KR20070082203A - 이동 통신 시스템에서 채널 할당 시스템 및 방법 - Google Patents

이동 통신 시스템에서 채널 할당 시스템 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 다수의 단말기들과, 상기 단말기들에게 통신 서비스를 제공하는 기지국들을 포함하는 이동 통신 시스템에서 채널 할당에 관한 것이다. 이에 상기 기지국은 단말기들에게 평균 채널 품질 정보를 요청하고, 각 단말기들은 상기 기지국 요청에 따른 단말기의 채널별 채널 품질 정보를 측정한 후 측정된 채널 품질 정보들에 대한 평균 채널 품질 정보를 계산하여 상기 기지국으로 전송하고, 상기 기지국은 단말기들로부터 수신한 평균 채널 품질 정보에 따라 미리 결정된 소정 개수의 단말기들을 선택하여 단말기 그룹을 결정하며 상기 단말기 그룹에 채널 품질 정보를 요청하고, 상기 단말기 그룹의 단말기들은 채널 품질 정보를 기지국으로 전송한 후 상기 기지국은 상기 단말기 그룹들로부터 채널 품질 정보를 수신하고 상기 채널 품질 정보에 따라 채널을 할당한다.
채널 품질 정보, 단말기 그룹, 채널 할당, 기지국, 단말기

Description

이동 통신 시스템에서 채널 할당 시스템 및 방법{SYSTEM AND METHOD FOR ASSIGNING CHANNEL IN A COMMUNICATION SYSTEM}
도 1은 일반적인 이동 통신 시스템의 구조를 개략적으로 도시한 도면
도 2는 일반적인 이동 통신 시스템의 채널 할당 과정을 개략적으로 도시한 신호 흐름도
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 이동 통신 시스템의 채널 할당과정을 개략적으로 도시한 신호 흐름도
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 이동 통신 시스템에서 채널 할당을 수행하는 기지국의 동작 과정을 개략적으로 도시한 순서도
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 이동 통신 시스템에서 채널 할당을 받는 단말기의 동작 과정을 개략적으로 도시한 순서도
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 이동 통신 시스템에서 채널 할당에 따른 사용자 수의 증가에 따른 처리율의 성능 그래프
본 발명은 통신 시스템에 관한 것으로서 특히, 무선 통신 시스템에서 채널 할당 시스템 및 방법에 관한 것이다.
1970년대 말 미국에서 셀룰라(cellular) 방식의 무선 이동 통신 시스템(Mobile Telecommunication System)이 개발된 이래 국내에서는 아날로그 방식의 1세대(1G: 1st Generation) 이동 통신 시스템이라고 할 수 있는 AMPS(Advanced Mobile Phone Service) 방식으로 음성 통신 서비스를 제공하기 시작하였다. 이후, 1990년대 중반 2세대(2G: 2nd Generation) 이동 통신 시스템으로서 코드 분할 다중 접속(CDMA: Code Division Multiple Access, 이하 "CDMA"라 칭하기로 한다) 방식의 시스템을 상용화하여 음성 및 저속 데이터 서비스를 제공하였다.
또한, 1990년대 말부터 향상된 무선 멀티미디어 서비스, 범세계적 로밍(roaming), 고속 데이터 서비스 등을 목표로 시작된 3세대(3G: 3rd Generation) 이동 통신 시스템인 IMT-2000(International Mobile Telecommunication-2000)은 현재 일부 상용화되어 서비스가 운영되고 있다. 특히, 상기 3세대 이동 통신 시스템은 이동 통신 시스템에서 서비스하는 데이터량이 급속하게 증가함에 따라 보다 고속의 데이터를 전송하기 위해 개발되었다.
또한, 현재는 3세대 이동 통신 시스템에서 4세대(4G: 4th Generation) 이동 통신 시스템으로 발전해나가고 있는 상태이다. 상기 4세대 이동 통신 시스템은 이전 세대의 이동 통신 시스템들과 같이 단순한 무선 통신 서비스에 그치지 않고 유선 통신 네트워크와 무선 통신 네트워크와의 효율적 연동 및 통합 서비스를 목표로 하여 표준화되고 있다. 따라서 무선 통신 네트워크에서 유선 통신 네트워크의 용량 (capacity)에 근접하는 대용량 데이터를 전송할 수 있는 기술 개발이 요구되고 있다.
그래서 상기 4세대 이동 통신 시스템에서는 유·무선 채널에서 고속데이터 전송에 유용한 방식으로 직교 주파수 분할 다중(OFDM: Orthogonal Frequency Division Multiplexing, 이하 'OFDM'이라 칭하기로 한다) 방식 및 직교 주파수 분할 다중 접속(OFDMA: Orthogonal Frequency Division Multiplexing Access, 이하 OFDMA라 칭하기로 한다) 방식을 활발하게 연구하고 있으며, 상기 OFDM 방식은 멀티-캐리어(Multi-Carrier)를 사용하여 데이터를 전송하는 방식으로서, 직렬로 입력되는 심벌(Symbol)열을 병렬 변환하여 이들 각각을 상호 직교성을 갖는 다수의 서브 캐리어(sub-carrier)들, 즉 다수의 서브 캐리어 채널(sub-carrier channel)들로 변조하여 전송하는 멀티캐리어 변조(MCM : Multi Carrier Modulation) 방식의 일종이다.
상기한 멀티 캐리어를 사용하여 데이터를 전송하는 이동 통신 시스템은 하나의 OFDM 심벌(symbol)내의 서브 캐리어들을 다수의 사용자들이 분할하여 사용하는 방식이다. 상기 이동 통신 시스템은 다수개의 서브 캐리어를 사용하며, 상기 서브 캐리어들 중에서 일부의 서브 캐리어들은 파일럿(pilot) 서브 캐리어들로 사용하고, 상기 파일럿 서브 캐리어들을 제외한 나머지 서브 캐리어들은 데이터(data) 서브 캐리어들로 사용한다. 또한 상기 이동 통신 시스템은 상기 데이터 서브 캐리어들을 일정 개수로 분류하여 서브 채널을 생성하고, 상기 서브 채널(sub-channel)을 시스템 상황에 맞게 다수의 사용자들에게 할당한다.
여기서, 상기 서브 채널이라 함은 다수의 서브 캐리어들로 구성되는 채널을 의미하며, 결과적으로 상기 이동 통신 시스템은 시스템에서 사용하는 전체 서브 캐리어들, 특히 데이터 서브 캐리어들을 전체 주파수 대역에 분산시켜 주파수 다이버시티 이득(frequency diversity gain)을 획득하는 것을 목적으로 하는 통신 시스템이다. 그러면 여기서 상술한 멀티 캐리어를 사용하는 이동 통신 시스템의 구조를 하기의 도 1에 나타내었다.
도 1은 일반적인 이동 통신 시스템의 구조를 개략적으로 도시한 도면이다.
상기 도 1을 참조하면, 이동 통신 시스템의 단일 셀(single sell) 구조를 도시하였으며, 상기 이동 통신 시스템은 기지국(BS: Base Station)(100)과, 기지국(100)에 의해 관리되는 다수의 단말기(MS: Mobile Station)들(110, 120, 130, 140, 150)로 구성된다.
여기서 각 단말기들(110, 120, 130, 140, 150)이 측정하는 채널 환경은 서로 다른 음영 손실(shadowing loss), 경로 손실(path loss), 단말기의 이동 등으로 인해서 서로 독립적이며 시간에 따라 변화한다는 특성을 갖는다. 상기한 채널 특성으로 인해서 기지국(100)은 각 단말기들에게 상기 채널 환경을 고려하여 서브 채널을 단말기들에게 할당하며, 이로 인해 전체 시스템의 데이터 전송 효율을 증가 시키는 것이 가능하다. 상기 기지국(100)은 각 단말기들(110, 120, 130, 140, 150)의 수신 채널 환경을 고려하여 변조 기법과 부호화 기법을 바꾸어 주는 적응적 변조 및 코딩(AMC: Adaptive Modulation and Coding, 이하 'AMC'라 칭하기로 한다) 기법을 적용한다. 즉, 채널 환경이 좋은 경우에는 높은 효율의 변조 및 부호화 기법을 사용 하며, 채널 환경이 좋지 않은 경우에는 낮은 효율의 변조 및 부호화 기법을 사용하는 것이다. 그러면 여기서 상기 이동 통신 시스템의 채널 할당 과정은 하기의 도 2에 나타내었다.
도 2는 일반적인 이동 통신 시스템의 채널 할당 과정을 개략적으로 도시한 신호 흐름도이다.
상기 도 2를 참조하면, 기지국(200)과, K개의 단말기들(250)이 도시되어 있으며, 여기서 상기 K는 기지국의 서비스 영역, 즉 셀 내에 존재하는 모든 단말기들의 개수를 의미한다.
기지국(200)은 자신이 서비스하는 K개의 단말기들(250)에게 채널 품질 정보(CQI: Channel Quality Information)를 요청한다(201단계). 단말기들(250)은 기지국(200)의 채널 품질 정보 요청에 따라서 각 서브 채널의 채널 품질 정보를 측정한다. 이때 각 단말기는 측정된 서브 채널들 중에서 채널 품질 정보가 좋은 일정 개수의 서브 채널을 선택한다.
그리하여 단말기들(250)은 측정된 채널 품질 정보를 피드백(feedback) 즉, 기지국(200)으로 전송한다(203단계). 이때 각 단말기가 보고하는 채널 품질 정보는 상기 선택된 서브 채널들의 채널 품질 정보이며, 단말기들(250)은 상기 채널 품질 정보를 일정 주기로 기지국(200)에 전송한다.
그리고 단말기들(250)은 각각 선택한 서브 채널에 대한 정보를 예를 들어, 비트맵(bitmap)의 형태로 각 단말기가 선택한 서브 채널은 비트(bit) '1'로, 선택하지 못한 서브 채널은 비트 '0'으로 설정하여 상기 채널 품질 정보와 함께 전송한 다. 또는 단말기가 선택한 서브 채널이 연속되어 있을 경우에는 서브 채널 인덱스(index) 시작점 값과, 이때 단말기가 선택한 서브 채널의 개수가 일예로 N개인 경우에는 상기 'N'값을 상기 채널 품질 정보와 함께 전송한다. 이와 같이, 상기 단말기가 선택한 서브 채널이 연속되어 있는지의 여부에 따라서 선택된 채널 정보를 함께 기지국(200)으로 전송한다.
기지국(200)은 상기 채널 품질 정보와 서브 채널 정보를 수신하고, 상기 채널 품질 정보와 서브 채널 정보를 사용하여 채널 할당, 즉 서브 채널 할당을 수행한다(205단계).
기지국(200)은 해당 단말기에게 상기 채널 할당에 따른 채널 할당 정보(channel allocation information)를 전송한다(207단계). 상기한 도 2에 도시한 바와 같은 채널 할당 방식을 사용하는 경우에는 기지국(200)은 기지국(200)의 서비스 영역에 존재하는 모든 단말기들의 채널 품질 정보를 수신하여야 한다. 현재 상기한 이동 통신 시스템에서는 각 단말기에 할당된 서브 채널의 채널 상태는 지속적으로 변화하고 있으며, 각 단말기들은 상기 서브 채널들 각각에 대해서 변화하는 채널 품질 정보를 피드백시켜야만 기지국(200)에서 채널 할당을 수행하는 것이 가능하다.
그러나 상기 이동 통신 시스템에서 모든 단말기들의 서브 채널들에 대해서 채널 품질 정보를 빈번하게 피드백하는 동작은 시그널링 오버헤드(signalling overhead)를 가져오고, 상기 서브 채널에 대한 채널 품질 정보를 피드백하는 시그널링은 상향링크 간섭(uplink interference)으로 작용하게 된다는 문제점이 있었 다.
따라서, 상기 이동 통신 시스템에서 고속의 이동 통신 서비스를 지원하면서도 상기한 채널 할당을 효율적으로 수행하기 위한 방안에 대한 필요성이 대두되고 있다.
따라서, 본 발명의 목적은 이동 통신 시스템에서 채널 할당 시스템 및 방법을 제공함에 있다.
본 발명의 다른 목적은 이동 통신 시스템에서 인접 서브 채널 간 충돌을 최소화하는 채널 할당 시스템 및 방법을 제공함에 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 이동 통신 시스템에서 기지국으로 피드백하는 시그널링 오버헤드를 감소하는 채널 할당 시스템 및 방법을 제공함에 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 방법은 다수의 단말기들과, 상기 단말기들에게 통신 서비스를 제공하는 기지국들을 포함하는 이동 통신 시스템에서 채널 할당 방법에 있어서, 상기 기지국은 단말기들에게 평균 채널 품질 정보를 요청하는 과정과, 각 단말기들은 상기 기지국 요청에 따른 단말기의 채널 별 채널 품질 정보를 측정하고, 측정된 채널 품질 정보들에 대한 평균 채널 품질 정보를 계산하여 상기 기지국으로 전송하는 과정과, 상기 기지국은 단말기들로부터 수신한 평균 채널 품질 정보에 따라 미리 결정된 소정 개수의 단말기들을 선택하여 단말기 그룹을 결정하는 과정과, 상기 단말기 그룹에 채널 품질 정보를 요청하는 과정과, 상기 단말기 그룹의 단말기들은 채널 품질 정보를 기지국으로 전송하는 과정과, 상기 기지국은 상기 단말기 그룹들로부터 채널 품질 정보를 수신하고 상기 채널 품질 정보에 따라 채널을 할당하는 과정을 포함함을 특징으로 한다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 시스템은 다수의 단말기들과, 상기 단말기들에게 통신 서비스를 제공하는 기지국들을 포함하는 이동 통신 시스템에서 채널 할당 시스템에 있어서, 상기 기지국의 평균 채널 품질 정보 요청에 상응하여 채널 별로 측정한 채널 품질 정보들의 평균을 계산한 평균 채널 품질 정보를 전송하고, 상기 기지국의 채널 품질 정보 요청에 상응하여 상기 채널 품질 정보를 상기 기지국으로 전송하는 단말기와, 상기 단말기에 평균 채널 품질 정보를 요청하고, 상기 평균 채널 품질 정보에 따라 미리 결정된 소정 개수의 단말기들을 선택하여 단말기 그룹을 결정하여 상기 단말기 그룹에 채널 품질 정보를 요청하고, 상기 단말기 그룹으로부터 채널 품질 정보를 수신하면 상기 채널 품질 정보에 따라 채널을 할당하는 기지국을 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 이동 통신 시스템에서 단말기들의 평균 채널 이득을 고려하여 단 말기들에게 채널할당 방식을 제안한다. 이에 기지국(BS: Base Station)은 각 단말기(MS: Mobile Station)들의 평균 채널 품질 정보를 수신하고, 상기 평균 채널 품질 정보에 따라 미리 설정된 개수의 단말기들을 포함하는 단말기 그룹을 결정하고, 상기 결정된 그룹의 단말기들로부터 채널 품질 정보를 수신하여 채널을 할당한다.
여기서 상기 기지국이 상기 단말기 그룹을 결정하는 경우 각 단말기로부터 평균 채널 품질을 수신하고, 채널 품질 정보(CQI: Channel Quality Information)는 예를 들어 캐리어 대 간섭 잡음비(CINR: Carrier to Interference and Noise Ratio, 이하 'CINR'라 칭하기로 한다) 또는 신호 대 잡음비(SNR: Signal to Noise Ratio, 이하 'SNR'이라 칭하기로 한다) 등이 될 수 있다. 따라서 상기 채널 품질 정보들의 평균 값, 즉 평균 채널 품질 정보에 따라 서브 채널이 할당될 가능성이 큰 단말기 그룹을 결정한다. 그리고 상기 기지국은 결정된 단말기 그룹의 단말기들로부터 채널 품질 정보를 수신하고 이를 사용하여 채널을 할당함으로서, 기지국이 서비스를 제공하는 단말기들로부터 피드백되는 정보의 양을 감소시킨다.
그러면 여기서 도 3을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 이동 통신 시스템에서 기지국에서 단말기들에게 채널 할당을 수행하는 동작을 살펴보기로 한다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 이동 통신 시스템의 채널 할당과정을 개략적으로 도시한 신호 흐름도이다.
상기 도 3을 참조하면, 기지국(300)과, K개의 단말기들(350)이 도시되어 있으며, 여기서 상기 K는 기지국의 서비스 영역, 즉 셀 내에 존재하는 모든 단말기들의 개수를 의미한다.
기지국(300)은 자신이 서비스하는 K개의 단말기들(350)에게 평균 채널 품질 정보를 요청한다(301단계). 단말기들(350)은 기지국(300)의 채널 품질 정보 요청에 따라서 각 서브 채널 별로 채널 품질 정보를 측정한다. 각 단말기는 측정된 서브 채널들 중에서 미리 설정된 개수의 채널 품질 정보 즉, 채널 이득이 큰 서브 채널들을 선택한다. 그리고 상기 선택된 서브 채널들의 채널 품질 정보들의 평균을 계산한다.
단말기들(350)은 각 단말기마다 계산한 평균 채널 품질 정보(average CQI)를 상기 평균 채널 품질 정보 요청에 따라 기지국으로 전송한다(303단계). 이때 각 단말기가 보고하는 평균 채널 품질 정보는 상기한 바와 같이 각 단말기들이 선택한 서브 채널들의 채널 품질 정보의 평균값이다.
기지국(300)은 상기 평균 채널 품질 정보를 분석하여 평균 채널 이득이 큰 단말기부터 차례로 정렬하고, 상기 정렬된 순서에 따라서 미리 결정된 개수의 단말기 그룹을 결정한다(305단계). 여기서 상기 평균 채널 이득이 큰 단말기는 서브 채널이 할당될 가능성이 크며, 상기 미리 결정된 단말기의 개수를 M이라 가정하면 상기 M개의 단말기들로 구성된 단말기 그룹을 결정한다.
여기서 기지국(300)은 상기 단말기 그룹의 단말기 개수 즉, M이 상기한 바와 같이 미리 결정된 M값을 사용할 수도 있으며, 비례 공정(PF: Proportional Fairness) 스케줄링 방식이나 최대 캐리어/간섭(MAX C/I: MAX Carrier to interference) 스케줄링 방식 등을 사용하여 계산한 M값을 사용할 수 있다.
먼저, 상기 비례 공정 스케줄링 방식을 사용하는 경우에는 기지국(300)은 각 타임 슬롯(time slot)에서 상기 부분 공정 행렬(PF matrix)이 최대값을 갖도록 하는 M을 결정한다. 여기서 상기 M을 결정하기 위한 수학식 1은 하기에 나타내었다.
Figure 112006011167387-PAT00001
상기 수학식 1에서 상기
Figure 112006011167387-PAT00002
는 단말기 k의 평균 처리율을 나타내고, C(M)는 M에 비례한 서브 채널 할당 정보 및 변조 및 코딩 기법(MCS: Modulation and Coding Scheme)을 위한 제어 정보의 오버헤드(overhead)를 나타낸다.
다음으로 상기 최대 캐리어/간섭 스케줄링 방식을 사용하는 경우에는 기지국(300)은 평균 처리율이 최대가 되도록 M을 결정한다. 여기서 상기 M을 결정하기 위한 수학식 2는 하기에 나타내었다.
Figure 112006011167387-PAT00003
상기 수학식 2에서도 상기 수학식 1에서와 같이 상기
Figure 112006011167387-PAT00004
는 단말기 k의 평균 처리율을 나타내고, C(M)는 M에 비례한 서브 채널 할당 정보 및 변조 및 코딩 기법(MCS: Modulation and Coding Scheme)을 위한 제어 정보의 오버헤드(overhead)를 나타낸다.
따라서 상기 기지국(300)은 상기 수학식 1과 수학식 2의 행렬이 최대값을 가지는 경우의 M값을 최적의 M값으로 결정한다. 상기 M값은 단말기의 개수를 의미하 므로 정수값을 가지며,
Figure 112006011167387-PAT00005
의 범위의 값을 대입하여 풀 서치(full search)를 통해 결정한다. 또는 초기 결정시에 평균적으로 선택되는 동시 전송 사용자수가 K/2 미만의 값을 가지므로,
Figure 112006011167387-PAT00006
의 범위의 값을 대입하여 M값을 결정한다.
상기 K값이 변화하여 M값을 재결정하는 경우 변화한 K값을 K'이라 가정하면, 상기 K'는
Figure 112006011167387-PAT00007
로 표현하는 것이 가능하다. 이에 상기
Figure 112006011167387-PAT00008
값에 따라 M값을 결정하기 위한 범위를 재결정한다. 그리고 상기
Figure 112006011167387-PAT00009
값에 따라 재설정하는 M'의 범위는 하기의 수학식 3에 나타나있다.
Figure 112006011167387-PAT00010
Figure 112006011167387-PAT00011
결국, 상기 단말기 그룹의 단말기 개수 M은 전체 단말기 수에 독립적이므로 전체 단말기 수가 변화하면 상기 단말기 개수 M을 재결정하여야 한다.
그리고 상기 단말기 그룹의 단말기를 결정하는 경우 임의의 슬롯 i의 순시 전송률,
Figure 112006011167387-PAT00012
이 큰 순서로 M개의 단말기를 결정한다. 또는 임의의 슬롯 i에서 순시 전송률과 평균 전송률의 비,
Figure 112006011167387-PAT00013
가 큰 순서로 M개의 단말기를 결정한다.
다음으로 기지국(300)은 결정된 단말기 그룹의 M개의 단말기들에게 채널 품질 정보를 요청한다(307단계). 상기 단말기 그룹의 단말기들은 기지국의 채널 품질 정보 요청에 따라서 채널 품질 정보가 좋은 일정 개수의 서브 채널에 대한 채널 품질 정보를 기지국으로 피드백한다. 또한 상기 단말기들은 상기 서브 채널에 대한 정보를 상기 기지국으로 전송한다. 여기서 상기 서브 채널 정보의 전송은 상술한 바와 같이 일예로 비트맵(bitmap)의 형태로 전송하며, 비트맵의 형태로 전송하는 경우 각 단말기가 선택한 서브 채널은 비트(bit) '1'로, 선택하지 못한 서브 채널은 비트 '0'으로 설정하여 상기 채널 품질 정보와 함께 전송한다.
상기 서브 채널 정보를 기지국으로 전송할 때 상기 단말기가 선택한 서브 채널이 연속한 있는 경우, 서브 채널 인덱스(index)의 시작점 값을 전송하고, 상기 단말기가 선택한 서브 채널의 개수가 일예로 N개인 경우 상기 'N'값을 상기 채널 품질 정보와 함께 전송한다. 이와 같이 상기 단말기가 선택한 서브 채널이 연속되어 있는지의 여부에 따라서 상기한 바와 같은 채널 정보를 상기 채널 품질 정보와 함께 기지국(300)으로 전송한다.
다음으로 기지국(300)은 상기 채널 품질 정보와 서브 채널 정보를 수신하여 채널 할당, 즉 서브 채널 할당을 수행한다(311단계). 그리하여 기지국(300)은 서브 채널 별로 상기 단말기 그룹의 단말기들 중에서 각 슬롯(slot)의 평균 채널 품질 정보, 일예로 슬롯의 평균 SNR에 비하여 상대적으로 서브 채널 SNR이 높은 단말기를 선택하고 상기 선택된 단말기에게 채널을 할당한다. 이와 같이 기지국이 단말기를 선택하기 위한 수학식 4를 하기에 나타내었다.
Figure 112006011167387-PAT00014
상기 수학식4의 k는 단말기의 인덱스를 나타내고, n은 서브 채널을 나타내고,
Figure 112006011167387-PAT00015
는 단말기 k의 i번째 타임 슬롯(time slot)의 평균 채널 품질 정보에 따른 순시 전송률을 나타내고,
Figure 112006011167387-PAT00016
은 단말기 k의 i번째 타임 슬롯의 n번째 서브 채널의 채널 품질 정보에 따른 순시 전송률을 나타내며,
Figure 112006011167387-PAT00017
은 i번째 슬롯에서 선택된 단말기 그룹을 나타낸다. 즉, 상기 채널 할당을 하는 경우에는 각 타임 슬롯에서 평균 채널 품질 정보와 채널 품질 정보의 차이가 가장 큰 단말기에게 채널을 할당한다.
상기한 바와 같이 채널 할당은 단말기 그룹에 대해서 수행되므로 기지국(300)의 셀 내의 모든 단말기들의 채널 품질 정보 및 서브 채널 정보를 기지국으로 전송하지 않으므로, 피드백되는 정보가 감소하게 된다. 그러면 다음으로 하기의 도 4를 참조하여 상기 기지국 동작 과정을 살펴보기로 한다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 이동 통신 시스템에서 채널 할당을 수행하는 기지국의 동작 과정을 개략적으로 도시한 순서도이다.
상기 도 4를 참조하면, 401단계에서 기지국은 자신이 서비스를 제공하는 단말기들로 평균 채널 품질 정보를 요청하고 403단계로 진행한다.
상기 403단계에서 상기 기지국은 상기 평균 채널 품질 정보 요청에 상응하여 단말기들로부터 평균 채널 품질 정보를 수신하고 405단계로 진행한다. 이때 상기 평균 채널 품질 정보는 상기 기지국 요청에 상응한 채널 품질 정보가 좋은 일정 개수의 서브 채널에 대한 평균 채널 품질 정보이다. 또는 상기 평균 채널 품질 정보는 전체 서브 채널에 대한 평균 채널 품질 정보이다.
상기 405단계에서 기지국은 미리 결정된 개수의 채널 품질 좋은 단말기를 선택하고 407단계로 진행한다. 여기서 상기 기지국은 수신한 평균 채널 품질 정보를 분석하여 채널 상태에 따라 미리 결정된 개수의 단말기 M개를 선택한다. 이때 상기 M 값은 사용자 설정 등에 따라 미리 설정되어 있는 값을 사용하는 것도 가능하며, 상기 도 3에 기술한 바와 같이 미리 결정된 개수의 M을 사용하는 것도 가능하다. 또한 상기 M값은 상기 도 3의 상술한 수학식 1과 수학식 2를 사용하여 단말기의 개수 M을 결정할 수 있다. 그리고 상기 단말기의 선택은 채널 상태를 고려하여 채널 상태가 가장 좋은 단말기부터 차례대로 M개의 단말기를 선택한다. 따라서, 상기 단말기의 선택 또한 상기한 바와 같이 임의의 슬롯에서의 순시 전송률이 큰 순서에 따른 단말기를 선택할 수 있으며, 순시 전송률과 평균 전송률의 비가 가장 큰 순서로 단말기를 선택할 수 있다.
상기 407단계에서 기지국은 상기 선택된 단말기들을 채널 할당을 위한 단말기 그룹으로 결정하고 409단계로 진행한다. 이에 상기 선택된 M개의 단말기들을 사용하여 단말기 그룹을 결정한다. 여기서 상기 결정된 단말기 그룹은 채널 품질이 선택되지 못한 단말기들에 비하여 채널 품질이 좋은 단말기들이므로, 상기 단말기들은 채널 품질이 좋은 단말기들이다. 이와 같이 채널 품질이 좋아 채널을 할당할 가능성이 높은 단말기들을 선택하여 채널 할당을 위한 단말기 그룹으로 결정한다. 따라서 상기 결정된 단말기 그룹은 채널 이득이 큰 단말기들로 구성된다.
상기 409단계에서 기지국은 상기 단말기 그룹에 채널 품질 정보를 요청하고 411단계로 진행한다.
상기 411단계에서 기지국은 채널 품질 정보를 수신하고 413단계로 진행한다. 여기서 상기 기지국은 상기 단말기 그룹의 각 단말기들로부터 채널 품질 정보를 수신하는 것이 가능하고, 상기 채널 품질 정보는 각 단말기들의 서브 채널들 중에서 일정 개수의 채널 품질이 좋은 서브 채널들의 채널 품질 정보를 전송하는 것이 가능하다. 이러한 경우에는 상기 채널 품질 좋은 서브 채널들의 채널 정보를 함께 전송하는 것이 가능하다. 여기서 상기 채널 정보는 채널 품질이 좋은 서브 채널의 인덱스를 수신하거나 연속된 서브 채널인 경우에는 서브 채널의 시작점과 서브 채널 개수를 포함하는 서브 채널 정보를 수신한다.
상기 413단계에서 기지국은 수신한 채널 품질 정보를 사용하여 단말기에게 채널을 할당한다. 상기 기지국은 상기 서브 채널들의 채널 품질 정보를 사용하여 상기 서브 채널의 채널 품질을 고려하여 서브 채널을 할당한다. 이때 기지국은 서브 채널의 채널 품질을 고려하여 서브 채널을 할당하며, 각 타임 슬롯의 채널 품질이 가장 좋은 단말기를 상기 단말기 그룹의 단말기 중에서 선택하여 채널을 할당한다. 다음으로 하기의 도 5는 상기 기지국의 채널 할당 동작에 따른 단말기의 동작 과정을 나타낸 것이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 이동 통신 시스템에서 채널 할당을 받는 단 말기의 동작 과정을 개략적으로 도시한 순서도이다.
상기 도 5를 참조하면, 501단계에서 단말기는 평균 채널 품질 정보 요청이 있는 경우 503단계로 진행한다.
상기 503단계에서 단말기는 상기 평균 채널 품질 정보 요청에 따라서 단말기의 평균 채널 품질 정보를 측정하고 505단계로 진행한다. 상기 단말기는 상기 기지국의 평균 채널 품질 정보 요청에 상응하여 상기 단말기의 평균 채널 품질 정보를 측정한다. 여기서 단말기는 전체 서브 채널들에 대한 평균 채널 정보 또는 채널 상태가 좋은 미리 결정된 개수의 서브 채널들에 대한 평균 채널 정보를 측정한다. 여기서 상기 미리 결정된 개수의 서브 채널은 각 서브 채널의 채널 상태가 우수한 단말기들의 서브 채널에 대한 것이다.
상기 505단계에서 단말기는 상기 측정한 평균 채널 품질 정보를 상기 기지국으로 전송하고 507단계로 진행한다.
상기 507단계에서 단말기는 기지국으로부터 채널 품질 정보 요청이 있는지 판단한다. 이때 507단계에서 상기 단말기는 일정 시간이 지나도 기지국으로부터 채널 품질 정보 요청이 존재하지 않는 경우에는 채널 할당 동작을 종료한다.
그러나 상기 단말기는 기지국으로부터 채널 품질 정보 요청이 있는 경우에는 509단계로 진행한다. 상기한 바와 같이 채널 품질 정보 요청이 있는 경우에 상기 단말기는 기지국으로부터 단말기 그룹으로 결정된 경우이다.
상기 509단계에서 단말기는 채널 품질 정보를 측정하고 511단계로 진행한다. 여기서 상기 채널 품질 정보는 각 서브 채널에 대한 채널 품질 정보이다.
상기 511단계에서 단말기는 기지국으로 상기 측정한 채널 품질 정보를 전송하고 513단계로 진행한다. 상기 단말기는 서브 채널의 채널 품질 정보가 상대적으로 우수한 서브 채널들 즉, 상기 503단계에서와 같이 미리 결정된 서브 채널들에 대한 채널 품질 정보와 채널 정보 즉, 결정된 서브 채널들의 인덱스를 전송한다. 여기서 상기 서브 채널들의 인덱스를 전송하는 경우에는 비트맵 방식 등을 사용하여 전송하는 것이 가능하다. 그리고 상기 서브 채널들이 연속되어 있는 경우에는 시작 서브 채널 인덱스의 시작점 값과 상기 단말기가 선택한 서브 채널의 개수를 상기 기지국으로 상기 채널 품질 정보와 함께 전송한다.
상기 513단계에서 상기 단말기는 기지국으로부터 채널 할당 정보를 수신하여 할당 받은 채널로 기지국과 통신하는 것이 가능하다.
상기 도 4와 도 5에서 기술한 바와 같이 상기 기지국과 상기 단말기는 미리 결정된 단말기 그룹에 대해서만 채널 품질 정보를 피득백함으로서 기존의 채널 할당을 위해 단말기에서 기지국으로 피드백되던 정보가 감소한다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 이동 통신 시스템에서 채널 할당에 따른 사용자 수의 증가에 따른 처리율의 성능 그래프이다.
상기 도 6을 참조하면, 단말기의 개수에 따른 시스템의 평균 처리율을 나타낸 것으로 가로축은 단말기 개수를 나타내고, 세로축은 평균 처리율을 의미한다. 이에 상기 그래프는 기지국의 셀 내에 존재하는 단말기들이 모두 동일한 채널 품질 정보 일예로 10dB의 SNR을 갖는 경우의 시스템 평균 처리율을 도시한 것이다.
그래프 상에 도시되어 있는 B는 기존 시스템의 평균 처리율을 나타낸 것이 고, A는 본 발명에서 제안하는 시스템의 평균 처리율을 나타낸 도면이다. 이에 사용자 수가 증가할수록 단말기에서 기지국으로 피드백되는 데이터의 양이 감소하므로 시스템 처리율이 증가하는 것을 알 수 있다. 이와 같이 본 발명은 동시 전송 단말기 수, 즉 단말기 그룹을 결정하고 상기 단말기 그룹에 대해 채널 할당을 수행함으로 인해서 실제 시스템 처리율 면에서도 기존 채널 할당 방식에 비해 성능 향상을 상기 그래프를 통해 확인하였다.
그리고 상기 본 발명을 설명함에 있어서 서브 채널을 기준으로 채널 할당하는 것을 설명하였으나, 상기 기지국은 상기 서브 채널 단위뿐만 아니라 서브 캐리어(sub-carrier), 대역(band) 단위로 채널을 할당하는 것이 가능하다.
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 후술하는 특허청구의 범위뿐만 아니라 이 특허청구의 범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
상술한 바와 같은 본 발명은, 기지국은 단말기로부터 평균 채널 품질 정보를 수신하여 채널 할당을 위한 단말기 그룹을 결정하여 채널 할당을 수행함으로 인해서 통신 시스템에서 인접 서브 채널 간 충돌을 최소화 하는 채널 할당 시스템을 제공하는 것이 가능하다는 이점을 갖는다. 그리고 실제 채널 할당을 위해 기지국으로 피드백되는 채널 할당을 위한 제어 정보 즉, 채널 할당 정보 및 채널 정보가 감소함으로 인해서 통신 시스템에서 시그널링 오버헤드가 감소한다는 이점을 갖는다. 이로 인해서 통신 시스템 상의 상향링크의 간섭 신호가 감소하여 시스템 처리율이 증가한다는 이점을 갖는다.

Claims (16)

  1. 다수의 단말기들과, 상기 단말기들에게 통신 서비스를 제공하는 기지국들을 포함하는 이동 통신 시스템에서 채널 할당 방법에 있어서,
    상기 기지국은 단말기들에게 평균 채널 품질 정보를 요청하는 과정과,
    각 단말기들은 상기 기지국 요청에 따른 단말기의 채널 별 채널 품질 정보를 측정하고, 측정된 채널 품질 정보들에 대한 평균 채널 품질 정보를 계산하여 상기 기지국으로 전송하는 과정과,
    상기 기지국은 단말기들로부터 수신한 평균 채널 품질 정보에 따라 미리 결정된 소정 개수의 단말기들을 선택하여 단말기 그룹을 결정하는 과정과,
    상기 단말기 그룹에 채널 품질 정보를 요청하는 과정과,
    상기 단말기 그룹의 단말기들은 채널 품질 정보를 기지국으로 전송하는 과정과,
    상기 기지국은 상기 단말기 그룹들로부터 채널 품질 정보를 수신하고 상기 채널 품질 정보에 따라 채널을 할당하는 과정을 포함함을 특징으로 하는 채널 할당 방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 채널 품질 정보는 신호 대 잡음 비인 것을 특징으로 하는 채널 할당 방 법.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 평균 채널 품질 정보는 단말기에서 측정한 서브 채널들에 대한 채널 품질 정보인 것을 특징으로 하는 채널 할당 방법.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 서브 채널들은 미리 설정된 개수의 채널 이득이 큰 서브 채널들인 것을 특징으로 하는 채널 할당 방법.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 단말기 그룹의 단말기는 미리 결정된 개수의 채널 이득이 큰 서브 채널들의 채널 품질 정보를 전송하는 과정을 포함함을 특징으로 하는 채널 할당 방법.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 단말기는 상기 서브 채널의 인덱스를 상기 기지국의 채널 품질 정보 요 청에 상응하여 기지국으로 전송하는 것을 특징으로 하는 채널 할당 방법.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 기지국은 상기 단말기로부터 수신한 채널 품질 정보를 사용하여 임의의 타임 슬롯에서 채널 품질 정보에 따른 순시 전송률이 가장 큰 단말기를 선택하여 채널을 할당하는 과정을 포함함을 특징으로 하는 채널 할당 방법.
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 채널 할당은 각 타임 슬롯에서 평균 채널 품질과의 차이가 가장 큰 단말기에게 채널을 할당하는 것을 특징으로 하는 채널 할당 방법.
  9. 다수의 단말기들과, 상기 단말기들에게 통신 서비스를 제공하는 기지국들을 포함하는 이동 통신 시스템에서 채널 할당 시스템에 있어서,
    상기 기지국의 평균 채널 품질 정보 요청에 상응하여 채널 별로 측정한 채널 품질 정보들의 평균을 계산한 평균 채널 품질 정보를 전송하고, 상기 기지국의 채널 품질 정보 요청에 상응하여 상기 채널 품질 정보를 상기 기지국으로 전송하는 단말기와,
    상기 단말기에 평균 채널 품질 정보를 요청하고, 상기 평균 채널 품질 정보에 따라 미리 결정된 소정 개수의 단말기들을 선택하여 단말기 그룹을 결정하여 상기 단말기 그룹에 채널 품질 정보를 요청하고, 상기 단말기 그룹으로부터 채널 품질 정보를 수신하면 상기 채널 품질 정보에 따라 채널을 할당하는 기지국을 포함함을 특징으로 하는 채널 할당 시스템.
  10. 제 9항에 있어서,
    상기 채널 품질 정보는 신호 대 잡음 비인 것을 특징으로 하는 채널 할당 시스템.
  11. 제 9항에 있어서,
    상기 단말기는 서브 채널들에 대한 평균 채널 품질 정보를 측정하는 것을 특징으로 하는 채널 할당 시스템.
  12. 제 11항에 있어서,
    상기 서브 채널들은 미리 설정된 개수의 채널 이득이 큰 서브 채널들인 것을 특징으로 하는 채널 할당 시스템.
  13. 제 9항에 있어서,
    상기 단말기는 미리 결정된 개수의 채널 이득이 큰 서브 채널들의 채널 품질 정보를 상기 기지국으로 전송하는 것을 특징으로 하는 채널 할당 시스템.
  14. 제 13항에 있어서,
    상기 단말기는 상기 서브 채널의 인덱스를 상기 기지국의 채널 품질 정보 요청에 상응하여 기지국으로 전송하는 것을 특징으로 하는 채널 할당 시스템.
  15. 제 9 항에 있어서,
    상기 기지국은 상기 단말기로부터 수신한 채널 품질 정보를 사용하여 임의의 타임 슬롯에서 채널 품질 정보에 따른 순시 전송률이 가장 큰 단말기를 선택하여 채널을 할당하는 것을 특징으로 하는 채널 할당 시스템.
  16. 제 9 항에 있어서,
    상기 기지국은 각 타임 슬롯에서 평균 채널 품질과의 차이가 가장 큰 단말기에게 채널을 할당하는 것을 특징으로 하는 채널 할당 시스템.
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