KR100726334B1 - Apparatus and method for maximize the transmitted efficiency of the bi-user sub-channel allocation of ofdma system - Google Patents

Apparatus and method for maximize the transmitted efficiency of the bi-user sub-channel allocation of ofdma system Download PDF

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고상준
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인하대학교 산학협력단
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Abstract

본 발명은 OFDMA 시스템의 사용자간 전송효율 최대화를 고려한 서브 채널 할당 장치 및 방법을 제공하는 것으로, 본 발명의 서브 채널 할당 방법은, 공평성에 의해 할당받을 순서가 된 특정 사용자의 서브 채널 중 최적의 데이터율을 보장하는 복수개의 서브 채널이 존재하는 경우 할당받을 순서인 특정 사용자의 복수 개 서브 채널들이 각각 다른 사용자들에게 보장할 수 있는 데이터율을 계산하는 제 1 단계; 상기 계산된 결과를 이용하여 다른 사용자들에게 충분한 데이터율을 보장하지 못하는 순서대로 현재 할당받을 순서의 사용자에게 할당될 서브 채널 순위를 결정하는 제 2 단계; 및 현재 서브 채널을 할당받을 순서의 사용자의 복수 개 서브 채널 중 상기 정해진 순위가 가장 높은 특정 서브 채널을 할당하는 제 3 단계;를 수행함에 의해 달성될 수 있다.The present invention provides an apparatus and method for allocating a subchannel in consideration of maximizing transmission efficiency between users of an OFDMA system. The subchannel allocation method of the present invention provides optimal data among subchannels of a specific user, which are allocated in order of fairness. Calculating a data rate at which a plurality of subchannels of a specific user, which is an order to be allocated, can be guaranteed to other users, when there are a plurality of subchannels guaranteeing a rate; A second step of determining a subchannel rank to be allocated to a user currently assigned in an order which does not guarantee sufficient data rate to other users by using the calculated result; And a third step of allocating a specific subchannel having the highest predetermined rank among a plurality of subchannels of a user currently allocated to the subchannel.

OFDMA, 서브 채널 할당, 데이터율, 사용자간 채널 상황 고려 Consider OFDMA, subchannel allocation, data rate, channel situation between users

Description

OFDMA 시스템의 사용자간 전송효율 최대화를 고려한 서브 채널 할당 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR MAXIMIZE THE TRANSMITTED EFFICIENCY OF THE BI-USER SUB-CHANNEL ALLOCATION OF OFDMA SYSTEM} Sub-channel allocation apparatus and method considering maximizing transmission efficiency between users of OPDMMA system {APPARATUS AND METHOD FOR MAXIMIZE THE TRANSMITTED EFFICIENCY OF THE BI-USER SUB-CHANNEL ALLOCATION OF OFDMA SYSTEM}

도 1은 종래의 서브 채널 할당 기법인 BABS 알고리즘을 나타낸 도.1 illustrates a BABS algorithm, which is a conventional subchannel allocation technique.

도 2는 종래의 서브 채널 할당 기법인 ACG 알고리즘을 나타낸 도.2 illustrates an ACG algorithm, which is a conventional subchannel allocation technique.

도 3은 종래의 서브 채널 할당 기법인 BABS + ACG 알고리즘에 의한 사용자별 서브 채널 할당 결과를 나타낸 도.3 is a diagram illustrating a user-specific subchannel allocation result by a BABS + ACG algorithm, which is a conventional subchannel allocation technique.

도 4는 종래의 서브 채널 할당 기법인 향상된 ACG 알고리즘을 나타낸 도.4 illustrates an enhanced ACG algorithm, which is a conventional subchannel allocation technique.

도 5는 종래의 서브 채널 할당 기법인 BABS + 향상된 ACG 알고리즘에 의한 사용자별 서브 채널 할당 결과를 나타낸 도.FIG. 5 is a diagram illustrating a user-specific subchannel allocation result by BABS + an improved ACG algorithm, which is a conventional subchannel allocation technique. FIG.

도 6은 종래의 서브 채널 할당 기법인 SSA 알고리즘을 나타낸 도.6 illustrates an SSA algorithm that is a conventional subchannel allocation scheme.

도 7은 종래의 서브 채널 할당 기법인 SSA 알고리즘에 의한 사용자별 서브 채널 할당 결과를 나타낸 도.FIG. 7 is a diagram illustrating a user-specific subchannel allocation result by the SSA algorithm, which is a conventional subchannel allocation technique. FIG.

도 8은 본 발명을 구현하기 위한 OFDMA 시스템의 사용자간 전송효율 최대화를 고려한 서브 채널 할당 장치의 개략 구성도.8 is a schematic block diagram of an apparatus for allocating a subchannel in consideration of maximizing transmission efficiency between users in an OFDMA system for implementing the present invention.

도 9는 본 발명에 따른 서브 채널 할당 기법이 적용되는 기본 단위인 섹터 및 2-Tier 셀 구조를 나타낸 도.9 illustrates a sector and a 2-tier cell structure which are basic units to which a subchannel allocation scheme according to the present invention is applied.

도 10은 본 발명에 따른 서브 채널 할당 기법을 적용하기 위한 무선 자원 구조를 나타낸 도.10 illustrates a radio resource structure for applying a subchannel allocation scheme according to the present invention.

도 11은 본 발명에 따른 서브 채널 할당 기법을 적용하기 위한 대상 시스템의 기본적인 파라미터를 나타낸 도.11 illustrates basic parameters of a target system for applying a subchannel allocation scheme according to the present invention.

도 12는 본 발명에 따른 서브 채널 할당 기법인 ASA 알고리즘을 나타낸 도.12 illustrates an ASA algorithm, which is a subchannel allocation scheme according to the present invention.

도 13은 본 발명의 동작 흐름도.13 is an operational flowchart of the present invention.

도 14는 본 발명에 따른 서브 채널 할당 기법인 ASA 알고리즘에 의한 사용자별 서브 채널 할당 결과를 나타낸 도.14 is a diagram illustrating a user-specific subchannel allocation result by the ASA algorithm, which is a subchannel allocation scheme according to the present invention.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for the main parts of the drawings>

111 : CRC 삽입기 113 : 인코더111: CRC inserter 113: encoder

115 : 심벌 매핑기 117 : 서브 채널 할당기115: symbol mapper 117: sub-channel allocator

119 : 직렬/병렬 변환기 121 : 파일럿 심벌 삽입기119: serial / parallel converter 121: pilot symbol inserter

123 : IFFT 변환기 125 : 병렬/직렬 변환기123: IFFT Converter 125: Parallel / Serial Converter

127 : 보호 구간 삽입기 129 : D/A변환기127: protection interval inserter 129: D / A converter

131 : 무선 주파수 처리기131: Radio Frequency Processor

본 발명은 OFDMA(Orthogonal Frequency Division Multiple Access) 시스템에 관한 것으로, 특히 한 사용자내에 동일한 SINR을 가지는 서브 채널이 존재할 경우 모든 사용자간의 상황을 파악하여 최적의 서브 채널을 할당할 수 있도록 하는 OFDMA 시스템의 사용자간 전송효율 최대화를 고려한 서브 채널 할당 장치 및 방법에 관한 것이다.The present invention relates to an Orthogonal Frequency Division Multiple Access (OFDMA) system. In particular, when a subchannel having the same SINR exists in one user, the user of the OFDMA system can identify the situation among all users and allocate an optimal subchannel. The present invention relates to an apparatus and method for allocating subchannels considering maximization of inter-transmission efficiency.

무선 환경에서 이동성이 보장되며 고속의 전송이 가능한 새로운 서비스에 대한 필요성이 대두되고 있다. 이러한 필요성에 따라 국내에서는 2.3GHz 대역의 휴대 인터넷 서비스와 이동 고속 무선 패킷 데이터 MBWA(Mobile Broadband Wireless Access) 서비스를 위한 기술 개발 및 표준화 작업이 진행 중이다. There is a need for a new service that guarantees mobility in a wireless environment and enables high-speed transmission. In accordance with this need, technology development and standardization for mobile Internet service in the 2.3 GHz band and mobile high-speed wireless packet data MBWA (Mobile Broadband Wireless Access) service is in progress.

OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing) 방식은 높은 전송 효율과 간단한 채널 등화 방식 때문에 가장 주목받는 기술 중의 하나이다.Orthogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM) is one of the most popular technologies because of its high transmission efficiency and simple channel equalization.

이동성이 고려되는 셀룰러 환경에서 OFDM 다중 접속 기반 시스템의 성능을 결정하는 중요한 특성중의 하나가 주파수 재사용 효율(Frequency Reuse Factor)이다. One of the important characteristics that determines the performance of an OFDM multiple access based system in a cellular environment where mobility is considered is frequency reuse factor.

주파수 재사용률을 1로 할 경우, 기지국이 모든 무선 자원을 사용할 수 있기 때문에 기지국의 쓰루풋(Throughput) 측면에서 가장 이상적이라고 할 수 있으나, 주파수 재사용률을 1로 선정함에 따라 셀 간 간섭에 의한 심각한 성능 열화가 발생한다. If the frequency reuse rate is set to 1, the base station can use all the radio resources, which is the most ideal in terms of throughput of the base station.However, when the frequency reuse rate is set to 1, severe performance due to inter-cell interference is achieved. Deterioration occurs.

따라서 셀 간 간섭으로 인한 성능 열화 문제를 해결하여 주파수 재사용율 1을 구현하기 위하여, Flarion 사에서 개발한 Flash-OFDM 시스템은 OFDM의 서브 캐 리어를 일정한 패턴으로 변경시키는 주파수 호핑 방식을 사용하고, LDPC(Low Density Parity Check) 채널 부호를 이용하여 셀 간 간섭에 의한 성능 열화를 최대한 방지하는 방식을 사용한다. Therefore, in order to solve the performance degradation problem caused by the inter-cell interference and implement the frequency reuse rate 1, the Flash-OFDM system developed by Flarion uses a frequency hopping scheme that changes the subcarrier of the OFDM to a certain pattern. (Low Density Parity Check) This method uses the channel code to prevent the performance degradation caused by the inter-cell interference as much as possible.

이외에 주파수 재사용율 1을 구현하기 위하여 인접 셀과 부반송파의 충돌을 줄이기 위하여 부반송파를 랜덤하게 천공하는 방식 등이 연구되고 있다. In addition, in order to reduce frequency collision between adjacent cells and subcarriers in order to implement frequency reuse rate 1, a method of randomly puncturing subcarriers has been studied.

그러나 주파수 재사용률을 1로 유지하는 시스템의 경우, 트래픽의 부하가 늘어남에 따라 셀 간 간섭으로 인하여 채널 조건이 열악한 셀 경계에서의 성능 열화가 예상된다. However, in a system that maintains a frequency reuse rate of 1, as the traffic load increases, performance degradation at the cell boundary with poor channel conditions is expected due to intercell interference.

따라서 셀 간 간섭을 줄이고 주파수 효율의 향상뿐 아니라 셀 경계와 같이 채널 조건이 열악한 지역에 위치한 사용자의 성능을 보장하기 위한 방법으로서 제한된 주파수 자원을 효과적으로 이용하기 위한 무선 자원 할당 방식에 대한 관심이 높아지고 있으며, 활발히 연구되고 있다. Therefore, there is a growing interest in radio resource allocation to effectively use limited frequency resources as a way to reduce inter-cell interference and improve frequency efficiency, as well as to ensure the performance of users located in regions with poor channel conditions such as cell boundaries. It is actively being studied.

만약, 채널이 안정적(Stationary)이고 사용자의 채널 응답을 송신단에서 정확히 안다고 가정하면, 워터-필링(Water-Filling)과 적응 변조(Adaptive Modulation) 기법을 결합한 방식이 최적인 것으로 알려져 있다. If it is assumed that the channel is stationary and the user's channel response is accurately known at the transmitter, a method combining water-filling and adaptive modulation is known to be optimal.

그러나 워터-필링 방식은 단일 사용자(Single User) 시스템이거나 고정적인 자원 할당을 지원하는 다중 사용자(Multi-User) 시스템에서만 주로 연구되어 왔는데, 예를 들면 TDMA나 FDMA를 사용하는 시스템은 각각의 사용자들을 위하여 일정 시간 슬롯이나 주파수 채널을 할당한 다음, 각각의 사용자들이 가지고 있는 채널에 대하여 적응 변조 방식을 적용하였다. However, the water-filling method has been mainly studied only in a single user system or a multi-user system that supports fixed resource allocation. For example, a system using TDMA or FDMA uses each user. After allocating a certain time slot or frequency channel, an adaptive modulation scheme is applied to each user's channel.

그러나 위와 같은 고정적인 자원 할당에 기반을 두고 적응 변조방식을 적용하는 다중 사용자 OFDM 방식으로는 실제 시스템이 제공할 수 있는 최적인 자원 할당을 할 수 없다. 그 이유는 주파수 선택적 채널(Frequency Selective Channel)의 특성상 딥 페이딩(Deep Fading)을 겪게 되는 서브 채널이나, 전력을 많이 할당하기 어려운 서브 채널들이 존재하여 워터-필링 알고리즘을 적용하면 사용되지 않는 채널들은 많이 존재하기 때문이다. However, the multi-user OFDM scheme using the adaptive resource allocation based on the above fixed resource allocation cannot provide the optimal resource allocation that the real system can provide. The reason is that due to the nature of the frequency selective channel (Frequency Selective Channel), there are subchannels that undergo deep fading or subchannels that are difficult to allocate a lot of power. Because it exists.

그러나 한 사용자에게 딥 페이딩으로 보이는 채널이 다른 사용자에게는 딥 페이딩 채널이 아닐 수 있으며, 일반적으로 사용자의 수가 늘어나게 되면, OFDM을 구성하고 있는 각각의 서브 채널이 모든 사용자에게 딥 페이딩 채널일 확률이 점점 더 줄어들게 된다. However, a channel that appears to be deep fading to one user may not be a deep fading channel to another user, and in general, as the number of users increases, it is increasingly likely that each subchannel constituting OFDM is a deep fading channel to all users. Will be reduced.

즉, 사용자의 수가 늘어나면 늘어날수록 독립적인 채널을 겪게 됨에 따라 다중 사용자 다이버시티 이득(Multi-User Diversity Gain)을 얻을 수 있다. In other words, as the number of users increases, the user experiences an independent channel, thereby obtaining a multi-user diversity gain.

따라서 모든 사용자의 채널 정보를 기준으로 각각의 사용자에게 상대적으로 좋은 채널을 선택적으로 할당하고, 그러한 채널들을 사용하여 적응 변조방식을 적용함으로써 시스템의 전송 효율을 높일 수 있는 방안들이 모색되고 있으며, 이러한 종래의 서브 채널 할당 기법들에 대하여 살펴본다.Accordingly, methods for increasing the transmission efficiency of the system have been sought by selectively allocating relatively good channels to each user based on channel information of all users, and applying an adaptive modulation scheme using such channels. The subchannel allocation schemes of hereinafter will be described.

도 1은 기존의 자원 할당 기법중 하나인 BABS(Bandwidth Assignment Based on SNR) 알고리즘(Kivanc D. Guoqing Li, and Hui Liu, "Computationally Efficient Bandwidth Allocation and Power Control for OFDMA", IEEE, Transaction, vol. 2, pp.1150-1158, Nov. 2003.)을 나타낸 것이다. 1 is a bandwidth allocation based on SNR (BABS) algorithm (Kivanc D. Guoqing Li, and Hui Liu, "Computationally Efficient Bandwidth Allocation and Power Control for OFDMA", IEEE, Transaction, vol. , pp. 1150-1158, Nov. 2003.).

BABS 알고리즘은 우선 k번째 사용자가 요구하는 데이터율 Rk를 정한다. 그 후 각 사용자로부터 피드백 받은 전 서브 채널의 평균 SINR값을 이용하여 현재 채널 상황에서 하나의 서브 채널이 제공할 수 있는 데이터율 Rmax를 구해 각 사용자가 요구하는 데이터율을 만족시켜줄 수 있는 서브 채널 수 mk(= Rk / Rmax)를 구한다. The BABS algorithm first determines the data rate R k required by the k th user. After that, the average SINR value of all subchannels fed back from each user is used to obtain the data rate R max that one subchannel can provide in the current channel situation, and to satisfy the data rate required by each user. Find the number m k (= R k / R max ).

이때, 만약 각 사용자에게 할당된 서브 채널수 mk(k : 1~K)의 총합이 전체 서브 채널수를 넘을 경우 가장 적은 서브 채널을 할당 받은 사용자의 서브 채널 개수를 mk의 총합이 전체 서브 채널수를 넘지 않을 때까지 하나씩 취소시킨다. At this time, if the total number of subchannels m k (k: 1 ~ K) allocated to each user exceeds the total number of subchannels, the total number of subchannels of the users who are assigned the smallest subchannels is the total number of m k . Cancel one by one until the number of channels is not exceeded.

또한, 만약 각 사용자에게 할당된 서브 채널수 mk(k : 1~K)의 총합이 전체 서브 채널수보다 적을 경우, 가장 적은 전력 Gk의 추가로 서브 채널을 하나 더 할당할 수 있는 사용자에게 mk의 총합이 전체 서브 채널수와 동일해질 때까지 추가로 할당한다. 이런 일련의 BABS 알고리즘 과정을 통해 각 사용자에게 할당되어질 서브 채널수를 구한다. In addition, if the sum of the number of subchannels m k (k: 1 to K) allocated to each user is less than the total number of subchannels, the user who can allocate one more subchannel with the addition of the least power G k . Further allocation is performed until the sum of m k is equal to the total number of subchannels. Through this series of BABS algorithms, the number of subchannels to be allocated to each user is obtained.

도 2는 기존의 서브 채널 할당 기법중 하나인 ACG(Amplitude Craving Greedy) 알고리즘((Kivanc D. Guoqing Li, and Hui Liu, "Computationally Efficient Bandwidth Allocation and Power Control for OFDMA", IEEE, Transaction, vol. 2, pp.1150-1158, Nov. 2003.)을 나타낸 것으로, 우선 기지국은 첫 번째 서브 채널에서 가장 높은 데이터율을 보장받을 수 있는 사용자에게 첫 번째 서브 채널을 할당한다. FIG. 2 shows an Amplitude Craving Greedy (ACG) algorithm (Kivanc D. Guoqing Li, and Hui Liu, "Computationally Efficient Bandwidth Allocation and Power Control for OFDMA," IEEE, Transaction, vol. , pp.1150-1158, Nov. 2003.), the base station first assigns the first subchannel to a user who can guarantee the highest data rate in the first subchannel.

그 후 두 번째 서브 채널에서 가장 높은 데이터율을 보장받을 수 있는 사용자 k*에게 할당을 하고 계속 순차적으로 마지막 서브 채널까지 사용자들에게 할당을 하게 된다. Thereafter, the second subchannel is allocated to the user k * , which is guaranteed the highest data rate, and sequentially assigned to the last subchannel.

만약, 할당을 진행하는 과정중간에 j번째 사용자가 BABS 알고리즘을 통해 j번째 사용자에게 할당될 서브 채널 개수 mj를 만족하는 순간 더 이상 j번째 사용자에게 서브 채널을 할당하지 않도록 j번째 사용자의 남은 모든 서브 채널의 보장 가능 데이터율을 "0"으로 초기화 시킨다. 최종적으로 사용자가 요구하는 데이터율을 만족 못한 사용자는 아웃티지(Outage)가 된다.If the j-th user satisfies the number of subchannels m j to be allocated to the j-th user through the BABS algorithm during the allocation process, the remaining j-th user of the j-th user is no longer allocated to the j-th user. Initialize the guaranteeable data rate of the sub channel to "0". Finally, the user who does not meet the data rate required by the user becomes outage.

ACG 알고리즘은 첫 번째 서브 채널부터 마지막 서브 채널까지 순차적으로 사용자에게 할당해주기 때문에 시스템의 복잡도가 적다는 장점이 있지만, 전체적인 시스템의 쓰루풋이 낮다는 단점이 있다. The ACG algorithm has the advantage that the complexity of the system is small because it is sequentially assigned to the user from the first subchannel to the last subchannel, but has a disadvantage of low throughput of the overall system.

도 3은 BABS 알고리즘을 통한 사용자별 할당 서브 채널수를 정한다음 ACG 알고리즘을 통해 각 사용자에게 서브 채널을 할당한 결과를 나타내고 있다. Figure 3 shows the result of assigning the number of sub-channels for each user through the BABS algorithm, and then assigning sub-channels to each user through the ACG algorithm.

도 3에서 나타낸 각 사용자의 각 서브 채널별 값은 사용자가 할당받은 서브 채널의 SINR값을 통해 계산된 데이터율을 나타낸다. 이의 할당 순서는 다음과 같다. Each subchannel value of each user illustrated in FIG. 3 represents a data rate calculated through the SINR value of the subchannel allocated to the user. The order of assignment is as follows.

먼저, 처음 서브 채널에서 가장 높은 데이터율을 획득할 수 있는 두 번째 사용자에게 첫 번째 서브 채널을 할당한다. First, the first subchannel is allocated to a second user who can obtain the highest data rate in the first subchannel.

다음 두 번째 서브 채널에서 가장 높은 데이터율을 획득할 수 있는 네 번째 사용자에게 두 번째 서브 채널을 할당한다. 이상과 같이 여덟 번째 서브 채널까지 사용자에게 할당한다. 도 3에서 Acquired Datarate은 전체 시스템 측면에서의 전체 데이터율(Total Datarate)이다.The second subchannel is allocated to the fourth user who can obtain the highest data rate in the next second subchannel. As mentioned above, up to the eighth sub-channel is allocated to the user. In FIG. 3, Acquired Datarate is the total data rate in terms of the overall system.

도 4는 기존의 서브 채널 할당 기법중 하나인 향상된 ACG(Improved Amplitude Craving Greedy) 알고리즘(Li Zhen, Zhu G. Wang W. Song Junde, "Improved Algorithm of Multiuser Dynamic Subcarrier Allocation in OFDMA System", Proceedings of ICCT, 2003.)을 나타내고 있다. 4 is an improved Improved Amplitude Craving Greedy (ACG) Algorithm (Li Zhen, Zhu G. Wang W. Song Junde, "Improved Algorithm of Multiuser Dynamic Subcarrier Allocation in OFDMA System", Proceedings of ICCT) , 2003.).

우선, 기지국은 모든 사용자의 모든 서브 채널 중에서 가장 높은 데이터율을 보장받을 수 있는 사용자 k*와 서브 채널 n*를 찾는다. First, the base station finds the user k * and the subchannel n * that can guarantee the highest data rate among all the subchannels of all users.

만약, k번째 사용자의 i번째 서브 채널이 전체에서 가장 높은 데이터율을 보장한다면, k번째 사용자에게 i번째 서브 채널을 할당하고 다른 사용자의 i번째 서브 채널의 보장 가능 데이터율을 "-1"로 초기화시킴으로서 i번째 서브 채널이 더 이상 다른 사용자에게 할당되지 않도록 한다.If the i th subchannel of the k th user guarantees the highest data rate in the whole, assign the i th sub channel to the k th user and set the guaranteeable data rate of the i th sub channel of the other user to "-1". By initializing, the i-th subchannel is no longer assigned to other users.

그 후 계속 같은 과정으로 사용자들에게 서브 채널을 할당하는 과정중간에 만약 k번째 사용자가 BABS 알고리즘을 통해 k번째 사용자에게 할당될 서브 채널 개수 mk를 만족하는 순간 더 이상 k번째 사용자에게 서브 채널을 할당하지 않도록 k번째 사용자의 남은 모든 서브 채널의 보장 가능 데이터율을 "-1"로 초기화 시킨다. 최종적으로 사용자가 요구하는 데이터율을 만족 못한 사용자는 아웃티지(Outage)가 된다.After that, if the k-th user satisfies the number of subchannels m k to be allocated to the k-th user through the BABS algorithm, the subchannel is no longer assigned to the kth user. Initialize the guaranteeable data rate of all remaining subchannels of the k-th user to "-1" so as not to allocate. Finally, the user who does not meet the data rate required by the user becomes outage.

상기 향상된 ACG 알고리즘은 첫 번째 서브 채널부터 마지막 서브 채널까지 순차적으로 사용자에게 할당해주는 ACG 알고리즘에 비해 시스템의 복잡도가 높다는 단점이 있지만, 전체적인 시스템의 쓰루풋이 ACG 알고리즘에 비해 높다는 장점이 있다. The improved ACG algorithm has a disadvantage in that the complexity of the system is higher than that of the ACG algorithm, which is sequentially assigned to the user from the first subchannel to the last subchannel. However, the throughput of the overall system is higher than that of the ACG algorithm.

도 5는 BABS 알고리즘을 통한 사용자별 할당 서브 채널수를 정한 다음 향상된 ACG(Improved ACG) 알고리즘을 통해 각 사용자에게 서브 채널을 할당한 결과를 나타내고 있다. 5 shows the result of assigning subchannels to each user through an improved ACG algorithm after determining the number of allocated subchannels for each user through the BABS algorithm.

도 5에서 각 사용자의 각 서브 채널별 값은 사용자가 할당받은 서브 채널의 SINR값을 통해 계산된 데이터율을 나타낸다. 이의 할당 순서는 다음과 같다.In FIG. 5, each subchannel value of each user represents a data rate calculated through the SINR value of the subchannel allocated to the user. The order of assignment is as follows.

전체 서브 채널 중에서 가장 높은 데이터율을 획득 할 수 있는 첫 번째 사용자와 네 번째 사용자 중에서 첫 번째 사용자의 네 번째 서브 채널의 번호가 네 번째 사용자의 여덟 번째 서브 채널의 번호보다 빠르기 때문에, 첫 번째 사용자에게 네 번째 서브 채널을 할당한 후, 다른 사용자가 네 번째 서브 채널을 할당 받지 못하도록 전체 사용자의 네 번째 서브 채널의 데이터율을 "-1"로 만든다. The first user who can obtain the highest data rate among the total subchannels, and the first user of the fourth user, the number of the fourth subchannel of the first user is faster than the number of the eighth subchannel of the fourth user. After allocating the fourth subchannel, the data rate of the fourth subchannel of the entire user is set to "-1" so that no other user is allocated the fourth subchannel.

다음 네 번째 사용자의 여덟 번째 서브 채널이 전체 사용자의 전체 서브 채널 중에서 가장 높은 데이터율을 보장하기 때문에 네 번째 사용자에게 여덟 번째 서브 채널을 할당한 후 앞의 경우와 마찬가지로 전체 사용자의 여덟 번째 서브 채널의 데이터율을 "-1"로 만든다.Since the eighth subchannel of the next fourth user guarantees the highest data rate among the total subchannels of all users, after assigning the eighth subchannel to the fourth user, as in the previous case, Set the data rate to "-1".

이와 같이 서브 채널을 사용자에게 할당을 하는 중간에 BABS 알고리즘을 통해 정해진 수만큼 할당 받은 사용자는 더 이상 서브 채널을 할당 받지 않는다. 도 5에서 Acquired Datarate은 전체 시스템 측면에서의 전체 데이터율(Total Datarate)이다.In the middle of allocating the subchannels to the user, the user who is allocated the predetermined number through the BABS algorithm is no longer allocated the subchannels. In FIG. 5, Acquired Datarate is a total data rate in terms of the entire system.

도 6은 기존의 서브 채널 할당 기법중 하나인 SSA(Specific Subcarrier Allocation) 알고리즘을 나타내고 있다. SSA 알고리즘이 앞에서 언급한 ACG, 향상된 ACG 알고리즘과 다른 점은 BABS 알고리즘을 통한 사용자별 서브 채널 할당수를 정해주는 과정이 없다는 점이다. 즉, SSA 알고리즘은 제일 적은 데이터율을 할당받은 사용자에게 먼저 서브 채널을 할당해줌으로써 공평성(Fairness)을 제공하는 기법이다. 6 illustrates a specific subcarrier allocation (SSA) algorithm, which is one of conventional subchannel allocation techniques. The SSA algorithm differs from the above-mentioned ACG and enhanced ACG algorithms in that there is no process for determining the number of subchannel allocations per user through the BABS algorithm. In other words, the SSA algorithm provides fairness by allocating sub-channels first to users assigned the lowest data rates.

우선, 기지국은 가장 적은 데이터율을 할당 받은 사용자 k*를 찾는다. 그 후 k* 사용자의 서브 채널 중에서 가장 높은 데이터율을 보장할 수 있는 서브 채널 n*을 할당해준다. First, the base station finds the user k * assigned the lowest data rate. After that allows assignment of k * that will yield the highest data rate among the users of the sub-channel sub-channel n *.

만약, k* 사용자가 가장 적은 데이터율을 할당받았고, k* 사용자의 서브 채널 중에 n*서브 채널이 가장 높은 데이터율을 보장한다면, k*번째 사용자에게 n*번째 서브 채널을 할당해주고, k* 번째 사용자의 할당받은 서브 채널 집합 Ak*에다 n*를 넣어주고, 할당 가능한 서브 채널의 집합인 A에서 서브 채널 n*을 제외시킴으로써 n*번째 서브 채널이 더 이상 다른 사용자에게 할당되지 않도록 한다. 그 후 계속 같은 과정으로 사용자들에게 서브 채널을 할당하고, 최종적으로 요구하는 데이터율을 만족 못한 사용자는 아웃티지가 된다.If, k * user was assigned to the lowest data rate, if the n * subchannel in the k * user sub-channels ensures the highest data rate, k * haejugo assigning a second user n * th subchannel, k * The n * th subchannels are no longer allocated to other users by inserting n * into the assigned subchannel set A k * of the first user and excluding the subchannel n * from A, the set of assignable subchannels. Subsequently, subchannels are allocated to the users through the same process, and the user who does not meet the required data rate is outtage.

SSA 알고리즘은 BABS 알고리즘 과정이 없지만, 할당하는 과정에서 사용자의 공평성을 고려해야 하기 때문에 앞서 언급한 ACG, 향상된 ACG 알고리즘에 비해 시스템의 복잡도가 적지 않다. 전체적인 시스템의 쓰루풋은 ACG 알고리즘과 유사하고 향상된 ACG 알고리즘 보다는 낮다.Although the SSA algorithm does not have a BABS algorithm process, the system complexity is less than that of the aforementioned ACG and improved ACG algorithms because the fairness of the user must be considered in the assignment process. The throughput of the overall system is similar to the ACG algorithm and lower than the improved ACG algorithm.

도 7은 SSA 알고리즘을 통해 각 사용자에게 서브 채널을 할당한 결과를 나타내고 있다. 도 7에서 각 사용자의 각 서브 채널별 값은 사용자가 할당받은 서브 채널의 SINR(Signal to Interference and Noise Ratio) 값을 통해 계산된 데이터율을 나타낸다. 7 shows a result of allocating a subchannel to each user through the SSA algorithm. In FIG. 7, a value for each subchannel of each user represents a data rate calculated through a signal to interference and noise ratio (SINR) value of a subchannel allocated to a user.

전체 사용자가 모두 같은 데이터율을 요구하고 있다고 가정한다. 현재까지는 어느 사용자도 할당을 받지 않은 상태이기 때문에 첫 번째 사용자부터 차례대로 서브 채널을 할당한다. Assume that all users require the same data rate. Up to now, since no user is assigned, subchannels are allocated in order from the first user.

먼저, 첫 번째 사용자의 서브 채널 중 네 번째 서브 채널이 가장 높은 데이터율을 보장하기 때문에 첫 번째 사용자에게 네 번째 서브 채널을 할당해준 후, 다른 사용자들이 할당받을 수 있는 서브 채널의 후보에서 네 번째 서브 채널을 제외시킨다. First, because the fourth subchannel of the first user's subchannels guarantees the highest data rate, the fourth subchannel is allocated to the first user, and then the fourth subchannel of the subchannel candidates that other users can be allocated. Exclude the channel.

도 7에서는 데이터율을 "0"으로 바꿈으로써 후보에서 제외되었음을 나타내고 있다. 다음 두 번째 사용자의 서브 채널 중 가장 높은 데이터율을 보장할 수 있는 세 번째 서브 채널을 두 번째 사용자에게 할당한 후, 세 번째 서브 채널을 후보에서 제외한다. In Fig. 7, the data rate is changed to " 0 " to indicate that the candidate is excluded from the candidate. After assigning a third subchannel that can guarantee the highest data rate among the second user's subchannels to the second user, the third subchannel is excluded from the candidate.

다음 세 번째 사용자의 서브 채널 중 가장 높은 데이터율을 보장할 수 있는 두 번째 서브 채널을 세 번째 사용자에게 할당한 후, 두 번째 서브 채널을 후보에서 제외한다. 다음 네 번째 사용자의 서브 채널 중 가장 높은 데이터율을 보장할 수 있는 여덟 번째 서브 채널을 네 번째 사용자에게 할당한 후, 여덟 번째 서브 채널을 후보에서 제외한다. The second subchannel capable of guaranteeing the highest data rate among the next third user's subchannels is allocated to the third user, and then the second subchannel is excluded from the candidate. After assigning the eighth sub-channel capable of guaranteeing the highest data rate among the fourth user's sub-channels to the fourth user, the eighth sub-channel is excluded from the candidate.

이제부터는 각 사용자별 보장받은 데이터율이 다르기 때문에 가장 적은 데이터율을 받은 세 번째 사용자부터 할당을 시작하여 모든 서브 채널이 할당될 때까지 진행한다. Acquired Datarate은 전체 시스템 측면에서의 전체 데이터율(Total Datarate)이다. Since the guaranteed data rate for each user is different from now on, the third user with the lowest data rate starts the allocation and proceeds until all subchannels are allocated. Acquired Datarate is the total data rate in terms of the overall system.

이와 같이 종래의 서브 채널 할당 기법들은 사용자 내에 동일한 데이터율을 보장할 수 있는 서브 채널들이 존재할 경우, 그 중 어떤 서브 채널을 할당해야 하는 지 여부를 고려하지 않고, 서브 채널을 순차적으로 할당함으로써 다른 사용자에게 미치는 영향은 고려되지 않고 있다.As such, the conventional subchannel allocation schemes do not consider which subchannel should be allocated when there are subchannels capable of guaranteeing the same data rate in the user. The impact is not considered.

본 발명은 이러한 점을 감안한 것으로, 본 발명의 목적은 특정 사용자 내에 동일한 데이터율을 보장할 수 있는 서브 채널들이 존재하는 경우 다른 사용자에게 미치는 영향을 고려하여 서브 채널들을 할당함으로써 하향 링크의 쓰루풋 및 아웃티지 확률(Outage Probability)을 향상시킬 수 있도록 한 OFDMA 시스템의 사용자간 전송효율 최대화를 고려한 서브 채널 할당 장치 및 방법을 제공함에 있다.The present invention has been made in view of the above, and an object of the present invention is to provide throughput and outlink of downlink by allocating subchannels in consideration of the effect on other users when there are subchannels capable of guaranteeing the same data rate within a specific user. The present invention provides an apparatus and method for allocating subchannels in consideration of maximizing transmission efficiency between users of an OFDMA system to improve outage probability.

상기 본 발명의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 OFDMA 시스템의 사용자간 전송효율 최대화를 고려한 서브 채널 할당 장치는, OFDMA 시스템에서 서브 채널을 할당하는 장치에 있어서, 공평성에 의해 할당받을 순서가 된 특정 사용자의 서브 채널 중 최적의 동일한 데이터율을 보장하는 복수개의 서브 채널이 존재하는 경우 다른 사용자들이 자신에게 유리한 서브 채널을 많이 할당받을 수 있도록 서브 채널을 할당하는 서브 채널 할당수단; 송신할 데이터가 발생하면 상기 할당된 서브 채널을 통해 데이터를 송신하는 송신수단;을 포함하는 것을 특징으로 한다.In order to achieve the object of the present invention, an apparatus for allocating a subchannel in consideration of maximizing transmission efficiency between users of an OFDMA system according to the present invention is an apparatus for allocating subchannels in an OFDMA system. Sub-channel allocating means for allocating sub-channels so that other users can be allocated a lot of sub-channels that are advantageous to the user when there are a plurality of sub-channels guaranteeing the same data rate among the sub-channels of the user; And transmission means for transmitting data through the assigned subchannels when data to be transmitted is generated.

상기 서브 채널 할당수단은 상기 할당받을 순서인 특정 사용자의 복수 개 서브 채널들이 각각 다른 사용자들에게 보장할 수 있는 데이터율을 계산하며, 계산된 결과를 이용하여 다른 사용자들에게 충분한 데이터율을 보장하지 못하는 순서대로 현재 할당받을 순서의 사용자에게 할당될 서브 채널 순위를 결정하여, 순위가 가장 높은 특정 서브 채널을 상기 할당받을 순서가 된 특정 사용자에게 할당하도록 됨이 바람직하다.The sub-channel allocating means calculates a data rate that a plurality of sub-channels of a specific user in the order of allocation can guarantee each other user, and does not guarantee a sufficient data rate to other users by using the calculated result. It is preferable to determine the subchannel rank to be allocated to the users in the current allocation order in an unsuccessful order, so that the specific subchannel having the highest ranking is assigned to the specific users in the order to be allocated.

상기 본 발명의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 OFDMA 시스템의 사용자간 전송효율 최대화를 고려한 서브 채널 할당 방법은, OFDMA 시스템에서 공평성에 의해 할당받을 순서가 된 특정 사용자의 서브 채널 중 최적의 데이터율을 보장하는 복수개의 서브 채널이 존재하는 경우의 서브 채널 할당 방법에 있어서, 할당받을 순서인 특정 사용자의 복수 개 서브 채널들이 각각 다른 사용자들에게 보장할 수 있는 데이터율을 계산하는 제 1 단계; 상기 계산된 결과를 이용하여 다른 사용자들에게 충분한 데이터율을 보장하지 못하는 순서대로 현재 할당받을 순서의 사용자에게 할당될 서브 채널 순위를 결정하는 제 2 단계; 및 현재 서브 채널을 할당받을 순서의 사용자의 복수 개 서브 채널 중 상기 정해진 순위가 가장 높은 특정 서브 채널을 할당하는 제 3 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.In order to achieve the object of the present invention, a subchannel allocation method in consideration of maximizing transmission efficiency between users of an OFDMA system according to the present invention, an optimal data rate among subchannels of a specific user ordered by fairness in an OFDMA system A method for allocating subchannels when there are a plurality of subchannels for guaranteeing the data, the method comprising: a first step of calculating a data rate at which a plurality of subchannels of a specific user, which is an order to be allocated, can guarantee to each other user; A second step of determining a subchannel rank to be allocated to a user currently assigned in an order which does not guarantee sufficient data rate to other users by using the calculated result; And a third step of allocating a specific subchannel having the highest predetermined rank among a plurality of subchannels of a user currently allocated to the subchannel.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명한다. 단, 하기 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐 본 발명의 내용이 하기 실시 예에 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. However, the following examples are merely to illustrate the invention is not limited to the contents of the present invention.

도 8은 본 발명을 구현하기 위한 OFDMA 이동통신 시스템의 송신기의 구조를 개략적으로 나타낸 것이다.8 schematically illustrates a structure of a transmitter of an OFDMA mobile communication system for implementing the present invention.

도시한 바와 같이, CRC(Cyclick Redundancy Check) 삽입기(CRC inserter)(111), 인코더(encoder)(113), 심벌 매핑기(symbol mapper)(115), 서브 채널 할당기(sub-channel allocator)(117), 직렬/병렬 변환기(serial to parallel converter)(119), 파일럿 심벌 삽입기(pilot symbol inserter)(121), 역고속 푸리에 변환(IFFT: Inverse Fast Fourier Transform, 이하 "IFFT"라 칭한다)기(123), 병렬/직렬 변환기(parallel to serial converter)(125), 보호 구간 삽입기(guard interval inserter)(127), D/A변환기(digital to analog converter)(129), 무선 주파수(RF: Radio Frequency, 이하 "RF"라 칭한다)처리기(processor)(131)로 구성된다.As shown, a Cyclick Redundancy Check (CRC) inserter (111), an encoder (113), a symbol mapper (115), a sub-channel allocator 117, a serial to parallel converter 119, a pilot symbol inserter 121, an Inverse Fast Fourier Transform (IFFT), hereinafter referred to as "IFFT" 123, parallel to serial converter 125, guard interval inserter 127, digital to analog converter 129, radio frequency (RF) Radio frequency, hereinafter referred to as " RF ".

이러한 구성에서 전송하고자 하는 사용자 데이터 비트(user data bits) 및 제어 데이터비트(control data bits)가 발생하면, 상기 사용자 데이터 비트 및 제어 데이터 비트는 상기 CRC 삽입기(111)로 입력된다. 여기서, 상기 사용자 데이터 비트 및 제어 데이터 비트를 "정보 데이터 비트(information data bits)"라고 칭하기로 한다.When user data bits and control data bits to be transmitted in this configuration are generated, the user data bits and the control data bits are input to the CRC inserter 111. Here, the user data bits and the control data bits will be referred to as "information data bits".

상기 CRC 삽입기(111)는 정보 데이터 비트가 입력되면 이에 CRC 비트를 삽입한 후, 인코더(113)로 출력한다. 상기 인코더(113)는 CRC 삽입기(111)에서 출력된 신호를 미리 설정되어 있는 설정 코딩(coding) 방식으로 코딩한 후, 심벌 매핑기(115)로 출력한다.When the information data bit is input, the CRC inserter 111 inserts the CRC bit therein and outputs the CRC bit to the encoder 113. The encoder 113 codes the signal output from the CRC inserter 111 by using a preset coding scheme, and then outputs the signal to the symbol mapper 115.

여기서, 상기 코딩 방식은 소정 코딩 레이트(coding rate)를 가지는 터보 코딩(turbo coding) 방식 혹은 컨벌루셔널 코딩(convolutional coding) 방식 등이 될 수 있다.Here, the coding scheme may be a turbo coding scheme or a convolutional coding scheme having a predetermined coding rate.

상기 심벌 매핑기(115)는 인코더(113)에서 출력된 코딩된 비트(coded bits)를 미리 설정되어 있는 설정 변조 방식으로 변조하여 변조 심벌로 생성한 후, 서브 채널 할당기(117)로 출력한다. 여기서, 상기 변조 방식은 QPSK(Quadrature Phase Shift Keying) 방식, QAM(Quadrature Amplitude Modulation) 방식, 16QAM 방식 등이 있다. The symbol mapper 115 modulates the coded bits output from the encoder 113 by using a preset modulation scheme to generate a modulated symbol, and then outputs the modulated symbols to the sub-channel allocator 117. . Here, the modulation scheme may be a Quadrature Phase Shift Keying (QPSK) scheme, a Quadrature Amplitude Modulation (QAM) scheme, a 16QAM scheme, or the like.

상기 서브 채널 할당기(117)는 심벌 매핑기(115)로부터 입력된 변조 심벌들에 서브 채널을 할당한 후, 직렬/병렬 변환기(119)로 출력한다. 여기서, 상기 서브 채널 할당기(117)의 서브 채널 할당 동작은 본 발명에서 제안하는 서브 채널 할당 방식에 상응하게 수행되며, 본 발명에서 제안하는 서브 채널 할당 방식은 하기에서 설명할 것이므로 여기서는 그 상세한 설명을 생략하기로 한다.The subchannel allocator 117 allocates a subchannel to the modulation symbols input from the symbol mapper 115 and outputs the subchannel to the serial / parallel converter 119. Here, the subchannel allocation operation of the subchannel allocator 117 is performed according to the subchannel allocation method proposed by the present invention, and the subchannel allocation method proposed by the present invention will be described below. Will be omitted.

상기 직렬/병렬 변환기(119)는 서브 채널 할당기(117)에서 출력하는 서브 채널이 할당된 직렬 변조 심벌들을 병렬로 변환한 후, 파일럿 심벌 삽입기(121)로 출력한다. The serial / parallel converter 119 converts the serial modulation symbols allocated to the subchannels output from the subchannel allocator 117 in parallel and then outputs them to the pilot symbol inserter 121.

파일럿 심벌 삽입기(121)는 상기 직렬/병렬 변환기(119)에서 출력된 병렬 변환된 변조된 심벌들에 파일럿 심벌들을 삽입한 후, 상기 IFFT기(123)로 출력한다.The pilot symbol inserter 121 inserts pilot symbols into the parallel-converted modulated symbols output from the serial / parallel converter 119 and outputs the pilot symbols to the IFFT unit 123.

상기 IFFT기(123)는 상기 파일럿 심벌 삽입기(121)로부터 입력된 신호를 IFFT 수행한 후, 상기 병렬/직렬 변환기(125)로 출력한다. 상기 병렬/직렬 변환기(125)는 상기 IFFT기(123)에서 출력된 신호를 직렬로 변환한 후, 상기 보호 구간 삽입기(127)로 출력한다. The IFFT unit 123 performs IFFT on the signal input from the pilot symbol inserter 121 and then outputs the parallel / serial converter 125. The parallel / serial converter 125 converts the signal output from the IFFT device 123 in series and then outputs the signal to the guard interval inserter 127.

상기 보호 구간 삽입기(127)는 상기 병렬/직렬 변환기(125)에서 출력한 신호를 입력받아 보호 구간 신호를 삽입한 후, D/A변환기(129)로 출력한다. 여기서, 상기 보호 구간은 상기 OFDMA 통신시스템에서 OFDM 심벌을 송신할 때 이전 OFDM 심벌 시간에 송신한 OFDM 심벌과 현재 OFDM 심벌 시간에 송신할 현재 OFDM 심벌간에 간섭(interference)을 제거하기 위해서 삽입된다. The guard interval inserter 127 receives the signal output from the parallel / serial converter 125, inserts a guard interval signal, and outputs the signal to the D / A converter 129. Here, the guard interval is inserted to remove interference between the OFDM symbol transmitted at the previous OFDM symbol time and the current OFDM symbol transmitted at the current OFDM symbol time when the OFDM symbol is transmitted in the OFDMA communication system.

또한, 상기 보호 구간은 시간 영역(time domain)의 OFDM 심벌의 마지막 일정 샘플(sample)들을 복사하여 유효 OFDM 심벌에 삽입하는 형태의 "Cyclic Prefix" 방식이나 혹은 시간 영역의 OFDM 심벌의 처음 일정 샘플들을 복사하여 유효 OFDM 심벌에 삽입하는 "Cyclic Postfix" 방식으로 사용될 수 있다.In addition, the guard interval is a "Cyclic Prefix" scheme of copying the last constant samples of the OFDM symbols in the time domain and inserting them into a valid OFDM symbol or the first constant samples of the OFDM symbols in the time domain. It can be used in a "Cyclic Postfix" manner of copying and inserting into a valid OFDM symbol.

상기 D/A 변환기(129)는 상기 보호 구간 삽입기(127)에서 출력된 신호를 아 날로그 신호로 변환한 후, RF 처리기(131)로 출력한다. The D / A converter 129 converts the signal output from the guard interval inserter 127 into an analog signal and outputs the analog signal to the RF processor 131.

여기서, 상기 RF 처리기(131)는 필터(filter)와 전처리기(front end unit) 등의 구성들을 포함하며, 상기 D/A 변환기(129)에서 출력한 신호를 실제 에어(air)상에서 전송 가능하도록 RF처리한 후, 송신 안테나(Tx antenna)를 통해 에어(air)상으로 전송한다.The RF processor 131 may include components such as a filter and a front end unit, and may transmit a signal output from the D / A converter 129 on actual air. After the RF process, the transmission is performed on air through a Tx antenna.

이하, 본 발명에서 제안하는 서브 채널 할당 방식에 대하여 설명한다.Hereinafter, the subchannel allocation method proposed by the present invention will be described.

먼저, 도 9는 본 발명을 위한 OFDMA 플랫폼(Platform)을 위한 기본적인 셀 계획(Cell Planning)을 도시한 것이다.First, FIG. 9 illustrates basic cell planning for an OFDMA platform for the present invention.

도시한 바와 같이, 각각의 셀들은 세 개의 섹터로 구성되고, 전체적으로 57개의 섹터로 구성되며, 각 섹터별 기지국이 존재한다. 가운데 존재하는 타겟 셀(Target Cell) (Sector 0,1,2)은 주변 54개 섹터로부터 각각 간섭의 영향을 받는다.As shown, each cell is composed of three sectors, and is composed of 57 sectors in total, and there is a base station for each sector. Target cells (Sector 0, 1, 2) existing in the middle are affected by interference from 54 neighboring sectors, respectively.

도 10은 한 섹터에서 사용할 수 있는 무선 자원의 구조를 나타낸 것으로, 주파수 영역에서는 전체 대역이 32개의 서브 채널로 구성되며, 각 서브 채널은 3개의 빈(BIN)으로 구성된다. 각 빈은 9개의 연속된 서브 캐리어로 구성되며, 그 중 하나는 채널 추정 및 SINR 측정 등 여러 용도로 사용 할 수 있도록 파일럿(Pilot) 서브 캐리어로 사용한다. 또한, 각각 서브 캐리어 초기 전송 전력은 일정하게 고정되어 있다고 가정한다.FIG. 10 shows a structure of a radio resource that can be used in one sector. In the frequency domain, the entire band consists of 32 subchannels, and each subchannel consists of three bins. Each bin consists of nine consecutive subcarriers, one of which is used as a pilot subcarrier for various purposes such as channel estimation and SINR measurement. In addition, it is assumed that the subcarrier initial transmission power is fixed constantly.

사용자는 모든 서브 채널들에 대해 평균 SINR 값을 자신이 속한 기지국에 피드백한다. 각 섹터별 기지국은 피드백 정보를 바탕으로 좋은 SINR 값을 가지는 서 브 채널을 사용자에게 할당함으로써 다중 사용자 다이버시티 이득 (Multi-user Diversity Gain)을 획득할 수 있게 한다. The user feeds back the average SINR value for all subchannels to the base station to which it belongs. Each sector base station can obtain a multi-user diversity gain by assigning a sub channel having a good SINR value to a user based on feedback information.

도 11은 본 발명의 서브 채널 할당 방법을 적용하기 위한 대상 시스템의 기본적인 시스템 파라미터를 나타낸 표이다.11 is a table showing the basic system parameters of the target system for applying the sub-channel allocation method of the present invention.

전체 대역은 총 1024개의 서브 캐리어로 구성되며, 그 중 사용하는 서브 캐리어는 864개이며, 96개의 파일럿 서브 캐리어를 제외한 768개의 서브 캐리어가 유효 서브 캐리어다. 각 서브 채널은 연속된 27개의 서브 캐리어로 구성되며, 그 중 3개는 파일럿 서브 캐리어다. The total band consists of a total of 1024 subcarriers, of which 864 subcarriers are used, and 768 subcarriers except 96 pilot subcarriers are effective subcarriers. Each subchannel consists of 27 contiguous subcarriers, three of which are pilot subcarriers.

도 12는 본 발명에 따른 서브 채널 할당 기법인 ASA(Aggressive Subchannel Allocation) 알고리즘을 나타낸 것이고, 도 13은 이의 흐름도를 나타낸 것이다.12 illustrates an Aggressive Subchannel Allocation (ASA) algorithm, which is a subchannel allocation scheme according to the present invention, and FIG. 13 illustrates a flowchart thereof.

ASA 알고리즘은 종래 SSA 알고리즘과 같이 BABS 알고리즘을 통한 사용자별 서브 채널 할당수를 정해주는 과정이 없다. The ASA algorithm does not have a process of determining the number of subchannel allocations per user through the BABS algorithm like the conventional SSA algorithm.

즉, ASA 알고리즘도 SSA 알고리즘과 같이 가장 적은 데이터율을 할당받은 k* 사용자에게 먼저 서브 채널을 할당해줌으로써 공평성(Fairness)을 제공한다. That is, the ASA algorithm provides fairness by allocating subchannels to the k * users who are assigned the lowest data rate like the SSA algorithm.

그러나 향상된 ACG 알고리즘(Improved ACG Algorithm) 및 SSA 알고리즘의 경우, 만약 공평성에 의해 k* 번째 사용자가 서브 채널을 할당받을 차례일 때 k* 번째 사용자의 서브 채널 중에서 같은 데이터율을 보장할 수 있는 복수의 서브 채널이 존재할 경우, 그 중 어느 서브 채널을 k* 번째 사용자에게 할당을 해야 할 지를 고려하지 않고 서브 채널 번호 순서대로 할당해 버린다. However, in the case of the improved ACG algorithm and the SSA algorithm, a plurality of subchannels of the k * th user's subchannels can be guaranteed if the order of k * th users is assigned a subchannel due to fairness. If there are subchannels, they are allocated in subchannel number order without considering which subchannel should be allocated to the k * th user.

한편, 동일 셀 내 간섭(Intra-cell Interference)을 배제하기 위해 하나의 서브 채널을 복수의 사용자에게 할당하지 않기 때문에, 만약 i번째 서브 채널이 k번째 사용자에게 할당될 경우, 다른 모든 사용자들은 i번째 서브 채널이 자신에게 높은 데이터율을 보장한다 해도 i번째 서브 채널을 할당받을 수 없다. On the other hand, since one subchannel is not allocated to a plurality of users to exclude intra-cell interference, if the i-th subchannel is allocated to the k-th user, all other users are i-th. Even if the subchannel guarantees itself a high data rate, the i-th subchannel cannot be allocated.

이에 다음과 같은 상황을 가정한다.The following situation is assumed.

1. k번째 사용자가 동일한 데이터율을 보장받을 수 있는 i번째, h번째 서브 채널중 하나의 서브 채널을 할당받을 수 있다고 가정한다.      1. Assume that the k-th user can be allocated one of the i-th and h-th subchannels that can guarantee the same data rate.

2. 다른 사용자들도 i번째 서브 채널에서 다른 서브 채널들에 비해 높은 데이터율을 보장받을 수 있다고 가정한다. 2. It is assumed that other users can be assured of a higher data rate than other subchannels in the i-th subchannel.

3. 다른 사용자들은 h번째 서브 채널에서는 매우 낮은 데이터율을 보장 받는다고 가정한다.3. It is assumed that other users are guaranteed very low data rates on the h subchannel.

4. i번째 서브 채널의 번호가 h번째 서브 채널의 번호보다 빠르다고 가정한다. 4. Assume that the number of the i-th subchannel is earlier than the number of the h-th subchannel.

5. 서브 채널 번호순으로 할당하기 때문에, k번째 사용자는 같은 데이터율을 보장하는 두 개의 i, h번째 서브 채널 중에서 i번째 서브 채널을 할당 받는다.5. Since the subchannel numbers are assigned in order, the k-th user is allocated the i-th subchannel among the two i-h-th subchannels guaranteeing the same data rate.

6. 다른 사용자들은 k번째 사용자가 i번째 서브 채널을 할당 받았기 때문에 더 이상 i번째 서브 채널을 할당 받을 수 없게 된다. 6. Other users can no longer be assigned the i th subchannel because the k th user has been assigned the i th subchannel.

7. k번째 사용자의 입장에서는 h번째 서브 채널을 할당 받더라도 i번째 서브 채널을 할당 받은 경우와 비교하여 최종 쓰루풋에는 변함이 없다. 7. From the position of the k-th user, even though the h-th subchannel is allocated, the final throughput does not change as compared with the case of the i-th subchannel.

8. 시스템 전체적인 측면에서 k번째 사용자가 i번째 서브 채널을 할당 받음 으로써 시스템 전체 쓰루풋이 낮아진다.8. From a system-wide perspective, the k-th user is assigned the i-th subchannel, resulting in lower overall system throughput.

즉, 기존의 서브 채널 할당 기법은 공평성에 의해 할당받을 순서가 된 특정 사용자에게 같은 데이터율을 보장할 수 있는 서브 채널을 번호순으로 할당함으로써 다른 사용자의 데이터율을 낮추는 경우가 생김으로 인해 최종적으로 전체 시스템의 쓰루풋을 낮춘다. In other words, the existing subchannel allocation scheme lowers the data rate of other users by allocating subchannels that can guarantee the same data rate to the specific users, which are ordered by fairness, in numerical order. Lower the throughput of the system.

그러나 본 발명의 서브 채널 할당 기법은 공평성에 의해 할당받을 순서가 된 특정 사용자의 서브 채널 중 최적의 데이터율을 보장하는 복수 개 서브 채널이 존재한다고 가정한다.However, the subchannel allocation scheme of the present invention assumes that there are a plurality of subchannels that guarantee an optimal data rate among subchannels of a specific user ordered to be allocated by fairness.

이때, 기지국의 서브 채널 할당기(117)는 할당받을 순서인 특정 사용자의 복수 개 서브 채널들 각각 다른 사용자들에게 보장할 수 있는 데이터율을 계산한다(S110). At this time, the sub-channel allocator 117 of the base station calculates a data rate that can be guaranteed to each of the plurality of sub-channels of a specific user in the order of allocation (S110).

그리고 다른 사용자에게 충분한 데이터율을 보장 하지 못하는 순서대로 특정 사용자에게 할당될 서브 채널의 순위를 정한다(S120). The sub-channels to be allocated to specific users are determined in order of not guaranteeing sufficient data rates to other users (S120).

이후, 서브 채널을 할당받을 순서의 사용자의 복수 개 서브 채널 중 상기에서 정해진 순위가 가장 높은 특정 서브 채널을 할당한다(S130). Thereafter, among the plurality of subchannels of the user in which the subchannels are to be allocated, the specific subchannel having the highest ranking is allocated (S130).

즉, 할당받을 순서인 사용자의 동일한 최적 데이터율을 보장하는 복수 개의 서브 채널 중, 다른 사용자에게 가장 작은 데이터율을 보장하는 서브 채널을 현재 할당받을 순서인 사용자에게 할당함으로써, 할당받은 사용자가 얻을 수 있는 데이터율을 보존하면서 다른 사용자들에게 좀 더 좋은 서브 채널을 할당받을 수 있는 기회를 보장한다. That is, by allocating a subchannel guaranteeing the smallest data rate to another user among the plurality of subchannels guaranteeing the same optimal data rate of the user in the order to be allocated, the assigned user can obtain the user. It ensures the opportunity to get better subchannels from other users while preserving the data rate.

예를 들어, 현재 할당받을 순서인 사용자 k*의 서브 채널 중에서 n*, m*, h* 서브 채널이 가장 높은 데이터율을 사용자 k*에게 동일하게 보장할 수 있는 경우, 다른 사용자들이 n* 서브 채널로부터 얻을 수 있는 데이터율의 합과 m* 서브 채널로부터 얻을 수 있는 데이터율의 합과 h* 서브 채널로부터 얻을 수 있는 데이터율의 합을 비교하여 n* 서브 채널로부터 얻을 수 있는 데이터율의 합이 m*, h* 의 경우보다 작다면, 현재 할당받을 순서의 사용자에게 할당될 순위를 n* 서브 채널을 최상으로 정하여 사용자 k*에게 n* 서브 채널이 할당되게 한다. For example, if the n *, m *, and h * subchannels among the subchannels of user k * , which are currently allocated, can guarantee the highest data rate to the user k *, then other users will receive the n * subchannels. The sum of the data rates obtained from the n * subchannels by comparing the sum of the data rates obtained from the channels with the sum of the data rates obtained from the m * subchannels and the sum of the data rates obtained from the h * subchannels. If this is smaller than m * and h *, n * subchannels are best assigned to the user who is assigned to the user in order to be allocated.

그런 다음 k* 번째 사용자의 할당받은 서브 채널 집합 Ak* 에다 n*를 넣어주고, 할당 가능한 서브 채널의 집합인 A에서 서브 채널 n*을 제외시킴으로써 n*번째 서브 채널이 더 이상 다른 사용자에게 할당되지 않도록 한다. The n * th subchannel is no longer assigned to another user by inserting n * into the assigned subchannel set A k * of the k * th user and excluding the sub channel n * from A, the set of assignable subchannels. Do not

이로 인해 다른 사용자들의 입장에서는 자신들에게 낮은 데이터율을 보장해 주던 n* 서브 채널을 k* 사용자에게 할당하고, 자신들에게 유리한 m*, h* 서브 채널을 할당받을 수 있는 기회를 보장 받음으로써 자신의 최종 쓰루풋을 높일 수 있고, 결국 전체 시스템의 쓰루풋을 높인다. This gives other users the opportunity to assign n * subchannels that have guaranteed low data rates to k * users and to ensure that they have the opportunity to be assigned to their favorite m * and h * subchannels. You can increase the throughput, which in turn increases the throughput of the entire system.

도 14는 ASA 알고리즘을 통해 각 사용자에게 서브 채널을 할당한 결과를 나타내고 있다.14 shows a result of assigning a subchannel to each user through the ASA algorithm.

도 14에서 각 사용자의 서브 채널별 값은 사용자가 할당받은 서브 채널의 SINR값을 통해 계산된 데이터율를 나타낸다. 전체 사용자가 모두 같은 데이터율을 요구하고 있다고 가정한다. In FIG. 14, a value for each subchannel of each user represents a data rate calculated through the SINR value of the subchannel allocated to the user. Assume that all users require the same data rate.

현재까지는 어떤 사용자도 할당을 받지 않은 상태이기 때문에 첫 번째 사용자부터 차례대로 서브 채널을 할당한다. Until now, since no user is assigned, subchannels are allocated in order from the first user.

먼저, 첫 번째 사용자의 서브 채널 중 네 번째 서브 채널이 가장 높은 데이터율을 보장하기 때문에 첫 번째 사용자에게 네 번째 서브 채널을 할당해준 후, 다른 사용자들이 할당받을 수 있는 서브 채널의 후보에서 네 번째 서브 채널을 제외시킨다. 도 13에서는 데이터율을 "0"으로 바꿈으로써 후보에서 제외 됐음을 표현하고 있다. First, because the fourth subchannel of the first user's subchannels guarantees the highest data rate, the fourth subchannel is allocated to the first user, and then the fourth subchannel of the subchannel candidates that other users can be allocated. Exclude the channel. In Fig. 13, the data rate is changed to "0" to express that the candidate is excluded.

다음, 두 번째 사용자의 서브 채널 중 가장 높은 데이터율을 보장할 수 있는 세 번째 서브 채널을 두 번째 사용자에게 할당한 후, 세 번째 서브 채널을 후보에서 제외한다. Next, after assigning a third subchannel capable of guaranteeing the highest data rate among the subchannels of the second user to the second user, the third subchannel is excluded from the candidate.

다음, 세 번째 사용자의 서브 채널 중 가장 높은 데이터율을 보장할 수 있는 두 번째 서브 채널을 세 번째 사용자에게 할당한 후, 두 번째 서브 채널을 후보에서 제외한다. Next, after assigning a second subchannel capable of guaranteeing the highest data rate among the third user's subchannels to the third user, the second subchannel is excluded from the candidate.

다음, 네 번째 사용자의 서브 채널 중 가장 높은 데이터율을 보장할 수 있는 여덟 번째 서브 채널을 네 번째 사용자에게 할당한 후, 여덟 번째 서브 채널을 후보에서 제외한다. Next, after assigning the eighth sub-channel capable of guaranteeing the highest data rate among the fourth user's sub-channels to the fourth user, the eighth sub-channel is excluded from the candidate.

이후, 각 사용자별 보장받은 데이터율이 다르기 때문에 가장 적은 데이터율을 받은 세 번째 사용자부터 할당을 시작한다. Since the guaranteed data rate for each user is different, the allocation starts from the third user who received the least data rate.

세 번째 사용자의 서브 채널 중 다섯 번째 서브 채널과 일곱 번째 서브 채널 이 가장 높은 데이터율을 동일하게 보장하기 때문에 둘 중 어떤 서브 채널을 세 번째 사용자에게 할당할 것인가를 고려한다. Since the fifth and seventh subchannels of the third user's subchannels guarantee the same highest data rate, consider which of the two subchannels to allocate to the third user.

다른 사용자들의 경우 다섯 번째 서브 채널이 일곱 번째 서브 채널보다 데이터율이 크기 때문에 세 번째 사용자에게 일곱 번째 서브 채널을 할당함으로써 다른 사용자들에게 다섯 번째 서브 채널을 할당받을 수 있는 기회를 보장한다. In the case of other users, since the fifth subchannel has a higher data rate than the seventh subchannel, the seventh subchannel is allocated to the third user, thereby guaranteeing the opportunity to be allocated to the fifth subchannel to the other users.

즉, 세 번째 사용자가 일곱 번째 서브 채널을 할당받음으로써 첫 번째 사용자가 다섯 번째 서브 채널을 할당받을 수 있게 됐고, 그 결과 마지막 할당 순서에 네 번째 사용자도 여섯 번재 서브 채널을 할당 받는다. That is, the third user is assigned the seventh sub-channel so that the first user can be assigned the fifth sub-channel. As a result, the fourth user is also assigned the sixth sub-channel in the last allocation order.

이로써 전체 시스템의 쓰루풋이 증가한다. 도 14에서 Acquired Datarate은 전체 시스템 측면에서의 전체 데이터율(Total Datarate)이다. This increases the throughput of the entire system. In FIG. 14, Acquired Datarate is a total data rate in terms of the entire system.

상술한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 또는 변형하여 실시할 수 있다. As described above, although described with reference to a preferred embodiment of the present invention, those skilled in the art various modifications of the present invention without departing from the spirit and scope of the invention described in the claims below Or it may be modified.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명은 다음과 같은 효과를 얻게 된다.As described above, the present invention obtains the following effects.

첫째, 본 발명은 각 기지국은 자신이 서비스를 제공하는 사용자로부터 채널 상황을 피드백받아 각 이동국의 공평성을 고려하고, 각각의 사용자에게 좋은 채널들을 할당할 때 동일 셀 내 간섭을 배제하기 위해 하나의 서브 채널을 복수의 사용 자에게 할당하지 않음으로써 다중 사용자 다이버시티 이득을 얻게 되며, 사용자간의 서브 채널 상황을 고려함으로써 기존의 서브 채널 할당 기법들에 비해 모든 사용자들이 가능한 자신에게 유리한 서브 채널을 많이 할당받을 수 있음으로 인해 OFDMA 시스템 하향 링크의 토탈 쓰루풋을 증가시킬 수 있게 된다.First, in the present invention, each base station receives feedback of the channel status from the user providing the service and considers the fairness of each mobile station, and excludes one sub-channel to exclude interference in the same cell when allocating good channels to each user. By not assigning a channel to multiple users, multi-user diversity gain is achieved. By considering the sub-channel situation between users, all users can be allocated as many sub-channels as they are advantageous to the existing sub-channel allocation schemes. This can increase the total throughput of the OFDMA system downlink.

둘째, 시스템 상의 모든 사용자에게 가능한 최적의 서브 채널을 할당함으로써 사용자들의 QoS(Quality of Service)를 보장하여 시스템 전체 아웃티지 확률(Total Outage Probability)을 줄일 수 있게 된다.Second, by allocating an optimal subchannel to all users on the system, it is possible to reduce the total outage probability of the system by ensuring the quality of service (QoS) of the users.

셋째, 차세대 무선통신에 적용됨으로서 시스템 전체의 전송 효율 증가에 의한 고품질 서비스 제공과 용이한 셀 계획을 가능케 한다.Third, by being applied to the next generation wireless communication, it is possible to provide high quality service and easy cell planning by increasing the transmission efficiency of the whole system.

Claims (5)

OFDMA 시스템에서 서브 채널을 할당하는 장치에 있어서,An apparatus for allocating subchannels in an OFDMA system, 공평성에 의해 할당받을 순서가 된 특정 사용자의 서브 채널 중 최적의 동일한 데이터율을 보장하는 복수개의 서브 채널이 존재하는 경우 모든 사용자들이 자신에게 유리한 서브 채널을 많이 할당받을 수 있도록 서브 채널을 할당하는 서브 채널 할당수단;If there are a plurality of sub-channels that guarantees the same data rate among the sub-channels of a specific user ordered to be allocated by fairness, the sub-channels are allocated so that all users can be allocated a lot of sub-channels that are advantageous to them. Channel allocation means; 송신할 데이터가 발생하면 상기 할당된 서브 채널을 통해 데이터를 송신하는 송신수단; Transmitting means for transmitting data through the assigned subchannels when data to be transmitted is generated; 을 포함하는 것을 특징으로 하는 OFDMA 시스템의 사용자간 전송효율 최대화를 고려한 서브 채널 할당 장치.Sub-channel allocation apparatus in consideration of maximizing the transmission efficiency between users of the OFDMA system comprising a. 제 1 항에 있어서, 상기 서브 채널 할당수단은 The method of claim 1, wherein the sub-channel allocation means 상기 할당받을 순서가 된 특정 사용자의 서브 채널 중 최적의 동일한데이터율을 상기 할당 받을 순서인 사용자에게 보장하는 복수 개 서브 채널이 존재할 경우, 그 각각의 서브 채널이 다른 사용자들에게 보장하는 데이터율을 계산하는 것을 특징으로 하는 OFDMA 시스템의 사용자간 전송효율 최대화를 고려한 서브 채널 할당 장치.If there are a plurality of sub-channels that guarantees the same data rate among the sub-channels of the specific user in the order to be allocated to the users in the order to be allocated, the data rate that each sub-channel guarantees to other users is determined. Sub-channel allocation apparatus in consideration of maximizing the transmission efficiency between users of the OFDMA system, characterized in that the calculation. 제 2 항에 있어서, 상기 서브 채널 할당수단은 The method of claim 2, wherein the sub-channel allocation means 상기 할당받을 순서인 특정 사용자의 서브 채널 중 최적의 동일한 데이터율을 상기 할당 받을 순서인 사용자에게 보장하는 복수 개 서브 채널 중 상기 계산한 결과를 바탕으로 각각 다른 사용자들에게 충분한 데이터율을 보장하지 못하는 순서대로 현재 할당받을 순서의 사용자에게 할당될 서브 채널 순위를 결정하는 것을 특징으로 하는 OFDMA 시스템의 사용자간 전송효율 최대화를 고려한 서브 채널 할당 장치.Based on the result of the calculation among the plurality of sub-channels guaranteeing the optimal same data rate among the sub-channels of a specific user in the order to be allocated to the user, the sufficient data rate cannot be guaranteed to each other user. Sub-channel allocation apparatus in consideration of maximizing the transmission efficiency between users of the OFDMA system, characterized in that for determining the sub-channel rank to be assigned to the user of the current order to be allocated. 제 3 항에 있어서, 상기 할당받을 순서인 특정 사용자의 서브 채널 중 최적의 동일한 데이터율을 상기 할당 받을 순서인 사용자에게 보장하는 복수 개 서브 채널 중 상기 할당받을 순서인 특정 사용자에게 할당될 순서가 정해진 서브 채널 중 순위가 가장 높은 서브 채널을 할당하는 것을 특징으로 하는 OFDMA 시스템의 사용자간 전송효율 최대화를 고려한 서브 채널 할당 장치.4. The method of claim 3, wherein the order to be allocated to the specific user in the order of allocation is determined among the plurality of sub-channels which guarantees the user the optimal same data rate among the sub-channels of the specific user in the order of allocation. An apparatus for allocating a subchannel in consideration of maximizing transmission efficiency between users of an OFDMA system, wherein the subchannel having the highest rank among the subchannels is allocated. OFDMA 시스템에서 공평성에 의해 할당받을 순서가 된 특정 사용자의 서브 채널 중 최적의 동일한 데이터율을 보장하는 복수개의 서브 채널이 존재하는 경우의 서브 채널 할당 방법에 있어서,In the sub-channel allocation method when there are a plurality of sub-channels that guarantees the optimal same data rate among the sub-channels of a specific user ordered by fairness in the OFDMA system, 할당받을 순서인 특정 사용자의 복수 개 서브 채널들이 각각 다른 사용자들에게 보장할 수 있는 데이터율을 계산하는 제 1 단계;Calculating a data rate at which a plurality of subchannels of a specific user, which is an order to be allocated, can guarantee to other users, respectively; 상기 계산된 결과를 이용하여 다른 사용자들에게 충분한 데이터율을 보장하지 못하는 순서대로 현재 할당받을 순서의 사용자에게 할당될 서브 채널 순위를 결정하는 제 2 단계; 및 A second step of determining a subchannel rank to be allocated to a user currently assigned in an order which does not guarantee sufficient data rate to other users by using the calculated result; And 현재 서브 채널을 할당받을 순서의 사용자의 복수 개 서브 채널 중 상기 제 2 단계에서 정해진 현재 할당받을 순서의 사용자에게 할당될 서브 채널의 순위가 가장 높은 특정 서브 채널을 할당하는 제 3 단계;A third step of allocating a specific subchannel having the highest rank of the subchannel to be allocated to the users in the current allocation order determined in the second step among a plurality of subchannels of the users in the current subchannel allocation order; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 OFDMA 시스템의 사용자간 전송효율 최대화를 고려한 서브 채널 할당 방법.Sub-channel allocation method in consideration of maximizing the transmission efficiency between users of the OFDMA system comprising a.
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