KR20080070387A

KR20080070387A - 광대역 무선접속 시스템에서 스케줄링 장치 및 방법

Info

Publication number: KR20080070387A
Application number: KR1020070008419A
Authority: KR
Inventors: 원정재; 김세진; 조충호; 이형우
Original assignee: 삼성전자주식회사; 김세진; 조충호; 이형우
Priority date: 2007-01-26
Filing date: 2007-01-26
Publication date: 2008-07-30
Also published as: US20080181150A1

Abstract

본 발명은 광대역 무선접속 시스템에서 스케줄링 장치 및 방법에 관한 것이다. 본 발명에 따른 스케줄링 장치는, 단말들 각각에 대해 과거 소정 개수의 채널정보들을 버퍼링하는 저장부와, 상기 과거 소정 개수의 채널정보들을 이용해서 단말별로 미래 채널상태를 예측하는 예측부와, 상기 예측부로부터의 채널 예측값들을 이용해서 단말들을 소정 수의 서브그룹들로 분류하고, 상기 서브그룹들 각각에 대해 스케줄링 우선순위를 결정하는 서브그룹 분류부를 포함한다.

스케줄링, OFDMA, 채널예측, 하향링크

Description

광대역 무선접속 시스템에서 스케줄링 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR SCHEDULING IN BROADBAND WIRELESS ACCESS SYSTEM}

도 1은 하나의 셀 영역을 채널레벨에 따라 5개의 영역들로 분할한 경우를 도시하는 도면.

도 2는 단말의 이동에 따른 채널상태 변화를 나타낸 도면.

도 3은 본 발명에 따른 스케줄링 알고리즘을 설명하기 위한 도면.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 광대역 무선접속 시스템의 기지국 구성을 도시하는 도면.

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 스케줄러의 상세 구성을 도시하는 도면.

도 6은 본 발명의 실시예에 따른 광대역 무선접속 시스템에서 기지국의 동작 절차를 도시하는 도면.

도 7은 본 발명의 실시예에 따른 스케줄링 우선순위 리스트 작성 절차를 도시하는 도면.

도 8은 본 발명의 보다 나은 이해를 돕기 위한 실제 적용예를 도시하는 도면.

도 9는 전체 처리율(throughput)을 비교한 성능 그래프.

도 10은 지연시간(Delay)을 비교한 성능 그래프.

도 11은 지터(Jitter)를 비교한 성능 그래프.

본 발명은 무선통신시스템에서 스케줄링 장치 및 방법에 관한 것으로, 특히 광대역 무선접속 시스템에서 채널 예측을 이용한 스케줄링 장치 및 방법을 제공함에 있다.

최근 무선 멀티미디어 컨텐츠 및 인터넷 서비스 요구의 증가로 고용량, 고속의 데이터 전송 기술이 요구되고 있다. 예를 들어 CDMA(Code Division Multiple Access), OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing), MIMO(Multiple Input Multiple Output) 등과 같이 제한된 무선 자원을 효율적으로 사용하기 위한 연구가 폭넓게 진행되고 있다. 특히, OFDM은 대용량 데이터 및 동영상(예 : MPEG4)을 광대역 변복조 방식을 통해 전송할 수 있는 것으로, 현재 DVT(Digital Video Technology)와 무선랜(IEEE 802.11g) 등에서 이용되고 있으며, MIMO 등과 함께 4세대(4G) 핵심 기술로 부각되고 있다.

그런데, 상기 OFDM 기술을 이용하는 광대역 무선접속 시스템은 현재까지의 다른 기술보다 고용량의 데이터를 전송할 수 있지만, 이 기술만으로는 다양한 멀티미디어 서비스에 대한 서비스품질(QoS : Quality of Service)을 보장하지 못한다. 즉, 차세대 이동통신시스템에서는 음성 데이터뿐만 아니라 동영상, 웹(WEB), 이메일(e-mail) 등의 서로 다른 특성을 갖는 트래픽 클래스들의 서비스품질을 모두 만족시켜야 하며, 따라서 MAC(Media Access Control)계층에서의 제어(패킷 스케줄링)가 필수적이다.

기존에, 처리율(Throughput), 지연(delay), 복잡도(complexity) 등을 고려한 패킷 스케줄링이 제안되었으며, 공평성(fairness)을 위해 Lead and lag model(leading, lagging, in sync)이나 compensation model 등의 다양한 알고리즘이 제안되었다.

예를 들어, CDMA2000에서 사용되는 PF(Proportional Fairness) 알고리즘은 모든 단말들에게 공평한 서비스를 보장하기 위한 것이다. 하지만, 상기 PF 알고리즘은 사용자수가 일정 수준을 넘어서면 처리율이 급격히 저하되는 문제점이 있다. 또한, max C/I(Carrier to Interference) 알고리즘은 채널 상태가 가장 좋은 사용자가 우선순위를 갖는 방식이다. 하지만, 상기 max C/I 알고리즘은 처리율 측면에서 좋은 성능을 보일 수 있으나 기지국과 가까운 사용자가 무선 자원을 독점하는 상황이 발생할 수 있다.

이와 같이, 현재까지 제안된 알고리즘들은 어느 한 특징(예 : 공평성)을 고려하여 설계된 것으로, 서로 다른 특성의 서비스들이 동시에 제공되는 차세대 시스템에 그대로 적용하기에 어려움이 있다. 또한, 기지국은 단말로부터 피드백되는 채널정보를 스케줄링에 이용하는데, 이 채널정보가 데이터를 전송하는 시점의 채널과 다르면 복잡한 스케줄링 작업이 오히려 역효과를 낼 수 있다. 따라서, 스케줄링에 이용되는 채널정보와 실제 데이터가 전송되는 시점의 채널이 다른 환경에서, 단말의 이동성을 고려하여 채널정보의 신뢰도를 높일 수 있는 방안이 필요하다.

한편, 스케줄링은 이번에 서비스를 제공할 사용자들을 선택하는 작업이라 할 수 있는데, 사용자들을 선택하는 기준에 따라 시스템 성능이 크게 좌우된다. 앞서 언급한 바와 같이, 실제 데이터를 전송하는 시점의 채널을 정확히 알 수 없는 상황에서의 복잡한 스케줄링 알고리즘은 무의미하기 때문에, 보다 간단한 알고리즘을 이용해서 사용자를 선택할 수 있는 방안이 필요하다.

따라서, 본 발명의 목적은 무선통신시스템에서 향후 채널 상태를 예측하고, 상기 예측된 채널 상태를 기반으로 스케줄링하기 위한 장치 및 방법을 제공함에 있다.

본 발명의 다른 목적은 무선통신시스템에서 사용자별로 향후 채널 상태를 예측하고, 상기 예측된 채널 상태에 따라 사용자들에게 스케줄링 우선순위를 부여하기 위한 장치 및 방법을 제공함에 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 무선통신시스템에서 사용자의 이동성을 고려하여 스케줄링하기 위한 장치 및 방법을 제공함에 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 무선통신시스템에서 채널레벨이 나쁘게 변경될 가능성이 있는 단말에 대해 높은 우선순위를 부여해서 스케줄링하기 위한 장치 및 방법을 제공함에 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 무선통신시스템에서 채널레벨이 좋게 변경될 가능성이 있는 단말에 대해 낮은 우선순위를 부여해서 스케줄링하기 위한 장치 및 방법을 제공함에 있다.

상기 목적들을 달성하기 위한 본 발명의 일 견지에 따르면, 광대역 무선접속 시스템에서 스케줄링 장치에 있어서, 단말들 각각에 대해 과거 소정 개수의 채널정보들을 버퍼링하는 저장부와, 상기 과거 소정 개수의 채널정보들을 이용해서 단말별로 미래 채널상태를 예측하는 예측부와, 상기 예측부로부터의 채널 예측값들을 이용해서 단말들을 소정 수의 서브그룹들로 분류하고, 상기 서브그룹들 각각에 대해 스케줄링 우선순위를 결정하는 서브그룹 분류부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 다른 견지에 따르면, 광대역 무선접속 시스템에서 송신 장치에 있어서, 단말들의 과거 채널정보들을 이용해서 미래 채널상태를 예측하고, 상기 예측된 채널값에 의해서 단말의 채널레벨이 향후 나쁘게 변경된다고 판단될 경우 해당 단말에게 높은 우선순위를 부여하여 스케줄링을 수행하는 스케줄러와, 상기 스케줄러의 스케줄링 결과에 따라 해당 단말들의 데이터들을 선택하여 송신하는 송신기를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 견지에 따르면, 광대역 무선접속 시스템에서 스케줄링 방법에 있어서, 단말들 각각에 대해 과거 소정 개수의 채널정보들을 버퍼링하는 과정과, 상기 과거 소정 개수의 채널정보들을 이용해서 단말별로 미래 채널상태를 예측하는 과정과, 상기 예측된 채널값들을 이용해서 단말들을 소정 수의 서브그룹들로 분류하는 과정과, 상기 서브그룹들을 정렬하여 스케줄링 우선순위를 결정하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 견지에 따르면, 광대역 무선접속 시스템에서 송신 방법에 있어서, 단말들의 과거 채널정보들을 이용해서 미래 채널상태를 예측하고, 상기 예측된 채널값에 의해서 단말의 채널레벨이 향후 나쁘게 변경된다고 판단될 경우 해당 단말에게 높은 우선순위를 부여하여 스케줄링을 수행하는 과정과, 상기 스케줄링 결과에 따라 해당 단말들의 데이터들을 선택하여 송신하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 한다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 동작 원리를 상세히 설명한다. 하기에서 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 그리고 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.

이하, 광대역 무선접속 시스템에서 사용자별로 향후 채널 상태를 예측하고 상기 예측된 채널 상태를 이용해서 사용자들에게 스케줄링 우선순위를 부여하기 위한 방안에 대해 살펴보기로 한다.

여기서, 광대역 무선 접속 통신 시스템은 예를 들어 직교 주파수 분할 다중(OFDM: Orthogonal Frequency Division Multiplexing, 이하 'OFDM'이라 칭하기로 한다) 방식 또는 직교 주파수 분할 다중 접속(OFDMA: Orthogonal Frequency Division Multiple Access, 이하 'OFDMA'이라 칭하기로 한다) 방식을 사용하는 통신 시스템이다. 이하, 광대역 무선접속 통신시스템을 예로 설명하지만, 본 발명은 단말이 이동성을 갖는 이동통신시스템이라면 동일하게 적용될 수 있다.

차세대 이동통신스템의 강력한 후보인 OFDMA-TDD(Orthogonal Frequency Division Multiple Access - Time Division Duplexing) 시스템에서 소정 길이(예 : 5ms)를 갖는 프레임은 상향링크 영역과 하향링크 영역으로 구분된다. 매 프레임의 앞구간에는 단말들에게 할당된 상/하향 자원을 알리기 위한 자원할당정보(예 : MAP)가 형성되고, 데이터 전송 구간은 서브채널(subchannel)과 OFDMA심볼로 이루어지는 슬롯들로 구성된다. 각 슬롯에서 전송될 수 있는 데이터의 양은 채널 상태에 따라 다르며, 즉 채널 상태에 따라서 데이터 변조방식이 다르며, 채널 상태가 좋을수록 높은 데이터 전송률을 갖는다.

OFDMA 기반의 셀룰라 시스템은 채널 상태를 몇 개의 단계로 나누고, 각 단계에 대하여 적절한 변조수준(예 : MCS레벨)을 정의하고 있다.

도 1은 하나의 셀 영역을 채널레벨(또는 변조수준)에 따라 5개의 영역들로 분할한 경우를 도시하고 있다. 도 1에서, 기지국과 가까이 위치한 단말은 채널 상태가 좋기 때문에 높은 전송률의 서비스가 가능하고, 기지국과 멀리 위치한 단말은 오류를 고려하여 낮은 전송률로 서비스된다. 즉, 셀 중심에 가까울수록 높은 전송 률로 서비스되고, 셀 경계(edge)에 가까울수록 작은 전송률로 서비스된다.

이하, 본 발명에서 고려한 단말의 이동성 모델링과 채널 모델링에 대해 살펴보기로 한다.

먼저, 이동성 모델링에 대해 살펴보면, 단말의 이동 형태를 만드는 이동성 모델링에는 유동 모델(Fluid model), 랜덤 이동 모델(Random movement model), 마코브 모델(Markov model) 등이 있지만, 본 발명에서는 직진형 방향성을 갖고 매끄러운 이동 패턴을 갖는 가우스-마코브 모델(Gauss-Markov model)을 가정하기로 한다. 상기 직진 이동의 방향성과 속도를 고려할 때, 상기 가우스-마코브 모델은 다른 이동성 모델보다 도시 환경에 적합한 모델이라 할수 있다.

다음으로, 채널 모델링에 대해 살펴보면, 무선 채널 모델링은 기지국과 단말 사이의 채널 상태를 현실적으로 나타낼 수 있는 모델로 하나의 셀 범위를 데이터 전송률과 변조방식이 다른 몇 단계의 영역(zone)으로 나누는데 이용될 수 있다. 따라서, 각 영역에 대한 변조방식

을 나타내면 하기 <수학식 1>과 같다.

여기서, 상기

는 경로손실(path loss)을 나타내고, 상기

는 쉐도우 페이딩(shadow fading)을 나타낸다. 그리고, 상기 경로손실

과 상기 쉐도우 페이딩

는 다음 수학식 2와 같이 나타낼 수 있다.

여기서,

는 단말과 기지국 사이의 거리를 나타내고,

는 단말과 기지국 사이의 최소 거리를 나타낸다. 또한,

과

는 하기 <수학식 3>과 같다.

여기서,

는 'zero-mean gaussian random process'이고,

는 단말의 이동거리를 나타내며,

는 쉐도우 페이딩의 상관거리를 나타낸다.

이동통신시스템에서 단말의 이동에 대한 채널 상태는 기지국과 단말 사이의 거리 그리고 페이딩에 의해 결정된다. 그러나 단말의 채널 변화는 속도와 밀접한 관계가 있다. 예를 들어, 하나의 셀 범위 내에서 단말의 이동에 따른 채널 변화는 도 2와 같이 나타난다. 도 1에서 단말이 1영역에서 5영역으로 이동한다면, 채널 상태는 도 2의 (a),(c)와 같이 증가하고, 단말이 5영역에서 1영역으로 이동한다면 도 2의 (d),(d)와 같이 감소할 것이다. 도 2에서 (a)와 (c)는 속도 또는 이동 방향에 따른 차이이다. 즉, 단말의 이동 속도가 빠르면 채널 변화가 급격히 변하고, 이동 속도가 느리면 채널 변화의 기울기가 완만함을 알 수 있다.

따라서, 기지국은 단말로부터 주기적으로 피드백되는 채널정보를 시계 열(time series) 예측방법에 적용하여 향후 채널상태를 예측할수 있다. 즉, 최근 피드백된 몇 개의 채널정보들을 이용해서 평균 채널 변화를 계산하고, 가장 최근의 채널상태와 상기 계산된 채널 변화를 이용해서 향후 채널상태를 예측한다. 이를 수식으로 나타내면 하기 <수학식 4>과 같다.

본 발명은 하향링크 스케줄링 수행함에 있어서, 예측된 채널 상태에 따라 단말의 변조방식이 변경될 가능성이 있을 경우 해당 단말에 대한 스케줄링 우선순위를 제어하는 것이다.

도 3은 본 발명에 따른 스케줄링 알고리즘을 설명하기 위한 도면이다.

도 3을 참조하면, 변조수준(또는 채널레벨)이 변경되는 채널상태의 경계선은 실선으로 나타내고, 변조수준이 변경될 가능성이 있는 범위는 점선으로 나타낸 것이다. 그리고, 변조수준이 변경될 가능성이 없는 영역을 서브레벨2(sub_level 2)로 정의하고, 높은 변조수준으로 변경될 가능성이 있는 영역을 서브레벨1로 정의하며, 낮은 변조수준으로 변경될 가능성이 있는 영역을 서브레벨3으로 정의한 것이다. 예를 들어, 단말이 변조수준 N으로 서비스를 받다가, (a)와 같이 예측된 채널상태가 서브레벨1로 변경된다면, 이는 향후 높은 변조수준으로 변경될 가능성이 있기 때문 에, 해당 단말에 대해서 자원할당 우선순위를 낮춘다. 반대로, (b)와 같이 예측된 채널상태가 서브레벨2로 변경된다면, 이는 향후 낮은 변조수준으로 변경될 가능성이 있기 때문에, 해당 단말에 대해서 자원할당 우선순위를 높인다. 즉, 스케줄링 우선순위를 높여 채널상태가 더 나빠지기 전에 최대한 많은 데이터를 전송하도록 제어한다.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 광대역 무선접속 시스템의 기지국 구성을 도시하고 있다.

도시된 바와 같이, 기지국은 피드백 수신부(400), 스케줄러(402), 버퍼(404), 패킷 생성부(406), 부호기(408), 변조기(410), 자원 매핑기(412), OFDM변조기(414), DAC(Digital to Analog Converter)(416) 및 RF(Radio Frequency)처리기(418)를 포함하여 구성된다.

도 4를 참조하면, 피드백 수신부(400)는 단말들로부터 주기적으로 피드백되는 채널정보들을 수신하여 스케줄러(402)로 제공한다.

상기 스케줄러(402)는 단말 각각에 대해서 채널정보를 소정 윈도우 크기로 버퍼링하며, 상기 버퍼링된 소정 개수의 채널정보들을 이용해서 평균 채널 변화량을 산출하고, 가장 최근의 채널정보와 상기 평균 채널 변화량을 이용해서 다음 채널상태를 예측한다. 그리고, 상기 스케줄러(402)는 단말들 각각에 대한 채널상태 예측값을 이용해서 단말들의 스케줄링 우선순위를 결정하고, 상기 결정된 우선순위에 따라 자원 할당을 수행하며, 상기 자원 할당 결과에 따라 데이터 전송을 제어한다. 상기 스케줄러(402)의 구체적인 동작은 이후 도 5의 참조와 함께 상세히 살펴 보기로 한다.

버퍼(404)는 단말들 각각에 대한 전송 데이터를 버퍼링하며, 상기 스케줄러(402)의 제어하에 해당 단말의 전송 데이터를 출력한다. 즉, 상기 버퍼(404)는 이번 프레임에 자원을 할당받은 단말들의 데이터를 선택하여 출력한다. 패킷 생성부(406)는 상기 버퍼(404)로부터의 데이터를 MAC(Media Access Protocol)계층의 데이터 단위(PDU : Packet Data Unit)로 조립하여 출력한다.

부호기(408)는 상기 패킷 생성부(406)로부터의 패킷들을 버스트 단위로 부호화하여 부호화 데이터를 출력한다. 여기서, 해당 버스트의 부호율은 상기 스케줄러(402)의 스케줄링 결과에 따라 결정된다. 예를들어, 상기 부호기(408)는 길쌈부호기(convolutional encoder), 터보부호기(turbo encoder), CTC(convolutional Turbo Code)부호기, LDPC(low density parity check)부호기 등으로 구성될수 있다.

변조기(410)는 상기 부호기(408)로부터의 부호 심볼들을 소정 변조방식으로 변조하여 변조 심볼들을 발생한다. 예를들어, 상기 변조기(410)는 QPSK(quadrature phase shift keying), 16QAM(quadrature amplitude modulation), 32QAM 등과 같은 변조방식으로 변조를 수행할수 있다.

자원매핑기(412)는 상기 변조기(410)로부터의 복소심볼들을 상기 스케줄러(402)의 스케줄링 결과에 따라 부반송파에 매핑하여 출력한다. 즉, 상기 자원매핑기(412)는 복소심볼들을 부반송파에 매핑하여 프레임 단위로 정렬하고, 상기 정렬된 복소심볼들을 시간 동기에 근거해서 OFDM심볼 단위로 순차로 출력한다.

OFDM변조기(404)는 상기 자원매핑기(412)로부터의 복소심볼들을 IFFT(Inverse Fast Fourier Transform) 연산하여 시간영역의 샘플 데이터로 변환하고, 상기 샘플 데이터에 보호구간(CP : Cyclic Prefix)을 붙여 출력한다.

DCA(416)는 상기 OFDM변조기(404)로부터의 샘플 데이터를 아날로그 신호로 변환하여 출력한다. RF처리기(418)는 주파수 합성기 및 필터 등의 구성을 포함하며, 상기 DAC(416)로부터의 기저대역 신호를 실제 전송가능 하도록 RF신호로 변환하여 안테나를 통해 송신한다.

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 스케줄러(402)의 상세 구성을 도시하고 있다.

도시된 바와 같이, 스케줄러(402)는 채널정보 저장부(500), 채널 예측부(502), 서브그룹 분류부(50), 채널그룹 분류부(506), 우선순위 결정부(508) 및 자원할당부(510)를 포함하여 구성된다.

도 5를 참조하면, 먼저 채널정보 저장부(500)는 단말들로부터 피드백되는 채널정보들을 소정 윈도우 크기로 버퍼링한다. 여기서, 버퍼링되는 채널정보들은 최근의 정보들로서, 새로운 채널정보가 수신되면 가장 오래된 채널정보를 폐기하고 상기 새로운 채널정보를 가장 최근의 정보로 저장한다.

채널예측부(502)는 소정 주기로 혹은 특정 이벤트에 의해 상기 채널정보 저장부(500)를 액세스하여 버퍼링된 채널정보들을 독출하며, 상기 독출된 채널정보들을 이용해서 단말별로 채널 변화량을 계산한다. 그리고 상기 채널예측부(502)는 각 단말에 대해 가장 최근의 채널정보와 상기 계산된 채널 변화량을 이용해서 다음 채널상태를 예측한다. 즉, 상기 채널예측부(502)는 상기 수학식 4와 같이 시계 열(time series) 예측에 의해 다음 채널상태를 예측한다.

서브그룹 분류부(504)는 상기 채널 예측부(502)로부터의 채널 예측값들을 이용해서 단말들을 3개의 서브그룹들로 분류한다. 도 3에서 설명한 바와 같이, 채널 예측값이 서브레벨2에 속할 경우 해당 단말은 서브그룹2로 분류되고, 채널 예측값이 서브레벨1에 속할 경우 해당 단말은 서브그룹1로 분류되며, 채널 예측값이 서브레벨3에 속할 경우 해당 단말은 서브그룹3으로 분류된다. 여기서, 서브그룹1에 속하는 단말들은 향후 높은 변조수준으로 변경될 가능성 높은 단말들이고, 서브그룹3에 속하는 단말들은 향후 낮은 변조수준으로 변경될 가능성이 높은 단말들이다. 이때, 우선순위는 서브그룹3이 가장 높고, 다음으로 서브그룹2가 높으며, 서브그룹1이 가장 낮은 우선순위를 갖는다,

채널그룹 분류부(506)는 상기 서브그룹 분류부(504)로부터 생성된 서브그룹들 각각에 대하여 단말들을 채널레벨에 따라 분류한다. 예를들어, 시스템에서 제공하는 채널레벨(또는 변조수준)이 N개라 가정할 때, 도 7에 도시된 바와 같이, 서브그룹별로 단말들을 채널레벨에 따라 N개의 채널그룹들로 분류한다. 이때, 채널레벨이 높을수록, 즉 채널상태가 좋을수록, 높은 우선순위를 갖는다.

우선순위 결정부(508)는 도 7에 도시된 바와 같이 상기 채널그룹 분류기(506)에서 생성된 3×N개의 채널그룹들을 우선순위에 따라 결정하고, 채널그룹들 각각에 대하여 단말들을 지연(delay)값에 따라 정렬하여 단말들 각각에 대한 우선순위를 결정한다. 즉, 자원할당 우선순위 리스트를 작성한다. 결론적으로, 자원할당 우선순위는 도 7에 도시된 바와 같이, 향후 채널상태가 나쁘게 변경될 가능성이 있는 단말들의 서브그룹이 향후 채널상태가 좋게 변경될 가능성이 있는 단말들의 서브그룹보다 우선하고, 동일한 서브그룹에 대해서는 채널레벨이 좋은 단말들의 그룹(채널그룹)이 채널레벨이 나쁜 단말들의 그룹보다 우선하며, 동일한 채널그룹에 대해서는 신호 지연값이 작을수록 높은 우선순위를 갖는다.

자원할당부(510)는 상기 우선순위 결정부(508)에서 작성된 우선순위 리스트에 따라 자원 스케줄링을 수행한다. 즉, 상기 자원할당부(510)는 향후 채널상태가 나쁘게 변경될 가능성이 있는 단말에게 우선적으로 자원을 할당함으로써, 채널레벨이 변경되기전 최대한 많은 데이터를 전송할 수 있도록 스케줄링한다.

도 6은 본 발명의 실시예에 따른 광대역 무선접속 시스템에서 기지국의 동작 절차를 도시하고 있다.

도 6을 참조하면, 먼저 기지국은 601단계에서 단말들로부터 주기적으로 피드백되는 채널정보들을 소정 윈도우 크기로 버퍼링한다. 여기서, 버퍼링되는 최근의 정보들로서, 새로운 채널정보가 수신되면 가장 오래된 채널정보는 폐기되고, 상기 새로운 채널정보가 가장 최근의 정보로 저장된다.

그리고, 상기 기지국은 603단계에서 소정 주기 혹은 특정 이벤트(채널정보 갱신 등)에 의해 상기 버퍼링된 채널정보들을 액세스하고, 상기 버퍼링된 채널정보들을 이용해서 단말별로 평균 채널 변화량을 계산한다. 그리고, 상기 기지국은 각 단말에 대해 가장 최근의 채널정보와 상기 계산된 평균 채널 변화량을 이용해서 다음 채널상태(미리 채널상태)를 예측한다. 즉, 상기 기지국은 상기 수학식 4와 같이 시계열 예측에 의해 미래 채널상태를 예측한다.

모든 단말들에 대한 미래 채널상태가 예측되면, 상기 기지국은 605단계로 진행하여 상기 예측된 채널값들을 이용해서 단말들을 3개의 서브그룹들로 분류한다. 도 3에서 설명한 바와 같이, 채널 예측값이 서브레벨2에 속할 경우 해당 단말은 서브그룹2로 분류되고, 채널 예측값이 서브레벨1에 속할 경우 해당 단말은 서브그룹1로 분류되며, 채널 예측값이 서브레벨3에 속할 경우 해당 단말은 서브그룹3으로 분류된다. 이때, 우선순위는 서브그룹3이 가장 높고, 다음으로 서브그룹2가 높으며, 서브그룹1이 가장 낮은 우선순위를 갖는다. 이후, 상기 기지국은 607단계에서 상기 3개의 서브그룹들을 우선순위에 따라 정렬한다.

그리고, 상기 기지국은 609단계에서 상기 서브그룹들 각각에 대하여 단말들을 채널레벨에 따라 분류한다. 예를들어, 시스템에서 제공하는 채널레벨(또는 변조수준)이 N개라 가정할 때, 도 7에 도시된 바와 같이, 서브그룹별로 단말들을 채널레벨에 따라 N개의 채널그룹들로 분류한다. 이때, 채널레벨이 높을수록 높은 우선순위를 갖는다.

이후, 상기 기지국은 611단계에서 앞서 생성된 3×N개의 채널그룹들을 우선순위에 따라 정렬하고, 채널그룹들 각각에 대하여 단말들을 신호 지연(delay)값에 따라 정렬하여 단말들 각각에 대한 우선순위를 결정한다. 그리고, 상기 기지국은 613단계에서 상기 결정된 우선순위에 따라 자원할당 우선순위 리스트(사용자 우선순위 리스트)를 작성한다.

이와 같이, 자원할당 우선순위 리스트가 작성되면, 상기 기지국은 615단계로 진행하여 상기 우선순위 리스트에 따라 스케줄링을 수행하여 단말들 각각에 대하여 자원을 할당한다. 이때, 향후 채널상태가 나쁘게 변경될 가능성이 있는 단말에게 우선적으로 자원을 할당함으로써, 채널레벨이 변경되기전 최대한 많은 데이터를 전송할 수 있도록 스케줄링한다.

도 7은 본 발명의 실시예에 따른 스케줄링 우선순위 리스트 작성 절차를 도시한 것이다.

도시된 바와 같이, 먼저 자원 할당이 요구되는 단말들의 리스트를 작성한다. 이후, 상기 단말들은 채널상태 예측값에 따라 3개의 서브그룹(또는 서브레벨)들로 분류된다. 그리고, 상기 서브그룹들 각각에 대하여 단말들을 채널레벨에 따라 분류한다. 예를들어, 시스템에서 제공하는 채널레벨(또는 변조수준)이 N개라 가정할 때, 서브그룹별로 단말들은 N개의 채널그룹들로 분류된다. 이때, 채널레벨이 높을수록 높은 우선순위를 갖는다. 마지막으로, 상기 채널그룹들 각각에 대하여 단말들을 지연값에 따라 정렬하여 단말들 각각에 대한 우선순위를 결정한다. 도시된 바와 같이, 우선순위는 향후 채널상태가 나쁘게 변경될 가능성이 단말들의 서브그룹이 향후 채널상태가 좋게 변경될 가능성이 있는 단말들의 서브그룹보다 우선하고, 동일한 서브그룹에 대해서는 채널레벨이 좋은 단말들의 그룹(채널그룹)이 채널레벨이 나쁜 단말들의 그룹보다 우선하며, 동일한 채널그룹에 대해서는 신호 지연값이 작을수록 높은 우선순위를 갖는다.

도 8은 본 발명의 보다 나은 이해를 돕기 위한 실제 적용예를 도시하고 있다.

도 8에서, N과 N+1은 채널레벨(또는 변조수준)을 나타내고, 단말의 채널변화 를 나타낸 것이다. 또한, 숫자는 자원할당 우선순위를 나타내는 것으로, 1번이 가장 높은 우선순위를 나타내고, 5번이 가장 낮은 우선순위를 나타낸다. 도시된 바와 같이, 향후 채널레벨이 나쁘게 변경될 가능성이 있는 단말들(우선순위 1과 우선순위 2)에 높은 우선순위가 부여되고, 다음으로 채널변화가 없는 단말들(우선순위 3과 우선순위 4)에게 다음 우선순위가 부여되며, 다음으로 채널레벨이 좋게 변경될 가능성 있는 단말들(우선순위 5와 우선순위 6)에게 낮은 우선순위가 부여된다. 한편, 동일한 서브그룹에 대해서는 채널레벨이 좋은 단말에게 높은 우선순위가 부여된다.

이하, 본 발명의 성능을 입증하기 위한 시물레이션 결과를 살펴보기로 한다.

먼저, 시물레이션 환경을 살펴보면 다음과 같다.

OFDMA-TDD 시스템에서 하나의 서브채널을 사용한다고 가정하였고, 1프레임의 길이는 5ms, 서브캐리어의 개수는 8개, 하향링크의 심볼 개수는 12개, 프레임내 전체 슬롯의 개수는 96개로 가정하였다.

그리고, 신호대잡음비(SNR)에 따른 채널레벨은 하기 표 1과 같이 정의하였다.

SNR(r)	채널레벨	서비스 전송률(Bytes/slot)
r<-65.94	1	16
-65.94≤r<-64.85	2	24
-64.85≤r<-63.31	3	32
-63.31≤r<-60.68	4	40
-60.68≤r	5	48

또한, 셀 사이즈(radius)는 1km이고, 과거 3개의 채널정보들을 이용해서 미래 채널상태를 예측하였으며, 트래픽 모델은 IEEE802.20 MBWA 시스템 시뮬레이션(IEEE 802.20-03/66)에서 정의된 웹 트래픽(Web Traffic) 모델(On-Off 모델)을 가정하였다.

도 9는 전체 처리율(throughput)을 비교한 성능 그래프이다.

도시된 바와 같이, 사용자수에 따른 전체 처리율을 나타낸 것으로, 본 발명(invention)은 포화상태가 되었을 때, Max C/I보다는 조금 낮은 성능을 보이지만 PF보다는 좋은 성능을 보여준다. 이유는, Max C/I는 각 사용자들에 대한 지연시간이나 지터를 고려하지 않고 채널상태가 좋은 사용자에게 우선순위를 주기 때문에 처리율이 계속 증가하며, PF는 공평한 전송률을 고려하기 때문에 처리율이 300명부터 감소하기 시작하여 포화상태임을 보여준다.

도 10은 지연시간(Delay)을 비교한 성능 그래프이다.

도시된 바와 같이, 본 발명이 다른 두 알고리즘(Max C/I, PF)보다 좋은 성능을 나타냄을 알 수 있다. 도 10은 사용자수가 150명에서 400명 사이를 비교한 것이며, 그 이상은 기지국의 버퍼에 오버플로우가 발생하여 지연시간이 급격히 증가하기 때문에 비교하지 않았다. 여기서, PF는 전체 처리율에서 각 사용자에게 공평한 서비스를 제공하기 때문에 40km/h에서는 사용자수가 300명에서, 4km/h에서는 250명에서 각각 지연시간이 급격히 증가함을 알 수 있다. 즉, 본 발명은 Max C/I보다 좋은 성능을 보이고 있다.

도 11은 지터(Jitter)를 비교한 성능 그래프이다.

도시된 바와 같이, 본 발명이 다른 두 알고리즘(Max C/I, PF)보다 좋은 성능을 나타냄을 알 수 있다. 여기서, PF가 Max C/I보다 좋은 성능을 보이고 있으나 40km/h에서는 사용자수가 300명에서, 4km/h에서는 250명에서 각각 지터값이 급격히 증가함을 알 수 있다. 이유는 PF가 전체 처리율에서 각 사용자에게 공평한 서비스를 제공하기 때문이다.

이상 살펴보면 바와 같이, 본 발명은 전체 처리율(Throughput) 및 지연시간(Delay), 지터(jitter) 측면에서 기존의 알고리즘들(Max C/I, PF)보다 우수한 성능을 나타냄을 알 수 있다.

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 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며 후술하는 특허청구의 범위뿐만 아니라 이 특허청구의 범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

상술한 바와 같이, 본 발명은 서비스중인 이동 단말의 향후 채널상태를 예측하여 스케줄링 우선순위를 결정함으로써, 즉 실제 데이터를 전송하는 시점의 채널을 예측하여 스케줄링을 수행함으로써, 보다 효율적인 스케줄링을 수행할 수 있는 이점이 있다. 또한 앞서 도 9와 10에서 살펴본 바와 같이, 본 발명은 기존의 알고리즘에 비해 시스템 전체 처리율, 지연시간 및 지터 측면에서 우수한 성능을 갖는다.

Claims

광대역 무선접속 시스템에서 스케줄링 장치에 있어서,

단말들 각각에 대해 과거 소정 개수의 채널정보들을 버퍼링하는 저장부와,

상기 과거 소정 개수의 채널정보들을 이용해서 단말별로 미래 채널상태를 예측하는 예측부와,

상기 예측부로부터의 채널 예측값들을 이용해서 단말들을 소정 수의 서브그룹들로 분류하고, 상기 서브그룹들 각각에 대해 스케줄링 우선순위를 결정하는 서브그룹 분류부를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
제1항에 있어서,

상기 서브그룹 분류부에서 생성된 서브그룹들 각각에 대하여 단말들을 채널레벨에 따라 소정 수의 채널그룹들로 분류하고, 상기 채널그룹들 각각에 대해 스케줄링 우선순위를 결정하는 채널그룹 분류부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
제2항에 있어서,

상기 채널그룹 분류부는, 상기 채널그룹들에 대해 채널상태가 좋을수록 높은 우선순위를 부여하는 것을 특징으로 하는 장치.
제2항에 있어서,

상기 채널그룹 분류부에서 생성된 채널그룹들 각각에 대하여 단말들을 지연(delay)값에 따라 정렬하여 단말들 각각에 대한 우선순위를 결정하는 우선순위 결정부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
제4항에 있어서,

상기 우선순위 결정부는, 단말들에 대해 지연값이 작을수록 높은 우선순위를 부여하는 것을 특징으로 하는 장치.
제4항에 있어서,

상기 우선순위 결정부에서 결정된 우선순위에 따라 스케줄링을 수행하여 단말들 각각에 대하여 자원을 할당하는 자원할당부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
제1항에 있어서, 상기 예측부는,

각 단말에 대해 과거 소정 개수의 채널정보들을 이용하여 평균 채널변화량을 계산하고, 단말의 가장 최근 채널정보와 상기 평균 채널변화량을 이용해서 다음 채널상태를 예측하는 것을 특징으로 하는 장치.
제1항에 있어서, 상기 서브그룹 분류부는,

채널 예측값을 이용해서 채널레벨이 좋게 변경될 가능성이 있는 단말들을 서브그룹1로 분류하고, 채널레벨이 변경될 가능성이 없는 단말들을 서브그룹2로 분류하며, 채널레벨이 나쁘게 변경될 가능성이 있는 단말들을 서브그룹3으로 분류하는 것을 특징으로 하는 장치.
제8항에 있어서,

상기 서브그룹 분류부는, 상기 서브그룹3에 가장 높은 우선순위를 부여하고, 상기 서브그룹1에 가장 낮은 우선순위를 부여하는 것을 특징으로 하는 장치.
광대역 무선접속 시스템에서 송신 장치에 있어서,

단말들의 과거 채널정보들을 이용해서 미래 채널상태를 예측하고, 상기 예측 된 채널값에 의해서 단말의 채널레벨이 향후 나쁘게 변경된다고 판단될 경우 해당 단말에게 높은 우선순위를 부여하여 스케줄링을 수행하는 스케줄러와,

상기 스케줄러의 스케줄링 결과에 따라 해당 단말들의 데이터들을 선택하여 송신하는 송신기를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
제10항에 있어서, 상기 스케줄러는,

단말들 각각에 대해 과거 소정 개수의 채널정보들을 버퍼링하는 저장부와,

상기 과거 소정 개수의 채널정보들을 이용해서 단말별로 미래 채널상태를 예측하는 예측부와,

상기 예측부로부터의 채널 예측값들을 이용해서 단말들을 소정 수의 서브그룹들로 분류하고, 상기 서브그룹들 각각에 대해 스케줄링 우선순위를 결정하는 서브그룹 분류부와,

상기 서브그룹 분류부에서 생성된 서브그룹들 각각에 대하여 소정 기준에 의해 단말들을 정렬하여 단말들 각각에 대해 우선순위를 결정하는 결정부와,

상기 결정부에서 결정된 우선순위에 따라 스케줄링을 수행하여 단말들 각각에 대하여 자원을 할당하는 자원할당부를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
제11항에 있어서, 상기 예측부는,

각 단말에 대해 과거 소정 개수의 채널정보들을 이용하여 평균 채널변화량을 계산하고, 단말의 최근 채널정보와 상기 평균 채널변화량을 이용해서 다음 채널상태를 예측하는 것을 특징으로 하는 장치.
제11항에 있어서, 상기 서브그룹 분류부는,

채널 예측값을 이용해서 채널레벨이 좋게 변경될 가능성이 있는 단말들을 서브그룹1로 분류하고, 채널레벨이 변경될 가능성이 없는 단말들을 서브그룹2로 분류하며, 채널레벨이 나쁘게 변경될 가능성이 있는 단말들을 서브그룹3으로 분류하는 것을 특징으로 하는 장치.
제13항에 있어서,

상기 서브그룹 분류부는, 상기 서브그룹3에 가장 높은 우선순위를 부여하고, 상기 서브그룹1에 가장 낮은 우선순위를 부여하는 것을 특징으로 하는 장치.
제11항에 있어서, 상기 결정부는,

상기 서브그룹 분류부에서 생성된 서브그룹들 각각에 대하여 단말들을 채널레벨에 따라 소정 수의 채널그룹들로 분류하고, 상기 채널그룹들 각각에 대해 스케 줄링 우선순위를 결정하는 채널그룹 분류부와,

상기 채널그룹 분류부에서 생성된 채널그룹들 각각에 대하여 단말들을 지연(delay)값에 따라 정렬하여 단말들 각각에 대한 우선순위를 결정하는 우선순위 결정부를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
제10항에 있어서, 상기 송신기는,

단말들 각각에 대한 전송 데이터를 버퍼링하며, 상기 스케줄러의 제어하에 이번 프레임에 자원을 할당받은 단말들의 데이터를 선택하여 출력하는 버퍼와,

상기 버퍼로부터의 데이터를 MAC계층의 데이터유닛으로 조립하여 출력하는 패킷생성부와,

상기 패킷생성부로부터의 패킷들을 물리계층 인코딩하기 위한 물리계층 인코더와,

상기 물리계층 인코더로부터의 신호를 RF처리하여 송신하기 위한 RF처리기를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
광대역 무선접속 시스템에서 스케줄링 방법에 있어서,

단말들 각각에 대해 과거 소정 개수의 채널정보들을 버퍼링하는 과정과,

상기 과거 소정 개수의 채널정보들을 이용해서 단말별로 미래 채널상태를 예 측하는 과정과,

상기 예측된 채널값들을 이용해서 단말들을 소정 수의 서브그룹들로 분류하는 과정과,

상기 서브그룹들을 정렬하여 스케줄링 우선순위를 결정하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제17항에 있어서,

상기 서브그룹들 각각에 대하여 단말들을 채널레벨에 따라 소정 수의 채널그룹들로 분류하고, 상기 채널그룹들 각각에 대해 스케줄링 우선순위를 결정하는 과정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제18항에 있어서,

상기 채널그룹들에 대해 채널상태가 좋을수록 우선순위가 부여되는 것을 특징으로 하는 방법.
제18항에 있어서,

상기 채널그룹들 각각에 대하여 단말들을 지연(delay)값에 따라 정렬하여 단 말들 각각에 대한 우선순위를 결정하는 과정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제20항에 있어서,

상기 단말들에 대해 지연값이 작을수록 높은 우선순위가 부여되는 것을 특징으로 하는 방법.
제20항에 있어서,

상기 결정된 우선순위에 따라 스케줄링을 수행하여 단말들 각각에 대하여 자원을 할당하는 과정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제17항에 있어서, 상기 예측 과정은,

각 단말에 대해 과거 소정 개수의 채널정보들을 이용하여 평균 채널변화량을 계산하는 과정과,

단말의 가장 최근 채널정보와 상기 평균 채널변화량을 이용해서 다음 채널상태를 계산하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제17항에 있어서, 상기 서브그룹 분류 과정은,

채널 예측값을 이용해서 채널레벨이 좋게 변경될 가능성이 있는 단말들을 서브그룹1로 분류하는 과정과,

상기 채널레벨이 변경될 가능성이 없는 단말들을 서브그룹2로 분류하는 과정과,

상기 채널레벨이 나쁘게 변경될 가능성이 있는 단말들을 서브그룹3으로 분류하는 과정을 포함하는 특징으로 하는 방법.
제24항에 있어서, 상기 서브그룹 우선순위 결정 과정은,

상기 서브그룹3에 가장 높은 우선순위를 부여하고, 상기 서브그룹1에 가장 낮은 우선순위를 부여하는 것을 특징으로 하는 방법.
광대역 무선접속 시스템에서 송신 방법에 있어서,

단말들의 과거 채널정보들을 이용해서 미래 채널상태를 예측하고, 상기 예측된 채널값에 의해서 단말의 채널레벨이 향후 나쁘게 변경된다고 판단될 경우 해당 단말에게 높은 우선순위를 부여하여 스케줄링을 수행하는 과정과,

상기 스케줄링 결과에 따라 해당 단말들의 데이터들을 선택하여 송신하는 과 정을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제26항에 있어서, 상기 스케줄링 과정은,

단말들 각각에 대해 과거 소정 개수의 채널정보들을 버퍼링하는 과정과,

상기 과거 소정 개수의 채널정보들을 이용해서 단말별로 미래 채널상태를 예측하는 과정과,

상기 예측된 채널값들을 이용해서 단말들을 소정 수의 서브그룹들로 분류하는 과정과,

상기 서브그룹들을 정렬하여 스케줄링 우선순위를 결정하는 과정과,

상기 서브그룹들 각각에 대하여 소정 기준에 의해 단말들을 정렬하여 단말들 각각에 대해 우선순위를 결정하는 과정과,

상기 결정된 우선순위에 따라 스케줄링을 수행하여 단말들 각각에 대하여 자원을 할당하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제27항에 있어서, 상기 예측 과정은,

각 단말에 대해 과거 소정 개수의 채널정보들을 이용하여 평균 채널변화량을 계산하는 과정과,

단말의 최근 채널정보와 상기 평균 채널변화량을 이용해서 다음 채널상태를 예측하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제27항에 있어서, 상기 서브그룹 분류 과정은,

채널 예측값을 이용해서 채널레벨이 좋게 변경될 가능성이 있는 단말들을 서브그룹1로 분류하는 과정과,

상기 채널레벨이 변경될 가능성이 없는 단말들을 서브그룹2로 분류하는 과정과,

상기 채널레벨이 나쁘게 변경될 가능성이 있는 단말들을 서브그룹3으로 분류하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제29항에 있어서, 상기 서브그룹 우선순위 결정 과정은,

상기 서브그룹3에 가장 높은 우선순위를 부여하고, 상기 서브그룹1에 가장 낮은 우선순위를 부여하는 것을 특징으로 하는 방법.
제27항에 있어서, 상기 단말들 각각에 대한 우선순위 결정 과정은,

상기 서브그룹들 각각에 대하여 단말들을 채널레벨에 따라 소정 수의 채널그룹들로 분류하고, 상기 채널그룹들 각각에 대해 스케줄링 우선순위를 결정하는 과 정과,

상기 채널그룹들 각각에 대하여 단말들을 지연(delay)값에 따라 정렬하여 단말들 각각에 대해 우선순위를 결정하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제26항에 있어서, 상기 송신 과정은,

단말들 각각에 대한 전송 데이터를 버퍼링하며, 상기 스케줄링 결과에 따라 이번 프레임에 자원을 할당받은 단말들의 데이터를 선택하는 과정과,

상기 선택된 데이터를 MAC계층의 데이터유닛으로 조립하는 패킷들을 발생하는 과정과,

상기 패킷들을 물리계층 인코딩하는 과정과,

상기 물리계층 인코딩된 신호를 RF처리하여 송신하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.