KR101370002B1 - 다중 홉 중계 방식의 무선통신 시스템에서 스케줄링 장치및 방법 - Google Patents

다중 홉 중계 방식의 무선통신 시스템에서 스케줄링 장치및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 다중 홉 중계 방식의 무선통신 시스템에 관한 것으로, 기지국은, 단말들로부터 수신 신호 크기 정보 및 간섭 노드 정보를 수신하는 통신부와, 상기 수신 신호 크기 정보 및 간섭 노드 정보를 이용하여 단말의 타입을 분류하고, 타입에 따라 차별화된 스케줄링을 수행하는 스케줄러를 포함하여, 단말을 타입별로 분류하고, 타입별 차별화된 스케줄링을 수행함으로써, 셀 내부에서 중계국 셀 간의 간섭 및 외부 인접 셀과의 간섭을 감소시킬 수 있다.
Figure R1020070095075
다중 홉 중계(multi-hop relay), 간섭(interference), 위치 기반 타입 분류, 자원 재사용

Description

다중 홉 중계 방식의 무선통신 시스템에서 스케줄링 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR SCHEDULING IN MULTI-HOP RELAY WIRELESS COMMUNICATION SYSTEM}
본 발명은 다중 홉 중계 방식의 무선통신 시스템에 관한 것으로, 특히, 다중 홉 중계 방식의 무선통신 시스템에서 스케줄링 장치 및 방법에 관한 것이다.
차세대 통신 시스템인 4세대(4th Generation, 이하 '4G'라 칭함) 무선통신 시스템에서는 단말의 이동성 및 무선망 구성의 유연성을 확보하고, 트래픽 분포나 통화 요구량 변화가 심한 무선 환경에서 더욱 효율적인 서비스를 제공하기 위한 연구가 활발히 진행 중이다. 그 중 하나의 방법으로 중계국(Relay Station)을 이용하여 다중 홉(Multi Hop) 중계 형태의 데이터 전달 방식을 적용한 통신 시스템이 고려되고 있다.
상기 중계국을 사용하는 경우, 전송률 향상 및 셀 커버리지(cell coverage) 확대의 효과가 발생하는 장점이 있다. 하지만, 기지국과 중계국 간의 통신, 중계국과 단말과의 통신 등 두 번의 반복적인 신호 전송으로 인해 단일 홉 무선통신 시스 템에 비하여 자원 소모가 더 크다. 따라서, 중계국과 단말 간 통신 시 자원 재사용이 필수적이다.
그러나, 각 중계국이 동시에 신호를 송수신하기 때문에, 셀 내부에서 간섭이 발생하며, 이는 시스템 성능 저하로 이어진다. 또한, 인접 셀과의 경계에 위치한 단말들에 대해서, 인접 셀과의 간섭이 발생한다. 따라서, 셀 내부에서의 중계국 간 간섭 및 인접 외부 셀과의 간섭을 모두 해결하기 위한 대안이 요구된다.
따라서, 본 발명의 목적은 다중 홉 중계 방식의 무선통신 시스템에서 셀 내부의 간섭 및 인접 셀과의 간섭을 완화시키기 위한 장치 및 방법을 제공함에 있다.
본 발명의 다른 목적은 다중 홉 중계 방식의 무선통신 시스템에서 간섭 완화 스케줄링 장치 및 방법을 제공함에 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 다중 홉 중계 방식의 무선통신 시스템에서 단말의 위치에 따라 차별화하여 자원을 할당하기 위한 장치 및 방법을 제공함에 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 다중 홉 중계 방식의 무선통신 시스템에서 단말들을 그룹핑하여 자원을 할당하기 위한 장치 및 방법을 제공함에 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제 1 견지에 따르면, 다중 홉 중계 방식의 무선통신 시스템에서 기지국 장치는, 단말들로부터 수신 신호 크기 정보 및 간섭 노드 정보를 수신하는 통신부와, 상기 수신 신호 크기 정보 및 간섭 노드 정보를 이용하여 단말의 타입을 분류하고, 타입에 따라 차별화된 스케줄링을 수행하는 스케줄러를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제 2 견지에 따르면, 다중 홉 중계 방식의 무선통신 시스템에서 단말 장치는, 수신신호를 이용하여 기지국 및 중계국들로부터의 수신 신호 크기를 측정하는 측정부와, 서빙 노드 및 간섭 노드를 설정하고, 상기 간섭 노드 정보 및 상기 수신 신호 크기 정보를 포함하는 제어정보를 생성하는 처리부와, 상기 제어정보를 송신하는 통신부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제 3 견지에 따르면, 다중 홉 중계 방식의 무선통신 시스템에서 기지국의 스케줄링 방법은, 단말들로부터 수신 신호 크기 정보 및 간섭 노드 정보를 수신하는 과정과, 상기 수신 신호 크기 정보 및 간섭 노드 정보를 이용하여 단말의 타입을 분류하는 과정과, 타입에 따라 차별화된 스케줄링을 수행하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제 4 견지에 따르면, 다중 홉 중계 방식의 무선통신 시스템에서 단말의 간섭정보 피드백 방법은, 수신신호를 이용하여 기지국 및 중계국들로부터의 수신 신호 크기를 측정하는 과정과, 서빙 노드 및 간섭 노드를 설정하는 과정과, 상기 제어정보를 송신하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 한다.
다중 홉 중계 방식의 무선통신 시스템에서 단말을 타입별로 분류하고, 타입별 차별화된 스케줄링을 수행함으로써, 셀 내부에서 중계국 셀 간의 간섭 및 외부 인접 셀과의 간섭을 감소시킬 수 있다.
이하 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면의 참조와 함께 상세히 설명한다. 그리고, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단된 경우, 그 상세한 설명은 생략한다.
이하 본 발명은 다중 홉 중계 방식의 무선통신 시스템에서 간섭 감소를 위한 스케줄링 기술에 대해 설명한다.
본 발명에 따른 다중 홉 중계 방식의 무선통신 시스템은 도 1에 도시된 바와 같이 각 중계국의 커버리지(coverage)를 다수의 영역들로 구분하고, 각 영역에 위치한 단말들을 구분하여 스케줄링을 수행한다. 상기 도 1을 참고하면, 제1영역(110)은 해당 중계국의 근접한 영역으로서, 다른 중계국으로부터의 간섭이 존재하지 않는 영역이다. 제2영역(120)은 인접 중계국 또는 기지국과의 경계 영역으로서, 기지국 또는 인접 중계국으로부터 간섭이 존재하는 영역이다. 제3영역(130)은 인접 셀과의 경계 영역으로서, 인접 셀로부터의 간섭이 존재하는 영역이다. 이하 설명에서, 본 발명은 상기 제1영역(110)에 위치한 단말을 '제1타입(type-1) 단말', 상기 제2영역(120)에 위치한 단말을 '제2타입(type-2) 단말', 상기 제3영역(130)에 위치한 단말을 '제3타입(type-3) 단말'이라 칭한다. 또한, 본 발명은 상기 도 1에 도시된 바와 같이 하나의 기지국 및 다수의 중계국들에 의한 커버리지를 클러스터(cluster)라 칭하며, 하나의 노드(node)를 기준으로 볼 때 동일 클러스터 내의 다른 노드의 셀을 내부 셀이라 칭한다.
본 발명에 따른 기지국은 상기 도 1에 도시된 바와 같이 구분된 영역에 따라 단말들의 타입을 분류하고, 제1타입 및 제2타입 단말에 대해 간섭 완화 스케줄링을 적용하고, 제3타입 단말에 대해 예약 자원을 통한 간섭 회피 스케줄링을 적용한다.상기 기지국의 단말 타입 분류는 수신 신호 세기를 근거로 수행될 수 있다. 즉, 각 단말이 기지국 및 중계국으로부터의 프리앰블(preamble), 참조신호(reference signal)의 수신 크기를 측정하고, 측정 결과를 기지국으로 피드백(feedback)한다. 이때, 단말은 타입 분류를 위한 별도의 측정을 수행하지 않고, 핸드오버를 위한 스캐닝의 결과를 재활용할 수 있다. 단말로부터 수신 크기 정보를 피드백받은 기지국의 타입 분류의 일 예는 하기 <수학식 1>과 같다.
Figure 112007067728911-pat00001
Figure 112007067728911-pat00002
Figure 112007067728911-pat00003
상기 <수학식 1>에서, 상기
Figure 112008066261250-pat00004
는 서빙 노드(serving node)로부터의 수신 신호 크기, 상기
Figure 112008066261250-pat00005
은 활성 집합(active set) 내에서 서빙 노드를 제외한 나머지 노드들의 개수, 상기
Figure 112008066261250-pat00006
는 j번째 내부 셀로부터의 수신 신호 크기, 상기
Figure 112008066261250-pat00007
는 j번째 외부 셀로부터의 수신 신호 크기, 상기
Figure 112008066261250-pat00008
는 제k타입의 임계치를 의미한다.
기지국은 단말들을 타입별로 분류하고 타입에 따른 스케줄링 방식을 적용한다. 기지국은 제1타입 및 제2타입 단말에 대해 간섭을 고려한 자원 재사용 스케줄링을 적용한다. 다시 말해, 기지국은 동시에 다수의 중계국이 동일 자원으로 신호를 송신하여도 간섭이 발생하지 않도록 스케줄링한다. 제1타입 단말은 기지국 및 다른 중계국들으로부터의 간섭을 겪지 않으므로, 기지국은 제1타입 단말에 대해서 모든 자원 영역을 재사용하도록 스케줄링한다. 제2타입 단말은 내부 셀로부터의 간섭을 겪으므로, 기지국은 제2타입 단말에 대해서 간섭을 회피할 수 있도록 스케줄링한다. 제3타입 단말은 외부 셀로부터의 간섭을 겪으므로, 기지국은 제3타입 단말에 대해서 인접 기지국과 미리 약속된 자원 영역을 이용하여 스케줄링한다.
예를 들어, 하향링크 프레임에서 단말의 타입별 사용 가능 자원 영역을 분류한 일 예는 도 2와 같다. 상기 도 2를 참조하면, 프레임은 크게 하향링크 부프레임(downlink sub-frame), 상향링크 부프레임(uplink sub-frame)으로 나누어지고, 각 부프레임은 기지국과 단말 및 기지국과 중계국 통신을 위한 엑세스 존(access zone), 중계국과 단말 통신을 위한 릴레이 존(relay zone)으로 나누어진다. 하향링 크 부프레임의 억세스 존을 살펴보면, 프레임블, FCH(Frame Control Header), DL(DownLink) MAP, UL(UpLink) MAP에 이어 하향링크 트래픽 영역이 위치한다. 상기 하향링크 트래픽 영역은 영역A(region A), 영역B(region B)로 나누어진다. 상기 도 2에서, 영역B의 위치는 시스템 설계자의 의도에 따라 달라질 수 있다.
상기 도 2에 도시된 프레임 구조를 참조하여 기지국의 자원할당을 살펴보면 다음과 같다. 기지국은 제1타입 및 제2타입 단말에게 영역A 내의 자원을 할당하고, 제3타입 단말에게 영역B 내의 자원을 할당한다.
영역B의 사용을 살펴보면, 제3타입 단말로의 간섭을 방지하기 위해서, 영역B 내의 자원 중 일부는 인접 셀과의 간섭 회피를 위해 사용 금지된다. 즉, 영역B의 자원 할당 시, 기지국은 해당 제3타입 단말에게 인접한 셀의 사용 금지 영역 내의 자원을 할당한다. 따라서, 사용 금지되는 영역B의 일부는 각 기지국 간 미리 약속되며, 영역B의 자원은 다수의 클러스터들 간에 재사용된다. 예를 들어, 3개의 클러스터들을 가정한 경우, 클러스터별 영역B의 사용 금지 영역 설정의 예는 도 3과 같다.
영역A의 사용을 살펴보면, 기지국은 제1타입 및 제2타입 단말들 중 자원 재사용이 가능한 단말들을 그룹핑하고, 그룹 간 배타적으로 자원을 할당한다. 기지국은 그룹핑을 위해 단말 풀(pool)을 갱신하면서 하나의 단말을 선택한다. 상기 단말 풀은 그룹핑 후보 단말들의 목록을 의미한다. 단말 선택을 위해 기지국은 클러스터 내의 노드들과 단말들 간의 접속 관계 및 수신 신호 크기를 나타내는 테이블을 이용하며, 테이블의 일 예를 들면 하기 <표 1>과 같다.

수신 신호 크기
중계국1
기지국
중계국2
중계국3

단말1
-
7(S)
-
-

단말2
-
-9(I)
6(S)
-1(I)

단말3
5(S)
-5(I)
-
-

단말4
-
-3(I)
1(S)
-

단말5
-
-3(I)
3(S)
-

단말6
-
-
-
2(S)
상기 <표 1>에서, '-'는 상호 간섭이 없는 상태, 'k(S)'는 접속관계이며 수신 신호 크기가 k인 상태, 'k(I)'는 간섭관계이며 수신 신호 크기가 k인 상태를 의미한다.
상기 <표 1>과 같은 테이블에서, 기지국은 선택 기준으로서 일정 지표(metric)을 결정하고 최대값을 갖는 단말을 선택한다. 상기 지표의 구체적인 형태는 본 발명의 실시 예에 따라 달라진다. 본 발명의 제1실시 예는 스케줄링 지표를 이용하는 방식이며, 본 발명의 제2실시 예는 재사용 집합(set) 기반의 스케줄링 지표를 이용하는 방식이다.
먼저, 스케줄링 지표 결정을 살펴보면, 기지국은 단말로부터 피드백된 수신 신호 크기 정보를 이용하여 하기 <수학식 2>와 같이 스케줄링 지표를 결정한다. 이때, 스케줄링 방식에 따라 사용되는 수식이 달라진다.
Figure 112007067728911-pat00009
Figure 112007067728911-pat00010
Figure 112007067728911-pat00011
상기 <수학식 2>에서, 상기
Figure 112007067728911-pat00012
는 단말k의 스케줄링 지표, 상기
Figure 112007067728911-pat00013
는 단말k의 신호대 잡음 및 간섭비(SINR : Signal to Interference and Noise Ratio), 상기
Figure 112007067728911-pat00014
는 단말k의 시간i에서 평균 데이터율, 상기
Figure 112007067728911-pat00015
는 스케일링(scailing) 상수, 상기
Figure 112007067728911-pat00016
는 망각(forgetting) 상수이다.
기지국은 상기 <수학식 2>를 이용해 결정된 스케줄링 지표를 정렬(sorting)한 후, 가장 큰 값의 스케줄링 지표를 갖는 단말을 선택하고, 선택된 단말과 간섭 관계에 있는 단말들을 단말 풀에서 제거한다. 그리고, 기지국은 모든 단말들이 선택되거나 제거될 때까지 동일한 과정을 반복하여 최종 스케줄링 단말 그룹을 결정한다. 스케줄링 방식이 최대 SINR 방식이고, 상기 <표 1>의 수신 신호 크기를 SINR이라 가정할 때, 상기 <표 1>을 참조하여 그룹핑 과정을 설명하면 다음과 같다. 먼저, 기지국은 가장 큰 스케줄링 지표를 갖는 단말1을 선택한다. 그리고, 기지국은 단말1과 간섭관계에 있는 단말2, 단말3, 단말4, 단말5를 제거한다. 이후, 기지국은 남겨진 단말들 중 가장 큰 스케줄링 지표를 갖는 단말6을 선택한다. 이로써, 모든 단말들이 제거되거나 선택되었으므로, 기지국은 단말1과 단말6을 하나의 그룹으로 결정한다. 이후, 기지국은 남은 단말2, 단말3, 단말4, 단말5에 대해 동일한 방식에 따라 다른 그룹을 결정한다.
스케줄링 지표만을 이용하는 방식 외에 기지국은 스케줄링 지표 및 재사용 집합(reuse set)을 모두 이용하는 방식에 따라 그룹을 결정할 수 있다. 재사용 집합 정보를 반영하기 위해, 기지국은 단말 정렬 및 선택시 하기 <수학식 3>과 같은 재사용 기반 스케줄링 지표를 이용한다.
Figure 112007067728911-pat00017
상기 <수학식 3>에서, 상기
Figure 112007067728911-pat00018
는 단말k의 스케줄링 지표, 상기
Figure 112007067728911-pat00019
은 재사용 행렬(RM : Reuse Matrix), 상기
Figure 112007067728911-pat00020
는 재사용 기반 스케줄링 지표, 상기
Figure 112007067728911-pat00021
은 단말k가 선택될 시 추가 선택될 수 있는 기지국 또는 중계국의 평균 개수, 상기
Figure 112007067728911-pat00022
는 중계국j에 종속된 단말들의 스케줄링 지표 평균값을 의미한다. 상기 재사용 행렬은 기지국 및 중계국들 간 간섭관계를 '0', 재사용관계를 '1'로 표현한 행렬을 의미한다. 여기서, 상기 간섭관계 및 재사용관계의 표현은 '0' 및 '1'이 아닌 다른 형태로도 가능하다.
스케줄링 방식이 최대 SINR 방식이고고, 상기 <표 1>의 수신 신호 크기를 SINR이라 가정할 때, 상기 <표 1>을 참조하여 설명하면, 먼저, 기지국은 상기 <수학식 3>에 따라 단말들 각각의 재사용 기반 스케줄링 지표를 산출하고, 상기 재사용 기반 스케줄링 지표에 따라 단말들을 정렬한다. 그리고, 상기 기지국은 가장 큰 재사용 기반 스케줄링 지표를 갖는 단말2를 선택한다. 기지국은 단말2와 간섭관계에 있는 단말1, 단말4, 단말5, 단말6을 제거한다. 이후, 기지국은 남겨진 단말들 중 가장 큰 재사용 기반 스케줄링 지표를 갖는 단말3을 선택한다. 이로써, 모든 단말들이 제거되거나 선택되었으므로, 기지국은 단말2과 단말3을 하나의 그룹으로 결정한다. 이후, 기지국은 남은 단말1, 단말4, 단말5, 단말6에 대해 동일한 방식에 따라 다른 그룹을 결정한다.
이하 본 발명은 상술한 바와 같이 스케줄링을 수행하기 위한 기지국, 단말의 구성 및 동작 절차를 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 다중 홉 중계 방식의 무선통신 시스템에서 기지국의 블록 구성을 도시하고 있다. 상기 도 4에서, (a)는 기지국의 블록 구성이며, (b)는 스케줄러의 세부 블록 구성이다.
상기 도 4의 (a)에 도시된 바와 같이, 상기 기지국은 스케줄러(410), 데이터버퍼(430), 제어정보처리부(450), 무선통신부(470)를 포함하여 구성된다.
상기 스케줄러(410)는 클러스터 내에 존재하는 단말 및 중계국들의 통신을 위한 스케줄링을 수행한다. 상기 스케줄러의 상세한 기능은 상기 도 4의 (b)를 참조하여 설명한다. 상기 데이터버퍼(430)는 중계국 및 단말과 교환되는 데이터들을 저장하고, 상기 스케줄러(410)의 스케줄링 결과에 따라 상기 무선통신부(470)로 출력한다. 상기 제어정보처리부(450)는 중계국 및 단말과 교환되는 제어정보를 생성 및 처리한다. 예를 들어, 상기 제어정보처리부(450)는 단말로부터 피드백되는 간섭 노드 정보 및 수신 신호 크기 정보를 확인하여 상기 스케줄러(410)로 제공하고, 상기 스케줄러(410)의 자원할당 결과를 알리는 MAP 메시지를 생성하여 상기 무선통신부(470)로 제공한다. 여기서, 상기 수신 신호 크기는 SINR, SNR(Signal to Noise Ratio), CINR(Carrier to Interference and Noise Ratio) 등이 될 수 있다.
상기 무선통신부(470)는 정보비트열과 RF(Radio Frequency)대역 신호 간의 변환 기능을 수행한다. 예를 들어, OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing) 방식에 따르는 경우, 상기 무선통신부(470)는 상기 정보비트열을 부호화하여 부호화비트열로 변환하고, 상기 부호화비트열을 변조하여 복소심벌(complex symbol)로 변환한다. 그리고, 상기 무선통신부(470)는 복소심벌들을 부반송파에 매핑(mapping)한 후, IFFT(Inverse Fast Fourier Transform) 연산을 통해 OFDM 심벌을 생성하고, RF대역으로 상승변환하여 안테나를 통해 송신한다.
상기 도 4의 (b)에 도시된 바와 같이, 상기 스케줄러(410)는 타입분류부(412), 단말풀관리부(414), 지표산출부(416), 단말선택부(418), 그룹결정부(420), 자원할당부(422)를 포함하여 구성된다.
상기 타입분류부(412)는 단말로부터 피드백된 수신 신호 크기 정보를 이용하여 단말의 타입을 분류한다. 여기서, 상기 타입은 상기 도 1에 도시된 바와 같이 구분된 각 영역 중 단말이 어느 영역에 위치하였는지를 나타낸다. 예를 들어, 상기 단말의 타입은 상기 <수학식 1>과 같은 기준에 의해 분류된다. 상기 타입분류부(412)는 제3타입 단말의 정보를 상기 자원할당부(422)로 제공하고, 제1타입 및 제2타입 단말의 정보를 상기 단말풀관리부(414)로 제공한다.
상기 단말풀관리부(414)는 상기 타입분류부(412)로부터 제1타입 및 제2타입 단말의 정보를 제공받아 단말 풀을 구성한다. 단말 풀 초기화 시, 상기 단말풀관리부(414)는 모든 제1타입 및 제2타입 단말들이 선택 후보 목록에 포함되도록 단말 풀을 구성하고, 매번 하나의 그룹이 결정될 때마다 해당 그룹의 단말들을 제외한 단말 풀을 구성한다.
상기 지표산출부(416)는 단말 풀에 포함된 단말들 각각의 지표를 산출한다. 이때, 상기 지표는 본 발명의 실시 예에 따라 달라진다. 본 발명의 제1실시 예에 따르는 경우, 상기 지표산출부(416)는 각 단말의 스케줄링 지표를 산출한다. 예를 들어, 상기 스케줄링 지표는 상기 <수학식 2>와 같이 산출된다. 그리고, 제1실시 예에 따르는 경우, 상기 지표산출부(416)는 스케줄링 초기 시작 시 단말의 지표를 산출한다. 본 발명의 제2실시 예에 따르는 경우, 상기 지표산출부(416)는 각 단말의 재사용 집합 기반의 스케줄링 지표를 산출한다. 예를 들어, 상기 재사용 기반의 스케줄링 지표는 상기 <수학식 3>과 같이 산출된다. 그리고, 제2실시 예에 따르는 경우, 상기 지표산출부(416)는 매 단말 선택 시 각 단말의 지표를 재산출한다.
상기 단말선택부(418)는 상기 지표산출부(416)에서 산출된 지표에 따라 단말을 정렬하고, 최대의 지표를 갖는 단말을 선택한다. 그리고, 상기 단말선택부(418) 는 선택된 단말과 간섭관계에 있는 단말을 제거하고, 다시 최대의 지표를 갖는 단말을 선택한다. 상기 단말선택부(418)는 제거되거나 선택되지 않은 단말이 존재하지 않을 때까지 선택 및 제거를 반복하여, 선택된 단말의 정보를 상기 그룹결정부(420)로 제공한다. 이때, 본 발명의 제2실시 예에 따르는 경우, 상기 단말선택부(418)는 하나의 단말을 선택할 때마다 상기 지표산출부(416)로 선택된 단말 정보를 제공하고, 나머지 단말의 새로운 지표를 제공받는다.
상기 그룹결정부(420)는 상기 단말선택부(418)에서 선택된 단말들을 하나의 그룹으로 결정한다. 매 그룹 결정 시, 상기 그룹결정부(420)는 그룹핑되지 않는 단말이 존재하지 않으면, 그룹 정보를 상기 자원할당부(422)로 제공하고, 그룹핑되지 않는 단말이 존재하면, 그룹핑되지않은 단말 정보를 상기 단말풀관리부(414)로 제공한다.
상기 자원할당부(422)는 상기 타입분류부(412)로부터 제공되는 제3타입 단말 정보를 확인하고, 제3타입 단말에게 미리 정해진 영역 내의 자원을 할당한다. 예를 들어, 상기 자원할당부(422)는 제3타입 단말에게 상기 도 2에 도시된 바와 같은 영역B 내의 자원을 할당한다. 단, 상기 자원할당부(422)는 해당 제3타입 단말에게 인접한 셀의 사용 금지 영역 내의 자원을 할당한다. 또한, 상기 자원할당부(422)는 상기 그룹결정부(420)로부터 제공되는 그룹 정보를 확인하고, 각 그룹별 배타적으로 자원을 할당한다. 이때, 상기 그룹결정부(420)는 제3타입 단말을 위한 영역을 제외한 나머지 영역 내의 자원을 할당한다. 예를 들어, 상기 자원할당부(422)는 그룹핑된 단말들에게 상기 도 2에 도시된 바와 같은 영역A 내의 자원을 할당한다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 다중 홉 중계 방식의 무선통신 시스템에서 단말의 블록 구성을 도시하고 있다.
상기 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 단말은 무선통신부(510), 수신크기측정부(520), 제어정보처리부(530), 데이터버퍼(540)를 포함하여 구성된다.
상기 무선통신부(510)는 정보비트열과 RF대역 신호 간의 변환 기능을 수행한다. 예를 들어, OFDM 방식에 따르는 경우, 상기 무선통신부(510)는 상기 정보비트열을 부호화하여 부호화비트열로 변환하고, 상기 부호화비트열을 변조하여 복소심벌로 변환한다. 그리고, 상기 무선통신부(510)는 복소심벌들을 부반송파에 매핑한 후, IFFT 연산을 통해 OFDM 심벌을 생성하고, RF대역으로 상승변환하여 안테나를 통해 송신한다.
상기 수신크기측정부(520)는 수신되는 프리앰블 및 참조신호를 이용하여 클러스터 내의 기지국 및 중계국으로부터의 수신 신호 크기를 측정한다. 여기서, 상기 수신 신호 크기는 SINR, SNR, CINR 등이 될 수 있다. 상기 제어정보처리부(530)는 기지국과 교환되는 제어정보를 생성 및 해석한다. 특히, 본 발명에 따라, 상기 제어정보 처리부(530)는 클러스터 내의 노드들로부터의 수신 신호 크기 측정 값을 이용하여 서빙 노드 및 간섭 노드를 설정한다. 그리고, 상기 제어정보처리부(530)는 기지국으로 피드백될 간섭 노드 정보 및 수신 신호 크기 정보를 생성하여 상기 무선통신부(510)로 제공한다. 이에 따라, 상기 무선통신부(510)는 상기 간섭 노드 정보 및 수신 신호 크기 정보를 기지국으로 송신한다. 상기 데이터버퍼(540)는 송수신 데이터를 임시 저장한다.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 다중 홉 중계 방식의 무선통신 시스템에서 기지국의 스케줄링 절차를 도시하고 있다.
상기 도 6을 참조하면, 상기 기지국은 601단계에서 단말들로부터 수신 신호 크기 정보가 수신되는지 확인한다. 여기서, 상기 수신 신호 크기는 SINR, SNR, CINR 등이 될 수 있다.
이후, 상기 기지국은 603단계로 진행하여 스케줄링 대상 단말들을 타입별로 분류한다. 여기서, 상기 타입은 상기 도 1에 도시된 바와 같이 구분된 각 영역 중 단말이 어느 영역에 위치하였는지를 나타낸다. 예를 들어, 상기 단말의 타입은 상기 <수학식 1>과 같은 기준에 의해 분류된다.
단말들을 타입별로 분류한 후, 상기 기지국은 605단계로 진행하여 제3타입 단말들에게 인접 셀 간섭을 회피할 수 있도록 영역B 내의 자원을 할당한다. 단, 상기 기지국은 해당 제3타입 단말에게 인접한 셀의 사용 금지 영역 내의 자원을 할당한다.
이어, 상기 기지국은 607단계로 진행하여 제1타입 및 제2타입 단말들에게 간섭을 완화할 수 있도록 영역A 내의 자원을 할당한다. 다시 말해, 상기 기지국은 단말들을 간섭관계에 따라 그룹핑하고, 각 그룹별 배타적으로 자원을 할당한다. 이때, 본 발명의 실시 예에 따라 상기 그룹핑 시 사용되는 지표가 달라지며, 이하 도 7 및 이하 도 8을 참조하여 상세히 설명한다.
도 7은 본 발명의 제1실시 예에 따른 다중 홉 중계 방식의 무선통신 시스템에서 기지국의 단말 그룹핑 절차를 도시하고 있다.
상기 도 7을 참조하면, 상기 기지국은 701단계에서 단말 풀을 초기화한다. 즉, 상기 기지국은 모든 스케줄링 대상 단말들이 선택 후보 목록에 포함되도록 단말 풀을 구성한다.
상기 단말 풀을 초기화한 후, 상기 기지국은 703단계로 진행하여 각 단말의 스케줄링 지표를 산출한다. 예를 들어, 상기 스케줄링 지표는 상기 <수학식 2>와 같이 산출된다.
상기 각 단말의 스케줄링 지표를 산출한 후, 상기 기지국은 705단계로 진행하여 가장 큰 스케줄링 지표를 갖는 단말을 선택한다.
이어, 상기 기지국은 707단계로 진행하여 선택된 단말과 간섭관계인 단말들을 제거한다. 여기서, 제거한다는 것은 선택된 단말과 동일 그룹에 포함되지 않도록 배제한다는 의미이다.
상기 간섭관계인 단말들을 제거한 후, 상기 기지국은 709단계로 진행하여 제거되거나 선택되지 않은 단말이 존재하는지 확인한다. 즉, 상기 기지국은 추가로 선택할 단말이 남아있는지 확인한다. 만일, 상기 제거되거나 선택되지 않은 단말이 존재하면, 상기 기지국은 705단계로 되돌아간다.
반면, 상기 제거되거나 선택되지 않은 단말이 존재하지 않으면, 상기 기지국은 711단계로 진행하여 현재 단말 풀에서 선택된 단말들로 하나의 그룹을 결정한 다.
이후, 상기 기지국은 713단계로 진행하여 모든 스케줄링 대상 단말들에 대한 그룹핑이 완료되었는지 확인한다. 즉, 상기 기지국은 모든 스케줄링 대상 단말들의 그룹이 결정되었는지 확인한다.
만일, 상기 그룹핑이 완료되지 않았으면, 상기 기지국은 715단계로 진행하여 그룹핑된 단말들을 제외한 나머지 단말들만이 선택 후보 목록에 포함되도록 단말 풀을 재구성하고, 상기 705단계로 되돌아간다.
반면, 상기 그룹핑이 완료되었으면, 상기 기지국은 그룹핑 절차를 종료한다.
도 8은 본 발명의 제2실시 예에 따른 다중 홉 중계 방식의 무선통신 시스템에서 기지국의 단말 그룹핑 절차를 도시하고 있다.
상기 도 8을 참조하면, 상기 기지국은 801단계에서 단말 풀을 초기화한다. 즉, 상기 기지국은 모든 스케줄링 대상 단말들이 선택 후보 목록에 포함되도록 단말 풀을 구성한다.
상기 단말 풀을 초기화한 후, 상기 기지국은 803단계로 진행하여 각 단말의 재사용 기반 스케줄링 지표를 산출한다. 예를 들어, 상기 재사용 기반 스케줄링 지표는 상기 <수학식 3>과 같이 산출된다.
상기 각 단말의 재사용 기반 스케줄링 지표를 산출한 후, 상기 기지국은 805단계로 진행하여 가장 큰 재사용 기반 스케줄링 지표를 갖는 단말을 선택한다.
이어, 상기 기지국은 807단계로 진행하여 선택된 단말과 간섭관계인 단말들 을 제거한다. 여기서, 제거한다는 것은 선택된 단말과 동일 그룹에 포함되지 않도록 배제한다는 의미이다.
상기 간섭관계인 단말들을 제거한 후, 상기 기지국은 809단계로 진행하여 제거되거나 선택되지 않은 단말이 존재하는지 확인한다. 즉, 상기 기지국은 추가로 선택할 단말이 남아있는지 확인한다. 만일, 상기 제거되거나 선택되지 않은 단말이 존재하면, 상기 기지국은 803단계로 되돌아간다.
반면, 상기 제거되거나 선택되지 않은 단말이 존재하지 않으면, 상기 기지국은 811단계로 진행하여 현재 단말 풀에서 선택된 단말들로 하나의 그룹을 결정한다.
이후, 상기 기지국은 813단계로 진행하여 모든 스케줄링 대상 단말들에 대한 그룹핑이 완료되었는지 확인한다. 즉, 상기 기지국은 모든 스케줄링 대상 단말들의 그룹이 결정되었는지 확인한다.
만일, 상기 그룹핑이 완료되지 않았으면, 상기 기지국은 815단계로 진행하여 그룹핑된 단말들을 제외한 나머지 단말들만이 선택 후보 목록에 포함되도록 단말 풀을 재구성하고, 상기 803단계로 되돌아간다.
반면, 상기 그룹핑이 완료되었으면, 상기 기지국은 그룹핑 절차를 종료한다.
도 9는 본 발명의 실시 예에 따른 다중 홉 중계 방식의 무선통신 시스템에서 단말의 간섭정보 피드백 절차를 도시하고 있다.
상기 도 9를 참조하면, 상기 단말은 901단계에서 수신되는 프리앰블 및 참조신호를 이용하여 클러스터 내의 기지국 및 중계국으로부터의 수신 신호 크기를 측정한다. 여기서, 상기 수신 신호 크기는 SINR, SNR, CINR 등이 될 수 있다.
상기 수신 신호 크기를 측정한 후, 상기 단말은 903단계로 진행하여 클러스터 내의 노드들로부터의 수신 신호 크기 측정 값을 이용하여 서빙 노드 및 간섭 노드를 설정한다.
이후, 상기 단말은 905단계로 진행하여 간섭 노드 정보 및 수신 신호 크기 정보를 기지국으로 송신한다.
한편 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시 예에 관해 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 아니 되며 후술하는 특허청구의 범위뿐만 아니라 이 특허청구의 범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
도 1은 본 발명에 따른 다중 홉 중계 방식의 무선통신 시스템에서 셀 영역 구분을 도시하는 도면,
도 2는 본 발명에 따른 다중 홉 중계 방식의 무선통신 시스템에서 프레임 구조를 도시하는 도면,
도 3은 본 발명에 따른 다중 홉 중계 방식의 무선통신 시스템에서 기지국 별 프레임 사용 예를 도시하는 도면,
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 다중 홉 중계 방식의 무선통신 시스템에서 기지국의 블록 구성을 도시하는 도면,
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 다중 홉 중계 방식의 무선통신 시스템에서 단말의 블록 구성을 도시하는 도면,
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 다중 홉 중계 방식의 무선통신 시스템에서 기지국의 스케줄링 절차를 도시하는 도면,
도 7은 본 발명의 제1실시 예에 따른 다중 홉 중계 방식의 무선통신 시스템에서 기지국의 단말 그룹핑 절차를 도시하는 도면,
도 8은 본 발명의 제2실시 예에 따른 다중 홉 중계 방식의 무선통신 시스템에서 기지국의 단말 그룹핑 절차를 도시하는 도면,
도 9는 본 발명의 실시 예에 따른 다중 홉 중계 방식의 무선통신 시스템에서 단말의 간섭정보 피드백 절차를 도시하는 도면.

Claims (24)

  1. 다중 홉 중계 방식의 무선통신 시스템에서 기지국 장치에 있어서,
    적어도 하나의 단말로부터 수신 신호 크기 정보 및 간섭 노드 정보를 수신하는 통신부와,
    상기 수신 신호 크기 정보 및 간섭 노드 정보를 이용하여 단말의 타입을 분류하고, 타입에 따라 차별화된 스케줄링을 수행하는 스케줄러를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 스케줄러는,
    단말의 타입을 분류하는 분류부와,
    제1타입 및 제2타입 단말들에 대해 그룹별 배타적으로 자원을 할당하고, 제3타입 단말들에 대해 미리 약속된 영역의 자원을 할당하는 할당부를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 분류부는, 하기 수식과 같이 단말의 타입을 분류하는 것을 특징으로 하는 장치,
    Figure 112008066261250-pat00023
    Figure 112008066261250-pat00024
    Figure 112008066261250-pat00025
    여기서, 상기
    Figure 112008066261250-pat00026
    는 서빙 노드(serving node)로부터의 수신 신호 크기, 상기
    Figure 112008066261250-pat00027
    은 활성 집합(active set) 내에서 서빙 노드를 제외한 나머지 노드들의 개수, 상기 는 j번째 내부 셀로부터의 수신 신호 크기, 상기
    Figure 112008066261250-pat00029
    는 j번째 외부 셀로부터의 수신 신호 크기, 상기
    Figure 112008066261250-pat00030
    는 제k타입의 임계치를 의미함.
  4. 제 2항에 있어서,
    상기 할당부는, 상기 제3타입 단말에게 상기 미리 약속된 영역 중 해당 제3타입 단말과 인접한 셀에서 사용 금지된 영역 내의 자원을 할당하는 것을 특징으로 하는 장치.
  5. 제 2항에 있어서,
    상기 스케줄러는,
    상기 제1타입 및 제2타입 단말들에 대해서, 그룹핑된 단말을 제외한 나머지 스케줄링 대상 단말들이 선택 후보 목록에 포함되도록 단말 풀(pool)을 구성하는 관리부와,
    상기 단말 풀에 포함된 단말들 각각의 지표(metric)를 산출하는 산출부와,
    가장 큰 지표를 갖는 단말을 선택하고, 선택된 단말과 간섭관계의 단말을 제거하는 선택부와,
    상기 선택부에서 선택된 적어도 하나의 단말을 하나의 그룹으로 결정하는 결정부를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 선택부는, 상기 단말 풀 내의 모든 단말들이 제거되거나 선택될 때까지 단말 선택 및 제거를 반복하는 것을 특징으로 하는 장치.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 산출부는, 하기 수식들 중 하나와 같이 상기 지표를 산출하는 것을 특징으로 하는 장치,
    Figure 112008066261250-pat00031
    Figure 112008066261250-pat00032
    Figure 112008066261250-pat00033
    여기서, 상기
    Figure 112008066261250-pat00034
    는 단말k의 스케줄링 지표, 상기
    Figure 112008066261250-pat00035
    는 단말k의 신호대 잡음 및 간섭비(SINR : Signal to Interference and Noise Ratio), 상기
    Figure 112008066261250-pat00036
    는 단말k의 시간i에서 평균 데이터율, 상기
    Figure 112008066261250-pat00037
    는 스케일링(scailing) 상수, 상기
    Figure 112008066261250-pat00038
    는 망각(forgetting) 상수임.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 산출부는, 스케줄링 대상 단말들이 결정되는 스케줄링 초기 시작 시 각 단말의 지표를 산출하는 것을 특징으로 하는 장치.
  9. 제 6항에 있어서,
    상기 산출부는, 해당 스케줄링 방식에 대응되는 단말의 스케줄링 지표 및 기지국 및 중계국들 간 간섭 관계를 나타내는 재사용 행렬을 이용하여 상기 지표를 산출하는 것을 특징으로 하는 장치.
  10. 제 9항에 있어서,
    상기 산출부는. 하기 수식과 같이 상기 지표를 산출하는 것을 특징으로 하는 장치,
    Figure 112008066261250-pat00039
    여기서, 상기
    Figure 112008066261250-pat00040
    는 단말k의 스케줄링 지표, 상기
    Figure 112008066261250-pat00041
    은 재사용 행렬(RM : Reuse Matrix), 상기
    Figure 112008066261250-pat00042
    는 재사용 기반 스케줄링 지표, 상기
    Figure 112008066261250-pat00043
    은 단말k가 선택될 시 추가 선택될 수 있는 기지국 또는 중계국의 평균 개수, 상기
    Figure 112008066261250-pat00044
    는 중계국j에 종속된 단말들의 스케줄링 지표 평균값을 의미함.
  11. 제 10항에 있어서,
    상기 산출부는, 매 단말 선택 시 각 단말의 지표를 산출하는 것을 특징으로 하는 장치.
  12. 다중 홉 중계 방식의 무선통신 시스템에서 단말 장치에 있어서,
    수신신호를 이용하여 기지국 및 중계국들로부터의 수신 신호 크기를 측정하는 측정부와,
    서빙 노드 및 간섭 노드를 설정하고, 상기 간섭 노드 정보 및 상기 수신 신호 크기 정보를 포함하는 제어정보를 생성하는 처리부와,
    상기 제어정보를 송신하는 통신부를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  13. 다중 홉 중계 방식의 무선통신 시스템에서 기지국의 스케줄링 방법에 있어서,
    적어도 하나의 단말로부터 수신 신호 크기 정보 및 간섭 노드 정보를 수신하는 과정과,
    상기 수신 신호 크기 정보 및 간섭 노드 정보를 이용하여 단말의 타입을 분류하는 과정과,
    타입에 따라 차별화된 스케줄링을 수행하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  14. 제 13항에 있어서,
    상기 차별화된 스케줄링을 수행하는 과정은,
    제1타입 및 제2타입 단말들에 대해 그룹별 배타적으로 자원을 할당하는 과정과,
    제3타입 단말들에 대해 미리 약속된 영역의 자원을 할당하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  15. 제 14항에 있어서,
    상기 단말의 타입 분류는, 하기 수식과 같이 수행되는 것을 특징으로 하는 방법,
    Figure 112008066261250-pat00045
    Figure 112008066261250-pat00046
    Figure 112008066261250-pat00047
    여기서, 상기
    Figure 112008066261250-pat00048
    는 서빙 노드(serving node)로부터의 수신 신호 크기, 상기
    Figure 112008066261250-pat00049
    은 활성 집합(active set) 내에서 서빙 노드를 제외한 나머지 노드들의 개수, 상기
    Figure 112008066261250-pat00050
    는 j번째 내부 셀로부터의 수신 신호 크기, 상기
    Figure 112008066261250-pat00051
    는 j번째 외부 셀로부터의 수신 신호 크기, 상기
    Figure 112008066261250-pat00052
    는 제k타입의 임계치를 의미함.
  16. 제 14항에 있어서,
    제3타입 단말들에 대해 미리 약속된 영역의 자원을 할당하는 과정은,
    상기 제3타입 단말게 미리 약속된 영역 중 해당 제3타입 단말과 인접한 셀에서 사용 금지된 영역 내의 자원을 할당하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  17. 제 14항에 있어서,
    상기 차별화된 스케줄링을 수행하는 과정은,
    상기 제1타입 및 제2타입 단말들에 대해서, 그룹핑된 단말을 제외한 나머지 스케줄링 대상 단말들이 선택 후보 목록에 포함되도록 단말 풀(pool)을 구성하는 과정과,
    상기 단말 풀에 포함된 단말들 각각의 지표(metric)를 산출하는 과정과,
    가장 큰 지표를 갖는 단말을 선택하고, 선택된 단말과 간섭관계의 단말을 제거하는 과정과,
    선택된 적어도 하나의 단말을 하나의 그룹으로 결정하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  18. 제 17항에 있어서,
    선택된 단말과 간섭관계의 단말을 제거한 후, 제거되거나 선택되지 않은 단말이 존재하면, 단말 선택 및 제거를 반복하는 과정과,
    상기 단말 풀 내의 모든 단말들이 제거되거나 선택되었으면, 선택된 적어도 하나의 단말을 하나의 그룹으로 결정하는 과정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  19. 제 17항에 있어서,
    상기 지표는, 하기 수식들 중 하나와 같이 산출되는 것을 특징으로 하는 방법,
    Figure 112007067728911-pat00053
    Figure 112007067728911-pat00054
    Figure 112007067728911-pat00055
    여기서, 상기
    Figure 112007067728911-pat00056
    는 단말k의 스케줄링 지표, 상기
    Figure 112007067728911-pat00057
    는 단말k의 신호대 잡음 및 간섭비(SINR : Signal to Interference and Noise Ratio), 상기
    Figure 112007067728911-pat00058
    는 단말k의 시간i에서 평균 데이터율, 상기
    Figure 112007067728911-pat00059
    는 스케일링(scailing) 상수, 상기
    Figure 112007067728911-pat00060
    는 망각(forgetting) 상수임.
  20. 제 19항에 있어서,
    상기 지표는, 스케줄링 대상 단말들이 결정되는 스케줄링 초기 시작 시 산출되는 것을 특징으로 하는 방법.
  21. 제 17항에 있어서,
    상기 지표는, 해당 스케줄링 방식에 대응되는 단말의 스케줄링 지표 및 기지국 및 중계국들 간 간섭 관계를 나타내는 재사용 행렬을 이용하여 산출되는 것을 특징으로 하는 방법.
  22. 제 21항에 있어서,
    상기 지표는, 하기 수식과 같이 산출되는 것을 특징으로 하는 방법,
    Figure 112007067728911-pat00061
    여기서, 상기
    Figure 112007067728911-pat00062
    는 단말k의 스케줄링 지표, 상기
    Figure 112007067728911-pat00063
    은 재사용 행렬(RM : Reuse Matrix), 상기
    Figure 112007067728911-pat00064
    는 재사용 기반 스케줄링 지표, 상기
    Figure 112007067728911-pat00065
    은 단말k가 선택될 시 추가 선택될 수 있는 기지국 또는 중계국의 평균 개수, 상기
    Figure 112007067728911-pat00066
    는 중계국j에 종속된 단말들의 스케줄링 지표 평균값을 의미함.
  23. 제 22항에 있어서,
    상기 지표는, 매 단말 선택 시 산출되는 것을 특징으로 하는 방법.
  24. 다중 홉 중계 방식의 무선통신 시스템에서 단말의 간섭정보 피드백 방법에 있어서,
    수신신호를 이용하여 기지국 및 중계국들로부터의 수신 신호 크기를 측정하는 과정과,
    서빙 노드 및 간섭 노드를 설정하는 과정과,
    상기 간섭 노드 정보 및 상기 수신 신호 크기 정보를 포함하는 제어정보를 생성하는 과정과,
    상기 제어정보를 송신하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
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