다중사용자를 위한 OFDMA 시스템에서의 자원 할당 기법 연구

Abstract

이동통신망에서의 하향링크 무선 자원 할당 기법은 상향링크로 보고되는 채널상태정보에 기반하여 각 사용자 별로 채널상태정보를 추정, 비교하여 사용 가능한 자원의 subset 을 할당하는 기법이다. 또한, 다중사용자 다이버서티(MUD)는 채널 상에 존재하는 다중 사용자로부터 최적의 사용자를 기회주의적으로 선택함으로써 시스템의 처리률을 증대시킬 수 있는 방식으로 다양한 무선 통신 시스템에서 사용되고 있다.

다중 사용자 OFDMA 시스템에서의 자원할당 기법은 모든 사용자가 상향링크의 피드백 채널을 통해 모든 혹은 일부의 서브채널에 대한 채널 품질 정보(CQI)를 기지국에 전송하고, 기지국은 주어진 정보로부터 기회주의적 선택 기반으로 최적의 사용자와 사용자의 서브채널 정보를 획득한다. 이때, 사용자가 모든 서브채널에 대한 CQI 정보를 피드백 하는 경우의 스케줄링 기법을 scheduling full feedback scheduling 이라 부른다. 그러나 full feedback scheduling은 시스템에 액티브한 사용자의 수가 큰 경우 uplink feedback 오버헤드가 크다는 단점을 가지고 있다. Feedback 오버헤드 문제를 해결하려면, 두 가지 통상적인 feedback scheme 인 Best-M Feedback( BMF)scheme과 threshold feedback scheme이 이러한 오버헤드를 감소시키려는 접근방식으로 연구되었다. BMF scheme이 시스템에서 feedback overhead 을 상당히 줄일 수 있으나 스브채널에 대한 CQI 정보가 부족하여 full feedback scheme에 비해 낮은 시스템 처리율을 갖는다는 단점이 있다. Threshold feedback scheme은 처리률 관점에서 Best-M scheme을 개선 하였으나, 사용자간 자원 할당이 공정하지 못하다.

본 논문에서는 다중사용자 OFDMA 시스템을 위한 partial feedback 자원 할당을 연구하고 분석하여 BMF scheduling 의 시스템 처리율을 개선하였다. 우리가 제안한 Adaptive Best-M Feedback (ABMF) scheduling 에서 M은 시스템의 사용자수에 따라 결정되는 파라미터이며 제한된 오버헤드 총량을 기반으로 계산된다. 이론적 분석 및 컴퓨터 시뮬레이션을 통해, 제안된 기법을 해석하였으며 다음과 같은 결과를 도출하였다: (i) downlink 처리률을 높이면서 up-link 오버헤드를 최소화하는 결과도출, (ii) Best-M에 비해 동시에 시스템에서 지원할 수 있는 사용자의 수가 증가.|Radio resource allocation is a technique that assigns a subset of the available resources to each user in the system according to a certain optimality criterion on the basis of the experienced channel quality. Multiuser Diversity (MUD) is a popular technique that has been used in different wireless communication systems to increase the system throughput by opportunistically selecting the best user from the pool of candidate users. Orthogonal Frequency Division Multiple Access (OFDMA) is regarding as the superior and preferred choice for multiple accesses to support high speed transmission of broadband traffic.

For the case of resource allocation in multiuser OFDMA systems, users are opportunistically selected based on the Channel Quality Information (CQI) they have reported to Base Station (BS) in the form of uplink feedback. This kind of scheduling is called full feedback scheduling. However, in the multiuser OFDMA systems using full feedback scheduling, uplink feedback overhead becomes a serious problem when the number of active users in the system is large. To address the feedback overhead problem, two popular partial feedback schemes, Best-M Feedback (BMF) scheme and threshold feedback scheme, have been previously studied in some literatures. By studying and analyzing two foresaid popular partial feedback schemes, we find out that the BMF scheme significantly reduces feedback overhead in the system; however, it also performs lower system throughput in comparison to the full feedback scheme. Threshold feedback scheme improves the best-M scheme in term of throughput; however, it is unfair.

In this thesis, we study and analyze partial feedback resource allocation for multiuser OFDMA systems. To further increase the system throughput of BMF scheduling, we propose an Adaptive Best-M Feedback (ABMF) scheduling, where M is adaptively calculated based on the number of active users. Through theoretical analysis and computer simulations, we show that the proposed scheme (i) offers greater or equal downlink throughput with remarkably reduced uplink overhead, (ii) increases the number of users that can be simultaneously supported in the system, in comparison to the best-M scheme, and (iii) gives a method to easily install the system and efficiently use the system capacity.