KR20070080265A - 다중 홉 릴레이 방식을 사용하는 무선 접속 통신시스템에서 기회적 패킷 스케줄링 장치 및 방법 - Google Patents

다중 홉 릴레이 방식을 사용하는 무선 접속 통신시스템에서 기회적 패킷 스케줄링 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 다중 홉 릴레이 방식을 사용하는 무선 접속 통신 시스템에서 기회적 패킷 스케줄링 장치 및 방법에 관한 것으로서, 셀 내에 각 단말 경로별로 사용자 단말과 중계기가 추정하여 보고하는 채널 상태 정보를 수집하는 과정과, 상기 각 단말 경로별 해당 홉에 대해 상기 수집된 채널 상태 정보에 대응하는 변조 및 코딩 스킴(Modulation and coding scheme : 이하 'MCS'라 칭함) 레벨을 결정하는 과정과, 상기 결정된 MCS 레벨에 따라 전송 가능한 부호화된 패킷의 크기와 상기 패킷의 전송을 위해 필요한 부채널의 수를 결정하는 과정과, 상기 결정된 부호화된 패킷의 크기 및 부채널의 수를 이용하여 해당 사용자 단말 경로의 현재 무선 자원 효율을 계산하는 과정을 포함하여, 중앙 집중적인 기회적 스케줄링의 구현을 통해 시스템의 효율을 증가시키고, 무선 자원 분배의 형평성을 개선시킬 수 있는 이점이 있다.
다중 홉, 릴레이, 중계국, OPPORTUNISTIC, 패킷 스케줄링

Description

다중 홉 릴레이 방식을 사용하는 무선 접속 통신 시스템에서 기회적 패킷 스케줄링 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR OPPORTUNISTIC PACKET SCHEDULING IN A MULTI-HOP RELAY WIRELESS ACCESS COMMUNICATION SYSTEM}
도 1은 종래 기술에 따른 셀룰러 시스템의 구성을 도시한 도면,
도 2는 본 발명에 따른 다중 홉 중계기 망 시스템의 구성을 도시한 도면,
도 3은 본 발명에 따른 무선 다중 홉 중계기 망 환경에서 채널 상태 보고 과정을 도시한 도면,
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 다중 홉 릴레이 방식을 사용하는 무선 접속 통신 시스템에서 기회적 패킷 스케줄링 장치의 구성을 도시한 블럭도, 및
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 다중 홉 릴레이 방식을 사용하는 무선 접속 통신 시스템에서 기회적 패킷 스케줄링 방법의 절차를 도시한 흐름도.
본 발명은 다중 홉 릴레이 방식을 사용하는 무선 접속 통신 시스템에 관한 것으로, 특히, 기회적 패킷 스케줄링 장치 및 방법에 관한 것이다.
패킷 스케줄링(packet scheduling)은 우선 순위 지표(priority metric)에 따라 패킷의 서비스 순서를 결정하는 것으로, 무선 패킷 망 전송 시스템에서는 상기 패킷 스케줄링을 통해 QoS(Quality of Service)를 보장하고, 무선 자원의 효율을 극대화하며, 사용자 간 공정한 자원 할당을 달성하고자 한다.
기존 셀룰러 패킷 전송 시스템에서는 기지국과 사용자 단말 간 채널 상태를 반영하는 기회적(opportunistic) 스케줄링 기법이 제안되었다. 상기 기회적 스케줄링 기법은 일반적으로 사용자의 데이터 패킷이 시분할 방식으로 전송되는 시분할 다중화(Time Division Multiplexing : TDM) 또는 시분할 다중 접속(Time Division Multiple Access : TDMA) 시스템에서 매 시간 슬롯마다 기지국과 사용자 단말 간 채널 상태를 반영하여 데이터의 전송 기회를 부여할 사용자를 결정한다. 예를 들어, 여러 사용자 단말 중에서 평균 데이터 전송율 대비 현재의 데이터 전송율이 가장 높은 사용자에게 해당 시간 슬롯 동안 데이터 전송 기회를 부여한다. 여기서, 상기 시간 슬롯 또는 시간은 데이터를 전송하기 위한 무선 자원이며, 상기 채널 상태는 주로 현 시점에서 기지국과 사용자 단말 간 전송 가능한 최대 전송 속도로 나타낸다.
상기 기회적 스케줄링 기법의 대표적인 예로는 비례 공정(Proportional Fair : 이하 'PF'라 칭함) 스케줄링과 M-LWDF(Modified Largest Weighted Delay First) 스케줄링 기법 등이 있다.
먼저, 상기 PF 스케줄링 알고리즘을 살펴보면, 도 1과 같이, 셀 내에 전송할 데이터가 있는 N개의 사용자 단말들(103-1, …, 103-N)이 있다고 가정할 시, 기지국(101)은 상기 N개의 사용자 단말들(103-1, …, 103-N)로부터 채널 상태를 수집하고, 상기 수집된 채널 상태로부터 각 사용자 단말들(103-1, …, 103-N)의 최대 전송 가능 데이터 전송률 Ri(t)를 결정한다. 여기서, 상기 Ri(t)는 단위 시간 당 전송 가능한 데이터의 양(bit/sec)으로, 단위 무선 자원으로 전송 가능한 데이터의 양, 즉 무선 자원 효율로 해석될 수 있으며, 상기 i는 1에서 N까지의 값을 가진다. 이후, 각 사용자 단말(103-1, …, 103-N)에 대해 평균 전송률
Figure 112006008807362-PAT00001
대비 순간 최대 가능 전송률 비, 즉
Figure 112006008807362-PAT00002
를 계산한다. 이때, 가장 큰
Figure 112006008807362-PAT00003
을 가지는 사용자 단말 j가 해당 시간 슬롯 동안 데이터를 전송하기 위한 기회를 갖는다.
여기서, 상기 PF 스케줄링의 우선 순위 지표는 하기 <수학식 1>과 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112006008807362-PAT00004
이후, 각 사용자 단말 i에 대해 평균 데이터 전송률을 갱신한다. 즉, 해당 시간 슬롯에서 데이터 전송을 위해 선택된 사용자 i에 대한 평균 데이터 전송률은 하기 <수학식 2>와 같이 갱신하고, 그 외의 사용자 i에 대한 평균 데이터 전송률은 하기 <수학식 3>과 같이 갱신한다.
Figure 112006008807362-PAT00005
Figure 112006008807362-PAT00006
여기서, 상기 tc는 하나의 사용자 단말이 서비스를 받지 못하는 최대 시간과 관련된 가중치 상수로, 시스템마다 다른 적절한 값을 설정할 수 있다.
상기 PF 스케줄링 기법은 사용자별 다이버시티 이득을 통해 시스템 효율을 증대시키고, 사용자 단말의 평균적 채널 상태에 비례하여 각 사용자 단말에게 서비스를 제공하는 비례적 공평성(proportional fairness)을 제공할 수 있다.
한편, 상기 M-LWDF 스케줄링 알고리즘을 살펴보면, 상기 PF 스케줄링은 기본적으로 사용자에 대한 QoS를 고려하지 않는데 반하여, 상기 M-LWDF 스케줄링은 사용자에 대해 QoS 보장을 도모한다. 상기 M-LWDF 스케줄링은 상기 PF 스케줄링의 우선 순위 지표를 하기 <수학식 4>와 같이 수정함으로써 구현할 수 있다.
Figure 112006008807362-PAT00007
여기서, 상기 ai는 사용자 i에 의해 요구되는 QoS 파라미터이고, 상기 Wi(t)는 시간 슬롯 t까지 사용자 단말 i의 큐에 있는 HOL(head-of-line) 패킷이 겪은 시간 지연을 의미한다. 상기 M-LWDF 스케줄링 기법은 스케줄링 우선 순위 지표에 상기 ai와 Wi(t)를 반영함으로써 패킷에 대한 QoS 보장을 도모할 수 있으며, 상기 기회적 스케줄링을 통해 상기 PF 스케쥴러와 같이 시스템 효율의 증대와 비례적 공평성을 달성할 수 있다.
한편, 근래에 무선 패킷 전송 시스템에서 단일 홉 전송으로부터 커버리지의 확장과 시스템 효율 증대를 위해, 도 2와 같이, 중계기(relay)(203-1, …, 203-n-1)를 통한 다중 홉 전송이 모색되고 있다. 상기 다중 홉 중계기 망 시스템에서 셀 내의 사용자 단말(205)과 중계기(203-1, …, 203-n-1)는, 도 3과 같이, 지속적으로 자신(305-1, …, 305-4, 303)의 채널 상태를 추정하고, 상기 추정된 채널 상태를 기지국(301)에 보고한다. 이때, 상기 기지국(201)은 셀 내에 있는 링크들의 채널 상태를 기반으로 중앙 집중 방식의 패킷 스케줄링을 한다. 여기서, 상기 기지국(201)과 사용자 단말(205) 간의 경로 설정은 상기 채널 상태를 반영하여 별도의 과정을 통해 이루어지는 것으로 가정한다.
상기 무선 다중 홉 중계기 망에서 상기 스패킷 스케줄링의 구현을 위해 기존 셀룰러 시스템에서의 기회적 스케줄링 기법을 적용하는 방안을 고려할 수 있다. 기존의 셀룰러 시스템에서는, 상기 도 1과 같이, 기지국(101)과 사용자 단말(103-1, …, 103-N) 간에 단일 링크에 의해 직접 연결되므로 상기 스케줄링을 위한 우선 순위 지표의 중요 인자인 최대 전송 가능 전송률 Ri(t)를 결정하는데 혼돈의 여지가 없었다. 하지만, 상기 무선 다중 홉 중계기 망에 상기 기회적 스케줄링 기법을 직접 적용할 경우, 상기 기지국(201)과 사용자 단말(205) 간의 경로가 다중 홉으로 구성될 수 있어 상기 Ri(t)를 결정하는 방법으로 여러가지가 가능하다.
예를 들어, 특정 홉 링크의 채널 상태, 즉 기지국과 사용자 단말 사이의 경로에서 최초 홉 또는 최종 홉의 채널 상태만을 반영하여 상기 Ri(t)를 결정할 수 있다. 하지만, 상기 기지국과 사용자 단말 간 경로 상의 링크 중 해당 링크의 채널 상태만이 급속히 열화되거나 혹은 양호해진다면, 상기 Ri(t)는 경로 상의 전체 홉들의 채널 상태를 제대로 반영할 수 없게 되어 사용자 단말과 기지국 사이의 현재 채널 상태를 반영하는 기회적 스케줄링의 개념에 반하게 된다. 즉, 경로의 부정확한 채널 정보를 기반으로 패킷 스케줄링을 할 경우, 사용자 다이버시티의 이득의 감소로 시스템의 효율이 저하될 수 있다. 또한, 기지국과 사용자 단말 간에 데이터 전송을 위해 어떤 경로를 이용하는가 혹은 몇 홉의 링크를 거치는가에 따라 단위 데이터를 보내는데 소요되는 무선 자원의 양이 달라질 수 있음에도 불구하고, 이를 패킷 스케줄링에 반영하지 않음으로써 사용자 단말에 대한 무선 자원 분배의 공평성이 저하될 수 있다.
따라서, 상기 기존 셀룰러 시스템에서의 기회적 스케줄링 기법을 상기 무선 다중 홉 중계기 망에 적용하기 위해서는 기지국과 사용자 단말 간 데이터 전송을 위한 경로 상에 있는 모든 링크의 채널 상태와 해당 데이터가 전송되기 위해 필요한 무선 자원의 양을 통합적으로 정량화하는 지표를 선정하고, 상기 선정된 지표를 스케줄링에 반영할 필요가 있다.
본 발명의 목적은 다중 홉 릴레이 방식을 사용하는 무선 접속 통신 시스템에서 기회적 패킷 스케줄링 장치 및 방법을 제공함에 있다.
본 발명의 다른 목적은 다중 홉 릴레이 방식을 사용하는 무선 접속 통신 시스템에서 기존 셀룰러 시스템에서의 기회적(opportunistic) 스케줄링 기법을 확장 적용하기 위한 장치 및 방법을 제공함에 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 다중 홉 릴레이 방식을 사용하는 무선 접속 통신 시스템에서 다중 홉 상의 모든 링크들의 채널 상태를 반영하여 기회적 스케줄링 기법을 적용함으로써 시스템의 효율성을 증대시키고 무선 자원 분배의 공평성을 제고할 수 있는 장치 및 방법을 제공함에 있다.
상기 목적을 달성하기 위해 본 발명의 실시 예에 따르면, 다중 홉 릴레이 방식을 사용하는 무선 접속 통신 시스템에서 기회적 패킷 스케줄링 방법은, 셀 내에 각 단말 경로별로 사용자 단말과 중계기가 추정하여 보고하는 채널 상태 정보를 수집하는 과정과, 상기 각 단말 경로별 해당 홉에 대해 상기 수집된 채널 상태 정보 에 대응하는 변조 및 코딩 스킴(Modulation and coding scheme : 이하 'MCS'라 칭함) 레벨을 결정하는 과정과, 상기 결정된 MCS 레벨에 따라 전송 가능한 부호화된 패킷의 크기와 상기 패킷의 전송을 위해 필요한 부채널의 수를 결정하는 과정과, 상기 결정된 부호화된 패킷의 크기 및 부채널의 수를 이용하여 해당 사용자 단말 경로의 현재 무선 자원 효율을 계산하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위해 본 발명의 실시 예에 따르면, 다중 홉 릴레이 방식을 사용하는 무선 접속 통신 시스템에서 기회적 패킷 스케줄링 장치는, 셀 내의 사용자 단말과 중계기로부터 수신되는 채널 상태 정보를 이용하여 현재 무선 자원의 효율 값을 계산하고, 상기 계산된 현재 무선 자원 효율 값을 스케줄링 우선 순위 지표 계산부 및 평균 무선 자원 효율 계산부로 출력하는 현재 무선 자원 효율 계산부와, 상기 현재 무선 자원 효율 계산부로부터 입력되는 시간 t에서의 현재 무선 자원 효율 값과 상기 평균 무선 자원 효율 계산부로부터 입력되는 시간 t-1에서의 평균 무선 자원 효율 값을 이용하여 스케줄링 우선 순위 지표를 계산하고, 상기 계산된 우선 순위 지표를 상기 최대 우선 순위 지표 사용자 선택부로 출력하는 상기 스케줄링 우선 순위 지표 계산부와, 상기 현재 무선 자원 효율 계산부로부터 입력되는 현재 무선 자원 효율 값과 상기 최대 우선 순위 지표 사용자 선택부로부터 입력되는 현재 프레임에 스케줄링된 사용자 정보를 이용하여 평균 무선 자원 효율 값을 계산 및 갱신하고, 상기 계산된 평균 무선 자원 효율 값을 상기 스케줄링 우선 순위 지표 계산부로 출력하는 상기 평균 무선 자원 효율 계산부와, 상기 스케줄링 우선 순위 지표 계산부로부터 입력되는 스케줄링 우선 순위 지표 중 최대 우선 순위 지표를 가지는 사용자를 선택하고, 사용자 큐에서 상기 선택된 사용자의 상태 정보를 상기 평균 무선 자원 효율 계산부로 출력하는 상기 최대 우선 순위 지표 사용자 선택부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이하 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면의 참조와 함께 상세히 설명한다. 그리고, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단된 경우 그 상세한 설명은 생략한다.
이하, 본 발명은 다중 홉 릴레이 방식을 사용하는 무선 접속 통신 시스템에서 기회적 패킷 스케줄링 장치 및 방법에 대해 설명하기로 한다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 다중 홉 릴레이 방식을 사용하는 무선 접속 통신 시스템에서 기회적 패킷 스케줄링 장치의 구성을 도시한 블럭도이다. 상기 기회적 패킷 스케줄링 장치는 현재 무선 자원 효율 계산부(401), 스케줄링 우선 순위 지표 계산부(403), 평균 무선 자원 효율 계산부(405), 최대 우선 순위 지표 사용자 선택부(407)를 포함하여 구성된다.
상기 도 4를 참조하면, 상기 현재 무선 자원 효율 계산부(401)는 셀 내의 사용자 단말과 중계기로부터 수신되는 채널 상태 정보, 즉 시간 t에 셀 내에 전송할 패킷을 가진 사용자 단말 집합과 각 링크의 SINR 정보를 이용하여 현재 무선 자원의 효율 값을 계산하고, 상기 계산된 현재 무선 자원 효율 값을 상기 스케줄링 우 선 순위 지표 계산부(403) 및 평균 무선 자원 효율 계산부(405)로 출력한다. 다시 말해, 각 사용자 단말별로 상기 각 링크의 SINR에 대응하는 MCS 레벨을 결정한 후, 상기 MCS 레벨에 따라 부호화된 패킷 크기와 총 부채널 수를 계산하고, 상기 계산된 부호화된 패킷 크기와 총 부채널 수를 이용하여 상기 기지국과 해당 사용자 단말 경로의 무선 자원 효율 값을 계산한다.
상기 스케줄링 우선 순위 지표 계산부(403)는 상기 현재 무선 자원 효율 계산부(401)로부터 입력되는 시간 t에서의 현재 무선 자원 효율 값과 상기 평균 무선 자원 효율 계산부(405)로부터 입력되는 시간 t-1에서의 평균 무선 자원 효율 값을 이용하여 스케줄링 우선 순위 지표를 계산하고, 상기 계산된 우선 순위 지표를 상기 최대 우선 순위 지표 사용자 선택부(407)로 출력한다.
상기 평균 무선 자원 효율 계산부(405)는 상기 현재 무선 자원 효율 계산부(401)로부터 입력되는 현재 무선 자원 효율 값과 상기 최대 우선 순위 지표 사용자 선택부(407)로부터 입력되는 현재 프레임에 스케줄링된 사용자 정보를 이용하여 평균 무선 자원 효율 값을 계산 및 갱신하고, 상기 계산된 평균 무선 자원 효율 값을 상기 스케줄링 우선 순위 지표 계산부(403)로 출력한다.
상기 최대 우선 순위 지표 사용자 선택부(407)는 상기 스케줄링 우선 순위 지표 계산부(403)로부터 입력되는 스케줄링 우선 순위 지표 중 최대 우선 순위 지표를 가지는 사용자를 선택하고, 상기 선택된 사용자에게 데이터 전송의 기회를 부여한다. 또한, 상기 선택된 사용자의 평균 무선 자원 효율을 계산하기 위한 입력 파라미터 값, 즉 해당 패킷 크기와 부채널 수를 사용자 큐(도시하지 않음)로부터 입력받아 상기 평균 무선 자원 효율 계산부(405)로 출력한다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 다중 홉 릴레이 방식을 사용하는 무선 접속 통신 시스템에서 기회적 패킷 스케줄링 방법의 절차를 도시한 흐름도이다. 여기서, 상기 시스템은 시분할 이중(Time Division Duplex : TDD)/직교 주파수 분할 다중 접속(Orthogonal Frequency Division Multiplex Access : OFDMA) 방식을 사용하는 시스템으로, 다이버시티 모드로 동작하며, 기지국을 중심으로 1 계층(tier)의 중계기가 위치하고, 기지국과 사용자 단말 사이의 데이터 전송은 상기 기지국에서 사용자 단말로 단일 홉을 통해 직접 이루어지거나, 상기 기지국에서 중계기를 거쳐 사용자 단말에 이르는 이중 홉 경로를 통해 이루어진다. 여기서, 상기 기지국과 사용자 단말 사이에 전송 경로를 설정하는 것은 별도의 과정을 통해 결정되는 것으로 가정한다. 또한, 상기 시스템은 중앙집중식 기회적 스케줄링 방식을 통해 이번 프레임에 데이터를 전송할 사용자 단말과 데이터를 결정하고, 상기 결정에 따라 해당 데이터들은 한 프레임 구간 내에서 모든 홉 링크 간의 전송을 통해 종단까지 전달되며, 한 프레임 동안 채널 상태는 변하지 않는 것으로 가정한다. 여기서, 상기 프레임은 시간 축과 주파수 축을 가지며, 2차원적으로 구성되고, 상기 프레임을 이루는 기본 단위는 부채널이다.
상기 도 5를 참조하면, 기지국 스케줄러는 501단계에서 하나의 패킷 프레임에 대한 패킷 스케줄링을 위해 셀 내의 사용자 단말과 중계기가 추정하여 보고하는 채널 상태 정보를 수집한다. 즉, 시간 t에 셀 내에 전송할 패킷을 가진 사용자 단말 집합 G(t) 및 각 링크의 SINR 정보를 수집한다.
이후, 상기 기지국 스케줄러는 503단계에서 상기 수집된 각 링크의 SINR에 대응하는 변조 및 코딩 스킴(Modulation and coding scheme : 이하 'MCS'라 칭함) 레벨을 결정한다. 이때, 사용자 단말 인덱스 i를 1로 설정한다.
여기서, 상기 MCS 레벨은 하기 <표 1>을 이용하여 결정할 수 있다. 상기 <표 1>은 상기 MCS 레벨에 따른 변조(modulation), 부호율(code rate), 부호화된 패킷 크기, 해당 부호화된 패킷을 전송하는데 필요한 부채널의 개수, 요구 SINR을 나타낸다.
MCS 레벨 변조 부호율 set A set B 요구 SINR [dB](Ped-A,3km/h)
부호화된 패킷 크기[bit] 전송에 필요한 부채널 개수 부호화된 패킷 크기[bit] 전송에 필요한 부채널 개수
1 QPSK 1/12 288 36 8 1 -3.95
2 1/6 384 24 16 1 -1.65
3 1/3 480 15 32 1 1.5
4 1/2 480 10 48 1 4.3
5 2/3 960 15 64 1 7.95
6 16QAM 1/2 960 10 96 1 9.3
7 2/3 960 8 128 1 13.1
8 5/8 960 8 144 1 15.8
9 64QAM 2/3 960 5 192 1 18.45
10 5/6 960 4 240 1 24.8
여기서, 상기 부호화된 패킷의 크기와 전송에 필요한 부채널의 수는 상기 부호화된 패킷의 크기(granularity)에 따라 Set A과 Set B로 나눌 수 있다. 이하 본 발명에 대한 설명에서는 상기 Set B를 따르는 것으로 한다.
이후, 상기 기지국 스케줄링은 505 내지 511 과정을 거쳐 현재 무선 자원 효율 ri(t)를 계산한다. 여기서, 상기 무선 자원 효율은 단위 대역을 통해 단위 시간당 전송 가능한 데이터의 양, 즉 기지국과 사용자 단말 i 사이에 경로를 통해 단위 무선 자원으로 전송 가능한 데이터 양으로 정의할 수 있으며, 그 단위는 [bit]/[Hz][Sec] 혹은 [bps]/[Hz]가 될 수 있다. 이때,
Figure 112006008807362-PAT00008
는 한 비트의 데이터를 보내는데 필요한 무선 자원의 양이 된다. 또한, 무선 다중 홉 중계기 시스템에서 기지국과 사용자 단말 사이에 데이터 전송을 위해 홉 경로가 설정되어 있다고 하면, 기지국으로부터 사용자 단말 간에 한 비트의 데이터를 전송하기 위해 필요한 무선 자원의 양은 경로 상에 있는 각 홉에서의 무선 자원의 양의 합, 즉
Figure 112006008807362-PAT00009
로 나타낼 수 있다. 여기서, 상기 ri,j(t)는 시간 t에 사용자 단말 i의 j번째 홉에서의 무선 자원 효율이다. 따라서, 시간 t에 기지국과 사용자 단말 i 간 경로의 무선 자원 효율은 하기 <수학식 5>와 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112006008807362-PAT00010
이로써, 상기 경로 상의 모든 홉의 채널 상태를 반영하면서, 다중 홉 경로에서 단위 무선 자원당 전송 가능 데이터 량을 하나의 수치로 정량화할 수 있다. 상기 도 505 내지 511에서는 상기 기법을 적용한 단일 홉 경로와 이중 홉 경로에 대한 현재 무선 자원 효율 계산 방법을 예로 들어 설명하도록 한다.
먼저, 상기 기지국 스케줄러는 상기 505단계에서 상기 기지국과 해당 사용자 단말 사이의 데이터 전송이 상기 기지국에서 상기 사용자 단말로 단일 홉을 통해 직접 이루어지는지 혹은 상기 기지국에서 중계기를 거쳐 상기 사용자 단말로 이중 홉 경로를 통해 이루어지는지 여부를 검사한다.
상기 505 단계에서 상기 기지국과 해당 사용자 단말 사이의 데이터 전송이 상기 기지국에서 중계기를 거쳐 상기 사용자 단말로 이중 홉 경로를 통해 이루어질 시, 상기 기지국 스케줄러는 507단계에서 상기 i 단말에 대한 첫 번째 홉과 두 번째 홉의 MCS 레벨에 따라 전송 가능한 부호화된 패킷의 크기 ni(t) 및 해당 패킷을 전송하기 위해 프레임 내에서 필요한 총 부채널의 개수 si(t)를 결정한다.
여기서, 상기 첫 번째 홉과 두 번째 홉의 MCS 레벨에 따른 부호화된 패킷 크기와 총 부채널 수는 하기 <표 2>와 <표 3>을 이용하여 결정할 수 있다.
첫번째 홉의 MCS 레벨 ＼ 두번째 홉의 MCS 레벨 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
1 2 3 5 7 9 13 17 19 25 31
2 3 2 3 4 5 7 9 10 13 16
3 5 3 2 2.5 3 4 5 5.5 7 8.5
4 7 4 2.5 2 2.33 3 3.66 4 5 6
5 9 5 3 2.33 2 2.5 3 3.25 4 4.75
6 13 7 4 3 2.5 2 2.33 2.5 3 3.5
7 17 9 5 3.66 3 2.33 2 2.125 2.5 2.875
8 19 10 5.5 4 3.25 2.5 2.125 2 2.33 2.66
9 25 13 7 5 4 3 2.5 2.33 2 2.25
10 31 16 8.5 6 4.75 3.5 2.875 2.66 2.25 2
첫번째 홉의 MCS 레벨 ＼ 두번째 홉의 MCS 레벨 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
1 8 16 32 48 64 96 128 144 192 240
2 16 16 32 48 64 96 128 144 192 240
3 32 32 32 48 64 96 128 144 192 240
4 48 48 48 48 64 96 128 144 192 240
5 64 64 64 64 64 96 128 144 192 240
6 96 96 96 96 96 96 128 144 192 240
7 128 128 128 128 128 128 128 144 192 240
8 144 144 144 144 144 144 144 144 192 240
9 192 192 192 192 192 192 192 192 192 240
10 240 240 240 240 240 240 240 240 240 240
상기 505 단계에서 상기 기지국과 해당 사용자 단말 사이의 데이터 전송이 상기 기지국에서 상기 사용자 단말로 단일 홉을 통해 직접 이루어질 시, 상기 기지국 스케줄러는 509단계에서 상기 i 단말의 MCS 레벨에 따라 전송 가능한 부호화된 패킷의 크기 ni(t) 및 해당 패킷을 전송하기 위해 프레임 내에서 필요한 총 부채널의 개수 si(t)를 결정한다. 여기서, 상기 i 단말의 MCS 레벨에 따른 부호화된 패킷 크기와 총 부채널 수는 상기 <표 1>을 이용하여 결정할 수 있다.
이후, 상기 기지국 스케줄러는 511단계에서 현재 무선 자원의 효율을 계산한다. 상기 결정된 부호화된 패킷의 크기 ni(t) 및 총 필요 부채널의 개수 si(t)를 이용하여 상기 기지국과 사용자 단말 경로의 무선 자원 효율을 계산한다.
여기서, 시간 t에 상기 기지국으로부터 i번째 사용자 단말에 이르는 경로의 무선 자원 효율 ri(t)는 하기 <수학식 6>을 이용하여 계산할 수 있다.
Figure 112006008807362-PAT00011
예를 들어, 상기 도 3과 같이, 셀 내에 전송할 데이터가 있는 4개의 사용자 단말들(305-1, …, 305-4)이 있고, 기지국(301)과 상기 단말들(305-1, …, 305-4) 사이의 데이터 전송은 상기 기지국(301)에서 중계기(303)를 거쳐 상기 단말들(305-1, …, 305-4)로 이르는 이중 홉 경로를 통해 이루어지는 시스템에서 상기 단말들(305-1, …, 305-4)로부터 수집한 채널 상태 정보가 하기 <표 4>와 같다고 가정하자.
사용자 단말 인덱스 첫 번째 홉 링크의 SINR[dB] 두 번째 홉 링크의 SINR[dB]
1 16.00 2.00
2 16.00 5.30
3 5.00 5.20
4 10.00 12.00
이때, 각 사용자 단말별 각 홉 링크의 MCS 레벨은 상기 <표 1>을 이용하여 하기 <표 5>와 같이 결정할 수 있다.
사용자 단말 인덱스 첫 번째 홉 링크의 MCS 레벨 두 번째 홉 링크의 MCS 레벨
1 8 3
2 8 4
3 4 4
4 6 6
여기서, 상기 <표 2>와 <표 3>을 이용하여 상기 각 사용자 단말별 첫 번째 홉 링크와 두 번째 홉 링크의 MCS 레벨에 따른 부호화된 패킷 크기와 총 부채널 개수는 하기 <표 6>과 같이 결정할 수 있다. 또한, 상기 결정된 부호화된 패킷의 크기 ni(t) 및 총 필요 부채널의 개수 si(t)를 이용하여 상기 <수학식 6>을 통해 상기 기지국과 사용자 단말 경로의 무선 자원 효율을 계산할 수 있다.
사용자 단말 인덱스 총 필요 부채널 개수 전송 가능 부호화된 패킷 크기 (전송 가능 부호화된 패킷 크기) /(총 필요 부채널 개수)
1 5.5 144 26.2
2 4.0 144 36.0
3 2.0 48 24.0
4 2.0 96 48.0
이후, 상기 기지국 스케줄러는 513단계에서 상기 i가 셀 내 사용자 집합의 수 n(G)보다 작은지 검사하고, 상기 i가 상기 n(G)보다 작을 시, 515단계로 진행하여 상기 i를 상기 i에 1을 더한 값으로 갱신하고, 상기 505단계로 돌아가 상기 모든 사용자들에 대해 상기 과정을 반복한다.
상기 513단계에서 상기 i가 상기 n(G)보다 작지 않을 시, 상기 기지국 스케줄러는 상기 사용자 집합에 속한 모든 단말에 대해 무선 자원 효율을 계산하였음을 판단하고, 517단계로 진행하여 우선 순위 지표, 즉 사용자 단말별로 평균 무선 자원 효율 대비 현재 무선 자원 효율의 비
Figure 112006008807362-PAT00012
를 계산한다. 또한, 상기 기지국 스케줄러는 상기 계산된 우선 순위 지표 중 최대 우선 순위 지표를 가지는 사용자 단말을 선택하고, 상기 선택된 사용자 단말에게 데이터 전송의 기회를 부여한다. 이때, 상기 기지국 스케줄러는 사용자 단말별 평균 무선 자원 효율의 갱신을 위해 상기 i를 다시 1로 설정한다.
여기서, 상기 최대 우선 순위 지표를 가지는 사용자 단말의 선택은 하기 <수학식 7>을 이용하여 결정할 수 있다.
Figure 112006008807362-PAT00013
여기서, 상기 m은 시간 t에 선택된 사용자 단말을 의미한다.
즉, 상기 예에서 각 사용자 단말별 평균 무선 자원 효율이 하기 <표 7>과 같을 경우, 사용자 단말 중 우선 순위 지표가 1.4465로 가장 높은 제 1 사용자 단말에게 데이터 전송의 기회를 부여할 수 있다.
사용자 단말 인덱스 순간 무선 자원 효율 평균 무선 자원 효율 우선순위지표
1 26.18 18.10 1.4465
2 36.00 35.40 1.0169
3 24.00 23.00 1.0435
4 48.00 50.00 0.9600
이후, 상기 기지국 스케줄러는 519단계에서 상기 i가 상기 시간 t에 선택된 사용자 단말 m, 즉 현 스케줄링 순간에 데이터 전송 기회를 부여받은 단말 m인지 검사한다. 상기 i가 상기 m일 시, 상기 기지국 스케줄러는 523단계에서 하기 <수학식 8>을 이용하여 상기 평균 무선 자원의 효율을 계산 및 갱신하고, 상기 i가 상기 m이 아닐 시, 상기 기지국 스케줄러는 521단계에서 하기 <수학식 9>를 이용하여 평균 무선 자원의 효율을 계산 및 갱신한다.
Figure 112006008807362-PAT00014
Figure 112006008807362-PAT00015
여기서, 상기 tc는 가중치 상수로써, 상기 평균값을 구하기 위한 슬라이딩 윈도우 사이즈와 관련이 있으며, 시스템에 따라 적절한 값으로 선택할 수 있다.
상기 예를 참조하면, 상기 tc가 100으로 설정되었을 시, 상기 제 1 사용자 단말의 평균 무선 자원 효율은 (0.99)(18.10) + (0.01)(26.18) ≒ 18.18로 갱신되고, 상기 선택되지 않은 나머지 사용자 단말 중 제 2 사용자 단말의 평균 무선 자원 효율은 (0.99)(35.40) ≒ 35.05, 제 3 사용자 단말의 평균 무선 자원 효율은 (0.99)(23.00) ≒ 22.77, 제 4 사용자 단말의 평균 무선 자원 효율은 (0.99)(50.00) ≒ 49.50으로 갱신된다.
이후, 상기 기지국 스케줄러는 525단계에서 상기 i가 셀 내 사용자 집합의 수 n(G)보다 작은지 검사하고, 상기 i가 상기 n(G)보다 작을 시, 527단계로 진행하여 상기 i를 상기 i에 1을 더한 값으로 갱신하고, 상기 519단계로 돌아가 상기 i가 상기 m인지 검사한다. 상기 i가 상기 n(G)보다 작지 않을 시, 상기 기지국 스케줄러는 529단계에서 프레임이 가득 찼는지 검사하고, 상기 프레임에 여유가 있을 시, 상기 517단계로 돌아가 상기 선택되지 않은 사용자 단말 중 최대 우선 순위 지표를 가지는 사용자를 선택한다. 본 발명의 실시 예에서 고려하는 시스템에서는 한 프레임 동안 채널 상태가 변하지 않는 것으로 가정하였기 때문에 한 프레임 내에서 사용자 단말들은 동일한 무선 자원 효율을 유지하며, 프레임 내에서 가용 부채널을 최대로 이용하여 데이터를 전송할 수 있을 때까지 스케줄링을 반복 실시한다. 상기 프레임이 가득 찼을 시, 즉 한 프레임에 대한 스케줄링이 완료될 시, 상기 기지국 스케줄러는 본 발명에 따른 알고리즘을 종료한다.
한편 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시 예에 관해 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 아니 되며 후술하는 특허청구의 범위뿐만 아니라 이 특허청구의 범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
상술한 바와 같이, 본 발명은 다중 홉 릴레이 방식을 사용하는 무선 접속 통신 시스템에서 기존 셀룰러 시스템에서의 기회적(opportunistic) 스케줄링 기법을 확장 적용하기 위한 장치 및 방법을 제공함으로써, 중앙 집중적인 기회적 스케줄링의 구현을 통해 시스템의 효율을 증가시키고, 무선 자원 분배의 형평성을 개선시킬 수 있는 이점이 있다.

Claims (7)

  1. 다중 홉 릴레이 방식을 사용하는 무선 접속 통신 시스템에서 기회적 패킷 스케줄링 방법에 있어서,
    셀 내에 각 단말 경로별로 사용자 단말과 중계기가 추정하여 보고하는 채널 상태 정보를 수집하는 과정과,
    상기 각 단말 경로별 해당 홉에 대해 상기 수집된 채널 상태 정보에 대응하는 변조 및 코딩 스킴(Modulation and coding scheme : 이하 'MCS'라 칭함) 레벨을 결정하는 과정과,
    상기 결정된 MCS 레벨에 따라 전송 가능한 부호화된 패킷의 크기와 상기 패킷의 전송을 위해 필요한 부채널의 수를 결정하는 과정과,
    상기 결정된 부호화된 패킷의 크기 및 부채널의 수를 이용하여 해당 사용자 단말 경로의 현재 무선 자원 효율을 계산하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 해당 사용자 단말 경로별 현재 무선 자원 효율은 각 홉 별 상기 결정된 크기의 패킷을 전송하기 위해 필요한 부채널의 수의 합으로 계산하는 것을 특징으로 하는 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 사용자 단말별로 평균 무선 자원 효율 대비 현재 무선 자원 효율의 비를 계산하는 과정과,
    상기 계산된 평균 무선 자원 효율 대비 현재 무선 자원 효율의 비가 가장 큰 사용자 단말을 선택하고, 상기 선택된 사용자 단말을 스케줄링하는 과정과,
    상기 사용자 단말들의 평균 무선 자원 효율을 갱신하는 과정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  4. 상기 사용자 단말들 중 상기 선택된 단말의 평균 무선 자원 효율은 하기 <수학식 10>을 이용하여 갱신하고, 선택되지 않은 단말의 평균 무선 자원 효율은 하기 <수학식 11>을 이용하여 갱신하는 것을 특징으로 하는 방법.
    Figure 112006008807362-PAT00016
    Figure 112006008807362-PAT00017
    여기서, 상기 tc는 가중치 상수임.
  5. 다중 홉 릴레이 방식을 사용하는 무선 접속 통신 시스템에서 기회적 패킷 스케줄링 장치에 있어서,
    셀 내의 사용자 단말과 중계기로부터 수신되는 채널 상태 정보를 이용하여 현재 무선 자원의 효율 값을 계산하고, 상기 계산된 현재 무선 자원 효율 값을 스케줄링 우선 순위 지표 계산부 및 평균 무선 자원 효율 계산부로 출력하는 현재 무선 자원 효율 계산부와,
    상기 현재 무선 자원 효율 계산부로부터 입력되는 시간 t에서의 현재 무선 자원 효율 값과 상기 평균 무선 자원 효율 계산부로부터 입력되는 시간 t-1에서의 평균 무선 자원 효율 값을 이용하여 스케줄링 우선 순위 지표를 계산하고, 상기 계산된 우선 순위 지표를 상기 최대 우선 순위 지표 사용자 선택부로 출력하는 상기 스케줄링 우선 순위 지표 계산부와,
    상기 현재 무선 자원 효율 계산부로부터 입력되는 현재 무선 자원 효율 값과 상기 최대 우선 순위 지표 사용자 선택부로부터 입력되는 현재 프레임에 스케줄링 된 사용자 정보를 이용하여 평균 무선 자원 효율 값을 계산 및 갱신하고, 상기 계산된 평균 무선 자원 효율 값을 상기 스케줄링 우선 순위 지표 계산부로 출력하는 상기 평균 무선 자원 효율 계산부와,
    상기 스케줄링 우선 순위 지표 계산부로부터 입력되는 스케줄링 우선 순위 지표 중 최대 우선 순위 지표를 가지는 사용자를 선택하고, 사용자 큐에서 상기 선택된 사용자의 상태 정보를 상기 평균 무선 자원 효율 계산부로 출력하는 상기 최대 우선 순위 지표 사용자 선택부를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 사용자 단말과 중계기로부터 수신되는 채널 상태 정보는 시간 t에 셀 내에 전송할 패킷을 가진 사용자 단말 집합과 각 링크의 SINR 정보임을 특징으로 하는 장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    각 사용자 단말별로 상기 각 링크의 SINR에 대응하는 MCS 레벨을 결정한 후, 상기 MCS 레벨에 따라 부호화된 패킷 크기와 총 부채널 수를 계산하고, 상기 계산된 부호화된 패킷 크기와 총 부채널 수를 이용하여 상기 기지국과 해당 사용자 단말 경로의 무선 자원 효율 값을 계산하는 상기 현재 무선 자원 효율 계산부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
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