KR101277000B1 - 3ｇｐｐ ｌｔｅ 시스템에서의 주파수 영역 패킷 스케쥴링 방법 - Google Patents

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강원대학교산학협력단
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Abstract

본 발명은 패킷 스케쥴러가 MBMS 컨텐츠 중에서 j번째 MBMS 컨텐츠를 갖는 MBMS 사용자(user)에게 최대 I개의 PRB 중에서 i번째 PRB(Physical Resource Blocks)를 할당한 경우를 Com(j,i)라고 할 때, 상기 Com(j,i)의 차단율 값인 BlockPr(Com(j,i))를 구하는 단계, 상기 패킷 스케쥴러는 상기 BlockPr(com(j,i))에 대하여 J개의 MBMS 컨텐츠에서 I개의 PRB를 중복되지 않도록 할당하여 얻은 J개의 Com(j,i)의 집합(Set)을 JPI 개수만큼 구하는 단계, 상기 패킷 스케쥴러는 상기 집합 내에 있는 Com(j,i)를 J개수만큼 합한 값인
Figure 112011096345070-pat00015
값을 JPI 개수만큼 구하는 단계 및 상기 패킷 스케쥴러는 상기
Figure 112011096345070-pat00016
중에서 가장 작은 값을 갖는 집합을 선택하는 단계를 포함한다.
본 발명에 의하면 차단율을 기반으로 주파수 영역 패킷 스케쥴링을 수행함으로써, MBMS 사용자의 차단율을 최소로 하고, MBMS 사용자의 수를 증가시켜서 MBMS 차단율과 셀 가장자리 MBMS 사용자 수 측면에서 우수한 성능을 갖는다는 효과가 있다.

Description

3ＧＰＰ ＬＴＥ 시스템에서의 주파수 영역 패킷 스케쥴링 방법 {Frequency domain packet scheduling method in 3GPP LTE system}
본 발명은 3GPP LTE 규격에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 3GPP LTE 규격에서 주파수 영역 패킷 스케쥴링에 관한 것이다.
멀티미디어 방송 멀티캐스트 서비스(MBMS: Multimedia Broadcast Muticast Service)는 3GPP(3rd Generation Partnership Project) Release-6에서부터 표준화된 차세대 모바일 방송기술 중에서 중요한 기술이다.
MBMS는 동일한 컨텐츠를 전달하는 모든 사용자들에게 동일한 데이터 패킷을 전송함으로써 주파수 자원을 효율적으로 사용할 수 있다. 최근에는 모바일 텔레비전과 같이 멀티미디어 서비스인 비디오, 오디오 및 텍스트 서비스 등을 기반으로 고속의 멀티미디어 데이터 전송을 모바일 환경에서 서비스하는 것이 중요해지고 있기 때문에 현재 3GPP LTE(Long Term Evolution)에서는 MBMS를 인터넷 프로토콜 및 멀티캐스트를 기반으로 하여 고속의 모바일 멀티미디어 데이터 전송을 가능하도록 규격에서 정의하고 있다.
3GPP LTE 시스템에서 MBMS을 지원하는 방식으로는 단일 셀 MBMS 전송 방식과 멀티 셀 MBMS 전송 방식이 있고, eNB(evolved Node B)에서 MBMS를 동일한 컨텐츠를 가지는 모든 사용자에게 동시에 전달하고 있다.
싱글 셀 MBMS 전송 방식은 하나의 eNB내에서만 동일한 MBMS 컨텐츠를 가지는 모든 사용자들에게 동일한 컨텐츠를 전송하는 방식이고 멀티 셀 MBMS 전송 방식은 그룹으로 구성된 여러 개의 eNB들에게 동일한 MBMS 컨텐츠를 가지는 모든 사용자들에게 동시에 전송한다.
LTE 환경의 OFDM 다운링크 변조 방식에서 패킷 스케쥴러는 시간 영역 패킷 스케쥴링(TDPS : Time Domain Packet Scheduler)와 주파수 영역 패킷 스케쥴링(FDPS: Frequency Domain Packet Scheduler)으로 나누어져 패킷을 효율적으로 처리한다.
기본적인 기존의 FDPS 알고리즘은 PtP(Poitnt to Point) 전송 방식을 기반으로 하고, 직접적으로 PtM(Point to Multipoint) 방식을 지원하고 있지 않기 때문에 멀티 MBMS 컨텐츠를 지원하기 위하여 TTI(Transmit Time Interval)마다 PRB(Physical Resource Blocks)을 고정적으로 사용하는 알고리즘인 Blind FDPS을 사용하였다.
이렇게 PRB를 고정적으로 사용하는 것은 효율적이지 못하기 때문에 동적으로 PRB를 사용하여 주파수 다이버시티 효과를 가지는 채널 인식 주파수 영역 패킷 스케쥴링(Channel-aware FDPS)이 더 효과적이다.
먼저 MBSFN 환경과 멀티 컨텐츠 MBMS 지원에 대해 설명하면 다음과 같다.
도 1은 3GPP LTE 시스템의 구성을 보여주는 블록도이다.
3GPP LTE 시스템에서 복잡성을 줄이기 위해 대부분의 스케쥴러는 도 1과 같이 TDPS(Time domain packet scheduler) 부분과 FDPS(Frequency domain packet scheduler) 부분으로 나누어 처리한다.
도 1을 참조하면, 스케쥴러 모듈(100)은 패킷 스케쥴러(110)와 링크 적응부(120)를 포함한다.
패킷 스케쥴러(110)는 TDPS(112)와, FDPS(114)를 포함한다.
CQI 측정부(200)는 채널 품질 지시자(CQI: Channel Quality Indicator)값을 측정하는 역할을 한다.
링크 적응부(120)는 CQI 측정부(200)와 통신하며 CQI 값을 수신하고, 시스템을 해당 링크에 적응시키는 역할을 한다.
TDPS(112)는 매 스케쥴링할 모든 후보 MBMS 사용자들중에서 해당 TTI에 서비스할 MBMS 사용자들을 선택한다.
그리고, FDPS(114)는 TDPS(112)를 통해 결정된 MBMS 사용자들에게 채널 품질 지시자(CQI: Channel Quality Indicator)값를 고려하면서 PRB 할당을 결정한다.
그리고, FDPS(114)는 PRB 할당 정보를 물리계층(300)에 전달한다.
도 2는 MBSFN 지역에서의 멀티 컨텐츠 MBMS를 보여주는 도면이다.
MBSFN(Multimedia Broadcast Single Frequency Network)는 패킷동기 방식으로 인접지역 다수의 기지국들을 Sync 프로토콜을 이용하여 동기화시켜 다수의 기지국에서 동시에 동일 패킷 데이터를 전송하는 것을 말한다.
동일 MBSFN 내에서 동일한 MBMS 컨텐츠를 가지는 사용자들은 동일한 PRB를 사용하기 때문에, 동일한 MBMS 컨텐츠를 가지는 사용자들이 MBSFN 지역 내에서 이동시 핸드오버가 발생하지 않아 핸드오버 지연값을 감소시킬 수 있다.
그런데, 다수의 MBMS 컨텐츠가 존재할 경우에 서로 다른 MBMS 컨텐츠를 가지는 사용자들이 동일한 PRB를 중복하여 사용할 수 없기 때문에 중복되지 않게 PRB를 다수의 컨텐츠에 할당하여야 하는 필요성이 있다.
도 1에서 FDPS(114)는 TDPS(112)에서 선택된 MBMS 사용자에게 PRB를 할당하는 역할을 한다.
이제 PRB를 고정적으로 사용하는 기존의 Blind FDPS 알고리즘과, PRB를 동적으로 사용하면서 수율을 극대화하는 목적을 가진 기존의 수율 최대화 채널인식 FDPS 알고리즘에 대해 설명하기로 한다.
먼저, 기존의 Blind FDPS 알고리즘은 사용자로부터 피드백 정보를 이용하지 않고 매 TTI 마다 고정된 PRB를 사용하는 방법이다.
Blind FDPS 알고리즘을 MBSFN의 멀티 MBMS 컨텐츠 환경에 적용하게 되면, 다른 MBMS 컨텐츠를 가지는 MBMS 사용자마다 서로 다른 고정된 PRB 인덱스값을 가지게 되고, 이렇게 초기에 정해진 고정 PRB 인덱스 값은 패킷 스케쥴링이 동작하는 동안에는 변하지 않는 특징이 있다.
이처럼 기존의 Blind FDPS 알고리즘은 PRB들을 고정적으로 사용하기에 주파수 효율성에서 떨어진다. 따라서 PRB들을 동적으로 사용하는 채널인식 FDPS 알고리즘이 필요하다. 채널인식 FDPS 알고리즘은 MBMS 사용자 정보들의 채널 정보를 활용하여 매 TTI 마다 PRB를 유동적으로 할당하는 방식이다.
도 3은 E-UTRAN의 인터페이스 구조를 설명하기 위한 도면이다.
기존의 수율 최대화 채널 인식 알고리즘에서는 사용자로부터의 채널 피드백 정보를 이용한다. 그러나, 수율 최대화 채널 인식 FDPS 알고리즘을 멀티 컨텐츠 MBMS에 적용하기 위해서는 도 3과 같이 MBSFN 안에 있는 모든 MBMS 사용자들간에 패킷 스케쥴링 알고리즘을 위해 필요한 정보를 각각의 eNB에서 취합해 X2 인터페이스를 통해 공유하는 것이 필요하다.
이때, 수율 최대화 채널 인식 알고리즘은 X2 인터페이스에 의해서 eNB간 모든 사용자들에 대한 채널의 서비스 품질(CQI : Channel Quality Indicator)를 나타내는 SNIR를 교환하여 동일한 MBMS 컨텐츠를 가지는 MBMS 사용자들중에서 최소 SNIR값을 가지는 MBMS 사용자를 파악하고, 그 해당 사용자에게 수율이 최대가 되는 PRB를 선택하여 동일한 컨텐츠를 가지는 MBMS 사용자들에게 동일한 PRB를 할당하는 방식이다. 여기에서 주의해야 하는 것은 이종의 MBMS 컨텐츠를 가지는 MBMS 사용자들에는 동일한 PRB을 중복하여 사용할 수는 없다는 것이다.
상술한 기존의 수율 최대화 채널인식 FDPS 알고리즘을 MBSFN 환경에서 멀티 컨텐츠 MBMS를 서비스할 때, 다음과 같은 단계로 이루어진다.
도 12는 종래 수율 최대화를 기반으로 하는 FDPS(Frequency Domain Packet Scheduler) 방법을 보여주는 흐름도이다.
먼저, 동일한 컨텐츠를 지원하는 최대 K개의 MBMS 사용자에 대하여 mink(Rki)와 같이 최소의 수율을 가지는 MBMS 사용자 k를 선택한다(S101). S101 단계는 각각의 PRB에 대하여 최소의 수율을 가지는 사용자를 결정하는 것으로 여기에서 성능 측정 기준인 수율은 SNIR(Signal to Noise plus Interference Ratio)값에 따라 정해지는 AMC 레벨로 정해지기 때문에 결국 SNIR이 중요한 기준이 된다.
다음, S101 단계에 의해서 결정된 MBMS 사용자 k에 대하여 maxi(mink(Rki))와 같이 사용 가능한 모든 PRB들을 맵핑하여 최종적으로 해당 MBMS 사용자의 수율이 가장 큰 PRB i를 선택한다(S103).
그리고, S101 단계와 S103 단계를 지원해야할 컨텐츠 수 만큼 반복한다. 여기에서 수율은 k번째 MBMS 사용자에게 i번째 PRB를 할당했을 때의 구해질 수 있는데, 이종의 MBMS 컨텐츠에 대하여 동일한 PRB를 할당할 수는 없다.
S101 단계와 S103 단계에서 i와 k는 독립적이며 i는 PRB의 인덱스이고, k는 MBMS 사용자 인덱스를 나타낸다.
기존의 수율 최대화 채널 인식 FDPS 알고리즘은 PtM 전송방식에 적용된 수율 최대화방식이다. 이 알고리즘에 가장 영향을 주는 요소는 SNIR이다. 그 이유는 MBMS 방식에서는 동일한 컨텐츠를 사용하는 모든 MBMS 사용들은 동일한 PRB를 공유하기 때문에, SNIR가 가장 낮은 MBMS 사용자를 기준으로 모든 MBMS 사용자들은 동일한 AMC 레벨을 가지기 때문이다.
따라서 MBMS를 위한 채널 인식 FDPS 알고리즘들은 상기의 특성을 잘 고려하여 설계되어야 한다. 기존의 수율 최대화 채널인식 FDPS 알고리즘은 가장 약한 SNIR을 가지는 사용자를 찾아 그 MBMS 사용자가 가장 좋은 수율을 가지는 PRB를 할당하는 것이다. 따라서 PRB 할당은 매 TTI 마다 최소 SNIR을 가지는 MBMS 사용자의 SNIR를 고려하여 변화하게 된다. 결국, 기존의 수율 최대화 채널 인식 FDPS 알고리즘의 설계 목적은 최소 SNIR을 가지는 MBMS 사용자에게 수율을 최대로 하도록 PRB를 할당하는 것이다.
종래 수율 최대화 채널 인식 FDPS 알고리즘은 MBMS 사용자의 수율을 최대로 하는 장점을 가지고 있다. 그러나 종래 FDPS 알고리즘의 단점은 최소 SNIR을 가지는 MBMS 사용자에게는 이득이 있지만, 최소 SNIR은 아니면서 SNIR이 나쁜 다른 MBMS 사용자들에게 이득이 있다고는 할 수 없다. 그리고 최소 SNIR을 가지는 MBMS 사용자의 경우, 대부분 셀 외곽지역에 위치해 있고, 가장 좋은 PRB의 이득을 준다고 해도 크게 성능 향상을 기대하기는 어렵다는 문제점이 있다. 또한 MBMS에서 동일한 컨텐츠를 갖는 모든 MBMS 사용자들은 동일한 AMC 레벨을 가져야 하기 때문에, 모든 MBMS 사용자 중에서 셀 안쪽에 있는 MBMS 사용자들의 경우에는 셀 가장자리 사용자들의 AMC 레벨로 맞춰져 서비스되어야 하는 특징을 가지기 때문에, MBMS 시스템에서 수율보다 서비스받는 사용자의 수가 더 중요한 성능지표이다. 따라서 서비스 받는 사용자의 수를 증가시키는 FDPS 알고리즘이 필요하게 된다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 매 TTI 마다 각각의 PRB에 연결된 MBMS 서비스 차단율을 파악하여 최소의 MBMS 서비스 차단율을 가지는 PRB를 선택함으로써, 차단율을 최소화하여 연결된 MBMS 사용자들의 수를 극대화하는 주파수 영역 패킷 스케쥴링 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 목적은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은 MBMS(Multimedia Broadcast Multicast Service) 컨텐츠를 지원하는 MBSFN(Multimedia Broadcast Single Frequency Network) 환경에서 패킷을 스케쥴링하는 패킷 스케쥴러를 포함하는 3GPP(3rd Generation Partnership Project) LTE(Long Term Evolution) 시스템에서의 주파수 영역 패킷 스케쥴링(Frequency Domain Packet Scheduler) 방법에 있어서, 상기 패킷 스케쥴러는 MBMS 컨텐츠 중에서 j번째 MBMS 컨텐츠를 갖는 MBMS 사용자(user)에게 최대 I개의 PRB 중에서 i번째 PRB(Physical Resource Blocks)를 할당한 경우를 Com(j,i)라고 할 때, 상기 Com(j,i)의 차단율 값인 BlockPr(Com(j,i))를 구하는 단계, 상기 패킷 스케쥴러는 상기 BlockPr(com(j,i))에 대하여 J개의 MBMS 컨텐츠에서 I개의 PRB를 중복되지 않도록 할당하여 얻은 J개의 Com(j,i)의 집합(Set)을 JPI 개수만큼 구하는 단계, 상기 패킷 스케쥴러는 상기 집합 내에 있는 Com(j,i)를 J개수만큼 합한 값인
Figure 112011096345070-pat00001
값을 JPI 개수만큼 구하는 단계 및 상기 패킷 스케쥴러는 상기
Figure 112011096345070-pat00002
중에서 가장 작은 값을 갖는 집합을 선택하는 단계를 포함한다.
상기
Figure 112011096345070-pat00003
중에서 가장 작은 값을 갖는 집합을 선택하는 단계는,
Figure 112011096345070-pat00004
의 수학식을 이용하여 가장 작은 값을 갖는 컨텐츠 j와 PRB i 들의 집합을 선택하는 것일 수 있다.
상기 차단율 값 BlockPr(Com(j,i))는
Figure 112011096345070-pat00005
의 수학식을 이용하여 구할 수 있다.
상기 차단된 MBMS 사용자의 수는 주어진 문턱치 값을 넘지 못하는 MBMS 사용자이며, 이때 j번째 MBMS 컨텐츠를 갖는 MBMS 사용자에게 i번째 PRB를 할당하는 경우의 SNIR(Signal to Noise plus Interference Ratio)i,j 값이 주어진 문턱치인 SNIRth 보다 작은 경우, j번째 MBMS 컨텐츠를 갖는 MBMS 사용자를 차단시킬 수 있다.
본 발명에 의하면 차단율을 기반으로 주파수 영역 패킷 스케쥴링을 수행함으로써, MBMS 사용자의 차단율을 최소로 하고, MBMS 사용자의 수를 증가시켜서 MBMS 차단율과 셀 가장자리 MBMS 사용자 수 측면에서 우수한 성능을 갖는다는 효과가 있다.
즉, 본 발명에서 제안한 차단율 기반 주파수 영역 패킷 스케쥴링 방법의 경우, 기존의 방법에 비해서 MBMS 사용자 차단율 관점에서 우수한 성능을 갖는 장점이 있다. 특히, MBMS 사용자 차단율을 기반으로 하는 알고리즘이기 때문에 셀 가장자리 사용자의 수를 증가시킴으로써, 셀룰라 시스템에서 중요한 성능개선 요소 중의 하나인 셀 가장자리 성능을 크게 개선한다는 효과가 있다.
도 1은 3GPP LTE 시스템의 구성을 보여주는 블록도이다.
도 2는 MBSFN 지역에서의 멀티 컨텐츠 MBMS를 보여주는 도면이다.
도 3은 E-UTRAN의 인터페이스 구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 MBMS 컨텐츠가 3개이고, PRB가 3개일 때의 차단율 기반의 FDPS 알고리즘의 예시도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 시뮬레이션을 위한 셀 환경을 보여주는 도면이다.
도 6은 셀 가장자리 거리에 따른 셀 가장자리에 위치한 MBMS 사용자의 차단율을 보여주는 그래프이다.
도 7은 셀 가장자리 거리에 따른 셀 가장자리에 위치한 MBMS 사용자의 수율을 보여주는 그래프이다.
도 8은 셀 가장자리 거리에 따른 셀 가장자리에 위치한 연결된 MBMS 사용자의 수를 보여주는 그래프이다.
도 9는 셀 당 평균 MBMS 사용자 수에 따른 연결된 전체 MBMS 사용자의 차단율을 보여주는 그래프이다.
도 10은 셀 당 평균 MBMS 사용자 수에 따른 연결된 전체 MBMS 사용자의 수율을 보여주는 그래프이다.
도 11은 셀 당 평균 MBMS 사용자 수에 따른 연결된 전체 사용자의 수를 보여주는 그래프이다.
도 12는 종래 수율 최대화를 기반으로 하는 FDPS(Frequency Domain Packet Scheduler) 방법을 보여주는 흐름도이다.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 3GPP(3rd Generation Partnership Project) LTE(Long Term Evolution) 시스템에서의 주파수 영역 패킷 스케쥴링(Frequency Domain Packet Scheduler) 방법을 보여주는 흐름도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조해서 본 발명의 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다. 우선 각 도면의 구성 요소들에 참조 부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 그리고, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 명세서 전반에 걸쳐서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라, 다른 구성요소를 더 포함할 수 있다는 것을 의미한다.
본 발명에서는 OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing) 다운링크 변조 방식을 사용하는 LTE(Long Term Evolution) 시스템을 모델로 한다. 보다 상세하게 말하면, 본 발명에서는 OFDM 다운링크 변조 방식을 사용하는 LTE 시스템 모델을 기반으로 MBMS를 PtM방식으로 지원하는 FDPS 알고리즘을 제안한다.
즉, 본 발명은 MBMS(Multimedia Broadcast Multicast Service) 컨텐츠를 지원하는 MBSFN(Multimedia Broadcast Single Frequency Network) 환경에서 패킷을 스케쥴링하는 패킷 스케쥴러를 포함하는 3GPP(3rd Generation Partnership Project) LTE(Long Term Evolution) 시스템에서의 주파수 영역 패킷 스케쥴링(Frequency Domain Packet Scheduler) 방법을 제안한다.
본 발명에서는 전술한 도 1의 LTE 시스템에서의 FDMS 의 알고리즘을 제안하고자 한다.
도 1은 3GPP LTE 시스템의 구성을 보여주는 블록도이다.
3GPP LTE 시스템에서 복잡성을 줄이기 위해 대부분의 스케쥴러는 도 1과 같이 TDPS(Time domain packet scheduler) 부분과 FDPS(Frequency domain packet scheduler) 부분으로 나누어 처리한다.
도 1을 참조하면, 스케쥴러 모듈(100)은 패킷 스케쥴러(110)와 링크 적응부(120)를 포함한다.
패킷 스케쥴러(110)는 TDPS(112)와, FDPS(114)를 포함한다.
CQI 측정부(200)는 채널 품질 지시자(CQI: Channel Quality Indicator)값을 측정하는 역할을 한다.
링크 적응부(120)는 CQI 측정부(200)와 통신하며 CQI 값을 수신하고, 시스템을 해당 링크에 적응시키는 역할을 한다.
TDPS(112)는 매 스케쥴링할 모든 후보 MBMS 사용자들중에서 해당 TTI에 서비스할 MBMS 사용자들을 선택한다.
그리고, FDPS(114)는 TDPS(112)를 통해 결정된 MBMS 사용자들에게 채널 품질 지시자(CQI: Channel Quality Indicator)값를 고려하면서 PRB 할당을 결정한다.
그리고, FDPS(114)는 PRB 할당 정보를 물리계층(300)에 전달한다.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 3GPP(3rd Generation Partnership Project) LTE(Long Term Evolution) 시스템에서의 주파수 영역 패킷 스케쥴링(Frequency Domain Packet Scheduler) 방법을 보여주는 흐름도이다.
도 13을 참조하면, 패킷 스케쥴러(110)는 MBMS 컨텐츠 중에서 j번째 MBMS 컨텐츠를 갖는 MBMS 사용자(user)에게 최대 I개의 PRB 중에서 i번째 PRB(Physical Resource Blocks)를 할당한 경우를 Com(j,i)라고 할 때, Com(j,i)의 차단율 값인 BlockPr(Com(j,i))를 구한다(S201).
패킷 스케쥴러(110)는 BlockPr(com(j,i))에 대하여 J개의 MBMS 컨텐츠에서 I개의 PRB를 중복되지 않도록 할당하여 얻은 J개의 Com(j,i)의 집합(Set)을 JPI 개수만큼 구한다.
그리고, 패킷 스케쥴러(110)는 집합 내에 있는 Com(j,i)를 J개수만큼 합한 값인
Figure 112011096345070-pat00006
값을 JPI 개수만큼 구한다(S203).
다음, 패킷 스케쥴러(110)는
Figure 112011096345070-pat00007
중에서 가장 작은 값을 갖는 집합을 선택한다(S205).
S205 단계에서 다음 [수학식 1]을 이용하여 가장 작은 값을 갖는 컨텐츠 j와 PRB i 들의 집합을 선택한다.
Figure 112011096345070-pat00008
본 발명의 일 실시예에서 차단율 값 BlockPr(Com(j,i))는 다음 [수학식 2]를 이용하여 구할 수 있다.
Figure 112013010179264-pat00030
[수학식 2]에서 차단된 MBMS 사용자의 수는 주어진 문턱치 값을 넘지 못하는 MBMS 사용자이다. 즉, j번째 MBMS 컨텐츠를 갖는 MBMS 사용자에게 i번째 PRB를 할당하는 경우의 SNIR(Signal to Noise plus Interference Ratio)i,j 값이 주어진 문턱치인 SNIRth 보다 작은 경우, j번째 MBMS 컨텐츠를 갖는 MBMS 사용자를 차단시킨다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 MBMS 컨텐츠가 3개이고, PRB가 3개일 때의 차단율 기반의 FDPS 알고리즘의 예시도이다.
도 4를 참조하면, S201 단계에서는 (a)와 같이 3개의 MBMS 컨텐츠에 대하여 3개의 PRB를 매핑하여 차단율인 BlockPr(Com(j,i))을 9개 구할 수 있다.
또한 S203 단계에서는 (a)에서 얻은 차단율 값을 가지고 Com(j,i)에서 j와 i가 중복되지 않게 구하면, (b)와 같이 3개의 Com(j,i)들로 구성된 집합들을 총 9개 구할 수 있다.
마지막으로 S205 단계에서는 (c)에서와 같이 동일한 집합(Set) 내에 있는 3개의 Com(j,i)들을 더한 후, 그 결과가 가장 작은 값을 갖는 집합 6이 최종적으로 결정 되는 것을 확인할 수 있다.
따라서 집합 6이 결정됨에 따라, MBMS 컨텐츠 1은 3번 PRB, MBMS 컨텐츠 2는 2번 PRB를 MBMS 컨텐츠 3은 1번 PRB를 사용하게 된다.
이제 본 발명의 주파수 영역 패킷 스케쥴링 방법에 대한 시뮬레이션을 수행할 때, 시뮬레이션 환경 모델과 시뮬레이션 파라미터들은 다음과 같다.
시뮬레이션 파라메타 값
셀 반경 1 km
안테나 종류 Omni-directional
전송 파워 36 dBm
잡음 밀도 -174 dBm/Hz
잡음 지수 6 dB
경로손실 모델 Hata Model
음영효과에 대한 표준편차 값 8 dB
셀간 음영효과 상관 값 0.5
대역폭 10 MHz
반송 주파수 2.3 GHz
FFT 크기 1024
총 PRB 수 50
MBMS를 위해 할당된 PRB 수 5-20
PRB당 서브캐리어들의 수 (Nsc) 12
TTI당 OFDM 심벌들의 (Nsymbol) 12
문턱치 값 0.9 dBm
트래픽 모델 Full buffer
표 1은 본 발명의 시뮬레이션에서 사용한 시뮬레이션 파라미터들을 보여주고 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 시뮬레이션을 위한 셀 환경을 보여주는 도면이다.
본 발명의 시뮬레이션은 인접 셀이 간섭으로 작용하는 시스템 레벨 간섭분석을 위하여 도 5과 같은 Hexagonal 셀로 구성된 2-tier 다중 셀 환경을 고려한다.
그리고, 시스템 성능 측정은 실제 셀 (1~19)에서 이루어지며, 정확한 간섭측정을 위해 19셀 환경 주변에 실제 셀을 복제한 셀-랩핑을 고려하였다. 셀 반경은 1000m로 구성되었으며 셀 당 하나의 Omni directional 안테나를 사용한다.
또한 본 발명의 MBSFN의 성능 분석을 위해 19개로 구성된 실제 셀(Real-Cell)에 7개의 MBSFN data transmission 셀과 Unicast transmission 셀로 구분 하였다.
사용자의 발생 위치는 균일 랜덤(Uniform random)하며 동일한 간섭의 영향을 발생하기 위해 각 시뮬레이션 마다 동일한 분포를 갖게 하였다.
또한 사용자 수에 따른 성능 측정을 위해 셀 마다 같은 수의 사용자를 발생하게 하였다. SNIR의 측정을 위해 하향링크 기지국 전송 전력은 36 dBm 으로 하였고, 본 시뮬레이션에서 채널 모델은 거리손실(Path loss), 음영효과 그리고 멀티 경로 페이딩(Multi-path fading)을 포함한다. 거리 손실은 Hata 모델을 사용하여 다음 [수학식 3]을 적용하여 구할 수 있다.
[수학식 3]
dHata[dB]=d0 ,0-4.78(logf c )2+18.33logf c -40.97
또한, 기지국과 사용자간의 거리에 관계없이 주변 환경에 의해 발생되는 감쇄성분인 섀도윙(Shadowing)의 표준편차는 8 dB로 하였고, 이는 기지국과 사용자 사이의 거리가 동일 할지라도 주변 상황에 따라 신호가 겪는 감쇄효과가 다를 수 있게 된다.
본 발명에서 제안하는 알고리즘의 성능을 분석하기 위해서 멀티 경로 페이딩을 고려한 ITU-R 모델에서 Pedestrian A를 적용하였다.
또한, 셀 간 간섭의 측정을 위해서 기지국간에 존재하는 전파손실의 상관관계를 고려하기 위하여 모든 셀의 기지국간의 음영효과 상관 값은 0.5로 한다.
시스템 대역폭은 10MHz 이며 반송 주파수 값은 2.3GHz 이다. 이 경우 FFT 크기는 1024개이고, 반송파의 간격이 15KHz이므로 12개의 연속적인 반송파로 구성된 50개의 PRB가 존재하게 된다. 이를 이용하여 1 TTI에서 하나의 PRB를 통해 전송된 비트수를 정의할 수 있으며, 이는 다음 [수학식 4]와 같다.
[수학식 4]
rn(t)=RC n·log2(Mn)·Nsc·Nsymb
수학식 4에서 Mn은 SNIR에 따른 MCS level n을 의미하며, RC n은 MCS(n)에 따른 코딩율이다. Nsc는 하나의 PRB에 속한 서브캐리어의 수이며, Nsymb는 하나의 PRB에 속한 OFDM 심벌의 수이다. 변조 방법에는 QPSK, 16QAM, 64QAM이 있고, 8개의 코딩 변조 및 코딩 기법이 표 2에 나타나 있다.
PhyMode 변조 코딩율
1 QPSK 1/3 0.9
2 QPSK 1/2 2.1
3 QPSK 2/3 3.8
4 QAM16 1/2 7.7
5 QAM16 2/3 9.8
6 QAM16 5/6 12.6
7 QAM64 2/3 15.0
8 QAM64 5/6 18.2
본 발명에 대한 시뮬레이션 결과는 PRB를 고정적으로 사용하는 Blind FDPS 알고리즘과, PRB를 유동적으로 사용하면서 수율을 최대로 하는 채널 인식 FDPS 알고리즘과, MBMS 서비스 차단율을 최소로 하는 차단율 기반의 FDPS 알고리즘을 차단율과, 시스템 수율과 연결 사용자 수 관점에서 비교하였다.
MBMS 사용자 차단율 값은 MBMS 서비스가 차단된 사용자의 수와 MBMS 서비스가 시도된 전체 사용자의 수의 비율로써 수학식 2와 같이 구하였다.
시스템 수율은 MBMS 사용자들에 대한 수율의 합으로 MBMS 사용자들을 데이터 변조 및 코딩 기법에 적용하여 나오는 비트의 합으로 구하였다.
도 6 내지 도 8은 각각 셀 가장자리 거리에 따른 셀 가장자리에 위치한 MBMS 사용자의 차단율과 수율 그리고 연결된 MBMS 사용자들의 수를 보여준다.
도 6은 셀 가장자리 거리에 따른 셀 가장자리에 위치한 MBMS 사용자의 차단율을 보여주는 그래프이고, 도 7은 셀 가장자리 거리에 따른 셀 가장자리에 위치한 MBMS 사용자의 수율을 보여주는 그래프이고, 도 8은 셀 가장자리 거리에 따른 셀 가장자리에 위치한 연결된 MBMS 사용자의 수를 보여주는 그래프이다.
여기에서 각 셀 당 평균 사용자의 수는 10명으로 고정시켰고 MBMS를 위해 할당된 셀당 PRB의 수는 5로 고정하였다. 그리고 셀 가장자리 거리를 500m, 600m, 700m, 800m 구분하였다.
도 6은 MBSFN 지역내에서 동일한 컨텐츠를 사용하는 MBMS 사용자들은 동일한 PRB를 가지기 때문에, 셀 가장자리 거리가 늘어남에 따라서 급격히 MBMS 사용자 차단율이 증가하는 것을 보여주고 있다. 또한 PRB를 고정적으로 사용하는 Blind FDPS 알고리즘과 PRB를 유동적으로 사용하지만 수율을 최대로 하는 채널 인식 FDPS 알고리즘에 비해서, 본 발명에서 제안하는 차단율 기반의 FDPS 알고리즘이 PRB를 유동적으로 사용하면서도 차단율을 최소로 하는 것이 목적이기에 차단율 결과가 가장 낮은 것을 알 수 있다.
그러나 도 7에서와 같이 수율측면에서 보면 본 발명에서 제안하는 차단율 기반의 FDPS 알고리즘은 차단율이 낮은 PRB를 선택하기 위하여, 동일한 컨텐츠를 사용하는 MBMS 사용자중에서 셀 자장자리에 있는 MBMS 사용자를 포함하기 때문에 낮은 AMC 레벨을 선택하게 된다. 이러한 이유로 MBMS 사용자들의 시스템 수율 저하를 초래하게 된다. 그 이유를 자세히 설명하면 다음과 같다.
MBMS에서 동일한 컨텐츠를 갖는 모든 MBMS 사용자들은 동일한 AMC 레벨을 가져야 하기 때문에, 모든 MBMS 사용자중에서 셀 안쪽에 있는 MBMS 사용자들의 경우에는 셀 가장자리 사용자들의 AMC 레벨로 맞춰져 서비스되어야 하고, 그 결과 수율의 하락을 가져온다.
반대로 셀 가장자리 MBMS 사용자의 경우에는 더 많은 MBMS 사용자들을 수용 할 수 있기에 셀 가장자리 거리가 멀어지면 수율이 높아지는 것을 도 7을 통해 알 수 있다.
그러나 MBMS에서 동일한 컨텐츠를 제공받는 MBMS 사용자들은 동일한 AMC 레벨을 가지기 때문에 성능 측정으로 수율 극대화보다는 연결된 MBMS 사용자의 극대화가 더욱 실질적이고 유익하다.
도 8은 본 발명에서 제안된 알고리즘이 최소의 MBMS 서비스 차단율을 갖는 PRB를 선택하여 차단율을 극소화하고, 연결된 MBMS 사용자들의 수를 극대화하였기 때문에, 셀 가장자리 거리에 따른 셀 가장자리에 위치한 연결된 MBMS 사용자들의 수가 다른 알고리즘들보다 증가함을 보여주고 있다. 연결된 MBMS 사용자의 수는 매 TTI마다 연결된 MBMS 사용자의 합으로 MBMS 사용자의 총 수에서 차단된 MBMS 사용자 수를 빼는 방식으로 구할 수 있다.
도 9, 도 10, 그리고 도 11은 셀당 평균 MBMS 사용자 수에 따른 MBSFN 지역에 위치한 전체 MBMS 사용자들의 차단율과, 수율, 그리고 연결된 전체 사용자의 수를 보여주는 도면이다.
도 9는 셀 당 평균 MBMS 사용자 수에 따른 연결된 전체 MBMS 사용자의 차단율을 보여주는 그래프이고, 도 10은 셀 당 평균 MBMS 사용자 수에 따른 연결된 전체 MBMS 사용자의 수율을 보여주는 그래프이고, 도 11은 셀 당 평균 MBMS 사용자 수에 따른 연결된 전체 사용자의 수를 보여주는 그래프이다.
MBMS를 위해 할당된 셀당 PRB의 수는 5개이고 MBMS 사용자 수를 셀 당 10명, 20명, 30명, 40명으로 증가시켰다.
기존의 Blind FDPS 알고리즘과, 수율을 최대로 하는 채널 인식 FDPS 알고리즘에 비해서, 본 발명에서 제안하는 차단율 기반의 FDPS 알고리즘이 MBSFN 지역에 위치한 연결된 MBMS 사용자의 차단율이 가장 낮은 것을 도 9를 통해 알 수 있다.
그리고, 셀 당 평균 MBMS 사용자의 수가 증가하여도 MBSFN 지역에 위치한 연결된 MBMS 사용자의 차단율에는 크게 변화가 없다는 것을 알 수 있다.
또한 도 10으로부터 수율 측면에선 수율을 최대로 하는 채널 인식 FDPS 알고리즘이 다른 알고리즘들보다 성능이 더 우수한 것으로 나타난다.
그러나 MBMS에서 동일한 컨텐츠를 서비스 받는 MBMS 사용자들은 동일한 AMC 레벨을 가지기 때문에 성능 측정으로 수율 극대화보다는 연결된 MBMS 사용자의 극대화가 더욱 실질적이고 유익하다.
도 11은 본 발명에서 제안된 알고리즘이 최소의 MBMS 서비스 차단율을 가지는 PRB를 선택하여 차단율을 극소화하였기 때문에, 반대로 연결된 MBMS 사용자들의 수는 극대화됨을 보여주고 있다.
또한 도 11을 통하여 셀당 평균 MBMS 사용자 수가 증가함에 따라 MBSFN 지역에 위치한 연결된 전체 MBMS 사용자 수 역시 증가하는 것을 확인할 수 있다.
이상 본 발명을 몇 가지 바람직한 실시예를 사용하여 설명하였으나, 이들 실시예는 예시적인 것이며 한정적인 것이 아니다. 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 지닌 자라면 본 발명의 사상과 첨부된 특허청구범위에 제시된 권리범위에서 벗어나지 않으면서 다양한 변화와 수정을 가할 수 있음을 이해할 것이다.
100 스케쥴러 모듈 200 CQI 측정부
300 물리계층 110 패킷 스케쥴러
120 링크 적응부 112 TDPS
114 FDPS

Claims (5)

  1. MBMS(Multimedia Broadcast Multicast Service) 컨텐츠를 지원하는 MBSFN(Multimedia Broadcast Single Frequency Network) 환경에서 패킷을 스케쥴링하는 패킷 스케쥴러를 포함하는 3GPP(3rd Generation Partnership Project) LTE(Long Term Evolution) 시스템에서의 주파수 영역 패킷 스케쥴링(Frequency Domain Packet Scheduler) 방법에 있어서,
    상기 패킷 스케쥴러는 MBMS 컨텐츠 중에서 j번째 MBMS 컨텐츠를 갖는 MBMS 사용자(user)에게 최대 I개의 PRB 중에서 i번째 PRB(Physical Resource Blocks)를 할당한 경우를 Com(j,i)라고 할 때, 상기 Com(j,i)의 차단율 값인 BlockPr(Com(j,i))를 구하는 단계;
    상기 패킷 스케쥴러는 상기 BlockPr(com(j,i))에 대하여 J개의 MBMS 컨텐츠에서 I개의 PRB를 중복되지 않도록 할당하여 얻은 J개의 Com(j,i)의 집합(Set)을 JPI 개수만큼 구하는 단계;
    상기 패킷 스케쥴러는 상기 집합 내에 있는 Com(j,i)를 J개수만큼 합한 값인
    Figure 112013010179264-pat00010
    값을 JPI 개수만큼 구하는 단계; 및
    상기 패킷 스케쥴러는 상기
    Figure 112013010179264-pat00011
    중에서 가장 작은 값을 갖는 집합을 선택하는 단계를 포함하되,
    상기 차단율 값 BlockPr(Com(j,i))는
    Figure 112013010179264-pat00031

    의 수학식을 이용하여 구해지는 것을 특징으로 하는 주파수 영역 패킷 스케쥴링 방법.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 차단된 MBMS 사용자의 수는 주어진 문턱치 값을 넘지 못하는 MBMS 사용자인 것임을 특징으로 하는 주파수 영역 패킷 스케쥴링 방법.
  5. 제4항에 있어서,
    j번째 MBMS 컨텐츠를 갖는 MBMS 사용자에게 i번째 PRB를 할당하는 경우의 SNIR(Signal to Noise plus Interference Ratio)i,j 값이 주어진 문턱치인 SNIRth 보다 작은 경우, j번째 MBMS 컨텐츠를 갖는 MBMS 사용자를 차단시키는 것을 특징으로 하는 주파수 영역 패킷 스케쥴링 방법.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR20090093760A (ko) * 2008-02-29 2009-09-02 엘지전자 주식회사 멀티캐스트 방송 서비스 데이터 전송방법

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