KR102275426B1 - Efficient resource allocation method and apparatus for satisfying rate-guarantee constraint in device-to-device underlaid cellular network - Google Patents
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Abstract
셀룰러 망과 공존하는 단말 대 단말 통신에서 전송속도 보장 제한 조건을 만족하는 효율적인 자원 할당 방법 및 장치가 제시된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 셀룰러 망과 공존하는 단말 대 단말 통신에서의 자원 할당 방법은, 셀룰러 자원을 공유하는 단말 대 단말(D2D)을 고려하고, 모든 사용자 단말(user equipment, UE)이 미리 결정된 목표 데이터 전송률을 달성하는 동안 채널의 셀룰러 단말(CU)과 D2D 단말(DU)의 임의 매치에 대해 필요한 최소의 채널 대역폭을 계산하는 단계를 포함하여 이루어질 수 있다. 여기서, 상기 최소의 채널 대역폭은 고정되어 있지 않고, 상기 셀룰러 단말(CU), 상기 D2D 단말(DU) 및 채널의 삼중 매치에 근거하여 적응적으로 결정될 수 있다.An efficient resource allocation method and apparatus satisfying a transmission rate guarantee constraint in terminal to terminal communication coexisting with a cellular network are provided. A resource allocation method in terminal-to-terminal communication coexisting with a cellular network according to an embodiment of the present invention considers terminal-to-terminal (D2D) sharing cellular resources, and all user equipment (UE) and calculating a minimum channel bandwidth required for any match of a cellular terminal (CU) and a D2D terminal (DU) of a channel while achieving the determined target data rate. Here, the minimum channel bandwidth is not fixed and may be adaptively determined based on a triple match of the cellular terminal (CU), the D2D terminal (DU), and the channel.
Description
본 발명의 실시예들은 셀룰러 망과 공존하는 단말 대 단말 통신에서 전송속도 보장 제한 조건을 만족하는 효율적인 자원 할당 방법 및 장치에 관한 것이다.Embodiments of the present invention relate to an efficient resource allocation method and apparatus satisfying a transmission rate guarantee constraint in terminal-to-terminal communication coexisting with a cellular network.
5G는 다양한 산업에서 새로운 서비스를 창출할 것으로 기대된다. 5G에서 새롭게 활성화된 서비스 중 하나는 차량-사물 통신(vehicle-to-everything, V2X) 네트워크, 공공 안전 네트워크, 소셜 네트워크 등과 관련된 근접(proximity) 거리에 기반을 둔 서비스들이다. 최근들어, 높은 속도와 짧은 지연 시간이 요구되는 서비스에 대한 수요가 증가하고 있다. 예를 들어, V2X 통신에서는 차선 병합, 조감도(bird's-eye view) 및 주차를 위한 원격 주행이 대표적인 예이다. 공공 안전 네트워크에서, 음성/비디오 전송을 통한 원격 모니터링 및 비상 상황 시 미션 크리티컬 작업 등을 원활히 수행하기 위해선 1 Mbps 이상의 데이터 전송률과 짧은 시간 지연 조건을 충족해야 한다.5G is expected to create new services in various industries. One of the newly activated services in 5G is proximity-based services related to vehicle-to-everything (V2X) networks, public safety networks, social networks, and the like. Recently, the demand for services requiring high speed and low latency is increasing. For example, in V2X communication, lane merging, bird's-eye view, and remote driving for parking are representative examples. In a public safety network, in order to smoothly perform remote monitoring through voice/video transmission and mission-critical tasks in emergency situations, data transmission rate of 1 Mbps or more and short delay conditions must be met.
단말 대 단말(device-to-device, D2D) 통신은 모바일 기기를 대상으로 가까운 거리에 있는 모바일 기기들끼리 직접 통신하는 기술로, 기지국을 거치지 않고 인접 기기간 직접 통신할 수 있기 때문에 5G의 근접 서비스를 지원할 수 있는 중요한 기술로 인식되어 왔다. 여기서, D2D 단말(D2D UE, DU)는 D2D 송신기(D2D transmitter, DT)와 D2D 수신기(D2D receiver, DR)로 구성된다. 기기간 직접 통신이 가능하기 때문에 D2D 통신은 3GPP의 Uu 인터페이스(Uu-interface)와 같이 네트워크 인프라를 통한 기존 통신에 비해 지연 시간 측면에서 유리하다. 또한, 기기와 해당 기지국(base station, BS) 사이의 거리보다 기기간 거리가 상대적으로 짧기 때문에 더 나은 링크 품질을 얻을 수 있고 이는 높은 전송률과 신뢰성 측면에서 유리하다. 또한, DU(D2D UE)와 셀룰러 단말(cellular UE, CU)가 스펙트럼을 공유할 경우 스펙트럼 효율과 네트워크 용량은 더욱 개선될 수 있다.Device-to-device (D2D) communication is a technology that directly communicates between mobile devices in a short distance for a mobile device. It has been recognized as an important technology to support. Here, the D2D terminal (D2D UE, DU) includes a D2D transmitter (DT) and a D2D receiver (D2D receiver, DR). Because direct communication between devices is possible, D2D communication is advantageous in terms of latency compared to conventional communication through network infrastructure such as 3GPP's Uu-interface. In addition, since the distance between the devices is relatively shorter than the distance between the device and the corresponding base station (BS), better link quality can be obtained, which is advantageous in terms of high data rate and reliability. In addition, when a D2D UE (DU) and a cellular UE (CU) share a spectrum, spectrum efficiency and network capacity may be further improved.
그러나, 셀룰러 자원을 공유하는 D2D 통신의 경우 CU와 DU 사이의 심각한 간섭이 발생할 가능성이 있다. 따라서 효과적인 간섭 관리방안은 일정 수준의 서비스 품질(QoS)을 보장하기 위해 적용되어야 한다. 종래에는 신호 대 간섭 잡음비(SINR)의 관점에서 QoS 요건을 보증하기 위한 다양한 전력 제어 계획과 자원 할당 계획이 제안되었다. (비특허문헌 1)에서는, 한 쌍의 CU와 DU 매치의 달성 가능한 데이터 전송률의 합을 최대화하기 위한 전력 제어 기법을 연구하였다. 그러나, 상기 기법은 CU의 SINR만이 목표 SINR 이상이 되도록 하는 것을 보장된다. 또한, 1 CU와 1 DU만 고려되었으며, 따라서 자원 할당이나 채널 할당 문제는 처리되지 않았다. 한편, 복수의 CU와 복수의 DU가 존재할 경우, 모든 CU와 DU의 SINR이 임의의 SINR 임계값을 보장하면서 단말들의 데이터 전송률의 합을 최대화하기 위한 전력 제어 및 자원 할당 기법이 제안되었다. 전력 제어와 자원 할당 외에도, DU에 대한 최적 모드 선택이 검토되었고, 에너지 효율이 성능 측정으로 사용되었다. 그러나 종래 연구들은 각 채널이 고정된 대역폭을 보유하고 있다는 것을 가정한다. 또한, 각 채널은 자원 할당 단계 이전에 이미 CU에게 미리 할당된 것을 가정한다. 따라서, 종래 연구들에서 다루는 자원 할당 문제는 단지 각 CU에 대해 최상의 DU를 선택하는 것이다.However, in the case of D2D communication sharing cellular resources, there is a possibility that serious interference between the CU and the DU may occur. Therefore, effective interference management measures must be applied to ensure a certain level of quality of service (QoS). Conventionally, various power control schemes and resource allocation schemes have been proposed to guarantee QoS requirements in terms of signal-to-interference noise ratio (SINR). In (Non-Patent Document 1), a power control technique for maximizing the sum of the achievable data rates of a pair of CUs and DUs was studied. However, the above technique is guaranteed to ensure that only the SINR of the CU is above the target SINR. In addition, only 1 CU and 1 DU were considered, so resource allocation or channel allocation issues were not addressed. On the other hand, when a plurality of CUs and a plurality of DUs exist, a power control and resource allocation scheme for maximizing the sum of data rates of terminals while guaranteeing an SINR threshold of all CUs and DUs has been proposed. In addition to power control and resource allocation, optimal mode selection for the DU was reviewed, and energy efficiency was used as a performance measure. However, conventional studies assume that each channel has a fixed bandwidth. In addition, it is assumed that each channel is already allocated to the CU before the resource allocation step. Therefore, the resource allocation problem dealt with in the prior studies is only to select the best DU for each CU.
대부분의 종래 연구들의 주요 목표는 데이터 전송률의 합을 극대화하는 것이었고 따라서 개별 UE의 데이터 전송률은 자원 할당 과정에서 크게 고려하지 않았다. 일부의 종래 연구들에서 UE당 최저 목표 SINR을 고려하였지만, 그럼에도 불구하고 각 단말의 데이터 전송률은 고정된 채널 대역폭으로 인해 보장되지 않을 수 있다. 즉, SINR 임계값은 고정 채널 대역폭으로 타겟 데이터 전송률을 충족하도록 충분히 높게 설정해야 한다. 셀룰러 자원을 공유하는 D2D 통신 시스템에서 UE는 CU-DU 매치 및 전력 제어에 따라 다양한 간섭 상황을 경험하며, 고정 채널 대역폭 가정은 유익하지 않을 수 있다. 높은 간섭으로 수신된 SINR이 낮을 경우 고정 채널 대역폭이 목표 데이터 전송률 보장할 만큼 넓지 않을 수 있다. 따라서 송신 전력, 채널 대역폭, 채널 할당을 공동으로 관리하는 것이 최적이다. 그러나, 모든 UE가 목표 데이터 전송률을 달성할 수 있도록 보장하면서, 총 채널 대역폭을 최소화하는 것에 대해 진행된 연구는 현재 거의 없는 실정이다.The main goal of most of the prior studies was to maximize the sum of data rates, so the data rates of individual UEs were not considered in the resource allocation process. Although some prior studies have considered the lowest target SINR per UE, nevertheless, the data rate of each UE may not be guaranteed due to the fixed channel bandwidth. That is, the SINR threshold should be set high enough to satisfy the target data rate with a fixed channel bandwidth. In a D2D communication system sharing cellular resources, the UE experiences various interference situations according to CU-DU match and power control, and the fixed channel bandwidth assumption may not be beneficial. When the received SINR is low due to high interference, the fixed channel bandwidth may not be wide enough to guarantee the target data rate. Therefore, it is optimal to jointly manage transmit power, channel bandwidth, and channel allocation. However, there are currently few studies on minimizing the total channel bandwidth while ensuring that all UEs can achieve the target data rate.
본 발명의 실시예들은 셀룰러 망과 공존하는 단말 대 단말 통신에서 전송속도 보장 제한 조건을 만족하는 효율적인 자원 할당 방법 및 장치에 관하여 기술하며, 보다 구체적으로 셀룰러 자원을 공유하는 D2D 통신 시스템을 고려하고, 모든 사용자 단말(UE)이 사전에 결정된 목표 데이터 전송률을 달성함을 보장하면서 이때 사용되는 총 채널 대역폭을 최소화하는 기술을 제공한다. Embodiments of the present invention describe an efficient resource allocation method and apparatus satisfying a transmission rate guarantee constraint in terminal-to-terminal communication coexisting with a cellular network, and more specifically, considering a D2D communication system sharing cellular resources, It provides a technique for minimizing the total channel bandwidth used at this time while ensuring that all user equipments (UEs) achieve a predetermined target data rate.
본 발명의 일 실시예에 따른 셀룰러 망과 공존하는 단말 대 단말 통신에서의 자원 할당 방법은, 셀룰러 자원을 공유하는 단말 대 단말(D2D)을 고려하고, 셀룰러 단말(CU)과 D2D 단말(DU)이 임의로 매치된 경우 두 사용자 단말(user equipment, UE)이 미리 결정된 목표 데이터 전송률을 달성하기 위해 필요한 최소의 채널 대역폭을 계산하는 단계를 포함하여 이루어질 수 있다. 여기서, 상기 최소의 채널 대역폭은 고정되어 있지 않고, 상기 셀룰러 단말(CU), 상기 D2D 단말(DU) 및 채널의 삼중 매치에 근거하여 적응적으로 결정될 수 있다. A resource allocation method in terminal-to-terminal communication coexisting with a cellular network according to an embodiment of the present invention considers a terminal-to-terminal (D2D) sharing a cellular resource, and a cellular terminal (CU) and a D2D terminal (DU) In this arbitrarily matched case, two user equipments (UEs) calculate a minimum channel bandwidth required to achieve a predetermined target data rate. Here, the minimum channel bandwidth is not fixed and may be adaptively determined based on a triple match of the cellular terminal (CU), the D2D terminal (DU), and the channel.
상기 채널의 셀룰러 단말(CU)과 D2D 단말(DU)의 임의 매치에 대해 필요한 최소의 채널 대역폭을 계산하는 단계는, 공유 채널의 신호 대 간섭 잡음비(SINR)를 기반으로 전력 제어를 통해 제어할 수 있다. The step of calculating the minimum channel bandwidth required for a random match between a cellular terminal (CU) and a D2D terminal (DU) of the channel can be controlled through power control based on the signal-to-interference noise ratio (SINR) of the shared channel. have.
모든 상기 셀룰러 단말(CU), 상기 D2D 단말(DU) 및 채널에 대해 상기 최소의 채널 대역폭을 획득한 후, 각 채널이 할당되는 상기 셀룰러 단말(CU)과 상기 D2D 단말(DU)의 매치로 전체 대역폭을 최소화하도록 채널을 할당하는 단계를 더 포함하여 이루어질 수 있다. After obtaining the minimum channel bandwidth for all the cellular terminals (CUs), the D2D terminals (DUs) and channels, the cellular terminal (CU) to which each channel is allocated and the D2D terminal (DU) The method may further include allocating a channel to minimize bandwidth.
상기 전체 대역폭을 최소화하도록 채널을 할당하는 단계는, 라그랑지안 릴랙션(Lagrangean relaxation)를 적용한 다음, 3-D 정수 프로그래밍 문제(IPP)를 2-D 선형 프로그래밍 문제(LPP)로 분해하여, 각 상기 셀룰러 단말(CU)과 상기 D2D 단말(DU)의 매치에 맞는 채널을 할당할 수 있다. The step of allocating a channel to minimize the overall bandwidth includes applying Lagrangean relaxation, then decomposing a 3-D integer programming problem (IPP) into a 2-D linear programming problem (LPP), A channel suitable for a match between the UE (CU) and the D2D UE (DU) may be allocated.
본 발명의 다른 실시예에 따른 셀룰러 망과 공존하는 단말 대 단말 통신에서의 자원 할당 장치는, 셀룰러 자원을 공유하는 단말 대 단말(D2D)을 고려하고, 모든 사용자 단말(user equipment, UE)이 미리 결정된 목표 데이터 전송률을 달성하는 동안 셀룰러 단말(CU)과 D2D 단말(DU)의 임의 매치에 대해 필요한 최소의 채널 대역폭을 계산하는 최소 채널 대역폭 산정부를 포함하여 이루어질 수 있다. 여기서, 상기 최소의 채널 대역폭은 고정되어 있지 않고, 상기 셀룰러 단말(CU), 상기 D2D 단말(DU) 및 채널의 삼중 매치에 근거하여 적응적으로 결정될 수 있다. An apparatus for allocating resources in terminal-to-terminal communication coexisting with a cellular network according to another embodiment of the present invention considers terminal-to-terminal (D2D) sharing cellular resources, and all user equipment (UE) in advance and a minimum channel bandwidth calculator for calculating a minimum channel bandwidth required for a random match between a cellular terminal (CU) and a D2D terminal (DU) while achieving the determined target data rate. Here, the minimum channel bandwidth is not fixed and may be adaptively determined based on a triple match of the cellular terminal (CU), the D2D terminal (DU), and the channel.
본 발명의 실시예들에 따르면 셀룰러 자원을 공유하는 D2D를 고려하고, 모든 사용자 단말(UE)이 사전에 결정된 목표 데이터 전송률을 달성해야 하는 동안 총 채널 대역폭을 최소화하는, 셀룰러 망과 공존하는 단말 대 단말 통신에서 전송속도 보장 제한 조건을 만족하는 효율적인 자원 할당 방법 및 장치를 제공할 수 있다. According to embodiments of the present invention, considering D2D sharing cellular resources, and minimizing the total channel bandwidth while all user terminals (UEs) must achieve a predetermined target data rate, the terminal to coexist with the cellular network It is possible to provide an efficient resource allocation method and apparatus satisfying a transmission rate guarantee constraint condition in terminal communication.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 시스템 모델을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 기존의 채널 자원 할당 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 채널 자원 할당 방법의 예를 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 자원 할당 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 자원 할당 장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 일 실시예에 따른 최적화 문제를 시각화하여 나타낸 도면이다.1 is a diagram for explaining a system model according to an embodiment of the present invention.
2 is a diagram for explaining an existing method of allocating channel resources.
3 is a diagram illustrating an example of a 3D channel resource allocation method according to an embodiment of the present invention.
4 is a flowchart illustrating a resource allocation method according to an embodiment of the present invention.
5 is a diagram for explaining an apparatus for allocating a resource according to an embodiment of the present invention.
6 is a diagram illustrating a visualization of an optimization problem according to an embodiment.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 설명한다. 그러나, 기술되는 실시예들은 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명되는 실시예들에 의하여 한정되는 것은 아니다. 또한, 여러 실시예들은 당해 기술분야에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 도면에서 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. However, the described embodiments may be modified in various other forms, and the scope of the present invention is not limited by the embodiments described below. In addition, various embodiments are provided in order to more completely explain the present invention to those of ordinary skill in the art. The shapes and sizes of elements in the drawings may be exaggerated for clearer description.
본 실시예들에서, '셀룰러 단말(Cellular User Equipment, CU)'은 기지국에 속하는 사용자 단말들을 나타내는 것으로서, 예컨대 기지국의 커버리지(coverage)에 위치하는 스마트폰(smartphone), 태블릿(tablet), 웨어러블 디바이스(wearable device), 노트북, 2G/3G 단말 등을 포함할 수 있다. In the present embodiments, 'Cellular User Equipment (CU)' refers to user terminals belonging to a base station, for example, a smartphone, a tablet, and a wearable device located in the coverage of the base station. (wearable device), notebook computers, 2G/3G terminals, and the like.
본 실시예들에서, 'D2D 단말(D2D User Equipment, DU)'은 직접 통신이 가능한 전자기기를 나타내는 것으로서, 예컨대, IoT(Internet of Things) 네트워크를 형성하는 전자 기기를 나타낼 수 있다. 즉, 기지국을 통하지 않고 단말들 간에 직접적으로 데이터를 송수신할 수 있는 전자 기기를 나타낼 수 있다. In the present embodiments, 'D2D User Equipment (DU)' refers to an electronic device capable of direct communication, and may represent, for example, an electronic device forming an Internet of Things (IoT) network. That is, it may represent an electronic device capable of directly transmitting and receiving data between terminals without going through a base station.
단말 대 단말(D2D) 통신은 다양한 근접 서비스를 위한 중요한 기법이다. 높은 전송률과 높은 스펙트럼 효율 외에도 게임 및 실시간 오디오/비디오 전송 등 다양한 애플리케이션에서 최소 데이터 전송률과 엄격한 대기 시간이 점점 더 요구되고 있다. Terminal-to-terminal (D2D) communication is an important technique for various proximity services. In addition to high data rates and high spectral efficiency, various applications, such as gaming and real-time audio/video transmission, increasingly require minimum data rates and tighter latency.
아래의 본 발명의 실시예에서는 셀룰러 자원을 공유하는 D2D를 고려하고, 모든 사용자 단말(UE)이 사전에 결정된 목표 데이터 전송률을 달성해야 하는 동안 총 채널 대역폭을 최소화하는 것을 목표로 한다. 최적화 문제는 셀룰러 UE(CU)와 D2D UE(DU), 채널 할당 및 전력 제어 간의 매치와 관련이 있다. 최적화 문제는 두 개의 하위 최적화 문제로 분리되어 전력 제어와 채널 할당 문제를 별도로 해결한다. CU, DU, 채널의 임의 매치의 경우, 공유 채널의 최소 채널 대역폭은 신호 대 간섭 잡음비(SINR) 기반 전력 제어에 기초해 도출된다. 채널 할당(CU, DU, 채널)은 삼중인 3차원(3-D) 정수 프로그래밍 문제(IPP)이다. 라그랑지안 릴랙션(Lagrangean relaxation)를 적용한 다음, 3-D IPP를 2-D 선형 프로그래밍 문제(LPP)로 분해한다. The following embodiments of the present invention consider D2D sharing cellular resources and aim to minimize the total channel bandwidth while all user terminals (UEs) must achieve a predetermined target data rate. The optimization problem relates to the match between cellular UE (CU) and D2D UE (DU), channel allocation and power control. The optimization problem is split into two sub-optimization problems, solving the power control and channel allocation problems separately. For any match of CU, DU, and channel, the minimum channel bandwidth of the shared channel is derived based on signal-to-interference noise ratio (SINR) based power control. Channel assignment (CU, DU, channel) is a triple three-dimensional (3-D) integer programming problem (IPP). After applying Lagrangean relaxation, the 3-D IPP is decomposed into a 2-D linear programming problem (LPP).
먼저, 시스템 모델 및 문제 공식화에 대해 설명한다.First, the system model and problem formulation are described.
시스템 모델system model
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 시스템 모델을 설명하기 위한 도면이다. 1 is a diagram for explaining a system model according to an embodiment of the present invention.
도 1을 참조하면, 상향링크 시 셀룰러 자원을 공유하는 D2D 통신 보여준다.Referring to FIG. 1 , it shows D2D communication in which cellular resources are shared during uplink.
셀룰러 망(100)은 기지국(110)에 속하는 사용자 단말(즉, 셀룰러 단말(CU), 120), D2D 단말 쌍들을 포함할 수 있고, D2D 단말 쌍들은 D2D 송신기(D2D transmitter, DT)(131)와 D2D 수신기(D2D receiver, DR)(132)로 구성될 수 있다.The
기지국(110)과 셀룰러 단말(120) 간에 통신을 위해 할당된 주파수 자원은 D2D 단말 쌍(131, 132)들과 공유될 수 있다. 이 때, D2D 단말 쌍(131, 132)에 속하는 D2D 송신기(DT, 131) 및 D2D 수신기(DR, 132)는 기지국(110) 및 셀룰러 단말(120)과 가깝게 위치할 수 있다. 또한, D2D 단말 쌍(131, 132)에 속하는 D2D 송신기(DT, 131) 및 D2D 수신기(DR, 132)는 기지국(110) 및 셀룰러 단말(120)과 멀리 위치할 수 있다. A frequency resource allocated for communication between the
여기에서는 N개의 셀룰러 단말(CU, 120)와 M(NM)개의 D2D 송신기(DT, 131)가 셀에 임의로 위치하는 단일 셀을 고려한다. D2D 송신기(DT, 131)와 하나의 D2D 수신기(DR, 132)가 D2D 단말(DU)을 형성하며, 모든 DR(132)은 해당 DT(131)의 근처에 위치해 있다. Here, consider a single cell in which N cellular terminals (CUs) 120 and M (NM) D2D transmitters (DTs, 131) are arbitrarily located in the cell. A D2D transmitter (DT, 131) and one D2D receiver (DR, 132) form a D2D terminal (DU), and all
여기서, 모든 CU(120)와 DT(131)에 단일 송신 안테나가 장착되어 있다고 가정한다. BS(110)와 모든 DR(132)에는 단일 수신 안테나가 장착되어 있다. 네트워크는 채널 대역폭이 가변적인 N개의 직교 채널로 제공된다고 가정한다. 모든 UE는 오직 하나의 채널만 할당받는다. 또한, 모든 채널은 한 개의 CU(120)에게만 할당되거나 한 개의 CU(120)와 한 개의 DU(131, 132)로 구성된 매치에게 할당된다. 모든 DU(131, 132)는 전송 채널을 공유하기 위해 CU(120)와 매치되어야 한다. Here, it is assumed that all
채널 n이 CU i (또는 CUi)와 DU j (또는 DUj)에 의해 공유되는 경우, CU i와 DT j는 각각 BS와 DR j (또는 DRj)에 신호를 동시에 전송한다. 여기서, CU로부터 링크의 채널 이득을 나타내기 위해, 여기에서는 h 문자를 사용한다. 또한 BS 인덱스로써 B를 사용한다. 그런 다음, 채널 n의 CUi에서 BS로 연결되는 링크의 채널 이득은 hi,B[n]으로 표시된다. 여기에서는 문자 g를 사용하여 DT의 링크에 대한 채널 이득을 나타낸다. 예를 들어, gj,j [n]은 채널 n의 DTj에서 DRj까지 링크의 채널 이득을 나타낸다. DTj에서 DRj로 전송되는 신호는 BS에 간섭(CCI)을 일으키며 해당 간섭 링크의 채널 이득은 gj,B[n]으로 표시된다. 마찬가지로, hi,j[n]은 CUi로부터 DRj에 대한 간섭 링크의 채널 이득을 나타낸다.When channel n is shared by CU i (or CUi) and DU j (or DUj), CU i and DT j simultaneously transmit signals to BS and DR j (or DRj), respectively. Here, to indicate the channel gain of the link from the CU, the letter h is used here. Also, B is used as the BS index. Then, the channel gain of the link from CUi of channel n to BS is denoted by hi,B[n]. The letter g is used here to indicate the channel gain for the link of the DT. For example, gj,j[n] represents the channel gain of the link from DTj to DRj of channel n. The signal transmitted from DTj to DRj causes interference (CCI) in the BS, and the channel gain of the interference link is expressed as gj,B[n]. Similarly, hi,j[n] represents the channel gain of the interfering link from CUi to DRj.
도 2는 기존의 채널 자원 할당 방법을 설명하기 위한 도면이다.2 is a diagram for explaining an existing method of allocating channel resources.
도 2의 (a)를 참조하면, 고정 채널 대역폭을 가진 각 채널이 채널 할당 전에 1 CU에 사전 할당되는 채널 할당 체계를 나타낸다. 각 채널에는 채널 대역폭을 암시하는 M 박스가 존재하며, 박스 색상의 강도는 CU와 DU 매치의 데이터 전송률 합계를 나타낸다. Referring to (a) of FIG. 2 , a channel allocation scheme in which each channel having a fixed channel bandwidth is pre-allocated to 1 CU before channel allocation is shown. In each channel, there are M boxes implying the channel bandwidth, and the intensity of the box color represents the sum of the data rates of the CU and DU matches.
예를 들어, 채널 1은 CU1에 사전 할당되며, 어떤 DU가 채널 1을 공유하느냐에 따라 색상 강도가 달라진다. 채널 1의 경우, CU1과 DU2의 매치가 M개의 가능한 매치 중에서 가장 좋으므로, DU2에 링크된 해당 박스에 가장 짙은 녹색으로 표시한다. 마찬가지로, DU1과 DUM은 각각 CU2와 CUN의 최상의 매치로 선정된다. 도 2의 (b)는 채널 할당 결과를 표시한다.For example,
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 채널 자원 할당 방법의 예를 나타내는 도면이다. 3 is a diagram illustrating an example of a 3D channel resource allocation method according to an embodiment of the present invention.
도 3의 (a)를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 채널 자원 할당 방법의 예를 나타낸다. 각 박스의 크기에 해당하는 채널 대역폭은 각 매치의 채널 용량에 따라 적응적으로 결정되므로 CU와 DU는 미리 결정된 목표 데이터 전송률을 달성할 수 있다. 채널이 공유되는 경우, 어떤 CU와 DU가 매치하느냐에 따라 CCI와 그에 따라 채널 용량은 사례별로 달라질 수 있다. 따라서 각 채널에는 서로 다른 대역폭으로 가능한 NM개의 매치가 존재하며, 이는 NM 박스로 설명된다. Referring to FIG. 3A , an example of a 3D channel resource allocation method according to an embodiment of the present invention is shown. Since the channel bandwidth corresponding to the size of each box is adaptively determined according to the channel capacity of each match, the CU and the DU can achieve a predetermined target data rate. When a channel is shared, the CCI and thus the channel capacity may vary depending on which CU and DU match. Thus, there are NM possible matches for each channel with different bandwidths, which are described as NM boxes.
총 채널 대역폭을 최소화하기 위해 채널이 할당되면 채널당 최선의 매치가 채널 대역폭에 따라 결정된다. 예를 들어, 채널 1에서 가장 작은 박스에 해당하는 CU2와 DU2의 매치가 채널 1에서 최상의 매치일 수 있다. 마찬가지로, CU1과 DUM이 채널 2에서 최상의 매치일 수 있고, CUN과 DU1은 채널 N에서 최상의 매치일 수가 있다. When channels are allocated to minimize the total channel bandwidth, the best match per channel is determined by the channel bandwidth. For example, a match between CU2 and DU2 corresponding to the smallest box in
도 3의 (b)는 채널 대역폭에 따른 채널 할당 결과를 표시한다. 여기서, 이전 선택 단계에서 최상의 매치로 선택된 DU가 나중의 선택 단계와도 최상의 매치일 수 있다. 예를 들어, DUM은 CU3와 최상의 매치일 수가 있다. 따라서 최상의 채널 할당을 찾기 위해서는 가능한 총 N2M(N x N x M) 일치 항목을 검색해야 한다.3B shows the channel allocation result according to the channel bandwidth. Here, the DU selected as the best match in the previous selection step may also be the best match with the later selection step. For example, DUM may be the best match for CU3. Therefore, in order to find the best channel assignment, it is necessary to search the total possible N 2 M (N x N x M) matches.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 자원 할당 방법을 설명하기 위한 흐름도이다. 4 is a flowchart illustrating a resource allocation method according to an embodiment of the present invention.
도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 셀룰러 망과 공존하는 단말 대 단말 통신에서의 자원 할당 방법은, 셀룰러 자원을 공유하는 단말 대 단말(D2D)을 고려하고, 모든 사용자 단말(UE)이 미리 결정된 목표 데이터 전송률을 달성하는 동안 셀룰러 단말(CU)과 D2D 단말(DU)의 임의 매치에 대해 필요한 최소의 채널 대역폭을 계산하는 단계(S110)를 포함하여 이루어질 수 있다. Referring to FIG. 4 , a resource allocation method in terminal-to-terminal communication coexisting with a cellular network according to an embodiment of the present invention considers terminal-to-terminal (D2D) sharing cellular resources, and all user terminals (UEs) ) while achieving a predetermined target data rate, calculating the minimum channel bandwidth required for any match between the cellular terminal (CU) and the D2D terminal (DU) ( S110 ).
또한, 모든 셀룰러 단말(CU), D2D 단말(DU) 및 채널에 대해 최소의 채널 대역폭을 획득한 후, 각 채널에 할당되는 셀룰러 단말(CU)과 D2D 단말(DU)의 매치로 전체 대역폭을 최소화하도록 채널을 할당하는 단계(S120)를 더 포함하여 이루어질 수 있다. In addition, after obtaining the minimum channel bandwidth for all cellular terminals (CUs), D2D terminals (DUs) and channels, the total bandwidth is minimized by matching the cellular terminals (CUs) and D2D terminals (DUs) allocated to each channel The step of allocating a channel to do so (S120) may be further included.
본 발명의 일 실시예에 따른 자원 할당 방법은 본 발명의 일 실시예에 따른 자원 할당 장치를 예를 들어 보다 상세히 설명할 수 있다. The resource allocation method according to an embodiment of the present invention may be described in more detail with the example of the resource allocation apparatus according to an embodiment of the present invention.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 자원 할당 장치를 설명하기 위한 도면이다. 5 is a diagram for explaining an apparatus for allocating a resource according to an embodiment of the present invention.
도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 셀룰러 망과 공존하는 단말 대 단말 통신에서의 자원 할당 장치(500)는 최소 채널 대역폭 산정부(510)를 포함하여 이루어질 수 있고, 실시예에 따라 3차원 채널 할당부(520)를 더 포함하여 이루어질 수 있다.Referring to FIG. 5 , the
단계(S110)에서, 최소 채널 대역폭 산정부(510)는 셀룰러 자원을 공유하는 단말 대 단말(D2D)을 고려하고, 모든 사용자 단말(UE)이 미리 결정된 목표 데이터 전송률을 달성하는 동안 셀룰러 단말(CU)과 D2D 단말(DU)의 임의 매치에 대해 필요한 최소의 채널 대역폭을 계산할 수 있다. 여기서, 최소의 채널 대역폭은 고정되어 있지 않고, 셀룰러 단말(CU), D2D 단말(DU) 및 채널의 삼중 매치에 근거하여 적응적으로 결정될 수 있다. In step S110, the minimum channel
공유 채널의 최소의 채널 대역폭은 신호 대 간섭 잡음비(SINR)를 기반으로 전력 제어를 통해 제어할 수 있다. 기존에는 단말이 SNR로 전력 제어를 하여 간섭을 고려하지 않게 되어 어떻게 셀룰러 단말(CU)과 D2D 단말(DU)의 쌍을 맺는 지에 상관없이 단말의 전력 제어를 하였으나, 실시예들에 따르면 SINR로 전력 제어를 하여 셀룰러 단말(CU)과 D2D 단말(DU)의 쌍을 맺을 때마다 최적의 전력 제어를 수행할 수 있다. 이러한 전력 제어는 반복적(iterative)으로 풀리는 복잡한 문제인데, 이를 2가지 정도의 근사화를 통해 닫힌 형식(closed-form)으로 간단히 구할 수 있다. 이 때, 사용한 근사화는 잡음 전력은 충분히 작다는 사실과 단말들의 SINR값이 주로 1보다는 크다는 사실에 기반한다. 또한, 채널 할당 문제는 D2D 단말과 셀룰러 단말, 채널의 3-tuple 조합을 찾는 3차원 문제로 복잡한데 이를 라그랑지안 릴랙션(Lagrangean relaxation)과 두 개의 2차원 문제로 변경하여 해결할 수 있다. The minimum channel bandwidth of the shared channel can be controlled through power control based on the signal-to-interference noise ratio (SINR). Conventionally, since the UE does not consider interference by controlling the power with SNR, the power of the UE is controlled regardless of how the cellular UE (CU) and the D2D UE (DU) are paired. By controlling the cellular terminal (CU) and the D2D terminal (DU), the optimal power control can be performed whenever a pair is established. Such power control is a complex problem to be solved iteratively, and it can be simply obtained in a closed-form form through two approximations. At this time, the approximation used is based on the fact that the noise power is sufficiently small and the SINR values of the terminals are mainly larger than 1. In addition, the channel allocation problem is a complex three-dimensional problem of finding a 3-tuple combination of a D2D terminal, a cellular terminal, and a channel, which can be solved by changing it to Lagrangean relaxation and two two-dimensional problems.
단계(S120)에서, 3차원 채널 할당부(520)는 모든 셀룰러 단말(CU), D2D 단말(DU) 및 채널에 대해 최소의 채널 대역폭을 획득한 후, 각 채널이 할당되는 셀룰러 단말(CU)과 D2D 단말(DU)의 매치로 전체 대역폭을 최소화하도록 채널을 할당할 수 있다. In step S120, the
총 채널 대역폭을 최소화하기 위해, 채널이 할당되면 채널당 CU와 DU(D2D UE)의 매치가 채널 대역폭에 따라 결정될 수 있다. 그리고, 채널 대역폭은 각 CU와 DU의 매치의 채널 용량에 따라 적응적으로 결정됨에 따라 CU와 DU는 미리 결정된 목표 데이터 전송률을 달성할 수 있다. In order to minimize the total channel bandwidth, when a channel is allocated, a match of a CU and a DU (D2D UE) per channel may be determined according to the channel bandwidth. And, as the channel bandwidth is adaptively determined according to the channel capacity of the match of each CU and DU, the CU and the DU may achieve a predetermined target data rate.
컴퓨팅 복잡성을 줄이기 위해 임의 매치를 위한 최소의 채널 대역폭을 도출하기 위한 최적의 전송 전력 제어와 3-D 채널 할당 문제에 대해 각각 차선해를 도출하는 방법도 제안한다. 최적 전송 전력 제어 문제는 근사화를 활용하여 닫힌 형태(closed-form)로 차선해를 제안한다. 3-D 채널 할당 문제는 두 가지 하위 최적화 문제로 분해하여 계산할 수 있다. 3차원 채널 할당부(520)는 라그랑지안 릴랙션(Lagrangean relaxation)를 적용한 다음, 3-D 정수 프로그래밍 문제(IPP)를 2-D 선형 프로그래밍 문제(LPP)로 분해하여, 각 셀룰러 단말(CU)과 D2D 단말(DU)의 매치에 맞는 채널을 할당할 수 있다. To reduce computational complexity, we also propose an optimal transmit power control for deriving the minimum channel bandwidth for a random match and a method for deriving sub-optimal solutions to the 3-D channel allocation problem, respectively. The optimal transmit power control problem proposes a sub-optimal solution in a closed-form using approximation. The 3-D channel allocation problem can be calculated by decomposing it into two sub-optimization problems. The three-
본 발명에서 모든 UE가 적절한 전력 제어 계획과 함께 최소의 총 채널 대역폭으로 목표 데이터 전송률을 달성할 수 있음을 보증하는 것을 목표로 한다. 대부분의 기존의 작업에서는 각 CU가 사전 할당된 채널을 가지고 있다고 가정하므로, 채널 할당 문제는 각 CU에 대해 최고 DU를 매치하여 데이터 전송률 합계를 최대화하는 것이다. 이 경우 각 CU에 대해 M DU 중 1개를 선택한다. 그러나, 본 발명에 따르면 각 채널 할당 결정 순간, 채널은 DU뿐 아니라 CU에 대해서도 재할당할 수 있어 더 나은 채널을 선택할 가능성이 높아진다. 이러한 3-D 채널 할당은 컴퓨팅 복잡성의 증가를 감수하면서 성능을 개선할 수 있다. 복잡성을 완화하기 위해 라그랑지안 릴랙션(Lagrangean relaxation)와 하위 단계 반복 알고리즘을 사용할 수 있다. 아래에서 하위 최적화 알고리즘을 제안한다.The present invention aims to ensure that all UEs can achieve a target data rate with a minimum total channel bandwidth with an appropriate power control scheme. Since most existing tasks assume that each CU has a pre-allocated channel, the channel allocation problem is to match the highest DU for each CU to maximize the sum of data rates. In this case, one of M DUs is selected for each CU. However, according to the present invention, at the moment of determining each channel allocation, channels can be reallocated not only for DUs but also for CUs, which increases the possibility of selecting a better channel. This 3-D channel assignment can improve performance at the expense of increased computational complexity. To alleviate the complexity, Lagrangean relaxation and sub-step iterative algorithms can be used. We propose a sub-optimization algorithm below.
기존의 작업에서는 데이터 전송률의 총합을 최대화하는 것에 초점을 맞추어서, SINR 보장을 위해 UE의 전송 전력이 결정된다. 하지만 채널 대역폭이 고정되어 있으므로, 이 방법이 목표 데이터 전송률을 확보하기에는 효율적이지 않다. SINR이 변화함에 따라 채널 용량은 변화하므로 목표 데이터 전송률을 보장하는 데 필요한 채널 대역폭을 조정할 필요가 있다. 동시에, 공유 채널의 채널 대역폭은 더 좋지 않은 SINR을 가진 사용자에 의해 결정되므로, 더 좋지 않은 SINR을 최대한 증가시키기 위해 전력을 제어할 필요가 있다. 전력 제어에 대한 정확한 솔루션은, 예를 들어 루트 찾기 알고리즘을 통한 반복 계산을 포함한다. 복잡성을 줄이기 위해 전력을 닫힌 형태(closed-form)로 계산할 수 있는 하위 최적화 알고리즘이 제안된다.Existing work focuses on maximizing the sum of data rates, so the transmit power of the UE is determined to ensure SINR. However, since the channel bandwidth is fixed, this method is not efficient to secure the target data rate. As the SINR changes, the channel capacity changes, so it is necessary to adjust the channel bandwidth required to ensure the target data rate. At the same time, since the channel bandwidth of the shared channel is determined by the user with the worse SINR, it is necessary to control the power to maximize the worse SINR. A precise solution to power control involves iterative computation, for example, through a route finding algorithm. To reduce the complexity, a sub-optimization algorithm that can compute the power in a closed-form is proposed.
본 발명의 실시예에서는, 기존의 많은 연구들과 달리 채널 대역폭이 고정되어 있지 않고, CU, DU, 채널의 삼중 매치에 근거하여 적응적으로 결정되는 시스템을 고려한다. 더 자세한 내용은 목표 데이터 전송률을 보장하기 위한 최소 채널 대역폭을 최대 전송 전력 제약조건을 만족하면서 도출한다. CU, DU의 매치마다 최소 채널 대역폭이 다르다. 따라서, 나머지 문제는 전체 채널 대역폭을 최소화하는 동시에 목표 데이터 전송률을 보장하는 3차원(3-D) 할당 문제이다. 혼합 정수 비선형 프로그래밍(MINLP) 문제이기 때문에 라그랑지안 릴랙션(Lagrangean relaxation)를 적용한 다음, 완화된 문제를 두 개의 하위 최적화 문제로 분해한다. 마지막으로, 이러한 2차원(2-D) 문제는 subgradient 알고리즘에 기초하여 반복적으로 해결된다.In an embodiment of the present invention, a system in which the channel bandwidth is not fixed, and is adaptively determined based on a triple match of CU, DU, and channel, unlike many existing studies, is considered. In more detail, the minimum channel bandwidth for guaranteeing the target data rate is derived while satisfying the maximum transmission power constraint. The minimum channel bandwidth is different for each match of CU and DU. Therefore, the remaining problem is a three-dimensional (3-D) allocation problem that guarantees a target data rate while minimizing the overall channel bandwidth. Since it is a mixed integer nonlinear programming (MINLP) problem, Lagrangean relaxation is applied, and then the relaxed problem is decomposed into two suboptimal problems. Finally, this two-dimensional (2-D) problem is iteratively solved based on the subgradient algorithm.
문제 공식화problem formulation
목표 데이터 전송률을 보장하기 위해 채널 n의 CUi와 DUj의 임의 매치에 대해 필요한 최소 채널 대역폭인 bi,j[n]을 계산한다. CU와 DU의 목표 데이터 전송률은 각각 R와 R로 표시된다. CUi는 P 의 전력으로 신호를 BS에 전송하고, DTj는 의 전력으로 신호를 DRj에 전송한다. 그런 다음, Cui가 대역폭 b [n]을 할당받은 경우, BS의 신호 대 간섭 잡음비(SINR)는 다음과 같이 표현할 수 있다.Calculate bi,j[n], which is the minimum channel bandwidth required for any match of CUi and DUj of channel n to ensure the target data rate. The target data rates of CU and DU are R and R is displayed as CUi is P transmit a signal to the BS with the power of , DTj is transmit a signal to DRj with a power of Then, Cui is the bandwidth b When [n] is assigned, the signal-to-interference noise ratio (SINR) of the BS can be expressed as follows.
여기서, σ 는 잡음 전력 밀도이다. 그런 다음, 달성 가능한 데이터 전송률 R [n]이 R 를 보장해야 한다.where σ is the noise power density. Then, the achievable data rate R [n] is R should ensure
마찬가지로, DTj가 대역폭 b [n]을 할당받은 경우 DRj의 SINR은 다음과 같이 나타낼 수 있다.Similarly, DTj is the bandwidth b When [n] is allocated, the SINR of DRj can be expressed as follows.
그리고 다음 조건을 만족시켜야 한다.And the following conditions must be satisfied:
그런 다음, R 와 R 를 동시에 보장하려면, bi,j[n]을 다음과 같이 결정해야 한다.Then, R and R To guarantee at the same time, bi,j[n] must be determined as follows.
그런 다음, 채널들을 할당하여 총 채널 대역폭을 최소화하면서 각각 CU와 DU에 대해 R 와 R 를 보장한다. 총 채널 대역폭을 최소화하려면 가능한 총 N2M 일치 항목을 조사해야 한다. 또한, CU와 DT의 전송 전력은 최적으로 결정되어야 한다.Then, allocate channels to minimize the total channel bandwidth while R for CU and DU, respectively. and R to ensure To minimize the total channel bandwidth, the possible total N 2 M matches should be investigated. In addition, the transmit power of the CU and the DT should be optimally determined.
Ωc={1,...,N}, Ωd={1,...,M}을 각각 도입하여 CU와 DU의 집합을 나타낸다. 또한, 채널 매칭 지표인 xi,j[n]를 소개한다. CUi와 DUj가 채널 n을 공유한 경우, xi,j[n]는 1로 설정되고, 그렇지 않으면 0이다.Ωc={1,...,N} and Ωd={1,...,M} are introduced respectively to represent a set of CUs and DUs. In addition, xi,j[n], which is a channel matching index, is introduced. If CUi and DUj share channel n, xi,j[n] is set to 1, otherwise 0.
단순하게, 여기에서는 N=M, 즉, CU의 수가 그 DU과 동일하다고 추정한다. N> M이면, (N-M) 개의 CU는 어떤 DU와도 매치가 되지 않는다. CU가 매치되지 않는 경우, 상기 CU는 독자적으로 채널을 사용한다. 어떤 CU들이 독자적으로 채널을 사용하게 결정할 것인지 역시 자원 할당 문제이지만 이는 사소하며 간단한 문제이다. For simplicity, it is assumed here that N=M, that is, the number of CUs is equal to that DU. If N>M, (N-M) CUs do not match any DUs. If a CU does not match, the CU uses the channel independently. Which CUs independently decide to use the channel is also a resource allocation issue, but this is a trivial and simple matter.
수학식 (7a)는 Ωc의 모든 CU에서 한 채널에서 하나의 DU와 매치 되어야하는 조건을 나타낸다. 수학식 (7b)는 모든 DU는 한 채널에서 하나의 CU와 매치되어야 하는 조건을 의미한다. 수학식 (7c)는 모든 채널이 한 번만 할당되어야 하는 조건을 나타낸다. 한편, 수학식 (7d)와 수학식 (7e)는 목표 데이터 전송률을 보장하기 위한 조건이다. 수학식 (7f)는 이진 조건을 만족시킨다. 수학식 (7g)와 수학식 (7h)는 각각 CU와 DU에 대해 Pmax의 최대 전송 전력을 갖는 전력 제한 조건이다.Equation (7a) represents a condition in which all CUs of Ωc must match one DU in one channel. Equation (7b) indicates a condition that all DUs must match one CU in one channel. Equation (7c) represents a condition that all channels should be allocated only once. Meanwhile, Equations (7d) and (7e) are conditions for guaranteeing a target data rate. Equation (7f) satisfies the binary condition. Equations (7g) and (7h) are power limiting conditions having a maximum transmit power of Pmax for CU and DU, respectively.
아래에서는 데이터 전송률 보장 자원 할당 체계에 대해 설명한다.The data rate guarantee resource allocation scheme will be described below.
수학식 (7)는 혼합 정수 비선형 프로그래밍(MINLP) 문제로서 해를 구하는 것은 매우 복잡하다. 컴퓨팅 복잡성을 줄이기 위해 1) 임의 매치를 위한 최소 채널 대역폭을 도출하기 위한 최적의 전송 전력 제어와 2) 3-D 채널 할당 문제라는 두 가지 하위 최적화 문제로 분해할 수 있다.Equation (7) is a mixed integer nonlinear programming (MINLP) problem, and its solution is very complex. To reduce computational complexity, it can be decomposed into two sub-optimization problems: 1) optimal transmit power control to derive the minimum channel bandwidth for a random match, and 2) 3-D channel allocation problem.
임의 매치를 위한 최소 채널 대역폭 Minimum Channel Bandwidth for Random Match
첫째, (CUi, DUj, 채널 n)의 임의 매치를 위한 최소 채널 대역폭을 결정하는 경우, 수신된 SINR에 따라 채널 용량이 다르기 때문에 CU와 DU의 경우 각각 R 와 R 의 목표 데이터 전송률을 보장하도록 채널 대역폭을 조정할 필요가 있다. 필요한 채널 대역폭을 최소화하기 위한 최적의 전력 할당 문제를 다음과 같이 공식화할 수 있다.First, when determining the minimum channel bandwidth for a random match of (CUi, DUj, channel n), since the channel capacity is different according to the received SINR, R for CU and DU, respectively and R It is necessary to adjust the channel bandwidth to ensure the target data rate of The optimal power allocation problem to minimize the required channel bandwidth can be formulated as
위 최적화 문제를 해결할 때 조건 (2), (4), (7g), (7h)을 만족해야 한다. 및 는 다음과 같이 주어진 전송 전력 밀도이다.When solving the above optimization problem, conditions (2), (4), (7g), and (7h) must be satisfied. and is the transmit power density given by
가 주어질 때, 가 증가할수록 는 반드시 감소한다. 또한, 가 주어진 경우 는 에 비례하여 반드시 증가한다. 흥미롭게도, 가 증가하고 가 동시에 증가한다면, 는 반드시 증가하거나 아니면 반드시 감소한다. 즉, 정의역 내 어떤 두 지점을 연결하는 선 세그먼트를 고려할 때, 상기 선 세그먼트에 상응하는 값들 중 최대값은 항상 세그먼트의 끝점(end point) 중 하나에서 찾아진다. 그렇지 않으면 과 같은 지점이 존재해야 하는데, 이는 사실이 아니다. 이는 과 이 모두 및 에 관한 quasi-convex 함수임을 의미한다. 두 개의 quasi-convex 함수 중 최대값을 취하는 함수도 또한 quasi-convex라는 것은 잘 알려져 있는 사실이다. 즉, 수학식 (8)은 quasi-convex 최적화 문제이다. 일반적으로 이 문제는 root-finding 알고리즘을 통해 해결할 수 있다. When is given, as it increases is necessarily reduced. Also, if given is necessarily increases in proportion to Interestingly, is increasing If at the same time increases, must either increase or must decrease. That is, when considering a line segment connecting two points in a domain, the maximum value among the values corresponding to the line segment is always found at one of the end points of the segment. Otherwise There should be points such as , which is not true. this is and all of this and It means that it is a quasi-convex function for Of the two quasi-convex functions, it is well known that the function that takes the maximum is also quasi-convex. That is, Equation (8) is a quasi-convex optimization problem. In general, this problem can be solved through the root-finding algorithm.
계산의 복잡성을 줄이기 위해, 먼저 와 의 함수로 달성 가능한 SINR을 조사한다. 채널 대역폭은 수학식 (2) 및 수학식 (4)와 같이 SINR에 반비례한다. R =R 인 경우 는 아래 (10)을 풀어서 얻을 수 있다.To reduce the computational complexity, first Wow Examine the achievable SINR as a function of The channel bandwidth is inversely proportional to the SINR as shown in Equations (2) and (4). R =R if can be obtained by solving (10) below.
수학식 (10)는 quasi-concave, 수학식 (8)는 quasi-convex라는 점에 유의해야 한다. It should be noted that Equation (10) is quasi-concave, and Equation (8) is quasi-convex.
도 6은 일 실시예에 따른 최적화 문제를 시각화하여 나타낸 도면이다.6 is a diagram illustrating a visualization of an optimization problem according to an embodiment.
도 6에 도시된 바와 같이, 수학식 (10)의 최적화 문제를 시각화할 수 있다. 여기에서는 hi,B[n]=-100dB, gj,j[n]=-108dB, hi,j[n]=139dB, gj,B[n]=115dB, Pmax=23dBm, =-174dB/mHz로 가정한다. 여기에서는 R =R =1Mbps라고 가정한다. 정의역은 수학식 (9)를 수학식 (7g) 및 수학식 (7h)로 대체하여 결정되며, 이는 최대 전송 전력 조건에 해당한다. 특히, CUi 또는 DTj (또는 둘 다)가 Pmax를 사용하는 경우, (,)는 검은 굵은 선으로 도해되는 경계선에 위치한다.As shown in FIG. 6 , the optimization problem of Equation (10) can be visualized. where hi,B[n]=-100dB, gj,j[n]=-108dB, hi,j[n]=139dB, gj,B[n]=115dB, Pmax=23dBm, =-174dB/mHz is assumed. R here =R = 1Mbps. The domain is determined by replacing Equation (9) with Equations (7g) and (7h), which corresponds to the maximum transmit power condition. In particular, if CUi or DTj (or both) use Pmax, ( , ) is located on the boundary line illustrated by the thick black line.
도 6에서 3개의 대표적인 지점(p1, p2, p3)을 고려할 수 있다. 표 1은 , , , , bi,j[n] 및 이 세 지점의 와 를 나타낸다. In FIG. 6 , three representative points p1, p2, and p3 may be considered. Table 1 is , , , , bi,j[n] and of these three points Wow indicates
[표 1][Table 1]
<인 지점에서 bi,j[n] 채널 대역폭 bi,j[n]는 CUi(예: bi,j==304.9kHz에 의해 결정된다. 따라서 bi,j[n]을 최소화하기 위해서는 를 증가시켜 을 개선해야 한다. 가 증가하면 p1 지점이 화살표 A 방향으로 이동한다. 이 개선되는 반면, CUi에서 DRj까지의 간섭이 증가하여 이 감소한다. 따라서 p1은 과 이 같은 지점, 즉 p2 지점에 도달한다. = 지점에서 nCUi와 DUj의 채널 대역폭은 동일하다. 예: bi,j===135.4kHz. 화살표 B 방향으로 가 더 증가해도 는 여전히 개선되지만, 가 감소한다. 결과적으로, min[, ]는 감소한다. 그러면 bi,j[n]이 증가하게 된다. 따라서 을 저하시키지 않고 를 개선하려면, min[, ]이 감소되는 것이 방지되도록, = 이 유지되어야 한다. < At the point bi,j[n] the channel bandwidth bi,j[n] is CUi (e.g. bi,j= =304.9 kHz. Therefore, in order to minimize bi,j[n], to increase should be improved When is increased, point p1 moves in the direction of arrow A. While this is improved, the interference from CUi to DRj increases this decreases So p1 is and This same point, ie, point p2, is reached. = At a point, the channel bandwidths of nCUi and DUj are the same. Example: bi,j= = =135.4kHz. in the direction of arrow B even if it increases further is still improved, but is decreased As a result, min[ , ] decreases. Then bi,j[n] increases. therefore without degrading To improve on min[ , ] is prevented from being reduced, = this should be maintained
= 을 유지하도록 와 를 동시에 증가시키면 p2 지점이 곡선 화살표 C 방향으로 이동한다. p2 지점이 화살표 C를 따라 계속 움직이면 마침내 p3 지점의 경계선과 만난다. 경계선에 도달한다는 것의 물리적인 의미는 CUi 또는 DTj가 최대 전송 전력인 Pmax를 사용한다는 것을 의미한다. 그러면 과 을 동시에 개선하는 것은 더 이상 불가능하게 된다. 따라서 p3 지점은 bi,j[n]을 최소화하는 최적 전력 지점이다. 일 실시예에서, 표 1과 같이 최대 전송 전력을 활용하는것은 CUi이고 이때 전송 전력은 = bi,j[n]=23dBm 이다. = to keep Wow Simultaneously increasing , moves the point p2 in the direction of the curved arrow C. If point p2 continues moving along arrow C, it finally meets the boundary of point p3. The physical meaning of reaching the boundary line means that CUi or DTj uses the maximum transmit power, Pmax. then and It is no longer possible to improve both at the same time. Therefore, point p3 is the optimal power point that minimizes bi,j[n]. In one embodiment, it is CUi that utilizes the maximum transmit power as shown in Table 1, where the transmit power is = bi,j[n]=23dBm.
R =R 의 경우, 최적 전력 설정은 = 조건을 만족해야 하며, 따라서 다음 식과 같이 표현할 수 있다.R =R In this case, the optimal power setting is = The condition must be satisfied, so it can be expressed as the following equation.
수학식 (11)의 상태가 R ≠R 에도 유지됨을 쉽게 알 수 있다. 이제 남은 문제는 CU 또는 DT 중 하나가 최대 송신 전력에 도달할 때까지 전송 전력을 최대로 증가시키는 동시에 수학식 (11)을 만족시키는 것이다. 채널 대역폭은 CU와 DT의 전송 강도뿐만 아니라 채널 대역폭에 따라 달라지기 때문에 최적의 전력은 예를 들어 루트 찾기 알고리즘을 통해 반복적으로 얻을 수 있다.The state of Equation (11) is R ≠R It can be easily seen that the The remaining problem now is to satisfy Equation (11) while maximally increasing the transmit power until either the CU or the DT reaches the maximum transmit power. Since the channel bandwidth depends on the channel bandwidth as well as the transmission strength of the CU and DT, the optimal power can be iteratively obtained, for example, through a route finding algorithm.
계산상의 복잡성을 줄이기 위해, 최적점에서 ≫1과 ≫1을 가정하여 차선의 솔루션을 제공한다. 그런 다음 수학식 (11)을 다음과 같이 근사하게 추정할 수 있다.In order to reduce computational complexity, at the
그런 다음 인 경우 =Pmax가 되는 것을 쉽게 도출할 수 있다. 이 후, 는는 수학식 (12), 수학식 (11)에 의해 얻을 수 있다. 일 때, =Pmax 가 된다.after that if =Pmax can be easily derived. after, can be obtained by Equations (12) and (11). when, =Pmax.
3차원 채널 할당3D Channel Assignment
모든 i∈Ωc, j∈Ωd 및 N 채널에 대해 을 획득한 후, 채널 할당 문제는 1) CU-DU 매칭 문제와2) CU-DU 매치에 어떤 채널을 할당할 건지 결정하는 문제이며 다음과 같이 정수 프로그래밍 문제(IPP)로 공식화할 수 있다.For all i∈Ωc, j∈Ωd, and N channels After obtaining , the channel allocation problem is 1) a CU-DU matching problem and 2) a problem of deciding which channel to assign to a CU-DU match, which can be formulated as an integer programming problem (IPP) as follows.
위 최적화 문제를 해결할 때 수학식 (7a), (7b), (7c), (7f)을 만족해야 한다. 수학식 (13)은 모든 i∈Ωc, j∈Ωd 및 n=1,...,N에 대한 x(i,j)[n]의 3중(i,j,n)에 관한 3-D 채널 할당 문제이다. 최적의 솔루션은 branch-and-bound 알고리즘으로 찾을 수 있다. 그러나 수학식 (13)은 NP-hard 문제로서, 엄청난 계산상 복잡성을 필요로 한다.When solving the above optimization problem, Equations (7a), (7b), (7c), and (7f) must be satisfied. Equation (13) is 3-D for the triplet (i,j,n) of x(i,j)[n] for all i∈Ωc, j∈Ωd and n=1,...,N It's a channel allocation problem. The optimal solution can be found with a branch-and-bound algorithm. However, Equation (13) is an NP-hard problem and requires enormous computational complexity.
본 명세서에선 더 낮은 복잡성으로 수학식 (13)의 차선해를 찾는 알고리즘을 제안한다. 문제를 정규형으로 표현하기 위해 두 개의 열 벡터 b=[b1,...,bN 2 M]T와 x=[x1,...,xN 2 M) ]T를 소개한다. 상기 벡터의 {N2(j-1)+N(i-1)+n}번째 원소는 3차원 행렬의(i,j,n)번째 원소와 동일하다. 그러면 수학식 (13)은 다음과 같이 다시 나타낼 수 있다.In the present specification, an algorithm for finding the suboptimal solution of Equation (13) with lower complexity is proposed. To express the problem in normal form, two column vectors b=[b1,...,b N 2 M ] T and x=[x1,...,x N 2 M ) ] T are introduced. The {N 2 (j-1)+N(i-1)+n}th element of the vector is the same as the (i,j,n)th element of the 3D matrix. Then, Equation (13) can be expressed again as follows.
수학식 (7a)는 다음과 같이 표현될 수 있다.Equation (7a) can be expressed as follows.
여기서, IN,K=[IN,...,IN]는 K개의 IN으로 구성된 행렬이며, IN은 크기가 NХN인 단위 행렬, 1N은 크기가 NХ1 이고 모든 원소가 1로 구성된 벡터이다. 는 Kronecker 곱을 나타낸다. 마찬가지로 수학식 (7b)는 다음과 같이 다시 나타낼 수 있다.Here, IN,K=[IN,...,IN] is a matrix composed of K INs, IN is an identity matrix of size NХN, and 1N is a vector of size NХ1 and all elements are 1. denotes the Kronecker product. Similarly, Equation (7b) can be expressed again as follows.
여기서, Em은 m번째 행의 원소가 모두 1이고 다른 원소는 모두 0인 MХN 행렬을 나타낸다. φn(x)=∑(i∈Ωc)∑(j∈Ωd)xi,j[n]을 도입함으로써, 수학식 (7c)는 다음과 같이 다시 나타낼 수 있다.Here, Em represents an MХN matrix in which all elements of the mth row are 1 and all other elements are 0. By introducing ϕn(x)=∑(i∈Ωc)∑(j∈Ωd)xi,j[n], Equation (7c) can be expressed again as follows.
여기에서, 라그랑지(Lagrange) 승수, u=[u1,...,uN]T, 즉 un≥0,∀n이 모두 양인 원소를 도입하여 (14c)를 근사화한다. 그러면 수학식 (14)라는 이중 문제를 공식화할 수 있다.Here, (14c) is approximated by introducing an element in which the Lagrange multiplier, u=[u1,...,uN] T , that is, un≥0,∀n is both positive. Then we can formulate the double problem of Equation (14).
위 최적화 문제를 해결 할 때 (14a), (14b), (7f) 조건을 만족해야 한다. When solving the above optimization problem, conditions (14a), (14b), and (7f) must be satisfied.
수학식 (14a)의 NХN2M 행렬과 수학식 (14b)의 NХN2M 행렬은 totally unimodular(TU)이다. 그런 다음 이항변수를 연속변수로 변환하여 수학식 (15)의 최적화 문제를 polynomial 시간 복잡도를 갖는 선형 프로그래밍 문제(LPP)로 변화시킬 수 있다. NХN 2 M matrix of Equation (14a) and 2 M NХN matrix of Equation (14b) is totally unimodular (TU). Then, by converting the binary variable into a continuous variable, the optimization problem of Equation (15) can be changed to a linear programming problem (LPP) having polynomial time complexity.
u가 주어질 때 를 수학식 (15)의 해라고 하자. 라그랑지안 릴랙션(Lagrangean relaxation)로 인해, 모든 채널을 한 번 이상 사용할 수 없다는 제약은 엄격히 충족되지 않는다. 따라서 에서 CUi와 DUj의 매칭 정보인 yi,j를 추출한다. 매칭이 된 경우 yi,j=1, 그렇지 않으면 yi,j=0이다;when u is given Let be a solution of Equation (15). Due to Lagrangean relaxation, the constraint that all channels cannot be used more than once is not strictly met. therefore Extracts yi,j, which is matching information between CUi and DUj, from If there is a match, yi,j=1, otherwise yi,j=0;
yi,j는 해당 매치에 할당된 채널에 대한 정보를 전달하지 않는다. 따라서 전체 채널 할당은 다음과 같이 분해될 수 있다.yi,j does not convey information about the channel assigned to the match. Therefore, the entire channel allocation can be decomposed as follows.
여기서, ηj[n]은 채널 할당 지표이다. 채널 n이 DUj에 할당된 경우 ηj[n]=1이고 그렇지 않으면 ηj[n]=0이다. 수학식 (17)에 따라 yi,j를 감안하면 수학식 (14)에서의 원래 문제는 ηj[n]에 관해서 다시 나타낼 수 있다. 이를 위해 j[n]는 채널 n의 DUj에 할당된 채널 대역폭을 표시한다. 그러면, j[n]는 다음에 의해 얻을 수 있다.Here, ηj[n] is a channel allocation index. If channel n is assigned to DUj then ηj[n]=1, otherwise ηj[n]=0. Given yi,j according to equation (17), the original problem in equation (14) can be expressed again with respect to ηj[n]. for teeth j[n] indicates the channel bandwidth allocated to DUj of channel n. then, j[n] can be obtained by
와 η을 각각 j[n]와 ηj[n]에서 파생된 크기 NM의 열 벡터라 한다. 이제 수학식 (14)의 문제를 LPP로 재구성하여 각 매치에 맞는 최적의 채널을 찾을 수 있게 되었다. and η respectively Let it be a column vector of magnitude NM derived from j[n] and ηj[n]. Now, by reconstructing the problem of Equation (14) with LPP, it is possible to find the optimal channel for each match.
여기서, 수학식 (19a)는 하나의 채널만 CU-DU의 단일 매치에 할당되는 제약조건이며, 수학식 (19b)는 한 채널을 두 번 이상 사용할 수 없다는 제약조건이다. 수학식 (19a)와 수학식 (19b)의 행렬이 TU이기 때문에 수학식 (19c)에 해당하는 이항 제약조건은 수학식 (19c)와 같이 양의 실수 조건으로 릴랙스된다.Here, Equation (19a) is a constraint that only one channel is allocated to a single match of a CU-DU, and Equation (19b) is a constraint that one channel cannot be used more than once. Since the matrices of Equations (19a) and (19b) are TUs, the binary constraint corresponding to Equation (19c) is relaxed as a positive real condition as in Equation (19c).
u 가 주어진 경우 L(u)는 양의 라그랑지(Lagrangean) 승수로 인한 b*의 하한선이다. 즉 L(u)≤b*이다. 대조적으로, l2는 b*보다 언제나 작지 않다. 여기에서는 u 를 업데이트하기 위해 subgradient 알고리즘을 사용한다. subgradient 알고리즘의 상세한 설명은 (비특허문헌 2)에서 확인할 수 있다. un에서 L(u)의 subgradient는 φn()이므로, 다음과 같이 업데이트할 수 있다.Given u, L(u) is the lower bound of b * due to a positive Lagrangean multiplier. That is, L(u)≤b * . In contrast, l2 is not always less than b*. Here we use the subgradient algorithm to update u . A detailed description of the subgradient algorithm can be found in (Non-Patent Document 2). The subgradient of L(u) in un is φn( ), so it can be updated as follows.
여기서, 는 스텝 크기이다. 제안된 채널 할당 체계에 대한 상세한 절차는 알고리즘 1에 제시되어 있다. 마지막으로, [n]에 따라 완전한 채널 할당 정보를 얻는다.here, is the step size. The detailed procedure for the proposed channel allocation scheme is presented in
[알고리즘 1][Algorithm 1]
이상에서 설명된 장치는 하드웨어 구성요소, 소프트웨어 구성요소, 및/또는 하드웨어 구성요소 및 소프트웨어 구성요소의 조합으로 구현될 수 있다. 예를 들어, 실시예들에서 설명된 장치 및 구성요소는, 예를 들어, 프로세서, 컨트롤러, ALU(arithmetic logic unit), 디지털 신호 프로세서(digital signal processor), 마이크로컴퓨터, FPA(field programmable array), PLU(programmable logic unit), 마이크로프로세서, 또는 명령(instruction)을 실행하고 응답할 수 있는 다른 어떠한 장치와 같이, 하나 이상의 범용 컴퓨터 또는 특수 목적 컴퓨터를 이용하여 구현될 수 있다. 처리 장치는 운영 체제(OS) 및 상기 운영 체제 상에서 수행되는 하나 이상의 소프트웨어 애플리케이션을 수행할 수 있다. 또한, 처리 장치는 소프트웨어의 실행에 응답하여, 데이터를 접근, 저장, 조작, 처리 및 생성할 수도 있다. 이해의 편의를 위하여, 처리 장치는 하나가 사용되는 것으로 설명된 경우도 있지만, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는, 처리 장치가 복수 개의 처리 요소(processing element) 및/또는 복수 유형의 처리 요소를 포함할 수 있음을 알 수 있다. 예를 들어, 처리 장치는 복수 개의 프로세서 또는 하나의 프로세서 및 하나의 컨트롤러를 포함할 수 있다. 또한, 병렬 프로세서(parallel processor)와 같은, 다른 처리 구성(processing configuration)도 가능하다.The device described above may be implemented as a hardware component, a software component, and/or a combination of the hardware component and the software component. For example, devices and components described in the embodiments may include, for example, a processor, a controller, an arithmetic logic unit (ALU), a digital signal processor, a microcomputer, a field programmable array (FPA), It may be implemented using one or more general purpose or special purpose computers, such as a programmable logic unit (PLU), microprocessor, or any other device capable of executing and responding to instructions. The processing device may execute an operating system (OS) and one or more software applications running on the operating system. The processing device may also access, store, manipulate, process, and generate data in response to execution of the software. For convenience of understanding, although one processing device is sometimes described as being used, one of ordinary skill in the art will recognize that the processing device includes a plurality of processing elements and/or a plurality of types of processing elements. It can be seen that can include For example, the processing device may include a plurality of processors or one processor and one controller. Other processing configurations are also possible, such as parallel processors.
소프트웨어는 컴퓨터 프로그램(computer program), 코드(code), 명령(instruction), 또는 이들 중 하나 이상의 조합을 포함할 수 있으며, 원하는 대로 동작하도록 처리 장치를 구성하거나 독립적으로 또는 결합적으로(collectively) 처리 장치를 명령할 수 있다. 소프트웨어 및/또는 데이터는, 처리 장치에 의하여 해석되거나 처리 장치에 명령 또는 데이터를 제공하기 위하여, 어떤 유형의 기계, 구성요소(component), 물리적 장치, 가상 장치(virtual equipment), 컴퓨터 저장 매체 또는 장치에 구체화(embody)될 수 있다. 소프트웨어는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템 상에 분산되어서, 분산된 방법으로 저장되거나 실행될 수도 있다. 소프트웨어 및 데이터는 하나 이상의 컴퓨터 판독 가능 기록 매체에 저장될 수 있다.The software may comprise a computer program, code, instructions, or a combination of one or more thereof, which configures a processing device to operate as desired or is independently or collectively processed You can command the device. The software and/or data may be any kind of machine, component, physical device, virtual equipment, computer storage medium or device, to be interpreted by or to provide instructions or data to the processing device. may be embodied in The software may be distributed over networked computer systems, and stored or executed in a distributed manner. Software and data may be stored in one or more computer-readable recording media.
실시예에 따른 방법은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 실시예를 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. The method according to the embodiment may be implemented in the form of program instructions that can be executed through various computer means and recorded in a computer-readable medium. The computer-readable medium may include program instructions, data files, data structures, etc. alone or in combination. The program instructions recorded on the medium may be specially designed and configured for the embodiment, or may be known and available to those skilled in the art of computer software. Examples of the computer-readable recording medium include magnetic media such as hard disks, floppy disks and magnetic tapes, optical media such as CD-ROMs and DVDs, and magnetic such as floppy disks. - includes magneto-optical media, and hardware devices specially configured to store and execute program instructions, such as ROM, RAM, flash memory, and the like. Examples of program instructions include not only machine language codes such as those generated by a compiler, but also high-level language codes that can be executed by a computer using an interpreter or the like.
이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.As described above, although the embodiments have been described with reference to the limited embodiments and drawings, various modifications and variations are possible for those skilled in the art from the above description. For example, the described techniques are performed in a different order than the described method, and/or the described components of the system, structure, apparatus, circuit, etc. are combined or combined in a different form than the described method, or other components Or substituted or substituted by equivalents may achieve an appropriate result.
그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 특허청구범위의 범위에 속한다.Therefore, other implementations, other embodiments, and equivalents to the claims are also within the scope of the following claims.
Claims (5)
셀룰러 자원을 공유하는 단말 대 단말(D2D)을 고려하고, 모든 사용자 단말(user equipment, UE)이 미리 결정된 목표 데이터 전송률을 달성하는 동안 셀룰러 단말(CU)과 D2D 단말(DU)의 임의 매치에 대해 필요한 최소의 채널 대역폭을 계산하는 단계; 및
모든 상기 셀룰러 단말(CU), 상기 D2D 단말(DU) 및 채널에 대해 상기 최소의 채널 대역폭을 획득한 후, 각 채널이 할당되는 상기 셀룰러 단말(CU)과 상기 D2D 단말(DU)의 매치로 전체 대역폭을 최소화하도록 채널을 할당하는 단계
를 포함하고,
상기 최소의 채널 대역폭은 고정되어 있지 않고, 상기 셀룰러 단말(CU), 상기 D2D 단말(DU) 및 채널의 삼중 매치에 근거하여 적응적으로 결정되며,
상기 전체 대역폭을 최소화하도록 채널을 할당하는 단계는,
라그랑지안 릴랙션(Lagrangean relaxation)를 적용한 다음, 3-D 정수 프로그래밍 문제(IPP)를 2-D 선형 프로그래밍 문제(LPP)로 분해하여, 각 상기 셀룰러 단말(CU)과 상기 D2D 단말(DU)의 매치에 맞는 채널을 할당하는 것
을 특징으로 하는, 자원 할당 방법.In a resource allocation method in terminal-to-terminal communication coexisting with a cellular network,
Considering terminal-to-terminal (D2D) sharing cellular resources, while all user equipment (UE) achieve a predetermined target data rate, for any match of a cellular terminal (CU) and a D2D terminal (DU) calculating a minimum required channel bandwidth; and
After obtaining the minimum channel bandwidth for all the cellular terminals (CUs), the D2D terminals (DUs) and channels, the cellular terminal (CU) to which each channel is allocated and the D2D terminal (DU) Allocating channels to minimize bandwidth
including,
The minimum channel bandwidth is not fixed, and is adaptively determined based on a triple match of the cellular terminal (CU), the D2D terminal (DU), and a channel;
Allocating a channel to minimize the overall bandwidth comprises:
After applying Lagrangean relaxation, a 3-D integer programming problem (IPP) is decomposed into a 2-D linear programming problem (LPP), and the cellular terminal (CU) and the D2D terminal (DU) are matched allocating the right channel for
characterized in that, resource allocation method.
상기 채널의 셀룰러 단말(CU)과 D2D 단말(DU)의 임의 매치에 대해 필요한 최소의 채널 대역폭을 계산하는 단계는,
공유 채널의 상기 최소의 채널 대역폭은 신호 대 간섭 잡음비(SINR)를 기반으로 전력 제어를 통해 제어하는 것
을 특징으로 하는, 자원 할당 방법.According to claim 1,
Calculating the minimum channel bandwidth required for a random match between a cellular terminal (CU) and a D2D terminal (DU) of the channel comprises:
Controlling the minimum channel bandwidth of the shared channel through power control based on a signal-to-interference noise ratio (SINR)
characterized in that, resource allocation method.
셀룰러 자원을 공유하는 단말 대 단말(D2D)을 고려하고, 모든 사용자 단말(user equipment, UE)이 미리 결정된 목표 데이터 전송률을 달성하는 동안 채널의 셀룰러 단말(CU)과 D2D 단말(DU)의 임의 매치에 대해 필요한 최소의 채널 대역폭을 계산하는 최소 채널 대역폭 산정부; 및
모든 상기 셀룰러 단말(CU), 상기 D2D 단말(DU) 및 채널에 대해 상기 최소의 채널 대역폭을 획득한 후, 각 채널이 할당되는 상기 셀룰러 단말(CU)과 상기 D2D 단말(DU)의 매치로 전체 대역폭을 최소화하도록 채널을 할당하는 3차원 채널 할당부
를 포함하고,
상기 최소의 채널 대역폭은 고정되어 있지 않고, 상기 셀룰러 단말(CU), 상기 D2D 단말(DU) 및 채널의 삼중 매치에 근거하여 적응적으로 결정되며,
상기 3차원 채널 할당부는,
라그랑지안 릴랙션(Lagrangean relaxation)를 적용한 다음, 3-D 정수 프로그래밍 문제(IPP)를 2-D 선형 프로그래밍 문제(LPP)로 분해하여, 각 상기 셀룰러 단말(CU)과 상기 D2D 단말(DU)의 매치에 맞는 채널을 할당하는 것
을 특징으로 하는, 자원 할당 장치.An apparatus for allocating resources in terminal-to-terminal communication coexisting with a cellular network, the apparatus comprising:
A random match of a cellular terminal (CU) and a D2D terminal (DU) of a channel, while considering the terminal to terminal (D2D) sharing cellular resource, and all user equipment (UE) achieve a predetermined target data rate a minimum channel bandwidth calculator for calculating a minimum channel bandwidth required for ; and
After obtaining the minimum channel bandwidth for all the cellular terminals (CUs), the D2D terminals (DUs) and channels, the cellular terminal (CU) to which each channel is allocated and the D2D terminal (DU) 3D channel allocator to allocate channels to minimize bandwidth
including,
The minimum channel bandwidth is not fixed, and is adaptively determined based on a triple match of the cellular terminal (CU), the D2D terminal (DU), and a channel;
The three-dimensional channel allocator,
After applying Lagrangean relaxation, a 3-D integer programming problem (IPP) is decomposed into a 2-D linear programming problem (LPP), and the cellular terminal (CU) and the D2D terminal (DU) are matched allocating the right channel for
characterized in that, the resource allocation device.
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---|---|---|---|
KR1020190161613A KR102275426B1 (en) | 2019-12-06 | 2019-12-06 | Efficient resource allocation method and apparatus for satisfying rate-guarantee constraint in device-to-device underlaid cellular network |
Country Status (1)
Country | Link |
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KR (1) | KR102275426B1 (en) |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN114051225B (en) * | 2021-11-16 | 2023-09-26 | 郑州大学 | Resource allocation method and device based on RIS auxiliary D2D secret communication |
Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR101525978B1 (en) * | 2014-10-06 | 2015-06-05 | 숭실대학교산학협력단 | Method of resource allocation based on interference awareness for device-to-device communication and apparatus thereof |
Family Cites Families (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
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-
2019
- 2019-12-06 KR KR1020190161613A patent/KR102275426B1/en active IP Right Grant
Patent Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR101525978B1 (en) * | 2014-10-06 | 2015-06-05 | 숭실대학교산학협력단 | Method of resource allocation based on interference awareness for device-to-device communication and apparatus thereof |
Non-Patent Citations (2)
Title |
---|
비특허 문헌 1 (Hamidreza Bagheri 등, Wiley Trans. Emerging Telecommunications Technologies, 2017.05.15.)* |
비특허 문헌 2 (Yong Li 등, IEEE Wireless Communications Letters, 2015.06.30)* |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
KR20210071440A (en) | 2021-06-16 |
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