KR101090765B1 - 무선 통신 시스템에서 스케줄링 장치 및 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 다중 입력 다중 출력(MIMO: Multi-Input Multi-Output) 방식을 이용하여 데이터를 송수신하는 무선 통신 시스템에서 스케줄링 장치 및 방법에 관한 것으로, 다수의 사용자들에게 전송할 데이터 패킷을 수신하고, 상기 수신한 데이터 패킷을 상기 다수의 사용자들 별 및 트래픽 카테고리(TC: Traffic Category) 별로 분류하고, 상기 분류된 데이터 패킷에서 다음 프레임에 전송할 데이터 패킷을 결정하고, 상기 결정한 데이터 패킷을 다수의 서브그룹으로 트래픽 분류하는 단계; 상기 트래픽 분류된 데이터 패킷의 송신 안테나와, 변조 및 코딩 방식(MCS: Modulation and Coding Scheme) 레벨을 결정하며, 상기 결정에 상응하여 송신된 데이터 패킷에 대한 피드백을 참조하여 MCS 레벨 테이블을 업데이트한다.

scheduler, MIMO, MCS, antenna, Gbps WLAN, MAC

Description

무선 통신 시스템에서 스케줄링 장치 및 방법{APPARATUS AND MEHTOD FOR S CHEDULING IN WIRELESS COMMUNICATION SYSTEM}

본 발명은 무선 통신 시스템에 관한 것으로서, 특히 다중 입력 다중 출력(MIMO: Multi-Input Multi-Output, 이하 'MIMO'라 칭하기로 함) 방식을 이용하여 데이터를 송수신하는 무선 통신 시스템에서 스케줄링 장치 및 방법에 관한 것이다.

"본 발명은 지식경제부 및 정보통신연구진흥원의 IT성장동력기술개발사업의 일환으로 수행한 연구로부터 도출된 것이다[과제명 : 3Gbps급 4G 무선 LAN 시스템 개발]."

현재 통신 시스템에서는 고속의 전송 속도를 가지는 다양한 서비스 품질(QoS: Quality of Service, 이하 'QoS'라 칭하기로 함)의 서비스들을 사용자들에게 안정적으로 제공하기 위한 활발한 연구가 진행되고 있다. 특히, 현재 차세대 통신 시스템에서는 한정된 자원을 통해 데이터 전송 용량의 증대 및 QoS를 향상시키기 위한 방안들이 제안되고 있다. 또한, 무선 네트워크 시스템의 물리 채 널(physical channel)에 광대역(broadband) 전송 네트워크를 지원하기 위해 광대역 무선 접속(BWA: Broadband Wireless Access, 이하 'BWA'라 칭하기로 함) 통신 시스템이 제안되었다.

한편, 무선 통신 시스템은 자원 사용 효율 및 데이터 전송율을 향상시키기 위해 MIMO 방식을 이용하여 데이터 패킷을 전송하며, 전송 스케줄러(scheduler) 블록에서 전송할 데이터 패킷에 대한 우선 순위를 결정한다. 그리고, 스케줄러는, 특정 사용자에게 전송되는 모든 데이터 패킷들에 대해서 적합한 하나의 변조 및 코딩 방식(MCS: Modulation and Coding Scheme, 이하 'MCS'라 칭하기로 함) 레벨 및 송신 안테나를 결정하는 스케줄링을 수행하며, 스케줄링을 통해 전송 트래픽(traffic)의 종류 및 상기 전송 트래픽을 전송하는 안테나에 의해 형성되는 채널 상태에 상관없이 동일한 전송률을 가지도록 한다. 이때, 스케줄러는 하향 안전 변조 방식을 선택하여 MCS 레벨을 결정한다. 이렇게 MCS 레벨을 결정하는 스케줄링은, 데이터 패킷의 수신 성공률이 높다는 장점이 있으나, 전송되는 데이터 패킷의 종류, 즉 전송 트래픽에 따라 과도하게 낮은 변조 방식, 즉 낮은 차수의 MCS 레벨을 결정함에 따라 시스템 전체의 전송률은 저하시키게 되는 문제점이 있다.

뿐만 아니라, MIMO 방식과 같이 다중 안테나를 사용하는 시스템의 경우 각 안테나 별 무선 채널 특성이 다르게 나타나며, 전술한 바와 같은 스케줄러는 전송하고자 하는 데이터에 대해 송신 안테나의 특별한 선호도가 없이 전송하고 있다. 하지만 실제의 경우 각 안테나 마다 무선 채널 특성이 다르게 나타나고 있으므로 적합한 안테나로 선택하여 전송하는 것이 필요하다. 즉, 각 안테나 별로 상이한 채 널 상태를 갖지만, 안테나 별 채널 상태의 고려 없이 데이터 패킷을 전송함으로 시스템 전체의 전송률을 극대화시키지 못하며, 그에 따라 안테나 별 채널 상태를 고려한 데이터 패킷의 전송을 위해 스케줄링 방안이 필요하다.

따라서, 본 발명의 목적은 무선 통신 시스템에서 스케줄링 장치 및 방법을 제공함에 있다.

또한, 본 발명의 다른 목적은, 무선 통신 시스템에서 MIMO 방식을 이용한 데이터 송수신을 위해 MCS 레벨 및 송신 안테나를 결정하는 스케줄링 장치 및 방법을 제공함에 있다.

아울러, 본 발명의 다른 목적은, MIMO 방식을 이용하는 무선 통신 시스템에서 데이터 패킷의 종류 및 안테나에 의해 형성된 채널 상태를 고려하여 MCS 레벨 및 송신 안테나를 결정하는 스케줄링 장치 및 방법을 제공함에 있다.

그리고, 본 발명의 다른 목적은, 다중 안테나를 사용하는 무선 통신 시스템에서 시공간적 주파수 자원을 여러 사용자에게 배분 시 각각 전송하고자 하는 데이터 패킷의 전송율 결정을 위한 MCS 레벨 및 송신 안테나를 결정하는 스케줄링 장치 및 방법을 제공함에 있다.

또한, 본 발명의 또 다른 목적은, 다수개의 안테나를 사용하는 무선 통신 시스템에서 전송하고자 하는 트래픽의 종류에 따라 적합한 전송률을 선택하여 전송함 으로 시스템 전체의 데이터 전송율 및 처리율을 증대시키는 스케줄링 장치 및 방법을 제공함에 있다.

상기한 목적들을 달성하기 위한 본 발명의 방법은, 다수의 사용자들에게 전송할 데이터 패킷을 수신하는 단계; 상기 수신한 데이터 패킷을 상기 다수의 사용자들 별 및 트래픽 카테고리(TC: Traffic Category) 별로 분류하는 단계; 상기 분류된 데이터 패킷에서 다음 프레임에 전송할 데이터 패킷을 결정하고, 상기 결정한 데이터 패킷을 다수의 서브그룹으로 트래픽 분류하는 단계; 상기 트래픽 분류된 데이터 패킷의 송신 안테나와, 변조 및 코딩 방식(MCS: Modulation and Coding Scheme) 레벨을 결정하는 단계; 및 상기 결정에 상응하여 송신된 데이터 패킷에 대한 피드백을 참조하여 MCS 레벨 테이블을 업데이트하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기한 목적들을 달성하기 위한 본 발명의 장치는, 다수의 사용자들에게 전송할 데이터 패킷을 수신하는 전송 패킷 수신 및 제어 블록; 상기 수신한 데이터 패킷을 상기 다수의 사용자들 별 및 트래픽 카테고리(TC: Traffic Category) 별로 분류하는 메모리 블록; 상기 분류된 데이터 패킷에서 다음 프레임에 전송할 데이터 패킷을 결정하고, 상기 결정한 데이터 패킷을 다수의 서브그룹으로 트래픽 분류하고, 상기 트래픽 분류된 데이터 패킷의 송신 안테나와, 변조 및 코딩 방식(MCS: Modulation and Coding Scheme) 레벨을 결정하는 전송 패킷 스케줄러 블록; 및 상 기 결정에 상응하여 송신된 데이터 패킷에 대한 피드백을 참조하여 MCS 레벨 테이블을 업데이트하는 MCS 제어 블록을 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명은, 무선 통신 시스템에서 다수개의 안테나를 통해 전송하고자 하는 데이터 패킷의 종류(트래픽의 종류) 및 안테나에 의해 형성된 채널 상태를 고려하여 최적의 MCS 레벨 및 송신 안테나를 적응적으로 결정함으로써, 사용자에 대한 심호 품질을 보장하면서 시스템 전체의 데이터 전송율 및 처리율을 극대화할 수 있다. 또한, 본 발명은, 데이터 패킷의 종류 및 안테나 별로 적응적으로 상이한 최적의 MCS 레벨을 결정함에 따라 채널 용량을 극대화하여 자원 사용에 대한 효율을 향상시킬 수 있다.

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

본 발명은, 무선 통신 시스템, 일 예로 광대역 무선 접속(BWA: Broadband Wireless Access, 이하 'BWA'라 칭하기로 함) 통신 시스템으로, 주파수 분할 다중 접속(FDMA: Frequency Division Multiple Access, 이하 'FDMA'이라 칭하기로 함), 직교 주파수 분할 다중 접속(OFDMA: Orthogonal Frequency Division Multiple Access, 이하 'OFDMA'이라 칭하기로 함), 코드 분할 다중 접속(CDMA: Code Division Multiple Access, 이하 'CDMA'이라 칭하기로 함), 또는 시분할 다중 접속(TDMA: Time Division Multiple Access, 이하 'TDMA'이라 칭하기로 함) 등의 방식을 적용한 무선 통신 시스템에서 스케줄링 장치 및 방법을 제안한다. 또한, 본 발명의 다수개의 안테나를 이용하여 데이터를 송수신하는 무선 통신 시스템에서 스케줄링 장치 및 방법을 제안한다. 여기서, 후술할 본 발명의 실시 예에서는, 다중 입력 다중 출력(MIMO: Multi-Input Multi-Output, 이하 'MIMO'라 칭하기로 함) 방식 이용하여 데이터를 송수신하는 무선 통신 시스템을 일 예로 하여 설명하지만, 본 발명에서 제안하는 스케줄링 장치 및 방법은 다른 방식의 통신 시스템들에도 적용될 수 있다.

본 발명의 실시 예는, 다수개의 안테나를 사용하는 무선 통신 시스템에서 전송하고자 하는 데이터 패킷(트래픽)의 종류 및 다수개의 안테나에 의해 형성된 채널 상태에 적합한 변조 및 코딩 방식(MCS: Modulation and Coding Scheme, 이하 'MCS'라 칭하기로 함) 레벨 및 송신 안테나를 적응적으로 결정하여 데이터 패킷을 전송함으로써 시스템 전체의 데이터 전송율 및 처리율을 증대시킨다. 여기서, 후술할 본 발명의 실시 예에서, 여러 사용자에게 데이터 패킷을 전송할 경우, 효율적인 MCS 레벨 및 송신 안테나의 결정은, 기지국(BS: Base Station, 이하 'BS'라 칭하기로 함) 또는 액세스 포인트(AP: Access Point, 이하 'AP'라 칭하기로 함)가 주도적으로 제어하도록 하며, 특히 MCS 레벨의 결정은 스케줄링으로 스케줄러에서 수행된 다. 이러한 스케줄러의 MCS 레벨의 결정은, 전술한 바와 같이 무선 통신 기술에서 여러 사용자에게 자원을 할당하기 위해 사용되고 있는 FDMA, OFDMA, CDMA, TDMA 등의 모든 방식에 적용될 수 있으며, 시분할 다중화(TDD: Time Division Duplexing, 이하 'TDD'라 칭하기로 함) 방식과 주파수 분할 다중화(FDD: Frequency Division Duplexing, 이하 'FDD'라 칭하기로 함) 방식과 무관하게 적용 가능하다.

그리고, 본 발명은, 다중 안테나를 사용하는 MIMO 방식의 무선 통신 시스템에서 다수의 사용자가 여러 트래픽 데이터를 전송하고자 할 때 적합한 데이터 전송률을 보장하는 MCS 레벨 및 송신 안테나를 결정하는 방안을 제안한다. BS 또는 AP에서는, 각 사용자들에게 전송될 데이터 패킷을 종류별로 메모리에 저장하여 관리하고, 데이터 전송 방법에 따라 순차적으로 사용자에게 전송된다. 상기 BS 또는 AP는, 스케줄링을 수행, 다시 말해 전송될 데이터 패킷의 종류와 사용자 간의 우선 순위를 결정하고 적합한 MCS 레벨 및 송신 안테나를 결정한다. 그리고, 상기 BS 또는 AP의 데이터 패킷 전송을 관리하는 블록은 각 사용자, 데이터 패킷 그리고 안테나 별로 적용 가능한 MCS 레벨 등을 시간에 따라 지속적으로 갱신한다. 이때, 각 전송할 데이터 패킷에 대해 적용 가능한 MCS 레벨은 다수개가 존재 할 수 있으며, 본 발명에서는, 시스템 전체의 데이터 패킷의 처리율을 향상시키기 위한 스케줄링 방안, 즉 MCS 레벨 및 송신 안테나를 결정하는 방안을 제안한다.

본 발명의 실시 예에는, 다중 안테나를 사용하는 시스템, 예컨대 MIMO 방식의 무선 통신 시스템에서 각 사용자에게 전송되는 트래픽의 종류와 안테나에 따라 달리 가지는 채널 특성을 파악하고, 각 사용자 별 및 트랙픽 별 최적의 전송율 결 정을 위한 MCS 레벨 및 송신 안테나를 결정하여 시스템 전체의 데이터 전송율 및 처리율을 극대화한다. 그리고, 본 발명의 실시 예는, 현재 지수적으로 증가 추세에 있는 무선 전송 데이터 서비스를 만족시키기 위해 대역폭을 늘이거나 여러 개의 채널을 확보하여 사용하고 있는 기술에서 다중 안테나를 사용하여 대역폭을 늘이지 않고 무선 데이터 전송 속도를 증가시키는 방안이다.

다시 말해, 안테나간의 간섭을 줄이고 각각 독립적인 채널을 구성하기 위해 안테나간의 간격이 증가하여 송신하는 데이터의 채널 특성이 안테나 별로 달라지게 된다. 또한, 고속의 데이터 전송을 위해 이전에 사용되는 코덱(codec)은, 컨벌루션 코딩(CC: Convolution Coding, 이하 'CC'라 칭하기로 함) 또는 컨벌루션 터보 코딩(CTC: Convolution Turbo Coding, 이하 'CTC'라 칭하기로 함) 등을 사용하였으나, 전송하는 데이터 패킷의 사이즈(size)가 커짐에 따라 큰 사이즈를 갖는 데이터 패킷 전송에 효과적인 저밀도 패리티 검사(LDPC: Low-Density Parity Check, 이하 'LDPC'라 칭하기로 함) 등의 코덱이 사용된다. 즉, 전송하는 데이터 패킷의 사이즈 또는 트래픽의 종류 및 데이터 패킷이 전송되는 채널의 특성에 따라 데이터 패킷의 수신 성공률이 달라진다.

그러므로, 본 발명은 시간 및 주파수 자원에 대해 최적의 데이터 패킷의 전송 효율을 가지는 방안을 제안하며, 이러한 방안으로, 모든 채널 변화를 주는 요인들을 분석하여 전송할 데이터 패킷에 대해 최적의 시공간적 그리고 주파수적으로 자원을 할당하는 방안이다. 이때, 본 발명은, 실제 시스템을 구현하는 입장에서는 복잡성과 비용을 고려하여 현실적이고 가장 효과적인 방안을 제안하며, 본 발명의 실시 예에서는, 다중 안테나를 사용하는 시스템에서 각 전송되는 트래픽의 종류와 안테나에 따라 가변하는 채널 특성을 파악하고, 각 사용자 별, 트래픽 별 데이터 패킷의 전송율을 극대화하는 스케줄링을 수행, 특히 최적의 MCS 레벨을 결정하여 시스템 전체의 데이터 패킷의 처리율을 향상시킨다.

아울러, 본 발명은, 하나의 물리적 전송 프레임에 여러 가지 트래픽이 존재하고 다수개의 안테나로 전송 될 경우 일괄적인 변조 방식을 적용하지 않고 서로 다른 전송률을 적용하여 신호 품질을 향상 시키고 채널 용량을 극대화 하여 자원 사용에 대한 효율을 높일 수 있다. 특히, 본 발명의 실시 예에서는, 데이터 패킷의 종류 또는 사이즈에 따라, 예를 들어, 모든 사용자에게 브로드캐스팅(broadcasting)되는 신호는 재전송이나 승인(ACK: Acknowledgment, 이하 'ACK'라 칭하기로 함) 피드백(feedback) 신호가 없으므로 신뢰성 있는 전송률을 보장하는 MCS 레벨을 결정한다. 또한, 특정 사용자에게 전송되는 제어(control) 신호나 음성(voice) 신호들은 사이즈가 작으므로 별도로 관리하여 스케줄링을 제어하며, 이외의 일반적인 데이터 패킷들이나 초기 전송하는 데이터 패킷의 경우 어느 정도의 에러 허용치 내에서 가능한 많은 비트를 전송할 수 있는 MCS 레벨을 결정하여 운용함으로써 시스템의 데이터 패킷의 전송률을 높일 수 있다.

그리고, 본 발명의 실시 예에서는, 다중 안테나를 사용하는 시스템의 경우 각 안테나 별로 서로 다른 채널 특성을 가지게 됨으로, 데이터 패킷의 사이즈가 큰 데이터 패킷들은 전송률이 높은 MCS 레벨을 결정함으로써 시스템 전체의 데이터 패킷의 처리율이 증대되며, 그에 따라 송신 안테나 선별 시 우선권을 부여함이 바람 직하다. 아울러, 데이터 패킷의 종류를 세분화하여 MCS 레벨을 결정하면 채널 이득을 극대화 할 수 있지만, 그에 상응하여 시스템의 복잡도가 증가함으로 데이터 패킷의 종류를 서브그룹으로 적적하게 그룹핑 한 후 MCS 레벨을 결정함으로써, 시스템의 복잡도를 줄이고 채널 이득도 확보할 수 있다. 그러면 여기서, 도 1을 참조하여 본 발명의 실시 예에 따른 무선 통신 시스템에서 스케줄링 장치를 보다 구체적으로 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 무선 통신 시스템에서 스케줄링 장치의 구조를 개략적으로 도시한 도면이다. 여기서, 도 1은, BS 또는 AP가 다중 사용자에게 다양한 종류의 데이터 패킷을 전송할 때 자원 할당과 MCS 레벨을 결정하는 스케줄러의 구조를 개략적으로 나타낸 블록도이다. 여기서, 상기 스케줄러는, BS 또는 AP내에 포함되거나 BS 또는 AP의 상위단에 포함될 수 있다. 또한, 상기 스케줄러는, N명의 사용자들이 존재하고, 각 사용자들에게 전송할 데이터 패킷 별 및 모든 사용자가 공유하는 데이터 패킷 별로 관리 및 저장한다. 상기 스케줄러에 저장된 각각의 데이터 패킷들은 스케줄러의 전송 패킷 스케줄러 블록(transmit packet scheduler block)으로 입력되어 각 전송될 데이터 패킷 별로 제안된 알고리즘을 통해 적합한 MCS 레벨이 결정된다.

도 1을 참조하면, 상기 스케줄러는, 상위단에서 전송할 데이터 페킷을 수신하는 전송 패킷 수신 및 제어 블록(transmit packet receiving and control block) (110), 상기 수신한 데이터 패킷을 각 사용자 및 트래픽 카테고리(TC: Traffic Category, 이하 'TC'라 칭하기로 함) 별로 메모리에 저장하는 메모리 블록(120)을 포함한다. 여기서, 본 발명의 실시 예에서는, 사용자의 모든 수를 N, TC의 최대 개수를 K개로 나타내었다.

그리고, 상기 스케줄러는, 메모리 블록(120)에 저장된 데이터 페킷들을 다음 가능한 프레임에 전송되기 위해 제어하는 전송 패킷 스케줄러 블록(130)을 포함한다. 상기 전송 패킷 스케줄러 블록은, 다음 프레임에 전송 가능한 사용자와 해당 사용자의 TC들을 동시에 결정하는 사용자 결정부(132), 다음 프레임에서의 전송이 결정된 데이터 패킷에 대한 MCS 레벨을 결정하기 위해 서브그룹으로 트래픽을 분류하는 TC 매핑부(134)를 포함한다. 여기서, 상기 TC 매핑부(134)의 트래픽 분류에 대해서는 이하 도 3을 참조하여 보다 구체적으로 설명할 것임으로 여기서는 그에 대하 구체적인 설명을 생략하기로 한다.

또한, 상기 스케줄러의 전송 패킷 스케줄러 블록은, 전송하고자 하는 데이터 패킷(tcM)에 따라 송신 안테나(m)를 결정하는 안테나 결정부(136), 및 전송하고자 하는 데이터 패킷(tcM)에 따라 각 사용자 및 안테나 별로 작성된 MCS 레벨 테이블을 참고로 하여 최적의 MCS 레벨을 결정하는 MCS 결정부(138)를 포함한다. 여기서, m은 안테나 인덱스로서 최대 M개의 안테나가 존재한다. 이렇게 결정된 데이터 패킷의 MCS 레벨 및 안테나 정보와 데이터 패킷은, 물리 계층(PHY(physical) layer) 블록(150)으로 전송되며, 데이터 패킷은 해당 안테나를 통해 사용자들에게 전송된다.

상기 물리 계층 블록(150)은 데이터 패킷에 결정된 MCS 레벨을 적용하여 해당 안테나를 통해 사용자에게 전송하며, 상기 데이터 패킷의 전송에 상응하여 사용자로부터 데이터 패킷이 전송된 채널의 상태 정보로 여러 사용자의 각종 신호들의 신호대 잡음비(SNR: Signal to Noise Ratio, 이하 'SNR'이라 칭하기로 함) 값과 이전에 전송한 데이터 패킷에 대한 ACK 피드백 값을 수신한다. 그리고, 상기 물리 계층 블록(150)은 수신한 SNR 값과 ACK 피드백 값을 MCS 제어 블록(MCS control block)(140)으로 전송한다. 상기 MCS 제어 블록(140)은 수신한 ACK 피드백 값을 참조하여 사용자(n) 및 tcM 별 미리 설정된 임계값, 예컨대 특정 패킷대 에러비(PER: Packet to Error Ratio, 이하 'PER'이라 칭하기로 함)를 만족하는 MCS 레벨 테이블 값을 지속적으로 업데이트한다. 상기 MCS 레벨 테이블의 업데이트에 대해서는 도 4를 참조하여 구체적으로 설명할 것임으로 여기서는 그에 관한 구체적인 설명을 생략하기로 한다. 또한, 상기 MCS 제어 블록(140)은, 도 5에 나타낸 바와 같이 모든 사용자의 S(n,m)에 대해 각 안테나 별로 각 MCS 레벨에 따라 톤(tone)당 전송 가능한 비트 수를 테이블화하여 관리한다. 그러면 여기서, 도 2를 참조하여 본 발명의 실시 예에 따른 무선 통신 시스템에서 스케줄러의 스케줄링을 보다 구체적으로 설명하기로 한다.

도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 무선 통신 시스템에서 스케줄러의 스케줄링 과정을 개략적으로 도시한 도면이다. 여기서, 도 2는, 전송할 데이터 패킷을 수신하면, 적합한 MCS 레벨을 결정하는 알고리즘을 개략적으로 나타낸 흐름도이다.

도 2를 참조하면, 상기 스케줄러는, 202단계에서 사용자들에게 전송할 데이터 패킷을 수신하면, 204단계에서 수신한 데이터 패킷이 브로드캐스트(broadcast) 또는 멀티캐스트(multicast) 데이터 패킷인지를 확인한다. 상기 204단계에서의 확인 결과, 브로드캐스트(broadcast) 또는 멀티캐스트(multicast) 데이터 패킷이 아 닌 특정 사용자에게 전송되는 데이터 패킷인 경우, 206단계에서 다음 프레임에 전송 할 데이터 패킷인지를 결정한다.

상기 206단계에서의 결정된 결과, 다음 프레임에 전송될 데이터 패킷인 경우, 208단계에서 상기 데이터 패킷을 새로운 트래픽 카테고리(TC, Traffic Category)로 매핑한다. 이와 같이 생성된 TC는 후술할 tcM으로 매핑하기 위해 사전 분류 과정이다.

그런 다음, 210단계에서, 매핑된 트래픽이 tcM으로 새롭게 분류되고 tcM = 0인 경우, 212단계에서 가장 안정적인 MCS 레벨로 가장 낮은 MCS 레벨을 선택 결정하고 동시에 Sm값을 최대로 하는 m을 선택 결정한다. 이러한 MCS 레벨 및 m 결정은, 모든 사용자에게 공유되는 정보를 모든 사용자들이 모두 잘 수신할 수 있는 채널 조건으로 전송하도록 하기 위함이다. 여기서, 상기 tcM에 대해서는 도 3에서 보다 구체적으로 설명할 것임으로 여기서는 그에 관한 구체적인 설명을 생략하기로 한다.

다음으로, 214단계에서, MCS 레벨과 m의 결정, 즉 해당 패킷의 MCS 레벨 및 송신 안테나를 결정하고, 228단계에서 전송될 데이터 패킷 중에서 아직 MCS 레벨 및 송신 안테나가 결정되지 않은 데이터 패킷이 존재하는 지를 확인한다. 상기 228단계에서의 확인 결과, 데이터 패킷이 존재하면 208단계로 진행한다.

한편, 상기 210단계에서 tcM = 0이 아닌 경우, 216단계에서 tcM = 2임을 판단한 후 218단계에서 tcM = 1임을 판단한다. 여기서, tcM = 2임을 먼저 판단하는 것은, tcM = 2이 먼저 MCS 레벨 및 송신 안테나를 우선적으로 선택할 수 있는 우선 권을 가짐을 알 수 있으며, 이는 일반적인 tcM = 2에 해당하는 데이터 패킷의 사이즈가 큼으로, 채널 특성이 우수한 조건을 우선적으로 데이터 패킷에 할당함으로써 시스템의 데이터 패킷의 처리율을 보다 증대시킬 수 있다.

상기 tcM = 2 또는 tcM = 1이면, 222단계에서 MCS 레벨 및 송신 안테나 결정 함수, 예컨대 MCS(n,tcM,m)를 최대로 하는 m을 선택, 즉 송신 안테나를 결정하고, 224단계에서 해당 m에 더 이상 할당할 자원이 존재하면 214단계로 진행하여 MCS 레벨 및 송신 안테나를 결정한다.

반면, 상기 224단계에서의 확인 결과, 해당 m에 더 이상 할당할 자원이 존재하지 않으면, 226단계에서 MCS(n,tcM,m)를 그 다음 최대로 하는 m을 선택할 후 224단계로 진행한다. 이렇게 모든 전송할 데이터 패킷에 대한 MCS 레벨 및 송신 안테나를 결정하면 알고리즘을 종료하게 된다. 그리고, 만약 상기 tcM = 2 및 tcM = 1이 아니면 220단계에서 전송할 데이터 패킷을 모두 버리고(discard), 202단계로 진행하여 새로운 전송할 데이터 패킷을 수신한다. 그러면 여기서, 도 3을 참조하여 상기 tcM에 대해서 보다 구체적으로 설명하기로 한다.

도 3은 본 발명의 실시 예 따른 무선 통신 시스템에서 스케줄러의 매핑을 설명하기 위한 도면이다. 여기서, 도 3은 전송할 데이터 패킷에 대해 적합한 MCS 레벨 및 송신 안테나를 선택 결정하기 위해 임의의 그룹으로 매핑하는 방법을 일예로 나타낸 테이블이다. 이때, 규격에서 정의하고 있는 데이터 패킷의 종류, 즉 트래픽의 종류가 매우 다양함으로, 상기 스케줄러는 실제로 그 모든 트래픽 종류에 따라 최적의 MCS 레벨 및 송신 안테나를 결정하기 위해 트래픽 종류를 보다 몇 개의 그 룹(tcM)으로 다시 나누어 최적의 MCS 레벨 및 송신 안테나를 결정한다.

도 3을 참조하면, 무선 통신 시스템에 따라 다양한 개수의 TC가 존재 할 수 있으며, 상기 스케줄러는, 실제로 별도의 MCS 레벨 및 송신 안테나를 결정하여 할당이 가능한 그룹으로 나누어 관리 및 제어를 하며, 새롭게 구성된 서브트래픽 그룹을 tcM으로 나타낸다. 그에 따라, tcM = 0은 다수의 사용자들이 공통으로 수신하는 신호들을 나타내고, tcM = 1은 비교적 전송할 데이터 패킷의 사이즈가 작은 것들로, tcM = 2는 비교적 전송할 데이터 패킷의 사이즈가 큰 것들을 나타낸다.

이렇게 상기 스케줄러는, 전술한 같이 데이터 패킷의 사이즈에 따라 각각 구분하여 코덱에 의해 성능이 달라지는 부분을 별도 관리함으로써, 채널에 다른 효율적인 MCS 레벨을 선택 가능하도록 한다. 이상에서는 tcM을 3가지로 구분하는 경우를 일 예로 하여 설명하였지만, 만약 채널 이득을 더욱 극대화하기를 원한다면, 스케줄러가 tcM을 tc수준으로 보다 세분화하고 도 4의 MCS 레벨 테이블 또한 세분화하여 관리하면 된다. 그러면 여기서, 도 4를 참조하여 상기 MCS 레벨 테이블을 보다 구체적으로 설명하기로 한다.

도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 무선 통신 시스템에서 스케줄러의 MCS 레벨 테이블을 개략적으로 도시한 도면이다. 여기서, 도 4는 각 사용자(n)에 대한 특정 PER로 1% PER을 만족하기 위한 MCS 레벨의 테이블 값을 예시로 나타낸다.

도 4를 참조하면, 상기 MCS 레벨의 테이블 값은 tcM과 안테나 별로 구분되어 작성되며, 또한 테이블의 맨 아래 행에는 모든 tcM에 대한 안테나 별로 톤당 전송 가능한 비트(bit)수의 총 합(S(n,m))을 표시하며, 이러한 부가 정보는 추후 효과적 인 MCS 레벨 및 송신 안테나 선택 결정에 유용한 정보가 된다.

그리고, 상기 MCS 레벨 테이블은, 각 사용자(n) 별, tcM 별, 안테나(m) 별로 1% PER을 만족하는 MCS 레벨을 관리하며, 시간에 따라 지속적으로 업데이트된다. 각 사용자의 위치, 다중 안테나의 공간적 채널 조건, 그리고 전송할 데이터 패킷의 사이즈에 따라 코덱 성능이 상이함으로, 스케줄러는 다 차원적으로 MCS 레벨 테이블을 관리한다. 그리고, 전술한 바와 같이 맨 아래 행은 각 MCS 레벨에 따라 톤당 전송 가능한 비트 수를 합하여 표시함으로, 이는 도 5에서 사용한 테이블 값을 얻기 위한 것이며 각 안테나 별 평균 성능 값을 알 수 있다. 그러면 여기서, 도 5를 참조하여 각 MCS 레벨에 따라 톤당 전송 가능한 비트 수를 보다 구체적으로 설명하기로 한다.

도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 무선 통신 시스템에서 스케줄러가 결정하는 MCS 레벨에 상응하여 톤당 전송 가능한 비트 수를 나타낸 도면이다. 여기서, 도 5는 모든 사용자의 S(n,m)에 대해 각 안테나 별로 각 MCS 레벨에 따라 톤당 전송 가능한 비트 수 값을 테이블화하여 나타낸 것이다.

도 5를 참조하면, 테이블 값은 모든 사용자들에 대해 안테나 별 특성을 모든 tcM에 대해 평균적으로 나타내며, 아래 행의 총 합(Sm)은 모든 사용자에게 전송 된 데이터에 대해 특정 안테나를 선별 시 유용한 정보를 제공한다. 즉, 모든 사용자들에게 최적의 안테나를 알 수 있음으로써, 여러 사용자들에게 공유되는 신호를 전송할 경우 최적의 안테나 선택 결정을 할 수 있도록 정보를 제공한다.

한편, 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시 예에 관해 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 안되며 후술하는 특허청구의 범위뿐만 아니라 이 특허청구의 범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 무선 통신 시스템에서 스케줄링 장치의 구조를 개략적으로 도시한 도면.

도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 무선 통신 시스템에서 스케줄러의 스케줄링 과정을 개략적으로 도시한 도면.

도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 무선 통신 시스템에서 스케줄러의 매핑을 설명하기 위한 도면.

도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 무선 통신 시스템에서 스케줄러의 MCS 레벨 테이블을 개략적으로 도시한 도면.

도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 무선 통신 시스템에서 스케줄러가 결정하는 MCS 레벨에 상응하여 톤당 전송 가능한 비트 수를 나타낸 도면.

Claims (24)

1. 무선 통신 시스템에서 스케줄링 장치에 있어서,

   다수의 사용자들에게 전송할 데이터 패킷을 수신하는 전송 패킷 수신 및 제어 블록;

   상기 수신한 데이터 패킷을 상기 다수의 사용자들 별 및 트래픽 카테고리(TC: Traffic Category) 별로 분류하는 메모리 블록;

   상기 분류된 데이터 패킷에서 다음 프레임에 전송할 데이터 패킷을 결정하고, 상기 결정한 데이터 패킷을 다수의 서브그룹으로 트래픽 분류하고, 상기 트래픽 분류된 데이터 패킷의 송신 안테나와, 변조 및 코딩 방식(MCS: Modulation and Coding Scheme) 레벨을 결정하는 전송 패킷 스케줄러 블록; 및

   상기 결정에 상응하여 송신된 데이터 패킷에 대한 피드백을 참조하여 MCS 레벨 테이블을 업데이트하는 MCS 제어 블록을 포함하는 스케줄링 장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 전송 패킷 스케줄러 블록은,

   상기 트래픽 카테고리를 상기 다수의 서브그룹으로 그룹핑하고, 상기 다수의 서브그룹 별로 상기 MCS 레벨 테이블을 관리하는 것을 특징으로 하는 스케줄링 장치.
3. 제2항에 있어서, 상기 전송 패킷 스케줄러 블록은,

   상기 MCS 레벨 테이블을 상기 다수의 사용자들 별 및 다수의 송신 안테나들 별로 테이블화한 상기 MCS 테이블을 관리하는 것을 특징으로 하는 스케줄링 장치.
4. 제3항에 있어서, 상기 전송 패킷 스케줄러 블록은,

   상기 다수의 사용자들에 대해 상기 다수의 송신 안테나들 별로 각 MCS 레벨에 따라 톤(tone)당 전송 가능한 비트수를 테이블화하여 관리하는 것을 특징으로 하는 스케줄링 장치.
5. 제2항에 있어서, 상기 전송 패킷 스케줄러 블록은,

   상기 다수의 사용자들 별 및 상기 다수의 송신 안테나들 별로 특정 패킷대 에러비(PER: Packet to Error Ratio)를 만족하는 MCS 레벨을 값을 상기 MCS 레벨 테이블로 관리하는 것을 특징으로 하는 스케줄링 장치.
6. 제1항에 있어서, 상기 전송 패킷 스케줄러 블록은,

   상기 MCS 레벨 테이블을 참조하여 상기 다수의 서브그룹 별로 상기 송신 안 테나와 MCS 레벨을 결정하는 것을 특징으로 하는 스케줄링 장치.
7. 제1항에 있어서, 상기 전송 패킷 스케줄러 블록은,

   상기 다수의 사용자들에게 공유되는 데이터 패킷이 상기 다수의 사용자들에게 가장 우수한 채널 특성을 갖는 안테나를 통해 송신되도록 상기 송신 안테나를 결정하는 것을 특징으로 하는 스케줄링 장치.
8. 제1항에 있어서, 상기 전송 패킷 스케줄러 블록은,

   특정 사용자에게 전송되는 데이터 패킷이 상기 특정 사용자에게 가장 우수한 채널 특성을 갖는 안테나 및 해당 패킷대 에러비(PER: Packet to Error Ratio)를 만족하는 MCS 레벨로 송신되도록 상기 송신 안테나와 MCS 레벨을 결정하는 것을 특징으로 하는 스케줄링 장치.
9. 제8항에 있어서, 상기 전송 패킷 스케줄러 블록은,

   상기 가장 우수한 채널 특성을 갖는 안테나로의 자원 할당이 부족하거나 불가능할 경우 다음 우수한 채널 특성을 갖는 안테나를 상기 송신 안테나로 결정하는 것을 특징으로 하는 스케줄링 장치.
10. 제9항에 있어서, 상기 전송 패킷 스케줄러 블록은,

    상기 다수의 서브그룹 별로 상기 다수의 사용자들을 고려하여 다수의 송신 안테나들을 우선순위화한 테이블을 관리하는 것을 특징으로 하는 스케줄링 장치.
11. 제1항에 있어서, 상기 전송 패킷 스케줄러 블록은,

    상기 다수의 사용자들에게 공유되는 데이터 패킷의 송신 안테나와 MCS 레벨을 우선적으로 결정하는 것을 특징으로 하는 스케줄링 장치.
12. 제1항에 있어서,

    상기 전송 패킷 스케줄러 블록은, 사이즈가 큰 데이터 패킷의 송신 안테나와 MCS 레벨을 우선적으로 결정하는 것을 특징으로 하는 스케줄링 장치.
13. 무선 통신 시스템에서 스케줄링 방법에 있어서,

    다수의 사용자들에게 전송할 데이터 패킷을 수신하는 단계;

    상기 수신한 데이터 패킷을 상기 다수의 사용자들 별 및 트래픽 카테고 리(TC: Traffic Category) 별로 분류하는 단계;

    상기 분류된 데이터 패킷에서 다음 프레임에 전송할 데이터 패킷을 결정하고, 상기 결정한 데이터 패킷을 다수의 서브그룹으로 트래픽 분류하는 단계;

    상기 트래픽 분류된 데이터 패킷의 송신 안테나와, 변조 및 코딩 방식(MCS: Modulation and Coding Scheme) 레벨을 결정하는 단계; 및

    상기 결정에 상응하여 송신된 데이터 패킷에 대한 피드백을 참조하여 MCS 레벨 테이블을 업데이트하는 단계를 포함하는 스케줄링 방법.
14. 제13항에 있어서, 상기 트래픽 분류하는 단계는,

    상기 트래픽 카테고리를 상기 다수의 서브그룹으로 그룹핑하는 단계; 및

    상기 다수의 서브그룹 별로 상기 MCS 레벨 테이블을 관리하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 스케줄링 방법.
15. 제14항에 있어서, 상기 관리하는 단계는,

    상기 MCS 레벨 테이블을 상기 다수의 사용자들 별 및 다수의 송신 안테나들 별로 테이블화한 상기 MCS 테이블을 관리하는 것을 특징으로 하는 스케줄링 방법.
16. 제15항에 있어서, 상기 관리하는 단계는,

    상기 다수의 사용자들에 대해 상기 다수의 송신 안테나들 별로 각 MCS 레벨에 따라 톤(tone)당 전송 가능한 비트 수를 테이블화하여 더 관리하는 것을 특징으로 하는 스케줄링 방법.
17. 제14항에 있어서, 상기 관리하는 단계는,

    상기 다수의 사용자들 별 및 상기 다수의 송신 안테나들 별로 특정 패킷대 에러비(PER: Packet to Error Ratio)를 만족하는 MCS 레벨을 값을 상기 MCS 레벨 테이블로 관리하는 것을 특징으로 하는 스케줄링 방법.
18. 제13항에 있어서, 상기 결정하는 단계는,

    상기 MCS 레벨 테이블을 참조하여 상기 다수의 서브그룹 별로 상기 송신 안테나와 MCS 레벨을 결정하는 것을 특징으로 하는 스케줄링 방법.
19. 제13항에 있어서, 상기 결정하는 단계는,

    상기 다수의 사용자들에게 공유되는 데이터 패킷이 상기 다수의 사용자들에게 가장 우수한 채널 특성을 갖는 안테나를 통해 송신되도록 상기 송신 안테나를 결정하는 것을 특징으로 하는 스케줄링 방법.
20. 제13항에 있어서, 상기 결정하는 단계는,

    특정 사용자에게 전송되는 데이터 패킷이 상기 특정 사용자에게 가장 우수한 채널 특성을 갖는 안테나 및 해당 패킷대 에러비(PER: Packet to Error Ratio)를 만족하는 MCS 레벨로 송신되도록 상기 송신 안테나와 MCS 레벨을 결정하는 것을 특징으로 하는 스케줄링 방법.
21. 제20항에 있어서, 상기 결정하는 단계는,

    상기 가장 우수한 채널 특성을 갖는 안테나로의 자원 할당이 부족하거나 불가능할 경우 다음 우수한 채널 특성을 갖는 안테나를 상기 송신 안테나로 결정하는 것을 특징으로 하는 스케줄링 방법.
22. 제21항에 있어서,

    상기 다수의 서브그룹 별로 상기 다수의 사용자들을 고려하여 다수의 송신 안테나들을 우선순위화한 테이블을 관리하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 스케줄링 방법.
23. 제13항에 있어서, 상기 결정하는 단계는,

    상기 다수의 사용자들에게 공유되는 데이터 패킷의 송신 안테나와 MCS 레벨을 우선적으로 결정하는 것을 특징으로 하는 스케줄링 방법.
24. 제13항에 있어서, 상기 결정하는 단계는,

    사이즈가 큰 데이터 패킷의 송신 안테나와 MCS 레벨을 우선적으로 결정하는 것을 특징으로 하는 스케줄링 방법.

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