KR101716052B1 - 무선 리소스 할당 방법 및 기지국 - Google Patents

무선 리소스 할당 방법 및 기지국 Download PDF

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Abstract

무선 리소스 할당 방법 및 기지국이 개시된다. 전이중 통신(full-duplex)이 가능한 기지국이 전체 채널 상태 정보(Full Channel State Information)를 알고 있는 경우, 반이중 통신(half-duplex)을 하는 업링크 단말 및 다운링크 단말에 대하여 기지국이 수행하는 무선 리소스 할당 방법은 미리 설정된 업링크 리소스 할당 계획 정보에 따라 업링크 리소스를 할당하는 단계, 업링크 리소스 할당에 따른 업링크 리소스 할당 정보를 이용하여 서브캐리어에서 각 다운링크 단말로의 CINR(channel gain to interference and noise ratio)을 산출하는 단계, 산출한 CINR이 가장 큰 다운링크 단말로 서브캐리어를 할당하는 단계 및 서브캐리어의 할당이 완료된 업링크 채널과 다운링크 채널을 동시에 고려하여 파워를 할당하는 단계를 포함한다.

Description

무선 리소스 할당 방법 및 기지국{Method and Base station for radio resource allocation}
본 발명은 OFDMA 네트워크에서의 전이중(Full-duplex) 통신 기술에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 무선 리소스 할당 방법 및 기지국에 관한 것이다.
도 1은 종래의 OFDMA 네트워크에서의 전이중 통신을 나타낸 도면이다.
종래에는, 도 1에 도시된 바와 같이, 기지국과 단말 모두 전이중 통신이 가능한 경우를 고려하고 있다. 그래서, 종래에는 하나의 서브채널을 하나의 단말이 업링크 및 다운링크로 사용하였다. 즉, 서브채널 할당과 업링크 및 다운링크 파워 할당을 동시에 고려하는 무선 리소스 할당 알고리즘이 사용되었다. 하지만, 이러한 종래의 무선 리소스 할당 알고리즘은 반이중 통신을 하는 단말에 대한 무선 리소스 할당 방법을 제시하지 않고 있다.
현재, 자기간섭 억제 기술의 높은 복잡도로 인하여 전이중 통신이 단말에 적용되기 어려울 것으로 예상되기 때문에, 단말이 기존의 반이중 통신만을 하는 상황을 고려하고, 발생하는 노드간 간섭(Inter-node Interference)을 고려하는 무선 리소스 할당 방법이 필요하다.
공개특허공보 제10-2011-0054073호(2011.05.24)
본 발명은 전이중 통신이 가능한 기지국와 반이중 통신을 하는 단말들이 다중 서브캐리어(subcarrier)를 이용하여 통신을 하는 상황에서, 하나의 서브캐리어를 두 단말이 각각 업링크 및 다운링크로 동시에 사용함에 따라 발생하는 노드간 간섭을 고려한 무선 리소스 할당 방법 및 이를 수행하는 기지국을 제안하는 것이다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 전이중 통신(full-duplex)이 가능한 기지국이 전체 채널 상태 정보(Full Channel State Information)를 알고 있는 경우, 반이중 통신(half-duplex)을 하는 업링크 단말 및 다운링크 단말에 대하여 상기 기지국이 수행하는 무선 리소스 할당 방법이 개시된다.
본 발명의 실시예에 따른 무선 리소스 할당 방법은 미리 설정된 업링크 리소스 할당 계획 정보에 따라 업링크 리소스를 할당하는 단계, 상기 업링크 리소스 할당에 따른 업링크 리소스 할당 정보를 이용하여 서브캐리어에서 각 다운링크 단말로의 CINR(channel gain to interference and noise ratio)을 산출하는 단계, 상기 산출한 CINR이 가장 큰 다운링크 단말로 상기 서브캐리어를 할당하는 단계 및 상기 서브캐리어의 할당이 완료된 업링크 채널과 다운링크 채널을 동시에 고려하여 파워를 할당하는 단계를 포함한다.
상기 업링크 리소스를 할당하는 단계는, 상기 미리 설정된 업링크 리소스 할당 계획 정보에 따라 업링크 서브캐리어를 업링크 단말로 할당하는 단계 및 상기 업링크 단말로 임시 파워를 할당하는 단계를 포함한다.
상기 산출한 CINR이 가장 큰 다운링크 단말로 상기 서브캐리어를 할당하는 단계는, 업링크 채널 게인이 노드간 채널 게인 이상이 되는 조건(guplink ≥ ginter-node)을 더 만족하는 상기 다운링크 단말로 상기 서브캐리어를 할당한다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 전이중 통신(full-duplex)이 가능한 기지국이 전체 채널 상태 정보(Full Channel State Information)를 알고 있는 경우, 반이중 통신(half-duplex)을 하는 업링크 단말 및 다운링크 단말에 대하여 상기 기지국이 수행하는 무선 리소스 할당 방법이 개시된다.
본 발명의 실시예에 따른 무선 리소스 할당 방법은 미리 설정된 다운링크 리소스 할당 계획 정보에 따라 다운링크 리소스를 할당하는 단계, 각 업링크 단말에 임시 파워를 할당하는 단계, 상기 임시 파워의 할당에 따라 주어진 파워 할당 정보를 이용하여 업링크 Rate가 최대가 되는 업링크 단말로 서브캐리어를 가상으로 할당하는 단계, 각 서브캐리어를 각 업링크 단말로의 가상 할당을 완료한 후, 서브캐리어가 가상 할당된 업링크 채널 전체의 업링크 Rate와 서브캐리어가 실제로 할당된 다운링크 채널 전체의 다운링크 Rate를 합한 Rate 합을 산출하는 단계, 상기 임시 파워를 할당하는 단계, 상기 서브캐리어를 가상으로 할당하는 단계 및 상기 Rate 합을 산출하는 단계를 서브캐리어의 수만큼 반복하는 단계 및 상기 Rate 합이 최대가 되는 업링크 단말로 서브캐리어를 할당하는 단계를 포함한다.
상기 다운링크 리소스를 할당하는 단계는, 상기 미리 설정된 다운링크 리소스 할당 계획 정보에 따라 서브캐리어를 다운링크 단말로 할당하는 단계 및 상기 다운링크 단말로 임시 파워를 할당하는 단계를 포함한다.
상기 서브캐리어를 가상으로 할당하는 단계는, 업링크 단말과 서브캐리어의 각 쌍(pair)별로 업링크 Rate를 산출하는 단계 및 상기 업링크 Rate가 최대가 되는 업링크 단말과 서브캐리어의 쌍을 찾아 해당 서브캐리어를 해당 업링크 단말로 가상 할당하는 단계를 포함한다.
상기 Rate 합이 최대가 되는 업링크 단말로 서브캐리어를 할당하는 단계는, 서브캐리어 수만큼의 서브캐리어 가상 할당 세트 중에서 상기 Rate 합이 최대가 되는 서브캐리어 가상 할당 세트를 선택한다.
상기 업링크 Rate는 하나의 서브캐리어와 하나의 업링크 단말에 의하여 형성되는 채널에서의 업링크 서브캐리어 할당 여부, 업링크 채널 게인 및 할당된 업링크 파워로부터 산출되고, 상기 다운링크 Rate는 하나의 서브캐리어와 하나의 다운링크 단말에 의하여 형성되는 채널에서의 다운링크 서브캐리어 할당 여부, 다운링크 채널 게인 및 할당된 다운링크 파워 그리고, 노드간 채널 게인, 상기 업링크 서브캐리어 할당 여부 및 상기 업링크 파워로부터 산출된다.
상기 업링크 Rate 및 상기 다운링크 Rate는 하기의 수학식을 이용하여 산출된다.
Figure 112015107017062-pat00001
Figure 112015107017062-pat00002
여기서, Ru n, s는 서브캐리어 s에서의 업링크 단말 n의 업링크 Rate이고, gu n, s는 서브캐리어 s에서의 업링크 단말 n의 업링크 채널 게인이고, Pu n, s는 서브캐리어 s에서의 업링크 단말 n에 할당된 업링크 파워이고, xu n, s는 바이너리로 표현되는 관련 변수로, 서브캐리어 s가 업링크 단말 n에 할당된 경우에 1이 되고, 그 외의 경우에 0이 됨.
그리고, Rd m, s는 서브캐리어 s에서의 다운링크 단말 m의 다운링크 Rate이고, gd m, s는 서브캐리어 s에서의 업링크 단말 m의 다운링크 채널 게인이고, Pd m, s는 서브캐리어 s에서의 다운링크 단말 m에 할당된 다운링크 파워이고, xd m , s는 바이너리로 표현되는 관련 변수로, 서브캐리어 s가 다운링크 단말 m에 할당된 경우에 1이 되고, 그 외의 경우에 0이 되고, gi n, m, s는 서브캐리어 s에서의 단말 n으로부터 단말 m으로의 노드간 채널 게인임.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 전이중 통신(full-duplex)이 가능한 기지국이 제한된 채널 상태 정보(Limited Channel State Information)를 알고 있는 경우, 반이중 통신(half-duplex)을 하는 업링크 단말 및 다운링크 단말에 대하여 상기 기지국이 수행하는 무선 리소스 할당 방법이 개시된다.
본 발명의 실시예에 따른 무선 리소스 할당 방법은 트레이닝 시퀀스(training sequence)를 단말들에게 브로드캐스팅(broadcasting)하는 단계, 상기 업링크 단말로부터 업링크 채널 게인 정보를 피드백받는 단계, 상기 다운링크 단말로부터 CINR(channel gain to interference and noise ratio) 정보를 피드백받는 단계 및 상기 업링크 채널 게인 정보 및 상기 CINR 정보를 이용하여 업링크 리소스 및 다운링크 리소스를 순차적으로 할당하는 단계를 포함한다.
트레이닝 시퀀스를 단말들에게 브로드캐스팅하는 단계는, 각 단말들이 상기 트레이닝 시퀀스의 수신을 통해서 다운링크 채널 게인 정보를 측정하는 단계를 포함하되, 상기 업링크 채널 게인 정보는 측정된 상기 다운링크 채널 게인 정보이다.
상기 업링크 단말로부터 업링크 채널 게인 정보를 피드백받는 단계는, 상기 다운링크 단말이, 상기 업링크 단말이 상기 업링크 채널 게인 정보를 상기 기지국으로 피드백할 때, 상기 기지국으로 전송되는 피드백 메시지를 도청(overhearing)하는 단계 및 상기 업링크 단말로부터의 노드간 간섭(inter-node interference)을 측정하는 단계를 포함한다.
상기 다운링크 단말로부터 CINR 정보를 피드백받는 단계는, 상기 다운링크 단말이 자신의 채널 게인과 상기 노드간 간섭을 이용하여 CINR을 산출하는 단계를 포함한다.
상기 업링크 단말로부터 업링크 채널 게인 정보를 피드백받는 단계는, 상기 업링크 단말이 자신의 채널 상태에 따라 선택한 슬롯(slot)을 통하여 자신의 아이디 및 동신에 보내는 피드백 메시지의 개수 정보를 기지국으로 전송하는 단계 및 상기 기지국이 상기 피드백 메시지를 성공적으로 수신한 슬롯 중에서 채널 게인이 가장 큰 슬롯을 선택하고, 상기 선택한 슬롯의 슬롯 번호를 브로드캐스팅하는 단계를 포함한다.
상기 업링크 단말로부터 업링크 채널 게인 정보를 피드백받는 단계는, 상기 다운링크 단말이 업링크 피드백이 이루어지는 동안에 모든 슬롯에서 자신이 받는 신호의 세기(signal strength)를 측정하는 단계 및 상기 다운링크 단말이 기지국이 브로드캐스팅하는 슬롯 번호를 통해서 자신이 앞으로 받게 될 간섭 레벨(interference level)을 결정하는 단계를 더 포함하고, 상기 다운링크 단말로부터 CINR 정보를 피드백받는 단계는, 상기 다운링크 단말이 상기 간섭 레벨을 이용하여 자신의 CINR을 산출하는 단계 및 상기 다운링크 단말이 상기 산출한 CINR을 상기 기지국으로 피득백하는 단계를 포함한다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 전체 채널 상태 정보(Full Channel State Information)를 알고 있으며, 전이중 통신(full-duplex)이 가능한 기지국이 개시된다.
본 발명의 실시예에 따른 기지국은 반이중 통신(half-duplex)을 하는 업링크 단말 및 다운링크 단말과 통신을 수행하는 통신부, 명령어를 저장하는 메모리 및 상기 명령어를 실행하는 프로세서를 포함하되, 상기 명령어는, 미리 설정된 업링크 리소스 할당 계획 정보에 따라 업링크 리소스를 할당하는 단계, 상기 업링크 리소스 할당에 따른 업링크 리소스 할당 정보를 이용하여 서브캐리어에서 각 다운링크 단말로의 CINR(channel gain to interference and noise ratio)을 산출하는 단계, 상기 산출한 CINR이 가장 큰 다운링크 단말로 상기 서브캐리어를 할당하는 단계 및 상기 서브캐리어의 할당이 완료된 업링크 채널과 다운링크 채널을 동시에 고려하여 파워를 할당하는 단계를 포함하는 무선 리소스 할당 방법을 수행한다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 전체 채널 상태 정보(Full Channel State Information)를 알고 있으며, 전이중 통신(full-duplex)이 가능한 기지국이 개시된다.
본 발명의 실시예에 따른 기지국은 반이중 통신(half-duplex)을 하는 업링크 단말 및 다운링크 단말과 통신을 수행하는 통신부, 명령어를 저장하는 메모리 및 상기 명령어를 실행하는 프로세서를 포함하되, 상기 명령어는, 미리 설정된 다운링크 리소스 할당 계획 정보에 따라 다운링크 리소스를 할당하는 단계, 각 업링크 단말에 임시 파워를 할당하는 단계, 상기 임시 파워의 할당에 따라 주어진 파워 할당 정보를 이용하여 업링크 Rate가 최대가 되는 업링크 단말로 서브캐리어를 가상으로 할당하는 단계, 각 서브캐리어를 각 업링크 단말로의 가상 할당을 완료한 후, 서브캐리어가 가상 할당된 업링크 채널 전체의 업링크 Rate와 서브캐리어가 실제로 할당된 다운링크 채널 전체의 다운링크 Rate를 합한 Rate 합을 산출하는 단계, 상기 임시 파워를 할당하는 단계, 상기 서브캐리어를 가상으로 할당하는 단계 및 상기 Rate 합을 산출하는 단계를 서브캐리어의 수만큼 반복하는 단계 및 상기 Rate 합이 최대가 되는 업링크 단말로 서브캐리어를 할당하는 단계를 포함하는 무선 리소스 할당 방법을 수행한다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 제한된 채널 상태 정보(Limited Channel State Information)를 알고 있으며, 전이중 통신(full-duplex)이 가능한 기지국이 개시된다.
본 발명의 실시예에 따른 기지국은 반이중 통신(half-duplex)을 하는 업링크 단말 및 다운링크 단말과 통신을 수행하는 통신부, 명령어를 저장하는 메모리 및 상기 명령어를 실행하는 프로세서를 포함하되, 상기 명령어는, 트레이닝 시퀀스(training sequence)를 단말들에게 브로드캐스팅(broadcasting)하는 단계, 상기 업링크 단말로부터 업링크 채널 게인 정보를 피드백받는 단계, 상기 다운링크 단말로부터 CINR(channel gain to interference and noise ratio) 정보를 피드백받는 단계 및 상기 업링크 채널 게인 정보 및 상기 CINR 정보를 이용하여 업링크 리소스 및 다운링크 리소스를 순차적으로 할당하는 단계를 포함하는 무선 리소스 할당 방법을 수행한다.
본 발명은 전이중 통신이 가능한 기지국와 반이중 통신을 하는 단말들이 다중 서브캐리어(subcarrier)를 이용하여 통신을 하는 상황에서, 하나의 서브캐리어를 두 단말이 각각 업링크 및 다운링크로 동시에 사용함에 따라 발생하는 노드간 간섭을 고려하여 무선 리소스를 할당함으로써, 전이중 다중 서브캐리어 통신의 통신 효율을 높일 수 있다.
도 1은 종래의 OFDMA 네트워크에서의 전이중 통신을 나타낸 도면.
도 2 내지 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 무선 리소스 할당 방법의 개념을 설명하기 위한 도면.
도 5 및 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 리소스 할당 방법을 나타낸 도면.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 무선 리소스 할당 방법을 나타낸 흐름도.
도 8 내지 도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 무선 리소스 할당 방법을 설명하기 위한 도면.
도 11 및 도 12는 본 발명의 실시예에 따른 무선 리소스 할당 방법에 대한 실험 결과를 나타낸 그래프.
도 13 내지 도 15는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 무선 리소스 할당 방법을 나타낸 도면.
도 16은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 무선 리소스 할당 방법을 설명하기 위한 그래프.
도 17 및 도 18은 본 발명의 다른 실시예에 따른 무선 리소스 할당 방법에 대한 실험 결과를 나타낸 그래프.
도 19는 본 발명의 실시예에 따른 기지국의 구성을 개략적으로 예시한 도면.
본 명세서에서 사용되는 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "구성된다" 또는 "포함한다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 여러 구성 요소들, 또는 여러 단계들을 반드시 모두 포함하는 것으로 해석되지 않아야 하며, 그 중 일부 구성 요소들 또는 일부 단계들은 포함되지 않을 수도 있고, 또는 추가적인 구성 요소 또는 단계들을 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다. 또한, 명세서에 기재된 "...부", "모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어 또는 소프트웨어로 구현되거나 하드웨어와 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
이하, 본 발명의 다양한 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 상술하겠다.
도 2 내지 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 무선 리소스 할당 방법의 개념을 설명하기 위한 도면이다.
본 발명의 실시예에 따른 무선 리소스 할당 방법은 크게 두 가지의 경우의 방법이 있다. 첫번째는, 기지국이 전체 채널 상태 정보(Full Channel State Information)를 알고 있는 경우의 방법이고, 두번째는, 기지국이 제한적인 채널 상태 정보(Limited Channel State Information)를 알고 있는 경우의 방법이다.
우선, 이하에서는, 기지국이 전체 채널 상태 정보를 알고 있는 경우의 무선 리소스 할당 방법에 대하여 설명하기로 한다.
본 발명의 실시예에 따른 무선 리소스 할당 방법은 도 2에 도시된 바와 같이, 하나의 전이중(full-duplex) 통신이 가능한 기지국(base station)과 다수의 반이중 통신(half-duplex)을 하는 단말(node)이 통신을 하는 상황을 고려한 것이다. 여기서, 각 단말은 업링크 단말 또는 다운링크 단말이 될 수 있으며, 다수의 직교 서브캐리어(orthogonal subcarrier)가 사용되어 무선 리소스 할당이 이루어질 수 있다.
이때, 하나의 서브캐리어가 업링크 단말과 다운링크 단말에 동시에 할당되어, 노드간 간섭(Inter-node Interference)이 발생하므로, 이 노드간 간섭을 고려하여 무선 리소스 할당이 이루어져야 한다.
또한, 무선 리소스 할당은 도 3에 도시된 바와 같이, 서브캐리어 할당과 함께 서브캐리어의 업링크 및 다운링크 파워 할당을 어떻게 할지도 중요한 문제이다.
본 발명의 실시예에 따른 무선 리소스 할당 방법을 구체적으로 설명하기에 앞서, 무선 리소스 할당을 위한 시스템 모델에 대하여 설명하기로 한다.
본 발명의 실시예에 따른 무선 리소스 할당 방법을 수행하기 위한 주요 인자는 서브캐리어 할당 벡터(X) 및 파워 할당 벡터(P)로 표현되는 Rate이며, 다음의 수학식들로 나타낼 수 있다.
[수학식 1]
Figure 112015107017062-pat00003
여기서, Ru n, s는 서브캐리어 s에서의 업링크 단말 n의 업링크 Rate이고, gu n, s는 서브캐리어 s에서의 업링크 단말 n의 업링크 채널 게인이고, Pu n, s는 서브캐리어 s에서의 업링크 단말 n에 할당된 업링크 파워이다.
그리고, xu n, s는 바이너리로 표현되는 관련 변수로, 서브캐리어 s가 업링크 단말 n에 할당된 경우에 1이 되고, 그 외의 경우에 0이 된다.
[수학식 2]
Figure 112015107017062-pat00004
여기서, Rd m, s는 서브캐리어 s에서의 다운링크 단말 m의 다운링크 Rate이고, gd m, s는 서브캐리어 s에서의 업링크 단말 m의 다운링크 채널 게인이고, Pd m, s는 서브캐리어 s에서의 다운링크 단말 m에 할당된 다운링크 파워이다.
그리고, xd m , s는 바이너리로 표현되는 관련 변수로, 서브캐리어 s가 다운링크 단말 m에 할당된 경우에 1이 되고, 그 외의 경우에 0이 된다.
그리고, gi n, m, s는 서브캐리어 s에서의 단말 n으로부터 단말 m으로의 노드간 채널 게인이다.
[수학식 3]
Figure 112015107017062-pat00005
여기서, Rs(X, P)는 서브캐리어 s에서 전이중 통신을 하는 단말들의 Rate 합이다.
[수학식 4]
Figure 112015107017062-pat00006
여기서, R(X, P)는 모든 서브캐리어에 대한 Rate의 합이다.
본 발명의 실시예에 따르면, 하기의 수학식 5와 같이, 수학식 4의 모든 서브캐리어에 대한 Rate의 합이 최대가 되도록, 무선 리소스 할당이 이루어져야 한다.
[수학식 5]
Figure 112015107017062-pat00007
도 4에 도시된 바와 같이, 업링크 채널 게인이 노드간 채널 게인 이상이 되는 조건을 만족하도록, 서브캐리어가 업링크 단말과 다운링크 단말의 쌍으로 할당되는 경우, 파워 할당 문제는 중요한 문제가 될 수 있다.
도 5 및 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 리소스 할당 방법을 나타낸 도면이다. 도 5 및 도 6에서는, 기지국이 전체 채널 상태 정보(Full Channel State Information)를 알고 있는 경우, 업링크 채널과 다운링크 채널 중 어느 하나를 먼저 스케줄링(scheduling)하는 순차적 스케줄링 방법 두 가지 중 첫번째로, 업링크 채널을 먼저 스케줄링하는 방법에 관하여 설명하기로 한다. 즉, 업링크를 먼저 스케줄링한 후, 그 다음에 다운링크를 스케줄링하는 방법이 된다.
도 5를 참조하면, 우선, S510 단계에서, 기지국은 미리 설정된 업링크 리소스 할당 계획 정보에 따라 서브캐리어를 업링크 단말로 할당한다. 이때, 업링크 파워는 임시로 할당된다. 즉, 업링크에 대한 리소스 할당은 주어진다.
S520 단계에서, 기지국은 다운링크 서브캐리어를 다운링크 단말로 할당한다. 즉. 기지국은 도 6에 도시된 바와 같이, 업링크 리소스 할당 정보를 이용하여 채널 게인 대 간섭 및 잡음의 비(CINR: channel gain to interference and noise ratio, 이하 CINR이라 함)를 산출하고, 산출한 CINR이 가장 큰 다운링크 단말로 각 서브캐리어를 할당한다. 이때, 업링크 채널 게인이 노드간 채널 게인 이상이 되는 조건(guplink ≥ ginter-node)이 만족되어야 한다.
서브캐리어 s에서 다운링크 단말 m으로의 다운링크 채널의 CINRm, s은 다음의 수학식 6을 이용하여 산출될 수 있다.
[수학식 6]
Figure 112015107017062-pat00008
S530 단계에서, 기지국은 업링크 및 다운링크 서브캐리어의 할당이 완료됨에 따라 업링크 채널과 다운링크 채널을 동시에 고려하여 파워를 할당한다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 무선 리소스 할당 방법을 나타낸 흐름도이고, 도 8 내지 도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 무선 리소스 할당 방법을 설명하기 위한 도면이다. 도 7 내지 도 10에서는, 기지국이 전체 채널 상태 정보(Full Channel State Information)를 알고 있는 경우, 업링크 채널과 다운링크 채널 중 어느 하나를 먼저 스케줄링(scheduling)하는 순차적 스케줄링 방법 두 가지 중 두번째로, 다운링크 채널을 먼저 스케줄링하는 방법에 관하여 설명하기로 한다. 즉, 다운링크를 먼저 스케줄링한 후, 그 다음에 업링크를 스케줄링하는 방법이 된다.
도 7를 참조하면, 우선, S710 단계에서, 기지국은 미리 설정된 다운링크 리소스 할당 계획 정보에 따라 서브캐리어를 다운링크 단말로 할당한다. 이때, 다운링크 파워는 임시로 할당된다. 즉, 다운링크에 대한 리소스 할당은 주어진다.
다음으로, 기지국은 S720 단계 내지 S760 단계를 통해 업링크 채널의 서브캐리어 할당을 수행한다.
S720 단계에서, 기지국은 각 업링크 단말에 임시 파워를 할당한다.
S730 단계에서, 기지국은 임시 파워 할당에 따라 주어진 파워 할당 정보를 이용하여 최대 업링크 Rate를 가지는 업링크 단말로 서브캐리어를 가상으로 할당한다. 예를 들어, 기지국은 도 9에 도시된 바와 같이, 업링크 단말과 서브캐리어의 각 쌍(pair)별로 rate를 산출한 후, 최대 업링크 Rate를 가지는 업링크 단말과 서브캐리어의 쌍을 찾아 해당 서브캐리어를 해당 업링크 단말로 가상 할당할 수 있다.
S740 단계에서, 기지국은 각 서브캐리어를 각 업링크 단말로의 가상 할당을 완료한 후, 서브캐리어가 가상 할당된 업링크 채널 전체의 업링크 Rate와 서브캐리어가 실제로 할당된 다운링크 채널 전체의 다운링크 Rate를 합한 Rate 합을 산출한다.
S750 단계에서, 기지국은 임시 파워 할당 후, 주어진 파워 할당 정보를 이용한 업링크 서브캐리어의 가상 할당을 서브캐리어의 수만큼 반복하였는지 여부를 판단한다. 만약, 서브캐리어의 수만큼 반복하지 않은 경우, S720 단계로 진입한다. 즉, 기지국은 S720 단계 내지 S740 단계를 서브 캐리어의 수만큼 반복한다.
S760 단계에서, 기지국은 임시 파워 할당 후, 주어진 파워 할당 정보를 이용한 업링크 서브캐리어의 가상 할당을 서브캐리어의 수만큼 반복한 경우, S740 단계에서 산출한 업링크 채널 전체와 다운링크 채널 전체의 Rate 합을 이용하여 업링크 채널 전체와 다운링크 채널 전체의 Rate 합이 최대가 되는 업링크 단말로 서브캐리어를 할당한다. 예를 들어, 기지국은 도 10에 도시된 바와 같이, 서브캐리어 수만큼의 서브캐리어 가상 할당 세트 중에서 업링크 채널 전체와 다운링크 채널 전체의 Rate 합이 최대가 되는 서브캐리어 가상 할당 세트를 선택할 수 있다.
다시 설명하면, 도 8에 도시된 바와 같이, 기지국은 최종적인 업링크 서브캐리어 할당을 위하여, 임시 파워 할당 후, 주어진 파워 할당 정보를 이용한 서브캐리어의 가상 할당을 서브캐리어의 수만큼 반복한다. 이때, 기지국은 전술한 바와 같이, 최대 Rate를 가지는 업링크 단말로 서브캐리어를 할당하나, 실제로 할당하는 것이 아닌 가상할당이며, 리소스 할당 조건 또한 아직 충족되지 않은 상태가 될 수 있다. 그리고, 기지국은 서브캐리어를 가상 할당할 때마다 서브캐리어가 가상 할당된 업링크 채널과 서브캐리어가 실제로 할당된 다운링크 채널의 Rate 합을 산출한다. 그래서, 기지국은 최종적으로, 업링크 채널과 다운링크 채널의 Rate 합이 최대가 되는 업링크 단말로 서브캐리어를 할당할 수 있다.
도 11 및 도 12는 본 발명의 실시예에 따른 무선 리소스 할당 방법에 대한 실험 결과를 나타낸 그래프이다. 도 11 및 도 12는, 지금까지 설명한 기지국이 전체 채널 상태 정보(Full Channel State Information)를 알고 있는 경우, 업링크 채널과 다운링크 채널 중 어느 하나를 먼저 스케줄링(scheduling)하는 순차적 스케줄링 방법에 대한 실험 결과를 나타낸다.
도 11의 그래프는 거리에 따른 rate 합을 나타내고 있다. 도 11에 도시된 바와 같이, 기지국과 단말간의 거리가 가까운 경우, 파란색과 빨간색으로 표시된 본 발명의 실시예에 따른 노드간 간섭을 고려한 무선 리소스 할당 방법이 간섭을 고려하지 않는 baseline 알고리즘보다 더 높은 rate 합을 보여주고 있다. 즉, 거리가 가까우면, 간섭이 강하다는 것을 의미하고, 이 경우에 본 발명에 실시예에 따른 노드간 간섭을 고려한 무선 리소스 할당 방법이 더 좋은 성능을 나타낼 수 있다.
도 12의 그래프는 기지국과 단말간의 거리에 따른 전이중 게인(full-duplex gain)을 나타내고 있다. 여기에 나타낸 전이중 게인은, 본 발명에 실시예에 따른 노드간 간섭을 고려한 무선 리소스 할당 방법이 반이중과 비교하여 얼마나 더 게인이 높은가를 의미한다.
도 12를 참조하면, 거리가 증가함에 따라 전이중 게인 역시 증가하는데, 이는 간섭이 약한 환경에서 전이중 게인이 최대화가 된다는 것을 의미한다.
도 13 내지 도 15는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 무선 리소스 할당 방법을 나타낸 도면이고, 도 16은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 무선 리소스 할당 방법을 설명하기 위한 그래프이다. 도 13 내지 도 16에서는, 기지국이 제한적인 채널 상태 정보(Limited Channel State Information)를 알고 있는 경우, 업링크 채널과 다운링크 채널을 스케줄링(scheduling)하는 방법에 관하여 설명한다.
기지국은 실제로, 모든 채널을 알 수 없으며, 특히, 단말 간의 채널 상태인 inter-node channel을 알기 위한 채널 피드백 오버헤드가 굉장히 크다. 그래서, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 무선 리소스 할당 방법에서는, 이러한 채널 피드백 오버헤드의 문제를 해결하기 위하여 기회적 피드백(opportunistic feedback)이 적용된다. 기회적 피드백에서는, 단말이 피드백 메시지를 기지국으로 전송하기 위하여 다수의 슬롯(slot)을 이용하며, 각각의 단말은 자신의 채널 상태를 기반으로 하나의 슬롯을 선택한 후, 선택한 슬롯을 이용하여 피드백 메시지를 기지국으로 전송합니다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따른 무선 리소스 할당 방법의 기본 원리는 전술한 업링크를 먼저 스케줄링하는 방법에 기회적 피드백을 적용한 것이 될 수 있다.
이하, 도 13을 중심으로 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 무선 리소스 할당 방법을 설명하되, 도 14 내지 도 16를 참조한다.
도 13을 참조하면, S1310 단계에서, 기지국은 트레이닝 시퀀스(training sequence)를 단말들에게 브로드캐스팅(broadcasting)하고, 각 단말은 트레이닝 시퀀스의 수신을 통해서 다운링크 채널의 게인을 측정한다.
S1320 단계에서, 업링크 단말은 자신의 업링크 채널 게인 정보를 기지국으로 피드백한다. 여기서, 업링크 채널과 다운링크 채널은 동일하다고 가정한다. 즉, 업링크 채널 게인은 S1310 단계에서 측정된 다운링크 채널의 게인이 된다.
이때, 다운링크 단말은, 업링크 단말이 업링크 채널 게인 정보를 기지국으로 피드백할 때, 기지국으로 전송되는 피드백 메시지를 도청(overhearing)한다. 이를 이용하여, 다운링크 단말은 업링크 단말로부터의 노드간 간섭(inter-node interference)을 측정한다.
S1330 단계에서, 다운링크 단말은 자신의 채널 게인과 측정된 노드간 간섭을 이용하여 CINR을 산출한고, 산출한 CINR 정보를 기지국으로 피드백한다.
이후, 기지국은 업링크 단말로부터 피드백받은 업링크 채널 게인 정보와 다운링크 단말로부터 피드백받은 CINR 정보를 이용하여 업링크 및 다운링크 리소스를 순차적으로 할당할 수 있다.
이하, 도 14를 참조하여, S1320 단계의 업링크 피드백 절차에 대하여 보다 상세히 설명한다.
도 14를 참조하면, 각 서브캐리어별로 복수의 슬롯이 정의되며, 서브캐리어별 피드백이 타임 도메인(time domain)에서 병렬적으로 진행될 수 있다.
우선, 업링크 단말은 자신의 채널 상태에 따라 슬롯을 선택하는데, 즉 채널 게인이 delta_k보다 크고 delta_k-1보다 작으면, 슬롯 k를 선택한다. 여기서, delta값은 미리 설정된 임계치(thresholds)이다. 그리고, 업링크 단말은 선택한 슬롯을 통해 자신의 아이디(ID) 및 동시에 보내는 피드백 메시지의 개수 정보(Ntx)를 기지국으로 전송한다. 예를 들어, 도 14에 도시된 바와 같이, 업링크 단말 n이 서브캐리어 1에 대한 피드백을 위하여, 슬롯 2를 선택하고, 동시에 보내는 피드백 메시지의 개수가 2인 경우에 Ntx가 2가 될 수 있다.
이후, 모든 피드백이 완료되면, 기지국은 피드백 메시지를 성공적으로 수신한 슬롯 중에서, 가장 먼저 도착한 슬롯 즉, 채널 게인이 가장 큰 슬롯을 선택하고, 선택한 슬롯에 해당하는 슬롯 번호를 브로드캐스팅한다. 이에 따라, 각 업링크 단말은 슬롯 번호를 수신하고, 자신이 스케줄링되었는지 여부를 확인할 수 있다.
이하, 도 15를 참조하여, S1330 단계의 다운링크 피드백 절차에 대하여 보다 상세히 설명한다.
도 15를 참조하면, 다운링크 단말은 업링크 피드백이 이루어지는 동안에 모든 슬롯에서 자신이 받는 신호의 세기(signal strength)를 측정한다. 예를 들어, 도 15에 도시된 RSSI(Received Signal Strength Indicator)1, 1은 서브캐리어 1의 슬롯 1에서 받은 신호의 세기가 될 수 있다.
그리고, 다운링크 단말은 기지국이 브로드캐스팅하는 슬롯 번호를 통해서 자신이 앞으로 받게 될 간섭 레벨(interference level)을 결정한다. 예를 들어, 도 15에서는 슬롯 1이 선택되었는데, 이는 다운링크 단말이 받게 될 간섭 레벨이 슬롯 1에서 측정된 신호의 세기가 될 수 있다는 것을 의미한다.
이렇게 측정된 간섭 레벨을 이용하여, 다운링크 단말은 자신의 CINR을 산출하고, 산출한 CINR값을 기지국으로 피득백한다. CINR의 피득백 절차는 전술한 업링크 피드백 절차와 동일하게 진행된다. 다만, 다운링크 단말은 산출한 CINR이 gamma_k보다 크고 gamma_k-1보다 작으면, 슬롯 k를 선택한다. 여기서, gamma값은 미리 설정된 임계치(thresholds)이다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 각각의 슬롯에 피드백 메시지를 보낼 확률은 p로 동일하게 설정된다. 즉, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 무선 리소스 할당 방법에서는, 동일 피드백 확률(equal feedback probability)이 사용된다.
그리고, 분석을 통해 레이라이 페이딩(Rayleigh fading) 환경에서 산출한 최적 피드백 확률(optimal feedback probability)은 도 16의 그래프와 같이 나타낼 수 있다. 도 16의 그래프를 참조하면, 단말의 수가 증가할수록 최적 피드백 확률이 감소하는 것을 알 수 있다. 이는 단말 수의 증가에 따른 충돌(collision) 확률을 줄이기 위한 것이다.
도 17 및 도 18은 본 발명의 다른 실시예에 따른 무선 리소스 할당 방법에 대한 실험 결과를 나타낸 그래프이다. 도 17 및 도 18은, 기지국이 전체 채널 상태 정보(Full CSI)를 알고 있는 경우의 방법과 기지국이 제한적인 채널 상태 정보(Limited CSI)를 알고 있는 경우의 방법을 비교 실험한 결과를 나타낸다.
도 17은 기지국이 전체 채널 상태 정보(Full CSI)를 알고 있는 경우 및 기지국이 제한적인 채널 상태 정보(Limited CSI)를 알고 있는 경우의 전이중 통신 성능을 나타내고 있다. 즉, 도 17을 참조하면, 피드백 슬롯의 개수가 증가할수록 Limited CSI의 성능이 높아지며, 슬롯 개수가 20개일 때, Limited CSI 성능이 Full CSI 성능의 90%까지 달성될 수 있다.
도 18은 Limited CSI 환경에서 전이중 통신과 반이중 통신의 성능을 나타내고 있다. 즉, 도 18을 참조하면, 슬롯 개수와 상관없이 약 175%의 전이중 게인이 획득될 수 있다.
도 19는 본 발명의 실시예에 따른 기지국의 구성을 개략적으로 예시한 도면이다.
도 19을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 기지국(100)은 적어도 하나의 프로세서(110), 메모리(120), 통신부(130) 및 인터페이스부(140)를 포함한다.
프로세서(110)는 메모리(120)에 저장된 처리 명령어를 실행시키는 CPU 또는 반도체 소자일 수 있다.
메모리(120)는 다양한 유형의 휘발성 또는 비휘발성 기억 매체를 포함할 수 있다. 예를 들어, 메모리(120)는 ROM, RAM 등을 포함할 수 있다.
예를 들어, 메모리(120)는 본 발명의 실시예에 따른 무선 리소스 할당 방법을 수행하는 명령어들을 저장할 수 있다.
통신부(130)는 이동통신망에 접속하는 단말(200)과 통신하는 구성이 될 수 있다. 예를 들어, 통신부(130)는 송수신 안테나(131), 수신기(132), 복조기(133), 변조기(134) 및 송신기(135)를 포함할 수 있다.
인터페이스부(140)는 네트워크에 접속하기 위한 네트워크 인터페이스 및 사용자 인터페이스를 포함할 수 있다.
이에 따라, 본 발명의 실시예에 따른 무선 리소스 할당 방법은 컴퓨터로 구현되는 방법 또는 컴퓨터 실행가능 명령어들이 저장된 비휘발성 컴퓨터 기록매체로 구현될 수 있다. 상기 명령어들이 프로세서(110)에 의하여 실행될 때 본 발명의 적어도 일실시예에 따른 방법이 수행될 수 있다.
한편, 전술된 실시예의 구성 요소는 프로세스적인 관점에서 용이하게 파악될 수 있다. 즉, 각각의 구성 요소는 각각의 프로세스로 파악될 수 있다. 또한 전술된 실시예의 프로세스는 장치의 구성 요소 관점에서 용이하게 파악될 수 있다.
또한 앞서 설명한 기술적 내용들은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 실시예들을 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. 하드웨어 장치는 실시예들의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.
상기한 본 발명의 실시예는 예시의 목적을 위해 개시된 것이고, 본 발명에 대한 통상의 지식을 가지는 당업자라면 본 발명의 사상과 범위 안에서 다양한 수정, 변경, 부가가 가능할 것이며, 이러한 수정, 변경 및 부가는 하기의 특허청구범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.
100: 기지국
110: 프로세서
120: 메모리
130: 통신부
140: 인터페이스부

Claims (18)

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  10. 전이중 통신(full-duplex)이 가능한 기지국이 제한된 채널 상태 정보(Limited Channel State Information)를 알고 있는 경우, 반이중 통신(half-duplex)을 하는 업링크 단말 및 다운링크 단말에 대하여 상기 기지국이 수행하는 무선 리소스 할당 방법에 있어서,
    트레이닝 시퀀스(training sequence)를 단말들에게 브로드캐스팅(broadcasting)하는 단계;
    상기 업링크 단말로부터 업링크 채널 게인 정보를 피드백받는 단계;
    상기 다운링크 단말로부터 CINR(channel gain to interference and noise ratio) 정보를 피드백받는 단계; 및
    상기 업링크 채널 게인 정보 및 상기 CINR 정보를 이용하여 업링크 리소스 및 다운링크 리소스를 순차적으로 할당하는 단계를 포함하는 무선 리소스 할당 방법.
  11. 제10항에 있어서,
    트레이닝 시퀀스를 단말들에게 브로드캐스팅하는 단계는,
    각 단말들이 상기 트레이닝 시퀀스의 수신을 통해서 다운링크 채널 게인 정보를 측정하는 단계를 포함하되,
    상기 업링크 채널 게인 정보는 측정된 상기 다운링크 채널 게인 정보인 것을 특징으로 하는 무선 리소스 할당 방법.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 업링크 단말로부터 업링크 채널 게인 정보를 피드백받는 단계는,
    상기 다운링크 단말이, 상기 업링크 단말이 상기 업링크 채널 게인 정보를 상기 기지국으로 피드백할 때, 상기 기지국으로 전송되는 피드백 메시지를 도청(overhearing)하는 단계; 및
    상기 업링크 단말로부터의 노드간 간섭(inter-node interference)을 측정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 리소스 할당 방법.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 다운링크 단말로부터 CINR 정보를 피드백받는 단계는,
    상기 다운링크 단말이 자신의 채널 게인과 상기 노드간 간섭을 이용하여 CINR을 산출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 리소스 할당 방법.
  14. 제10항에 있어서,
    상기 업링크 단말로부터 업링크 채널 게인 정보를 피드백받는 단계는,
    상기 업링크 단말이 자신의 채널 상태에 따라 선택한 슬롯(slot)을 통하여 자신의 아이디 및 동신에 보내는 피드백 메시지의 개수 정보를 기지국으로 전송하는 단계; 및
    상기 기지국이 상기 피드백 메시지를 성공적으로 수신한 슬롯 중에서 채널 게인이 가장 큰 슬롯을 선택하고, 상기 선택한 슬롯의 슬롯 번호를 브로드캐스팅하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 리소스 할당 방법.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 업링크 단말로부터 업링크 채널 게인 정보를 피드백받는 단계는,
    상기 다운링크 단말이 업링크 피드백이 이루어지는 동안에 모든 슬롯에서 자신이 받는 신호의 세기(signal strength)를 측정하는 단계; 및
    상기 다운링크 단말이 기지국이 브로드캐스팅하는 슬롯 번호를 통해서 자신이 앞으로 받게 될 간섭 레벨(interference level)을 결정하는 단계를 더 포함하고,
    상기 다운링크 단말로부터 CINR 정보를 피드백받는 단계는,
    상기 다운링크 단말이 상기 간섭 레벨을 이용하여 자신의 CINR을 산출하는 단계; 및
    상기 다운링크 단말이 상기 산출한 CINR을 상기 기지국으로 피득백하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 리소스 할당 방법.
  16. 삭제
  17. 삭제
  18. 제한된 채널 상태 정보(Limited Channel State Information)를 알고 있으며, 전이중 통신(full-duplex)이 가능한 기지국에 있어서,
    반이중 통신(half-duplex)을 하는 업링크 단말 및 다운링크 단말과 통신을 수행하는 통신부;
    명령어를 저장하는 메모리; 및
    상기 명령어를 실행하는 프로세서를 포함하되,
    상기 명령어는,
    트레이닝 시퀀스(training sequence)를 단말들에게 브로드캐스팅(broadcasting)하는 단계;
    상기 업링크 단말로부터 업링크 채널 게인 정보를 피드백받는 단계;
    상기 다운링크 단말로부터 CINR(channel gain to interference and noise ratio) 정보를 피드백받는 단계; 및
    상기 업링크 채널 게인 정보 및 상기 CINR 정보를 이용하여 업링크 리소스 및 다운링크 리소스를 순차적으로 할당하는 단계를 포함하는 무선 리소스 할당 방법을 수행하는 것을 특징으로 하는 기지국.


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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR20110054073A (ko) 2005-08-23 2011-05-24 아이피와이어리스, 인크. 무선 통신 시스템에서의 브로드캐스트 다운링크 및 유니캐스트 업링크 호환 간섭 감소

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