셀 기지국으로부터 간섭을 적게 받는다. 그림 2에 시간 영역 eICIC 기술에서 이종망의 서브프레임 구조를 보인다.

시간 영역 eICIC 기술에서 이종망의 서브프레임 구조

시간 영역 eICIC 기술에서 이종망의 서브프레임 구조

시간 영역 eICIC 기술은 소형셀 경계 사용자의 QoS가 향상되는 장점이 있는 반면 대형셀 가용 자원이 감소되는 단점이 있으며, 또한 ABS에서 송신되는 대형셀 기지국의 기준 신호에 의한 간섭을 줄이지는 못한다. 이를 극복하고자 3GPP Release 11 표준에서는 ABS에서 대형셀 기지국이 작은 전력으로 데이터를 송신함으로써 대형셀 가용 자원을 증가시키는 기법이 채택되었다. 또한 ABS에서 송신되는 대형셀 기지국의 기준 신호에 의한 간섭을 소형셀 사용자가 추정하고 제거하는 기법이 채택되었다.

주파수 영역 eICIC 기술에서 대형셀 또는 소형셀이 제어 신호를 송신할 때는 반드시 인접셀과 서로 다른 요소 반송파(component carrier)를 사용하고, 데이터를 송신할 때는 인접셀과 같은 요소 반송파를 사용할 수도 있다. 이 기술은 제어 신호 상호간의 간섭을 줄이고 주파수 효율을 향상시킨다는 장점이 있지만, 제어 신호 송신을 위한 주파수 자원이 줄어드는 단점이 있다. 3GPP Release 11 표준에서는 새로운 제어 신호로서 ePDCCH(enhanced physical downlink control channel)를 채택하고 ePDCCH에 주파수 자원을 추가 할당하여 제어 신호 송신을 위한 주파수 자원 부족 문제를 개선하였다.

이종망을 위한 간섭제어 기술은 차세대 무선통신 표준에의 채택과 함께 학계와 산업계에서 활발히 연구되고 있다. 향후 무선통신망에서 소형셀 밀도의 증가에 따라 셀간 간섭을 줄이기 위해 간섭제어 기술이 더욱 중요해질 것으로 전망된다.@prof. 이재홍, New Media and Communications Newsletter 2014. 03