KR100640474B1 - 다중 반송파 기반의 코드분할다중접속 시스템을 위한 하향링크 자원 할당 방법 - Google Patents

다중 반송파 기반의 코드분할다중접속 시스템을 위한 하향링크 자원 할당 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명의 자원 할당 방법은, 코드에 의해 구별되는 다수의 단말들의 다중접속을 지원하는 기지국으로 구성되는 다중 반송파 기반의 이동 통신 시스템에서, 각 기지국의 서비스 영역을 기지국을 중심으로 서로 다른 반경을 갖는 적어도 두 개의 가상 셀들로 분할하고 상기 가상 셀들에서의 단말들의 분포에 따라 능동적으로 자원을 할당한다. 본 발명의 자원 할당 방법에서는 기지국의 서비스 지역을 특정 채널에 대한 단말들의 수신 강도에 따라 두 개의 가상 셀로 분할하고 상기 가상 셀들에 대한 단말의 분포에 따라 동일 채널을 하나의 단말 혹은 적어도 두 개의 단말에 중복 할당 함으로써 시스템 용량을 증가시킨다.
직교주파수분할다중화(OFDM), 코드분할다중접속(CDMA), 자원할당, 다중 반송파

Description

다중 반송파 기반의 코드분할다중접속 시스템을 위한 하향링크 자원 할당 방법{RESOURCE ALLOCATION TECHNIQUE FOR DOWNLINK TRANSMISSION OF MULTICARRIER-BASED CDMA COMMUNICATION SYSTEM}
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 자원 할당 방법이 적용될 직교주파수분할다중화 부호분할다중접속 (OFDM-CDMA) 시스템을 보인 블록도;
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 자원 할당 방법에서 기지국을 중심으로 한 가상 셀을 설명하기 위한 개념도;
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 자원 할당 방법을 설명하기 위한 순서도;
도 4는 상기한 본 발명의 자원할당 방법의 성능을 설명하기 위한 모의 실험 결과를 보인 그래프이다.
본 발명은 무선 통신 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 다중 반송파 기반의 무선통신 시스템의 하향링크 전송 방법에 관한 것이다.
개인 휴대 통신의 증가와 이동 통신을 기반으로 하는 산업의 발전으로 고속 데이터 전송 및 다중 접속 기술에 대한 요구가 증가하고 있다. 이를 만족시키기 위하여, 최근에는 무선 디지털 변조와 다중 접속을 혼합한 새로운 기술들이 제안되고 있다.
일반적으로, 무선 통신 채널의 효과적 공유를 위한 사용자 다중화 기법 중의 하나인 DS-SS (Direct-Sequence Spread-Spectrum) CDMA시스템은 채널의 주파수 선택 특성을 저해하는 것으로 알려져 있으며 DS-SS 시스템의 용량은 확산 코드의 자기 상관 및 상호 상관 특성의 불완전성으로 인해 발생하는 다중 접속 간섭(multiple access interference : MAI)에 의해 제한을 받는다.
상호 상관이 존재하지 않는 직교 부호를 이용하면 플랫 패이딩 채널에서 MAI 제거할 수 있지만, 칩 간 간섭(inter-chip interference) 때문에 주파수 선택적 패이딩 채널에서는 직교성을 보장 받을 수 없다. 이러한 칩 간 간섭은 MAI를 발생시키고 시스템 성능을 열화 시키게 된다.
이러한 주파수 선택적 패이딩 채널에서 칩 간 간섭을 억제하기 위한 방안으로 CDMA에 다중 반송파 변조 방식의 하나인 OFDM을 도입한 OFDM-CDMA가 제안되었다.
OFDM 시스템에서는 전송 데이터를 여러 개의 반송파로 분담 전송하여 전체적으로는 고속이나 각각 나누어진 반송파는 저속으로도 유연한 전송이 가능하므로 다중 경로 채널 환경에서의 고속 통신을 가능케 한다.
그러나, OFDM 시스템에서는 한 시점에서 하나의 부채널에 한 가입자 정보만을 보내는 것이 일반적이다. 이러한 OFDM 시스템에서의 각 채널의 효율을 향상시키기 위한 방안으로 MC DS-CDMA 와 VSF-OFCDM 과 같은 기술들이 제안된 바 있지만 이들 기술들은 부채널 내부의 CDMA 적용에 의한 물리적 계층상의 장점을 기술하고 있을 뿐 무선자원 관리 측면에서 구체적인 구현 원리를 제공하고 있지 않다.
따라서, OFDM-CDMA 시스템의 효율적인 자원 관리를 위한 구체적인 자원 할당 방법이 요구된다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로, 본 발명의 목적은 다중 반송파 기반의 무선 통신 시스템의 하향링크 전 송시 채널 환경에 따라 동일한 부채널을 하나 이상의 단말에 할당함으로써 시스템 용량을 증가시킬 수 있는 자원 할당 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 기지국의 신호 세기에 따라 서비스 영역을 서로 다른 반경을 갖는 두 개의 가상 셀로 분할하고 서비스를 받는 단말들의 위치에 따라 동일 부채널을 하나 이상의 단말에 할당함으로써 자원을 효율적으로 관리할 수 있는 자원 할당 방법을 제공하는 것이다.
상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 국면에 있어서 확산 코드에 의해 구별되는 다수의 단말에 대해 다중 접속을 지원하는 통신 시스템의 자원 할당 방법은 기지국의 서비스 영역 내의 단말들로부터 채널 별 수신 강도 정보를 수집하고; 특정 채널에 대한 수신 강도가 미리 정해진 임계치 보다 큰 단말이 있는지를 판단하고; 판단 결과에 따라 적어도 두 개 이상의 단말에 해당 채널을 할당한다.
바람직하게는 상기 특정 채널에 대한 수신 강도가 상기 임계치보다 큰 단말이 없으면 수신 강도가 가장 큰 단말에 해당 채널을 할당한다.
바람직하게는 상기 특정 채널에 대한 수신 강도가 상기 임계치보다 큰 단말이 존재하면 단말의 개수가 1보다 큰지를 판단하고 상기 수신강도가 상기 임계치보다 큰 단말의 수가 1인 경우 수신강도가 임계치보다 큰 단말에 해당 채널을 할당하고, 상기 수신강도가 상기 임계치보다 큰 단말의 수가 1보다 크면 상기 임계치보다 큰 단말들 중 수신강도가 가장 큰 단말과 두 번째로 큰 단말에 동일 채널을 할당한다.
바람직하게는 상기 특정 채널에 대한 수신 강도가 상기 임계치 보다 큰 단말이 둘 이상 존재하면 수신 강도가 임계치 보다 큰 단말들 중 수신 강도가 가장 큰 단말에 해당 부채널을 최대의 전력으로 할당하고, 상기 할당된 최대 전력을 서서히 낮추는 동시에 동일 부채널을 상기 두 번째로 수신 강도가 큰 단말에 할당한다.
본 발명의 다른 일 국면에 있어서, 코드에 의해 구별되는 다수의 단말들의 다중접속을 지원하는 기지국으로 구성되는 다중 반송파 기반의 이동 통신 시스템을 위한 자원 할당 방법은 각 기지국의 서비스 영역을 기지국을 중심으로 서로 다른 반경을 갖는 적어도 두 개의 가상 셀들로 분할하고, 상기 가상 셀들에서의 단말들의 분포에 따라 능동적으로 자원을 할당한다.
바람직하게는 상기 가상 셀의 반경은 특정 채널에 대한 단말들의 수신 강도에 의해 결정된다.
바람직하게는 상기 가상 셀들 중 제1 가상 셀의 반경은 특정 채널의 최대 송신 전력에 의해 결정되고 제2 가상 셀의 반경은 최대 송신 전력보다 작은 송신전력 임계치에 의해 미리 결정된다.
바람직하게는 상기 단말들의 분포는 단말들로부터 피드백 되는 특정 채널에 대한 수신 강도에 의해 결정된다.
바람직하게는 상기 제 1 가상 셀에만 단말이 분포할 경우 제 1 가상 셀에 존재하는 단말들 중 수신 강도가 가장 센 단말에 상기 특정 채널을 할당한다.
바람직하게는 제 1 및 제2 가상 셀 양쪽에 단말들이 분포할 경우 제2 가상 셀에 존재하는 단말에 상기 특정 채널을 할당한다.
바람직하게는 상기 제 1 및 제 2 가상 셀 양쪽에 단말이 분포하고 제2 가상 셀에 하나의 단말이 존재할 경우 제2 가상 셀에 존재하는 단말에 상기 특정 채널을 할당한다.
바람직하게는 상기 제 1 및 제 2 가상 셀 양쪽에 단말이 분포하고 제 2 가상 셀에 둘 이상의 단말이 존재할 경우 제 2 가상 셀에 존재하는 단말들 중 수신강도가 가장 센 단말과 두 번째로 센 단말에 상기 특정 채널을 할당한다.
바람직하게는 상기 제2 가상 셀에 둘 이상의 단말이 존재할 경우 상기 특정 채널은 상기 수신 강도가 가장 센 단말에 최대 전력으로 할당되고 상기 할당된 최대 전력을 서서히 낮추고 상기 두 번째로 수신 강도가 센 단말에 대한 전력을 높이 면서 할당되는 것을 특징으로 하는 자원 할당 방법.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 자원 할당 방법을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 자원 할당 방법이 적용될 직교주파수분할다중화 부호분할다중접속 (orthogonal frequency division multiplexing code division multiple access: OFDM-CDMA) 시스템을 보인 블록도이다.
도 1에서 보는 바와 같이, 상기 OFDM-CDMA 시스템은 입력되는 각 사용자의 정보를 직렬/병렬 변환하는 다수의 직렬/병렬 변환기들 (11), 상기 각각의 직렬/병렬 변환기로부터 병렬 출력되는 각각의 신호에 해당 사용자의 확산부호를 곱하는 확산기들 (12), 상기 확산기들로부터 출력되는 서로 다른 사용자들의 확산 신호들에 합 연산을 수행하는 다수의 덧셈기 (13), 그리고 상기 덧셈기들 (13)로부터 출력되는 신호들을 역푸리에 변환하여 병렬/직렬 변환하고 변환된 신호에 보호구간을 삽입하여 채널을 통해 전송하는 OFDM 변조 유닛 (15)으로 구성되는 송신기와 상기 송신기로부터 전송된 신호를 수신하여 보호구간을 제거하고 직렬/병렬 변환한 후 역푸리에 변환하는 OFDM 복조 유닛 (17)과 상기 OFDM 복조 유닛 (17)으로부터 출력되는 병렬의 신호들을 사용자 별로 병렬/직렬 변환하여 출력하는 병렬/직렬 변환기 (19)로 구성되는 수신기로 이루어진다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 자원 할당 방법에서 기지국을 중 심으로 서비스 지역을 가상 셀로 분할 방법을 설명하기 위한 개념도이다.
도 2에서 보는 바와 같이, 각각의 기지국 (23, 25)은 단말이 기지국으로부터 받는 부채널의 신호의 세기와 인접 셀의 동일 부채널의 간섭 신호 세기를 고려하여 신호대간섭비(signal to interference ratio: SIR)에 따라 두 개의 가상 셀을 형성하게 된다. 다시 말해, 제1기지국 (23)의 서비스 영역은 상기 기지국에서 가까워 신호 강도가 높은 제1셀 (23a)과 상기 기지국과 멀리 떨어져 신호 강도가 비교적 낮은 제2셀 (23b)로 분할되고 상기 제2기지국 (25)의 서비스 영역도 동일한 방법으로 제1셀 (25a)과 제2셀 (25b)로 분할된다.
이와 같은 셀 환경에서 제1셀 (23a, 25a)에 위치하는 단말은 제2셀 (23b, 25b)에 위치하는 단말에 비해 고속 전송이 가능함을 알 수 있다.
각각의 셀에 위치한 단말들은 자신이 속한 가상 셀 위치 정보를 기지국에 전송하게 되고 기지국은 단말들로부터 수신된 셀 위치 정보를 이용하여 자원을 할당한다.
이하, 상기와 같이 구성된 셀 환경에서 하향링크 데이터 전송을 위한 자원 할당 방법을 상세히 설명한다.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 자원 할당 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
먼저 각각의 단말은 기지국에서 전송하는 모든 부채널의 파일럿 심벌을 수신하여 각각의 부채널에 대한 신호대간섭비(SIR)를 측정하여 역방향의 피드백 메시지를 통해 기지국에 각 부채널에 대한 수신 강도를 보고한다.
도 3에서, 기지국은 상기 단말들로부터 수신되는 피드백 메시지를 수신하고(S301), 상기 피드백 메시지에 포함되어 있는 특정 부채널의 수신 강도(PSTRENGTH)를 미리 정해져 있는 임계치(PTHRESHOLD)와 비교하여(S302), 수신 강도(PSTRENGTH)가 상기 임계치(PTHRESHOLD)보다 큰 단말의 수(NG)를 계수한다 (S303).
계속해서, 기지국은 상기 해당 부채널에 대한 수신 강도(PSTRENGTH)가 상기 임계치(PTHRESHOLD)보다 큰 단말이 존재하는지 판단하여 (S304), 상기 수신 강도(PSTRENGTH)가 상기 임계치(PTHRESHOLD) 보다 큰 단말이 존재하지 않으면, 다시 말해, 모든 단말의 수신 강도가 기지국의 가지고 있는 임계치 이하이면 해당 부채널에 대해서 모든 단말들이 도 2의 셀 (23b, 25b) 에 위치하는 것으로 판단하고 수신 강도가 가장 높은 단말에 해당 부채널을 할당한다 (S305). 이 경우 기지국은 해당 부채널에 사용할 수 있는 최대 전력을 할당한다.
한편, 상기 수신 강도(PSTRENGTH) 가 상기 임계치(PTHRESHOLD) 보다 큰 단말이 존재하면, 기지국은 수신 강도(PSTRENGTH)가 상기 임계치(PTHRESHOLD)보다 큰 단말의 수(NG)가 1보다 큰지를 판단한다 (S306). 상기 수신 강도(PSTRENGTH)가 상기 임계치(PTHRESHOLD)보다 큰 단말의 수(NG)가 1일 경우, 기지국은 수신 강도(PSTRENGTH)가 상기 임계치(PTHRESHOLD)보다 큰 단말에 해당 부채널을 할당한다 (S307). 여기서, 해당 부채널에 대해 수신 강도가 임계치 이상인 단말이 하나라는 것은 하나의 단말만이 상기 셀 (23a, 25a) 내에 위치하고 나머지 단말들은 셀 (23b, 25b)에 위치한다는 것을 의미한다.
반면, 수신 강도(PSTRENGTH)가 상기 임계치(PTHRESHOLD)보다 큰 단말의 수(NG)가 1보다 큰 경우 기지국은 수신 강도가 가장 큰 단말과 두 번째로 큰 단말에 해당 부채널을 할당한다 (S308).
이때, 기지국은 먼저 수신 강도가 가장 큰 단말에 해당 부채널을 최대의 전력으로 할당한 후 상기 단말에 할당된 전력을 서서히 낮추는 동시에 동일한 부채널을 상기 두 번째로 수신 강도가 큰 단말에 할당한다. 이 과정은 수신 강도가 가장 큰 단말과 두 번째로 큰 단말의 출력 합이 최대가 될 때까지 진행된다.
도 4는 상기한 본 발명의 자원할당 방법의 성능을 설명하기 위한 모의 실험 결과를 보인 그래프이다.
이 모의 실험은 다중 셀 환경에서 각 셀당 30개의 단말과 256개의 부채널을 할당하고 직교 팩터
Figure 112004030562420-pat00001
가 0.2인 환경에서 1000회에 걸쳐 수행되었으며 하나의 부채널에 하나의 단말을 할당하는 종래의 기법과 셀 분할을 통하여 하나의 부채널에 두 개의 단말을 할당하는 기법에 대한 각 부채널 당 평균 전송속도를 비교하였다.
도 4에서 보는 바와 같이,
Figure 112004030562420-pat00002
인 경우, 즉
Figure 112004030562420-pat00003
가 비교적 작은 값을 가지는 경우 하나의 부채널에 두 개의 단말을 할당함으로써 각 부채널 당 수율이 증가했음을 알 수 있다.
상기한 바와 같이, 본 발명의 자원 할당 방법은 코드분할다중접속 시스템, 특히, OFDM-CDMA 시스템의 하향 링크에서 기지국의 서비스 지역 내의 모든 단말들의 위치를 고려하여 다이나믹하게 채널 및 전력을 할당을 함으로써 효율적인 자원 관리가 가능하다.
또한, 본 발명의 자원 할당 방법에서는 기지국의 서비스 지역을 특정 채널에 대한 단말들의 수신 강도에 따라 두 개의 가상 셀로 분할하고 상기 가상 셀들에 대한 단말의 분포에 따라 동일 채널을 하나의 단말 혹은 적어도 두 개의 단말에 중복 할당함으로써 시스템 용량을 획기적으로 증가시킬 수 있다.

Claims (18)

  1. 확산 코드에 의해 구별되는 다수의 단말에 대해 다중 접속을 지원하는 통신 시스템에 있어서,
    기지국의 서비스 영역 내의 단말들로부터 채널 별 수신 강도 정보를 수집하고;
    특정 채널에 대한 수신 강도가 미리 정해진 임계치 보다 큰 단말이 있는지를 판단하고;
    판단 결과에 따라 적어도 두 개 이상의 단말에 해당 채널을 할당하는 자원 할당 방법.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 특정 채널에 대한 수신 강도가 상기 임계치보다 큰 단말이 없으면 수신 강도가 가장 큰 단말에 해당 채널을 할당하는 것을 특징으로 하는 자원 할당 방법.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 특정 채널에 대한 수신 강도가 상기 임계치보다 큰 단말이 존재하면 단말의 개수가 1보다 큰지를 판단하는 것을 더욱 포함하는 자원할당 방법.
  4. 제 3항에 있어서, 상기 수신강도가 상기 임계치보다 큰 단말의 수가 1인 경우 상기 임계치보다 큰 단말에 해당 채널을 할당하는 것을 특징으로 하는 자원 할당 방법.
  5. 제 3항에 있어서, 상기 수신강도가 상기 임계치보다 큰 단말의 수가 1보다 크면 수신강도가 임계치보다 큰 단말들 중 수신강도가 가장 큰 단말과 두 번째로 큰 단말에 동일 채널을 할당하는 것을 특징으로 하는 자원 할당 방법.
  6. 제 1항에 있어서, 상기 특정 채널에 대한 수신 강도가 상기 임계치보다 큰 단말이 없으면 수신 강도가 가장 큰 단말에 해당 채널을 할당하고, 특정 채널에 대한 수신 강도가 상기 임계치보다 큰 단말이 하나 존재하면 수신강도가 임계치 보다 큰 단말에 해당 채널을 할당하고, 특정 채널에 대한 수신 강도가 상기 임계치 보다 큰 단말이 둘 이상 존재하면 수신강도가 임계치보다 큰 단말들 중 수신 강도가 가장 큰 단말과 두 번째로 큰 단말에 특정 해당 채널을 할당하는 것을 특징으로 하는 자원 할당 방법.
  7. 제 6항에 있어서, 상기 특정 채널에 대한 수신 강도가 상기 임계치 보다 큰 단말이 둘 이상 존재하면 수신 강도가 임계치 보다 큰 단말들 중 수신 강도가 가장 큰 단말에 해당 부채널을 최대의 전력으로 할당하고, 상기 할당된 최대 전력을 서서히 낮추는 동시에 동일 부채널을 상기 두 번째로 수신 강도가 큰 단말에 할당하는 것을 특징으로 하는 자원 할당 방법.
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