KR101948872B1 - 비면허 대역에서 ｌｔｅ와 ｗｌａｎ의 공존을 위한 채널 선택 및 프레임 스케줄링 동시 최적화 방법 - Google Patents

비면허 대역에서 ｌｔｅ와 ｗｌａｎ의 공존을 위한 채널 선택 및 프레임 스케줄링 동시 최적화 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명에 따른 비면허 대역에서 LTE와 WLAN의 공존을 위한 채널 선택 및 프레임 스케줄링 동시 최적화 방법은 기저대역 유닛(BBU: Baseband Unit) 풀(pool)에 의해 수행되고, 비면허 대역(unlicensed band)에 대하여 컴포넌트 캐리어(CC: Component Carrier)의 휴지 확률(idle probability)을 고려하여 가장 높은 휴지 확률을 갖는 CC를 선택하는 단계; WLAN 시스템 큐(queue)에서의 체류 시간을 고려하여, 상기 선택된 CC에서 휴지 서브프레임(idle subframe)의 수(NI)를 결정하는 단계; 및 상기 선택된 CC와 상기 휴지 서브프레임의 수에 기반하여, 셀 내의 LTE 사용자 단말로 자원 블록(RB: Resource Block)을 할당하는 단계를 포함하고, LTE에서 주파수 영역 및 시간 영역에서 적절히 자원을 선택하여, 비면허 대역에서의 LTE와 WLAN에서 높은 처리율과 공평성을 얻을 수 있다.

Description

비면허 대역에서 ＬＴＥ와 ＷＬＡＮ의 공존을 위한 채널 선택 및 프레임 스케줄링 동시 최적화 방법{Method of Joint Optimization of Channel Selection and Frame Scheduling for Coexistence of LTE and WLAN in Unlicensed Band}
본 발명은 비면허 대역에서 LTE와 WLAN의 공존을 위한에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 비면허 대역에서 LTE와 WLAN의 공존을 위한 채널 선택 및 프레임 스케줄링을 동시에 최적화하는 방법에 관한 것이다.
이동 단말의 수가 급격히 증가함에 따라 무선 자원 용량 증가에 대한 관심이 높아지고 있다. 특히 몇 몇 주요 회사에 의해 long term evolution (LTE) 시스템을 비면허 대역에서 사용하자는 움직임이 활발히 이루어지고 있다 (LTE in unlicensed band (LTE-U)).
하지만, LTE 시스템과 이미 비면허 대역을 사용하고 있는 wireless local area network (WLAN) 시스템은 같은 대역에서 동작하도록 설계되지 않았다. 즉, 서로 공존할 수 있는 방법이 없기 때문에, LTE 시스템을 비면허 대역에서 그대로 사용하게 되면 원하는 성능을 얻을 수 없다는 문제점이 있다.
특히, LTE 시스템은 채널 상태를 확인하지 않고 전송을 수행하기 때문에 WLAN 시스템의 성능 감소가 발생할 가능성이 높다. 이러한 성능 감소를 막기 위해 두 시스템간의 공존 방법이 필요하다. 공존 방법으로는 채널 선택을 통한 공존 방법과 프레임 스케줄링을 통한 공존 방법이 존재한다.
LTE와 WLAN의 효과적인 공존을 (즉, 높은 처리율과 공평성을 얻기) 위해서는 채널 선택과 프레임 스케줄링을 동시에 고려해야 한다. 하지만, 이 둘을 동시에 고려한 연구는 아직 보고된 바 없다는 문제점이 있다. 본 연구에서는 이 둘을 동시에 고려한 공존 방법을 개발한다.
특허문헌 1 : 미국공개특허 US2016-0233989A (2016.08.11. 공개)
따라서, 본 발명에서 해결하고자 하는 과제는, 비면허 대역에서의 LTE와 WLAN의 채널 선택과 프레임 스케줄링을 동시에 고려하여 높은 처리율과 공평성을 보장하는 공존 방법을 제공하는 것을 목표로 한다.
또한, 본 발명에서 해결하고자 하는 과제는, 소형 셀을 포함하는 중첩된 셀에서, 비면허 대역에서의 LTE와 WLAN의 채널 선택과 프레임 스케줄링을 동시에 고려하여 이동 단말에 대한 높은 처리율과 공평성을 보장하는 공존 방법을 제공하는 것을 목표로 한다.
상기와 같은 과제를 해결하기 위한 본 발명은 비면허 대역에서 LTE와 WLAN의 공존을 위한 채널 선택 및 프레임 스케줄링 동시 최적화 방법을 제공한다. 상기 방법은 기저대역 유닛(BBU: Baseband Unit) 풀(pool)에 의해 수행되고, 비면허 대역(unlicensed band)에 대하여 컴포넌트 캐리어(CC: Component Carrier)의 휴지 확률(idle probability)을 고려하여 가장 높은 휴지 확률을 갖는 CC를 선택하는 단계; WLAN 시스템 큐(queue)에서의 체류 시간을 고려하여, 상기 선택된 CC에서 휴지 서브프레임(idle subframe)의 수(NI)를 결정하는 단계; 및 상기 선택된 CC와 상기 휴지 서브프레임의 수에 기반하여, 셀 내의 LTE 사용자 단말로 자원 블록(RB: Resource Block)을 할당하는 단계를 포함하고, LTE에서 주파수 영역 및 시간 영역에서 적절히 자원을 선택하여, 비면허 대역에서의 LTE와 WLAN에서 높은 처리율과 공평성을 얻을 수 있다.
일 실시 예에서, 상기 셀은 LTE 기지국(eNB)에 의해 서빙되는 매크로 셀(macro cell)이고, 상기 셀은 LTE-U 기지국(RRH: Remote Radio Head)에 의해 서빙되는 복수의 소형 셀(small cell)을 포함하고, 상기 복수의 소형 셀 중 적어도 일부는 적어도 하나의 WLAN AP에 의해 WLAN 서비스가 수행될 수 있다.
일 실시 예에서, 상기 가장 높은 휴지 확률을 갖는 CC를 선택하는 단계는, k개의 상기 복수의 소형 셀의 각각에 대하여, 높은 순서대로 휴지 확률을 갖는 NCC k개의 CC를 선택하는 것을 특징으로 하고, 상기 NCC k개의 CC는 k번째 소형 셀에서 현재 제공되는 반송파 집성(CA: Carrier Aggregation)에 따라 결정될 수 있다. 또한, 상기 높은 순서대로 휴지 확률을 갖는 NCC k개의 CC를 선택하는 것은 상기 CC를 사용하고 있는 WLAN AP의 수가 작은 순서대로 선택되는 것일 수 있다.
일 실시 예에서, 상기 선택된 CC에서 휴지 서브프레임(idle subframe)의 수(NI)를 결정하는 단계는, 상기 휴지 서브프레임을 할당하지 않았을 경우의 상기 WLAN 시스템 큐에서의 체류 시간인 Sk,c B를 계산하는 단계; 및 k번째 소형 셀에서 c번째 CC인 CC c를 사용하는 상기 휴지 서브프레임의 수(Nk,c I)를 (Nk,c I/Ns)μk,c< λk,c에 기반하여 결정하는 단계를 포함할 수 있다. 여기서, 상기 Ns, μk,c 및 λk,c는 각각 프레임 당 서브프레임의 수, 상기 k번째 소형 셀에서 상기 CC c를 사용하는 WLAN 시스템의 서비스 처리 속도 및 패킷 도착 속도일 수 있다.
일 실시 예에서, 상기 선택된 CC에서 휴지 서브프레임(idle subframe)의 수(NI)를 결정하는 단계는, 상기 WLAN 시스템 큐가 안정될 수 있는 상기 휴지 서브프레임의 수(Nk,c I)가 존재하지 않으면, 상기 CC c를 사용하지 않기로 결정하는 단계; 및 다른 CC c에 대하여, 상기 휴지 서브프레임의 수(Nk,c I)를 하나씩 증가시키면서 상기 WLAN 시스템 큐에서의 체류 시간 증가 비율이 일정수준인 σ보다 커지지 않는 최소 휴지 서브프레임의 수를 결정하는 단계를 더 포함할 수 있다.
일 실시 예에서, 상기 선택된 CC와 상기 휴지 서브프레임의 수에 기반하여, 셀 내의 LTE 사용자에게 자원 블록(RB: Resource Block)을 할당하는 단계는, 일정 시간 이상 동안 RB를 할당받지 못한 제1 LTE 사용자에게 RB를 우선적으로 할당하고, 상기 제1 LTE 사용자에게 최대 처리율을 보장할 수 있는 RB를 할당하고, 처리율을 최대화하기 위해, 채널 상태가 좋은 LTE 사용자인 제2 LTE 사용자에게 남아있는 RB를 할당하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 다른 양상에 따른 비면허 대역에서 LTE와 WLAN의 공존을 위한 채널 선택 및 프레임 스케줄링 동시 최적화 방법에 있어서, 상기 방법은 LTE 단말에 의해 수행되고, 기저대역 유닛(BBU: Baseband Unit) 풀(pool)에 의해 선택된 CC와 휴지 서브프레임의 수(NI)에 기반하여, 자원 블록(RB: Resource Block)을 할당받는 단계를 포함한다. 여기서, 상기 선택된 CC는 비면허 대역(unlicensed band)에 대하여 컴포넌트 캐리어(CC: Component Carrier)의 휴지 확률(idle probability)을 고려하여 가장 높은 휴지 확률을 갖는 CC이고, 상기 선택된 휴지 서브프레임의 수(NI)는 상기 선택된 CC에서 WLAN 시스템 큐(queue)에서의 체류 시간을 고려하여 결정될 수 있다. 또한, 상기 방법은 상기 선택된 RB를 통해 LTE-U 기지국(RRH: Remote Radio Head)으로부터 데이터를 수신하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 비면허 대역에서의 LTE와 WLAN의 채널 선택과 프레임 스케줄링을 동시에 고려하는 최적화 방법은, LTE에서 주파수 영역 및 시간 영역에서 적절히 자원을 선택하여, 비면허 대역에서의 LTE와 WLAN에서 높은 처리율과 공평성을 얻을 수 있다는 장점이 있다.
또한, 본 발명에 따른 최적화 방법은, 컴포넌트 캐리어를 선택하고 휴지 서브프레임 수를 조절하여, 소형 셀을 포함하는 중첩된 셀에서, 비면허 대역에서의 LTE와 WLAN에서 높은 처리율과 공평성을 얻을 수 있다는 장점이 있다.
도 1은 본 발명에 따른 무선 통신 시스템 모델을 나타낸다.
도 2는 본 발명에 따른 비면허 대역에서의 LTE 프레임 구조를 나타낸다.
도 3은 본 발명에 따른 비면허 대역에서 LTE와 WLAN의 공존을 위한 채널 선택 및 프레임 스케줄링 동시 최적화 방법의 흐름도를 포함하는 알고리즘을 도시한다.
도 4는 본 발명에 따른 CC의 휴지 확률을 고려하여 CC를 선택하는 서브 알고리즘의 의사 코드(pseudo code)를 나타낸다.
도 5는 본 발명에 따른 WLAN 시스템 큐에서의 체류 시간을 고려하여 휴지 서브프레임 수를 결정하는 서브 알고리즘의 의사코드를 나타낸다.
도 6은 본 발명에 따른 LTE 사용자 간의 공평성을 유지하면서 처리율을 최대화하는 RB 할당을 위한 알고리즘의 의사 코드를 나타낸다.
도 7은 본 발명에 따른 LTE 사용자 수가 증가함에 따라 처리율(S)과 WLAN 시스템에서의 체류 시간 증가 비율이 σ보다 커지는 WLAN AP 수의 비율(MF)의 변화를 나타낸다.
도 8은 본 발명에 따른 비면허 대역 채널 수에 따른 처리율(S), 휴지 확률(Pk,c) 및 평균 CQI (E[CQI])의 영향을 살펴본 그래프이다.
도 9는 본 발명의 실시 예들이 구현되는 무선 통신 시스템을 나타낸다.
상술한 본 발명의 특징 및 효과는 첨부된 도면과 관련한 다음의 상세한 설명을 통하여 보다 분명해 질 것이며, 그에 따라 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예들을 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다.
각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용한다.
제1, 제2등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. "및/또는" 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미가 있다.
일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않아야 한다.
이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈", "블록" 및 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 당해 분야에 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 설명한다. 하기에서 본 발명의 실시 예를 설명함에 있어, 관련된 공지의 기능 또는 공지의 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다.
이하, 본 발명에 따른 비면허 대역에서 LTE와 WLAN의 공존을 위한 채널 선택 및 프레임 스케줄링 동시 최적화 방법에 대해 살펴보기로 하자.
이와 관련하여, 도 1은 본 발명에 따른 무선 통신 시스템 모델을 나타낸다. 도 1에 도시된 바와 같이, 상기 무선 통신 시스템 모델은 중첩된 셀 구조인 cloud radio access network (C-RAN) 구조를 가정한다. 즉, 하나의 셀은 LTE 기지국(eNB: evloved NodeB)에 의해 서빙되는 매크로 셀(macro cell)이다. 또한, 상기 하나의 셀은 LTE-U 기지국(RRH: Remote Radio Head)에 의해 서빙되는 복수의 소형 셀(small cell)을 포함한다. 또한, 상기 복수의 소형 셀 중 적어도 일부는 적어도 하나의 WLAN AP(또는 WLAN node)에 의해 WLAN 서비스가 수행된다. 한편, 매크로 셀내에 배치된 LTE node로 표시된 사용자 단말은 소형 셀 내에도 배치될 수 있다.
한편, 도 1에 도시된 바와 같이, C-RAN는 다음과 같은 세 가지 구성요소를 가지고 있다. 이는 1) evolved node B (eNB)나 remote radio head (RRH)와 같은 분산된 라디오 유닛, 2) 기저대역 유닛(baseband unit (BBU)) 풀(pool), 3) 상기 BBU와 분산된 라디오 유닛을 연결해 주는 큰 대역폭과 낮은 지연시간을 가지는 인터페이스이다. 한편, 상기 BBU와 분산된 라디오 유닛을 연결해 주는 인터페이스는 유선 인터페이스 또는 무선 인터페이스일 수 있다. 또한, 상기 인터페이스는 무선 신호들 간의 간섭을 회피하기 위해 유선 인터페이스로 구현될 수 있으며, 예를 들어 광섬유(optical fiber)일 수 있다.
본 발명에서는 eNB는 면허 대역(licensed band)을 사용하고, RRH는 비면허 대역(unlicensed band)을 사용하는 것을 가정한다. 또한, 위치 k는 k번째 RRH의 영역을 나타낸다. 한편, k=0은 RRHs가 커버(또는 서빙)하지 못하는 영역을 나타낸다. 즉, k=0에서는 비면허 대역을 사용할 수 없다. 한편, LTE 사용자는 carrier aggregation (CA) 기술을 통해 두 개 이상의 주파수 조각 (즉, component carrier (CC))을 동시에 사용할 수 있다. 또한, 비면허 대역을 사용하고 있는 WLAN AP들이 여러 개 존재하는 상황을 가정한다.
도 2는 본 발명에 따른 비면허 대역에서의 LTE 프레임 구조를 나타낸다. 원래 LTE 프레임 구조는 10개의 서브 프레임으로 구성되어 있다. 한 개의 서브 프레임은 1 ms이기 때문에 전체 LTE 프레임 구조는 10 ms이다. 비면허 대역에 대한 ETSI 권고 사항 중 하나로 listen before talk (LBT) 메커니즘을 사용하여 비면허 대역을 사용해야 한다는 것이 있다. 본 발명에서는 LTE 프레임 구조에 적용이 용이한 프레임 기반 LBT 메커니즘을 사용한다. 즉, 프레임이 시작할 때, 채널이 비어있는지 확인하고 채널이 비어있을 경우에 channel occupancy time (COT) 동안 데이터를 전송한다. 그 후, COT의 5%만큼 채널을 사용할 수 없다. 한편, 채널을 감지하였을 때 채널이 사용 중일 경우에는 고정된 프레임 구간 동안 채널을 사용할 수 없다. 이러한 프레임 기반 LBT 메커니즘을 사용하기 때문에 비면허 대역을 사용할 경우, 하나의 LTE 프레임은 한 개 이상의 idle 서브 프레임을 가져야 한다.
한 서브 프레임은 0.5 ms 길이를 가지는 두 개의 슬롯으로 구성된다. 이 슬롯은 6개 혹은 7개의 orthogonal frequency division multiple (OFDM) 심볼로 구성된다. 한편, 도 2의 자원 블록(resource block (RB))은 LTE 스케줄링의 기본 단위로 시간 도메인으로는 한 개의 슬롯으로 구성되고, 주파수 도메인으로는 12개의 연속된 반송파(sub-carrier)로 구성된다.
도 3은 본 발명에 따른 비면허 대역에서 LTE와 WLAN의 공존을 위한 채널 선택 및 프레임 스케줄링 동시 최적화 방법의 흐름도를 포함하는 알고리즘을 도시한다. 즉, 도 3은 CC 선택과 프레임 스케줄링을 동시에 고려하기 위한 흐름도를 포함한 알고리즘을 도시한다. 본 알고리즘은 세 개의 서브 알고리즘으로 구성되어 있으며, SOA (Sequential Operation Algorithm)이라 지칭될 수 있다. 1)우선 첫 번째 서브 알고리즘은 CC의 휴지 확률을 고려하여 CC를 선택한다. 2) 다음 서브 알고리즘에서는 WLAN 시스템 큐에서의 체류 시간을 고려하여 idle 서브 프레임의 수를 결정한다. 3) 마지막 서브 알고리즘에서는 처리율을 최대화할 수 있도록 LTE 사용자에게 RB를 할당한다. 이 때, LTE 사용자간에 공평성도 고려하여 RB를 할당한다.
도 3을 참조하면, 비면허 대역에서 LTE와 WLAN의 공존을 위한 채널 선택 및 프레임 스케줄링 동시 최적화 방법은 CC 선택 단계(S100), 휴지 서브프레임 결정 단계(S200) 및 자원 블록 할당 단계(S300)를 포함한다. 한편, 상기 최적화 방법은 기저대역 유닛(BBU: Baseband Unit) 풀(pool)에 의해 수행될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 상기 CC 선택 단계(S100) 및 휴지 서브프레임 결정 단계(S200)는 기저대역 유닛에 의해 수행되고, 상기 자원 블록 할당 단계(S300)는 RRH에 의해 수행되는 것도 가능하다.
상기 CC 선택 단계(S100)는 비면허 대역(unlicensed band)에 대하여 컴포넌트 캐리어(CC: Component Carrier)의 휴지 확률(idle probability)을 고려하여 가장 높은 휴지 확률을 갖는 CC를 선택한다.
다음으로, 휴지 서브프레임 결정 단계(S200)는 WLAN 시스템 큐(queue)에서의 체류 시간을 고려하여, 상기 선택된 CC에서 휴지 서브프레임(idle subframe)의 수(NI)를 결정한다.
마지막으로, 자원 블록 할당 단계(S300)는 상기 선택된 CC와 상기 휴지 서브프레임의 수에 기반하여, 셀 내의 LTE 사용자 단말로 자원 블록(RB: Resource Block)을 할당한다. 이때, 처리율을 최대화할 수 있도록 LTE 사용자에게 RB를 할당한다. 이때, LTE 사용자 간에 공평성도 고려하여 RB를 할당한다.
도 4는 본 발명에 따른 CC의 휴지 확률을 고려하여 CC를 선택하는 서브 알고리즘의 의사 코드(pseudo code)를 나타낸다. 즉, 도 4에 도시된 의사 코드는 도 3에서의 CC 선택 단계(S100)에 대응한다. 즉, 높은 휴지 확률은 해당 CC를 사용하고 있는 WLAN AP의 수가 작은 것을 의미하기 때문에 해당 CC를 LTE 시스템에서 사용할 경우, 높은 LTE 시스템 처리율을 얻을 수 있을 뿐 아니라 WLAN 시스템과 LTE 시스템 사이의 향상된 공평성을 얻을 수 있다. 이를 위해, 모든 위치 k에서 가장 높은 휴지 확률을 가지는 NCC k개의 CC를 선택한다.
보다 상세하게는, 가장 높은 휴지 확률을 갖는 CC를 선택하는 단계에 해당하는 CC 선택 단계(S100)는 k개의 상기 복수의 소형 셀의 각각에 대하여, 높은 순서대로 휴지 확률을 갖는 NCC k개의 CC를 선택한다. 한편, 상기 NCC k개의 CC는 k번째 소형 셀에서 현재 제공되는 반송파 집성(CA: Carrier Aggregation)에 따라 결정된다. 또한, 상기 높은 순서대로 휴지 확률을 갖는 NCC k개의 CC를 선택하는 것은 상기 CC를 사용하고 있는 WLAN AP의 수가 작은 순서대로 선택되는 것을 특징으로 할 수 있다.
도 4에 따른 CC의 휴지 확률을 고려하여 CC를 선택하는 서브 알고리즘의 의사 코드에 대해 보다 상세하게 살펴보면 다음과 같다. 높은 pk,c는 위치 k에서 CC c를 사용하는 WLAN AP들이 적다는 것을 의미하고, CC c가 LTE와 공유됨에도 불구하고 각각의 AP는 충분한 시간 주기를 획득할 수 있다. 그러므로, RRH가 위치 k에서 높은 pk,c를 갖는 CC c를 활용하면, LTE와 WLAN 간의 만족할만할 공평성을 제공하면서, LTE의 높은 스루풋을 달성할 수 있다. 이러한 개념에 기반하여, 서브 알고리즘 1은 비면허 대역에서 높은 pk,c를 갖는Nk CC 개의 CC들을 선택한다. 이를 위하여, 위치 k에서 이용 가능한 비면허 대역의 CC들을 포함하는 세트 CK, 및 비면허 대역에서 선택된 CC들로 구성된 세트 CK S가 먼저 생성된다 (서브-알고리즘 1의 라인 1). 다음으로, 위치 k에서 사용된 CC들이 k=0을 제외하고 모든 위치에 대하여 선택된다. k=0인 경우 비면허 대역이 사용될 수 없기 때문에, CC들을 선택할 필요가 없다. k=0이 아닌 경우 CC들을 선택하기 위하여, pk,c 는 (1-τk,c)Nk,c로 연산된다 (서브-알고리즘 1의 라인 6). Nk,c와 τk,c가 주어지지 않으면, pk,c는 Ni k,c/Nt로 예측될 수 있다. 이후에, CK에서 가장 높은 pk,c를 갖는 CC가 선택되고 (서브-알고리즘 1의 라인 7), 선택된 CC는 CK에서 제거되고, CK S에 부가된다 (서브-알고리즘 1의 라인 8). 이러한 절차는 선택된 CC들의 개수가 위치 k에서 RRH에 의해 사용될 수 있는 CC들의 최대 개수 NCC k가 될때까지 반복(즉, Ω(CK S)=NCC k)된다.
도 5는 본 발명에 따른 WLAN 시스템 큐에서의 체류 시간을 고려하여 휴지 서브프레임 수를 결정하는 서브 알고리즘의 의사코드를 나타낸다. 이 알고리즘의 목적은 WLAN 시스템 큐에서의 체류 시간 증가 비율이 일정 수준인 σ보다 커지지 않도록 하는 것이다. 이를 통해 LTE와 WLAN 시스템 사이의 공평성을 제공해 줄 수 있다. 두 번째 서브 알고리즘은 다음과 같은 동작 과정을 가진다. 우선 휴지(idle) 서브프레임을 할당하지 않았을 경우의 WLAN 시스템 큐에서의 체류 시간인 Sk,c B를 계산한다. 그 후, WLAN 시스템 큐가 안정된 상태가 되어야하기 때문에 (Nk,c I/Ns)μk,c< λk,c을 만족하는 최소 위치 k에서 CC c를 사용하는 LTE 시스템의 휴지(idle) 서브 프레임 수 Nk,c I값을 찾는다. 여기서 Ns는 프레임 당 서브 프레임수를 나타낸다. 또한, μk,c와 λk,c는 위치 k에서 CC c를 사용하는 WLAN 시스템의 서비스 처리 속도와 패킷 도착 속도를 의미한다. 만약 WLAN 시스템 큐가 안정될 수 있는 휴지(idle) 서브 프레임 수가 존재하지 않는다면, 해당 CC를 사용하지 않는다. 그 다음으로 idle 서브 프레임 수를 하나씩 증가시키면서 체류 시간 증가 비율이 σ보다 커지지 않는 최소 Nk,c I 값을 찾는다.
전술된 알고리즘을 단계별로 좀 더 구체적으로 설명하면 다음과 같다. 먼저, 도 5에서 설명된 알고리즘은 도 3에서의 휴지 서브프레임 결정 단계(S200)에 해당한다.
휴지 서브프레임 결정 단계(S200)는 상기 휴지 서브프레임을 할당하지 않았을 경우의 상기 WLAN 시스템 큐에서의 체류 시간인 Sk,c B를 계산하는 단계를 포함한다. 또한, 휴지 서브프레임 결정 단계(S200)는 번째 소형 셀에서 c번째 CC인 CC c를 사용하는 상기 휴지 서브프레임의 수(Nk,c I)를 (Nk,c I/Ns)μk,c< λk,c에 기반하여 결정하는 단계를 더 포함한다. 이때, Ns, μk,c 및 λk,c는 각각 프레임 당 서브프레임의 수, 상기 k번째 소형 셀에서 상기 CC c를 사용하는 WLAN 시스템의 서비스 처리 속도 및 패킷 도착 속도에 해당한다.
한편, 휴지 서브프레임 결정 단계(S200)는 상기 WLAN 시스템 큐가 안정될 수 있는 상기 휴지 서브프레임의 수(Nk,c I)가 존재하지 않으면, 상기 CC c를 사용하지 않기로 결정하는 단계를 더 포함할 수 있다. 또한, 휴지 서브프레임 결정 단계(S200)는 상기 휴지 서브프레임의 수(Nk,c I)를 하나씩 증가시키면서 상기 WLAN 시스템 큐에서의 체류 시간 증가 비율이 일정수준인 σ보다 커지지 않는 최소 휴지 서브프레임의 수를 결정하는 단계를 더 포함할 수 있다. 한편, 전술된 단계들은 반드시 그 순서에 한정되는 것이 아니라, 응용에 따라 다양하게 변형되어 사용될 수 있다. 예를 들어, 상기 휴지 서브프레임의 수(Nk,c I)가 존재하지 않으면, 상기 CC c를 사용하지 않기로 결정하는 단계 이전에, 상기 휴지 서브프레임의 수(Nk,c I)를 하나씩 증가시키면서 상기 WLAN 시스템 큐에서의 체류 시간 증가 비율이 일정수준인 σ보다 커지지 않는 최소 휴지 서브프레임의 수를 결정하는 단계를 먼저 수행할 수도 있다. 한편, 상기 휴지 서브프레임의 수(Nk,c I)가 존재하지 않으면, 상기 CC c를 사용하지 않기로 결정하는 단계 이후에, 다른 CC c에 대하여, 상기 휴지 서브프레임의 수(Nk,c I)를 하나씩 증가시키면서 상기 WLAN 시스템 큐에서의 체류 시간 증가 비율이 일정수준인 σ보다 커지지 않는 최소 휴지 서브프레임의 수를 결정하는 단계를 수행할 수 있다.
한편, 도 5에 표현된 WLAN 시스템 큐에서의 체류 시간을 고려하여 휴지 서브프레임 수를 결정하는 서브 알고리즘의 의사코드에 대해 상세히 살펴보면 다음과 같다. 휴지 서브프레임의 개수(NI)는 서브 알고리즘 2에 의해 결정된다. 즉, 서브 알고리즘 2의 목적은 다음의 제약을 만족하는 휴지 서브프레임들의 최소 개수를 검색하는 것이다.
Figure 112017025836039-pat00001
Figure 112017025836039-pat00002
이와 관련하여, LTE와 WLAN이 동일한 CC를 사용하는 경우, WLAN의 시간 분절(time fraction)이 실질적으로 감소될 수 있고, 불공평한 문제를 야기한다. 이러한 문제를 해결하기 위해, WLAN의 증가된 체류 시간 비율이 타깃 비율인 이하로 유지되어야 한다. 즉, LTE와 WLAN이 동일한 CC를 사용할 때, Sk,c A가 위치 k에서 CC c를 사용하는 WLAN의 최대 체류 시간을 나타내고, Sk,c B는 단지 WLAN이 CC c를 사용할 때 위치 k에서 CC c를 사용하는 WLAN의 최대 체류 시간을 나타내는 경우, Sk,c A/Sk,c B ≤ σ를 만족하여야 한다. Sk,c A와 Sk,c B는 다음과 같이 M/M/1 큐잉 모델을 사용하여 연산될 수 있다. 전술한 바와 같이 μk,c 및 λk,c는 위치 k에서 상기 CC c를 사용하는 WLAN 시스템의 서비스 처리 속도 및 최대 패킷 도착 속도에 해당한다. 또한, αk,c는 상기 CC c를 사용하는 LTE와 WLAN이 모두 위치 k에서 공존하는 경우, WLAN이 데이터를 전송할 수 있는 시간의 분절을 나타낸다. αk,c는 Nk,c I/Ns로 연산될 수 있고, 여기서 Nk,c I는 위치 k에서 CC c의 휴지 서브프레임들의 개수이다. 따라서, 이를 종합하면, LTE와 WLAN와의 공존을 위해 위의 수학식 1과 같은 관계가 성립한다. 한편, αk,cμk,c ≤ λk,c가 성립하는 경우, WLAN은 불안정하게 되므로, 수학식 2와 같은 관계가 성립하여야 한다.
다시 서브 알고리즘 2에 대해 살펴보면, 적은 개수의 휴지 서브프레임들이 높은 LTE 스루풋을 제공할 수 있다. 먼저, σ, μ, λ와 같은 파라미터들이 초기화되고 (서브 알고리즘 2의 라인 1), k 및 Nk,c I가 0으로 설정된다 (서브-알고리즘 2의 라인 2). k=0일 때 휴지 서브프레임들이 필요하지 않기 때문에, 휴지 서브프레임들의 개수에 대한 결정은 k=0이 아닌 경우에 대해서만 필요하다. 수학식 2를 만족하는 최소 개수의 휴지 서브프레임들을 찾기 위해, 서브 알고리즘 2는 WLAN이 안정할 때까지 (즉, (Nk,c I/Ns)μk,c > λk,c), Nk,c I를 하나씩 증가시킨다 (서브 알고리즘 2의 라인 8-10). WLAN을 안정하게 하는 Nk,c I가 존재하지 않으면, 현재 CC c는 Ck S에서 제거된다 (서브 알고리즘 2의 라인 11). 그렇지 않으면, 수학식 1에 따라 서브 알고리즘 2는 증가한 체류 시간 비율이 타깃 비율 σ 이하가 되도록 유지함을 의미하는, Sk,c A/Sk,c B > σ를 만족하는 최소 개수의 Nk,c I를 검색한다. 이를 위하여, 서브 알고리즘 2는 Nk,c I를 하나씩 증가시키면서 Sk,c A/Sk,c B ≤ σ를 만족하는 최소 개수의 Nk,c I를 검색한다 (서브 알고리즘 2의 라인 15, 16). 만약 Nk,c I=9이고 Sk,c A/Sk,c B > σ이면 (즉, 증가된 체류 시간 비율이 타깃 비율 σ 이하가 되도록 유지될 수 없는 경우), 현재 CC c는 Ck S에서 제거된다 (서브 알고리즘 2의 라인 18). Ck S에 속하는 모든 c에 대하여 Nk,c I를 결정한 이후에, 다음 위치 k에 대하여 Nk,c I이 결정된다 (서브 알고리즘 2의 라인 4). 모든 위치들 k에서 유휴 서브프레임들의 개수들이 결정된 경우에, 알고리즘은 종료된다.
도 6은 본 발명에 따른 LTE 사용자 간의 공평성을 유지하면서 처리율을 최대화하는 RB 할당을 위한 알고리즘의 의사 코드를 나타낸다. 다른 RB 할당 알고리즘을 사용해도 무방하다. 우선 오랜 시간 (NF개 이상의 프레임) 동안 RB 할당을 받지 못한 LTE 사용자에게 RB를 우선 할당해 준다. 이때, 해당 사용자에게 최대 처리율을 줄 수 있는 RB를 할당한다. 그 후, 남아있는 RB를 처리율을 최대화하기 위해 채널 상태가 가장 좋은 LTE 사용자부터 차례대로 할당한다.
한편, 도 6의 의사코드는 도 3의 자원 블록 할당 단계(S300)에 해당한다. 도 3에서, 선택된 CC와 휴지 서브프레임의 수에 기반하여, 셀 내의 LTE 사용자에게 자원 블록(RB: Resource Block)을 할당하는 단계인 자원 블록 할당 단계(S300)는 전술한 바와 같이, 일정 시간 이상 동안 RB를 할당받지 못한 제1 LTE 사용자에게 RB를 우선적으로 할당한다. 이때, 일정 시간의 경과 여부는 NF개 이상의 프레임을 기준으로 할 수 있다. 즉, 자원 블록 할당 단계(S300)는 상기 제1 LTE 사용자에게 최대 처리율을 보장할 수 있는 RB를 할당하고, 처리율을 최대화하기 위해, 채널 상태가 좋은 LTE 사용자인 제2 LTE 사용자에게 남아있는 RB를 할당하는 것을 특징으로 할 수 있다.
한편, 도 6에 표현된 한편, 도 LTE 사용자 간의 공평성을 유지하면서 처리율을 최대화하는 RB 할당을 위한 알고리즘의 의사 코드에 대해 상세히 살펴보면 다음과 같다. 즉, RB 할당은 도 3의 자원 블록 할당 단계(S300)에 해당하고, 서브 알고리즘 3에 의해 수행된다. 먼저, LTE 사용자들 간에 공평성을 제공하기 위해 오랫동안 할당받지 못한(starved) 사용자들에게 RB가 우선적으로 할당된다. 이후에, 스루풋을 최대화하기 위하여 잔여 RB들이 사용자들에게 할당된다. 이러한 목적을 달성하기 위해, 서브 알고리즘 3은 사용자들로부터 보고된 CQI를 사용하여 모든 i, c, r에 대하여 mi,c,r을 획득하고, 할당된 쌍들(c, r)을 포함하는 세트 CRA를 정의한다 (서브 알고리즘 3의 라인 1,2). 또한, i 및 k가 0과 -1로 각각 초기화된다 (서브 알고리즘 3의 라인 3). LTE 사용자들 간에 공평성을 제공하기 위해, 알고리즘은 사용자 i가 개의 프레임들 동안 연속적으로 스케줄링되지 않음을 의미하는, ni ≥ NF인 사용자 i를 검색한다. ni ≥ NF인 임의의 사용자 i가 존재하면, 알고리즘은 면허 대역에서 사용자 i로 최대 스루풋을 제공하는 쌍들(c*, r*)을 검색한다 (즉,
Figure 112017025836039-pat00003
) (서브 알고리즘 3의 라인 7). 채널이 혼잡(busy)한 경우 비면허 대역의 CC c가 사용될 수 없기 때문에, 면허 대역은 오랫동안 할당받지 못한 사용자들에게 할당되어야 한다. 이후에, 쌍들(c*, r*)이 CRA에 포함되지 않는다면, 쌍들(c*, r*)은 사용자 i에게 할당되고 CRA에 부가된다 (서브 알고리즘 3의 라인 9-10). 그렇게 함으로써, LTE 사용자들 간의 공평성이 달성될 수 있다. 이후에, 스루풋을 최대화하기 위하여 잔여 RB들의 할당이 수행된다 (서브 알고리즘 3의 라인 16-33). 이를 위하여, 사용자들에 의해 집성될 수 있는 CC들의 개수가 위치 k에서 선택된 CC들의 개수보다 작다면 (즉, NCA < NCC k), 서브 알고리즘 3은 위치 k의 사용자들을 상기 선택된 CC들에 할당한다 (서브 알고리즘 3의 라인 18). 그렇지 않으면, 이러한 할당 과정이 필요한 것은 아니다. 일반적으로, 선택된 CC들을 통해 로드 밸런싱을 수행하기 위해 랜덤 할당 및 라운드 로빈 할당 방법들이 사용될 수 있다. 랜덤 할당 방법들은 간단하지만, CC들 간에 양호한 로드 밸런싱을 제공한다. 사용자들에게 선택된 CC들을 할당한 이후에, 모든 위치 k에 대하여 CK S∪CL의 모든 CC들의 각각의 RB가 사용자들에게 할당된다. 각각의 RB에 대하여, 서브 알고리즘 3은 위치 k의 CC c에 할당된 사용자들 중 가장 높은 MCS 인덱스를 갖는 사용자 i*를 검색한다 (즉,
Figure 112017025836039-pat00004
이고, IK,C는 위치 k에서 CC c를 사용할 수 있는 사용자들의 집합을 나타낸다). 이후, 현재 쌍(c, r)이 CRA에 포함되지 않으면 (서브 알고리즘 3의 라인 23), 이러한 쌍은 모든 이용 가능한 서브프레임들 동안에 사용자 i*에게 할당된다 (서브 알고리즘 3의 라인 24). 이후, 사용자 i*에게 할당된 CC들의 개수가 최대 개수에 도달하면, 사용자 i*는 IK,C에서 제거된다 (서브 알고리즘 3의 라인 28).
서브 알고리즘 3의 복잡도가 전술된 서브 알고리즘들 중 가장 높기 때문에, 본 발명에 따른 SOA의 복잡도는 서브 알고리즘 3의 복잡도에 의해 결정된다. 즉, SOA의 복잡도는 O(Ω(k) Ω(CK S∪CL) Ω(R)) (즉, 다항 함수)이다.
한편, 전술된 도 3 내지 도 6에서의 비면허 대역에서 LTE와 WLAN의 공존을 위한 채널 선택 및 프레임 스케줄링 동시 최적화 방법은 사용자 단말에 의해서도 수행될 수 있다. 즉, 도 1에서의 이동 단말에 해당하는 사용자 단말(LTE node, UE:User Equipment)에 의해 수행될 수도 있다. 이와 관련하여, 상기 사용자 단말은 기저대역 유닛(BBU: Baseband Unit) 풀(pool)에 의해 선택된 CC와 휴지 서브프레임의 수(NI)에 기반하여, 자원 블록(RB: Resource Block)을 할당받는 단계를 수행할 수 있다. 이때, 상기 선택된 CC는 비면허 대역(unlicensed band)에 대하여 컴포넌트 캐리어(CC: Component Carrier)의 휴지 확률(idle probability)을 고려하여 가장 높은 휴지 확률을 갖는 CC이고, 상기 선택된 휴지 서브프레임의 수(NI)는 상기 선택된 CC에서 WLAN 시스템 큐(queue)에서의 체류 시간을 고려하여 결정될 수 있다. 또한, 상기 사용자 단말은 상기 선택된 RB를 통해 LTE-U 기지국(RRH: Remote Radio Head)으로부터 데이터를 수신하는 단계를 수행할 수 있다.
전술된 본 발명에 따른 비면허 대역에서 LTE와 WLAN의 공존을 위한 채널 선택 및 프레임 스케줄링 동시 최적화 방법에 대한 성능 평가를 위해 시뮬레이션을 진행하고 기존의 방법들과 비교하기로 하자. 이와 관련하여, SOA (Sequential Operation Algorithm)는 본 발명에 따른 최적화 방법을 나타낸다. 반면에, RCMinI는 CC를 임의로 선택하고 idle 서브 프레임을 최소로 할당하는 방법, RCMaxI는 CC를 임의로 선택하고 휴지(idle) 서브 프레임을 최대로 할당하는 방법, PCRI는 CC를 휴지 확률을 고려하여 선택하고 idle 서브 프레임을 임의로 할당해 주는 방법, 마지막으로 PCMinI는 CC를 휴지 확률을 고려하여 선택하고 idle 서브 프레임을 최소로 할당하는 방법을 나타낸다. 한편, 처리율(S)과 WLAN 시스템에서의 체류 시간 증가 비율이 σ보다 커지는 WLAN AP 수의 비율(MF)로 성능 평가를 진행한다.
이와 관련하여, 도 7은 본 발명에 따른 LTE 사용자 수가 증가함에 따라 처리율(S)과 WLAN 시스템에서의 체류 시간 증가 비율이 σ보다 커지는 WLAN AP 수의 비율(MF)의 변화를 나타낸다. 도 7의 (a)를 통해 사용자수가 증가함에 따라 모든 방법의 처리율이 증가하는 것을 확인할 수 있다. 이는 사용자 수가 증가함에 따라 좋은 채널 상태를 가지는 사용자가 있을 확률이 커지기 때문이다. 한편, PCMinI가 최대의 처리율을 가지는 것을 확인할 수 있다. 이는 CC를 휴지 확률을 기반으로 선택했을 뿐 아니라 최소의 idle 서브 프레임을 할당하였기 때문이다. 한편, SOA와 RCMinI의 처리율이 비슷한 것을 확인할 수 있다. SOA는 적은 수의 WLAN AP가 사용하고 있는 CC를 선택했기 때문에 더 많은 idle 서브 프레임을 할당해서 WLAN 시스템의 큰 체류 시간 증가를 막으면서도 idle 서브 프레임을 최소로 할당한 RCMinI와 유사한 처리율을 얻을 수 있다. 반면에 도 7의 (b)를 통해 WLAN 시스템에서 체류 시간 증가 비율이 σ보다 커지는 WLAN AP가 없다는 것을 확인할 수 있다. 즉, 도 7을 통해 SOA가 높은 처리율을 얻으면서 LTE와 WLAN의 공평성을 만족시키는 것을 보여준다.
도 8은 본 발명에 따른 비면허 대역 채널 수에 따른 처리율(S), 휴지 확률(Pk,c) 및 평균 CQI (E[CQI])의 영향을 살펴본 그래프이다. 도 8의 (a)에 따르면, 면허 대역 채널 수가 증가함에 따라 휴지 확률을 기반으로 CC를 선택한 방법들 (즉, SOA, PCRI, PCMinI)의 처리율이 증가하는 것을 확인할 수 있다. 이와 같이 처리율이 증가하는 것은, 도 8의 (c)와 같이, RB를 할당받는 LTE 사용자들의 채널 상태는 유사하지만, 도 8의 (b)와 같이, 휴지 확률을 기반으로 CC를 선택하게 되면 LTE 시스템이 비면허 대역을 사용할 수 있는 확률이 증가하기 때문이다.
한편, 도 9는 본 발명의 실시 예들이 구현되는 무선 통신 시스템을 나타낸다. 여기서, 제1 장치(800)는 프로세서(processor; 810), 메모리(memory; 820) 및 송수신부(transceiver; 830)를 포함한다. 프로세서(810)는 본 명세서에서 설명된 기능, 과정 및/또는 방법을 구현하도록 구성될 수 있다. 인터페이스 프로토콜의 계층들은 프로세서(810)에 의해 구현될 수 있다. 메모리(820)는 프로세서(810)와 연결되어, 프로세서(810)를 구동하기 위한 다양한 정보를 저장한다. 송수신부(830)는 프로세서(810)와 연결되어, 신호를 전송 및/또는 수신한다.
제2 장치(900)는 프로세서(910), 메모리(920) 및 송수신부(930)를 포함한다. 프로세서(910)는 본 명세서에서 설명된 기능, 과정 및/또는 방법을 구현하도록 구성될 수 있다. 인터페이스 프로토콜의 계층들은 프로세서(910)에 의해 구현될 수 있다. 메모리(920)는 프로세서(910)와 연결되어, 프로세서(910)를 구동하기 위한 다양한 정보를 저장한다. 송수신부(930)는 프로세서(910)와 연결되어, 신호를 전송 및/또는 수신한다.
한편, 상기 제1 및 제2 장치(800, 900)는 다양한 조합을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 장치(800)는 사용자 단말이고, 상기 제2 장치(900)는 RRH일 수 있다. 또는, 상기 제1 장치(800)는 사용자 단말이고, 상기 제2 장치(900)는 eNB일 수 있다. 또는, 상기 제1 장치(800)는 사용자 단말이고, 상기 제2 장치(900)는 WLAN AP일 수 있다. 또는, 상기 제1장치(800)는 사용자 단말이고, 복수의 제2장치(900) 중 적어하나와 연결될 수 있다. 예를 들어, 사용자 단말은 RRH 및 WLAN AP 중 적어도 하나와 연결될 수 있다. 한편, 본 발명에서 제안하는 비면허 대역에서 LTE와 WLAN의 공존을 위한 채널 선택 및 프레임 스케줄링 동시 최적화 방법은 사용자 단말이 RRH 및 WLAN AP에 모두 연결될 수 있는 경우를 가정한다. 또한, 사용자 단말은 eNB, RRH 및 WLAN AP에 모두 연결되도록 구성될 수 있다. 이때, 상기 제1 및 제2 장치(800, 900) 간의 인터페이스는 무선 인터페이스이고, 전송/수신되는 신호는 무선 신호일 수 있다.
또한, 상기 제1장치(800)는 eNB 또는 RRH 중 하나이고, 상기 제2장치(900)는 BBU일 수 있다. 이때, WLAN 시스템 큐(queue)에서의 체류 시간에 대한 정보는 WLAN AP로부터 (사용자 단말을 통해 또는 직접) 상기 제2장치(800)로 전달될 수 있다. 따라서, WLAN AP와 BBU 간의 직접 인터페이스가 반드시 필요한 것은 아니다. 이때, 상기 제1 및 제2 장치(800, 900) 간의 인터페이스와 전송/수신되는 신호는 무선 인터페이스와 무선 신호뿐만 아니라, 유선 인터페이스이고, 유선 신호일 수 있다.
프로세서(810, 910)는 ASIC(application-specific integrated circuit), 다른 칩셋, 논리 회로 및/또는 데이터 처리 장치를 포함할 수 있다. 메모리(820, 920)는 ROM(read-only memory), RAM(random access memory), 플래쉬 메모리, 메모리 카드, 저장 매체 및/또는 다른 저장 장치를 포함할 수 있다. 송수신부(830, 930)는 무선 주파수 신호를 처리하기 위한 베이스밴드 회로를 포함할 수 있다. 실시 예가 소프트웨어로 구현될 때, 상술한 기법은 상술한 기능을 수행하는 모듈(과정, 기능 등)로 구현될 수 있다. 모듈은 메모리(820, 920)에 저장되고, 프로세서(810, 910)에 의해 실행될 수 있다. 메모리(820, 920)는 프로세서(810, 910) 내부 또는 외부에 있을 수 있고, 잘 알려진 다양한 수단으로 프로세서(810, 910)와 연결될 수 있다.
상술한 예시적인 시스템에서, 상술된 본 발명의 특징에 따라 구현될 수 있는 방법들은 순서도를 기초로 설명되었다. 편의상 방법들은 일련의 단계 또는 블록으로 설명되었으나, 청구된 본 발명의 특징은 단계들 또는 불록들의 순서에 한정되는 것은 아니며, 어떤 단계는 다른 단계와 상술한 바와 다른 순서로 또는 동시에 발생할 수 있다. 또한, 당업자라면 순서도에 나타낸 단계들이 배타적이지 않고, 다른 단계가 포함되거나 순서도의 하나 또는 그 이상의 단계가 본 발명의 범위에 영향을 미치지 않고 삭제될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
본 발명의 적어도 일 실시 예에 따르면, 비면허 대역에서의 LTE에서 주파수 영역 및 시간 영역에서 적절히 자원을 선택하여, 비면허 대역에서의 LTE와 WLAN에서 높은 처리율과 공평성을 얻을 수 있다는 장점이 있다.
또한, 본 발명의 적어도 일 실시 예에 따르면, 본 발명에 따른 최적화 방법은, 컴포넌트 캐리어를 선택하고 휴지 서브프레임 수를 조절하여, 소형 셀을 포함하는 중첩된 셀에서, 비면허 대역에서의 LTE와 WLAN에서 높은 처리율과 공평성을 얻을 수 있다는 장점이 있다.
소프트웨어적인 구현에 의하면, 본 명세서에서 설명되는 절차 및 기능뿐만 아니라 각각의 구성 요소들은 별도의 소프트웨어 모듈로도 구현될 수 있다. 상기 소프트웨어 모듈들 각각은 본 명세서에서 설명되는 하나 이상의 기능 및 작동을 수행할 수 있다. 적절한 프로그램 언어로 쓰여진 소프트웨어 어플리케이션으로 소프트웨어 코드가 구현될 수 있다. 상기 소프트웨어 코드는 메모리에 저장되고, 제어부(controller) 또는 프로세서(processor)에 의해 실행될 수 있다.
800, 900: 제1 장치, 제2 장치
810, 910: 프로세서
820, 920: 메모리
830, 930: 송수신부

Claims (7)

  1. 비면허 대역에서 LTE와 WLAN의 공존을 위한 채널 선택 및 프레임 스케줄링 동시 최적화 방법에 있어서, 상기 방법은 기저대역 유닛(BBU: Baseband Unit) 풀(pool)에 의해 수행되고,
    비면허 대역(unlicensed band)에 대하여 컴포넌트 캐리어(CC: Component Carrier)의 휴지 확률(idle probability)을 고려하여 가장 높은 휴지 확률을 갖는 CC를 선택하는 단계; 및
    WLAN 시스템 큐(queue)에서의 체류 시간을 고려하여, 상기 선택된 CC에서 휴지 서브프레임(idle subframe)의 수(NI)를 결정하는 단계; 및
    상기 선택된 CC와 상기 휴지 서브프레임의 수에 기반하여, 셀 내의 LTE 사용자 단말로 자원 블록(RB: Resource Block)을 할당하는 단계를 포함하는, 채널 선택 및 프레임 스케줄링 동시 최적화 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 셀은 LTE 기지국(eNB)에 의해 서빙되는 매크로 셀(macro cell)이고, 상기 셀은 LTE-U 기지국(RRH: Remote Radio Head)에 의해 서빙되는 복수의 소형 셀(small cell)을 포함하고, 상기 복수의 소형 셀 중 적어도 일부는 적어도 하나의 WLAN AP에 의해 WLAN 서비스가 수행되는, 채널 선택 및 프레임 스케줄링 동시 최적화 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 가장 높은 휴지 확률을 갖는 CC를 선택하는 단계는,
    k개의 상기 복수의 소형 셀의 각각에 대하여, 높은 순서대로 휴지 확률을 갖는 NCC k개의 CC를 선택하는 것을 특징으로 하고, 상기 NCC k개의 CC는 k번째 소형 셀에서 현재 제공되는 반송파 집성(CA: Carrier Aggregation)에 따라 결정되고,
    상기 높은 순서대로 휴지 확률을 갖는 NCC k개의 CC를 선택하는 것은 상기 CC를 사용하고 있는 WLAN AP의 수가 작은 순서대로 선택되는 것을 특징으로 하는, 채널 선택 및 프레임 스케줄링 동시 최적화 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 선택된 CC에서 휴지 서브프레임(idle subframe)의 수(NI)를 결정하는 단계는,
    상기 휴지 서브프레임을 할당하지 않았을 경우의 상기 WLAN 시스템 큐에서의 체류 시간인 Sk,c B를 계산하는 단계; 및
    k번째 소형 셀에서 c번째 CC인 CC c를 사용하는 상기 휴지 서브프레임의 수(Nk,c I)를 (Nk,c I/Ns)μk,c< λk,c에 기반하여 결정하는 단계 ― 상기 Ns, μk,c 및 λk,c는 각각 프레임 당 서브프레임의 수, 상기 k번째 소형 셀에서 상기 CC c를 사용하는 WLAN 시스템의 서비스 처리 속도 및 패킷 도착 속도 ― 를 포함하는, , 채널 선택 및 프레임 스케줄링 동시 최적화 방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 선택된 CC에서 휴지 서브프레임(idle subframe)의 수(NI)를 결정하는 단계는,
    상기 WLAN 시스템 큐가 안정될 수 있는 상기 휴지 서브프레임의 수(Nk,c I)가 존재하지 않으면, 상기 CC c를 사용하지 않기로 결정하는 단계; 및
    다른 CC c에 대하여, 상기 휴지 서브프레임의 수(Nk,c I)를 하나씩 증가시키면서 상기 WLAN 시스템 큐에서의 체류 시간 증가 비율이 일정수준의 타깃 비율(σ)보다 커지지 않는 최소 휴지 서브프레임의 수를 결정하는 단계를 더 포함하는, 채널 선택 및 프레임 스케줄링 동시 최적화 방법.
  6. 제2항에 있어서,
    상기 선택된 CC와 상기 휴지 서브프레임의 수에 기반하여, 셀 내의 LTE 사용자에게 자원 블록(RB: Resource Block)을 할당하는 단계는,
    일정 시간 이상 동안 RB를 할당받지 못한 제1 LTE 사용자에게 RB를 우선적으로 할당하고,
    상기 제1 LTE 사용자에게 최대 처리율을 보장할 수 있는 RB를 할당하고,
    처리율을 최대화하기 위해, 채널 상태가 좋은 LTE 사용자인 제2 LTE 사용자에게 남아있는 RB를 할당하는 것을 특징으로 하는, 채널 선택 및 프레임 스케줄링 동시 최적화 방법.
  7. 비면허 대역에서 LTE와 WLAN의 공존을 위한 채널 선택 및 프레임 스케줄링 동시 최적화 방법에 있어서, 상기 방법은 LTE 단말에 의해 수행되고,
    기저대역 유닛(BBU: Baseband Unit) 풀(pool)에 의해 선택된 CC와 휴지 서브프레임의 수(NI)에 기반하여, 자원 블록(RB: Resource Block)을 할당받는 단계 ― 상기 선택된 CC는 비면허 대역(unlicensed band)에 대하여 컴포넌트 캐리어(CC: Component Carrier)의 휴지 확률(idle probability)을 고려하여 가장 높은 휴지 확률을 갖는 CC이고, 상기 선택된 휴지 서브프레임의 수(NI)는 상기 선택된 CC에서 WLAN 시스템 큐(queue)에서의 체류 시간을 고려하여 결정됨 ―; 및
    상기 RB를 통해 LTE-U 기지국(RRH: Remote Radio Head)으로부터 데이터를 수신하는 단계를 포함하는, 채널 선택 및 프레임 스케줄링 동시 최적화 방법.
KR1020170032736A 2017-03-15 2017-03-15 비면허 대역에서 ｌｔｅ와 ｗｌａｎ의 공존을 위한 채널 선택 및 프레임 스케줄링 동시 최적화 방법 KR101948872B1 (ko)

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Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2020067715A1 (en) * 2018-09-29 2020-04-02 Samsung Electronics Co., Ltd. Method and device for configuring node to transmit and receive data
CN109981197B (zh) * 2019-03-11 2020-11-03 北京交通大学 LTE非授权频段网络LAA与WiFi共存方法
EP4020838A4 (en) * 2019-10-19 2022-11-23 Guangdong Oppo Mobile Telecommunications Corp., Ltd. METHOD AND DEVICE FOR DETERMINING LOCATION IN THE TIME DOMAIN, TERMINAL, COMPUTER READABLE MEDIA AND CHIP
EP3869896A1 (en) * 2020-02-19 2021-08-25 Siemens Aktiengesellschaft Method for scheduling packets for transmission using a wireless base station and a wireless access controller
CN111526596B (zh) * 2020-05-11 2022-06-28 北京邮电大学 一种wlan网络和移动网络的联合资源调度方法及装置

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2016163802A1 (ko) 2015-04-09 2016-10-13 엘지전자 주식회사 비면허 대역을 지원하는 무선접속시스템에서 cca를 수행하는 방법 및 이를 지원하는 장치
WO2017010764A1 (ko) 2015-07-10 2017-01-19 엘지전자 주식회사 비면허 대역 및 캐리어 결합을 지원하는 무선접속시스템에서 데이터 버스트 전송 방법 및 장치

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7424029B1 (en) * 2003-05-30 2008-09-09 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy Stochastic unified multiple access to a communications channel
US9516639B2 (en) * 2012-06-27 2016-12-06 Sony Corporation Methods and apparatus for communicating resource information with a terminal device
KR102080982B1 (ko) 2015-02-06 2020-02-24 애플 인크. 비면허 무선 주파수 대역에서의 시분할 lte 전송을 위한 방법 및 장치
KR20170009303A (ko) * 2015-07-16 2017-01-25 삼성전자주식회사 무선 통신 시스템에서 자원을 제어하기 위한 장치 및 방법
KR101707163B1 (ko) * 2015-10-02 2017-02-15 성균관대학교산학협력단 무선 통신 시스템에서의 적응적 랜덤 액세스 제어 및 자원 할당 방법과 장치

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2016163802A1 (ko) 2015-04-09 2016-10-13 엘지전자 주식회사 비면허 대역을 지원하는 무선접속시스템에서 cca를 수행하는 방법 및 이를 지원하는 장치
WO2017010764A1 (ko) 2015-07-10 2017-01-19 엘지전자 주식회사 비면허 대역 및 캐리어 결합을 지원하는 무선접속시스템에서 데이터 버스트 전송 방법 및 장치

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
3GPP TSG-RAN WG1 Meeting #86, R1-167345, 2016.08.12.
H.El Ko, J.W Lee, and S.H Pack, "A Fair Listen-Before-Talk Algorithm for Coexistence of LTE-U and WLAN," IEEE Transactions on Vehicular Technology (TVT), Vol. 65, No. 12, pp. 10116-10120, 2016.12.
Z. Guan, T. Melodia, "CU-LTE: Spectrally-efficient and fair coexistence between LTE and Wi-Fi in unlicensed bands", Proc. IEEE Infocom, Apr. 2016.

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