KR20090052751A - Method for allocation wireless resources for cellular systems using wire relay stations - Google Patents
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Abstract
본 발명은 유선 중계국(RS: Relay Station)을 활용한 셀룰러 시스템에서의 무선 자원 관리 방법에 있어서, 기지국(BS : Base Station)을 중심으로 해당 셀 내의 각 중계국(Remote Station : RS)을 통해 이동단말(MS : Mobile Station)의 채널상태정보(Channel State Information : CSI)를 수신하는 과정과, 상기 수신된 CSI를 통해 채널 이득이 우수한 적어도 하나 이상의 부채널을 선별하고, 상기 선별된 각 부채널별 해당 RS를 채널별 서비스 영역으로 결정하고, 상기 서비스 영역을 통해 서비스 요청을 수신하는 과정과, 상기 서비스 요청 시 사용자 큐(Queue)에 저장된 정보를 기준으로 우선순위를 부여하고, 해당 사용자 큐는 상기 CSI를 기반으로 채널 이득이 우수한 부채널별 해당 스케줄러에 억세스(access)하는 과정과, 상기 억세스 후, 동일 채널별 사용자 그룹을 형성하고, 상기 형성된 그룹에 미리 설정된 전력 제어 알고리즘을 적용하여 공동 전력 제어를 수행하는 과정을 포함한다.
RS, 스케줄링, 부채널
The present invention relates to a radio resource management method in a cellular system using a relay station (RS), wherein a mobile terminal is provided through each relay station (RS) in a corresponding cell around a base station (BS). Receiving channel state information (CSI) of the mobile station (MS); and selecting at least one or more subchannels having excellent channel gains through the received CSI, and corresponding to each of the selected subchannels. Determining an RS as a service area for each channel, receiving a service request through the service area, and assigning a priority based on information stored in a user queue when the service request is made, the user queue is the CSI. Accessing the corresponding scheduler for each subchannel having excellent channel gain, and after the access, forms a user group for each same channel, Applying the power control algorithm preset on the includes the step of performing a joint power control.
RS, scheduling, subchannel
Description
본 발명은 전용회선 및 대역을 이용한 중계국(Relay Station: RS)을 포함하는 셀룰러 통신 시스템 즉, RoF(Radio over Fiber)를 활용한 셀룰러 통신 시스템의 무선 자원 할당에 관한 것으로써, 특히 전체 시스템의 수율(throughput)을 증대시키기 위하여 채널 별로 서로 상이한 서비스 영역의 결정을 통해 채널별 패킷 스케줄링 및 독립적 병렬 무선 자원 할당을 수행하는 유선 중계국을 활용한 셀룰러 시스템에서의 무선 자원 할당 방법에 관한 것이다. The present invention relates to the radio resource allocation of a cellular communication system including a relay station (RS) using a dedicated line and a band, that is, a cellular communication system using a radio over fiber (RoF). The present invention relates to a radio resource allocation method in a cellular system using a wired relay station that performs packet scheduling and independent parallel radio resource allocation for each channel by determining different service areas for each channel to increase throughput.
무선 통신 시스템의 계속적인 발전을 위한 중요한 요소 기술 중 하나는 효율적인 주파수 자원의 운용 및 분배이며, 이를 위해 기존의 셀 당 하나의 기지국(Base Station: BS)으로부터 MS로의 직접 전송만을 허용하는 단일 홉(Single-hop)방식에서부터 확장된 다중 홉(Multi-hop)전송 방식에 대한 연구가 활발히 진행중이다. 상기 다중 홉 전송을 지원하는 시스템에서는 BS로부터 신호가 RS를 거쳐 MS로 전송되며, BS로부터 MS로의 직접 전송도 가능하다.One of the key technology for the continuous development of wireless communication systems is the efficient operation and distribution of frequency resources, and for this purpose, a single hop that allows only direct transmission from one base station (BS) per cell to the MS is established. The research on the extended multi-hop transmission method from the single-hop method is actively in progress. In the system supporting the multi-hop transmission, a signal is transmitted from the BS to the MS via RS, and direct transmission from the BS to the MS is also possible.
현재 구현 중이거나 실현되어 있는 셀룰러 시스템의 예로는 단일 홉 시스템 과 중계기를 지원하는 단일 홉 시스템, 무선 멀티 홉 시스템을 들 수 있다. 상기 단일 홉 시스템은 중계기가 없이 셀 당 하나의 BS가 있고 단말기 또는 MS가 별도의 중계없이 BS와 직접 연결되는 구조이다. 여기에 중간에 중계기를 추가 설치하여 셀 경계(cell boundary)지역 혹은 음영 지역에 있는 MS의 수신 신호 성능을 개선하기 위한 것이 중계기 시스템이다. 이때 하나의 셀은 하나의 BS와 여러 개의 중계기로 구성되며, MS는 BS 및 중계기로부터 동시에 신호를 송수신 받는다. 이때 BS와 중계기 사이의 링크에 따라 유선-광(optical) 중계기 또는 무선-RF 중계기 구조로 나눌 수 있다. Examples of cellular systems currently implemented or implemented include single hop systems, single hop systems supporting repeaters, and wireless multi-hop systems. The single hop system has one BS per cell without a repeater and the terminal or MS is directly connected to the BS without a separate relay. In order to improve the reception signal performance of the MS in the cell boundary or shadow area by installing a repeater in the middle of the repeater system. At this time, one cell is composed of one BS and several repeaters, and the MS simultaneously transmits and receives signals from the BS and the repeater. At this time, it may be divided into a wired-optical repeater or a wireless-RF repeater structure according to the link between the BS and the repeater.
또한, 상기 무선 RS 다중 홉 시스템은 BS와 RS과 함께 하나의 셀을 관장하는 다채널 분산안테나 시스템로 간주할 수 있으며, 상기 다채널 분산안테나 시스템은 셀룰러 시스템의 각 BS와 RS는 신호를 송출하는 안테나들의 역할을 수행한다. In addition, the wireless RS multi-hop system can be regarded as a multi-channel distributed antenna system that manages one cell together with the BS and RS, the multi-channel distributed antenna system is a BS and RS of the cellular system to transmit a signal It plays the role of antennas.
상기 셀룰러 통신 시스템에서 수율(throughput)과 사용자별 서비스 품질(QoS)은 전송 효율을 결정하는 주요 지표이다. 전력제어는 이러한 성능 지표들을 향상시키는 역할을 한다. 특히 사용자별 수신 전력을 균등하게 하여 신호 품질을 나타내는 지표, 즉 신호 대 간섭 잡음 비(Signal to Interference and Noise Ratio; SINR)를 일정 값으로 유지 시킨다. 많은 형태의 전력제어 알고리즘들은 셀 내부에서 각 단말기들의 전력제어에 초점을 두어 개별 기지국 마다 독립적인 전력제어가 이루어지는 형태이다. In the cellular communication system, throughput and quality of service (QoS) for each user are major indicators for determining transmission efficiency. Power control serves to improve these performance indicators. In particular, the user's received power is equalized to maintain an index indicating signal quality, that is, a signal to interference and noise ratio (SINR) at a constant value. Many types of power control algorithms focus on power control of respective terminals within a cell, and thus independent power control is performed for each base station.
도 1과 같이 RoF 시스템은 셀(cell)이 각 BS/RS별로 서비스 영역이 나누어져 작은 셀들로 분할된 셀룰러 시스템으로 볼 수 있다. 기존의 다수 전력제어 알고리 즘들은 각 서비스 영역에서 독립적으로 적용된다. 셀 내부의 주파수 재사용 계수가 1일 때 즉, 각 서비스 영역 마다 동일한 주파수를 사용할 때 MS A와 같이 커버리지 경계에 위치한 단말기들은 다른 서비스 영역의 간섭 신호로 인해 심각한 간섭을 겪게 된다. BS에서 독립적으로 전력제어가 이루어질 때는 MS A에 최대 전력을 할당해 주어 SINR 값을 높여준다. 하지만 BS에서 MS A에 대한 전력 증가로 다른 RS의 서비스 영역에 있는 단말기들이 받는 간섭 량이 증가하게 된다. 특히 다른 서비스 영역의 경계에 있는 단말기들, 예를 들면 도 1에서 MS B와 같은 단말기는 간섭 신호의 크기가 증가하여 SINR값의 감소가 발생한다. 따라서 BS와 RS의 서비스 영역에서 할당 전력 간의 정보 교환이 이루어지지 않고 독립적인 전력 제어가 이루어지면 분할된 셀 내의 경계에 위치한 단말기들의 SINR값을 향상 시키는 데는 한계가 있다. As shown in FIG. 1, a RoF system may be viewed as a cellular system in which a cell is divided into small cells by dividing a service area for each BS / RS. Many existing power control algorithms are applied independently in each service area. When the frequency reuse coefficient inside the cell is 1, that is, when the same frequency is used for each service area, terminals located at a coverage boundary such as MS A suffer severe interference due to interference signals of other service areas. When power control is performed independently from the BS, the maximum power is allocated to MS A to increase the SINR value. However, the increase in the power of the MS A in the BS increases the amount of interference received by terminals in the service area of other RSs. In particular, terminals at the boundary of another service area, for example, a terminal such as MS B in FIG. 1, increase in the magnitude of the interference signal and cause a decrease in SINR value. Therefore, there is a limit in improving the SINR value of terminals located at the boundary in the divided cell if information is not exchanged between the allocated power in the service area of the BS and the RS and independent power control is performed.
종래의 다채널 분산 안테나 시스템에서 BS 혹은 RS 간의 통신 서비스 영역은 명확히 구분된다. 상기 통신 서비스 영역은 임의의 MS의 현재 위치에서의 채널들의 평균적 상태에 의해 결정되는 것으로, 통신 서비스는 하나의 BS 혹은 RS를 중심으로 상기 BS 혹은 RS의 서비스 영역에 포함된 MS들 사이에서 수행된다.In a conventional multichannel distributed antenna system, communication service areas between BSs or RSs are clearly distinguished. The communication service area is determined by the average state of channels at the current location of any MS, and the communication service is performed between MSs included in the service area of the BS or RS about one BS or RS. .
서비스 영역이 결정되면, MS는 해당 영역의 BS 혹은 RS에만 서비스를 요청하고, 상기 BS 혹은 RS의 스케줄러는 서비스를 요청한 MS의 각 부채널 이득 혹은 기타 스케줄링 지표를 고려하여 상기 MS의 각 부채널에 대한 서비스 제공 여부를 결정하게 된다. 이때, 상기 스케줄러가 부채널과 MS간 매칭 작업을 한 후 해당 셀 내 동일 부채널을 사용하는 MS에 대하여 전력 제어를 수행하고, 상기 스케줄링 및 전력 제어의 결과에 의해 채널할당을 수행한다. When the service area is determined, the MS requests a service only to the BS or RS of the corresponding area, and the scheduler of the BS or RS receives the subchannel of each MS according to the subchannel gain or other scheduling indicator of the MS requesting the service. It is decided whether to provide a service. In this case, after the scheduler performs a matching operation between the subchannels and the MS, power control is performed on the MS using the same subchannel in the corresponding cell, and channel allocation is performed based on the result of the scheduling and the power control.
이와 같이, 상기 다채널 분산 안테나 시스템의 서비스 영역이 BS 혹은 RS 단위로 명확히 구분되므로 MS는 반드시 하나의 RS로 서비스를 요청할 수 있으므로 MS는 서비스를 받도록 지정된 RS의 해당 부채널만을 통해 서비스를 제공 받을 수 있다. In this way, since the service area of the multi-channel distributed antenna system is clearly divided into BS or RS units, the MS can request a service through one RS, so that the MS can receive the service only through the corresponding subchannel of the RS designated to receive the service. Can be.
그런데 MS는 주파수별 다른 영향에 의한 주파수 선택성에 의하여 각 부채널별로 다른 채널 이득을 가지며 경우에 따라 특정 부채널은 서비스를 받도록 지정된 RS로의 채널 이득보다 인접한 RS로의 채널 이득이 더 높은 경우가 발생하고, 특히, 여러 RS들의 서비스 영역 간 경계 지역에 위치하는 MS에서 자주 발생한다. However, the MS has different channel gains for each subchannel due to frequency selectivity due to different influences of frequencies, and in some cases, a particular subchannel has a higher channel gain to an adjacent RS than a channel gain to an RS designated to be serviced. In particular, it occurs frequently in MSs located at boundary areas between service areas of several RSs.
따라서, 상기 경계지역에 위치하는 MS가 더 우수한 채널을 사용하지 못함으로 인하여 전체 시스템의 전송효율이 감소할 뿐만 아니라, 부채널에 따라 데이터 전송이 가능함에도 불구하고 전송불능이 발생하는 문제점이 있다. Therefore, since the MS located in the boundary region does not use a better channel, not only the transmission efficiency of the entire system is reduced, but there is a problem that transmission is not possible even though data transmission is possible according to a subchannel.
본 발명의 목적은 전용회선 및 대역을 이용한 중계국(Relay Station: RS)을 포함하는 셀룰러 통신 시스템 즉, RoF(Radio over Fiber)를 활용한 셀룰러 통신 시스템의 무선 자원 할당에 관한 것으로써, 특히 전체 시스템의 수율(throughput)을 증대시키기 위하여 채널 별로 서로 상이한 서비스 영역의 결정을 통해 채널별 패킷 스케줄링 및 독립적 병렬 무선 자원 할당을 수행하는 유선 중계국을 활용한 셀룰러 시스템에서의 무선 자원 할당 방법에 관한 것이다. An object of the present invention relates to a radio resource allocation of a cellular communication system including a relay station (RS) using a leased line and a band, that is, a cellular communication system using a radio over fiber (RoF). The present invention relates to a radio resource allocation method in a cellular system using a wired relay station that performs packet scheduling and independent parallel radio resource allocation for each channel by determining different service areas for each channel in order to increase throughput.
상기한 목적을 달성하기 위해서 본 발명의 일 견지에 따르면, 유선 중계국(RS: Relay Station)을 활용한 셀룰러 시스템에서의 무선 자원 관리 방법에 있어서, 기지국(BS : Base Station)을 중심으로 해당 셀 내의 각 중계국(Remote Station : RS)을 통해 이동단말(MS : Mobile Station)의 채널상태정보(Channel State Information : CSI)를 수신하는 과정과, 상기 수신된 CSI를 통해 채널 이득이 우수한 적어도 하나 이상의 부채널을 선별하고, 상기 선별된 각 부채널별 해당 RS를 채널별 서비스 영역으로 결정하고, 상기 서비스 영역을 통해 서비스 요청을 수신하는 과정과, According to an aspect of the present invention to achieve the above object, in a radio resource management method in a cellular system using a wired relay station (RS), in the cell centered around the base station (BS) Receiving channel state information (CSI) of a mobile station (MS) through each RS (Remote Station: RS), and at least one subchannel having excellent channel gain through the received CSI. Selecting a, determining a corresponding RS for each of the selected subchannels as a service area for each channel, and receiving a service request through the service area;
상기 서비스 요청 시 사용자 큐(Queue)에 저장된 정보를 기준으로 우선순위를 부여하고, 해당 사용자 큐는 상기 CSI를 기반으로 채널 이득이 우수한 부채널별 해당 스케줄러에 억세스(access)하는 과정과, 상기 억세스 시, 동일 채널별 사용자 그룹을 형성하고, 상기 형성된 그룹에 미리 설정된 전력 제어 알고리즘을 적용하여 공동 전력 제어를 수행하는 과정을 포함함을 특징으로 한다.Priority is given based on information stored in a user queue when the service request is requested, and the user queue accesses a corresponding scheduler for each subchannel having excellent channel gain based on the CSI, and the access. And forming a user group for each channel, and performing a common power control by applying a preset power control algorithm to the formed group.
상술한 바와 같이, 본 발명은 유선 RS를 사용하는 셀룰러 시스템에서 채널 별로 상이하게 서비스 영역을 분리함으로써 부채널별 우수한 안테나로부터 MS로의 서비스 제공이 가능하고, 이로 인해 전체 시스템의 수율(throughput)을 증대시킬 뿐만 아니라 채널별로 분리된 시스템을 독립적으로 병렬 운용하여 MS의 전송효율을 높이고 전송불능 확률을 감소시키는 효과가 있다. As described above, in the cellular system using wired RS, the service area can be provided to the MS from the excellent antenna for each subchannel by dividing the service area differently for each channel, thereby increasing the throughput of the entire system. In addition to this, it is possible to increase the transmission efficiency of the MS and reduce the probability of transmission failure by independently operating a separate system for each channel.
이하 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 하기 설명에서는 구체적인 구성 소자 등과 같은 특정 사항들이 나타나고 있는데 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐 이러한 특정 사항들이 본 발명의 범위 내에서 소정의 변형이나 혹은 변경이 이루어질 수 있음은 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게는 자명하다 할 것이다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the following description, specific details such as specific components are shown, which are provided to help a more general understanding of the present invention, and it is understood that these specific details may be changed or changed within the scope of the present invention. It is self-evident to those of ordinary knowledge in Esau.
먼저, 본 발명에서는 RoF 시스템에서 BS/RS와 MS 사이에서 교신을 위한 모든 알고리즘은 BS에서만 수행되고 RS에서는 단지 전송만 이루어지는 집중식 셀룰러 시스템을 기본적인 모델로 설정한다. 따라서 모든 신호에 대한 제어 정보는 BS로 수집된다. BS에서는 이를 기반으로 각 MS들에게 무선 자원을 할당하게 된다. First, in the present invention, all algorithms for communication between the BS / RS and the MS in the RoF system are performed in the BS and only the transmission is performed in the RS. Therefore, control information for all signals is collected to the BS. The BS allocates radio resources to each MS based on this.
또한, 후술할 본 발명의 실시예에서는, 다수개의 MS들마다 사용 가능한 다수개의 채널들 중에서 채널상태가 우수한 채널을 할당하며, 이때 상기 할당한 채널은 시간에 따라 채널 상태가 변하므로 상기 할당한 채널의 상태가 우수할 때 MS들에게 채널을 할당한다. 또한, 본 발명의 실시예에서는, 상기 채널 상태가 우수한 채널을 다수개의 MS들이 사용 가능하므로 상기 채널 상태가 우수한 채널의 우선순위가 최대인 MS에게 할당한다. 다시 말해, 후술할 본 발명의 실시예에서는, 각 채널들과 각 MS들의 채널상태를 고려하여 우선순위가 최대인 채널과 MS를 결정하여 스케줄링을 수행한다. 아울러, 후술할 본 발명의 실시예에서는, 설명의 편의상 셀룰러 통신 시스템을 일예로 하여 설명하지만, 본 발명에서 제안하는 스케줄링 방법 및 장치는, 상기 셀룰러 통신 시스템 뿐만 아니라 다른 통신 통신 시스템들에도 적용될 수 있음은 물론이다. In addition, in an embodiment of the present invention to be described later, a channel having an excellent channel state is allocated among a plurality of channels available for each of a plurality of MSs, wherein the allocated channel changes the channel state with time, and thus the allocated channel. Allocate a channel to the MSs when the state is good. In addition, according to the embodiment of the present invention, since a plurality of MSs can use a channel having excellent channel state, the channel having the excellent channel state is allocated to the MS having the highest priority. In other words, in an embodiment of the present invention to be described later, scheduling is performed by determining a channel and an MS having a maximum priority in consideration of channel states of respective channels and respective MSs. In addition, in the embodiments of the present invention to be described below, a cellular communication system is described as an example for convenience of description, but the scheduling method and apparatus proposed by the present invention can be applied to other communication communication systems as well as the cellular communication system. Of course.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 유선 중계국을 활용한 셀룰러 시스템에서 MS가 채널별 상이한 서비스 영역을 제공하는 협력적 전송 방식을 개략적으로 나타낸 구성도이고, 도 2를 참조하면, 본 발명에서는 하나의 BS(미도시)를 중심으로 여러 개의 RS(1,2,3)를 통해 MS(200)와 통신을 수행한다. FIG. 2 is a block diagram schematically illustrating a cooperative transmission scheme in which an MS provides different service areas for each channel in a cellular system using a wired relay station according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. Communication with the
상기 MS(200)는 부채널 별(A,B,C)로 각각 상이한 RS(1,2,3)로부터 서비스를 제공 받으므로, RS(1,2,3)는 채널에 따라 다른 서비스 영역을 가진다. Since the
상기 서비스 영역은 임의의 MS의 위치에서 채널들의 평균적 상태에 의해 결정되는 것으로, 더욱 상세하게는 BS의 해당 셀 내에 위치하는 다수의 MS의 채널 상태 정보(Channel State Information : CSI)를 상기 MS와 교신 가능한 다수의 RS를 통해 수신한다. 이때, 부채널들은 주파수 선택성으로 인하여 각 RS로의 채널 이득이 각각 상이하고, 인접하는 RS의 동일 채널 사용 여부에 따라 간섭량도 다름으로, 상기 BS는 수신된 CSI를 이용하여 가장 채널 이득이 우수한 적어도 하나 이상의 부채널들을 선별하고, 상기 선별된 부채널들의 해당 RS 가 MS의 서비스 영역으로 결정된다. The service area is determined by an average state of channels at a location of an MS, and more particularly, communicates channel state information (CSI) of a plurality of MSs located in a corresponding cell of a BS with the MS. Receive via as many RSs as possible. In this case, since the subchannels have different channel gains to each RS due to frequency selectivity, and interference amounts vary depending on whether adjacent RSs use the same channel, the BS uses at least one of the best channel gains using the received CSI. The above subchannels are selected, and corresponding RSs of the selected subchannels are determined as service areas of the MS.
여기서, 도 2의 시스템에 본 발명에 따른 방식의 적용을 위해 다음과 같은 가정을 한다.Here, the following assumptions are made for the application of the scheme according to the invention to the system of FIG.
-BS 및 RS들은 채널별 상이한 서비스 영역을 가진다. 즉, BS 혹은 RS들은 채널별 우수한 채널 이득을 갖는 MS에게 데이터 전송을 한다. BSs and RSs have different service areas per channel. That is, BSs or RSs transmit data to an MS having excellent channel gain for each channel.
-BS, RS의 전송 프레임은 각각 N개의 부채널(sub-channel)로 구성되며 N개의 부채널 군으로 구성된 전송 프레임들은 주파수/시간적으로 서로 동기화 되어 있다.The transmission frames of BS and RS are each composed of N subchannels, and the transmission frames composed of N subchannel groups are synchronized with each other in frequency / time.
-MS에서의 간섭은 동일 채널에 대해서만 발생한다.Interference at the MS occurs only for the same channel.
-BS, RS들의 각 스케줄러는 도 2와 같이 동일 부채널을 동시에 MS에 할당한다.Each scheduler of BSs and RSs simultaneously allocates the same subchannel to the MS as shown in FIG.
- MS는 부채널별 상이한 RS로부터 데이터를 수신 가능하다.-MS can receive data from different RS for each subchannel.
이와 같이, 채널별 서로 상이한 서비스 영역을 갖는 본 발명의 시스템에서 정보 전송을 위한 패킷을 전송하는 경우의 구조를 개략적으로 도 3에 도시하였다. As such, the structure of the case of transmitting a packet for information transmission in the system of the present invention having a different service area for each channel is schematically illustrated in FIG. 3.
도 3을 참조하면, 먼저, BS의 버퍼(310) 내 사용자 큐(0, 1, ...K)에 저장된 패킷을 긴급도에 따라 분류한다. 상기 패킷 분류는QoS 조건을 만족하기 위하여 미리 설정된 스케줄링 주기 내 전송되어야 하는 패킷들을 긴급 패킷 그룹으로 생성하여 스케줄링 시 우선적으로 서비스 요청 기회를 부여한다. 이때, 상기 생성된 긴급 패킷 그룹이 포함된 사용자 큐(0, 1,...K)는 상기 MS로부터 수신된 CSI를 기반으로 도 4a와 같이 채널 이득이 우수한 순서로 적어도 하나 이상의 부채널을 선별하고, 상기 선별된 부채널의 해당 스케줄러에 서비스를 요청한다. 이때, 서비스를 요청받은 부채널의 스케줄러를 선택하는 것은 채널 이득이 우수한 순서로 일정 수의 부채널의 스케줄러에 서비스를 요청(request)한다. Referring to FIG. 3, first, packets stored in
상기 사용자 큐(0, 1,...K)로부터 서비스 요청을 수신한 해당 RS(0,1,..M)의 각 부채널별 스케줄러는 도 4a에서와 같이 서비스를 요청하는 사용자 큐(0, 1,...K)를 미리 설정된 스케줄링 알고리즘에 따라 소정의 사용자 큐 하나를 선택하여 도 4b에서와 같이 서비스 요청을 승인(grant)한다. The scheduler for each subchannel of the corresponding RS (0, 1, ..M) receiving the service request from the user queue (0, 1, ... K) is a user queue (0) requesting the service as shown in FIG. , 1,... K) is selected according to a predetermined scheduling algorithm to grant a service request as shown in FIG. 4B.
그리고, 상기 서비스 요청을 승인 받은 사용자 큐(0, 1,...K)는 도 4c와 같이 해당 스케줄러의 승인을 수락(accept)하고, 해당 RS의 부채널에 패킷을 탑재한다.The user queues (0, 1, ... K) that have received the service request accept the approval of the scheduler as shown in FIG. 4C and mount the packet on the subchannel of the RS.
상술한 바와 같이 사용자 큐, RS 및 부채널의 스케줄러간의 서비스 요청, 수락 및 승인 동작을 통해 상기 사용자 큐, RS 및 부채널이 서로 매칭된다. As described above, the user queue, the RS, and the subchannels are matched with each other through service request, acceptance, and approval operations between the user queue, the RS, and the scheduler of the subchannels.
상기 매칭 결과로부터 동일 채널별 사용자 그룹을 형성하고, 상기 형성된 그룹에 미리 설정된 전력 제어 알고리즘을 적용하여 공동 전력 제어를 수행하고, 채널을 할당한다. A user group for each channel is formed from the matching result, common power control is performed by applying a preset power control algorithm to the formed group, and a channel is allocated.
이하, 전술한 도2, 3에서의 본 발명의 설명 및 도 5를 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 유선 중계국을 활용한 셀룰러 시스템에서의 무선 자원 관리의 동작을 설명함으로써, 본 발명의 실시예에 따른 무선 자원 관리 방법을 설명하기로 한다. 2, 3, and 5, the operation of the radio resource management in the cellular system using the wired relay station according to the preferred embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. A radio resource management method according to an example will be described.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 유선 중계국을 활용한 셀룰러 시스템에서의 전체적인 무선 자원 관리에 관한 흐름도이다. 도 5를 참조하면, 먼저, BS는 해당 셀 내에 위치하는 다수의 MS의 채널 상태 정보(Channel State Information : CSI)를 상기 MS와 교신 가능한 다수의 RS를 통해 획득한다(510 과정). 5 is a flowchart illustrating overall radio resource management in a cellular system using a wired relay station according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 5, first, a BS obtains channel state information (CSI) of a plurality of MSs located in a corresponding cell through a plurality of RSs that can communicate with the MS (step 510).
상기 BS는 획득된 CSI를 이용하여 가장 채널 이득이 우수한 적어도 하나 이상의 부채널들을 선별하고, 상기 선별된 부채널들의 해당 RS 가 MS의 서비스 영역으로 결정한다(512 과정).The BS selects at least one or more subchannels having the best channel gain using the obtained CSI, and determines a corresponding RS of the selected subchannels as a service area of the MS (step 512).
상기 결정된 서비스 영역을 통해 해당 MS로부터 서비스 요청을 수신한 후(514 과정), QoS 조건을 만족하기 위하여 미리 설정된 스케줄링 주기 내 전송되어야 하는 패킷들을 긴급 패킷 그룹으로 생성하여 상기 긴급 패킷을 포함하는 사용자 큐에 대하여 스케줄링 시 우선적으로 서비스 요청 기회를 부여하고(516 과정), 상기 과정을 통해 상기 사용자 큐, RS 및 부채널이 서로 매칭된다(518 과정).After receiving the service request from the MS through the determined service area (step 514), a scheduling period preset to satisfy the QoS condition By generating packets to be transmitted in an emergency packet group to give priority to the service request when scheduling for the user queue including the emergency packet (step 516), through the process the user queue, RS and sub-channel Matches with each other (step 518).
상기 매칭 결과로부터 동일 채널별 사용자 그룹을 형성하고, 상기 형성된 그룹에 미리 설정된 전력 제어 알고리즘을 적용하여 공동 전력 제어를 수행하고(520과정), 채널을 할당하고(522과정), 상기 할당된 채널을 통해 패킷을 전송한다(524 과정).A user group for each channel is formed from the matching result, and a common power control is performed by applying a preset power control algorithm to the formed group (step 520), the channel is allocated (step 522), and the allocated channel is determined. In
한편, 전술한 본원발명의 시스템은 수학적 모델로 표현이 가능하며 이를 위해 표 1과 같은 매개 변수를 정의한다.On the other hand, the above-described system of the present invention can be represented by a mathematical model for this purpose defines the parameters shown in Table 1.
이로부터 채널 행렬, 송신 신호 행렬, 잡음 는 하기의 수학식 1과 같이 정의된다.Channel matrix from this Transmission signal matrix , Noise Is defined as in
상기 부채널 n에 대해 수신 신호 행렬 는 하기의 수학식 2와 같이 표현된다.Received signal matrix for the subchannel n Is expressed by
여기서 행렬 의 (j,i)성분은 사용자에게 채널 n을 통해 전송되어야 하는 신호의 송신전력이 사용자에게 수신된 전력을 나타내며 하기의 수학식 3으로 정의 된다.Where matrix The (j, i) component of is the user Transmit power of signal to be transmitted through channel n It represents the power received by and is defined by
수신 신호 행렬 Y의 대각 원소들은 전송되어야 할 신호의 송신 전력을 나타내고, 비대각 성분들은 간섭 전력을 나타낸다. 상기 대각 원소는 원하는 신호(desired signal)를 나타내고, 비대각 원소는 간섭 신호(interference signal)를 나타낸다. 상기 BS 혹은 RS가 명확한 서비스 영역을 갖는 경우 행렬 X성분 중 개별 MS의 커버리지 영역에 속하지 않는 전송 신호를 나타내는 성분들은 모두 0이 된다. 이는, 하기의 수학식 4와 같이, 표현될 수 있다.Diagonal elements of the received signal matrix Y represent the transmit power of the signal to be transmitted, and non-diagonal components represent the interference power. The diagonal element represents a desired signal and the non-diagonal element represents an interference signal. When the BS or RS has a specific service area, all of the components representing the transmission signal that do not belong to the coverage area of the individual MS among the matrix X components are all zeros. This may be expressed as in Equation 4 below.
그리고, 상기 각 위치에서의 MS의 서비스 영역의 정보는 하기의 수학식 5와 같이 표현된다.The information on the service area of the MS at each location is expressed by Equation 5 below.
여기서, 행렬A의 성분 는 사용자 k가 채널 을 통해 서비스를 받 는 RS를 의미한다.Where matrix A ingredient The user k channel RS that receives service through.
그리고, BS에서 MS로 패킷 전송이 이루어 지는 경우, 미리 설정된 스케줄링 주기 내에 전송되어야 할 긴급 패킷을 갖는 사용자 큐의 사용자들의 부채널 n에 대한 채널 행렬을 라 정의한다. 상기 은 행렬 에서 스케줄링의 대상이 되는 MS들의 채널 행렬이다. And, if the packet is transmitted from the BS to the MS, a preset scheduling period The channel matrix for subchannel n of users of the user queue with urgent packets to be transmitted in It is defined as remind Silver matrix Is a channel matrix of MSs to be scheduled in.
상기 사용자 큐, RS 및 부채널의 스케줄러 간의 서비스 요청, 수락 및 승인 동작을 통해 상기 사용자 큐, RS 및 부채널이 서로 매칭되고, 이를 통해 선택된 사용자 큐들의 부채널 n에 대한 채널 행렬은 로 정의된다. 이때, 상기 는 M * M 정방 행렬이다. The user queue, RS and subchannels are matched with each other through service request, acceptance, and acknowledgment operations between the user queue, RS, and subchannel scheduler, and through this, the channel matrix of subchannel n of the selected user queues is Is defined as At this time, the Is the M * M square matrix.
예를 들어, N개의 부채널로 구성된 시스템이라면 상기 행렬 은 모두 N개 존재한다. 상기 행렬의 (j,i)성분은 하기의 수학식 6과 같이 표현된다.For example, if the system consists of N subchannels, the matrix Are all N. remind The (j, i) component of the matrix is expressed by Equation 6 below.
이때, 사용자 k에서 채널 n을 통해 전송 받는 수신 전력은 하기의 수학식 7과 같이 표현된다.At this time, the received power transmitted through the channel n from the user k is expressed as in Equation 7 below.
또한, 상기 사용자 k에서 채널 n을 통해 수신되는 간섭 전력은 하기의 수학식 8과 같이 표현된다. In addition, the interference power received through the channel n in the user k is expressed by Equation 8 below.
그리고, 상기 사용자 k에서 채널 n의 신호 대 간섭, 잡음비(Signal to Interference and Noise Ratio ; SINR)은 하기의 수학식 9와 같이 표현된다.In addition, the signal to interference and noise ratio (SINR) of the channel n in the user k is expressed by Equation 9 below.
상기한 바와 같이 유선 셀룰러 시스템에 적용 가능한 본 발명에 따른 채널별 상이한 서비스 영역 결정 방식은 사용자 큐의 스케줄링 과정에서 상기 사용자 큐가 사용하는 해당 RS의 부채널에 대한 정보가 필요하므로, 사용자 큐의 부채널 별 서비스 영역을 확정해야 하므로, 하기의 수학식 10을 적용하여 부채널별 서비스 영역을 결정한다. As described above, the method for determining a different service area for each channel according to the present invention applicable to a wired cellular system requires information on a subchannel of a corresponding RS used by the user queue in the scheduling process of the user queue. Since the service area for each channel needs to be determined, the service area for each subchannel is determined by applying Equation 10 below.
여기서, 사용자 k가 채널 n에서 가장 우수한 채널 이득을 가지는 해당 RS로부터 서비스를 제공 받겠다는 것을 의미한다. Here, it means that the user k is to receive the service from the corresponding RS having the best channel gain in the channel n.
다음은 QoS를 고려하여 선택된 사용자 큐 즉, MS들이 선택되어 채널 행렬 가 생성된다. Next, considering the QoS, the selected user queue, that is, MSs, Is generated.
상기 서비스 영역 정보 행렬 A와 채널 행렬 를 근거로 BS의 스케줄러는 상기한 도 3에서와 같이 사용자 큐 즉, MS, RS 및 부채널을 서로 매칭하고, 억세스를 시도하는 새로운 MS에 대한 채널 행렬 을 생성한다. The service area information matrix A and the channel matrix Based on this, the scheduler of the BS matches a user queue, i.e., MS, RS, and subchannels with each other, as shown in FIG. Create
상기 매칭 과정에서 채널 상태를 나타내는 지표를 하기의 수학식 11과 같이 표현된다. An index indicating a channel state in the matching process is expressed by Equation 11 below.
상기 수학식 11은 MS k의 부채널 n에서의 CSI의 값을 의미한다. 상기 CSI의 값이 크면 MS 의 부채널 n의 채널 상태가 양호한 상태임을 알 수 있다. 상기 MS에서는 모든 부채널에 대해 값을 갖고, 매칭 과정은 도 4 a, b 및 c에 나타낸 바와 같이 부채널별로 독립적으로 수행된다.Equation 11 represents the value of CSI in subchannel n of MS k. If the value of the CSI is large, it can be seen that the channel state of the subchannel n of the MS is good. In the MS, for all subchannels With a value, the matching process is independently performed for each subchannel as shown in Figs. 4A, 4B and 4C.
도 4a는 본 발명의 시스템에서의 사용자 큐가 부채널의 해당 스케줄러에 서 비스를 요청 과정을 보인 것으로, 사용자 별 서비스 요청 횟수를 제한하기 위하여 상기 과정은 독립적으로 수행하지 않고, 전체 RS의 각 부채널에 대하여 일괄적으로 수행한다. 이때, 상기 사용자 큐는 전체 주어진 부채널에 대해 상기 값이 우선하는 순으로 개 까지 서비스 요청을 수행한다.4a shows a process of requesting a service to a corresponding scheduler of a subchannel by a user queue in the system of the present invention. In order to limit the number of service requests for each user, the process is not performed independently. Perform batch operation on the channel. In this case, the user queue is the same for all the given subchannels. In order of value Up to service requests.
도 4b는 본 발명의 시스템에서의 서비스를 요청하는 사용자 큐를 미리 설정된 스케줄링 알고리즘에 따라 소정의 사용자 큐 하나를 선택하여 서비스 요청을 승인(grant)하는 것을 보인 것으로, 부채널별로 독립적으로 진행된다. 상기 각 부채널 스케줄러는 서비스를 요청하는 사용자 큐들 중 가장 우선하는 상기 값을 갖는 사용자 큐에 상기 서비스 요청에 대한 허가(grant)한다. FIG. 4B shows that a user queue requesting a service in the system of the present invention selects a predetermined user queue according to a predetermined scheduling algorithm and grants the service request independently. Each subchannel scheduler is the first priority among user queues requesting service. Grant the service request to a user queue with a value.
도 4c는 본 발명의 시스템에서의 서비스 요청을 허가 받은 사용자 큐가 해당 스케줄러의 승인을 수락하는 과정을 보인 것으로, 부채널 별로 독립적으로 진행된다. 상기 사용자 큐는 허가 메시지를 송신한 부채널 중 이 가장 우선하는 부채널의 서비스 요청 허가를 수락(accept)한다. FIG. 4C illustrates a process in which a user queue granted a service request in the system of the present invention accepts an approval of a corresponding scheduler, and is independently performed for each subchannel. The user queue is one of the subchannels that transmit the grant message. Accept the service request permission of this most preferred subchannel.
상술한 바와 같이, 채널별 서로 상이한 서비스 영역을 갖는 본 발명의 시스템에서 사용자 큐가 부채널의 해당 스케줄러에 서비스를 요청, 이를 승인하고, 상기 스케줄러의 승인을 수락하는 과정을 통해 패킷을 전송한 후, 상기 부채널 별로 미리 설정된 전력 제어 알고리즘에 의한 공동 전력 제어를 수행한다. As described above, in the system of the present invention having a different service area for each channel, a user queue requests a service to a corresponding scheduler of a subchannel, approves it, and transmits a packet through a process of accepting the scheduler's approval. The common power control is performed by a power control algorithm preset for each subchannel.
그리고, 본 발명의 시스템에서는 다음과 같은 선형 계획(Linear Programming ; LP)을 이용하여 결합적 전력 제어 방식을 제안한다. In addition, the system of the present invention proposes a combined power control scheme using the following linear programming (LP).
목적함수Objective function
상기 수학식 12에서 변수 값을 최대화 하는 함수를 목적함수로 정한다. Variable in Equation 12 The function that maximizes the value is defined as the objective function.
구속 조건(Constraints ( constraintsconstraints ))
1.보장 되어야 할 최소 SINR값1. Minimum SINR value to be guaranteed
상기 수학식 13은 전력 제어가 목표로 하는 MS의 타겟(targert) SINR값을 의미한다. Equation 13 denotes a targert SINR value of the MS targeted by power control.
2. 2. SINRSINR 차이 Difference
3. 전력 범위3. Power range
상기 수학식 15에서는 전송 전력의 최소 및 최대 값을 나타낸 것으로, 상기 전력제어는 각 부채널별로 병렬적으로 수행한다. 이와 같은 흐름의 공동 전력 제어 방식은 후술하는 도 6에서 자세히 설명하도록 한다. Equation 15 shows the minimum and maximum values of the transmission power, and the power control is performed in parallel for each subchannel. The common power control scheme of such a flow will be described in detail later with reference to FIG. 6.
이하, 전술한 본 발명의 정량화된 상세 동작 및 도 6을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 유선 중계국을 활용한 셀룰러 시스템에서의 무선 자원 관리 방법을 설명하기로 한다. Hereinafter, a method of managing radio resources in a cellular system using a wired relay station according to a preferred embodiment of the present invention will be described with reference to the quantified detailed operation of the present invention and FIG. 6.
도 6을 참조하면, 먼저 610 과정에서는 전력 제어가 목표로 하는 MS의 SINR값을 초기화하고, 상기 수학식 5와 같은 사용자의 채널별 서비스 영역 정보 행렬 A를 결정한다(612과정). Referring to FIG. 6, in
그리고, QoS를 고려한 미리 설정된 주기 내에 전송되어야 할 긴급 패킷 그룹이 포함된 사용자 큐를 선택한다(614과정). 여기서, 미리 설정된 스케줄링 주기 내에 전송되어야 할 긴급 패킷을 갖는 사용자 큐의 사용자들의 부채널 n에 대한 채널 행렬을 라 정의한다. 상기 은 행렬 에서 스케줄링의 대상이 되는 MS들의 채널 행렬이다. In
상기 선택된 사용자 큐는 해당 MS로부터 수신된 CSI를 기반으로 채널 이득이 우수한 순서로 적어도 하나 이상의 부채널을 선별하고, 상기 선별된 부채널의 해당 스케줄러에 서비스를 요청, 승인 및 수락하는 억세스 과정을 통해 사용자 큐, RS 및 부채널이 매칭됨으로써 해당 MS로의 링크가 형성되고, 동일 채널을 사용하는 MS 들의 그룹을 형성하여, 상기 형성된 링크 그룹을 선택한다(616과정). 이를 통해 선택된 사용자 큐들의 부채널 n에 대한 채널 행렬은 로 정의된다. 예를 들어, N개의 부채널로 구성된 시스템이라면 상기 행렬 은 모두 N개 존재한다. The selected user queue selects at least one or more subchannels in the order of the best channel gains based on the CSI received from the MS, and accesses a request, approves, and accepts a service of the scheduler of the selected subchannel. The user queue, RS, and subchannel are matched to form a link to the corresponding MS, and a group of MSs using the same channel is formed to select the formed link group (step 616). The channel matrix for subchannel n of the selected user queues is Is defined as For example, if the system consists of N subchannels, the matrix Are all N.
618과정에서 선택된 링크 그룹에 미리 설정된 전력 제어 알고리즘을 적용하여 공동 전력 제어를 수행한다(618과정). 이때, 상기 공동 전력 제어는 부채널 별로 병렬적/독립적으로 수행되고, 부채널 n에서 공동 전력 제어를 위한 최적화를 수행한다. 이후 620 과정에서 부채널별 최적해가 존재하는 지를 판단하여, 로 정의된다. 예를 들어, N개의 부채널로 구성된 시스템이라면 상기 행렬 은 모두 N개 존재한다. 상기 행렬의 성분은 하기의 수학식 6과 같이 표현된다.In
630 과정으로 진행하여 부채널별 최적해가 존재할 경우, 채널 할당 사용자 큐 상태를 갱신하고, 최적해가 존재하지 않을 경우에는 622 과정으로 진행한다. 이때, 최적해가 존재하기 않을 경우에는 링크의 제거와 추가 과정을 통해 상기 를 갱신하는 반복횟수가 증가하게 되고, 이로 인해 전체 시스템에서의 연산 복잡도가 증가하여 운용상에 문제가 발생하므로, 전력의 제한된 전력이나 연산량을 고려하여 상기 를 갱신하는 반복 횟수를 제한할 필요가 있다. 상기 반복 횟수를 줄이기 위해 목표 SINR의 값을 감소시켜서 전력제어를 수행한다. 즉, 상기 수학식 13의 구속조건을 완화시키면 최적해가 존재할 확률이 높아지므로, 상기 목표 SINR값을 일정 값 이하로 낮추는 것이다. In
따라서, 상기 622과정에서 반복 횟수 ()에 1을 추가하여, 링크의 제 거 및 추가 과정의 반복 횟수를 체크하고(624과정), 이를 통해 최대 반복 횟수()를 초과하면, 상기 목표 SINR값을 낮추고(626과정), 상기 618과정으로 진행하여 최적해가 존재하는 지의 여부를 다시 확인한다. Therefore, the number of repetitions in step 622 ( ) By adding 1 to check the number of repetitions of the link removal and addition process (step 624). ), The target SINR value is lowered (step 626), and the process proceeds to step 618 to check again whether or not an optimal solution exists.
그리고, 상기 624 과정에서 링크의 제거 및 추가 과정의 반복 횟수를 체크하여, 최대 반복 횟수를 초과하지 않은 경우, 해당 MS를 제거 및 선택하고(628과정), 상기 616과정으로 돌아가 후의 과정을 다시 수행한다.In
상기 628 과정에서 특정 링크의 MS를 제거하는 규칙은 하기의 수학식 16에 의해 선택한다.The rule for removing the MS of a specific link in
부채널 n에서 전력제어 최적화의 해가 존재하지 않을 경우, 상기 수학식 16에 의해 선택된 MS 로의 링크를 제거하고, 제거된 링크를 대신하여 채널 n에 대하여 MS 와 같은 서비스 영역을 선택하는 MS 중 전력제어 대상이 아닌 특정 MS 로의 링크를 선택하는데, 그 규칙은 하기의 수학식 17과 같이 표현된다. If there is no solution of power control optimization in subchannel n, the MS selected by Equation 16 MS on channel n on behalf of the removed link MS that selects service area such as To select the link to the rule, which is expressed as in Equation 17 below.
여기서, 상기 는 부채널 n에서 전력 제어 대상이 아닌 MS 중 가장 우선하는 채널 이득을 가지는 MS를 의미한다. Where Denotes an MS having a channel gain of the highest priority among the MSs not the power control target in the subchannel n.
이후, 632 과정에서는 할당한 부채널 및 전송될 패킷이 존재하는지 확인하여 존재하는 경우에는 상기 614 과정으로 진행하여 상기의 과정을 반복 진행하며, 존재하지 않을 경우 전력 제어 동작을 종료함으로써 스케줄링을 종료하게 된다. Thereafter, in
상기와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 유선 중계국을 활용한 셀룰러 시스템에서의 무선 자원 할당 방법에 관한 동작이 이루어질 수 있으며, 한편 상기한 본 발명의 설명에서는 구체적인 실시 예에 관해 설명하였으나 여러 가지 변형이 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 실시될 수 있다. 따라서 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 의하여 정할 것이 아니고 청구범위와 청구범위의 균등한 것에 의하여 정하여져야 할 것이다.As described above, an operation related to a radio resource allocation method in a cellular system using a wired relay station according to an embodiment of the present invention can be performed. Meanwhile, the above-described description of the present invention has been described with reference to specific embodiments. This may be practiced without departing from the scope of the present invention. Therefore, the scope of the present invention should not be defined by the described embodiments, but by the claims and equivalents of the claims.
도 1은 본 발명이 적용되는 유선 중계국을 활용한 셀룰러 시스템의 개략적인 블록 구성도 1 is a schematic block diagram of a cellular system using a wired relay station to which the present invention is applied.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 유선 중계국을 활용한 셀룰러 시스템에서 MS가 채널별 상이한 서비스 영역을 제공하는 협력적 전송 방식을 개략적으로 나타낸 구성도2 is a block diagram schematically illustrating a cooperative transmission scheme in which an MS provides a different service area for each channel in a cellular system using a wired relay station according to an embodiment of the present invention.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 유선 중계국을 활용한 셀룰러 시스템에서 의 무선 자원 할당에 관한 개념적인 구성도3 is a conceptual configuration diagram of radio resource allocation in a cellular system using a wired relay station according to an embodiment of the present invention;
도 4a, b, c는 본 발명의 시스템에서의 사용자 큐가 부채널의 해당 스케줄러에 서비스를 요청, 승인 및 수락의 세 과정을 보인 예시도Figure 4a, b, c is an exemplary view showing three processes of the user queue in the system of the present invention requesting, accepting and accepting a service to the corresponding scheduler of the sub-channel
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 유선 중계국을 활용한 셀룰러 시스템에서의 전체적인 무선 자원 할당에 관한 흐름도5 is a flowchart illustrating overall radio resource allocation in a cellular system using a wired relay station according to an embodiment of the present invention.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 유선 중계국을 활용한 셀룰러 시스템에서의 전체적인 무선 자원 할당에 관한 상세 흐름도6 is a detailed flowchart illustrating overall radio resource allocation in a cellular system using a wired relay station according to an embodiment of the present invention.
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