KR100848655B1 - 다중 셀 ｏｆｄｍａ 시스템에서 분산적 자원 할당을 위한방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 다중 셀 OFDMA 시스템에서 분산적 자원 할당을 위한 방법을 제공한다. 이에 따라 본 발명의 기지국 제어기는 각 기지국별 프레임을 전송 시간에 따라 그룹화하여, 각 기지국에 해당 그룹 정보를 송신한다. 그러면 각 기지국은 프레임 전송 시작 시간에 대응되는 그룹 정보를 체크하여 체크된 그룹 정보에 대응되는 시간에 프레임을 해당 단말로 송신하고, 프레임의 송신에 따라 해당 단말에 부채널을 할당하는 경우 할당된 부채널별로 전력 제어를 수행한다. 그러면 부채널이 할당된 하나 이상의 단말은 할당된 부채널을 통해 해당 기지국으로부터 송신되는 프레임을 수신하고, 해당 기지국으로부터 수행되는 전력 제어에 따라 요구 전송률을 획득한다. 따라서 본 발명은 다중 셀 OFDMA 시스템에서 부채널 할당에 따른 동일 채널 간섭의 영향을 최소화할 수 있는 효과가 있다.

OFDMA, 다중 셀, 부채널, 자원 할당

Description

다중 셀 ＯＦＤＭＡ 시스템에서 분산적 자원 할당을 위한 방법{METHOD FOR ALLOCATING DISTRIBUTED RESOURCE IN MULTI-CELL OFDMA SYSTEM}

본 발명은 OFDMA 시스템에 관한 것으로 특히, 다중 셀 OFDMA 시스템에서 분산적 자원 할당을 위한 방법에 관한 것이다.

종래의 OFDMA 시스템에서 사용되는 자원 할당에 관한 알고리즘은 주로 단일 셀을 기준으로 연구되었다. 따라서 기존의 알고리즘이 다중 셀 환경에 적용되는 경우 자원 할당을 통해 얻을 수 있는 이득을 충분히 이끌어내기 위하여 CCI(Co-Channel Interference)가 고려되어야 한다. 즉, 다중 셀 환경에서는 해당 셀에 포함된 단말의 채널 이득이 크더라도 인접한 셀에서 동일 채널을 사용하는 단말이 많을 경우 CCI가 커지게 되므로 자원 할당시 CCI가 고려되어야 한다.

OFDMA 시스템에서 자원 할당은 프레임 단위로 이루어지는 것이 일반적이다. 이에 대한 구체적인 설명은 이하 종래의 자원을 할당하기 위한 OFDMA 시스템의 블록 구성도인 도 1을 참조하여 설명한다.

도 1을 참조하면, N번째 프레임(100)에서 자원 할당이 되는 경우 N-1번째 프레임(110)의 채널 정보를 수반한 맵(MAP) 정보(120)가 이용된다. 다시 말해, N-1번 째 프레임(110)이 상향 링크 전송될 때 해당 프레임 시간에 각 단말의 채널 정보(120)가 피드백되고 이 정보는 N번째 프레임(100)에서 자원 할당을 위한 정보로 사용된다. 이를 바탕으로 각 단말의 채널은 매 프레임마다 기지국에 의하여 할당되며, 기지국은 매 프레임마다 단말에게 채널 접속 정보를 알려주어 각 단말들이 채널을 나누어 사용할 수 있도록 한다.

이처럼 종래의 다중 셀 OFDMA 시스템에서의 자원 할당 방식은 인접 셀에서의 자원 할당 여부에 따라 해당 셀에서의 할당 내역이 영향을 받는다. 이에 따라 종래에는 해당 셀에 자원이 할당되는 경우 인접 셀 맵 정보를 요구하는 중앙 집중식(Centralized) 알고리즘이 주로 사용되었다. 하지만 중앙 집중식 알고리즘은 각 셀에 단말의 수가 증가될수록 맵 정보의 양이 기하급수적으로 증가되는 문제가 있으며, 기지국 제어기(Base Station Controller:BSC)에 상당한 부담을 주는 문제가 있다. 따라서 중앙 집중식 알고리즘은 다중 셀 OFDMA 시스템에서 실시간으로 자원 할당을 처리하기에는 비현실적인 문제가 있다.

다중 셀 OFDMA 시스템에서 전력 제어는 채널의 변화에 따라 단말들의 요구 전송률을 고정적으로 서비스하기 위해 송신 전력을 조절하는 알고리즘이다. 전력 제어는 주로 코드분할 다중접속(CDMA: Code Division Multiple Access, 이하 'CDMA)과 같은 단일 반송파 시스템을 기반으로 연구되었다. CDMA 시스템은 모든 단말이 시스템의 전 대역을 같이 사용하고 있기 때문에 어느 하나의 단말에 의한 간섭은 다른 모든 단말에게 영향을 끼친다. 이러한 이유로 일반적으로 CDMA 시스템을 간섭 제한적(Interference Limited) 시스템이라 한다.

CDMA 시스템에서 전력 제어 알고리즘은 상당히 중요한 부분을 차지하고 있다. 하지만 OFDMA 시스템에서 전력 제어 알고리즘은 그 중요하게 간주되지 않는다. 이는 OFDMA 시스템에서 단일 셀 내에서 단말의 채널들이 직교적(Orthogonal)이므로 간섭이 존재하지 않기 때문이다. 하지만 OFDMA 시스템의 상용 서비스 과정에서 인접 셀에 의한 간섭의 영향이 상당한 것으로 나타나 셀 가장자리에 위치한 단말의 서비스 품질(QoS)을 보장하기 어려운 면들이 밝혀지면서 OFDMA 시스템에서 전력 제어의 중요성이 재조명되고 있다.

다중 셀 OFDMA 시스템에서 종래와 같이 이전 프레임의 피드백된 채널 정보에 따라 자원 할당이 수행될 경우, 새로운 자원 할당의 여부에 따라 인접 셀에 있는 단말에게 미치는 간섭의 양은 다르게 나타난다. 따라서 다중 셀 OFDMA 시스템에서 종래와 같은 자원 할당 방법이 사용되는 경우 여러가지 문제점이 발생한다.

구체적으로 말하자면, 자원 할당을 하는 해당 셀의 기지국이 각 단말의 요구 전송률 및 시스템 내에서의 전송 효율을 고려하여 부채널을 할당하는 경우, 할당된 부채널의 채널 상황에 대응하여 전송 전력은 조절될 것이다. 그러나 전술한 바와 같은 방법으로 자원 할당이 수행되면서 실제 심볼이 전송되는 경우, 인접 셀에서 들어오는 간섭의 양에 변화가 생겨 결국 실제 전송된 심볼들은 원하는 성능을 얻을 수 없는 문제가 있다.

본 발명은 다중 셀 OFDMA 시스템에서 CCI를 효과적으로 조절하고, 각 단말에서의 서비스 품질(QoS)을 향상시키기 위한 다중 셀 OFDMA 시스템에서 분산적 자원 할당을 위한 방법을 제공한다.

상술한 바를 달성하기 위한 본 발명은 각각 동일한 셀에 포함된 하나 이상의 단말과 통신하는 복수개의 기지국과 상기 복수개의 기지국 각각의 자원을 관리하는 기지국 제어기를 포함하는 다중 셀 ＯＦＤＭＡ 시스템에서 분산적 자원 할당을 위한 방법에 있어서, 상기 기지국 제어기가 상기 복수개의 기지국별 프레임을 전송 시작 시간에 따라 그룹으로 나누어 상기 기지국으로 그룹 정보를 송신하는 과정과, 상기 복수개의 기지국 각각이 상기 그룹 정보를 체크하여 상기 체크된 그룹 정보에 대응되는 시간에 프레임을 해당 단말로 송신하는 과정과, 상기 복수개의 기지국 각각이 상기 해당 단말에 부채널을 할당할 때 동일한 부채널을 사용하는 서로 다른 셀의 단말들에 전력 제어를 수행하는 과정과, 상기 부채널이 할당된 단말이 상기 복수개의 기지국 중 어느 하나로부터 수행되는 전력 제어에 따라 요구 전송률을 획득하는 과정을 포함함을 특징으로 한다.

본 발명은 다중 셀 OFDMA 시스템에서 동일 부채널 (Co-Channel) 그룹의 생성으로 인한 CCI의 변화에 의해 발생할 수 있는 단말간 서비스 품질(QoS)의 위반 확률을 최소화할 수 있는 이점이 있다. 또한 본 발명은 송신 전력의 발산으로 시스템 내에서 서비스를 제공할 수 없게 되는 단말의 수를 줄일 수 있는 이점이 있으며, 이에 따라 시스템 용량의 증대에도 우수한 성능을 보일 수 있는 효과가 있다.

이하 본 발명의 바람직한 실시 예들의 상세한 설명이 첨부된 도면들을 참조하여 설명될 것이다. 그리고 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.

본 발명은 다중 셀 OFDMA 시스템에서 분산적 자원 할당을 위한 방법을 제공한다. 이에 따라 본 발명의 기지국 제어기는 각 기지국별 프레임을 전송 시간에 따 라 그룹화하여, 각 기지국에 해당 그룹 정보를 송신한다. 그러면 각 기지국은 프레임 전송 시작 시간에 대응되는 그룹 정보를 체크하여 체크된 그룹 정보에 대응되는 시간에 프레임을 해당 단말로 송신하고, 프레임의 송신에 따라 해당 단말에 부채널을 할당하는 경우 할당된 부채널별로 전력 제어를 수행한다. 그러면 부채널이 할당된 하나 이상의 단말은 할당된 부채널을 통해 해당 기지국으로부터 송신되는 프레임을 수신하고, 해당 기지국으로부터 수행되는 전력 제어에 따라 요구 전송률을 획득한다. 따라서 본 발명은 다중 셀 OFDMA 시스템에서 부채널 할당에 따른 동일 채널 간섭의 영향을 최소화할 수 있는 효과가 있다.

본 발명의 구체적인 설명에 앞서 이하 다중 셀 OFDMA 시스템에서 이전 프레임에서 피드백된 CQI(Channel Quality Information)를 통해 현재 프레임의 자원 할당이 수행되는 경우, 동일 부채널 그룹의 형성으로 인해 CCI(Co-Channel Interference)에 의한 영향이 달라지는 현상을 간략히 살펴본다.

OFDMA 시스템의 모든 셀의 프레임(200,210,220,230,240,250)은 도 2에 도시된 바와 같이 동기화되어 전송되도록 구성된다. 각 프레임(200,210,220,230,240,250)의 앞 단에는 프리엠블(Premble)(260)이 위치하며, 이 프리엠블(260)을 이용하여 각 셀의 기지국은 단말의 CQI를 수집한다. 이와 같이 프레임(200,210,220,230,240,250)의 앞 단에서 각 단말로부터 피드백된 CQI는 이어지는 프레임에서 자원 할당을 위해 사용된다. 이때 모든 셀의 기지국은 동시에 자원 할당 결과에 의해 결정된 부채널에 해당 단말의 심볼을 전송한다. 그리고 각 기지국은 이전 프레임과 다른 동일 부채널 그룹을 형성하여 채널 변화량이 심할 경우 피드백된 CQI에 따라 자원 할당을 수행한다.

다음의 표 1은 OFDMA 시스템에서 사용되는 기본 파라미터이다.

파라미터( Parameter )	파라미터값( Value )
채널 대역폭(Bandwidth)	1MHz
부반송파수(Number of Subcarrier)	32
요구비트에러율(Required BER)	10E-3
최소요구전송률(Minimum Required Rate)	150kbps
셀당사용자수(Number of user per cell)	6
셀반경(Cell Radius)	1km
경로손실지수(Path Loss Exponent)	4
음영감쇄(Shadowing)	8dB

표 1의 파라미터로 구성된 환경에서는 모든 단말의 최소 요구 전송률(Minimum Required Rate)이 동일하게 150Kbps로 설정되는데, 이는 매 심볼당 5비트를 보내어 얻을 수 있는 전송률을 뜻한다. OFDMA 시스템에서 기지국은 해당 셀의 단말에게 부채널 할당하기 위하여 하기 수학식 1과 같이 각 부채널별 가장 좋은 CQI를 갖는 단말에게 해당 부채널을 할당하는 최대 수율 할당 방식을 사용한다.

여기서 C(n,k)는 부채널 할당 지시 함수로 n번째 부채널이 k번째 단말에게 할당되는 경우 1로 설정되고, 그렇지 않으면 0으로 설정된다. 그리고

은 k번째 단말의 n번째 부채널에서의 CQI를 나타내며, f( ) 는 CQI에 단조 증가하는 함수로 수학식 1에서는 수율(Throughput)로 표현된다. 위의 수학식 1을 통해 알 수 있듯이 부채널은 해당 부채널에 대해 가장 좋은 수율을 보이는 단말에게 할당된다. 이때 최소 요구 전송률을 만족할 수 있을 만큼의 부채널을 할당받은 단말에는 더 이상의 부채널이 할당되지 않는다.

이처럼 다중 셀 OFDMA 시스템에서 전술한 바와 같은 부채널 할당 방식이 사용될 경우, 각 부채널마다 이전 프레임에서와는 다른 간섭이 발생하기 때문에 실제 심볼의 전송 중에 낮은 SINR(Signal-to-Interference-and Noise Ratio)이 형성되어 원하는 전송률을 얻을 수 없는 단말이 존재하게 된다. 이를 하기 표 2를 참조하여 설명하면, 표 2의 21번째부터 32번째까지의 부채널에서는 피드백되어진 CQI와는 달리 실제 심볼 전송시 낮은 SINR이 형성되는 것을 볼 수 있다.

이는 대부분의 셀에서 SINR이 상대적으로 높은 부채널을 사용하기 때문이다. 따라서 CCI의 양이 증가되어 실제 심볼이 전송될 때에는 피드백된 CQI와는 달리 매우 낮은 SINR이 산출된다.

이러한 이유로 OFDMA 시스템에서 피드백된 CQI 정보가 이용되는 경우 5번째 단말을 제외한 모든 단말이 자신이 요구하는 전송률인 150Kbps를 만족시킬 수 있도록 심볼당 5비트를 전송할 수 없으며, 표 3에 도시된 바와 같이 실제 심볼 전송시에는 2번째 단말 또한 자신이 원하는 최소 전송률을 얻을 수 없게 된다.

따라서 본 발명은 인접 셀 간섭에 따른 영향을 줄이기 위하여 도 3에 도시된 바와 같이 각 기지국별 프레임을 프레임 전송 시간에 따라 그룹화하고 비동기식으로 단말에 전송한다. 이하 본 발명의 실시 예에 따른 OFDMA 시스템을 보인 도면인 도 3을 참조하여 구체적으로 설명한다.

도 3을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 다중 셀 OFDMA 시스템은 기지국 제어기(Base Station Controller:BSB)(300), 기지국 제어기(300)에 연결된 각 셀의 기지국(Base Station:BS)(310,320,330) 및 각 기지국(310,320,330)과 통신을 수행하는 하나 이상의 단말(340,342,344,346,348,350)을 포함하여 구성된다.

셀 1에 포함된 단말(340)은 셀 1을 담당하는 기지국(310)과 데이터를 송수신하며, 셀 2에 포함된 단말들(342,344,346)은 셀 2를 담당하는 기지국(320)과 테이터를 송수신한다. 그리고 셀 3에 포함된 단말들(348,350)은 셀 3을 담당하는 기지국(330)과 데이터를 송수신한다. 여기서 각 단말에서 해당 기지국으로 전송되는 데이터는 본 발명의 실시 예에 따라 단말들의 채널 정보 및 CQI 등이 될 수 있으며, 각 기지국에서 해당 단말들에게 전송되는 데이터는 자원 할당을 위한 프레임 등이 될 수 있다.

한편, 도 3에 도시된 복수개의 기지국(310,320,330)은 하나의 기지국 제어기(300)에 의해 관리된다. 본 발명의 실시 예에 따라 기지국 제어기(300)는 각 기지국(310,320,330)별 프레임을 전송 시작 시간(이하 '프레임 전송 시간')에 따라 그룹화하여 각 기지국(310,320,330)에 해당 그룹 정보를 송신한다.

그러면 각 기지국(310,320,330)은 기지국 제어기(300)로부터 송신되는 그룹 정보를 수신하여 수신된 그룹 정보를 체크한다. 그리고 각 기지국(310,320,330)은 체크된 그룹 정보에 대응되는 시간에 해당 단말로 프레임을 송신한다. 이때 각 기지국(310,320,330)은 프레임의 송신에 따라 부채널을 할당하는 경우, 할당된 부채널별로 전력 제어를 수행하여 각 단말에서의 요구 전송률이 충족되도록 한다. 한편, 본 발명의 실시 예에서 전력 제어는 동일한 부채널을 사용하는 서로 다른 셀의 단말들에서 한하여 수행된다.

이하 본 발명의 실시 예에 따른 OFDMA 시스템에서 분산적 자원 할당을 위한 신호 흐름도인 도 4를 참조하여 설명한다.

도 4를 참조하면, 기지국 제어기는 400 단계에서 전송 시간에 따라 각 기지국별 프레임을 그룹화하고 각 기지국에 그룹 정보를 송신한다. 그러면 해당 기지국은 402 단계에서 그룹 정보가 수신되었는지 판단하고, 수신된 경우 404 단계로 진행하여 수신된 그룹 정보에 대응되는 프레임 전송 시간을 체크한다. 그리고 기지국은 406 단계에서 체크된 시간이 된 것으로 판단되면 408 단계로 진행하여 프레임을 단말로 전송한다. 이때 프레임은 할당된 부채널을 통해 단말로 송신되며, 본 발명의 실시 예에 따라 최소의 요구 전송률을 갖는 단말에게 부채널이 할당된다. 이에 따라 기지국은 410 단계에서 프레임 전송이 완료된 것으로 판단되면 412 단계에서 부채널별 전력 제어를 수행한다. 기지국은 부채널별로 전력 제어를 수행할 때 동일 부채널을 사용하는 서로 다른 셀의 단말들 각각에 분산적 전력 제어를 수행한다. 이를 위해 기지국은 본 발명의 실시 예에 따른 수학식 3 및 수학식 4를 이용한다. 수학식 3 및 4에 대한 구체적인 사항은 추후 자세히 설명하기로 한다.

단말은 414 단계에서 기지국으로부터 프레임이 수신되었는지를 판단하고, 프레임이 수신된 경우 416 단계에서 자원을 할당받는다. 그리고 단말은 418 단계에서 기지국으로부터의 전력 제어가 수행되는지 판단하여, 전력 제어가 수행되는 경우 420 단계에서 최소 요구 전송률을 획득한다.

이상으로 본 발명에 따른 분산적 자원 할당을 개략적으로 설명하였으며, 이하 상기 각 단계에 대한 구현 방법을 좀 더 구체적으로 설명한다.

도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 전송 시간별로 그룹화된 프레임을 보인 도면이다.

도 5를 참조하면, 기지국 제어기는 도 5에 도시된 바와 같이 전체 기지국의 프레임을 전송 시간에 따라 그룹별로 나눈다. 이에 따라 본 발명의 실시 예에서 전체 기지국의 프레임은 3개의 전송 그룹으로 나누어지며 비동기식으로 해당 단말에 전송된다. 동일한 그룹에 포함되는 프레임은 같은 시간에 해당 셀의 기지국으로부터 전송된다. 예를 들어, 그룹 1에 포함되는 프레임(510,540)은 동일한 시간에 각 기지국으로부터 전송된다. 그리고 이와 마찬가지 방법으로 그룹 2에 포함되는 프레임(520,550)과 그룹 3에 포함된 프레임(530,560)도 각각 해당되는 시간에 각 기지국으로부터 전송된다.

전술한 바와 같이 본 발명의 실시 예에서는 프레임이 그룹별로 전송된다. 이때 기지국 제어기는 각 그룹별로 프레임 전송 시간의 간격을 설정한다. 구체적으로 말하자면 그룹 1에 해당하는 프레임(510,540)이 T시간에 전송되는 경우,

시간이 경과한 후에 그룹 2에 해당하는 프레임(520,550)이 전송된다. 그리고 T시간에서

시간이 경과되어 그룹 2에 해당하는 프레임(520,550)이 전송되면,

시간 후에 그룹 3에 해당하는 프레임(530,560)이 전송된다. 여기서 각 그룹별 프레임 전송의 시간 차이

는 평균 전력 제어 수렴 시간을 나타내는데, 평균 전력 제어 수렴 시간에 관한 자세한 사항은 이후 구체적으로 설명하도록 한다.

본 발명의 실시 예에 따라 프레임이 동일한 그룹에 속하는 기지국들은 가능한 서로 멀리 위치해야 한다. 즉, 도 6에 도시된 바와 같이 동일한 그룹의 기지국들은 주파수 재사용률을 사용할 때와 유사한 형태로 위치되어야 한다. 이는 동일 그룹에 속한 기지국들이 동시에 자원 할당을 수행하므로, 각 셀에서 수행되는 자원 할당의 결과가 다른 셀에 미치는 영향을 최소화하기 위함이다.

이처럼 프레임 전송 시간에 따라 프레임을 그룹화하여 전송하는 방법은 인접 셀 간섭에 의한 영향을 감소시킬 수 있는 이점이 있다. 게다가 전술한 방법은 모든 셀에서 동시에 자원 할당이 될 때 발생하는 동일 채널 간섭의 변화 확률을 줄일 수 있는 이점이 있다.

본 발명은 다중 셀 OFDMA 시스템에서 모든 셀 내의 단말들이 원하는 전송률을 가질 수 있도록 하기 위해 부채널별 전력 제어 방식을 사용한다. 구체적인 이해를 돕기 위하여 c번째 부채널에서의 알고리즘 동작을 예로 들어 설명한다. 본 발명에서는 각 부채널별로 전력 제어가 수행되므로 하기 제시되는 알고리즘 동작은 c번째 부채널에만 한정되지 않고 모든 부채널에 대한 전력 제어 알고리즘으로 사용될 수 있다.

c번째 부채널을 위한 i번째 셀에서의 송신 전력은

, j번째 셀에서 i번째 셀에 속한 단말까지의 c번째 부채널의 이득을

로 정의하면 i번째 셀에 속한 단말의 수신 전력은

로 주어지며 잡음 및 간섭

는 다음의 수학식 2와 같이 주어진다.

은 수신기의 잡음이며, i번째 셀에 속한 단말의 c번째 부채널의 수신 SINR은

로 정의할 수 있다. 단말은 채널 할당 알고리즘을 통해 자신의 요구 전송률을 만족하기 위하여 자신에게 할당된 모든 부채널에 대해

이상의 SINR을 유지해야 한다. 기지국에서의 송신 전력은 매 심볼 단위로 정해진 시간마다 동일 채널 즉, 본 발명의 실시 예에서 c번째 부채널을 사용하고 있는 모든 기지국에서 동시에 갱신된다. 따라서

,

, SINR은 시간에 따라 변화하는 이산 시간 변수라 할 수 있다. 예를 들어,

는 t=5일 때 3번째 셀에서 기지국의 송신 전력을 나타낸다. 그러므로 전력 제어 알고리즘을 통해 다음 수학식 3과 같은 조건을 만족시켜야 한다.

여기서 i번째 기지국에서의 c번째 부채널의 송신 전력

를 늘리면

가 증가하지만 다른 모든 셀에서의

는 감소한다. 그러므로 SINR이 정해진 요구량을 만족하기 위하여 일정 시간 동안 하기 수학식 4와 같은 방식으로 송신 전력이 수렴될 때까지 조절된다.

이와 같은 전력 제어 방식을 분산적 전력 제어(DPC: Distributed Power Control)이라 하며 본 발명에서 분산적 전력 제어 알고리즘은 동일 채널을 형성한 모든 부채널에서 실시된다.

또한 각 기지국에서 송신 전력의 최대값

를 정의하여 기지국마다 모든 부채널의 송신 전력 합이

를 넘지 않도록 한다. 다시 말해, N개의 부채널로 구성된 OFDMA 시스템에서 i번째 셀에서 c번째 부채널로의 송신 전력을

로 정의하면 다음 수학식 5와 같은 조건을 형성한다.

이때 i번째 셀에서 모든 부채널에서 송신 전력의 합이

를 넘어서게 되는 경우 가장 많은 전력을 소모하는 단말은 해당 기지국에서 제외된다. 이와 같은 알고리즘은 각 셀에서의 호 수락 제어 (CAC: Call Admission Control)를 위한 기준으로 제시될 수 있다.

이해를 돕기 위하여 전술한 바와 같은 부채널별 전력 제어 과정을 이하 본 발명의 실시 예에 따른 다중 셀 OFDMA 시스템에서의 셀의 분포를 보인 예시도인 도 7을 참조하여 설명한다.

도 7을 참조하면, 본 발명의 실시 예에서는 3개의 셀이 존재하며, 각각의 셀마다 3개의 단말이 존재한다. 이와 같이 구성된 다중 셀 OFDMA 시스템에서는 부채널이 사용될 수 있는데, 본 발명의 실시 예에서는 도 8에 도시된 바와 같이 8개의 부채널이 사용되는 경우를 살펴본다.

도 8에서 1,2,7번 부채널은 각각 동일 채널을 사용하고 있는 다른 셀의 단말들이 존재한다. 따라서 1,2,7번의 부채널을 사용하고 있는 단말이 CCI에 관계없이 원하는 전송률을 획득할 수 있도록 전력 제어가 수행되어야 한다. 이때 하나의 셀에만 독립적으로 할당된 3,4,5,6,8번째 부채널에서는 동일 채널을 사용하는 다른 셀의 단말들이 존재하지 않으므로 전력 제어가 수행되지 않는다.

도 8에서 첫 번째 부채널은 전체 셀에 할당된다. 이때 각 셀의 단말별로 해당 부채널에서 원하는 전송률을 획득하기 위한 SINR이 요구될 수 있다. 예를 들어, 첫 번째 셀의 단말로부터 6dB의 SINR을, 두 번째 셀의 단말로부터 4dB의 SINR을 세 번째 셀의 단말로부터 10dB의 SINR이 요구될 수 있다. 이와 같은 환경에서 본 발명에서 제시하는 분산적 전력 제어 알고리즘을 수행할 경우, 하기 표 4와 같은 결과가 나타난다.

위 표 4를 살펴보면, 각 단말의 SINR이 최대 5번 반복(Iteration) 체크되기 전에 원하는 SINR로 수렴됨을 알 수 있다.

하지만 도 8의 7번째 부채널에서 전력 제어가 실시되는 경우 동일 부채널을 점유한 각 셀에서의 단말 요구 SINR이 12dB, 10dB, 8dB일 때 모든 단말의 SINR을 만족시키는 송신 전력을 찾을 수 없으므로, 반복 체크 횟수가 증가함에 따라 다음 표 5에 나타난 바와 같이 전력이 발산하게 된다.

이와 같은 현상은 7번째 부채널을 점유한 단말들 중 셀의 가장자리에 위치한 단말이거나, 원하는 SINR이 현재의 채널 환경에 비해 높을 경우에 발생한다. 이에 따라 본 발명은 각 부채널에서 전력 제어를 할 때 송신 전력이 발산하는 경우 즉, 기지국에서 전송할 수 있는 전력의 최대값인

를 넘어서는 경우 가장 많은 전력을 사용하고 있는 단말을 제외(Discarding)시킨 후에 다시 전력 제어를 실시한다.

이하 본 발명에서 부채널을 할당하기 위해 사용되는 알고리즘에 관하여 구체적으로 설명한다. 본 발명은 부채널을 할당하기 위한 방법으로 변형된 최대 최소(Max-min) 알고리즘을 사용한다. 본 발명에서 제안하는 최대 최소 알고리즘은 최대 최소 스케줄러의 방식을 이용한 알고리즘으로 자원을 할당할 때 가장 적은 전송률을 보이는 단말에게 부반송파 할당의 우선 순위가 부여된다. 즉, 최소의 전송률이 요구되는 단말에 부채널이 우선적으로 할당된다. 그리고 최대 최소 알고리즘에서 우선 순위를 갖는 단말은 자신의 부반송파 중에서 가장 좋은 채널 이득을 갖는 부반송파를 선택할 수 있다.

최대 최소 알고리즘을 이용한 부반송파 할당이 수행될 경우 최소의 전송률을 갖는 단말의 전송률은 극대화된다. 따라서 본 발명에 따른 최대 최소 알고리즘이 사용될 경우, 각 셀의 단말들이 요구하는 서비스의 품질(Quality of Service:QoS)를 만족시키면서 시스템 전반적으로는 수율을 최대화할 수 있는 이점이 있다.

본 발명의 실시 예에 따른 변형된 최대 최소 알고리즘을 이용한 자원 할당 알고리즘은 다음의 표 6과 같다.

표 6에서

는 k번째 단말의 전송률이며 셀 내 단말의 수는 총 K명으로 설정된다. 그리고 모든 부채널의 집합은 A로 표현되며,

는 k번째 단말의 j번째 부채널의 채널 이득을 표현한다. 한편 현재의 전송률을 계산하기 위하여 C( )라는 함수를 지정된다. 이는 특정 SINR에서 얻을 수 있는 비트의 수를 계산하기 위한 함수이다.

표 6에서 알 수 있듯이 부채널 할당 방식은 크게 세 부분으로 나누어진다. 먼저 초기화 단계로 기준 셀에서의 단말들을 위한 전송률을 나타내는

가 0으로 설정된다. 그리고 두 번째 단계에서 기준 셀의 모든 단말에게 가장 높은 전송률을 나타내는 부채널이 하나씩 할당되며 이와 같은 부채널의 할당으로 인해 전송률은 증가된값으로 업데이트된다. 그리고 이미 선택된 부채널은 더 이상 할당되지 않도록 전체 부채널 집합 A에서 제외된다. 마지막 단계로, 모든 부채널이 할당될 때까지 현재 할당 상황에서 가장 적은 전송률로 서비스를 받고 있는 단말을 선택하여 선택된 단말이 가장 좋은 채널 이득을 갖는 부채널을 할당받을 수 있도록 채널 할당을 수행한다.

전술한 바와 같이 본 발명은 각 기지국의 프레임을 전송 시간에 따라 그룹화함으로써 부채널 할당에 따른 간섭량을 줄일 수 있는 이점이 있다. 그리고 간섭량 축소로 인하여 전력 제어를 할 때 해당 단말의 요구 전송률을 충족시키기 위한 전력 제어의 수렴 속도를 증가시키는 이점이 있으며, 전력 제어 결과에 따라 송신 전력이 발산되는 경우를 줄일 수 있는 이점이 있다.

본 발명에서 동일 시점에 프레임을 전송하는 그룹의 수는 프레임 내의 총 심볼 수와 분산적 전력 제어 방식의 수렴 속도와 관련이 있다. 즉, 프레임 그룹의 수가 많아지는 경우 모든 셀에서 자원 할당을 동시에 수행하는 기지국이 줄어들게 된다. 따라서 자원 할당에 의한 간섭의 변화량이 줄게 되어 각 셀의 단말이 원하는 전송률을 얻기까지의 수렴 시간이 현저히 줄게 된다. 또한 본 발명은 송신 전력의 발산으로 시스템 내에서 서비스를 제공할 수 없게 되는 사용자의 수가 줄게 되어 시스템 용량 증대에도 우수한 성능을 보일 수 있는 효과가 있다.

도 1은 종래의 자원을 할당하기 위한 OFDMA 시스템의 블록 구성도,

도 2는 종래의 OFDMA 시스템에서 동기화된 프레임을 보인 도면,

도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 OFDMA 시스템을 보인 도면,

도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 OFDMA 시스템에서 분산적 자원 할당을 위한 신호 흐름도,

도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 전송 시간별로 그룹화된 프레임을 보인 도면,

도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 다중 셀에서 기지국의 분포를 보인 예시도,

도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 다중 셀 OFDMA 시스템에서의 셀의 분포를 보인 예시도.

Claims (2)

1. 각각 동일한 셀에 포함된 하나 이상의 단말과 통신하는 복수개의 기지국과 상기 복수개의 기지국 각각의 자원을 관리하는 기지국 제어기를 포함하는 다중 셀 ＯＦＤＭＡ 시스템에서 분산적 자원 할당을 위한 방법에 있어서,

   상기 기지국 제어기가 상기 복수개의 기지국별 프레임을 전송 시작 시간에 따라 그룹으로 나누어 상기 기지국으로 그룹 정보를 송신하는 과정과,

   상기 복수개의 기지국 각각이 상기 그룹 정보를 체크하여 상기 체크된 그룹 정보에 대응되는 시간에 프레임을 해당 단말로 송신하는 과정과,

   상기 복수개의 기지국 각각이 상기 해당 단말에 부채널을 할당할 때 동일한 부채널을 사용하는 서로 다른 셀의 단말들에 전력 제어를 수행하는 과정과,

   상기 부채널이 할당된 단말이 상기 복수개의 기지국 중 어느 하나로부터 수행되는 전력 제어에 따라 요구 전송률을 획득하는 과정을 포함함을 특징으로 하는 다중 셀 ＯＦＤＭＡ 시스템에서 분산적 자원 할당을 위한 방법.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 부채널을 할당하는 과정은 상기 복수개의 기지국 각각이 최소의 전송률을 요구하는 단말에게 상기 부채널을 우선적으로 할당하는 과정임을 특징으로 하는 다중 셀 ＯＦＤＭＡ 시스템에서 분산적 자원 할당을 위한 방법.

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