KR101421294B1 - 유선 중계국을 활용한 셀룰러 시스템에서 스케줄링 방법 및장치 - Google Patents

유선 중계국을 활용한 셀룰러 시스템에서 스케줄링 방법 및장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 유선 중계국(RS: Relay Station)을 활용한 셀룰러 시스템에서의 스케줄링 방법에 있어서, 기지국(BS: Base Station)을 중심으로 해당 셀 내의 모든 이동단말(MS : Mobile Station)을 각 채널별로 CT(Cooperative Transmission: 협력적 전송) 및 ST(Single Transmission: 단일전송) MS로 분류하는 과정과, 상기 분류된 각 채널별 CT 및 ST MS의 각 RS에서의 채널 용량(capacity)을 매핑화하여 최우선순위의 채널을 선택하고, 상기 선택된 채널의 용량이 설정된 CT 판단기준(criteria)의 만족 여부에 따라 해당 MS로부터 리퀘스트(request)메시지를 수신하는 과정과, 상기 리퀘스트 메시지를 송신한 다수의 MS중에서 해당 스케줄링 알고리즘에 따라 최우선순위의 메트릭 값을 갖는 MS를 선택하여 그랜트(grant)메시지를 전송하는 과정과, 상기 그랜트 메시지를 전송한 해당 스케줄러의 채널을 수락(accept)하는 과정을 포함함을 특징으로 한다.
RS, 스케줄링, 채널 할당

Description

유선 중계국을 활용한 셀룰러 시스템에서 스케줄링 방법 및 장치{APPARATUS AND SCHEDULING TECHNIQUE WITH DYNAMIC FRAME ALLOCATION FOR CELLULAR SYSTEMS USING WIRELINE RELAY STATIONS}
본 발명은 전용회선 및 대역을 이용한 중계국(Relay Station: RS)을 포함하는 셀룰러 통신 시스템 즉, RoF(Radio over Fiber)를 활용한 셀룰러 통신 시스템의 무선 자원 할당에 관한 것으로, 특히 전체 시스템의 수율(throughput)을 증대시키기 위하여 채널별로 사전 협력 정보를 기반으로 하는 안테나 간 협력적(cooperative) 전송 기술을 통한 패킷 스케줄링 및 동적 채널 할당을 수행하는 유선 중계국을 활용한 셀룰러 시스템에서 스케줄링 방법 및 장치에 관한 것이다.
무선 통신 시스템의 계속적인 발전을 위한 중요한 요소 기술 중 하나는 효율적인 주파수 자원의 운용 및 분배이며, 이를 위해 기존의 셀 당 하나의 기지국(Base Station: BS)으로부터 MS로의 직접 전송만을 허용하는 단일 홉(Single-hop)방식에서부터 확장된 다중 홉(Multi-hop)전송 방식에 대한 연구가 활발히 진행중이다. 상기 다중 홉 전송을 지원하는 시스템에서는 BS로부터 신호가 RS를 거쳐 MS로 전송되며, BS로부터 MS로의 직접 전송도 가능하다.
현재 구현 중이거나 실현되어 있는 셀룰러 시스템의 예로는 단일 홉 시스템과 중계기를 지원하는 단일 홉 시스템, 무선 멀티 홉 시스템을 들 수 있다. 상기 단일 홉 시스템은 중계기가 없이 셀 당 하나의 BS가 있고 단말기 또는 MS가 별도의 중계없이 BS와 직접 연결되는 구조이다. 여기에 중간에 중계기를 추가 설치하여 셀 경계(cell boundary)지역 혹은 음영 지역에 있는 MS의 수신 신호 성능을 개선하기 위한 것이 중계기 시스템이다. 이때 하나의 셀은 하나의 BS와 여러 개의 중계기로 구성되며, MS는 BS 및 중계기로부터 동시에 신호를 송수신 받는다. 이때 BS와 중계기 사이의 링크에 따라 유선-광(optical) 중계기 또는 무선-RF 중계기 구조로 나눌 수 있다. 유선 중계기의 경우 신호 감쇄가 적은 장점이 있는 반면 이동성이 없고, 무선 중계기는 MS가 원하는 신호의 간섭(interference) 신호의 구분 없이 모든 신호를 증폭하여 브로드캐스팅(broadcasting)한다는 단점이 있다. 또한 저렴한 가격에 설치 가능한 반면 망 구성 시 안테나 아이솔레이션(isolation)이 필요하다.
무선 RS 시스템과 무선 중계기(repeater) 시스템의 차이점은 다음과 같다. 상기의 무선 중계기가 BS로부터의 신호뿐 아니라 외부 셀에서 들어오는 간섭까지 증폭하여 신호를 전달했다면, 무선 RS는 MS가 원하는 신호만 증폭할 뿐만 아니라, RS가 형성하는 서브-셀(sub-cell)내의 MS들에 대한 스케줄링 및 동적 채널 할당의 수행이 가능하다는 장점을 가진다. 즉, 무선 RS를 이용함으로써 BS가 직접 데이터를 전송하기 힘든 음영지역에 있는 MS 들에게도 전송이 가능해지며, 결국 셀 커버리지의 확대와 셀 용량(cell throughput)증대의 장점을 가지게 된다.
상기와 같이 무선 RS 다중 홉 시스템은 단일 홉 또는 중계기 시스템과 비교 하여 전송 성능의 개선이 가능하다.
또한, 상기 무선 RS 다중 홉 시스템은 BS와 RS과 함께 하나의 셀을 관장하는 분산안테나 시스템으로 간주할 수 있으며, 상기 분산안테나 시스템은 셀룰러 시스템의 각 BS와 RS는 신호를 송출하는 안테나들의 역할을 수행한다.
이와 관련하여 현재의 셀룰러 시스템에서의 안테나 간 협력적 전송 형태로써 대표적으로 핸드오프(hand off)를 들 수 있으며, 상기 핸드오프는 특정 MS가 특정 기지국의 통신 영역에서 인접 셀 기지국의 통신 영역으로 이동할 때, 다른 기지국의 채널로 전환하여 통신이 끊기지 않고 다른 통신 영역으로 옮겨갈 수 있게 하기 위한 것으로, 크게 하드(hard) 핸드오프와 소프트(soft) 핸드오프의 두 종류로 분류될 수 있다.
상기 하드 핸드오프 방식은 특정 MS가 인근 셀 영역으로 이동할 때, 현재 셀의 신호 세기가 일정 크기 임계값(threshold) 이하가 되었을 때 기존의 셀의 연결을 끊고 새로운 셀의 채널로 연결되는 방식이다.
상기 소프트 핸드오프 방식은 특정 MS가 인근 셀 영역으로 이동할 때, 새로운 셀의 신호 세기가 일정 크기 이상일 경우 두 기지국으로부터 동시에 신호를 전송 받고, 현재 셀의 신호 세기가 일정 크기 이하가 될 경우에 현재 셀로부터의 연결을 끊고 새로운 셀로부터만 신호를 전송받게 된다.
이와 같이, 특정 MS가 현재 셀의 서비스 영역에서 벗어나서 다른 셀로 이동하는 환경에서 통신이 두절될 수 있는 현상이 발생할 수 있는데, 상기 특정 MS를 새로운 셀의 서비스 영역에 속하게 함으로써 통신 두절을 방지한다. 이러한 핸드오 프 기술은 이동에 따른 통신 불능 상태를 방지하는 역할을 하지만, 셀 전체로 볼 때 시스템 전송 용량의 향상을 보장하지 않는다.
그러나, 신호결합(signal combining) 및 시공간 부호화(space time coding)와 같은 진보된 형태의 안테나 간 협력적 전송 기술들은 셀 전송 효율을 높일 수 있을 뿐만 아니라, 셀 경계지역에서 신호 품질의 열화로 인한 작동 불능(outage) 확률을 향상시키는데 효과적이다. 즉, 특정 MS를 위하여 두 개 이상의 RS로부터 서비스를 받을 경우, 한 개 RS로 서비스받을 경우보다 신호 품질이 향상되고, 전송률이 증가 된다. 또한 단일 전송 시에는, 셀 경계지역에서 인접 셀로부터의 간섭(interference) 신호가 강해서 신호 품질이 감소하여 통신 수행 자체가 불가능한 MS가 존재하게 되지만, 인접 셀의 RS들의 협력적 전송이 이루어지면 간섭원이 줄어들 뿐만 아니라, 수신 신호 세기의 증가로 인하여 통신이 가능하게 되어서 셀 전체 작동 불능 확률을 감소시키는 효과가 있다. 하지만, N개의 안테나 간 협력적 전송은 단일 전송보다 무선 자원을 N배를 필요로 한다는 문제가 발생한다.
이에, 전체 시스템에서 무선 자원 분배 시 효과적인 스케줄링 및 채널 할당 방법을 적용하여야만, 무선 자원을 N배 더 사용한다는 단점에도 불구하고, 전체 시스템의 전송 효율(throughput)과 공평성(fairness)을 향상시킬 수 있을 것이다.
이와 관련하여 종래의 다채널 환경에서 우수한 성능을 보이는 스케줄러에 사용자 요구기반 병렬 스케줄러에 관한 대한민국 특허출원 제 10-2005-0131028호 "다수개의 채널들을 사용하는 통신 시스템에서 스케줄링 방법 및 장치"에는 다중 사용자 다이버시티(multi-user diversity)와 다채널 다이버시티(multi-channel diversity) 이득을 반영하여 채널 상태가 상대적으로 좋은 사용자에게 채널을 할당함으로써 시스템 효율의 증대에 관한 기술이 개시되어 있으나, 이는 RS간 협력적 전송을 위한 진보된 형태의 신호결합, 시공간 부호화 등과 같은 기술을 적용시킬 수 있는 스케줄링 알고리즘에는 부적합하다.
따라서, 종래의 다채널 환경에서처럼 2차원적 다이버시티 이득을 효율적으로 반영하면서도 멀티-안테나 다이버시티(multi-antenna diversity) 이득까지도 포함된 즉, 안테나 협력적 전송을 효과적으로 지원하는 새로운 형태의 스케줄링, 채널 할당 알고리즘에 관한 방안이 절실히 요구되고 있다.
본 발명의 목적은 전용회선 및 대역을 이용한 중계국(Relay Station: RS)을 포함하는 셀룰러 통신 시스템 즉, RoF(Radio over Fiber)를 활용한 셀룰러 통신 시스템의 무선 자원 할당에 관한 것으로써, 특히 전체 시스템의 수율(throughput)을 증대시키기 위하여 채널 별로 사전 협력 정보를 기반으로 하는 안테나 간 협력적(cooperative) 전송 기술을 통한 패킷 스케줄링 및 동적 채널 할당을 수행하는 유선 중계국을 활용한 셀룰러 시스템에서 스케줄링 방법 및 장치에 관한 것이다.
상기한 목적을 달성하기 위해서 본 발명의 일 견지에 따르면, 유선 중계국(RS: Relay Station)을 활용한 셀룰러 시스템에서의 스케줄링 방법에 있어서, 기지국(BS: Base Station)을 중심으로 해당 셀 내의 모든 이동단말(MS : Mobile Station)을 각 채널별로 CT(Cooperative Transmission: 협력적 전송) 및 ST(Single Transmission: 단일전송) MS로 분류하는 과정과, 상기 분류된 각 채널별 CT 및 ST MS의 각 RS에서의 채널 용량(capacity)을 매핑화하여 최우선순위의 채널을 선택하고, 상기 선택된 채널의 용량이 설정된 CT 판단기준(criteria)의 만족 여부에 따라 해당 MS로부터 리퀘스트(request)메시지를 수신하는 과정과, 상기 리퀘스트 메시지를 송신한 다수의 MS중에서 해당 스케줄링 알고리즘에 따라 최우선순위의 메트릭 값을 갖는MS를 선택하여 그랜트(grant)메시지를 전송하는 과정과, 상기 그랜트 메시지를 전송한 해당 스케줄러의 채널을 수락(accept)하는 과정을 포함함을 특징으 로 한다.
상기한 목적을 달성하기 위해서 본 발명의 다른 견지에 따르면, 유선 중계국을 활용한 셀룰러 시스템에서의 스케줄링 장치에 있어서, 다수의 채널별 MS로부터 해당 SINR값이 입력되는 입력부와, 상기 입력부로부터 입력된 각 채널별 해당 MS의 SINR을 이용하여 전송용량을 산출하고, 이를 설정된 수학식에 적용하여 그 결과에 따라 ST 및 CT MS를 판단하는 판단부와, 상기 판단부로부터 각 채널별로 분류된 ST 및 CT MS 정보를 이용하여 CT 및 ST 모드에서 각 RS의 해당 채널별 채널 용량을 각각 매핑하여 상기 ST 매핑에서 , 채널용량이 가장 큰 채널을 선택한 후, 상기 선택된 채널을 CT 매핑에서 확인하여 CT 판단기준을 만족하는지의 여부를 확인하여 그 결과에 따라 각 채널별 MS로부터 단일 또는 다수의 리퀘스트 메시지를 수신하고, 상기 리퀘스트 메시지를 송신한 MS중에서 스케줄링 메트릭(scheduling metric) 값이 가장 큰 해당 MS를 선택하여 그랜트 메세지를 전송하도록 제어하는 병렬 패킷 스케줄러와, 상기 병렬 패킷 스케줄러로부터 그랜트 메시지 수신 정보를 입력받아, 이를 통해 해당 스케줄러의 채널을 수락하도록 채널을 할당하는 채널 할당부를 포함함을 특징으로 한다.
상술한 바와 같이, 본 발명은 유선 RS를 사용하는 셀룰러 시스템에서 셀 내의 MS들이 다채널 정보를 유무선 링크를 통해 공유하면서, 사용자 요구 기반 병렬 스케줄러 기반의 다중 사용자 이득(Multi-user diversity gain)과 다중 채널 이득(Multi-channel diversity gain)뿐만 아니라 다중 안테나 이득(Multi-antenna diversity gain)을 반영시키는 방법을 적용함으로써 안테나 간 협력적 전송을 위한 패킷 스케줄링 및 동적 채널 할당을 수행함으로써 전체 시스템의 효율을 증대시키는 효과가 있다.
이하 본 발명에 따른 바람직한 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 하기 설명에서는 구체적인 구성 소자 등과 같은 특정 사항들이 나타나고 있는데 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐 이러한 특정 사항들이 본 발명의 범위 내에서 소정의 변형이나 혹은 변경이 이루어질 수 있음은 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게는 자명하다 할 것이다.
먼저, 본 발명에서는 RoF 시스템에서 BS/RS와 MS 사이에서 교신을 위한 모든 알고리즘은 BS에서만 수행되고 RS에서는 단지 전송만 이루어지는 집중식 셀룰러 시스템을 기본적인 모델로 설정한다. 따라서 모든 신호에 대한 제어 정보는 BS로 수집된다. BS에서는 이를 기반으로 각 MS들에게 무선 자원을 할당하게 된다.
또한, 후술할 본 발명의 실시 예에서는, 다수개의 MS들마다 사용 가능한 다수개의 채널들 중에서 채널상태가 우수한 채널을 할당하며, 이때 상기 할당한 채널은 시간에 따라 채널 상태가 변하므로 상기 할당한 채널의 상태가 우수할 때 MS들에게 채널을 할당한다. 또한, 본 발명의 실시 예에서는, 상기 채널 상태가 우수한 채널을 다수개의 MS들이 사용 가능하므로 상기 채널 상태가 우수한 채널의 우선 순위가 최대인 MS에게 할당한다. 다시 말해, 후술할 본 발명의 실시 예에서는, 각 채널들과 각 MS들의 채널상태를 고려하여 우선순위가 최대인 채널과 MS를 결정하여 스케줄링을 수행한다. 아울러, 후술할 본 발명의 실시 예에서는, 설명의 편의상 셀룰러 통신 시스템을 일예로 하여 설명하지만, 본 발명에서 제안하는 스케줄링 방법 및 장치는, 상기 셀룰러 통신 시스템 뿐만 아니라 다른 통신 시스템들에도 적용될 수 있음은 물론이다.
도 1은 본 발명이 적용되는 유선 중계국(RS)을 활용한 셀룰러 시스템의 개략적인 일 예시 구성도로서, RS의 개수를 6개로 가정한 유선 RS 시스템의 구조를 나타낸다. 도 1에 도시된 바와 같이, 하나의 셀은 한 개의 BS와 6개의 무선 RS(RS1~RS6)로 구성될 수 되며, 각 RS는 해당 서브-셀 영역을 커버 하게 된다. 이러한 RS 시스템에서 BS와 가까운 거리에 있는 MS는 BS로부터, 셀 경계(cell boundary)에 위치해 있어 수신 SINR이 상대적으로 작은 MS는 근처의 RS로부터 서비스를 받는다.
이러한 유선 RS 시스템은(무선 RS 시스템과 마찬가지로) 도 1에서 볼 수 있듯이 한 개의 셀이 RS로 인하여 7개의 셀로 분할(cell split)되는 효과를 가져 온다. 이와 같은 유선 RS 다중 홉 시스템은 RS를 통한 셀 분할 효과로 인하여 채널 상태가 비교적 열악한 셀 경계 또는 주변에 장애물이 많은 지역 등에 분포하는 MS들에게 데이터를 효율적으로 전송함으로써 BS의 서비스 영역을 확장시키고 음영지역을 해소하는 효과를 가져 온다.
특히, 도 1에 도시된 바와 같은 유선 RS 시스템은 무선 RS 시스템에 비해, BS-RS 간의 링크가 광 케이블로 연결되어 있으며, 이에 따라 유선 RS 시스템의 경우 각 BS와 각 RS 사이의 광 케이블 설치를 위한 추가 비용이 필요하고 RS 설치 후 이동이 어렵다는 문제가 있다. 하지만 그 비용을 지불하고서 얻을 수 있는 이득은 크게 다음과 같다.
첫째, 유선 RS 시스템은 광 케이블을 이용하므로 BS-RS 간의 신호 감쇄가 거의 없다. 둘째, 무선 RS 시스템과 비교하여 무선 자원을 절약하게 되므로, 그 만큼 사용자들이 할당받을 수 있는 자원의 수가 증가한다. 셋째, 무선 자원의 절약으로 더 많은 제어신호를 전송할 수 있다. 따라서 무선 RS 시스템에서는 제약을 받았던, 다양하며 인텔리젼트(intelligent)한 스케쥴링 기법의 적용이 가능하다. 넷째, 무선 RS 시스템과 비교하여 다양한 다중 홉의 설계가 가능하다.
상기한 바와 같은 유선 RS 시스템에 적용 가능한 본 발명에 따른 전송 방식은 다중 반송파를 사용하는 OFDMA(Orthogonal Frequency Division Multiple Access)로써, MS의 자원할당이 부채널별로 이루어지는 것으로 가정한다. 이때 MS별로 겪는 페이딩 채널이 서로 독립적이기 때문에 해당 MS에게 유리한 부채널을 선택하는 즉, 다중 사용자 다이버시티를 이용하여 부채널을 할당하게 된다.
본 발명은 상기한 시스템을 전제함으로써, 중앙 처리 장치 즉, BS에서 시스템 전체 MS의 채널 정보를 기반으로 셀 전체의 시스템 효율(throughput)의 향상을 이루기 위하여, 안테나 간 협력적 전송(cooperative transmission)기술들을 효과적으로 적용할 수 있는 셀룰러 시스템에서의 스케줄링 방법에 관한 것임을 밝혀두는 바이다.
여기서, 본 발명의 구체적인 설명에 앞서 먼저 상기 협력적 전송 기술 방식에 대해 설명하면 하기와 같다.
상기 협력적인 전송 기술에는 신호 결합(signal combining)방법과, 시공간 부호화(Space-Time Coding:STC)방법 등이 있다.
상기 신호 결합 방법에는 다수의 안테나에서 송신된 신호 중 가장 좋은 품질의 수신된 신호를 선택하는 선택하는 Selection Diversity Combining (SDC) 방식, 수신 신호 간 위상을 정합시켜 결합하는 Equal Gain Combining (EGC) 방식, 신호 결합 시 수신 SINR (Signal to Interference-plus-Noise Ratio)가 최대가 되도록 하는 Maximum Ratio Combining (MRC) 방식 등이 있다.
그리고, 시공간 부호화 기법에는 대표적으로 1998년 S. Alamouti가 제안한 두 개의 송신 안테나를 사용하는 STBC (Space-Time Block Coding) 방식을 예로 들 수 있다.
이때, 부채널 n에서 임의의 MS k가 안테나 s로부터 단일 전송(Single Transmission:ST)시의 SINR은 하기의 수학식 1과 같이 표현할 수 있다.
Figure 112014011055988-pat00080
여기서
Figure 112014011055988-pat00081
는 안테나 s의 송신 전력,
Figure 112014011055988-pat00082
는 MS k와 안테나 S 사이의 채널 이득,
Figure 112014011055988-pat00083
은 AWGN이다.
한편, 도 2a는 본 발명의 일 실시 예에 따른 유선 중계국을 이용한 셀룰러 시스템에서 경로손실(PathLoss)만 고려한 환경에서 ST로 전송한 경우의 SINR값 즉, 상기 수학식 1로 표현되는 SINR을 그래프 상에서 나타낸 예시도 이다.
또한, 부채널 n에서 임의의 MS k가 적어도 하나 이상의 안테나 집합 S로부터 협력적 전송(Cooperative Transmission:CT)시의 SINR은 하기의 수학식 2와 같이 표현할 수 있다.
Figure 112014011055988-pat00084
상기 수학식 2는 상술한 협력적인 전송 기술에서 신호 결합 기법 중에서 EGC 방식을 일예로 도출된 식으로 여기에 국한되지 않고, 그 밖의 다른 협력적 전송 방식 예를 들어, MRC, STBC 등을 고려한다면, 그에 따른 SINR 수식으로 변경하여 적용 가능할 것이다.
한편, 도 2의 b 및 c는 본 발명의 일실시예에 따른 유선 중계국을 이용한 셀룰러 시스템에서 경로손실(PathLoss)만 고려한 환경에서 일례로 각각 안테나 두 개 및 세 개를 고려한 CT로 전송한 경우의 SINR값 즉, 상기 수학식 2로 표현되는 SINR을 그래프 상에서 나타낸 예시도이다.
본 발명은 무선 자원 스케줄링에 있어서, 임의의 MS가 협력적 전송 여부를 사전에 결정한 상태에서 무선 자원 할당을 수행하는 것으로, 먼저 무선 자원 스케 줄링을 수행함에 있어서 셀 내에 위치하는 협력적 전송 MS와 단일 전송 MS를 구분하면 상기 스케줄링 과정을 좀 더 간단하게 수행할 수 있는 효과가 있다.
이를 위해서 후술할 본 발명의 실시 예에서는, 크게 두 단계로 나누어서 첫번째 단계에서는 협력적 전송(이하, 'CT')와 단일 전송(이하, 'ST') MS로 구분하는 과정을 통해 실제로 무선 자원 스케줄링 자원 매칭 과정 속에서 ST 및 CT MS를 찾아야 하는 복잡성을 감소시키고, 그 후 두번째 단계에서의 협력적 전송을 고려한 요구 기반 병렬 스케줄러를 통하여 셀 내에 존재하는 다수의 MS 중에서 상대적으로 우수한 채널 상태에 있는 MS에 채널을 최우선적으로 할당할 수 있도록 하는 패킷 스케줄링 및 동적 채널 할당 과정을 통하여 전체 시스템의 효율을 증대시키는 효과를 달성할 수 있다.
(1) CT MS와 ST MS를 구분하는 과정
다수의 안테나 N개에서 협력적 전송을 하면 기본적으로 단일 전송 시보다 무선 자원을 N배를 소모한다. 그러므로 최소한 협력적 전송 시보다 채널 용량 측면에서 N배 이상이 될 경우에 협력적 전송을 수행하는 것이 보다 합리적일 것이다. 이에 본 발명의 실시 예에서는 다수의 채널별로 CT MS와 ST MS를 구분하는 판단기준(criteria)를 제안한다.
첫번째는, Shannon Capacity Formula를 통하여 구해진 채널 용량을 기준으로 하는 Shannon 기준이고, 두번째는, AMC (adaptive modulation and coding) 전송을 할 때 해당 MCS-level table을 통하여 실제로 전송되는bit 수를 기준으로 하는 AMC 기준이다.
한편, 임의의 MS k가 부채널 n에서 안테나 s로부터 단일 전송 시의 전송용량을
Figure 112007079620645-pat00006
라고 하고, 다수의 안테나 S집합으로부터 협력적 전송 시의 전송용량을
Figure 112007079620645-pat00007
라고 한다. 상기 ST 및 CT 각각의 전송용량은 상기한 수학식 1 및 2로부터 도출한 SINR 값을 이용하여 산출 가능하다.
그리고, 상기 산출된 상기 ST 및 CT 각각의 전송용량은 하기의 Shannon Criteria 혹은 AMC Criteria 에 적용되어 그 결과에 따라 각각 ST 및 CT MS로 구분된다.
더욱 상세하게는, 임의의 부채널 n에 대하여 하기의 수학식 4 혹은 수학식 5의 협력적 전송 결정식이 1보다 크면, 상기 부채널 n에서 CT MS로, 작거나 같으면 ST MS로 구분된다. 따라서, 하기의 Shannon Criteria 혹은 AMC Criteria 에 적용되어 셀 내 존재하는 전체 MS는 CT 및 ST MS의 여부를 결정한다.
* Shannon Criteria
Figure 112014011055988-pat00085
Figure 112014011055988-pat00086
*AMC Criteria
Figure 112014011055988-pat00087
상기 Shannon 및 AMC 에서 제시된 criteria를 정리하면 하기의 [표 1]과 같다.
Figure 112007079620645-pat00011
상기 표 1에서 f(x)는 MCS(Modulation and Coding Schems)에서 실제로 전송된 bit수를 나타낸다.
한편, 도 2의 d 및 e는 본 발명의 일실시 예에 따른 유선 중계국을 이용한 셀룰러 시스템에서 일례로 각각 안테나 두 개 및 세 개를 고려한 CT criteria를 만족하는 영역에 대한 MS의 분포도를 나타낸 예시도이다.
도 2의 d 및 e에서 보인 바와 같이, 서브 셀(sub-cell) 경계지역에서 판단 기준(criteria)을 만족시키는 MS가 위치함을 확인할 수 있다.
이와 같이, 협력적 전송의 주된 타겟 대상이 셀 경계지역에 위치한 MS가 된다. 이에, 신호 품질이 낮은 MS들의 신호 품질 향상으로 인하여 전체 시스템의 공급 정지(outage)확률이 감소하게 되면, 채널 용량을 증대할 수 있으므로 협력적 전송의 특성의 효과가 반영될 수 있다.
(2) 패킷 스케줄링 및 동적 자원 할당 과정
본 과정에서는 상술한 (1) 과정에서 이미 구분된 CT 및 ST MS들이 실제로 스케줄링에 참여하면서 무선 자원을 할당받는 과정에 대해서 설명하도록 한다.
상기 과정을 통하여 CT MS로 설정된 경우, 실제 전송 시에서 항상 협력적 전송을 받을 수는 없다. 다른 CT MS들과의 경쟁 속에서 상대적으로 우수한 MS들만이 협력적 전송에 있어서 최 우선시 된다. 즉, 상대적으로 우수한 채널 상태를 가지고 있는 MS 또는 더 높은 우선 순위를 가지고 있는 MS가 먼저 채널을 할당받는 것이 전체 시스템 효율 측면에서 우수하기 때문이다.
본 발명에서 제안하는 스케줄러는 사용자 요구 기반 병렬 스케줄러이고, 이 경우, MS 즉, 사용자들이 채널 상태가 상대적으로 우수한 채널들을 우선 요구함으로써 우수한 채널을 할당받을 수 있도록 하는 것으로, 본 발명에서는 요구 기반 병렬 스케줄러의 동작을 리퀘스트(request), 그랜트(grant) 및 허가(accept)의 세 과정(3-phase)을 통하여 수행된다. 각각의 과정은 하기와 같다.
* Phase 1. Request 과정
각 MS는 각 채널별로 CT 및 ST MS로 분류된다. 이때, ST 단말에 속한 각 사용자들은 co-channel 중 가장 우수한 채널 상태를 갖는 채널을 하나 씩 선택한 후, 상기 선택된 채널 중 우수한 채널 상태를 갖는 채널 N request 개를 각 채널을 담당하는 스케줄러에게 request한다.
더욱 상세하게는, 각 채널별 MS에 대하여 신호 결합을 수행할 때 즉, 협력적 전송 시와 신호 결합을 수행하지 않을 때 즉, 단일 전송 시의 SINR을 각각 획득한다.
그리고, 상기 협력적 전송 시의 채널 용량(capacity) 및 단일 전송 시의 채널 용량을 상기한 Shannon capacity formula 또는 MCS level table을 통하여 하기의 표 2와 같이 ST 채널 용량 및 CT 채널 용량을 매핑화한다.
이때, ST 매핑에서 채널 별로 가장 큰 채널 용량을 갖는 안테나를 선택하고, 그 중에 채널 용량이 큰 N request 만큼의 채널을 선택한다.
상기 ST 매핑에서 선택된 채널을 CT 매핑에서 CT criteria을 만족하면 즉, CT MS를 찾는 과정으로 신호를 결합 했을 때 채널 용량이 N배가 되는지 확인하여 이를 만족하면 해당 채널에서는 신호 결합을 수행하는 해당 안테나 스케줄러를 통하여 request 메시지를 전송한다.
하기의 표 2는 임의의 MS 4에 해당하는 채널 용량을 보인 것으로, 이는 N=2를 전제로 RS의 수는 3개, 채널의 수는 4개, N request 는 2개이다.
Figure 112007079620645-pat00012
표 2의 ST 및 CT 각각의 매핑에서 채널 1~4중 최우선순위의 RS 조합을 하나 씩 선택한 후(CH 2 => RS B, CH 3 => RS C), 상기 선택된 채널을 CT 매핑에서 확인하여 CT criteria를 만족하는지를 확인한다.
예를 들어, 채널 2는 ST 매핑에서 3.5의 채널 용량을 갖고, CT 매핑에서는 4.9으로 채널 용량이 2배가 안되므로 ST 모드가 된다. 또한 채널 3은 ST 매핑에서는 2.3의 채널 용량을 갖고, CT 매핑에서는 5.1이므로 채널 용량이 2배 이상이 되므로 CT 모드가 된다.
따라서, 임의의 MS 4는 채널 2에서는 ST 모드이므로 RS B의 스케줄러에 request를 하고, 채널 3에서는 CT 모드이므로 RS B와 RS C의 스케줄러에 2개의 request를 전송한다.
상술한 본 발명의 request 과정을 도 5a에 개략적으로 도시하였다.
* Phase 2. Grant 과정
각 채널을 담당하는 해당 스케줄러들은 request된 MS 중에서 해당 시스템의 스케줄링 알고리즘에 따른 스케줄링 메트릭(scheduling metric)값이 가장 높은 MS를 선택하여 grant 메시지를 전송한다.
각 채널별로 동작하는 병렬 패킷 스케줄링 기법은 기존의 패킷 스케줄링 알고리즘이 그대로 적용될 수 있는 장점이 있다. 기존의 스케줄러를 병렬적으로 적용함으로써 스케줄링과 채널 할당이 동시에 수행된다. 특히, 적용되는 패킷 스케줄링 알고리즘에 따라서 전체 시스템 성능 측면에서 많은 차이가 발생하게 된다. 기존에 대표적으로 많이 사용되는 스케줄러는 기회적 스케줄링 기법을 사용하는 PF (Proportional Fair)스케줄러와, M-LWDF(Modified Largest Weighted Delay First)스케줄러가 있으며, 전송효율을 최대로 하는 MAX SINR 스케줄러가 있다.
상기와 같은 기법은 CDMA 시스템과 같은 단일 채널 시스템에서 매시간 슬롯마다 어떤 단말기에게 데이터를 전송할 기회를 부여할 것인가를 결정한다.
이때 스케줄러는 스케줄링을 하는 순간의 기지국과 단말기 간 채널 상태를 반영하며, 현 시점의 채널 상태는 일반적으로 현 시점에서 BS와 MS간 전송 가능한 최대 전송 속도로 반영된다.
상기 기회적 스케줄링은 여러 MS중에서 평균 데이터 전송률 대비 현재의 데이터 전송률이 가장 높은 단말기에게 데이터 전송을 위한 기회를 부여하고, 이로부터 얻는 이득인 사용자별 다이버 시티 이득을 통해 시스템 전체의 효율 증대를 기대할 수 있다.
따라서, 무선 망에서 MS마다 채널 상태가 다르며 이러한 채널 상태가 시간적으로 변화하게 되는데, 채널 상태가 평균보다 우수한 MS에게 전송의 우선순위를 부여하여 전체 시스템 전송효율을 증대시키고 MS간 비례적 공평성을 제공하게 된다.
하기에서는, 기존 셀룰러 시스템에서의 기회적 스케줄링 기법 중 우선, PF 스케줄링 알고리즘에 대하여 설명하도록 한다.
셀 내에 전송할 데이터가 있는 N개의 MS가 존재한다고 가정한다. 상기 PF 스케줄러는 N개의 MS로부터 채널 상태를 수집하고, 수집된 채널 상태로부터 각 MS들의 최대 전송 가능 데이터 전송률
Figure 112014011055988-pat00088
를 결정한다.
다음으로, 각 MS에 대해 평균 전송률
Figure 112014011055988-pat00089
대비 순간 최대 가능 전송률 비, 즉
Figure 112014011055988-pat00090
를 계산한다. 이때, 하기한 수학식 6과 같이 가장 큰
Figure 112014011055988-pat00091
을 갖는 MS가 이번 시간 슬롯 동안 데이터를 전송하기 위한 기회를 갖는다.
Figure 112014011055988-pat00092
그리고, 각 MS
Figure 112007079620645-pat00018
에 대하여 하기의 수학식 7에서와 같이 평균 데이터 전송률을 갱신한다.
Figure 112014011055988-pat00093
이때, 가중치 상수
Figure 112014011055988-pat00094
의 값은 임의의 MS가 서비스를 받지 못하는 최대 시간과 관련이 있는 것으로, 적용되는 시스템에 따라서 적절한 값을 설정할 수 있다.
다음으로 대표적 기회적 스케줄링 기법인 M-LWDF스케줄링 기법이 있다. PF 스케줄링은 기본적으로 MS에 대한 QoS(Quality of Service)를 고려하지 않는데 반하여, M-LWDF 스케줄링 기법은 MS에 대해 QoS 보장을 도모한다는 특징적 차이점을 갖는다. M-LWDF 스케줄링은 상기한 PF 스케줄링의 우선 순위 지표 (scheduling metric)를 하기의 수학식 8과 같이 수정함으로써 구현할 수 있다.
Figure 112014011055988-pat00095
여기서
Figure 112014011055988-pat00096
는 단말기
Figure 112014011055988-pat00097
에 의해 요구되는 QoS를 고려하기 위한 파라메터(parameter)이고,
Figure 112014011055988-pat00025
는 시간 슬롯
Figure 112014011055988-pat00098
까지 단말기
Figure 112014011055988-pat00099
의 큐에 있는 HOL(head-of-line) 패킷이 겪은 시간 지연이다. M-LWDF스케줄링 기법에서는 스케줄링 우선 순위 지표에
Figure 112014011055988-pat00100
와
Figure 112014011055988-pat00029
를 반영함으로써 패킷에 대한 QoS 보장을 도모할 수 있으며, 기회적 스케줄링을 통해 PF 스케줄러에서 달성하였던 시스템 효율의 증대와 비례적 공평성을 함께 달성할 수 있다. 이러한 scheduling metric이 가지는 물리적인 의미를 살펴보면,
Figure 112014011055988-pat00101
번째 단말기의 QoS를 반영하기 위한 parameter
Figure 112014011055988-pat00102
의 값이 커질수록 이 단말기의 scheduling metric이 증가하여 우선적으로 스케줄링 되며,
Figure 112014011055988-pat00103
의 값은 QoS의 지표로 삼는 파라메터의 값에 따라 다르게 설정될 수 있다.
또 다른 방법으로 QoS를 보장하면서, 전체 시스템 효율을 증대시키는 방법은 각 채널 병렬 스케쥴러를 가장 좋은 SINR값을 갖는 MS에게 grant 메세지를 보냄으로써 시스템 스루풋(throughput)을 최대로 만드는 MAX SNR스케쥴러를 채용하는 것이다. 이 스케쥴러는 사용자들의 공평성을 고려하지 않게 된다. 이러한 단점을 극복하는 방법으로는 QoS와 사용자 간 공평성(fairness)을 보장하는 함축적 의미의 스케쥴러(implicit scheduler)를 사용자 요구기반 병렬 스케쥴러 앞 단에 추가하면 된다. 즉, 앞 단에서 함축적 의미의 스케쥴러를 적용하여, 각 단말기의 우선순위 레벨을 정하게 된다. 그래서 뒷 단의 사용자 요구기반 병렬 스케쥴러의 채널 할당과정에 우선 전송을 요하는 패킷을 먼저 참여하게 함으로써 각 사용자의 QoS 요구조건을 만족시킨다.
함축적 의미의 스케쥴러의 예로는 General service curve를 이용한 GSCS 병 렬 스케쥴링 기법이 있다. GSCS 병렬 스케쥴링 기법은 2단계로 이루어진다. 첫 번째 단계는 함축적 의미의 스케쥴링으로써 스케쥴링 대상을 UPG(Urgent packet group)와 EPG(Eligible packet group)으로 나누어서 대상을 지정하게 한다. 두 번째 단계는 채널 할당 단계로써 먼저 UPG만을 대상으로 하여 스케쥴링을 실시한다. 전체 전송단위가 다 채워질 때까지 또는 보낼 데이터가 없을 때까지 채널 할당을 실시한다. 그리고 잉여 자원에 대해서 EPG를 대상으로 하여 스케쥴링을 실시하여 채널 할당을 한다.
이와 같이 2단계 스케쥴링을 통해 UPG에 스케쥴링의 우선권을 부여하여, 자원 할당을 실시하고, 그 후 프레임 내의 잉여 자원에 대하여 EPG를 할당함으로써 전송의 효율성을 높일 수 있다. 다시 말해서, 두번째 단인 요구기반 병렬 스케쥴링에서는 공평성과 QoS를 고려치 않고, 오직 시스템 스루풋을 증대시키는 방향으로 자원 할당을 하기 위해서, 미리 첫번째 단에서 QoS와 공평성을 미리 고려하여, 두번째 단의 스케쥴링 대상을 제한시킴으로써 전체 시스템 효율, QoS와 공평성을 만족시킬 수 있게 된다.
상술한 본 발명의 grant 과정을 도 5b에 개략적으로 도시하였다.
* Phase 3. Accept 과정
ST 모드에서 request를 보낸 MS는 grant 메시지를 전송한 해당 스케줄러에 해당하는 채널을 accept한다. 단, CT 모드에서 request를 보낸 MS는 N개의 grant 메시지를 모두 수신해야지만, grant 메시지를 송신한 스케줄러에 해당하는 채널을 모두 accept를 한다.
여기서, 비동기식 스케줄링 방식은 할당되지 않는 가장 마지막 타임 슬롯(time slot) 혹은 심볼(symbol)끼리 상기한 Phase 1~3을 반복하고, 동기식 스케줄링 방식은 현재의 타임 슬롯 혹은 심볼의 모든 채널이 할당받을 때까지 상기한 Phase 1~3을 해당 시스템에 잔여 채널이 존재하지 않을 때까지 또는 MS들이 전송할 데이터가 없을 때까지 반복한다.
상술한 본 발명의 accept 과정을 도 5c 에 개략적으로 도시하였다.
이하, 전술한 본 발명의 전반적인 동작 및 도 3 및 4를 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 스케줄링 동작을 설명함으로써, 본 발명의 실시 예에 따른 유선 중계국을 활용한 셀룰러 시스템에서 스케줄링 방법을 설명하기로 한다.
도 3은 본 발명의 일실시 예에 따른 유선 중계국을 활용한 셀룰러 시스템에서의 스케줄링 동작의 흐름도이다. 도 3을 참조하면, 스케줄링 시작 이전에 셀 내의 각 MS를 초기화하고(310 과정), 각 채널별로 CT MS와 ST MS를 분류한다(312 과정). 여기서, 상기 CT MS와 ST MS의 분류 과정은 먼저, 각 채널별 각 MS로부터, 상기한 수학식 1 및 2와 같이 표현되는 SINR 값을 획득하고, 상기 획득된 SINR 값을 이용하여 단일 전송 시의 전송용량을
Figure 112007079620645-pat00033
및 협력적 전송 시의 전송용량을
Figure 112007079620645-pat00034
을 산출한다. 상기 산출된 상기 ST 및 CT 각각의 전송용량은 상기한 Shannon Criteria (수학식 3 및 4) 혹은 AMC Criteria(수학식 5) 에 적용되어 그 결과에 따라 각각 ST 및 CT MS로 구분된다.
더욱 상세하게는, 임의의 부채널 n에 대하여 상기한 수학식 4 혹은 수학식 5에 적용하여 협력적 전송 결정 식이 1보다 크면 상기 부채널 n에서 CT MS로, 작거나 같으면 ST MS로 구분된다. 따라서, 하기의 Shannon Criteria 혹은 AMC Criteria 에 적용되어 셀 내 존재하는 전체 MS는 CT 및 ST MS의 여부를 결정한다.
상기 312 과정에서 각각 분류된 각각의 MS는 각 CT 및 ST 모드에서 각 RS의 해당 채널별 채널 용량(capacity)을 각각 매핑한다(314 과정)(표 2 참조). 이때, ST 매핑에서 채널별로 가장 큰 채널 용량을 갖는 안테나를 선택하고, 그 중에 채널 용량이 N request 개의 채널을 선택한다(316과정). 상기 선택된 N request 개의 채널을 CT 매핑에서 확인하여 CT criteria를 만족하는지의 여부를 확인한다(318 과정).
상기한 표 2를 참조하여 예를 들면, 채널 2는 ST 매핑에서 3.5의 채널 용량을 갖고, CT 매핑에서는 4.9로 채널 용량이 2배가 안되므로 ST 모드가 된다. 또한 채널 3은 ST 매핑에서는 2.3의 채널 용량을 갖고, CT 매핑에서는 5.1이므로 채널 용량이 2배 이상이 되므로 CT 모드가 된다.
상기 318 과정에서의 결과에 따라 각 채널별 해당 스케줄러는 각 MS로부터 request 메시지를 수신한다(320 과정). 즉, 임의의 MS는 채널 2에서는 ST 모드이므로, RS B의 스케줄러에 request 메시지를 전송하고, 채널 3에서는 CT 모드이므로 RS B와 RS C 각각에 해당하는 스케줄러에 2 개의 request 메시지를 전송한다.
상기 320 과정에서 각 MS로부터 request 메시지를 수신한 해당 스케줄러들은 상기 request된 MS 중에서 해당 시스템의 스케줄링 알고리즘에 따라 스케줄링 메트릭 값이 가장 높은 MS를 선택하여 grant 메시지를 전송한다(322 과정).
여기서, 상기 시스템의 해당 스케줄링 알고리즘은 기존에 대표적으로 많이 사용되는 기회적 스케줄링 기법을 사용하는 PF 스케줄러와, M-LWDF 스케줄러 및 전송효율을 최대로 하는 MAX SINR 스케줄러 중 본 발명에서는 상기 PF 스케줄러를 후술할 도 4의 설명에서 예를 들어 설명하도록 한다.
그리고, 상기 322 과정에서 grant 메시지를 전송한 해당 스케줄러는 해당 채널을 accept 한다(324 과정).
더욱 상세하게는, 상기 320 과정에서 ST 모드의 request를 전송한 MS는 grant 메시지를 보낸 스케줄러에 해당하는 채널을 accept 하지만, CT 모드의 request를 전송한 MS는 N개의 grant 메시지를 모두 받아야 하는 대신, 상기 grant 메시지를 보낸 스케줄러에 해당하는 채널을 모두 accept 한다.
그리고, 상기 스케줄링 주기에 의해 결정되는 채널 자원의 집합 예를 들어, 모든 RS의 프레임들이 모두 할당되어 더 이상 할당해줄 채널 자원이 존재하지 않을 경우 종료하고, 존재할 경우 혹은 MS들이 전송할 데이터가 존재할 때까지 상기한 314 ~ 324 과정을 반복한다(326 과정).
도 4는 본 발명에서 사용된 유선 중계국을 활용한 셀룰러 시스템에서의 패킷 스케줄링 방법의 일실시 예이다. 도 4를 참조하면, 먼저, 셀 내에 전송할 데이터가 있는 N개의 MS가 있다고 가정하고(410 과정), 상기 각 MS로부터 CSI(Channel State Information: 채널상태정보)를 수집한다(412 과정). 상기 수집된 CSI로부터 각 MS들의 최대 전송 가능 데이터 전송률
Figure 112014011055988-pat00104
을 결정하고(414 과정), 이로부터 각 MS별 평균 전송률 대비 순간 최대 가능 전송률 비
Figure 112014011055988-pat00105
를 계산한다(416 과정). 이때,
하기한 수학식 9와 같이 가장 큰
Figure 112007079620645-pat00037
을 갖는 MS가 이번 시간 슬롯 동안 데이터를 전송하기 위한 기회를 갖는다.
Figure 112014011055988-pat00106
즉, 최대 평균 전송률 대비 순간 최대 가능 전송률에 해당하는 MS로 데이터를 전송한다(418 과정).
그리고, 각 MS
Figure 112007079620645-pat00039
에 대하여 하기의 수학식 10에서와 같이 평균 데이터 전송률을 갱신한다(420 과정).
Figure 112014011055988-pat00107
여기서, 가중치 상수
Figure 112014011055988-pat00108
의 값은 임의의 MS가 서비스를 받지 못하는 최대 시간과 관련이 있는 것으로, 적용되는 시스템에 따라서 적절한 값을 설정할 수 있다.
한편, 도 1에서와 같은 서브 셀 구조를 갖는 유선 RS 시스템에 대한 전체 셀 효율과 자원 할당된 MS들의 SINR 분포를 통해 본 발명에서 제안한 협력적 전송을 고려한 스케줄링 및 동적 채널 할당 알고리즘의 성능을 검증한다.
상기 성능 평가에서는 협력적 전송 중 신호 결합 기법으로 대표적인 EGC 방식을 통하여 성능 분석을 하였다. 그리고 N=2(안테나 두 개에서 신호 결합)을 전제로 한다. 실험 환경은 하기에서와 같다.
대역폭은 10Mhz, 셀 반지름은 1km, 중심 안테나로부터 각 안테나의 거리는 0.7km로 한다. 또, 각 안테나의 송신 신호 전력은 P=43dBm으로 동일하다. 경로손실(Pathloss Model)은 128.1+ 37.6*log(distance), Traffic Model은 CBR(constant bit rate)로 하였다. Delay Profile과 Shadowing Model은 각각 ITU-R channel model Ped. B model과 Log normal (8dB) 을 사용하였다. 각 채널에 달린 병렬 스케쥴러는 PF 스케쥴러를 사용하였다.
도 6 및 7은 MS수를 증가시키면서 측정한 전체 셀 스루풋과 실제 스케쥴링되어 채널 할당받은 MS들의 SINR값의 누적분포함수(cumulative distribution function : CDF)를 나타내었다. 이 결과를 바탕으로 기존의 단일 전송만을 고려한 요구기반 병렬 스케쥴러(PF)를 사용했을 때보다 전체 셀 스루풋에서 10.6%의 향상이 있음을 알 수 있다. 그리고 수신 SINR 누적 분포 함수에서 중심값 기준으로 1.8dB 증가하는 효과가 있다.
이 결과를 토대로 단일 전송 시보다 2개의 안테나간 협력적 전송을 하였을 경우는 자원을 두 배 더 사용한다는 단점에도 불구하고, 효과적인 스케쥴링 및 채널 할당 기법을 적용했을 시에는 단말기들의 수신 신호를 품질을 향상시켜 셀 전체 효율을 증대시킬 수 있음을 알 수 있다.
이하, 전술한 본 발명의 동작 및 도 8을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 유선 중계국을 활용한 셀룰러 시스템에서 패킷 스케줄링 장치를 설명하기로 한다.
도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 유선 중계국을 활용한 셀룰러 시스템에서 패킷 스케줄링 장치의 상세 블록도이다. 도 8을 참조하면, 상기 패킷 스케줄링 장치는 입력부(80), 판단부(82), 병렬 패킷 스케줄러(84) 및 채널 할당부(86)를 포함한다.
상기 입력부(80)는, 다수의 채널별 MS로부터 SINR이 입력된다. 이때, 상기 SINR은, 해당 MS가 해당 채널에서 신호 결합을 수행할 때와, 신호 결합을 수행하지 않을 때 즉, 협력적 전송 시와 단일 전송 시를 구분하여 협력적 전송에서는
Figure 112014011055988-pat00109
으로, 단일 전송에서는
Figure 112014011055988-pat00110
와 같이 표현된다.
상기 판단부(82)에서는, 입력부(80)로부터 입력된 각 채널별 해당 MS의 SINR을 이용하여 임의의 MS k가 부채널 n에서 안테나 s로부터 단일 전송 시의 전송용량
Figure 112007079620645-pat00045
, 다수의 안테나 S집합으로부터 협력적 전송 시의 전송용량을
Figure 112007079620645-pat00046
을 산출한다.
그리고, 상기 산출된 상기 ST 및 CT 각각의 전송용량을 Shannon Criteria 혹은 AMC Criteria 에 적용하여 그 결과에 따라 각각 ST 및 CT MS를 판단하여 출력한다.
상기 병렬 패킷 스케줄러(84)에서는, 판단부(82)로부터 각 채널별로 분류된 ST 및 CT MS 정보를 이용하여 CT 및 ST 모드에서 각 RS의 해당 채널별 채널 용량(capacity)을 각각 매핑하여 그 중에 채널 용량이 가장 큰 두 개의 채널을 선택한 후, 상기 선택된 두 개의 채널을 CT 매핑에서 확인하여 CT criteria를 만족하는지의 여부를 확인한다. 상기 결과에 따라 각 채널별 MS로부터 request 메시지를 수신한다.
상기 각 채널별 MS로부터 request 메시지를 수신한 병렬 패킷 스케줄러(84)는 상기 request된 MS 중에서 해당 시스템의 스케줄링 알고리즘에 따라 스케줄링 메트릭 값이 가장 높은 MS를 선택하여 grant 메시지를 전송한다.
이를, ST 모드에서 request를 전송한 MS는 grant 메시지를 전송한 해당 스케줄러에 해당하는 채널을 accept하도록 하고, CT 모드에서 request를 보낸 MS는 N개의 grant 메시지를 모두 수신해야지만, grant 메시지를 송신한 스케줄러에 해당하 는 채널을 모두 accept 하도록 상기 채널 할당부(86)로 출력하고, 상기 채널 할당부(86)에서는, 상기 병렬 패킷 스케줄러(84)의 제어에 따라 해당 MS가 채널을 accept하도록 채널을 할당한다.
상기와 같이 본 발명의 일 실시 예에 따른 유선 중계국을 활용한 셀룰러 시스템에서 스케줄링 방법 및 장치에 관한 동작이 이루어질 수 있으며, 한편 상기한 본 발명의 설명에서는 구체적인 실시 예에 관해 설명하였으나 여러 가지 변형이 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 실시될 수 있다. 따라서 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 의하여 정할 것이 아니고 청구범위와 청구범위의 균등한 것에 의하여 정하여져야 할 것이다.
도 1은 본 발명이 적용되는 유선 중계국을 활용한 셀룰러 시스템의 개략적인 일 예시 구성도
도 2a는 본 발명의 일 실시 예에 따른 유선 중계국을 이용한 셀룰러 시스템에서의 ST로 전송한 경우의 SINR을 나타낸 예시도
도 2b 및 2c는 본 발명의 일 실시 예에 따른 유선 중계국을 이용한 셀룰러 시스템에서의 각각 2 및 3개의 안테나를 고려한 CT로 전송한 경우의 SINR을 나타낸 예시도
도 2d 및 2e는 본 발명의 일 실시 예에 따른 유선 중계국을 이용한 셀룰러 시스템에서의 CT 판단기준(criteria)을 만족하는 영역에 대한 MS의 분포도를 나타낸 예시도
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 유선 중계국을 활용한 셀룰러 시스템에서의 스케줄링 동작의 흐름도
도 4는 본 발명에서 사용된 유선 중계국을 활용한 셀룰러 시스템에서의 패킷 스케줄링 방법 중 일실시 예의 흐름도
도 5의 a,b,c는 본 발명에 따른 request, grant 및 accept의 세 과정을 보인 예시도
도 6 및 7은 MS의 수를 증가시키면서 측정한 전체 시스템의 셀 스루폿과 실제 스케줄링 되어 채널 할당을 받은 MS들의 SINR값의 누적분포함수를 보인 예시도
도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 유선 중계국을 활용한 셀룰러 시스템에서 패킷 스케줄링 장치의 블록도

Claims (7)

  1. 유선 중계국(RS: Relay Station)을 활용한 셀룰러 시스템에서의 스케줄링 방법에 있어서,
    기지국(BS: Base Station)을 중심으로 해당 셀 내의 모든 이동단말(MS : Mobile Station)의 SINR 값을 통해 각 채널별 CT(Cooperative Transmission: 협력적 전송) 및 ST(Single Transmission: 단일전송)의 MS로 분류하는 과정과,
    상기 분류된 각 채널별 CT 및 ST의 MS를 각 중계국(Remote Station:RS)으로 할당된 각 채널별 채널 용량(capacity)으로 매핑화하여, 상기 채널 용량이 가장 큰 채널을 선택하고, 상기 선택된 채널의 채널용량을 미리 설정된 CT 판단기준(criteria)과 비교하여, 그 결과에 따라 해당 MS가 단일 또는 다수의 리퀘스트(request)메시지를 해당 채널에서 상기 RS로 송신하는 과정과,
    상기 리퀘스트 메시지를 송신한 다수의 MS중에서 해당 스케줄링 알고리즘에 따라 최우선순위의 메트릭 값을 갖는MS를 선택하여 그랜트(grant)메시지를 전송하는 과정과,
    상기 그랜트 메시지를 전송한 해당 스케줄러의 채널을 수락(accept)하는 과정을 포함함을 특징으로 하는 유선 중계국을 활용한 셀룰러 시스템에서 스케줄링 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 CT 및 ST로 분류하는 과정은,
    각 채널별 해당 단말로부터 수신되는 SINR값을 이용하여 전송 용량을 산출하는 과정과,
    상기 산출된 각 단말의 전송용량에 따라 ST 및 CT MS로 구분하는 과정을 포함함을 특징으로 하는 유선 중계국을 활용한 셀룰러 시스템에서 스케줄링 방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 해당 스케줄링 알고리즘은,
    기회적 스케줄링인 PF(Proportional Fairness), M-LWDF(Modified Largest Weighted Delay First) 및 전송 효율을 최대로 하는 MAX SINR 중 어느 하나임을 특징으로 하는 유선 중계국을 활용한 셀룰러 시스템에서 스케줄링 방법.
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서, 상기 해당 스케줄링 알고리즘이 PF 스케줄링 알고리즘일 경우,
    셀 내에 전송 예정인 데이터가 존재하는 다수개의 MS로부터 CSI(Channel State Information: 채널상태정보)를 수집하는 과정과,
    상기 수집된 CSI로부터 각 MS들의 최대 전송 가능 데이터 전송률을 결정하는 과정과,
    상기 결정된 최대 전송 가능 데이터 전송률로부터 각 MS별 평균 전송률 대비 순간 최대 가능 전송률 비를 계산하는 과정과,
    상기 계산 결과, 가장 큰 최대 가능 전송률 비를 갖는 MS가 해당 시간 슬롯 동안 데이터를 전송하기 위한 기회를 갖기 위하여 상기 MS로 데이터를 전송하는 과정과,
    상기 각 MS가 서비스를 받지 못하는 최대 시간을 더하여 상기 각 MS 별 평균 데이터 전송률을 갱신하는 과정을 포함함을 특징으로 하는 유선 중계국을 활용한 셀룰러 시스템에서 스케줄링 방법.
  6. 제1항에 있어서, 상기 해당 스케줄러의 채널을 수락하는 과정은,
    ST MS일 경우, 그랜트 메시지를 전송한 스케줄러의 해당 채널을 수락하고, CT MS일 경우, 그랜트 메시지를 전송한 적어도 하나 이상의 스케줄러의 해당 채널을 모두 수락함을 특징으로 하는 유선 중계국을 활용한 셀룰러 시스템에서 스케줄링 방법.
  7. 유선 중계국을 활용한 셀룰러 시스템에서의 스케줄링 장치에 있어서,
    다수의 채널별 MS 각각으로부터 해당 SINR값이 입력되는 입력부와,
    상기 입력부로부터 입력된 각 채널별 해당 MS의 SINR을 이용하여 전송용량에 따라 ST 및 CT MS를 판단하는 판단부와,
    상기 판단부로부터 각 채널별로 분류된 ST 및 CT MS 정보를 이용하여 CT 및 ST 모드에서 각 RS의 해당 채널별 채널 용량을 각각 매핑하여 상기 ST 매핑에서 , 채널용량이 가장 큰 채널을 선택한 후, 상기 선택된 채널을 CT 매핑에서 확인하여 CT 판단기준을 만족하는지의 여부를 확인하여 그 결과에 따라 각 채널별 MS로부터 단일 또는 다수의 리퀘스트 메시지를 수신하고, 상기 리퀘스트 메시지를 송신한 MS중에서 스케줄링 메트릭(scheduling metric) 값이 가장 큰 해당 MS를 선택하여 그랜트 메세지를 전송하도록 제어하는 병렬 패킷 스케줄러와,
    상기 병렬 패킷 스케줄러로부터 그랜트 메시지 수신 정보를 입력받아, 이를 통해 해당 스케줄러의 채널을 수락하도록 채널을 할당하는 채널 할당부를 포함함을 특징으로 하는 유선 중계국 셀룰러 시스템에서 스케줄링 할당 장치.
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