KR100705501B1 - 이동통신 시스템 기지국의 공간분할 다중화에 의한하향링크/상향링크 스케쥴링 및 자원 할당 방법 - Google Patents

이동통신 시스템 기지국의 공간분할 다중화에 의한하향링크/상향링크 스케쥴링 및 자원 할당 방법 Download PDF

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임광재
윤철식
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한국전자통신연구원
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Abstract

본 발명은 이동통신 시스템 기지국에서 공간분할 다중화에 의한 하향링크/상향링크 스케줄링 및 자원할당 방법에 관한 것이다. 기지국은 무선 자원 할당과 변조 및 코딩 방식(MCS)을 결정하기 위해 이동 단말을 위한 실제 패킷 전송이 할당되어 수신되기 이전에 해당 패킷의 수신 신호대 간섭 및 잡음비(SINR)를 예측해야 한다. 이를 위하여, 본 발명은 이동 단말로부터 보고된 채널 측정 정보와 기지국에서 측정한 채널 정보를 이용하여 수신 신호대 간섭 및 잡음비를 예측한다. 또한, 수신 신호대 간섭 및 잡음비 예측 방법을 이용하여 서비스의 우선 순위를 고려하고 적은 계산량을 요구하는 공간분할 자원 할당 방법을 제시한다. 따라서, 본 발명에 의하면 이동통신 시스템 기지국에서 다중 안테나를 사용하여 공간분할 다중화에 의한 스케줄링과 자원할당 방법은 우선 순위가 높은 서비스에 대한 전송률 감소 없이 빠른 시간 내에 적은 계산량으로 공간분할 다중접속 할당에 의해 시스템 용량을 증대하는 효과가 있다.
공간분할다중접속, SDMA, 다중 안테나, OFDMA

Description

이동통신 시스템 기지국의 공간분할 다중화에 의한 하향링크/상향링크 스케쥴링 및 자원 할당 방법{Method for downlink, uplink scheduling and resource assignment according to Space Division Multiplexing in base station of Mobile Communication System}
도 1은 종래의 다수의 안테나를 갖는 기지국과 다수의 이동단말 사이에 동일 무선 자원을 사용하여 송수신하는 공간분할 다중접속 개념을 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 기지국에서 하향 링크 무선 자원 할당 과정을 설명한 흐름도이다.
도 3은 하향 링크 무선 자원 할당에 있어서 자원이 충분할 경우 non-SDMA 할당과, 자원이 부족할 경우 SDMA 할당을 도시한 도면이다.
도 4는 상향 링크 무선 자원 할당에 있어서 자원이 충분할 경우 non-SDMA 할당과 자원이 부족할 경우 SDMA 할당을 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 기지국에서 상향 링크 무선 자원 할당 과정을 설명한 흐름도이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
10: 기지국 11a-11d: 안테나
20: 이동 단말
본 발명은 이동통신 시스템 기지국의 공간분할 다중화에 의한 하향링크/상향링크 스케줄링 및 자원 할당 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 이동통신 시스템 기지국에서 다중 안테나를 사용하여 공간분할 다중화에 의한 하향링크/상향링크 스케줄링 및 자원 할당 방법에 관한 것이다.
도 1은 종래의 다수의 안테나를 갖는 기지국과 다수의 이동 단말 사이에 동일 무선 자원을 사용하여 송수신하는 공간분할 다중접속 개념을 도시한 도면이다.
IEEE 802.16의 직교 주파수 분할 다중 접속(OFDMA) 이동통신 시스템에서 무선 기지국(10)과 이동 단말(20) 사이의 신호 전달에 있어서, 도 1에 도시된 바와 같이 기지국(10)이 다수 개의 안테나(11a-11d)를 갖고 이동 단말(20)이 하나 또는 그 이상의 안테나를 사용하는 경우, 주파수 및 시간으로 정의되는 동일한 무선 자원을 하나 이상의 이동 단말(20)에 할당할 수 있다. 동일 자원을 다수의 이동 단말(20)과의 송수신을 위해 할당하는 경우, 상기 기지국(10)은 기지국 다중 안테나(11a-11d)에 대한 적절한 가중치를 적용함으로써 각 이동 단말(20)에 대해 공간적으로 분리하여 신호를 송수신하게 된다.
이와 같이 OFDMA 시스템에 공간분할 다중접속(SDMA:Space Division Multiple Access) 기법을 적용하여 스펙트럼 효율을 높이고자 할 때, 기지국(10)의 스케줄링 및 자원할당 기능은 다음과 같은 많은 계산량과 시간을 요구하는 과정을 수행하여 야 한다.
먼저, 해당 기지국(10)에 의해 서비스 받을 이동 단말(20)과 기지국(10) 사이의 무선 채널에 대한 정보를 획득하여야 한다. 다음으로, 동일한 무선 자원을 사용하고 공간적으로 분리될 수 있는 이동 단말들(20)의 그룹을 찾아야 하고 동시에 그 그룹이 사용할 수 있는 최적의 무선 자원과 그 양을 선택하여야 한다. 또한, 각 이동 단말들(20)에 대한 적절한 변조 및 코딩 방식(MCS: Modulation and Coding Scheme)을 동시에 선택하여야 한다. 이러한 할당 과정은 전송 프레임의 길이가 5 ms와 같이 매우 짧을 때 많은 계산량과 시간을 요구하는 공간분할 다중접속(SDMA) 기법의 적용을 어렵게 만든다. 또한, 위와 같은 자원 할당 과정에서 각 이동 단말(20)에 대한 서비스의 우선 순위를 고려하여 할당이 적절히 이루어져야 한다.
또한, 기지국(10)에서의 자원 할당은 실제 할당된 패킷이 전송되기 이전에 이루어져야 하므로, 실제 패킷이 수신될 때의 수신 신호대 간섭 및 잡음비를 알 수 없다. 따라서, 각 서비스에 대해 적절한 변조 및 코딩 방식을 결정할 수 없다.
이와 같은 문제점을 해결하기 위하여 본 발명은, OFDMA 이동통신 시스템에서 공간분할 다중접속(SDMA) 기법을 적용하여 다수개의 안테나를 사용하는 기지국과 이동 단말과의 신호를 송수신하기 위해, 적은 계산량과 할당 우선 순위를 고려하고 실제 패킷 송수신에서의 수신 신호대 간섭 및 잡음비를 예측하여 적절한 변조 및 코딩 방식을 할당할 수 있는 스케줄링 및 자원할당 기법을 제공하는, 이동통신 시스템 기지국의 공간분할 다중화에 의한 하향링크/상향링크 스케줄링 및 자원 할당 방법을 제공한다.
이러한 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 특징에 따른 다중 안테나를 사용하는 N(N은 1이상의 자연수)개의 기지국과, 상기 기지국과 신호를 송수신하는 M(M은 1이상의 자연수)개의 이동 단말을 포함하는 이동통신 시스템에서, 기지국의 공간분할 다중화에 의한 하향링크 스케줄링과 자원할당 방법에 있어서, (a) 상기 기지국이 이동 단말로부터 하향링크 프리엠블 또는 파일롯 신호에 대한 기지국 수신 신호 전력(RSS)과 수신 신호대 간섭 및 잡음비(SINR)의 측정 결과를 수신하는 단계; (b) 상기 이동 단말로부터 기지국 안테나와 이동 단말 사이의 채널 응답을 측정 결과를 상향 링크를 통해 수신하는 단계; (c) 수신된 각 이동 단말의 신호에 대한 상향 링크 채널 응답을 측정 결과에 기초하여 기지국 안테나와 해당 단말 사이의 채널 응답을 추정하는 단계; 및 (d) 보고 및 측정된 채널 응답을 이용하여 각 이동 단말에 대해 특정 단말 k에 대한 기지국 안테나 가중치를 계산하고, 하향링크 수신 SINR(신호대 간섭 및 잡음 전력비)를 예측하고, 다중 안테나를 사용하여 각 이동 단말에 대한 하향링크 스케쥴링 및 무선 자원을 할당하는 단계를 포함한다.
또한, 본 발명의 특징에 따른 이동통신 시스템 기지국에서 다중 안테나를 사용하여 공간분할 다중화에 의한 상향링크 스케줄링과 자원할당 방법은, 다중 안테나를 사용하는 N(N은 1이상의 자연수)개의 기지국과, 상기 기지국과 신호를 송수신하는 M(M은 1이상의 자연수)개의 이동 단말을 포함하는 이동통신 시스템에서, 기지국의 다중 안테나를 사용하여 공간분할 다중화에 의한 상향링크 스케줄링과 자원할 당 방법에 있어서, (a) 기지국이 이동 단말로부터 하향링크 프리엠블 또는 파일롯 신호에 대한 기지국 수신 신호 전력과 수신 신호대 간섭 및 잡음 전력비(SINR) 측정 결과를 상향링크를 통해 수신하는 단계; (b) 상기 이동 단말로부터 기지국 안테나와 이동 단말 사이의 채널 응답을 측정하여 상향링크를 통해 수신하는 단계; (c) 수신된 각 이동 단말의 신호에 대한 상향 링크 채널 측정 결과에 기초하여 기지국 안테나와 이동 단말 사이의 채널 응답을 추정하는 단계; 및 (d) 보고 및 측정된 채널 응답을 이용하여 각각의 특정 이동 단말 k에 대한 기지국 안테나 가중치를 계산하고, 상향링크 수신 SINR(신호대 간섭 및 잡음 전력비)를 예측하고, 다중 안테나를 사용하여 각 이동 단말에 대한 상향링크 스케쥴링 및 무선 자원을 할당하는 단계를 포함한다.
아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
또한, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함" 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세하게 설 명한다.
채널 측정 및 보고
공간분할 다중접속(SDMA) 할당을 위해 다수개의 안테나를 사용하는 기지국(10)은 해당 서비스 단말과의 채널 응답 및 채널 품질에 대한 정보를 필요로 하며, 이러한 정보는 IEEE 802.16의 OFDMA 이동통신 시스템에서 다음과 같은 방법에 의해 얻어질 수 있다.
이동 단말(20)은 기지국(10)으로부터 전송되는 프레임의 프리엠블 또는 파일롯 신호로부터 수신 신호대 간섭 및 잡음비(CINR:Carrier to Interference and Noise Ratio)를 측정하고, CINR 정보를 상향링크를 통해 상기 기지국(10)으로 보고하며, 상기 기지국(10)은 보고된 CINR로부터 해당 단말의 채널 품질과 간섭 상황을 알 수 있다. 또한, 상기 이동 단말(20)은 신호대 간섭 및 잡음비(CINR) 뿐만 아니라 기지국 수신 신호 전력(RSS)을 측정하여 보고하며, 상기 기지국(10)은 자신이 프리엠블 또는 파일롯 신호를 전송하기 위해 사용된 전송 전력을 알고 있으므로 이동 단말(20)로부터 보고된 상기 기지국 수신 신호 전력(RSS)으로부터 기지국(10)과 해당 단말 사이의 안테나 이득을 포함한 전송 경로 이득(PG)를 알 수 있다. 또한, 상기 기지국(10)은 상향링크를 통해 기지국(10)으로 수신되는 잡음 및 간섭(NI)을 측정한다.
상기 기지국(10)의 다중 안테나를 이용하여 높은 신호대 간섭 및 잡음비(CINR) 상황에서 송수신하기 위해, 상기 기지국(10)은 각 안테나(11a-11d)와 이동 단말(20) 사이의 채널 응답을 추정해야 하며 이러한 채널 추정은 다음과 같이 두 가지 방법에 의해 이루어질 수 있다.
첫번째 방법으로 이동 단말(20)은 각 안테나별(11a-11d)로 고유하게 전송되는 파일롯 신호를 측정하여 채널 응답을 추정하고 상향링크를 통해 주기적으로 상기 기지국(10)으로 보고한다. 이 방법은 안테나별 파일롯 할당이 필요하다.
두번째 방법으로, 상기 기지국(10)은 프리엠블 또는 파일롯 신호와 같이 미리 정하여진 신호 패턴들 중 이동 단말(20)이 사용할 특정 패턴(사운딩 신호)과 부반송파 및 시간 심볼 위치를 지정하여 각 이동 단말에 알리고, 각 이동 단말(20)은 기지국(10)에 의해 정해진 사운딩 신호를 상향링크로 전송한다. 상기 기지국(10)은 상향링크를 통해 수신된 각 이동 단말(20)의 신호를 측정하여 해당 이동 단말(20)과 기지국 안테나(11a-11d) 사이의 채널 응답을 추정한다.
상기 기지국(10)이 이동 단말(20)과의 채널 응답 및 채널 품질에 대한 정보를 획득하는 방법과 과정은 이외에도 여러 가지가 있을 수 있으며, 이하에서는 앞서 설명한 방법 또는 다른 방법에 의해 해당 단말에 대한 정보를 상기 기지국(10)이 획득하고 있는 것으로 가정하고 본 발명을 설명한다.
하향 수신 신호 모델
먼저, 하향링크에서의 본 발명의 자원 할당 방법을 설명하기 위해, N(N은 1이상의 자연수) 개의 기지국(10)의 다중 안테나(11a-11d)를 통해 동시에 M(M은 1이상의 자연수) 개의 이동 단말들(20)에게 데이터 신호를 전송할 경우, 특정 부반송파 및 특정 시간 심볼에서 수신 신호 모델은 수학식 1과 같이 표현할 수 있다.
Figure 112005065887250-pat00001
수학식 1과 같이 표현되는 수신 신호에 대하여 특정 단말 k에서의 데이터 신호에 대한 수신 신호대 간섭 및 잡음비(SINR)(
Figure 112005065887250-pat00002
)는 수학식 2와 같이 얻을 수 있다.
Figure 112005065887250-pat00003
하향 안테나 가중치
위와 같은 신호 모델에서 기지국(10)은 각 이동 단말(20)에 적절한 안테나 가중치를 적용하여 전송함으로써 해당 단말에서의 수신 신호대 간섭 및 잡음비(SINR: Signal to Interference and Noise Ratio)를 높일 수 있다. 이를 위해 각 이동 단말(20)과 안테나(11a-11d) 사이의 채널 응답을 필요로 하며 이는 앞서 설명한 채널 측정 및 보고 과정을 통해 얻어진다. 보고 및 측정된 채널 응답을 이용하여 하향링크의 경우 수학식 3의 MRT(Maximum Ratio Transmission; 이하, "MRT" 라고도 함) 방법과 수학식 4의 ZF(Zero Forcing; 이하, "ZF"라고도 함) 방법에 의해 각 이동 단말(20)을 위한 안테나 가중치를 구할 수 있다.
MRT 방식에 의한 단말 k를 위한 기지국 안테나 가중치 벡터(Wk)
Figure 112007002197808-pat00004
ZF 방식에 의한 단말 k를 위한 기지국 안테나 가중치 벡터(Wk)
Figure 112005065887250-pat00005
Figure 112005065887250-pat00006
MRT 방식은 동일 무선 자원을 사용하는 다른 이동 단말을 위한 전송 신호에 의한 간섭에 대한 고려없이 안테나 가중치를 구하는 방법이고, ZF 방식은 동일 무선 자원을 사용하는 이동 단말 신호들 사이에 간섭이 없도록 안테나 가중치를 구하 는 방법이다. 따라서, MRT 방식은 무선 자원이 가용하여 공간분할 다중접속(SDMA) 할당이 필요하지 않은 경우 빔형성에 의해 해당 단말의 수신 신호 대 간섭 잡음비(SINR)를 높이고자 할 때 사용되고, ZF 방식은 무선 자원이 부족하여 무선 자원을 공간적으로 SDMA에 의해 재사용하고자 할 때 사용된다.
안테나 가중치는 부반송파마다 다르게 계산할 수 있으며, 계산량을 감소시키기 위하여 주파수 축상에서 근접한 부반송파들을 하나의 그룹으로 묶어 해당 그룹에 속한 부반송파에서의 안테나 가중치는 동일하게 적용할 수 있다.
하향 수신 SINR 예측
상기 기지국(10)은 수학식 3 또는 수학식 4에 의해 계산된 안테나 가중치를 해당 단말로 서비스 패킷을 전송할 때 적용한다. 이때, 해당 패킷의 변조 및 코딩 방식(MCS)을 함께 결정하여야 한다. 이를 위해 실제 안테나 가중치가 반영되어 전송되었을 때의 이동 단말(20)에 수신될 패킷의 신호 대 간섭 잡음비(SINR)를 예측해야 하며, 이는 수학식 5에 의해 구할 수 있다.
단말 k에서의 수신 SINR
Figure 112005065887250-pat00007
Figure 112005065887250-pat00008
수학식 5에서 정규화된 채널 응답은 해당 이동 단말(20)에 대해 모든 안테나의 채널 응답 전력 합이 1이 되도록 정규화된 것을 의미하며, 안테나별 채널 응답은 앞서의 채널 측정 및 보고 과정에서 설명한 방법에 의해 기지국(10)이 알 수 있다. 각 이동 단말(20)을 위한 전송 전력은 기지국(10)의 할당 과정에서 결정되는 값이다. 해당 이동 단말에 대한 전송 경로 이득 크기(Gk)와 타 기지국(10) 간섭 및 잡음 전력(Nk)은 각각 수학식 6과 수학식 7에 의해 이동 단말의 보고값을 이용하여 계산한다.
단말 k에 대한 전송 경로 이득:
Figure 112005065887250-pat00009
단말 k에서의 타 기지국 간섭 및 잡음 전력:
Figure 112005065887250-pat00010
실질적으로 MRT 방식에 의한 non-SDMA 경우 동일 무선 자원에서 여러 단말이 할당되지 않으므로 수학식 5의 분모중 첫번째 항인 간섭항은 0의 값을 갖는다. 또 한, ZF 방식에 의한 SDMA 방식의 경우에도 ZF 방식이 간섭이 없도록 안테나 가중치를 구하는 것이므로 MRT 방식과 마찬가지로 간섭항을 고려하지 않을 수 있다. 따라서, 수학식 5는 수학식 8과 같이 간섭항 없이 표현할 수 있다.
단말 k에서의 수신 SINR:
Figure 112005065887250-pat00011
수학식 8로부터 단말 k에 대해 특정 MCS 레벨의 요구 SINR을 만족시키기 위한 전송 전력은 수학식 9와 같이 계산된다.
단말 k에 대해 MCS 레벨 MCS x 의 요구 SINR을 만족시키기 위한 전송 전력:
Figure 112005065887250-pat00012
하향 할당 과정
다음으로, 앞서 설명한 안테나 가중치 계산 방법과 수신 신호 대 간섭 잡음비(SINR) 예측 방법을 사용한 실제 하향링크 스케줄링 및 할당 과정을 설명한다. 다음의 설명에서 우선 순위 결정 방법과 서비스 패킷 및 MCS 레벨에 의해 결정될 수 있는 무선 자원 할당 크기에 대한 결정 방법은 당업자라면 쉽게 알 수 있으므로 자세한 설명은 생략한다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 기지국에서 하향 링크 무선 자원 할당 과정을 설명한 흐름도이다.
먼저, 각 이동 단말의 서비스에 대해 미리 정해진 우선 순위 결정 방법에 따라 할당 우선 순위를 결정하고(S301), 순차적으로 패킷을 선택하고(S302) 할당할 서비스 패킷이 없을 때까지 각 서비스에 대해 다음의 무선 자원 할당 과정을 반복한다.
할당할 패킷을 체크하여(S303) 할당할 패킷이 없으면 종료하고, 할당할 서비스 패킷이 없을 때까지 다음 과정을 수행하고, 가용 무선 자원을 유무를 판단한다(S304).
상기 단계 S304에서의 판단 결과, 상기 가용 무선 자원 있는 경우, 할당할 무선 자원을 선택하고(S305), 할당될 이동 단말(20)에 대한 안테나별 채널 응답을 이용하여, MRT 방식에 의해 안테나 가중치를 계산하고(S306), 전송률이 높은 최상위 MCS 레벨부터 순차적으로 선택하여(S307) 해당 MCS 레벨의 요구 SINR을 만족시키기 위한 요구 전송 전력을 계산한다(S308).
기지국의 최대 전송 전력을 초과하지 않는 범위(전력 제한 범위)에서 가장 높은 전송률을 갖는 최상위 MCS 레벨을 선택하고, 만족하는 MCS 레벨이 없는 경우 처음부터 다른 단말에 대해 무선 자원 할당을 다시 시도하여 상기 전력 제한 범위인지를 체크하여(S309), 전력 제한 범위이면 최하위 MCS레벨인지를 체크하여(S310) 최하위 MCS레벨이 아니면 차상위 MCS 레벨을 선택하여(S311) 다음 과정을 진행한 다.
전력 제한 범위가 아니면, 선택된 MCS 레벨과 계산된 안테나 가중치를 이용하여 해당 이동 단말의 서비스 패킷을 할당한다(S312).
상기 단계 S304에서 판단 결과, 상기 가용 무선 자원이 없는 경우, 순차적/선택적 AAS(Adaptive Antenna System) 대역을 선택하고(S313), 할당될 이동 단말(20)을 포함하여 동일 할당 대역에서 이미 할당된 이동 단말들에 대하여 ZF 방식에 의해 안테나 가중치를 계산한다(S314).
동일 할당 대역에서 이미 할당된 이동 단말들에 대하여 요구 전송 전력을 계산하고(S315) 사용가능한 잉여 전송 전력이 있는지를 판단한다(S316). 상기 S316 단계에서의 판단 결과 상기 잉여 전송 전력이 있는 경우에는 현재 추가 할당될 이동 단말에 대해 잉여 전송 전력을 이용하여 지원 가능한 최상위 MCS 레벨을 선택하며(S317) 요구 전송 전력을 계산한다(S318). 그리고나서, 계산된 요구 전송 전력이 전력 제한 범위를 초과하는지 판단하여(S319) 초과하지 않으면 추가 할당에 의한 전송률 증가량을 계산한다(S322). 그리고, 상기 S316 단계에서 상기 잉여 전송 전력이 없는 경우 전송률 증가량은 0으로 한다.
한편, 상기 S319 단계에서의 판단 결과 계산된 요구 전송 전력이 전력 제한 범위내에 있으면 최하위 MCS레벨인지를 판단하여(S320), 최하위 MCS 레벨이 아니면 차상위 MCS 레벨을 선택하고(S321), 다시 요구 전송 전력을 계산하여(S318) 진행한다.
한편, 추가 할당에 의한 전송률 증가량을 계산한 후에는 다른 할당 대역(타 AAS 대역)이 존재하는지를 판단하여(S323), 타 AAS 대역이 존재하면 전송률 최대 증가 대역을 선택하고(S324), 해당 이동 단말에 패킷을 할당하고(S325) 다른 이동 단말에 대하여 무선 자원 할당을 시도한다.
즉, 모든 할당 대역에서 전송률 증가량이 계산되지 않은 경우 S313단계에서부터 다른 할당 대역(타 AAS 대역)에 대하여 할당을 시도하고, 모든 할당 대역에 대해 전송률 증가량이 계산된 경우 최대 전송률 증가량을 갖는 할당 대역에서 현재 추가 단말에 대한 패킷 할당을 수행하고 처음 S301 단계부터 다른 이동 단말에 대하여 무선 자원 할당을 시도한다.
이처럼 본 발명의 실시예에 따르면, 가용 무선 자원(Bandwidth)이 있는 경우, 동일 무선 자원을 사용하여 하나 이상의 단말에게 할당하지 않으며(non-SDMA 할당) 안테나 가중치는 MRT 방식에 의해 구한다. 할당될 무선 자원의 위치는 단말로부터 특정 대역의 수신 CINR이 높아 선택적으로 보고할 경우 해당 대역을 사용하여 할당하고, 특정 대역에 대한 보고가 없을 경우 특정 대역에 대한 선호 없이 순차적으로 할당한다.
할당될 무선 자원의 크기는 서비스 패킷의 크기와 해당 패킷 전송을 위해 사용될 MCS 방식에 의해 그 크기가 결정된다. 할당 무선 자원 내의 그 위치에 따라 채널 응답과 안테나 가중치가 상이할 수 있기 때문에 각 자원에 대해 예측된 수신 신호 대 간섭 잡음비(SINR) 또한 다를 수 있다. 따라서, 변조 및 코딩 방식(MCS) 레벨은 할당될 무선 자원에 대해 예측된 수신 SINR의 평균값을 사용하여 결정한다. 즉, 수학식 9에 의해 할당될 각 무선 자원에서의 요구 전송 전력을 구하고, 해당 모든 자원에 대하여 평균 전송 전력을 계산한다. MCS 레벨은 평균 요구 전송 전력이 기지국(10)의 최대 전송 전력을 초과하지 않는 한도 내에서 최대 전송률을 갖는 MCS 레벨을 선택한다.
가용 무선 자원이 없는 경우, 하나 이상의 이동 단말들(20)에 대해 동일 무선 자원을 사용한 SDMA 할당을 수행하며 안테나 가중치는 수학식 4의 ZF 방식에 의하여 구한다. 이 경우 무선 자원이 이미 다른 이동 단말들의 패킷 전송을 위해 사용되고 있으며, 추가로 할당되는 패킷은 이미 할당된 다른 패킷과 동일 무선 자원을 사용하고 공간적으로 분리될 수 있도록 할당된다.
도 3은 하향 링크 무선 자원 할당에 있어서 자원이 충분할 경우 non-SDMA 할당과, 자원이 부족할 경우 SDMA 할당을 도시한 도면이다.
무선 자원 할당 과정의 복잡도를 줄이기 위해, 추가 할당되는 패킷은 non-SDMA 방식에 의해 할당된 패킷의 무선 자원 영역(AAS 대역)을 벗어나지 않도록 한다. 즉, 도 2에 도시된 바와 같이, 각각의 추가 SDMA 할당에서 무선 자원은 non-SDMA 방식에 의해 할당된 무선 자원 영역으로 이미 나누어진 AAS 대역 내에서 이루어진다.
공간분할 다중접속(SDMA) 할당의 경우, 동일 무선 자원을 사용하는 패킷의 추가 할당으로 인하여 이미 할당된 패킷을 위한 전송 전력과 해당 패킷의 수신 SINR에 영향을 줄 수 있다. 스케줄링의 우선 순위에 따라 순차적으로 할당이 이루어지므로, 이미 할당된 패킷은 추가 할당되는 패킷의 우선 순위보다 높다. 따라서, 추가 할당으로 이전 할당 패킷의 전송률, 전송 전력, 사용 무선 자원에 대하여 영 향을 주지 않는 한도 내에서 우선 순위가 낮은 추가 패킷의 할당이 이루어지는 것이 서비스 품질 보장 측면에서 바람직하다. 또한, 이러한 우선 순위를 고려한 추가 할당은 이전 할당에 대해 재할당을 수행하지 않으므로 할당 과정의 계산량과 시간을 줄일 수 있다.
공간분할 다중접속(SDMA) 할당의 경우, non-SDMA 할당에 의하여 나뉘어진 무선 자원 영역(AAS 대역)들에 대해 이전 할당된 패킷의 전송 품질을 보장하는 범위 내에서 최대 전송률을 갖는 대역을 찾고 해당 대역에서 추가 할당이 이루어진다.
먼저, 무선 자원 영역(AAS 대역)을 순차적으로 선택하고, 각 선택된 대역에 대해 다음의 과정을 수행한다. 추가 할당될 이동 단말을 포함하여 동일 무선 자원 영역(AAS 대역)을 사용하는 모든 이동 단말(20)에 대해 ZF 방식에 의해 안테나 가중치를 구한다. ZF 방식에 의해 가중치를 구할 때 그 해가 존재하지 않으면 다음 무선 자원 영역(AAS 대역)에 대해 공간분할 다중접속(SDMA) 할당을 재시도한다.
안테나 가중치를 이용하여 각 이동 단말(20)의 패킷 전송을 위해 요구되는 전송 전력을 계산한다. 이 때, 이미 할당된 이동 단말에 대해서는 이전 할당에서 결정된 변조 및 코딩 방식(MCS) 레벨을 그대로 사용하고, 계산된 요구 전송 전력의 합이 기지국(10)의 최대 전송 전력의 합보다 작을 경우 그 차이 전력만큼 추가 할당 단말을 위한 전송 전력으로 사용될 수 있다. 사용 가능한 여분의 전송 전력에 따라 추가 할당을 위한 변조 및 코딩 방식(MCS) 레벨을 결정한다. 가능 여분 전력이 없을 경우 다음 무선 자원 영역(AAS 대역)에 대하여 추가 할당을 재시도한다.
추가 할당이 가능할 경우, 서비스 패킷의 크기, 해당 무선 자원 영역(AAS 대 역)에서 무선 자원 크기, 사용 가능한 최대 MCS 레벨에 따라 추가 할당에 의한 전송률 증가량을 계산하고 다음 무선 자원 영역(AAS 대역)에 대하여 위의 과정을 반복한다. 모든 AAS 대역 중 추가 할당에 의한 전송률이 가장 큰 AAS 대역을 선택하고 SDMA 할당을 추가 할당한다. 추가 할당이 이루어진 경우, 이전 할당에 대한 안테나 가중치는 추가 할당 시에 계산된 가중치를 적용한다. 이러한 과정은 할당 과정에서 추가 할당이 시도되지 않은 단말 또는 패킷이 없을 때까지 반복된다.
다음으로, 기지국에서 상향 링크를 위한 무선 자원 할당 과정을 설명한다.
상향 수신 신호 모델
M(M은 1이상의 자연수) 개의 단말들로부터 전송된 신호를 N(N은 1이상의 자연수) 개의 기지국(10)의 다중 안테나(11a-11d)를 통해 수신할 경우, 특정 부반송파 및 특정 시간 심볼에서 수신 신호 모델은 수학식 10과 같이 표현할 수 있다.
Figure 112005065887250-pat00013
수학식 10과 같이 표현되는 수신 신호는 각 기지국 안테나(11a-11d)에 적절한 가중치를 적용 합성하여 수학식 11과 같이 이동 단말(20)이 전송한 각 데이터 심볼을 검출한다.
Figure 112005065887250-pat00014
수학식 11과 같이 표현되는 검출 신호에 대하여 특정 단말 k에서의 데이터 신호에 대한 수신 신호대 간섭 및 잡음비(SINR)(
Figure 112005065887250-pat00015
)은 수학식 12와 같이 얻을 수 있다.
Figure 112005065887250-pat00016
상향 안테나 가중치
위와 같은 신호 모델에서 기지국(10)은 각 이동 단말(20)에 적절한 안테나 가중치를 적용하여 수신함으로써 해당 단말에서의 수신 신호 대 간섭 잡음비(SINR)을 높일 수 있다. 이를 위해 각 이동 단말(20)과 안테나(11a-11d) 사이의 채널 응답을 필요로 한다. 채널 응답 추정은 앞서 설명한 채널 측정 및 보고 과정에 의해 얻거나, 각 이동 단말(20)의 데이터 패킷을 수신할 때 함께 수신된 파일롯 신호를 검출함으로써 채널 응답을 추정한다. 상향 링크의 경우 수학식 13의 MRC 방법과 수학식 14의 MMSE 방법에 의해 각 이동 단말을 위한 안테나 가중치를 구할 수 있다.
MRC 방식에 의한 단말 k를 위한 기지국 안테나 가중치 벡터(wk)
Figure 112005065887250-pat00017
MMSE 방식에 의한 단말 k를 위한 기지국(10) 안테나 가중치 벡터(wk)
Figure 112005065887250-pat00018
단, SNR(Signal to Noise Ratio)은 수신 신호대 잡음 전력비를 나타낸다.
MRC 방식은 동일 무선 자원을 사용하는 다른 이동 단말을 위한 전송 신호에 의한 간섭에 대한 고려없이 안테나 가중치를 구하는 방법이고, MMSE 방식은 동일 무선 자원을 사용하는 이동 단말 신호들 사이에 간섭이 없도록 안테나 가중치를 구하는 방법이다. 따라서, MRC 방식은 무선 자원이 가용하여 SDMA 할당이 필요하지 않은 경우 빔형성에 의해 해당 단말의 수신 신호 대 간섭 잡음비(SINR)을 높이고자 할 때 사용되고, MMSE 방식은 무선 자원이 부족하여 무선 자원을 공간적으로 SDMA에 의해 재사용하고자 할 때 사용된다.
안테나 가중치는 부반송파마다 다르게 계산할 수 있으며, 계산량을 감소시키 기 위하여 주파수 축상에서 근접한 부반송파들을 하나의 그룹으로 묶어 해당 그룹에 속한 부반송파에서의 안테나 가중치는 동일하게 적용할 수 있다.
상향 수신 SINR 예측
상향 링크를 통해 이동 단말의 데이터 패킷을 수신하기 위해서는 먼저 기지국(10)은 각 이동 단말(20)에 대한 스케줄링과 상향링크에서의 무선자원을 할당하고 이를 해당 이동 단말에 알려야 한다. 이러한 상향 자원 할당 과정에서 기지국(10)은 각 이동 단말(20)의 채널 품질 및 채널 응답을 추정하고 실제 패킷이 수신될 때의 수신 SINR(신호 대 간섭 잡음비)을 예측하여 적절한 MCS(변조 및 코딩 방식) 레벨을 결정하여야 한다. 이를 위해 실제 패킷 수신 이전에 각 이동 단말(20)에 대한 채널 정보를 획득하여야 하며, 이는 앞서 설명한 채널 측정 및 보고 과정에 의해 이루어진다. 기지국(10)은 수학식 15에 의해 수신 SINR을 예측한다.
단말 k에 대한 수신 SINR:
Figure 112005065887250-pat00019
안테나별 채널 응답은 전술한 채널 측정 및 보고 과정에서 설명한 방법에 의 해 기지국(10)이 알 수 있다. 각 이동 단말을 위한 전송 전력은 기지국(10)의 할당 과정에서 결정되는 값이다. 해당 이동 단말에 대한 전송 경로 이득 크기는 하향링크 경우와 마찬가지로 이동 단말(20)로부터 보고된 프리엠블 또는 파일롯 수신 전력을 이용하여 수학식 6에 의하여 계산된다. 기지국 안테나별 간섭 및 잡음 전력은 기지국(10)이 측정하여 구한다.
앞서 설명한 바와 같이 MRC 방식에 의해 안테나 가중치를 적용할 경우는 non-SDMA 할당의 경우에 해당되고, 이 경우는 타 이동 단말로부터의 간섭이 없으므로 수학식 15에서의 분모 중 첫번째 간섭항을 무시할 수 있다. 따라서, 특정 MCS 레벨의 요구 SINR을 만족시키기 위한 전송 전력은 수학식 16과 같이 계산된다
단말 k에 대해 MCS 레벨 MCS x 의 요구 SINR을 만족시키기 위한 전송 전력:
Figure 112005065887250-pat00020
그러나, MMSE 방식에 의해 안테나 가중치를 적용할 경우는 SDMA 할당의 경우에 해당되고, 이 경우는 타 이동 단말로부터의 간섭이 존재하므로 수학식 15에서의 분모 중 첫번째 간섭항을 무시될 수 없다. 따라서, 특정 MCS 레벨의 요구 SINR을 만족시키기 위한 전송 전력은 수학식 17과 같이 반복 계산에 의해 구한다
Figure 112005065887250-pat00021
상향 할당 과정
다음으로, 앞서 설명한 안테나 가중치 계산 방법과 수신 SINR 예측 방법을 사용한 실제 상향링크 스케줄링 및 할당 과정을 설명한다. 다음의 설명에서 우선 순위 결정 방법과 서비스 패킷 및 MCS 레벨에 의해 결정될 수 있는 무선 자원 할당 크기에 대한 결정 방법은 당업자라면 쉽게 이해할 수 있는 내용이므로 자세한 설명은 생략한다.
먼저, 각 단말의 서비스에 대해 미리 정하여진 우선 순위 결정 방법에 따라 할당 우선 순위를 결정한다. 할당할 서비스 패킷이 없을 때까지 다음 과정을 수행한다.
가용 무선 자원이 있는 경우, 동일 무선 자원을 사용하여 하나 이상의 단말에게 할당하지 않으며(non-SDMA 할당) 안테나 가중치는 MRC 방식에 의해 구한다. 할당될 무선 자원의 위치는 이동 단말(20)로부터 특정 대역의 수신 CINR이 높아 선택적으로 보고할 경우 해당 대역을 사용하여 할당하고, 특정 대역에 대한 보고가 없을 경우 특정 대역에 대한 선호 없이 순차적으로 할당한다.
할당될 무선 자원의 크기는 서비스 패킷의 크기와 해당 패킷 전송을 위해 사용될 MCS 방식에 의해 그 크기가 결정된다. 할당 무선 자원 내의 그 위치에 따라 채널 응답과 안테나 가중치가 상이할 수 있기 때문에 각 자원에 대해 예측된 수신 SINR 또한 다를 수 있다. 따라서, MCS 레벨은 할당될 무선 자원에 대해 예측된 수신 SINR의 평균값을 사용하여 결정한다. 즉, 수학식 16에 의해 할당될 각 무선 자원에서의 요구 전송 전력을 구하고, 해당 모든 자원에 대하여 평균 전송 전력을 계산한다. MCS 레벨은 평균 요구 전송 전력이 이동 단말(20)의 최대 전송 전력을 초과하지 않는 한도 내에서 최대 전송률을 갖는 MCS 레벨을 선택한다.
가용 무선 자원이 없는 경우, 하나 이상의 단말들에 대해 동일 무선 자원을 사용한 SDMA 할당을 수행하며 안테나 가중치는 수학식 14의 MMSE 방식에 의하여 구한다. 이 경우 무선 자원이 이미 다른 단말들의 패킷 전송을 위해 사용되고 있으며, 추가로 할당되는 패킷은 이미 할당된 다른 패킷과 동일 무선 자원을 사용하고 공간적으로 분리될 수 있도록 할당된다.
도 4는 상향 링크 무선 자원 할당에 있어서 자원이 충분할 경우 non-SDMA 할당과 자원이 부족할 경우 SDMA 할당을 도시한 도면이다.
무선 자원 할당 과정의 복잡도를 줄이기 위해, 추가 할당되는 패킷은 non-SDMA 방식에 의해 할당된 패킷의 무선 자원 영역(AAS 대역)을 벗어나지 않도록 한다. 즉, 도 4에 도시된 바와 같이, 각각의 추가 SDMA 할당에서 무선 자원은 non-SDMA 방식에 의해 할당된 무선 자원 영역으로 이미 나누어진 AAS 대역 내에서 이루어진다.
공간분할 다중접속(SDMA) 할당의 경우, non-SDMA 할당에 의하여 나뉘어진 AAS 대역들에 대해 이전 할당된 패킷의 전송 품질을 보장하는 범위 내에서 최대 전송률을 갖는 대역을 찾고 해당 대역에서 추가 할당이 이루어진다.
먼저, 무선 자원 영역(AAS 대역)을 순차적으로 선택하고, 각 선택된 대역에 대해 다음의 과정을 수행한다. 추가 할당될 단말을 포함하여 동일 AAS 대역을 사용하는 모든 단말에 대해 MMSE 방식에 의해 안테나 가중치를 구한다. 가중치를 구할 때 그 해가 존재하지 않으면 다음 AAS 대역에 대해 SDMA 할당을 재시도한다.
안테나 가중치를 이용하여 각 단말의 패킷 전송을 위해 요구되는 전송 전력을 계산한다. 이때, 이미 할당된 이동 단말(20)에 대해서는 이전 할당에서 결정된 MCS 레벨을 그대로 사용한다. 동일 자원을 사용하는 모든 이동 단말에 대해 계산된 요구 전송 전력이 단말의 최대 전송 전력보다 작을 경우에 추가 할당이 이루어질 수 있다. 따라서, 추가 할당에 대해 최상위 MCS 레벨로부터 순차적으로 각 이동 단말의 요구 전송 전력이 최대 전송 전력을 초과하지 않는 경우에 해당되는 변조 및 코딩 방식(MCS) 레벨을 추가할당에 적용한다. 만약 최하위 MCS 방식에 대해서도 전송 전력이 초과할 경우 다음 AAS 대역에 대하여 추가 할당을 재시도한다.
추가 할당이 가능할 경우, 서비스 패킷의 크기, 해당 무선 자원 영역(AAS 대역)에서 무선 자원 크기, 사용 가능한 최대 MCS 레벨에 따라 추가 할당에 의한 전송률 증가량을 계산하고 다음 AAS 대역에 대하여 위의 과정을 반복한다. 모든 AAS 대역 중 추가 할당에 의한 전송률이 가장 큰 AAS 대역을 선택하고 SDMA 할당을 추가 할당한다. 추가 할당이 이루어진 경우, 이전 할당에 대한 안테나 가중치는 추가 할당 시에 계산된 가중치를 적용한다. 이러한 과정은 할당 과정에서 추가 할당이 시도되지 않은 단말 또는 패킷이 없을 때까지 반복된다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 기지국에서 상향 링크 무선 자원 할당 과정을 설명한 흐름도이다.
먼저, 각 이동 단말의 서비스에 대해 미리 정해진 우선 순위 결정 방법에 따라 할당 우선 순위를 결정하고(S901), 순차적으로 패킷을 선택하여(S902) 할당할 서비스 패킷이 없을 때까지(S903) 각 서비스에 대해 다음의 무선 자원 할당 과정을 반복하고, 가용 무선 자원 유무를 판단한다(S904).
상기 단계 S904에서의 판단 결과 상기 가용 무선 자원이 있는 경우, 할당한 무선 자원 영역(AAS 대역)을 선택하고(S905), 할당될 이동 단말에 대한 안테나별 채널 응답을 이용하여, MRC 방식에 의해 안테나 가중치를 계산한다(S906).
전송률이 높은 최상위 MCS 레벨을 선택하고(S907), 순차적으로 차상위 MCS 레벨의 요구 SINR을 만족시키기 위한 요구 전송 전력을 계산한다(S908).
상기 계산된 요구 전송 전력이 전력 제한 범위인지를 체크하여(S909), 기지국의 최대 전송 전력을 초과하지 않는 범위(전력 제한 범위)에서 가장 높은 전송률을 갖는 최상위 MCS 레벨을 선택하고, 만족하는 MCS 레벨이 없는 경우 다시 시도하여 상기 전력 제한 범위인지를 판단하여(S909), 전력 제한 범위이면 최하위 MCS레벨인지를 체크하여(S910) 최하위 MCS레벨이 아니면 차상위 MCS 레벨을 선택하여(S911) 다음 단말에 대한 할당을 시도한다.
상기 계산된 요구 전송 전력이 기지국의 최대 전송 전력을 초과하지 않는 범 위(전력 제한 범위) 이면, 선택된 MCS 레벨과 계산된 안테나 가중치를 이용하여 해당 이동 단말의 서비스 패킷을 할당한다(S912).
한편, 상기 S904 단계에서의 판단 결과 상기 가용 무선 자원이 없는 경우, 순차적/선택적 AAS 대역을 선택하고(S913), 할당될 이동 단말을 포함하여 동일 할당 대역에서 이미 할당된 이동 단말들에 대하여 MMSE 방식에 의해 안테나 가중치를 계산한다(S914).
추가 할당될 단말에 대하여 최상위 MCS 레벨을 선택하고(S915), 반복 요구 전송 전력을 계산한다(S916).
기지국의 최대 전송 전력을 초과하지 않는 범위(전력 제한 범위)에서 가장 높은 전송률을 갖는 최상위 MCS 레벨을 선택하고, 만족하는 MCS 레벨이 없는 경우 다시 시도하여 상기 전력 제한 범위인지를 체크하여(S917), 상기 전력 제한 범위이면 최하위 MCS 레벨인지를 체크하여(S918) 최하위 MCS레벨이 아니면 차상위 MCS 레벨을 선택하여(S919) 다음 단말에 대한 할당을 시도한다.
동일 할당 대역에서 모든 이동 단말에 대해 요구 전송 전력이 단말의 최대 전송 전력을 초과하지 않는 경우, 현재 추가 할당될 이동 단말에 대해 지원 가능한 최상위 MCS 레벨을 선택하고, 추가 할당에 의한 전송률 증가량을 계산한다(S920).
추가 할당을 위한 어떠한 MCS 레벨에 대하여서도 동일 할당 대역에서의 모든 이동 단말에 대하여 요구 전송 전력이 단말의 최대 전송 전력 이하가 되지 않는 경우, 전송률 증가량은 0으로 한다.
모든 할당 대역에서 전송률 증가량이 계산되지 않은 경우, 다른 할당 대역에 대하여 할당을 시도하고, 모든 할당 대역에 대해 전송률 증가량이 계산된 경우 최대 전송률 증가량을 갖는 할당 대역에서 현재 추가 이동 단말에 대한 실제 할당을 수행하고 S913 단계부터 다른 이동 단말에 대하여 무선 자원 할당을 시도한다.
전송률 증가량을 계산한 후에 다른 할당 대역(타 AAS 대역)이 존재하는지를 판단하여(S921), 타 AAS 대역이 존재하면 전송률 최대 증가 대역을 선택하고(S922), 해당 이동 단말에 패킷을 할당하고(S923) 다른 이동 단말에 대하여 무선 자원 할당을 시도한다.
이동통신 시스템 기지국에서 다중 안테나를 사용하여 이동 단말로 실제 패킷 전송이 할당되어 수신되기 이전에 해당 패킷의 수신 신호대 간섭 및 잡음비(SINR)를 예측하도록 이동 단말로부터 보고된 채널 측정 정보와 기지국에서 측정한 채널 정보를 이용하여 수신 SINR 예측 방법을 이용하여 우선 순위를 고려하여 적은 계산량을 요구하는 공간분할 자원 할당 방법에 따라 우선 순위가 높은 서비스에 대한 전송률 감소 없이 빠른 시간 내에 적은 계산량으로 공간분할 다중접속 자원 할당을 하게 된다.
이상에서 설명한 본 발명의 실시예는 장치 및 방법을 통해서만 구현이 되는 것은 아니며, 본 발명의 실시예의 구성에 대응하는 기능을 실현하는 프로그램 또는 그 프로그램이 기록된 기록 매체를 통해 구현될 수도 있으며, 이러한 구현은 앞서 설명한 실시예의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야의 전문가라면 쉽게 구현할 수 있는 것이다.
이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리 범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면, 이동통신 시스템 기지국에서 다중 안테나를 사용하여 공간분할 다중화에 의한 스케줄링과 자원할당 방법은, 기지국에서 적절한 자원 할당과 변조 및 코딩 방식(MCS)을 결정하기 위해 이동 단말을 위한 실제 패킷 전송이 할당되어 수신되기 이전에 해당 패킷의 수신 신호대 간섭 및 잡음비(SINR)를 예측하기 위해 이동 단말로부터 보고된 채널 측정 정보와 기지국에서 측정한 채널 정보를 이용하여 수신 신호대 간섭 및 잡음비를 예측 방법을 이용하여 서비스의 우선 순위를 고려하여 적은 계산량을 요구하는 공간분할 자원 할당 방법에 따라 우선 순위가 높은 서비스에 대한 전송률 감소 없이 빠른 시간 내에 적은 계산량으로 공간분할 다중접속 자원 할당에 의해 시스템 용량을 증대하는 효과를 기대할 수 있다.

Claims (21)

  1. 다중 안테나를 사용하는 N(N은 1이상의 자연수)개의 기지국과, 상기 기지국과 신호를 송수신하는 M(M은 1이상의 자연수)개의 이동 단말을 포함하는 이동통신 시스템에서, 기지국의 공간분할 다중화에 의한 하향링크 스케줄링과 자원할당 방법에 있어서,
    (a) 상기 기지국이 이동 단말로부터 하향링크 프리엠블 또는 파일롯 신호에 대한 기지국 수신 신호 전력(RSS)과 수신 신호대 간섭 및 잡음비(SINR)의 측정 결과를 수신하는 단계;
    (b) 상기 이동 단말로부터 기지국 안테나와 이동 단말 사이의 채널 응답을 측정 결과를 상향 링크를 통해 수신하는 단계;
    (c) 수신된 각 이동 단말의 신호에 대한 상향 링크 채널 응답을 측정 결과에 기초하여 기지국 안테나와 해당 단말 사이의 채널 응답을 추정하는 단계; 및
    (d) 보고 및 측정된 채널 응답을 이용하여 각 이동 단말에 대해 특정 단말 k에 대한 기지국 안테나 가중치를 계산하고, 하향링크 수신 SINR(신호대 간섭 및 잡음 전력비)를 예측하고, 다중 안테나를 사용하여 각 이동 단말에 대한 하향링크 스케쥴링 및 무선 자원을 할당하는 단계
    를 포함하는 이동통신 시스템 기지국의 공간분할 다중화에 의한 하향링크 스케줄링과 자원할당 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 단계 (d)는,
    무선 자원이 가용한 경우 상기 기지국이 해당 이동 단말로 non-SDMA 자원 할당을 활용하고, 상기 무선 자원이 가용하지 않은 경우 SDMA 자원 할당을 활용하는 것을 특징으로 하는 이동통신 시스템 기지국의 공간분할 다중화에 의한 하향링크 스케줄링과 자원할당 방법.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 non-SDMA 자원 할당은, 무선 자원이 가용할 때까지 우선 순위가 높은 서비스부터 추정된 채널 응답과 수신 신호대 간섭 및 잡음비(SINR)를 이용하여 하향 전송 또는 상향 수신시에 지원 가능한 변조 및 코딩 방식(MCS)과 무선 자원량을 선택하고 각 무선 자원은 하나의 이동 단말에만 할당하는 것을 특징으로 하는 이동통신 시스템 기지국의 공간분할 다중화에 의한 하향링크 스케줄링과 자원할당 방법.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 SDMA 자원 할당은, 이미 할당된 무선 자원들을 할당 대역으로 정의하고 각 할당 대역에 대해 추정된 채널 응답과 신호대 간섭 및 잡음비를 이용하여 하향 전송 또는 상향 수신시에 지원 가능한 변조 및 코딩 방식(MCS)과 무선 자원량 및 필요 전송 전력을 계산하고, 이미 할당받은 이동 단말에 대한 서비스 전송률을 감 소시키지 않고 사용 가능한 전력 한도 내에서 최대 전송률을 얻을 수 있는 할당 대역을 선택하여 추가로 무선 자원을 할당하는 것을 특징으로 하는 이동통신시스템 기지국의 공간분할 다중화에 의한 하향링크 스케줄링과 자원할당 방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 단계 (d)는,
    (d1) 각 이동 단말의 서비스에 대해 미리 정해진 우선 순위 결정 방법에 따라 할당 우선 순위를 결정하는 단계;
    (d2) 할당할 서비스 패킷이 없을 때까지 순차적으로 패킷을 선택하는 단계;
    (d3) 가용 무선 자원 유무를 판단하는 단계;
    (d4) 상기 가용 무선 자원이 있는 경우, 제1 방식에 의해 안테나 가중치를 계산하고 non-SDMA 방식으로 무선 장원을 할당하는 단계; 및
    (d5) 상기 가용 무선 자원이 없는 경우, 상기 제1 방식과 다른 제2 방식에 의해 안테나 가중치를 계산하고 SDMA 방식으로 자원을 할당하는 단계
    를 포함하는 이동통신시스템 기지국의 공간분할 다중화에 의한 하향링크 스케줄링과 자원할당 방법.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 단계 (d4)는,
    (d4-1) 가용 무선 자원이 있는 경우, 해당 무선 자원을 선택하고 할당될 이 동 단말에 대한 안테나별 채널 응답을 이용하여, MRT 방식에 의해 안테나 가중치를 계산하는 단계;
    (d4-2) 전송률이 높은 최상위 MCS 레벨부터 순차적으로 선택하여 해당 MCS 레벨의 요구 SINR을 만족시키기 위한 요구 전송 전력을 계산하는 단계;
    (d4-3) 기지국의 최대 전송 전력을 초과하지 않는 범위(전력 제한 범위)에서 가장 높은 전송률을 갖는 MCS 레벨을 선택하고, 만족하는 MCS 레벨이 없는 경우 처음부터 다른 이동 단말에 대해 무선 자원 할당을 다시 시도하는 단계; 및
    (d4-4) 선택된 MCS 레벨과 계산된 안테나 가중치를 이용하여 해당 이동 단말의 서비스 패킷을 할당하는 단계
    를 포함하는 이동통신시스템 기지국의 공간분할 다중화에 의한 하향링크 스케줄링과 자원할당 방법.
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 단계 (d5)는,
    (d5-1) 가용 무선 자원이 없는 경우, 순차적/선택적 AAS 대역을 선택하고, 할당될 이동 단말을 포함하여 동일 할당 대역에서 이미 할당된 이동 단말들에 대하여 ZF 방식에 의해 안테나 가중치를 계산하는 단계;
    (d5-2) 동일 할당 대역에서 이미 할당된 이동 단말들에 대하여 요구 전송 전력을 계산하는 단계;
    (d5-3) 사용가능한 잉여 전송 전력이 있는지를 판단하여, 상기 잉여 전송 전 력이 있는 경우 현재 추가 할당될 이동 단말에 대해 잉여 전송 전력을 이용하여 지원 가능한 최상위 MCS 레벨을 선택하며 요구 전송 전력을 계산하여, 전력 제한 범위를 판단하여 초과하지 않으면 추가 할당에 의한 전송률 증가량을 계산하고, 잉여 전송 전력이 없는 경우 전송률 증가량은 0으로 설정하는 단계; 및
    (d5-4) 다른 할당 대역(타 AAS 대역)이 존재하면 전송률 최대 증가 대역을 선택하고, 최대 전송률 증가량을 갖는 할당 대역에서 현재 이동 단말에 할당하고, 처음부터 다른 이동 단말에 대하여 무선 자원 할당을 시도하는 단계
    를 포함하는 이동통신시스템 기지국의 공간분할 다중화에 의한 하향링크 스케줄링과 자원할당 방법.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 단계 (d)는,
    상기 특정 이동 단말 k에 대한 하향링크 수신 SINR(신호대 간섭 및 잡음 전력비)은, 다음 수학식
    Figure 112005065887250-pat00022
    에 의해 예측하는 것을 특징으로 하는 이동통신 시스템 기지국에서 다중 안테나를 사용하여 공간분할 다중화에 의한 하향링크 스케줄링과 자원할당 방법.
  9. 제 5 항에 있어서,
    상기 단계 (d4)에서 상기 제1 방식은 MRT 방식이며, 특정 단말 k를 위한 기지국 안테나 가중치 벡터(Wk)를 다음 수학식
    Figure 112005065887250-pat00023
    에 의해 구하는 것을 특징으로 하는 이동통신 시스템 기지국에서 다중 안테나를 사용하여 공간분할 다중화에 의한 하향링크 스케줄링과 자원할당 방법.
  10. 제 5 항에 있어서,
    상기 제2 방식은 ZF 방식이며, 특정 단말 k를 위한 기지국 안테나 가중치 벡터(Wk)를 다음 수학식
    Figure 112005065887250-pat00024
    에 의해 구하는 것을 특징으로 하는 이동통신 시스템 기지국의 공간분할 다중화에 의한 하향링크 스케줄링과 자원할당 방법.
  11. 제 6 항 또는 제 7 항에 있어서,
    특정 단말 k에 대해 특정 변조 및 코딩 방식(MCS) 레벨 MCSx 의 요구 SINR을 만족시키기 위한 상기 요구 전송 전력은,
    Figure 112007002197808-pat00025
    상기 수학식에 의해 계산하는 이동통신 시스템 기지국의 공간분할 다중화에 의한 하향링크 스케줄링과 자원할당 방법.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 안테나 가중치는, 부반송파마다 다르게 계산할 수 있으며, 계산량을 감소시키도록 주파수 축상에서 근접한 부반송파들을 하나의 그룹으로 묶어 해당 그룹에 속한 부반송파에서의 안테나의 가중치를 동일하게 적용하는 것을 특징으로 하는 이동통신 시스템 기지국의 공간분할 다중화에 의한 하향링크 스케줄링과 자원할당 방법.
  13. 다중 안테나를 사용하는 N(N은 1이상의 자연수)개의 기지국과, 상기 기지국과 신호를 송수신하는 M(M은 1이상의 자연수)개의 이동 단말을 포함하는 이동통신 시스템에서, 기지국의 다중 안테나를 사용하여 공간분할 다중화에 의한 상향링크 스케줄링과 자원할당 방법에 있어서,
    (a) 기지국이 이동 단말로부터 하향링크 프리엠블 또는 파일롯 신호에 대한 기지국 수신 신호 전력과 수신 신호대 간섭 및 잡음 전력비(SINR) 측정 결과를 상향링크를 통해 수신하는 단계;
    (b) 상기 이동 단말로부터 기지국 안테나와 이동 단말 사이의 채널 응답을 측정하여 상향링크를 통해 수신하는 단계;
    (c) 수신된 각 이동 단말의 신호에 대한 상향 링크 채널 측정 결과에 기초하여 기지국 안테나와 이동 단말 사이의 채널 응답을 추정하는 단계; 및
    (d) 보고 및 측정된 채널 응답을 이용하여 각각의 특정 이동 단말 k에 대한 기지국 안테나 가중치를 계산하고, 상향링크 수신 SINR(신호대 간섭 및 잡음 전력비)를 예측하고, 다중 안테나를 사용하여 각 이동 단말에 대한 상향링크 스케쥴링 및 무선 자원을 할당하는 단계
    를 포함하는 이동통신 시스템 기지국의 공간분할 다중화에 의한 상향링크 스케줄링과 자원할당 방법.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 단계 (d)는,
    (d1) 각 이동 단말의 서비스에 대해 미리 정해진 우선 순위 결정 방법에 따라 할당 우선 순위를 결정하는 단계;
    (d2) 할당할 서비스 패킷이 없을 때까지 순차적으로 패킷을 선택하는 단계;
    (d3) 가용 무선 자원 유무를 판단하는 단계;
    (d4) 상기 가용 무선 자원이 있는 경우, MRC 방식에 의해 non-SDMA 방식으로 무선 자원을 할당하는 단계; 및
    (d5) 상기 가용 무선 자원이 없는 경우, MMSE 방식에 의해 SDMA 방식으로 무선 자원을 할당하는 단계
    를 포함하는 이동통신 시스템 기지국의 공간분할 다중화에 의한 상향링크 스케줄링과 자원할당 방법.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 단계 (d4)는,
    (d4-1) 상기 가용 무선 자원이 있는 경우, 할당한 무선 자원 영역(AAS 대역)을 선택하고, 할당될 이동 단말에 대한 안테나별 채널 응답을 이용하여, MRC 방식에 의해 안테나 가중치를 계산하는 단계;
    (d4-2) 전송률이 높은 최상위 MCS 레벨을 선택하고 순차적으로 차상위 MCS 레벨의 요구 SINR을 만족시키기 위한 요구 전송 전력을 계산하는 단계;
    (d4-3) 기지국의 최대 전송 전력을 초과하지 않는 범위(전력 제한 범위)에서 가장 높은 전송률을 갖는 MCS 레벨을 선택하고, 만족하는 MCS 레벨이 없는 경우 단계 처음부터 다른 단말에 대해 할당을 시도하는 단계; 및
    (d4-4) 전력 제한 범위내에서, 선택된 MCS 레벨과 계산된 안테나 가중치를 이용하여 해당 이동 단말의 서비스 패킷을 할당하는 단계
    를 포함하는 이동통신 시스템 기지국의 공간분할 다중화에 의한 상향링크 스 케줄링과 자원할당 방법.
  16. 제 14 항에 있어서,
    상기 단계 (d5)는,
    (d5-1) 상기 가용 무선 자원이 없는 경우, 순차적/선택적으로 AAS 대역을 선택하고, MMSE 방식에 의해 안테나 가중치를 계산하는 단계;
    (d5-2) 할당될 이동 단말을 포함하여 동일 할당 대역에서 이미 할당된 이동 단말들에 대하여 MMSE 방식에 의해 안테나 가중치를 계산하는 단계;
    (d5-3) 추가 할당될 단말에 대하여 최상위 MCS 레벨부터 순차적으로 동일 할당 대역에서 이미 할당된 이동 단말들을 포함하여 추가 할당될 이동 단말에 대하여 요구 전송 전력을 계산하는 단계;
    (d5-4) 동일 할당 대역에서 모든 이동 단말에 대해 요구 전송 전력이 단말의 최대 전송 전력을 초과하지 않는 경우, 현재 추가 할당될 이동 단말에 대해 지원 가능한 최상위 MCS 레벨을 선택하고, 추가 할당에 의한 전송률 증가량을 계산하는 단계;
    (d5-5) 추가 할당을 위한 어떠한 MCS 레벨에 대하여서도 동일 할당 대역에서의 모든 이동 단말에 대하여 요구 전송 전력이 단말의 최대 전송 전력 이하가 되지 않는 경우, 전송률 증가량은 0으로 하는 단계; 및
    (d5-6) 모든 할당 대역에서 전송률 증가량이 계산되지 않은 경우, 다른 할당 대역에 대하여 할당을 시도하고, 모든 할당 대역에 대해 전송률 증가량이 계산된 경우 최대 전송률 증가량을 갖는 할당 대역에서 현재 추가 이동 단말에 대한 실제 무선 자원 할당을 수행하고 처음부터 다른 이동 단말에 대하여 무선 자원 할당을 시도하는 단계
    를 포함하는 이동통신 시스템 기지국의 공간분할 다중화에 의한 상향링크 스케줄링과 자원 할당 방법.
  17. 제 13 항에 있어서,
    상기 단계 (a)는,
    특정 이동 단말 k에 대한 상향링크 수신 신호대 간섭 및 잡음비(SINR)를
    Figure 112005065887250-pat00026
    Figure 112005065887250-pat00027
    상기 수학식에 의해 예측하는 것을 특징으로 하는 이동통신 시스템 기지국의 공간분할 다중화에 의한 상향링크 스케줄링과 자원할당 방법.
  18. 제 15 항에 있어서,
    상기 단계 (d4)는,
    동일 무선 자원을 사용하는 다른 이동 단말을 위한 전송 신호에 의한 간섭에 대한 고려없이 상향 안테나 가중치를 구하기 위해, MRC 방식에 의한 이동 단말 k를 위한 기지국 안테나 가중치 벡터(Wk)를 다음 수학식
    Figure 112005065887250-pat00028
    에 의해 구하는 것을 특징으로 하는 이동통신 시스템 기지국의 공간분할 다중화에 의한 상향링크 스케줄링과 자원할당 방법.
  19. 제 16 항에 있어서,
    상기 단계 (d5)는,
    MMSE 방식에 의한 이동 단말 k를 위한 기지국 안테나 가중치 벡터(Wk)를 다음 수학식
    Figure 112005065887250-pat00029
    (단, SNR은 수신 신호대 잡음 전력비)에 의해 구하는 것을 특징으로 하는 이동통신 시스템 기지국의 공간분할 다중화에 의한 상향링크 스케줄링과 자원할당 방법.
  20. 제 15 항 또는 제 16 항에 있어서,
    특정 변조 및 코딩 방식(MCS)을 만족시키기 위한 상기 요구 전송 전력은
    Figure 112005065887250-pat00030
    상기 수학식에 의해 계산하는 것을 특징으로 하는 이동통신 시스템 기지국의 공간분할 다중화에 의한 상향링크 스케줄링과 자원할당 방법.
  21. 제 13 항에 있어서,
    상기 기지국에서 각 이동 단말을 위한 요구 전송 전력은 상기 기지국의 자원 할당 과정에서 결정되는 것을 특징으로 하는 이동통신 시스템 기지국의 공간분할 다중화에 의한 상향링크 스케줄링과 자원 할당 방법.
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