KR101726521B1 - 비면허 대역을 보조대역으로 사용하는 단말 간 직접 통신 시스템 및 그 방법 - Google Patents

비면허 대역을 보조대역으로 사용하는 단말 간 직접 통신 시스템 및 그 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR101726521B1
KR101726521B1 KR1020150189998A KR20150189998A KR101726521B1 KR 101726521 B1 KR101726521 B1 KR 101726521B1 KR 1020150189998 A KR1020150189998 A KR 1020150189998A KR 20150189998 A KR20150189998 A KR 20150189998A KR 101726521 B1 KR101726521 B1 KR 101726521B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
terminal
communication
resource
license
sinr
Prior art date
Application number
KR1020150189998A
Other languages
English (en)
Inventor
신오순
김현민
강길모
Original Assignee
숭실대학교산학협력단
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 숭실대학교산학협력단 filed Critical 숭실대학교산학협력단
Priority to KR1020150189998A priority Critical patent/KR101726521B1/ko
Priority to US15/215,549 priority patent/US9788333B2/en
Application granted granted Critical
Publication of KR101726521B1 publication Critical patent/KR101726521B1/ko

Links

Images

Classifications

    • H04W72/082—
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04W—WIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
    • H04W76/00—Connection management
    • H04W76/10—Connection setup
    • H04W76/14—Direct-mode setup
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04W—WIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
    • H04W16/00—Network planning, e.g. coverage or traffic planning tools; Network deployment, e.g. resource partitioning or cells structures
    • H04W16/14—Spectrum sharing arrangements between different networks
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04W—WIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
    • H04W72/00—Local resource management
    • H04W72/02—Selection of wireless resources by user or terminal
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04W—WIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
    • H04W72/00—Local resource management
    • H04W72/04—Wireless resource allocation
    • H04W72/044—Wireless resource allocation based on the type of the allocated resource
    • H04W72/0453—Resources in frequency domain, e.g. a carrier in FDMA
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04W—WIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
    • H04W72/00—Local resource management
    • H04W72/50—Allocation or scheduling criteria for wireless resources
    • H04W72/54—Allocation or scheduling criteria for wireless resources based on quality criteria
    • H04W72/541—Allocation or scheduling criteria for wireless resources based on quality criteria using the level of interference
    • H04W76/023—

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Quality & Reliability (AREA)
  • Mobile Radio Communication Systems (AREA)

Abstract

본 발명은 복수의 D2D 단말을 포함하는 LTE-Advanced 기반의 D2D 통신 시스템의 자원 할당 방법에 있어서, 상기 D2D 단말은 기지국에 사용할 면허대역을 요청하고, 사용 가능한 비면허 대역에 대한 스펙트럼을 탐색하는 단계, 상기 기지국으로부터 할당받은 면허 대역의 자원을 이용하여 D2D 통신링크를 생성하는 단계, 상기 D2D 통신링크의 신호대 간섭 및 잡음비(SINR)를 연산하는 단계, 상기 D2D 통신링크의 신호대 간섭 및 잡음비(SINR)가 임계값 미만인 경우, 상기 탐색한 비면허 대역의 자원 중에서 적어도 하나의 자원을 선택하는 단계, 그리고 상기 선택한 비면허 대역의 자원을 이용하여 D2D 통신을 수행하는 단계를 포함한다.
본 발명에 따르면, 비면허 대역의 자원을 보조 대역으로 사용함으로써 일시적인 간섭의 증가로 인한 D2D 통신의 성능 열화를 줄일 수 있으며, 그에 따른 D2D 통신의 전송속도 향상, 서비스 커버리지 증가, 데이터 처리 용량 증가 등이 가능하다.

Description

비면허 대역을 보조대역으로 사용하는 단말 간 직접 통신 시스템 및 그 방법 {D2D communication system that use the non-licensed band to the auxiliary band and Method of D2D system thereof}
본 발명은 비면허 대역을 보조대역으로 사용하는 단말 간 직접 통신 시스템 및 그 방법에 관한 것으로, 셀룰러 네트워크의 상향 및 하향 주파수 자원을 공유하는 단말간 직접 통신에 있어 사용할 주파수 자원을 할당하면서 비면허 대역을 보조대역으로 사용하는 단말 간 직접 통신 시스템 및 그 방법에 관한 것이다.
단말간 직접 통신(Device-to-Device: D2D)통신이란, 기지국과 같은 인프라를 거치지 않고 지리적으로 근접한 단말들이 직접적으로 통신하는 방식으로 면허 주파수 대역을 활용한 D2D 통신 기술 개발과 표준화가 진행되고 있다.
셀룰러 시스템에서 근접한 거리의 단말들이 D2D 통신을 하면 기지국의 부하를 분산시킬 수 있으며, 상대적으로 단거리를 전송함으로써 단말의 전력 소모를 줄일 수 있고 전송 지연 또한 줄일 수 있다. 또한 전체적인 시스템 관점에서는 기존의 셀룰러 단말과 D2D 단말이 동일한 주파수를 공유하여 공간적으로 주파수를 재사용으로써 주파수 이용 효율을 향상시키는 효과가 있다. 뿐만 아니라 단말 간 릴레이에 활용할 수도 있고 모바일 사용자의 위치를 중심으로 인접한 거리에 있는 상점 및 물건의 정보를 수집하거나 실내에서의 정밀한 측위, 인접한 거리의 사람들 간의 그룹 통신, 네트워크 게임, 위치기반 광고, 재난통신등과 같이 신규 근접성 기반 서비스를 창출하는 효과가 기대된다.
D2D 통신 링크에서 이용할 자원에 대한 할당은 일반적으로 셀룰러 링크의 성능 저하를 방지하면서 동시에 셀룰러 링크로부터 받는 간섭이 가장 적은 자원을 선택하는 방식으로 이루어진다. 이러한 자원할당 방식은 기지국에서 중앙 집중식으로 수행되며 단말들의 채널 정보 또는 거리 정보 등을 필요로 한다. 예를 들어 셀 외각에 존재하는 D2D 단말들이 D2D 단말로부터 거리가 충분히 먼 셀룰러 단말의 자원을 사용하는 방식이 있다.
하지만, 이러한 자원할당 방식에는 셀룰러 단말의 이동성과 스케쥴링 변화를 고려하지 않았기 때문에 자원할당 알고리즘을 통해 확보한 채널이 안정적이라 보장할 수 없다. 또한 셀룰러 단말의 자원할당 변화에 따라 적응적으로 자원을 재할당하는 D2D 자원 할당 방식의 경우는 전체적인 시스템에 큰 오버헤드를 초래할 수 있다.
따라서 셀룰러 네트워크 기반 D2D 통신 기술의 자원 할당에 있어 단말의 이동성과 그에 따른 채널 변화 및 자원할당 스케줄링 변화에 따른 D2D 단말의 성능 저하를 완화하는 방안이 필요하다.
본 발명의 배경이 되는 기술은 대한민국 국내공개특허 제10-2014-0080298호(2014.06.30 공개)에 개시되어 있다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 셀룰러 네트워크의 상향 및 하향 주파수 자원을 공유하는 단말간 직접 통신에 있어 사용할 주파수 자원을 할당하면서 비면허 대역을 보조대역으로 사용하는 단말 간 직접 통신 시스템 및 그 방법을 제공하는 것이다.
이러한 기술적 과제를 이루기 위한 본 발명의 실시예에 따르면, 복수의 D2D 단말을 포함하는 LTE-Advanced 기반의 D2D 통신 시스템의 자원 할당 방법에 있어서, 상기 D2D 단말은 기지국에 사용할 면허대역을 요청하고, 사용 가능한 비면허 대역에 대한 스펙트럼을 탐색하는 단계, 상기 기지국으로부터 할당받은 면허 대역의 자원을 이용하여 D2D 통신링크를 생성하는 단계, 상기 D2D 통신링크의 신호대 간섭 및 잡음비(SINR)를 연산하는 단계, 상기 D2D 통신링크의 신호대 간섭 및 잡음비(SINR)가 임계값 미만인 경우, 상기 탐색한 비면허 대역의 자원 중에서 적어도 하나의 자원을 선택하는 단계, 그리고 상기 선택한 비면허 대역의 자원을 이용하여 D2D 통신을 수행하는 단계를 포함한다.
상기 D2D 단말에 할당되는 면허 대역의 자원은 k번째 셀룰러 자원이며, 다음 수학식으로 표현될 수 있다.
Figure 112015128951309-pat00001
여기서 k*은 셀룰러 자원, argmax는 극대값을 달성하는 변수값, SINRRX(k)는 k번째 셀룰러 자원을 재사용하는 D2D 수신단말의 신호대 간섭 및 잡음비를 나타낸다.
상기 연산하는 단계는, 다음의 수학식을 통해 k번째 셀룰러 자원을 재사용하는 D2D 수신 단말의 신호대 간섭 및 잡음비(SINR)을 연산할 수 있다.
Figure 112015128951309-pat00002
여기서,
Figure 112015128951309-pat00003
은 셀룰러 단말의 송신 전력,
Figure 112015128951309-pat00004
는 D2D 단말의 송신 전력,
Figure 112015128951309-pat00005
,
Figure 112015128951309-pat00006
는 D2D 채널계수 및 경로손실,
Figure 112015128951309-pat00007
,
Figure 112015128951309-pat00008
는 D2D 수신단말과 셀룰러 단말 사이의 채널계수 및 경로손실을 의미하고, N은 잡음의 전력을 나타낸다.
상기 D2D 단말은 비면허 대역을 선택 및 이용하여 통신을 수행하는 과정에서 지속적으로 상기 D2D 통신링크의 신호대 간섭 및 잡음비(SINR)를 연산하고, 일정 시간 또는 기 설정된 횟수 동안에 연산된 상기 D2D 단말의 통신링크의 SINR 값이 임계값 이상인 경우, 상기 기지국으로부터 할당받은 면허 대역의 자원을 이용하여 D2D 통신을 수행할 수 있다.
일정 시간 또는 기 설정된 횟수 동안 연산된 상기 D2D 단말의 통신링크의 SINR 값이 임계값 미만인 경우, 상기 기지국에 새로운 면허 대역을 요청하고, 할당받은 새로운 면허 대역을 이용하여 D2D 통신을 수행할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 복수의 D2D 단말을 포함하는 LTE-Advanced 기반의 D2D 통신 시스템에 있어서, 상기 D2D 단말은 기지국에 사용할 면허대역을 요청하고, 사용 가능한 비면허 대역에 대한 스펙트럼을 탐색하는 자원 수집부, 상기 기지국으로부터 할당받은 면허 대역의 자원을 이용하여 D2D 통신링크를 생성하는 링크 생성부, 상기 D2D 통신링크의 신호대 간섭 및 잡음비(SINR)를 연산하는 연산부, 상기 D2D 통신링크의 신호대 간섭 및 잡음비(SINR)가 임계값 미만인 경우, 상기 탐색한 비면허 대역의 자원 중에서 적어도 하나의 자원을 선택하는 자원 선택부, 그리고 상기 선택한 비면허 대역의 자원을 이용하여 D2D 통신을 수행하는 통신부를 포함한다.
본 발명에 따르면, 비면허 대역의 자원을 보조 대역으로 사용함으로써 일시적인 간섭의 증가로 인한 D2D 통신의 성능 열화를 줄일 수 있으며, 그에 따른 D2D 통신의 전송속도 향상, 서비스 커버리지 증가, 데이터 처리 용량 증가 등이 가능하다.
또한 이와 같은 D2D 통신을 통해 주파수 이용 효율을 향상시키며, 단말간 릴레이에 활용될 수 있고 모바일 사용자의 위치를 중심으로 인접한 거리에 있는 상점 및 물건의 정보를 수집하거나 실내에서의 정밀한 측위, 인접한 거리의 사람들 간의 그룹 통신, 네트워크 게임, 위치기반 광고, 차량 간 통신, 재난 통신과 같은 신규 근접성 기반 서비스를 안정적으로 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 D2D 통신 시스템을 설명하기 위한 예시도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 D2D 단말의 구성도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 D2D 통신 시스템의 자원 할당 방법을 나타낸 순서도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 다른 D2D 단말이 사용하는 리소스 블록을 도시한 예시도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 D2D 통신 시스템의 자원 할당 방법의 성능 평가를 나타내는 그래프이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
그러면 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 D2D 통신 시스템을 설명하기 위한 예시도이다.
도 1과 같이, 기지국(eNB)은 셀룰러 네트워크 기반의 단일 셀 내에서 D2D 송신 단말(D2D_Tx)과 수신 단말(D2D_Rx)이 인접한 거리에서 쌍을 이루고 있으며, D2D 통신 링크가 셀룰러 통신의 주파수 자원을 일대일로 공유하는 상황을 가정한다.
또한, D2D 송신 단말(D2D_Tx)이 통신을 수행하는데 사용할 자원을 기지국으로부터 할당받는 중앙 집중형 자원할당 방식을 이용하며, 적절한 자원할당을 통해 D2D 송신단말(D2D_Tx)이 셀룰러 링크에 주는 간섭을 무시할 수 있다고 가정한다.
이와 같은 상황에서 D2D 단말(D2D_Tx, D2D_Rx)과 셀룰러 단말(CUE(1))은 동일한 자원을 이용하여 통신을 하며, D2D 통신의 성능은 셀룰러 단말(CUE(1))이 D2D 수신 단말(D2D_Tx)에 주는 간섭에 영향을 받는다.
도 1에서와 같이, 셀룰러 단말(CUE(1))은 D2D 통신 링크를 가로지르며, 이동하면, 셀룰러 단말(CUE(1))로부터의 간섭의 영향으로 D2D 통신의 성능을 보장할 수 없다.
이와 같은 상황에서 일반적인 D2D 시스템일 경우, D2D 단말(D2D_Tx, D2D_Rx)은 기지국(eNB)으로 D2D 통신에 이용할 자원을 재요청하고 기지국(eNB)으로부터 재할당된 자원을 통해 D2D 통신을 한다. 이때, 기지국(eNB)으로부터 자원 재할당부터 재할당된 자원을 이용한 통신까지의 과정에서 발생하는 추가 지연시간으로 인해 D2D 통신의 성능은 안정적으로 보장될 수 없고 심각한 열화가 발생할 확률이 높다.
반면, 본 발명에서 제안하는 D2D 통신 시스템은 셀룰러 단말(CUE(1))의 이동으로 인한 간섭이 발생하면, D2D 단말(D2D_Tx)은 D2D 통신에 사용할 수 있는 비면허 대역을 이용하여 D2D 통신을 할 수 있다. 이때, 비면허 대역의 사용은 일시적 또는 한시적으로 사용이 가능하므로, 발생한 간섭의 영향이 약화되어 할당된 자원을 이용한 D2D 통신이 가능할 때까지 또는 기지국(eNB)으로부터 자원을 재할당받고 재할당된 자원을 사용하여 D2D 통신을 하기까지의 지연 시간 동안 사용이 가능하다.
즉, 본 발명에서 제안하는 D2D 통신 시스템은 비면허 대역을 보조대역으로 활용함으로써 D2D 통신에서 간섭으로 인한 성능 열화를 감소시켜, 안정적인 D2D 통신의 성능을 제공할 수 있다.
이하에서는 D2D 수신 단말, 송신 단말을 구분하지 않고 D2D 단말로 혼용하여 사용하였으며, D2D 통신 링크에 대한 면허 대역의 자원할당은 D2D 단말이 통신 링크뿐만 아니라 간섭 링크에 대한 모든 채널 정보를 알고 있다는 가정하에 D2D 통신 링크의 신호대 간섭 및 잡음비(SINR: Signal to interference plus Noise Ratio)를 최대로 하는 자원을 선택하는 방식으로 이루어 진다고 가정한다.
다음은 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 D2D 단말의 구성도이다.
본 발명의 실시예에 따른 D2D 단말(100)은 자원 수집부(110), 링크 생성부(120), 연산부(130), 자원 선택부(140), 통신부(150)를 포함한다.
먼저, 자원 수집부(110)는 기지국에 D2D 통신에 사용할 면허대역을 요청하거나, 사용 가능한 비면허 대역에 대한 스펙트럼을 탐색한다. 자원 수집부(110)는 정합 필터, 에너지 검파, 특징 추출 방식으로 사용되지 않는 스펙트럼을 찾는 스펙트럼 센싱이나 랜덤 접속 방법을 통해 D2D 통신에 사용 가능한 비면허 대역의 자원 정보를 수집할 수 있으나 이에 한정하는 것은 아니다.
그리고 자원 수집부(110)는 실시간 또는 설정된 시간의 간격에 따라 또는 설정된 조건에 따라 지속적으로 사용 가능한 비면허 대역을 탐색할 수 있다. 예를 들어 연산부(130)에서 연산한 면허대역을 이용한 D2D 통신 링크의 신호대 간섭 및 잡음비(SINR)의 값이 N값 이하라면, 자원 수집부(110)는 지속적으로 사용가능한 비면허 대역을 탐색하고, N값 초과의 값을 갖는 다면 비면허 대역의 탐색을 하지 않을 수도 있다. 이때, N값은 연산부에서 비교하는 기 설정된 임계 값과 다른 값으로 기 설정된 임계값보다 더 높은 값을 갖는다. 이와 같은 설정은 추후에 사용자에 의해서 용이하게 변경 설계 가능하다.
다음으로 링크 생성부(120)는 기지국으로부터 할당받은 면허 대역의 자원을 이용하여 D2D 통신링크를 생성한다.
여기서, D2D 통신링크는 D2D 통신을 하기 위해 D2D 단말(100)간의 정보 전송 경로를 나타낸다.
연산부(130)는 D2D 통신링크의 신호대 간섭 및 잡음비(SINR)를 연산한다.
연산부(130)는 면허 대역의 자원을 이용한 D2D 통신 링크의 신호대 간섭 및 잡음비(SINR)를 셀룰러 단말이 D2D 수신 단말에 주는 간섭에 의한 영향을 고려하여 연산한다. 그리고 연산부(130)는 연산된 D2D 통신링크의 신호대 간섭 및 잡음비(SINR)와 기 설정된 임계 값과 비교한다. 이때, 기 설정된 임계 값은 D2D 통신 단말이 D2D 통신을 수행하기에 최소한으로 보장되어야 하는 SINR 값으로, 연산된 D2D 통신링크의 신호대 간섭 및 잡음비(SINR)가 기 설정된 임계 값보다 크면 충분히 정상적인 D2D 통신이 가능하다고 볼 수 있다.
자원 선택부(140)는 기지국으로부터 할당받은 면허 대역을 이용한 D2D 통신 성능의 열화를 판단하는 경우, 자원 수집부(110)에서 수집된 D2D 통신이 가능한 비면허 대역의 자원을 선택한다.
즉, 자원 선택부(140)는 면허 대역을 이용한 D2D 통신링크의 신호대 간섭 및 잡음비(SINR)가 임계값 이하인 경우, 탐색한 비면허 대역의 자원 중에서 적어도 하나의 자원을 선택한다.
다음으로, 통신부(150)는 기지국으로부터 할당받은 면허 대역의 자원을 이용하여 D2D 통신을 수행하거나 자원 선택부(140)에서 비면허 대역의 자원을 선택할 경우, 선택된 선택한 비면허 대역의 자원을 이용하여 D2D 통신을 수행한다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 D2D 통신 시스템의 자원 할당 방법을 나타낸 순서도이다.
먼저, D2D 단말(100)은 기지국에 사용할 면허 대역 요청 및 사용 가능한 비면허 대역 탐색한다(S310).
D2D 단말(100)은 스펙트럼 센싱이나 랜덤 접속 방법을 통해 D2D 통신에 사용 가능한 비면허 대역의 자원 정보를 수집할 수 있으며, 수집하는 방법을 이에 한정하는 것은 아니다. D2D 단말(100)은 별도로 비면허 대역을 탐색할 수 있고, 기지국으로부터 비면허 대역에 대한 정보를 수집할 수도 있다.
그리고 D2D 단말(100)은 기지국으로부터 할당받은 면허 대역의 자원을 이용하여 D2D 통신 링크 생성한다(S320).
이때, D2D 단말(100)에 대한 면허 대역의 자원할당은 D2D 단말이 통신 링크뿐 아니라 간섭링크에 대한 모든 채널 정보를 알고 있다는 가정 하에 D2D 링크의 신호대 간섭 및 잡음비를 최대로 하는 자원을 선택하는 방식으로 이루어진다. 즉, D2D 단말이 할당받은 면허 대역의 자원은 k번째 셀룰러 자원이며, 다음 수학식 1로 표현된다.
Figure 112015128951309-pat00009
여기서 k*은 셀룰러 자원이자 D2D 단말(100)에 할당되는 자원, argmax는 극대값을 달성하는 변수값, SINRRX(k)는 D2D 단말(100)의 신호대 간섭 및 잡음비를 나타낸다.
다음으로, D2D 단말(100)은 D2D 통신 링크의 신호대 간섭 및 잡음비(SINR) 연산한다(S330).
D2D 단말(100)은 기지국으로부터 할당받은 면허 대역의 자원을 이용한 경우에 대해서 신호대 간섭 및 잡음비(SINR)를 연산한다.
D2D 단말(100)이 k 번째 셀룰러 자원을 재사용하는 경우, 다음의 수학식 2를 통해 D2D 단말(100)에서의 신호대 간섭 및 잡음비(SINR)을 연산한다.
Figure 112015128951309-pat00010
여기서,
Figure 112015128951309-pat00011
은 셀룰러 단말의 송신 전력,
Figure 112015128951309-pat00012
는 D2D 단말(100)의 송신 전력,
Figure 112015128951309-pat00013
,
Figure 112015128951309-pat00014
는 D2D 채널계수 및 경로손실,
Figure 112015128951309-pat00015
,
Figure 112015128951309-pat00016
는 D2D 단말(100)과 셀룰러 단말 사이의 채널계수 및 경로손실을 의미하고, N은 잡음의 전력을 나타낸다.
D2D 단말(100)은 D2D 통신 링크의 신호대 간섭 및 잡음비(SINR)와 기 설정한 임계값과 비교한다(S340).
여기서 기 설정한 임계값은 D2D 통신 단말이 D2D 통신을 수행하기에 최소한으로 보장되어야 하는 SINR 값을 나타내며, 이는 통신 환경에 따라 추후에 사용자에 의해 용이하게 변경 설계 가능하다.
D2D 단말(100)은 D2D 통신 링크의 신호대 간섭 및 잡음비(SINR)이 기 설정한 임계 값과 같거나 작을 경우, 탐색한 비면허 대역의 자원을 선택한다(S350).
D2D 단말(100)은 연산된 D2D 통신 링크의 신호대 간섭 및 잡음비(SINR)이 기 설정한 임계값과 같거나 작은 경우에는 D2D 통신을 수행하기 힘든 상황이라고 판단한다. 그리고 D2D 단말(100)은 비면허 대역의 자원을 선택하여 D2D 통신을 수행한다(S360).
이때, D2D 단말(100)은 선택된 비면허 대역을 이용하여 D2D 통신을 수행하면서, 동시에 앞서 설명한 S330 단계로 다시 회귀하여 면허 대역을 이용한 D2D 통신 링크의 신호대 간섭 및 잡음비를 계산하고 S340 단계로 넘어간다. 즉, D2D 단말(100)은 비면허 대역을 이용하여 D2D 통신을 수행하더라도 기지국으로부터 할당받은 면허 대역의 자원을 이용하여 D2D 통신이 가능한지 확인할 수 있다.
그리고 D2D 통신 링크의 신호대 간섭 및 잡음비(SINR)이 기 설정한 임계 값보다 큰 값이 연산되는 경우, 기존의 면허 대역의 자원을 이용하여 D2D 통신을 수행한다(S370).
한편, 기 설정된 임계 값과 연산된 D2D 통신 링크의 신호대 간섭 및 잡음비(SINR)와의 비교하는 횟수 또는 일정 시간을 설정하여 D2D 단말(100)은 설정된 횟수 또는 일정 시간이 경과하면 기지국에 새로운 면허 대역의 자원을 할당해주기를 요청할 수 있다.
비면허 대역의 자원은 기술 수준에서 정한 최대 전송시간이 존재하기 때문에 항상 D2D 통신 링크에 활용할 수 없으므로, D2D 단말(100)은 비면허 대역의 자원을 이용할 수 있는 시간에 대응하여 기 설정된 임계 값과 연산된 D2D 통신 링크의 신호대 간섭 및 잡음비(SINR)와의 비교하는 횟수 또는 일정 시간을 설정할 수 있다.
즉, D2D 단말(100)은 기지국으로부터 할당받은 면허 대역에 대한 간섭의 영향이 감소하여 면허 대역을 이용하여 D2D 통신이 가능한 지에 대한 확인과 기지국으로부터 면허 대역을 재할당을 요청하고 재할당받는 시간을 고려하여 횟수 또는 일정 시간을 설정할 수 있다.
도 4는 본 발명의 실시예에 다른 D2D 단말이 사용하는 리소스 블록을 도시한 예시도이다.
도 4에서 D2D Resource는 기지국으로부터 할당받은 면허 대역의 자원을 나타내고, Unlicensed Resource는 D2D 단말(100)이 수집한 D2D 통신에 사용가능한 비면허 대역의 자원을 나타낸다.
이와 같이, D2D 단말(100)은 두 개 대역의 자원을 반송파 결합(CA: Carrier Agregation)을 통해 하나의 자원으로 가상화(Virtualization)할 수 있다.
먼저, 셀룰러 통신으로부터 간섭의 영향이 없는 경우, D2D 단말(100)은 기지국으로부터 할당받은 면허 대역인 D2D Resource를 이용하여 통신을 하며, 스펙트럼 센싱이나 랜덤 접속 방법을 통해 D2D 통신에 사용 가능한 비면허 대역의 자원을 수집한다.
이때, 셀룰러 통신으로부터 간섭 상황이 발생하는 경우, D2D 단말(100)은 D2D Resource를 이용하여 안정적인 통신을 할 수 없으므로, 수집했던 D2D 통신에 사용 가능한 비면허 대역의 자원을 이용하여 D2D 통신을 수행한다. 하지만, Unlicensed Resource는 기술 기준에서 정한 최대 전송시간이 존재하기 때문에 항상 D2D 통신 링크에 활용할 수 없으므로, 간섭이 존재하는 상황에서 일시적으로 보조 자원으로 활용한다.
그리고 D2D 단말(100)은 셀룰러 통신으로부터 간섭의 영향이 없어지면, 다시 면허 대역인 D2D Resource를 이용하여 통신을 한다.
다음으로 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 D2D 통신 시스템의 자원 할당 방법의 성능 평가를 나타내는 그래프이다.
먼저, 본 발명의 실시예에 따른 D2D 통신 시스템은 LTE 면허 대역의 자원을 D2D 링크에 할당하였고, LTE 면허 대역과 동일한 대역폭으로 5GHz 비면허 대역을 할당한다고 가정한다. 여기서, 자원 블록의 대역폭은 10MHz 대역폭을 갖는 LTE를 기준으로 180kHz로 설정하고 비면허 대역의 자원 블록 대역폭도 LTE와 동일하게 설정한다. 따라서, 반송파 결합을 통해 가상화한 대역폭은 360kHz가 된다.
그리고 D2D 링크와 동일한 자원을 사용하는 셀룰러 단말이 100km/h의 속도로 D2D 통신 링크를 빗겨 지나가는 상황이라고 가정한다.
도 5에서 보면, LTE-D2D의 그래프는 면허 대역의 주파수 자원만을 사용하는 경우의 성능을 나타내고, D2D+Unlicense의 그래프는 본 발명에서 제안하는 비면허 대역을 보조 대역으로 활용한 단말 간 직접 통신 기술의 성능을 나타낸 것이다.
즉, 도 5는 같은 면허 대역을 사용하고 있는 D2D 단말과 셀룰러 단말 간의 거리(Distance between D2D Rx and Cellular(km))에 따라 일반적인 자원할당 방법에 따른 LTE D2D 단말과 본 발명에서 제안하는 자원할당 방법에 따른 D2D 단말의 통신 성능(Throughput(bps/Hz)을 나타낸다.
도 5의 두 그래프 모두 D2D 단말과 셀룰러 단말간의 거리가 멀수록 성능이 향상된다는 것을 알 수 있다. 즉, D2D 단말과 셀룰러 단말이 멀리 떨어진 경우 D2D 통신 링크가 받는 간섭이 거의 없기 때문에 두 방법은 유사한 성능을 얻는다.
하지만, D2D 단말과 셀룰러 단말간의 거리가 2km 이내의 경우, D2D 링크가 받는 간섭이 점점 심해지므로 기존의 LTE-D2D의 그래프는 급격하게 열화되는 것을 확인할 수 있다. 반면, 본 발명에서 제안하는 D2D+Unlicense의 그래프는 D2D 단말과 셀룰러 단말간의 거리가 2km 이내의 경우, D2D의 통신 성능의 수치가 하락하지만, 기울기가 보다 완화되고 일정 수준의 통신 성능을 유지하고 있는 것을 확인할 수 있다.
그러므로 본 발명에서 제안한 비면허 대역을 보조 자원으로 이용하는 D2D 시스템은 D2D 단말과 셀룰러 단말간의 거리의 변화에 따라 급격한 D2D 성능 열화를 해소하고 안정적인 통신 성능을 보장할 수 있음을 알 수 있다.
이와 같이 본 발명의 실시예에 따르면, 비면허 대역의 자원을 보조 대역으로 사용함으로써 일시적인 간섭의 증가로 인한 D2D 통신의 성능 열화를 줄일 수 있으며, 그에 따른 D2D 통신의 전송속도 향상, 서비스 커버리지 증가, 데이터 처리 용량 증가 등이 가능하다.
또한 이와 같은 D2D 통신을 통해 주파수 이용 효율을 향상시키며, 단말간 릴레이에 활용될 수 있고 모바일 사용자의 위치를 중심으로 인접한 거리에 있는 상점 및 물건의 정보를 수집하거나 실내에서의 정밀한 측위, 인접한 거리의 사람들 간의 그룹 통신, 네트워크 게임, 위치기반 광고, 차량 간 통신, 재난 통신과 같은 신규 근접성 기반 서비스를 안정적으로 제공할 수 있다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.
100: D2D 단말 110: 자원 수집부
120: 링크 생성부 130: 연산부
140: 자원 선택부 150: 통신부

Claims (10)

  1. 복수의 D2D 단말을 포함하는 LTE-Advanced 기반의 D2D 통신 시스템의 자원 할당 방법에 있어서,
    상기 D2D 단말은 기지국에 사용할 면허 대역을 요청하고, 사용 가능한 비면허 대역에 대한 스펙트럼을 탐색하는 단계,
    상기 기지국으로부터 할당받은 면허 대역의 자원을 이용하여 D2D 통신링크를 생성하는 단계,
    상기 D2D 통신링크의 신호대 간섭 및 잡음비(SINR)를 연산하는 단계,
    상기 D2D 통신링크의 신호대 간섭 및 잡음비(SINR)가 임계값 미만인 경우, 상기 탐색한 비면허 대역에 대한 스펙트럼 중에서 적어도 하나의 자원을 선택하는 단계, 그리고
    상기 선택한 비면허 대역의 자원을 이용하여 D2D 통신을 수행하는 단계를 포함하고,
    상기 D2D 단말에 할당되는 면허 대역의 자원은 k번째 셀룰러 자원이며, 다음 수학식으로 표현되는 D2D 통신 시스템의 자원 할당 방법:
    Figure 112017028865922-pat00017

    여기서 k*은 셀룰러 자원, argmax는 극대값을 달성하는 변수값, SINRRX(k)는 k번째 셀룰러 자원을 재사용하는 D2D 수신단말의 신호대 간섭 및 잡음비를 나타낸다.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 연산하는 단계는,
    다음의 수학식을 통해 k번째 셀룰러 단말을 재사용하는 D2D 수신 단말의 신호대 간섭 및 잡음비(SINR)을 연산하는 D2D 통신 시스템의 자원 할당 방법:
    Figure 112017028865922-pat00018

    여기서,
    Figure 112017028865922-pat00019
    은 셀룰러 단말의 송신 전력,
    Figure 112017028865922-pat00020
    는 D2D 단말의 송신 전력,
    Figure 112017028865922-pat00021
    ,
    Figure 112017028865922-pat00022
    는 D2D 채널계수 및 경로손실,
    Figure 112017028865922-pat00023
    ,
    Figure 112017028865922-pat00024
    는 D2D 수신단말과 셀룰러 단말 사이의 채널계수 및 경로손실을 의미하고, N은 잡음의 전력을 나타낸다.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 D2D 단말은 비면허 대역을 선택 및 이용하여 통신을 수행하는 과정에서 지속적으로 상기 D2D 통신링크의 신호대 간섭 및 잡음비(SINR)를 연산하고,
    일정 시간 또는 기 설정된 횟수 동안에 연산된 상기 D2D 단말의 통신링크의 SINR 값이 임계값 이상인 경우, 상기 기지국으로부터 할당받은 면허 대역의 자원을 이용하여 D2D 통신을 수행하는 D2D 통신 시스템의 자원 할당 방법.
  5. 제3항에 있어서,
    일정 시간 또는 기 설정된 횟수 동안 연산된 상기 D2D 단말의 통신링크의 SINR 값이 임계값 미만인 경우, 상기 기지국에 새로운 면허 대역을 요청하고, 할당받은 새로운 면허 대역을 이용하여 D2D 통신을 수행하는 D2D 통신 시스템의 자원 할당 방법.
  6. 복수의 D2D 단말을 포함하는 LTE-Advanced 기반의 D2D 통신 시스템에 있어서,
    상기 D2D 단말은 기지국에 사용할 면허 대역을 요청하고, 사용 가능한 비면허 대역에 대한 스펙트럼을 탐색하는 자원 수집부,
    상기 기지국으로부터 할당받은 면허 대역의 자원을 이용하여 D2D 통신링크를 생성하는 링크 생성부,
    상기 D2D 통신링크의 신호대 간섭 및 잡음비(SINR)를 연산하는 연산부,
    상기 D2D 통신링크의 신호대 간섭 및 잡음비(SINR)가 임계값 미만인 경우, 상기 탐색한 비면허 대역에 대한 스펙트럼 중에서 적어도 하나의 자원을 선택하는 자원 선택부, 그리고
    상기 선택한 비면허 대역의 자원을 이용하여 D2D 통신을 수행하는 통신부를 포함하고,
    상기 D2D 단말에 할당되는 면허 대역의 자원은 k번째 셀룰러 자원이며, 다음 수학식으로 표현되는 D2D 통신 시스템:
    Figure 112017028865922-pat00025

    여기서 k*은 셀룰러 자원, argmax는 극대값을 달성하는 변수값, SINRRX(k)는 k번째 셀룰러 자원을 재사용하는 D2D 수신단말의 신호대 간섭 및 잡음비를 나타낸다.
  7. 삭제
  8. 제6항에 있어서,
    상기 연산부는,
    다음의 수학식을 통해 k번째 셀룰러 자원을 재사용하는 D2D 수신 단말의 신호대 간섭 및 잡음비(SINR)을 연산하는 D2D 통신 시스템:
    Figure 112017028865922-pat00026

    여기서,
    Figure 112017028865922-pat00027
    은 셀룰러 단말의 송신 전력,
    Figure 112017028865922-pat00028
    는 D2D 단말의 송신 전력,
    Figure 112017028865922-pat00029
    ,
    Figure 112017028865922-pat00030
    는 D2D 채널계수 및 경로손실,
    Figure 112017028865922-pat00031
    ,
    Figure 112017028865922-pat00032
    는 D2D 수신단말과 셀룰러 단말 사이의 채널계수 및 경로손실을 의미하고, N은 잡음의 전력을 나타낸다.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 D2D 단말은 비면허 대역을 선택 및 이용하여 통신을 수행하는 과정에서 지속적으로 상기 D2D 통신링크의 신호대 간섭 및 잡음비(SINR)를 연산하고,
    일정 시간 또는 기 설정된 횟수 동안에 연산된 상기 D2D 단말의 통신링크의 SINR 값이 임계값 이상인 경우, 상기 기지국으로부터 할당받은 면허 대역의 자원을 이용하여 D2D 통신을 수행하는 D2D 통신 시스템.
  10. 제8항에 있어서,
    일정 시간 또는 기 설정된 횟수 동안 연산된 상기 D2D 단말의 통신링크의 SINR 값이 임계값 미만인 경우, 상기 기지국에 새로운 면허 대역을 요청하고, 할당받은 새로운 면허 대역을 이용하여 D2D 통신을 수행하는 D2D 통신 시스템.
KR1020150189998A 2015-12-30 2015-12-30 비면허 대역을 보조대역으로 사용하는 단말 간 직접 통신 시스템 및 그 방법 KR101726521B1 (ko)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020150189998A KR101726521B1 (ko) 2015-12-30 2015-12-30 비면허 대역을 보조대역으로 사용하는 단말 간 직접 통신 시스템 및 그 방법
US15/215,549 US9788333B2 (en) 2015-12-30 2016-07-20 D2D communication system that use the non-licensed band to the auxiliary band and method of D2D system thereof

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020150189998A KR101726521B1 (ko) 2015-12-30 2015-12-30 비면허 대역을 보조대역으로 사용하는 단말 간 직접 통신 시스템 및 그 방법

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR101726521B1 true KR101726521B1 (ko) 2017-04-12

Family

ID=58580264

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020150189998A KR101726521B1 (ko) 2015-12-30 2015-12-30 비면허 대역을 보조대역으로 사용하는 단말 간 직접 통신 시스템 및 그 방법

Country Status (2)

Country Link
US (1) US9788333B2 (ko)
KR (1) KR101726521B1 (ko)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115134026A (zh) * 2022-06-29 2022-09-30 重庆邮电大学 一种基于平均场的智能非授权频谱接入方法
CN116367332A (zh) * 2023-05-31 2023-06-30 华信咨询设计研究院有限公司 一种5g系统下基于分级控制的d2d资源分配方法

Families Citing this family (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9319916B2 (en) 2013-03-15 2016-04-19 Isco International, Llc Method and appartus for signal interference processing
US10652835B2 (en) 2016-06-01 2020-05-12 Isco International, Llc Signal conditioning to mitigate interference impacting wireless communication links in radio access networks
US11089576B2 (en) * 2016-11-26 2021-08-10 Huawei Technologies Co., Ltd. Sidelink resource scheduling method, apparatus, and system
US9986513B1 (en) * 2016-12-31 2018-05-29 Sprint Communications Company L.P. Device to-device (D2D) transmission power control
US10298279B2 (en) 2017-04-05 2019-05-21 Isco International, Llc Method and apparatus for increasing performance of communication paths for communication nodes
US10812121B2 (en) 2017-08-09 2020-10-20 Isco International, Llc Method and apparatus for detecting and analyzing passive intermodulation interference in a communication system
US10284313B2 (en) 2017-08-09 2019-05-07 Isco International, Llc Method and apparatus for monitoring, detecting, testing, diagnosing and/or mitigating interference in a communication system
CN109005545B (zh) * 2018-08-01 2023-04-25 维沃移动通信有限公司 一种通信方法、装置及终端
US11729842B2 (en) * 2019-05-14 2023-08-15 Qualcomm Incorporated Systems and methods for coordinating user equipment (UE) direct communication in a communication system
CN113038432A (zh) * 2021-02-26 2021-06-25 广东以诺通讯有限公司 一种基于5g d2d技术非授权频段的协商策略选择方法
CN113543085B (zh) * 2021-07-22 2023-04-07 河北百亚信息科技有限公司 一种基于能量收集技术的d2d通信网络中时间分配和用户调度方法
KR20230030444A (ko) * 2021-08-25 2023-03-06 팅크웨어(주) 면허 대역에서 통신을 수행하기 위한 정보를 송수신하기 위한 장치, 방법 및 컴퓨터 판독가능 저장매체

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20110228666A1 (en) * 2010-03-17 2011-09-22 Qualcomm Incorporated Method and apparatus for establishing and maintaining peer-to-peer (p2p) communication on unlicensed spectrum
US20150327314A1 (en) * 2014-05-09 2015-11-12 Institute For Information Industry Base station, device to device user equipment, transmission method, report method and resource adjustment method for wireless communication system

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6873825B2 (en) * 2002-01-10 2005-03-29 Qualcomm, Incorporated System and method for optimizing bluetooth transmissions to overcome signal interference
US8977276B2 (en) * 2010-07-15 2015-03-10 Nokia Corporation Method and apparatus for device initiated offloading to unlicensed bands
US8675580B2 (en) * 2011-07-11 2014-03-18 Broadcom Corporation Method and apparatus for facilitating packet scheduling for a hybrid communication network
KR20140080298A (ko) 2012-12-20 2014-06-30 주식회사 팬택 단말 간 통신을 위한 방법, 단말 및 제어장치

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20110228666A1 (en) * 2010-03-17 2011-09-22 Qualcomm Incorporated Method and apparatus for establishing and maintaining peer-to-peer (p2p) communication on unlicensed spectrum
US20150327314A1 (en) * 2014-05-09 2015-11-12 Institute For Information Industry Base station, device to device user equipment, transmission method, report method and resource adjustment method for wireless communication system

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115134026A (zh) * 2022-06-29 2022-09-30 重庆邮电大学 一种基于平均场的智能非授权频谱接入方法
CN115134026B (zh) * 2022-06-29 2024-01-02 绍兴市上虞区舜兴电力有限公司 一种基于平均场的智能非授权频谱接入方法
CN116367332A (zh) * 2023-05-31 2023-06-30 华信咨询设计研究院有限公司 一种5g系统下基于分级控制的d2d资源分配方法
CN116367332B (zh) * 2023-05-31 2023-09-15 华信咨询设计研究院有限公司 一种5g系统下基于分级控制的d2d资源分配方法

Also Published As

Publication number Publication date
US9788333B2 (en) 2017-10-10
US20170196013A1 (en) 2017-07-06

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101726521B1 (ko) 비면허 대역을 보조대역으로 사용하는 단말 간 직접 통신 시스템 및 그 방법
JP5104769B2 (ja) 通信システム
US10455427B2 (en) Frequency allocation method and device for unauthorized frequency band
RU2598530C1 (ru) Устройство и способ управления беспроводными ресурсами передачи данных
US10721778B2 (en) Selecting radio frequency channels for carrier aggregation in an unlicensed radio frequency spectrum band
US9750037B2 (en) Interference recognition based D2D resource allocation method and apparatus therefor
JP6439216B2 (ja) 無線通信システム
JP2010119087A (ja) 無線ネットワークにおいて利用されるネットワーク干渉評価方法、動的チャネル割り当て方法および装置
US20200045615A1 (en) Sensor and Self-Learning Based Dynamic Frequency Assignment for Wireless Networks
KR102265455B1 (ko) 무선 통신 시스템에서 간섭을 완화하기 위한 장치 및 방법
US20170325229A1 (en) Cellular network access method and apparatus
TW201739297A (zh) 無線通信方法和無線通信設備
KR101568081B1 (ko) 셀룰러 시스템에서의 d2d 통신을 위한 자원 할당 방법 및 그 장치
Bedogni et al. Indoor communication over TV gray spaces based on spectrum measurements
ElGarhy et al. Increasing efficiency of resource allocation for D2D communication in NB-IoT context
KR102079553B1 (ko) 단말간 직접통신에서 간섭 제어 방법 및 장치
KR20160051166A (ko) 주파수 도약에 의한 통신 방법 및 그 장치
RU2651577C1 (ru) Устройство беспроводной связи, способ беспроводной связи и система беспроводной связи
KR20150009875A (ko) 기지국을 제어하는 기지국 제어 장치, 그 기지국 제어 장치의 기지국 제어 방법 및 컴퓨터 판독 가능한 기록매체
KR101413843B1 (ko) Ｄ2ｄ 자원 할당 방법 및 이를 위한 기지국
Zander et al. Opportunistic secondary spectrum access: Opportunities and limitations
KR101525977B1 (ko) 셀룰러 시스템에서의 d2d 통신을 위한 거리 정보 기반의 자원 할당 방법 및 그 장치
KR101340830B1 (ko) 단일 소규모지역 ＷｉＦｉ 네트워크에서 파급 효과 문제를 해결하기 위한 채널 지역화 방법 및 그를 이용한 장치
KR101530375B1 (ko) 간섭완화시스템 및 간섭완화방법
KR101670611B1 (ko) LTE-Advanced 기반의 D2D 시스템 및 그것을 이용한 자원 할당 방법

Legal Events

Date Code Title Description
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant