KR20130109781A - 셀룰러 이동통신 시스템에서의 단말간 직접 통신을 위한 자원 할당 방법 - Google Patents

셀룰러 이동통신 시스템에서의 단말간 직접 통신을 위한 자원 할당 방법 Download PDF

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KR20130109781A
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양미정
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한국전자통신연구원
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Abstract

셀룰러 이동통신시스템 기반의 단말간 직접 통신 링크를 위한 기지국의 자원 할당 방법은 D2D 통신을 수행하는 단말들에게, D2D 통신 링크를 위해 이용 가능한 적어도 하나의 자원 할당 패턴들의 정보를 포함한 동작 정보를, 단말 및 D2D 통신 링크 별로 제공하는 D2D 동작 정보 제공 단계, D2D 통신을 수행하는 단말로부터 버퍼 상태 보고를 수신하는 단계 및 버퍼 상태 보고를 참조하여 상기 자원 할당 패턴들 중 적어도 하나를 지시하는 지시값을 전송하는 단계를 포함하여 구성될 수 있다. 따라서, 기지국의 하향링크 제어채널 요구 용량이 낮으면서도 유연하고 효율적인 자원 할당이 가능해진다.

Description

셀룰러 이동통신 시스템에서의 단말간 직접 통신을 위한 자원 할당 방법{METHOD OF ALLOCATING RADIO RESOURCES FOR DEVICE-TO-DEVICE COMMUNICATION IN CELLULAR TELECOMMUNICATION SYSTEM}
본 발명은 단말간 직접 통신에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 셀룰러 이동통신 시스템 기반의 단말간 직접 통신에서 단말간 링크(device-to-device link)에 대한 자원 할당 방법에 관한 것이다.
최근 스마트 폰, 태블릿 등과 같이 다양한 새로운 서비스들을 탑재한 이동 통신 디바이스들이 급속히 보급됨에 따라 이동통신 네트워크에서의 데이터 트래픽 양이 급격히 증가하고 있다.
또한, 사람간의 통신을 넘어서 사람과 사물간의 통신, 사물간의 통신 등 사물을 이용하는 사물지능통신(IoT: Internet of Things)이 활성화될 경우에는 기지국으로 집중되어 전송되거나, 기지국으로부터 전송되는 트래픽은 현재 기지국으로는 감당하기 어려울 정도로 증가할 것으로 예상되고 있다.
이에 따라, 최근 적은 비용으로 기존 이동통신망의 성능을 개선 시킬 수 있는 방안으로 이동통신 단말들 사이의 직접 통신(D2D, Device-to Device)이 고려되고 있다. 셀룰러 통신 시스템 기반의 D2D 통신 기술은 기지국의 중계 없이 직접 데이터 트래픽을 상호 전송하지만, 기존의 셀룰러 통신 기술을 그대로 사용하므로, 기존 방식인 WiFi Direct, Zigbee, Bluetooth 등의 기술 보다 높은 보안성, 넓은 커버리지, 빠른 데이터 전송율을 지원할 수 있다.
단말간 직접 통신에는 중앙(centralized)제어 방식의 D2D 통신 방식과 분산(distributed)제어 방식의 D2D 통신 방식이 존재한다.
중앙제어 방식의 D2D 통신 방식은, 다른 단말과 통신을 원하는 단말이 제어를 수행하는 중앙 노드(셀룰러망에서는 기지국)에 링크 설정을 요청하고, 중앙 노드는 상대 단말이 그 단말의 주변에 있는 경우 두 단말간 직접 통신을 할 수 있는 무선자원을 할당하여 단말간 통신을 할 수 있도록 하는 방식이다. 이때, 단말의 거의 모든 동작은 중앙 노드에 의해 관리되며, D2D 통신을 위해 셀룰러 링크 또는 다른 D2D 링크를 위해 할당된 무선자원이 재사용(reuse)될 수 있는 이점이 있고, D2D 링크와 셀룰러 링크간의 간섭을 방지할 수 있다.
반면, 분산제어 방식의 D2D 통신 방식은, 하나의 중앙제어 노드에 의존하지 않고 단말들간의 직접적인 신호 교환을 통해 분산제어 방식으로 링크를 설정하고 이를 이용해 주변 단말과 직접 데이터를 교환하는 방식이다. 이와 같은 분산제어 방식 단말간 직접 통신의 표준으로는 Qualcomm이 제안한 FlashLinQ 기술이 대표적이다. FlashLinQ 기술은 TDD(Time Division Duplexing) 기반의 동기식(synchronous) 기술에 해당된다.
종래 셀룰러 방식의 통신과 상술된 D2D 통신 방법에는 많은 장점과 단점이 교차적으로 존재한다. 따라서, 궁극적으로는 셀룰러 방식의 이동통신과 상술된 D2D 통신 방식이 결합된 형태의 통신 체계가 보편화될 것으로 예상되고 있다.
한편, 셀룰러 이동통신에서 단말간 직접 통신을 지원하기 위해서는 직접통신에 참여하는 각 단말에 시간, 주파수와 같은 자원을 효율적으로 할당할 수 있어야 한다. 단말간 직접 통신은 기본적으로 D2D 링크에 참여하는 송신 단말과 수신 단말 각각에 자원을 할당해야 하며, 이를 위해서는 자원할당을 위한 하향링크 제어 채널을 사용하게 된다.
그러나, 이를 지원하기 위한 하향링크 제어 채널의 용량(capacity)에는 한계가 있으므로, D2D 통신을 통해 전체 시스템 용량을 증가시키는 데 있어서 제어 채널의 용량이 가장 큰 장해 요소로 작용하고 있다. 따라서, D2D 링크에 할당된 자원을 D2D 링크에 참여한 단말들에게 효율적으로 통지할 수 있도록 하는 제어 방법에 대한 개선이 반드시 필요하다.
본 발명의 목적은, 셀룰러 이동통신시스템 기반의 단말간 직접 통신 링크를 위한 기지국 측면의 자원 할당 방법으로서, 기지국의 하향링크 제어 채널 사용 용량이 낮으면서도 유연하고 효율적인 자원 할당을 가능하게 하는 자원 할당 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은, 셀룰러 이동통신시스템 기반의 단말간 직접 통신 링크를 위한 단말기 측면의 자원 할당 방법으로서, 기지국의 하향링크 제어채널 요구 용량이 낮으면서도 유연하고 효율적인 자원 할당을 가능하게 하는 자원 할당 방법을 제공하는 것이다.
상술한 본 발명의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따른 기지국의 D2D 링크 자원 할당 방법은, D2D 통신을 수행하는 단말들에게, D2D 통신 링크를 위해 이용 가능한 적어도 하나의 자원 할당 패턴들의 정보를 포함한 동작 정보를, 단말 및 D2D 통신 링크 별로 제공하는 D2D 동작 정보 제공 단계, 상기 D2D 통신을 수행하는 단말로부터 버퍼 상태 보고를 수신하는 단계 및 상기 버퍼 상태 보고를 참조하여 상기 자원 할당 패턴들 중 적어도 하나를 지시하는 지시값을 전송하는 단계를 포함하여 구성될 수 있다.
여기에서, 상기 D2D 동작 정보 제공 단계는, 상기 D2D 통신을 수행하는 단말들에 대한 D2D 세션(session) 설정 과정에서 이루어질 수 있다.
여기에서, 상기 D2D 링크 자원 할당 방법은, 상기 지시값에 의해서 지시된 자원 할당 패턴에 의해 셀룰러 링크로 할당된 자원을 이용하여 상기 단말들과 셀룰러 링크 통신을 수행하는 단계를 추가로 포함할 수 있다.
여기에서, 상기 동작 정보는, D2D 링크의 상대 단말 식별자, 상기 적어도 하나의 자원 할당 패턴들이 적용되는 자원 할당 주기를 추가로 포함할 수 있다. 이때, 상기 자원 할당 주기는 서브프레임(subframe) 또는 슬롯(slot) 단위로 지정될 수 있다.
여기에서, 상기 자원 할당 패턴들은, 상기 단말이 D2D 링크의 상대 단말에 대한 송신 또는 D2D 링크의 상대 단말로부터의 수신에 이용할 수 있는 자원들을 지정하는 패턴들일 수 있다. 이때, 상기 자원 할당 패턴들은, 상기 단말이 D2D 링크의 상대 단말에 대한 송신에 이용할 수 있는 자원들과, 상기 단말이 D2D 링크의 상대 단말로부터의 수신에 이용할 수 있는 자원들을, FDM(Frequency Division Multiplexing) 방식과 TDM(Time Division Multiplexing) 방식 중 하나 또는 FDM 방식과 TDM 방식의 혼합에 의해서 분리하여 지정하도록 구성될 수 있다. 또한, 상기 자원 할당 패턴들은, 상기 단말이 참여한 여러 D2D 링크들의 상대 단말에 대한 송신 및 상대 단말로부터의 수신에 이용되는 자원을 FDM 방식과 TDM 방식 중 하나 또는 FDM 방식과 TDM 방식의 혼합에 의해서 다중화하여 지정하도록 구성될 수 있다.
상술한 본 발명의 다른 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따른, 기지국으로부터 자원을 할당 받아 동작하는 단말의 동작 방법은, D2D 통신 링크를 위해 이용 가능한 적어도 하나의 자원 할당 패턴들의 정보를 포함한 동작 정보를, D2D 통신 링크 별로 제공받는 D2D 동작 정보 수신 단계, 상기 기지국에 상대 단말에 전송하여야 할 데이터 버퍼의 상태를 보고하는 단계, 상기 버퍼 상태 보고에 기초하여 기지국으로부터 상기 자원 할당 패턴들 중 적어도 하나를 지시하는 지시값을 수신하는 단계 및 상기 지시값이 지시하는 자원 할당 패턴에 기초하여 D2D 통신 링크의 상대 단말에 대한 데이터 전송 및/또는 수신을 수행하는 단계를 포함하여 구성될 수 있다.
여기에서, 상기 단말의 동작 방법은, 상기 지시값에 의해서 지시된 자원 할당 패턴에 의해 셀룰러 링크로 할당된 자원을 이용하여 상기 기지국과 셀룰러 링크 통신을 수행하는 단계를 추가로 포함할 수 있다.
상술한 바와 같은 본 발명에 따른 D2D 링크의 자원 할당 방법을 이용하면, 셀룰러 이동통신 시스템에서 D2D 링크의 자원 할당을 지시하기 위하여 필요한 제어 채널의 용량을 줄이고, D2D 링크용 자원을 효율적으로 할당할 수 있는 장점을 얻을 수 있다.
특히, 본 발명에 따른 D2D 링크의 자원 할당 방법은 여러 단말들간의 D2D 통신에 적용되거나, D2D 통신과 셀룰러 통신을 함께 수행하여야 할 경우에도 요구되는 제어 채널의 용량을 효과적으로 줄일 수 있다.
추가적으로, 전체적인 시스템의 용량 증대, 커버리지 확대, 근거리 통신을 통한 디바이스의 전력 효율 증대 등과 같이 기본적인 D2D 통신의 이점을 장점으로 가질 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 셀룰러 이동통신 시스템에서의 D2D 링크 자원 할당 방법이 적용되는 환경을 설명하기 위한 개념도이다.
도 2와 도 3은 본 발명에 따른 셀룰러 이동통신 시스템에서의 D2D 링크 자원 할당 방법을 설명하기 위한 자원 할당의 예들을 설명하기 위한 프레임도들이다.
도 4는 본 발명에 따른 기지국 측면의 D2D 링크 자원 할당 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 5는 본 발명에 따른 D2D 링크 자원 할당 방법에서 각 단말과 기지국의 연계 동작을 설명하기 위한 메시지 순서도이다.
도 6은 본 발명에 따른 방법들에서 이용되는 동작정보의 구성예를 설명하기 위한 개념도이다.
도 7은 본 발명에 따른 단말 측면의 D2D 링크 자원 할당 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 디바이스, 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 단말기(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.
본 발명의 적용 환경 및 자원 할당의 예시
도 1은 본 발명에 따른 셀룰러 이동통신 시스템에서의 D2D 링크 자원 할당 방법이 적용되는 환경을 설명하기 위한 개념도이다.
도 1을 참조하면, 단말1(21)은 기지국(10)의 제어를 받아 단말2(22)와 단말간 직접 통신을 수행하고 있으며, 단말4(24) 역시 기지국(10)의 제어를 받아 단말3(23) 및 단말5(25) 각각과 단말간 직접 통신을 수행하고 있다.
여기에서, D2D 링크는 단말들간의 단말간 직접 통신을 위한 링크를 의미하며, 셀룰러 링크는 단말과 기지국간의 통신을 위한 링크를 의미한다.
즉, 도 1에서 예시한 환경은 기지국의 중앙 제어 하에 단말1 내지 단말4가 D2D 링크 통신을 수행하는 환경으로서, D2D 링크에 필요한 자원 할당 정보를 기지국으로부터 하향링크 제어 채널을 통하여 수신하고, 하향링크 제어 채널에 포함된 자원 할당 정보를 토대로 단말들이 단말간 직접 통신을 수행하는 환경이다.
한편, 도 2와 도 3은 본 발명에 따른 셀룰러 이동통신 시스템에서의 D2D 링크 자원 할당 방법을 설명하기 위한 자원 할당의 예들을 설명하기 위한 프레임도들이다.
도 2와 도 3은 TDM(Time Division Duplexing) 방식으로 D2D 링크를 위한 서브프레임(또는 슬롯)과 셀룰러 링크를 위한 서브프레임(또는 슬롯)을 분리하여 자원을 할당하는 경우를 예시한 것이다. 물론, 도2와 도3에서는 예시되지 않았으나, FDM(Frequency Division Multiplexing) 방식으로 하나의 서브프레임(또는 슬롯)내에서 자원을 분리하여 할당하는 경우도 가능하며, FDM 방식과 TDM 방식의 혼합적인 방법으로 자원을 분리하여 할당하는 경우 또한 가능할 것이다.
도 2와 도 3은 기지국에서 각 단말과 기지국 내의 버퍼 상태(buffer status)에 의해 기지국이 결정한 자원 할당의 결과에 따른 자원할당의 예를 나타낸 것으로, 도 2는 1:1 단말간 직접 통신만을 상정한 것이고, 도 3은 하나의 단말이 서로 다른 단말과 직접 통신을 하는 경우를 상정한 것이다.
먼저, 도 2를 참조하면, case 1과 case 2는 D2D 링크의 양측 단말이 전송하는 데이터의 양이 동일한(symmetric) 경우의 자원할당 경우로서 양측 단말에게 송신용 자원과 수신용 자원이 동일한 양으로 할당되는 경우이며, case 3과 case 4는 D2D 링크의 양측 단말이 전송하는 데이터 양이 동일하지 않은(asymmetric) 경우로서 단말1과 단말2 중 일 측의 단말에게 더 많은 송신용 자원이 할당되는 경우이다.
예컨대, case 1은 일반적인 D2D 자원 할당의 예로서, 여기서 단말1은 10개 서브프레임(또는 슬롯)들 중 1개 서브프레임(또는, 슬롯) 동안 데이터를 송신하고 1개 서브프레임(또는 슬롯) 동안 데이터를 수신하게 되며, 나머지 8개 슬롯에는 기지국과의 셀룰러 링크를 통한 통신 또는 수신 대기 상태로 동작하게 된다.
다음으로, Case 2의 경우 단말1과 단말2간의 데이터 전송량이 많아진 경우의 자원 할당의 예이다. 여기서 단말1은 10개 서브프레임(또는 슬롯) 중 3개 서브프레임(또는 슬롯) 동안 데이터를 송신하고 3개 서브프레임(또는 슬롯) 동안 데이터를 수신하게 되며, 나머지 2개 서브프레임(또는 슬롯)에서만 기지국과의 셀룰러 링크 통신 또는 수신 대기 상태로 동작하게 된다.
반면, Case 3과 4의 경우 단말1의 데이터 전송량이 단말2보다 많거나 적은 경우의 자원할당의 예이다. 또한, Case 1, 3, 4의 경우 셀룰러 링크의 데이터가 D2D 링크의 데이터보다 많은 경우에 사용될 수 있다.
다음으로, 도 3을 참조하면, 서로 다른 단말과 각각 D2D 통신을 하는 경우(도 1 (b)의 단말4)의 자원할당 예가 도시되어 있다. 이 때, 각 버퍼 상태와 전송 옵션 등을 고려한 기지국의 스케쥴링 결과는 다음과 같다.
스케쥴링 결과
단말3 -> 단말4: 10ms 주기로 2ms 전송
단말4 -> 단말3: 10ms 주기로 2ms 전송
단말4 -> 단말5: 20ms 주기로 1ms 전송
단말5 -> 단말4: 20ms 주기로 1ms 전송
도 3에서 단말3과 단말5는 각각 단말4와 1:1 D2D 통신을 수행하고 있으므로 도 2와 유사한 동작을 수행하게 된다. 그러나, 단말4의 경우는 각각 자원할당의 주기와 QoS(Quality of Service)가 서로 다른 단말들(단말3 및 단말5)과 D2D 통신을 수행하게 되므로 도 2의 단말2와는 다르게 동작하게 된다.
도 3에서 (a) 경우는 한 순간 하나의 단말에서 송신한 데이터 만을 수신하거나, 하나의 단말에게 송신하는 경우를 나타낸다. 이 경우 특정 단말 별로 송신할 데이터의 전송 옵션은 고정될 수 있다.
도 3에서 (b) 경우는 서로 다른 단말들에서 전송한 데이터를 동시 수신하거나, 한 순간에 여러 단말들로 데이터를 송신하는 경우를 나타낸다. 이 경우 단말4는 슬롯 Sa에서 단말3의 데이터를 수신하고, 슬롯 Sb에서 단말3, 단말5의 데이터를 동시 수신하게 된다. 또한, 슬롯 Sc에서 단말3, 단말5에 동시에 데이터를 송신하고, 슬롯 Sd에서 단말3에 데이터를 송신하게 된다.
본 발명에 따른 D2D 링크 자원 할당 방법
도 4와 도 7은 본 발명에 따른 셀룰러 통신 시스템에서의 D2D 링크 자원 할당 방법을 설명하기 위한 순서도들이며, 도 5는 본 발명에 따른 D2D 링크 자원 할당 방법에서 각 단말과 기지국의 연계 동작을 설명하기 위한 메시지 순서도로서, D2D 세션 설정과 각 단말 및 기지국의 버퍼 상태의 변동에 따른 D2D 통신 절차를 나타낸다. 또한, 도 6은 본 발명에 따른 방법들에서 이용되는 "동작정보"의 구성예를 설명하기 위한 개념도이다.
이하에서는, 도 4와 도 7과 함께 도 5 및 도 6을 병행 참조하여 본 발명에 따른 방법들을 설명한다.
도 4를 참조하면, 본 발명에 따른 셀룰러 통신 시스템에서의 D2D 링크 자원 할당 방법에서 기지국의 동작 방법은, D2D 통신을 수행하는 단말들에게, D2D 통신 링크를 위해 이용 가능한 적어도 하나의 자원 할당 패턴들의 정보를 포함한 동작 정보를, 단말 및 D2D 통신 링크 별로 제공하는 D2D 동작 정보 제공 단계(S410), 상기 D2D 통신을 수행하는 단말로부터 버퍼 상태 보고를 수신하는 단계(S420) 및 상기 버퍼 상태 보고를 참조하여 상기 자원 할당 패턴들 중 적어도 하나를 지시하는 지시값을 전송하는 단계(S430)를 포함하여 구성될 수 있다.
도 5를 병행 참조하면, 단계(S410)에서는 기지국은 D2D 링크를 통한 통신을 수행할 단말들에게 D2D 통신에 사용하게 될 동작 정보(후술됨)를 전달하게 된다(511, 512). 이때, 동작 정보는 단말 별로 제공될 수 있고, 또한 단말이 참여한 D2D 링크 별로 제공될 수 있다.
단말1과 단말2는 서로 D2D 통신을 하기 위해 각각 기지국에 의한 D2D 세션(session) 설정 절차를 수행하게 되는데, 상기 단계(S410)는 이러한 D2D 세션 설정 절차 내에서 수행될 수 있다. 단계(S410)에서 동작 정보를 수신한 디바이스는 필요한 정보를 저장하고, 기지국의 동작 개시 명령을 대기한다.
도 6은 본 발명에 따른 방법에서 이용되는 동작 정보의 구성예를 설명하기 위한 개념도로서, 도 6의 (a)는 도 1의 단말2가 수신하는 동작 정보를 예시한 것이고, 도 6의 (b)는 도 1의 단말4가 수신하는 동작 정보를 예시한 것이다.
도 6을 참조하면, 동작 정보는 기본적으로 D2D 통신 링크를 위해 이용 가능한 적어도 하나의 자원 할당 패턴들(611~615, 711~715, 811~815)의 정보를 포함하여 구성될 수 있다. 도 6에서는 하나의 동작 정보 내에 5개의 자원 할당 패턴 정보가 포함되는 것으로 예시되어 있으나, 포함되는 자원 할당 패턴의 수는 더 많거나 적을 수도 있다.
예컨대, 단말2에게 제공되는 동작 정보(600)에 포함된 자원할당 패턴들(610)은 전체 서브프레임(또는 슬롯)이 셀룰러 링크로만 이용되는 패턴(option 0; 611), 첫번째 서브프레임(또는 슬롯)과 두번째 서브프레임(또는 슬롯)은 각각 D2D 링크 송신용 또는 수신용으로 할당하되, 나머지 서브프레임(또는 슬롯)은 셀룰러 링크로 이용되는 패턴(option 1; 612), 1~4번째 서브프레임(또는 슬롯)은 D2D 링크 송신용으로 할당하고 5~8번째 서브 프레임(또는 슬롯)은 D2D 링크 수신용으로 할당하되, 나머지 서브프레임(또는 슬롯)은 셀룰러 링크로 이용되는 패턴(option 2; 613)을 포함하여 구성된다(option 3 및 option 4 패턴에 대한 설명은 생략).
또한, 단말4의 경우는 동시에 2개의 D2D 링크에 참여하고 있으므로, 상대 단말이 단말3이 되는 경우의 동작정보(700)와 상대 단말이 단말5가 되는 경우의 동작 정보(800)를 별도로 수신하게 된다. 이때, 단말4가 참여한 여러(여기서는 2개) D2D 링크들의 상대 단말에 대한 송신 및 상대 단말로부터의 수신에 이용되는 자원들은 FDM 방식과 TDM 방식 중 하나 또는 FDM 방식과 TDM 방식의 혼합에 의해서 서로 겹쳐지지 않게 다중화되어 구성되어야 할 것이다.
또한, 동작 정보는 추가적으로 대상 단말의 식별자(예컨대, C-RNTI, TMSI 등) 및 자원 할당 주기 중 적어도 하나를 포함하여 구성될 수 있다. 하나의 단말이 한 개의 1:1 D2D 링크 세션만을 가지는 것으로 구성할 경우는 동작 정보에 대상 단말의 식별자가 반드시 포함되지 않을 수도 있고, 모든 D2D 링크가 동일한 자원 할당 주기(예컨대, 10 슬롯 또는 20 슬롯)를 가질 경우에는 자원 할당 패턴들만 동작 정보에 포함될 수 있다.
한편, 도 6에서는 자원 할당 주기와 송/수신 자원 할당 패턴 정보를 TDM을 예로 하여 슬롯(또는 서브프레임) 단위로 표현했으나, FDM 등과 같이 주파수 단위로도 구분하여 제공할 수 있다.
이때, 자원 할당 주기와 자원 할당 패턴은 D2D 세션 설정 시에 사용되는 QoS 정보, 디바이스 간 무선 환경, 이동성, 송신량이 많은 경우, 수신량이 많은 경우, 셀룰러 링크를 통한 통신량이 많은 경우 등 다양한 조건을 고려하여 기지국이 결정하게 된다.
다음으로, 단계(S420)에서 단말1의 버퍼에 D2D 통신용 데이터가 쌓이기 시작하면(513) 단말1은 기지국에 D2D 통신에 필요한 동작 수행을 요청하게 된다(514). 통상적으로 단말은 D2D 링크 별로 상대 측 단말에게 전송할 데이터를 저장하는 데이터 버퍼를 별도로 가지고 있게 되므로, 상술된 동작 수행의 요청은 D2D 링크용 데이터 버퍼의 상태를 보고하는 것(BSR: Buffer Status Report)에 의해서 이루어질 수 있다.
단계(S430)에서, 단말1의 요청을 수신한 기지국은 단말1 버퍼 상태를 갱신하고(515) 이에 따른 스케쥴링 절차를 수행하여 단말1의 버퍼 상태에 알맞은 동작 옵션(단말1에게 제공한 동작 정보에 포함된 자원 할당 패턴들 중 하나를 지시하는 지시값)을 선택하여 D2D 송/수신 절차를 개시하도록 명령한다(516). 또한, 동시에 단말1의 데이터를 수신해야 하는 단말2에도 적절한 동작 옵션을 선택하여 D2D 송/수신 절차를 시작하도록 명령한다(517). 도 5에서는 3GPP LTE의 경우를 상정하여 하향링크 제어채널(PDCCH: Physical Downlink Control Channel)을 통하여 상기 동작 옵션을 기지국이 단말에게 제공하는 것을 예시하고 있다.
즉, 기지국은 단말의 버퍼 상태 보고를 참조하여, 스케쥴링을 수행한 결과에 의해서 얻어진 단말 별 동작 옵션을 단말이 셀룰러 기지국과 통신 할 수 있는 구간에서 각 단말로 전달되게 된다. 이때, 각 단말의 동작 옵션을 결정할 때 기지국은 동작 구간이 겹치지 않고, 기지국의 제어를 수신하거나, 기지국에 제어 정보를 송신할 수 있는 셀룰러 구간이 포함 되도록 적절한 동작 옵션을 선택해야 한다.
D2D 동작 옵션을 수신한 단말1과 단말2는 동작 옵션이 지정하는 자원 할당 패턴 정보(519, 520)에 따라 특정 주기 동안의 D2D 송/수신과 셀룰러 기지국 대기 또는 셀룰러 링크 송/수신 동작을 반복하게 된다. 이는 D2D 세션이 해지 될 때까지 계속되며, 기지국은 단말1, 단말2의 D2D 통신용 버퍼의 상태와 각 단말과 기지국 간 통신용(셀룰러 링크용) 버퍼 상태를 주기적으로 수신하여 각 단말 별 동작 옵션을 적절히 조절하게 된다.
예컨대, 도 6의 (a)에서 단말2는 단말1과의 D2D 통신을 위해 10 슬롯(또는 서브프레임)에 해당하는 자원 할당 주기마다 자원 할당 패턴 중의 하나를 기지국이 동작 옵션으로 선택하여 주면 지정된 자원 할당 패턴에 따라 단말1으로의 송신, 단말1으로부터의 수신, 셀룰러 링크 수신 대기 및 통신 동작을 반복하게 된다. 또한, 도 6의 (b)에서 단말4는 각각 단말3, 단말5와 D2D 통신을 수행하기 위한 자원 할당 패턴을 지정하는 동작 옵션을 수신하게 되며, 단말3과는 10 슬롯(또는 서브프레임) 마다, 단말5와는 20 슬롯(또는 서브프레임) 마다 주어진 동작 옵션이 지정하는 자원 할당 패턴에 따른 동작을 반복한다.
한편, 도 5에서 521 내지 525의 인용부호로서 인용되는 부분들은 각각 단말2의 버퍼 상태 변경(521)에 따라 단말2가 버퍼 상태 보고를 기지국으로 전송하고(522), 기지국이 단말2의 버퍼 상태를 갱신(523)한 다음, 단말2와 단말1에게 각각 동작 옵션을 제공(524, 525)하는 경우를 예시하고 있다. 앞서 설명된 경우와의 차이점은 단말2의 데이터 버퍼에 존재하는 데이터 양이 많아졌기 때문에 동작 옵션이 단말2의 전송에 할당되는 자원이 양이 더 많아진 자원 할당 패턴(526, 527)을 지시하고 있다는 점이다.
단계(S430)에서 단말은 주기적으로 참여한 D2D 링크 및 셀룰러 링크의 버퍼 상태를 보고해야 하며, 주기적인 상태 보고 외에도 특별 버퍼 상태(buffer empty, buffer overflow 등)를 보고 할 수도 있다.
D2D용 데이터가 없거나, 기지국이 디바이스에 송신할 데이터가 많은 경우 도 6 (a)의 'option 0'과 같이 디바이스가 셀룰러 링크 통신 대기 또는 셀룰러 링크 송/수신 동작만을 수행할 수도 있다. 이 때 디바이스가 사용하는 전송 정보(변복조 방식, coding rate 등)는 송/수신 절차 개시 명령에 포함된 정보(예: LTE-Advanced 시스템에서의 DCI(Downlink Control Information))를 사용하거나, D2D 세션 설정 시에 수신된 정보를 사용할 수도 있다.
도 7을 참조하면, 본 발명에 따른 셀룰러 통신 시스템에서의 D2D 링크 자원 할당 방법에서 단말의 동작 방법은, D2D 통신 링크를 위해 이용 가능한 적어도 하나의 자원 할당 패턴들의 정보를 포함한 동작 정보를, D2D 통신 링크 별로 제공받는 D2D 동작 정보 수신 단계(S710), 상기 기지국에 상대 단말에 전송하여야 할 데이터 버퍼의 상태를 보고하는 단계(S720), 상기 버퍼 상태 보고에 기초하여 기지국으로부터 상기 자원 할당 패턴들 중 적어도 하나를 지시하는 지시값을 수신하는 단계(S730) 및 상기 지시값이 지시하는 자원 할당 패턴에 기초하여 D2D 통신 링크의 상대 단말에 대한 데이터 전송 및/또는 수신을 수행하는 단계(S740)를 포함하여 구성될 수 있다.
단계(S710)에서 상술된 기지국의 동작 방법에서 설명된 동작 정보를 단말이 수신하는 단계이다. 단계(S710)은 기지국과 단말간의 D2D 세션 설정 절차 내에서 이루어질 수 있을 것이다.
이때, 단말은 해당 단말이 참여한 D2D 링크 별로 동작정보를 수신하게 된다. 예컨대, 단말이 하나의 상대 단말과만 D2D 링크를 형성하면 한 세트의 동작 정보를 수신할 것(즉, 도 1의 단말1, 단말2, 단말3 및 단말 5)이고, 단말이 복수의 상대 단말들과 D2D 링크들을 형성하고 있다면 D2D 링크 별로 동작 정보를 수신하게 될 것(즉, 도 1의 단말4)이다.
동작 정보의 구성은 앞서 도 6을 통하여 설명된 구성예와 동일하므로 중복되는 설명은 생략된다.
단계(S720)에서는, 단말이 기지국에 상대 단말에 전송하여야 할 데이터 버퍼의 상태를 보고하게 된다. 이때 버퍼 상태의 보고는 BSR(Buffer Status Report)의 형태로 D2D 링크를 통하여 전송할 데이터 버퍼의 상태를 보고하게 된다.
앞서 설명된 바와 같이, 버퍼 상태의 보고는 주기적으로 이루어질 수도 있으며, 주기적인 상태 보고 외에도 특별 버퍼 상태(buffer empty, buffer overflow 등) 보고의 형태로 비정기적으로 이루어질 수도 있다.
단계(S730)에서는, 단말이 상기 버퍼 상태 보고에 기초하여 기지국으로부터 상기 자원 할당 패턴들 중 적어도 하나를 지시하는 지시값(동작 옵션)을 수신하게 된다.
마지막으로, 단계(S740)에서는 단말이 상기 지시값이 지시하는 자원 할당 패턴에 기초하여 D2D 통신 링크의 상대 단말에 대한 데이터 전송 및/또는 수신을 수행하게 된다.
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.
600, 700, 800: 동작 정보
610, 710, 810: 자원 할당 패턴 정보
611~615, 711~715, 811~815: 자원 할당 패턴

Claims (16)

  1. 셀룰러 이동통신시스템 기반의 단말간 직접 통신(device-to-device 통신; D2D 통신) 링크를 위한, 기지국의 자원 할당 방법으로서,
    D2D 통신을 수행하는 단말들에게, D2D 통신 링크를 위해 이용 가능한 적어도 하나의 자원 할당 패턴들의 정보를 포함한 동작 정보를, 단말 및 D2D 통신 링크 별로 제공하는 D2D 동작 정보 제공 단계;
    상기 D2D 통신을 수행하는 단말로부터 버퍼 상태 보고를 수신하는 단계; 및
    상기 버퍼 상태 보고를 참조하여 상기 자원 할당 패턴들 중 적어도 하나를 지시하는 지시값을 전송하는 단계를 포함한 것을 특징으로 하는, 단말간 직접 통신을 위한 자원 할당 방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 D2D 동작 정보 제공 단계는, 상기 D2D 통신을 수행하는 단말들에 대한 D2D 세션(session) 설정 과정에서 이루어지는 것을 특징으로 하는, 단말간 직접 통신을 위한 자원 할당 방법.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 지시값에 의해서 지시된 자원 할당 패턴에 의해 셀룰러 링크로 할당된 자원을 이용하여 상기 단말들과 셀룰러 링크 통신을 수행하는 단계를 추가로 포함한 것을 특징으로 하는, 단말간 직접 통신을 위한 자원 할당 방법.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 동작 정보는, D2D 링크의 상대 단말 식별자, 상기 적어도 하나의 자원 할당 패턴들이 적용되는 자원 할당 주기를 추가로 포함한 것을 특징으로 하는, 단말간 직접 통신을 위한 자원 할당 방법.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 자원 할당 주기는 서브프레임(subframe) 또는 슬롯(slot) 단위로 지정되는 것을 특징으로 하는, 단말간 직접 통신을 위한 자원 할당 방법.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 자원 할당 패턴들은, 상기 단말이 D2D 링크의 상대 단말에 대한 송신 또는 D2D 링크의 상대 단말로부터의 수신에 이용할 수 있는 자원들을 지정하는 패턴들인 것을 특징으로 하는, 단말간 직접 통신을 위한 자원 할당 방법.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 자원 할당 패턴들은, 상기 단말이 D2D 링크의 상대 단말에 대한 송신에 이용할 수 있는 자원들과, 상기 단말이 D2D 링크의 상대 단말로부터의 수신에 이용할 수 있는 자원들을, FDM(Frequency Division Multiplexing) 방식과 TDM(Time Division Multiplexing) 방식 중 하나 또는 FDM 방식과 TDM 방식의 혼합에 의해서 분리하여 지정하는 것을 특징으로 하는, 단말간 직접 통신을 위한 자원 할당 방법.
  8. 청구항 6에 있어서,
    상기 자원 할당 패턴들은, 상기 단말이 참여한 여러 D2D 링크들의 상대 단말에 대한 송신 및 상대 단말로부터의 수신에 이용되는 자원을 FDM(Frequency Division Multiplexing) 방식과 TDM(Time Division Multiplexing) 방식 중 하나 또는 FDM 방식과 TDM 방식의 혼합에 의해서 다중화하여 지정하는 것을 특징으로 하는, 단말간 직접 통신을 위한 자원 할당 방법.
  9. 셀룰러 이동통신시스템 기반의 단말간 직접 통신(device-to-device 통신; D2D 통신) 링크를 위해, 기지국으로부터 자원을 할당 받아 동작하는 단말의 동작 방법으로,
    D2D 통신 링크를 위해 이용 가능한 적어도 하나의 자원 할당 패턴들의 정보를 포함한 동작 정보를, D2D 통신 링크 별로 제공받는 D2D 동작 정보 수신 단계;
    상기 기지국에 상대 단말에 전송하여야 할 데이터 버퍼의 상태를 보고하는 단계;
    상기 버퍼 상태 보고에 기초하여 기지국으로부터 상기 자원 할당 패턴들 중 적어도 하나를 지시하는 지시값을 수신하는 단계; 및
    상기 지시값이 지시하는 자원 할당 패턴에 기초하여 D2D 통신 링크의 상대 단말에 대한 데이터 전송 및/또는 수신을 수행하는 단계를 포함한 것을 특징으로 하는, 단말간 직접 통신을 위한 자원 할당 방법.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 D2D 동작 정보 수신 단계는, 상기 단말과 상기 기지국간의 D2D 세션(session) 설정 과정에서 이루어지는 것을 특징으로 하는, 단말간 직접 통신을 위한 자원 할당 방법.
  11. 청구항 9에 있어서,
    상기 지시값에 의해서 지시된 자원 할당 패턴에 의해 셀룰러 링크로 할당된 자원을 이용하여 상기 기지국과 셀룰러 링크 통신을 수행하는 단계를 추가로 포함한 것을 특징으로 하는, 단말간 직접 통신을 위한 자원 할당 방법.
  12. 청구항 9에 있어서,
    상기 동작 정보는, D2D 링크의 상대 단말 식별자, 상기 적어도 하나의 자원 할당 패턴들이 적용되는 자원 할당 주기를 추가로 포함한 것을 특징으로 하는, 단말간 직접 통신을 위한 자원 할당 방법.
  13. 청구항 12에 있어서,
    상기 자원 할당 주기는 서브프레임(subframe) 또는 슬롯(slot) 단위로 지정되는 것을 특징으로 하는, 단말간 직접 통신을 위한 자원 할당 방법.
  14. 청구항 9에 있어서,
    상기 자원 할당 패턴들은, 상기 단말이 D2D 링크의 상대 단말에 대한 송신 또는 D2D 링크의 상대 단말로부터의 수신에 이용할 수 있는 자원들을 지정하는 패턴들인 것을 특징으로 하는, 단말간 직접 통신을 위한 자원 할당 방법.
  15. 청구항 14에 있어서,
    상기 자원 할당 패턴들은, 상기 단말이 D2D 링크의 상대 단말에 대한 송신에 이용할 수 있는 자원들과, 상기 단말이 D2D 링크의 상대 단말로부터의 수신에 이용할 수 있는 자원들을, FDM(Frequency Division Multiplexing) 방식과 TDM(Time Division Multiplexing) 방식 중 하나 또는 FDM 방식과 TDM 방식의 혼합에 의해서 분리하여 지정하는 것을 특징으로 하는, 단말간 직접 통신을 위한 자원 할당 방법.
  16. 청구항 14에 있어서,
    상기 자원 할당 패턴들은, 상기 단말이 참여한 여러 D2D 링크들의 상대 단말에 대한 송신 및 상대 단말로부터의 수신에 이용되는 자원을 FDM(Frequency Division Multiplexing) 방식과 TDM(Time Division Multiplexing) 방식 중 하나 또는 FDM 방식과 TDM 방식의 혼합에 의해서 다중화하여 지정하는 것을 특징으로 하는, 단말간 직접 통신을 위한 자원 할당 방법.
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