KR20060037572A - 직교 주파수 분할 다중 접속 방식을 사용하는 통신시스템에서 동적 자원 할당 장치 및 방법 - Google Patents

직교 주파수 분할 다중 접속 방식을 사용하는 통신시스템에서 동적 자원 할당 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 다수의 셀들을 구비하며, 상기 셀들 각각이 전체 주파수 대역을 다수의 서브 캐리어 대역들로 분할하고, 미리 설정된 설정 개수의 서브 캐리어 대역들의 집합인 서브 채널들을 구비하는 직교 주파수 분할 다중 접속 통신 시스템에서, 상기 다수의 셀들중 인접 셀들로부터의 간섭을 예측하고, 상기 인접 셀들로부터 예측한 간섭에 상응하게 간섭이 존재하지 않는 시구간과 간섭이 존재하는 시구간을 분류하고, 상기 간섭이 존재하지 않는 시구간에서는 할당 가능한 서브 채널들에 할당 가능한 송신 전력을 균등 분배하여 할당한 후, 상기 간섭이 존재하는 시구간에서는 상기 할당 가능한 서브 채널들에 인접 셀들에 간섭으로 작용하지 않도록 송신 전력을 조정하여 할당한다.
서브 채널 할당, 송신 전력 할당, 최소 전송량, 스케쥴링, 다중 사용자 다이버시티, 간섭 회피, 공정성(fairness)

Description

직교 주파수 분할 다중 접속 방식을 사용하는 통신 시스템에서 동적 자원 할당 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR A DYNAMIC ASSIGNMENT OF A RESOURCE IN A COMMUNICATION SYSTEM USING AN ORTHOGONAL FREQUENCY DIVISION MULTIPLEXING SCHEME}
도 1은 일반적인 셀룰라 통신 시스템의 staggered frame 구조를 개략적으로 도시한 도면
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 OFDMA 통신 시스템의 셀들간 상호 간섭 및 서브 채널 할당 가능 영역을 개략적으로 도시한 도면
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 AMS 방식을 개략적으로 도시한 도면
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 AMS 방식을 수행하는 송신기 구조를 개략적으로 도시한 도면
도 5는 본 발명의 실시예에 따라 스케쥴링되는 사용자 단말기들의 개수에 따른 SNR 이득을 도시한 그래프
도 6은 본 발명의 실시예에 따라 스케쥴링되는 사용자 단말기들의 개수에 따른 최소 전송률 특성을 도시한 그래프
도 7은 본 발명의 실시예에 따라 스케쥴링되는 사용자 단말기들의 개수에 따 른 공정성 척도 특성을 도시한 그래프
도 8은 본 발명의 실시예에 따라 전체 사용자 단말기들의 개수에 따른 SINR 분포와 최적 사용자 단말기 개수
Figure 112004049622696-PAT00001
의 특성을 도시한 그래프
도 9는 종래 기술에 따른 최적 서브 채널 할당 방식과 본 발명의 실시예에 다른 AMS 방식간의 최소 전송량 특성을 비교 도시한 그래프
도 10은 본 발명의 실시예에 따라 각 사용자 단말기가 요구하는 데이터 양의 비가 상이할 경우의 전송량 할당을 도시한 그래프
도 11은 본 발명의 실시예에 따라 다중 셀 환경에서 최소 임계 SINR과 프레임 아웃티지 확률간의 관계를 도시한 그래프
도 12는 종래 기술에 따른 서브 채널 송신 전력 할당 방식과 본 발명의 실시예에 따른 서브 채널 송신 전력 할당 방식간의 성능을 비교 도시한 그래프
도 13은 본 발명의 실시예에 따른 스케쥴링과, 서브 채널 할당 및 서브 채널 송신 전력 할당 과정을 도시한 순서도
본 발명은 직교 주파수 분할 다중 접속(OFDMA: Orthogonal Frequency Division Multiple Access, 이하 'OFDMA'이라 칭하기로 한다) 방식을 사용하는 통 신 시스템(이하 'OFDMA 통신 시스템'이라 칭하기로 한다)에 관한 것으로서, 특히 채널 상태에 따라 동적으로 자원을 할당하는 장치 및 방법에 관한 것이다.
차세대 통신 시스템인 4세대(4G: 4th Generation, 이하 '4G'라 칭하기로 한다) 통신 시스템에서는 고속의 전송 속도를 가지는 다양한 서비스 품질(QoS: Quality of Service, 이하 'QoS' 칭하기로 한다)을 가지는 서비스들을 사용자들에게 제공하기 위한 활발한 연구가 진행되고 있다. 따라서, 현재 4G 통신 시스템에서는 비교적 높은 전송 속도를 보장하는 무선 근거리 통신 네트워크(Local Area Network; 이하 'LAN'이라 칭하기로 한다) 통신 시스템 및 무선 도시 지역 네트워크(MAN: Metropolitan Area Network, 이하 'MAN'이라 칭하기로 한다) 통신 시스템에 이동성(mobility)과 QoS를 보장하는 형태로 새로운 통신 시스템을 개발하여 고속 서비스를 지원하도록 하는 연구가 활발하게 진행되고 있다.
상기 무선 MAN 통신 시스템의 물리 채널(physical channel)에 광대역(broadband) 전송 네트워크를 지원하기 위해 직교 주파수 분할 다중(OFDM: Orthogonal Frequency Division Multiplexing, 이하 'OFDM'이라 칭하기로 한다) 방식 및 OFDMA 방식을 적용하는 것 역시 활발하게 연구가 진행되고 있다. 상기 무선 MAN 시스템에 OFDM/OFDMA 방식을 적용할 경우 다수의 서브 캐리어(sub-carrier)들을 사용하여 물리 채널 신호를 송신하는 것이 가능하므로 고속 데이터 송신이 가능하게 된다.
한편, 셀룰라 통신 시스템(cellular communication system)은 셀 중심으로부터 이격된 거리에 상응하게, 즉 셀 중심(cell center) 영역인지 혹은 셀 경계(cell boundary) 영역인지에 따라 그 채널 특성이 상이하게 나타난다. 즉, 셀 중심에서 이격되는 거리가 증가할수록 인접 셀(neighbor cell)들로부터의 간섭(interference)이 증가하게 되고, 상기 인접 셀들로부터의 간섭은 통신 성능을 저하시키는 영향으로 작용하게 된다. 따라서, 상기 인접 셀들로부터의 간섭으로 인한 통신 성능 저하를 보상하기 위해서 동적 채널 할당(DCA: Dynamic Channel Allocation, 이하 'DCA'라 칭하기로 한다) 방식 및 전력 제어(power control) 방식 등과 같은 다양한 방식들이 제안되었다.
상기 DCA 방식은 주파수 분할 다중 접속(FDMA: Frequency Division Multiple Access, 이하 'FDMA'이라 칭하기로 한다) 방식을 사용하는 통신 시스템(이하 'FDMA 통신 시스템'이라 칭하기로 한다) 혹은 시분할 다중 접속(TDMA: Time Division Multiple Access, 이하 'TDMA'이라 칭하기로 한다) 방식을 사용하는 통신 시스템(이하 'TDMA 통신 시스템'이라 칭하기로 한다)에서는 인접 셀들에서 동일한 채널을 동시에 사용하지 않도록 하는 일종의 간섭 회피(interference avoidance) 방식으로 사용되고 있다.
또한, 상기 전력 제어 방식은 부호 분할 다중 접속(CDMA: Code Division Multiple Access, 이하 'CDMA'이라 칭하기로 한다) 방식을 사용하는 통신 시스템(이하 'CDMA 통신 시스템'이라 칭하기로 한다)에서는 확산 스펙트럼(spread spectrum) 방식을 사용하기 때문에 수신 전력(received power) 혹은 수신 신호의 신호대 간섭 잡음비(SINR: Signal and Interference to Noise Ratio, 이하 'SINR'이라 칭하기로 한다)를 기준으로 하여 사용되고 있다. 그러나, 상기 전력 제어 방 식을 사용할 경우 음성 서비스 측면에서는 음성 서비스를 제공받고 있는 모든 사용자들. 즉 사용자 단말기들에 제공되어야 하는 서비스 품질(QoS: Quality of Service, 이하 'QoS'라 칭하기로 한다)을 만족시킬 수 있지만, 데이터 서비스 측면에서는 높은 전송량(throughput)을 제공하는 것이 난이하여 모든 사용자 단말기들에 제공되어야하는 QoS를 만족시키는 것이 불가능하다는 문제점을 가진다.
한편, CDMA 1x EVDO(EVolution Data Only) 방식을 사용하는 통신 시스템(이하 'CDMA 1x EVDO 통신 시스템'이라 칭하기로 한다)에서는 적응적 변조 및 코딩(AMC: Adaptive modulation and coding, 이하 'AMC'라 칭하기로 한다) 방식과 같은 링크 적응(link adaptation) 방식을 사용하여 비교적 높은 전송량을 제공할 수 있다. 여기서, 상기 AMC 방식은 기지국과 사용자 단말기들간의 링크, 즉 채널 상태에 상응하게 변조 방식 및 코딩 방식을 결정함으로써 셀 전체의 성능을 향상시키는 방식이다.
한편, 상기 OFDMA 통신 시스템에서도 상기 AMC 방식과 DCA 방식을 사용하고 있다. 상기 OFDMA 통신 시스템에서 상기 AMC 방식을 사용할 경우 높은 전송량을 획득할 수는 있지만, 상기 AMC 방식의 경우 상기 셀룰라 구조에서 셀 경계 영역에 사용자 단말기가 존재할 경우에는 QoS를 보장하는 것이 난이하다는 문제점을 가진다. 즉, 셀 경계 영역에서는 채널 상태가 비교적 열악하므로 낮은 코딩 레이트(coding rate)를 가지도록 상기 AMC 방식을 사용하면 되지만, 상기 코딩 레이트를 감소시킬 경우 전송량 자체가 감소하기 때문에 사용자 단말기의 QoS를 보장하는 것이 난이하다.
또한, 상기 OFDMA 방식은 상기 FDMA 방식의 특성을 가지기 때문에 상기 간섭 회피 방식의 DCA 방식을 사용할 수도 있고, 주파수 도약(FH: Frequency Hopping, 이하 'FH'라 칭하기로 한다) 방식을 사용하여 간섭 평균화(interference averaging) 방식을 사용할 수도 있다. 그러나, 상기 AMC 방식 및 DCA 방식 모두 상기 OFDMA 통신 시스템에서 사용 가능한 자원들을 full load로 사용하지 못하고 1/2 이하로만 사용하기 때문에 높은 전송량을 제공하는 것이 불가능하다. 또한, 상기 간섭 평균화 방식을 사용하다고 하더라도 인접 셀들로부터의 간섭의 영향은 여전히 존재하기 때문에 OFDMA 통신 시스템에서 셀 경계 영역에서의 전송량은 낮아질 수밖에 없다는 문제점을 가진다.
한편, 상기 OFDMA 통신 시스템에서 서빙 셀(serving cell)과 인접 셀들에서 동시에 서브 채널을 할당할 경우, 상기 서빙 셀은 상기 인접 셀들에서 할당하는 서브 채널을 인식할 수가 없기 때문에 상기 서빙 셀에서 할당하는 서브 채널 각각에 대한 간섭을 추정하는 것은 불가능하다. 여기서, 상기 서브 채널이라 함은 미리 설정된 개수의 연속된 서브 캐리어들로 구성되는 채널을 의미한다. 상기와 같이 인접 셀들의 서브 채널 할당에 따른 서빙 셀의 서브 채널의 간섭 영향을 제거하기 위해서 인접 셀로부터의 각 서브 채널의 간섭량을 추정해야 한다.
여기서, 상기 서브 채널들 각각에 대해서 간섭을 추정하기 위해서 교차 프레임(staggered frame, 이하 'staggered frame'이라 설명하기로 한다) 방식이 제안되었으며, 상기 staggered frame 방식을 사용할 경우 상기 staggered frame 구조내에서 인접한 셀들끼리 token ring방식으로 순차적으로 교차되는 다수의 프레임들에 대해 서브 채널 할당을 예약함으로써 인접 셀들에서 할당하는 서브 채널들로 인한 간섭을 예측하는 것을 가능하게 된다.
그러면 여기서 도 1을 참조하여 상기 staggered frame 구조에 대해서 설명하기로 한다.
상기 도 1은 일반적인 셀룰라 통신 시스템의 staggered frame 구조를 개략적으로 도시한 도면이다.
상기 도 1에는 4개의 기지국들, 즉 4개의 셀들 단위로 상기 staggered frame 구조가 적용되는 경우의 staggered frame 구조가 도시되어 있다. 상기 도 1을 참조하면, 먼저 4개의 프레임들을 1개의 슈퍼 프레임(super frame)으로 구성하고, 제2셀(cell 2)은 제1셀(cell 1)의 슈퍼 프레임의 제2프레임(frame 2)에서, 제3셀(cell 3)은 상기 제1셀의 슈퍼 프레임의 제3프레임(frame 3)에서, 제4셀(cell 4)은 상기 제1셀의 제4 프레임(frame 4)에서 슈퍼 프레임을 시작하도록 한다. 상기에서 설명한 바와 같은 staggered frame 방식으로 각 셀은 4개의 프레임들, 즉 슈퍼 프레임에 대해서 서브 채널을 할당한다. 여기서, 상기 각 셀은 할당한 서브 채널을 통해서는 제어 타임 슬럿(control time slot)에서 기준 신호(reference signal), 일 예로 파일럿(pilot) 신호를 송신하고, 상기 각 셀이 서비스를 제공하고 있는 각 사용자 단말기들이 인접 셀들의 서브 채널을 통해 송신되는 파일럿 신호의 SINR을 측정한 후 다시 각 셀로 피드백하면 상기 각 셀에서는 인접 셀에 할당되지 않은 서브 채널을 할당하여 인접 셀의 서브 채널 할당으로 인한 간섭 발생을 제거하는 것이 가능하게 된다.
그러나, 상기 도 1에서 설명한 바와 같은 staggered frame 구조를 사용할 경우 사용자 단말기는 해당 셀에서 할당되는 서브 채널들 각각에 대해 SINR값을 피드백해야만 하기 때문에 결과적으로 업링크 오버헤드(uplink overhead)가 크게 발생하게 된다는 문제점이 있다. 또한, 상기 staggered frame 구조를 사용할 경우 해당 셀은 인접 셀에서 할당한 서브 채널을 할당하지 않고 인접 셀에서 할당하지 않은 서브 채널만을 사용자 단말기에 할당하므로 할당 가능한 서브 채널들에 제한이 발생하여 셀 경계 영역에 존재하는 사용자 단말기에 대한 QoS는 보장할 수 있지만 사용가능한 자원이 1/2이하로 줄어들 수 있기 때문에 전체 전송량을 저하시킬 수도 있다는 문제점이 있다.
한편, 다중 사용자 접속(multiplexing) 시스템에서 각 사용자의 위치에 따라 서로 다른 채널 특성을 가지고 각 채널은 시간 또는 주파수에 따라 다르게 변하기 때문에 시간 또는 주파수에 따라 적절한 사용자를 선택해서 자원을 할당해서 용량을 향상시킬 수 있다. 이것을 다중 사용자 다이버시티(multiuser diversity)방식이라고 한다. 상기 AMC 방식이 제안된 이후 다중 사용자 다이버시티(multiuser diversity) 방식과 상기 AMC 방식을 컴바이닝(combining)하여 비교적 작은 비트 에러 레이트(BER: Bit Error Rtae, 이하 'BER'이라 칭하기로 한다)를 가지면서도 비교적 큰 전송량 이득을 획득하는 다양한 방식들이 제안된 바 있다. 여기서, 상기 다중 사용자 다이버시티 방식은 일종의 선택 다이버시티(selection diversity) 방식으로서 사용자 단말기들의 채널 이득(channel gain) 혹은 SINR 등을 비교해서 큰 채널 이득을 가지는 사용자 단말기에게 자원, 일 예로 타임 슬럿 혹은 서브 채널을 할당함으로써 사용자 단말기들의 개수가 증가할 수록 전송량 이득이 증가하는 특성을 가진다.
최근 CDMA 통신 시스템에서는 다운링크에서 코드 분할 다중화(CDM: Code Division Mutiplexing, 이하 'CDM'이라 칭하기로 한다) 방식으로 코드를 할당하기 보다는 시분할 다중화(TDM: Time Division Mutiplexing, 이하 'TDM'이라 칭하기로 한다) 방식으로 타임 슬롯을 할당하는 방식이 더욱 우수한 성능을 가진다는 것이 입증된 바 있다. 상기 CDM 방식으로 코드를 할당하는 것보다 상기 TDM 방식으로 타임 슬롯을 할당하는 것이 더욱 우수한 성능을 가지는 이유는 페이딩 채널(fading channel)에서는 코드의 직교성이 깨지기 때문이다. 특히, 채널 상태에 적응적으로 타임 슬럿을 할당할 경우 상기 다중 사용자 다이버시티 이득에 의해 전송량을 증대시킬 수 있음 역시 이미 입증된 바 있다. 다수의 사용자 단말기들에게 채널 상태에 적응적으로 타임 슬럿을 할당하게 되면 각 타임 슬롯에서 채널 이득이 가장 큰 사용자 단말기에게 타임 슬럿을 할당하게 되고, 이는 상기에서 설명한 바와 같이 상기 다중 사용자 다이버시티 방식을 사용하여 전체 전송량을 향상시킬 수 있게 된다. 상기 CDMA 1xEVDO 통신시스템에서는 이와 같은 특성을 가진 Proportional fair 스케쥴링 방식을 사용하여 다운링크의 용량을 크게 향상시킨 바 있다.
상기 OFDMA 통신 시스템에서는 상기 다수의 사용자 단말기들에게 서브 채널 단위로 상기 AMC 방식을 사용하여 서브 채널을 할당하는 방식들이 제안된바 있다. 특히, 상기 OFDMA 통신 시스템에서는 각 사용자 단말기들의 타겟 전송률을 조건식으로 설정하고, 전체 송신 전력을 최소화 시키는 방식의 이득 적응(Margin Adaptive, 이하 'MA'라 칭하기로 한다) 방식이 제안된 바 있는데, 상기 타겟 전송률을 조건식으로 설정할 경우 실시간 데이터(realtime data)와 같은 상수 비트 레이트(CBR: Constant Bit Rate)를 가지는 데이터의 경우에는 효율적이지만 비실시간 데이터(non-realtime data)와 같이 가변 비트 레이트(VBR: Variable Bit Rate)를 가지는 데이터의 경우에는 비효율적이다.
따라서, 상기 전체 송신 전력에 대하여 전체 전송량을 최대화시키는 방식으로 각 서브 채널에서 가장 채널 이득이 큰 사용자 단말기를 할당하고, 즉 최적 채널 선택(best channel selection)을 수행하고, water filling 방식으로 송신 전력을 할당하는 방식이 제안된 바 있다. 여기서, 각 사용자 단말기에게 동일한 송신 전력을 할당하는 방식이 상기 water filling 방식과 거의 동일한 성능을 가진다는 것은 이미 입증된 바 있다. 그러나, 상기와 같은 최적 채널 선택 방식은 각 사용자 단말기의 QoS 보장을 전혀 고려하지 않았으며, 또한 패킷 데이터와 같은 데이터의 버스트한 특성(burstness)을 전혀 고려하지 않았다는 문제점이 있었다.
따라서, 본 발명의 목적은 OFDMA 통신 시스템에서 동적으로 자원을 할당하는 장치 및 방법을 제공함에 있다.
본 발명의 다른 목적은 OFDMA 통신 시스템에서 인접 셀간 간섭을 최소화하는 서브 채널 할당 장치 및 방법을 제공함에 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 OFDMA 통신 시스템에서 인접 셀간 간섭을 최소화 하는 전력 제어 장치 및 방법을 제공함에 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 OFDMA 통신 시스템에서 MSS가 요구하는 QoS를 만족시키면서 데이터 전송량을 최대화시키는 스케쥴링 장치 및 방법을 제공함에 있다.
상기한 목적들을 달성하기 위한 본 발명의 장치는; 다수의 셀들을 구비하며, 상기 셀들 각각이 전체 주파수 대역을 다수의 서브 캐리어 대역들로 분할하고, 미리 설정된 설정 개수의 서브 캐리어 대역들의 집합인 서브 채널들을 구비하는 직교 주파수 분할 다중 접속(OFDMA: Orthogonal Frequency Division Multiple Access) 통신 시스템에서, 서빙 셀에서 자원을 할당하는 장치에 있어서, 상기 다수의 셀들중 인접 셀들로부터의 간섭을 예측하고, 상기 인접 셀들로부터 예측한 간섭에 상응하게 간섭이 존재하지 않는 시구간과 간섭이 존재하는 시구간을 분류한 후, 상기 간섭이 존재하지 않는 시구간에서는 할당 가능한 서브 채널들에 할당 가능한 송신 전력을 균등 분배하여 할당하고, 상기 간섭이 존재하는 시구간에서는 상기 할당 가능한 서브 채널들에 인접 셀들에 간섭으로 작용하지 않도록 송신 전력을 조정하여 할당하는 기지국과, 상기 기지국에서 송신한 신호를 수신하고, 상기 수신 신호의 신호대 간섭 잡음비를 상기 기지국으로 피드백하는 다수의 사용자 단말기들을 포함함을 특징으로 한다.
상기한 목적들을 달성하기 위한 본 발명의 다른 장치는; 다수의 셀들을 구비하며, 상기 셀들 각각이 전체 주파수 대역을 다수의 서브 캐리어 대역들로 분할하고, 미리 설정된 설정 개수의 서브 캐리어 대역들의 집합인 서브 채널들을 구비하 는 직교 주파수 분할 다중 접속(OFDMA: Orthogonal Frequency Division Multiple Access) 통신 시스템에서, 서빙 셀에서 자원을 할당하는 장치에 있어서, 임의의 시구간에서 다수의 사용자 단말기들중 최소 전송량을 가지는 사용자 단말기부터 미리 설정한 조건들을 만족하는 사용자 단말기들을 서브 채널을 할당할 사용자 단말기들로 선택하고, 상기 선택한 사용자 단말기들에 상기 서브 채널을 할당하는 기지국과, 상기 기지국에서 송신한 신호를 수신하고, 상기 수신 신호의 신호대 간섭 잡음비를 상기 기지국으로 피드백하는 상기 다수의 사용자 단말기들을 포함함을 특징으로 한다.
상기한 목적들을 달성하기 위한 본 발명의 방법은; 다수의 셀들을 구비하며, 상기 셀들 각각이 전체 주파수 대역을 다수의 서브 캐리어 대역들로 분할하고, 미리 설정된 설정 개수의 서브 캐리어 대역들의 집합인 서브 채널들을 구비하는 직교 주파수 분할 다중 접속(OFDMA: Orthogonal Frequency Division Multiple Access) 통신 시스템에서, 서빙 셀에서 자원을 할당하는 방법에 있어서, 상기 다수의 셀들중 인접 셀들로부터의 간섭을 예측하는 과정과, 상기 인접 셀들로부터 예측한 간섭에 상응하게 간섭이 존재하지 않는 시구간과 간섭이 존재하는 시구간을 분류하는 과정과, 상기 간섭이 존재하지 않는 시구간에서는 할당 가능한 서브 채널들에 할당 가능한 송신 전력을 균등 분배하여 할당하는 과정과, 상기 간섭이 존재하는 시구간에서는 상기 할당 가능한 서브 채널들에 인접 셀들에 간섭으로 작용하지 않도록 송신 전력을 조정하여 할당하는 과정을 포함함을 특징으로 한다.
상기한 목적들을 달성하기 위한 본 발명의 다른 방법은; 다수의 셀들을 구비 하며, 상기 셀들 각각이 전체 주파수 대역을 다수의 서브 캐리어 대역들로 분할하고, 미리 설정된 설정 개수의 서브 캐리어 대역들의 집합인 서브 채널들을 구비하는 직교 주파수 분할 다중 접속(OFDMA: Orthogonal Frequency Division Multiple Access 통신 시스템에서, 서빙 셀에서 자원을 할당하는 방법에 있어서, 임의의 시구간에서 다수의 사용자 단말기들중 최소 전송량을 가지는 사용자 단말기부터 미리 설정한 조건들을 만족하는 사용자 단말기들을 서브 채널을 할당할 사용자 단말기들로 선택하는 과정과, 상기 선택한 사용자 단말기들에 상기 서브 채널을 할당하는 과정을 포함함을 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 직교 주파수 분할 다중 접속(OFDMA: Orthogonal Frequency Division Multiple Access, 이하 'OFDMA'이라 칭하기로 한다) 방식을 사용하는 통신 시스템(이하 'OFDMA 통신 시스템'이라 칭하기로 한다)에서 각 사용자 단말기간 공정성(fairness) 또는 각 사용자 단말기가 요구하는 서비스 품질(QoS: Quality of Service) 레벨을 만족시키면서 인접 셀(neighbor cell)간 간섭을 최소화하고, 채널 상태에 적응적인 스케쥴링(scheduling) 및 서브 채널 할당을 수행하는 동적 자원 할당 장치 및 방법을 제안한다. 즉, 본 발명에서는 OFDMA 통신 시스템에서 인접 셀간 간섭을 최소화하도록 서브 채널(sub-channel) 및 송신 전력(transmit power)을 할당하면서도 전송량(throughput)을 최대화시키는 장치 및 방법을 제안한다. 여기서, 상기 서브 채널이라 함은 미리 설정된 개수의 서브 캐리어들로 구성되는 채널을 의미한다. 이하의 설명에서, 상기 OFDMA 통신 시스템은 셀룰라(cellular) 구조를 가지며, 1개의 기지국(BS: Base Station)은 1개의 셀(cell)을 셀을 관장하며 서비스를 할 수도 있고, 다수의 셀을 관장하며 서비스를 할 수도 있으나 설명의 편의상 1개의 기지국은 1개의 셀만을 관장하는 경우를 일 예로 하여 설명하기로 한다.
본 발명을 설명하기에 앞서 상기 종래 기술 부분의 도 1에서 설명한 교차 프레임(staggered frame, 이하 'staggered frame'이라 설명하기로 한다) 구조를 살펴보면 다음과 같다.
상기 도 1에서 설명한 바와 같이 먼저 4개의 프레임들을 1개의 슈퍼 프레임(super frame)으로 구성하고, 제2셀(cell 2)은 제1셀(cell 1)의 슈퍼 프레임의 제2프레임(frame 2)에서, 제3셀(cell 3)은 상기 제1셀의 슈퍼 프레임의 제3프레임(frame 3)에서, 제4셀(cell 4)은 상기 제1셀의 제4 프레임(frame 4)에서 슈퍼 프레임을 시작하도록 한다. 여기서, 상기 제1프레임은 각 셀들에서 서브 채널을 할당하는 기준 프레임(reference frame)이 되는 것이며, 각 셀들은 1 프레임씩 간격을 두고 상기 제1프레임을 할당하므로 4 프레임에 한번씩 서브 채널 할당하는 token-ring 방식을 사용한다.
상기 도 1에는 제1셀에서 4개의 프레임들에 대해서 서브 채널을 할당할 때 각 프레임들이 받는 간섭(interference)이 도시되어 있다. 즉, 제2셀 내지 제4셀에서 할당하는 프레임들중 음영 처리된 프레임들은 제2셀 내지 제4셀의 이전 슈퍼 프레임에서 서브 채널을 할당한 프레임들을 나타낸다.
상기 제1셀에서 서브 채널을 할당할 경우 제1프레임에서는 제2셀 내지 제4셀의 이전 슈퍼 프레임에서 할당한 서브 채널들이 존재하기 때문에 상기 제2셀 내지 제4셀의 이전 슈퍼 프레임에서 할당한 서브 채널들과 동일한 서브 채널을 할당할 경우 상기 제2셀 내지 제4셀의 이전 슈퍼 프레임에서 할당한 서브 채널들로 인한 간섭 영향을 받게 된다. 물론, 상기 제2셀 내지 제4셀 역시 상기 제1셀의 현재 슈퍼 프레임의 제1프레임에서 할당하는 서브 채널로 인한 간섭 영향을 받게 된다.
상기 제1셀에서 서브 채널을 할당할 경우 제2프레임에서는 제3 셀 및 제4셀의 이전 슈퍼 프레임에서 할당한 서브 채널들이 존재하기 때문에 상기 제3 셀 및 제4셀의 이전 슈퍼 프레임에서 할당한 서브 채널들과 동일한 서브 채널을 할당할 경우 상기 제3 셀 및 제4셀의 이전 슈퍼 프레임에서 할당한 서브 채널들로 인한 간섭 영향을 받게 된다. 물론, 상기 제3셀 및 제4셀 역시 상기 제1셀의 현재 슈퍼 프레임의 제2프레임에서 할당하는 서브 채널로 인한 간섭 영향을 받게 된다.
상기 제1셀에서 서브 채널을 할당할 경우 제3프레임에서는 제4셀의 이전 슈퍼 프레임에서 할당한 서브 채널들이 존재하기 때문에 상기 제4셀의 이전 슈퍼 프레임에서 할당한 서브 채널들과 동일한 서브 채널을 할당할 경우 상기 제4셀의 이전 슈퍼 프레임에서 할당한 서브 채널들로 인한 간섭 영향을 받게 된다. 물론, 상기 제4셀 역시 상기 제1셀의 현재 슈퍼 프레임의 제3프레임에서 할당하는 서브 채 널로 인한 간섭 영향을 받게 된다.
상기 제1셀에서 서브 채널을 할당할 경우 제4프레임에서는 인접 셀들이 이전 슈퍼 프레임에서 할당한 서브 채널들이 존재하지 않기 때문에 인접 셀들의 서브 채널 할당으로 인한 간섭 영향을 받지 않게 된다.
상기에서 설명한 바와 같이 슈퍼 프레임내의 프레임들 각각에서는 인접 셀들의 서브 채널 할당 여부에 상응하게 간섭이 발생할 수도 있고 발생하지 않을 수도 있다. 여기서, 상기 간섭이 발생하는 프레임, 즉 상기 제1프레임 내지 제3 프레임과 같은 프레임을 간섭 프레임(interfered frame)이라고 정의하기로 하며, 상기 간섭이 발생하지 않는 프레임, 즉 상기 제4프레임과 같은 프레임을 비간섭 프레임(interference-free frame)이라고 정의하기로 한다.
한편, 상기 제1셀에서 제1프레임 내지 제3프레임 각각에서 상기 제2셀내지 제4셀 각각에서 이전 슈퍼 프레임에서 할당한 서브 채널들에 영향을 주는 간섭을 예측하고, 상기 간섭이 최소화되도록 송신 전력을 할당할 수 있다. 또한, 상기 제1셀은 제1프레임 내지 제3프레임 각각에서 상기 제2셀 내지 제4셀 각각에서 이전 슈퍼 프레임에서 할당한 서브 채널들로부터 받는 간섭을 추정할 수 있다. 따라서, 상기 제1셀은 제1프레임 내지 제3프레임에서 할당되는 서브 채널들에는 비교적 낮은 송신 전력을 할당하고 또한 비교적 높은 간섭을 받게 된다. 일 예로, 상기 제1셀은 제1프레임에서는 제2 셀 내지 제4셀과의 간섭을 고려하고, 제2프레임에서는 제3셀 및 제4셀과의 간섭을 고려하고, 제3프레임에서는 제4셀과의 간섭을 고려해야하므로 송신 전력은 제1프레임 < 제2프레임 < 제3프레임의 관계를 가지고, 간섭양은 제1프 레임 > 제2프레임 > 제3프레임의 관계를 가지게 된다.
이와는 달리 제4프레임에서는 인접 셀과의 간섭이 발생하지 않는 것으로 간주할 수 있으므로 상기 제1셀은 상기 제4프레임에서 할당하는 서브 채널에는 최대 송신 전력을 할당할 수 있다. 그 이유는, 상기 제1셀이 상기 제4프레임에서 서브 채널을 할당할 때 상기 제2셀 내지 제4셀에서는 상기 제1셀의 제4프레임에서 할당한 서브 채널 정보를 이용하여 상기 제1셀에 간섭을 주지않도록 송신 전력을 할당하기 때문이다. 따라서, 상기 제4프레임을 통해 송신되는 서브 채널은 최대 송신 전력이 할당되면서도 인접 셀들로부터의 간섭이 발생하지 않아 비교적 높은 신호대 간섭 잡음비(SINR: Signal and Interference to Noise Ratio, 이하 'SINR'이라 칭하기로 한다)를 가지게 된다.
그러면 여기서 도 2를 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 OFDMA 통신 시스템에서 셀들간 상호 간섭 및 서브 채널 할당 가능 영역에 대해서 설명하기로 한다.
상기 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 OFDMA 통신 시스템의 셀들간 상호 간섭 및 서브 채널 할당 가능 영역을 개략적으로 도시한 도면이다.
상기 도 2에는 서빙 셀(serving cell)인 제1셀이 서브 채널을 할당할 때 4개의 프레임들 각각에 대한 가상 간섭과 서비스 가능 영역(coverage, 이하 'coverage'라 칭하기로 한다)이 도시되어 있다. 상기 제1셀은 인접셀과의 간섭 고려를 위해 제1프레임 내지 제3프레임에서는 비교적 낮은 송신 전력을 서브 채널에 할당하고, 인접셀들로부터 비교적 높은 간섭을 받으므로 결과적으로 상기 제1프레임 내지 제3프레임에서 할당된 서브 채널 신호의 SINR은 낮아지게 된다. 따라서, 상기 제1셀은 서비스가 가능한 영역, 즉 coverage 내에 존재하는 사용자 단말기에게만 서브 채널을 할당한다. 여기서, 상기 coverage는 사용자 단말기가 수신하는 서브 채널 신호의 SINR이 미리 설정한 임계값, 일 예로 0[dB]을 초과하는 것이 보장되는 영역을 나타낸다.
상기 도 2에 도시한 바와 같이 제1프레임에서 상기 제1셀의 coverage가 가장 작고, 제2프레임 및 제3프레임에서는 상기 제1셀의 coverage가 상기 제1프레임에서의 coverage보다는 크게 되고, 제4프레임에서는 상기 제1셀의 coverage는 상기 제1셀과 동일하게 된다. 즉, 상기 제4프레임에서 상기 제1셀은 상기 제1셀 내에 존재하는 모든 사용자 단말기들에게 안정적인 서비스를 제공할 수 있게 되는 것이다. 여기서, 상기 제1셀 내에 존재하는 사용자 단말기들에게 동일한 양의 자원(resource)을 할당하면, 셀 경계(cell boundary) 영역에 존재하는 사용자 단말기들의 전송량(throughput)은 감소하게 된다. 여기서, 상기 자원은 서브 채널과 송신 전력 등이 될 수 있다. 상기 셀 경계 영역에 존재하는 사용자 단말기들의 전송량 손실은 하기에서 설명할 적응적 다중 사용자 스케쥴링(AMS: adaptive multi-user scheduling, 이하 'AMS'라 칭하기로 한다) 방식을 사용하여 전송량이 적은 사용자 단말기들부터 스케쥴링을 수행하여 제4프레임에서 제1프레임 내지 제3프레임에서 서브 채널을 할당받지 못한 사용자 단말기들에게 서브 채널을 할당할 수 있도록 하여 공정성( fairness)을 보장할 수 있도록 할 수 있다.
그러면 여기서 상기 송신 전력 할당 방식, 즉 전력 제어 방식에 대해서 설명하기로 한다.
첫 번째로, 비간섭 프레임의 송신 전력 할당에 대해서 살펴보면 다음과 같다.
상기 비간섭 프레임인 제4프레임에서는 서빙 셀인 제1셀에서 서브 채널에 할당하는 송신 전력이 인접 셀들, 즉 제2셀 내지 제4셀에 전혀 영향을 주지 않기 때문에 상기 제1셀은 상기 제4프레임에서 할당하는 서브 채널에 최대 송신 전력을 할당할 수 있다. 따라서, 상기 제1셀에서 사용 가능한 총 송신 전력을 상기 제1셀에서 할당 가능한 총 서브 채널들의 개수로 동일하게 나누어 각 서브 채널에 동일하게 할당한다. 여기서, 상기 총 송신 전력이 PT이고, 상기 총 서브 채널들의 개수를 N이라고 가정하면 각 서브 채널당 할당되는 송신 전력은 다음과 같다.
Figure 112004049622696-PAT00002
상기 수학식 1에서 P0(n,t)는 임의의 시점 t에서 서빙 셀이 제n 서브 채널에 할당하는 송신 전력을 나타내며, 상기 서빙 셀의 셀 인덱스(cell index)를 0으로 하고, 상기 서빙 셀을 제외한 나머지 셀들의 셀 인덱스들은 i로 나타내기로 한다.
두 번째로, 간섭 프레임의 송신 전력 할당에 대해서 살펴보면 다음과 같다.
제1프레임 내지 제3프레임에서는 인접 셀들에서 이전 슈퍼 프레임 주기에 할당한 서브 채널들과 동일한 서브 채널을 할당할 경우 상기 서브 채널 할당에 있어 충돌이 발생하게 된다. 상기 서브 채널 할당시 발생할 수 있는 충돌을 방지하기 위 해서 사용되고 있는 종래의 동적 채널 할당(DCA: Dynamic Channel Allocation, 이하 'DCA'라 칭하기로 한다) 방식은 인접 셀들에서 할당되어 있는 서브 채널들과 동일한 주파수 대역의 서브 채널을 할당하지 않기 때문에 서브 채널 할당시 발생할 수 있는 충돌을 방지할 수는 있지만 서브 채널 자원 효율성 면에서 저하를 초래하게 된다.
따라서, 본 발명에서는 인접 셀들에서 할당한 서브 채널들과 동일한 주파수 대역의 서브 채널들이라도 서빙 셀에서 할당하며, 다만 상기 서빙 셀에서 상기 인접 셀들에서 할당한 서브 채널들에 상기 서빙 셀에서 할당한 서브 채널들이 간섭으로 작용하지 않도록 하기 위해 비교적 낮은 송신 전력을 할당하여 송신 전력을 제어한다. 따라서, 상기 서빙 셀은 상기 낮은 송신 전력으로도 정상적인 통신이 가능한 coverage내에 존재하는 사용자 단말기들에만 서브 채널을 할당한다. 여기서, 상기 서빙 셀에서 임의의 시점 t에서 할당하는 제n서브 채널 (n,t)0이 임의의 제i셀에서 임의의 시점 t에서 할당하는 제n서브 채널 (n,t)i로 인해 발생할 수 있는 서비스 품질(QoS: Quality of Service, 이하 'QoS' 칭하기로 한다) 저하를 고려하기 위해
Figure 112004049622696-PAT00003
라는 가상 송신 전력을 정의하기로 한다.
상기 서브 채널 (n,t)i은 임의의 제ki 사용자 단말기에게 할당되었다고 가정하면, 상기 제ki 사용자 단말기가 상기 서브 채널 (n,t)0로 인해 받는 간섭은
Figure 112004049622696-PAT00004
만큼 증가하게 되고,
Figure 112004049622696-PAT00005
는
Figure 112004049622696-PAT00006
로 감소하게 된다. 상 기 서브 채널 (n,t)i에
Figure 112004049622696-PAT00007
라는 변조 및 코딩 방식(MCS: Modulation and Coding Scheme, 이하 'MCS'라 칭하기로 한다) 레벨(level)이 할당되어 있다고 가정하면,
Figure 112004049622696-PAT00008
와 같은 관계가 성립하면 상기 서브 채널 (n,t)i에는 에러가 발생할 확률이 크게 증가하게 된다. 여기서,
Figure 112004049622696-PAT00009
는
Figure 112004049622696-PAT00010
에 상응하는 타겟(target) 패킷 에러 레이트(PER: Packet Error Rate, 이하 'PER'이라 칭하기로 한다)를 만족하는 SINR 값이다. 상기에서 설명한 바와 같이 상기 서브 채널 (n,t)i에 에러가 발생할 확률이 증가하는 것을 방지하기 위해서는
Figure 112004049622696-PAT00011
의 조건을 만족해야만 하며,
Figure 112004049622696-PAT00012
일 경우 상기 조건은 하기 수학식 2와 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112004049622696-PAT00013
상기 수학식 2에서 Pi(n,t)는 서브 채널 (n,t)에 할당된 송신 전력을 나타내며,
Figure 112004049622696-PAT00014
는 제i셀에서 제ki 사용자 단말기까지의 링크 이득을 나타내고,
Figure 112004049622696-PAT00015
는 서브 채널 (n,t)의 간섭 전력을 나타낸다. 따라서, 상기 가상 송신 전력
Figure 112004049622696-PAT00016
는 하기 수학식 3과 같은 관계를 가진다.
Figure 112004049622696-PAT00017
상기 제i셀뿐만 아니라 상기 서브 채널 (n,t)를 할당할 수 있는 모든 셀들에 대해서 상기와 같은 과정을 반복하고 그 결과 최소 가상 송신 전력
Figure 112004049622696-PAT00018
를 상기 서브 채널 (n,t)를 할당할 수 있는 최대 송신 전력으로 할당하며, 이는 하기 수학식 4와 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112004049622696-PAT00019
한편, 상기 서브 채널 (n,t)를 할당하는 인접 셀이 전혀 없을 경우나 수학식 4에서 계산된 서브 채널 송신전력이
Figure 112004049622696-PAT00020
일 때에는 상기 비간섭 프레임에서 설명한 바와 같이 상기 서브 채널 (n,t)에
Figure 112004049622696-PAT00021
를 할당하면 된다.
상기에서는 비간섭 프레임 및 간섭 프레임에서의 송신 전력 할당에 대해서 설명하였으며, 다음으로 비간섭 프레임 및 간섭 프레임에서의 간섭 계산에 대해서 설명하기로 한다.
첫 번째로, 비간섭 프레임의 간섭 계산에 대해서 살펴보면 다음과 같다.
상기 도 2에 도시되어 있는 바와 같이 상기 셀룰라 통신 시스템에서 1개의 tier만을 고려할 경우 상기 제1셀이 제4프레임에서 할당하는 서브 채널은 간섭의 영향을 받지 않는다. 그러나, 2개 이상의 tier의 셀들을 고려할 경우 상기 제1셀과 동일하게 서브 채널을 할당하는 셀들이 존재하게 되고, 상기 제1셀과 동일하게 서브 채널을 할당하는 셀들에서 할당하는 서브 채널들은 상기 제1셀에서 할당하는 서브 채널에 간섭을 주게 되며, 이 경우에는 상기 간섭량을 예측하는 것도 불가능하게 된다. 이 경우, 인접 셀들에서의 서브 채널 할당은 랜덤 서브 채널 할당이라고 가정하고 평균 간섭량을 반영하게 되는데, 상기 평균 간섭량은 각 사용자 단말기가 상기 제4프레임에서 평균 간섭량을 측정하여 상기 제1셀로 피드백시키면 되는 것이다. 여기서, 상기 사용자 단말기가 측정한 평균 간섭량을
Figure 112004049622696-PAT00022
라고 하면 각 서브 채널의 간섭량은 하기 수학식 5와 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112004049622696-PAT00023
두 번째로, 간섭 프레임의 간섭 계산에 대해서 살펴보면 다음과 같다.
상기 간섭 프레임에서는 상기 제1셀의 인접 셀들인 제2셀 내지 제4셀로부터 받는 간섭 뿐만 아니라 상기 제1셀과 동일한 서브 채널을 할당하는, 즉 2개 이상의 tier의 셀들을 고려할 경우 상기 제1셀과 동일하게 서브 채널을 할당하는 셀들로부 터의 간섭을 받게 된다. 상기 제2셀 내지 제4셀로부터 받는 간섭량은 상기 제2셀 내지 제4셀에서 할당한 서브 채널들로부터의 간섭량의 총합인
Figure 112004049622696-PAT00024
와 동일하게 된다. 여기서,
Figure 112004049622696-PAT00025
이고 제 1셀과 동일하게 서브 채널을 할당하지 않는 인접 셀을 의미하고,
Figure 112004049622696-PAT00026
는 제i 셀에서 상기 서빙 셀의 사용자 단말기 k0까지의 링크 이득을 나타내고, Pi(n,t)는 상기 제i셀에서 상기 서브 채널 (n,t)에 할당된 송신 전력을 나타내는데, 이는 인접 셀들로부터 유선망을 통해 획득된 서브 채널 전력 할당 정보를 사용하여 획득할 수 있다. 상기 제1셀과 동일하게 서브 채널을 할당하는 셀들로부터의 간섭량은 상기 제4프레임에서 측정한 값을 사용하도록 한다. 따라서, 총 서브 채널 간섭량은 상기 제2셀 내지 제4셀로부터의 간섭량과 상기 제4프레임에서의 측정한, 상기 제1셀과 동일하게 서브 채널을 할당하는 셀들로부터의 간섭량의 합으로 계산되며 이는 하기 수학식 6과 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112004049622696-PAT00027
상기에서는 비간섭 프레임 및 간섭 프레임에서의 간섭 계산에 대해서 설명하였으며, 다음으로 서브 채널 SINR 추정에 대해서 설명하기로 한다.
첫 번째로, 상기 OFDMA 통신 시스템의 로드가 최대 로드(full load)가 아닐 경우의, 즉 일반적인 경우의 서브 채널 SINR 추정에 대해서 살펴보면 다음과 같다.
먼저, 각 인접 셀의 서브 채널 할당 여부에 따라서 서브 채널 간섭량은 상이해지기 때문에 인접 셀의 서브 채널 할당 정보를 사용하여 추정한 서브 채널 간섭량을 이용한다. 즉, 상기 서브 채널 (n,t)의 수신 전력은 최대 전력값 P0(n,t)와, 서빙 셀에서 MSS k0까지의 링크 이득
Figure 112004049622696-PAT00028
와, 서브 채널 (n,t)를 구성하는 서브 캐리어들의 평균 채널 이득
Figure 112004049622696-PAT00029
를 사용하여 계산할 수 있다. 여기서, 채널 이득(channel gain)이
Figure 112004049622696-PAT00030
이고, 상기 서브 채널 (n,t)를 구성하는 서브 캐리어들의 개수를 Ns라고 가정할 때
Figure 112004049622696-PAT00031
이다. 따라서, 상기 서브 채널 (n,t)의 SINR은 하기 수학식 7과 같이 추정할 수 있다.
Figure 112004049622696-PAT00032
두 번째로, 상기 OFDMA 통신 시스템의 로드가 최대 로드일 경우의 서브 채널 SINR 추정에 대해서 살펴보면 다음과 같다.
상기 셀룰라 통신 시스템의 로드가 최대 로드일 경우 서브 채널의 간섭량을 추정할 때 모든 서브 채널들에 동일한 간섭의 영향을 받는다고 가정할 수 없으므로 각 MSS의 평균 간섭량
Figure 112004049622696-PAT00033
만을 추정해서 서빙 기지국에 피드백하고, 그 값을 사용하여 상기 수학식 7을 재정리하면 하기 수학식 8과 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112004049622696-PAT00034
상기에서는 서브 채널 SINR 추정에 대해서 설명하였으며, 다음으로 서브 채널 및 비트 할당 방식에 대해서 설명하기로 한다.
먼저, OFDMA 통신 시스템에 상기 AMC 방식을 적용할 경우 셀 경계 영역에 존재하는 사용자 단말기들은 서브 채널 신호의 SINR이 매우 낮아서 실제 서브 채널을 할당한다고 할지라도 비트 송신이 불가능한 경우가 발생하게 된다. 이렇게, 실제 서브 채널은 할당받았으나 비트 전송이 불가능하게 되면 결과적으로 서브 채널 자원을 낭비하게 되는 것이므로 평균 SINR이 미리 설정한 최소 SINR 이상을 가지는 사용자 단말기들에 대해서만 AMC 방식을 적용하여 서브 채널을 할당하는 것이 효율적이다. 따라서, 본 발명에서는 평균 SINR이 상기 최소 SINR 이상의 값을 가지는 사용자 단말기들에 대해서만 AMC 방식을 적용하여 서브 채널을 할당하게 되면 상기 도 2에서 설명한 바와 같이 각 프레임별로 서로 다른 coverage를 갖는 사용자 단말기들에 대해서 서브 채널을 할당하는 것이 가능하게 된다.
상기 서브 채널을 할당할 경우, 먼저 각 프레임에서 사용자 단말기들의 평균 SINR과 최소 임계 SINR을 비교하여 하기 수학식 9와 같이 AMC MSS 셋(set)을 설정 한다. 여기서, 최소 임계 SINR은 타겟 아웃티지 확률(target outage probability)을 만족하도록 정할 수도 있다.
Figure 112004049622696-PAT00035
상기 수학식 9에서,
Figure 112004049622696-PAT00036
이다. 상기 서브 채널 할당 및 스케쥴링 방식은 상기에서 설명한 바와 같이 형평성을 고려하여 결정된다. 상기 각 프레임별로 각 사용자 단말기들의 평균 SINR이 상이하기 때문에 각 프레임별 AMC 사용자 셋의 수 역시 상이하게 되고, 형평성을 고려하면서도 최소 전송량이 최대인 최적 스케쥴링을 적용받는 사용자 단말기들의 수 역시 상이하게 된다.
한편, 서빙 셀에서 할당한 서브 채널의 송신 전력이 인접 셀의 사용자 단말기에 영향을 주는 간섭을 추정하기 위해서는 상기 서빙 셀에서 인접 셀의 사용자 단말기까지의 링크 이득
Figure 112004049622696-PAT00037
가 필요하고, 상기 인접 셀에서 할당한 서브 채널에 의해 상기 서빙 셀의 사용자 단말기가 받는 간섭량을 추정하기 위해서 인젭 셀에서 서빙 셀의 사용자 단말기까지의 링크 이득
Figure 112004049622696-PAT00038
가 필요하다. 셀 경계 영역에 존재하는 MSS들은 핸드오버(handover)를 수행할 때 셀 선택(cell selection)을 위해 레인징 채널(ranging channel)을 통해 인접 셀까지의 링크 이득을 추정한다. 이와 같은 방식으로 모든 사용자 단말기들이 항상 인접 셀까지 주기적으로 레인징 동작을 수행하여 서빙 셀이 인접 셀의 사용자 단말기들까지의 링크 이득을 식별할 수 있도록 하게 할 뿐만 아니라, 이 정보를 일종의 데이터 베이스(database) 형태로 생성하여 인접 셀로 송신하면 상기 서빙 셀에 존재하는 MSS에서 인접 셀까지의 링크 이득을 파악할 수 있게 된다. 여기서, 상기 링크 이득은 비교적 변화 속도가 작기 때문에, 비교적 긴 주기를 가지고 상기 사용자 단말기들이 레인징을 수행하면 상기 OFDMA 통신 시스템의 복잡도가 거의 증가하지 않는다.
한편, 본 발명에서는 QoS를 보장하는 AMS 방식을 제안하는데, 본 발명에서 제안하는 AMS 방식은 다운링크(downlink)에 대해 최대 최소 형평성(max-min fairness)을 만족시키면서도, 다중 사용자 다이버시티(multiuser diversity) 이득을 통해 전송량을 향상시킨다. 상기 OFDMA 통신 시스템에서는 부호 분할 다중 접속(CDMA: Code Division Multiple Access, 이하 'CDMA'라 칭하기로 한다) 통신 시스템과는 달리 심볼(symbol)의 길이가 길고 다중 캐리어(multicarrier)를 사용하기 때문에 각 서브 채널별로 채널 이득이 상이하고, 상기 서브 채널별로 채널 이득이 가장 높은 사용자 단말기에게 해당 서브 채널을 할당함으로써 다중 사용자 다이버시티 이득을 얻게 된다. 그러면 여기서 도 3을 참조하여 본 발명에서 제안하는 AMS 방식에 대해서 설명하기로 한다.
상기 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 AMS 방식을 개략적으로 도시한 도면이다.
상기 도 3을 참조하면, 먼저 OFDMA 통신 시스템의 다수의 사용자 단말기들중 미리 설정되어 있는 스케쥴링 조건에 상응하는 사용자 단말기들을 선택하고, 상기 선택한 사용자 단말기들에 대해서 서브 채널을 할당한다. 여기서, 전송량은 미리 설정한 단위 시간동안 각 사용자 단말기가 서비스받는 데이터 양을 나타낸다.
다음으로 도 4를 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 AMS 방식을 수행하는 송신기 구조에 대해서 설명하기로 한다.
상기 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 AMS 방식을 수행하는 송신기 구조를 개략적으로 도시한 도면이다.
상기 도 4를 참조하면, 상기 송신기는 다중 사용자 스케쥴러(611)와, 서브 채널 할당기(613)로 구성된다. 상기 다중 사용자 스케쥴러(611)는 OFDMA 통신 시스템의 다수의 사용자 단말기들중 미리 설정되어 있는 스케쥴링 조건에 상응하는 사용자 단말기들을 선택하고, 상기 선택한 사용자 단말기들에 대한 서브 채널의 채널 정보 또는 SINR 정보를 상기 서브 채널 할당기(613)로 전달한다. 상기 서브 채널 할당기(613)는 상기 선택한 사용자 단말기들에 대한 정보에 상응하게 서브 채널을 할당한다.
한편, 기존의 유선 통신 시스템에서는 각 사용자 단말기가 거의 동일한 특성을 가지는 유선 채널을 사용하기 때문에 WFQ(Weighted fair queuing, 이하 'WFQ'라 칭하기로 한다) 스케쥴러와 같이 패킷의 특성, 즉 패킷의 길이나 버스트한 특성(burstness) 등을 고려해서 공정 스케쥴링(fair scheduling)을 수행하였었다. 그러나, 무선 통신 시스템은 각 사용자 단말기가 위치하는 영역에 따라서 거리 감쇄(distance attenuation)와, 쉐도우잉(shadowing)과, 레일레이 페이딩(Rayleigh fading) 등과 같은 요인으로 인해 채널 상태가 가변적이다. 또한, 전송량을 향상시키기 AMC 방식등과 같은 링크 적응 방식을 사용하여 채널 상태에 따라 변조 방식 및 코딩 레이트를 가변적으로 결정함으로써 실제 동일한 자원을 할당한다고 하더라도 전송량이 상이하게 된다.
그러면 여기서 모든 사용자 단말기들이 동일한 QoS 레벨의 데이터를 송신해야만 하고, 1개의 사용자 단말기에 대해서 스케쥴링하는 경우를 고려하면, 제i 타임 슬럿에서 스케쥴링을 위해 선택되는 사용자 단말기는 하기 수학식 10과 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112004049622696-PAT00039
상기 수학식 10에서 Rk(t)는 바로 이전 시간 윈도우(past time window) Tc동안 제k사용자 단말기에게 단위 시간당 할당한 비트수, 즉 전송량을 나타낸다. 상기 수학식 10과 같은 방식으로 선택된 사용자 단말기의 전송량은 하기 수학식 11과 같이 업데이트(update)된다.
Figure 112004049622696-PAT00040
상기 수학식 11에서
Figure 112004049622696-PAT00041
는 스케쥴링하도록 선택된 제
Figure 112004049622696-PAT00042
사용자 단말 기가 제i타임 슬럿에서 할당받은 비트수를 나타낸다.
상기에서 설명한 바와 같이 전송량이 가장 작은 사용자 단말기를 선택해서 전송량을 증가시킴으로써 최소 전송량이 증가하게 되고, 상기 타임 슬럿의 타임 슬럿 인덱스 I가 증가함에 따라서 최소 전송량은 모든 사용자 단말기들의 전송량의 평균값, 즉 평균 전송량으로 수렴하게 된다. 상기 모든 사용자 단말기들의 전송량이 평균 전송량으로 수렴된다는 것은 모든 사용자 단말기들의 전송량이 동일해져서 최대 최소 공정성을 만족하게 된다는 것을 나타낸다.
이와는 반면에, 상기에서 설명한 바와 달리 사용자 단말기들이 송신해야하는 데이터들이 서로 다른 QoS 레벨이고, 1개의 사용자 단말기에 대해서 스케쥴링하는 경우를 고려하면, 제i 타임 슬럿에서 스케쥴링을 위해 선택되는 사용자 단말기는 하기 수학식 12와 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112004049622696-PAT00043
상기 수학식 12에서
Figure 112004049622696-PAT00044
는 제k사용자 단말기의 QoS 파라미터(parameter)를 나타내고, 상기 QoS 파라미터
Figure 112004049622696-PAT00045
는 각 사용자 단말기의 요구 데이터 양(requested data rate) 또는 허용지연 시간(delay constraint)의 비를 가중치로 표현한 것이다. 이러한 QoS에 따르는 가중치는 WFQ에서 사용되는 가중치와 유사한 의 미로 볼 수 있다. 이는 상기 수학식 10에서
Figure 112004049622696-PAT00046
인 경우와 동일하며, 이 경우 임의의 제k사용자 단말기와 제l사용자 단말기에 대해서 타임 슬럿 인덱스 t가 증가함에 따라서
Figure 112004049622696-PAT00047
의 관계가 성립하여 상기 QoS 파라미터의 비에 따라 데이터 레이트의 비가 결정되게 된다. 상기 QoS 파라미터의 비에 따라 데이터 레이트의 비가 결정된다는 것은 WFQ와 같이 상기 가중 최대 최소 공정성을 만족시킨 다는 것을 나타낸다.
한편, 상기 1개의 사용자 단말기에 대한 스케쥴링 방식을 다수의 사용자 단말기들로 확장할 수 있으며, 상기 다수의 사용자 단말기들에 대한 스케쥴링 방식을 설명하면 다음과 같다.
먼저, 전체 K개의 사용자 단말기들중에서 m개의 사용자 단말기들을 선택하고, 제t 타임 슬럿에서 선택되는 사용자 단말기들의 집합을 U(t)라고 가정하면, 상기 수학식 10과 수학식 12는 하기 수학식 13과 수학식 14와 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112004049622696-PAT00048
, 단 동일한 QoS를 가지는 사용자 단말기들일 경우
Figure 112004049622696-PAT00049
, 단 서로 다른 QoS를 가지는 사용자 단말기들일 경우
상기 수학식 13에서
Figure 112004049622696-PAT00050
는 제t타임 슬럿에서 j번째 최소 전송량을 나타내고,
Figure 112004049622696-PAT00051
는 상기 j번째 최소 전송량을 가지는 사용자 단말기의 QoS 파라미터를 나타낸다. 그리고, 상기 선택된 m개의 사용자 단말기들에 대한 전송량이 업데이트되는데 이는 하기 수학식 15에 나타낸 바와 같다.
Figure 112004049622696-PAT00052
그러나, 상기에서 설명한 바와 같이 다수의 사용자 단말기들을 스케쥴링하여 서브 채널을 할당하기 위해서는 다수의 조건들을 고려해야만 한다. 그러면, 여기서 상기 사용자 단말기들을 스케쥴링하여 서브 채널을 할당하기 위해 고려해야하는 조건들에 대해서 살펴보기로 한다.
상기에서 설명한 바와 같이 스케쥴링 선택된 다수의 사용자 단말기들에 대해서는 미리 설정된 총 송신 전력에 대해서 전체 전송량을 최대화시키도록 서브 채널을 할당해야만 하는데, 이 경우 다음과 같은 조건들이 고려되는 것이다.
(조건 1) 스케쥴링 선택된 사용자 단말기는 반드시 서브 채널을 할당받아야만 한다.
(조건 2) 실시간으로 서브 채널 할당이 가능하도록 복잡도가 낮아야만 한다.
(조건 3) 모든 사용자 단말기들이 최대의 다중 사용자 다이버시티 이득을 획득해야만 한다.
현재 사용되고 있는 채널 선택 방식인 최적 채널 선택(best channel selection) 방식에서는 각 사용자 단말기가 존재하는 위치에 따라 경로 손실(pathloss)과 간섭 전력이 상이하게 되는 채널 환경에서 기지국에서 이격되어 있어 평균 SINR이 작은 사용자 단말기에게는 서브 채널이 할당되지 않는다. 이렇게 평균 SINR이 작은 사용자 단말기에게 서브 채널이 할당되지 않으므로 상기 스케쥴링 선택된 사용자 단말기는 반드시 서브 채널을 할당받아야만 한다는 (조건 1)을 만족시킬 수가 없다.
따라서, 상기 (조건 1)을 만족시키기 위해서 상기 최적 채널 선택 방식을 변형하여 각 서브 채널의 SINR을 평균 SINR로 평균화(normalize)시킨 값이 최대인 서브 채널을 선택하는 상대적 최적 채널 선택(relative best channel selection) 방식을 사용하는 것이 바람직하다. 여기서, 상기 상대적 최적 채널 선택 방식은 상기 사용자 단말기 스케쥴링시 사용되는 상대적 최적 스케쥴링(relative best scheduling) 방식을 서브 채널 할당 방식에 적용한 방식이다. 이 방식은 비례적 공정성(proportional fairness)을 만족시키면서 총 전송량을 최대화하는 방식이다.
이를 상세하게 설명하면, 상기 상대적 최적 채널 선택 방식은 할당할 서브 채널들의 개수가 비교적 많을 경우 확률적으로 각 사용자 단말기에게 할당되는 서브 채널 할당 비율이 거의 동일하고, 모든 사용자 단말기들이 거의 동일한 다중 사용자 다이버시티 이득을 획득할 수 있도록 한다. 또한, 상기 상대적 최적 채널 선 택 방식은 선택 방식이므로 복잡도가 매우 낮은 방식이므로, 결과적으로 상기 상대적 최적 채널 선택 방식은 상기 조건들을 동시에 만족시킨다.
상기에서 설명한 바와 같이 상기 상대적 최적 채널 선택 방식은 각 서브 채널의 SINR을 평균 SINR로 평균화시킨 값이 최대인 서브 채널을 할당할 수 있도록 사용자 단말기를 선택하는데 이는 하기 수학식 16에 나타낸 바와 같다.
Figure 112004049622696-PAT00053
상기 수학식 16에서
Figure 112004049622696-PAT00054
는 제t타임 슬럿의 제n서브 채널에서 제k사용자 단말기의 SINR을 나타내고,
Figure 112004049622696-PAT00055
는 t번째 슬롯의 제n서브 채널이 제k 사용자 단말기에게 할당되었는지를 나타내는 지시자(indicator) 이다.
Figure 112004049622696-PAT00056
=1이면 제k 사용자단말기에게 할당,
Figure 112004049622696-PAT00057
=0이면 할당되지 않음을 나타내고, 하나의 서브 채널은 1개의 사용자 단말기에게만 할당될 수 있다. 즉,
Figure 112004049622696-PAT00058
이다.
Figure 112004049622696-PAT00059
는 제 k사용자 단말기의 의 평균 SINR이고, U(t)는 제t타임 슬럿에서 스케쥴링된 사용자 단말기들의 집합을 나타낸다. 다운링크에서 각 사용자 단말기의 서브 채널의 SINR은 송신 전력과 각 서브 채널의 채널 이득 및 평균 간섭량을 사용하여 추정할 수 있다. 각 서브 채널이 각 사용자 단말기에게 할당된 후, 각 서브 채널 별로 할당된 사용자 단말기의 서브 채널 SINR에 따라 할당 가능한 최대의 비트들을 하면 되는데 이는 하기 수학식 17에 나타낸 바와 같다.
Figure 112004049622696-PAT00060
상기 수학식 16에서
Figure 112004049622696-PAT00061
는 MCS 레벨을 나타내고,
Figure 112004049622696-PAT00062
는 상기 MCS 레벨
Figure 112004049622696-PAT00063
의 타겟 PER을 만족시키기 위한 SINR 임계값을 나타낸다. 여기서, 상기 제t타임 슬럿에서 선택된 제k사용자 단말기가 할당받는 비트수는 하기 수학식 18과 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112004049622696-PAT00064
상기 수학식 18에서
Figure 112004049622696-PAT00065
는 상기 MCS 레벨
Figure 112004049622696-PAT00066
를 적용할 경우의 비트/서브 캐리어/심벌(bits/subcarrier/symbol)을 나타낸다. 여기서, 아이디얼(ideal)하게 연속적 AMC 방식을 가정할 경우 요구 BER에 대한 상기 비트/서브 캐리어/심벌
Figure 112004049622696-PAT00067
는 하기 수학식 19와 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112004049622696-PAT00068
상기 수학식 19에서
Figure 112004049622696-PAT00069
로 정의하면 상기 bk는 하기 수학식 20와 같이 근사화시킬 수 있다.
Figure 112004049622696-PAT00070
상기 수학식 20에서 G(m)은 다중 사용자 다이버시티 이득으로서, 서브 채널을 할당하기 이전의 사용자 단말기의 모든 서브 채널 SINR의 평균값과 할당된 서브 채널 SINR의 평균값의 비로써, 결과적으로 서브 채널 할당에 의한 SINR 이득을 나타낸다. 상기 상대적 최적 선택 방식을 사용할 경우 asymptotic하게 모든 사용자 단말기들이 동일한 비율의 서브 채널을 할당받고, 동일한 다중 사용자 다이버시티 이득을 획득한다고 할 수 있다. 각 사용자 단말기의 채널이 i.i.d. 레일레히 페이딩 채널(Rayleigh fading channel)이고, 서브 채널들의 개수가 무한개일 때 이론적으로 상기 다중 사용자 다이버시티 이득 G(m)은 하기 수학식 21과 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112004049622696-PAT00071
그러나, 실제로 통신 시스템에서는 서브 채널들의 개수가 유한하고, 사용자 단말기들 각각의 채널은 i.i.d. 레일레히 페이딩 채널이 아니기 때문에 상기 다중 사용자 다이버시티 이득 G(m)은 상기 수학식 21보다는 작게 나타날 수 있다. 그리고, 서브 채널을 할당받을 사용자 단말기들의 개수가 증가하면 상기 다중 사용자 다이버시티 이득 G(m)은 상기 서브 채널을 할당받을 사용자 단말기들의 개수에 비례하여 증가하고, 각 사용자 단말기가 타임 슬럿마다 할당받는 서브 채널 할당 비율은 감소하게 된다. 상기 도 5에서는 서브 채널의 개수가 1024개이고(상기 도 5에서는 서브 채널을 구성하는 서브 캐리어의 개수가 1개 라고 가정하기로 한다), 전체 사용자 단말기들의 개수가 32개이고 ITU-R pedestrian B 채널 모델을 사용했을 때, 스케줄링 되는 사용자 단말기들의 개수에 대한 다중 다이버시티 이득 G(m)을 나타내었다.
한편, 상기 다중 사용자 스케쥴링을 수행할 때 공정성 및 QoS를 만족시키기 위한 슬럿 당 선택되는 사용자 단말기들의 수를 최적으로 정하는 방식은 다음과 같다.
먼저,
Figure 112004049622696-PAT00072
,
Figure 112004049622696-PAT00073
라고 하면, 상기 t가 증가함에 따라서
Figure 112004049622696-PAT00074
로 수렴함을 설명하였다. 여기서, Rmin과 Ravg를 그 수렴값으로 설정하기로 한다. 여기서, 모든 사용자 단말기들에게 동일한 전송량이 제공되고, 각 사용자 단말기의 채널 상태가 상이하게 때문에 채널 용량 bk 역시 상이하게 되고, 따라서 상기 채널 용량 bk에 반비례하도록 자원을 할당해야만 한다. 각 사용자 단말기의 자원 할당 비율은
Figure 112004049622696-PAT00075
가 되고, 각 사용자 단말기가 한 타임 슬럿에서 스케쥴링 확률도 상기 사용자 단말기의 자원 할당 비율과 동일하게 된다.
다수의 사용자 단말기들을 동시에 스케쥴링 할 때, 스케쥴링 되는 사용자 단말기들에게 거의 동일하게 서브 채널을 할당하게 되므로 자원 할당 비율은 스케줄링 될 확률과 할당되는 서브 채널 비율의 곱과 동일하게 된다. 상기 스케쥴링하는 사용자 단말기들의 개수 m이 증가함에 따라 각 사용자 단말기가 스케쥴링될 확률이 증가하고, 전송량이 최소인 사용자 단말기의 순서로 스케쥴링이 수행되기 때문에 채널 용량 bk 가 작은 사용자 단말기가 스케쥴링될 확률이 1인 경우가 발생하게 된다. 즉,
Figure 112004049622696-PAT00076
라고 정의했을 때
Figure 112004049622696-PAT00077
이 되도록 스케쥴링되는 사용자 단말기들이
Figure 112004049622696-PAT00078
개 존재하게 된다. 여기서,
Figure 112004049622696-PAT00079
일 경우에는 스케쥴링되는 사용자 단말기들의 개수가 증가함에 따라 각 사용자 단말기가 스케쥴링 될 확률이 비례하여 증가하지만, 서브 채널 할당 비율이 반비례하여 감소하기 때문에 자원 할당 비율은
Figure 112004049622696-PAT00080
로 일정하게 유지된다. 여기서, 다중 사용자 다이버시티 이득이 서브 채널을 할당받는 사용자 단말기들의 개수 m이 증가됨에 따 라 증가하기 때문에 Rmin 역시 증가하게 된다. 이와는 달리,
Figure 112004049622696-PAT00081
일 경우에는 스케쥴링 될 확률이
Figure 112004049622696-PAT00082
이므로
Figure 112004049622696-PAT00083
이 되고, 스케쥴링 확률은 더 이상 증가하지 못하고 상기
Figure 112004049622696-PAT00084
일 경우와 동일하고, 서브 채널 할당 비율만 감소하기 때문에 Rmin은 감소하게 된다. 또한, 자원 할당 비율은
Figure 112004049622696-PAT00085
를 유지하지 못하기 때문에 공정성을 만족시킬 수가 없게 된다.
따라서,
Figure 112004049622696-PAT00086
일 경우 Rmin이 최대값을 가지게 되며,
Figure 112004049622696-PAT00087
일 경우 공정성을 만족시킬수가 있게 되는 것이다. 여기서, 상기
Figure 112004049622696-PAT00088
을 구하기 위해서는 스케쥴링 될 확률
Figure 112004049622696-PAT00089
인 시점을 찾아야만 하는데, 스케쥴링 될 확률은
Figure 112004049622696-PAT00090
에 비례하므로 스케쥴링 될 확률은 하기 수학식 22와 같다.
Figure 112004049622696-PAT00091
상기 수학식 22를 정리해서
Figure 112004049622696-PAT00092
을 구하면 하기 수학식 23과 같다.
Figure 112004049622696-PAT00093
그런데, 채널 용량 bk 는 상기 수학식 20에서 설명한 바와 같이 m이 증가함에 따라서 다중 사용자 다이버시티 이득 G(m)에 의해 증가되는 값이므로 수학식 23의
Figure 112004049622696-PAT00094
을 직접적으로 계산하는 것은 난이하다. 따라서, 상기
Figure 112004049622696-PAT00095
은 하기와 같이 반복적으로 정해지게 된다.
즉, 각 사용자 단말기의 다중 사용자 다이버시티 이득 G(m)을 1이라고 가정하면 하기 수학식 22와 같이 초기 사용자 단말기 개수 minit을 구할 수 있다.
Figure 112004049622696-PAT00096
그리고, 상기 수학식 24에서 구한 초기 사용자 단말기 개수 minit을 상기 다중 사용자 다이버시티 이득 G(m)에 대입할 경우 하기 수학식 23과 같은 최적 사용자 단말기 개수
Figure 112004049622696-PAT00097
를 구할 수 있다.
Figure 112004049622696-PAT00098
상기 수학식 25에서 다중 사용자 다이버시티 이득 G(m)은 도 5에 도시한 바 와 같이 로그 스케일(log scale)로 증가하는 함수이기 때문에 상기 최적 사용자 단말기 개수
Figure 112004049622696-PAT00099
를 구하기 위한 반복 동작은 1회만으로도 충분하다. 또한, 상기 수학식 25에서 최적 사용자 단말기 개수
Figure 112004049622696-PAT00100
은 전체 사용자 단말기들의 개수의 각 사용자 단말기의 SINR의 분포, 즉 SINR의 평균값과 표준 편차에 영향을 받는다는 것을 알 수 있다.
한편, 각 사용자 단말기가 서로 다른 QoS를 가지는 데이터를 서비스받을 때,
Figure 112004049622696-PAT00101
로 두면 동일한 QoS를 가지는 서비스를 받을 때와 동일해 지므로 최적 사용자 단말기 개수
Figure 112004049622696-PAT00102
는 상기 수학식 24,25를 이용해서 얻을 수 있다.
그러면 여기서 도 13을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 스케쥴링과, 서브 채널 할당 및 서브 채널 송신 전력 할당 과정에 대해서 설명하기로 한다.
상기 도 13은 본 발명의 실시예에 따른 스케쥴링과, 서브 채널 할당 및 서브 채널 송신 전력 할당 과정을 도시한 순서도이다.
상기 도 13을 설명하기에 앞서, 상기 도 13에서는 도면의 편의 표기상 사용자 단말기를 'MSS'로 표기하였음에 유의하여야만 한다. 상기 도 13을 참조하면, 먼저 1311단계에서 기지국은 인접 셀들로부터 인접 셀들의 자원 할당 정보를 획득한 후 1313단계로 진행한다. 여기서, 상기 인접 셀들의 자원 할당 정보는 상기에서 설명한 바와 같이 기지국들간의 유선 통신을 통해 획득될 수 있다. 상기 1315단계에 서 상기 기지국은 상기 인접 셀들에 존재하는 사용자 단말기들이 요구로하는 QoS를 보장할 수 있도록 최대 서브 채널 송신 전력을 할당한 후 1315단계로 진행한다.
상기 1315단계에서 상기 기지국은 상기 기지국내의 각 사용자 단말기의 서브 채널 수신 간섭량을 추정한 후 1317단계로 진행한다. 상기 1317단계에서 상기 기지국은 상기 각 사용자 단말기의 채널 정보를 가지고 상기 각 사용자 단말기의 서브 채널의 수신 SINR을 추정한 후 1319단계로 진행한다. 상기 1319단계에서 상기 기지국은 상기 각 사용자 단말기의 프레임 평균 SINR을 추정한 후 1321단계로 진행한다.
상기 1321단계에서 상기 기지국은 각 프레임별로 자원을 할당받을 사용자 단말기의 집합 정의, 즉 프레임 평균 SINR이 임계 SINR을 초과하도록 하는 정의를 만족하는 MSS들을 선택한 후 1323단계로 진행한다. 상기 1323단계에서 상기 기지국은 각 프레임별로 최적의 스케쥴링 사용자 수, 즉 사용자 단말기 수를 결정한 후 1325단계로 진행한다. 상기 1325단계에서 상기 기지국은 상기에서 설명한 바와 같은 다중 사용자 스케쥴링 방식을 사용하여 다중 사용자 스케쥴링을 수행한 후 1327단계로 진행한다. 상기 1327단계에서 상기 기지국은 상기에서 설명한 바와 같은 방식으로 서브 채널 할당 및 해당 가입자 단말기를 결정한 후 종료한다.
다음으로 도 5를 참조하여 본 발명의 실시예에 따라 스케쥴링되는 사용자 단말기들의 개수에 따른 신호대 잡음비(SNR: Signal to Noise Ratio, 이하 'SNR'이라 칭하기로 한다) 이득에 대해서 설명하기로 한다.
상기 도 5는 본 발명의 실시예에 따라 스케쥴링되는 사용자 단말기들의 개수 에 따른 SNR 이득을 도시한 그래프이다.
상기 도 5에 도시한 바와 같이 상기 스케쥴링되는 사용자 단말기들의 개수가 증가할수록 SNR 이득이 증가하는 것을 알 수 있다.
다음으로 도 6을 참조하여 본 발명의 실시예에 따라 스케쥴링되는 사용자 단말기들의 개수에 따른 최소 전송률 특성에 대해서 설명하기로 한다.
상기 도 6은 본 발명의 실시예에 따라 스케쥴링되는 사용자 단말기들의 개수에 따른 최소 전송률 특성을 도시한 그래프이다.
상기 도 6에서는 OFDMA 통신 시스템의 서브 채널들의 개수가 1024개이고(단, 1개의 서브 채널은 1개의 서브 캐리어로 구성된다고 가정), 전체 사용자 단말기들의 개수가 4개 내지 32개일 경우이고, 각 사용자의 단말기의 채널은 ITU-R pedestrian B채널 모델을 사용한다고 가정하기로 한다.
상기 도 6에 도시한 바와 같이 상기 최소 전송률은 스케쥴링 되는 사용자 단말기들의 개수가 증가함에 따라 증가하다가 상기 사용자 단말기들의 개수가 최적 사용자 단말기 개수
Figure 112004049622696-PAT00103
보다 증가하게 되면 감소하는 것을 알 수 있다.
다음으로 도 7을 참조하여 본 발명의 실시예에 따라 스케쥴링되는 사용자 단말기들의 개수에 따른 공정성 척도 특성에 대해서 설명하기로 한다.
상기 도 7은 본 발명의 실시예에 따라 스케쥴링되는 사용자 단말기들의 개수에 따른 공정성 척도 특성을 도시한 그래프이다.
상기 도 7에서는 OFDMA 통신 시스템의 서브 채널들의 개수가 1024개이고(단, 1개의 서브 채널은 1개의 서브 캐리어로 구성된다고 가정), 전체 사용자 단말기들의 개수가 4개 내지 32개일 경우이고, 각 사용자의 단말기의 채널은 ITU-R pedestrian B채널 모델을 사용한다고 가정하기로 한다. 여기서, 상기 공정성 척도(fairness factor)는 최소 전송률(minimum throughput)/평균 전송률이며, 상기 공정성 척도가 1일 경우(fairness factor=1) 공정성이 있다고 정의하기로 한다.
상기 도 7에 도시한 바와 같이 상기 공정성 척도는 상기 스케쥴링되는 사용자 단말기들의 개수가 최적 사용자 단말기 개수
Figure 112004049622696-PAT00104
미만일 경우에는 1을 유지하다가 상기 최적 사용자 단말기 개수
Figure 112004049622696-PAT00105
을 초과하면 1이하로 감소함을 알 수 있다. 여기서, 상기 최적 사용자 단말기 개수
Figure 112004049622696-PAT00106
은 사용자 단말기의 SINR 분포(표준편차)가 클수록 작아지게 된다.
다음으로 도 8을 참조하여 본 발명의 실시예에 따라 전체 사용자 단말기들의 개수에 따른 SINR 분포(평균, 표준 편차)와 최적 사용자 단말기 개수
Figure 112004049622696-PAT00107
의 특성에 대해서 설명하기로 한다.
상기 도 8은 본 발명의 실시예에 따라 전체 사용자 단말기들의 개수에 따른 SINR 분포와 최적 사용자 단말기 개수
Figure 112004049622696-PAT00108
의 특성을 도시한 그래프이다.
상기 도 8에 도시되어 있는 바와 같이 SINR분포의 평균이 증가할수록, 또한 표준편차가 감소할수록 상기 최적 사용자 단말기 개수
Figure 112004049622696-PAT00109
이 증가하는 것을 알 수 있다.
다음으로 도 9를 참조하여 종래 기술에 따른 최적 서브 채널 할당 방식과 본 명의 실시예에 따른 AMS 방식간의 최소 전송량 특성을 비교하여 설명하기로 한다.
상기 도 9는 종래 기술에 따른 최적 서브 채널 할당 방식과 본 발명의 실시예에 다른 AMS 방식간의 최소 전송량 특성을 비교 도시한 그래프이다.
상기 도 9에는 SINR 분포의 평균이 10[dB]일 때, 종래 기술에 따른 최적 서브 채널 할당 방식과 최적 사용자 단말기 개수
Figure 112004049622696-PAT00110
를 적용한 본 발명의 실시예에 따른 AMS 방식의 최소 전송량이 도시되어 있으며, 본 발명의 실시예에 따른 최적 사용자 단말기 개수
Figure 112004049622696-PAT00111
를 적용한 AMS 방식의 최소 전송량은 종래 기술에 따른 최적 서브 채널 할당 방식과 거의 동일한 최소 전송량을 가짐을 알 수 있다. 즉, 본 발명의 실시예에 따른 최적 사용자 단말기 개수
Figure 112004049622696-PAT00112
를 적용한 AMS 방식은 최소의 복잡도를 가지면서도 종래 기술에 따른 최적 서브 채널 할당 방식과 거의 동일한 최소 전송량을 가지기 때문에 그 효율성이 높음을 알 수 있다.
다음으로 도 10을 참조하여 각 사용자 단말기가 요구하는 데이터 양의 비가 상이할 경우 상기 요구 데이터 양의 비에 따른 전송량 할당에 대해서 설명하기로 한다.
상기 도 10은 본 발명의 실시예에 따라 각 사용자 단말기가 요구하는 데이터 양의 비가 상이할 경우의 전송량 할당을 도시한 그래프이다.
상기 도 10에 도시한 바와 같이 상기 각 사용자 단말기가 요구하는 데이터 양의 비가 상이할 경우 상기 각 단말기가 요구하는 데이터 양의 비에 따라 전송률 을 할당하는 것이 가능함을 알 수 있다. 상기 도 10에서는 각 사용자 단말기들의 요구 데이터 양의 비는 (사용자 단말기 1~8): (사용자 단말기 9~16):(사용자 단말기 17~24):(사용자 단말기 25~32)=4:3:2:1이라고 가정한 것이다.
다음으로 도 11을 참조하여 다중 셀 환경에서 최소 임계 SINR과 프레임 아웃티지 확률간의 관계에 대해서 설명하기로 한다.
상기 도 11은 본 발명의 실시예에 따라 다중 셀 환경에서 최소 임계 SINR과 프레임 아웃티지 확률간의 관계를 도시한 그래프이다.
상기 도 11에 적용한 시뮬레이션 환경은 다음과 같다.
(1) 시뮬레이션 툴 : MATLAB
(2) 셀 구조 :28 다중셀(multicell), wrap-around method
(3) 사용자 단말기 분포: 32개/셀 , uniform distribution
(4) 경로손실(pathloss) 모델 :37.6*log10(R) + 16.62+shadowing (ITU, R in meter)
(5) 섀도잉(shadowing): STD =10dB, 셀 간 상관도(correlation) = 0.5
(6) 채널 모델 :ITU-Pedestrian B
(7) 셀 반경 : 1km
(8) 안테나 : 전방향성 안테나(omni-directional antenna)
(9) 100% 시스템 로드(load)
(10) 타겟 목표 아웃티지확률 (Pr(평균 SINR<최소 임계 SINR)) : 0.1(10%)
(11) IEEE 802.16e 통신 시스템의 밴드 AMC(Band AMC) 규격 적용
- FFT size :1024
- used data tones :768 (pilot tone 제외)
- 서브채널 크기 : 2bins(16subcarriers) x 3 symbols
- 모든 downlink 구간을 band AMC를 사용한다고 가정
- MCS (modulation + LDPC code)
MCS 레벨 MOD-Code bits SNRth[dB]
MCS1 MCS2 MCS3 MCS4 MCS5 MCS6 MCS7 QPSK-1/8 QPSK-1/4 QPSK-1/2 16QAM-1/2 16QAM-3/4 64QAM-2/3 64QAM-5/6 0.25 0.5 1 2 3 4 5 -1.98 0.35 3.06 8.45 11.65 15.54 19.04

상기 도 11에서는 min. Thr은 최소 임계 SINR을 의미하고 최소 임계 SINR을 0[dB]에서 12[dB]까지 변화시켜가면서 상기 프레임 아웃티지 확률을 측정하였다. 상기 도 11에 도시한 바와 같이 간섭 프레임(프레임 1,2,3)이 비간섭 프레임(프레임 4)보다 상기 프레임 아웃티지 확률이 높고, 간섭 프레임도 프레임 1> 프레임 2> 프레임 3의 순으로 프레임 아웃티지 확률이 높은 것을 알 수 있다.
다음으로 도 12를 참조하여 종래 기술에 따른 서브 채널 송신 전력 할당 방식과 본 발명의 실시예에 따른 송신 전력 할당 방식간의 성능을 비교 설명하기로 한다.
상기 도 12는 종래 기술에 따른 서브 채널 송신 전력 할당 방식과 본 발명의 실시예에 따른 서브 채널 송신 전력 할당 방식간의 성능을 비교 도시한 그래프이 다.
상기 도 12에서 상기 종래 기술에 따른 서브 채널 송신 전력 할당 방식은 상기 staggered 프레임 구조를 적용하지 않고, 모든 서브 채널에 동일한 송신 전력을 할당한 방식을 나타낸다. 한편, 본 발명의 실시예에 따른 서브 채널 송신 전력 할당 방식은 상기 AMS 방식을 사용하여 스케쥴링 및 서브 채널을 할당한 경우의 서브 채널 송신 전력 할당 방식을 나타낸다.
상기 도 12에는 셀 경계 영역을 1로 가정할 때, 상대적인 거리에 따른 평균 SINR이 도시되어 있는데 본 발명의 실시예에 따른 서브 채널 송신 전력 할당 방식을 적용할 경우 셀 경계 영역에서는 상기 프레임 1,2,3의 평균 SINR이 상기 종래 기술에 따른 서브 채널 송신 전력 할당 방식을 적용할 경우보다 약간 작지만, 프레임 4의 평균 SINR이 매우 높다는 것을 알 수 있다.
또한, 하기 표 1에 타겟 아웃티지 확률이 0.1(10%)일 때, 상기 타겟 아웃티지 확률을 만족하는 최소 임계 SINR과 셀 용량을 나타내었다.
상기 종래 기술에 따른 서브 채널 송신 전력 할당 방식은 최소 임계 SINR이 -3[dB]이기 때문에 낮은 MCS레벨을 사용하는 사용자 단말기들이 증가하게 되어 셀 용량이 낮게 나오고, 본 발명의 실시예에 따른 서브 채널 송신 전력 할당 방식은 최소 임계 SINR이 8[dB]이기 때문에 대부분의 사용자 단말기들이 비교적 높은 MCS 레벨을 사용하므로 셀 용량이 매우 높다는 것을 알 수 있다. 하기 표 2에서는 최소 임계 SINR이 0[dB]일 때 아웃티지 확률과 셀 용량을 나타내었다. 본 발명의 실시예에 따른 서브 채널 송신 전력 할당 방식이 상기 종래 기술에 따른 서브 채널 송신 전력 할당 방식보다 아웃티지 확률이 낮다는 것을 알 수 있다. 이는 상기 프레임 4에서 셀 경계 영역에서 높은 SINR을 제공하기 때문이다. 이 때 셀 용량은 상기 종래 기술에 따른 서브 채널 송신 전력 할당 방식과 본 발명의 실시예에 따른 서브 채널 송신 전력 할당 방식이 거의 비슷한 것을 알 수 있는데, 이는 상기 두 방식들 모두 임계 SINR이상의 사용자 단말기만을 선택해서 자원 할당을 했기 때문이다. 단, 본 발명의 실시예에 따른 서브 채널 송신 전력 할당 방식이 종래 기술에 따른 서브 채널 송신 전력 할당 방식에 비해서 셀 용량이 더 큰 이유는 아웃티지 확률이 적어 선택하는 사용자 단말기들의 개수가 증가하고, 이에 따라 서브 채널의 다중 사용자 다이버시티 이득이 증가하기 때문이다.
종래 기술에 따른 서브 채널 송신 전력 할당 방식 본 발명의 실시예에 따른 서브 채널 송신 전력 할당 방식
임계 SINR -3dB 8dB
셀 용량 3.429Mbps 11.455Mbps

종래 기술에 따른 서브 채널 송신 전력 할당 방식 본 발명의 실시예에 따른 서브 채널 송신 전력 할당 방식
아웃티지 확률 0.3021 0.0010
셀 용량 5.248Mbps 5.963Mbps

한편 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시예에 관해 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 안되며 후술 하는 특허청구의 범위뿐만 아니라 이 특허청구의 범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
상술한 바와 같은 본 발명은, OFDMA 통신 시스템에서 인접 셀간 간섭을 최소화하도록 서브 채널 및 송신 전력을 할당하는 것을 가능하게 한다는 이점을 가진다. 또한, 본 발명은 상기 인접 셀간 간섭을 최소화시키는 형태로 서브 채널 및 송신 전력을 할당함과 동시에 전송량을 최대화시키는 것을 가능하게 한다는 이점을 가진다. 또한, 본 발명은 상기 전송량을 최대화시킴에 있어 각 사용자 단말기의 QoS를 보장하여 전체 시스템 성능을 향상시킨다는 이점을 가진다.

Claims (30)

  1. 다수의 셀들을 구비하며, 상기 셀들 각각이 전체 주파수 대역을 다수의 서브 캐리어 대역들로 분할하고, 미리 설정된 설정 개수의 서브 캐리어 대역들의 집합인 서브 채널들을 구비하는 직교 주파수 분할 다중 접속(OFDMA: Orthogonal Frequency Division Multiple Access) 통신 시스템에서, 서빙 셀에서 자원을 할당하는 방법에 있어서,
    상기 다수의 셀들중 인접 셀들로부터의 간섭을 예측하는 과정과,
    상기 인접 셀들로부터 예측한 간섭에 상응하게 간섭이 존재하지 않는 시구간과 간섭이 존재하는 시구간을 분류하는 과정과,
    상기 간섭이 존재하지 않는 시구간에서는 할당 가능한 서브 채널들에 할당 가능한 송신 전력을 균등 분배하여 할당하는 과정과,
    상기 간섭이 존재하는 시구간에서는 상기 할당 가능한 서브 채널들에 인접 셀들에 간섭으로 작용하지 않도록 송신 전력을 조정하여 할당하는 과정을 포함함을 특징으로 하는 상기 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 간섭이 존재하지 않는 시구간은 상기 인접 셀들중 어떤 셀도 서브 채널을 할당하지 않은 시구간임을 특징으로 하는 상기 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 간섭이 존재하는 시구간은 상기 인접 셀들중 적어도 1개의 인접 셀이 서브 채널을 할당한 시구간임을 특징으로 하는 상기 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 간섭이 존재하는 시구간에서는 상기 서브 채널들을 미리 설정한 임계값 이상의 신호대 간섭 잡음비를 제공할 수 있는 사용자 단말기들에게만 할당하는 과정을 더 포함함을 특징으로 하는 상기 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 다수의 셀들중 인접 셀들로부터의 간섭을 예측하는 과정은;
    상기 간섭이 존재하지 않는 시구간에서는 사용자 단말기들이 피드백하는 간섭량들의 평균인 평균 간섭량을 인접 셀들로부터의 간섭량으로 예측하는 것임을 특징으로 하는 상기 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 다수의 셀들중 인접 셀들로부터의 간섭을 예측하는 과정은;
    상기 간섭이 존재하는 시구간에서는 상기 인접 셀들로부터 수신되는 인접 셀들의 사용자 단말기들이 피드백하는 간섭량들의 평균인 제1평균 간섭량과 상기 서빙 셀에서 상기 간섭이 존재하지 않는 시구간에서 사용자 단말기들이 피드백하는 간섭량들의 평균인 제2평균 간섭량을 가산하여 상기 인접 셀들로부터의 간섭량으로 예측하는 것임을 특징으로 하는 상기 방법.
  7. 다수의 셀들을 구비하며, 상기 셀들 각각이 전체 주파수 대역을 다수의 서브 캐리어 대역들로 분할하고, 미리 설정된 설정 개수의 서브 캐리어 대역들의 집합인 서브 채널들을 구비하는 직교 주파수 분할 다중 접속(OFDMA: Orthogonal Frequency Division Multiple Access) 통신 시스템에서, 서빙 셀에서 자원을 할당하는 장치에 있어서,
    상기 다수의 셀들중 인접 셀들로부터의 간섭을 예측하고, 상기 인접 셀들로부터 예측한 간섭에 상응하게 간섭이 존재하지 않는 시구간과 간섭이 존재하는 시구간을 분류한 후, 상기 간섭이 존재하지 않는 시구간에서는 할당 가능한 서브 채널들에 할당 가능한 송신 전력을 균등 분배하여 할당하고, 상기 간섭이 존재하는 시구간에서는 상기 할당 가능한 서브 채널들에 인접 셀들에 간섭으로 작용하지 않도록 송신 전력을 조정하여 할당하는 기지국과,
    상기 기지국에서 송신한 신호를 수신하고, 상기 수신 신호의 신호대 간섭 잡 음비를 상기 기지국으로 피드백하는 다수의 사용자 단말기들을 포함함을 특징으로 하는 상기 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 간섭이 존재하지 않는 시구간은 상기 인접 셀들중 어떤 셀도 서브 채널을 할당하지 않은 시구간임을 특징으로 하는 상기 장치.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 간섭이 존재하는 시구간은 상기 인접 셀들중 적어도 1개의 인접 셀이 서브 채널을 할당한 시구간임을 특징으로 하는 상기 장치.
  10. 제7항에 있어서,
    상기 기지국은 상기 간섭이 존재하는 시구간에서는 상기 서브 채널들을 미리 설정한 임계값 이상의 신호대 간섭 잡음비를 제공할 수 있는 사용자 단말기들에게만 할당함을 특징으로 하는 상기 장치.
  11. 제7항에 있어서,
    상기 기지국은 상기 간섭이 존재하지 않는 시구간에서는 사용자 단말기들이 피드백하는 간섭량들의 평균인 평균 간섭량을 인접 셀들로부터의 간섭량으로 예측함을 특징으로 하는 상기 장치.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 기지국은 상기 간섭이 존재하는 시구간에서는 상기 인접 셀들로부터 수신되는 인접 셀들의 사용자 단말기들이 피드백하는 간섭량들의 평균인 제1평균 간섭량과 상기 서빙 셀에서 상기 간섭이 존재하지 않는 시구간에서 사용자 단말기들이 피드백하는 간섭량들의 평균인 제2평균 간섭량을 가산하여 상기 인접 셀들로부터의 간섭량으로 예측함을 특징으로 하는 상기 장치.
  13. 다수의 셀들을 구비하며, 상기 셀들 각각이 전체 주파수 대역을 다수의 서브 캐리어 대역들로 분할하고, 미리 설정된 설정 개수의 서브 캐리어 대역들의 집합인 서브 채널들을 구비하는 직교 주파수 분할 다중 접속(OFDMA: Orthogonal Frequency Division Multiple Access) 통신 시스템에서, 서빙 셀에서 자원을 할당하는 방법에 있어서,
    임의의 시구간에서 다수의 사용자 단말기들중 최소 전송량을 가지는 사용자 단말기부터 미리 설정한 조건들을 만족하는 사용자 단말기들을 서브 채널을 할당할 사용자 단말기들로 선택하는 과정과,
    상기 선택한 사용자 단말기들에 상기 서브 채널을 할당하는 과정을 포함함을 특징으로 하는 상기 방법.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 조건은 상기 선택한 사용자 단말기들중 서브 채널을 할당받지 못하는 사용자 단말기가 존재하지 않고, 실시간 서브 채널 할당을 위해 서브 채널 할당의 복잡도가 낮고, 상기 다수의 사용자 단말기들 모두가 최대 다중 사용자 다이버시티 이득을 얻는 것임을 특징으로 하는 상기 방법.
  15. 제13항에 있어서,
    상기 다수의 셀들중 인접 셀들로부터의 간섭을 예측하는 과정과,
    상기 인접 셀들로부터 예측한 간섭에 상응하게 간섭이 존재하지 않는 시구간과 간섭이 존재하는 시구간을 분류하는 과정을 더 포함함을 특징으로 하는 상기 방법.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 임의의 시구간이 간섭이 존재하지 않는 시구간일 경우 상기 선택한 사용자 단말기들에게 할당 가능한 송신 전력을 균등 분배하여 할당하는 과정과,
    상기 임의의 시구간이 간섭이 존재하는 시구간일 경우 상기 선택한 사용자 단말기들에게 인접 셀들에 간섭으로 작용하지 않도록 송신 전력을 조정하여 할당하는 과정을 포함함을 더 특징으로 하는 상기 방법.
  17. 제15항에 있어서,
    상기 간섭이 존재하지 않는 시구간은 상기 인접 셀들중 어떤 셀도 서브 채널을 할당하지 않은 시구간임을 특징으로 하는 상기 방법.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 간섭이 존재하는 시구간은 상기 인접 셀들중 적어도 1개의 인접 셀이 서브 채널을 할당한 시구간임을 특징으로 하는 상기 방법.
  19. 제15항에 있어서,
    상기 간섭이 존재하는 시구간에서는 상기 서브 채널들을 미리 설정한 임계값 이상의 신호대 간섭 잡음비를 제공할 수 있는 사용자 단말기들에게만 할당하는 과정을 더 포함함을 특징으로 하는 상기 방법.
  20. 제15항에 있어서,
    상기 다수의 셀들중 인접 셀들로부터의 간섭을 예측하는 과정은;
    상기 간섭이 존재하지 않는 시구간에서는 사용자 단말기들이 피드백하는 간섭량들의 평균인 평균 간섭량을 인접 셀들로부터의 간섭량으로 예측하는 것임을 특징으로 하는 상기 방법.
  21. 제15항에 있어서,
    상기 다수의 셀들중 인접 셀들로부터의 간섭을 예측하는 과정은;
    상기 간섭이 존재하는 시구간에서는 상기 인접 셀들로부터 수신되는 인접 셀들의 사용자 단말기들이 피드백하는 간섭량들의 평균인 제1평균 간섭량과 상기 서빙 셀에서 상기 간섭이 존재하지 않는 시구간에서 사용자 단말기들이 피드백하는 간섭량들의 평균인 제2평균 간섭량을 가산하여 상기 인접 셀들로부터의 간섭량으로 예측하는 것임을 특징으로 하는 상기 방법.
  22. 다수의 셀들을 구비하며, 상기 셀들 각각이 전체 주파수 대역을 다수의 서브 캐리어 대역들로 분할하고, 미리 설정된 설정 개수의 서브 캐리어 대역들의 집합인 서브 채널들을 구비하는 직교 주파수 분할 다중 접속(OFDMA: Orthogonal Frequency Division Multiple Access) 통신 시스템에서, 서빙 셀에서 자원을 할당하는 장치에 있어서,
    임의의 시구간에서 다수의 사용자 단말기들중 최소 전송량을 가지는 사용자 단말기부터 미리 설정한 조건들을 만족하는 사용자 단말기들을 서브 채널을 할당할 사용자 단말기들로 선택하고, 상기 선택한 사용자 단말기들에 상기 서브 채널을 할당하는 기지국과,
    상기 기지국에서 송신한 신호를 수신하고, 상기 수신 신호의 신호대 간섭 잡음비를 상기 기지국으로 피드백하는 상기 다수의 사용자 단말기들을 포함함을 특징으로 하는 상기 장치.
  23. 제22항에 있어서,
    상기 조건은 상기 선택한 사용자 단말기들중 서브 채널을 할당받지 못하는 사용자 단말기가 존재하지 않고, 실시간 서브 채널 할당을 위해 서브 채널 할당의 복잡도가 낮고, 상기 다수의 사용자 단말기들 모두가 최대 다중 사용자 다이버시티 이득을 얻는 것임을 특징으로 하는 상기 장치.
  24. 제22항에 있어서,
    상기 기지국은 상기 다수의 셀들중 인접 셀들로부터의 간섭을 예측하고, 상기 인접 셀들로부터 예측한 간섭에 상응하게 간섭이 존재하지 않는 시구간과 간섭이 존재하는 시구간을 분류함을 특징으로 하는 상기 장치.
  25. 제24항에 있어서,
    상기 기지국은 상기 임의의 시구간이 간섭이 존재하지 않는 시구간일 경우 상기 선택한 사용자 단말기들에게 할당 가능한 송신 전력을 균등 분배하여 할당하고, 상기 임의의 시구간이 간섭이 존재하는 시구간일 경우 상기 선택한 사용자 단말기들에게 인접 셀들에 간섭으로 작용하지 않도록 송신 전력을 조정하여 할당함을 특징으로 하는 상기 장치.
  26. 제24항에 있어서,
    상기 간섭이 존재하지 않는 시구간은 상기 인접 셀들중 어떤 셀도 서브 채널을 할당하지 않은 시구간임을 특징으로 하는 상기 장치.
  27. 제26항에 있어서,
    상기 간섭이 존재하는 시구간은 상기 인접 셀들중 적어도 1개의 인접 셀이 서브 채널을 할당한 시구간임을 특징으로 하는 상기 장치.
  28. 제24항에 있어서,
    상기 기지국은 상기 간섭이 존재하는 시구간에서는 상기 서브 채널들을 미리 설정한 임계값 이상의 신호대 간섭 잡음비를 제공할 수 있는 사용자 단말기들에게만 할당함을 특징으로 하는 상기 장치.
  29. 제24항에 있어서,
    상기 기지국은 상기 간섭이 존재하지 않는 시구간에서는 사용자 단말기들이 피드백하는 간섭량들의 평균인 평균 간섭량을 인접 셀들로부터의 간섭량으로 예측함을 특징으로 하는 상기 장치.
  30. 제24항에 있어서,
    상기 기지국은 상기 간섭이 존재하는 시구간에서는 상기 인접 셀들로부터 수신되는 인접 셀들의 사용자 단말기들이 피드백하는 간섭량들의 평균인 제1평균 간 섭량과 상기 서빙 셀에서 상기 간섭이 존재하지 않는 시구간에서 사용자 단말기들이 피드백하는 간섭량들의 평균인 제2평균 간섭량을 가산하여 상기 인접 셀들로부터의 간섭량으로 예측함을 특징으로 하는 상기 장치.
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