KR20190062213A - 무허가 다중 접속을 위한 스케줄링 방법 및 이를 위한 사용자 단말 - Google Patents

무허가 다중 접속을 위한 스케줄링 방법 및 이를 위한 사용자 단말 Download PDF

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KR20190062213A
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Abstract

무허가 다중 접속을 위한 스케줄링 방법 및 이를 위한 사용자 단말이 개시된다. 개시된 방법은, 사용자 단말로부터 서비스 받고자 하는 트래픽 정보, 상기 사용자 단말의 네트워크 정보 및 상기 사용자 단말의 상태 정보를 수신하는 단계(a); 상기 단계(a)에서 수신한 정보에 기초하여 스케줄링 그룹을 형성하고 상기 스케줄링 그룹별로 자원을 할당하는 스케줄링 단계(b); 및 상기 사용자 단말에 스케줄링 정보를 제공하는 단계(c)를 포함하되, 상기 단말로부터의 트래픽 정보에 기초하여 단말의 트래픽에 대한 트래픽 집합이 설정되고, 상기 스케줄링 그룹은 트래픽 집합별로 형성되며, 상기 스케줄링 정보는 상기 사용자 단말이 서비스 받고자 하는 트래픽 집합별로 제공된다. 개시된 발명에 의하면, 저지연 및 고신뢰 서비스에 해당하는 다양한 트래픽에 대해 무허가 다중접속의 저지연 성능을 제공하면서도 서비스에서 요구되는 QoS를 효율적으로 보장해줄 수 있다는 장점이 있다.

Description

무허가 다중 접속을 위한 스케줄링 방법 및 이를 위한 사용자 단말{Method for Scheduling for Grant-free Multiple Access and User equipment}
본 발명은 무허가 다중 접속을 위한 스케줄링 방법 및 이를 위한 사용자 단말에 관한 것이다.
종래의 LTE(Long-Term Evolution)를 비롯한 이동 통신 시스템에서는 사용자 단말과 기지국 안테나 간의 채널 변동(fluctuation)으로 인하여 해당 채널의 성능을 예상하기 어렵거나 매우 부정확하게 예상하였다.
이러한 환경에서, 사용자 스케줄링 방식은 사용자의 서비스 품질(Quality of service)을 보장하기 위하여, 정확한 채널 정보를 획득하는 과정이 선행할 수 밖에 없으며, 이동 통신 환경에서 짧은 시간 동안 변화하는 채널의 특성상 필연적으로 스케줄링을 위한 짧은 주기의 레퍼런스 신호 전송 과정을 필요로 한다.
도 1은 종래의 사용자 스케줄링 과정을 도시한 흐름도이다.
참고로 도 1의 과정은 상향 링크와 TDD(Time Division Duplex) 하향 링크의 경우 해당될 수 있다.
도 1에서, 스케줄링 되기를 희망하는 사용자 단말들은 상향 링크로 기지국과 약속된 레퍼런스 신호(Reference Signal; RS)를 전송한다(S101).
이때, 필요한 레퍼런스 신호의 수 및 그에 해당하는 리소스 엘리먼트(Resource Element; RE)의 수는 스케줄링 되기를 희망하는 사용자 단말의 수에 비례한다.
참고로, FDD(Frequency Division Duplex)의 경우, 기지국이 하향 링크로 레퍼런스 신호를 전송하므로 기지국의 안테나 수에 비례하여 리소스 엘리먼트의 수가 증가된다.
S101 후, 기지국은 사용자 단말들로부터 수신된 레퍼런스 신호를 이용하여 사용자 단말들의 채널 정보를 추정하고, 이에 기반하여 사용자 스케줄링을 수행한다(S102).
S102 후, 기지국은 스케줄링이 결정된 사용자 단말들을 위한 제어 신호를 물리 하향 링크 제어 채널PDCCH(Physical downlink control channel)을 통하여 전송한다(S103).
여기서 사용자 단말들로 전송되는 스케줄링 정보는 스케줄링된 사용자 단말의 index, 스케줄링된 리소스 엘리먼트의 위치, 상향 링크 전송 파워 등을 포함할 수 있다.
S103 후, 사용자 단말들은 기지국으로부터 수신된 스케줄링 정보에 따라서 상향 링크로 데이터 신호를 송신한다(S104).
S104 후, 기지국은 사용자 단말들로부터 수신된 데이터 신호가 정상적으로 복호화되었는지 여부에 따라서 Hybrid ARQ(Automatic Repeat Request)의 수행 여부를 결정한다(S105).
이와 같은 종래의 스케줄링 방식은 스케줄링 이전에 상향 링크 레퍼런스 신호를 전송하므로 다수의 상향 링크 레퍼런스 신호가 필요하고, 결국 전체 시스템의 주파수 효율(spectral efficiency)이 낮아지는 문제가 있다.
또한, 스케줄링 이전에 상향 링크 레퍼런스 신호를 전송하므로 스케줄링되지 못한 사용자 단말의 채널 정보는 버려지거나 활용되지 못하게 되어 사용자 단말의 에너지 효율(energy efficiency)이 낮아지는 문제가 있다.
아울러, 서브 프레임 단위로 자원 할당이 이루어지기에 상당한 지연이 발생할 수 밖에 없는 문제점이 있었다.
본 발명은 전술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 저지연 및 고신뢰 서비스를 제공하기 위한 무허가 다중 접속을 위한 스케줄링 방법 및 사용자 단말을 제공한다.
또한, 본 발명은 다양한 트래픽 환경에서 저지연 성능을 제공하면서 간섭으로 인한 성능 저하를 최소화할 수 있는 무허가 다중 접속을 위한 스케줄링 방법 및 사용자 단말을 제공한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 일 측면에 따르면, 사용자 단말로부터 서비스 받고자 하는 트래픽 정보, 상기 사용자 단말의 네트워크 정보 및 상기 사용자 단말의 상태 정보를 수신하는 단계(a); 상기 단계(a)에서 수신한 정보에 기초하여 스케줄링 그룹을 형성하고 상기 스케줄링 그룹별로 자원을 할당하는 스케줄링 단계(b); 및 상기 사용자 단말에 스케줄링 정보를 제공하는 단계(c)를 포함하되, 상기 단말로부터의 트래픽 정보에 기초하여 단말의 트래픽에 대한 트래픽 집합이 설정되고, 상기 스케줄링 그룹은 트래픽 집합별로 형성되며, 상기 스케줄링 정보는 상기 사용자 단말이 서비스 받고자 하는 트래픽 집합별로 제공되는 무허가 다중 접속을 위한 스케줄링 방법이 제공된다.
상기 단계(b)는 다수의 후보 스케줄링 그룹 집합을 생성하고 다수의 후보 스케줄링 그룹 집합 중 하나의 스케줄링 그룹 집합을 평균 주파수 효율성에 기초하여 선택함으로써 스케줄링 그룹을 형성한다.
상기 사용자 단말의 네트워크 정보는 상기 사용자 단말의 장기 채널 정보를 포함하고 및 상기 사용자 단말의 상태 정보는 단위 리소스 블록 사용에 소요되는 에너지 정보를 포함하며, 상기 단계(b)는 서빙 셀 내의 사용자 단말들의 장기 채널 정보 및 에너지 정보에 기초하여 사용자 단말들을 정렬하고 상기 정렬된 사용자 단말들을 이용하여 상기 후보 스케줄링 그룹 집합을 생성한다.
상기 평균 주파수 효율성은 상기 각 후보 스케줄링 그룹 집합의 스케줄링 그룹에 속한 사용자 단말별로 SINR을 연산하고 상기 SINR에 기초하여 연산되는 스케줄링 그룹별 주파수 효율성(Spectral Efficiency)에 기초하여 연산된다.
상기 스케줄링 그룹에 속한 사용자 단말의 SINR은 동일 스케줄링 그룹에 속한 활성 사용자 수의 상한을 반영하여 연산된다.
상기 동일 스케줄링 그룹에 속한 활성 사용자 수의 상한은 동일 스케줄링 그룹 내의 사용자 단말들이 갖는 패킷 발생 확률에 따른 패킷 발생 수의 누적 분포 함수를 획득하고 상기 획득한 누적 분포 함수와 트래픽 신뢰도 상한에 기반하여 설정된다.
상기 사용자 단말별 SINR은 다음의 수학식과 같이 연산된다.
Figure pat00001
위 수학식에서,
Figure pat00002
: 서브밴드 f 및 서브프레임 t에서 사용자 단말j의 SINR을 의미하고,
Figure pat00003
는 사용자 단말 j의 장기 채널 정보이며, Ek는 사용자 단말 k의 에너지 정보(단위 리소스 블록별 소요되는 에너지)이고,
Figure pat00004
은 각각 파일럿 신호와 데이터 신호의 파워를 의미하고, hj는 사용자 j의 단기 채널 정보이고,
Figure pat00005
는 사용자 j의 수신 콤바이너이고,
Figure pat00006
은 파일럿을 통한 채널 추정 오차의 분산이고,
Figure pat00007
는 q번째 스케줄링 그룹을 의미하며, M은 기지국 안테나의 수, N은 리소스 블록의 심볼 수, L은 파일럿의 길이, J는 동일 스케줄링 그룹 내의 다른 활성 사용자 수의 상한이고,
Figure pat00008
는 스케줄링 그룹 q의 기지국 도달 시 타겟 파일럿 파워를 의미함.
상기 단계(b)는 서로 다른 길이를 가지는 다수의 후보 파일럿 신호 별로 이루어지며, 최적 길이의 파일럿, 송신 전력 및 스케줄링 그룹이 동시에 결정된다.
상기 사용자 단말은 상기 할당 받은 자원을 사용하여 무허가 방식으로 데이터 신호를 송신한다.
상기 단계(a)는 셀 결합 단계에서 수행된다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 기지국에 서비스 받고자 하는 트래픽 정보, 장기(long-term) 채널 정보 및 단위 리소스 블록 사용에 소요되는 에너지 정보를 제공하면서 셀 결합을 수행하는 셀 결합부; 상기 기지국으로부터 속하는 단말이 서비스 받고자 하는 트래픽별 스케줄링 그룹 정보, 상기 트래픽별 스케줄링 그룹에 할당한 자원 정보, 트래픽별 파일럿 신호 및 트래픽별 송신 전력 정보를 제공받는 스케줄링 정보 수신부; 및 상기 기지국에 상기 할당한 자원 정보 및 상기 트래픽별 파일럿 신호를 이용하여 무허가 방식으로 데이터를 송신하는 데이터 통신부를 포함하는 것을 특징으로 하는 무허가 다중 접속을 위한 사용자 단말이 제공된다.
본 발명의 실시예에 따르면, 저지연 및 고신뢰 서비스에 해당하는 다양한 트래픽에 대해 무허가 다중접속의 저지연 성능을 제공하면서도 서비스에서 요구되는 QoS를 효율적으로 보장해줄 수 있다는 장점이 있다.
도 1은 종래의 사용자 스케줄링 과정을 도시한 흐름도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 스케줄링 방법이 적용되는 무선 통신 시스템의 구조를 나타낸 도면.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 스케줄링 방법이 적용되는 무선 통신 시스템의 동작 구조를 나타낸 순서도.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 스케줄링 방법을 나타낸 순서도.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 스케줄링 그룹을 설정하는 절차를 나타낸 순서도.
도 6는 본 발명의 일 실시예에 따른 스케줄링을 위한 사용자 단말의 구조를 블록도.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 사용자 단말이 송신하는 셀 결합 요청 신호에 포함되는 프리앰블 구조를 나타낸 도면.
이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 따라서 여기에서 설명하는 실시예로 한정되는 것은 아니다.
그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 부재를 사이에 두고 "간접적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다.
또한 어떤 부분이 어떤 구성 요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 구비할 수 있다는 것을 의미한다.
이하 첨부된 도면을 참고하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 스케줄링 방법이 적용되는 무선 통신 시스템의 구조를 나타낸 도면이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 이동 통신 시스템은 매시브 미모(Massive MIMO) 환경에 기반하며, 다수의 기지국들과 다수의 사용자 단말들 및 네트워크 엔티티를 포함할 수 있다.
참고로, 네트워크 엔터티는 기지국 또는 코어 네트워크의 임의의 노드로 구현될 수 있으며, 기지국들로부터 수집된 정보를 이용하여 상/하향 링크 사용자 스케줄링을 결정할 수 있다.
또한, 각 기지국들은 적어도 하나의 서빙 셀을 가질 수 있다. 만일, 서로 다른 여러 개의 주파수 대역을 묶어 하나의 주파수처럼 사용하는 캐리어 어그리게이션(Carrier Aggregation)이 설정되는 경우, 하나의 기지국에 다중의 서빙 셀들이 설정될 수 있다.
예를 들어, 1개의 Primary cell과 1개 이상의 Secondary cell이 하나의 기지국에 설정될 수도 있을 것이다.
도 2에서는 설명의 편의상, 하나의 기지국(100) 및 기지국(100)으로부터 스케줄링 정보를 수신하는 복수의 사용자 단말(200)이 존재하며, 복수의 사용자 단말(200)이 기지국(100)으로 동시에 상향 링크 통신을 수행하는 경우를 설명하도록 한다.
기지국(100)은 서빙 셀 내에 존재하는 사용자 단말(200)들로부터 수신된 물리적 상향 링크 공유 채널(Physical Uplink Shared CHannel; 이라, 'PUSCH'라 칭함) 신호를 이용하여 사용자 단말들(200)의 네트워크 정보를 획득하며, 바람직하게는 장기 채널에 대한 페이딩 정보(long-term channel state information)(이하, '장기 채널 정보'라 칭함)를 획득할 수 있다.
매시브 MIMO 환경에서는 기지국(100)의 안테나 수가 많아질 수록 사용자 단말(200)과 기지국(100)의 안테나 간 채널의 변동(fluctuation)은 무시될 수 있다. 즉, 매시브 MIMO 환경에서는 사용자 단말(200)과 기지국(100) 안테나 간 채널의 페이딩 정보만으로 장기 채널 정보를 획득할 수 있는 것이다.
이는 매시브 MIMO 환경에서 송수신에 이용하는 Favorable Propagation의 수학식을 통해서 다음의 수학식 1과 같이 확인할 수 있다.
Figure pat00009
여기서 M은 기지국(100)의 안테나 수, K는 사용자 단말(200)의 수, G l 은 K×M 행렬로 l번째 기지국(100)의 안테나와 사용자 단말(200) 사이의 채널이며, D l 은 대각 행렬 (k, k)번째 원소가 βlk이다.
또한, βlk는 l번째 기지국(100)과 k번째 사용자 단말(200) 사이의 대규모 페이딩 또는 평균 채널 파워이다.
참고로, G l 은 기지국(100)의 안테나와 사용자 단말(200) 사이의 소규모 페이딩과 대규모 페이딩을 모두 포함한다.
위의 [수학식 1]은 기지국(100)의 안테나 수가 많아질수록 사용자 단말(200)과 기지국(100) 안테나 사이의 채널의 변동은 무시될 수 있다는 것을 의미한다.
다시 말해서, 기지국(100) 안테나와 사용자 단말(200) 사이의 채널의 대규모 페이딩 정보로 해당 채널의 성능을 예상할 수 있다.
또한, 기지국(100)은 사용자 단말(200)들의 상태 정보를 포함하며, 바람직하게는 에너지 정보를 획득할 수 있다.
여기서 '에너지 정보'는 사용자 단말(200)이 기지국(100)과의 통신을 위해 단위 리소스 블록(Resource Block; RB) 사용을 위해 소요하는 에너지를 나타낸다.
참고로, 에너지 정보는 사용자 단말기(200)의 배터리 상태나 충전 프로세스 또는 사용자 단말기(200)의 전력 소비 정책 등에 따라서 변화할 수 있으나, 이러한 변화는 장기적인 채널을 고려하는 본 발명에서는 극히 작거나 무시할 수 있는 정도이다.
아울러, 기지국(100)은 사용자 단말(200)들로부터 사용자 단말이 사용 가능한 트래픽 정보를 수신한다.
기지국(100)은 장기 채널 정보, 에너지 정보 및 트래픽 정보를 이용하여 서빙 셀 내에 위치하는 사용자 단말(200)들을 복수의 스케줄링 그룹으로 분류한다. 여기서, 동일한 스케줄링 그룹에 속한 사용자 단말기(200)들은 동일한 상향 링크 타겟 파일럿 전송 파워를 사용한다.
이때, 기지국(100)은 동일한 스케줄링 그룹에 속한 사용자 단말(200)별로 파일럿 신호(Pilot Signal)와 데이터 신호(Data Signal)에 대한 상향 링크 전송 파워의 할당 비율을 결정할 수 있다.
또한, 기지국(100)은 각 스케줄링 그룹의 데이터 레이트(Data Rate)에 기초하여 각 스케줄링 그룹별로 리소스 블록 사용 비율 및 각 스케줄링 그룹이 사용 가능한 자원을 결정하는 스케줄링을 수행한다.
보다 구체적인 스케줄링 방법은 별도의 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 하며, 본 발명에서 사용자 단말(200)은 무허가(Grant-free) 방식으로 기지국(100)으로부터 할당받은 자원을 사용하여 통신을 수행한다.
. 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 스케줄링 방법이 적용되는 무선 통신 시스템의 동작 구조를 나타낸 순서도이다. 도 3은 무허가(Grant-free) 방식으로 동작하는 무선 통신 시스템의 동작 구조를 나타낸 것이다.
도 3을 참조하면, 사용자 단말(200)은 기지국(100)의 서빙 셀 영역에 진입하면서 기지국과의 셀 결합을 수행한다(단계 300).
셀 결합 단계에서 단말이 기지국에 전송하는 정보는 트래픽 정보, 장기 채널 정보 및 에너지 정보를 포함한다.
단말의 트래픽 정보는 미리 정해진 트래픽 아이디 정보를 포함한다. 예를 들어, 사용자 단말(200)이 음성 통신 만이 가능한 단말일 경우 사용자 단말(200)은 음성 통신에 대한 트래픽 아이디를 기지국(100)으로 전송한다. 또 다른 예로, 사용자 단말(200)이 음성 통신, 데이터 통신, VR 통신이 모드 가능한 단말의 경우, 세 개의 트래픽에 대한 아이디를 셀 결합 시 기지국(100)에 전송한다.
각 트래픽별로 QoS, 신뢰도, 지연 시간, 패킷 용량, 패킷 발생 확률에 대한 정보는 미리 정의될 수 있다.
추후 설명하겠지만, 본 발명의 스케줄링은 트래픽 종류별로 이루어지며, 이를 위해 사용자 단말(200)은 셀 결합 단계에서 사용 가능한 트래픽 정보를 전송하는 것이다.
또한, 장기 채널 정보는 앞서 설명한 단말과 기지국의 장시간에 대한 평균 페이딩 정보로 정의될 수 있으며, 사용자 단말(200)은 다양한 방식으로 장기 채널 정보를 획득할 수 있을 것이다. 예를 들어, 미리 정의된 신호를 이용하여 장기 채널 정보를 획득할 수 있을 것이다.
아울러, 에너지 정보는 앞서 설명한 바와 같이 단위 리소스 블록을 사용하여 통신할 때 소요되는 에너지 정보이다. 동일한 종류의 단말은 동일한 에너지 정보를 가질 수 있으므로 단말의 종류 정보를 에너지 정보를 대신하여 전송할 수도 있을 것이다.
사용자 단말(200)로부터 세 개의 정보를 수신한 기지국(100)은 단말로부터 수신한 정보를 이용하여 사용자 단말이 사용할 자원을 결정하는 스케줄링을 수행하고, 단말의 셀 결합 요청에 대한 승인 정보와 함께 스케줄링 정보를 사용자 단말(200)에 전송한다(단계 302).
본 발명은 무허가 방식으로 사용자 단말(200)과 기지국(100) 사이의 통신이 이루어지며, 이에 셀 결합 단계에서 스케줄링 정보가 제공된다. 물론, 스케줄링 정보는 셀 결합 단계가 아닌 다른 시기에 제공될 수도 있을 것이다.
셀 결합 승인 및 스케줄링 정보를 수신한 사용자 단말(200)은 데이터를 전송할 필요가 있을 때 스케줄링된 자원을 이용하여 별도의 허가 없이 데이터를 송신한다(단계 304).
사용자 단말(200)은 파일럿 신호와 데이터 신호를 함께 무허가 방식으로 전송하며, 사용하는 파일럿 신호의 길이는 스케줄링 시 기지국에 의해 미리 결정된다.
이와 같은 무허가 통신 방식은 기존과 같이 송신할 패킷이 발생할 때마다 사용할 자원 정보를 제공받는 방식에 비해 저지연 통신을 구현할 수 있으나 데이터 송신 시점에 앞서 자원 정보를 제공받는 것이므로 다양한 다른 문제를 발생시킬 수 있다. 특히, 어느 한 시점에 너무 많은 사용자들이 자원을 같이 사용할 경우에 발생하는 간섭 문제가 가장 큰 문제로 작용하게 된다.
본 발명은 이와 같은 저지연 구현을 위한 무허가 통신 방식에서의 스케줄링 방법을 제공하며, 이하에서는 본 발명의 스케줄링 방법에 대해 상세히 살펴보기로 한다.
본 발명에서는 스케줄링을 통해 무허가 통신 시 사용자 단말이 사용할 파일럿 길이, 송신 파워, 사용자 단말의 스케줄링 그룹 설정, 스케줄링 그룹에서 사용할 자원을 결정한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 스케줄링 방법을 나타낸 순서도이다.
도 4에 도시된 스케줄링은 트래픽 별로 이루어진다. 도 4에 도시된 어느 한 트래픽에 대한 스케줄링 방법을 나타낸 것이며, 하나의 사용자 단말이 다수의 트래픽에 대한 통신을 지원할 경우 각 트래픽별로 도 4와 같은 스케줄링이 이루어지며, 사용자 단말은 다수의 트래픽 각각에 대한 스케줄링 정보를 기지국으로부터 제공받는다.
도 4를 참조하면, 우선 다수의 후보 파일럿 길이 중 임의의 파일럿 길이를 설정한다(단계 400). 본 발명의 스케줄링 방법은 파일럿 길이별로 이루어진다. 즉, 파일럿 길이별로 단계 402 내지 404가 반복되고 최적 파일럿 길이, 송신 파워 및 스케줄링 그룹이 함께 결정되는 것이다.
임의의 파일럿 길이가 설정되면, 설정된 파일럿 길이에 상응하는 송신 파워를 설정한다(단계 402)파. 송신 파워는 셀 결합 요청 과정에서 획득하는 장기 채널 정보 및 에너지 정보에 기초하여 결정될 수 있다. 바람직하게는 파일럿 신호에 대한 송신 파워와 데이터 신호에 대한 송신 파워가 각각 독립적으로 결정될 수 있다.
파일럿 길이 및 송신 파워가 설정되면, 사용자 단말이 속할 스케줄링 그룹을 설정하고 해당 스케줄링 그룹을 사용할 자원을 결정한다(단계 404). 본 발명은 트래픽별로 기지국의 서빙 셀 내에 존재하는 단말들에 대해 스케줄링 그룹을 설정하며, 기지국에 접속한 단말은 본 절차를 통해 어느 하나의 스케줄링 그룹에 속하게 된다.
스케줄링 그룹을 설정하고 스케줄링 그룹이 사용할 자원을 결정하는 구체적인 방법은 도 5를 참조하여 상세히 설명한다.
특정 파일럿 길이에 대해 최적 스케줄링 그룹이 설정되면, 모든 파일럿 길이 후보에 대해 단계 402 내지 단계 404를 반복한다(단계 406).
위 과정을 통해 스케줄링이 완료되면 기지국은 사용자 단말에 스케줄링 정보를 전송한다(단계 408). 구체적으로, 기지국이 사용자 단말에 전송하는 스케줄링 정보는 단말이 사용할 트래픽별 통신 자원 정보(시간 정보 및 주파수 정보), 단말의 트래픽별 송신 파워 및 단말의 트래픽별 파일럿 신호를 포함한다. 앞서 설명한 바와 같이, 트래픽별 송신 파워는 파일럿에 대한 송신 파워와 데이터에 대한 송신 파워가 독립적으로 설정되는 것이 바람직하다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 스케줄링 그룹을 설정하는 절차를 나타낸 순서도이다.
도5를 참조하면, 우선 단말의 트래픽 아이디별로 트래픽 집합을 설정한다(단계 500). 앞서 설명한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 스케줄링 그룹은 트래픽 별로 이루어지며 트래픽 별 스케줄링 그룹 설정을 위해 우선 트래픽 집합을 설정하는 것이다. 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 유사한 QoS를 가지는 트래픽을 유사한 동일한 트래픽 집합에 포함시킨다.
트래픽 집합이 설정되면, 각 트래픽 집합 별로 트래픽 집합의 사용자 단말들을 장기 채널 정보와 에너지 조건을 곱한 값으로 정렬한다. 사용자 단말 j의 장기 채널 정보를
Figure pat00010
로 정의하고, 에너지 정보를
Figure pat00011
로 정의할 때
Figure pat00012
순으로 사용자 단말을 정렬하는 것이다.
사용자 단말이 정렬되면, 정렬 순서에 기초하여 다수의 후보 스케줄링 그룹 집합을 설정한다(단계 502). 본 발명은 사용자 단말의 특성이 유사한 단말들을 동일한 스케줄링 그룹에 포함시키도록 하며, 이를 위해 에너지 정보와 장기 채널 정보에 기초하여 사용자 단말들을 정렬하며, 정렬 순서에 기초하여 다수의 후보 스케줄링 그룹들을 설정한다.
전체 사용자 단말에 대해 전체 스케줄링 그룹의 개수 및 각 스케줄링 그룹의 크기를 조절하면서 다수의 후보 스케줄링 그룹 집합을 설정한다.
예를 들어, 특정 트래픽에 대해 10개의 사용자 단말이 존재하고, 1-10의 순으로 정렬되었다고 가정할 경우, 후보 스케줄링 그룹 집합은 다음과 같이 설정될 수 있다.
제1 후보 스케줄링 그룹 집합: {1,2,3}, {4,5,6,7,8}, {9,10}
제2 후보 스케줄링 그룹 집합: {1,2,3}, {4,5,6,7}, {8,9,10}
제3 후보 스케줄링 그룹 집합: {1,2}, {3,4}, {5,6}, {7,8,9,10}
물론, 위의 후보 스케줄링 그룹 집합이외에도 그룹의 크기 및 전체 개수를 조절하면서 더 많은 수의 후보 스케줄링 그룹 집합이 설정될 수 있을 것이며 가능한 다양한 경우 혹은 모든 경우에 대해 후보 스케줄링 그룹 집합을 설정한다. 위 예에서, {1,2,3}과 같이 그룹핑된 하나의 개체를 본 명세서에서는 스케줄링 그룹으로 정의하기로 한다.
후보 스케줄링 그룹이 설정되면, 각 후보 스케줄링 그룹 집합의 스케줄링 그룹별로 최적 SINR을 연산한다(단계 504). 스케줄링 그룹별 최적 SINR은 스케줄링 그룹에 속한 사용자 단말들 중
Figure pat00013
가 가장 낮은 사용자 단말을 기준으로 연산된다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 각 후보 스케줄링 그룹 집합의 스케줄링 그룹별 최적 SINR은 다음의 수학식 2와 같이 연산될 수 있으며, 앞서 설명한 바와 같이
Figure pat00014
가 가장 낮은 사용자 단말에 대해 수학식 2의 SINR이 연산된다.
Figure pat00015
위 수학식 2에서,
Figure pat00016
: 서브밴드 f 및 서브프레임 t에서 사용자 단말j의 SINR을 의미하고,
Figure pat00017
는 사용자 단말 j의 장기 채널 정보이며, Ek는 사용자 단말 k의 에너지 정보(단위 리소스 블록별 소요되는 에너지)이고,
Figure pat00018
은 각각 파일럿 신호와 데이터 신호의 송신 파워를 의미하고, hj는 사용자 j의 단기 채널 정보이고,
Figure pat00019
는 사용자 j의 수신 콤바이너이고,
Figure pat00020
은 파일럿을 통한 채널 추정 오차의 분산이고,
Figure pat00021
는 q번째 스케줄링 그룹을 의미하며, M은 기지국 안테나의 수, N은 리소스 블록의 심볼 수, L은 파일럿의 길이, J는 동일 스케줄링 그룹 내의 다른 활성 사용자 수의 상한이고,
Figure pat00022
는 스케줄링 그룹 q의 기지국 도달 시 타겟 파일럿 파워를 의미한다.
스케줄링 그룹 설정을 위한 SINR 연산 시, 본 발명은 활성 사용자 수의 상한(J)을 반영하여 SINR을 연산한다는 점에서 기존의 SINR 연산과는 구별된다. 활성 사용자 수의 상한은 스케줄링 그룹 내의 사용자들이 갖는 트래픽의 패킷 발생 확률에 기초하여 스케줄링 그룹 내 패킷 발생 수에 대한 누적 분포 함수를 획득하고, 이 누적 분포함수에서 트래픽의 신뢰도 조건을 만족하기 위한 활성 사용자 수 상한을 연산한다. 본 발명은 이와 같이 연산되는 활성 사용자 수 상한을 SINR 연산에 반영하는 것이다.
또한, 본 발명은 스케줄링 그룹 내 사용자들이 나누어 갖는 파일럿간 상호상관 성능에 따른 채널추정 오차의 분산을 SINR 연산에 반영한다. 채널 추정 오차의 분산은 다음의 수학식 3과 같이 연산된다.
Figure pat00023
위 수학식 3에서,
Figure pat00024
는 파일럿의 자기상관행렬(
Figure pat00025
)의 고유값이고,
Figure pat00026
는 타겟 파일럿 파워이며, L은 파일럿의 길이이며, J는 동일 스케줄링 그룹 내의 다른 활성 사용자 수의 상한이다.
본 발명에서 자원 할당이 이루어지면 사용자는 별도의 허가 없이 할당된 자원을 사용하게 되며, 이는 다른 사용자와 간섭을 일으키며 자원을 사용할 가능성이 있다는 것을 의미한다. 본 발명은 이러한 경우의 SINR을 연산하기 위해 동일 스케줄링 그룹 내의 다른 활성 사용자 수의 상한 및 스케줄링 그룹 내 사용자들이 나누어 갖는 파일럿간 상호상관 성능에 따른 채널추정 오차의 분산을 추가적으로 반영하여 SINR을 연산하는 것이다.
스케줄링 그룹별로 SINR을 연산하면, 각 스케줄링 그룹별로 할당할 자원의 비율을 결정한다(단계 506). 총 자원 중 특정 스케줄링 그룹에 할당할 자원의 비율은 연산된 SINR과 각 후보 스케줄링 그룹별 주파수 효율성(Spectral Efficiency)을 이용하여 결정한다.
일례로, 각 스케줄링 그룹별로 할당할 자원의 비율은 다음의 수학식 4와 같이 설정될 수 있다.
Figure pat00027
Figure pat00028
는 전체 자원 중 스케줄링 그룹 q에 할당되는 자원의 비율을 의미하고,
Figure pat00029
는 전체 스케줄링 그룹을 의미하며,
Figure pat00030
는 파일럿 길이 L에서 스케줄링 그룹 q가 갖는 최대 주파수 효율성을 의미한다.
각 스케줄링 그룹별로 할당할 자원의 비율이 결정되면, 하나의 후보 스케줄링 그룹 집합의 전체 스케줄링 그룹의 평균 주파수 효율성(Spectral Efficiency)을 계산하고 트래픽이 요구하는 패킷 용량을 만족시키기 위해 각 스케줄링 그룹에 할당할 자원을 결정한다(단계 508).
전체 스케줄링 그룹의 최대 평균 주파수 효율성은 다음의 수학식 5와 같이 계산될 수 있다.
Figure pat00031
단계 504 내지 단계 508은 모든 후보 스케줄링 그룹 집합별로 이루어지고 전체 스케줄링 그룹의 평균 주파수 효율이 가장 높은 후보 스케줄링 그룹 집합을 선택하여 스케줄링 그룹을 설정한다(단계 510).
도 4를 통해 설명한 바와 같이, 도 5의 스케줄링 그룹 설정은 후보 파일럿 길이별로 이루어지고 가장 높은 평균 주파수 효율성을 가지는 스케줄링 그룹 집합 및 이에 대응되는 파일럿 길이가 최종적으로 선택된다.
도 6는 본 발명의 일 실시예에 따른 스케줄링을 위한 사용자 단말의 구조를 블록도이다.
도 6을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 사용자 단말은 셀 결합부(600), 스케줄링 정보 수신부(602) 및 데이터 통신부(604)를 포함한다.
셀 결합부(600)는 사용자 단말이 기지국의 서빙 셀 영역에 진입할 경우 기지국과의 연결을 수행한다. 셀 결합부(600)는 셀 결합 과정에서 서비스 받고자 하는 트래픽 ID, 기지국과 사용자 단말 사이의 장기 채널 정보 및 단위 리소스 엘리먼트 사용에 소요되는 에너지 정보를 기지국에 제공한다.
스케줄링 정보 수신부(610)는 기지국으로부터 스케줄링 정보를 수신한다. 앞서 설명한 바와 같이, 스케줄링 정보는 트래픽별 할당되는 통신 자원 정보, 트래픽별 송신 전력 정보(데이터 송신 전력 및 파일럿 송신 전력) 및 트래픽별 파일럿 신호를 포함한다.
데이터 통신부(620)는 기지국으로부터 제공받은 스케줄링 정보에 기초하여 기지국과의 데이터 통신을 수행한다. 앞서 설명한 바와 같이, 데이터 통신부는 기지국으로부터 별도의 허가 없이 할당받은 자원 중 하나를 선택하여 데이터를 송신한다. 데이터 신호에는 기지국으로부터 할당받은 파일럿 신호가 포함되어 전송된다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 사용자 단말이 송신하는 셀 결합 요청 신호에 포함되는 프리앰블 구조를 나타낸 도면이다.
도 7을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 프리앰블은 사용자 아이디 정보(700)와 트래픽 아이디 정보(710)를 포함한다. 사용자 아이디 정보(700)는 사용자 단말에 고유하게 부여된 식별 정보이며, 트래픽 아이디 정보(710)는 사용자 단말이 서비스 받고자 하는 트래픽들에 대해 미리 정의된 아이디 정보이다. 서비스 받고자 하는 트래픽이 복수일 경우 복수의 트래픽 아이디 정보가 프리앰블에 포함된다.
기존의 랜덤 액세스 등에 사용되는 프리앰블과는 달리 본 발명은 트래픽 아이디 정보를 포함하며, 기지국은 프리앰블에 포함된 트래픽 아이디 정보를 이용하여 사용자 단말에 대해 트래픽별 스케줄링을 수행한다.
전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다.
그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.
본 발명의 범위는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

Claims (18)

  1. 사용자 단말로부터 서비스 받고자 하는 트래픽 정보, 상기 사용자 단말의 네트워크 정보 및 상기 사용자 단말의 상태 정보를 수신하는 단계(a);
    상기 단계(a)에서 수신한 정보에 기초하여 스케줄링 그룹을 형성하고 상기 스케줄링 그룹별로 자원을 할당하는 스케줄링 단계(b); 및
    상기 사용자 단말에 스케줄링 정보를 제공하는 단계(c)를 포함하되,
    상기 단말로부터의 트래픽 정보에 기초하여 단말의 트래픽에 대한 트래픽 집합이 설정되고, 상기 스케줄링 그룹은 트래픽 집합별로 형성되며, 상기 스케줄링 정보는 상기 사용자 단말이 서비스 받고자 하는 트래픽 집합별로 제공되는 것을 특징으로 하는 무허가 다중 접속을 위한 스케줄링 방법.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 단계(b)는 다수의 후보 스케줄링 그룹 집합을 생성하고 다수의 후보 스케줄링 그룹 집합 중 하나의 스케줄링 그룹 집합을 평균 주파수 효율성에 기초하여 선택함으로써 스케줄링 그룹을 형성하는 것을 특징으로 하는 무허가 다중 접속을 위한 스케줄링 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 사용자 단말의 네트워크 정보는 상기 사용자 단말의 장기 채널 정보를 포함하고 및 상기 사용자 단말의 상태 정보는 단위 리소스 블록 사용에 소요되는 에너지 정보를 포함하며,
    상기 단계(b)는 서빙 셀 내의 사용자 단말들의 장기 채널 정보 및 에너지 정보에 기초하여 사용자 단말들을 정렬하고 상기 정렬된 사용자 단말들을 이용하여 상기 후보 스케줄링 그룹 집합을 생성하는 것을 특징으로 하는 무허가 다중 접속을 위한 스케줄링 방법.
  4. 제2 항에 있어서,
    상기 평균 주파수 효율성은 상기 각 후보 스케줄링 그룹 집합의 스케줄링 그룹에 속한 사용자 단말별로 SINR을 연산하고 상기 SINR에 기초하여 연산되는 스케줄링 그룹별 주파수 효율성(Spectral Efficiency)에 기초하여 연산되는 것을 특징으로 하는 무허가 다중 접속을 위한 스케줄링 방법.
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 스케줄링 그룹에 속한 사용자 단말의 SINR은 동일 스케줄링 그룹에 속한 활성 사용자 수의 상한을 반영하여 연산되는 것을 특징으로 하는 무허가 다중 접속을 위한 스케줄링 방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 동일 스케줄링 그룹에 속한 활성 사용자 수의 상한은 동일 스케줄링 그룹 내의 사용자 단말들이 갖는 패킷 발생 확률에 따른 패킷 발생 수의 누적 분포 함수를 획득하고 상기 획득한 누적 분포 함수와 트래픽 신뢰도 상한에 기반하여 설정되는 것을 특징으로 하는 무허가 다중 접속을 위한 스케줄링 방법.
  7. 제4항에 있어서,
    상기 사용자 단말별 SINR은 다음의 수학식과 같이 연산되는 것을 특징으로 하는 무허가 다중 접속을 위한 스케줄링 방법.
    Figure pat00032

    위 수학식에서,
    Figure pat00033
    : 서브밴드 f 및 서브프레임 t에서 사용자 단말j의 SINR을 의미하고,
    Figure pat00034
    는 사용자 단말 j의 장기 채널 정보이며, Ek는 사용자 단말 k의 에너지 정보(단위 리소스 블록별 소요되는 에너지)이고,
    Figure pat00035
    은 각각 파일롯 신호와 데이터 신호의 송신 파워를 의미하고, hj는 사용자 j의 단기 채널 정보이고,
    Figure pat00036
    는 사용자 j의 수신 콤바이너이고,
    Figure pat00037
    은 파일럿을 통한 채널 추정 오차의 분산이고,
    Figure pat00038
    는 q번째 스케줄링 그룹을 의미하며, M은 기지국 안테나의 수, N은 리소스 블록의 심볼 수, L은 파일럿의 길이, J는 동일 스케줄링 그룹 내의 다른 활성 사용자 수의 상한이고,
    Figure pat00039
    는 스케줄링 그룹 q의 기지국 도달 시 타겟 파일럿 파워를 의미함.
  8. 제2항에 있어서,
    상기 단계(b)는 서로 다른 길이를 가지는 다수의 후보 파일럿 신호별로 이루어지며, 최적 길이의 파일럿, 송신 전력 및 스케줄링 그룹이 동시에 결정되는 것을 특징으로 하는 무허가 다중 접속을 위한 스케줄링 방법.
  9. 제1 항에 있어서,
    상기 사용자 단말은 상기 할당받은 자원을 사용하여 무허가 방식으로 데이터 신호를 송신하는 것을 특징으로 하는 무허가 다중 접속을 위한 스케줄링 방법.
  10. 제1 항에 있어서,
    상기 단계(a)는 셀 결합 단계에서 수행되는 것을 특징으로 하는 무허가 다중 접속을 위한 스케줄링 방법.
  11. 기지국에 서비스 받고자 하는 트래픽 정보, 장치 채널 정보 및 단위 리소스 블록 사용에 소요되는 에너지 정보를 제공하면서 셀 결합을 수행하는 셀 결합부;
    상기 기지국으로부터 속하는 단말이 서비스 받고자 하는 트래픽과 관련하여 트래픽 집합을 설정하고 트래픽 집합별 스케줄링 그룹 정보, 상기 트래픽 집합별 스케줄링 그룹에 할당한 자원 정보, 트래픽 집합별 파일럿 신호 및 트래픽 집합별 송신 전력 정보를 제공받는 스케줄링 정보 수신부; 및
    상기 기지국에 상기 할당한 자원 정보 및 상기 트래픽 집합별 파일럿 신호를 이용하여 무허가 방식으로 데이터를 송신하는 데이터 통신부를 포함하는 것을 특징으로 하는 무허가 다중 접속을 위한 사용자 단말.
  12. 제11 항에 있어서,
    상기 스케줄링 그룹은 다수의 후보 스케줄링 그룹 집합을 생성하고 다수의 후보 스케줄링 그룹 집합 중 하나의 스케줄링 그룹 집합을 평균 주파수 효율성에 기초하여 선택함으로써 형성하는 것을 특징으로 하는 무허가 다중 접속을 위한 사용자 단말.
  13. 제12항에 있어서,
    서빙 셀 내의 사용자 단말들의 장기 채널 정보 및 에너지 정보에 기초하여 사용자 단말들을 정렬하고 상기 정렬된 사용자 단말들을 이용하여 상기 후보 스케줄링 그룹 집합을 생성하는 것을 특징으로 하는 무허가 다중 접속을 위한 사용자 단말.
  14. 제12 항에 있어서,
    상기 평균 주파수 효율성은 상기 각 후보 스케줄링 그룹 집합의 스케줄링 그룹에 속한 사용자 단말별로 SINR을 연산하고 상기 SINR에 기초하여 연산되는 스케줄링 그룹별 주파수 효율성(Spectral Efficiency)에 기초하여 연산되는 것을 특징으로 하는 무허가 다중 접속을 위한 사용자 단말.
  15. 제1 1항에 있어서,
    상기 스케줄링 그룹에 속한 사용자 단말의 SINR은 동일 스케줄링 그룹에 속한 활성 사용자 수의 상한을 반영하여 연산되는 것을 특징으로 하는 무허가 다중 접속을 위한 스케줄링 방법.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 동일 스케줄링 그룹에 속한 활성 사용자 수의 상한은 동일 스케줄링 그룹 내의 사용자 단말들이 갖는 패킷 발생 확률에 따른 패킷 발생 수의 누적 분포 함수를 획득하고 상기 획득한 누적 분포 함수와 트래픽 신뢰도 상한에 기반하여 설정되는 것을 특징으로 하는 무허가 다중 접속을 위한 사용자 단말.
  17. 제14항에 있어서,
    상기 사용자 단말별 SINR은 다음의 수학식과 같이 연산되는 것을 특징으로 하는 무허가 다중 접속을 위한 스케줄링 방법.
    Figure pat00040

    위 수학식에서,
    Figure pat00041
    : 서브밴드 f 및 서브프레임 t에서 사용자 단말j의 SINR을 의미하고,
    Figure pat00042
    는 사용자 단말 j의 장기 채널 정보이며, Ek는 사용자 단말 k의 에너지 정보(단위 리소스 블록별 소요되는 에너지)이고,
    Figure pat00043
    은 각각 파일롯 신호와 데이터 신호의 파워를 의미하고, hj는 사용자 j의 단기 채널 정보이고,
    Figure pat00044
    는 사용자 j의 수신 콤바이너이고,
    Figure pat00045
    은 파일럿을 통한 채널 추정 오차의 분산이고,
    Figure pat00046
    는 q번째 스케줄링 그룹을 의미하며, M은 기지국 안테나의 수, N은 리소스 블록의 심볼 수, L은 파일럿의 길이, J는 동일 스케줄링 그룹 내의 다른 활성 사용자 수의 상한이고,
    Figure pat00047
    는 스케줄링 그룹 q의 기지국 도달 시 타겟 파일럿 파워를 의미함.
  18. 제12항에 있어서,
    상기 스케줄링 그룹의 형성은 다수의 후보 파일럿 신호별로 이루어지며, 최적 길이의 파일럿, 송신 전력 및 스케줄링 그룹이 동시에 결정되는 것을 특징으로 하는 무허가 다중 접속을 위한 스케줄링 방법.
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