KR100456478B1 - 직교주파수 분할다중 통신에서의 부채널 할당 방법 및 그프로그램이 저장된 기록매체 - Google Patents

Abstract

본 발명은 직교주파수 분할다중 통신에서의 부채널 할당 방법 및 그 프로그램이 저장된 기록매체에 관한 것으로서, 이를 위하여 본 발명은 기지국에서 변복조 레벨을 피드백 정보로 사용하여 수신 신호대잡음비와 변복조 방식이 일대일로 대응되는 간단한 비트로딩 알고리즘을 구현함으로써 시스템의 성능 저하 없이 피드백 정보의 양을 줄이고 비트로딩 계산의 복잡성을 감소시키고, 수신 신호대잡음비를 기준으로 부반송파별 전력제어를 수행하는 대신에 평균 수신 신호대잡음비를 기준으로 사용자별 전력 제어를 수행하여 시스템 복잡성을 감소시키고, 적은 양의 피드백정보로 전력 제어 이득을 쉽게 얻을 수 있다.

Description

직교주파수 분할다중 통신에서의 부채널 할당 방법 및 그 프로그램이 저장된 기록매체{Method for sub-channel allocation of OFDM and its program stored recording medium}

본 발명은 직교주파수 분할다중 통신에서의 부채널 할당 방법 및 그 프로그램이 저장된 기록매체에 관한 것으로, 보다 상세하게는 다중 사용자 환경에서 피드백 정보양을 줄이면서 사용자 기반의 전력 제어를 위한 직교주파수 분할다중 통신에서의 부채널 할당 방법 및 그 프로그램이 저장된 기록매체에 관한 것이다.

무선 채널 환경에서 사용되는 각각의 단말기는 서로 다른 무선 채널 환경을 가지며 각 단말기의 부반송파마다 서로 다른 채널 환경을 가지게 된다.

일반적으로, OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing) 시스템은 사용자별 스펙트럼 효율을 증가시키기 위해 각 단말기의 부반송파마다 채널 환경에 적합한 적응형 변조 및 코딩 방식(AMC)을 사용한다.

즉, 무선 환경이 양호한 부반송파에 대해서는 동시에 여러 비트를 전송할 수 있는 부호율이 낮은 채널 부호화기와 고차 변조 방식을 선택한다. 그런데, 무선 환경이 비교적 양호하지 못한 부반송파에 대해서는 부호율이 높은 채널 부호화기와 BPSK(Binary Phase Shift Keying) 변조 방식과 같은 낮은 차수의 변조 방식을 선택한다.

종래 기술에 따른 실시예의 OFDM 시스템을 위한 AMC(Adaptive Modulation and Coding) 알고리즘을 살펴보면 다음과 같다.

송신기는 수신기의 수신 신호대잡음비(Signal to Noise Ratio, SNR) 정보를 기반으로 변복조 방식과 에러 정정 부호를 결정하게 된다.

일 실시예로, DMM(Discrete Multitone Modulation) 시스템에서 비트 로딩(Bit loading) 알고리즘은 모든 부반송파의 채널 정보를 피드백하고, 각 부반송파에 적절한 변조방식을 선택하여 최적 조건(Optimum) 성능을 갖는 것이다.

그러나 위의 비트 로딩 알고리즘은 각 부반송파의 변복조 및 에러 정정 부호가 한번에 결정되는 것이 아니라 한번의 계산을 통하여 단 한 비트의 전송을 할당하고, 이러한 과정을 반복 수행하여 전체 부반송파의 전송 비트 할당이 이루어진다.

이러한 반복적인 계산 과정을 통해 전송 비트 할당이 이루어지면, 종래 기술에 따른 비트 로딩 알고리즘은 사용자가 적은 경우에는 구현이 비교적 용이하지만, 부반송파의 개수와 사용자의 수가 증가함에 따라 구현이 복잡해지고 어려워진다는 문제점이 있다.

또한, 종래 기술에 따른 비트 로딩 알고리즘은 수신 신호대잡음비를 피드백정보로 이용하여 한 비트를 증가시키는데 최소로 요구하는 부채널의 심볼 에너지를 먼저 증가시킨 후에 한 비트를 내리는 동작 수행한다.

이렇게 종래 기술에 따른 비트 로딩 알고리즘은 가장 많은 심볼 에너지를 줄일 수 있는 부채널의 심볼 에너지를 우선적으로 감소시키는 EF(Efficientizing) 알고리즘을 통해 최적 결과를 도출하고, 다중 사용자 환경에서 각 부반송파별로 전력 제어를 통하여 성능을 향상시킨다.

그러나 종래 기술에 따른 비트 로딩 알고리즘은 정확한 수신 신호대잡음비를 필요로 하므로 피드백 정보가 증가하고, 다중 사용자 환경에서 복잡성이 매우 커 시스템 설계가 어렵다는 문제점이 있다.

본 발명은 위의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 변복조 레벨을 피드백 정보로 이용하여 간단한 비트로딩 알고리즘을 구현함으로써 피드백 정보의 양을 상당량 줄이고, 아울러 비트로딩 계산량과 시스템 복잡성을 감소시키며 시스템 성능을 보장하기 위한 직교주파수 분할다중 통신에서의 부채널 할당 방법 및 그 프로그램이 저장된 기록매체를 제공하는 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 실시예의 직교주파수 분할다중 통신에서의 부채널 할당 방법의 순서도를 도시한 것이다.

도 2는 도 1에 의한 비트로딩의 성능 결과를 도시한 그래프

도 3은 부반송파별 전력 제어와 사용자별 전력 제어가 적용된 OFDMA 시스템의 PER 성능을 도시한 그래프이다.

도 4는 부반송파별 전력 제어와 사용자별 전력 제어가 적용된 OFDMA 시스템의 전력 사용 성능을 도시한 그래프이다.

상기한 바와 같은 목적을 실현하기 위한 본 발명에 따른 직교주파수 분할다중 통신에서의 부채널 할당 방법의 특징은, a) 기지국이 각 단말기로부터 변복조 레벨과 평균 수신 신호대잡음비를 수신하고, 상기 평균 수신 신호대잡음비에 따라 사용자들을 분류하는 단계; b) 상기 a) 단계에서 사용자들이 분류되면, 상기 변복조 레벨의 최고 값과 상기 평균 수신 신호대잡음비의 최대 값을 일대일 대응하여 그에 따라 부채널을 선택하는 단계; 및 c) 상기 c) 단계에서 선택한 부채널을 해당 사용자에게 할당하는 단계를 포함한다.

상기 c) 단계에서 부채널을 할당하는 단계는 해당 사용자에게 이미 다른 부채널이 할당된 경우에 상기 선택한 부채널 할당을 취소하고, 해당 사용자의 부채널이 비어있는 경우에 상기 선택한 부채널을 할당한다.

상기 c) 단계에서 해당 사용자에게 부채널 할당이 완료되면, 모든 부채널이 할당되거나 모든 사용자들에게 부채널 할당이 완료되는지를 확인하여 부채널 할당 과정을 종료하는 단계를 포함한다.

상기 c) 단계에서 사용자를 분류하는 단계는, 상기 평균 수신 신호대잡음비에 따라 사용자별 전력 제어를 수행한다.

한편, 직교주파수 분할다중 통신에서의 부채널 할당 방법을 구현하는 프로그램이 저장된 기록매체의 특징은, 기지국이 각 단말기로부터 변복조 레벨과 평균 수신 신호대잡음비를 수신하고, 상기 평균 수신 신호대잡음비에 따라 사용자들을 분류하는 제1 기능; 상기 제1 기능을 통해 사용자들이 분류되면, 상기 변복조 레벨의 최고 값과 상기 평균 수신 신호대잡음비의 최대 값을 대응시켜 해당하는 부채널을 선택하는 제2 기능; 및 상기 제2 기능을 통해 선택한 부채널을 해당 사용자에게 할당하는 제3 기능을 포함한다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있는 바람직한 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명에 따른 실시예의 직교주파수 분할다중 통신에서의 부채널 할당 방법의 순서도를 도시한 것이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 실시예의 방법은 먼저 기지국이 단말기로부터 변복조 레벨과 평균 수신 신호대잡음비(SNR)를 수신하고(S1), 평균 수신 SNR에 따라 사용자들을 분류한다.(S2)

이때 기지국은 연속된 값을 갖는 수신 SNR 대신에 이산적인 값을 갖는 이미 결정된 변복조 레벨을 피드백 정보로 이용하기 때문에 시스템 성능이 피드백 정보의 양과 무관하게 된다.

예를 들어, 수신 SNR을 표현하기 위해 필요한 비트 수가 N이고, 변복조 및 에러 정정 부호를 표현하기 위한 비트수가 M 이라고 가정하면, 일반적으로 연속적인 값을 표현하는 N 보다 이산적인 값을 표현하는 M 이 더 적은 수의 비트를 요구하게 된다. 따라서 기지국은 적은 양의 피드백 정보를 단말기로부터 수신하게 된다.

기지국은 단말기로부터 수신한 변복조 레벨 중에서 최고 값과 평균 수신 SNR의 최대 값을 일대일 대응하여 비트로딩을 수행한다.(S3)

이와 같이, 기지국은 수신 SNR에 따라 하나의 전송 비트수로 바로 대응이 되는 간단한 비트로딩 방법을 사용하기 때문에 한번의 계산으로 하나의 부반송파의 변복조 및 에러 정정 부호가 결정될 수 있어 다중 사용자 환경에서 시스템의 복잡성이 크게 줄어든다.

위의 비트 로딩에 의해 선택된 부채널이 해당 사용자에게 할당 가능한지를 판단해야 하는데, 사용자에게 부채널이 할당되지 않고 비어있는 경우에 기지국은 부채널을 해당 사용자에게 할당한다.(S4, S5)

그런데, 사용자에게 이미 부채널이 할당되어 있다면 기지국은 다른 사용자에게 부채널을 할당하기 위해 부채널 할당을 취소한다.(S6)

이렇게 하여 모든 부채널이 할당되거나 모든 사용자들에게 부채널이 할당된 경우에, 기지국은 모든 부채널 할당 과정을 종료한다.(S7) 그런데, 기지국은 아직 할당되어야 할 부채널이 남아있거나, 부채널을 할당하고자 하는 사용자가 남아있는 경우에 S3 단계로 되돌아간다.

한편, 기지국은 기존에 부반송파 별로 전력 제어 수행하던 방식과 달리 사용자별로 평균 수신 SNR을 이용해 전력제어를 수행한다.

따라서 기지국은 단말기로부터 수신 SNR이 아닌 평균 수신 SNR의 피드백정보를 수신하므로, 피드백 정보의 양이 상당히 감소될 수 있다.

또한, 직교주파수 분할다중 통신에서는 사용자가 하나의 부반송파를 사용하는 것이 아니라 여러 개의 부반송파를 사용하므로, 부반송파별로 전력 제어를 하는 것보다 사용자별 전력제어를 수행하면 전력제어 계산량 및 메모리양이 크게 줄어들어 시스템의 복잡성이 감소될 수 있다.

도 2는 도 1에 의한 비트로딩의 성능 결과를 도시한 그래프로서, 1명의 사용자가 있는 경우에 OFDM 시스템에서 기존의 최적 적응형 변조/복조(AMC) 비트로딩 알고리즘과 본 발명에 따른 실시예의 방법에서 패킷 에러률(Packet Error Rate, PER) 성능을 도시한 것이다.

도 2에 나타나 있듯이, PER 10^-2를 지원하기 위해서, 기존의 최적 비트로딩 알고리즘과 본 발명에 따른 실시예의 비트로딩 알고리즘의 성능이 약 1db 정도의 차이를 보여준다.

그러나 시스템의 복잡성과 피드백 정보의 양을 고려한다면, 본 발명에 따른 실시예의 방법이 다중 사용자 지원을 위한 OFDMA 시스템에 적절한 비트로딩 알고리즘이라 할 수 있다.

도 3은 부반송파별 전력 제어와 사용자별 전력 제어가 적용된 OFDMA 시스템의 PER 성능을 도시한 그래프이다.

도 3은 하향 링크의 PER 성능을 모의 실험한 결과로서, 3가지의 변복조 방식과 1가지의 에러 정정 부호 및 전송 포기의 변복조 레벨을 사용하고 있다.

전력 제어를 위한 파워 레벨은 각 사용자의 수에 따라 가변적으로 모의실험을 통하여 결정한다. 1명, 30명, 60명, 90명의 사용자에 대한 전력 제어 레벨은 각각 14dB, 16dB, 24dB, 26dB가 사용되었고, 그 결과에 따르면, 복잡한 부반송파별 전력 제어를 하는 시스템과 간단한 사용자별 전력 제어를 하는 시스템의 PER 성능은 거의 차이가 없음을 보여주고 있다.

도 4는 부반송파별 전력 제어와 사용자별 전력 제어가 적용된 OFDMA 시스템의 전력 사용 성능을 도시한 그래프이다.

도 4는 하향 링크의 사용 전력을 모의 실험한 결과로서, 각 사용자별 전력 제어 레벨은 도 3에 도시된 바와 같은 레벨을 사용한다.

그 결과에 따르면, 부반송파 별로 전력 제어를 하는 경우에, 약 3dB의 전력의 이득을 주고 있으나, 상향 링크의 피드백 정보의 양에 따른 전력 손실을 감안한다면 부반송파별로 전력 제어를 하는 방식이 사용 전력에 있어서 3dB 이득을 준다고 보장할 수가 없게 된다.

가령, 수신 SNR을 위해 5비트가 사용이 되고, 변복조 레벨을 위해 2비트가 사용이 된 이 모의 실험에서는 부반송파별 전력 제어가 요구하는 피드백 정보량은 사용자수ㆍ부반송파수ㆍ5비트이고 사용자별 전력 제어가 요구하는 피드백 정보량은 사용자수ㆍ부반송파수ㆍ2비트 + 사용자수ㆍ5비트로서 부반송파별 전력 제어에 비해 대략 1/2에 해당한다.

따라서 피드백 정보의 량을 고려한다면, 부반송파별 전력 제어를 하는 방식이 사용 전력에 있어서 3dB 이득이 더 줄어들게 된다.

이와 같이, 시스템의 복잡성과 피드백 정보의 양을 고려한다면, 본 발명에 따른 실시예의 방법이 간단한 비트로딩 알고리즘과 사용자별 전력제어를 채택하고있어 다중 사용자를 지원하기 위한 OFDMA 시스템의 구현을 더욱 용이하게 할 수 있다.

상기 도면과 발명의 상세한 설명은 단지 본 발명의 예시적인 것으로서, 이는 단지 본 발명을 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이지 의미한정이나 특허청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다. 그러므로 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.

본 발명에 의한 직교주파수 분할다중 통신에서의 부채널 할당 방법 및 그 프로그램이 저장된 기록매체는 기지국에서 변복조 레벨을 피드백 정보로 사용하여 수신 신호대잡음비와 변복조 방식이 일대일로 대응되는 간단한 비트로딩 알고리즘을 구현함으로써 시스템의 성능 저하 없이 피드백 정보의 양을 줄이고 비트로딩 계산의 복잡성을 감소시키는 효과가 있다.

또한, 본 발명에 의한 직교주파수 분할다중 통신에서의 부채널 할당 방법 및 그 프로그램이 저장된 기록매체는 수신 신호대잡음비를 기준으로 부반송파별 전력제어를 수행하는 대신에 평균 수신 신호대잡음비를 기준으로 사용자별 전력 제어를 수행하여 시스템 복잡성을 감소시키고, 적은 양의 피드백정보로 전력 제어 이득을 쉽게 얻을 수 있는 효과가 있다.

Claims (5)

1. a) 기지국이 각 단말기로부터 변복조 레벨과 평균 수신 신호대잡음비를 수신하고, 상기 평균 수신 신호대잡음비에 따라 사용자들을 분류하는 단계;

   b) 상기 a) 단계에서 사용자들이 분류되면, 상기 변복조 레벨의 최고 값과 상기 평균 수신 신호대잡음비의 최대 값을 일대일 대응하여 그에 따라 부채널을 선택하는 단계; 및

   c) 상기 c) 단계에서 선택한 부채널을 해당 사용자에게 할당하는 단계

   를 포함하는 직교주파수 분할다중 통신에서의 부채널 할당 방법.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 c) 단계에서 부채널을 할당하는 단계는 해당 사용자에게 이미 다른 부채널이 할당된 경우에 상기 선택한 부채널 할당을 취소하고, 해당 사용자의 부채널이 비어있는 경우에 상기 선택한 부채널을 할당하는 것을 특징으로 하는 직교주파수 분할다중 통신에서의 부채널 할당 방법.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 c) 단계에서 해당 사용자에게 부채널 할당이 완료되면, 모든 부채널이 할당되거나 모든 사용자들에게 부채널 할당이 완료되는지를 확인하여 부채널 할당 과정을 종료하는 단계를 포함하는 직교주파수 분할다중 통신에서의 부채널 할당 방법.
4. 제 1 항에 있어서,

   상기 a) 단계에서 사용자를 분류하는 단계는, 상기 평균 수신 신호대잡음비에 따라 사용자별 전력 제어를 수행하는 것을 특징으로 하는 직교주파수 분할다중 통신에서의 부채널 할당 방법.
5. 기지국이 각 단말기로부터 변복조 레벨과 평균 수신 신호대잡음비를 수신하고, 상기 평균 수신 신호대잡음비에 따라 사용자들을 분류하는 제1 기능;

   상기 제1 기능을 통해 사용자들이 분류되면, 상기 변복조 레벨의 최고 값과 상기 평균 수신 신호대잡음비의 최대 값을 대응시켜 해당하는는 부채널을 선택하는 제2 기능; 및

   상기 제2 기능을 통해 선택한 부채널을 해당 사용자에게 할당하는 제3 기능

   을 포함하는 프로그램이 저장된 기록매체.