KR20100091518A - 중계기를 사용하는 다중 사용자 ｏｆｄｍａ 시스템에서 채널 양자화 방법 및 장치 - Google Patents

중계기를 사용하는 다중 사용자 ｏｆｄｍａ 시스템에서 채널 양자화 방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

중계기를 사용하는 다중 사용자 OFDMA 시스템에서 채널 양자화 방법 및 장치가 개시된다. 개시된 방법은, 다수의 코드북 정보를 포함하는 코드북 집합을 수신하여 저장하는 단계(a); 송신단과의 채널 정보를 추정하는 단계(b); 상기 추정된 채널 정보를 이용하여 기지국 및 중계기가 인지 기술을 통해 동일한 무선 자원을 사용할 경우 평균 전송률(채널 용량)이 최대화될 수 있도록 상기 코드북 집합으로부터 특정 코드북을 선택하는 단계(c); 및 상기 선택된 코드북을 이용하여 채널 양자화를 수행하는 단계(d); 및 상기 추정된 채널 정보 및 코드북 선택 정보를 이용하여 유효 신호대 잡음비를 계산하는 단계(e)를 포함한다. 개시된 방법에 의하면, 중계기를 사용하는 다중 사용자 OFDMA 시스템에서 채널 양자화가 적응적으로 수행될 수 있으며, 전체적인 채널 용량을 증대시킬 수 있는 장점이 있다.
채널, 양자화, 인지

Description

중계기를 사용하는 다중 사용자 ＯＦＤＭＡ 시스템에서 채널 양자화 방법 및 장치{Channel Quantization Method and Device in Multi-user OFDMA System Using Relay}
본 발명은 다중 사용자 OFDMA 시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 중계기를 사용하는 다중 사용자 OFDMA 시스템에서 인지 협력 통신 시의 채널 양자화 방법 및 장치에 관한 것이다.
중계기 기술은 기존의 무선 이동 통신 시스템에서 음영 지역 해소를 위해 도입되어 사용 중인 기술이며, 중계기의 역할에 따라 단순히 수신 신호를 증폭하여 전달하는 증폭 후 전달(amplify-and-forward, AF) 방식, 중계기에서 수신 신호를 복조하고 다시 디코딩하고, 목적지로 전달하는 디코딩 후 전달 (decoded-and-forward, DF) 방식 등으로 구분할 수 있다.
무선 통신 시스템에서 셀 내에 다수의 중계기를 추가하여 운용함으로써 협력 통신(Cooperative Communication)을 수행할 경우, 다양성 이득(Diversity Gain)을 통하여 음영 현상을 극복하거나 전송 신호의 도달 범위를 확대하여 셀 경계에 있는 단말들에게도 높은 전송률로 신호를 제공하는 것이 가능하며, 이를 통해 전체적인 시스템 용량 증대가 가능하다.
종래의 통상적인 다중 사용자 OFDMA 시스템에서, 기지국에서 단말로 전송되는 신호와 중계기에서 단말기로 전송되는 신호의 간섭을 방지하기 위해, 기지국과 중계기는 각각 서로 다른 시간 및 주파수 대역을 사용하여 단말들에 신호를 전송하였다.
그러나, 이와 같이 기지국과 중계기가 각기 다른 시간 및 주파수 대역으로 신호를 전송하는 것은 무선 자원을 효율적으로 관리하는 것은 아니며, 인지 기술 등을 통해 중계기를 사용하는 시스템에서 보다 효율적으로 무선 자원을 관리하는 방법이 연구되고 있다.
인지 기술은 무산 자원 사용의 효율성 및 유용성을 극대화시킬 수 있는 방법으로서, 임의의 송신 객체가 특정 시간 및 주파수 대역을 먼저 할당받은 객체의 전송 신호를 미리 알고 있을 경우 동일한 무선 자원을 재사용하여 간섭의 영향을 최소화하면서 다른 수신 객체에게 새로운 정보를 전송하는 기술이다.
이와 같은 인지 기술에는 더티 페이퍼 코딩(Dirty Paper Coding), THP(Tomlinson Harashima Precoder) 등이 있으며, 추가적인 전력 소모 없이 또는 약간의 추가 전력으로 두 개의 송신 객체에 의한 간섭의 영향을 최소화할 수 있도록 한다.
한편, 이와 같은 인지 기술이 사용될 경우, 단말에서의 채널 정보가 피드백 채널을 통해 피드백되며, 이때 피드백되는 채널 정보의 양을 적절히 조절하기 위해 채널에 대한 양자화 작업이 수행된다.
이와 같은 채널 양자화는 미리 설정된 양자화 비트수에 의해 미리 설정된 코드북을 이용하여 이루어지는 것이 일반적이다. 그러나, 기지국과 중계기가 인지 협력 통신 방법을 이용하여 주파수 대역에 대한 재사용이 이루어질 때 보다 효율적인 채널 양자화 기술이 요구되고 있다.
본 발명에서는 상기한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해, 적응적으로 채널 양자화를 수행할 수 있는 중계기를 사용하는 다중 사용자 OFDMA 시스템에서 채널 양자화 방법 및 장치를 제안하고자 한다.
본 발명의 다른 목적은 전체적인 채널 용량을 증대시킬 수 있는 중계기를 사용하는 다중 사용자 OFDMA 시스템에서 채널 양자화 방법 및 장치를 제안하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 다수의 코드북에 대한 코드북 집합을 생성하고 적절하게 선택한 코드북에 의해 동적으로 채널 양자화가 가능한 중계기를 사용하는 다중 사용자 OFDMA 시스템에서 채널 양자화 방법 및 장치를 제안하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 코드북 선택 주기 및 양자화 비트수가 효율적으로 조절될 수 있는 중계기를 사용하는 다중 사용자 OFDMA 시스템에서 채널 양자화 방법 및 장치를 제안하는 것이다.
본 발명의 다른 목적들은 하기의 실시예를 통해 당업자에 의해 도출될 수 있을 것이다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 측면에 따르면, 다수의 코드북 정보를 포함하는 코드북 집합을 수신하여 저장하는 단계(a); 송신단과의 채널 정보를 추정하는 단계(b); 상기 추정된 채널 정보를 이용하여 기지국 및 중계기가 인지 기술을 통해 동일한 무선 자원을 사용할 경우 평균 전송률(채널 용량)이 최대화될 수 있도록 상기 코드북 집합으로부터 특정 코드북을 선택하는 단계(c); 상기 선택된 코드북을 이용하여 채널 양자화를 수행하는 단계(d); 및 상기 추정된 채널 정보 및 코드북 선택 정보를 이용하여 유효 신호대 잡음비를 계산하는 단계(e)를 포함하는 중계기를 사용하는 다중 사용자 OFDMA 시스템에서 채널 양자화 방법이 제공된다.
상기 기지국으로부터 코드북 선택 주기를 수신하는 단계를 더 포함하며, 상기 단계 (c)는 상기 코드북 선택 주기에 상응하여 수행된다.
상기 코드북 선택 주기는 단말의 이동성을 고려하여 결정되며, 채널 평균 이득의 변화량을 이용한다.
상기 코드북 집합은 양자화 비트수별로 생성되는 것이 바람직하다.
상기 기지국으로부터 양자화 비트수를 수신하는 단계를 더 포함하며, 상기 단계 (c)는 상기 수신된 양자화 비트수에 상응하는 코드북 집합으로부터 코드북을 선택한다.
상기 기지국으로부터 전송되는 양자화 비트수는 평균 채널 이득 크기에 상응하여 결정된다.
상기 단계(c)는 다음의 수학식에 의해 코드북을 선택한다.
Figure 112009008246676-PAT00001
위 수학식에서, C는 코드북 집합,
Figure 112009008246676-PAT00002
는 C 중에서 양자화 비트수가
Figure 112009008246676-PAT00003
인 코드북만으로 구성된 코드북 집합,
Figure 112009008246676-PAT00004
는
Figure 112009008246676-PAT00005
의 원소인모든 코드북,
Figure 112009008246676-PAT00006
와
Figure 112009008246676-PAT00007
는 단말이 해당 링크에 실제 스케줄링 될 때의 기지국 및 중계기와의 각 채널의 확률 밀도 함수임.
상술한 방법은 상기 계산된 유효 신호대 잡음비 및 선택된 코드북을 기지국에 피드백하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 다수의 코드북 정보를 포함하는 코드북 집합을 단말에 전송하는 단계(a)-상기 코드북 집합은 양자화 비트수별로 생성됨-; 단말들로부터 채널 상태 정보, 유효 신호대 잡음비 정보 및 코드북 선택 정보를 피드백받는 단계(b); 단말들의 채널 상태 정보에 기초하여 각 단말의 코드북 선택 주기 및 양자화 비트수를 결정하는 단계(c); 및 상기 결정된 코드북 선택 주기 및 양자화 비트수를 각 단말에 전송하는 단계(d)를 포함하되, 상기 코드북 선택 주기 및 양자화 비트수를 수신한 단말은 코드북 선택 주기에 상응하여 수신된 양자화 비트수에 상응하는 코드북 집합으로부터 코드북을 선택하여 채널 양자화를 수행하며, 기지국 및 중계기가 인지 기술을 이용하여 동일한 무선 자원을 사용할 경우 평균 전송률(채널 용량)이 최대화될 수 있도록 코드북을 선택하는 중계기를 사용하는 다중 사용자 OFDMA 시스템에서 채널 양자화 방법이 제공된다.
본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 기지국 또는 중계기 링크와의 채널 상태 를 추정하고 저장하는 채널 상태 정보 저장부; 상기 저장된 채널 상태 정보를 이용하여 유효 신호대 잡음비를 계산하는 유효 신호대 잡음비 계산부; 다수의 코드북 정보를 포함하는 코드북 집합으로부터 기지국 및 중계기가 인지 기술을 이용하여 동일한 무선 자원을 사용할 경우 평균 전송률(채널 용량)이 최대화될 수 있도록 특정 코드북을 선택하는 코드북 선택부; 상기 선택된 코드북을 이용하여 채널 양자화를 수행하는 채널 양자화부를 포함하는 중계기를 사용하는 다중 사용자 OFDMA 시스템에서 채널 양자화를 위한 단말 장치가 제공된다.
본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 다수의 코드북 정보를 포함하는 코드북 집합을 생성하며 단말들에 전송될 코드북 집합을 저장하는 코드북 집합 저장부; 단말로부터 피드백되는 채널 상태 정보 및 시스템 환경 변수를 저장하는 시스템 환경 변수/채널 상태 정보 저장부; 단말들의 채널 상태 정보에 기초하여 각 단말의 코드북 선택 주기 및 양자화 비트수를 결정하는 채널 양자화 정보 제어부; 및 인지 기술을 이용하여 중계기와 기지국이 동일한 무선 자원을 활용하도록 단말에 무선 자원을 할당하는 인지 협력 무선 자원 관리부를 포함하되, 상기 코드북 선택 주기 및 양자화 비트수를 수신한 단말은 상기 수신한 코드북 선택 주기에 수신된 양자화 비트수에 상응하는 코드북 집합으로부터 코드북을 선택하여 채널 양자화를 수행하며, 기지국 및 중계기가 인지 기술을 이용하여 동일한 무선 자원을 사용할 경우 송신단 링크와의 평균 전송률(채널 용량)이 최대화될 수 있도록 코드북을 선택하는 중계기를 사용하는 다중 사용자 OFDMA 시스템에서 채널 양자화를 위한 기지국 장치가 제공된다.
본 발명에 의하면, 중계기를 사용하는 다중 사용자 OFDMA 시스템에서 채널 양자화가 적응적으로 수행될 수 있으며, 전체적인 채널 용량을 증대시킬 수 있는 장점이 있다.
이하에서, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 의한 중계기를 사용하는 다중 사용자 OFDMA 시스템에서 채널 양자화 방법 및 장치의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명에 의한 중계기를 사용하는 다중 사용자 OFDMA 시스템에서 채널 양자화 방법이 적용되는 통신 시스템의 일례를 도시한 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명이 적용되는 통신 시스템은 기지국(100), 다수의 중계기(102) 및 다수의 단말(104)을 포함한다.
도 1에서, 다수의 단말(104)은 기지국(100) 또는 중계기(102)와 통신을 수행하며, 평균 채널 이득 정보에 따라 기지국(100)과 가까운 단말은 기지국과 직접 통신을 하고, 기지국과 멀리 떨어져 있거나 음영 현상 등에 의해 기지국과의 평균 채널 이득이 좋지 않은 단말은 인접한 중계기를 경유하여 정보를 송수신한다. 이때 중계기는 별도의 디코딩 작업 없이 신호를 증폭한 후 단말에 신호를 전달할 수도 있으며, 신호의 디코딩 후 단말에 신호를 전달할 수도 있다.
전술한 바와 같이, 종래의 다중 사용자 OFDMA 시스템은 기지국(100)이 전송하는 신호 및 중계기(102)가 전송하는 신호의 간섭을 없애기 위해, 서로 다른 시간 및 서로 다른 주파수 대역으로 신호를 전송하였으나, 본 발명에서는 DPC 또는 THP 등을 이용하여 기지국이 중계기와 동일한 무선 자원을 재사용하는 경우를 가정한다.
도 2는 본 발명이 적용되는 다중 사용자 OFDMA 시스템의 프레임 구조를 나타낸 도면이다.
도 2를 참조하면, 프레임은 제1 서브 프레임 및 제2 서브 프레임으로 구분되며, 중계기가 사용되는 시스템에서 제1 서브 프레임에서는 기지국(100)이 중계기(102)에 신호를 전송하고, 제2 서브 프레임에서는 중계기(102)가 단말(104)에 신호를 전송한다. 본 발명에서는 중계기(102)가 단말(104)에 신호를 전송하는 제2 서브 프레임에서 인지 기술을 이용하여 기지국이 동일한 대역을 통해 단말들에게 신호를 전송하는 시스템이 전제된다.
기지국은 제2 서브 프레임에서 중계기가 단말에게 전송할 신호를 알고 있으므로, DPC 또는 THP와 같은 인지 기술을 이용하여 프리코딩을 수행하며 이를 통해 중계기가 단말에 신호를 보내는 시간대에서도 간섭의 영향을 효과적으로 제거하여 새로운 신호를 전송할 수 있다.
이하에서는 도 2와 같은 프레임 구조를 사용하면서 도 1과 같이 다수의 중계기가 이용되면서 인지 기술에 의해 중계기와 기지국이 동일 시간 및 동일 주파수로 각각 단말에 신호를 전송할 경우의 채널 양자화에 대해 설명하기로 한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 중계기를 사용하는 다중 사용자 OFDMA 시스템에서 채널 양자화 방법의 전체적인 흐름을 도시한 순서도이다.
도 3을 참조하면, 우선 다수의 코드북을 포함하는 코드북 집합이 생성된다(단계 300). 코드북은 채널 양자화를 수행하기 위한 기초 정보로서 채널 양자화를 위한 코드 벡터 정보 및 양자화 방식에 대한 정보를 포함하고 있다. 종래의 경우 기지국과 단말은 미리 설정된 하나의 코드북을 이용하여 채널 양자화를 수행하나, 본 발명에서는 다수의 코드북을 포함하는 코드북 집합을 생성하고 이중 적절한 코드북을 선택하여 채널 양자화를 수행하는 방식이 제안된다. 생성된 코드북 정보는 기지국에 저장된다.
또한, 기지국은 코드북 선택 주기 및 양자화 비트수를 단말과의 채널 상태를 이용하여 적응적으로 판단한다(단계 302). 코드북 선택 주기는 단말이 채널 양자화를 위해 이용되는 코드북을 선택하는 시간적인 주기를 의미하며, 양자화 비트수는 채널 양자화에 사용되는 비트수를 의미한다. 종래의 OFDMA에서의 채널 양자화에서, 양자화 비트수는 고정적이었으며, 코드북 선택이 이루어지지 않았기 때문에 코드북 선택 주기는 기지국에서 특별히 판단되지 않았으나, 본 발명에서는 코드북 선택 주기 및 양자화 비트수를 기지국이 적응적으로 결정하며, 결정된 정보는 단말에 제공된다. 코드북 선택 주기 및 양자화 비트수를 결정하는 구체적인 방법은 별도의 도면을 참조하여 설명하기로 한다.
코드북 선택 주기 및 양자화 비트수가 결정되면, 결정된 코드북 선택 주기 및 양자화 비트수를 단말에 전송한다(단계 304).
또한, 기지국은 송신 신호를 전송한다(단계 306). 송신 신호는 채널 상태에 따라 단말로 직접 전송될 수도 있으며, 중계기를 경유하여 단말로 전송될 수도 있 다.
기지국 또는 중계기로부터 송신 신호를 수신하는 단말은 수신하는 송신 신호를 통해 채널 상태 정보를 측정한다(단계 308). 채널 상태 정보가 측정되면, 단말은 채널 정보를 양자화하기 위한 코드북을 선택한다(단계 310). 단말은 코드북 집합에 포함된 코드북들 중 하나의 코드북을 선택하며, 코드북 집합 정보는 기지국으로부터 미리 제공받아 단말에 저장되어 있다. 예를 들어, 코드북 집합 정보는 단말의 전원이 온되는 경우 기지국과의 초기 통신 과정에서 제공받을 수도 있으며, 단말 생산 시에 미리 메모리에 저장되어 있을 수도 있다. 코드북 집합은 변경될 수 있으므로 단말에 저장된 코드북과 기지국에 저장된 코드북 버전이 일치하는지 여부를 판단하는 과정이 수행될 수도 있다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 인지 협력 기술을 이용하여 기지국 및 중계기가 동일한 무선 자원을 사용할 때 링크의 평균 전송률(채널 용량)을 최대화할 수 있는 코드북을 선택한다. 코드북을 선택하는 보다 상세한 방식은 후에 상세히 설명하기로 한다.
코드북이 선택되면, 단말은 선택한 코드북 정보를 피드백 채널을 통해 기지국에 피드백한다(단계 312).
또한, 단말은 선택한 코드북을 이용하여 측정된 채널에 대한 양자화를 수행한다(단계 314).
한편, 단말은 채널 상태 정보 및 코드북 선택 정보를 이용하여 유효 신호대 잡음비를 계산한다(단계 316). 유효 신호대 잡음비 및 양자화된 채널 정보는 피드 백 채널을 통해 피드백된다(단계 318). 유효 신호대 잡음비의 피드백은 인지 협력 통신 주기마다 수행되는 것이 바람직하며, 양자화된 채널 정보의 피드백 주기는 주파수 효율성은 고려하여 인지 협력 통신 주기와 같거나 이보다 클 수 있다.
양자화된 채널 정보를 이용하여 기지국, 중계기 및 단말의 인지 협력 통신이 수행되고(단계 320) 전술한 DPC, 또는 THP 등이 이용될 수 있다. 이와 같은 인지 협력 통신에 의해, 기지국은 중계기가 단말에 신호를 전송하는 프레임 주기에 중계기와 동일한 무선 자원을 사용하여 단말에 신호를 전송할 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 다중 사용자 OFDMA 시스템에서 채널 양자화 방법이 적용되는 기지국의 모듈 구성을 도시한 블록도이다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 다중 사용자 OFDMA 시스템에서 채널 양자화 방법이 적용되는 기지국은 인지 협력 무선 자원 관리부(400), 코드북 집합 저장부(402), 채널 양자화 정보 제어부(404), 시스템 환경변수/채널 상태 정보 저장부(406), 송신부(408) 및 수신부(410)를 포함할 수 있다.
도 4에서, 인지 협력 무선 자원 관리부(400)는 중계기를 사용하는 다중 사용자 OFDMA 시스템의 하량 링크에 대한 무선 자원을 할당하는 기능을 한다. 인지 협력 무선 자원 관리부(400)는 셀 내에 존재하는 다수의 중계기 및 단말들에게 무선 자원을 할당하며, 도 2에 도시된 프레임 구조와 같이 무선 자원을 중계기 및 단말에 할당한 후 중계기가 사용하는 무선 자원을 DPC 및 THP와 같은 인지 기술을 이용하여 새로운 단말에게 추가적으로 할당한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 인지 협력 무선 자원 관리부(400)는 비례적 공정 스케줄링(Proportional Fair Scheduling)에 의해 모든 단말의 평균 전송률의 곱이 최대화되도록 부채널을 할당한다. 또한, 중계기의 무선 자원을 재사용하고자 하는 경우에도 제2 서브 프레임에서 단말들의 평균 전송률의 곱이 최대화되도록 새로운 단말들에게 인지 기술을 이용하여 중계기가 사용하는 무선 자원을 재할당한다. 물론, 비례적 공정 스케줄링 이외에도 다양한 무서 자원 할당 방식이 사용될 수 있다는 점은 당업자에게 있어 자명할 것이다.
코드북 집합 저장부(402)는 미리 설정된 다수의 코드북들에 대한 정보를 저장한다. 코드북 집합은 기지국에서 직접 생성되어 코드북 집합 저장부(402)에 저장될 수도 있으며, 별도의 코드북 집합 생성 장치에서 생성된 후 운용자에 의해 기지국에 저장될 수도 있을 것이다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 코드북 집합은 양자화 비트수별로 생성되어 코드북 집합 저장부(402)에 저장된다. 예를 들어, 양자화 비트수가 N1인 코드북 집합과 양자화 비트수가 N2인 코드북 집합이 각각 별개로 생성되며, 단말은 기지국이 지정한 양자화 비트수에 상응하는 코드북 집합으로부터 코드북을 선택한다.
코드북 집합 저장부(402)에 저장된 코드북 집합 정보는 송신부(408)를 통해 각 단말에 전송되어 저장된다.
채널 양자화 정보 제어부(404)는 각 단말의 코드북 선택 주기 및 채널 양자화 시의 양자화 비트수를 결정하여 단말에 제공하는 기능을 한다. 채널 양자화 정보 제어부(404)는 단말의 이동성을 고려하여 코드부 선택 주기를 결정한다. 단말의 이동성이 비교적 커서 채널 상태가 빠르게 변경되는 경우, 채널 양자화 정보 제어부(404)는 코드북 선택 주기를 비교적 짧게 설정하며, 이동성이 비교적 작아서 채널 상태의 변경이 빠르지 않은 경우 채널 양자화 정보 제어부(404)는 코드북 선택 주기를 비교적 길게 설정하여 피드백양이 줄어들 수 있도록 한다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 채널 양자화 정보 제어부(404)는 평균 채널 이득의 변화량을 모니터링하여 단말의 이동성을 판단하고 이에 따라 코드북 선택 주기를 결정한다. 즉, 평균 채널 이득의 변화량이 클 경우 단말의 이동성이 크다고 판단하며, 평균 채널 이득의 변화량이 작을 경우 단말의 이동성이 작다고 판단다.
또한, 채널 양자화 정보 제어부(404)는 각 단말에 대해 채널 양자화 비트수를 결정하며, 양자화 비트수는 평균 채널 이득의 크기를 이용하여 결정한다. 평균 채널 이득이 높아서 양자화 오류에 따른 하향 링크의 전송률 변화가 크지 않은 경우 양자화 비트수를 비교적 작게 결정하여 피드백양을 줄이며, 평균 채널 이득이 낮을 경우 양자화 비트수를 비교적 크게 결정한다. 채널 양자화 정보 제어부(404)에서 결정되는 코드북 선택 주기 및 양자화 비트수는 송신부(408)를 통해 각 단말에 전송된다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 인지 협력 통신 주기 및 코드북 선택 주기를 나타낸 도면이다. 인지 협력 통신 주기는 종래의 전송 시간 주기 (Transmission time interval)와 동일하다. 도 7에 도시된 바와 같이, 코드북 선택 주기는 인지 협력 통신 주기에 비해 소정 시간 길게 설정되며, 코드북 선택 주기는 전술한 바와 같이 단말의 이동성을 고려하여 조절된다.
시스템 환경변수/채널 상태 정보 저장부(406)는 단말 또는 중계기로부터 피드백되는 채널 상태 정보 및 양자화된 채널 정보와 중계기의 수 및 위치, 사용자의 수 및 위치, 평균 신호대 잡음비, 단말의 코드 선택 정보와 같은 시스템 환경 변수를 저장한다. 시스템 환경 변수/채널 상태 정보 저장부(406)에 저장된 정보는 인지 협력 무선 자원 관리부(400)에서의 무선 자원 할당 시에 활용된다.
송신부(408)는 인지 협력 무선 자원 관리부의 무선 자원 할당 정보, 코드북 집합 저장부의 코드북 집합 정보 및 채널 양자화 정보 제어부의 코드북 선택 주기 및 양자화 비트수 정보 등을 중계기 및 단말에 전송하는 기능을 한다.
수신부(410)는 중계기 및 단말로부터 전송되는 신호를 수신한다. 중계기 및 단말로부터 전송되는 신호가 피드백 채널을 통해 전송되는 신호일 경우, 수신된 신호는 시스템 환경변수/채널 상태 저장부에 저장된다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 다중 사용자 OFDMA 시스템에서 채널 양자화 방법이 적용되는 단말의 모듈 구성을 도시한 블록도이다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 채널 양자화 방법이 적용되는 단말은 채널 상태 정보 저장부(500), 유효 신호대 잡음비 계산부(502), 코드북 선택부(504), 채널 양자화부(506), 송신부(508) 및 수신부(510)를 포함할 수 있다.
채널 상태 정보 저장부(500)는 기지국과의 시변 채널 또는 중계기와의 시변 채널을 추정하고 추정된 채널을 저장한다. 저장된 채널 정보를 이용하여 평균 채널 이득을 획득하며, 저장된 채널 정보는 유효 신호대 잡음비 계산부(502) 및 코드북 선택부(504)에 제공된다.
유효 신호대 잡음비 계산부(502)는 채널 상태 정보 및 코드북 선택 정보를 이용하여 기지국과의 링크 또는 중계기와의 링크의 유효 신호대 잡음비를 계산한다. 계산된 유효 신호대 잡음비 정보는 피드백 채널을 통해 기지국에 피드백된다. 유효 신호대 잡음비는 시스템이 사용하는 인지 기술에 상응하여 계산될 수 있다.
코드북 선택부(504)는 기지국에서 제공하는 코드북 선택 주기에 상응하여 미리 저장되어 있는 코드북 집합으로부터 채널 상황에 따른 최적의 코드북을 선택한다.
코드북 선택부(504)는 단말이 양자화한 채널을 기지국에 피드백한 후 기지국이 인지 기술을 통해 신호를 전송할 때 해당 링크의 평균 전송률(채널 용량)을 최대화할 수 있도록 코드북을 선택한다. 종래에 있어서, 코드북은 채널 왜곡이 최소화되는 방향으로 작성되는 것이 일반적이었으나 본 발명에서 코드북 선택은 링크의 평균 전송률(채널 용량)을 최대화하는 방향으로 선택된다.
채널 용량을 최대화하는 방향으로 코드북을 선택하기 위해 유효 신호대 잡음비가 이용된다. 유효 신호대 잡음비는 사용하는 인지 기술에 따라 다르게 연산되며, 예를 들어 DPC가 이용될 경우 링크의 유효 신호대 잡음비는 다음의 수학식 1과 같이 연산될 수 있다.
Figure 112009008246676-PAT00008
수학식 1에서 h1과 h2는 각각 단말의 기지국 및 중계기와의 채널을 나타내며, P1과 P2는 각각 기지국 및 중계기에서 전송하는 신호의 전력을 나타낸다. 그리고는 PW잡음의 전력을 나타내며, Q(x)는 x를 양자화한 값을 나타낸다.
한편, 인지 기술로 THP가 이용되고 중계기가 사용하는 무선 자원을 재사용하여 단말에게 새로운 신호를 전송할 경우의 유효 신호대 잡음비의 하한은 다음의 수학식 2와 같이 구해진다.
Figure 112009008246676-PAT00009
위 수학식2에서 AdB는 적응 전송 제어 옵션에 따른 목표 패킷 오류율을 만족시키기 위해 필요한 추가 평균 송신 전력을 dB로 나타낸 것이고,
Figure 112009008246676-PAT00010
는 양자화된 채널 정보들을 바탕으로 THP를 사용한 경우 실제채널값과 양자화된 채널 값의 차이로 인하여 발생하는 추가적인 전력 손실의 상한을 의미하며, 다음의 수학식 3과 같이 표현될 수 있다.
Figure 112009008246676-PAT00011
위 수학식 3에서
Figure 112009008246676-PAT00012
과
Figure 112009008246676-PAT00013
는 MMISE-THP 사용시 각각 송신부와 수신부에서 사용하는 상수값을 의미한다.
상술한 바와 같이 유효 신호대 잡음비가 구해질 때 정보 이론에 근거한 신호의 전송률(채널 용량)은 다음의 수학식 4와 같이 구해진다.
Figure 112009008246676-PAT00014
전송률(채널 용량)이 위 수학식 4와 같을 때, 단말은 링크에서의 전송률이 최대가 되도록 다음의 수학식 5와 같이 최적의 코드북(c*)을 선택한다.
Figure 112009008246676-PAT00015
위 수학식 5에서, C는 코드북 집합을 의미하고,
Figure 112009008246676-PAT00016
는 C 중에서 양자화 비트수가
Figure 112009008246676-PAT00017
인 코드북만으로 구성된 코드북 집합을 나타내며,
Figure 112009008246676-PAT00018
는
Figure 112009008246676-PAT00019
의 원소인모든 코드북을 나타낸다.
또한,
Figure 112009008246676-PAT00020
와
Figure 112009008246676-PAT00021
는 단말이 해당 링크에 실제 스케줄링 될 때의 기지국 및 중계기와의 각 채널의 확률 밀도 함수를 나타낸다.
즉, 본 발명에서는 단말이 코드북 집합을 기지국으로부터 제공받아 미리 저장하며, 기지국이 지정하는 코드북 선택 주기에 기지국이 지정하는 양자화 비트수에 상응하는 코드북 집합 중 채널 용량을 최대화할 수 있는 코드북을 선택한다.
예를 들어, 단말이 기지국으로부터 멀어 떨어지거나 중계기로부터 가까워지게 되면 인지 기술을 통해 전송받는 채널의 상황이 악화되고 여기서 기지국이 스케줄링을 수행할 경우 단말은 시변 채널 상황이 좋을 때 자원을 할당받게 될 확률이 높아진다. 따라서, 단말은 제2 서브 프레임의 무선 자원을 할당받을 당시의 채널의 확률적 분포와 위에서 주어진 수학식들을 이용하여 해당 링크의 평균 전송률이 최대화되도록 코드북을 선택하고 이에 따라 채널을 양자화함으로써 시스템의 성능을 향상시킬 수 있다.
채널 양자화부(506)는 채널 상태 정보 저장부에 저장된 채널 정보를 코드북 선택부(504)가 선택한 코드북을 이용하여 채널 양자화를 수행한다. 채널 양자화부(506)는 선택된 코드북의 코드 벡터 중 추정된 채널값과 가장 가까운 코드 벡터를 선택하는 방식으로 채널 양자화를 수행하게 된다.
송신부(508)는 기지국 또는 중계기에 신호를 전송하며, 특히 유효 신호대 잡음비, 코드북 선택 정보, 양자화된 채널 정보등을 기지국에 피드백한다. 수신 부(510)는 기지국 및 중계기로부터의 신호를 수신한다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 다중 사용자 OFDMA 시스템에서 채널 양자화 방법이 적용되는 중계기의 모듈 구성을 도시한 블록도이다.
도 6을 참조하면, 본 발명이 적용되는 중계기는 채널 상태 정보 저장부(600), 중계 신호 전달부(610), 유효 신호대 잡음비 계산부(620), 송신부(630) 및 수신부(640)를 포함할 수 있다.
채널 상태 정보 저장부(600)는 기지국과의 시변 채널을 추정하고 추정된 채널 정보를 저장한다.
중계 신호 전달부(610)는 기지국으로부터 수신되는 수신 신호 중 단말로 전달해야될 신호를 구분하여 송신부(630)로 전달한다.
유효 신호대 잡음비 계산부(620)는 채널 상태 정보 저장부(600)에 저장된 채널 정보를 이용하여 기지국-중계기 링크의 유효 신호대 잡음비를 계산한다. 계산된 유효 신호대 잡음비는 기지국에 피드백된다.
송신부(630)는 중계 신호 전달부(610) 및 유효 신호대 잡음비에서 전달받은 신호 등을 기지국 또는 단말로 전송하며, 수신부(640)는 기지국으로부터 전달되는 신호를 수신한다.
상기한 본 발명의 바람직한 실시예는 예시의 목적을 위해 개시된 것이고, 본 발명에 대해 통상의 지식을 가진 당업자라면 본 발명의 사상과 범위 안에서 다양한 수정, 변경, 부가가 가능할 것이며, 이러한 수정, 변경 및 부가는 하기의 특허청구범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.
도 1은 본 발명에 의한 중계기를 사용하는 다중 사용자 OFDMA 시스템에서 채널 양자화 방법이 적용되는 통신 시스템의 일례를 도시한 도면.
도 2는 본 발명이 적용되는 다중 사용자 OFDMA 시스템의 프레임 구조를 나타낸 도면.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 중계기를 사용하는 다중 사용자 OFDMA 시스템에서 채널 양자화 방법의 전체적인 흐름을 도시한 순서도.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 다중 사용자 OFDMA 시스템에서 채널 양자화 방법이 적용되는 기지국의 모듈 구성을 도시한 블록도.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 다중 사용자 OFDMA 시스템에서 채널 양자화 방법이 적용되는 단말의 모듈 구성을 도시한 블록도.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 다중 사용자 OFDMA 시스템에서 채널 양자화 방법이 적용되는 중계기의 모듈 구성을 도시한 블록도.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 인지 협력 통신 주기 및 코드북 선택 주기를 나타낸 도면.

Claims (19)

  1. 다수의 코드북 정보를 포함하는 코드북 집합을 수신하여 저장하는 단계(a);
    송신단과의 채널 정보를 추정하는 단계(b);
    상기 추정된 채널 정보를 이용하여 기지국 및 중계기가 인지 기술을 통해 동일한 무선 자원을 사용할 경우 평균 전송률(채널 용량)이 최대화될 수 있도록 상기 코드북 집합으로부터 특정 코드북을 선택하는 단계(c); 및
    상기 선택된 코드북을 이용하여 채널 양자화를 수행하는 단계(d); 및
    상기 추정된 채널 정보 및 코드북 선택 정보를 이용하여 유효 신호대 잡음비를 계산하는 단계(e)를 포함하는 것을 특징으로 하는 중계기를 사용하는 다중 사용자 OFDMA 시스템에서 채널 양자화 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 기지국으로부터 코드북 선택 주기를 수신하는 단계를 더 포함하며, 상기 단계(c)는 상기 코드북 선택 주기에 상응하여 수행되는 것을 특징으로 하는 중계기를 사용하는 다중 사용자 OFDMA 시스템에서 채널 양자화 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 코드북 선택 주기는 단말의 이동성을 고려하여 결정되며, 채널 평균 이득의 변화량을 이용하는 것을 특징으로 하는 중계기를 사용하는 다중 사용자 OFDMA 시스템에서 채널 양자화 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 코드북 집합은 양자화 비트수별로 생성되는 것을 특징으로 하는 중계기를 사용하는 다중 사용자 OFDMA 시스템에서 채널 양자화 방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 기지국으로부터 양자화 비트수를 수신하는 단계를 더 포함하며, 상기 단계(c)는 상기 수신된 양자화 비트수에 상응하는 코드북 집합으로부터 코드북을 선택하는 것을 특징으로 하는 중계기를 사용하는 다중 사용자 OFDMA 시스템에서 채널 양자화 방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 기지국으로부터 전송되는 양자화 비트수는 평균 채널 이득 크기에 상응하여 결정되는 것을 특징으로 하는 중계기를 사용하는 다중 사용자 OFDMA 시스템에서 채널 양자화 방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 단계(c)는 다음의 수학식에 의해 코드북을 선택하는 것을 특징으로 하는 중계기를 사용하는 다중 사용자 OFDMA 시스템에서 채널 양자화 방법.
    Figure 112009008246676-PAT00022
    위 수학식에서, C는 코드북 집합,
    Figure 112009008246676-PAT00023
    는 C 중에서 양자화 비트수가
    Figure 112009008246676-PAT00024
    인 코드북만으로 구성된 코드북 집합,
    Figure 112009008246676-PAT00025
    는
    Figure 112009008246676-PAT00026
    의 원소인모든 코드북,
    Figure 112009008246676-PAT00027
    와
    Figure 112009008246676-PAT00028
    는 단말이 해당 링크에 실제 스케줄링 될 때의 기지국 및 중계기와의 각 채널의 확률 밀도 함수, P1은 기지국 신호 전력, P2는 중계기 신호 전력임.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 계산된 유효 신호대 잡음비 및 선택된 코드북을 기지국에 피드백하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 중계기를 사용하는 다중 사용자 OFDMA 시스템에서 채널 양자화 방법.
  9. 다수의 코드북 정보를 포함하는 코드북 집합을 단말에 전송하는 단계(a)-상기 코드북 집합은 양자화 비트수별로 생성됨-;
    단말들로부터 채널 상태 정보, 유효 신호대 잡음비 정보 및 코드북 선택 정보를 피드백받는 단계(b);
    단말들의 채널 상태 정보에 기초하여 각 단말의 코드북 선택 주기 및 양자화 비트수를 결정하는 단계(c); 및
    상기 결정된 코드북 선택 주기 및 양자화 비트수를 각 단말에 전송하는 단계(d)를 포함하되,
    상기 코드북 선택 주기 및 양자화 비트수를 수신한 단말은 코드북 선택 주기에 상응하여 수신된 양자화 비트수에 상응하는 코드북 집합으로부터 코드북을 선택하여 채널 양자화를 수행하며, 기지국 및 중계기가 인지 기술을 이용하여 동일한 무선 자원을 사용할 경우 평균 전송률(채널 용량)이 최대화될 수 있도록 코드북을 선택하는 것을 특징으로 하는 중계기를 사용하는 다중 사용자 OFDMA 시스템에서 채널 양자화 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 코드북 선택 주기는 단말의 이동성을 고려하여 결정되며, 평균 채널 이득의 변화량을 이용하여 단말의 이동성을 판단하는 것을 특징으로 하는 중계기를 사용하는 다중 사용자 OFDMA 시스템에서 채널 양자화 방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 양자화 비트수는 평균 채널 이득의 크기를 이용하여 결정되는 것을 특징으로 하는 중계기를 사용하는 다중 사용자 OFDMA 시스템에서 채널 양자화 방법.
  12. 제9항에 있어서,
    상기 단말은 다음의 수학식에 의해 코드북을 선택하는 것을 특징으로 하는 중계기를 사용하는 다중 사용자 OFDMA 시스템에서 채널 양자화 방법.
    Figure 112009008246676-PAT00029
    위 수학식에서, C는 코드북 집합,
    Figure 112009008246676-PAT00030
    는 C 중에서 양자화 비트수가
    Figure 112009008246676-PAT00031
    인 코드북만으로 구성된 코드북 집합,
    Figure 112009008246676-PAT00032
    는
    Figure 112009008246676-PAT00033
    의 원소인모든 코드북,
    Figure 112009008246676-PAT00034
    와
    Figure 112009008246676-PAT00035
    는 단말이 해당 링크에 실제 스케줄링 될 때의 기지국 및 중계기와의 각 채널의 확률 밀도 함수임, P1은 기지국 신호 전력, P2는 중계기 신호 전력임.
  13. 기지국 또는 중계기 링크와의 채널 상태를 추정하고 저장하는 채널 상태 정보 저장부;
    상기 저장된 채널 상태 정보를 이용하여 유효 신호대 잡음비를 계산하는 유효 신호대 잡음비 계산부;
    다수의 코드북 정보를 포함하는 코드북 집합으로부터 기지국 및 중계기가 인지 기술을 이용하여 동일한 무선 자원을 사용할 경우 평균 전송률(채널 용량)이 최대화될 수 있도록 특정 코드북을 선택하는 코드북 선택부;
    상기 선택된 코드북을 이용하여 채널 양자화를 수행하는 채널 양자화부를 포 함하는 것을 특징으로 하는 중계기를 사용하는 다중 사용자 OFDMA 시스템에서 채널 양자화를 위한 단말 장치.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 다수의 코드북 정보를 저장하는 코드북 집합은 기지국으로부터 제공받아 저장되는 것을 특징으로 하는 중계기를 사용하는 다중 사용자 OFDMA 시스템에서 채널 양자화를 위한 단말 장치.
  15. 제13항에 있어서,
    상기 코드북 선택부는 코드북 선택 주기 및 양자화 비트수에 대한 정보를 기지국으로부터 제공받으며 상기 코드북 선택 주기에 제공받은 양자화 비트수에 상응하는 코드북 집합으로부터 코드북을 선택하는 것을 특징으로 하는 중계기를 사용하는 다중 사용자 OFDMA 시스템에서 채널 양자화를 위한 단말 장치.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 코드북 선택부는 다음의 수학식에 의해 코드북을 선택하는 것을 특징으로 하는 다중 사용자 OFDMA 시스템에서 채널 양자화를 위한 단말 장치.
    Figure 112009008246676-PAT00036
    위 수학식에서, C는 코드북 집합,
    Figure 112009008246676-PAT00037
    는 C 중에서 양자화 비트수가
    Figure 112009008246676-PAT00038
    인 코드북만으로 구성된 코드북 집합,
    Figure 112009008246676-PAT00039
    는
    Figure 112009008246676-PAT00040
    의 원소인모든 코드북,
    Figure 112009008246676-PAT00041
    와
    Figure 112009008246676-PAT00042
    는 단말이 해당 링크에 실제 스케줄링 될 때의 기지국 및 중계기와의 각 채널의 확률 밀도 함수임, P1은 기지국 신호 전력, P2는 중계기 신호 전력임.
  17. 다수의 코드북 정보를 포함하는 코드북 집합을 생성하며 단말들에 전송될 코드북 집합을 저장하는 코드북 집합 저장부;
    단말로부터 피드백되는 채널 상태 정보 및 시스템 환경 변수를 저장하는 시스템 환경 변수/채널 상태 정보 저장부;
    단말들의 채널 상태 정보에 기초하여 각 단말의 코드북 선택 주기 및 양자화 비트수를 결정하는 채널 양자화 정보 제어부; 및
    인지 기술을 이용하여 중계기와 기지국이 동일한 무선 자원을 활용하도록 단말에 무선 자원을 할당하는 인지 협력 무선 자원 관리부를 포함하되,
    상기 코드북 선택 주기 및 양자화 비트수를 수신한 단말은 상기 수신한 코드북 선택 주기에 수신된 양자화 비트수에 상응하는 코드북 집합으로부터 코드북을 선택하여 채널 양자화를 수행하며, 기지국 및 중계기가 인지 기술을 이용하여 동일 한 무선 자원을 사용할 경우 송신단 링크와의 평균 전송률(채널 용량)이 최대화될 수 있도록 코드북을 선택하는 것을 특징으로 하는 중계기를 사용하는 다중 사용자 OFDMA 시스템에서 채널 양자화를 위한 기지국 장치.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 채널 양자화 정보 제어부는 단말의 이동성을 고려하여 코드북 선택 주기를 결정하며, 단말의 이동성은 평균 채널 이득의 변화량을 이용하여 판단하는 것을 특징으로 하는 중계기를 사용하는 다중 사용자 OFDMA 시스템에서 채널 양자화를 위한 기지국 장치.
  19. 제17항에 있어서,
    상기 채널 양자화 정보 제어부는 채널의 평균 이득 크기에 기초하여 양자화 비트수를 결정하는 것을 특징으로 하는 중계기를 사용하는 다중 사용자 OFDMA 시스템에서 채널 양자화를 위한 기지국 장치.
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