KR101210115B1 - 상향링크 ｓｃ-ｆｄｍａ 시스템에서의 주파수 부 채널 할당 방법 및 장치 - Google Patents

상향링크 ｓｃ-ｆｄｍａ 시스템에서의 주파수 부 채널 할당 방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 상향링크 SC-FDMA 시스템에서의 주파수 부 채널 할당 방법 및 장치를 개시한다. 본 발명은 복수의 단말 각각에 대해 할당 가능한 주파수 부 채널에 대한 전송률 이득을 계산하여, 상기 전송률 이득이 최대가 되는 제1 단말과 제1 주파수 부 채널을 선택하는 단계; 단일 주파수 부 채널을 할당받은 제2 단말들에 각각 할당된 제2 주파수 부 채널이 상기 제1 주파수 부 채널로 교체되는 경우 최대 전송률 이득을 얻을 수 있는 제2 단말을 교체 단말로 선택하는 단계; 및 상기 제1 단말에 상기 제1 주파수 부 채널이 할당된 경우의 제1 단말 할당 전송률 이득과 상기 교체 단말에 상기 제 1 주파수 부 채널이 할당된 경우의 교체 단말 할당 전송률 이득을 비교하여 상기 제1 주파수 부 채널을 상기 제1 단말 또는 상기 교체 단말에 할당하는 단계를 수행한다. 본 발명에 따르면 이미 단말에 할당된 주파수 부 채널들을 다시 재할당함으로써 합 전송률 성능을 향상시킬 수 있다.

Description

상향링크 ＳＣ-ＦＤＭＡ 시스템에서의 주파수 부 채널 할당 방법 및 장치{METHOD AND DEVICE FOR ALLOCATIONG FREQUENCY RESOURCE BLOCK IN UPLINK SC-FDMA SYSTEM}
본 발명의 실시예들은 주파수 부 채널 할당 방법 및 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 주파수 부 채널을 할당받은 단말의 주파수 부 채널을 재할당하여 합 전송률을 향상시키는 LFDMA 방식의 주파수 부 채널 할당 방법 및 장치에 관한 것이다.
현재 3GPP에서 표준화가 진행되고 있는 LTE(Long Term Evolution) 상향링크에서는 단말기의 증폭기 효율을 고려하여 PAPR(Peak-to-Average Power Ratio)이 OFDMA 방식보다 낮은 SC-FDMA(Single Carrier-Frequency Division Multiplexing Access) 방식을 사용한다.
SC-FDMA에서는 크게 두 종류의 주파수 자원 할당 방법이 있는데 LFDMA(Localized-FDMA)와 IFDMA(Interleaved-FDMA)가 있다. PAPR 관점에서는 IFDMA의 성능이 우수하나 채널에 따른 스케줄링 이득으로 인하여 LFDMA의 합 전송률 성능이 우수하다.
LFDMA 방식은 주파수 부 채널(Resource Block)을 한 단말에게 연속적으로 할당해야 하는 강력한 조건이 있다. 이러한 조건 때문에 최적 주파수 자원 할당 방법은 단말들에게 할당 가능한 모든 경우를 고려해야 하는 조합 최적화 문제로 설정되어 높은 복잡도 문제를 야기한다.
또한, 이미 주파수 자원을 할당받은 단말은 전체 합 전송률 향상을 위해 추가적으로 고려할 수 있는 주파수 자원이 인접 부 채널들로 크게 제한되기 때문에 주파수 자원 스케줄러 장치의 설계에도 많은 부담을 준다. 이 때문에 주파수 자원 스케줄링 방법에 관련된 많은 연구가 진행되었다.
최근 제안된 자원 스케줄링 방법은 단말에 다수의 부 채널 할당을 허용하고, 부 채널을 할당할 때마다 전체 주파수 자원에 대해서 사용 가능한 모든 단말들의 전송률 이득을 계산한다. 그리고 계산된 전송률 이득을 기반으로 최대의 전송률 이득을 얻을 수 있는 단말과 부 채널을 선택한다.
그러나 상기의 자원 스케줄링 방법은 채널 환경이 좋은 특정 단말에 주파수 부 채널이 편중되어 할당되어 항상 합 전송률을 최대화하지 못하는 단점이 있다. 또한 채널 환경이 좋지 않아 주파수 자원을 추가적으로 할당받아도 합 전송률 성능 향상에 큰 도움이 되지 않는 단말에 다수의 부 채널이 할당되는 문제점이 있었다.
상기한 바와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위해, 본 발명에서는 이미 단말에게 할당된 주파수 부 채널들을 다시 재할당 함으로써 합 전송률 성능을 향상시키는 주파수 부 채널 재할당 방법 및 장치를 제안하고자 한다.
본 발명의 다른 목적들은 하기의 실시예를 통해 당업자에 의해 도출될 수 있을 것이다.
상기한 목적을 달성하기 위해 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따르면, 상향링크 SC-FDMA 시스템에서 복수의 단말에 대한 주파수 부 채널 할당 방법에 있어서, 복수의 단말 각각에 대해 할당 가능한 주파수 부 채널에 대한 전송률 이득을 계산하여, 상기 전송률 이득이 최대가 되는 제1 단말과 제1 주파수 부 채널을 선택하는 단계; 단일 주파수 부 채널을 할당받은 제2 단말들에 각각 할당된 제2 주파수 부 채널이 상기 제1 주파수 부 채널로 교체되는 경우 최대 전송률 이득을 얻을 수 있는 제2 단말을 교체 단말로 선택하는 단계; 및 상기 제1 단말에 상기 제1 주파수 부 채널이 할당된 경우의 제1 단말 할당 전송률 이득과 상기 교체 단말에 상기 제 1 주파수 부 채널이 할당된 경우의 교체 단말 할당 전송률 이득을 비교하여 상기 제1 주파수 부 채널을 상기 제1 단말 또는 상기 교체 단말에 할당하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 상향링크 SC-FDMA 시스템에서의 주파수 부 채널 할당 방법이 제공된다.
여기서 상기 제1 단말 및 제1 주파수 부 채널을 선택하는 단계는, 복수의 단말에 할당 가능한 주파수 부 채널들이 복수의 단말에 각각 할당될 경우의 제1 전송률 이득들을 계산하는 단계; 및 상기 제1 전송률 이득들 중 가장 큰 전송률 이득을 가지는 상기 제1 단말 및 상기 제1 주파수 부 채널을 선택하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 제1 전송률 이득은 상기 복수의 단말 중 어느 하나의 단말에 할당되어 있는 주파수 부 채널을 고려한 전송률 및 상기 어느 하나의 단말에 할당되어 있는 주파수 부 채널에 추가적으로 주파수 부 채널을 할당하는 경우의 전송률을 이용하여 결정될 수 있다.
여기서, 상기 교체 단말을 선택하는 단계는 상기 제2 단말들 각각이 상기 제1 주파수 부 채널을 할당받은 경우의 제2 전송률을 계산하는 단계;
상기 제2 전송률 및 상기 제2 단말들이 상기 제2 주파수 부 채널들을 할당받았을 경우의 전송률을 이용하여 상기 제2 단말들 각각에 대한 제2 단말 할당 전송률 이득을 계산하는 단계; 및 상기 제2 단말 할당 전송률 이득 중 가장 큰 값을 갖는 제2 단말을 교체 단말로 선택하는 단계를 포함할 수 있다.
또한 상기 제2 주파수 부 채널들의 좌우 인접한 주파수 부 채널을 할당받은 인접 단말들이 존재하는 경우 상기 인접 단말들이 상기 제2 주파수 부 채널들을 할당받은 경우의 인접 전송률 이득들을 계산하고, 상기 인접 전송률 이득들 중 가장 큰 값을 가지는 인접 전송률 이득을 인접 단말 할당 전송률 이득으로 선택하는 단계를 더 포함하되, 상기 제2 단말 할당 전송률 이득은 상기 인접 단말 할당 전송률 이득을 더 고려하여 계산되는 것을 특징으로 한다.
여기서 상기 제1 단말 할당 전송률 이득이 0이상인 경우에는 상기 교체 단말을 선택하는 단계를 수행하지 않으며, 상기 제1 단말에 상기 제1 주파수 부 채널을 할당할 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 기지국에서의 복수의 단말에 대한 LFDMA 방식의 주파수 부 채널 할당 장치에 있어서, 복수의 단말 각각에 대해 할당 가능한 주파수 부 채널에 대한 전송률 이득을 계산하여, 전송률 이득이 최대가 되는 제1 단말과 제1 주파수 부 채널을 선택하는 제1 단말 및 제1 주파수 부 채널 선택부; 단일 주파수 부 채널을 할당받은 제2 단말들에 각각 할당된 제2 주파수 부 채널이 상기 제1 주파수 부 채널로 교체되는 경우 최대 전송률 이득을 얻을 수 있는 제2 단말을 교체 단말로 선택하는 교체 단말 선택부; 및 상기 제1 단말에 상기 제1 주파수 부 채널이 할당된 경우의 제1 단말 할당 전송률 이득과 상기 교체 단말에 상기 제 1 주파수 부 채널이 할당된 경우의 교체 단말 할당 전송률 이득을 비교하여 상기 제1 주파수 부 채널을 상기 제1 단말 또는 상기 교체 단말에 할당하는 주파수 부 채널 할당부를 포함하는 것을 특징으로 하는 상향링크 SC-FDMA 시스템에서의 주파수 부 채널 할당 장치가 제공된다.
본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 기지국에서의 복수의 단말에 대한 주파수 부 채널을 할당하기 위하여 디지털 처리 장치에 의 해 실행 될 수 있는 명령어들의 프로그램이 유형적으로 구현되어 있으며 디지털 처리 장치에 의해 판독될 수 있는 기록매체로서, 복수의 단말 각각에 대해 할당 가능한 주파수 부 채널에 대한 전송률 이득을 계산하여, 전송률 이득이 최대가 되는 제1 단말과 제1 주파수 부 채널을 선택하는 단계; 단일 주파수 부 채널을 할당받은 제2 단말들에 각각 할당된 제2 주파수 부 채널이 상기 제1 주파수 부 채널로 교체되는 경우 최대 전송률 이득을 얻을 수 있는 제2 단말을 교체 단말로 선택하는 단계; 및 상기 제1 단말에 상기 제1 주파수 부 채널이 할당된 경우의 제1 단말 할당 전송률 이득과 상기 교체 단말에 상기 제 1 주파수 부 채널이 할당된 경우의 교체 단말 할당 전송률 이득을 비교하여 상기 제1 주파수 부 채널을 상기 제1 단말 또는 상기 교체 단말에 할당하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 프로그램이 기록된 기록매체가 제공된다.
본 발명에 따르면, 이미 단말에 할당된 주파수 부 채널들을 다시 재할당 함으로써 합 전송률 성능을 향상시킬 수 있다.
또한, 채널 환경이 좋은 사용자에게 강하게 채널이 편중되어 할당되는 것을 방지하고 채널 환경이 좋지 않은 사용자들이 다수의 주파수 부 채널을 할당받는 문제를 해결함으로써 합 전송률을 최대화할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 SC-FDMA 상향 링크 채널 환경에서의 주파수 부 채널 할당 시스템의 일례를 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 LFDMA 방식의 주파수 부 채널 할당 방식의 일례를 도시한 도면이다.
도 3은 최적 주파수 할당 문제를 풀기 위한 주파수 할당 방법의 일례를 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 주파수 부 채널 할당 방법을 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 제1 단말 및 제1 주파수 부 채널을 선택하는 단계의 구체적인 과정을 도한 순서도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 교체 단말을 선택하는 단계의 구체적인 과정을 도한 순서도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 주파수 부 채널을 할당하는 과정의 일례를 도시한 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 주파수 부 채널 할당 장치의 일례를 도시한 블록도이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 주파수 부 채널 할당 방법의 알고리즘의 일례를 도시한 도면이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 주파수 부 채널 할당 방법의 시뮬레이션 결과를 도시한 도면이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다.
이하에서, 본 발명에 따른 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 SC-FDMA 상향 링크 채널 환경에서의 주파수 부 채널 할당 시스템의 일례를 도시한 도면이다.
도 1을 참조하면, 주파수 부 채널 할당 시스템은 기지국(100)과 복수의 단말(110)을 포함한다.
SC-FDMA 상향 링크 채널 환경에서 총 U개의 단말(110)이 동시에 기지국(100)으로 데이터를 전송하며, 기지국(100)이 모든 단말(110)의 채널 정보를 완벽하게 추정함을 가정하는 경우 기지국(100)에서는 복수의 단말(110)에 대한 채널 정보를 기반으로 LFDMA 방식을 이용하여 주파수 자원을 복수의 단말(110)에 할당한다.
여기서, 기지국(100)과 모든 단말(110)은 단일 송수신 안테나를 사용함을 가정한다.
SC-FDMA 상향 링크 채널 환경에서의 주파수 부 채널 할당 시스템은 심볼 간 간섭을 완화하기 위해서 주파수 영역 등화기(Equalizer)를 사용하는데 본 발명에서는 설명의 편의를 위해 MMSE(minimum mean-square error) 등화기를 사용하는 것으로 가정하여 설명하도록 한다.
MMSE 등화기를 이용하여 측정된 단말 m의 수신 SNR(신호 대 잡음비)은 하기의 수학식 1과 같이 표현할 수 있다.
[수학식 1]
Figure 112011015927066-pat00001
여기서,
Figure 112011015927066-pat00002
은 단말 m의 수신 SNR,
Figure 112011015927066-pat00003
은 단말 m에 할당된 주파수 부 채널의 집합,
Figure 112011015927066-pat00004
할당된 단말 m에 할당된 주파수 부 채널의 총 개수,
Figure 112011015927066-pat00005
은 단말 m의 부 반송 파 k에 대한 SNR,
Figure 112011015927066-pat00006
는 단말 m의 부 반송파 당 사용하는 전력을 각각 의미한다.
따라서 단말 m에 할당된 주파수 부 채널
Figure 112011015927066-pat00007
을 고려한 전송률은 하기의 수학식 2와 같이 표현할 수 있다.
[수학식 2]
Figure 112011015927066-pat00008
여기서,
Figure 112011015927066-pat00009
은 단말 m에 할당된 주파수 부 채널
Figure 112011015927066-pat00010
을 고려한 전송률,
Figure 112011015927066-pat00011
는 사용 가능한 전체 주파수 부 채널의 수를 의미하며 하나의 주파수 부 채널은 12개의 부 반송파로 구성된다.
본 발명의 일 실시예에 따르면 모든 단말(110)은 부 반송파의 이득을 고려한 전력할당은 하지 않고 사용하는 주파수 부 채널의 수를 고려하여 부 반송파당 전력을 동일하게 할당한다. 따라서, 본 발명에서의 주파수 자원 할당의 최적화 문제는 전력 할당을 제외한 주파수 자원 할당 문제가 된다.
LFDMA 방식의 주파수 자원 할당은 두 가지 제한 조건을 만족 시켜야 하는데 첫째, 하나의 주파수 부 채널은 하나의 단말(110)만이 사용 가능하고 모든 단말(110)은 할당받은 주파수 부 채널에 연속적으로 연결된 주파수 부 채널만 추가적으로 할당받을 수 있다.
예를 들어, 도 2를 참조하면, 주파수 부 채널 6(203)을 할당받을 수 있는 단말은 주파수 부 채널 6(201)과 연속적으로 연결된 주파수 부 채널(201, 205)을 할당받은 단말 A 및 단말 B이며 단말 C, 단말 D 및 단말 E는 상기 제한 조건에 의해 주파수 부 채널 6(206)을 할당받을 수 없다.
따라서, LFDMA 주파수 할당 방식을 고려한 위의 제한 조건을 만족하는 최적 주파수 할당 문제는 하기의 수학식 3과 같이 설정될 수 있다.
[수학식 3]
Figure 112011015927066-pat00012

상기 수학식 3은 조합 최적화 문제로서 모든 단말(110)과 전체 주파수 부 채널에 대해서 할당 가능한 모든 조합을 고려하여야 하기 때문에 최적 해를 찾기 위해서 많은 연산이 요구된다.
도 3은 종래의 최적 주파수 할당 문제를 풀기 위한 주파수 할당 방법의 일례를 도시한 도면이다.
우선, 모든 단말(110) 각각에 할당 가능한 전체의 주파수 부 채널에 대한 전송률을 계산한다 (단계S300).
단계 S300에서 계산된 전송률 중 가장 큰 전송률을 가지는 제1 단말 및 제1 주파수 부 채널을 선택하고 제1 단말에 제1 주파수 부 채널을 할당한다(단계 S310).
할당 가능한 주파수 부 채널이 남아 있는 경우 단계 S300 내지 단계 S310을 반복한다(단계 S320).
이와 같은 주파수 할당 방법은 반복 실행마다 하나의 주파수 부 채널을 할당하며 모든 단말(110)과 모든 단말(110)들의 할당 가능한 전체 주파수 부 채널에 대한 전송률을 계산하게 된다.
이때 특정 대역폭에서 채널 환경이 좋은 단말은 다수의 주파수 부 채널에서 다른 단말보다 높은 채널 이득을 가지며 하나의 주파수 부 채널을 할당받은 이후에도 여전히 인접 주파수 부 채널들에서 채널 이득이 높기 때문에 특정 단말에 주파수 부 채널 할당이 강하게 편중되는 경향이 있다.
그러나 주파수 부 채널을 추가 할당할 때 주파수 부 채널당 사용되는 전력은 감소하기 때문에 항상 채널 환경이 좋은 단말에게 많은 주파수 부 채널을 할당하는 것이 합 전송률을 극대화 하는 것은 아니다.
또한, 일단 주파수 부 채널이 할당되면 할당받은 단말은 추가적으로 받을 수 있는 주파수 부 채널이 인접 주파수 부 채널로 제한되므로 주파수 부 채널을 할당받은 단말이 증가할수록 주파수 부 채널을 할당받을 수 있는 단말이 크게 제한된다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 주파수 부 채널 할당 방법을 도시한 도면이다.
먼저, 기지국(100)은 복수의 단말(110) 각각에 대해 할당 가능한 주파수 부 채널에 대한 전송률 이득을 계산하고, 전송률 이득이 최대가 되는 단말(제1 단말)과 이의 주파수 부 채널(제1 주파수 부 채널)을 선택한다 (단계 S400).
이때 할당 가능한 주파수 부 채널이란 LFDMA 주파수 할당 방식에 따른 제한 조건을 의미하는 것으로서, 복수의 단말(110) 중 주파수 부 채널을 할당받은 단말은 할당받은 주파수 부 채널에 연속적으로 연결된 주파수 부 채널만을 추가적으로 할당받을 수 있음을 의미한다.
이어서, 복수의 단말(110) 중 단일 주파수 부 채널을 할당받은 제2 단말들이 상기한 제1 주파수 부 채널로 교체하는 경우의 전송률 이득을 계산하고, 제2 단말들 중 최대 전송률 이득을 갖는 단말을 교체 단말로 선택한다(단계 S410).
제1 단말에 제1 주파수 부 채널이 할당된 경우의 제1 단말 할당 전송률 이득과 교체 단말에 할당된 단일 주파수 부 채널이 제1 주파수 부 채널로 교체된 경우의 교체 단말 할당 전송률 이득을 비교하여 제1 주파수 부 채널을 제1 단말 또는 교체 단말에 할당한다(단계 S430).
즉, 제1 단말 할당 전송률 이득이 교체 단말 할당 전송률 이득보다 큰 경우 제1 단말에 제1 주파수 부 채널을 할당하며, 작은 경우 교체 단말에 제1 주파수 부 채널을 할당하고 교체 단말에 할당되어 있던 제2 주파수 부 채널의 인접한 채널을 사용하는 인접 단말에 제2 주파수를 할당한다.
이어서, 할당 가능한 주파수 부 채널의 수가 0이 될 때까지 단계 S410 내지 단계 S420을 반복 수행한다(단계 S430).
다시 말하면, 본 발명은 제1 단말에 할당하여야 할 제1 주파수 부 채널을 이미 다른 주파수 부 채널을 할당받은 단말 중 최대 전송률 이득을 얻을 수 있는 단말에 할당하는 것을 특징으로 한다.
이하 도 5내지 도6을 참조하여 주파수 할당 방법에 대해 보다 상세하게 살펴보도록 한다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 제1 단말 및 제1 주파수 부 채널을 선택하는 단계의 구체적인 과정을 도한 순서도이다.
먼저, 복수의 단말에 할당 가능한 주파수 부 채널들이 복수의 단말에 각각 할당될 경우의 제1 전송률 이득을 계산한다(단계 S610).
여기서, 사용 가능한 전체 주파수 부 채널의 집합을
Figure 112011015927066-pat00013
, 단말 m에 할당 가능한 주파수 부 채널의 집합을
Figure 112011015927066-pat00014
, 단말 m에 할당된 주파수 부 채널을
Figure 112011015927066-pat00015
이라 하는 경우 제1 전송률 이득은 하기의 수학식 4와 같이 표현될 수 있다.
[수학식 4]
Figure 112011015927066-pat00016
여기서,
Figure 112011015927066-pat00017
은 단말 m에 할당된 주파수 부 채널
Figure 112011015927066-pat00018
을 고려한 전송률,
Figure 112011015927066-pat00019
는 단말 m이 할당받은 주파수 부 채널
Figure 112011015927066-pat00020
에 추가적으로 주파수 부 채널
Figure 112011015927066-pat00021
를 할당함으로써 얻는 전송률을 의미한다.
이어서, 제1 전송률 이득 중 가장 큰 전송률 이득을 가지는 제1 단말 및 제1 주파수 부 채널을 선택한다(단계 S610).
제1 단말 및 제1 주파수 부 채널의 선택은 하기의 수학식 5와 같이 표현될 수 있다.
[수학식 5]
Figure 112011015927066-pat00022
여기서,
Figure 112011015927066-pat00023
는 제1 단말,
Figure 112011015927066-pat00024
는 제1 주파수 부 채널을 각각 의미한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 교체 단말을 선택하고 제1 단말 또는 교체 단말에 제2 주파수 부 채널을 할당할지 여부를 결정하는 과정은 제1 단말의 채널 환경이 좋아서 이미 다수의 부 채널을 사용 중이거나, 채널 이득이 높지 않기 때문에 추가적인 주파수 부 채널을 사용하더라도 더 이상의 성능 개선의 여지가 없는 경우 즉, 제1 단말 할당 전송률 이득이 0 이하인 경우에만 수행될 수도 있을 것이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 교체 단말을 선택하는 단계의 구체적인 과정을 도한 순서도이다.
우선, 복수의 단말(110) 중 단일 주파수 부 채널을 할당받은 제2 단말들 각각이 제1 주파수 부 채널을 할당받은 경우의 제2 전송률을 계산한다(단계 S600).
이어서, 제2 주파수 부 채널들의 좌우 인접한 주파수 부 채널을 할당받은 인접 단말들이 존재하는 경우 인접 단말들이 제2 주파수 부 채널을 할당받는 경우의 인접 전송률 이득을 계산한다(단계 S610)
인접 전송률 이득 중 가장 큰 값을 인접 단말 할당 전송률 이득으로 선택한다(단계 S620).
제2 전송률, 인접 단말 할당 전송률 이득 및 제2 단말들이 제2 주파수 대역을 할당받았을 경우의 전송률을 이용하여 모든 제2 단말들 각각에 대한 제2 단말 할당 전송률 이득들을 계산한다(단계 S630).
이어서, 제2 단말 할당 전송률 이득들 중 가장 큰 값인 교체 단말 할당 전송률 이득을 가지는 교체 단말을 선택한다(단계 S640)
예를 들어, 주파수 부 채널을 할당받은 단말들 가운데 단일 주파수 부 채널만 할당받은 제2 단말들의 집합을
Figure 112011015927066-pat00025
, 제2 단말
Figure 112011015927066-pat00026
에게 할당된 제2 주파수 부 채널을
Figure 112011015927066-pat00027
라 하는 경우 제2 전송률은
Figure 112011015927066-pat00028
, 제2 단말
Figure 112011015927066-pat00029
이 제2 주파수 부 채널
Figure 112011015927066-pat00030
를 할당받았을 경우의 전송률은
Figure 112011015927066-pat00031
와 같이 표현될 수 있다.
다음으로 제2 주파수 부 채널
Figure 112011015927066-pat00032
의 인접한 좌우 주파수 부 채널을 사용하고 있는 인접 단말이 있는 경우 좌측의 인접 단말은
Figure 112011015927066-pat00033
, 우측의 인접 단말은
Figure 112011015927066-pat00034
로 표현될 수 있다. 이어서, 단말
Figure 112011015927066-pat00035
및
Figure 112011015927066-pat00036
가 추가적으로 제2 주파수 부 채널
Figure 112011015927066-pat00037
를 할당받음으로써 얻는 인접 전송률 이득
Figure 112011015927066-pat00038
,
Figure 112011015927066-pat00039
를 계산하고, 그 중 큰 값을 인접 단말 할당 전송률 이득으로 선택한다. 인접 단말 전송률 이득은
Figure 112011015927066-pat00040
와 같이 표현할 수 있다.
이때, 제2 주파수 부 채널
Figure 112011015927066-pat00041
의 인접한 좌우 주파수 부 채널을 사용하고 있는 사용자가 없다면
Figure 112011015927066-pat00042
,
Figure 112011015927066-pat00043
은 0이며
Figure 112011015927066-pat00044
는 할당 가능한 주파수 부 채널의 집합
Figure 112011015927066-pat00045
에 추가된다.
따라서 제2 단말들에 각각 할당된 제2 주파수 부 채널들이 제1 주파수 부 채널로 교체되는 경우의 제2 단말 할당 전송률 이득은 하기의 수학식 6과 같이 표현될 수 있다.
[수학식 6]
Figure 112011015927066-pat00046
여기서
Figure 112011015927066-pat00047
는 제2 단말 할당 전송률 이득을 의미한다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 주파수 부 채널을 할당하는 과정의 일례를 도시한 도면이다.
도 7(a)를 참조하면 LFDMA 방식의 제한 조건에 의해 주파수 부 채널 6(706)을 할당받을 수 있는 단말은 단말 A 및 단말 B이다.
단말 A 및 단말 B 각각에 대해 주파수 부 채널 6(706)이 할당될 경우의 제1 전송률 이득을 구하게 되며, 단말 A가 더 큰 제1 전송률 이득인 제1 단말 할당 전송률 이득을 가지는 경우 단말 A를 제1 단말로 선택할 수 있다.
이어서, 단일 주파수 부 채널을 할당받은 단말 C, 단말 D 및 단말 E가 주파수 부 채널 6(706)을 할당받는 경우의 제2 단말 할당 전송률 이득을 계산하게 되며 그 중 가장 큰 값인 교체 단말 할당 전송률 이득을 가지는 교체 단말을 선택하게 된다.
도 7(b)를 참조하면, 단말 D에 주파수 부 채널 6(706)이 할당받는 경우를 가정하면, 단말 D가 사용하고 있는 주파수 부 채널 2(702)는 인접 부 채널인 주파수 부 채널 1(701)을 할당받은 단말 C 또는 주파수 부 채널 3(703)을 할당받은 단말 A에 할당될 수 있다.
따라서, 단말 A 또는 단말 C에 주파수 부 채널 2(702)이 할당될 경우의 인접 전송률 이득들을 계산하며 그 중 가장 큰 인접 전송률 이득을 가지는 단말에 주파수 부 채널 2(702)를 할당하게 된다.
도 7(c)를 참조하면, 주파수 부 채널 6(706)에 단말 D가 할당되며, 단말 D에 할당되어 있던 주파수 부 채널 2를 단말 C가 할당받은 경우의 일례를 도시한 도면으로서, 단말 A 또는 단말 B에 추가로 주파수 부 채널 6(706)을 할당하는 것이 성능 개선의 여지가 없음에도 LFDMA 방식의 제한 조건 때문에 단말 A 또는 단말 B에 주파수 부 채널 6(706)를 할당해야 하는 종래의 문제점을 해결하기 위해 단일 주파수 부 채널을 할당받은 단말 D에 주파수 부 채널 6(706)를 할당하고 단말 D에 할당 되어 있던 주파수 부 채널 2(702)를 단말 C에 할당할 수 있다.
따라서, 이러한 본 발명에 따른 주파수 부 채널의 할당 방법은 채널 환경이 좋은 단말에 강하게 채널이 편중되어 할당되는 것을 방지하고, 채널 환경이 좋지 않은 사용자들이 다수의 주파수 부 채널을 할당받는 문제를 해결함으로써 합 전송률을 최대화할 수 있다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 주파수 부 채널 할당 장치의 일례를 도시한 블록도이다.
도 8을 참조하면 주파수 부 채널 할당 장치(800)는 제1 단말 및 제2 주파수 부 채널 선택부(810), 교체 단말 선택부(820) 및 주파수 부 채널 할당부(830)을 포함한다.
제1 단말 및 제2 주파수 부 채널 선택부(810)는 제1 전송률 이득 계산부(811) 및 제1 선택부(813)를 포함할 수 있다.
제1 전송률 이득 계산부(811)는 복수의 단말(110)에 할당 가능한 주파수 부 채널들이 복수의 단말에 각각 할당될 경우의 제1 전송률 이득을 계산한다.
제1 선택부(813)는 제1 전송률 이득들 중 가장 큰 전송률 이득을 가지는 제1 단말 및 제1 주파수 부 채널을 선택한다.
이어서, 교체 단말 선택부(820)는 제2 전송률 계산부(821), 제2 단말 할당 전송률 이득 계산부(822), 인접 전송률 이득 계산부(823), 인접 단말 할당 전송률 이득 선택부(824), 제2 단말 할당 전송률 이득 계산부(825) 및 제2 선택부(826)을 포함할 수 있다.
제2 전송률 계산부(821)는 단일 주파수 부 채널을 할당받은 제2 단말들 각각이 상기 제1 주파수 부 채널을 할당받은 경우의 제2 전송률을 계산한다.
인접 전송률 이득 계산부(822)는 제2 주파수 부 채널들의 좌우 인접한 주파수 부 채널을 할당받은 인접 단말들이 존재하는 경우 인접 단말들이 제2 주파수 부 채널을 할당받은 경우의 인접 전송률 이득을 계산한다.
인접 단말 할당 전송률 이득 선택부(823)는 인접 전송률 이득들 중 가장 큰 값을 가지는 인접 전송률 이득을 인접 단말 할당 전송률 이득으로 선택한다.
제2 단말 할당 전송률 이득 계산부(824)는 제2 전송률, 인접 단말 할당 전송률 이득 및 제2 단말들이 제2 주파수 부 채널들을 할당받았을 경우의 전송률을 이용하여 제2 단말들 각각에 대한 제2 단말 할당 전송률 이득을 계산한다.
제2 선택부(825)는 제2 단말 할당 전송률 이득 중 가장 큰 값을 갖는 제2 단말을 교체 단말로 선택한다.
주파수 부 채널 할당부(830)는 제1 단말에 제1 주파수 부 채널이 할당된 경우의 제1 단말 할당 전송률 이득과 교체 단말에 제1 주파수 부 채널이 할당된 경우의 교체 단말 할당 전송률 이득을 비교하여 제1 주파수 부 채널을 제1 단말 또는 교체 단말에 할당한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 주파수 부 채널 할당부(830)는 제1 단말 할당 전송률 이득이 0이상인 경우에는 교체 단말을 선택하는 단계를 수행하지 않으며 제1 단말에 상기 제1 주파수 부 채널을 할당할 수 있다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 주파수 부 채널 할당 방법의 알고리즘의 일례를 도시한 도면이다.
도 9의 1-3, 20-21 과정은 제1 단말 및 제1 주파수 부 채널을 선택하여 제1 단말에 제1 주파수 부 채널을 할당하는 종래의 주파수 부 채널 할당 방법의 알고리즘이며 4-19 과정은 교체 단말을 선택하고, 제1 단말 할당 전송률 이득과 교체 단말 할당 전송률 이득을 비교하여 제1 주파수 부 채널을 할당하는 과정이 추가된 알고리즘의 일례이다.
주파수 부 채널을 스케줄링하기 전에는 단말들(110)은 할당받은 주파수 부 채널이 없고 모든 단말(110)들은 전체 주파수 부 채널을 할당받을 수 있다(도 9의 1과정)
따라서, 도 9의 3과정에서 첫 번째 주파수 부 채널을 할당할 때
Figure 112011015927066-pat00048
이므로 하기의 수학식 7과 같이 표현할 수 있으며, 수학식 7에 의해 최대의 전송률 이득을 얻을 수 있는 단말
Figure 112011015927066-pat00049
과 주파수 부 채널
Figure 112011015927066-pat00050
를 찾기 위해서 전체 주파수 대역의 부 채널들에 대한 전송률을 하기의 수학식 8과 같이 계산한다.
[수학식 7]
Figure 112011015927066-pat00051
[수학식 8]
Figure 112011015927066-pat00052
따라서 첫 번째 주파수 부 채널을 할당 때, 전체 주파수 대역의 단일 주파수 부 채널들에 대한 전송률을 계산하므로 알고리즘이 종료될 때까지 추가적인 계산 없이 사용할 수 있다. 결과적으로 내부 반복문에서 단말
Figure 112011015927066-pat00053
에게 주파수 부 채널
Figure 112011015927066-pat00054
를 할당함으로써 변경되는 전송률
Figure 112011015927066-pat00055
은 추가적인 계산이 필요 없고 주파수 부 채널을 재할당 함으로써 변경된 전송률
Figure 112011015927066-pat00056
은 추가적인 계산이 필요 없고 주파수 부 채널을 다시 재할당 함으로써 변경된 전송률을 구하기 위해서
Figure 112011015927066-pat00057
값만 계산한다. 따라서 종래의 기술에 비해 알고리즘의 복잡도는 크게 증가하지 않으며 기존 알고리즘과 유사함을 알 수 있다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 주파수 부 채널 할당 방법의 시뮬레이션 결과를 도시한 도면이다.
도 10을 참조하면, Conventional Scheme [1]은 종래의 주파수 부 채널 할당 방식으로서 62.5 Mbps의 합 전송률 성능을 보이며 Conventional Scheme [3]은 종래의 Channel Dependent 스케줄링 알고리즘, Conventional Scheme[4]은 종래의 RME(Recursive Maximum Expansion) 방법으로서 평균 58 Mbps의 합 전송률 성능을 보인다. 본 발명에서 제안한 주파수 부 채널 할당 방법의 경우 64 Mbps의 합 전송률 성능을 보이는바 기존의 방식보다 향상된 성능을 보임을 확인할 수 있다.
이상과 같이 본 발명에서는 구체적인 구성 요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.
100: 기지국 110: 단말
201: 주파수 부 채널 5 203: 주파수 부 채널 6
205: 주파수 부 채널 7
701: 주파수 부 채널 1 702: 주파수 부 채널 2
703: 주파수 부 채널 3 705: 주파수 부 채널 5
706: 주파수 부 채널 6 707: 주파수 부 채널 7
709: 주파수 부 채널 9
800: 주파수 부 채널 할당 장치
810: 제1 단말 및 제2 주파수 부 채널 선택부
811: 제1 전송률 이득 계산부 813: 제1 선택부
820: 교체 단말 선택부 821: 제2 전송률 계산부
822: 인접 전송률 이득 계산부
823: 인접 단말 할당 전송률 이득 선택부
824: 제2 단말 할당 전송률 이득 계산부
825: 제2 선택부
830: 주파수 부 채널 할당부

Claims (12)

  1. 상향링크 SC-FDMA 시스템에서 복수의 단말에 주파수 부 채널을 할당하는 방법에 있어서,
    복수의 단말 각각에 대해 할당 가능한 주파수 부 채널에 대한 전송률 이득을 계산하여, 상기 전송률 이득이 최대가 되는 제1 단말과 제1 주파수 부 채널을 선택하는 단계;
    단일 주파수 부 채널을 할당받은 제2 단말들에 각각 할당된 제2 주파수 부 채널이 상기 제1 주파수 부 채널로 교체되는 경우 최대 전송률 이득을 얻을 수 있는 제2 단말을 교체 단말로 선택하는 단계; 및
    상기 제1 단말에 상기 제1 주파수 부 채널이 할당된 경우의 제1 단말 할당 전송률 이득과 상기 교체 단말에 상기 제 1 주파수 부 채널이 할당된 경우의 교체 단말 할당 전송률 이득을 비교하여 상기 제1 주파수 부 채널을 상기 제1 단말 또는 상기 교체 단말에 할당하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 상향링크 SC-FDMA 시스템에서의 주파수 부 채널 할당 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 단말 및 제1 주파수 부 채널을 선택하는 단계는,
    상기 복수의 단말에 할당 가능한 주파수 부 채널들이 상기 복수의 단말에 각각 할당될 경우의 제1 전송률 이득들을 계산하는 단계; 및
    상기 제1 전송률 이득들 중 가장 큰 전송률 이득을 가지는 상기 제1 단말 및 상기 제1 주파수 부 채널을 선택하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 상향링크 SC-FDMA 시스템에서의 주파수 부 채널 할당 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제1 전송률 이득은
    상기 복수의 단말 중 어느 하나의 단말에 할당되어 있는 주파수 부 채널을 고려한 전송률 및 상기 어느 하나의 단말에 할당되어 있는 주파수 부 채널에 추가적으로 주파수 부 채널을 할당 하는 경우의 전송률을 이용하여 결정되는 것을 특징으로 하는 상향링크 SC-FDMA 시스템에서의 주파수 부 채널 할당 방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제1 전송률 이득은 하기의 수학식과 같이 표현되는 것을 특징으로 하는 상향링크 SC-FDMA 시스템에서의 주파수 부 채널 할당 방법.

    Figure 112011015927066-pat00058

    여기서,
    Figure 112011015927066-pat00059
    은 단말 m에 할당된 주파수 부 채널,
    Figure 112011015927066-pat00060
    은 단말 m에 할당된 주파수 부 채널
    Figure 112011015927066-pat00061
    을 고려한 전송률,
    Figure 112011015927066-pat00062
    는 단말 m이 할당받은 주파수 부 채널
    Figure 112011015927066-pat00063
    에 추가적으로 주파수 부 채널
    Figure 112011015927066-pat00064
    을 할당함으로써 얻는 전송률,
    Figure 112011015927066-pat00065
    는 단말 m에 할당 가능한 주파수 부 채널의 집합을 의미함.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 교체 단말을 선택하는 단계는
    상기 제2 단말들 각각이 상기 제1 주파수 부 채널을 할당받은 경우의 제2 전송률을 계산하는 단계;
    상기 제2 전송률 및 상기 제2 단말들이 상기 제2 주파수 부 채널들을 할당받았을 경우의 전송률을 이용하여 상기 제2 단말들 각각에 대한 제2 단말 할당 전송률 이득을 계산하는 단계; 및
    상기 제2 단말 할당 전송률 이득 중 가장 큰 값을 갖는 제2 단말을 교체 단말로 선택하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 상향링크 SC-FDMA 시스템에서의 주파수 부 채널 할당 방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제2 주파수 부 채널들의 좌우 인접한 주파수 부 채널을 할당받은 인접 단말들이 존재하는 경우
    상기 인접 단말들이 상기 제2 주파수 부 채널들을 할당받은 경우의 인접 전송률 이득들을 계산하고, 상기 인접 전송률 이득들 중 가장 큰 값을 가지는 인접 전송률 이득을 인접 단말 할당 전송률 이득으로 선택하는 단계를 더 포함하되,
    상기 제2 단말 할당 전송률 이득은 상기 인접 단말 할당 전송률 이득을 더 고려하여 계산되는 것을 특징으로 하는 상향링크 SC-FDMA 시스템에서의 주파수 부 채널 할당 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제2 단말 할당 전송률 이득은 하기의 수학식과 같이 표현되는 것을 특징으로 하는 상향링크 SC-FDMA 시스템에서의 주파수 부 채널 할당 방법.

    Figure 112011015927066-pat00066

    여기서,
    Figure 112011015927066-pat00067
    는 제2 단말
    Figure 112011015927066-pat00068
    에 제1 주파수 부 채널
    Figure 112011015927066-pat00069
    가 할당된 경우의 제2 전송률,
    Figure 112011015927066-pat00070
    는 제2 단말
    Figure 112011015927066-pat00071
    에 할당된 제2 주파수 부 채널,
    Figure 112011015927066-pat00072
    는 제2 단말
    Figure 112011015927066-pat00073
    에 제2 주파수 부 채널
    Figure 112011015927066-pat00074
    이 할당된 경우의 전송률,
    Figure 112011015927066-pat00075
    는 제2 주파수 부 채널과 인접한 주파수 부 채널을 할당받은 인접 단말에 제2 주파수 부 채널이 할당된 경우의 인접 전송률 이득 중 큰 값인 인접 단말 할당 전송률 이득,
    Figure 112011015927066-pat00076
    는 제2 단말 할당 전송률 이득을 각각 의미함.
  8. 제2항에 있어서,
    상기 제1 단말 할당 전송률 이득이 0 이상인 경우에는 상기 교체 단말을 선택하는 단계를 수행하지 않으며, 상기 제1 단말에 상기 제1 주파수 부 채널을 할당하는 것을 특징으로 하는 상향링크 SC-FDMA 시스템에서의 주파수 부 채널 할당 방법.
  9. 기지국에서의 복수의 단말에 대한 LFDMA 방식의 주파수 부 채널 할당 장치에 있어서,
    복수의 단말 각각에 대해 할당 가능한 주파수 부 채널에 대한 전송률 이득을 계산하여, 전송률 이득이 최대가 되는 제1 단말과 제1 주파수 부 채널을 선택하는 제1 단말 및 제1 주파수 부 채널 선택부;
    단일 주파수 부 채널을 할당받은 제2 단말들에 각각 할당된 제2 주파수 부 채널이 상기 제1 주파수 부 채널로 교체되는 경우 최대 전송률 이득을 얻을 수 있는 제2 단말을 교체 단말로 선택하는 교체 단말 선택부; 및
    상기 제1 단말에 상기 제1 주파수 부 채널이 할당된 경우의 제1 단말 할당 전송률 이득과 상기 교체 단말에 상기 제 1 주파수 부 채널이 할당된 경우의 교체 단말 할당 전송률 이득을 비교하여 상기 제1 주파수 부 채널을 상기 제1 단말 또는 상기 교체 단말에 할당하는 주파수 부 채널 할당부
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 상향링크 SC-FDMA 시스템에서의 주파수 부 채널 할당 장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 제1 단말 및 제1 주파수 부 채널을 선택부는,
    상기 복수의 부 채널 중 상기 복수의 단말에 할당 가능한 주파수 부 채널들이 상기 복수의 단말에 각각 할당될 경우의 제1 전송률 이득들을 계산하는 제1 전송률 이득 계산부; 및
    상기 제1 전송률 이득들 중 가장 큰 전송률 이득을 가지는 상기 제1 단말 및 상기 제1 주파수 부 채널을 선택하는 제1 선택부
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 상향링크 SC-FDMA 시스템에서의 주파수 부 채널 할당 장치.
  11. 제9항에 있어,
    상기 교체 단말을 선택부는
    상기 제2 단말들 각각이 상기 제1 주파수 부 채널을 할당받은 경우의 제2 전송률을 계산하는 제2 전송률 계산부;
    상기 제2 주파수 부 채널들과 인접한 주파수 부 채널을 할당받은 하나 이상의 인접 단말들이 있는 경우 상기 인접 단말들이 상기 주파수 부 채널들을 할당받은 경우의 인접 전송률 이득들을 계산하는 인접 전송률 이득 계산부;
    상기 인접 전송률 이득들 중 가장 큰 값을 가지는 인접 전송률 이득을 인접 단말 할당 전송률 이득으로 선택하는 인접 단말 할당 전송률 이득 선택부;
    상기 제2 전송률, 상기 인접 단말 할당 전송률 이득 및 상기 제2 단말들이 상기 제2 주파수 부 채널들을 할당받았을 경우의 전송률을 이용하여 상기 제2 단말들 각각에 대한 제2 단말 할당 전송률 이득을 계산하는 제2 단말 할당 전송률 이득 계산부; 및
    상기 제2 단말 할당 전송률 이득 중 가장 큰 값을 갖는 제2 단말을 교체 단말로 선택하는 제2 선택부
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 상향링크 SC-FDMA 시스템에서의 주파수 부 채널 할당 장치.
  12. 기지국에서의 복수의 단말에 대한 주파수 부 채널을 할당하기 위하여 디지털 처리 장치에 의 해 실행 될 수 있는 명령어들의 프로그램이 유형적으로 구현되어 있으며 디지털 처리 장치에 의해 판독될 수 있는 기록매체로서,
    복수의 단말 각각에 대해 할당 가능한 주파수 부 채널에 대한 전송률 이득을 계산하여, 전송률 이득이 최대가 되는 제1 단말과 제1 주파수 부 채널을 선택하는 단계;
    단일 주파수 부 채널을 할당받은 제2 단말들에 각각 할당된 제2 주파수 부 채널이 상기 제1 주파수 부 채널로 교체되는 경우 최대 전송률 이득을 얻을 수 있는 제2 단말을 교체 단말로 선택하는 단계; 및
    상기 제1 단말에 상기 제1 주파수 부 채널이 할당된 경우의 제1 단말 할당 전송률 이득과 상기 교체 단말에 상기 제 1 주파수 부 채널이 할당된 경우의 교체 단말 할당 전송률 이득을 비교하여 상기 제1 주파수 부 채널을 상기 제1 단말 또는 상기 교체 단말에 할당하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 프로그램이 기록된 기록매체.
KR1020110019583A 2011-03-04 2011-03-04 상향링크 ｓｃ-ｆｄｍａ 시스템에서의 주파수 부 채널 할당 방법 및 장치 KR101210115B1 (ko)

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김홍석 외 3명, "LTE 업링크 SC-FDMA에서의 스케쥴링 알고리즘,"2010년도 한국인터넷정보학회 추계학술발표대회 논문집 제11권2호(2010.12)*

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