유선 중계국을 활용한 셀룰러 시스템에서 스케줄링 방법 및장치 document_id A220623035947

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 비교하여 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 핸드오프 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.