KR101397596B1 - 직교 주파수 분할 다중 접속 시스템에서 부채널 할당 장치및 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 직교 주파수 분할 다중 접속 시스템에서 부채널 할당 장치 및 방법에 관한 것으로, 채널자원을 할당하기 위해 채널자원의 할당을 요청한 사용자 중에서 우선순위가 가장 높은 사용자를 선택하는 우선순위 결정부와, 사용자별로 채널상태가 좋은 부채널을 최적 부채널 후보로 분류하고, 분류한 최적 부채널 후보에서 다른 사용자의 최적 부채널 후보를 고려하여 하나의 부채널을 최적 부채널(BEST_SCH)로 선택하는 최적 부채널 선택부와, 상기 선택한 사용자의 최적 부채널과 동일한 최적 부채널을 가진 다른 사용자가 존재하는지 확인하여 존재하면 충돌(contention)로 감지하는 충돌 검색부와, 상기 충돌 검색부의 검색결과 충돌이 발생하면 상기 선택한 사용자의 최적 부채널에서 할당가능한 채널자원을 비례적으로 상기 선택한 사용자에게 할당하는 채널자원 할당부를 포함하여 시스템 성능을 높이도록 부채널을 선택하고, 부채널을 여러 사용자가 동시에 공유할 수 있는 효과를 가진다.

부채널 할당, 스케줄러, 충돌(contention)

Description

직교 주파수 분할 다중 접속 시스템에서 부채널 할당 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR ALLOCATING SUB-CHANNEL IN A ORTHOGONAL FREQUENCY DIVISION MULTIPLEXINGACCESS SYSTEM}

본 발명은 직교 주파수 분할 다중 접속(OFDMA: Orthogonal Frequency Division Multiple Access) 시스템에서 부채널 할당 장치 및 방법에 관한 것으로서, 특히 부채널을 할당할 때 사용자간의 동일 부채널을 선택하는 충돌을 줄이고, 충돌이 발생한 경우에는 사용자의 채널특성에 따라 부채널의 자원을 비례적으로 할당하는 부채널 할당 장치 및 방법에 관한 것이다.

차세대 통신 시스템인 4세대(4G: 4th Generation, 이하 '4G'라 칭하기로 한다) 통신 시스템에서는 고속의 다양한 서비스 품질(Quality of Service: 이하 'QoS' 칭하기로 한다)을 가지는 서비스들을 사용자들에게 제공하기 위한 활발한 연구가 진행되고 있다. 특히, 현재 4G 통신 시스템에서는 무선 근거리 통신 네트워크(LAN: Local Area Network, 이하 'LAN'이라 칭하기로 한다) 시스템 및 무선 도시 지역 네트워크(MAN: Metropolitan Area Network, 이하 'MAN'이라 칭하기로 한다) 시스템과 같은 광대역 무선 접속 통신 시스템에 이동성(mobility)과 서비스 품질(QoS: Quality of Service)을 보장하는 형태로 고속 서비스를 지원하도록 하는 연구가 활발하게 진행되고 있으며, 그 대표적인 통신 시스템이 IEEE(Institute of Electrical and Electronics Engineers) 802.16a/d 통신 시스템 및 IEEE 802.16e 통신 시스템이다.

이러한 직교 주파수 분할 다중 접속 시스템에서 종례의 부채널 할당방식을 단계로 구분하여 살펴보면 크게 2단계로 구분할 수 있다. 첫 번째 단계는 우선순위가 높은 사용자 순서로 부채널을 하나씩 할당하는 단계로서 할당되는 부채널은 현재 사용되지 않고 남아있는 여러 개의 부채널 중에서 채널 값이 가장 높은 부채널이다. 즉, 스케줄링 과정에서 가장 높은 우선순위를 얻은 사용자가 여러 부채널 중에서 채널 상태가 가장 좋은 부채널을 사용한다. 종례의 부채널 할당방식은 채널 상태가 가장 좋은 부채널을 우선적으로 선택하여 할당하는 방식을 취하기 때문에, 첫 번째 단계에서 시스템 용량(throughput)의 최대화를 얻을 수 있다. 두 번째 단계는 첫 번째 과정 후에 남아있는 부채널을 할당하는 단계이다. 보통의 경우 두 번째 단계를 통해 사용자 간의 공평성(fairness)과 사용자 각각의 QoS(Quality of Service)를 제공한다.

종례의 부채널 할당방법들은 대부분 하나의 OFDM 심볼에서 주어진 부채널들을 얼마나 효율적으로 할당하여 시스템 성능을 향상시킬 수 있는가, 즉, 사용자와 부채널 사이에서의 효율적인 자원할당방안에 초점을 맞추고 있었다. 하지만 IEEE 802.16e 시스템과 같은 차세대 이동통신 시스템에서는 단일 OFDM 심볼단위가 아닌, 여러 개의 OFDM 심볼을 하나의 프레임 단위로 처리하는 프레임 구조 시스템이다. 따라서 종례의 사용자와 부채널에서의 자원할당에 추가적으로 어떤 OFDM 심볼(몇 번째 심볼, 혹은 특정 시간)을 사용할 것인가 역시 정해주어야만 한다. 그러므로 종례의 사용자-부채널에서의 자원할당방법은 사용자-부채널-시간(심볼)에서의 자원할당방식으로 변화하여야 한다.

또한, 종례의 부채널 할당방법은 각 사용자간의 부채널 선택시 하나의 부채널을 여러 사용자가 사용하기 원하는 충돌(contention)에 관한 문제를 사용자의 우선순위에 따라 우선순위가 높은 사용자에가 부채널을 할당하는 단순한 스케줄링 방법으로 해결하고 있다. 하지만 직교 주파수 분할 다중 접속 시스템과 같은 프레임 구조 시스템에서는 여러 사용자가 특정 부채널 공유하여(시간적으로 구분하여) 사용할 수 있기 때문에 어떠한 방식으로 충돌 문제를 해결하는가에 따라 시스템 성능이 달라질 수 있다.

상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 직교 주파수 분할 다중 접속 시스템에서 부채널 할당 장치 및 방법을 제공하는데 있다.

본 발명의 다른 목적은 직교 주파수 분할 다중 접속 시스템에서 부채널을 할당할 때 사용자간의 동일 부채널을 선택하는 충돌을 줄이는 부채널 할당 장치 및 방법을 제공하는데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 직교 주파수 분할 다중 접속 시스템에서 부채널을 할당할 때 충돌이 발생하면 사용자의 채널특성에 따라 부채널의 자원을 비례적으로 할당하는 부채널 할당 장치 및 방법을 제공하는데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 직교 주파수 분할 다중 접속 시스템에서 부채널을 할당할 때 사용자간의 동일 부채널을 선택하는 충돌을 줄이고, 충돌이 발생하면 사용자의 채널특성에 따라 부채널의 자원을 비례적으로 할당하는 부채널 할당 장치 및 방법을 제공하는데 있다.

상기한 목적들을 달성하기 위한 본 발명의 제 1 견지에 따르면, 직교 주파수 분할 다중 접속 시스템의 부채널을 할당하는 스케줄러 장치는, 채널자원을 할당하기 위해 채널자원의 할당을 요청한 사용자 중에서 우선순위가 가장 높은 사용자를 선택하는 우선순위 결정부와, 사용자별로 채널상태가 좋은 부채널을 최적 부채널 후보로 분류하고, 분류한 최적 부채널 후보에서 다른 사용자의 최적 부채널 후보를 고려하여 하나의 부채널을 최적 부채널(BEST_SCH)로 선택하는 최적 부채널 선택부와, 상기 선택한 사용자의 최적 부채널과 동일한 최적 부채널을 가진 다른 사용자가 존재하는지 확인하여 존재하면 충돌(contention)로 감지하는 충돌 검색부와, 상기 충돌 검색부의 검색결과 충돌이 발생하면 상기 선택한 사용자의 최적 부채널에서 할당가능한 채널자원을 비례적으로 상기 선택한 사용자에게 할당하는 채널자원 할당부를 포함하여 구성함을 특징으로 한다.

상기한 목적들을 달성하기 위한 본 발명의 제 2 견지에 따르면, 직교 주파수 분할 다중 접속 시스템의 부채널 할당 방법은, 채널자원을 할당하기 위해 채널자원의 할당을 요청한 사용자 중에서 우선순위가 가장 높은 사용자를 선택하는 과정과, 사용자별로 채널상태가 좋은 부채널을 최적 부채널 후보로 분류하고, 분류한 최적 부채널 후보에서 다른 사용자의 최적 부채널 후보를 고려하여 하나의 부채널을 최적 부채널(BEST_SCH)로 선택하는 과정과, 상기 선택한 사용자의 최적 부채널과 동일한 최적 부채널을 가진 다른 사용자의 존재로 발생하는 충돌(contention)이 발생하였는지 확인하는 과정과, 상기 충돌이 발생하면 상기 선택한 사용자의 최적 부채널에서 할당가능한 채널자원을 비례적으로 상기 선택한 사용자에게 할당하는 과정을 포함함을 특징으로 한다.

상술한 바와 같이 본 발명은 직교 주파수 분할 다중 접속 시스템에서 부채널을 할당할 때 사용자간의 동일 부채널을 선택하는 충돌을 줄이고, 충돌이 발생한 경우에는 사용자의 채널특성에 따라 부채널의 자원을 비례적으로 할당하는 부채널 할당 장치 및 방법에 관한 것으로 한 사용자가 동일한 채널 값을 갖는 부채널이 여러 개 존재할 경우 이들 부채널 사이에서 시스템 성능을 최대화 할 수 있는 부채널을 선택할 수 있으며, 여러 사용자가 특정 부채널의 사용을 원할 경우, 이 특정 부채널 여러 사용자가 동시에(시간적인 구분을 통해) 사용(공유)할 수 있는 효과가 있다.

이하 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면의 참조하여 상세히 설명하면 하기와 같다. 그리고 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.

본 발명은 직교 주파수 분할 다중 접속 시스템에서 부채널을 할당할 때 사용자간의 동일 부채널을 선택하는 충돌을 줄이고, 충돌이 발생한 경우에는 사용자의 채널특성에 따라 부채널의 자원을 비례적으로 할당하는 부채널 할당 장치 및 방법에 관한 것으로, 아래에서 도 1을 참조하여 본 발명의 장치를 설명하고자 한다.

도 1은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 직교 주파수 분할 다중 접속 시스템에서 기지국의 구성을 도시한 도면이다.

상기 도 1을 참조하면, 본 발명의 직교 주파수 분할 다중 접속 시스템에서 상기 기지국은 스케줄러(100), 버퍼(102), 부호화 및 변조기(104), 부반송파 매핑기(106), OFDM 변조기(108), 디지털 아날로그 변환기(Digital to Analog Converter, 이하 'DAC'라 칭함)(110) 및 RF(Radio Frequency) 송신기(112)를 포함하여 구성한다.

상기 스케줄러(100)는 최적 부채널(BEST_SCH)를 선택하여 사용자간의 동일한 부채널을 선택하는 충돌을 줄이고, 충돌이 발생하면 사용자의 채널특성에 따라 부채널의 자원을 비례적으로 할당하도록 제어한다. 상기 스케줄러(100)의 상세한 설명은 추후 도 2를 참조하여 후술한다.

상기 버퍼(102)는 사용자 데이터를 수신하여 단말들에게 송신할 사용자 데이터들을 임시 저장한다. 즉, 상기 버퍼(102)는 자원이 할당되면 송신될 데이터들을 저장한다. 상기 부호화 및 변조기(106)는 상기 버퍼(102)로부터 제공되는 비트열을 해당 방식에 따라 부호화 및 변조하여 복소 심벌을 출력한다. 상기 부반송파 매핑기(106)는 상기 부호화 및 변조기(104)로부터 제공되는 복소 심벌들을 상기 스케줄러(100)의 스케줄링 결과에 따라 해당 부반송파에 매핑한다. 상기 OFDM 변조기(108)는 IFFT(Inverse Fast Fourier Transform) 연산을 통해 상기 부반송파 매핑기(106)로부터 제공되는 주파수 영역에 매핑된 신호를 시간 영역 OFDM 심벌로 변환하여 출력한다. 상기 DAC(110)는 상기 OFDM 변조기(108)로부터 제공되는 디지털 신호를 아날로그 신호로 변환한다. 상기 RF 송신기(112)는 상기 DAC(110)로부터 제공되는 기저대역 신호를 RF 대역 신호로 변환하고, 증폭하여 안테나를 통해 송신한다.

도 2는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 직교 주파수 분할 다중 접속 시스템의 기지국에서 스케줄러의 세부 구성을 도시한 도면이다. 상기 도 2를 참조하면 본 발명의 상기 스케줄러(100)는 우선순위 결정부(202), 최적 부채널 선택부(204), 충돌 검색부(206), 채널자원 할당부(208) 및, 품질 확인부(210)를 포함하여 구성한다.

상기 우선순위 결정부(202)는 채널자원의 할당을 요청한 사용자 중에서 우선순위가 가장 높은 사용자를 선택하여 출력한다. 상기 최적 부채널 선택부(204)는 채널자원의 할당을 요청한 사용자들이 각각 피드백(feedback)한 사용자 각각의 모든 부채널에 대한 정보를 통해 각 사용자별로 채널상태가 가장 좋은 부채널을 최적 부채널(BEST_SCH) 후보로 분류하고, 분류한 최적 부채널 후보에서 다른 사용자의 최적 부채널 후보를 고려하여 하나의 부채널을 최적 부채널(BEST_SCH)로 선택한다. 상기 최적 부채널 선택부(204)에서 최적 부채널 후보에서 최적 부채널을 선택하는 방법은 아래에서 도 4를 참조하여 상세히 후술한다.

상기 최적 부채널 선택부(204)에서 가장 좋은 부채널을 최적 부채널 후보로 분류하는 이유는 각 사용자의 부채널 정보는 CQI(Channel Quality Indicator)로 양자화되어 각 단말기의 사용자로부터 기지국으로 피드백되는데, CQI로의 변환 시에 양자화 오류로 인하여 동일한 CQI 값을 가지는 부채널이 다수 존재할 수 있기 때문이다. 즉, 채널상태가 가장 좋은 부채널과 같은 CQI 값을 가지는 다른 부채널이 존재할 수 있으며, 이 경우 최적 부채널 후보는 가장 높은 CQI 값을 가지는 부채널과 그와 같은 크기의 CQI 값을 가지는 모든 부채널을 포함한다.

상기 충돌 검색부(206)는 상기 선택한 사용자의 최적 부채널을 할당하는 경우 충돌(contention) 이 발생하는지 확인한다. 즉, 상기 선택한 사용자의 최적 부채널과 동일한 최적 부채널을 가진 다른 사용자가 존재하는지 확인한다.

상기 채널자원 할당부(208)는 상기 충돌 검색부(206)의 확인결과 충돌이 발생하지 않으면 선택모드로 동작하여 최적 부채널에 남아있는 채널자원의 한도 내에서 상기 선택한 사용자가 요구하는 채널자원을 할당하고, 충돌이 발생하면 충돌모드로 최적 부채널에 남아있는 채널자원을 비례적으로 상기 선택한 사용자에게 할당한다. 상기 선택모드의 상세한 설명은 아래에서 도 5를 참조하여 후술하고, 상기 충돌모드의 상세한 설명은 아래에서 도 6을 참조하여 후술한다.

상기 품질 확인부(210)는 상기 선택한 사용자가 요구하는 전송률을 만족하는지 여부를 확인하여 만족하면 상가 선택한 사용자정보와 할당한 부채널 정보를 상기 버퍼(102)와 상기 부반송파 매핑기(106)로 송신하고 상기 우선순위 결정부(202)로 다음으로 채널자원을 할당받을 사용자를 선택하도록 한다. 하지만, 상기 품질 확인부(210)는 상기 선택한 사용자가 요구하는 전송률을 만족하지 않으면, 품질을 만족할 때까지 채널자원을 추가로 할당한다.

이하, 상기와 같이 구성된 본 발명에 따른 직교 주파수 분할 다중 접속 시스템에서 부채널을 할당하는 방법을 아래에서 도면을 참조하여 설명한다.

도 3은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 직교 주파수 분할 다중 접속 시스템에서 기지국의 부채널 할당 과정을 도시한 흐름도이다.

상기 도 3을 참조하면 본 발명의 상기 기지국은 300단계에서 채널자원의 할당을 요청한 사용자가 존재하는 여부를 확인하고, 채널자원을 할당할 사용자가 존재하면 302단계로 진행하여 그 중에서 가장 높은 우선순위를 가진 사용자를 선택하고, 304단계로 진행하여 상기 선택한 사용자와, 나머지 다른 사용자들 각각의 최적 부채널을 선택한다. 상기 최적 부채널의 선택은 아래에서 도 4를 참조하여 상세히 후술한다.

이후 상기 기지국은 306단계로 진행하여 상기 선택한 사용자의 최적 부채널을 할당하는 경우 충돌(contention) 이 발생하는지 확인한다. 확인결과 충돌이 발생하면, 상기 기지국은 308단계로 진행하여 충돌모드로 동작하여 최적 부채널에 남아있는 채널자원을 비례적으로 상기 선택한 사용자에게 할당한다. 충돌모드의 상세한 설명은 아래에서 도 6을 참조하여 후술한다.

하지만, 상기 306단계의 확인결과 충돌이 발생하지 않으면, 상기 기지국은 310단계로 진행하여 선택모드로 동작하여 최적 부채널에 남아있는 채널자원의 한도 내에서 선택한 사용자가 요구하는 채널자원을 할당한다. 선택모드의 상세한 설명은 아래에서 도 5를 참조하여 후술한다.

상기 선택모드 또는 상기 충돌모드를 통해 선택한 사용자에게 채널자원을 할당하였으면 상기 기지국은 312단계로 진행하여 선택한 사용자가 요구하는 품질(QoS)를 만족하는지 확인한다. 확인 결과 품질을 만족하지 않으면 상기 기지국은 316단계로 진행하여 아직 할당되지 않은 할당 가능한 채널 자원이 존재하는지 확인 하고, 채널자원이 존재하면 상기 304단계로 돌아가 일련의 과정을 품질을 만족할 때까지 반복한다.

상기 312단계의 확인결과 품질을 만족하면, 상기 기지국은 314단계로 진행하여 아직 할당되지 않은 할당 가능한 채널 자원이 존재하는지 확인하고, 채널자원이 존재하면 300단계로 진행하여 다음의 우선순위 사용자를 선택하여 일련의 과정을 반복한다.

본 발명의 알고리즘은 상기 300단계에서 채널자원의 할당을 요청하는 사용자가 존재하지 않거나, 상기 314단계 또는 상기 316단계에서 할당할 채널자원이 존재하지 않으면 종료한다.

도 4는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 직교 주파수 분할 다중 접속 시스템에서 기지국의 부채널 할당시 사용자의 최적 채널을 선택하는 과정을 도시한 흐름도이다.

상기 도 4를 참조하면 본 발명의 상기 기지국은 400단계에서 선택한 사용자에게 할당 가능한 부채널 중에서 CQI 값이 가장 큰 채널을 최적 부채널(BEST_SCH) 후보로 분류하고, 402단계로 진행하여 최적 부채널 후보가 둘 이상인지 확인한다. 확인결과 최적 부채널 후보가 하나이면, 상기 기지국은 412단계로 진행하여 최적 부채널 후보를 선택한 사용자의 최적 부채널(BEST_SCH)로 선택한다.

하지만, 상기 402단계의 확인결과 상기 최적 부채널 후보가 둘 이상이면, 상기 기지국은 404단계로 진행하여 모든 다른 사용자의 최적 부채널 후보를 확인하고, 406 단계로 진행하여 선택한 사용자의 최적 부채널 후보로 분류된 부채널 중에서 다른 사용자의 최적 부채널 후보에 속하지 않은 부채널이 존재하는지 검사한다.

상기 406단계의 검사결과 선택한 사용자의 최적 부채널 후보로 분류된 부채널 중에서 다른 사용자의 최적 부채널 후보에 속하지 않는 부채널이 존재하면, 상기 기지국은 408단계로 진행하여 선택한 사용자의 최적 부채널 후보로 분류된 부채널 중에서 다른 사용자의 최적 부채널 후보에 속하지 않는 부채널을 최적 부채널로 선택한다.

하지만. 상기 406단계의 검사결과 선택한 사용자의 최적 부채널 후보로 분류된 부채널 모두가 다른 사용자의 최적 부채널 후보에 포함되면, 상기 기지국은 410단계로 진행하여 선택한 사용자의 최적 부채널 후보로 분류된 각 부채널을 할당할 때의 성능값을 다른 사용자를 고려하여 아래 <수학식 1>과 같이 측정하고 그 성능값이 가장큰 부채널을 선택한 사용자의 최적 부채널로 선택한다.

여기서, C_{k ,n}은 사용자 k의 n번째 부채널의 성능값이고, R_{k ,n}은 사용자 k가 n번째 부채널을 통해 전송할 수 있는 최대 데이터 전송률이고, J는 최적 부채널 후보에 부채널 n을 포함한 사용자들의 집합이다.

즉, 성능값 C_{k ,n}은 사용자 k의 n번째 부채널과 다른 사용자들의 n번째 부채널의 평균 데이터 전송률과의 차이를 나타내며, 따라서 성능값 C_{k ,n}이 크다는 것은 부채널 n에 대해 다른 사용자들의 평균 채널상태보다 사용자 k의 채널상태가 상대적으로 좋다는 것을 의미한다.

도 5는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 직교 주파수 분할 다중 접속 시스템에서 기지국의 부채널 할당시 사용자간 충돌이 없는 선택모드에서의 부채널 할당과정을 도시한 흐름도이다.

상기 도 5를 참조하면 본 발명의 상기 기지국은 500단계에서 선택한 사용자의 요구받은 전송률에 따른 할당받을 심볼수 아래 <수학식 2>와 같이 측정한다.

여기서, S_k는 사용자 k가 할당받기를 요청하는 심볼수이고, R_{k ,n}은 사용자 k가 n번째 부채널을 통해 전송할 수 있는 최대 데이터 전송률이고, R^req _k는 사용자 k가 요구하는 전송률이다.

이후, 상기 기지국은 502단계로 진행하여 선택한 사용자의 최적 부채널에서 할당가능한 심볼수를 확인하고, 504단계로 진행하여 할당받을 심볼수를 선택한 최적 부채널에 남아있는 할당가능한 심볼수의 한도내에서 선택한 사용자에게 할당한다. 상기 504단계에서 선택한 사용자에게 할당하는 심볼수는 아래 <수학식 3>과 같다.

여기서, S^* _k는 사용자 k가 최종적으로 할당받은 심볼수이고, S_k는 사용자 k가 할당받기를 요청하는 심볼수이고, T_{n *}는 사용자 k의 최적 부채널인 n번째 채널에서 할당가능한 심볼수이다.

도 6은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 직교 주파수 분할 다중 접속 시스템에서 기지국의 부채널 할당시 사용자간 충돌이 발생하는 충돌모드에서의 부채널 할당과정을 도시한 흐름도이다.

상기 도 6을 참조하면 본 발명의 상기 기지국은 600단계에서 선택한 사용자의 요구받은 전송률에 따른 할당받을 심볼수 상기 <수학식 2>와 같이 측정하고, 602단계로 진행하여 선택한 사용자와 충돌한 다른 사용자들 각각에 대해 최적 부채널의 비중값 아래 <수학식 4>를 통해 측정한다.

여기서, C_k는 사용자 k의 최적 부채널에서의 비중값이고, R_{k ,n*}은 사용자 k가 n번째 최적 부채널을 통해 전송할 수 있는 최대 데이터 전송률이고, R^avg _k는 사용자 k의 최적 부채널을 제외한 모든 부채널들의 전송 가능한 최대 데이터 전송률의 평균값이다.

이후 상기 기지국은 604단계로 진행햐여 상기 602단계에서 측정한 선택한 사용자와 충돌한 다른 사용자들의 비중값들을 이용하여 선택한 사용자가 할당받을 비율 심볼수를 아래 <수학식 5>를 통해 비율적으로 측정한다.

여기서, S'_k는 사용자 k가 비중값(C)에 의해 비율적으로 할당받을 심볼수인 비율 심볼수이고, C_k는 사용자 k의 최적 부채널에서의 비중값이고, T_{n *}는 사용자 k의 최적 부채널인 n번째 채널에서 할당가능한 심볼수이다.

이후, 상기 기지국은 606단계로 진행하여 선택한 사용자의 최적 부채널에서 할당가능한 심볼수를 확인하고, 608단계로 진행하여 선택한 최적 부채널에 남아있는 할당가능한 심볼수의 한도내에서 할당받을 심볼수와 비율 심볼수를 비교하여 작은 수를 가지는 심볼수 만큼을 선택한 사용자에게 할당한다. 상기 608단계에서 선택한 사용자에게 할당하는 심볼수는 아래 <수학식 6>과 같다.

여기서, S^* _k는 사용자 k가 최종적으로 할당받은 심볼수이고, S_k는 사용자 k가 할당받기를 요청하는 심볼수이고, S'_k는 사용자 k가 비중값(C)에 의해 비율적으로 할당받을 심볼수인 비율 심볼수이고, T_{n *}는 사용자 k의 최적 부채널인 n번째 채널에서 할당가능한 심볼수이다.

도 7은 본 발명의 바람직한 일 실시 예에 따른 부채널 할당 스케줄링 기법과 종례의 기법 간의 성능을 비교한 도면이다.

종례의 부채널 할당 기법의 경우, 우선순위가 다소 낮은 사용자는 자신의 채널 상태가 좋은 채널들은 이미 다른 사용자에게 선점되었을 가능성이 크기 때문에, 그 사용자는 항상 채널상태가 좋지 않은 채널을 사용하게 될 것이다. 하지만 본 발명의 부채널 할당 기법은 채널상태가 좋은 최적 부채널을 다른 부채널을 사용했을 때와의 상대적인 비교를 통해 부채널 사이에서 채널 변동이 큰 사용자에게 최적 부채널을 보다 높은 비율로 사용함으로, 같은 수의 사용자들이 한 프레임(frame)에서 보낼 수 있는 데이터 전송량이 기존의 방안에 비해 전체적으로 향상되어 시스템 성능 향상을 얻을 수 있다.

따라서, 상기 도 7의 그래프를 통해서 볼 수 있듯이 본 발명의 부채널 할당 기법은 사용자의 수가 증가할수록 조금씩 그 차이가 커지게 됨을 볼 수 있다. 이것은 사용자의 수가 증가할 경우에 비례적으로 채널 충돌 수가 증가하게 되는 문제를 해결하였기 때문에 발생하는 성능향상으로 볼 수 있다.

분명히, 청구항들의 범위내에 있으면서 이러한 실시예들을 변형할 수 있는 많은 방식들이 있다. 다시 말하면, 이하 청구항들의 범위를 벗어남 없이 본 발명을 실시할 수 있는 많은 다른 방식들이 있을 수 있는 것이다.

도 1은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 직교 주파수 분할 다중 접속 시스템에서 기지국의 구성을 도시한 도면,

도 2는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 직교 주파수 분할 다중 접속 시스템의 기지국에서 스케줄러의 세부 구성을 도시한 도면,

도 3은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 직교 주파수 분할 다중 접속 시스템에서 기지국의 부채널 할당 과정을 도시한 흐름도,

도 4는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 직교 주파수 분할 다중 접속 시스템에서 기지국의 부채널 할당시 사용자의 최적 채널을 선택하는 과정을 도시한 흐름도,

도 5는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 직교 주파수 분할 다중 접속 시스템에서 기지국의 부채널 할당시 사용자간 충돌이 없는 선택모드에서의 부채널 할당과정을 도시한 흐름도,

도 6은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 직교 주파수 분할 다중 접속 시스템에서 기지국의 부채널 할당시 사용자간 충돌이 발생하는 충돌모드에서의 부채널 할당과정을 도시한 흐름도 및,

도 7은 본 발명의 바람직한 일 실시 예에 따른 부채널 할당 스케줄링 기법과 종례의 기법 간의 성능을 비교한 도면이다.

Claims (28)

1. 직교 주파수 분할 다중 접속 시스템의 부채널을 할당하는 스케줄러 장치에 있어서,

   채널자원을 할당하기 위해 채널자원의 할당을 요청한 사용자 중에서 우선순위가 가장 높은 사용자를 선택하는 우선순위 결정부와,

   사용자별로 채널상태가 좋은 부채널을 최적 부채널 후보로 분류하고, 분류한 최적 부채널 후보에서 다른 사용자의 최적 부채널 후보를 고려하여 하나의 부채널을 최적 부채널(BEST_SCH)로 선택하는 최적 부채널 선택부와,

   상기 선택한 사용자의 최적 부채널과 동일한 최적 부채널을 가진 다른 사용자가 존재하는지 확인하여 존재하면 충돌(contention)로 감지하는 충돌 검색부와,

   상기 충돌 검색부의 검색결과 충돌이 발생하면 상기 선택한 사용자의 최적 부채널에서 할당가능한 채널자원을 비례적으로 상기 선택한 사용자에게 할당하는 채널자원 할당부를 포함하여 구성함을 특징으로 하는 부채널을 할당하는 스케줄러 장치.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 선택한 사용자가 요구하는 품질을 만족하는지 여부를 확인하는 품질 확인부를 더 포함함을 특징으로 하는 부채널을 할당하는 스케줄러 장치.
3. 제 1항에 있어서,

   상기 최적 부채널 선택부는,

   사용자에게 할당 가능한 부채널 중에서 CQI(Channel Quality Indicator) 값이 가장 큰 채널을 상기 최적 부채널(BEST_SCH) 후보로 분류함을 특징으로 하는 부채널을 할당하는 스케줄러 장치.
4. 제 3항에 있어서,

   상기 최적 부채널 선택부는,

   상기 최적 부채널 후보에 둘 이상의 부채널이 존재하는 경우,

   상기 사용자의 최적 부채널 후보로 분류된 부채널 중에서 다른 사용자의 최적 부채널 후보에 속하지 않는 부채널을 최적 부채널로 선택함을 특징으로 하는 부채널을 할당하는 스케줄러 장치.
5. 제 3항에 있어서,

   상기 최적 부채널 선택부는,

   상기 사용자의 상기 최적 부채널 후보로 분류된 모든 부채널이 다른 사용자 의 최적 부채널 후보에 속한 경우,

   상기 사용자의 최적 부채널 후보로 분류된 각각의 부채널을 상기 사용자에게 할당할 때의 부채널별 성능값을 측정하고, 그 성능값이 가장 큰 부채널을 최적 부채널로 선택함을 특징으로 하는 부채널을 할당하는 스케줄러 장치.
6. 제 5항에 있어서,

   상기 최적 부채널 선택부는,

   상기 부채널의 상기 성능값을 아래 <수학식 7>을 통해 측정함을 특징으로 하는 부채널을 할당하는 스케줄러 장치.

   

   여기서, C_k,n은 사용자 k의 n번째 부채널의 성능값이고, R_k,n은 사용자 k가 n번째 부채널을 통해 전송할 수 있는 최대 데이터 전송률이고, J는 최적 부채널 후보에 부채널 n을 포함한 사용자들의 집합의 크기이다.
7. 제 1항에 있어서,

   상기 채널자원 할당부는,

   상기 충돌 검색부의 검색결과 충돌이 발생하지 않으면,

   상기 선택한 사용자의 요구받은 전송률에 따른 할당받을 심볼수를 측정하고,

   상기 선택한 사용자의 최적 부채널에서 할당가능한 남아있는 심볼수를 확인하여 상기 할당받을 심볼수를 상기 선택한 사용자의 최적 부채널에 남아있는 할당가능한 심볼수의 한도내에서 상기 선택한 사용자에게 할당함을 특징으로 하는 부채널을 할당하는 스케줄러 장치.
8. 제 7항에 있어서,

   상기 채널자원 할당부는,

   상기 선택한 사용자의 요구받은 전송률에 따른 상기 할당받을 심볼수를 아래 <수학식 8>을 통해 측정함을 특징으로 하는 부채널을 할당하는 스케줄러 장치.

   

   여기서, S_k는 사용자 k가 할당받기를 요청하는 심볼수이고, R_{k ,n}은 사용자 k가 n번째 부채널을 통해 전송할 수 있는 최대 데이터 전송률이고, R^req _k는 사용자 k가 요구하는 전송률이다.
9. 제 7항에 있어서,

   상기 채널자원 할당부는,

   상기 충돌 검색부의 검색결과 충돌이 발생하지 않으면 아래 <수학식 9>를 통해 측정하는 심볼수 만큼을 상기 선택한 사용자에게 할당함을 특징으로 하는 부채널을 할당하는 스케줄러 장치.

   

   여기서, S^* _k는 사용자 k가 최종적으로 할당받은 심볼수이고, S_k는 사용자 k가 할당받기를 요청하는 심볼수이고, T_{n *}는 사용자 k의 최적 부채널인 n번째 채널에서 할당가능한 심볼수이다.
10. 제 1항에 있어서,

    상기 채널자원 할당부는,

    상기 충돌 검색부의 검색결과 충돌이 발생하면,

    상기 선택한 사용자의 요구받은 전송률에 따른 할당받을 심볼수를 측정하고, 상기 선택한 사용자와 충돌한 다른 사용자들 각각에 대해 최적 부채널의 비중값을 측정하고, 상기 선택한 사용자와 충돌한 상기 다른 사용자들의 상기 비중값들을 이용하여 상기 선택한 사용자가 할당받을 비율 심볼수를 측정하고, 상기 선택한 사용자의 최적 부채널에서 할당가능한 심볼수를 확인하여, 상기 선택한 최적 부채널에 남아있는 상기 할당가능한 심볼수의 한도내에서 상기 할당받을 심볼수와 상기 비율 심볼수를 비교하여 작은 수를 가지는 심볼수 만큼을 선택한 사용자에게 할당함을 특징으로 하는 부채널을 할당하는 스케줄러 장치.
11. 제 10항에 있어서,

    상기 채널자원 할당부는,

    상기 선택한 사용자의 요구받은 전송률에 따른 상기 할당받을 심볼수를 아래 <수학식 10>을 통해 측정함을 특징으로 하는 부채널을 할당하는 스케줄러 장치.

    

    여기서, S_k는 사용자 k가 할당받기를 요청하는 심볼수이고, R_{k ,n}은 사용자 k가 n번째 부채널을 통해 전송할 수 있는 최대 데이터 전송률이고, R^req _k는 사용자 k가 요구하는 전송률이다.
12. 제 10항에 있어서,

    상기 채널자원 할당부는,

    상기 선택한 사용자와 충돌한 다른 사용자들 각각에 대해 최적 부채널의 상기 비중값을 아래 <수학식 11>을 통해 측정함을 특징으로 하는 부채널을 할당하는 스케줄러 장치.

    

    여기서, C_k는 사용자 k의 최적 부채널에서의 비중값이고, R_k,n*은 사용자 k가 n번째 최적 부채널을 통해 전송할 수 있는 최대 데이터 전송률이고, R^avg _k는 사용자 k의 최적 부채널을 제외한 모든 부채널들의 전송 가능한 최대 데이터 전송률의 평균값이고, N은 사용자가 할당받을 수 있는 모든 부채널의 갯수값이다.
13. 제 10항에 있어서,

    상기 채널자원 할당부는,

    상기 선택한 사용자와 충돌한 상기 다른 사용자들의 상기 비중값들을 이용하여 상기 선택한 사용자가 할당받을 상기 비율 심볼수를 아래 <수학식 12>을 통해 측정함을 특징으로 하는 부채널을 할당하는 스케줄러 장치.

    

    여기서, S'_k는 사용자 k가 비중값(C)에 의해 비율적으로 할당받을 심볼수인 비율 심볼수이고, C_k는 사용자 k의 최적 부채널에서의 비중값이고, T_n*는 사용자 k의 최적 부채널인 n번째 채널에서 할당가능한 심볼수이고, J는 최적 부채널 후보에 부채널 n을 포함한 사용자들의 집합의 크기이다.
14. 제 10항에 있어서,

    상기 채널자원 할당부는,

    상기 충돌 검색부의 검색결과 충돌이 발생하면 아래 <수학식 13>를 통해 측정하는 심볼수 만큼을 상기 선택한 사용자에게 할당함을 특징으로 하는 부채널을 할당하는 스케줄러 장치.

    

    여기서, S^* _k는 사용자 k가 최종적으로 할당받은 심볼수이고, S_k는 사용자 k가 할당받기를 요청하는 심볼수이고, S'_k는 사용자 k가 비중값(C)에 의해 비율적으로 할당받을 심볼수인 비율 심볼수이고, T_{n *}는 사용자 k의 최적 부채널인 n번째 채널에서 할당가능한 심볼수이다.
15. 직교 주파수 분할 다중 접속 시스템의 부채널 할당 방법에 있어서,

    채널자원을 할당하기 위해 채널자원의 할당을 요청한 사용자 중에서 우선순위가 가장 높은 사용자를 선택하는 과정과,

    사용자별로 채널상태가 좋은 부채널을 최적 부채널 후보로 분류하고, 분류한 최적 부채널 후보에서 다른 사용자의 최적 부채널 후보를 고려하여 하나의 부채널을 최적 부채널(BEST_SCH)로 선택하는 과정과,

    상기 선택한 사용자의 최적 부채널과 동일한 최적 부채널을 가진 다른 사용자의 존재로 발생하는 충돌(contention)이 발생하였는지 확인하는 과정과,

    상기 충돌이 발생하면 상기 선택한 사용자의 최적 부채널에서 할당가능한 채 널자원을 비례적으로 상기 선택한 사용자에게 할당하는 과정을 포함함을 특징으로 하는 부채널 할당 방법.
16. 제 15항에 있어서,

    상기 채널자원을 비례적으로 상기 선택한 사용자에게 할당하는 과정 후에,

    상기 선택한 사용자가 요구하는 품질을 만족하는지 여부를 확인하는 과정을 더 포함하고,

    확인결과 상기 품질을 만족하지 못하면, 상기 분류한 최적 부채널 후보에서 다른 사용자의 최적 부채널 후보를 고려하여 하나의 부채널을 최적 부채널로 선택하는 과정으로 진행하는 것을 특징으로 하는 부채널 할당 방법.
17. 제 15항에 있어서,

    상기 최적 부채널 후보는,

    사용자에게 할당 가능한 부채널 중에서 CQI(Channel Quality Indicator) 값이 가장 큰 채널을 상기 최적 부채널(BEST_SCH) 후보로 분류함을 특징으로 하는 부채널 할당 방법.
18. 제 15항에 있어서,

    하나의 부채널을 최적 부채널로 선택하는 과정은,

    상기 최적 부채널 후보에 둘 이상의 부채널이 존재하는 경우,

    상기 사용자의 최적 부채널 후보로 분류된 부채널 중에서 다른 사용자의 최적 부채널 후보에 속하지 않는 부채널을 최적 부채널로 선택함을 특징으로 하는 부채널 할당 방법.
19. 제 15항에 있어서,

    하나의 부채널을 최적 부채널로 선택하는 과정은,

    상기 사용자의 상기 최적 부채널 후보로 분류된 모든 부채널이 다른 사용자의 최적 부채널 후보에 속한 경우,

    상기 사용자의 최적 부채널 후보로 분류된 각각의 부채널을 상기 사용자에게 할당할 때의 부채널별 성능값을 측정하는 과정과,

    그 성능값이 가장 큰 부채널을 상기 최적 부채널로 선택하는 과정을 포함함을 특징으로 하는 부채널 할당 방법.
20. 제 19항에 있어서,

    상기 성능값은 아래 <수학식 14>을 통해 측정함을 특징으로 하는 부채널 할당 방법.

    

    여기서, C_k,n은 사용자 k의 n번째 부채널의 성능값이고, R_k,n은 사용자 k가 n번째 부채널을 통해 전송할 수 있는 최대 데이터 전송률이고, J는 최적 부채널 후보에 부채널 n을 포함한 사용자들의 집합의 크기이다.
21. 제 15항에 있어서,

    상기 충돌이 발생하지 않으면,

    상기 선택한 사용자의 요구받은 전송률에 따른 할당받을 심볼수를 측정하는 과정과,

    상기 선택한 사용자의 최적 부채널에서 할당가능한 남아있는 심볼수를 확인하는 과정과,

    상기 할당받을 심볼수를 상기 선택한 사용자의 최적 부채널에 남아있는 할당가능한 심볼수의 한도내에서 상기 선택한 사용자에게 할당하는 과정을 더 포함함을 특징으로 하는 부채널 할당 방법.
22. 제 21항에 있어서,

    상기 할당받을 심볼수를 측정하는 과정은,

    상기 선택한 사용자의 요구받은 전송률에 따른 상기 할당받을 심볼수를 아래 <수학식 15>을 통해 측정함을 특징으로 하는 부채널 할당 방법.

    

    여기서, S_k는 사용자 k가 할당받기를 요청하는 심볼수이고, R_{k ,n}은 사용자 k가 n번째 부채널을 통해 전송할 수 있는 최대 데이터 전송률이고, R^req _k는 사용자 k가 요구하는 전송률이다.
23. 제 21항에 있어서,

    상기 할당받을 심볼수를 상기 선택한 사용자의 최적 부채널에 남아있는 할당가능한 심볼수의 한도내에서 상기 선택한 사용자에게 할당하는 과정은,

    아래 <수학식 16>를 통해 측정하는 심볼수 만큼을 상기 선택한 사용자에게 할당함을 특징으로 하는 부채널 할당 방법.

    

    여기서, S^* _k는 사용자 k가 최종적으로 할당받은 심볼수이고, S_k는 사용자 k가 할당받기를 요청하는 심볼수이고, T_{n *}는 사용자 k의 최적 부채널인 n번째 채널에서 할당가능한 심볼수이다.
24. 제 15항에 있어서,

    비례적으로 상기 선택한 사용자에게 할당하는 과정은,

    상기 선택한 사용자의 요구받은 전송률에 따른 할당받을 심볼수를 측정하는 과정과,

    상기 선택한 사용자와 충돌한 다른 사용자들 각각에 대해 최적 부채널의 비중값을 측정하는 과정과,

    상기 선택한 사용자와 충돌한 상기 다른 사용자들의 상기 비중값들을 이용하여 상기 선택한 사용자가 할당받을 비율 심볼수를 측정하는 과정과,

    상기 선택한 사용자의 최적 부채널에서 할당가능한 심볼수를 확인하는 과정 과,

    상기 선택한 최적 부채널에 남아있는 상기 할당가능한 심볼수의 한도내에서 상기 할당받을 심볼수와 상기 비율 심볼수를 비교하여 작은 수를 가지는 심볼수 만큼을 상기 선택한 사용자에게 할당하는 과정을 포함함을 특징으로 하는 부채널 할당 방법.
25. 제 24항에 있어서,

    상기 할당받을 심볼수를 측정하는 과정은,

    상기 선택한 사용자의 요구받은 전송률에 따른 상기 할당받을 심볼수를 아래 <수학식 17>을 통해 측정함을 특징으로 하는 부채널 할당 방법.

    

    여기서, S_k는 사용자 k가 할당받기를 요청하는 심볼수이고, R_{k ,n}은 사용자 k가 n번째 부채널을 통해 전송할 수 있는 최대 데이터 전송률이고, R^req _k는 사용자 k가 요구하는 전송률이다.
26. 제 24항에 있어서,

    상기 비중값을 측정하는 과정은,

    상기 선택한 사용자와 충돌한 다른 사용자들 각각에 대해 최적 부채널의 상기 비중값을 아래 <수학식 18>을 통해 측정함을 특징으로 하는 부채널 할당 방법.

    

    여기서, C_k는 사용자 k의 최적 부채널에서의 비중값이고, R_k,n*은 사용자 k가 n번째 최적 부채널을 통해 전송할 수 있는 최대 데이터 전송률이고, R^avg _k는 사용자 k의 최적 부채널을 제외한 모든 부채널들의 전송 가능한 최대 데이터 전송률의 평균값이고, N은 사용자가 할당받을 수 있는 모든 부채널의 갯수값이다.
27. 제 24항에 있어서,

    상기 비율 심볼수를 측정하는 과정은,

    상기 선택한 사용자와 충돌한 상기 다른 사용자들의 상기 비중값들을 이용하여 상기 선택한 사용자가 할당받을 상기 비율 심볼수를 아래 <수학식 19>을 통해 측정함을 특징으로 하는 부채널 할당 방법.

    

    여기서, S'_k는 사용자 k가 비중값(C)에 의해 비율적으로 할당받을 심볼수인 비율 심볼수이고, C_k는 사용자 k의 최적 부채널에서의 비중값이고, T_n*는 사용자 k의 최적 부채널인 n번째 채널에서 할당가능한 심볼수이고, J는 최적 부채널 후보에 부채널 n을 포함한 사용자들의 집합의 크기이다.
28. 제 24항에 있어서,

    상기 선택한 최적 부채널에 남아있는 상기 할당가능한 심볼수의 한도내에서 상기 할당받을 심볼수와 상기 비율 심볼수를 비교하여 작은 수를 가지는 심볼수 만큼을 상기 선택한 사용자에게 할당하는 과정은,

    아래 <수학식 20>를 통해 측정하는 심볼수 만큼을 상기 선택한 사용자에게 할당함을 특징으로 하는 부채널 할당 방법.

    

    여기서, S^* _k는 사용자 k가 최종적으로 할당받은 심볼수이고, S_k는 사용자 k가 할당받기를 요청하는 심볼수이고, S'_k는 사용자 k가 비중값(C)에 의해 비율적으로 할당받을 심볼수인 비율 심볼수이고, T_{n *}는 사용자 k의 최적 부채널인 n번째 채널에서 당가능한 심볼수이다.

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