KR102106628B1

KR102106628B1 - 다중 셀 스케줄링 시스템 및 방법

Info

Publication number: KR102106628B1
Application number: KR1020130168851A
Authority: KR
Inventors: 김성주
Original assignee: 주식회사 케이티
Priority date: 2013-12-31
Filing date: 2013-12-31
Publication date: 2020-04-29
Also published as: KR20150078961A

Abstract

다중 셀 스케줄링 시스템 및 그 스케줄링 방법이 개시된다. 본 발명에 따른 다중 셀 스케줄링 시스템은, 기지국으로 인입되는 VoLTE(Voice over Long Term Evolution) 트래픽에 대하여 셀 중앙(Cell Center)에서 발생한 트래픽과 셀 에지(Cell Edge)에서 발생한 트래픽을 분리하는 할당기(allocator); 및 할당기로부터 트래픽을 수신하며, 수신되는 트래픽에 대하여 각각의 리소스블록을 할당하고 설정된 스케줄링을 선택하는 다중 셀 스케줄러(Multi Cell Scheduler)를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

다중 셀 스케줄링 시스템 및 방법 {Multi Cell Scheduling System and Method}

본 발명은 다중 셀 스케줄링 시스템 및 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 LTE 망에서 VoIP QoS(Quality of Servive) 향상을 위한 부분 주파수 재사용(FFR; Fractional Frequency Reuse) 기반의 주파수 리소스 할당 및 셀 중앙과 셀 에지에 서로 상이한 스케줄링 알고리즘을 적용하여 공평성(fairness)을 개선할 수 있는 다중 셀 스케줄링 시스템 및 방법에 관한 것이다.

최근 국내에서는 LTE(Long Term Evolution)가 도입 초기단계를 넘어 LTE-A로의 도약이 이루어지고 있다. 한국의 경우 2013년부터 각 통신사가 모두 전국에 LTE 서비스를 하고 있다. 3GPP(3rd Generation Partnership Project) LTE 또는 단순히 LTE는 HSDPA(High Speed Downlink Packet Access)보다 한층 진화된 휴대전화 고속 무선 데이터 패킷통신규격이다. HSDPA의 진화된 규격인 HSPA+(High Speed Packet Access+)와 함께 3.9세대 무선통신규격으로 불린다.

LTE는 3세대 비동기식 이동통신기술 표준화기구 3GPP가 2008년 12월 확정한 무선 고속 데이터 패킷 접속규격인 Release 8을 기반으로 하고 있으며, 핵심기술인 OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing)과 MIMO(Multiple Input Multiple Output)를 이용하여 HSDPA보다 12배 빠른 속도로 통신할 수 있다. 다운로드 속도는 최대 173Mbps이다(2X2 MIMO 기준).

LTE는 휴대전화 네트워크의 용량과 속도를 증가시키기 위해 고안된 4세대 무선 기술(4G)을 향한 한 단계이다. 이러한 기술의 발달은 이동전화로 시작한 휴대폰의 역할을 문자 메시지를 넘어 데이터 중심의 스마트폰으로 바꾸고 있다. 그러나 이동전화나 스마트폰의 본질은 음성통화에 있으나, LTE 그 자체로는 음성통화가 불가능하다. 이로 인해 현재 음성통화는 3GPP를 이용하는 CSFB(Circuit Switched Fall Back)가 사용되고 있다. 하지만, All IP를 지향하는 LTE 고속 서비스를 이용하여 음성 서비스도, 더 좋은 음질을 제공할 수 있는 VoLTE가 준비되고 있다.

국내 통신사들이 'HD 보이스'라고도 부르는 VoLTE는 'Voice over LTE'를 줄인 말로, LTE 인터넷망 위에서 이뤄지는 음성통화 서비스이다. LTE는 데이터 전송만을 위해 만든 통신 규격으로 그 자체만으로는 음성통화와 관련된 기술이 들어가 있지 않지만, 그 대신 통신 속도나 대역폭에 여유가 있기 때문에 인터넷망으로 전화통화를 할 수 있게 한 것이다.

HD 보이스가 이루어지기 위한 최대 전송률은 23.85Kbps로 이러한 전송률은 네트워크에 큰 무리가 되지는 않는다. 하지만, 무선망의 특성상 망 상황에 따라 전송 속도를 조절하고 어떤 상황에서도 끊어지지 않도록 일정 수준의 전송률을 떨어뜨리지 않고, 통화 품질을 유지하는 것이 어렵다. 특히 셀 중앙(Cell center)보다는 셀 에지(Cell edge)에서 품질 저하가 심각하다.

본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위하여 창안된 것으로서, VoIP QoS(Quality of Service)를 개선하기 위해서 FFR(Fractional Frequency Reuse) 기반의 다중 셀 스케줄링 시스템(Multi Cell Scheduling System) 및 그 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

특히, 인접 셀과의 간섭으로 인해 문제가 많은 셀 에지 지역에서의 간섭을 줄임과 동시에 공평성(fairness)을 개선하고, 이를 통해 전체 셀의 성능 향상을 확인할 수 있는 다중 셀 스케줄링 시스템 및 그 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 다중 셀 스케줄링 시스템은, 기지국으로 인입되는 VoLTE(Voice over Long Term Evolution) 트래픽에 대하여 셀 중앙(Cell Center)에서 발생한 음성 트래픽과 셀 에지(Cell Edge)에서 발생한 음성 트래픽에 대한 리소스블록을 할당하는 할당기(allocator); 및 상기 셀 중앙에서 발생한 음성 트래픽에 적용되는 제 1 스케줄링 알고리즘과는 상이하도록 상기 셀 에지에서 발생한 음성 트래픽에 적용되는 제 2 스케줄링 알고리즘을 선택하는 다중 셀 스케줄러(Multi Cell Scheduler)를 포함하는 것을 특징으로 한다.

여기서 상기 셀 중앙에서 발생한 음성 트래픽과 상기 셀 에지에서 발생한 음성 트래픽 각각에 대한 리소스블록은 부분 주파수 재사용(Fractional Frequency Reuse) 방식에 의해 할당될 수 있다.

또한, 상기 제 1 또는 제 2 스케줄링 알고리즘은, 라운드로빈 알고리즘(Round-robin algorithm), 페어 스루풋 알고리즘(Fair throughput algorithm), 최대 C/I 알고리즘(Max C/I algorithm), 비례공평 알고리즘(Proportional fairness algorithm) 및 BEST CQI 알고리즘 중 어느 하나를 포함할 수 있다.

한편, 전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 실시예에 따른 다중 셀 스케줄링 방법은, 기지국으로 인입되는 VoLTE(Voice over Long Term Evolution) 트래픽에 대하여 셀 중앙에서 발생한 음성 트래픽과 셀 에지에서 발생한 음성 트래픽 각각에 대해 리소스 블록을 할당하는 단계; 및 상기 셀 중앙에서 발생한 음성 트래픽에 적용되는 제 1 스케줄링 알고리즘과는 상이하도록 상기 셀 에지에서 발생한 음성 트래픽에 적용되는 제 2 스케줄링 알고리즘을 선택하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, VoLTE 트래픽에 대해 셀 중앙에서의 음성 트래픽과 셀 에지에서의 음성 트래픽에 대해 별도의 스케줄링 알고리즘을 적용하여 셀 중앙 및 셀 에지 사용자에 대한 공평성(fairness)이 개선되고, 이를 통해 전체 셀의 성능 향상이 도모된다는 효과가 있다.

도 1은 셀간 간섭에 따른 셀 내의 사용자 손실의 일례를 도시하는 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 다중 셀 스케줄링 시스템의 구성을 개략적으로 예시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 셀 중앙 및 셀 에지에서의 주파수 리소스 할당의 일례를 도시하는 도면이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 다중 셀 스케줄링 방법을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 5 내지 도 16은 본 발명의 실시예에 따른 다중 셀 스케줄링 시스템을 시뮬레이션을 통해 검증한 결과를 나타낸 도면이다.

이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명을 보다 상세하게 설명하고자 한다. 본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다. 첨부된 도면에 있어서, 구조물들의 치수는 본 발명의 명확성을 기하기 위하여 실제보다 확대하여 도시한 것이다. 여기서, 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.

본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

또한, 다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

먼저 음성 서비스에서 필요로 하는 대역폭을 알아보기 위해 3G 음성 통화, 와이드밴드 오디오, LTE에서의 VoIP인 HD 서비스에 대해서 살펴본다.

최근, VoLTE 외에 고음질 통화 서비스가 하나 더 추가되었다. 아이폰5와 함께 도입되는 '와이드밴드 오디오'가 바로 그것이다. 와이드밴드 오디오는 VoLTE와 똑같은 코덱과 비슷한 원리로 작동하지만 3G망에서는 쓰는 서비스로 VoLTE에 비해 전송률이 낮다. VoLTE와 처리할 수 있는 음성 대역폭은 같지만 전송률은 6.6 ~ 12.65kbps로 VoLTE의 23.85kbps에 비해 절반 수준이다. 하지만 일반 3G의 4.75 ~ 12.2kbps 보다는 더 인간의 음성에 가까운 음성 품질을 갖는다. 따라서 비록 와이드밴드 오디오와 VoLTE의 전송률에서 차이가 있는 이유는3G와 LTE에서 서비스되기 때문에 망의 여력이 고려된 것이기는 하지만, VoLTE 스마트폰과는 고음질 통화를 할 수 있는데, 그 이유는 양쪽 모두 AMR(Adaptive Multi Rate) 코덱을 쓰고 전송률만 차이가 나기 때문에 VoLTE가 와이드밴드 오디오에 속도를 맞추면 되기 때문이다.

와이드밴드 오디오는 한국을 제외한 대부분의 국가에서 'HD 보이스'로 부르는 기술로, 아이폰5에만 적용된 것은 아니고 소니가 내놓은 엑스페리아 아크, 레이 등 일부 외산 단말기에서도 쓸 수 있다. 다음 세대에 쓰일 풀 HD 보이스에 대한 연구도 이루어지고 있다.

MP3과 AAC(Advanced Audio Coding) 코덱을 개발한 프라운 호퍼 집적회로 연구소(Fraunhofer IIS)는 AAC 코덱을 이용해 LTE 네트워크에서 더 깨끗한 음질로 통화할 수 있는 기술을 시연한 바 있다. 전송률은 아직 정해지지 않았지만 음악파일과 마찬가지로 20 ~ 20,000Hz까지 소리를 담는 AAC 코덱을 이용해 음성을 전달하기 때문에 옆에서 대화하는 것처럼 생생하게 목소리를 전달할 수 있는 기술이다. 반면에 VoLTE는 3G 보다 좋은 음질의 음성 통화 서비스가 가능하지만, 셀 에지와 같은 곳에서는 최소 대역폭 6.6kbps 이상이 꾸준히 보장된다면 통화 중단 또는 품질 저하가 심하게 발생하지 않는다. 그럼에도 불구하고 아직까지 일정 수준의 전송률을 떨어뜨리지 않고 유지하는 것은 어려운 일이다. 그 이유는 1초에 최대 75MB까지 전송할 수 있다는 LTE지만, 음성 서비스는 어느 수준 이하의 전송이 이루어질 경우 목소리가 뚝뚝 잘리고 심지어 연결이 끊어지는 등 직접적으로 품질에 영향을 많이 받는다. 반면, HTTP(Hyper Text Transfer Protocol) 서비스의 경우 잠깐씩 끊어져도 실제 이용자가 느끼는 체감 품질 저하는 그리 크지 않다.

VoLTE 사용자가 느끼는 품질 저하의 주요 원인을 살펴보면 셀 에지에서의 신호 간섭, 신호 약화 등 때문이라 할 수 있다. 이하, eNB에서의 신호가 얼마나 영향을 받는지 살펴본다.

LTE 시스템은 다음과 같이 주파수 이용의 유연성을 가지고 있는데, 그 이유는, 첫째 다양한 주파수 대역에서 활용, 둘째 Paired (FDD) 및 Unpaired (TDD) 대역 모두에서 활용, 셋째 다양한 크기의 주파수 할당(1.4, 3, 5, 10, 15, 20 MHz) 등을 들 수 있다. LTE 시스템의 채널 대역폭은 180 kHZ인 1RB(Radio Block)이 일정한 배수를 이용하여 6개 (1.4MHz), 15개 (3MHz), 25개 (5MHz), 50개 (10MHz), 75개 (15MHz), 100개 (20MHz) 등으로 다양한 채널 대역폭으로 서비스를 제공할 수가 있다.

여기서 시스템 성능을 결정하는 주요 요소 중 하나는 셀간 간섭인데, 특히 셀 에지에서 셀간 간섭의 영향을 많이 받는다는 점이다. 일반적으로 셀 중앙에 사용자 k 가 있을 경우 서브프레임 f 의 리소스 블록 m 에서 가질수 있는 대역폭은 다음 수학식 1과 같다.

[수학식 1]

이 경우 사용자 k 가 인터셀간 간섭을 받는 위치에 있다면 상기 수학식 1의 대역폭은 다음 수학식 2와 같이 표현될 수 있다.

[수학식 2]

수학식 1 및 2에 따라 셀 간섭을 받을 때와 안 받을 때의 대역손실을 살펴보면, 다음 수학식 3과 같이 표현될 수 있다.

[수학식 3]

여기서,

로 나타나는 신호 대 셀간 간섭 함수인 사용자 k 에 대한 손실 비율은 도 1에 도시된 바와 같다. 도 1에 따르면, 신호 대 셀간 간섭 비율이 동등할 때 사용자 k 의 신호 감쇄는 약 40%임을 알 수 있다.

본 발명은 상술한 바와 같은 문제점, 특히 셀 에지 지역에서의 신호 감쇄 문제를 해결하기 위하여 셀 에지 지역에 사용자가 위치하는 경우 음성 트래픽 신호 감쇄로 인한 연결 끊김, QoS 저하, 낮은 스루풋(throughput) 등의 많은 문제를 해결하기 위한 발명으로서, 본 발명의 일실시예에 따른 스케줄링 시스템의 개략적인 구성은 도 2에 도시된 바와 같다.

도 2를 참조하면, 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 다중 셀 스케줄링 시스템은, 할당기(allocator)(100) 및 다중 셀 스케줄러(Multi cell scheduler)(200)를 포함할 수 있다.

상기 할당기(100)는 사용자가 셀 중앙 지역에 위치하는지 또는 셀 에지 지역에 위치하는지에 따라 사용자로부터 기지국으로 인입되는 음성 트래픽에 대해 주파주 리소스를 할당하는 역할을 담당한다. 상기 할당기(100)에 의해 할당되는 주파수 리소스의 할당 방법 중 대표적인 것으로 부분 주파수 재사용(Fractional Frequency Reuse; FFR) 방법을 들 수 있다.

FFR은 셀 에지에서의 간섭을 줄이는 기술중의 하나인데, 이는 셀 중앙과 셀 에지에서 주파수 재사용 계수를 다르게 두어, 주파수 재사용 계수 1이 시스템에서 발생할 수 있는 셀 에지에 위치한 사용자의 성능 저하를 막으면서 전체 셀의 용량을 주파수 재사용 계수 1을 사용하는 시스템과 비슷한 수준으로 유지할 수 있도록 하기 위한 방법이다. 즉 인접 셀로부터의 동일 채널 간섭(CCI, co-channel interference)이 상대적으로 작은 기지국 근처의 셀 중앙 영역의 사용자는 인접 셀과 주파수 대역을 공유하고, 인접 셀로부터의 동일 채널 간섭에 의한 영향이 상대적으로 큰 셀 에지의 사용자는 인접 셀과는 다른 주파수 대역을 사용하는 주파수 자원 사용방식이 부분 주파수 재사용(FFR) 방법의 기본 개념이다.

FFR 방법은, 우선 기지국에 커버리지 범위에 해당하는 셀(cell)을, 셀간 간섭이 적고 재사용율(Partial Reuse; PR)이 1인 셀 중앙 영역과 재사용율이 1 이상인 셀 에지 영역으로 구분할 수 있으며, 이 경우 인접한 셀 에지 간 다른 주파수를 사용하여 간섭을 줄이는 동시에, 셀 중앙에서는 동일한 주파수를 사용하면 높은 스펙트럼 효율(spectral efficiency)을 얻을 수 있게 된다.

예를 들면, 셀 중앙에서는 주파수 재사용율 1을 사용하여 시스템 스루풋(System throughput)을 최대한 달성하고, 셀 에지에서는 주파수 재사용율 3을 사용하여 간섭을 줄일 수 있게 된다. 즉, 일반적으로 LTE는 OFDMA로 이루어졌으므로 부채널(sub channel)의 분할이 가능한데, 도 3에 도시된 바와 같이, 셀(eNB 1, eNB 2, eNB3)의 전체 대역이 F1 내지 F4의 4개 대역으로 나누어지는 경우 셀 중앙에는 제 1 대역인 F1 대역을 배정하고, 셀 에지에는 간섭을 줄이기 위해 F1 대역과는 다른 제 2 내지 제 4 대역(즉 F2 내지 F4)을, 인접하는 대역과 겹치지 않도록 효과적으로 배열한다. 따라서 도 3에 도시된 예시에서는 셀 중앙에서는 FFR이 1이 되고 셀 에지에서는 FFR이 3이 되도록 주파수 리소스를 할당함으로써 된 바와 같이 보다 좋은 시스템 성능과 간섭 제거 효과를 얻을 수가 있게 된다.

도 2의 다중 셀 스케줄러(Multi cell scheduler)(200)는, 상기 할당기(100)에 의해 사용자가 셀 중앙 지역에 위치하는지 또는 셀 에지 지역에 위치하는지에 따라 할당된 각각의 주파수 리소스를 이용하여, 상기 셀 중앙에서 발생한 음성 트래픽에 적용되는 스케줄링 알고리즘과 상기 셀 에지에서 발생한 음성 트래픽에 적용되는 스케줄링 알고리즘이 서로 상이하도록 각각의 스케줄링 알고리즘을 선택하여 셀 중앙과 셀 에지의 사용자의 음성 트래픽에 대해 각각 스케줄링을 수행한다.

종래의 LTE 하향링크 스케줄러에 따르면 일반적으로 스케줄링 정책에 따라 데이터 송신을 위해 무선 자원을 1ms의 주기인 TTI(Transmission Time Interval)마다 패킷의 우선순위를 계산하고, 우선순위에 따라 LTE 시스템의 물리계층의 데이터 최소 자원할당 단위를 나타내는 PRB에 데이터를 할당하는 동적 스케줄링 방식을 사용하고 있다.

현재, LTE 시스템에서 효율적으로 전송 제어를 수행하고 다양한 서비스의 QoS 요구사항을 만족시키기 위한 다양한 스케줄링 기법에 관한 연구가 수행되고 있다. 이에 대한 내용을 살펴보면 다음과 같다.

- 라운드로빈 알고리즘(Round-robin algorithm)

라운드로빈 알고리즘은 여러 가지 알고리즘 중 가장 간단한 알고리즘이며 셀 내 사용자들이 순서대로 돌아가며 무선 자원을 할당받는다. 라운드로빈 알고리즘은 동일시간만큼 자원을 할당하는 방식이며, 사용자의 무선 채널 상태를 고려하지 않기 때문에 스케줄링 이득은 크지 않다.

- 페어 스루풋 알고리즘(Fair throughput algorithm)

페어 스루풋 알고리즘은 통화자별 형평성을 최우선으로 고려하여 설계하였으며, 셀 내의 모든 사용자에게 공평한 데이터 속도를 보장하도록 무선 자원을 할당하는 알고리즘이다. 공평한 속도를 만족시키기 위해서는 무선 채널 상태가 나쁜 사용자에게 더 많은 시간 자원을 할당하며 채널 상태가 좋은 사용자는 더 많이 기다려야 한다. 페어 스루풋 알고리즘은 사용자 데이터 속도의 하향 평준화를 가져오는 알고리즘으로 효율이 높지 않다.

-최대 C/I(Carrier to Inteference) 알고리즘(Max C/I algorithm)

최대 C/I 알고리즘은 매 순간 기지국이 판단하기에 가장 채널상태가 좋은 사용자에게 무선 자원을 할당하는 방식이다. 최대의 시스템 throughput을 보이며, 형평성보다는 시스템의 효율성을 우선적으로 고려한 알고리즘이다. 사용자의 채널 상태가 좋을수록 무선 자원을 우선적으로 할당받기 때문에 셀 에지의 단말기들은 무선 자원을 할당받기 어렵고 형평성에 심각한 문제가 있기 때문에 서비스 불만족을 야기할 수 있다.

- 비례공평 알고리즘(Proportional fairness algorithm)

비례공평 알고리즘은 여러 알고리즘에 비해 효율성과 형평성을 동시에 만족할 수 있는 알고리즘 방식이다. 효율성과 형평성 두 가지 조건을 동시에 극대화 하는 것은 불가능하기에 둘 사이에 적절한 트레이드 오프(trade off)를 시행하는 방식이다. 비례공평 알고리즘을 수식으로 표현하면 다음 수학식 4와 같다.

[수학식 4]

여기서 t값이 1에 가까울수록 현재 할당받은 데이터 속도 값에 의존도가 높고 t값이 클수록 과거에 할당받은 데이터 속도 값에 의존한다.

- Best CQI 알고리즘(Best Channel Quality Indicator Algorithm)

사용자 단말로부터 eNobeB로 전달되는 CQI(Channel Quality Indicator) 피드백 값은 적절한 사용자 단말에 대한 코딩 및 변조(modulation)를 가능하도록 사용되는 값으로서, Best CQI 알고리즘은 이 값들을 이용하여 스케줄링을 수행하는 방법이다 이 방법은 가장 높은 CQI 값을 사용하는 사용자 단말에 데이터를 전달하는데, 데이터 전달 장치의 파워가 일정할 때 전달되는 데이터율을 채널 품질(channel quality)에 따라 가변시키는 방법이다.

이외에도 보다 효율적인 무선 품질 제공을 위한 많은 스케줄링 알고리즘이 존재하며, 본 발명에 따른 멀티 셀 스케줄링은 셀 중앙 및 셀 에지에 위치하는 사용자들에 대한 음성 트래픽에 대해 서로 다른 스케줄링 알고리즘을 사용하는 한 위와 같은 특정 스케줄링 알고리즘에 한정되어 적용될 필요는 없다는 점에 유의한다.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 다중 스케줄링 방법을 개략적으로 도시한 도면이다.

먼저 단계 S41에서는, 기지국으로 인입되는 VoLTE(Voice over Long Term Evolution) 트래픽에 대하여 셀 중앙에서 발생한 음성 트래픽과 셀 에지에서 발생한 음성 트래픽을 구별하고, 이후 셀 중앙 및 셀 에지 영역 각각에 대해 상술한 바와 같은 FFR 등과 같은 방법으로 리소스 블록을 할당한다(단계 S42).

이후 상기 셀 중앙에서 발생한 음성 트래픽과 상기 셀 에지에서 발생한 음성 트래픽에 대해 각각 독립적인 서로 상이한 스케줄링 알고리즘을 적용하는 멀티 셀 스케줄링을 수행한다(단계 S43).

전술한 바와 같이 LTE는 주파수 유연성을 가지고 있으며 세부적인 컨트롤이 가능한 장점을 가지고 있다. 그럼에도 불구하고 종래 기술에 따르면 셀 중앙 및 셀 에지에 사용자가 존재하는지를 전혀 고려하지 않고 셀내 동일한 스케줄링 알고리즘을 적용함으로써 형평성과 효율성 두가지를 모두 극대화 시킬수 없다는 한계를 가지고 있다. 이에 본 발명에 따른 다중 셀 스케줄링 방법은, 셀을 셀 중앙과 셀 에지로 세분화시키고 이에 따라 스케줄링 알고리즘을 각각 적용하는 방법을 사용하는 것을 특징으로 한다.

즉, 본 발명의 다중 셀 스케줄링 방법에 따르면, 셀 중앙에 위치하는 사용자들에 할당된 음성 트래픽에 대한 주파수 리소스 블록을 이용하여 셀 중앙에 위치하는 사용자들에 대해 특정의 스케줄링 알고리즘을 적용하여 스케줄링하고, 상기 셀 중앙에 위치하는 사용자들에게 적용되는 스케줄링 알고리즘과는 상이한 스케줄링 알고리즘을 셀 에지에 위치하는 사용자들에게 적용하여 스케줄링을 적용한다.

이하에서는 본 발명의 실시예에 따른 다중 셀 스케줄링 시스템을 시뮬레이션을 통해 그 효과를 설명한다. 여기서는 실제 LTE망에서 시험하는데 어려움이 있어, 잘 알려진 시스템 레벨 시뮬레이터(System level simulator)를 사용하였다. 시뮬레이션을 위한 코드는 매트랩(matlab)으로 이루어졌으며 약 1000줄의 코딩으로 이루어졌다.

무선망에서 사용자들은 eNB로부터의 거리와 이동성 등의 요소에 의해 다른 링크 상태를 갖는다. 그러므로 eNB스케줄러가 공평하게 자원을 분배하려는 정도를 공평성(fairness)로 표현하는데, 본 발명에 따른 공평성의 평가는, 널리 알려진 다음 수학식 5와 같은 Jain Fairness Index를 이용하였다.

[수학식 5]

여기서 J는 Jain Fairness Index,

와 var(T)는 각각 평균 사용자 throughput에 대한 평균과 분산이다.

eNB의 수신기에서 평균적으로 동일한 신호를 내보낼 때, 사용자들이 많을 때 보다 많은 정보가 전송되는데, 이러한 특성을 다중 사용자 다이버시티(multi user diversity)라 한다.

적절한 동적 스케줄링을 통하여, 최고의 무선 품질을 가진 사용자에게 무선 자원을 할당하면 전체 스루풋에서 현저한 향상을 가져올 수 있으며, 또한 사용자 수가 많을수록 이러할 확률은 높아진다. 본 발명에 따른 실시예를 평가하기 위한 무선자원 사용률을 다음 수학식 6과 같이 정의되는 무선 자원 사용률을 사용하였다.

[수학식 6]

여기서 Ra는 사용자에게 할당된 전체 무선 자원이며, Rt는 eNB의 전체 무선자원을 뜻한다.

또한 본 발명에 대한 시뮬레이션에서는, MCSS의 효과를 알아보기 위해 ITU-T VehB 모델을 사용하여 검증하였다. 여기서 VehB 모델은 ITU-T에서 규정한 채널 모델 중의 하나에 해당하며, 아래의 시뮬레이션 결과는 단위 셀 내의 사용자를 100명까지 10명 단위로 늘리고, 또한 속도도 최대 100km까지 10km 단위로 높여가며 시뮬레이션을 수행하였다.

도 5는 셀 중앙과 셀 에지에 관계없이 스케줄링 알고리즘으로 라운드로빈 알고리즘 방식을 적용한 경우(도면에서는 single rr로 표시)와 본 발명에 따라 셀 중앙에서는 라운드 로빈 방식을 사용하고 셀 에지에서는 비례 공평 알고리즘(도면에서는 multicell rr+pf로 표시)을 사용한 경우, 사용자 100명 시 속도 변화에 따른 공평성(fairness) 값을 시뮬레이션한 결과를 도시한다. 또한 도 6은 사용자 100명 시 속도 변화에 따른 셀내 동일한 스케줄링 알고리즘을 적용한 경우와 본 발명에 따라 셀 중앙 및 셀 에지에서 서로 다른 스케줄링 알고리즘을 적용한 경우의 공평성의 값을 비교한 결과를 도시한다. 도 6 이하에서의 스케줄링 방법의 표시 방법은 도 5와 관련되어 위에서 설명한 방식과 동일하며, pf는 비례공평 알고리즘, bc는 BEST CQI 알고리즘을 나타낸다.

도 7 및 도 8은 셀 내의 사용자가 60명인 경우의 사용자의 평균 속도 변화에 따른 공평도 값의 추이를 나타내며, 도 9 및 도 10은 사용자가 20명인 경우의 사용자의 평균 속도 변화에 따른 공평도 값의 추이를 나타낸다.

도 11 및 도 12은 사용자의 평균 속도가 시속 100km일 때 사용자 수의 변화에 따른 공평도 값의 추이를 나타내며, 도 13 및 도 14는 사용자의 평균 속도가 시속 60km일 때, 도 15 및 도 16은 사용자의 평균 속도가 시속 20km일 때 사용자 수의 변화에 따른 공평도 값의 추이를 각각 도시한다.

도 5 내지 도 16에서 알 수 있는 바와 같이, 본 발명에 따라 셀 중앙의 사용자에 대한 음성 트래픽과 셀 에지의 사용자에 대한 음성 트래픽에 서로 다른 스케줄링 알고리즘을 적용하는 경우에는 셀내 동일한 스케줄링 알고리즘을 적용한 경우보다 공평도가 상당히 향상됨을 알 수 있다. 즉 예를 들면 셀내 모든 사용자에 대해 일률적으로 라운드로빈 알고리즘을 사용하는 경우보다는, 셀 중앙에 위치한 사용자에 대해서는 라운드로빈 알고리즘을 사용함과 동시에 셀 에지에 위치한 사용자에 대해서는 비례공평 알고리즘이나 BEST CQI 알고리즘을 사용하여 스케줄링을 수행하는 경우에 공평도가 상당히 증가되고 있음을 알 수 있다.

본 발명의 실시예들은 다양한 컴퓨터로 구현되는 동작을 수행하기 위한 프로그램 명령을 포함하는 컴퓨터 판독 가능 매체를 포함한다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 로컬 데이터 파일, 로컬 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체는 본 발명을 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, CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체와 같은 자기-광 매체, 및 롬, 램, 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.

이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 이는 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 따라서, 본 발명 사상은 아래에 기재된 특허청구범위에 의해서만 파악되어야 하고, 이의 균등 또는 등가적 변형 모두는 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.

100: 할당기(allocator)
200: 다중 셀 스케줄러(Multi cell scheduler)

Claims

기지국으로 인입되는 VoLTE(Voice over Long Term Evolution) 트래픽에 대하여 셀 중앙(Cell Center)에서 발생한 제1 음성 트래픽과 셀 에지(Cell Edge)에서 발생한 제2 음성 트래픽을 구별하고, 상기 제1 및 제2 음성 트래픽에 대한 리소스블록을 할당하는 할당기(allocator); 및
상기 셀 중앙에서 발생한 제1 음성 트래픽에 대해 제1 스케줄링 알고리즘을 적용하고, 상기 셀 에지에서 발생한 제2 음성 트래픽에 대해 상기 제1 스케줄링 알고리즘과 상이한 제 2 스케줄링 알고리즘을 적용하는 다중 셀 스케줄러(Multi Cell Scheduler)를 포함하는 것을 특징으로 하는 다중 셀 스케줄링 시스템.
제 1 항에 있어서,
상기 셀 중앙에서 발생한 제1 음성 트래픽과 상기 셀 에지에서 발생한 제2 음성 트래픽 각각에 대한 리소스블록은 부분 주파수 재사용(Fractional Frequency Reuse) 방식에 의해 할당되는 것을 특징으로 하는 다중 셀 스케줄링 시스템.
제 1 항에 있어서,
상기 제 1 스케줄링 알고리즘은, 라운드로빈 알고리즘(Round-robin algorithm), 페어 스루풋 알고리즘(Fair throughput algorithm), 최대 C/I 알고리즘(Max C/I algorithm), 비례공평 알고리즘(Proportional fairness algorithm) 및 BEST CQI 알고리즘 중 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 다중 셀 스케줄링 시스템.
제 1 항에 있어서,
상기 제 2 스케줄링 알고리즘은, 라운드로빈 알고리즘(Round-robin algorithm), 페어 스루풋 알고리즘(Fair throughput algorithm), 최대 C/I 알고리즘, 비례공평 알고리즘(Proportional fairness algorithm) 및 BEST CQI 알고리즘 중 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 다중 셀 스케줄링 시스템.
기지국으로 인입되는 VoLTE(Voice over Long Term Evolution) 트래픽에 대하여 셀 중앙에서 발생한 제1 음성 트래픽과 셀 에지에서 발생한 제2 음성 트래픽을 구별하고, 상기 제1 및 제2 음성 트래픽 각각에 대해 리소스 블록을 할당하는 단계; 및
상기 셀 중앙에서 발생한 제1 음성 트래픽에 대해 제1 스케줄링 알고리즘을 적용하고, 상기 셀 에지에서 발생한 제2 음성 트래픽에 대해 상기 제1 스케줄링 알고리즘과 상이한 제 2 스케줄링 알고리즘을 적용하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 다중 셀 스케줄링 방법.
제 5 항에 있어서,
상기 셀 중앙에서 발생한 제1 음성 트래픽과 상기 셀 에지에서 발생한 제2 음성 트래픽 각각에 대한 리소스블록은 부분 주파수 재사용 방식(Fractional Frequency Reuse)에 의해 할당되는 것을 특징으로 하는 다중 셀 스케줄링 방법.
제 5 항에 있어서,
상기 제 1 또는 제 2 스케줄링 알고리즘은, 라운드로빈 알고리즘(Round-robin algorithm), 페어 스루풋 알고리즘(Fair throughput algorithm), 최대 C/I 알고리즘, 비례공평 알고리즘(Proportional fairness algorithm) 및 BEST CQI 알고리즘 중 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 다중 셀 스케줄링 방법.