KR20090100945A - 다중 사용자 자원공유를 위한 채널 할당 시스템 및 다중사용자 자원공유를 위한 채널 할당 방법 - Google Patents

다중 사용자 자원공유를 위한 채널 할당 시스템 및 다중사용자 자원공유를 위한 채널 할당 방법 Download PDF

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KR20090100945A
KR20090100945A KR1020080026480A KR20080026480A KR20090100945A KR 20090100945 A KR20090100945 A KR 20090100945A KR 1020080026480 A KR1020080026480 A KR 1020080026480A KR 20080026480 A KR20080026480 A KR 20080026480A KR 20090100945 A KR20090100945 A KR 20090100945A
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Abstract

다중 사용자의 자원공유를 통해 신호 품질이 낮은 사용자의 신호 품질을 향상시키기 위해 다중 사용자 자원공유를 위한 채널을 효율적으로 할당하는 다중 사용자 자원공유를 위한 채널 할당 시스템 및 다중 사용자 자원공유를 위한 채널 할당 방법이 개시되어 있다. 본 발명의 다중 사용자 자원공유를 위한 채널 할당 시스템은, 각각의 통신채널을 할당 받은 단말기들과, 기 설정된 신호품질기준에 따라 복수개의 단말기를 포함하는 적어도 하나의 그룹을 설정하고, 상기 복수개의 단말기 중 신호품질이 낮은 단말기부터 순차적으로 상기 복수개의 단말기에 할당된 상기 각각의 통신채널 중 채널이득이 큰 통신채널을 선택하여 해당 단말기에 할당하고, 할당된 할당채널을 통해 신호를 송신하도록 상기 복수개의 단말기를 각각 제어하는 기지국을 포함한다.
다중 사용자, 신호품질, 기지국, 그룹

Description

다중 사용자 자원공유를 위한 채널 할당 시스템 및 다중 사용자 자원공유를 위한 채널 할당 방법{CHANNEL ALLOCATION SYSTEM FOR MULTIUSER RESOURCE SHARING AND CHANNEL ALLOCATION METHOD FOR MULTIUSER RESOURCE SHARING}
본 발명은 다중 사용자 자원공유를 위한 채널 할당 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 다중 사용자의 자원공유를 통해 신호 품질이 낮은 사용자의 신호 품질을 향상시키기 위해 다중 사용자 자원공유를 위한 채널을 효율적으로 할당하는 다중 사용자 자원공유를 위한 채널 할당 시스템 및 다중 사용자 자원공유를 위한 채널 할당 방법에 관한 것이다.
현재, 이동통신시스템(Mobile Telecommunication System)이 급속히 발전해 나가고, 또한 상기 이동통신시스템에 기반하는 서비스를 위한 데이터량이 급속하게 증가함에 따라 보다 고속으로 데이터를 전송하기 위한 3세대 이동 통신 시스템이 개발되었다. 이런 3세대 이동 통신 시스템은 기지국간 비동기방식인 WCDMA(광대역 코드분할 다중접속)를 북미는 기지국간 동기방식인 CDMA2000(다중반송파 코드분할 다중접속) 방식을 무선 접속 규격으로 표준화하고 있으며, 상기의 이동통신시스템은 통상적으로 한 기지국을 통해 여러 개의 단말기(MS: Mobile Station)가 교신하 는 형태로 구성된다. 그런데, 이동통신 시스템에서 고속 데이터 전송 시 무선 채널 상에서 발생하는 페이딩(Fading) 현상에 의해 수신 신호의 위상이 왜곡된다. 상기 페이딩은 수신 신호의 진폭을 수 dB에서 수십 dB까지 감소시키므로, 상기 페이딩 현상에 의해 왜곡된 수신 신호의 위상은 데이터 복조 시 보상을 수행하지 않을 경우, 송신측에서 전송한 송신데이터의 정보 오류원인이 되어 이동통신 서비스의 품질을 저하시키게 되는 원인이 된다. 그러므로 이동통신시스템에서 고속 데이터를 서비스 품질 저하 없이 전송하기 위해서는 페이딩을 극복해야만 하고, 이런 페이딩을 극복하기 위해서 여러 가지 방법의 다이버시티(Diversity) 기법이 사용된다.
이러한 다이버시티 기법은, 기지국이 안테나를 복수 개로 구비하고 단말기는 여러 개의 공유채널을 통해 상기 기지국의 복수 개의 안테나로 신호를 송/수신함으로써, 안테나를 통해 전송된 신호가 페이딩 현상으로 인해 그 신호 크기가 감소할 경우, 나머지 다른 안테나를 통해 전송된 신호를 수신하는 기법이다. 이에, 다이버시티 기법을 적용함으로 페이딩 현상을 어느 정도 극복할 수 있다.
하지만, 이러한 다이버시티 기법을 적용하더라도, 한 기지국과 통신하는 여러 개의 단말기들 중 주변의 환경적 요소, 특히 셀경계 지역에 위치하기 때문에 송신하는 신호의 품질이 떨어지는 단말기가 발생하는 경우, 이를 해결할 수 있는 방법이 없다. 이에, 상기의 문제를 해결하기 위해 종래의 CSM(Collaborative Spatial Multiplexing)기술을 적용하는 방법을 생각해 볼 수 있다.
하지만, CSM기술을 적용하더라도 단말기는 단일 안테나를 사용하는 것이 일반적이고, 기지국은 협력 사용자 수 이상의 수신 안테나 수를 확보해야 하는 단점 이 있다. 또한 상향링크에서는 기지국과는 달리 단말기 자체의 이용할 수 있는 송신 전력의 크기가 제한되어 있기 때문에, 신호 품질의 개선에는 한계가 있다.
본 발명은 상기한 사정을 감안하여 창출된 것으로서, 본 발명은 각각의 통신채널을 할당 받은 단말기들과, 기 설정된 신호품질기준에 따라 복수개의 단말기를 포함하는 적어도 하나의 그룹을 설정하고, 상기 복수개의 단말기 중 신호품질이 낮은 단말기부터 순차적으로 상기 복수개의 단말기에 할당된 상기 각각의 통신채널 중 채널이득이 큰 통신채널을 선택하여 해당 단말기에 할당하고, 할당된 할당채널을 통해 신호를 송신하도록 상기 복수개의 단말기를 각각 제어하는 기지국을 포함하는 것을 특징으로 하는 다중 사용자 자원공유를 위한 채널 할당 시스템을 제공하는 데 있다.
본 발명은 상기한 사정을 감안하여 창출된 것으로서, 본 발명은 각각의 통신채널을 할당 받은 단말기들로부터 수신되는 신호에 기초하여, 기지국이 상기 단말기들 각각의 신호품질을 판단하는 단계와, 신호품질 판단결과에 기초하여, 기 설정된 신호품질기준에 따라 복수개의 단말기를 포함하는 적어도 하나의 그룹을 설정하는 단계와, 신호품질 판단결과에 기초하여, 상기 복수개의 단말기 중 신호품질이 낮은 단말기부터 순차적으로 상기 복수개의 단말기에 할당된 상기 각각의 통신채널 중 채널이득이 큰 통신채널을 선택하여 해당 단말기에 할당하는 단계와, 각각 할당된 할당채널을 통해 신호를 송신하도록 상기 복수개의 단말기를 각각 제어하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 다중 사용자 자원공유를 위한 채널 할당 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명은 상기한 사정을 감안하여 창출된 것으로서, 본 발명은 각각의 통신채널을 할당 받은 복수개의 단말기와, 상기 복수개의 단말기들로부터 수신되는 신호의 신호품질을 판단하고, 상기 복수개의 단말기 중 신호품질이 낮은 단말기부터 순차적으로 상기 복수개의 단말기에 할당된 상기 각각의 통신채널 중 채널이득이 큰 통신채널을 선택하여 해당 단말기에 할당하고, 할당된 할당채널을 통해 신호를 송신하도록 상기 복수개의 단말기를 각각 제어하는 기지국을 포함하는 것을 특징으로 하는 다중 사용자 자원공유를 위한 채널 할당 시스템을 제공하는 데 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제 1 관점에 따른 다중 사용자 자원공유를 위한 채널 할당 시스템은, 각각의 통신채널을 할당 받은 단말기들; 및 기 설정된 신호품질기준에 따라 복수개의 단말기를 포함하는 적어도 하나의 그룹을 설정하고, 상기 복수개의 단말기 중 신호품질이 낮은 단말기부터 순차적으로 상기 복수개의 단말기에 할당된 상기 각각의 통신채널 중 채널이득이 큰 통신채널을 선택하여 해당 단말기에 할당하고, 할당된 할당채널을 통해 신호를 송신하도록 상기 복수개의 단말기를 각각 제어하는 기지국을 포함한다.
바람직하게는, 상기 기지국은, 상기 복수개의 단말기 중 최저 신호품질을 갖는 제1단말기에 동일한 그룹에 포함되는 상기 복수개의 단말기에 할당된 상기 각각의 통신채널 중 최고 채널이득을 갖는 제1통신채널을 할당하고, 나머지 단말기 중 최저 신호품질을 갖는 제2단말기에 나머지 통신채널 중 최고 채널이득을 갖는 제2통신채널을 할당할 수 있다.
바람직하게는, 상기 제1통신채널과 상기 제2통신채널은, 상호 직교하는 직교채널인 것이 바람직하다.
바람직하게는, 상기 기지국은, 최대 송신전력을 갖는 신호를 송신하도록 상기 복수개의 단말기를 제어할 수 있다.
바람직하게는, 상기 기지국은, 하향링크 파일럿신호에 의해 상기 단말기들로부터 회신되는 상기 각 단말기들의 SNR(Signal to Noise Ratio)에 기초하여 상기 단말기들 각각의 신호품질을 판단할 수 있다.
바람직하게는, 상기 기지국은, 하향링크 파일럿신호에 의해 상기 단말기들로부터 회신되는 상기 각 단말기들의 SINR(Signal to Interference Plus Noise Ratio)에 기초하여 상기 단말기들 각각의 신호품질을 판단할 수 있다.
바람직하게는, 상기 기지국은, 적어도 하나의 안테나를 구비하고, 상기 복수개의 단말기 개수(M) 및 상기 안테나의 개수(N)에 따라 형성되는 M N MIMO(Multiple Input Multiple Output)에 기초하여, 상기 각 통신채널에 대응하는 상기 복수개의 단말기의 채널이득(h)을 획득할 수 있다.
바람직하게는, 상기 기지국은, 획득한 상기 각 통신채널에 대응하는 상기 복수개의 단말기의 채널이득(h)에 기초하여, 최저 신호품질을 갖는 제1단말기에 대응하는 각 통신채널 간 채널이득(h) 크기를 비교하여 최고 채널이득(h)에 대응하는 제1통신채널을 선택하여 상기 제1단말기에 상기 할당채널로 할당하고, 나머지 단말기 중 최저 신호품질을 갖는 제2단말기에 대응하는 나머지 각 통신채널 간 채널이득(h) 크기를 비교하여 최고 채널이득(h)에 대응하는 제2통신채널을 선택하여 상기 제2단말기에 상기 할당채널로 할당할 수 있다.
바람직하게는, 상기 기지국은, 동일한 그룹에 포함되는 상기 복수개의 단말기로부터 수신되는 수신신호(r)와 상기 복수개의 단말기의 채널이득(h)에 기초하여 상기 복수개의 단말기가 송신한 송신신호(s)를 검출하기 위한 수식에서, 채널이득행렬(H)의 상기 각 통신채널과 상기 각 단말기 간의 채널이득(h)들 중 각 단말기의 해당 할당채널에 대응하는 채널이득(h)을 제외한 나머지 채널이득 값을 “0”으로 설정하여, 상기 복수개의 단말기의 송신신호(s)를 검출할 수 있다.
Figure 112008020748407-PAT00001
수식
여기서,
Figure 112008020748407-PAT00002
은, 공유채널(FM)을 통해 단말기(UM)로부터 수신한 수신신호,
Figure 112008020748407-PAT00003
는, 공유채널(FM)을 통한 단말기(UM) 및 기지국의 안테나(AN)간의 채널이득,
Figure 112008020748407-PAT00004
는, 단말기(UM)가 송신하는 송신신호,
Figure 112008020748407-PAT00005
은, 공유채널(FM)을 통한 안테나(AN)로의 신호 수신 시 노이즈이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제 2 관점에 따른 다중 사용자 자원공 유를 위한 채널 할당 방법은, 각각의 통신채널을 할당 받은 단말기들로부터 수신되는 신호에 기초하여, 기지국이 상기 단말기들 각각의 신호품질을 판단하는 단계; 신호품질 판단결과에 기초하여, 기 설정된 신호품질기준에 따라 복수개의 단말기를 포함하는 적어도 하나의 그룹을 설정하는 단계; 신호품질 판단결과에 기초하여, 상기 복수개의 단말기 중 신호품질이 낮은 단말기부터 순차적으로 상기 복수개의 단말기에 할당된 상기 각각의 통신채널 중 채널이득이 큰 통신채널을 선택하여 해당 단말기에 할당하는 단계; 및 각각 할당된 할당채널을 통해 신호를 송신하도록 상기 복수개의 단말기를 각각 제어하는 단계를 포함한다.
바람직하게는, 상기 할당하는 단계는, 신호품질 판단결과에 기초하여, 상기 복수개의 단말기 중 최저 신호품질을 갖는 제1단말기에 동일한 그룹에 포함되는 상기 복수개의 단말기에 할당된 상기 각각의 통신채널 중 최고 채널이득을 갖는 제1통신채널을 할당하는 단계와, 나머지 단말기 중 최저 신호품질을 갖는 제2단말기에 나머지 통신채널 중 최고 채널이득을 갖는 제2통신채널을 할당하는 단계를 포함할 수 있다.
바람직하게는, 상기 제1통신채널과 상기 제2통신채널은, 상호 직교하는 직교채널인 것이 바람직하다.
바람직하게는, 상기 복수개의 단말기를 각각 제어하는 단계는, 최대 송신전력을 갖는 신호를 송신하도록 상기 복수개의 단말기를 제어할 수 있다.
바람직하게는, 상기 신호품질을 판단하는 단계는, 하향링크 파일럿신호를 상기 단말기들로 송신하는 단계와, 상기 단말기들로부터 회신되는 각 단말기의 SINR(Signal to Interference Plus Noise Ratio)에 기초하여 상기 단말기들 각각의 신호품질을 판단하는 단계를 포함할 수 있다.
바람직하게는, 상기 신호품질을 판단하는 단계는, 하향링크 파일럿신호를 상기 단말기들로 송신하는 단계와, 상기 단말기들로부터 회신되는 각 단말기의 SINR(Signal to Interference Plus Noise Ratio)에 기초하여 상기 단말기들 각각의 신호품질을 판단하는 단계를 포함할 수 있다.
바람직하게는, 상기 할당하는 단계는, 상기 복수개의 단말기 개수(M) 및 상기 기지국의 안테나 개수(N)에 따라 형성되는 M×N MIMO(Multiple Input Multiple Output)에 기초하여, 상기 각각의 통신채널에 대응하는 상기 복수개의 단말기의 채널이득(h)을 획득하는 단계를 포함할 수 있다.
바람직하게는, 상기 할당하는 단계는, 획득한 상기 각각의 통신채널에 대응하는 상기 복수개의 단말기의 채널이득(h)에 기초하여, 최저 신호품질을 갖는 제1단말기에 대응하는 각 통신채널 간 채널이득(h) 크기를 비교하여 최고 채널이득(h)에 대응하는 제1통신채널을 선택하여 상기 제1단말기에 상기 할당채널로 할당하는 단계와, 나머지 단말기 중 최저 신호품질을 갖는 제2단말기에 대응하는 나머지 각 통신채널 간 채널이득(h) 크기를 비교하여 최고 채널이득(h)에 대응하는 제2통신채널을 선택하여 상기 제2단말기에 상기 할당채널로 할당할 수 있다.
바람직하게는, 동일한 그룹에 포함되는 상기 복수개의 단말기로부터 수신되는 수신신호(r)와 상기 복수개의 단말기의 채널이득(h)에 기초하여 상기 복수개의 단말기가 송신한 송신신호(s)를 검출하는 단계를 더 포함할 수 있다.
바람직하게는, 상기 송신신호(s)를 검출하는 단계는, 상기 복수개의 단말기가 송신한 송신신호(s)를 검출하기 위한 수식에서, 채널이득행렬(H)의 상기 각 통신채널과 상기 각 단말기 간의 채널이득(h)들 중 각 단말기의 해당 할당채널에 대응하는 채널이득(h)을 제외한 나머지 채널이득 값을 “0”으로 설정하는 단계와, 설정된 상기 복수개의 단말기가 송신한 송신신호(s)를 검출하기 위한 수식에 기초하여, 상기 복수개의 단말기의 송신신호(s)를 검출하는 단계를 포함할 수 있다.
Figure 112008020748407-PAT00006
수식
여기서,
Figure 112008020748407-PAT00007
은, 공유채널(FM)을 통해 단말기(UM)로부터 수신한 수신신호,
Figure 112008020748407-PAT00008
는, 공유채널(FM)을 통한 단말기(UM) 및 기지국의 안테나(AN)간의 채널이득,
Figure 112008020748407-PAT00009
는, 단말기(UM)가 송신하는 송신신호,
Figure 112008020748407-PAT00010
은, 공유채널(FM)을 통한 안테나(AN)로의 신호 수신 시 노이즈이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제 3 관점에 따른 다중 사용자 자원공유를 위한 채널 할당 시스템은, 각각의 통신채널을 할당 받은 복수개의 단말기; 및 상기 복수개의 단말기들로부터 수신되는 신호의 신호품질을 판단하고, 상기 복수개의 단말기 중 신호품질이 낮은 단말기부터 순차적으로 상기 복수개의 단말기에 할당된 상기 각각의 통신채널 중 채널이득이 큰 통신채널을 선택하여 해당 단말기에 할당하고, 할당된 할당채널을 통해 신호를 송신하도록 상기 복수개의 단말기를 각각 제어하는 기지국을 포함한다.
바람직하게는, 상기 기지국은, 상기 복수개의 단말기 중 최저 신호품질을 갖는 제1단말기에 상기 복수개의 단말기에 할당된 상기 각각의 통신채널 중 최고 채널이득을 갖는 제1통신채널을 할당하고, 나머지 단말기 중 최저 신호품질을 갖는 제2단말기에 나머지 통신채널 중 최고 채널이득을 갖는 제2통신채널을 할당할 수 있다.
바람직하게는, 상기 제1통신채널과 상기 제2통신채널은, 상호 직교하는 직교채널인 것이 바람직하다.
바람직하게는, 상기 기지국은, 최대 송신전력을 갖는 신호를 반복 송신하도록 상기 복수개의 단말기를 제어할 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이, 다중 사용자 자원공유를 위한 채널 할당 시스템 및 다중 사용자 자원공유를 위한 채널 할당 방법에 의하면, 여러 개의 통신채널을 이용할 수 있는 그룹 내의 복수개의 단말기 중 최저 신호품질을 갖는 단말기부터 우선하여, 해당 단말기에 대응하는 각 통신채널 중 채널이득이 가장 크고 이전에 타 단말기에 할당된 통신채널과 직교하는 통신채널을 선택하여 해당 단말기에 할당 하는 순차적인 과정을 반복하여, 그룹 내의 복수개의 단말기에 각 할당채널을 할당하고, 각 할당된 할당채널을 통해 신호를 송신하도록 복수개의 단말기 각각을 제어함으로써, 신호품질이 좋은 단말기의 신호품질에 영향을 미치지 않으면서 셀경계 지역에 위치하기 때문에 송신하는 신호의 품질이 떨어지는 단말기의 신호품질을 개선할 수 있고, 각 단말기는 다중 경로를 통한 채널 다이버시티 이득을 극대화 할 수 있고, 각 단말기에 직교채널이 할당됨에 따라 각 단말기 간의 상호 간섭을 방지할 수 있는 효과를 갖는다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명한다.
본 발명의 다중 사용자 자원공유를 위한 채널 할당 시스템은 도 1에 도시된 바와 같이, 기지국(20)과, 기지국(20)과 신호를 송/수신하는 여러 개의 단말기들을 포함한다. 여기서 단말기들은 각각의 통신채널을 할당 받은 상태인 것이 바람직하다.
기지국(20)은, 여러 개의 단말기들로부터 수신되는 신호의 품질을 판단하고, 기 설정된 신호품질기준에 따라 복수개의 단말기를 포함하는 적어도 하나의 그룹을 설정하고, 복수개의 단말기 중 신호품질이 낮은 단말기부터 순차적으로 복수개의 단말기에 할당된 각각의 통신채널 중 채널이득이 큰 통신채널을 선택하여 해당 단말기에 할당하고, 할당된 할당채널을 통해 신호를 송신하도록 복수개의 단말기를 각각 제어한다.
이하에서, 도 2를 참조하여 본 발명에 따른 다중 사용자 자원공유를 위한 채널 할당 시스템에서 기지국(20)의 구성 및 기지국(20)과 복수개의 단말기 간에 신호 송/수신을 설명하도록 한다.
도 2에 도시된 바와 같이, 기지국(20)은, 적어도 하나의 안테나(10)와, 각각의 통신채널을 할당 받은 외부의 단말기들로부터 수신되는 신호의 신호품질을 판단하는 신호품질 판단모듈(21)과, 신호품질판단모듈(21)의 판단결과에 기초하여, 기 설정된 신호품질기준에 따라 복수개의 단말기를 포함하는 적어도 하나의 그룹(1,2)을 설정하는 그룹 스케쥴러(22)와, 신호품질판단모듈(21)의 판단결과에 기초하여, 복수개의 단말기 중 신호품질이 낮은 단말기부터 순차적으로 복수개의 단말기에 할당된 각각의 통신채널 중 채널이득이 큰 통신채널을 선택하여 해당 단말기에 할당하고, 할당된 할당채널을 통해 신호를 송신하도록 복수개의 단말기를 각각 제어하는 제어모듈(24)을 포함한다. 여기서, 각각의 통신채널 개수는 그룹 내의의 복수개의 단말기 개수 M개와 동이하며, 기지국(20)의 안테나(10)의 개수는 N개이다.
이하에서 신호품질 판단모듈(21), 그룹 스케쥴러(22), 제어모듈(24)을 좀 더 상세하게 설명하면, 다음과 같다.
신호품질 판단모듈(21)은, 각각의 통신채널을 할당 받은 외부의 단말기들로부터 수신되는 신호에 기초하여 각 단말기들의 신호품질을 판단한다. 이러한 신호품질 판단모듈(21)은, 하향링크 파일럿 신호를 주기적으로 단말기들로 송신한다. 이에, 신호품질 판단모듈(21)은 단말기들로부터 파일럿 신호에 대응하여 회신되는 소정의 신호에 기초하여, 각 단말기들의 신호품질을 판단할 수 있다.
여기서, 신호품질을 판단하는 하나의 측정예로서, 하향링크 파일럿 신호에 의해 단말기들로부터 기지국(20)으로 회신되는 SNR(Signal to Noise Ratio)에 기초하여, 신호품질 판단모듈(21)이 단말기들의 신호품질을 판단하는 것이 바람직하다. 즉, 단말기들로부터 파일럿 신호에 대응하여 회신되는 소정의 신호는 SNR일 수 있다. 일반적으로 SNR이 크면 신호품질이 좋고, SNR이 낮으면 신호품질이 나쁘다. 또한, 신호품질 판단모듈(21)은 하향링크 파일럿 신호에 의해 단말기들로부터 회신되는 SINR(Signal to Interference Plus Noise Ratio)에 기초하여 각 단말기의 신호품질을 판단하는 것도 가능하다. 즉, 단말기들로부터 파일럿 신호에 대응하여 회신되는 소정의 신호는 SINR일 수 있다. 이하에서는 설명의 편의를 위핸 신호품질을 SNR에 기초하여 판단하는 것으로 설명하도록 한다.
이처럼, 기지국(20)은, 하향링크 파일럿 신호를 자신의 셀 영역 내에 존재하는 단말기들로 주기적으로 송신하고, 이에 대응하여 회신되는 각 단말기의 SNR에 기초하여 단말기들 각각의 신호품질을 판단할 수 있다.
그룹 스케쥴러(22)는, 신호품질판단모듈(21)의 판단결과에 기초하여 각 단말기들의 신호품질을 파악하고, 기 설정된 신호품질기준에 따라 복수개의 단말기를 포함하는 적어도 하나의 그룹을 설정한다. 여기서, 신호품질기준이란, 기지국(20)의 셀 영역 내에 존재하는 여러 단말기들을 각 단말기의 신호품질을 고려하여 복수개의 단말기를 포함하는 그룹으로 나누어 설정하기 위해 미리 설정된 가장 바람직한 그룹핑 기준일 수 있으며, 이러한 신호품질기준은 여러 차례의 실험을 통해 얻어진 결과치인 것이 바람직하다. 물론, 그룹 스케쥴러(22)는 기지국(20)의 셀 영역 내에 존재하는 여러 단말기들을 종래의 그룹핑 방식을 적용하여 복수개의 단말기를 포함하는 적어도 하나의 그룹으로 나누어 설정하는 것도 가능하다.
여기서, 그룹 스케쥴러(22)가 복수개의 단말기를 포함하는 적어도 하나의 그룹(1,2)을 설정함에 있어서, SNR의 차이가 큰 단말기들을 하나의 그룹으로 설정하는 것이 바람직하다. SNR이 큰 즉, 신호품질이 좋은 단말기는 통신채널 할당의 순서에 관계없이 어떤 통신채널을 할당 받더라도 성능 저하가 거의 없지만, SNR 이 낮은 즉, 신호품질이 나쁜 단말기는 채널이득에 기인한 성능의 변동폭이 클 수 있기 때문에 신호품질이 낮은 단말기가 통신채널 선택의 우선권을 갖는 것이 성능 최적화의 정도라 할 수 있다.
즉, 그룹 스케쥴러(22)는 신호품질판단모듈(21)의 판단결과에 기초하여 각 단말기들의 신호품질을 파악하고, SNR의 차이가 큰 단말기들(예 : 셀 중심에 가까운 단말기, 셀 경계에 가까운 단말기)을 하나의 그룹으로 설정하는 것이 바람직하다.
이처럼, 기지국(20)은, 자신의 셀 영역 내에 존재하는 단말기들의 신호품질에 따라 복수개의 단말기(U1, U2)를 포함하는 그룹(1)과, 복수개의 단말기(U1', U2', U3', U4')를 포함하는 그룹(2)을 설정할 수 있다. 즉, 그룹(1)의 통신채널 개수 M은 그룹(1) 내의 단말기 개수 2개와 동일하며, 그룹(2)의 통신채널 개수 M은 그룹(2) 내의 단말기 개수 4개와 동일하다 하겠다.
제어모듈(24)은, 신호품질판단모듈(21)의 판단결과에 기초하여, 그룹에 설정된 복수개의 단말기 중 최저 신호품질을 갖는 제1단말기에 동일한 그룹에 포함되는 복수개의 단말기에 할당된 각각의 통신채널 중 최고 채널이득을 갖는 제1통신채널을 할당하고, 나머지 단말기 중 최저 신호품질을 갖는 제2단말기에 나머지 통신채널 중 최고 채널이득을 갖는 제2통신채널을 할당한다. 여기서, 제1통신채널과 제2통신채널은, 상호 직교하는 직교채널인 것이 바람직하다.
즉, 제어모듈(24)은, 신호품질판단모듈(21)의 판단결과에 기초하여, 그룹에 설정된 복수개의 단말기 중 최저 신호품질을 갖는 제1단말기에 각각의 통신채널 중 최고 채널이득을 갖는 제1통신채널을 할당하고, 나머지 단말기 중 최저 신호품질을 갖는 제2단말기에 나머지 통신채널 중 최고 채널이득을 갖으며 제1통신채널에 직교하는 제2통신채널을 할당하는 것이 바람직하다.
여기서, 통신채널을 할당하는 과정을 좀 더 상세히 설명하도록 한다.
전술하였듯이, 기지국(20)은 도 2에서 알 수 있듯이 복수 개의 안테나(10)를 구비하며, 안테나(10)의 개수는 N개라고 한다.
제어모듈(24)은, 하나의 그룹으로 묶인 단말기의 개수(M) 및 안테나의 개수(N)에 따라 형성되는 M×N MIMO(Multiple Input Multiple Output)에 기초하여, 각 통신채널(F1,F2…FM)에 대응하는 복수개의 단말기 각각의 채널이득(h)을 획득한다.
여기서, M×N MIMO에 의한 채널이득행렬(H)은 다음과 같다.
H =
Figure 112008020748407-PAT00011
여기서, h는 채널이득을 의미하며, 예를 들어
Figure 112008020748407-PAT00012
을 설명하면 (1)은 신호를 송신하는 통신채널(F1)을 의미하고 12에서 2는 그룹 내에서 신호를 송신하는 단말기(U2), 1은 신호를 수신하는 기지국(20)의 안테나(A1)를 의미한다. 즉
Figure 112008020748407-PAT00013
는, 통신채널(F1)을 통한 단말기(U2) 및 기지국(20) 제1안테나(A1)간의 채널이득이다.
그리고 제어모듈(24)은, 획득한 각 통신채널(F1,F2…FM)에 대응하는 복수개의 단말기 각각의 채널이득(h)에 기초하여, 최저 신호품질을 갖는 제1단말기를 우선하여, 제1단말기에 대응하는 각 통신채널별 채널이득(h)의 크기를 비교한다. 제어모듈(24)은, 비교결과 제1단말기에 대응하는 각 통신채널별 채널이득(h) 중 최고 채널이득(h)에 대응하는 제1통신채널을 선택하여 제1단말기에 할당채널로 할당한다. 이후, 제어모듈(24)은, 제1단말기를 제외한 나머지 단말기 중 최저 신호품질을 갖는 제2단말기를 우선하여, 제2단말기에 대응하는 나머지 각 통신채널 즉 제1통신채널을 제외한 나머지 각 통신채널별 채널이득(h)의 크기를 비교하고, 최고 채널이득(h)에 대응하는 제2통신채널을 선택하여 제2단말기에 할당채널로 할당한다.
이처럼, 제어모듈(24)은, 그룹 내의 복수개의 단말기 중 최저 신호품질을 갖 는 단말기부터 해당 단말기에 대응하는 각 통신채널 중 채널이득(h)이 가장 큰 통신채널을 선택하여 해당 단말기에 할당하는 순차적인 과정을 반복하여, 그룹 내의 복수개의 단말기에 각 할당채널을 할당할 수 있다.
그리고, 제어모듈(24)은 할당된 할당채널을 통해 신호를 송신하도록 복수개의 단말기를 각각 제어한다. 이때, 제어모듈(24)은 할당된 할당채널을 통해 최대 송신전력을 갖는 신호를 반복 송신하도록 복수개의 단말기를 각각 제어하는 것이 바람직하다.
여기서, 도 3a, 도 3b를 참조하여, 본 발명에 따라 단말기 M개(U1,U2…UM)를 하나의 그룹으로 설정하고 M개의 단말기가 M개의 통신채널을 통해 송신하는 송신신호를 송신전력을 통신채널 별로 보여주고, 그 중 통신채널(FM) 즉 단말기(UM)에 할당된 할당채널을 통한 단말기(UM)에 해당하는 1 N SIMO를 설명하도록 한다.
제어모듈(24)은, 단말기의 개수(M) 및 안테나의 개수(N)에 따라 형성되는 M×N MIMO에 기초하여, 그룹 내의 단말기 M개(U1,U2…UM) 중 신호품질이 가장 좋지 않은 최저 신호품질의 제1단말기기에 해당하는 단말기(예 : 단말기(U1))를 우선하여, 단말기(U1)에 대응하는 각 통신채널(F1,F2…FM)별 채널이득(h) 즉,
Figure 112008020748407-PAT00014
과,
Figure 112008020748407-PAT00015
과, …
Figure 112008020748407-PAT00016
을 획득하여 각각을 비교한다. 여기서, 각 단말기(U1,U2…UM)의 SNR 크기가 U1 < UM < … < U2 이고, 단말기(U1)의 신호품질이 가장 낮고, 단말기(U2)의 신호품질이 가장 높은 것으로 설명한다.
이에, 제어모듈(24)은 크기가 가장 큰 최고 채널이득(h)을 갖는 해당하는 제1통신채널을 판단한다. 여기서, 통신채널(F1)에 대응하는 채널게인
Figure 112008020748407-PAT00017
이 가장 크다고 가정하면, 제어모듈(24)은 비교결과 통신채널(F1)에 대응하는
Figure 112008020748407-PAT00018
이 가장 크다고 판단하고, 단말기(U1)의 할당채널로서 통신채널(F1)을 할당한다.
그리고, 제어모듈(24)은 단말기(U1)를 제외한 나머지 단말기(U2…UM) 중 최저 신호품질을 갖는 제2단말기에 해당하는 단말기(UM)를 우선하여, 단말기(U2)에 대응하는 나머지 각 통신채널(F2…FM) 즉 통신채널(U1)을 제외한 나머지 각 통신채널(F2…FM)별 채널이득(h)의 크기를 비교한다.
이에, 제어모듈(24)은 크기가 가장 큰 최고 채널이득(h)을 갖는 해당하는 제2통신채널을 판단한다. 여기서, 통신채널(FM)에 대응하는 채널게인
Figure 112008020748407-PAT00019
이 가장 크고 통신채널(FM)이 통신채널(F1)에 직교한다고 가정하면, 제어모듈(24)은 비교결과 통신채널(FM)에 대응하는
Figure 112008020748407-PAT00020
이 가장 크다고 판단하고, 단말기(UM)의 할당채널로서 통신채널(FM)을 할당한다.
이처럼, 제어모듈(24)은 그룹 내의 복수개의 단말기 중 최저 신호품질을 갖는 단말기부터 우선하여 해당 단말기에 대응하는 각 통신채널 중 채널이득(h)이 가장 큰 통신채널을 선택하여 해당 단말기에 할당하고, 나머지 단말기들 중 최저 신호품질을 갖는 단말기를 우선하여 해당 단말기에 대응하는 나머지 각 통신채널 중 채널이득(h)이 가장 크고 먼저 할당된 통신채널에 직교하는 통신채널을 선택하여 해당 단말기에 할당하는 과정을 반복한다. 그리고, 제어모듈(24)은, 신호품질이 낮은 단말기 순서대로 할당채널을 할당한 후, 그룹 내의 마지막 단말기 즉 신호품질이 가장 높은 단말기(U2)에는 마지막 남은 통신채널(예 : 통신채널(F2))을 할당채널로서 할당한다.
이에, 도 3a에 도시된 바와 같이, 제어모듈(24)은 자신에게 할당된 할당채널을 통해 신호를 송신하도록 복수개의 단말기(U1,U2…UM)를 각각 제어한다.
이에, 단말기(UM)를 언급하여 설명하면, 기지국(20)은 도 3b에 도시된 바와 같이, 통신채널(FM)을 할당채널로서 할당받은 단말기(UM)가 할당채널인 통신채널(FM)을 통해 송신하는 송신신호(
Figure 112008020748407-PAT00021
), 단말기(UM)가 통신채널(FM)을 통해 안테나(A1)로 송신하는 채널이득
Figure 112008020748407-PAT00022
, 단말기(UM)가 통신채널(FM)을 통해 안테나(A2)로 송신하는 채널이득
Figure 112008020748407-PAT00023
, ... 단말기(UM)가 통신채널(FM)을 통해 안테나(AN)로 송신하는 채널이득
Figure 112008020748407-PAT00024
등에 기초한 1×N SIMO의 채널환경을 얻을 수 있다.
이에, 본 발명에 따른 다중 사용자 자원공유를 위한 채널 할당 시스템에서는, 여러 개의 통신채널을 이용할 수 있는 그룹 내의 복수개의 단말기 중 최저 신호품질을 갖는 단말기부터 우선하여, 해당 단말기에 대응하는 각 통신채널 중 채널이득(h)이 가장 크고 이전에 타 단말기에 할당된 통신채널과 직교하는 통신채널을 선택하여 해당 단말기에 할당하는 순차적인 과정을 반복하여, 그룹 내의 복수개의 단말기에 각 할당채널을 할당하고, 각 할당된 할당채널을 통해 신호를 송신하도록 복수개의 단말기 각각을 제어함으로써, 신호품질인 좋은 단말기의 신호품질에 영향을 미치지 않으면서 셀경계 지역에 위치하기 때문에 송신하는 신호의 품질이 떨어지는 단말기의 신호품질을 개선할 수 있고, 각 단말기는 다중 경로를 통한 채널 다이버시티 이득을 극대화 할 수 있고, 각 단말기에 직교채널이 할당됨에 따라 상호 간섭을 방지할 수 있다.
이하에서는, 도 4a, 도 4b 및 도 4c를 참조하여 2개의 단말기(U1,U2)가 한 그룹(1)으로 설정되고, U1의 신호품질이 U2의 신호품질보다 높고, 기지국(20)이 2개의 안테나(A1,A2)를 갖는 것을 실시예로 하여, 본 발명을 설명하도록 한다.
제어모듈(24)은, 그룹으로 묶인 2개의 단말기(U1,U2) 및 기지국(20)이 2개의 안테나(A1,A2)에 따라 형성되는 2 2 MIMO(Multiple Input Multiple Output)에 기초하여, 각 통신채널(F1,F2)에 대응하는 단말기(U1,U2) 각각의 채널이득(h)을 획득한다.
여기서, 2×2 MIMO에 의한 채널이득행렬(H)은 다음과 같다.
H =
Figure 112008020748407-PAT00025
제어모듈(24)은, 2×2 MIMO에 기초하여, 그룹 내의 단말기(U1,U2) 중 신호품질이 가장 좋지 않은 최저 신호품질의 단말기(U2)를 우선하여, 단말기(U2)에 대응하는 각 통신채널(F1,F2)별 채널이득(h) 즉,
Figure 112008020748407-PAT00026
과,
Figure 112008020748407-PAT00027
을 획득하여 각각을 비교한다. 여기서, 통신채널(F2)에 대응하는 채널이득
Figure 112008020748407-PAT00028
이 크다고 가정한다. 이에, 제어모듈(24)은 채널이득이 가장 크다고 판단되는 통신채널(F2)을 단말기(U2)의 할당채널로서 할당한다.
그리고, 제어모듈(24)은 나머지 단말기이면서 마지막 단말기인 단말기(U1)에는 마지막 남은 통신채널(F1)을 할당채널로서 할당한다.
이에, 도 4b에 도시된 바와 같이, 제어모듈(24)은 자신에게 할당된 할당채널을 통해 신호를 송신하도록 단말기(U1,U2)를 각각 제어한다.
이처럼, 본 발명에 따른 다중 사용자 자원공유를 위한 채널 할당 시스템에 따르면, 그룹 내의 복수개의 단말기(U1,U2) 중 최저 신호품질을 갖는 단말기부터 우선하여, 해당 단말기에 대응하는 각 통신채널 중 채널이득(h)이 가장 크고 이전에 타 단말기에 할당된 통신채널과 직교하는 통신채널을 선택하여 해당 단말기에 할당하는 순차적인 과정을 반복하여, 그룹 내의 복수개의 단말기(U1,U2)에 각 할당채널을 할당하고, 각 할당된 할당채널을 통해 신호를 송신하도록 복수개의 단말기(U1,U2) 각각을 제어함으로써, 신호품질인 좋은 단말기(U1)의 신호품질에 영향을 미치지 않으면서 셀경계 지역에 위치하기 때문에 송신하는 신호의 품질이 떨어지는 단말기(U2)의 신호품질을 개선할 수 있고, 각 단말기(U1,U2)는 다중 경로를 통한 채널 다이버시티 이득을 극대화 할 수 있고, 각 단말기(U1,U2)에 직교채널이 할당됨에 따라 상호 간섭을 방지할 수 있다.
이처럼, 단말기(U2)는 자신에게 할당된 통신채널(F2)로, 단말기(U1)는 자신에게 할당된 통신채널(F1)로 신호를 송신하기 때문에, 기지국(20)은 도 4a의 (a)에 도시된 바와 같이, 단말기(U2)가 할당채널로서 할당받은 통신채널(F2)을 통해 송신 하는 송신신호, 통신채널(F2)을 통해 안테나(A1), 안테나(A2)로 송신하는 채널이득 등에 기초한 1×2 SIMO의 채널환경을 얻을 수 있고, 도 4a의 (b)에 도시된 바와 같이, 단말기(U1)가 할당채널로서 할당받은 통신채널(F1)을 통해 송신하는 송신신호, 통신채널(F1)을 통해 안테나(A1), 안테나(A2)로 송신하는 채널이득 등에 기초한 1×2 SIMO의 채널환경을 얻을 수 있다.
한편, 제어모듈(24)은, 2×2 MIMO에 기초하여, 그룹 내의 단말기(U1,U2) 중 신호품질이 가장 좋지 않은 최저 신호품질의 단말기(U2)를 우선하여, 단말기(U2)에 대응하는 각 통신채널(F1,F2)별 채널이득(h) 즉,
Figure 112008020748407-PAT00029
과,
Figure 112008020748407-PAT00030
을 획득하여 각각을 비교한 결과, 통신채널(F1)에 대응하는 채널이득
Figure 112008020748407-PAT00031
이 크다고 가정한다면, 제어모듈(24)은 채널이득이 가장 크다고 판단되는 통신채널(F1)을 단말기(U2)의 할당채널로서 할당하고, 나머지 단말기이면서 마지막 단말기인 단말기(U1)에는 마지막 남은 통신채널(F2)을 할당채널로서 할당할 것이다.
이에, 도 4c에 도시된 바와 같이, 제어모듈(24)은 자신에게 할당된 할당채널을 통해 신호를 송신하도록 단말기(U1,U2)를 각각 제어한다.
여기서, 기지국(20)은 복수 개의 단말기로부터 수신하는 수신신호에 기초하여 단말기가 송신한 송신신호를 검출하여 그 송신신호를 해당 목적지(타 단말기 또는 타 기지국)로 전달해야 한다. 그러기 위해서 기지국(20)은 복수 개의 단말기가 송신하는 송신신호를 수신신호로부터 각각 검출해야 한다.
이에, 본 발명의 다중 사용자 자원공유를 위한 채널 할당 시스템에서 기지국(20)은, 동일한 그룹으로 설정된 복수개의 단말기로부터 수신되는 수신신호(r)와 채널이득(h)을 알고 있기 때문에, 수신신호(r)와 채널이득(h)에 기초하여 복수개의 단말기 각각이 송신한 송신신호(s)를 검출하기 위한 아래의 수식(1)과 같은 매트릭스모델을 얻을 수 있다.
Figure 112008020748407-PAT00032
수식(1)
이러한 매트릭스모델은, 일반적으로 단말기의 송신신호(s)를 검출하기 위한 수식인, 기지국측 수신신호(r)=채널이득(h) 단말기측 송신신호(s)+노이즈(n)에 기초한 것이다. 여기서,
Figure 112008020748407-PAT00033
은, 공유채널(FM)을 통해 단말기(UM)로부터 수신한 수신신호,
Figure 112008020748407-PAT00034
는, 공유채널(FM)을 통한 단말기(UM) 및 기지국의 안테나(AN)간의 채널이득,
Figure 112008020748407-PAT00035
는, 단말기(UM)가 송신하는 송신신호,
Figure 112008020748407-PAT00036
은, 공유채널(FM)을 통한 안테나(AN)로의 신호 수신 시 노이즈이다.
여기서, 제어모듈(24)은 채널이득행렬(H)에서 각 통신채널과 각 단말기 간의 채널이득(h) 중 각 단말기의 해당 할당채널에 대응하는 채널이득(h)을 제외한 나머지 채널이득 값을 “0”으로 설정하고, 이처럼 설정된 매트릭스모델을 통해 복수개 의 단말기 각각의 송신신호(s)를 검출한다.
이해를 돕기 위해, 도 4b의 실시를 예로 하여 기지국(20)이 송신 신호(S1,S2)를 검출하기 위한 매트릭스모델을 설명하면 다음과 같다.
기지국(20)의 제어모듈(24)은 단말기 2개(U1,U2)로부터 수신한 각 통신채널(F1,F2)별 수신신호(
Figure 112008020748407-PAT00037
)을 알고 채널이득행렬(H)을 알고 있다. 여기서, 단말기(U2)의 할당채널은 통신채널(F2), 단말기(U1)의 할당채널은 통신채널(F1)이다.
이에, 제어모듈(24)은 다음의 수식(2)과 같은 매트릭스모델을 얻는다.
Figure 112008020748407-PAT00038
수식(2)
즉, 수식(2)은, 채널이득행렬(H)에서 각 통신채널(F1, F2)과 각 단말기(U1,U2) 간의 채널이득(h)들 중 단말기(U1,U2)의 해당 할당채널에 대응하는 채널이득(h)을 제외한 나머지 채널이득 값을 “0”으로 설정하고, 다시 말해 각 통신채널(F1, F2)과 단말기(U2) 간의 채널이득(h)들 중 단말기(U2)의 해당 할당채널인 통신채널(F2)에 대응하는 채널이득(h)을 제외한 나머지 채널이득 값을 “0”으로 설정, 각 통신채널(F1, F2)과 단말기(U1) 간의 채널이득(h)들 중 단말기(U1)의 해당 할당채널인 통신채널(F1)에 대응하는 채널이득(h)을 제외한 나머지 채널이득 값을 “0”으로 설정한다. 이는, 각 제어모듈(20)이 신호를 송신하도록 각 단말기(U1,U2)를 제어할 때, 단말기(U2)는 해당 할당채널인 통신채널(F2)을 통해 신호를 송신하고, 단말기(U1)는 통신채널(F2)과 직교하는 해당 할당채널인 통신채널(F1)을 통해 신호를 송신하도록 각각의 단말기(U1,U2)에 각 통신채널을 할당함에 따른 결과이다.
이에, 제어모듈(24)은 1×2 SIMO의 채널환경에 해당하는 수식(2)에 기초하여, 각 단말기(U1,U2)의 송신 신호(S1,S2)를 각각 검출할 수 있다. 이때, 본 발명의 수식(2)에 기초하여 제어모듈(24)이 각 송신 신호를 검출하는 것은, 직교하는 통신채널별로 단말기가 할당되기 때문에, 즉 하나의 통신채널에 여러 단말기의 신호가 수신되지 않고 독립되기 때문에, 종래의 M×N MIMO의 채널환경에 기반을 둔 Optimal odering을 이용하는 VBLAST기법과 같은 검출 방식을 채택할 필요가 없다.
따라서, 본 발명에 따른 다중 사용자 자원공유를 위한 채널 할당 시스템은, 각 단말기별로 직교하는 통신채널을 독립적으로 할당하기 때문에, 기지국(20)이 각 단말기로부터 수신되는 수신신호에서 송신신호를 검출함에 있어서 기지국(20)의 수신기(미도시) 구조 역시 단순화되는 효과를 이끌어 낼 수 있다.
이하에서는, 도 5를 참조하여, 전술한 바와 같은 본 발명의 다중 사용자 자원공유를 위한 채널 할당 시스템에서의 다중 사용자 자원공유를 위한 채널 할당 방법을 설명하도록 한다.
먼저, 기지국(20)은 자신의 셀 영역 내의 단말기들을 그룹으로 설정하기 위 한 신호품질기준을 기 설정한다(S10). 그리고, 기지국(20)은, 각각의 통신채널을 할당 받은 단말기들로부터 수신되는 신호에 기초하여, 단말기들 각각의 신호품질을 판단한다(S20).
이처럼 신호품질을 판단하는 S20단계를 좀 더 상세히 설명하면, 기지국의 신호품질 판단모듈(21)은, 하향링크 파일럿 신호를 주기적으로 단말기들로 송신한다(S22). 이에, 신호품질 판단모듈(21)은 단말기들로부터 파일럿 신호에 대응하여 회신되는 소정의 신호 예를 들면 회신되는 SNR(Signal to Noise Ratio)를 수신하고(S24), 수신된 SNR에 기초하여, 단말기들 각각의 신호품질을 판단한다(S26).
그리고, 기지국(20)은 신호품질판단모듈(21)의 판단결과에 기초하여 각 단말기들의 신호품질을 파악하고, 기 설정된 신호품질기준에 따라 복수개의 단말기를 포함하는 적어도 하나의 그룹을 설정한다(S30).
기지국(20)은, 그룹별로 그룹 내에 속하는 복수개의 단말기들의 각 신호품질을 비교하여 최저 신호품질의 단말기부터 최고 신호품질의 단말기 순으로 우선순위를 인식한다(S40). 그리고, 기지국(20)은 그룹 내의 복수개의 단말기 및 기지국(20)의 안테나(10)의 개수(N)에 따라 각 통신채널(F1,F2…FM)에 대응하는 복수개의 단말기 각각의 채널이득(h)을 획득한다(S50). 이처럼, 각 통신채널(F1,F2…FM)에 대응하는 복수개의 단말기 각각의 채널이득(h)을 획득하는 것은, 그룹 내의 단말기의 개수(M) 및 안테나의 개수(N)에 따라 형성되는 M×N MIMO(Multiple Input Multiple Output)에 기초하여 획득할 수 있으며, M×N MIMO에 의한 채널이득행렬(H)은 다음과 같다.
H =
Figure 112008020748407-PAT00039
그리고 기지국(20)은, S40단계에서 인식한 최저 신호품질의 단말기부터 최고 신호품질의 단말기 순으로 우선순위에 따라, 획득한 각 통신채널(F1,F2…FM)에 대응하는 복수개의 단말기 각각의 채널이득(h)에 기초하여, 최저 신호품질의 단말기부터 순차적으로 각각의 통신채널 중 최고 채널이득을 갖는 통신채널을 선택하여 해당 단말기에 할당채널로서 할당한다(S60). 이때, 단말기에 할당되는 할당채널은, 이전 단말기에 할당한 할당채널에 직교하는 직교채널인 것이 바람직하다.
여기서, S60단계를 도 6을 참조하여 좀 더 상세하게 설명하도록 한다. 먼저, 기지국(20)의 제어모듈(24)은, S40단계에서 인식한 최저 신호품질의 단말기부터 최고 신호품질의 단말기 순으로 우선순위에 따라, 최저 신호품질의 제1단말기를 우선하여, 제1단말기에 대응하는 각 통신채널별 채널이득(h)의 크기를 비교한다(S61). 그리고, 제어모듈(24)은 비교결과 제1단말기에 대응하는 각 통신채널별 채널이득(h) 중 최고 채널이득(h)에 대응하는 제1통신채널을 선택하여 제1단말기에 할당채널로 할당한다(S62).
제어모듈(24)은 제1단말기를 제외한 나머지 단말기 중 최저 신호품질을 갖는 제2단말기를 우선하여, 제2단말기에 대응하는 나머지 각 통신채널 즉, 제1통신채널을 제외한 나머지 각 통신채널별 채널이득(h)의 크기를 비교한다(S63). 그리고, 제어모듈(24)은 비교결과 최고 채널이득(h)에 대응하며 제1통신채널에 직교하는 제2통신채널을 선택하여 제2단말기에 할당채널로 할당한다(S64).
제어모듈(24)은, 나머지 단말기가 그룹 내의 마지막 단말기인지를 판단하고(S65), 마지막 단말기가 아니면 S63단계로 진입하여 그룹 내의 나머지 단말기에 대응하는 나머지 통신채널 중 채널이득(h)이 최고 채널이득(h)에 대응하는 통신채널을 선택하여 해당 단말기에 할당하는 과정을 순차적으로 반복한다. S65의 판단결과, 나머지 단말기가 그룹 내의 마지막 단말기인 경우, 제어모듈(24)은 마지막 단말기에 마지막 남은 통신채널을 할당채널로 할당한다(S66).
이처럼, 각 단말기에 할당채널로서의 통신채널을 할당하는 S60단계 이후, 기지국(20)은 단말기 각각에게 할당한 할당채널에 해당하는 통신채널을 통해 송신신호를 송신하도록 복수개의 단말기를 제어한다(S70).
그리고, 기지국(20)은 수신신호(r)와 채널이득(h)에 기초하여 복수개의 단말기 각각이 송신한 송신신호(s)를 검출하기 위한 아래의 수식(1)과 같은 매트릭스모델 중 채널이득행렬(H)에서 각 통신채널과 각 단말기 간의 채널이득(h) 중 각 단말기의 해당 할당채널에 대응하는 채널이득(h)을 제외한 나머지 채널이득 값을 “0”으로 설정하고, 이처럼 설정된 본 발명의 매트릭스모델을 통해 복수개의 단말기 각각의 송신신호(s)를 검출한다.
Figure 112008020748407-PAT00040
수식(1)
여기서, 수식(1)의 매트릭스모델은, 일반적으로 단말기의 송신신호(s)를 검출하기 위한 수식인, 기지국측 수신신호(r)=채널이득(h)×단말기측 송신신호(s)+노이즈(n)에 기초한 것이다. 여기서,
Figure 112008020748407-PAT00041
은, 공유채널(FM)을 통해 단말기(UM)로부터 수신한 수신신호,
Figure 112008020748407-PAT00042
는, 공유채널(FM)을 통한 단말기(UM) 및 기지국의 안테나(AN)간의 채널이득,
Figure 112008020748407-PAT00043
는, 단말기(UM)가 송신하는 송신신호,
Figure 112008020748407-PAT00044
은, 공유채널(FM)을 통한 안테나(AN)로의 신호 수신 시 노이즈이다.
여기서, 채널이득행렬(H)에서 각 통신채널과 각 단말기 간의 채널이득(h) 중 각 단말기의 해당 할당채널에 대응하는 채널이득(h)을 제외한 나머지 채널이득 값을 “0”으로 설정하는 것은, 기지국(20)의 제어모듈(20)이 신호를 송신하도록 각 단말기(U1,U2)를 제어할 때, 각 단말기가 할당된 해당 할당채널을 통해 신호를 송신하도록 각각의 단말기에 각 독립적인 통신채널을 할당함에 따른 결과이다.
이에, 기지국(20)은 각 단말기의 송신신호(s)를 검출함에 있어서, 1×2 SIMO 의 채널환경에 기초하여 검출할 수 있기 때문에, 종래의 M×N MIMO의 채널환경에 기반을 둔 Optimal odering을 이용하는 VBLAST기법과 같은 검출 방식을 채택할 필요가 없다.
따라서, 본 발명에 따른 다중 사용자 자원공유를 위한 채널 할당 방법은, 각 단말기별로 직교하는 통신채널을 독립적으로 할당하기 때문에, 기지국(20)이 각 단말기로부터 수신되는 수신신호에서 송신신호를 검출함에 있어서 기지국(20)의 수신기(미도시) 구조 역시 단순화되는 효과를 이끌어 낼 수 있다.
이에, 본 발명에 따른 다중 사용자 자원공유를 위한 채널 할당 시스템 및 다중 사용자 자원공유를 위한 채널 할당 방법에 의하면, 여러 개의 통신채널을 이용할 수 있는 그룹 내의 복수개의 단말기 중 최저 신호품질을 갖는 단말기부터 우선하여, 해당 단말기에 대응하는 각 통신채널 중 채널이득(h)이 가장 크고 이전에 타 단말기에 할당된 통신채널과 직교하는 통신채널을 선택하여 해당 단말기에 할당하는 순차적인 과정을 반복하여, 그룹 내의 복수개의 단말기에 각 할당채널을 할당하고, 각 할당된 할당채널을 통해 신호를 송신하도록 복수개의 단말기 각각을 제어함으로써, 신호품질인 좋은 단말기의 신호품질에 영향을 미치지 않으면서 셀경계 지역에 위치하기 때문에 송신하는 신호의 품질이 떨어지는 단말기의 신호품질을 개선할 수 있고, 각 단말기는 다중 경로를 통한 채널 다이버시티 이득을 극대화 할 수 있고, 각 단말기에 직교채널이 할당됨에 따라 상호 간섭을 방지할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 다중 사용자 자원공유를 위한 채널 할당 시스템 및 다중 사용자 자원공유를 위한 채널 할당 방법에 의하면, 각 단말기별로 직교하는 통 신채널을 독립적으로 할당하기 때문에, 기지국(20)이 각 단말기로부터 수신되는 수신신호에서 송신신호를 검출함에 있어서 기지국(20)의 수신기 구조 역시 단순화되는 효과를 이끌어 낼 수 있다.
지금까지 본 발명을 바람직한 실시 예를 참조하여 상세히 설명하였지만, 본 발명이 상기한 실시 예에 한정되는 것은 아니며, 이하의 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 또는 수정이 가능한 범위까지 본 발명의 기술적 사상이 미친다 할 것이다.
여러 개의 통신채널을 이용할 수 있는 그룹 내의 복수개의 단말기 중 최저 신호품질을 갖는 단말기부터 우선하여, 해당 단말기에 대응하는 각 통신채널 중 채널이득(h)이 가장 크고 이전에 타 단말기에 할당된 통신채널과 직교하는 통신채널을 선택하여 해당 단말기에 할당하는 순차적인 과정을 반복하여, 그룹 내의 복수개의 단말기에 각 할당채널을 할당하고, 각 할당된 할당채널을 통해 신호를 송신하도록 복수개의 단말기 각각을 제어함으로써, 신호품질인 좋은 단말기의 신호품질에 영향을 미치지 않으면서 셀경계 지역에 위치하기 때문에 송신하는 신호의 품질이 떨어지는 단말기의 신호품질을 개선할 수 있고, 각 단말기는 다중 경로를 통한 채널 다이버시티 이득을 극대화 할 수 있고, 각 단말기에 직교채널이 할당됨에 따라 상호 간섭을 방지할 수 있고, 각 단말기로부터 수신되는 수신신호에서 송신신호를 검출함에 있어서 기지국의 수신기 구조 역시 단순화시킬 수 있는 본 발명에 따른 다중 사용자 자원공유를 위한 채널 할당 시스템 및 다중 사용자 자원공유를 위한 채널 할당 방법을 적용할 경우, 신호품질 개선, 기지국의 설치, 엔지니어링 및 운용에 매우 큰 진보를 가져올 수 있으며, 적용되는 장치의 시판 또는 영업의 가능성이 충분할 뿐만 아니라 현실적으로 명백하게 실시할 수 있는 정도이므로 산업상 이용 가능성이 있는 발명이다.
도 1은 일반적인 기지국과 단말기들을 나타내는 구성도이다.
도 2는 본 발명에 따른 다중 사용자 자원공유를 위한 채널 할당 시스템을 보여주는 개략적인 구성도이다.
도 3a는 본 발명의 다중 사용자 자원공유를 위한 채널 할당 시스템의 실시예에 따라서 M개의 단말기가 송신하는 송신신호를 송신전력 및 공유채널 별로 보여주는 그래프이다.
도 3b는 본 발명의 다중 사용자 자원공유를 위한 채널 할당 시스템에서 할당채널(M)을 통한 단말기(UM)에 해당하는 1×N SIMO를 보이기 위한 채널환경 예시도이다.
도 4a는 본 발명의 다중 사용자 자원공유를 위한 채널 할당 시스템에서 각 단말기(U1,U2)의 해당채널 별 1×2 SIMO를 보이기 위한 채널환경 예시도이다.
도 4b는 본 발명의 다중 사용자 자원공유를 위한 채널 할당 시스템의 실시예에 따라서 2개의 단말기(U1,U2)가 송신하는 송신신호를 송신전력 및 공유채널(F1,F2) 별로 보여주는 그래프이다.
도 4c는 본 발명의 다중 사용자 자원공유를 위한 채널 할당 시스템에서 도4b와 다른 실시예에 따라서 2개의 단말기(U1,U2)가 송신하는 송신신호를 송신전력 및 공유채널(F1,F2) 별로 보여주는 그래프이다.
도 5는 본 발명의 다중 사용자 자원공유를 위한 채널 할당 방법의 제어 흐름을 보여주는 흐름도이다.
도 6은 본 발명의 다중 사용자 자원공유를 위한 채널 할당 방법에서 채널을 할당하는 단계의 구체적인 제어 흐름을 보여주는 흐름도이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
1, 2 : 단말기 그룹
U1, U2, U1', U2', U3', U4' : 단말기
10 : 기지국 안테나
20 : 기지국
21 : 신호품질판단모듈
22 : 그룹 스케쥴러
24 : 제어모듈
M : 통신채널 수, 동일한 그룹 내의 단말기 수
F1, F2 … FM : 각각의 통신채널
S1, S2 … SM : 각 단말기가 송신하는 송신신

Claims (18)

  1. 각각의 통신채널을 할당 받은 단말기들; 및
    기 설정된 신호품질기준에 따라 복수개의 단말기를 포함하는 적어도 하나의 그룹을 설정하고, 상기 복수개의 단말기 중 신호품질이 낮은 단말기부터 순차적으로 상기 복수개의 단말기에 할당된 상기 각각의 통신채널 중 채널이득이 큰 통신채널을 선택하여 해당 단말기에 할당하고, 할당된 할당채널을 통해 신호를 송신하도록 상기 복수개의 단말기를 각각 제어하는 기지국을 포함하는 것을 특징으로 하는 다중 사용자 자원공유를 위한 채널 할당 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 기지국은,
    상기 복수개의 단말기 중 최저 신호품질을 갖는 제1단말기에 동일한 그룹에 포함되는 상기 복수개의 단말기에 할당된 상기 각각의 통신채널 중 최고 채널이득을 갖는 제1통신채널을 할당하고, 나머지 단말기 중 최저 신호품질을 갖는 제2단말기에 나머지 통신채널 중 최고 채널이득을 갖는 제2통신채널을 할당하는 것을 특징으로 하는 다중 사용자 자원공유를 위한 채널 할당 시스템.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 제1통신채널과 상기 제2통신채널은, 상호 직교하는 직교채널인 것을 특 징으로 하는 다중 사용자 자원공유를 위한 채널 할당 시스템.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 기지국은,
    하향링크 파일럿신호에 의해 상기 단말기들로부터 회신되는 상기 각 단말기들의 SNR(Signal to Noise Ratio) 또는 SINR(Signal to Interference Plus Noise Ratio)에 기초하여 상기 단말기들 각각의 신호품질을 판단하는 것을 특징으로 하는 다중 사용자 자원공유를 위한 채널 할당 시스템.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 기지국은,
    적어도 하나의 안테나를 구비하고, 상기 복수개의 단말기 개수(M) 및 상기 안테나의 개수(N)에 따라 형성되는 M×N MIMO(Multiple Input Multiple Output)에 기초하여, 상기 각 통신채널에 대응하는 상기 복수개의 단말기의 채널이득(h)을 획득하는 것을 특징으로 하는 다중 사용자 자원공유를 위한 채널 할당 시스템.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 기지국은,
    획득한 상기 각 통신채널에 대응하는 상기 복수개의 단말기의 채널이득(h)에 기초하여, 최저 신호품질을 갖는 제1단말기에 대응하는 각 통신채널 간 채널이 득(h) 크기를 비교하여 최고 채널이득(h)에 대응하는 제1통신채널을 선택하여 상기 제1단말기에 상기 할당채널로 할당하고, 나머지 단말기 중 최저 신호품질을 갖는 제2단말기에 대응하는 나머지 각 통신채널 간 채널이득(h) 크기를 비교하여 최고 채널이득(h)에 대응하는 제2통신채널을 선택하여 상기 제2단말기에 상기 할당채널로 할당하는 것을 특징으로 하는 다중 사용자 자원공유를 위한 채널 할당 시스템.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 기지국은,
    동일한 그룹에 포함되는 상기 복수개의 단말기로부터 수신되는 수신신호(r)와 상기 복수개의 단말기의 채널이득(h)에 기초하여 상기 복수개의 단말기가 송신한 송신신호(s)를 검출하기 위한 수식에서, 채널이득행렬(H)의 상기 각 통신채널과 상기 각 단말기 간의 채널이득(h)들 중 각 단말기의 해당 할당채널에 대응하는 채널이득(h)을 제외한 나머지 채널이득 값을 “0”으로 설정하여, 상기 복수개의 단말기의 송신신호(s)를 검출하는 것을 특징으로 하는 다중 사용자 자원공유를 위한 채널 할당 시스템.
    Figure 112008020748407-PAT00045
    수식
    여기서,
    Figure 112008020748407-PAT00046
    은, 공유채널(FM)을 통해 단말기(UM)로부터 수신한 수신신호,
    Figure 112008020748407-PAT00047
    는, 공유채널(FM)을 통한 단말기(UM) 및 기지국의 안테나(AN)간의 채널이득,
    Figure 112008020748407-PAT00048
    는, 단말기(UM)가 송신하는 송신신호,
    Figure 112008020748407-PAT00049
    은, 공유채널(FM)을 통한 안테나(AN)로의 신호 수신 시 노이즈임.
  8. 각각의 통신채널을 할당 받은 단말기들로부터 수신되는 신호에 기초하여, 기지국이 상기 단말기들 각각의 신호품질을 판단하는 단계;
    신호품질 판단결과에 기초하여, 기 설정된 신호품질기준에 따라 복수개의 단말기를 포함하는 적어도 하나의 그룹을 설정하는 단계;
    신호품질 판단결과에 기초하여, 상기 복수개의 단말기 중 신호품질이 낮은 단말기부터 순차적으로 상기 복수개의 단말기에 할당된 상기 각각의 통신채널 중 채널이득이 큰 통신채널을 선택하여 해당 단말기에 할당하는 단계; 및
    각각 할당된 할당채널을 통해 신호를 송신하도록 상기 복수개의 단말기를 각각 제어하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 다중 사용자 자원공유를 위한 채널 할당 방법.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 할당하는 단계는,
    신호품질 판단결과에 기초하여, 상기 복수개의 단말기 중 최저 신호품질을 갖는 제1단말기에 동일한 그룹에 포함되는 상기 복수개의 단말기에 할당된 상기 각각의 통신채널 중 최고 채널이득을 갖는 제1통신채널을 할당하는 단계와,
    나머지 단말기 중 최저 신호품질을 갖는 제2단말기에 나머지 통신채널 중 최고 채널이득을 갖는 제2통신채널을 할당하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 다중 사용자 자원공유를 위한 채널 할당 방법.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 제1통신채널과 상기 제2통신채널은, 상호 직교하는 직교채널인 것을 특징으로 하는 다중 사용자 자원공유를 위한 채널 할당 방법.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 신호품질을 판단하는 단계는,
    하향링크 파일럿신호를 상기 단말기들로 송신하는 단계와,
    상기 단말기들로부터 회신되는 각 단말기의 SINR(Signal to Interference Plus Noise Ratio) 또는 SINR(Signal to Interference Plus Noise Ratio)에 기초하여 상기 단말기들 각각의 신호품질을 판단하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 다중 사용자 자원공유를 위한 채널 할당 방법.
  12. 제 8 항에 있어서,
    상기 할당하는 단계는,
    상기 복수개의 단말기 개수(M) 및 상기 기지국의 안테나 개수(N)에 따라 형성되는 M×N MIMO(Multiple Input Multiple Output)에 기초하여, 상기 각각의 통신채널에 대응하는 상기 복수개의 단말기의 채널이득(h)을 획득하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 다중 사용자 자원공유를 위한 채널 할당 방법.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 할당하는 단계는,
    획득한 상기 각각의 통신채널에 대응하는 상기 복수개의 단말기의 채널이득(h)에 기초하여, 최저 신호품질을 갖는 제1단말기에 대응하는 각 통신채널 간 채널이득(h) 크기를 비교하여 최고 채널이득(h)에 대응하는 제1통신채널을 선택하여 상기 제1단말기에 상기 할당채널로 할당하는 단계와,
    나머지 단말기 중 최저 신호품질을 갖는 제2단말기에 대응하는 나머지 각 통신채널 간 채널이득(h) 크기를 비교하여 최고 채널이득(h)에 대응하는 제2통신채널 을 선택하여 상기 제2단말기에 상기 할당채널로 할당하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 다중 사용자 자원공유를 위한 채널 할당 방법.
  14. 제 13 항에 있어서,
    동일한 그룹에 포함되는 상기 복수개의 단말기로부터 수신되는 수신신호(r)와 상기 복수개의 단말기의 채널이득(h)에 기초하여 상기 복수개의 단말기가 송신한 송신신호(s)를 검출하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 다중 사용자 자원공유를 위한 채널 할당 방법.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 송신신호(s)를 검출하는 단계는,
    상기 복수개의 단말기가 송신한 송신신호(s)를 검출하기 위한 수식에서, 채널이득행렬(H)의 상기 각 통신채널과 상기 각 단말기 간의 채널이득(h)들 중 각 단말기의 해당 할당채널에 대응하는 채널이득(h)을 제외한 나머지 채널이득 값을 “0”으로 설정하는 단계와,
    설정된 상기 복수개의 단말기가 송신한 송신신호(s)를 검출하기 위한 수식에 기초하여, 상기 복수개의 단말기의 송신신호(s)를 검출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 다중 사용자 자원공유를 위한 채널 할당 방법.
    Figure 112008020748407-PAT00050
    수식
    여기서,
    Figure 112008020748407-PAT00051
    은, 공유채널(FM)을 통해 단말기(UM)로부터 수신한 수신신호,
    Figure 112008020748407-PAT00052
    는, 공유채널(FM)을 통한 단말기(UM) 및 기지국의 안테나(AN)간의 채널이득,
    Figure 112008020748407-PAT00053
    는, 단말기(UM)가 송신하는 송신신호,
    Figure 112008020748407-PAT00054
    은, 공유채널(FM)을 통한 안테나(AN)로의 신호 수신 시 노이즈임.
  16. 각각의 통신채널을 할당 받은 복수개의 단말기; 및
    상기 복수개의 단말기들로부터 수신되는 신호의 신호품질을 판단하고, 상기 복수개의 단말기 중 신호품질이 낮은 단말기부터 순차적으로 상기 복수개의 단말기에 할당된 상기 각각의 통신채널 중 채널이득이 큰 통신채널을 선택하여 해당 단말기에 할당하고, 할당된 할당채널을 통해 신호를 송신하도록 상기 복수개의 단말기를 각각 제어하는 기지국을 포함하는 것을 특징으로 하는 다중 사용자 자원공유를 위한 채널 할당 시스템.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 기지국은,
    상기 복수개의 단말기 중 최저 신호품질을 갖는 제1단말기에 상기 복수개의 단말기에 할당된 상기 각각의 통신채널 중 최고 채널이득을 갖는 제1통신채널을 할당하고, 나머지 단말기 중 최저 신호품질을 갖는 제2단말기에 나머지 통신채널 중 최고 채널이득을 갖는 제2통신채널을 할당하는 것을 특징으로 하는 다중 사용자 자원공유를 위한 채널 할당 시스템.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 제1통신채널과 상기 제2통신채널은, 상호 직교하는 직교채널인 것을 특징으로 하는 다중 사용자 자원공유를 위한 채널 할당 시스템.
KR1020080026480A 2008-03-21 2008-03-21 다중 사용자 자원공유를 위한 채널 할당 시스템 및 다중사용자 자원공유를 위한 채널 할당 방법 KR100975227B1 (ko)

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