KR101214642B1

KR101214642B1 - 적응적 안테나 시스템에서 무선 자원 할당을 위한 장치 및방법

Info

Publication number: KR101214642B1
Application number: KR1020050117466A
Authority: KR
Inventors: 이병하; 김남기
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2005-12-05
Filing date: 2005-12-05
Publication date: 2012-12-21
Also published as: KR20070058774A

Abstract

본 발명은 적응적 안테나 시스템에서 무선 자원 할당을 위한 장치 및 방법에 관한 것으로서, 물리 무선 자원을 소정 개수의 논리 지역 자원과 각 논리 지역 자원에 대한 소정 개수의 논리 공간 자원으로 분할하는 과정과, 빈 논리 자원 혹은 미할당 데이터 셋이 존재할 시, 가장 수신 강도가 높은 미할당 논리 지역 자원과 스케줄링 셋에서 가장 높은 우선 순위의 단말을 선택하고, 상기 선택된 단말을 상기 선택된 논리 지역 자원에 할당하기 위해 필요한 논리 공간 자원을 계산하는 과정과, 상기 계산된 논리 공간 자원 수가 상기 선택된 논리 지역 자원의 빈 공간 자원보다 작거나 같을 시, 상기 선택된 논리 지역 자원에 상기 선택된 단말을 할당하고, 상기 할당된 단말을 상기 스케줄링 셋에서 제거하는 과정과, 상기 빈 논리 자원 혹은 미할당 데이터 셋이 존재하지 않을 시, 상기 논리 자원을 실제 물리 무선 자원으로 할당하는 과정을 포함하여, 동적 수신 CINR의 변화를 막아 사용자의 서비스 품질을 만족시키고, 시스템의 성능 향상을 유도할 수 있는 이점이 있다.

SDMA, 적응 안테나, CINR, 무선 자원 할당

Description

적응적 안테나 시스템에서 무선 자원 할당을 위한 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR ALLOCATING RADIO RESOURCE IN ADAPTIVE ANTENNA SYSTEM}

도 1은 본 발명에 따른 IEEE 802.16 WirelessMAN 기반의 적응적 안테나 시스템(Adaptive Antenna System)에서 하향링크 프레임의 구조를 도시한 도면,

도 2는 본 발명에 따른 적응적 안테나 시스템(Adaptive Antenna System)에서 기지국의 구성을 도시한 도면,

도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 적응적 안테나 시스템(Adaptive Antenna System)에서 기지국의 무선 자원 할당 방법을 도시한 도면,

도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 적응적 안테나 시스템(Adaptive Antenna System)에서 기지국의 무선 자원 정렬의 예를 도시한 예시도, 및

도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 적응적 안테나 시스템(Adaptive Antenna System)에서 기지국의 무선 자원 할당 방법의 예를 도시한 예시도.

본 발명은 적응적 안테나 시스템에 관한 것으로, 특히, 무선 자원 할당을 위한 장치 및 방법에 관한 것이다.

IEEE 802.16 WirelessMAN 표준은 적응적 안테나 시스템(Adative Anntena System)에서 공간 분할 다중 접속(Space Division Multiple Access) 방식을 사용할 수 있게 규격화되고 있다. 상기 공간 분할 다중 접속 방식은 빔(Beam)을 형성할 수 있는 지향성 안테나(Directional Antenna)를 이용하여 같은 주파수와 같은 시간에 위치하는 무선 자원을 동시에 다수의 단말에게 할당해 주는 방식으로, 단말이 여러 개 존재할 때 시스템 용량을 획기적으로 증가시킬 수 있는 무선 통신 기술이다.

도 1은 본 발명에 따른 IEEE 802.16 WirelessMAN 기반의 적응적 안테나 시스템(Adaptive Antenna System)에서 하향링크 프레임의 구조를 도시한 도면이다. 상기 도 1을 참조하면, 상기 적응적 안테나 시스템(Adaptive Antenna System : 이하 'AAS'라 칭함) 영역(110, 120, 130)은 무선 자원에 대해 공간 분할 다중 할당이 가능하다. 따라서, AAS 트래픽 #0(110)에 해당하는 무선 자원은 복수 개의 단말들(111, 113, 115)에게 동시에 할당할 수 있으며, AAS 트래픽 #1(120), AAS 트래픽 #2(130)에 해당하는 무선 자원들도 복수 개의 단말들에게 동시에 할당할 수 있다.

한편, 상기 IEEE 802.16 WirelessMAN 시스템에서 단말은 프레임 프리엠블 심볼(Frame Preamble Symbol)(100)을 이용해 측정한 수신 신호 대 잡음 비(Carrier to Interference and Noise Ratio : 이하 'CINR'라 칭함) 값을 채널 품질 지시자(Channel Quality Indicator : 이하 'CQI'라 칭함) 채널을 통해 기지국에 알리고, 상기 기지국은 상기 CQI 채널을 통해 상기 단말의 수신 신호 품질을 계측한다. 하 지만, 상기 기지국이 상기 CQI 채널을 통해 수신하는 상기 CINR 값은 빔 형성 전 단말이 수신하는 CINR 값으로, 상기 적응적 안테나를 이용해 빔을 형성한 후 단말이 받을 수신 CINR 값과는 차이가 있다. 따라서, 기지국은 단말의 수신 신호 품질 예측 시, 빔 형성에 의해 발생하는 단말의 수신 CINR 값 차이를 보상할 필요가 있다.

또한, 상기 적응적 안테나 시스템에서 공간 분할 다중 접속 방식을 사용할 경우, 기지국은 같은 주파수와 같은 시간에 위치해 있는 무선 자원을 하나 이상의 단말에게 중복으로 할당할 수 있다. 이 경우, 빔 형성 시, 상기 무선 자원을 중복으로 할당받은 상기 단말들 간에 상호 공간적 간섭(correlation)이 일어날 수 있고, 상기 공간 간섭은 상기 단말들이 성공적으로 자기 수신 신호를 추출해 내는 것을 어렵게 만들 수 있다.

여기서, 상기 단말의 수신 신호는 상기 단말 간의 간섭뿐만 아니라 기지국이 각 단말로 보내는 송신 전력에 의해서도 크게 영향을 받는다. 기지국이 하나의 단말로 특정 위치의 무선 자원을 할당할 경우, 상기 기지국의 총 송신 전력은 상기 단말로 모두 전송된다. 하지만, 상기 기지국이 특정 자원을 여러 단말에게 중복 할당할 경우, 상기 기지국에서 각 단말로 전송되는 송신 전력은 상기 기지국의 총 송신 전력을 상기 단말들의 개수로 나눈 값으로 감소된다. 상기 송신 전력이 감소되면, 상기 각 단말들의 수신 CINR 값도 상기 송신 전력에 비례하여 작아지고, 상기 수신 CINR 값이 작아지면, 상기 수신 CINR을 이용하여 상기 기지국이 결정하는 상기 각 단말들의 MCS 레벨도 낮아지게 되며, 결국, 상기 단말들의 수신 데이터 양이 줄어들게 된다. 따라서, 상기 적응적 안테나 시스템에서는 상기 빔 형성에 따른 수신 CINR 값 보상뿐 아니라 무선 자원 할당 형성에 따른 수신 CINR 값 보상도 필요하다.

한편, 상기 적응적 안테나 시스템에서 효율적인 무선 자원 할당은 해당 프레임에서 서비스를 받아야 하는 대상 단말을 선정하는 스케줄러와 매우 밀접한 관계를 가지고 있다. 기지국 스케줄러는 사용자가 받고자 하는 서비스의 종류, 예를 들어, UGS(Unsolicited Grant Service), RT-VR(Real Time Variable bit Rate), NRT(Non-Real_Time), Best Effort(BE) 등에 따라 각기 다른 자원 할당 정책을 통해 상기 서비스 대상 단말을 결정한다. 이때, 상기 스케줄러는 무선 자원을 보다 효율적으로 사용할 수 있는 단말을 먼저 자원 할당 대상으로 결정함으로써, 사용자의 서비스 품질뿐만 아니라 전체 무선 시스템의 성능을 극대화할 수 있다.

하지만, 상기 적응적 안테나 시스템에서 공간 분할 다중 접속 방식을 사용할 경우, 상기 단말이 가지는 무선 자원 사용의 효율성은 할당될 무선 자원의 위치와 상기 무선 자원을 할당받는 단말의 수에 의해 동적으로 변화한다. 그러므로, 상기 기지국은 서비스 대상 단말을 선정하여 실제로 자원을 할당하기 전에는 상기 단말이 가지는 무선 자원의 효율성을 예측하기가 어렵고, 이에 따라 사용자 서비스 품질을 만족하면서 동시에 시스템 성능을 극대화하는 스케줄링 알고리즘을 만들기란 매우 복잡하다. 따라서, 상기 적응적 안테나 시스템에서 사용자의 서비스 품질을 만족시키면서 스케줄링 알고리즘이 단순할 수 있도록 도와주고, 동시에 무선 자원 사용을 최대화하여 시스템 성능을 최적화할 수 있는 효율적인 무선 자원 할당 방안 이 필요하다.

따라서, 본 발명의 목적은 적응적 안테나 시스템에서 무선 자원 할당을 위한 장치 및 방법을 제공함에 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 적응적 안테나 시스템에서 빔 형성과 공간 분할 자원 할당에 따라 각 단말의 수신 CINR 값을 추정하는 장치 및 방법을 제공함에 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 적응적 안테나 시스템에서 예측된 CINR 값을 바탕으로 다수의 단말들에게 무선 자원을 할당하는 장치 및 방법을 제공함에 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 적응적 안테나 시스템에서 사용자의 서비스 품질과 무선 자원의 효율성을 고려하여 시스템 성능을 최적화할 수 있는 무선 자원 할당 장치 및 방법을 제공함에 있다.

상기 목적을 달성하기 위해 본 발명의 실시 예에 따르면, 적응적 안테나 시스템에서 무선 자원 할당 방법은, 물리 무선 자원을 소정 개수의 논리 지역 자원과 각 논리 지역 자원에 대한 소정 개수의 논리 공간 자원으로 분할하는 과정과, 빈 논리 자원 혹은 미할당 데이터 셋이 존재할 시, 가장 수신 강도가 높은 미할당 논리 지역 자원과 스케줄링 셋에서 가장 높은 우선 순위의 단말을 선택하고, 상기 선택된 단말을 상기 선택된 논리 지역 자원에 할당하기 위해 필요한 논리 공간 자원을 계산하는 과정과, 상기 계산된 논리 공간 자원 수가 상기 선택된 논리 지역 자 원의 빈 공간 자원보다 작거나 같을 시, 상기 선택된 논리 지역 자원에 상기 선택된 단말을 할당하고, 상기 할당된 단말을 상기 스케줄링 셋에서 제거하는 과정과,상기 빈 논리 자원 혹은 미할당 데이터 셋이 존재하지 않을 시, 상기 논리 자원을 실제 물리 무선 자원으로 할당하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위해 본 발명의 실시 예에 따르면, 적응적 안테나 시스템에서 무선 자원 할당 장치는, 물리 무선 자원을 주파수 축으로 분할하여 소정 개수의 논리 지역 자원을 생성하고, 상기 생성된 각 논리 지역 자원을 상기 시스템에서 지원하는 공간 분할 가능 최대 단말 수로 분할하여 소정 개수의 논리 공간 자원을 생성하는 분할부와, 스케줄링 셋에서 가장 높은 우선 순위의 단말을 선택하고, 단말이 할당되지 않은 논리 지역 자원 중 가장 수신 강도가 높은 논리 지역 자원을 선택하는 선택부와, 상기 단말의 수신 신호 대 잡음 및 간섭 비(Carrier to Interference and Noise Ratio : 이하 'CINR'이라 칭함) 값을 이용하여 상기 선택된 단말을 상기 선택된 논리 지역 자원에 할당하기 위해 필요한 논리 공간 자원을 계산하는 계산부와, 상기 계산된 논리 공간 자원 수와 상기 선택된 논리 지역 자원의 빈 공간 자원 수를 비교하고, 상기 계산된 논리 공간 자원 수가 상기 선택된 논리 지역 자원의 빈 공간 자원 수보다 작거나 같을 시, 상기 선택된 논리 지역 자원에 상기 선택된 단말을 할당한 후 상기 할당된 단말을 상기 스케줄링 셋에서 제거하고, 상기 계산된 논리 공간 자원 수가 상기 선택된 논리 지역 자원의 빈 공간 자원 수보다 클 시, 다음으로 수신 강도가 높은 논리 지역 자원을 선택하고, 상기 선택된 논리 지역 자원을 상기 계산부로 제공하는 비교부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

이하 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면의 참조와 함께 상세히 설명한다. 그리고, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단된 경우 그 상세한 설명은 생략한다.

이하, 본 발명은 적응적 안테나 시스템에서 무선 자원 할당을 위한 장치 및 방법에 대해 설명한다.

도 2는 본 발명에 따른 적응적 안테나 시스템에서 기지국의 구성을 도시한 도면이다. 상기 기지국(200)은 패킷 큐 관리부(201), 스케줄러(203), 무선 자원 관리부(205), 전송부(207), 수신 신호 품질 예측부(209)를 포함하여 구성된다.

상기 도 2를 참조하면, 상기 기지국(Base Station)(200)의 패킷 큐 관리부(Packet Queue Management Module)(201)는 상위에서 들어오는 하향링크 데이터(downlink data)를 저장하였다가 상기 스케줄러(203)로 제공하는 역할을 한다. 상기 패킷 큐 관리부(201)는 접속되는 무선 단말의 수만큼 버퍼를 구비할 수 있으며, 상기 버퍼에는 상기 무선 단말 각각에 송신되어야 할 패킷이 저장된다.

상기 스케줄러(Scheduler Module)(203)는 상기 큐 관리부(201)로부터 수신되는 상기 하향 데이터와 각 사용자에 따른 서비스 할당 정보를 이용하여 해당 프레임에서 할당받아야 할 데이터의 패킷 전송 우선 순위(priority)를 결정한다. 또한, 상기 결정된 우선 순위에 따라 해당 프레임에서 할당해야할 단말들과 상기 결정된 단말들에 대한 할당 데이터 양으로 구성되는 스케줄링 셋(Scheduler set)을 결정하여 스케줄링한다.

상기 무선 자원 관리부(Radio Resource Management Module)(205)는 상기 스케줄러(203)에 의해 정해진 우선 순위에 따라 상기 스케줄링된 단말들을 실제 물리적 무선 자원에 배당한다. 또한, 각 단말들에 대한 무선 자원 할당시, 상기 수신 신호 품질 예측부(209)로부터 입력되는 각 단말의 수신 CINR을 이용하여 상기 각 단말이 상기 수신 CINR을 유지하기 위해 필요한 송신 전력을 계산하고, 상기 계산된 송신 전력을 보상해주는 역할을 한다.

상기 전송부(Transmission Module)(207)는 상기 보상된 송신 전력으로 할당된 무선 자원에 각 단말의 데이터를 실어 해당 단말로 전송한다. 상기 수신 신호 품질 예측부(209)는 CQI 채널을 통해 수신되는 각 단말의 수신 CINR을 추정하고, 상기 추정한 각 단말의 수신 CINR을 상기 무선 자원 관리부(205)로 제공하는 역할을 한다.

도 3은 적응적 안테나 시스템에서 기지국의 무선 자원 할당 방법을 도시한 도면이다.

상기 도 3을 참조하면, 기지국(200)의 스케줄러(203)는 301단계에서 상위로부터 수신되는 각 사용자의 하향링크 데이터와 상기 각 사용자에 따른 서비스 할당 정보를 이용하여 해당 프레임에서 할당해야 할 데이터들의 패킷 전송 우선 순위(priority)를 계산한다. 또한, 상기 계산한 우선 순위에 따라, 무선 자원의 효율적 이용에 대한 고려 없이 상기 각 사용자의 서비스 정책에 의한 데이터 전송 정책만으로 해당 프레임에서 할당해야할 단말(들) t_i를 결정하고, 상기 결정된 단말(들)이 해당 프레임에서 할당받아야 할 데이터 양 d_i를 결정한다. 다시 말해, 해당 프레임에서 할당받아야 할 스케줄링 셋(Scheduler set) S = {(t₁, d₁), …, (t_i, d_i), …, (t_n, d_n)}를 결정하고, 상기 결정된 데이터 셋을 스케줄링한다. 이때, 상기 스케줄링 셋을 결정하기 위한 스케줄링 알고리즘은 각 서비스에 맞게 차별화하여 사용할 수 있으며, 해당 프레임에서 전송되어야 할 데이터 양도 반드시 전송되어야 할 데이터와 전송되어도 좋을 데이터 등으로 단계화하여 설정할 수도 있다.

이후, 상기 기지국(200)의 무선 자원 관리부(Radio Resource Management Module)(205)는 303단계에서 각 단말에게 효율적으로 무선 자원을 할당하기 위해 상기 물리 무선 자원(physical radio resource)을 논리 무선 자원(logical radio resource)으로 정렬(arrange)한다. 다시 말해, 상기 무선 자원을 i번째 지역 자원 RR_i와 상기 지역 자원에 따른 일정 크기의 공간 자원 RS_ij로 가상 분화하여 RR_i = (RS_i1, RS_i2, …, RS_in)으로 정렬한다. 이때, 상기 기지국의 송신 전력을 상기 공간 자원에 분할하여 할당하며, 상기 공간 자원이 가지는 송신 전력은 모두 같도록 설계한다. 따라서, 하나의 지역 자원에서 특정 단말에게 할당되는 공간 자원의 수는 해당 단말로의 데이터 전송시 필요한 기지국의 송신 전력 양을 나타낼 수 있다. 여기서, 상기 논리 지역 자원은 상기 물리 무선 자원을 주파수 축으로 분할한 자원이 며, 상기 i번째 지역 자원 RR_i 내의 공간 자원 RS_ij 개수는 시스템에서 지원하는 공간 분할 가능 최대 단말 수 N_sf와 같다. 도 4를 예로 들어 설명하면, 시스템에서 지원하는 공간 분할 가능 최대 단말의 수가 3일 시, 각 지역 자원 #0(400), #1(410), #2(420)는 각각의 공간 자원 #0, #1, #2로 나눠질 수 있다.

이후, 상기 기지국(200)의 무선 자원 관리부(205)는 305단계에서 상기 스케줄링된 데이터 셋 S에서 가장 높은 우선 순위를 가지는 단말 t_p를 선택하고, 빈 공간 자원이 있는 지역 자원 중에서 가장 좋은 수신 감도를 가지는 지역 자원 RR_k를 선택한다.

이후, 상기 기지국(200)의 무선 자원 관리부(205)는 307단계에서 상기 선택된 지역 자원 RR_k에 상기 선택된 단말 t_p를 할당할 경우, 상기 단말에 대한 할당 데이터 d_p를 보내기 위해 필요한 공간 자원 수 N_s를 계산한다. 상기 계산은 상기 기지국이 CQI 채널을 통해 상기 단말 t_p로부터 피드백(feedback)받은 상기 단말 t_p의 수신 CINR 값을 이용하여 계산할 수 있다. 즉, 상기 단말 t_p로 상기 할당 데이터 d_p를 상기 무선 자원에 실어 전송할 시, 상기 기지국(200)은 상기 단말 t_p의 수신 CINR 값을 유지시키기 위해 필요한 송신 전력을 계산할 수 있고, 상기 계산된 송신 전력을 이용하여 상기 필요한 공간 자원 수 N_s를 계산할 수 있다.

이후, 상기 기지국(200)의 무선 자원 관리부(205)는 309단계에서 상기 계산 된 필요 공간 자원 수 N_s가 상기 선택된 지역 자원 RR_k가 가지고 있는 빈 공간 자원 수보다 큰지 검사한다. 상기 계산된 필요 공간 자원 수 N_s가 상기 선택된 지역 자원 RR_k가 가지고 있는 빈 공간 자원 수보다 클 시, 상기 기지국(200)의 무선 자원 관리부(205)는 311단계로 진행하여 다음으로 수신 감도가 좋은 지역 자원을 선택하고, 307단계로 돌아가 상기 선택된 단말을 상기 선택된 지역 자원에 할당할 시 필요한 공간 자원을 계산한다.

상기 계산된 필요 공간 자원 수 N_s가 상기 선택된 지역 자원 RR_k가 가지고 있는 빈 공간 자원 수보다 작거나 같을 시, 상기 기지국(200)의 무선 자원 관리부(205)는 313단계로 진행하여 해당 공간 자원에 상기 선택된 단말 t_p를 할당하고, 상기 스케줄링 셋 S에서 상기 단말 t_p와 상기 단말에 할당된 전송량 d_p에 해당되는 패킷을 제거한다.

이후, 상기 기지국(200)의 무선 자원 관리부(205)는 315단계에서 빈 논리 자원과 미할당 데이터 셋이 있는지 검사한다. 상기 빈 논리 자원과 미할당 데이터 셋이 감지될 시, 상기 기지국(200)의 무선 자원 관리부(205)는 305단계로 돌아가 상기 과정을 반복하여 상기 빈 논리 자원에 단말을 재분배한다. 상기 빈 논리 자원과 미할당 데이터 셋이 감지되지 않을 시, 상기 기지국(200)의 무선 자원 관리부(205)는 모든 지역 자원 RR_i가 빈 공간 자원을 가지고 있지 않거나 혹은 더 이상 무선 자원의 할당을 요구하는 단말 t_i가 없음을 판단하고, 317단계로 진행하여 상기 가상적 으로 할당된 논리 무선 자원을 실제 물리 자원으로 할당한다. 여기서, 하나의 지역 자원에서 N_i개의 공간 자원을 할당받은 단말에 대해서는 N_i/N_sf만큼의 송신 전력을 보상한다. 즉, 같은 위치 지역 자원을 다수의 단말에게 할당함으로써 감소할 수 있는 송신 전력을 보상하여, 상기 각 단말이 항상 같은 수신 CINR을 가질 수 있도록 한다.

이후, 상기 기지국(200)의 전송부(207)는 319단계로 진행하여 상기 할당된 물리 자원에 실제 데이터를 매핑하고, 상기 보상된 송신 전력으로 상기 데이터를 해당 단말로 전송한다.

여기서, 도 5를 예로 들어 설명하면, 상기 스케줄러(203)에 의해 스케줄링된 데이터 셋은 S = {(단말 1, 할당 데이터 양 12B), (단말 2, 할당 데이터 양 12B),(단말 3, 할당 데이터 양 12B),(단말 4, 할당 데이터 양 12B)}이며, 상기 단말들(500, 510, 520, 530)의 우선 순위는 단말 1(500), 단말 2(510), 단말 3(520), 단말 4(530) 순으로 높은 우선 순위를 가진다. 이후, 상기 무선 자원 관리부(205)는 상기 물리 무선 자원을 논리 무선 자원으로 정렬한다. 여기서, 시스템에서 지원하는 공간 분할 가능 최대 단말의 수가 3일 시, 상기 논리 무선 자원은 지역 자원 #0, #1, #2이 각각 공간 자원 #0, #1, #2로 분할되어 정렬된다.

이후, 상기 무선 자원 관리부(205)는 상기 정렬된 지역 자원 중 가장 우수한 지역 자원 #0을 선택하고, 가장 높은 우선 순위의 단말 1(500)을 선택한다. 이때, CQI 채널을 통해 상기 기지국이 추정한 상기 단말 1(500)의 수신 CINR 값은 기지국 의 송신 전력 모두를 사용하여 상기 12Byte의 데이터를 전송하여야만 항상 같도록 유지될 수 있으므로, 상기 단말 1(500)은 상기 선택된 지역 자원 #0의 모든 공간 자원(501, 503, 505)을 사용한다. 이후, 다음으로 우선 순위가 높은 단말 2(510)과 비어있는 지역 자원 중 우수한 지역 자원 #1을 선택한다. 이때, 상기 CQI 채널을 통해 상기 기지국이 추정한 상기 단말 2(510)의 수신 CINR 값은 상기 기지국 송신 전력의 2/3만을 사용하여 상기 12Byte의 데이터를 전송하여도 항상 같도록 유지될 수 있으므로, 상기 단말 2(510)는 상기 선택된 지역 자원 #1 중 두 개의 공간 자원(507, 509)을 사용한다. 이후, 다음으로 우선 순위가 높은 단말 3(520)과 비어있는 지역 자원 중 우수한 지역 자원 #1을 선택한다. 이때, 상기 CQI 채널을 통해 상기 기지국이 추정한 상기 단말 3(520)의 수신 CINR 값은 상기 기지국 송신 전력의 1/3만을 사용하여 상기 12Byte의 데이터를 전송하여도 항상 같도록 유지될 수 있으므로, 상기 단말 3(520)은 상기 선택된 지역 자원 #1의 남아있는 공간 자원(511)을 사용한다. 마지막으로, 상기 단말 4(530)와 비어있는 지역 자원 #2를 선택한다. 이때, 상기 CQI 채널을 통해 상기 기지국이 추정한 상기 단말 4(530)의 수신 CINR 값은 상기 기지국 송신 전력의 2/3만을 사용하여 상기 12Byte의 데이터를 전송하여도 항상 같도록 유지될 수 있으므로, 상기 단말 4(530)는 상기 선택된 지역 자원 #2 중 두 개의 공간 자원(513, 515)을 사용한다.

이후, 상기 논리 자원을 실제 물리 무선 자원으로 할당하고, 해당 송신 전력으로 각 단말의 할당 데이터를 전송한다. 상기 단말 1(500)의 경우, 상기 논리 무선 자원(501, 503, 505)을 실제 물리 무선 자원(531)으로 할당하고, 상기 물리 무 선 자원에 매핑한 상기 단말(500)의 데이터를 기지국의 송신 전력을 모두 사용하여 상기 단말 1(500)로 전송한다. 또한, 상기 단말 2(510)의 경우, 상기 논리 무선 자원(507, 509)을 실제 물리 무선 자원(533)으로 할당하고, 상기 물리 무선 자원에 매핑한 상기 단말 2(510)의 데이터를 상기 기지국의 2/3의 송신 전력을 사용하여 상기 단말(510)로 전송한다. 같은 방법으로 상기 단말 3(520)과 단말 4(530)의 데이터를 해당 물리 무선 자원에 매핑하여 전송한다. 이로써, 같은 위치의 무선 자원에 할당된 다수의 단말이 받는 수신 CINR 값은 변함없이 유지될 수 있다.

여기서, 상기 기지국(200)이 상기 CQI 채널을 통해 각 단말의 수신 CINR 값을 추정하는 방법에 대해 설명하면 다음과 같다.

IEEE 802.16 WirelessMAN 규격에 따르면, 상기 단말은 프레임 프리엠블 (Frame Preamble)을 이용해 수신 CINR 값을 추정하고, 상기 추정한 수신 CINR 값을 업링크 CQI 채널을 통해 상기 기지국으로 전송한다. 상기 기지국은 상기 CQI 값을 토대로 비적응적 안테나 시스템(non Adaptive Antenna System : non AAS) 모드에서 상기 단말의 수신 CINR 값을 추정한다. 하지만, 적응적 안테나 시스템(Adaptive Antenna System : 이하 'AAS'라 칭함) 모드에서 상기 단말이 받을 수 있는 수신 CINR 값은 빔을 형성하는 안테나의 갯수와 같은 위치의 무선 자원을 사용하는 단말의 개수에 따라 달라진다. 다시 말해, 상기 AAS 모드에서 한 개 이상의 안테나를 사용하여 빔을 형성하게 되면, 상기 단말의 수신 CINR 값은 상기 빔 형성에 사용된 안테나의 개수에 비례해서 증가하게 된다. 예를 들어, 상기 빔 형성을 위한 기지국 송신 안테나가 네 개였다면, 상기 단말의 수신 CINR 값은 상기 빔 형성 이전의 수 신 CINR에 비해 대략 네 배 정도 증가하게 된다. 또한, 상기 기지국의 송신 전력은 한정되어 있기 때문에 상기 AAS 모드에서 주파수 축과 시간 축이 같은 위치 자원을 할당받은 단말의 수가 늘어나면, 각 단말에게 할당할 수 있는 송신 전력은 상기 할당된 단말의 수만큼 비례하여 감소하게 되고, 이에 따라 각 단말의 수신 CINR도 비례적으로 감소하게 된다. 예를 들어, 같은 위치의 무선 자원을 서로 다른 두 단말에게 할당할 경우, 각 단말의 수신 CINR은 상기 자원을 한 단말에게만 할당했을 때에 비해 두 배로 떨어지게 된다.

따라서, 적응적 안테나 시스템에서 빔 형성 및 공간 분할 다중 접속 방식을 사용할 때 각 단말의 수신 CINR 값은 상기 빔을 형성하는 안테나의 개수와 상기 같은 위치의 무선 자원을 사용하는 단말의 개수를 고려하여 추정할 수 있다. 여기서, 상기 각 단말의 수신 CINR 값은 하기 <수학식 1>을 이용하여 추정할 수 있다.

여기서, 상기 CINR_est는 기지국이 추정하는 단말의 수신 CINR 값을 나타내고, 상기 CINR_pre는 상기 단말이 프레임 프리엠블을 통해 추정한 수신 CINR 값을 나타낸다. 또한, 상기 N_ant는 빔 형성에 사용된 안테나 수를 나타내고, 상기 N_alloc는 공간 분할 할당시 실제 같은 위치의 무선 자원을 할당받은 단말의 수를 나타낸다. 만약, 시스템에서 빔 이득(Beam Gain)을 구할 수 있다면, 상기 N_ant 대신 상기 빔 이득 N_beam을 직접 구하여 사용함으로써 보다 정확히 상기 수신 CINR을 추정할 수도 있다.

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.

상술한 바와 같이, 본 발명은 IEEE 802.16 WirelessMAN 기반의 적응적 안테나 시스템에서 빔 형성과 공간 분할 자원 할당에 따라 각 단말의 수신 CINR 값을 추정하고, 상기 추정한 각 단말의 수신 CINR이 항상 유지될 수 있도록 각 단말의 송신 전력을 보상하여 상기 무선 자원을 할당함으로써, 무선 자원 할당 과정에서 생기는 동적 수신 CINR의 변화를 막고 효과적으로 무선 자원을 분배하여 사용자의 서비스 품질을 만족시킬 수 있고, 상기 각 단말이 수신할 CINR 값을 보다 정확히 추정하여 시스템의 성능 향상을 유도할 수 있는 이점이 있다. 또한, 스케줄링 알고리즘을 보다 단순하게 구현할 수 있으며, 나아가 기지국 스케줄러가 무선 자원의 할당에 대해 고려하지 않아도 시스템 성능을 최적화할 수 있고, 상기 사용자 서비스에 따라 다양한 스케줄링 알고리즘을 적용할 수 있는 이점이 있다.

Claims

적응적 안테나 시스템에서 무선 자원 할당 방법에 있어서,

논리 무선 자원을 소정 개수의 논리 지역 자원들로 분할하고, 각 논리 지역 자원을 소정 개수의 논리 공간 자원들로 분할하여 정렬하는 과정과,

빈 논리 공간 자원을 가지는 논리 지역 자원들중에서 가장 수신 감도가 높은 논리 지역 자원을 선택하고, 스케줄링 셋에서 가장 높은 우선 순위의 단말을 선택하는 과정과,

상기 선택된 단말이 할당된 데이터를 전송하기에 필요한 논리 공간 자원의 수를 계산하는 과정과,

상기 계산된 논리 공간 자원의 수가 상기 선택된 논리 지역 자원의 빈 논리 공간 자원의 수보다 작거나 같은 경우, 상기 선택된 논리 지역 자원의 빈 논리 공간 자원에 상기 선택된 단말을 할당하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제 1 항에 있어서, 상기 스케줄링 셋에 포함된 모든 단말들에 대해 혹은 상기 빈 논리 공간 자원이 존재하지 않을 때까지 상기 과정들을 반복적으로 수행하고, 상기 논리 무선 자원을 실제 물리 무선 자원으로 할당하는 과정을 더 포함함을 특징으로 하는 방법.
제 2 항에 있어서,

상기 스케줄링 셋은 해당 프레임에서 할당해야할 단말들과 상기 각 단말들이 해당 프레임에서 할당받아야 할 데이터 양으로 구성되는 것을 특징으로 하는 방법.
제 1 항에 있어서,

상기 논리 지역 자원은 상기 논리 무선 자원을 주파수 축으로 분할한 자원임을 특징으로 하는 방법.
제 1 항에 있어서,

상기 논리 공간 자원은 상기 논리 지역 자원을 상기 시스템에서 지원하는 공간 분할 가능 최대 단말 수로 분할한 자원임을 특징으로 하는 방법.
제 1 항에 있어서,

상기 논리 무선 자원은 동일한 크기의 논리 공간 자원으로 분할되는 것을 특징으로 하는 방법.
제 1 항에 있어서,

상기 필요한 논리 공간 자원의 수는 상기 단말의 수신 신호 대 잡음 및 간섭 비(CINR) 값을 이용하여 계산하는 것을 특징으로 하는 방법.
제 7 항에 있어서,

상기 단말의 수신 CINR 값은 하기 <수학식 2>를 이용하여 추정하는 것을 특징으로 하는 방법.

여기서, 상기 CINR_est는 기지국이 추정하는 단말의 수신 CINR 값을 나타내고, 상기 CINR_pre는 상기 단말이 프레임 프리엠블을 통해 추정한 수신 CINR 값을 나타낸다. 또한, 상기 N_ant는 빔 형성에 사용된 안테나 수를 나타내고, 상기 N_alloc는 공간 분할 할당시 실제 같은 위치의 무선 자원을 할당받은 단말의 수를 나타냄.
제 8 항에 있어서,

빔 이득을 계산하고, 상기 계산된 빔 이득을 상기 N_ant을 대신하여 사용하는 과정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제 7 항에 있어서,

상기 필요한 논리 공간 자원의 수는, 상기 단말로 상기 단말의 할당 데이터를 실제 물리 무선 자원에 실어 전송할 시 상기 단말의 수신 CINR 값을 유지시키기 위해 필요한 송신 전력을 이용하여 계산하는 것을 특징으로 하는 방법.
제 1 항에 있어서,

상기 계산된 논리 공간 자원 수가 상기 선택된 논리 지역 자원의 빈 공간 자원보다 클 시, 다음으로 수신 감도가 높은 논리 지역 자원을 선택하고, 상기 선택된 단말이 할당된 데이터를 전송하기에 필요한 논리 공간 자원을 계산하는 과정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제 2 항에 있어서,

기지국의 송신 전력을 상기 각 논리 지역 자원당 분할되는 논리 공간 자원들의 수로 분할하여 상기 논리 공간 자원들 각각에 할당하는 과정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제 12 항에 있어서,

상기 논리 무선 자원을 실제 물리 무선 자원으로 할당할 시, 상기 소정 개수의 논리 공간 자원을 할당받은 단말에 대해 상기 소정 개수의 논리 공간 자원에 할당된 송신 전력을 보상하는 과정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제 2 항에 있어서,

상기 실제 물리 무선 자원에 상기 각 단말의 데이터를 매핑한 후, 해당 단말로 전송하는 과정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
적응적 안테나 시스템에서 무선 자원 할당 장치에 있어서,

논리 무선 자원을 소정 개수의 논리 지역 자원들로 분할하고, 상기 분할된 각 논리 지역 자원들을 소정 개수의 논리 공간 자원들로 분할하는 분할부와,

스케줄링 셋에서 가장 높은 우선 순위의 단말을 선택하고, 빈 논리 공간 자원을 가지는 논리 지역 자원들중에서 가장 수신 감도가 높은 논리 지역 자원을 선택하는 선택부와,

상기 단말의 수신 신호 대 잡음 및 간섭 비(CINR) 값을 이용하여 상기 선택된 단말이 할당된 데이터를 전송하기에 필요한 논리 공간 자원의 수를 계산하는 계산부와,

상기 계산된 논리 공간 자원의 수와 상기 선택된 논리 지역 자원의 빈 논리 공간 자원의 수를 비교하고, 상기 계산된 논리 공간 자원의 수가 상기 선택된 논리 지역 자원의 빈 논리 공간 자원 수보다 작거나 같은 경우, 상기 선택된 논리 지역 자원의 빈 논리 공간 자원에 상기 선택된 단말을 할당하는 자원 할당부를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
제 15 항에 있어서, 상기 자원 할당부는,

상기 스케줄링 셋에 포함된 모든 단말들에 대해 혹은 상기 빈 논리 공간 자원이 존재하지 않을 때까지 자원 할당 동작을 수행하고, 상기 논리 무선 자원을 실제 물리 무선 자원으로 할당하는 것을 특징으로 하는 장치.
제 15 항에 있어서,

상위로부터 수신되는 각 단말의 하향링크 데이터와 상기 각 단말에 따른 서비스 할당 정보를 이용하여 해당 프레임에서 할당해야 할 데이터들의 스케줄링 우선 순위를 계산하고, 상기 계산된 우선 순위에 따라 해당 프레임에서 할당해야할 상기 스케줄링 셋을 결정하는 스케줄러를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
제 15 항에 있어서,

상기 단말의 수신 CINR 값은 하기 <수학식 3>을 이용하여 추정하는 것을 특징으로 하는 장치.

여기서, 상기 CINR_est는 기지국이 추정하는 단말의 수신 CINR 값을 나타내고, 상기 CINR_pre는 상기 단말이 프레임 프리엠블을 통해 추정한 수신 CINR 값을 나타낸다. 또한, 상기 N_ant는 빔 형성에 사용된 안테나 수를 나타내고, 상기 N_alloc는 공간 분할 할당시 실제 같은 위치의 무선 자원을 할당받은 단말의 수를 나타냄.
제 15 항에 있어서, 상기 계산부는,

상기 단말로 상기 단말의 할당 데이터를 실제 물리 무선 자원에 실어 전송할 시 상기 단말의 수신 CINR 값을 유지시키기 위해 필요한 송신 전력을 이용하여 상기 필요한 논리 공간 자원의 수를 계산하는 것을 특징으로 하는 장치.
삭제
제 16 항에 있어서, 상기 자원 할당부는,

기지국의 송신 전력을 상기 각 논리 지역 자원당 분할되는 논리 공간 자원들의 수로 분할하여 상기 논리 공간 자원들 각각에 할당하는 것을 특징으로 하는 장치.
제 21 항에 있어서, 상기 자원 할당부는,

상기 소정 개수의 논리 공간 자원을 할당받은 단말에 대해 상기 소정 개수의 논리 공간 자원에 할당된 송신 전력을 보상하고, 상기 논리 무선 자원을 실제 물리 무선 자원으로 할당하는 것을 특징으로 하는 장치.
제 15 항에 있어서,

채널 품질 지시자(Channel Quality Indicator : CQI) 채널을 통해 수신되는 각 단말의 수신 CINR을 추정하고, 상기 추정한 각 단말의 수신 CINR을 상기 계산부로 제공하는 수신 신호 품질 예측부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.