KR100717828B1 - 다중사용자 ｏｆｄｍ 시스템에서의 적응적 전송전력 할당방법 - Google Patents

다중사용자 ｏｆｄｍ 시스템에서의 적응적 전송전력 할당방법 Download PDF

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강군석
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Abstract

1. 청구범위에 기재된 발명이 속한 기술분야
본 발명은 다중사용자 ＯＦＤＭ 시스템에서의 적응적 전송전력 할당 방법에 관한 것임.
2. 발명이 해결하려고 하는 기술적 과제
본 발명은 다중 사용자 OFDM을 기반으로 하는 위성 또는 이동통신 시스템에서 유한한 부반송파 및 전송전력 등의 자원을 효율적으로 관리하고, 셀 가장자리의 데이터율을 높이면서 동시에 계산적 부담(burden)을 줄일 수 있게 하는, 다중사용자 OFDM 시스템에서의 적응적 전송전력 할당 방법을 제공하는데 그 목적이 있음.
3. 발명의 해결방법의 요지
본 발명은, 다중사용자 OFDM 시스템에서의 적응적 전송전력 할당 방법에 있어서, 특정시점에 각 사용자들에 대하여 소정의 비트구간 동안의 채널이득을 구한 후, 좋은 채널이득을 가지는 다수의 사용자 중에서 가장 먼 거리에 위치한 사용자에게 가용성이 있는 부반송파 전부를 할당하는 부반송파 할당 단계; 상기 부반송파 할당 단계에서 부반송파를 할당받은 사용자의 채널이득을 소정의 초기 임계치와 비교하는 비교 단계; 상기 비교 단계의 비교결과, 상기 채널이득이 상기 초기 임계치 이상이면, 균등 전력 할당(Equal-power allocation) 알고리즘을 이용하여 상기 부반송파 할당 단계에서 할당된 각각의 부반송파에 대하여 균등하게 전송전력을 할당하는 균등 전력할당 단계; 및 상기 비교 단계의 비교결과, 상기 채널이득이 상기 초기 임계치보다 작으면, 워터 필링 전력 할당(Water-filling power allocation) 알고리즘을 이용하여 상기 부반송파 할당 단계에서 할당된 각각의 부반송파에 대하여 전송전력을 할당하는 워터필링 전력할당 단계를 포함함.
4. 발명의 중요한 용도
본 발명은 다중사용자 OFDM 시스템의 전력할당 등에 이용됨.
OFDM, 다중사용자, 부반송파 할당, 전력 할당, Water-filling power allocation, Water-filling power allocation Algorithm

Description

다중사용자 ＯＦＤＭ 시스템에서의 적응적 전송전력 할당 방법{Method for Adaptive Transmit Power Allocation in Multiuser OFDM systems}
도 1 은 일반적인 직교주파수분할 다중화 방식을 사용하는 이동위성통신시스템의 송신기의 구성예시도,
도 2 는 일반적인 직교주파수분할 다중화 방식을 사용하는 이동위성통신시스템의 수신기의 구성예시도,
도 3 은 본 발명이 적용되는 직교주파수분할 다중화 방식의 이동통신시스템의 구성도,
도 4 는 본 발명에 따른 다중사용자 OFDM 시스템에서의 적응적 전송전력 할당 방법에 대한 일실시예 흐름도이다.
본 발명은 다중사용자 직교주파수분할다중화(OFDM: Orthogonal Frequency Division Multiplexing) 시스템에서의 적응적 전송전력 할당 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 다중 사용자 OFDM을 기반으로 하는 위성 또는 이동통신 시스템에서 유한한 부반송파 및 전송전력 등의 자원을 효율적으로 관리하고, 셀 가장자리의 데이터율을 높이면서 동시에 계산적 부담(burden)을 줄일 수 있게 하는, 다중사용자 OFDM 시스템에서의 적응적 전송전력 할당 방법에 관한 것이다.
최근 유무선 채널에서 고속데이터 전송에 유용한 방식으로 사용되고 있는 직교주파수 분할 다중화(OFDM: Orthogonal Frequency Division Multiplexing, 이하 “OFDM"이라 한다)방식은 복수 반송파(Multi-Carrier)를 사용하여 데이터를 전송하는 방식으로서, 직렬로 입력되는 심벌(Symbol)열을 병렬변환하여 이들 각각을 상호 직교성을 갖는 다수의 부반송파(Sub-Carrier)로 변조하여 전송하는 다중 반송파 변조(MCM: Multi Carrier Modulation)방식의 일종이다.
만약, 부반송파 주파수에서 표본화(Sampling)하면, 비록 서로 간에 스펙트럼이 겹쳐지더라도 간섭이 일어나지 않는다. 각 부채널(Sub-channel)은 낮은 비트율로 데이터를 전송하므로 심볼간 간섭이 일어나지 않거나 줄어들게 된다.
이러한 OFDM 방식은 고속의 데이터 전송에 적합하기 때문에, 실내 무선 환경에서의 서비스를 목표로 하는 미국 방식과 유럽 방식인 IEEE 802.11a와 HIPERLAN/2의 고속 무선 LAN의 표준 방식으로 각각 채택되었다. 또한 OFDM 방식은 IEEE 802.16의 광대역 무선 접속(BWA: Broadband wireless access)표준 방식으로도 채택되었다.
최근 우리나라에서 이슈가 되고 있는 휴대 인터넷(WiBro: Wireless broadband internet) 또한 OFDM방식을 사용하고 있으며, 유연성을 위해 IEEE 802.16 Wireless MAN의 표준과 거의 같은 사양을 유지하고 있다.
특히, 차세대 통신 시스템에서는 고속의 데이터 전송을 위하여 일반적으로 광대역을 사용하기 때문에 채널의 주파수 선택적 특성이 더욱 커지게 되는데, 이 경우 모든 부반송파에 동일한 변조 방식과 전력 할당을 적용하게 되면 매우 비효율적이 된다. 다시 말해서, 주어진 부반송파의 신호대 잡음비(SNR: Signal to Noise Ratio) 상황에 따라 최적의 변조 방식과 전력할당을 사용하게 되면 주어진 채널의 용량을 극대화할 수 있다.
그러나, 이와 같이 각 부반송파마다 최적의 자원 할당을 사용하기 위해서는 송신단에서 채널에 대하여 많은 정보가 필요하기 때문에, 궤환(Feedback) 채널을 통하여 많은 신호를 전송해야 하고, 이로 인한 오버헤드 및 계산량의 증가가 문제되었다.
상기와 같은 오버헤드 및 계산량 증가의 문제를 극복하기 위한 종래기술로는, 미국공개특허 제20050078757호에 기재된 "SUBCARRIER AND BIT ALLOCATION FOR REAL TIME SERVICES IN MULTIUSER ORTHOGONAL FREQUENCY DIVISION MULTIPLEX(OFDM) SYSTEMS"이 있다.
상기 선행특허는 다중 사용자 OFDM 시스템에서, 실시간 서비스의 서비스품질(QoS)에 대응되는 유한한 전송전력 관점에서, 실시간적으로 각 단말기의 채널이득을 Water-filling 기법으로 계산하여 반복적으로 비트/전력을 할당하는 기법에 관한 것이다.
채널이득을 Water-filling 기법을 통하여 실시간적으로 계산하여 전송전력을 결정한다는 점에서는 유한한 전력 측면에서 가장 효율적일지 모르지만, 시스템 계산량 및 복잡도가 기하급수적으로 증가하는 문제가 있었다. 이러한 문제를 해결하기 위한 종래기술로는, IEEE JOURNAL ON SELECTIED AREAS INCOMMUNICATIONS, VOL. 21, NO. 2, FEB. 2003호에 개시되어 있는 “TRANSMIT POWER ADAPTATION FOR MULTIUSER OFDM SYSTEMS"이 있다.
위 논문은 다중사용자 OFDA 시스템에서 적응형 전송전력을 결정하기 위하여 두 단계로 나눠서 상기 미국특허의 문제점을 해결하였다.
즉, 첫 번째 단계인 서브캐리어(부반송파) 할당 과정에서는 각 사용자들중 가장 좋은 채널이득을 가지고 있는 사용자에게 먼저 모든 부반송파를 할당하고, 두 번째 단계인 각 부반송파마다 전송 전력을 결정하는 과정에서는 OFDM시스템 계산의 복잡도를 줄이기 위하여 유한한 전체 전송전력을 부반송파 개수로 나눠서 동일하게 각 부반송파에 할당하는 방식을 채택했다.
하지만, 이와 같은 방법으로 OFDM 시스템을 운용하면, 시스템의 복잡도를 크게 개선할 수는 있지만, 대역폭 효율, 즉, 전체 수율(total throughput) 측면에서는 성능의 열화가 발생한다는 문제점이 있었다.
본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 다중 사용자 OFDM을 기반으로 하는 위성 또는 이동통신 시스템에서 유한한 부반송파 및 전송전력 등의 자원을 효율적으로 관리하고, 셀 가장자리의 데이터율을 높이면서 동시에 계산적 부담(burden)을 줄일 수 있게 하는, 다중사용자 ＯＦＤＭ 시스템에서의 적응적 전송전력 할당 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
즉, 본 발명은, 위성이나 기지국으로부터 다수의 사용자 단말기로 데이터를 직교 주파수 분할 다중화(OFDM) 방식을 이용하여 수평한 부반송파에 실어서 전송함에 있어서 부반송파, 비트, 전력 등과 같은 한정된 자원을 Water-filling 전력할당 알고리즘과 균등(Equal) 전력할당 알고리즘을 적응적으로 사용하여 할당함으로써, 시스템 복잡도를 개선하면서도 전체 데이터 율을 높일 수 있는, 다중사용자 OFDM 시스템에서의 적응적 전송전력 할당 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있으며, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 알게 될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허청구범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 다중사용자 OFDM 시스템에서의 적응적 전송전력 할당 방법에 있어서, 특정시점에 각 사용자들에 대하여 소정의 비트구간 동안의 채널이득을 구한 후, 좋은 채널이득을 가지는 다수의 사용자 중에서 가장 먼 거리에 위치한 사용자에게 가용성이 있는 부반송파 전부를 할당하는 부반송파 할당 단계; 상기 부반송파 할당 단계에서 부반송파를 할당받은 사용자의 채널이득을 소정의 초기 임계치와 비교하는 비교 단계; 상기 비교 단계의 비교결과, 상기 채널이득이 상기 초기 임계치 이상이면, 균등 전력 할당(Equal-power allocation) 알고리즘을 이용하여 상기 부반송파 할당 단계에서 할당된 각각의 부반송파에 대하여 균등하게 전송전력을 할당하는 균등 전력할당 단계; 및 상기 비교 단계의 비교결과, 상기 채널이득이 상기 초기 임계치보다 작으면, 워터 필링 전력 할당(Water-filling power allocation) 알고리즘을 이용하여 상기 부반송파 할당 단계에서 할당된 각각의 부반송파에 대하여 전송전력을 할당하는 워터필링 전력할당 단계를 포함한다.
또한, 상기 본 발명은, 상기 균등 전력할당 단계 또는 상기 워터필링 전력할당 단계에서의 전력할당에 대한 정보를 해당 사용자의 단말기로 전송하는 전력할당정보 전송 단계를 더 포함한다.
본 발명은, 크게 부반송파 할당 과정과 송신전력 할당 과정으로 나뉘는데, 그 첫번째 과정은 각 사용자들에게 부반송파를 할당하는 과정으로서, 순간 시간에 각 사용자들의 채널이득을 모니터링하고 좋은 채널 이득을 가진 두명의 사용자를 선정하고, 그 둘 중에서 위성이나 기지국으로부터 가장 멀리 있는 사용자에게만 모든 부반송파를 할당하고, 제외된 후보사용자는 다음 절차에서 좋은 채널이득 정보를 가진 사용자로 선정된 두명의 사용자와 비교하기 위하여 버퍼(Buffer)에 저장된다. 여기서, 가장 멀리 있는 사용자에게만 부반송파를 할당하는 이유는, 사용자간 상호 간섭을 배제하고 셀 가장자리에 있는 사용자의 통화품질을 증대시키기 위함이다(즉 전체 시스템 용량을 증가하기 위함이다).
다음으로, 두번째 과정은 각 부반송파의 전송 전력을 할당하는 과정으로서, 종래의 Equal-power allocation과 Water-filling power allocation 기법을 결합하여 적응적으로 전력을 할당하는 과정이다.
만약 순간 시점에서 의미있는 임계치(여기서, 임계치는 시스템 초기에 변수를 설정할 때, Water-filling power allocation 알고리즘을 이용하여 설정한다)를 넘는(BEST CHANNEL) 부반송파의 개수와 그렇지 않은(BAD CHANNEL) 부반송파의 개수를 파악(조사)하여, 먼저 채널 이득이 좋은(BEST CHANNEL)을 가진 부반송파에게는 전체 유한한 전송전력에서 좋은 채널 이득을 가진(BEST CHANNEL) 부반송파의 비율만큼의 전송전력을 각 부반송파에 균등하게 할당한다. 그 외 채널 이득이 상기 임계치보다 작은(즉, BAD CHANNEL을 가지고 있는) 부반송파들에 대해서는 Water-filling power allocation을 이용하여 전송전력을 할당한다.
요컨대, 본 발명은 위성이나 중앙국과 같은 기지국으로부터 다수의 사용자 단말기로 데이터를 직교 주파수 분할 다중화(OFDM) 방식으로 전송함에 있어서, 각 사용자마다 채널이득을 일정한 비트 구간동안 검사하여 가장 좋은 채널이득을 가진 두명의 사용자를 선정하고, 상호 간섭을 제거하면서 동시에 셀 가장자리에 있는 사용자의 신호품질을 올리기 위하여 위성이나 기지국으로부터 가장 멀리 떨어진 사용자에게 먼저 해당되는 부반송파를 할당하고 제외된 후보사용자 중 가장 좋은 채널이득을 가진 사용자를 버퍼에 저장한 이후, 사용자의 수와 각 사용자의 데이터 개수에 따라 임계값을 넘는 채널이득을 가진 사용자들에게 동일한 전력을 할당하고 임계값을 넘지 않는 채널이득을 가진 사용자에게는 반복적 워터 필링 알고리즘으로 전력을 할당하는 기법에 관한 것이다.
상술한 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면과 관련한 다음의 상세한 설명을 통하여 보다 분명해 질 것이며, 그에 따라 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에 그 상세한 설명을 생략하기로 한다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 일실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 1 은 일반적인 직교주파수분할 다중화 방식을 사용하는 이동위성통신시스템의 송신기의 구성예시도이다.
송신기에서 변조부에 해당하는 QPSK/QAM 사상기(101)는 입력되는 데이터를 소정 변조방식에 의해 변조하여 변조 심벌들을 출력한다. 여기서 입력데이터는 소정 부호화율에 의해 부호화되고 인터리빙된 데이터를 의미한다. 그리고, 변조방식으로는 8PSK, 16QAM, 64QAM, QPSK 등이 있다.
S/P 변환부(102)가 QPSK/QAM 사상기(101)에서 변조되어 출력되는 연속적인 신호를 병렬적인 신호로 변환하면, IFFT 변환부(103)는 S/P 변환부(102)에서 출력되는 신호에 대하여 역고속푸리에변환(IFFT) 과정을 수행함으로써 OFDM심벌을 출력한다.
보호구간 삽입부(104)는 IFFT 변환부(103)에서 출력되는 OFDM 심벌들 각각에 대해 보호구간(Guard interval)을 삽입한다. 통상적으로 OFDM 심벌이 다중 경로 채널을 통해 전송되는 동안 이전 심벌에 의한 영향을 받게 되는데, 이러한 OFDM 심벌 들간의 간섭을 방지하기 위해 연속된 블록들 사이에 보호 구간을 삽입하는 것이다.
RF 신호처리부(105)는 보호구간 삽입부(104)에서 출력되는 OFDM 심벌들에 대하여 RF 신호처리를 수행한 후, 안테나를 통하여 다중경로 채널로 전송한다.
도 2 는 일반적인 직교주파수분할 다중화 방식을 사용하는 이동위성통신시스템의 수신기의 구성예시도이다.
수신 안테나에서 수신된 신호는 RF 신호처리부(201)를 통하여 중간 주파수 대역으로 하향변환(down-conversion)된 후, 보호구간 제거부(220)에서 OFDM 심벌에 삽입된 보호구간이 제거된다.
FFT 변환부(203)는 보호구간 제거부(220)에서 보호구간이 제거된 OFDM심벌에 대하여 고속푸리에변환(FFT) 과정을 수행하며, P/S 변환부(204)는 FFT 변환부(203)에서 출력되는 병렬적인 신호를 연속적인 심벌로 변환하게 된다.
그러면, 복조부인 QPSK/QAM 사상기(205)는 송신기(도 1)에서 적용한 소정 변조방식에 상응하는 복조 방식을 적용하여, 복호화된 변조 심벌들을 복조하여 부호화 비트들을 출력하게 된다.
도 3 은 본 발명이 적용되는 직교주파수분할 다중화 방식의 이동통신시스템의 구성도로서, 다중 사용자 직교 주파수 분할 다중화 방식에서 부반송파 할당 및 전력 할당을 하기 위한 송신기(300)와 그에 대응되는 수신기(320)를 나타낸다.
본 발명은 OFDM을 적용한 위성 이동통신 시스템에서 다중사용자 환경에서 유한한 전송전력을 효율적으로 관리하고, 셀 가장자리의 데이터율을 높이면서 동시에 계산적 부담(burden)을 줄일 수 있는 전력할당기법에 관한 것이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 먼저 부반송파 할당 기법(302)을 이용하여 특정사용자를 결정하고, 각 부반송파에 해당되는 비트를 전송함에 있어서 데이터율을 최대화하기 위하여 전력할당 기법(302)을 이용하여 해당 부반송파 데이터 신호에 가중치를 곱하여 전송한다.
그리고, 사용자의 데이터열들은 연속적인 데이터 신호에서 병렬 데이터 신호로 변환되는데(301), 이는 IFFT(303)를 수행하기 위함이다.
이후, "301"에서 직/병렬(S/P) 변환 데이터열은 "302"에서의 부반송파/전력 할당 알고리즘 수행 결과와 결합된 후, IFFT 과정, 병/직렬(P/S) 변환 과정, 보호구간 삽입 과정(303)을 거친 후 송신된다. 여기서, 보호구간 삽입 과정은 OFDM심벌간 간섭을 방지하기 위해 연속된 블록들 사이에 보호 구간을 삽입하는 것이다.
한편, 다중 경로 채널(310)로 전송된 송신 신호는 수신기(320)에서 삽입된 보호 구간이 제거되고, 직/병렬로 데이터열이 변환된 후, FFT 과정을 거쳐 부호화된 심벌로 출력한다(321).
수신기는, FFT된 신호로부터 심벌을 결정한 후, 병/직렬(P/S) 변환 과정을 통하여 병렬적인 심벌을 연속적인 심벌로 변환하여 k번째 사용자의 출력 비트를 출력하게 된다(322).
도 4 는 본 발명에 따른 다중사용자 ＯＦＤＭ 시스템(OFDM 기반 위성 이동 통신 시스템)에서 적응적 전송전력 할당 방법에 대한 일실시예 흐름도이다.
본 발명에 따른 OFDM 기반 위성 이동 통신 시스템에서 적응적 전송전력 할당 방법은 크게 두 과정을 나눌 수 있는데, 첫 번째 과정(400)은 순간 시간에 특정 사 용자에게 부반송파 전부를 할당하는 과정이고, 두 번째 과정(410)은 순간 시간에 특정 사용자에 할당된 모든 부반송파에 대하여 각 부반송파마다 전력을 할당하는 과정이다.
먼저, 첫번째 과정인 부반송파 할당 과정(400)에 대하여 설명하기로 한다.
순간 시간(특정 시간)에서 특정사용자에게 모든 부반송파를 제공하기 위하여, 좋은 채널이득(good channel gain)을 가진 두명의 사용자를 다음의 [수학식 1]을 이용하여 결정한다(401).
즉, 특정시간에 각 사용자들에 대하여 일정한 비트구간 동안의 채널이득을 구한 후, 좋은 채널이득을 가진 두명의 사용자를 결정한다.
Figure 112006023391031-pat00001
여기서, k와 t는 각각 k번째 사용자와 순간 시간을 의미한다.
버퍼 안에 후보 사용자가 존재하는지를 확인하여(402), 만약 존재하면(즉, 가장 최근에 제외된 후보 사용자가 존재하면), "401"에서 선정된 두 명의 사용자와 후보자(버퍼 저장되어 있는 후보 사용자) 중에서 위성 또는 기지국으로부터 가장 먼 거리에 위치한 사용자에게 가용성 있는 부반송파 전부를 할당한다(403). 그렇지 않고, 버퍼 안에 후보 사용자가 존재하지 않으면(처음 도 4의 알고리즘이 수행될 때에는 버퍼에 저장되어 있는 후보 사용자가 없을 것임), "401"에서 선정된 두 명 의 사용자 중에서 위성 또는 기지국으로부터 가장 먼 거리에 위치한 사용자에게 가용성 있는 부반송파 전부를 할당한다(404)
이후, 상기 버퍼를 비운 후, "403", "404"에서 부반송파를 할당받지 못한 사용자 중 가장 좋은 채널이득을 가진 사용자를 새로운 후보 사용자로 하여 상기 버퍼에 저장하며(405), 이 때 채널 이득도 함께 저장됨은 물론이다. 참고로 "402"의 설명 과정에서 언급된 후보 사용자는 이와 같은 과정으로 저장된 사용자이다.
다음은, 두번째 과정인 각각의 부반송파에 대하여 송신 전력을 할당하는 과정(410)을 설명하기로 한다.
각각의 부반송파에 할당되는 송신전력(전송전력)을 구하는 알고리즘으로는 다음의 [수학식 2]를 만족하는지 여부에 따라, Equal-power allocation 알고리즘과 water-filling power allocation 알고리즘 중 어느 하나가 적용된다.
Figure 112006023391031-pat00002
여기서, λ0는 초기에 워터 필링 전력 할당(Water-filling power allocation) 알고리즘을 이용하여 결정된 임계값(초기 임계치)이다.
상기 "400" 과정을 통하여 부반송파를 할당받은 특정 사용자의 채널이득, 즉 순간 시점에서 특정사용자의 채널이득(
Figure 112006023391031-pat00003
)이 임계치(λ0) 이상이면(411), 다음 의 [수학식 3]과 같은 간단한 균등 전력 할당(Equal-power allocation) 알고리즘을 이용하여 "400"에서 할당된 각각의 부반송파에 대하여 전송전력을 할당한다(412). 만약 특정사용자의 채널이득(
Figure 112006023391031-pat00004
)이 임계치(λ0)보다 작으면(411), 다음의 [수학식 4]와 같은 더욱 정교한 Water-filling power allocation 알고리즘을 이용하여, "400"에서 할당된 각각의 부반송파에 대하여 전송전력을 할당한다(413).
Figure 112006023391031-pat00005
여기서,
Figure 112006023391031-pat00006
는
Figure 112006023391031-pat00007
번째 사용자("400"에서 부반송파가 할당된 특정의 사용자)의 m번째 부반송파에 할당되는 전력을 의미한다. 그리고, Sk ,m은 k번째 사용자의 m번째 부반송파에 할당된 전력을 의미하는데,
Figure 112006023391031-pat00008
이므로,
Figure 112006023391031-pat00009
(
Figure 112006023391031-pat00010
인 경우)는
Figure 112006023391031-pat00011
번째 사용자("400"에서 부반송파가 할당된 특정의 사용자)를 제외한 모든 사용자의 m번째 부반송파에 할당될 전력이 "0"임을 나타낸다. 한편. Mwater -filling과 Meqal은 각각 Water-filling 전력할당 알고리즘을 사용하게 될 부반송파 개수와 균등(Equal) 전력할당 알고리즘을 사용하게 될 부반송파 개수를 의미한다. 그리고, M은 특정 사용자에게 할당된 부반송파의 전체 개수를 나타낸다. 또한,
Figure 112006023391031-pat00012
는 유한한 전체 전송전력을 의미하고,
Figure 112006023391031-pat00013
은 m번째 부반송파에서 몇번째 사용자가 가장 큰 채널이득을 가진 사용자인지를 검출하는 부분을 나타낸다.
Figure 112006023391031-pat00014
여기서,
Figure 112006023391031-pat00015
는
Figure 112006023391031-pat00016
번째 사용자("400"에서 부반송파가 할당된 특정 사용자)의 m번째 부반송파에 할당된 전력, N0는 잡음 전력밀도, Bwater -filling는 각각 Water-filling 알고리즘을 이용하여 전력할당하게 될 대역폭, Mwater -filling 는 water-filling 알고리즘을 이용하여 전력할당하게 될 부반송파 개수, 그리고 Γ는 요구되는 타켓 비트오율(BER)를 의미한다. 그리고, λ0은 water-filling 전력할당기법을 사용할지, 균등(equal) 전력할당기법을 사용할지를 판단하는 기준이 되는 임계치로서, 초기에 water-filling power allocation 알고리즘을 이용하여 결정된 임계값(초기 임계치)를 나타내며,
Figure 112006023391031-pat00017
은 특정 사용자("400"과정에서 부반송파가 전부할당된 사용자)의 m번째 부반송파에서의 채널이득을 의미한다.
상기와 같이, 두 경우로 나누어 각기 서로 다른 알고리즘을 사용하는 이유는 깊은 페이딩을 겪는 부반송파의 송신전력결정은 더욱 정확히 해야 전체 데이터 율이 최대화되기 때문이다. 그리고, 상대적으로 깊은 페이딩을 겪지 않는 부반송파의 송신전력결정은 간단한 알고리즘으로 수행해도 어느 정도의 데이터율이 보장된다. 따라서, 상기와 같은 두 개의 알고리즘을 병행해서 사용하면 시스템의 복잡도 및 전체 데이터율도 향상시킬 수 있다. 또한, "403"에서 가장 먼 사용자에게 먼저 부반송파 전부를 할당함으로써, 셀 가장자리에서의 통화품질도 향상될 수 있다.
이후, "400"에서 할당된 부반송파 각각에 대하여 "410" 과정을 통하여 할당된 전송전력 정보(전력 할당정보)를 현재의 채널 상태 정보(CSI: Channel State Information)로서 각 사용자의 수신단말기로 전송한다(414).
다음으로 현재 사용자("412" 또는 "413"에서 전송 전력을 할당받은 사용자) 또는 다른 사용자의 전송비트가 존재하면(420), 다시 "400"이하의 과정을 수행한다.
일반적인 다중 사용자 OFDM 시스템에서의 전체 데이터 율(R)은 다음의 [수학식 5]와 같이 표현된다. 여기서, 각 사용자와 각 부반송파의 전송전력을 적응형으 로 바꿈으로써 전체 데이터 율을 최대화할 수 있다.
Figure 112006023391031-pat00018
여기서, K, M은 각각 사용자 수와 부반송파 수를 의미하고, Nk ,m은 k번째 사용자의 m번째 부반송파에서 전송되는 최대의 비트 수를 의미하며, B는 전체 대역폭을 의미하고,
Figure 112006023391031-pat00019
은 k번째 사용자의 m번째 부반송파에서 평균 SNR을 의미하고, Γ는 요구되는 타켓 비트오율(BER)을 의미한다. 그리고, T는 심볼 주기를 나타낸다.
다음으로, 유한한 전체 전송전력(
Figure 112006023391031-pat00020
)은 [수학식 6]과 같이 표현된다.
Figure 112006023391031-pat00021
여기서, Sk ,m은 k번째 사용자의 m번째 부반송파에 할당된 전력을 나타낸다.
상술한 바와 같은 본 발명의 방법은 프로그램으로 구현되어 컴퓨터로 읽을 수 있는 형태로 기록매체(씨디롬, 램, 롬, 플로피 디스크, 하드 디스크, 광자기 디스크 등)에 저장될 수 있다. 이러한 과정은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있으므로 더 이상 상세히 설명하지 않기로 한다.
이상에서 설명한 본 발명은, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하므로 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니다.
상기와 같은 본 발명은, 무선 자원관리 측면에서 OFDM을 적용한 위성 또는 이동통신 시스템의 다중사용자 환경에서 유한한 전송전력의 자원을 효율적으로 관리하고, 셀 가장자리의 데이터율을 높이면서 동시에 계산적 부담(burden)을 줄이는 효과가 있다.
즉, 본 발명은, 깊은 페이딩을 겪는 부반송파들은 Water-fill power allocation 알고리즘으로 정확한 송신전력을 계산하여 할당하고, 채널이득이 좋은 부반송파들은 기존의 채널이득보다 더 전력을 낮추면서 동시에 보다 간단한 기법인 Equal-power allocation 알고리즘으로 유한한 송신전력의 자원을 최소한으로 사용하면서도 높은 데이터 율을 유지할 수 있게 하는 효과가 있다.

Claims (5)

  1. 다중사용자 OFDM 시스템에서의 적응적 전송전력 할당 방법에 있어서,
    특정시점에 각 사용자들에 대하여 소정의 비트구간 동안의 채널이득을 구한 후, 좋은 채널이득을 가지는 다수의 사용자 중에서 가장 먼 거리에 위치한 사용자에게 가용성이 있는 부반송파 전부를 할당하는 부반송파 할당 단계;
    상기 부반송파 할당 단계에서 부반송파를 할당받은 사용자의 채널이득을 소정의 초기 임계치와 비교하는 비교 단계;
    상기 비교 단계의 비교결과, 상기 채널이득이 상기 초기 임계치 이상이면, 균등 전력 할당(Equal-power allocation) 알고리즘을 이용하여 상기 부반송파 할당 단계에서 할당된 각각의 부반송파에 대하여 균등하게 전송전력을 할당하는 균등 전력할당 단계; 및
    상기 비교 단계의 비교결과, 상기 채널이득이 상기 초기 임계치보다 작으면, 워터 필링 전력 할당(Water-filling power allocation) 알고리즘을 이용하여 상기 부반송파 할당 단계에서 할당된 각각의 부반송파에 대하여 전송전력을 할당하는 워터필링 전력할당 단계
    를 포함하는 다중사용자 OFDM 시스템에서의 적응적 전송전력 할당 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 균등 전력할당 단계 또는 상기 워터필링 전력할당 단계에서의 전력할당에 대한 정보를 해당 사용자의 단말기로 전송하는 전력할당정보 전송 단계
    를 더 포함하는 다중사용자 OFDM 시스템에서의 적응적 전송전력 할당 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 초기 임계치는,
    워터 필링 전력 할당(Water-filling power allocation) 알고리즘을 이용하여 결정되는 것을 특징으로 하는 다중사용자 OFDM 시스템에서의 적응적 전송전력 할당 방법.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 부반송파 할당 단계는,
    특정시점에 각 사용자들에 대하여 소정의 비트구간 동안의 채널이득을 구하여, 좋은 채널이득을 가지는 두 명의 사용자를 선정하는 사용자 선정 단계; 및
    상기 사용자 선정 단계에서 선정된 두 명의 사용자 중에서 위성 또는 기지국으로부터 가장 먼 거리에 있는 사용자에게 가용성이 있는 부반송파 전부를 할당하는 할당 단계
    를 포함하는 다중사용자 OFDM 시스템에서의 적응적 전송전력 할당 방법.
  5. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 부반송파 할당 단계는,
    특정시점에 각 사용자들에 대하여 소정의 비트구간 동안의 채널이득을 구하여, 좋은 채널이득을 가지는 두 명의 사용자를 선정하는 사용자 선정 단계;
    기저장되어 있는 채널이득이 좋은 후보사용자가 존재하는지를 확인하는 후보사용자 확인 단계;
    상기 후보사용자 확인 단계에서의 확인 결과, 후보사용자가 있으면, 상기 사용자 선정 단계에서 선정된 사용자와 상기 후보사용자 중에서 위성 또는 기지국으로부터 가장 먼 거리에 있는 사용자에게 가용성이 있는 부반송파 전부를 할당하고, 부반송파 할당에서 제외된 사용자 중에서 채널이득이 더 좋은 사용자를 새로운 후보사용자로 결정하여 저장하는 단계; 및
    상기 후보사용자 확인 단계에서의 확인 결과, 다른 후보사용자가 없으면, 상기 사용자 선정 단계에서 선정된 두명의 사용자 중에서 위성 또는 기지국으로부터 가장 먼 거리에 있는 사용자에게 가용성이 있는 부반송파 전부를 할당하고, 부반송파 할당에서 제외된 사용자 중에서 채널이득이 더 좋은 사용자를 새로운 후보사용자로 결정하여 저장하는 단계
    를 포함하는 다중사용자 OFDM 시스템에서의 적응적 전송전력 할당 방법.
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