KR100816980B1 - 무선 자원의 효율적 배정 방법 - Google Patents

Abstract

동적 자원은 우선, 복수의 슬롯 시퀀스를 생성함으로써 수행된다. 다음에, 가중부여된 간섭 신호 코드 전력(ISCP)와 가중부여된 자원 유닛에 기초한 성능 지수가 각 슬롯 시퀀스의 각 타임슬롯에 대해 생성된다. 다음에, 각 슬롯 시퀀스 내의 타임슬롯들은 성능 지수의 내림 차순으로 배열된다. 슬롯 시퀀스는 전송될 코드를 지원할 수 있는지 여부를 판정하도록 처리된다.

Description

무선 자원의 효율적 배정 방법{SYSTEM AND METHOD FOR EFFICIENTLY ALLOCATING WIRELESS RESOURCES}

본 발명은 무선 통신 시스템에 관한 것이다. 더욱 구체적으로, 본 발명은 무선 통신 시스템에서의 자원 배정 방법에 관한 것이다.

알려져 있는 모든 통신 규격은 할당되는 자원의 형태에 상관없이 시스템 자원의 이용에 제한을 받고 있다. 통신 시스템에서는 모든 사용자에게 제한된 시스템 자원량을 효율적으로 배정하기 위하여 자원 관리가 이용된다. 이러한 자원에는 타임슬롯, RF 반송파 또는 코드 등이 포함될 수 있다. 예컨대, UMTS(Universal Mobile Telecommunication System) TDD(Time Division Duplex) 규격은 비콘 및, 기타의 공용 채널 및 타임슬롯을 포함하는 단일 반송파 셀을 규정하고 있다. 따라서, 이 경우에, 반송파 선택은 셀 선택과 동일하다.

반면에, 모바일 (TSM) 규격에 대한 CWTS(China Wireless Telecommunication Standard) 그룹 TD-SCDMA(Time Division Synchronous Code Division Multiple Access) 시스템은 다중 반송파 셀을 규정하고 있다. 그러나, 단일 애플리케이션에 속하는 모든 물리 채널은 동일 반송파에 할당될 필요가 있다.

일반적인 다중 반송파 TDD 시스템은 상이한 반송파의 상이한 타임슬롯에서 물리적 자원을 무선 송수신 유닛(WTRU, Wireless Transmit/Receive Unit)에 할당할 수 있다. 예컨대, F-DCA(Fast Dynamic Channel Allocation) 알고리즘은 사용자에게 자원(즉, 어떤 반송파에 어떤 타임슬롯)을 배정하는데 이용되고, 이것은 CCTrCH(Coded Composite Traffic Channel)라고 불린다. 이 배정은 타임슬롯 기반의 할당 메트릭과 전체 CCTrCH의 프래그먼테이션 메트릭의 조합으로서 표현될 수 있는 할당 품질 메트릭의 최적화에 기초하고 있다. 타임슬롯 기반의 할당 메트릭에서는 타임슬롯의 간섭, 타임슬롯의 전송 전력 또는 타임슬롯의 로딩이 이용된다. 전체 CCTrCH의 프래그먼테이션 메트릭에서는 1 개의 반송파 내에 있는 다수의 타임슬롯을 이용하는 프래그먼테이션 페널티(fragmentation penalty)가 할당되거나, 또는 다수의 반송파를 이용하는 프래그먼테이션 페널티가 할당된다. j 개의 타임슬롯이 사용되는 경우, TS_Frag_Penalty(j)가 타임슬롯 기반의 프래그먼테이션 페널티를 나타낸다고 가정한다. 예컨대, TS_Frag_Penalty(j)는 다음과 같이 정의된다.

여기서, p는 타임슬롯 기반의 프래그먼테이션 페널티 증분 값이고, C는 사용자가 지원할 수 있는 최대 타임슬롯 수이다.

j 개의 반송파가 사용되는 경우, Carrier_ Frag _Penalty(j)가 반송파 기반의 프래그먼테이션 페널티를 나타낸다고 가정한다. 예컨대, Carrier_ Frag _Penalty(j)는 다음과 같이 정의된다.

여기서, p는 반송파 기반의 프래그먼테이션 페널티 증분 값이다.

일부 WTRU는 다수의 수신기(리시버)를 이용하고, 슬롯 선택에 대한 구성상 제약을 갖지 않을 수 있지만, 대부분의 WTRU는 단일 수신기(리시버)를 구비하고 있고, 상향링크(UL, UpLink) 타임슬롯과 하향링크(DL, DownLink) 타임슬롯 간의 한정된 전환 시간을 갖는다. 따라서, 대부분의 WTRU에서, 1 개 이상의 반송파로부터 타임슬롯이 사용되는 경우, 다음 2가지의 제약, 즉 1) 1 개의 반송파의 WTRU가 소정 타임슬롯을 사용하는 경우, 다른 반송파의 WTRU는 상기 소정 타임슬롯을 사용할 수 없다는 제약과, 2) 1 개의 반송파의 WTRU가 소정 타임슬롯을 사용하는 경우, 다른 반송파에서 동일 WTRU는 WTRU의 송수신부가 주파수 전환에 사용하는 타임슬롯으로부터 보호 시간이 충분히 이격될 수 있는 타임슬롯만을 사용할 수 있다는 제약이 적용된다.

특정 타임슬롯의 사용과 전술한 2 가지 제약 때문에 사용할 수 없는 타임슬롯은 상기 특정 타임슬롯의 금지 타임슬롯 세트로서 정의된다.

TDD 시스템용 채널 배정 알고리즘들이 개발되고 있기는 하지만, 이들 시스템은 조작자가 사용하는 단일 반송파를 손상시키는 것이 통상적이다. 다중 반송파 TDD 시스템에서는 네트워크가 WTRU를 1 개 또는 몇 개의 반송파에 자유롭게 할당한다. 따라서, 다중 반송파 TDD 시스템에서 자원을 적절히 배정하는 것에 대한 요구가 존재한다.

본 발명에 따르면, 우선, 복수의 슬롯 시퀀스를 생성함으로써 동적인 자원 배정이 수행된다. 다음에, 각 슬롯 시퀀스의 각 타임슬롯에 대해, 가중부여된 간섭 신호 코드 전력(ISCP, Interference Signal Code Power) 및 가중부여된 자원 유닛(RU, Resource Unit)에 기초하여 성능 지수(figure of merit)가 생성된다. 성능 지수의 감소 시에 각 슬롯 시퀀스 내의 타임슬롯들이 배열된다. 다음에, 슬롯 시퀀스는 전송될 코드를 지원할 수 있는지 여부를 판정하기 위해서 처리된다.

도 1a 및 도 1b는 본 발명에 따른 방법의 흐름도이다.

도 2는 본 발명에 따른 다중 반송파 통신 시스템의 블록도이다.

이하, 도면을 참조하여 본 발명을 설명한다. 도면에서 동일한 참조 부호는 동일한 요소를 나타낸다.

본 발명의 바람직한 실시예는 3GPP(Third Generation Partnership Project) W-CDMA(Wideband Code Division Multiple Access) 통신 시스템에 따라 음성 및 데이터 전송을 지원하는 통신 시스템과 관련하여 설명된다. 그러나, 3GPP 시스템은 단지 일례로서 사용되는 것일 뿐이고, 본 발명은 다른 CDMA 시스템에도 적용 가능하다는 것을 주목하여야 한다. 실시예는 무선 확산 스펙트럼 통신을 이용하여 설명되지만, 본 발명은 다른 형태의 슬롯형, 비슬롯형, 다중 반송파형, 및 단일 반송파형 통신 시스템에도 적용 가능하며, 모든 통신 방식의 종류에도 폭넓게 적용될 수 있다. 또한, 본 발명은 무선 접속의 통신과 유선 접속의 통신에도 적용 가능하다. 기지국과 이동국 간의 전송에 대해서 설명하지만, 발명의 개념은 피어 투 피어 통신에도 유용하다.

본 명세서에서 사용되는 바와 같이, 용어 WTRU는 사용자 장치, 이동국, 고정형 또는 이동형 가입자 유닛, 페이저 또는 무선 환경에서 작동 가능한 다른 종류의 장치를 포함하지만, 이들에 한정되지 않는다. 무선 환경 종류의 예는 WLAN(Wireless Local Area Network)과 PLMN(Public Land Mobile Network)를 포함하지만, 이들에 한정되지 않는다. 이후에 사용되는 용어인 기지국은 노드 B, 사이트 제어기, 액세스 포인트 또는 무선 환경에서의 다른 인터페이싱 장치를 포함하지만, 이들에 한정되지 않는다.

TSM 규격을 이용한 본 발명의 실시 형태에 따르면, 향상된 자원 배정 절차가 수행된다. TSM 규격은 단일 애플리케이션에 속하는 모든 물리 채널이 동일 반송파에 할당되는 것을 요구하고 있다. 본 발명에 따른 자원 배정 절차는 각 반송파에 대해 수행된다. 다음에, 모든 반송파 중에서, 최상의 할당 품질 메트릭을 생성하는 반송파가 선택된다.

일반적인 다중 반송파 TDD 시스템의 CCTrCH를 지원하기 위해서는 몇 개의 코드가 요구된다. 대체로, 이들 코드는 코드 확산 계수의 오름 차순으로 배열된다. 이러한 코드 배열을 코드 세트라고 부른다. 당업자에게 이해되는 바와 같이, 코드 확산 계수가 낮을수록, 코드 전송에 필요한 RU는 많아진다.

도 1a 및 도 1b는 본 발명에 따른 동적 자원 배정 절차(100)를 나타내고 있다. 절차(100)는 단계 10에서 시작하고, 이 단계 10에서 복수의 슬롯 시퀀스가 생성된다. 슬롯 시퀀스는 지정된 순서의 타임슬롯 그룹이며,

및

에 따라 (k+m+1) 쌍의

와

값을 적용함으로써 생성된다. 여기서,

는 ISCP의 가중치 파라미터이고,

는 슬롯의 CCTrCH가 사용할 수 있는 RU 수의 가중치 파라미터이다.

(k+m+1) 쌍의

와

값을 적용함으로써 k+m+1 개의 슬롯 시퀀스가 다음과 같이 생성된다.

a)

는 1을 유지하고

는 증가하기 때문에, 다음의 시퀀스는 낮은 프래그먼테이션을 지지한다.

이들 식에 의해서 다음의 수학식 3이 된다.

b)

는 1을 유지하고,

는 증가하기 때문에, 다음의 시퀀스는 낮은 간섭 을 지지한다.

이들 식에 의해서 다음의 수학식 4가 된다.

다음에, 각 타임슬롯에 대해 성능 지수 F _i 가 계산된다(단계 11). 슬롯 i의 성능 지수 F _i 는 다음의 수학식 5와 같이 생성된다.

여기서,

는

로서 정의된다. ISCP _i 는 슬롯 i의 간섭 신호 코드 전력 ISCP의 측정값(단위 dB)이고, ISCP _min 는 동일 방향(즉, UL 또는 DL)에서 이용 가능한 모든 타임슬롯 중 최저 ISCP(단위 dB)이며, f( C _i )는 슬롯 i의 해당 CCTrCH가 사용할 수 있는 RU 량이다.

파라미터 f( C _i )는 다음의 수학식 6과 같이 산출된다.

여기서, C_i 는 슬롯 i의 이용 가능한 RU 수이고, M은 CCTrCH가 요구하는 자원 유닛의 량이며, RU_{max_slot} 은 1개의 슬롯의 이 CCTrCH가 사용할 수 있는 최대 RU 량이다.

WTRU가 h(h≥1) 개의 CCTrCH를 동시에 지원하고 있고, 또한 이 타임슬롯에 있는 이 WTRU의 다른 CCTrCH가 사용하는 코드 수가 N_USED 개라고 가정하면, WTRU는 타임슬롯당 N_WTRU 개의 코드의 용량을 갖기 때문에, 이 타임슬롯에서 WTRU가 사용할 수 있는 코드 수는 N_WTRU-N_USED 개이다. 따라서, RU_{max_slot} 은 CCTrCH의 N_WTRU-N_USED 개의 코드가 사용할 수 있는 최대 RU 량에 의해 주어진다.

다음에, 각 슬롯 시퀀스의 타임슬롯은 성능 지수 F _i 의 내림 차순으로 배열된다(단계 12). 이것은 배열된 슬롯 시퀀스를 제공한다.

첫 번째 슬롯 시퀀스에서부터 시작하여(단계 14), 첫 번째 슬롯 시퀀스의 첫 번째 타임슬롯이 선택된다(단계 16). 코드 세트에서 최소 확산 계수를 갖는 코드는 대부분의 RU를 요구하므로, 이 코드도 역시 선택된다(단계 18).

선택된 타임슬롯에서 이용 가능한 대응 확산 계수를 갖는 코드가 있는지 여부가 판정된다(단계 20). 결과가 긍정이면(즉, 코드가 이용 가능하고, 할당이 WTRU가 사용할 수 있는 WTRU의 어떠한 능력, 예컨대 최대 타임슬롯 수를 위반하지 않는 경우), 절차는 단계 23으로 진행한다.

단계 20의 판정이 부정이면(즉, 대응 코드가 이용 가능하지 않거나, 할당이 WTRU의 일부 능력을 위반하는 경우), 행위는 타임슬롯이 UL 타임슬롯인지 또는 DL 타임슬롯인지에 따라 다르다(단계 24). UL 타임슬롯인 경우, 절차(100)는 단계 26으로 진행한다. DL 타임슬롯인 경우, DL에서는 모든 코드의 확산 계수가 같기 때문에 절차(100)는 단계 28로 진행하고, 현재의 코드가 타임슬롯에서 지원될 수 없는 경우에는 남아 있는 미할당 코드의 어느 것도 타임슬롯에서 지원될 수 없다.

단계 26에서, 코드 세트에 높은 확산 계수를 갖는 코드가 있는 지가 판정된다. 긍정이면, 코드 세트로부터 다음으로 큰 확산 계수를 갖는 코드가 선택되고(단계 30), 절차(100)는 다시 단계 20으로 되돌아간다. 코드 세트로부터 높은 확산 계수를 갖는 코드가 이용 가능하지 않은 경우, 절차(100)는 단계 28로 진행하고, 여기서, 현재의 타임슬롯이 타임슬롯 시퀀스로부터 제거되고, 슬롯 시퀀스는 갱신된다.

시퀀스에 남아 있는 타임슬롯이 더 있는 경우(단계 32), 슬롯 시퀀스의 다음 타임슬롯에 대해 수행되고, 각 슬롯 시퀀스의 분석 개시 시에 초기화되는 타임슬롯 카운터는 갱신된다(단계 34). 단계 32에서 시퀀스에 남아 있는 타임슬롯이 더 이상 없다고 판정되면, 이 슬롯 시퀀스에 대해서는 슬롯 할당 해법을 찾을 수 없다(단계 38).

다음에, 이용 가능한 슬롯 시퀀스가 더 있는지 여부가 판정된다(단계 40). 더 있는 경우, 다음 슬롯 시퀀스가 선택되고(단계 42), 각 타임슬롯의 ISCP가 리셋된다. 다음에, 절차(100)는 다시 단계 16으로 진행한다.

단계 36에서, 이 타임슬롯이 CCTrCH에 대해 사용되는 경우에 요구될 총 타임슬롯 수가 WTRU의 능력 범위 내에 있는지 여부가 판정된다. 예컨대, 일부 WTRU는 소정 타임슬롯 수를 지원하는데 불과할 수도 있다. 그 수량보다 많은 타임슬롯을 사용하는 할당 해법은 자동으로 실패하게 될 것이다. 총 타임슬롯 수가 WTRU의 능력 범위 내에 있는 경우, 절차(100)는 다시 단계 20으로 되돌아간다. 총 타임슬롯 수가 WTRU의 능력 범위 내에 있지 않은 경우, CCTrCH는 더 많은 수의 타임슬롯을 할당할 수 없으므로, 이 슬롯 시퀀스에 대해서는 슬롯 할당 해법을 찾을 수 없다(단계 38). 다음에, 절차(100)는 단계 40으로 진행한다.

단계 20으로 되돌아가서, 단계 20에서의 판정이 긍정인 경우, 이 확산 계수를 갖는 코드가 추가되는 경우의 타임슬롯에서 노이즈 상승과 코드 전송 전력에 대한 추정이 행해진다(단계 23). 다음에, 타임슬롯에서 이 확산 계수가 지원될 수 있는지가 판정된다(단계 44).이 판정은, 추정된 노이즈 상승과 코드 전송 전력이 다음의 요건 중 어느 하나라도 위반하는 경우에 이 확산 계수가 이 타임슬롯에서 지원될 수 없도록 수행된다.

1. 노이즈 상승은 소정의 임계치를 초과할 수 없다. 임계치는 설계 파라미터이다.

2. 간섭(ISCP)은 소정의 임계치를 초과할 수 없다. 임계치는 설계 파라미터이다.

3. UL에서, WTRU의 전송 전력은 자신의 최대 허용 UL 전송 전력(즉, 그 타임슬롯의 그 UE에 대한 모든 코드의 전송 전력 합)을 초과할 수 없다.

4. DL에서, 노드 B의 반송파 전력은 전력 등급이 정하는 자신의 최대 전송 전력(즉, 그 타임슬롯의 모든 WTRU에 대한 모든 코드의 전송 전력 합)을 초과할 수 없다.

5. DL에서, 동일 타임슬롯에 있는 2개의 코드의 코드 전송 전력 간의 차는 최대 동적 범위를 초과할 수 없다. 최대 동적 범위의 값은 설계 파라미터이다.

단계 44에서 이 코드(즉, 확산 계수)가 타임슬롯 내에서 지원될 수 없는 경우, 절차(100)는 단계 28로 진행한다.

코드가 타임슬롯에서 지원될 수 있는 경우, 절차(100)는 단계 46으로 진행한고, 이 단계 46에서 타임슬롯 내의 간섭이 갱신된다. 슬롯 시퀀스는 이 타임슬롯이 사용 중이기 때문에 다른 반송파에서 사용될 수 없는 모든 타임슬롯을 삭제함으로써 갱신된다.

다음에, 할당될 코드가 더 요구되는지 여부[즉, 코드 세트에 남아 있는 코드가 있는지 여부(단계 48)]가 판정된다. 긍정이면, 절차(100)는 단계 50으로 진행하여, 코드 세트 내의 다음 코드를 이 타임슬롯에 할당하는 시도가 행해진다. 이러한 추정에서, ISCP는 갱신된 값을 취해야 한다는 점을 주목하여야 한다.

모든 코드의 할당이 완료되면(단계 48), 할당 해법을 찾은 것이다(단계 52). 이 슬롯 시퀀스에 대해 이 할당 해법이 기록된다(즉, 사용 중인 각 반송파 내에서 사용 중인 각 타임슬롯에 대한 코드의 수 및 코드의 확산 계수). CCTrCH가 N 개의 반송파를 사용하고, 각 반송파 n 내에는 S_n 개의 타임슬롯이 사용되며, ISCP_total(n)은 반송파 n에서의 CCTrCH의 총 간섭은 나타낸다고 가정한다. 가중부여된 간섭치(ISCP_weighted)는 총 간섭치에 타임슬롯 프래그먼테이션 페널티 및 반송파 프래그먼테 이션 페널티를 합한 것으로서 산출된다.

단계 40에서 슬롯 시퀀스가 더 있는 것으로 판정되면, 다음 슬롯 시퀀스가 선택되고, ISCP는 그 선택된 슬롯 시퀀스의 첫 번째 슬롯의 ISCP에 리셋된다. 이와 같이 하여, 다른 할당 해법을 찾게 되는 것이며, 각 할당 해법은 대응하는 가중부여된 간섭치를 갖는다. 단계 40에서 모든 슬롯 시퀀스에 대한 슬롯 선택이 수행 완료되면, 적어도 하나의 시퀀스가 할당 해법을 생성하였는지가 판정된다(단계 54). 생성되지 않은 경우, 전력/간섭치 이용 가능성 면에서는 할당 해법이 발견되지 않은 것이므로, 절차(100)는 완료된다(단계 58). 적어도 하나의 할당 해법이 발견된 경우, 모든 할당 해법 중에서 최저의 가중부여된 간섭치를 갖는 할당 해법이 최적의 할당 해법으로서 선택된다. 다음에, 절차(100)는 완료된다(단계 58).

도 2는 코어 네트워크(202) 및 복수의 이동형 WTRU(204, 206)을 포함하는 무선 통신 시스템(200)의 일반적인 구성이다. 코어 네트워크(202)는 무선 네트워크 제어기(RNC)(210)를 포함하고 있고, 이 RNC(210)는 노드 B(201)에 연결되어 있고, 복수의 기지국(214, 216, 218)에도 연결되어 있다. 동작 시, 코어 네트워크(202)는 기지국(218)을 통해서 WTRU(204, 206)와 통신한다. 각 WTRU(204, 206)는 송수신부(222)와, 여러 요소 가운데서 특히 통신 슬롯을 할당하는 신호 처리부(220)를 포함하고 있다. 일 실시예에서, 도 1a 및 도 1b에 나타낸 절차는 전용 채널에 대해서는 RNC에서 수행되고, 공유 채널에 대해서는 노드 B에서 수행된다. 특정 네트워크(예컨대, WLAN)의 경우, 이러한 절차는 WTRU에서 수행될 수 있다.

Claims (9)

1. 코드 세트 내에 있는 복수의 코드들의 전송을 지원하도록 타임슬롯들을 배정하는 방법에 있어서,

   적어도 하나의 선택적으로 가중부여된 값을 이용하여, 각각이 복수의 타임슬롯들을 포함하는 복수의 슬롯 시퀀스들을 생성하는 슬롯 시퀀스 생성 단계와,

   각 타임슬롯에 대해, 상기 선택적으로 가중부여된 값에 적어도 부분적으로 기초하여, 성능 지수(a figure of merit)를 계산하는 성능 지수 계산 단계와,

   각각의 상기 슬롯 시퀀스 내의 상기 복수의 타임슬롯들을 성능 지수의 내림 차순으로 배열하여, 배열된 슬롯 시퀀스를 제공하는 타임슬롯 배열 단계와,

   각 슬롯 시퀀스에 대해, 상기 복수의 코드들의 각각을 각각의 상기 배열된 슬롯 시퀀스의 각 타임 슬롯과 비교하여, 상기 배열된 슬롯 시퀀스의 상기 타임 슬롯이 상기 코드를 지원할 수 있는지 여부를 판정하고, 지원할 수 있는 경우에는 상기 슬롯 시퀀스에 대한 할당 문제의 해결 방법으로서 상기 코드를 기록하는 것인 비교 단계

   를 포함하는 타임슬롯 배정 방법.
2. 제1항에 있어서, 각각의 할당 문제의 해결 방법에 대해 가중부여된 간섭치를 계산하는 간섭치 계산 단계를 더 포함하는 타임슬롯 배정 방법.
3. 제2항에 있어서, 최저의 가중부여된 간섭치를 갖는 할당 문제의 해결 방법을 최적의 해결 방법으로서 선택하는 선택 단계를 더 포함하는 타임슬롯 배정 방법.
4. 제1항에 있어서, 상기 적어도 하나의 선택적으로 가중부여된 값은 간섭 신호 코드 전력(ISCP)에 관련된 가중부여된 파라미터(α)와, 특정 타임슬롯에서 사용될 수 있는 자원 유닛(RU) 수에 관련된 가중부여된 파라미터(β)를 포함하는 것인, 타임슬롯 배정 방법.
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