KR100758766B1 - 다양성 이득 향상을 위한 무선 자원 할당 제어 방법 - Google Patents

다양성 이득 향상을 위한 무선 자원 할당 제어 방법 Download PDF

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Abstract

다중 반송파를 사용하는 무선 통신 시스템에서 무선 자원 할당을 제어하기 위한 방법이 개시된다. 본 발명에 따른 방법은 기지국으로부터 단말로 브로드캐스트 되는 변수를 획득하는 단계 및 상기 획득한 변수를 기준으로 하여 다중 반송파를 다수의 서브 채널에 동적으로 할당하는 단계를 포함한다. 상기 브로드캐스트 되는 변수는 시간 정보 또는 프레임 번호를 포함할 수 있다. 또한, 상기 다중 반송파를 사용하는 무선 통신 시스템은 OFDMA를 사용하는 시스템일 수 있다. 무선 통신 시스템이 HARQ(Hybrid Automatic Repeat reQuest)를 사용할 수 있으며, 상기 동적 할당 단계는 전송 오류가 발생하여 재전송을 수행하는 경우에만 수행될 수도 있다.
무선 자원 할당, 다중 반송파, OFDMA, HARQ

Description

다양성 이득 향상을 위한 무선 자원 할당 제어 방법{METHOD FOR CONTROLLING WIRELESS RESOURCE ASSIGNMENT TO IMPROVE DIVERSITY PROFIT}
도 1은 서브-밴드 반송파 할당 방식, 인터리브 반송파 할당 방식 및 플렉서블 반송파 할당 방식을 개략적으로 도시한 도면.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 서브-밴드 반송파 할당 방식을 도시한 도면.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 인터리브 반송파 할당 방식을 도시한 도면.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 플렉서블 반송파 할당 방식을 도시한 도면.
본 발명은 무선 자원 할당을 제어하는 방법에 관한 것으로, 특히 OFDMA(Orthogonal Frequency Division Multiple Access) 시스템에서 HARQ(Hybrid Automatic Repeat reQuest)가 적용되는 경우 재전송에 있어서 채널의 다양성(diversity) 이득을 향상시키기 위하여 무선 자원 할당을 제어하는 방법에 관한 것이다.
통신 시스템에서 오류 제어 알고리즘은 크게 재전송(Automatic Repeat reQuest: ARQ) 방식과 오류 정정(Forward Error Correction) 방식으로 분류될 수 있다. 일반적으로, 재전송 방식은 데이터 링크 프로토콜(Data Link Protocol)에서 사용되며, 오류 정정 방식은 물리 계층(Physical Layer)에서 사용된다. HARQ(Hybrid Automatic Repeat reQuest)란 재전송 방식과 오류 정정 방식을 결합하여 오류를 제어하는 기술로 시스템에서 처리율을 향상시키기 위한 것이다. HARQ는 3.5세대 이동 통신 기술인 HSDPA(High Speed Downlink Packet Access) 전송 등에서 사용되고 있으며, 에러가 발생한 패킷에 대하여 재전송을 수행하여, 원래 전송된 정보와 재전송된 정보를 결합하여 디코딩함으로써 재전송의 횟수를 줄이는데 사용된다.
지금까지 OFDMA 시스템에서 사용되고 있는 무선 자원 할당 방식으로는 서브-밴드 반송파 할당(sub-band carrier assignment), 인터리브 반송파 할당(interleaved carrier assignment), 플렉서블 반송파 할당(flexible carrier assignment) 등의 방식이 있다. OFDMA 시스템에서 무선 자원 할당 과정은 기지국과 단말 모두에서 이루어지는데, 단말은 기지국의 무선 자원 할당자(스케줄러)로부터 무선 자원 할당 파라미터를 전송 받아 무선 자원 할당을 수행한다. 이것은 HARQ가 적용되는 경우에도 마찬가지이다.
도 1은 서브-밴드 반송파 할당 방식, 인터리브 반송파 할당 방식 및 플렉서블 반송파 할당 방식을 개략적으로 도시한다. 각각의 반송파 할당 방식을 설명하 기 위하여 시스템에 K명의 사용자가 있다고 가정하였다. 사용자 별로 1개의 서브 채널을 사용한다고 가정하면, 각각의 사용자를 위하여 최소한 K개의 서브 채널이 필요하게 될 것이다.
먼저, 도 1a는 서브-밴드 반송파 할당 방식을 도시한다. 서브-밴드 반송파 할당 방식은 사용 가능한 반송파를 연속하여 배분한다. 도시된 실시예에서는, 사용 가능한 반송파가 N개(반송파 번호 0부터 N-1까지)인 경우, 이를 K 등분하여 연속하는 서브 채널에 할당한다. 예컨대, 사용 가능한 반송파가 50개(즉, N=50)인 경우, 10개의 서브 채널(즉, K=10)이 필요하다면, 반송파는 50을 10으로 나눈 5개씩이 각각의 서브 채널에 할당되게 된다. 이 때, 서브-밴드 반송파 할당 방식에 따르면, 5개의 연속한 반송파(반송파 번호 0-4, 5-9, 10-14 등)가 각각의 서브 채널에 할당된다.
다음으로, 도 1b는 인터리브 반송파 할당 방식을 도시한다. 인터리브 반송파 할당 방식은 사용 가능한 반송파를 i, K+i, 2K+i 등으로 구성하여 배분한다. 여기서, i는 0 ≤ i ≤ K-1 이다. 예컨대, 사용 가능한 반송파가 50개(즉, N=50)인 경우, 10개의 서브 채널(즉, K=10)이 필요하다면, 반송파는 50을 10으로 나눈 5개씩이 각각의 서브 채널에 할당되게 된다. 이 때, 인터리브 반송파 할당 방식에 따르면, 반송파 번호 (0, 10, 20, 30, 40), (1, 11, 21, 31, 41), (2, 12, 22, 32, 42) 등의 일련의 반송파들이 각각의 서브 채널에 할당된다.
마지막으로, 도 1c는 플렉서블 반송파 할당 방식을 도시한다. 플렉서블 반송파 할당 방식은 각각의 사용자가 사용 가능한 반송파를 소정의 규칙에 따라서 할 당하는 방식이다. 할당 규칙은 운영자가 설정한 임의의 수식에 의해 결정될 수 있다. 이 방식은 IEEE Std. 802.16에 사용되고 있다.
상술한 바와 같은 서브-밴드 반송파 할당 방식, 인터리브 반송파 할당 방식 및 플렉서블 반송파 할당 방식은 무선 채널이 일정 시간 동안 거의 변화하지 않는 환경에서, 특정 사용자의 채널 환경이 열악할 경우, 그 상태가 오래 지속될 수 있다는 단점이 있다. 만약 열악한 환경의 채널을 할당 받은 사용자가 HARQ를 적용한다고 할 경우, 스케줄러가 무선 자원 할당 파라미터를 바꾸지 않는 한, 계속적인 재전송이 이루어지더라도 무선 채널의 지속적인 열악함으로 인하여 재전송에 의한 성능의 향상을 기대하기 어렵게 된다.
채널의 변화가 거의 없는 경우 재전송의 횟수를 줄이기 위해서는 다양성 이득을 이용하는 방법이 있다. 종래에는 다양성 이득을 이용하기 위하여, 기지국에서 무선 자원 할당 파라미터를 조정하여 전송하는 방식을 사용하였다. 이러한 방식은 스케줄러의 복잡성을 증가시키고, 파라미터 전송을 위하여 무선 자원을 할당되게 되므로 유효 처리량(throughput)을 감소시키며, 추가적으로 전력을 소비하게 되므로 시스템 효율성이 떨어지게 되는 문제가 있다.
본 발명의 목적은 HARQ를 적용하는 OFDMA 시스템에서 무선 자원 할당 제어를 통해 시스템의 효율성을 감소시키지 않으면서 채널의 다양성 이득을 향상시키는 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 특징에 따르면, 다중 반송파를 사용하는 무선 통신 시스템에서 무선 자원 할당을 제어하기 위한 방법이 개시되는데, 이 방법은, 기지국으로부터 단말로 브로드캐스트 되는 변수를 획득하는 단계 및 상기 획득한 변수를 기준으로 하여 다중 반송파를 다수의 서브 채널에 동적으로 할당하는 단계를 포함한다.
본 발명의 다른 특징에 따르면, 다중 반송파를 사용하는 무선 통신 시스템에서 무선 자원 할당을 제어하기 위한 방법이 개시되는데, 이 방법은, 기지국으로부터 단말로 브로드캐스트 되는 변수를 획득하는 단계 및 다중 반송파를 다수의 서브 채널에 할당함에 있어서 상기 획득한 변수를 사용하는 단계를 포함한다.
시스템의 효율성을 감소시키지 않으면서 다양성 이득을 얻기 위하여, 무선 자원 할당에 있어서 매 프레임(frame)마다 브로드캐스트 되는 프레임 번호(frame number)를 이용할 수 있다. 여기서, 프레임이란 기지국과 단말 간에 데이터를 전송하는 하나의 단위로서, 기지국에서 단말로 데이터를 전송하는 다운로드와 단말에서 기지국으로 데이터를 전송하는 업로드를 포함한다. 프레임은 프레임 전송 시간에 대한 정의라 할 수 있는 프레임 번호를 포함한다. 프레임 번호는 시스템의 전송 특성에 따라 슬롯 번호 또는 패킷 번호 등의 명칭으로 사용될 수도 있다. 논리적 서브 채널이 동일하다 하더라도 프레임 번호가 변화함에 따라 서브 채널에 할당되는 물리적 반송파를 다르게 함으로써 다양성 이득을 얻을 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 서브-밴드 반송파 할당 방식(sub-band carrier assignment scheme)을 도시한다. 상술한 바와 같이, 서브-밴드 반송파 할당 방식은 사용 가능한 반송파를 필요한 서브 채널의 개수만큼 K 등분하여 연속한 반송파를 각각의 서브 채널에 할당하는 방식이다. 예컨대, 사용 가능한 반송파가 50개(즉, N=50)인 경우, 10개의 서브 채널(즉, K=10)이 필요하다면, 50을 10으로 나눈 5개(n 이라 하자)씩의 연속한 반송파(0-4, 5-9, 10-14 등)를 각각의 서브 채널(서브 채널 1, 서브 채널 2, 서브 채널 3 등)에 할당하게 된다. 도 2a는 이와 같이 할당하는 방식을 도시하는데, 이 때의 프레임 번호를 t라고 하자.
종래 기술에서는 프레임 번호가 변화하여도, 각각의 서브 채널(논리적)에 할당되는 반송파 번호(물리적)는 변화하지 않고 일정하였다. 따라서, 특정 물리적 채널의 환경이 지속적으로 열악한 경우, 해당 서브 채널을 사용하는 사용자는 HARQ를 적용하여 재전송을 수행하여도 지속적으로 통신 채널 환경이 열악한 상태이므로 오류 제어가 쉽지 않은 문제점이 있었다.
그러나 본 발명에 따르면, 각각의 서브 채널에 할당되는 반송파를 프레임 번호가 변화함에 따라 변화시킬 수 있다. 도 2b 및 도 2c는 프레임 번호가 각각 t+1과 t+2일 때, 본 발명의 일 실시예에 따른 서브-밴드 반송파 할당 방식을 도시한다. 반송파 할당에 있어 프레임 번호를 반영하는 방식은 다양하게 존재할 수 있다. 도시된 예에서는, 프레임 번호가 1 증가함에 따라, 할당되는 반송파 번호를 n 만큼(n = N/K) 증가시킨 경우이다.
예컨대, N=50, K=10인 경우, 각각의 서브 채널에 할당되어야 하는 반송파의 개수 n은 50을 10으로 나눈 5가 된다. 프레임 번호가 t일 때, 서브 채널 1, 2, 3 등에 각각 반송파 번호 0-4, 5-9, 10-14 등이 할당되었다면, 프레임 번호가 t+1일 때, 서브 채널 1, 2, 3 등에 할당되는 반송파 번호는 각각 5 만큼씩 증가하여, 5- 9, 10-14, 15-19 등이 된다. 프레임 번호가 t일 때 반송파의 마지막 번호인 45-49가 할당되었던 서브 채널 10은, 프레임 번호가 t+1이 되면, 다시 반송파의 처음으로 되돌아가 0-4가 할당된다. 마찬가지로, 프레임 번호가 t+2가 되면, 서브 채널 1, 2, 3 등에 할당되는 반송파 번호는 다시 5만큼씩 증가하여, 10-14, 15-19, 20-24 등이 할당되며, 서브 채널 9는 다시 반송파의 처음 부분인 0-4가 할당된다. 이와 같이, 프레임 번호가 증가함에 따라 각각의 서브 채널에 할당되는 반송파 번호는 시프팅하면서 변화할 수 있다.
상술한 예에서는, 프레임 번호가 증가함에 따라, 할당되는 반송파 번호가 n 만큼씩 증가하는 경우를 설명하였으나, 2n, 3n 등 다양한 방식으로 변화할 수도 있다. 어떠한 경우이든지, 프레임 번호가 증가함에 따라 할당되는 물리적 반송파가 변화함으로써 다양성 이득을 얻을 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 인터리브 반송파 할당 방식(interleaved carrier assignment scheme)을 도시한다. 상술한 바와 같이, 인터리브 반송파 할당 방식은 사용 가능한 반송파를 i, K+i, 2K+i 등으로 구성하여 각각의 서브 채널에 할당하는 방식이다. 예컨대, 사용 가능한 반송파가 50개(즉, N=50)인 경우, 10개의 서브 채널(즉, K=10)이 필요하다면, 5개(n 이라 하자)씩의 반송파 (0, 10, 20, 30, 40), (1, 11, 21, 31, 41), (2, 12, 22, 32, 42) 등을 각각의 서브 채널(서브 채널 1, 서브 채널 2, 서브 채널 3 등)에 할당하게 된다. 도 3a는 이와 같이 할당하는 방식을 도시하는데, 이 때의 프레임 번호를 t라고 하자.
마찬가지로, 이 경우에도 각각의 서브 채널에 할당되는 반송파를 프레임 번 호가 변화함에 따라 변화시킬 수 있다. 도 3b 및 도 3c는 프레임 번호가 각각 t+1과 t+2일 때, 본 발명의 일 실시예에 따른 인터리브 반송파 할당 방식을 도시한다. 반송파 할당에 있어 프레임 번호를 반영하는 방식은 다양하게 존재할 수 있다. 도시된 예에서는, 프레임 번호가 1 증가함에 따라, 할당되는 반송파 번호를 1 만큼씩 증가시킨 경우이다.
예컨대, N=50, K=10인 경우, 각각의 서브 채널에 할당되어야 하는 반송파의 개수 n은 50을 10으로 나눈 5가 된다. 프레임 번호가 t일 때, 서브 채널 1, 2, 3 등에 각각 반송파 번호 (0, 10, 20, 30, 40), (1, 11, 21, 31, 41), (2, 12, 22, 32, 42) 등이 할당되었다면, 프레임 번호가 t+1일 때, 서브 채널 1, 2, 3 등에 할당되는 반송파 번호는 각각 1 만큼씩 증가하여, (1, 11, 21, 31, 41), (2, 12, 22, 32, 42), (3, 13, 23, 33, 43) 등이 된다. 프레임 번호가 t일 때 반송파의 마지막 번호를 포함하는 (9, 19, 23, 39, 49)가 할당되었던 서브 채널 10은, 프레임 번호가 t+1이 되면, 다시 반송파의 처음 부분을 포함하는 (0, 10, 20, 30, 40)이 할당된다. 마찬가지로, 프레임 번호가 t+2가 되면, 서브 채널 1, 2, 3 등에 할당되는 반송파 번호는 다시 1 만큼씩 증가하여, (2, 12, 22, 32, 42), (3, 13, 23, 33, 43), (4, 14, 24, 34, 44) 등이 할당되며, 서브 채널 9는 다시 반송파의 처음 부분을 포함하는 (0, 10, 20, 30, 40)이 할당된다. 이와 같이, 프레임 번호가 증가함에 따라 각각의 서브 채널에 할당되는 반송파 번호는 시프팅하면서 변화할 수 있다.
상술한 예에서는, 프레임 번호가 증가함에 따라, 할당되는 반송파 번호가 1 만큼씩 증가하는 경우를 설명하였으나, 2, 3 등 다양한 크기로 증가할 수도 있다. 어떠한 경우이든지, 프레임 번호가 증가함에 따라 할당되는 물리적 반송파가 변화함으로써 다양성 이득을 얻을 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 플렉서블 반송파 할당 방식(flexible carrier assignment scheme)을 도시한다. 상술한 바와 같이, 플렉서블 반송파 할당 방식은 각각의 사용자가 사용 가능한 반송파를 소정의 규칙에 따라서 할당하는 방식이다. 할당 규칙은 운영자가 설정한 임의의 수식에 의해 결정될 수 있다. 도 4a는 이와 같은 소정의 수식에 따라 반송파를 할당하는 방식을 도시하는데, 이 때의 프레임 번호를 t라고 하자.
마찬가지로, 이 경우에도 각각의 서브 채널에 할당되는 반송파를 프레임 번호가 변화함에 따라 변화시킬 수 있다. 도 4b 및 도 4c는 프레임 번호가 각각 t+1과 t+2일 때, 본 발명의 일 실시예에 따른 플렉서블 반송파 할당 방식을 도시한다. 반송파 할당에 있어 프레임 번호를 반영하는 방식은 다양하게 존재할 수 있다. 예컨대, 프레임 번호를 하나의 변수로 하여 이를 가감승제 한 소정의 값을 무선 자원 할당 방식의 순열에 사용할 수 있다. 어떠한 경우이든지, 프레임 번호가 증가함에 따라 할당되는 물리적 반송파가 변화한다면, 이를 통하여 다양성 이득을 얻을 수 있다.
이와 같이 본 발명에 따른 무선 자원 할당 제어 방법은, 기존에 존재하는 무선 자원 할당 방식에 프레임 번호에 따른 변수를 반영함으로써, 재전송 시에 사용되어야 할 논리적 서브 채널을 스케줄러의 별도 지정에 의해 변경하지 않더라도, 상이한 물리적 반송파를 사용함으로써 간단하게 다양성 이득을 얻을 수 있다.
통신 시스템에서 오류 제어 기법으로서 Chase Combining HARQ가 적용되는 경우, NACK에 의한 재전송이 발생하였을 때 수신기는 현재까지 전송 받은 데이터로부터의 정보를 결합(combining)하게 된다. 이 때 결합의 효율을 극대화 하기 위해서는 채널의 다양성 이득을 얻어야 한다. 또한, Incremental Redundancy HARQ가 적용되는 경우에도 재전송에 의한 성능 향상을 기대하기 위해서는 채널의 다양성 이득을 얻어야 한다. 본 발명에 따르면, 상술한 바와 같은 두 가지 HARQ 방식 모두에서, 재전송이 발생하였을 때 이전 프레임과 다른 자원 할당 영역을 사용하게 되어 채널의 다양성 이득을 얻을 수 있으며, 이로 인하여 재전송에 의한 성능 향상을 기대할 수 있게 된다.
Chase Combining을 사용하는 OFDMA-HARQ 시스템에서, 시간 t의 전송 프레임에서 오류가 발생했다면 t번째의 무선 채널은 열악한 상황에 놓여 있을 가능성이 높다. 그러므로 t+1 프레임에서의 재전송 시 본 발명에 따른 무선 자원 할당 방식을 사용한다면 다양성 이득을 기대할 수 있게 되어 정보의 결합을 통해 오류의 가능성을 줄일 수 있다.
또한 Incremental Redundancy을 사용하는 OFDMA-HARQ 시스템에서, 시간 t의 전송 프레임에서 오류가 발생했다면 t번째의 무선 채널이 열악한 상황에 놓여 있을 가능성이 높다. 그러므로 t+1 프레임에서의 재전송 시 본 발명에 따른 무선 자원 할당 방식에 따라 서브 채널을 사용한다면 다양성 이득을 기대할 수 있게 되어 추가적인 Redundancy 정보의 신뢰성을 확보할 수 있게 되고 이전 전송된 정보와 결합 하여 디코딩을 할 경우 오류의 가능성을 줄일 수 있다.
본 발명에 따른 무선 자원 할당 방식은 다양한 방식으로 변형되어 사용하는 것이 가능하다. 통신 시스템에서 HARQ를 적용할 때뿐만 아니라, 일반적인 자원 할당 방식을 사용하는 경우에도 동일하게 적용할 수 있다. 또한, 구체적인 HARQ의 방식(예컨대, Chase Combining 및 Incremental Redundancy 등)에 영향을 받지 않으며, 프레임 번호 대신에 모든 단말과 기지국에 공통적으로 브로드캐스트 되는 또 다른 변수를 이용하는 것도 가능하다. 특히, 무선 자원 할당이 시간에 따라 자동적으로 변하도록 하는 방식을 사용할 수도 있다. 상술한 실시예에서는, OFDMA를 사용하는 시스템의 경우를 예로 들었으나, 다중 반송파(multi carrier) 방식을 사용하는 통신 시스템이라면 어느 경우에나 적용 가능하다. 또한, TDD(Time Division Duplex) 및 FDD(Frequency Division Duplex)에도 모두 적용 가능하다.
본 발명에 따른 무선 자원 할당 방식은, 스케줄러가 추가적인 정보를 기지국과 단말에 전송하지 않아도 되므로, 시스템의 처리량(throughput)을 감소시키지 않는다. 또한, 종래의 무선 자원 할당 방식을 간단히 수정해서 사용 가능하며, 간편한 적용으로 열악한 무선 채널의 상황을 극복할 수 있다. 본 발명에 따르면, 특히 채널의 변화 정도가 느린 단말에서 다양성 이득에 의한 성능 향상을 얻을 수 있다.

Claims (8)

  1. 다중 반송파를 사용하는 무선 통신 시스템에서 무선 자원 할당을 제어하기 위한 방법으로서,
    기지국으로부터 단말로 브로드캐스트 되는 변수를 획득하는 단계, 및
    상기 획득한 변수를 기준으로 하여 상기 다중 반송파를 다수의 서브 채널에 동적으로 할당하는 단계
    를 포함하는 방법.
  2. 다중 반송파를 사용하는 무선 통신 시스템에서 무선 자원 할당을 제어하기 위한 방법으로서,
    기지국으로부터 단말로 브로드캐스트 되는 변수를 획득하는 단계, 및
    상기 다중 반송파를 다수의 서브 채널에 할당함에 있어서 상기 획득한 변수를 사용하는 단계
    를 포함하는 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 브로드캐스트 되는 변수는 시간 정보를 포함하는 방법.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 브로드캐스트 되는 변수는 프레임 번호를 포함하는 방법.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 다중 반송파를 사용하는 무선 통신 시스템은 OFDMA를 사용하는 시스템을 포함하는 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 무선 통신 시스템은 HARQ(Hybrid Automatic Repeat reQuest)를 사용하며,
    상기 동적 할당 단계는 전송 오류가 발생하여 재전송을 수행하는 경우에 수행되는 방법.
  7. 제2항에 있어서,
    상기 무선 통신 시스템은 HARQ(Hybrid Automatic Repeat reQuest)를 사용하며,
    상기 획득한 변수를 사용하는 단계는 전송 오류가 발생하여 재전송을 수행하는 경우에 수행되는 방법.
  8. 제2항에 있어서,
    상기 획득한 변수를 사용하는 단계는 상기 획득한 변수를 가감승제 한 값을 사용하는 것을 포함하는 방법.
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