KR20050027563A - 직교 주파수 분할 다중 통신 시스템에서 동적 자원 할당장치 및 방법 - Google Patents

직교 주파수 분할 다중 통신 시스템에서 동적 자원 할당장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 수신기들 각각으로부터 기준 신호들과 데이터 신호들의 채널 품질 정보들을 전체 주파수 대역이 분할된 서브 대역 단위로 피드백받고, 상기 수신기들 각각에 대해 피드백받은 채널 품질들에 상응하게 서브 채널과, 변조 및 코딩 방식과, 상기 송신 전력을 할당한다. 그리고, 상기 수신기들로 송신할 데이터들이 발생하면 상기 수신기들 각각에 대해 상기 데이터들을 상기 할당된 변조 및 코딩 방식을 사용하여 변조 및 코딩하고, 상기 변조 및 코딩된 데이터들 각각을 상기 할당된 서브 채널들 각각을 통해 송신되도록 채널 다중화하고, 상기 서브 채널들내 미리 설정된 서브 캐리어들에 상기 기준 신호들을 삽입한 후 상기 단말기별로 상기 할당된 송신 전력의 크기를 가지도록하여 역고속 푸리에 변환하여 송신한다.

Description

직교 주파수 분할 다중 통신 시스템에서 동적 자원 할당 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR DYNAMIC ASSIGNING RESOURCE IN AN ORTHOGONAL FREQUENCY DIVISION MULTIPLEXING COMMUNICATION SYSTEM}
본 발명은 직교 주파수 분할 다중 방식을 사용하는 통신 시스템에 관한 것으로서, 특히 서브 대역별로 피드백되는 채널 품질 정보를 사용하여 동적으로 자원을 할당하는 장치 및 방법에 관한 것이다.
1970년대 말 미국에서 셀룰라(cellular) 방식의 무선 이동 통신 시스템(Mobile Telecommunication System)이 개발된 이래 국내에서는 아날로그 방식의 1세대(1G: 1st Generation) 이동 통신 시스템이라고 할 수 있는 AMPS(Advanced Mobile Phone Service) 방식으로 음성 통신 서비스를 제공하기 시작하였다. 이후, 1990년대 중반 2세대(2G: 2nd Generation) 이동 통신 시스템으로서 코드 분할 다중 접속(CDMA: Code Division Multiple Access, 이하 'CDMA'라 칭하기로 한다) 방식의 시스템을 상용화하여 음성 및 저속 데이터 서비스를 제공하였다.
또한, 1990년대 말부터 향상된 무선 멀티미디어 서비스, 범 세계적 로밍(roaming), 고속 데이터 서비스 등을 목표로 시작된 3세대(3G: 3rd Generation) 이동 통신 시스템인 IMT-2000(International Mobile Telecommunication-2000)은 현재 일부 상용화되어 서비스가 운영되고 있다. 특히, 상기 3세대 이동 통신 시스템은 이동 통신 시스템에서 서비스하는 데이터량이 급속하게 증가함에 따라 보다 고속의 데이터를 전송하기 위해 개발되었다. 즉, 상기 3세대 이동 통신 시스템은 패킷 서비스 통신 시스템(packet service communication system) 형태로 발전하고 왔으며, 패킷 서비스 통신 시스템은 버스트(burst)한 패킷 데이터(packet data)를 다수의 이동국들로 전송하는 시스템으로서, 대용량 데이터 전송에 적합하도록 설계되고 있다.
결국, 패킷 서비스 통신 시스템은 고속 패킷 서비스를 위해 발전해나가고 있다. 일 예로, 현재 3세대 비동기 방식 이동 통신 시스템의 표준 단체인 3GPP(3rd Generation Partnership Project)에서 표준화를 진행하고 있는 고속 순방향 패킷 접속(HSDPA: High Speed Downlink Packet Access, 이하 'HSDPA'라 칭하기로 한다) 방식은 고속 패킷 데이터 전송을 지원하기 위해서 적응적 변조 및 코딩(AMC: Adaptive Modulation and Coding, 이하 'AMC'라 칭하기로 한다) 방식과, 복합 재전송(HARQ: Hybrid Automatic Retransmission Request, 이하 'HARQ'라 칭하기로 한다) 방식 및 빠른 셀 선택(FCS: Fast Cell Select, 이하 'FCS'라 칭하기로 한다) 방식 등을 새롭게 도입하였다.
여기서는, 상기 고속 패킷 서비스를 위한 방식들중 특히 상기 AMC 방식에 대해서 설명하기로 한다.
상기 AMC 방식은 셀(cell), 즉 기지국과 이동국 사이의 채널 상태에 따라 서로 다른 채널 변조 방식과 코딩 방식을 결정해서, 상기 셀 전체의 사용 효율을 향상시키는 데이터 전송 방식을 말한다. 상기 AMC 방식은 복수개의 변조 방식들과 복수개의 코딩 방식들을 가지며, 상기 변조 방식들과 코딩 방식들을 조합하여 채널 신호를 변조 및 코딩한다. 통상적으로 상기 변조 방식들과 코딩 방식들의 조합들 각각을 변조 및 코딩 방식(MCS ; Modulation and Coding Scheme, 이하 'MCS'라 칭하기로 한다)이라고 하며, 상기 MCS들의 수에 따라 레벨(level) 1에서 레벨(level) N까지 복수개의 MCS들을 정의할 수 있다. 즉, 상기 AMC 방식은 상기 MCS의 레벨을 상기 이동국과 현재 무선 접속되어 있는 기지국 사이의 채널 상태에 따라 적응적으로 결정하여 상기 기지국 전체 시스템 효율을 향상시키는 방식이다. 또한, 상기 AMC 방식과, HARQ 방식 및 FCS 방식은 상기 HSDPA 방식에서 뿐만 아니라 고속 데이터 전송을 위한 모든 방식들에서 사용될 수 있음은 물론이다.
한편, 현재는 3세대 이동 통신 시스템에서 4세대(4G: 4th Generation) 이동 통신 시스템으로 발전해나가고 있는 상태이다. 상기 4세대 이동 통신 시스템은 이전 세대의 이동 통신 시스템들과 같이 단순한 무선 통신 서비스에 그치지 않고 유선 통신 네트워크와 무선 통신 네트워크와의 효율적 연동 및 통합 서비스를 목표로 하여 표준화되고 있다. 따라서 무선 통신 네트워크에서 유선 통신 네트워크의 용량(capacity)에 근접하는 대용량 데이터를 전송할 수 있는 기술 개발이 요구되고 있다. 또한, 4세대 이동 통신 시스템에서는 대용량 데이터를 전송하기 위해 단말기들별로 채널 상태를 고려하여 동적으로 채널을 할당하는 동적 채널 할당(DCA: Dynamic Channel Allocation, 이하 'DCA'라 칭하기로 한다) 방식에 대한 연구가 활발하게 진행되고 있다.
그래서, 상기 4세대 이동 통신 시스템에서는 유·무선 채널에서 고속데이터 전송에 유용한 방식으로 직교 주파수 분할 다중(OFDM: Orthogonal Frequency Division Multiplexing, 이하 'OFDM'이라 칭하기로 한다) 방식을 활발하게 연구하고 있으며, 상기 OFDM 방식은 멀티-캐리어(Multi-Carrier)를 사용하여 데이터를 전송하는 방식으로서, 직렬로 입력되는 심벌(Symbol)열을 병렬 변환하여 이들 각각을 상호 직교성을 갖는 다수의 서브 캐리어(sub-carrier)들로 변조하여 전송하는 멀티캐리어 변조(MCM : Multi Carrier Modulation) 방식의 일종이다.
이와 같은 멀티캐리어 변조 방식을 적용하는 시스템은 1950년대 후반 군용 HF radio에 처음 적용되었으며, 다수의 직교하는 서브 캐리어를 중첩시키는 OFDM 방식은 1970년대부터 발전하기 시작하였으나, 멀티 캐리어들간의 직교 변조의 구현이 난이한 문제였었기 때문에 실제 시스템 적용에 한계가 있었다. 그러나 1971년 Weinstein 등이 상기 OFDM 방식을 사용하는 변복조는 DFT(Discrete Fourier Transform)를 이용하여 효율적으로 처리가 가능함을 발표하면서 OFDM 방식에 대한 기술개발이 급속히 발전했다. 또한 보호구간(guard interval) 사용과 cyclic prefix 보호구간 삽입 방식이 알려지면서 다중경로 및 지연 확산(delay spread)에 대한 시스템의 부정적 영향을 더욱 감소시키게 되었다. 그래서, 이런 OFDM 방식은 디지털 오디오 방송(Digital Audio Broadcasting: DAB)과 디지털 텔레비젼, 무선 근거리 통신망(WLAN: Wireless Local Area Network) 그리고 무선 비동기 전송 모드(WATM: Wireless Asynchronous Transfer Mode) 등의 디지털 전송 기술에 광범위하게 적용되어지고 있다. 즉, 하드웨어적인 복잡도(Complexity)로 인하여 널리 사용되지 못하다가 최근 고속 푸리에 변환(FFT: Fast Fourier Transform， 이하 'FFT'라 칭하기로 한다)과 역 고속 푸리에 변환(IFFT: Inverse Fast Fourier Transform, 이하 'IFFT'라 칭하기로 한다)을 포함한 각종 디지털 신호 처리 기술이 발전함으로써 실현 가능해 졌다. 상기 OFDM 방식은 종래의 주파수 분할 다중(FDM: Frequency Division Multiplexing) 방식과 비슷하나 무엇보다도 다수개의 서브 캐리어들간의 직교성(Orthogonality)을 유지하여 전송함으로써 고속 데이터 전송시 최적의 전송 효율을 얻을 수 있는 특징을 가지며, 또한 주파수 사용 효율이 좋고 다중 경로 페이딩(multi-path fading)에 강한 특성이 있어 고속 데이터 전송시 최적의 전송 효율을 얻을수 있다는 특징을 가진다. 또한, 주파수 스펙트럼을 중첩하여 사용하므로 주파수 사용이 효율적이고, 주파수 선택적 페이딩(frequency selective fading)에 강하고, 다중경로 페이딩에 강하고, 보호구간을 이용하여 심벌간 간섭(ISI: Inter Symbol Interference) 영향을 줄일 수 있으며, 하드웨어적으로 등화기 구조를 간단하게 설계하는 것이 가능하며, 임펄스(impulse)성 잡음에 강하다는 장점을 가지고 있어서 통신시스템 구조에 적극 활용되고 있는 추세에 있다.
그러면 여기서, 도 1을 참조하여 일반적인 OFDM 방식을 사용하는 통신 시스템(이하 'OFDM 통신 시스템'이라 칭하기로 한다) 구조를 설명하기로 한다.
상기 도 1은 일반적인 OFDM 통신 시스템의 구조를 개략적으로 도시한 도면이다.
상기 도 1을 참조하면, 먼저 상기 OFDM 통신 시스템은 송신기, 즉 기지국 송신기(100)와 수신기, 단말기 수신기(150)로 구성된다.
첫 번째로, 상기 기지국 송신기(100)에 대해서 설명하기로 한다.
상기 기지국 송신기(100)는 CRC(Cyclic Redundancy Check) 삽입기(CRC inserter)(111)와, 인코더(encoder)(113)와, 자원 할당 제어기(resource assignment controller)(115)와, 심벌 매핑기(symbol mapper)(117)와, 채널 다중화기(channel multiplexer)(119)와, 직렬/병렬 변환기(serial to parallel converter)(121)와, 파일럿 심벌 삽입기(pilot symbol inserter)(123)와, 역고속 푸리에 변환(IFFT: Inverse Fast Fourier Transform, 이하 "IFFT"라 칭하기로 한다)기(125)와, 병렬/직렬 변환기(parallel to serial converter)(127)와, 보호 구간 삽입기(guard interval inserter)(129)와, 디지털/아날로그 변환기(digital to analog converter)(131)와, 무선 주파수(RF: Radio Frequency, 이하 "RF"라 칭하기로 한다) 처리기(processor)(133)로 구성된다.
먼저, 전송하고자 하는 사용자 데이터 비트(user data bits) 및 제어 데이터비트(control data bits)가 발생하면, 상기 사용자 데이터 비트 및 제어 데이터 비트는 상기 CRC 삽입기(111)로 입력된다. 여기서, 상기 사용자 데이터 비트 및 제어 데이터 비트를 "정보 데이터 비트(information data bits)"라고 칭하기로 하며, 상기 제어 데이터에는 상기 자원 할당 제어기(115)에서 적용하는 자원 할당 정보, 즉, 적응적 변조 및 코딩 방식(AMCS: Adaptive Modulation and Coding Scheme, 이하 'AMCS'라 칭하기로 한다) 정보(MCS 레벨)와, 채널 다중화(channel multiplexing) 정보와, 송신 전력(transmit power) 정보가 포함되어 있다. 상기 CRC 삽입기(111)는 상기 정보 데이터 비트를 입력하여 CRC 비트를 삽입한 후 상기 인코더(113)으로 출력한다. 상기 인코더(113)는 상기 CRC 삽입기(111)에서 출력한 신호를 입력하여 상기 자원 할당 제어기(115)의 제어에 따라 해당 코딩(coding) 방식으로 코딩한 후 상기 심벌 매핑기(117)로 출력한다. 여기서, 상기 인코더(113)는 상기 CRC 삽입기(111)에서 출력한 신호를 상기 자원 할당 제어기(115)의 제어에 따라 해당 코딩 방식, 일 예로 소정 코딩 레이트(coding rate)를 가지는 터보 코딩(turbo coding) 방식 혹은 컨벌루셔널 코딩(convolutional coding) 방식 등으로 코딩한다. 여기서, 상기 자원 할당 제어기(115)는 상기 코딩 레이트, 혹은 상기 코딩 방식 자체를 제어하거나 혹은 상기 코딩 레이트 및 코딩 방식 모두를 제어할 수도 있음은 물론이며, 이는 상기 OFDM 통신 시스템에서 시스템 상황에 맞게 결정된다. 그리고, 상기 자원 할당 제어기(115)는 단말기 송신기(도시하지 않음)로부터 피드백되는 채널 품질 정보(CQI: Channel Quality Information, 이하 'CQI'라 칭하기로 한다)를 가지고 상기 기지국과 단말기간 채널 상태를 판단하게 된다. 여기서, 상기 CQI는 일 예로 신호대 잡음비(SNR: Signal to Noise Ratio, 이하 'SNR'이라 칭하기로 한다) 등이 될 수 있다.
상기 심벌 매핑기(117)는 상기 인코더(113)에서 출력한 코딩된 비트(coded bits)를 상기 자원 할당 제어기(115)의 제어에 따라 해당 변조 방식으로 변조하여 변조 심벌로 생성하여 채널 다중화기(119)로 출력한다. 여기서, 상기 변조 방식으로는 일 예로, QPSK(Quadrature Phase Shift Keying) 방식 혹은 16QAM(Quadrature Amplitude Modulation) 방식 등이 사용될 수 있다. 상기 채널 다중화기(119)는 상기 심벌 매핑기(117)에서 출력한 변조 심벌을 상기 자원 할당 제어기(115)의 제어에 따라 채널 다중화한 후 상기 직렬/병렬 변환기(121)로 출력한다. 여기서, 상기 자원 할당 제어기(115)는 상기 기지국과 단말기간 채널 상태에 따라서 상기 OFDM 통신 시스템에서 할당할 수 있는 채널, 즉 서브 채널(sub-channel)들중 해당 단말기에게 최적인, 즉 해당 단말기에게 상기 서브 채널을 할당하였을 경우 전체 주파수 효율이 최대가 되는 서브 채널이 할당되도록 제어한다. 상기 서브 채널이라함은 일반적으로 다수의 서브 캐리어들로 구성되는 채널을 의미하며, 이하의 설명에서는 설명의 편의상 1개의 서브 캐리어가 1개의 서브 채널을 구성한다고 가정하기로 하고, 또한 상기 서브 채널을 '채널'이라고 칭하기로 한다. 결국, 상기 채널 다중화기(119)는 기지국과 단말기간 채널 상태에 따라 동적으로 채널을 다중화함으로써, 즉 DCA 방식을 적용함으로써 시스템 성능을 향상시키게 되는 것이다.
결국, 상기 자원 할당 제어기(115)는 기지국과 단말기간 채널 상태가 비교적 양호할 경우에는 현재 설정되어 있는 변조 방식의 차수보다 더 높은 차수를 가지는 변조 방식으로 변조 방식을 변경하고, 현재 설정되어 있는 코딩 방식, 일 예로 코딩 레이트보다 더 높은 코딩 레이트를 가지는 코딩 방식으로 코딩 방식을 변경한다. 물론, 아무리 채널 상태가 양호하다고 하더라도 현재 설정되어 있는 변조 방식의 차수가 가장 높은 차수일 경우에는 상기 자원 할당 제어기(115)는 현재 설정되어 있는 변조 방식을 유지하도록 제어하게 되고, 또한 현재 설정되어 있는 코딩 레이트가 가장 높은 코딩 레이트일 경우 현재 설정되어 있는 코딩 레이트를 유지하도록 제어하게 된다.
이와는 반대로, 상기 자원 할당 제어기(115)는 기지국과 단말기간 채널 상태가 비교적 열악할 경우에는 현재 설정되어 있는 변조 방식의 차수보다 더 낮은 차수를 가지는 변조 방식으로 변조 방식을 변경하고, 현재 설정되어 있는 코딩 방식, 일 예로 코딩 레이트보다 더 낮은 코딩 레이트를 가지는 코딩 방식으로 코딩 방식을 변경한다. 물론, 아무리 채널 상태가 열악하다고 하더라도 현재 설정되어 있는 변조 방식의 차수가 가장 낮은 차수일 경우에는 상기 자원 할당 제어기(115)는 현재 설정되어 있는 변조 방식을 유지하도록 제어하게 되고, 또한 현재 설정되어 있는 코딩 레이트가 가장 낮은 코딩 레이트일 경우 현재 설정되어 있는 코딩 레이트를 유지하도록 제어하게 된다.
또한, 상기 자원 할당 제어기(115)는 상기 기지국과 단말기간 채널 상태를 가지고 상기 기지국에서 할당 가능한 채널들중 해당 단말기에 가장 양호한 채널 상태를 가지고 수신될 수 있는 채널을 할당하도록 채널 다중화한다. 즉, 상기 자원 할당 제어기(115)는 해당 채널에서 가장 채널 상태가 좋은 단말기로 해당 채널을 할당하도록 제어함으로써 시스템 전체 성능을 향상시키게 된다. 한편, 상기 도 1에서 도시하지는 않았지만 상기 자원 할당 제어기(115)는 상기 채널 다중화기(119)에서 해당 단말기에 할당한 채널에 적용할 송신 전력 역시 제어한다. 상기 자원 할당 제어기(115)가 상기 채널을 할당하고, MCS 레벨 및 송신 전력을 결정하는 동작은 하기에서 상세하게 설명할 것이므로 여기서는 그 상세한 설명을 생략하기로 한다.
상기 직렬/병렬 변환기(121)는 상기 채널 다중화기(119)에서 출력하는 직렬 변조 심벌들을 입력하여 병렬 변환한 후 상기 파일럿 심벌 삽입기(123)로 출력한다. 상기 파일럿 심벌 삽입기(123)는 상기 직렬/병렬 변환기(121)에서 출력한 병렬 변환된 변조된 심벌들에 파일럿 심벌들을 삽입한 후 상기 IFFT기(125)로 출력한다.
상기 IFFT기(125)는 상기 파일럿 심벌 삽입기(123)에서 출력한 신호를 입력하여 N-포인트(N-point) IFFT를 수행한 후 상기 병렬/직렬 변환기(127)로 출력한다. 상기 병렬/직렬 변환기(127)는 상기 IFFT기(125)에서 출력한 신호를 입력하여 직렬 변환한 후 상기 보호 구간 삽입기(129)로 출력한다. 상기 보호 구간 삽입기(129)는 상기 병렬/직렬 변환기(127)에서 출력한 신호를 입력하여 보호 구간 신호를 삽입한 후 상기 디지털/아날로그 변환기(131)로 출력한다. 여기서, 상기 보호 구간은 상기 OFDM 통신시스템에서 OFDM 심벌을 송신할 때 이전 OFDM 심벌 시간에 송신한 OFDM 심벌과 현재 OFDM 심벌 시간에 송신할 현재 OFDM 심벌간에 간섭(interference)을 간섭을 제거하기 위해서 삽입된다. 또한, 상기 보호 구간은 일정 구간의 널(null) 데이터를 삽입하는 형태로 제안되었으나, 상기 보호 구간에 널 데이터를 전송하는 형태는 수신기에서 OFDM 심벌의 시작점을 잘못 추정하는 경우 서브 캐리어들간에 간섭이 발생하여 수신 OFDM 심벌의 오판정 확률이 높아지는 단점이 존재하여 시간 영역의 OFDM 심벌의 마지막 일정 비트들을 복사하여 유효 OFDM 심벌에 삽입하는 형태의 'Cyclic Prefix' 방식이나 혹은 시간 영역의 OFDM 심벌의 처음 일정 비트들을 복사하여 유효 OFDM 심벌에 삽입하는 'Cyclic Postfix' 방식으로 사용하고 있다.
상기 디지털/아날로그 변환기(131)는 상기 보호 구간 삽입기(129)에서 출력한 신호를 입력하여 아날로그 변환한 후 상기 RF 처리기(133)로 출력한다. 여기서, 상기 RF 처리기(133)는 필터(filter)와 전처리기(front end unit) 등의 구성들을 포함하며, 상기 디지털/아날로그 변환기(131)에서 출력한 신호를 실제 에어(air)상에서 전송 가능하도록 RF 처리한 후 송신 안테나(Tx antenna)를 통해 에어(air)상으로 전송한다.
상기에서는 기지국 송신기(100)에 대해서 설명하였으며, 두 번째로, 상기 단말기 수신기(150)에 대해서 설명하기로 한다.
상기 단말기 수신기(150)는 RF 처리기(151)와, 아날로그/디지털 변환기(analog/digital converter)(153)와, 보호 구간 제거기(guard interval remover)(155)와, 직렬/병렬 변환기(157)와, 고속 푸리에 변환(FFT: Fast Fourier Transform， 이하 "FFT"라 칭하기로 한다)기(159)와, 등화기(equalizer)(161)와, 파일럿 심벌 추출기(pilot symbol extractor)(163)와, 채널 추정기(channel estimator)(165)와, 병렬/직렬 변환기(167)와, 채널 역다중화기(channel demultiplexer)(169)와, 자원 할당 제어기(171)와, 심벌 디매핑기(symbol demapper)(173)와, 디코더(decoder)(175)와, CRC 제거기(CRC remover)(177)로 구성된다.
먼저, 상기 기지국 송신기(100)에서 송신한 신호는 다중 경로 채널(multipath channel)을 겪고 잡음이 가산된 형태로 상기 단말기 수신기(150)의 수신 안테나(Rx antenna)를 통해서 수신된다. 상기 수신 안테나를 통해 수신된 신호는 상기 RF 처리기(151)로 입력되고, 상기 RF 처리기(151)는 상기 수신 안테나를 통해 수신된 신호를 중간 주파수(IF: Intermediate Frequency) 대역으로 다운 컨버팅(down converting)한 후 상기 아날로그/디지털 변환기(153)로 출력한다. 상기 아날로그/디지털 변환기(153)는 상기 RF 처리기(151)에서 출력한 아날로그 신호를 디지털 변환한 후 상기 보호 구간 제거기(155)로 출력한다. 상기 보호 구간 제거기(155)는 상기 아날로그/디지털 변환기(153)에서 출력한 신호를 입력하여 보호 구간 신호를 제거한 후 상기 직렬/병렬 변환기(157)로 출력한다. 상기 직렬/병렬 변환기(157)는 상기 보호 구간 제거기(155)에서 출력한 직렬 신호를 입력하여 병렬 변환한 후 상기 FFT기(159)로 출력한다. 상기 FFT기(159)는 상기 직렬/병렬 변환기(157)에서 출력한 신호를 N-포인트 FFT를 수행한 후 상기 등화기(161) 및 상기 파일럿 심벌 추출기(163)로 출력한다. 상기 등화기(161)는 상기 FFT기(159)에서 출력한 신호를 입력하여 채널 등화(channel equalization)한 후 상기 병렬/직렬 변환기(167)로 출력한다. 상기 병렬/직렬 변환기(167)는 상기 등화기(161)에서 출력한 병렬 신호를 입력하여 직렬 변환한 후 상기 채널 역다중화기(169)로 출력한다. 상기 채널 역다중화기(169)는 상기 자원 할당 제어기(171)의 제어에 따라 채널 역다중화한 후 심벌 디매핑기(173)로 출력한다. 상기 자원 할당 제어기(171)는 상기 기지국 송신기(100)에서 송신한 제어 데이터중 채널 다중화에 대한 정보를 가지고 상기 채널 역다중화기(169)의 채널 역다중화를 제어한다.
한편, 상기 FFT기(159)에서 출력한 신호는 상기 파일럿 심벌 추출기(163)로 입력되고, 상기 파일럿 심벌 추출기(163)는 상기 FFT기(159)에서 출력한 신호에서 파일럿 심벌들을 검출하고, 상기 검출한 파일럿 심벌들을 상기 채널 추정기(165)로 출력한다. 상기 채널 추정기(165)는 상기 파일럿 심벌 추출기(163)에서 출력한 파일럿 심벌들을 이용하여 채널 추정을 수행하고, 상기 채널 추정 결과를 상기 등화기(161)로 출력한다. 그리고, 상기 단말기 수신기(150)는 상기 채널 추정기(165)의 채널 추정 결과에 상응하는 CQI를 생성하고, 상기 생성된 CQI를 채널 품질 정보 송신기(도시하지 않음)를 통해 상기 기지국 송신기(100)로 송신한다.
상기 심벌 디매핑기(173)는 상기 채널 역다중화기(169)에서 출력한 신호를 상기 자원 할당 제어기(171)의 제어에 따라 해당하는 복조 방식으로 복조한 후 상기 디코더(175)로 출력한다. 상기 디코더(175)는 상기 심벌 디매핑기(173)에서 출력한 신호를 상기 자원 할당 제어기(171)의 제어에 따라 해당하는 디코딩 방식으로 디코딩한 후 상기 CRC 제거기(177)로 출력한다. 여기서, 상기 자원 할당 제어기(171)는 상기 기지국 송신기(100)에서 송신한 제어 데이터중에서 상기 기지국 송신기(100)가 적용한 변조 및 코딩 방식, 즉 MCS 레벨을 검출하여 상기 심벌 디매핑기(173)의 복조 방식 및 상기 디코더(175)의 디코딩 방식을 제어한다. 여기서, 상기 복조 방식 및 디코딩 방식은 상기 기지국 송신기(100)가 적용한 변조 방식 및 코딩 방식과 대응되는 복조 방식 및 디코딩 방식이다. 상기 CRC 제거기(177)는 상기 디코더(175)에서 출력한 신호를 입력하여 CRC 비트를 제거한 후 송신측에서 송신한 정보 데이터 비트로 출력한다.
상기에서 설명한 바와 같이 동적으로 자원을 할당하기 위해서는, 즉 동적으로 채널을 할당하고 MCS 레벨 및 송신 전력을 할당하기 위해서는 이동국 수신기로부터의 CQI 피드백 절차가 반드시 필요로하게 된다.
그러면 여기서, 도 2를 참조하여 일반적인 OFDM 통신 시스템에서 CQI를 피드백하는 과정을 설명하기로 한다.
상기 도 2는 일반적인 OFDM 통신 시스템의 주파수 영역에서의 파일럿 신호들이 전송되는 위치를 개략적으로 도시한 도면이다.
상기 도 2에 도시한 바와 같이, 상기 OFDM 통신 시스템의 OFDM 심벌(symbol)은 다수의 서브 캐리어들로 구성되며, 상기 OFDM 심벌을 구성하는 서브 캐리어들 각각을 통해서는 데이터 혹은 파일럿 신호가 송신된다. 여기서, 상기 OFDM 심벌을 구성하는 서브 캐리어들의 개수는 시스템 상황에 따라 가변적으로 설정 가능함은 물론이다. 상기 도 2에 도시되어 있는 바와 같이 상기 OFDM 심벌을 구성하는 서브 캐리어들중 미리 설정한 설정 위치의 서브 캐리어들을 통해서는 파일럿 신호가 송신된다. 상기 도 2에서 검은색으로 도시되어 있는 서브 캐리어들이 파일럿 신호가 송신되는 서브 캐리어들이며, 파일럿 신호가 송신되는 서브 캐리어를 '파일럿 서브 캐리어'라고 칭하기로 하며, 데이터가 송신되는 서브 캐리어를 '데이터 서브 캐리어'라고 칭하기로 한다.
한편, 일반적인 OFDM 통신 시스템은 단말기들이 특정 위치에 고정적으로 존재하는 고정 무선 통신 시스템으로서, 상기 고정 무선 통신 시스템 형태의 OFDM 통신 시스템에서 단말기들은 기지국에서 수신되는 모든 서브 캐리어들에 대해서 각각 CQI를 결정하여 상기 기지국으로 피드백한다. 여기서, 상기 CQI로 SNR 등을 사용할 수 있으며, 여기서는 설명의 편의상 상기 CQI로 SNR을 사용한다고 가정하기로 한다. 그러면, 상기 도 2를 참조하여 서브 캐리어들 각각에 대한 CQI를 기지국으로 피드백하는 과정을 설명하기로 한다.
상기 도 2를 참조하면, 도시되어 있는 바와 같이 미리 설정한 설정 위치의 파일럿 서브 캐리어들을 통해서만 파일럿 신호가 송신된다. 수신기는 송신기에서 송신하는 파일럿 서브 캐리어들의 위치를 미리 알고 있으며, 상기 파일럿 서브 캐리어들을 통해 송신되는 파일럿 신호 역시 알고 있다. 여기서, 상기 파일럿 신호는 미리 설정되어 있는 시퀀스(sequence)를 가지며, 송신기와 수신기간에 상기 파일럿 신호를 구성하는 시퀀스, 즉 파일럿 시퀀스가 규약되어 있다. 상기 수신기는 상기 파일럿 서브 캐리어를 통해 수신된 신호를 상기 서브 캐리어로 송신된 파일럿 신호로 나누어 상기 파일럿 서브 캐리어에서의 채널 이득을 구하고 이러한 방법으로 구하여진 각 파일럿 서브 캐리어들에서의 채널 이득을 보간(interpolation)하여 상기 파일럿 서브 캐리어들을 제외한 서브 캐리어들, 즉 데이터 서브 캐리어들의 채널 이득의 추정치를 구한다. 그리고, 상기 서브 캐리어들의 채널 이득의 추정값들 각각을 잡음 에너지(noise energy)로 나누어 상기 파일럿 서브 캐리어들 및 데이터 서브 캐리어들의 SNR들을 구한다. 이렇게 구해진 모든 서브 캐리어들의 SNR들, 즉 CQI들은 송신기, 즉 기지국으로 피드백되고, 상기 기지국은 상기 수신기, 즉 단말기로부터 피드백된 서브 캐리어들의 CQI들을 가지고 해당 서브 캐리어들에 대한 변조 방식 및 코딩 방식을 제어한다. 이때, 상기 단말기로 서브 캐리어들이 일단 할당되면 상기 할당된 서브 캐리어들의 채널 상태는 불변한다고 가정하는데, 이는 일반적인 OFDM 통신 시스템이 고정 무선 통신 시스템이기 때문이다.
그러면 여기서 서브 캐리어들의 CQI만을 사용하여 피드백할 경우 상기 자원 할당 방식을 살펴보기로 한다. 여기서, 하기에서 설명할 자원 할당 방식이 상기 자원 할당 제어기(115)의 자원 할당 방식이 되는 것이다.
먼저, 하나의 기지국과 다수개의 단말기들을 가지는 고정 무선 통신 시스템인 OFDM 통신 시스템을 고려하기로 한다. 단말기에서 수신한 OFDM 심벌 벡터 x를 x = [x1, x2, ..... , xN]이라고 정의하기로 한다. 여기서, N은 상기 OFDM 통신 시스템의 전체 서브 캐리어들의 개수를 나타내며, 상기 수신 OFDM 심벌 벡터 x의 각 파라미터들은 하기 수학식 1과 같이 나타낼 수 있다.
상기 수학식 1에서 gn은 n번째 서브 캐리어의 복소 채널 이득을 나타내며, Pn은 송신기, 즉 기지국에서 할당된 송신 전력을 나타내며, sn은 송신된 데이터 심벌을 나타내며, nn은 평균 0, 분산 N0의 복소 가우시안 잡음을 나타낸다.
또한, n번째 서브 캐리어 γn은 하기 수학식 2와 같이 정의할 수 있다.
현재 사용되고 있는 일반적인 자원 할당 방식은, 즉 채널과 MCS 레벨 및 송신 전력 할당 방식은 단말기가 서브 캐리어들 각각의 CQI를 피드백한다는 가정하에 제안된 방식이다. 그러면 여기서, 상기 OFDM 통신 시스템을 구성하는 서브 캐리어들 각각에 대한 CQI들의 집합을 '전체 CQI'라고 칭하기로 한다.
그러면 여기서 상기 자원 할당 방식에 대해서 설명하기로 한다.
먼저, 기지국에서 K명의 사용자들, 즉 K개의 단말기들에서 발생한 데이터들을 송신한다고 가정하기로 한다. 기지국은 상기 K개의 단말기들 각각에서 피드백한 전체 CQI들을 수신하였다고 가정하고, 상기 K개의 단말기들중 k번째 단말기의 m번째 서브 캐리어의 CQI를 이라고 정의하기로 한다. 상기 단말기들 각각으로부터 전체 CQI들을 피드백받는 경우의 자원 할당 방식은 2단계 알고리즘(algorithm)을 가지는데, 상기 2단계 알고리즘은 채널 할당의 1단계와 MCS 레벨 및 송신 전력 할당의 2단계로 구성된다. 또한, m번째 서브 캐리어에 할당된 단말기 인덱스를 km이라고 가정하고, 상기 m번째 서브 캐리어에 할당된 송신 전력을 Pm이라고 정의하기로 한다. 또한, 상기 단말기들로부터 피드백된 CQI {; k = 1, 2, .... , K}를 기반으로하는 채널 할당 함수(function)를 k(·)라고 정의하기로 하며, 송신 전력 할당 알고리즘을 λ(·)라고 정의하면 상기 자원 할당 방식의 2단계 알고리즘은 하기 수학식 3 및 수학식 4와 같이 나타낼 수 있다.
결과적으로, SNR 프로파일(profile)과, 상기 SNR 프로파일에 따른 평균 주파수 효율은 상기 자원 할당 방식의 2단계 알고리즘에 따라 유일하게 결정된다.
상기 자원 할당 방식의 2단계 알고리즘을 사용할 경우 해당 단말기에 대한 최적의 채널 및 송신 전력 할당 알고리즘은 하기 수학식 5 및 수학식 6과 같이 나타낼 수 있다.
상기 수학식 5에서, km은 m번째 서브 캐리어에서 채널 품질 이 최대인 단말기의 인덱스(index)를 나타낸다. 따라서, 상기 수학식 5와 같은 최적 채널 할당 알고리즘에서 최적의 채널은 해당 서브 캐리어에서 채널 품질이 가장 우수한 단말기에게 할당된다.
상기 수학식 5에서와 같이 채널 할당이 완료되면, 즉 해당 서브 캐리어에서 채널 품질이 가장 우수한 단말기에 해당 서브 캐리어가 할당되면 MCS 레벨 및 송신 전력이 할당되는데, 라그랑즈 방식을 이용하면 하기 수학식 7과 같은 최적의 전력 할당 알고리즘을 얻을 수 있다.
상기 수학식 7에서 γ0는 하기 수학식 8의 조건을 만족한다.
상기 수학식 8에서 MP는 상기 OFDM 통신 시스템 전체에서 사용 가능한 전체 가용 전력을 나타내며, 상기 수학식 7 및 수학식 8에 근거한 송신 전력 할당 알고리즘을 물채우기(water pouring, 이하 'water pouring'라 칭하기로 한다) 알고리즘이라고 한다. 여기서, 상기 water pouring 알고리즘은 변조 방식 등에 상관없이 다수개의 평행 독립 채널을 가지는 통신 시스템에서 상기 독립 채널들 각각의 CQI를 송신기에서 알고 있을 때, 상기 송신기가 송신 가용 전력에 대해서 데이터 전송율을 최대화시키는 최적의 송신 전력 할당 알고리즘이다. 상기 송신기는 해당 채널에 대한 송신 전력을 할당한 후 상기 CQI를 참조하여 해당 채널에 적용할 MCS 레벨을 결정한다. 그러나, 상기 수학식 5 및 수학식 6에서 얻어진 결과, 즉 최적의 채널 및 송신 전력 할당은 상기 OFDM 통신 시스템의 전체 서브 캐리어들 각각에 대한 CQI가 1개의 상수값으로 피드백되는 경우에만 최적의 효과를 가진다.
그러나, 현재 4세대 이동 통신 시스템에서는 상기 OFDM 방식을 이동 무선 통신 시스템에 적용하는 경우를 고려하고 있으며, 따라서 한번 할당된 서브 캐리어들의 채널 상태가 불변한다는 가정은 적합하지 않다. 즉, 단말기에 서브 캐리어들을 할당하면 지속적으로 채널 상태가 변하고, 따라서 단말기는 상기 서브 캐리어들 각각에 대해서 변화하는 CQI를 피드백시켜야만 상기 자원 할당 방식을 정상적으로 사용할 수 있다. 그러나, 상기 OFDM 방식을 이동 통신 시스템에서 사용하기 위해 모든 서브 캐리어들에 대해서 CQI를 빈번하게 피드백하는 동작은 시그널링 오버헤드(signalling overhead)를 가져오고, 상기 서브 캐리어들에 대한 CQI를 피드백하는 시그널링은 역방향 간섭(uplink interference)로 작용하게 된다는 문제점이 있다. 따라서, 상기 OFDM 방식을 이동 통신 시스템에서 사용함에 있어 상기 CQI 피드백으로 인한 시그널링 오버헤드를 최소화시키면서도 자원을 효율적으로 할당하기 위한 방안에 대한 필요성이 대두되고 있다.
따라서, 본 발명의 목적은 OFDM 이동 통신 시스템에서 채널 상태에 따라 동적으로 자원을 할당하는 장치 및 방법을 제공함에 있다.
본 발명의 다른 목적은 OFDM 이동 통신 시스템에서 CQI 피드백으로 인한 시그널링 오버헤드를 최소화하는 동적 자원 할당 장치 및 방법을 제공함에 있다.
상기한 목적들을 달성하기 위한 본 발명의 제1방법은; 전체 주파수 대역을 다수개의 서브 캐리어 대역들로 분할하고, 상기 다수개의 서브 캐리어 대역들중 미리 설정한 설정 개수의 서브 캐리어 대역들에서 기준 신호들을 송신하고, 상기 기준 신호들이 송신되는 서브 캐리어 대역들 이외의 서브 캐리어 대역들에서 데이터 신호들을 송신하며, 미리 설정한 설정 개수의 서브 캐리어 대역들의 집합인 서브 채널을 다수개 구비하는 직교 주파수 분할 다중 이동 통신 시스템에서 동적으로 자원을 할당하는 방법에 있어서, 수신기들 각각으로부터 상기 기준 신호들과 데이터 신호들의 채널 품질 정보들을 상기 전체 주파수 대역이 분할된 서브 대역 단위로 피드백받는 과정과, 상기 수신기들 각각에 대해 피드백받은 채널 품질들에 상응하게 서브 채널과, 변조 및 코딩 방식과, 상기 송신 전력을 할당하는 과정과, 이후 상기 수신기들로 송신할 데이터들이 발생하면 상기 수신기들 각각에 대해 상기 데이터들을 상기 할당된 변조 및 코딩 방식을 사용하여 변조 및 코딩하고, 상기 변조 및 코딩된 데이터들 각각을 상기 할당된 서브 채널들 각각을 통해 송신되도록 채널 다중화하는 과정과, 상기 채널을 다중화한 후 상기 서브 채널들내 미리 설정된 서브 캐리어들에 상기 기준 신호들을 삽입한 후 상기 단말기별로 상기 할당된 송신 전력의 크기를 가지도록하여 역고속 푸리에 변환하여 송신하는 과정을 포함함을 특징으로 한다.
상기한 목적들을 달성하기 위한 본 발명의 제2방법은; 전체 주파수 대역을 다수개의 서브 캐리어 대역들로 분할하고, 상기 다수개의 서브 캐리어 대역들중 미리 설정한 설정 개수의 서브 캐리어 대역들에서 기준 신호들을 송신하고, 상기 기준 신호들이 송신되는 서브 캐리어 대역들 이외의 서브 캐리어 대역들에서 데이터 신호들을 송신하며, 미리 설정한 설정 개수의 서브 캐리어 대역들의 집합인 서브 채널을 다수개 구비하는 직교 주파수 분할 다중 이동 통신 시스템에서 동적으로 자원을 할당하는 방법에 있어서, 수신기들 각각으로부터 상기 전체 주파수 대역이 분할된 서브 대역들 각각내의 서브 캐리어들의 평균 채널 이득과 잡음 전력을 고려한 제1파라미터와, 상기 서브 대역들내 서브 캐리어들의 분산값과 상기 잡음 전력을 고려한 제2파라미터를 포함하는 채널 품질 정보들을 피드백받는 과정과, 상기 수신기들 각각에 대해 상기 제1파라미터와 제2파라미터를 고려하여 서브 채널과, 변조 및 코딩 방식과, 상기 송신 전력을 할당하는 과정과, 이후 상기 수신기들로 송신할 데이터들이 발생하면 상기 수신기들 각각에 대해 상기 데이터들을 상기 할당된 변조 및 코딩 방식을 사용하여 변조 및 코딩하고, 상기 변조 및 코딩된 데이터들 각각을 상기 할당된 서브 채널들 각각을 통해 송신되도록 채널 다중화하는 과정과, 상기 채널을 다중화한 후 상기 서브 채널들내 미리 설정된 서브 캐리어들에 상기 기준 신호들을 삽입한 후 상기 수신기별로 상기 할당된 송신 전력의 크기를 가지도록하여 역고속 푸리에 변환하여 송신하는 과정을 포함함을 특징으로 한다.
상기한 목적들을 달성하기 위한 본 발명의 제3방법은; 전체 주파수 대역을 다수개의 서브 캐리어 대역들로 분할하고, 상기 다수개의 서브 캐리어 대역들중 미리 설정한 설정 개수의 서브 캐리어 대역들에서 기준 신호들을 송신하고, 상기 기준 신호들이 송신되는 서브 캐리어 대역들 이외의 서브 캐리어 대역들에서 데이터 신호들을 송신하며, 미리 설정한 설정 개수의 서브 캐리어 대역들의 집합인 서브 채널을 다수개 구비하는 직교 주파수 분할 다중 이동 통신 시스템에서 채널 품질 정보를 송신하는 방법에 있어서, 수신 신호를 고속 푸리에 변환하여 상기 기준 신호들과 데이터 신호들로 변환하는 과정과, 상기 기준 신호들 및 데이터 신호들을 상기 전체 주파수 대역이 분할된 다수의 서브 대역별로 분류하고, 상기 서브 대역들 각각에 대해서 채널 품질 정보들을 결정하는 과정과, 상기 결정된 채널 품질 정보들을 송신기로 피드백하는 과정을 포함함을 특징으로 한다.
상기한 목적들을 달성하기 위한 본 발명의 제1장치는; 전체 주파수 대역을 다수개의 서브 캐리어 대역들로 분할하고, 상기 다수개의 서브 캐리어 대역들중 미리 설정한 설정 개수의 서브 캐리어 대역들에서 기준 신호들을 송신하고, 상기 기준 신호들이 송신되는 서브 캐리어 대역들 이외의 서브 캐리어 대역들에서 데이터 신호들을 송신하며, 미리 설정한 설정 개수의 서브 캐리어 대역들의 집합인 서브 채널을 다수개 구비하는 직교 주파수 분할 다중 이동 통신 시스템에서 동적으로 자원을 할당하는 장치에 있어서, 수신기들 각각으로부터 상기 기준 신호들과 데이터 신호들의 채널 품질 정보들을 상기 전체 주파수 대역이 분할된 서브 대역 단위로 피드백받고, 상기 수신기들 각각에 대해 피드백받은 채널 품질들에 상응하게 서브 채널과, 변조 및 코딩 방식과, 상기 송신 전력을 할당하는 자원 할당 제어기와, 상기 수신기들로 송신할 데이터들이 입력되면 상기 수신기들 각각에 대해 상기 데이터들을 상기 할당된 코딩 방식으로 코딩하는 인코더와, 상기 코딩된 데이터들을 상기 수신기들 각각에 대해 할당된 변조 방식으로 변조하는 심벌 매핑기와, 상기 변조된 데이터들 각각을 상기 할당된 서브 채널들 각각을 통해 송신되도록 채널 다중화하는 채널 다중화기와, 상기 채널 다중화기에서 출력한 신호에 상기 서브 채널들내 미리 설정된 서브 캐리어들에 상기 기준 신호들을 삽입한 후 상기 단말기별로 상기 할당된 송신 전력의 크기를 가지도록하여 역고속 푸리에 변환하여 송신하는 역고속 푸리에 변환기를 포함함을 특징으로 한다.
상기한 목적들을 달성하기 위한 본 발명의 제2장치는; 전체 주파수 대역을 다수개의 서브 캐리어 대역들로 분할하고, 상기 다수개의 서브 캐리어 대역들중 미리 설정한 설정 개수의 서브 캐리어 대역들에서 기준 신호들을 송신하고, 상기 기준 신호들이 송신되는 서브 캐리어 대역들 이외의 서브 캐리어 대역들에서 데이터 신호들을 송신하며, 미리 설정한 설정 개수의 서브 캐리어 대역들의 집합인 서브 채널을 다수개 구비하는 직교 주파수 분할 다중 이동 통신 시스템에서 동적으로 자원을 할당하는 장치에 있어서, 수신기들 각각으로부터 상기 전체 주파수 대역이 분할된 서브 대역들 각각내의 서브 캐리어들의 평균 채널 이득과 잡음 전력을 고려한 제1파라미터와, 상기 서브 대역들내 서브 캐리어들의 분산값과 상기 잡음 전력을 고려한 제2파라미터를 포함하는 채널 품질 정보들을 피드백받고, 상기 수신기들 각각에 대해 상기 제1파라미터와 제2파라미터를 고려하여 서브 채널과, 변조 및 코딩 방식과, 상기 송신 전력을 할당하는 자원 할당 제어기와, 상기 수신기들로 송신할 데이터들이 입력되면 상기 수신기들 각각에 대해 상기 데이터들을 상기 할당된 코딩 방식으로 코ELD하는 인코더와, 상기 코딩된 데이터들을 상기 수신기들 각각에 대해 할당된 변조 방식으로 변조하는 심벌 매핑기와, 상기 변조된 데이터들 각각을 상기 할당된 서브 채널들 각각을 통해 송신되도록 채널 다중화하는 채널 다중화기와, 상기 채널 다중화기에서 출력한 신호에 상기 서브 채널들내 미리 설정된 서브 캐리어들에 상기 기준 신호들을 삽입한 후 상기 단말기별로 상기 할당된 송신 전력의 크기를 가지도록하여 역고속 푸리에 변환하여 송신하는 역고속 푸리에 변환기를 포함함을 특징으로 한다.
상기한 목적들을 달성하기 위한 본 발명의 제3장치는; 전체 주파수 대역을 다수개의 서브 캐리어 대역들로 분할하고, 상기 다수개의 서브 캐리어 대역들중 미리 설정한 설정 개수의 서브 캐리어 대역들에서 기준 신호들을 송신하고, 상기 기준 신호들이 송신되는 서브 캐리어 대역들 이외의 서브 캐리어 대역들에서 데이터 신호들을 송신하며, 미리 설정한 설정 개수의 서브 캐리어 대역들의 집합인 서브 채널을 다수개 구비하는 직교 주파수 분할 다중 이동 통신 시스템에서 채널 품질 정보를 송신하는 장치에 있어서, 수신 신호를 고속 푸리에 변환하여 상기 기준 신호들과 데이터 신호들로 변환하는 고속 푸리에 변환기와, 상기 기준 신호들 및 데이터 신호들을 상기 전체 주파수 대역이 분할된 다수의 서브 대역별로 분류하고, 상기 서브 대역들 각각에 대해서 채널 품질 정보들을 결정하는 채널 추정기와, 상기 결정된 채널 품질 정보들을 송신측으로 피드백하는 송신기를 포함함을 특징으로 한다.
이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 하기의 설명에서는 본 발명에 따른 동작을 이해하는데 필요한 부분만이 설명되며 그 이외 부분의 설명은 본 발명의 요지를 흩트리지 않도록 생략될 것이라는 것을 유의하여야 한다.
본 발명은 직교 주파수 분할 다중 방식(OFDM: Orthogonal Frequency Division Multiplexing, 이하 'OFDM'이라 칭하기로 한다) 방식을 사용하는 이동 통신 시스템(이하 'OFDM 이동 통신 시스템'이라 칭하기로 한다)에서 효율적인 자원(resource) 할당 방식, 즉 채널과 적응적 변조 및 코딩(AMC: Adaptive Modulation and Coding, 이하 'AMC'라 칭하기로 한다) 방식 및 송신 전력(transmit power) 할당 방식을 제안한다. 특히, 본 발명은 OFDM 이동 통신 시스템에서 사용하는 전체 주파수 대역(frequency band)을 다수개의 서브 대역(sub-band)들로 분할하고, 상기 다수개의 서브 대역들 별로 채널 품질 정보(CQI: Channel Quality Information, 이하 'CQI'라 칭하기로 한다)를 보고하도록 하여 상기 CQI 보고를 위한 시그널링 부하(signalling load)를 최소화시키면서도 효율적인 자원 할당 방식을 제안한다.
그러면 여기서, 도 3을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 OFDM 이동 통신 시스템에서 CQI를 피드백(feedback)하는 과정을 설명하기로 한다.
상기 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 OFDM 이동 통신 시스템의 주파수 영역에서의 파일럿(pilot) 신호들이 송신되는 위치를 개략적으로 도시한 도면이다.
상기 도 3에 도시한 바와 같이, 본 발명의 실시예에서는 OFDM 이동 통신 시스템의 전체 주파수 대역을 다수의 서브 대역(sub-band)들로 분할한다. 상기 서브 대역들 각각은 다수의 서브 캐리어(sub-carrier)들로 구성되며, 상기 서브 대역을 구성하는 서브 캐리어들 각각을 통해서는 데이터 혹은 파일럿 신호가 송신된다. 여기서, 상기 OFDM 이동 통신 시스템의 전체 주파수 대역을 구성하는 서브 캐리어들의 개수는 시스템 상황에 따라 가변적으로 설정 가능함은 물론이며, 상기 도 3에서는 설명의 편의상 45개의 서브 캐리어들이 전체 주파수 대역을 이루며, 15개의 서브 캐리어들이 점유하는 주파수 영역을 하나의 서브 대역으로 분할한다고 가정하기로 한다. 그래서, 상기 도 3에는 각각이 15개의 서브 캐리어들이 점유하는 제1서브 대역 내지 제3서브 대역의 3개의 서브 대역들이 존재한다.
또한, 상기 도 3에 도시되어 있는 바와 같이 상기 서브 대역을 구성하는 서브 캐리어들중 미리 설정한 설정 위치의 서브 캐리어들을 통해서는 파일럿 신호가 송신된다. 상기 도 3에서 검은색으로 도시되어 있는 서브 캐리어들이 파일럿 신호가 송신되는 서브 캐리어들이며, 파일럿 신호가 송신되는 서브 캐리어를 '파일럿 서브 캐리어'라고 칭하기로 하며, 데이터가 송신되는 서브 캐리어를 '데이터 서브 캐리어'라고 칭하기로 한다. 상기 도 3에서는 하나의 서브 대역에 3개의 파일럿 서브 캐리어들이 존재하는 경우를 가정하기로 한다. 상기 종래 기술 부분에서 설명한 바와 같이 OFDM 이동 통신 시스템은 기존의 OFDM 방식을 사용하는 고정 무선 통신 시스템과는 달리 이동 통신 시스템의 특성상 채널 상태가 가변적이며, 따라서 채널 상태의 변화를 반영하여 효율적인 통신을 수행하기 위해서는 상기 채널 상태를 나타내는 CQI를 빈번하게 보고해야만 한다. 또한, 상기 CQI로 신호대 잡음비(SNR: Signal to Noise Ratio, 이하 'SNR'이라 칭하기로 한다) 등을 사용할 수 있으며, 여기서는 설명의 편의상 상기 CQI로 SNR을 사용한다고 가정하기로 한다. 그러면, 상기 도 3을 참조하여 서브 캐리어들 각각에 대한 CQI를 기지국으로 피드백하는 과정을 설명하기로 한다.
상기 도 3을 참조하면, 도시되어 있는 바와 같이 서브 대역내 미리 설정한 설정 위치의 파일럿 서브 캐리어들을 통해서만 파일럿 신호가 송신된다. 상기 도 3에서는 설명의 편의상 임의의 서브 대역, 일 예로 제1서브 대역에서의 CQI 피드백 과정만을 설명하기로 하며, 상기 제1서브 대역을 제외한 나머지 서브 대역들의 CQI 피드백 과정 역시 상기 제1서브 대역의 CQI 피드백 과정과 동일한 형태를 가짐에 유의하여야 한다. 먼저, 수신기, 즉 단말기는 송신기, 즉 기지국에서 송신하는 파일럿 서브 캐리어들의 위치를 미리 알고 있으며, 상기 파일럿 서브 캐리어들을 통해 송신되는 파일럿 신호 역시 알고 있다. 여기서, 상기 파일럿 신호는 미리 설정되어 있는 시퀀스(sequence)를 가지며, 송신기와 수신기간에 상기 파일럿 신호를 구성하는 시퀀스, 즉 파일럿 시퀀스가 규약되어 있다. 상기 수신기는 상기 파일럿 서브 캐리어를 통해 수신된 신호를 상기 서브 캐리어로 송신된 파일럿 신호로 나누어 상기 파일럿 서브 캐리어에서의 채널 이득을 구하고 이러한 방법으로 구하여진 각 파일럿 서브 캐리어들에서의 채널 이득을 보간(interpolation)하여 상기 제1서브 대역에서 파일럿 서브 캐리어들을 제외한 서브 캐리어들, 즉 데이터 서브 캐리어들의 채널 이득의 추정치를 구한다. 그리고, 상기 서브 캐리어들의 채널 이득의 추정값들 각각을 잡음 에너지(noise energy)로 나누어 상기 파일럿 서브 캐리어들 및 데이터 서브 캐리어들의 SNR들을 구한다. 이렇게, 상기 제1서브 대역에서 파일럿 서브 캐리어들과 상기 데이터 서브 캐리어들 각각의 SNR을 검출한 후, 상기 검출한 파일럿 서브 캐리어들의 SNR들과 데이터 서브 캐리어들의 SNR들의 평균값을 계산한다.
한편, 상기 도 3에 도시한 바와 같이 주파수 선택적 페이딩 현상으로 인해서 상기 제1서브 대역내 서브 캐리어들의 진폭(amplitude)은 랜덤(random)한 값을 가지게 된다. 상기 제1서브 대역의 평균 SNR만을 사용할 경우 상기 주파수 선택적 페이딩 현상에 따른 진폭의 변동을 전혀 고려할 수 없다. 그래서, 본 발명에서는 상기 제1서브 대역의 평균 SNR뿐만 아니라 상기 서브 캐리어들 각각의 진폭들의 변동까지 고려하며, 상기 진폭의 변동을 정규화 분산으로 제공한다. 그러면 여기서 상기 OFDM 이동 통신 시스템에서 효율적인 자원 할당을 위해서 상기 평균 SNR뿐만 아니라 상기 진폭의 정규화 분산까지 함께 고려해야만 하는 이유를 설명하면 다음과 같다.
먼저, 상기 종래 기술 부분의 도 2에서 설명한 바와 같이 서브 채널(sub-channel)이라함은 일반적으로 다수의 서브 캐리어들로 구성되는 채널을 의미하며, 이하의 설명에서는 설명의 편의상 상기 OFDM 통신 시스템의 서브 채널들 각각은 동일한 개수의 서브 캐리어들로 구성된다고 가정하기로 한다. 이렇게, 다수의 서브 캐리어들이 1개의 서브 채널을 구성하기 때문에, 1개의 서브 채널을 구성하는 다수의 서브 캐리어들 각각의 SNR들은 상이할 수 있다. 이렇게, 1개의 서브 채널내 다수의 서브 캐리어들 각각의 SNR들이 상이한 이유는 상기 서브 채널이 다중 경로 페이딩(multi-path fading)을 겪기 때문이며, 1개의 서브 채널을 구성하는 다수의 서브 캐리어들의 SNR 분포는 Rice 분포로 근사화될 수 있는데 이를 설명하면 다음과 같다.
먼저, 상기 OFDM 이동 통신 시스템의 기지국 송신기에서 K명의 사용자들, 즉 K개의 단말기들에서 발생한 데이터들을 송신한다고 가정하기로 하고, 상기 OFDM 이동 통신 시스템의 전체 서브 채널들의 개수가 M이고, 상기 M개의 서브 채널들 각각을 구성하는 서브 캐리어들의 개수를 'L'이라고 가정하고, 을 k번째 사용자, 즉 k번째 단말기의 m번째 서브 채널의 복소 채널 이득(complex channel gain)의 프로파일(profile)을 가지는 벡터(vector)라고 가정하기로 한다. 상기 k번째 단말기의 m번째 서브 채널의 복소 채널 이득 은 하기 수학식 9와 같이 나타낼 수 있다.
상기 수학식 9에서, 인데 아래첨자 (m,l)은 m번째 서브 채널의 l번째 서브 캐리어를 나타내는 인뎃스이며 (mL+l)은 그 서브 캐리어를 절대 서브 캐리어 인덱스 값으로 환산한 값이다. 즉, 각 서브 채널이 L개의 서브 캐리어를 가지므로 m번째 서브 채널의 l번째 서브 캐리어의 절대 인덱스는 mL+l이 된다. M은 상기 OFDM 이동 통신 시스템의 전체 서브 채널들의 수를 나타내며, M = N/L이고, N은 상기 OFDM 이동 통신 시스템의 전체 서브 캐리어들의 수를 나타낸다.
그리고, 상기 k번째 사용자의 m번째 서브 채널의 채널 품질 벡터는 하기 수학식 10과 같이 나타낼 수 있다.
상기 수학식 10에서, 은 k번째 단말기의 m번째 서브 채널의 채널 품질 벡터를 나타내며, No는 잡음을 나타내고, 은 k번째 단말기의 m번째 서브 채널의 l번째 서브 캐리어의 채널 품질을 나타낸다.
한편, 채널 품질은 SNR과는 상이한 값이 되는데, 상기 채널 품질과 SNR은 하기 수학식 11과 같은 관계를 가진다.
상기 수학식 11에서, 은 k번째 사용자의 m번째 서브 채널의 L번째 서브 캐리어의 SNR을 나타내며, Pm은 m번째 서브 채널에 할당된 송신 전력(transmit power)를 나타낸다.
한편, CQI 송신으로 인한 시그널링 오버헤드(overhead)를 제거하기 위해서는 서브 채널에 대한 채널 품질 프로파일을 최소화시키는 것이 중요하게 된다. 상기 서브 채널에 대한 채널 품질 역시 Rice 분포로 근사화될 수 있으며, 따라서 상기 서브 채널의 채널 품질 프로파일은 상기 Rice 분포의 두 가지 파라미터들로 최소화시킬 수 있는데, 이를 설명하면 다음과 같다.
먼저, 서브 채널내의 복소 채널 이득의 평균과 변동분의 프로파일을 하기 수학식 12와 같이 정의하기로 한다.
상기 수학식 12에서 는 k번째 단말기의 m번째 서브 채널의 복소 채널 이득의 평균을 나타내며, 은 번째 단말기의 m번째 서브 채널의 복소 채널 이득 평균의 변동분을 나타낸다. 상기 서브 채널내의 복소 채널 이득의 평균과 변동분의 프로파일을 상기 수학식 12와 같이 정의할 경우 서브 채널에서의 복소 채널 이득의 평균과 변동분의 확률 분포는 각각 평균 0, 분산 Ω(L) 및 1- Ω(L)인 복소 가우시안(complex Gaussian) 분포가 된다. 상기 분산 Ω(L)은 실수값으로서, 을 만족하며, 채널의 코히어런스 대역폭(coherence bandwidth)과 서브 채널의 대역폭의 비의 함수로 표현할 수 있다. 여기서, 상기 코히어런스 대역폭은 주파수 영역(frequency domain)에서 채널(channel)이 의사(quasi) 동일하다고, 즉 채널이 변하지 않는다고 가정할 수 있는 최대 대역폭을 나타낸다.
상기 서브 채널의 채널 품질 프로파일을 상기 Rice 분포로 근사화할 경우 상기 서브 채널의 채널 품질의 제곱근은 하기 수학식 13과 같은 Rice 분포로 나타낼 수 있다.
상기 수학식 13에서, 이며, Ricean 파라미터 R은 0보다 큰 실수 과 에 대해서 로 정의된다. 여기서, 상기이다. 결국, 상기 은 k번째 단말기의 m번째 서브 채널의 복소 채널 이득의 평균의 제곱근을 잡음 성분으로 나눈 값이 되고, 상기 은 분산 1- Ω(L)을 잡음 성분으로 나눈 값이 되는 것이다. 또한, 상기 수학식 13에서, 은 상기 수학식 12에서 설명한 바와 같이 k번째 단말기의 m번째 서브 채널의 복소 채널 이득의 평균을 나타내는 복소 가우시안 랜덤 변수이며, 따라서 상기 는 지수 분포의 랜덤 변수가 되며, 이와 반면에 은 모든 m에 대해 고정된 값을 가지게 된다. 그래서, 결국 m번째 서브 채널의 평균 채널 품질과 SNR은 각각 및 에 의해 결정된다.
상기 서브 채널의 채널 품질 프로파일은 상기 Rice 분포의
상기 서브 채널의 채널 품질 프로파일을 상기 Rice 분포로 고려함에 있어 적용한 가정들을 요약하면 다음과 같다.
(1) 은 평균 0, 분산 Ω(L)의 i.i.d.(independent and identically distributed) 복소 가우시안 랜덤 변수들을 나타낸다.
(2) 모든 m에 대해서, 은 평균 0, 분산 1-Ω(L)의 복소 가우시안 잡음을 나타낸다.
(3) 전체 주파수 대역내에서 은 평균 0, 분산 1의 복소 가우시안 잡음을 나타내지만, 주어진 m에 대해서은 평균 , 분산 1-Ω(L)의 복소 가우시안 잡음을 나타낸다.
상기와 같은 가정들을 기반으로 할 경우, 서브 채널들 각각의 채널 품질 프로파일은 Rice 분포 함수의 파라미터 과 에 의해 결정되며, 수신기에서 상기 Rice 분포 함수의 파라미터 과 은 주어진 m에 대해 을 로 나눈값의 자승 평균과 분산으로 계산된다.
상기에서는 서브 채널의 채널 품질 프로파일에 대해서 설명하였으며, 다음으로 주파수 효율(frequency efficiency)에 대해서 설명하기로 한다.
먼저, 상기 Rice 분포 모델을 사용하여 주파수 효율을 할당된 송신 전력 P와 Rice 분포의 파라미터 a와 b의 함수로 정의하기로 하며, 이를 나타내면 하기 수학식 14과 같다.
상기 수학식 14에서, U(P, a, b)는 할당된 송신 전력 P와, 서브 채널의 채널 품질을 고려한, 즉 서브 채널 품질 프로파일상의 2가지 파라미터 a와 b, 즉 상기 수학식 13에서의와 를 고려한 주파수 효율을 나타내며, 은 상기 수학식 13에서 정의한 Rice 분포를 나타내며, 상기 Rice 분포의 파라미터 a와 b는 결국 상기 와 와 동일한 값이다. 상기 전력 할당 방식에 대해서는 하기에서 설명할 것이므로 여기서는 그 상세한 설명을 생략하기로 한다.
다음으로 본 발명에서 제안하는 자원 할당 방식에 대해서 설명하기로 한다.
첫 번째로, 채널 할당 방식에 대해서 설명하기로 한다.
본 발명에서 제안하는 채널 할당 방식은 상기 수학식 13에서 정의한 Rice 분포를 최대화하도록 제안되며, 하기 수학식 15와 같이 나타낼 수 있다.
상기 수학식 15에서, P는 임의의 상수를 나타내는데, 이는 m번째 서브 채널을 특정 사용자에게 할당할 때 같은 전력 P를 할당한다고 가정할 때 주파수 효율 U가 최대가 되는 사용자에게 할당함을 의미한다. 따라서, 수학식 15의 연산에서 P는 임의로 편의에 따라 선택하여 계산될 수 있다. 상기 수학식 15를 다시 설명하면, 할당된 송신 전력 P에 대해 K개의 단말기들로부터 피드백된 CQI들, 즉 들과 들로부터 주파수 효율을 계산하고, 모든 k에 대해서 상기 계산된 들을 비교하여 최대값을 가지는, 즉 최대 주파수 효율 을 가지는 단말기에게 m번째 서브 채널을 할당한다.
상기에서는 본 발명에서 제안하는 채널 할당 방식에 대해서 설명하였으며, 두 번째로 본 발명에서 제안하는 전력 할당 방식에 대해서 설명하기로 한다.
본 발명에서 제안하는 전력 할당 방식은 하기 수학식 16과 같이 나타낼 수 있다.
상기 수학식 16에서, Pm은 하기 수학식 17과 같은 조건을 만족해야만 한다.
상기 수학식 17에서, MP는 상기 OFDM 통신 시스템 전체에서 사용 가능한 전체 가용 전력을 나타내며, 상기 할당 송신 전력 Pm은 상기 수학식 17의 조건을 만족하면서 전체 주파수 효율의 합이 최대가 되도록 선택되어야만 한다. 또한, 별도로 설명하지는 않지만 상기 CQI를 참조하여 MCS 레벨을 결정하게 되는 것이다.
그러면 여기서, 상기 수학식 16에서 할당할 송신 전력 Pm을 계산하는 과정을 구체적으로 살펴보면 다음과 같다.
먼저, 상기 수학식 15에서 설명한 바와 같이 서브 채널은 할당되었다고 가정하고, 상기 할당된 서브 채널을 {km; m = 0, 1, ... , M-1}이라고 가정하기로 한다. 또한, 상기 OFDM 이동 통신 시스템에서 MCS 레벨은 미리 설정된 범위내의 레벨들에서만 할당 가능하다고 가정하기로 하며, 상기 할당 가능한 범위의 MCS 레벨들중 최소 MCS 레벨값을 나타내는 비트의 수가 β비트라고 가정한다. 이런 가정하에서, 상기 수학식 16은 Greedy 알고리즘에 따라 근사화될 수 있으며, 이를 도 5를 참조하여 설명하기로 한다.
상기 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 송신 전력을 할당하는 과정을 도시한 순서도이다.
상기 도 5를 참조하면, 먼저 511단계에서 자원 할당 제어기는 초기 비트 할당량 um을 모든 m에 대해서 0으로 초기화하고, 또한 할당된 송신 전력도 존재하지 않으므로 전체 할당 송신 전력 PC 역시 0으로 초기화하고 513단계로 진행한다. 여기서, 상기 자원 할당 제어기는 본 발명에서 제안하는 채널과, 송신 전력 및 MCS 레빌을 할당 동작을 제어하며, 그 구체적인 하드웨어 동작은 하기에서 도 6을 참조하여 설명할 것이다. 상기 513단계에서 상기 자원 할당 제어기는 전체 할당 송신 전력 PC가 상기 OFDM 이동 통신 시스템의 전체 가용 송신 전력 PT 미만인지를 검사한다. 상기 검사 결과 상기 전체 할당 송신 전력 PC가 전체 가용 송신 전력 PT 미만이 아닐 경우, 즉 상기 전체 할당 송신 전력 PC가 전체 가용 송신 전력 PT 이상일 경우 더 이상 할당할 송신 전력이 존재하지 않으므로 상기 자원 할당 제어기는 현재까지의 동작을 종료한다.
상기 513단계에서 검사 결과 상기 전체 할당 송신 전력 PC가 전체 가용 송신 전력 PT 미만일 경우 상기 자원 할당 제어기는 515단계로 진행한다. 상기 515단계에서 상기 자원 할당 제어기는 모든 서브 채널들에 대해서 상기 β만큼의 부가적인 비트들을 송신하기 위해서 부가적으로 필요로되는 송신 전력량 을 계산하고, 최소의 부가 송신 전력량, 즉 가 최소값이 되는 서브 채널의 인덱스 m*를 선택한다. 그리고 나서, 상기 선택한 서브 채널의 인덱스 m*에 해당하는 서브 채널의 누적 비트수 um*와 전체 할당 송신 전력 PC를 상기 β와 맘큼 증가시킨 후 상기 513단계로 되돌아간다. 결과적으로, β만큼의 부가적인 비트들을 송신하기 위해서 부가적으로 필요로되는 송신 전력량 은 하기 수학식 18과 같이 나타낼 수 있다.
상기 수학식 18에서 U-1은 상기 수학식 14에서 정의한 U 함수의 역함수를 나타내며, 상기 U 함수는 상기 Rice 분포의 과 에 대해 할당 송신 전력 P의 단조 증가 함수이므로 상기 U-1 함수 역시 상기 할당 송신 전력 P값에 의해 유일하게 결정된다.
한편, 상기 수학식 16을 기반으로 하는 본 발명의 채널할당 방식과 상기 수학식 18을 이용하는 본 발명의 송신 전력 할당 방식은 상기 Rice 분포의 과 이 미리 주어진 경우 상기 송신 전력 P값에 대한 함수 U와 이의 역함수의 연산을 요구하지만, 상기 수학식 14에 포함된 적분 연산으로 인해 상기 수학식 16과 수학식 14의 역함수를 포함하는 수학식 18을 실시간으로 연산하는 것은 실제 신호 송수신 과정에서는 난이하다. 따라서, 상기 채널과 상기 송신 전력을 할당하기 위한 별도의 테이블(table)을 구비하여, 상기 테이블 상의 내용을 참조하여 채널과 송신 전력을 할당하는 것이 상기 수학식 16과 수학식 18을 실시간 연산하여 채널과 송신 전력을 할당하는 것에 비해 용이하다. 일 예로, 상기 CQI 과 은 미리 설정된 설정 범위, 일 예로 4레벨 내지 16레벨(비트 표현시 2 내지 4비트가 필요함)로 양자화된다고 가정하면, 상기 양자화된 에 대한 주파수 효율 함수 U를 상기 양자화된 송신 전력 P에 대응하여 상기 테이블에 저장하고, 상기 주파수 효율 함수 U의 역함수를 상기 주파수 효율 함수 U에 대응하여 상기 테이블에 저장한다.
그러면 여기서 도 4를 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 자원 할당 과정을 설명하기로 한다.
상기 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 자원 할당 과정을 개략적으로 도시한 신호 흐름도이다.
상기 도 4를 참조하면, 먼저 단말기는 기지국으로부터 수신되는 파일럿 서브 캐리어 신호를 사용하여 채널을 추정한다(411단계). 여기서, 상기 채널 추정 과정은 상기 도 3에서 설명한 바와 같이 파일럿 서브 캐리어를 통해 수신된 신호를 상기 서브 캐리어로 송신된 파일럿 신호로 나누어 상기 파일럿 서브 캐리어에서의 채널 이득을 구하고 이러한 방법으로 구하여진 각 파일럿 서브 캐리어들에서의 채널 이득을 보간(interpolation)하여 각 서브 채널들에서의 채널 이득을 구하는 것이다. 한편, 이렇게 채널 추정을 완료한 상기 단말기는 상기 서브 채널들 각각의 이득 추정값들 각각을 잡음 에너지로 나누어 상기 서브 채널들 각각의 SNR들을 Rice 분포로 근사화시켜 CQI, 즉 상기 Rice 분포의 2가지 파라미터, 즉 들과 들을 계산한다. 그리고, 상기 계산된 서브 채널들별 들과 들을 상기 기지국으로 피드백시킨다(413단계). 여기서, 상기 서브 채널들별 들과 들은 양자화된 후 상기 기지국으로 피드백되는데 이를 나타내면 하기 수학식 19 및 수학식 20과 같다.
상기 기지국은 상기 단말기로부터 서브 채널들별 들과 들을 피드백받고(415단계), 상기 서브 채널들별 들과 들에 상응하게 서브 채널을 할당한다(417단계). 상기 서브 채널 할당 방식은 상기에서 설명하였으므로 여기서는 그 구체적인 설명을 생략하기로 한다. 상기 서브 채널을 할당한 후 상기 기지국은 상기 할당된 서브 채널이 최대 주파수 효율을 가지도록 송신 전력을 할당하고, 상기 할당된 서브 채널에 적용할 MCS 레벨을 할당한다(419단계). 여기서, 상기 송신 전력 할당 방식은 상기에서 설명하였으므로 여기서는 그 구체적인 설명을 생략하기로 한다. 상기 전력 및 MCS 레벨을 할당한 후 상기 기지국은 상기 할당된 자원 정보, 즉 채널 할당 정보와, 송신 전력 할당 정보와, MCS 레벨 정보를 상기 단말기로 송신한다(421단계). 이후 상기 단말기는 상기 기지국으로부터 수신한 할당 자원 정보에 상응하게 통신을 수행하게 되는 것이다.
상기 도 4에서는 본 발명의 실시예에 따른 자원 할당 과정을 설명하였으며, 다음으로 도 6을 참조하여 본 발명의 실시예에서의 기능을 수행하는 OFDM 이동 통신 시스템 구조를 설명하기로 한다.
상기 도 6은 본 발명의 실시예에서의 기능을 수행하기 위한 OFDM 이동 통신 시스템의 구조를 개략적으로 도시한 도면이다.
상기 도 6을 참조하면, 먼저 상기 OFDM 이동 통신 시스템은 송신기, 즉 기지국 송신기(600)와 수신기, 단말기 수신기(650)로 구성된다.
첫 번째로, 상기 기지국 송신기(600)에 대해서 설명하기로 한다.
상기 기지국 송신기(600)는 CRC(Cyclic Redundancy Check) 삽입기(CRC inserter)(611)와, 인코더(encoder)(613)와, 자원 할당 제어기(resource assignment controller)(615)와, 심벌 매핑기(symbol mapper)(617)와, 채널 다중화기(channel multiplexer)(619)와, 직렬/병렬 변환기(serial to parallel converter)(621)와, 파일럿 심벌 삽입기(pilot symbol inserter)(623)와, 역고속 푸리에 변환(IFFT: Inverse Fast Fourier Transform, 이하 "IFFT"라 칭하기로 한다)기(625)와, 병렬/직렬 변환기(parallel to serial converter)(627)와, 보호 구간 삽입기(guard interval inserter)(629)와, 디지털/아날로그 변환기(digital to analog converter)(631)와, 무선 주파수(RF: Radio Frequency, 이하 "RF"라 칭하기로 한다) 처리기(processor)(633)로 구성된다.
먼저, 전송하고자 하는 사용자 데이터 비트(user data bits) 및 제어 데이터비트(control data bits)가 발생하면, 상기 사용자 데이터 비트 및 제어 데이터 비트는 상기 CRC 삽입기(611)로 입력된다. 여기서, 상기 사용자 데이터 비트 및 제어 데이터 비트를 "정보 데이터 비트(information data bits)"라고 칭하기로 하며, 상기 제어 데이터에는 상기 자원 할당 제어기(615)에서 적용하는 자원 할당 정보, 즉, 채널 할당 정보와, 송신 전력 할당 정보와, MCS 레벨 정보가 포함되어 있다. 상기 CRC 삽입기(611)는 상기 정보 데이터 비트를 입력하여 CRC 비트를 삽입한 후 상기 인코더(613)으로 출력한다. 상기 인코더(613)는 상기 CRC 삽입기(611)에서 출력한 신호를 입력하여 상기 자원 할당 제어기(615)의 제어에 따라 해당 코딩(coding) 방식으로 코딩한 후 상기 심벌 매핑기(617)로 출력한다. 여기서, 상기 인코더(613)는 상기 CRC 삽입기(611)에서 출력한 신호를 상기 자원 할당 제어기(615)의 제어에 따라 해당 코딩 방식, 일 예로 소정 코딩 레이트(coding rate)를 가지는 터보 코딩(turbo coding) 방식 혹은 컨벌루셔널 코딩(convolutional coding) 방식 등으로 코딩한다. 여기서, 상기 자원 할당 제어기(615)는 상기 코딩 레이트, 혹은 상기 코딩 방식 자체를 제어하거나 혹은 상기 코딩 레이트 및 코딩 방식 모두를 제어할 수도 있음은 물론이며, 이는 상기 OFDM 통신 시스템에서 시스템 상황에 맞게 결정된다. 그리고, 상기 자원 할당 제어기(615)는 단말기 송신기(도시하지 않음)로부터 피드백되는 CQI, 즉 과 를 가지고 상기 기지국과 단말기간 채널 상태를 판단하게 된다. .
상기 심벌 매핑기(617)는 상기 인코더(613)에서 출력한 코딩된 비트(coded bits)를 상기 자원 할당 제어기(615)의 제어에 따라 해당 변조 방식으로 변조하여 변조 심벌로 생성하여 채널 다중화기(619)로 출력한다. 여기서, 상기 변조 방식으로는 일 예로, QPSK(Quadrature Phase Shift Keying) 방식 혹은 16QAM(Quadrature Amplitude Modulation) 방식 등이 사용될 수 있다. 상기 채널 다중화기(619)는 상기 심벌 매핑기(617)에서 출력한 변조 심벌을 상기 자원 할당 제어기(615)의 제어에 따라 채널 다중화한 후 상기 직렬/병렬 변환기(621)로 출력한다. 여기서, 상기 자원 할당 제어기(615)는 상기 기지국과 단말기간 채널 상태에 따라서 상기 OFDM 통신 시스템에서 할당할 수 있는 서브 채널들중 상기에서 설명한 바와 같이 과 를 이용하여 해당 단말기에 최적인 서브 채널이 할당되도록 제어한다. 결국, 상기 채널 다중화기(619)는 기지국과 단말기간 채널 상태에 따라 동적으로 채널을 다중화함으로써 시스템 성능을 향상시키게 되는 것이다.
결국, 상기 자원 할당 제어기(615)는 기지국과 단말기간 채널 상태가 비교적 양호할 경우에는 현재 설정되어 있는 변조 방식의 차수보다 더 높은 차수를 가지는 변조 방식으로 변조 방식을 변경하고, 현재 설정되어 있는 코딩 방식, 일 예로 코딩 레이트보다 더 높은 코딩 레이트를 가지는 코딩 방식으로 코딩 방식을 변경한다. 물론, 아무리 채널 상태가 양호하다고 하더라도 현재 설정되어 있는 변조 방식의 차수가 가장 높은 차수일 경우에는 상기 자원 할당 제어기(615)는 현재 설정되어 있는 변조 방식을 유지하도록 제어하게 되고, 또한 현재 설정되어 있는 코딩 레이트가 가장 높은 코딩 레이트일 경우 현재 설정되어 있는 코딩 레이트를 유지하도록 제어하게 된다.
이와는 반대로, 상기 자원 할당 제어기(615)는 기지국과 단말기간 채널 상태가 비교적 열악할 경우에는 현재 설정되어 있는 변조 방식의 차수보다 더 낮은 차수를 가지는 변조 방식으로 변조 방식을 변경하고, 현재 설정되어 있는 코딩 방식, 일 예로 코딩 레이트보다 더 낮은 코딩 레이트를 가지는 코딩 방식으로 코딩 방식을 변경한다. 물론, 아무리 채널 상태가 열악하다고 하더라도 현재 설정되어 있는 변조 방식의 차수가 가장 낮은 차수일 경우에는 상기 자원 할당 제어기(615)는 현재 설정되어 있는 변조 방식을 유지하도록 제어하게 되고, 또한 현재 설정되어 있는 코딩 레이트가 가장 낮은 코딩 레이트일 경우 현재 설정되어 있는 코딩 레이트를 유지하도록 제어하게 된다.
또한, 상기 자원 할당 제어기(615)는 상기 기지국과 단말기간 채널 상태를 가지고 상기 기지국에서 할당 가능한 채널들중 해당 단말기에 가장 양호한 채널 상태를 가지고 수신될 수 있는 채널을 할당하도록 채널 다중화한다. 즉, 상기 자원 할당 제어기(615)는 해당 채널에서 가장 채널 상태가 좋은 단말기로 해당 채널을 할당하도록 제어함으로써 시스템 전체 성능을 향상시키게 된다. 한편, 상기 도 1에서 도시하지는 않았지만 상기 자원 할당 제어기(615)는 상기 채널 다중화기(619)에서 해당 단말기에 할당한 채널에 적용할 송신 전력 역시 제어한다. 상기 직렬/병렬 변환기(621)는 상기 채널 다중화기(619)에서 출력하는 직렬 변조 심벌들을 입력하여 병렬 변환한 후 상기 파일럿 심벌 삽입기(623)로 출력한다. 상기 파일럿 심벌 삽입기(623)는 상기 직렬/병렬 변환기(621)에서 출력한 병렬 변환된 변조된 심벌들에 파일럿 심벌들을 삽입한 후 상기 IFFT기(625)로 출력한다.
상기 IFFT기(625)는 상기 파일럿 심벌 삽입기(623)에서 출력한 신호를 입력하여 N-포인트(N-point) IFFT를 수행한 후 상기 병렬/직렬 변환기(627)로 출력한다. 상기 병렬/직렬 변환기(627)는 상기 IFFT기(625)에서 출력한 신호를 입력하여 직렬 변환한 후 상기 보호 구간 삽입기(629)로 출력한다. 상기 보호 구간 삽입기(629)는 상기 병렬/직렬 변환기(627)에서 출력한 신호를 입력하여 보호 구간 신호를 삽입한 후 상기 디지털/아날로그 변환기(631)로 출력한다. 여기서, 상기 보호 구간은 상기 OFDM 통신시스템에서 OFDM 심벌을 송신할 때 이전 OFDM 심벌 시간에 송신한 OFDM 심벌과 현재 OFDM 심벌 시간에 송신할 현재 OFDM 심벌간에 간섭(interference)을 간섭을 제거하기 위해서 삽입된다. 또한, 상기 보호 구간은 일정 구간의 널(null) 데이터를 삽입하는 형태로 제안되었으나, 상기 보호 구간에 널 데이터를 전송하는 형태는 수신기에서 OFDM 심벌의 시작점을 잘못 추정하는 경우 서브 캐리어들간에 간섭이 발생하여 수신 OFDM 심벌의 오판정 확률이 높아지는 단점이 존재하여 시간 영역의 OFDM 심벌의 마지막 일정 비트들을 복사하여 유효 OFDM 심벌에 삽입하는 형태의 'Cyclic Prefix' 방식이나 혹은 시간 영역의 OFDM 심벌의 처음 일정 비트들을 복사하여 유효 OFDM 심벌에 삽입하는 'Cyclic Postfix' 방식으로 사용하고 있다.
상기 디지털/아날로그 변환기(631)는 상기 보호 구간 삽입기(629)에서 출력한 신호를 입력하여 아날로그 변환한 후 상기 RF 처리기(633)로 출력한다. 여기서, 상기 RF 처리기(633)는 필터(filter)와 전처리기(front end unit) 등의 구성들을 포함하며, 상기 디지털/아날로그 변환기(631)에서 출력한 신호를 실제 에어(air)상에서 전송 가능하도록 RF 처리한 후 송신 안테나(Tx antenna)를 통해 에어(air)상으로 전송한다.
상기에서는 기지국 송신기(600)에 대해서 설명하였으며, 두 번째로, 상기 단말기 수신기(650)에 대해서 설명하기로 한다.
상기 단말기 수신기(650)는 RF 처리기(651)와, 아날로그/디지털 변환기(analog/digital converter)(653)와, 보호 구간 제거기(guard interval remover)(655)와, 직렬/병렬 변환기(657)와, 고속 푸리에 변환(FFT: Fast Fourier Transform， 이하 "FFT"라 칭하기로 한다)기(659)와, 등화기(equalizer)(661)와, 파일럿 심벌 추출기(pilot symbol extractor)(663)와, 채널 추정기(channel estimator)(665)와, 병렬/직렬 변환기(667)와, 채널 역다중화기(channel demultiplexer)(669)와, 자원 할당 제어기(671)와, 심벌 디매핑기(symbol demapper)(673)와, 디코더(decoder)(675)와, CRC 제거기(CRC remover)(677)로 구성된다.
먼저, 상기 기지국 송신기(600)에서 송신한 신호는 다중 경로 채널(multipath channel)을 겪고 잡음이 가산된 형태로 상기 단말기 수신기(650)의 수신 안테나(Rx antenna)를 통해서 수신된다. 상기 수신 안테나를 통해 수신된 신호는 상기 RF 처리기(651)로 입력되고, 상기 RF 처리기(651)는 상기 수신 안테나를 통해 수신된 신호를 중간 주파수(IF: Intermediate Frequency) 대역으로 다운 컨버팅(down converting)한 후 상기 아날로그/디지털 변환기(653)로 출력한다. 상기 아날로그/디지털 변환기(653)는 상기 RF 처리기(651)에서 출력한 아날로그 신호를 디지털 변환한 후 상기 보호 구간 제거기(655)로 출력한다. 상기 보호 구간 제거기(655)는 상기 아날로그/디지털 변환기(653)에서 출력한 신호를 입력하여 보호 구간 신호를 제거한 후 상기 직렬/병렬 변환기(657)로 출력한다. 상기 직렬/병렬 변환기(657)는 상기 보호 구간 제거기(655)에서 출력한 직렬 신호를 입력하여 병렬 변환한 후 상기 FFT기(659)로 출력한다. 상기 FFT기(659)는 상기 직렬/병렬 변환기(657)에서 출력한 신호를 N-포인트 FFT를 수행한 후 상기 등화기(661) 및 상기 파일럿 심벌 추출기(663)로 출력한다. 상기 등화기(661)는 상기 FFT기(659)에서 출력한 신호를 입력하여 채널 등화(channel equalization)한 후 상기 병렬/직렬 변환기(667)로 출력한다. 상기 병렬/직렬 변환기(667)는 상기 등화기(661)에서 출력한 병렬 신호를 입력하여 직렬 변환한 후 상기 채널 역다중화기(669)로 출력한다. 상기 채널 역다중화기(669)는 상기 자원 할당 제어기(671)의 제어에 따라 채널 역다중화한 후 심벌 디매핑기(673)로 출력한다. 상기 자원 할당 제어기(671)는 상기 기지국 송신기(600)에서 송신한 제어 데이터중 채널 할당 정보를 가지고 상기 채널 역다중화기(669)의 채널 역다중화를 제어한다.
한편, 상기 FFT기(659)에서 출력한 신호는 상기 파일럿 심벌 추출기(663)로 입력되고, 상기 파일럿 심벌 추출기(663)는 상기 FFT기(659)에서 출력한 신호에서 파일럿 심벌들을 검출하고, 상기 검출한 파일럿 심벌들을 상기 채널 추정기(665)로 출력한다. 상기 채널 추정기(665)는 상기 파일럿 심벌 추출기(663)에서 출력한 파일럿 심벌들을 이용하여 채널 추정을 수행하고, 상기 채널 추정 결과를 상기 등화기(661)로 출력한다. 그리고, 상기 단말기 수신기(650)는 상기 채널 추정기(665)의 채널 추정 결과에 상응하는 CQI를 생성하고, 상기 생성된 CQI를 채널 품질 정보 송신기(도시하지 않음)를 통해 상기 기지국 송신기(600)로 송신한다. 여기서, 상기 CQI는 상기에서 설명한 바와 같이 서브 대역별로 와 형태로 생선된다.
상기 심벌 디매핑기(673)는 상기 채널 역다중화기(669)에서 출력한 신호를 상기 자원 할당 제어기(671)의 제어에 따라 해당하는 복조 방식으로 복조한 후 상기 디코더(675)로 출력한다. 상기 디코더(675)는 상기 심벌 디매핑기(673)에서 출력한 신호를 상기 자원 할당 제어기(671)의 제어에 따라 해당하는 디코딩 방식으로 디코딩한 후 상기 CRC 제거기(677)로 출력한다. 여기서, 상기 자원 할당 제어기(671)는 상기 기지국 송신기(600)에서 송신한 제어 데이터중에서 상기 기지국 송신기(600)가 적용한 변조 및 코딩 방식, 즉 MCS 레벨을 검출하여 상기 심벌 디매핑기(673)의 복조 방식 및 상기 디코더(675)의 디코딩 방식을 제어한다. 여기서, 상기 복조 방식 및 디코딩 방식은 상기 기지국 송신기(600)가 적용한 변조 방식 및 코딩 방식과 대응되는 복조 방식 및 디코딩 방식이다. 상기 CRC 제거기(677)는 상기 디코더(675)에서 출력한 신호를 입력하여 CRC 비트를 제거한 후 송신측에서 송신한 정보 데이터 비트로 출력한다.
한편 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시예에 관해 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 안되며 후술하는 특허청구의 범위뿐만 아니라 이 특허청구의 범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
상술한 바와 같은 본 발명은, OFDM 이동 통신 시스템에서 서브 대역별로 채널 품질 프로파일을 최소화시키는 형태로 CQI를 송신함으로써, CQI 송신으로 인한 시그널링 오버헤드를 최소화시킨다는 이점을 가진다. 또한, 본 발명은 상기 최소의 채널 품질 프로파일을 가지는 CQI를 사용하여 채널 품질에 따라 동적으로 자원을 할당할 수 있다는 이점을 가진다.
도 1은 일반적인 OFDM 통신 시스템의 구조를 개략적으로 도시한 도면
도 2는 일반적인 OFDM 통신 시스템의 주파수 영역에서의 파일럿 신호들이 전송되는 위치를 개략적으로 도시한 도면
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 OFDM 이동 통신 시스템의 주파수 영역에서의 파일럿(pilot) 신호들이 송신되는 위치를 개략적으로 도시한 도면
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 자원 할당 과정을 개략적으로 도시한 신호 흐름도
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 송신 전력을 할당하는 과정을 도시한 순서도
도 6은 본 발명의 실시예에서의 기능을 수행하기 위한 OFDM 이동 통신 시스템의 구조를 개략적으로 도시한 도면

Claims (32)

  1. 전체 주파수 대역을 다수개의 서브 캐리어 대역들로 분할하고, 상기 다수개의 서브 캐리어 대역들중 미리 설정한 설정 개수의 서브 캐리어 대역들에서 기준 신호들을 송신하고, 상기 기준 신호들이 송신되는 서브 캐리어 대역들 이외의 서브 캐리어 대역들에서 데이터 신호들을 송신하며, 미리 설정한 설정 개수의 서브 캐리어 대역들의 집합인 서브 채널을 다수개 구비하는 직교 주파수 분할 다중 이동 통신 시스템에서 동적으로 자원을 할당하는 방법에 있어서,
    수신기들 각각으로부터 상기 기준 신호들과 데이터 신호들의 채널 품질 정보들을 상기 전체 주파수 대역이 분할된 서브 대역 단위로 피드백받는 과정과,
    상기 수신기들 각각에 대해 피드백받은 채널 품질들에 상응하게 서브 채널과, 변조 및 코딩 방식과, 상기 송신 전력을 할당하는 과정과,
    이후 상기 수신기들로 송신할 데이터들이 발생하면 상기 수신기들 각각에 대해 상기 데이터들을 상기 할당된 변조 및 코딩 방식을 사용하여 변조 및 코딩하고, 상기 변조 및 코딩된 데이터들 각각을 상기 할당된 서브 채널들 각각을 통해 송신되도록 채널 다중화하는 과정과,
    상기 채널을 다중화한 후 상기 서브 채널들내 미리 설정된 서브 캐리어들에 상기 기준 신호들을 삽입한 후 상기 단말기별로 상기 할당된 송신 전력의 크기를 가지도록하여 역고속 푸리에 변환하여 송신하는 과정을 포함함을 특징으로 하는 상기 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 서브 대역은 미리 설정한 설정 개수의 서브 캐리어 대역들로 구성됨을 특징으로 하는 상기 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 채널 품질 정보는 상기 서브 대역내 부반송파들의 평균 채널 이득과 잡음 전력을 고려한 제1파라미터와, 상기 서브 대역내 부반송파들의 분산값과 상기 잡음 전력을 고려한 제2파라미터를 포함함을 특징으로 하는 상기 방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 피드백받은 채널 품질들에 상응하게 상기 서브 채널을 할당하는 과정은;
    상기 수신기들 각각으로부터 피드백받은 채널 품질들을 고려하여 상기 서브 채널들중 임의의 서브 채널을 동일한 송신 전력을 가지도록 상기 수신기들 각각에 할당하였을 때 발생하는 주파수 효율들을 계산하는 과정과,
    상기 계산한 주파수 효율들중 최대값을 가지는 주파수 효율을 발생하는 수신기에 상기 임의의 서브 채널이 할당되도록 서브 채널을 할당하는 과정을 포함함을 특징으로 하는 상기 방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 피드백받은 채널 품질들에 상응하게 상기 송신 전력을 할당하는 과정은;
    상기 수신기들 각각에 대해 최대 주파수 효율이 발생하는 서브 채널들을 할당한 후, 상기 수신기들 각각에 상기 서브 채널들 각각을 할당하였을 경우 발생할 수 있는 주파수 효율들의 총 합이 최대값이 되도록 상기 수신기들 각각에 송신 전력을 할당하는 것임을 특징으로 하는 상기 방법.
  6. 전체 주파수 대역을 다수개의 서브 캐리어 대역들로 분할하고, 상기 다수개의 서브 캐리어 대역들중 미리 설정한 설정 개수의 서브 캐리어 대역들에서 기준 신호들을 송신하고, 상기 기준 신호들이 송신되는 서브 캐리어 대역들 이외의 서브 캐리어 대역들에서 데이터 신호들을 송신하며, 미리 설정한 설정 개수의 서브 캐리어 대역들의 집합인 서브 채널을 다수개 구비하는 직교 주파수 분할 다중 이동 통신 시스템에서 동적으로 자원을 할당하는 방법에 있어서,
    수신기들 각각으로부터 상기 전체 주파수 대역이 분할된 서브 대역들 각각내의 서브 캐리어들의 평균 채널 이득과 잡음 전력을 고려한 제1파라미터와, 상기 서브 대역들내 서브 캐리어들의 분산값과 상기 잡음 전력을 고려한 제2파라미터를 포함하는 채널 품질 정보들을 피드백받는 과정과,
    상기 수신기들 각각에 대해 상기 제1파라미터와 제2파라미터를 고려하여 서브 채널과, 변조 및 코딩 방식과, 상기 송신 전력을 할당하는 과정과,
    이후 상기 수신기들로 송신할 데이터들이 발생하면 상기 수신기들 각각에 대해 상기 데이터들을 상기 할당된 변조 및 코딩 방식을 사용하여 변조 및 코딩하고, 상기 변조 및 코딩된 데이터들 각각을 상기 할당된 서브 채널들 각각을 통해 송신되도록 채널 다중화하는 과정과,
    상기 채널을 다중화한 후 상기 서브 채널들내 미리 설정된 서브 캐리어들에 상기 기준 신호들을 삽입한 후 상기 수신기별로 상기 할당된 송신 전력의 크기를 가지도록하여 역고속 푸리에 변환하여 송신하는 과정을 포함함을 특징으로 하는 상기 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 서브 대역은 미리 설정한 설정 개수의 서브 캐리어 대역들로 구성됨을 특징으로 하는 상기 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제1파라미터와 제2파라미터는 하기 수학식 21과 같이 나타냄을 특징으로 하는 상기 방법.
    상기 수학식 21에서 L은 상기 서브 채널을 구성하는 서브 캐리어 대역들의 개수를 나타내며, 는 k번째 수신기의 m번째 서브 채널의 복소 채널 이득의 평균을 나타내며, 1- Ω(L)은 분산을 나타내며, N0는 잡음 전력을 나타냄.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 제1파라미터와 제2파라미터를 고려하여 상기 서브 채널을 할당하는 과정은;
    상기 수신기들 각각으로부터 피드백받은 제1파라미터들과 제2파라미터들을 고려하여 상기 서브 채널들중 임의의 서브 채널을 동일한 송신 전력을 가지도록 상기 수신기들 각각에 할당하였을 때 발생하는 주파수 효율들을 계산하는 과정과,
    상기 계산한 주파수 효율들중 최대값을 가지는 주파수 효율을 발생하는 수신기에 상기 임의의 서브 채널이 할당되도록 서브 채널을 할당하는 과정을 포함함을 특징으로 하는 상기 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 주파수 효율은 하기 수학식 22와 같이 계산됨을 특징으로 하는 상기 방법.
    상기 수학식 22에서, a는 를 나타내며, b는 를 나타내며, P는 상기 할당된 송신 전력을 나타냄.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 제1파라미터와 제2파라미터를 고려하여 상기 송신 전력을 할당하는 과정은;
    상기 수신기들 각각에 대해 최대 주파수 효율이 발생하는 서브 채널들을 할당한 후, 상기 수신기들 각각에 상기 서브 채널들 각각을 할당하였을 경우 발생할 수 있는 주파수 효율들의 총 합이 최대값이 되도록 상기 수신기들 각각에 송신 전력을 할당하는 것임을 특징으로 하는 상기 방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 할당되는 송신 전력은 하기 수학식 23과 같이 계산됨을 특징으로 하는 상기 방법.
    상기 수학식 23에서,PM은 m번째 서브 채널에 할당된 송신 전력을 나타내며, M은 상기 서브 채널들의 개수를 나타냄.
  13. 전체 주파수 대역을 다수개의 서브 캐리어 대역들로 분할하고, 상기 다수개의 서브 캐리어 대역들중 미리 설정한 설정 개수의 서브 캐리어 대역들에서 기준 신호들을 송신하고, 상기 기준 신호들이 송신되는 서브 캐리어 대역들 이외의 서브 캐리어 대역들에서 데이터 신호들을 송신하며, 미리 설정한 설정 개수의 서브 캐리어 대역들의 집합인 서브 채널을 다수개 구비하는 직교 주파수 분할 다중 이동 통신 시스템에서 채널 품질 정보를 송신하는 방법에 있어서,
    수신 신호를 고속 푸리에 변환하여 상기 기준 신호들과 데이터 신호들로 변환하는 과정과,
    상기 기준 신호들 및 데이터 신호들을 상기 전체 주파수 대역이 분할된 다수의 서브 대역별로 분류하고, 상기 서브 대역들 각각에 대해서 채널 품질 정보들을 결정하는 과정과,
    상기 결정된 채널 품질 정보들을 송신기로 피드백하는 과정을 포함함을 특징으로 하는 상기 방법.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 서브 대역은 미리 설정한 설정 개수의 서브 주파수 대역들로 구성됨을 특징으로 하는 상기 방법.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 채널 품질 정보는 상기 서브 대역내 부반송파들의 평균 채널 이득과 잡음 전력을 고려한 제1파라미터와, 상기 서브 대역내 부반송파들의 분산값과 상기 잡음 전력을 고려한 제2파라미터를 포함함을 특징으로 하는 상기 방법.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 제1파라미터와 제2파라미터는 하기 수학식 24와 같이 나타냄을 특징으로 하는 상기 방법.
    상기 수학식 24에서 L은 상기 서브 채널을 구성하는 서브 캐리어 대역들의 개수를 나타내며, 는 k번째 수신기의 m번째 서브 채널의 복소 채널 이득의 평균을 나타내며, 1- Ω(L)은 분산을 나타내며, N0는 잡음 전력을 나타냄.
  17. 전체 주파수 대역을 다수개의 서브 캐리어 대역들로 분할하고, 상기 다수개의 서브 캐리어 대역들중 미리 설정한 설정 개수의 서브 캐리어 대역들에서 기준 신호들을 송신하고, 상기 기준 신호들이 송신되는 서브 캐리어 대역들 이외의 서브 캐리어 대역들에서 데이터 신호들을 송신하며, 미리 설정한 설정 개수의 서브 캐리어 대역들의 집합인 서브 채널을 다수개 구비하는 직교 주파수 분할 다중 이동 통신 시스템에서 동적으로 자원을 할당하는 장치에 있어서,
    수신기들 각각으로부터 상기 기준 신호들과 데이터 신호들의 채널 품질 정보들을 상기 전체 주파수 대역이 분할된 서브 대역 단위로 피드백받고, 상기 수신기들 각각에 대해 피드백받은 채널 품질들에 상응하게 서브 채널과, 변조 및 코딩 방식과, 상기 송신 전력을 할당하는 자원 할당 제어기와,
    상기 수신기들로 송신할 데이터들이 입력되면 상기 수신기들 각각에 대해 상기 데이터들을 상기 할당된 코딩 방식으로 코딩하는 인코더와,
    상기 코딩된 데이터들을 상기 수신기들 각각에 대해 할당된 변조 방식으로 변조하는 심벌 매핑기와,
    상기 변조된 데이터들 각각을 상기 할당된 서브 채널들 각각을 통해 송신되도록 채널 다중화하는 채널 다중화기와,
    상기 채널 다중화기에서 출력한 신호에 상기 서브 채널들내 미리 설정된 서브 캐리어들에 상기 기준 신호들을 삽입한 후 상기 단말기별로 상기 할당된 송신 전력의 크기를 가지도록하여 역고속 푸리에 변환하여 송신하는 역고속 푸리에 변환기를 포함함을 특징으로 하는 상기 장치.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 서브 대역은 미리 설정한 설정 개수의 서브 주파수 대역들로 구성됨을 특징으로 하는 상기 장치.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 채널 품질 정보는 상기 서브 대역내 부반송파들의 평균 채널 이득과 잡음 전력을 고려한 제1파라미터와, 상기 서브 대역내 부반송파들의 분산값과 상기 잡음 전력을 고려한 제2파라미터를 포함함을 특징으로 하는 상기 장치.
  20. 제19항에 있어서,
    상기 자원 할당기는 상기 수신기들 각각으로부터 피드백받은 채널 품질들을 고려하여 상기 서브 채널들중 임의의 서브 채널을 동일한 송신 전력을 가지도록 상기 수신기들 각각에 할당하였을 때 발생하는 주파수 효율들을 계산하고, 상기 계산한 주파수 효율들중 최대값을 가지는 주파수 효율을 발생하는 수신기에 상기 임의의 서브 채널이 할당되도록 서브 채널을 할당함을 특징으로 하는 상기 장치.
  21. 제19항에 있어서,
    상기 자원 할당기는 상기 수신기들 각각에 대해 최대 주파수 효율이 발생하는 서브 채널들을 할당한 후, 상기 수신기들 각각에 상기 서브 채널들 각각을 할당하였을 경우 발생할 수 있는 주파수 효율들의 총 합이 최대값이 되도록 상기 수신기들 각각에 송신 전력을 할당함을 특징으로 하는 상기 장치.
  22. 전체 주파수 대역을 다수개의 서브 캐리어 대역들로 분할하고, 상기 다수개의 서브 캐리어 대역들중 미리 설정한 설정 개수의 서브 캐리어 대역들에서 기준 신호들을 송신하고, 상기 기준 신호들이 송신되는 서브 캐리어 대역들 이외의 서브 캐리어 대역들에서 데이터 신호들을 송신하며, 미리 설정한 설정 개수의 서브 캐리어 대역들의 집합인 서브 채널을 다수개 구비하는 직교 주파수 분할 다중 이동 통신 시스템에서 동적으로 자원을 할당하는 장치에 있어서,
    수신기들 각각으로부터 상기 전체 주파수 대역이 분할된 서브 대역들 각각내의 서브 캐리어들의 평균 채널 이득과 잡음 전력을 고려한 제1파라미터와, 상기 서브 대역들내 서브 캐리어들의 분산값과 상기 잡음 전력을 고려한 제2파라미터를 포함하는 채널 품질 정보들을 피드백받고, 상기 수신기들 각각에 대해 상기 제1파라미터와 제2파라미터를 고려하여 서브 채널과, 변조 및 코딩 방식과, 상기 송신 전력을 할당하는 자원 할당 제어기와,
    상기 수신기들로 송신할 데이터들이 입력되면 상기 수신기들 각각에 대해 상기 데이터들을 상기 할당된 코딩 방식으로 코딩하는 인코더와,
    상기 코딩된 데이터들을 상기 수신기들 각각에 대해 할당된 변조 방식으로 변조하는 심벌 매핑기와,
    상기 변조된 데이터들 각각을 상기 할당된 서브 채널들 각각을 통해 송신되도록 채널 다중화하는 채널 다중화기와,
    상기 채널 다중화기에서 출력한 신호에 상기 서브 채널들내 미리 설정된 서브 캐리어들에 상기 기준 신호들을 삽입한 후 상기 단말기별로 상기 할당된 송신 전력의 크기를 가지도록하여 역고속 푸리에 변환하여 송신하는 역고속 푸리에 변환기를 포함함을 특징으로 하는 상기 장치.
  23. 제22항에 있어서,
    상기 서브 대역은 미리 설정한 설정 개수의 서브 캐리어 대역들로 구성됨을 특징으로 하는 상기 장치.
  24. 제23항에 있어서,
    상기 제1파라미터와 제2파라미터는 하기 수학식 25와 같이 나타냄을 특징으로 하는 상기 장치.
    상기 수학식 25에서 L은 상기 서브 채널을 구성하는 서브 캐리어 대역들의 개수를 나타내며, 는 k번째 수신기의 m번째 서브 채널의 복소 채널 이득의 평균을 나타내며, 1- Ω(L)은 분산을 나타내며, N0는 잡음 전력을 나타냄.
  25. 제24항에 있어서,
    상기 자원 할당 제어기는 상기 수신기들 각각으로부터 피드백받은 제1파라미터들과 제2파라미터들을 고려하여 상기 서브 채널들중 임의의 서브 채널을 동일한 송신 전력을 가지도록 상기 수신기들 각각에 할당하였을 때 발생하는 주파수 효율들을 계산하고, 상기 계산한 주파수 효율들중 최대값을 가지는 주파수 효율을 발생하는 수신기에 상기 임의의 서브 채널이 할당되도록 서브 채널을 할당함을 특징으로 하는 상기 장치.
  26. 제25항에 있어서,
    상기 주파수 효율은 하기 수학식 26과 같이 계산됨을 특징으로 하는 상기 장치.
    상기 수학식 26에서, a는 를 나타내며, b는 를 나타내며, P는 상기 할당된 송신 전력을 나타냄을.
  27. 제26항에 있어서,
    상기 자원 할당기는 상기 수신기들 각각에 대해 최대 주파수 효율이 발생하는 서브 채널들을 할당한 후, 상기 수신기들 각각에 상기 서브 채널들 각각을 할당하였을 경우 발생할 수 있는 주파수 효율들의 총 합이 최대값이 되도록 상기 수신기들 각각에 송신 전력을 할당함을 특징으로 하는 상기 장치.
  28. 제27항에 있어서,
    상기 할당되는 송신 전력은 하기 수학식 27과 같이 계산됨을 특징으로 하는 상기 장치.
    상기 수학식 27에서,PM은 m번째 서브 채널에 할당된 송신 전력을 나타내며, M은 상기 서브 채널들의 개수를 나타냄.
  29. 전체 주파수 대역을 다수개의 서브 캐리어 대역들로 분할하고, 상기 다수개의 서브 캐리어 대역들중 미리 설정한 설정 개수의 서브 캐리어 대역들에서 기준 신호들을 송신하고, 상기 기준 신호들이 송신되는 서브 캐리어 대역들 이외의 서브 캐리어 대역들에서 데이터 신호들을 송신하며, 미리 설정한 설정 개수의 서브 캐리어 대역들의 집합인 서브 채널을 다수개 구비하는 직교 주파수 분할 다중 이동 통신 시스템에서 채널 품질 정보를 송신하는 장치에 있어서,
    수신 신호를 고속 푸리에 변환하여 상기 기준 신호들과 데이터 신호들로 변환하는 고속 푸리에 변환기와,
    상기 기준 신호들 및 데이터 신호들을 상기 전체 주파수 대역이 분할된 다수의 서브 대역별로 분류하고, 상기 서브 대역들 각각에 대해서 채널 품질 정보들을 결정하는 채널 추정기와,
    상기 결정된 채널 품질 정보들을 송신측으로 피드백하는 송신기를 포함함을 특징으로 하는 상기 장치.
  30. 제39항에 있어서,
    상기 서브 대역은 미리 설정한 설정 개수의 서브 주파수 대역들로 구성됨을 특징으로 하는 상기 장치.
  31. 제30항에 있어서,
    상기 채널 품질 정보는 상기 서브 대역내 부반송파들의 평균 채널 이득과 잡음 전력을 고려한 제1파라미터와, 상기 서브 대역내 부반송파들의 분산값과 상기 잡음 전력을 고려한 제2파라미터를 포함함을 특징으로 하는 상기 장치.
  32. 제31항에 있어서,
    상기 제1파라미터와 제2파라미터는 하기 수학식 28과 같이 나타냄을 특징으로 하는 상기 장치.
    상기 수학식 28에서 L은 상기 서브 채널을 구성하는 서브 캐리어 대역들의 개수를 나타내며, 는 k번째 수신기의 m번째 서브 채널의 복소 채널 이득의 평균을 나타내며, 1- Ω(L)은 분산을 나타내며, N0는 잡음 전력을 나타냄.
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