Data services are expected to exhibit a significant increase in data rate and system capacity over the next years. The demand for high speed data communications at anytime and anywhere leads to ever evolving area of mobile communications system. Many researchers have delivered a lot of quality technologies to support high rate data service in the area of mobile communications. As a result, the world is now witnessing wide spread wireless communications technology. $\It{High Speed Downlink Packet Access (HSDPA)}$ system is a piece of evidence of the growth. It was first launched in Korea in 2006 and can achieve downlink data rates up to 14.4 Mbps.
In addition, scheduling is one of the most important issues in radio resource management (RRM) functions. We investigate scheduling algorithms proposed for HSDPA; also, we propose a simple hybrid downlink packet scheduling algorithm.
Generally, a HSDPA packet scheduler should be able to adapt instantaneous channel variations, e.g., sudden degradation or deep fading. Recently, many scheduling algorithms have been proposed for system throughput maximization. User's traffic types and channel conditions which are two major ingredients in existing scheduling algorithms. Which are called a traffic class-based (i.e., QoS-based) and channel-dependent scheduling algorithm respectively. Traffic class-based scheduling algorithm is designed to guarantee QoS for end users. And, channel-dependent schedulers are designed to adapt instantaneous channel variations. Furthermore, both can be combined together resulting in two-layered scheduling algorithm. However, no work has taken consideration into hybrid automatic repeat request (HARQ) process in which retransmissions cause the waste of resources. Our proposed packet scheduler makes decisions based on HARQ operations as well as channel status and traffic classes.
In short, a QoS concept is an important factor in HSDPA system since there exists a fundamental tradeoff between QoS for the end user and achievable system throughput. The main objective of this thesis is to deliver an idea of scheduling which increases cell throughput with no degradation of QoS. We propose an algorithm which suspends HARQ process, within the specified time limit according to traffic classes and channel conditions. Also, performances on cell throughput, packet loss rate, and packet delay are compared with conventional scheduling algorithms.
다음의 몇 년 동안, 데이터 서비스는 속도와 용량면에서 매우 큰 증대를 가져올 것으로 예상된다. 실제로, 언제 어디서나 고속의 데이터통신을 하길 원하는 우리들의 수요가 이동통신 시스템 분야를 끊임없이 진화하는 영역으로 이끈 원동력이 되었다. 지금까지 세계의 많은 연구원들의 고속의 데이터 서비스를 위한 이동통신 분야에서의 우수한 연구성과에 힘입어, 현재 세계는 널리 퍼져있는 무선통신 기술들을 목격하고 있다. 이론적으로 14.4 Mbps 의 순방향 데이터 전송속도를 낼 수 있는 고속 하향 패킷 액세스 (HSDPA) 시스템은 그 발전의 증거의 하나로서, 2006년 한국에서 세계 최초로 상용화를 시작하기에 이르렀다.
또한, 스케쥴링 알고리즘은 무선 자원 관리 (RRM) 방안 중에서도 제일 중요한 문제중 하나이다. 이 논문은 우선 지금까지 제안된 HSDPA 패킷 스케쥴러에 대해 조사하였고, 다음으로 간단하면서도 새로운 순방향 패킷 스케쥴링 방안을 제시하였다. 일반적으로, HSDPA패킷 스케쥴러는 갑작스러운 채널 품질의 저하나 심한 페이딩 현상과 같은 순간적인 채널의 변화에 적응할 수 있어야 한다. 최근 많은 스케쥴링 방안이 시스템의 throughput 향상을 목적으로 제안되었다. 이들의 추세는 사용자의 트래픽 타입과 채널 상태를 동시에 반영함으로써, 각각 QoS 기반 및 채널기반 스케쥴링 방안으로 불린다. QoS 기반 스케쥴링 방안은 사용자의 QoS 를 보장하도록 설계되었으며, 채널기반의 스케쥴링 방식은 순간의 채널 상태를 반영하도록 제작되었다. 이두 가지 방식을 결합하여 적용한 이단 방식도 제안되었다.
하지만, 기존의 거의 모든 연구들은 HSDPA 시스템의 필수 기술중 하나인 HARQ 과정을 고려하지 않았다. 즉, 패킷 스케쥴러 안에서 전송 우선권을 부여할 때, 채널 상태를 고려하지 않은 상태에서 무조건 HARQ 패킷 재전송을 요구하는 사용자에게 우선권을 부여하여 결국 패킷 오류가 날 사용자에게 코드를 할당함으로써 무선 자원의 낭비를 가져오게 될 것이다. 이에, 본 논문에서는 채널 상태와 트래픽 타입 뿐만 아니라 HARQ 과정까지 고려하는 새로운 방식의 스케쥴러를 제안하였다.
요약하면, QoS 개념은 HSDPA 시스템에서 중요한 요소 중 하나이다. 그 이유는, QoS 값과 시스템 throughtput 사이에는 근본적인 균형문제가 존재하기 때문이다. 이 논문에서는 QoS 품질을 떨어뜨리지 않으면서, 시스템의 throughput 을 증가시킬 수 있는 새로운 스케쥴링 방안을 전달하는데 목적이 있다. 새로운 스케쥴링 방식은 사용자의 트래픽 타입과 채널 상태를 고려하여 제한된 시간 범위내에서 HARQ 과정을 지연시켰다. 그 결과, 기존의 Max CIR 알고리즘보다 약 15% 의 시스템 throughput 향상과 패킷 손실률의 큰 감소를 나타내었다.
마지막으로, 이 논문에서는 하향링크에 대한 스케쥴링만을 고려하였기 때문에 하향링크에서의 시스템 throughput 향상을 볼 수 있었지만, 더 나아가 여기에서 제안된 방식의 아이디어를 상향링크에도 적용시켜 볼 수도 있을 것이다. 즉, HSDPA 의 다음 버전인 고속 상향 패킷 액세스 (HSUPA) 시스템으로의 적용을 말한다. 하지만, HSUPA 시스템에서의 데이터 전송 방향은 HSDPA 와 반대이기 때문에 적용이불가능 하다. 따라서, 가까운 미래에 HSDPA 와 HSUPA 가 결합된 고속 패킷 액세스 (HSPA) 시스템의 성능 향상을 위해, 상향 링크에 대해서도 throughput 을 증가시킬 수 있는 알고리즘 제안을 다음의 과제로 남겨둔다.
