KR20060024886A

KR20060024886A - 멀티캐스트 직교 주파수 분할 다중 통신 시스템에서멀티캐스트 데이터 송수신 장치 및 방법

Info

Publication number: KR20060024886A
Application number: KR1020040073739A
Authority: KR
Inventors: 박승훈; 서창호; 김영균; 박동식; 조영권
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2004-09-15
Filing date: 2004-09-15
Publication date: 2006-03-20

Abstract

본 발명은 직교 주파수 분할 다중 통신시스템에서 멀티캐스트 데이터를 N개의 부반송파들을 통해 K개의 사용자들에게 송신하기 위한 장치에 관한 것으로, 상기 K개의 사용자들로부터 피드백되는 채널정보들을 이용하여 상기 K개의 사용자들의 각각에 대해 수신 가능한 부반송파들을 결정하는 부반송파 할당 정보를 생성하는 부반송파 할당기와, 상기 K개의 사용자들로부터 피드백되는 채널정보들과 상기 부반송파 할당기로부터의 부반송파 할당 정보를 이용하여 상기 N개의 부반송파들의 각각에 할당되는 비트수를 결정하는 비트 할당 정보를 생성하는 비트 할당기와, 송신할 멀티캐스트 데이터를 상기 비트 할당기로부터의 비트 할당 정보에 따른 변조방식으로 변조하는 적응 변조기를 포함하는 것을 특징으로 한다. 이와 같은 본 발명은 스케일 능력이 있는 멀티캐스트 데이터를 전송하는 경우, 실시간 링크 파라미터 적응 변조를 수행함으로써 주파수 효율을 높일 수 있는 이점이 있다.

멀티캐스트 데이터, OFDM, 부반송파 할당, 비트 할당, 계층 구조

Description

멀티캐스트 직교 주파수 분할 다중 통신 시스템에서 멀티캐스트 데이터 송수신 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOF FOR TRANSMITTING/RECEIVING MULTICAST DATA IN A MULTICAST ORTHOGONAL FREQUENCY DIVISION MULTIPLE COMMUNICATION SYSTEM}

도 1은 멀티캐스트 서비스를 지원하는 OFDM 통신시스템에서 다중 멀티캐스트 MAC주소의 사용 방식을 개략적으로 도시한 도면.

도 2는 멀티캐스트 서비스를 지원하는 OFDM 통신시스템에서 송신 신호 처리 과정을 개략적으로 도시한 도면.

도 3은 멀티캐스트 서비스를 지원하는 OFDM 통신시스템에서 멀티캐스트 데이터를 전송하기 위한 프레임의 헤더 구조를 개략적으로 도시한 도면.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 멀티캐스트 OFDM 통신시스템에서 송신기의 구성을 도시하는 도면.

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 멀티캐스트 OFDM 통신 시스템에서 수신기의 구성을 도시하는 도면.

도 6은 도 4에서 설명된 부반송파 할당기(402)의 상세 구성을 보여주는 도면.

도 7은 본 발명의 실시예에 따른 OFDM 통신 시스템에서 멀티캐스트를 위한 부반송파 할당의 일 예를 보여주는 도면.

도 8은 도 4에서 설명된 비트 할당기(403)의 상세 구성을 보여주는 도면.

도 9는 본 발명의 실시예에 따른 OFDM 통신 시스템에서 멀티캐스트를 위한 비트 할당의 일 예를 보여주는 도면.

도 10은 본 발명의 실시예에 따른 OFDM 통신시스템의 송신기에서 멀티캐스트 데이터를 송신하기 위한 절차를 도시하는 도면.

도 11은 본 발명의 실시예에 따른 OFDM 통신시스템의 수신기에서 멀티캐스트 데이터를 수신하기 위한 절차를 도시하는 도면.

도 12는 도 10에서 설명된 부반송파 할당 단계(1003단계)의 상세 절차를 보여주는 도면.

도 13은 도 10에서 설명된 비트 할당 단계(1005단계)의 상세 절차를 보여주는 도면.

도 14는 4명의 사용자가 있는 경우 송신 전력이 변할 때 각 사용자가 수신한 정보량의 곱을 본 발명과 비적응적 변조 방식을 사용한 경우에 대해 비교한 그래프.

도 15는 64개의 부반송파를 8개의 부분들로 나눈 채널 정보를 사용하고, 전송 전력을 30dB로 고정하며, 사용자를 2에서 16까지 2개씩 증가시키는 경우 각 사용자가 수신한 정보량의 곱을 도시한 그래프.

본 발명은 멀티캐스트(multicast) 직교 주파수 분할 다중 접속(OFDM: Orthogonal Frequency Division Multiple, 이하 'OFDM'이라 칭하기로 한다) 방식을 사용하는 통신 시스템(이하 '멀티캐스트 OFDM 통신 시스템'이라 칭하기로 한다)에 관한 것으로서, 특히 멀티캐스트 데이터를 송수신하는 장치 및 방법에 관한 것이다.

일반적으로, 멀티캐스트 방식은 한 번의 송신으로 다수의 수신기들에게 동일한 데이터를 송신하는 방식을 의미하며, 상기 멀티캐스트 방식은 네트워크 자원의 낭비를 제거하여 네트워크 자원의 효율성을 극대화시킬 수 있다는 점에서 초고속 멀티미디어(multimedia) 데이터 송신에 사용되고 있다. 한편, 상기 멀티캐스트 방식으로 데이터를 송신할 경우, 수신기들 각각에 미리 설정한 설정 단위 시간동안 네트워크를 통해 전달받을 수 있는 데이터의 양(데이터 레이트: data rate)가 상이한 경우가 발생한다. 이때, 송신기가 동일한 데이터 레이트로 데이터를 송신하는 경우 상기 수신기들 모두가 상기 동일한 데이터 레이트로 데이터를 수신하기 위해서는 최저 데이터 레이트로 데이터를 송신해야만 한다. 만약, 상기 최저 데이터 레이트를 초과하는 데이터 레이트로 데이터를 송신할 경우 상기 최저 데이터 레이트를 초과하는 데이터 레이트를 지원하지 못하는 수신기는 상기 송신기가 송신한 데이터를 정상적으로 수신하지 못하게 된다.

이런 문제점을 해결하기 위해서, 통상적인 멀티캐스트 통신 시스템에서는 멀티캐스트 데이터를 다수의 스트림(stream)들로 분할하고, 비교적 낮은 데이터 레이트를 가지는 수신기에는 상기 다수의 스트림들중 일부의 스트림들만을 송신하고, 비교적 높은 데이터 레이트를 가지는 수신기에는 상기 다수의 스트림들 모두를 송신하는 방식을 사용하고 있다. 상기와 같은 방식이 유효하기 위해서는 상기 멀티캐스트 데이터가 영상이나 음성과 같이 전체 멀티캐스트 데이터 중 일부(기본 데이터)는 가장 기본적인 정보를 포함하여 그 자체만으로도 낮은 품질의 원래의 멀티캐스트 데이터를 제공할 수 있어야만 하고, 상기 일부의 데이터를 제외한 나머지 데이터(부가 데이터)는 상기 기본 데이터보다 더 상세한 정보를 포함하여 상기 기본 데이터에 더해져서 높은 품질의 원래의 멀티캐스트 데이터를 제공할 수 있어야만 한다. 상기와 같이 기본 데이터와 부가 데이터를 사용하는 데이터 구조를 '스케일 능력이 있다(scalable)'고 표현하는데, 이러한 스케일 능력(scalability)을 이용한 대표적인 코딩(coding) 방식이 MPEG4(Motion Pictures Experts Group 4, 이하 'MPEG4'라 칭하기로 한다) 방식이다.

상기에서 설명한 바와 같이 상기 최저 데이터 레이트를 초과하는 데이터 레이트로 데이터를 송신할 경우 상기 최저 데이터 레이트를 초과하는 데이터 레이트를 지원하지 못하는 수신기는 상기 송신기가 송신한 데이터를 정상적으로 수신하지 못하게 되는 문제점을 해결하기 위한 또 다른 방식으로는 UQPSK(Unbalanced Quadrature Phase Shift Keying) 방식과 적응적 변조 방식 등이 있다.

첫 번째로, 상기 UQPSK 방식에 대해서 설명하기로 한다.

상기 UQPSK 방식은 가장 기본적인 정보, 즉 기본 데이터는 서로 거리가 먼 성상도(constellation)상의 점에 할당하고, 더욱 상세한 정보, 즉 부가 데이터는 서로 거리가 가까운 성상도상의 점에 할당하는 방식이다. 상기 UQPSK 방식을 적용할 경우, 수신기의 수신 감도가 나쁜 경우 상기 수신기는 수신 감도가 나쁜 경우라고 할 지라도 서로 거리가 먼 성상도상의 점은 구별 가능하기 때문에 기본 데이터는 수신할 수 있다. 그러나, 상기 UQPSK 방식은 수신기별 채널 품질에 적응적으로 대처할 수 없다는 단점을 가진다.

두 번째로, 적응적 변조 방식에 대해서 설명하기로 한다.

상기 적응적 변조 방식은 수신기들간의 채널 품질의 분포에 따라 서로 다른 변조 방식들, 일 예로 BPSK(Binary Phase Shift Keying) 방식과, QPSK(Quadrature Phase Shift Keying) 방식과, 16QAM(Quadrature Amplitude Modulation) 방식과 같은 서로 다른 변조 방식들을 적용하여 상이한 개수를 가지는 프레임(frame)들을 송신하는 방식이다. 즉, 상기 적응적 변조 방식은 상기 수신기의 수신 감도가 나쁠 경우에는 상기 BPSK 방식과 같은 저차 변조 방식을 적용하여 기본적인 정보만을 송신하고, 상기 수신기의 수신 감도가 좋을 경우에는 상기 16QAM 방식과 같은 고차 변조 방식을 적용하여 상세 정보를 송신하도록 하는 것이다. 그러나, 멀티캐스트 OFDM 통신 시스템의 경우 부반송파(sub-carrier)별로 채널 품질이 상이하지만 상기 적응적 변조 방식을 적용할 경우 상기 부반송파별 채널 품질의 차이를 무시하고 상기 부반송파들 모두에 동일한 변조 방식을 적용하기 때문에 자원의 효율성을 저하시키게 된다는 문제점을 가진다.

한편, 상기에서 설명한 바와 같이 상기 최저 데이터 레이트를 초과하는 데이터 레이트로 데이터를 송신할 경우 상기 최저 데이터 레이트를 초과하는 데이터 레이트를 지원하지 못하는 수신기는 상기 송신기가 송신한 데이터를 정상적으로 수신하지 못하게 되는 문제점을 해결하기 위한 또 다른 방식으로는 N개의 멀티캐스용 매체 접속 제어(MAC: Medium Access Control, 이하 'MAC'이라 칭하기로 한다) 주소(address)를 사용하여 각 MAC 주소별로 서로 다르게 링크(link) 적응, 즉 송신 신호 처리 과정을 적용하는 것이다. 그러면 여기서 멀티캐스트 서비스를 지원하는 OFDM 통신시스템에서 다중 멀티캐스트 MAC 주소의 사용 방식에 대해서 설명하기로 한다.

도 1은 멀티캐스트 서비스를 지원하는 OFDM 통신시스템에서 다중 멀티캐스트 MAC주소의 사용 방식을 개략적으로 도시한 도면이다.

상기 도 1을 참조하면, MAC 주소가 다수 개, 즉 N개 존재한다. 그리고, 상기 스케일 능력이 있는 멀티캐스트 데이터를 N개의 계층들로 분류한다. 여기서, 상기 N개의 계층들 각각의 크기는 상이할 수 있으며, 첫 번째 계층(1^strate)은 가장 낮은 데이터 레이트(lowest data rate)의 데이터에 해당하며, 이런 식으로 마지막 계층(n^strate)은 가장 높은 데이터 레이트(highest rate)의 데이터에 해당한다. 상기 N개의 계층들 각각은 서로 다른 프로세스(process), 즉 송신 신호 처리 과정을 거치며, 즉 첫 번째 계층(1^strate)은 첫 번째 프로세스(process₁)를 거치며, 이런 식 으로 마지막 계층(n^strate)은 마지막 프로세스(process_n)를 거치게 된다. 상기 N개의 계층들 각각이 거치게 되는 프로세스는 하기에서 도 2를 참조하여 설명할 것이므로 여기서는 그 상세한 설명을 생략하기로 한다. 이렇게 프로세스를 거친 N개의 계층들 각각은 헤더(header)와 결합되어 프레임을 생성한다. 상기 헤더 구조는 하기에서 도 3을 참조하여 상세하게 설명할 것이므로 여기서는 그 상세한 설명을 생략하기로 한다.

도 2는 멀티캐스트 서비스를 지원하는 OFDM 통신시스템에서 송신 신호 처리 과정을 개략적으로 도시한 도면이다.

상기 도 2를 참조하면, 송신 신호가 입력되면 순방향 에러 정정(FEC: Forward Error Correction, 이하 'FEC'라 칭하기로 한다) 코딩이 수행된다. 여기서, 상기 FEC 코딩은 FEC에 강한 코드, 일 예로 컨벌루셔널 코드(convolutional code), 터보 코드(turbo code) 등과 같은 코드를 사용하여 코딩하는 것을 의미한다. 상기 FEC 코딩된 신호는 버스트 에러(burst error) 방지를 위해 인터리빙(interleaving)된 후 매핑(mapping)된다. 여기서, 상기 매핑 과정은 상기에서 설명한 바와 같은 변조 방식, 일 예로 BPSK 방식과, QPSK 방식과, 16QAM 방식과 같은 변조 방식을 사용하여 심벌 매핑(symbol mapping)하는 것을 나타낸다.

도 3은 멀티캐스트 서비스를 지원하는 OFDM 통신시스템에서 멀티캐스트 데이터를 전송하기 위한 프레임의 헤더 구조를 개략적으로 도시한 도면이다.

도시된 바와 같이, 상기 멀티캐스트 데이터를 전송하기 위한 프레임은 크게 헤더 영역과 데이터 영역으로 구성되며, 상기 헤더 영역은 주소(address) 영역과, 길이(length) 영역과, 기타(etc) 영역으로 구성된다. 상기 주소 영역은 멀티캐스트 MAC 주소가 저장되며, 상기 길이 영역은 상기 데이터 영역의 길이가 저장되고, 상기 기타 영역은 나머지 다른 기타 내용들을 나타낸다.

상기 멀티캐스트 MAC 주소별로 서로 다른 링크 적응을 적용하는 방식을 사용하기 위해서는 억세스 포인트(AP: Access Point, 이하 'AP'라 칭하기로 한다)가 상기 AP 자신이 서비스를 제공하고 있는 모든 수신기들의 링크 상황을 알고 있어야만 한다. 여기서, 상기 억세스 포인트는 기지국(BS: Base Station)과 동일한 기능을 하는 객체이다.

상기 도 1에서 설명한 바와 같이, 각 프로세스를 거친 신호들의 데이터 레이트들을

이라 정의하기로 한다. 그리고, 송신기에서 송신하고자 하는 전체 버스트가 M개이고, 상기 n개의 계층들 각각에 할당된 버스트의 개수들을

이라고 가정하기로 한다. 또한, 수신기들의 합이 A이고, N개의 프로세스들을 거친 송신 신호들을 신뢰성 있게 검파할 수 있는 수신기들의 개수를

이라고 정의하기로 한다.

상기와 같은 조건들 하에서 상기 멀티캐스트 OFDM 통신 시스템의 전체 전송량을 최대화하고, 모든 수신기들에게 최저 데이터 레이트를 가지는 계층을 제공할 수 있는 방법은 하기 수학식 1과 같은 조건을 만족하면 된다. 하기 수학식 1은 N개의 전체 프로세스에서 최대로 전송할수 있는 데이터 레이트를 나타낸다.

상기 수학식 1에서, L은 최저 데이터 레이트를 가지는 계층의 데이터 레이트를 버스트 크기로 나눈 값을 나타낸다. 상기 수학식 1에서, 에 L보다 크거나 작은 정수 (L₁)를 할당한 뒤 상기 n₁,...n_N들에 곱해진 계수가 가장 큰 값에 나머지 M-L₁을 할당하면 된다. 결국, 주어진 수신기 분포와 각 프로세스를 통해 처리된 데이터 레이트로부터 최적의 버스트 분포를 결정하는 것이 가능하게 되는 것이다.

상기 수학식 1과 같이 주어진 수신기 분포와 각 프로세스를 통해 처리된 데이터 레이트로부터 최적의 버스트 분포를 결정하는 방식은 수신기별 신호대 잡음비(SNR: Signal to Noise Ratio, 이하 'SNR'이라 칭하기로 한다)의 분포에 따라서 변조 방식을 결정하게 된다. 이때, 상기 OFDM 통신 시스템과 같이 다수개의 부반송파들을 사용하는 경우 상기 다수개의 부반송파들 모두에 동일한 변조 방식을 사용해야만 한다.

그러나, 일반적으로 OFDM 통신시스템의 경우, 무선 채널에 의해 발생되는 다중 경로 페이딩(multi-path fading)의 영향으로 각 부반송파별로 서로 다른 채널 품질을 가지게 된다. 따라서, 상기 부반송파들 각각에 그 채널 품질에 적응적으로 서로 다른 변조 방식을 적용하는 것이 전체 데이터 전송률을 증가시키는 것을 가능하게 한다. 이런 문제점을 해결하기 위해서 다수의 수신기들의 존재하는 경우, 상 기 OFDM 통신 시스템의 부반송파들을 수신기들별로 상이하게 할당하고 상기 할당된 부반송파들에 대해서 변조 방식을 결정하는 방식, 즉 직교 주파수 분할 다중 접속(OFDMA: Orthogonal Frequency Division Multiple Access, 이하 'OFDMA'이라 칭하기로 한다) 방식이 존재한다. 그러나, 상기 OFDMA 방식의 경우에는 멀티캐스트 방식을 전혀 고려하지 않기 때문에 수신기별로 서로 다른 데이터가 전송되는 경우에만 사용할 수 있다는 문제점을 가진다.

따라서, 본 발명의 목적은 OFDM 통신시스템에서 계층 구조를 가지는 멀티캐스트 데이터를 송수신하기 위한 장치 및 방법을 제공함에 있다.

본 발명의 다른 목적은 OFDM 통신시스템에서 전체 전송량을 최대화하는 멀티캐스트 데이터 송수신 장치 및 방법을 제공함에 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 OFDM 통신시스템에서 소정 개수의 부반송파들을 이용해 멀티캐스트 데이터를 복수의 사용자들에게 송신하는 경우, 상기 복수의 사용자들이 수신하는 데이터량의 합을 최대화하기 위한 장치 및 방법을 제공함에 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 OFDM 통신시스템에서 소정 개수의 부반송파들을 이용해 멀티캐스트 데이터를 복수의 사용자들에게 송신하는 경우, 상기 복수의 사용자들이 수신하는 데이터량의 곱을 최대화하기 위한 장치 및 방법을 제공함에 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 OFDM 통신시스템에서 소정 개수의 부반송파들을 이용해 멀티캐스트 데이터를 복수의 사용자들에게 송신하는 경우, 상기 복수의 사용자들이 수신하는 데이터량의 합과 곱을 최대화하기 위한 장치 및 방법을 제공함에 있다.

상기 목적들을 달성하기 위한 본 발명의 제1견지에 따르면, 직교 주파수 분할 다중 통신시스템에서 멀티캐스트 데이터를 N개의 부반송파들을 통해 K개의 사용자들에게 송신하기 위한 방법이, 상기 K개의 사용자들로부터 피드백되는 채널정보들을 사용하여 상기 K개의 사용자들의 각각에 대해 수신 가능한 부반송파들을 결정하는 부반송파 할당 정보를 생성하는 과정과, 상기 K개의 사용자들로부터 피드백되는 채널정보들과 상기 부반송파 할당 정보를 사용하여 상기 부반송파들 각각에 할당되는 비트수를 결정하는 비트 할당 정보를 생성하는 과정과, 송신할 멀티캐스트 데이터를 상기 비트 할당 정보에 따른 변조방식으로 변조하여 상기 N개의 부반송파들을 통해 송신하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 제2견지에 따르면, 직교 주파수 분할 다중 통신시스템에서 멀티캐스트 데이터를 N개의 부반송파들을 통해 K개의 사용자들에게 송신하기 위한 장치가, 상기 K개의 사용자들로부터 피드백되는 채널정보들을 이용하여 상기 K개의 사용자들의 각각에 대해 수신 가능한 부반송파들을 결정하는 부반송파 할당 정보를 생성하는 부반송파 할당기와, 상기 K개의 사용자들로부터 피드백되는 채널정보들과 상기 부반송파 할당기로부터의 부반송파 할당 정보를 이용하여 상기 N개의 부반송파들의 각각에 할당되는 비트수를 결정하는 비트 할당 정보를 생성하는 비트 할당 기와, 송신할 멀티캐스트 데이터를 상기 비트 할당기로부터의 비트 할당 정보에 따른 변조방식으로 변조하는 적응 변조기를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 제3견지에 따르면, 전체 주파수 대역을 다수의 부반송파 대역들로 분할하는 직교 주파수 분할 다중 통신시스템에서, 계층 구조를 가지는 멀티캐스트(Multicast) 데이터를 소정 다수의 부반송파들을 통해 다수의 수신기로 송신하는 방법이, 상기 다수의 수신기들 각각에서 임의의 특정 부반송파를 통해 수신되는 데이터량들의 합이 최대가 되도록 하는 부반송파 할당 정보를 결정하는 과정과, 상기 다수의 수신기들 각각에서 상기 다수의 부반송파들을 통해 수신되는 전체 데이터량들의 곱이 최대가 되도록 상기 부반송파 할당 정보를 갱신하여 비례공평(Proportional fairness) 부반송파 할당정보를 생성하는 과정과, 상기 다수의 수신기들로부터 피드백(Feedback)되는 채널정보 및 상기 생성된 비례공평 부반송파 할당정보를 통하여 상기 부반송파에 각각 할당되는 비트수를 결정하는 비트할당정보 생성 과정을 포함하는 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 하기의 설명에서는 본 발명에 따른 동작을 이해하는데 필요한 부분만이 설명되며 그 이외 부분의 설명은 본 발명의 요지를 흩트리지 않도록 생략될 것이라는 것을 유의하여야 한다.

본 발명은 멀티캐스트(multicast) 서비스를 지원하는 직교 주파수 분할 다중 접속(OFDM: Orthogonal Frequency Division Multiple, 이하 'OFDM'이라 칭하기로 한다) 통신시스템(이하 '멀티캐스트 OFDM 통신 시스템'이라 칭하기로 한다)에서 소정 개수의 부반송파들을 통해 복수의 수신기들에게 멀티캐스트 데이터를 송신하는 경우, 부반송파별, 수신기별 링크 파라미터에 근거해서 부반송파별로 수신기들이 수신하는 데이터량의 합을 최대화하고, 다시 수신기별 수신 데이터량의 곱을 최대화하여 시스템 전체 전송률을 비례 공평하게 최대화하기 위한 방안에 대해 설명할 것이다.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 멀티캐스트 OFDM 통신시스템에서 송신기의 구성을 도시하고 있다.

도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 송신기는, 비례공평(Proportional fairness) 부반송파 할당기(402), 비트 할당기(403), 제어신호 발생기(405), 적응 변조기(407), 선택기(409), IFFT기(411) 및 병렬/직렬 변환기(413)를 포함하여 구성된다. 일반적으로, 상기 송신기는 다수의, 즉 K개의 수신기들, 즉 이동국(MS: Mobile Station, 이하 'MS'라 칭하기로 한다)들로부터 피드백되는 채널정보(CQI: Channel Quality Information, 이하 'CQI'라 칭하기로 한다)들을 가지고 있다. 여기서, 상기 송신기는 기지국(BS: Base Station)과 동일한 의미이며, 설명의 편의상 상기 수신기와 사용자(user) 용어를 혼용하여 사용하기로 한다. 사용자들은 미리 설정된 설정 시간 주기로 채널정보를 기지국으로 피드백(feedback)하며, 상기 채널정보로는 일 예로 신호대 잡음비(SNR: Signal to Noise Ratio, 이하 'SNR'이라 칭 하기로 한다)를 사용할수 있다.

도 4를 참조하면, 먼저 상기 K개의 수신기들의 채널정보들은 비례공평 부반송파 할당기(sub-carrier allocator)(402)와 비트 할당기(bit allocator)(403)로 전달된다. 상기 부반송파 할당기(402)는 상기 K개의 수신기들의 채널정보들을 이용하여 본 발명에 따른 비례 공평 부반송파 할당을 수행한다. 멀티캐스트 데이터를 N개의 부반송파들을 K개의 수신기들로 전송한다고 가정할 때, 부반송파별로 상기 K개의 수신기들이 수신하는 데이터량의 합을 최대화되고, 상기 수신기들의 각각이 N개의 부반송파들을 통해 수신하는 데이터량의 곱을 최대화할수 있도록 부반송파 할당을 수행한다. 여기서, 상기 부반송파 할당은 각 수신기가 수신할수 있는 부반송파들을 결정하는 것을 의미한다. 본 발명에 따른 비례 공평 부반송파 할당 방식은 이후 도 6의 참조와 함께 설명될 것이므로, 여기서는 그 상세한 설명을 생략하기로 한다. 상기 부반송파 할당기(402)가 부반송파 할당을 수행함에 있어 가장 중요하게 가정하고 있는 것은 모든 부반송파들의 전력이 동일하다는 것이다. 그러나, 이와 같은 가정은 상기 부반송파 할당에만 적용됨을 유의하야여만 한다.

상기 비트 할당기(403)는 상기 K개의 수신기들의 채널정보들과 상기 부반송파 할당기(402)로부터의 부반송파 할당 정보를 이용하여 각각의 부반송파에 할당할 비트수를 결정한다. 이 비트수는 해당 부반송파에 적용되는 변조방식을 결정하는데 이용된다. 예를들어, 할당 비트수가 1이면 변조방식이 BPSK(Binary Phase Shift Keying)로 결정되고, 상기 할당 비트수가 2이면 QPSK(Quadrature Phase Shift Keying)로 결정되며, 상기 할당 비트수가 4이면 변조방식이 16QAM(Quadrature Amplitude Modulation)로 결정된다. 본 발명에 따른 비트 할당 방식은 이후 도 8의 참조와 함께 설명할 것이므로, 여기서는 그 상세한 설명을 생략하기로 한다.

상기 제어 신호 발생기(405)는 상기 부반송파 할당기(402)의 부반송파 할당 정보와 상기 비트 할당기(403)의 비트 할당 정보를 제어 신호(또는 멀티캐스트 프레임의 헤더 정보)로 생성하여 선택기(selector)(409)로 출력한다. 상기에서 제어 신호란 멀티캐스트 데이터의 부반송파 할당 정보와 비트 할당 정보를 포함하는 소정의 제어 정보를 의미하며, 이는 멀티캐스트 데이터와 별도의 채널로 송수신되는 제어 신호 또는 멀티캐스트 프레임의 헤더 정보로 구성되어 멀티캐스트 데이터와 함께 송수신 될 수 있다.

상기 적응 변조기(407)는 입력되는 멀티캐스트 계층 데이터를 상기 비트 할당기(403)로부터의 비트 할당 정보에 따른 변조방식으로 변조하여 출력한다. 예들들어, 상기 비트 할당 정보가 1이면, 해당 부반송파를 통해 전송되는 데이터를 BPSK(Binary Phase Shift Keying)로 변조하고, 상기 비트 할당 정보가 2이면 QPSK(Quadrature Phase Shift Keying)로 변조하며, 상기 비트 할당 정보가 4이면 16QAM(Quadrature Amplitude Modulation)으로 변조한다. 본 발명에서는 상기 적응 변조기(407)가 변조방식으로 BPSK 방식과, QPSK 방식과, 16QAM 방식을 사용하는 것으로 가정하나, 상기한 변조 방식들과 상이한 변조 방식을 사용할 수도 있음은 물론이다.

상기 선택기(409)는 제어 신호 발생 구간(또는 프레임 헤더 발생 구간)일 경우에는 상기 제어 신호 발생기(405)에서 출력되는 신호를 선택하여 IFFT기(411)로 출력하고, 상기 제어 신호 발생 구간이 아닐 경우, 즉 멀티캐스트 데이터 발생 구간일 경우에는 상기 적응 변조기(407)에서 출력되는 신호를 선택하여 상기 IFFT기(411)로 출력한다. 상기 IFFT기(411)는 상기 선택기(409)로부터의 신호를 N-포인트(N-point) 역 고속 푸리에 변환(IFFT : Inverse Fast Fourier Transform)하여 병렬/직렬 변환기(parallel to serial converter)(413)로 출력한다.

상기 병렬/직렬 변환기(413)로는 상기 IFFT기(411)에서 출력되는 신호뿐만 아니라 사이클릭 프리픽스(Cyclic Prefix)도 함께 입력된다. 상기 사이클릭 프리픽스(Cyclic Prefix)는 보호 구간(guard interval) 동안 송신되는 신호로서, 상기 보호 구간은 상기 멀티캐스트 OFDM 통신시스템에서 OFDM 심벌을 송신할 때 이전 OFDM 심벌 시간에 송신한 OFDM 심벌과 현재 OFDM 심벌 시간에 송신할 현재 OFDM 심벌간의 간섭(interference)을 제거하기 위해서 삽입된다. 또한, 상기 보호 구간은 시간 영역의 OFDM 심벌의 마지막 일정 비트들을 복사하여 유효 OFDM 심벌에 삽입하는 형태의 사이클릭 프리픽스(Cyclic Prefix) 방식과, 시간 영역의 OFDM 심벌의 처음 일정 비트들을 복사하여 유효 OFDM 심벌에 삽입하는 사이클릭 포스트픽스(Cyclic Postfix) 방식이 제안되어 사용되고 있다.

상기 IFFT기(411)에서 출력된 신호와 상기 사이클릭 프리픽스(Cyclic Prefix)는 상기 병렬/직렬 변환기(413)에서 직렬 변환된 후 무선 주파수 처리되어(도시하지 않음) 안테나를 통해 송신된다. 여기서, 상기 무선 주파수 처리 과정을 설명하면 다음과 같다.

상기 도 4에 도시하지는 않았지만 상기 병렬/직렬 변환기(413)에서 출력한 신호는 디지털/아날로그 변환기(digital to analog converter)로 입력되고, 상기 디지털/아날로그 변환기는 상기 병렬/직렬 변환기(413)에서 출력한 신호를 입력하여 아날로그 신호로 변환한 후 무선 주파수(RF: Radio Frequency, 이하 'RF'라 칭하기로 한다) 처리기(processor)로 출력한다. 여기서, 상기 RF 처리기는 필터(filter)와 전처리기(front end unit) 등을 포함하여 상기 디지털/아날로그 변환기에서 출력한 신호를 실제 에어(air)상에서 전송 가능하도록 RF 처리한 후 안테나(antenna)를 통해 송신한다.

상기 도 4의 구성에서 시스템 전체의 전송률은 상기 적응 변조기(407)의 변조방식에 따라서 결정된다. 상기 적응 변조기(407)는 상기 부반송파 할당기(402)로부터의 부반송파 할당 정보와 상기 비트 할당기(403)의 비트할당 정보에 근거해서 변조방식을 결정한다. 따라서, 상기 부반송파 할당기(402)의 부반송파 할당 방식과 비트 할당기(403)의 비트 할당 방식이 중요한 요소로 작용하게 된다. 즉, 멀티캐스트란 동일한 데이터를 복수의 수신기들에게 동시에 전송하는 서비스로, 부반송파들 각각에 적용되는 변조방식은 상기 복수의 수신기들로부터 피드백되는 채널정보들에 근거한 부반송파 할당과 비트할당 결과에 따라 결정되어야 한다. 여기서, 상기 K개의 수신기들 모두에게 성공적으로 멀티캐스트 데이터를 송신하기 위해서는 상기 K개의 수신기들중 가장 채널 품질이 열악한 수신기가 멀티캐스트 데이터를 수신할 수 있도록 변조 방식을 결정해야만 한다. 하지만, 이와 같이 가장 열악한 채널상태에 근거해서 변조방식을 결정하면 전체 전송률을 저하시킬 수 있다. 반면, K개의 수신기들중 중 일부 사용자들만 수신할 수 있도록 변조 방식을 적용할 경우에는, 즉 K개의 수신기들중 일부만 수신할수 있도록 고차 변조 방식을 적용할 경우에는, 모든 사용자들의 수신 데이터량을 증가시키는 것이 가능하게 된다. 다른 측면에서, K개의 수신기들 중 일부 수신기들만 수신할 수 있도록 변조 방식을 결정하는 이유는, 모든 사용자들을 고려할 경우 채널이 매우 나쁜 사용자를 기준으로 전력을 할당해 주어야 하므로 같은 데이터를 전송하는데 큰 전력이 필요하기 때문이다. 즉, 동일한 전력에 대하여 최대의 데이터량을 얻기 위해서는 채널이 열악한 사용자에게 부반송파를 할당하지 않는 것이 효율적이다. 따라서, 상기 부반송파 할당기(402) 및 비트 할당기(403)는 상기와 같은 사실들을 고려하여 최적으로 부반송파 할당 및 비트 할당을 수행해야 한다.

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 멀티캐스트 OFDM 통신 시스템에서 수신기의 구성을 도시하고 있다.

도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 수신기는, 직렬/병렬 변환기(501), FFT기(503), 분배기(505), 제어신호 처리기(507) 및 부반송파 선택 및 적응 복조기(509)를 포함하여 구성된다.

도 5를 참조하면, 먼저 기지국에서 송신한 신호는 다중 경로 채널(multipath channel)을 겪고 잡음이 가산된 형태로 수신기, 즉 사용자의 수신안테나(Rx antenna)를 통해서 수신된다. 상기 수신안테나를 통해 수신된 신호는 RF 처리기(도시하지 않음)로 입력되고, 상기 RF 처리기는 상기 수신안테나를 통해 수신된 신호를 중간 주파수(IF: Intermediate Frequency) 대역으로 다운 컨버팅(down converting)한 후 아날로그/디지털 변환기(analog to digital convertor)(도시하지 않음)로 출력한다. 상기 아날로그/디지털 변환기는 상기 RF 처리기에서 출력한 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환한 후 직렬/병렬 변환기(501)로 출력한다. 상기 직렬/병렬 변환기(501)는 상기 아날로그/디지털 변환기로부터의 신호를 병렬 변환하고, 상기 병렬 변환된 신호에서 보호 구간을 제거한 후 FFT기(503)로 출력한다.

상기 FFT기(503)는 상기 직렬/병렬 변환기(501)에서 출력한 신호를 N-포인트 고속 푸리에 변환(Fast Fourier Transform)하여 분배기(505)로 출력한다. 상기 분배기(505)는 제어 신호 수신 구간일 경우에는 상기 FFT기(503)에서 출력한 신호를 제어 신호 처리기(507)로 출력하고, 상기 제어 신호 수신 구간이 아닐 경우, 즉 멀티캐스트 데이터 수신 구간일 경우에는 상기 FFT기(503)에서 출력한 신호를 부반송파 선택 및 적응 복조기(509)로 출력한다.

상기 제어 신호 처리기(507)는 상기 FFT기(503)에서 출력한 신호를 입력하여 제어 정보, 즉 부반송파 할당 정보 및 비트 할당 정보를 추출하여 상기 부반송파 선택 및 적응 복조기(509)로 출력한다.

상기 부반송파 선택 및 적응 복조기(509)는 상기 제어 신호 처리기(507)에서 출력한 부반송파 할당 정보 및 비트 할당 정보를 가지고 상기 FFT기(503)에서 출력한 신호를 복조하여 계층 데이터를 출력한다. 기지국에서 송신한 신호, 즉 모든 부반송파들을 통해서 송신되는 신호들이 k번 사용자를 타겟으로 하여 송신된 것이 아니기 때문에, 상기 부반송파 선택 및 적응 복조기(509)는 상기 제어 신호 처리기(507)로부터의 부반송파 할당 정보 및 비트 할당 정보를 참조하여 상기 k번 사용자 가 수신해야만 하는 부반송파를 결정하고, 상기 비트 할당 정보에 상응하는 복조 방식으로 복조하여 k번 사용자의 멀티캐스트 데이터를 복호한다.

다른 실시예로, 상기 부반송파 선택 및 적응 복조기(509)는 제어 신호 처리기(507)에서 출력하는 비트 할당 정보만을 사용하여 k번 사용자의 멀티캐스트 데이터를 복호할 수 있다. 일반적으로, 복조가 가능하기 위해서는 특정한 변조 방식을 사용하였을 경우 원하는 데이터의 품질을 보장하기 위해 필요한 SNR 값이 존재한다. 따라서, 상기 부반송파 선택 및 적응 복조기(509)는 상기 k번 사용자가 추정한 부반송파의 SNR과 상기 부반송파에 할당된 변조 방식을 수신하기 위해 필요한 SNR을 비교하고, 상기 추정한 부반송파의 SNR값이 상기 필요한 SNR을 초과할 경우 해당 부반송파를 수신하도록 결정할 수 있다. 상기와 같이 SNR을 참조하여 멀티캐스트 데이터를 복조하는 경우 상기 부반송파 할당 정보 및 비트 할당 정보를 사용하여 멀티캐스트 데이터를 복조하는 경우에 비해서 기지국이 사용자로 알려주어야만 하는 제어 정보의 양을 줄일 수 있다. 특히, 비트 할당 정보는 K개의 모든 수신기들에게 공통적으로 적용되는 정보이기 때문에 제어 정보량을 현저히 줄일 수 있다.

그러면, 여기서 본 발명에서 제안하는 부반송파 할당 방식과 비트 할당 방식에 대해서 상세히 설명하기로 한다.

먼저, 하기와 같은 변수들을 정의하기로 한다.

k: 사용자 인덱스(index)(1~K)

n: 부반송파(subcarrier) 인덱스 (1~N)

: k번 사용자의 n번 부반송파에 대한 채널 이득(channel gain)

: n번 부반송파를 통해 송신되는 비트수

: k번 사용자가 n번 부반송파를 할당받았는지 여부(이진수)

: k번 사용자의 데이터 레이트

f(c): 비트 부반송파를 사용하기 위해 필요한 수신 전력, 디스크릿 변수 (0~f(M))

: n번 부반송파에 할당되는 비트수가 증가함에 따라 필요한 증가 전력

: 전체 송신 전력(Total Transmit Power)

상기와 같이 변수들을 정의하였을 경우 상기 K개의 사용자들이 수신하는 정보량의 총합을 최대화하기 위한 문제는 하기 <수학식 2>와 같이 표현할수 있다.

상기 수학식 2에서, f(c)는 상기에서 설명한 바와 같이 c 비트가 할당되는 부반송파(이하 c 비트 부반송파로 칭하기로 함)를 사용하기 위해 필요한 수신 전력을 나타내며, 상기 c 비트 부반송파에 QAM 방식을 적용할 경우 하기 수학식 3과 같이 표현할 수 있다.

상기 수학식 3에서 Q 함수는 하기 수학식 4와 같이 표현할 수 있다.

한편, 상기 수학식 2의 최적화 문제(optimization problem)는, 하기 수학식 5와 같은 변수

을 정의하고 제약조건 "max"함수를 하기 수학식 6과 같이 풀어 쓰면, 정수 프로그래밍(IP: Integer Programming, 이하 'IP'라 칭하기로 한다) 형태로 변환이 가능하다.

상기 수학식 5 및 수학식 6과 같은 정의를 사용하여 얻어진 IP 형태의 상기 K개의 사용자들이 수신하는 정보량의 총합을 최대화하기 위한 문제는 하기 수학식 7과 같이 표현할 수 있다.

하지만, 상기 IP 형태는 NP(Non-Polynomial)-Hard 문제이기 때문에 효율적인 계산 방법이 존재하지 않는다. 즉, 상기 IP 형태에 대해서는 실시간으로 구현하는 것이 불가능하다.

따라서, 본 발명에서는 부반송파들 각각에 할당되는 송신 전력이

로 동일하다고 가정함으로써 상기 수학식 7과 같은 IP 문제를 부반송파 할당과 비트 할당을 분리한 간단한 방식을 사용하여 해결한다. 우선, 각 부반송파에 할당되는 전력이 동일하다고 가정할 경우, 상기 수학식 7은 하기 수학식 8과 같은 최적화 문제로 변형된다.

그러면 여기서 본 발명에 따른 부반송파 할당 동작에 대해서 상세히 살펴보기로 한다.

도 6은 도 4에서 설명된 부반송파 할당기(402)의 상세 구성을 보여준다.

도시된 바와 같이, 상기 부반송파 할당기(402)는 크게 제1전송률 최대화기(621)와 제2전송률 최대화기(623)로 구성된다. 여기서, 상기 제1전송률 최대화기(621)는 임시 수용 가능 사용자 수 계산기(601), 임시 전송 가능 비트량 계산기(603), 임시 전체 데이터량 계산기(605), 최대 수용 가능 사용자 결정기(607), 부반송파 할당기(609) 및 전송률 최대화기(623)를 포함하여 구성된다. 또한, 상기 제2전송률 최대화기(623)는 사용자별 데이터량 총곱 계산기(611), 비교기(613), 사용자별 데이터량 총곱 저장기(615), 최적 부반송파 결정기(617) 및 부반송파 할당기(619)를 포함하여 구성된다.

도 6을 참조하면, 먼저 상기 도 4에서 설명한 바와 같이 K개의 사용자들의 각각으로부터 피드백되는 채널정보들이 상기 부반송파 할당기(402)의 임시 수용 가능 사용자 수 계산기(601)와 임시 전송 가능 비트량 계산기(603)로 제공된다. 상기 임시 수용 가능 사용자 수 계산기(601)는 상기 K개의 사용자들 각각으로부터 피드백되는 채널정보들을 참조하여 임시 수용 가능 사용자 수를 계산한다. 여기서, 상기 임시 수용 가능 사용자 수라 함은 k번 사용자로부터 피드백되는 채널정보를 근거로 n번 부반송파에 대한 전송 가능 데이터량을 결정한다고 가정했을 때, k번 사용자의 채널이득보다 크거나 같은 사용자의 개수를 나타낸다. 여기서, 상기 임시 수용 가능 사용자 수를 계산하는 이유는 상기 멀티캐스트 OFDM 통신 시스템에서 최대 전송량을 결정하기 위해 필요한 임시 전체 데이터량을 계산하기 위해서이다. 또한, 상기 임시 수용 가능 사용자 수를

라 표현하기로 한다.

상기 임시 전송 가능 비트량 계산기(603)는 모든 사용자들이 모든 부반송파들을 사용한다고 가정하면, k번 사용자가 n번 부반송파를 사용할 때 송신할 수 있는 데이터량을 계산할 수 있으며, 상기 k번 사용자가 n번 부반송파를 사용할 때 송신할 수 있는 데이터량을

라 표현하기로 한다. k번 사용자로부터의 채널정보에 의해 결정되는 n번 부반송파의 임시 전송 가능 비트량

는 하기 수학식 9와 같이 표현할수 있다.

상기 수학식 9에서, f^-1은 상기 수학식 3에서 설명한 f 함수의 역함수(inverse function)이다.

임시 전체 데이터량 계산기(605)는 n번 부반송파에 대하여 k번 사용자로부터의 채널정보에 의해 결정되는 데이터량

으로 데이터를 전송한다고 가정할 때, 상기 n번 부반송파를 통해 K개의 사용자들이 수신할수 있는 데이터량, 즉 임시 전체 데이터량

을 계산한다. 상기 임시 전체 데이터량

은 하기 수학식 10과 같이 표현할 수 있다.

상기 수학식 10에서,

은 앞서 설명한 바와 같이 채널 이득이

보다 큰 사용자들의 개수를 나타낸다.

최대 수용 가능 사용자 결정기(607)는 N개의 부반송파들의 각각에 대하여 임시 전체 데이터량

이 최대값에 해당하는 사용자, 즉 최대 수용 가능 사용자를 결정한다. 여기서, 각각의 부반송파에 대해서 임시 전체 데이터량

이 가 장 큰 사용자를 선택하는 이유는, 상기 멀티캐스트 OFDM 통신 시스템의 시스템 전체 전송량을 최대화시키기 위해서는 멀티캐스트 데이터를 수신하는 사용자들이 수신할수 있는 전체 데이터량을 최대화시켜야만 하기 때문이다. 다시말해, 앞서 계산한 임시 전체 데이터량

을 최대화시켜야만 한다. 따라서 상기 최저 수용 가능 사용자 결정 방법은 하기 수학식 11과 표현할수 있다.

부반송파 할당기(609)는 각 부반송파에 대한 최대 수용 가능 사용자를 이용해서 하기 수학식 12와 같이 각 사용자에 대하여 n번 부반송파의 사용여부를 결정한다. 즉, 하기 수학식 12와 같이 부반송파 할당을 수행한다.

상기 수학식 11과 수학식 12를 통해 계산된

와 는 사용자별 데이터량 총곱 계산기(611)로 전달된다.

상기 사용자별 데이터량 총곱 계산기(611)는 상기 부반송파 할당기(609)로부터의

에 근거해서 각 사용자에 대해 N개의 부반송파들을 통해 수신할수 있는 데이터량 를 계산한다.

비교기(613)는 상기 계산된 K개의 데이터 량들을 곱한 값

을 이전 값

과 비교한다. 이때, 새로운 값

이 이전 값

보다 작으면 부반송파 할당 정보를 도 4의 제어신호 발생기(405)와 적응 변조기(407)로 출력하고, 그렇지 않으면 상기 새로운 값

을 사용자별 데이터량 곱 총곱 저장기(615)로 출력한다. 상기 사용자별 데이터량 총곱 저장기(615)는 상기 비교기(613)로부터의 상기 새로운 값

을 이전 값

로 저장한다.

최적 부반송파 할당기(617)는 상기 새로운 값

이 이전 값

보다 클 경우 동작하며, 상기 사용자별 데이터량 총곱 계산기(611)에서 계산된 데이터량(

)들을 비교하고, 상기 계산된 K개의 데이터량(

)들중 가장 작은 값에 해당하는 사용자

을 결정한다.

부반송파 할당기(619)는 상기 결정된 사용자

의 부반송파 할당 정보

을 조정하고, 상기 조정된 부반송파 할당 정보를 상기 사용자별 데이터량 총곱 계산기(611)로 출력한다. 그러면, 상기 사용자별 데이터량 총곱 계산기(611)는 다시

값을 계산하여 비교기(613)로 출력하고, 상기 비교기(613)는 상기 계산된

을 이전 값

과 비교하고, 상기 새로운 값

이 이전값

보다 작으면 상기 이전값

에 해당하는 부반송파 할당 정보를 출력 한다. 이와 같이, 각각의 사용자에 대한 수신 데이터 량

을 모두 곱한 값이 최대가 될 때까지

을 조정한다.

데이터량

가 가장 작은 사용자에 대하여

를 조정하는 동작은 하기 수학식 13와 같이 나타낼 수 있다.

상기 수학식 14에서 알수 있듯이, 데이터량

이 가장 작은 사용자

을 결정하고, 상기 사용자

에 대해

값이 '0'인 부반송파들을 선택하며, 상기 선택된 부반송파들중 전송가능 비트량

이 가장 큰 부반송파

을 선택한다. 그리고 상기

와

을 상기 수학식 12에 적용하여 데이터량

이 가장 작은 사용자

에 대한 부반송파 할당 정보

을 조정한다.

본 발명의 보다 나은 이해를 돕기 위해 부반송파 할당의 일 예를 설명하면 다음과 같다.

도 7은 본 발명의 실시예에 따른 OFDM 통신시스템에서 멀티캐스트를 위한 부반송파 할당의 일 예를 보여주는 도면이다.

설명에 앞서, 멀티캐스트를 위한 부반송파의 개수가 '3'이고, 멀티캐스트 서비스를 수신하는 사용자(또는 단말기)의 개수가 '4(k = 1, 2, 3, 4)'라고 가정하기로 한다. 상기 도 6에서 설명한 바와 같이 상기 4개의 사용자들 각각의 채널정보들이 기지국으로 피드백되고, 그러면 상기 기지국의 부반송파 할당기(402)는 상기 4개의 사용자들 각각의 채널정보들을 사용하여 임시 수용 가능 사용자 수와 임시 전송 가능 비트량을 계산하고, 상기 임시 수용 가능 사용자 수와 임시 전송 가능 비트량을 사용하여 임시 전체 데이터량을 계산한다. 그리고 나서, 최대 수용 가능 사용자를 결정한 후 부반송파를 할당한다. 이후, 사용자별 데이터량 총곱이 최대가 될 수 있도록 부반송파 할당을 다시 조정하여 최적화한다.

도 7을 참조하면, 먼저, 711단계에서 4개의 사용자들로부터 피드백된 1번 부반송파에 대한 채널정보(

)를 가지고 상기 수학식 9를 계산하여 1번 부반송파에 대한 전송 가능 비트량(

)를 구한다. 여기서, 상기 수학식 9를 계산할 때,

는 3이라고 가정한다. 그리고 상기 4개의 사용자들로부터 피드백된 1번 부반송파에 대한 채널정보(

)에 근거해서 1번 부반송파가 수용할수 있는 사용자 수(

)를 결정한다. 또한, 상기 과 을 바탕으로 1번 부반송파에 대한 임시 전체 데이터량(

)를 계산한다. 이때 k=2일 때 임시 전체 데이터량이 가장 크기 때문에 1번 부반송파에 대한 최대 수용 가능 사용자

은 2번 사용자가 된다. 여기서, 최대 수용 가능 사용자를 결정한다는 것은 해당 부반송 파에 할당할 데이터량을 결정한다는 의미이다. 해당 부반송파에 할당할 데이터량은 특정 사용자의 채널상태를 기준으로 결정된 것이기 때문에, 해당 부반송파의 데이터를 상기 4개의 사용자들이 모두 수신할 수는 없다. 따라서 k번 사용자에 대한 1번 부반송파 데이터의 수신여부를 나타내는 부반송파 할당 정보

는 (0 1 1 1)이 된다.

마찬가지로, 713단계에서 2번 부반송파에 대한 전송 가능 비트량(

), 수용가능 사용자 수(

), 임시 전체 데이터량(

) 및 2번 부반송파에 대한 각 사용자의 부반송파 할당 정보(

)계산한다. 이때 k=1일 때 임시 전체 데이터량이 가장 크기 때문에 2번 부반송파에 대한 최대 수용 가능 사용자

는 1번 사용자가 된다. 마찬가지로, 715단계에서 3번 부반송파에 대한 전송 가능 비트량(

), 수용 가능 사용자 수(

), 임시 전체 데이터량(

) 및 3번 부반송파에 대한 각 사용자의 수신여부(

)를 계산한다. 이때 k=3일 때 임시 전체 데이터량이 가장 크기 때문에 3번 부반송파에 대한 최대 수용 가능 사용자

는 1번 사용자가 된다.

이와 같이, k번 사용자에 대하여 N개의 부반송파들의 수신여부를(

)를 결정한다. 이후, 721단계에서 상기

에 근거해서 각 사용자에 대하여 3개의 부반송파들을 통해 수신할수 있는 총 데이터량

을 계산하고, 모든 사용자의 총 데이터량들을 곱한 총곱

=78.75(1.5×3.0×3.5×5.0)을 계산한다. 그리고 상기 계산된 총곱

을 이전 값

과 비교하고, 상기 계산된 새로운 값이 상기 이전 값보다 크면 723단계로 진행하고, 그렇지 않으면 부반송파 할당 과정을 종료한다. 여기서, 이전 계산된 값이 없으므로 이전 값

은 '0'이 되고, 상기 새로운 값 '78.75'가 '0'보다 크므로 상기 723단계로 진행한다.

상기 723단계에서 상기 모든 사용자의 총 데이터량들중 가장 작은 값을 갖는 사용자에 대하여 부반송파 할당 여부를 나타내는

을 조정한다. 이러한 조정은 상술한 수학식 14를 바탕으로 이루어진다. 여기서, 1번 사용자의 3번 부반송파가 최적 부반송파 할당 조건을 만족하므로

값을 '0'에서 '1'로 변경하여 1번 사용자에게 3번 부반송파를 할당한다. 이것은 3번 부반송파가 1번 사용자의 채널상태 기준으로 할당됨을 의미한다. 이 경우, 3번 부반송파가 수용할수 있는 사용자 수는 715단계의 테이블을 참조할 때 3이 되며, 상기

값 변경에 따른 각 사용자에 대한 총 데이터량

도 변한다. 따라서, 다시 모든 사용자의 총 데이터량들을 곱한

=75.0(2.5×3.0×2.5×4.0)을 계산하고, 새로운

(=75.0)과 이전 값

(=78.75)를 다시 비교한다. 이때 상기 새로운 값

이 상기 이전 값

보다 작기 때문에 부반송파 할당 과정을 종료한다. 즉, 최종적으로 712단계의 테이블에 명시된

값들이 부반송파 할당 정보가 된다.

이와 같이 획득된 부반송파 할당 정보는 이후 비트 할당 알고리즘에 사용된다. 그러면 여기서 본 발명에 따른 비트 할당 알고리즘에 대해 구체적으로 살펴보기로 한다.

도 8은 도 4에서 설명된 비트 할당기(403)의 상세 구성을 보여준다.

도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 비트 할당기(403)는 초기화기(801)와, 비교기(803)와, 감쇄기(805)와, 최소 전력 부반송파 선택기(807)와, 비트 할당 및 임시 전체 전력 계산기(809)를 포함하여 구성된다. 상기 K개의 사용자들로부터 피드백되는 채널정보

과 상기 부반송파 할당기(402)에서 획득한 부반송파 할당 정보

는 상기 비트 할당기(403)의 초기화기(801)로 입력된다.

도 8을 참조하면, 먼저 초기화기(801)는 상기 K개의 사용자들에 대한 채널정보들과 K개의 사용자들에 대한 부반송파 할당 정보를 사용하여 비트 할당을 위해 필요한 변수들을 초기화한다. 여기서, 상기 비트 할당을 위해 필요한 변수들은 c_n과, P_T ^*과, u_n과, ΔP_n이다. 상기 c_n은 n번 부반송파에 실리는 비트수를 나타내는 것 으로 '0'으로 초기화된다. 상기 P_T ^*는 N개의 부반송파들이 사용하는 임시 전체 전력을 나타내는 것으로 '0'으로 초기화된다. 상기 u_n은 n번 부반송파가 수용할수 있는 사용자 수를 나타내는 것으로, 상기 부반송파 할당기(402)로부터 제공되는 부반송파 할당 정보를 이용해 획득된다. 상기 ΔP_n는 n번 부반송파에 할당되는 비트수가 1비트 증가함에 따라 필요한 증가 전력을 나타낸다.

상기 비교기(803)는 현재까지 계산된 임시 전체 송신 전력(

)이 최대 전체 송신 전력 (

)을 초과하였는지 비교하고(

), 상기 비교 결과 상기 임시 전체 송신 전력(

)이 최대 전체 송신 전력 (

)을 초과하였을 경우 감쇄기(805)에 제어 신호를 전송하여 상기 감쇄기(805)가 c_n ^*에서 1을 빼도록 하여(c_n ^*- 1) 부반송파에 할당되는 비트수를 1만큼 감소시킨다. 이때, 상기 감쇄기(805)는 가장 최근에 비트 할당된 부반송파의 할당 비트수를 감소시킨다.

만약, 상기 비교 결과 상기 임시 전체 송신 전력(

)이 최대 전체 송신 전력 (

)을 초과하지 않을 경우, 상기 비교기(803)는 상기 최소 전력 부반송파 선택기(807)로 상기 초기화기(801) 혹은 비트할당 및 임시 전체 전력 계산기(809)에서 계산된 각 부반송파의 증가 전력 ΔP_n을 상기 최소 전력 부반송파 선택기(807)로 제공한다. 그러면, 상기 최소 전력 부반송파 선택기(807)는 상기 각 부반송파의 증 가 전력 ΔP_n을 비교해서 가장 작은 값을 갖는 부반송파를 선택한다. 즉, 1비트를 더 송신하는데 가장 작은 송신 전력을 사용하는 부반송파를 선택한다. 이와 같이, 1비트를 송신하는데 가장 적은 송신 전력을 사용하는 부반송파를 선택하는 이유는 가장 작은 전력으로 가장 많은 비트들을 송신하기 위해서이다.

상기 비트 할당 및 임시 전체 전력 계산기(809)는 상기 최소 전력 부반송파 선택기(807)로부터의 상기 선택된 부반송파의 할당 비트수를 1만큼 증가하고, 다시 임시 전체 송신전력을 계산하여 상기 비교기(803)로 피드백한다. 이때 상기 비트 할당 및 임시 전체 전력 계산기(809)는 다시 각 부반송파의 증가 전력 ΔP_n을 계산해서 비교기(803)로 피드백한다. 한편, 상기 비트 할당기(403)의 비트 할당 동작을 수학식으로 표현하면 하기 수학식 14 내지 16와 같다.

(1) 초기화

모든 n에 대해서 C_n=0

을 잠정적인 전송 전력이라 하고 0으로 설정한다

모든 n에 대해서 ΔP_n(0)을 계산한다

(2) 비트 할당 반복

아닐 때까지 다음을 반복한다

을 계산한다.

상기 수학식 14에서 증가 전력

은 하기 수학식 15와 같이 표현할 수 있다.

여기서, f(c)는 c비트 부반송파를 사용하기 위해 필요한 수신전력으로, 디스크릿 변수 (0∼f(M))이다.

그리고, 상기

은 하기 수학식 15와 같이 표현할 수 있다.

그러면 여기서 본 발명의 보다 나은 이해를 돕기 위한 비트 할당의 일 예를 설명하기로 한다.

도 9는 본 발명의 실시예에 따른 OFDM 통신 시스템에서 멀티캐스트를 위한 비트 할당의 일 예를 보여주는 도면이다.

설명에 앞서, 부반송파의 개수는 '2'이고 사용자의 개수는 '4'이며, 최대 전체 송신 전력

은 '10' 이고, 1번 부반송파의 데이터 전송을 위한 기준 채널정보

는 '0.9735'이며, 2번 부반송파의 데이터 전송을 위한 기준 채널정보

는 '0.8322'이고, 상기 기준 채널정보들에 의해 결정되는 1번 부반송파의 수용가능 사용자 수

는 '3'이고, 2번 부반송파의 수용가능 사용자 수

는 '4'라고 가정한다.

도 9를 참조하면, 911단계에서 1번 부반송파의 기준 채널정보

와 수용가능 사용자 수

를 가지고 상기 1번 부반송파를 통해 1비트를 더 전송함으로써 발생되는 증가 전력

을 상기 수학식 15를 통해 계산한다. 동시에 2번 부반송파의 기준 채널정보

와 수용가능 사용자 수

을 가지고 상기 2번 부반송파를 통해 1비트를 더 전송함으로써 발생되는 증가 전력

을 상기 수학식 15를 통해 계산한다. 이렇게 계산된 증가전력은

가 된다.

다음으로, 913단계에서 상기 계산된 증가전력들중 가장 작은 값에 해당하는 부반송파에 1비트를 더 할당하고, 갱신된 부반송파의 비트수에 따라 현재까지 할당된 임시 전체 전력(

)을 계산한다. 여기서, 1번 부반송파에 대한 증가전력이 가 장 작기 때문에 1번 부반송파의 비트수를 1만큼 증가시킨다. 이때 계산되는 임시 전체 전력()는 0.3517×3=1.0551이 된다. 한편, 상기 계산된 임시 전체 전력(

)이 최대 전체 전력 (

)을 초과하였는지 살펴본 후, 초과하였을 때는 감쇄기를 거쳐 종료하고 초과하지 않았을 경우에는 계속해서 비트 할당을 한다. 상기 계산된 임시 전체 전력 값(1.0551)이 최대 전체 전력 값(10)보다 작기 때문에 915단계로 진행한다.

상기 915단계에서 다시 1번 부반송파를 통해 1비트를 더 전송함으로써 필요한 증가 전력

을 상기 수학식 15를 통해 계산하고, 마찬가지로 2번 부반송파를 통해 1비트를 더 전송함으로써 필요한 증가 전력

가 된다. 이 값들중 2번 부반송파에 대한 증가 전력값이 작으므로, 2번 부반송파에 1비트를 더 할당하고, 갱신된 부반송파의 비트수에 따라 현재까지 할당된 임시 전체 전력(

)을 계산한다. 현재까지 1번 부반송파에 1비트가 할당되고, 2번 부반송파에 1비트가 할당되었으며, 상기 임시 전체 전력(

)는 1.0551+0.3610×4=2.4991이 된다. 한편, 상기 계산된 임시 전체 전력(

)이 최대 전체 전력을 초과하지 않았기 때문에 계속해서 비트 할당을 수행한다.

이후, 917단계에서 다시 1번 부반송파를 통해 1비트를 더 전송함으로써 필요 한 증가 전력

을 계산하고, 또한 2번 부반송파를 통해 1비트를 더 전송함으로써 필요한 증가 전력

을 계산한다. 이렇게 계산된 증가전력은,

가 된다. 이 값들중 1번 부반송파에 대한 증가 전력 값이 작으므로, 1번 부반송파에 1비트를 더 할당하고, 갱신된 부반송파의 비트수에 따라 현재까지 할당된 임시 전체 전력(

)을 계산한다. 현재까지 1번 부반송파에 2비트가 할당되고, 2번 부반송파에 1비트가 할당되었으며, 상기 임시 전체 전력(

)는 2.4991+0.7035×3=4.6096 이 된다. 한편, 상기 계산된 임시 전체 전력(

)은 최대 전체 전력(

)을 초과하지 않기 때문에 계속해서 비트 할당을 수행한다.

이후, 919단계에서 다시 1번 부반송파를 통해 1비트를 더 전송함으로써 필요한 증가 전력

을 계산하고, 아울러 2번 부반송파를 통해 1비트를 더 전송함으로써 필요한 증가 전력

을 계산한다. 이렇게 계산된 증가전력은,

가 된다. 이 값들중 2번 부반송파에 대한 증가 전력 값이 작으므로, 2번 부반송파에 1비트를 더 할당하고, 갱신된 부반송파의 비트수에 따라 현재까지 할당된 임시 전체 전력(

)을 계산한다. 현재까지 1번 부반송파에 2비트가 할당되고, 2번 부반송파에 2비트가 할당되었으며, 상기 임시 전체 전력(

)는 4.6096+0.7220×4=7.4976 이 된다. 한편, 상기 계산된 임시 전체 전력(

)는 최대 전체 전력(10)보다 작으므로 계속해서 비트 할당을 수행한 다.

이후, 921단계에서 다시 1번 부반송파를 통해 1비트를 더 전송함으로써 필요한 증가 전력

을 계산한다. 이렇게 계산된 증가전력은 도시된 바와 같이,

가 된다. 이 값들중 1번 부반송파에 대한 증간 전력 값이 작으므로, 1번 부반송파에 1비트를 더 할당하고, 갱신된 부반송파의 비트수에 따라 현재까지 할당된 임시 전체 전력(

)을 계산한다. 현재까지 1번 부반송파에 3비트가 할당되고, 2번 부반송파에 2비트가 할당되었으므로, 상기 임시 전체 전력(

)는 7.4976+1.4068×3=11.7183이 된다. 한편, 상기 계산된 임시 전체 전력(

)는 최대 전체 전력(10)보다 크므로, 가장 마지막에 비트 할당한 부반송파의 비트수를 감소시킨 후 종료한다. 즉, 최종적으로

을 획득하게 된다.

도 10은 본 발명의 실시예에 따른 OFDM 통신시스템의 송신기에서 멀티캐스트 데이터를 송신하기 위한 절차를 도시하고 있다

도 10을 참조하면, 송신기는 1003단계에서 K개의 사용자들로부터 피드백되는 채널정보들을 이용하여 본 발명에 따른 비례 공평 부반송파 할당을 수행한다. 본 발명에 따른 비례 공평 부반송파 할당 방법은 이후 도 12의 참조와 함께 설명될 것 이므로, 여기서는 자세한 설명을 생략하기로 한다.

이후, 송신기는 1005단계에서 상기 K개의 채널정보들과 상기 부반송파 할당 정보를 이용해서 각각의 부반송파에 할당할 비트수를 결정한다. 이 비트수는 해당 부반송파에 적용되는 변조방식을 결정하는데 이용된다. 본 발명에 따른 비트 할당 방법은 이후 도 13의 참조와 함께 설명될 것이므로, 여기서는 자세한 설명을 생략하기로 한다.

상기 각각의 부반송파에 할당할 비트수를 결정한후, 상기 송신기는 1007단계에서 스케쥴링에 따라 제어신호 전송구간(또는 프레임의 헤더)인지 판단한다. 만약 상기 제어신호 전송구간이면, 상기 송신기는 1009단계로 진행하여 사용자들로 전송할 제어 정보(예 : 서브 캐리어/비트 할당 정보)를 역 고속 푸리에 변환(IFFT)하여 송신한후 종료한다.

만약, 상기 제어신호 전송구간이 아니면, 상기 송신기는 1011단계로 진행하여 상기 결정된 비트수에 따라 적응 변조기의 변조방식을 결정한다. 예를들어, 부반송파에 할당되는 비트수가 1이면 변조 방식이 BPSK(Binary Phase Shift Keying) 방식으로 결정되고, 상기 할당되는 비트수가 2이면 QPSK(Quadrature Phase Shift Keying) 방식으로 결정되며, 상기 할당되는 비트수가 4이면 16QAM(Quadrature Amplitude Modulation) 방식으로 결정된다.

상기 변조방식을 결정한후, 상기 송신기는 1013단계에서 멀티캐스트 데이터(또는 계층데이터)를 상기 결정된 변조방식에 따라 변조하여 변조심볼들을 생성한다. 이후, 상기 송신기는 1015단계에서 상기 변조심볼들을 역 고속 푸리에 변환 (IFFT)하여 송신한후 종료한다.

도 11은 본 발명의 실시예에 따른 OFDM 통신시스템의 수신기에서 멀티캐스트 데이터를 수신하기 위한 절차를 도시하고 있다.

도 11을 참조하면, 먼저 수신기는 1103단계에서 안테나를 통해 수신한 신호 중 사이클릭 프리픽스(CP: Cyclic Prefix)를 제거하고, 1105단계에서 상기 사이클릭 프리픽스를 제거한 신호를 고속 푸리에 변환(FFT)하여 OFDM 복조를 수행한다.

그리고, 수신기는 1107단계에서 스케쥴링에 따라 제어신호 수신구간인지 판단한다. 만약, 상기 제어신호 수신구간이면, 상기 수신기는 1109단계로 진행하여 상기 OFDM 복조된 신호로부터 제어 정보(부반송파/비트 할당 정보)를 획득한다. 이렇게 획득된 제어 정보는 이후 멀티캐스트 데이터를 복조하는데 이용된다.

만약, 상기 제어신호 수신구간이 아니면, 상기 수신기는 1111단계로 진행하여 상기 제어정보에 근거해서 상기 OFDM복조된 신호로부터 멀티캐스트 데이터가 실린 부반송파 신호들을 추출하고, 상기 추출된 부반송파 신호들을 해당 복조방식으로 복조해서 멀티캐스트 데이터(계층 데이터)를 복구한후 종료한다.

한편, 도 12는 도 10에서 설명된 부반송파 할당 단계(1003단계)의 상세 절차를 보여준다.

도 12를 참조하면, 우선 송신기는 1203단계에서 K개의 사용자들로부터 피드 백되는 채널정보들을 이용하여 각 부반송파에 대한 임시 수용 사용자 수

를 계산한다. 여기서, 임시 수용 사용자 수는 n번 부반송파에 대해 k번 사용자로부터 피드백되는 채널정보에 근거해서 n번 부반송파의 전송률을 결정한다고 가정할 때, 상기 n번 부반송파의 데이터를 수신할수 있는 사용자의 수를 나타낸다. 다시말해, n번 부반송파의 데이터 전송에 근거가 되는 채널이득보다 크거나 같은 채널이득을 가지는 사용자의 수를 나타낸다.

상기 각 부반송파에 대한 임시 수용 사용자 수를 계산한후, 상기 송신기는 1205단계에서 K개의 사용자들로부터 피드백되는 채널정보들을 이용하여 k번 사용자의 n번 부반송파에 대한 임시 전송 가능 비트량

을 계산한다. 상기 임시 전송 가능 비트량은 앞서 설명한 바와 같이 <수학식 9>에 의해 산출될수 있다.

이후, 상기 송신기는 1207단계에서 상기 임시 수용 사용자 수와 상기 임시 전송 가능 비트량을 이용하여 각 부반송파에 대하여 K개의 임시 전체 데이터량(

)들을 계산한다. 상기 임시 전체 데이터량은 서로 대응되는 임시 수용 사용자 수와 임시 전송 비트량을 곱해 산출된다.

상기 각 부반송파에 대하여 K개의 임시 전체 데이터량들을 산출한후, 상기 송신기는 1209단계에서 각 부반송파에 대하여 K개의 임시 전체 데이터량들중 가장 큰 값에 대응하는 사용자를 최대 수용 가능 사용자로 결정한다. 예를들어, 도 7을 참조할 때, 1번 부반송파에 대한 최대 수용 가능 사용자는 2번 사용자가 되고, 2번 부반송파에 대한 최대 수용 가능 사용자는 1번 사용자가 되며, 3번 부반송파에 대 한 최대 수용 가능 사용자는 3번 사용자가 된다.

상기와 같이 각 부반송파에 대해 최대 수용 가능 사용자를 결정한후, 상기 송신기는 1211단계에서 상기 K개의 사용자들의 채널정보들과 상기 각 부반송파에 대한 최대 수용 가능 사용자 정보를 이용해 부반송파 할당을 수행한다. 각 부반송파에 대하여 상기 최대 수용 가능 사용자의 채널이득보다 크거나 같은 사용자들에게 해당 부반송파를 할당한다.

이후, 상기 송신기는 1213단계에서 상기 부반송파 할당 정보를 이용해서 K개의 사용자들 각각에 대해 N개의 부반송파들을 통해 수신할수 있는 총 데이터량

을 계산하고, 상기 계산된 K개의 총 데이터량들을 곱하여 데이터량 총곱

을 계산한다. 그리고, 상기 송신기는 1215단계로 진행하여 상기 계산된 데이터량 총곱을 이전 저장된 데이터량 총곱

과 비교한다. 만약, 새로운 데이터량 총곱이 이전 값보다 작으면, 본 알고리즘을 종료한다. 이때 최종 부반송파 할당 정보는 상기 이전 값

에 대한 부반송할 할당 정보로 결정된다. 만약, 새로운 데이터량 총곱이 이전 값보다 크면, 1217단계로 진행하여 상기 새로운 데이터량 총곱을 이전 값으로 저장한다.

그리고, 상기 송신기는 1219단계로 진행하여 상기 1213단계에서 계산된 상기 K개의 총 데이터량들을 비교하여 가장 작은 총데이터량을 갖는 사용자를 선택하고, 상기 선택된 사용자에게 할당되지 않는 부반송파들중 채널상태가 가장 좋은 부반송 파(또는 최적 부반송파)를 선택한다. 상기 최적 부반송파를 선택하는 기준은 수학식 14에 설명한 바와 같다. 이후, 상기 송신기는 122단계에서 상기 선택된 부반송파를 상기 선택된 사용자에게 할당하여 부반송파 할당을 조정한다. 상기와 같이 부반송파 할당을 조정한후, 상기 송신기는 1213단계로 되돌아가 이하 단계를 재수행한다.

도 13은 도 10에서 설명된 비트 할당 단계(1005단계)의 상세 절차를 보여준다.

도 13을 참조하면, 먼저 송신기는 1301단계에서 K개의 사용자들의 채널정보들과 상술한 도 12의 알고리즘으로 획득되는 부반송파 할당 정보를 획득한다. 이후, 상기 송신기는 1303단계에서 비트 할당 알고리즘에 필요한 값들을 초기화한다. 구체적으로, 모든 부반송파에 대하여 할당 비트수

을 '0'으로 초기화하고, 임시 전체 송신 전력

을 '0'으로 초기화하며, 부반송파 할당 정보를 이용해서 각 부반송파가 수용할수 있는 사용자 수

을 획득한다.

이후, 상기 송신기는 1305단계에서 n번 부반송파에 1비트를 더 할당할 경우 필요한 증가 전력

을 계산한다. 그리고, 상기 송신기는 1307단계로 진행하여 상기 계산된 N개의 증간전력(

) 값들 중 가장 작은 값에 대응하는 부반송파(

)를 선택한다. 이후, 상기 송신기는 1309단계에서 상기 선택된 부반송 파에 1비트를 더 할당하고, 즉 상기 선택된 부반송파의 할당 비트수

의 '1'만큼 증가시키고, 상기 임시 전체 송신 전력

을 계산한다.

그리고 상기 송신기는 1311단계에서 상기 계산된 임시 전체 송신 전력

이 미리 결정된 최대 전체 송신 전력

보다 큰지를 판단한다. 만일, 상기 임시 전체 송신 전력

이 상기 최대 전체 송신 전력

보다 크면, 상기 송신기는 1313단계로 진행하여 가장 최근에 증가된 부반송파 할당 비트수

를 '1'만큼 감소시킨후 본 알고리즘을 종료한다. 만일, 상기 임시 전체 송신 전력

이 상기 최대 전체 송신 전력

보다 작거나 같으면, 상기 송신기는 1305단계로 진행하여 이하 단계를 재수행한다.

본 발명에 의한 성능 개선을 보이기 위해 IEEE 802.11a와 유사한 시스템을 가정한 뒤 모의 실험을 수행하였다. 즉, 부반송파의 개수는 64개이며, BPSK에서 64QAM을 적응적으로 사용하였다. 채널을 주파수 선택적 레일레이 페이딩 채널(frequency selective Rayleigh fading channel)을 가정하였으며, 이때 채널 탭(channel tap)들은 모두 동일한 평균 전력을 가지고 있다. 이때 BER의 목표치는 0.0001을 가정하였다.

도 14는 4명의 사용자가 있는 경우 송신 전력이 변할 때 각 사용자가 수신한 정보량의 곱을 본 발명과 비적응적 변조 방식을 사용한 경우에 대해 비교한 것이다. 본 발명에 의해 비 적응적 변조 방식중 가장 좋은 경우에 비해 상당한 전송량 향상을 가져왔다. 예를 들어, 64개의 부반송파를 8개의 부분들로 나눈 채널 정보를 사용하고, 8개의 사용자들이 있으며, 25dB 송신 전력을 사용하는 경우, 가장 최적의 비 적응 방법은 BPSK를 사용하는 (

) 경우인데, 이에 비해 본 발명은 약 50%의 전송량 증가를 가져 왔다.

도 15는 64개의 부반송파를 8개의 부분들로 나눈 채널 정보를 사용하고, 전송 전력을 30dB로 고정하며, 사용자를 2에서 16까지 2개씩 증가시키면서 살펴본 경우의 실험 결과이다. 두 가지 방법 모두 사용자가 증가하는 경우 전송량이 증가하나, 본 발명을 사용하는 경우 전송량 증가 곡선의 기울기가 더 가파름을 알수 있다. 즉, 본 발명이 사용자의 개수가 늘어남에 따라 더 효율적이다.

상술한 바와 같이, 본 발명은 멀티캐스트 서비스를 지원하는 OFDM 시스템에서 부반송파별, 사용자별 링크 파라미터에 따라 각 사용자가 수신하는 데이터 양의 합을 최대화한 후, 다시 각 사용자별 데이터량의 곱을 최대화하는 비례 공평 적응 변조방법을 제안하고 있다. 이때 멀티캐스트 정보는 여러 층으로 나뉘어 있기 때문에, 수신기는 임의의 층들만 수신하여도 원래 전송된 정보의 저해상도 정보를 복호 할수 있다. 즉, 본 발명은 스케일 능력이 있는 멀티캐스트 데이터를 전송하는 경우, 실시간 링크 파라미터 적응 변조를 수행함으로써 주파수 효율을 높일 수 있는 이점이 있다.

Claims

직교 주파수 분할 다중 통신시스템에서 멀티캐스트 데이터를 N개의 부반송파들을 통해 K개의 사용자들에게 송신하기 위한 방법에 있어서,

상기 K개의 사용자들로부터 피드백되는 채널정보들을 사용하여 상기 K개의 사용자들의 각각에 대해 수신 가능한 부반송파들을 결정하는 부반송파 할당 정보를 생성하는 과정과,

상기 K개의 사용자들로부터 피드백되는 채널정보들과 상기 부반송파 할당 정보를 사용하여 상기 부반송파들 각각에 할당되는 비트수를 결정하는 비트 할당 정보를 생성하는 과정과,

송신할 멀티캐스트 데이터를 상기 비트 할당 정보에 따른 변조방식으로 변조하여 상기 N개의 부반송파들을 통해 송신하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제1항에 있어서,

n번 부반송파에 할당되는 비트수가 '1'이면 상기 n번 부반송파를 통해 전송되는 데이터는 BPSK(Binary Phase Shift Keying) 변조방식에 의해 변조되고, '2'이면 QPSK(Quadrature Phase Shift Keying)로 변조되며, '4'이면 16QAM(Quadrature Amplitude Modulation)으로 변조되는 것을 특징으로 하는 방법.
제1항에 있어서,

상기 부반송파 할당 정보를 생성하는 과정은,

상기 K개의 사용자들의 각각이 n번 부반송파를 통해 수신하는 데이터량들의 합
이 최대가 되도록 부반송파 할당 정보를 결정하는 과정과,

상기 K개의 사용자들의 각각이 N개의 부반송파들을 통해 수신하는 총 데이터량(
)들의 곱이 최대가 되도록 상기 부반송파 할당 정보를 수정하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제3항에 있어서,

상기 부반송파 할당 정보를 수정하는 과정은,

상기 K개의 사용자들의 각각이 N개의 부반송파들을 통해 수신하는 총 데이터량(
)들중 가장 작은 값에 해당하는 사용자를 선택하는 과정과,

상기 선택된 사용자에게 할당되지 않는 부반송파들중 채널상태가 가장 좋은 부반송파를 선택하고, 상기 선택된 부반송파를 상기 사용자에게 할당하여 부반송파 할당 정보를 수정하는 과정과,

상기 수정된 부반송파 할당 정보에 근거해서 상기 K개의 사용자들의 각각이 N개의 부반송파들을 통해 수신하는 총 데이터량(
)들의 곱을 계산하고, 상기 곱이 최대가 되도록 상기한 과정들을 반복하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제3항에 있어서,

상기 K개의 사용자들의 각각이 n번 부반송파를 통해 수신하는 데이터량들의 합
은, k번 사용자의 채널정보에 근거해서 상기 n번 부반송파의 송신 데이터량
을 결정한다고 가정할 때, 상기 데이터량
과 상기 데이터량
를 수신할수 있는 사용자의 개수
을 곱해 산출되는 것을 특징으로 하는 방법.
제1항에 있어서, 상기 비트 할당 정보를 생성하는 과정은,

N개의 부반송파들의 각각에 대해 1비트를 더 할당할 경우 필요한 증가전력들을 산출하는 과정과,

상기 증가전력들중 가장 작은 값에 해당하는 부반송파를 선택하는 과정과,

상기 선택된 부반송파의 할당 비트수를 '1'만큼 증가하는 과정과,

상기 N개의 부반송파들에 할당된 비트수에 근거해서 상기 N개의 부반송파들 이 사용하는 임시 전체 전력
을 계산하는 과정과,

상기 계산된 임시 전체 전력이 미리 결정된 최대 전력보다 작을 경우, 상기 증가전력 산출 과정으로 피드백하는 과정과,

상기 계산된 임시 전체 전력이 상기 미리 결정된 최대 전력보다 클 경우, 가장 최근 증가된 해당 부반송파의 할당 비트수를 '1'만큼 감소하여 비트 할당 정보를 생성하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
직교 주파수 분할 다중 통신시스템에서 멀티캐스트 데이터를 N개의 부반송파들을 통해 K개의 사용자들에게 송신하기 위한 장치에 있어서,

상기 K개의 사용자들로부터 피드백되는 채널정보들을 이용하여 상기 K개의 사용자들의 각각에 대해 수신 가능한 부반송파들을 결정하는 부반송파 할당 정보를 생성하는 부반송파 할당기와,

상기 K개의 사용자들로부터 피드백되는 채널정보들과 상기 부반송파 할당기로부터의 부반송파 할당 정보를 이용하여 상기 N개의 부반송파들의 각각에 할당되는 비트수를 결정하는 비트 할당 정보를 생성하는 비트 할당기와,

송신할 멀티캐스트 데이터를 상기 비트 할당기로부터의 비트 할당 정보에 따른 변조방식으로 변조하는 적응 변조기를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
제7항에 있어서,

상기 적응 변조기는, n번 부반송파에 할당되는 비트수가 '1'이면 상기 n번 부반송파를 통해 전송되는 데이터를 BPSK(Binary Phase Shift Keying) 변조방식으로 변조하고, '2'이면 QPSK(Quadrature Phase Shift Keying)로 변조하며, '4'이면 16QAM(Quadrature Amplitude Modulation)으로 변조하는 것을 특징으로 하는 장치.
제7항에 있어서, 상기 부반송파 할당기는,

상기 K개의 사용자들의 각각이 n번 부반송파를 통해 수신하는 데이터량들의 합
이 최대가 되도록 하도록 부반송파 할당 정보를 결정하는 제1전송률 최대화기와,

상기 K개의 사용자들의 각각이 N개의 부반송파들을 통해 수신하는 총 데이터량(
)의 곱이 최대가 되도록 상기 제1전송률 최대화기로부터의 상기 부반송파 할당 정보를 수정하는 제2전송률 최대화기를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
제9항에 있어서,

상기 K개의 사용자들의 각각이 n번 부반송파를 통해 수신하는 데이터량들의 합
은, k번 사용자의 채널 정보에 근거해서 상기 n번 부반송파의 송신 데이터량
을 결정한다고 가정할 때, 상기 데이터량
와 상기 데이터량 를
수신할수 있는 사용자의 개수
을 곱해 산출되는 것을 특징으로 하는 장치.
제9항에 있어서, 상기 제2전송률 최대화기는,

입력되는 부반송파 할당 정보에 근거해서 상기 K개의 사용자들의 각각이 N개의 부반송파들을 통해 수신하는 총 데이터량(
)들의 곱을 계산하는 계산기와,

상기 계산기로부터의 상기 총 데이터량들의 곱
과 이전값
을 비교하고, 상기 새로운 값
이 상기 이전 값
보다 작으면 상기 이전 값에 해당하는 부반송파 할당 정보를 출력하고, 그렇지 않으면 상기 새로운 값을 이전 값으로 저장하는 비교기와,

상기 계산기로부터의 상기 총 데이터량들의 곱이 이전 값보다 클 경우, 상기 K개의 사용자들의 각각이 N개의 부반송파들을 통해 수신하는 총 데이터량(
)들 중 가장 작은 값에 해당하는 사용자
를 선택하고, 상기 선택된 사용자
에게 할당되지 않은 부반송파들중 채널상태가 가장 좋은 부반송파를 선택하여 출력하는 최적 부반송파 결정기와,

상기 최적 부반송파 결정기로부터의 상기 선택된 부반송파를 상기 선택된 사용자
에 할당하여 부반송파 할당 정보를 수정하고, 상기 수정된 부반송파 할당 정보를 상기 계산기로 피드백하는 할당기를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
제7항에 있어서, 상기 비트 할당기는,

N개의 부반송파들의 각각에 대해 1비트를 더 할당할 경우 필요한 증가전력들을 산출하고, 상기 증가전력들중 가장 작은 값에 해당하는 부반송파를 선택하여 출력하는 최소 전력 부반송파 선택기와,

상기 선택된 부반송파의 할당 비트수를 '1'만큼 증가하고, 상기 N개의 부반송파들에 할당된 비트수에 근거해서 상기 N개의 부반송파들이 사용하는 임시 전체 전력
을 계산하는 계산기와,

상기 계산기로부터의 상기 임시 전체 전력
와 미리 결정된 최대 전력
을 비교하고, 상기
가 상기
보다 작을 경우 상기 최소 전력 부반송파 선택기를 동작시키는 제어신호를 발생하고, 그렇지 않을 경우 가장 최근 증가된 해당 부반송파의 할당 비트수를 '1'만큼 감소하여 비트 할당 정보를 생성하는 비교기를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
전체 주파수 대역을 다수의 부반송파 대역들로 분할하는 직교 주파수 분할 다중 통신시스템에서, 계층 구조를 가지는 멀티캐스트(Multicast) 데이터를 소정 다수의 부반송파들을 통해 다수의 수신기들로 송신하는 방법에 있어서,

상기 다수의 수신기들 각각에서 임의의 특정 부반송파를 통해 수신되는 데이터량들의 합이 최대가 되도록 하는 부반송파 할당 정보를 결정하는 과정과,

상기 다수의 수신기들 각각에서 상기 다수의 부반송파들을 통해 수신되는 전체 데이터량들의 곱이 최대가 되도록 상기 부반송파 할당 정보를 갱신하여 비례공평(Proportional fairness) 부반송파 할당정보를 생성하는 과정과,

상기 다수의 수신기들로부터 피드백(Feedback)되는 채널정보 및 상기 생성된 비례공평 부반송파 할당정보를 통하여 상기 부반송파에 각각 할당되는 비트수를 결정하는 비트할당정보 생성 과정을 포함하는 멀티캐스트 데이터 송신 방법.
제13항에 있어서, 상기 비례공평 부반송파 할당정보를 생성하는 과정은,

상기 다수의 수신기들의 각각이 상기 다수의 부반송파들을 통해 수신하는 전체 데이터량들중 가장 작은 값에 해당하는 수신기를 선택하는 과정과,

상기 선택된 수신기에게 할당되지 않은 부반송파들중 채널상태가 가장 좋은 부반송파를 선택하고, 상기 선택된 부반송파를 상기 수신기에게 할당하여 부반송파 할당 정보를 수정하는 과정과,

상기 수정된 부반송파 할당 정보에 근거해서 상기 다수의 수신기들의 각각이 상기 다수의 부반송파들을 통해 수신하는 전체 데이터량들의 곱을 계산하고, 상기 곱이 최대가 되도록 상기한 과정들을 반복하여 상기 비례공평 부반송파 할당 정보를 생성하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 멀티캐스트 데이터 송신 방법.