KR100858850B1

KR100858850B1 - 무선 통신 환경에서의 데이터 송신 및 처리를 위한 방법,장치 및 시스템

Info

Publication number: KR100858850B1
Application number: KR1020077021702A
Authority: KR
Inventors: 나가 부샨; 라울 에르난 에트킨
Original assignee: 퀄컴 인코포레이티드
Priority date: 2003-11-03
Filing date: 2004-10-28
Publication date: 2008-09-17
Also published as: CA2544397A1; US20050094675A1; ES2298836T3; DE602004010547T2; TW200537856A; JP4335923B2; TWI390906B; US20100091798A1; US8170068B2; DE602004010547D1; WO2005043844A2; KR100864389B1; EP1683385A2; BRPI0416099A; ATE380446T1; US7623553B2; CA2544397C; KR20060101763A; EP1683385B1; JP2007511170A

Abstract

본 발명의 일 태양에 따르면, 복수의 사용자국 각각과 관련된 신호 품질의 표시가 수신되는 방법이 제공된다. 다수의 사용자국 (예를 들어, 제 1 사용자국 및 제 2 사용자국) 이, 복수의 사용자국과 관련된 신호 품질의 표시에 기초하여 기지국으로부터의 데이터를 수신하도록 선택된다. 제 1 사용자국에 대한 시그널링 데이터와 제 2 사용자국에 대한 애플리케이션 데이터를 포함하는 제 1 패킷이 구성된다. 제 1 사용자국에 대한 애플리케이션 데이터를 포함하는 제 2 패킷이 제 1 패킷에 중첩된다. 제 1 및 제 2 패킷은 기지국으로부터 제 1 및 제 2 사용자국으로 동시에 송신된다.

중첩 코딩, 다중 사용자 패킷, 시그널링 데이터, 애플리케이션 데이터

Description

무선 통신 환경에서의 데이터 송신 및 처리를 위한 방법, 장치 및 시스템{METHOD, APPARATUS, AND SYSTEM FOR DATA TRANSMISSION AND PROCESSING IN A WIRELESS COMMUNICATION ENVIRONMENT}

35 U.S.C. §119 에 따른 우선권 주장

본 특허 출원은 명칭이 "무선 통신 환경에서의 데이터 송신 및 처리를 위한 방법, 장치, 및 시스템 (Method, Apparatus, and System for Data Transmission and Processing in a Wireless Communication Environment)" 으로 2003년 11월 3일자로 출원된 가출원 제 60/516,996 호를 우선권 주장한다.

본 발명은 일반적으로 무선 통신 및 정보 처리 분야에 관한 것으로, 구체적으로는, 무선 통신 시스템에서의 데이터 송신 및 처리를 위한 방법, 장치, 및 시스템에 관한 것이다.

최근, 통신 시스템의 성능 및 능력은 원격통신 네트워크 구조, 신호 처리 및 프로토콜에 관한 몇 가지 기술적 진보 및 개선의 관점에서 급속도로 발전해오고 있다. 무선 통신 분야에서, 다양한 다중 접속 표준 및 프로토콜이 개발되어 시스템 용량을 증가시키고 급성장하는 사용자 요구를 수용해오고 있다. 이들 다양 한 다중 접속 방식 및 표준은 시분할 다중 접속 (TDMA), 주파수 분할 다중 접속 (FDMA), 코드 분할 다중 접속 (CDMA), 및 직교 주파수 분할 다중 접속 (OFDMA) 등을 포함한다. 일반적으로, TDMA 기술을 채용하는 시스템에 있어서, 각각의 사용자는 그 할당 또는 배정된 시간 슬롯 내에 정보를 송신하도록 허용되지만, FDMA 시스템은 각각의 사용자로 하여금 그 특정 사용자에게 할당된 특정 주파수를 통해 정보를 송신할 수 있도록 한다. 이에 반하여, CDMA 시스템은, 각각의 사용자에게 고유의 코드를 할당함으로써, 상이한 사용자가 동일한 주파수에서 그리고 동일한 시간에 정보를 송신할 수 있도록 하는 확산 스펙트럼 시스템이다. OFDMA 시스템에서는, 높은 레이트의 데이터 스트림이, 다수의 서브캐리어 (subcarrier; 여기서는 서브캐리어 주파수라고도 한다) 상에서 병렬로 동시에 송신되는 다수의 낮은 레이트 데이터 스트림으로 분할되거나 나누어진다. OFDMA 시스템에서 각각의 사용자는 정보의 송신을 위해 사용 가능한 서브캐리어의 서브세트 (subset) 를 제공받는다.

코드 분할 다중 접속 (CDMA) 기술은 1990 년대 초에 IS-95 표준의 개발과 함께 셀룰러 시스템에 도입되었다. IS-95 시스템은 지난 수십년 동안 현저히 진화되고 성숙되어 각각 1994년 및 1998년의 강화된 개정본인 IS-95 A 및 B 을 낳았다. IS-95 A/B 및 관련된 몇몇 표준은 cdmaOne 으로도 알려진 제 2 세대 셀룰러 기술의 기초를 형성한다.

cdmaOne 의 3G 진화는 cdma2000 으로 알려진, 1999년에 IS-2000 릴리즈 (Release) 0 의 발간과 함께 최초로 나타난 일군의 표준으로 구성된다. IS- 2000 의 릴리즈 A 버전은 새로운 공통 채널, QoS 협상, 강화된 인증, 암호화 및 동시 서비스와 같은 특성을 위한 추가적인 시그널링 지원을 포함하여 2000 년대 중반에 발간되었다. cdma2000 시스템은 기존의 cdmaOne 네트워크 및 음성 단말기와 역방향 호환 가능하도록 (backward compatible) 설계되었다.

IS-2000 표준은 2-세대 (2G) 무선 시스템에 비하여 몇 가지 새로운 특성을 도입한다. 그들 중, 신속한 순방향 전력 제어 (fast forward power control), QPSK 변조, 더 낮은 코드 레이트, 강력한 터보 코딩, 파일럿-지원 코히어런트 (coherent) 역방향 링크 및 송신 다이버시티의 지원의 도입은 IS-2000 에서의 주요 용량 강화 특성인 것으로 여겨진다.

IS-2000 표준이 음성 용량 및 데이터 서비스를 현저히 개선시키는 새로운 특성들을 도입하긴 하였으나, 그 설계는 고속 IP 트래픽에 대해 최적화되지 않았다. 그 결과, cdma2000 에 대한 주요 추가는 2000년 말까지 높은 레이트 패킷 데이터 (high rate packet data; HRPD) 시스템 (IS-856) 의 도입에 의해 이루어졌다. 여기서 1xEV-DO 라고도 하는 IS-856 표준은 무선 고속 패킷 데이터 서비스에 최적화된다. IS-856 순방향 링크는 시 분할 다중화 (TDM) 파형을 이용하며, 이는 임의의 순간에 단일 사용자에게 풀 (full) 섹터 전력 및 모든 코드 채널을 할당함으로써 활성 사용자 간의 전력 공유를 제거한다. 이는 IS-95 순방향 링크의 코드 분할 다중화 (CDM) 파형과 대비되는데, IS-95 순방향 링크에서는 활성 사용자의 수 및 각 사용자에게 할당된 전력에 따라 항상 송신 전력의 미사용 마진이 존재하였다. IS-95 에서의 각각의 채널 (파일럿, 싱크 (Sync), 페이징 및 트래픽 채 널) 은 전체 섹터 전력의 소정 부분으로 전체 시간 동안 송신되지만, IS-856 에서의 동일 채널은 소정 부분의 시간 동안만 풀 전력으로 송신된다.

IS-856 순방향 링크의 TDM 파형에 기인하여, 단말기는 서비스될 때마다 풀 섹터 전력을 할당받으며, 그에 따라, 전력 적응은 필요치 않다. 대신, 레이트 적응이 IS-856 순방향 링크에 대해 사용된다. 일반적으로, 각각의 단말기에게 송신될 수 있는 가장 높은 데이터 레이트는 서빙 섹터로부터의 수신 SINR 의 함수이다. 이는, 통상, 특히 이동하는 사용자에 대해서는 시간에 따라 변화하는 양이다. 각각의 송신 시간에 최고의 데이터 레이트를 달성하기 위하여, 각각의 단말기는 채널 상태의 상관 (correlation) 에 기초하여 그 서빙 섹터에 대한 다음 패킷 상의 채널 상태를 예측한다. 단말기는 예측된 SINR 에 기초하여 신뢰성있게 디코딩될 수 있는 가장 높은 데이터 레이트를 선택한 후, 서빙 섹터에게 그 선택된 레이트를 역방향 링크 피드백 채널을 통해 통지한다. 네트워크가 단말기를 서비스하도록 결정할 때마다, 네트워크는 터미널로부터 피드백된 가장 최근에 선택된 레이트로 송신한다. 이러한 절차는 폐루프 레이트 제어라고 불린다.

기지국으로부터 사용자 단말기 또는 사용자국으로의 송신 (예를 들어, 현재의 1xEV-DO 다운 링크 또는 순방향 링크 송신) 을 위해 TDM 스케줄링을 채용하는 시스템에서, 기지국은 임의의 소정 시간에 특정 사용자에게 단일의 패킷을 송신한다. 도 1 에 도시된 바와 같이, 상이한 사용자는 시분할 다중화, 즉 상이한 시점에서 서비스된다. 공평성을 유지하기 위해, 시스템은 상당한 시간을 낮은 SINR 을 갖는 사용자를 서비스하는데 사용한다. TDM 스케줄링은, 기지국으로 하여금, 상이한 사용자에게 그 송신 전력을 할당하는 동일한 부분의 상이한 사용자들 사이에서 대역폭을 할당하도록 강제한다. 불량한 커버리지 내의 사용자는 기지국 송신 전력의 큰 부분을 요구하는 반면, 그들은 대역폭의 작은 부분만을 필요로 한다. 낮은 SINR 을 갖는 사용자가 서비스되는 동안, 시스템 대역폭은 불필요하게 소비되거나 충분히 이용되지 않는다. 그 결과, 시스템 스루풋은 낮은 SINR (불량한 커버리지) 을 갖는 몇몇의 사용자의 존재에 의해 현저히 감소된다.

상기 문제점을 해결하기 위한 한 가지 접근 방법은 CDM 방법을 사용하는 것인데, CDM 방법은 상이한 사용자에게 가변적인 수의 코드 채널을 할당하고 각각의 사용자에게 신뢰성있는 링크를 유지하기 위해 다수의 사용자로의 송신에 전력 제어를 적용한다. 그러나, 이 방법은 상이한 사용자에 대한 동적인 코드 채널 할당을 필요로 할 뿐 아니라, 상이한 사용자의 전력을 채널 변화를 추적할 정도로 빠르게 제어하는 것을 필요로 한다. 또한, 다운링크 상에서의 다수의 사용자들 간의 임의의 형태의 대역폭 분할은 스루풋 최적화의 관점에서는 준-최적 (sub-optimal) 인 것으로 판명되었다. 그 결과, CDM 방법은 시스템 스루풋에서 많은 이득을 제공하지 않는다.

따라서, 당업계에서는, 시스템 스루풋 및 대역폭 사용을 개선하기 위하여 무선 통신 환경에서의 효율적인 데이터 송신 및 처리를 위한 방법, 장치, 및 시스템이 필요하다.

본 발명의 일 태양에 따르면, 복수의 사용자국 각각과 관련된 신호 품질의 표시가 수신되는 방법이 제공된다. 제 1 사용자국 및 제 2 사용자국은 복수의 사용자국과 관련된 신호 품질의 표시에 기초하여 기지국으로부터 데이터를 수신하도록 선택된다. 제 1 사용자국에 대한 시그널링 데이터 및 제 2 사용자국에 대한 애플리케이션 데이터를 포함하는 제 1 패킷이 구성된다. 제 1 사용자국에 대한 애플리케이션 데이터를 포함하는 제 2 패킷이 제 1 패킷에 중첩된다. 제 1 및 제 2 패킷은 기지국으로부터 제 1 및 제 2 사용자국에 동시에 송신된다.

"예시적인" 이라는 단어는 여기서 "예, 예시 또는 예증으로 제공되는" 을 의미하는 것으로 사용된다. 여기서 "예시적인" 것으로 설명된 임의의 실시형태는 다른 실시형태에 비하여 반드시 바람직하거나 유리한 것으로 해석할 필요는 없다.

아래에서 상세히 설명되는 본 발명의 다양한 실시형태에 의하면, 높은 신호 품질 레벨 (예를 들어, 높은 SINR) 을 갖는 일 사용자와 낮은 신호 품질 레벨 (예를 들어, 낮은 SINR) 을 갖는 다른 사용자의 다수의 사용자 (예를 들어, 2 명의 사용자) 를, 중첩 코딩 (superposition coding) 으로 알려진 기술을 이용하여 동시에 서비스함으로써 TDM 스케줄링과 관련된 비효율성이 회피될 수 있다. 중첩 코딩 및 스케줄링의 채용은 낮은 SINR 을 갖는 사용자에게서 시스템 자원 및 스루풋의 공평한 할당을 제거하지 않고도 시스템 스루풋을 현저히 개선시킨다.

여기서 제공된 다양한 예들은 IS-856 시스템과 같은 CDMA-기반 시스템에 안내되지만, 당업자는 본 발명의 사상이 TDM 스케줄링, CDM 스케줄링 또는 그들의 조합을 채용하는 임의의 통신 시스템에도 적용될 수 있다는 것을 이해하고 인식하여야 한다. 본 발명의 일 실시형태에 따르면, 다수의 사용자 단말기 또는 사용자국을 서비스하는 기지국을 포함하는 시스템에서, 기지국은, 임의의 소정 순간에 단일의 사용자 또는 다수의 사용자 (예를 들어, 한 쌍의 사용자) 를 서비스하도록 선택할 수 있다. 기지국이 단일의 사용자를 서비스하도록 선택하면, 기지국은 현 재의 TDM 시스템과 같이 동작한다. 기지국이 한 쌍의 사용자를 서비스하도록 선택하면, 양 사용자가 모두 복조할 수 있는 충분히 낮은 데이터 레이트로, "다중 사용자 (multi-user)" 패킷 (제 1 패킷) 이 구성된다. 두 사용자 중 한 사용자만을 위한 다른 패킷 (제 2 패킷) 은 "다중 사용자" 패킷에 중첩 (super-impose) 된다. 제 2 패킷은, 다중 사용자 패킷에 대한 랜덤 간섭 (random interference) 과 같이 동작하는 방식으로 코딩된다. 일 실시형태에서, "다중 사용자" 패킷은, 하나 이상의 사용자에게 속하는 상위 레이어의 페이로드를 포함하는 단일의 물리 레이어 패킷이다. 낮은 SINR 사용자에게 어드레싱된 상위 레이어 페이로드는 그 사용자에 대한 애플리케이션 데이터를 포함한다. 높은 SINR 사용자에게 어드레싱된 상위 레이어 페이로드는 높은 SINR 사용자에 대한 시그널링 데이터를 포함한다. 일 실시형태에서, 시그널링 데이터는, 높은 SINR 사용자에게 동시에 송신되는 다른 물리 레이어 패킷의 코딩/변조 파라미터를 표시한다. 다중 사용자 패킷 내에 삽입된 시그널링 데이터의 수신 시, 높은 SINR 사용자는 수신된 신호로부터 다중 사용자 패킷의 기여분을 감산하고, 결과적인 신호를 이용하여 제 2 패킷을 추출하는데, 제 2 패킷의 인코딩 파라미터는 시그널링 데이터에 의해 특정되어 있다. 따라서, 낮은 SINR 사용자는 일군의 다중 사용자 패킷에 의해 서비스되지만, 높은 SINR 사용자는 다중 사용자 패킷에 중첩된 제 2 패킷에 의해 서비스된다. 이하, 본 발명의 다양한 실시형태에 따른 중첩 코딩 및 스케줄링을 더 자세히 설명한다.

시 분할 다중화 ( TDM ) 스케줄링

다음의 개념 및 원리는 하나의 송신기 (예를 들어, 기지국) 과 다수의 수신기 (예를 들어, 사용자 단말기 또는 사용자국 등) 을 포함하는 통신 시스템에 관해 설명된다.

는 k 번째 사용자국 (여기서 k번째 사용자라고도 한다) 의 채널 SNR 을 나타낸다고 하자. 사용자의 채널 SNR 은, 기지국이 그 사용자에게 풀 전력으로 송신하는 경우, 그 사용자에 의해 수신된 데이터 심벌의 SNR 로 정의될 수 있다.

는 데이터 심벌 SNR

를 최대 지원가능한 데이터 레이트로 매핑하는 함수를 나타낸다고 하자. 최대 지원가능 데이터 레이트는 그 SNR 을 갖는 AWGN 채널의 섀논 용량 (Shannon capacity), 즉,

≤Wlog(1+

) 에 의해 상한이 정해진다.

은 SNR 의 증가 함수임을 유의해야 한다.

전체 시간의 부분

동안 k번째 사용자를 서비스하는 TDM 스케줄러에 대해, k번째 사용자의 유효 데이터 레이트는

로 주어진다. 따라서, N 명의 사용자를 갖는 TDM 스케줄러의 레이트 영역은,

에 의해 주어지는 시스템 내 모든 사용자의 모든 달성가능 레이트의 세트로서 정의될 수 있다.

상이한 공평성 기준을 갖는 TDM 스케줄러는 상술한 레이트 영역의 상이한 지점에서 동작한다. 예를 들어, 동일-GOS 스케줄러는, 모든 사용자가 동일한 유효 데이터 레이트

를 갖도록 시간 부분

을 선택할 수도 있다. 더 구체적으로, 동일-GOS 스케줄러는

이도록

를 선택할 수도 있다.

시스템의 총 스루풋은 조화 평균, 즉,

으로 주어진다.

한편, 동일-시간 스케줄러는, k번째 사용자의 유효 레이트가

로 주어지고, 총 시스템 스루풋이 산술 평균

으로 주어지도록,

을 선택할 수도 있다. 또한, 로그 데이터 레이트

의 합을 최대화하려고 하는 비례-공평 (proportional-fair) 스케줄러도 위에서 고려된 시불변 (정적) 채널에 대해서는 동일-시간 스케줄러와 일치한다.

이제까지, 채널이 정적인 것, 즉, 사용자의 채널 SNR 이 시간에 따라 변하지 않음을 가정하였다. 채널이 시변이면, 사용자의 SNR 은 시간에 따라 변하며, 채널 변화를 이용하는 동적 스케줄러가 필요할 수도 있다. 동적 TDM 스케줄러는 그 시간까지의 모든 사용자의 SNR 이력에 따라 각 시간 슬롯에 서비스할 사용자를 선택할 수도 있다.

가 시간 슬롯 n 에서 k번째 사용자의 스루풋이라고 가정하자.

는 스루풋 T 와 관련된 유용성 함수 (utility function) 를 나타낸다고 하자. 스케줄러의 목적은 각 시간 슬롯 n 에서 총 유용성 함수

를 최대화하는 것이다. 비례-공평 스케줄러는 유용성 함수가 로그 단위인 특수한 경우임을 유의하여야 한다.

상기 목적 하에서, 유용성-최대화 동적 TDM 스케줄러는 다음과 같이 동작한다: (n+1) 번째 시간 슬롯에서 TDM 스케줄러는 인덱스 k 를 갖는 사용자를 고르며, 여기서, k 는 식

을 최대화하며, 여기서,

는, 스루풋

가 평균 되는 지속기간에 반비례한다. 비례-공평 스케줄러의 특별한 경우에, 스케줄러는 인덱스 k 를 갖는 사용자를 고르며, 여기서, k 는 식

을 최대화한다. 스케줄러가 n 번째 시간 슬롯 동안 서비스되는 사용자 k 를 고르면, 모든 사용자의 스루풋은 다음의 식, 즉,

.

을 이용하여 갱신된다.

중첩 코딩

낮은 레이트 정보에 높은 레이트 정보의 중첩을 수반하는 중첩 코딩의 아이디어는 1972년 1월 IEEE 정보 이론 회보, IT-18 권, 제 1 호 방송 채널 (Broadcast Channels, IEEE Transactions on Information Theory, Vol.IT-18, No.1)에서 커버 (T. Cover) 에 의해 처음 논의되었다.

N 사용자의 채널 SNR 의 소정 세트에 대해, 중첩 코딩은 TDM 스케줄링과 관련된 레이트 영역을 확장하는데 사용될 수 있다. 사용자가 그들의 SNR 의 내림차순으로 인덱스 되고, 기지국이 그 전력의 부분

를 k번째 사용자로 향하는 데이터에 사용하면, 사용자 데이터 레이트의 세트는,

과 같이 주어진다.

일 실시형태에서, 상기 데이터 레이트는 다음과 같이 달성될 수 있다. 기지국은 k번째 사용자의 패킷을 상기에서 주어진 데이터 레이트

로 코드워드

로서 인코딩한다. 기지국은 신호

을 송신하며, 여기서 * 는 의사 랜덤 시퀀스

에 의한 혼화 (scrambling) 연산을 나타낸다. 혼화 연산은, 상이한 사용자의 코드워드가 서로에 대해 랜덤하게 나타나는 것을 보장하기 위해 수행된다. k번째 사용자의 수신기에서, 신호

가 수신되고, 여기서 n_k 는 채널로부터의 가산 잡음을 나타낸다. k번째 사용자는 먼저 SINR

을 겪은 코드워드

을 디코딩하는데, 이는 가정에 의해

이므로 성립한다. 레이트 함수

가 SNR 의 단조 증가 함수이므로,

이 성립한다. 즉, k 번째 수신기에서의 N 번째 코드워드

은, k번째 사용자에 의해 디코딩되기에 충분히 강하다. N 번째 코드워드가 디코딩되면, k번째 사용자는 N 번째 사용자의 패킷을 다시 인코딩하고 수신 신호로부터 그 기여분을 소거하며, 혼화 시퀀스

에 대해 수신 신호를 역혼화 (descramble) 한다. 결과적인 신호는,

과 같이 표시될 수 있다:

또한, (N-1)번째 코드워드는 SINR

을 갖는다.

상기 식에 기초하여,

이면, (N-1) 번째 코드워드는 k번째 사용자에 의해 성공적으로 디코딩될 수 있다. 유사하게, k번째 사용자는 패킷 c_N, c_N _-1,...c_k+1 및 c_k를 연속적인 소거를 통해 디코딩하고, 결국, 그에 대해 의도된 데이터를 복원한다.

시스템이 매우 높은 SNR 의 일부 사용자와 매우 낮은 SNR 의 일부 사용자를 가질 경우, 중첩 코딩과 관련된 레이트 영역은 TDM 스케줄링과 관련된 것보다 현저히 크다. 모든 사용자가 거의 동일한 SNR 을 가지면, 두 레이트 영역은 매우 유사하거나 거의 동일하다.

중첩 코딩 스케줄러

한번에 한 사용자를 서비스하도록 제한된 TDM 스케줄러와 달리, 중첩 코딩 기술을 채용한 스케줄러 (여기서 중첩 코딩 스케줄러라고도 한다) 는 한번에 하나 이상의 사용자, 또는 실제로 한번에 N 명의 사용자 모두를 서비스할 수 있다. 중첩 코딩 스케줄러는 임의의 소정 시간에 상이한 사용자들에게 할당되는 전력 부분을 선택할 필요가 있다. 소정의 사용자에게 할당된 전력 부분을 0 으로 설정 함으로써, 임의의 소정 시간에 사용자의 서브세트만을 서비스할 수도 있다. 여기서 설명되는 바와 같이, 시스템 대역폭은, 중첩 코딩 스케줄러가 임의의 소정 시간에, 매우 높은 채널 SNR 을 갖는 하나와 매우 낮은 채널 SNR 을 갖는 다른 하나의 단 2 명의 사용자를 서비스하는데 더 잘 이용될 수도 있다.

어떤 경우에도, 시변 채널에서 동작하는 중첩 스케줄러는, 제한

하에서 증분 유용성 함수 (incremental utility function), 즉,

을 최대화하도록 전력 부분

을 선택할 수도 있다.

비례-공평 스케줄러의 특별한 경우, 마지막 식은,

으로 감축된다.

전술한 바와 같이, 스케줄러는 전력 부분

중 최대 2 개 (또는 일반적으로, 최대 M<N) 가 0 이 아니어야 한다는 추가적인 제한을 채용할 수도 있다.

이에 따라, 사용자 스루풋은 다음 식, 즉,

*

을 이용하여 갱신된다.

현저한 시스템 스루풋의 개선이 중첩 코딩 및 스케줄링 (SC) 에 의해 이루어지지만, 아래에서 설명되는 바와 같이 실제 시스템의 성능 이득을 제한할 수도 있는 많은 현실적인 고려사항들이 존재한다.

·채널 모델: 실제 무선 시스템은 시변 페이딩을 겪으며, 이는 종종 레일레이 (Rayleigh) 또는 라이시안 (Ricean) 프로세스로 모델링된다. 페이딩의 존재 시, 사용자의 채널이 강한 때에 사용자를 스케줄링함으로써 다중 사용자 다이버시 티 이득을 얻을 수 있다. 큰 다중 사용자 다이버시티 이득을 제공하는 채널에 대해, 중첩 코딩은 현저한 이득 개선을 제공하지 않을 수도 있다. 따라서, 레일레이 페이딩 채널에서보다, 큰 K 팩터를 갖는 라이시안 채널에서 SC 에 대해 큰 이득을 볼 것을 기대해야 한다.

·사용자 간의 비대칭성: 위에서 설명한 바와 같이, 중첩 코딩 및 스케줄링은 사용자가 매우 비대칭적인 채널을 가지는 때에 현저한 시스템 성능 개선을 제공할 수 있다. 실제로, 비대칭성의 레벨은 다양한 현실적인 시스템 제한에 의해 제한될 수도 있다. 예를 들어, 수신기 프론트 엔드는 최대 SINR (예를 들어, 1xEV-DO 와 같은 시스템에서 13 dB) 을 부과할 수도 있다. 또한, 최소 요구 SINR 은 최저 가능 레이트에서 송신에 대해 부과될 수 있다 (예를 들어, 1xEV-DO 시스템에서 -11.5 dB). 따라서, 이들 제한은 임의의 2 명의 사용자 간의 SINR 범위를 제한한다. 또한, 각 섹터에는 유한한 수의 사용자가 있으며, 그들 모두는 공평한 방식으로 서비스될 필요가 있다. 이러한 팩터는 한 쌍의 사용자의 가능한 선택을 더 제한할 수도 있다. 따라서, 매우 비대칭적인 채널 조건을 갖는 두 사용자를 스케줄링하는 것이 항상 가능하지 않을 수도 있다.

·비이상적인 간섭 소거: 약한 사용자 (예를 들어, 낮은 SNR 을 갖는 사용자) 의 신호는 강한 사용자 (예를 들어, 높은 SNR 을 갖는 사용자) 의 수신 신호로부터 완전히 제거될 수 있는 것으로 가정해왔다. 이는 강한 사용자의 채널 페이딩 이득에 대한 거의 완벽한 지식 및 약한 사용자 패킷의 거의 완벽한 디코딩을 요구한다. 실제로는, 채널 페이딩 계수가 추정되며, 채널 추정 에러는 채널 SINR 을 열화 시키는 잡음 항 (term) 을 추가한다. 또한, 약한 사용자 패킷의 완벽한 디코딩이 수행될 수도 있다고 가정하더라도, 무시할 수 없는 디코딩 지연이 강한 사용자에 대한 하이브리드 ARQ 손실 (hybrid ARQ loss) 을 생성할 수도 있다.

·코딩: AWGN 은 사용된 가우시안 채널 용량이 성능을 평가하도록 한다. 실제로, 시스템은 변조 방식 및 코딩 레이트의 유한한 세트를 가지고 있으며, 그에 따라, 레이트 쌍과 전력 할당의 선택의 자유도가 낮다.

본 설명을 계속하면, 도 2 는 본 발명의 사상이 구현된 통신 시스템 (200) 의 블록도이다. 도 2 에 도시된 바와 같이, 시스템 (200) 은 다양한 사용자 단말기 (UT; 210) 및 기지국 (BS; 220) 을 포함한다. 여기서 사용자 단말기 (210) 는 사용자국, 원격국, 가입자국 또는 액세스 단말기로도 불린다. 사용자 단말기 (210) 는 이동형 (이 경우 이들은 이동국이라고도 불릴 수도 있다) 이거나 고정형일 수 있다. 일 실시형태에서, 각각의 기지국 (220) 은 순방향 링크라고 불리는 통신 링크를 통해 하나 이상의 사용자 단말기 (210) 와 통신할 수 있다. 각각의 사용자 단말기 (210) 는, 각각의 사용자 단말기 (210) 가 소프트 핸드오프에 있는지 여부에 따라, 역방향 링크라고 불리는 통신 링크를 통해 하나 이상의 기지국 (220) 과 통신할 수 있다. 도 2 에 도시된 바와 같이, 시스템 (200) 은 사용자 단말기 (210) 와 기지국 (220) 간의 데이터 통신을 조정 및 제어하는 기지국 제어기 (BSC; 230) 를 더 포함한다. 도 2 에 도시된 바와 같이, 기지국 제어기 (230) 는 이동 스위칭 센터 (MSC; 270) 를 통해 서킷 스위칭 (circuit-switched) 네트워크 (예를 들어, PSTN) 및/또는 패킷 데이터 서비스 노드 (240) (여기서는 패킷 네트워크 인터페이스라고도 불린다) 를 통해 패킷 스위치 (packet-switched) 네트워크 (예를 들어, IP 네트워크; 250) 에 접속될 수도 있다. 여기에 설명된 바와 같이, 일 실시형태에서, 각각의 기지국 (220) 은, 각각의 기지국 (220) 으로부터, 각각의 기지국 (220) 에 의해 서비스되는 다양한 사용자 단말기 (210) 로의 데이터 송신을 조정 및 스케줄 하는 스케줄러 (미도시) 를 포함할 수도 있다. 다른 실시형태에서, 스케줄러는 BSC (230) 내에 구현되어, BSC (230) 에 접속된 모든 기지국 (220) 에 대한 데이터 송신을 조정 및 스케줄링할 수도 있다. 즉, 스케줄러의 위치는 중앙 집중적 또는 분산적 스케줄링 처리가 요구되는지 여부에 따라 선택될 수도 있다.

도 3 은 본 발명의 일 실시형태에 따른 순방향 링크 (300) 의 구조를 도시한 도면이다. 도 3 에 도시된 바와 같이, 순방향 링크 (300) 는 파일럿 채널 (310), 매체 액세스 제어 (MAC) 채널 (320), 제어 채널 (330) 및 트래픽 채널 (340) 을 포함한다. MAC 채널 (320) 은 다음의 3 개의 서브채널, 즉, 역방향 활성도 (RA) 채널 (322), DRCLock 채널(324), 및 역방향 전력 제어 (RPC) 채널 (324) 을 포함한다.

도 4 는 본 발명의 일 실시형태에 따른 역방향 링크의 구조를 도시한 도면이다. 도 4 에 도시된 바와 같이, 역방향 링크 (400) 는 액세스 채널 (410) 및 트래픽 채널 (420) 을 포함한다. 액세스 채널 (410) 은 파일럿 채널 (412) 및 데이터 채널 (414) 을 포함한다. 트래픽 채널 (420) 은 파일럿 채널 (430), 매체 액세스 제어 (MAC) 채널 (440), 확인응답 (ACK) 채널 (450) 및 데이터 채널 (460) 을 포함한다. 일 실시형태에서, MAC 채널(440) 은 역방향 레이트 표시자(RRI) 채널 (442) 및 데이터 레이트 제어 (DRC) 채널(444) 을 포함한다.

도 5 는 본 발명의 일 실시형태에 따라 도 1 에 도시된 시스템에서 구현된 레이트 제어 구성을 도시한 블록도이다. 여기서, 레이트 제어는 링크 적응이라고도 지칭될 수도 있다. 기본적으로, 레이트 제어 또는 링크 적응은 채널 변화 (예를 들어, 사용자 단말기에서 수신되는 신호 품질의 변화) 에 응답하여 송신 레이트를 할당 또는 변경하는 프로세스를 지칭한다. 도 2 에 도시된 시스템 구성에서, 기지국 또는 섹터는 순방향 링크의 파일럿 채널을 통해 파일럿 신호를 송신한다. 사용자 단말기는 기지국으로부터 수신된 파일럿 신호의 SINR 을 측정하고, 측정된 SINR 에 기초하여, 그 다음 패킷에 대한 SINR 을 예측한다. 그 후, 사용자 단말기는, 소정의 에러 성능 (예를 들어, 패킷 에러 레이트 (PER)) 에 대해 예측된 SINR 에 기초하여 디코딩할 수 있는 최고의 송신 레이트를 요청한다. 따라서, 레이트 요청은 사용자 단말기에서 수신된 데이터의 신호 품질 레벨에 대응한다. 레이트 요청은 역방향 링크 상의 DRC 채널을 통해 각각의 기지국으로 전송된다. 여기서 설명하는 바와 같이, 레이트 요청 또는 DRC 정보는, 본 발명의 일 실시형태에 따라 스케줄러에 의해, 스케줄링 기능 (예를 들어, 임의의 소정 시간에 기지국으로부터의 데이터 송신물을 수신하는데 적절한 사용자 단말기를 선택하는 것) 을 수행하는데 이용된다.

도 5 에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시형태에 따라 채용된 레이트 제어 또는 링크 적응 방식은 내부 루프 및 외부 루프를 포함한다. 기지국 또는 서빙 섹터 (510) 로부터 송신된 파일럿 신호는 사용자 단말기에서 수신된다. 채널 예측기 유닛 (520) 은 수신된 파일럿 SINR 을 측정하고, 그 다음 패킷에 대한 SINR 을 예측한다. SINR 예측은, 임계 PER 하에서 가장 높은 데이터 레이트 (DRC) 를 선택하는 레이트 선택 유닛 (550) 에 제공된다. 일 실시형태에서, 기지국이 트래픽 데이터로 특정 사용자 단말기를 서비스하기로 결정할 때, 기지국은 단말기로부터 가장 최근에 수신된 DRC 에 의해 표시된 레이트로 사용자 단말기에 데이터를 송신한다. 외부 루프는 순방향 트래픽 채널 물리 레이어 패킷의 에러 레이트에 기초하여 데이터 레이트의 SINR 임계값을 조정한다. 도 5 에 도시된 바와 같이, 패킷 처리 유닛 (540) 은, 에러 통계에 기초하여 SINR 임계값을 조정하고 레이트 선택 유닛 (550) 에게 SINR 임계값을 제공하는 SINR 임계값 조정 유닛 (530) 에게 에러 통계 (예를 들어, CRC 통계) 를 제공한다. 당업자는 도 5 에 도시된 레이트 제어 방식은, 구현될 수 있는 다양한 레이트 제어 방식 중 일례에 불과함을 이해하여야 한다. 유사하게, 채널 SINR 의 측정치를 전달하기 위해 DRC 채널을 사용하는 것은, 사용자 단말기로부터 서빙 기지국으로 신호 품질 측정치를 제공하는 다양한 방법 중 일례에 불과하다. 예를 들어, 다양한 실시형태에서, 채널 조건에 대응하는 신호 품질 측정치 (예를 들어, 채널 SINR) 는 양자화 (quantize) 되어 상이한 채널을 통해 기지국에 제공될 수도 있다. 표 1 은 소정의 패킷 에러 레이트 (예를 들어, 1% 패킷 에러 레이트) 를 달성하기 위한 다양한 DRC 인덱스, SINR, 및 송신 레이트 간의 예시적인 매핑을 도시한 것이다.

도 6 은 본 발명의 일 실시형태에 따른 스케줄러 (600) 의 블록도를 도시한 것이다. 상술한 바와 같이, 본 발명의 특정 구현 및 애플리케이션에 따라, 스케줄러는 기지국 또는 기지국 제어기 내에 위치할 수도 있다. 도 6 에 도시된 바와 같이, 스케줄러 (600) 는 다양한 사용자 단말기로부터 신호 품질 정보 (예를 들어, DRC 메시지) 를 수신하도록 구성된다. 또한, 일 실시형태에서, 스케줄러는, 각각의 기지국에 의해 서비스되고 있는 다양한 사용자 단말기와 관련된 큐 정보 및 서비스 품질 (QoS) 정보와 같은 다른 유형의 정보도 수신한다. 예를 들어, 다양한 사용자 단말기와 관련된 큐 정보는 기지국으로부터 각각의 사용자 단말기로 전송되기 위해 대기하고 있는 데이터의 양을 표시할 수도 있다. QoS 정보는 사용자 단말기와 관련된 다양한 QoS 요구조건을 표시하는데 사용될 수도 있다. 예를 들어, QoS 정보는 각각의 사용자 단말기와 관련된 서비스의 레벨, 레이턴시 (latency) 요구 조건, 송신 우선 순위 등을 표시하는데 사용될 수도 있다. 본 발명의 일 실시형태에 따라, 스케줄러 (600) 에 의해 그 대응하는 스케줄링 기능을 수행하는데 있어서 사용할 수 있는 다양한 선택/스케줄링 기준을 포함하는 표 (700) 의 예가 도 7 에 도시된다. 도 7 에 도시된 바와 같이, 표 (700) 의 각각의 엔트리는 사용자 단말기 식별자 및 관련 신호 품질 표시자 (예를 들어, DRC 인덱스) 를 포함할 수도 있다. 표 (700) 는, 스케줄러에 의해 스케줄링 기능을 수행하는데 또한 사용될 수도 있는 큐 정보 및 QoS 정보와 같이, 사용자 단말기와 관련된 다른 유형의 정보를 더 포함할 수 있다.

일 실시형태에서, 스케줄러 (600) 에 제공된 다양한 유형의 정보는, 스케줄러 (600) 에 의해 서빙 기지국(들)으로부터의 데이터 송신물을 수신하기 위해 사용자 단말기를 선택하는데 선택/스케줄링 기준 (610) 으로 사용될 수도 있다. 도 6 에 도시된 바와 같이, 다양한 선택/스케줄링 기준 (610) 은, 임의의 소정 순간에 서빙 기지국(들)으로부터의 데이터 송신물을 수신하도록 특정 사용자 단말기를 선택하기 위해 선택/스케줄링 유닛 (620) 에 입력된다. 본 발명의 다양한 실시형태에서 사용되는 다양한 스케줄링 방법 및 알고리즘은 이하에서 자세히 설명된다.

일 실시형태에서, 상기 도 2 에 도시된 시스템과 같은 다중 사용자 시스템에서 중첩 코딩 및 스케줄링을 구현하기 위해, 스케줄러 (600) 는, 각각의 시간 간격 또는 시간 슬롯 동안, 기지국으로부터의 데이터 송신물을 수신할 2 명의 사용자 및 대응하는 전력 할당

을 선택한다. 일 실시형태에서, 사용자 및 전력 할당의 선택은 소정의 성능 메트릭을 최대화하는 방식으로 수행된다. 예를 들어, 1xEV-DO 와 같은 시스템에서 사용되는 비례-공평 스케줄러는, 소정의 시간 윈도우에서 계산되는 사용자의 스루풋의 곱을 최대화하려한다. 본 실시예에서,

·

= 사용자의 수

·

= 스케줄러 시상수

·

= 사용자 i 의 SNR

·

= 시간 t 에서 사용자 i 에 대한 데이터 레이트

·

= 시간 t 에서 사용자 i 의 평균 스루풋

·

·

= 시간 t 에서 사용자 i 에게 할당된 전력 부분

·

(사용자 I 가 강한 사용자-높은 SNR 사용자로서 선택), 여기서,

은 표시자 함수임

·

(사용자 I 가 약한 사용자-낮은 SNR 사용자로서 선택)

·

=SNR 의 함수로서의 용량

·

일 실시형태에서, 비례-공평 메트릭을 최적화하는 스케줄링 문제는,

과 같이 공식화 될 수 있으며, 여기서, 최적화 변수는

이고, 최대 2 사용자에 대해 영이 아니어야 한다는 제약을 받는다.

이러한 최적화 문제의 솔루션은 가능한

쌍의 사용자들 각각에 대해 최적의 전력 할당의 계산 및 그 후의 대응하는 메트릭의 비교를 필요로 한다. 이 문제를 최적으로 해결하는 것이 가능하지만, 더욱 낮은 계산 복잡도를 갖는 하기와 같이 다양한 대안적 휴리스틱 (heuristic) 알고리즘이 사용될 수도 있다.

본 설명에서, 최적의 전력 할당을 선택하는 문제는 소정 쌍의 사용자에 대해 고려되며, 이들은 1 과 2 라 하는 WLOG 이고,

이다. 용량 함수는

의 형태를 갖는 것으로 가정하며, 여기서

은 특정 코딩 방식에서의 손실을 설명하는 소정의 상수이다.

및

라 하면, 각각의 데이터 레이트는,

와 같이 달성된다.

따라서, 최대화하기 위한 함수는,

.

와 같으며, 여기서,

이다.

로 가정하면,

는,

와 같이 근사될 수 있으며, 이를 0 으로 놓고,

에 대해 풀 수 있다. 결과적인 2차 방정식

은 다음과 같은 계수, 즉,

을 가지며, 풀면

의 값 2 개를 얻을 수 있다. 이들 2 개의 값은 0 및 1 과 함께 목적 함수

에서 최적성이 시험된다.

이므로, 범위 밖에 있는 임의의 값은 버려짐을 유의하여야 한다.

본 설명을 계속하면, 다음 휴리스틱 알고리즘이 근사적인 방식으로 상기 최적화 문제를 해결하는데 사용될 수도 있다:

휴리스틱 알고리즘 1

본 발명의 일 실시형태에서, 다음의 알고리즘 또는 방법이, 사용자를 선택하고 데이터 송신을 스케줄링하여 소정의 성능 메트릭 (예를 들어, 비례-공평 메트릭) 을 최적화하는데 사용될 수도 있다:

·강한 사용자 (예를 들어, 높은 SNR 을 갖는 사용자) 와 약한 사용자 (예를 들어, 낮은 SNR 을 갖는 사용자) 를 분리하는데 사용되는 임계값

를 고정한다. 예를 들어,

는 0 내지 10 dB 범위 내에서 선택될 수 있다.

·각각의 시간 t 에서,

명의 사용자를, 그들의 현재

를 임계값

과 비교하여 2 개의 그룹으로 구별한다.

·확립된 선택 알고리즘 (예를 들어, 표준 비례-공평 알고리즘) 을 이용하여 각각의 그룹으로부터 하나의 사용자를 선택한다.

·상술한 바와 같이 2 명의 선택된 사용자 사이에서 전력 할당

을 선택한다.

상술한 알고리즘/방법은, 중첩 코딩 (SC) 에 의해 달성되는 스루풋 개선을 최대화하도록, 각각의 시간 간격 t 에서, 비대칭적인 채널 조건을 갖는 2 명의 사용자를 스케줄링하는데 사용된다. 동시에, 이 알고리즘은 비례-공평 알고리즘을 이용하여 각 그룹의 사용자를 선택하고, 비례-공평 메트릭을 최대화하는 전력 할당

를 선택함으로써, 비례-공평 측면에서 공평하다.

휴리스틱 알고리즘 2

본 발명의 다른 실시형태에서, 다음의 알고리즘/방법이, 사용자를 선택하고 데이터 송신을 스케줄링하여 소정의 성능 메트릭 (예를 들어, 비례-공평 메트릭) 을 최적화하는데 사용될 수 있다:

*·비례-공평 알고리즘을 이용하여

명의 사용자 중 하나의 사용자를 선택한다.

·나머지

-1 명의 사용자로부터 제 2 사용자를 순차적으로 고려하고, 상술한 바와 같이 최적의 전력 할당

을 계산한다.

·상기 정의된 바와 같이

를 최대화하도록 제 2 사용자를 선택한다.

상기 설명에서 알 수 있는 바와 같이, 이 알고리즘은 (비례-공평 측면에서) 공평한 방법으로 제 1 사용자를 선택하고, 그 후, 그 첫 번째 선택에 기초하여 비례-공평 메트릭에 따라 제 2 사용자를 최적으로 선택한다.

휴리스틱 알고리즘 3

본 발명의 또 다른 실시형태에서, 다음의 알고리즘 또는 방법이, 사용자를 선택하고 데이터 송신을 스케줄링하여 소정의 성능 메트릭 (예를 들어, 비례-공평 메트릭) 을 최적화하는데 사용될 수 있다:

·비례-공평 알고리즘을 이용하여

명의 사용자 중 하나의 사용자 (제 1 사용자) 를 선택한다.

·

가 시상수

를 갖는 IIR 1 차 필터를 이용하여 계산된 평균 레이트일 때, 메트릭

를 최대화하도록 나머지

명의 사용자 중 제 2 사용자를 선택한다.

·상술한 바와 같이 전력 할당

을 선택한다.

*이 경우, 제 1 사용자의 선택은 공평성을 최대화하지만, 제 2 사용자의 선택은 양호한 채널 조건을 갖는 사용자를 선택함으로써 다중 사용자 다이버시티 이득을 이용하도록 이루어진다. 공평성은, 비례-공평 메트릭을 최대화하도록 전력 할당

을 선택함으로써 달성되는 이득이다.

도 8 은 본 발명의 일 실시형태에 따른 순방향 링크를 통한 송신 방식을 도시한 도면이다. 상술한 종래의 TDM 스케줄링 및 송신 방식 (예를 들어, 현재의 IS-856 시스템에서의 순방향 링크 TDM 스케줄링 및 송신) 에 반하여, 본 발명의 일 실시형태 따른 시스템은 임의의 소정 시간에도 다수의 (예를 들어, 2) 사용자에 대한 데이터 송신을 스케줄링하여 시스템 스루풋 및 성능을 향상시킬 수 있다. 도 8 에 도시된 바와 같이, 임의의 소정 시간 간격에 대해, 시스템은 상술한 바와 같이 2 명의 사용자에 대한 데이터 송신을 선택하고 스케줄링한다. 한번에 한 사용자, 특히 낮은 SNR 을 갖는 사용자를 서비스하여 현저한 양의 대역폭을 낭비하는 대신에, 본 발명의 다양한 실시형태에서의 시스템은 소정의 성능 메트릭 (예를 들어, 비례-공평 메트릭) 을 최적화하도록 데이터 송신을 위한 다수의 (예를 들어, 2 명의) 사용자를 선택하고 스케줄링한다. 예를 들어, 매우 높은 SNR을 갖는 하나와 낮은 SINR 을 갖는 다른 하나의 2 명의 사용자를 선택하고 이들 2 사용자에게 동시에 송신함으로써, 기지국은 두 사용자 사이에 자신의 대역폭을 분할할 필요성을 없앤다. 따라서, 기지국 자원은 더욱 완전히 사용되며, 시스템 스루풋은 현저히 개선된다. 임의의 소정 시간 간격에서 2 명의 사용자가 선택되는 도 8 에 도시된 실시예를 다시 참조하면, 사용자 1 및 사용자 9 가 시간 간격 T1 동안 서비스되고, 사용자 2 및 사용자 11 이 시간 간격 T2 동안 서비스되는 등이다.

일 실시형태에서는, 여기서 설명된 바와 같이, 스케줄러가 기지국으로부터의 데이터 송신물을 수신하도록 다수의 (예를 들어, 2) 사용자를 선택한 후에, 다수의 사용자에 대한 상위 레이어 데이터를 반송하는 다중 사용자 패킷이 구성된다. 일 실시형태에서, 다중 사용자 패킷 (본 실시예에서는 제 1 패킷이라 함) 은 사용자 중 한 명 (예를 들어, 낮은 SNR 을 갖는 사용자) 에 대한 애플리케이션 데이터 및 다른 사용자 (더 높은 SNR 을 갖는 사용자) 에 대한 제어 정보 (시그널링 데이터) 를 포함한다. 그 후, 다른 패킷 (본 실시예에서는 제 2 패킷이라 함) 이 다중 사용자 패킷에 중첩된다. 제 2 패킷은 SINR 을 갖는 사용자에 대한 애플리케이션 데이터를 포함한다. 일 실시형태에서, 제 2 패킷은, 다중 사용자 패킷에 대해 랜덤 간섭과 같이 동작하도록 코딩된다.

도 9 는 본 발명의 일 실시형태에 따른 다중 사용자 패킷의 예를 도시한 것이다. 다중 사용자 패킷의 다양한 포맷은, 명칭이 "높은 패킷 데이터 레이트 통신을 위한 가변 패킷 길이 (Variable Packet Length for High Packet Data Rate Communication)" 로서 2003년 2월 3일에 출원되어 공동으로 양수된 미국 특허 출원 제 10/368,887 호에 개시되어 있다. 도 9 에 도시된 바와 같이, 다중 사용자 패킷 (910) 은, 다수의 사용자에게 어드레싱된 상위 레이어 페이로드를 포함하는 단일의 물리 레이어 패킷이다. 본 실시예에서, 다중 사용자 패킷 (910) 은 다중화된 MAC 레이어 패킷, 포맷 필드 (FMT), CRC, 및 테일 비트 (tail bit) 를 포함한다. 일 실시형태에서, FMT 값 (예를 들어, "00") 은, 물리 레이어 (PL) 패킷이 다중화된 패킷임을 표시하는데 사용된다. MAC 레이어 패킷은 2 개의 보안 레이어 (Security Layer; SL) 패킷 및 내부 CRC 로부터 구성된다. 각각의 SL 패킷은 대응하는 MAC ID 값 (예를 들어, SL 패킷 1 에 대해 5 이고 SL 패킷 2 에 대해 7) 을 갖는다. 각각의 SL 패킷에는 서브패킷 식별 (SPID) 필드 및 길이 표시자 (LEN) 필드가 부가된다. 당업자는, 이는 다중 사용자 패킷을 구성하는데 사용될 수 있는 다양한 포맷 중 일례에 불과하며, 본 발명의 사상은, 상이한 사용자에게 어드레싱된 상위 페이로드를 포함하는 다중 사용자 패킷을 구성하는데 사용되는 임의의 특정 포맷 또는 수단에 제한되어서는 안 된다는 것을 알 수 있다.

도 10 은 다른 패킷이 중첩되는 다중 사용자 패킷의 예를 도시한 것이다. 도 10 에 도시된 바와 같이, 이 경우의 다중 사용자 패킷은 2 명의 사용자 (예를 들어, 높은 SINR 을 갖는 사용자 1 및 낮은 SINR 을 갖는 사용자 2) 에 대한 상위 페이로드를 포함하는 단일의 물리 레이어 패킷이다. 본 실시예에서, 다중 사용자 패킷 (본 실시예에서는 제 1 패킷이라고도 함) 은 사용자 2 에 대한 애플리케이션 데이터 및 사용자 1 에 대한 시그널링 데이터를 포함한다. 일 실시형태에서, 사용자 1 에게 어드레싱된 시그널링 데이터 또는 제어 정보는, 다중 사용자 패킷에 중첩되고 다중 사용자 패킷과 동시에 송신되는 다른 물리 레이어 패킷 (본 실시예에서는 제 2 패킷이라고도 함) 과 관련된 코딩, 변조, 및 혼화 파라미터 등을 포함할 수도 있다. 다중 사용자 패킷은, 양 사용자 모두가 복조할 수 있도록 충분히 낮은 데이터 레이트로 구성되고 전송된다. 다중 사용자 패킷에 삽입된 시그널링 데이터의 수신 시에, 높은 SINR 사용자는 수신 신호로부터 다중 사용자 패킷의 기여분을 빼고, 결과적인 신호를 제 2 패킷을 추출하는데 사용하며, 제 2 패킷의 인코딩 파라미터는 시그널링 데이터에 의해 특정되어 있다. 따라서, 낮은 SINR 사용자는 일군의 다중 사용자 패킷에 의해 서비스되지만, 높은 SINR 사용자는 다중 사용자 패킷에 중첩된 제 2 패킷에 의해 서비스된다.

도 11 은 본 발명의 일 실시형태에 따른, 무선 통신 시스템에서의 데이터 송신 방법의 흐름도이다. 상기 도 2 에서 설명된 바와 같이, 본 실시예의 통신 시스템은 하나 이상의 기지국을 포함할 수도 있다. 각각의 기지국은 다수의 사용자국을 서비스할 수도 있다. 블록 (1110) 에서, 신호 품질 표시자가, 제 1 기지국에 의해 서비스되고 있는 하나 이상의 사용자국으로부터 수신된다. 상술한 바와 같이, 각각의 사용자국은 제 1 기지국으로부터 수신된 신호의 신호 품질을 측정하고, 측정된 신호 품질에 기초하여, 제 1 기지국으로 특정 송신 레이트에 대한 요청 (예를 들어, DRC 메시지) 을 송신할 수도 있다. 또한, 다른 실시형태에서, 사용자국은 다른 포맷 (예를 들어, 양자화된 SINR 값 등) 으로 기지국에 신호 품질 측정을 전달할 수도 있다. 일 실시형태에서, 사용자국으로부터 수신된 신호 품질 표시 (예를 들어, DRC 메시지) 는, 스케줄러/제어기에 의해, 제 1 기지국으로부터 데이터 송신물을 수신하도록 (블록 (1120) 에서) 다수의 지국 (예를 들어, 제 1 사용자국 및 제 2 사용자국) 을 선택하는데 이용된다. 상술한 바와 같이, 다양한 알고리즘 또는 방법이 소정의 성능 메트릭 (예를 들어, 비례-공평 메트릭) 을 최적화하기 위해 다수의 (예를 들어, 2) 사용자국을 선택하는데 이용될 수도 있다. 일 실시형태에서, 선택된 두 사용자 중 하나 (예를 들어, 제 1 사용자국) 는 비교적 높은 신호 품질을 가지고, 다른 사용자국 (예를 들어, 제 2 사용자국) 은 비교적 낮은 신호 품질을 가진다. 또한, 본 발명의 다양한 실시형태에서, 사용자국을 선택하는 데 있어서 다른 유형의 정보가 고려될 수도 있다. 이러한 정보는, 예를 들어, 큐 정보 및 서비스 품질 (QoS) 정보를 포함할 수도 있다. 블록 (1130) 에서, 제 1 사용자국에 대한 제어 정보 또는 시그널링 정보 및 제 2 사용자국에 대한 애플리케이션 데이터를 포함하는 다중 사용자 패킷 (본 실시예에서는 제 1 패킷이라 함) 이 구성된다. 블록 (1140) 에서, 제 1 사용자국에 대한 애플리케이션 데이터를 포함하는 제 2 패킷이 제 1 패킷에 중첩된다. 블록 (1150) 에서, 제 1 및 제 2 패킷은 제 1 기지국으로부터 제 1 및 제 2 사용자국으로 동시에 전송된다.

도 12 는 본 발명의 일 실시형태에 따른, 무선 통신 시스템에서의 데이터 처리 방법의 흐름도이다. 블록 (1210) 에서, 제 1 기지국으로부터 송신된 제 1 및 제 2 패킷은 제 1 사용자국에서 수신된다. 제 1 패킷은, 제 1 사용자국에 대한 시그널링 데이터 및 제 2 사용자국에 대한 애플리케이션 데이터를 포함하는 다중 사용자 패킷이다. 제 2 패킷은 제 1 사용자국에 대한 애플리케이션 데이터를 포함하고 제 1 패킷에 중첩된다. 일 실시형태에서, 제 1 패킷 내의 시그널링 데이터는 제 2 패킷의 코딩, 변조 및/또는 혼화 파라미터를 나타낸다. 블록 (1220) 에서, 제 1 사용자국에 대한 시그널링 데이터가 제 1 패킷으로부터 취출 (retrieve) 된다. 일 실시형태에서, 다중 사용자 패킷 내에 삽입된 시그널링 데이터의 수신 시에, 제 1 사용자국은 수신 신호로부터 다중 사용자 패킷의 기여분을 감산한다. 블록 (1230) 에서, 제 1 사용자국은 제 2 패킷을 추출하기 위해 제 1 패킷으로부터 취출된 시그널링 데이터를 사용한다.

또한, 당업자는, 본 발명의 사상이 임의의 소정 시간 간격 내에 기지국으로부터의 데이터 송신물을 수신하기 위해 더 많은 사용자가 선택되는 경우에도 적용될 수 있음을 이해하고 인식하여야 한다. 일반적인 경우에, 다중 사용자 패킷은 패킷 프리앰블 (preamble) 에 의해 표시된 데이터 레이트로 전송되고, SNR 이 패킷을 디코딩하기에 충분한 모든 사용자에 의해 디코딩된다. 성공적인 디코딩 시에, 사용자는 물리 레이어 데이터를 파싱 (parsing) 하여 그들에게 어드레싱될 수도 있는 상위 레이어 페이로드를 추출하고, 물리 레이어 패킷의 나머지는 폐기한다.

예를 들어, 1, 2, ..., K 가, 채널 SNR 의 내림 차순으로, 중첩 코딩 스케줄링에 의해 현재 스케줄링된 사용자를 나타낸다고 하자. 일 실시형태에서는, 가장 낮은 SNR 을 갖는 사용자를 위한 코드워드

가 다중 사용자 패킷을 인코딩하는데 사용된다. 본 실시예에서, 다중 사용자 패킷은, K 번째 사용자에 대한 애플리케이션 데이터뿐만 아니라, 중첩 코딩을 통해 동시에 서비스되고 있는 다른 사용자들에 대한 제어 정보를 반송하는데 사용된다. 상술한 바와 같이, 제어 정보는, 서비스되고 있는 다른 사용자의 아이덴터티 뿐만 아니라, 코드워드

와 중첩되어 있는 다른 코드워드와 관련된 코딩, 변조 및 혼화 파라미터를 특정하는데 이용될 수도 있다. 가장 낮은 SNR 사용자의 채널 SNR 보다 양호한 채널 SNR 을 갖는 사용자가 코드워드

를 디코딩하면, 패킷에 포함된 제어 정보는, 다른 스케줄링된 사용자로 하여금, 그들을 위한 애플리케이션 데이터를 포함하는 패킷을 디코딩할 때까지, 중첩된 나머지 패킷을 연속적으로 디코딩 및 간섭-소거할 수 있도록 한다.

따라서, 상기 실시예에서 설명된 본 발명의 다양한 실시형태에서, 함께 중첩된 다수 (예를 들어, M 개의 패킷) 가 존재할 수 있다. 일 실시형태에서, 최저 레벨 패킷은 모든 높은 레벨 패킷에 관한 제어/시그널링 정보를 포함할 수도 있다. 이 경우, 다중 사용자 패킷이 되기 위해 최저 레벨 패킷만이 필요하다. 다른 패킷은, 본 발명의 다양한 애플리케이션 및 구현에 따라, 단일의 사용자 패킷 또는 다중 사용자 패킷이 될 수도 있다. 중첩된 M 개의 패킷이 수신되면, 상술한 바와 같이, 각각의 사용자에 의해 디코딩되어 그들에게 의도된 애플리케이션 정보가 추출될 수 있다.

다른 방법으로, 다른 실시형태에서, 다수의 패킷은 다음과 같이 함께 중첩될 수도 있다. 각 레벨의 패킷은 그 다음 상위 레벨의 패킷에 관한 제어/시그널링 정보 (예를 들어, 코딩, 변조, 블록-길이 등) 을 포함할 수도 있다. 본 실시형태에서, 낮은 레벨 패킷은 다중 사용자 패킷이지만, 높은 레벨 패킷은 다중 사용자 패킷일 수도 있고 아닐 수도 있다. 예를 들어, 최고 레벨 패킷은, 높은 SNR 에서, 다중 사용자에 대한 애플리케이션 데이터를 포함할 수도 있다.

당업자는 다양한 서로 다른 기술 및 기법을 이용하여 정보 및 신호를 표현할 수도 있음을 알 수 있다. 예를 들어, 상기의 설명 전반에 걸쳐 참조될 수도 있는 데이터, 명령, 커맨드 (commands), 정보, 신호, 비트, 심볼, 및 칩은 전압, 전류, 전자기파, 자계 또는 자성 입자, 광계 또는 광자, 또는 이들의 조합으로 나타낼 수도 있다.

또한, 당업자는 여기에서 개시된 실시형태들과 관련하여 설명된 다양한 예시적인 논리 블록들, 모듈들, 회로들, 및 알고리즘 단계들을 전자 하드웨어, 컴퓨터 소프트웨어, 또는 이들의 조합으로 구현할 수도 있음을 알 수 있다. 하드웨어와 소프트웨어의 이러한 대체 가능성을 분명히 설명하기 위하여, 다양한 예시적인 컴포넌트들, 블록들, 모듈들, 회로들 및 단계들을 주로 그들의 기능의 관점에서 상술하였다. 그러한 기능이 하드웨어로 구현될지 소프트웨어로 구현될지는 전체 시스템에 부과된 특정한 애플리케이션 및 설계 제약조건들에 의존한다. 당업자는 설명된 기능을 각각의 특정한 애플리케이션에 대하여 다양한 방식으로 구현할 수도 있지만, 그러한 구현의 결정이 본 발명의 범주를 벗어나도록 하는 것으로 해석하지는 않아야 한다.

여기에서 개시된 실시형태들과 관련하여 설명된 다양한 예시적인 논리 블록들, 모듈들, 회로들은 범용 프로세서, 디지털 신호 프로세서 (DSP), 주문형 집적회로 (ASIC), 필드 프로그래머블 게이트 어레이 신호 (FPGA), 또는 기타 프로그래머블 로직 디바이스, 별도의 게이트 또는 트랜지스터 로직, 별도의 하드웨어 컴포넌트들, 또는 여기서 설명된 기능을 수행하도록 설계되는 이들의 임의의 조합으로 구현 또는 수행될 수도 있다. 범용 프로세서는 마이크로프로세서일 수도 있지만, 다른 방법으로, 그 프로세서는 임의의 프로세서, 제어기, 마이크로 제어기, 또는 상태 기계일 수도 있다. 또한, 프로세서는 컴퓨팅 디바이스들의 조합, 예를 들어, DSP 와 마이크로프로세서의 조합, 복수의 마이크로프로세서들, DSP 코어와 결합된 하나 이상의 마이크로프로세서들 또는 임의의 기타 다른 구성물로 구현될 수도 있다.

여기에 개시된 실시형태들과 관련하여 설명된 방법 또는 알고리즘의 단계들은 프로세서에 의해 실행되는 하드웨어, 소프트웨어 모듈, 또는 그 2 개의 조합으로 직접 구현될 수도 있다. 소프트웨어 모듈은 RAM 메모리, 플래시 메모리, ROM 메모리, EPROM 메모리, EEPROM 메모리, 레지스터, 하드 디스크, 착탈형 디스크, CD-ROM, 또는 당업계에 알려진 임의의 다른 형태의 저장 매체에 상주할 수도 있다. 예시적인 저장 매체는 프로세서에 커플링되며, 그 프로세서는 저장 매체로부터 정보를 판독할 수 있고 저장 매체에 정보를 기입할 수 있다. 다른 방법으로, 저장 매체는 프로세서와 일체형일 수도 있다. 프로세서 및 저장 매체는 ASIC 내에 상주할 수도 있다. ASIC 은 사용자 단말기 내에 상주할 수도 있다. 다른 방법으로, 프로세서 및 저장 매체는 사용자 단말기 내에 별도의 컴포넌트로서 상주할 수도 있다.

개시되어 있는 실시형태들에 대한 상기의 설명은 당업자로 하여금 본 발명을 제조 또는 이용할 수 있도록 제공된다. 당업자는 이들 실시형태에 대한 다양한 변형들을 명백히 알 수 있으며, 여기에서 정의된 일반적인 원리들은 본 발명의 사상 또는 범위를 벗어나지 않고도 다른 실시형태들에 적용될 수도 있다. 따라서, 본 발명은 여기에서 설명된 실시형태들에 제한되는 것이 아니라, 여기에서 개시된 원리 및 신규한 특징들과 부합하는 최광의 범위를 부여하려는 것이다.

도 1 은 종래의 TDM 스케줄링 구성을 도시한 도면이다.

도 2 는 본 발명의 사상이 구현된 통신 시스템의 블록도이다.

도 3 은 순방향 링크의 구조를 도시한 도면이다.

도 4 는 역방향 링크의 구조를 도시한 도면이다.

도 5 는 본 발명의 일 실시형태에 따른 레이트 제어 구성을 도시한 블록도이다.

도 6 은 본 발명의 일 실시형태에 따른 스케줄러/제어기의 블록도를 도시한 것이다.

도 7 은 본 발명의 일 실시형태에 따른 다양한 선택/스케줄링 기준을 포함하는 표의 예를 도시한 것이다.

도 8 은 본 발명의 일 실시형태에 따라 동작하는 순방향 링크 송신 방식을 도시한 도면이다.

도 9 는 본 발명의 일 실시형태에 따른 다중 사용자 (multi-user) 패킷의 예를 도시한 것이다.

도 10 은 다른 패킷이 중첩된 다중 사용자 패킷의 예를 도시한 것이다.

도 11 은 본 발명의 일 실시형태에 따른, 무선 통신 시스템에서의 데이터 송신 방법의 흐름도이다.

도 12 은 본 발명의 일 실시형태에 따른, 무선 통신 시스템에서의 데이터 처리 방법의 흐름도이다.

Claims

복수의 사용자국과 관련된 신호 품질의 표시를 수신하는 수단;

상기 수신된 신호 품질의 표시에 전부 또는 일부 기초하여, 상기 복수의 사용자국으로부터, 기지국으로부터의 데이터를 수신할 K 개의 사용자국의 세트를 선택하는 수단; 및

함께 중첩된 다수의 패킷을, 상기 기지국으로부터 상기 K 개의 사용자국으로 송신하는 수단을 포함하고,

상기 K 는 0 을 초과하는 정수인, 데이터 처리 장치.
제 1 항에 있어서,

상기 중첩된 패킷에서 최저 레벨에 있는 패킷은, 상기 세트에서 최저 레벨 신호 품질을 갖는 제 1 사용자국에 대한 애플리케이션 정보 및 상기 세트의 다른 사용자국들에 대한 제어 정보를 포함하는 다중 사용자 패킷을 포함하는, 데이터 처리 장치.
제 2 항에 있어서,

제 2 사용자국에서 상기 중첩된 패킷을 수신하는 수단;

수신된 상기 중첩된 패킷 내의 상기 최저 레벨 패킷으로부터 상기 제 2 사용자국에 대한 제어 정보를 취출하는 수단; 및

수신된 상기 중첩된 패킷 내의 나머지 패킷으로부터 상기 제 2 사용자국에 대해 의도된 애플리케이션 정보를 추출하는 수단을 더 포함하는, 데이터 처리 장치.
제 1 항에 있어서,

상기 중첩된 패킷 내의 낮은 레벨의 패킷은, 상기 중첩된 패킷 내의 다음으로 높은 레벨에 있는 패킷에 대한 제어 정보를 포함하는, 데이터 처리 장치.
제 4 항에 있어서,

상기 중첩된 패킷 내의 상기 낮은 레벨의 패킷은, 대응하는 사용자에 대한 애플리케이션 데이터 및 다음으로 높은 레벨의 다른 사용자에 대한 제어 정보를 포함하는 다중 사용자 패킷을 포함하는, 데이터 처리 장치.
제 4 항에 있어서,

상기 중첩된 패킷 내의 최고 레벨의 패킷은, 상기 세트 내의 다수의 사용자국에 대한 애플리케이션 데이터를 포함하는 다중 사용자 패킷을 포함하는, 데이터 처리 장치.
제 1 패킷 및 제 2 패킷을 포함하고, 제 1 사용자국에서 함께 중첩된 다수의 패킷을 수신하는 수단;

상기 제 1 패킷으로부터 상기 제 1 사용자국에 대한 시그널링 데이터를 취출 하는 수단; 및

상기 제 1 패킷으로부터 취출된 상기 시그널링 데이터를 이용하여 상기 제 2 패킷으로부터 상기 제 1 사용자국에 대한 애플리케이션 데이터를 추출하는 수단을 포함하는, 데이터 처리 장치.
제 7 항에 있어서,

상기 시그널링 데이터는, 상기 제 1 사용자국에 의해, 상기 제 2 패킷 내의 상기 애플리케이션 데이터를 처리하는데 사용되는 정보 처리 파라미터를 포함하는, 데이터 처리 장치.
제 8 항에 있어서,

상기 정보 처리 파라미터는 코딩 및 변조 파라미터를 포함하는, 데이터 처리 장치.