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KR100943572B1 - 직교 주파수 분할 다중 접속 시스템에서 주파수재사용율을 고려한 적응적 부채널 할당 장치 및 방법 - Google Patents

직교 주파수 분할 다중 접속 시스템에서 주파수재사용율을 고려한 적응적 부채널 할당 장치 및 방법 Download PDF

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KR100943572B1
KR100943572B1 KR1020030095455A KR20030095455A KR100943572B1 KR 100943572 B1 KR100943572 B1 KR 100943572B1 KR 1020030095455 A KR1020030095455 A KR 1020030095455A KR 20030095455 A KR20030095455 A KR 20030095455A KR 100943572 B1 KR100943572 B1 KR 100943572B1
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한영남
김훈
구자용
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Abstract

본 발명은 통신 시스템에서 복수의 이동국들에게 부채널을 할당하는 장치 및 방법에 관한 것으로, 상기 복수의 이동국들 각각이 최적의 주파수 재사용 계수 및 변조 방식을 나타내는 제1정보를 기지국들로 송신하며, 상기 복수의 이동국들로부터 수신한 제1정보들을 이용하여 각 기지국에 대해 주파수 재사용 계수별로 요구되는 부채널 개수를 산출하며, 상기 기지국들에 대한 상기 주파수 재사용 계수별로 요구되는 부채널 개수를 나타내는 제2정보들을 이용하여 상기 기지국들에게 부채널들을 상기 주파수 재사용 계수별로 할당하고, 상기 할당된 부채널들을 나타내는 기지국 부채널 할당 정보를 이용하여 셀 내에 속한 이동국들 각각에게 적어도 하나의 부채널을 할당함을 특징으로 한다.
Figure R1020030095455
부채널, 주파수 재사용 계수, 부채널 할당, 변조 방법, 기지국

Description

직교 주파수 분할 다중 접속 시스템에서 주파수 재사용율을 고려한 적응적 부채널 할당 장치 및 방법{APPARATUS FOR ALLOCATING SUBCHANNEL ADAPTIVELY CONSIDERING FREQUENCY REUSE IN ORTHOGONAL FREQUENCY DIVISION MULTIPLE ACCESS SYSTEM AND METHOD THEREOF}
도 1은 일반적인 직교 주파수 분할 다중/직교 주파수 분할 다중 접속 방식의 송수신기 구조를 개략적으로 도시한 도면.
도 2는 본 발명에 따른 직교 주파수 분할 다중 접속 시스템 구조를 개략적으로 도시한 도면.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 주파수 재사용율을 고려한 적응적 부채널 할당 절차를 나타낸 신호 흐름도.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 이동국에서의 동작 절차를 나타낸 흐름도.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 기지국에서의 동작 절차를 나타낸 흐름도.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 기지국 제어기에서 각 기지국별로 부채널을 할당하는 절차를 나타낸 흐름도.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 기지국에서 각 이동국별로 부채널을 할당하는 절차를 나타낸 흐름도.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 각 셀들에서의 주파수 재사용 계수별 부채 널 할당을 나타낸 도면.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 기지국 송신 장치를 나타낸 블록도.
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 이동국 수신 장치를 나타낸 블록도.
도 11은 본 발명의 실시예와 종래 기술의 성능을 비교한 그래프.
본 발명은 이동통신 시스템에 관한 것으로서, 특히 직교 주파수 분할 다중 접속 방식을 사용하는 이동통신 시스템에서 다수의 이동국들에게 부채널을 할당하는 장치 및 방법에 관한 것이다.
1970년대 말 미국에서 셀룰라(cellular) 방식의 무선 이동 통신 시스템(Mobile Telecommunication System)이 개발된 이래 국내에서는 아날로그 방식의 1세대(1G; 1st Generation) 이동 통신 시스템이라고 할 수 있는 AMPS(Advanced Mobile Phone Service) 방식으로 음성 통신 서비스를 제공하기 시작하였다. 이후, 1990년대 중반에 2세대(2G; 2nd Generation) 이동 통신 시스템이 시작되어 상용화 되었으며 1990년대 말에 향상된 무선 멀티미디어, 고속 데이터 서비스를 목표로 시작된 3세대(3G; 3rd Generation) 이동 통신 시스템인 IMT-2000(International Mobile Telecommunication-2000)이 일부 상용화되어 서비스 운영되고 있다.
한편, 현재는 3세대 이동 통신 시스템에서 4세대(4G: 4th Generation) 이동 통신 시스템으로 발전해나가고 있는 상태이다. 상기 4세대 이동 통신 시스템은 이전 세대의 이동 통신 시스템들과 같이 단순한 무선 통신 서비스에 그치지 않고 유선 통신 네트워크와 무선 통신 네트워크와의 효율적 연동 및 통합 서비스를 목표로 하며 상기 3세대 이동 통신 시스템에서보다 고속의 데이터 전송 서비스를 제공하기 위한 기술들이 표준화되고 있다.
상기 이동 통신 시스템들에서 무선 채널로 신호를 전송하는 경우 전송된 신호는 송신기와 수신기 사이에 존재하는 다양한 장애물들에 의해 다중경로 간섭을 받는다. 상기 다중경로가 존재하는 무선 채널은 채널의 최대 지연 확산과 신호의 전송 주기로 특성을 규정짓는다. 상기 최대 지연 확산보다 신호의 전송 주기가 긴 경우에는 연속된 신호 사이에 간섭이 발생하지 않으며, 채널의 주파수 특성은 비선택적 페이딩(freqency nonselective fading)으로 주어진다.
그러나, 심벌(symbol) 주기가 짧은 고속 데이터 전송시에 단일 반송파(single carrier)방식을 사용하게 되면, 심벌간 간섭(intersymbol interference)이 심해지기 때문에 왜곡이 증가하게 된다. 따라서 수신단의 등화기(equalizer)의 복잡도도 함께 증가된다.
따라서, 상기 단일 반송파 전송방식에서 등화 문제를 해결하기 위한 대안으로 OFDM 방식을 사용하는 시스템이 제안되었다.
상기 OFDM 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 채 널(sub-carrier channel)들로 변조하여 전송하는 멀티캐리어 변조(MCM : Multi Carrier Modulation) 방식의 일종이다. 이하, 설명에서는 상기 '서브 캐리어'라는 용어를 '부채널'이라는 용어로 사용하기로 한다.
이와 같은 멀티캐리어 변조 방식을 적용하는 시스템은 1950년대 후반 군용 HF radio에 처음 적용되었으며, 다수의 직교하는 서브 캐리어를 중첩시키는 OFDM 방식은 1970년대부터 발전하기 시작하였으나, 부채널들간의 직교 변조의 구현이 난이한 문제였었기 때문에 실제 시스템 적용에 한계가 있었다. 그러나 1971년 Weinstein 등이 상기 OFDM 방식을 사용하는 변복조는 DFT(Discrete Fourier Transform)를 이용하여 효율적으로 처리가 가능함을 발표하면서 OFDM 방식에 대한 기술개발이 급속히 발전했다. 또한 보호구간(guard interval)의 사용과 시클릭 프레픽스(cyclic prefix; 이하, 'CP'라 한다) 보호구간 삽입 방식이 알려지면서 다중경로 및 지연 확산(delay spread)에 대한 시스템의 부정적 영향을 더욱 감소시키게 되었다.
따라서, 상기 OFDM 방식은 디지털 오디오 방송(Digital Audio Broadcasting: DAB)과 디지털 텔레비젼, 무선 근거리 통신망(WLAN; Wireless Local Area Network) 그리고 무선 비동기 전송 모드(WATM; Wireless Asynchronous Transfer Mode) 등의 디지털 전송 기술에 광범위하게 적용되어지고 있다. 즉, 하드웨어적인 복잡도(Complexity)로 인하여 널리 사용되지 못하다가 최근 고속 푸리에 변환(Fast Fourier Transform; 이하 'FFT'로 칭하기로 한다)과 역 고속 푸리에 변환(Inverse Fast Fourier Transform; 이하 'IFFT'로 칭하기로 한다)을 포함한 각종 디지털 신호 처리 기술이 발전함으로써 실현 가능해졌다.
상기 OFDM 방식은 종래의 주파수 분할 다중(FDM; Frequency Division Multiplexing) 방식과 유사하나 무엇보다도 다수개의 부채널들간의 직교성(Orthogonality)을 유지하여 전송함으로써 고속 데이터 전송시 최적의 전송 효율을 얻을 수 있는 특징을 가지며, 또한 주파수 사용 효율이 좋고 다중 경로 페이딩(multi-path fading)에 강한 특성이 있어 고속 데이터 전송시 최적의 전송 효율을 얻을수 있다는 특징을 가진다.
또한, 주파수 스펙트럼을 중첩하여 사용하므로 주파수 사용이 효율적이고, 주파수 선택적 페이딩(frequency selective fading)에 강하고, 다중경로 페이딩에 강하고, 보호구간을 이용하여 심벌간 간섭(ISI: Inter Symbol Interference) 영향을 줄일 수 있으며, 하드웨어적으로 등화기 구조를 간단하게 설계하는 것이 가능하며, 임펄스(impulse)성 잡음에 강하다는 장점을 가지고 있어서 통신시스템 구조에 적극 활용되고 있는 추세에 있다.
그러면, 여기서 도 1을 참조하여 일반적인 OFDM 방식을 사용하는 통신 시스템의 구조를 설명하기로 한다.
도 1은 일반적인 OFDM 이동 통신 시스템의 송신기의 구성을 도시한 도면이다. OFDM 통신 시스템은 송신기(100) 및 수신기(150)로 구성된다.
상기 송신기(100)는 부호화기(104), 심벌 매핑기(106), 직렬/병렬 변환기(serial to parallel converter; 108), 파일럿 심벌 삽입기(pilot symbol inserter; 110), IFFT기(112), 병렬/직렬 변환기(parallel to serial converter; 114), 보호 구간 삽입기(guard interval inserter; 116), 디지털/아날로그 변환기(digital to analog converter; 118) 및 무선 주파수(Radio Frequency; 이하 'RF'라 한다) 처리기(processor; 120)로 구성된다.
상기 송신기(100)상에서, 부호화기(104)는 사용자 데이터(102)를 입력받아 해당 코딩(coding) 방식으로 코딩한 후 상기 심벌 매핑기(106)로 출력한다. 여기서, 상기 사용자 데이터(102)는 부호화기(104)로 전송하고자 하는 사용자 데이터 비트(user data bits) 및 제어 데이터 비트(control data bits)를　 포함한다. 그리고 해당 코딩 방식은 소정의 코딩 레이트(coding rate)를 가지는 터보 코딩(turbo coding) 방식 혹은 컨벌루셔널 코딩(convolutional coding) 방식 등을 말한다. 상기 심벌 매핑기(106)는 상기 부호화기(104)에서 출력한 코딩된 비트(coded bits)를 해당 변조 방식으로 변조하여 변조 심벌을 생성하고 생성된 변조 심벌을 직렬-병렬 변환기(108)로 출력한다. 여기서, 상기 변조 방식으로는 일 예로, BPSK(Binary Phase Shift Keying), QPSK(Quadrature Phase Shift Keying) 방식, 16QAM(Quadrature Amplitude Modulation) 혹은 64QAM(Quadrature Amplitude Modulation) 방식 등이 사용될 수 있다.
상기 직렬-병렬 변환기(108)는 상기 심벌 매핑기(106)에서 출력하는 직렬 변조 심벌들을 입력하여 병렬 변환한 후 상기 파일럿 심벌 삽입기(110)로 출력한다. 상기 파일럿 심벌 삽입기(110)는 상기 직렬/병렬 변환기(108)에서 출력한 병렬 변환된 변조된 심벌들에 파일럿 심벌들을 삽입한 후 IFFT기(112)로 출력한다. 상기 IFFT기(112)는 상기 파일럿 심벌 삽입기(110)에서 출력한 신호를 입력하여 N-포인 트(N-point) IFFT를 수행한 후 상기 병렬/직렬 변환기(114)로 출력한다.
상기 병렬/직렬 변환기(114)는 상기 IFFT기(112)에서 출력한 신호를 입력하여 직렬 변환한 후 상기 보호 구간 삽입기(116)로 출력한다. 상기 보호 구간 삽입기(116)는 상기 병렬/직렬 변환기(114)에서 출력한 신호를 입력하여 보호 구간 신호를 삽입한 후 상기 디지털/아날로그 변환기(118)로 출력한다. 여기서, 상기 보호 구간은 상기 OFDM 통신시스템에서 OFDM 심벌을 송신할 때 이전 OFDM 심벌 시간에 송신한 OFDM 심벌과 현재 OFDM 심벌 시간에 송신할 현재 OFDM 심벌간에 간섭(interference)을 간섭을 제거하기 위해서 삽입된다. 또한, 상기 보호 구간은 일정 구간의 널(null) 데이터를 삽입하는 형태로 제안되었으나, 상기 보호 구간에 널 데이터를 전송하는 형태는 수신기에서 OFDM 심벌의 시작점을 잘못 추정하는 경우 서브 캐리어들간에 간섭이 발생하여 수신 OFDM 심벌의 오판정 확률이 높아지는 단점이 존재하여 시간 영역의 OFDM 심벌의 마지막 일정 비트들을 복사하여 유효 OFDM 심벌에 삽입하는 형태의 'Cyclic Prefix' 방식이나 혹은 시간 영역의 OFDM 심벌의 처음 일정 비트들을 복사하여 유효 OFDM 심벌에 삽입하는 'Cyclic Postfix' 방식으로 사용하고 있다.
상기 디지털/아날로그 변환기(118)는 상기 보호 구간 삽입기(116)에서 출력한 신호를 입력하여 아날로그 변환한 후 상기 RF 처리기(120)로 출력한다. 여기서, 상기 RF 처리기(131)는 필터(filter)와 전처리기(front end unit) 등의 구성들을 포함하며, 상기 디지털/아날로그 변환기(118)에서 출력한 신호를 실제 에어(air)상에서 전송 가능하도록 RF 처리한 후 송신 안테나(Tx antenna)를 통해 에어(air)상 으로 전송한다.
상기에서는 송신기(100)에 대해서 설명하였으며, 다음으로 수신기(150)에 대해서 설명한다. 수신기(150)는 상기 송신기(100)의 역방향 구조를 가지게 된다.
상기 수신기(150)는 RF처리기(152), 아날로그/디지털 변환기(analog to digital converter; 154), 보호구간 제거기(156), 직렬/병렬 변환기(serial to parallel converter; 158), FFT기(160), 파일럿 심벌 추출기(162), 채널 추정기(164), 등화기(equalizer; 166), 병렬/직렬 변환기(parallel to serial converter; 168), 심벌 디매핑기(170) 및 복호화기(172)로 구성된다.
상기 수신기(150)상에서, 먼저, 상기 송신기(100)에서 송신된 신호는 다중 경로 채널(multipath channel)을 겪고 잡음이 가산된 형태로 상기 이동국 수신기(150)의 수신 안테나(Rx antenna)를 통해서 수신된다. 상기 수신 안테나를 통해 수신된 신호는 상기 RF 처리기(152)로 입력되고, 상기 RF 처리기(152)는 상기 수신 안테나를 통해 수신된 신호를 중간 주파수(IF; Intermediate Frequency) 대역으로 다운 컨버팅(down converting)한 후 상기 아날로그/디지털 변환기(154)로 출력한다. 상기 아날로그/디지털 변환기(154)는 상기 RF 처리기(152)에서 출력한 아날로그 신호를 디지털 변환한 후 상기 보호 구간 제거기(156)로 출력한다.
상기 보호 구간 제거기(156)는 상기 아날로그/디지털 변환기(154)에서 출력한 신호를 입력하여 보호 구간 신호를 제거한 후 상기 직렬/병렬 변환기(158)로 출력한다. 상기 직렬/병렬 변환기(158)는 상기 보호 구간 제거기(156)에서 출력한 직렬 신호를 입력하여 병렬 변환한 후 상기 FFT기(160)로 출력한다. 상기 FFT기(160) 는 상기 직렬/병렬 변환기(158)에서 출력한 신호를 N-포인트 FFT를 수행한 후 상기 등화기(166) 및 상기 파일럿 심벌 추출기(162)로 출력한다. 상기 등화기(166)는 상기 FFT기(160)에서 출력한 신호를 입력하여 채널 등화(channel equalization)한 후 상기 병렬/직렬 변환기(168)로 출력한다. 상기 병렬/직렬 변환기(168)는 상기 등화기(166)에서 출력한 병렬 신호를 입력하여 직렬 변환한 후 상기 심벌 디매핑기(170)로 출력한다.
한편, 상기 FFT기(160)에서 출력한 신호는 상기 파일럿 심벌 추출기(162)로 입력되고, 상기 파일럿 심벌 추출기(162)는 상기 FFT기(160)에서 출력한 신호에서 파일럿 심벌들을 검출하고, 상기 검출한 파일럿 심벌들을 상기 채널 추정기(164)로 출력한다. 상기 채널 추정기(164)는 상기 파일럿 심벌 추출기(162)에서 출력한 파일럿 심벌들을 이용하여 채널 추정을 수행하고, 상기 채널 추정 결과를 상기 등화기(166)로 출력한다. 그리고, 상기 이동국 수신기(150)는 상기 채널 추정기(164)의 채널 추정 결과에 상응하는 CQI(channel quality information)를 생성하고, 상기 생성된 CQI(channel quality information)를 채널 품질 정보 송신기(도시하지 않음)를 통해 상기 송신기(100)로 송신한다.
상기 심벌 디매핑기(170)는 상기 병렬/직렬 변환기(168)에서 출력한 신호를 해당하는 복조 방식으로 복조한 후 상기 복호화기(172)로 출력한다. 상기 복호화기(172)는 상기 심벌 디매핑기(170)에서 출력한 신호를 해당하는 디코딩(decoding) 방식으로 디코딩(decoding)한 후 최종 수신 데이터(174)를 출력한다. 여기서, 상기 복조 방식 및 디코딩 방식은 상기 송신기(100)가 적용한 변조 방식 및 코딩 방식과 대응되는 복조 방식 및 디코딩 방식이다.
4세대 무선 통신망의 물리 구조를 구성할 상술한 OFDM 기반 시스템은 다수 사용자 접근 제어를 위해서 직교 주파수 분할 다중 접속(Orthogonal Frequency Division Multiple Access; 이하, 'OFDMA'라 한다) 방식을 적용할 수 있다. 상기 OFDMA 방식은 스펙트럼 확산을 위한 주파수 도약(Frequency Hopping; 이하, 'FH'라 한다)을 이용하여 각 사용자들이 OFDM 부채널의 부분 집합들을 사용할 수 있고, 각 부채널은 매 시간 한 사용자에게 배타적으로 할당된다. 이러한 환경에서 OFDMA 시스템의 성능 최적화를 위한 무선 자원 할당은 중요한 역할을 한다.
상기 OFDM 모드에서 자원 할당의 가장 기본적인 단위는 OFDM 심볼(symbol)이 되며, 하나의 심볼에 의해 전송되는 데이터 비트 수는 심볼 당 사용되는 데이터 반송파의 수뿐만 아니라 변조와 코딩 방식에 의해서 결정된다. 한편, 상기 OFDMA 모드에서의 가장 기본적인 자원할당 단위는 부채널이 된다. 상술한 FFT의 크기에 따라 각 OFDM 심볼은 정수개의 부채널들이 사용되며, 각 부채널들에 의해 전송할 수 있는 상기 각 부채널 당 사용되는 데이터 비트의 수는 각 부채널 당 사용되는 데이터 반송파의 수이다.
한편, 상기 OFDM기반의 물리 구조를 갖는 무선 통신 시스템에서 채널 상태 정보를 이용하면 보다 효과적으로 OFDMA 시스템을 운용할 수 있다는 사실은 잘 알려져 있다. 그러나, 종래의 채널 할당 방식은 무선채널의 상태정보를 이용하여 일정기간 측정된 SNR을 이용하여 채널 할당을 시도하는 형태로 구현되거나, 더욱 간 단한 방법으로 바로 이전의 채널의 상태 정보를 가지고 가장 좋은 채널을 우선적으로 할당하는 방식이 제안되었다.
또한, 다중 셀 환경에서 주어진 대역폭을 사용하여 용량을 증대시키기 위한 방법으로서, 기존의 주파수 분할 다중 접속(Frequency Division Multiple Access; 이하, 'FDMA'라 한다) 방식에서 재사용 계수 분할(Reuse Partitioning)이라는 방법이 제안되었다.
그러나, 상기 종래의 FDMA 방식에서 제안된 재사용 계수 분할 방식은 변조 방식, 서비스 클래스의 종류 및 사용자당 할당되는 채널의 수 등이 각각 하나일 경우에 적합한 방식이었다. 따라서, 적응적 변조 및 코딩(Adaptive Modulation and Coding; 이하, 'AMC'라 한다) 방식이 적용되고, 사용자마다 다른 전송률을 가진 다양한 클래스의 데이터를 요구하는 상술한 OFDMA 시스템의 다중 셀 환경에서는 적합하지 않게 되는 문제점이 있다. 또한, 완전한 동적 채널 할당 방법은 셀간 협력 문제와 채널 추정의 오차로 인해 구현이 복잡할 뿐만 아니라 성능 저하가 크게 일어날 수 있게 되는 문제점이 있다.
따라서, 본 발명의 목적은 직교 주파수 분할 다중 접속 방식의 이동통신 시스템에서 다수의 이동국들에게 부채널들을 효율적으로 할당하는 장치 및 방법을 제공함에 있다.
또한, 본 발명의 목적은 직교 주파수 분할 다중 접속 방식의 이동통신 시스 템에서 다수의 이동국들게 주파수 재사용을 고려하여 적응적으로 부채널들을 할당하는 장치 및 방법을 제공함에 있다.
또한, 본 발명의 목적은 직교 주파수 분할 다중 접속 방식의 이동통신 시스템에서 소정의 셀 내에서 사용되는 각 부채널들을 주파수 재사용율을 다르게 하여 이동국들에게 할당하는 장치 및 방법을 제공함에 있다.
본 발명에서 제안하는 방법은; 통신 시스템에서 복수의 이동국들에게 부채널을 할당하는 방법에 있어서, 상기 복수의 이동국들 각각이 최적의 주파수 재사용 계수 및 변조 방식을 나타내는 제1정보를 기지국들로 송신하며, 상기 복수의 이동국들로부터 수신한 제1정보들을 이용하여 각 기지국에 대해 주파수 재사용 계수별로 요구되는 부채널 개수를 산출하며, 상기 기지국들에 대한 상기 주파수 재사용 계수별로 요구되는 부채널 개수를 나타내는 제2정보들을 이용하여 상기 기지국들에게 부채널들을 상기 주파수 재사용 계수별로 할당하고, 상기 할당된 부채널들을 나타내는 기지국 부채널 할당 정보를 이용하여 셀 내에 속한 이동국들 각각에게 적어도 하나의 부채널을 할당함을 특징으로 한다.
본 발명에서 제안하는 장치는; 통신 시스템에서 복수의 이동국들에게 부채널을 할당하는 장치에 있어서, 상기 복수의 이동국들로부터 최적의 주파수 재사용 계수 및 변조 방식을 나타내는 제1정보들을 수신하며, 상기 제1정보들을 이용하여 각 기지국에 대해 주파수 재사용 계수별로 요구되는 부채널 개수를 산출하고, 해당 기지국에 할당된 부채널들을 나타내는 기지국 부채널 할당 정보를 이용하여 셀 내에 속한 이동국들 각각에게 적어도 하나의 부채널을 할당하는 이동국 부채널 할당기와, 기지국들에 대한 상기 주파수 재사용 계수별로 요구되는 부채널 개수를 나타내는 제2정보들을 이용하여 상기 기지국들에게 부채널들을 상기 주파수 재사용 계수별로 할당하는 기지국 부채널 할당기를 포함함을 특징으로 한다.
이하 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 또한 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단된 경우 그 상세한 설명은 생략한다.
본 발명에서는 직교 주파수 분할 다중 방식(OFDM), 특히 각 부채널들을 다수의 사용자들에게 할당하는 직교 주파수 분할 다중 접속(OFDMA) 방식 기반의 무선통신 시스템에서의 효과적인 부채널 할당 방법을 제안한다.
이하, 설명에서 사용되는 부채널은 일반적으로 사용되는 서브 캐리어(sub-carrier) 또는 서브 채널(sub-channel)과 동일한 의미로 이해될 수 있다. 한편, 상기 다수의 서브 캐리어들은 특정 용도 또는 소정의 이동국별로 할당되기 위하여 하나의 서브 채널을 구성한다. 즉, 하나의 서브 채널은 하나의 서브 캐리어 또는 다수의 서브 캐리어들로 구성될 수 있으며, 상기 서브 채널별로 각 이동국들에게 할당되도록 구현하게 된다. 본 발명에서 사용되는 부채널은 상기 서브 캐리어 또는 서브 채널을 의미하며, 본 발명의 실시예에 따라 각 이동국들에게 서브 캐리어 또는 서브 채널을 할당하는 것을 '부채널 할당'이라 표현한다.
본 발명은 AMC 방식을 적용하고, 다양한 서비스 클래스의 서비스를 제공하는 직교 주파수 분할 다중 접속 방식 시스템에 적합한 부채널 할당 방법을 제안한다. 상기 본 발명에 따른 방법으로 주파수 재사용이 효율적으로 구현되며 시스템 성능이 향상될 수 있다.
한편, 본 발명은 동일한 셀 내에서 각 부채널별로 주파수 재사용 계수를 다르게 설정하여 할당함으로써 주파수 재사용율 고려에 따른 보다 효율적인 부채널 할당 방법을 구현한다. 이하, 상기 주파수 재사용 계수에 대해 먼저 간략히 설명한다.
주파수 재사용 계수란 셀룰라 시스템에서 주파수 효율이 얼만인지를 나타내는 데 사용하는 파라미터로서, 전체 주파수 대역을 몇 개의 셀에 나누어 주는가를 나타낸다. 예컨대, 전체 주파수 대역을 7개로 나누고, 상기 7개의 나누어진 주파수 대역을 각각 7개의 셀에 할당할 경우에 상기 주파수 재사용 계수는 7이 된다. 이때, 상기 각기 다른 주파수가 할당된 7개의 셀의 묶음을 셀 클러스터라 한다. 따라서, 상기 주파수 재사용 계수는 상기 셀 클러스터에 포함된 셀의 수를 말한다고 할 수 있다.
한편, CDMA 방식의 경우 이론적인 주파수 재사용 계수는 1이고, 실제의 경우에도 1/0.6 정도이므로 다른 무선 접속 방식(예컨대, 아날로그인 AMPS, TDMA(Time Division Multiple Access) 방식 또는 디지털 방식인 GSM 방식)에 비하여 각각 이론적으로는 주파수 재사용 계수만을 고려할 때 아날로그에 비해서 4배, TDMA 방식에 비해서 2 내지 2.4배 차이가 난다. 즉, 상기 CDMA(Code Division Multiple Access) 방식이 다른 무선 접속 방식에 비해서 채널 용량이 가장 큰 이유가 상기 CDMA의 주파수 재사용 계수에 있음을 알 수 있다.
따라서, 셀룰라 시스템의 주파수 자원 사용 효율성을 높이기 위해서는 주파수 재사용 기법을 잘 활용하여야 한다. 즉, 상기 주파수 재사용 기법은 상술한 바와 같이 셀룰라 시스템의 특정 셀/섹터에서 사용한 주파수를 시스템 내 다른 셀/섹터에서 다시 사용하는 기법을 의미하며, 주파수 재사용률은 같은 주파수를 사용하는 셀/섹터간 이격을 의미한다.
한편, 상기 주파수 재사용률 '1'인 시스템의 신호대 간섭 잡음비는 수신 단말기의 위치에 의존한다. 따라서, 셀/섹터 경계지역 또는 음영 감쇄 지역 등에 있는 단말기의 경우 매우 낮은 신호대 간섭 잡음비를 겪게 된다. 또한, 기지국 인근의 수신 단말기의 경우 상대적으로 높은 신호대 간섭 잡음비를 겪게 된다.
도 2는 본 발명에 따른 직교 주파수 분할 다중 접속 시스템 구조를 개략적으로 도시한 도면이다.
상기 도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 직교 주파수 분할 다중 접속 시스템 은 해당 셀 내에 속한 다수의 이동국(Mobile Station; MS)들(213, 223, 225, 227, 233 및 235)과 에어(air) 상에서 통신하는 다수의 기지국(Base Station; BS)들(211, 221 및 231)과 상기 다수의 기지국(Base Station; BS)들(211, 221 및 231)과 유선 구간으로 연결되어 상기 다수의 기지국들(211, 221 및 231)을 관리하는 기지국 제어기(Radio Network Controller; RNC)(201)로 구성된다.
즉, 상기 셀 1에 속한 이동국 213은 상기 셀 1을 담당하고 있는 기지국 211과 데이터를 송수신하며, 상기 셀 2에 속한 이동국 223, 225 및 227은 상기 셀 2를 담당하고 있는 기지국 221과 데이터를 송수신하며, 상기 셀 3에 속한 이동국 233 및 235는 상기 셀 3을 담당하고 있는 기지국 231과 데이터를 송수신한다. 한편, 상기 기지국 제어기(201)는 상기 기지국들(211, 221 및 231)을 관장하며, 각 기지국들에 대한 무선 자원 할당 및 데이터의 송수신을 스케쥴링한다.
본 발명에서는 상기 각 셀 내에 속한 이동국들(213, 223, 225, 227, 233 및 235)이 해당 셀을 관장하는 기지국(211, 221 및 231)으로 무선 채널 정보(LQ; Link Quality)들을 보고하고, 상기 각 이동국들(213, 223, 225, 227, 233 및 235)에 대한 무선 채널 정보를 보고 받은 상기 기지국(211, 221 및 231)은 상기 기지국 제어기(201)로 해당 셀 내의 이동국들(213, 223, 225, 227, 233 및 235)의 무선 채널 정보를 보고한다. 상기 각 기지국들(211, 221 및 231)로부터 각 셀 내의 이동국들(213, 223, 225, 227, 233 및 235)의 무선 채널 정보들을 보고 받은 상기 기지국 제어기(201)는 상기 보고 받은 정보들을 종합하고, 상기 각 기지국(211, 221 및 231)별 채널 상태 및 요구되는 자원의 양을 고려하여 각 기지국들(211, 221 및 231)에게 무선 자원들, 즉 부채널들을 할당(subchannel allocation)하고, 기지국별로 할당된 무선 자원들에 관한 정보인 기지국 부채널 할당 정보들을 각 기지국들(211, 221 및 231)로 송신한다. 상기 기지국 부채널 할당 정보를 수신한 상기 각 기지국들(211, 221 및 231)은 상기 할당된 무선 자원들을 해당 셀 내에 속한 각 이동국들(213, 223, 225, 227, 233 및 235)에게 효율적으로 할당한다. 그리고 상기 각 기지국들(211, 221 및 231)은 이동국별로 할당된 무선 자원 자원들에 관한 정보인 이동국 부채널 할당 정보들을 각 이동국들(213, 223, 225, 227, 233 및 235)로 송신한다. 그리고 이동국 부채널 할당 정보를 수신한 이동국(213)은 자신에게 할당된 무선 자원을 이용하여 기지국(211)과 통신을 수행한다.
이하, 상기 본 발명에 따른 각 기지국 및 이동국들에 대한 부채널 할당과정을 도 3을 참조하여 보다 구체적으로 설명한다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 주파수 재사용율을 고려한 적응적 부채널 할당 절차를 나타낸 신호 흐름도이다.
상기 도 3을 참조하면, 먼저 이동국은 자신의 AMC 관련 정보 및 채널 상태를 이용하여 최적의 효율을 가지는 주파수 재사용 계수(Frequency Reuse Factor; 이하, 'FRF'라 한다.)를 산출(301 단계)한다. 상기 최적의 FRF가 산출되면, 이동국은 상기 산출된 최적의 FRF와 상기 최적의 FRF에 따른 변조(Modulation) 방식을 나타내는 최적의 FRF 및 변조 방식 정보를 기지국으로 보고(303 단계)한다. 예컨대, 사용 가능한 FRF가 1, 3, 7이고, 상기 해당 이동국에서는 상기 FRF가 1일 때 가장 효율이 좋으며, 이때 QPSK 변조 방식이 가능하다면, 상기 FRF 1 및 QPSK의 정보가 상기 최적의 FRF 및 변조 방식 정보이다.
상기 이동국들 각각으로부터 상기 최적의 FRF 및 변조 방 정보를 수신한 기지국은 상기 수신된 최적의 FRF 및 변조 방식 정보를 종합하여 FRF 별로 필요한 부채널의 수를 산출(305 단계)하고, 상기 산출된 FRF별 부채널의 수를 나타내는 FRF별 부채널 개수 정보를 기지국 제어기로 보고(307 단계)한다. 상기 기지국 제어기는 각 기지국들로부터 상기 FRF별 부채널 개수 정보를 수신하고, 상기 수신된 FRF별 부채널 개수 정보들을 이용하여 기지국별(즉, 셀별)로 전체 사용 가능한 부채널들을 할당(309 단계)한다.
그런 다음, 상기 기지국 제어기는 상기 기지국별로 할당된 부채널을 나타내는 기지국 부채널 할당 정보를 해당 기지국들로 전송(313 단계)한다. 상기 기지국 부채널 할당 정보를 수신한 각 기지국들은 상기 기지국 부채널 할당 정보를 이용하여 해당 셀 내에 속한 각 이동국들에게 상기 할당된 부채널들을 할당(213 단계)한다. 그리고 상기 기지국은 이동국별로 할당된 부채널들을 나타내는 이동국 부채널 할당 정보를 이동국들에게 전송(315 단계)한다. 이후, 상기 해당 기지국으로부터 상기 이동국 부채널 할당 정보를 수신한 이동국들은 자신에게 할당된 적어도 하나의 부채널을 통해 상기 기지국과 데이터를 송수신(317 단계)한다.
이상으로 본 발명에 따른 부채널 할당 방법을 도 3을 참조하여 개략적으로 설명하였으며, 도 4 내지 도 7을 참조하여 상기 각 단계에 대한 구현 방법을 보다 구체적으로 설명한다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 이동국에서의 동작 절차를 나타낸 흐름도이다. 이하 상기 도 4의 설명에서 401 단계 내지 411 단계 중에서 401 단계 내지 405 단계는 상기 도 3의 301 단계에 해당되며, 407 단계는 315 단계, 409 단계는 415 단계, 411 단계는 317 단계에 해당된다.
상기 도 4를 참조하면, 먼저 이동국은 자신에 대한 최적의 FRF를 산출하기 위하여 각 부채널들을 통해 수신한 신호들로부터 부채널별 수신 신호대 간섭비(Signal to Interference Ratio; 이하, 'SIR'이라 한다)를 측정(401 단계)한다. 그런 다음, 상기 이동국은 상기 부채널별 수신 신호대 간섭비를 이용하여 FRF별로 부채널의 평균 SIR을 산출(403 단계)한다. 예컨대, FRF로서 1, 3 및 7의 세가지를 사용한다고 가정할 때, 상기 FRF가 1인 경우의 해당 부채널들의 SIR의 평균값을 산출하고, 상기 FRF가 3인 경우 및 7인 경우의 해당 부채널들의 SIR의 평균값을 각각 산출한다. 이때, 상기 SIR은 본 발명의 설명을 위해 예를 든 파라미터이며, 상기 SIR 이외에도 부채널별 채널 상태를 나타내는 어떠한 파라미터들도 사용 가능함은 물론이다.
한편, 이동국은 특정 SIR에 대응되는 변조 방식을 나타내는 매핑 테이블을 이미 저장하고 있다. 예컨대, 상기 평균 SIR이 5dB일 경우에는 QPSK 변조 방식이 가능하고, 상기 평균 SIR이 7dB일 경우에는 16QAM의 변조 방식이 가능하다. 즉, 채널 환경이 양호하여 상기 평균 SIR이 클 경우, 보다 높은 차수의 변조 방식을 사용하도록 할 수 있다.
상기 403 단계에서 FRF별 평균 SIR에 따라 사용 가능한 변조 방식을 결정한 후, 상기 이동국은 상기 FRF별 변조 방식을 이용하여 가장 효율이 좋은 최적의 FRF를 산출(405 단계)할 수 있다. 상기 최적의 FRF는 주파수 효율을 척도로 하여 선택되며, 주파수 효율은 하기 <수학식 1>에 의해 산출될 수 있다.
Figure 112003049168140-pat00001
예컨대, 이동국에서 FRF를 1로 하였을 때, QPSK 변조 방식을 사용할 수 있으며, FRF를 3으로 하였을 때, 16QAM의 변조 방식을 사용할 수 있다면, 상기 <수학식 1>에 따라서 주파수 효율이 각각 2 및 4/3으로 산출되기 때문에, 상기 최적의 FRF를 1로 결정할 수 있다.
상기 이동국은 상기 산출된 최적의 FRF 및 상기 산출된 최적의 FRF에 대응되는 변조 방식을 나타내는 최적의 FRF 및 변조 방식 정보를 해당 기지국으로 전송(407 단계)한다. 상기 예에서는 상기 최적의 FRF 및 변조 방식 정보는 FRF=1 및 QPSK 변조 방식이 된다.
한편, 상기와 같은 본 발명의 실시예에 따라 정보 전송을 위해 추가되는 비트수를 고려하면 다음과 같다. 가능한 변조 방식의 수를 M 개라 하고, FRF의 수를 K 개라고 하며, 상기 제어 정보(즉, 최적의 FRF 및 변조 방식 정보)가 BPSK 방식으로 전송된다고 하면, 이를 위해 log2(KM) 개의 비트가 필요하다. 즉, 상기 M이 4, K가 2인 경우에는 3개의 비트가 필요하게 된다. 상기 FRF가 고정된 셀 환경에서도 AMC를 위한 제어 정보 비트가 필수적인 것을 감안하면 본 발명의 실시예에 따라 추가되는 정보량 및 복잡도는 비교적 상당히 낮음을 알 수 있다.
상기 최적의 FRF 및 변조 방식 정보가 기지국으로 전송되면, 상기 도 3에서 상술한 바와 같이 기지국은 기지국 제어기로부터 보고받은 기지국 부채널 할당 정보를 이용하여 각 이동국들에게 부채널들을 할당한다. 그리고 기지국은 이동국별로 할당된 부채널을 나타내는 이동국 부채널 할당 정보를 해당 기지국으로 송신한다. 따라서, 상기 이동국은 상기 기지국으로부터 이동국 부채널 할당 정보를 수신(409 단계)하고, 상기 수신된 이동국 부채널 할당 정보를 이용하여 자신에게 할당된 적어도 하나의 부채널을 파악하고, 상기 파악된 부채널을 통해 데이터를 전송(411 단계)한다.
이상 상기 도 4에서는 이동국에서의 동작 절차를 설명하였으며, 도 5를 참조하여 기지국에서의 동작 절차를 설명한다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 기지국에서의 동작 절차를 나타낸 흐름도이 다.
상기 도 5를 참조하면, 최적의 FRF 및 변조 방식 정보를 이동국들 각각으로부터 수신(501 단계)한 기지국은 상기 수신된 최적의 FRF 및 변조 방식 정보들을 이용하여 이동국별로 필요한 부채널들의 수를 산출(503 단계)한다.
상기 각 이동국별로 필요한 부채널들의 수는 상기 각 이동국들로부터 수신한 최적의 FRF 및 변조 방식 정보들과 각 이동국들의 요구 전송률을 고려하여 산출된다. 만약, 특정 이동국이 요구하는 데이터가 10 비트이며, 상기 변조 방식에 따라 1개의 부채널로 2개의 비트가 전송 가능한 경우, 상기 특정 이동국은 총 5개의 부채널이 요구됨을 알 수 있다. 따라서, 상기 특정 이동국은 최소한 5개의 부채널이 할당되어야 서비스를 만족시킬 수 있다.
한편, 상기와 같이 이동국들 각각에서 요구되는 부채널의 수가 산출되면, 기지국은 FRF별로 필요한 부채널의 수를 산출(505 단계)할 수 있다. 즉, 상기 특정 FRF가 최적인 이동국들 각각에 대해 요구되는 부채널의 수를 모두 합한 값이 FRF별로 필요한 부채널의 수이다.
상기 기지국은 상술한 방법에 의해 산출된 FRF별로 필요한 부채널의 수를 나타내는 FRF별 부채널 개수 정보를 기지국 제어기로 전송(507 단계)한다. 상기 기지국 제어기는 각 기지국들로부터 수신된 FRF별 부채널 개수 정보들을 고려하여 기지국별로 부채널들을 할당하며, 구체적인 방법은 후술하기로 한다.
상기 기지국 제어기로부터 기지국 부채널 할당 정보를 수신(509 단계)한 상기 기지국은 상기 수신된 기지국 부채널 할당 정보를 이용하여 각 이동국들에게 적어도 하나 이상의 부채널을 할당(511 단계)하며, 이동국별로 할당된 부채널을 나타내는 이동국 부채널 할당 정보를 각 이동국들로 전송(513 단계)한다.
이상 본 발명의 실시예에 따른 기지국에서의 절차를 설명하였으며, 이하 도 6을 참조하여 상기 기지국 제어기에서 각 기지국들에게 부채널들을 할당하는 절차를 상세히 설명한다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 기지국 제어기에서 각 기지국별로 부채널을 할당하는 절차를 나타낸 흐름도이다.
상기 도 6을 참조하면, 상기 기지국 제어기는 본 발명의 실시예에 따라 기지국들과 기지국 제어기간 협조(Cell Coordination)를 통해 기지국별로 부채널들을 할당한다. 설명의 편의를 위해, 사용 가능한 FRF가 1, 3 및 7이라고 가정하고, 각 기지국들에서 계산된 FRF별 필요한 부채널의 수를 각각 Nb1, Nb3 및 Nb7이라고 가정하면, 상기 기지국 제어기는 FRF별로 필요한 부채널의 수 Nb1, Nb3 및 Nb7을 각 기지국들로부터 수신(601 단계)한다. 이때, 상기 b는 기지국을 나타내며, b의 범위는 1, 2, ..., B이고, 하나의 기지국 제어기가 총 B개의 기지국을 제어한다고 가정한다.
한편, 다중 셀 환경에서는 일반적으로 상기 값들이 각 기지국들마다 다르게 설정되는데, 상기 FRF별로 같게 하는 셀 구성 방안을 후술하는 본 발명의 실시예에 따라 적용한다.
먼저, 상기 기지국 제어기는 상기 FRF별 부채널 개수 정보들을 고려하여 부채널들을 할당할 때, FRF 값의 내림차순에 따라 부채널들을 할당한다. 예를 들면, 상기 기지국 제어기는 FRF가 가장 큰 값(즉, FRF가 7인 것)에 대응되는 부채널을 할당하는 것부터 고려한다. 이와 같이 FRF가 큰 값에 대응되는 부채널의 할당부터 고려하는 이유는 특정 이동국이 FRF가 작은 값에 대응되는 부채널을 요구하였으나, 부채널 할당 알고리즘을 통해 FRF가 큰 값에 대응되는 부채널을 특정 이동국에 할당할 경우에는 오히려 간섭이 줄어들게 되므로 문제가 발생하지 않으나, 반대로 FRF가 큰 값에 대응되는 부채널을 요구한 이동국에 작은 값을 가지는 FRF에 대응되는 부채널을 할당할 경우에는 인접 셀의 간섭에 의해 문제가 발생할 수 있다. 따라서, 큰 값을 가지는 FRF에 대응되는 부채널을 요구한 이동국들의 채널 할당을 우선적으로 보장하기 위해서, 상기 기지국 제어기는 상기와 같이 FRF의 내림차순으로 부채널을 할당한다. 즉, 평균적인 채널 성능을 고려할 때, 작은 값의 FRF에 대응되는 부채널을 요구한 이동국에 큰 값의 FRF에 대응되는 부채널을 할당할 수 있지만, 그 역은 성립될 수 없기 때문이다.
따라서, FRF가 7인 경우에 대한 부채널을 할당하기 위하여, 상기 기지국 제어기는 기지국들에 대응되는 FRF가 7일 때 요구되는 부채널의 수들 중에서 최대값을 선택(603 단계)한다. 상기 선택된 최대값을 A7이라고 하면, 상기 A7은 하기 <수학식 2>와 같이 표현될 수 있다.
Figure 112003049168140-pat00002
그리고 상기 기지국 제어기는 상기 FRF가 7에서 요구되는 부채널 수들 중에서 상기 A7을 빼준다. 이와 같이 함으로써, 상기 FRF가 7에서 요구되는 부채널 수들 중에서 가장 많은 부채널을 요구한 기지국에 대응되는 값이 0으로 계산되며, 나머지 기지국들에 대응되는 값들이 음수로 계산된다. 상기 0은 상기 FRF가 7인 경우에 필요로 하는 개수와 동일하게 부채널을 할당한 것을 말하며, 상기 음수는 상기 FRF가 7인 경우에 필요로 하는 개수를 초과하여 부채널을 할당한 것을 말한다.
이후에 상기 기지국 제어기는 기지국별로 초과되는 부채널을 다음 크기의 FRF인 FRF가 3인 경우에 사용할 수 있도록 한다. 즉, 상기 기지국 제어기는 기지국별로 FRF가 3일 때 요구되는 부채널 수에서 상기 초과되는 부채널의 수(즉, Nb7-A7 의 절대값)를 뺀다(605 단계).
상기와 같은 603 단계 및 605 단계를 수행함으로써, 상기 기지국 제어기는 상기 FRF가 7인 경우에 각 기지국들에서 요구하는 부채널들을 할당하며 이하 동일한 방법으로 FRF가 작은 경우에 각 기지국들에서 요구하는 부채널들을 할당한다. 즉, 상기 FRF가 3인 경우일 때, 상기 기지국 제어기는 상기와 동일한 방법으로 부채널을 가장 많이 요구하는 기지국의 부채널 개수를 기준으로 하여 부채널을 할당하고, 기지국별로 초과되는 부채널을 보다 낮은 FRF에서 사용할 수 있도록 한다.
따라서, 상기 FRF가 3인 경우에 대한 부채널을 할당하기 위하여, 상기 기지국 제어기는 기지국들에 대응되는 FRF가 3일 때 요구되는 부채널의 수들 중에서 최대값을 선택(607 단계)한다. 상기 선택된 최대값을 A3이라고 하면, 상기 A3은 하기 <수학식 3>과 같이 표현될 수 있다.
Figure 112003049168140-pat00003
그리고 상기 기지국 제어기는 상기 FRF가 3에서 요구되는 부채널 수들에서 상기 A3을 뺀다. 이와 같이 함으로써, 상기 FRF가 3에서 요구되는 부채널 수들 중에서 가장 많은 부채널을 요구한 기지국에 대응되는 값이 0으로 계산되며, 나머지 기지국들에 대응되는 값들이 음수로 계산된다. 상기 0은 상기 FRF가 3인 경우에 필요로 하는 개수와 동일하게 부채널을 할당한 것을 말하며, 상기 음수는 상기 FRF가 3인 경우에 필요로 하는 개수를 초과하여 부채널을 할당한 것을 말한다.
이후에 상기 기지국 제어기는 기지국별로 초과되는 부채널을 다음 크기의 FRF인 FRF가 1인 경우에 사용할 수 있도록 한다. 즉, 상기 기지국 제어기는 기지국별로 FRF가 1일 때 요구되는 부채널 수에서 상기 초과되는 부채널의 수(즉, Nb3-A3 의 절대값)를 뺀다(609 단계).
상기와 같은 607 단계 및 609 단계를 수행함으로써, 상기 기지국 제어기는 상기 FRF가 3인 경우에 각 기지국들이 요구하는 부채널들을 할당하며 이와 동일한 방법으로 FRF가 1인 경우에 각 기지국들이 요구하는 부채널들을 할당한다. 즉, 상기 FRF가 1인 경우일 때, 상기 기지국 제어기는 상기와 동일한 방법으로 부채널을 가장 많이 요구하는 기지국의 부채널 개수를 기준으로 하여 부채널을 할당하고, 기지국별로 초과되는 부채널은 잔여 부채널이 되기 때문에 FRF들 중에서 대역 효율이 가장 높은 FRF에 상기 잔여 부채널을 모두 할당한다.
따라서, 상기 FRF가 1인 경우에 대한 부채널을 할당하기 위하여, 상기 기지국 제어기는 각 기지국들에 대응되는 FRF가 1일 때 요구되는 부채널의 수들 중에서 최대값을 선택(611 단계)한다. 상기 선택된 최대값을 A1이라고 하면, 상기 A1은 하기 <수학식 4>와 같이 표현될 수 있다.
Figure 112003049168140-pat00004
그리고 상기 기지국 제어기는 상기 FRF가 1에서 요구되는 부채널 수들에서 상기 A1을 빼준다. 이와 같이 함으로써, 상기 FRF가 1에서 요구되는 부채널 수들 중에서 가장 많은 부채널을 요구한 기지국에 대응되는 값이 0으로 계산되며, 나머지 기지국들에 대응되는 값들이 음수로 계산된다. 상기 0은 상기 FRF가 1인 경우에 필요로 하는 개수와 동일하게 부채널을 할당한 것을 말하며, 상기 음수는 상기 FRF가 1인 경우에 필요로 하는 개수를 초과하여 부채널을 할당한 것을 말한다. 상기 초과되는 부채널은 잔여 부채널이 되므로, 상기 기지국 제어기는 FRF들 중에서 대역 효율이 가장 높은 FRF에 상기 잔여 부채널을 모두 할당(613 단계)한다. 상기 예에서는 FRF가 1일 때, 부채널의 주파수 효율이 가장 좋으므로, 잔여 부채널을 모두 상기 FRF가 1일 때 사용하는 부채널로 할당함이 바람직하다.
한편, 상기에서는 FRF가 1, 3 및 7인 경우를 실시예로 하여 설명하였으나, 다른 FRF를 가지는 셀룰라 시스템에도 상기와 동일한 방법을 적용하여 구현 가능함은 물론이다.
이하, 이해를 돕기 위해 <표 1>을 참조하여 상술한 기지국별 부채널 할당 방법을 셀이 2개일 경우의 예를 들어 설명하기로 한다.
Figure 112008051795537-pat00025
상기 <표 1>을 참조하면, 기지국 1번(b=1)은 FRF가 1인 경우에 대해서 10개의 부채널들을 필요로 하며, FRF가 3인 경우에 대해서는 10개, FRF가 7인 경우에 대해서는 10개의 부채널들을 필요로 한다. 즉, (N11, N13, N17)=(10, 10, 10)이 된다. 또한, 기지국 2번(b=2)은 FRF가 1인 경우에 대해서 5개의 부채널들을 필요로 하며, FRF가 3인 경우에 대해서는 5개, FRF가 7인 경우에 대해서는 20개의 부채널들을 필요로 한다. 즉, (N21, N23, N27)=(5, 5, 20)이 된다.
먼저, 상기 FRF가 7인 경우 각 기지국에서 요구하는 부채널들의 수는 각각 10 및 20이므로, 상기 FRF가 7인 경우에서 요구하는 부채널들의 최대값, 즉 A7은 20이 된다. 따라서, 두번째 단계에서는 각 기지국에 대해 FRF가 7인 경우 요구하는 부채널들의 수에서 상기 20을 빼준다. 즉, 상기 기지국 1번은 -10되며, 상기 기지국 2번은 0이 된다. 이때, FRF가 7인 경우에서는 상기 기지국 2번을 기준으로 할당하였으므로, 상기 기지국 1번에 대해서는 10개의 부채널들이 초과되어 할당(즉, -10) 된다. 즉, 상기 기지국 1번에 대해서는 요구하는 부채널들의 개수 10개만을 할당하고, 상기 초과된 부채널 10개는 상기 FRF가 한단계 낮은, 즉 FRF가 3인 경우에 할당하게 된다.
따라서, 세번째 단계에서는 기지국 1번이 (10, 0, 0)이 되며, 기지국 2번이 (5, 5, 0)이 된다. 결국, 총 20개의 부채널들에 대해서 상기 기지국 2번에서는 FRF가 7일 경우에 모두 할당하였으며, 상기 기지국 1번에서는 FRF가 7인 경우에 10개, FRF가 3인 경우에 10개를 할당하였다.
다음으로, 상기 FRF가 3인 경우 각 기지국에서 요구하는 부채널들의 수는 상기 기지국 1번에서는 이미 10개 모두 할당하여 각각 0 및 5가 되므로, 상기 FRF가 3인 경우에서 요구하는 부채널들의 최대값, 즉 A3은 5가 된다. 따라서, 네번째 단계에서는 각 기지국에 대해 FRF가 3인 경우 요구하는 부채널들의 수에서 상기 5를 빼준다. 즉, 상기 기지국 1번은 -5가 되며, 상기 기지국 2번은 0이 된다. 이때, FRF가 3인 경우에서는 상기 기지국 2번을 기준으로 할당하였으므로, 상기 기지국 1번에 대해서는 5개의 부채널들이 초과되어 할당(즉, -5) 된다. 이때, 상기 기지국 1번에 대해서는 요구하는 부채널들의 개수가 이미 모두 할당되었으므로, 상기 초과된 부채널 5개는 상기 FRF가 한단계 낮은, 즉 FRF가 1인 경우에 할당하게 된다.
따라서, 다섯번째 단계에서는 기지국 1번이 (5, 0, 0)이 되며, 기지국 2번이 (5, 0, 0)이 된다. 결국, 총 5개의 부채널들에 대해서 상기 기지국 2번에서는 FRF가 3일 경우에 모두 할당하였으며, 상기 기지국 1번에서는 FRF가 3인 경우에 0개, FRF가 1인 경우에 5개를 할당하였다.
다음으로, 상기 FRF가 1인 경우 각 기지국에서 요구하는 부채널들의 수는 상기 기지국 1번에서는 이전 할당에서 이미 5개를 할당하였기 때문에 각각 5 및 5가 되므로, 상기 FRF가 1인 경우에서 요구하는 부채널들의 최대값, 즉 A1은 5가 된다. 따라서, 여섯번째 단계에서는 각 기지국에 대해 FRF가 3인 경우 요구하는 부채널들의 수에서 상기 5를 빼준다. 즉, 상기 기지국 1번은 0이 되며, 상기 기지국 2번도 0이 된다.
한편, IFFT 및 FFT 입력 포인트가 512개가 되어, 할당 가능한 총 부채널의 수가 512개일 경우, 상기 <표 1>의 절차에 의해 할당한 부채널의 수는 512-5-15-140=352개가 된다. 즉, 상기 512개의 부채널들 중 FRF가 1인 경우에 할당된 5개의 부채널들은 7개의 셀을 하나의 클러스터라고 볼 때, 모든 셀들에서 재사용되나, 상기 FRF가 3인 경우에 할당된 5개의 부채널들는 3개의 셀 당 하나의 셀에서만 사용하며, 상기 FRF가 7인 경우에 할당된 20개의 부채널들은 7개의 셀 당 하나의 셀에서만 사용하게 된다. 따라서, 실제 각 셀에 할당되는 부채널들의 수는 상기 FRF가 3일 경우 가중치 3을 부여하고, 상기 FRF가 7일 경우에는 가중치 7을 부여하여 계산하여야 한다.
따라서, 전체 512개의 부채널들 중 상기 할당 결과 남은 부채널들의 수는 352개가 된다. 이때, 상기 남은 352개의 잔여 부채널들은 상술한 바와 같이 주파수 사용 효율이 제일 높은 FRF 1에 대해 할당하게 된다. 결국 최종적으로 각 셀에 할당되는 부채널들의 수는 상기 FRF가 1인 경우에 357개, 3인 경우에 5개, 그리고 7인 경우에 20개가 할당된다. 즉, (357, 5, 20)이 된다.
상기 각 FRF별로 최종 할당된 부채널들의 정보는 각 기지국들로 전송된다. 한편, 총 부채널의 수가 N이라고 할 때, 상기 기지국에서 기지국 제어기까지 요구되는 최대 비트수는 하기 <수학식 5>와 같이 된다.
Figure 112003049168140-pat00006
상기 <수학식 5>에 따르면, 예컨대 N이 512일 경우 최대 요구 비트수는 24가 된다. 따라서, 실제 기지국과 기지국 제어기간은 일반적으로 광 케이블 구간으로 연결됨을 고려할 때, 전송량의 문제는 무시할 수 있을 정도이다.
한편, 상기와 같은 방법에 의해 각 FRF별로 할당되는 부채널들의 수가 결정되면, 몇번째 부채널을 어떤 FRF로 어떤 기지국에 사용할 지를 결정하게 되며 상기 결정 방법은 다양하게 구현될 수 있다. 그러나, 주파수 영역의 다이버시티 효과를 위해서는 상기 할당되는 부채널들의 위치는 각 기지국별 및 FRF별로 최대한 이격되도록 구성하는 것이 바람직하다.
예컨대, 각 기지국에 상기 FRF가 1인 부채널을 4개, FRF가 3인 부채널을 2개 할당한다고 가정한다. 이때 바로 인접하는 부채널들을 할당하지 않고 순서를 난수화(randomize)한 후 할당해 주게 되면, 각 기지국에 할당된 부채널의 간격이 넓어지므로 주파수 영역에서 다이버시티(diversity) 효과를 기대할 수 있다. 만약 상기 난수화한 후 부채널 할당 순서가 4, 9, 1, 6, 3, 10, 2, 8, 5, 7 이라면, 하기 <표 2>와 같이 기지국 1에 FRF 1로 4, 9, 1, 6번의 부채널을, FRF 3으로 3, 10번 또는 2, 8번 또는 5, 7번을 사용하도록 부채널을 할당할 수 있다.
Figure 112003049168140-pat00007
상기와 같이 부채널들을 할당함으로써 최종적으로 이동국에 부채널 할당시 다이버시티 효과를 얻을 수 있다.
이상으로 기지국 제어기가 각 기지국마다 할당하게 되는 FRF별 부채널의 수 및 위치 결정 방법을 설명하였다. 이제부터 상기 각 기지국별로 할당된 부채널을 나타내는 기지국 부채널 할당 정보에 따라 기지국이 각 이동국에 부채널을 할당하는 방법을 도 7을 참조하여 설명하기로 한다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 기지국에서 각 이동국별로 부채널을 할당하는 절차를 나타낸 흐름도이다.
상기 도 7을 참조하면, 기지국 제어기로부터 각 FRF별 부채널 할당 정보를 수신한 기지국은 먼저 부채널 셋 및 이동국 셋을 하기 <수학식 6> 및 <수학식 7>과 같이 초기화(701 단계)한다.
Figure 112003049168140-pat00008
Figure 112003049168140-pat00009
상기 <수학식 6>에서 N은 할당된 기지국 b에 할당된 부채널 s의 수이며, 상기 <수학식 7>에서 M은 각 셀에 속한 이동국들의 수이다.
한편, 상기 S가 공집합일 경우, 즉 할당할 부채널이 없을 경우(703 단계)에 기지국은 부채널 할당 절차를 종료하며, 할당할 부채널이 있을 경우 705 단계를 수행한다.
다음 절차에서 만약, QoS(Quality of Service)를 만족하지 못한 이동국이 있을 경우, 즉 부채널 할당을 요구하는 이동국들에게 상기 요구된 부채널들이 모두 할당되지 못하였을 경우(705 단계)에 기지국은 상기 할당 가능한 부채널들을 상기 부채널 할당을 요구하는 이동국들에게 할당한다. 이때, 상기 부채널들을 이동국에 할당할 때, 기지국은 채널 상태에 따라 상기 부채널들을 할당(707 단계)한다.
상기 705 단계 및 707 단계는 기지국이 정해진 이동국 순서대로 채널 품질 정보(QoS: Quality of Service)가 만족될 때까지 채널 특성이 좋은 부채널을 선택하는 과정이다. 이때, 상기 FRF가 큰 부채널을 필요로 하는 이동국을 우선 순위로 셋팅한다. 이와 같이 수행하는 이유는 큰 값을 가지는 FRF을 사용할 때 이용되는 부채널을 해당 이동국에게 할당하면서 동시에 부채널별 수시적인 채널 특성의 변화를 이용하기 위함이다.
예컨대, N1 11=1, N1 12=3, N3 13=2라 하고, 상술한 표 2와 같이 랜덤화한 후 각 기지국에 부채널이 할당된다고 가정한다. 상기 N의 위첨자의 앞의 숫자는 기지국을 의미하며 뒤의 숫자는 이동국을 의미한다. 또한, 상기 N의 아래첨자는 FRF를 의미한다. 이때, N3 13=2는 이동국 3이 FRF 3에 해당하는 부채널이 2개 필요하다는 것을 의미하며, N1 11=1 및 N1 12=3은 이동국 1 및 2가 FRF 1로 사용되는 부채널이 각각 1개 및 3개 필요하다는 것을 의미한다. 그런데, 상기와 같은 결과는 평균적인 링크 성능을 통해 얻은 것이며, 실제 페이딩을 겪는 채널 환경에서는 순시적인 채널값을 이용하는 것이 바람직하다.
순시적인 채널값을 반영하는 것은 상기 이동국 3에게 좋은 상태의 부채널을 가장 먼저 할당함으로써 해결할 수 있다. 즉, 상기 <표 2>에서 부채널 3, 10번은 FRF 3으로 이용되므로 FRF 1로 이용되는 4, 9 ,1 및 6번 보다 수신단에서의 신호 성능이 확률적으로 높게 나타난다. 그러나, 상기 4, 9, 1 및 6번 부채널 중에서 3, 10번 부채널보다 더 좋은 성능을 가진 부채널이 있다면, 상기 이동국 3에게 FRF와 관계 없이 더 좋은 상태의 채널을 할당한다. 상기와 같이 수행하면, 나머지 이동국들에게 큰 값의 FRF에 대응되는 채널이 할당될 수 있게 된다. 이러한 방법은 평균적인 성능을 이용하여 발생하는 손실을 어느 정도 보상할 수 있는 방법이 된다.
상기 채널 상태에 따른 부채널 할당 방법은 하기 <수학식 8>에 의해 구현될 수 있다.
Figure 112003049168140-pat00010
상기 <수학식 8>에서 Ti cur는 각 부채널의 할당 시점에서 이동국 i의 전송 비트 수이고, Ti qos는 이동국 i가 요구하는 전송 비트수이다.
상기 <수학식 8>에 따르면, 모든 부채널 sj에 대해 각 ui에 할당하였을 경우, 가장 전송율이 높은 부채널(즉 해당 이동국에서 가장 채널 상태가 좋은 부채널)에 대해 우선적으로 할당하게 된다. 한편, 상기 ρ는 부채널 sj가 이동국 ui에 할당되었을 경우 1로 표시되는 값이다. 상기 할당에 의해 부채널 셋 U 및 이동국 셋 S에서 할당된 해당 부채널 및 이동국 엘리먼트가 제외된다.
한편, 상기 705 단계의 판단 결과, 모든 이동국들이 요구하는 부채널들을 다 할당하여서 상기 이동국 셋 U가 공집합이 되었을 경우, 709 단계에서 상기 기지국은 아직 할당되지 않은 부채널들을 이동국들에게 할당하기 위해, 다시 상기 이동국 셋 U를 모든 이동국들에 대해 재정렬한다.
만약, 이동국들에게 부채널이 모두 할당되며, 추가로 할당할 수 있는 남은 부채널이 없는 경우(711 단계)에 상기 기지국은 부채널 할당 과정을 종료한다. 만약에 추가로 할당 가능한 부채널이 남아 있는 경우, 713 단계에서 상기 기지국은 상기 707 단계에서와 마찬가지로 채널 상태에 따라 이동국에 부채널을 할당한다.
이때 상기 부채널을 할당하는 것은 하기 <수학식 9>와 같이 수행될 수 있다.
Figure 112003049168140-pat00011
상기 <수학식 9>를 참조하면, 상기 이동국들에게 남아 있는 부채널들을 할당하므로, <수학식 8>에서와 달리 특정 부채널을 할당한 경우의 전송 비트 수와 이동국이 요구하는 전송 비트수간의 비교과정이 필요 없다. 또한 상기 <수학식 8>에서는 요구되는 부채널을 각 이동국들에 할당하는 경우, 이동국을 고정시키고, 이동국에 할당 가능한 부채널들 중에서 가장 전송율이 좋은 부채널을 선택하여 할당하였으나, 상기 <수학식 9>에서는 부채널을 고정시키고, 해당 부채널을 모든 이동국들에 할당하였을 경우에 대한 전송율들 중에서 가장 전송율이 좋은 이동국을 선택하고, 선택된 이동국에 상기 해당 부채널을 할당한다.
상기 도 7에서는 기지국에서 각 이동국들에 대한 부채널 할당 방법을 설명하였다. 이하 도 8을 참조하여 상기 할당된 부채널들이 각 셀에 할당된 실시예를 설명한다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 각 셀들에서의 주파수 재사용 계수별 부채널 할당을 나타낸 도면이다.
상기 도 8을 참조하면, C=1 내지 C=7의 7개의 셀(700)에 대해서 본 발명의 실시예에 따라 부채널들을 할당하는 방법을 도시한다. 즉, 상기 7개의 셀에 대하여 FRF가 1로서 할당된 부채널들은 상기 모든 7개의 셀들에 동일하게 재사용(710)된다. 한편, 상기 FRF가 3으로 할당된 부채널들은 3개의 셀에 나누어 할당(720)하게 되며, 상기 FRF가 7로 할당된 부채널들은 7개의 셀에 나누어 할당(730)하게 된다.
예컨대, 상기 <표 1>에서 결정된 부채널들의 수에 따라 상기 7개의 셀에 상기 부채널들을 할당한다고 가정할 때, 상기 FRF가 1로 할당된 부채널 357개는 C=1 내지 C=7에 각각 중복되어 할당된다. 또한, 상기 FRF가 3으로 할당된 부채널 5개는 C=1에 할당되며, 상기 C=1에 할당된 부채널 5개와 다른 5개의 부채널들은 C=3, C=5 및 C=7에 동일하게 할당되며, 또 다른 부채널 5개는 C=2, C=4 및 C=6에 동일하게 할당된다. 한편, 상기 FRF가 7로 할당된 부채널 20개는 C=1에 할당되며, 나머지 C=2 내지 C=7에서는 상기 FRF가 7로 할당된 부채널들 중에서 각각 다른 부채널이 20개씩 할당된다. 따라서, 결국 각 셀에는 FRF가 1로 할당된 부채널이 357개 FRF가 3으로 할당된 부채널이 5개, FRF가 7로 할당된 부채널이 20개씩 할당된다.
보다 구체적으로 상기 각 셀에 부채널들을 할당함에 있어 설명의 편의상 상술한 랜덤화를 고려하지 않았을 경우, 상기 도 8의 각 셀들에는 하기 <표 3>과 같이 할당될 수 있다.
Figure 112003049168140-pat00012
한편, 상기 <표 3>에서는 설명의 편의를 위해 주파수 영역에서 다이버시티 효과를 위해 수행하는 각 부채널들의 랜덤화한 할당을 고려하지 않았으며, 실제 할당에서는 상기 <표 3>과는 달리 할당되는 부채널들의 번호가 랜덤하게 할당되는 것이 바람직하다 그러나, 상기 랜덤하게 할당할 경우에 있어서도, 상기 <표 3>에서와 같이 동일한 부채널 번호를 가지는 셀에 대해서는 동일한 부채널이 할당되도록 하여야 한다.
이상으로 본 발명의 실시예에 따른 FRF를 고려한 부채널 할당 방법을 상세히 설명하였다. 이하, 도 9 및 도 10을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 기지국 및 단말기 장치를 설명한다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 기지국 송신 장치를 나타낸 블록도이다.
상기 도 9를 참조하면, 각 K개의 이동국들에 전송할 데이터들은 소정의 부호 화기(901)를 거쳐 본 발명의 실시예에 따라 할당되는 부채널 정보를 고려한 이동국 부채널 할당기(903) 및 부채널 매핑기(905)에 의해 IFFT기(907)의 입력 포인트에 매핑된다. 상기 IFFT기(907)의 각 입력 포인트에 매핑된 상기 각 이동국들에게 전송될 데이터들은 상기 IFFT기(907)에서 IFFT 변환되며, 병/직렬 변환기(909), 보호구간 삽입기(911), D/A 컨버터(913) 및 RF 처리기(915)를 거처 각 사용자 단말기들로 전송된다.
한편, 상기 병/직렬 변환기(909), 보호구간 삽입기(911), D/A 컨버터(913) 및 RF 처리기(915)는 일반적인 구조이므로 상세한 설명은 생략하기로 한다.
본 발명은 일반적인 OFDMA 시스템 구성에서, 본 발명에 따른 부채널 할당 알고리즘이 추가된다. 즉, 상기 기지국은 본 발명의 실시예에 따라 상기 각 이동국들로부터 수신된 최적의 FRF 및 변조 방식 정보를 통해 결정된 각 FRF별 필요한 부채널 개수를 기지국 제어기로 전송하고, 상기 기지국 부채널 할당기(미도시)로부터 상기 FRF별로 할당된 부채널을 나타내는 기지국 할당 정보를 수신한다. 여기서, 상기 기지국 부채널 할당기는 기지국 제어기에 구비될 수 있으며, 기지국들에 대한 FRF 부채널 개수 정보들을 이용하여 상기 기지국들에게 부채널들을 FRF별로 할당한다. 이때, 상기 수신된 기지국 부채널 할당 정보를 통해 상기 이동국 부채널 할당기(903)에서는 상기 도 7에서 상술한 방법에 의해 이동국별로 부채널을 할당한다. 상기 이동국별로 할당된 부채널을 나타내는 이동국 부채널 할당 정보가 부채널 매핑기(905)로 입력되며, 상기 입력된 이동국별 부채널 할당 정보에 따라 송신하고자 하는 데이터를 각 부채널들에 매핑한다.
한편, 상기 부채널은 상술한 바와 같이 하나의 서브 캐리어 또는 하나 이상의 서브 캐리어들로 구성되며, 이동국별로 하나 이상의 부채널들에 매핑될 수 있다. 예컨대, K 개의 사용자 단말기에게 전송될 데이터들 중 제1 이동국에 전송될 데이터는 부채널 1 및 부채널 3에 매핑될 수 있고, 제2 이동국에 전송될 데이터는 부채널 2, 부채널 6 및 부채널 7에 매핑될 수 있다. 이때, 상기 매핑 방법은 상술한 바와 같이 상기 이동국 부채널 할당기(903)에서 상술한 본 발명의 실시예에 따라 할당한 방법을 매핑하게 된다.
한편, 상기 이동국 부채널 할당 정보는 상기 각 이동국들에게 전송되어야 하며, 상기 각 이동국들은 자신에게 할당된 부채널 정보를 통해 자신에게 해당되는 데이터만을 복조할 수 있다. 또한, 상기 이동국 부채널 할당 정보는 제어 정보로서 별도의 부채널을 통해 전송되거나, 모든 사용자 단말기들에게 전송되는 방송 채널(Broadcast Channel)(예컨대, UL-MAP 등)을 통해 전송될 수도 있다.
이하, 도 10을 참조하여, 상기 도 9의 송신기로부터 전송된 각 이동국별 데이터들을 각각의 수신기에서 수신하는 방법을 설명한다.
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 이동국 수신 장치를 나타낸 블록도이다.
상기 도 10을 참조하면, 상술한 도 9에 의해 송신된 데이터는 각 이동국의 안테나를 통해 수신되며, RF 처리기(1001), A/D 컨버터(1003), 보호구간 제거기(1005), 직/병렬 변환기(1007) 및 IFFT기(1009)를 거쳐 다수의(예컨대, N개의) 부채널 신호들로 구분된다. 상기 RF 처리기(1001), A/D 컨버터(1003), 보호구간 제거기(1005), 직/병렬 변환기(1007) 및 IFFT기(1009)의 동작은 상술한 바와 같으므로 상세한 설명은 생략하기로 한다.
한편, 상기 IFFT기(1009)를 통해 다수의 부채널들로 구분된 수신 데이터들은 본 발명에 따른 부채널 선택기(1011)에서 송신기로부터 수신된 이동국 부채널 할당 정보를 이용하여 자신에게 해당되는 부채널을 선택한다. 상기 선택된 부채널 신호는 복호화기(1013)에서 상기 송신기의 부호화기(901)에서 부호화된 방법에 맞게 복호화된다.
상기 부채널 선택기(1011)로 입력되는 상기 이동국 부채널 할당 정보는 상기 도 7에서 상술한 본 발명에 따라 이동국별 채널 정보 및 FRF 정보를 이용하여 상기 이동국에 할당된 부채널을 나타내는 정보이며, 상기 송신기로부터 수신된 정보이다. 또한, 상기 이동국 부채널 할당 정보는 미리 지정된 부채널 할당 주기(T)마다 수신하는 것이 바람직하며, 다른 방법으로 상기 이동국 부채널 할당 정보가 바뀔 때마다 수신하도록 구현할 수도 있다.
이상으로 본 발명의 실시예에 따른 장치 및 방법을 설명하였으며, 이하 도 11을 참조하여 본 발명의 실시예와 종래 기술간의 성능을 그래프를 통해 비교한다.
도 11은 본 발명의 실시예와 종래 기술의 성능을 비교한 그래프이다.
도 11에서는 제안된 적응적 FRF 방법과 종래의 방법들에 대한 성능 분석을 위해 하기 <표 4>의 환경에서 시뮬레이션을 수행하였다.
Figure 112003049168140-pat00013
이때, 각 부채널에 할당되는 전력은 같다고 가정하였으며, 총 부채널 수는 512개이며, 사용 가능한 FRF는 1 및 3으로 가정하였다. 또한, 각 셀당 30명의 사용자가 고르게 분포해 있으며 속도는 0~100km/h 사이에서 균일한 분포를 가진다고 가정한다. 아울러 각 사용자마다 최소의 전송률을 보장하며, 모든 측정이 정확하고 AMC는 1msec마다 수행된다고 가정한다.
상기 도 11은 각 사용자마다의 최소 요구 전송률에 따른 셀의 평균 수율(throughput)을 도시한 것이다. 본 발명의 실시예에 따라 제안된 방법에 대해서는 알고리즘 적용(이동국의 측정, 보고로부터 기지국에 부채널이 할당되는 시간까지) 지연 시간을 AMC 적용 주기와 같은 1 슬롯 지연된 경우, 2초 지연된 경우 및 5초 지연된 경우에 대하여 성능을 분석하였다. 또한, 상기 FRF 1, 3을 모두 사용하고 각각 128개씩의 부채널이 할당된 경우와 FRF가 모두 3으로 고정된 방법을 비교 하였다.
상기 도 11에 따르면 사용자의 요구 전송 비트가 적을수록 FRF를 1로 사용될 수 있는 여분의 부채널이 많음을 알 수 있다. 이때, 제안된 방법은 적응적으로 FRF가 1로 사용되는 부채널의 수를 크게 하여 시스템 수율을 크게 한다. 한편, 지연 시간이 2초인 경우 5초인 경우보다 성능이 크게 저하되지 않는 것은 5초 정도의 범위에서 평균적인 링크 성능의 변화가 크지 않기 때무이다. 반면에 사용자당 요구전송 비트가 늘어나면, 시스템 수율이 떨어지고, 모든 사용자에게 보장할 수 있는 전송 비트의 한계가 나타난다. 이것은 셀 경계 부근 사용자의 요구 전송 비트를 보장하는데 사용되는 부채널의 수가 증가하여, 주파수 효율을 가장 높게 사용될 수 있는 여분의 부채널 수가 감소하고 결국은 주어진 대역으로 서비스가 불가능해지기 때문이다. 따라서, 모든 사용자에게 보장해 줄수 있는 최대 전송 비트 또한 상기에서 제안된 방법이 고정 FRF를 사용하는 방안에 비해 훨씬 크게 됨을 알 수 있다.
한편, 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시예에 관해 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도내에서 여러가지 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, 적응적 변조 방식이 적용되는 시스템에서의 주 파수 재사용 계수에 따라 효율적으로 부채널을 할당함으로써 시스템의 성능을 증가시키게 되는 장점이 있다. 또한 동일 셀 내에서 여러가지 주파수 재사용 계수를 각 셀들간의 데이터 전송량 및 채널 상태를 고려하여 설정함으로써 보다 효율적인 부채널 할당을 수행할 수 있게 되는 장점이 있다.

Claims (16)

  1. 통신 시스템에서 복수의 이동국들에게 부채널을 할당하는 방법에 있어서,
    상기 복수의 이동국들 각각이 최적의 주파수 재사용 계수 및 변조 방식을 나타내는 제1정보를 기지국들로 송신하는 과정과,
    상기 복수의 이동국들로부터 수신한 제1정보들을 이용하여 각 기지국에 대해 주파수 재사용 계수별로 요구되는 부채널 개수를 산출하는 과정과,
    상기 기지국들에 대한 상기 주파수 재사용 계수별로 요구되는 부채널 개수를 나타내는 제2정보들을 이용하여 상기 기지국들에게 부채널들을 상기 주파수 재사용 계수별로 할당하는 과정과,
    상기 할당된 부채널들을 나타내는 기지국 부채널 할당 정보를 이용하여 셀 내에 속한 이동국들 각각에게 적어도 하나의 부채널을 할당하는 과정을 포함함을 특징으로 하는 부채널 할당 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 최적의 주파수 재사용 계수는, 상기 주파수 재사용 계수별로 사용 가능한 부채널을 통해 수신한 신호의 신호대 간섭비를 고려하여 결정됨을 특징으로 하는 부채널 할당 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 변조 방식은, 상기 최적의 주파수 재사용 계수를 적용하였을 경우의 수신 신호의 신호대 간섭비를 고려하여 결정됨을 특징으로 하는 부채널 할당 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 주파수 재사용 계수별로 요구되는 부채널 개수는 상기 이동국들 각각이 요구하는 정보 비트량 및 상기 변조 방식을 고려하여 산출됨을 특징으로 하는 부채널 할당 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 부채널들을 상기 주파수 재사용 계수별로 할당하는 과정은, 상기 부채널들을 주파수 재사용 계수들의 내림차순으로 상기 기지국들에게 할당함을 특징으로 하는 부채널 할당 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 부채널들을 상기 주파수 재사용 계수별로 할당하는 과정은, 동일한 주파수 재사용 계수에 대하여 가장 많은 부채널을 필요로 하는 기지국이 요구하는 부채널의 개수와 동일하게 상기 부채널들을 상기 기지국들에게 할당함을 특징으로 하는 부채널 할당 방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 이동국들 각각에게 적어도 하나의 부채널을 할당하는 과정은, 상기 셀 내에 속한 이동국들의 채널 특성을 고려하여 상기 기지국들 각각에 할당된 주파수 재사용 계수별 부채널들을 내림차순으로 정렬하고, 상기 정렬된 주파수 재사용 계수별 부채널들을 이동국들에게 할당함을 특징으로 하는 부채널 할당 방법.
  8. 통신 시스템에서 복수의 이동국들에게 부채널을 할당하는 장치에 있어서,
    상기 복수의 이동국들로부터 최적의 주파수 재사용 계수 및 변조 방식을 나타내는 제1정보들을 수신하고, 상기 제1정보들을 이용하여 각 기지국에 대해 주파수 재사용 계수별로 요구되는 부채널 개수를 산출하며, 해당 기지국에 할당된 부채널들을 나타내는 기지국 부채널 할당 정보를 이용하여 셀 내에 속한 이동국들 각각에게 적어도 하나의 부채널을 할당하는 이동국 부채널 할당기와,
    기지국들에 대한 상기 주파수 재사용 계수별로 요구되는 부채널 개수를 나타내는 제2정보들을 이용하여 상기 기지국들에게 부채널들을 상기 주파수 재사용 계수별로 할당하는 기지국 부채널 할당기를 포함함을 특징으로 하는 부채널 할당 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 기지국 부채널 할당기는, 기지국 제어기에 구비됨을 특징으로 하는 부채널 할당 장치.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 이동국 부채널 할당기는, 상기 각 기지국에 구비됨을 특징으로 하는 부채널 할당 장치.
  11. 제8항에 있어서,
    상기 최적의 주파수 재사용 계수는, 상기 주파수 재사용 계수별로 사용 가능한 채널을 통해 수신한 신호의 신호대 간섭비를 고려하여 결정됨을 특징으로 하는 부채널 할당 장치.
  12. 제8항에 있어서,
    상기 변조 방식은, 상기 최적의 주파수 재사용 계수를 적용하였을 경우의 수신 신호의 신호대 간섭비를 고려하여 결정됨을 특징으로 하는 부채널 할당 장치.
  13. 제8항에 있어서,
    상기 주파수 재사용 계수별로 요구되는 부채널 개수는, 상기 이동국들 각각이 요구하는 정보 비트량 및 상기 변조 방식을 고려하여 산출됨을 특징으로 하는 부채널 할당 장치.
  14. 제8항에 있어서,
    상기 기지국 부채널 할당기는, 상기 부채널들을 주파수 재사용 계수들의 내림차순으로 상기 기지국들에게 할당함을 특징으로 하는 부채널 할당 장치.
  15. 제8항에 있어서,
    상기 기지국 부채널 할당기는, 동일한 주파수 재사용 계수에 대하여 가장 많은 부채널을 필요로 하는 기지국이 요구하는 부채널의 개수와 동일하게 상기 부채널들을 상기 기지국들에게 할당함을 특징으로 하는 부채널 할당 장치.
  16. 제8항에 있어서,
    상기 이동국 부채널 할당기는, 상기 셀 내에 속한 이동국들의 채널 특성을 고려하여 상기 기지국들 각각에 할당된 주파수 재사용 계수별 부채널들을 내림차순으로 정렬하고, 상기 정렬된 주파수 재사용 계수별 부채널들을 이동국들에게 할당함을 특징으로 하는 부채널 할당 장치.
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