KR101388701B1 - Method for optimizing the device to device communication based on lte-advanced and apparatus performing the same - Google Patents

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KR101388701B1
KR101388701B1 KR1020120119762A KR20120119762A KR101388701B1 KR 101388701 B1 KR101388701 B1 KR 101388701B1 KR 1020120119762 A KR1020120119762 A KR 1020120119762A KR 20120119762 A KR20120119762 A KR 20120119762A KR 101388701 B1 KR101388701 B1 KR 101388701B1
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이동훈
이재영
김성일
허준
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고려대학교 산학협력단
포항공과대학교 산학협력단
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Abstract

Disclosed are a method of optimizing a device-to-device (D2D) communication based on LTE-advanced and an apparatus performing the same. The method of optimizing D2D communication based on LTE-advanced comprises the steps of: receiving the state information of a channel from a base station; determining a transmission power based on the state information of the received channel; and transmitting the determined transmission power to a relay after decode and forward (DF). Therefore, the present invention can minimize the waste of unnecessary power and improve the reliability of the D2D communication.

Description

엘티이-어드밴스드 기반 단말간 직접 통신의 최적화 방법 및 이를 수행하는 장치{METHOD FOR OPTIMIZING THE DEVICE TO DEVICE COMMUNICATION BASED ON LTE-ADVANCED AND APPARATUS PERFORMING THE SAME}METHOD FOR OPTIMIZING THE DEVICE TO DEVICE COMMUNICATION BASED ON LTE-ADVANCED AND APPARATUS PERFORMING THE SAME}

본 발명은 단말간 직접 통신(Device-To-Device 통신, 이하 D2D 통신 이라 함)에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, D2D 통신을 최적화할 수 있는 LTE-Advanced 기반 D2D 통신의 최적화 방법 및 이를 수행하는 장치에 관한 것이다.The present invention relates to direct communication between devices (device-to-device communication, hereinafter referred to as D2D communication), and more specifically, to an LTE-Advanced based D2D communication optimization method capable of optimizing D2D communication and performing the same. Relates to a device.

최근 스마트폰 등을 이용하여 이동 중에도 무선을 통한 대량의 데이터를 송신 또는 수신하는 응용의 사용이 증가하면서 이동통신 네트워크의 과부하 빈도가 급증하고 있으며, 이동통신 네트워크의 과부하 빈도의 급증으로 인한 네트워크 장애 발생과 서비스 품질의 저하 문제가 심각해 지고 있다.Recently, as the use of applications for transmitting or receiving a large amount of data through radio is increased, a frequency of overloading of a mobile communication network is increasing rapidly while using a smart phone, and a network failure due to a surge of an overload frequency of a mobile communication network And degradation of service quality are becoming serious problems.

따라서, 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 해결책 중 하나로, 이동통신 시스템에서 동일 또는 주변 셀에 위치한 반경 1 ~ 2 Km 내의 인접 디바이스간 직접 무선 통신(Device-to-Device 통신, 이하 'D2D 통신'이라 함)을 제공하는 기술이 연구되고 있다.Accordingly, as one solution to solve the above-described problems, there is a solution to the problem of direct-wireless communication (hereinafter referred to as " D2D communication ") between adjacent devices within a radius of 1 to 2 Km located in the same or nearby cells in a mobile communication system ) Is being studied.

여기서, D2D 통신이란 인접 디바이스 간에 이동통신 주파수 대역을 사용하는 이동통신 무선 인터페이스를 통해 D2D 무선 링크를 설정한 뒤, 기지국을 경유하지 않고 D2D 무선 링크를 통해서 디바이스 간에 직접 데이터 송수신을 수행하는 기술이다.Herein, D2D communication is a technology for establishing a D2D radio link through a mobile communication air interface using a mobile communication frequency band between adjacent devices, and then performing direct data transmission / reception between devices via a D2D wireless link without passing through a base station.

한편, 기존의 D2D 통신은 라이선스가 필요 없는 주파수 대역을 사용하였다. 따라서, 셀룰러 서비스와 달리 접근성이 자유로운 장점이 있었으나, 상대적으로 D2D 단말간에 발생하는 간섭의 영향을 제어하기가 힘들고, 편리한 User experience를 제공하지 못한다는 단점이 있었다.On the other hand, the existing D2D communication used a frequency band that does not require a license. Thus, unlike cellular services, there is an advantage of free accessibility, but it is relatively difficult to control the influence of interference generated between D2D terminals, and has a disadvantage in that it does not provide a convenient user experience.

3GPP LTE-Advanced에서는 상기 단점을 극복하기 위해 기존의 D2D 통신과 달리 사업자에 의해 제공되는 D2D 통신 모델을 제안하였으나, 셀룰러 단말과 D2D 단말이 주파수 자원을 공유하게 되므로 셀룰러 단말과 D2D 단말간의 간섭이 발생하게 되었다. 따라서, 최근에는 셀룰러 단말과 D2D 단말간의 간섭 문제를 해결하기 위한 연구가 계속되고 있다.3GPP LTE-Advanced proposed a D2D communication model provided by an operator unlike the existing D2D communication to overcome the above disadvantages, but since the cellular terminal and the D2D terminal share frequency resources, interference between the cellular terminal and the D2D terminal occurs. Was done. Therefore, recently, studies for solving the interference problem between the cellular terminal and the D2D terminal have been continued.

본 발명의 목적은 최적의 전송파워 결정하여 간섭을 완화시킬 수 있는 LTE-Advanced 기반 D2D 통신의 최적화 방법을 제공하는 것이다.An object of the present invention is to provide an optimization method of LTE-Advanced based D2D communication that can mitigate interference by determining the optimal transmission power.

또한, 본 발명의 다른 목적은 상기 LTE-Advanced 기반 D2D 통신의 최적화 방법을 수행하는 장치를 제공하는 것이다.In addition, another object of the present invention is to provide an apparatus for performing the optimization method of the LTE-Advanced based D2D communication.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 LTE-Advanced 기반 D2D 통신의 최적화 방법에 따르면, 기지국으로부터 채널의 상태 정보를 수신하는 단계와, 수신된 채널의 상태 정보에 기초하여 전송 파워를 결정하는 단계 및 상기 결정된 전송 파워로 복호 후 전송(Decode-and-Forward, DF) 릴레이에 전송하는 단계를 포함한다.According to the optimization method of LTE-Advanced based D2D communication according to an embodiment of the present invention for achieving the above object, receiving the state information of the channel from the base station, and the transmission power based on the received state information of the channel Determining and transmitting to a Decode-and-Forward (DF) relay at the determined transmit power.

여기서, 상기 수신된 채널의 상태 정보에 기초하여 전송 파워를 결정하는 단계는, 용량의 볼록(convexity) 및 카러시-쿤-터커(Karush-Kuhn-Tucker, KKT) 조건에 기초하여 라그랑주 승수(Lagrangian multiplier)를 적용하여 어가딕 용량(Ergodic capacity)을 최대화 하기 위한 전송 파워를 결정할 수 있다.Here, the determining of the transmission power based on the state information of the received channel may include a Lagrangian multiplier based on convexity of capacity and Karush-Kuhn-Tucker (KKT) condition. A multiplier may be applied to determine the transmission power for maximizing the Ergodic capacity.

여기서, 상기 LTE-Advanced 기반 D2D 통신의 최적화 방법은, 상기 기지국이 설정한 평균 간섭 제약 조건(average interference constraint) 범위 내에서 수행될 수 있다.Here, the optimization method of LTE-Advanced based D2D communication may be performed within a range of average interference constraint set by the base station.

또한, 본 발명의 다른 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 LTE-Advanced 기반 D2D 통신의 최적화 방법에 따르면, 복호 후 전송 릴레이에서 수행되는 D2D 통신의 최적화 방법에 있어서, D2D 단말로부터 데이터 신호가 수신되는 것으로 판단되면, 기지국으로부터 채널의 상태 정보를 수신하는 단계와, 수신된 채널의 상태 정보에 기초하여 전송 파워를 결정하는 단계 및 상기 데이터 신호를 복호하여 상기 결정된 전송 파워를 통해 다른 D2D 단말로 전송하는 단계를 포함한다.In addition, according to the optimization method of LTE-Advanced based D2D communication according to an embodiment of the present invention for achieving another object of the present invention, in the optimization method of D2D communication performed in the transmission relay after decoding, data from the D2D terminal If it is determined that the signal is received, receiving the status information of the channel from the base station, determining the transmission power based on the status information of the received channel, and decoding the data signal to the other D2D through the determined transmission power And transmitting to the terminal.

여기서, 상기 수신된 채널의 상태 정보에 기초하여 전송 파워를 결정하는 단계는, 용량의 볼록(convexity) 및 카러시-쿤-터커(Karush-Kuhn-Tucker, KKT) 조건에 기초하여 라그랑주 승수(Lagrangian multiplier)를 적용하여 어가딕 용량(Ergodic capacity)을 최대화 하기 위한 전송 파워를 결정할 수 있다.Here, the determining of the transmission power based on the state information of the received channel may include a Lagrangian multiplier based on convexity of capacity and Karush-Kuhn-Tucker (KKT) condition. A multiplier may be applied to determine the transmission power for maximizing the Ergodic capacity.

또한, 본 발명의 또 다른 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 D2D 단말에 따르면, 통신부 및 상기 통신부를 통해 기지국으로부터 수신된 채널의 상태 정보에 기초하여 전송 파워를 결정하고, 결정된 전송 파워로 복호 후 전송(Decode-and-Forward, DF) 릴레이에 데이터 신호를 전송하는 프로세서를 포함한다.In addition, according to the D2D terminal according to an embodiment of the present invention for achieving another object of the present invention, by determining the transmission power based on the communication unit and the state information of the channel received from the base station through the communication unit, the determined transmission It includes a processor for transmitting a data signal to a decode-and-forward (DF) relay on power.

여기서, 상기 프로세서는, 용량의 볼록(convexity) 및 카러시-쿤-터커(Karush-Kuhn-Tucker, KKT) 조건에 기초하여 라그랑주 승수(Lagrangian multiplier)를 적용하여 어가딕 용량(Ergodic capacity)을 최대화 하기 위한 전송 파워를 결정할 수 있다.Herein, the processor may apply a Lagrangian multiplier based on the convexity of the capacity and the Karush-Kuhn-Tucker (KKT) condition to maximize the Ergodic capacity. It is possible to determine the transmission power to.

여기서, 상기 프로세서는, 상기 기지국이 설정한 평균 간섭 제약 조건(average interference constraint) 범위 내에서 수행될 수 있다. Here, the processor may be performed within a range of average interference constraint set by the base station.

또한, 본 발명의 또 다른 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 복호 후 전송 단말에 따르면, 송수신부 및 상기 송수신부를 통해 D2D 단말로부터 데이터 신호가 수신되는 것으로 판단되면, 기지국으로부터 채널의 상태 정보를 수신하고, 수신된 채널의 상태 정보에 기초하여 전송 파워를 결정한 후, 상기 데이터 신호를 복호하여 상기 결정된 전송 파워를 통해 다른 D2D 단말로 전송하는 제어부를 포함한다. In addition, according to the after-decoding transmission terminal according to an embodiment of the present invention for achieving another object of the present invention, if it is determined that the data signal is received from the D2D terminal through the transceiver and the transceiver, the base station of the channel And receiving a state information, determining a transmission power based on the received state information of the channel, and decoding the data signal and transmitting the decoded data signal to another D2D terminal through the determined transmission power.

여기서, 상기 제어부는, 용량의 볼록(convexity) 및 카러시-쿤-터커(Karush-Kuhn-Tucker, KKT) 조건에 기초하여 라그랑주 승수(Lagrangian multiplier)를 적용하여 어가딕 용량(Ergodic capacity)을 최대화 하기 위한 전송 파워를 결정할 수 있다.Herein, the controller is configured to apply a Lagrangian multiplier based on the convexity of the capacity and the Karush-Kuhn-Tucker (KKT) condition to maximize the Ergodic capacity. It is possible to determine the transmission power to.

상기와 같은 본 발명의 일 실시예에 따른 있는 LTE-Advanced 기반 D2D 통신의 최적화 방법 및 이를 수행하는 장치에 따르면, 기지국으로부터 수신된 채널 상태 정보에 기초하여 전송 파워를 결정하고, 릴레이를 이용해 다른 D2D 단말로 결정된 전송 파워로 신호를 전송할 수 있다. 또한, 복호 후 전송 방법을 사용하여 릴레리를 거쳐 다시 결정된 전송 파워로 신호를 다른 D2D 단말로 전송할 수 있다.According to the optimization method of LTE-Advanced based D2D communication and the apparatus for performing the same according to an embodiment of the present invention as described above, the transmission power is determined based on the channel state information received from the base station, and another D2D using a relay The signal may be transmitted at the transmission power determined by the terminal. In addition, a signal may be transmitted to another D2D terminal at a transmission power determined again through a relay using a post-decoding transmission method.

따라서, 채널 상태에 따라 유동적으로 D2D 전송 파워가 결정될 수 있고, D2D 단말 사이에 릴레이를 배치함으로써 전송 파워가 제약되어 있는 조건에서도 아웃티지 확률(Outage probability)을 감소시켜 D2D 통신의 신뢰도를 향상시킬 수 있다.Therefore, the D2D transmission power can be determined flexibly according to the channel state, and by arranging relays between the D2D terminals, it is possible to improve the reliability of the D2D communication by reducing the outage probability even under the condition that the transmission power is limited. have.

도 1은 LTE-Advanced Network 내에서의 셀룰러 단말 및 D2D 단말 간의 통신 및 간섭 채널 모델을 나타내는 개념도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 LTE-Advanced 기반 D2D 통신의 최적화 방법이 구현되는 동작환경을 나타내는 개념도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따라 D2D 단말에서 수행되는 LTE-Advanced 기반 D2D 통신의 최적화 과정을 나타내는 흐름도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따라 복호 후 전송 릴레이에서 수행되는 LTE-Advanced 기반 D2D 통신의 최적화 과정을 나타내는 흐름도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 LTE-Advanced 기반 D2D 통신의 최적화 방법을 수행하는 D2D 단말의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 LTE-Advanced 기반 D2D 통신의 최적화 방법을 수행하는 복호 후 전송 릴레이의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 D2D 통신의 신뢰도를 설명하기 위한 Outage probability-셀룰러 단말 파워 그래프이다.
1 is a conceptual diagram illustrating a communication and interference channel model between a cellular terminal and a D2D terminal in an LTE-Advanced Network.
2 is a conceptual diagram illustrating an operating environment in which an optimization method for LTE-Advanced based D2D communication according to an embodiment of the present invention is implemented.
3 is a flowchart illustrating an optimization process of LTE-Advanced based D2D communication performed in a D2D terminal according to an embodiment of the present invention.
4 is a flowchart illustrating an optimization process of LTE-Advanced based D2D communication performed in a transmission relay after decoding according to an embodiment of the present invention.
5 is a block diagram illustrating a configuration of a D2D user equipment that performs an optimization method of LTE-Advanced based D2D communication according to an embodiment of the present invention.
6 is a block diagram illustrating a configuration of a post-decoding transmission relay that performs an optimization method of LTE-Advanced based D2D communication according to an embodiment of the present invention.
7 is an outage probability-cellular terminal power graph for explaining reliability of D2D communication according to an embodiment of the present invention.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세하게 설명하고자 한다.While the invention is susceptible to various modifications and alternative forms, specific embodiments thereof are shown by way of example in the drawings and will herein be described in detail.

그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.It should be understood, however, that the invention is not intended to be limited to the particular embodiments, but includes all modifications, equivalents, and alternatives falling within the spirit and scope of the invention.

제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.The terms first, second, etc. may be used to describe various components, but the components should not be limited by the terms. The terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another. For example, without departing from the scope of the present invention, the first component may be referred to as a second component, and similarly, the second component may also be referred to as a first component. And / or < / RTI > includes any combination of a plurality of related listed items or any of a plurality of related listed items.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. When a component is referred to as being "connected" or "connected" to another component, it may be directly connected to or connected to that other component, but it may be understood that other components may be present in between. Should be. On the other hand, when an element is referred to as being "directly connected" or "directly connected" to another element, it should be understood that there are no other elements in between.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.The terminology used in this application is used only to describe a specific embodiment and is not intended to limit the invention. Singular expressions include plural expressions unless the context clearly indicates otherwise. In this application, the terms "comprise" or "have" are intended to indicate that there is a feature, number, step, operation, component, part, or combination thereof described in the specification, and one or more other features. It is to be understood that the present invention does not exclude the possibility of the presence or the addition of numbers, steps, operations, components, components, or a combination thereof.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 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 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가진 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.Unless defined otherwise, all terms used herein, including technical or scientific terms, have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which this invention belongs. Terms such as those defined in commonly used dictionaries should be interpreted as having a meaning consistent with the meaning in the context of the relevant art and are to be interpreted in an ideal or overly formal sense unless explicitly defined in the present application Do not.

이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다. 본 발명을 설명함에 있어 전체적인 이해를 용이하게 하기 위하여 도면상의 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 사용하고 동일한 구성요소에 대해서 중복된 설명은 생략한다.
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In order to facilitate the understanding of the present invention, the same reference numerals are used for the same constituent elements in the drawings and redundant explanations for the same constituent elements are omitted.

본 명세서에서 본 발명의 실시예들은 D2D 단말들과 릴레이를 중심으로 기술하며, 기지국은 셀룰러 단말 및 D2D 단말과 직접적으로 통신을 수행하는 네트워크의 종단 노드(Terminal Node)가 될 수 있다.In the present specification, embodiments of the present invention focus on D2D terminals and relays, and the base station may be a terminal node of a network that directly communicates with a cellular terminal and a D2D terminal.

본 명세서에서 기지국은 고정국(Fixed Station), Node B, eNode B(eNB), 엑세스 포인트(Access Point) 등의 용어로 대체될 수 있고, D2D 단말 또는 셀룰러 단말은 이동 단말(Mobile Station: MS), UE(User Equipment), SS(Subscriber Station), MSS(Mobile Subscriber Station), 단말(Mobile Terminal) 등의 용어로 대체될 수 있다. 상기 이동 단말은 PDA(Personal Digital Assistant), 셀룰러폰, PCS(Personal Communication Service)폰, GSM(Global System for Mobile)폰, WCDMA(Wideband CDMA)폰, MBS(Mobile Broadband System)폰 등의 다양한 장치가 될 수 있다. In the present specification, the base station may be replaced with terms such as a fixed station, a Node B, an eNode B (eNB), an access point, and the like, and the D2D terminal or the cellular terminal may be a mobile station (MS), It may be replaced with terms such as a user equipment (UE), a subscriber station (SS), a mobile subscriber station (MSS), and a mobile terminal. The mobile terminal includes various devices such as a PDA (Personal Digital Assistant), a cellular phone, a Personal Communication Service (PCS) phone, a Global System for Mobile (GSM) phone, a Wideband CDMA (WCDMA) phone, and a Mobile Broadband System (MBS) phone. Can be.

또한, D2D 단말의 어플리케이션 타입(Machine Application Type)이 증가하고 있으며, 디바이스의 어플리케이션의 타입으로는 보안(Security), 치안(Public Safety), 트래킹(Tracking) 및 트레이싱(Tracing), 지불(Payment), 건강관리(Healthcare), 원격 유지 및 제어(Remote Maintenance and Control), 검침(Metering), 소비자 장치(Consumer Device), 판매 관리 시스템(POS: Point Of Sales)과 보안 관련 응용 시장에서 물류 관리(Fleet Management), 자동 판매기(Vending Machine)의 디바이스간 통신, 기계 및 설비의 원격 모니터링, 건설 기계 설비상의 작동 시간 측정 및 열 또는 전기 사용량을 자동으로 측정하는 지능 검침(Smart Metering), 감시 카메라의 감시 영상(Surveillance Video) 통신 등이 있으나, 이에 한정되지는 않으며, D2D 단말은 상술한 어플리케이션 타입 이외의 타입을 수행하는 다양한 장치가 될 수 있다.In addition, the application type (Machine Application Type) of the D2D terminal is increasing, and the types of application of the device are security, public safety, tracking and tracing, payment, payment, Fleet Management in Healthcare, Remote Maintenance and Control, Metering, Consumer Device, Point of Sales and Security-Related Applications ), Device-to-device communication in vending machines, remote monitoring of machines and installations, smart metering to automatically measure heat and electricity usage and measurement of operating time on construction machinery, and surveillance video from surveillance cameras ( Surveillance Video) communication, but the present invention is not limited thereto, and the D2D terminal may be various devices performing types other than the above-described application type.

한편, 본 발명의 실시예들은 하드웨어, 펌웨어, 소프트웨어 또는 이들의 결합 등의 다양한 수단으로 구현될 수 있다. 하드웨어에 의한 구현의 경우, 적어도 하나의 ASICs(Application Specific Integrated Circuits), DSPs(Digital Signal Processors), DSPDs(Digital Signal Processing Devices), PLDs(Programmable Logic Devices), FPGAs(Field Programmable Gate Arrays), 프로세서, 컨트롤러, 마이크로 컨트롤러, 마이크로 프로세서 등을 통하여 구현될 수 있다.Meanwhile, embodiments of the present invention may be implemented by various means such as hardware, firmware, software, or a combination thereof. In the case of a hardware implementation, at least one Application Specific Integrated Circuits (ASICs), Digital Signal Processors (DSPs), Digital Signal Processing Devices (DSPDs), Programmable Logic Devices (PLDs), Field Programmable Gate Arrays (FPGAs), Processors, It may be implemented through a controller, a microcontroller, a microprocessor, or the like.

펌웨어 또는 소프트웨어에 의한 구현의 경우, 기능 또는 동작을 수행하는 모듈, 절차 또는 함수 등의 형태로 구현될 수 있고, 소프트웨어 코드는 메모리 장치에 저장된 프로세서에 의해 실행될 수 있고, 메모리 장치는 프로세서의 내부 또는 외부에 위치하여 다양한 수단에 의해 프로세서와 데이터를 송수신할 수 있다.
In the case of an implementation by firmware or software, it may be implemented in the form of a module, procedure, or function that performs a function or an operation, and the software code may be executed by a processor stored in a memory device, and the memory device may be internal to the processor or It may be located outside to transmit and receive data with the processor by various means.

도 1은 LTE-Advanced Network 내에서의 셀룰러 단말 및 D2D 단말 간의 통신 및 간섭 채널 모델을 나타내는 개념도이다.1 is a conceptual diagram illustrating a communication and interference channel model between a cellular terminal and a D2D terminal in an LTE-Advanced Network.

도 1을 참조하면, 셀룰러 단말(100), 기지국(200), D2D 단말(300), D2D 단말(400)들이 동일한 셀룰러 네트워크 안에서 주파수 자원을 공유하며 존재한다.Referring to FIG. 1, the cellular terminal 100, the base station 200, the D2D terminal 300, and the D2D terminal 400 share frequency resources within the same cellular network.

여기서, 셀룰러 단말(100) 및 D2D 단말(300, 400)은 단일 안테나를 이용하고, 기지국(200)은 다중 안테나를 이용할 수 있다.Here, the cellular terminal 100 and the D2D terminals 300 and 400 may use a single antenna, and the base station 200 may use multiple antennas.

도 1과 같이 3GPP LTE-Advanced에서는 셀룰러 사업자에 의한 D2D 통신 모델이 제안되어, D2D 단말간의 간섭을 효율적으로 제어할 수 있었다.As shown in FIG. 1, in 3GPP LTE-Advanced, a D2D communication model by a cellular operator has been proposed, and thus, interference between D2D terminals can be efficiently controlled.

그러나, D2D 단말(300, 400)이 셀룰러 단말(100)과 주파수 자원을 공유하게 되므로 셀룰러 단말(100)과 D2D 단말(300, 400) 간의 간섭이 발생할 수 있게 되었다. 따라서, 셀룰러 단말(100)과 D2D 단말(300, 400) 간의 간섭 문제를 해결하기 위한 다음과 같은 다양한 방안들이 제안되었다.However, since the D2D terminals 300 and 400 share frequency resources with the cellular terminal 100, interference between the cellular terminal 100 and the D2D terminals 300 and 400 may occur. Accordingly, various methods for solving the interference problem between the cellular terminal 100 and the D2D terminals 300 and 400 have been proposed.

첫 번째는 D2D 단말의 전송 파워를 통제하는 방법이다. 즉, 셀룰러 네트워크상에서는 서비스의 우선권이 셀룰러 단말(100)에게 있으므로 상대적으로 D2D 기기의 전송 파워를 제안함으로써 셀룰러 단말(100)에게 미치는 간섭의 영향을 최소화했다.The first is a method of controlling the transmission power of the D2D terminal. That is, since the priority of the service is in the cellular terminal 100 on the cellular network, the influence of the interference on the cellular terminal 100 is minimized by proposing a transmission power of the D2D device.

특히, 기지국(200)에서 D2D 단말(300, 400)로부터 받을 수 있는 간섭의 최대 허용치를 설정하여, 셀룰러 단말(100)의 신호대 간섭잡음비(signal-to-interference plus noise ratio, SINR)가 특정한 값 이하에서 통신이 이루어질 수 있도록 D2D 단말(300, 400)의 송신파워를 고정된 크기로 제안하는 방법이 있었다.In particular, the base station 200 sets a maximum allowable amount of interference that may be received from the D2D terminals 300 and 400, so that a signal-to-interference plus noise ratio (SINR) of the cellular terminal 100 is specified. Hereinafter, there was a method of proposing a transmission power of the D2D terminals 300 and 400 in a fixed size so that communication can be made.

두 번째는 셀룰러 단말(100)과 D2D 단말(300, 400)의 자원 점유를 공간 또는 주파수 도메인에서 배타적으로 분리하는 방법이다. 이는 기존의 제안되었던 시간 분할 다중화(Time Division Multiplexing, TDD) 또는 주파수 분할 다중화(Frequency Division Multiplexing, FDD) 기법을 이용하여 구현될 수 있다.The second is a method of exclusively separating the resource occupancy of the cellular terminal 100 and the D2D terminal (300, 400) in the space or frequency domain. This can be implemented using the existing proposed time division multiplexing (TDD) or frequency division multiplexing (FDD) technique.

또는, 서로 간의 영향을 줄 수 있는 공간에 분포해 있는 셀룰러 단말(100)과 D2D 단말(300, 400)에 서로 다른 주파수 대역을 할당함으로써 간섭의 영향을 줄이는 방법도 제안되었다.Alternatively, a method of reducing the influence of interference by allocating different frequency bands to the cellular terminal 100 and the D2D terminals 300 and 400 distributed in a space capable of affecting each other has also been proposed.

이외의 방법으로는 셀룰러 단말(100)의 신호를 기지국(200)이 D2D 단말(300, 400)로 전송함으로써 간섭신호 제거(Interference Cancelation) 기술을 이용하는 방법이 제안되었다.As another method, a method of using an interference cancellation technique has been proposed by transmitting a signal of the cellular terminal 100 to the D2D terminals 300 and 400.

그러나, 첫 번째 방법은 우선권이 셀룰러 단말(100)에게 맞추어져 있기 때문에 같은 사업자에 의해 제공되는 D2D 통신 서비스의 신뢰도를 보장할 수가 없다.However, the first method cannot guarantee the reliability of the D2D communication service provided by the same operator because the priority is tailored to the cellular terminal 100.

또한, 두 번째 방법의 경우 기지국(200)에서 다루어야 하는 정보가 과대해지고, 같은 주파수 대역을 셀룰러 단말(100)과 D2D 단말(300, 400)이 동시에 이용하는 경우에 비하여 통신의 효율성이 떨어지게 된다.In addition, in the second method, information to be handled by the base station 200 becomes excessive, and communication efficiency is lower than that of the case where the cellular terminal 100 and the D2D terminals 300 and 400 simultaneously use the same frequency band.

또한, 기지국(200)이 IC 과정에 참여하는 경우 기지국(200)으로부터의 신호를 대기해야 하기 때문에 D2D 단말(300, 400)간의 직접적인 통신이라는 D2D의 장점이 사라지게 된다.In addition, when the base station 200 participates in the IC process, since the signal from the base station 200 must wait, the advantage of the D2D called direct communication between the D2D terminals 300 and 400 disappears.

따라서, 이하, 본 발명의 일 실시예에 따라 셀룰러 단말(100)과 D2D 단말(300, 400) 간의 간섭 문제를 해결하기 위한 방법을 설명하도록 한다.
Accordingly, a method for solving the interference problem between the cellular terminal 100 and the D2D terminals 300 and 400 according to an embodiment of the present invention will be described below.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 LTE-Advanced 기반 D2D 통신의 최적화 방법이 구현되는 동작환경을 나타내는 개념도이다.2 is a conceptual diagram illustrating an operating environment in which an optimization method for LTE-Advanced based D2D communication according to an embodiment of the present invention is implemented.

이하, 기지국(200)이 개방 루프 피드백(Open loop feedback)을 통해 통제 범위 내의 단말들 사이의 채널 정보를 파악하고 있음을 가정한다.Hereinafter, it is assumed that the base station 200 grasps channel information between terminals within a control range through open loop feedback.

도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 LTE-Advanced 기반 D2D 통신의 최적화 방법이 구현되는 동작환경은, 하나의 셀 커버리지 안에 셀룰러 단말(100), 기지국(200), D2D 단말(300, 400), 복호 후 전송(Decode-to-Forward, DF) 릴레이(500)를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 2, an operating environment in which an optimization method of LTE-Advanced based D2D communication is implemented according to an embodiment of the present invention includes a cellular terminal 100, a base station 200, and a D2D terminal 300 within one cell coverage. , 400), and a decode-to-forward (DF) relay 500.

셀룰러 단말(100)은 기존의 통신 프로토콜을 사용하여 기지국(200)과 통신을 수행한다.The cellular terminal 100 communicates with the base station 200 using an existing communication protocol.

또한, D2D 단말(300)은 기지국(200)으로부터 폐루프 피드백(Closed loop feedback)을 통해 수신한 채널 상태 정보를 이용하여 전송 파워를 결정하고, 결정된 전송파워로 복호 후 전송 릴레이(500)에 데이터 신호를 전송한다.In addition, the D2D terminal 300 determines transmission power by using channel state information received from the base station 200 through closed loop feedback, and decodes the determined transmission power to transmit data to the transmission relay 500. Send a signal.

복호 후 전송 릴레이(500)는 D2D 단말(300)로부터 데이터 신호가 수신되면, 기지국으로부터 수신된 채널 상태 정보를 이용하여 다른 D2D 단말(400)로 데이터 전송시 사용할 전송 파워를 결정한다.After decoding, when the data relay is received from the D2D terminal 300, the transmission relay 500 determines transmission power to be used for data transmission to another D2D terminal 400 by using channel state information received from the base station.

또한, 복호 후 전송 릴레이(500)는 수신된 데이터 신호를 복호한 후 결정된 전송파워로 복호한 데이터 신호를 다른 D2D 단말(400)로 전송한다.In addition, after decoding, the transmission relay 500 decodes the received data signal and transmits the data signal decoded with the determined transmission power to another D2D terminal 400.

여기서, D2D 단말(300) 및 복호 후 전송 릴레이(500)는 기지국(200)으로부터 수신한 채널 상태 정보를 이용하여 자신의 전송파워를 결정하게 되므로, 상기 전송 파워는 채널의 함수로 표현되고, 채널의 상태에 따라 유동적으로 전송 파워가 결정될 수 있다.Here, since the D2D terminal 300 and the post-decoding transmission relay 500 determine their transmission power using the channel state information received from the base station 200, the transmission power is expressed as a function of the channel, and the channel According to the state of the transmission power can be determined flexibly.

본 발명의 일 실시예에 따른 D2D 통신은 신뢰도를 높이기 위해 협력 통신(Cooperative communication) 기법 중 복호 후 전송(Decode-and-Froward, DF) 기법을 이용하여 신호를 전송한다. 즉, D2D 단말(300)은 D2D 통신의 신뢰도를 높이기 위해 복호 후 전송 릴레이(500)를 거쳐 다른 D2D 단말(400)로 데이터 신호를 전송한다.D2D communication according to an embodiment of the present invention transmits a signal using a decode-and-Froward (DF) technique among cooperative communication techniques in order to increase reliability. That is, the D2D terminal 300 transmits a data signal to another D2D terminal 400 through the transmission relay 500 after decoding in order to increase the reliability of the D2D communication.

따라서, 상술한 바와 같이본 발명의 일 실시예에 따른 D2D 통신은 듀얼 홉(Dual-hop)의 복호 후 전송 방법을 이용하여 데이터 신호를 전송하므로, 데이터 신호를 전송하는데 있어서 총 2번의 배타적인 슬롯이 필요하기 때문에 시분할 다중 방식(time division multiplex)을 이용한다. Accordingly, as described above, since the D2D communication according to an embodiment of the present invention transmits a data signal using a dual-hop decoding method, a total of two exclusive slots for transmitting the data signal are provided. Since this is necessary, time division multiplex is used.

또한, 각 홉 마다 채널의 상태가 변할 수 있기 때문에 기지국(200)으로부터 피드백 받은 새로운 채널 상태 정보를 이용하여 최적의 전송 파워를 다시 결정한다.
In addition, since the channel state may change for each hop, the optimum transmission power is determined again using the new channel state information fed back from the base station 200.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따라 D2D 단말에서 수행되는 LTE-Advanced 기반 D2D 통신의 최적화 과정을 나타내는 흐름도이다.3 is a flowchart illustrating an optimization process of LTE-Advanced based D2D communication performed in a D2D terminal according to an embodiment of the present invention.

도 3을 참조하면, D2D 단말(300, 도 2 참조)은 기지국(200)으로부터 채널의 상태 정보를 수신한다(S310).Referring to FIG. 3, the D2D terminal 300 (refer to FIG. 2) receives the state information of the channel from the base station 200 (S310).

여기서, 채널의 상태 정보는 D2D 통신 채널의 이득, 간섭 채널의 이득, 노드에서 다른 노드로의 전송 파워 등을 포함할 수 있다.Here, the state information of the channel may include a gain of a D2D communication channel, a gain of an interference channel, a transmission power from a node to another node, and the like.

이후, D2D 단말(300)은 단계 310을 통해 수신한 채널 상태 정보에 기초하여 최적의 전송 파워를 결정한다(S320). 여기서, 최적의 전송 파워는 다음과 같은 과정을 통해 결정될 수 있다.Thereafter, the D2D terminal 300 determines an optimal transmission power based on the channel state information received through step 310 (S320). Here, the optimal transmission power may be determined through the following process.

우선, D2D 단말(300)이 데이터 신호를 전송할 때 고려해야 하는 평균 간섭 제약 조건(average interference constraint)은 다음의 수학식 1과 같이 정의된다.First, an average interference constraint to be considered when the D2D terminal 300 transmits a data signal is defined as in Equation 1 below.

Figure 112012087653231-pat00001
Figure 112012087653231-pat00001

수학식 1에서, 1은 D2D 단말(300)이고, 2는 복호 후 전송 릴레이(500)이고, 3은 D2D 단말(400)이고, C는 셀룰러 단말이고, B는 기지국(eNB)이고,

Figure 112012087653231-pat00002
i노드와 j노드 사이의 채널 이득이고,
Figure 112012087653231-pat00003
는 통계적 평균이고,
Figure 112012087653231-pat00004
i노드에서 j노드로의 전송 파워이고,
Figure 112012087653231-pat00005
는 기지국(200)에서의 D2D 단말(300, 400)에 의한 평균 간섭의 최대치이다.In Equation 1, 1 is a D2D terminal 300, 2 is a post-decoding transmission relay 500, 3 is a D2D terminal 400, C is a cellular terminal, B is a base station (eNB),
Figure 112012087653231-pat00002
Is the channel gain between node i and node j ,
Figure 112012087653231-pat00003
Is the statistical mean,
Figure 112012087653231-pat00004
Is the transmit power from node i to node j ,
Figure 112012087653231-pat00005
Is the maximum value of the average interference by the D2D terminals 300 and 400 in the base station 200.

D2D 단말(300)은 수학식 1의 평균 간섭 제약 조건을 바탕으로 어가딕 용량(Ergodic capacity)을 최대화하기 위한 최적의 전송 파워로 신호를 전송한다.The D2D terminal 300 transmits a signal with an optimal transmission power for maximizing the Ergodic capacity based on the average interference constraint of Equation 1.

여기서, 어가딕 용량은 다음의 수학식 2와 같이 나타낼 수 있다.Here, the addiction capacity may be expressed as Equation 2 below.

Figure 112012087653231-pat00006
Figure 112012087653231-pat00006

수학식 2에서 C는 어가딕 용량이고,

Figure 112012087653231-pat00007
은 노이즈 베리언스(noise variance)이고,
Figure 112012087653231-pat00008
는 셀룰러 단말의 전송파워이고,
Figure 112012087653231-pat00009
i노드와 j노드 사이의 채널 이득이고,
Figure 112012087653231-pat00010
i노드에서 j노드로의 전송 파워이고,
Figure 112012087653231-pat00011
는 셀룰러 단말과 j노드 사이의 채널 이득이다.In Equation 2, C is an addiction capacity,
Figure 112012087653231-pat00007
Is the noise variance,
Figure 112012087653231-pat00008
Is the transmission power of the cellular terminal,
Figure 112012087653231-pat00009
Is the channel gain between node i and node j ,
Figure 112012087653231-pat00010
Is the transmit power from node i to node j ,
Figure 112012087653231-pat00011
Is the channel gain between the cellular terminal and the j node.

여기서, 어가딕 용량은 페이딩 프로세스(fading process)가 화이트인 가정 하에 즉각적인 새넌 채널 용량(Shannon channel capacity)의 예측으로 정의된다. 또한, 채널 용량(channel capacity)은 통신 채널을 통해 신뢰성 있게 전송될 수 있는 정보의 양에 가장 타이트한 상계(upper bound)이다. 노이지-채널 코딩 이론(noisy-channel coding theorem)에 의해, 주어진 채널의 채널 용량은 개별적으로 작은 에러 확률과 함께 도출될 수 있는 제한적인 정보 비율이다.Here, the agadic capacity is defined as the prediction of Shannon channel capacity immediately under the assumption that the fading process is white. In addition, channel capacity is the upper bound on the amount of information that can be reliably transmitted over a communication channel. By means of the noisy-channel coding theorem, the channel capacity of a given channel is a limited proportion of information that can be derived individually with small error probabilities.

또한, D2D 단말(300)은 상기 채널 용량과 평균 간섭 제약 조건을 이용하여 어가딕 용량을 최대화하기 위한 D2D 단말(300)의 전송 파워를 결정할 수 있다.In addition, the D2D terminal 300 may determine the transmission power of the D2D terminal 300 to maximize the addiction capacity using the channel capacity and the average interference constraint.

용량의 볼록(convexity) 및 카러시-쿤-터커(Karush-Kuhn-Tucker, KKT) 조건을 바탕으로 라그랑주 승수(Lagrangian multiplier)를 적용하여 얻어진 최적화된 D2D 단말(300)의 전송 파워는 다음 수학식 3과 같이 나타낼 수 있다.The transmission power of the optimized D2D terminal 300 obtained by applying the Lagrangian multiplier based on the convexity of capacity and the Karush-Kuhn-Tucker (KKT) condition is represented by the following equation. It can be represented as 3.

Figure 112012087653231-pat00012
Figure 112012087653231-pat00012

수학식 3에서

Figure 112012087653231-pat00013
는 최적화된 전송 파워이고,
Figure 112012087653231-pat00014
은 노이즈 베리언스(noise variance)이고,
Figure 112012087653231-pat00015
는 라그랑주 승수이고,
Figure 112012087653231-pat00016
는 max(0,
Figure 112012087653231-pat00017
)이다.In Equation 3,
Figure 112012087653231-pat00013
Is the optimized transmission power,
Figure 112012087653231-pat00014
Is the noise variance,
Figure 112012087653231-pat00015
Is the Lagrange multiplier,
Figure 112012087653231-pat00016
Max (0,
Figure 112012087653231-pat00017
)to be.

여기서, 결정된 최적화된 전송 파워는 D2D 단말(300, 400) 사이의 채널 이득에 비례하고, 간섭 채널 이득에 반비례한다. 즉, D2D 통신 채널 이득이 큰 경우 더 많은 전송 파워를 할당하여 퍼포먼스를 최대화 시키고, D2D 통신 채널 이득이 작거나 간섭 채널 이득이 커 D2D 통신의 신뢰도를 보장할 수 없는 경우에는 전송 파워를 감소시켜 불필요한 전송 파워의 낭비를 막을 수 있다.Here, the determined optimized transmission power is proportional to the channel gain between the D2D terminals 300 and 400 and inversely proportional to the interference channel gain. In other words, if the D2D communication channel gain is large, allocate more transmission power to maximize performance.If the D2D communication channel gain is small or the interference channel gain is large, the reliability of the D2D communication cannot be guaranteed. Waste of transmission power can be prevented.

또한, 라그랑주 함수의 경우에는 수학식 3을 통해 얻어진 최적의 전송파워를 수학식 1의 평균 간섭 제약 조건 수식에 대입하여 얻을 수 있다. 이를 수식적으로 표기하면 다음의 수학식 4와 같이 나타낼 수 있다.In addition, in the case of the Lagrange function, the optimal transmission power obtained through Equation 3 may be obtained by substituting the average interference constraint of Equation 1. If this is expressed mathematically, it may be expressed as Equation 4 below.

Figure 112012087653231-pat00018
Figure 112012087653231-pat00018

수학식 4에서

Figure 112012087653231-pat00019
는 셀룰러 단말(C)와 D2D 통신에서의 j노드 (2 또는 3) 사이의 간섭잡음비(interference-to-noise ratio, INR,
Figure 112012087653231-pat00020
)의 평균값의 역수이고,
Figure 112012087653231-pat00021
는 익스포넨셜 인테그럴(Exponential Integral,
Figure 112012087653231-pat00022
)이다.In Equation 4,
Figure 112012087653231-pat00019
Is an interference-to-noise ratio (INR) between the cellular terminal C and the j node (2 or 3) in D2D communication.
Figure 112012087653231-pat00020
Is the inverse of the mean of
Figure 112012087653231-pat00021
Exponential Integral,
Figure 112012087653231-pat00022
)to be.

다시 도 3을 참조하면, D2D 단말(300)은 단계 320을 통해 결정된 최적의 전송 파워로 데이터 신호를 복호 후 전송 릴레이(400)로 전송한다(S330).Referring back to FIG. 3, the D2D terminal 300 transmits the data signal to the transmission relay 400 after decoding with the optimal transmission power determined in step 320 (S330).

이하에서는 도 4를 참조하여 복호 후 전송을 수행하는 복호 후 전송 릴레이(500)에서 수행되는 LTE-Advanced 기반 D2D 통신의 최적화 과정을 설명하도록 한다.
Hereinafter, an optimization process of LTE-Advanced based D2D communication performed by the after-decoding transmission relay 500 performing post-decoding with reference to FIG. 4 will be described.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따라 복호 후 전송 릴레이에서 수행되는 LTE-Advanced 기반 D2D 통신의 최적화 과정을 나타내는 흐름도이다.4 is a flowchart illustrating an optimization process of LTE-Advanced based D2D communication performed in a transmission relay after decoding according to an embodiment of the present invention.

도 4를 참조하면, 복호 후 전송 릴레이(500)는 D2D 단말(300)로부터 데이터 신호가 수신되는지 판단하고(S410), 데이터 신호가 수신되는 것으로 판단되면 기지국(200)으로부터 현재 채널의 상태 정보를 수신한다(S420).Referring to FIG. 4, after decoding, the transmission relay 500 determines whether a data signal is received from the D2D terminal 300 (S410). If it is determined that the data signal is received, the transmission relay 500 receives the state information of the current channel from the base station 200. Receive (S420).

이후, 복호 후 전송 릴레이(500)는 단계 420을 통해 수신된 채널의 상태 정보에 기초하여 최적의 전송 파워를 결정한다(S430).Thereafter, after decoding, the transmission relay 500 determines an optimal transmission power based on the state information of the channel received through step 420 (S430).

여기서, 최적의 전송 파워를 결정하는 단계 430은 도 3의 단계 320과 동일하며, 동일한 방법으로 최적의 전송 파워를 결정하므로, 중복을 피하기 위해 상세한 설명은 생략한다.Here, the step 430 of determining the optimum transmit power is the same as the step 320 of FIG.

복호 후 전송 릴레이(500)는 단계 430을 통해 최적의 전송 파워가 결정되면 D2D 단말(300)로부터 수신된 데이터 신호를 복호한 후, 결정된 최적의 전송 파워로 복호한 데이터 신호를 다른 D2D 단말(400)로 전송한다(S440).After decoding, the transmission relay 500 decodes the data signal received from the D2D terminal 300 when the optimal transmission power is determined through step 430, and then decodes the data signal decoded at the determined optimal transmission power to another D2D terminal 400. In step S440).

본 발명의 일 실시예에 따른 LTE-Advanced 기반 D2D 통신은 협력 통신 중 복호화 후 전송 기법을 이용하여 데이터 신호를 전송함으로써, D2D 통신의 신뢰도를 높일 수 있다.
LTE-Advanced based D2D communication according to an embodiment of the present invention can increase the reliability of the D2D communication by transmitting a data signal using a transmission method after decoding during cooperative communication.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 LTE-Advanced 기반 D2D 통신의 최적화 방법을 수행하는 D2D 단말의 구성을 나타내는 블록도이다.5 is a block diagram illustrating a configuration of a D2D user equipment that performs an optimization method of LTE-Advanced based D2D communication according to an embodiment of the present invention.

도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 LTE-Advanced 기반 D2D 통신의 최적화 방법을 수행하는 D2D 단말(300)은 통신부(310) 및 프로세서(320)를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 5, a D2D terminal 300 performing an optimization method of LTE-Advanced based D2D communication according to an embodiment of the present invention may include a communication unit 310 and a processor 320.

먼저, 통신부(310)는 기지국(200)으로부터 채널 상태 정보를 수신하여 프로세서(320)에 제공하고, 프로세서(320)의 제어에 기초하여 데이터 신호를 복호 후 전송 릴레이(500)로 전송할 수 있다.First, the communication unit 310 may receive channel state information from the base station 200, provide the channel state information to the processor 320, and transmit the data signal to the transmission relay 500 after decoding based on the control of the processor 320.

여기서, 통신부(310)는 기지국(200) 및 복호 후 전송 릴레이(500)와 와이파이, 블루투스, 지그비(Zigbee), 초광대역 통신(UWB: Ultra Wide Band), 근거리 무선 통신(NFC: Near Field Communication), 바이너리 CDMA(B-CDMA: Binary Division Multiple Access), LTE(Long Term Evolution) 등의 다양한 무선 통신 기술을 이용하여 통신을 수행할 수 있다.Here, the communication unit 310 is the base station 200 and the post-decoding transmission relay 500 and the Wi-Fi, Bluetooth, Zigbee (UigB), Ultra Wide Band (UWB), Near Field Communication (NFC) Communication may be performed using various wireless communication technologies such as binary division multiple access (B-CDMA) and long term evolution (LTE).

프로세서(320)는 통신부(310)를 통해 기지국(200)으로부터 채널의 상태 정보를 수신한다.The processor 320 receives channel state information from the base station 200 through the communication unit 310.

여기서, 채널의 상태 정보는 D2D 통신 채널의 이득, 간섭 채널의 이득, 노드에서 다른 노드로의 전송 파워 등을 포함할 수 있다.Here, the state information of the channel may include a gain of a D2D communication channel, a gain of an interference channel, a transmission power from a node to another node, and the like.

또한, 프로세서(320)는 수신한 채널 상태 정보에 기초하여 최적의 전송 파워를 결정한다. In addition, the processor 320 determines an optimal transmission power based on the received channel state information.

여기서, 프로세서(320)가 최적의 전송 파워를 결정하는 것은 도 3 및 도 4를 통해 이미 설명되었는바, 중복을 피하기 위해 상세한 설명은 생략한다.Here, since the processor 320 determines the optimal transmission power has already been described with reference to FIGS. 3 and 4, a detailed description thereof will be omitted to avoid duplication.

프로세서(320)에 의해 결정된 최적화된 전송 파워는 D2D 단말(300, 400) 사이의 채널 이득에 비례하고, 간섭 채널 이득에 반비례한다. 즉, D2D 통신 채널 이득이 큰 경우 더 많은 전송 파워를 할당하여 퍼포먼스를 최대화 시키고, D2D 통신 채널 이득이 작거나 간섭 채널 이득이 커 D2D 통신의 신뢰도를 보장할 수 없는 경우에는 전송 파워를 감소시켜 불필요한 전송 파워의 낭비를 막을 수 있다.The optimized transmit power determined by the processor 320 is proportional to the channel gain between the D2D terminals 300 and 400 and inversely proportional to the interfering channel gain. In other words, if the D2D communication channel gain is large, allocate more transmission power to maximize performance.If the D2D communication channel gain is small or the interference channel gain is large, the reliability of the D2D communication cannot be guaranteed. Waste of transmission power can be prevented.

또한, 프로세서(320)는 결정된 최적의 전송 파워로 데이터 신호를 통신부(310)을 통해 복호 후 전송 릴레이(400)로 전송한다.In addition, the processor 320 transmits the data signal to the transmission relay 400 after decoding through the communication unit 310 at the determined optimal transmission power.

본 발명의 일 실시예에 따른 D2D 단말(300)은 복호 후 전송 릴레이(500)를 거쳐 다른 D2D 단말(400)로 데이터 신호를 전송하여 D2D 통신의 신뢰도를 높일 수 있다.
The D2D terminal 300 according to an embodiment of the present invention may increase the reliability of the D2D communication by transmitting a data signal to another D2D terminal 400 through the transmission relay 500 after decoding.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 LTE-Advanced 기반 D2D 통신의 최적화 방법을 수행하는 복호 후 전송 릴레이의 구성을 나타내는 블록도이다.6 is a block diagram illustrating a configuration of a post-decoding transmission relay that performs an optimization method of LTE-Advanced based D2D communication according to an embodiment of the present invention.

도 6을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 LTE-Advanced 기반 D2D 통신의 최적화 방법을 수행하는 복호 후 전송 릴레이(500)는 송수신부(510) 및 제어부(520)를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 6, the post-decoding transmission relay 500 that performs an optimization method of LTE-Advanced based D2D communication according to an embodiment of the present invention may include a transceiver 510 and a controller 520.

먼저, 송수신부(510)는 기지국(200)으로부터 채널 상태 정보를 수신하여 제어부(520)에 제공하고, 제어부(520)의 제어에 기초하여 복호화한 데이터 신호를 다른 D2D 단말(400)로 전송할 수 있다.First, the transceiver 510 may receive channel state information from the base station 200, provide the channel state information to the controller 520, and transmit the decoded data signal to another D2D terminal 400 based on the control of the controller 520. have.

여기서, 송수신부(310)는 기지국(200) 및 다른 D2D 단말(400)과 와이파이, 블루투스, 지그비(Zigbee), 초광대역 통신(UWB: Ultra Wide Band), 근거리 무선 통신(NFC: Near Field Communication), 바이너리 CDMA(B-CDMA: Binary Division Multiple Access), LTE(Long Term Evolution) 등의 다양한 무선 통신 기술을 이용하여 통신을 수행할 수 있다.Here, the transceiver 310 is a base station 200 and other D2D terminal 400 and the Wi-Fi, Bluetooth, Zigbee (UigB), Ultra Wide Band (UWB), Near Field Communication (NFC: Near Field Communication) Communication may be performed using various wireless communication technologies such as binary division multiple access (B-CDMA) and long term evolution (LTE).

제어부(520)는 송수신부(510)를 통해 D2D 단말(300)로부터 데이터 신호가 수신되는 것으로 판단되면 기지국(200)으로부터 현재 채널의 상태 정보를 수신한다(S420).If it is determined that the data signal is received from the D2D terminal 300 through the transceiver 510, the controller 520 receives the state information of the current channel from the base station 200 (S420).

또한, 제어부(520)는 기지국(200)으로부터 수신된 채널의 상태 정보에 기초하여 최적의 전송 파워를 결정한다.In addition, the controller 520 determines the optimal transmission power based on the state information of the channel received from the base station 200.

여기서, 최적의 전송 파워를 결정하는 방법은 것은 도 3에 설명된 방법과 동일하므로, 중복을 피하기 위해 상세한 설명은 생략한다.Here, since the method of determining the optimal transmission power is the same as the method described in FIG. 3, detailed description is omitted to avoid duplication.

제어부(520)에 의해 결정된 최적화된 전송 파워는 D2D 단말(300, 400) 사이의 채널 이득에 비례하고, 간섭 채널 이득에 반비례한다.The optimized transmission power determined by the controller 520 is proportional to the channel gain between the D2D terminals 300 and 400 and inversely proportional to the interference channel gain.

또한, 제어부(520)는 최적의 전송 파워가 결정되면 D2D 단말(300)로부터 수신된 데이터 신호를 복호한 후, 결정된 최적의 전송 파워로 복호한 데이터 신호를 다른 D2D 단말(400)로 전송한다.In addition, when the optimal transmission power is determined, the controller 520 decodes the data signal received from the D2D terminal 300, and then transmits the data signal decoded at the determined optimal transmission power to another D2D terminal 400.

본 발명의 일 실시예에 따른 LTE-Advanced 기반 D2D 통신에 협력 통신 중 복호화 후 전송 기법을 이용하여 데이터 신호를 전송함으로써, D2D 통신의 신뢰도를 높일 수 있다.
According to an embodiment of the present invention, by transmitting a data signal by using a transmission method after decoding during cooperative communication in LTE-Advanced based D2D communication, reliability of D2D communication can be improved.

도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 D2D 통신의 신뢰도를 설명하기 위한 Outage probability-셀룰러 단말 파워 그래프이다.7 is an outage probability-cellular terminal power graph for explaining reliability of D2D communication according to an embodiment of the present invention.

도 7을 참조하면, 셀룰러 단말(100)의 전송 파워가 작을수록 아웃티지 확률이 더 낮으며, 직접 전송(N =1)일 때보다 릴레이 전송(N = 2,3)일 때 아웃티지 확률이 더 낮아진다.Referring to FIG. 7, the smaller the transmission power of the cellular terminal 100 is, the lower the outage probability is, and when the relay transmission (N = 2,3) is more effective than the direct transmission (N = 1), Lower.

여기서, 아웃티지 확률-셀룰러 단말 파워 그래프에서 (기지국에서의 D2D 단말에 의한 평균 간섭의 최대치)는 10(dB) 및 R(달성 가능 속도)은 0.5(nats/s/Hz)로 설정되었다.Here, in the outage probability-cellular terminal power graph (the maximum value of the average interference by the D2D terminal at the base station) is set to 10 (dB) and R (achievable speed) to 0.5 (nats / s / Hz).

본 발명의 일 실시예에서는 도 7의 그래프에 나타난 바와 같이 협력 통신(cooperative communication)을 통한 D2D 통신을 이용하여 D2D 단말들의 제한된 전송 파워 내에서 페이딩(fading) 효과를 완화시켜 줄 수 있다.
According to an embodiment of the present invention, as shown in the graph of FIG. 7, the fading effect may be alleviated within the limited transmission power of the D2D terminals by using D2D communication through cooperative communication.

이상 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
It will be understood by those skilled in the art that various changes in form and details may be made therein without departing from the spirit and scope of the invention as defined in the appended claims. It will be possible.

100: 셀룰러 단말 200: 기지국
300, 400: D2D 단말 310: 통신부
320: 프로세서 500: 복호 후 전송 릴레이
510: 송수신부 520: 제어부
100: cellular terminal 200: base station
300, 400: D2D terminal 310: communication unit
320: processor 500: transmission relay after decoding
510: transceiver 520: controller

Claims (10)

D2D 단말에서 수행되는 D2D 통신의 최적화 방법에 있어서,
기지국으로부터 채널의 상태 정보를 수신하는 단계;
수신된 채널의 상태 정보에 기초하여 전송 파워를 결정하는 단계; 및
데이터 신호를 상기 결정된 전송 파워로 릴레이에 전송하는 단계를 포함하되,
상기 전송 파워를 결정하는 단계는,
용량의 볼록(convexity) 및 카러시-쿤-터커(Karush-Kuhn-Tucker, KKT) 조건에 기초하여 라그랑주 승수(Lagrangian multiplier)를 적용하여 어가딕 용량(Ergodic capacity)을 최대화 하기 위한 전송 파워를 결정하는 LTE-Advanced 기반 D2D 통신의 최적화 방법.
In the D2D communication optimization method performed in the D2D terminal,
Receiving status information of a channel from a base station;
Determining a transmit power based on state information of the received channel; And
Transmitting a data signal to a relay at the determined transmission power,
Determining the transmission power,
Based on the convexity of the capacity and the Karush-Kuhn-Tucker (KKT) conditions, Lagrangian multiplier is applied to determine the transmission power to maximize the Ergodic capacity. LTE-Advanced based D2D communication optimization method.
삭제delete 청구항 1에 있어서,
상기 LTE-Advanced 기반 D2D 통신의 최적화 방법은,
상기 기지국이 설정한 평균 간섭 제약 조건(average interference constraint) 범위 내에서 수행되는 것을 특징으로 하는 LTE-Advanced 기반 D2D 통신의 최적화 방법.
The method according to claim 1,
The optimization method of the LTE-Advanced based D2D communication,
The method for optimizing LTE-Advanced based D2D communication, characterized in that performed within the range of the average interference constraint (average interference constraint) set by the base station.
복호 후 전송 릴레이에서 수행되는 D2D 통신의 최적화 방법에 있어서,
D2D 단말로부터 데이터 신호가 수신되는 것으로 판단되면, 기지국으로부터 채널의 상태 정보를 수신하는 단계;
수신된 채널의 상태 정보에 기초하여 전송 파워를 결정하는 단계; 및
상기 데이터 신호를 복호하여 상기 결정된 전송 파워를 통해 다른 D2D 단말로 전송하는 단계를 포함하되,
상기 전송 파워를 결정하는 단계는,
용량의 볼록(convexity) 및 카러시-쿤-터커(Karush-Kuhn-Tucker, KKT) 조건에 기초하여 라그랑주 승수(Lagrangian multiplier)를 적용하여 어가딕 용량(Ergodic capacity)을 최대화 하기 위한 전송 파워를 결정하는 LTE-Advanced 기반 D2D 통신의 최적화 방법.
In the method of optimizing D2D communication performed in the transmission relay after decoding,
If it is determined that a data signal is received from the D2D terminal, receiving state information of a channel from a base station;
Determining a transmit power based on state information of the received channel; And
Decoding the data signal and transmitting the data signal to another D2D terminal through the determined transmission power;
Determining the transmission power,
Based on the convexity of the capacity and the Karush-Kuhn-Tucker (KKT) conditions, Lagrangian multiplier is applied to determine the transmission power for maximizing the Ergodic capacity. LTE-Advanced based D2D communication optimization method.
삭제delete 통신부; 및
상기 통신부를 통해 기지국으로부터 수신된 채널의 상태 정보에 기초하여 전송 파워를 결정하고, 결정된 전송 파워로 릴레이에 데이터 신호를 전송하는 프로세서를 포함하되,
상기 프로세서는,
용량의 볼록(convexity) 및 카러시-쿤-터커(Karush-Kuhn-Tucker, KKT) 조건에 기초하여 라그랑주 승수(Lagrangian multiplier)를 적용하여 어가딕 용량(Ergodic capacity)을 최대화 하기 위한 전송 파워를 결정하는 D2D 단말.
A communication unit; And
And a processor configured to determine a transmission power based on state information of a channel received from a base station through the communication unit, and to transmit a data signal to the relay at the determined transmission power.
The processor comprising:
Based on the convexity of the capacity and the Karush-Kuhn-Tucker (KKT) conditions, Lagrangian multiplier is applied to determine the transmission power to maximize the Ergodic capacity. D2D terminal.
삭제delete 청구항 6에 있어서,
상기 프로세서는,
상기 기지국이 설정한 평균 간섭 제약 조건(average interference constraint) 범위 내에서 수행되는 것을 특징으로 하는 D2D 단말.
The method of claim 6,
The processor comprising:
D2D terminal, characterized in that performed within the range of the average interference constraint (average interference constraint) set by the base station.
송수신부; 및
상기 송수신부를 통해 D2D 단말로부터 데이터 신호가 수신되는 것으로 판단되면, 기지국으로부터 채널의 상태 정보를 수신하고, 수신된 채널의 상태 정보에 기초하여 전송 파워를 결정한 후, 상기 데이터 신호를 복호하여 상기 결정된 전송 파워를 통해 다른 D2D 단말로 전송하는 제어부를 포함하되,
상기 제어부는,
용량의 볼록(convexity) 및 카러시-쿤-터커(Karush-Kuhn-Tucker, KKT) 조건에 기초하여 라그랑주 승수(Lagrangian multiplier)를 적용하여 어가딕 용량(Ergodic capacity)을 최대화 하기 위한 전송 파워를 결정하는 복호화 후 전송 릴레이.
A transmission / reception unit; And
If it is determined that the data signal is received from the D2D terminal through the transceiver, the base station receives the state information of the channel, determines the transmission power based on the received state information of the channel, and then decodes the data signal to determine the transmission. Including a control unit for transmitting to another D2D terminal through power,
Wherein,
Based on the convexity of the capacity and the Karush-Kuhn-Tucker (KKT) conditions, Lagrangian multiplier is applied to determine the transmission power to maximize the Ergodic capacity. Relay after decryption.
삭제delete
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JP2011146848A (en) 2010-01-13 2011-07-28 Ntt Docomo Inc Radio relay station device, radio base station device, and method of controlling transmission power

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