KR20120041326A - 직교 주파수 분할 다중 접속 시스템에서의 ｃｑｉ 피드백 제어방법 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 직교 주파수 분할 다중 접속 시스템에서의 CQI 피드백 제어방법은, 기본적인 풀밴드(fullband) CQI 기법, Best M Individual 기법 및 허프만 (Huffman) 압축 기법을 기반으로 하는 주파수 분할 다중 접속 시스템에서의 CQI 피드백 제어방법으로서, 수신된 각 PRB(Physical Resource Block)의 SINR(signal-to-interference and noise ratio) 값들을 CQI 값에 매핑하는 단계; 상기 매핑에 따른 CQI 값의 빈도수에 맞추어 각 CQI 값의 빈도 확률을 구하는 단계; 상기 구해진 CQI 값의 빈도 확률에 대한 허프만 부호(Huffman code)를 구성하는 단계; 및 상기 구성된 허프만 부호(Huffman code)를 바탕으로 CQI 값의 송신단으로의 피드백을 제어하는 단계를 포함한다.
이와 같은 본 발명에 의하면, 기본적인 풀밴드(fullband) CQI 기법과 Best M Individual 기법에 허프만(Huffman) 압축 기법을 적용시킴으로써 CQI 피드백 정보의 오버헤드 비트 수를 줄일 수 있다.

Description

직교 주파수 분할 다중 접속 시스템에서의 ＣＱＩ 피드백 제어방법{CQI(channel quality indicator) feedback control method in OFDMA(orthogonal frequency division multiple access) system}

본 발명은 직교 주파수 분할 다중 접속 시스템에서의 CQI(channel quality indicator) 피드백(feedback) 제어방법에 관한 것으로서, 특히 CQI 피드백 정보의 오버헤드(overhead) 비트 수를 줄일 수 있는 직교 주파수 분할 다중 접속 시스템에서의 CQI 피드백 제어방법에 관한 것이다.

3GPP(3rd Generation Partnership Project) LTE(Long Term Evolution: 미래 장기 진화)의 기술에 있어서, OFDMA(orthogonal frequency division multiple access: 직교 주파수 분할 다중 접속) 기법은 LTE 하향링크 전송기법으로서, 이 기법에서는 사용가능한 주파수가 다수의 사용자들을 위해 서브밴드로 나뉘어 사용된다. 송신단에서는 채널 정보에 따라 각 서브밴드에 변조방식과 코딩기법을 다르게 적용하여 사용할 수 있다. 이때 채널정보는 수신단에서 측정된 SINR(signal-to-interference and noise ratio) 값을 정보로 CQI(channel quality indicator)를 송신단에 피드백하여 각 사용자에게 할당된 서브밴드(subband)의 MCS(multipoint communication services) 레벨을 결정한다. CQI 정보는 한 서브밴드에 각각 하나씩의 MCS 레벨 정보가 요구되며, 상당히 많은 CQI 피드백 정보가 필요하고, 상황에 따라서 불필요한 오버헤드(overhead)로 인한 비용이 발생하게 된다. 따라서, CQI 피드백 정보의 오버헤드 비트 수를 줄이는 일은 매우 중요하다.

본 발명은 상기와 같은 사항을 감안하여 창출된 것으로서, 기본적인 풀밴드(fullband) CQI 기법과 Best M Individual 기법에 허프만(Huffman) 압축 기법을 적용시킴으로써 CQI 피드백 정보의 오버헤드 비트 수를 줄일 수 있는 직교 주파수 분할 다중 접속 시스템에서의 CQI 피드백 제어방법을 제공함에 그 목적이 있다.

상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 직교 주파수 분할 다중 접속 시스템에서의 CQI 피드백 제어방법은,

기본적인 풀밴드(fullband) CQI 기법, Best M Individual 기법 및 허프만 (Huffman) 압축 기법을 기반으로 하는 주파수 분할 다중 접속 시스템에서의 CQI 피드백 제어방법으로서,

a) 수신된 각 PRB(Physical Resource Block)의 SINR(signal-to-interference and noise ratio) 값들을 CQI 값에 매핑하는 단계;

b) 상기 매핑에 따른 CQI 값의 빈도수에 맞추어 각 CQI 값의 빈도 확률을 구하는 단계;

c) 상기 구해진 CQI 값의 빈도 확률에 대한 허프만 부호(Huffman code)를 구성하는 단계; 및

d) 상기 구성된 허프만 부호(Huffman code)를 바탕으로 CQI 값의 송신단으로의 피드백을 제어하는 단계를 포함하는 점에 그 특징이 있다.

여기서, 상기 단계 d)에서의 CQI 값의 송신단으로의 피드백을 제어함에 있어서, 상기 CQI 값을 상기 PRB 개수만큼 송신단으로 피드백한다.

이와 같은 본 발명에 의하면, 기본적인 풀밴드(fullband) CQI 기법과 Best M Individual 기법에 허프만(Huffman) 압축 기법을 적용시킴으로써 CQI 피드백 정보의 오버헤드 비트 수를 줄일 수 있는 장점이 있다.

도 1은 본 발명에 따른 직교 주파수 분할 다중 접속 시스템에서의 CQI 피드백 제어방법의 실행 과정을 보여주는 흐름도.
도 2는 기존 CQI Feedback 기법들과 본 발명의 제어방법에 대한 모의실험에 따른 전송률의 비교 결과를 보여주는 도면.
도 3은 기존 CQI Feedback 기법들과 본 발명의 제어방법에 대한 평균전송률과 오버헤드 비트수를 보여주는 도면.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다.

여기서, 본 발명의 실시예를 본격적으로 설명하기에 앞서, 본 발명의 방법에 대한 이해를 돕기 위해 본 발명의 방법과 관련되는 기술들로서의 CQI 기법들에 대하여 먼저 설명해 보기로 한다.

1) Wideband CQI 기법

Wideband CQI 기법은 수신된 모든 PRB(Physical Resource Block)에 대해 측정된 SINR의 평균값을 계산하여, 한 서브 프레임(TTI) 단위로 CQI 피드백 기법을 적용하는 방법이다. 이와 같은 Wideband CQI 기법의 경우, 한 서브프레임에 하나의 CQI 값이 적용되어 오버헤드가 작지만, 각 PRB에 적용되는 채널에 CQI 값이 정확히 적용되지 않는 것으로 인해 전송률 성능이 떨어진다.

2) 기본적인 Fullband CQI 기법

기본적인 Fullband CQI 기법은 전술한 Wideband CQI 기법과는 다르게 수신단에서 각 PRB에서 파일럿 신호의 전력과 간섭들을 이용하여 SINR 값을 측정한 후, 측정된 SINR 값에 해당하는 CQI 값을 PRB 개수만큼 송신단에 피드백해주는 기법이다. 다음의 수식 1에 나타난 것처럼 Fullband CQI 기법의 경우, PRB의 개수에 따라 피드백 정보가 많아져 오버헤드 비트수가 많아지는 단점을 갖고 있으나, 각 PRB에 적용되는 채널을 정확히 송신단에 전달해줌으로써 평균전송률이 향상된다.

위의 수식 1에서 숫자 5는 LTE CQI 값이 32개로 정해져 있을 경우, 한 CQI 값에 5개의 비트가 할당이 되는 것을 의미한다.

3) Best M 기반 CQI Feedback 기법

Best M CQI Feedback 기법은 현재 LTE 표준에 CQI 기법으로 사용될 기술로서, 전술한 Fullband CQI 기법과 마찬가지로 모든 PRB의 SINR 값을 측정한다. 이후, M개의 가장 큰 SINR 값을 갖는 PRB를 선택하여 송신단에 CQI 값을 전송하는 기법이다. 이와 같은 Best M 기반 CQI Feedback 기법은 Best M average 기법과 Best M individual 기법의 두 가지의 방법이 있다.

Best M Average 기법은, 먼저 모든 PRB 중 SINR 값이 가장 큰 M개의 서브밴드 CQI 값의 평균을 취한다. 그런 후, 선택된 M개의 서브밴드 위치를 가리키는 정보를 구한다. 마지막으로 나머지 서브밴드의 CQI 값의 평균값을 취하여 송신단에 전송한다. 이때, 발생하는 오버헤드의 비트수는 다음의 수식 2와 같다.

다음으로, Best M individual 기법은 위의 Best M average 기법과 같은 원리로 SINR 값이 가장 큰 M개의 서브밴드를 선택한다. 하지만 Best M average와 다르게 평균값을 취하지 않고 각 M 개의 서브밴드에 적용되는 CQI 값을 송신단에 전송한다. 이때 선택된 M 개의 서브밴드의 위치를 가리키는 정보와 선택되지 않은 나머지 서브밴드의 평균 SINR 값에 따른 CQI 값이 함께 전송된다. 아래의 수식 3은 이때 발생하는 CQI 비트수를 나타낸다.

이와 같은 Best M individual 기법은 M개의 선택된 서브밴드의 CQI 값을 전송하기 때문에 Best M average 기법보다 많은 비트수가 할당된다. 따라서 Best M individual 기법의 선택된 M개의 개수에 따른 평균 전송률이 Best M average 기법의 평균 전송률보다 더 좋은 성능을 나타낸다. 하지만, Best M individual 기법의오버헤드 비트수는 많아진다. 위의 두 기법은 모두 오버헤드 비트의 수가 선택된 M의 개수에 영향을 받는다.

그러면, 이상의 설명에서와 같은 CQI 기법들에 대한 내용을 토대로 본 발명에 따른 직교 주파수 분할 다중 접속 시스템에서의 CQI 피드백 제어방법에 대하여 설명해 보기로 한다.

도 1은 본 발명에 따른 직교 주파수 분할 다중 접속 시스템에서의 CQI 피드백 제어방법의 실행 과정을 보여주는 흐름도이다.

본 발명에 따른 직교 주파수 분할 다중 접속 시스템에서의 CQI 피드백 제어방법은 전술한 바와 같은 기본적인 풀밴드(fullband) CQI 기법, Best M Individual 기법에 허프만(Huffman) 압축 기법을 적용한 것으로서, 평균 전송률 성능의 손실 없이 오버헤드 비트 수를 줄일 수 있는 기법이다.

도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 직교 주파수 분할 다중 접속 시스템에서의 CQI 피드백 제어방법에 따라, 먼저, 수신된 각 PRB(Physical Resource Block)의 SINR(signal-to-interference and noise ratio) 값들을 CQI 값에 매핑한다(단계 S110).

그런 후, 상기 매핑에 따른 CQI 값의 빈도수에 맞추어 각 CQI 값의 빈도 확률을 구한다(단계 S120).

그런 다음, 상기 구해진 CQI 값의 빈도 확률에 대한 허프만 부호(Huffman code)를 구성한다(단계 S130).

그리고, 마지막으로 상기 구성된 허프만 부호(Huffman code)를 바탕으로 CQI 값의 송신단으로의 피드백을 제어한다(단계 S140).

여기서, 상기 단계 S140에서의 CQI 값의 송신단으로의 피드백을 제어함에 있어서, 상기 CQI 값을 상기 PRB 개수만큼 송신단으로 피드백한다.

한편, 도 2 및 도 3은 기존 CQI Feedback 기법들과 본 발명의 제어방법에 대한 성능 분석의 모의실험 결과를 나타낸 것으로서, 도 2는 전송률의 비교 결과를 보여주는 도면이고, 도 3은 평균전송률과 오버헤드 비트수를 보여주는 도면이다.

또한, 다음의 <표 1>은 이상과 같은 모의실험을 위해 적용된 파라미터를 보여준다.

모의실험에 있어서의 성능 분석은, LTE 시스템 기반의 SISO(single input single output) OFDMA 통신시스템에 의해 이루어졌다. 그리고, 각 SINR 추정 알고리즘은 BPSK(binary phase shift keying)로 구성된 2개의 연속된 OFDM 심볼을 이용하였다. 채널 환경은 최대 지연 샘플이 CP(cycle prefix) 길이 보다 작은 레일리 선택적 페이딩으로 구성하여 실험하였다. 각 기법의 성능은 CQI 피드백을 위해 사용된 오버헤드 비트수와 평균 전송률을 기준으로 평가하였다.

AMC(adaptive modulation and coding) 기법을 적용하기 위한 SINR 매핑은 EESM(exponential effective SIR mapping) 기법을 사용하였다. <표 2>에서 볼 수 있듯이 모의실험에서 사용된 MCS 레벨은 전부 6개의 MCS 레벨을 이용하였다.

LTE OFDMA CQI 관련 모의실험 파라미터

파라미터	값
시스템 대역폭(BW)	5 MHz
서브프레임 당 시간(TTI)	1 ms
서브프레임 당 데이터 심벌 개수	300 심벌
PRB 당 부반송파	12
CQI 당 PRB 개수	2 PRB
서브밴드 수	25
SINR 측정 시간	1 ms(1 TTI)
Link Adaption	각 MCS 레벨 전송률간의 교차점(SINR) 기준
PRB 당 CQI 비트 수	3 비트
Duplexing	FDD
사용된 부반송파 개수	301
부반송파 간격	15 kHz
샘플링 주파수	7.68MHz
FFT 크기	512p
CP 길이	Long CP(16.67us/128p)
채널 환경	레일리 선택적 페이딩
잡 음	AWGN
채널 코딩 기법	convolution coding 1/2, 3/4
변조 기법	BPSK, QPSK, 16QAM, 64QAM
신호검출기법	ML
채널 추정 기법	EESM

AMC 기법을 위한 MCS 레벨

MTS 레벨	변조방식	채널코딩	전송률
1	BPSK	1/2	1.8Mbps
2	QPSK	1/2	3.6Mbps
3	QPSK	3/4	5.4Mbps
4	16QAM	1/2	7.2Mbps
5	16QAM	3/4	10.8Mbps
6	64QAM	3/4	16.2Mbps

6개의 MCS 레벨 정보를 표현하기 위해 2³(8)개 비트로 CQI 피드백 정보를 사용하였다. 도 2는 각 MCS 레벨의 전송률을 나타내며, 각 레벨 간의 전송률의 접점을 기준으로 AMC 기법을 적용하였다.

도 3은 각 CQI 피드백 기법의 평균 전송률과 오버헤드 비트 수를 보여준다. 모의실험은 서브프레임(TTI)로 구현하였으며, 한 서브프레임에 25개의 서브밴드로 구성하였으며 한 서브밴드에 2개의 PRB가 적용된다.

먼저 모든 PRB의 SINR 값의 평균값으로 한 서브프레임에 하나의 MCS 레벨을 적용시키는 Wideband CQI 기법을 살펴본다. 한 서브프레임에 사용되는 CQI 피드백 오버헤드 비트수는 3비트이며 평균 전송률은 1.65Mbps를 나타내었다. 모의실험에서 사용된 한 PRB 당 CQI 비트수는 3비트이기 때문에 상기 수학식 1과 같이 적용된다.

반면, 기본적인 CQI 피드백 기법인 Fullband CQI 기법은 총 25개의 서브밴드에 각 CQI 피드백 오버헤드 비트가 필요하기 때문에 75개의 비트가 사용되었음을 확인할 수 있다. 그리고 평균 전송률은 가장 높은 4.07Mbps의 성능을 나타내었다.

각 서브밴드에 적용되는 CQI 값이 채널환경에 따라 다르게 적용되기 때문에 각 서브밴드마다 다른 MCS 레벨이 적용되는 Fullband CQI 기법이 Wideband CQI 기법에 비해 평균 전송률 성능이 높음을 확인할 수 있다.

Best M 기반 기법들을 살펴보면 모의실험에서 사용된 한 PRB 당 CQI 비트수는 3비트이기 때문에 상기 수학식 2는

으로, 수학식 3은

으로 각각 적용된다.

Best M average 기법의 경우, M = 10 일 때 29개의 오버헤드 비트가 사용되며, 가장 높은 전송률을 나타내었다. M = 2일 때 가장 작은 오버헤드 비트수인 15개의 오버헤드 비트가 필요하였으며 전송률은 1.76Mbps을 나타내었다. 그리고 M = 10을 기준으로 M = 2에서 10으로 증가할수록 비트수와 전송률이 함께 증가하는 경향을 보인다. M = 10에서 16으로 증가할 때는 반대로 비트수와 전송률이 낮아지는 경향을 보인다. Best M individual 기법의 경우, M = 16일 때 4.07Mbps의 가장 좋은 전송률을 보이지만 오버헤드 비트수가 72개가 쓰임을 알 수가 있다. 이는 전송률 성능 관점에서 Fullband CQI 기법과 거의 차이가 없음을 의미한다. 또한, M = 14일 때까지는 거의 비슷한 전송률 성능을 보이기 때문에 Best M individual 기법이 평균전송률과 오버헤드 비트 수와의 상충관계를 개선시킴을 확인할 수 있다. Best M average 기법과 비교해 보면 M = 10 보다 큰 값이 선택되더라도 평균전송률과 오버헤드 비트 수가 증가하는 경향을 보인다.

다음으로, Huffman 압축 기법을 이용한 본 발명의 제어방법으로서의 Fullband Huffman CQI 기법을 살펴보도록 한다. 성능 분석 결과, 약 60개의 오버헤드 비트수를 사용하여 기본적인 기술인 Fullband CQI 기법과 평균전송률 성능이 같음을 보인다. Fullband CQI 기법과 비교하여 약 20%의 오버헤드 비트수를 줄일 수 있었다. Best M individual 기법에 Huffman 압축기법을 적용한 기법 성능을 살펴보면 기존의 Best M individual 기법과 비슷한 성능곡선을 그리며 M의 값에 따라 오버헤드 비트수와 평균 전송률이 증가된다. 하지만 기존 Best M individual 기법과 비교하여 M=10일 경우, 같은 평균 전송률 성능으로 약 25%의 비트 비용을 절약할 수 있음을 확인했다.

이상의 설명에서와 같이, 본 발명에 따른 직교 주파수 분할 다중 접속 시스템에서의 CQI(channel quality indicator) 피드백(feedback) 제어방법은 기본적인 풀밴드(fullband) CQI 기법과 Best M Individual 기법에 허프만(Huffman) 압축 기법을 적용시킴으로써 CQI 피드백 정보의 오버헤드 비트 수를 줄일 수 있는 장점이 있다.

이상, 바람직한 실시예를 통하여 본 발명에 관하여 상세히 설명하였으나, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양하게 변경, 응용될 수 있음은 당업자에게 자명하다. 따라서, 본 발명의 진정한 보호 범위는 다음의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술적 사상은 본 발명의 권리 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (2)

1. 기본적인 풀밴드(fullband) CQI 기법, Best M Individual 기법 및 허프만 (Huffman) 압축 기법을 기반으로 하는 주파수 분할 다중 접속 시스템에서의 CQI 피드백 제어방법으로서,
   a) 수신된 각 PRB(Physical Resource Block)의 SINR(signal-to-interference and noise ratio) 값들을 CQI 값에 매핑하는 단계;
   b) 상기 매핑에 따른 CQI 값의 빈도수에 맞추어 각 CQI 값의 빈도 확률을 구하는 단계;
   c) 상기 구해진 CQI 값의 빈도 확률에 대한 허프만 부호(Huffman code)를 구성하는 단계; 및
   d) 상기 구성된 허프만 부호(Huffman code)를 바탕으로 CQI 값의 송신단으로의 피드백을 제어하는 단계를 포함하는, 직교 주파수 분할 다중 접속 시스템에서의 CQI 피드백 제어방법.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 단계 d)에서의 CQI 값의 송신단으로의 피드백을 제어함에 있어서, 상기 CQI 값을 상기 PRB 개수만큼 송신단으로 피드백하는, 직교 주파수 분할 다중 접속 시스템에서의 CQI 피드백 제어방법.

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