KR101020141B1 - 무선 통신 시스템에서의 자원 할당 방법 - Google Patents

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KR101020141B1
KR101020141B1 KR1020080112472A KR20080112472A KR101020141B1 KR 101020141 B1 KR101020141 B1 KR 101020141B1 KR 1020080112472 A KR1020080112472 A KR 1020080112472A KR 20080112472 A KR20080112472 A KR 20080112472A KR 101020141 B1 KR101020141 B1 KR 101020141B1
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경희대학교 산학협력단
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Abstract

무선 통신 시스템에서의 자원 할당 방법이 개시(disclose)된다. 이 방법은 제1 내지 제K(>1) 노드쌍 - 송신 노드와 수신 노드를 포함함 - 들을 포함하는 무선 통신 시스템에서, 제k(1 내지 K 중 어느 하나의 값) 노드쌍이 사용할 자원을 할당하는 방법에 있어서, (a) 자원 할당 순서 - 상기 제1 내지 제K 노드쌍이 순차적으로 자원 할당을 수행하는 순서 - 에 따라 상기 제k 노드쌍의 차례인지를 판단하는 단계; 및 (b) 상기 제k 노드쌍의 차례라고 판단되면, 현재의 부채널별 정규 신호대간섭잡음비 하에서 요구 전송률을 만족시키는 송신 전력 벡터 - 복수의 부채널들 각각에 대한 송신 전력 값을 포함함 - 을 결정하고, 상기 결정된 송신 전력 벡터를 기초로, 활성 부채널 집합 - 사용할 부채널들을 포함함 - 를 결정하여 자원 할당을 수행하는 단계를 포함한다. 따라서, 분산 무선 네트워크 망에서 노드 간의 간섭이 큰 경우에도 바라는 전송률을 만족시키면서 전력 소모를 줄일 수 있다.
본 연구는 지식경제부 및 정보통신연구진흥원의 IT핵심기술개발사업[2008-F-005-01,게임 이론을 응용한 Cross-layer 무선 설계기술 연구] 사업의 일환으로 진행되었음.

Description

무선 통신 시스템에서의 자원 할당 방법{resource assignment method for wireless communication system}
본 발명은 자원 할당 방법에 관한 것으로, 보다 상세하지만 제한됨이 없이는(more particularly, but not exclusively) 분산(distributed) 무선 통신 시스템에서 노드 쌍들이 중앙 제어 장치 없이 부채널, 송신 전력을 포함하는 자원을 선택하여 이용하는 방법에 관한 것이다.
무선 통신망을 구성하는 무선 노드는 적은 전력으로 요구 QoS(예컨대, 서비스가 요구하는 전송률, 오율 성능, 지연 시간 등)를 만족시키는 한편, 더 많은 노드가 동시에 데이터를 전송할 수 있도록 단위 주파수 당 전체 네트워크 용량을 증대하여야 한다.
이러한 요구 사항을 만족시키기 위한 한 방법으로 채널 품질에 따라 송신 전력을 적응시키는 셀룰러 시스템의 전력 제어 기법을 들 수 있다. 이 기법은 무선 채널의 페이딩 현상 또는 부호분할 다중접속 방식에서의 원근 문제에 대응하고자 제안된 기술로서, 기지국이 송신 전력을 결정하고, 그 결정된 송신 전력에 대한 제어 정보를 단말에 통보한다. 그러나, 이 기법은 중앙집권적 제어 방식이기 때문에 중앙 제어 장치가 없는 분산 무선 통신망에 그대로 적용하기 어렵다.
이러한 요구 사항을 만족시키기 위한 다른 방법으로 M. Hayajneh and C.T. Abdallah의 "Distributed joint rate and power control game-theoretic algorithm for wireless data " (IEEE Communications Letters, vol. 8, no. 8, pp. 511-513, Aug. 2004)에 따른 분산 자원 할당 기법을 들 수 있다. 그러나, 이 기법은 분산 무선 통신망에 적용될 수는 있지만, 노드(무선 기기) 간의 간섭이 큰 환경에서는 원하는 성능을 얻을 수 없다는 한계가 있다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 무선 기기 간의 간섭이 큰 환경에서도 바라는 전송률을 만족시키면서 전력 소모를 줄일 수 있는 분산 무선 네트워크 망의 자원 할당 방법을 제공하는 데 있다.
상기의 기술적 과제를 이루기 위해 본 발명의 일 측면은 제1 내지 제K(>1) 노드쌍 - 송신 노드와 수신 노드를 포함함 - 들을 포함하는 무선 통신 시스템에서, 제k(1 내지 K 중 어느 하나의 값) 노드쌍이 사용할 자원을 할당하는 방법에 있어서, (a) 자원 할당 순서 - 상기 제1 내지 제K 노드쌍이 순차적으로 자원 할당을 수행하는 순서 - 에 따라 상기 제k 노드쌍의 차례인지를 판단하는 단계; 및 (b) 상기 제k 노드쌍의 차례라고 판단되면, 현재의 부채널별 정규 신호대간섭잡음비 하에서 요구 전송률을 만족시키는 송신 전력 벡터 - 복수의 부채널들 각각에 대한 송신 전 력 값을 포함함 - 을 결정하고, 상기 결정된 송신 전력 벡터를 기초로, 활성 부채널 집합 - 사용할 부채널들을 포함함 - 를 결정하여 자원 할당을 수행하는 단계를 포함하는 자원 할당 방법을 제공한다.
상기의 기술적 과제를 이루기 위해 본 발명의 다른 측면은 제1 내지 제K(>1) 노드쌍 - 송신 노드와 수신 노드를 포함함 - 들을 포함하는 무선 통신 시스템에서, 제k(1 내지 K 중 어느 하나의 값) 노드쌍이 사용할 자원을 할당하는 방법에 있어서, (a) 현재의 부채널별 정규 신호대간섭잡음비
Figure 112008078375147-pat00001
(여기서, s는 부채널 인덱스,
Figure 112008078375147-pat00002
는 상기 제k 노드 쌍에서의 부채널 s의 정규 신호대간섭잡음비,
Figure 112008078375147-pat00003
는 간섭 잡음 전력,
Figure 112008078375147-pat00004
는 제j 노드 쌍의 송신 노드로부터 제 k 노드 쌍의 수신 노드로의 채널 이득,
Figure 112008078375147-pat00005
는 제j 노드 쌍이 설정한 부채널 s의 송신 전력 값,
Figure 112008078375147-pat00006
는 제k 노드쌍의 수신 노드에서의 배경 잡음 전력 값을 나타냄)를 추정하는 단계; 및 (b) 상기 제k 노드쌍의 차례라고 판단되면, 현재의 부채널별 정규 신호대간섭잡음비 하에서 요구 전송률을 만족시키는 송신 전력 벡터 - 복수의 부채널들 각각에 대한 송신 전력 값을 포함함 - 을 결정하고, 상기 결정된 송신 전력 벡터를 기초로, 활성 부채널 집합 - 사용할 부채널들을 포함함 - 를 결정하여 자원 할당을 수행하는 단계를 포함하는 자원 할당 방법을 제공한다.
상기에서 제시한 본 발명의 실시예들은 다음의 장점들을 포함하는 효과를 가질 수 있다. 다만, 본 발명의 모든 실시예들이 이를 전부 포함하여야 한다는 의미 는 아니므로, 본 발명의 권리범위는 이에 의하여 제한되는 것으로 이해되어서는 아니 될 것이다.
본 발명의 일실시예에 따르면, 비교적 적은 복잡도로 무선 노드가 자동적으로 부채널을 선택하고 전송률을 만족시키기 위해 부채널에 대한 전력 제어를 수행하도록 함으로써 네트워크 내의 일부 노드들이 간섭이 센 경우에도 여러 노드들이 요구 전송률을 만족시킬 확률을 높이고 전력 소모를 줄일 수 있다.
본 발명의 실시예들에 관한 설명은 본 발명의 구조적 내지 기능적 설명들을 위하여 예시된 것에 불과하므로, 본 발명의 권리범위는 본문에 설명된 실시예들에 의하여 제한되는 것으로 해석되어서는 아니 된다. 즉, 본 발명의 실시예들은 다양한 변경이 가능하고 여러 가지 형태를 가질 수 있으므로 본 발명의 기술적 사상을 실현할 수 있는 균등물들을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
한편, 본 발명에서 서술되는 용어의 의미는 다음과 같이 이해되어야 할 것이다.
"제1", "제2" 등의 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하기 위한 것으로 이들 용어들에 의해 본 발명의 권리범위가 한정되어서는 아니 된다. 예를 들어, 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.
본 발명에서 기재된 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함하는 것으로 이해되어야 하고, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 설시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
본 발명에서 기술한 각 단계들은 문맥상 명백하게 특정 순서를 기재하지 않은 이상 명기된 순서와 다르게 일어날 수 있다. 즉, 각 단계들은 명기된 순서와 동일하게 일어날 수도 있고 실질적으로 동시에 수행될 수도 있으며 반대의 순서대로 수행될 수도 있다.
여기서 사용되는 모든 용어들은 다르게 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미를 지니는 것으로 해석될 수 없다.
도 1은 본 발명의 자원 할당 방법을 설명하기 위한 무선 통신 망을 예시한다.
무선 통신망은 K (>1)개의 노드 쌍들(110_1, 110_2, …, 110_K)로 구성되고, 각각의 노드 쌍에는 원형 표시된 송신 노드(111_1, 111_2, …, 111_K)와 삼각형 표시된 수신 노드(112_1, 112_2, …, 112_K)가 하나씩 존재한다. 도 1에서,
Figure 112008078375147-pat00007
는 제i 노드 쌍의 송신 노드로부터 제j 노드 쌍의 수신 노드까지의 채널 이득으로서, 채널의 경로 손실, 페이딩, 안테나 이득, 다중 안테나 빔 형성 이득 등을 포괄적으로 포함한다.
도 2는 본 발명의 자원 할당 방법에서 이용 가능한 자원 분할 방법을 예시한다.
도 2(a)는 시간 슬롯 기반의 자원 분할 방법을 나타내는 도면으로서, 이 방법은 데이터 전송 프레임(200)을 S개의 직교하는 시간 슬롯들(210_1, 210_2,…, 210_S)로 나눈 경우에 해당한다.
도 2(b)는 직교 주파수분할 다중화 시스템에서 사용되는 자원 분할 방법을 나타내는 도면으로서, 이 방법은 전체 사용 부반송파 집합(220)을 S개의 직교하는 부반송파 그룹들(230_1, 230_2,…, 230_K)로 나눈 경우에 해당한다.
도 2(c)는 여러 주파수 채널들(240_1, 240_2, …, 240_S)을 이용할 수 있는 시스템에서 사용되는 자원 분할 방법을 나타낸다.
도 2에서 하나의 시간 슬롯, 하나의 부반송파 그룹, 하나의 채널은 본 발명에서 송신 노드가 데이터 전송을 위해 점유하는 최소 자원 블록에 해당하며, 이하에서는, 편의상, 부채널로 칭한다. 한편, 본 발명에서 사용 가능한 부채널의 형태는 도 2에 예시된 바에 한정되지 않음은 이 분야에 종사하는 자라면 충분히 이해할 수 있다.
무선 통신망이 S개의 부채널들을 사용할 수 있는 경우, 본 발명에 따른 노드쌍은 데이터 전송을 위해 1 내지 S개의 부채널들을 점유할 수 있다. 즉,
Figure 112008078375147-pat00008
를 제i 노드 쌍이 이용하는 활성 부채널 집합이라고 할 때,
Figure 112008078375147-pat00009
의 원소 수는 1 내지 S의 자연수가 된다. 그리고, i≠j일때의
Figure 112008078375147-pat00010
와
Figure 112008078375147-pat00011
는 공통 원소가 존재할 수 있다.
도 3은 본 발명의 자원 할당 방법에 따른 부채널 및 송신 전력 사용을 예시한다. 특히, 도 3은 부채널 개수 S=2일 때에, 도 1에 도시된 노드 쌍들이 이용하는 부채널들(301, 302)과 그 부채널 각각에 대한 송신 전력(310, 230, 331, 332)의 사용 예를 나타낸다.
도 1을 참조하면, 제1 노드 쌍(110_1)과 제2 노드 쌍(110_2)은 서로 간의 간섭이 매우 크기 때문에 간섭에 의해 성능이 제한되므로, 도 3과 같이 서로 다른 부채널을 이용하도록
Figure 112008078375147-pat00012
로 배정한다. 또한, 도 1을 참조하면, 제k 노드 쌍과(110_k)과 제K 노드 쌍(110_K)는 서로 다른 노드 간의 간섭이 작기 때문에 동일한 전송률을 얻는 데 필요한 송신 전력을 줄이기 위해 도 3과 같이 두 부채널들(301, 302) 모두를 사용하도록
Figure 112008078375147-pat00013
으로 배정하였음을 알 수 있다. 도 3에서 설명한 간섭 영향을 고려한 자원 할당은 도 4 등에 예시된 본 발명의 자원 할당 방법에 따라 자연스럽게 이루어진다.
이러한 분산 무선 통신 망에서 본 발명이 이루고자 하는 최종 목표는 사용자 즉, 해당 노드쌍의 수신 노드마다 요구하는 데이터 전송률을 만족할 확률을 높이면서 망 내의 노드들이 소모하는 전력을 최소화하는 것이다.
제k 노드 쌍의 송신 노드가 사용할 수 있는 최대 송신 전력이
Figure 112008078375147-pat00014
이고, 부채널 s로 송신하는 전력을
Figure 112008078375147-pat00015
, 제k 노드 쌍의 수신 노드가 요구하는 데이터 전송률이
Figure 112008078375147-pat00016
, 제k 노드 쌍에 실제로 할당되는 전송률을
Figure 112008078375147-pat00017
라고 할 때, 상술한 목표를 수식화하면 수학식 1로 표현될 수 있다.
Figure 112008078375147-pat00018
본 발명에서,
Figure 112008078375147-pat00019
의 값이 0으로 할당되면 해당 부채널(즉, 부채널 인덱스 s에 해당하는 부채널)을 이용하지 않음을 나타낸다.
수학식 1의 해 즉, 모든 노드쌍의 송신 전력 벡터를 중앙 제어 장치가 최적화 문제로 결정해야 하는 경우, 중앙 제어 장치는 각 노드쌍 내의 채널 이득(예컨대,
Figure 112008078375147-pat00020
), 및 간섭 노드 간의 채널 이득(예컨대,
Figure 112008078375147-pat00021
)을 모두 알아야 한다는 가정 하에 각 송신 노드 별 송신 전력 벡터를 결정해야 한다. 따라서, 이를 위해, 중앙 제어 장치와 노드 간에는 전력 제어 정보 및 채널 품질 정보가 지속적으로 교환되어야 하고, 그로 인해 자원을 낭비하는 문제가 발생한다. 뿐만 아니라, 수학식 1에 따른 다중 조건 하의 다중 변수 해를 푸는 복잡도의 문제, 중앙 제어 장치 역할을 할 노드를 선언해야 하는 문제 등도 존재한다.
본 발명에서는 이러한 문제를 해결하기 위해 각 노드가 노드 내에서 이용 가능한 정보만을 이용하여 좀더 적은 전력으로 요구 전송률을 만족시키기 위한 자원 할당 방식을 제공하며, 이러한 본 발명을 도 4를 참조하여 설명하고자 한다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 자원 할당 방법을 나타내는 순서도이다.
도 4에서는, 무선 통신 망에 있는 노드 쌍의 개수가 K(>1)이고, 무선 통신 망에서 사용 가능한 부채널의 개수가 S임을 가정하였다.
S400 단계에서, 자원 할당 순서 및 전력 초기값들이 설정되고, 반복 횟수를나타내는 카운트 iter가 1로 설정된다.
S400 단계에서의 자원 할당 순서는 K개의 노드 쌍들이 순차적으로 자원 할당(예컨대, S410 내지 S425의 단계)를 수행할 때, 그 순서를 나타낸다. 자원 할당 순서를 설정하는 방법의 예로는, 네트워크에 등록된 노드 쌍의 순으로 순서를 설정하는 방법, 각 노드 쌍이 확률 변수를 발생시키고, 그 각각의 확률 변수에 따라 순서를 설정하는 방법을 들 수 있으나 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
S400 단계에서의 전력 초기값들은 처음의 루프를 개시하기 위해 사용되는 값들로서, 전력 초기값 설정 방법의 예로는, 모든 노드 쌍의 모든 부채널에 송신 전 력의 초기값으로서
Figure 112008078375147-pat00022
라는 일괄된 값을 설정하는 방법을 들 수 있다. 여기서,
Figure 112008078375147-pat00023
의 예로는, 0,
Figure 112008078375147-pat00024
를 들 수 있으나 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
S405 단계에서, 자원 할당 순서를 나타내는 카운트 k가 1로 설정된다. 여기서, S400의 자원 할당 순서에 따라 K개의 노드 쌍들이 제1 노드 쌍, 제2 노드 쌍, …, 제K 노드 쌍으로 정렬된 것을 전제하여 도 4의 실시예를 설명하고자 한다. 즉, S410 내지 S425에 따른 자원 할당 과정은 카운트 k에 해당하는 노드 쌍이 수행하는 것이다. 한편, S410 단계 내지 S425 단계의 주체는 제k 노드 쌍의 송신 노드와 수신 노드 중 특별히 제한을 두지 않는다. S410 단계 내지 S425 단계의 수행을 위해 필요한 정보, 결정된 송신 전력 벡터 및 활성 부채널 집합에 대한 정보 등은 제k 노드 쌍의 송신 노드와 수신 노드 간에 서로 교환 가능하기 때문이다.
S410 단계에서, 제k 노드 쌍은 현재의 부채널별 정규 신호대간섭잡음비(이하, SINR) 하에서 요구 전송률
Figure 112008078375147-pat00025
을 만족시키는 송신 전력 벡터
Figure 112008078375147-pat00026
를 결정하고, 상기 결정된 송신 전력 벡터
Figure 112008078375147-pat00027
를 기초로, 활성 부채널 집합
Figure 112008078375147-pat00028
를 결정한다.
Figure 112008078375147-pat00029
결정을 위해 일실시예에 따른 제k 노드 쌍은 현재의 부채널별 정규 신호대간섭잡음비
Figure 112008078375147-pat00030
을 추정한다. 여기서, s는 부채널 인덱스,
Figure 112008078375147-pat00031
는 제k 노드 쌍에서의 부채널 s의 정규 SINR,
Figure 112008078375147-pat00032
는 간섭 잡음 전력,
Figure 112008078375147-pat00033
는 제j 노드 쌍의 송신 노드로부터 제 k 노드 쌍의 수신 노드로의 채널 이득,
Figure 112008078375147-pat00034
는 제j 노드 쌍이 최근 결정한(즉, S400 단계에서 설정된 또는 자신의 차례에 S410 또는 S425를 수행하여 결정한) 부채널 s의 송신 전력 값,
Figure 112008078375147-pat00035
는 제k 노드쌍의 수신 노드에서의 배경 잡음 전력을 나타낸다.
즉, 제k 노드 쌍은 모든 s에 대해
Figure 112008078375147-pat00036
을 알기 위해서는,
Figure 112008078375147-pat00037
및
Figure 112008078375147-pat00038
에 대한 추정이 필요할 수 있다. 여기서,
Figure 112008078375147-pat00039
에 대한 추정 방법은 이미 공지된 다양한 방법이 있으므로, 본 명세서에서는 설명 생략하기로 하고,
Figure 112008078375147-pat00040
에 대한 추정 방법을 설명하고자 한다.
일실시예에 따른
Figure 112008078375147-pat00041
추정 방법은 다음과 같다. 제k 노드 쌍을 제외한 나머지 노드 쌍의 송신 노드들이 순차적으로 신호를 송신하고, 그 결과 순차적으로 수신되는 신호를 제k 노드 쌍의 수신 노드가 수신하여 채널 이득
Figure 112008078375147-pat00042
를 독립적으로 추정하고, 또한,
Figure 112008078375147-pat00043
를 독립적으로 추정하여,
Figure 112008078375147-pat00044
의 식에 따라
Figure 112008078375147-pat00045
를 산출한다.
다른 일실시예에 따른
Figure 112008078375147-pat00046
추정 방법은 다음과 같다. 제k 노드 쌍을 제외한 나머지 노드 쌍의 송신 노드들이 순차적으로 최근 설정된(즉, S400 단계에서 설정된 또는 자신의 차례에 S410 또는 S425를 수행하여 결정한) 송신 전력으로 신호를 동시에 송신하고, 그에 따른 신호를 제k 노드 쌍의 수신 노드가 수신하여
Figure 112008078375147-pat00047
를 직접 추정한다.
즉, S410 단계에서는, 상술한 방법 등으로 제k 노드 쌍이
Figure 112008078375147-pat00048
를 추정한 후, 추정된
Figure 112008078375147-pat00049
의 조건에서 제k 노드 쌍의 요구 전송률
Figure 112008078375147-pat00050
를 만족시키는 송신 전력
Figure 112008078375147-pat00051
를 계산하여 송신 전력 벡터를 얻고, 그 송신 전력 벡터를 기초로 활성 부채널 집합
Figure 112008078375147-pat00052
를 결정한다.
S410 단계에서의 송신 전력 벡터
Figure 112008078375147-pat00053
및
Figure 112008078375147-pat00054
를 결정하는 방법의 예로는 다음과 같다. 제k 노드 쌍은 부채널별 송신 전력
Figure 112008078375147-pat00055
가
Figure 112008078375147-pat00056
와
Figure 112008078375147-pat00057
의 조건을 만족하는 임의의 값일 때 게임 이론을 적용하여 수학식 2에 따른 유틸리티 함수
Figure 112008078375147-pat00058
의 값이 최대가 되도록 하는 송신 전력 벡터
Figure 112008078375147-pat00059
를 결정하고, 이렇게 결정된
Figure 112008078375147-pat00060
에 포함된 값 중 0 초과의 값에 해당하는 부채널을 활성 부채널 집합의 원소로서 결정한다.
Figure 112008078375147-pat00061
여기서,
Figure 112008078375147-pat00062
는
Figure 112008078375147-pat00063
로서, 제k 노드 쌍을 제외한 나머지 노드 쌍의송신 전력 벡터들의 모음이다.
Figure 112008078375147-pat00064
는 제k 노드 쌍의 수신 노드의 부채널 s에서의 SINR이며,
Figure 112008078375147-pat00065
는 SINR의 값이
Figure 112008078375147-pat00066
일 때에 결정되는 전송률 함수,
Figure 112008078375147-pat00067
는 송신 전력에 대한 비용(pricing) 함수를 나타낸다.
한편, 전송률 함수
Figure 112008078375147-pat00068
를 채널 용량 식
Figure 112008078375147-pat00069
으로 근사화할 경우, Lagrange multiplier를 사용하여 수학식 2의 최적화 해를 풀면, 부채널 별 송신 전력 값은 수학식 3과 같이 결정된다. 이때 요구 전송률
Figure 112008078375147-pat00070
을 얻을 수 있는 최적의
Figure 112008078375147-pat00071
를 결정하여
Figure 112008078375147-pat00072
을 얻는 과정은 도 5에 도시된 의사 코드에 따를 수 있다.
Figure 112008078375147-pat00073
도 5에서,
Figure 112008078375147-pat00074
는 부채널별 정규 SINR들을 큰 순서대로 정렬한 값을 나타낸다. 여기서,
Figure 112008078375147-pat00075
는 활성 부채널 집합의 원소수를 나타내는 카운트로서, 일단, S로 설정한 후, 루프를 수행하면서
Figure 112008078375147-pat00076
를 감소시킨다. 이러한 감소 과정은
Figure 112008078375147-pat00077
갯수에 속하는 부채널 모두에 대한
Figure 112008078375147-pat00078
값이 0보다 클 때 까지 수행된다. 결국, 도 5의 루프를 통하여
Figure 112008078375147-pat00079
갯수에 속하는 부채널 모두에 대해, 0보다 큰 송신 전력 값이 결정되고, 그에 따라 활성 부채널 집합
Figure 112008078375147-pat00080
가 결정된다.
S415 단계에서, 제k 노드 쌍은 계속 진행 여부를 결정한다. 일실시예에 따라, 제k 노드 쌍은 현재까지 결정된 송신 전력 벡터의 추이(
Figure 112008078375147-pat00081
,…)를 기초 로, 이전 사이클의 결과와 비교하여 볼 때, 비슷한 값으로 수렴되는지를 판단한다. 일례로, 제k 노드 쌍은
Figure 112008078375147-pat00082
이면 자원 할당 과정을 지속해야 하는 것으로 즉, 수렴되지 않는 상황으로 결정한다. 여기서,
Figure 112008078375147-pat00083
는 수렴 여부를 결정하기 위해 미리 설정된 값이고,
Figure 112008078375147-pat00084
는 iter에 해당하는 반복 횟수에서 결정된 제k 노드쌍의 송신 전력 벡터를 나타낸다.
계속 진행되어야 한다고(즉, 자원 할당과 관련된 추가 과정이 수행되어야 한다고) 판단되는 경우(S415), 제k 노드 쌍은 S415 단계로 진행하여 해당 동작을 수행하며, 충분히 수렴이 되어 계속 진행될 필요가 없다고 판단되는 경우(S415), 자원 할당과 관련된 과정을 종료한다.
S420 단계에서, 제k 노드 쌍은 활성 부채널 집합
Figure 112008078375147-pat00085
의 원소 수를 줄일지 판단한다. 일실시예에 따라, 제k 노드 쌍은
Figure 112008078375147-pat00086
이면, 활성 부채널 집합의 원소 수를 줄일 것으로 판단한다.
활성 부채널 집합의 원소 수를 줄일 필요가 없다고 판단되면(S420), S430 단계로 진행된다. 즉, 제k 노드 쌍은 다음에 자신의 차례(turn)가 올 때까지 대기한다. 이때, 이러한 대기 과정에서 제k 노드 쌍은 다른 노드 쌍에서 정규 SINR을 추정하는데 도움이 되도록 하는 동작을 수행할 수도 있다. 이러한 동작은 S410에서 설명하였으므로 이하 생략한다.
활성 부채널 집합
Figure 112008078375147-pat00087
의 원소 수를 줄여야 한다고 판단되면 (S420), S410 단 계에서 결정된 활성 부채널 집합
Figure 112008078375147-pat00088
의 원소 수를 줄이고, 상기 줄어든 활성 부채널 집합
Figure 112008078375147-pat00089
에 속하지 않은 부채널을 사용하지 않는 조건에서 요구 전송률을 만족시키는 송신 전력 벡터를 결정하여 새로운 활성 부채널 집합을 결정한다(S425).
활성 부채널 집합의 원소 수를 줄이는 방법의 예로는, S410 단계에서 결정된 활성 부채널 집합
Figure 112008078375147-pat00090
내의 원소들 중에서 임의로 활성 부채널을 선택하는 방법, S410 단계에서 결정된 활성 부채널 집합
Figure 112008078375147-pat00091
내의 원소들 중에서 미리 설정된 우선 순위에 따라 활성 부채널을 선택하는 방법을 들 수 있으나 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
이렇게, 활성 부채널이 선택되면, 선택된 활성 부채널을 제외한 나머지 부채널에는 송신 전력의 값을 0으로 설정하고 활성 부채널에 전력을 최적으로 할당할 수 있도록,
Figure 112008078375147-pat00092
에 대해
Figure 112008078375147-pat00093
으로 두고, 제k 노드 쌍은 도 5에 따른 송신 전력 벡터 결정 및 활성 부채널 집합 결정 과정을 수행한다.
k가 K의 값에 이르면(S430), 다음의 반복을 위해 S435 단계로 진행되고, 그렇지 않으면(S430), k값이 증가된 뒤(S440), S410 단계로 복귀된다. 즉, 다음 차례의 노드 쌍이 S410 단계를 수행하게 된다.
iter가 미리 설정된 MAX_ITER값에 이르면(S435), 자원 할당 과정이 강제 종료되며, 그렇지 않으면(S435), iter의 값이 증가된 뒤(S445), S405 단계로 진행된다. 즉, 다시 제1 노드 쌍부터 S410 단계를 수행하게 된다.
즉, 도 4의 실시예에 따르면, iter가 MAX_ITER값이 되거나, 수렴 조건이 만 족될 때까지 자원 할당 과정이 계속 수행된다.
본 발명은 또한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로서 구현하는 것이 가능하다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 컴퓨터 시스템에 의해 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록장치를 포함한다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체의 예로는 ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피 디스크, 광데이터 저장장치 등이 있으며, 또한 케리어 웨이브(예를 들어 인터넷을 통한 전송)의 형태로 구현되는 것도 포함한다. 또한, 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어, 분산방식으로 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드가 저장되고 실행될 수 있다. 그리고, 본 발명을 구현하기 위한 기능적인(functional) 프로그램, 코드 및 코드 세그먼트들은 본 발명이 속하는 기술분야의 프로그래머들에 의해 용이하게 추론될 수 있다.
이러한 본원 발명인 장치는 이해를 돕기 위하여 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상적 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의해 정해져야 할 것이다.
상기에서 제시한 본 발명의 실시예들은 다음의 장점들을 포함하는 효과를 가 질 수 있다. 다만, 본 발명의 모든 실시예들이 이를 전부 포함하여야 한다는 의미는 아니므로, 본 발명의 권리범위는 이에 의하여 제한되는 것으로 이해되어서는 아니 될 것이다.
본 발명의 일실시예에 따르면, 비교적 적은 복잡도로 무선 노드가 자동적으로 부채널을 선택하고 전송률을 만족시키기 위해 부채널에 대한 전력 제어를 수행하도록 함으로써 네트워크 내의 일부 노드들이 간섭이 센 경우에도 여러 노드들이 요구 전송률을 만족시킬 확률을 높이고 전력 소모를 줄일 수 있다.
도 1은 본 발명의 자원 할당 방법을 설명하기 위한 무선 통신 망을 예시한다.
도 2는 본 발명의 자원 할당 방법에서 이용 가능한 자원 분할 방법을 예시한다.
도 3은 본 발명의 자원 할당 방법에 따른 부채널 및 송신 전력 사용을 예시한다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 자원 할당 방법을 나타내는 순서도이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 송신 전력 결정을 위한 의사 코드를 예시한다.

Claims (10)

  1. 삭제
  2. 제1 내지 제K(>1) 노드쌍 - 송신 노드와 수신 노드를 포함함 - 들을 포함하는 무선 통신 시스템에서, 제k(1 내지 K 중 어느 하나의 값) 노드쌍이 사용할 자원을 할당하는 방법에 있어서,
    (a) 자원 할당 순서 - 상기 제1 내지 제K 노드쌍이 순차적으로 자원 할당을 수행하는 순서 - 에 따라 상기 제k 노드쌍의 차례인지를 판단하는 단계; 및
    (b) 상기 제k 노드쌍의 차례라고 판단되면, (b1) 현재의 부채널별 정규 신호대간섭잡음비 하에서 요구 전송률을 만족시키는 송신 전력 벡터 - 복수의 부채널들 각각에 대한 송신 전력 값을 포함함 - 을 결정하는 단계와, (b2) 상기 결정된 송신 전력 벡터를 기초로, 활성 부채널 집합 - 사용할 부채널들을 포함함 - 를 결정하여 자원 할당을 수행하는 단계를 포함하며,
    상기 (b2) 단계는, 상기 결정된 송신 전력 벡터에 포함된 값들 중 0을 초과하는 값을 가진 부채널을 상기 활성 부채널 집합의 원소로 결정하는 것을 특징으로 하는 자원 할당 방법.
  3. 제1 내지 제K(>1) 노드쌍 - 송신 노드와 수신 노드를 포함함 - 들을 포함하는 무선 통신 시스템에서, 제k(1 내지 K 중 어느 하나의 값) 노드쌍이 사용할 자원을 할당하는 방법에 있어서,
    (a) 자원 할당 순서 - 상기 제1 내지 제K 노드쌍이 순차적으로 자원 할당을 수행하는 순서 - 에 따라 상기 제k 노드쌍의 차례인지를 판단하는 단계; 및
    (b) 상기 제k 노드쌍의 차례라고 판단되면, 현재의 부채널별 정규 신호대간섭잡음비 하에서 요구 전송률을 만족시키는 송신 전력 벡터 - 복수의 부채널들 각각에 대한 송신 전력 값을 포함함 - 을 결정하고, 상기 결정된 송신 전력 벡터를 기초로, 활성 부채널 집합 - 사용할 부채널들을 포함함 - 를 결정하여 자원 할당을 수행하는 단계를 포함하며,
    상기 (b) 단계는, (b1) 상기 송신 전력 벡터 및 상기 활성 부채널 집합을 결정하는 단계; 및 (b2) 상기 (a) 단계로 복귀하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 자원 할당 방법.
  4. 제3항에 있어서, 상기 (b2) 단계는,
    현재까지 결정된 송신 전력 벡터의 추이를 기초로, 수렴되지 않은 경우에 한하여 상기 (a) 단계로 복귀하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 자원 할당 방법.
  5. 제4항에 있어서, 상기 (b2) 단계는,
    Figure 112008078375147-pat00094
    (여기서, iter는 현재까지의 반복 횟수,
    Figure 112008078375147-pat00095
    는 iter에 해당하는 반복 횟수에서 결정된 상기 제k 노드쌍의 송신 전력 벡터,
    Figure 112008078375147-pat00096
    는 미리 설정된 값를 나타냄)이면 수렴되지 않는 것으로 판단하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 자원 할당 방법.
  6. 제1 내지 제K(>1) 노드쌍 - 송신 노드와 수신 노드를 포함함 - 들을 포함하는 무선 통신 시스템에서, 제k(1 내지 K 중 어느 하나의 값) 노드쌍이 사용할 자원을 할당하는 방법에 있어서,
    (a) 자원 할당 순서 - 상기 제1 내지 제K 노드쌍이 순차적으로 자원 할당을 수행하는 순서 - 에 따라 상기 제k 노드쌍의 차례인지를 판단하는 단계; 및
    (b) 상기 제k 노드쌍의 차례라고 판단되면, 현재의 부채널별 정규 신호대간섭잡음비 하에서 요구 전송률을 만족시키는 송신 전력 벡터 - 복수의 부채널들 각각에 대한 송신 전력 값을 포함함 - 을 결정하고, 상기 결정된 송신 전력 벡터를 기초로, 활성 부채널 집합 - 사용할 부채널들을 포함함 - 를 결정하여 자원 할당을 수행하는 단계를 포함하며,
    상기 (b) 단계는, (b1) 상기 송신 전력 벡터 및 상기 활성 부채널 집합을 결정하는 단계와, (b2) 현재까지 결정된 송신 전력 벡터의 추이를 기초로 수렴되었는지를 판단하는 단계와, (b3) 수렴되지 않았다고 판단되면, 활성 부채널 집합의 원소 수를 줄일지 판단하는 단계와, (b4) 활성 부채널 집합의 원소 수를 줄일 것으로 판단되면, 상기 (b1) 단계에서 결정된 활성 부채널 집합의 원소 수를 줄이고, 상기 줄어든 활성 부채널 집합에 속하지 않은 부채널을 사용하지 않는 조건에서 요구 전송률을 만족시키는 송신 전력 벡터를 결정하여 새로운 활성 부채널 집합을 결정하는 단계와, (b5) 상기 (b3) 단계에서 활성 부채널 집합의 원소 수를 줄이지 않을 것으로 판단한 경우, 및 상기 (b4) 단계를 수행한 경우, 상기 (a) 단계로 복귀하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 자원 할당 방법.
  7. 제6항에 있어서, 상기 (b3) 단계는,
    Figure 112008078375147-pat00097
    (여기서, iter는 현재까지의 반복 횟수,
    Figure 112008078375147-pat00098
    는 iter에 해당하는 반복 횟수에서 결정된 상기 제k 노드쌍의 송신 전력 벡터를 나타냄)이면, 활성 부채널 집합의 원소 수를 줄일 것으로 판단하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 자원 할당 방법.
  8. 제1 내지 제K(>1) 노드쌍 - 송신 노드와 수신 노드를 포함함 - 들을 포함하는 무선 통신 시스템에서, 제k(1 내지 K 중 어느 하나의 값) 노드쌍이 사용할 자원을 할당하는 방법에 있어서,
    (a) 자원 할당 순서 - 상기 제1 내지 제K 노드쌍이 순차적으로 자원 할당을 수행하는 순서 - 에 따라 상기 제k 노드쌍의 차례인지를 판단하는 단계; 및
    (b) 상기 제k 노드쌍의 차례라고 판단되면, 현재의 부채널별 정규 신호대간섭잡음비 하에서 요구 전송률을 만족시키는 송신 전력 벡터 - 복수의 부채널들 각각에 대한 송신 전력 값을 포함함 - 을 결정하고, 상기 결정된 송신 전력 벡터를 기초로, 활성 부채널 집합 - 사용할 부채널들을 포함함 - 를 결정하여 자원 할당을 수행하는 단계를 포함하며,
    상기 (b) 단계는, 현재의 정규 신호대간섭잡음비 조건에서 게임 이론의 유틸리티 함수
    Figure 112010077437294-pat00126
    (여기서,
    Figure 112010077437294-pat00127
    는 상기 제k 노드쌍의 송신 전력 벡터,
    Figure 112010077437294-pat00128
    는 상기 제k 노드쌍을 제외한 나머지 노드 쌍의 송신 전력 벡터, s는 부채널 인덱스, S는 상기 무선 통신 시스템에서 사용 가능한 부채널의 개수,
    Figure 112010077437294-pat00129
    는 상기 제k 노드의 부채널 s에 해당하는 송신 전력 값,
    Figure 112010077437294-pat00130
    는 상기 제k 노드의 부채널 s에 해당하는 정규 신호대간섭잡음비,
    Figure 112010077437294-pat00131
    는 게임 이론의 비용 함수,
    Figure 112010077437294-pat00132
    는 미리 결정된 허용 총 송신 전력,
    Figure 112010077437294-pat00133
    는 수신신호대간섭잡음비
    Figure 112010077437294-pat00134
    에서 얻을 수 있는 전송률을 나타냄)의 값이 최대가 되도록 하는 송신 전력 벡터
    Figure 112010077437294-pat00135
    를 결정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 자원 할당 방법.
  9. 제1 내지 제K(>1) 노드쌍 - 송신 노드와 수신 노드를 포함함 - 들을 포함하는 무선 통신 시스템에서, 제k(1 내지 K 중 어느 하나의 값) 노드쌍이 사용할 자원을 할당하는 방법에 있어서,
    (a) 자원 할당 순서 - 상기 제1 내지 제K 노드쌍이 순차적으로 자원 할당을 수행하는 순서 - 에 따라 상기 제k 노드쌍의 차례인지를 판단하는 단계; 및
    (b) 상기 제k 노드쌍의 차례라고 판단되면, 현재의 부채널별 정규 신호대간섭잡음비 하에서 요구 전송률을 만족시키는 송신 전력 벡터 - 복수의 부채널들 각각에 대한 송신 전력 값을 포함함 - 을 결정하고, 상기 결정된 송신 전력 벡터를 기초로, 활성 부채널 집합 - 사용할 부채널들을 포함함 - 를 결정하여 자원 할당을 수행하는 단계를 포함하며,
    상기 (b) 단계는, (b1) 현재의 부채널별 정규 신호대간섭잡음비
    Figure 112010077437294-pat00136
    (여기서, s는 부채널 인덱스,
    Figure 112010077437294-pat00137
    는 상기 제k 노드 쌍에서의 부채널 s의 정규 신호대간섭잡음비,
    Figure 112010077437294-pat00138
    는 간섭 잡음 전력,
    Figure 112010077437294-pat00139
    는 제j 노드 쌍의 송신 노드로부터 제 k 노드 쌍의 수신 노드로의 채널 이득,
    Figure 112010077437294-pat00140
    는 제j 노드 쌍이 최근 자신의 차례에서 상기 (b) 단계를 수행한 결과에 따른 부채널 s의 송신 전력 값,
    Figure 112010077437294-pat00141
    는 제k 노드쌍의 수신 노드에서의 배경 잡음 전력 값을 나타냄)를 추정하는 단계; 및
    (b2) 상기 추정된 결과를 기초로 상기 송신 전력 벡터 및 상기 활성 부채널 집합을 결정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 자원 할당 방법.
  10. 제1 내지 제K(>1) 노드쌍 - 송신 노드와 수신 노드를 포함함 - 들을 포함하는 무선 통신 시스템에서, 제k(1 내지 K 중 어느 하나의 값) 노드쌍이 사용할 자원을 할당하는 방법에 있어서,
    (a) 현재의 부채널별 정규 신호대간섭잡음비
    Figure 112008078375147-pat00115
    (여기서, s는 부채널 인덱스,
    Figure 112008078375147-pat00116
    는 상기 제k 노드 쌍에서의 부채널 s의 정규 신호대간섭잡음비,
    Figure 112008078375147-pat00117
    는 간섭 잡음 전력,
    Figure 112008078375147-pat00118
    는 제j 노드 쌍의 송신 노드로부터 제 k 노드 쌍의 수신 노드로의 채널 이득,
    Figure 112008078375147-pat00119
    는 제j 노드 쌍이 설정한 부채널 s의 송신 전력 값,
    Figure 112008078375147-pat00120
    는 제k 노드쌍의 수신 노드에서의 배경 잡음 전력 값을 나타냄)를 추정하는 단계; 및
    (b) 상기 제k 노드쌍의 차례라고 판단되면, 현재의 부채널별 정규 신호대간 섭잡음비 하에서 요구 전송률을 만족시키는 송신 전력 벡터 - 복수의 부채널들 각각에 대한 송신 전력 값을 포함함 - 을 결정하고, 상기 결정된 송신 전력 벡터를 기초로, 활성 부채널 집합 - 사용할 부채널들을 포함함 - 를 결정하여 자원 할당을 수행하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 자원 할당 방법.
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US10057814B2 (en) 2013-03-18 2018-08-21 Samsung Electronics Co., Ltd. Methods and devices for allocating resources for communications with base stations
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