KR20120074255A - 단말간 직접 통신 및 단말 릴레잉 방법 - Google Patents

단말간 직접 통신 및 단말 릴레잉 방법 Download PDF

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Abstract

단말간 직접 통신 및 단말 릴레이 통신에 있어서 D2D 통신을 수행하고자 하는 단말들간의 D2D 통신의 가능여부를 확인하는 방법과, 무선 자원 재사용을 위해 단말들의 기지국과의 근접도 및 단말들간의 근접도를 파악하는 방법이 개시된다. 본 발명에 따른 방법을 이용하면, 단말들간에 D2D 통신이 가능한지 여부를 판단하여 D2D 연결을 설정할 수 있고, 셀룰러 링크 및 다른 D2D 링크에 할당된 무선 자원을 재사용할 수 있다. 또한, 단말의 이동성에 따라서 링크 상태의 변동에도 대응할 수 있으며, new UE간의 D2D 통신뿐만 아니라, new UE와 legacy UE간의 D2D 통신에도 대응할 수 있다.

Description

단말간 직접 통신 및 단말 릴레잉 방법{METHOD FOR DEVICE-TO-DEVICE DIRECT COMMUNICATIONS AND RELAYING BY USER EQUIPMENT}
본 발명은 단말간 직접 통신 및 단말 릴레잉(UE relaying)에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 단말간 직접통신 방법 및 단말에 의한 릴레이 방법과, 이를 수행하기 위한 단말간 D2D 통신의 가능 여부를 확인하는 방법 및 D2D 통신을 수행하는 단말에 근접한 다른 단말들을 파악하기 위한 방법에 관한 것이다.
단말간 직접 통신은 기지국을 거치지 않고 인접한 두 단말 사이에 직접적인 데이터 송수신을 수행하는 통신 방식을 의미한다. 즉, 두 단말이 각각 데이터의 소스(source)와 목적(destination)이 되면서 통신을 수행하게 된다.
단말간 직접 통신은 IEEE802.11과 같은 무선랜이나 Bluetooth 등의 비면허 대역을 이용하는 통신 방식을 이용해서 수행될 수도 있지만, 이러한 비면허 대역을 이용한 통신 방식은 계획되고 통제된 서비스의 제공이 어렵다는 단점이 있다. 특히, 간섭에 의해서 성능이 급격하게 감소되는 상황이 발생될 수 있다.
반면에 면허 대역, 또는 시스템 간 간섭이 통제된 환경에서 운용되는 TV white space 대역을 이용한 무선통신 시스템에서 제공되는 단말간 직접 통신의 경우는 QoS 지원이 가능하고, 주파수 재사용(frequency reuse)을 통해 주파수 이용 효율을 높일 수 있으며, 통신 가능 거리를 증가시킬 수 있다는 장점이 있다.
한편, 단말 릴레이(UE relaying) 통신은 셀 경계 또는 음영 지역에 있는 단말(단말 A)의 전송 용량을 증대시키기 위해 주변의 기지국과의 링크 특성이 좋은, 즉, 기지국에 보다 가깝게 위치해 있거나 음영지역을 벗어난 주변 단말(단말 B)이 단말 A와 기지국 사이의 데이터를 릴레이하는 역할을 수행하는 방식을 의미한다. 이때, 단말 A는 데이터의 소스 및/또는 목적이 될 수 있다.
이와 같은 단말 릴레이는 셀 경계 단말의 전송용량 개선이 가능하며, 또한 주파수 재사용(frequency reuse)을 통해 셀 전체의 주파수 이용 효율을 높일 수 있다는 장점이 있다.
이때, 상술된 단말간 직접 통신의 경우나 단말 릴레이 통신의 경우에 공통적으로 단말-대-단말간(단말 투 단말(Device to Device), 이하 'D2D'라 약칭) 링크(link)가 필요하다. D2D 링크는 셀룰러 통신에 있어서 동일 셀 또는 다른 셀에 속한 단말들이 망을 거치지 않고 그들간에 직접적으로 데이터를 교환하는 링크를 의미한다.
이때, 단말간 직접 통신의 경우에는 두 단말간에 D2D 링크만이 형성되게 되며, 단말 릴레이 통신의 경우에는 기지국과 릴레이 단말(단말 B)간의 셀룰러(cellular) 링크와 릴레이 단말(단말 B)와 종단 단말(단말 A)간에 D2D 링크가 형성되게 된다.
이상과 같은 단말간 직접 통신을 현재의 셀룰러 통신 시스템내에서 가능하게 하기 위해서는, 통신하고자 하는 단말간에 D2D 링크 형성이 가능한 지를 확인하는 방법 및 주파수 재사용을 위해 D2D 통신 단말들에 근접한 다른 단말들을 파악하는 방법이 필요하다.
또한, 이상과 같은 단말 릴레이 통신을 현재의 셀룰러 통신 시스템내에서 가능하게 하기 위해서는, 릴레이의 역할을 수행할 단말을 선정하는 방법 및 릴레이를 위한 D2D 링크에서의 주파수 재사용을 위해 릴레이 단말 및 종단 단말에 근접한 다른 단말들을 파악하는 방법이 필요하다.
본 발명의 목적은, 단말간 직접 통신을 위한, 기지국을 포함한 망(network)의 동작 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은, 단말간 직접 통신 및 단말 릴레이 통신을 위한 단말의 동작 방법으로서, 단말간의 D2D 통신 가능 여부를 파악하거나, D2D 통신에 이용되는 자원을 할당하는데 이용 가능한 단말들간의 근접도를 확인하기 위한 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은, 단말간 직접 통신 및 단말 릴레이 통신을 위한 기지국의 동작 방법으로서, 단말들의 기지국과의 근접도와 단말들간의 근접도에 기초하여 D2D 링크에 무선자원을 할당하는 기지국의 동작 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은, 단말 릴레이 통신을 위한 기지국의 동작 방법을 제공하는 것이다.
상술한 본 발명의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면은, 단말간 직접 통신을 위한 망의 동작 방법으로, 제1 단말의 제2 단말에 대한 연결 설정 요청에 대응하거나, 망을 통한 두 단말 간 연결이 생성되어 있는 경우에는 망의 자체적인 판단에 의해, 망이 제1 단말과 제2 단말 간의 D2D 통신 가능성을 제1, 제2 단말의 서빙셀 기지국(들)에게 확인하도록 요청하는 단계(a), 상기 서빙셀 기지국(들)이 제1 및 제2 단말 간의 D2D 통신 가능 여부를 판단하는 단계(b), 제1 단말과 제2 단말 간의 D2D 연결을 설정하는 단계(c), 제1 단말 및 제2 단말과 기지국들 간의 근접도 및 제1 단말, 제2 단말 및 제1, 제2 단말에 근접한 단말들간의 근접도를 파악하는 단계(d); 및 제1 단말 및 제2 단말 중 적어도 하나의 단말의 자원 할당 요청에 따라, 상기 단계(d)에서 파악된 근접도에 기초하여, 제1 단말과 제2 단말 간 D2D 통신을 위한 무선자원을 할당하는 단계(e)를 포함한 단말간 직접 통신 방법을 제공한다.
상기 단계(b)에서, 상기 제1 및 제2 단말 간의 D2D 통신 가능 여부를 판단하는 과정은, 상기 제1 단말과 제2 단말간의 근접도에 기초하여 상기 제1 및 제2 단말 간의 D2D 통신 가능 여부를 판단하도록 구성될 수 있다. 이때, 상기 제1 단말과 제2 단말간의 근접도는, 상기 제1 및 제2 단말이 보고한 위치정보, 상기 망이 측정한 상기 제1 및 제2 단말의 위치정보, 상기 제1 및 제2 단말중 일측이 전송한 SRS(Sounding Reference Signal) 신호를 타측이 수신한 수신품질 정보, 상기 제1 및 제2 단말중 일측이 상향 또는 하향링크 PRB(Physical Resource Block)를 통해 전송한 데이터에 대하여 타측이 보고한 수신품질 정보 중 적어도 하나에 기초하여 판단되도록 구성될 수 있다.
상기 단계(d)에서, 상기 제 1 단말 및 제 2 단말과 기지국들 간의 근접도는 상기 기지국이 전송하는 하향링크 신호에 대한 상기 단말들의 수신 품질 정보, 단말로부터의 SRS 수신에 의한 상향링크 채널 상태 정보 및 핸드오버 등을 위해 각 단말이 측정하여 보고하는 인접 기지국들로부터의 신호에 대한 수신 품질 정보 중 적어도 하나에 기초하여 파악되거나, 상기 단말들이 상기 기지국에 보고하는 위치정보 또는 상기 망이 상기 단말들에 대하여 측정한 위치 정보에 기초하여 파악되도록 구성될 수 있다.
상기 단계(d)에서, 상기 단말들간의 근접도는, 상기 단말들이 보고한 위치 정보 또는 상기 망이 측정한 상기 단말들의 위치 정보를 이용하여 파악되거나, 상기 단말들 중 일측의 단말이 전송하는 상향링크 제어채널 시퀀스 및/또는 상향링크 PRB에 매핑하여 전송하는 데이터에 대한 수신 품질을 타측의 단말이 망으로 보고하거나, 일 측의 단말이 하향링크 PRB에 매핑하여 전송하는 데이터의 수신 품질을 타측의 단말이 망으로 보고하고, 상기 망이 상기 타측의 단말이 보고한 수신 품질에 기초하여 상기 단말들간의 근접도를 파악하도록 구성될 수 있다.
여기에서, 상기 단계(e)에서, 상기 D2D 통신을 위한 무선자원을 할당하는 과정은, 이미 설정된 다른 D2D 링크에 할당된 상향링크 또는 하향링크 PRB에 대한 수신 품질 보고를 상기 제1 및 제2 단말중 적어도 하나로부터 보고받고, 보고된 수신 품질에 기초하여 상기 D2D 링크에 할당할 자원을 결정하도록 구성될 수 있다.
상술한 본 발명의 다른 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면은, 단말간 직접 통신 및 단말 릴레이 통신을 위해, D2D 통신의 가능 여부 및/또는 근접한 단말을 파악하는데 이용되는, 단말의 동작 방법으로서, D2D 링크를 구성하는 상대측 단말이 전송한 상향링크 신호 또는 하향링크 신호를 수신하는 단계(a), 상기 상대측 단말이 전송한 상향링크 신호 또는 하향링크 신호의 수신 품질을 기지국으로 보고하는 단계(b) 및 상기 기지국에 보고한 수신품질에 기초하여 상기 D2D 링크의 연결 설정 및 상기 D2D 링크의 자원 할당을 상기 기지국으로부터 수신받는 단계(c)를 포함한 단말간 직접 통신 및 단말 릴레이 통신 방법을 제공한다.
상기 단계(a)에서, 상기 상대측 단말이 전송하는 상향링크 신호 또는 하향링크 신호는, 상향링크 SRS(Sounding Refernce Signal) 신호, 상향링크 PUCCH(Physical Uplink Control Channel) 신호 및 지정된 상향링크/하향링크 PRB(Physical Resource Block)를 이용한 데이터 중 적어도 하나일 수 있다. 이때, 상기 단계(b)에서, 상기 단말이 상기 상대측 단말이 전송한 상향링크 PUCCH를 수신하는 경우, 상기 상향링크 PUCCH를 수신한 서브프레임 ID와 함께 상기 PUCCH의 시퀀스별 수신 품질를 상기 기지국에 보고하도록 구성될 수 있다. 이때, 상기 단계(b)에서 상기 단말이 상기 상대측 단말이 전송한 상향링크 또는 하향링크 PRB를 이용한 데이터를 수신하는 경우, 상기 데이터의 수신 품질과 함께 상기 상향링크 또는 하향링크 PRB를 이용한 데이터를 수신한 서브프레임 ID를 상기 기지국에 보고하도록 구성될 수 있다.
상술한 본 발명의 다른 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면은, 단말간 직접 통신 및 단말 릴레이 통신을 위한, 서빙셀 기지국의 D2D 링크 자원 결정 방법으로, 적어도 하나의 단말들의 상기 기지국과의 근접도를 판단하는 단계(a), 상기 단말들의 주변 단말들 상호간의 근접도를 판단하는 단계(b) 및 상기 (a)단계와 (b)단계에서 얻어진 정보에 기초하여, 상기 D2D 링크를 위한 자원을 결정하는 단계(c)를 포함한 단말간 직접 통신 및 단말 릴레이 통신 방법을 제공한다.
상기 (a)단계는, 상기 기지국이 전송한 하향링크 신호에 대한 상기 적어도 하나의 단말들의 수신 신호 품질 보고, 상기 적어도 하나의 단말들이 보고한 위치 정보 및 상기 기지국이 측정한 상기 적어도 하나의 단말들의 위치 정보 중 적어도 하나에 기초하여, 상기 기지국과의 근접도를 판단하도록 구성될 수 있다.
상기 (b)단계에서, 상기 기지국은, 상기 적어도 하나의 단말 중 일측의 단말이 전송하는 상향링크 신호 또는 하향링크 신호에 대해 타측의 단말들이 보고한 수신 품질 보고에 기초하여, 상기 단말들간의 근접도를 판단하도록 구성될 수 있다. 이때, 상기 상향링크 또는 하향링크 신호는 상기 일측의 단말이 전송하는 상향링크 PUCCH(Physical Uplink Control Channel) 신호 및 지정된 상향링크/하향링크 PRB(Physical Resource Block)를 이용한 데이터 중 적어도 하나일 수 있다. 이때, 상기 기지국은, 상기 타측의 단말로부터 상기 일측의 단말이 전송한 상향링크 PUCCH를 수신한 서브프레임 ID와 상기 PUCCH의 시퀀스별 수신 품질를 보고받아, 상기 PUCCH를 전송한 상기 일측의 단말과 상기 타측의 단말간의 근접도를 판단하도록 구성될 수 있다. 이때, 상기 기지국은, 상기 타측의 단말로부터 상기 일측의 단말이 상향링크 또는 하향링크 PRB를 이용하여 전송한 데이터를 수신한 서브프레임 ID와 상기 데이터의 수신 품질을 보고받아, 상기 데이터를 전송한 상기 일측의 단말과 상기 타측의 단말간의 근접도를 판단하도록 구성될 수 있다.
상술한 본 발명의 또 다른 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면은, 단말 릴레이 통신을 위한 기지국의 동작 방법으로, 단말이 보고하는 하향링크 채널 품질 정보를 확인하여 주변 단말에 의한 릴레이의 필요성을 판단하거나, 단말로부터 주변 단말에 의한 릴레이를 요청받는 단계, 상기 단말의 주변 단말을 확인하는 단계, 확인된 주변 단말들 중에서 릴레이 단말을 선정하는 단계, 선정된 릴레이 단말에 릴레이로서의 역할 수행을 요청하는 단계, 기지국과 상기 릴레이 단말간의 셀룰러 링크 연결 및 상기 릴레이 단말과 상기 단말간의 D2D 연결을 설정하는 단계 및 상기 릴레이 단말 또는 상기 단말의 요청에 따라 릴레이를 위한 D2D 링크 및 셀룰러 링크를 위한 무선 자원을 할당하는 단계를 포함한 단말 릴레이 통신 방법을 제공한다.
여기에서, 상기 단말 릴레이 통신 방법은, 상기 셀룰러 링크 연결 및 D2D 연결을 설정하는 단계 이후에, 상기 릴레이 단말 및 상기 단말과 기지국들 간의 근접도 및 상기 릴레이 단말 및 상기 단말과 이들에 근접한 다른 단말들간의 근접도를 파악하는 단계를 추가로 포함하고, 상기 무선 자원을 할당하는 단계는 상기 파악된 근접도에 기초하여 무선 자원을 할당하도록 구성될 수 있다.
상술한 바와 같은 본 발명에 따른 단말들간에 D2D 통신이 가능한지 여부를 판단하는 방법과 D2D 통신을 하는 단말들에 근접한 다른 단말들을 파악하는 방법을 이용하면 근접 단말 간의 직접 통신 및 단말에 의한 릴레잉을 할 수 있고, 셀룰러 링크 또는 다른 D2D 링크에 사용된 무선자원을 재사용할 수 있다.
또한, 단말의 이동성에 따라서 링크 상태의 변동에도 대응할 수 있으며, new UE간의 D2D 통신뿐만 아니라, new UE와 legacy UE간의 D2D 통신에도 대응할 수 있다.
도 1은 본 발명이 목적하는 단말간 직접 통신의 개념을 설명하기 위한 개념도이다.
도 2는 본 발명이 목적하는 단말 릴레이 통신의 개념을 설명하기 위한 개념도이다.
도 3은 본 발명에 따른 단말간 직접 통신 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 4는 본 발명에 따른 인접한 두 셀에 속한 단말 간의 D2D 통신 가능 여부를 확인하는 방법을 설명하기 위한 절차도이다.
도 5 및 도 6은 본 발명에 따른 D2D 통신을 위한 무선자원 재사용의 개념을 설명하기 위한 개념도이다.
도 7은 본 발명에 따른 단말 릴레이 통신 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세하게 설명하고자 한다.
그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가진 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
본 출원에서 사용하는 '단말'은 이동국(MS), 사용자 장비(UE; User Equipment), 사용자 터미널(UT; User Terminal), 무선 터미널, 액세스 터미널(AT), 터미널, 가입자 유닛(Subscriber Unit), 가입자 스테이션(SS; Subscriber Station), 무선 기기(wireless device), 무선 통신 단말, 무선송수신유닛(WTRU; Wireless Transmit/Receive Unit), 이동 노드, 모바일 또는 다른 용어들로서 지칭될 수 있다. 단말의 다양한 실시예들은 셀룰러 전화기, 무선 통신 기능을 가지는 스마트 폰, 무선 통신 기능을 가지는 개인 휴대용 단말이기(PDA), 무선 모뎀, 무선 통신 기능을 가지는 휴대용 컴퓨터, 무선 통신 기능을 가지는 디지털 카메라와 같은 촬영장치, 무선 통신 기능을 가지는 게이밍 장치, 무선 통신 기능을 가지는 음악저장 및 재생 가전제품, 무선 인터넷 접속 및 브라우징이 가능한 인터넷 가전제품뿐만 아니라 그러한 기능들의 조합들을 통합하고 있는 휴대형 유닛 또는 단말기들을 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
본 출원에서 사용하는 '기지국'은 일반적으로 단말과 통신하는 고정되거나 이동하는 지점을 말하며, 베이스 스테이션(base station), 노드-B(Node-B), e노드-B(eNode-B), BTS(base transceiver system), 액세스 포인트(access point), 릴레이(relay) 및 펨토셀(femto-cell) 등을 통칭하는 용어일 수 있다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다. 본 발명을 설명함에 있어 전체적인 이해를 용이하게 하기 위하여 도면상의 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 사용하고 동일한 구성요소에 대해서 중복된 설명은 생략한다.
도 1은 본 발명이 목적하는 단말간 직접 통신의 개념을 설명하기 위한 개념도이다.
도 1을 참조하면, 제1 기지국 및 제2 기지국으로 구성된 셀룰러 통신망이 구성되어 있다. 이때, 제1 기지국이 생성한 셀에 속한 단말1 내지 단말3은 제1 기지국을 통한 통상적인 접속 링크를 통하여 통신을 수행하게 되지만, 제1 기지국에 속한 단말4와 단말5는 상호간의 데이터 송수신을 기지국을 통하지 않고 직접적으로 수행하게 된다.
이러한 단말간 직접 통신이 효율적으로 이용될 수 있는 사용자 케이스에 대해서는 여러 가지 논의가 있을 수 있다. 예컨대, 단말간 직접 통신은 록 콘서트 등에 참석한 방문자들에게 대용량의 자료(예컨대, 록 콘서트의 프로그램, 연주자에 대한 정보)를 제공하는 로컬 미디어 서버 등에 이용될 수 있다. 이때, 각 단말들은 서빙셀과 접속하여 전화 통화와 인터넷 액세스 등은 종래의 셀룰러 링크를 이용하여 수행하되, D2D 통신의 상대방으로 동작하는 로컬 미디어 서버로부터는 상술된 대용량의 자료를 D2D 방식으로 직접적으로 송수신할 수 있다.
한편, 도 1을 재참조하면, D2D 링크는 동일 셀을 서빙 셀로 가지는 단말들간에만 가능한 것은 아니며, 서로 다른 셀을 서빙 셀로 가지는 단말들간에도 이루어질 수 있다. 예컨대, 제1 기지국에 속한 단말3은 제2 기지국에 속한 단말6과 D2D 통신을 수행할 수도 있다.
도 2는 본 발명이 목적하는 단말 릴레이 통신의 개념을 설명하기 위한 개념도이다.
도 2를 참조하면, 제1 기지국이 생성한 셀에 속한 단말1 내지 단말3은 제1 기지국을 통한 통상적인 접속 링크를 통하여 통신을 수행하게 되지만, 제1 기지국에 속한 단말4는 단말5에 대한 릴레이로서 동작하며, 기지국에서 단말5로 전송되는 데이터와 단말5에서 기지국으로 전송되는 데이터는 단말4를 거쳐 릴레이된다. 이와 같이 전체적인 릴레이는 기지국과 릴레이 역할을 하는 단말(릴레이 단말) 간의 셀룰러 링크와 릴레이 단말과 릴레이 서비스를 받는 단말(종단 단말) 간의 D2D 링크를 통해 이루어진다.
이와 같은 단말 릴레이는 셀 경계 단말의 전송용량 개선이 가능하며, 또한 D2D 링크에서의 주파수 재사용(frequency reuse)을 통해 셀 전체의 주파수 이용 효율을 높일 수 있다는 장점이 있다.
이하에서 설명되는 본 발명의 단말간 직접 통신 또는 단말에 의한 릴레잉 방법의 실시예들은 단말간 직접 통신 및 단말 릴레이 통신을 수행하는 단말들이 동일한 셀 또는 다른 셀에 속해 있는 경우를 모두 상정한 것이다. 이때, 단말간 직접 통신 및 단말 릴레이 통신을 수행하는 단말들은 각자의 서빙 셀에 의해서 제어되면서 상대 단말과의 데이터 송수신을 수행하며, 인접 셀 기지국들은 필요한 경우 정보 교환을 통한 협력을 수행한다.
D2D 링크를 이용하여 상호 통신을 수행하는 단말들 중 일부나 전부는 자신의 직접적 통신 대상이 기지국이 아니라 단말임을 인지할 수 있는 단말(즉, 'new UE')일 수 있으며, 일부는 자신의 직접적 통신 대상이 단말임을 인지하지 못하는 단말(즉, 'legacy UE')일 수도 있다. New UE는 셀룰러 통신 시스템에서 통상적인 상향링크 송신 및 하향링크 수신뿐만 아니라 상향링크 수신 및/또는 하향링크 송신까지도 가능한 단말을 의미하며, legacy UE는 종래의 UE와 마찬가지로 상향링크 송신과 하향링크 수신만이 가능한 단말을 의미하게 된다.
이하의 기술들은 상기한 new UE들간의 D2D 통신과 new UE와 legacy UE간의 D2D 통신을 모두 포함하고 있다.
본 발명에서는 단말간 직접 통신 방법과 이를 위해 필요한 두 단말 간 D2D 통신 가능성 확인 방법 및 무선자원 재사용을 위한 D2D 통신 단말들에 근접한 단말들의 파악 방법, 단말 릴레이 통신 방법, 단말들의 이동성에 의한 링크 상태 변동에 대한 대책, new UE와 legacy UE 간의 D2D 통신 방법 등에 대해서 다루기로 한다.
한편, 설명의 편의상 본 명세서에서는, 상술된 단말간 직접 통신 방법과 이를 위해 필요한 두 단말 간 D2D 통신 가능성 확인 방법 및 무선자원 재사용을 위한 D2D 통신 단말들에 근접한 단말들의 파악 방법, 단말 릴레이 통신 방법, 단말들의 이동성에 의한 링크 상태 변동에 대한 대책, new UE와 legacy UE 간의 D2D 통신 방법에 대해서 분리하여 기술한다. 그러나, 본 발명의 기술적 범위는 상술된 세가지 단계의 동작 방법이 각각 분리되어 동작하는 경우뿐만 아니라 세가지 단계를 구성하는 기술적 사상의 일부들이 서로 결합되어 동작하는 경우까지도 포함하는 것임에 유의하여야 한다.
단말간 직접 통신 방법
도 3은 본 발명에 따른 단말간 직접 통신을 위한 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 단말간 직접 통신 방법은 제1 단말의 제2 단말에 대한 연결 설정 요청에 대응하거나, 망을 통한 두 단말 간 연결이 생성되어 있는 경우에는 망의 자체적인 판단에 의해, 망이 제1 단말과 제2 단말 간의 D2D 통신 가능성을 제1, 제2 단말의 서빙셀 기지국(들)에게 확인하도록 요청하는 단계(S310), 상기 서빙셀 기지국(들)이 제1 및 제2 단말 간의 D2D 통신 가능 여부를 판단하는 단계(S320), 제1 단말과 제2 단말 간의 D2D 연결을 설정하는 단계(S330), 제1 단말 및 제2 단말의 기지국과의 근접도 및 제1 단말, 제2 단말 및 제1, 제2 단말에 근접한 단말들간의 근접도를 파악하는 단계(S340) 및 제1 단말 및 제2 단말 중 적어도 하나의 단말의 자원 할당 요청에 따라, 상기 파악된 근접도에 기초하여, 제1 단말과 제2 단말 간 D2D 통신을 위한 무선자원을 할당하는 단계(S350)를 포함하여 구성될 수 있다.
먼저, 단계(S310)에서 제1 단말이 제2 단말에 대한 D2D 연결 설정을 통상적인 방법으로 망에게 요청할 수 있다. 즉, 단계(S310)은 통상적인 연결 설정 요청 절차에 의해서 제1 단말이 제2 단말로의 호 연결을 망에게 요청하는 단계이다. 그러나, 이미 망을 통해 두 단말 간 연결이 설정되어 있고, 단말의 이동에 의해 두 단말이 동일셀 또는 상호 인접한 셀에 속하게 되는 등의 경우에는, 망의 자체적인 판단에 의해 다음 단계(S320)가 진행될 수 있다.
단계(S310)에서 망은 제1 단말과 제2 단말이 동일한 셀, 또는 인접한 셀에 속하여 있는 단말인지 등을 판단하여, 제1 단말과 제2 단말의 서빙셀의 기지국(상호 인접한 셀에 속한 경우에는 두 개의 해당 서빙셀 기지국들)에게 두 단말 간의 D2D 통신 가능성 확인을 요청하게 된다.
다음으로, 해당 서빙셀 기지국(들)은 두 단말들 간의 D2D 통신 가능 여부를 판단하는 단계(S320)를 거치게 된다. 이를 위해 해당 기지국(들)은 두 단말 간의 D2D 통신 가능 여부를 판단하기 위한 측정을 수행하도록 해당 단말(들)에게 지시하고, 해당 단말(들)은 지시받은 측정을 수행하여 그 결과를 기지국에 보고할 수 있다. 이때 인접한 두 셀에 속한 단말 간의 D2D 통신 가능 여부를 판단해야 하는 경우에는 해당 기지국 간의 정보 교환이 필요할 수 있다. 단계(S320)에 대해서는 후술된다.
다음으로, 단말(들)의 보고에 따라 두 단말 간의 D2D 통신이 가능하다고 판단되면 해당 기지국은 이를 망에 보고하고, 망의 지시에 따라 두 단말 간의 D2D 연결을 설정하는 단계(S330)를 거치게 된다.
다음으로, 단계(S340)에서는 제1 단말 및 제2 단말의 기지국과의 근접도 및 제1 단말, 제2 단말 및 제1, 제2 단말에 근접한 단말들간의 근접도를 파악하게 된다. 이는 다른 셀룰러 링크나 다른 D2D 링크와의 주파수 재사용을 위해서는 D2D 통신을 하는 두 단말의 주변에 어떤 단말들이 있는지를 파악하는 것이 필요하기 때문이다. 그러나 단계(S340)는 두 단말 간의 D2D 연결을 설정하는 단계(S330)보다 앞서 수행될 수도 있으며, 또한 기지국의 판단에 따라, 또는 주파수 재사용을 위한 다른 수단이 적용되는 경우 수행되지 않을 수도 있다. 단계(S340)에 대해서는 도 5 및 도 6을 참조하여 후술된다.
다음으로, 송신할 데이터가 있는 단말의 요구에 따라 해당 기지국이 두 단말 간 D2D 통신을 위한 무선자원을 할당하는 단계(S350)를 거치며, 이렇게 할당된 무선자원을 이용해 두 단말은 D2D 통신을 하게 된다.
D2D 통신 가능 여부 확인 방법
단계(S320)에서 해당 기지국이 단말 쌍의 D2D 통신 가능 여부를 판단하는 과정은 주로 D2D 링크를 설정하고자 하는 두 단말들간의 지리적인, 또는 신호 전송 관점의 근접 여부를 통하여 판단하게 되는데, 그 방법으로는 다음과 같은 방법들이 이용될 수 있다.
1)포지셔닝(positioning) 방법 이용
각 단말의 지리적 위치 정보를 이용하는 방법으로서, 가장 간단한 방법은 각 단말이 구비한 위성 GPS/갈렐레오 등과 같은 위성 위치 확인 장치를 이용하여 획득된 위치 정보를 망으로 통보하도록 하고, 통보된 위치 정보를 확인하는 방법이다. 즉, 설정하려고 하는 D2D 링크의 양측 단말의 위치 정보를 확인하여 두 단말이 D2D 통신이 가능한 거리에 위치하였는지를 확인한다. 만약, 단말이 위치 확인 장치를 구비하지 않은 경우는 셀 ID 포지셔닝 기법, OTDOA(Observed Time Difference of Arrival) 기법, UTDOA(Uplink Time Difference of Arrival) 기법 등을 이용하여 추적한 단말의 지리적 위치 정보를 이용할 수 있다.
또한 하향링크의 채널 상태 피드백 정보 및 SRS 수신에 의한 상향링크 채널 상태 정보, 그리고 핸드오버 등을 위해 각 단말이 측정하여 보고하는 인접 기지국들로부터의 신호에 대한 수신 품질 등을 이용해 두 단말의 지리적 위치를 간접적으로 추정하여 이를 이용할 수도 있다.
2)단말 상호간의 SRS 전송 및 수신에 의한 방법
셀룰러 시스템에서 기지국은 단말로부터 송신되는 주기적 또는 비주기적인 사운딩 기준신호(SRS(Sounding Reference Signal))를 수신하여 상향리크 채널 상태 정보를 획득한다. 따라서, 기지국은 두 단말 중 하나의 단말에게 상대 단말의 SRS(Sounding Reference Signal) 송신과 관련한 정보, 즉 주기, 오프셋, 송신 대역폭과 위치, SRS 시퀀스, 송신 전력 등을 알려주고, 이를 이용해 해당 SRS 신호를 수신한 단말은 수신된 SRS의 수신 품질 또는 D2D 통신 가능 여부를 서빙셀에 보고하도록 하며, 서빙셀은 이를 통하여 두 단말의 근접도를 확인할 수 있다.
또 하나의 방법은 두 단말들 중 하나의 단말에 근접도 확인을 위한 별도의 상향링크 SRS 송신을 명령하고, 상대 단말에게는 해당 SRS 송신과 관련한 정보를 알려주며, 따라서, SRS를 수신한 상대 단말은 수신된 SRS의 수신 품질 또는 D2D 통신 가능 여부를 서빙셀에 보고하도록 하고, 서빙셀은 이를 통하여 두 단말의 근접도를 확인할 수 있다.
이때, 셀 경계에 있는 단말의 경우에는 인접 셀 단말로부터의 신호도 같이 수신하게 되는 문제점이 있게 되는데, 이 문제를 해결하기 위해 인접 셀 기지국과 협력하여, 셀간 간섭을 완화시킬 수 있는 시퀀스를 적용하거나, 근접도 확인을 위한 SRS와 동일한 무선자원을 인접 셀에서는 할당하지 않거나, 인접 셀의 셀 경계 단말, 또는 해당 SRS를 수신해야 하는 단말과 가까운 인접 셀 단말에게 해당 무선자원을 할당하지 않도록 할 수 있다.
3)단말 상호간의 데이터 전송 및 수신에 의한 방법
두 단말들 중 하나의 단말에 상향링크 또는 하향링크 무선 자원을 할당하여 소정의 데이터를 송신하도록 하고, 상대 단말에게는 할당된 상향링크 또는 하향링크 무선 자원 및 전송 파라메터 등을 알려줌으로써 할당된 무선자원에서 수신된 데이터의 수신 품질 또는 D2D 통신 가능 여부를 서빙셀에 보고하도록 구성될 수 있다. 할당된 상향링크 또는 하향링크 무선 자원을 통하여 전송되는 데이터는 품질 측정용에 적합한 형태로 구성될 수 있을 것이다.
한편, 상기 데이터 송신을 위해 상향링크 무선자원을 이용할 때 셀 경계에 있는 단말의 경우에는 인접 셀 단말로부터의 신호도 같이 수신하게 되는 문제점이 있게 되는데, 이 문제를 해결하기 위해 인접 셀 기지국과 협력하여, 셀간 간섭을 완화시킬 수 있는 시퀀스를 적용하거나, 근접도 확인을 위한 데이터를 위해 할당된 것과 동일한 무선자원을 인접 셀에서는 할당하지 않거나, 인접 셀의 셀 경계 단말, 또는 해당 데이터를 수신해야 하는 단말과 가까운 인접 셀 단말에게 해당 무선자원을 할당하지 않도록 할 수 있다. 또한 하향링크 무선자원을 이용할 때 셀 경계에 있는 단말의 경우에는 인접 셀 기지국으로부터의 신호도 같이 수신하게 되고, 또한 역으로 인접 셀의 셀 경계 단말들에게 간섭을 주는 문제가 있게 되는데, 이 문제를 해결하기 위해 인접 셀 기지국과 협력하여, 셀간 간섭을 완화시킬 수 있는 시퀀스를 적용하거나, 근접도 확인을 위한 데이터를 위해 할당된 것과 동일한 무선자원을 인접 셀에서는 할당하지 않거나, 인접 셀의 셀 경계 단말, 또는 해당 데이터를 송신해야 하는 단말과 가까운 인접 셀 단말에게 해당 무선자원을 할당하지 않도록 할 수 있다.
상술된 2)와 3)의 방법에서, 특히 인접한 서로 다른 두 셀에 속한 단말 간의 SRS 또는 데이터 송신 및 수신을 통한 D2D 통신 가능 여부 판단을 위해서는, 해당 셀 기지국들 간에 SRS 또는 측정용 데이터 송신을 위한 무선 자원 및 송신 파라메터 등의 결정 및 측정 결과 전달을 위한 상호 정보 교환이 필요하다.
도 4는 본 발명에 따른 인접한 두 셀에 속한 단말 간의 D2D 통신 가능 여부를 확인하는 방법을 설명하기 위한 절차도이다.
도 4를 참조하면, 먼저 연결 설정을 요청한 단말(단말 1)의 서빙셀 기지국(기지국 A)과 연결 요청 대상 단말(단말 2)이 속한 셀의 기지국(기지국 B)은 상기 SRS 또는 소정의 데이터 송신 관련 무선 자원 및 송신 파라메터 등을 결정하는데, 이는 기지국 A가 결정해 기지국 B로 전달할 수도 있고 두 기지국 간의 협의를 통해 결정할 수도 있다. 기지국 B는 해당 정보를 단말 2에 전달하여 SRS 또는 소정의 데이터 수신을 하도록 지시하며, 이를 이용해 단말 2는 SRS 또는 소정의 데이터의 수신 품질 또는 D2D 통신 가능 여부를 기지국 B에 보고하고, 기지국 B는 이를 다시 기지국 A에 전달한다.
상술된 세가지 방법을 포함한 방법들을 이용하여, 서빙셀 기지국은 두 단말(제1 단말과 제2 단말)간 링크의 전송 품질을 측정하여, 두 단말들 간의 근접여부를 파악하고, 이를 통하여 D2D 통신 가능여부를 판단할 수 있다. 한편, 보고된 수신 품질은 이후에 설명될 D2D 링크를 위한 전송 모드 결정에도 이용될 수 있다.
단계(S350)에서, D2D 링크에 할당된 자원을 결정하는 과정은, sum rate를 최대화하는 알고리즘을 통해서, D2D 링크를 위한 할당 자원으로 셀룰러 링크 또는 다른 D2D 링크의 무선자원을 재사용(무선자원의 재사용 개념과, 재사용될 무선자원의 결정 방법은 후술됨)하거나, 셀룰러 링크와 다른 D2D 링크와 직교(orthogonal)하는 자원을 이용할 것인지를 결정할 수 있다.
한편, 단계(S350)의 D2D 링크에 할당될 자원을 결정하는 과정에서 D2D 링크를 위한 할당 자원으로 셀룰러 링크 또는 다른 D2D 링크의 무선자원을 재사용할 수 있는지와 재사용할 자원을 결정하는 방법이 후술된다.
도 5는 본 발명에 따른 D2D 링크의 자원 할당 개념을 설명하기 위한 개념도이다.
도 5를 참조하면, 본 발명에 따른 D2D 링크 설정 방법에서, 셀룰러 링크(단말1, 단말2 및 단말3과 기지국간의 링크)의 무선자원을 D2D 링크(단말4와 단말5)의 자원으로 재사용하는 개념이 설명된다. 즉, 상호 간의 간섭과 셀 전체의 전송 용량 최적화 등을 고려해 기지국과의 통신을 하는 셀룰러 링크를 위한 무선자원이 D2D 링크를 위한 자원으로서 재사용되도록 동작할 수 있다.
도 6은 본 발명에 따른 D2D 링크의 자원 할당 개념을 설명하기 위한 다른 개념도이다.
도 6을 참조하면, 단말1과 단말2의 D2D 링크에 이용되는 자원을 단말3과 단말4의 D2D 링크 자원으로 재사용하는 개념이 설명된다. 즉, 지리적으로 멀리 떨어져 있는 경우는 동일한 자원을 2개 이상의 D2D 링크에 할당하는 방식으로도 동작할 수 있다.
D2D 통신 단말에 근접한 다른 단말들의 파악 방법
도 5 및 도 6에서 예시한 자원 할당이 가능하도록 하기 위해서는 단말들의 기지국과의 근접도와 단말들간의 근접도 정보가 필요하다.
즉, D2D 링크를 위한 할당 자원으로 셀룰러 링크 또는 다른 D2D 링크의 무선자원을 재사용하기 위해서는, D2D 통신을 하고자 하는 단말들과 기지국들간의 근접도를 파악하고, 또한 D2D 통신을 하고자 하는 단말들과 다른 단말들(다른 D2D 통신 단말들 포함)간의 근접도를 파악하는 과정(단계(S340))이 선행되어야 한다.
먼저 D2D 통신을 하고자 하는 단말들과 기지국들간의 근접도는 하향링크의 채널 상태 피드백 정보, 단말로부터의 SRS 수신에 의한 상향링크 채널 상태 정보, 그리고 핸드오버 등을 위해 각 단말이 측정하여 보고하는 인접 기지국들로부터의 신호 세기 등을 이용하여 파악할 수 있다. 이러한 보고 또는 측정은 연결 상태(Connected state)에 있는 모든 단말들에 대해 주기적 또는 비주기적으로 수행될 수도 있고, 필요한 보고 또는 측정이 이 단계(S340)에서 수행될 수도 있다. 단말들의 기지국들과의 근접도는 또한 망이 단말들에 대하여 측정한 위치 정보에 기초하여 파악될 수도 있다.
D2D 통신을 하고자 하는 단말들과 다른 단말들 간의 근접도를 파악하기 위해서는 다음과 같은 다양한 방법을 이용할 수 있다.
첫째는, 기지국이 파악하고 있는 각 단말의 지리적 위치정보를 이용하는 방법이다. 예컨대, 위치파악(positioning) 기법을 이용하여 기지국은 단말들 간의 근접도와 단말의 기지국과의 근접도를 파악할 수 있다. 이때, 위치파악 기법은 자원결정이 필요한 시점에서 수행될 수도 있지만, 기지국이 주기적으로 단말들의 위치를 파악하여 각 단말들의 위치를 망 또는 기지국에서 관리하고 있는 경우에는 이미 수집되어 있는 정보가 이용될 수도 있을 것이다.
또한 하향링크의 채널 상태 피드백 정보 및 SRS 수신에 의한 상향링크 채널 상태 정보, 그리고 핸드오버 등을 위해 각 단말이 측정하여 보고하는 인접 기지국들의 신호 세기 등을 이용해 두 단말의 지리적 위치를 간접적으로 추정하여 이를 이용할 수도 있다.
둘째는, 상향링크 PRB(physical resource block) 수신 품질 보고를 이용하는 방법이다. 기지국은 두 단말(또는 한 단말)에게 다른 단말들이 전송하는 특정 부프레임(들)의 전체(또는 특정) 상향링크 PRB의 PRB별 수신 품질을 보고하도록 지시하거나, 수신 품질을 보고할 부프레임의 (최대)수를 지정하여 수신 품질을 보고하도록 지시할 수 있다. 이때, 수신 품질의 보고 방법으로는 해당 부프레임의 ID와 함께 비트맵 방식으로 전체 PRB에 대해서 보고하는 방법(예컨대, 하나의 PRB당 n 비트값을 전송)과 일정 수준 이상의 PRB에 대한 수신 품질만 보고하는 방법이 이용될 수 있다. 기지국은 부프레임 ID와 PRB ID를 이용하여 스케쥴링 이력을 참조하고 해당 PRB에서 상향링크 송신을 수행한 단말의 파악이 가능하며, 이를 통해 D2D 통신을 원하는 단말들과 다른 단말들과의 링크 품질 관점의 근접도를 확인할 수 있다.
셋째로, 상향링크 제어채널의 시퀀스별 수신 품질 보고를 이용하는 방법이 이용될 수 있다.
기지국은 둘 중 한 단말 또는 두 단말에게 특정 부프레임(들)의 전체(또는 특정) 상향링크 제어채널, 예를 들어, 3GPP LTE 시스템에서의 PUCCH(Physical Uplink Control Channel)의 시퀀스별 수신 품질을 보고하도록 지시하거나, 수신 품질을 보고할 부프레임의 (최대)수를 지정하여 수신 품질을 보고하도록 지시할 수 있다.
참고적으로, 3GPP LTE 시스템에서의 상향링크 제어채널인 PUCCH는 12개의 주파수 영역 CAZAC 시퀀스에 대해서 12개의 순환 천이(CS: Cyclic Shift)값을 적용하여 전송될 수 있으며, 이는 셀 특정 베이스 인덱스(cell specific base index)와 셀 특정 심볼 호핑(cell specific symbol hopping; 매 OFDM 심볼마다 CS가 달라짐)에 의해서 특정된다. 또한, 전체 PUCCH 채널은 CQI, 준영속적 ACK/NACK(예; SPC)와 SR(Scheduling Request), 동적 ACK/NACK의 3개 영역으로 구성된다(즉, PRB와 CS). 이때, 영역 구분은 시스템 정보(SI)로 전달되며, 하나의 주파수 영역 CAZAC 시퀀스에 대해 하나의 CQI(CQI, RI, PMI)가 전송된다. 또한, 하나의 CAZAC 시퀀스에 대해 최대 3개까지의 ACK/NACK 또는 SR이 전송되는데, 이 경우는 시간 영역 확산 시퀀스가 적용되어 데이터 부분은 길이 4의 직교 부호, RS부분은 길이 3의 직교부호가 적용된다. 또한, 동적 ACK/NACK는 PDCCH CCE 인덱스에 의해서 자동적으로 매핑된다.
따라서, PUCCH 시퀀스별 수신 품질 보고는 각 영역의 시퀀스(CQI는 주파수 영역 시퀀스, ACK/NACK와 SR은 주파수 및 시간영역 시퀀스) 또는 일부 영역(예, CQI 영역 제외) 시퀀스별 수신 품질을 해당 부프레임의 ID와 함께 보고하도록 구성될 수 있다.
기지국은 부프레임 ID와 주파수 및 시간영역 시퀀스를 이용하여 해당 제어 정보의 송신 단말 파악이 가능하며, 이를 통해 D2D 통신을 원하는 단말들과 다른 단말들과의 링크 품질 관점의 근접도 확인이 가능하다.
넷째는, 로컬 브로드캐스트 및 수신 품질 보고를 이용하는 방법이다.
기지국은 둘 중 한 단말 또는 두 단말 각각에게 특정 부프레임에서 데이터 송신을 지시하고, 다른 모든 액티브 상태의 단말들에게 해당 데이터 신호의 수신 품질이 일정 정도 이상이면 그 채널 상태 또는 수신 품질을 보고하도록 지시할 수 있다. 이를 통해, 다른 액티브 단말들과의 링크 품질 관점의 근접도 확인이 가능한다.
D2D 통신 단말이 셀 경계에 위치한 경우의 인접 셀 간섭 문제는 전술한 D2D 통신 가능 여부 확인 방법에서와 같이, 인접 셀 기지국과 협력하여, 셀간 간섭을 완화시킬 수 있는 시퀀스를 적용하거나, 로컬 데이터 브로드캐스트를 위해 할당된 것과 동일한 무선자원을 인접 셀에서는 할당하지 않거나, 인접 셀의 셀 경계 단말, 또는 해당 데이터를 송신(로컬 브로드캐스트를 위해 상향링크 자원을 이용하는 경우) 또는 수신(로컬 브로드캐스트를 위해 하향링크 자원을 이용하는 경우)하는 D2D 통신 단말과 가까운 인접 셀 단말에게 해당 무선자원을 할당하지 않도록 할 수 있다. 이와 더불어, 전술한 D2D 통신 가능 여부 확인 방법에서와 같이 로컬 브로드캐스트를 위한 무선 자원 및 송신 파라메터 등의 결정 및 측정 결과 전달을 위해 인접 셀 기지국과의 상호 정보 교환이 필요하다.
한편 이 경우는 D2D 통신 가능 여부를 파악하기 위한 방법으로도 이용이 가능하며, 만약 이 방법이 D2D 통신 가능여부를 파악하는 과정 중에 이용된다면 D2D 통신 가능 여부와 D2D 통신 단말들의 근접 단말들의 파악이 동시에 이루어질 수 있다.
다섯째로, 이미 설정된 다른 D2D링크에 사용되는 하향/상향링크 대역의 PRB에 대한 단말의 수신 품질 보고를 이용하는 방법이 가능하다. 기지국은 D2D 링크 설정의 대상의 되는 두 단말(또는 한 단말)에게 특정 부프레임(들)의 이미 연결된 다른 D2D 링크를 위한 상향링크/하향링크 PRB의 수신 레벨을 보고하도록 지시할 수 있다. 이때, 측정대상 D2D 링크에 SPS(Semi-Persistent Scheduling)가 적용되는 경우에는 이를 고려해 해당 D2D 링크를 통해 전송될 데이터가 없는 경우에도 더미(dummy) 데이터를 송수신하도록 하는 것이 필요하다. 이를 통해서, 하향링크/상향링크 자원을 이용하는 다른 D2D 단말 쌍과의 근접 여부를 확인 가능하다. 즉, 본 방법은 도 6을 통하여 설명된 D2D 링크 상호 간의 주파수 재사용 개념을 실현하기 위해 이용이 가능하다.
상황에 따라서 상술된 방법들중의 일부 또는 모두를 이용하여 다른 단말들과의 근접도 파악이 가능하다. 단말간 직접 통신의 경우는 이러한 정보와 각 셀과의 링크 상태 정보를 바탕으로 셀룰러 링크 또는 다른 D2D 링크와 동일한 주파수 자원을 재사용할 것인지를 판단이 가능하다.
단말에 의한 데이터 릴레잉 방법
도 7은 본 발명에 따른 단말 릴레이 통신, 즉 단말에 의한 다른 단말의 데이터 릴레잉을 위한 연결 설정 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 7을 참조하면, 본 발명에 따른 단말에 의한 데이터 릴레잉 방법은, 기지국이 단말이 보고하는 하향링크 채널 상태 정보를 확인하여 주변 단말에 의한 릴레이의 필요성을 판단하거나, 단말로부터 주변 단말에 의한 릴레이를 요청받는 단계(S710), 상기 단말의 주변 단말을 확인하는 단계(S720), 확인된 주변 단말들 중에서 릴레이 단말을 선정하는 단계(S730), 선정된 릴레이 단말에 릴레이로서의 역할 수행을 요청하는 단계(S740), 기지국과 상기 릴레이 단말간의 셀룰러 링크 연결 및 상기 릴레이 단말과 상기 단말간의 D2D 연결을 설정하는 단계(S750), 상기 릴레이 단말 및 상기 단말과, 이들 단말에 근접한 단말들간의 근접도 및 상기 릴레이 단말 및 상기 단말과 기지국들간의 근접도를 파악하는 단계(S760) 및 상기 릴레이 단말 또는 상기 단말의 요청에 따라 릴레이를 위한 D2D 링크 및 셀룰러 링크를 위한 무선 자원을 할당하는 단계(S770)를 포함하여 형성될 수 있다.
먼저, 단계(S710)에서는 서빙셀 기지국이 전송하는 하향링크 신호에 대해서 단말이 보고하는 채널 상태 정보에 기초하거나, 단말이 송신하는 SRS 신호에 대한 기지국의 수신 품질에 기초하여 서빙셀 기지국이 해당 단말에게 릴레이를 통한 통신을 수행하는 것이 필요한지를 판단하게 된다. 또한, 단계(S710)에서는 단말이 서빙셀 기지국에게 주변 단말이 릴레이로서 역할하는 릴레이 통신을 요청할 수도 있다. 즉, 단말간 직접 통신과의 차이점은 단말간 직접 통신에서는 통상적으로 단말이 상대 단말을 지정하여 D2D 연결 설정을 요청하지만, 단말 릴레이 통신의 경우는 기지국의 판단하에 또는 단말의 요청하에 릴레이의 역할을 수행할 단말을 기지국이 파악하는 과정이 먼저 수행되고 여기서 파악된 적절한 단말이 D2D 링크의 상대방이 된다는 점에서 차이가 있다.
다음으로, 단계(S710)에서 주변 단말을 통한 릴레이 통신이 필요하다고 판단하거나, 단말로부터 주변 단말을 통한 릴레이 통신을 요청받은 경우에, 서빙 셀 기지국이 해당 단말의 주변 단말을 확인하는 단계(S720)가 수행된다.
이때, 단계(S720)에서는 앞서 도 3을 통하여 설명된 단계(S340)에서 D2D 통신 단말과 다른 단말들간의 근접도를 확인하는 방법에 속하는 여러가지 방법들을 이용하여 해당 단말에 근접한 주변 단말들을 확인할 수 있다.
다음으로, 단계(S730)에서는, 단계(S720)에서 확인된 주변 단말들 중에서 릴레이로서 역할하기에 적합한 단말을 선정하게 된다. 이때, 릴레이 역할을 수행할 단말은, 릴레이를 통한 송수신을 받게되는 단말보다는 기지국으로부터 수신되는 신호의 수신 품질이 양호한 단말이 선정되는 것이 바람직하고, 통상적으로 릴레이를 통한 송수신을 받게되는 단말보다는 기지국에 근접한 단말이 선정되는 것이 바람직할 것이다.
따라서, 단계(S730)에서 주변 단말들 중에서 릴레이 역할을 수행할 단말을 선정하기 위해서 단말이 보고하는 채널 상태 정보, 단말이 송신하는 SRS 신호에 대한 기지국의 수신 품질 및 단말들의 위치 정보 등이 이용될 수 있다.
다음으로, 단계(S740)에서 서빙 셀 기지국은, 망의 지시에 따라 릴레이 단말로 선정된 단말에게 릴레이로서의 역할 수행을 요청하고 요청에 대한 응답을 수신하게 된다. 릴레이 단말 역할을 요청받은 단말은 이러한 요청을 거부할 수도 있으나, 소정의 규약에 의해서 릴레이 단말로서 동작하기로 미리 약속된 단말의 경우는 이 요청에 대한 거부 권한이 없을 수도 있을 것이다. 따라서, 이러한 경우는 요청에 대한 응답을 수신하는 과정은 생략될 수 있다.
다음으로, 서빙 셀 기지국은, 망의 지시를 받아 기지국과 릴레이 단말 간의 셀룰러 링크 연결 및 릴레이 단말과 종단 단말간의 D2D 연결을 설정하는 단계(S750)를 수행하게 된다.
다음으로, 단계(S760)에서는 상기 릴레이 단말 및 상기 종단 단말과, 이들 단말에 근접한 단말들간의 근접도 및 상기 릴레이 단말 및 상기 종단 단말과 기지국들간의 근접도를 파악하게 된다. 상기 단말에 근접한 단말들의 근접도 파악은 단계(S720)에서 이미 이루어 졌으므로 생략될 수도 있다. 이때, 도 3을 통해 설명된 단계(S340)에서 이용된 여러가지 방법들을 이용하여 해당 단말들과 기지국들간의 근접도 및 해당 단말들에 근접한 주변 단말들을 확인할 수 있다. 그러나 단계(S760)는 단계(S750)보다 앞서 수행될 수도 있으며, 또한 기지국의 판단에 따라, 또는 주파수 재사용을 위한 다른 수단이 적용되는 경우 수행되지 않을 수도 있다.
마지막으로, 상기 단말이 보낼 데이터가 있는 경우에는 상기 단말의 요청에 의해, 기지국이 상기 단말로 보낼 데이터가 있는 경우에는 기지국이 자체적으로 판단하여 해당 셀룰러 링크 및 D2D 링크를 위한 무선자원을 할당하는 단계(S770)를 거치며, 이렇게 할당된 무선자원을 이용해 종단 단말로부터의/로의 데이터를 릴레이하게 된다.
단말의 이동성에 따른 링크 상태 변동 대책
D2D 링크를 통한 통신을 수행하는 단말들의 상호 이동에 의해서 단말들간의 D2D 링크 상태(거리, 신호품질)는 시간에 따라서 변동될 수 있다. 이에 따라 D2D 링크에 의한 셀룰러 링크 또는 다른 D2D 링크에 대한 간섭도 변동될 수 있다.
특히, 단말 릴레이의 경우에는 D2D 링크의 상태뿐만 아니라 셀룰러 링크의 상태도 변동되어 릴레이 역할을 하는 단말을 변경하여야 하는 경우도 생길 수 있다. 따라서, D2D 통신의 연결 지속 가능 여부의 판단과 동적인 자원 재할당이 필요하게 된다.
단말 간 직접 통신의 경우는 이러한 D2D 링크를 통한 통신을 수행하는 단말들의 이동성에 따른 링크 상태 변동에 대응하기 위해서 다음과 같은 방법들이 적용 가능하다.
1)D2D 연결 지속 가능 여부는 D2D 단말들간 통신의 품질에 의해서 판단이 가능할 수 있다.
2)단말들간의 주기적인 위치 확인에 의해서 근접 여부가 판단될 수 있다.
3)특정 D2D 통신 단말들과 다른 단말들(다른 D2D 통신 단말들 포함) 간의 근접성 확인은 단말의 이동성을 고려하여 앞서 설명된 단계(S340)에 적용된 방법을 주기적으로 수행할 수 있다.
단말 릴레이 통신의 경우는, 이러한 D2D 링크를 통한 통신을 수행하는 단말들의 이동성에 따른 링크 상태 변동에 대응하기 위해서, 릴레이 단말의 변경 여부는 릴레이 단말과 종단 단말 간의 D2D 링크 통신에 의해서 판단이 가능하다.
또한, 릴레이 및 종단 단말과 다른 셀룰러 링크 단말, 릴레이 및 종단 단말 쌍 간의 근접도 확인은 단말간 직접 통신의 경우와 동일하다.
New UE 와 Legacy UE 간의 D2D 통신 방법
지금까지는 new UE들간의 D2D 통신 방법을 살펴보았으나, D2D 통신을 수행하는 두 단말들 중 일측이 legacy UE인 경우도 상정할 수 있다(양측 단말이 legacy UE인 경우는 당연히 D2D 통신이 불가능하다).
(1)New UE와 Legacy UE간의 D2D 통신 가능 여부 확인 방법
기지국은 legacy UE에 SRS 전송 또는 상향 링크 송신을 요청하고, new UE에겐 수신 및 수신 품질 보고를 지시하도록 구성될 수 있다. 이때, new UE에겐 상대 단말의 SRS 송신 관련 정보(자원 및 시퀀스)를 제공한다. 이를 통해 두 단말의 근접 여부, 즉 D2D 연결 가능 여부를 확인할 수 있다.
(2)D2D 통신을 원하는 New UE와 Legacy UE에 근접한 다른 단말들의 파악 방법
전술한 D2D 통신 단말들과 다른 단말들 간의 근접성 확인 방법을 이용할 수 있다.
또한 new UE 가 릴레이 단말의 역할을 하는 경우에는 단말에 의한 릴레잉도 가능하다.
이상 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (18)

  1. 단말간 직접 통신을 위한 망의 동작 방법으로,
    제1 단말의 제2 단말에 대한 연결 설정 요청에 대응하거나, 망을 통한 두 단말 간 연결이 생성되어 있는 경우에는 망의 자체적인 판단에 의해, 망이 제1 단말과 제2 단말 간의 D2D 통신 가능성을 제1, 제2 단말의 서빙셀 기지국(들)에게 확인하도록 요청하는 단계(a);
    상기 서빙셀 기지국(들)이 제1 및 제2 단말 간의 D2D 통신 가능 여부를 판단하는 단계(b);
    제1 단말과 제2 단말 간의 D2D 연결을 설정하는 단계(c);
    제1 단말 및 제2 단말과 기지국들 간의 근접도 및 제1 단말, 제2 단말 및 제1, 제2 단말에 근접한 단말들간의 근접도를 파악하는 단계(d); 및
    제1 단말 및 제2 단말 중 적어도 하나의 단말의 자원 할당 요청에 따라, 상기 단계(d)에서 파악된 근접도에 기초하여, 제1 단말과 제2 단말 간 D2D 통신을 위한 무선자원을 할당하는 단계(e)를 포함한 단말간 직접 통신 방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 단계(b)에서, 상기 제1 및 제2 단말 간의 D2D 통신 가능 여부를 판단하는 과정은, 상기 제1 단말과 제2 단말간의 근접도에 기초하여 상기 제1 및 제2 단말 간의 D2D 통신 가능 여부를 판단하는 것을 특징으로 하는 단말간 직접 통신 방법.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 제1 단말과 제2 단말간의 근접도는, 상기 제1 및 제2 단말이 보고한 위치정보, 상기 망이 측정한 상기 제1 및 제2 단말의 위치정보, 상기 제1 및 제2 단말중 일측이 전송한 SRS 신호를 타측이 수신한 수신품질 정보, 상기 제1 및 제2 단말중 일측이 상향 또는 하향링크 PRB(Physical Resource Block)를 통해 전송한 데이터에 대하여 타측이 보고한 수신품질 정보 중 적어도 하나에 기초하여 판단되는 것을 특징으로 하는 단말간 직접 통신 방법.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 단계(d)에서, 상기 제 1 단말 및 제 2 단말과 기지국들 간의 근접도는 상기 기지국이 전송하는 하향링크 신호에 대한 상기 단말들의 수신 품질 정보, 단말로부터의 SRS 수신에 의한 상향링크 채널 상태 정보 및 핸드오버 등을 위해 각 단말이 측정하여 보고하는 인접 기지국들로부터의 신호에 대한 수신 품질 정보 중 적어도 하나에 기초하여 파악되거나, 상기 단말들이 상기 기지국에 보고하는 위치정보 또는 상기 망이 상기 단말들에 대하여 측정한 위치 정보에 기초하여 파악되는 것을 특징으로 하는 단말간 직접 통신 방법.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 단계(d)에서, 상기 단말들간의 근접도는, 상기 단말들이 보고한 위치 정보 또는 상기 망이 측정한 상기 단말들의 위치 정보를 이용하여 파악되거나, 상기 단말들 중 일측의 단말이 전송하는 상향링크 제어채널 시퀀스 및/또는 상향링크 PRB에 매핑하여 전송하는 데이터에 대한 수신 품질을 타측의 단말이 망으로 보고하거나, 일 측의 단말이 하향링크 PRB에 매핑하여 전송하는 데이터의 수신 품질을 타측의 단말이 망으로 보고하고, 상기 망이 상기 타측의 단말이 보고한 수신 품질에 기초하여 상기 단말들간의 근접도를 파악하는 것을 특징으로 하는 단말간 직접 통신 방법.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 단계(e)에서, 상기 D2D 통신을 위한 무선자원을 할당하는 과정은, 이미 설정된 다른 D2D 링크에 할당된 상향링크 또는 하향링크 PRB에 대한 수신 품질 보고를 상기 제1 및 제2 단말중 적어도 하나로부터 보고받고, 보고된 수신 품질에 기초하여 상기 D2D 링크에 할당할 자원을 결정하는 것을 특징으로 하는 단말간 직접 통신 방법.
  7. 단말간 직접 통신 및 단말 릴레이 통신을 위해, D2D 통신의 가능여부 및/또는 근접한 단말을 파악하는데 이용되는, 단말의 동작 방법으로서,
    D2D 링크를 구성하는 상대측 단말이 전송한 상향링크 신호 또는 하향링크 신호를 수신하는 단계(a);
    상기 상대측 단말이 전송한 상향링크 신호 또는 하향링크 신호의 수신 품질을 기지국으로 보고하는 단계(b); 및
    상기 기지국에 보고한 수신품질에 기초하여 상기 D2D 링크의 설정 및 상기 D2D 링크의 자원 할당을 상기 기지국으로부터 수신받는 단계(c)를 포함한 단말간 직접 통신 및 단말 릴레이 통신 방법.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 단계(a)에서, 상기 상대측 단말이 전송하는 상향링크 신호 또는 하향링크 신호는, 상향링크 SRS(Sounding Refernce Signal) 신호, 상향링크 PUCCH(Physical Uplink Control Channel) 신호 및 지정된 상향링크/하향링크 PRB(Physical Resource Block)를 이용한 데이터 중 적어도 하나인 것을 특징으로 하는 단말간 직접 통신 및 단말 릴레이 통신 방법.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 단계(b)에서, 상기 단말이 상기 상대측 단말이 전송한 상향링크 PUCCH를 수신하는 경우, 상기 상향링크 PUCCH를 수신한 서브프레임 ID와 함께 상기 PUCCH의 시퀀스별 수신 품질를 상기 기지국에 보고하는 것을 특징으로 하는 단말간 직접 통신 및 단말 릴레이 통신 방법.
  10. 청구항 8에 있어서,
    상기 단계(b)에서 상기 단말이 상기 상대측 단말이 전송한 상향링크 또는 하향링크 PRB를 이용한 데이터를 수신하는 경우, 상기 데이터의 수신 품질과 함께 상기 상향링크 또는 하향링크 PRB를 이용한 데이터를 수신한 서브프레임 ID를 상기 기지국에 보고하는 것을 특징으로 하는 단말간 직접 통신 및 단말 릴레이 통신 방법.
  11. 단말간 직접 통신 및 단말 릴레이 통신을 위한, 서빙셀 기지국의 D2D 링크 자원 결정 방법으로,
    적어도 하나의 단말들의 상기 기지국과의 근접도를 판단하는 단계(a);
    상기 단말들의 주변 단말들 상호간의 근접도를 판단하는 단계(b); 및
    상기 (a)단계와 (b)단계에서 얻어진 정보에 기초하여, 상기 D2D 링크를 위한 자원을 결정하는 단계(c)를 포함한 단말간 직접 통신 및 단말 릴레이 통신 방법.
  12. 청구항 11에 있어서,
    상기 (a)단계는, 상기 기지국이 전송한 하향링크 신호에 대한 상기 적어도 하나의 단말들의 수신 신호 품질 보고, 상기 적어도 하나의 단말들이 보고한 위치 정보 및 상기 기지국이 측정한 상기 적어도 하나의 단말들의 위치 정보 중 적어도 하나에 기초하여, 상기 기지국과의 근접도를 판단하는 것을 특징으로 하는 단말간 직접 통신 및 단말 릴레이 통신 방법.
  13. 청구항 11에 있어서,
    상기 (b)단계는, 상기 기지국은, 상기 적어도 하나의 단말 중 일측의 단말이 전송하는 상향링크 신호 또는 하향링크 신호에 대해 타측의 단말들이 보고한 수신 품질 보고에 기초하여, 상기 단말들간의 근접도를 판단하는 것을 특징으로 하는 단말간 직접 통신 및 단말 릴레이 통신 방법.
  14. 청구항 13에 있어서,
    상기 상향링크 또는 하향링크 신호는 상기 일측의 단말이 전송하는 상향링크 PUCCH(Physical Uplink Control Channel) 신호 및 지정된 상향링크/하향링크 PRB(Physical Resource Block)를 이용한 데이터 중 적어도 하나인 것을 특징으로 하는 단말간 직접 통신 및 단말 릴레이 통신 방법.
  15. 청구항 14에 있어서,
    상기 단계(b)에서, 상기 기지국은, 상기 타측의 단말로부터 상기 일측의 단말이 전송한 상향링크 PUCCH를 수신한 서브프레임 ID와 상기 PUCCH의 시퀀스별 수신 품질를 보고받아, 상기 PUCCH를 전송한 상기 일측의 단말과 상기 타측의 단말간의 근접도를 판단하는 것을 특징으로 하는 단말간 직접 통신 및 단말 릴레이 통신 방법.
  16. 청구항 14에 있어서,
    상기 단계(b)에서, 상기 기지국은, 상기 타측의 단말로부터 상기 일측의 단말이 상향링크 또는 하향링크 PRB를 이용하여 전송한 데이터를 수신한 서브프레임 ID와 상기 데이터의 수신 품질을 보고받아, 상기 데이터를 전송한 상기 일측의 단말과 상기 타측의 단말간의 근접도를 판단하는 것을 특징으로 하는 단말간 직접 통신 및 단말 릴레이 통신 방법.
  17. 단말 릴레이 통신을 위한 기지국의 동작 방법으로,
    단말이 보고하는 하향링크 채널 품질 정보를 확인하여 주변 단말에 의한 릴레이의 필요성을 판단하거나, 단말로부터 주변 단말에 의한 릴레이를 요청받는 단계;
    상기 단말의 주변 단말을 확인하는 단계;
    확인된 주변 단말들 중에서 릴레이 단말을 선정하는 단계;
    선정된 릴레이 단말에 릴레이로서의 역할 수행을 요청하는 단계;
    기지국과 상기 릴레이 단말간의 셀룰러 링크 연결 및 상기 릴레이 단말과 상기 단말간의 D2D 연결을 설정하는 단계; 및
    상기 릴레이 단말 또는 상기 단말의 요청에 따라 릴레이를 위한 D2D 링크 및 셀룰러 링크를 위한 무선 자원을 할당하는 단계를 포함한 단말 릴레이 통신 방법.
  18. 청구항 17에 있어서,
    상기 단말 릴레이 통신 방법은, 상기 셀룰러 링크 연결 및 D2D 연결을 설정하는 단계 이후에, 상기 릴레이 단말 및 상기 단말과 기지국들 간의 근접도 및 상기 릴레이 단말 및 상기 단말과 이들에 근접한 다른 단말들간의 근접도를 파악하는 단계를 추가로 포함하고, 상기 무선 자원을 할당하는 단계는 상기 파악된 근접도에 기초하여 무선 자원을 할당하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 단말 릴레이 통신 방법.
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