KR101233177B1 - 통신 시스템에서의 적응적 피드백 수행 방법 및 이를구현하는 송수신기 - Google Patents

통신 시스템에서의 적응적 피드백 수행 방법 및 이를구현하는 송수신기 Download PDF

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Abstract

본 발명은 통신 시스템에서 피드백 정보량을 적응적으로 조절하여 전송하는 방법 및 이를 구현하는 송수신기에 관한 것이다. 종래의 통신 시스템이 사용자의 이동성 또는 채널의 변화량에 관계없이 고정 주기로 피드백 정보를 전송한 것에 비해, 본 발명은 채널 상태를 측정하여 채널의 변화량을 산출하고 이를 미리 설정된 임계값과 비교하는 방식으로 일정한 조건을 만족하는 경우에만 피드백 정보를 전송한다. 본 발명에 의하면 종래의 시스템에 비해 대동소이한 전송률(throughput)을 유지하면서도 피드백 정보의 전송량을 크게 줄일 수 있다. 또한, 사용자의 이동성에 따라 상기 임계값을 적응적으로 조절함으로써 전송률이 최대가 되도록 한다.
feedback, CQI, QoS, threshold, throughput

Description

통신 시스템에서의 적응적 피드백 수행 방법 및 이를 구현하는 송수신기{adaptive feedback method in communication system and tranceiver implementing the same}
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 통신 시스템의 송신기 구조를 나타낸 블록도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 통신 시스템의 수신기 구조를 나타낸 블록도이다.
도 3은 본 발명에 의한 피드백 정보 조절 방법의 수행 단계를 순차적으로 도시한 플로우챠트이다.
도 4는 본 발명에 의해 피드백 정보량이 감소한 모습을 도시한 그래프이다.
도 5는 본 발명의 통신 시스템과 종래의 통신 시스템과의 송신기 전송량을 비교한 그래프이다.
도 6은 본 실시예에 따른 피드백 전송 방법을 도시한 플로우챠트이다.
도 7은 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 수신기 구조를 나타낸 블록도이다.
도 8은 본 발명의 다른 일 실시예에 따라 피드백 정보량을 임의로 조절하는 경우를 도시한 그래프이다.
도 9는 피드백 정보량이 조절되기 전과 조절된 후의 송신기 전송량을 비교한 그래프이다.
본 발명은 통신 시스템에서 피드백 정보량을 적응적으로 조절하여 전송하는 방법 및 이를 구현하는 송수신기에 관한 것이다.
다양한 멀티 미디어 서비스, 고품질 서비스 등의 등장에 따라 정보 통신 서비스는 고속의 데이터 전송을 위해 효율적인 채널 운용과 더불어 QoS(quality of service)의 보장이 필수적으로 요구되고 있다.
이를 위해 채널 상태의 변화에 적합하게 전송 파라미터를 변화시키는 링크 적응 기법(Link adaptation) 등이 제안되었으며, 이를 통해 전송률과 주파수 효율을 증가시킬 수 있다. 상기 전송 파라미터로는 MCS 레벨(Modulation & Coding Selection Level), 전송 전력, Spreading Factor 등을 이용할 수 있다.
또한, 시스템 설계의 목표를 무한정 좋은 전송률의 구현에 두는 것은 비용상 불가능하므로 일정한 목표 전송률을 설정하고 각종 보완책을 통해 효율적인 시스템이 운용되도록 하는 것이 바람직하다. 상기 보완책으로 AMC(Adaptive Modulation and Coding), H-ARQ(Hybrid Automatic ReQuest), 전력 제어(Power Control) 등을 들 수 있다.
이 중에서 AMC는 단말들로부터 수신된 피드백 정보를 바탕으로 기지국이 변조 방식과 부호율을 결정하고 그에 따라 데이터율을 조절하는 채널 적응 방식의 전 송 기법이다. 이때, 피드백 정보로는 상술한 전송 파라미터들을 이용할 수 있다.
일반적으로, AMC를 비롯하여 피드백을 통해 시스템의 성능을 높이는 기법들은 데이터 전송이 수행될 때마다 수신단으로부터 채널 상태 및 사용자의 이동속도 등의 피드백 정보를 전송받는 경우에 최고의 성능을 발휘한다. 그러나, 전송시마다 매번 피드백 정보가 전송된다면 피드백 채널에 과부하가 발생하므로 특히 다중 접속 시스템에서 채널 자원을 효과적으로 분배할 수 없게 된다.
이러한 문제점을 해결하기 위해 종래에 채널 상황을 고려하지 않은 채 미리 설정된 주기에 따라 피드백을 수행하는 방식이 제안되었다. 그러나, 이러한 방식은 채널이나 사용자의 이동속도가 크게 변하지 않는 상황에서도 일정 주기가 되면 피드백 정보를 계산하여 전송해야 하므로 수신단 및 피드백 채널에 불필요한 부하가 발생한다. 또한, 상기 종래의 방식은 채널이나 사용자의 이동속도가 크게 변하는 상황에서도 일정 주기가 되지 않으면 피드백 정보를 전송받지 못하고 이전의 피드백 정보를 사용해야 하기 때문에 시스템의 열화가 발생한다.
따라서, 종래의 피드백 방식에 비해 송신단의 전송량(throughput)을 유지하면서도 피드백 되는 정보량을 효과적으로 줄이기 위한 방안이 요청된다.
본 발명은 위와 같은 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로서, 통신 시스템에서 맹목적으로 피드백 전송이 수행되는 것을 지양하고 일정한 조건이 만족되는 경우에만 피드백 전송이 수행되도록 하는 것을 그 목적으로 한다.
본 발명의 다른 목적은 사용자의 이동성을 고려하여 피드백 조건을 변경해 줌으로써 송신단에서 보다 효과적인 전송률이 구현되도록 하는 데에 있다.
본 발명의 일 양태는, 채널 상태를 측정하여 채널 파라미터를 결정하는 단계와, 상기 결정된 채널 파라미터와 이전에 결정된 채널 파라미터를 이용하여 채널 파라미터 변화량을 산출하는 단계 및 상기 채널 파라미터 변화량이 미리 설정된 임계값보다 크면 송신단에 소정의 피드백 정보를 전송하는 단계를 포함하는 통신 시스템에서의 적응적 피드백 정보 조절 방법에 관한 것이다. 여기서, 상기 채널 파라미터 변화량을 감안하여 상기 임계값을 조정하는 단계 또는 상기 미리 설정된 임계값을 특정 임계값으로 변경하는 단계가 더 포함될 수 있다. 여기서, 채널 파라미터라 함은 채널의 상태를 정량적으로 표현하기 위한 하나 이상의 채널 상태 관련 측정값을 포함하는 변수를 의미하며, 구체적으로는 채널 전력, SNR, SINR 등과 같은 채널 상태 관련 측정값들 중 어느 하나이거나 하나 이상의 측정값을 결합한 값일 수 있다.
본 발명의 다른 일 양태는, 채널 상태를 측정하여 채널 파라미터를 결정하는 측정 모듈과, 상기 결정된 채널 파라미터와 이전에 결정된 채널 파라미터를 이용하여 채널 파라미터 변화량을 산출하고, 채널 파라미터 변화량이 미리 설정된 임계값보다 크면 피드백 전송 제어신호를 송신하는 비교 모듈 및 상기 피드백 전송 제어신호가 수신되면 송신단에 소정의 피드백 정보를 전송하는 피드백 모듈을 포함하는 통신 시스템에서의 송수신 장치에 관한 것이다. 여기서, 상기 비교 모듈은 상기 산출된 채널 파라미터 변화량을 감안하여 상기 임계값을 조정하는 기능을 더 포함할 수 있으며, 상기 송수신 장치에는 상기 미리 설정된 임계값을 특정 임계값으로 변경하여 피드백 정보량을 조절하는 피드백 조절 모듈이 더 포함될 수 있다.
이하 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조 번호는 동일한 구성요소를 나타낸다.
이하의 기술은 다양한 통신 시스템에 사용될 수 있다. 통신 시스템은 음성, 패킷 데이터 등과 같은 다양한 통신 서비스를 제공하기 위해 널리 배치된다(deploy). 이 기술은 하향링크(downlink) 또는 상향링크(uplink)에 사용될 수 있다. 하향링크는 기지국(base station; BS)에서 단말기(mobile station; MS)로의 통신을 의미하며, 상향링크는 단말기에서 기지국으로의 통신을 의미한다. 기지국은 일반적으로 단말기와 통신하는 고정된 지점(fixed station)을 말하며, 노드-B(node-B), BTS(base transceiver system), 액세스 포인트(access point) 등 다른 용어(terminology)로 불릴 수 있다. 단말기는 고정되거나 이동성을 가질 수 있으며, UE(user equipment), UT(user terminal), SS(subscriber station), 무선기기(wireless device) 등 다른 용어로 불릴 수 있다.
본 발명은 싱글-캐리어 또는 멀티-캐리어 통신 시스템에 사용될 수 있다. 멀티-캐리어 시스템은 OFDM(orthogonal frequency division multiplexing)이나 다른 멀티-캐리어 변조 기법을 활용할 수 있다. OFDM은 전체 시스템 대역폭을 다수의 직교 주파수 서브밴드(또는 반송파)로 나눈다. 싱글-캐리어 시스템은 SC-CDMA(single-carrier frequency division multiple access), CDMA(code division multiple access) 등 싱글-캐리어 변조 기법을 활용할 수 있다.
<기본 실시예>
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 통신 시스템의 송신기 구조를 나타낸 블록도이다.
일반적으로 통신 시스템은 송신기(transmitter)와 수신기(receiver)를 포함한다. 여기서, 송신기와 수신기는 송신 기능과 수신 기능을 모두 수행하는 송수신기(transceiver)라 할 수 있다. 다만, 피드백에 관한 설명을 명확하게 하기 위해 일반 데이터의 전송을 담당하는 일방을 송신기라 하고, 송신기로 피드백 데이터를 전송하는 타방을 수신기라 한다.
하향링크에서 송신기는 기지국의 일부분(part)일 수 있고, 수신기는 단말기의 일부분일 수 있다. 상향링크에서 송신기는 단말기의 일부분일 수 있고, 수신기는 기지국의 일부분일 수 있다. 기지국은 다수의 수신기와 다수의 송신기를 포함할 수 있다. 단말기는 다수의 수신기와 다수의 송신기를 포함할 수 있다.
도 1에서, 송신기(100)는 채널 인코더(channel encoder; 110), 맵퍼(adaptive mapper, 120), 변조기(modulator; 130), 메모리(memory; 140), 제어기(controller; 150) 및 수신회로(receive circuitory; 160)를 포함한다.
채널 인코더(110)는 소정의 정보 비트들(stream of information bits)을 입력받고, 이들을 정해진 코딩 방식에 따라 인코딩하여 부호화된 데이터(coded data)를 형성한다. 정보 비트들은 텍스트, 음성, 영상 또는 기타 데이터를 포함할 수 있다. 채널 인코더(110)는 정보 비트들 각각에 CRC(cyclic redundancy check)와 같은 에러 검출 비트들을 추가하고, 에러 정정을 위한 여분의 코드를 추가할 수 있다. 에러 정정 코드는 터보 부호(turbo code), LDPC(low density parity check code) 및 기타 길쌈(convolution) 부호 중 어느 하나일 수 있으며 이에 한정하지 않고 에러 정정을 수행하는 타 부호가 이에 해당할 수 있다.
맵퍼(120)는 정보 비트 스트림의 부호화된 데이터를 미리 정해진 변조 방식(modulation scheme)에 따라 변조하여, 전송 심벌들을 제공한다. 부호화된 데이터는 맵퍼(120)에 의해 진폭과 위상 성상(constellation)에 따른 위치를 표현하는 심벌들로 맵핑된다. 변조 방식에는 제한이 없으며, m-PSK(m-quadrature phase shift keying) 또는 m-QAM(m-quadrature amplitude modulation)일 수 있다. 예를 들어, m-PSK는 BPSK, QPSK 또는 8-PSK 일 수 있다. m-QAM은 16-QAM, 64-QAM 또는 256-QAM 일 수 있다.
변조기(130)는 전송 심벌을 다중 접속 변조(multiple access modulation) 방식에 따라 변조한다. 다중 접속 변조 방식에 대하여는 제한이 없으며, 잘 알려진 CDMA와 같은 싱글-캐리어 변조 방식이나 OFDM와 같은 멀티-캐리어 변조 방식을 채택할 수 있다.
수신회로(160)는 수신단으로부터 전송된 신호를 안테나를 통해 받아들이고 이를 디지털화하여 제어기(150)로 보낸다. 수신회로(160)에 수신된 신호로부터 추출된 정보에는 채널품질정보(channel quality information; CQI)가 포함될 수 있다. CQI는 수신단이 송신기(100)로 채널 환경이나 코딩 방식, 변조 방식에 대해 피드백하는 정보이며, 구체적으로는 특정 코딩율(coding rate) 및/또는 변조 방식(modulation scheme or modulation size)를 지정하기 위한 인덱스 정보가 이에 해당할 수 있다. 이와 같은 인덱스 정보로 MCS(Modulation and Coding Scheme) 레벨 인덱스가 이용될 수 있다.
메모리(140)에는 입력된 정보 비트들에 적용할 코딩율 항목, 변조 방식 항목 및 이들 항목들과 매칭되는 MCS 레벨 인덱스 항목을 하나 이상 구비하는 룩업 테이블이 저장된다.
제어기(150)는 송신기(100)의 전체적인 동작을 제어하며, 특히 UE 스케줄링 모듈(User Equipment scheduling module; 151), AMC 모듈(Adaptive Modulation and Coding module; 152) 및 할당 모듈(Allocation module; 153)을 포함한다.
UE 스케줄링 모듈(151)은 수신단으로부터 피드백된 정보에 포함된 소정의 식별 정보를 이용하여 데이터를 전송할 사용자 단말을 결정한다.
AMC 모듈(152)은 수신단으로부터의 피드백 정보를 이용하여, 입력된 정보 비트들에 적용할 코딩율 및 변조 방식을 결정한다. 이를 위해, AMC 모듈(152)은 피드백된 인덱스 정보(일 예로, MCS 레벨 인덱스)에 상응하는 특정 코딩율 및 변조 방식을 상기 룩업 테이블에서 선택한다.
할당 모듈(153)은 수신단으로부터 피드백된 채널 정보 및/또는 이동 속도 정보를 감안하여 차후 수행할 데이터 할당 방식을 결정한다. 데이터 할당 방식으로 사용자 데이터를 하나의 블록으로 묶어서 전송하는 localized 방식과, 사용자 데이터를 전체 부반송파 대역에 걸쳐 골고루 분포시켜 전송하는 distributed 방식을 이용할 수 있다. 이때, localized 방식과 distributed 방식은 양자 중 어느 하나를 선택하거나 양자를 조합하여 동시에 이용할 수 있다. 선택적으로, 할당 모듈(153) 은 수신단으로부터 데이터 할당 방식을 지정하는 인덱스를 피드백 받아 곧바로 특정 데이터 할당 방식을 결정할 수도 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 통신 시스템의 수신기 구조를 나타낸 블록도이다.
수신기(200)는 채널 디코더(channel decoder; 210), 디맵퍼(demapper; 220), 복조기(demodulator; 230), 메모리(memory; 240), 제어기(controller; 250), 송신회로(transmit circuitory; 260) 및 안테나를 포함한다.
안테나로부터 수신된 신호는 복조기(230)에 의해 복조되고, 디맵퍼(220)에 의해 다시 부호화된 데이터로 디맵핑된다. 또한, 디맵핑에 의해 부호화된 데이터는 채널 디코더(210)에 의해 디코딩된다. 여기서, 상기 디맵핑을 위한 제어 신호는 제어기(250)에 미리 설정될 수 있다. 또는, 상기 디맵핑 제어 신호는 송신기(100)로부터 수신받을 수도 있다.
제어기(250)는 수신기(200)의 전체적인 동작을 제어하고, 채널 파라미터를 측정하기 위한 측정 모듈(251), 채널 파라미터를 이용하여 피드백 정보 전송 여부를 판단하기 위한 비교 모듈(252) 및 송신기로 소정의 피드백 정보를 전송하기 위한 피드백 모듈(253)을 포함한다. 이하, 제어기(250)에서 수행되는 피드백 과정을 상세하게 설명한다. 참고로, 도 3은 본 발명에 의한 피드백 정보 조절 방법의 수행 단계를 순차적으로 도시한 플로우챠트이다.
측정 모듈(251)은 특정 채널의 부반송파에 대한 신호대잡음비(Signal to Noise Ratio; SNR)(또는 신호대간섭및잡음비, Signal to Inteference and Noise Ratio; SINR) 및/또는 해당 채널의 전력값(power) 등의 채널 상태를 측정하여 이를 채널 파라미터로 결정한다(S301). 선택적으로, 측정 모듈(251)은 모든 채널의 부반송파 또는 소정 개수의 부반송파로 이루어지는 부반송파 그룹들 각각에 대한 신호대잡음비 및/또는 전력값의 평균을 채널 파라미터로 결정한다(S301). 측정 모듈(251)이 신호대잡음비 또는 전력값 등을 측정할 수 있도록 송신기(100)로부터 수신되는 전송 심볼에는 파일롯 심볼이 포함될 수 있다.
상기 채널 파라미터로 전체 부반송파에 대한 신호대잡음비를 이용하는 경우, 해당 신호대잡음비는 다음의 수학식 1을 통해 측정될 수 있다.
Figure 112006086587868-pat00001
여기서, SNR은 모든 부반송파에 대하여 측정한 신호대잡음비의 평균값이고, N은 부반송파의 전체 개수를 의미하며, Hn은 n번째 부반송파의 채널 정보이다. 또한, Es는 평균 신호 에너지이고 σn 2은 잡음 에너지를 가리킨다.
비교 모듈(252)은 메모리(240)에 미리 저장된 채널 파라미터와 상기 측정된 채널 파라미터를 비교하여 채널 파라미터의 변화량을 산출하고(S302), 산출된 채널 파라미터 변화량이 메모리(240)에 미리 저장된 임계값(threshold)보다 크면(S303) 피드백 모듈(253)에게 피드백 전송 제어신호를 보낸다. 이와 같은 비교 모듈(252) 의 동작은 미리 설정된 주기에 의해 수행될 수 있으며, 이때의 주기는 통신 시스템이 허용하는 최대의 파라미터 변화 상황에서도 충분한 피드백 정보가 제공될 수 있는 정도로 짧게 설정되는 것이 바람직하다.
채널 파라미터로 채널 전력을 이용하는 경우, 비교 모듈(252)은 피드백 정보의 전송 여부를 결정하기 위하여 다음의 수학식 2를 일 예로 이용할 수 있다.
Figure 112006086587868-pat00002
채널 파라미터의 변화량은 현재 시점의 채널 파라미터와 미리 저장된 이전의 채널 파라미터의 차이로부터 산출된다. 이때, 미리 저장된 이전의 채널 파라미터는 바로 이전에 측정된 채널 파라미터일 수도 있고, 그보다 더 이전에 측정된 채널 파라미터일 수도 있으며, 이전에 측정된 일정 횟수의 채널 파라미터들을 평균한 값일 수도 있다. 또한, 이전의 채널 파라미터, 그보다 더 이전의 채널 파라미터 또는 이전에 측정된 일정 횟수의 채널 파라미터들에 소정의 가중치(weight)를 적용한 값일 수도 있다. 수학식 2는 k 시점의 채널 전력과 m회 이전에 측정된 채널 전력에 소정의 가중치 w를 적용한 것을 평균한 값과의 차이를 채널 전력의 변화량으로 하여 임계값과 비교하는 실시예를 나타낸다.
만약 채널 파라미터로 SNR(또는 SINR)을 이용하는 경우라면, 비교 모듈(252)은 피드백 정보의 전송 여부를 결정하기 위해 다음의 수학식 3 또는 수학식 4를 이 용할 수 있다. 이 경우 채널 전력뿐만 아니라 신호의 에너지 및 잡음 에너지를 고려하여야 하므로 구현이 다소 복잡해진다는 점을 감안하여야 한다.
Figure 112006086587868-pat00003
Figure 112006086587868-pat00004
여기서, SNR 값은 linear 도메인 및 log 도메인을 모두 고려할 수 있다.
수학식 3은 k 시점의 SNR과 미리 저장된 이전의 채널 파라미터로서 바로 이전 시점인 k-1 시점의 SNR과의 차이를 채널 파라미터 변화량으로 하여 임계값과 비교하는 실시예를 나타낸다. 수학식 4는 k 시점의 채널 전력과 m회 이전에 측정된 SNR에 소정의 가중치 w를 적용한 것을 평균한 값과의 차이를 채널 파라미터 변화량으로 하여 임계값과 비교하는 실시예를 나타낸다.
비교 모듈(252)에 있어서, 상기 임계값은 피드백 정보를 송신기(100)로 전송 할 것인지를 결정하기 위한 기준값으로서, 미리 설정된 정규화된 피드백 정보량(normalized feedback)과 목표 QoS(target Quality of Service) 그리고 사용자의 이동성 중 적어도 하나를 고려하여 책정된다. 이때, 상기 QoS로 프레임 에러율(frame error rate; FER)이 이용될 수 있다.
일반적으로 피드백 정보량이 많아질수록 FER가 낮아지고 피드백 정보량이 적을수록 FER이 높아지는 경향이 있으므로, 목표 QoS와 피드백 정보량 사이에 적절한 타협점(trade-off)이 필요하다. 그와 같은 타협점(trade-off)은 미리 정해진 정책(policy)이나 미리 정해진 이벤트의 발생에 따라 제어기(250)에 의해 변경될 수 있다.
피드백 모듈(253)은 비교 모듈(252)로부터 피드백 전송 제어신호가 수신되면 측정 모듈(251)로부터 전송받은 채널 파라미터 또는 해당 채널 파라미터를 이용하여 소정의 인덱스 정보를 결정하고(S304), 이를 송신회로(260)를 통해 송신기(100)로 전송한다(S305).
구체적으로, 피드백 모듈(253)은 비교 모듈(252)로부터 피드백 전송 제어신호가 수신되면, 측정 모듈(251)로부터 전송받은 측정 채널 파라미터를 이용하여 미리 설정된 목표 QoS(Quality of Service)에 최대한으로 근접할 수 있는 코딩율(coding rate) 및 변조 방식(modulation scheme or modulation size)을 결정하고, 그에 대응하는 소정의 인덱스 정보를 결정한다. 이러한 인덱스 정보에는 상기 측정된 채널 파라미터에 상응하는 MCS 레벨 인덱스(MCS level index)가 포함될 수 있으며, 특정 할당 방식(일 예로, distributed 방식 또는 localized 방식)을 지정 하는 할당 방식 인덱스(allocation index)가 더 포함될 수 있다.
피드백 모듈(253)은 메모리(240)의 링크 커브 테이블을 검색하여 상기 수학식 1을 통해 산출한 SNR 값에 대응하는 MCS 레벨 인덱스를 결정할 수 있다. 상기 링크 커브 테이블은 목표 QoS를 구현하기 위한 SNR 임계값(threshold)들을 실험을 통해 미리 구해놓은 데이터베이스로서, 하나 이상의 SNR 임계값 항목과 그에 대응하는 MCS 레벨 인덱스 항목을 포함한다. 선택적으로, 피드백 모듈(253)은 목표 QoS를 구현하기 위한 SNR 임계값(threshold)을 곧바로 송신기(100)로 전송할 수도 있다. 상기 QoS로 프레임 에러율(frame error rate; FER)이 이용될 수 있다.
또한, 피드백 모듈(253)은 송신회로(260)를 통해 피드백 정보를 전송하기 위해 일반적인 채널 인코딩, 변조 등을 수행할 수 있다.
도 4는 본 발명에 의해 피드백 정보량이 감소한 모습을 도시한 그래프이고, 도 5는 본 발명에 의해 피드백 정보량이 줄어든 통신 시스템과 종래의 통신 시스템과의 송신기 전송량을 비교한 그래프이다. 여기서, 도 4 및 도 5 모두 사용자의 이동속도는 10 km/h 이고, 피드백 주기는 10ms라 가정한다.
도 4를 참조하면, 종래의 통신 시스템에서 피드백되는 정보량을 정규화한 값을 1이라고 할 때 본 발명의 통신 시스템에서 임계값을 0.6으로 설정하여 피드백되는 정보량을 0.87 정도로 감소시켰음을 알 수 있다. 그리고, 도 5에 의하면 도 4에서 확인한 바와 같이 피드백 정보량이 줄어들었음에도 불구하고 종래의 통신 시스템에 비해 송신기의 전송률에 큰 차이가 없음을 알 수 있다. 따라서, 본 발명에 의하면 송신기의 전송 효율을 열화시키지 않으면서 피드백 정보량을 줄일 수 있으므 로 피드백 채널의 자원을 효과적으로 이용할 수 있게 된다.
<변형 실시예 1>
본 변형 실시예는 목표 QoS를 최대한으로 만족시키기 위해 사용자의 이동성에 따라 임계값을 적절하게 조정하는 방법을 제시한다. 본 실시예에서는 기본 실시예의 송신기(100) 및 수신기(200)가 동일하게 사용되며, 후술할 일부 구성에서 차이가 있을 뿐이다. 이하, 본 실시예에 따른 피드백 전송 방법을 상세히 설명한다. 참고로, 도 6은 본 실시예에 따른 피드백 전송 방법을 도시한 플로우챠트이다. 본 실시예에서는 상기 기본 실시예의 플로우챠트에서 S302-1 단계와 S302-2 단계가 더 추가되었으므로, 여기서는 추가된 단계에 대해서만 설명하기로 한다.
비교 모듈(252)에 있어서, 목표 QoS와 피드백 정보량 사이에 정해진 타협점에서 최대의 전송률(throughput)을 구현하기 위해서는 사용자의 이동성에 따라 임계값(threshold)을 적절히 조절해줄 필요가 있음이 실험적으로 증명되었다. 이 경우, 상기 임계값은 사용자의 이동성이 클수록 큰 값으로 설정하고 사용자의 이동성이 작을수록 작은 값으로 설정하는 것이 바람직하다.
일반적으로 사용자의 이동성이 커질수록 채널의 변화가 심해지므로 사용자 이동성은 채널 파라미터의 변화량과 비례한다고 볼 수 있다. 따라서, 비교 모듈(252)은 피드백을 수행할지 여부를 결정하기에 앞서 채널 파라미터의 변화량을 산출하여 사용자의 이동성을 추정하고(S302-1), 추정된 사용자 이동성을 고려하여 현재의 임계값을 적절한 특정 임계값으로 변경(S302-2)하는 것이 바람직하다.
비교 모듈(252)은 채널 파라미터 변화량과 그에 매칭되는 임계값으로 이루어 지는 임계값 매칭 테이블을 이용하여 현재의 임계값을 변경할 수도 있고, 현재의 채널 파라미터 변화량을 소정의 비례 공식에 대입하여 변경할 수도 있다. 이하, 비교 모듈(252)이 측정 모듈(251)에 의해 측정된 채널 파라미터를 이용하여 채널 파라미터의 변화량을 산출하고, 이로부터 사용자의 이동성을 추정하는 과정을 수식으로 알아보기로 한다.
채널 파라미터를 이용하여 채널 파라미터의 변화량을 산출하기 위한 일 예로서 아래의 수학식 5를 들 수 있다. 본 실시예에서는 채널 파라미터로 채널 전력을 이용한다고 가정한다.
Figure 112006086587868-pat00005
여기서,
Figure 112006086587868-pat00006
는 n번째 부반송파에 대한 추정 채널 전력을 가리키고,
Figure 112006086587868-pat00007
는 사용자의 이동에 따른 채널 전력의 변화량을 가리키며,
Figure 112006086587868-pat00008
는 채널의 평균 에너지를 가리킨다. ρ는 시간 변동(time-varying) 채널 환경에서 도플러 주파수(fd)와 시간 지연(τd)을 베셀함수(J0(.))에 대입하여 구한 변수로서, 사용자의 이동성이 커지면 그 값이 작아지고 사용자의 이동성이 작아지면 그 값이 커진다. ρ는 다음의 수학식 6을 통해 구할 수 있다. 참고로, ρ=1은 채널 정보가 완벽한 경우를 가리킨다.
Figure 112006086587868-pat00009
수학식 5와 수학식 6에 의해 채널 전력의 변화량을 구한 후, 다음의 수학식 6를 이용하여 사용자의 이동성을 추정할 수 있다.
Figure 112006086587868-pat00010
또한, 측정 모듈(251)은 수학식 5와 수학식 6에 의해 산출된 채널 파라미터의 변화량을 다음의 수학식 8에 대입하여 더욱 정확한 신호대잡음비를 측정할 수 있다.
Figure 112006086587868-pat00011
또한, 피드백 모듈(253)은 수학식 7에 의해 산출된 신호대잡음비를 이용하여 MCS 레벨 인덱스를 더욱 정확하게 산출할 수 있고, 할당 방식을 정확하게 결정하기 위한 기준값으로 이용할 수도 있다. 후자의 경우, 수학식 7에 의한 신호대잡음비를 이용하여 파라미터 변화량을 산출하고 이로 미루어 사용자의 이동성이 큰 것으로 판단되면 distributed 방식을 선택하고 사용자의 이동성이 작은 것으로 판단되면 localized 방식을 선택할 수 있다.
<변형 실시예 2>
본 변형 실시예는 수신기(200)에서 전송할 피드백 정보량을 조정하여 송신기(100)에서의 전송률(throughput)을 임의로 변경하는 방법을 제시한다. 본 실시예 역시 기본 실시예의 송신기(100) 및 수신기(200)가 동일하게 사용되며, 후술할 일부 구성에서 차이가 있을 뿐이다.
도 7은 변형 실시예 2에 따른 통신 시스템의 수신기 구조를 나타낸 블록도이다.
도 7을 참조하면, 수신기(200)는 피드백 전송량 제어신호가 수신됨에 따라 송신기(100)로 전송할 피드백 정보의 양을 증가 또는 감소시키는 피드백 조절 모듈(254)을 제어기(250)에 더 포함한다. 상기 피드백 전송량 제어신호는 수신기(200)의 입력부(도면에 미도시)를 통해 사용자로부터 직접 입력받을 수도 있고, 송신기(100)로부터 전송받을 수도 있다.
일반적으로 피드백 정보량이 증가하면 송신기(100)에서의 전송율(throughput)도 증가하고, 피드백 정보량이 감소하면 송신기(100)에서의 전송율(throughput)도 감소하는 경향이 있다. 따라서, 피드백 채널의 자원을 확보하기 위해 피드백 정보량을 줄이는 경우에는 송신기(100)의 전송율이 일정 부분 열화되는 것을 감수하여야 하며, 송신기(100)의 전송율을 우선시하여 피드백 정보량을 늘리는 경우에는 피드백 채널의 점유를 일정 부분 감수하여야 한다.
피드백 조절 모듈(254)는 피드백 정보량을 조절하기 위해 비교 모듈(252)에 서의 상기 비교 주기를 조절할 수 있다. 이 경우, 비교 주기가 커질수록 피드백 정보량은 줄어들 수 있다. 또한, 피드백 조절 모듈(254)는 피드백 정보량을 조절하기 위해 임계값을 조절할 수 있다. 이 경우, 임계값은 피드백 정보의 전송 여부를 판단하기 위한 기준값이므로 임계값을 크게 하면 피드백 정보량이 줄어들고 임계값을 작게 하면 피드백 정보량이 늘어나게 된다.
도 8은 피드백 정보량을 임의로 조절하는 경우를 도시한 그래프이고, 도 9는 피드백 정보량이 조절되기 전과 후의 송신기 전송량을 비교한 그래프이다. 여기서, 도 8 및 도 9 모두 사용자의 이동속도는 10 km/h 이고, 피드백 주기는 10ms라 가정한다.
도 8을 참조하면, 종래의 통신 시스템에서 피드백되는 정보량을 정규화한 값을 1이라고 할 때 본 발명의 통신 시스템에서 피드백되는 정보량은 기본 실시예에서 살펴본 바와 같이 1보다 작은 값이 된다. 여기서, 임계값을 0.7로 하였을 경우의 정규화된 피드백 정보량이 0.59 정도라 할 때, 송신기에서 좀더 만족스러운 QoS를 얻기 위해 임계값을 0.6으로 조정하여 피드백되는 정보량을 0.87 정도로 높여준다고 가정한다.
도 9를 참조하면, 도 8에 의해 피드백 정보량을 증가시킴에 따라 송신기에서의 전송량이 SNR 15dB 부근에서부터 이전의 경우보다 양호하게 변화함을 확인할 수 있다.
<변형 실시예 3>
본 변형 실시예는 사용자의 이동성이 커질수록 피드백되는 정보량을 점차적 으로 늘려 전송률을 최대로 유지할 수 있도록 수신기(200)에서의 임계값을 점진적으로 증가시키고, 그 반대의 경우 임계값을 점진적으로 감소시키는 방법을 제시한다. 본 실시예 역시 기본 실시예의 송신기(100) 및 수신기(200)가 동일하게 사용되며, 후술할 일부 구성에서 차이가 있을 뿐이다.
일반적으로 사용자의 이동성이 커지면 채널의 변화량이 많아지므로 동일한 QoS를 유지하기 위해서는 요구되는 피드백 정보량도 많아지고, 반대로 사용자의 이동성이 작아지면 채널의 변화량도 적어지므로 동일한 QoS를 유지하기 위해서는 바로 이전의 피드백 정보를 그대로 사용해도 되고 따라서 요구되는 피드백 정보량도 적어진다. 따라서, 본 실시예에서는 사용자의 이동성을 고려하여 수신기(200)에서의 임계값을 적절히 조절해주는 것을 주된 내용으로 한다.
본 실시예에서, 수신기(200)의 비교 모듈(253)은 채널 파라미터 변화량이 임계값보다 큰 경우 피드백 모듈(253)에 피드백 전송 제어신호를 보내는 것 이외에, 현재의 채널 파라미터 변화량이 이전의 채널 파라미터 변화량보다 큰 경우 임계값을 소정 단위로 감소시켜 차후 피드백되는 정보량이 차츰 증가하도록 하는 기능을 더 구비한다. 또한, 비교 모듈(253)은 현재의 채널 파라미터 변화량이 이전의 채널 파라미터 변화량보다 작은 경우, 임계값을 소정 단위로 증가시켜 차후 피드백되는 정보량이 차츰 감소하도록 한다. 상기 증가 또는 감소하는 임계값의 단위는 수신기(200)에 미리 설정된 값일 수도 있고, 송신기(100)로부터 전송받은 값일 수도 있다.
이상 설명한 변형 실시예들은 독립적으로 실시될 수도 있으나 필요에 따라 서로 결합되어 실시될 수도 있음은 본 발명이 속한 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 자명하게 알 수 있을 것이다. 또한, 상술한 내용들은 본 발명의 기술사상을 일탈하지 않는 범위 내에서 다양한 치환, 변형 및 변경이 가능하므로 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니다.
본 발명에 의하면, 일정한 조건이 만족되는 경우에만 피드백 전송을 수행하므로 종래의 송신단 전송률을 대동소이하게 유지하면서도 피드백 채널의 자원을 절약할 수 있다. 또한, 사용자의 이동성을 고려하여 피드백 조건을 변경할 수 있으므로 송신단에서 최적의 전송률을 구현할 수 있다.

Claims (12)

  1. 통신 시스템의 수신단에서 피드백 정보량을 조절하는 방법에 있어서,
    채널 상태를 측정하여 채널 파라미터를 결정하는 단계;
    상기 결정된 채널 파라미터와 이전에 결정된 채널 파라미터를 이용하여 채널 파라미터 변화량을 산출하는 단계;
    상기 채널 파라미터 변화량이 미리 설정된 임계값보다 크면 송신단에 소정의 피드백 정보를 전송하는 단계; 및
    상기 채널 파라미터 변화량을 감안하여 상기 임계값을 조정하는 단계
    를 포함하는 통신 시스템에서의 적응적 피드백 정보 조절 방법.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 임계값의 조정은 상기 채널 파라미터 변화량이 증가하면 상기 임계값을 증가시키고, 상기 채널 파라미터 변화량이 감소하면 상기 임계값을 감소시키는 방식으로 수행되는 통신 시스템에서의 적응적 피드백 정보 조절 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 미리 설정된 임계값을 특정 임계값으로 변경하는 단계를 더 포함하는 통신 시스템에서의 적응적 피드백 정보 조절 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 채널 상태는 해당 채널의 전력값인 통신 시스템에서의 적응적 피드백 정보 조절 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 채널 상태는 해당 채널의 신호대잡음비인 통신 시스템에서의 적응적 피드백 정보 조절 방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 피드백 정보는 변조 방식(modulation scheme) 및 코딩율(coding rate)중 적어도 하나를 지정하는 통신 시스템에서의 적응적 피드백 정보 조절 방법.
  8. 통신 시스템에서 피드백 정보량을 조절하는 송수신 장치에 있어서,
    채널 상태를 측정하여 채널 파라미터를 결정하는 측정 모듈;
    상기 결정된 채널 파라미터와 이전에 결정된 채널 파라미터를 이용하여 채널 파라미터 변화량을 산출하고, 채널 파라미터 변화량이 미리 설정된 임계값보다 크면 피드백 전송 제어신호를 송신하는 비교 모듈; 및
    상기 피드백 전송 제어신호가 수신되면 송신단에 소정의 피드백 정보를 전송하는 피드백 모듈을 포함하되,
    상기 비교 모듈은 상기 산출된 채널 파라미터 변화량을 감안하여 상기 임계값을 조정하는 기능을 더 포함하는,
    통신 시스템에서의 송수신 장치.
  9. 삭제
  10. 제8항에 있어서,
    상기 비교 모듈은 상기 채널 파라미터 변화량이 증가할수록 상기 임계값을 점차적으로 감소시키고, 상기 채널 파라미터 변화량이 감소할수록 상기 임계값을 점차적으로 증가시키는 방식으로 상기 임계값을 조정하는 통신 시스템에서의 송수신 장치.
  11. 제8항에 있어서,
    상기 미리 설정된 임계값을 특정 임계값으로 변경하여 피드백 정보량을 조절하는 피드백 조절 모듈을 더 포함하는 통신 시스템에서의 송수신 장치.
  12. 제8항에 있어서,
    상기 피드백 정보는 변조 방식(modulation scheme) 및 코딩율(coding rate) 중 적어도 하나를 지정하는 통신 시스템에서의 송수신 장치.
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