KR102243033B1 - Method of Joint User Association and Power Allocation for Millimeter-Wave Ultra-dense Networks - Google Patents

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KR102243033B1 KR1020190133677A KR20190133677A KR102243033B1 KR 102243033 B1 KR102243033 B1 KR 102243033B1 KR 1020190133677 A KR1020190133677 A KR 1020190133677A KR 20190133677 A KR20190133677 A KR 20190133677A KR 102243033 B1 KR102243033 B1 KR 102243033B1
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Abstract

본 발명은, 밀리미터파 초고밀도 네트워크를 위한 사용자 연계 및 전력 할당 방법에 관한 것으로, 특정 기지국과 단말 간의 연계(assiciation)를 나타내는 연계 변수 및 달성 가능한 전력 할당 변수의 초기값을 설정하는 단계; 실행 가능한 모든 초기 지점으로부터 에너지 효율을 최적화하기 위한 전력 할당 변수의 실행 가능 지점을 확인하는 단계; 상기 확인된 전력 할당 변수의 실행 가능 지점을 이용하여, 다음 연계 변수를 계산하는 단계; 및 상기 계산된 다음 연계 변수를 이용하여, 다음 전력 할당 변수를 계산하는 단계;를 포함한다.The present invention relates to a user association and power allocation method for a millimeter wave ultra-high density network, comprising: setting an initial value of an achievable power allocation variable and an association variable representing an association between a specific base station and a terminal; Identifying a viable point of a power allocation variable for optimizing energy efficiency from all viable initial points; Calculating a next linkage variable by using an executable point of the identified power allocation variable; And calculating a next power allocation variable by using the calculated next linkage variable.

Description

밀리미터파 초고밀도 네트워크를 위한 사용자 연계 및 전력 할당 방법{Method of Joint User Association and Power Allocation for Millimeter-Wave Ultra-dense Networks}Method of Joint User Association and Power Allocation for Millimeter-Wave Ultra-dense Networks}

본 발명은 이동 통신 시스템에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 이동 통신 시스템에서 밀리미터파 초고밀도 네트워크를 위한 사용자 연계 및 전력 할당 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a mobile communication system, and more particularly, to a user linkage and power allocation method for a millimeter wave ultra-high density network in a mobile communication system.

기하 급수적으로 증가하는 모바일 장치에 서비스를 제공할 뿐만 아니라 다양한 고속 데이터 전송률 서비스의 요구를 충족시키기 위해 고밀도 네트워크(ultra-dense network; UDN)의 밀리미터파(mmWave) 통신은 미래의 무선 통신 시스템을 위한 유망한 기술로 여겨지고 있다.In order to not only provide services to exponentially increasing mobile devices, but also to meet the demands of various high-speed data rate services, millimeter wave (mmWave) communication of ultra-dense network (UDN) is for future wireless communication systems. It is considered a promising technology.

일정 공간 내에 다중의 소형 셀 기지국(small-cell base station; SBS)들을 배치함으로써 높은 주파수 대역의 mmWave를 결합한 고밀도 토폴로지는 전체 네트워크의 사용자 단말(UE) 처리량뿐만 아니라 에너지 효율(energy efficiency; EE)을 증가시킬 것으로 예상된다.A high-density topology that combines mmWave of a high frequency band by arranging multiple small-cell base stations (SBSs) in a certain space increases energy efficiency (EE) as well as user terminal (UE) throughput of the entire network. It is expected to increase.

상기 mmWave와 UDN의 이점을 활용하여 SBS-UE 연계와 전력 할당을 공동으로 최적화하여 시스템 EE(에너지 효율)를 최대화하고 각 UE에 대한 서비스 품질 (QoS) 제약 조건을 보장하는 방법이 요구되고 있다. 구체적으로, UE들 사이의 처리량 공평성은 또한 UE 처리량 최대 최소(maxmin) 문제를 공식화함으로써 고려될 수 있다. 그러나, 이러한 SBS-UE 연계 문제(assiciation problem)는 복잡한 혼합 정수(complex mixed-integer) 비-볼록(non-convex) 문제로 반영되기 때문에 해결이 어렵다는 문제가 있다. 다른 한편으로, 전력 할당 문제는 비-볼록성 구조이고, 이는 상기 SBS-UE 연계 문제와 동시에 처리하기 어렵다는 문제점이 있다.There is a need for a method of maximizing system EE (energy efficiency) and ensuring quality of service (QoS) constraints for each UE by jointly optimizing SBS-UE linkage and power allocation by utilizing the advantages of mmWave and UDN. Specifically, throughput fairness between UEs can also be considered by formulating the UE throughput maxmin problem. However, since the SBS-UE association problem is reflected as a complex mixed-integer non-convex problem, there is a problem that it is difficult to solve. On the other hand, the power allocation problem is a non-convex structure, and it is difficult to deal with the SBS-UE linkage problem at the same time.

[문헌 1] 등록특허공보 제10-1722330호 3GPP LTE-A 초고밀도네트워크에서 로드밸런싱을 위한 QoS 우선권 기반의 협력 스케줄링 및 하이브리드 스펙트럼 액세스 방법 및 시스템(인하대학교 산학협력단) 2017.03.27.[Document 1] Registered Patent Publication No. 10-1722330 3GPP LTE-A Cooperative scheduling and hybrid spectrum access method and system based on QoS priority for load balancing in ultra-high density networks (Inha University Industry-Academic Cooperation Foundation) 2017.03.27.

상기한 문제를 해결하기 위해, 본 발명의 실시예에서는 초기 최적화 문제를 두 개의 하위 문제들로 분리하고 각 반복 수행에서 하나씩 처리할 수 있는 교차 강하(alternating descent) 방법을 적용함으로써 SBS-UE 연계와 전력 할당을 공동으로 최적화할 수 있는 밀리미터파 초고밀도 네트워크를 위한 사용자 연계 및 전력 할당 방법을 제공할 수 있다.In order to solve the above problem, in the embodiment of the present invention, the SBS-UE linkage and SBS-UE linkage are performed by separating the initial optimization problem into two subproblems and applying an alternating descent method that can be processed one by one in each iteration. It is possible to provide a user linkage and power allocation method for a millimeter-wave ultra-high density network that can jointly optimize power allocation.

다양한 실시 예에 따라, 본 발명에서의 SBS-UE 연계 문제는 패널티 방식을 사용하여 재구성된다. 그런 다음, 비-볼록 문제를 각 반복 시마다 간단한 볼록 2차 함수로 변환하기 위해 연속적인 볼록 프로그래밍에 의해 처리된다. According to various embodiments, the SBS-UE linkage problem in the present invention is reconstructed using a penalty scheme. Then, the non-convex problem is processed by successive convex programming to transform it into a simple convex quadratic function at each iteration.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 밀리미터파 초고밀도 네트워크를 위한 사용자 연계 및 전력 할당 방법은, 특정 기지국과 단말 간의 연계(assiciation)를 나타내는 연계 변수 및 달성 가능한 전력 할당 변수의 초기값을 설정하는 단계; 실행 가능한 모든 초기 지점으로부터 에너지 효율을 최적화하기 위한 전력 할당 변수의 실행 가능 지점을 확인하는 단계; 상기 확인된 전력 할당 변수의 실행 가능 지점을 이용하여, 다음 연계 변수를 계산하는 단계; 및 상기 계산된 다음 연계 변수를 이용하여, 다음 전력 할당 변수를 계산하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.A user association and power allocation method for a millimeter-wave ultra-high density network to achieve the above object includes: setting an association variable representing an association between a specific base station and a terminal and an initial value of the achievable power allocation variable; Identifying a viable point of a power allocation variable for optimizing energy efficiency from all viable initial points; Calculating a next linkage variable by using an executable point of the identified power allocation variable; And calculating a next power allocation variable by using the calculated next linkage variable.

바람직하게는, 상기 방법은, 지정된 조건에 기반하여 상기 연계 변수 또는 상기 전력 할당 변수가 수렴하는 것으로 판단할 때까지, 상기 연계 변수 및 전력 할당 변수를 계산하는 단계를 반복 수행하는 것을 특징으로 한다.Preferably, the method is characterized in that the step of calculating the linkage variable and the power allocation variable is repeatedly performed until it is determined that the linkage variable or the power allocation variable converges based on a specified condition.

바람직하게는, 상기 방법은, 상기 연계 변수는 하기 수학식으로 정의되는 것을 특징으로 한다.Preferably, the method is characterized in that the linkage variable is defined by the following equation.

Figure 112019109307217-pat00001
Figure 112019109307217-pat00001

바람직하게는, 상기 연계 변수는 하기 수학식에 따라 박스 제약 조건으로 재설정되는 것을 특징으로 한다.Preferably, the linkage variable is characterized in that it is reset to the box constraint condition according to the following equation.

Figure 112019109307217-pat00002
Figure 112019109307217-pat00002

바람직하게는, 상기 방법은, 상기 연계 변수의 제곱과 상기 연계 변수의 차를 0으로 다운 그레이드하는 양의 패널티 인자를 계산하는 단계;를 더 포함한다.Preferably, the method further comprises: calculating a positive penalty factor for downgrading the difference between the square of the linkage variable and the linkage variable to zero.

바람직하게는, 상기 양의 패널티 인자는, 하기 수학식으로 산출되는 것을 특징으로 한다.Preferably, the positive penalty factor is characterized in that it is calculated by the following equation.

Figure 112019109307217-pat00003
Figure 112019109307217-pat00003

여기서, 상기

Figure 112019109307217-pat00004
Figure 112019109307217-pat00005
는 하기 수학식으로 정의된다.Where, above
Figure 112019109307217-pat00004
And
Figure 112019109307217-pat00005
Is defined by the following equation.

Figure 112019109307217-pat00006
Figure 112019109307217-pat00006

바람직하게는, 상기 방법은 복수의 단말들 중 각 단말의 최소 달성 가능한 전송률이 QoS(quality of service) 요건을 충족될 때까지 반복 수행하는 것을 특징으로 한다.Preferably, the method is characterized in that it is repeatedly performed until a minimum achievable transmission rate of each terminal among a plurality of terminals satisfies a quality of service (QoS) requirement.

바람직하게는, 상기 방법은, 복수의 단말들 중 각 단말의 최소 달성 가능한 전송률이 최대가 되도록 반복 수행하는 것을 특징으로 한다.Preferably, the method is characterized in that it is repeatedly performed so that the minimum achievable transmission rate of each terminal among a plurality of terminals is maximized.

바람직하게는, 상기 방법은, 경로 추종 절차(path-following procedure)를 이용하여 비-볼록 문제를 2차 볼록 최적화로 변환하여 처리하는 것을 특징으로 한다.Preferably, the method is characterized in that the non-convex problem is converted into quadratic convex optimization and processed using a path-following procedure.

본 발명에 따르면, mmWave와 UDN의 이점을 활용하여 SBS-UE 연계와 전력 할당을 공동으로 최적화하여 시스템 에너지 효율을 최대화하고 각 UE에 대한 서비스 품질(QoS) 제약 조건을 보장할 수 있다.According to the present invention, it is possible to maximize system energy efficiency and guarantee quality of service (QoS) constraints for each UE by jointly optimizing SBS-UE linkage and power allocation by utilizing the advantages of mmWave and UDN.

또한, 본 발명에 따르면, 초기 최적화 문제를 두 개의 하위 문제들로 분리하고 각 반복 수행에서 하강 알고리즘을 번갈아 적용함으로써 원시 문제를 두 가지 차선 최적화(suboptimization) 문제로 구분하고, 각각의 반복에서 목표의 증가를 보장하면서 비-볼록 최적화 문제를 낮은 복잡도의 2차 볼록 최적화 문제로 재구성함으로써 낮은 계산 복잡도와 효율성을 제공할 수 있다. 이에 따라, 각 반복에서 목적 함수(objective function)의 증가가 보장된다.In addition, according to the present invention, by separating the initial optimization problem into two subproblems and alternately applying a descent algorithm in each iteration, the primitive problem is divided into two suboptimization problems, and It is possible to provide low computational complexity and efficiency by reconstructing a non-convex optimization problem into a low complexity quadratic convex optimization problem while ensuring the increase. Accordingly, an increase in the objective function is guaranteed in each iteration.

도 1은 본 발명에 따른 원형의 셀 내에 랜덤하게 분산된 기지국 및 사용자 단말을 포함하는 네트워크를 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 원형의 셀 내에 랜덤하게 분산된 5개의 기지국 및 20개의 사용자 단말을 포함하는 고밀도 네트워크 시나리오를 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명에 따른 SBS-UE 연계 시나리오와 비교하여 전송률 임계값 대비 달성 가능한 에너지 효율의 그래프이다.
도 4는 본 발명에 따른 다른 기술들과 비교하여 전송률 임계값 대비 달성 가능한 에너지 효율의 그래프이다.
도 5는 본 발명에 따른 다른 기술들과 비교하여 전송률 임계값 대비 달성 가능한 에너지 효율의 그래프이다.
도 6은 본 발명에 따른 다른 성능 최적화 기술들과 비교하여 전송률 임계값 대비 달성 가능한 에너지 효율의 그래프이다.
도 7a는 본 발명에 따른 제안된 에너지 효율 최적화의 수렴을 나타내는 그래프이다.
도 7b는 본 발명에 따른 제안된 최대 최소 UE 처리량의 수렴을 나타내는 그래프이다.
1 is a diagram illustrating a network including base stations and user terminals randomly distributed in a circular cell according to the present invention.
2 is a diagram illustrating a high-density network scenario including 5 base stations and 20 user terminals randomly distributed in a circular cell according to the present invention.
3 is a graph of achievable energy efficiency versus a transmission rate threshold compared to an SBS-UE linkage scenario according to the present invention.
4 is a graph of achievable energy efficiency versus a transmission rate threshold compared to other technologies according to the present invention.
5 is a graph of achievable energy efficiency versus a transmission rate threshold compared to other technologies according to the present invention.
6 is a graph of achievable energy efficiency versus a transmission rate threshold compared to other performance optimization techniques according to the present invention.
7A is a graph showing the convergence of the proposed energy efficiency optimization according to the present invention.
7B is a graph showing the convergence of the proposed maximum and minimum UE throughput according to the present invention.

이하, 도면을 참조하여 본 발명을 실시하기 위한 구체적인 내용을 실시 예에 기초하여 설명한다. 이들 실시 예는 당업자가 본 발명을 실시할 수 있기에 충분하도록 상세히 설명된다. 본 발명의 다양한 실시 예는 서로 다르지만 상호 배타적일 필요는 없음이 이해되어야 한다. 예를 들어, 여기에 기재되어 있는 특정 형상, 구조 및 특성은 일 실시 예에 관련하여 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 다른 실시 예로 구현될 수 있다. 또한, 각각의 개시된 실시 예 내의 개별 구성요소의 위치 또는 배치는 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 변경될 수 있음이 이해되어야 한다. 따라서, 후술하는 상세한 설명은 한정적인 의미로서 취하려는 것이 아니며, 본 발명의 범위는 적절하게 설명된다면 그 청구항들이 주장하는 것과 균등한 모든 범위와 더불어 첨부된 청구항에 의해서만 한정된다. 도면에서 유사한 참조부호는 여러 측면에 걸쳐서 동일하거나 유사한 기능을 지칭한다.Hereinafter, specific details for carrying out the present invention will be described based on embodiments with reference to the drawings. These embodiments are described in detail sufficient to enable a person skilled in the art to practice the present invention. It should be understood that the various embodiments of the present invention are different from each other, but need not be mutually exclusive. For example, specific shapes, structures, and characteristics described herein may be implemented in other embodiments without departing from the spirit and scope of the present invention in relation to one embodiment. In addition, it should be understood that the location or arrangement of individual components in each disclosed embodiment may be changed without departing from the spirit and scope of the present invention. Accordingly, the detailed description to be described below is not intended to be taken in a limiting sense, and the scope of the present invention, if properly described, is limited only by the appended claims, along with all scopes equivalent to those claimed by the claims. Like reference numerals in the drawings refer to the same or similar functions over several aspects.

다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있는 것이다. 또한, 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백히 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.Unless otherwise defined, all terms (including technical and scientific terms) used in the present specification may be used with meanings that can be commonly understood by those of ordinary skill in the art to which the present invention belongs. In addition, terms defined in a commonly used dictionary are not interpreted ideally or excessively unless explicitly defined specifically.

본 발명의 실시 예는 mmWave와 UDN의 이점을 활용하여 SBS-UE 연계(association)와 전력 할당을 공동으로 최적화하여 시스템 EE(에너지 효율)를 최대화하고 각 UE에 대한 서비스 품질 (QoS) 제약 조건을 보장하기 위한 방법이 제안된다. 이를 위해, 본 발명의 실시예에서는, UE들 사이의 처리량 공평성에 대해 UE 처리량 최대 최소(maxmin) 문제를 공식화함으로써 해결한다.An embodiment of the present invention maximizes system EE (energy efficiency) by jointly optimizing SBS-UE association and power allocation by utilizing the advantages of mmWave and UDN, and reducing quality of service (QoS) constraints for each UE. A method is proposed to ensure. To this end, in an embodiment of the present invention, it is solved by formulating a UE throughput maximum minimum (maxmin) problem for throughput fairness between UEs.

이때, 본 발명의 실시 예에서는 초기 최적화 문제를 두 개의 하위 문제들로 분리하고 각 반복 수행에서 하나씩 처리할 수 있는 교차 강하(alternating descent) 방법을 적용함으로써 SBS-UE 연계와 전력 할당을 공동으로 최적화한다. 또한, 본 발명에서의 상기 SBS-UE 연계 문제는 패널티 방식을 사용하여 재구성되며, 비-볼록 문제를 각 반복 시마다 간단한 볼록 2차 함수로 변환하기 위해 연속적인 볼록 프로그래밍에 의해 처리된다.In this case, in an embodiment of the present invention, SBS-UE linkage and power allocation are jointly optimized by separating the initial optimization problem into two subproblems and applying an alternating descent method that can be processed one by one in each iteration. do. In addition, the SBS-UE linkage problem in the present invention is reconstructed using a penalty method, and is processed by continuous convex programming in order to convert the non-convex problem into a simple convex quadratic function at each iteration.

이하, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있도록 하기 위하여, 본 발명의 바람직한 실시 예들에 관하여 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings in order to enable those of ordinary skill in the art to easily implement the present invention.

기존 셀에 분배된 마이크로 셀, 피코 셀, 마이크로 셀 사업자(operator)와 같은 여러 개의 소형 셀 기지국(SBS)을 배치함으로써 초고밀도 네트워크(UDN)는 셀 내 사용자(in-cell UE) 및 셀-에지 UE들 모두를 위해 커버리지와 네트워크 성능을 개선시킬 수 있다.By deploying multiple small cell base stations (SBS) such as micro cells, pico cells, and micro cell operators distributed to existing cells, the ultra-high density network (UDN) It can improve coverage and network performance for all of the UEs.

특히, UDN에 SBS를 배치하면 기존의 매크로 셀 기지국을 배치하는 것보다 더 많은 전력과 예산을 절약할 수 있다. 또한, 이들 SBS들은 고속 중앙 처리 장치를 구비할 가능성이 있기 때문에 송/수신 신호를 처리하도록 유연하게 구성될 수 있다. 결과적으로 UDN의 처리 부하는 중앙에 집중하는 대신 SBS 간에 효과적으로 공유될 수 있으며, 이는 대규모 네트워크에서 시스템이 많은 부담을 겪을 수 있다. 그러나 제한된 용량 및 스케줄링 방식으로 인해, 이러한 배치된 SBS들은 다수의 UE들을 동시에 서비스할 수 없다. 따라서 SBS-UE 연계 문제는 특히 많은 SBS와 UE를 가진 고-피크 트래픽(high-peak traffic) 네트워크에서 매우 중요해진다.In particular, deploying SBS in UDN can save more power and budget than deploying existing macro cell base stations. In addition, these SBSs can be flexibly configured to process transmit/receive signals because they have the potential to have a high-speed central processing unit. As a result, the processing load of UDN can be effectively shared among SBSs instead of centralizing it, which can put a lot of burden on the system in a large-scale network. However, due to the limited capacity and scheduling scheme, these deployed SBSs cannot serve multiple UEs at the same time. Therefore, the SBS-UE linkage problem becomes very important, especially in a high-peak traffic network with many SBSs and UEs.

한편, 스펙트럼 부족을 강화하기 위해, UDN의 SBS들은 동일한 스펙트럼을 공유할 수 있다. 그러므로 셀 간 간섭 관리 기법의 필요성은 자원 할당 및 간섭 완화의 우수한 설계를 요구한다. UDN들에서의 간섭 제거를 고려하여, 고정된 SBS-UE 할당 세트와 관련하여 전체 시스템의 스펙트럼 효율(SE) 및 에너지 효율(EE)을 최대화하기 위해 전송 전력을 조정하는 것을 목표로 하는 몇 가지 방안이 고려될 수 있다.On the other hand, in order to reinforce the lack of spectrum, SBSs of UDN can share the same spectrum. Therefore, the necessity of an inter-cell interference management scheme requires excellent design of resource allocation and interference mitigation. Considering the interference cancellation in UDNs, several schemes aiming to adjust the transmit power to maximize the spectral efficiency (SE) and energy efficiency (EE) of the entire system in relation to a fixed SBS-UE allocation set. Can be considered.

그러나 랜덤한 SBS-UE 연계 방법은 달성 가능한 성능을 크게 저하시키므로 고려된 UDN들에서 심각한 로드 균형 조정 문제가 발생한다. 이러한 문제를 극복하기 위해 SBS-UE 연계 및 자원 할당 체계에 대한 공동 설계가 요구된다. 후술하는 본 발명에 따른 방법을 적용한 수치적 결과들은 달성 가능한 성능이 크게 향상되었음을 입증한다. 한편, UDN들에 대한 이전 연구는 시스템 성능을 향상시킬 수 있지만 달성 가능한 데이터 속도는 여전히 상한 임계 값으로 제한된다. 따라서, 큰 처리량을 달성하기 위한 새로운 접근 방법을 찾는 것이 새로운 근거리 통신 요구 사항을 충족시키는 데 필수적이다.However, since the random SBS-UE linkage method significantly degrades achievable performance, a serious load balancing problem occurs in the considered UDNs. To overcome this problem, joint design of SBS-UE linkage and resource allocation system is required. Numerical results of applying the method according to the present invention to be described later demonstrate that the achievable performance is greatly improved. On the other hand, previous work on UDNs can improve system performance, but the achievable data rate is still limited to the upper threshold. Therefore, finding new approaches to achieving high throughput is essential to meeting new short-range communication requirements.

고속 광대역 무선 액세스의 급격한 이동으로 인해 실시간 스트리밍, 기가 바이트 파일 전송과 같은 기가 비트 서비스의 어플리케이션이 광범위하게 개발되었다. 이러한 서비스의 핵심은 주로 밀리미터파(mmWave) 통신을 기반으로 하며, 이는 높은 데이터 전송률 서비스를 가능하게 하는 강력한 기술 중 하나이다. 이러한 mmWave 기술은 30 ~ 300GHz의 주파수 대역을 사용하며 이는 10 ~ 1mm의 파장에 해당한다. mmWave의 주요 특징은 큰 대역폭에 의존하기 때문에 주파수 대역 간의 간섭은 2-3GHz 주파수 대역에 비해 훨씬 작다. mmWave의 최대 감쇠는 60GHz, 120GHz, 180GHz 주파수 대역에서 달성될 수 있다.Due to the rapid movement of high-speed broadband wireless access, applications of gigabit services such as real-time streaming and gigabyte file transfer have been developed extensively. The core of these services is mainly based on millimeter wave (mmWave) communication, which is one of the powerful technologies that enable high data rate services. This mmWave technology uses a frequency band of 30 to 300 GHz, which corresponds to a wavelength of 10 to 1 mm. The main feature of mmWave is that it relies on a large bandwidth, so the interference between the frequency bands is much smaller than that of the 2-3 GHz frequency band. The maximum attenuation of mmWave can be achieved in the 60GHz, 120GHz and 180GHz frequency bands.

UDN들에서 mmWave의 적용은 고속 데이터 전송 서비스들에 대한 단거리 통신의 이점을 활용하기 위해 광범위하게 연구되어 왔다. 특히, UE 연계 방식은 UDN들에서 로드 밸런싱을 개선하기 위해 개발되었다. mmWave 네트워크의 무선 채널이 고주파수 작동으로 인해 매우 불안정하기 때문에 자원 할당 체계도 연구되었다. 본 발명에서는, UE 연계 및 전력 할당 모두에 대한 공동 최적화가 고려되었다.The application of mmWave in UDNs has been extensively studied to take advantage of short-range communication for high-speed data transmission services. In particular, the UE linkage scheme was developed to improve load balancing in UDNs. Since the radio channels of mmWave networks are very unstable due to high frequency operation, resource allocation schemes have also been studied. In the present invention, joint optimization for both UE association and power allocation is considered.

한편, 종래 기술에서는 다양한 최적화 목표가 검토되었지만, 이러한 체계에서 제안된 솔루션은 여전히 휴리스틱이다. 일반적으로, 이완법(relaxation mehtod)은 이진 연계 문제를 재구성하기 위해 적용되며, 전통적인 라그랑지안 및 구배(gradient) 방법은 연계 문제를 최적화하는 데 사용된다. 종래 기술에 따르면, 더 많은 UE들이 시스템에 참여할 때 문제는 매우 어려워질 수 있다. 따라서 국부적 최적을 달성하기가 어려워 수렴을 위해 많은 반복을 수행하여야 하므로 높은 복잡성을 발생시킨다.On the other hand, although various optimization goals have been examined in the prior art, the solution proposed in this system is still heuristic. In general, relaxation mehtod is applied to reconstruct the binary linkage problem, and the traditional Lagrangian and gradient methods are used to optimize the linkage problem. According to the prior art, the problem can become very difficult as more UEs join the system. Therefore, it is difficult to achieve a local optimization, so many iterations must be performed for convergence, resulting in high complexity.

본 발명의 실시 예에서는, mmWave 네트워크에서 UE들 사이의 처리량 공평성을 목표로 하는 최대 최소(maxmin) UE 처리량 최적화를 제공할 수 있다. 특히, 각 사용자 속도 요구에 따라 관련된 송신기의 수를 최적화하기 위해 클라이언트 연계 문제가 제안된다. 즉, 본 발명에서는 UDN에서 mmWave의 성능을 높이기 위해 SBS-UE 연계 및 전력 할당을 공동으로 최적화하기 위한 새로운 접근 방식이 제안된다.In an embodiment of the present invention, it is possible to provide a maximum minimum (maxmin) UE throughput optimization aiming at throughput fairness between UEs in a mmWave network. In particular, a client linkage problem is proposed in order to optimize the number of transmitters involved according to each user speed requirement. That is, in the present invention, a new approach is proposed for jointly optimizing SBS-UE linkage and power allocation in order to increase the performance of mmWave in UDN.

구체적으로, 본 발명은 UDN들에서 두 가지로 구분된 중요한 문제를 도출한다. 먼저, 전체 네트워크들의 EE는 각 UE의 서비스 품질(QoS) 요건에 따라 고려된다. 둘째, UE들 사이의 처리량 공평성은 UE 처리량 최대 최소 문제를 공식화함으로써 고려된다. 본 발명에 따라 제안된 SBS-UE 연계 문제는 상당히 어려운 혼합 정수 비-볼록 최적화 문제이기 때문에 대규모 네트워크에는 매우 복잡하다. 따라서, 이진 검색 및 완전한 검색과 같은 기존의 방법은 UDN의 맥락에서 적용하는 것이 불가능하다. 반면, 연계 문제와 비-볼록 전력 할당 문제는 밀접한 관련이 있다. 따라서 이를 동시에 해결하는 것은 매우 불가능하다. 종래의 제안된 알고리즘에 따르면, 계산 복잡도가 낮은 대규모 UDN들에서 효과가 입증되었다. 특히, 교대 하강 법이 먼저 도출되어, 원초적 문제를 두 개의 분리 된 하위 문제로 나눌 수 있어 같은 규모로 쉽게 처리할 수 있다. 그러나 종래의 방법은 연결 문제와 전력 할당 문제가 분리되어 있지만 구조는 여전히 볼록하지 않다. 특히, 이진 연계 변수를 해결하려면 매우 큰 계산이 필요하므로 연계 문제는 매우 까다로운 문제이다.Specifically, the present invention derives an important problem divided into two in UDNs. First, the EE of all networks is considered according to the quality of service (QoS) requirements of each UE. Second, throughput fairness between UEs is considered by formulating the UE throughput maximum minimum problem. Since the SBS-UE linkage problem proposed according to the present invention is a very difficult mixed integer non-convex optimization problem, it is very complex for a large-scale network. Therefore, it is impossible to apply existing methods such as binary search and full search in the context of UDN. On the other hand, the connection problem and the non-convex power allocation problem are closely related. Therefore, it is very impossible to solve this at the same time. According to the conventional proposed algorithm, the effectiveness has been proven in large-scale UDNs with low computational complexity. In particular, the alternating descent method was first derived so that the original problem can be divided into two separate sub-problems so that it can be easily handled on the same scale. However, in the conventional method, the connection problem and the power allocation problem are separated, but the structure is still not convex. In particular, since a very large calculation is required to solve a binary linkage variable, the linkage problem is a very difficult problem.

본 발명의 실시 예에서는, 대규모 UDN들에도 초점을 맞추기 때문에 패널티 방법(penalty method)이 도입되어 이러한 이진 변수를 완화하고 제곱을 고유한 형태로 변환한다. 그런 다음, 경로 추종 절차(path-following procedure)들을 사용하여 비-볼록 문제를 간단한 2차 볼록 최적화 문제로 변환하여 컴퓨터를 이용한 저-복잡성 알고리즘을 구현한다.In the embodiment of the present invention, since the focus is also on large-scale UDNs, a penalty method is introduced to mitigate such a binary variable and convert the square into a unique form. Then, a low-complexity algorithm using a computer is implemented by converting a non-convex problem into a simple quadratic convex optimization problem using path-following procedures.

이하, 본 발명의 실시 예에서는 시스템 모델과 문제 공식을 설명하며, EE 최적화 문제를 위한 교번 강하 알고리즘(alternating descent algorithm)을 설명한다. 그런다음 최대 UE 처리량 최적화 문제를 위해 확장하고, 수치적 결과에 대해 설명한다. 한편, 후술하는 설명에서 볼드체 기호는 최적화 변수들에 사용되는 반면 볼드체가 아닌 기호는 벡터 또는 스칼라 값에 관계없이 결정론적 용어(deterministic terms)에 사용된다.Hereinafter, in an embodiment of the present invention, a system model and problem formula will be described, and an alternating descent algorithm for an EE optimization problem will be described. Then, it expands for the problem of optimizing the maximum UE throughput and describes the numerical results. On the other hand, in the following description, boldface symbols are used for optimization variables, whereas nonbold symbols are used in deterministic terms irrespective of a vector or scalar value.

<시스템 모델 및 문제 공식화><System model and problem formulation>

A. 시스템 모델A. System model

UDN이 K(k∈Κ

Figure 112019109307217-pat00007
{1, ...., K}) 개의 UE 세트와 통신하며, 60 GHz mmWave 대역을 사용하는 M(m∈Μ
Figure 112019109307217-pat00008
{1, ...., M})개의 SBS들의 세트를 포함함을 가정한다. 여기서 이들의 위치는 도 1에 도시된 바와 같이 반지름 R의 원형 셀내에 랜덤하게 분포된 것으로 가정한다. 이때, SBS들의 세트는 마이크로 셀, 피코 셀, 및 마이크로 셀 오퍼레이터들을 포함한다. 실제 시나리오에서, 상기 SBS 설정 및 정책들은 채용된 SBS의 타입에 의존한다. 모든 SBS들과 UE들에는 단일 안테나가 장착되어 있으며 반이중 모드로 작동한다. 한편, 60GHz 주파수 대역으로 통신함을 가정하며, SBS m과 UE k 사이의 채널 이득은 하기 <수학식 1>의 Friis 전송 방정식으로 모델링된다.UDN is K(k∈Κ
Figure 112019109307217-pat00007
{1, ...., K}) communicates with a set of UEs and uses M(m∈Μ) using the 60 GHz mmWave band.
Figure 112019109307217-pat00008
It is assumed that a set of {1, ...., M}) SBSs is included. Here, it is assumed that their positions are randomly distributed within a circular cell of radius R as shown in FIG. 1. At this time, the set of SBS includes a micro cell, a pico cell, and a micro cell operator. In a real scenario, the SBS settings and policies depend on the type of SBS employed. All SBSs and UEs are equipped with a single antenna and operate in half-duplex mode. Meanwhile, it is assumed that communication is performed in the 60GHz frequency band, and the channel gain between SBS m and UE k is modeled by the Friis transmission equation of Equation 1 below.

Figure 112019109307217-pat00009
Figure 112019109307217-pat00009

상기 <수학식 1>에서

Figure 112019109307217-pat00010
는 SBS m에서 UE k까지의 송신 안테나 이득이고,
Figure 112019109307217-pat00011
는 SBS m에서 UE k까지의 수신 안테나 이득이며, ξ는 파장이고, dmk는 SBS m과 UE k 사이의 거리, d0 는 원거리 필드 기준 거리이고, η는 경로 손실 지수이다.(η∈[2, 6]).In the above <Equation 1>
Figure 112019109307217-pat00010
Is the transmit antenna gain from SBS m to UE k,
Figure 112019109307217-pat00011
Is the receive antenna gain from SBS m to UE k, ξ is the wavelength, d mk is the distance between SBS m and UE k, d 0 is the far field reference distance, and η is the path loss index. 2, 6]).

일반적인 손실 없이, 각 UE는 각 인터벌 시간마다 하나의 SBS만 연계할 수 있고, 각 SBS는 셀 내 간섭(intra-cell interference)을 피하기 위해 스케줄링 알고리즘을 수행하여 복수의 UE들을 서비스할 수 있다고 가정한다. 상기 연계 문제를 제안하기 위해 두 가지 주요 이유가 있다. 먼저, UE들은 그들의 최소 전송 속도가 보장되도록 가장 좋은 채널 이득을 갖는 가장 가까운 SBS 또는 관련 SBS를 선택할 수 있다. 둘째, 전체 시스템의 로드 밸런싱이 개선될 수 있으며, 여기서 프로세싱 로드는 SBS들간에 균등하게 공유된다.Without general loss, it is assumed that each UE can associate only one SBS at each interval time, and each SBS can serve a plurality of UEs by performing a scheduling algorithm to avoid intra-cell interference. . There are two main reasons to suggest the above linkage problem. First, UEs can select the closest SBS or related SBS with the best channel gain so that their minimum transmission rate is guaranteed. Second, the load balancing of the entire system can be improved, where the processing load is shared evenly among the SBSs.

x는 [x1, ...., xM]T로 정의되며, xm은 [xm,1, ...., xM,K]T로 정의된다. 이때,

Figure 112019109307217-pat00012
는 아래와 같이 표현되는 연계 변수이다.x is defined as [x 1 , ...., x M ] T , and x m is defined as [x m,1 , ...., x M,K ] T. At this time,
Figure 112019109307217-pat00012
Is a linked variable expressed as follows.

Figure 112019109307217-pat00013
Figure 112019109307217-pat00013

연계된 SBS m에서 UE들 사이의 전송 스케줄링으로 인해, 각각의 UE는 다른 UE들과 동일한 하나의 시간 슬롯이 할당될 수 있다. Shannon의 용량 공식에 따르면 SBS m을 통한 UE k의 달성 가능한 전송율(achievable rate)은 하기 <수학식 2>와 같다.Due to transmission scheduling between UEs in the associated SBS m, each UE may be assigned one time slot identical to other UEs. According to Shannon's capacity formula, the achievable rate of UE k through SBS m is as shown in Equation 2 below.

Figure 112019109307217-pat00014
Figure 112019109307217-pat00014

상기 <수학식 2>에서 W는 총 대역폭, pm은 SBS의 전송 전력,

Figure 112019109307217-pat00015
은 부가 백색 가우스 잡음(additive white Gaussian noise; AWGN)의 분산,
Figure 112019109307217-pat00016
는 SBS m과 연계된 UE 수를 의미한다. 상기 <수학식 2>에서 알 수 있는 바와 같이, UE k는 다른 SBS들(n≠m)로부터 셀 간 간섭을 받는다.In the above <Equation 2>, W is the total bandwidth, p m is the transmission power of the SBS,
Figure 112019109307217-pat00015
Is the variance of additive white Gaussian noise (AWGN),
Figure 112019109307217-pat00016
Denotes the number of UEs associated with SBS m. As can be seen from Equation 2, UE k receives inter-cell interference from other SBSs (n≠m).

B. 문제 공식화B. Formulating the problem

본 발명의 실시예에서는 전송에 사용되는 총 소비 전력을 최소화하면서 전체 시스템의 달성 가능한 처리량을 최대화할 수 있다. 이때, 최적화 문제는 하기 <수학식 3>과 같이 표현될 수 있다.In an embodiment of the present invention, it is possible to maximize the achievable throughput of the entire system while minimizing the total power consumption used for transmission. At this time, the optimization problem can be expressed as in Equation 3 below.

Figure 112019109307217-pat00017
Figure 112019109307217-pat00017

여기서, Ψ는 P0(x, p)를 최적화하기 위한 양의 가중 매개 변수이며,

Figure 112019109307217-pat00018
은 비-전송 전력이며, pa는 안테나 회로 전력이다. 상기 <수학식 3>에 표시된 각각의 제약 조건들 중 (3b)는 각 UE가 하나의 SBS에 연결되어야 함을 나타내고, (3d)는 각 SBS의 최대 전송 전력(Pm max)을 나타내며, (3e)는 각 UE의 달성 가능한 전송률(R)이 QoS 요구 사항보다 높아야 한다는 것을 나타낸다.Where Ψ is a positive weighting parameter for optimizing P 0 (x, p),
Figure 112019109307217-pat00018
Is the non-transmit power and p a is the antenna circuit power. Of each of the constraints indicated in Equation 3, (3b) indicates that each UE must be connected to one SBS, (3d) indicates the maximum transmission power (P m max ) of each SBS, and ( 3e) indicates that the achievable transmission rate (R) of each UE should be higher than the QoS requirements.

다른 방식으로, 상기 <수학식 3>은 각 UE에 대한 QoS 레이트 임계치에 따라 줄(Jule) 단위당 전달된 비트 수의 관점에서 정확히 EE 최대화 문제이며, 하기 <수학식 4>와 같이 유도될 수 있다.Alternatively, the <Equation 3> is an EE maximization problem exactly in terms of the number of bits transmitted per Joule according to the QoS rate threshold for each UE, and can be derived as in Equation 4 below. .

Figure 112019109307217-pat00019
Figure 112019109307217-pat00019

상기 <수학식 4>에서 목적 함수(objective function)는 비-볼록 전력 할당 문제와 함께 어려운 부류의 혼합 정수 문제로 구성되어 있으며 이는 매우 까다로운 최적화 문제이다. 한편, 상기 <수학식 3>의 제약 조건 (3e)는 또한 비-볼록 구조를 갖는다. 따라서, 이진 연계 변수 x 및 연속 전송 전력 변수 p를 동시에 처리하는 것은 불가능하다. 특히 대규모 네트워크에서는 연계 문제를 해결하는 것이 더욱 어려워진다. 이하 본 발명의 실시예에서는 초기 강등 문제를 두 개의 하위 문제로 나누고 같은 시간 척도로 하나씩 처리 할 수 있는 교번 강하 알고리즘(alternating descent algorithm)을 제안한다. 또한, 복잡성이 낮은 경로 추종 방법은 각 반복에서 비-볼록 문제를 간단한 2 차(quadratic) 볼록 문제로 변환하도록 유도된다.In Equation 4, the objective function is composed of a difficult class of mixed integer problems as well as a non-convex power allocation problem, which is a very difficult optimization problem. On the other hand, the constraint (3e) of the above <Equation 3> also has a non-convex structure. Therefore, it is impossible to simultaneously process the binary linkage variable x and the continuous transmission power variable p. Especially in large networks, it becomes more difficult to solve the connection problem. Hereinafter, an embodiment of the present invention proposes an alternating descent algorithm capable of dividing the initial demotion problem into two subproblems and processing them one by one on the same time scale. In addition, the low-complexity path-following method is induced to transform the non-convex problem into a simple quadratic convex problem at each iteration.

<에너지 효율 최적화 문제에 대한 <On the energy efficiency optimization problem 교번alternation 강하 알고리즘 (alternating descent algorithm)> Alternating descent algorithm>

이하 설명에서는 상기 <수학식 4>를 해결하기 위한 방법들을 설명한다. 우선, <수학식 3>에서의 이진 제약 조건 (3c)는 이산 변수(discrete variable)라는 것을 알 수 있다. 따라서 대규모 네트워크에서 이진 솔루션을 찾는 데는 매우 복잡한 작업이 필요하며 기하 급수적으로 증가할 수 있다. 따라서, 이러한 시나리오에서는 이진 검색이나 완전한 검색과 같은 휴리스틱 체계를 적용하기 어렵다. 상기 문제를 해결하기 위해 본 발명에서는 바이너리를 합리적인 복잡성으로 다루는 것 뿐만 아니라 높은 차원의 네트워크에 중점을 둔다. 따라서, 본 발명에서는 <수학식 3>에서의 제약 조건 (3c)에서 이진 이완을 다음과 같이 박스 제약 조건(box constraint)([])으로서 하기 <수학식 5>와 같이 재설정할 수 있다.In the following description, methods for solving Equation 4 will be described. First, it can be seen that the binary constraint (3c) in Equation 3 is a discrete variable. Therefore, finding a binary solution in a large network requires a very complex task and can grow exponentially. Therefore, in such a scenario, it is difficult to apply a heuristic system such as a binary search or a full search. In order to solve the above problem, the present invention focuses not only on handling binaries with reasonable complexity, but also on high-level networks. Accordingly, in the present invention, binary relaxation in the constraint condition (3c) in Equation 3 can be reset as a box constraint ([]) as shown in Equation 5 below.

Figure 112019109307217-pat00020
Figure 112019109307217-pat00020

이진 변수의 특성을 고려하면,

Figure 112019109307217-pat00021
임을 쉽게 알 수 있다. 이항 변수와 그 제곱이 박스 범위에 있기 때문에 등식은 0 또는 1에 접근할 때만 발생한다. 이러한 특성을 이용하여 xm,k와 제곱 사이의 차(substraction)를 제로-강제(zero-force)하기 위해 패널티 접근법(penalty approach)을 도입한다. 따라서, 새로운 EE 최적화 문제는 하기 <수학식 6>과 같이 재구성 될 수 있다.Considering the properties of binary variables,
Figure 112019109307217-pat00021
It is easy to see that it is. Since the binomial variable and its square are in the box range, the equation only occurs when approaching 0 or 1. Using this characteristic, we introduce a penalty approach to zero-force the substraction between x m,k and the square. Therefore, the new EE optimization problem can be reconstructed as shown in Equation 6 below.

Figure 112019109307217-pat00022
Figure 112019109307217-pat00022

여기서 Θ는 빼기 항

Figure 112019109307217-pat00023
의 갭을 0으로 다운 그레이드하는 양의 패널티 인자이다.Where Θ is the minus term
Figure 112019109307217-pat00023
It is a positive penalty factor that downgrades the gap of to zero.

비록, 상기 <수학식 6>이 연속 연계 변수(continuous association variable)들로 완화 되더라도 최적화 문제는 여전히 볼록하지 않은 구조로 복잡하다. 따라서, 상기 <수학식 6>에 대한 최적의 해결책을 찾는 것은 여전히 목적 함수의 요철(nonconcavity)과 실행 가능한 세트의 비-볼록함으로 인해 어려울 수 있다.Although Equation 6 is relaxed with continuous association variables, the optimization problem is still complex with a non-convex structure. Therefore, finding the optimal solution for Equation 6 above can still be difficult due to the nonconcavity of the objective function and the non-convexity of the viable set.

이에 따라, 후술하는 본 발명의 실시예에서는, 교번 강하 방법을 도입하여 초기 문제를 두 개의 분리된 하위 문제로 분리하고, 동일한 반복에서 문제를 동시에 쉽게 처리할 수 있다. 구체적으로, 본 발명의 실시예에서는 송신 전력을 일정하게 유지하면서 SBS-UE 연계 문제가 처리된다. 다음으로, 전송 전력은 이전 단계에서 찾은 일정한 최적 연계 변수들에 기초하여 최적화된다. 이러한 방식에서, 목적 함수의 증가는 수렴할 때까지 각 반복에서 보장된다. 이러한 하위 문제들은 여전히 비-볼록 구조에 있기 때문에 연속적인 볼록 프로그래밍은 각 반복에서 간단한 2차 볼록 문제를 해결함으로써 계산적으로 복잡성이 낮은 알고리즘을 제공하도록 진행된다.Accordingly, in an embodiment of the present invention to be described later, the initial problem can be separated into two separate sub-problems by introducing an alternating descent method, and problems can be easily processed simultaneously in the same repetition. Specifically, in the embodiment of the present invention, the SBS-UE linkage problem is handled while maintaining the transmission power constant. Next, the transmit power is optimized based on certain optimal linkage variables found in the previous step. In this way, an increase in the objective function is guaranteed at each iteration until convergence. Since these subproblems are still in the non-convex structure, continuous convex programming proceeds to provide a computationally low complexity algorithm by solving a simple quadratic convex problem at each iteration.

A. SBS-A. SBS- UEUE 연계 문제 Linkage problem

본 발명의 실시예에 따라, 교번 강하 접근 방법을 이용함으로써, 먼저 전력 할당 변수들을 무시하고 SBS-UE 연계 문제에 초점을 맞춘다. 이때,

Figure 112019109307217-pat00024
로 정의한다.
Figure 112019109307217-pat00025
로 표시한다. 이에 따라, 상기 최적화 문제인 <수학식 6>은 하기 <수학식 7>로 간략화하여 나타낼 수 있다.According to an embodiment of the present invention, by using an alternating descent approach, power allocation variables are first ignored and the SBS-UE linkage problem is focused. At this time,
Figure 112019109307217-pat00024
It is defined as
Figure 112019109307217-pat00025
Denoted by Accordingly, the optimization problem <Equation 6> can be simplified and represented by the following <Equation 7>.

Figure 112019109307217-pat00026
Figure 112019109307217-pat00026

상기 <수학식 7>에서 후반부에 첨부된 수학식을 참조하여 UE 달성 가능 전송률

Figure 112019109307217-pat00027
에 대해 <수학식 31>을 적용하고, 패널티 항
Figure 112019109307217-pat00028
에 대해 <수학식 33>을 적용함으로써, 하기 <수학식 8>과 같이 하한(lower bound)을 얻을 수 있다.UE achievable transmission rate with reference to the equation attached to the second half of the <Equation 7>
Figure 112019109307217-pat00027
<Equation 31> is applied to and the penalty term
Figure 112019109307217-pat00028
By applying <Equation 33> to <Equation 33>, a lower bound can be obtained as shown in Equation 8 below.

Figure 112019109307217-pat00029
Figure 112019109307217-pat00029

여기서, 상기

Figure 112019109307217-pat00030
는 하기 <수학식 9>와 같이 정의될 수 있다.Where, above
Figure 112019109307217-pat00030
May be defined as in Equation 9 below.

Figure 112019109307217-pat00031
Figure 112019109307217-pat00031

상기 <수학식 8>에서 양의 패널티 팩터 Θ는 하기 <수학식 10>과 같이 초기 단계에서 찾을 수 있다.In Equation 8, the positive penalty factor Θ can be found in the initial stage as shown in Equation 10 below.

Figure 112019109307217-pat00032
Figure 112019109307217-pat00032

한편, 비-볼록 QoS 제약 조건인 <수학식 3>의 (3e)에 대해 첨부된 <수학식 32>를 적용하면 하기 <수학식 11>과 같이 산출될 수 있다.On the other hand, if the attached <Equation 32> is applied to (3e) of <Equation 3>, which is a non-convex QoS constraint, it can be calculated as in <Equation 11>.

Figure 112019109307217-pat00033
Figure 112019109307217-pat00033

따라서, SBS-UE 연계 최적화 문제는 하기 <수학식 12>와 같이 표현될 수 있다.Therefore, the SBS-UE linkage optimization problem can be expressed as shown in Equation 12 below.

Figure 112019109307217-pat00034
Figure 112019109307217-pat00034

본 발명의 실시예에 따라, 상기 <수학식 7>에 대한 전역 최적을 찾는 대신, 상기 <수학식 12>의 하한 최대화를 해결할 수 있다. 이에 따라, 목적 함수

Figure 112019109307217-pat00035
를 개선하기 위해 실현 가능한 지점(feasible point)
Figure 112019109307217-pat00036
을 생성한다. 일반적으로, 초기 지점 x(0)에서, 최적화 문제인 상기 <수학식 12>는 일련의 시퀀스
Figure 112019109307217-pat00037
를 생성할 것이고, 그 결과 하기 <수학식 13>이 도출될 수 있다.According to an embodiment of the present invention, instead of finding the global optimum for Equation 7 above, it is possible to solve the maximization of the lower limit of Equation 12. Accordingly, the objective function
Figure 112019109307217-pat00035
Feasible point to improve
Figure 112019109307217-pat00036
Is created. In general, at the initial point x (0) , the <Equation 12>, which is an optimization problem, is a series of sequences
Figure 112019109307217-pat00037
Will be generated, and as a result, the following <Equation 13> can be derived.

Figure 112019109307217-pat00038
Figure 112019109307217-pat00038

특히,

Figure 112019109307217-pat00039
는 수렴할 때까지
Figure 112019109307217-pat00040
를 얻을 수 있는 실현 가능한 지점으로 사용된다.Especially,
Figure 112019109307217-pat00039
Until convergence
Figure 112019109307217-pat00040
Is used as a feasible point to obtain.

B. 전력 할당 문제B. Power allocation problem

전력 할당 문제에서

Figure 112019109307217-pat00041
로 정의하고, 이는 이전 단계에서 확인된 최적의 x* 이다. 따라서 전력 할당 문제는 하기 <수학식 14>로 나타낼 수 있다.In the power allocation problem
Figure 112019109307217-pat00041
Is defined as, which is the optimal x * identified in the previous step. Therefore, the power allocation problem can be expressed by Equation 14 below.

Figure 112019109307217-pat00042
Figure 112019109307217-pat00042

전술한 <수학식 6>에 첨부된 <수학식 30>을 적용함으로써, 하기< 수학식 15>와 같이

Figure 112019109307217-pat00043
의 하한을 구할 수 있다.By applying <Equation 30> attached to the above <Equation 6>, as shown in <Equation 15>
Figure 112019109307217-pat00043
You can find the lower limit of

Figure 112019109307217-pat00044
Figure 112019109307217-pat00044

상기 <수학식 15>는 오목한 함수로서, αm,k 및 βm,k는 하기 <수학식 16>과 같이 나타낼 수 있다.The <Equation 15> is a concave function, and α m,k and β m,k can be expressed by the following <Equation 16>.

Figure 112019109307217-pat00045
Figure 112019109307217-pat00045

따라서, 상기 <수학식 14>를 해결하는 것은 하기 <수학식 17>에서 실현 가능한 점

Figure 112019109307217-pat00046
를 찾는 것과 같다.Therefore, solving the above <Equation 14> can be realized in the following <Equation 17>
Figure 112019109307217-pat00046
It's like looking for

Figure 112019109307217-pat00047
Figure 112019109307217-pat00047

Figure 112019109307217-pat00048
Figure 112019109307217-pat00048

상기 <수학식 17>에서

Figure 112019109307217-pat00049
는 각 반복에서 하기 <수학식 18>과 같이 얻어진다.In <Equation 17> above
Figure 112019109307217-pat00049
Is obtained as in Equation 18 below in each iteration.

Figure 112019109307217-pat00050
Figure 112019109307217-pat00050

이전 단계와 유사하게

Figure 112019109307217-pat00051
는 반복적으로 계산되는 <수학식 17>에 의해 초기 지점
Figure 112019109307217-pat00052
으로부터 알 수 있다. 따라서, 최적 변수
Figure 112019109307217-pat00053
가 (k) 번째 반복에서 목적 함수보다 (k+1) 번째 반복에서 목적 함수를 더 잘 향상시키기 때문에 목적 함수의 증가가 보장된다.Similar to the previous step
Figure 112019109307217-pat00051
Is the initial point by <Equation 17>, which is repeatedly calculated
Figure 112019109307217-pat00052
It can be seen from Therefore, the optimal variable
Figure 112019109307217-pat00053
The increase of the objective function is guaranteed because a better improves the objective function in the (k+1) th iteration than the objective function in the (k) th iteration.

C. 초기화C. Initialization

전술한 <수학식 6>의 문제를 해결하기 위해, QoS 제약 조건인 <수학식 3>의 (3e)에 대한 실현 가능한 지점 p를 찾아야 한다. 한편, 초기화 문제는 <수학식 3>의 (3d)를 고려하여 하기 <수학식 19>와 같이 정의할 수 있다.In order to solve the above-described problem of <Equation 6>, it is necessary to find a possible point p for (3e) of <Equation 3>, which is a QoS constraint. Meanwhile, the initialization problem can be defined as shown in Equation 19 below in consideration of (3d) in Equation 3.

Figure 112019109307217-pat00054
Figure 112019109307217-pat00054

이제, 모든 k에 대해

Figure 112019109307217-pat00055
를 만족할 때까지 상기 <수학식 19>를 반복해서 실행한다. 그런 다음,
Figure 112019109307217-pat00056
로 리셋한다. 상기 <수학식 19>에서 UE들 중 최소 달성 가능한 전송률이 그들의 QoS 요건이 충족될 때까지 각 반복마다 증가되는 것을 알 수 있다. 따라서, 전술한 <수학식 6>을 해결하기 위해 실행 가능한 초기 지점 p가 제공된다.Now, for every k
Figure 112019109307217-pat00055
The above <Equation 19> is repeatedly executed until is satisfied. after that,
Figure 112019109307217-pat00056
Reset to In Equation 19, it can be seen that the minimum achievable transmission rate among UEs is increased for each iteration until their QoS requirements are satisfied. Thus, an initial point p that is feasible to solve the above-described Equation 6 is provided.

초기 지점 x(0), p(0)로부터 상기 절차는 전술한 <수학식 6>의 목적 함수를 개선시킨다. 구체적으로, <수학식 7>의 SBS-UE 연계 문제 및 <수학식 14>의 전력 할당 문제는 전술한 <수학식 6>을 개선하기 위해 교번으로 해결되며, 이는 (x, p)가 유한 반복에 따라 최적의 지점으로 수렴하게 한다. 상기 <수학식 6>의 증분 절차는 하기 <수학식 20>과 같이 표현 될 수 있다.From the initial points x (0) and p (0) , the above procedure improves the objective function of Equation 6 above. Specifically, the SBS-UE connection problem of <Equation 7> and the power allocation problem of <Equation 14> are solved alternately to improve the above-described <Equation 6>, which means (x, p) is finite repetition. Converge to the optimum point according to. The incremental procedure of Equation 6 may be expressed as Equation 20 below.

Figure 112019109307217-pat00057
Figure 112019109307217-pat00057

한편, 하기 <수학식 21>의 조건이 트리거링 될 때 수렴은 작은 ε 값으로 활성화된다.On the other hand, when the condition of Equation 21 below is triggered, convergence is activated with a small ε value.

Figure 112019109307217-pat00058
Figure 112019109307217-pat00058

EE 최대화 문제를 해결하기 위해 전술한 교번 하강 방법은 하기 알고리즘으로 요약될 수 있다.The above-described alternating descent method to solve the EE maximization problem can be summarized with the following algorithm.

Figure 112019109307217-pat00059
Figure 112019109307217-pat00059

<< UEUE 성능 최대 최소( Performance max min( maxminmaxmin ) 문제>) Problem>

UDN에서, UE 위치는 셀에 랜덤하게 분포되기 때문에 UE 공평성(fairness)은 중요한 문제이다. 이하 설명에서는 UE 간의 처리량 공평성을 제공하기 위해 UE 처리량 최대 최소 문제를 제안한다. 다시 말해서, UE들 사이에서 최소 달성 가능한 전송률이 최대화된다. UE 처리량 최대 최소 문제는 하기 <수학식 22>와 같이 표현될 수 있다.In UDN, UE fairness is an important issue because UE locations are randomly distributed across cells. In the following description, a maximum and minimum UE throughput problem is proposed in order to provide fairness of throughput between UEs. In other words, the minimum achievable transmission rate between UEs is maximized. The UE throughput maximum and minimum problem can be expressed as in Equation 22 below.

Figure 112019109307217-pat00060
Figure 112019109307217-pat00060

본 발명의 실시예에 따라, 전술한 바와 동일한 절차를 적용함으로써 패널티 방식을 사용하는 최대 최소 문제는 하기 <수학식 23>으로 나타낼 수 있다.According to an embodiment of the present invention, by applying the same procedure as described above, the maximum and minimum problem of using the penalty method can be represented by the following <Equation 23>.

Figure 112019109307217-pat00061
Figure 112019109307217-pat00061

따라서, 상기 문제의 해결책은 2개의 하위 문제의 조합이며 교번 하강 방법에 의해 해결된다. 송신 전력

Figure 112019109307217-pat00062
를 정의함으로써, UE 처리량 최대 최소 문제에 대한 SBS-UE 연계 문제는 하기 <수학식 24>와 같이 표현된다.Thus, the solution to the above problem is a combination of two subproblems and is solved by an alternating descent method. Transmit power
Figure 112019109307217-pat00062
By defining, the SBS-UE association problem for the UE throughput maximum and minimum problem is expressed as shown in Equation 24 below.

Figure 112019109307217-pat00063
Figure 112019109307217-pat00063

여기서,

Figure 112019109307217-pat00064
Figure 112019109307217-pat00065
는 전술한 <수학식 9>에서 확인될 수 있다.here,
Figure 112019109307217-pat00064
And
Figure 112019109307217-pat00065
Can be confirmed in the above-described <Equation 9>.

그런 다음, 하기 <수학식 25>와 같이 UE 처리량 최대 최소 문제를 위한 전력 할당을 해결하기 위해

Figure 112019109307217-pat00066
를 설정한다.Then, in order to solve the power allocation for the UE throughput maximum and minimum problem as shown in Equation 25 below,
Figure 112019109307217-pat00066
Is set.

Figure 112019109307217-pat00067
Figure 112019109307217-pat00067

상기 <수학식 25>에서

Figure 112019109307217-pat00068
는 전술한 <수학식 15>에 의해 유도되는 하한 근사치이다.In the above <Equation 25>
Figure 112019109307217-pat00068
Is an approximation of the lower limit derived by the above-described <Equation 15>.

상기 Θ의 최적 값은 초기 단계에서 하기 <수학식 26>과 같이 얻을 수 있다.The optimal value of Θ can be obtained in the initial stage as shown in Equation 26 below.

Figure 112019109307217-pat00069
Figure 112019109307217-pat00069

<수학식 21>과 유사하게, 하기 <수학식 27>의 조건을 만족할 때, UE 처리량 최대 최소 문제의 수렴은 만족한다.Similar to <Equation 21>, when the condition of the following <Equation 27> is satisfied, the convergence of the UE throughput maximum and minimum problem is satisfied.

Figure 112019109307217-pat00070
Figure 112019109307217-pat00070

그리고, 상기 UE 처리량 최대 최소 알고리즘은 하기 알고리즘 2로 구현될 수 있다.In addition, the UE throughput maximum and minimum algorithm may be implemented as Algorithm 2 below.

Figure 112019109307217-pat00071
Figure 112019109307217-pat00071

실험 결과Experiment result

본 발명에 따른 실시예에 의해 제안된 알고리즘의 효율성을 보여주기 위해 Monte Carlo 시뮬레이션이 구현된다. 도 2를 참조하면, 셀에 무작위로 분포된 M = 5 개의 SBS와 K = 20 개의 UE로 구성된 초고밀도 네트워크를 가정할 수 있다. 다음으로,

Figure 112019109307217-pat00072
, ξ=5 mm, η=3, d0 =1m로 설정할 수 있다. 일반적인 손실 없이 Pmax
Figure 112019109307217-pat00073
Figure 112019109307217-pat00074
로 가정할 수 있다. 수렴 임계 값은 ε = 1e-4로 설정된다. 다른 매개 변수는 하기 <표 1>과 같이 요약될 수 있다.Monte Carlo simulation is implemented to show the efficiency of the algorithm proposed by the embodiment according to the present invention. Referring to FIG. 2, it is possible to assume an ultra-high density network consisting of M = 5 SBSs and K = 20 UEs randomly distributed in a cell. to the next,
Figure 112019109307217-pat00072
, ξ=5 mm, η=3, d 0 =1m. Without typical losses, P max is
Figure 112019109307217-pat00073
And
Figure 112019109307217-pat00074
Can be assumed. The convergence threshold is set to ε = 1e-4. Other parameters can be summarized as shown in Table 1 below.

파라미터parameter value 셀 반경Cell radius 500 m500 m 대역폭(B)Bandwidth (B) 1200 MHz1200 MHz 최대전송 전력Maximum transmission power 4.7 dBm4.7 dBm 안테나 전력 소비Antenna power consumption 5.6 mW5.6 mW 잡음 전력 밀도Noise power density -134 dBM/MHz-134 dBM/MHz

도 3의 그래프는 달성 가능한 EE에 대한 UE QoS 요건의 영향을 나타낸다. 도 3을 참조하면, 통합 SBS-UE 연계 및 전력 할당 방식, 즉 교번 강하의 임의의 SBS-UE 연계 방식, 즉 전력 최적화의 달성 가능한 EE를 비교한다. 전력 할당 방식에서, 각 UE는 연계시킬 가장 큰 채널 이득을 갖는 SBS를 선택하고, 전력 할당 방식은 EE 최대화를 달성하는 데 있어서 전송 전력을 최적화하기 위해 적용된다. 도 3의 그래프의 각 지점(plot)에서 SBS-UE 연계 체계가 없으면 달성 가능한 EE가 크게 감소하는 반면, 제안된 알고리즘이 전력 최적화 체계를 능가한다는 것을 알 수 있다. 반면, Rmin이 증가하면 대체 하강 곡선이 지속적으로 감소하는 것을 확인할 수 있다. 이는 UE가 QoS 임계 값을 증가시킬 때 모든 SBS가 요구 사항을 충족시키기 위해 전송 전력을 증가시켜야 한다는 사실 때문이다. 반면, 총 처리량은 약간 축소되었으므로 달성 가능한 EE가 줄어든다. 도 4 및 도 5에서는 <수학식 4>에서 제안된 최적화 문제의 달성 가능한 EE 및 처리량을 아래 다른 두 가지 최적화 접근법과 비교한다.The graph of FIG. 3 shows the impact of UE QoS requirements on achievable EE. Referring to FIG. 3, the integrated SBS-UE linkage and power allocation scheme, that is, the achievable EE of power optimization, is compared with any SBS-UE linkage scheme of alternating descent. In the power allocation scheme, each UE selects the SBS with the largest channel gain to associate, and the power allocation scheme is applied to optimize the transmit power in achieving EE maximization. It can be seen that the achievable EE significantly decreases without the SBS-UE linkage system at each plot of the graph of FIG. 3, while the proposed algorithm exceeds the power optimization system. On the other hand, as R min increases, it can be seen that the alternative descent curve continuously decreases. This is due to the fact that when the UE increases the QoS threshold, all SBSs have to increase the transmit power to meet the requirements. On the other hand, the total throughput has been slightly reduced, thus reducing the achievable EE. 4 and 5, the achievable EE and throughput of the optimization problem proposed in Equation 4 are compared with the other two optimization approaches below.

첫 번째 최적화 방법으로서, 총 전송률 최대화 방법(total rate maximization scheme)은 하기 <수학식 28>과 같다.As a first optimization method, a total rate maximization scheme is as shown in Equation 28 below.

Figure 112019109307217-pat00075
Figure 112019109307217-pat00075

다음 최적화 방법으로서, 전송 전력 최소화 방법(transmit power minimization scheme)은 하기 <수학식 29>와 같다.As the next optimization method, a transmit power minimization scheme is as shown in Equation 29 below.

Figure 112019109307217-pat00076
Figure 112019109307217-pat00076

상기 도 4 및 도 5를 참조하면, 모든 QoS 요구 사항에 대해 EE 최대화 방법이 EE 측면에서 다른 방법들보다 우수함을 알 수 있다. 반면, 총 전송률 최대화 방법은 도 5와 같이 네트워크 처리량 달성 측면에서 장점을 보여준다. 전송 전력 최소화 방법은 최소 QoS 속도를 획득하는 데 더 많은 전송 전력을 절약할 수 있지만 다른 두 가지 방법들만큼 높은 EE 및 처리량을 얻을 수는 없다.4 and 5, it can be seen that the EE maximization method for all QoS requirements is superior to other methods in terms of EE. On the other hand, the method of maximizing the total transmission rate shows an advantage in terms of achieving network throughput as shown in FIG. 5. The transmit power minimization method can save more transmit power to obtain the minimum QoS rate, but cannot achieve the EE and throughput as high as the other two methods.

도 6은 상기 <수학식 28>의 총 전송률 최적화 방법과 <수학식 22>의 최대 최소 UE 최적화 방법에 대한 UE 전송률 임계값 대비 달성 가능한 처리량을 나타낸다. 상기 도 6에서 알 수 있는 바와 같이 최대 최소 UE 최적화 방법은 UE 간의 공정성 측면에서 우수한 성과를 분명히 보여준다. 다시 말해, 본 발명의 실시예에 따라 <수학식 22>에 의한 최소 UE 처리량은 <수학식 28>에 의한 최소 UE 속도보다 더 높게 달성될 수 있다. 그러나, 최대 최소 UE 최적화 방법의 총 처리량은 총 처리량 최대화 방법의 총 달성 처리량에 비해 훨씬 낮다. 따라서, UE 처리량에 대한 요구에 따라 최적화 목표가 선택될 수 있다.6 shows a throughput that can be achieved compared to a UE transmission rate threshold for the total transmission rate optimization method of Equation 28 and the maximum and minimum UE optimization method of Equation 22. As can be seen from FIG. 6, the maximum and minimum UE optimization method clearly shows excellent performance in terms of fairness between UEs. In other words, according to an embodiment of the present invention, the minimum UE throughput according to <Equation 22> may be achieved higher than the minimum UE speed according to <Equation 28>. However, the total throughput of the maximum and minimum UE optimization method is much lower than the total achieved throughput of the total throughput maximization method. Thus, an optimization target can be selected according to the demand for UE throughput.

도 7에서는 제안된 알고리즘의 계산 복잡도가 낮고 수렴함을 보여준다. 이러한 최적화 방법들을 해결하는 것은 일반적으로 기존의 라그랑지안 및 하위 그라데이션 방법을 기반으로 한다. 따라서, 해당 솔루션은 매우 복잡하며 수렴을 위해 큰 반복이 필요하다. 도 7을 참조하면, 본 발명에 따라 제안된 방법이 약 12번의 반복이 필요한 최적의 성능으로 빠르게 수렴됨을 알 수 있다. 따라서, 결과는 각 반복에 대해 목표의 증분이 보장되는 저 복잡성 솔루션의 효율성을 보여준다.7 shows that the computational complexity of the proposed algorithm is low and convergence. Solving these optimization methods is generally based on the existing Lagrangian and sub-gradient methods. Therefore, the solution is very complex and requires large iterations to converge. Referring to FIG. 7, it can be seen that the method proposed according to the present invention rapidly converges to an optimal performance requiring about 12 repetitions. Thus, the results show the effectiveness of a low complexity solution where the increment of the target is guaranteed for each iteration.

이상으로 본 발명에서는, 60GHz 밀리미터파 초고밀도 네트워크와 관련하여 SBS-UE 연계 및 전력 할당을 공동으로 최적화하기 위한 새로운 방법이 제안되었다. 전술한 바와 같이 제안된 방법은 두 가지 다른 최적화 문제, 즉 각 UE의 QoS 요구 사항에 대한 전체 네트워크 EE 최대화 문제 및 UE 사이의 공평성을 제공하기 위한 UE 처리량 최대 최소 문제를 목표로 한다. SBS-UE 연계 문제는 혼합 정수 비-볼록 최적화 문제의 어려운 클래스 중 하나이기 때문에, 비-볼록 전력 할당 체계와 함께 해결하는 것은 매우 어렵다. 따라서, 본 발명의 실시예에서는 하강 알고리즘을 교번으로 적용함으로써 원시 문제는 두 가지 차선 최적화(suboptimization) 문제로 나뉘어졌으며, 각 반복에서 하나씩 처리된다. 보다 구체적으로, 패널티 접근법은 상당히 어려운 SBS-UE 연계 문제를 재구성하기 위해 적용된다. 마지막으로, 각각의 반복에서 목표의 증가를 보장하면서 비-볼록 최적화 문제를 저 복잡 2차 볼록 최적화 문제로 재구성하기 위해 연속적인 최적화 방법이 적용된다. 본 발명에 따른 실험 결과에서 알 수 있는 바와 같이, 제안된 방법은 낮은 계산 복잡도와 효율성을 보여준다.As described above, in the present invention, a new method for jointly optimizing SBS-UE linkage and power allocation in relation to a 60 GHz millimeter wave ultra-high density network has been proposed. As described above, the proposed method aims at two different optimization problems, namely, the problem of maximizing the overall network EE for QoS requirements of each UE, and the problem of maximum and minimum UE throughput for providing fairness between UEs. Since the SBS-UE linkage problem is one of the difficult classes of mixed integer non-convex optimization problems, it is very difficult to solve with the non-convex power allocation scheme. Accordingly, in the embodiment of the present invention, by alternately applying the descent algorithm, the primitive problem is divided into two suboptimization problems, which are processed one by one in each iteration. More specifically, the penalty approach is applied to reconstruct the fairly difficult SBS-UE linkage problem. Finally, a continuous optimization method is applied to reconstruct the non-convex optimization problem into a low-complex quadratic convex optimization problem while ensuring the increase of the target at each iteration. As can be seen from the experimental results according to the present invention, the proposed method shows low computational complexity and efficiency.

추가 수학식Additional Equation

Figure 112019109307217-pat00077
Figure 112019109307217-pat00077

Figure 112019109307217-pat00078
Figure 112019109307217-pat00078

Figure 112019109307217-pat00079
Figure 112019109307217-pat00079

Figure 112019109307217-pat00080
Figure 112019109307217-pat00080

본 발명은 특정 기능들 및 그의 관계들의 성능을 나타내는 방법 단계들의 목적을 가지고 위에서 설명되었다. 이러한 기능적 구성 요소들 및 방법 단계들의 경계들 및 순서는 설명의 편의를 위해 여기에서 임의로 정의되었다. 상기 특정 기능들 및 관계들이 적절히 수행되는 한 대안적인 경계들 및 순서들이 정의될 수 있다. 임의의 그러한 대안적인 경계들 및 순서들은 그러므로 상기 청구된 발명의 범위 및 사상 내에 있다. 추가로, 이러한 기능적 구성 요소들의 경계들은 설명의 편의를 위해 임의로 정의되었다. 어떠한 중요한 기능들이 적절히 수행되는 한 대안적인 경계들이 정의될 수 있다. 마찬가지로, 흐름도 블록들은 또한 어떠한 중요한 기능성을 나타내기 위해 여기에서 임의로 정의되었을 수 있다. 확장된 사용을 위해, 상기 흐름도 블록 경계들 및 순서는 정의되었을 수 있으며 여전히 어떠한 중요한 기능을 수행한다. 기능적 구성 요소들 및 흐름도 블록들 및 순서들 둘 다의 대안적인 정의들은 그러므로 청구된 본 발명의 범위 및 사상 내에 있다.The present invention has been described above with the purpose of method steps representing the performance of specific functions and their relationships. The boundaries and order of these functional components and method steps have been arbitrarily defined herein for convenience of description. Alternative boundaries and orders may be defined as long as the specific functions and relationships are properly performed. Any such alternative boundaries and sequences are therefore within the scope and spirit of the claimed invention. In addition, the boundaries of these functional components have been arbitrarily defined for convenience of description. Alternative boundaries can be defined as long as certain important functions are performed properly. Likewise, flowchart blocks may also have been arbitrarily defined herein to indicate any significant functionality. For extended use, the flow diagram block boundaries and order may have been defined and still perform some important function. Alternative definitions of both functional elements and flowchart blocks and sequences are therefore within the scope and spirit of the claimed invention.

본 발명은 또한 하나 이상의 실시 예들의 용어로, 적어도 부분적으로 설명되었을 수 있다. 본 발명의 실시 예는 본 발명, 그 측면, 그 특징, 그 개념, 및/또는 그 예를 나타내기 위해 여기에서 사용된다. 본 발명을 구현하는 장치, 제조의 물건, 머신, 및/또는 프로세스의 물리적인 실시 예는 여기에 설명된 하나 이상의 실시 예들을 참조하여 설명된 하나 이상의 측면들, 특징들, 개념들, 예들 등을 포함할 수 있다. 더구나, 전체 도면에서, 실시 예들은 상기 동일한 또는 상이한 참조 번호들을 사용할 수 있는 상기 동일하게 또는 유사하게 명명된 기능들, 단계들, 모듈들 등을 통합할 수 있으며, 그와 같이, 상기 기능들, 단계들, 모듈들 등은 상기 동일한 또는 유사한 기능들, 단계들, 모듈들 등 또는 다른 것들일 수 있다.The present invention may also have been described, at least in part, in terms of one or more embodiments. Embodiments of the invention are used herein to represent the invention, its aspects, its features, its concepts, and/or examples thereof. A physical embodiment of an apparatus, article of manufacture, machine, and/or process embodying the present invention refers to one or more aspects, features, concepts, examples, etc. described with reference to one or more embodiments described herein. Can include. Moreover, in the overall drawing, embodiments may incorporate the same or similarly named functions, steps, modules, etc., which may use the same or different reference numbers, and as such, the functions, Steps, modules, etc. may be the same or similar functions, steps, modules, etc. or others.

이상과 같이 본 발명에서는 구체적인 구성 요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시 예 및 도면에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 실시 예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.As described above, in the present invention, specific matters such as specific components, etc., and limited embodiments and drawings have been described, but these are provided only to help a more general understanding of the present invention, and the present invention is not limited to the above embodiments. , If a person of ordinary skill in the field to which the present invention belongs, various modifications and variations are possible from these descriptions.

따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 아니되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.Therefore, the spirit of the present invention is limited to the described embodiments and should not be defined, and all things that are equivalent or equivalent to the claims as well as the claims to be described later belong to the scope of the present invention. .

Claims (10)

밀리미터파 초고밀도 네트워크를 위한 사용자 연계 및 전력 할당 방법에 있어서,
특정 기지국과 단말 간의 연계(association)를 나타내는 연계 변수 및 달성 가능한 전력 할당 변수의 초기값을 설정하는 단계;
실행 가능한 모든 초기 지점으로부터 에너지 효율을 최적화하기 위한 전력 할당 변수의 실행 가능 지점을 확인하는 단계;
상기 확인된 전력 할당 변수의 실행 가능 지점을 이용하여, 다음 연계 변수를 계산하는 단계;
상기 계산된 다음 연계 변수를 이용하여, 다음 전력 할당 변수를 계산하는 단계; 및
상기 연계 변수의 제곱과 상기 연계 변수의 차를 0으로 다운 그레이드하는 양의 패널티 인자를 계산하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는, 밀리미터파 초고밀도 네트워크를 위한 사용자 연계 및 전력 할당 방법.
In the user linkage and power allocation method for a millimeter wave ultra-high density network,
Setting an initial value of an achievable power allocation variable and an association variable representing an association between a specific base station and a terminal;
Identifying a viable point of a power allocation variable for optimizing energy efficiency from all viable initial points;
Calculating a next linkage variable by using an executable point of the identified power allocation variable;
Calculating a next power allocation variable by using the calculated next linkage variable; And
And calculating a positive penalty factor for downgrading the difference between the square of the linkage variable and the linkage variable to zero.
제1항에 있어서, 상기 방법은,
지정된 조건에 기반하여 상기 연계 변수 또는 상기 전력 할당 변수가 수렴하는 것으로 판단할 때까지, 상기 연계 변수 및 전력 할당 변수를 계산하는 단계를 반복 수행하는 것을 특징으로 하는, 밀리미터파 초고밀도 네트워크를 위한 사용자 연계 및 전력 할당 방법.
The method of claim 1, wherein the method comprises:
A user for a millimeter wave ultra-high density network, characterized in that the step of calculating the linkage variable and the power allocation variable is repeatedly performed until it is determined that the linkage variable or the power allocation variable converges based on a specified condition Linkage and power allocation method.
제1항에 있어서, 상기 방법은,
상기 연계 변수는 하기 수학식으로 정의되는 것을 특징으로 하는, 밀리미터파 초고밀도 네트워크를 위한 사용자 연계 및 전력 할당 방법.
Figure 112019109307217-pat00081

The method of claim 1, wherein the method comprises:
The linkage variable is characterized in that defined by the following equation, user linkage and power allocation method for a millimeter wave ultra-high density network.
Figure 112019109307217-pat00081

제3항에 있어서, 상기 연계 변수는 하기 수학식에 따라 박스 제약 조건으로 재설정되는 것을 특징으로 하는, 밀리미터파 초고밀도 네트워크를 위한 사용자 연계 및 전력 할당 방법.
Figure 112019109307217-pat00082

The method of claim 3, wherein the linkage variable is reset to a box constraint condition according to the following equation.
Figure 112019109307217-pat00082

삭제delete 제1항에 있어서, 상기 양의 패널티 인자는,
하기 수학식으로 산출되는 것을 특징으로 하는, 밀리미터파 초고밀도 네트워크를 위한 사용자 연계 및 전력 할당 방법.
Figure 112020128425097-pat00083

여기서, 상기
Figure 112020128425097-pat00084
Figure 112020128425097-pat00085
는 하기 수학식으로 정의됨.
Figure 112020128425097-pat00086

The method of claim 1, wherein the positive penalty factor is
User linkage and power allocation method for a millimeter wave ultra-high density network, characterized in that calculated by the following equation.
Figure 112020128425097-pat00083

Where, above
Figure 112020128425097-pat00084
And
Figure 112020128425097-pat00085
Is defined by the following equation.
Figure 112020128425097-pat00086

제1항에 있어서, 상기 방법은,
복수의 단말들 중 각 단말의 최소 달성 가능한 전송률이 QoS(quality of service) 요건을 충족될 때까지 반복 수행하는 것을 특징으로 하는, 밀리미터파 초고밀도 네트워크를 위한 사용자 연계 및 전력 할당 방법.
The method of claim 1, wherein the method comprises:
A method for user association and power allocation for a millimeter-wave ultra-high density network, characterized in that repeatedly performing until a minimum achievable transmission rate of each terminal among a plurality of terminals meets a quality of service (QoS) requirement.
제1항에 있어서, 상기 방법은,
복수의 단말들 중 각 단말의 최소 달성 가능한 전송률이 최대가 되도록 반복 수행하는 것을 특징으로 하는, 밀리미터파 초고밀도 네트워크를 위한 사용자 연계 및 전력 할당 방법.
The method of claim 1, wherein the method comprises:
A method for linking users and allocating power for a millimeter wave ultra-high density network, characterized in that it repeatedly performs so that the minimum achievable transmission rate of each terminal among a plurality of terminals is maximized.
제1항에 있어서, 상기 방법은,
경로 추종 절차(path-following procedure)를 이용하여 비-볼록 문제를 2차 볼록 최적화로 변환하여 처리하는 것을 특징으로 하는, 밀리미터파 초고밀도 네트워크를 위한 사용자 연계 및 전력 할당 방법.
The method of claim 1, wherein the method comprises:
A method for user linkage and power allocation for a millimeter wave ultra-high density network, characterized in that converting and processing a non-convex problem into a second-order convex optimization using a path-following procedure.
전자 장치의 적어도 하나의 프로세서에 의하여 실행될 때에 상기 적어도 하나의 프로세서로 하여금 적어도 하나의 동작을 수행하도록 설정된 명령들을 저장하고 있는 컴퓨터 판독 가능한 기록매체에 있어서,
상기 적어도 하나의 동작은,
특정 기지국과 단말 간의 연계(association)를 나타내는 연계 변수 및 달성 가능한 전력 할당 변수의 초기값을 설정하는 동작;
실행 가능한 모든 초기 지점으로부터 에너지 효율을 최적화하기 위한 전력 할당 변수의 실행 가능 지점을 확인하는 동작;
상기 확인된 전력 할당 변수의 실행 가능 지점을 이용하여, 다음 연계 변수를 계산하는 동작;
상기 계산된 다음 연계 변수를 이용하여, 다음 전력 할당 변수를 계산하는 동작; 및
상기 연계 변수의 제곱과 상기 연계 변수의 차를 0으로 다운 그레이드하는 양의 패널티 인자를 계산하는 단계;을 포함하는 컴퓨터 판독 가능한 기록매체.
A computer-readable recording medium storing instructions set to cause the at least one processor to perform at least one operation when executed by at least one processor of an electronic device, comprising:
The at least one operation,
Setting an initial value of an achievable power allocation variable and an association variable indicating an association between a specific base station and a terminal;
Identifying a viable point of a power allocation variable for optimizing energy efficiency from all viable initial points;
Calculating a next linkage variable by using an executable point of the identified power allocation variable;
Calculating a next power allocation variable by using the calculated next linkage variable; And
And calculating a penalty factor for downgrading the difference between the square of the linkage variable and the linkage variable to zero.
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