KR101626951B1 - 인지 중계 네트워크에서 링크간 최대 전송 속도를 이용하여 데이터 전송률을 최대화하는 방법 및 그 장치 - Google Patents

인지 중계 네트워크에서 링크간 최대 전송 속도를 이용하여 데이터 전송률을 최대화하는 방법 및 그 장치 Download PDF

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Abstract

인지 중계 네트워크에서 상향 링크의 데이터 전송률을 최대화하는 방법 및 그 장치가 개시된다. 적어도 하나 이상의 비면허 사용자 단말에 대한, 중계국을 경유하지 않는 직접 경로와 중계국을 경유하는 간접 경로의 데이터 전송 속도를 각각 산출한 후 데이터 전송 속도를 기초로 비면허 사용자 단말의 전송 경로를 선택하고, 선택된 전송 경로를 통해 데이터를 전송할 때 필요한 리소스 블록의 총합이 인지 중계 네트워크에서 가용 가능한 리소스 블록의 수 이하가 될 때까지 데이터 전송 속도가 낮은 순으로 비면허 사용자 단말을 순차적으로 배제한다.

Description

인지 중계 네트워크에서 링크간 최대 전송 속도를 이용하여 데이터 전송률을 최대화하는 방법 및 그 장치{Method of improving service rate using maximum link rate in cognitive relay network and apparatus thereof}
본 발명은 적어도 하나 이상의 중계국을 포함하는 인지 중계 네트워크에서 링크간 최대 전송 속도를 이용하여 비면허 사용자 단말들의 상향 링크의 총 데이터 전송률을 최대화하는 방법 및 그 장치에 관한 것이다.
무선 네트워크에서 서비스 품질(QoS: Quality of Service)을 보장하면서 셀 커버리지(cell coverage) 내 대역폭 효율성을 극대화시켜 높은 데이터 전송률을 보장하기 위하여, 표준화 단체 3GPP(Third Generation Partnership Project)의 LTE(Long Term Evolution)와 IEEE(Institute of Electrical and Electronics Engineers)의 802.16m 표준 규격은 중계 시스템(Relay system)을 채택하였다. 중계 시스템은 단말과 기지국 사이에 중계국을 배치함으로써 고가의 기지국의 추가 설치 없이 적은 비용으로 기지국의 커버리지 확장 및 네트워크 전체 시스템의 수용 용량을 향상시키는 장점을 가진다.
주파수 대역폭의 부족 및 비효율적인 주파수 사용 문제를 해결하기 위한 방법의 하나로 인지 무선 네트워크(Cognitive Radio Network) 기술이 있다. 인지 무선 통신망은 스펙트럼 센싱 및 추정 기술을 이용하여 원래 주파수 사용의 권한이 있는 면허 사용자(PU: Primary User)가 점유하지 않고 있는 유휴 상태의 스펙트럼 영역을 동적으로 감지하고, 주파수에 대한 사용권한이 없는 비면허 사용자(SU: Secondary User)에게 유휴 상태의 주파수를 제공하여 통신을 수행할 수 있도록 한다.
공개특허공보 2014-0053935호
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 중계 시스템과 인지 무선 통신망이 결합된 인지 중계 네트워크에서 원래 주파수 사용의 권한이 없는 비면허 사용자 단말들에 대해 상향 링크의 데이터 전송률을 최대화하는 방법 및 그 장치를 제공하는 데 있다.
상기의 기술적 과제를 달성하기 위한, 본 발명에 따른 인지 중계 네트워크의 데이터 전송률 최대화 방법의 일 예는, 기지국 및 적어도 하나 이상의 중계국을 포함하는 인지 중계 네트워크에서 데이터 전송률을 최대화하는 방법에 있어서, 적어도 하나 이상의 비면허 사용자 단말에 대한, 중계국을 경유하지 않는 직접 경로의 데이터 전송 속도를 산출하는 단계; 적어도 하나 이상의 비면허 사용자 단말에 대한, 중계국을 경유하는 간접 경로의 데이터 전송 속도를 산출하는 단계; 직접 경로 및 간접 경로의 데이터 전송 속도를 기초로 적어도 하나 이상의 비면허 사용자 단말의 전송 경로를 선택하는 단계; 및 선택된 전송 경로를 통해 데이터를 전송할 때 필요한 리소스 블록의 총합이 상기 인지 중계 네트워크에서 가용 가능한 리소스 블록의 수 이하가 될 때까지, 선택된 전송 경로의 데이터 전송 속도가 낮은 순으로 비면허 사용자 단말을 순차적으로 배제하는 단계;를 포함한다.
본 발명에 따르면, 중계 시스템과 인지 무선 통신망의 결합을 통해 커버리지 확장과 주파수 사용의 효율성을 높일 수 있다. 또한 비면허 사용자 단말들의 전송 경로를 데이터 전송 속도를 이용하여 최적화할 수 있다. 상향 링크의 총 데이터 전송률을 최대화함으로써 보다 많은 비면허 사용자 단말들에게 통신 서비스를 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명이 적용되는 인지 중계 네트워크의 일 예를 도시한 도면,
도 2는 본 발명이 적용되는 인지 중계 네트워크에서 상향 링크 프레임 구조의 일 예를 도시한 도면,
도 3은 본 발명이 적용되는 인지 중계 네트워크에서 프레임의 상세 구조의 일 예를 도시한 도면,
도 4는 본 발명에 따른 인지 중계 네트워크에서 상향 링크의 데이터 전송률을 최대화하는 장치의 일 예의 구성을 도시한 도면,
도 5는 본 발명에 따른 인지 중계 네트워크에서 프레임당 프레임 수를 기초로 상향 링크의 데이터 전송률을 최대화하는 방법의 일 예를 도시한 도면, 그리고,
도 6은 본 발명에 따른 인지 중계 네트워크에서 간섭량을 기초로 상향 링크의 데이터 전송률을 최대화하는 방법의 일 예를 도시한 도면이다.
이하에서, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 인지 중계 네트워크에서 상향 링크의 데이터 전송률을 최대화하는 방법 및 그 장치에 대해 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명이 적용되는 인지 중계 네트워크의 일 예를 도시한 도면이다.
도 1을 참조하면, 인지 중계 네트워크(100)는 기지국(120), 적어도 하나 이상의 중계국(130,132), 적어도 하나 이상의 면허 사용자 단말(140), 적어도 하나 이상의 비면허 사용자 단말(150,152)을 포함한다. 면허 사용자 단말(140)은 수신(Rx) 단말 또는 송신 단말(Tx) 중 어느 하나를 포함하거나 송신과 수신을 모두 포함하는 단말일 수 있다. 본 실시 예는 설명의 편의를 위해 면허 사용자 단말(140)은 수신(Rx)과 송신(Tx)을 모두 포함하는 단말로 가정한다.
중계국(130,132)은 기지국(120)의 셀 커버리지(100) 내에 존재하고, 중계국(130,132)의 셀 커버리지(110,112)는 기지국(120)의 셀 커버리지(100)에 완전히 포함되거나 일부 영역이 기지국의 셀 커버리지(100) 밖으로 확장될 수 있다.
단말들(140,150,152)은 기지국(120)과 직접 경로 또는 간접 경로를 통해 통신을 수행할 수 있다. 여기서 직접 경로는 단말(140,150,152)과 기지국(120)이 중계국의 경유 없이 직접 데이터를 송수신하는 경로를 의미하며, 간접 경로는 단말(140,150,152)과 기지국(120)이 중계국(130,132)을 경유하여 데이터를 송수신하는 경로를 의미한다. 간접 경로의 경우 단말과 기지국 사이에 중계국이 적어도 이상 포함될 수 있다. 다만 설명의 편의를 위하여 이하의 경우 이하에서 간접 경로는 하나의 중계국만을 경유하는 경로로 가정한다.
비면허 사용자 단말들(150,152)이 직접 경로 또는 간접 경로를 통해 기지국과 통신하는 경우에 면허 사용자 단말(140)은 간섭을 받는다. 면허 사용자 단말(140)의 통신을 방해하지 않는 범위 내에서 상향 링크의 총 데이터 전송률을 최대화하여 통신 서비스를 제공받는 비면허 사용자 단말의 수를 높일 필요가 있다.
도 2는 본 발명이 적용되는 인지 중계 네트워크에서 상향 링크 프레임 구조의 일 예를 도시한 도면이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 상향 링크는 중계국(130)이 기지국(120)으로 데이터를 전송하는 백홀 링크(backhaul link)(220), 단말(140,150,152)이 중계국(130)으로 데이터를 전송하는 액세스 링크(Access link)(239), 단말(140,150,152)이 중계국 경유 없이 직접 기지국(120)으로 데이터를 전송하는 다이렉트 링크(direct link)(200,210)로 구성된다.
백홀 링크(220)는 백홀 서브프레임과 백홀 링크 부반송파로 구성되고, 액세스 링크(230)는 액세스 서브 프레임과 액세스 링크 부반송파로 구성되고, 다이렉트 링크(200,210)는 다이렉트 서브프레임(백홀 서브프레임 + 액세스 서브프레임)과 다이렉트 링크 부반송파로 구성된다.
도 3은 본 발명이 적용되는 인지 중계 네트워크에서 프레임의 상세 구조의 일 예를 도시한 도면이다.
도 3을 살펴보면, 한 프레임(300)은 복수의 서브프레임으로 구성된다. 예를 들어, 10ms 길이의 프레임(300)은 1ms 길이의 서브프레임(310) 10개를 포함할 수 있다. 서브프레임(310)은 다시 2개의 슬롯(320)으로 구성된다.
각 슬롯(320)은 복수 개의 리소스 격자(resource grid)를 포함한다. 리소스 격자의 수는 부반송파(subcarrier) 수와 심볼(symbol) 수의 곱과 같다. LTE(Long Term Evolution)의 경우 심볼은 SC-FDMA(Single Carrier Frequency Division Multiple Access) 심볼이다.
리소스 블록(RB: Resource Block)(330)의 수는 전송 대역폭(bandwidth)에 의해 결정된다. 예를 들어, 인지 중계 네트워크가 3GPP TS 36.101 표준에 따를 경우, 전송 대역폭에 따른 프레임당 리소스 블록(330)의 수는 표 1과 같다.

전송 대역폭
1.4Mz
3MHz
5MHz
10MHz
15MHz
20MHz

대역폭당 사용가능한 RB의 수
6
15
25
50
75
100
리소스 블록(330)은 인지 중계 네트워크에서 최소 자원 할당 단위이다. 도 3의 경우, 하나의 리소스 블록(330)은 12개의 부반송파와 7개의 심볼로 구성되므로 총 84개(12*7)의 리소스 요소(340)를 포함한다.
리소스 요소(RE: Resource Element)는 인지 중계 네트워크에서 가장 작은 물리적 단위인 요소(element)를 나타낸다. 리소스 요소(340)는 시간 축의 부반송파 인덱스와 주파수 축의 심볼 인덱스의 쌍으로 표시된다.
도 1 내지 도 3에서 설명한 본 발명이 적용되는 인지 중계 네트워크에서 비면허 사용자 단말의 데이터 전송률을 최대화하는 것은 다음 수학식 1을 만족하는 전송 경로를 선택하는 과정이나, 일정의 제약조건이 따르므로 수학식 1과 더불어 제약조건에 대해 우선 살펴본다.
먼저 수학식 1은 상향 링크에서 전송되는 비면허 사용자 단말의 데이터 전송률을 최대화하는 식을 의미한다.
Figure 112014119371843-pat00001
여기서, A는 상향 링크에서 비면허 사용자 단말이 도달 가능한 전송 속도(Achievable Rate)를 의미한다. 즉, A는 상향 링크에서 비면허 사용자 단말이 성공적으로 데이터를 송신하기 위한 전송 속도를 의미한다. i는 각 비면허 사용자 단말을 나타내는 인덱스이며, j는 중계국과 기지국의 인덱스를 의미한다. 수학식 1의 경우 S 개의 비면허 사용자 단말이 존재한다. j=1은 기지국을 의미하며, 2≤j≤T는 중계국을 의미한다.
xij는 0 또는 1의 이진 값을 가지는 변수이며, 직접 경로 또는 간접 경로의 이용 유무를 나타낸다. 예를 들어, j=1인 경우 xi1=1이면, i 번째 비면허 사용자 단말과 기지국 사이에 직접 통신을 나타내고, xi1=0이면 i 번째 비면허 사용자 단말과 기지국 사이에 직접 통신이 불가능한 경우를 나타낸다. j≥2인 경우 xij=1이면 i번째 비면허 사용자 단말은 j번째 중계국을 통하여 기지국과 통신하는 경우를 나타내고, xij=0이면 i 번째 비면허 사용자 단말은 j 번째 중계국을 통하여 기지국과 통신할 수 없는 상황을 나타낸다. xijAi는 i번째 비면허 사용자 단말이 데이터를 기지국(j=1) 또는 중계국(j≥2)을 통해 데이터를 전송했을 때의 데이터 전송률을 의미한다.
데이터 전송률의 최대화는 다음 제약 조건들을 만족하여야 한다. 비면허 사용자 단말은 기지국과 통신할 때 직접 경로 또는 간접경로 중 한 가지의 경로만을 이용한다. 이를 수학식으로 나타내면 다음과 같다.
Figure 112014119371843-pat00002
비면허 사용자 단말이 하나의 경로만을 사용하므로, i 번째 비면허 사용자 단말에 대한 xij의 합, 즉 모든 경로의 합은 항상 1보다 작거나 같다.
상향 링크는 도 2에 도시된 바와 같이, 액세스 링크, 백홀 링크, 다이렉트 링크로 구성되며, 각 링크에서 사용되는 리소소 블록(RB)의 수는 다음과 같다.
Figure 112014119371843-pat00003
Figure 112014119371843-pat00004
Figure 112014119371843-pat00005
여기서,
Figure 112014119371843-pat00006
는 액세스 링크에서 i번째 비면허 사용자 단말이 j번째 중계국으로 데이터를 전송할 때 요구되는 리소스 요소(RE) 수,
Figure 112014119371843-pat00007
는 백홀 링크에서 j번째 중계국이 기지국으로 데이터를 전송하기 위하여 요구되는 리소스 요소(RE) 수,
Figure 112014119371843-pat00008
는 다이렉트 링크에서 i번째 비면허 사용자 단말이 기지국으로 데이터를 전송하기 위하여 요구되는 리소스 요소(RE) 수를 각각 의미한다. 자원 할당은 리소스 블록(RB) 단위로 이루어지므로, 리소스 요소(RE)를 리소스 블록(RB) 단위로 환산하면 도 3 내지 도 5와 같다. 즉
Figure 112014119371843-pat00009
는 액세스 링크에서 i번째 비면허 사용자 단말이 데이터 전송을 위해 요구되는 프레임당 리소스 블록(RB)수,
Figure 112014119371843-pat00010
는 백홀 링크에서 j번째 중계국이 데이터 전송을 위해 요구되는 프레임당 리소스 블록(RB) 수,
Figure 112014119371843-pat00011
는 다이렉트 링크에서 i번째 비면허 사용자 단말이 데이터 전송을 위해 요구되는 프레임당 리소스 블록(RB) 수를 각각 의미한다,
Figure 112014119371843-pat00012
는 x보다 작지 않은 가장 작은 정수를 의미한다.
기지국 내 비면허 사용자 단말들의 데이터 전송을 위해 요구되는 각 링크의 프레임당 리소스 블록(RB)의 총합은 상향 링크의 프레임에서 가용 가능한 리소스 블록(RB) 수를 초과할 수 없으며, 이는 다음 수학식으로 표현된다.
Figure 112014119371843-pat00013
Figure 112014119371843-pat00014
Figure 112014119371843-pat00015
여기서, BAccess, BBackhaul는 각각 액세스 서브 프레임의 심볼 수와 백홀 서브 프레임의 심볼 수를 의미한다.
Figure 112014119371843-pat00016
,
Figure 112014119371843-pat00017
는 액세스 서브 프레임에서 각각 액세스 링크 및 다이렉트 링크의 데이터 부반송파수를 의미하고,
Figure 112014119371843-pat00018
,
Figure 112014119371843-pat00019
는 백홀 서브프레임에서 백홀 링크 및 다이렉트 링크의 데이터 부반송파의 수를 의미한다.
Figure 112014119371843-pat00020
는 심볼 수와 데이터 부반송파 수의 곱으로써 각각 액세스 링크에서 가용 가능한 리소스 요소(RE) 수, 백홀 링크에서 가용 가능한 리소스 요소(RE) 수, 다이렉트 링크에서 가용 가능한 리소스 요소(RE) 수를 의미한다. 각 리소스 요소(RE)를 리소스 블록(RB)의 크기로 나누어 리소스 블록(RB) 단위로 환산하면, 액세스 링크, 백홀 링크 및 다이렉트 링크에서 프레임당 가용 가능한 리소스 블록(RB) 수를 산출할 수 있다.
따라서 수학식 6은 액세스 링크에서 송신 노드인 비면허 사용자 단말들의 데이터 전송에 요구되는 리소스 블록(RB)의 총합이 액세스 링크에서 가용 가능한 리소스 블록(RB)의 수를 넘을 수 없다는 제약조건을 나타내고, 수학식 7은 백홀 링크에서 송신 노드인 중계국들의 데이터 전송에 요구되는 리소스 블록(RB)의 총합이 백홀 링크에서 가용 가능한 리소스 블록(RB)의 수를 넘을 수 없다는 제약조건을 나타내고, 수학식 8은 다이렉트 링크에서 송신 노드인 비면허 사용자 단말들의 데이터 전송에 요구되는 리소스 블록(RB)의 총합이 다이렉트 링크에서 가용 가능한 리소스 블록(RB)의 수를 넘을 수 없다는 제약조건을 나타낸다.
면허 사용자 단말이 받는 간섭량에 대한 제약조건을 고려하면 다음과 같다.
Figure 112014119371843-pat00021
여기서, k는 송신과 수신의 쌍으로 된 면허 사용자 단말의 인덱스를 나타낸다. 면허 사용자 단말의 개수는 K이므로, 1≤k≤K이다.
Figure 112014119371843-pat00022
는 k 번째 면허 사용자 단말에 대한 간섭의 임계값을 의미한다. 액세스 링크, 백홀 링크, 다이렉트 링크에서 발생되는 간섭의 합이 비면허 사용자들의 통신에서 발생하는 총 간섭량이 된다. BAccess는 액세스 서비스 프레임의 심볼 수를 의미하고, BBackhaul은 백홀 서브 프레임의 심볼 수를 의미하므로, BAccess + BBackhaul는 상향 링크 프레임의 총 심볼 수를 의미한다.
Figure 112014119371843-pat00023
는 백홀 링크에서 송신 노드인 j번째 중계국으로부터 k번째 면허 사용자 단말이 받는 수신 전력이며, 이는 면허 사용자 단말에 간섭으로 작용한다.
Figure 112014119371843-pat00024
,
Figure 112014119371843-pat00025
는 각각 액세스 링크, 다이렉트 링크에서 송신 노드인 i 번째 비면허 사용자 단말로부터 k 번째 면허 사용자 단말이 받는 수신 전력으로서, 면허 사용자 단말에 간섭으로 작용한다.
Figure 112014119371843-pat00026
,
Figure 112014119371843-pat00027
,
Figure 112014119371843-pat00028
는 단위가 [mW/subcarrier]이며,
Figure 112014119371843-pat00029
,
Figure 112014119371843-pat00030
,
Figure 112014119371843-pat00031
는 단위가 [symbol*subcarrier]이므로,
Figure 112014119371843-pat00032
는 단위가 [symbol*mW]가 된다. 비면허 사용자 단말의 간섭량의 총합이 임계값을 초과하면 면허 사용자들의 통신을 방해하므로, 비면허 사용자 단말의 간섭량의 총합은 임계값보다 작아야 한다.
도 4는 본 발명에 따른 인지 중계 네트워크에서 상향 링크의 데이터 전송률을 최대화하는 장치의 일 예의 구성을 도시한 도면이다.
도 4를 참조하면, 데이터 전송률 최대화 장치는 속도 산출부(400), 전송경로 선택부(410), 리소스 파악부(420), 단말상태 변경부(430) 및 간섭 파악부(440)를 포함한다. 본 발명에 따른 데이터 전송률 최대화 장치는 기지국, 중계국 또는 단말에 하드웨어 또는 소프트웨어의 형태로 구현될 수 있다. 또 다른 예로서, 데이터 전송률 최대화 장치는 기지국, 중계국 및 단말 외에 별도의 시스템으로 네트워크 내에 구현되어 필요한 정보를 기지국이나 중계국 또는 단말에 제공하도록 구현될 수 있다. 본 발명에 따른 데이터 전송률의 최대화를 구현하기 위해 필요한 각종 정보의 전송이나 요청 등은 종래의 다양한 방법을 통해 구현 가능하므로, 이하에서는 본 발명에 따른 데이터 전송률 최대화를 위해 필요한 구성 위주로 설명한다.
속도 산출부(400)는 단말과 기지국 사이에 형성 가능한 적어도 하나 이상의 전송 경로에 대한 데이터 전송 속도(link rate)를 산출한다. 단말과 기지국 사이의 전송 경로는 중계국을 경유하는 간접 경로, 중계국을 경유하지 아니한 직접 경로를 포함한다. 또한 중계국이 복수 개 존재하는 경우 간접경로의 수는 복수 개가 존재할 수 있다.
구체적으로, 속도 산출부(400)의 직접경로 산출부(402)는 단말과 기지국 사이의 직접 경로에 대한 데이터 전송 속도를 산출한다. 간접경로 산출부(404)는 적어도 하나 이상의 중계국을 경유하는 적어도 하나 이상의 간접경로에 대한 데이터 전송 속도를 각각 산출한다. 여기서 데이터 전송 속도는 상향 링크에서 성공적으로 데이터를 송신하기 위한 전송 속도를 의미한다.
예를 들어, 중계국이 두 개 존재하는 경우에 단말과 기지국 사이에는 제1 중계국을 경유하는 제1 간접 경로, 제2 중계국을 경유하는 제2 간접 경로, 중계국을 경유하지 아니하는 직접 경로가 존재할 수 있다. 이때, 속도 산출부(400)는 직접 경로 및 제1 간접 경로, 제2 간접 경로의 데이터 전송 속도를 각각 산출한다.
속도 산출부(400)는 각 경로의 링크 구간별로 데이터 전송 속도를 산출할 수 있다. 예를 들어, 제1 간접경로의 경우 제1 중계국과 기지국 사이의 백홀 링크에서 데이터 전송 속도와 단말과 제1 중계국 사이의 액세스 링크의 데이터 전송 속도를 각각 산출한다. 데이터 전송 속도는 중계국이나 기지국 또는 단말에서 종래 다양한 방법을 통해 측정하여 산출할 수 있다.
전송경로 선택부(410)는 기지국 내 위치한 적어도 하나 이상의 비면허 사용자 단말들의 전송 경로를 데이터 전송 속도를 이용하여 각각 선택한다. 전송경로 선택부(410)의 전송 경로 선택 방법을 수학식으로 나타내면 다음과 같다.
Figure 112014119371843-pat00033
여기서,
Figure 112014119371843-pat00034
은 i번째 비면허 사용자 단말의 전송 경로를 나타낸다. Li1은 직접 경로를 이용하여 i번째 비면허 사용자 단말이 기지국으로 데이터를 전송하는 경우의 데이터 전송 속도를 의미한다. Lij(j≠1)는 i번째 비면허 사용자 단말이 j번째 중계국을 경유하여 데이터를 전송하는 간접 경로의 데이터 전송 속도를 의미한다.
전송경로 선택부(410)는 i번째 비면허 사용자 단말에 대해 액세스 링크와 백홀 링크의 데이터 전송 속도(Lij,Lj1) 중 최소값이 직접 경로의 데이터 전송 속도(Li1) 보다 작으면 직접 경로를 선택하고(j=1 선택), 그 외의 경우는 액세스 링크의 데이터 전송 속도(Lij) 중 최대값을 가지는 중계국을 경유하는 간접 경로를 선택한다.
리소스 파악부(420)는 적어도 하나 이상의 비면허 사용자 단말의 선택된 전송 경로를 통한 데이터 전송시 필요한 리소스 블록의 총합이 프레임당 가용 가능한 리소스 블록의 수를 초과하지 않는 제약조건을 만족할 수 있도록, 리소스 블록의 수를 파악한다.
구체적으로, 리소스 파악부(420)는 전송경로 선택부(410)에 의해 선택된 전송 경로에서 각 비면허 사용자 단말의 데이터 전송에 필요한 각 링크별 리소스 블록의 총합을 수학식 3 내지 수학식 8을 이용하여 파악한다. 또한 리소스 파악부(410)는 각 링크별 가용 가능한 리소스 블록의 수를 파악한다.
간섭 파악부(440)는 전송경로 선택부에 의해 선택된 전송 경로에서의 데이터 전송에 따라 발생하는 면허 사용자 단말의 간섭을 수학식 9를 이용하여 파악한다.
단말상태 변경부(430)는 전송 경로가 선택된 적어도 하나 이상의 비면허 사용자 단말들이 각종 제약 조건들을 만족할 수 있도록 일부 비면허 사용자 단말의 통신 서비스를 배제시킨다.
예를 들어, 단말상태 변경부(430)는 선택된 전송 경로의 종단간 데이터 전송 속도를 기준으로 비면허 사용자 단말들을 내림차순으로 정렬한다. 내림차순으로 정렬하는 경우 비면허 사용자 단말들이 리소스 블록을 차지하는 순으로 정렬된다. 단말상태 변경부(430)는 내림차순 정렬이 끝나면 맨하위의 리소스 블록(RB)을 많이 차지하는 비면허 사용자 단말부터 제약 조건을 만족할 때까지 통신 서비스에서 배제시킨다.
예를 들어, 단말상태 변경부(430)는 리소스 파악부(420)에 의해 파악된 적어도 하나 이상의 비면허 사용자 단말의 데이터 전송에 필요한 리소스 블록의 총합이 인지 중계 네트워크에서 가용 가능한 리소스 블록의 수보다 크면, 데이터 전송 속도가 가장 낮은 비면허 사용자 단말을 배제시킨 후, 남아 있는 나머지 비면허 사용자 단말들을 대상으로 데이터 전송에 필요한 리소스 블록의 총합을 다시 계산한다. 단말상태 변경부(430)는 다시 계산한 비면허 사용자 단말들의 리소스 블록의 총합이 프레임당 가용 가능한 리소스 블록 수보다 크면 다시 가장 낮은 데이터 전송 속도를 가진 비면허 사용자 단말을 배제시킨다. 단말상태 변경부(430)는 가용 가능할 리소스 블록의 수를 만족할 때까지 비면허 사용자 단말을 배제시키는 과정을 반복한다.
또 다른 예로서, 단말상태 변경부(430)는 면허 사용자 단말의 간섭량 제약조건을 만족하도록, 비면허 사용자 단말들이 선택된 전송 경로를 통해 데이터를 전송할 때 면허 사용자 단말에 미치는 간섭량의 총합이 기 설정된 임계값 이하가 될 때까지, 데이터 전송 속도가 낮은 순으로 비면허 사용자 단말의 통신 서비스를 순차적으로 배제한다.
단말상태 변경부(430)는 1차적으로 인지 중계 네트워크에서 가용 가능한 리소스 블록의 수를 기초로 비면허 사용자 단말을 순차적으로 배제시킨 후, 2차적으로 간섭량의 제약 조건을 만족하도록 비면허 사용자 단말을 순차적으로 배제시킬 수 있다.
또 다른 예로, 단말상태 변경부(430)는 인지 중계 네트워크에서 가용 가능한 리소스 블록의 수를 기초로 비면허 사용자 단말을 순차적으로 배제시키는 단계만을 수행하거나, 간섭량의 제약 조건을 만족하도록 비면허 사용자 단말을 순차적으로 배제시키는 단계만을 수행할 수 있으며, 그 적용 순서를 반대로 할 수도 있다.
도 5는 본 발명에 따른 인지 중계 네트워크에서 프레임당 프레임 수를 기초로 상향 링크의 데이터 전송률을 최대화하는 방법의 일 예를 도시한 도면이다. 도 5는 설명의 편의를 위하여 데이터 전송률을 최대화하는 방법이 기지국에 구현된 경우를 가정하여 설명한다.
도 5를 참조하면, 기지국은 비면허 사용자 단말과의 직접 경로, 중계국을 경유하는 적어도 하나 이상의 간접 경로의 데이터 전송 속도를 산출한다(S500, S510). 기지국은 종단간 데이터 전송속도가 가장 높은 경로를 비면허 사용자 단말과의 전송 경로로 선택한다(S520).
기지국은 선택한 전송 경로에 필요한 리소스 블록의 총합이 프레임당 가용 가능한 리소스 블록의 수보다 크면(S530), 데이터 전송속도가 가장 낮은 비면허 사용자 단말(즉, 리소스 블록을 가장 많이 차지하는 비면허 사용자 단말)의 통신 서비스를 배제한다(S540).
기지국은 배제된 비면허 사용자 단말을 제외한 나머지 비면허 사용자 단말들을 대상으로 다시 데이터 전송에 필요한 리소스 블록의 총합을 구하여 프레임당 가용가능한 리소스 블록의 수와 비교하는 과정을 반복 수행한다(S530).
기지국은 배제되지 아니한 비면허 사용자 단말의 데이터 전송에 필요한 리소스 블록의 총합이 프레임당 가용 가능한 리소스 블록 이하가 되면, 현재 배제되지 아니한 비면허 사용자 단말들의 통신 서비스를 허용한다(S550).
도 6은 본 발명에 따른 인지 중계 네트워크에서 간섭량을 기초로 상향 링크의 데이터 전송률을 최대화하는 방법의 일 예를 도시한 도면이다.
도 6은 도 5에 도시된 방법의 수행 후에 수행되거나, 도 5와 별개로 수행되거나 도 6의 수행 후 도 5가 수행되도록 하는 등 다양하게 설계 변경 가능하다. 도 5는 설명의 편의를 위하여 데이터 전송률을 최대화하는 방법이 기지국에 구현된 경우를 가정하여 설명한다. 또한 설명의 편의를 위하여 도 6은 도 5의 방법이 수행된 이후에 수행되는 것으로 가정한다.
도 6을 참조하면, 기지국은 프레임당 가용 가능한 리소스 블록의 수를 기초로 일부의 비면허 사용자 단말을 배제시킨 상태에서(도 5), 현재 남아 있는 비면허 사용자 단말들의 전송 경로에서 발생하는 간섭량의 총합을 산출한다(S600).
비면허 사용자 단말들에 의해 발생하는 간섭량의 총합이 기 설정된 임계값보다 크면(S610), 기지국은 데이터 전송속도가 가장 낮은 비면허 사용자 단말들을 배제시킨다(S620). 기지국은 배제되지 아니하고 남아 있는 비면허 사용자 단말들에 의한 간섭량의 총합이 임계값 이하가 될 때까지 데이터 전송속도를 기준으로 비면허 사용자 단말들을 배제하는 과정을 반복한다.
비면허 사용자 단말들에 의해 발생하는 갑섭량의 총합이 임계값 이하가 되면, 기지국은 배제되지 아니한 나머지 비면허 사용자 단말들에 대해 통신 서비스를 제공한다(S630).
본 발명은 또한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로서 구현하는 것이 가능하다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 컴퓨터 시스템에 의하여 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록장치를 포함한다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체의 예로는 다양한 형태의 ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피디스크, 광데이터 저장장치 등이 있다. 또한 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어 분산방식으로 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드가 저장되고 실행될 수 있다.
이제까지 본 발명에 대하여 그 바람직한 실시예들을 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (7)

  1. 기지국 및 적어도 하나 이상의 중계국을 포함하는 인지 중계 네트워크에서 데이터 전송률을 최대화하는 방법에 있어서,
    적어도 하나 이상의 비면허 사용자 단말에 대한, 중계국을 경유하지 않는 직접 경로의 데이터 전송 속도를 산출하는 단계;
    적어도 하나 이상의 비면허 사용자 단말에 대한, 중계국을 경유하는 간접 경로의 데이터 전송 속도를 산출하는 단계;
    직접 경로 및 간접 경로의 데이터 전송 속도를 기초로 적어도 하나 이상의 비면허 사용자 단말의 전송 경로를 선택하는 단계;
    선택된 전송 경로를 통해 데이터를 전송할 때 필요한 리소스 블록의 총합이 상기 인지 중계 네트워크에서 가용 가능한 리소스 블록의 수 이하가 될 때까지, 선택된 전송 경로의 데이터 전송 속도가 낮은 순으로 비면허 사용자 단말을 순차적으로 배제하는 단계; 및
    선택된 전송 경로를 통해 데이터를 전송할 때 적어도 둘 이상의 면허 사용자 단말에 발생하는 간섭량이 기 설정된 임계치 이하가 될 때까지, 데이터 전송 속도가 낮은 순으로 비면허 사용자 단말의 통신 서비스를 배제하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 인지 중계 네트워크의 데이터 전송률 최대화 방법.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 비면허 사용자 단말을 배제하는 단계는,
    액세스 서브프레임의 심볼 수와 액세스 링크의 부반송파 수를 곱한 결과를 리소스 블록의 크기로 나누어 액세스 링크 구간에서 가용 가능한 리소스 블록의 수를 구하는 단계;
    백홀 서브프레임의 심볼 수와 백홀 링크의 부반송파 수를 곱한 결과를 리소스 블록의 크기로 나누어 백홀 링크에서 가용 가능한 리소스 블록의 수를 구하는 단계;
    상기 액세스 링크에서 가용 가능한 리소스 블록의 수와 상기 백홀 링크에서 가용 가능한 리소스 블록의 수를 합하여 다이렉트 링크에서 가용 가능한 리소스 블록의 수를 구하는 단계;
    선택된 전송 경로를 통해 데이터를 전송하는데 필요한 액세스 링크의 리소스 블록의 총합, 백홀 링크의 리소스 블록의 총합, 다이렉트 링크의 리소스 블록의 총합이 각각 상기 액세스 링크 구간에서 가용 가능한 리소스 블록의 수, 상기 백홀 링크 구간에서 가용 가능한 리소스 블록의 수, 상기 다이렉트 링크 구간에서 가용 가능한 리소스 블록의 수보다 작도록, 데이터 전송 속도가 낮은 순으로 비면허 사용자 단말의 통신 서비스를 배제하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 인지 중계 네트워크의 데이터 전송률 최대화 방법.
  3. 삭제
  4. 제 1항에 있어서,
    백홀 링크에서 중계국에 의해 면허 사용자 단말에 미치는 제1 간섭량을 산출하는 단계;
    액세스 링크에서 적어도 하나 이상의 비면허 사용자 단말에 의해 면허 사용자 단말에 미치는 제2 간섭량을 산출하는 단계;
    다이렉트 링크에서 적어도 하나 이상의 비면허 사용자 단말에 의해 면허 사용자 단말에 미치는 제3 간섭량을 산출하는 단계;
    상기 제1 내지 제3 간섭량의 총 합이 기 설정된 임계값 이하가 될 때까지 데이터 전송속도가 낮은 순으로 비면허 사용자 단말의 통신 서비스를 배제하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 인지 중계 네트워크의 데이터 전송률 최대화 방법.
  5. 제 1항에 있어서, 상기 간접 경로의 데이터 전송 속도를 산출하는 단계는,
    상기 기지국 내 존재하는 적어도 하나 이상의 중계국들 중 적어도 하나 이상을 경유하는 복수의 간접 경로에 대한 데이터 전송 속도를 각각 산출하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 인지 중계 네트워크의 데이터 전송률 최대화 방법.
  6. 제 1항에 있어서, 상기 전송 경로를 선택하는 단계는,
    간접 경로에서 비면허 사용자 단말과 중계국 사이의 제1 데이터 전송 속도와 중계국과 기지국 사이의 제2 데이터 전송 속도 중 더 작은 값이 상기 직접 경로의 제3 데이터 전송 속도보다 작으면 상기 직접 경로를 선택하는 단계;
    상기 제1 데이터 전송 속도와 상기 제2 데이터 전송 속도 중 더 작은 값이 상기 제3 데이터 전송 속도보다 크면, 복수의 간접 경로 중 가장 큰 데이터 전송 속도의 간접 경로를 선택하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 인지 중계 네트워크의 데이터 전송률 최대화 방법.
  7. 제 1항, 제 2항 및 제 4항 내지 제 6항 중 어느 한 항에 기재된 방법을 수행하기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체.
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