KR100945135B1 - 중계국을 사용할 수 있는 무선 통신 시스템에서의 프레임구조 설정 및 자원 할당 방법 - Google Patents

중계국을 사용할 수 있는 무선 통신 시스템에서의 프레임구조 설정 및 자원 할당 방법 Download PDF

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Abstract

중계국을 사용할 수 있는 무선 통신 시스템에서 다양한 서비스 품질을 요구하는 이동국들의 서비스 품질을 보장하기 위한 프레임 구조 설정 및 자원 할당 방법을 개시한다.
본 발명의 프레임 구조 설정 및 자원 할당 방법은, 이동국이 요구하는 서비스 품질 및 채널 환경을 고려하여 프레임 구조를 결정하는 프레임 구조 결정 단계와; 상기 결정된 프레임 구조에서 각 이동국이 요구하는 서비스 품질 및 해당 이동국에 대한 채널 상태를 근거로, 시스템 전송량이 최대가 되도록 무선 자원을 할당하는 자원 할당 단계와; 상기 결정된 프레임 구조에서의 자원 할당에 의한 시스템 전송량을, 상기 결정된 프레임 구조를 변경한 경우의 자원 할당에 의한 시스템 전송량과 비교하여, 기결정된 프레임 구조에서의 자원 할당에 의한 시스템 전송량이 최대의 전송량인지를 판단하는 자원 할당 최적화 여부 판단 단계; 및 기결정된 프레임 구조에서의 자원 할당에 의한 시스템 전송량이 최대인 경우, 기결정된 프레임 구조 및 자원 할당 결과를 유지하고, 프레임 구조를 변경한 경우의 자원 할당에 의한 시스템 전송량이 최대인 경우 상기 프레임 구조 결정 단계로 궤환하는 자원 할당 최적화 단계; 를 포함하여 구성됨에 기술적 특징이 있다.

Description

중계국을 사용할 수 있는 무선 통신 시스템에서의 프레임 구조 설정 및 자원 할당 방법{Frame Structure and Resource Allocation Method For Wireless Communication Systems With Multi-hop Relay}
본 발명은 무선 자원 할당에 대한 것으로, 보다 자세하게는 중계국을 사용할 수 있는 무선 통신 시스템에서 다양한 서비스 품질을 요구하는 이동국들의 서비스 품질을 보장하기 위한 프레임 구조 설정 및 자원 할당 방법에 대한 것이다.
일반적으로 이동국는 가장 높은 수신 레벨이 얻어지는 기지국을 선택하여 통신한다. 이 때, 통신의 항상성 및 전송률을 증대시키기 위하여 중계국을 활용하는 멀티 홉 방식이 제안되었다. 예를 들면, 도 1에 도시된 바와 같이 이동국(13)과 기지국(11)과의 사이에서 중계국(12)이 이동국(13)과 기지국(11) 간의 통신을 중계함으로써 통신의 효율성을 증대시키는 경우 중계국(12)을 사용하게 되고, 그렇지 않고 이동국(14)과 기지국(11)사이의 직접 통신이 통신의 효율성을 증대시키는 경우는 중계국(12)을 사용하지 않는 통신이 이루어진다.
상기 예에서 기술한 바와 같이 중계국을 사용하게 되면, 기지국 및 이동국의 운영뿐만 아니라 중계국의 운영에 대한 방법을 정의해 주어야 한다. 이미 WiMAX(Worldwide Interoperability for Microwave Access) 무선 통신망에 대해 TDD(Time Division Duplex)방식의 동일 주파수 다중 도약 중계국이 건의된 바 있다.
제안된 방법은 모든 기지국과 중계국이 동일한 주파수에서 통신하고, 기지국은 자신에 속한 중계국에 대한 타임 슬롯을 보유하여 서브 프레임으로 운영하는 방식으로서, 이와 같은 방법은 계층적으로 운영되기 때문에 이동국이 많아지는 경우 시스템의 용량을 떨어뜨리게 된다.
따라서, 중계국을 사용하여 다양한 서비스 품질을 요구하는 이동국의 서비스 품질을 보장하기 위한 프레임 구조와 상기 구조 안에서의 효율적인 자원 할당 방법의 제안이 요구되고 있는 실정이다.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 제반 단점과 문제점을 해결하기 위한 것으로, 기지국과 이동국 간의 통신에 중계국을 사용하는 것을 고려한 프레임 구조의 설정과 이러한 프레임 구조 안에서의 효율적인 자원 할당 방법을 제공함에 본 발명의 목적이 있다.
특히, 본 발명은 이동국이 요구하는 서비스 품질과 여러가지 채널 환경을 고려하여 프레임 구조를 설정하는 과정과, 설정된 프레임 구조를 이용하여 통신을 시도할 때 사용될 중계국과 채널을 할당하는 과정 및 상기 과정을 반복적으로 수행하여 시스템의 성능을 최대화 하는 과정을 통해, 실패 확률을 줄이고 전송량을 증대시킬 수 있도록 하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 중계국을 사용할 수 있는 무선 통신 시스템에서의 프레임 구조 설정 및 자원 할당 방법으로서, 이동국이 요구하는 서비스 품질 및 채널 환경을 고려하여 프레임 구조를 결정하는 프레임 구조 결정 단계와; 상기 결정된 프레임 구조에서 각 이동국이 요구하는 서비스 품질 및 해당 이동국에 대한 채널 상태를 근거로, 시스템 전송량이 최대가 되도록 무선 자원을 할당하는 자원 할당 단계와; 상기 결정된 프레임 구조에서의 자원 할당에 의한 시스템 전송량을, 상기 결정된 프레임 구조를 변경한 경우의 자원 할당에 의한 시스템 전 송량과 비교하여, 기결정된 프레임 구조에서의 자원 할당에 의한 시스템 전송량이 최대의 전송량인지를 판단하는 자원 할당 최적화 여부 판단 단계; 및 기결정된 프레임 구조에서의 자원 할당에 의한 시스템 전송량이 최대인 경우, 기결정된 프레임 구조 및 자원 할당 결과를 유지하고, 프레임 구조를 변경한 경우의 자원 할당에 의한 시스템 전송량이 최대인 경우 상기 프레임 구조 결정 단계로 궤환하는 자원 할당 최적화 단계; 를 포함하는 중계국을 사용할 수 있는 무선 통신 시스템에서의 프레임 구조 설정 및 자원 할당 방법을 제공한다.
여기서, 상기 프레임 구조 결정 단계에서, 상기 무선통신 시스템은, 초기 하향링크 프레임 구조 결정 시, 기지국에서의 데이터 전송에 사용되는 시간과, 중계국에서의 데이터 전송에 사용되는 시간을 2:1의 비율로 설정하는 것이 바람직하다.
마찬가지로, 상기 프레임 구조 결정 단계에서, 상기 무선통신 시스템은, 초기 상향링크 프레임 구조 결정 시, 이동국에서의 데이터 전송에 사용되는 시간과, 중계국에서의 데이터 전송에 사용되는 시간을 2:1의 비율로 설정하는 것이 바람직하다.
그리고, 상기 자원 할당 단계는, 상기 프레임 구조 결정 단계에 의해 결정된 프레임 구조에 따라, 각 이동국이 기지국과 직접 통신하는 경우 및 중계국을 사용할 경우의 전송량을 각각 계산하여 모든 이동국의 데이터 전송량의 총합인 시스템 전송량이 최대가 되도록 각 이동국의 전송 경로를 결정하는 전송 경로 결정 단계와; 상기 결정된 전송 경로를 통하여 서비스를 하기 위하여, 각 이동국에 대하여 기지국과 중계국에서 사용할 슬롯을 할당하는 슬롯 할당 단계; 를 포함할 수 있다.
이 때 상기 슬롯 할당 단계는, 각 이동국에 대한 채널 상태와 해당 이동국이 요구하는 서비스 요구량에 근거하여 각 이동국에 대한 슬롯 개수를 결정하는 단계일 수 있다.
그리고 상기 자원 할당 단계는, 상기 프레임 구조 결정 단계에 의해 결정된 프레임 구조에 따라, 각 이동국이 기지국과 직접 통신하는 경우 및 중계국을 사용할 경우의 전송량을 각각 계산하여 모든 이동국의 데이터 전송량의 총합인 시스템 전송량이 최대가 되도록 각 이동국의 전송 경로를 결정하는 전송 경로 결정 단계와; 상기 결정된 전송 경로를 통하여 서비스를 하기 위하여, 각 기지국에 대하여 이동국과 중계국에서 사용할 슬롯을 할당하는 슬롯 할당 단계; 를 포함할 수 있다.
이 경우, 상기 슬롯 할당 단계는, 각 이동국에 대한 채널 상태와 해당 이동국이 요구하는 서비스 요구량에 근거하여 각 기지국에 대한 슬롯 개수를 결정하는 단계일 수 있다.
그리고, 상기 자원 할당 최적화 여부 판단 단계는, 기결정된 프레임 구조에서의 시스템 전송량을, 기결정된 프레임 구조에서 기지국 전송 시간을 증가시킨 경우의 시스템 전송량 및 중계국 전송 시간을 증가시킨 경우의 시스템 전송량과 각각 비교하여 기결정된 프레임 구조에서의 시스템 전송량이 최대인가를 판단하는 단계일 수 있다.
이 때 상기 자원 할당 최적화 단계는, 기결정된 프레임 구조에서의 시스템 전송량이 최대가 아닌 경우, 상기 비교 결과에 근거하여 기지국 전송 시간을 늘리거나 줄이도록 상기 프레임 구조 결정 단계를 실행시키는 단계일 수 있다.
또한, 상기 자원 할당 최적화 여부 판단 단계는, 기결정된 프레임 구조에서의 시스템 전송량을, 기결정된 프레임 구조에서 이동국 전송 시간을 증가시킨 경우의 시스템 전송량 및 중계국 전송 시간을 증가시킨 경우의 시스템 전송량과 각각 비교하여 기결정된 프레임 구조에서의 시스템 전송량이 최대인가를 판단하는 단계일 수 있다.
이 때 상기 자원 할당 최적화 단계는, 기결정된 프레임 구조에서의 시스템 전송량이 최대가 아닌 경우, 상기 비교 결과에 근거하여 이동국 전송 시간을 늘리거나 줄이도록 상기 프레임 구조 결정 단계를 실행시키는 단계일 수 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 또 다른 본 발명은, 중계국을 사용할 수 있는 무선 통신 시스템에서의 하향링크 프레임 구조 설정 및 자원 할당 방법으로서, 이동국이 요구하는 서비스 품질 및 채널 환경을 고려하여, 기지국에서의 데이터 전송에 사용되는 시간과, 중계국에서의 데이터 전송에 사용되는 시간의 비율을 설정하여 하향링크 프레임 구조를 결정하는 프레임 구조 결정 단계와; 상기 프레임 구조 결정 단계에 의해 결정된 프레임 구조에 따라, 각 이동국이 기지국과 직접 통신하는 경우 및 중계국을 사용할 경우의 전송량을 각각 계산하여 모든 이동국의 데이터 전송량의 총합인 시스템 전송량이 최대가 되도록 각 이동국의 전송 경로를 결정하는 전송 경로 결정 단계와; 상기 결정된 전송 경로를 통하여 서비스를 하기 위하여, 각 이동국에 대하여 기지국과 중계국에서 사용할 슬롯을 할당하는 슬롯 할당 단계와; 기결정된 프레임 구조에서의 시스템 전송량을, 기결정된 프레임 구조에서 기지 국 전송 시간을 증가시킨 경우의 시스템 전송량 및 중계국 전송 시간을 증가시킨 경우의 시스템 전송량과 각각 비교하여 기결정된 프레임 구조에서의 시스템 전송량이 최대인가를 판단하는 최적화 여부 판단 단계; 및 기결정된 프레임 구조에서의 자원 할당에 의한 시스템 전송량이 최대인 경우, 기결정된 프레임 구조 및 자원 할당 결과를 유지하고, 기결정된 프레임 구조에서의 시스템 전송량이 최대가 아닌 경우, 상기 최적화 여부 판단 결과에 근거하여 기지국 전송 시간을 늘리거나 줄이도록 상기 프레임 구조 결정 단계를 실행시키는 자원 할당 최적화 단계; 를 포함하는 중계국을 사용할 수 있는 무선 통신 시스템에서의 하향링크 프레임 구조 설정 및 자원 할당 방법을 제공한다.
이 때 상기 프레임 구조 결정 단계에서, 상기 무선통신 시스템은, 초기 하향링크 프레임 구조 결정 시, 기지국에서의 데이터 전송에 사용되는 시간과, 중계국에서의 데이터 전송에 사용되는 시간을 2:1의 비율로 설정하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 목적을 달성하기 위한 다른 본 발명은, 중계국을 사용할 수 있는 무선 통신 시스템에서의 상향링크 프레임 구조 설정 및 자원 할당 방법으로서, 이동국이 요구하는 서비스 품질 및 채널 환경을 고려하여, 이동국에서의 데이터 전송에 사용되는 시간과, 중계국에서의 데이터 전송에 사용되는 시간의 비율을 설정하여 하향링크 프레임 구조를 결정하는 프레임 구조 결정 단계와; 상기 프레임 구조 결정 단계에 의해 결정된 프레임 구조에 따라, 각 이동국이 기지국과 직접 통신하는 경우 및 중계국을 사용할 경우의 전송량을 각각 계산하여 모든 이동국의 데이터 전송량의 총합인 시스템 전송량이 최대가 되도록 각 이동국의 전송 경로를 결정하는 전송 경로 결정 단계와; 상기 결정된 전송 경로를 통하여 서비스를 하기 위하여, 각 기지국에 대하여 이동국과 중계국에서 사용할 슬롯을 할당하는 슬롯 할당 단계와; 기결정된 프레임 구조에서의 시스템 전송량을, 기결정된 프레임 구조에서 이동국 전송 시간을 증가시킨 경우의 시스템 전송량 및 중계국 전송 시간을 증가시킨 경우의 시스템 전송량과 각각 비교하여 기결정된 프레임 구조에서의 시스템 전송량이 최대인가를 판단하는 최적화 여부 판단 단계; 및 기결정된 프레임 구조에서의 자원 할당에 의한 시스템 전송량이 최대인 경우, 기결정된 프레임 구조 및 자원 할당 결과를 유지하고, 기결정된 프레임 구조에서의 시스템 전송량이 최대가 아닌 경우, 상기 최적화 여부 판단 결과에 근거하여 이동국 전송 시간을 늘리거나 줄이도록 상기 프레임 구조 결정 단계를 실행시키는 자원 할당 최적화 단계; 를 포함하는 중계국을 사용할 수 있는 무선 통신 시스템에서의 상향링크 프레임 구조 설정 및 자원 할당 방법를 제공한다.
이때 상기 프레임 구조 결정 단계에서, 상기 무선통신 시스템은, 초기 상향링크 프레임 구조 결정 시, 이동국에서의 데이터 전송에 사용되는 시간과, 중계국에서의 데이터 전송에 사용되는 시간을 2:1의 비율로 설정하는 것이 바람직하다.
따라서, 본 발명의 중계국을 사용할 수 있는 무선 통신 시스템에서의 프레임 구조 설정 및 자원 할당 방법에 의하면, 무선 통신 시스템에서 중계국을 이용하여 기지국과 이동국 간의 통신을 효율적으로 지원할 수 있으며, 이는 곧 실패 확률을 감소시키고, 서비스 전송량을 증대시키는 효과를 창출한다.
또한, 본 발명의 중계국을 사용할 수 있는 무선 통신 시스템에서의 프레임 구조 설정 및 자원 할당 방법에 따르면, 다중 경로 및 그에 따르는 여러가지 채널 환경을 고려하여 프레임 구조를 설정하고, 이를 이용하여 전송 경로를 결정함과 아울러, 각 이동국이 요구하는 서비스 품질 및 기지국과 중계국간, 중계국와 이동국 간 채널 환경에 근거하여 자원을 할당하기 때문에, 사용자들의 다양한 서비스 품질을 보장할 수 있을뿐만 아니라, 시스템 전체의 서비스 전송량을 증대시켜 시스템 성능을 향상시킬 수 있다는 효과가 있다.
본 발명의 상기 목적과 기술적 구성 및 그에 따른 작용 효과에 관한 자세한 사항은 본 발명의 명세서에 첨부된 도면에 의거한 이하 상세한 설명에 의해 보다 명확하게 이해될 것이다.
도 2는 본 발명에 따른 프레임 구조 설정 및 자원 할당 방법을 순차적으로 나타낸 흐름도이고, 도 3은 멀티 홉을 사용하는 경우의 프레임 구조를 나타낸 도면이다.
도시된 바와 같이, 본 발명의 프레임 구조 설정 및 자원 할당 방법은 크게, 이동국으로부터 서비스 요청 메시지가 수신되면(S310) 이동국이 요구하는 서비스 품질과 여러가지 채널 환경을 고려하여 프레임 구조를 설정하는 과정과(S320), 상 기 설정된 프레임 구조에서 이동국이 요구하는 서비스 품질 및 채널 상태를 고려하여 무선 자원을 할당하는 과정(S330), 그리고 자원 할당의 최적화 여부를 판단하는 과정(S340)으로 구분될 수 있다.
본 발명에서 서비스 전송은, 실패하지 않은 서비스의 데이터 전송을 의미하며, 앞서 구분한 각 과정을 보다 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
우선, 서비스가 필요한 이동국들은 기지국으로 서비스 요청 메시지를 전송하며, 이동국과 기지국 간에 직접 경로가 생성되지 않을 경우 이 메시지는 중계국을 경유하여 기지국으로 수신된다(S310).
서비스 요청 메시지를 수신한 기지국은, 서비스를 위한 프레임 구조 설정과 자원 할당 과정을 시작하게 된다. 이동통신 시스템의 경우 데이터 전송의 기본 단위는 도 3에 도시한 것과 같이 상향 링크와 하향 링크가 있는 프레임으로 되어 있다. 프레임은 이동통신 시스템이 사용하는 주파수 영역의 특성을 고려하여 몇개 혹은 몇십개의 심볼로 구성되어 있으며, 각 심볼의 채널 특성이 같을 수 있도록 정의된다.
중계국을 사용하지 않는 경우는 이러한 프레임 단위로 하향 링크 전송 시간에서는 기지국에서 각 이동국들로 데이터를 전송하고, 상향 링크 전송 시간에서는 이동국들이 기지국으로 데이터를 전송하게 된다. 그러나 중계국을 사용하게 되면 하향 링크와 상향 링크의 데이터 전송 과정에서 중계국이 데이터를 전송할 시간을 정의해 주어야 한다. 이와 같은 동작이 프레임 구조 결정 과정에서 이루어 지게 된다(S320).
프레임 구조 결정시, 도 3에 도시한 것과 같이 상향 링크 프레임과 하향 링크 프레임 구조를 결정해야 한다. 이하에서는 하향 링크에 대한 내용만을 기술하기로 하며, 상향 링크 프레임 구조의 경우도 같은 방법으로 설정할 수 있다.
초기 프레임 구조 결정시, 기지국은 기지국에서의 데이터 전송에 사용하는 시간과 중계국에서의 데이터 전송에 사용되는 시간을 2:1의 비율로 설정한다. 이는 기지국에서 데이터를 전송하는 시간에는 기지국에서 직접 통신을 하는 이동국으로의 데이터 전송과 기지국에서 중계국으로의 데이터 전송이 이루어지지만, 중계국에서 데이터 전송을 하는 시간에는 중계국을 사용하는 이동국으로의 데이터 전송만이 이루어지기 때문이다.
다음, S320 단계를 거쳐 통신에 사용할 프레임 구조가 설정되면, 기지국은 이동국에 대한 서비스를 위한 자원 할당을 수행한다(S330).
자원 할당을 위하여 우선 기지국은 각 이동국의 통신 경로 즉, 직접 통신을 할 것인가 중계국을 사용하여 통신을 할 것인가를 결정한다(S331). 이때 기지국과 중계국 그리고 이동국 사이의 채널 상태와 기결정된 프레임 구조가 고려된다.
먼저 기지국은, 각 이동국에 대하여 같은 자원을 사용하였을 경우의 직접 통신과 중계국을 사용한 통신에서의 전송량을 계산한다. i번째 이동국에 대하여 기지국과 이동국 사이의 신호 대 잡음비를
Figure 112007088460928-pat00001
, 기지국과 중계국, 중계국과 이동국 사이의 신호 대 잡음비를 각각
Figure 112007088460928-pat00002
,
Figure 112007088460928-pat00003
이라고 하면 직접 통신을 사용한 경우의 전송량(IDirect)와 중계국을 사용한 경우의 전송량(IRelay)은 수학식 1과 같이 결정된다.
Figure 112007088460928-pat00004
기지국은 수학식 1과 기결정된 프레임 구조를 이용하여 시스템 전송량(모든 이동국의 데이터 전송량의 총합)이 최대가 되도록 이동국의 전송 경로를 설정한다. 프레임의 전송 시간은 시스템에서 전송할 수 있는 전송량에 비례하기 때문에, 프레임 구조의 비율에 맞추어 직접 통신을 할 이동국과 중계국을 사용할 이동국을 결정하면 시스템 전송량을 최대화할 수 있다.
일 예로, 프레임 구조의 비율이 2:1로 설정되어 있는 경우는 직접 통신을 하는 경우와 중계국을 이용하여 통신하는 경우의 데이터 전송량이 같은 경우 시스템 전송량이 최대가 된다. 따라서, 계산된 데이터 전송량을 이용하여 직접 통신을 하는 이동국들과 중계국을 사용하는 이동국들의 데이터 전송량의 합이 같아지도록 이동국의 데이터 전송 경로를 결정한다.
다음 단계로, 기지국은 결정된 전송 경로를 통하여 서비스를 하기 위하여 기지국과 중계국에서 사용할 슬롯을 할당한다(S332). 슬롯 할당에 있어서 OFDMA(Orthogonal frequency division multiple access) 시스템과 같이 사용 가능한 채널이 여러 개인 멀티 채널 시스템인 경우 시간과 채널에 대한 슬롯을 할당하 며, 단일 채널을 사용하는 경우는 시간적인 슬롯만을 할당한다.
프레임 안에서의 채널의 변화가 없다는 가정하에 각각의 슬롯은 같은 전송용량을 갖는다. 따라서, 자원 할당은 각 이동국이 사용할 슬롯의 개수를 정해주는 것으로 결정되며, 이때 기 결정된 데이터 전송량과 각 이동국이 요구하는 서비스 품질이 고려된다.
한편, 기지국에서의 슬롯 할당은 모든 이동국에 대하여 행하여진다. 각 이동국에 대한 채널 상태와 이동국에서 요구하는 서비스 요구량이 다르기 때문에, 두 가지를 모두 고려한 수학식 2가 이용된다.
이 때, 직접 통신을 사용하는 이동국의 경우에는 기지국과 이동국 사이의 채널 상태(
Figure 112007088460928-pat00005
)가 고려되며, 중계국을 사용하는 이동국의 경우는 기지국과 중계국, 중계국과 이동국 사이의 채널을 모두 고려한
Figure 112007088460928-pat00006
가 고려된다.
Figure 112007088460928-pat00007
수학식 2에서 l 은 전체 이동국의 집합이며, ηi는 i번째 이동국에서 요구하 는 서비스 전송량, Sl 은 기지국이 사용할 수 있는 프레임 구조 내의 슬롯 개수이다.
다음으로, 중계국을 사용하는 이동국을 위하여 중계국에서의 슬롯 할당이 이루어진다. 마찬가지로 채널 상태와 이동국에서 요구하는 서비스 전송량을 고려하여 수학식 3과 같은 방법으로 할당되며, 이 때 고려되는 채널은 기지국과 중계국, 중계국과 이동국 사이의 채널을 모두 고려한
Figure 112007088460928-pat00008
가 고려된다.
Figure 112007088460928-pat00009
수학식 3에서 R 은 중계국을 사용하는 이동국의 집합을 나타내며, S2 는 중계국이 사용할 수 있는 프레임 구조 내의 슬롯 개수이다.
다음, 경로 설정 및 슬롯 할당 과정이 완료되면, 기지국은 자원 할당의 최적화 여부를 판단한다(S340).
앞서 언급한 경로 설정과 슬롯의 할당은 S320 단계에서 결정된 프레임 구조에서 최적화된 방법이다. 따라서, 프레임 구조가 변경되면 시스템의 전송량이 변화된다.
본 발명에서 제안하고 있는 방법은 수학적으로 볼록한(convex) 함수의 형태를 갖게 된다. 이는 현재 구해진 값의 좌/우의 값을 비교하여 최적화 여부를 판단할 수 있음을 의미한다. 따라서, 현재 프레임 구조에서 구해진 시스템 전송량과 현재 프레임 구조보다 기지국에서의 전송을 위한 시간이 증가하는 경우와 중계국에서 통신을 위해 사용하는 시간이 증가하는 경우의 시스템 전송량을 각각 비교하여 구성된 프레임 구조가 최적의 시스템 전송량을 얻는지를 판단한다.
만약 S340 단계에서 기결정된 프레임 구조에 의한 자원 할당이 최적의 성능을 얻을 수 있다고 판단되면, 프레임 구조와 자원 할당의 결과가 기지국과 중계국에 저장되고, 프레임 구조 설정 및 자원 할당 과정이 종료되며, 그렇지 않은 경우 프레임 구조 결정 단계(S320)로 돌아가게 된다.
프레임 구조 결정 단계(S320)로 다시 돌아가게 되면, 기지국은 자원 할당의 최적화 여부 판단 단계(S340)에서 얻어진 결과를 이용하여 기지국을 위한 전송 시간을 늘이거나 줄여서 새로운 프레임 구조를 설정하고 이후의 단계를 반복한다.
상기 방법을 통하여 다양한 서비스 품질을 요구하는 이동국들에 대한 프레임 구조 설정과 자원 할당이 이루어지며, 이를 통하여 시스템의 전송량을 향상시킬 수 있다.
본 발명이 속하는 기술분야의 당업자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있으므로, 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이 해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
전술한 본 발명은 중계국을 사용할 수 있는 모든 무선 통신 시스템 또는 멀티홉 방식의 무선 통신 시스템에서 다양한 서비스 품질을 요구하는 이동국들의 서비스 품질을 보장하기 위한 자원 할당에 활용될 수 있으며, 여러가지 채널 환경과 다중 경로를 고려한 프레임 구조의 설정 및 자원 할당이 요구되는 기지국 등 통신 장비에 적용될 수 있다.
도 1은 멀티 홉 환경을 설명하기 위한 도면,
도 2는 본 발명에 따른 프레임 구조 설정 및 자원 할당 방법을 순차적으로 나타낸 흐름도,
도 3은 멀티 홉을 사용하는 경우의 프레임 구조를 나타낸 도면이다.
< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >
11 : 기지국
12 : 중계국
13 : 중계국을 사용하는 이동국(이동국 type 1)
14 : 중계국을 사용하지 않는 이동국(이동국 type 2)

Claims (15)

  1. 중계국을 사용할 수 있는 무선 통신 시스템에서의 프레임 구조 설정 및 자원 할당 방법으로서,
    이동국이 요구하는 서비스 품질 및 채널 환경을 고려하여 프레임 구조를 결정하는 프레임 구조 결정 단계와;
    상기 결정된 프레임 구조에서 각 이동국이 요구하는 서비스 품질 및 해당 이동국에 대한 채널 상태를 근거로, 시스템 전송량이 최대가 되도록 무선 자원을 할당하되,
    상기 프레임 구조 결정 단계에 의해 결정된 프레임 구조에 따라, 각 이동국이 기지국과 직접 통신하는 경우 및 중계국을 사용할 경우의 전송량을 각각 계산하여 모든 이동국의 데이터 전송량의 총합인 시스템 전송량이 최대가 되도록 각 이동국의 전송 경로를 결정하는 전송 경로 결정 단계와;
    상기 결정된 전송 경로를 통하여 서비스를 하기 위하여, 각 이동국에 대하여 기지국과 중계국에서 사용할 슬롯을 할당하는 슬롯 할당 단계를 포함하는 자원 할당 단계와;
    상기 결정된 프레임 구조에서의 자원 할당에 의한 시스템 전송량을, 상기 결정된 프레임 구조를 변경한 경우의 자원 할당에 의한 시스템 전송량과 비교하여, 기결정된 프레임 구조에서의 자원 할당에 의한 시스템 전송량이 최대의 전송량인지를 판단하는 자원 할당 최적화 여부 판단 단계; 및
    기결정된 프레임 구조에서의 자원 할당에 의한 시스템 전송량이 최대인 경우, 기결정된 프레임 구조 및 자원 할당 결과를 유지하고, 프레임 구조를 변경한 경우의 자원 할당에 의한 시스템 전송량이 최대인 경우 상기 프레임 구조 결정 단계로 궤환하는 자원 할당 최적화 단계;
    를 포함하는 중계국을 사용할 수 있는 무선 통신 시스템에서의 프레임 구조 설정 및 자원 할당 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 프레임 구조 결정 단계에서,
    상기 무선통신 시스템은, 초기 하향링크 프레임 구조 결정 시, 기지국에서의 데이터 전송에 사용되는 시간과, 중계국에서의 데이터 전송에 사용되는 시간을 2:1의 비율로 설정하는 것을 특징으로 하는 중계국을 사용할 수 있는 무선 통신 시스템에서의 프레임 구조 설정 및 자원 할당 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 프레임 구조 결정 단계에서,
    상기 무선통신 시스템은, 초기 상향링크 프레임 구조 결정 시, 이동국에서의 데이터 전송에 사용되는 시간과, 중계국에서의 데이터 전송에 사용되는 시간을 2:1의 비율로 설정하는 것을 특징으로 하는 중계국을 사용할 수 있는 무선 통신 시스템에서의 프레임 구조 설정 및 자원 할당 방법.
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    상기 슬롯 할당 단계는,
    각 이동국에 대한 채널 상태와 해당 이동국이 요구하는 서비스 요구량에 근거하여 각 이동국에 대한 슬롯 개수를 결정하는 단계인 것을 특징으로 하는 중계국을 사용할 수 있는 무선 통신 시스템에서의 프레임 구조 설정 및 자원 할당 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 자원 할당 단계는,
    상기 프레임 구조 결정 단계에 의해 결정된 프레임 구조에 따라, 각 이동국이 기지국과 직접 통신하는 경우 및 중계국을 사용할 경우의 전송량을 각각 계산하 여 모든 이동국의 데이터 전송량의 총합인 시스템 전송량이 최대가 되도록 각 이동국의 전송 경로를 결정하는 전송 경로 결정 단계와;
    상기 결정된 전송 경로를 통하여 서비스를 하기 위하여, 각 기지국에 대하여 이동국과 중계국에서 사용할 슬롯을 할당하는 슬롯 할당 단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 중계국을 사용할 수 있는 무선 통신 시스템에서의 프레임 구조 설정 및 자원 할당 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 슬롯 할당 단계는,
    각 이동국에 대한 채널 상태와 해당 이동국이 요구하는 서비스 요구량에 근거하여 각 기지국에 대한 슬롯 개수를 결정하는 단계인 것을 특징으로 하는 중계국을 사용할 수 있는 무선 통신 시스템에서의 프레임 구조 설정 및 자원 할당 방법.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 자원 할당 최적화 여부 판단 단계는,
    기결정된 프레임 구조에서의 시스템 전송량을, 기결정된 프레임 구조에서 기지국 전송 시간을 증가시킨 경우의 시스템 전송량 및 중계국 전송 시간을 증가시킨 경우의 시스템 전송량과 각각 비교하여 기결정된 프레임 구조에서의 시스템 전송량 이 최대인가를 판단하는 단계인 것을 특징으로 하는 중계국을 사용할 수 있는 무선 통신 시스템에서의 프레임 구조 설정 및 자원 할당 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 자원 할당 최적화 단계는,
    기결정된 프레임 구조에서의 시스템 전송량이 최대가 아닌 경우, 상기 비교 결과에 근거하여 기지국 전송 시간을 늘리거나 줄이도록 상기 프레임 구조 결정 단계를 실행시키는 단계인 것을 특징으로 하는 중계국을 사용할 수 있는 무선 통신 시스템에서의 프레임 구조 설정 및 자원 할당 방법.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 자원 할당 최적화 여부 판단 단계는,
    기결정된 프레임 구조에서의 시스템 전송량을, 기결정된 프레임 구조에서 이동국 전송 시간을 증가시킨 경우의 시스템 전송량 및 중계국 전송 시간을 증가시킨 경우의 시스템 전송량과 각각 비교하여 기결정된 프레임 구조에서의 시스템 전송량이 최대인가를 판단하는 단계인 것을 특징으로 하는 중계국을 사용할 수 있는 무선 통신 시스템에서의 프레임 구조 설정 및 자원 할당 방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 자원 할당 최적화 단계는,
    기결정된 프레임 구조에서의 시스템 전송량이 최대가 아닌 경우, 상기 비교 결과에 근거하여 이동국 전송 시간을 늘리거나 줄이도록 상기 프레임 구조 결정 단계를 실행시키는 단계인 것을 특징으로 하는 중계국을 사용할 수 있는 무선 통신 시스템에서의 프레임 구조 설정 및 자원 할당 방법.
  12. 중계국을 사용할 수 있는 무선 통신 시스템에서의 하향링크 프레임 구조 설정 및 자원 할당 방법으로서,
    이동국이 요구하는 서비스 품질 및 채널 환경을 고려하여, 기지국에서의 데이터 전송에 사용되는 시간과, 중계국에서의 데이터 전송에 사용되는 시간의 비율을 설정하여 하향링크 프레임 구조를 결정하는 프레임 구조 결정 단계와;
    상기 프레임 구조 결정 단계에 의해 결정된 프레임 구조에 따라, 각 이동국이 기지국과 직접 통신하는 경우 및 중계국을 사용할 경우의 전송량을 각각 계산하여 모든 이동국의 데이터 전송량의 총합인 시스템 전송량이 최대가 되도록 각 이동국의 전송 경로를 결정하는 전송 경로 결정 단계와;
    상기 결정된 전송 경로를 통하여 서비스를 하기 위하여, 각 이동국에 대하여 기지국과 중계국에서 사용할 슬롯을 할당하는 슬롯 할당 단계와;
    기결정된 프레임 구조에서의 시스템 전송량을, 기결정된 프레임 구조에서 기지국 전송 시간을 증가시킨 경우의 시스템 전송량 및 중계국 전송 시간을 증가시킨 경우의 시스템 전송량과 각각 비교하여 기결정된 프레임 구조에서의 시스템 전송량이 최대인가를 판단하는 최적화 여부 판단 단계; 및
    기결정된 프레임 구조에서의 자원 할당에 의한 시스템 전송량이 최대인 경우, 기결정된 프레임 구조 및 자원 할당 결과를 유지하고, 기결정된 프레임 구조에서의 시스템 전송량이 최대가 아닌 경우, 상기 최적화 여부 판단 결과에 근거하여 기지국 전송 시간을 늘리거나 줄이도록 상기 프레임 구조 결정 단계를 실행시키는 자원 할당 최적화 단계;
    를 포함하는 중계국을 사용할 수 있는 무선 통신 시스템에서의 하향링크 프레임 구조 설정 및 자원 할당 방법.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 프레임 구조 결정 단계에서,
    상기 무선통신 시스템은, 초기 하향링크 프레임 구조 결정 시, 기지국에서의 데이터 전송에 사용되는 시간과, 중계국에서의 데이터 전송에 사용되는 시간을 2:1의 비율로 설정하는 것을 특징으로 하는 중계국을 사용할 수 있는 무선 통신 시스템에서의 하향링크 프레임 구조 설정 및 자원 할당 방법.
  14. 중계국을 사용할 수 있는 무선 통신 시스템에서의 상향링크 프레임 구조 설정 및 자원 할당 방법으로서,
    이동국이 요구하는 서비스 품질 및 채널 환경을 고려하여, 이동국에서의 데이터 전송에 사용되는 시간과, 중계국에서의 데이터 전송에 사용되는 시간의 비율을 설정하여 하향링크 프레임 구조를 결정하는 프레임 구조 결정 단계와;
    상기 프레임 구조 결정 단계에 의해 결정된 프레임 구조에 따라, 각 이동국이 기지국과 직접 통신하는 경우 및 중계국을 사용할 경우의 전송량을 각각 계산하여 모든 이동국의 데이터 전송량의 총합인 시스템 전송량이 최대가 되도록 각 이동국의 전송 경로를 결정하는 전송 경로 결정 단계와;
    상기 결정된 전송 경로를 통하여 서비스를 하기 위하여, 각 기지국에 대하여 이동국과 중계국에서 사용할 슬롯을 할당하는 슬롯 할당 단계와;
    기결정된 프레임 구조에서의 시스템 전송량을, 기결정된 프레임 구조에서 이동국 전송 시간을 증가시킨 경우의 시스템 전송량 및 중계국 전송 시간을 증가시킨 경우의 시스템 전송량과 각각 비교하여 기결정된 프레임 구조에서의 시스템 전송량이 최대인가를 판단하는 최적화 여부 판단 단계; 및
    기결정된 프레임 구조에서의 자원 할당에 의한 시스템 전송량이 최대인 경우, 기결정된 프레임 구조 및 자원 할당 결과를 유지하고, 기결정된 프레임 구조에서의 시스템 전송량이 최대가 아닌 경우, 상기 최적화 여부 판단 결과에 근거하여 이동국 전송 시간을 늘리거나 줄이도록 상기 프레임 구조 결정 단계를 실행시키는 자원 할당 최적화 단계;
    를 포함하는 중계국을 사용할 수 있는 무선 통신 시스템에서의 상향링크 프레임 구조 설정 및 자원 할당 방법.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 프레임 구조 결정 단계에서,
    상기 무선통신 시스템은, 초기 상향링크 프레임 구조 결정 시, 이동국에서의 데이터 전송에 사용되는 시간과, 중계국에서의 데이터 전송에 사용되는 시간을 2:1의 비율로 설정하는 것을 특징으로 하는 중계국을 사용할 수 있는 무선 통신 시스템에서의 상향링크 프레임 구조 설정 및 자원 할당 방법.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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