KR102077740B1 - 기지국과의 통신을 위한 자원을 할당하는 방법 및 단말 - Google Patents

기지국과의 통신을 위한 자원을 할당하는 방법 및 단말 Download PDF

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Abstract

본 발명의 일 실시 예에 따른 단말은 단말간 통신(Device to device communication, D2D)을 지원하는 무선 통신 시스템에서 D2D 통신이 가능한 협력 단말(cooperation device)들이 제공 가능한 전송 효율(transmission rate)에 대한 메시지를 수신하는 수신부; 상기 협력 단말들이 제공 가능한 전송 효율을 기초로 상기 협력 단말들에 제안하는 전송 효율을 결정하는 결정부; 및 상기 협력 단말들에 제안하는 전송 효율에 대한 메시지를 상기 협력 단말들에 송신하는 송신부를 포함하고, 상기 결정부는 상기 협력 단말들이 제공 가능한 전송 효율이 수렴할 때까지 상기 협력 단말들에 제안하는 전송 효율 변경하고, 상기 수렴된 전송 효율을 기초로 최종 전송 효율을 결정하는 것을 특징으로 한다.

Description

기지국과의 통신을 위한 자원을 할당하는 방법 및 단말{Method and device for allocating resource to communicate with base station}
기지국과의 통신을 위한 자원을 할당하는 방법 및 단말에 관한 것이다.
기지국(base station)으로부터 단말(device)에 데이터를 전송함에 있어서, 전송 효율(transmission efficiency)을 높이기 위한 기술들이 연구되고 있다. 기지국과 단말은 셀룰러(cellular) 통신을 이용하여 데이터를 송수신할 수 있다. 이때, 네트워크에 포함된 2개의 단말들은 서로 쌍을 이루어 기지국으로부터 분할된 데이터를 송신할 수 있다. 기지국은 다중 입력 다중 출력(Multi-input Multi-output, MIMO) 기술을 이용하여 분할된 데이터를 각각 2개의 단말로 송신할 수 있다. 2개의 단말은 수신된 데이터를 단말간 통신(device-to-device communication, D2D 통신)을 이용하여 송수신한다. D2D 통신을 이용함으로써, 기지국과 단말간의 무선 자원(radio resource)을 효율적으로 이용할 수 있고, 높은 전송 효율을 보장할 수 있다.
기지국과의 통신을 위한 자원을 할당하는 방법 및 단말을 제공하는 데 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 단말은 단말간 통신(Device to device communication, D2D)을 지원하는 무선 통신 시스템에서 D2D 통신이 가능한 협력 단말(cooperation device)들이 제공 가능한 전송 효율(transmission rate)에 대한 메시지를 수신하는 수신부; 상기 협력 단말들이 제공 가능한 전송 효율을 기초로 상기 협력 단말들에 제안하는 전송 효율을 결정하는 결정부; 및 상기 협력 단말들에 제안하는 전송 효율에 대한 메시지를 상기 협력 단말들에 송신하는 송신부를 포함하고, 상기 결정부는 상기 협력 단말들이 제공 가능한 전송 효율이 수렴할 때까지 상기 협력 단말들에 제안하는 전송 효율 변경하고, 상기 수렴된 전송 효율을 기초로 최종 전송 효율을 결정한다.
본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 자원 할당 방법은 단말간 통신(Device to device communication, D2D)을 지원하는 통신(communication) 시스템에서 상기 단말과 기지국(base station)과의 통신을 위한 자원(resource)을 할당하는 방법에 있어서, D2D 통신이 가능한 협력 단말(cooperation device)들과 서로 제공 가능한 전송 효율에 대한 메시지를 상기 제공 가능한 전송 효율의 값이 수렴할 때까지 교환하여, 상기 협력 단말들 중 협력 쌍(cooperation pair)을 이룰 협력 단말을 결정하는 단계; 및 상기 수렴된 전송 효율을 기초로 상기 협력 쌍에 상기 자원을 할당하는 단계를 포함한다.
네트워크의 가장 효율적인 전송 효율을 확보하는 단말들의 협력 쌍(cooperation pair)을 결정할 있다.
단말들 사이에 송수신한 메시지를 기초로 협력 쌍을 결정함으로써, 기지국에 관계없이 협력 쌍을 결정할 수 있다.
도 1은 무선 통신 시스템(radio communication system)을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 단말간 통신(D2D 통신)을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 단말을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 또 다른 일 실시 예에 따른 자원(resource)을 할당하는 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 5는 본 발명의 또 다른 일 실시 예에 따른 자원을 할당하는 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 6은 본 발명의 또 다른 일 실시 예에 따른 자원을 할당하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 본 발명의 또 다른 일 실시 예에 따른 자원을 할당하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예들을 상세히 설명한다.
도 1은 무선 통신 시스템을 설명하기 위한 도면이다. 도 1을 참조하면, 무선 통신 시스템은 기지국(100) 및 복수의 단말들(210 내지 240)을 포함한다. 도 1의 무선 통신 시스템에서는 기지국(100)과 단말들(210 내지 240)이 데이터를 송수신할 수 있을 뿐만 아니라, 단말들(210 내지 240) 사이의 데이터를 송수신할 수 있다.
기지국(100)은 단말들(210 내지 240)에 무선 통신 서비스를 지원하는 무선 통신설비이다. 기지국(100)은 CDMA(Code Division Multiple Access), GSM(Global System for Mobile Communications), WCDMA(Wideband Code Division Multiple Access), LTE(Long Term Evolution) 등의 통신 기술을 지원한다. 기지국(100)은 CDMA, GSM, WCDMA, LTE 등의 통신 기술을 이용하여, 단말들(210 내지 240)에 데이터를 전송한다.
기지국(100)은 다중 입력 다중 출력 기술(MIMO)을 지원한다. MIMO는 복수의 안테나들을 이용하여, 분할된 데이터를 동시에 전송하는 기술이다. 기지국(100)은 복수의 안테나들을 포함하여, 복수의 안테나들을 이용하여 분할된 데이터를 전송할 수 있다. 기지국(100)은 서로 다른 무선 자원을 이용하여 단말들(210 내지 240)에 분할된 데이터를 전송한다. 예를 들어, 기지국(100)은 복수의 안테나들을 통하여 서로 다른 주파수 대역에서 분할된 데이터를 동시에 전송할 수 있다. 도 1 에서는 기지국(100)이 2개의 안테나들(110, 120)을 포함하는 것으로 도시되어있으나, 기지국(100)이 포함하는 안테나의 수는 2개에 한정되지 않는다.
단말들(210 내지 240)은 스마트폰, 태블릿PC 또는 노트북 등과 같은 통신 단말기를 포함한다. 단말들(210 내지 240)은 기지국(100) 또는 주변의 단말과 무선 또는 유선을 통하여 데이터를 송수신할 수 있는 전자기기들을 모두 포함한다.
단말들(210 내지 240)은 기지국(100)과 데이터를 송수신할 뿐만 아니라, 네트워크 내의 다른 단말과도 통신할 수 있다. 단말들(210 내지 240)은 기지국(100)으로부터 데이터를 송수신하고, 수신된 데이터를 다른 단말에 송신하거나 다른 단말로부터 데이터를 수신할 수 있다.
기지국(100)은 서로 다른 주파수 대역을 통해, 단말들(210 내지 240)에 데이터를 전송할 수 있다. 도 1에서는 기지국(100)이 2개의 안테나들(110, 120)을 포함하는 경우를 예를 들어 도시하였으나, 기지국(100)이 포함하는 안테나의 수는 2개 이상일 수 있다. 도 1에서의 hab는 기지국(100)과 단말들(210 내지 240) 간의 무선 통신을 나타낸다. hab에서 a는 단말을 나타내는 인덱스이며, b는 기지국(100)의 안테나를 나타내는 인덱스이다. 예를 들어, h21은 제2 단말(220)과 기지국(100)의 제1 안테나(110)와의 무선 통신을 나타낸다. 기지국(100)이 제1 안테나(110)를 이용하여 제1 내지 제4 단말들(210 내지 240)과 통신하는 것을 h11, h21, h31 및 h41로 나타내었다. 기지국(100)이 제2 안테나(120)를 이용하여 제1 내지 제4 단말들(210 내지 240)과 통신하는 것을 h12, h22, h32 및 h42로 나타내었다.
도 2는 단말간 통신(D2D)을 설명하기 위한 도면이다. 도 2를 참조하면, 도 2는 제1 단말(210)과 제2 단말(220)이 협력 쌍을 이루고, 제3 단말(230)과 제4 단말(240)이 협력 쌍을 이루고 있는 경우를 나타낸다.
제1 단말(210)은 데이터를 수신하기 위하여 제2 단말(220)과 협력 쌍을 이룬다. 제1 단말(210)과 제2 단말(220)이 협력 쌍을 이루면, 제1 단말(210)과 제2 단말(220)은 기지국(100)으로부터 분할된 데이터를 수신한다. 제1 단말(210)과 제2 단말(220)은 수신한 데이터를 서로 교환한다. 다시 말해서, 제1 단말(210)은 분할된 데이터 중 일부는 기지국(100)으로부터 수신하고, 나머지 데이터는 제2 단말(220)로부터 수신한다. 이때, 제1 단말(210) 및 제2 단말(220)은 분할된 데이터를 서로 다른 주파수를 이용하여 기지국(100)으로부터 수신할 수 있다.
제1 단말(210)과 제2 단말은 단말간 통신(D2D 통신)을 통하여 데이터를 송수신한다. 제1 단말(210)과 제2 단말(220)은 Wifi(wireless fidelity), Bluetooth, NFC(near field communication) 등을 이용하여 데이터를 송수신할 수 있다.
도 3는 본 발명의 일 실시 예에 따른 단말(300)을 설명하기 위한 도면이다. 도 3을 참조하면, 단말(300)은 수신부(310), 결정부(320) 및 송신부(330)를 포함한다.
수신부(310)는 기지국(100) 또는 협력 단말들(410, 420)로부터 데이터를 수신한다. 수신부(310)는 기지국(100)으로부터 분할된 데이터를 수신하고, 협력 단말들(410, 420) 중 어느 하나로부터 나머지 데이터를 수신한다.
수신부(310)는 기지국(100)으로부터 전체 전송 효율(total transmission efficiency)을 나타내는 메시지를 수신한다. 전체 전송 효율은 단말(300)이 협력 단말들(410, 420) 중에서 어느 하나의 협력 단말과 협력 쌍을 이루는 경우에 기지국(100)으로부터 제공되는 전송 효율 또는 전송률(transmission rate)을 나타낸다. 다시 말해서, 전체 전송 효율은 단말(300)이 협력 단말들(410, 420) 중 어느 하나의 단말과 협력 쌍을 이룬 경우, 협력 쌍을 이룬 2개의 단말들에 할당 가능한 전송 효율을 나타낸다. 전송 효율은 할당 가능한 자원을 나타낸다. 예를 들어, 협력 쌍에 할당 가능한 자원이 클 수록 전체 전송 효율은 높아진다. 할당 가능한 자원은 할당 가능한 주파수 대역(frequency band)을 나타낼 수 있다. 수신부(310)는 수신한 전체 전송 효율을 나타내는 메시지를 결정부(320)로 출력한다.
수신부(310)는 D2D 통신을 지원하는 무선 통신 시스템에서 D2D 통신이 가능한 협력 단말들(410, 420)이 제공 가능한 전송 효율에 대한 메시지를 수신한다. 협력 단말들(410, 420)은 단말(300)과 D2D 통신이 가능한 단말을 나타낸다. 예를 들어, 협력 단말들(410, 420)은 단말(300)에 인접하여 단말(300)과 통신이 가능한 무선 단말일 수 있다. 단말(300)은 협력 단말들(410, 420)로부터 협력 단말들(410, 420)이 제공 가능한 전송 효율에 대한 메시지를 각각 수신한다. 다시 말해서, 협력 단말들(410, 420)은 전체 전송 효율 중에서 단말(300)에 제공 가능한 전송 효율을 계산하고, 계산된 전송 효율을 포함하는 메시지를 단말(300)로 전송한다.
수신부(310)는 안테나와 같이, 무선 통신에서 전자기파(electromagnetic wave)를 공간으로 보내거나 받는 장치일 수 있다.
수신부(310)는 협력 쌍을 이룬 단말로부터 분할된 데이터를 수신한다. 협력 쌍이 결정되면, 협력 쌍을 이룬 두 단말들은 MIMO 통신을 이용하여, 기지국(100)으로부터 분할된 데이터를 수신한다. 수신부(310)는 기지국(100)으로부터 분할된 데이터를 수신하고, 협력 쌍을 이룬 단말로부터 나머지 분할된 데이터를 수신한다.
결정부(320)는 협력 단말들(410, 420)이 제공 가능한 전송 효율을 기초로 협력 단말들에 제안하는 전송 효율을 결정한다. 결정부(320)는 협력 단말들(410, 420)이 제공 가능한 전송 효율을 수신부(310)로부터 수신한다.
결정부(320)는 협력 단말들(410, 420)이 제공 가능한 전송 효율이 수렴할 때까지 협력 단말들(410, 420)에 제안하는 전송 효율 및 제공 가능한 전송 효율을 변경하고, 수렴된 전송 효율(제안하는 전송 효율 또는 제공 가능한 전송 효율)을 기초로 최종 전송 효율을 결정한다. 전송 효율이 수렴한다는 것은 협력 단말들(410, 420)로부터 수신되는 전송 효율이 이전에 협력 단말들(410, 420)로부터 수신된 전송 효율과 변화가 없다는 것을 나타낸다. 또는, 단말(300)이 협력 단말들(410, 420)에 전송하는 전송 효율에 변화가 없다는 것을 나타낸다. 다시 말해서, 단말(300)과 협력 단말들(410, 420) 사이에 전송 효율에 대한 메시지를 교환하는 과정을 수행하면, 더 이상 교환하는 메시지에 포함된 전송 효율의 값이 변하지 않는다. 결정부(320)는 전송 효율의 값이 변하지 않는 경우, 전송 효율이 수렴한 것으로 판단하고, 최종 전송 효율을 결정한다. 최종 전송 효율은 단말(300)이 어느 하나의 협력 단말과 MIMO 통신할 때, 단말(300)에 보장되는 전송 효율을 나타낸다. 다시 말해서, 단말(300)은 협력 단말들(410, 420)들 중에서 어느 하나의 협력 단말을 협력 쌍으로 결정한다. 최종 전송 효율은 단말(300)이 결정된 협력 단말과 MIMO 통신할 때 기지국(100)으로부터 데이터를 수신할 때의 전송 효율을 나타낸다.
결정부(320)는 협력 단말들(410, 420)이 제공 가능한 전송 효율 중에서 가장 큰 전송 효율을 협력 단말들(410, 420)에 제안하는 최종 전송 효율로 결정한다. 결정부(320)는 협력 단말들(410, 420)이 제공 가능한 전송 효율이 수렴하면, 협력 단말(300)들이 제공 가능한 전송 효율 중 가장 큰 전송 효율을 결정한다. 결정부(320)는 결정된 전송 효율을 최종 전송 효율로 확정한다.
결정부(320)는 가장 큰 전송 효율을 제공 가능한 협력 단말을 협력 쌍으로 결정한다. 협력 단말들(410, 420)이 제공 가능한 전송 효율이 수렴하면, 결정부(320)는 협력 단말(300)들 중에서 가장 큰 전송 효율을 제공할 수 있는 협력 단말을 결정한다. 결정부(320)는 결정된 협력 단말과 협력 쌍을 이룬다. 협력 쌍을 이루면, 협력 쌍을 이룬 단말들은 수렴된 전송 효율에 기초하여, 데이터 송수신을 위한 전송 효율을 확정한다. 다시 말해서, 협력 쌍을 이룬 단말들은 기지국(100)으로부터 분할된 데이터를 수신할 때, 각각 단말들에 확정된 전송 효율에 기초하여, 분할된 데이터를 수신한다. 협력 쌍을 이룬 단말들은 서로 쌍을 이루어, 2개의 송신기를 갖는 하나의 가상 단말처럼 동작한다. 따라서, 기지국(100)과 하나의 가상 단말로써, MIMO 통신이 가능하다.
송신부(330)는 결정부(320)로부터 최종 전송 효율을 수신하여, 기지국(100)으로 최종 전송 효율을 송신한다. 최종 전송 효율은 기지국(100)과 각 단말들 사이의 전송 효율을 나타낸다.
송신부(330)는 결정부(320)로부터 협력 쌍을 이룬 협력 단말이 어느 단말인지를 수신하여, 기지국(100)으로 협력 단말에 대한 정보를 송신한다. 다시 말해서, 송신부(330)는 기지국(100)에 단말(300)이 협력 단말들(410, 420) 중에서 어느 협력 단말과 협력 쌍을 이룰 것인지를 나타내는 정보를 송신한다.
송신부(330)는 분할된 데이터를 협력 쌍을 이룬 단말에 전송한다. 단말(300)은 기지국(100)으로부터 분할된 데이터를 수신하고, 송신부(330)는 수신된 분할된 데이터를 협력 쌍을 이룬 단말에 전송한다.
기지국(100)은 협력 쌍을 이룬 단말들에 분할된 데이터를 각각 전송한다. 기지국(100)은 단말(300)로부터 어느 협력 단말과 협력 쌍을 이루었는지 및 협력 쌍을 이룬 단말들의 전송 효율이 얼마로 확정되었는지를 수신한다. 기지국(100)은 확정된 전송 효율에 기초하여, 두 단말들에 무선 자원을 할당한다. 기지국(100)은 할당된 무선 자원을 이용하여 두 단말들에 분할된 데이터를 전송한다. 다시 말해서, 기지국(100)은 하나의 데이터를 2개의 분할된 데이터로 분할하여, 각각의 분할된 데이터를 두 단말들에 전송한다.
도 4는 본 발명의 또 다른 일 실시 예에 따른 자원 할당 방법을 설명하기 위한 흐름도이다. 도 4는 도 3에 도시된 단말이 자원을 할당하는 단계를 설명하기 위한 흐름도이다. 따라서, 이하 생략된 내용이라 하더라도 단말(300)에 관하여 이상에서 기술된 내용은 도 4의 실시 예에 따른 보상 회로에도 적용된다.
510단계에서, 단말(300)은 D2D 통신이 가능한 협력 단말(cooperation device)들과 서로 제공 가능한 전송 효율에 대한 메시지를 상기 전송 효율의 값이 수렴할 때까지 교환하여, 협력 단말들 중 협력 쌍(cooperation pair)을 이룰 협력 단말을 결정한다. 단말(300)은 수렴된 전송 효율을 기초로 협력 쌍을 이룰 협력 단말을 결정한다.
예를 들어, 단말(300)과 D2D 통신이 가능한 협력 단말들은 단말(300)과 인접한 지역에 위치하여, 단말(300)과 wifi 등과 같은 통신을 이용하여 데이터를 송수신할 수 있는 단말들을 나타낸다. 단말(300)은 협력 단말들에 제공 가능한 전송 효율에 대한 메시지를 전송하며, 협력 단말들은 단말(300)에 제공 가능한 전송 효율에 대한 메시지를 전송한다. 다시 말해서, 단말(300)과 협력 단말들은 제공 가능한 전송 효율에 대한 메시지를 주고 받는다.
단말(300)과 협력 단말들은 제공 가능한 전송 효율의 값이 변하지 않을 때까지 전송 효율에 대한 메시지를 주고 받는다. 다시 말해서, 가장 최근에 보낸 제공 가능한 전송 효율의 값과 보내고자 하는 제공 가능한 전송 효율의 값이 동일할 때까지 단말(300)과 협력 단말들은 전송 효율에 대한 메시지를 교환한다.
520단계에서, 단말(300)은 수렴된 전송 효율을 기초로 상기 협력 쌍에 자원을 할당한다. 단말(300)은 가장 큰 전송 효율을 제공 가능한 협력 단말을 협력 쌍으로 결정한다. 단말(300)은 협력 쌍으로 결정된 협력 단말에 제공 가능한 전송 효율에 기초하여, 협력 쌍으로 결정된 협력 단말에 자원을 할당한다.
도 5는 본 발명의 또 다른 일 실시 예에 따른 자원 할당 방법을 설명하기 위한 흐름도이다. 도 5는 도 3에 도시된 단말(300)이 자원을 할당하는 단계를 설명하기 위한 흐름도이다. 따라서, 이하 생략된 내용이라 하더라도 단말(300)에 관하여 이상에서 기술된 내용은 도 5의 실시 예에 따른 자원 할당 방법에도 적용된다.
610단계에서, 단말(300)은 D2D 통신이 가능한 협력 단말(cooperation device)들과 서로 제공 가능한 전송 효율에 대한 메시지를 교환한다.
620단계에서, 단말(300)은 전송 효율의 값이 수렴했는지 여부를 판단한다. 만약, 전송 효율의 값이 수렴했으면, 640단계로 진행하고, 그렇지 않으면, 630단계로 진행한다.
630단계에서, 단말(300)은 협력 단말들에 제공 가능한 전송 효율을 변경한다. 변경된 전송 효율은 610단계에서, 다시 협력 단말들에 메시지 형태로 전송된다.
640단계에서, 단말(300)은 협력 단말들 중 가장 큰 전송 효율을 제공할 수 있는 협력 단말을 협력 쌍으로 결정한다. 다시 말해서, 단말(300)은 협력 단말들로부터 전송 효율에 관한 복수의 메시지들을 수신한다. 단말(300)은 전송 효율에 관한 복수의 메시지들 중에서 가장 큰 전송 효율이 포함된 메시지를 확인한다. 단말(300)은 확인된 메시지를 전송한 협력 단말을 협력 쌍으로 결정한다.
650단계에서, 단말(300)은 협력 쌍으로 결정된 협력 단말과 교환환 최종 전송 효율에 기초하여 자원을 할당한다. 기지국(100)으로부터 단말(300) 및 협력 쌍으로 결정된 협력 단말로 데이터를 전송할 때 사용되는 무선 자원은 최종 전송 효율에 기초하여 할당된다. 다시 말해서, 기지국(100)과 단말(300) 사이의 무선 자원은 협력 쌍으로 결정된 협력 단말이 단말(300)에 제공 가능한 전송 효율에 따라 결정된다. 즉, 결정된 전송 효율을 보장하기 위한 무선 자원이 할당되어야 한다. 협력 쌍으로 결정된 협력 단말에도 단말(300)이 제공 가능한 전송 효율을 보장하기 위한 무선 자원이 할당된다.
단말(300)과 협력 쌍으로 결정된 협력 단말에 할당되는 전체 무선 자원은 기지국(100)으로부터 수신된다. 다시 말해서, 단말(300)은 협력 단말들과 협력 쌍을 이루는 경우에 제공되는, 기지국(100)과 협력 쌍들 사이의 전체 전송 효율(total transmission rate)을 기지국(100)으로부터 미리 수신한다. 단말(300)과 어느 협력 단말이 협력 쌍을 이루는지에 따라, 전체 전송 효율은 달라진다.
도 6은 본 발명의 또 다른 일 실시 예에 따른 자원을 할당하는 방법을 설명하기 위한 도면이다. 도 6에서는 하나의 기지국(100)내에 4개의 단말들(210 내지 240)이 포함된 경우를 도시하고 있다. 또한, 도 6에서는 단말들(210 내지 240)을 원으로 표시하였으며, 원으로 표시된 단말들을 선으로 연결하고 있다.
선으로 연결된 단말들은 D2D 통신이 가능하다는 것을 나타낸다. 예를 들어 설명하면, 제1 단말(210)은 제2 단말(220)과 D2D 통신이 가능하며, 제2 단말(220)은 제1 및 제3 단말들(210, 230)과 D2D 통신이 가능하다.
도 6에 표시된 기호를 설명하면, i 와 j는 단말을 구분하기 위한 인덱스이다. wij는 단말i와 단말j가 협력 쌍을 이룰 경우, 기지국(100)이 협력 쌍을 이룬 단말들과 통신할 때 보장되는 전체 전송 효율을 나타낸다. mj →i는 단말j가 단말 i에 제공 가능한 전송 효율을 포함하는 메시지를 나타낸다. at i /j는 단말i가 단말j에 제안하는 전송 효율을 포함하는 메시지를 나타낸다. 이때, t는 메시지의 전송 횟수 또는 메시지가 전송되는 시간을 나타낸다. 예를 들어, w12는 제1 단말(210)과 제2 단말이 협력 쌍을 이룰 경우, 기지국(100)과 협력 쌍을 이룬 제1 단말(210)과 제2 단말(220)이 통신할 때 보장되는 전체 전송 효율을 나타낸다. m2→ 1는 제2 단말(220)이 제1 단말(210)에 제공 가능한 전송 효율을 포함하는 메시지를 나타낸다. a2 3 / 1는 제3 단말(230)이 제1 단말(210)에 제안하는 2번째 전송 효율을 포함하는 메시지를 나타낸다.
도 6 및 도 7에서는 설명의 편의를 위해, 선 위에 숫자만을 표시하여 전송 효율을 나타낸다. 선의 중앙의 윗부분에는 wij가 표기된다. 선의 좌측 윗부분에는 mj →i가, 선의 우측 윗부분에는 mi →j가 표기된다. 선의 좌측 아랫부분에는 at i /j가 표기되고, 선의 우측 아랫부분에는 at j /i가 표기된다.
도 6을 참조하여, 4개의 단말들(210 내지 240)이 주고 받는 전송 효율에 대한 메시지에 대하여 설명한다. 도 6에서는 제1 단말(210)은 제2 단말(220)과 D2D 통신이 가능하다. 따라서, 제1 단말(210)은 제2 단말(220)과 협력 쌍을 이루지 않으면 D2D 통신을 할 수 없다. 제2 단말(220)은 제1 및 제3 단말들(210, 230)과 D2D 통신이 가능하다. 따라서, 제2 단말은 제1 및 제3 단말들(210, 230) 중에서 높은 전송 효율을 제공하는 단말과 협력 쌍을 이루도록 제1 및 제3 단말들(210, 230)에 전송 효율에 대한 메시지를 교환한다. 제3 단말(230)도 제2 및 제4 단말들(220, 240)과 D2D 통신을 할 수 있다. 제 4 단말(300)은 제3 단말(230)과 D2D 통신을 할 수 있다.
도 6 및 도 7에서 도시되는 숫자는 전송 효율에 대한 크기를 나타내며, 단위는 bps, kbps, Hz 등과 같은 다양한 형태일 수 있다. 도 6및 도 7에서는 설명의 편의를 위해 숫자만을 도시하였다.
도 7은 본 발명의 또 다른 일 실시 예에 따른 자원을 할당하는 방법을 설명하기 위한 도면이다. 도 7을 참조하면, 4개의 단말들(210 내지 240)이 전송 효율에 관한 거래를 하는 것이 도시되어 있다. 다시 말해서, 4개의 단말들(210 내지 240)은 서로 전송 효율에 대한 입찰을 통하여 전송 효율에 대한 거래를 한다. 도 7에서는 t=0부터 final까지 총 9번의 단계를 거쳐 전송 효율이 수렴하는 것을 도시하고 있다.
4개의 단말들(210 내지 240)은 서로 협력 단말들에 제공 가능한 전송 효율 및 협력 단말들에 제안하는 전송 효율을 각각 산정하여 전송한다. 협력 단말들은 각 단말들마다 D2D 통신이 가능한 단말을 나타낸다. 예를 들어, 제1 단말(210)의 협력 단말은 제2 단말(220)이고, 제2 단말의 협력 단말은 제1 및 제3 단말들(210, 230)이다.
단말이 협력 단말들에 제공 가능한 전송 효율을 산정하는 방법의 일 예를 살펴보면, 4개의 단말들(210 내지 240)은 협력 단말들에 다음의 수학식1을 이용하여 협력 단말들에 제공 가능한 전송 효율을 산정한다.
Figure 112013023341629-pat00001
수학식1에서 + 표시는 괄호 안의 값이 양수이면 양수값 그대로의 값을, 괄호 안의 값이 0보다 작으면 0을 갖는 함수를 나타낸다. 수학식1은 단말i가 단말j에 제공 가능한 전송 효율을 산정하는 수학식을 나타낸다. 단말i는 단말j와 협력 쌍을 이룰 경우의 전체 전송 효율(wij), 단말i가 단말j에 제안하는 전송 효율(at i /j) 및 단말j가 단말i에 제안하는 전송 효율(at j /i)에 기초하여 단말j에 제안하는 전송 효율(mt i→j)를 산정한다.
단말이 협력 단말들에 제안하는 전송 효율을 산정하는 방법의 일 예를 살펴보면, 4개의 단말들(210 내지 240)은 협력 단말들에 다음의 수학식2을 이용하여 협력 단말들에 제안하는 전송 효율을 산정한다.
Figure 112013023341629-pat00002
수학식2에서 max는 복수의 mt k →i의 값들 중에서 가장 큰 값을 선택하는 함수를 나타낸다. t+1은 t보다 1만큼 높은 단계를 나타내거나, 시간적으로 t보다 이후에 산정되는 것임을 나타낸다. N(i)/j는 단말i의 협력 단말들 중에서 단말j을 제외한 나머지 협력 단말들을 나타낸다. 다시 말해서, N(i)/j는 단말i가 단말j에 전송할 at+1 i→j를 산정할 때, 단말j을 제외한 협력 단말들을 나타낸다. 예를 들어, 제2 단말(220)이 at +1 2→3를 산정한다면, N(2)/3는 제1 단말(210)이 된다. s는 스케일을 조절하기 위한 값으로, s값은 사용자에 의해 미리 결정될 수 있다.
단말i는 협력 단말들이 단말i로 전송한 메시지(mt k →i)들 중에서 가장 큰 전송 효율의 값을 선택하여, 단말i가 협력 단말들에 제안하는 전송 효율(at +1 i→j)을 산정한다.
교환하는 전송 효율이 수렴하면, 단말(300)은 다음의 수학식3에 따라 최종 전송 효율을 결정한다.
Figure 112013023341629-pat00003
단말(300)은 협력 단말들로부터 수신된 제공 가능한 전송 효율들 중에서 가장 큰 값을 최종 전송 효율로 결정한다. ri는 단말i가 결정하는 최종 전송 효율을 나타낸다.
도 7을 통하여, 4개의 단말들이 메시지를 교환하여, 전송 효율에 대한 거래를 하는 것을 설명한다.
단말들이 협력 쌍을 이루는 경우, 전체 전송 효율을 설명하면, 제1 단말(210)과 제2 단말(220)의 전체 전송 효율은 8이고, 제2 단말(220)과 제3 단말(230)의 전체 전송 효율은 6이다. 제3 단말(230)과 제4 단말(240)의 전체 전송 효율은 2이다.
t=0에서, 4개의 단말들(210 내지 240)은 서로 제공 가능한 전송 효율에 대한 메시지 및 제안 하는 전송 효율에 대한 메시지를 교환한다. 예를 들어 설명하면, 제2 단말(220)은 제1 단말(210)에 제공 가능한 전송 효율은 4이고, 제3 단말(230)에 제공 가능한 전송 효율은 3이다. 제1 단말(210)은 제2 단말에 제공 가능한 전송 효율은 4이고, 제3 단말(230)은 제2 단말에 제공 가능한 전송 효율은 3이다. t=0에서는 4개의 단말들(210 내지 240)이 제안하는 전송 효율은 0이다.
t=1에서, 4개의 단말들(210 내지 240)은 t=0에서 교환한 메시지를 기초로 서로 제공 가능한 전송 효율에 대한 메시지 및 제안 하는 전송 효율에 대한 메시지를 교환한다. 제2 단말(220)을 기준으로 예를 들어 설명하면, 제2 단말(220)은 수학식1에 의해 제1 단말(210)에 제공하는 m1 2→1(=(8-3)+ - 0.5*(8-3-0)=2.5)을 산정한다. 또한, 제2 단말(220)은 수학식 1에 의해 제3 단말(230)에 제공하는 m1 2→3(=(6-4)+ - 0.5*(6-4-1)=1.5)을 산정한다.
또한, 제2 단말(220)은 수학식2에 의해 제1 단말(210)에 제안하는 a1 2 → 1를 산정함에 있어서, 수신된 m0 1→2 및 m0 3→ 2들 중에서 제1 단말(210)에 제안하므로, 제1 단말(210)로부터 수신된 m0 1→ 2 를 제외한 m0 3→2를 제1 단말(210)에 제안한다. 이 경우에는 제1 단말(210)로부터 수신된 m0 1→2를 제외하면, 제3 단말(230)로부터 수신된 m0 3→2만 남기 때문에, 제2 단말은 제1 단말(210)에 m0 3→2를 a1 2 →1로 제안한다. 만약, 제1 단말(210)로부터 수신된 m0 1→2를 제외하고 복수의 단말로부터 m0 3→2, m0 4→2등이 수신되었다면, 제2 단말(220)은 그 중에서 가장 큰 값을 선택하여 제1 단말(210)에 제안한다. 이때, s=1로 설정되었다.
t=2 내지 t=7 및 final도 상기와 같이 수학식1 및 2에 기초하여, 4개의 단말들이 전송 효율에 대한 메시지를 교환한다. 이때, t=7과 final의 경우를 살펴보면, 교환하는 전송 효율의 값이 변경되지 않는 것을 알 수 있다. 이 경우, 4개의 단말들(210 내지 240)은 전송 효율의 값이 수렴한 것으로 판단하고, 최종 전송 효율 및 협력 쌍을 결정한다. 도 7에서는 제1 및 제2 단말들(210, 220)이 협력 쌍을 이루고, 제3 및 제4 단말들(230, 240)이 협력 쌍을 이루는 것으로 결정된다.
예를 들어, 제2 단말(220)의 경우, 제1 단말(210)은 전송 효율 6.5를 제공 가능하고, 제3 단말(230)은 전송 효율 5를 제공 가능하므로, 제1 단말(210)을 협력 쌍으로 결정한다. 또한, 제1 단말(210)과 제2 단말(220)은 최종 전송 효율인 1.5 및 6.5의 전송 효율에 기초하여, 자원을 할당한다. 할당된 자원에 대한 정보는 기지국(100)으로 전송된다.
두 단말들이 협력 쌍을 이루게 되면, ri+rj=wij의 관계가 달성되고, 협력 쌍을 이루지 못하면, 두 단말에 대해서는 ri+rj≥wij의 관계가 성립된다. 만약, 두 단말들이 협력 쌍을 이룰 때, 개별적으로 기대하는 데이터의 전송 효율을 모두 달성하고 남는 잉여 전송 효율이 서로 동일하게 설정된다면, 다음의 수학식4의 조건이 달성된다.
Figure 112013023341629-pat00004
만약, 잉여 전송 효율을 동일하게 나누지 않는 경우에는 그 비율을 나타내는 pij및 pji에 따라, 다음의 수학식 5의 관계가 성립된다.
Figure 112013023341629-pat00005
또한, 잉여 전송 효율을 동일하게 나누지 않는 경우, 단말(300)은 다음의 수학식6에 따라 협력 단말에 제공 가능한 전송 효율을 산정한다.
Figure 112013023341629-pat00006
상술한 방법을 이용하여, 네트워크 내의 단말들이 D2D 통신을 위한 협력 쌍을 결정한다. 또한, 협력 쌍을 이룬 단말들은 결정된 최종 전송 효율에 따라 기지국과 MIMO 통신을 수행함으로써, 개별 단말들이 기지국과 관계 없이 자원을 할당할 수 있다. 또한, 본 발명에 의한 방법은 네트워크 내의 모든 단말들에 대한 자원이 협력 쌍을 결정한 이후에 전송 효율을 결정하는 방법보다 네트워크 전체의 전송 효율을 높일 수 있다.
한편, 상술한 방법은 컴퓨터에서 실행될 수 있는 프로그램으로 작성 가능하고, 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체를 이용하여 상기 프로그램을 동작시키는 범용 디지털 컴퓨터에서 구현될 수 있다. 또한, 상술한 방법에서 사용된 데이터의 구조는 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 여러 수단을 통하여 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체는 마그네틱 저장매체(예를 들면, 롬, 램, USB, 플로피 디스크, 하드 디스크 등), 광학적 판독 매체(예를 들면, 시디롬, 디브이디 등)를 포함한다.
100: 기지국
300: 단말
310: 수신부
320: 결정부
330: 송신부
410: 협력 단말
420: 협력 단말

Claims (15)

  1. 단말간 통신(Device to device communication, D2D)을 지원하는 무선 통신 시스템에서 D2D 통신이 가능한 협력 단말(cooperation device)들이 제공 가능한 전송 효율(transmission rate)에 대한 메시지를 수신하는 수신부;
    상기 협력 단말들이 제공 가능한 전송 효율을 기초로 상기 협력 단말들에 제안하는 전송 효율을 결정하는 결정부; 및
    상기 협력 단말들에 제안하는 전송 효율에 대한 메시지를 상기 협력 단말들에 송신하는 송신부를 포함하고,
    상기 결정부는 상기 협력 단말들이 제공 가능한 전송 효율이 수렴할 때까지 상기 협력 단말들에 제안하는 전송 효율을 변경하고, 상기 수렴된 전송 효율을 기초로 최종 전송 효율을 결정하는 것을 특징으로 하는 단말.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 결정부는 상기 협력 단말들이 제공 가능한 전송 효율 중에서 가장 큰 전송 효율을 상기 협력 단말들에 제안하는 최종 전송 효율로 결정하는 것을 특징으로 하는 단말.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 결정부는 상기 협력 단말들에 제안하는 전송 효율을 기초로 상기 협력 단말들에 제공 가능한 전송 효율을 결정하고,
    상기 송신부는 상기 협력 단말들에 제공 가능한 전송 효율을 상기 협력 단말들에 송신하는 것을 특징으로 하는 단말.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 결정부는 상기 협력 단말들이 제공 가능한 전송 효율이 수렴하면, 가장 큰 전송 효율을 제공 가능한 협력 단말을 D2D 통신을 위한 협력 쌍(cooperation pair)으로 결정하는 것을 특징으로 하는 단말.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 송신부는 상기 결정된 협력 쌍 및 상기 최종 전송 효율을 기지국으로 송신하는 것을 특징으로 하는 단말.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 수신부는 상기 단말이 상기 협력 단말들과 협력 쌍을 이루는 경우에 제공되는, 기지국(base station)과 상기 협력 쌍들 사이의 전체 전송 효율(total transmission rate)을 상기 기지국으로부터 수신하는 것을 특징으로 하는 단말.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 결정부는 상기 전체 전송 효율의 범위 내에서 상기 협력 단말들에 제공 가능한 전송 효율을 결정하는 것을 특징으로 하는 단말.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 수신부는 상기 협력 단말들이 제안하는 전송 효율을 더 수신하고,
    상기 결정부는 상기 협력 단말들이 제안하는 전송 효율 및 상기 협력 단말들에 제안하는 전송 효율을 기초로 상기 협력 단말들에 제공 가능한 전송 효율을 결정하는 것을 특징으로 하는 단말.
  9. 제 6 항에 있어서,
    상기 결정부는 상기 전체 전송 효율에서 상기 협력 단말들이 제안하는 전송 효율 및 상기 협력 단말들에 제안하는 전송 효율을 제외한 전송 효율을 상기 협력 단말과 미리 정해진 비율에 따라 배분하는 것을 특징으로 하는 단말.
  10. 단말간 통신(Device to device communication, D2D)을 지원하는 통신(communication) 시스템에서 상기 단말과 기지국(base station)과의 통신을 위한 자원(resource)을 할당하는 방법에 있어서,
    D2D 통신이 가능한 협력 단말(cooperation device)들과 서로 제공 가능한 전송 효율에 대한 메시지를 상기 제공 가능한 전송 효율의 값이 수렴할 때까지 교환하여, 상기 협력 단말들 중 협력 쌍(cooperation pair)을 이룰 협력 단말을 결정하는 단계; 및
    상기 수렴된 전송 효율을 기초로 상기 협력 쌍에 상기 자원을 할당하는 단계를 포함하는 자원 할당 방법.
  11. 제 10 항에 있어서, 상기 결정하는 단계는,
    상기 협력 단말들 중 가장 큰 전송 효율을 제공하는 협력 단말을 상기 협력 쌍으로 결정하는 것을 특징으로 하는 자원 할당 방법.
  12. 제 10 항에 있어서, 상기 결정하는 단계는,
    상기 협력 단말들이 제공 가능한 전송 효율을 기초로 상기 협력 단말들에 제안하는 전송 효율을 결정하고,
    상기 협력 단말들에 제안하는 전송 효율의 값이 수렴할 때까지 상기 협력 단말들에 제안하는 전송 효율을 변경하는 것을 특징으로 하는 자원 할당 방법.
  13. 제 10 항에 있어서, 상기 할당하는 단계는,
    상기 수렴된 전송 효율의 값에 대응되는 상기 자원을 상기 협력 쌍에 할당하는 것을 특징으로 하는 자원 할당 방법.
  14. 제 10 항에 있어서, 상기 결정하는 단계는,
    상기 협력 단말들에 제안하는 전송 효율 및 상기 협력 단말들에 제공 가능한 전송 효율에 대한 메시지를 송수신하는 것을 특징으로 하는 자원 할당 방법.
  15. 제 14 항에 있어서, 상기 결정하는 단계는,
    상기 협력 단말들에 제안하는 전송 효율에 대한 메시지는, 상기 협력 단말들로부터 수신되는 상기 협력 단말들이 제공 가능한 전송 효율에 대한 메시지를 기초로 결정되는 것을 특징으로 하는 자원 할당 방법.
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