KR20070031192A - Method and apparatus of adaptive modulation in an orthogonal frequency division multiplexing system - Google Patents

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KR20070031192A KR1020050085957A KR20050085957A KR20070031192A KR 20070031192 A KR20070031192 A KR 20070031192A KR 1020050085957 A KR1020050085957 A KR 1020050085957A KR 20050085957 A KR20050085957 A KR 20050085957A KR 20070031192 A KR20070031192 A KR 20070031192A
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Abstract

본 발명은 OFDMA 시스템에서 채널 환경에 따라 최적의 변/복조 방식을 적용하기 위한 적응 변조(Adaptive Modulation) 방법 및 장치에 대한 것으로서, 본 발명에 따른 고정 비트 사용자들과 가변 비트 사용자들이 동시에 존재하는 직교 주파수 분할 다중 접속 시스템의 적응 변조 방법은 각 사용자에 대한 부채널과 비트 수의 할당 여부를 결정하는 결정 변수를 0과 1사이 실수 조건으로 설정하는 과정과, 상기 결정 변수의 해가 정수해인지 판단하는 과정과, 상기 결정 변수의 해가 정수해가 아닌 경우 상기 고정 비트 사용자들에 대한 부채널 및 비트 할당을 수행하는 과정과, 상기 고정 비트 사용자들에게 할당된 전력과 부채널을 제외한 나머지 전력 및 부채널을 이용하여 상기 가변 비트 사용자들에 대한 부채널 및 비트 할당을 수행하는 과정을 포함함을 특징으로 한다. 따라서 본 발명에 의하면, 적응 변조 기법의 최적 해를 구하는 과정에서 기존 적응 변조 모델의 비선형 특성을 선형화하여 IP 최적해를 구하는 기존 방법의 복잡도를 줄일 수 있다.The present invention relates to an adaptive modulation method and apparatus for applying an optimal modulation / demodulation scheme in accordance with a channel environment in an OFDMA system. The present invention relates to orthogonal numbers of fixed bit users and variable bit users. In the adaptive modulation method of a frequency division multiple access system, a process of setting a decision variable for determining whether to allocate subchannels and a number of bits for each user as a real condition between 0 and 1, and determining whether the solution of the decision variable is an integer solution. And performing subchannel and bit allocation for the fixed bit users if the solution of the decision variable is not an integer solution, remaining power except the power and subchannels allocated to the fixed bit users, and And performing subchannel and bit allocation for the variable bit users using the subchannel. Shall be. Therefore, according to the present invention, the complexity of the conventional method of obtaining the IP optimal solution by linearizing the nonlinear characteristics of the existing adaptive modulation model in the process of obtaining the optimal solution of the adaptive modulation scheme can be reduced.

적응 변조, OFDM, OFDMA, Rate Adaptive, 선형, 최적해 Adaptive Modulation, OFDM, OFDMA, Rate Adaptive, Linear, Optimal

Description

직교 주파수 분할 다중 접속 시스템에서 적응 변조 방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS OF ADAPTIVE MODULATION IN AN ORTHOGONAL FREQUENCY DIVISION MULTIPLEXING SYSTEM}Adaptive Modulation Method and Apparatus in Orthogonal Frequency Division Multiple Access System TECHNICAL FIELD

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 OFDMA 시스템에서 송신기의 구성을 도시한 블록도,1 is a block diagram showing the configuration of a transmitter in an OFDMA system according to an embodiment of the present invention;

도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 OFDMA 시스템에서 수신기의 구성을 도시한 블록도,2 is a block diagram showing the configuration of a receiver in an OFDMA system according to an embodiment of the present invention;

도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 적응 변조 방법을 나타낸 순서도,3 is a flowchart illustrating an adaptive modulation method according to an embodiment of the present invention;

도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 적응 변조 방법에서 고정 비트 사용자에 대한 비트 할당 방법을 나타낸 순서도,4 is a flowchart illustrating a bit allocation method for a fixed bit user in an adaptive modulation method according to an embodiment of the present invention;

도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 적응 변조 방법에서 가변 비트 사용자에 대한 비트 할당 방법을 나타낸 순서도.5 is a flowchart illustrating a bit allocation method for a variable bit user in an adaptive modulation method according to an embodiment of the present invention.

본 발명은 직교 주파수 다중(Orthogonal Frequency Division Multiplexing : OFDM) 시스템에서의 변복조 방법 및 장치에 대한 것으로, 특히 채널 환경에 따라 최적의 변/복조 방식을 적용하기 위한 적응 변조(Adaptive Modulation) 방법 및 장치에 대한 것이다. The present invention relates to a modulation demodulation method and apparatus in an Orthogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM) system, and more particularly, to an adaptive modulation method and apparatus for applying an optimal modulation / demodulation scheme according to a channel environment. It is about.

오늘날 이동통신 시스템은 초기의 음성 위주의 서비스에서 벗어나 데이터 서비스 및 멀티미디어 서비스 제공을 위한 고속, 고품질의 이동통신 시스템으로 발전하고 있다. 또한 현재 비동기 방식(3GPP)과 동기 방식(3GPP2)으로 양분되는 3 세대 이동통신 시스템은 고속, 고품질의 무선 데이터 패킷 서비스를 위한 표준화 작업이 마무리 단계에 있으며, 이러한 표준화 작업은 3 세대 이동통신 시스템에서 2Mbps 이상의 고속, 고품질의 무선 데이터 패킷 전송 서비스에 대한 해법을 찾기 위한 노력의 대표적인 반증이라 볼 수 있다. 또한 광대역 무선 통신 서비스를 제공하기 위한 차세대 통신 시스템인 4 세대 이동통신 시스템은 2Mbps 이상의 고속, 고품질의 멀티미디어 서비스 제공을 목표로 하고 있다. Today's mobile communication systems have evolved from high-speed, high-quality mobile communication systems to provide data and multimedia services. In addition, the 3G mobile communication system, which is divided into asynchronous (3GPP) and synchronous (3GPP2), is currently in the final stage of standardization for high-speed, high-quality wireless data packet service. This is a representative proof of the effort to find a solution for a high speed, high quality wireless data packet transmission service of more than 2Mbps. In addition, the 4th generation mobile communication system, which is the next generation communication system for providing broadband wireless communication service, aims to provide high speed and high quality multimedia service of 2Mbps or more.

그러나 고속, 고품질의 패킷 데이터 서비스를 위해 사용되는 고차 변조 방식과 높은 부호율의 사용을 저해하는 요인은 대체적으로 무선 채널 환경에 기인한다. 주된 저해 요인으로는 백색잡음(white noise) 외에도 페이딩에 의한 수신 신호 전력의 변화, 단말의 고속 이동에 따른 도플러 효과, 타 사용자 및 다중 경로 신호들에 의한 간섭 등이 존재한다. 따라서 이동통신 시스템에서는 이러한 저해 요인들로 인해 변화하는 무선 채널 환경에 대응하여 적절한 변조 방식과 부호화 방식이 요구된다.However, the factors that impede the use of higher-order modulation schemes and higher code rates used for high-speed, high-quality packet data services are largely due to the wireless channel environment. In addition to white noise, the main inhibitory factors include a change in received signal power due to fading, a Doppler effect due to high speed movement of a terminal, and interference by other users and multipath signals. Therefore, in the mobile communication system, appropriate modulation schemes and coding schemes are required in response to the changing wireless channel environment due to these obstacles.

한편 고속, 고품질의 멀티미디어 서비스를 위해서는 기존 이동통신 시스템에 서 제공되던 일반적인 변조 기술 외에 채널 환경에 대한 적응 능력을 높일 수 있는 다른 진보된 기술이 요구된다. 이러한 요구에 부응하는 대표적인 기술로서 적응 변조(Adaptive Modulation) 기술이 대두되고 있다. 상기 적응 변조 기술은 기지국과 단말 사이의 채널 상태에 따라 데이터 채널의 변조방식을 적응적으로 결정하여 셀 전체의 채널 사용 효율을 향상시킨다.On the other hand, high-speed, high-quality multimedia services require other advanced technologies that can increase the adaptability to the channel environment in addition to the general modulation technology provided in the existing mobile communication systems. As a representative technology that meets these demands, adaptive modulation is emerging. The adaptive modulation technique adaptively determines the modulation scheme of the data channel according to the channel state between the base station and the terminal to improve the channel usage efficiency of the entire cell.

상기 적응 변조 기술에서 논의되는 변복조 방식으로는 QPSK, 8PSK 및 16QAM 등이 있으며, 좋은 품질의 채널을 사용하는 단말들(예컨대, 기지국 근처에 위치하는 단말들)에 대해서는 고차 변복조 방식(8PSK, 16QAM)과 높은 부호율을 적용한다. 그러나 상대적으로 좋지 못한 품질의 채널을 사용하는 단말들(예컨대, 셀 경계 지점에 위치하는 단말들)에 대해서는 저차 변조방식(QPSK)과 낮은 부호율을 적용한다.Modulation and demodulation schemes discussed in the adaptive modulation technique include QPSK, 8PSK, and 16QAM, and higher order modulation and demodulation schemes (eg, terminals located near a base station) for terminals using a good quality channel (8PSK, 16QAM). Apply a higher code rate. However, low order modulation (QPSK) and low code rates are applied to terminals using relatively poor quality channels (eg, terminals located at cell boundary points).

또한 고속, 고품질의 데이터 서비스를 위해 상기 적응 변조 기술과 아울러 자원 사용 효율이 뛰어난 OFDM 전송 방식의 사용이 적극적으로 제안되고 있다. 상기 OFDM 전송 방식은 직렬로 입력되는 심볼열을 병렬로 변환하여 이들 각각을 상호 직교성을 갖는 다수의 부반송파를 통해 변조하여 전송하는 방식으로 고속 패킷 서비스에 적합한 전송 방식이다. 그리고 OFDMA 시스템은 다수의 사용자를 위하여 모든 사용자들이 전체 시간을 함께 사용하면서 다른 부채널을 사용하는 다중 접속 방식을 의미한다.In addition, for the high-speed and high-quality data service, the use of the OFDM modulation scheme with excellent resource usage efficiency as well as the adaptive modulation technique has been actively proposed. The OFDM transmission method is a method suitable for high-speed packet service by converting a series of symbol strings input in parallel and modulating each of them through a plurality of subcarriers having mutual orthogonality. In addition, the OFDMA system refers to a multiple access scheme in which all users use different subchannels while all users use the entire time together for multiple users.

따라서 4 세대 이동통신 시스템에서는 상기 적응 변조 기술과 함께 OFDM/OFDMA 시스템의 사용이 심도 있게 고려되고 있다. 적응 변조 기법을 채택한 OFDMA 시스템에서는 매 시간 채널특성에 따라 사용자들에게 부채널을 효과적으로 할당하는 변조 방식을 정한다. 이와 같은 방식을 사용하면 같은 부채널 내의 사용자들간의 채널은 상호 독립적이기 때문에 채널간의 상호 간섭을 줄일 수가 있고, 다른 위치에 있는 사용자들간의 채널 다이버시티 효과도 얻을 수 있다.Therefore, in the fourth generation mobile communication system, the use of an OFDM / OFDMA system together with the adaptive modulation technique is considered in depth. In an OFDMA system employing an adaptive modulation scheme, a modulation scheme for efficiently allocating subchannels to users is determined according to channel characteristics every time. In this way, since the channels between users in the same subchannel are independent of each other, the interference between the channels can be reduced, and channel diversity effects between users in different locations can be obtained.

근래 OFDMA 시스템에서 적응 변조에 관한 연구는 크게 두 가지 관점에서 진행되어 왔다. 하나는 전체 사용자의 전송 속도가 정해졌을 때 전체 전송 전력을 최소화하는 이득 적응(Margin Adaptive : MA) 문제이고, 다른 하나는 전체 전송 전력이 정해졌을 때 사용자의 전송 속도를 최대화하는 전송률 적응(Rate Adaptive : RA) 문제로 구별된다. 상기 RA 문제는 전체 사용자의 전송 속도를 최대화하는 단순 RA 문제와 고속의 전송 속도를 요구하는 사용자 계층이 함께 포함되어 있는 변형된 RA 문제로 나뉘어진다. 이중에 변형된 RA 문제에 적용된 기존의 연구들은 적응 변조 최적화 문제를 비선형 최적화 문제로 모델링하므로 해당 문제를 쉽게 풀 수 없는 어려움이 있었다. Recently, the study of adaptive modulation in OFDMA system has been largely proceeded from two perspectives. One is a Margin Adaptive (MA) problem that minimizes the total transmit power when the total user's transmission rate is set. The other is a rate adaptive that maximizes the user's transfer rate when the total transmit power is set. : RA) problem. The RA problem is divided into a simple RA problem for maximizing the transmission rate of the entire user and a modified RA problem including a user layer requiring a high transmission rate. Existing studies applied to the modified RA problem modeled the adaptive modulation optimization problem as a nonlinear optimization problem, which made it difficult to solve the problem easily.

즉 상기 변형된 RA 문제는 최적해까지 구하는 과정이 복잡도로 인하여 쉽지 않기 때문에 대부분 부최적 해를 빨리 찾기 위한 해법을 제안하고 있으나 기존 해법에서 제안된 변형된 RA 문제의 모형은 비선형 최적화 문제였기 때문에 제한된 모형에서 최적 해를 구하기가 난해하고, 시간도 많이 걸리는 문제점이 발생되므로 최근에는 변형된 RA 문제를 부채널 할당 부문제와 비트 할당(bit allocation) 부문제로 나눈 후 이들을 차례로 해결해 나가는 방식이 제안되었다. 그러나 이 경우 또한 역시 두 개의 부문제를 차례로 풀어야 하기 때문에 그 절차가 복잡하고 시간도 그 만큼 더 소비되는 결과를 가져온다.That is, since the process of finding the optimal RA solution is not easy due to the complexity, most of the proposed RA problems have been proposed to find the suboptimal solution quickly. Since it is difficult to find an optimal solution and a time-consuming problem, recently, a method of dividing the modified RA problem into a subchannel allocation section and a bit allocation section system has been proposed. But in this case, too, the two divisions must be solved one after the other, resulting in a complicated process and a time-consuming process.

본 발명은 이동통신 시스템에서 채널 환경에 따라 최적의 변/복조 방식을 적용하기 위한 적응 변조 방법 및 장치를 제공한다.The present invention provides an adaptive modulation method and apparatus for applying an optimal modulation / demodulation scheme according to a channel environment in a mobile communication system.

본 발명은 OFDMA 시스템에서 채널 환경에 따라 최적의 변/복조 방식을 적용하기 위한 적응 변조 방법 및 장치를 제공한다.The present invention provides an adaptive modulation method and apparatus for applying an optimal modulation / demodulation scheme according to a channel environment in an OFDMA system.

본 발명은 적응 변조 방식을 사용하는 OFDMA 시스템에서 서로 다른 채널 환경을 갖는 사용자에 대해 최적의 적응 변조 방법 및 장치를 제공한다.The present invention provides an optimal adaptive modulation method and apparatus for a user having a different channel environment in an OFDMA system using an adaptive modulation scheme.

본 발명에 따른 고정 비트 사용자들과 가변 비트 사용자들이 동시에 존재하는 직교 주파수 분할 다중 접속 시스템의 적응 변조 방법은 각 사용자에 대한 부채널과 비트 수의 할당 여부를 결정하는 결정 변수를 0과 1사이 실수 조건으로 설정하는 과정과, 상기 결정 변수의 해가 정수해인지 판단하는 과정과, 상기 결정 변수의 해가 정수해가 아닌 경우 상기 고정 비트 사용자들에 대한 부채널 및 비트 할당을 수행하는 과정과, 상기 고정 비트 사용자들에게 할당된 전력과 부채널을 제외한 나머지 전력 및 부채널을 이용하여 상기 가변 비트 사용자들에 대한 부채널 및 비트 할당을 수행하는 과정을 포함함을 특징으로 한다.In the adaptive modulation method of an orthogonal frequency division multiple access system in which fixed bit users and variable bit users exist simultaneously, a decision variable for determining whether to allocate subchannels and number of bits for each user is a real number between 0 and 1. Setting a condition, determining whether the solution of the decision variable is an integer solution, performing subchannel and bit allocation for the fixed bit users if the solution of the decision variable is not an integer solution; And performing subchannel and bit allocation for the variable bit users by using the remaining power and subchannels other than the power and subchannels allocated to the fixed bit users.

본 발명에 따른 고정 비트 사용자와 가변 비트 사용자가 동시에 존재하는 직교 주파수 분할 다중 접속 시스템의 부채널 및 비트 할당 장치는 각 사용자에 대한 부채널과 비트 수를 할당 여부를 결정하는 결정 변수를 0과 1사이 실수 조건으로 설정하는 수단과, 상기 결정 변수의 해가 정수해인지 판단하는 수단과, 상기 결정 변수의 해가 정수해가 아닌 경우 상기 고정 비트 사용자에 대한 부채널 및 비트 할당을 수행한 후 상기 고정 비트 사용자들의 전력과 부채널을 제외한 나머지 전력 및 부채널에 대해 가변 비트 사용자에 대한 부채널 및 비트 할당을 수행하는 수단을 포함함을 특징으로 한다.According to the present invention, a subchannel and bit allocation apparatus of an orthogonal frequency division multiple access system in which a fixed bit user and a variable bit user exist simultaneously has a decision variable for determining whether to allocate a subchannel and a number of bits for each user. Means for setting to a real number condition, means for determining whether the solution of the decision variable is an integer solution, and after performing subchannel and bit allocation for the fixed bit user if the solution of the decision variable is not an integer solution. And means for performing subchannel and bit allocation for the variable bit user for power and subchannels other than the power and subchannels of the fixed bit users.

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.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. It should be noted that in the following description, only parts necessary for understanding the operation according to the present invention will be described, and descriptions of other parts will be omitted so as not to distract from the gist of the present invention.

먼저 본 발명에서 다루고자 하는 적응 변조(RA) 문제는 전체 사용자의 전송 속도를 최대화하는 RA 문제에서 고정된 전송 속도로 서비스를 받고자 하는 일부 사용자가 존재할 경우의 변형된 RA 문제이다. 이 변형된 RA 문제에 대해 본 발명에서는 IP(Integer Programming)을 통해서 최적해를 구하는 방안의 비선형성을 완화시켜 선형완화 문제로 최적해를 구하는 새로운 방안을 제안한다.First, the adaptive modulation (RA) problem to be dealt with in the present invention is a modified RA problem when there are some users who want to receive a service at a fixed transmission rate in the RA problem of maximizing the transmission rate of the entire user. For the modified RA problem, the present invention proposes a new method for obtaining an optimal solution with a linear relaxation problem by mitigating nonlinearity of the method for obtaining an optimal solution through IP (Integer Programming).

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 OFDMA 시스템에서 송신기의 구성을 도시한 블록도이다.1 is a block diagram showing the configuration of a transmitter in an OFDMA system according to an embodiment of the present invention.

도 1의 송신기과 데이터를 송수신하는 전체 수신기들의 사용자 수를 K, 전체 사용자들에게 할당되는 부채널의 수를 N이라 했을 때 K 개의 사용자 데이터는 N 개 의 부채널들을 통해 각 사용자의 수신기로 전송된다. 먼저 K 개의 사용자 데이터는 적응 변조기(103)로 입력된다. 그리고 부채널 및 비트 할당기(101)는 K 명의 사용자들이 사용하는 수신기들로부터 각각으로부터 피드백 되어 수신되는 채널 정보들을 전달받아 각 사용자별로 부채널을 할당하고, 상기 할당된 부채널 상에서 사용할 비트들을 로딩(loading)한다.When the number of users of all receivers transmitting and receiving data with the transmitter of FIG. 1 is K and the number of subchannels allocated to all users is N, K user data is transmitted to each user's receiver through N subchannels. . First, K user data are input to the adaptive modulator 103. The subchannel and bit allocator 101 receives channel information fed back and received from receivers used by K users, allocates subchannels for each user, and loads bits to be used on the allocated subchannels. (loading)

본 발명에 따라 상기 부채널 및 비트 할당기(101)에서 수행되는 부채널 및 비트 할당 과정에 대한 상세한 설명은 후술될 것이다. 상기 적응 변조기(103)는 상기 부채널 및 비트 할당기(101)를 통해 결정된 사용자별 부채널과 할당 비트수에 따라 사용자 데이터들을 적응적으로 변조한 후 N 개의 부채널(Subcarrier 1, Subcarrier 2, …, Subcarrier N) 별로 분리하여 출력한다. 상기 부채널별로 분리된 사용자 데이터들은 역고속 푸리에 변환기(Inverse Fast Fourier Transform : IFFT)(105)로 입력된다. 상기 IFFT(140)는 상기 부채널별로 입력되는 주파수 영역의 사용자 데이터들을 시간 영역의 신호로 변환하는 IFFT를 수행한다. 그리고 병렬/직렬(Parallel/Serial) 변환기(107)는 IFFT 변환된 병렬 신호열들을 직렬 신호열로 변환하여 출력한다. CP 삽입기(109)는 OFDM 심볼 데이터를 구성하는 상기 직렬 신호열의 앞단에 보호구간(Cyclic Prefix : CP)을 삽입하여 출력하고, 출력된 OFDM 심볼은 아날로그 신호로 변환된 후, 주파수 상향 변환 등의 RF(Radio Frequency) 처리를 수행하는 RF 부(111)와 안테나(113)를 거쳐 무선 신호로 전송된다.A detailed description of the subchannel and bit allocation process performed in the subchannel and bit allocator 101 according to the present invention will be described later. The adaptive modulator 103 adaptively modulates user data according to the user-specific subchannel determined by the subchannel and bit allocator 101 and the number of allocated bits, and then N subchannels (Subcarrier 1, Subcarrier 2, ..., and separated by subcarrier N). The user data separated for each subchannel are input to an Inverse Fast Fourier Transform (IFFT) 105. The IFFT 140 performs an IFFT for converting user data in the frequency domain input for each subchannel into a signal in the time domain. The parallel / serial converter 107 converts IFFT-converted parallel signal strings into serial signal strings and outputs them. The CP inserter 109 inserts a CP (Cyclic Prefix: CP) at the front of the serial signal string constituting the OFDM symbol data, and outputs the converted OFDM symbol into an analog signal. It is transmitted as a radio signal through the RF unit 111 and the antenna 113 performing RF (Radio Frequency) processing.

도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 OFDMA 시스템에서 수신기의 구성을 도시한 블록도이다.2 is a block diagram illustrating a configuration of a receiver in an OFDMA system according to an embodiment of the present invention.

도 2에서 전체 K명의 사용자들 중 임의의 사용자의 수신기는 N개의 부채널들을 통해 전송되는 사용자 데이터 k를 수신하는 것을 가정한다. 도 2의 안테나(201)를 통해 수신된 OFDM 심볼은 RF 부(203)를 통해 주파수 하향 변환 등의 RF 처리를 거친 후, 도시되지 않은 아날로그/디지털 변환기를 통해 디지털 신호로 변환된다. 디지털 신호로 변환된 OFDM 심볼은 CP 제거기(205)를 통해 보호 구간(CP)가 제거되고, 직렬/병렬(Serial/Paralle) 변환기(207)를 거쳐 병렬 신호로 변환된다. 고속 푸리에 변환기(Fast Fourier Transform : FFT)(209)로 입력된 병렬 신호는 N개의 부채널들 별로 분리되며, 상기 분리된 병렬 신호들 각각에 대해서는 FFT가 이루어진다. 상기 부채널 별로 FFT가 수행된 수신신호들은 적응 복조기(211)로 전달된다. In FIG. 2, it is assumed that a receiver of any of the total K users receives user data k transmitted on N subchannels. The OFDM symbol received through the antenna 201 of FIG. 2 is subjected to RF processing such as frequency downconversion through the RF unit 203 and then converted into a digital signal through an analog / digital converter (not shown). The OFDM symbol converted to the digital signal is removed from the guard interval CP through the CP remover 205 and converted into a parallel signal through a serial / parallel converter 207. The parallel signal input to the fast Fourier transform (FFT) 209 is separated by N subchannels, and an FFT is performed on each of the separated parallel signals. Received signals on which the FFT is performed for each subchannel are transmitted to the adaptive demodulator 211.

한편 도 2의 수신기는 도 1의 송신기와 같은 부채널 및 비트 할당기(213)를 구비하며, 상기 부채널 및 비트 할당기(213)는 송신기를 통해 할당된 부채널 및 비트 수를 결정하여 로딩한다. 본 발명에 따라 상기 부채널 및 비트 할당기(213)에 대한 상세한 설명은 후술될 것이다. 상기 부채널 및 비트 할당기(213)를 통해 사용할 비트 수가 결정됨으로써 상기 적응 복조부(211)가 수행할 복조 방식이 결정된다. 그리고 상기 적응 복조기(211)의 복조 방식이 결정되면, 상기 부채널 선택 및 적응 복조기(211)에서는 전체 N개의 부채널들중 해당 사용자에게 할당된 부채널을 선택하고, 상기 선택된 부채널을 통해 수신되는 사용자 데이터를 상기 결정된 복조 방식에 따라 복조하여 최종 사용자 데이터 k가 출력된다.Meanwhile, the receiver of FIG. 2 has the same subchannel and bit allocator 213 as the transmitter of FIG. 1, and the subchannel and bit allocator 213 determines and loads the subchannels and bits allocated through the transmitter. do. A detailed description of the subchannel and bit allocator 213 will be described later in accordance with the present invention. By determining the number of bits to be used through the subchannel and bit allocator 213, a demodulation scheme to be performed by the adaptive demodulator 211 is determined. When the demodulation scheme of the adaptive demodulator 211 is determined, the subchannel selection and the adaptive demodulator 211 select a subchannel allocated to the corresponding user from among all N subchannels, and receive the selected subchannel. The end user data k is output by demodulating the user data according to the determined demodulation scheme.

상기 도 1 및 도 2에서 송신기는 모든 사용자들의 부채널별 채널 이득을 비교하여 전체 K명의 사용자들에게 N개의 부채널들을 중복되지 않게 할당하고, 각 사 용자별로 할당한 부채널에 비트수를 할당한다. 상기 비트 할당에 의해 각 부채널에 대응하여 사용될 변조 방식이 결정된다. 그리고 송신기인 기지국에서 수행된 부채널과 비트 할당의 정보는 채널 정보로 하향 링크의 제어 채널을 통해 수신기인 각 사용자의 단말로 전송되고, 각 사용자의 단말은 상기 채널 정보를 이용하여 수신 신호를 복조한다.In FIG. 1 and FIG. 2, the transmitter compares channel gains for all subchannels of all users and allocates N subchannels to all K users without overlapping, and allocates the number of bits to the subchannels allocated to each user. do. The bit allocation determines the modulation scheme to be used corresponding to each subchannel. Subchannel and bit allocation information performed by the base station, which is a transmitter, is transmitted as channel information to a terminal of each user who is a receiver through a downlink control channel, and the terminal of each user demodulates a received signal by using the channel information. do.

이하 도 1 및 도 2의 부채널 및 비트 할당기(101, 213)에서 수행되는 사용자별 부채널 및 비트 수 할당을 위한 본 발명의 적응 변조 알고리즘을 설명하기로 한다.Hereinafter, the adaptive modulation algorithm of the present invention for allocating user-specific subchannels and number of bits performed by the subchannels and bit allocators 101 and 213 of FIGS. 1 and 2 will be described.

먼저 본 발명에서 사용하는 변수들을 하기와 같이 정의한다. n은 부채널(subcarrier)의 인덱스, k는 사용자의 인덱스, m은 임의의 채널에 할당할 임의의 사용자의 비트 수를 의미한다. 상기 비트 수 m은 0과 하나의 부채널(subcarrier)에 할당 가능한 최대 비트 수 M 범위에서 양의 정수 값을 갖는다. 그리고 변수

Figure 112005051509335-PAT00001
는 n번째 부채널에 m비트가 k번째 사용자에 할당되면 1의 값을 갖고, 할당되지 않으면 0의 값을 갖는 결정 변수이고, 하나의 부채널은 반드시 하나의 사용자에게만 할당하는 조건을 만족해야 한다.First, the variables used in the present invention are defined as follows. n denotes an index of a subcarrier, k denotes an index of a user, and m denotes a number of bits of an arbitrary user to be allocated to an arbitrary channel. The number of bits m has a positive integer value in the range of 0 and the maximum number of bits M that can be allocated to one subcarrier. And variables
Figure 112005051509335-PAT00001
Is a decision variable that has a value of 1 if the m bit is assigned to the kth user in the nth subchannel and has a value of 0 if it is not assigned, and one subchannel must satisfy the condition of assigning only one user. .

상기 결정 변수

Figure 112005051509335-PAT00002
은 부채널 n과, 사용자 인덱스 k와, 사용자 비트 수 m에 하기 <수학식 1>과 같은 관계를 갖는다.The decision variable
Figure 112005051509335-PAT00002
Has a relationship as shown in Equation 1 below in the subchannel n, the user index k, and the number of user bits m.

Figure 112005051509335-PAT00003
Figure 112005051509335-PAT00003

본 발명에서 실제 적응 변조의 해를 찾는 것은 상기 결정 변수

Figure 112005051509335-PAT00004
을 구하는 것이며, 상기 결정 변수
Figure 112005051509335-PAT00005
을 이용하여 전체 전송 전력(P)를 표현하면 하기 <수학식 2>와 같다.Finding the solution of the actual adaptive modulation in the present invention is the decision variable
Figure 112005051509335-PAT00004
To determine the determinant
Figure 112005051509335-PAT00005
To express the total transmission power (P) by using the following equation (2).

Figure 112005051509335-PAT00006
Figure 112005051509335-PAT00006

상기 <수학식 2>에서 변수

Figure 112005051509335-PAT00007
은 채널 이득이 1일 때 원하는 비트 오류율(Bit Error Rate : BER)을 만족시키면서 부채널 n을 통해 m bit/symbol로 전송하기 위해 필요한 k번째 사용자의 수신기에서 요구되는 전송 전력이며, 변수
Figure 112005051509335-PAT00008
은 n번째 부채널에서 k번째 사용자의 채널 이득을 나타낸 것이다.Variable in Equation 2
Figure 112005051509335-PAT00007
Is the transmit power required by the receiver of the k th user needed to transmit to the m bit / symbol over subchannel n while satisfying the desired Bit Error Rate (BER) when the channel gain is 1.
Figure 112005051509335-PAT00008
Is the channel gain of the k th user in the n th subchannel.

상기 <수학식 2>의 전체 전송 전력(P)는 OFDMA 시스템의 가용 전송 전력의 한계치(PT) 이하에서 할당되어야 하므로

Figure 112005051509335-PAT00009
을 만족해야 한다. 그리고 bit/symbol의 단위를 갖는 k번째 사용자의 전송 속도 Rk는 하기 <수학식 3>과 같이 나타낼 수 있다.Since the total transmit power P of Equation 2 should be allocated below the limit P T of the available transmit powers of the OFDMA system,
Figure 112005051509335-PAT00009
Must be satisfied. The transmission rate R k of the k-th user having a unit of bit / symbol may be expressed by Equation 3 below.

Figure 112005051509335-PAT00010
Figure 112005051509335-PAT00010

그리고 전체 사용자의 집합을 U={1,2,...,K}이라 할 때, U는 하기 <수학식 4>와 같이 사용자 집합을 나타낼 수 있다.When the set of all users is U = {1, 2, ..., K}, U may represent a set of users as shown in Equation 4 below.

Figure 112005051509335-PAT00011
Figure 112005051509335-PAT00011

상기 <수학식 4>에서 U1은 고정 전송 속도 RM의 서비스를 요구하는 K1명의 사용자에 대한 인덱스 집합이며, U2는 일반적인 RA 문제에서 고려하는 전송 속도를 최대화하고자 하는 K2명에 대한 인덱스 집합이다.In Equation 4, U 1 is a set of indices for K 1 users requesting a fixed transmission rate R M , and U 2 is for K 2 persons who want to maximize a transmission rate considered in a general RA problem. Index set.

상기 <수학식 1> 내지 <수학식 4>를 이용하여 변형된 RA 문제(Modified Rate Adaptive Problem)에 대한 최적화된 새로운 정수 계획 모형을 제시하면 하기 <수학식 5>와 같다.Using Equations 1 to 4, the optimized new integer planning model for the modified RA problem is expressed as in Equation 5 below.

Figure 112005051509335-PAT00012
Figure 112005051509335-PAT00012

상기 <수학식 5>에 대한 조건은 다음과 같다.The condition for Equation 5 is as follows.

첫 번째 조건은 고정 전송 속도를 요구하는 모든 사용자에 대해 고정 전송 속도 RM을 만족해야 한다.The first condition must satisfy the fixed rate R M for all users requiring a fixed rate.

두 번째 조건은 가변 전송 속도 사용자들에 대하여는 최소 전송 속도 이상을 만족해야 한다. 여기서 상기 최소 전송 속도는 변수이며, 이 값을 최대화하여야 한 다.The second condition must meet or exceed the minimum rate for variable rate users. Here, the minimum transmission rate is a variable, and this value should be maximized.

세 번째 조건은 가용 전송 전력의 한계 내에서 비트 할당을 하여 전력 사용량의 한계를 만족해야 한다.The third condition is that the allocation of bits within the limits of the available transmit power must meet the limits of power usage.

네 번째 조건은 모든 부채널에 대해 하나의 사용자에게 하나의 부채널이 할당되어야 하며, 부채널이 할당되는 사용자는 여러 비트 중 한 비트를 선택한다.The fourth condition is that one subchannel should be allocated to one user for all subchannels, and the user to whom the subchannel is allocated selects one bit among several bits.

상기 <수학식 5>로 제시되는 본 발명의 변형된 RA 모형이 기존 RA 모형과 다른 점은 기존 모형은 두 변수의 곱으로 하기 <수학식 6>과 같이 비선형 모형으로 표현되는 반면 본 발명의 변형된 RA 모형은 일차식의 선형 모형으로 표현된다.The modified RA model of the present invention represented by Equation 5 is different from the existing RA model, whereas the existing model is expressed as a nonlinear model as shown in Equation 6 below by multiplying two variables. The RA model is represented as a linear linear model.

Figure 112005051509335-PAT00013
Figure 112005051509335-PAT00013

상기 <수학식 6>의 종래 변형된 RA 모형에서 변수

Figure 112005051509335-PAT00014
는 n번째 부 채널에 할당된 k 번째 사용자의 비트수를 나타내고,
Figure 112005051509335-PAT00015
는 n번째 부채널이 k번째 사용자에 할당되는지 여부를 나타내는 결정 변수이다. 따라서 종래 변형된 RA 모형은 모든 사용자의 전체 전송 전력(P)을 상기 <수학식 2>와 같이 선형 식으로 나타낼 수가 없고, 상기 <수학식 6>과 같이 전체 전송 전력(P)을 비선형 식으로 나타내게 된다.Variables in the conventionally modified RA model of Equation 6
Figure 112005051509335-PAT00014
Denotes the number of bits of the kth user allocated to the nth subchannel,
Figure 112005051509335-PAT00015
Is a decision variable indicating whether the nth subchannel is allocated to the kth user. Therefore, the conventionally modified RA model cannot represent the total transmit power (P) of all users in a linear form as shown in Equation 2, and the total transmit power P as a non-linear form as shown in Equation 6. Will be displayed.

따라서 기존의 방법은 부채널 할당과 비트 수 할당의 두 개 부문제로 나누어진 각각의 부문제를 반복적으로 풀어서 최적 해를 찾아가야 하는 반복 탐색 기법을 사용해야 하는 한계를 가지게 된다.Therefore, the existing method has a limitation of using an iterative search technique that finds an optimal solution by repeatedly solving each subdivision divided into two subdivisions, subchannel allocation and bit number allocation.

반면 본 발명에서 제안한 변형된 RA 문제 모형을 이용할 경우 사용자의 전체 전송 전력(P)을 선형 식으로 표현할 수 있으므로 부문제를 구하는 방법이 기존 방법 대비하여 상대적으로 간단해 질 수 있다는 특징이 있다. 이는 본 출원인이 제안하는 RA 모형이 선형 모형이기 때문에 결정 변수

Figure 112005051509335-PAT00016
에 대한 최적 해를 구하기 위해 반드시 반복 탐색 기법을 사용하지 않아도 되기 때문이다.On the other hand, when using the modified RA problem model proposed in the present invention, since the total transmission power (P) of the user can be expressed in a linear form, the method of obtaining the system can be relatively simple compared to the existing method. This is because the RA model proposed by the applicant is a linear model.
Figure 112005051509335-PAT00016
This is because iterative search technique does not have to be used to find the optimal solution for.

또한 본 발명에서 제안하는 변형된 RA 문제 모형의 특징은 부채널 할당 및 비트 할당 과정을 분리하지 않고 최적 해를 구할 수 있다는 것이다.In addition, the characteristic of the modified RA problem model proposed in the present invention is that the optimal solution can be obtained without separating the subchannel allocation and bit allocation processes.

이하 도 3 내지 도 5를 참조하여 본 발명의 적응 변조 방법을 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, the adaptive modulation method of the present invention will be described in detail with reference to FIGS. 3 to 5.

도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 적응 변조 방법을 나타낸 순서도이다.3 is a flowchart illustrating an adaptive modulation method according to an embodiment of the present invention.

먼저 301 단계에서는 RA 문제에서 결정 변수

Figure 112005051509335-PAT00017
와 같이 정수 조건을 갖는 변수를 0과 1사이의 실수 값을 갖는 선형 계획 완화 문제로 변환한다. 상기 선형 계획 완화 문제로 바꾸는 방법은 0과 1의 값을 가지는 변수를 0과 1사이의 실수를 가지는 변수로 조건으로 변수 조건을 완화시키는 것이다. 상기 선형 계획 완화 문제는 정수 조건의 변수에 비해 최적해를 용이하게 찾을 수 있다는 장점이 있다.First, in step 301, the determinants of RA problems
Figure 112005051509335-PAT00017
We convert a variable with an integer condition into a linear plan relaxation problem with a real value between 0 and 1. The method of changing the linear plan relaxation problem is to relax the variable condition with a variable having a value between 0 and 1 as a variable having a real number between 0 and 1. The linear plan relaxation problem has the advantage that it is easy to find the optimal solution compared to the variable of the integer condition.

그리고 303, 305 단계에서 변환된 선형 계획 완화 문제를 계산하여 결정 변 수

Figure 112005051509335-PAT00018
의 해를 구하고, 307 단계에서 구해진 해가 정수해인지 판단하여 정수해인 경우 해당 문제에 대한 최적해를 구한 것으로 알고리즘을 마친다. The decision variables are calculated by calculating the linear plan relaxation problem transformed in steps 303 and 305.
Figure 112005051509335-PAT00018
The solution is determined by determining whether the solution obtained in step 307 is an integer solution. If the solution is an integer solution, the algorithm is finished.

그러나 상기 307 단계에서 구해진 결정 변수

Figure 112005051509335-PAT00019
의 해가 정수해가 아니면 309 단계로 진행하여 고정 비트 사용자에 대한 부채널 및 비트 할당을 수행한 후, 311 단계로 진행하여 고정 비트 사용자들이 사용한 전력과 부채널을 제외한 나머지 전력 및 부채널에 대하여 가변 비트 사용자에 대한 부채널 및 비트 할당을 수행하고 알고리즘을 마친다.However, the decision variable obtained in step 307
Figure 112005051509335-PAT00019
If the solution is not an integer solution, proceed to step 309 to perform subchannel and bit allocation for the fixed bit user, and then proceed to step 311 for the remaining power and subchannels except for the power and subchannel used by the fixed bit user. Perform subchannel and bit allocation for variable bit users and complete the algorithm.

도 3의 상기 303 단계에서 선형 계획 완화 문제를 푸는 방법은 잘 알려진 Simplex Method나 Interior Point Method 등을 이용할 수 있다. 그리고 상기 309 단계에서는 고정 비트 사용자인 U1 사용자에 대한 비트 할당 시 고정 전송 속도 Rm 값이 전체 가용 비트 수 보다 크지 않을 경우 가용 전송 전력의 한계치(PT)에 대한 조건을 쉽게 만족할 수 있는 것으로 가정하였다.The method of solving the linear plan mitigation problem in step 303 of FIG. 3 may use the well-known Simplex Method or Interior Point Method. In the step 309, if the fixed transmission rate R m is not greater than the total number of available bits when the bit is allocated to the U 1 user, which is a fixed bit user, the condition for the limit value P T of available transmission power can be easily satisfied. Assumed

상기한 가정 자체가 성립하지 않는 경우에는

Figure 112005051509335-PAT00020
값이 작은 것부터 할당 할 수는 있지만 RA 문제 자체가 정수해를 가지지 않는 경우가 대부분이므로 이 경우는 전력 용량 자체를 높이거나 고정 비트 사용자(U1) 자체를 줄이는 것이 합당하다.If the above assumptions do not hold,
Figure 112005051509335-PAT00020
Although the value can be assigned from the smallest one, in most cases the RA problem itself does not have an integer solution, so it is reasonable to increase the power capacity itself or reduce the fixed bit user (U 1 ) itself.

도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 적응 변조 방법에서 고정 비트 사용자에 대한 비트 할당 방법을 나타낸 순서도로서, 도 4를 참조하여 도 3의 309 단계를 보 다 상세하게 설명하기로 한다.FIG. 4 is a flowchart illustrating a bit allocation method for a fixed bit user in the adaptive modulation method according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 4, step 309 of FIG. 3 will be described in detail.

도 4의 401 단계에서 고정 비트 사용자 U1에 속하는 사용자들에 대해 각 사용자의 잔존 의무 할당 bit 수가 고정 전송 속도 Rm이 되도록 한다. 그리고 403 단계에서 결정 변수

Figure 112005051509335-PAT00021
값들 중 1에 가장 가까운 값을 선택하고, 선택된 결정 변수의 값에 대응하는 (bit 수', 사용자', 부채널 id') 즉, (m', k', n')을 찾는다. 여기서 상기 bit 수'는 상기 결정 변수
Figure 112005051509335-PAT00022
의 선택에 따라 해당 사용자'에게 할당되는 bit 수'로 선택된 사용자'에게는 먼저 상기 bit 수'가 할당된 후, 하기 405 단계 이하의 과정을 거친 후, 다음 할당 시 잔존 의무 할당 bit 수를 고려한 비트 할당 동작이 수행된다. 상기 403 단계에서 결정 변수의 값을 선택하는 방법은 정렬(sorting) 기법을 사용할 수도 있고, 매번 순차적 검색을 통해 최대치를 가지는 값을 선택할 수도 있다.In step 401 of FIG. 4, the number of remaining mandatory allocation bits of each user is fixed at a fixed transmission rate R m for users belonging to the fixed bit user U 1 . And the decision variable in step 403
Figure 112005051509335-PAT00021
The value closest to one of the values is selected and the value (m ', k', n ') corresponding to the value of the selected decision variable is found. Where the number of bits' is the decision variable.
Figure 112005051509335-PAT00022
After the number of bits is assigned to the user selected as the number of bits allocated to the user according to the selection of the first, the number of bits is first assigned, and then the following steps 405 or less are performed. The operation is performed. In step 403, a method of selecting a value of the decision variable may use a sorting technique, or may select a value having a maximum value through sequential searching each time.

405 단계에서 사용자'의 잔존 의무 할당 bit 수에서 상기 bit 수'를 삭감한다. 이때 잔존 의무 할당 bit 수가 상기 bit 수' 보다 크거나 같다면 잔존 의무 할당 bit 수'에서 상기 bit 수'를 모두 삭감하고 남은 비트 수가 상기 bit 수'의 할당 후, 해당 사용자'에게 더 할당되는 비트 수가 된다. 하지만 상기 잔존 의무 할당 bit 수가 상기 bit 수'보다 작다면 상기 bit 수'를 모두 할당하지 않고, 잔존 의무 할당 bit 수만큼만 할당하여 사용자'의 총 할당 비트 수가 고정 전송 속도 Rm을 만족하도록 한다. 이후 407 단계에서 부채널 및 비트 수 할당이 완료된 사용자 또는 할당이 완료된 결정 변수는 고려 대상에서 제외한다.In step 405, the number of bits is reduced from the number of remaining mandatory allocation bits of the user. In this case, if the number of remaining mandatory allocation bits is greater than or equal to the number of bits, the number of bits remaining is all reduced from the number of remaining mandatory allocation bits and the number of bits remaining after the allocation of the number of bits is assigned to the user. do. However, if the number of remaining mandatory allocation bits is smaller than the number of bits ', the number of bits' is not allotted, but only the number of remaining mandatory allocation bits is allocated to satisfy the fixed transmission rate Rm. Thereafter, in step 407, the user who has allocated the subchannel and the number of bits or the decision variable whose allocation is completed are excluded from consideration.

그리고 409 단계에서 사용자에게 할당되는 비트 수에 따른 파워 소모량을 갱신한다. 이후 411 단계에서 의무적으로 할당해야 하는 고정 비트 사용자가 더 존재하면 상기 403 단계로 진행하여 이후 과정을 반복하고, 상기 411 단계에서 의무적으로 할당해야 하는 고정 비트 사용자가 더 이상 존재하지 않고 가용 전송 전력의 한계치(PT) 이내의 bit 할당이 이루어졌다면 할당 과정을 종료하고 그렇지 않다면 본 문제의 해가 존재하지 않음을 나타내고 종료한다.In operation 409, the power consumption amount is updated according to the number of bits allocated to the user. Thereafter, if there are more fixed bit users that must be allocated in step 411, the process proceeds to step 403, and the process is repeated. In step 411, there are no fixed bit users that must be allocated in the step 411, and there are no fixed bit users. If a bit allocation within the threshold P T is made, the allocation process is terminated, otherwise the solution of this problem does not exist and terminates.

도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 적응 변조 방법에서 가변 비트 사용자에 대한 비트 할당 방법을 나타낸 순서도로서, 도 4를 참조하여 도 3의 311 단계를 보다 상세하게 설명하기로 한다.FIG. 5 is a flowchart illustrating a bit allocation method for a variable bit user in an adaptive modulation method according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 4, step 311 of FIG. 3 will be described in more detail.

먼저 도 5의 501 단계에서 전체 사용 가능 전력량에서 고정 전송 속도 사용자(고정 비트 사용자)의 전력 소모량이 반영되어지도록 한다. 그리고 503 단계에서 결정 변수

Figure 112005051509335-PAT00023
값들 중 1에 가장 가까운 값들을 가지는 값을 선택하고, 선택된 결정 변수의 값에 대응하는 (bit 수', 사용자', 부채널 id') 즉, (m', k', n')을 찾는다. 여기서 상기 결정 변수를 선택하는 방법은 정렬 기법을 사용할 수도 있고, 매번 순차적 검색을 통해 최대치를 가지는 변수 값을 선택할 수도 있다.First, in step 501 of FIG. 5, the power consumption of the fixed transmission rate user (fixed bit user) is reflected in the total available power. And the decision variable in step 503
Figure 112005051509335-PAT00023
The value having the values closest to one of the values is selected, and the value (m ', k', n ') corresponding to the value of the selected decision variable is found. Here, the method of selecting the decision variable may use a sorting technique, or may select a variable value having a maximum value through a sequential search each time.

이후 505 단계에서 사용자'의 할당되는 비트 수에 따른 전체 전력 소모량 P'을 임시로 계산하고, 507 단계에서 P'이 가용 전송 전력의 한계치(PT)를 만족하면 509 단계에서 부채널 및 비트 수 할당이 완료된 사용자 또는 할당이 완료된 결정 변수는 고려 대상에서 제외하고, 511 단계에서 bit 수'를 사용자'에 할당하고 전체 전력 소모량 P'도 갱신한다. 그러나 상기 507 단계에서 P'이 가용 전송 전력의 한계치(PT)를 만족하지 않으면 bit 수'를 할당하지 않으며 전체 전력 소모량 P'도 갱신하지 않고, 기존 값 그대로 유지한대로 종료한다.Thereafter, in step 505, the total power consumption P 'is temporarily calculated according to the number of bits allocated by the user'. In step 507, when P 'satisfies the limit P T of available transmission power, the number of subchannels and bits is determined in step 509. The allocated user or the allocated decision variable is excluded from consideration, and in step 511, the number of bits is allocated to the user and the total power consumption P 'is also updated. However, in step 507, if P 'does not satisfy the limit value P T of available transmission power, the number of bits' is not allocated and the total power consumption P' is not updated, and the process ends as it is.

이상 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면, 적응 변조 기법의 최적 해를 구하는 과정에서 기존 적응 변조 모델의 비선형 특성을 선형화하여 IP 최적해를 구하는 기존 방법의 복잡도를 줄일 수 있다.As described above, according to the present invention, the complexity of the existing method of obtaining the IP optimal solution by linearizing the nonlinear characteristics of the existing adaptive modulation model in the process of obtaining the optimal solution of the adaptive modulation scheme can be reduced.

또한 본 발명에 의하면, RA 관점의 적응 변조 기법을 사용하는 OFDMA 시스템에서 고정 전송 속도와 가변 전송 속도로 서비스를 이용하는 사용자가 동시에 존재할 경우의 시스템 성능을 향상시킬 수 있다.In addition, according to the present invention, in the OFDMA system using the adaptive modulation scheme from the RA perspective, it is possible to improve system performance when a user using a service at a fixed transmission rate and a variable transmission rate exist at the same time.

또한 본 발명에 의하면, 고정 전송 속도로 서비스를 제공하는 사용자의 채널에서 추가적인 성능 향상을 기대할 수 있다.In addition, according to the present invention, an additional performance improvement can be expected in a channel of a user providing a service at a fixed transmission rate.

Claims (14)

고정 비트 사용자들과 가변 비트 사용자들이 동시에 존재하는 직교 주파수 분할 다중 접속 시스템의 적응 변조 방법에 있어서,An adaptive modulation method of an orthogonal frequency division multiple access system in which fixed bit users and variable bit users exist simultaneously, 각 사용자에 대한 부채널과 비트 수의 할당 여부를 결정하는 결정 변수를 0과 1사이 실수 조건으로 설정하는 과정과,Setting a decision variable that determines whether to allocate a subchannel and a number of bits for each user as a real condition between 0 and 1, 상기 결정 변수의 해가 정수해인지 판단하는 과정과,Determining whether the solution of the decision variable is an integer solution, 상기 결정 변수의 해가 정수해가 아닌 경우 상기 고정 비트 사용자들에 대한 부채널 및 비트 할당을 수행하는 과정과,Performing subchannel and bit allocation for the fixed bit users if the solution of the decision variable is not an integer solution; 상기 고정 비트 사용자들에게 할당된 전력과 부채널을 제외한 나머지 전력 및 부채널을 이용하여 상기 가변 비트 사용자들에 대한 부채널 및 비트 할당을 수행하는 과정을 포함함을 특징으로 하는 상기 방법.And performing subchannel and bit allocation for the variable bit users using remaining power and subchannels other than the power and subchannels allocated to the fixed bit users. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 결정 변수를
Figure 112005051509335-PAT00024
이라 하였을 때 상기 결정 변수는 하기 <수학식 7>로 결정되며,
The decision variable
Figure 112005051509335-PAT00024
In this case, the determination variable is determined by Equation 7 below.
Figure 112005051509335-PAT00025
Figure 112005051509335-PAT00025
상기 <수학식 7>에서 n은 부채널 인덱스, k는 사용자 인덱스, m은 사용자 비트 수임을 특징으로 하는 상기 방법.Wherein n is a subchannel index, k is a user index, and m is a number of user bits.
제 2 항에 있어서,The method of claim 2, 상기 결정 변수
Figure 112005051509335-PAT00026
을 이용하여 전체 전송 전력(P)는 하기 <수학식 8>로 계산되며,
The decision variable
Figure 112005051509335-PAT00026
By using the total transmission power (P) is calculated by Equation 8 below,
Figure 112005051509335-PAT00027
Figure 112005051509335-PAT00027
상기 <수학식 8>에서 변수
Figure 112005051509335-PAT00028
은 채널 이득이 1일 때 비트 오류율(BER)을 만족하면서 상기 부채널 n을 통해 상기 사용자 비트 수 m으로 전송하기 위해 필요한 k번째 사용자의 전송 전력이며, 상기 변수
Figure 112005051509335-PAT00029
은 n번째 부채널에서 k번째 사용자의 채널 이득을 의미함을 특징으로 하는 상기 방법.
Variable in Equation 8
Figure 112005051509335-PAT00028
Is the transmit power of the k-th user required to transmit to the number of user bits m through the subchannel n while satisfying the bit error rate (BER) when channel gain is 1, and the variable
Figure 112005051509335-PAT00029
Is the channel gain of the k-th user in the n-th subchannel.
제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 고정 비트 사용자들이 모두 소정 고정 전송 속도를 만족하도록 상기 비트 할당을 수행함을 특징으로 하는 상기 방법.And the bit allocation is performed such that the fixed bit users all satisfy a predetermined fixed transmission rate. 제 4 항에 있어서,The method of claim 4, wherein 상기 가변 비트 사용자들이 소정 최소 전송 속도 이상을 만족하도록 상기 비트 할당을 수행함을 특징으로 하는 상기 방법.And the bit allocation is performed such that the variable bit users satisfy a predetermined minimum transmission rate or more. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 고정 비트 사용자들에 대한 비트 할당 과정은The bit allocation process for the fixed bit users 모든 고정 비트 사용자들에게 소정 고정 전송 속도를 만족하는 잔존 의무 할당 비트 수를 설정하는 과정과,Setting a number of remaining mandatory allocation bits satisfying a predetermined fixed transmission rate for all fixed bit users; 상기 결정 변수가 최대인 고정 비트 사용자 k'와 비트 수 m', 부채널 인덱스 n'의 세트 (m', k', n')을 찾는 과정과,Finding a set (m ', k', n ') of the fixed bit user k' and the number of bits m 'and the subchannel index n' with the largest decision variable; 상기 비트 수 m'을 고려하여 상기 찾아진 고정 비트 사용자 k'의 총 할당 비트 수가 상기 고정 전송 속도를 만족하도록 비트 할당을 수행하는 과정을 포함함을 특징으로 하는 상기 방법.And performing bit allocation so that the total number of allocated bits of the found fixed bit user k 'satisfies the fixed transmission rate in consideration of the number of bits m'. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 가변 비트 사용자들에 대한 비트 할당 과정은The bit allocation process for the variable bit users 전체 사용 가능 전력에서 상기 고정 비트 사용자들의 할당 전력을 차감하여 상기 가변 비트 사용자들의 가용 전송 전력을 계산하는 과정과,Calculating the available transmit power of the variable bit users by subtracting the allocated power of the fixed bit users from the total available power; 상기 결정 변수가 최대인 가변 비트 사용자 k'와 비트 수 m', 부채널 인덱스 n'의 세트 (m', k', n')을 찾는 과정과,Finding a set (m ', k', n ') of the variable bit user k', the number of bits m ', and the subchannel index n' with the largest decision variable; 상기 가용 전송 전력의 범위내에서 상기 찾아진 가변 비트 사용자 k'에 대한 비트 수 m'의 할당을 수행하는 과정을 포함함을 특징으로 하는 상기 방법.And assigning the number of bits m 'to the found variable bit user k' within the range of the available transmit power. 고정 비트 사용자와 가변 비트 사용자가 동시에 존재하는 직교 주파수 분할 다중 접속 시스템의 부채널 및 비트 할당 장치에 있어서,A subchannel and bit allocation apparatus of an orthogonal frequency division multiple access system in which a fixed bit user and a variable bit user exist simultaneously, 각 사용자에 대한 부채널과 비트 수를 할당 여부를 결정하는 결정 변수를 0과 1사이 실수 조건으로 설정하는 수단과,Means for setting a decision variable between 0 and 1 as a real condition that determines whether to assign subchannels and number of bits for each user, 상기 결정 변수의 해가 정수해인지 판단하는 수단과,Means for determining whether the solution of the decision variable is an integer solution, 상기 결정 변수의 해가 정수해가 아닌 경우 상기 고정 비트 사용자에 대한 부채널 및 비트 할당을 수행한 후 상기 고정 비트 사용자들의 전력과 부채널을 제외한 나머지 전력 및 부채널에 대해 가변 비트 사용자에 대한 부채널 및 비트 할당을 수행하는 수단을 포함함을 특징으로 하는 상기 장치.If the solution of the decision variable is not an integer solution, after performing subchannel and bit allocation for the fixed bit user, sub-channel for the variable bit user is applied to the remaining power and subchannels except for the power and subchannel of the fixed bit users. And means for performing channel and bit allocation. 제 8 항에 있어서,The method of claim 8, 상기 결정 변수를
Figure 112005051509335-PAT00030
이라 하였을 때 상기 설정하는 수단은 하기 <수학식 9>을 이용하여 상기 결정 변수를 결정하며,
The decision variable
Figure 112005051509335-PAT00030
In this case, the means for setting determines the determination variable using Equation 9 below.
Figure 112005051509335-PAT00031
Figure 112005051509335-PAT00031
상기 <수학식 9>에서 n은 부채널 인덱스, k는 사용자 인덱스, m은 사용자 비트 수임을 특징으로 하는 상기 장치.In Equation (9), n is a subchannel index, k is a user index, and m is a number of user bits.
제 9 항에 있어서,The method of claim 9, 상기 부채널 및 비트 할당을 수행하는 수단은 상기 결정 변수
Figure 112005051509335-PAT00032
과 하기 <수학식 10>을 이용하여 전체 전송 전력(P)를 계산하며,
Means for performing the subchannel and bit allocation is determined by the decision variable.
Figure 112005051509335-PAT00032
And the total transmit power (P) is calculated using Equation 10 below.
Figure 112005051509335-PAT00033
Figure 112005051509335-PAT00033
상기 <수학식 10>에서 변수
Figure 112005051509335-PAT00034
은 채널 이득이 1일 때 비트 오류율(BER)을 만족하면서 상기 부채널 n을 통해 상기 사용자 비트 수 m으로 전송하기 위해 필요한 k번째 사용자의 전송 전력이며, 상기 변수
Figure 112005051509335-PAT00035
은 n번째 부채널에서 k번째 사용자의 채널 이득을 의미함을 특징으로 하는 상기 장치.
Variable in Equation 10
Figure 112005051509335-PAT00034
Is the transmit power of the k-th user required to transmit to the number of user bits m through the subchannel n while satisfying the bit error rate (BER) when channel gain is 1, and the variable
Figure 112005051509335-PAT00035
Is the channel gain of the k-th user in the n-th subchannel.
제 8 항에 있어서,The method of claim 8, 상기 부채널 및 비트 할당을 수행하는 수단은 상기 고정 비트 사용자들이 모두 소정 고정 전송 속도를 만족하도록 비트 수를 할당함을 특징으로 하는 상기 장치.And the means for performing subchannel and bit allocation allocates the number of bits such that the fixed bit users all meet a predetermined fixed transmission rate. 제 11 항에 있어서,The method of claim 11, 상기 부채널 및 비트 할당을 수행하는 수단은 상기 가변 비트 사용자들이 소정 최소 전송 속도 이상을 만족하도록 비트 수를 할당함을 특징으로 하는 상기 장치.And the means for performing subchannel and bit allocation allocates the number of bits such that the variable bit users meet a predetermined minimum transmission rate or more. 제 8 항에 있어서,The method of claim 8, 상기 부채널 및 비트 할당을 수행하는 수단은 모든 고정 비트 사용자들에게 소정 고정 전송 속도를 만족하는 잔존 의무 할당 비트 수를 설정하고,The means for performing the subchannel and bit allocation sets the number of remaining mandatory allocation bits satisfying a predetermined fixed transmission rate for all fixed bit users, 상기 결정 변수가 최대인 고정 비트 사용자 k'와 비트 수 m', 부채널 인덱스 n'의 세트 (m', k', n')을 찾으며,Find the set of fixed bit user k 'and the number of bits m', the subchannel index n '(m', k ', n') with the largest decision variable, 상기 비트 수 m'을 고려하여 상기 찾아진 고정 비트 사용자 k'의 총 할당 비트 수가 상기 고정 전송 속도를 만족하도록 비트 할당을 수행함을 특징으로 하는 상기 장치.And the bit allocation is performed such that the total number of allocated bits of the found fixed bit user k 'satisfies the fixed transmission rate in consideration of the number of bits m'. 제 8 항에 있어서,The method of claim 8, 상기 부채널 및 비트 할당을 수행하는 수단은Means for performing the subchannel and bit allocation 전체 사용 가능 전력에서 상기 고정 비트 사용자들의 할당 전력을 차감하여 상기 가변 비트 사용자들의 가용 전송 전력을 계산하고,Calculate the available transmit power of the variable bit users by subtracting the allocated power of the fixed bit users from the total available power; 상기 결정 변수가 최대인 가변 비트 사용자 k'와 비트 수 m', 부채널 인덱스 n'의 세트 (m', k', n')을 찾으며,Find a variable bit user k 'with the largest decision variable, the number of bits m', and a set (m ', k', n ') of subchannel index n', 상기 가용 전송 전력의 범위내에서 상기 찾아진 가변 비트 사용자 k'에 대한 비트 수 m'의 할당을 수행함을 특징으로 하는 상기 장치.And assigning the number of bits m 'to the found variable bit user k' within the range of the available transmit power.
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