KR100744365B1

KR100744365B1 - 이동 통신 시스템에서 자원 할당 장치 및 방법

Info

Publication number: KR100744365B1
Application number: KR1020060084350A
Authority: KR
Inventors: 조성현; 윤상보; 조면균; 홍대식; 조한규
Original assignee: 삼성전자주식회사; 학교법인연세대학교
Priority date: 2005-09-01
Filing date: 2006-09-01
Publication date: 2007-07-30
Also published as: EP1760966A2; KR20070026244A; US20070058583A1; CN1968492A

Abstract

본 발명은 이동 통신 시스템의 기지국에서, 단말별로 요구되는 데이터 레이트와, 단말별 평균 채널 이득에 상응하게 단말간의 평균 채널 이득을 반영하는 우선 순위 값을 각 단말에 대해 부반송파별로 계산하고, 각 단말에 대해 부반송파별로 계산된 우선 순위 값에 상응하게 상기 부반송파들을 해당 단말로 할당한다.

자원 할당, 비용 함수, 채널 이득, 평균 채널 이득, 우선 순위

Description

이동 통신 시스템에서 자원 할당 장치 및 방법{METHOD FOR ALLOCATING RESOUCE IN A MOBILE COMMUNICATION SYSTEM}

도 1은 일반적인 이동 통신 시스템의 통신 절차를 개략적으로 도시한 도면.

도 2는 OFDMA 이동 통신 시스템에서의 자원 할당 동작을 개략적으로 도시한 도면.

도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 이동 통신 시스템의 자원 할당 장치의 내부 구조를 도시한 도면.

도 4는 본 발명의 제1실시 예에 따른 자원 할당 과정을 도시한 순서도.

도 5는 본 발명의 제2실시 예에 따른 자원 할당 과정을 도시한 순서도.

도 6a 내지 도 6c는 서브 클래스의 개수에 따른 성능을 분석한 실험 데이터를 보이고 있는 도면.

도 7은 서브 클래스의 개수와 복잡도의 상관 관계를 보이고 있는 도면.

본 발명은 이동 통신 시스템에서의 자원 할당 장치 및 방법에 관한 것으로, 특히 부반송파(sub-carrier)를 단말 별로 할당하기 위한 장치 및 방법에 관한 것이다.

사회구조가 고도화, 다양화됨에 따라, 이동 통신 서비스에 대한 수요가 폭발적으로 증가하고 있다. 그러나, 이동 통신 시스템에서 사용할 수 있는 주파수 자원은 제한되어 있어, 주파수 자원 부족 현상이 나타나고 있다. 이를 해결하기 위해, 주파수 자원을 효율적으로 이용하기 위한 대표적인 방식이 자원 할당 방식이다.

통상적으로 이동 통신 시스템에서는 기지국(BS: Base Station)이 자원 할당을 관장한다. 그리고 단말(MS: Mobile Station)은 상기 기지국에 의해 할당된 자원을 이용하여 데이터를 송신하거나 수신한다. 이때 상기 기지국은 최적화된 자원 할당을 위해 현재의 채널 상태, 주파수 재사용 계수(frequency reuse factor), 단말별 요구 사항, 즉 단말별 요구 사항 등을 고려한다. 상기 채널 상태를 결정짓는 요인으로는 경로 손실(path loss), 실시간(Real time) 또는 비 실시간(Non-real time) 트래픽, 단말별 채널 특성 등이 있다. 상기 경로 손실은 기지국으로부터의 거리에 따라 단말별로 차이가 존재한다. 그리고 상기 단말별 요구사항으로는 데이터 레이트, 비트 에러율(BER: Bit Error Rate) 등이 존재한다. 이동 통신 시스템은 자원 할당에 있어 단말별 요구사항을 만족시키는 범위 내에서 총 송신 전력을 최소화하는 것을 목표로 한다.

이동 통신 시스템에서의 채널 할당 방식은 크게 고정 채널 할당(FCA : Fixed Channel Assignment) 방식과 동적 채널 할당(DCA : Dynamic Channel Assignment) 방식으로 구분된다.

상기 고정 채널 할당 방식은, 각 기지국이 사용하는 채널이 결정되어 있기 때문에 그 제어가 간단하므로, 현재의 이동 통신 시스템에서 가장 많이 사용되고 있다. 상기 동적 채널 할당 방식은, 제한된 채널을 시간적, 공간적인 면에서 효과적으로 이용하는 방식으로서, 상기 동적 채널 할당 방식은, 주파수 자원 효율성을 향상시켜 수용량을 증가시키는 효과를 가져온다. 그러면 여기서 도 1을 참조하여 일반적인 이동 통신 시스템의 통신 절차에 대해서 설명하기로 한다.

상기 도 1은 일반적인 이동 통신 시스템의 통신 절차를 개략적으로 도시한 도면이다. 상기 도 1에서는 하향링크(downlink)를 기준으로 일반적인 이동 통신 시스템의 통신 절차를 도시하고 있다.

상기 도 1을 참조하면, 기지국(110)은 단말들, 즉 제1단말(112)과 제2단말(114) 별로 할당된 자원을 이용하여 데이터를 송신한다. 상기 단말들(112, 114)은 상기 기지국(110)에서 송신한 데이터를 수신하고, 현재의 채널 상태를 추정한다. 그리고 상기 단말들(112, 114)은 피드백(feedback) 정보로써 추정된 현재의 채널 상태에 관한 정보를 상기 기지국(110)으로 보고한다. 상기 기지국(110)은 상기 단말들(112, 114)로부터 보고되는 피드백 정보를 참조하여 상기 단말들(112,114)에 대한 자원 할당을 수행한다. 다음으로 도 2를 참조하여 직교 주파수 분할 다중 접속(OFDMA: Orthogonal Frequency Division Multiple Access, 이하 'OFDMA'라 칭하기로 한다) 방식을 사용하는 이동 통신 시스템(이하, 'OFDMA 이동 통신 시스템'이라 칭하기로 한다)에서의 자원 할당 동작에 대해서 설명하기로 한다.

상기 도 2는 OFDMA 이동 통신 시스템에서의 자원 할당 동작을 개략적으로 도 시하고 있는 도면이다.

상기 도 2를 참조하면, 제1단말은 제2주파수 대역에 비해 제1주파수 대역에서 상대적으로 양호한 채널 상태를 가지는 채널 상태 변화 특성을 가진다. 이하, 설명의 편의상 상기 채널 상태를 일 예로 채널 이득이라고 가정하기로 하며, 따라서 하기의 설명에서는 채널 상태와 채널 이득이 혼용되어 사용될 수 있음에 유의하여야만 한다. 상기 도 2에서

는 주파수 f에서의 채널 이득을 나타낸다. 제2단말은 제1주파수 대역에 비해 제2주파수 대역에서 상대적으로 양호한 채널 상태를 가지는 채널 상태 변화 특성을 가진다. 즉 상기 제1주파수 대역에서는 상기 제1단말이 비교적 양호한 채널 상태를 가지며, 상기 제2주파수 대역에서는 상기 제2단말이 비교적 양호한 채널 상태를 가진다. 이렇게, 해당 주파수 대역에 대한 채널 상태는 상기 제1단말과 제2단말로부터 수신되는 피드백 정보에 의해 획득될 수 있다.

따라서 단말 별로 채널 상태가 양호한 주파수 대역을 할당하는 것이 최적의 자원 할당이라 할 수 있다. 즉 상기 제1단말에 대해서는 제1주파수 대역을 할당하고, 상기 제2단말에 대해서는 제2주파수 대역을 할당하는 것이 바람직하다.

전술한 바와 같은 종래의 자원 할당 방식의 기본 원리는 비용 함수(cost function, 이하 'cost function'라 칭하기로 한다)에 의한 우선 순위 값을 계산하고, 상기 우선 순위 값에 상응하게 자원 할당을 수행하는 것이다. 상기 cost function 은 전체 송신 전력을 최소화하는 것을 목표로 한다. 그리고 상기 자원 할당은 초기 할당(Initial allocation)과 재 할당(Reallocation)으로 구분된다.

또한, 상기 cost function은 하기 <수학식 1>과 같이 나타낼 수 있다.

상기 <수학식 1>에서, k는 단말을 나타내는 인덱스(index)이며, n은 부반송파를 나타내는 인덱스이며, c(k,n)은 제k단말의 제n부반송파에 대한 우선순위 값을 나타내며,

는 제k단말의 제n부반송파에서의 채널 이득을 나타내며, R_k는 제k단말에 의해 요구된 데이터 레이트를 나타낸다.

상기 <수학식 1>에 나타낸 바와 같이 기존의 cost function 은 모든 단말들(k)과 모든 부반송파들(n)을 고려하는 2차원적인 계산을 기반으로 하고 있다.

상기 cost function을 이용한 종래의 자원 할당 방식으로는 RCG(Rate-craving Greedy) 알고리즘과 웡스(Wong's) 알고리즘 등이 있다.

상기 RCG 알고리즘은 초기 할당 시에 채널 상태가 가장 양호한 단말에게 해당 부반송파가 할당되고, 재 할당 시에 원하는 부반송파보다 더 많은 부반송파를 할당 받은 단말로부터 적게 할당 받은 단말에게 해당 부반송파가 할당되는 알고리즘이다. 이때 상기 cost function 에 의한 우선 순위 값은 초기 할당 시 단말의 채널 상태를 파악하거나 재 할당 시에 고려될 수 있다.

상기 웡스 알고리즘은 초기 할당 시에 단말별로 cost function에 의한 우선 순위 값을 계산하고, 상기 우선 순위 값에 의해 부반송파들이 단말별로 돌아가면서 하나씩 할당되는 알고리즘이다. 만약 특정 부반송파가 다른 단말에게 이미 할당된 상태라면, 해당 단말에 대해서는 차선의 부반송파가 할당된다. 그리고 재 할당 시에는 추가적인 전력 이득(power gain)을 얻을 수 있도록 반복 교환이 수행된다.

전술한 기존의 cost function은 데이터 레이트를 제외한 채널 상태 관련 파라미터(parameter)만을 살펴보면, 노말라이즈드(normalized) 채널 형태를 나타낸다. 따라서 상기 cost function은 평균 채널 상태에 비해 상대적으로 양호한 채널 상태를 가지는 부반송파에게 우선권을 부여하는 것을 기본 원리로 하고 있다. 하지만 기존의 cost function에 의해 채널 할당을 수행하게 되면, 평균 채널 상태가 열악한 단말과 양호한 단말이 동일한 자원 할당 기회, 즉 채널 할당 기회를 부여 받게 되는 모순이 발생할 수 있다.

하기 <표 1>에서는 각 부반송파에 대해 채널 이득이 상이하나 동일한 우선 순위 값을 가지는 예를 보이고 있다.

이러한 모순은 기존의 cost function이 단일(single) 단말만을 고려하는 단일 단말 기반이기 때문이다. 즉 기존의 cost function에서는 단말 간의 상대적인 채널 이득 차이를 고려하고 있지 않다. 따라서 셀 외각에 위치하는 단말과 기지국에 인접한 단말에 대해 자원의 동일한 할당 기회를 갖도록 하는 것은 전력 사용면에서의 손실을 초래할 수 있다.

또한 기존의 cost function은 2차원적인 계산을 기반으로 하고 있어 그 계산 복잡도가 높다. 뿐만 아니라 기존의 cost function은 초기 할당 이외에 반복적인 자원 재 할당이 필요함에 따라 계산 복잡도가 증가한다.

따라서, 본 발명의 목적은 이동 통신 시스템에서 단말간의 상대적인 채널 이득 특성을 고려한 자원 할당 장치 및 방법을 제공함에 있다.

본 발명의 다른 목적은 전체 부반송파에 걸친 평균 채널 이득이 열악한 단말에 대해 우선적으로 자원 할당이 이루어지도록 하는 자원 할당 장치 및 방법을 제공한다.

본 발명의 또 다른 목적은 셀 외각에 존재하는 단말에 대한 자원 할당을 우선적으로 수행하고, 기지국에 인접한 단말에 대해서는 남은 자원을 할당하는 자원 할당 장치 및 방법을 제공함에 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 단말별로 요구되는 데이터 레이트와 평균 채널 이득을 고려하는 cost function에 의한 자원 할당 장치 및 방법을 제공함에 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 단말별로 우선순위를 부여하고, 단말에 대해 부여된 우선 순위에 의해 자원을 할당하는 자원 할당 장치 및 방법을 제공함에 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 자원 할당 순서를 결정하기 위한 단말별 우선순위를 구분하기 위한 방안을 제안하고, 상기 방안에 상응하게 자원을 할당하는 자원 할당 장치 및 방법을 제공함에 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 단말별로 부여된 우선순위 값에 의해 단말들을 복수의 서브-클래스로 분류하고, 각 서브-클래스 별로 자원 할당을 수행하는 자원 할당 장치 및 방법을 제공함에 있다.

상기한 목적들을 달성하기 위한 본 발명의 방법은; 이동 통신 시스템의 기지국에서 자원 할당 방법에 있어서, 단말별로 요구되는 데이터 레이트와, 단말별 평균 채널 이득에 상응하게 단말간의 평균 채널 이득을 반영하는 우선 순위 값을 각 단말에 대해 부반송파별로 계산하는 과정과, 각 단말에 대해 부반송파별로 계산된 우선 순위 값에 상응하게 상기 부반송파들을 해당 단말로 할당하는 과정을 포함한다.

상기한 목적들을 달성하기 위한 본 발명의 다른 방법은; 이동 통신 시스템의 기지국에서 자원 할당 방법에 있어서, 모든 단말들 각각에 대해, 단말별로 요구되는 데이터 레이트와 단말별 채널 이득에 상응하게 각 단말에 대한 단말 우선 순위 값을 계산하는 과정과, 상기 단말들을 상기 단말 우선 순위 값에 상응하게 정렬하는 과정과, 상기 정렬 순서에 상응하게 단말별로 부반송파를 할당하는 과정을 포함한다.

상기한 목적들을 달성하기 위한 본 발명의 장치는; 이동 통신 시스템의 기지국에서 자원 할당 장치에 있어서, 단말별로 요구되는 데이터 레이트와, 단말별 평균 채널 이득에 상응하게 단말간의 평균 채널 이득을 반영하는 우선 순위 값을 각 단말에 대해 부반송파별로 계산하고, 각 단말에 대해 부반송파별로 계산된 우선 순위 값에 상응하게 상기 부반송파들을 해당 단말로 할당하는 부반송파 할당부를 포 함한다.

상기한 목적들을 달성하기 위한 본 발명의 다른 장치는; 이동 통신 시스템의 기지국에서 자원 할당 장치에 있어서, 모든 단말들 각각에 대해, 단말별로 요구되는 데이터 레이트와 단말별 채널 이득에 상응하게 각 단말에 대한 단말 우선 순위 값을 계산하는 과정과, 상기 단말들을 상기 단말 우선 순위 값에 상응하게 정렬하고, 상기 정렬 순서에 상응하게 단말별로 부반송파를 할당하는 부반송파 할당부를 포함한다.

이하, 본 발명에 따른 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 하기의 설명에서는 본 발명에 따른 동작을 이해하는데 필요한 부분만이 설명되며 그 이외 부분의 설명은 본 발명의 요지를 흩트리지 않도록 생략될 것이라는 것을 유의하여야 한다.

본 발명에서는 단말(MS: Mobile Station)간의 상대적인 채널 이득 차이를 고려하여 자원을 할당하는 제1실시 예와, 단말별로 우선순위를 고려하여 자원을 할당하는 제2실시 예를 구분하여 설명하도록 한다. 여기서, 채널 이득은 채널 상태를 나타내는 일 예이며, 하기에서 본 발명을 설명함에 있어 채널 상태와 채널 이득이 혼용되어 사용될 수 있음에 유의하여야만 한다.

도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 이동 통신 시스템의 자원 할당 장치의 내부 구조를 도시한 도면이다.상기 도 3을 참조하면, 상기 자원 할당 장치는 스케줄 러(310)와, 대역폭 할당부(320)와, 부반송파(sub-carrier) 할당부(330)와, 비트 및 전력 로딩부(340)를 포함한다. 상기 스케줄러(310)는 단말별 트래픽 정보(비트 에러율(BER: Bit Error Rate), RATE, buffer 등)와 채널 정보를 입력으로 하고, 해당 프레임(frame)을 사용할 단말들의 집합을 결정한다. 여기서, RATE는 사용자 요구 레이트를 나타내며, buffer는 버퍼링되어 있는 데이터 양을 나타낸다. 상기 스케줄러(310)는 프레임을 사용할 수 있을 정도의 채널 상태를 가지는 단말들을 상기 집합으로 결정한다. 상기 대역폭 할당부(320)는 단말별 트래픽 정보와 채널 정보를 입력으로 하고, 상기 스케줄러(310)에 의해 결정된 집합에 대해 할당할 주파수 대역폭을 할당한다. 상기 부반송파 할당부(330)는 전체 부반송파별로 사용할 단말들을 지정한다. 즉 상기 부반송파 할당부(330)는 단말별로 사용할 자원, 즉 부반송파를 할당한다. 후술 될 본 발명에서 제안하는 자원 할당 방법은 상기 부반송파 할당부(330)에서 수행된다. 상기 비트 및 전력 로딩부(340)는 상기 부반송파 할당부(330)에 의해 할당된 자원에 의해 단말별로 비트 및 전력을 로딩한다.

이하, 상기 자원 할당 장치가 수행하며, 본 발명에서 제안하고자 하는 자원 할당방법에 대한 구체적인 실시 예들을 살펴보면 다음과 같다.

제1실시 예

통상적으로 셀룰러 방식을 사용하는 이동 통신 시스템의 경우 기지국에 인접한 단말의 채널 이득이 셀 외각에 위치하는 단말의 채널 이득에 비해 상대적으로 양호하다. 이로 인해 전체 부반송파에 걸친 평균 채널 이득은 상기 셀 외각에 위치하는 단말이 기지국에 인접한 단말에 비해 열악하다. 다시 말해 셀룰러 방식을 사 용하는 이동 통신 시스템에서는 대부분의 전력 소모가 셀 외각에 위치하는 단말들에 의해 발생한다. 따라서 본 발명에서의 제1실시 예는 이를 고려한 자원 할당방법을 제안할 것이다.

후술 될 본 발명의 제1실시 예에서는 자원을 할당함에 있어 셀 외각에 위치하는 단말에 대해 자원이 우선적으로 할당될 수 있도록 하는 비용 함수(cost function, 이하 'cost function '이라 칭하기로 한다)를 제안한다. 본 발명의 제1실시 예에서 제안하고자 하는 cost function은 하기 <수학식 2>와 같이 나타낼 수 있다.

상기 <수학식 2>에서, k는 단말을 나타내는 인덱스(index)이며, n은 부반송파를 나타내는 인덱스이며, c(k,n)은 제k단말의 제n부반송파에 대한 우선순위 값을 나타내며,

는 제k단말의 제n부반송파 n에서의 채널 이득을 나타내며, R_k는 제k단말에 의해 요구된 데이터 레이트를 나타낸다. 상기 <수학식 2>에 의한 cost function 은 단말간의 채널 이득 차이를 반영하기 위해 데이터 레이트뿐만 아니라 평균 채널 이득을 추가로 고려하고 있다. 즉, 상기 <수학식 2>에 나타낸 cost function은 기존의 cost function, 즉 종래 기술 부분의 <수학식 1>에 나타낸 바와 같은 cost function에 전체 부반송파에 걸친 채널 이득의 합이 분모에 곱하여진 형태를 가진다. 이에 대한 물리적 의미는 하기 <수학식 3>과 하기 <수학식 4>와 같이 두개의 파라미터(parameter)로 분리하여 표현함으로써 보다 이해하기 쉽다.

상기 <수학식 3>은 단말별로 요구되는 데이터 레이트와 전체 부반송파에 걸친 채널 이득의 합에 의한 계산으로써, 단말별로의 우선순위를 결정할 수 있다. 상기 <수학식 4>는 전체 부반송파에 걸친 채널 이득의 합에 의한 계산으로써, 각 단말에 대한 전체 부반송파 별로의 우선순위를 결정할 수 있다. 따라서 본 발명의 제1실시 예에서 제안되는 cost function 은 상기 <수학식 3>과 상기 <수학식 4>의 곱으로써 표현된다.

본 발명의 제1실시 예에서 평균 채널 이득을 추가로 고려하고 있음은 하기 <표 2>을 통해 보다 명확하게 확인할 수 있다.

상기 <표 2>에서의 조건을 기존의 cost function에 동일하게 적용할 시 제1단말과 제2단말은 동일한 우선순위 값을 가졌다. 하지만 본 발명의 제1실시 예에서 제안하는 cost function 을 적용하면, 제2단말이 제1단말에 비해 상대적으로 높은 우선순위 값을 가지게 된다. 따라서 본 발명의 제1실시 예에 의하면, 셀 외각에 위치하는 단말이 자원 할당 시에 우선순위를 갖는다.

하기 <표 3>에서는 동일한 조건에서 기존의 cost function 과 제안된 cost function 의 성능 차이를 나타내고 있다. 하기 <표 3>에서 사용된 조건은 두 단말(K=2) 각각이 하나의 부반송파(n=2)를 할당 받기 원하는 경우를 가정한다. 그리고 단말별로 요구되는 수신 전력 P_req는 동일하다고 가정한다. 즉 두 단말이 같은 데이터 레이트를 요구하였음을 가정한다. 마지막으로 각 단말별 채널 이득은

로 가정한다.

상기 <표 3>을 참조하면, 기존의 cost function 을 적용할 시에는 제1단말에 대해 제1부반송파가 할당되고, 제2단말에 대해 제2부반송파가 할당된다. 이 경우 요구 송신 전력은 25P_req이다. 이에 반하여 제안된 cost function 을 적용할 시에는 제1단말에 대해 제2부반송파가 할당되고, 제2단말에 대해 제1부반송파가 할당된다. 이 경에 요구 송신 전력은 2.56P_req이다. 따라서 전술한 예를 가정할 시, P_req가 10dB라면 제안된 cost function 이 기존의 cost function 에 비해 10dB의 전력 이득을 얻을 수 있다.

한편 본 발명의 제1실시 예에서 제안된 cost function 은 다양한 형태로의 변경이 가능할 것이다. 그 대표적인 변경 예는 하기 <수학식 5>가 될 수 있다.

상기 <수학식 5>에서는 각 부반송파에 대한 채널 이득의 제곱 값을 총합하는 형태로 cost function이 구현되었다. 상기 <수학식 5>와 같이 cost function을 구현하더라도 본 발명의 제1실시 예에서 얻고자 하는 효과를 동일하게 얻을 수 있다. 다음으로 도 4를 참조하여 본 발명의 제1실시예에 따른 자원 할당 과정에 대해서 설명하기로 한다.

상기 도 4는 본 발명의 제1실시 예에 따른 자원 할당 과정을 도시한 순서도이다. 상기 도 4에 도시한 자원 할당 과정은 기지국이 각 단말들로부터 요구되는 데이터 레이트 정보에 대한 수집을 완료한 상태를 가정하고 있다.

상기 도 4를 참조하면, 기지국은 410단계에서 cost function을 사용하여 각 단말에 대한 부반송파별 채널 이득을 계산한다. 상기 각 단말에 대한 부반송파별 채널 이득을 모두 계산하면, 상기 기지국은 412단계로 진행한다.

상기 기지국은 412단계에서 단말을 식별하기 위한 인덱스 k와 부반송파를 식별하기 위한 인덱스 n을 초기화한다. 즉 상기 k와 n을 0으로 설정한다. 그 후 상기 기지국은 414단계에서 제n부반송파에 대해 가장 우선 순위가 높은, 즉 가장 높은 우선 순위값을 가지는 단말을 선택한다. 여기서, 상기 제n부반송파에 대해 가장 우선 순위가 높은 단말을 제x단말이라고 가정하기로 한다. 상기 우선순위 값은 앞에서 살펴본 <수학식 2> 또는 <수학식 5>에 의해 계산된다.

상기 기지국은 416단계에서 상기 제x단말이 원하는 부반송파 개수만큼 이미 할당이 완료되었는지 검사한다. 상기 검사 결과 상기 제x단말이 원하는 부반송파 개수만큼 부반송파 할당이 이미 완료되었다면, 상기 기지국은 418단계로 진행한다. 상기 418단계에서 상기 기지국은 상기 제x단말을 상기 제n부반송파에 대한 할당 목록에서 제외하고 상기 414단계로 되돌아간다. 한편, 상기 416단계에서 검사 결과 상기 제x단말이 원하는 부반송파 개수만큼 부반송파 할당이 이미 완료되지 않았다면, 상기 기지국은 420단계로 진행한다. 상기 420단계에서 상기 기지국은 상기 제x단말에게 제n부반송파를 할당하고 422단계로 진행한다. 상기 422단계에서 상기 기지국은 다음 부반송파를 선택하기 위해 상기 n을 1 증가시킨 후 상기 424단계로 진행한다. 상기 424단계에서 상기 기지국은 상기 n의 값이 N 미만인지 검사한다. 여 기서, 상기 N은 부반송파의 총 개수를 나타낸다. 상기 검사 결과 상기 n의 값이 N 미만일 경우 상기 414단계로 되돌가간다. 만약, 상기 424단계에서 상기 n의 값이 N 미만이 아닐 경우, 즉 상기 n의 값이 N 이상일 경우 상기 기지국은 자원 할당 과정을 종료한다.

전술한 바와 같이 본 발명의 제1실시 예에서는 단말간의 상대적인 채널 이득 차이를 반영하여 자원을 할당함으로써, 최적의 자원 할당 및 송신 전력 소모를 최소화할 수 있다.

제2실시 예

본 발명의 제2실시 예는 경로 손실이 작은 단말의 경우 일반적으로 대부분의 채널들에 대한 할당에 있어 낮은 우선순위를 갖는다는 것에 착안하였다. 여기서 경로 손실이 작은 단말은 기지국에 인접하여 위치한 단말이 될 수 있다. 따라서 본 발명의 제2실시 예에서는 경로 손실이 작은 단말을 제외한 나머지 단말들에 대해 우선적으로 자원을 할당하고, 나머지 자원을 경로 손실이 작은 단말에게 할당한다.

이를 위해서는 우선적으로 자원을 할당할 단말과 그렇지 않은 단말을 구분하기 위한 방안이 제안되어야 한다. 이를 위해 본 발명의 제2실시 예에서는 단말별로 우선순위를 구분하기 위한 단말 우선순위 값을 계산하는 방안을 마련한다. 그리고 적어도 하나의 임계 우선순위 값을 지정하여 상기 임계 우선순위 값을 만족하는 단말에 대해 우선적으로 자원을 할당한다.

본 발명의 제2실시 예에서 각 단말들의 단말 우선순위 값은 하기 <수학식 6>에 의해 계산될 수 있다.

상기 <수학식 6>에서 r(k)는 제k단말에 부여되는 단말 우선 순위 값을 나타내며, 상기 <수학식 6>에 의해 계산되는 단말 우선 순위 값은 단말별로 요구된 데이터 레이트와 평균 채널 이득을 반영하고 있다. 그리고 요구 데이터 레이트와 전체 부반송파에 걸친 채널 이득의 합의 비로 표현되는 1차원적인 계산식을 사용함으로써, 복잡도를 현저히 줄일 수 있다.

상기 <수학식 6>에 의하면, 평균 채널 이득이 나쁘고, 요구 데이터 레이트가 높은 단말일수록 큰 단말 우선순위 값(r(k))을 가진다. 상기 계산된 단말 우선순위 값을 기준으로 하여 각 단말들의 자원 할당 순서를 결정한다. 그리고 결정된 자원 할당 순서에 입각하여 단말별로 자원을 할당한다. 상기 단말 별로의 자원 할당은 단말이 각 부반송파에 대해 가지는 채널 이득을 기준으로 한다. 즉 높은 채널 이득을 가지는 부반송파로부터 낮은 채널 이득을 가지는 부반송파의 순서로 단말에 의해 요구된 부반송파 수만큼의 부반송파를 할당한다. 만약 할당하고자 하는 부반송파가 다른 단말에 대해 이미 할당되었다면 차선의 채널 이득을 가지는 부반송파를 할당한다.

전술한 바와 같이 본 발명의 제2실시 예에서 제안하는 자원 할당 방법은, 단말 우선순위 값에 의해 자원 할당 순서를 오더링(ordering)하는 과정과, 상기 자원 할당 순서에 의해 단말별로 부반송파를 할당하는 과정으로 나누어진다.

도 5는 본 발명의 제2실시 예에 따른 자원 할당 과정을 도시한 순서도이다. 상기 도 5에도시되어 있는 자원 할당 과정은 기지국이 각 단말들로부터 요구되는 데이터 레이트 정보에 대한 수집을 완료한 상태를 가정하고 있다.

상기 도 5를 참조하면, 기지국은 510단계에서 cost function을 사용하여 각 단말에 대한 단말 우선 순위 값을 계산하고 512단계로 진행한다. 상기 512단계에서 상기 기지국은 모든 단말들의 단말 우선 순위 값에 상응하게 내림차순으로 정렬하여 단말 리스트를 생성한 후 514단계로 진행한다. 상기 514단계에서 상기 기지국은 상기 단말 리스트내의 단말들중 가장 높은 단말 우선 순위 값을 가지는 단말을 선택하고 516단계로 진행한다. 여기서, 가장 높은 단말 우선 순위 값을 가지는 단말을 제x단말이라고 가정하기로 한다.

상기 516단계에서 상기 기지국은 상기 기지국이 할당 가능한 부반송파들중에 상기 제x단말에게 가장 양호한 채널 상태를 나타내는 부반송파를 할당하고 518단계로 진행한다. 상기 518단계에서 상기 기지국은 상기 제x단말이 원하는 부반송파 개수 만큼 이미 부반송파 할당이 완료되었는지 검사한다. 상기 검사 결과 상기 제x단말이 원하는 부반송파 개수 만큼 이미 부반송파 할당이 완료되지 않았다면 상기 516단계로 되돌아간다.

한편, 상기 518단계에서 검사 결과 상기 제x단말이 원하는 부반송파 개수 만큼 이미 부반송파 할당이 완료되었다면 상기 기지국은 520단계로 진행한다. 상기 520단계에서 상기 기지국은 상기 제x단말을 상기 단말 리스트에서 제거한 후 522단 계로 진행한다. 상기 522단계에서 상기 기지국은 상기 단말 리스트 상에 단말이 존재하는지 검사한다. 상기 검사 결과 상기 단말 리스트 상에 단말이 존재할 경우 상기 기지국은 상기 514단계로 되돌아간다. 만약 상기 522단계에서 검사 결과 상기 단말 리스트 상에 어떤 단말도 존재하지 않을 경우 상기 기지국은 자원 할당 과정을 종료한다.

한편 전술한 상세한 설명에서는 각 단말별로 고유한 우선순위를 부여하는 것을 가정하고 있다. 하지만 적어도 하나의 임계 우선순위 값을 부여하여 자원 할당 순서를 복수의 서브 클래스로 분류하고, 각 서브 클래스 별로 자원을 할당하는 방안에 의해 구현할 수도 있다.

도 6a 내지 도 6c는 서브 클래스의 개수에 따른 성능을 분석한 실험 데이터를 보이고 있는 도면이다. 상기 도 6a는 단말이 셀 전체에 균등하게 분포된 환경을 가정하였으며, 상기 도 6b는 단말이 셀의 일정 범위 내에서만 분포하는 환경을 가정하였다. 상기 도 6c는 단말 간의 경로 손실의 차이가 존재하지 않는 환경을 가정하였다. 그리고 64개의 단말들과 512개의 부반송파들를 사용하는 이동 통신 시스템에서 음성 서비스, 비디오 서비스, 데이터 서비스의 비율이 37:23:4인 경우를 가정한다.

상기 도 6a 내지 도 6c를 참조할 때, 본 발명에서 제안하는 자원 할당 방법은 서브-클래스의 수에 관계없이 일정한 성능을 보임을 알 수 있다. 셀룰러 방식을 사용하는 이동 통신 시스템의 경우 단말이 셀 내에 고르게 분포된 환경은 통상적이다. 이러한 관점에서 상기 도 6a를 보면, 임계 우선순위 값의 사용 개수와 관계 없 이 일정한 신호 대 잡음비(SNR: Signal to Noise Ratio)를 얻을 수 있다.

도 7은 서브 클래스의 개수와 복잡도의 상관 관계를 보이고 있는 도면이다. 상기 도 7의 실험을 위해 64개의 단말들과 512개의 부반송파를 사용하는 이동 통신 시스템에서 음성 서비스, 비디오 서비스, 데이터 서비스의 비율이 37:23:4인 경우를 가정하였다.

상기 도 7을 참조할 때, 서브-클래스의 수가 증가할수록 복잡도가 감소하는 것을 알 수 있다. 하지만 서브-클래스의 수가 특정 값(K)을 넘어서게 되면, 복잡도는 일정하게 유지됨을 알 수 있다. 따라서 본 발명의 제2실시 예에서는 성능과 복잡도를 고려할 때, 서브-클래스의 수를 K로 정하여 사용하는 것이 바람직할 것이다.

전술한 바와 같이 본 발명의 제2실시 예에서는 1차원적인 계산에 의해 단말 별로의 자원 할당 방법을 제안한다. 따라서 본 발명의 제2실시 예에서 제안하는 자원 할당 방법은 기존에 cost function을 이용한 자원 할당 방법에 비해 그 복잡도를 현저하게 줄일 수 있다.한편 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시예에 관해 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 안되며 후술하는 특허청구의 범위뿐만 아니라 이 특허청구의 범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

전술한 바와 같이 본 발명에서는 단말간의 상대적인 채널 이득 차이를 반영하여 자원을 할당함으로써, 최적의 자원 할당 및 송신 전력 소모를 최소화할 수 있다. 그리고 1차원적인 계산에 의해 단말 별로의 자원 할당 방법을 수행함으로써, 기존에 cost function을 이용한 자원 할당 방법에 비해 그 복잡도를 현저하게 줄일 수 있다.

Claims

이동 통신 시스템의 기지국에서 자원 할당 방법에 있어서,

단말별로 요구되는 데이터 레이트와, 단말별 평균 채널 이득에 상응하게 단말간의 평균 채널 이득을 반영하는 우선 순위 값을 각 단말에 대해 부반송파별로 계산하는 과정과,

각 단말에 대해 부반송파별로 계산된 우선 순위 값에 상응하게 상기 부반송파들을 해당 단말로 할당하는 과정을 포함하는 자원 할당 방법.
제1항에 있어서, 상기 우선 순위 값은,

에 의해 계산되며,

여기서 k는 단말을 나타내는 인덱스이며, n은 부반송파를 나타내는 인덱스이며, c(k,n)은 제k단말의 제n부반송파 에 대한 우선순위 값을 나타내며,
는 제k단말의 제n부반송파에서의 채널 이득을 나타내며, R_k는 제k단말에 의해 요구된 데이터 레이트를 나타냄을 특징으로 하는 자원 할당 방법.
제1항에 있어서, 상기 우선 순위 값은,

에 의해 계산되며,

여기서 k는 단말을 나타내는 인덱스이며, n은 부반송파를 나타내는 인덱스이며, c(k,n)은 제k단말의 제n부반송파에 대한 우선 순위 값을 나타내며,
는 제k단말의 제n부반송파에서의 채널 이득을 나타내며, R_k는 제k 단말에 의해 요구된 데이터 레이트를 나타냄을 특징으로 하는 자원 할당 방법.
제1항에 있어서,

상기 우선 순위 값이 계산되는 단말은 상기 기지국이 포함하는 스케줄러에 의해 선택된 단말임을 특징으로 하는 자원 할당 방법.
이동 통신 시스템의 기지국에서 자원 할당 방법에 있어서,

모든 단말들 각각에 대해, 단말별로 요구되는 데이터 레이트와 단말별 채널 이득에 상응하게 각 단말에 대한 단말 우선 순위 값을 계산하는 과정과, 상기 단말들을 상기 단말 우선 순위 값에 상응하게 정렬하는 과정과,

상기 정렬 순서에 상응하게 단말별로 부반송파를 할당하는 과정을 포함하는 자원 할당 방법.
제5항에 있어서, 상기 단말 우선 순위 값은,

에 의해 계산되며,

여기서 k는 단말을 나타내는 인덱스이며, n은 부반송파를 나타내는 인덱스이며, r(k)은 제k단말에 대해 부여된 단말 우선 순위 값을 나타내며,
는 제k단말의 제n부반송파에서의 채널 이득을 나타내며, R_k는 제k단말에 의해 요구된 데이터 레이트를 나타냄을 특징으로 하는 자원 할당 방법.
제6항에 있어서,

상기 단말들을 상기 단말 우선 순위 값에 상응하게 정렬하는 과정은; 상기 단말 우선 순위 값을 내림차순으로 정렬하여 상기 단말 우선 순위 값이 최대인 단말에 대해 최우선적으로 부반송파가 할당되도록 정렬하는 것임을 특징으로 하는 자원 할당 방법.
이동 통신 시스템의 기지국에서 자원 할당 장치에 있어서,

단말별로 요구되는 데이터 레이트와, 단말별 평균 채널 이득에 상응하게 단 말간의 평균 채널 이득을 반영하는 우선 순위 값을 각 단말에 대해 부반송파별로 계산하고, 각 단말에 대해 부반송파별로 계산된 우선 순위 값에 상응하게 상기 부반송파들을 해당 단말로 할당하는 부반송파 할당부를 포함하는 자원 할당 장치.
제8항에 있어서, 상기 우선 순위 값은,

에 의해 계산되며,

여기서 k는 단말을 나타내는 인덱스이며, n은 부반송파를 나타내는 인덱스이며, c(k,n)은 제k단말의 제n부반송파 에 대한 우선순위 값을 나타내며,
는 제k단말의 제n부반송파에서의 채널 이득을 나타내며, R_k는 제k단말에 의해 요구된 데이터 레이트를 나타냄을 특징으로 하는 자원 할당 장치.
제8항에 있어서, 상기 우선 순위 값은,

에 의해 계산되며,

여기서 k는 단말을 나타내는 인덱스이며, n은 부반송파를 나타내는 인덱스이 며, c(k,n)은 제k단말의 제n부반송파에 대한 우선 순위 값을 나타내며,
는 제k단말의 제n부반송파에서의 채널 이득을 나타내며, R_k는 제k 단말에 의해 요구된 데이터 레이트를 나타냄을 특징으로 하는 자원 할당 장치.
제8항에 있어서,

상기 우선 순위 값이 계산되는 단말은 상기 기지국이 포함하는 스케줄러에 의해 선택된 단말임을 특징으로 하는 자원 할당 장치.
이동 통신 시스템의 기지국에서 자원 할당 장치에 있어서,

모든 단말들 각각에 대해, 단말별로 요구되는 데이터 레이트와 단말별 채널 이득에 상응하게 각 단말에 대한 단말 우선 순위 값을 계산하는 과정과, 상기 단말들을 상기 단말 우선 순위 값에 상응하게 정렬하고, 상기 정렬 순서에 상응하게 단말별로 부반송파를 할당하는 부반송파 할당부를 포함하는 자원 할당 장치.
제12항에 있어서, 상기 단말 우선 순위 값은,

에 의해 계산되며,

여기서 k는 단말을 나타내는 인덱스이며, n은 부반송파를 나타내는 인덱스이며, r(k)은 제k단말에 대해 부여된 단말 우선 순위 값을 나타내며,
는 제k단말의 제n부반송파에서의 채널 이득을 나타내며, R_k는 제k단말에 의해 요구된 데이터 레이트를 나타냄을 특징으로 하는 자원 할당 장치.
제13항에 있어서,

상기 부반송파 할당부는 상기 단말 우선 순위 값을 내림차순으로 정렬하여 상기 단말 우선 순위 값이 최대인 단말에 대해 최우선적으로 부반송파가 할당되도록 정렬하는 것임을 특징으로 하는 자원 할당 장치.