KR102279924B1 - 무선 통신 시스템의 전송 전력 할당 방법 - Google Patents

무선 통신 시스템의 전송 전력 할당 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR102279924B1
KR102279924B1 KR1020200010773A KR20200010773A KR102279924B1 KR 102279924 B1 KR102279924 B1 KR 102279924B1 KR 1020200010773 A KR1020200010773 A KR 1020200010773A KR 20200010773 A KR20200010773 A KR 20200010773A KR 102279924 B1 KR102279924 B1 KR 102279924B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
user terminal
mobile user
transmission power
wireless communication
communication system
Prior art date
Application number
KR1020200010773A
Other languages
English (en)
Inventor
신수용
이르판
권용비
Original Assignee
금오공과대학교 산학협력단
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 금오공과대학교 산학협력단 filed Critical 금오공과대학교 산학협력단
Priority to KR1020200010773A priority Critical patent/KR102279924B1/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102279924B1 publication Critical patent/KR102279924B1/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04W—WIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
    • H04W72/00—Local resource management
    • H04W72/04—Wireless resource allocation
    • H04W72/044—Wireless resource allocation based on the type of the allocated resource
    • H04W72/0473—Wireless resource allocation based on the type of the allocated resource the resource being transmission power
    • H04J15/00—
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04J—MULTIPLEX COMMUNICATION
    • H04J99/00—Subject matter not provided for in other groups of this subclass
    • H04W72/048—
    • H04W72/085—
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04W—WIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
    • H04W72/00—Local resource management
    • H04W72/50—Allocation or scheduling criteria for wireless resources
    • H04W72/51—Allocation or scheduling criteria for wireless resources based on terminal or device properties
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04W—WIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
    • H04W72/00—Local resource management
    • H04W72/50—Allocation or scheduling criteria for wireless resources
    • H04W72/54—Allocation or scheduling criteria for wireless resources based on quality criteria
    • H04W72/542—Allocation or scheduling criteria for wireless resources based on quality criteria using measured or perceived quality

Landscapes

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

Abstract

본 발명은 무선 통신 시스템의 전송 전력 할당 방법에 관한 것으로, 비직교 다중접속(NOMA)이 적용된 무선 통신 시스템에서 기지국과 상대적으로 근거리에 위치하는 제 1 모바일 유저 단말기와 상대적으로 원거리에 위치하는 제 2 모바일 유저 단말기에 대해 상기 제 1 모바일 유저 단말기보다 상기 제 2 모바일 유저 단말기에 상대적으로 더 높은 제 1 전송 전력을 할당하는 단계와, 상기 제 2 모바일 유저 단말기가 상기 제 1 모바일 유저 단말기보다 상기 기지국과의 거리가 근거리가 되는 거리 역전이 될 경우 역할 스위칭에 따라 상기 제 2 모바일 유저 단말기보다 상기 제 1 모바일 유저 단말기에 상대적으로 더 높은 제 2 전송 전력을 할당하는 단계를 포함함으로써, 비직교 다중접속(NOMA)이 적용된 무선 통신 시스템의 프로토콜이 정상 동작할 수 있을 뿐만 아니라 모바일 유저 단말기의 페어링 문제 및 전력 할당 문제를 해결할 수 있다.

Description

무선 통신 시스템의 전송 전력 할당 방법{METHOD FOR ALLOCATING TRANSMISSION POWER OF WIRELESS COMMUNICATION SYSTEM}
본 발명은 근거리 모바일 유저 단말기와 원거리 모바일 유저 단말기가 비직교 다중접속(NOMA : Non-Orthogonal Multiple Access)이 적용되어 기지국에서의 고정된 제 1 전송 전력이 할당된 상태에서 근거리 모바일 유저 단말기와 원거리 모바일 유저 단말기의 이동에 따라 거리 역전이 발생할 경우 역할 스위칭된 제 2 전송 전력을 할당함으로써, 비직교 다중접속(NOMA)이 적용된 무선 통신 시스템의 프로토콜이 정상 동작할 수 있을 뿐만 아니라 모바일 유저 단말기의 페어링 문제 및 전력 할당 문제를 해결할 수 있는 무선 통신 시스템의 전송 전력 할당 방법에 관한 것이다.
잘 알려진 바와 같이, 이동 통신 시스템은 사용자의 활동성을 보장하면서 음성 서비스를 제공하기 위해 개발되었다. 그러나 이동 통신 시스템은 음성뿐 아니라 데이터 서비스까지 영역을 확장하였으며, 현재에는 폭발적인 트래픽의 증가로 인하여 자원의 부족현상이 야기되고 사용자들이 보다 고속의 서비스를 요구하게 되어 보다 발전된 이동 통신 시스템이 요구되고 있다.
이러한 차세대 이동 통신 시스템의 요구 조건은 크게 폭발적인 데이터 트래픽의 수용, 사용자 당 전송률의 획기적인 증가, 대폭 증가된 연결 디바이스 개수의 수용, 매우 낮은 단대단 지연(End-to-End Latency), 고에너지 효율을 지원할 수 있어야 한다.
이를 위하여 무선 통신 시스템에서 이중 연결성(Dual Connectivity), 대규모 다중 입출력(Massive MIMO : Massive Multiple Input Multiple Output), 전이중(In-band Full Duplex), 비직교 다중접속(NOMA), 초광대역(Super wideband) 지원, 단말 네트워킹(Device Networking) 등 다양한 기술들이 연구되고 있다.
한편, 비직교 다중접속(NOMA)은 복수 개 장치의 용량 및 연결 요구를 충족시키기 위한 다중 사용자 중첩 전송(MUST)을 수행하기 위해 5G에 대한 3GPP 릴리스-16 표준으로 채택되었는데, 비직교 다중접속이 적용된 무선 통신 시스템에서 여러 사용자가 동일한 무선 리소스 블록(RB: radio resource block)을 통해 무선 통신 서비스를 제공받을 수 있으며, 기지국(BS : base station)은 그룹화된 사용자에게 서로 다른 전력 레벨을 할당하여 연속적인 간섭 제거(SIC : self interference cancellation)를 통해 효율적인 데이터 복구를 용이하게 수행할 수 있다.
이러한 비직교 다중접속(NOMA)은 주로 정적 사용자가 존재하는 무선 통신 시스템의 용량 최대화에 중점을 두지만, 페어링된 사용자가 모바일 사용자인 경우 기본적인 비직교 다중접속(NOMA)의 채널 이득 조건을 위반할 수 있는 문제가 있다.
즉, 비직교 다중접속(NOMA)에서는 근거리 유저 단말기가 원거리 유저 단말기보다 채널 이득이 더 좋은 경우에만 작동하게 되는데, 근거리 유저 단말기의 채널 이득이 원거리 유저 단말기의 채널 이득보다 상대적으로 더 높은 경우 비직교 다중접속(NOMA)이 적용된 무선 통신 시스템에서는 정상적으로 작동하지만, 모바일 사용자의 경우 근거리 유저 단말기와 원거리 유저 단말기의 채널 이득이 거의 유사하거나, 혹은 근거리 유저 단말기보다 원거리 유저 단말기의 채널 이득이 상대적으로 높은 경우가 발생하게 되고, 이는 비직교 다중접속(NOMA)의 원칙 위반 문제(NPVP : principle violation problem)가 발생하는 문제점이 있다.
상술한 바와 같이 비직교 다중접속(NOMA)에서는 모바일 사용자의 경우 근거리 유저 단말기와 원거리 유저 단말기의 채널 이득이 거의 유사할 경우 평균 채널 이득은 서로 같아지게 되어 동일한 전송 전력을 할당하게 되기 때문에, 근거리 유저 단말기와 원거리 유저 단말기의 신호 간섭으로 인해 메시지를 디코딩할 수 없도록 하는 문제점이 있고, 원거리 유저 단말기의 위치가 근거리 유저 단말기의 위치보다 기지국과 더 가까운 위치로 이동할 경우 근거리 유저 단말기보다 원거리 유저 단말기의 채널 이득이 상대적으로 높게 되지만, 고정된 전력 할당 기법으로는 이러한 전송 전력의 할당 문제를 해결하지 못하는 문제점이 있다.
1. 한국공개특허 제10-2019-0033251호(2019.03.29.공개) 2. 한국공개특허 제10-2019-0057144호(2019.05.27.공개)
본 발명은 근거리 모바일 유저 단말기와 원거리 모바일 유저 단말기가 비직교 다중접속(NOMA)이 적용되어 기지국에서의 고정된 제 1 전송 전력이 할당된 상태에서 근거리 모바일 유저 단말기와 원거리 모바일 유저 단말기의 이동에 따라 거리 역전이 발생할 경우 역할 스위칭된 제 2 전송 전력을 할당함으로써, 비직교 다중접속(NOMA)이 적용된 무선 통신 시스템의 프로토콜이 정상 동작할 수 있을 뿐만 아니라 모바일 유저 단말기의 페어링 문제 및 전력 할당 문제를 해결할 수 있는 무선 통신 시스템의 전송 전력 할당 방법을 제공하고자 한다.
또한, 본 발명은 비직교 다중접속(NOMA)이 적용된 무선 통신 시스템에서 기지국과 상대적으로 근거리에 위치하는 제 1 모바일 유저 단말기와 상대적으로 원거리에 위치하는 제 2 모바일 유저 단말기에 대해 제 1 모바일 유저 단말기보다 제 2 모바일 유저 단말기에 상대적으로 더 높은 제 1 전송 전력을 할당하고, 기지국과의 거리 역전이 될 경우 역할 스위칭에 따라 제 2 모바일 유저 단말기보다 제 1 모바일 유저 단말기에 상대적으로 더 높은 제 2 전송 전력을 할당함으로써, 모바일 유저 단말기의 이동에 따라 교차하거나 거리 역전이 발생할 경우 역할 스위칭에 따라 원활한 전력 할당을 통해 월등한 총용량 이득을 달성할 수 있는 무선 통신 시스템의 전송 전력 할당 방법을 제공하고자 한다.
본 발명의 실시예들의 목적은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 실시예에 따르면, 비직교 다중접속(NOMA)이 적용된 무선 통신 시스템에서 기지국과 상대적으로 근거리에 위치하는 제 1 모바일 유저 단말기와 상대적으로 원거리에 위치하는 제 2 모바일 유저 단말기에 대해 상기 제 1 모바일 유저 단말기보다 상기 제 2 모바일 유저 단말기에 상대적으로 더 높은 제 1 전송 전력을 할당하는 단계와, 상기 제 2 모바일 유저 단말기가 상기 제 1 모바일 유저 단말기보다 상기 기지국과의 거리가 근거리가 되는 거리 역전이 될 경우 역할 스위칭에 따라 상기 제 2 모바일 유저 단말기보다 상기 제 1 모바일 유저 단말기에 상대적으로 더 높은 제 2 전송 전력을 할당하는 단계를 포함하는 무선 통신 시스템의 전송 전력 할당 방법이 제공될 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따르면, 상기 무선 통신 시스템의 전송 전력 할당 방법은, 상기 제 1 모바일 유저 단말기 및 제 2 모바일 유저 단말기의 상기 기지국과의 거리가 동일할 경우 상기 제 1 전송 전력을 유지하는 단계를 더 포함하는 무선 통신 시스템의 전송 전력 할당 방법이 제공될 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따르면, 상기 기지국은, 상기 제 1 모바일 유저 단말기 및 제 2 모바일 유저 단말기의 채널 이득 차이가 기 설정된 채널 이득 임계값보다 작을 경우 기 설정된 전송 전력 임계값보다 상대적으로 큰 값을 갖도록 상기 제 1 전송 전력 또는 제 2 전송 전력을 유지하는 무선 통신 시스템의 전송 전력 할당 방법이 제공될 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따르면, 상기 기지국은, 총 전송 전력이 1일 경우 근거리 모바일 유저 단말기에 0.5 미만의 전송 전력을 할당하고, 원거리 모바일 유저 단말기에 0.5 초과의 전송 전력을 할당하는 무선 통신 시스템의 전송 전력 할당 방법이 제공될 수 있다.
본 발명은 근거리 모바일 유저 단말기와 원거리 모바일 유저 단말기가 비직교 다중접속(NOMA)이 적용되어 기지국에서의 고정된 제 1 전송 전력이 할당된 상태에서 근거리 모바일 유저 단말기와 원거리 모바일 유저 단말기의 이동에 따라 거리 역전이 발생할 경우 역할 스위칭된 제 2 전송 전력을 할당함으로써, 비직교 다중접속(NOMA)이 적용된 무선 통신 시스템의 프로토콜이 정상 동작할 수 있을 뿐만 아니라 모바일 유저 단말기의 페어링 문제 및 전력 할당 문제를 해결할 수 있다.
또한, 본 발명은 비직교 다중접속(NOMA)이 적용된 무선 통신 시스템에서 기지국과 상대적으로 근거리에 위치하는 제 1 모바일 유저 단말기와 상대적으로 원거리에 위치하는 제 2 모바일 유저 단말기에 대해 제 1 모바일 유저 단말기보다 제 2 모바일 유저 단말기에 상대적으로 더 높은 제 1 전송 전력을 할당하고, 기지국과의 거리 역전이 될 경우 역할 스위칭에 따라 제 2 모바일 유저 단말기보다 제 1 모바일 유저 단말기에 상대적으로 더 높은 제 2 전송 전력을 할당함으로써, 모바일 유저 단말기의 이동에 따라 교차하거나 거리 역전이 발생할 경우 역할 스위칭에 따라 원활한 전력 할당을 통해 월등한 총용량 이득을 달성할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따라 무선 통신 시스템에서 전송 전력을 할당하는 과정을 나타낸 플로우차트이고,
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 무선 통신 시스템의 전송 전력 할당 방법이 적용된 시스템 구성을 예시한 도면이며,
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 최적화 전력 역할 스위칭 알고리즘을 예시한 도면이고,
도 4 내지 7은 본 발명의 실시예에 따른 무선 통신 시스템의 전송 전력 할당 방법을 시뮬레이션한 결과를 설명하기 위한 도면이다.
본 발명의 실시예들에 대한 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
본 발명의 실시예들을 설명함에 있어서 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 그리고 후술되는 용어들은 본 발명의 실시예에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따라 무선 통신 시스템에서 전송 전력을 할당하는 과정을 나타낸 플로우차트이고, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 무선 통신 시스템의 전송 전력 할당 방법이 적용된 시스템 구성을 예시한 도면이며, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 최적화 전력 역할 스위칭 알고리즘을 예시한 도면이고, 도 4 내지 7은 본 발명의 실시예에 따른 무선 통신 시스템의 전송 전력 할당 방법을 시뮬레이션한 결과를 설명하기 위한 도면이다.
도 1 내지 도 7을 참조하면, 비직교 다중접속(NOMA)이 적용된 무선 통신 시스템에서 기지국(10)과 상대적으로 근거리에 위치하는 제 1 모바일 유저 단말기(20)와 상대적으로 원거리에 위치하는 제 2 모바일 유저 단말기(30)에 대해 제 1 모바일 유저 단말기(20)보다 제 2 모바일 유저 단말기(30)에 상대적으로 더 높은 제 1 전송 전력을 할당할 수 있다(단계110).
예를 들면, 도 2에 도시한 바와 같이 제 1 모바일 유저 단말기(20, UE1))는 기지국(10)과의 거리 d1에 위치하고, 제 2 모바일 유저 단말기(30, UE2)는 기지국(10)과의 거리 d2에 위치하는데, 기지국(10)으로부터의 거리 d2〉d1일 경우, 비직교 다중접속(NOMA)이 적용된 무선 통신 시스템에서는 근거리에 위치하는 제 1 모바일 유저 단말기(20)의 전송 전력보다 제 2 모바일 유저 단말기(30)의 전송 전력을 상대적으로 높게 할당하는 제 1 전송 전력에 따라 데이터를 전송할 수 있다.
그리고, 제 1 모바일 유저 단말기(20) 및 제 1 모바일 유저 단말기(30)의 기지국(10)과의 거리가 동일할 경우 제 1 전송 전력을 유지할 수 있다(단계120).
예를 들면, 제 2 모바일 유저 단말기(30)가 제 1 모바일 유저 단말기(20)의 방향으로 이동하고, 제 1 모바일 유저 단말기(20)가 제 2 모바일 유저 단말기(30)의 방향으로 이동하여 제 1 모바일 유저 단말기(20)와 제 2 모바일 유저 단말기(30)가 동일한 거리에 도달할 경우 제 1 모바일 유저 단말기(20)의 전송 전력보다 제 2 모바일 유저 단말기(30)의 전송 전력을 상대적으로 높게 할당하는 제 1 전송 전력을 유지하여 데이터를 전송할 수 있다.
다음에, 제 2 모바일 유저 단말기(30)가 제 1 모바일 유저 단말기(20)보다 기지국(10)과의 거리가 근거리가 되는 거리 역전이 될 경우 역할 스위칭에 따라 제 2 모바일 유저 단말기(30)보다 제 1 모바일 유저 단말기(20)에 상대적으로 더 높은 제 2 전송 전력을 할당할 수 있다(단계130).
예를 들면, 제 2 모바일 유저 단말기(30)가 제 1 모바일 유저 단말기(20)의 방향으로 이동하여 기지국(10)과의 거리가 근거리가 되고, 제 1 모바일 유저 단말기(20)가 제 2 모바일 유저 단말기(30)의 방향으로 이동하여 기지국(10)과의 거리가 원거리가 될 경우 제 2 모바일 유저 단말기(30)의 전송 전력보다 제 1 모바일 유저 단말기(20)의 전송 전력을 상대적으로 높게 할당하는 제 2 전송 전력을 유지하여 데이터를 전송할 수 있다.
즉, 제 2 모바일 유저 단말기(30)는 제 1 모바일 유저 단말기(20)보다 기지국(10)과의 거리가 가까운 근거리 모바일 유저 단말기의 역할로 스위칭될 수 있고, 제 1 모바일 유저 단말기(20)는 제 2 모바일 유저 단말기(30)보다 기지국(10)과의 거리가 먼 원거리 모바일 유저 단말기의 역할로 스위칭됨으로써, 가까운 위치의 제 2 모바일 유저 단말기(30)의 전송 전력보다 먼 위치의 제 1 모바일 유저 단말기(20)의 전송 전력을 상대적으로 높게 할당하여 데이터를 전송할 수 있다.
상술한 바와 같은 110단계 내지 130단계는 제 1 모바일 유저 단말기(20)와 제 2 모바일 유저 단말기(30)가 서로 반복 교차되는 경우에 반복적으로 수행될 수 있는데, 아래와 같이 최적화된 전력 역할 스위칭에 따라 전송 전력을 할당할 수 있다.
또한, 상술한 바와 같이 제 1 모바일 유저 단말기(20) 및 제 2 모바일 유저 단말기(30)의 거리에 따라 제 1 전송 전력 또는 제 2 전송 전력을 할당하는 기지국(10)은 제 1 모바일 유저 단말기(20) 및 제 1 모바일 유저 단말기(30)의 채널 이득 차이가 기 설정된 채널 이득 임계값보다 작을 경우 기 설정된 전송 전력 임계값보다 상대적으로 큰 값을 갖도록 제 1 전송 전력 또는 제 2 전송 전력을 유지할 수 있다.
여기에서, 기지국(10)에서는 총 전송 전력이 1일 경우 근거리에 위치하는 근거리 모바일 유저 단말기에 0.5 미만의 전송 전력을 할당하고, 원거리에 위치하는 원거리 모바일 유저 단말기에 0.5 초과의 전송 전력을 할당할 수 있다.
상술한 바와 같은 무선 통신 시스템의 전송 전력 할당 방법에 대해 구체적으로 설명하면, 비직교 다중접속(NOMA)에서는 여러 명의 페어링된 사용자에게 동일한 무선 리소스 블록(radio resource block)을 통해 동시에 무선 통신 서비스를 제공할 수 있는데, 두 명의 모바일 NOMA 사용자(채널이득이 각각 |h1|2 및 |h2|2이고, |h1|2≥|h2|2인 MUE1 및 MUE2)를 고려할 경우 채널 |hi|는 BS-MUEi 링크에 대해 평균 0과 분산 I를 갖는 채널 계수 hi∼CN(0,λi=di -v)를 갖는 독립적인 레일리 플랫 페이딩(Rayleigh flat fading)으로 간주될 수 있다. 여기에서, di는 BS-MUEi 거리이며, v는 경로 손실 지수를 의미한다.
이러한 비직교 다중접속(NOMA)이 적용된 무선 통신 시스템에서 단일 입력 및 단일 출력(SISO : single-input and single-output)의 안테나 구성이 고려될 경우 BS(기지국)에서 MUE1과 MUE2까지의 거리는 각각 d1과 d2이고, 두 사용자의 PA(power allocation) 팩터는 ρ1과 ρ2이며, ρ1+ρ2=1이고, ρ2>ρ1로 나타낼 수 있다.
그리고, BS의 총 전송 전력으로서 Pt를 고려할 경우 MUE1(CCU : cell center user) 및 MUE2(CEU : cell edge user)에 대한 개별 사용자 용량은 아래의 수학식 1과 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112020009784622-pat00001
여기에서, No는 가산백색가우스잡음(AWGN)의 분산을 나타낸다.
이에 따라, 사용자의 페어 합계 용량(PSC : pair sum capacity)은 아래의 수학식 2와 같이 산출할 수 있다.
Figure 112020009784622-pat00002
다음에, 비직교 다중접속(NOMA)이 적용된 무선 통신 시스템에서의 이동성 모델에 대해 설명하면, RWP(random way point) 이동성 모델(mobility model)은 사용자의 이동성을 위해 고려되는 반면 BS는 셀룰러 영역의 중심에 고정될 수 있고, MUE는 매 순간 ts에서 지점 po에서 pn으로 위치를 변경할 수 있다.
그리고, MUEi의 위치는 지정된 영역 내에서 균일하게 선택될 수 있고, 그 속도는 최소 및 최대 속도 간격([vtmin; vtmax])으로부터 선택될 수 있다.
따라서, BS에서 MUEi 거리(di)는 각각의 새로운 위치(pn)에서 계산될 수 있고, 2D 모델에서는 거리가 랜덤 변수로 간주되어 아래의 수학식 3과 같이 주어진 확률밀도함수(PDF : probability density function)로 간주될 수 있다.
Figure 112020009784622-pat00003
여기에서, 이동성 파라미터가 n=3이며, Bi=(1/73)로 나타낼 수 있고, 2D 토폴로지의 경우 [324; -420; 96]이고, βi=[1;3;5]로 나타낼 수 있다.
상술한 바와 같은 비직교 다중접속(NOMA)이 적용된 무선 통신 시스템의 이동성을 유지하기 위해서 MUE의 역할 스위칭과 PA(power allocation) 팩터를 최적화하여 PSC 쌍을 최대화하는 것으로, 다음의 수학식 4와 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112020009784622-pat00004
여기에서, (a)의 최적화 함수는 PSC를 최대화하는데, (b)는 원거리 사용자와의 일반적인 전력 할당 규칙을 나타내며, (c)는 채널 이득 차이가 임계값보다 작을 경우(각각에 가까운 사용자) 사용자간에 최소 전력 차이 제약 조건을 나타내고, (d)는 사용자 이동성의 최소/최대 제한을 나타낸다.
다음에, 비직교 다중접속(NOMA)이 적용된 무선 통신 시스템의 역할 스위칭 및 전력 최적화에 대해 설명하면, NOMA 페어링의 기준선 역할을 하는 사용자의 가변 채널 이득을 고려하여 사용자 이동성에서 NOMA의 원칙 위반 문제(NPVP)를 처리할 수 있는데, RWP(random way point) 이동성 모델에 따라 두 MUE(MUE1, MUE2)가 서로 매우 근접하거나 심지어 여러 번 교차한다고 할 경우 MUE가 서로 매우 가까워질 때마다 도 2에 도시한 바와 같이 스위칭 위치 P에서의 채널 조건이 거의 비슷해지며, 총 용량 최대화에 중점을 둔 종래의 전력 할당 체계는 사용자 측의 데이터 복구 문제에 신경 쓰지 않고 두 사용자 모두에게 매우 가까운 PA 팩터를 할당할 수 있다.
또한, 사용자가 서로 교차하는 경우 근거리/원거리 사용자 역할과 관련 PA 순서를 모두 스위칭해야 하는데, 사용자가 서로 매우 근접한 경우(즉, |h1|2-|h2|2≤CHth인 경우) 최적화된 전력 역할 스위칭(OPRS : optimized power role switching)-NOMA가 적용된 무선 통신 시스템에서는 페어링된 사용자 간의 전력 차이가 아래의 수학식 5에 나타낸 바와 같이 기 설정된 전송 전력 임계값 ρth보다 크게 되도록 유지할 수 있다.
Figure 112020009784622-pat00005
일반적으로 사용자의 PA는 동일하지 않아야하며, 근거리에 위치하는 사용자의 PA인 ρ1은 0.5보다 작고, 원거리에 위치하는 사용자의 PA인 ρ2는 0.5보다 커야하는데, 두 사용자가 서로 근접해 있고 MUE2(CEU)의 목표 속도가 작은 경우 PSC를 최대화하기 위해 BS는 ρ1=0.49 및 ρ2=0.51을 할당할 수 있으며, MUE1(CCU)에 최대 허용 전력을 제공할 경우 PSC가 향상될 수 있고, 이는 이분법 검색 전력 최적화(BSPO : bisection search power optimization)와 유사합니다. 여기에서, 두 사용자의 이러한 밀접한 PA 팩터는 데이터 복구 프로세스를 크게 저하시킬 수 있는데, 기 설정된 전송 전력 임계값 기반 PA(전력 할당)가 문제를 해결할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 OPRS-NOMA가 적용된 무선 통신 시스템은 각각의 새로운 위치에서 페어링된 사용자의 채널 상태를 확인하여 작동할 수 있고, 채널 이득 순서가 이전과 동일할 경우 전력 할당 알고리즘은 전력 최적화 부분에만 초점을 맞추어 할당할 수 있다(이분법 검색 전력 최적화(BSPO) 또는 임계값을 갖는 이분법 검색 전력 최적화(BSPO)).
하지만, 사용자의 채널 이득 순서가 변경될 경우 전력 할당 알고리즘은 근거리/원거리 사용자로 역할을 변경하고, 전력 순서를 반전시킨 후에, 이분법 검색 전력 최적화(BSPO) 또는 임계값을 갖는 이분법 검색 전력 최적화(BSPO)를 이용하여 전력 최적화를 수행할 수 있는데, 이는 도 3에 도시한 바와 같이 페어링된 사용자의 채널 이득을 기반으로 하는 알고리즘1의 if-else 조건에서 알 수 있습니다.
여기에서, 처음 두 조건은 페어링된 MUE의 채널 순서가 변경되지 않으므로 역할 스위칭이 필요하지 않은 경우를 나타내고, 이 두 조건의 차이는 MUE의 채널 이득 차이가 임계값 CHth보다 크거나 작은지, 즉 MUE가 서로 멀리 떨어져 있는지 또는 더 가까운지 여부이며, 큰 채널 이득 차이는 BSPO에 해당하는 반면, 임계값 ρth를 갖는 BSPO가 다르게 사용될 수 있다.
또한, 다른 두 조건은 사용자의 채널 순서가 변경되고(가까운 사용자와 원거리 사용자가 서로 교차하는 경우) 역할 스위칭과 PA가 모두 필요한 경우를 의미하는데, 이 두 조건의 차이는 채널 이득 차이와 관련이 있고, 두 조건 모두 사용자가 주문을 변경하고 역할과 PA를 스위칭해야 하는 경우를 의미하며, 채널 이득이 여전히 서로 가까이 있는 경우(서로 교차한 직후) 역할 스위칭 및 임계값을 갖는 BSPO가 사용될 수 있고, 그렇지 않으면 BSPO를 사용한 역할 스위칭이 사용될 수 있다.
상술한 바와 같이 본 발명의 실시예에 따른 OPRS-NOMA가 적용된 무선 통신 시스템에서는 두 사용자의 채널 상태를 확인하여 종래 NOMA의 NPVP를 극복할 수 있으며, 이는 기 설정된 채널 임계값(CHth)보다 커야 하고, 채널 이득이 채널 임계값(CHth)보다 작은 경우 기 설정된 전송 전력 임계값(즉, 최소 전력 임계값) ρth 조건이 또한 검사될 수 있으며, 마지막으로 OPRS-NOMA는 종래와 같은 BSPO 기술을 사용하여 채널 차이를 기반으로 역할을 스위칭하고 전력 최적화를 수행할 수 있다.
다음에, 상술한 바와 같은 무선 통신 시스템의 전송 전력 할당 방법에 대해 도 4 내지 도 7을 참조하여 그 시스템 구성 및 시뮬레이션 결과에 대해 이하에서 상세히 설명한다.
도 4 내지 도 7을 참조하면, 다운 링크 NOMA 시스템에서 RWP 모델을 따르는 두 개의 MUE(MUE1, MUE2)를 고려하여 매 순간 ts에서 위치, 속도 및 방향을 변경하고, 나머지 파라미터는 목표 속도 TR=1비트/s/Hz, 대역폭 B=1Hz, 신호 대 잡음비 SNR=5dB 및 BS 대 MUE 거리가 1로 정규화되며, 성능은 개별적으로 페어링된 사용자의 합산 용량(PSC)으로 평가되는데, 도 4의 (a)에 도시한 바와 같이 정규화된 BS에서 MUE까지의 거리는 서로 다른 시간 순간 ts에 표시되며, 사용자 P=34에서 첫 번째 스위칭 포인트가 표시되고, MUE1의 채널 상태가 MUE2보다 악화되어 NOMA 원칙을 위반하는 것을 알 수 있다.
그리고, 도 4의 (b)에 도시한 바와 같이 역할 스위칭이 없을 경우 채널 상태가 MUE1보다 좋아질 때 MUE2의 용량이 여전히 증가하지 않음을 알 수 있고, 이러한 점을 보여주기 위해 고정된 전력으로 역할 스위칭을 적용한 후 개별 사용자 용량 결과를 도 5의 (a)에 도시하였다. 여기에서, 역할이 P=34로 스위칭된 후 근거리 및 원거리 사용자의 상당한 용량 획득을 확인할 수 있으며, 용량은 도 5의 (b)의 역할 스위칭과 함께 BSPO를 적용함으로써 더욱 극대화됨을 알 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 OPRS-NOMA가 적용된 무선 통신 시스템의 성능은 도 6에 도시한 바와 같이 고정 전력과 역할 스위칭이 없는 종래 OMA 및 NOMA와 비교되었는데, 스위칭 위치는 도 6의 (a)에서 볼 수 있고, 두 스위칭 위치 사이에서 OPRS-NOMA와 FPS-NOMA에 의해 달성된 PSC 이득의 비교는 도 6의 (b)에 도시되어 있으며, 도 7에 도시한 바와 같이 FPS-NOMA와 비교하여 OPRS-NOMA의 상당한 이점을 보여주기 위해 여러 번 역할 스위칭이 가능한 모바일 사용자의 임의 동작을 나타내고 있다.
상술한 바와 같이 본 발명에서는 역할 스위칭 및 전력 할당 기술인 OPRS-NOMA는 NOMA의 RWP 이동성 모델에 따라 모바일 사용자에게 적용될 수 있는데, OPRS-NOMA는 모바일 NOMA 사용자의 NPVP 문제를 극복할 수 있다.
이러한 무선 통신 시스템에서는 서로 근접하거나 교차할 때 채널 이득을 기준으로 역할을 스위칭할 수 있고, 전력 할당은 모바일 사용자의 위치에 따라 업데이트될 수 있으며, 성능 측정으로서 사용자 당 용량 및 페어 합계 용량을 시뮬레이션에 의해 측정한 결과, 제안된 OPRS-NOMA는 역할 전환 유무에 따른 기존의 NOMA 및 OMA보다 성능이 뛰어남을 알 수 있다.
따라서, 본 발명은 근거리 모바일 유저 단말기와 원거리 모바일 유저 단말기가 비직교 다중접속(NOMA)이 적용되어 기지국에서의 고정된 제 1 전송 전력이 할당된 상태에서 근거리 모바일 유저 단말기와 원거리 모바일 유저 단말기의 이동에 따라 거리 역전이 발생할 경우 역할 스위칭된 제 2 전송 전력을 할당함으로써, 비직교 다중접속(NOMA)이 적용된 무선 통신 시스템의 프로토콜이 정상 동작할 수 있을 뿐만 아니라 모바일 유저 단말기의 페어링 문제 및 전력 할당 문제를 해결할 수 있다.
또한, 본 발명은 비직교 다중접속(NOMA)이 적용된 무선 통신 시스템에서 기지국과 상대적으로 근거리에 위치하는 제 1 모바일 유저 단말기와 상대적으로 원거리에 위치하는 제 2 모바일 유저 단말기에 대해 제 1 모바일 유저 단말기보다 제 2 모바일 유저 단말기에 상대적으로 더 높은 제 1 전송 전력을 할당하고, 기지국과의 거리 역전이 될 경우 역할 스위칭에 따라 제 2 모바일 유저 단말기보다 제 1 모바일 유저 단말기에 상대적으로 더 높은 제 2 전송 전력을 할당함으로써, 모바일 유저 단말기의 이동에 따라 교차하거나 거리 역전이 발생할 경우 역할 스위칭에 따라 원활한 전력 할당을 통해 월등한 총용량 이득을 달성할 수 있다.
이상의 설명에서는 본 발명의 다양한 실시예들을 제시하여 설명하였으나 본 발명이 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능함을 쉽게 알 수 있을 것이다.
10 : 기지국
20 : 제 1 모바일 유저 단말기
30 : 제 2 모바일 유저 단말기

Claims (4)

  1. 비직교 다중접속(NOMA)이 적용된 무선 통신 시스템에서 기지국과 상대적으로 근거리에 위치하는 제 1 모바일 유저 단말기와 상대적으로 원거리에 위치하는 제 2 모바일 유저 단말기에 대해 상기 제 1 모바일 유저 단말기보다 상기 제 2 모바일 유저 단말기에 상대적으로 더 높은 제 1 전송 전력을 할당하는 단계와,
    상기 제 2 모바일 유저 단말기가 상기 제 1 모바일 유저 단말기보다 상기 기지국과의 거리가 근거리가 되는 거리 역전이 될 경우 역할 스위칭에 따라 상기 제 2 모바일 유저 단말기보다 상기 제 1 모바일 유저 단말기에 상대적으로 더 높은 제 2 전송 전력을 할당하는 단계를 포함하되,
    상기 기지국은, 상기 제 1 모바일 유저 단말기 및 제 2 모바일 유저 단말기의 채널 이득 차이가 기 설정된 채널 이득 임계값보다 작을 경우 상기 제 1 전송 전력 또는 제 2 전송 전력을 기 설정된 전송 전력 임계값보다 상대적으로 큰 값을 갖도록 하는 무선 통신 시스템의 전송 전력 할당 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 무선 통신 시스템의 전송 전력 할당 방법은,
    상기 제 1 모바일 유저 단말기 및 제 2 모바일 유저 단말기의 상기 기지국과의 거리가 동일할 경우 상기 제 1 전송 전력을 유지하는 단계
    를 더 포함하는 무선 통신 시스템의 전송 전력 할당 방법.
  3. 삭제
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 기지국은, 총 전송 전력이 1일 경우 근거리 모바일 유저 단말기에 0.5 미만의 전송 전력을 할당하고, 원거리 모바일 유저 단말기에 0.5 초과의 전송 전력을 할당하는 무선 통신 시스템의 전송 전력 할당 방법.
KR1020200010773A 2020-01-30 2020-01-30 무선 통신 시스템의 전송 전력 할당 방법 KR102279924B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020200010773A KR102279924B1 (ko) 2020-01-30 2020-01-30 무선 통신 시스템의 전송 전력 할당 방법

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020200010773A KR102279924B1 (ko) 2020-01-30 2020-01-30 무선 통신 시스템의 전송 전력 할당 방법

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR102279924B1 true KR102279924B1 (ko) 2021-07-20

Family

ID=77127138

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020200010773A KR102279924B1 (ko) 2020-01-30 2020-01-30 무선 통신 시스템의 전송 전력 할당 방법

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR102279924B1 (ko)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115696538A (zh) * 2021-07-23 2023-02-03 华为技术有限公司 发射功率调整方法、装置及系统

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20160124223A (ko) * 2014-04-28 2016-10-26 인텔 아이피 코포레이션 비직교 다중 접속(noma) 무선 시스템 및 방법
KR20170073138A (ko) * 2015-12-18 2017-06-28 삼성전자주식회사 무선 통신 시스템에서 비직교 다중 접속을 위한 장치 및 방법
KR20180073329A (ko) * 2016-12-22 2018-07-02 금오공과대학교 산학협력단 Ofdm 및 noma을 결합한 통신 방법을 이용한 데이터 전송 방법
KR20180133175A (ko) * 2017-06-05 2018-12-13 금오공과대학교 산학협력단 Noma와 gssk를 결합한 신호처리 방법, 장치 및 기지국
KR20190033251A (ko) 2017-09-21 2019-03-29 금오공과대학교 산학협력단 Noma에서의 sic 알고리즘 보안 강화 장치 및 방법
KR20190057144A (ko) 2016-11-04 2019-05-27 엘지전자 주식회사 무선 통신 시스템에서 하향링크 채널을 수신하는 방법 및 이를 위한 장치
US20190254043A1 (en) * 2018-02-14 2019-08-15 Telefonaktiebolaget Lm Ericsson (Publ) Apparatuses, methods and computer programs for implementing fairness and complexity-constrained a non-orthogonal multiple access (noma) scheme

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20160124223A (ko) * 2014-04-28 2016-10-26 인텔 아이피 코포레이션 비직교 다중 접속(noma) 무선 시스템 및 방법
KR20170073138A (ko) * 2015-12-18 2017-06-28 삼성전자주식회사 무선 통신 시스템에서 비직교 다중 접속을 위한 장치 및 방법
KR20190057144A (ko) 2016-11-04 2019-05-27 엘지전자 주식회사 무선 통신 시스템에서 하향링크 채널을 수신하는 방법 및 이를 위한 장치
KR20180073329A (ko) * 2016-12-22 2018-07-02 금오공과대학교 산학협력단 Ofdm 및 noma을 결합한 통신 방법을 이용한 데이터 전송 방법
KR20180133175A (ko) * 2017-06-05 2018-12-13 금오공과대학교 산학협력단 Noma와 gssk를 결합한 신호처리 방법, 장치 및 기지국
KR20190033251A (ko) 2017-09-21 2019-03-29 금오공과대학교 산학협력단 Noma에서의 sic 알고리즘 보안 강화 장치 및 방법
US20190254043A1 (en) * 2018-02-14 2019-08-15 Telefonaktiebolaget Lm Ericsson (Publ) Apparatuses, methods and computer programs for implementing fairness and complexity-constrained a non-orthogonal multiple access (noma) scheme

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115696538A (zh) * 2021-07-23 2023-02-03 华为技术有限公司 发射功率调整方法、装置及系统
CN115696538B (zh) * 2021-07-23 2023-12-15 华为技术有限公司 发射功率调整方法、装置及系统

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101086134B1 (ko) Ｗａｎ 시그널링 및 피어 투 피어 시그널링을 지원하는 혼합형 무선 통신 시스템에서의 전력 제어 및/또는 간섭 관리에 관한 방법 및 장치
EP2364565B1 (en) Methods and apparatus for communicating in a system including relay stations
KR20070001417A (ko) 통신 시스템에서 링크의 상태 보고 방법 및 시스템
Xia et al. Relay selection strategy for device to device communication
Parzysz et al. Energy minimization for the half-duplex relay channel with decode-forward relaying
Xu et al. Interference management for D2D communications in heterogeneous cellular networks
Yang et al. Interference management in in-band D2D underlaid cellular networks
KR102279924B1 (ko) 무선 통신 시스템의 전송 전력 할당 방법
Kalbkhani et al. Power allocation and relay selection for network-coded D2D communication underlay heterogeneous cellular networks
Wang et al. Performance analysis of NOMA for multiple-antenna relaying networks with energy harvesting over Nakagami-m fading channels
Du et al. Statistical delay control and QoS-driven power allocation over two-hop wireless relay links
Okegbile et al. Outage and throughput analysis of cognitive users in underlay cognitive radio networks with handover
AboHashish et al. Energy efficiency optimization for relay deployment in multi-user LTE-advanced networks
KR101694065B1 (ko) 인접 기지국을 활용하는 협력 통신 시스템 및 그것을 이용한 협력 통신 방법
KR102263034B1 (ko) 무선 통신 시스템의 하향링크 신호 전송 방법
KR101610050B1 (ko) 전력제어 기반의 d2d 통신 시스템 및 그 전력 제어 방법
US11895688B2 (en) Hybrid macro diversity and cooperative relaying method of ultra-reliable and real-time multi-user communication
Nguyen et al. Novel multiple access for cooperative networks with nakagami-m fading: System model and performance analysis
CN105554894A (zh) 移动网络中h2h和m2m终端发射功率协同控制方法
Gunnery et al. Hybrid cognitive Gaussian two-way relay channel: Performance analysis and optimal resource allocation
Chamkhia et al. Sub-channels selection schemes with interference management for underlay cognitive networks
Jiang et al. Uplink spectrum overlay coverage enhancement algorithm in 5G network
Sachdeva et al. Probability of Error Analysis of Decode-and-Forward Cooperative Relaying System with Maximal Ratio Combining
Xia et al. Multi-relay selection strategy for device to device communication
KR100762280B1 (ko) 기지국의 통신 자원 할당 방법

Legal Events

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