KR101239796B1 - 공간 분할 다중 접속 통신 장치 및 방법 - Google Patents

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본 발명은 공간 분할 다중 접속(SDMA: Space Division Multiple Access) 통신 시스템에서 다중 전송 채널을 통하여 다수의 사용자 단말기에게 데이터를 전송할 때 무선 공간 자원을 효율적으로 할당할 수 있는 장치 및 방법을 제공한다.
공간 분할 다중 접속, 다중 채널, 무선 자원, 데이터

Description

공간 분할 다중 접속 통신 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR SPACE DIVISION MULTIPLE ACCESS COMMUNICATION}
도 1은 본 발명에 따른 SDMA 통신 시스템의 기지국을 기능 모듈 별로 구성한 도면,
도 2는 본 발명에 따른 SDMA 통신 시스템에서 다중 전송 채널을 지원하는 경우의 데이터 전송 과정을 나타내는 도면,
도 3은 본 발명에 따른 SDMA 통신 시스템에서 무선 자원 요청-수락 할당 과정을 개념적으로 나타낸 도면,
도 4는 본 발명에 따른 SDMA 통신 시스템에서 사용자가 무선 자원 요청 단계에서 무선 자원 할당자를 선택하는 과정을 나타내는 흐름도,
도 5는 본 발명에 따른 SDMA 통신 시스템에서 자원할당자가 무선 자원 수락 단계에서 사용자를 선택하는 과정을 나타내는 흐름도,
도 6은 본 발명에 따른 무선 자원 할당 요구-수락 과정을 적용하는 SDMA 방식을 구현한 OFDM 통신 시스템 구성도이다.
본 발명은 공간 분할 다중 접속(SDMA: Space Division Multiple Access) 통신 시스템에서 다중 전송 채널을 통하여 다수의 사용자 단말기에게 데이터를 전송할 때 무선 자원을 효율적으로 할당할 수 있는 장치 및 방법을 제공한다
SDMA 시스템은 특정 방향으로 빔 (Beam)을 전송할 수 있는 적응적 안테나 (Adaptive Antenna)를 이용하여, 동일 주파수로 동일 시간에 무선 자원을 다수의 단말기에게 할당해 시스템 용량을 획기적으로 증가시키는 무선 통신 기술이다.
SDMA 시스템의 기지국으로부터 동일 주파수로 동일 시간에 무선 자원을 할당 받는 사용자 단말기는 기지국으로부터의 신호 수신에 영향을 받는 요소는 채널 상태에 따른 단말기가 요청한 요구 전력량과 다른 단말기와의 사이의 간섭이다.
여기에서 무선자원은 무선 공간 자원, 송신 전력 등을 의미한다.
기지국이 특정 데이터 전송에 사용할 수 있는 송신 전력은 시스템 전체 전력 한계 내에서 정할 수 있다. 따라서 동일 주파수로 동일 시간에 무선 자원을 할당 받는 단말기들의 채널 상태에 따라 한정되어 있는 송신 전력 자원을 효과적으로 분배해서 사용해야 시스템 효율을 증가시킬 수 있다. 그런데 기지국의 동일한 안테나로부터 데이터를 수신하는 경우에도 각 단말기가 가지는 채널 품질(channel quality)은 서로 다르기 때문에 일정한 데이터 량을 전송하기 위해 필요한 요구 전력량은 사용자 단말기에 따라 달라진다. 즉 채널 상태가 좋은 단말기는 보다 적은 송신 전력으로도 데이터를 수신할 수 있는데 반해 채널 상태가 나쁜 단말기기는 같 은 양의 데이터를 전송하기 위해 보다 많은 송신 전력을 요구하게 되는 것이다.
한편, 동일 주파수로 동일 시간에 무선 공간 자원을 할당 받기 위해서는 단말기 사이의 상호 간섭도 작아야 한다. 즉, SDMA 시스템에서 동일 주파수로 동일 시간에 무선 공간 자원을 할당 받은 단말기가 모두 성공적으로 데이터를 수신하기 위해서는 단말기 사이의 상호 공간 간섭이 작아야 한다. 그렇지 않고 공간적으로 서로 간섭이 큰 단말기들을 동일 주파수로 동일 시간에 무선 공간 자원을 할당하게 되면 상호 간섭으로 인해 수신 신호대간섭및잡음비(CINR: Carrier to Interference and Noise Ratio)가 작아져 무선 공간 자원을 할당 받은 단말기들이 수신 신호를 정확하게 검출하지 못해 데이터를 수신하지 못하는 현상이 발생하게 된다.
따라서 공간 분할 다중 접속(SDMA: Space Division Multiple Access) 통신 시스템에서 다수의 사용자 단말기에게 데이터를 전송할 때 무선 자원을 효율적으로 할당할 수 있는 장치 및 방법이 필요하다.
또한, SDMA 통신 시스템에서 OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing) 방식과 같은 다중 전송 채널을 사용할 경우 사용자 단말기는 전송 채널에 따라서도 각기 다른 수신 감도를 가지게 된다. 이는 주파수 대역 마다 단말기의 위치와 시간에 따라 채널이 가지는 품질이 달라지기 때문이다. 따라서 어느 사용자 단말기를 어느 전송 채널에 할당하는가에 따라서도 시스템 성능이 크게 변화한다. 따라서 이와 같이 다중 전송 채널을 사용할 때 생기는 선택적 주파수 특성으로 인해 단말기가 채널 별로 서로 다른 수신 감도를 가지는 것을 감안하여 무선 자원을 효율적으로 할당할 수 있는 장치 및 방법이 요구된다.
즉, 공간 분할 다중 접속(SDMA: Space Division Multiple Access) 통신 시스템에서 다중 전송 채널을 통하여 다수의 사용자 단말기에게 데이터를 전송할 때 무선 자원을 효율적으로 할당할 수 있는 장치 및 방법이 요구된다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 본 발명의 목적은 SDMA 시스템에서 다수의 사용자 단말기에게 동일 주파수로 동일시간에 데이터를 전송할 때 시스템 성능을 향상할 수 있는 무선 공간 자원 할당 방법 및 장치를 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 목적은 SDMA 시스템에서 OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing) 방식과 같은 다중 전송 채널을 사용하는 경우에 시스템 성능을 향상할 수 있는 무선 공간 자원 할당 방법 및 장치를 제공하는 데 있다.
상술한 바와 같은 목적을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명은 해당 사용자 단말기에 대한 송신 전력값(Pi) 및 무선 공간 자원을 할당 받지 않은 사용자 단말기 중에서, 상기 해당 사용자 단말기와의 공간 간섭이 일정 값 이하인 사용자들의 수(Ci)의 비(ratio)인 Ci /Pi를 사용하여 상기 해당 사용자 단말기에게 무선 자원을 할당하는 자원 할당자를 포함하는 공간 분할 다중 접속 통신 시스템을 제공한다.
또한, 본 발명은 입력 데이터를 부호화하는 인코더,,무선 자원 할당 정보를 부채널 매퍼에 전송하는 자원 할당자, 상기 자원 할당자로부터 수신한 상기 무선 자원 할당 정보에 따라 상기 인코더에서 부호화한 부호화 데이터를 부채널로 매핑하는 상기 부채널 매퍼 및 상기 부채널 매퍼로부터 부채널 매핑한 데이터를 수신하여 OFDM 변조하여 안테나를 통하여 송신하는 무선 분할 다중 접속 방식을 사용하는 OFDM 통신 시스템을 제공한다.
이하 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다. 그리고, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
도 1은 본 발명에 따른 공간 분할 다중 접속(SDMA: Space Division Multiple Access) 통신 시스템의 기지국을 기능 모듈 별로 구성한 도면이다. 기지국(100)이 상위계층(upper layer)으로부터 단말기로 전송할 하향링크(downlink) 데이터를 수신하면 큐 관리 모듈(Queue Management Module)(110)이 수신한 데이터를 저장한다. 큐 관리 모듈(110)은 저장한 데이터를 스케줄러 모듈(Scheduler Module)(120)로 전송한다. 스케줄러 모듈(120)은 사용자에 대한 서비스 할당 정보에 따라 이번 프레임에서 할당할 데이터의 양과 할당 받을 사용자의 우선 순위를 정한다. 스케줄러 모듈(120)은 공간 분할 다중 접속 통신 시스템에서 해당 프레임에서 서비스를 받는 사용자 선정을 효율적으로 하는 무선 자원(radio resource) 할당 기능을 수행한다. 스케줄러 모듈(120)은 사용자가 받고자 하는 서비스의 종류 - 예를 들면, , UGS(Unsolicited Guaranteed Service; 비요구 보장 서비스), RT-VR(Real Time- Variable Rate; 실시간-가변 전송률 서비스), NRT(Non Real Time; 비실시간 서비스), BE(Best effort; 최선 시도 서비스) 등 - 에 따라 서비스 대상 사용자를 선정하고, 서비스 종류에 따라 각기 다른 자원 할당 정책을 결정한다. 스케줄러 모듈(120)은 결정한 데이터와 사용자에 대한 우선 순위를 자원 관리 모듈(Resource Management Module)(130)로 전달한다. 자원 관리 모듈(130)은 우선순위에 따라 사용자와 데이터 정보를 물리적 무선 공간 자원(radio space resource)에 할당한다. 즉, 결정된 자원 할당 대상 사용자와 사용자에 대한 데이터 전송 양에 따라 무선 공간 자원을 결정한 사용자에게 할당하기 위한 무선 자원 할당 과정을 수행한다. 전송 모듈(Transmission Module)(140)은 할당된 정보를 이용해 해당 프레임에 데이터를 실어 해당 사용자 단말기로 전송한다.
도 2는 본 발명에 따른 SDMA 통신 시스템에서 다중 전송 채널을 지원하는 경우의 데이터 전송 과정을 나타내는 도면이다. 스케줄러 모듈이 자원 할당 대상 사용자 및 전송 데이터 량을 결정하면(210), 자원 관리 모듈은 그 결정에 따라 사용자에게 무선 공간 자원을 할당하여(220) 안테나를 통하여 전송한다(230).
다중 전송 채널을 지원하는 시스템에서는 채널 마다 사용자 단말기가 가지는 채널 품질이 다르다. 따라서 사용자 단말기에게 좋은 품질을 가지는 채널을 할당해야 시스템 성능을 극대화할 수 있다.
도 3은 본 발명에 따른 SDMA 통신 시스템에서 무선 자원 요청-수락 할당 과정을 개념적으로 나타낸 도면이다. SDMA 통신 시스템에서, 무선 자원인 공간 자원과 송신 전력이 시스템에 의해 제약되어 있으므로, 단말기 사용자(310)가 요구하는 데이터 량에 맞게 공간 자원과 송신 전력을 할당하는 것이 필요하다. 이러한 조건을 맞추기 위해 다음과 같은 요청-수락 다중 무선 자원 할당 방법을 사용한다.
다중 무선 공간 자원 요청-수락 할당 과정에서 채널마다 각각의 자원 할당자(Resource Allocator)(320)를 가지고 있다. 도 3을 참고하여 설명하면, 무선 공간 자원 할당 과정은 사용자의 무선 공간 자원 요청 단계 (Request)와 무선 공간 자원 할당자의 무선 공간 자원 수락 단계 (Grant)로 나누어진다. 무선 공간 자원 할당은 이 과정에 의해 더 이상 새로운 사용자에게 무선 공간 자원을 할당할 수 없을 때까지 반복한다.
도 4는 본 발명에 따른 SDMA 통신 시스템에서 사용자가 무선 자원 요청 단계에서 자원 할당자를 선택하는 과정을 나타내는 흐름도이다. 이 과정은 무선 공간 자원 요청 단계에서 사용자가 고려해야 할 사항을 일련 순으로 정리하는 것이다. 먼저 사용자와 자원 할당자 사이의 채널 품질이 좋은 가를 판단하여 가장 채널 품질이 좋은 자원 할당자를 선택한다(410). 다음에 단말기 사용자는 할당할 수 있는 공간 자원이 존재하는 가를 판단한다(420). 공간 자원이 존재하지 않는 경우에는 당해 자원 할당자를 배제한다(450). 공간 자원이 존재하는 경우에는 다음 단계로 무선 공간 자원을 할당하였을 때 기지국에 사용자가 원하는 데이터를 모두 전송할 수 있을 만큼 송신 전력이 일정 값 이상인지를 판단한다(430). 송신 전력이 일정 값 미만인 경우에는 당해 자원 할당자를 배제한다(450). 송신 전력이 일정 값 이상인 경우에는 해당 무선 공간 자원에 이미 할당된 단말기와의 무선 공간 간섭이 일정 값 이하여서 견딜 수 있는 정도로 작은지를 판단한다(440). 무선 공간 간섭이 일정 값보다 큰 경우에는 당해 자원 할당자를 배제한다(450). 무선 공간 간섭이 일정 값 이하인 경우에는 당해 자원 할당자에게 무선 공간 자원 할당을 요청한다(460). 여기에서 410 단계에서 440 단계는 그 순서가 바뀌어도 된다.
즉, n 명의 사용자는 병렬적으로 m 개의 자원 할당자 중, 할당 받을 수 있는 무선 공간 자원이 존재하고, 이미 할당된 사용자와의 간섭이 적으면서, 사용자가 요구하는 데이터를 모두 송신할 수 있을 만큼 충분한 송신 전력을 가진 무선 자원 할당자 중에서, 가장 채널 상태가 좋은 자원 할당자를 선택하여 무선 자원 할당을 요청한다.
도 5는 본 발명에 따른 SDMA 통신 시스템에서 자원 할당자가 수락 단계에서 사용자를 선택하는 과정을 나타내는 흐름도이다. 사용자의 자원 할당자 선택은 병렬적으로 이루어지기 때문에 자원 할당 요청 단계에서 자원 할당자는 동시에 여러 사용자 단말기로부터 자원 할당을 요구 받을 수 있다. 따라서 수락 단계에서 자원 할당자는 무선 자원을 가장 효율적으로 사용할 수 있는 사용자를 여러가지의 조건을 기준으로 우선 선택하여 자원 할당을 받아 들인다. 도 5를 참조하여 설명하면, 먼저 해당 사용자에 대한 송신 전력값(Pi)을 계산한다(510). 다음에는 무선 공간 자원을 할당 받지 않은 사용자 단말기 중에서, 해당 사용자 단말기와의 공간 간섭이 일정 값 이하인 사용자 단말기들의 수(Ci)를 계산한다(520). 즉, 해당 사용자 단말기와의 공간 간섭이 일정 값 이하이어서 다음 번 자원 요청 단계 때 해당 무선 할당자에게 자원 요청을 할 수 있는 사용자 수를 계산한다. 다음 단계에서는 (송신 전력값)/(다음 번 무선 자원 요청 가능 사용자수)인 Ci/Pi 값이 최대 값인 사용자 단말기를 선택한다(530). 이후에 해당 사용자 단말기에게 무선 공간 자원 요청을 수락한다(540).
상기 510단계와 520단계의 순서는 바뀔 수 있다.
이상에서 기술한 바와 같이 자원 할당자는 데이터를 전송하기 위해 필요한 송신 전력이 작은 사용자를 선택한다. 또한, 해당 무선 자원에 할당 가능하지만 아직 어떤 무선 자원도 할당 받지 않은 사용자 중에서, 해당 사용자와의 공간 간섭이 일정 값 이하인 사용자들을 찾고, 그 사용자들의 수가 많아서, 다음 번의 자원 요청 단계 때 보다 많은 사용자가 해당 무선 할당자에게 자원 요청을 할 수 있도록 유도해 줄 수 있는 사용자를 선택한다.
무선 자원에 대한 요구-수락 단계를 거치고 나면 자원 할당자에서 남은 공간 자원과 남은 송신 전력량을 계산하여 갱신한다. 남은 공간 자원이 없거나 남은 송신 전력이 없는 자원 할당자는 다음 라운드를 위한 자원 할당자 대상 목록에서 제외한다. 같은 방법으로 이미 무선 자원을 할당 받은 사용자도 다음 라운드의 자원 요청 사용자 대상 목록에서 삭제한다. 그리고 이 과정을 더 이상 새로운 사용자에게 무선 공간 자원을 할당할 수 없을 때까지 반복한다.
도 6은 본 발명에 따른 무선 자원 할당 요구-수락 과정을 적용하는 SDMA 방식을 구현하는(implementing) OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexinng) 통신 시스템 구성도이다. 데이터 스케줄러(Data Scheduler)(610)는 스케줄러 (Scheduler)(620)으로부터 데이터를 전송할 사용자와 전송할 데이터의 우선 순위 정보를 받아 데이터 스케줄링을 한다. 인코더(Encoder)(630)는 스케줄링된 데이터를 부호화한다. 성상도 매퍼(Constellation Mapper)(640)는 부호화 한 데이터를 성상도 매핑한다. 다음에는 부채널 매퍼(Subchannel Mapper)(650)가 자원 할당자(Resource Allocator)(660)의 자원 할당 정보에 따라 데이터를 부채널 매핑한다. OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing) 변조기(Modulator)는 부채널 매핑한 데이터를 OFDM 변조하여 안테나(680)를 통하여 사용자 단말기에게 전송한다.
본 발명은 특허청구범위에 기재된 청구항 들의 범위 내에 있으면서 위에서 언급한 이러한 실시 예 들을 변형할 수 있는 많은 방식들이 있다. 다시 말하면, 이하 청구항 들의 범위를 벗어남 없이 본 발명을 실시할 수 있는 많은 다른 방식들이 있을 수 있다.
본 발명에 따라 공간 분할 다중 접속(SDMA: Space Division Multiple Access) 통신 시스템에서 다중 전송 채널을 통하여 다수의 사용자 단말기에게 데이터를 전송할 때 채널 품질과 사용자 사이의 간섭 및 기지국 송신 전력을 고려하여 사용자 단말기를 선택함으로써 무선 공간 자원을 효율적으로 할당할 수 있어 시스템 성능을 향상시킬 수 있다.

Claims (13)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 입력 데이터를 부호화하는 인코더;
    무선 자원에 대한 할당 정보를 부채널 매퍼에 전송하는 자원 할당자;
    상기 자원 할당자로부터 수신한 상기 무선 자원에 대한 상기 할당 정보에 따라 상기 인코더에서 부호화한 부호화 데이터를 부채널로 매핑하는 상기 부채널 매퍼; 및
    상기 부채널 매퍼로부터 부채널 매핑한 데이터를 수신하여 OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexinng) 변조하여 안테나를 통하여 송신하는 전송 모듈을 포함하는 무선 분할 다중 접속 방식을 사용하는 OFDM 통신 시스템.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 통신 시스템은 상기 인코더에 입력되는 전송할 사용자와 전송할 데이터의 우선 순위 정보에 따라 스케줄링하여 상기 인코더에 전송하는 스케줄러를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 분할 다중 접속 방식을 사용하는 OFDM 통신 시스템.
  7. 제 5항에 있어서,
    상기 자원 할당자는 상기 무선 자원에 대한 상기 할당 정보를 해당 사용자 단말기에 대한 송신 전력값(Pi) 및 무선 공간 자원을 할당 받지 않은 사용자 단말기 중에서, 상기 해당 사용자 단말기와의 공간 간섭이 일정 값 이하인 사용자들의 수(Ci)의 비(ratio)인 Ci/Pi를 사용하여 정하는 것을 특징으로 하는 공간 분할 다중 접속 방식을 사용하는 OFDM 통신 시스템.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 자원 할당자의 상기 무선 자원에 대한 상기 할당 정보는 상기 Ci/Pi값이 최대인 사용자에게 무선 자원을 할당하는 것을 특징으로 하는 공간 분할 다중 접속 방식을 사용하는 OFDM 통신 시스템.
  9. 입력 데이터를 부호화하여 부호화 데이터를 출력하는 인코딩 단계;
    무선 자원 할당 정보를 부채널 매퍼에 전송하는 단계;
    상기 무선 자원 할당 정보에 따라 상기 부호화 데이터를 부채널로 매핑하는 단계; 및
    상기 부채널 매핑한 데이터를 OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexinng) 변조하여 안테나를 통하여 송신하는 단계를 포함하는 무선 분할 다중 접속 방식을 사용하는 OFDM 통신 시스템의 데이터 송신 방법.
  10. 제 9항에 있어서,
    상기 무선 자원 할당 정보를 해당 사용자 단말기에 대한 송신 전력값(Pi) 및 무선 공간 자원을 할당 받지 않은 사용자 단말기 중에서 상기 해당 사용자 단말기와의 공간 간섭이 일정 값 이하인 사용자들의 수(Ci)의 비(ratio)인 Ci/Pi값이 최대인 사용자에게 무선 자원을 할당하는 것을 특징으로 하는 공간 분할 다중 접속 방식을 사용하는 OFDM 통신 시스템의 데이터 송신 방법.
  11. 채널 품질이 가장 좋은 자원 할당자를 선택하는 단계;
    할당할 수 있는 공간 자원이 존재하는 가, 원하는 데이터를 모두 전송할 수 있을 만큼 송신 전력이 일정 값 이상인가 및 해당 무선 공간 자원에 이미 할당된 단말기와의 무선 공간 간섭이 일정 값 이하여서 견딜 수 있는 정도로 작은지를 판단하는 단계; 및
    할당할 수 있는 공간 자원이 존재하고, 원하는 데이터를 모두 전송할 수 있을 만큼 송신 전력이 일정 값 이상이고,해당 무선 공간 자원에 이미 할당된 단말기 와의 무선 공간 간섭이 일정 값 이하인 경우에 당해 자원 할당자에게 무선 공간 자원 할당을 요청하는 단계를 포함하는 공간 분할 다중 접속 통신 시스템에서 사용자 단말기가 무선 자원 할당자를 선택하는 방법.
  12. 제7항에 있어서
    상기 무선 자원은, 상기 송신 전력값 및 상기 무선 공간 자원을 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 분할 다중 접속 방식을 사용하는 OFDM 통신 시스템.
  13. 삭제
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