KR20050064716A

KR20050064716A - 이동통신 시스템의 전력 할당 장치 및 전력 할당 방법

Info

Publication number: KR20050064716A
Application number: KR1020030096299A
Authority: KR
Inventors: 김동회; 유병한
Original assignee: 한국전자통신연구원
Priority date: 2003-12-24
Filing date: 2003-12-24
Publication date: 2005-06-29
Also published as: KR100582902B1

Abstract

이동통신 시스템의 전력 할당 장치 및 전력 할당 방법에 관한 것이다. 본 발명에 따르면, 먼저 특정 시간에 전송할 수 있는 다수의 사용자를 선택하는 기준으로 최소의 전력으로 각각의 트래픽별로 요구되는 QoS을 만족하도록 각각의 사용자를 선택한다. 그리고 나서 선택된 사용자들에게 할당된 총전력과 허용 가능한 총 전력을 비교하여, 전력을 재할당한다.

이와 같은 본 발명에 따르면 2단계에 걸친 전력 최적화를 통하여 전체 시스템 성능을 향상시킬 수 있다.

Description

이동통신 시스템의 전력 할당 장치 및 전력 할당 방법{ A POWER ALLOCATION APPARATUS AND A POWER ALLOCATION METHOD IN A MOBILE COMMUNICATION}

본 발명은 이동통신 시스템의 전력 할당 장치 및 전력 할당 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 OFDMA (Orthogonal Frequency Divisional Multiple Access) 시스템에서의 패킷 스케줄링과 연관한 전력 할당 장치 및 전력 할당 방법에 관한 것이다.

무선 통신 환경 하에서 제한된 자원을 효율적으로 이용하기 위해, 무선 자원을 다수의 사용자들에게 공평하게 분배하는 패킷 스케줄링 알고리즘에 대한 연구가 활발하게 진행되고 있다. 즉, 다양한 서비스 품질(QoS; Quality of Service)을 요구하는 멀티미디어 서비스가 실현됨에 따라, 제한된 무선 자원을 효율적으로 이용할 수 있는 패킷 스케줄러의 출력 링크의 대역폭을 공정하게 할당하기 위한 여러 가지 방법들이 제안되고 있다.

이동통신 시스템의 패킷 스케줄러 알고리즘은 구현의 몫으로 남겨져 있다. 이 경우 알고리즘의 성능에 따라 전체 시스템의 성능이 크게 좌우된다. 특히, 이동 통신 환경에서 제한된 자원을 사용하여 QoS를 만족시키면서도 전력 할당을 최소화시켜 성능 효율을 증가시키는 효율적인 알고리즘이 필요하다.

일반적으로 OFDMA 시스템에서는 서브 캐리어(subcarrier)들에게 한 명의 사용자를 할당하는데, 이때 할당하는 방법은 다음의 2 가지로 크게 구분된다, 여기서, 서브 캐리어의 묶음을 서브 채널(subchannel)이라고 부른다.

(1) 좋은 특성을 가지는 서브 캐리어들의 순서에 의해 만들어진 서브 채널의 순서대로 사용자를 매핑하는 방법

(2) 서브 캐리어를 임의로 선택하여 여러 개의 서브 채널을 만든 후에 각각의 서브 채널 단위로 사용자를 할당하는 방법

상기 두 번째 방법과 같이, 매 스케줄링 시간마다 서브 채널 단위로 사용자를 할당하는 패킷 스케줄러에서는 최소 보장 데이터율과 같은 QoS를 만족하면서 시스템 성능을 극대화하는 문제와 총 전송 전력을 감소시키는 여러 가지 방법들이 시도되었다.

그러나, 이러한 방법들은 구현하기가 복잡하거나 또는 일반적으로 사용되는 AMC(Adaptive Modulation and Coding) 옵션과도 연계되지 않은 문제점이 있었다. 따라서, 구현이 용이하면서도 AMC 옵션 기능을 충분히 활용하는 실용적인 알고리즘이 필요하다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 각각의 트래픽별로 요구되는 QoS를 만족하도록 최소 전력을 할당하면서도 시스템 전체 성능을 극대화하도록 AMC 옵션을 활용하는 전력 할당 장치 및 전력 할당 방법을 제공하기 위한 것이다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 하나의 특징에 따른 이동 통신 시스템의 전력 할당 방법은

(a) 총 사용자중에서 패킷 스케줄링할 사용자를 선택하는 단계;

(b) 상기 단계 (a)에서 선택된 사용자들에 대한 총 할당 전력과 허용가능한 총 전력을 비교하는 단계; 및

(c) 상기 단계 (c)에서의 비교결과에 따라, 사용자들에 할당된 전력을 재 할당하는 단계를 포함한다.

한편, 본 발명의 하나의 특징에 따른 이동 통신 시스템의 전력 할당 장치는

상위 계층으로부터 입력되는 IP 패킷들을 사용자별로 구분하는 패킷 구분부;

상기 패킷 구분부에 의해 구분된 사용자를 위한 다수의 큐를 가지는 저장부; 및

상기 다수의 사용자 중 서비스할 사용자를 스케줄링한 후, 선택된 사용자들에게 할당된 총 할당 전력과 허용 가능한 총 전력을 비교하고, 비교결과에 따라 전력을 재할당하는 패킷 스케줄러를 포함한다.

여기서, 상기 패킷 스케줄러는

상기 사용자 큐에 저장된 채널정보를 포함한 각종 정보와, QoS를 기준으로 패킷 스케줄링을 수행하여, 다수의 사용자 중 서비스할 사용자들을 선택하는 사용자 선택부; 상기 사용자 선택부에 의해 선택된 사용자에게 최소 타겟 PER을 만족시키는 AMC 옵션을 선택하는 AMC 옵션 선택부; 상기 AMC 옵션 선택부에 의해 선택된 각 사용자별 AMC 옵션을 기초로 할당할 전력을 계산하는 전력 계산부; 및 상기 전력 계산부에 의해 계산된 할당할 총 전력과 허용 가능한 총 전력을 비교하는 전력 비교부를 포함한다.

한편, 본 발명의 하나의 특징에 따른 기록매체는 이동통신 시스템의 전력 할당을 위한 프로그램이 기록된 기록매체으로서,

상기 프로그램은

총 사용자중에서 패킷 스케줄링할 사용자를 선택하는 기능;

상기 선택된 사용자들에 대한 총 할당 전력과 허용가능한 총 전력을 비교하는 기능; 및

상기 비교결과에 따라 각 사용자의 AMC 옵션을 조정함으로써 사용자들에 할당된 전력을 재할당하는 기능을 포함한다.

아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였다. 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 붙였다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 패킷 스케줄링과 연관한 전력 할당 장치를 나타내는 도면이다.

도 1에 도시되어 있듯이, 본 발명의 실시예에 따른 전력 할당 장치(100))는 기지국(Base Station, 도시하지 않음) 내에 포함되어 있으며, 기지국은 적어도 한 개 이상의 사용자 단말기(200a~200i)와의 데이터 송수신을 통해 채널 상태에 관한 정보(버퍼 상태 등)를 전력 할당 장치로 제공한다.

전력 할당 장치(100)는 적어도 한 개 이상의 사용자 단말기(200a~200i)로 전송할 트래픽 데이터에 대한 스케줄링(우선 순위 결정)을 한 후, 선택된 사용자들에 대한 AMC 옵션을 조절하여 전력을 할당한다.

이처럼, 본 발명의 실시예에서는 전력 할당 장치(100)가 기지국 내에 포함되어 트래픽 데이터에 대해 스케줄링 및 전력 할당을 하는 것에 대해 설명하나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며 각종 이동 통신 시스템 내에 포함되어 패킷 스케줄링 및 전력을 할당하는 방법에도 적용할 수 있다.

도 1에 도시한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 전력 할당 장치(100)는 패킷 구분부(120), 저장부(130) 및 패킷 스케줄러(140)를 포함한다.

패킷 구분부(120)는 상위 계층으로부터 입력되는 IP 패킷들을 사용자별 및 각 사용자의 세션 별로 구분한다. 본 발명의 실시예에 따르면, QoS가 동일한 서비스를 가지는 트래픽을 세션(session)이라고 정의한다. 즉, 패킷 구분부(120)는 입력되는 IP 패킷들에 대하여 사용자 구분 및 사용자 별로 QoS에 따른 세션 구분을 수행한 후, 사용자별 데이터 및 세션 별 데이터를 저장부(130)에 저장한다.

저장부(130)는 각 사용자를 위한 큐(130a, 130b, ...130n)를 포함하고 있는데, 각 큐들은 사용자별 QoS(QoS1, QoS2, ..., QoSm)에 따른 세션들을 저장하고 있다.

패킷 스케줄러(140)는 서로 다른 우선순위(priority)를 가지는 큐들을 스케줄링한 후, 선택된 사용자들에게 할당된 총 전력과 이전에 서비스된 데이터율을 고려하여 AMC 옵션을 조정함으로써 최종적인 전력을 할당한다.

도 2는 도 1에 도시한 본 발명의 실시예에 따른 패킷 스케줄러(140)가 각각의 스케줄링 시간에 최종 선택된 사용자들에게 전력을 할당하여 전송하는 2차원 전송 구조를 보여주고 있다.

도 2를 참조하면, 특정 스케줄링 시간에 전송되는 여러 사용자(사용자 k, 사용자 j ………사용자 i)들은 각각 다른 전력을 할당받게 된다. 따라서 할당되는 전력에 따라 시스템 성능 효과를 극대화하도록 전력을 할당할 필요가 있다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 패킷 스케줄러(140)를 상세하게 나타내는 도면이고, 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 패킷 스케줄러(140)에서 수행되는 전력 할당 알고리즘의 순서도이다. 이하에서는 도 3 및 도 4를 참조하여, 본 발명의 실시예에 따른 패킷 스케줄링 및 전력 할당 알고리즘을 상세히 설명한다.

도 3에 도시한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 패킷 스케줄러(140)는 사용자 선택부(141), AMC 옵션 선택부(142), 전력 계산부(143) 및 전력 비교부(144)를 포함한다.

사용자 선택부(141)는 패킷 스케줄링 알고리즘을 이용하여 사용자 큐(130a, 130b, ...130m)에 저장된 채널 정보를 포함한 각종 정보와 각각의 사용자 및 세션에 대한 QoS를 기준으로 패킷 스케줄링을 수행하여, 사용자들을 선택한다. (S10) 이때, 본 발명의 실시예에 따른 QoS의 예로서 각 사용자별로 요구되는 최소보장 데이터율을 사용하였으나, 본 발명이 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 또한, 본 발명의 실시예에 따른 패킷 알고리즘으로서 PF(proportionally fair) 알고리즘 등을 포함하는 여러 스케줄링 알고리즘을 사용할 수 있으며, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.

그리고 나서, AMC 옵션 선택부(142)는 사용자 선택부(141)에 의해 선택된 사용자에게 최소 타겟 PER(packet error rate)을 만족시키는 AMC 옵션을 선택한다. (S20) 이때, 본 발명의 실시예에 따르면 각 사용자의 AMC 옵션은 각 사용자로부터 수신된 신호대 간섭비(SIR; Signal to Interference)를 기준으로 결정되나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 그리고, 전력 계산부(143)는 AMC 옵션 선택부(142)에 의해 선택된 각 사용자별 AMC 옵션을 기초로 할당할 총 전력을 계산한다.

상기와 같은 절차를 수행한 후에, 전력 비교부(144)는 허용 가능한 총 전력과 전력 계산부(143)에 의해 계산된 할당된 총 전력을 비교한다. (S30)

상기 단계 S30에서의 비교 결과, 전력 계산부(142)에서 계산한 총 전력이 허용 가능한 총 전력보다 크면, 이전에 서비스된 데이터 량이 큰 사용자부터 전력을 반복적으로 감소시킨다. (S40) 그리고, 단계 S30에서의 비교 결과, 전력 계산부(142)에서 계산한 총 전력이 허용 가능한 총 전력보다 작으면, 이전에 서비스된 데이터 량이 적은 사용자부터 전력을 증가시킨다. (S50) 그리고 이와 같은 상기와 과정은 할당된 총 전력과 허용 가능한 총 전력이 비슷할 때까지 반복한다. (S60) 이와 같은 과정을 수행함으로써 사용자간 공정성(fairness)이 극대화된다. 그리고, 상기와 같은 과정은 호가 지속되는 동안 반복적으로 수행된다.

이때, 본 발명의 실시예에 따르면, 해당 사용자에게 할당된 전력의 증가 또는 감소는, 후술하는 바와 같이, 각 사용자에게 할당된 AMC 옵션을 조정(즉, AMC 옵션 단계를 상승시키거나 하강시킴으로써)함으로써 달성된다.

도 5는 OFDMA 시스템에서 사용될 수 있는 AMC 옵션의 예를 나타내는 도면이다. 도 5를 참조하면, 수신된 SIR의 값이 4.0 ~ 7.0 dB 사이인 경우에는, AMC 옵션 2단계가 선택되고, QPSK 변조방식과 1/2 부호화율이 사용된다.

도 6은 도 5의 AMC 예를 기준으로 전력 재할당 알고리즘을 수행하는 예를 나타내는 도면이다.

본 발명의 실시예에 따라 최소 전력으로 할당된 사용자들에 대한 전력 재할당의 예로써 최종 선정된 사용자가 6명인 경우로 가정하였다. 도 6을 참조하면, AMC 옵션 선택부(142)는 수신된 신호대 간섭비(SIR) 값을 기준으로 각각 사용자의 AMC 옵션을 결정하고, 전력 계산부(143)는 사용자별 AMC 옵션을 기초로 하여, 할당한 총 전력을 계산한다. 이렇게 계산된 총 전력이 허용 가능한 총 전력보다 작은 경우에는 이전까지 서비스된 데이터 율이 가장 적은 사용자부터 AMC 옵션을 한 단계 높은 값을 선택한다.

예를 들면, 도 6에서, 사용자 2가 이전에 서비스된 데이터율이 2 kbps로 가장 적으므로 AMC 옵션 선택부(142)는 사용자의 2의 AMC 옵션을 기존의 4단계에서 5단계로 변환시킴으로써 1차 재할당 AMC 옵션을 수행한다. 그리고, 전력 계산부(143)는 1차 재할당 AMC 옵션에 의해 증가된 총 전력(즉, 50W)을 다시 계산한다.

이때, 도 6을 참조하면, 1차 재할당된 AMC 옵션에 의한 총 전력이 50W이고 허용 가능한 총 전력이 70W이므로, 다시 이전에 서비스된 데이터율 중 두 번째로 낮은 데이터율인 2.5 kbps에 해당하는 사용자 13의 AMC 옵션을 한단계 상승(즉, 4단계에서 5단계로 변환)시킴으로써 2차 재할당 AMC 옵션을 수행한다. 그리고, 이러한 과정은 AMC 옵션 조정에 의한 총 전력이 허용 가능한 총 전력보다 크게 되기 전까지 상기와 같은 절차를 반복한다. 도 6을 참조하여, 본 발명의 실시예에 따른 전력 할당 방법을 정리하면 다음과 같다.

제1 단계 : 총 할당 전력(50 W) < 허용 가능한 총 전력(70 W)이므로, 1차 재 할당 AMC 옵션 수행

제2 단계 : 총 할당 전력(60 W) < 허용 가능한 총 전력(70 W)이므로, 2차 재 할당 AMC 옵션 수행

제 3단계 : 총 할당 전력(71 W) > 허용 가능한 총 전력(70 W)이므로, 이전에 할당된 2차 재 할당 AMC 옵션으로 최종 선택

도 6을 참조한 설명에서는 총 할당 전력이 허용 가능한 총 전력보다 작은 경우 이전에 서비스되는 데이터율이 낮은 사용자부터 AMC 옵션을 증가시키는 경우에 대해서 설명하였으나, 본 발명의 실시예에 따르면 총 할당 전력이 허용 가능한 총 전력보다 큰 경우에는 이전에 서비스되는 데이터율이 큰 사용자부터 AMC 옵션을 하강시킨다. 그리고, 이러한 설명은 도 6을 통한 상기한 설명으로부터 본 발명이 속하는 분야의 평균적 전문가라면 쉽게 이해할 수 있는 것이므로, 구체적인 설명은 생략한다.

이상에서 설명한 본 발명의 실시예에 따르면, OFDMA 시스템의 패킷 스케줄러에서 QoS를 만족하면서도 각각의 사용자에게 최소 전력으로 패킷 스케줄링을 수행하기 때문에, 전체 총 전력을 최소화하는 사용자를 선택할 수 있다. 그리고, 선택된 사용자들에게 이전에 서비스 받은 데이터율을 기준으로 사용자가 공정성을 극대화하도록 AMC 옵션을 조정하여 전력을 재할당함으로써 시스템 성능을 증가시킬 수 있다.

이상에서는 본 발명의 실시예에 대하여 설명하였으나, 본 발명은 상기한 실시예에만 한정되는 것은 아니며, 그 외의 다양한 변경이나 변형이 가능하다. 예컨대, 도 1에 도시한 본 발명의 실시예에 따른 전력 할당 장치는 하드웨어적으로 구현될 수 있으며, 또한 소프트웨어의 형태로 구현될 수도 있다. 또한, 본 발명은 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로서 구현하는 것이 가능하다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면 각각의 트래픽별로 요구되는 QoS를 만족하도록 최소 전력을 할당하면서도 AMC 옵션 조정을 통해 시스템 전체 성능을 극대화시킬 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 전력 할당 장치를 나타내는 도면이다.

도 2는 시간 축에 따라 사용자별 전력 할당을 하는 2차원 전송구조의 예를 나타내는 도면이다.

도 3은 도 1에 도시한 패킷 스케줄러를 상세히 나타내는 도면이다.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 전력 할당 알고리즘을 나타내는 순서도이다.

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 최소전력의 할당 예를 나타내는 도면이다.

도 6은 본 발명의 실시예에 따른 전력 재할당의 예를 나타내는 도면이다.

Claims

이동통신 시스템의 전력 할당 방법에 있어서,

(a) 총 사용자중에서 패킷 스케줄링할 사용자를 선택하는 단계;

(b) 상기 단계 (a)에서 선택된 사용자들에 대한 총 할당 전력과 허용가능한 총 전력을 비교하는 단계; 및

(c) 상기 단계 (c)에서의 비교결과에 따라, 사용자들에 할당된 전력을 재 할당하는 단계를 포함하는 전력 할당 방법.
제 1항에 있어서,

상기 단계 (c)에서, 각 사용자의 AMC 옵션을 조정함으로써 사용자들에 할당된 전력을 재할당하는 것을 특징으로 하는 전력 할당 방법.
제 1항에 있어서,

상기 단계 (b)는

상기 단계 (a)에서 선택된 사용자들에게 최소 타겟 PER을 만족하는 최소 AMC 옵션을 설정하는 단계; 및

상기 단계예서 설정된 각 사용자의 AMC 옵션을 기초로, 각 사용자에게 할당된 총 할당 전력을 계산하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 할당 방법.
제3항에 있어서,

상기 단계 (c)는

상기 계산된 사용자들의 총 할당 전력과 허용가능한 총 전력을 비교하는 단계; 및

상기 비교 결과에 따라 각 사용자의 AMC 옵션을 조정함으로써 사용자들에 할당된 전력을 재할당하는 단계를 포함하는 전력 할당 방법.
제2항 또는 제4항에 있어서,

상기 단계 (b)에서의 비교결과 총 할당 전력이 허용 가능한 총 전력보다 적은 경우, 이전에 서비스된 데이터율이 작은 순서로 AMC 옵션을 증가시켜 전력을 재할당하는 것을 특징으로 하는 전력 할당 방법.
제2항 또는 제4항에 있어서,

상기 단계 (b)에서의 비교결과 총 할당 전력이 허용 가능한 총 전력보다 큰 경우, 이전에 서비스된 데이터율이 큰 순서로 AMC 옵션을 감소시켜 전력을 재할당하는 것을 특징으로 하는 전력 할당 방법.
상위 계층으로부터 입력되는 IP 패킷들을 사용자별로 구분하는 패킷 구분부;

상기 패킷 구분부에 의해 구분된 사용자를 위한 다수의 큐를 가지는 저장부; 및

상기 다수의 사용자 중 서비스할 사용자를 스케줄링한 후, 선택된 사용자들에게 할당된 총 할당 전력과 허용 가능한 총 전력을 비교하고, 비교결과에 따라 전력을 재할당하는 패킷 스케줄러를 포함하는 이동통신 시스템의 전력 할당 장치.
제7항에 있어서,

상기 패킷 스케줄러는

상기 사용자 큐에 저장된 채널정보를 포함한 각종 정보와, QoS를 기준으로 패킷 스케줄링을 수행하여, 다수의 사용자 중 서비스할 사용자들을 선택하는 사용자 선택부;

상기 사용자 선택부에 의해 선택된 사용자에게 최소 타겟 PER을 만족시키는 AMC 옵션을 선택하는 AMC 옵션 선택부;

상기 AMC 옵션 선택부에 의해 선택된 각 사용자별 AMC 옵션을 기초로 할당할 전력을 계산하는 전력 계산부; 및

상기 전력 계산부에 의해 계산된 할당할 총 전력과 허용 가능한 총 전력을 비교하는 전력 비교부를 포함하는 이동통신 시스템의 프레임 전력 할당 장치.
제8항에 있어서,

상기 AMC 옵션 선택부는 상기 전력 비교부의 비교결과 총 할당 전력이 허용 가능한 총 전력보다 적은 경우, 이전에 서비스된 데이터율이 작은 순서로 AMC 옵션을 증가시키는 것을 특징으로 하는 이동통신 시스템의 프레임 전력 할당 장치.
제8항에 있어서,

상기 AMC 옵션 선택부는 상기 전력 비교부의 비교결과 총 할당 전력이 허용 가능한 총 전력보다 큰 경우, 이전에 서비스된 데이터율이 큰 순서로 AMC 옵션을 감소시키는 것을 특징으로 하는 이동통신 시스템의 프레임 전력 할당 장치.
이동통신 시스템의 전력 할당을 위한 프로그램이 기록된 기록매체에 있어서,

총 사용자중에서 패킷 스케줄링할 사용자를 선택하는 기능;

상기 선택된 사용자들에 대한 총 할당 전력과 허용가능한 총 전력을 비교하는 기능; 및

상기 비교결과에 따라 각 사용자의 AMC 옵션을 조정함으로써 사용자들에 할당된 전력을 재할당하는 기능을 포함하는 프로그램이 기록된 기록매체.