KR20180093196A - 무선 자원 할당 방법 - Google Patents

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Abstract

실시예는 기지국의 무선 자원 할당 방법으로서, 적어도 하나의 사용자 장비 각각의 트래픽 딜레이 및 링크 데이터율을 이용하여 적어도 하나의 사용자 장비 각각의 메트릭(metric)을 계산하는 단계, 적어도 하나의 사용자 중 최대 메트릭 값을 갖는 사용자 장비를 선택하는 단계, 그리고 선택된 사용자 장비의 캐리어에 자원을 할당하는 단계를 포함한다.

Description

무선 자원 할당 방법{RADIO RESOURCOE ALLOCATION METHOD}
본 개시는 무선 자원 할당 방법에 관한 것으로서, 보다 구체적으로 LTE NB-IoT(Narrow Band Internet of Thing) 기지국이 데이터 송수신을 허용하는 사용자 장비를 선택하고, 자원을 할당하는 스케줄링 방법에 관한 것이다.
3GPP LTE 이동통신시스템은 사물 인터넷을 지원하기 위해 저전력 광역 서비스가 가능한 NB-IoT 기술을 정의하고 있다. NB-IoT는 180kHz의 대역을 이용하는 기존 LTE와는 다른 무선 전송 방식으로 200kHz의 대역을 이용한다. NB-IoT는 GPRS 대비 20db의 확장된 서비스 영역을 제공하는 특징을 가지고 있다. NB-IoT는 사물 인터넷 서비스에 적합하도록, LTE에 비해 더 간단한 무선 전송 기술로 구현되고, 반이중 전송 방식으로 동작하며, 더 긴 대기 시간을 가질 수 있도록 설계된다. NB-IoT는 기존 LTE의 일부 대역을 이용하는 in-band, LTE의 가드 대역(guard band)을 이용하는 guard-band, 및 LTE와는 독립적인 주파수를 이용하는 standalone 방식을 지원한다.
NB-IoT 기지국은 다수의 NB-IoT 장비들과의 연결을 유지할 수 있어야 한다. 사물 인터넷이 활성화될 수록, 사물 인터넷에 연결된 NB-IoT 장비들의 수는 증가할 것이다.
실시예들은 사용자 장비에 데이터 전송을 위한 자원을 효율적으로 할당하기 위한 것이다.
또한 실시예들은 사용자 장비의 전력 소모를 감소시키기 위한 것이다.
본 발명의 실시예에 따르면, 무선 자원 할당 방법은 적어도 하나의 사용자 장비 각각의 트래픽 딜레이 및 링크 데이터율을 이용하여 적어도 하나의 사용자 장비 각각의 메트릭(metric)을 계산하는 단계, 적어도 하나의 사용자 중 최대 메트릭 값을 갖는 사용자 장비를 선택하는 단계, 그리고 선택된 사용자 장비의 캐리어에 자원을 할당하는 단계를 포함한다.
실시예에 따르면, 사용자 장비의 전력 소모를 줄일 수 있는 장점이 있다.
도 1은 NB-IoT 이동통신망에서 외부 인터넷 망과 데이터 통신을 위한 네트워크 구조를 나타낸 개략도이다.
도 2는 일 실시예에 따른 무선 자원 할당 방법에 따라 사용자 장비를 선택하고 자원을 할당하는 순서도이다.
도 3는 다른 실시예에 따른 무선 자원 할당 방법에 따라 사용자 장비를 선택하고 자원을 할당하는 순서도이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
명세서 전체에서, 사용자 장비(user equipment, UE)는 단말(terminal), 이동 단말(mobile terminal, MT), 이동국(mobile station, MS), 진보된 이동국(advanced mobile station, AMS), 고신뢰성 이동국(high reliability mobile station, HR-MS), 가입자국(subscriber station, SS), 휴대 가입자국(portable subscriber station, PSS), 접근 단말(access terminal, AT) 등을 지칭할 수도 있고, 단말, MT, AMS, HR-MS, SS, PSS, AT, UE 등의 전부 또는 일부의 기능을 포함할 수도 있다.
또한, 기지국(base station, BS)은 진보된 기지국(advanced base station, ABS), 고신뢰성 기지국(high reliability base station, HR-BS), 노드B(node B), 고도화 노드B(evolved node B, eNodeB), 접근점(access point, AP), 무선 접근국(radio access station, RAS), 송수신 기지국(base transceiver station, BTS), MMR(mobile multihop relay)-BS, 기지국 역할을 수행하는 중계기(relay station, RS), 기지국 역할을 수행하는 고신뢰성 중계기(high reliability relay station, HR-RS) 등을 지칭할 수도 있고, ABS, 노드B, eNodeB, AP, RAS, BTS, MMR-BS, RS, HR-RS 등의 전부 또는 일부의 기능을 포함할 수도 있다.
도 1은 NB-IoT 이동통신망에서 외부 인터넷 망과 데이터 통신을 위한 네트워크 구조를 나타낸 개략도이다. 도 1에 도시된 바와 같이, NB-IoT LTE 이동통신망은 사용자 장비(101), 사용자 장비(101)와 데이터 송수신하는 기지국(102), 사용자 장비(101)의 인증 및 이동성(mobility)을 관리하는 MME(Mobility Management Entity) 기능과 기지국(102)들에 트래픽을 분배하는 GW(Gateway)기능을 수행하는 C-SGN(CIoT(Cellular IoT) Serving Gateway Node)(103)을 포함한다.
기지국(102)은 랜덤 액세스 과정 중에 다운링크 또는 업링크 데이터 전송을 위한 PDCCH(Physical Downlink Control Channel) 자원 할당 여부를 사용자 장비에게 알리기 위해, SIB2(System Information Block Type 2)에 PRACH(Physical Random Access Channel) 자원 별 최대 PDCCH 반복 횟수 {1, 2, 4, 8, 16, 32, 64, 128, 256, 512, 1024, 2048}, PDCCH 검색 공간(search space) 시작 서브프레임 {3/2, 2, 4, 8, 16, 32, 48, 64}, PDCCH 검색 공간 주기 오프셋 {0, 1/8, 1/4, 3/8}을 내린다.
사용자 장비(101)는 이를 통해 Type3 공용 검색 공간의 주기 및 시작 서브프레임의 위치, 그리고 하나의 검색 공간 내에서 최대 PDCCH 반복 횟수의 1/8, 1/4, 1/2, 1배의 반복 횟수를 가지는 NPDCCH(Narrowband. Physical Downlink Control Channel) 후보를 블라인드 디코딩(blind decoding)하여, 매 PDCCH 주기마다 자신에게 전송된 PDCCH가 있는지 검색한다.
이와 유사하게 사용자 장비(101)는 기지국이 제공한 파라미터를 통해 페이징(paging)을 위한 Type1 공용 검색 공간 별 주기와 유니캐스트(unicast) 트래픽을 위한 UE 특정 검색 공간(USS: UE-specific Search Space) 별 주기를 계산하고, 계산된 검색 공간의 시작 위치부터 PDCCH 후보를 모니터링한다.
기지국(102)은 다운링크 트래픽 및 사용자 장비(101)들로부터 스케줄링 요청된 업링크 트래픽 중에서 사용자 장비(101)를 선택하기 위한 사용자 장비(101) 스케줄링을 먼저 수행하고, 선택한 사용자 장비(101)에게 전달할 스케줄링 정보를 전송하는 PDCCH 자원의 할당을 수행한다.
다운링크 스케줄링의 경우, 기지국(102)은 스케줄링된 PDSCH(Physical Downlink Shared Channel)에 다운링크 데이터를 전송한다. 또는 업링크 스케줄링의 경우, 기지국(102)은 스케줄링된 PUSCH(Physical Uplink Shared Channel)에서 업링크 데이터를 수신한다. 이후 기지국(102)은 데이터의 수신 성공, 또는 실패에 따라 HARQ(hybrid automatic repeat request) 프로세스를 수행한다.
다음으로, 도 2 및 도 3을 참조하여 사용자 장비(101) 선택 및 무선 자원 할당 과정에 대해 설명한다.
도 2는 일 실시예에 따른 무선 자원 할당 방법에 따라 사용자 장비(101)를 선택하고 자원을 할당하는 순서도이다.
먼저, 기지국(102)은 각 사용자 장비(101)의 버퍼 요청(buffer request) 이후의 HOL 지연(head of line delay)을 확인(S201)하고, 사용자 장비(101)의 링크 데이터율을 확인(S202)한다. 그리고, 기지국(102)은 사용자 장비(101)의 스루풋(throughput) 기댓값을 계산(S203)한다.
다음으로, 기지국(102)은 다음의 수학식 1을 이용하여 사용자 장비(101) 선택 메트릭(metric)을 계산한다.
Figure pat00001
여기서 Ri/Ri,max는 사용자 장비(101)의 링크 데이터율을 각 사용자 장비(101)의 최대 링크 데이터율로 나눠준 상대적인 링크 데이터율이다. Ri/Ri,max는 특히 반복 레벨(repetition level)이 다른 사용자 장비(101)의 링크 데이터율을 정규화하는 것으로서, 광역 셀에서 커버리지 레벨(coverage level)에 따른 데이터율의 차이 또는 경로 손실이 큰 사용자 장비(101)와 경로 손실이 보통인 사용자 장비(101)들 간의 경로 손실을 정규화하는 효과를 가져다 준다.
여기서 최대 링크 데이터율(Ri,max)은 기지국(102)에 의해 추정될 수 있다. 업링크의 경우 최대 링크 데이터율(Ri,max)은 기지국(102)이 사용자 장비(101)로부터 수신 데이터로부터 계산한 업링크 CQI(channel quality indicator)로부터 추정될 수 있다. 다운링크의 경우 CSI(channel state information) 피드백이 부재하여 정확한 추정이 어려운 경우, 동작 모드에 따라 자원 요소(RE: resource element)의 수량과 QPSK(Quadrature Phase Shift Keying) 변조를 가정하고, 코드율(code rate)은 미리 정해놓은 채널 코드율과 사용자 장비(101) 별 최대 PDCCH 반복 레벨에 비례하는 값(예를 들어, 사용자 장비(101) 별 최대 PDCCH 반복 레벨/8)으로 계산한 값이 최대 링크 데이터율(Ri,max)을 추정하는 데 사용될 수 있다. 이를 보완하기 위해 기지국(102)은 상기 계산한 값을 초기 설정 값으로 하고, 링크 적응(link adaptation)을 수행하여 일정 시간 동안 채널 이득(gain)을 관찰하여 보정할 수도 있다.
그런데 PF(proportional fairness)를 위해, 즉 이미 스케줄링된 사용자 장비(101)보다 스케줄링 되지 못한 사용자 장비(101)의 가중치를 높이기 위해 수학식 1이 하기의 수학식 2로 보정될 수 있다.
Figure pat00002
여기서, Ti는 현재 time slot에서의 사용자 장비 i의 스루풋 기댓값이다. Ti는 단계(S203)에서 계산된다.
다음으로 기지국(102)은 최대 메트릭 값을 가진 사용자 장비(101)의 캐리어(carrier)에 자원을 할당(S207)한다. 그리고, 기지국(102)은 선택된 UE의 스루풋을 갱신(S208)한다.
다음으로, 도 3을 참조하여 무선 자원 해제 과정에 대해 설명한다.
도 3는 다른 실시예에 따른 무선 자원 할당 방법에 따라 사용자 장비(101)를 선택하고 자원을 할당하는 순서도이다.
기지국(102)은 캐리어마다 한 시점에 하나의 사용자 장비(101)를 할당(집성 레벨(aggregation level)이 1인 경우 제외)하는 시간 다중화로 동작하고, PDCCH 스케줄링은 임의의 시점이 아닌 검색 공간에 해당되는 제한된 위치에서만 가능하다. 따라서 기지국(102)은 사용자 장비(101) 선택을 위해 우선순위를 설정(S301)한다.
기지국(102)은 트래픽의 종류, 재전송, 사용자 장비(101)의 커버리지 레벨에 따라 우선순위를 설정하고 이를 관리한다. 특히 기지국(102)은 사용자 장비(101)의 전력 소모를 고려하여 사용자 장비(101)의 우선순위를 정할 수 있다.
예를 들어, 기지국(102)은 업링크의 전송 시간을 기준으로 사용자 장비(101)의 우선순위를 정하거나, 반정적(semi-static)으로 PUSCH의 반복 레벨에 따라 사용자 장비(101)의 우선순위를 정하거나, 또는 실제 업링크 전송시간을 누적한 값을 이용하여 사용자 장비(101)의 우선순위를 정할 수 있다. 사용자 장비(101)가 상위 계층(layer)에서 사용자 장비(101)의 현재 배터리 상황을 기지국(102)과 망에 보고하면, 기지국(102)은 현재 배터리 상황을 바탕으로 우선순위를 정할 수 있다.
기지국(102)은 우선순위가 가장 높은 사용자 장비(101)(또는 사용자 장비(101) 그룹)를 선택(S302)한다.
하나의 사용자 장비(101)가 선택되는 경우, 기지국(102)은 선택된 사용자 장비(101)의 캐리어에 PDCCH 자원을 할당(S306)하고, PDSCH 자원을 할당(S307)한다.
복수의 사용자 장비(101)가 선택되는 경우, 기지국(102)은 선택된 사용자 장비(101)들의 메트릭을 계산(S304)한다. 기지국(102)은 복수의 사용자 장비(101) 중 최대 메트릭 값을 갖는 사용자 장비(101)를 선택(S305)한다. 그리고, 기지국(102)은 선택된 사용자 장비(101)의 캐리어에 PDCCH 자원을 할당(S306)하고, PDSCH 자원을 할당(S307)한다.
기지국(102)은 할당되는 자원이 사용자 장비(101)의 검색 공간 내에 포함되는지 판단(S308)한다. 기지국(102)은 PDCCH 스케줄링에 따른 PDSCH 스케줄링의 마지막 서브 프레임이 스케줄링 기한(deadline)보다 시간적으로 앞서는지 판단할 수 있다. 기지국(102)은 주기적인 검색 공간에 맞춰 자원 스케줄링을 수행하기 위해 트래픽의 스케줄링 기한을 다음 검색 공간 시작으로 설정할 수 있다.
할당되는 자원이 사용자 장비(101)의 검색 공간 내에 포함되면, 기지국(102)은 사용자 장비(101)가 동일한 우선순위를 갖는 사용자 장비(101)들에 모두 자원이 할당되었는지 판단(S309)한다.
동일한 우선순위를 갖는 사용자 장비(101)들에 모두 자원이 할당되었으면, 기지국(102)은 다음 우선순위를 갖는 사용자 장비(101) 또는 사용자 장비(101) 그룹이 존재하는지 판단(S310)하여 스케줄링을 수행한다.
할당되는 자원이 사용자 장비(101)의 검색 공간 내에 포함되지 않으면, 기지국(102)은 스케줄링하는 트래픽의 양, 반복 횟수 및 코딩율, PDCCH 검색 공간 후보, PDCCH와 PDSCH 스케줄링 사이의 스케줄링 지연 등의 값을 조절하여 재스케줄링(S311)하고, 재스케줄링에도 실패하면, 기지국(102)은 기한을 그 다음 검색 공간 시작으로 설정하고, 다음 검색 공간 주기에 다시 스케줄링을 시도(S306)한다.
다음 스케줄링 시도에서 스케줄링 확률을 높이기 위해, 기지국(102)은 다음 검색 공간 주기에서 이 사용자 장비(101)의 자원을 우선적으로 스케줄링하여, 자원을 예약(reserve)하고 나머지 사용자 장비(101)를 선택할 수 있다.
사용자 장비(101)에 스케줄링된 시간 자원이 검색 공간에 따라 현재 시간보다 미래의 자원의 시간인 경우, 기지국(102)은 이 시간 자원을 예약하고, 다음 우선순위의 사용자 장비(101)를 스케줄링할 수 있다.
한편, 기지국(102)은 앞서 우선순위 스케줄링과 함께 자원을 스케줄링할 수 있다. 기지국(102)은 첫 번째 단계로 우선순위에 따라 사용자 장비(101)를 선택하고, 두 번째 단계로 동일한 우선순위의 사용자 장비(101)들의 트래픽 중에서 검색에 따른 기한을 고려한 스케줄링에 따라 자원을 할당한다. 할당이 끝나면, 기지국(102)은 다음 우선순위의 사용자 장비(101)에 대해 다시 제1 단계, 제2 단계로 스케줄링하는 방식을 반복한다.
실시예는 초다수 사용자 장비(101)가 배치되는 환경 또는 전송 트래픽이 많은 환경에서 사용자 장비(101)의 버퍼링 딜레이와 전송 기한을 고려한 사용자 장비(101) 선택 및 자원 할당 방법을 제시한다.
실시예의 무선 자원 할당 방법에 따르면, 전체 네트워크의 스루풋은 줄이지 않으면서, 사용자 장비(101)가 서비스 받는 시간을 줄임으로써, 사용자 장비(101)의 전력 소모를 줄이는 효과가 있다.
또한, 실시예의 무선 자원 할당 방법에 따르면, 배터리 전력으로 동작하는 사용자 장비(101)의 경우 배터리 잔여량이나 전송당 전력 소모가 큰 사용자 장비(101)에 대해 우선순위를 부여하여 스케줄링함으로써 사용자 장비(101) 별 전력 소모를 조절하는 효과도 있다.
이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.

Claims (1)

  1. 기지국의 무선 자원 할당 방법으로서,
    적어도 하나의 사용자 장비 각각의 트래픽 딜레이 및 링크 데이터율을 이용하여 상기 적어도 하나의 사용자 장비 각각의 메트릭(metric)을 계산하는 단계,
    상기 적어도 하나의 사용자 중 최대 메트릭 값을 갖는 사용자 장비를 선택하는 단계, 그리고
    상기 선택된 사용자 장비의 캐리어에 자원을 할당하는 단계
    를 포함하는 무선 자원 할당 방법.
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