KR101318496B1 - 무선 통신 네트워크 스케줄링 - Google Patents

무선 통신 네트워크 스케줄링 Download PDF

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아민 더블유. 클롬스도프
비재이 난기아
라비키란 노리
데일 지. 슈웬트
데일 지. 스튜워트
데이비드 알. 윌슨
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모토로라 모빌리티 엘엘씨
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Abstract

무선 통신 네트워크 인프라스트럭처 스케줄링 엔티티(wireless communication network infrastructure scheduling entity)(102)에서의 방법은, 반송파 대역(carrier band)에서의 라디오 자원(radio resource)을 무선 통신 네트워크 내의 스케줄링 가능한(schedulable) 무선 통신 엔티티에 할당하는 단계를 포함하며, 라디오 자원은 상기 할당되는 라디오 자원에 대한 스케줄링 가능한 무선 통신 엔티티에서 이용 가능한 최대 전력에 기초하여 할당되고, 라디오 자원은 상기 라디오 자원이 할당되는 상기 반송파 대역 이외의 반송파 대역 상의 상기 스케줄링 가능한 무선 통신 엔티티의 간섭 충격(interference impact)에 기초하여 할당된다.
무선, 스케줄링, 엔티티, 라디오, 자원, 전력, 반송파, 간섭

Description

무선 통신 네트워크 스케줄링{WIRELESS COMMUNICATION NETWORK SCHEDULING}
본 발명은 일반적으로 무선 통신에 관한 것으로서, 특히 무선 통신 네트워크에서의 라디오 자원 스케줄링, 해당 장치 및 방법에 관한 것이다.
E-UTRA(Evolved UTMS Terrestrial Radio Access)로도 불리는 3GPP 롱텀 에볼루션(long term evolution, LTE)과 같은 현재의 광대역 무선 통신 표준의 사양 단계(specification phase) 동안에 이동 단말기 또는 사용자 장치(user equipment; UE)에서의 전력 증폭기(power amplifier; PA)의 성능 및 효율을 증대하기 위한 노력이 진행 중이다. 이를 목표로 하는 수많은 주된 성능 메트릭스(metrics)가 있지만, 주요 목적은, 주어진 특정 송신 전력 레벨, 예컨대 +21㏈m이나 +24㏈m을 UE 안테나로 전달하는데 필요한 PA 전력 소비(또는 피크 및/또는 평균 전류 드레인(mean current drain)), 비용 및 복잡성을 최소화하는 것이다.
일반적으로, 필요로 하는 송신 전력 레벨은, 대역 내 신호 품질 상에서 또는 원하는 파형의 에러 벡터 크기(error vector magnitude; EVM) 상에서 특정된 하한선, 그리고 원하는 신호 대역폭에서 벗어나면서 인접하거나 교번하는 반송파 수신기의 수신 신호 대역 내로 들어오는 신호 전력 누설(leakage)의 상한선 내에서 달성되어야 한다. 이러한 효과는 광의의 "파형 품질(waveform quality)"에 포함될 수 있다.
이러한 문제로 PA 설계는 어려움을 겪지만, 3GPP LTE와 같은 최근의 광대역 무선 네트워크는 새로운 모드의 시스템 동작 환경에서 이러한 문제를 해결하여야 한다. 예를 들면, PA 동작은 가변 신호 대역폭(가끔, 채널 또는 반송파 대역폭으로 불리는 공칭 대역폭(nominal bandwidth) 내에서)을 점유하는 멀티 톤(multi-tone) 파형과 주파수 애자일(frequency-agile) 파형을 포함하는 새로운 파형 타입을 전송하면서 최적화되어야 한다. 또한, PA 성능은 지금 우선적으로 패킷 교환(packet switched; PS) 네트워크에서 최적화되어야 하며, 이 네트워크는 기지국과 같은 네트워크 엔티티(entity)가 복수의 무선 통신 엔티티 또는 단말기를 스케줄링하여 동시에 전송한다. PA 성능은 다른 라디오 기술(radio technology) 중에서 GSM, UMTS, WCDMA, 무면허(unlicensed) 송신기 및 수신기를 포함하는 수많은 상이한 주파수 또는 공간 인접 라디오 기술에서도 최적화되어야 한다.
개시에 대한 다양한 양상, 특징 및 이점은 이하에서 설명하는 첨부 도면과 함께 상세한 설명을 주의 깊게 고려하면 당업자에게 더욱 더 명백해 질 것이다. 도면은 명확화를 위하여 단순화될 수 있으며 반드시 비례하여 도시된 것은 아니다.
도 1은 예시적인 무선 통신 시스템을 도시한다.
도 2는 무선 통신 엔티티를 도시한다.
도 3은 인접하는 통신 네트워크를 도시한다.
도 4는 점유 대역폭 전력 디레이팅(de-rating) 값을 도시한다.
도 5는 복수의 엔티티에 라디오 자원을 할당한 것을 도시한다.
도 6은 최대 전력 레벨을 보정하는 제어기의 제어 하에서의 전력 증폭기를 도시한다.
도 7은 무선 송신기 전력 증폭기의 최대 전력 조건에서 무선 통신 수신기에서의 수신 신호를 도시한다.
도 1에 있어서, 예시적인 무선 통신 시스템은 지리적인 영역 상에서 분포되어 있는 복수의 셀 서빙 기지국(cell serving base station)(110)을 포함하는 셀룰러 네트워크로 이루어진다. 셀 서빙 기지국(BS) 또는 기지국 트랜스시버(110)는 또한 공통적으로 노드(Node) B 또는 셀 사이트(cell site)라고도 하며, 각 셀 사이트는 섹터로도 불리는 하나 이상의 셀로 이루어진다. 기지국은 게이트웨이(gateway)를 통하여 일반 전화 교환망(public switched telephone network)(PSTN)(130)과 패킷 데이터망(packet data network)(PDN)(140)에 통상적으로 연결되어 있는 제어기(120)에 의하여 통신 가능하게 상호 접속되어 있다. 기지국은 또한 공통적으로 사용자 장치(UE) 또는 무선 단말기라고도 하는 이동 단말기(102)와 통신하여 이용 가능한 라디오 자원을 사용하여 데이터를 수신 또는 송신하도록 이동 단말기를 스케줄링하는 것과 같은 기능을 수행한다. 또한, 네트워크는 당업자에게 주지된 바와 같이, 다른 네트워크 엔티티에 의하여 제어될 수 있는 데이터 라우팅(routing), 허용 제어(admission control), 가입자 빌링(billing), 단말기 인증 등을 포함하는 관리 기능을 포함한다.
예시적인 셀룰러 통신 네트워크는 다른 기존 그리고 차세대 셀룰러 통신 네트워크 중에서 2.5세대 3GPP GSM 네트워크, 3세대 3GPP WCDMA 네트워크 및 3GPP2 CDMA 통신 네트워크를 포함한다. 차세대 네트워크는 개발중인 UMTS(Universal Mobile Telecommunication System) 네트워크와 E-UTRA(Evolved Universal Terrestrial Radio Access)를 포함한다. 네트워크는 OFDM(Frequency Division Multiple Access), DFT-Spread-OFDM, IFDMA 등과 같이 미래의 시스템에서 중요한 주파수 영역향 다중 반송파 송신 기술(frequency-domain oriented multi-carrier transmission technique)을 구현하는 유형일 수 있다. SC-FDMA(single-carrier based approaches with orthogonal frequency division), 특히 IFDMA(Interleaved Frequency Division Multiple Access)와 DFT-Spread-OFDM(DFT-SOFDM)으로 알려진 그 주파수 영역 관련 변형은 피크 대 평균 전력비(peak-to-average power ratio; PAPR) 또는 소위 큐빅 메트릭(cubic metric; CM)을 포함하는 현재의 파형 품질 메트릭스를 사용하여 접근할 때 성능을 최적화한다는 점에서 매력적이다. 이러한 메트릭스는 선형 전력 증폭기 동작을 관리하는데 필요한 전력 백오프(backoff) 또는 전력 디레이팅(de-rating)의 좋은 지표이며, 여기서 '선형(linear)'은 일반적으로 원하는 파형이 갖는 신호 대역폭 내에서 그리고 인접한 주파수 내의 둘 다에서 특정되고 제어 가능한 왜곡 레벨을 의미한다.
OFDM 네트워크에서, 시분할 다중화(TDM)와 주파수 분할 다중화(FDM) 둘 다를 이용하여 채널 코딩, 인터리브 및 데이터 변조된 정보를 OFDM 시간/주파수 심볼(symbol)로 매핑시킨다. OFDM 심볼은 각각이 가드 간격(guard interval) 또는 주기적인 접두어(prefix)를 포함할 수 있는 N개의 연속하는 OFDM 심볼에 대한 M개의 연속하는 부반송파(sub-carrier)로 이루어지는 수많은 자원 블록으로 구성될 수 있다. OFMD 에어 인터페이스(air interface)는 상이한 대역폭, 예를 들어 5㎒, 10㎒ 등의 반송파를 지원하도록 통상 설계된다. 주파수 차원에서의 자원 블록의 크기와 이용 가능한 자원 블록의 수효는 시스템의 대역폭에 따른다.
도 2에서, 예시적인 무선 단말기(200)는 RAM, ROM 등과 같은 메모리(220)에 통신 가능하게 연결되어 있는 처리기(processor)(210)를 포함한다. 무선 라디오 트랜스시버(230)는 무선 인터페이스를 통하여 전술한 네트워크의 기지국과 통신한다. 단말기는 또한 디스플레이, 마이크로폰과 다른 입출력 중에서 오디오 출력을 포함하는 사용자 인터페이스(UI)(240)를 포함한다. 처리기는 당업자에게 주지된 바와 같이 메모리에 저장된 실행 가능한 프로그램의 제어 하에서 디지털 처리기 및/또는 디지털 신호 처리기로서 구현될 수 있다. WCDMA 네트워크에서 사용자 장치(UE)로 불리는 무선 단말기는 이하에서 더 상세히 설명하는 바와 같이 스케줄링 가능한 무선 통신 엔티티라고도 한다.
셀룰러 네트워크에서 동작하는 사용자 장치는 각 상태에 적용 가능한 조치(action) 상의 일반적인 조건에서 수많은 '콜 상태(call state)'또는 '프로토콜 상태(protocol state)'로 동작한다. 예를 들어, 통상적으로 '아이들(idle)' 모드로 불리는 모드에 있어서, UE는 예컨대, 효율적인 네트워크 페이징(paging)을 허용하기 위한 위치 갱신을 주기적으로 수행하는 것을 제외하고는 업링크 또는 다운링크 트래픽(traffic)을 반드시 시작하거나 호출하지 않고 네트워크를 통하여 로 밍(roaming)할 수 있다. 이러한 다른 프로토콜 상태의 경우, UE는 랜덤 접근 채널(random access channel)과 같은 특정 공유 채널을 통하여 네트워크 접근을 개시할 수 있다. 물리적 계층 자원(layer resource)에 접근하는 UE의 능력 또는 필요는 프로토콜 상태에서의 조건일 수 있다. 일부 네트워크의 경우, 예를 들어, UE는 오직 일정한 프로토콜 관련 조건하에서만, 예를 들어 최초 네트워크 진입(entry)시에만 공유 제어 채널에 대한 접근이 허용될 수 있다. 이와는 달리, UE는 높은 신뢰성으로 핸드오버 요청(handover request)이나 확인 메시지(acknowledgement message)와 같이 시간이 중요한 트래픽 통신 요청을 할 수 있다. 이러한 프로토콜 상태의 경우, UE는 네트워크에 의하여, 설계적으로 또는 3GPP 사양과 같은 사양을 제어함으로써 그 프로토콜 상태에 따른 최대 전력 레벨 조절이 허용될 수 있다.
일반적으로, 예를 들어 도 1에서의 기지국(110)에 위치한 무선 통신 네트워크 인프라스트럭처 스케줄링 엔티티는 무선 통신 네트워크에서 스케줄링 가능한 무선 통신 엔티티, 예컨대 이동 단말기에 라디오 자원을 할당 또는 분배한다. 도 1에서, 각 기지국(110)은 해당 셀룰러 영역 내의 이동 단말기에 자원을 스케줄링 및 할당하는 스케줄러(scheduler)를 포함한다. OFDM 방법에 기초하는 것과 같은 그러한 다중 접속 방식, 예를 들어 IEEE-802.16e-2005, 3GPP2에서의 다중 반송파 HRPD-A와 3GPP에서의 UTRA/UTRAN Study Item의 장기 발전((또한 발전된(evolved) UTRA/UTRAN(EUTRA/EUTRAN)으로 불리는)을 포함하는 다중 반송파 접속 또는 다중 채널 CDMA 무선 통신 프로토콜에서, 스케줄링은 주파수 선택성(frequency selective; FS) 스케줄러를 이용하여 시간 및 주파수 차원에서 행해질 수 있다. 기지국 스케줄러에 의하여 FS 스케줄링을 인에이블하기 위하여, 일부 실시예에서, 각 이동 단말기는 주파수 대역 채널 품질 표시기(channel quality indicator; CQI)를 스케줄러에 제공한다.
OFDM 시스템에 있어서, 자원 할당은 스케줄러에 의하여 정해지는 대로 특정 UE에 대한 정보를 자원 블록에 매핑시 큰 주파수 및 시간 할당이다. 이러한 할당은 예컨대, UE가 스케줄러에 알려주는 주파수 선택성 채널 품질 표시기(CQI)에 따른다. 상이한 자원 블록마다 다를 수 있는 채널 코딩율과 변조 방식 역시 스케줄러에 의하여 결정되며 알려진 CQI에 의존할 수 있다. UE에는 자원 블록 내의 모든 부 반송파가 할당되지는 않는다. 예를 들어, 자원 블록의 모든 Q번째 부 반송파가 할당되어 주파수 다양성을 개선한다. 따라서, 자원 할당은 자원 블록 또는 이의 일부일 수 있다. 좀더 일반적으로, 자원 할당은 복수의 자원 블록의 일부이다. 하위 계층 제어 시그널링(signaling)의 다중화는 시간, 주파수 및/또는 코드 다중화에 기초할 수 있다.
네트워크 엔티티, 예를 들어 스케줄링 가능한 무선 통신 단말기가 빅팀(victim)이라 불리는 비협력 인접 대역 엔티티로의 간섭 충격(interference impact)이 도 3에 도시되어 있다. 빅팀 엔티티는 바로 인접한 대역 또는 접촉하지 않으면서 인접하는 기지국 또는 이동 단말기일 수 있으며, 이들 모두 일반적으로 이웃하는 대역이라 한다. 빅팀 수신기는 간섭을 생기게 한 네트워크 엔티티와 동일한 또는 상이한 기술 상에서 동작하거나 이에 속할 수 있다. 빅팀 수신기는 동일한(협력하는) 운영자 또는 상이한(비협력적인) 운영자에 의하여 관리되는 동일한 또는 상이한 네트워크 타입에서 또한 동작하거나 속할 수 있다. 빅팀 수신기는 네트워크 사이에 협력 관계가 없는 상이한 기술 네트워크 상에서 동작하거나 속하여 간섭을 줄인다.
지역 또는 국제 스펙트럼 규제 당국(spectrum regulatory authority)은 라디오 주파수 스펙트럼의 인접 세그먼트(contiguous segment)를 지정하거나, 특정 이중화 모드(duplexing mode), 예컨대, 주파수 분할 이중화(FDD)와 시분할 이중화(TDD)에서 사용하기 위한 라디오 대역, 또는 특정 무선 기술, 예컨대 GSM(Group Special Mobile), CDMA(Code Division Multiple Access), 광대역 CDMA 등에서 사용하기 위한 라디오 대역을 자주 지정한다. 예를 들어, GSM 네트워크는 890-915㎒ 주파수와 935-960㎒ 주파수 사이의 주파수 이중 쌍(frequency duplex pair)으로서 특정되는 소위 GSM 900㎒ (또는 제1 GSM)에 대한 접근이 자주 허용된다. 이러한 정보는 UE에 저장되거나 UE를 제어하는 네트워크에 의하여 전송되어 PA 출력 전력 백오프(또한 디레이팅으로 불리는)에 대한 최적의 선택을 하게 하거나 더 일반적으로 알려진 인접 채널 기술에 제공되는 그리고 이와 일치하는 인접 채널 간섭 조건에서 PA의 최대 전력 레벨을 최적으로 선택하게 한다.
보다 일반적으로, 이러한 UE에 인접하는 주파수 대역은 국가 또는 국제 규정으로부터, 또는 UE가 동작하는 대역으로부터 특정 최대 간섭 레벨에 종속되는 '면허' 또는 '무면허' 지정과 같은 일반적인 배치 기준으로부터 알려질 수 있다. 이러한 정보가 UE에 저장되거나 네트워크로부터의 시그널링에 의하여 이용 가능하게 된 경우, UE는 알려진 인접 대역 간섭 제한에 따른 방사 전력 레벨을 최적화할 수 있다.
도 3에서, 스케줄링 가능한 엔티티 A1(306)은 비정기적으로 스케줄링된다. 특히, 엔티티 A1에는 반송파 j(310) 상의 대역폭뿐만 아니라 반송파 j 대역에서의 대역폭 위치를 포함하는 라디오 자원이 할당된다. 엔티티 A1에는 또한 네트워크 A의 일부인 기지국 스케줄링 엔티티 A1(302)에 의하여 허용되는 송신 전력 분배 또는 전력 조절 및 스케줄링이 할당된다. 스케줄링 가능한 엔티티 A1(306)은 BS 스케줄링 엔티티 A1(302)에 의하여 스케줄링될 때 반송파 j(310) 상에 할당된 대역폭을 이용하여 송신하고 인접한 반송파 j+k를 포함하는 다른 반송파에 영향을 미치는 대역 외 방출(out of band emission)을 생성하여 빅팀 수신기 또는 엔티티인 BS 스케줄링 엔티티 B1(304)에 의한 간섭(312)으로 보이므로, 반송파 j+k(314) 상에서 스케줄링 가능한 엔티티 B1(308)로부터의 스케줄링된 송신을 수신하는 경우 SNR이 감소한다. 기지국 엔티티 B1(304)은 네트워크 B의 일부이며 네트워크 A와 B 사이에는 협력 관계 또는 차선의 최적 협력 관계가 없으므로, 306과 308과 같은 스케줄링 엔티티는 상호 간섭을 피할 수 없다.
도 3에서, 스케줄링 가능한 엔티티 A1(306)이 반송파 j+k(314) 상에서 스케줄링 가능한 엔티티 B1(308)와 간섭하는 정도는 스케줄링 가능한 무선 통신 엔티티와 다른 무선 통신 (빅팀) 엔티티 사이의 라디오 주파수(RF) 거리 (또한 경로 손실이라 함)에 의존한다. 간섭은 또한 송신기의 유효 방사 전력 레벨과, 엔티티 사이의 대역폭 할당의 분리 크기 및 양과 시간적인 중첩 양에 의존한다. 한 송신기의 대역 외 방출은 송신기와 빅팀 수신기 사이의 경로 손실이 클 경우 다른 수신기에 가해지는 충격이 적어지며, 경로 손실이 적을수록 충격은 더 커진다. 인접하는 채널 간섭은 또한 네트워크 A의 BS(302)와 스케줄링 가능한 엔티티(306) 모두가 동일한 반송파(310) 상에서 송신하고 네트워크 B의 BS(304)와 스케줄링 가능한 엔티티(308) 모두가 동일한 반송파(314) 상에서 송신하는 TDD 시스템에서도 존재하여 BS(302)와 스케줄링 가능한 엔티티(306)는 대역 외 방출과 그로 인한 간섭(312)을 인접한 반송파(314)에 유도한다.
일 실시예에서, 스케줄링 가능한 무선 통신 엔티티에 할당되는 라디오 자원은 할당된 라디오 자원 상에서 동작하는 스케줄링 가능한 무선 통신 엔티티의 간섭 충격을 기초로 한다. 간섭 충격은 다른 요인들 중에서 다음 인자, 즉 스케줄링 가능한 무선 통신 엔티티의 송신 파형 타입; 스케줄링 가능한 무선 통신 엔티티의 최대 허용 및 현재 전력 레벨; 스케줄링 가능한 무선 통신 엔티티에 분배 가능한 대역폭의 위치; 다른 무선 통신 엔티티에 대한 거리(경로 손실); 분배된 대역에 대한 스케줄링 가능한 무선 통신 엔티티의 최대 송신 전력의 변화; 다른 스케줄링 가능한 무선 통신 엔티티에 대하여 할당된 대역의 분리; 빅팀 엔티티의 수신 대역폭과 이의 동작에 필요한 최소 SNR; 및 수신 다중 접속 처리(예를 들어, CDMA, OFDM 또는 TDMA) 중 어느 하나 이상에 기초할 수 있다. 최대 송신 전력의 변화는 이하에서 더 설명하는 바와 같이 무선 통신 엔티티의 최대 송신 전력을 디레이팅 또는 리레이팅(re-rating)하는 것을 포함한다.
주어진 반송파 대역 및 대역 분리에 있어서 큰 점유 대역(occupied bandwidth; OBW)을 갖는 송신은 더 큰 대역 외 방출을 생성하여 작은 OBW를 갖는 송신에 비하여 더 큰 인접 또는 이웃하는 채널 누설비(adjacent or neighbor channel leakage ratio; ACLR)를 초래한다. 큰 OBW를 갖는 송신으로부터의 대역 외 방출의 증가는 대개 3차 및 5차 상호 변조(intermodulation; IM) 제품에 의한 증가된 인접 채널 점유에 기인한다. 3차 IM 제품은 대부분 인접 대역에서 ACLR을 결정한다. 5차 IM 제품은 좀 거리가 있는(접촉하지 않으면서 인접하는) 대역에서 대부분 ACLR을 결정한다. 하지만, 복수의 대역폭 타입을 지원하는 IEEE 802.16e-2005와 3GPP LTE 네트워크와 같은 네트워크에서는 인접 대역의 주파수의 차원은 그러한 관계를 제어한다는 점을 유의하여야 한다. 큰 OBW로 인한 ACLR에서 상대적인 증가를 피하기 위하여, 일반적으로 OBW의 증가에 비례하여(반드시 선형적으로 그런 것은 아니지만) 간섭하는 엔티티에 의하여 생기는 송신 전력을 감소시키거나 디레이팅할 필요가 있다. 특정 ACLR을 충족시킨데 필요한 알려진 (예컨대, 0) 전력 디레이팅(PDREF)을 갖는 기준 OBW(OBWREF)가 주어진다면, 점유 대역폭 전력 디레이팅(occupied bandwidth power de-rating, OBPD)은 기준 OBW에 대한 임의의 OBW에 관하여 정해질 수 있다. OBPD는 실험적으로 정해질 수 있지만 다음 수학식에 의하여도 수학적으로 근사화될 수 있다.
OBPD ∝ 10·log10( OBW / OBW ref )
일반적으로, 이동 단말기의 송신 전력을 OBPD에 의하여 감소시켜 인접 채널 전력 누설과 이에 따른 ACLR을, 작은 기준 OBW를 갖는 OBW에 비하여 큰 OBW를 갖는 송신에 대하여 동일하게 유지하여야 한다. 주어진 ACLR 요구를 충족시키기 위하여 OBPD와 파형 전력 디레이팅(waveform power de-rating; WPD) 둘 다를 설명하는데 필요한 전체 전력 디레이팅(total power de-rating; TPD)은 다음과 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112008052508226-pct00001
함수 f(.)는 예를 들어, OBPD와 WPD의 단순한 합일 수 있다. WPD는 변조와 주파수의 수효와 같은 파형 속성 또는 코드 채널을 설명하며 전력 증폭기 측정을 통하여 실험적으로 결정되거나 큐빅 메트릭(CM)과 같은 파형 메트릭으로 나타낼 수 있다. OBPD로부터의 추가 전력 디레이팅(WPD만 제외)은 완화되지 않는 한 무선 단말기에 대한 셀 에지 커버리지(cell edge coverage)를 악화시키는 것을 의미한다. 예를 들어, 고정 5㎒ 반송파 분리를 갖는 5㎒ E-UTRA 반송파 상에서 4.5㎒ 점유 대역폭을 갖는 송신은 3.84㎒ 점유 대역폭만을 갖는 송신에 비하여 인접한 5㎒ 반송파에 관하여 ACLR 측정값이 크다(예를 들어, -33㏈c 대신 약 -30㏈c). ACLR을 다시 -33㏈c로 줄이기 위해서는 수학식 1에서 4.5㎒의 OBW와 OBWREF=3.84㎒에 기초하여 0.70㏈에 가까운 약 0.77㏈(실험적 측정에 기초하여)의 OBPD를 필요로 한다.
큐빅 메트릭(CM)은 PA 정격 전력에서 기준 파형에 의하여 달성되는 것과 동일한 ACLR을 달성하는데 필요한 전력 디레이팅의 관점에서 기준 파형에 대하여 관심 있는 파형에서 PA의 3차원(큐빅) 비선형성의 효과를 특징으로 한다. 예를 들 면, 24㏈m의 전력 클래스를 갖는 UE는 24㏈m의 정격 최대 전력 레벨(PMAX)를 명목상으로는 지원할 수 있다. 실제로, UE의 현재 또는 즉시 또는 국지적인 최대 전력 레벨은 PMAX - f(OBPD, WPD)로 주어지는 동작 최대 전력 레벨로 제한되며, 여기서 f(.)은 예를 들어 동작 최대 전력 레벨이 PMAX - (OBPD + WPD)가 되도록 하는 OBPD와 WPD의 단순 합일 수 있다. 전력 제어 후 또는 PMAX 이하의 임의 전력 레벨 분배 후의 PMAX와 UE의 현재 전력 레벨 사이의 차는 UE의 전력 마진(margin) 또는 전력 헤드룸(headroom)이라 한다. 스케줄링은 OBPD를 감소시키거나 피하는데 사용될 수 있다.
일 실시예에서, 스케줄러는 스케줄링 가능한 무선 통신 엔티티의 전력 헤드룸에 기초하여 대역폭을 분배함으로써 간섭 충격에 기초한 라디오 자원을 할당한다. 특히, 스케줄러는 동작 최대 전력(PMXA-OBPD-WPD)이 스케줄링 가능한 무선 통신 엔티티의 현재 전력을 제한하지 않도록 충분히 OBPD를 감소시키는 대역폭 크기를 찾는다.
스케줄러는 전체 반송파 대역을 점유하는 대역폭 할당 또는 반송파 대역(예를 들어, 5㎒ UTRA 또는 LTE 반송파)의 에지에 있는 자원 블록(RB)을 포함하는 대역폭 할당으로 경로 손실의 관점에서 제공 셀에 "가까운" 이동 단말기를 스케줄링함으로써 인접 및 비접촉 인접 대역으로의 누설을 제어할 수 있으며, 이는 전력 제어로 인해 이러한 단말기가 PMAX에서 또는 근처에서 동작할 것 같지 않고 이에 따라 현재의 전력 레벨이 동작 최대 전력에 의하여 제한될 것 같지 않기 때문이다. 스케줄러는 반송파 대역폭 에지에서 자원 블록을 제외하는 대역폭 할당에서 거의 또는 전혀 전력 마진을 갖지 않는 단말기를 스케줄링하여 OBPD를 줄이고 동작 최대 전력에 의하여 제한되는 전력이 있는 단말기의 가능성을 줄인다. 수 개의 프레임으로 구성되는 더 긴 스케줄링 시간 간격을 호핑(hopping)하는 RB를 이용함으로써 OBPD를 최소화하는 더 작은 송신 대역폭에 분배되는 단말기에 대한 주파수 다양성을 유지할 수 있다. 시그널링 오버헤드(overhead)는 소정 호핑 패턴 또는 소정 논리적 물리적 교환(permutation)을 이용하여 감소될 수 있다. UE는 반송파 대역에서 스케줄링된 또는 할당된 대역폭 크기 및 할당된 대역폭의 위치에 대응하는 OBPD를 결정한다. 따라서, UE는 스케줄링된 모든 송신에 대한 동작 최대 전력을 계산하여 현재의 전력 레벨이 제한될지를 결정한다.
일부 실시예에서, 스케줄링 가능한 무선 통신 엔티티는 이동 단말기에 저장되어 있는 기준 정보로부터 라디오 자원 분배에 기초하여 최대 송신전력을 얻는다. 예를 들어, 최대 송신 전력 정보는 무선 단말기에 저장되어 있는 룩업 테이블(look-up table)로부터 얻어질 수 있다. 대안적으로, 최대 송신 전력 정보는 오버-디-에어 메시지(over-the-air message)에서 얻어질 수 있다. 라디오 자원 분배와 최대 송신 전력 조절 사이의 관계에 대한 몇 개의 예들을 이하에서 좀더 설명한다. 도 4는 OBPD 디레이팅 값을 나타낸다.
BS는 UE가 주파수 인접 BS로 제공하는 간섭에 대한 고려로부터 그러한 스케줄링 결정을 실행하는 것뿐만 아니라 할당된 자원이 공통의 반송파 주파수 자원 세트(하나 이상의 반송파 주파수로 확장 가능)로부터 유추되는 복수의 UE의 성능을 최적화할 수 있다. 즉, BS는 복수의 UE 사이에 제공되는 상호 간섭을 고려하여 스 케줄링 할당을 최적화할 수 있다.
BS에 의하여 할당되는 시간 주파수 자원 세트 내에서 UE에 의하여 인접한 주파수 대역으로 방사되는 전력과 UE에 의하여 BS 수신기(또는 TDD 시스템의 경우에 다른 UE 수신기)로 제공되는 왜곡은 다른 것 중에서 오실레이터 위상 잡음, 디지털 아날로그 변환기 잡음, 전력 증폭기(PA) 선형성을 포함하는 이동 단말기 송신기의 구현에 관련된 몇 개의 실제 설계 기준에 의하여 지배된다(차례로 전력 증폭기 모드, 비용, 전력 소비 등에 의하여 제어된다).
하지만, 일반적으로, 그리고 다항 멱급수의 관점에서 확장 가능한 대부분의 비선형 변환에 공통적으로, UE 전력 증폭기는 주어진 PA 설계에 있어서 PA 입력에 제공되는 평균 전력에 매우 비례하여 원치 않는 인접 대역 간섭을 야기한다. 3차 또는 5차 다항식의 결과로서, 간섭이 발생하는 주파수는 입력 신호 성분 주파수의 3배나 5배 또는 고조파로 존재한다. 또한, 이러한 대역 외 성분의 전력은 입력 전력 레벨의 증가 비율의 3배 또는 5배로 일반적으로 증가한다.
따라서, 이동 단말기는 전력을 PA로 제한함으로써 대역외 방출 레벨을 제어할 수 있다. 인접 주파수 대역으로의 주어진 간섭 레벨 또는 대역 내 왜곡 레벨을 달성하도록 설계된 소정의 정격 최대 출력(또는 입력) 전력이 주어지면, 이동 단말기는 그러한 원치 않는 효과를 감소시키기 위하여 예를 들어 입력 전력 레벨을 조정 감소를 선택할 수 있다. 나머지 다른 부분에 기재한 바와 같이, 입력 또는 출력 PA 전력을 증가 또는 감소시키는 결정은 다른 것 중에서 파형 대역폭, 주파수 대역에서의 위치, 파형 품질 메트릭을 포함하는 기타 기준에 의존할 수 있다.
일반적으로, 네트워크의 속성 또는 UE 동작 파라미터(예를 들어,원하는 대역 외 방출의 레벨, 대역 내 왜곡 또는 여기에 기재한 다른 기준)와 함께 전력 증폭기로 입력되는 파형의 속성은 속성 x1 등을 최대 전력 레벨과 연관시키는 소정 전력 조정 함수 또는 디레이팅 함수 f(x1, x2, x3,.., xN)를 실행하는 제어기에 입력된다(여기서, 디레이팅은 최대 전력 레벨 초과, 미만, 명목상 그리고 정격 전력 레벨을 말함을 이해할 것이다).
도 6에서, 변조 및 코딩 함수(modulation and coding function)(600)는 상위 계층 프로토콜 데이터 유닛과 같은 정보 비트 스트림을 수신한 후, 주파수 변조(607)와 PA(608)로 입력 이전에 순방향 에러 보정(forward error correction)(601), 변조(609)와, 선형 및 비선형 스펙트럼 쉐이핑(shaping)(605) 방법을 적용한다. 제어기(603)는 주파수 변환(607) 직전에 변조 및 코딩 함수(600)로부터 또는 신호의 직접 관찰로부터 파형 속성을 얻는다. 제어기(603)는 또한 저장된 파라미터 또는 네트워크에 의하여 시그널링된 파라미터로부터 동작 속성을 얻을 수 있다. 제어기(603)는 이어 다른 것 중에서 신호 대역폭, 주파수 위치를 파형 속성과 함께, 다른 것 중에서 동작 대역의 인접 기술과 같은 동작 속성을 사용하여 제어 메트릭으로서 PA(608)에 제공되는 허용 최대 PA 전력값(605)을 조정한다.
일 실시예에서, 스케줄링 가능한 무선 통신 엔티티에 할당되는 라디오 자원은 다른 인자, 예컨대 간섭 충격과 함께 또는 이와 조합하여 할당되는 라디오 자원에 대하여 스케줄링 가능한 무선 통신 엔티티에서 이용 가능한 최대 전력에 기초한 다. 특정 라디오 자원 할당에 있어서, 스케줄러는 해당 스케줄링 가능한 무선 통신 장치의 최대 송신 전력을 알고 있다. 스케줄러는 따라서 이러한 정보를 사용하여 스케줄링 가능한 무선 통신 엔티티의 스케줄링을 관리하는데 그 예로 간섭을 줄인다.
일부 실시예에서, 스케줄러는 라디오 자원의 대역폭 크기를 결정하고 스케줄링 가능한 무선 통신에 결정된 대역폭을 할당한다. 스케줄러는 또한 반송파 대역 내에서 분배된 라디오 자원이 위치하는 장소를 결정할 수 있다. 하나의 특정 실시예에서, 스케줄러는 스케줄링 가능한 무선 통신 엔티티가 적은 송신 전력을 필요로 할 때에는 반송파 대역의 에지 가까이에 대역폭을 할당하고, 스케줄링 가능한 무선 통신 엔티티가 많은 송신 전력을 필요로 할 때에는 반송파 대역의 에지로부터 멀리 떨어진 곳에 대역폭을 할당한다. 물론 이러한 할당은 여기에 기재한 다른 요인들 중에서 예를 들어, 간섭 충격과 이웃한 반송파 대역의 근접성에 의존할 수 있다. 또 다른 구현에서, 스케줄러는 스케줄링 가능한 무선 통신 엔티티와 다른 무선 통신 엔티티 사이의 거리가 멀 때에는 반송파 대역 에지에 가까운 스케줄링 가능한 무선 통신 엔티티에 라디오 자원을 할당하고, 스케줄링 가능한 무선 통신 엔티티와 다른 무선 통신 엔티티 사이의 거리가 가까울 때에는 반송파 대역의 에지에서 떨어진 스케줄링 가능한 무선 통신 엔티티에 라디오 자원을 할당한다.
도 5는 연속적인 송신 시간 간격(transmission time interval) 또는 TTI(프레임)(508)에 대하여 DC에 관한 할당 가능한 대역에서 중심에 위치한 UE1(502)에의 자원 할당과 각각이 대역 에지에 위치한 UE2(504)와 UE3(506)에의 자원 할당을 나 타낸다. 도 5는 375㎑ 자원 블록(RB) 단위로 할당 가능한 대역폭 4.5㎒를 갖는 5㎒ 반송파 대역에서 12개의 RB가 전체 4.5㎒을 걸쳐 있는 것을 나타낸다. 인접한 반송파는 5㎒ 반송파의 어느 한 쪽에 위치하고 통상 가드 대역(guard band)에 의하여 분리된다. 대역 외 방출은 대역 에지의 점유를 줄이거나 피하면 더 빠르게 감소한다. 따라서, UE1(502)로 도시한 바와 같이 대역 중심 할당의 크기를 감소시키는 것은 OBPD 역시 510을 빠르게 감소시키는 것을 의미한다. 예를 들어, 대역 에지에 2 이상의 RB가 할당되지 않으면 OBPD는 0 이하가 될 수 있다. UE4(512) 및 UE5(514)에 대하여 도시한 것과 같이 대역 에지의 RB를 포함하는 할당에 대한 대역 외 방출(및 OPBD(516))은 대역 중심 할당에 비하여 할당이 감소할수록 더 느리게 감소한다. 도시한 특정 예에서, 대역 에지의 RB의 UE4(512)를 갖는 자원 할당의 점유율이 할당 가능한 전체 대역의 1/3 이하가 될 때 비로소 OBPD는 0 이하로 떨어진다(518).
BS는 UE 중에서 감소된 송신기 파형 품질로부터 발생하는 BS 수신기 잡음 전력 기여도를 가끔 측정함으로써 BS의 제어 하에 UE의 최대 허용 전력 레벨을 최적으로 조정하는 능력을 강화할 수 있다. 도 7a는 OFD 송신 환경에서 이러한 방법을 좀 더 구체적으로 나타낸 것으로서, 더 일반적으로는 복수의 부반송파(subcarrier)를 포함하는 송신을 나타낸 것이다. 특히, UE는 부반송파 Es1(700) 당 특정 에너지를 갖는 그리고 BS 수신기 열적 잡음 전력 밀도(thermal noise power density) Nt(702)에 대하여 관련 신호 대 잡음비 Es1/Nt를 갖는 BS 수신기에서 수신되는 활성(active) 주파수 부반송파(701) 세트 상에서 전송되는 것으로 나타난다.
도 7a에서, UE가 송신하는 파형과 이에 따른 주파수 부반송파는 UE 송신기의 실제 한계에 기인하는 손상을 입기 쉽다. 이러한 손상은 일반적으로 주파수 의존성을 갖지만, BS 수신기에서 수신시 잡음 전력 밀도 Ne(703)로 도시한 주파수 불변 부가 잡음 전력 스펙트럼 밀도로서 첫 번째 근사화에서 간주될 수 있다. 일반적으로, UE 송신기 성능은 유효 전체 수신기 잡음 밀도에서의 증가가 무시할만하도록 즉, Nt+Ne ≒ Nt가 되도록 송신기 손상으로 인한 수신 잡음 밀도 Ne가 BS 수신기 열적 잡음 밀도 Nt보다 충분히 낮은 레벨에서 수신되게 하는 것이다.
도 7b에서, 특정 조건에서 동작하는 경우, 예를 들어, 업링크 셀 커버지리(uplink cell coverage)의 에지에 위치한 경우, UE가 최대 송신기 전력 레벨을 조정하여 부반송파 Es2(704) 당 유효 수신 에너지를 증가시키는 것이 유리하다. 전력 증폭기의 비선형 특성 때문에, 이는 송신기 손상에 기인하는 수신 잡음 밀도 Ne(705)를 비례하여 더욱 증가시킬 수 있지만(㏈에서), Ne가 Nt 이하 레벨로 유지된다면 부반송파 신호 대 잡음비에서 순익을 증가시킬 수 있다.
UE가 송신기에서 비 Es/Ne를 최적화하도록 하기 위하여, BS는 a) BS 수신기 열적 잡음 밀도 Nt, b) UE 송신기 손상으로 인한 수신 잡음 성분 Ne 또는 c) 이러한 측정값의 조합(combination), 합(sum) 또는 다른 함수의 표시를 방송한다(broadcast). UE는 이때 최대 송신기 전력 레벨을 최적화하여 부반송파 신호 대 잡음비를 최적화할 수 있다. 예를 들면, UE가 다운링크 전력 측정으로부터 예를 들어, BS와 UE 사이의 경로 손실의 추정치를 얻은 경우, UE는 최대 방사 전력 레벨을 선택하여 송신기 손상으로 인한 부반송파 수신 에너지와 관련 수신기 잡음 전력 밀도를 최적화할 수 있다. 이를 지원하는 경우, BS는 특정 시간 주파수 사례나 측정 기회를 스케줄링하는 것을 선택할 수 있고, 여기서 알려진 부반송파(706) 세트 또는 다른 시간 주파수 자원은 모르는 상태가 된다. 이로 인하여 BS 수신기는 도 7b에 도시한 것과 같이 원하는 잡음 전력 통계(즉, Nt + Ne)를 측정할 수 있다.
BS는 특정 UE에 송신하거나(unicast), 또는 특정 셀이나 셀들 또는 전체 네트워크를 통하여, 활성 부반송파 Es당 에너지와 비활성 부반송파에서의 등가 잡음 전력 밀도 사이에서 UE PA 출력에서 측정된 특정 비의 측정을 방송할 수 있다. 공통 또는 전용 제어 채널을 통하여 이러한 표시하는 수신하는 UE는 비 Es/Ne가 특정 방송 즉 유니캐스트 값으로 할당되도록 최대 전력 레벨을 조정할 수 있다. 이와는 달리, BS는 이러한 비의 상한 또는 하한도 송신할 수 있다. 통상적으로, 이러한 측정을 제어 채널 상에서 송신하는 것은 특정값의 양자화나 N 비트의 정수 워드(integer word)에 대한 범위를 필요로 한다.
본 명세서와 최량의 모드는 소유를 확립하고 당업자가 이를 만들고 사용하는 방식으로 설명하였지만, 여기에 기재한 예시적인 실시예와 등가물이 존재하고, 설명적인 실시예가 아니라 첨부한 청구범위로 제한되고자 하는 본 발명의 범위 및 사상에서 벗어남이 없이 변형 및 변경이 이루어짐을 이해하고 인식할 것이다.

Claims (10)

  1. 무선 통신 네트워크 인프라스트럭처 스케줄링 엔티티(wireless communication network infrastructure scheduling entity)에서의 방법으로서,
    반송파 대역(carrier band)에서의 라디오 자원(radio resource)을 상기 무선 통신 네트워크 내의 스케줄링 가능한(schedulable) 무선 통신 엔티티에게 할당하는 단계
    를 포함하며,
    상기 라디오 자원은 상기 할당되는 라디오 자원에 대해 상기 스케줄링 가능한 무선 통신 엔티티에게 이용 가능한 최대 전력에 기초하여 할당되고, 또한
    상기 라디오 자원은 상기 라디오 자원이 할당되는 상기 반송파 대역 이외의 반송파 대역상의 상기 스케줄링 가능한 무선 통신 엔티티의 간섭 충격(interference impact)에 기초하여 할당되는 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 무선 통신 네트워크 인프라스트럭처 스케줄링 엔티티는,
    상기 스케줄링 가능한 무선 통신 엔티티의 송신 파형 타입, 상기 스케줄링 가능한 무선 통신 엔티티의 정격 최대 전력, 상기 스케줄링 가능한 무선 통신 엔티티의 동작 최대 전력 레벨, 상기 스케줄링 가능한 무선 통신 엔티티의 현재 동작 전력 레벨, 상기 스케줄링 가능한 무선 통신 엔티티에게 배정 가능한(assignable) 대역폭, 반송파 대역에서의 상기 배정 가능한 대역폭의 위치, 상기 스케줄링 가능한 무선 통신 엔티티 및 다른 무선 통신 엔티티 사이의 라디오 주파수 거리, 상기 배정된 대역폭에 대한 상기 스케줄링 가능한 무선 통신 엔티티에서의 동작 최대 전력의 변화, 상기 다른 무선 통신 엔티티 대역에 상대적인 배정된 대역폭의 분리(separation), 상기 할당된 라디오 자원이 위치하는 대역에 이웃하는 대역에서의 라디오 기술 중 어느 하나에 기초하여 상기 간섭 충격을 결정하는 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 스케줄링 가능한 무선 통신 엔티티에게 라디오 자원을 할당하는 단계는 상기 할당된 자원의 대역폭 크기를 상기 스케줄링 가능한 무선 통신 엔티티에게 배정하는 단계를 포함하는 방법.
  4. 제1항에 있어서, 상기 간섭 충격에 기초하여 라디오 자원을 할당하는 것은 상기 스케줄링 가능한 무선 통신 엔티티와 상기 다른 무선 통신 엔티티 사이의 라디오 주파수 거리에 기초하여 대역폭을 배정하는 것을 포함하는 방법.
  5. 제1항에 있어서, 상기 간섭 충격에 기초하여 라디오 자원을 할당하는 것은 상기 스케줄링 가능한 무선 통신 엔티티의 전력 헤드룸(headroom)에 기초하여 대역폭을 배정하는 것을 포함하는 방법.
  6. 제1항에 있어서, 상기 스케줄링 가능한 무선 통신 엔티티에게 라디오 자원을 할당하는 단계는 반송파 대역 내에서의 특정 위치에 대역폭을 배정하는 단계를 포함하는 방법.
  7. 제1항에 있어서, 상기 스케줄링 가능한 무선 통신 엔티티가 더 적은 송신 전력을 필요로 하는 경우 스케줄러는 반송파 대역의 에지(edge)에 더 가까운 대역폭을 할당하고, 상기 스케줄링 가능한 무선 통신 엔티티가 더 많은 송신 전력을 필요로 하는 경우 상기 스케줄러는 상기 반송파 대역의 에지에서 더 먼 대역폭을 할당하는 방법.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 스케줄링 가능한 무선 통신 엔티티와 상기 다른 무선 통신 엔티티 사이의 라디오 주파수 거리가 더 큰 경우에는 상기 스케줄러는 반송파 대역의 에지에 더 가까운 상기 라디오 자원을 상기 스케줄링 가능한 무선 통신 엔티티에게 할당하고,
    상기 스케줄링 가능한 무선 통신 엔티티와 상기 다른 무선 통신 엔티티 사이의 라디오 주파수 거리가 더 작은 경우에는 상기 스케줄러는 상기 반송파 대역의 에지에서 더 먼 상기 라디오 자원을 상기 스케줄링 가능한 무선 통신 엔티티에게 할당하는 방법.
  9. 제1항에 있어서, 상기 스케줄링 가능한 무선 통신 엔티티에게 라디오 자원을 할당하는 단계는, 상기 스케줄링 가능한 무선 통신 엔티티가 자신의 송신 전력을 디레이팅(de-rating)할 필요가 없도록 다수의 자원 블록(resource block)을 배정하는 단계를 포함하는 방법.
  10. 제1항에 있어서, 상기 라디오 자원을 할당하기 전에 상기 라디오 자원 할당에 기초하여 상기 스케줄링 가능한 무선 통신 엔티티의 송신 전력 디레이팅을 결정하는 방법.
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