KR101209336B1 - 통신 시스템에서 이동국의 변조 및 코딩 방식 결정 방법 및 장치 - Google Patents

통신 시스템에서 이동국의 변조 및 코딩 방식 결정 방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 통신 시스템에 관한 것으로서, 통신 시스템에서, 기지국이 이동국의 변조 및 코딩 방식을 결정하는 방법은, 현재 시점에서 스케줄링되는 이동국의 수를 파악하는 과정과, 미리 저장된 이동국의 수에 따른 간섭량 정보에서 상기 파악된 이동국의 수에 해당하는 간섭량을 선택하는 과정과, 상기 선택된 간섭량에 따른 채널 품질 정보를 고려하여 상기 이동국의 변조 및 코딩 방식(MCS)을 결정하는 과정을 포함한다.
변조 및 코딩 방식, 간섭량, 채널 품질 정보, 스마트 안테나

Description

통신 시스템에서 이동국의 변조 및 코딩 방식 결정 방법 및 장치{METHOD AND APPARAUTS FOR DETERMINING MODULATION AND CODING SCHEME OF MOBILE TERMINAL IN COMMUNICATION SYSTEM}
도 1은 본 발명에서 이동국 수 및 이동 속도에 따라 간섭량 변화를 나타내는 그래프
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 기지국이 이동국의 MCS 레벨을 할당하는 과정을 도시한 흐름도
본 발명은 통신 시스템에 관한 것으로서, 통신 시스템에서 이동국의 변조 코딩 방식을 결정하는 방법 및 장치에 관한 것이다.
일반적으로, 현재의 이동통신 시스템은 초기의 음성 위주의 서비스를 제공하는데서 벗어나 데이터 서비스 및 멀티미디어 서비스 제공을 위한 고속도 및 고품질의 무선 데이터 패킷 통신 시스템으로 발전하고 있다. 또한, 현재 비동기 방식 예컨대, 3GPP(3rd Generation Partnership Project, 이하 '3GPP'라 칭하기로 한다)와 동기식 방식 예컨대, 3GPP2로 양분되는 제3세대 이동통신 시스템은 고속도 및 고품질의 무선 데이터 패킷 서비스를 위한 표준화 작업이 이루어지고 있다.
이러한 표준화 작업은 제3세대 이동통신 시스템에서 2Mbps 이상의 고속도 및 고품질의 무선 데이터 패킷 전송 서비스에 대한 해법을 찾기 위한 노력의 대표적인 반증이라 볼 수 있다. 또한 제4세대 이동통신 시스템은 그 이상의 고속도 및 고품질의 멀티미디어 서비스 제공을 근간으로 하고 있다.
한편, 무선 이동 통신 시스템에서 고속도 및 고품질의 데이터 서비스를 저해하는 요인은 통상적으로 채널 환경에 기인한다. 상기 무선 통신을 위한 채널은 백색 잡음 예컨대, 백색 가우시안 잡음(AWGN, Additive White Gaussian Noise) 외에도 페이딩(fading) 현상으로 인하여 발생되는 수신 신호의 전력 변화, 쉐도잉(Shadowing), 단말기의 이동 및 빈번한 속도 변화에 따른 도플러(doppler) 효과 및 타 사용자 및 다중 경로(multipath) 신호에 의한 간섭(interference) 등으로 인해 채널 환경이 자주 변하게 된다.
따라서, 무선 통신에서 상기의 고속도 및 고품질의 무선 데이터 패킷 서비스를 제공하기 위해서는 상기한 바와 같은 저해 요인을 효과적으로 극복하기 위한 방안이 필요하다.
이러한 방안 중 하나로, 적응 변조 및 부호화(Adaptive Modulation and Coding, 이하 'AMC'라 칭하기로 한다) 기법과 적응적 안테나 시스템(Adaptive Antenna System, 이하 'AAS'라 칭하기로 한다) 기법이 있다.
먼저, 상기 AMC 기법은 데이터 전송에 효율적인 링크 적응 기법으로서, 기존의 전력 제어(Power Control) 기법과 달리, 전송 전력이 아닌 전송률을 채널 환경 에 상응하게 변화시키는 링크 적응 방식이다. 여기서, 상기 전송률은 변조 및 코딩 방식(Modulation and Coding Scheme, 이하 'MCS'라 칭하기로 한다) 레벨에 의해 결정되며, 기지국은 이동국이 피드백한 채널 품질 정보(Channel Quality Information, 이하 'CQI'라 칭하기로 한다)를 참조하여 상기 이동국에 적용할 MCS 레벨을 결정한다. 여기서, 상기 이동국은 일 례로 하향링크 신호의 캐리어 대 간섭 잡음비(Carrier to Interference and Noise Ratio, 이하 'CINR'이라 칭하기로 한다)를 측정하여 CQI를 얻을 수 있다.
따라서, 상기 AMC 기법을 사용하고 있는 시스템에서는 좋은 채널 즉, 채널의 상태가 비교적 양호한 상태의 이동국에 대해서는 고차 변조 방식과 높은 부호율을 적용하기 때문에 데이터 전송률이 높아진다. 하지만, 상대적으로 좋지 않은 채널 즉, 채널의 상태가 비교적 열악한 상태의 이동국에 대해서는 저차 변조 방식과 낮은 부호율을 적용하기 때문에 데이터 전송률이 낮아진다.
다음으로, 상기 AAS 기법은 다수의 스마트(smart) 안테나들을 사용하여 송수신 빔패턴(beam pattern)을 원하는 방향으로 형성하는 기술이다. 상기 빔패턴은 이동국 방향으로 최고의 이득을 가지도록 형성되며, 예컨대 N개의 이동국들이 존재할 때 N개의 안테나 빔패턴을 형성할 수 있다.
다수의 빔패턴을 사용하는 AAS 시스템에서, 기지국은 다수의 이동국들로부터 채널 상태를 보고받고, 각 안테나 어레이(array)에 가중치 벡터를 곱하여 신호를 송신한다. 따라서, 상기 가중치 벡터는 각 이동국들의 채널 상태를 반영하는 값이다. 이상적으로는, 상기 이동국들 각각은 상기 기지국이 자신을 향해 송신한 빔패턴 신호만을 수신하고, 다른 이동국들로 송신하는 신호는 상쇄된다. 그러나, 실제 채널 환경에서는, 상기 이동국이 기지국으로 채널 상태를 보고하고, 상기 기지국이 보고된 채널 상태에 따라 신호를 송신하기까지 시간 지연이 발생한다. 이때 채널 환경이 계속적으로 변하는 경우 이동국은 자신의 신호 뿐만이 아니라 다른 이동국으로 송신되는 신호를 수신할 수 있고, 이는 간섭(interference)으로 작용하게 된다. 상기 간섭의 양은 이동국들의 수가 많을 수록 많아지게 된다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결 위해 창안된 것으로, 본 발명의 목적은 스마트 안테나를 사용하는 통신 시스템에서 이동국들의 수를 고려하여 간섭량을 사전에 예측하고, 이를 MCS 레벨 할당시 적용하는 방법 및 장치를 제공함에 있다.
본 발명에 따른 통신 시스템에서, 기지국이 이동국의 변조 및 코딩 방식을 결정하는 방법은, 현재 시점에서 스케줄링되는 이동국의 수를 파악하는 과정과, 미리 저장된 이동국의 수에 따른 간섭량 정보에서 상기 파악된 이동국의 수에 해당하는 간섭량을 선택하는 과정과, 상기 선택된 간섭량에 따른 채널 품질 정보를 고려하여 상기 이동국의 변조 및 코딩 방식(MCS)을 결정하는 과정을 포함한다.
또한 본 발명에 따른 통신 시스템에서, 이동국이 변조 및 코딩 방식 레벨을 결정하는 방법은, 기지국으로부터 기준 신호를 수신하는 과정과, 상기 기준 신호 세기를 측정하여 상기 기지국으로 채널 품질 정보를 송신하는 과정과, 상기 기지국으로부터 현재 시점에서 스케줄링되는 이동국의 수에 해당하는 간섭량에 따른 채널 품질 정보가 고려된 변조 및 코딩 방식(MCS) 레벨을 할당받는 과정을 포함한다.
또한 본 발명에 따른 통신 시스템에서 통신 시스템의 기지국에서 이동국의 변조 및 코딩 방식을 결정하는 장치는 현재 시점에서 스케줄링되는 이동국의 수를 파악하는 수단과, 미리 저장된 이동국의 수에 따른 간섭량 정보에서 상기 파악된 이동국의 수에 해당하는 간섭량을 선택하는 수단과, 상기 선택된 간섭량에 따른 채널 품질 정보를 고려하여 상기 이동국의 변조 및 코딩 방식(MCS)을 결정하는 수단을 포함한다.
또한 본 발명에 따른 통신 시스템의 이동국에서 변조 및 코딩 방식 레벨을 결정하는 장치는, 기지국으로부터 기준 신호를 수신하는 수단과, 상기 기준 신호 세기를 측정하여 상기 기지국으로 채널 품질 정보를 송신하는 수단과, 상기 기지국으로부터 현재 시점에서 스케줄링되는 이동국의 수에 해당하는 간섭량에 따른 채널 품질 정보가 고려된 변조 및 코딩 방식(MCS) 레벨을 할당받는 수단을 포함한다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 하기의 설명에서는 본 발명의 동작을 이해하는데 필요한 부분만을 설명하며 그 이외의 배경 기술은 본 발명의 요지를 흩트리지 않도록 생략한다.
본 발명은 통신 시스템에서 기지국은 이동국들의 수에 상응하는 간섭량을 미리 예측하고, 상기 예측된 간섭량을 반영하여 이동국들의 변조 및 코딩 방식(Modulation and Coding Scheme, 이하 'MCS'라 칭하기로 한다) 레벨을 결정한다. 즉, 상기 기지국은 이동국들의 수에 상응하는 간섭량 정보를 미리 보유하고, MCS 레벨 할당시 상기 간섭량 정보를 참조할 수 있고, 또는 상기 이동국이 미리 간섭량 정보를 보유하고, 기지국으로 채널 상태 보고시 상기 간섭량 정보를 반영하여 보고할 수도 있다.
본 발명은 모든 통신 시스템에 적용 가능하며, 바람직하게는 스마트(smart) 안테나를 사용하는 통신 시스템에 적용할 수 있다. 따라서, 이하에서는 스마트 안테나를 사용하는 통신 시스템을 일 례로 설명하기로 한다.
상기 스마트 안테나를 사용하는 통신 시스템에서 기지국이 이동국으로부터 수신하는 신호는 하기 수학식 1과 같은 형태로 나타낼 수 있다.
상기 수학식 1에서, Yu는 u번째 이동국으로부터 수신하는 신호를 의미하고, Hu,M은 u번째 이동국의 M 번째 어레이(array) 채널을 의미하고, Su는 u번째 이동국이 송신한 신호를 의미하고, nM은 M 번째 어레이의 잡음(noise)을 의미하고, U는 총 이동국들의 수를 의미한다.
상기 수학식 1을 벡터(vector) 표현으로 나타내면 하기 수학식 2와 같다.
Figure 112005073501061-pat00002
여기서,
Figure 112005073501061-pat00003
,
Figure 112005073501061-pat00004
,
Figure 112005073501061-pat00005
상기 수학식 2에서, u번째 이동국의 신호만을 분리하기 위해 가중치 벡터 Wu,M이이 곱해진다. 가중치 벡터 Wu,M이 곱해진 형태는 하기 수학식 3과 같다.
Figure 112005073501061-pat00006
현재 셀에 N개의 이동국들이 존재하는 경우 제1 이동국으로부터 수신하는 신호는 하기 수학식 4와 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112005073501061-pat00007
상기 수학식 4에서, S1 이 포함된 신호와 잡음이 포함된 신호만이 상기 제1 이동국과 관련된 신호이고, 나머지 신호들은 다른 이동국들로부터 수신하는 간섭 신호이다. 따라서, 상기 수학식 4에서
Figure 112005073501061-pat00008
를 제외한 나머지는 제거되어야만 하는 간섭 성분들이다.
상기 기지국이 상기 제1 이동국으로부터 수신하는 신호의 캐리어 대 간섭 잡음비(Carrier to Interference and Noise Ratio, 이하 'CINR'라 칭하기로 한다)를 나타내면 하기 수학식 5와 같다.
Figure 112005073501061-pat00009
상기 수학식 5에서, IC는 다른 셀로부터의 간섭 신호량을 의미한다.
상기 기지국은 이동국이 보고하는 채널 상태에 따라 각 이동국의 데이터 레이트(data rate), 즉 MCS 레벨을 결정할 때 상기 수학식 5의 분모에 해당하는 간섭 성분은 고려하지 않는다. 따라서, 상기 기지국은 상기 이동국이 보고한 채널 상태에 따라 상기 이동국의 MCS 레벨을 결정하였다 하더라도 MCS 레벨의 할당시의 채널 상태는 반영하지 못하고 MCS 레벨을 할당함으로써 성능 열화가 발생한다.
따라서, 본 발명에서 기지국은 셀 내의 이동국들의 수에 따른 간섭량을 사전에 측정하고, MCS 레벨 할당시 상기 측정된 간섭량을 고려하여 정확한 MCS 레벨을 이동국에 할당한다. 여기서, 상기 사전에 측정되는 간섭량은 구현되는 시스템 각각의 특성에 따른 시뮬레이션(simulation) 결과에 의해 얻어지는 값이며, 기지국은 이동국 수에 1:1로 매핑되는 간섭량을 테이블 형태로 보유하고, MCS 레벨 할당시 상기 테이블에서 간섭량을 반영하여 간섭을 제거한다.
도 1은 본 발명에서 이동국 수 및 이동 속도에 따라 간섭량 변화를 나타내는 그래프이다.
상기 도 1을 참조하면, 이동국들의 수가 많아질 수록 간섭량은 지수적(exponential) 형태로 함수로 증가하며, 저속(3km/hour)으로 이동하는 이동국보다 고속(60km/hour)으로 이동하는 이동국이 받게 되는 간섭량이 많음을 알 수 있다.
상기 그래프가 도출된 시뮬레이션 환경은 다음과 같다.
- 적용 채널: AWGN(Additive White Gaussian Noise), PED-A, VEH-A
- 이동국 속도: 3km/h 및 60km/h
- 프레임 타입: AMC 1X6
- 안테나 타입: ULA(Uniform Linear Array)
- 이동국 수: 2~20
- 셀 반경: 1km
- 셀 타입: 3 섹터(sector)
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 기지국이 이동국의 MCS 레벨을 할당하는 과정을 도시한 흐름도이다.
상기 도 2를 참조하면, 먼저 202단계에서 상기 기지국은 이동국으로 기준 신호, 예컨대 프리앰블(preamble) 신호를 송신하고 204단계로 진행한다. 여기서, 상기 프리앰블은 스마트 안테나를 사용하는 통신 시스템인 경우 적응적 안테나 시스템(AAS: Adaptive Antenna System) 프리앰블이 될 수 있다. 상기 204단계에서 상기 기지국은 이동국으로부터 수신하는 채널 품질 정보(CQI: Channel Quality Information)를 복조하고 206단계로 진행한다. 상기 206단계에서 상기 기지국은 스케줄링(scheduling)을 수행하여 데이터를 송신할 이동국을 결정하고 208단계로 진행한다. 상기 208단계에서 상기 기지국은 미리 보유하고 있는 이동국 수에 따른 간섭량 테이블에서 상기 스케줄링에 의해 결정된 데이터를 송신할 이동국들의 수에 해당하는 간섭량 값을 선택하고 210단계로 진행한다. 상기 210단계에서 상기 기지국은 상기 선택한 간섭량을 고려하여 결정된 CINR에 따라 이동국의 MCS 레벨을 할당한다. 상기 결정된 CINR은 하기 수학식 6과 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112005073501061-pat00010
상기 수학식 6에서, H1 및 W1은 각각 해당 이동국의 채널 응답과 가중치 벡터를 의미하며, N은 잡음을, Ic는 다른 셀로부터의 간섭을, C는 상기 기지국이 테이블에서 선택한 간섭량 값을 의미한다. 즉, 상기 기지국은 시뮬레이션에 의해 얻어지는 이동국 수에 따른 간섭량을 테이블 형태로 보유하고, 상기 간섭량이 더해진 CINR을 근거로 하여 MCS 레벨을 할당하는 것이다.
한편 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시예에 관해 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되지 않으며, 후술되는 특허청구의 범위뿐만 아니라 이 특허청구의 범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
상기한 바와 같이, 본 발명은 기지국은 이동국으로부터 채널 상태를 보고받고, 미리 보유하고 있는 이동국 수에 따른 간섭량 테이블을 참조하여 이동국이 보고한 채널 상태 값에 간섭량을 부가하여 상기 이동국에 할당할 MCS 레벨을 결정함 으로써 정확한 MCS 레벨 할당이 가능하다.

Claims (20)

  1. 통신 시스템에서, 기지국이 이동국의 변조 및 코딩 방식을 결정하는 방법에 있어서,
    현재 시점에서 스케줄링되는 이동국의 수를 파악하는 과정과,
    미리 저장된 이동국의 수에 따른 간섭량 정보에서 상기 파악된 이동국의 수에 해당하는 간섭량을 선택하는 과정과,
    상기 선택된 간섭량에 따른 채널 품질 정보를 고려하여 상기 이동국의 변조 및 코딩 방식(MCS)을 결정하는 과정을 포함하는 변조 및 코딩 방식 결정 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 선택된 간섭량에 따른 채널 품질 정보는,
    캐리어 대 간섭 잡음비(CINR)임을 특징으로 하는 변조 및 코딩 방식 결정 방법.
  3. 제2항에 있어서, 상기 CINR은,
    아래 수학식에 의해 결정되며,
    Figure 112010079758258-pat00013
    상기 H1은 상기 이동국의 채널 응답을 나타내고, 상기 W1은 상기 이동국의 가중치 벡터를 나타내고, 상기 N은 잡음을 나타내고, 상기 Ic는 다른 셀로부터의 간섭을 나타내며, 상기 C는 상기 선택된 간섭량을 나타냄을 특징으로 하는 변조 및 코딩 방식 결정 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 간섭량 정보는 시스템 환경을 고려한 시뮬레이션 결과에 의해 예측되어지며, 상기 시스템 환경은 상기 이동국의 이동 속도를 고려함을 특징으로 하는 변조 및 코딩 방식 결정 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 기지국은 스마트 안테나를 사용함을 특징으로 하는 변조 및 코딩 방식 결정 방법.
  6. 통신 시스템에서, 이동국이 변조 및 코딩 방식 레벨을 결정하는 방법에 있어서,
    기지국으로부터 기준 신호를 수신하는 과정과,
    상기 기준 신호 세기를 측정하여 상기 기지국으로 채널 품질 정보를 송신하는 과정과,
    상기 기지국으로부터 현재 시점에서 스케줄링되는 이동국의 수에 해당하는 간섭량에 따른 채널 품질 정보가 고려된 변조 및 코딩 방식(MCS) 레벨을 할당받는 과정을 포함하는 변조 및 코딩 방식 레벨 결정 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 간섭량은 시스템 환경을 고려한 시뮬레이션 결과에 의해 예측되어지며, 상기 시스템 환경은 상기 이동국의 이동 속도를 고려함을 특징으로 하는 변조 및 코딩 방식 레벨 결정 방법.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 기지국은 스마트 안테나를 사용함을 특징으로 하는 변조 및 코딩 방식 레벨 결정 방법.
  9. 제6항에 있어서, 상기 간섭량에 따른 채널 품질 정보는,
    캐리어 대 간섭 잡음비(CINR)임을 특징으로 하는 변조 및 코딩 방식 레벨 결정 방법.
  10. 제9항에 있어서, 상기 CINR은,
    아래 수학식에 의해 결정되며,
    Figure 112012039759886-pat00014
    상기 H1은 상기 이동국의 채널 응답을 나타내고, 상기 W1은 상기 이동국의 가중치 벡터를 나타내고, 상기 N은 잡음을 나타내고, 상기 Ic는 다른 셀로부터의 간섭을 나타내며, 상기 C는 상기 간섭량을 나타냄을 특징으로 하는 변조 및 코딩 방식 레벨 결정 방법.
  11. 통신 시스템의 기지국에서 이동국의 변조 및 코딩 방식을 결정하는 장치에 있어서,
    현재 시점에서 스케줄링되는 이동국의 수를 파악하는 수단과,
    미리 저장된 이동국의 수에 따른 간섭량 정보에서 상기 파악된 이동국의 수에 해당하는 간섭량을 선택하는 수단과,
    상기 선택된 간섭량에 따른 채널 품질 정보를 고려하여 상기 이동국의 변조 및 코딩 방식(MCS)을 결정하는 수단을 포함하는 변조 및 코딩 방식 결정 장치.
  12. 제11항에 있어서, 상기 선택된 간섭량에 따른 채널 품질 정보는,
    캐리어 대 간섭 잡음비(CINR)임을 특징으로 하는 변조 및 코딩 방식 결정 장치.
  13. 제12항에 있어서, 상기 CINR은,
    아래 수학식에 의해 결정되며,
    Figure 112010079758258-pat00015
    상기 H1은 상기 이동국의 채널 응답을 나타내고, 상기 W1은 상기 이동국의 가중치 벡터를 나타내고, 상기 N은 잡음을 나타내고, 상기 Ic는 다른 셀로부터의 간섭을 나타내며, 상기 C는 상기 선택된 간섭량을 나타냄을 특징으로 하는 변조 및 코딩 방식 결정 장치.
  14. 제11항에 있어서,
    상기 간섭량 정보는 시스템 환경을 고려한 시뮬레이션 결과에 의해 예측되어지며, 상기 시스템 환경은 상기 이동국의 이동 속도를 고려함을 특징으로 하는 변조 및 코딩 방식 결정 장치.
  15. 제11항에 있어서,
    상기 기지국은 스마트 안테나를 사용함을 특징으로 하는 변조 및 코딩 방식 결정 장치.
  16. 통신 시스템의 이동국에서 변조 및 코딩 방식 레벨을 결정하는 장치에 있어서,
    기지국으로부터 기준 신호를 수신하는 수단과,
    상기 기준 신호 세기를 측정하여 상기 기지국으로 채널 품질 정보를 송신하는 수단과,
    상기 기지국으로부터 현재 시점에서 스케줄링되는 이동국의 수에 해당하는 간섭량에 따른 채널 품질 정보가 고려된 변조 및 코딩 방식(MCS) 레벨을 할당받는 수단을 포함하는 변조 및 코딩 방식 레벨 결정 장치.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 간섭량은 시스템 환경을 고려한 시뮬레이션 결과에 의해 예측되어지며, 상기 시스템 환경은 상기 이동국의 이동 속도를 고려함을 특징으로 하는 변조 및 코딩 방식 레벨 결정 장치.
  18. 제16항에 있어서,
    상기 기지국은 스마트 안테나를 사용함을 특징으로 하는 변조 및 코딩 방식 레벨 결정 장치.
  19. 제16항에 있어서, 상기 간섭량에 따른 채널 품질 정보는,
    캐리어 대 간섭 잡음비(CINR)임을 특징으로 하는 변조 및 코딩 방식 레벨 결정 장치.
  20. 제19항에 있어서, 상기 CINR은,
    아래 수학식에 의해 결정되며,
    Figure 112012039759886-pat00016
    상기 H1은 상기 이동국의 채널 응답을 나타내고, 상기 W1은 상기 이동국의 가중치 벡터를 나타내고, 상기 N은 잡음을 나타내고, 상기 Ic는 다른 셀로부터의 간섭을 나타내며, 상기 C는 상기 간섭량을 나타냄을 특징으로 하는 변조 및 코딩 방식 레벨 결정 장치.
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