KR20090010802A

KR20090010802A - 광대역 무선 접속 통신 시스템에서 스케줄링 방법

Info

Publication number: KR20090010802A
Application number: KR1020070074196A
Authority: KR
Inventors: 정용재
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2007-07-24
Filing date: 2007-07-24
Publication date: 2009-01-30
Anticipated expiration: 2027-07-24
Also published as: KR100925420B1; US8121143B2; US20090028104A1

Abstract

본 발명은 광대역 무선 접속 통신 시스템의 성능 향상과 가입자 단말기의 소비 전력을 줄일 수 있는 상향링크/하향링크 스케줄링 방법에 관한 것으로, 이러한 본 발명은 광대역 무선 접속 통신 시스템에서 스케줄링 방법에 있어서, 스케줄링 알고리즘을 이용하여 우선순위가 높은 가입자 단말기를 선택하는 과정과, 상기 선택된 가입자 단말기에 대한 할당 버스트 영역을 결정하는 과정과, 상기 결정에 상응하여 상기 선택된 가입자 단말기에 대한 프레임을 구성하는 과정을 포함한다.

광대역 무선 접속, 스케줄링, 프레임, 버스트, 상향링크, 하향링크

Description

광대역 무선 접속 통신 시스템에서 스케줄링 방법{METHOD FOR SCHEDULING IN A BROADBAND WIRELESS ACCESS SYSTEM}

본 발명은 광대역 무선 접속(BWA, Broadband Wireless Access) 통신 시스템에 관한 것으로, 특히 광대역 무선 접속 통신 시스템의 성능을 향상시키고, 단말의 소비 전력을 줄일 수 있는 스케줄링 방법에 관한 것이다.

현재 차세대 통신 시스템인 4세대(4G, 4th Generation) 통신 시스템에서는 비교적 높은 전송 속도를 보장하는 무선 근거리 통신 네트워크(Local Area Network, 이하 'LAN'이라 칭함) 시스템 및 무선 도시 지역 네트워크(Metropolitan Area Network, 이하 'MAN'이라 칭함) 시스템에 이동성과 서비스 품질(QoS, Quality of Service)을 보장하는 형태로 새로운 통신 시스템을 개발하여 고속 서비스를 지원하도록 하는 연구가 활발하게 진행되고 있다.

상기 무선 MAN 시스템의 물리 채널(physical channel)에 광대역(broadband) 전송 네트워크를 지원하기 위해 직교 주파수 분할 다중화(Orthogonal Frequency Division Multiplexing, 이하 'OFDM'이라 칭함) 방식 및 직교 주파수 분할 다중 접속(Orthogonal Frequency Division Multiple Access, 이하 'OFDMA'이라 칭함) 방식 을 적용한 시스템이 IEEE(Institute of Electrical and Electronics Engineers) 802.16a 및 IEEE 802.16e 통신 시스템이다. 상기 IEEE 802.16a 및 IEEE 802.16e 통신 시스템은 상기 무선 MAN 시스템에 OFDM/OFDMA 방식을 적용하기 때문에 다수의 서브캐리어(sub-carrier)들을 사용하여 물리 채널 신호를 송신함으로써 고속 데이터 송신이 가능하다. 결국 상기 IEEE 802.16a 및 IEEE 802.16e 통신 시스템은 OFDM/OFDMA 방식을 사용하는 광대역 무선 접속 통신 시스템이다.

그러면 여기서 도 1을 참조하여 상기한 바와 같은 광대역 무선 접속 통신 시스템 구조를 설명하기로 한다.

도 1은 일반적인 광대역 무선 접속 통신 시스템의 구조를 개략적으로 도시한 도면이다.

상기 도 1을 참조하면, 상기 광대역 무선 접속 통신 시스템은 다중 셀 구조 예컨대, 셀(100)과 셀(150)을 가지며, 상기 셀(100)을 관장하는 기지국(110)과, 상기 셀(150)을 관장하는 기지국(140)과, 다수의 가입자 단말기들(111)(113)(130)(151)(153)을 포함하여 구성된다. 그리고 상기 기지국들(110)(140)과 상기 가입자 단말기들(111)(113)(130)(151)(153)간의 신호 송수신은 상기 OFDM/OFDMA 방식을 사용하여 이루어진다.

상기 광대역 무선 접속 통신 시스템에서 제안되고 있는 OFDMA 방식은 한 개의 OFDM 심벌(symbol)을 구성하는 서브캐리어(sub-carrier)들로부터 서브채널(sub-channel)을 구성하며, 여러 개의 OFDM 심벌이 모여 한 개의 프레임(frame)을 구성한다.

도 2는 일반적인 광대역 무선 접속 통신 시스템에서 사용하는 데이터 프레임의 구조를 개략적으로 도시한 도면이다. 특히, 상기 도 2는 OFDMA-시분할 이중화(Time Division Duplex, 이하 'TDD'라 칭함) 방식을 사용하는 광대역 무선 접속 통신 시스템에서의 상향/하향링크(UL/DL) 프레임 구성을 나타낸 것이다.

상기 도 2를 참조하면, 가로축은 OFDMA 심벌 번호(OFDMA symbol number)를 나타내며, 세로축은 다수개의 서브채널로 구성되는 서브채널 논리적 번호(sub-channel logical number)를 나타낸다. 상기 광대역 무선 접속 통신 시스템에서 사용하는 데이터 프레임은 하향링크(DL, Downlink) 영역과, 상향링크(UL, Uplink) 영역을 시간 단위로 구분한다. 상기 하향링크에서 상기 상향링크로 천이(transition)하는 구간에는 송신/수신 천이 갭(Transmit/receive Transition Gap, 이하 'TTG'라 칭함)이라 부르는 전송 간격(Transmission Gap) 구간과, 상기 상향링크에서 상기 하향링크로 다시 천이하는 구간에는 수신/송신 천이 갭(Receive/transmit Transition Gap, 이하 'RTG'라 칭함)이라 부르는 전송 간격 구간을 보호 시간으로 구성한다.

상기 하향링크를 살펴보면, 상기 하향링크는 K번 OFDMA 심벌에서 동기 획득을 위한 프리앰블(preamble)이 위치하며, K+1번 OFDMA 심벌에서 프레임 제어 헤더(Frame Control Header, 이하 'FCH'라 칭함), 하향링크 MAP(이하 "DL-MAP"이라 칭함)과 같은 가입자 단말기들이 공통적으로 수신할 방송(broadcast) 데이터 정보가 위치한다.

상기 프리앰블 영역은 송수신기 예컨대, 기지국과 가입자 단말기 간 동기 획 득을 위한 동기 신호, 즉 프리앰블 시퀀스(preamble sequence)를 송신하는 영역이다. 즉, 상기 프리앰블 영역은 상기 기지국에서 송신된 데이터와의 동기를 맞추기 위해 필요한 부분으로서, 상기 가입자 단말기의 모뎀(MODEM)에서는 여러 가지 방법을 통해 상기 프리앰블에서 동기 정보를 추출하게 된다.

상기 FCH 영역은 두 개의 서브채널로 구성되어 서브채널, 레인징(ranging) 및 변조(modulation) 방식 등에 대한 기본 정보를 전달한다. 예컨대, 상기 FCH 정보를 분석하여 DL-MAP의 크기를 알 수 있으며, 기지국에서 사용하는 주파수 재사용율(Frequency Reuse Factor, 이하 'reuse'라 칭함) 예컨대, reuse 1 또는 3 중 어느 것을 적용하고 있는지를 확인할 수 있다.

상기 DL-MAP 영역은 DL-MAP 메시지를 송신하는 영역이며, 상기 DL-MAP 영역은 하향링크 프레임 내에 데이터 위치, 크기 등의 데이터 추출 및 가입자 단말기에 서비스를 제공하기 위한 여러 가지 정보를 가진다. 따라서 상기 DL-MAP 정보를 분석함으로써, 프레임 내 데이터를 추출할 수 있다.

또한, K+3번 OFDMA 심벌에서 K+15번 OFDMA 심벌까지는 하향링크 버스트(Downlink Burst, 이하 'DL burst'라 칭함)들 예컨대, DL burst #1 내지 DL burst #6이 위치하게 된다. 상기 DL burst 영역은 일반 데이터 정보들, 예컨대 상기 DL-MAP을 해석하여 획득하는 정보를 기반으로 데이터를 추출한다.

다음으로, 상기 상향링크를 살펴보면, 상기 상향링크 K+17번 OFDMA 심벌에서 K+26번 OFDMA 심벌까지 상향링크 버스트(Uplink Burst, 이하 'UL burst'라 칭함)들 예컨대, UL burst #1 내지 UL burst #5가 위치한다. 또한 상기 K+17 OFDMA 심벌에 서 K+26 OFDMA 심벌까지 레인징을 위한 레인징 서브채널(Ranging sub-channel)이 위치한다. 상기 레인징 서브채널 영역은 레인징을 위한 레인징 서브채널들이 송신되는 영역이며, 상기 UL burst 영역을 통해 일반 데이터 정보들 예컨대, 상기 DL burst #1의 상향링크 MAP(이하 'UL-MAP'라 칭함)을 해석하여 획득하는 정보를 기반으로 데이터를 추출한다.

이상에서 설명한 서브채널은, 다수의 서브캐리어들로 구성되는 채널을 의미하며, 시스템 상황에 따라 미리 설정된 개수의 서브캐리어들이 1개의 서브채널을 구성한다. 즉, 상기 IEEE 802.16e OFDMA 통신 시스템은 상술한 바와 같이 사용하는 서브캐리어를 다수의 서브캐리어의 집합으로 이루어진 서브채널로 구성하여 시스템 상황에 맞게 다수의 사용자들, 즉 가입자 단말기들에게 자원을 할당한다.

한편, 상기 기지국은 상향/하향링크 스케줄링을 수행함에 있어서, 무선채널 처리율의 최대화와 해당 트래픽의 전송 지연시간 최소화를 기본적인 목표로 하고 있다. 또한, 이 외에도 인접 섹터에 대한 간섭량 감축, UL-MAP/DL-MAP 오버헤드(Overhead) 감축, 셀 커버리지 확대, 가입자 단말기의 전력 소모량 감축 및 가입자 단말기-기지국간 안정적인 링크 성능 유지 등을 부가적인 목표로 하며, 이러한 목표에 따라 동작 알고리즘을 선정한다.

상기 도 2를 참조하여 살펴본 바와 같은 프레임 구조에서, DL-MAP은 하향링크동안 전송할 가입자 단말기에 대한 정보(DL-MAP IE(Information Elements))를 가지고 있다. 따라서 가입자 단말기에 대한 정보가 많은 경우 DL-MAP의 크기가 커지게 된다. UL-MAP 또한 상향링크를 할당한 가입자 단말기에 대한 정보(UL-MAP IE)가 많은 경우에 UL-MAP이 커지게 된다. 하나의 프레임(frame)에서 실제로 필요한 데이터가 전송되는 구간은 버스트(burst) 영역으로 DL-MAP과 UL-MAP은 오버헤드(overhead)로 작용하게 된다.

상기 도 2에서와 같이, 하향링크와 상향링크 구간은 시스템 설계에 따라 미리 정해져 있다. 이로 인해, DL-MAP과 UL-MAP의 크기가 커지게 되면, 상대적으로 기지국이 전송하는 DL burst 구간은 줄어들게 된다. 이는 결국, DL-MAP과 UL-MAP의 크기가 커짐에 따라 실제로 데이터를 전송하기 위한 버스트 영역은 줄어들게 된다. 따라서 가입자 단말기들로 전송되는 데이터양이 줄어들 수밖에 없으며, 결과적으로 통신 시스템의 전체 성능이 감소되는 문제가 발생할 수 있다.

이에 본 발명의 실시 예에서는 상기한 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여 창안된 것이다.

본 발명의 목적은 광대역 무선 접속 통신 시스템의 성능을 향상시키고, 가입자 단말기의 소비 전력을 최소화할 수 있는 프레임 구조 및 스케줄링 방안을 제공함에 있다.

본 발명의 다른 목적은 광대역 무선 접속 통신 시스템에서 오버헤드로 작용하는 DL-MAP 및 UL-MAP을 효율적으로 구성하여 통신 시스템의 성능을 향상시킬 수 있는 스케줄링 방안을 제공함에 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 하나의 프레임에 데이터를 전송하는 가입자 단말기의 수를 조절함으로써 각 가입자 단말기의 소비 전력을 최소화할 수 있는 스케줄링 방안을 제공함에 있다.

상기와 같은 목적들을 달성하기 위한 본 발명의 실시 예에 따른 방법은, 광대역 무선 접속 통신 시스템에서 스케줄링 방법에 있어서, 스케줄링 알고리즘을 이용하여 우선순위가 높은 가입자 단말기를 선택하는 과정과, 상기 선택된 가입자 단말기에 대한 할당 버스트 영역을 결정하는 과정과, 상기 결정에 상응하여 상기 선택된 가입자 단말기에 대한 프레임을 구성하는 과정을 포함한다.

상기와 같은 목적들을 달성하기 위한 본 발명의 실시 예에 따른 방법은, 광대역 무선 접속 통신 시스템에서 스케줄링 방법에 있어서, 기지국은 하향링크로 전송할 데이터가 있는 가입자 단말기와, 상향링크로 전송받을 데이터가 있는 가입자 단말기를 구분하는 과정과, 상기 기지국은 SJF(Shortest Job First) 알고리즘을 사용하여 맵(MAP)을 구성할 가입자 단말기들의 우선순위를 결정하는 과정과, 상기 결정하는 가입자 단말기들의 우선순위에 따라 각 가입자 단말기에 대한 상항링크 맵(UL-MAP) 및 하향링크 맵(DL-MAP)을 구성하는 과정과, 상기 구성하는 각 가입자 단말기에 대한 맵을 이용하여 프레임을 구성하는 과정을 포함한다.

상술한 바와 같이 본 발명에서 제안하는 광대역 무선 접속 통신 시스템에서 스케줄링 방법에 따르면, 광대역 무선 접속 통신 시스템의 프레임을 구성하는 요소 중 오버헤드로 작용하는 MAP을 효율적으로 구성할 수 있다. 이로 인해 무선 통신 시스템에서 단점으로 제시되고 있는 성능의 향상을 가져올 수 있으며, 각 가입자 단말기의 소비 전력을 최소화하여 무선 기술을 향상을 가져올 수 있다.

이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 하기의 설명에서는 본 발명의 실시 예에 따른 동작을 이해하는데 필요한 부분만이 설명되며, 그 이외 부분의 설명은 본 발명의 요지를 흩트리지 않도록 생략될 것이라는 것을 유의하여야 한다.

이하에서 설명되는 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위한 용어의 개념으로 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서 본 명세서에 기재된 실시 예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일실시 예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

제안하는 본 발명의 실시 예에서는, 광대역 무선 접속(BWA, Broadband Wireless Access) 통신 시스템의 성능을 향상시키고, 이와 더불어 가입자 단말기(SS, Subscriber Station)의 소비 전력을 줄일 수 있는 스케줄링 방안에 관한 것이다.

통상적으로, 무선 네트워크에서 중요하게 간주되는 항목이 통신 시스템의 성능과 소비 전력이다. 광대역 무선 접속 통신 시스템의 프레임(frame)은 실제 데이터가 전송되는 구간 외에 가입자 단말기와 기지국(BS, Base Station) 간의 정보 전달을 위한 제어(control) 데이터의 전송도 필요하다. 하지만 이러한 제어 데이터는 네트워크의 오버헤드(overhead)로 작용하여 전체 시스템의 성능 감소를 가져오게 된다.

이에 본 발명의 실시 예에서는 시스템의 프레임을 구성하는 요소 중 오버헤드로 작용하는 맵(MAP)을 효율적으로 구성할 수 있는 스케줄링 방안을 제안한다. 이를 통해 무선 통신 시스템의 성능의 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라 각 가입자 단말기의 소비 전력을 최소화하도록 한다.

본 발명의 실시 예에 따르면, 기존의 광대역 무선 접속 통신 시스템에서 사용되는 데이터 프레임 구조를 새롭게 정의하고, 이를 이용한 스케줄링 방안을 제안한다. 특히, 본 발명의 실시 예에서는 하향링크 MAP(이하 'DL-MAP'이라 칭함)과 상향링크 MAP(이하 'UL-MAP'이라 칭함)을 효율적으로 구성하기 위한 새로운 스케줄링 방안을 제안하며, 이를 위해 기지국에서는 MAP 구성을 위한 SJF(Shortest Job First) 스케줄링 알고리즘을 이용할 수 있다.

또한 본 발명의 실시 예에 따르면, 가입자 단말기의 전력 감소를 위해 DL- MAP 전송 시 각 가입자 단말기에게 전송할 데이터가 없는 연속적인 프레임(frame)의 개수를 표시하는 정보를 추가 정의할 수 있다. 기지국에서는 후술하는 바와 같이 프레임을 구성하고, 연속적으로 데이터 전송이 이루어지지 않는 프레임의 개수를 해당 가입자 단말기에게 전달함으로써, 데이터 전송이 없는 프레임동안 가입자 단말기의 소비 전력을 최소화할 수 있도록 한다.

이하 본 발명의 실시 예에서는 설명의 편의를 위해 IEEE(Institute of Electrical and Electronics Engineers) 802.16 통신 시스템을 대상으로 하여 설명하지만, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 즉, 제안하는 본 발명은 직교 주파수 분할 다중 접속(OFDAM, Orthogonal Frequency Division Multiple Access) 및 시분할 이중화(TDD, Time Division Duplex) 방식을 사용하는 모든 광대역 무선 접속 통신 시스템에도 적용 가능함은 물론이다.

도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 광대역 무선 접속 통신 시스템에서 트래픽을 송수신하는 절차를 도시한 도면이다.

특히, 상기 도 3은 광대역 무선 접속 통신 시스템의 상향/하향링크(UL/DL)에서 기지국(350)이 가입자 단말기 예컨대, 가입자 단말기(320)에게 자원을 할당하고, 상기 가입자 단말기(320)가 상기 할당된 자원을 이용하여 트래픽을 전송(송신 및 수신)하는 절차를 나타낸다.

상기 도 3을 참조하면, 먼저 기지국(350)은 자신이 관장하는 영역 내의 가입자 단말기들 즉, 참조부호 310, 320 및 330의 가입자 단말기들 중 소정의 스케줄링(scheduling) 절차를 통해 상향링크(UL)에서 자원을 할당받을 가입자 단말기 예 컨대, 가입자 단말기(320)를 선택하여 UL-MAP을 구성한다.

이때, 상기 기지국(350)이 상기 UL-MAP을 구성하는 방식은, 본 발명의 실시 예에 따라 상향링크에서 자원을 할당받을 가입자 단말기들(310 내지 330) 중 가장 작은 버스트(burst) 영역을 차지하는 가입자 단말기를 우선으로 선택하여 UL-MAP을 구성할 수 있다. 이에 대한 상세 실시 예에 대해서는 후술하기로 한다.

이어서, 상기 기지국(350)은 상기 UL-MAP을 구성하는 가입자 단말기들에게 할당할 자원의 양과 변조 방식 및 부호화(Modulation and Coding Scheme, 이하 'MCS'라 칭함) 레벨(level) 등을 결정한다. 또한, 상기 기지국(350)은 상기 가입자 단말기(320)가 전송할 자원의 위치를 결정한다. 이러한 과정을 상기 기지국(350)은 상향링크의 모든 자원을 할당할 때까지 반복할 수 있다.

이후, 상기 기지국(350)은 상기 스케줄링이 완료되면, 상기 스케줄링 결과 즉, 상향링크 스케줄링 정보를 UL-MAP 메시지에 포함하여 셀(Cell) 내의 모든 가입자 단말기들(310 내지 330)에게 방송(broadcasting)한다. 이때, 본 발명의 실시 예에 따라 각 가입자 단말기가 전송할 데이터가 존재하지 않는 연속된 프레임의 개수 정보를 포함하여 전송할 수 있다.

그러면 상기 가입자 단말기들(310 내지 330)은 상기 기지국(350)에서 방송되는 상기 UL-MAP 메시지를 수신하고, 자신에게 할당된 자원이 있으면, 상향링크에서 상기 자원이 할당되는 해당 위치에 가입자 단말기 자신이 전송하고자 하는 트래픽(traffic)을 전송한다. 예컨대, 상기 가입자 단말기(320)가 상기 기지국(350)으로부터 수신한 상기 UL-MAP 메시지에 자신에게 할당된 자원이 있으면, 상향링크에 서 자신에게 할당된 자원의 위치에서 상향링크 트래픽을 전송한다.

다음으로, 상기 기지국(350)은 자신이 관장하는 영역 내의 가입자 단말기들 즉, 참조부호 310, 320 및 330의 가입자 단말기들 중 소정의 스케줄링(scheduling) 절차를 통해 하향링크(DL)로 데이터를 전송받을 가입자 단말기 예컨대, 가입자 단말기(320)를 선택하여 DL-MAP을 구성한다.

이때, 상기 기지국(350)이 상기 DL-MAP을 구성하는 방식은, 본 발명의 실시 예에 따라 하향링크로 데이터를 전송받을 가입자 단말기들(310 내지 330) 중 가장 작은 버스트(burst) 영역을 차지하는 가입자 단말기를 우선으로 선택하여 UL-MAP을 구성할 수 있다. 이에 대한 상세 실시 예에 대해서는 후술하기로 한다.

이어서, 상기 기지국(350)은 상기 DL-MAP을 구성하는 가입자 단말기들에게 할당할 자원의 양과 MCS 레벨 등을 결정한다. 또한, 상기 기지국(350)은 상기 가입자 단말기들이 전송받을 자원의 위치를 결정한다. 이러한 과정을 상기 기지국(350)은 하향링크의 모든 자원을 할당할 때까지 반복한다.

이후, 상기 기지국(350)은 상기 스케줄링이 완료되면, 상기 스케줄링 결과 즉, 하향링크 스케줄링 정보를 DL-MAP 메시지에 포함하여 셀 내의 모든 가입자 단말기들(310 내지 330)에게 방송한다. 이때, 본 발명의 실시 예에 따라 각 가입자 단말기가 전송할 데이터가 존재하지 않는 연속된 프레임의 개수 정보를 포함하여 전송할 수 있다.

그러면 상기 가입자 단말기들(310 내지 330)은 상기 기지국(350)에서 방송되는 상기 DL-MAP 메시지를 수신하고, 자신에게 할당된 자원이 있으면, 하향링크에서 상기 자원이 할당되는 해당 위치에 가입자 단말기 자신이 전송받을 트래픽을 수신한다. 예컨대, 상기 가입자 단말기(320)가 상기 기지국(350)으로부터 수신한 상기 DL-MAP 메시지에 자신에게 할당된 자원이 있으면, 하향링크에서 자신에게 할당된 자원의 위치에서 하향링크 트래픽을 수신한다.

이상에서와 같이, 본 발명의 실시 예에서는 광대역 무선 접속 통신 시스템에서 사용되는 MAP(DL-MAP 및 UL-MAP)을 효율적으로 구성하기 위한 새로운 스케줄링 방안을 제안한다. 기지국에서는 효율적인 MAP 구성을 위하여 SJF(Shortest Job First) 스케줄링 알고리즘을 이용할 수 있다. 상기 SJF 알고리즘은 상향링크(UL)와 하향링크(DL)에 대해 각각 적용하여 스케줄링을 수행하거나, 초기 한 번의 수행으로 상향링크 및 하향링크에 스케줄링을 수행할 수 있다. 이와 같이 SJF 알고리즘을 이용하여 MAP을 구성하게 되면, 하나의 가입자 단말기가 데이터를 송수신하는데 소요되는 시간인 대기 시간(waiting time)을 최소화 할 수 있다. 즉, SJF 알고리즘은 대기 시간을 최소로 할 수 있는 스케줄링 알고리즘이다. 여기서, 전체 대기 시간은 하기 <수학식 1>과 같이 나타낼 수 있다.

상기 <수학식 1>에 나타낸 바와 같이, 상기

는 전체 대기 시간을 나타내며, Pk는 k번째 가입자 단말기의 데이터양을 나타내며, n은 가입자 단 말기의 개수를 나타낸다.

전술한 바와 같이, SJF 알고리즘은 가입자 단말기의 대기 시간을 최소로 할 뿐만 아니라, MAP과 버스트의 영역을 효율적으로 사용할 수 있게 되므로, 전체 통신 시스템의 성능을 향상시킬 수 있다. 이를 상기 도 3을 참조하여 상세히 살펴보면 다음과 같다.

상기 도 3에 나타낸 바와 같이, 상기 기지국(350)에 가입자 단말기들(310 내지 330)이 접속되어 있는 경우, 상기 기지국(350)은 상기 가입자 단말기들(310 내지 330)에 대하여 상향링크 및 하향링크 스케줄링을 수행한다.

이때, 상기 기지국(350)이 가입자 단말기(310)에 패킷(packet) 1개, 가입자 단말기(320)에 패킷 2개, 가입자 단말기(330)에 패킷 3개를 각각 전송한다고 가정한다. 이러한 가정에서, 상기 기지국(350)은 SJF 알고리즘을 이용하여 하향링크에 대한 스케줄링을 수행할 경우 가입자 단말기(310) -> 가입자 단말기 (320) -> 가입자 단말기(330)의 순서로 스케줄링을 수행하게 된다.

또한 상향링크의 경우에 가입자 단말기(310)가 패킷 3개, 가입자 단말기(320)가 패킷 1개, 가입자 단말기(330)가 패킷 2개를 상기 기지국(350)으로 전송한다고 가정한다. 이러한 가정에서, 상기 기지국(350)은 SJF 알고리즘을 이용하여 상향링크에 대한 스케줄링을 수행할 경우 가입자 단말기(320) -> 가입자 단말기(330) -> 가입자 단말기(310)의 순서로 스케줄링을 수행하게 된다.

또한 하향링크와 상향링크 모두에 대하여 스케줄링이 필요한 가입자 단말기의 경우에는 하향링크와 상향링크를 하나의 프레임에 모두 스케줄링을 수행함으로 써, 다음 프레임에서 소비 전력 감소를 가져올 수 있도록 한다. 이를 위하여 하기 <수학식 2>을 이용하여 스케줄링 순서를 결정할 수 있다.

상기 <수학식 2>에 나타낸 바와 같이, 상기 <수학식 2>는 J 번째 가입자 단말기의 가중치를 구하는 식을 나타낸 것으로, 상기 DL_WEIGHT는 하향링크(DL)의 가중치를 나타내며, 상기 UL_WEIGHT는 상향링크(UL)의 가중치를 나타낸다. 상기 <수학식 2>에서 하향링크의 가중치(DL_WEIGHT)를 5, 상향링크의 가중치(UL_WEIGHT)를 5로 결정하게 되면, 하향링크와 상향링크의 비중은 5:5로 같게 된다.

상기 <수학식 2>에서 상기 WEIGHT(I)_DL는 하향링크(DL)에서 I 번째 스케줄링 가중치를 나타내며, 상기 WEIGHT(I)_UL는 상향링크(UL)에서 I 번째 스케줄링 가중치를 나타낸다. SJF 알고리즘에 의해 첫 번째 우선순위를 가지는 가입자 단말기는 WEIGHT(1)_DL/WEIGHT(1)_UL의 가중치를 가지게 된다. 상술한 예시를 참조하면, 가입자 단말기(310)는 하향링크의 경우 WEIGHT(1)_DL, 가입자 단말기(320)는 WEIGHT(2)_DL, 가입자 단말기(330)는 WEIGHT(3)_DL의 가중치를 가지게 되므로, 상향링크의 경우 가입자 단말기(320)는 WEIGHT(1)_UL, 가입자 단말기(330)는 WEIGHT(2)_UL, 가입자 단말기(310)는 WEIGHT(3)_UL의 가중치를 각각 가지게 된다.

만약, DL_WEIGHT, UL_WEIGHT, WEIGHT(1)_UL=3, WEIGHT(1)_DL=3, WEIGHT(2)_UL=2, WEIGHT(2)_DL=2, WEIGHT(3)_UL=1, WEIGHT(3)_DL=1로 결정하면 하 기 <수학식 3>과 같은 스케줄링 순서가 결정된다.

가입자 단말기(310)의 MOB_WEIGHT(1) = 5*3+5*1 = 20

가입자 단말기(320)의 MOB_WEIGHT(2) = 5*2+5*3 = 25

가입자 단말기(330)의 MOB_WEIGHT(3) = 5*1+5*2 = 15

따라서 상기 기지국(350)은 가입자 단말기(320) -> 가입자 단말기(310) -> 가입자 단말기(330)의 순서로 스케줄링을 수행하게 된다.

즉, 하향링크와 상향링크에 가입자 단말기(320)에 대한 버스트 영역을 먼저 할당하고, 다음으로 가입자 단말기(310) 및 가입자 단말기(330)의 순서로 버스트 영역을 할당하는 스케줄링을 수행하고, 각 가입자 단말기에 대하여 하향링크와 상향링크가 같은 프레임에서 이루어지도록 한다. 이때, 본 발명의 실시 예에서는 하나의 프레임의 하향링크와 상향링크에 하나의 가입자 단말기에 대한 자원만을 할당하도록 한다.

전술한 바와 같은 본 발명의 실시 예에 따른 스케줄링 방안에 의거하여 통신 시스템의 성능 향상과 함께 가입자 단말기의 소비 전력을 줄일 수 있다. 이하, 본 발명의 실시 예에 따른 프레임 구조의 예시를 통해 전술한 스케줄링 방법에 대하여 살펴보기로 한다.

도 4는 일반적인 프레임 구조를 개략적으로 나타낸 도면이고, 도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 프레임 구조의 예시를 개략적으로 나타낸 도면이다. 특히, 상기 도 4 및 도 5에서는 기지국에 두 개의 가입자 단말기들(SS1, SS2)이 접속되어 하향링크 데이터를 상기 기지국으로부터 전송 받고 있다고 가정한다.

먼저 상기 도 4를 참조하면, 상기 도 4는 기존의 스케줄링 방법을 설명하기 위한 프레임 구조를 개략적으로 나타낸 것으로, 기지국은 각 가입자 단말기들(SS1, SS2)에게 DL burst 영역을 나누어 할당하게 된다. 이러한 경우, 상기 도 4에 나타낸 바와 같이, 하나의 프레임에 가입자 단말기(SS1)와 가입자 단말기(SS2)가 하향링크를 통해 하향링크 데이터를 전송받게 된다. 즉, 각 프레임에 항상 두 개의 가입자 단말기들(SS1, SS2)에 대한 할당 영역이 존재하게 되므로, 결국 모든 프레임에서 두 개의 가입자 단말기들(SS1, SS2)은 하향링크를 통해 하향링크 데이터를 전송받게 된다.

또한 상기 도 4는 두 개의 가입자 단말기들(SS1, SS2)에 하향링크와 상향링크를 각각 할당하여 전송하는 예를 나타낸다. 따라서 하나의 프레임에서 구성된 MAP은 상기 가입자 단말기들(SS1, SS2)에 대한 모든 정보들(예컨대, MAP IE1, MAP IE2)을 가지게 된다.

다음으로 상기 도 5를 참조하면, 상기 도 5는 본 발명의 스케줄링 방법을 설명하기 위한 프레임 구조를 개략적으로 나타낸 것으로, 상기 도 4의 방식과는 다르게 첫 번째 프레임(frame #1)에 하나의 가입자 단말기(예컨대, SS1)에게 하향링크와 상향링크를 할당하고, 두 번째 프레임(frame #2)에 다른 가입자 단말기(예컨대, SS2)에게 하향링크와 상향리크를 할당하는 방식을 가진다. 이와 같은 방법을 통해 첫 번째 프레임에서 가입자 단말기(SS2)는 하향링크에서 자신에게 할당된 자원이 없음에 따라 데이터 수신을 위한 동작을 수행하지 않아도 된다. 만약 가입자 단말 기(SS2)가 첫 번째 프레임에서 전송할 상향링크에서도 자신에게 할당된 자원이 존재하지 않는다면 첫 번째 프레임동안 송수신할 데이터가 없게 된다. 이러한 경우 가입자 단말기(SS2)는 첫 번째 프레임동안 RF(Radio Frequency)를 최소화 하여 소비 전력을 최소화 할 수 있게 된다.

즉, 첫 번째 프레임(예컨대, frame #1)에 하나의 가입자 단말기(예컨대, SS1)에게 하향링크와 상향링크를 할당하고, 다음 프레임(예컨대, frame #2)에 다른 하나의 가입자 단말기(예컨대, SS2)에게 하향링크와 상향링크를 할당함으로써, 각 프레임에서 구성된 MAP은 하나의 가입자 단말기에 대한 정보(예컨대, MAP IE)만을 가지게 된다. 따라서 이는 상기 도 4의 프레임 구조에서보다 MAP의 크기에 대한 감소(예컨대, 1/2로 감소)를 가져오게 된다. 즉, 본 발명의 실시 예에 따르면 오버헤드로 작용하는 MAP의 크기를 획일적으로 줄일 수 있게 된다.

이상에서는 본 발명의 실시 예에 따른 프레임 구조에 대하여 개략적으로 살펴보았다. 다음으로 이하에서는 본 발명의 실시 예에 따라 상기와 같은 프레임 구조에 이용하여 통신 시스템의 성능을 향상시키고, 가입자 단말기의 소비 전력을 줄일 수 있는 스케줄링 방법에 대하여 하기 도 6을 참조하여 살펴보기로 한다. 하지만, 본 발명이 하기에서 기술하는 내용에 한정되는 것은 아니므로, 하기의 실시 예에 의거하여 다양한 실시 예들에 적용할 수 있음에 유의하여야 한다.

도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 프레임 구성 및 스케줄링 절차를 도시한 도면이다.

상기 도 6을 참조하면, 먼저 기지국은 자신이 관장하는 영역 내의 가입자 단 말기들 중 소정의 스케줄링 절차를 통해 가입자 단말기들을 구분한다(601단계). 즉, 기지국은 하향링크로 전송할 데이터가 있는 가입자 단말기와, 상향링크로 전송받을 데이터가 있는 가입자 단말기를 구분하여 관리할 수 있다. 이어서, 상기 기지국은 SJF(Shortest Job First) 알고리즘을 사용하여 MAP을 구성한다(603단계). 이때 상기 기지국은 상기 SJF 알고리즘에 의거하여 전송 데이터가 가장 작은 가입자 단말기 즉, 가장 작은 버스트 영역을 차지하는 가입자 단말기를 우선으로 하여 MAP을 순차적으로 구성하게 된다. 이를 구체적으로 살펴보면 다음과 같다.

먼저, 기지국은 UL-MAP을 구성할 수 있다. 이때, 상기 기지국은 상기 UL-MAP을 구성할 가입자 단말기들의 우선순위를 결정(605단계)하고, 상기 결정하는 가입자 단말기들의 우선순위에 따라 상기 UL-MAP을 구성한다(607단계).

상기 기지국은 상기 UL-MAP을 구성할 시 상향링크로 데이터를 전송할 가입자 단말기들 중 가장 작은 버스트 영역을 차지하는 가입자 단말기를 우선으로 하여 UL-MAP을 구성할 수 있다. UL burst 영역은 시스템 설계 시 미리 정해져 있기 때문에, UL burst 영역을 넘지 않는 가입자 단말기까지만 상향링크(UL-MAP IE) 자원을 할당하여 상기 UL-MAP을 구성할 수 있다. 이러한 UL-MAP 구성은 609단계 내지 613단계에서와 같이 상기 UL burst를 모두 사용할 수 있는 최소의 UL-MAP IE로 구성하게 된다. 상술한 바와 같이, 버스트 영역을 적게 차지하는 가입자 단말기로 UL-MAP을 구성하게 되면, 상대적으로 UL-MAP IE가 많아지게 되지만 실제 전송되는 데이터의 양이 적어지므로 모든 전송을 효율적으로 처리할 수 있게 된다. 이와는 반대로, 버스트 영역을 크게 차지하는 가입자 단말기로 UL-MAP을 구성하게 되면 UL-MAP IE 가 적어지게 된다.

한편, 상기 기지국은 609단계 및 613단계에서와 같이 미리 정해진 UL burst 영역을 초과하지 않는 범위 내에서 상기 가입자 단말기에 대한 자원을 할당할 수 있다. 이때, 상기 가입자 단말기에 할당할 UL burst 영역이 부족할 시 상기 기지국은 다음 프레임에 상기 가입자 단말기에 대한 자원을 할당하도록 스케줄링 할 수 있다. 이러한 절차는 611단계에 나타낸 바와 같이, 해당 가입자 단말기에 대한 모든 자원이 할당될 때까지 수행함이 바람직하다.

다음으로, 기지국은 DL-MAP을 구성할 수 있다. 이때, 상기 기지국은 상기 DL-MAP을 구성할 가입자 단말기들의 우선순위를 결정((617단계)하고, 상기 결정하는 가입자 단말기들의 우선순위에 따라 상기 DL-MAP을 구성한다(619단계). 이때, 상기 기지국은 615단계에 나타낸 바와 같이 SJF 알고리즘을 다시 사용할 수 있으며, 상기 603단계에서 사용하는 SJF 알고리즘을 사용할 수도 있다. 즉, 상기 613단계는 생략 가능하다.

상기 기지국은 상기 DL-MAP을 구성할 시 하향링크로 데이터를 전송할 가입자 단말기들 중 가장 작은 버스트 영역을 차지하는 가입자 단말기를 우선으로 하여 DL-MAP을 구성할 수 있다. DL burst 영역은 DL-MAP의 크기에 따라 그 영역이 결정되게 된다. 따라서 상기 DL-MAP을 상기한 SJF 알고리즘을 이용하여 구성하면서 DL-MAP 및 DL burst 영역이 하향링크 영역을 초과하지 않는 범위 내에서 가입자 단말기까지만 하향링크 자원을 할당하여 상기 DL-MAP을 구성할 수 있다. 상술한 바와 같이 전송할 데이터가 작은 가입자 단말기로 DL-MAP을 구성하게 되면, DL-MAP은 커 지게 되고 실제 전송될 데이터는 작기 때문에 DL burst가 작아지더라도 모든 데이터에 대한 처리가 가능하게 된다. 또한 데이터가 많은 가입자 단말기로 DL-MAP을 구성할 경우에는 DL burst가 커져야 하므로 작은 DL-MAP으로 구성하게 된다. 즉, DL burst를 모두 사용할 수 있는 최소의 DL-MAP IE로 DL-MAP을 구성할 수 있다.

한편, 상기 기지국은 621단계 및 625단계에서와 같이 미리 정해진 DL burst 영역을 초과하지 않는 범위 내에서 상기 가입자 단말기에 대한 자원을 할당할 수 있다. 이때, 상기 가입자 단말기에 할당할 DL burst 영역이 부족할 시 상기 기지국은 다음 프레임에 상기 가입자 단말기에 대한 자원을 할당하도록 스케줄링 할 수 있다. 이러한 절차는 623단계에 나타낸 바와 같이, 해당 가입자 단말기에 대한 모든 자원이 할당될 때까지 수행함이 바람직하다.

다음으로, 기지국은 상기와 같이 구성하는 각 가입자 단말기에 대한 MAP을 이용하여 프레임을 구성한다(627단계). 예를 들면, 전술할 바와 같이 첫 번째 프레임은 가입자 단말기(SS1)를 할당하고, 두 번째 프레임은 가입자 단말기(SS2)를 할당하여, 각 프레임의 상향링크 영역 및 하향링크 영역은 하나의 가입자 단말기에 대해서만 할당되도록 한다. 또는 우선순위의 가입자 단말기에 대하여 하나의 프레임에 모두 구성할 수 없는 경우에는 연속된 적어도 두 개의 프레임에 가입자 단말기(SS1)를 할당하고, 그 다음 프레임부터 가입자 단말기(SS2)를 할당할 수도 있다. 따라서 하나의 프레임에서는 하나의 가입자 단말기에 대한 상향링크 및 하향링크 영역을 가지게 된다. 이때, 임의의 가입자 단말기에 대하여 상향링크 및 하향링크 중 어느 하나의 링크에만 자원이 할당되는 경우, 해당 프레임에서는 해당 가입자 단말기의 상향링크 및 하향링크 중 어느 하나의 영역만으로 구성하거나, 효율성을 위해 할당되지 않은 나머지 영역에서는 다른 가입자 단말기의 자원을 할당할 수도 있음은 물론이다.

이상에서 살펴본 바와 같은 스케줄링 절차에 의거하여, 본 발명은 통신 시스템의 성능을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라, 각 가입자 단말기의 소비 전력을 최소로 줄일 수 있게 된다.

이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시 예에 관하여 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 안 되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구의 범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

도 1은 일반적인 광대역 무선 접속 통신 시스템의 구조를 개략적으로 도시한 도면,

도 2는 일반적인 광대역 무선 접속 통신 시스템에서 사용하는 데이터 프레임의 구조를 개략적으로 도시한 도면,

도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 광대역 무선 접속 통신 시스템에서 트래픽을 송수신하는 절차를 도시한 도면,

도 4는 일반적인 프레임 구조를 개략적으로 나타낸 도면,

도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 프레임 구조의 예시를 개략적으로 나타낸 도면,

도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 프레임 구성 및 스케줄링 절차를 도시한 도면.

Claims

광대역 무선 접속 통신 시스템에서 스케줄링 방법에 있어서,

스케줄링 알고리즘을 이용하여 우선순위가 높은 가입자 단말기를 선택하는 과정과,

상기 선택된 가입자 단말기에 대한 할당 버스트 영역을 결정하는 과정과,

상기 결정에 상응하여 상기 선택된 가입자 단말기에 대한 프레임을 구성하는 과정을 포함하는 스케줄링 방법.
제1항에 있어서,

상기 가입자 단말기를 선택하는 과정은, 상기 스케줄링 알고리즘에 의거하여 다수의 가입자 단말기들 중 버스트 영역을 차지하는 비중이 가장 적은 가입자 단말기를 선택하는 과정을 포함하는 스케줄링 방법.
제2항에 있어서,

상기 스케줄링 알고리즘은 SJF(Shortest Job First) 알고리즘인 것을 특징으로 하는 스케줄링 방법.
제2항에 있어서,

상기 버스트 영역 결정은 상기 스케줄링 알고리즘에 의거하여 미리 정해진 상향링크 영역 및 하향링크 영역을 초과하지 않는 범위 내에서 결정하는 것을 특징으로 하는 스케줄링 방법.
제4항에 있어서,

상기 프레임 구성은 하나의 가입자 단말기에 대한 상향링크 및 하향링크 할당 영역을 가지는 것을 특징으로 하는 스케줄링 방법.
제4항에 있어서,

상기 스케줄링에 의한 맵(MAP) 전송 시 각 가입자 단말기가 전송할 데이터가 존재하지 않는 연속된 프레임의 개수 정보를 포함하여 전송하는 것을 특징으로 하는 스케줄링 방법.
광대역 무선 접속 통신 시스템에서 스케줄링 방법에 있어서,

기지국은 하향링크로 전송할 데이터가 있는 가입자 단말기와, 상향링크로 전 송받을 데이터가 있는 가입자 단말기를 구분하는 과정과,

상기 기지국은 SJF(Shortest Job First) 알고리즘을 사용하여 맵(MAP)을 구성할 가입자 단말기들의 우선순위를 결정하는 과정과,

상기 결정하는 가입자 단말기들의 우선순위에 따라 각 가입자 단말기에 대한 상항링크 맵(UL-MAP) 및 하향링크 맵(DL-MAP)을 구성하는 과정과,

상기 구성하는 각 가입자 단말기에 대한 맵을 이용하여 프레임을 구성하는 과정을 포함하는 스케줄링 방법.
제7항에 있어서,

상기 SJF 알고리즘에 의거하여 가장 작은 버스트 영역을 차지하는 가입자 단말기를 우선으로 하여 상기 맵(MAP)을 순차적으로 구성하는 것을 특징으로 하는 스케줄링 방법.
제8항에 있어서,

상기 기지국은 임의의 가입자 단말기에 대한 상향링크 및 하향링크를 하나의 프레임에 할당하는 것을 특징으로 하는 스케줄링 방법.
제9항에 있어서,

상기 맵(MAP) 전송 시 각 가입자 단말기가 전송할 데이터가 존재하지 않는 연속된 프레임의 개수 정보를 포함하여 전송하는 것을 특징으로 하는 스케줄링 방법.
제10항에 있어서,

상기 하나의 프레임은 하나의 가입자 단말기에 대한 상향링크 및/또는 하향링크 영역을 가지는 것을 특징으로 하는 스케줄링 방법.
제11항에 있어서,

상기 가입자 단말기는 자신의 데이터가 존재하는 해당 프레임에서만 동작하는 것을 특징으로 하는 스케줄링 방법.
제8항에 있어서,

상기 맵(MAP) 구성은, 미리 정해진 버스트 영역을 모두 사용할 수 있는 최소의 맵 정보(MAP IE)로 구성하는 것을 특징으로 하는 스케줄링 방법.