KR20140100258A - Resource allocation method for spectrum reuse in relay-assisted cellular networks - Google Patents

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Abstract

Disclosed is a resource allocation method for spectrum reuse in a relay station (RS) based cellular network, which can increase spectral efficiency with minimized signal overhead. The resource allocation method for spectrum reuse in a RS-based cellular network comprises: a step in which an RS allocates a resource to a mobile station independently according to a subchannel allocation rule; a step in which the RS reports resource allocation information to a base station after allocating the resource to the mobile station from the RS; and a step in which the base station executes resource allocation for the RS and the mobile station in reference to the resource allocation information of the RS. Relay stations share a resource using a fractional frequency reuse method to avoid intra-cell and inter-cell interference between the relay stations, and the relay stations are grouped according to intra-cell interference and inter-cell interference between the relay stations to share a wireless resource.

Description

중계기 기반 셀룰러 시스템에서 스펙트럼 재사용을 위한 자원할당방법{Resource allocation method for spectrum reuse in relay-assisted cellular networks}[Technical Field] The present invention relates to a resource allocation method for spectrum reuse in a repeater-based cellular system,

본 발명은 중계기 기반 셀룰러 시스템에서 스펙트럼 재사용을 위한 자원할당에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 최소의 신호 오버헤드로 대역폭 효율을 증가시키는 중계국(RS: relay station) 기반 셀룰러 시스템에서 스펙트럼 재사용을 위한 자원할당방법에 관한 것이다.
The present invention relates to resource allocation for spectrum reuse in repeater-based cellular systems, and more particularly, to resource allocation for spectrum reuse in a relay station (RS) based cellular system that increases bandwidth efficiency with minimal signal overhead. ≪ / RTI >

이동 통신 서비스의 폭발적인 성장에 부응하기 위하여, 차세대 셀룰러 시스템은 기존 셀룰러 시스템보다 더 높은 데이터 전송속도를 제공해야 한다. 중계 방법(Relaying)이 차세대 셀룰러 시스템을 위한 핵심 기술 중의 하나로서 대두 되는데, 그 이유는 상대적으로 낮은 전개 비용으로 서비스 가능 지역(service coverage), 시스템 용량, 셀 경계에서의 유저 데이터 처리율(cell-edge user throughput)을 증가시킬 수 있기 때문이다. 중계국 기반 셀룰러 시스템에서, 이동국(MS: mobile station)은 기지국(BS: base station)으로부터 직접적으로 데이터를 수신하거나 중계국(RS: relay station)을 통하여 간접적으로 데이터를 수신할 수 있다. 중계국은 기지국으로부터 데이터를 수신하고 이동국에 전달하는데, 이때 상기 이동국은 셀 경계에 위치하거나, 서비스 기지국으로부터는 만족스러운 서비스를 얻지 못하는 음영 지역(shadowed area) 깊은 곳에 위치하고 있다. 중계국을 통한 두 홉 전송방법은 셀 경계에서의 유저 데이터 처리율을 개선할 수 있지만 전체적인 데이터 처리율을 떨어뜨릴 수 있다. 따라서, 중계국 기반 셀룰러 시스템에서 대역폭 효율을 극대화시킬 수 있는 효율적인 자원할당 방법이 설계되어야 한다.To meet the explosive growth of mobile communication services, next generation cellular systems must provide higher data rates than existing cellular systems. Relaying is emerging as one of the key technologies for next-generation cellular systems because of its relatively low deployment cost, service coverage, system capacity, and user data throughput at cell boundaries (cell-edge user throughput). In a relay station-based cellular system, a mobile station (MS) can receive data directly from a base station (BS) or indirectly via a relay station (RS). The relay station receives the data from the base station and delivers it to the mobile station, which is located at a cell boundary or deep in a shadowed area where no satisfactory service is obtained from the serving base station. The two-hop transmission method through the relay station can improve the throughput of user data at the cell boundary, but may reduce the overall data throughput. Therefore, an effective resource allocation method capable of maximizing bandwidth efficiency in a relay station-based cellular system should be designed.

중계국 기반 셀룰러 시스템에서의 하향링크에 대한 자원할당 방법이 다양하게 제안되고 있다. 참고문헌[1] 내지 [5]에서 제안된 자원할당 방법은 기지국이 해당 셀 전체의 링크 전체(즉, 기지국-이동국간 링크, 기지국-중계국간 링크, 중계국-이동국간 링크)에 대하여 자원을 할당하는 중앙집중형 자원할당 방법에 기초를 두고 있다. 중앙집중형 자원할당 방법을 통해 대역폭 효율이 극대화될 수 있다.A variety of resource allocation methods for a downlink in a relay station-based cellular system have been proposed. The resource allocation method proposed in References [1] to [5] is a method in which a base station assigns resources to all the links of the entire cell (i.e., link between base station and mobile station, link between base station and relay station, link between relay station and mobile station) Based resource allocation method. The centralized resource allocation method can maximize bandwidth efficiency.

또한, 참고문헌[6] 및 [7]은 분산형 자원할당 방법을 소개하고 있는데, 이 분산형 자원할당 방법은 중계국과 기지국 각각이 하위 사용자(subordinate user)를 위한 자원할당을 수행하는 방법이다. Pan등은 서브캐리어 분배와 전력할당을 위하여 반복적인 워터필링(iterative waterfilling) 방법을 채택하였다. 참고문헌[7]에서 중계국 각각은 비협력 자원할당 게임(non-cooperative RA game)에서의 플레이어로서 자원할당에 참여한다.References [6] and [7] introduce a distributed resource allocation method. This distributed resource allocation method is a method in which a relay station and a base station perform resource allocation for a subordinate user. Pan adopted an iterative waterfilling method for subcarrier allocation and power allocation. In Ref. [7], each relay station participates in resource allocation as a player in a non-cooperative RA game.

또한, 참조문헌[8]에서, 중계국 사이의 인트라셀(intracell) 재사용이 소개되고 있으며, 참조문헌[9] 및 [10]에서는 자원이 셀 중앙에서 유저에게 할당되었다는 가정하에서 해당 중계국에서 사용된 자원을 기지국이 재사용하도록 제안한다.In [8], reuse of intracell between relay stations is introduced. In reference documents [9] and [10], resources used in the relay station To be reused by the base station.

또한, 참고문헌[11]은 인트라셀 간섭뿐만 아니라 인터셀(intercell) 간섭에 바탕을 두고 자원 블록(resource block)을 유저에게 할당하는 자원할당 방법을 제시하고 있다.In addition, Reference [11] suggests a resource allocation method in which a resource block is allocated to a user based on intra cell interference as well as intercell interference.

아울러 참고문헌[12]은 망 내에 존재하는 중계국 및 기지국 전부가 플레이어로서 전력 할당을 수행하는 비협력 게임을 공식화하였다. In addition, Reference [12] formulated a non-cooperative game in which all relay stations and base stations in the network perform power allocation as players.

한편, 기지국 사이의 인트라셀 및 인터셀 간섭문제를 해결하기 위해서 종래에 제안된 기술이 부분 주파수 재사용(FFR: fractional frequency reuse)이다. 일반적으로, 부분 주파수 재사용방법은 참고문헌[13]에 개시된 바와 같이, 중계국이 존재하지 않는 셀룰러 망에서 인터셀 간섭을 회피하기 위하여 고려되어 왔다. 상기 주파수 대역은 몇몇 서브 대역으로 나누어지며, 이웃하는 셀은 서로 다른 서브밴드를 할당받는다.
Meanwhile, in order to solve the inter-cell interference problem between base stations, a technique that has been proposed in the past is fractional frequency reuse (FFR). Generally, the partial frequency reuse method has been considered to avoid inter-cell interference in a cellular network in which no relay station exists, as disclosed in reference [13]. The frequency band is divided into several subbands, and neighboring cells are assigned different subbands.

[1]. IEEE Std 802.16j-2009, "Part 16: Air intrference for broadband wireless access systems - Amendent 1: Multiple relay specifications," June 2009.[One]. IEEE Std 802.16j-2009, "Part 16: Air introns for broadband wireless access systems - Amendent 1: Multiple relay specifications," June 2009. [2]. A. Ghosh, R. Ratasuk, B. mondal, N. Mangalvedhe, and T. Thomas, "LTE-Advanced: Next-generation wireless broadband technology" IEEE Wireless Commun., vol. 17, no. 3, pp. 10-22, June 2010.[2]. A. Ghosh, R. Ratasuk, B. Mondal, N. Mangalvedhe, and T. Thomas, "LTE-Advanced: Next-generation wireless broadband technology" IEEE Wireless Commun., Vol. 17, no. 3, pp. 10-22, June 2010. [3]. Y. Kim and M. L. Sichitiu, "Optimal max-min fair resource allocation in multihop relay-enhanced WiMAX networks" IEEE Trans. Veh. Commun., vol. 60, no. 8, pp. 3907-3918, Oct. 2011.[3]. Y. Kim and M. L. Sichitiu, "Optimal max-min fair resource allocation in multihop relay-enhanced WiMAX networks" IEEE Trans. Veh. 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Yang, and M. O. Hasna, "Analysis of cell spectral efficiency of infrastructure relay-enhanced cellular system," in Proc. WCSP 2011, Nanjing, China, Nov. 2011.[9]. L. Zhang, H.C. Yang, and M. O. Hasna, "Analysis of Cell Spectral Efficiency of Infrastructure Relay-Enhanced Cellular System," in Proc. WCSP 2011, Nanjing, China, Nov. 2011. [10]. O. Oyman, "Opportunistic scheduling and spectrum reuse in relay-based cellular networks," IEEE Trans. Wireless. Commun., vol. 9, no. 3, pp. 1074-1085, Mar. 2010.[10]. O. Oyman, "Opportunistic scheduling and spectrum reuse in relay-based cellular networks," IEEE Trans. Wireless. Commun., Vol. 9, no. 3, pp. 1074-1085, Mar. 2010. [11]. L. Liang, G. Feng, and Y. Zhang, "Resource allocation with interference coordination for relay-assisted cellular orthogonal frequency division multiple access systems," IET Commun., vol. 6, no. 3, pp. 300-310, Mar. 2012.[11]. L. Liang, G. Feng, and Y. Zhang, "Resource allocation with interference coordination for relay-assisted cellular orthogonal frequency division multiple access systems," IET Commun., Vol. 6, no. 3, pp. 300-310, Mar. 2012. [12]. R. Yin, Z. Zhang, G. Yu, Y. Zhang, and Y. Xu, "Power allocation for relay-assisted TDD cellular system with dynamic frequency reuse," IEEE Trans. Wireless. Commun., vol. 11, no. 7, pp. 2424-2435, July 2012.[12]. R. Yin, Z. Zhang, G. Yu, Y. Zhang, and Y. Xu, "Power allocation for relay-assisted TDD cellular system with dynamic frequency reuse," IEEE Trans. Wireless. Commun., Vol. 11, no. 7, pp. 2424-2435, July 2012. [13]. G. Boudreau, J. Panicker, N. Guo, R. Chang, N. Wang, and S. Vrzic, "Interference coordination and cancellation for 4G networks," IEEE Commun. Mag., vol. 47, no. 4, pp. 74-81, Apr. 2009.[13]. G. Boudreau, J. Panicker, N. Guo, R. Chang, N. Wang, and S. Vrzic, "Interference coordination and cancellation for 4G networks," IEEE Commun. Mag., Vol. 47, no. 4, pp. 74-81, Apr. 2009. [14] M. Liang, F. Liu, Z. Chen, Y. F. Wang, and D. C. Yang, "A novel frequency reuse scheme for OFDMA based relay enhanced cellular networks," Proc. IEEE VTC 2009 Spring, Barcelona, Spain, Apr. 2009.[14] M. Liang, F. Liu, Z. Chen, Y. F. Wang, and D. C. Yang, "A novel frequency reuse scheme for OFDMA based relay enhanced cellular networks," Proc. IEEE VTC 2009 Spring, Barcelona, Spain, Apr. 2009.

그러나 상기와 같은 참고문헌 [1] 내지 [5]에 개시된 종래기술은 계산 복잡도(computational complexity)가 높을 뿐만 아니라 엄청난 양의 신호 오버헤드를 요구하는 단점이 있다. 그 이유는 기지국이 자원 전체의 할당에 관여하고 있고, 링크 전체의 채널정보가 기지국에 피드백되어야만 하기 때문이다. 실질적인 구현에 있어서, 자원할당이 최적화되었다고 하더라도, 과도한 신호 오버헤드가 대역폭 효율을 제약한다.However, the conventional techniques disclosed in the above-mentioned reference documents [1] to [5] have a disadvantage in that not only the computational complexity is high but also a huge amount of signal overhead is required. The reason for this is that the base station is involved in the allocation of the entire resources, and channel information of the entire link must be fed back to the base station. In practical implementations, even though resource allocation is optimized, excessive signal overhead limits bandwidth efficiency.

또한, 참고문헌 [6] 및 [7]에 개시된 종래기술은 비록 분산형 자원할당 방법을 통하여 계산 복잡도 및 신호 오버헤드가 줄어들 수는 있지만, 중계국과 중계국 사이, 기지국과 중계국 사이에 간섭문제를 피하기 위한 정보 교환이 요구되는 단점이 있다. 여기서 셀 내에서 충분히 낮은 상호 간섭도를 갖는 다중 송신기(transmitter)(즉, 기지국 및 중계국)들이 동일한 자원을 동시에 사용하도록 함으로써, 무선자원이 더 효율적으로 활용될 수 있다.In addition, although the prior art disclosed in references [6] and [7] can reduce the computation complexity and signal overhead through the distributed resource allocation method, it avoids the interference problem between the relay station and the relay station, between the base station and the relay station There is a disadvantage in that information exchange is required. By allowing multiple transmitters (i. E., Base stations and relay stations) having sufficiently low mutual interference within the cell to simultaneously use the same resources, the radio resources can be utilized more efficiently.

또한, 참고문헌 [8] 내지 [10]에 개시된 종래기술은 동시 전송에 의하여 야기된 간섭(인트라셀 간섭)이 자원할당 시 고려되어 공간 재사용이 이루어지도록 해야하는 단점이 있다. 예를 들어, 두 중계국이 서로 인접하여 있고, 같은 서브 채널 상에서 전송을 하는 경우, 서비스를 받는 이동국들은 원하지 않는 송신장치로부터 인트라셀 간섭을 받을 수 있다. 중계국들은 셀 경계에서의 유저 데이터 처리율을 개선시키기 위하여 전형적으로 셀 경계 근처에 위치하기 때문에, 중계국들이 서로 인접하여 있지만 다른 셀에 속할 수 있는데, 이것이 서로 심각한 간섭을 가져온다 (중계국 사이의 인터셀 간섭).In addition, the prior art disclosed in [8] to [10] has a disadvantage in that the interference caused by the simultaneous transmission (intra-cell interference) is considered in resource allocation so that space reuse can be performed. For example, when two relay stations are adjacent to each other and transmit on the same subchannel, the receiving mobile stations may receive intra-cell interference from undesired transmitting apparatuses. Because relay stations are typically located near cell boundaries to improve user data throughput at cell boundaries, relay stations may be adjacent to one another but may belong to different cells, which causes significant interference with each other (inter-cell interference between relay stations) .

이에 본 발명은 상기와 같은 종래기술들에서 발생하는 제반 문제점들을 해결하기 위해서 제안된 것으로서, 최소의 신호 오버헤드로 대역폭 효율을 증가시키는 중계국(RS: relay station) 기반 셀룰러 망에서 스펙트럼 재사용을 위한 자원할당방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, the present invention has been made in view of the above problems, and it is an object of the present invention to provide a method and apparatus for spectrum reuse in a relay station (RS) based cellular network that increases bandwidth efficiency with minimum signal overhead The purpose is to provide an allocation method.

본 발명의 다른 목적은 부분 주파수 재사용(FFR) 기법을 적용하고 직교 자원 서브 셋을 사용하여 중계국 기반 셀룰러 시스템에서 중계국 사이의 간섭을 줄이도록 한 중계국 기반 셀룰러 시스템에서 스펙트럼 재사용을 위한 자원할당방법을 제공하는 데 있다.Another object of the present invention is to provide a resource allocation method for spectrum reuse in a relay station-based cellular system in which a partial frequency reuse (FFR) technique is applied and interference between relay stations is reduced in an RS-based cellular system using orthogonal resource subsets I have to.

본 발명의 또 다른 목적은 중계국은 하위 유저들에 대하여 자원할당을 수행하고, 기지국은 단지 원 홉 유저(one-hop users) 및 중계국만을 처리하도록 하여 채널 정보의 신호 오버헤드를 줄이도록 한 중계국 기반 셀룰러 시스템에서 스펙트럼 재사용을 위한 자원할당방법을 제공하는 데 있다.Yet another object of the present invention is to provide a relay station-based relay station in which a relay station performs resource allocation to lower users and a base station processes only one-hop users and relay stations to reduce signal overhead of channel information And to provide a resource allocation method for spectrum reuse in a cellular system.

본 발명의 또 다른 목적은 중계국의 서브채널 할당 규칙을 적용하여 중계국들이 가능한 많은 자원을 재사용하면서 각각이 독립적으로 자원할당을 수행하도록 한 중계국 기반 셀룰러 시스템에서 스펙트럼 재사용을 위한 자원할당방법을 제공하는 데 있다.Yet another object of the present invention is to provide a resource allocation method for spectrum reuse in a relay station-based cellular system in which relay stations perform resource allocation independently while reusing as much resources as possible by applying a subchannel allocation rule of a relay station have.

본 발명의 또 다른 목적은 기지국이 중계국들과 동일한 자원을 활용하도록 하여 공간 재사용을 극대화시킬 수 있도록 한 중계국 기반 셀룰러 시스템에서 스펙트럼 재사용을 위한 자원할당방법을 제공하는 데 있다.
It is still another object of the present invention to provide a resource allocation method for spectrum reuse in a relay station-based cellular system in which a base station utilizes the same resources as relay stations to maximize space reuse.

상기와 같은 과제들을 해결하기 위한 본 발명에 따른 중계국 기반 셀룰러 시스템에서 스펙트럼 재사용을 위한 자원할당방법은 (a) 중계국에서 서브채널 할당 규칙에 따라 독립적으로 이동국에 자원을 할당하는 단계;According to another aspect of the present invention, there is provided a method for allocating resources for spectrum reuse in a relay station-based cellular system, the method comprising: (a) allocating resources independently to a mobile station in accordance with a subchannel allocation rule in a relay station;

(b) 상기 중계국에서 이동국에 자원할당 후 이동국 자원할당 정보를 기지국에 보고하는 단계;(b) reporting the mobile station resource allocation information to the base station after allocating resources to the mobile station in the relay station;

(c) 상기 기지국에서 상기 중계국의 자원할당 정보를 참조하여 상기 중계국과 이동국에 대한 자원할당을 실행하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
(c) performing resource allocation for the relay station and the mobile station by referring to the resource allocation information of the relay station in the base station.

본 발명에 따르면 중계국에서 서브채널 할당 규칙에 따라 중계국들이 상호작용 없이 서브채널을 재사용하여 독립적으로 이동국에 자원을 할당함으로써, 최소의 신호 오버헤드로 대역폭 효율(spectral efficiency)을 극대화할 수 있는 효과가 있다.According to the present invention, the relay station can reuse the subchannels without mutual action according to the subchannel allocation rule, thereby allocating resources independently to the mobile station, thereby maximizing the spectral efficiency with the minimum signal overhead have.

또한, 본 발명에 따르면 부분 주파수 재사용(FFR) 방법을 적용함으로써 중계국 사이의 인트라셀 간섭(intracell interference) 및 인터셀 간섭(intercell interference)을 최소화할 수 있는 효과가 있다.In addition, according to the present invention, intracell interference and intercell interference between relay stations can be minimized by applying a partial frequency reuse (FFR) method.

또한, 본 발명에 따르면 자원할당시 두 홉 전송시 가능한 적은 서브채널을 할당하고, 원 홉 전송시 인트라셀 간섭 없는 서브채널을 더 많이 할당함으로써 대역폭 효율을 높일 수 있는 효과가 있다.
In addition, according to the present invention, bandwidth efficiency can be improved by allocating as few subchannels as possible in two hop transmission at the time of resource allocation and allocating more subchannels without intrachannel interference at one hop transmission.

도 1은 본 발명에 따른 중계기 기반 셀룰러 시스템에서 스펙트럼 재사용을 위한 자원할당방법을 보인 순서도.
도 2는 본 발명에서 중계국 기반 셀룰러 시스템의 모델도.
도 3은 본 발명에서 제안된 자원할당 방법에 따른 자원할당 과정과 기지국과 중계국 사이의 신호처리도.
도 4는 본 발명에서 이동국과 기지국 및 중계국과의 이격 거리 예시도.
1 is a flowchart illustrating a resource allocation method for spectrum reuse in a repeater-based cellular system according to the present invention;
2 is a model diagram of a relay station based cellular system in the present invention.
3 is a diagram illustrating a resource allocation process according to the resource allocation method proposed by the present invention and a signal processing diagram between the BS and the RS.
4 is a diagram illustrating an example of a distance between a mobile station, a base station, and an RS in the present invention;

이하 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부한 도면에 의거 상세히 설명하면 다음과 같다. 본 발명을 설명하기에 앞서 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그에 대한 상세한 설명은 생략한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the following description, well-known functions or constructions are not described in detail since they would obscure the invention in unnecessary detail.

도 1은 본 발명에 따른 중계기 기반 셀룰러 시스템에서 스펙트럼 재사용을 위한 자원할당방법을 보인 순서도이다.1 is a flowchart illustrating a resource allocation method for spectrum reuse in a repeater-based cellular system according to the present invention.

도 1에 도시된 바와 같이, 중계기 기반 셀룰러 시스템에서 스펙트럼 재사용을 위한 자원할당방법은 (a) 중계국(RS)에서 서브채널 할당 규칙에 따라 독립적으로 이동국(MS)에 자원을 할당하는 단계(S10 ~ S40); (b) 상기 중계국(RS)에서 이동국(MS)에 자원할당 후 이동국 자원할당 정보를 기지국(BS)에 보고하는 단계(S50); (c) 상기 기지국(BS)에서 상기 중계국(RS)의 자원할당 정보를 참조하여 상기 중계국(RS)과 이동국(MS)에 대한 자원할당을 실행하는 단계(S70, S80)를 포함한다.As shown in FIG. 1, a resource allocation method for spectrum reuse in a repeater-based cellular system includes: (a) allocating resources to a mobile station (MS) independently from a relay station (RS) S40); (b) reporting mobile station resource allocation information to a base station (BS) after allocating resources to the mobile station (MS) in the relay station (RS) (S50); (c) performing resource allocation for the relay station (RS) and the mobile station (MS) by referring to the resource allocation information of the relay station (RS) in the base station (BS).

이와 같이 구성된 본 발명에 따른 중계기 기반 셀룰러 시스템에서 스펙트럼 재사용을 위한 자원할당방법에 대해서 첨부한 도면 도 1 내지 도 4를 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.A resource allocation method for spectrum reuse in a repeater-based cellular system according to the present invention will now be described in detail with reference to FIGS. 1 to 4. FIG.

본 발명이 적용되는 중계국 기반 셀룰러 망(Relay-assisted Cellular Network)은 셀 전체가 W의 대역폭을 가진 동일한 주파수 대역에서 동작하는 중계국 기반 셀룰러 망의 하향 링크에 관련된다. 주파수 대역은 동일한 대역폭을 가진 M개의 서브채널(subchannels)로 분할되며, 시간은 고정길이를 갖는 프레임으로 분할된다. 중계 동작에서 하향링크 프레임(frame)은 두 개의 슬롯(slot)으로 분할된다. 상기 중계국(RS)은 제1 슬롯에서 기지국(BS)으로부터 데이터를 수신하며, 제2 슬롯에서 상기 데이터를 해당하는 하위 이동국(MS)에 전달한다. 하향링크 프레임 길이에 대한 s번째 슬롯 길이의 비는

Figure pat00001
로 표기된다. 본 발명에서 기지국(BS)으로부터 직접 서비스를 받는 이동국(MS)을 직접 이동국(direct MS)이라 칭하며, 데이터가 중계국(RS)에 의하여 중계되는 이동국(MS)을 간접 이동국(indirect MS)라고 칭한다.A Relay-assisted Cellular Network to which the present invention is applied relates to a downlink of a relay station-based cellular network in which the entire cell operates in the same frequency band having a bandwidth of W. A frequency band is divided into M subchannels with the same bandwidth, and time is divided into frames having a fixed length. In the relay operation, the downlink frame is divided into two slots. The relay station RS receives data from a base station (BS) in a first slot and delivers the data to a corresponding lower mobile station (MS) in a second slot. The ratio of the s-th slot length to the downlink frame length is
Figure pat00001
Respectively. In the present invention, a mobile station (MS) receiving a service directly from a base station (BS) is referred to as a direct mobile station (MS) and a mobile station (MS) whose data is relayed by a relay station (RS) is referred to as an indirect mobile station (MS).

각 셀의 중계국들은 도 2에 도시된 바와 같이, 홈 셀 기지국(BS1, BS2, BS3)으로부터 반경 DRS만큼 떨어진 곳에 위치한다. DRS보다 더 가까운 거리에 위치한 이동국들은 기지국(BS1, BS2, BS3)에 의하여 직접 서비스를 받는다고 가정한다. 왜냐하면, 상기 이동국이 음영 지역 깊은 곳에 존재하는 경우를 제외하고 중계의 이점이 없기 때문이다. 반면, 이동국이 홈 셀 기지국으로부터 DRS이상 떨어진 경우, 상기 이동국은 적절한 중계 선택 방법을 통하여 기지국 및 중계국 중 최고의 전송 장치를 선택한다.The relay stations of each cell are located at a distance of D RS from the home cell base stations BS1, BS2, and BS3, as shown in FIG. It is assumed that the mobile stations located closer to the D RS receive service directly by the base stations (BS1, BS2, BS3). This is because there is no advantage of relaying except when the mobile station is located deep in the shadow area. On the other hand, when the mobile station is more than D RS from the home cell base station, the mobile station selects the best transmission device among the base station and the relay station through an appropriate relay selection method.

K와 j 각각은 전송장치와 수신장치의 색인을 의미한다. 전송장치 0은 기지국을 나타내며, 전송장치

Figure pat00002
는 중계국 k를 의미한다. 수신장치는 이동국(MS) 또는 중계국(제1슬롯인 경우만)을 나타낸다. 중계국(RS)은 간접 이동국으로 중계되는 데이터를 제1슬롯에서 기지국(BS)으로부터 수신한다.
Figure pat00003
가 전송장치k에 의하여 서비스를 받는 이동국의 수라 할 때, 수신장치들은 제1슬롯에서
Figure pat00004
으로 인덱스되며, 제2슬롯에서
Figure pat00005
Figure pat00006
로 인덱스된다.
Figure pat00007
는 제s번 째 슬롯에서 송신장치k와 수신장치 사이의 링크 수라고 할 때,
Figure pat00008
대하여
Figure pat00009
Figure pat00010
를 만족한다.K and j denote the indexes of the transmitting apparatus and the receiving apparatus, respectively. Transmission device 0 represents a base station,
Figure pat00002
Means relay station k. The receiving apparatus indicates a mobile station (MS) or a relay station (only in the case of the first slot). The relay station (RS) receives the data relayed to the indirect mobile station from the base station (BS) in the first slot.
Figure pat00003
Lt; RTI ID = 0.0 > k < / RTI > is the number of mobile stations served by transmission apparatus k,
Figure pat00004
, And in the second slot
Figure pat00005
Figure pat00006
.
Figure pat00007
Is the number of links between the transmitting apparatus k and the receiving apparatus in the s-th slot,
Figure pat00008
about
Figure pat00009
And
Figure pat00010
.

본 발명에서 다중 중계국들은 제2슬롯에서 동일한 서브채널 상에서 동시에 데이터를 전송할 수 있다. 그러나 중계국들의 동시 전송은 중계국 사이의 인트라셀 및 인터셀 간섭을 야기할 수 있다. 최소의 신호 오버헤드를 성취하면서 이와 같은 간섭문제를 극복하기 위하여, 본 발명에서는 도 2에 도시된 바와 같이 부분 주파수 재사용(FFR) 개념을 채용하여 중계국 사이에 자원을 공유하도록 한다. 제2슬롯의 서브채널 전체가 V 서브채널 집합으로 분할된다. 셀 내의 중계국들은 같은 수의 중계국 그룹(RS group)으로 분할되며, 각 중계국그룹은 다른 서브채널 집합을 사용할 수 있다.

Figure pat00011
가 중계국 그룹 i에 허락된 서브채널 집합이라고 하면, 이웃하는 중계국들은 서로 다른 중계국그룹을 할당받아서 중계국 사이의 간섭문제를 피할 수 있다. 부분 주파수 재사용(FFR) 방법이 이웃하는 중계국들에 적용되며, 중계국 각각은 서로 다른 셀에 속한다. 도 2는 중계국(V=3인 경우)들 사이의 부분 주파수 재사용 기반 자원 공유 방법의 예를 보여주는 도면이다. 도 2에서 각 셀 내의 중계국은 인트라셀 간섭에 따라서 그룹핑한 다음 중계국 그룹은 중계국 사이의 인터셀 간섭에 따라서 인덱스되어 있다. 예를 들어, 동일한 셀 내에서 서로 밀접하게 위치한 RS1-1, RS1-2 및 RS 1-6은 서로 다른 중계국 그룹(RS group)
Figure pat00012
Figure pat00013
을 할당받는다. 서로 다른 셀에 속하는 이웃하는 중계국 RS1-1, RS2-5 및 RS3-3은 다른 서브채널 집합을 사용하여 중계국 사이의 간섭을 피한다. 설명의 편의를 위하여,
Figure pat00014
,
Figure pat00016
이라 하고,
Figure pat00017
Figure pat00018
보다 크지 않은 가장 큰 정수라고 한다. 부분 주파수 할당(FFR) 기반 자원 공유 정책을 통하여, 중계국들은 서로 독립적으로 자원할당을 수행할 수 있다. 왜냐하면, 중계국 사이의 상호 간섭이 무시 될 수 있기 때문이다. (S10 ~ S20)In the present invention, multiple relay stations can simultaneously transmit data on the same subchannel in the second slot. However, simultaneous transmission of relay stations may cause intra-cell and inter-cell interference between relay stations. In order to overcome such an interference problem while achieving minimum signal overhead, the present invention adopts the concept of partial frequency reuse (FFR) as shown in FIG. 2 to share resources among relay stations. The entire subchannel of the second slot is divided into a set of V subchannels. Relay stations in a cell are divided into the same number of RS groups, and each relay station group can use a different set of sub-channels.
Figure pat00011
Is a set of subchannels allowed to the relay station group i, neighboring relay stations can be allocated different relay station groups to avoid interference problems between the relay stations. A partial frequency reuse (FFR) method is applied to neighboring relay stations, and each relay station belongs to a different cell. 2 is a diagram illustrating an example of a partial frequency reuse-based resource sharing method between a relay station (when V = 3). In Fig. 2, the relay stations within each cell are grouped according to the intra-cell interference, and the relay station group is indexed according to inter-cell interference between the relay stations. For example, RS1-1, RS1-2, and RS1-6, which are closely located within the same cell,
Figure pat00012
And
Figure pat00013
. Neighboring relay stations RS1-1, RS2-5, and RS3-3 belonging to different cells avoid interference between relay stations using different sub-channel sets. For convenience of explanation,
Figure pat00014
,
Figure pat00016
And,
Figure pat00017
The
Figure pat00018
It is said to be the largest integer not greater than. Through the partial resource allocation (FFR) based resource sharing policy, relay stations can independently perform resource allocation. This is because mutual interference between relay stations can be ignored. (S10 to S20)

공간 재사용을 극대화시키기 위하여, 기지국(BS)은 또한 중계국(RS)에 의하여 사용되는 자원을 활용할 수 있다. 도 2에 도시된 바와 같이, 기지국(RS1, RS2, RS3)은 서브채널의 일부가 중계국 RS(s)에 의하여 사용될 수 있다고 하더라도 제2슬롯에서 서브채널 전체를 사용할 수 있다. 그러나 기지국 전송은 간접 이동국들 사이에서 심각한 간섭을 야기할 수 있다. 그러므로 서브채널들이 중계국들에 의하여 재사용된다면, 서브채널 상에서 기지국의 파워 전송은 중계국의 전송을 보호하기 위하여 제한된다. To maximize space reuse, the base station (BS) may also utilize resources used by the relay station (RS). As shown in FIG. 2, the base stations RS1, RS2, and RS3 can use the entire subchannel in the second slot even though a part of the subchannel can be used by the relay station RS (s). However, base station transmissions can cause severe interference between indirect mobile stations. Therefore, if the subchannels are reused by the relay stations, the power transmission of the base station on the subchannel is limited to protect the transmission of the relay station.

반면, 간접 이동국들은 전송이 동시에 이루어짐에 따라서 간섭을 추가로 받을 수 있다. 그러나 이러한 문제는 기지국 스케줄링 방법을 통해서 극복될 수 있다. 예를 들어서, 기지국은 중계국에 의하여 이용되는 서브채널을 셀 중앙에 있는 유저에 할당할 수 있다. 왜냐하면, 셀 중앙에 있는 유저들은 기타 지역에 있는 유저들보다 중계국으로부터 파워 간섭을 덜 받기 때문이다.On the other hand, the indirect mobile stations can receive additional interference as the transmission occurs at the same time. However, this problem can be overcome through the base station scheduling method. For example, the base station may assign a subchannel used by the relay station to a user at the center of the cell. This is because the users in the center of the cell receive less power interference from the relay station than users in other areas.

상기와 같은 자원할당이 셀 기준으로 이루어지며, 부분 주파수 재사용 기반 대역폭 재사용 정책을 통해 중계국 사이의 인터셀 간섭이 무시할 수 있기 때문에, 이하 본 발명에서는 이웃하는 기지국으로부터의 간섭을 여전히 고려하면서 망 내에 있는 하나의 셀(타깃 셀)만 집중하여 설명한다.Since the resource allocation is performed based on the cell and the inter-cell interference between the relay stations is negligible through the partial frequency reuse-based bandwidth reuse policy, in the present invention, in consideration of interference from neighboring base stations, Only one cell (target cell) is concentrated.

한편, 자원 할당을 위해 신호대 간섭비(SIR: Signal-to-interference ratio) 및 전송 용량 모델(Transmission Capacity Model)을 고려해야 한다.Meanwhile, the signal-to-interference ratio (SIR) and the transmission capacity model should be considered for resource allocation.

Figure pat00019
를 이진 서브채널 할당 변수라고 하고,
Figure pat00020
를 만족한다고 가정한다. 상기의 변수가 1인 경우는 서브채널 m이 s번째 슬롯에서 송신기k 및 수신기 j사이의 링크에 할당됨을 의미한다. 반대의 경우는 서브채널 m이 상기 링크에 할당되지 않음을 의미한다.
Figure pat00021
는 s번째 슬롯에서 수신기 j에 할당된 서브채널 m상에서의 전송기 k의 전송 전력을 의미한다.
Figure pat00022
인 경우,
Figure pat00023
이다. 그리고 그 역의 관계도 성립한다.
Figure pat00019
Is called a binary subchannel allocation variable,
Figure pat00020
. If the above variable is 1, it means that subchannel m is allocated to the link between transmitter k and receiver j in the s-th slot. In the opposite case, the subchannel m is not assigned to the link.
Figure pat00021
Is the transmit power of transmitter k on subchannel m allocated to receiver j in the s < th > slot.
Figure pat00022
Quot;
Figure pat00023
to be. And the inverse relationship holds.

s번째 슬롯에서 서브채널 m상에서의 전송기 k의 전송 전력,

Figure pat00024
가 주어지고,
Figure pat00025
가 성립한다.
Figure pat00026
이고,
Figure pat00027
가 전송기k와 수신기 사이의 링크에 대하여 홈 셀 간섭자의 전송 파워 매트릭스 리스트를 의미하는 경우,
Figure pat00028
가 성립한다.
Figure pat00029
Figure pat00030
에 대한 파워 할당 정보가 제공되었다면, s번째 슬롯에서 서브채널 m상에서의 전송기k로부터 수신기j로의 신호대간섭비(SIR)는 아래의 식(1)로 표현될 수 있다.the transmit power of transmitter k on subchannel m in the s < th > slot,
Figure pat00024
Is given,
Figure pat00025
.
Figure pat00026
ego,
Figure pat00027
Quot; means a list of transmission power matrices of a home cell interferer for a link between transmitter k and receiver,
Figure pat00028
.
Figure pat00029
Wow
Figure pat00030
The signal to interference ratio (SIR) from transmitter k to receiver j on subchannel m in the s < th > slot can be expressed by the following equation (1).

Figure pat00031
Figure pat00031

상기 수학식 (1)에서,

Figure pat00032
는 s번째 슬롯에서 서브채널 m상에서의 전송기k와 수신기j사이의 채널 이득이고,
Figure pat00033
는 수신 인트라셀 간섭전력을 의미하고,
Figure pat00034
는 이웃하는 기지국들로부터의 수신 인터셀 간섭전력을 의미한다. 셀룰러 시스템은 잡음보다는 간섭에 의하여 제한되기 때문에 본 발명에서 사용한 시스템 모델에서는 잡음(thermal noise)은 무시한다. 제1슬롯에서 기지국은 단지 송신기로서 역할을 하며, 직교 서브채널을 수신기에 할당하므로(즉,
Figure pat00035
) 제1슬롯에서의 SIR은
Figure pat00036
로 간략화될 수 있다. 반면, 기지국과 중계국 사이에 자원이 재사용되는 경우, 제2슬롯에서 인트라셀 간섭이 존재한다(
Figure pat00037
).In the above equation (1)
Figure pat00032
Is the channel gain between transmitter k and receiver j on subchannel m in the s < th > slot,
Figure pat00033
Denotes the receiving intra-cell interference power,
Figure pat00034
Refers to the received inter-cell interference power from neighboring base stations. Since the cellular system is limited by interference rather than noise, the system model used in the present invention ignores the thermal noise. In the first slot, the base station serves only as a transmitter and assigns orthogonal subchannels to the receiver (i.e.,
Figure pat00035
) The SIR in the first slot is
Figure pat00036
. ≪ / RTI > On the other hand, if resources are reused between the base station and the relay station, intra-cell interference exists in the second slot (
Figure pat00037
).

연속시간 M-진 직교 진폭변조(Continuous-rate M-ary quadrature amplitude modulation)가 적용된다고 가정하자.

Figure pat00038
의 SIR값을 가진 서브채널에 대하여 성취할 수 있는 전송용량은
Figure pat00039
로서 주어지며,
Figure pat00040
는 목표 비트 에러율이다. 본 발명에서 s번째 슬롯의 서브채널 m이 전송기k와 수신기j 사이의 링크에 할당되는 경우, 상기 서브채널에 대한 성취할 수 있는 전송용량은
Figure pat00041
Figure pat00042
로서 표현될 수 있다. 여기에서,
Figure pat00043
를 만족한다. 그 다음 상기 링크의 전송률은
Figure pat00044
이다.Assume that continuous-time M-ary quadrature amplitude modulation is applied.
Figure pat00038
The achievable transmission capacity for a subchannel with an SIR value of < RTI ID = 0.0 >
Figure pat00039
Lt; / RTI >
Figure pat00040
Is the target bit error rate. In the present invention, when the subchannel m of the s-th slot is allocated to the link between the transmitter k and the receiver j, the achievable transmission capacity for the subchannel is
Figure pat00041
Figure pat00042
. ≪ / RTI > From here,
Figure pat00043
. The transmission rate of the link is then
Figure pat00044
to be.

한편, 본 발명에서 제안된 자원할당방법은 이동국의 최소한의 데이터 전송률 요건을 이행해야 하며, 상기 이동국의 최소한의 데이터 전송속도 요건은 셀룰러 유저들의 QoS(서비스 품질; quality of service)를 반영한다.

Figure pat00045
이 송신기k와 수신기j 사이 링크에 대한 최소한의 데이터 전송속도 요건을 나타낸다. 상기 직접 이동국이 임의의 슬롯에서 기지국에 의하여 서비스를 받을 수 있기 때문에,
Figure pat00046
이 성립한다.Meanwhile, the resource allocation method proposed in the present invention has to fulfill the minimum data rate requirement of the mobile station, and the minimum data rate requirement of the mobile station reflects QoS (quality of service) of the cellular users.
Figure pat00045
Represents the minimum data rate requirement for the link between transmitter k and receiver j. Since the direct mobile station can be serviced by the base station in any slot,
Figure pat00046
.

반면, 간접 이동국의 최소한의 데이터 전송률 요건을 만족하기 위하여, 자원할당 방법을 설계할 때 두 가지 제약조건을 고려한다. 첫 번째, 간접 이동국이 상기 제2슬롯에서만 중계국으로부터 데이터를 수신하기 때문에,

Figure pat00047
이 성립된다. 수학식 (3)에서,
Figure pat00048
은 중계국그룹(RS group)의 색인을 나타내며, 이 중계국그룹에 중계국 k(RS k)가 속해 있다. 두 번째, 상기 기지국은 제1슬롯 동안 충분한 양의 데이터를 중계국에 전송하여, 중계국들이 제2슬롯에서 그들의 하위 이동국에 데이터를 전달하도록 하여야 한다. 그러므로,
Figure pat00049
성립한다.On the other hand, in order to satisfy the minimum data rate requirement of the indirect mobile station, two constraints are considered when designing the resource allocation method. First, since the indirect mobile station only receives data from the relay station in the second slot,
Figure pat00047
. In the equation (3)
Figure pat00048
Represents an index of a relay station group (RS group), and relay station k (RS k ) belongs to this relay station group. Secondly, the base station must transmit a sufficient amount of data to the relay station during the first slot so that the relay stations transmit data to their lower mobile stations in the second slot. therefore,
Figure pat00049
Respectively.

Figure pat00050
Figure pat00050

기지국과 중계국의 전체 전송파워는

Figure pat00051
Figure pat00052
로 각각 한정된다고 가정한다. 즉,
Figure pat00053
The total transmission power of the base station and the relay station is
Figure pat00051
Wow
Figure pat00052
Respectively. In other words,
Figure pat00053

Figure pat00054
이 만족한다.Wow
Figure pat00054
Is satisfied.

송신기(기지국 또는 중계국)는 서브채널 상에서 하나 이상의 수신기에 데이터를 공급할 수 없다. 이는 송신기와 수신기 사이의 간섭을 피하기 위해서다. 그 다음 기지국 자원 할당 방법은

Figure pat00055
(
Figure pat00056
Figure pat00057
)라는 제약조건을 만족하여야 한다. 반면, 중계국 k (RS k)의 자원 할당 시 모든
Figure pat00058
에 대하여
Figure pat00059
이 만족한다.A transmitter (base station or relay station) can not supply data to one or more receivers on a subchannel. This is to avoid interference between the transmitter and the receiver. The next base station resource allocation method
Figure pat00055
(
Figure pat00056
And
Figure pat00057
). On the other hand, at the time of allocation of the relay station k (RS k )
Figure pat00058
about
Figure pat00059
Is satisfied.

이러한 시스템 모델을 기반으로 이하에서는 스펙트럼 재사용을 위한 자원할당 방법을 설명한다.Based on this system model, the resource allocation method for spectrum reuse will be described below.

본 발명에서 제안된 스펙트럼 재사용을 위한 자원할당 방법은 대역폭 효율을 극대화시키면서 유저의 최소의 데이터 전송속도 요건을 만족시키도록 설계되었다. 또한, 신호 오버헤드는 제안된 방법을 설계할 때 중요하게 고려되어야 하는 것 중에 하나이다. 왜냐하면, 실제 구현에 있어서, 상기 신호 오버헤드는 대역폭 효율에 심각하게 불리한 효과를 주기 때문이다. 채널 정보의 보고 오버헤드(reporting overhead)를 줄이기 위하여, 중계국 또는 기지국이 그것의 하위 유저에 대하여만 책임있는 분산형 자원할당 방법을 고려한다. 중계국 사이의 FFR기반 자원 공유방법을 통하여, 각 중계국은 자원 할당 시 타 중계국들로부터의 간섭을 고려할 필요가 없다. 따라서, 제안된 자원할당 방법에 따라 중계국들은 각각 자원할당을 독립적으로 수행한다.The resource allocation method for spectrum reuse proposed in the present invention is designed to satisfy the minimum data rate requirement of a user while maximizing bandwidth efficiency. In addition, signal overhead is one of the important considerations when designing the proposed method. This is because, in practical implementations, the signal overhead has a profoundly adverse effect on bandwidth efficiency. To reduce the reporting overhead of channel information, the relay station or base station considers a distributed resource allocation method that is only responsible for its downstream users. Through the FFR-based resource sharing method between relay stations, each relay station does not need to consider interference from other relay stations in resource allocation. Accordingly, the RSs independently perform resource allocation according to the proposed resource allocation method.

한편, 기지국과 중계국들이 제2슬롯의 동일한 서브채널 상에서 동시에 데이터를 전송할 수 있기 때문에, 기지국과 중계국 사이에 인트라셀 간섭이 자원 할당 시 고려되어야 한다. 그러나 기지국과 중계국이 자원할당을 동시 수행하는 경우는 제어하기 어렵다. 왜냐하면, 중계국 자원할당이 기지국 자원할당에 영향을 주고, 반대로 기지국 자원할당이 중계국 자원할당에 영향을 주기 때문이다. 본 발명에서는 중계국이 직접 이동국에 대하여 자원할당을 수행한 다음 기지국이 상기 중계국의 자원할당을 참고하면서 중계국과 직접 이동국에 대하여 자원할당을 수행하는 순차적인 자원할당 방법을 제안한다. 기지국 자원할당 이전에 스케줄된 중계국 데이터 전송은 재사용 서브채널 상에서의 기지국의 전송파워를 제한함으로써 보호된다.On the other hand, since the base station and the relay stations can transmit data on the same subchannel of the second slot at the same time, intra-cell interference between the base station and the relay station must be considered in resource allocation. However, it is difficult to control when the BS and the RS simultaneously perform resource allocation. This is because the relay station resource allocation affects the base station resource allocation and conversely the base station resource allocation affects the relay station resource allocation. The present invention proposes a sequential resource allocation method in which a relay station directly performs resource allocation to a mobile station, and then the relay station and the mobile station allocate resources to the relay station while referring to the resource allocation of the relay station. The relay station data transmission scheduled prior to the base station resource allocation is protected by limiting the transmission power of the base station on the reused subchannel.

도 3은 제안된 자원할당 방법에 따른 자원할당 과정과 기지국과 중계국 사이의 신호처리를 보여준다.FIG. 3 shows a resource allocation process according to the proposed resource allocation method and a signal process between a BS and an RS.

제안된 스펙트럼 재사용을 위한 자원할당 방법에 따라서 기지국과 중계국 사이에 인트라셀 간섭 문제를 처리하는 방법을 설명하고, 그 다음 중계국 자원할당(RS-RA) 및 기지국 자원할당 (BS-RA)을 구체적으로 설명한다.(RS-RA) and base station resource allocation (BS-RA) are described in detail in the following description of a method for handling an intra-cell interference problem between a base station and an RS according to a resource allocation method for the proposed spectrum reuse Explain.

먼저, 기지국과 중계국 사이의 인트라셀 간섭을 처리하는 방법은 다음과 같다.First, a method for processing intra-cell interference between a base station and an RS is as follows.

상술한 바와 같이, 기지국의 전송파워를 임의의 레벨 내로 제한하여 중계국 전송을 보호하여야 한다. 재사용 서브채널 상에서 기지국 전송 파워 한계를 결정하기 위하여 간접 이동국이 그것의 홈 셀 기지국으로부터 가장 높은 인트라셀을 겪는 최악의 경우를 고려한다. 이동국(indirect MS)은 도 4에 도시한 바와 같이, 기지국(BS)과 관련 서비스 중계국(RS) 사이의 거리와 같은 거리만큼 기지국으로부터 이격된 거리 DRS에 위치되어 있다고 가정한다. 본 발명에서는 경로손실(path loss), 로그노말 쉐도잉(lognormal shadowing) 및 레일레이 페이딩(Rayleigh fading)을 고려하여 간접 이동국에서 홈 셀 기지국으로부터의 수신 간섭전력을 모델링한다. 그 다음, 재사용 서브채널 상에서의 기지국의 전송파워는

Figure pat00060
로서 주어질 때, 수신 간섭 파워는
Figure pat00061
로서 표시되며,
Figure pat00062
는 경로손실 지수이며,
Figure pat00063
는 로그노말 쉐도잉 이득과 지수 함수적으로 분포된 단위 평균 페이딩(unit-mean fading) 이득의 곱을 나타낸다. 복합 로그노말-지수함수 랜덤 변수(composite lognormal-exponential random variable)
Figure pat00064
Figure pat00065
의 자연로그의 평균과 표준편차를 각각 나타내는 파라미터
Figure pat00066
Figure pat00067
와 함께 로그노말 랜덤 변수로 모델링된다. 그 다음,
Figure pat00068
Figure pat00069
는 기지국과 간접 이동국 사이의 링크에 대한 로그노말 쉐도잉 이득(단위 dB)의 평균(
Figure pat00070
)과 표준 편차(
Figure pat00071
)를 이용하여 계산되며,
Figure pat00072
Figure pat00073
(
Figure pat00074
)로서 표현된다.As described above, the transmission power of the base station should be limited within a certain level to protect relay station transmission. Consider the worst case where the indirect mobile station experiences the highest intra cell from its home cell base station to determine the base station transmit power limit on the reused subchannel. It is assumed that the mobile station (indirect MS) is located at a distance D RS from the base station by a distance equal to the distance between the base station (BS) and the associated service relay station (RS), as shown in FIG. The present invention models received interference power from a home cell base station in an indirect mobile station in consideration of path loss, lognormal shadowing, and Rayleigh fading. Then, the transmission power of the base station on the reused sub-channel is
Figure pat00060
Lt; / RTI >< RTI ID = 0.0 >
Figure pat00061
Lt; / RTI >
Figure pat00062
Is the path loss index,
Figure pat00063
Represents the product of the log normal shadowing gain and the exponentially distributed unit-mean fading gain. Composite lognormal-exponential random variable
Figure pat00064
The
Figure pat00065
A parameter representing the mean and standard deviation of the natural log of
Figure pat00066
Wow
Figure pat00067
And are modeled as log normal random variables. next,
Figure pat00068
Wow
Figure pat00069
Is the average of the log normal shadowing gain (in dB) for the link between the base station and the indirect mobile station
Figure pat00070
) And standard deviation (
Figure pat00071
), ≪ / RTI >
Figure pat00072
Wow
Figure pat00073
(
Figure pat00074
).

상기 간섭확률은 간접 이동국의 수신 간섭 파워가

Figure pat00075
에 의하여 표시되는 임의의 임계값 이상인 확률로 정의된다. 간섭 확률은
Figure pat00076
로서 주어지며,
Figure pat00077
는 다음 수식(7)로 표현된다.The interference probability is a function of the interference power of the indirect mobile station
Figure pat00075
Lt; RTI ID = 0.0 > a < / RTI > The interference probability is
Figure pat00076
Lt; / RTI >
Figure pat00077
Is expressed by the following equation (7).

Figure pat00078
Figure pat00078

수식 (7)에서,

Figure pat00079
는 Q 함수이다. 기지국과 간접 이동국 사이의 심각한 간섭을 피하기 위하여, 기지국의 전송 파워는 한정되어
Figure pat00080
를 만족하여야 한다. 수식(7)로부터,
Figure pat00081
에 의하여 표현되는 재사용 서브채널 상에 최대 기지국 전송 파워는
Figure pat00082
로서 얻어진다. 상기 기지국은 최대 기지국 전송파워
Figure pat00083
를 방송하며, 중계국들은 그들의 자원할당 동안 홈 셀 기지국이 최대 기지국 전송파워
Figure pat00084
에서 데이터를 전송한다고 가정한다.In equation (7)
Figure pat00079
Is a Q function. In order to avoid significant interference between the base station and the indirect mobile station, the transmission power of the base station is limited
Figure pat00080
. From equation (7)
Figure pat00081
The maximum base station transmit power on the reused subchannel represented by < RTI ID = 0.0 >
Figure pat00082
. The base station transmits maximum base station transmit power
Figure pat00083
And the relay stations broadcast the maximum base station transmit power < RTI ID = 0.0 >
Figure pat00084
As shown in FIG.

다음, 중계국들로부터의 인터셀 간섭이 기지국 자원 할당시 어떻게 고려되는지를 설명한다. 직접 이동국들은 중계국들로부터 인트라셀 간섭을 겪는다. 이 경우 그들의 할당 서브채널은 중계국에 의하여 이용된다. 이러한 인트라셀 간섭은 쉽게 예측될 수 있다. 왜냐하면, 중계국이 자원할당을 먼저 수행하고 파워할당 정보를 기지국에 보고하기 때문이다. 그러나 중계국 전체로부터 모든 재사용 서브채널에 대한 파워 정보를 수집하는 것은 막대한 양의 상향링크 신호오버헤드를 요구한다.Next, how inter-cell interference from relay stations is considered when allocating base station resources will be described. Direct mobile stations suffer intra-cell interference from relay stations. In this case their assigned subchannels are used by the relay station. This intra-cell interference can be easily predicted. This is because the relay station first performs resource allocation and reports power allocation information to the base station. However, collecting power information for all reused subchannels from the relay station requires a significant amount of uplink signal overhead.

따라서, 제안된 자원할당 방법에 따르면, 각 중계국은 사용된 서브채널 중 최대 전송 파워만을 전송하는데, 상기 최대 전송 파워는 중계국 k(RS k)에 대하여

Figure pat00085
으로 표시된다. 그 다음, 상기 기지국은 그것의 자원 할당에 대하여
Figure pat00086
를 가진 SIR의 하부 경계를 추정한다.
Figure pat00087
가 중계국 k(RS k)의 전송 파워 매트릭스인 경우
Figure pat00088
가 정의된다. 이 경우, 각 요소는 다음 수식으로 설정된다.Therefore, according to the proposed resource allocation method, each RS transmits only the maximum transmission power among the used subchannels, and the maximum transmission power corresponds to the relay station k (RS k )
Figure pat00085
. Then, the base station notices about its resource allocation
Figure pat00086
Lt; RTI ID = 0.0 > SIR. ≪ / RTI >
Figure pat00087
Is a transmission power matrix of the relay station k (RS k )
Figure pat00088
Is defined. In this case, each element is set to the following formula.

Figure pat00089
Figure pat00089

Figure pat00090
가 성립하기 때문에, 제2슬롯에서 하부경계 SIR 추정치를
Figure pat00091
로서 얻을 수 있다.
Figure pat00090
Lt; RTI ID = 0.0 > SIR < / RTI > estimate in the second slot
Figure pat00091
.

제안된 자원할당 방법의 목적은 대역 효율을 극대화시키는 것이다. 본 발명에서는 두 홉 전송에 대하여 가능한 적은 서브채널을 할당하여 중계국으로부터 인트라셀 간섭이 없는 서브채널이 원 홉 전송에 할당되도록 하여 자원할당 목적을 성취하기 위하여 제안된 방법을 공식화하였다. 셀 내에서 중계국 전체에 의하여 사용된 전체 서브채널 수를 줄이기 위하여 각 중계국은 이동국의 최소 데이터 전송률 요건을 만족시키는 가능한 적은 서브채널을 이용하여 그것의 하위 이동국에 서비스를 제공하여야 한다. 또한, 동일한 중계국 그룹 내의 중계국들이 서로 간섭하지 않기 때문에, 중계국들은 가능한 많은 서브채널을 사용하도록 하여야 한다. 그러나 각 중계국이 독립적으로 자원할당을 수행하기 때문에, 각 중계국에 의하여 할당된 서브채널은 다른 중계국들의 서브채널과 다르다. 따라서, 제안된 기지국 자원할당 방법에 따르면, 중계국들이 그들 사이의 신호 교환 없이 서브채널 재사용을 하도록 서브채널 할당 규칙을 제안한다(S30). 즉, 낮은 인덱스를 가진 서브채널이 먼저 할당되도록 한다. 서브채널 할당 규칙에 따라서, 각 중계국이 독립적으로 자원할당을 수행한다고 할지라도 서브채널 재사용이 유도될 수 있다.The purpose of the proposed resource allocation method is to maximize bandwidth efficiency. In the present invention, a method is proposed to allocate as few subchannels as possible for a two-hop transmission so that a subchannel with no intra-cell interference from a relay station is allocated to one-hop transmission, thereby achieving the purpose of resource allocation. In order to reduce the total number of subchannels used by the relay station in the cell, each relay station must provide service to its lower mobile station using as few subchannels as possible that satisfy the minimum data rate requirement of the mobile station. Also, since the relay stations in the same relay station group do not interfere with each other, the relay stations should use as many sub-channels as possible. However, since each relay station independently performs resource allocation, the subchannel allocated by each relay station is different from the subchannel of other relay stations. Therefore, according to the proposed base station resource allocation method, the relay stations propose a subchannel allocation rule to reuse the subchannels without exchanging signals therebetween (S30). That is, a subchannel with a low index is allocated first. According to the subchannel allocation rules, subchannel reuse can be induced even though each relay station performs resource allocation independently.

각 중계국은 대응하는 하위 이동국에 대하여만 자원할당을 수행하고(S40), 자원할당은 두 번째 슬롯에 대해서만 이루어진다(s=2). 그 다음, 제안된 기지국-자원할당을 기술하는 경우, 송신장치 색인

Figure pat00092
및 슬롯 번호 2를 생략하여
Figure pat00093
Figure pat00094
대신
Figure pat00095
Figure pat00096
Figure pat00097
로 표현하였다. 지정된 중계국이 중계국 그룹 i에 속한다는 가정하에,
Figure pat00098
에 있는 서브채널만이 중계국 RS에 대하여 허락됨을 고려할 때,
Figure pat00099
로서 주어지는 서브채널 색인
Figure pat00100
을 사용한다.Each relay station performs resource allocation only for the corresponding lower mobile station (S40), and resource allocation is performed only for the second slot (s = 2). Then, when describing the proposed base station-resource allocation,
Figure pat00092
And slot number 2 are omitted
Figure pat00093
And
Figure pat00094
instead
Figure pat00095
Figure pat00096
And
Figure pat00097
Respectively. Assuming that the designated relay station belongs to relay station group i,
Figure pat00098
And only the subchannels in the relay station RS are permitted to the relay station RS,
Figure pat00099
The subchannel index given as
Figure pat00100
Lt; / RTI >

유저의 최소 데이터 전송속도 요건을 만족시키면서 할당된 서브채널의 색인을 최소화하기 위한 중계국 자원 할당방법을 공식화하였다. 중계국 자원할당 문제의 목적을 표현하기 위하여, 할당된 서브채널의 임의의 색인 보다 크거나 같은 변수

Figure pat00101
를 개입시킨다.
Figure pat00102
이고
Figure pat00103
라고 하자. 지정된 중계국이 중계국 그룹i에 속하는 경우, 중계국 자원할당(RS-RA) 문제는 다음 식(8)로 정의될 수 있다.A relay station resource allocation method has been formulated to minimize the index of the assigned subchannel while satisfying the minimum data rate requirement of the user. In order to express the purpose of the relay station resource allocation problem, a variable greater than or equal to any index of the assigned subchannel
Figure pat00101
Lt; / RTI >
Figure pat00102
ego
Figure pat00103
Let's say. If the designated relay station belongs to relay station group i, the RS resource allocation (RS-RA) problem can be defined by the following equation (8).

Figure pat00104
Figure pat00104

수학식(8)은 혼합 정수 최적화 문제(mixed-integer optimization problem)이다. 또한, 수학식(8)에서의 목적이 컨벡스 함수(convex function)일지라도, 제1 및 제2 제약조건은 컨벡스 성질(convex property)을 갖지 않는다. 그러므로 최적의 해답을 얻는 것은 어렵다. 수학식(8)을 처리하기 쉽게 만들기 위하여, 이진 서브채널 할당 변수

Figure pat00105
가 0과 1사이의 실수 값을 갖도록 한다. 그 다음,
Figure pat00106
인 마지막 제약조건이 제거된다. 다음, 참조문헌 C.Y. Wong, R.S. Cheng, K. B. Lataief, and R. D. Murch, "Multiuser OFDM with adaptive subcarrier, bit and power allocation," IEEE J. Sel. Areas Commun., vol. 17, no. 10, pp. 1747-1758, Oct. 1999.에서처럼 컨벡스 최적화 문제에 대하여 새로운 변수
Figure pat00107
를 개입시킨다.
Figure pat00108
를 이용하여, 제1 및 제2 제약조건은
Figure pat00109
Figure pat00110
로 각각 재형성된다. 그 다음, 참조문헌 S. Boyd and L. Vandenberghe, Convex Optimization, Cambridge Univrsity Press, 2004.에 개시된 라그란지안 듀얼 방법(Lagrangian dual method)을 이용한다Equation (8) is a mixed-integer optimization problem. Also, although the objective in Equation (8) is a convex function, the first and second constraint conditions do not have a convex property. Therefore, it is difficult to obtain an optimal solution. To make Equation (8) easier to handle, the binary subchannel assignment variable
Figure pat00105
Has a real value between 0 and 1. next,
Figure pat00106
The last constraint is removed. Next, reference CY Wong, RS Cheng, KB Lataief, and RD Murch, "Multiuser OFDM with adaptive subcarrier, bit and power allocation," IEEE J. Sel. Areas Commun., Vol. 17, no. 10, pp. 1747-1758, Oct. As in 1999., a new variable for the convex optimization problem
Figure pat00107
Lt; / RTI >
Figure pat00108
, The first and second constraints < RTI ID = 0.0 >
Figure pat00109
And
Figure pat00110
Respectively. Then, the Lagrangian dual method disclosed in S. Boyd and L. Vandenberghe, Convex Optimization, Cambridge Univrsity Press, 2004. is used

Figure pat00111
인 경우, 재 공식화된 문제의 라그란지안 함수는
Figure pat00112
Figure pat00111
, Then the Lagrangian function of the re-formulated problem is
Figure pat00112

로 표현된다. 상기 수학식(9)에서,

Figure pat00113
Figure pat00114
은 라그란지안 승수이며,
Figure pat00115
Figure pat00116
가 성립한다.Lt; / RTI > In the above equation (9)
Figure pat00113
And
Figure pat00114
Is the Lagrangian multiplier,
Figure pat00115
And
Figure pat00116
.

라그란지안 듀얼 함수

Figure pat00117
는 수학식(10)으로 표현된다.Raglan Gian Dual Function
Figure pat00117
Is expressed by equation (10).

Figure pat00118
Figure pat00118

라그란지안 함수

Figure pat00119
은 x에 대한 아핀 함수(affine function)이며,
Figure pat00120
의 기울기를 갖는다. 듀얼함수가
Figure pat00121
인 경우를 제외하고 음의 무한대(negative infinity)를 갖는다. 반면, 최적
Figure pat00122
에 대한 필요조건은
Figure pat00123
에 대하여
Figure pat00124
를 미분함으로써 얻어질 수 있다. 특히,
Figure pat00125
인 경우, 최적
Figure pat00126
Figure pat00127
을 만족하여야 한다. 즉, 수학식(11)을 만족해야 한다.Lagrangian function
Figure pat00119
Is an affine function for x,
Figure pat00120
. Dual function
Figure pat00121
(Negative infinity) except when On the other hand,
Figure pat00122
The requirements for
Figure pat00123
about
Figure pat00124
. ≪ / RTI > Especially,
Figure pat00125
, The optimum
Figure pat00126
silver
Figure pat00127
. In other words, the equation (11) must be satisfied.

Figure pat00128
Figure pat00128

수학식 (11)에서,

Figure pat00129
Figure pat00130
이 된다.In the equation (11)
Figure pat00129
And
Figure pat00130
.

Figure pat00131
라고 하면, 듀얼 함수(10)은 다음 수식(12)로서 재작성된다.
Figure pat00131
, The dual function 10 is rewritten as the following equation (12).

Figure pat00132
Figure pat00132

수학식(12)에서,In the equation (12)

Figure pat00133
관계가 성립된다. 듀얼함수(12)에서 제1항목은
Figure pat00134
의 선형 함수이며, 수학식(13)에서 도시된 바와 같이
Figure pat00135
의 기울기를 갖는다. 상기 듀얼함수의 나머지 항목은
Figure pat00136
와 무관하다. 따라서, 수학식[13]에서 도시된 바와 같이,
Figure pat00137
를 만족하는 도달 가능한 공간(feasible space) 내에 최적의 a를 획득할 수 있다.
Figure pat00133
The relationship is established. In the dual function (12), the first item
Figure pat00134
, And as shown in equation (13)
Figure pat00135
. The remaining items of the dual function
Figure pat00136
. Thus, as shown in equation [13]
Figure pat00137
The optimum a in the feasible space satisfying the condition a can be obtained.

Figure pat00138
라면,
Figure pat00139
일 때,
Figure pat00140
는 최소의 값을 갖는다. 그렇지 않은 경우,
Figure pat00141
인 경우,
Figure pat00142
는 최소의 값을 갖는다.
Figure pat00138
Ramen,
Figure pat00139
when,
Figure pat00140
Has a minimum value. Otherwise,
Figure pat00141
Quot;
Figure pat00142
Has a minimum value.

Figure pat00143
라고 하자.
Figure pat00144
이기 때문에, 주어진 m에 대한
Figure pat00145
의 최소값은 이동국에 대하여
Figure pat00146
인 경우 얻어질 수 있다.
Figure pat00147
인 경우
Figure pat00148
이고,
Figure pat00149
가 된다. 수학식(11)로부터,
Figure pat00150
인 경우,
Figure pat00151
이 성립하고, 그렇지 않은 경우,
Figure pat00152
가 성립되기 때문에, P의 해를 얻을 수 있다.
Figure pat00143
Let's say.
Figure pat00144
So, for a given m
Figure pat00145
The minimum value of < RTI ID = 0.0 >
Figure pat00146
Can be obtained.
Figure pat00147
If
Figure pat00148
ego,
Figure pat00149
. From equation (11)
Figure pat00150
Quot;
Figure pat00151
And if not,
Figure pat00152
, The solution of P can be obtained.

이를 알고리즘으로 표현하면 다음과 같다.The algorithm is expressed as follows.

STEP1) 초기화를 수행한다 (

Figure pat00153
Figure pat00154
; n을 0으로 설정)STEP1) Perform initialization (
Figure pat00153
And
Figure pat00154
; n is set to 0)

STEP2) 라그란지안(Lagrangian) 승수들이 수렴할 때까지 이하의 단계들을 반복한다.STEP2) Repeat the following steps until the Lagrangian multipliers converge.

a. 수학식(11)과 (12)에서 주어진

Figure pat00155
Figure pat00156
에 대하여 해
Figure pat00157
Figure pat00158
를 계산하라; 및a. Given in Equations (11) and (12)
Figure pat00155
And
Figure pat00156
About
Figure pat00157
And
Figure pat00158
Calculate; And

b. 라그란지안(Lagrangian) 승수들을 다음과 같이 갱신하라;b. Update the Lagrangian multipliers as follows;

Figure pat00159
Figure pat00159

여기에서,

Figure pat00160
은 n번째 순환의 포지티브 스텝 사이즈를 의미한다.From here,
Figure pat00160
Means the positive step size of the n-th cycle.

일차적인 문제(8)의 듀얼문제는 수학식(14)로서 정의된다.The dual problem of the primary problem (8) is defined as (14).

Figure pat00161
Figure pat00161

수학식 14에서,

Figure pat00162
는 성분별 부등호(component-wise inequality)를 의미한다. 서브그래디언트(Subgradient) 방법[2]을 이용함으로써, 알고리즘 1에서 도시된 바와 같이 최적의 라그란지안 승수
Figure pat00163
Figure pat00164
를 발견할 수 있다. 각 순환 과정에서, 갱신 과정 후에
Figure pat00165
는 초 평면상에 투영되어
Figure pat00166
을 갖는다. 알고리즘 1에서,
Figure pat00167
는 그래디언트 대신
Figure pat00168
로 갱신된다. 왜냐하면,
Figure pat00169
를 포함하는 항이 투영과정(projection)을 하는 동안 소거될 것이다. 따라서, 라그란지안(Lagrangian)해는
Figure pat00170
와 상관없이 얻어진다.
Figure pat00171
의 최적의 값은 수학식의 제약조건(
Figure pat00172
에 대한
Figure pat00173
)에 따라서 얻어질 수 있다.In Equation (14)
Figure pat00162
Means component-wise inequality. By using the subgradient method [2], as shown in algorithm 1, the optimal Lagrangian multiplier
Figure pat00163
And
Figure pat00164
Can be found. In each cycle, after the update process
Figure pat00165
Lt; RTI ID = 0.0 >
Figure pat00166
Respectively. In algorithm 1,
Figure pat00167
Instead of a gradient
Figure pat00168
. because,
Figure pat00169
Will be erased during the projection. Therefore, the Lagrangian
Figure pat00170
.
Figure pat00171
The optimal value of < RTI ID = 0.0 >
Figure pat00172
For
Figure pat00173
). ≪ / RTI >

재형성된 수학식(8)이 컨벡스 문제(convex problem)이고, 슬레이터의 조건이 유지되기 때문에, 강한 이중성이 획득된다. 또한, 상기 재형성된 수학식(8)의 해는 원 수학식(8)과 같은 해를 갖는다. 왜냐하면,

Figure pat00174
Figure pat00175
에 대한 최적의 값
Figure pat00176
이 0이나 1의 값을 갖기 때문이다.Since the re-formed equation (8) is a convex problem and the condition of the slater is maintained, a strong duality is obtained. In addition, the solution of the re-formed equation (8) has the same solution as the circular equation (8). because,
Figure pat00174
and
Figure pat00175
The optimal value for
Figure pat00176
Has a value of 0 or 1.

자원할당을 수행한 후, 각 중계국은 그것의 홈 셀 기지국에 자원할당 결과를 보고한다(S50). 보고된 중계국

Figure pat00177
의 정보는 사용된 서브채널의 수(
Figure pat00178
), 할당된 서브채널상의 최대 전소파워(
Figure pat00179
) 및 최소의 데이터 속도 요건(
Figure pat00180
)을 를 포함한다. 여기에서,
Figure pat00181
Figure pat00182
은 중계국
Figure pat00183
에 대한 자원할당 결과
Figure pat00184
Figure pat00185
이다.After performing the resource allocation, each relay station reports a resource allocation result to its home cell base station (S50). Reported relay station
Figure pat00177
Lt; RTI ID = 0.0 > number of sub-channels < / RTI &
Figure pat00178
), The maximum power to power on the assigned subchannel (
Figure pat00179
) And minimum data rate requirements (
Figure pat00180
). From here,
Figure pat00181
Wow
Figure pat00182
The relay station
Figure pat00183
Resource allocation results for
Figure pat00184
And
Figure pat00185
to be.

기지국(BS)은 직접 이동국 및 중계국에 대한 자원할당을 수행한다(S60 ~ S80). 중계국은 제2 슬롯에서 간접 이동국에 데이터를 전달하기 위하여 제1 슬롯에서 기지국으로부터 데이터를 수신하여야 한다. 그 다음, 두 슬롯 모두에서의 서브채널은 간접 이동국에 의하여 이용될 수 있다. 여기에서, 제1 슬롯에서만의 서브채널이 중계국에 대하여 할당된다. 공간적인 재사용을 고려하면서, 상기 기지국은 중계국에 의하여 이용되는 슬롯에 상관없이, 제1 슬롯에서처럼 제2 슬롯에서 서브채널 모드를 활용한다. 유일한 제약조건은, 서브채널이 중계국에 의하여 이용되는 경우, 서브채널상의 전송파워는

Figure pat00186
로 제한되어 중계국 전송을 보호한다는 것이다.The base station (BS) directly allocates resources to the mobile station and the relay station (S60 to S80). The relay station must receive data from the base station in the first slot to transmit data to the indirect mobile station in the second slot. Subchannels in both slots can then be used by the indirect mobile station. Here, subchannels in only the first slot are allocated to the relay station. Considering spatial reuse, the base station utilizes the subchannel mode in the second slot, as in the first slot, regardless of the slot used by the relay station. The only constraint is that if the subchannel is used by the relay station, the transmit power on the subchannel is
Figure pat00186
To protect relay station transmissions.

직접 기지국에 대한 전체 데이터 처리율을 극대화시키면서 직접 이동국 및 중계국의 최소한의 데이터 전송률 요건을 만족시키는 것을 목적으로 하는 기지국 자원할당 문제를 공식화하였다. 중계국의 최소한의 데이터 전송률 요건은 이전 프레임을 통하여 중계국의 피드백을 통하여 수집된다.

Figure pat00187
는 제2 슬롯에서 하나 이상의 중계국이 사용하는 서브채널 집합을 의미한다. 즉,
Figure pat00188
이 성립된다. 그 다음, 기지국 자원할당 문제는 수학식 (15)로서 정의된다.A problem of allocating base station resources for the purpose of satisfying the minimum data rate requirement of the mobile station and the relay station directly while maximizing the total data throughput for the direct base station has been formulated. The minimum data rate requirement of the relay station is collected via feedback from the relay station over the previous frame.
Figure pat00187
Denotes a set of subchannels used by one or more relay stations in the second slot. In other words,
Figure pat00188
. Then, the base station resource allocation problem is defined as Equation (15).

Figure pat00189
Figure pat00189

기지국은 제2슬롯에서 획득할 수 있는 전송용량을 계산할 때, 하부 경계 SIR 추정치를 이용한다. 모든

Figure pat00190
에 대하여
Figure pat00191
Figure pat00192
를 만족하는 수학식(15)의 마지막 제약 조건으로부터 기지국이 재사용된 서브 채널을 셀 중앙의 유저에게 할당하여 전체적인 데이터 처리율을 극대화시킬 수 있음을 기대할 수 있다. 왜냐하면, 다른 유저보다 높은 채널 이득을 갖는 셀 중앙 유저는 제한된 전송 파워에도 불구하고 높은 데이터 전송률을 획득할 수 있으며, 다른 유저들은 약한 신호 파워뿐만 아니라 높은 인트라셀 간섭에 의하여 만족스러운 데이터 전송률을 획득하지 못하기 때문이다.The base station uses the lower boundary SIR estimate when calculating the transmission capacity that can be acquired in the second slot. all
Figure pat00190
about
Figure pat00191
Figure pat00192
It can be expected that the overall data throughput can be maximized by allocating the re-used subchannel to the user at the center of the cell from the final constraint of Equation (15) that satisfies Equation (15). This is because a cell center user having a higher channel gain than other users can acquire a high data rate despite limited transmission power and other users can obtain a satisfactory data rate by not only weak signal power but also high intra- I can not.

기지국 자원할당(BS-RA)과 관련된 수학식(15)가 중계국 자원할당 문제와 유사하게 혼합 정수비 컨벡스 최적화 문제(mixed-integer non-convex optimization problem)에 관한 것이기 때문에, 중계국 자원 할당과 같은 기술 (1. 이진 서브채널 할당 변수

Figure pat00193
를 실제 변수에 적용하고, 2. 컨케이브 문제(concave problem)에 대하여 새로운 변수
Figure pat00194
를 적용하며, 3. 라그란지안 듀얼 방법을 적용)을 이용하여 최적의 해답을 구할 수 있다. Since Equation (15) related to base station resource allocation (BS-RA) relates to a mixed-integer non-convex optimization problem similar to a relay station resource allocation problem, (1. Binary subchannel allocation variable
Figure pat00193
To a real variable, and 2. to a concave problem
Figure pat00194
And applying the 3. Raglanian dual method) can be used to obtain an optimal solution.

본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시 예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.
It will be understood by those skilled in the art that various changes in form and details may be made therein without departing from the spirit and scope of the invention as defined in the appended claims and their equivalents. Of course, such modifications are within the scope of the claims.

BS… 기지국
RS… 중계국
MS… 이동국
BS ... Base station
RS ... Relay station
MS ... Mobile station

Claims (7)

이동국(MS)과 기지국(BS) 사이의 데이터를 중계해주는 중계국 기반 셀룰러 시스템에서 스펙트럼 재사용을 위한 자원할당방법에 있어서,
(a) 중계국에서 서브채널 할당 규칙에 따라 독립적으로 이동국에 자원을 할당하는 단계;
(b) 상기 중계국에서 이동국에 자원할당 후 이동국 자원할당 정보를 기지국에 보고하는 단계;
(c) 상기 기지국에서 상기 중계국의 자원할당 정보를 참조하여 상기 중계국과 이동국에 대한 자원할당을 실행하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 중계국 기반 셀룰러 시스템에서 스펙트럼 재사용을 위한 자원할당방법.
A resource allocation method for spectrum reuse in a relay station-based cellular system relaying data between a mobile station (MS) and a base station (BS)
(a) allocating resources to a mobile station independently in accordance with a subchannel allocation rule at a relay station;
(b) reporting the mobile station resource allocation information to the base station after allocating resources to the mobile station in the relay station;
(c) performing a resource allocation for the relay station and the mobile station by referring to the resource allocation information of the relay station in the base station, and allocating resources for spectrum reuse in the relay station-based cellular system.
청구항 1에 있어서, 상기 중계국은 하나의 셀에 복수로 배치되며, 중계국 사이의 인트라셀 및 인터셀 간섭을 회피하기 위해 부분 주파수 재사용 방식을 이용하여 중계국 사이의 자원을 공유하는 것을 특징으로 하는 중계국 기반 셀룰러 시스템에서 스펙트럼 재사용을 위한 자원할당방법.
The relay station according to claim 1, wherein the relay stations are arranged in a plurality of cells and share resources between the relay stations by using a partial frequency reuse scheme to avoid intracell interference and intercell interference between relay stations. A method of resource allocation for spectrum reuse in a cellular system.
청구항 1에 있어서, 상기 중계국은 인트라셀 간섭에 따라서 그룹화되고, 그룹화된 중계국 그룹은 중계국 사이의 인터셀 간섭에 따라 인덱스되고, 동일한 인덱스를 갖는 중계국들은 동일한 부분 주파수 자원을 사용하는 것을 특징으로 하는 중계국 기반 셀룰러 시스템에서 스펙트럼 재사용을 위한 자원할당방법.
The relay station according to claim 1, wherein the relay stations are grouped according to intracell interference, grouped relay station groups are indexed according to inter-cell interference between relay stations, and relay stations having the same index use the same partial frequency resource. A method for resource allocation for spectrum reuse in a cellular system.
청구항 1에 있어서, 상기 (b) 단계의 중계국은 사용된 서브채널 중 최대 전송 파워에 대한 이동국 자원할당 정보를 상기 기지국에 보고하는 것을 특징으로 하는 중계국 기반 셀룰러 시스템에서 스펙트럼 재사용을 위한 자원할당방법.
The method of claim 1, wherein the relay station in step (b) reports mobile station resource allocation information for maximum transmission power among the used subchannels to the base station in the relay station based cellular system.
청구항 1에 있어서, 상기 (c) 단계의 기지국은 상기 중계국의 자원할당 정보를 참조하여 서브채널들의 재사용 상태를 판단하고, 중계국의 전송을 보호하기 위해 파워 전송을 제한하는 것을 특징으로 하는 중계국 기반 셀룰러 시스템에서 스펙트럼 재사용을 위한 자원할당방법.
The base station of claim 1, wherein the base station in step (c) determines the reuse status of the subchannels by referring to the resource allocation information of the relay station, and restricts power transmission to protect transmission of the relay station. A method of resource allocation for spectrum reuse in a system.
청구항 1에 있어서, 상기 (c) 단계의 기지국은 상기 중계국의 위치 정보 및 기지국 전송에 의한 간접 이동국으로의 경계 간섭량을 이용하여 재사용 서브채널에서 중계국의 전송 보호를 위한 최대 기지국 전송 파워를 계산하고, 상기 중계국의 자원할당 정보에 따른 재사용 서브채널에서 상기 계산한 최대 전송 파워값 이내로 전송 파워를 제한하는 것을 특징으로 하는 중계국 기반 셀룰러 시스템에서 스펙트럼 재사용을 위한 자원할당방법.
The method of claim 1, wherein the base station in step (c) calculates maximum base station transmission power for transmission protection of the relay station in the reused subchannel using the position information of the relay station and the boundary interference amount to the indirect mobile station by the base station transmission, Wherein the transmission power is limited within the calculated maximum transmission power value in the reused subchannel according to the resource allocation information of the relay station.
청구항 1에 있어서, 상기 서브채널 할당 규칙은 상호 간섭을 야기하는 인접 중계국간에는 부분 주파수 재사용 방식을 이용하여 무선 자원을 공유하고, 동일한 그룹(상호 간섭이 거의 없는 중계국들의 집합) 내의 중계국들은 신호 교환 없이 서브채널을 재사용하도록 낮은 인덱스를 가진 서브채널을 먼저 할당하는 것을 특징으로 하는 중계국 기반 셀룰러 시스템에서 스펙트럼 재사용을 위한 자원할당방법.




The method of claim 1, wherein the subchannel allocation rules share radio resources using a partial frequency reuse scheme between neighboring relay stations causing mutual interference, and relay stations in the same group (a group of relay stations having little mutual interference) A subchannel with a low index is reallocated to reuse the subchannels. A method for allocating resources for spectrum reuse in a relay station-based cellular system.




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