KR20090060493A - Frame structure and resource allocation method for wireless communication systems with multi-hop relay - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 무선 자원 할당에 대한 것으로, 보다 자세하게는 중계국을 사용할 수 있는 무선 통신 시스템에서 다양한 서비스 품질을 요구하는 이동국들의 서비스 품질을 보장하기 위한 프레임 구조 설정 및 자원 할당 방법에 대한 것이다.The present invention relates to radio resource allocation, and more particularly, to a frame structure setting and resource allocation method for guaranteeing quality of service of mobile stations requiring various quality of service in a wireless communication system capable of using a relay station.
일반적으로 이동국는 가장 높은 수신 레벨이 얻어지는 기지국을 선택하여 통신한다. 이 때, 통신의 항상성 및 전송률을 증대시키기 위하여 중계국을 활용하는 멀티 홉 방식이 제안되었다. 예를 들면, 도 1에 도시된 바와 같이 이동국(13)과 기지국(11)과의 사이에서 중계국(12)이 이동국(13)과 기지국(11) 간의 통신을 중계함으로써 통신의 효율성을 증대시키는 경우 중계국(12)을 사용하게 되고, 그렇지 않고 이동국(14)과 기지국(11)사이의 직접 통신이 통신의 효율성을 증대시키는 경우는 중계국(12)을 사용하지 않는 통신이 이루어진다.In general, the mobile station selects and communicates with the base station from which the highest reception level is obtained. At this time, a multi-hop method using a relay station has been proposed to increase communication homeostasis and transmission rate. For example, as shown in FIG. 1, when the
상기 예에서 기술한 바와 같이 중계국을 사용하게 되면, 기지국 및 이동국의 운영뿐만 아니라 중계국의 운영에 대한 방법을 정의해 주어야 한다. 이미 WiMAX(Worldwide Interoperability for Microwave Access) 무선 통신망에 대해 TDD(Time Division Duplex)방식의 동일 주파수 다중 도약 중계국이 건의된 바 있다.When the relay station is used as described in the above example, the operation of the relay station as well as the operation of the base station and the mobile station should be defined. Already, a frequency-division hopping relay station of a time division duplex (TDD) scheme has been proposed for a worldwide interoperability for microwave access (WiMAX) wireless communication network.
제안된 방법은 모든 기지국과 중계국이 동일한 주파수에서 통신하고, 기지국은 자신에 속한 중계국에 대한 타임 슬롯을 보유하여 서브 프레임으로 운영하는 방식으로서, 이와 같은 방법은 계층적으로 운영되기 때문에 이동국이 많아지는 경우 시스템의 용량을 떨어뜨리게 된다.The proposed method is a method in which all base stations and relay stations communicate at the same frequency, and the base stations have time slots for their relay stations and operate as subframes. This will reduce the capacity of the system.
따라서, 중계국을 사용하여 다양한 서비스 품질을 요구하는 이동국의 서비스 품질을 보장하기 위한 프레임 구조와 상기 구조 안에서의 효율적인 자원 할당 방법의 제안이 요구되고 있는 실정이다.Therefore, there is a demand for a frame structure for guaranteeing the quality of service of a mobile station requiring various quality of service using a relay station and a proposal of an efficient resource allocation method within the structure.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 제반 단점과 문제점을 해결하기 위한 것으로, 기지국과 이동국 간의 통신에 중계국을 사용하는 것을 고려한 프레임 구조의 설정과 이러한 프레임 구조 안에서의 효율적인 자원 할당 방법을 제공함에 본 발명의 목적이 있다.Accordingly, the present invention is to solve the above-mentioned disadvantages and problems of the prior art, to provide a frame structure setting considering the use of the relay station for communication between the base station and the mobile station and to provide an efficient resource allocation method within such a frame structure. There is an object of the present invention.
특히, 본 발명은 이동국이 요구하는 서비스 품질과 여러가지 채널 환경을 고려하여 프레임 구조를 설정하는 과정과, 설정된 프레임 구조를 이용하여 통신을 시도할 때 사용될 중계국과 채널을 할당하는 과정 및 상기 과정을 반복적으로 수행하여 시스템의 성능을 최대화 하는 과정을 통해, 실패 확률을 줄이고 전송량을 증대시킬 수 있도록 하는 것을 목적으로 한다.In particular, the present invention provides a process for setting a frame structure in consideration of the quality of service and various channel environments required by the mobile station, assigning a relay station and a channel to be used when attempting communication using the set frame structure, and repeating the process. Through the process of maximizing the performance of the system to reduce the probability of failure and to increase the amount of transmission.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 중계국을 사용할 수 있는 무선 통신 시스템에서의 프레임 구조 설정 및 자원 할당 방법으로서, 이동국이 요구하는 서비스 품질 및 채널 환경을 고려하여 프레임 구조를 결정하는 프레임 구조 결정 단계와; 상기 결정된 프레임 구조에서 각 이동국이 요구하는 서비스 품질 및 해당 이동국에 대한 채널 상태를 근거로, 시스템 전송량이 최대가 되도록 무선 자원을 할당하는 자원 할당 단계와; 상기 결정된 프레임 구조에서의 자원 할당에 의한 시스템 전송량을, 상기 결정된 프레임 구조를 변경한 경우의 자원 할당에 의한 시스템 전 송량과 비교하여, 기결정된 프레임 구조에서의 자원 할당에 의한 시스템 전송량이 최대의 전송량인지를 판단하는 자원 할당 최적화 여부 판단 단계; 및 기결정된 프레임 구조에서의 자원 할당에 의한 시스템 전송량이 최대인 경우, 기결정된 프레임 구조 및 자원 할당 결과를 유지하고, 프레임 구조를 변경한 경우의 자원 할당에 의한 시스템 전송량이 최대인 경우 상기 프레임 구조 결정 단계로 궤환하는 자원 할당 최적화 단계; 를 포함하는 중계국을 사용할 수 있는 무선 통신 시스템에서의 프레임 구조 설정 및 자원 할당 방법을 제공한다.In order to achieve the above object, the present invention provides a frame structure setting and resource allocation method in a wireless communication system that can use a relay station. Wow; A resource allocating step of allocating radio resources such that a system transmission amount is maximized based on a quality of service required by each mobile station and a channel state for the mobile station in the determined frame structure; The system transmission amount by the resource allocation in the predetermined frame structure is compared with the system transmission amount by the resource allocation in the determined frame structure compared with the system transmission amount by the resource allocation when the determined frame structure is changed. Determining whether or not to optimize resource allocation; And when the system transmission amount due to resource allocation in the predetermined frame structure is maximum, maintains the predetermined frame structure and resource allocation result, and when the system transmission amount due to resource allocation when the frame structure is changed is maximum, the frame structure. A resource allocation optimization step of returning to the determination step; It provides a frame structure setting and resource allocation method in a wireless communication system that can use a relay station including a.
여기서, 상기 프레임 구조 결정 단계에서, 상기 무선통신 시스템은, 초기 하향링크 프레임 구조 결정 시, 기지국에서의 데이터 전송에 사용되는 시간과, 중계국에서의 데이터 전송에 사용되는 시간을 2:1의 비율로 설정하는 것이 바람직하다.Here, in the frame structure determination step, the wireless communication system, when determining the initial downlink frame structure, the time used for data transmission in the base station and the time used for data transmission in the relay station in a ratio of 2: 1. It is preferable to set.
마찬가지로, 상기 프레임 구조 결정 단계에서, 상기 무선통신 시스템은, 초기 상향링크 프레임 구조 결정 시, 이동국에서의 데이터 전송에 사용되는 시간과, 중계국에서의 데이터 전송에 사용되는 시간을 2:1의 비율로 설정하는 것이 바람직하다.Similarly, in the frame structure determination step, the wireless communication system determines a time ratio used for data transmission from a mobile station and a time used for data transmission from a relay station in a ratio of 2: 1 when determining an initial uplink frame structure. It is desirable to set.
그리고, 상기 자원 할당 단계는, 상기 프레임 구조 결정 단계에 의해 결정된 프레임 구조에 따라, 각 이동국이 기지국과 직접 통신하는 경우 및 중계국을 사용할 경우의 전송량을 각각 계산하여 모든 이동국의 데이터 전송량의 총합인 시스템 전송량이 최대가 되도록 각 이동국의 전송 경로를 결정하는 전송 경로 결정 단계와; 상기 결정된 전송 경로를 통하여 서비스를 하기 위하여, 각 이동국에 대하여 기지국과 중계국에서 사용할 슬롯을 할당하는 슬롯 할당 단계; 를 포함할 수 있다.The resource allocation step is a system that is the sum of the data transmission amounts of all mobile stations by calculating the amount of transmission when each mobile station communicates directly with the base station and when using a relay station according to the frame structure determined by the frame structure determination step. A transmission path determining step of determining a transmission path of each mobile station so that the transmission amount is maximum; A slot allocating step of allocating slots to be used by a base station and a relay station for each mobile station for service through the determined transmission path; It may include.
이 때 상기 슬롯 할당 단계는, 각 이동국에 대한 채널 상태와 해당 이동국이 요구하는 서비스 요구량에 근거하여 각 이동국에 대한 슬롯 개수를 결정하는 단계일 수 있다.In this case, the slot allocating step may be a step of determining the number of slots for each mobile station based on the channel state for each mobile station and a service request amount required by the mobile station.
그리고 상기 자원 할당 단계는, 상기 프레임 구조 결정 단계에 의해 결정된 프레임 구조에 따라, 각 이동국이 기지국과 직접 통신하는 경우 및 중계국을 사용할 경우의 전송량을 각각 계산하여 모든 이동국의 데이터 전송량의 총합인 시스템 전송량이 최대가 되도록 각 이동국의 전송 경로를 결정하는 전송 경로 결정 단계와; 상기 결정된 전송 경로를 통하여 서비스를 하기 위하여, 각 기지국에 대하여 이동국과 중계국에서 사용할 슬롯을 할당하는 슬롯 할당 단계; 를 포함할 수 있다.The resource allocation step is a system transmission amount that is the sum of the data transmission amounts of all mobile stations by calculating transmission amounts when each mobile station communicates directly with a base station and when using a relay station according to the frame structure determined by the frame structure determination step. A transmission path determining step of determining a transmission path of each mobile station so as to be the maximum; A slot allocating step of allocating slots to be used by a mobile station and a relay station for each base station for service through the determined transmission path; It may include.
이 경우, 상기 슬롯 할당 단계는, 각 이동국에 대한 채널 상태와 해당 이동국이 요구하는 서비스 요구량에 근거하여 각 기지국에 대한 슬롯 개수를 결정하는 단계일 수 있다.In this case, the slot allocating step may be a step of determining the number of slots for each base station based on a channel state for each mobile station and a service request amount required by the mobile station.
그리고, 상기 자원 할당 최적화 여부 판단 단계는, 기결정된 프레임 구조에서의 시스템 전송량을, 기결정된 프레임 구조에서 기지국 전송 시간을 증가시킨 경우의 시스템 전송량 및 중계국 전송 시간을 증가시킨 경우의 시스템 전송량과 각각 비교하여 기결정된 프레임 구조에서의 시스템 전송량이 최대인가를 판단하는 단계일 수 있다.In the determining of whether to optimize the resource allocation, the system transmission amount in the predetermined frame structure is compared with the system transmission amount when the base station transmission time is increased in the predetermined frame structure and the system transmission amount when the relay station transmission time is increased, respectively. The method may determine whether the system transmission amount in the predetermined frame structure is maximum.
이 때 상기 자원 할당 최적화 단계는, 기결정된 프레임 구조에서의 시스템 전송량이 최대가 아닌 경우, 상기 비교 결과에 근거하여 기지국 전송 시간을 늘리거나 줄이도록 상기 프레임 구조 결정 단계를 실행시키는 단계일 수 있다.At this time, the resource allocation optimization step may be a step of executing the frame structure determination step to increase or decrease the base station transmission time based on the comparison result, if the system transmission amount in the predetermined frame structure is not the maximum.
또한, 상기 자원 할당 최적화 여부 판단 단계는, 기결정된 프레임 구조에서의 시스템 전송량을, 기결정된 프레임 구조에서 이동국 전송 시간을 증가시킨 경우의 시스템 전송량 및 중계국 전송 시간을 증가시킨 경우의 시스템 전송량과 각각 비교하여 기결정된 프레임 구조에서의 시스템 전송량이 최대인가를 판단하는 단계일 수 있다.In the determining of whether to optimize the resource allocation, the system transmission amount in the predetermined frame structure is compared with the system transmission amount when the mobile station transmission time is increased in the predetermined frame structure and the system transmission amount when the relay station transmission time is increased. The method may determine whether the system transmission amount in the predetermined frame structure is maximum.
이 때 상기 자원 할당 최적화 단계는, 기결정된 프레임 구조에서의 시스템 전송량이 최대가 아닌 경우, 상기 비교 결과에 근거하여 이동국 전송 시간을 늘리거나 줄이도록 상기 프레임 구조 결정 단계를 실행시키는 단계일 수 있다.At this time, the resource allocation optimization step may be a step of executing the frame structure determination step to increase or decrease the mobile station transmission time based on the comparison result, if the system transmission amount in the predetermined frame structure is not the maximum.
상기 목적을 달성하기 위한 또 다른 본 발명은, 중계국을 사용할 수 있는 무선 통신 시스템에서의 하향링크 프레임 구조 설정 및 자원 할당 방법으로서, 이동국이 요구하는 서비스 품질 및 채널 환경을 고려하여, 기지국에서의 데이터 전송에 사용되는 시간과, 중계국에서의 데이터 전송에 사용되는 시간의 비율을 설정하여 하향링크 프레임 구조를 결정하는 프레임 구조 결정 단계와; 상기 프레임 구조 결정 단계에 의해 결정된 프레임 구조에 따라, 각 이동국이 기지국과 직접 통신하는 경우 및 중계국을 사용할 경우의 전송량을 각각 계산하여 모든 이동국의 데이터 전송량의 총합인 시스템 전송량이 최대가 되도록 각 이동국의 전송 경로를 결정하는 전송 경로 결정 단계와; 상기 결정된 전송 경로를 통하여 서비스를 하기 위하여, 각 이동국에 대하여 기지국과 중계국에서 사용할 슬롯을 할당하는 슬롯 할당 단계와; 기결정된 프레임 구조에서의 시스템 전송량을, 기결정된 프레임 구조에서 기지 국 전송 시간을 증가시킨 경우의 시스템 전송량 및 중계국 전송 시간을 증가시킨 경우의 시스템 전송량과 각각 비교하여 기결정된 프레임 구조에서의 시스템 전송량이 최대인가를 판단하는 최적화 여부 판단 단계; 및 기결정된 프레임 구조에서의 자원 할당에 의한 시스템 전송량이 최대인 경우, 기결정된 프레임 구조 및 자원 할당 결과를 유지하고, 기결정된 프레임 구조에서의 시스템 전송량이 최대가 아닌 경우, 상기 최적화 여부 판단 결과에 근거하여 기지국 전송 시간을 늘리거나 줄이도록 상기 프레임 구조 결정 단계를 실행시키는 자원 할당 최적화 단계; 를 포함하는 중계국을 사용할 수 있는 무선 통신 시스템에서의 하향링크 프레임 구조 설정 및 자원 할당 방법을 제공한다.According to another aspect of the present invention, there is provided a method for configuring a downlink frame structure and a resource allocation method in a wireless communication system that can use a relay station, and considering data quality of service and channel environment required by the mobile station. A frame structure determining step of determining a downlink frame structure by setting a ratio of time used for transmission and time used for data transmission at the relay station; According to the frame structure determined by the frame structure determining step, each mobile station calculates a transmission amount when each mobile station communicates directly with a base station and when a relay station is used, so that the system transmission amount, which is the sum of the data transmission amounts of all mobile stations, is maximized. A transmission path determining step of determining a transmission path; A slot allocating step of allocating slots to be used by a base station and a relay station for each mobile station for service through the determined transmission path; The system transmission amount in the predetermined frame structure is compared with the system transmission amount in the predetermined frame structure when compared with the system transmission amount when the base station transmission time is increased in the predetermined frame structure and the system transmission amount when the relay station transmission time is increased. Determining whether or not to optimize the maximum; And when the system transmission amount due to resource allocation in the predetermined frame structure is maximum, maintains the predetermined frame structure and resource allocation result, and when the system transmission amount in the predetermined frame structure is not maximum, A resource allocation optimization step of executing the frame structure determination step to increase or decrease base station transmission time based on the basis; It provides a downlink frame structure setting and resource allocation method in a wireless communication system that can use a relay station including a.
이 때 상기 프레임 구조 결정 단계에서, 상기 무선통신 시스템은, 초기 하향링크 프레임 구조 결정 시, 기지국에서의 데이터 전송에 사용되는 시간과, 중계국에서의 데이터 전송에 사용되는 시간을 2:1의 비율로 설정하는 것이 바람직하다.At this time, in the frame structure determination step, the wireless communication system, when determining the initial downlink frame structure, the time used for data transmission at the base station and the time used for data transmission at the relay station in a ratio of 2: 1. It is preferable to set.
또한, 상기 목적을 달성하기 위한 다른 본 발명은, 중계국을 사용할 수 있는 무선 통신 시스템에서의 상향링크 프레임 구조 설정 및 자원 할당 방법으로서, 이동국이 요구하는 서비스 품질 및 채널 환경을 고려하여, 이동국에서의 데이터 전송에 사용되는 시간과, 중계국에서의 데이터 전송에 사용되는 시간의 비율을 설정하여 하향링크 프레임 구조를 결정하는 프레임 구조 결정 단계와; 상기 프레임 구조 결정 단계에 의해 결정된 프레임 구조에 따라, 각 이동국이 기지국과 직접 통신하는 경우 및 중계국을 사용할 경우의 전송량을 각각 계산하여 모든 이동국의 데이터 전송량의 총합인 시스템 전송량이 최대가 되도록 각 이동국의 전송 경로를 결정하는 전송 경로 결정 단계와; 상기 결정된 전송 경로를 통하여 서비스를 하기 위하여, 각 기지국에 대하여 이동국과 중계국에서 사용할 슬롯을 할당하는 슬롯 할당 단계와; 기결정된 프레임 구조에서의 시스템 전송량을, 기결정된 프레임 구조에서 이동국 전송 시간을 증가시킨 경우의 시스템 전송량 및 중계국 전송 시간을 증가시킨 경우의 시스템 전송량과 각각 비교하여 기결정된 프레임 구조에서의 시스템 전송량이 최대인가를 판단하는 최적화 여부 판단 단계; 및 기결정된 프레임 구조에서의 자원 할당에 의한 시스템 전송량이 최대인 경우, 기결정된 프레임 구조 및 자원 할당 결과를 유지하고, 기결정된 프레임 구조에서의 시스템 전송량이 최대가 아닌 경우, 상기 최적화 여부 판단 결과에 근거하여 이동국 전송 시간을 늘리거나 줄이도록 상기 프레임 구조 결정 단계를 실행시키는 자원 할당 최적화 단계; 를 포함하는 중계국을 사용할 수 있는 무선 통신 시스템에서의 상향링크 프레임 구조 설정 및 자원 할당 방법를 제공한다.Another object of the present invention is to provide an uplink frame structure configuration and resource allocation method in a wireless communication system capable of using a relay station, in consideration of the quality of service and channel environment required by the mobile station, A frame structure determining step of determining a downlink frame structure by setting a ratio of time used for data transmission and time used for data transmission at the relay station; According to the frame structure determined by the frame structure determining step, each mobile station calculates a transmission amount when each mobile station communicates directly with a base station and when a relay station is used, so that the system transmission amount, which is the sum of the data transmission amounts of all mobile stations, is maximized. A transmission path determining step of determining a transmission path; A slot allocating step of allocating slots to be used by a mobile station and a relay station for each base station for service through the determined transmission path; The system transmission amount in the predetermined frame structure is maximized by comparing the system transmission amount in the predetermined frame structure with the system transmission amount when the mobile station transmission time is increased in the predetermined frame structure and the system transmission amount when the relay station transmission time is increased, respectively. Determining whether or not to optimize; And when the system transmission amount due to resource allocation in the predetermined frame structure is maximum, maintains the predetermined frame structure and resource allocation result, and when the system transmission amount in the predetermined frame structure is not maximum, A resource allocation optimization step of executing the frame structure determination step so as to increase or decrease a mobile station transmission time based thereon; It provides an uplink frame structure setting and resource allocation method in a wireless communication system that can use a relay station including a.
이때 상기 프레임 구조 결정 단계에서, 상기 무선통신 시스템은, 초기 상향링크 프레임 구조 결정 시, 이동국에서의 데이터 전송에 사용되는 시간과, 중계국에서의 데이터 전송에 사용되는 시간을 2:1의 비율로 설정하는 것이 바람직하다.At this time, in the frame structure determination step, the wireless communication system, when determining the initial uplink frame structure, sets the time used for data transmission from the mobile station and the time used for data transmission from the relay station at a ratio of 2: 1. It is desirable to.
따라서, 본 발명의 중계국을 사용할 수 있는 무선 통신 시스템에서의 프레임 구조 설정 및 자원 할당 방법에 의하면, 무선 통신 시스템에서 중계국을 이용하여 기지국과 이동국 간의 통신을 효율적으로 지원할 수 있으며, 이는 곧 실패 확률을 감소시키고, 서비스 전송량을 증대시키는 효과를 창출한다.Therefore, according to the frame structure setting and resource allocation method in the wireless communication system that can use the relay station of the present invention, it is possible to efficiently support the communication between the base station and the mobile station by using the relay station in the wireless communication system. Reduce and increase the amount of service delivery.
또한, 본 발명의 중계국을 사용할 수 있는 무선 통신 시스템에서의 프레임 구조 설정 및 자원 할당 방법에 따르면, 다중 경로 및 그에 따르는 여러가지 채널 환경을 고려하여 프레임 구조를 설정하고, 이를 이용하여 전송 경로를 결정함과 아울러, 각 이동국이 요구하는 서비스 품질 및 기지국과 중계국간, 중계국와 이동국 간 채널 환경에 근거하여 자원을 할당하기 때문에, 사용자들의 다양한 서비스 품질을 보장할 수 있을뿐만 아니라, 시스템 전체의 서비스 전송량을 증대시켜 시스템 성능을 향상시킬 수 있다는 효과가 있다.In addition, according to the frame structure setting and resource allocation method in a wireless communication system that can use the relay station of the present invention, the frame structure is set in consideration of the multi-path and various channel environments according thereto, and the transmission path is determined using the same. In addition, since the resources are allocated based on the quality of service required by each mobile station and the channel environment between the base station and the relay station, and the relay station and the mobile station, not only can guarantee various service quality of users but also increase the amount of service transmission of the entire system. This has the effect of improving system performance.
본 발명의 상기 목적과 기술적 구성 및 그에 따른 작용 효과에 관한 자세한 사항은 본 발명의 명세서에 첨부된 도면에 의거한 이하 상세한 설명에 의해 보다 명확하게 이해될 것이다.Details of the above object and technical configuration of the present invention and the resulting effects thereof will be more clearly understood from the following detailed description based on the accompanying drawings.
도 2는 본 발명에 따른 프레임 구조 설정 및 자원 할당 방법을 순차적으로 나타낸 흐름도이고, 도 3은 멀티 홉을 사용하는 경우의 프레임 구조를 나타낸 도면이다.2 is a flowchart sequentially illustrating a frame structure setting and resource allocation method according to the present invention, and FIG. 3 is a diagram illustrating a frame structure in the case of using multi-hop.
도시된 바와 같이, 본 발명의 프레임 구조 설정 및 자원 할당 방법은 크게, 이동국으로부터 서비스 요청 메시지가 수신되면(S310) 이동국이 요구하는 서비스 품질과 여러가지 채널 환경을 고려하여 프레임 구조를 설정하는 과정과(S320), 상 기 설정된 프레임 구조에서 이동국이 요구하는 서비스 품질 및 채널 상태를 고려하여 무선 자원을 할당하는 과정(S330), 그리고 자원 할당의 최적화 여부를 판단하는 과정(S340)으로 구분될 수 있다.As shown, the frame structure setting and resource allocation method of the present invention is largely performed when the service request message is received from the mobile station (S310). S320) may be divided into a process of allocating a radio resource in consideration of the quality of service and channel conditions required by the mobile station in the above-described frame structure (S330), and a process of determining whether to optimize the resource allocation (S340).
본 발명에서 서비스 전송은, 실패하지 않은 서비스의 데이터 전송을 의미하며, 앞서 구분한 각 과정을 보다 구체적으로 설명하면 다음과 같다.In the present invention, service transmission means data transmission of a service that has not failed, and each process described above will be described in more detail as follows.
우선, 서비스가 필요한 이동국들은 기지국으로 서비스 요청 메시지를 전송하며, 이동국과 기지국 간에 직접 경로가 생성되지 않을 경우 이 메시지는 중계국을 경유하여 기지국으로 수신된다(S310).First, mobile stations that require service transmit a service request message to the base station, and if a direct path is not generated between the mobile station and the base station, the message is received by the base station via the relay station (S310).
서비스 요청 메시지를 수신한 기지국은, 서비스를 위한 프레임 구조 설정과 자원 할당 과정을 시작하게 된다. 이동통신 시스템의 경우 데이터 전송의 기본 단위는 도 3에 도시한 것과 같이 상향 링크와 하향 링크가 있는 프레임으로 되어 있다. 프레임은 이동통신 시스템이 사용하는 주파수 영역의 특성을 고려하여 몇개 혹은 몇십개의 심볼로 구성되어 있으며, 각 심볼의 채널 특성이 같을 수 있도록 정의된다.The base station receiving the service request message starts the frame structure setting and resource allocation process for the service. In the case of a mobile communication system, the basic unit of data transmission is a frame having uplink and downlink as shown in FIG. The frame is composed of several or dozens of symbols in consideration of the characteristics of the frequency domain used by the mobile communication system, and is defined to have the same channel characteristics of each symbol.
중계국을 사용하지 않는 경우는 이러한 프레임 단위로 하향 링크 전송 시간에서는 기지국에서 각 이동국들로 데이터를 전송하고, 상향 링크 전송 시간에서는 이동국들이 기지국으로 데이터를 전송하게 된다. 그러나 중계국을 사용하게 되면 하향 링크와 상향 링크의 데이터 전송 과정에서 중계국이 데이터를 전송할 시간을 정의해 주어야 한다. 이와 같은 동작이 프레임 구조 결정 과정에서 이루어 지게 된다(S320).When the relay station is not used, data is transmitted from the base station to each mobile station in the downlink transmission time in such a frame unit, and the mobile stations transmit data to the base station in the uplink transmission time. However, if a relay station is used, it is necessary to define a time for the relay station to transmit data during downlink and uplink data transmission. This operation is performed in the frame structure determination process (S320).
프레임 구조 결정시, 도 3에 도시한 것과 같이 상향 링크 프레임과 하향 링크 프레임 구조를 결정해야 한다. 이하에서는 하향 링크에 대한 내용만을 기술하기로 하며, 상향 링크 프레임 구조의 경우도 같은 방법으로 설정할 수 있다.When determining the frame structure, the uplink frame and the downlink frame structure should be determined as shown in FIG. Hereinafter, only the content of the downlink will be described, and the uplink frame structure may be set in the same manner.
초기 프레임 구조 결정시, 기지국은 기지국에서의 데이터 전송에 사용하는 시간과 중계국에서의 데이터 전송에 사용되는 시간을 2:1의 비율로 설정한다. 이는 기지국에서 데이터를 전송하는 시간에는 기지국에서 직접 통신을 하는 이동국으로의 데이터 전송과 기지국에서 중계국으로의 데이터 전송이 이루어지지만, 중계국에서 데이터 전송을 하는 시간에는 중계국을 사용하는 이동국으로의 데이터 전송만이 이루어지기 때문이다.In determining the initial frame structure, the base station sets the time used for data transmission at the base station and the time used for data transmission at the relay station in a ratio of 2: 1. This means that data is transmitted from the base station to the mobile station with direct communication at the base station and data is transmitted from the base station to the relay station at the time of transmission of data from the base station. Because this is done.
다음, S320 단계를 거쳐 통신에 사용할 프레임 구조가 설정되면, 기지국은 이동국에 대한 서비스를 위한 자원 할당을 수행한다(S330).Next, when the frame structure to be used for communication is set through the step S320, the base station performs resource allocation for service to the mobile station (S330).
자원 할당을 위하여 우선 기지국은 각 이동국의 통신 경로 즉, 직접 통신을 할 것인가 중계국을 사용하여 통신을 할 것인가를 결정한다(S331). 이때 기지국과 중계국 그리고 이동국 사이의 채널 상태와 기결정된 프레임 구조가 고려된다.For resource allocation, the base station first determines whether to communicate using the communication path of each mobile station, that is, direct communication or relay station (S331). At this time, the channel state and the predetermined frame structure between the base station, the relay station and the mobile station are considered.
먼저 기지국은, 각 이동국에 대하여 같은 자원을 사용하였을 경우의 직접 통신과 중계국을 사용한 통신에서의 전송량을 계산한다. i번째 이동국에 대하여 기지국과 이동국 사이의 신호 대 잡음비를 
기지국은 수학식 1과 기결정된 프레임 구조를 이용하여 시스템 전송량(모든 이동국의 데이터 전송량의 총합)이 최대가 되도록 이동국의 전송 경로를 설정한다. 프레임의 전송 시간은 시스템에서 전송할 수 있는 전송량에 비례하기 때문에, 프레임 구조의 비율에 맞추어 직접 통신을 할 이동국과 중계국을 사용할 이동국을 결정하면 시스템 전송량을 최대화할 수 있다.The base station sets the transmission path of the mobile station so that the system transmission amount (the sum of the data transmission amounts of all mobile stations) is maximized using Equation 1 and the predetermined frame structure. Since the transmission time of the frame is proportional to the amount of transmission that can be transmitted by the system, it is possible to maximize the system transmission amount by determining the mobile station to be used for direct communication and the relay station according to the frame structure ratio.
일 예로, 프레임 구조의 비율이 2:1로 설정되어 있는 경우는 직접 통신을 하는 경우와 중계국을 이용하여 통신하는 경우의 데이터 전송량이 같은 경우 시스템 전송량이 최대가 된다. 따라서, 계산된 데이터 전송량을 이용하여 직접 통신을 하는 이동국들과 중계국을 사용하는 이동국들의 데이터 전송량의 합이 같아지도록 이동국의 데이터 전송 경로를 결정한다.For example, when the frame structure ratio is set to 2: 1, the system transmission amount is maximized when the data transmission amount is equal to that of direct communication and communication using a relay station. Accordingly, the data transmission path of the mobile station is determined such that the sum of the data transmission amounts of the mobile stations communicating directly and the mobile stations using the relay station is equal using the calculated data transmission amount.
다음 단계로, 기지국은 결정된 전송 경로를 통하여 서비스를 하기 위하여 기지국과 중계국에서 사용할 슬롯을 할당한다(S332). 슬롯 할당에 있어서 OFDMA(Orthogonal frequency division multiple access) 시스템과 같이 사용 가능한 채널이 여러 개인 멀티 채널 시스템인 경우 시간과 채널에 대한 슬롯을 할당하 며, 단일 채널을 사용하는 경우는 시간적인 슬롯만을 할당한다.In the next step, the base station allocates a slot to be used by the base station and the relay station to service through the determined transmission path (S332). In slot allocation, in case of multi-channel system with multiple available channels such as an orthogonal frequency division multiple access (OFDMA) system, slots for time and channel are allocated. In case of using a single channel, only slots for time are allocated. .
프레임 안에서의 채널의 변화가 없다는 가정하에 각각의 슬롯은 같은 전송용량을 갖는다. 따라서, 자원 할당은 각 이동국이 사용할 슬롯의 개수를 정해주는 것으로 결정되며, 이때 기 결정된 데이터 전송량과 각 이동국이 요구하는 서비스 품질이 고려된다.Each slot has the same transmission capacity under the assumption that there is no change of channel in the frame. Therefore, the resource allocation is determined to determine the number of slots to be used by each mobile station. In this case, the predetermined data transmission amount and the quality of service required by each mobile station are considered.
한편, 기지국에서의 슬롯 할당은 모든 이동국에 대하여 행하여진다. 각 이동국에 대한 채널 상태와 이동국에서 요구하는 서비스 요구량이 다르기 때문에, 두 가지를 모두 고려한 수학식 2가 이용된다.On the other hand, slot allocation at the base station is performed for all mobile stations. Since the channel state for each mobile station and the service request amount required by the mobile station are different, Equation 2 considering both is used.
이 때, 직접 통신을 사용하는 이동국의 경우에는 기지국과 이동국 사이의 채널 상태(
수학식 2에서 l 은 전체 이동국의 집합이며, ηi는 i번째 이동국에서 요구하 는 서비스 전송량, Sl 은 기지국이 사용할 수 있는 프레임 구조 내의 슬롯 개수이다.In Equation 2, l is a set of all mobile stations, η i is a service transmission amount required by the i-th mobile station, S l Is the number of slots in the frame structure that the base station can use.
다음으로, 중계국을 사용하는 이동국을 위하여 중계국에서의 슬롯 할당이 이루어진다. 마찬가지로 채널 상태와 이동국에서 요구하는 서비스 전송량을 고려하여 수학식 3과 같은 방법으로 할당되며, 이 때 고려되는 채널은 기지국과 중계국, 중계국과 이동국 사이의 채널을 모두 고려한 
수학식 3에서 R 은 중계국을 사용하는 이동국의 집합을 나타내며, S2 는 중계국이 사용할 수 있는 프레임 구조 내의 슬롯 개수이다.In Equation 3, R represents a set of mobile stations using a relay station, and S 2 is the number of slots in a frame structure that the relay station can use.
다음, 경로 설정 및 슬롯 할당 과정이 완료되면, 기지국은 자원 할당의 최적화 여부를 판단한다(S340).Next, when the path setting and slot allocation process is completed, the base station determines whether to optimize the resource allocation (S340).
앞서 언급한 경로 설정과 슬롯의 할당은 S320 단계에서 결정된 프레임 구조에서 최적화된 방법이다. 따라서, 프레임 구조가 변경되면 시스템의 전송량이 변화된다. The aforementioned path configuration and slot allocation are optimized in the frame structure determined in step S320. Therefore, when the frame structure is changed, the amount of transmission of the system is changed.
본 발명에서 제안하고 있는 방법은 수학적으로 볼록한(convex) 함수의 형태를 갖게 된다. 이는 현재 구해진 값의 좌/우의 값을 비교하여 최적화 여부를 판단할 수 있음을 의미한다. 따라서, 현재 프레임 구조에서 구해진 시스템 전송량과 현재 프레임 구조보다 기지국에서의 전송을 위한 시간이 증가하는 경우와 중계국에서 통신을 위해 사용하는 시간이 증가하는 경우의 시스템 전송량을 각각 비교하여 구성된 프레임 구조가 최적의 시스템 전송량을 얻는지를 판단한다.The method proposed in the present invention has the form of a mathematically convex function. This means that the optimization can be determined by comparing the left / right values of the currently obtained values. Therefore, the frame structure configured by comparing the system transmission amount obtained in the current frame structure with the system transmission amount when the time for transmission at the base station is increased and the time used for communication at the relay station is increased than the current frame structure is optimal. It is determined whether to obtain the system transmission amount of.
만약 S340 단계에서 기결정된 프레임 구조에 의한 자원 할당이 최적의 성능을 얻을 수 있다고 판단되면, 프레임 구조와 자원 할당의 결과가 기지국과 중계국에 저장되고, 프레임 구조 설정 및 자원 할당 과정이 종료되며, 그렇지 않은 경우 프레임 구조 결정 단계(S320)로 돌아가게 된다.If it is determined in step S340 that the resource allocation by the predetermined frame structure can obtain the optimal performance, the frame structure and the result of the resource allocation is stored in the base station and the relay station, the frame structure setting and resource allocation process is terminated, otherwise If not, it returns to the frame structure determination step (S320).
프레임 구조 결정 단계(S320)로 다시 돌아가게 되면, 기지국은 자원 할당의 최적화 여부 판단 단계(S340)에서 얻어진 결과를 이용하여 기지국을 위한 전송 시간을 늘이거나 줄여서 새로운 프레임 구조를 설정하고 이후의 단계를 반복한다.Returning to the frame structure determination step (S320) again, the base station sets a new frame structure by increasing or decreasing the transmission time for the base station using the result obtained in the determination of whether to optimize the resource allocation (S340) and the subsequent steps Repeat.
상기 방법을 통하여 다양한 서비스 품질을 요구하는 이동국들에 대한 프레임 구조 설정과 자원 할당이 이루어지며, 이를 통하여 시스템의 전송량을 향상시킬 수 있다.Through the above method, frame structure setting and resource allocation for mobile stations requiring various quality of service are made, thereby improving the amount of transmission of the system.
본 발명이 속하는 기술분야의 당업자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있으므로, 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이 해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.As those skilled in the art to which the present invention pertains may implement the present invention in other specific forms without changing the technical spirit or essential features, the embodiments described above are exemplary in all respects and are not intended to be limiting. You must do it. The scope of the present invention is shown by the following claims rather than the detailed description, and all changes or modifications derived from the meaning and scope of the claims and their equivalents should be construed as being included in the scope of the present invention. do.
전술한 본 발명은 중계국을 사용할 수 있는 모든 무선 통신 시스템 또는 멀티홉 방식의 무선 통신 시스템에서 다양한 서비스 품질을 요구하는 이동국들의 서비스 품질을 보장하기 위한 자원 할당에 활용될 수 있으며, 여러가지 채널 환경과 다중 경로를 고려한 프레임 구조의 설정 및 자원 할당이 요구되는 기지국 등 통신 장비에 적용될 수 있다.The above-described present invention can be utilized for allocating resources for guaranteeing the quality of service of mobile stations requiring various quality of service in all wireless communication systems or multi-hop wireless communication systems that can use a relay station. It can be applied to communication equipment, such as a base station for which a frame structure considering a path and resource allocation are required.
도 1은 멀티 홉 환경을 설명하기 위한 도면,1 is a view for explaining a multi-hop environment,
도 2는 본 발명에 따른 프레임 구조 설정 및 자원 할당 방법을 순차적으로 나타낸 흐름도, 2 is a flowchart sequentially illustrating a frame structure setting and resource allocation method according to the present invention;
도 3은 멀티 홉을 사용하는 경우의 프레임 구조를 나타낸 도면이다.3 is a diagram illustrating a frame structure in the case of using multi-hop.
< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ><Description of Symbols for Main Parts of Drawings>
11 : 기지국11: base station
12 : 중계국12: relay station
13 : 중계국을 사용하는 이동국(이동국 type 1)13: Mobile station using relay station (mobile station type 1)
14 : 중계국을 사용하지 않는 이동국(이동국 type 2)14: Mobile station without mobile station (mobile station type 2)
Claims (15)
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Applications Claiming Priority (1)
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| KR1020070127321A KR100945135B1 (en) | 2007-12-10 | 2007-12-10 | Frame Structure and Resource Allocation Method For Wireless Communication Systems With Multi-hop Relay |
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