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KR100943615B1 - 무선 통신 시스템에서 서브 채널 할당 장치 및 방법 - Google Patents

무선 통신 시스템에서 서브 채널 할당 장치 및 방법 Download PDF

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KR100943615B1
KR100943615B1 KR1020060015084A KR20060015084A KR100943615B1 KR 100943615 B1 KR100943615 B1 KR 100943615B1 KR 1020060015084 A KR1020060015084 A KR 1020060015084A KR 20060015084 A KR20060015084 A KR 20060015084A KR 100943615 B1 KR100943615 B1 KR 100943615B1
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조면균
박대영
김형명
안우근
김대현
강태성
김세호
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삼성전자주식회사
한국과학기술원
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Abstract

본 발명은 무선 통신 시스템에서 서브 채널 할당을 위해, 단말기들의 이동 속도를 측정하고, 상기 단말기들 중에서 서브 채널을 할당할 적어도 하나의 단말기를 선택하고, 상기 측정된 이동 속도를 근거로 상기 적어도 하나의 단말기에 서브 채널을 할당하기 위한 서브 채널 할당 주기를 결정하고, 상기 결정된 서브 채널 할당 주기를 사용하여 상기 적어도 하나의 단말기로 송신할 평균 데이터량을 계산하고, 상기 적어도 하나의 단말기로 채널 품질 정보를 요청하고, 상기 적어도 하나의 단말기로부터 상기 채널 품질 정보가 수신되면, 상기 채널 품질 정보를 고려하여 상기 평균 데이터량을 만족하도록 상기 적어도 하나의 단말기에게 서브 채널을 할당하고, 상기 서브 채널 할당에 따른 제어 신호를 상기 적어도 하나의 단말기로 송신한다.
Figure R1020060015084
서브 채널 할당, 이동 속도, 프레임, 기지국, 단말기

Description

무선 통신 시스템에서 서브 채널 할당 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR APPARATUS AND METHOD FOR SUB-CHANNEL ALLOCATION IN A WIRELESS COMMUNICATION SYSTEM}
도 1은 일반적인 무선 통신 시스템의 구조를 개략적으로 도시한 도면
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 무선 통신 시스템에서 서브 채널 할당을 수행하는 기지국 동작을 개략적으로 도시한 순서도
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 기지국의 서브 채널 할당에 따른 서브 채널 구조를 개략적으로 도시한 도면
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 무선 통신 시스템에서 서브 채널을 할당 받는 단말기의 동작을 개략적으로 도시한 순서도
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 무선 통신 시스템에서 서브 채널 할당을 수행하는 기지국 구조를 개략적으로 도시한 구성도
본 발명은 통신 시스템에 관한 것으로서, 특히 무선 통신 시스템에서 단말기 의 이동 속도를 고려한 서브 채널 할당 장치 및 방법에 관한 것이다.
직교 주파수 분할 다중(OFDM: Orthogonal Frequency Division Multiplexing, 이하 'OFDM'이라 칭하기로 한다) 방식 및 직교 주파수 분할 다중 접속(OFDMA: Orthogonal Frequency Division Multiplexing Access, 이하 OFDMA라 칭하기로 한다) 방식은 멀티-캐리어(Multi-Carrier)를 사용하여 데이터를 전송하는 방식으로서, 직렬로 입력되는 심벌(Symbol)열을 병렬 변환하여 이들 각각을 상호 직교성을 갖는 다수의 서브 캐리어(sub-carrier)들, 즉 다수의 서브 캐리어 채널(sub-carrier channel)들로 변조하여 전송하는 멀티캐리어 변조(MCM : Multi Carrier Modulation) 방식의 일종이다.
상기한 멀티 캐리어를 사용하여 데이터를 전송하는 무선 통신 시스템은 하나의 OFDM 심벌(symbol)내의 서브 캐리어들을 다수의 사용자들이 분할하여 사용하는 방식이다. 상기 무선 통신 시스템은 다수개의 서브 캐리어를 사용하며, 상기 서브 캐리어들 중에서 일부의 서브 캐리어들은 파일럿(pilot) 서브 캐리어들로 사용하고, 상기 파일럿 서브 캐리어들을 제외한 나머지 서브 캐리어들은 데이터(data) 서브 캐리어들로 사용한다. 또한 상기 데이터 서브 캐리어들을 일정 개수로 분류하여 서브 채널을 생성하고, 상기 서브 채널(sub-channel)을 시스템 상황에 맞게 다수의 사용자들에게 할당한다.
여기서, 상기 서브 채널이라 함은 다수의 서브 캐리어들로 구성되는 채널을 의미하며, 결과적으로 상기 무선 통신 시스템은 시스템에서 사용하는 전체 서브 캐리어들, 특히 데이터 서브 캐리어들을 전체 주파수 대역에 분산시켜 주파수 다이버 시티 이득(frequency diversity gain)을 획득하는 것을 목적으로 한다. 그러면 여기서 상술한 멀티 캐리어(multi-carrier)를 사용하는 무선 통신 시스템의 구조를 하기의 도 1에 나타내었다.
도 1은 일반적인 무선 통신 시스템의 구조를 개략적으로 도시한 도면이다.
상기 도 1을 참조하면, 무선 통신 시스템의 단일 셀(single sell) 구조를 일예로 도시하였으며, 상기 무선 통신 시스템은 기지국(BS: Base Station)(100)과, 기지국(100)에 의해 관리되는 단말기(MS: Mobile Station)들(110, 120)로 구성된다.
여기서 각 단말기들(110, 120)이 측정하는 채널 환경은 서로 다른 음영 손실(shadowing loss), 경로 손실(path loss)을 겪으며 상기 단말기의 이동 등에 따라서 서로 독립적이며 시간에 따라 변화한다는 특성을 갖는다. 이와 같은 채널 특성으로 인해서 기지국(100)은 각 단말기들에게 상기 채널 환경을 고려하여 서브 채널을 단말기들에게 할당한다. 그리하여 전체 시스템의 데이터 전송 효율을 증가 시키는 것이 가능하다. 상기 기지국(100)은 각 단말기들(110, 120)의 수신 채널 환경을 고려하여 변조 기법과 부호화 기법을 바꾸어 주는 적응적 변조 및 코딩(AMC: Adaptive Modulation and Coding, 이하 'AMC'라 칭하기로 한다) 기법을 적용한다. 즉, 채널 환경이 좋은 경우에는 높은 효율의 변조 및 부호화 기법을 사용하며, 채널 환경이 좋지 않은 경우에는 낮은 효율의 변조 및 부호화 기법을 사용하는 것이다.
한편, 기지국(100)은 자신이 서비스하는 단말기들(110, 120)에게 서브 채널 을 할당하기 위해 채널 품질 정보(CQI: Channel Quality Information)를 요청한다. 단말기들(110, 120)은 기지국(100)의 채널 품질 정보 요청에 따라서 각 서브 채널의 채널 품질 정보를 측정한다.
그리하여 단말기들(110, 120)은 측정된 채널 품질 정보를 피드백(feedback) 즉, 기지국(100)으로 전송한다. 그리고 단말기들(110, 120)은 상기 채널 품질 정보를 일정 주기로 기지국(100)에 전송한다. 한편, 기지국(100)은 상기 채널 품질 정보를 수신하고, 상기 채널 품질 정보를 사용하여 서브 채널 할당을 수행한다.
이와 같은 무선 통신 시스템에서 기지국은 해당 단말기에게 자원 할당 즉, 서브 채널 할당을 수행함에 따른 제어 신호(control signal)를 해당 단말기들로 전송한다. 이때 상기 제어 신호는 상기 서브 채널 할당에 따른 서브 채널 할당 정보(sub-channel allocation information), 변조 및 코딩(MCS: Modulation and Coding Scheme) 레벨(level) 정보 등을 포함한다. 그런데 상기 기지국은 단말기들에게 서브 채널을 할당하는 경우 한 프레임 구간 즉, 매 프레임 단위로 서브 채널을 할당하였다. 그래서 상기 기지국은 서브 채널 할당에 따른 제어 신호를 매 프레임마다 단말기들에게 전송하였다. 상기한 서브 채널 할당에 따른 제어 신호는 매 프레임 단위로 셀내의 단말기들에게 전송함으로서 서브 채널 할당에 따른 제어 신호는 시그널링 오버헤드(signaling overhead)로 작용한다는 문제점이 있었다.
따라서, 본 발명은 무선 통신 시스템에서 시그널링 오버헤드를 감소하도록 하는 서브 채널 할당 시스템 및 방법을 제공한다.
또한, 본 발명은 서브 채널 할당 시에 단말기의 이동 속도를 고려하여 서브 채널 할당을 수행하는 시스템 및 방법을 제공한다.
상술한 바와 같이, 본 발명은 무선 통신 시스템에서 서브 채널 할당 방법에 있어서, 단말기들의 이동 속도를 측정하는 과정과, 상기 단말기들 중에서 서브 채널을 할당할 적어도 하나의 단말기를 선택하는 과정과, 상기 측정된 이동 속도를 근거로 상기 적어도 하나의 단말기에 서브 채널을 할당하기 위한 서브 채널 할당 주기를 결정하는 과정과, 상기 결정된 서브 채널 할당 주기를 사용하여 상기 적어도 하나의 단말기로 송신할 평균 데이터량을 계산하고, 상기 적어도 하나의 단말기로 채널 품질 정보를 요청하는 과정과, 상기 적어도 하나의 단말기로부터 상기 채널 품질 정보가 수신되면, 상기 채널 품질 정보를 고려하여 상기 평균 데이터량을 만족하도록 상기 적어도 하나의 단말기에게 서브 채널을 할당하는 과정과, 상기 서브 채널 할당에 따른 제어 신호를 상기 적어도 하나의 단말기로 송신하는 과정을 포함한다.
또한, 본 발명은 무선 통신 시스템에서 서브 채널 할당 장치에 있어서, 단말기들의 이동 속도를 측정하는 이동 속도 측정부와, 상기 단말기들 중 서브 채널을 할당할 적어도 하나의 단말기를 선택하고, 상기 측정된 이동 속도를 근거로 상기 적어도 하나의 단말기에 서브 채널을 할당하기 위한 서브 채널 할당 주기를 결정하는 자원 할당 주기 결정부와, 상기 자원 할당 주기 결정부로부터 결정된 서브 채널 할당 주기를 사용하여 상기 적어도 하나의 단말기로 송신할 평균 데이터량을 계산하는 평균 데이터량 계산부와, 상기 적어도 하나의 단말기의 채널 품질 정보를 고려하여 상기 평균 데이터량을 만족하도록 상기 적어도 하나의 단말기에게 서브 채널을 할당하는 자원 할당부와, 상기 자원 할당부로부터 할당된 서브 채널 할당에 따른 제어 신호를 생성하여 상기 적어도 하나의 단말기로 송신하는 송신부를 포함한다.
삭제
이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 하기의 설명에서는 본 발명에 따른 동작을 이해하는데 필요한 부분만이 설명되며 그 이외 부분의 설명은 본 발명의 요지를 흩트리지 않도록 생략될 것이라는 것을 유의하여야 한다.
본 발명은 무선 통신 시스템에서 단말기들의 이동 속도를 고려하여 자원 즉, 서브 채널을 할당하는 장치 및 방법을 제안한다. 그래서 상기 기지국은 단말기의 이동 속도를 측정하고, 서브 채널을 할당할 단말기들을 선택한다. 그리고 상기 이동 속도에 따라서 선택된 단말기들에게 최적의 서브 채널 할당 주기 즉, 프레임 구간을 결정하여 서브 채널을 할당한다.
따라서 본 발명은 상기 서브 채널 할당이 가능한 통신 시스템, 일예로 직교 주파수 분할 다중 접속(OFDMA: Orthogonal Frequency Division Multiple Access, 이하 'OFDMA'라 칭하기로 한다) 시스템에 기반하여 서브 채널 할당을 설명하기로 한다. 상기 OFDMA 방식을 사용하는 무선 통신 시스템에서 서브 채널을 할당하는 기지국 동작을 하기의 도 2에 나타내었다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 무선 통신 시스템에서 서브 채널 할당을 수행하는 기지국 동작을 개략적으로 도시한 순서도이다.
상기 도 2를 참조하면, 201단계에서 기지국은 단말기의 이동 속도를 측정하 고 203단계로 진행한다. 상기한 이동 속도의 측정은 각 단말기들이 측정하여 상기 기지국으로 전송하는 방법을 적용하는 것도 가능하다. 그러나 상기 단말기에서 이동 속도를 계산하는 것은 추가적인 자원을 필요로 하므로 본 발명에서는 설명의 편의를 위하여 상기 기지국에서 상기 기지국의 셀 내의 모든 단말기들의 이동 속도를 측정하는 것을 기준으로 설명하기로 한다. 상기 기지국은 단말기들의 이동 속도를 계산을 위해서 각 단말기들로부터 수신되는 수신 신호를 이용하여 각 단말기들의 이동 속도를 계산한다.
상기한 이동 속도를 계산하는 방법은 예를 들어, 적응 필터의 일종인 적응 횡단 필터(adaptive transversal filter)를 사용하여 이동 속도를 계산하거나 수신 신호가 특정 레벨을 양(+)의 방향으로 초당 가로지른 횟수 즉, 레벨 교차율(level crossing rate)을 사용하여 이동 속도를 계산할 수 있다.
상기 203단계에서 상기 기지국은 서브 채널을 할당할 단말기를 선택하고 205단계로 진행한다. 여기서 상기 기지국은 매 프레임마다 서브 채널을 할당하는 기존의 서브 채널 할당 방법과 달리 각 단말기들이 자신의 이동 속도에 따라 서브 채널 할당 주기를 결정하므로 서브 채널 할당 주기가 각 단말기별로 다르다. 따라서 기지국은 이미 서브 채널을 할당 받은 단말기들에 대해서는 서브 채널 할당을 수행할 필요가 없으므로 서브 채널 할당을 필요로 하는 단말기들을 선택한다.
상기 205단계에서 상기 기지국은 프레임 구간을 결정하고 207단계로 진행한다. 상기 기지국은 서브 채널 할당 주기, 다시 말해 단말기에게 할당할 프레임 구간을 결정한다. 여기서 상기 프레임 구간은 일정 개수의 프레임들로 구성되며, 상 기 프레임 구간을 결정하기 위한 프레임 개수는 하기의 수학식 1에 나타나있다.
Figure 112006011436218-pat00001
상기 수학식 1은 k번째 단말기의 시간 t번째 프레임에서의 자원 할당 프레임 개수를 나타낸 것이며, 상기
Figure 112008008759629-pat00002
는 캐리어 주파수(carrier frequency)이고,
Figure 112008008759629-pat00003
는 k번째 단말기의 t번째 프레임의 이동 속도이고,
Figure 112008008759629-pat00004
는 프레임 길이(frame length)이고,
Figure 112008008759629-pat00005
는 단말기의 이동 속도 추정 오류 인자(error factor)이고, c는 전자기파의 전파 속도이고,
Figure 112008008759629-pat00006
는 채널 품질 정보(CQI: Channel Quality Information) 추정 오류 인자이다. 그리고 상기
Figure 112008008759629-pat00007
와
Figure 112008008759629-pat00008
을 하기의 수학식 2에 나타내었다.
Figure 112006011436218-pat00009
Figure 112006011436218-pat00010
,
Figure 112006011436218-pat00011
,
Figure 112006011436218-pat00012
상기 수학식 2에서
Figure 112006011436218-pat00013
와
Figure 112006011436218-pat00014
는 0을 초과하고, 1이하의 값을 가지며,
Figure 112006011436218-pat00015
는 단말기의 속도 오류에 반비례하며, 상기
Figure 112006011436218-pat00016
는 채널 품질 정보 오류에 반비례한다. 따라서 상기 프레임 구간 결정 시에 단말기의 이동 속도 추정 오류와 채널 품질 정보 오류는 전체 시스템 성능에 영향을 미치므로, 상기 수학식 1에서는
Figure 112006011436218-pat00017
와
Figure 112006011436218-pat00018
을 고려하였다.
결국, 상기 기지국은 수학식 1을 사용하여 서브 채널 할당 주기 즉, 프레임 구간을 결정한다. 본 발명에서는 각 단말기들의 이동 속도를 고려하므로, 상기 201단계에서 측정한 이동 속도를 미리 결정된 기준에 따라 분류하여 프레임 구간을 결정한다. 이에 상기 이동 속도를 고려한 프레임 구간 결정을 위한 프레임 개수는 하기의 수학식 3에 나타내었다.
Figure 112006011436218-pat00019
Figure 112006011436218-pat00020
,
Figure 112006011436218-pat00021
,
Figure 112006011436218-pat00022
Figure 112006011436218-pat00023
,
Figure 112006011436218-pat00024
본 발명에서는 일예로 상기 사용자의 이동 속도를 3가지로 구분하고 상기 구분된 이동 속도에 따라 프레임의 개수를 결정하였다.
상기 수학식 3에서 시속 1km 이하의 이동 속도를 가지는 단말기들과, 시속 1km와 시속 3km 사이의 이동 속도를 가지는 단말기들과, 시속 3km를 초과하는 이동속도를 갖는 단말기들로 구분한다. 상기 기지국의 셀 내의 각 단말기들에게 서브 채널을 할당하는 경우 상기 수학식 3에서와 같이 이동 속도를 고려하여 프레임 구간을 결정한다.
한편, 수학식 3에서와 같은 프레임 구간을 결정하는 경우에는 매 프레임마다 모든 단말기들의 서브 채널을 할당하지 않아도 되며, 길어진 서브 채널 할당 주기 에 따라 제어 신호의 전송으로 인한 오버헤드가 감소하게 된다.
상기 207단계에서 상기 기지국은 각 단말기로 전송 할 평균 데이터량을 계산하고 209단계로 진행한다.
상기 기지국은 단말기의 자원 할당할 프레임 개수가 결정되면, 이 프레임 동안은 채널 할당 정보와 MCS 레벨을 변경하지 않는다. 따라서 상기 기지국은 서브 채널을 할당할 프레임 구간동안 전송해야할 총 데이터량을 스케줄러를 통해 확인하고, 단말기에서 전송할 평균 데이터량을 계산한다. 여기서 상기 평균 데이터량은 하기의 수학식 4에 나타내었다.
Figure 112006011436218-pat00025
상기 수학식 4는 k번째 단말기가 t번째 프레임에서
Figure 112006011436218-pat00026
프레임 구간 동안 전송할 평균 데이터량(
Figure 112006011436218-pat00027
)을 나타낸다. 그리고 상기
Figure 112006011436218-pat00028
는 k번째 단말기에게 t번째 프레임에서 기지국이 전송해야할 데이터량이다.
상기 209단계에서 상기 기지국은 서브 채널을 할당할 단말기들로 채널 품질 정보를 요청하고 211단계로 진행한다. 상기 기지국은 각 단말기들에게 전송할 평균 데이터량이 결정되면 각 단말기들로 데이터를 송신하기 위한 서브 채널과 상기 서브 채널에 적용할 MCS 레벨을 결정해야한다. 이를 위해 상기 기지국은 각 서브 채널의 채널 상태에 대한 정보가 필요하며, 이를 위해 서브 채널을 할당할 단말기들에게 채널 품질 정보를 요청한다. 상기 서브 채널 할당 요청에 따라 상기 단말기들 은 서브 채널 할당 가능성이 큰 일부 서브 채널들에 대해 단말기들로부터 채널 품질 정보를 수신한다. 따라서 상기 상향링크에서의 채널 품질 정보 피드백 정보가 기존의 서브 채널 할당 방식에 비해서 감소한다.
상기 211단계에서 상기 기지국은 상기 채널 품질 정보 요청에 상응한 채널 품질 정보를 수신하였는지 판단한다. 상기 판단결과 채널 품질 정보를 수신하지 못한 경우에는 209단계로 진행한다. 그러나 상기 판단결과 채널 품질 정보를 수신한 경우에는 213단계로 진행한다.
상기 213단계에서 기지국은 단말기들에게 서브 채널 할당을 수행한다. 상기 기지국은 상기 평균 데이터량과 상기 단말기들로부터 수신한 채널 품질 정보를 사용하여 각 단말기들로 데이터 송신을 위한 서브 채널을 결정하고, 상기 서브 채널에 적용할 MCS 레벨을 결정한다. 그리하여 상기 기지국은 각 단말기들로 상기한 서브 채널 할당에 따른 제어 신호를 단말기들로 전송한다. 그리고 상기 서브 채널 할당에 따른 데이터를 상기 단말기들로 전송한다.
상기한 서브 채널 할당에 따라 기지국에서 단말기로 전송하는 제어 신호는 각 서브 채널을 어떤 단말기가 사용해야 할 것인지에 관한 정보인 서브 채널 할당 정보와 각 서브 채널에 적용된 변조 모드(modulation mode)와 코딩 레이트(coding rate)에 관한 정보인 변조 및 코딩 기법(MCS: Modulation and Coding Scheme) 레벨(level)을 포함한다.
결국 상기 기지국은 셀 내의 모든 단말기들에게 서브 채널 할당 정보와 MCS 레벨 정보를 송신하는 것이 아니라 서브 채널을 할당할 사용자들에게만 상기한 정 보를 송신하며, 기존의 자원 할당 방식에 비해 각 단말기에 할당된 서브 채널의 길이가 길어지므로 기지국에서 전송하는 제어 신호의 전송량이 감소하게 된다. 그러면 다음으로 본 발명의 실시예에 따라 기지국에서 단말기들에게 할당한 서브 채널 구조를 하기의 도 3을 참조하여 설명하기로 한다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 기지국의 서브 채널 할당에 따른 서브 채널 구조를 개략적으로 도시한 도면이다.
상기 도 3을 참조하면, 기지국이 주파수 축과 시간 축을 기준으로 5개의 서브 채널을 5개의 단말기에게 할당한 것을 나타내었다.
상기 기지국은 제 1 단말기에게 제 1 프레임에서 제 4 프레임 구간에서 제 1 서브 채널을 할당하였고, 제 5 프레임에서 제 8 프레임에서는 제 2 서브 채널을 할당하였다.
상기 기지국은 제 2 단말기에게 제 1 프레임과 제 2 프레임 구간에서 제 2 서브 채널을 할당하였고, 제 3 프레임과 제 4 프레임 구간에서 제 3 서브 채널을 할당하였고, 제 5 프레임과 제 6 프레임 구간에서 제 1 서브 채널을 할당하였고, 제 7프레임과 제 8 프레임에서 제 5 서브 채널을 할당하였다.
그리고 상기 기지국은 제 3 단말기에게 제 1 프레임과 제 2 프레임 구간에서 제 4 서브 채널을 할당하였고, 제 3 프레임과 제 4 프레임 구간에서 제 2 서브 채널을 할당하였고, 제 5 프레임과 제 6 프레임 구간에서 제 5 서브 채널을 할당하였고, 제 7프레임과 제 8 프레임에서 제 3 서브 채널을 할당하였다.
다음으로 상기 기지국은 제 4 단말기에게 제 1 프레임에서 제 4 프레임 구간 에서 제 5 서브 채널을 할당하였고, 제 5 프레임에서 제 8 프레임에서는 제 4 서브 채널을 할당하였다.
마지막으로, 상기 기지국은 제 5 단말기에게 제 1 프레임과 제 2 프레임 구간에서 제 3 서브 채널을 할당하였고, 제 3 프레임과 제 4 프레임 구간에서 제 4 서브 채널을 할당하였고, 제 5 프레임과 제 6 프레임 구간에서 제 3 서브 채널을 할당하였고, 제 7프레임과 제 8 프레임에서 제 1 서브 채널을 할당하였다.
상기 단말기의 이동 속도의 변화가 크지 않은 단말기들일수록 서브 채널 할당 시 프레임 구간에서 포함하는 프레임의 개수는 증가한다.
상기 도 3에서는 각 단말기의 이동 속도를 고려하여 서브 채널 할당 시에 일정 프레임 구간을 단말기들에게 할당하였으며, 상기 할당된 프레임 구간에서 기지국은 각 단말기들에게 제어 신호를 전송하지 않는다. 결국, 상기 기지국은 상기 프레임 구간에서 상기 제어 신호를 통해 할당한 서브 채널을 통해 동일한 MCS 레벨을 사용한다. 그러면 여기서 하기의 도 4를 참조하여 상기 기지국으로부터 서브 채널을 할당 받는 단말기의 동작을 설명하기로 한다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 무선 통신 시스템에서 서브 채널을 할당 받는 단말기의 동작을 개략적으로 도시한 순서도이다.
상기 도 4를 참조하면, 상기 단말기는 401단계에서 단말기는 기지국의 채널 품질 정보 요청을 수신하고 403단계로 진행한다. 여기서 상기 채널 품질 정보는 기지국에서 서브 채널 할당을 위한 필요로 하는 정보이다.
상기 403단계에서 상기 단말기는 상기 기지국의 채널 품질 정보 요청에 상응 하여 채널 품질 정보를 측정하고 405단계로 진행한다. 상기 단말기는 상기 단말기의 전 서브 채널들에 대해서 채널 품질 정보를 측정하여 기지국으로 전송하는 것도 가능하다. 하지만 채널 상태가 좋은 서브 채널들의 채널 품질 정보에 따라 미리 결정된 개수의 서브 채널 또는 서브 채널 할당 가능성이 큰 일부 서브 채널들에 대해 채널 품질 정보를 측정한다.
상기 405단계에서 상기 단말기는 상기 측정한 채널 품질 정보를 상기 기지국으로 전송하고 407단계로 진행한다.
상기 407단계에서 상기 단말기는 기지국으로부터 서브 채널 할당에 따른 제어 신호를 수신하고 409단계로 진행한다. 여기서 상기 제어 신호에서는 상술한 바와 같이 서브 채널 할당 정보와 MCS 레벨 정보를 포함하고 있다.
상기 409단계에서 상기 단말기는 서브 채널 할당 정보를 사용하여 상기 기지국으로부터 데이터를 수신한다.
그러면 다음으로 하기의 도 5를 참조하여 상기 도 2에서 설명한 기지국의 구성을 살펴보기로 한다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 무선 통신 시스템에서 서브 채널 할당을 수행하는 기지국 구조를 개략적으로 도시한 구성도이다.
상기 도 5를 참조하면, 서브 채널을 할당하는 기지국은 이동 속도 측정부(501), 자원 할당 주기 결정부(503), 평균 데이터량 계산부(505), 자원 할당부(507), 송신부(509)를 포함한다.
상기 이동 속도 측정부(501)는 상기 기지국이 서비스하는 각 단말기의 이동 속도를 측정한다. 상기 이동 속도 측정부(501)은 단말기들의 이동 속도를 계산을 위해서 각 단말기들로부터 수신되는 수신 신호를 이용하여 각 단말기들의 이동 속도를 계산한다. 상기 이동 속도 측정부(501)는 예를 들어, 적응 필터의 일종인 적응 횡단 필터(adaptive transversal filter)를 사용하여 이동 속도를 계산하거나 수신 신호가 특정 레벨을 양(+)의 방향으로 초당 가로지른 횟수 즉, 레벨 교차율(level crossing rate)을 사용하여 이동 속도를 계산할 수 있다.
상기 자원 할당 주기 결정부(503)는 서브 채널을 할당할 단말기를 선택한다. 본 발명에서는 매 프레임마다 서브 채널을 할당하는 기존의 서브 채널 할당 방법과 달리 각 단말기들이 자신의 이동 속도에 따라 서브 채널 할당 주기를 결정하므로 서브 채널 할당 주기가 각 단말기별로 다르다. 따라서 상기 자원 할당 주기 결정부(503)는 이미 서브 채널을 할당 받은 단말기들에 대해서는 서브 채널 할당을 수행할 필요가 없으므로 서브 채널 할당을 필요로 하는 단말기들을 선택한다.
그리고 상기 자원 할당 주기 결정부(503)는 자원 할당을 위한 프레임 구간을 결정한다. 다시 말해, 상기 자원 할당 주기 결정부(503)는 서브 채널 할당 주기, 다시 말해 단말기에게 할당할 프레임 구간을 결정하는 것이다. 여기서 상기 프레임 구간은 일정 개수의 프레임들로 구성되며, 상기 프레임 구간을 결정하기 위한 프레임 개수는 상기 도 2에서 상세히 설명하였으므로 여기서는 그 상세한 설명을 생략하기로 한다. 따라서 상기 자원 할당 주기 결정부(503)는 상기 수학식 1을 사용하여 서브 채널 할당 주기 즉, 프레임 구간을 결정한다. 본 발명에서는 각 단말기들의 이동 속도를 고려하므로, 상기 자원 할당 주기 결정부(503)는 이동 속도 측정부 (501)에서 측정한 이동 속도를 미리 결정된 기준에 따라 분류하여 프레임 구간을 결정한다. 그리고, 상기 이동 속도를 고려한 프레임 구간 결정을 위한 프레임 개수는 일예로 상기 도 2의 수학식 3에 나타나 있다. 따라서 상기 자원 할당 주기 결정부(503)는 프레임 구간을 결정함에 있어서, 매 프레임마다 모든 단말기들의 서브 채널을 할당하지 않는다. 이에 길어진 서브 채널 할당 주기에 따라 제어 신호의 전송으로 인한 오버헤드가 감소한다.
상기 평균 데이터량 계산부(505)는 각 단말기로 전송 할 평균 데이터량을 계산한다. 본 발명에서는 단말기의 자원 할당할 프레임 개수가 결정되면, 이 프레임 동안은 채널 할당 정보와 MCS 레벨을 변경하지 않는다. 따라서 상기 자원 할당 주기 결정부(503)는 상기 기지국은 서브 채널을 할당할 프레임 구간동안 전송해야할 총 데이터량을 스케줄러(미도시)를 통해 확인하고, 단말기에서 전송할 평균 데이터량을 계산한다. 여기서 상기 평균 데이터량의 계산은 계산하는 수학식은 상기 수학식 4에서 설명하였으므로 여기서는 그 상세한 설명은 생략하기로 한다.
상기 자원 할당 결정부(507)는 서브 채널을 할당할 각 단말기들의 채널 품질 정보를 사용하며, 상기 평균 데이터량 계산부(505)에서 계산한 평균 데이터량이 결정되면, 각 단말기들로 데이터를 송신하기 위한 서브 채널과 상기 서브 채널에 적용할 MCS 레벨을 결정한다. 상기 자원 할당 결정부(507)는 각 단말기들에게 자원 할당 즉, 서브 채널 할당을 수행한다. 그리하여 상기 자원 할당 결정부(507)는 상기 평균 데이터량과 상기 단말기들로부터 수신한 채널 품질 정보를 사용하여 각 단말기들로 데이터 송신을 위한 서브 채널을 결정하고, 상기 서브 채널에 적용할 MCS 레벨을 결정한다.
상기 송신부(509)는 상기 자원 할당부(507)의 서브 채널 할당에 따른 제어 신호를 생성하고, 상기 서브 채널 할당에 따른 데이터들을 해당 단말기들로 전송한다. 여기서 상기 제어신호는 각 서브 채널을 어떤 단말기가 사용해야 할 것인지에 관한 정보인 서브 채널 할당 정보와 각 서브 채널에 적용된 변조 모드(modulation mode)와 코딩 레이트(coding rate)에 관한 정보인 변조 및 코딩 기법(MCS: Modulation and Coding Scheme) 레벨(level)을 포함한다.
결국 상기 기지국은 셀 내의 모든 단말기들에게 서브 채널 할당 정보와 MCS 레벨 정보를 송신하는 것이 아니라 서브 채널을 할당할 사용자들에게만 상기한 정보를 송신하며, 기존의 자원 할당 방식에 비해 각 단말기에 할당된 서브 채널의 길이가 길어지므로 기지국에서 전송하는 제어 신호의 전송량이 감소하게 된다.
상기 기지국에서는 상기한 바와 같이 단말기의 이동 속도를 고려하여 일정 개수의 프레임 단위로 서브 채널을 할당하였다. 따라서 기지국과 단말기 간의 하향링크에서 전송되는 제어 신호의 양을 감소하여 시스템 처리율이 증가한다.
한편 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시예에 관해 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 안되며 후술하는 특허청구의 범위뿐만 아니라 이 특허청구의 범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
상술한 바와 같은 본 발명은, 무선 통신 시스템에서 서브 채널을 단말기의 이동 속도를 고려하였으며, 일정 프레임 구간을 단말기에게 할당한다. 이에 본 발명에서는 기존에 서브 채널 할당을 위해 전송되던 제어 신호의 양이 감소한다는 이점을 가진다. 이에 따라 통신 시스템에서의 시그널링 오버헤드는 감소하게 되며, 상기한 시스템 오버헤드의 감소는 시스템 처리율은 증가하도록 한다는 이점을 갖는다. 그리고 실제 서브 채널 할당 시에 미리 결정된 개수의 단말기들에게 서브 채널 할당을 수행하고, 서브 채널 할당에 따른 프레임 구간, 즉 자원 할당 주기가 다름으로 인해 서브 채널 할당을 위한 복잡도가 감소한다는 이점을 갖는다.

Claims (12)

  1. 무선 통신 시스템에서 서브 채널 할당 방법에 있어서,
    단말기들의 이동 속도를 측정하는 과정과,
    상기 단말기들 중에서 서브 채널을 할당할 적어도 하나의 단말기를 선택하는 과정과,
    상기 측정된 이동 속도를 근거로 상기 적어도 하나의 단말기에 서브 채널을 할당하기 위한 서브 채널 할당 주기를 결정하는 과정과,
    상기 결정된 서브 채널 할당 주기를 사용하여 상기 적어도 하나의 단말기로 송신할 평균 데이터량을 계산하고, 상기 적어도 하나의 단말기로 채널 품질 정보를 요청하는 과정과,
    상기 적어도 하나의 단말기로부터 상기 채널 품질 정보가 수신되면, 상기 채널 품질 정보를 고려하여 상기 평균 데이터량을 만족하도록 상기 적어도 하나의 단말기에게 서브 채널을 할당하는 과정과,
    상기 서브 채널 할당에 따른 제어 신호를 상기 적어도 하나의 단말기로 송신하는 과정을 포함하는 서브 채널 할당 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 이동 속도를 측정하는 과정은,
    적응 횡단 필터(adaptive transversal filter)를 사용하여 상기 단말기들의 이동 속도를 측정하는 과정을 포함하는 서브 채널 할당 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 이동 속도를 측정하는 과정은,
    레벨 교차율(level cross rate)을 사용하여 상기 단말기들의 이동 속도를 측정하는 과정을 포함하는 서브 채널 할당 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 서브 채널 할당 주기에 따른 프레임 구간을 결정하는 과정을 더 포함하는 서브 채널 할당 방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 프레임 구간에 포함된 프레임의 개수는 상기 측정된 이동 속도를 근거로 결정되며, 상기 프레임의 개수는 하기의 <수학식 5>와 같이 표현됨을 특징으로 하는 서브 채널 할당 방법.
    <수학식 5>
    Figure 112010001004224-pat00029
    상기 <수학식 5>에서
    Figure 112010001004224-pat00046
    는 k번째 단말기에게 할당된 t번째 프레임구간이 포함하는 프레임의 개수를 나타내며, 상기
    Figure 112010001004224-pat00030
    는 캐리어 주파수(carrier frequency)를 나타내고, C는 전자기파의 전파 속도를 나타내며,
    Figure 112010001004224-pat00031
    는 상기 k번째 단말기의 t번째 프레임 구간에서의 이동 속도를 나타내고,
    Figure 112010001004224-pat00032
    는 프레임 길이(frame length)를 나타내고,
    Figure 112010001004224-pat00033
    는 상기 k번째 단말기의 이동 속도 추정 오류 인자(error factor)를 나타내고,
    Figure 112010001004224-pat00034
    는 채널 품질 정보(CQI: Channel Quality Information) 추정 오류 인자를 나타냄.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제어 신호는 서브 채널 할당 정보와 변조 및 코딩 기법 레벨(Modulation and Coding Scheme(MCS) level) 정보를 포함함을 특징으로 하는 서브 채널 할당 방법.
  7. 무선 통신 시스템에서 서브 채널 할당 장치에 있어서,
    단말기들의 이동 속도를 측정하는 이동 속도 측정부와,
    상기 단말기들 중 서브 채널을 할당할 적어도 하나의 단말기를 선택하고, 상기 측정된 이동 속도를 근거로 상기 적어도 하나의 단말기에 서브 채널을 할당하기 위한 서브 채널 할당 주기를 결정하는 자원 할당 주기 결정부와,
    상기 자원 할당 주기 결정부로부터 결정된 서브 채널 할당 주기를 사용하여 상기 적어도 하나의 단말기로 송신할 평균 데이터량을 계산하는 평균 데이터량 계산부와,
    상기 적어도 하나의 단말기의 채널 품질 정보를 고려하여 상기 평균 데이터량을 만족하도록 상기 적어도 하나의 단말기에게 서브 채널을 할당하는 자원 할당부와,
    상기 자원 할당부로부터 할당된 서브 채널 할당에 따른 제어 신호를 생성하여 상기 적어도 하나의 단말기로 송신하는 송신부를 포함하는 서브 채널 할당 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 이동 속도 측정부는 적응 횡단 필터(adaptive transversal filter)를 사용하여 상기 단말기들의 이동 속도를 측정함을 특징으로 하는 서브 채널 할당 장치.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 이동 속도 측정부는 레벨 교차율(level cross rate)을 사용하여 상기 단말기들의 이동 속도를 측정함을 특징으로 하는 서브 채널 할당 장치.
  10. 제7항에 있어서,
    상기 자원 할당 주기 결정부는 상기 서브 채널 할당 주기에 따른 프레임 구간을 결정함을 특징으로 하는 서브 채널 할당 장치.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 프레임 구간에 포함된 프레임의 개수는 상기 측정된 이동 속도를 근거로 결정되며, 상기 프레임의 개수는 하기의 <수학식 6>과 같이 표현됨을 특징으로 하는 서브 채널 할당 장치.
    <수학식 6>
    Figure 112010001004224-pat00035
    상기 <수학식 6>에서
    Figure 112010001004224-pat00047
    는 k번째 단말기에게 할당된 t번째 프레임구간이 포함하는 프레임의 개수를 나타내며, 상기
    Figure 112010001004224-pat00048
    는 캐리어 주파수(carrier frequency)를 나타내고, C는 전자기파의 전파 속도를 나타내며,
    Figure 112010001004224-pat00049
    는 상기 k번째 단말기의 t번째 프레임 구간에서의 이동 속도를 나타내고,
    Figure 112010001004224-pat00050
    는 프레임 길이(frame length)를 나타내고,
    Figure 112010001004224-pat00051
    는 상기 k번째 단말기의 이동 속도 추정 오류 인자(error factor)를 나타내고,
    Figure 112010001004224-pat00052
    는 채널 품질 정보(CQI: Channel Quality Information) 추정 오류 인자를 나타냄.
  12. 제7항에 있어서,
    상기 제어 신호는 서브 채널 할당 정보와 변조 및 코딩 기법 레벨(Modulation and Coding Scheme(MCS) level) 정보를 포함함을 특징으로 하는 서브 채널 할당 장치.
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