KR102589838B1 - Efficient user-serving method in user-centric cell-free massive MIMO model - Google Patents

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KR102589838B1 KR1020220097317A KR20220097317A KR102589838B1 KR 102589838 B1 KR102589838 B1 KR 102589838B1 KR 1020220097317 A KR1020220097317 A KR 1020220097317A KR 20220097317 A KR20220097317 A KR 20220097317A KR 102589838 B1 KR102589838 B1 KR 102589838B1
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송형규
유영환
오지혜
신범식
유승근
탄 빈 응우옌
아브랄 샤킬 세잔 모하메드
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세종대학교산학협력단
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Abstract

본 발명은 하향링크 user-centric cell-free massive MIMO 모델에서 영역 내에 다수의 유저가 존재할 때 미지원 유저들을 효율적으로 없앨 수 있는 유저 지원 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 영역 내 미지원 유저를 방지하면서 기존 유저들의 연결 및 처리량을 보장하기 위한 방법에 관한 것이다.
본 발명에 따르면, 다양한 환경 하에서 제시되는 방법이 적절하게 동작할 수 있으며 영역 내의 미지원 유저의 수를 효과적으로 줄임과 동시에 전체 시스템의 처리량과 계산량을 적절히 유지할 수 있다.
The present invention relates to a user support method that can efficiently eliminate unsupported users when there are a large number of users in an area in a downlink user-centric cell-free massive MIMO model. More specifically, it relates to a user support method that can effectively eliminate unsupported users in an area while preventing unsupported users in the area. It is about methods to ensure user connectivity and throughput.
According to the present invention, the proposed method can operate appropriately under various environments and can effectively reduce the number of unsupported users in an area while properly maintaining the throughput and calculation amount of the entire system.

Description

User-centric cell-free massive MIMO 모델에서의 효율적인 유저 서비스 방법 {Efficient user-serving method in user-centric cell-free massive MIMO model}Efficient user-serving method in user-centric cell-free massive MIMO model {Efficient user-serving method in user-centric cell-free massive MIMO model}

본 발명은 User-centric cell-free massive MIMO 모델에서 다수의 유저를 지원하기 위한 방법에 관한 것으로써, 보다 상세하게는 하향링크 user-centric cell-free massive MIMO 시스템에서 미지원 유저의 수를 크게 줄임과 동시에 적절한 sum rate을 달성하기 위한 효율적인 유저 지원 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for supporting a large number of users in a user-centric cell-free massive MIMO model, and more specifically, to significantly reduce the number of unsupported users in a downlink user-centric cell-free massive MIMO system. At the same time, it is about an efficient user support method to achieve an appropriate sum rate.

5G의 등장으로 인해 높은 data rate 지원이 기능해졌으나 mmWave대역의 전파 특성으로 인한 커버리지(coverage)의 한계가 수반되었다. 이를 극복하기 위한 방안으로 혁신적인 네트워크 모델인 cell-free massive MIMO가 제안되었다. Cell-free Massive MIMO 모델은 기존 셀룰러 모델과 달리 지리적으로 분산 분포된 access point (AP)들이 모든 유저들을 함께 지원하는 모델이다. With the advent of 5G, high data rate support has become a feature, but it has been accompanied by limitations in coverage due to the propagation characteristics of the mmWave band. As a way to overcome this, an innovative network model, cell-free massive MIMO, was proposed. Unlike the existing cellular model, the Cell-free Massive MIMO model is a model in which geographically distributed access points (APs) support all users together.

Cell-free Massive MIMO 모델은 기존 Massive MIMO의 channel hardening과 favorable propagation과 같은 이점들을 유지함과 동시에 주변 환경의 영향 및 shadow fading에 강하여 해당 영역 내의 모든 유저에게 균일한 spectral efficiency를 제공할 수 있다. 그러나 cell-free massive MIMO 모델은 현실적으로 운용하기에 너무 높은 복잡도를 지닌다는 한계를 지닌다. 이에 더욱 현실성 있는 운용을 위한 대안으로써 user-centric cell-free massive MIMO가 각광받고 있다. The Cell-free Massive MIMO model maintains the advantages of existing Massive MIMO, such as channel hardening and favorable propagation, and is resistant to the influence of the surrounding environment and shadow fading, so it can provide uniform spectral efficiency to all users in the area. However, the cell-free massive MIMO model has the limitation of having too high a complexity to operate realistically. Accordingly, user-centric cell-free massive MIMO is receiving attention as an alternative for more realistic operation.

User-centric 모델은 cell-free 모델의 실현 가능한 구현으로써, 실현 가능한 복잡도를 지니지만 각 AP별 지원 가능한 유저의 수가 제한된다는 한계를 지닌다. 이에 영역 내의 미지원 유저와의 연결을 생성하기 위해 미지원 유저에게서 가장 channel gain이 좋은 AP와 연결하는 방법이 제시된 바 있다. The user-centric model is a feasible implementation of the cell-free model and has feasible complexity, but has the limitation that the number of users that can be supported for each AP is limited. Accordingly, in order to create connections with unsupported users in the area, a method has been proposed to connect unsupported users to the AP with the best channel gain.

위 방법은 적은 수의 유저가 존재하는 경우에는 효과적으로 미지원 유저를 사라지게 할 수 있으나, 유저 수가 많은 환경에 적용할 경우 신규 연결 생성을 위해 기존 유저와의 연결을 해제하게 되는 문제점이 발생하게 된다. The above method can effectively eliminate unsupported users when there are a small number of users, but when applied to an environment with a large number of users, it causes the problem of disconnecting existing users to create new connections.

한국등록특허 10-1161195Korean registered patent 10-1161195

본 발명은 user-centric cell-free massive MIMO 모델내에서 다수의 유저가 존재할 때에도 모든 유저들에게 서비스를 제공할 수 있는 효율적인 유저 지원 방법을 제공하는데 목적이 있다. 또한 영역 내의 미지원 유저를 줄이면서 기존 유저와의 연결을 보장하고 적절한 sum rate 역시 유지할 수 있다. The purpose of the present invention is to provide an efficient user support method that can provide services to all users even when there are a large number of users within a user-centric cell-free massive MIMO model. Additionally, while reducing the number of unsupported users in the area, it is possible to guarantee connection to existing users and maintain an appropriate sum rate.

본 발명은 하향링크 user-centric cell-free massive MIMO 모델에서 영역 내에 다수의 유저가 존재할 때 모든 유저들에게 서비스를 지원하기 위한 유저 할당 방법을 제시한다. The present invention proposes a user allocation method to support services to all users when there are a large number of users in an area in a downlink user-centric cell-free massive MIMO model.

본 하향링크 user-centric cell-free massive MIMO 모델에서의 유저당 처리량 (per-user throughput)의 분포 특성에 대한 관찰을 수행하고, 해당 관찰 결과를 적절한 유저 할당 수행의 근거로 삼는다. 분포 특성을 통해 임의의 유저에게 서비스를 제공하는 전체 AP들 중 상위 소수의 AP들 만이 해당 유저의 처리량의 대부분을 담당한다는 것을 확인할 수 있다. Observations are made on the distribution characteristics of per-user throughput in this downlink user-centric cell-free massive MIMO model, and the observation results are used as the basis for performing appropriate user allocation. Through the distribution characteristics, it can be seen that among all APs providing services to any user, only the top few APs are responsible for most of the user's throughput.

이에 상위 AP들은 기존 유저에게 고정하고, 그 이하의 AP들을 미지원 유저에게 서비스를 제공할 수 있는 후보로 삼는다. 또한 미지원 유저에게 할당되는 후보군들은 일정 거리 이내에 존재하는 AP들에게서 미지원 유저 측에서 channel gain이 높은 순으로 반복 할당되며, 미지원 유저에게 지원되는 data rate을 누적적으로 합산한다. Accordingly, higher-ranking APs are fixed to existing users, and lower-ranking APs are selected as candidates for providing services to unsupported users. In addition, the candidates assigned to non-supported users are repeatedly assigned from APs within a certain distance in the order of channel gain on the non-supported user side, and the data rates supported for the non-supported users are cumulatively added.

전체 네트워크 상에 존재하는 유저들의 평균 throughput 이상이 될 경우 반복을 중단하고 다음 미지원 유저 탐색에 들어간다. 본 발명에서 제시되는 방법은 기존 유저와의 연결 및 적절한 수준의 data rate을 보장하는 것을 최우선으로 삼으며, 현실적인 복잡도 유지를 위해 AP당 지원 가능한 최대 유저의 수는 각 AP에 장착된 안테나의 수로 제한한다. If the throughput exceeds the average of users existing on the entire network, the repetition is stopped and search for the next unsupported user begins. The method presented in the present invention places priority on ensuring connectivity with existing users and an appropriate level of data rate, and to maintain realistic complexity, the maximum number of users that can be supported per AP is limited to the number of antennas mounted on each AP. do.

본 발명에 따르면, 다수의 유저가 존재하는 user-centric cell-free massive MIMO 모델에서 기존 유저의 연결 및 data rate을 보장함과 동시에 영역 내 미지원 유저의 수를 크게 줄일 수 있다. 본 발명에 따라 구축된 유저 지원 방법은 기존의 cell-free massive MIMO와 달리 현실적인 구현을 가능하게 하며 user-centric cell-free massive MIMO 모델에서의 유저 지원 한계를 해결할 수 있다. 또한 시스템 내에서 다양한 환경 하의 sum rate 성능 및 per-user throughput에 대한 CDF 성능 또한 적절히 유지할 수 있다.According to the present invention, in a user-centric cell-free massive MIMO model where a large number of users exist, the connection and data rate of existing users can be guaranteed and the number of unsupported users in the area can be greatly reduced. The user support method built according to the present invention enables realistic implementation, unlike existing cell-free massive MIMO, and can solve user support limitations in the user-centric cell-free massive MIMO model. In addition, CDF performance for sum rate performance and per-user throughput under various environments within the system can also be properly maintained.

[도 1]은 본 발명에 따른 user-centric cell-free massive MIMO 시스템에서 다수의 유저가 존재하는 무선 통신 시스템의 전체적인 구성을 도시한 도면이다.
[도 2]는 본 발명에 따른 [도 1]환경에 기반한 임의의 유저 당 지원받는 per-user throughput(유저 당 처리량)의 분포를 도시한 도면이다.
[도 3]은 본 발명에 따른 [도 2]에 대한 임의의 유저 당 전체 per-user throughput의 합과 해당 유저를 지원하는 전체 AP를 지원 data rate을 기준으로 내림차순 정렬했을 때, 전체 AP 수의 중앙값 이하의 AP들의 지원을 해제한 후의 per-user throughput 합에 대한 비교를 도시한 도면이다.
[도 4]는 본 발명에 따른 기존 유저 지원 보장 및 미지원 유저에 대한 AP 할당 과정의 실제 알고리즘을 보여주는 도면이다.
[도 5]는 본 발명에 따른 user-centric cell-free massive MIMO 모델 및 비교 모델 당 발생하는 미지원 유저의 수에 대한 시뮬레이션 결과를 보여주는 도면이다.
[도 6]은 본 발명에 따른 user-centric cell-free massive MIMO 모델 및 비교 모델 당 sum rate 성능에 대한 비교 결과를 다양한 환경 하에 영역 내 유저 수 변화에 따라 보여주는 도면이다.
[도 7]은 본 발명에 따른 user-centric cell-free massive MIMO 모델 및 비교 모델 당 나타나는 per-user throughput에 대한 CDF 시뮬레이션 결과를 보여주는 도면이다.
[도 8]은 본 발명에 따른 user-centric cell-free massive MIMO 모델 및 비교 모델 당 유저 수의 증가에 따라 결과적으로 남아있는 미지원 유저의 수에 대한 시뮬레이션 결과를 막대 그래프를 통해 보여주는 도면이다.
[Figure 1] is a diagram showing the overall configuration of a wireless communication system with multiple users in a user-centric cell-free massive MIMO system according to the present invention.
[Figure 2] is a diagram showing the distribution of per-user throughput supported per user based on the environment [Figure 1] according to the present invention.
[Figure 3] shows the sum of the total per-user throughput per user for [Figure 2] according to the present invention and the total number of APs when sorting the total APs supporting that user in descending order based on the data rate supported. This diagram shows a comparison of the per-user throughput sum after deactivating support for APs below the median.
[Figure 4] is a diagram showing the actual algorithm of the AP allocation process for guaranteeing existing user support and unsupported users according to the present invention.
[Figure 5] is a diagram showing simulation results of the number of unsupported users occurring per user-centric cell-free massive MIMO model and comparison model according to the present invention.
[Figure 6] is a diagram showing the comparison results of the sum rate performance per user-centric cell-free massive MIMO model and comparison model according to the present invention according to changes in the number of users in the area under various environments.
[Figure 7] is a diagram showing CDF simulation results for per-user throughput per user-centric cell-free massive MIMO model and comparison model according to the present invention.
[Figure 8] is a bar graph showing the simulation results of the number of unsupported users remaining as a result of the increase in the number of users per user-centric cell-free massive MIMO model and comparison model according to the present invention.

1. 종래 기술1. Prior art

Cell-free massive MIMO 모델에서는 모든 AP들이 영역 내에 존재하는 모든 유저들을 지원하는 것이 일반적이다. AP의 수를 이라고 하고 영역 내 유저의 수를 로 표현하기로 할 때, 기존 cell-free massive MIMO 모델에서는 L >> K 의 대소 관계가 가정되어 유저의 수에는 큰 지장을 받지 않도록 설계되었으나 의 값이 cellular massive MIMO에서와 같이 다소 높은 수 (ex.64, 128, 256, ...)로 설정되기 때문에 높은 계산 복잡도를 수반한다. 또한 cell-free massive MIMO 모델은 유저의 수가 증가할수록 시스템의 복잡도 역시 그에 비례하여 증가하기 때문에 유저 수가 조금만 늘어나더라도 현실적으로 구현하기에 어려운 기술에 해당한다.In the cell-free massive MIMO model, it is common for all APs to support all users within the area. number of APs and the number of users in the area is When expressing it as Because the value of is set to a rather high number (ex.64, 128, 256, ...) as in cellular massive MIMO, it entails high computational complexity. In addition, the cell-free massive MIMO model is a technology that is difficult to implement realistically even if the number of users increases slightly, because the complexity of the system also increases proportionally as the number of users increases.

이에 반해, user-centric massive MIMO 모델은 모든 AP들이 모든 유저를 지원하지 않고 각 AP당 지원 가능한 유저의 수가 제한되거나 혹은 환경에 따라 선택적으로 달라질 수 있다. 그러므로 기존 cell-free massive MIMO 모델에 비해 유저의 수가 늘어나더라도 전체 모델 내의 복잡도는 일정 수준으로 유지될 수 있으며 이에 실현 가능한 cell-free 모델에 해당한다. On the other hand, in the user-centric massive MIMO model, not all APs support all users, and the number of users that can be supported per AP is limited or can vary selectively depending on the environment. Therefore, even if the number of users increases compared to the existing cell-free massive MIMO model, the complexity within the overall model can be maintained at a certain level and thus corresponds to a feasible cell-free model.

도 1은 하향링크 user-centric cell-free massive MIMO 모델을 나타내는 도면이다. 기존의 cell-free massive MIMO 모델과 동일하게 모델 내의 AP(100)들은 logical unit인 central processing unit(CPU)(110)과 직접적 혹은 간접적으로 fronthaul(120)을 통해 연결 되어있으며 CPU들 간의 연결은 optical cable(130)이 사용된다고 가정한다. 또한 도면상의 도시는 없으나 각 AP에서는 하향링크 데이터 전송 시 매우 간단한 conjugate beamforming(CB) precoding을 사용한다. Figure 1 is a diagram showing a downlink user-centric cell-free massive MIMO model. Same as the existing cell-free massive MIMO model, the APs (100) in the model are connected directly or indirectly to the central processing unit (CPU) (110), which is a logical unit, through the fronthaul (120), and the connection between CPUs is optical. Assume that cable(130) is used. Additionally, although not shown in the drawing, each AP uses very simple conjugate beamforming (CB) precoding when transmitting downlink data.

본 발명에서는 도 1에서와 같이 각 AP(100)에서 지원할 수 있는 최대 유저의 수를 제한한다. 해당 도 1에서는 AP 당 지원 가능한 최대 유저의 수를 2명으로 가정한 상황이 나타나 있다. User-centric cell-free massive MIMO 모델은 앞선 설명과 같이 구현의 현실성을 위해 각 AP(100)가 모든 유저(140)를 지원하지 않으므로 이에 모델 내에서는 미지원 유저(150)가 발생할 수 있으며 이는 영역 내 유저의 수가 증가할수록 더욱 빈번히 발생한다. In the present invention, as shown in FIG. 1, the maximum number of users that can be supported by each AP (100) is limited. Figure 1 shows a situation assuming that the maximum number of users that can be supported per AP is 2. As explained previously, in the user-centric cell-free massive MIMO model, each AP (100) does not support all users (140) for realism in implementation, so unsupported users (150) may occur within the model, which may occur within the area. This happens more frequently as the number of users increases.

이에 본 발명에서는 도 1과 같은 모델 내에서 발생하는 미지원 유저(150)에게 효율적으로 서비스를 제공하기 위한 방법을 제시한다. Accordingly, the present invention proposes a method for efficiently providing services to unsupported users 150 that occur within the model shown in FIG. 1.

2. 본 발명에 따른 전체 시스템 모델 및 Spectral Efficiency 2. Overall system model and Spectral Efficiency according to the present invention

2.1 네트워크 모델 및 채널 모델2.1 Network model and channel model

본 발명에서는 각 AP(100)당 지원 가능한 유저의 수를 AP(100)당 장착된 안테나 수로 제한한 user-centric cell-free massive MIMO 모델을 고려한다. 해당 모델 내에는 개의 안테나가 장착된 개의 AP가 존재하며 명의 단일 안테나 유저가 있다고 가정한다. 또한 AP와 유저 사이의 operation은 time division duplexing(TDD)으로 가정한다. 해당 네트워크 모델의 각각의 coherence block 는 다음 수학식 1과 같이 세 개의 페이즈 구간으로 표현된다. The present invention considers a user-centric cell-free massive MIMO model in which the number of users that can be supported for each AP (100) is limited to the number of antennas installed per AP (100). Within that model equipped with two antennas There are APs Assume that there are single antenna users. Additionally, the operation between the AP and the user is assumed to be time division duplexing (TDD). Each coherence block of the corresponding network model is expressed in three phase sections as shown in Equation 1 below.

는 상향링크 파일럿 전송을 통한 채널 추정 구간(이하 채널추정), 는 하향링크 데이터 전송 구간, 는 상향링크 데이터 전송 구간을 의미한다. is a channel estimation section (hereinafter referred to as channel estimation) through uplink pilot transmission, is the downlink data transmission section, means the uplink data transmission section.

본 발명에서는 flat fading 채널을 가정하므로 AP 과 유저 사이의 채널을 로 표현하며 로 정의된다. 여기서 는 large scale fading을 나타내며 는 small scale fading으로 (Complex Normal Distribution)를 만족한다. In the present invention, since a flat fading channel is assumed, AP and user the channel between Expressed as It is defined as here represents large scale fading. is small scale fading (Complex Normal Distribution) is satisfied.

이하에서는, 채널 추정 구간 및 하향링크 데이터 전송 구간에 대하여 설명한다. 본 발명은 하향링크 user-centric cell-free massive MIMO 모델을 다루므로 상향링크 데이터 전송 구간에 대한 설명은 포함하지 않는다. Below, the channel estimation section and downlink data transmission section will be described. Since the present invention deals with a downlink user-centric cell-free massive MIMO model, it does not include a description of the uplink data transmission section.

2.2 상향링크 파일럿 전송을 통한 채널 추정 2.2 Channel estimation through uplink pilot transmission

본 발명에서는 MMSE estimator를 이용한 채널 추정을 적용한다. 파일럿에 대해 다음과 같이 로 정의할 때, 는 파일럿 전송 길이를 의미하고 는 유저 에 대한 파일럿 시퀀스를 나타내며 파워는 로 정의된다. 이 때 AP 과 수신하는 유저 가 전송한 파일럿 신호는 아래 수학식 2로 표현된다. In the present invention, channel estimation using the MMSE estimator is applied. About the pilot as follows: When defined as, means the pilot transmission length and is the user represents the pilot sequence for and the power is It is defined as At this time, the AP and the receiving user The pilot signal transmitted by is expressed in Equation 2 below.

여기서 는 파일럿의 전력을 의미하고 는 AP l 에서 수신 시 발생하는 잡음에 해당하며 independent and identically distribution (i.i.d.) 및 N(0,1) (Complex Normal Distribution) 를 따른다. here refers to the pilot's power and Corresponds to the noise generated when receiving from AP l and follows independent and identically distribution (iid) and N(0,1) (Complex Normal Distribution).

APl 은 위 수학식 2에서 수신 받은 신호를 통해 로컬로 추정치를 계산한다. 아래 수학식 3은 AP l 의 추정 신호를 의미한다. AP l calculates the estimate locally through the signal received in Equation 2 above. Equation 3 below means the estimated signal of AP l .

본 발명에 사용되는 MMSE estimator에서는 위 수학식 3에서 얻어지는 추정치를 적용한다. 이에 최종적으로 얻어지는 AP l 과 유저 k 사이의 채널 추정치는 아래 수학식 4와 같이 표현된다.The MMSE estimator used in the present invention applies the estimate obtained in Equation 3 above. Accordingly, the channel estimate between AP l and user k finally obtained is expressed as Equation 4 below.

이어지는 2.3에서는 수학식 4를 통해 구해진 채널 추정치를 사용하여 하향링크 데이터 전송에 대해 설명한다. In the following 2.3, downlink data transmission is explained using the channel estimate obtained through Equation 4.

2.3 하향링크 데이터 전송 2.3 Downlink data transmission

본 발명에서는 user-centric cell-free massive MIMO 모델에서의 하향링크 데이터 전송을 다룬다. 모든 AP들은 하향링크 데이터 전송 시 precoding으로 conjugate beamforming (CB)를 적용한다. 아래 수학식 5는 AP l 이 유저 k에 대해 전송하는 신호 을 표현한다. The present invention deals with downlink data transmission in the user-centric cell-free massive MIMO model. All APs apply conjugate beamforming (CB) as precoding when transmitting downlink data. Equation 5 below is the signal transmitted by AP l to user k. Express.

위 수학식 5에서 는 AP l 의 하향링크 파워를 의미하며 는 앞선 2.2에서 구해진 채널 추정치를 사용하여 CB precoding을 적용하는 것을 나타낸다. 전송하는 신호를 의미한다. 는 유저 에게 전송되는 데이터 심볼을 의미하며 로 파워에 대한 제약이 존재한다. 위 수학식 5에서 는 AP l 과 유저 사이의 파워 컨트롤 계수에 해당하며 이는 아래 수학식 6과 같은 조건을 만족한다고 가정한다. In equation 5 above, means the downlink power of AP l indicates that CB precoding is applied using the channel estimate obtained in 2.2 above. This refers to the signal being transmitted. is the user It refers to the data symbol transmitted to There are restrictions on raw power. In equation 5 above, is AP l and user It corresponds to the power control coefficient between and is assumed to satisfy the conditions shown in Equation 6 below.

위의 수학식들을 통해 하향링크 데이터 전송에서 유저 가 최종적으로 수신하게 되는 신호는 아래 수학식 7로 표현할 수 있다. In downlink data transmission through the above equations, the user The signal that is finally received can be expressed in Equation 7 below.

본 발명에서는 모든 AP가 모든 유저들을 지원하지 않는 것이 가정이므로 아래 수학식 8과 같은 연결 행렬 를 정의한다. In the present invention, it is assumed that all APs do not support all users, so the connection matrix as shown in Equation 8 below Define.

위 수학식 8은 임의의 AP l 과 유저 사이의 연결 여부를 결정하는 연결 행렬로써, 만일 의 값이 0이면 해당 AP와 유저는 미 연결 상태이며, 1일 경우 연결된 상태에 해당함을 표현한다. 또한 수학식 8에서 는 유저 를 지원하는 AP들의 집합을 의미한다. 본 발명에서는 연결 행렬 를 이어지는 수학식 9에 적용한다.Equation 8 above is a random AP l and user As a connection matrix that determines whether there is a connection between If the value of is 0, the corresponding AP and the user are in an unconnected state, and if the value is 1, they are in a connected state. Also, in equation 8 is the user refers to a set of APs that support . In the present invention, the connection matrix Apply to Equation 9 that follows.

User-centric cell-free massive MIMO 모델에서의 최종적인 하향링크 spectral efficiency는 위 수학식 9로 표현할 수 있다. 이는 기존 cell-free massive MIMO에서와 동일한 개형을 갖추되, 연결 행렬 로 인해 특정 유저에 대한 지원 여부가 결정된다는 특징을 지닌다. The final downlink spectral efficiency in the user-centric cell-free massive MIMO model can be expressed as Equation 9 above. This has the same reformulation as the existing cell-free massive MIMO, but has a connection matrix It has the characteristic of determining whether or not to support a specific user.

3. 본 발명의 사용자 연결 절차3. User connection procedure of the present invention

본 발명에서는 도 2에 도시한 것과 같은 처리량 분포 기반하여 효율적인 유저 지원 방법을 제시한다. 도 2는 도 1의 모델 환경에 기반한 임의의 유저 당 지원받는 per-user throughput(유저 당 처리량)의 분포를 도시한 도면이다. The present invention proposes an efficient user support method based on the throughput distribution as shown in FIG. 2. FIG. 2 is a diagram showing the distribution of per-user throughput supported per user based on the model environment of FIG. 1.

도 2에서는 임의의 4명의 유저를 선발하였을 ---때, 각각의 유저에게 AP들이 지원하는 처리량의 분포를 나타낸다. 도 2는 네 명의 유저에 대하여 지원하는 AP들의 처리량 별 분포를 보인 것인데, 유저 2를 예를 들어 설명하면, 지원받는 모든 AP들로부터 0.3355 BPS의 처리량 지원을 받고 있으며, 처리량의 중앙값 이상의 처리량을 지원하는 AP들의 처리량이 0.3275 BPS 임을 보인다. Figure 2 shows the distribution of throughput supported by APs for each user when four users are randomly selected. Figure 2 shows the distribution by throughput of APs supported for four users. Taking User 2 as an example, it receives throughput support of 0.3355 BPS from all supported APs, and supports throughput greater than the median throughput. It shows that the throughput of APs is 0.3275 BPS.

즉, 도 2의 네 명의 유저의 분포 결과를 통해 특정 유저에게 지원되는 처리량의 대부분은 지원하는 처리량이 큰 소수의 AP들에 의해 구성되는 것을 확인할 수 있다. 또한 유저의 전체 처리량의 평균 값이 각 AP마다 제공하는 서비스 양의 중앙값보다 훨씬 크게 나타난다는 것을 알 수 있다. 이는 결국 다수의 처리량 하위 AP들은 해당 유저의 전체 처리량에 미치는 영향이 적다는 것을 의미한다. That is, through the distribution results of the four users in Figure 2, it can be confirmed that most of the throughput supported for a specific user is composed of a small number of APs with high throughput support. Additionally, it can be seen that the average value of the total throughput of users is much larger than the median value of the amount of service provided by each AP. This ultimately means that multiple low-throughput APs have little impact on the overall throughput of the user.

도 3은 도 2의 관찰 결과에 기반하여 각 유저 별로 연결된 AP들 중 제공받는 처리량을 기준으로 중앙값 이하의 AP들과의 연결을 해제하였을 때 나타나는 전체 처리량의 변화에 대한 비교를 보여준다. Figure 3 shows a comparison of the change in total throughput that appears when disconnecting from APs below the median based on the throughput provided among the APs connected to each user based on the observation results in Figure 2.

도 3에서는 총 10명의 임의의 유저에 대한 시뮬레이션 결과를 나타낸다. 각 유저별로 좌측의 그래프 L은 처음 연결 되어있던 모든 AP들에게서 지원받았을 경우의 전체 처리량을 나타내며 우측의 그래프 R은 중앙값 이하의 처리량을 제공하는 AP들과의 연결을 해제한 후의 전체 처리량을 나타낸다. 각 사용자에서 그래프 L과 그래프 R의 진폭변화가 크지 않은 것으로부터, 도 2에서 보였던 관찰 결과와 상통하게, 도 3에서도 처리량이 높은 상위의 AP들이 전체 처리량의 대부분을 차지하는 것이 확인된다.Figure 3 shows simulation results for a total of 10 random users. For each user, the graph L on the left represents the total throughput when supported by all APs initially connected, and the graph R on the right represents the total throughput after disconnecting from APs that provide throughput below the median. Since the amplitude change of graph L and graph R is not large for each user, consistent with the observation results shown in FIG. 2, it is confirmed in FIG. 3 that high-ranking APs with high throughput account for most of the total throughput.

이하, 본 발명에서 제시하는 효율적인 유저 지원 방법을 도 4의 순서도에 제시하였다. 이후 본 발명에 따른 절차의 설명은 도 4에 표기된 부호에 따라 순서를 따른다.Hereinafter, the efficient user support method proposed by the present invention is presented in the flowchart of FIG. 4. Hereafter, the description of the procedure according to the present invention follows the order indicated by the symbols in FIG. 4.

순서도의 (200)에서는 초기 연결 상태에 대한 정보를 나타낸다. 채널 행렬 는 2.1에서 정의된 채널에 해당하며 는 유저를 지원하는 초기 AP들의 집합을 나타낸다. 는 각각 2.3에서 구한 채널 추정치의 전력 값과 연결 행렬을 의미하고 문턱값 는 전체 네트워크 내의 유저들의 처리량 중 중앙값에 해당하는 처리량 값을 나타낸다. Number 200 in the flowchart indicates information about the initial connection state. channel matrix corresponds to the channel defined in 2.1 is the user Represents a set of initial APs that support . and means the power value and connection matrix of the channel estimate obtained in 2.3, respectively, and the threshold represents the throughput value corresponding to the median among the throughput of users in the entire network.

상기 문턱값 의 선정 기준은, 기존 네트워크 내의 지원받고 있던 유저들 각각에 대한 처리량(throughput)의 중앙값으로 선정되는데, 이는 합리적인 기준 설정을 위해 전체 네트워크의 처리량 수준에 맞추어 미지원 유저에 대한 서비스 제공 수준을 결정하기 위한 방법이다. above threshold The selection standard is selected as the median of the throughput for each supported user within the existing network. This is used to determine the level of service provision for unsupported users in line with the throughput level of the entire network to set a reasonable standard. It's a method.

이후 도 4의 (201)-(202) 단계에 따라 유저에 대해 순서대로 미지원 여부를 확인한다. 만일 특정 유저에 대해 미지원 유저라고 판단될 경우, 즉 (203)에 따라 해당 유저를 지원하는 AP의 집합의 원소가 존재하지 않을 시 STEP 1(204)로 넘어간다. (204)에서는 해당 미지원 유저에 대해 채널 추정치의 전력 값 가 높은 후보군 AP 집합으로서의 를 정의한다. 해당 후보군의 범위는 미지원 유저의 위치 기준으로 소정의 거리 내에 존재하는 개 또는 개의 AP로 설정할 수 있다. 본 발명에서는 에 해당하는 AP들로 후보군을 선정하였다. 이를 AP 후보군 집합 선정단계라 한다. 이와 같이 유저와 AP들의 물리적 거리에 기반하여 AP 후보군 집합을 선정함으로서, 기본적인 수신감도 및 서비스 품질에 대한 보장이 가능하다. Afterwards, it is sequentially checked whether support is not available for the user according to steps (201)-(202) of FIG. 4. If it is determined that a specific user is an unsupported user, that is, if there is no element of the set of APs supporting the user according to (203), the process proceeds to STEP 1 (204). In (204), the power value of the channel estimate for the corresponding unsupported user As a set of candidate APs with high Define. The range of the candidate group is within a certain distance based on the location of the unsupported user. dog or Can be set to APs. In the present invention The candidate group was selected from APs that correspond to the following. This is a set of AP candidates. This is called the selection stage. In this way, by selecting a set of AP candidates based on the physical distance between the user and the AP, it is possible to guarantee basic reception sensitivity and service quality.

후보군 집합 선정 이후, 또 다른 미지원 유저의 발생을 방지하기 위하여 유저 연결 AP 확인 단계 (205)를 거치게 된다. 유저 연결 AP 확인 단계 (205)에서는 집합 내에 있는 특정 AP에게서만 서비스를 받는 유저가 존재하는지에 대한 여부를 확인한다. 만일 그러한 유저가 존재할 경우, 해당 유저를 지원하는 AP는 집합 에서 제외하는 연결 AP 후보군 제거단계(206)를 수행한다. 이는 미지원 유저를 지원하기 위해 기존 유저의 연결을 해제하는 경우를 방지하기 위함이다. Candidate set After selection, the user connection AP confirmation step (205) is performed to prevent the occurrence of another unsupported user. In the user connection AP confirmation step (205), Check whether there is a user who receives service only from a specific AP within the network. If such a user exists, the APs supporting that user are aggregated. A step 206 of removing the connection AP candidates excluded from is performed. This is to prevent disconnection of existing users in order to support unsupported users.

이후 STEP 2(207)로 넘어가게 되는데, (207)에서는 집합 내의 AP들에게 서비스 받고 있는 기존 유저들을 집합 로 정의하는 유저 하위집합 설정단계를 수행한다. 해당 (207)과정은 후의 STEP 4를 위한 과정에 해당한다. Afterwards, it moves on to STEP 2 (207), where the set Gather existing users who are receiving service from APs within Perform the user subset setting step defined by . This (207) process corresponds to the process for later STEP 4.

STEP 2(207)에서 정의된 유저 집합 내의 유저들의 인덱스 및 각 유저별로 연결된 AP들(혹은 AP)과의 채널 게인 값을 추출하는 AP 후보군 채널 게인(channel gain) 추출과정을 STEP 3(208)에서 진행한다. 이는 상기 유저 하위 집합 에 포함되는 각각의 하위집합 유저들과 이들 하위집합 유저들을 지원하는 AP들 사이의 채널 게인을 추출하는 과정이며, 이는 아래의 우선순위 부여 단계에서 활용된다. User set defined in STEP 2 (207) The AP candidate group channel gain extraction process, which extracts the index of the users within the network and the channel gain value of the APs (or APs) connected to each user, is performed in STEP 3 (208). This is a subset of the above users This is the process of extracting the channel gain between each subset of users included in and the APs supporting these subset users, and this is used in the priority assignment step below.

이어지는 STEP 4(209)에서는 STEP 3(208)에서 추출된 채널 게인값들을 바탕으로 유저 집합 내의 유저들 중 가장 많은 AP에게 지원을 받는 유저 순으로 우선순위를 부여하는 우선순위 부여단계를 수행한다. 이는 상술한 도 2와 도 3의 관찰 결과에서 보는 것과 같이, 상기 채널 게인 값 추출과정(STEP 3)에서 추출한 채널 게인 값에 기반하여 우선순위를 부여하는 것으로서, 다수의 AP에게 지원받는 유저일수록 전체 처리량의 대부분을 상위의 소수 AP들이 담당할 확률이 높음을 적용한 것이다. 즉, AP에게 지원받는 처리량이 많은 유저 순, 측 채널 게인 값이 많은 유저 순으로 우선순위를 부여하는 단계이다. In the following STEP 4 (209), a user set is created based on the channel gain values extracted in STEP 3 (208). A priority assignment step is performed in which priority is given in order of users receiving support from the most APs among users within the system. As seen in the observation results of FIGS. 2 and 3 described above, priority is given based on the channel gain value extracted in the channel gain value extraction process (STEP 3), and the more users supported by multiple APs, the higher the overall This applies to the high probability that a small number of APs at the top will be responsible for most of the throughput. In other words, this is a step where priority is given in the order of users with the highest throughput supported by the AP, and then to users with the highest side channel gain value.

이후 STEP 5(210)에서는 STEP 4(209)에서 우선순위가 부여된 유저 순으로 해당 유저에 대한 AP들의 각각의 처리량 중 중앙값 이하를 지원하는 AP들을 추출하는 연결 AP 선정단계를 수행한다. 해당 (210)의 과정까지 거침으로써, 기존 유저들의 연결을 보장함과 동시에 기존 유저들의 처리량을 적절히 유지할 수 있게 된다. Afterwards, in STEP 5 (210), a connection AP selection step is performed to extract APs that support less than the median throughput of each AP for that user in the order of the users assigned priority in STEP 4 (209). By going through the process of (210), it is possible to ensure the connection of existing users and at the same time properly maintain the throughput of existing users.

이후 STEP 6(212)에서는, 상기 STEP 5(210)에서 추출된 AP들을 기존 유저에게서 해제하고 미지원 유저에게 차례로 연결하는 미지원 유저 AP 연결단계로 진행한다. 이때, 기존 유저에게서의 해제는 연결된 AP의 수가 많은 유저로부터 해제를 진행한다. 이는 기존 유저에 대한 처리량을 가능한 한 손상시키지 않기 위한 것이다. Afterwards, in STEP 6 (212), the AP connection step for unsupported users is performed in which the APs extracted in STEP 5 (210) are released from existing users and sequentially connected to non-supported users. At this time, release from existing users is performed from users with a large number of connected APs. This is to avoid damaging throughput for existing users as much as possible.

미지원 유저에 대한 상기 해제 AP 연결시, 앞서 단계 (200)에서 얻은 문턱값 가 기준이 되어 만일 미지원 유저에게 제공되는 처리량(throughput)의 누적합이 문턱값 이하일 경우, 처리량(throughput)의 누적합과 문턱값 비교단계(211) 및, STEP 6(212)의 과정을 반복하여 순차적으로 미지원 유저에게 상기 추출된 AP를 할당한다. When connecting to the release AP for an unsupported user, the threshold value obtained in the previous step (200) is the standard, so if the cumulative throughput provided to non-supported users is the threshold If it is less than or equal to the cumulative throughput and the threshold value comparison step (211) and STEP 6 (212), the process is repeated to sequentially assign the extracted AP to the unsupported user.

이후 STEP 6(212)을 통해 얻어진 미지원 유저의 처리량의 누적합 δ를 산출하는데, 누적합 δ가 문턱값 를 넘을 경우 STEP 6(212)를 중단하고, 도 4의 213 단계로 이동하여 또 다른 미지원 유저에 대하여 상술한 과정을 반복하거나(214), 만일 더 이상 탐색할 유저가 없을 시 전체 과정을 마무리한다(215). Afterwards, the cumulative sum δ of the throughput of unsupported users obtained through STEP 6 (212) is calculated, and the cumulative sum δ is the threshold value. If it exceeds , stop STEP 6 (212), move to step 213 in Figure 4 and repeat the above-described process for another unsupported user (214), or complete the entire process if there are no more users to search. (215).

상기 STEP 6에서, 문턱값 와의 반복적인 대소 비교를 통해 미지원 유저에 대한 처리량(throughput)을 적정선으로 맞추기 위한 방법으로써, 만일 추출된 AP들을 다 연결하기 전에 문턱값 을 넘으면 더 이상의 연결을 수행하지 않는다. 이를 통해 미지원 유저에 대한 적절한 throughput 보장 및 기존 유저에 대한 throughput 손상 최소화가 가능해진다. 또한, 추출된 AP들을 다 연결하더라도 문턱값 를 넘지 못할 시 더 이상의 추가 연결 없이 다음 미지원 유저 탐색으로 진행되는데 이 역시 기존 유저에 대한 처리량(throughput) 손상 최소화가 우선시되기 때문이다. In STEP 6 above, the threshold This is a method of adjusting the throughput for unsupported users to an appropriate level through repeated size comparison with the threshold value before connecting all extracted APs. If it exceeds , no further connections are made. Through this, it is possible to ensure appropriate throughput for unsupported users and minimize throughput damage to existing users. In addition, even if all extracted APs are connected, the threshold If it does not exceed , the search for the next unsupported user proceeds without any additional connections. This is also because priority is given to minimizing throughput damage to existing users.

도 5에서는 본 발명에 따른 user-centric cell-free massive MIMO 모델 및 비교 모델 당 발생하는 미지원 유저 수에 대한 시뮬레이션 결과를 컬러맵을 통하여 나타낸다. Figure 5 shows the simulation results of the user-centric cell-free massive MIMO model according to the present invention and the number of unsupported users per comparison model through a color map.

해당 도 5에서 AP의 수 은 100으로 설정되었으며 AP의 안테나 수인 은 4개로, 영역 내 유저 수 는 100으로 설정되었다. 해당 도 5에서의 "Minimum-user"는 user-centric cell-free massive MIMO 모델 하에서 별도의 고려 과정 없이 단순히 특정 미지원 유저에게서 가장 가까운 AP에게 연결을 맺고, 해당 AP에서 가장 약한 처리량을 제공받는 유저와의 연결을 해제하는 방법에 해당한다. 또한 "Full CF"는 기존의 cell-free massive MIMO 모델을 의미하며 "UC"의 경우 user-centric cell-free massive MIMO 모델을 의미한다. 도 5의 컬러맵 상에서 푸르게 나타나는 부분이 지원받지 못하는 유저를 나타내며 노란 부분이 지원받는 유저를 나타낸다. 해당 도면의 시뮬레이션 결과를 통해 제시되는 유저 지원 방법을 적용하면 영역 내의 미지원 유저를 효과적으로 없앨 수 있음이 확인되었다. Number of APs in Figure 5 is set to 100 and is the number of antennas on the AP. is 4, the number of users in the area was set to 100. “Minimum-user” in FIG. 5 simply connects to the AP closest to a specific unsupported user without any additional consideration under the user-centric cell-free massive MIMO model, and connects to the user who receives the weakest throughput from the AP. This corresponds to the method of disconnecting. Additionally, “Full CF” refers to the existing cell-free massive MIMO model, and “UC” refers to the user-centric cell-free massive MIMO model. On the color map of Figure 5, the blue portion represents users who are not supported, and the yellow portion represents supported users. Through the simulation results of the drawing, it was confirmed that applying the user support method presented can effectively eliminate unsupported users in the area.

도 6은 도 5와 동일한 모델 별 비교를 수행하되, 모델 별 sum rate 성능 비교를 다양한 환경 하의 영역 내 유저 수 증가에 따라 보여주는 도면이다. 해당 도 6에서의 시뮬레이션에 사용된 AP의 수와 장착된 안테나의 수는 도 5에서와 동일하게 설정되었다. 도 6의 시뮬레이션에서는 총 3가지의 서로 다른 환경이 적용되었으며 이에 대한 설명은 다음과 같다. Figure 6 is a diagram showing the same comparison for each model as in Figure 5, but showing the sum rate performance comparison for each model as the number of users in the area increases under various environments. The number of APs and the number of installed antennas used in the simulation in FIG. 6 were set the same as in FIG. 5. In the simulation of Figure 6, a total of three different environments were applied, and their descriptions are as follows.

A. 불완전한 채널 정보 & 유저 수 만큼의 충분한 직교 파일럿이 존재A. Incomplete channel information & sufficient orthogonal pilots exist for the number of users

B. 불완전한 채널 정보 & 60개의 직교 파일럿이 존재B. Incomplete channel information & 60 orthogonal pilots exist

C. 완벽한 채널 정보 & 유저 수 만큼의 충분한 직교 파일럿이 존재C. Perfect channel information & sufficient orthogonal pilots for the number of users

해당 시뮬레이션 결과 제시되는 방법이 적용되는 경우 미지원 유저의 수를 대폭 줄이면서 유저가 일정 수준 이상으로 늘어나지 않는 한, 별도의 유저 지원 방법을 적용하지 않은 경우와 비슷한 성능을 낼 수 있음이 확인되었다. As a result of the simulation, it was confirmed that if the proposed method is applied, the number of unsupported users can be drastically reduced and performance similar to that of not applying a separate user support method can be achieved as long as the number of users does not increase beyond a certain level.

도 7에서는 본 발명에 따른 per-user throughput에 대한 CDF(Cumulated Distribution Function) 시뮬레이션 결과를 모델 별로 나타낸다. 해당 도 7에서 확인할 수 있듯, 제시되는 유저 지원 방법을 적용하면 영역 내 미지원 유저를 기존 user-centric cell-free massive MIMO 모델에 비해 크게 줄일 수 있으며 유저들의 처리량 또한 크게 손상시키지 않는 것을 알 수 있다. Figure 7 shows the CDF (Cumulated Distribution Function) simulation results for per-user throughput according to the present invention for each model. As can be seen in Figure 7, applying the proposed user support method can significantly reduce the number of unsupported users in the area compared to the existing user-centric cell-free massive MIMO model, and does not significantly damage the throughput of users.

이어지는 도 8은 유저 수의 증가에 따라 최종적으로 존재하는 미지원 유저의 수에 대한 시뮬레이션 결과를 보여준다. 해당 도 8에서 제시되는 방법을 적용하더라도 일정 수준 이상으로 유저가 늘어나면 미지원 유저가 존재하게 되는 것을 알 수 있는데, 이는 도 4의 (204)에서 집합 의 범위를 전체로 설정하지 않은 이유이며, 동시에 (205)에서 기존 유저의 연결을 보장함으로 인한 것인데 이는 유저 수가 증가할수록 영역 내에서 단일 AP에게만 지원받는 유저의 수 역시 증가하므로 집합 의 원소 수 역시 줄어들기 때문이다. 뿐만 아니라, 본 발명에 사용되는 모델에서는 각 AP당 지원 가능한 유저의 수 역시 현실적인 계산 량과 복잡도를 고려하여 로 다소 적게 설정된 것 역시 도 8의 결과에 영향을 미치게 된다. 그러나 제시되는 방법을 적용하면 별도의 유저 지원 방법을 적용하지 않은 경우에 비해 영역 내 미지원 유저의 수를 대폭 줄일 수 있음이 확인되었다. The following Figure 8 shows simulation results of the final number of unsupported users as the number of users increases. Even if the method presented in FIG. 8 is applied, it can be seen that if the number of users increases beyond a certain level, unsupported users will exist, which is set at 204 in FIG. 4. This is because the range is not set to the entire range, and at the same time, it guarantees the connection of existing users at (205). This is because as the number of users increases, the number of users supported only by a single AP within the area also increases. This is because the number of elements also decreases. In addition, in the model used in the present invention, the number of users that can be supported for each AP is also calculated by considering realistic calculation amount and complexity. Setting slightly less also affects the results in Figure 8. However, it was confirmed that applying the proposed method can significantly reduce the number of unsupported users in the area compared to the case where a separate user support method is not applied.

100 : AP (Access Point)
110 : CPU (Central Processing Unit)
120 : Fronthaul
130 : Optical cable
140 : 지원받는 유저
150 : 미지원 유저
200 : 모델 내 기존 연결에 대한 초기 값
201 : 미지원 유저 존재 여부 확인 시작 부분
202 : 미지원 유저 존재 여부 확인 과정을 전체 유저에 대해 진행하는 부분
203 : 특정 유저에 대한 지원 존재 여부 확인 과정
204 : STEP 1. 후보군 AP 집합 P 선정 과정
205 : 단일 AP 에게 지원받는 유저 확인 과정
206 : 기존 유저의 연결 보장 과정
207 : 집합 P 와 연결된 유저 집합 S 선정 과정
208 : 집합 S 에 대한 정보 추출 과정
209 : 집합 S 내의 원소에 대한 우선순위 부여 과정
210 : 집합 S 에 부여된 우선순위에 따른 AP 추출 과정
211 : 문턱값 와의 대소 비교과정
212 : 210에서 추출된 AP와 미지원 유저에 대한 순차적 연결 및 누적 합
연산 진행 과정
213 : 추가 탐색 여부 결정 과정
214 : 또 다른 미지원 유저 탐색 진행과정
215 : 전체 과정 종료
100: AP (Access Point)
110: CPU (Central Processing Unit)
120: Fronthaul
130: Optical cable
140: User receiving support
150: Unsupported user
200: Initial value for existing connections in the model
201: Start of checking whether an unsupported user exists
202: Part where the process of checking whether unsupported users exist is carried out for all users
203: Process of checking whether support exists for a specific user
204: STEP 1. Candidate AP set P selection process
205: User confirmation process supported by a single AP
206: Process of ensuring connection of existing users
207: User set S selection process connected to set P
208: Information extraction process for set S
209: Prioritization process for elements in set S
210: AP extraction process according to the priority given to set S
211: threshold The process of comparing the size and size with
212: Sequential connection and cumulative sum for APs extracted from 210 and unsupported users
Calculation progress
213: Decision process for further exploration
214: Another unsupported user search process
215: Entire course ends

Claims (8)

하향링크 user-centric cell-free massive MIMO 모델에서 다수의 AP들을 유저들에 할당하는 방법으로서,
미지원 유저를 지원하기 위한 후보군 AP들의 하위 집합인 집합 P를 AP 후보군 집합으로 선정하는 AP 후보군 집합 선정단계;
상기 선정된 AP 후보군 집합 P내의 AP에게서만 서비스 받는 유저의 존재 여부를 확인하는 유저 연결 AP 확인 단계;
상기 선정된 AP 후보군 집합 P내의 AP들에게 서비스 받고 있는 기존 유저들을 유저 하위 집합 S로 정의하는 유저 하위집합 설정단계;
상기 유저 하위 집합 S에 포함되는 각각의 하위집합 유저들과 이들 하위집합 유저들을 지원하는 AP들 사이의 채널 게인을 추출하는 AP 후보군 채널 게인 추출 단계;
상기 추출한 채널 게인을 기반으로, 상기 유저 하위 집합 S에 포함되는 하위집합 유저들 중 지원해주는 AP의 수가 가장 많은 순서로 우선순위를 부여하는 우선순위 부여 단계;
상기 부여된 유저들의 우선순위에 따라 가장 높은 순위의 유저부터 해당 유저와 연결된 AP들 중 중앙값 이하의 처리량을 지원하는 AP들을 연결후보 AP로 추출하는 연결 AP 선정단계;
상기 추출된 연결후보 AP들을 순서대로 미지원 유저에게 연결하는 미지원 유저 AP 연결단계;
를 포함하여 구성되는 AP 유저 할당 방법.
As a method of allocating multiple APs to users in the downlink user-centric cell-free massive MIMO model,
An AP candidate set selection step of selecting a set P , which is a subset of candidate APs for supporting unsupported users, as an AP candidate set;
A user connection AP confirmation step of checking whether there is a user who receives service only from APs in the selected AP candidate group P ;
A user subset setting step of defining existing users receiving service from APs in the selected AP candidate set P as a user subset S ;
An AP candidate group channel gain extraction step of extracting channel gains between each subset of users included in the user subset S and APs supporting these subset users;
Based on the extracted channel gain, a priority assignment step of assigning priority to the subset users included in the user subset S in the order of the largest number of supported APs;
A connection AP selection step of extracting APs supporting a throughput lower than the median among the APs connected to the user, starting from the highest ranking user, as connection candidate APs according to the assigned priorities of the users;
A non-supported user AP connection step of connecting the extracted connection candidate APs to non-supported users in order;
AP user allocation method comprising:
제 1항에 있어서,
상기 AP 후보군 집합 P선정 단계는,
미지원 유저와 AP들의 물리적 거리에 기반하여 소정의 거리 내에 존재하는 AP들을 AP 후보군 집합으로 선정하는 것을 특징으로 하는 AP 유저 할당 방법.
According to clause 1,
The AP candidate set P selection step is,
An AP user allocation method characterized by selecting APs existing within a predetermined distance as a set of AP candidates based on the physical distance between unsupported users and APs.
제 1항 또는 2항에 있어서,
상기 유저 연결 AP 확인 단계 이후,
상기 집합 P내의 단일 AP에게서만 지원받는 유저가 존재하는 경우, 해당 AP를 집합 P에서 제외하여 기존 유저 연결 해제를 방지하는 연결 AP 후보군 제거단계:
를 추가로 포함하는 AP 유저 할당 방법.
According to claim 1 or 2,
After the user connection AP confirmation step,
If there is a user supported only by a single AP in the set P , the connection AP candidate group removal step of preventing disconnection of the existing user by excluding the AP from the set P :
An AP user allocation method further comprising:
제 1항에 있어서,
상기 AP 후보군 채널 게인 추출 단계는,
상기 유저 하위 집합 S 에 포함되는 유저 각각이 AP로부터 지원받는 처리량에 근거하여 채널 게인을 추출하는 것;을 특징으로 하는 AP 유저 할당 방법.
According to clause 1,
The AP candidate channel gain extraction step is,
An AP user allocation method characterized by extracting a channel gain based on the throughput supported by each user included in the user subset S from the AP.
제 1항에 있어서,
상기 유저 하위 집합 S 에 포함되는 유저들 중 지원해주는 AP의 수가 가장 많은 순서로 우선순위를 부여하는 단계는,
상기 하위 집합 S 에 포함되는 유저들과 이들 유저들을 지원하는 AP들 사이의 채널게인이 높은 순서로 우선순위를 부여하는 것;
을 특징으로 하는 AP 유저 할당 방법.
According to clause 1,
The step of assigning priority to the users included in the user subset S in the order of the highest number of supported APs,
Prioritizing users included in the subset S and APs supporting these users in order of highest channel gain;
AP user allocation method characterized by:
제 1항에 있어서,
상기 미지원 유저 AP 연결단계는,
기존 유저의 처리량을 가능한 한 손상시키지 않기 위해 연결된 AP의 수가 가장 많은 유저에서부터 연결 해제를 하고, 미지원 유저에게 연결하는 것
을 특징으로 하는 AP 유저 할당 방법.
According to clause 1,
The unsupported user AP connection step is,
In order to not damage the throughput of existing users as much as possible, disconnect from the user with the largest number of connected APs and connect to unsupported users.
AP user allocation method characterized by:
제 1항에 있어서,
상기 미지원 유저 AP 연결단계는,
상기 추출된 AP들을 순서대로 미지원 유저에게 연결하고 해당 미지원 유저의 처리량에 대한 누적 합을 산출하며,
상기 산출된 누적합을 소정의 문턱값 와 비교하여, 추출된 AP들을 다 연결하기 전에 문턱값 을 넘으면 더 이상의 미지원 유저에게의 연결을 수행하지 않으며, 추출된 AP들을 다 연결하더라도 문턱값 를 넘지 못할 시 더 이상의 추가 연결 없이 다음 미지원 유저 탐색을 진행하는 것
을 특징으로 하는 AP 유저 할당방법.
According to clause 1,
The unsupported user AP connection step is,
Connect the extracted APs to non-supported users in order and calculate the cumulative sum of the throughput of the non-supported users,
The calculated cumulative sum is set to a predetermined threshold value. Compared to , the threshold value before connecting all extracted APs If it exceeds the threshold, no further connections are made to unsupported users, and even if all extracted APs are connected, the threshold If it is not possible to exceed , proceed to search for the next unsupported user without any further connection.
AP user allocation method characterized by:
제7항에 있어서,
상기 문턱값 는,
기존 네트워크 내의 지원받고 있던 유저들 각각에 대한 throughput의 중앙값인 것
을 특징으로 하는 AP 유저 할당 방법.
In clause 7,
above threshold Is,
It is the median throughput for each user supported within the existing network.
AP user allocation method characterized by:
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