KR20130042089A - 효율적 자원할당을 위한 ｂｄｍａ 기반 하이브리드 통신망 시스템 및 그 제공방법 - Google Patents

효율적 자원할당을 위한 ｂｄｍａ 기반 하이브리드 통신망 시스템 및 그 제공방법 Download PDF

Info

Publication number
KR20130042089A
KR20130042089A KR1020110106182A KR20110106182A KR20130042089A KR 20130042089 A KR20130042089 A KR 20130042089A KR 1020110106182 A KR1020110106182 A KR 1020110106182A KR 20110106182 A KR20110106182 A KR 20110106182A KR 20130042089 A KR20130042089 A KR 20130042089A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
base station
repeater
network system
bdma
link
Prior art date
Application number
KR1020110106182A
Other languages
English (en)
Other versions
KR101286586B1 (ko
Inventor
조동호
박성진
편성엽
김영웅
Original Assignee
한국과학기술원
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 한국과학기술원 filed Critical 한국과학기술원
Priority to KR1020110106182A priority Critical patent/KR101286586B1/ko
Publication of KR20130042089A publication Critical patent/KR20130042089A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101286586B1 publication Critical patent/KR101286586B1/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04W—WIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
    • H04W72/00—Local resource management
    • H04W72/20—Control channels or signalling for resource management
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B7/00—Radio transmission systems, i.e. using radiation field
    • H04B7/14—Relay systems
    • H04B7/15—Active relay systems
    • H04B7/155—Ground-based stations
    • H04B7/15528—Control of operation parameters of a relay station to exploit the physical medium
    • H04B7/15542—Selecting at relay station its transmit and receive resources
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04W—WIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
    • H04W16/00—Network planning, e.g. coverage or traffic planning tools; Network deployment, e.g. resource partitioning or cells structures
    • H04W16/02—Resource partitioning among network components, e.g. reuse partitioning
    • H04W16/12—Fixed resource partitioning
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04W—WIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
    • H04W16/00—Network planning, e.g. coverage or traffic planning tools; Network deployment, e.g. resource partitioning or cells structures
    • H04W16/24—Cell structures
    • H04W16/28—Cell structures using beam steering

Landscapes

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

Abstract

효율적인 자원할당을 위한 BDMA 기반 하이브리드 통신망 시스템 및 그 제공방법이 개시된다. 상기 효율적인 자원할당을 위한 BDMA 기반 하이브리드 통신망 시스템은 상기 BDMA 기반 하이브리드 통신망 시스템에 포함된 기지국 및 적어도 하나의 중계기 각각의 빔을 할당하기 위해, 상기 기지국의 빔 얼로케이터(beam allocator)에 대해서는, 상기 적어도 하나의 중계기와 상기 기지국의 간섭은 고려하지 않고 상기 기지국의 용량을 최대화하는 상기 기지국의 빔 얼로케이터를 연산하고, 상기 적어도 하나의 중계기 중 어느 하나의 중계기의 빔 얼로케이터에 대해서는, 연산된 상기 기지국 빔 얼로케이터에 기초하여 상기 중계기의 빔 얼로케이터를 연산하는 것을 특징으로 한다.

Description

효율적 자원할당을 위한 ＢＤＭＡ 기반 하이브리드 통신망 시스템 및 그 제공방법{Hybrid communication network system based on Beam Division Multiple Access for efficient resource assignment and providing method thereof}
본 발명은 BDMA(Beam Division Multiple Access) 기반의 셀룰러(Cellular) 네트워크와 애드 혹(Ad hoc) 네트워크가 혼재하는 하이브리드(hybrid) 통신망 환경에서 발생하는 간섭 문제를 해결하기 위한 프레임 구조 및 효율적인 자원할당을 수행할 수 있는 하이브리드 통신망 시스템 및 그 제공방법에 관한 것이다.
하이브리드 통신망에서 인프라 기반의 셀룰러 네트워크와 애드 혹 네트워크의 간섭 문제를 해결하기 위한 다양한 방안이 연구되고 있다. 간섭을 줄이기 위한 방안으로는 간섭이 발생하지 않도록 자원(예컨대, 주파수, 타임 슬롯 등)을 할당하는 방식이 있다.
이때 서로 다른 자원을 사용하는 경우에는 스펙트럴 효율(spectral efficiency)이 감소하고 같은 자원을 사용하는 경우에는 간섭 문제가 발생하게 된다.
즉, 하이브리드 통신망에서 셀룰러 네트워크와 애드 혹 네트워크가 서로 같은 자원을 사용하는 경우에는 높은 스펙트럴 효율을 달성할 수 있지만 간섭 문제가 발생할 수 있다. 따라서, 이러한 간섭 문제를 효율적으로 해결하지 않는 경우에는 전체 하이브리드 통신망의 스펙트럴 효율은 감소하게 된다.
기존의 IEEE 802.16j에서는 중계기 기반의 셀룰러 네트워크에서 간섭 문제를 고려하여 프레임 구조와 이를 이용한 자원할당 방안이 제시되어 있다. 하지만, 이러한 종래의 기술에는 셀룰러 네트워크와 애드 혹 네트워크가 혼재하는 하이브리드 통신망 환경은 고려하지 않고 있어서, 하이브리드 통신망에 바로 적용되기 힘든 문제점이 있다. 또한, 5세대 통신 기술로 연구되고 있는 BDMA(Beam Division Multiple Access) 방식의 통신을 수행하는 하이브리드 통신망의 경우, 통신 특성에 따른 간섭 환경이 전통적인 셀룰러 네트워크만의 간섭환경과 다르므로 종래의 프레임 구조를 그대로 적용하기 어려운 문제점이 있다.
따라서, 이러한 BDMA 방식의 통신을 이용한 하이브리드 통신망에서 간섭을 억제할 수 있는 통신 프레임(frame) 구조 및 상기 프레임 구조에서 효율적으로 자원할당(예컨대, 빔(beam) 할당)을 수행할 수 있는 하이브리드 통신망 시스템 및 그 제공방법이 요구된다.
따라서, 본 발명이 이루고자 하는 기술적인 과제는 BDMA 기반 하이브리드 통신망 환경에서 간섭을 억제하여 전체 하이브리드 통신망 시스템에서의 스펙트럴 효율을 높일 수 있는 프레임 구조 및 상기 프레임 구조를 이용하여 통신을 수행할 때의 효율적인 자원할당 방식을 제공하는 것이다.
상기 기술적 과제를 해결하기 위한 효율적인 자원할당을 위한 BDMA 기반 하이브리드 통신망 시스템은 상기 BDMA 기반 하이브리드 통신망 시스템에 포함된 기지국 및 적어도 하나의 중계기 각각의 빔을 할당하기 위해, 상기 기지국의 빔 얼로케이터(beam allocator)에 대해서는, 상기 적어도 하나의 중계기와 상기 기지국의 간섭은 고려하지 않고 상기 기지국의 용량을 최대화하는 상기 기지국의 빔 얼로케이터를 연산하고, 상기 적어도 하나의 중계기 중 어느 하나의 중계기의 빔 얼로케이터에 대해서는, 연산된 상기 기지국 빔 얼로케이터에 기초하여 상기 중계기의 빔 얼로케이터를 연산하는 것을 특징으로 한다.
상기 BDMA 기반 하이브리드 통신망 시스템은 상기 적어도 하나의 중계기와 상기 기지국의 간섭은 고려하지 않고 상기 기지국의 용량을 최대화하는 상기 기지국 빔 얼로케이터를 연산하기 위해, 상기 기지국과 상기 기지국에 접속된 특정 사용자 간에 제1링크가 형성되는 경우, 상기 제1링크가 상기 기지국이 형성하는 다른 제2링크들에 의해 받는 간섭을 연산하여 상기 기지국의 빔 얼로케이터를 연산할 수 있다.
한편, 상기 BDMA 기반 하이브리드 통신망 시스템은 상기 연산된 상기 기지국의 빔 얼로케이터에 기초하여 상기 중계기의 빔 얼로케이터를 연산하기 위해, 상기 중계기와 상기 중계기에 접속된 특정 사용자 간에 제3링크가 형성되는 경우, 상기 제3링크가 상기 기지국의 빔 얼로케이터에 따른 기지국 링크에 의해 받는 간섭 및 상기 제3링크가 상기 중계기의 다른 제4링크들에 의해 받는 간섭을 연산하고, 연산결과에 기초하여 상기 중계기의 빔 얼로케이터를 연산할 수도 있다.
상기 기술적 과제를 해결하기 위한 BDMA 기반 하이브리드 통신망 시스템 제공방법은 BDMA 기반 하이브리드 통신망 시스템이 상기 BDMA 기반 하이브리드 통신망 시스템에 포함된 기지국의 빔 얼로케이터(beam allocator)에 대해, 상기 적어도 하나의 중계기와 상기 기지국의 간섭을 고려하지 않고 상기 기지국의 용량을 최대화하는 상기 기지국의 빔 얼로케이터를 연산하는 단계 및 상기 BDMA 기반 하이브리드 통신망 시스템이 상기 BDMA 기반 하이브리드 통신망 시스템에 포함된 적어도 하나의 중계기 중 어느 하나의 중계기의 빔 얼로케이터에 대해, 연산된 상기 기지국의 빔 얼로케이터에 기초하여 상기 중계기의 빔 얼로케이터를 연산하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 기지국의 빔 얼로케이터를 연산하는 단계는 상기 기지국과 상기 기지국에 접속된 특정 사용자 간에 제1링크가 형성되는 경우, 상기 제1링크가 상기 기지국이 형성하는 다른 제2링크들에 의해 받는 간섭을 연산하는 단계 및 연산결과에 기초하여 상기 기지국의 빔 얼로케이터를 연산하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 중계기의 빔 얼로케이터를 연산하는 단계는 상기 중계기와 상기 중계기에 접속된 특정 사용자 간에 제3링크가 형성되는 경우, 상기 제3링크가 상기 기지국의 빔 얼로케이터에 따른 기지국 링크에 의해 받는 간섭 및 상기 제3링크가 상기 중계기의 다른 제4링크들에 의해 받는 간섭을 연산하는 단계 및 연산결과에 기초하여 상기 중계기의 빔 얼로케이터를 연산하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 BDMA 기반 하이브리드 통신망 시스템 제공방법은 제 10항 내지 제 12항에 기재된 방법을 수행하기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터 판독가능한 기록매체에 저장될 수 있다.
따라서, 본 발명의 실시 예에 따른 하이브리드 통신망 시스템 및 그 제공방법에 의하면 분산적으로 존재 및 동작할 수 있는 애드 혹 네트워크의 특성을 고려하여, 단위 프레임 상에서 셀룰러 통신을 수행하는 서브 프레임과 시간적으로 구분되는 애드 혹 서브 프레임을 별도로 할당하고, 상기 애드 혹 서브 프레임에서는 애드 혹 통신만을 수행하도록 함으로써 적어도 셀룰러 네트워크와 애드 혹 네트워크사이의 간섭을 방지할 수 있는 효과가 있다.
또한, 셀룰러 네트워크는 중계기가 존재하는 환경을 고려하여 프레임 구조를 정의하고, 정의된 프레임 구조상에서 휴리스틱한 자원할당 방식을 이용함으로써 자원할당을 위한 연산 및 로드를 현저하게 줄이면서도 만족할만한 통신 효율을 얻을 수 있는 효과가 있다.
본 발명의 상세한 설명에서 인용되는 도면을 보다 충분히 이해하기 위하여 각 도면의 간단한 설명이 제공된다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 하이브리드 통신망의 개략적인 구조를 나타낸다.
도 2 내지 도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 하이브리드 통신망에서 간섭이 일어날 수 있는 환경을 개략적으로 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 하이브리드 통신망 시스템이 이용하는 프레임 구조를 나타낸다.
도 6 내지 도 8은 도 5에 도시된 프레임 구조에 따라 하이브리드 통신망 시스템이 통신을 수행하는 방식을 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 본 발명의 실시 예에 따른 BDMA 기반 하이브리드 통신망 시스템을 위한 최적 자원할당 방식을 개략적으로 설명하기 위한 도면이다.
도 10은 본 발명의 실시 예에 따른 BDMA 기반 하이브리드 통신망 시스템에서의 휴리스틱(Heuristic) 자원할당 방식을 개략적으로 설명하기 위한 도면이다.
도 11 내지 도 14는 본 발명의 실시 예에 따른 BDMA 기반 하이브리드 통신망 시스템의 자원할당 방식에 따른 통신효율의 성능을 설명하기 위한 시뮬레이션 결과를 나타내는 도면이다.
본 발명과 본 발명의 동작상의 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 예시하는 첨부 도면 및 첨부 도면에 기재된 내용을 참조하여야만 한다.
또한, 본 명세서에 있어서는 어느 하나의 구성요소가 다른 구성요소로 데이터를 '전송'하는 경우에는 상기 구성요소는 상기 다른 구성요소로 직접 상기 데이터를 전송할 수도 있고, 적어도 하나의 또 다른 구성요소를 통하여 상기 데이터를 상기 다른 구성요소로 전송할 수도 있는 것을 의미한다.
반대로 어느 하나의 구성요소가 다른 구성요소로 데이터를 '직접 전송'하는 경우에는 상기 구성요소에서 다른 구성요소를 통하지 않고 상기 다른 구성요소로 상기 데이터가 전송되는 것을 의미한다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명함으로써, 본 발명을 상세히 설명한다. 각 도면에 제시된 동일한 참조부호는 동일한 부재를 나타낸다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 하이브리드 통신망의 개략적인 구조를 나타낸다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 하이브리드 통신망은 도 1에 도시된 바와 같이 셀룰러 네트워크와 애드 혹 네트워크가 공존하고 있는 통신 네트워크일 수 있다.
상기 셀룰러 네트워크는 기존의 셀룰러 네트워크 인프라를 이용하여 BS(Base Station)과 MS(Mobile Station)이 직접 통신을 수행하거나, RS(Relay Station)을 통해 멀티 홉(multi-hop) 통신을 수행할 수 있다.
상기 애드 혹 네트워크는 MS(예컨대, 11)와 다른 MS(예컨대, 12) 간의 직접 통신 또는 소정의 게이트웨이 단말(예컨대, 10)을 통한 멀티 홉 통신을 수행할 수 있다. 상기 애드 혹 네트워크는 예컨대, M2M(Machine to Machine) 통신, P2P(Peer to Peer) 통신, 또는 근거리 통신 서비스 등을 제공할 수 있다.
또한, MS(예컨대, 11 또는 12)는 셀룰러 네트워크와 연결된 게이트웨이 단말(예컨대, 10)을 통해 셀룰러 네트워크 서비스를 제공받을 수도 있다.
또한, 상기 셀룰러 네트워크에서 RS를 통해 BS와 MS가 통신을 수행하는 경우에는 BS와 RS 및 RS와 MS 간에 무선 백홀(wireless backhaul) 통신이 수행될 수 있다.
상기 BS와 MS 간의 통신, BS와 RS 간의 통신, RS와 MS 간의 통신, MS와 MS 간의 통신은 BDMA(Beam Division Multiple Access) 방식으로 통신을 수행할 수 있다.
BDMA 방식은 빔 포밍(beam forming)을 통해 통신을 수행함으로써 주파수/시간 자원뿐만 아니라 공간자원도 효율적으로 분할하여 통신을 수행하여 시스템 용량을 늘일 수 있는 통신 방식을 의미할 수 있다. 이러한 BDMA 방식의 통신에 대해서는 본 출원인이 출원하여 등록된 대한민국 등록특허(10-0945880, "이동통신시스템에서의 빔분할 다중 접속시스템 및 방법")에 개시된 바 있으며 본 명세서의 레퍼런스로 포함된다.
상기 BDMA 방식을 이용하여 본 발명의 실시 예에 따른 하이브리드 통신망 시스템이 통신을 수행하는 경우에는 종래의 셀룰러 네트워크와 같이 전방향성의 신호를 전송하는 것이 아니라 빔 포밍을 통해 방향성 신호를 전송하므로, 종래의 셀룰러 네트워크와는 간섭환경이 다르게 된다.
따라서, 이처럼 BDMA 방식을 이용한 통신 환경에서 셀룰러 네트워크와 애드 혹 네트워크가 혼재하는 하이브리드 통신망에서의 간섭환경을 살펴보면 도 2 내지 도 4와 같다.
도 2 내지 도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 하이브리드 통신망에서 간섭이 일어날 수 있는 환경을 개략적으로 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 셀룰러 네트워크 사이의 간섭환경을 도시하고 있는데, 도 2a와 같이 기지국(BS)이 형성한 빔 방향에 중계기(RS)로부터 서비스를 받고 있는 단말이 존재하는 경우 기지국(BS)은 중계기(RS)에 큰 간섭을 줄 수 있다. 또한, 이와 반대로 도 2b에 도시된 바와 같이 중계기(RS)가 형성한 빔 방향에 기지국(BS)으로부터 서비스를 받고 있는 단말이 존재하는 경우, 중계기(RS)가 기지국(BS)에 간섭을 줄 수 있다. 또한, 도 2c에 도시된 바와 같이 두 중계기(RS) 사이의 거리가 가까운 경우에도 두 중계기 서로 간에 간섭이 있을 수 있다.
한편, 도 3은 셀룰러 네트워크와 애드 혹 네트워크 사이의 간섭이 일어나는 경우를 개략적으로 도시하는데, 도 3a와 같이 기지국(BS) 및/또는 중계기(RS)가 형성한 빔 방향에 위치한 단말(MS, 예컨대, 20, 21)이 애드 혹 통신을 수행하고 있는 경우, 상기 단말(예컨대, 20, 21)은 셀룰러 네트워크로부터 큰 간섭을 받을 수 있다. 또한, 도 3b에 도시된 바와 같이 소정의 단말(예컨대, 30)이 형성한 빔 방향에 위치한 단말(예컨대, 31, 32)이 셀룰러 네트워크와 통신을 수행하고 있는 경우, 상기 단말(예컨대, 31, 32)는 애드 혹 네트워크로부터 큰 간섭을 받을 수도 있다.
또한, 도 4는 애드 혹 네트워크 사이의 간섭이 일어나는 경우를 개략적으로 도시하는데, 도 4에 도시된 바와 같이 특정 단말(예컨대, 40)이 형성한 빔 방향에 위치한 단말(예컨대, 41)이 다른 단말(예컨대, 42)와 애드 혹 통신을 수행하고 있는 경우 간섭이 발생할 수 있다.
따라서, 이러한 간섭을 효과적으로 제거할 수 있는 통신 방법 즉, 프레임 구조가 필요하다. 특히, 본 발명에서는 도 3에 도시된 바와 같이 셀룰러 네트워크와 애드 혹 네트워크 사이의 간섭을 효과적으로 방지할 수 있는 기술적 사상을 제공한다. 본 발명의 기술적 사상에 따라 셀룰러 네트워크와 애드 혹 네트워크 사이의 간섭이 방지되는 경우, 셀룰러 네트워크 간의 간섭 또는 애드 혹 네트워크 간의 간섭은 소정의 방식에 의해 자원(예컨대, 빔 자원 등)을 효율적으로 할당하여 간섭을 줄일 수도 있을 것이다. 따라서, 본 발명에서는 셀룰러 네트워크와 애드 혹 네트워크 사이의 간섭을 방지할 수 있는 기술적 사상을 우선 제시하도록 한다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 하이브리드 통신망 시스템이 이용하는 프레임 구조를 나타낸다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 하이브리드 통신망 시스템은 도 5에 도시된 바와 같은 프레임 구조에 동기화되어 통신을 수행할 수 있다.
도 5에 도시된 바와 같이 상기 프레임 구조는 셀룰러 서브 프레임과 애드 혹 서브 프레임을 포함한다. 상기 셀룰러 서브 프레임과 상기 애드 혹 서브 프레임은 서로 다른 시간자원을 이용하도록 구현될 수 있다. 즉, 도 5의 프레임 구조에서 x축은 시간영역을 나타낼 수 있으며, 셀룰러 서브 프레임에 상응하는 시간영역에서 본 발명의 실시 예에 따른 하이브리드 통신망 시스템은 셀룰러 통신을 수행하고, 애드 혹 서브 프레임에 상응하는 시간영역에서는 상기 하이브리드 통신망 시스템은 애드 혹 통신을 수행하도록 구현될 수 있다. 상기 하이브리드 통신망 시스템은 셀룰러 통신을 수행하는 시간영역에서는 애드 혹 통신은 수행하지 않도록 구현되며, 반대로 애드 혹 통신을 수행하는 시간영역에서는 셀룰러 통신을 수행하지 않도록 구현될 수 있다. 도 5에 도시된 바와 같이 본 발명의 기술적 사상에 따른 프레임 구조에서는 셀룰러 통신을 위한 서브 프레임과 애드 혹 통신을 위한 서브 프레임을 시간영역에 대해 배타적으로 구성함으로써 적어도 셀룰러 네트워크와 애드 혹 네트워크 간의 간섭을 방지할 수 있도록 구현될 수 있다.
상기 애드 혹 서브 프레임은 도 5에는 시간영역에서 셀룰러 서브 프레임의 뒤에 위치하는 것으로 도시되어있지만, 상기 애드 혹 서브 프레임은 상기 셀룰러 서브 프레임의 앞에 위치할 수도 있다. 구현 예에 따라서는 상기 셀룰러 서브 프레임의 사이(예컨대, 셀룰러 다운링크 서브 프레임과 셀룰러 업 링크 서브 프레임 사이)에 위치할 수도 있으며, 프레임 헤더(FH) 보다 시간적으로 뒤에 위치하는 프레임 구조로 다양한 실시 예가 가능할 수 있다.
한편, 상기 셀룰러 서브 프레임은 셀룰러 다운링크(DL) 서브 프레임 및 업 링크(UL) 서브 프레임을 포함하도록 구성될 수 있다.
상기 셀룰러 다운링크 및 업 링크 서브 프레임에서는 BDMA 기술의 특성을 고려하여 기지국과 중계기는 같은 자원을 재사용하도록 정의될 수 있다.
상기 셀룰러 다운링크 서브 프레임은 제네럴(General) 다운링크 서브 프레임 및 백홀(Backhaul) 다운링크 서브 프레임을 포함할 수 있다.
제네럴 다운링크 서브 프레임에서 상기 하이브리드 통신망 시스템에 포함된 기지국(BS) 및 중계기(RS)는 각각 자신에 접속한 단말(MS)들에게 적어도 하나의 빔을 형성하여 통신을 수행할 수 있다.
이때 중계기(RS)는 기지국 모드(BS mode)로 동작하며, 이전 프레임의 백홀 다운링크에서 기지국(BS)으로부터 수신한 데이터를 단말(MS)로 송신할 수 있다. 즉, 본 발명의 실시 예에 따른 하이브리드 통신망 시스템에서 중계기(RS)는 시간영역에서 기지국 모드(BS mode)와 단말 모드(MS mode)를 교대로 수행할 수 있다. 이처럼 제네럴 다운링크 서브 프레임에서 하이브리드 통신망 시스템이 통신을 수행하는 경우를 도식화 한 일 예가 도 6a에 도시되어 있다. 도 6a에 도시된 바와 같은 상황에서는 도 2에서 설명한 바와 같은 간섭이 존재할 수 있는데, 이러한 경우에는 소정의 자원(예컨대, 빔 자원)을 효율적으로 할당함으로써 간섭을 줄일 수도 있다.
한편, 백홀 다운링크 서브 프레임에서는 기지국(BS) 중계기(RS) 빔을 형성하여 데이터를 전송할 수 있다. 이때 중계기(RS)는 기지국 모드에서 단말 모드(MS mode)로 스위칭 될 수 있다. 단말 모드로 스위칭된 중계기(RS)는 다음 프레임의 제네럴 다운링크시에 단말(MS)로 전달해 줄 데이터를 기지국(BS)으로부터 수신할 수 있다. 이러한 백홀 다운링크 서브 프레임에서 하이브리드 통신망 시스템이 통신을 수행하는 경우를 도식화한 일 예가 도 6b에 도시된다. 도 6b에 도시된 바와 같이 백홀 다운링크 시에 통신에서는 중계기(RS)의 위치에 따라 간섭이 발생할 수 있으며, 중계기(RS)의 위치를 간섭이 발생되지 않도록 분산 배치함으로써 간섭을 방지할 수 있다.
셀룰러 업 링크 서브 프레임은 도 5에 도시된 바와 같이 백홀 업 링크 서브 프레임과 제네럴 업 링크 서브 프레임을 포함할 수 있다.
백홀 업 링크 서브 프레임에서는 중계기(RS)가 기지국(BS)으로 빔을 형성하여 데이터를 기지국(BS)에 전달할 수 있다. 이때 중계기(RS)는 단말 모드로 동작하며 이전 프레임의 제네럴 업 링크 서브 프레임에서 단말(MS)로부터 수신한 데이터를 기지국(BS)으로 전달할 수 있다. 이러한 백홀 업 링크 서브 프레임에서 하이브리드 통신망 시스템이 통신을 수행하는 경우를 도식화한 일 예가 도 7a에 도시된다. 도 7a에 도시된 바와 같이 백홀 업 링크 시의 통신에서도 중계기(RS)의 위치에 따라 간섭이 발생할 수 있으며, 중계기(RS)의 위치를 간섭이 발생되지 않도록 분산 배치함으로써 간섭을 방지할 수 있다.
제네럴 업 링크 서브 프레임에서는 단말(MS)이 각각 자신이 접속한 기지국(BS) 혹은 중계기(RS)로 빔을 형성하여 데이터를 전송할 수 있다. 이때 중계기(RS)는 단말 모드에서 기지국 모드로 전환하여 다음 프레임의 백홀 업 링크에서 기지국(BS)으로 전달할 데이터를 단말(MS)로부터 수신할 수 있다. 이러한 제네럴 업 링크 서브 프레임에서 하이브리드 통신망 시스템이 통신을 수행하는 경우를 도식화한 일 예가 도 7b에 도시된다. 도 7b에 도시된 바와 같이 제네럴 업 링크 시의 통신에서도 도 2에서 설명한 바와 같은 간섭이 발생할 수 있으며, 이때에는 소정의 자원 할당 룰에 의해 간섭을 방지 또는 억제할 수 있다.
다시 도 5를 참조하면, 프레임 헤더(FH) 에는 프레임의 시작을 알려주는 프레임 프리앰블(Frame Preamble)과 제어 및 스케쥴 정보가 포함되어 있을 수 있다. 또한, 백홀 프레임 헤더(FH')는 RS에게 전달되는 프레임 헤더 정보를 의미할 수 있으며, 상기 프레임 헤더(FH)와 동일한 정보 또는 단순화된 정보들이 전송될 수 있다.
애드 혹 서브 프레임은 전술한 바와 같이 단말(MS)들 사이의 애드 혹 통신을 위한 자원으로 사용될 수 있으며, 이때에 셀룰러 통신은 금지될 수 있다. 즉, 통신에 참여하는 단말의 수가 많을수록 애드 혹 네트워크는 비규칙적으로 분산되어 분포될 수 있으며, 이를 고려해 셀룰러 네트워크와 애드 혹 네트워크에 서로 다른 자원(예컨대, 타임 슬롯)을 할당하여 셀룰러 네트워크와 애드 혹 네트워크 사이의 간섭을 원천적으로 제거할 수 있다. 이러한 애드 혹 서브 프레임에서 하이브리드 통신망 시스템이 통신을 수행하는 경우를 도식화한 일 예가 도 8에 도시된다. 도 8에 도시된 바와 같이 애드 혹 서브 프레임 시의 통신은 유저들간의 통신이므로, 원천적으로 간섭을 방지하기는 어려우며, 간섭이 발생한 경우의 대처방안(예컨대, 통신 우선 순위 등)을 통해 간섭에 대처할 수도 있을 것이다.
도 5에 도시된 바와 같은 프레임 구조에 대한 정보는 소정의 기록매체에 저장될 수 있다. 상기의 기록매체는 상기 프레임 구조에 의해 동기화되는 상기 기지국(BS), 중계기(RS), 및/또는 단말(MS)에 포함된 소정의 기록매체일 수 있다.
한편, 셀룰러 네트워크 간의 간섭을 줄이기 위해서는 전술한 바와 같이 효율적인 자원할당 방식이 필요하게 된다.
본 발명의 실시 예에 따른 BDMA 기반 하이브리드 통신망 시스템에서는 자원할당 즉, 빔 할당을 위해서는 기지국이 형성하는 빔들 간의 간섭, 기지국과 중계기가 형성하는 빔들 간의 간섭, 어느 하나의 중계기가 형성하는 빔들 간의 간섭, 및 서로 다른 중계기가 형성하는 빔들 간의 간섭이 고려되어 기지국 및 복수의 중계기 각각이 빔을 어떻게 형성할지를 결정하는 방식이 고려될 수 있다. 하지만, 이러한 최적 자원할당 방식의 경우에는 후술하는 바와 같이 자원할당 즉, 빔 할당을 위해 고려하여야 할 정보가 너무 많아서 자원할당을 연산하기 위한 복잡도가 너무 크다는 문제점이 있다.
따라서 본 발명의 기술적 사상에서는 최적 자원할당 방식보다는 현저하게 복잡도가 낮으면서도 전체 시스템의 스펙트럴 효율은 일정수준 이상 보장될 수 있는 자원할당 방식을 개시한다.
이러한 기술적 사상은 도 9 및 도 10을 참조하여 설명하도록 한다.
도 9는 본 발명의 실시 예에 따른 BDMA 기반 하이브리드 통신망 시스템을 위한 최적 자원할당 방식을 개략적으로 설명하기 위한 도면이고, 도 10은 본 발명의 실시 예에 따른 BDMA 기반 하이브리드 통신망 시스템에서의 휴리스틱(Heuristic) 자원할당 방식을 개략적으로 설명하기 위한 도면이다.
도 9 및 도 10은 셀룰러 다운링크 서브프레임에서 셀룰러 네트워크 사이의 간섭을 고려한 자원할당 방안 즉, 빔 할당 방안을 나타낸다. 도 9 및 도 10은 복수의 중계기가 한 개의 기지국의 커버리지 안에 존재하는 환경을 일 예로 설명하고 있다.
먼저, 도 9를 참조하면, 최적의 자원할당 방식 즉, 스펙트럴 효율을 최대화하기 위해서는 하나의 기지국 및 복수의 중계기가 존재하는 BDMA 기반 하이브리드 통신망 시스템에서 발생할 수 있는 모든 빔 간의 간섭을 고려하여야 하는 것이 바람직하다. 즉, 최적 자원할당 스킴(scheme)을 위해서는 도 9에 도시된 바와 같이, 기지국 자체 간섭(즉, 기지국이 형성하는 복수의 빔들간의 간섭), 기지국과 복수의 중계기들 각각이 형성하는 빔들간의 간섭, 중계기들 각각이 형성하는 빔들간의 간섭, 및 중계기 자체 간섭(즉, 하나의 중계기가 형성하는 복수의 빔들간의 간섭)이 모두 자원할당시에 고려되어야 하며(S10), 이러한 모든 가능한 간섭들이 고려되어 연산을 수행한 결과 기지국 및 복수의 중계기 각각의 빔 할당 결과 즉, 빔 얼로케이터(beam allocator)가 연산될 수 있다(S11).
상기한 간섭들이 고려된다고 함은, 상기한 간섭들이 상기 빔 얼로케이터를 연산하기 위한 하나의 파라미터로 포함되어야 함을 의미할 수 있다. 따라서, 도 9에 도시된 바와 같은 모든 간섭들이 고려되기 위해서는 상기 간섭들을 파악할 수 있는 모든 정보들을 알고 있는 상태에서, 복잡도가 높은 연산이 수행되어야 함을 의미할 수 있다. 예컨대, 기지국 및 중계기 각각의 빔 얼로케이터를 기지국이 연산하는 환경이라고 가정하면, 상기 기지국은 자신이 형성한 빔 각각의 파워 및 빔 링크(link) 등의 정보뿐만 아니라, 복수의 중계기들 각각이 형성한 빔의 링크(link) 및 파워 등에 대한 정보를 모두 알고 있어야 한다. 따라서, 백홀 서브프레임 등에서 이러한 다양한 정보들을 모두 수신하여야만 연산이 가능하며, 이러한 정보들을 용이하게 수신한다고 하더라도 연산 자체의 복잡도가 매우 크게 된다. 이를 수식화하면 다음과 같을 수 있다. 아래의 수식에서 사용되는 기호들은 다음과 같이 정의될 수 있다.
·중계기 R :
Figure pat00001
(중계기의 인덱스 r = 1, ..., R)
·기지국에 접속한 사용자 K :
Figure pat00002
·중계기 r 에 접속한 사용자 Kr :
Figure pat00003
·기지국의 빔(beam) B :
Figure pat00004
(Bmax 는 기지국이 최대 형성할 수 있는 빔의 수)
·중계기 r의 빔 Br :
Figure pat00005
(Br , max 는 중계기 r이 최대 형성할 수 있는 beam의 수)
·기지국의 빔 얼로케이터(beam allocator):
Figure pat00006
(타임슬롯 n에서 기지국의 beam b가 기지국에 접속한 사용자 k에 할당되면 1, 아니면 0),
Figure pat00007
where
Figure pat00008
·중계기 r의 빔 얼로케이터:
Figure pat00009
(타임슬롯 n에서 중계기 r의 빔 b가 중계기에 접속한 사용자 k에 할당되면 1, 아니면 0),
Figure pat00010
where
Figure pat00011
·기지국의 빔에 할당된 power:
Figure pat00012
(균등 파워(equal power) 할당시
Figure pat00013
, Pmax 는 기지국의 최대 전송파워)
·중계기 r의 빔에 할당된 power:
Figure pat00014
(균등 파워 할당시
Figure pat00015
, Pr , max 는 중계기 r의 최대 전송파워)
·기지국과 사용자 k의 채널이득(channel gain):
Figure pat00016
(
Figure pat00017
는 기지국의 빔 b의 방향과 기지국으로부터 사용자 k의 방향 사이의 각도)
·중계기 r 과 사용자 k의 채널이득:
Figure pat00018
(
Figure pat00019
는 중계기 r의 빔 b의 방향과 중계기 r로부터 사용자 k의 방향 사이의 각도)
그러면, 기지국의 빔 b가 기지국의 사용자 k에게 타임 슬롯 n에 할당되면, 기지국의 링크 k(즉, 상기 빔 b에 의한 기지국과 사용자 k 간의 연결)의 SINR(signal-to-interference-plus-noise ratio)는 수학식 1과 같이 기지국의 빔에 할당된 파워의 함수로 표현될 수 있다.
Figure pat00020
여기서,
Figure pat00021
는 열 노이즈 파워(Thermal noise power)를 의미한다.
또한,
Figure pat00022
로써 기지국 자체 간섭 즉, 상기 기지국에 의해 형성되는 상기 link k 가 상기 기지국의 다른 링크로부터 받는 간섭을 의미한다.
또한,
Figure pat00023
로써 상기 링크 k 가 복수의 중계기들이 형성한 링크로부터 받는 간섭을 나타낼 수 있다.
그러면, 상기 기지국의 상기 링크 k의 커패시티(capacity)는 쉐넌(Shannon)의 공식에 의해 수학식 2와 같이 기지국의 빔에 할당된 파워와 빔 얼로케이터의 함수로 표현될 수 있다.
Figure pat00024
기지국의 커패시티와 마찬가지로 중계기의 커패시티에 대한 함수도 도출될 수 있다.
중계기 r의 빔 b가 해당 중계기의 사용자 kr 에게 타임 슬롯 n 에 할당되면 중계기 r의 링크 kr 의 SINR은 수학식 3과 같이 중계기 r의 빔 b에 할당된 파워의 함수로 표현될 수 있다.
Figure pat00025
여기서도 수학식 1과 마찬가지로
Figure pat00026
는 열 노이즈 파워(Thermal noise power)를 의미하며,
Figure pat00027
는 중계기 r의 상기 링크 kr이 기지국의 링크로부터 받는 간섭을 나타내며,
Figure pat00028
는 중계기 r의 자체 ㄱ간섭 즉, 상기 링크 kr 이 상기 중계기 r의 다른 링크로부터 받는 간섭 및 링크 kr 이 다른 중계기가 형성하는 링크로부터 받는 간섭을 나타낸다.
그러면, 상기 중계기 r의 상기 링크 kr 의 커패시티(capacity)는 쉐넌(Shannon)의 공식에 의해 수학식 4와 같이 상기 중계기 r의 빔에 할당된 파워와 빔 얼로케이터의 함수로 표현될 수 있다.
Figure pat00029
그러면 최적 자원할당 방안은 셀룰러 네트워크 사이에서의 모든 간섭을 고려하였을 때, 본 발명의 실시 예에 따른 BDMA 기반 하이브리드 통신망 시스템의 커패시티를 최대화하는 빔 할당 방안 즉, 기지국의 빔 얼로케이터와 복수의 중계기 각각의 빔 얼로케이터를 연산하는 최적화 문제로 정의될 수 있으며, 이는 수학식 5와 같이 표현될 수 있다.
Figure pat00030
이때, 수학식 5의 최적화 문제는 수학식 6과 같은 제약을 같게 된다.
Figure pat00031
여기서, 수학식 6으로 표현되는 제약은 기지국이 갖는 제약 즉, (B.1)~(B.3) 와 중계기가 갖는 제약 즉, (R.1)~(R.3)로 나눌 수 있다. 보다 상세히 살펴보면, 제약 (B.1) 및 (R.1)은 각각 기지국 또는 중계기의 하나의 빔은 하나의 사용자(MS)에게만 할당되어야 함을 의미할 수 있다. 또한, 제약 (B.2) 및 (R.2)는 각각 기지국 또는 중계기에서 할당한 빔의 수는 최대 형성 가능한 빔의 수보다 작아야 한다는 것을 의미할 수 있으며, 제약 (B.3) 및 (R.3)는 기지국 또는 중계기의 빔 얼로케이터 각각의 값은 0 아니면 1의 값을 가져야 한다는 것을 의미할 수 있다.
결국, BDMA 기반 하이브리드 통신망 시스템의 최적 자원할당 방안은 수학식 5에 정의된 바와 같이 기지국과 중계기들의 커패시티의 합을 최대화하는 기지국과 중계기들 각각의 빔 얼로케이터를 연산하는 것으로 정의될 수 있다. 즉, 기지국 자체 간섭, 기지국과 중계기들 사이의 간섭, 중계기 자체의 간섭, 및 중계기들 사이의 간섭을 모두 고려하였을 때, 기지국과 중계기들 각각이 자신에게 접속한 사용자들 중 어떤 사용자에게 빔을 할당하면 본 발명의 실시 예에 따른 BDMA 기반 하이브리드 통신망 시스템의 커패시티를 최대화할 수 있는지를 결정하는 최적화 문제로 정의될 수 있다.
하지만, 이러한 최적화 문제를 연산하기 위해서는 수학식 1 내지 5를 통해 확인할 수 있듯이, 기지국 자체 간섭, 기지국과 중계기들 사이의 간섭, 중계기 자체의 간섭, 및 중계기들 사이의 간섭을 연산하기 위해 필요한 모든 정보(링크 정보 및 빔 별 파워정보 등)를 기지국이 알고 있어야 하므로, 필요한 정보들을 중계기들로부터 수신하는데 걸리는 시간 및 자원이 소모되게 된다. 더구나 이러한 정보들을 모두 효율적으로 수신할 수 있다고 하여도 연산의 복잡도가 너무 크다는 문제점이 있다.
따라서, 본 발명의 다른 실시 예에 따른 자원할당 방안은 수학식 5에 도시된 바와 같은 최적화 문제를 휴리스틱 기반으로 적어도 두 단계로 간략화하여 나누어 정의함으로써 연산의 복잡도를 현저하게 낮출 수 있으면서도, 일정 수준 이상의 커패시티를 제공할 수 있는 기술적 사상을 제공할 수 있다.
본 발명의 기술적 사상에 의하면, 상기 BDMA 기반 하이브리드 통신망 시스템은 가능한 모든 간섭을 고려하여 기지국과 복수의 중계기 각각의 빔 얼로케이터를 동시에 연산하는 것이 아니라, 기지국의 빔 얼로케이터를 첫번째 단계에서 먼저 연산하고, 두 번째 단계에서 복수의 중계기 각각의 빔 얼로케이터를 연산하도록 하는 기술적 사상을 포함한다.
도 10을 참조하면, 상기 BDMA 기반 하이브리드 통신망 시스템이상기 기지국의 빔 얼로케이터를 연산할 때는, 연산의 복잡도를 줄이기 위해 중계기로부터의 간섭은 없다고 가정하고 기지국 자체의 간섭 즉, 기지국이 형성하는 빔들 간의 간섭만을 고려하여 기지국의 빔 얼로케이터를 연산할 수 있다(S100, S110). 이처럼 중계기가 형성하는 빔들과의 간섭을 고려하지 않고 휴리스틱하게 기지국 자체만의 간섭을 고려하여 기지국의 최적 빔 얼로케이터를 연산하는 경우에도 중계기의 빔 할당을 상기 기지국의 빔 할당결과를 이용하여 할당할 수 있으므로, 시스템 전체의 성능의 저하는 그리 크지 않을 수 있다. 또한, 중계기들이 형성하는 빔들과의 간섭을 고려하지 않아도 되므로, 간섭의 연산에 필요한 정보들을 중계기로부터 수신하지 않아 기지국의 빔 얼로케이터의 연산 효율은 현저하게 높을 수 있다.
기지국의 자체간섭만을 고려하는 경우, 기지국의 빔 얼로케이터의 연산은 수학식 7과 같은 최적화 문제로 정의될 수 있다.
Figure pat00032
여기서 수학식 7은 수학식 8과 같은 제약(Constraints)을 가질 수 있다.
Figure pat00033
기지국이 중계기로부터 받는 간섭은 없다고 가정하였으므로, 기지국이 형성하는 소정의 링크 k의 SINR은 수학식 9와 같이 정의될 수 있다.
Figure pat00034
여기서, 상기 링크 k 가 다른 링크로부터 받는 간섭은 수학식 1에서 설명한 바와 같이
Figure pat00035
일 수 있다. 하지만, 수학식 9에는 수학식 1과 달리 다른 중계기로부터의 간섭에 대한 텀(term)이 분모에 포함되어 있지 않음을 알 수 있다.
그러면, 상기 링크 k의 커패시티는 수학식 10과 같이 표현될 수 있다.
Figure pat00036
그러면, 결국 본 발명의 실시 예에 따른 휴리스틱한 자원할당 방안에서의 기지국의 빔 얼로케이터는 수학식 11과 같이 구할 수 있다.
Figure pat00037
여기서,
Figure pat00038
이고
Figure pat00039
이다.
이렇게 기지국의 빔 얼로케이터가 구해지면, 두 번째 단계에서 상기 BDMA 기반 하이브리드 통신망 시스템은 중계기의 빔 얼로케이터를 연산할 수 있다. 상기 중계기의 빔 얼로케이터는 기지국이 연산한 후, 해당 중계기로 정보를 전송할 수도 있으며, 해당 중계기가 기지국의 빔 얼로케이터에 대한 정보를 수신한 후 직접 연산할 수도 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 BDMA 기반 하이브리드 통신망 시스템은 복수의 중계기들 중 어느 하나의 중계기 r은 다른 중계기로부터의 간섭은 없다고 가정하고, 기지국이 형성하는 빔에 의한 간섭만 존재한다고 가정하여 상기 중계기 r의 빔 얼로케이터를 연산할 수 있다(S120, S130).
본 발명의 실시 예에 따른 휴리스틱한 중계기의 자원할당 방안은 다음과 같은 수학식 12의 최적화 문제로 정의될 수 있다.
Figure pat00040
여기서 수학식 12는 수학식 13과 같은 제약을 가질 수 있다.
Figure pat00041
이때 다른 중계기로부터의 간섭은 없다고 가정하였으므로, 기지국으로부터 받는 간섭만을 고려하였을 때, 상기 중계기 r의 소정의 링크 kr 의 SINR은 수학식 3과 마찬가지로 다음과 같이 정의될 수 있다.
Figure pat00042
이때, 중계기 r의 링크 kr 이 기지국 링크로부터 받는 간섭은 다음과 같이 정의되며 이는 수학식 3에서 설명한 바와 동일할 수 있다.
Figure pat00043
이때 기지국의 빔 얼로케이터는 이미 연산되어 있는 결과를 이용할 수 있다.
또한, 중계기 r의 자체 간섭 즉, 상기 링크 kr 이 상기 중계기 r이 형성하는 다른 링크로부터 받는 간섭은 다음의 수학식과 같이 정의될 수 있다.
Figure pat00044
즉, 수학식 16은 수학식 3에서 설명한 바와는 달리 다른 중계기들로부터의 간섭은 고려하지 않고 있음을 알 수 있으며, 따라서 수학식 14의 연산도 그 복잡도가 현저하게 낮아질 수 있다.
그러면, 상기 중계기 r의 링크 kr 의 커패시티는 다음과 같이 정의될 수 있으며,
Figure pat00045
그러면, 본 발명의 실시 예에 따른 휴리스틱 기반의 자원할당 방안에서 수학식 12를 풀면 중계기 r의 빔 얼로케이터는 다음과 같이 구할 수 있다.
Figure pat00046
여기서,
Figure pat00047
이고
Figure pat00048
이다.
결국, 본 발명의 실시 예에 따른 휴리스틱 기반의 자원할당 방안은 최적화 기반의 자원할당 방안에 비해 훨씬 작은 복잡도를 가지게 되며, 기지국은 모든 중계기의 상태정보 즉, 간섭을 연산하기 위해 필요한 정보를 몰라도 자신의 빔 얼로케이터를 연산할 수 있으며, 중계기도 다른 중계기의 상태정보를 몰라도 자신의 빔 얼로케이터를 연산할 수 있으므로 연산의 효율성이 현저하게 높아지는 효과가 있다. 또한, 중계기 각각은 다른 중계기의 상태정보를 몰라도 되기 때문에 분산적으로 동시에 자신의 빔 얼로케이터를 연산할 수 있으므로 연산의 속도 및 이에 따른 시스템 전체의 성능이 현저히 높아질 수 있는 효과가 있다.
또한, 전술한 바에서는 기지국 또는 중계기 각각이 형성하는 빔의 파워가 균등 할당되는 경우를 일 예로 설명하였지만, 수학식 7 및 수학식 12에서 스펙트럴 커패시터를 최대화하는 빔들 각각의 파워를 구하는 문제도 전술한 바와 유사하게 구할 수 있음은 물론이다.
도 11 내지 도 14는 본 발명의 실시 예에 따른 BDMA 기반 하이브리드 통신망 시스템의 자원할당 방식에 따른 통신효율의 성능을 설명하기 위한 시뮬레이션 결과를 나타내는 도면이다.
도 11 내지 도 14는 두 개의 중계기가 하나의 기지국의 커버리지 안에 설치된 환경에서의 시뮬레이션 결과를 나타낸다. 기지국과 중계기의 셀 크기는 각각 500m 와 100m이고 최대 전송 파워는 각각 Pmax = 43dBm, Pr,max = 40dBm 으로 설정하였다. 기지국이 최대 형성 가능한 빔의 수는 4개, 중계기가 최대 형성 가능한 beam의 수는 2개, 그리고 각각 빔의 폭(width)은 30도로 설정하였다. 기지국과 각 중계기의 거리는 250m 로 고정시키고 두 중계기 사이의 거리를 500m 와 50m 로 변화시키면서 성능을 살펴보았다.
도 11 내지 도 14에서 최적 방안(Optimizations scheme)은 도 9에서 설명한 바와 같은 최적화 방안에 따른 자원할당 방안을 나타내며, 휴리스틱 방안(Heuristic scheme)은 도 10에서 설명한 바와 같은 본 발명의 실시 예에 따른 휴리스틱 기반의 자원할당 방안을 나타낸다. 또한, 랜덤 방안(Random scheme)은 랜덤하게 자원(빔)을 할당하는 경우를 나타내며, 종래 방안(Conventional scheme)은 기지국만 존재하는 환경에서의 최적의 빔 할당 방안을 나타낸다.
도 11 및 도 12는 중계기 사이의 거리가 500m 이며, 도 11은 각 중계기의 사용자 수를 4로 고정시킨 후 기지국의 사용자 수를 증가시키면서 시뮬레이션을 수행한 결과를 나타내며, 도 12는 기지국의 사용자 수를 6으로 고정시킨 후 각 중계기의 사용자 수를 증가시키면서 시뮬레이션을 수행한 결과를 나타낸다.
도 11 및 도 12를 참조하면 알 수 있듯이 최적 방안이 다른 방안들에 비해 가장 좋은 스펙트럴 효율을 나타냄을 알 수 있다. 한편, 휴리스틱 방안은 최적 방안에 비해 상대적 스펙트럴 효율(Relative spectral efficiency) 즉, (휴리스틱 방안의 효율/최적 방안의 효율)*100 이 92% 가까이 유지함을 알 수 있다. 반면에 랜덤 방은 76%의 상대적 스펙트럴 효율을 유지할 수 있다.
결국, 본 발명의 실시 예에 따른 휴리스틱 방안은 현저하게 낮은 복잡도와 빠른 연산속도 및 분산적 연산수행을 할 수 있음에도 불구하고, 최적 방안과 근접한 성능을 보여줄 수 있다. 이는 기지국에서 일부 정보만을 가지고 빔 할당을 하기 때문에 휴리스틱 방안에서 기지국의 커패시티는 최적방안에 비해 다소 감소하지만, 중계기는 도 11 및 도 12의 결과와 같이 거의 같은 효율을 유지할 수 있기 때문이다. 이러한 결과는 도 11에서와 같이 중계기의 사용자 수를 고정시킨 경우나, 도 12에서와 같이 기지국의 사용자 수를 고정시킨 경우 모두 유사하게 나타났음을 알 수 있다.
한편, 도 13 및 도 14는 두 중계기 사이의 거리를 50m로 설정하고, 각각 중계기의 사용자 수를 4로 고정시킨 경우와 기지국의 사용자 수를 6으로 고정시킨 후 기지국의 사용자 수 및 중계기의 사용자를 증가시키면서 시뮬레이션을 수행한 결과를 나타낸다.
이러한 경우에는 휴리스틱 방안과 랜덤 방안의 최적 방안에 대한 상대적 스펙트럴 효율이 각각 89%와 72%로 감소하는 것을 알 수 있다. 그 이유는 휴리스틱 방안과 같이 중계기 간의 간섭이 커짐에 따라 기지국에서 일부 정보만을 가지고 빔 할당을 한 경우에 기지국과 중계기의 커패시티가 모두 최적 방안에 비해 감소할 수 있기 때문이다. 하지만, 이러한 경우에도 휴리스틱 방안은 상대적으로 최적방안에 근접하는 성능을 나타냄을 알 수 있으며, 도 13 및 도 14 모두의 경우 유사한 시뮬레이션 결과가 나옴을 알 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 BDMA 기반 하이브리드 통신망 시스템 제공방법은 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로서 구현하는 것이 가능하다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 컴퓨터 시스템에 의하여 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록 장치를 포함한다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체의 예로는 ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 하드 디스크, 플로피 디스크, 광 데이터 저장장치 등이 있으며, 또한 캐리어 웨이브(예를 들어, 인터넷을 통한 전송)의 형태로 구현되는 것도 포함한다. 또한, 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어, 분산방식으로 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드가 저장되고 실행될 수 있다. 그리고 본 발명을 구현하기 위한 기능적인(functional) 프로그램, 코드 및 코드 세그먼트들은 본 발명이 속하는 기술분야의 프로그래머들에 의해 용이하게 추론될 수 있다.
본 발명은 도면에 도시된 일 실시 예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 등록청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.

Claims (13)

  1. BDMA(Beam Division Multiple Access) 기반 하이브리드 통신망 시스템에 있어서,
    상기 BDMA 기반 하이브리드 통신망 시스템은,
    상기 BDMA 기반 하이브리드 통신망 시스템에 포함된 기지국 및 적어도 하나의 중계기 각각의 빔을 할당하기 위해,
    상기 기지국의 빔 얼로케이터(beam allocator)에 대해서는, 상기 적어도 하나의 중계기와 상기 기지국의 간섭은 고려하지 않고 상기 기지국의 용량을 최대화하는 상기 기지국의 빔 얼로케이터를 연산하고,
    상기 적어도 하나의 중계기 중 어느 하나의 중계기의 빔 얼로케이터에 대해서는, 연산된 상기 기지국 빔 얼로케이터에 기초하여 상기 중계기의 빔 얼로케이터를 연산하는 것을 특징으로 하는 효율적 자원할당을 위한 BDMA 기반 하이브리드 통신망 시스템.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 BDMA 기반 하이브리드 통신망 시스템은,
    상기 적어도 하나의 중계기와 상기 기지국의 간섭은 고려하지 않고 상기 기지국의 용량을 최대화하는 상기 기지국 빔 얼로케이터를 연산하기 위해,
    상기 기지국과 상기 기지국에 접속된 특정 사용자 간에 제1링크가 형성되는 경우,
    상기 제1링크가 상기 기지국이 형성하는 다른 제2링크들에 의해 받는 간섭을 연산하여 상기 기지국의 빔 얼로케이터를 연산하는 효율적 자원할당을 위한 BDMA 기반 하이브리드 통신망 시스템.
  3. 제 2항에 있어서, 상기 제1링크가 상기 기지국이 형성하는 다른 제2링크들에 의해 받는 간섭은 다음과 같은 수식으로 표현되는 것을 특징으로 하는 효율적 자원할당을 위한 BDMA 기반 하이브리드 통신망 시스템.
    Figure pat00049

    여기서, a는 빔의 인덱스, m은 사용자의 인덱스,
    Figure pat00050
    는 타임슬롯 n에서 빔 b의 파워,
    Figure pat00051
    는 채널 게인,
    Figure pat00052
    는 빔 얼로케이팅 값을 각각 나타낸다.
  4. 제 3항에 있어서, 상기 기지국의 빔 얼로케이터는 다음과 같은 수식으로 표현되는 것을 특징으로 하는 효율적 자원할당을 위한 BDMA 기반 하이브리드 통신망 시스템.
    Figure pat00053

    여기서,
    Figure pat00054
    상기 제1링크의 커패시티(capacity) 함수를 나타내고, p*는 기지국이 형성하는 빔의 파워를 나타낸다.
  5. 제 4항에 있어서, 상기 제1링크의 커패시티 함수는 다음과 같은 수식으로 표현되는 것을 특징으로 하는 효율적 자원할당을 위한 BDMA 기반 하이브리드 통신망 시스템.
    Figure pat00055

    여기서
    Figure pat00056
    는 상기 제1링크의 SINR(signal-to-interference-plus-noise ratio) 이고,
    Figure pat00057
    를 나타낸다.

  6. 제 1항에 있어서, 상기 BDMA 기반 하이브리드 통신망 시스템은,
    상기 연산된 상기 기지국의 빔 얼로케이터에 기초하여 상기 중계기의 빔 얼로케이터를 연산하기 위해,
    상기 중계기와 상기 중계기에 접속된 특정 사용자 간에 제3링크가 형성되는 경우,
    상기 제3링크가 상기 기지국의 빔 얼로케이터에 따른 기지국 링크에 의해 받는 간섭 및 상기 제3링크가 상기 중계기의 다른 제4링크들에 의해 받는 간섭을 연산하고, 연산결과에 기초하여 상기 중계기의 빔 얼로케이터를 연산하는 효율적 자원할당을 위한 BDMA 기반 하이브리드 통신망 시스템.
  7. 제 6항에 있어서, 상기 제3링크가 상기 기지국의 빔 얼로케이터에 따른 기지국 링크에 의해 받는 간섭 및 상기 제3링크가 상기 중계기의 다른 제4링크들에 의해 받는 간섭은 각각 다음과 같은 수식으로 표현되는 것을 특징으로 하는 효율적 자원할당을 위한 하이브리드 통신망 시스템.
    Figure pat00058

    Figure pat00059

  8. 제 7항에 있어서, 상기 중계기의 빔 얼로케이터는 다음과 같은 수식으로 표현되는 것을 특징으로 하는 효율적 자원할당을 위한 BDMA 기반 하이브리드 통신망 시스템.
    Figure pat00060

    여기서,
    Figure pat00061
    상기 제3링크의 커패시티(capacity) 함수를 나타내고, pr*는 기지국이 형성하는 빔의 파워를 나타낸다.
  9. 제 8항에 있어서, 상기 제3링크의 커패시티 함수는 다음과 같은 수식으로 표현되는 것을 특징으로 하는 효율적 자원할당을 위한 BDMA 기반 하이브리드 통신망 시스템.
    Figure pat00062

    여기서
    Figure pat00063
    은 SINR 이고,
    Figure pat00064
    를 나타낸다.
  10. BDMA 기반 하이브리드 통신망 시스템이 상기 BDMA 기반 하이브리드 통신망 시스템에 포함된 기지국의 빔 얼로케이터(beam allocator)에 대해, 상기 적어도 하나의 중계기와 상기 기지국의 간섭을 고려하지 않고 상기 기지국의 용량을 최대화하는 상기 기지국의 빔 얼로케이터를 연산하는 단계; 및
    상기 BDMA 기반 하이브리드 통신망 시스템이 상기 BDMA 기반 하이브리드 통신망 시스템에 포함된 적어도 하나의 중계기 중 어느 하나의 중계기의 빔 얼로케이터에 대해, 연산된 상기 기지국의 빔 얼로케이터에 기초하여 상기 중계기의 빔 얼로케이터를 연산하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 효율적 자원할당을 위한 BDMA 기반 하이브리드 통신망 시스템 제공방법.
  11. 제 10항에 있어서, 상기 기지국의 빔 얼로케이터를 연산하는 단계는,
    상기 기지국과 상기 기지국에 접속된 특정 사용자 간에 제1링크가 형성되는 경우, 상기 제1링크가 상기 기지국이 형성하는 다른 제2링크들에 의해 받는 간섭을 연산하는 단계; 및
    연산결과에 기초하여 상기 기지국의 빔 얼로케이터를 연산하는 단계를 포함하는 효율적 자원할당을 위한 BDMA 기반 하이브리드 통신망 시스템 제공방법.
  12. 제 10항에 있어서, 상기 중계기의 빔 얼로케이터를 연산하는 단계는,
    상기 중계기와 상기 중계기에 접속된 특정 사용자 간에 제3링크가 형성되는 경우, 상기 제3링크가 상기 기지국의 빔 얼로케이터에 따른 기지국 링크에 의해 받는 간섭 및 상기 제3링크가 상기 중계기의 다른 제4링크들에 의해 받는 간섭을 연산하는 단계; 및
    연산결과에 기초하여 상기 중계기의 빔 얼로케이터를 연산하는 단계를 포함하는 효율적 자원할당을 위한 BDMA 기반 하이브리드 통신망 시스템 제공방법.
  13. 제 10항 내지 제 12항에 기재된 방법을 수행하기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터 판독가능한 기록매체.
KR1020110106182A 2011-10-18 2011-10-18 효율적 자원할당을 위한 ｂｄｍａ 기반 하이브리드 통신망 시스템 및 그 제공방법 KR101286586B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020110106182A KR101286586B1 (ko) 2011-10-18 2011-10-18 효율적 자원할당을 위한 ｂｄｍａ 기반 하이브리드 통신망 시스템 및 그 제공방법

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020110106182A KR101286586B1 (ko) 2011-10-18 2011-10-18 효율적 자원할당을 위한 ｂｄｍａ 기반 하이브리드 통신망 시스템 및 그 제공방법

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20130042089A true KR20130042089A (ko) 2013-04-26
KR101286586B1 KR101286586B1 (ko) 2013-07-22

Family

ID=48440870

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020110106182A KR101286586B1 (ko) 2011-10-18 2011-10-18 효율적 자원할당을 위한 ｂｄｍａ 기반 하이브리드 통신망 시스템 및 그 제공방법

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101286586B1 (ko)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20220100302A (ko) 2021-01-08 2022-07-15 주식회사 센다코리아 알약 계수 이미지 프로세싱 방법

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101415669B1 (ko) 2012-08-21 2014-07-04 한국과학기술원 차량 통신용 장치 및 그 통신 방법
CN104717763B (zh) 2013-12-17 2019-04-12 华为技术有限公司 传输数据的方法、装置和系统

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100957318B1 (ko) 2004-11-24 2010-05-12 삼성전자주식회사 다중 반송파 시스템에서의 자원할당 방법 및 장치
KR100945880B1 (ko) * 2007-09-28 2010-03-05 한국과학기술원 이동통신시스템에서의 빔분할다중접속시스템 및 방법
KR101175612B1 (ko) * 2010-12-03 2012-08-21 재단법인대구경북과학기술원 적응성 빔 기반 통신시스템 및 그 스케줄링 방법

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20220100302A (ko) 2021-01-08 2022-07-15 주식회사 센다코리아 알약 계수 이미지 프로세싱 방법

Also Published As

Publication number Publication date
KR101286586B1 (ko) 2013-07-22

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Yu et al. Resource sharing optimization for device-to-device communication underlaying cellular networks
JP4982277B2 (ja) 中継局によるセルラーネットワーク及び空間分割デュプレクス通信方法
KR101479015B1 (ko) 릴레이가 강화된 셀룰러 통신 시스템을 위한 서브캐리어 주파수 자원 할당을 위한 방법 및 시스템
EP3386256A1 (en) Method for transmitting data via sidelink and terminal
JP5711827B2 (ja) 中継器ノードを持つｏｆｄｍａワイヤレス・ネットワークのためのリンク・スケジューリング・アルゴリズム
JP4567706B2 (ja) インフラストラクチャ中継ネットワークにおいてリソースを再使用するための方法、送信機、及びシステム
EP2101528A1 (en) System, method and apparatus for interference mitigation in a relay-based wireless network
KR101495247B1 (ko) 펨토 기지국들을 포함하는 통신 시스템을 위한 전송 프레임및 자원 할당 방법
KR20100123344A (ko) 계층 셀 시스템을 위한 자원 할당 방법 및 상기 방법을 수행하기 위한 전송 프레임
KR20120059989A (ko) 대상 단말 및 협력 단말의 협력 통신 방법
US20100034107A1 (en) Optimising communication links
KR101286586B1 (ko) 효율적 자원할당을 위한 ｂｄｍａ 기반 하이브리드 통신망 시스템 및 그 제공방법
Kalbkhani et al. Power allocation and relay selection for network-coded D2D communication underlay heterogeneous cellular networks
US20190200371A1 (en) Apparatus and method for allocating radio resources
Mwashita et al. Interference management techniques for device-to-device communications
Gawas et al. Cross layered adaptive cooperative routing mode in mobile ad hoc networks
JP4621797B1 (ja) 大セル基地局及び通信制御方法
Khan et al. Opportunistic mode selection and RB assignment for D2D underlay operation in LTE networks
Liang et al. A novel dynamic full frequency reuse scheme in OFDMA cellular relay networks
Lee et al. Opportunistic band sharing for point-to-point link connection of cognitive radios
KR101365618B1 (ko) 하이브리드 통신망 시스템 및 그 제공방법, 상기 하이브리드 통신망 시스템을 위한 프레임 구조를 기록한 기록매체
Baştürk et al. Radio resource management for user-relay assisted OFDMA-based wireless networks
Liu et al. Optimizing channel allocation for D2D overlaying multi-channel downlink cellular networks
JP5366907B2 (ja) 大セル基地局及び通信制御方法
KR101479578B1 (ko) 효율적 상향링크 자원할당을 위한 ｂｄｍａ 기반 하이브리드 통신망 시스템 및 그 제공방법

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20160627

Year of fee payment: 4

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20170627

Year of fee payment: 5

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20180626

Year of fee payment: 6

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20190625

Year of fee payment: 7