KR101465901B1 - D2d 통신에서 단말의 전송 전력을 제어하는 방법 및 d2d 통신 단말 - Google Patents

D2d 통신에서 단말의 전송 전력을 제어하는 방법 및 d2d 통신 단말 Download PDF

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Abstract

D2D 통신에서 단말의 전송 전력을 제어하는 방법(100)은 D2D 통신에서 피어 송신 단말이 피어 송신 단말과 피어 수신 단말 사이의 피어 채널 이득 및 피어 송신 단말과 인접 수신 단말 사이의 인접 채널 이득을 추정하는 단계(120), 피어 송신 단말이 송신단 기본 전력값, 피어 채널 이득 및 인접 채널 이득을 이용하여 피어 수신 단말로 신호 전송 시 인접 수신 단말이 받는 간섭 정도를 추정하는 단계(130) 및 피어 송신 단말이 간섭 정도를 기준으로 송신 전력값을 제어하는 단계를 포함(150)한다.

Description

D2D 통신에서 단말의 전송 전력을 제어하는 방법 및 D2D 통신 단말{CONTROL METHOD FOR TRANSMITTING POWER OF TERMINAL IN D2D COMMUNICATION AND TERMINAL IN D2D COMMUNICATION}
이하 설명하는 기술은 장치 간(D2D) 통신에서 신호를 전송하는 단말의 전송 전력을 제어하는 방법 및 이 방법을 사용하는 단말에 관한 것이다.
이동통신망의 코어 네트워크가 관여하지 않는 D2D(Device-to-Device) 통신에 대한 연구가 진행되고 있다. D2D 통신 네트워크에서는 무선 단말이 스스로 지리적으로 인접한 이웃단말들을 식별하고 필요할 경우 특정 이웃단말과의 무선 링크를 설립하여 데이터를 전송한다.
이동통신 네트워크에서 기지국 또는 AP로 집중되는 트래픽 부하를 완화하기 위한 여러 가지 기술 중 하나인 D2D 통신은 별도의 인프라 구조 없이 도입 가능하다는 장점을 가진다.
Qualcomm사는 2011년 독자적인 D2D 통신 기술인 FlashLinQ를 발표한바 있다. FlashLinQ는 기지국 등의 도움 없이 단말들이 분산적으로 제한된 무선 자원을 사용하는 방식으로 D2D 통신 네트워크를 형성한다.
미국등록특허 제8,140,103호
FlashLinQ는 송신 단말과 수신 단말은 SIR(signal-to-interference ratio)을 기준으로 송신 단말 및 수신 단말에서 각각 SIR이 일정한 임계값 이상인 경우에만 데이터 전송을 수행하고, SIR이 임계값보다 작으면 데이터 전송을 수행하지 않는다. 즉, SIR이 임계값보다 작은 경우 자신은 데이터를 전송하지 않고, 다른 인접 단말에게 데이터 전송의 기회를 양보하는 것이다.
FlashLinQ 방식의 D2D 통신 네트워크에서 주변에 다수의 수신 단말들이 위치한 D2D 송신 단말은 이웃한 D2D 수신 단말에게 많은 간섭을 야기한다. 결국 다수의 D2D 수신 단말이 데이터 전송을 양보할 수 있고, 이로 인해 전체 D2D 네트워크의 성능을 떨어뜨릴 수 있다.
이하 설명하는 기술은 D2D 통신 네트워크에서 송신 단말이 이웃한 다수의 수신 단말에게 주는 간섭을 완화하고자 한다. 이를 위해 이하 설명하는 기술은 송신 단말의 송신 전력값을 주변 수신 단말의 분포에 따라 제어하고자 한다.
이하 설명하는 기술의 해결과제는 이상에서 언급된 것들에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 해결과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 과제를 해결하기 위한 D2D 통신에서 단말의 전송 전력을 제어하는 방법은 D2D 통신에서 피어 송신 단말이 피어 송신 단말과 피어 수신 단말 사이의 피어 채널 이득 및 피어 송신 단말과 인접 수신 단말 사이의 인접 채널 이득을 추정하는 단계, 피어 송신 단말이 송신단 기본 전력값, 피어 채널 이득 및 인접 채널 이득을 이용하여 피어 수신 단말로 신호 전송 시 인접 수신 단말이 받는 간섭 정도를 추정하는 단계 및 피어 송신 단말이 간섭 정도를 기준으로 송신 전력값을 제어하는 단계를 포함한다.
채널 이득을 추정하는 단계는 피어 수신 단말이 피어 송신 단말과 피어 수신 단말 사이의 채널 링크를 결정하기 위하여 전송하는 피어 단일 톤 신호를 이용하여 피어 채널 이득을 추정하고, 피어 송신 단말이 인접 수신 단말이 전송하는 단일 톤 신호를 이용하여 인접 채널 이득을 추정한다.
간섭 정도를 추정하는 단계는 피어 송신 단말과 인접 수신 단말 사이의 인접 채널 이득 및 송신단 기본 전력값을 이용하여 인접 수신 단말이 받는 간섭 정도를 추정한다.
제어하는 단계는 인접 수신 단말이 복수인 경우, 인접 수신 단말 각각에 대하여 추정되는 간섭 정도와 임계값을 비교하여, 전체 인접 수신 단말에서 간섭 정도가 임계값을 초과하는 인접 수신 단말의 비율을 기준으로 송신 전력값을 제어한다.
피어 송신 단말은 전체 인접 수신 단말에서 임계값을 초과하는 인접 수신 단말이 차지하는 비율에 반비례하게 송신 전력값을 제어한다.
D2D 통신 단말은 피어 수신 단말로 신호를 송신하는 송신부, 피어 수신 단말 및 인접 수신 단말로부터 신호를 수신하는 수신부 및 피어 수신 단말로 신호 전송 시 인접 수신 단말이 받는 간섭 정도를 기준으로 송신부가 송신하는 신호의 전력값을 제어하는 제어부를 포함한다.
제어부는 통신 단말과 피어 수신 단말 사이의 피어 채널 이득 및 통신 단말과 인접 수신 단말 사이의 인접 채널 이득을 추정하고, 송신단 기본 전력값 피어 채널 이득 및 인접 채널 이득을 이용하여 간섭 정도를 추정한다.
제어부는 인접 수신 단말이 복수인 경우, 인접 수신 단말 각각에 대하여 추정되는 간섭 정도와 임계값을 비교하여, 전체 인접 수신 단말에서 간섭 정도가 임계값을 초과하는 인접 수신 단말의 비율을 기준으로 전력값을 제어한다.
다른 측면에서 D2D 통신에서 단말의 전송 전력을 제어하는 방법은 FlashLinQ D2D 통신 환경의 송신 단말과 수신 단말 사이의 채널 링크를 결정하기 위한 단일 톤 신호를 전송하는 단계에서 피어 송신 단말이 피어 송신 단말과 피어 수신 단말 사이의 피어 채널 이득 및 피어 송신 단말과 인접 수신 단말 사이의 인접 채널 이득을 추정하는 단계, 피어 송신 단말이 송신단 기본 전력값, 피어 채널 이득 및 인접 채널 이득을 이용하여 피어 수신 단말로 신호 전송 시 인접 수신 단말이 받는 간섭 정도를 추정하는 단계 및 피어 송신 단말이 간섭 정도를 기준으로 송신 전력값을 제어하는 단계를 포함할 수 있다.
이하 설명하는 기술은 D2D 통신 네트워크에서 송신 단말의 송신 전력을 동적으로 제어하여 D2D 통신 네트워크에서 되도록 많은 단말이 동시에 통신할 수 있도록 한다. 이하 설명하는 기술을 통해 D2D 통신 네트워크의 성능이 향상되는 것이다.
이하 설명하는 기술의 효과는 이상에서 언급된 것들에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 효과들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1(a)는 FlashLinQ의 기본 기능구조이고, 도1(b)는 FlashLinQ의 트래픽 슬롯 및 링크 스케줄링 구간에 대한 예이다.
도 2는 FlashLinQ의 페이징 구간에서 CID를 교환하는 과정에 대한 예이다.
도 3은 D2D 통신에서 단말의 전송 전력을 제어하는 방법에 대한 순서도의 예이다.
도 4는 피어 송신 단말(tx1)과 주변의 수신 단말을 도시한 예이다.
도 5는 피어 송신 단말(tx1)이 주변의 수신 단말로부터 수신한 단일 톤 신호 및 OFDM 전송단위의 위치에 대한 예이다.
도 6은 피어 송신 단말(tx1)이 작성한 주변의 모든 수신 단말에 대한 간섭 정도를 분류한 테이블의 예이다.
도 7은 D2D 통신 단말의 구성을 도시한 블록도의 예이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세하게 설명하고자 한다. 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.
제1, 제2, A, B 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 해당 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않으며, 단지 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.
본 명세서에서 사용되는 용어에서 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 해석되지 않는 한 복수의 표현을 포함하는 것으로 이해되어야 하고, "포함한다" 등의 용어는 설시된 특징, 개수, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 의미하는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 개수, 단계 동작 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
도면에 대한 상세한 설명을 하기에 앞서, 본 명세서에서의 구성부들에 대한 구분은 각 구성부가 담당하는 주기능 별로 구분한 것에 불과함을 명확히 하고자 한다. 즉, 이하에서 설명할 2개 이상의 구성부가 하나의 구성부로 합쳐지거나 또는 하나의 구성부가 보다 세분화된 기능별로 2개 이상으로 분화되어 구비될 수도 있다. 그리고 이하에서 설명할 구성부 각각은 자신이 담당하는 주기능 이외에도 다른 구성부가 담당하는 기능 중 일부 또는 전부의 기능을 추가적으로 수행할 수도 있으며, 구성부 각각이 담당하는 주기능 중 일부 기능이 다른 구성부에 의해 전담되어 수행될 수도 있음은 물론이다. 따라서, 본 명세서를 통해 설명되는 각 구성부들의 존재 여부는 기능적으로 해석되어야 할 것이며, 이러한 이유로 이하 설명하는 D2D 통신에서 단말의 전송 전력을 제어하는 방법(100) 및 D2D 통신 단말(500)에 따른 구성부들의 구성은 본 발명의 목적을 달성할 수 있는 한도 내에서 대응하는 도면과는 상이해질 수 있음을 명확히 밝혀둔다.
또, 방법 또는 동작 방법을 수행함에 있어서, 상기 방법을 이루는 각 과정들은 문맥상 명백하게 특정 순서를 기재하지 않은 이상 명기된 순서와 다르게 일어날 수 있다. 즉, 각 과정들은 명기된 순서와 동일하게 일어날 수도 있고 실질적으로 동시에 수행될 수도 있으며 반대의 순서대로 수행될 수도 있다.
먼저 Qualcomm의 FlashLinQ에 대해 설명하기로 한다. Qualcomm 사는 2011년 2월 개최된 MWC(Mobile World Congress)에서 각 단말 별로 1km 반경에 대해 타 단말과 단일 홉 통신이 가능한 무선통신 기술인 FlashLinQ를 발표하였다. FlashLinQ는 기지국 등의 도움 없이 단말들이 분산적으로 제한된 무선 자원을 사용하게 함으로써 D2D 통신 네트워크를 형성 및 유지한다.
도 1(a)는 FlashLinQ의 기본 기능구조이고, 도1(b)는 FlashLinQ의 트래픽 슬롯 및 링크 스케줄링 구간에 대한 예이다. FlashLinQ는 도 1(a)와 같이 주기적으로 반복되는 기능구조를 정의한다. 매 주기는 동기화, 피어 탐색, 페이징, 데이터 전송 구간들로 구성되어 있다. 동기화 구간에서는 GPS(Global Positioning System) 등을 통해 단말들 사이의 기본적인 시간 및 주파수 동기화를 수행한다. 피어 탐색구간에서는 각 단말이 브로드캐스팅하는 단말정보를 통해 지리적으로 인접한 이웃 단말들을 식별하며, 페이징 구간에서는 통신을 수행하고자 하는 단말들 사이의 단방향 전송을 위한 D2D 링크를 형성한다. 이러한 과정을 통해 형성된 링크를 바탕으로 트래픽 구간에서는 링크 스케줄링과 이에 수반한 데이터 전송이 수행된다.
트래픽 구간은 다수의 트래픽 슬롯들로 구성되어 있으며, 각 트래픽 슬롯 별로 독립적인 링크 스케줄링 및 데이터 전송이 수행된다. 트래픽 슬롯은 도 1(b)의 상단에 도시된 기본 구조를 가지며, 이는 기능별로 링크 스케줄링, 전송률 스케줄링, 데이터 전송, 확인응답(acknowledgment) 전송의 네 개의 구간들로 구분된다.
링크 스케줄링 구간에서는 각 단방향 통신을 위한 D2D 링크 별로 OFDM 신호구조를 활용한 단일 톤(single tone) 탐지신호를 전송함으로써 링크들 사이의 신호간섭 관계를 측정하고 해당 트래픽 슬롯에서의 데이터 전송 가능여부를 결정한다. 전송률 스케줄링 구간에서는 해당 트래픽 슬롯에서 데이터를 전송하기로 결정한 링크들에 대한 세부 전송률의 조율을 수행한다. 데이터 전송 구간에서는 송신단말들이 피어 수신단말로의 데이터 전송을 수행하며, 이에 대한 확인응답 메시지는 확인응답 전송 구간에서 전송된다.
FlashLinQ는 링크 스케줄링 구간에서 단일 홉 단방향 D2D 링크들에 대한 링크 스케줄링을 수행한다. 도 1(b)의 하단에 도시한 바와 같이 링크 사용여부를 결정하기 위해 시간 및 주파수 평면에서 직교하는 무선자원들이 정의된 OFDM 신호구조를 정의하고 이를 통해 다수의 D2D 단말들이 상호간의 신호간섭 없이 동시에 단일 톤(single-tone) 탐지신호들을 전송한다. 이 과정에서 측정된 자신 및 이웃D2D 링크들에 대한 신호간섭비를 계산하고 이를 기반으로 링크 스케줄링을 수행한다.
무선 자원의 특성상 특정 시점에 동일한 무선 자원을 이용할 수 있는 D2D 링크의 수는 한정적이다. 이와 같은 이유로 이동통신과 같은 기존의 중앙집중형 무선통신 기술에서는 기지국 등의 중앙 제어기에 의해 단말들의 무선자원 이용이 제한되고 있다. 반면 각 단말들이 분산적으로 링크 스케줄링을 수행하여야 하는 D2D 통신에서는 신호간섭을 고려하여 D2D 링크의 무선 자원에 대한 점유를 제한할 수 있는 방법이 요구된다. 이에 FlashLinQ에서는 각 링크 별로 지역적으로 고유하게 할당되는 식별자인 CID(Connection Identifier)를 할당하고, 이를 이용하여 매 트래픽 슬롯마다 링크에게 고유한 우선순위를 부여한다. 이러한 우선순위를 바탕으로 각 링크는 자신과 상위 우선순위를 가지는 링크들에 대한 SIR들을 고려하여 현 트래픽 슬롯에서의 통신 수행여부를 결정한다. 이러한 방법에서 링크들 사이의 형평성을 보장하기 위해 상기 우선순위는 해쉬(Hash), PN(Pseudo Noise) 코드 등을 활용하여 매 트래픽 슬롯마다 균등하게 변화한다.
우선순위를 바탕으로 자신 및 상위 우선순위 링크들의 SIR을 고려한 링크 스케줄링을 수행하기 위해서 D2D 링크를 구성하는 송수신 단말들은 이웃한 송수신 단말들과의 채널 상태를 알고 있어야 한다. 이를 위해 FlashLinQ에서는 도 1(b)와 같은 OFDM 신호구조(블록) 기반의 단일 톤 탐지신호 전송방법을 정의였다. 링크 스케줄링 구간은 송신단말들을 위한 Tx OFDM 블록과 수신단말들을 위한 Rx OFDM 블록으로 구성된다. 각 OFDM 블록은 주파수 평면에서 N개의 부반송파들로, 시간 평면에서 M개의 OFDM 심볼들로 구성되며, 총 N×M개 전송단위들을 포함한다. N×M개의 전송단위들에는 도 1(b)와 같이 위에서 아래로 및 좌측에서 우측으로의 순서대로 1부터 N×M까지의 우선순위가 할당되며, 각 링크는 자신의 우선순위와 일치하는 자원단위를 단일 톤 탐지신호의 송수신을 위해 사용한다. 여기서 우선순위는 1이 가장 높으며 N×M이 가장 낮다.
단일 톤 신호는 주파수 평면에서 하나의 부반송파를 갖는 톤 신호를 의미한다. 해당 신호는 점유하는 주파수 대역폭이 좁아 다중-톤 신호와 대비하여 더 높은 전력으로 송신이 가능하다.
상호간 통신을 하고자 하는 D2D 단말들이 링크를 형성하고 이를 식별하기 위해서는 해당 단말들에게 지역적으로 고유한 CID가 할당되어야 한다. 이를 위해 D2D 단말들은 인접 링크의 단일 톤 신호 교환을 주기적으로 관측함으로써 현재 사용되고 있는 CID들을 탐색하고, 이를 제외한 나머지 CID들을 가용 CID 리스트로서 관리한다. CID 리스트를 형성한 D2D 단말들은 페이징 구간에서 CID 리스트에 대응하는 OFDM 심볼들을 사용하여 피어 단말과 단일 톤 신호를 교환한다.
CID 결정 과정을 예를 들어 설명한다. 도 2는 FlashLinQ의 페이징 구간에서 CID를 교환하는 과정에 대한 예이다. 도 2는 D2D 송수신 단말들이 D2D링크 형성을 위해 CID를 할당받는 단일 톤 교환 과정을 나타낸다. 단말 A(송신)의 가용 CID 리스트는 <1, N+3, 3N>이고 단말 B(수신)의 가용 CID 리스트는 <5, N+3> 이다.
먼저 단말 A가 가용 CID 리스트에 대응하는 1 번째, N+3 번째, 3N 번째 OFDM 전송단위를 통해 단일 톤 신호를 전송하고, 이를 수신한 단말 B는 단말 A의 가용 CID 리스트 정보를 획득한다. 단말 B는 자신의 CID 리스트와 획득한 단말 A의 CID 리스트를 비교하고, 공통된 CID에 대응하는 OFDM 전송단위 <N+3>을 통해 단일 톤 신호를 전송한다. 이를 통해 단말 A와 단말 B는 공통적으로 사용 가능한 CID 리스트 정보를 교환할 수 있다. 단말 A는 해당 CID 리스트에 속한 CID 중 하나를 선택하여 단말 B에게 전송함으로써 두 단말이 사용할 지역적으로 유일한 CID를 결정한다. 결정된 CID는 트래픽 슬롯에서 단말 A와 단말 B 사이의 D2D 링크 식별에 사용되며, 이에 기반하여 매 트래픽 슬롯마다 D2D 링크에 고유한 우선순위를 부여한다.
CID 결정 이후 단말의 데이터 전송을 위한 스케쥴링 방법에 대해서도 간략하게 살펴본다. 지역적으로 유일하도록 할당받은 우선순위를 바탕으로 한 D2D 링크들에 대한 스케줄링 방법은 다음과 같다. 피어 수신 단말에게 보낼 데이터를 가지는 송신단말은 Tx OFDM 블록에서 자신의 링크 우선순위에 해당하는 전송단위를 통해 단일 톤 신호를 전송한다. 수신단말은 데이터를 수신받기 위해 매 트래픽 슬롯마다 해당 전송단위를 관찰한다. 만약 송신 단말로부터의 단일 톤 신호가 수신될 경우, 수신 단말은 상위 우선순위를 가지는 링크들로부터의 간섭신호 세기와 피어 송신 단말로부터의 신호세기를 비교하여 해당 링크의 통신 가능여부를 판단한다. 해당 링크의 통신이 가능하다고 판단된다면 수신 단말은 Rx OFDM 블록에서 해당하는 전송단위에 단일 톤 신호를 전송한다. Rx OFDM 블록에서 피어 수신 단말 및 상위 우선순위를 가지는 수신 단말들로부터 단일 톤 신호들을 수신한 송신 단말은 자신이 상위 우선순위를 가지는 수신 단말들에게 일정 수준 이하의 신호간섭을 미친다고 판단할 경우 해당 링크에서의 통신을 수행하기로 결정한다.
본 발명은 송신 단말에서 수신 단말로 데이터를 전송할 때 전송 전력을 결정하는 방법에 관한 것이므로, 데이터 전송에 대한 스케줄링에 대해서는 구체적인 설명을 생략한다.
정리하면 FlashLinQ에서 각 D2D 링크를 구성하는 송신 단말과 수신 단말은 데이터 전송 가능 여부를 결정하기 위하여 트래픽 구간의 Tx OFDM 블록 및 Rx OFDM 블록에서 링크의 CID에 따라 지역적으로 유일하게 주어지는 OFDM 전송단위를 통하여 단일 톤 신호들을 교환한다. 해당과정에서 송신 단말은 상위 우선순위를 가지는 D2D 링크들의 수신 단말들로부터의 단일 톤 신호 세기를 바탕으로 해당 수신 단말들의 SIR을 추정하고, 수신 단말은 해당 링크의 송신 단말들로부터 전송된 단일 톤 신호 세기를 측정하여 자신의 SIR을 계산한다. 송신 단말 및 수신 단말은 각각의 SIR값이 각각에 대한 일정한 임계값 이상일 경우 매체를 통한 데이터 전송을 수행하기로 결정하고, SIR 값이 임계값 미만일 경우 데이터 전송을 보류한다.
특정 D2D 링크의 송신 단말은 상위 우선순위를 가지는 D2D링크의 수신 단말이 자신으로부터 일정 임계값 이상의 간섭을 받을 것으로 예상될 경우 매체접근을 양보하기 때문에, 상위 우선순위를 가지는 수신 단말의 수가 많을수록 해당 송신 단말이 Tx 양보를 수행할 확률이 증가한다. 또한 상위 우선순위를 가지는 인접 송신 단말 수의 증가는 상기 특정 D2D 링크의 수신 단말에 미치는 간섭을 증가시킴으로써 해당 수신 단말이 Rx 양보를 수행할 확률을 높인다. 여기서 양보란 결정된 링크를 통해 데이터를 전송하지 않는다는 의미이다.
결국 D2D 송신 단말의 주변에 다수의 수신 단말이 존재하는 경우, 전체 D2D 통신 네트워크의 성능이 저하될 수 있다. 본 발명은 송신 단말의 주변에 있는 수신 단말의 분포에 따라 송신 단말의 송신 전력을 제어하여 많은 단말이 통신에 참여할 수 있게 한다. 이하 설명하는 기술은 D2D 통신이 수행 가능한 무선통신 단말 기기에 적용 가능하다.
이하에서는 도면을 참조하면서 D2D 통신에서 단말의 전송 전력을 제어하는 방법(100) 및 D2D 통신 단말(500)에 관하여 구체적으로 설명하겠다. 먼저 명세서에서 사용되는 용어 중 정의가 필요한 용어를 설명하고자 한다. D2D 통신을 직접 수행하는 단말을 피어 송신 단말과 피어 수신 단말이라고 명명한다. 피어 송신 단말의 주변에 존재하는 다른 수신 단말은 인접 수신 단말이라고 명명한다. 피어 송신 단말과 피어 수신 단말이 통신하는 상황에서 인접 수신 단말이 D2D 통신에 참여하는 경우 별도의 송신 단말이 존재할 것이다. 수신 단말은 피어 수신 단말과 인접 수신 단말을 포함하는 의미이다.
도 3은 D2D 통신에서 단말의 전송 전력을 제어하는 방법(100)에 대한 순서도의 예이다. D2D 통신에서 단말의 전송 전력을 제어하는 방법(100)은 D2D 통신에서 피어 송신 단말이 피어 송신 단말과 피어 수신 단말 사이의 피어 채널 이득 및 피어 송신 단말과 인접 수신 단말 사이의 인접 채널 이득을 추정하는 단계(120), 피어 송신 단말이 송신단 기본 전력값, 피어 채널 이득 및 인접 채널 이득을 이용하여 피어 수신 단말로 신호 전송 시 인접 수신 단말이 받는 간섭 정도를 추정하는 단계(130) 및 피어 송신 단말이 간섭 정도를 기준으로 송신 전력값을 제어하는 단계를 포함(150)한다.
채널 이득을 추정하는 단계(120)는 사실 FlashLinQ 과정에서 피어 송신 단말과 피어 수신 단말이 채널 링크를 결정하는(CID를 결정하는) 과정에서 전송되는 단일 톤 신호를 이용한다. 따라서 120 단계 전에 D2D 단말은 단일 톤 신호를 주고 받는 단계(110)를 수행한다. 이하 설명하는 기술은 페이징 구간에서 CID 결정하기 위해 D2D 송신 및 수신단말 상호 간 교환되는 단일 톤 신호의 세기를 바탕으로 D2D 단말이 인접한 단말의 분포를 파악한다.
구체적으로 후술하겠지만, 송신 전력값을 제어하는 단계(150)는 피어 송신 단말 주변에 있는 모든 수신 단말에 대해 간섭 정도와 특정한 임계값을 비교하여 수행된다. 수학적으로는 피어 송신 단말의 송신 전력값을 연산하기 위한 전력 제어 지표를 연산하는 과정(140)이 포함된다.
채널 이득을 추정하는 단계(120)는 피어 수신 단말이 피어 송신 단말과 피어 수신 단말 사이의 채널 링크를 결정하기 위하여 전송하는 피어 단일 톤 신호를 이용하여 피어 채널 이득을 추정하고, 피어 송신 단말이 인접 수신 단말이 전송하는 단일 톤 신호를 이용하여 인접 채널 이득을 추정한다.
간섭 정도를 추정하는 단계(130)는 피어 송신 단말과 인접 수신 단말 사이의 인접 채널 이득 및 송신단 기본 전력값을 이용하여 인접 수신 단말이 받는 간섭 정도를 추정한다.
제어하는 단계(150)는 인접 수신 단말이 복수인 경우, 인접 수신 단말 각각에 대하여 추정되는 간섭 정도와 임계값을 비교하여, 전체 인접 수신 단말에서 간섭 정도가 임계값을 초과하는 인접 수신 단말의 비율을 기준으로 송신 전력값을 제어하게 된다.
제어하는 단계(150)에서 피어 송신 단말은 전체 인접 수신 단말에서 임계값을 초과하는 인접 수신 단말이 차지하는 비율에 반비례하게 송신 전력값을 제어한다. 즉, 피어 송신 단말은 일정한 임계값을 초과하는 간섭 정도를 갖는 인접 수신 단말이 많은 경우 송신 전력값을 낮추고, 임계값을 초과하는 간섭 정보를 갖는 인접 수신 단말이 적은 경우 송신 전력값을 높인다.
이하 특정한 피어 송신 단말을 tx1이라고 표기하고, 피어 수신 단말을 rx1이라고 표기한다. 또한 인접 수신 단말을 rxi라고 표기한다. 여기서, rxi는 피어 수신 단말을 제외한 수신 단말을 의미하므로 i는 1 보다 큰 자연수일 것이다.
이하 설명하는 기술은 동기화 구간에서 전체 단말들은 상호 간의 시간 및 주파수 동기화를 수행한다고 가정한다. 특정 단말 A와 B 사이의 무선채널 이득은 GA ,B로 표기한다. 또한 단말 간 채널이득은 전송방향에 독립적이라고 가정한다. 즉, 단말 A로부터 B로의 무선채널 이득 GA ,B은 단말 B로부터 A로의 무선채널 이득 GB ,A와 같다. D2D 링크들은 종래기술과 동일한 구조를 바탕으로 SIR 기반의 링크 스케줄링을 수행하는 환경을 고려한다.
도 4는 피어 송신 단말(tx1)과 주변의 수신 단말을 도시한 예이다. 도 4는 피어 송신 단말이 전송전력 제어 지표 α를 계산하기 위한 예시를 나타낸 도면이다. 도 4에서 피어 송신 단말(tx1) 주변에 피어 수신 단말(rx1)과 이웃 D2D 링크에 속한 인접 수신 단말(rxi, 여기서 i=2,3,…,6)이 분포되었을 때, 페이징 구간 동안 tx1과 rx1은 D2D 링크를 형성하기 위해 CID 결정 과정을 수행하며 각 rxi는 자신의 피어 송신 단말과 CID 결정을 위한 단일 톤 신호를 분산적으로 교환한다. 페이징 과정에서 각 txi가 전송하는 단일 톤 신호의 송신 출력(Ptx)과 rxi가 전송하는 단일 톤 신호의 송신출력(Prx)는 동일하다고 가정한다. 도 4에 도시된 바와 같이 tx1에 가까운 인접 수신 단말은 tx1에서 멀리 떨어진 인접 수신 단말보다 강한 단일 통 신호를 전송한다.
도 5는 피어 송신 단말(tx1)이 주변의 수신 단말로부터 수신한 단일 톤 신호 및 OFDM 전송단위의 위치에 대한 예이다. 도 5는 tx1이 각 OFDM 전송단위를 통해 rxi로부터 수신한 단일 톤 신호와 OFDM 전송단위의 위치에 대한 예시를 나타낸다.
tx1은 rx1로부터 N+3번째 OFDM 전송단위에서 단일 톤 신호를 수신하고, rx1을 제외한 rxi가 전송한 단일 톤 신호를 1번째, 4번째, N 번째, 2N+1번째, (M-1)*N+5번째 OFDM 전송단위 위치에서 감지함으로써 각 인접 수신 단말로부터의 단일 톤 신호를 구분한다.
도 5에서와 같이 페이징 구간에서 tx1은 rx1로부터 수신된 단일 톤 신호 세기(Rtx1 , rx1)와 rx1의 전송전력 Prx를 고려해서 tx1과 rx1 사이의 무선채널 이득(Gtx1 , rx1)을 추정한다. 이와 유사한 방법으로 tx1은 인접 수신 단말 rxi로부터의 단일 톤 신호 세기(Rtx1 , rxi)를 통해 tx1과 rxi 상호 간의 무선채널 이득(Gtx1 , rxi)을 추정한다. tx1은 파악된 Gtx1 , rx1 및 Gtx1 , rxi, Ptx를 바탕으로 rx1이 tx1으로부터 받는 신호 세기(Stx1 , rx1)와 rxi가 자신으로부터 받는 간섭(Itx1 , rxi)을 각각 추정한다.
신호세기(Stx1,rx1)는 Stx1 , rx1 = Ptx × Gtx1 , rx1와 같이 연산된다. 채널 이득은 dB 단위이고, 전송 전력은 dBm 단위이다. rxi가 받는 간섭(Itx1 , rxi)은 Itx1 , rxi = Ptx × Gtx1,rxi와 같이 연산된다.
피어 송신 단말(tx1)은 인접 수신 단말(rxi)가 tx1으로부터 받는 간섭 정도를 파악하기 위해 Itx1 , rxi를 Stx1 , rx1와 비교하여 ρtx1 , rxi를 계산한다. 여기서 ρtx1 , rxi는 tx1이 Ptx의 전송세기로 단일 톤 신호를 전송하였을 경우 rx1이 받는 신호 세기(Stx1 , rx1) 대비 rxi가 받는 간섭(Itx1 , rxi)의 비율이다. 즉, tx1이 rxi에게 미치는 간섭 정도를 의미한다. Tx1은 ρtx1 , rxi를 사전에 정의된 임계값 ρ와 비교하여 rxi가 받는 간섭 정도를 판별한다. 여기서 ρ는 인접 수신 단말이 받는 간섭영향이 큰지 작은지 구분하기 위해 사전에 정의된 임계값이다. 이러한 과정을 통해 tx1은 인접 수신 단말(rxi)을 자신으로부터 많은 간섭을 받는 집합(S) 또는 적은 간섭을 받는 집합(W)으로 구분한다. 도 4에서도 인접 수신 단말(rxi)에 대해 S와 W로 분류한 영역을 볼 수 있다. 지리적 특성, 통신이 수행되는 지역적 특성, 통신 방해물의 존재 여부에 따라 달라질 수 있지만 기본적으로 tx1에 대한 거리에 따라 S와 W가 구분될 수 있다. 피어 송신 단말(tx1)이 인접 수신 단말(rxi)을 S 또는 W 집합으로 구분하여 작성하는 테이블을 간섭 분류 테이블이라고 명명한다.
tx1은 모든 인접 수신 단말(rxi) 에 대해 위 과정을 반복한 후 도 6과 같은 간섭 분류 테이블을 작성한다. 도 6은 피어 송신 단말(tx1)이 작성한 주변의 모든 수신 단말에 대한 간섭 정도를 분류한 테이블의 예이다.
도 6은 도 4와 같이 D2D 단말이 분포된 환경에서 ρ=1일 경우 tx1이 ρ에 따라 모든 인접 수신 단말(rxi)에 대해 작성한 간섭 분류 테이블을 예시한다.여기서 ρ=1은 tx1이 rxi에 대해
Figure 112013113845044-pat00001
을 만족하는 경우 rxi을 큰 간섭영향을 받는 개체로 분류하고,
Figure 112013113845044-pat00002
인 경우 rxi을 작은 간섭영향을 받는 개체로 분류함을 의미한다. 이에 따라 tx1은 도 6에서 rx2와 rx3을 집합 S로 분류하였고, rx4, rx5, rx6를 집합 W로 분류하였다.
tx1은 자신이 인접 수신 단말에 미치는 간섭영향 정도를 파악하기 위해 집합 S에 속한 인접 수신 단말의 개수(NS) 및 W에 속한 인접 수신 단말 개수(NW)를 계산한다. NS는 tx1로부터 많은 간섭을 받아 tx1에 의한 매체접근 양보 확률이 높은 인접 수신 단말의 개수이며, NW는 tx1으로부터 적은 간섭을 받아 tx1에 의한 매체접근 양보 확률이 낮은 인접 수신 단말의 개수를 의미한다.
tx1은 모든 인접 수신단말의 수에 대한 NS 및 NW의 비율을 고려하여 자신의 송신전력이 주변에 미치는 영향력을 추정하고, 이를 바탕으로 인접 수신 단말에 대한 매체접근 양보를 완화하기 위한 전력 제어 지표인 αtx1를 계산한다. tx1은 αtx1과 Ptx를 고려하여 트래픽 구간 내의 링크 스케줄링에서 rx1에게 전송하는 신호의 세기 P'tx1를 결정한다.
예컨대, αtx1은 아래와 같은 수학식 1과 같이 표현될 수 있다.
Figure 112013113845044-pat00003
여기서, β는 피어 송신 단말의 송신 전력값을 적절하게 조절하기 위한 일정한 상수값이다.
상기 수학식 1과 같은 전력 제어 지표(αtx1)를 사용한다면 최종적은 피어 송신 단말의 송신 전력값(P'tx1)은 아래와 같은 수식으로 표현될 수 있다.
Figure 112013113845044-pat00004
도 7은 D2D 통신 단말(500)의 구성을 도시한 블록도의 예이다. D2D 통신 단말(500)은 상기 설명한 전송 전력 제어 방식을 사용한다. 이하 D2D 통신 단말(500)에 대한 설명에서 전술한 D2D 통신에서 단말의 전송 전력을 제어하는 방법(100)과 중복되는 내용은 간략하게 설명하거나 생략한다. 이하 설명하는 D2D 통신 단말(500)은 전술한 피어 송신 단말에 해당한다.
D2D 통신 단말(500)은 피어 수신 단말로 신호를 송신하는 송신부(510), 피어 수신 단말 및 인접 수신 단말로부터 신호를 수신하는 수신부(520) 및 피어 수신 단말로 신호 전송 시 인접 수신 단말이 받는 간섭 정도를 기준으로 송신부가 송신하는 신호의 전력값을 제어하는 제어부(530)를 포함한다. 나아가 단말에 일반적으로 사용되는 인터페이스 장치인 인터페이스부(550) 및 메모리 장치인 메모리(540)를 포함한다. 도 7에 도시하지 않았지만 D2D 통신 단말(500)은 디스플레이 패널, GPS 장치 등 다양한 구성을 포함할 수 있다.
제어부(530)는 통신 단말과 피어 수신 단말 사이의 피어 채널 이득 및 통신 단말과 인접 수신 단말 사이의 인접 채널 이득을 추정하고, 송신단 기본 전력값 피어 채널 이득 및 인접 채널 이득을 이용하여 간섭 정도를 추정할 수 있다.
제어부(530)는 피어 수신 단말이 통신 단말과의 사이에서 채널 링크를 결정하기 위하여 전송하는 피어 단일 톤 신호를 이용하여 피어 채널 이득을 추정하고, 인접 수신 단말이 전송하는 단일 톤 신호를 이용하여 인접 채널 이득을 추정할 수 있다.
제어부(530)는 통신 단말과 인접 수신 단말 사이의 인접 채널 이득 및 송신단 기본 전력값을 이용하여 인접 수신 단말이 받는 간섭 정도를 추정할 수 있다.
제어부(530)는 인접 수신 단말이 복수인 경우, 인접 수신 단말 각각에 대하여 추정되는 간섭 정도와 임계값을 비교하여, 전체 인접 수신 단말에서 간섭 정도가 임계값을 초과하는 인접 수신 단말의 비율을 기준으로 전력값을 제어할 수 있다. 이때 제어부(530)는 전체 인접 수신 단말에서 임계값을 초과하는 인접 수신 단말이 차지하는 비율에 반비례하게 전력값을 제어하게 된다. 간섭 정도는 전술한 바와 같이
Figure 112013113845044-pat00005
과 같이 표현된다.
제어부(530)는 모든 인접 수신 단말에 대한 간섭 정도와 임계값을 비교하여 전술한 간섭 분류 테이블을 작성할 수 있다. 이 경우 간섭 분류 테이블은 메모리(540)에 저장될 것이다.
제어부(530)는 모든 인접 수신 단말에 대한 간섭 분류 테이블 작성이 완료되면, 상기 수학식 1 및 수학식 2와 같이 NS 및 NW의 비율을 이용하여 송신 전력값을 제어할 수 있다.
본 실시예 및 본 명세서에 첨부된 도면은 본 발명에 포함되는 기술적 사상의 일부를 명확하게 나타내고 있는 것에 불과하며, 본 발명의 명세서 및 도면에 포함된 기술적 사상의 범위 내에서 당업자가 용이하게 유추할 수 있는 변형 예와 구체적인 실시예는 모두 본 발명의 권리범위에 포함되는 것이 자명하다고 할 것이다.
500 : D2D 통신 단말 510 : 송신부
520 : 수신부 530 : 제어부
540 : 메모리 550 : 인터페이스부

Claims (18)

  1. D2D 통신에서 피어 송신 단말이 상기 피어 송신 단말과 피어 수신 단말 사이의 피어 채널 이득 및 상기 피어 송신 단말과 인접 수신 단말 사이의 인접 채널 이득을 추정하는 단계;
    상기 피어 송신 단말이 송신단 기본 전력값, 상기 피어 채널 이득 및 상기 인접 채널 이득을 이용하여 상기 피어 수신 단말로 신호 전송 시 상기 인접 수신 단말이 받는 간섭 정도를 추정하는 단계; 및
    상기 피어 송신 단말이 상기 간섭 정도를 기준으로 송신 전력값을 제어하는 단계를 포함하되,
    상기 채널 이득을 추정하는 단계는 상기 피어 수신 단말이 상기 피어 송신 단말과 상기 피어 수신 단말 사이의 채널 링크를 결정하기 위하여 전송하는 피어 단일 톤 신호를 이용하여 상기 피어 채널 이득을 추정하고, 상기 피어 송신 단말이 상기 인접 수신 단말이 전송하는 단일 톤 신호를 이용하여 상기 인접 채널 이득을 추정하는 D2D 통신에서 단말의 전송 전력을 제어하는 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 D2D 통신은 FlashLinQ 통신 방식인 D2D 통신에서 단말의 전송 전력을 제어하는 방법.
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 간섭 정도를 추정하는 단계는
    상기 피어 송신 단말과 상기 인접 수신 단말 사이의 인접 채널 이득 및 상기 송신단 기본 전력값을 이용하여 상기 인접 수신 단말이 받는 간섭 정도를 추정하는 D2D 통신에서 단말의 전송 전력을 제어하는 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제어하는 단계는
    상기 인접 수신 단말이 복수인 경우, 상기 인접 수신 단말 각각에 대하여 추정되는 상기 간섭 정도와 임계값을 비교하여, 전체 인접 수신 단말에서 상기 간섭 정도가 상기 임계값을 초과하는 인접 수신 단말의 비율을 기준으로 상기 송신 전력값을 제어하는 D2D 통신에서 단말의 전송 전력을 제어하는 방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 간섭 정도는
    Figure 112013113845044-pat00006
    로 표현되고,
    상기 Stx1 , rx1는 상기 피어 송신 단말(tx1)과 상기 피어 수신 단말(rx1) 사이의 피어 채널 이득(Gtx1 , rx1) 및 상기 송신단 기본 전력값(Ptx)으로 추정되는 상기 피어 수신 단말(rx1)이 상기 피어 송신 단말(tx1)로부터 수신하는 신호의 세기이고,
    상기 ltx1 , rxi는 상기 tx1과 상기 rxi 사이의 인접 채널 이득(Gtx1 , rxi) 및 상기 Ptx으로 추정되는 것으로 상기 tx1이 상기 rx1에 전송하는 신호로 인하여 상기 rxi가 받는 간섭이고, 여기서 i는 1인 아닌 자연수인 D2D 통신에서 단말의 전송 전력을 제어하는 방법.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 피어 송신 단말은 상기 전체 인접 수신 단말에서 상기 임계값을 초과하는 인접 수신 단말이 차지하는 비율에 반비례하게 상기 송신 전력값을 제어하는 D2D 통신에서 단말의 전송 전력을 제어하는 방법.
  8. D2D 통신 단말에 있어서,
    피어 수신 단말로 신호를 송신하는 송신부;
    상기 피어 수신 단말 및 인접 수신 단말로부터 신호를 수신하는 수신부; 및
    상기 피어 수신 단말로 신호 전송 시 상기 인접 수신 단말이 받는 간섭 정도를 기준으로 상기 송신부가 송신하는 신호의 전력값을 제어하는 제어부를 포함하되,
    상기 제어부는 상기 통신 단말과 피어 수신 단말 사이의 피어 채널 이득 및 상기 통신 단말과 인접 수신 단말 사이의 인접 채널 이득을 추정하고, 송신단 기본 전력값 상기 피어 채널 이득 및 상기 인접 채널 이득을 이용하여 상기 간섭 정도를 추정하고,
    상기 제어부는 상기 피어 수신 단말이 상기 통신 단말과의 사이에서 채널 링크를 결정하기 위하여 전송하는 피어 단일 톤 신호를 이용하여 상기 피어 채널 이득을 추정하고, 상기 인접 수신 단말이 전송하는 단일 톤 신호를 이용하여 상기 인접 채널 이득을 추정하는 D2D 통신 단말.
  9. 삭제
  10. 삭제
  11. 제8항에 있어서,
    상기 제어부는
    상기 통신 단말과 상기 인접 수신 단말 사이의 인접 채널 이득 및 상기 송신단 기본 전력값을 이용하여 상기 인접 수신 단말이 받는 간섭 정도를 추정하는 D2D 통신 단말.
  12. 제8항에 있어서,
    상기 제어부는
    상기 인접 수신 단말이 복수인 경우, 상기 인접 수신 단말 각각에 대하여 추정되는 상기 간섭 정도와 임계값을 비교하여, 전체 인접 수신 단말에서 상기 간섭 정도가 상기 임계값을 초과하는 인접 수신 단말의 비율을 기준으로 상기 전력값을 제어하는 D2D 통신 단말.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 간섭 정도는
    Figure 112013113845044-pat00007
    로 표현되고,
    상기 Stx1 , rx1는 상기 통신 단말(tx1)과 상기 피어 수신 단말(rx1) 사이의 피어 채널 이득(Gtx1 , rx1) 및 상기 송신단 기본 전력값(Ptx)으로 추정되는 상기 피어 수신 단말(rx1)이 상기 통신 단말(tx1)로부터 수신하는 신호의 세기이고,
    상기 ltx1 , rxi는 상기 tx1과 상기 rxi 사이의 인접 채널 이득(Gtx1 , rxi) 및 상기 Ptx으로 추정되는 것으로 상기 tx1이 상기 rx1에 전송하는 신호로 인하여 상기 rxi가 받는 간섭이고, 여기서 i는 1인 아닌 자연수인 D2D 통신 단말.
  14. 제12항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 전체 인접 수신 단말에서 상기 임계값을 초과하는 인접 수신 단말이 차지하는 비율에 반비례하게 상기 전력값을 제어하는 D2D 통신 단말.
  15. FlashLinQ D2D 통신 환경의 송신 단말과 수신 단말 사이의 채널 링크를 결정하기 위한 단일 톤 신호를 전송하는 단계에서 피어 송신 단말이 상기 피어 송신 단말과 피어 수신 단말 사이의 피어 채널 이득 및 상기 피어 송신 단말과 인접 수신 단말 사이의 인접 채널 이득을 추정하는 단계;
    상기 피어 송신 단말이 송신단 기본 전력값, 상기 피어 채널 이득 및 상기 인접 채널 이득을 이용하여 상기 피어 수신 단말로 신호 전송 시 상기 인접 수신 단말이 받는 간섭 정도를 추정하는 단계; 및
    상기 피어 송신 단말이 상기 간섭 정도를 기준으로 송신 전력값을 제어하는 단계를 포함하되,
    상기 채널 이득을 추정하는 단계는 상기 피어 수신 단말이 상기 피어 송신 단말과 상기 피어 수신 단말 사이의 채널 링크를 결정하기 위하여 전송하는 피어 단일 톤 신호를 이용하여 상기 피어 채널 이득을 추정하고, 상기 피어 송신 단말이 상기 인접 수신 단말이 전송하는 단일 톤 신호를 이용하여 상기 인접 채널 이득을 추정하는 D2D 통신에서 단말의 전송 전력을 제어하는 방법.
  16. 삭제
  17. 제15항에 있어서,
    상기 제어하는 단계는
    상기 인접 수신 단말이 복수인 경우, 상기 인접 수신 단말 각각에 대하여 추정되는 상기 간섭 정도와 임계값을 비교하여, 전체 인접 수신 단말에서 상기 간섭 정도가 상기 임계값을 초과하는 인접 수신 단말의 비율을 기준으로 상기 송신 전력값을 제어하는 D2D 통신에서 단말의 전송 전력을 제어하는 방법.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 피어 송신 단말은 상기 전체 인접 수신 단말에서 상기 임계값을 초과하는 인접 수신 단말이 차지하는 비율에 반비례하게 상기 송신 전력값을 제어하는 D2D 통신에서 단말의 전송 전력을 제어하는 방법.
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