KR20140023738A - 무선 통신 시스템에서 링크 간의 간섭 정보 공유에 기반한 링크 스케줄링 방법 및 장치 - Google Patents

무선 통신 시스템에서 링크 간의 간섭 정보 공유에 기반한 링크 스케줄링 방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 송신 노드와 수신 노드 간 직접 통신하는 무선 통신 시스템에서 송신 노드의 링크 스케줄링 방법 및 수신 노드의 간섭 정보 보고 방법에 관한 것이다. 본 발명의 송신 노드의 링크 스케줄링 방법은 적어도 하나 이상의 송신 노드에 의한 적어도 하나 이상의 수신 노드의 간섭 정보를 적어도 하나 이상의 수신 노드로부터 수신하는 수신 단계, 상기 간섭 정보에 기반하여 링크 스케줄링을 수행하는 스케줄링 단계, 및 상기 링크 스케줄링 결과에 따라 데이터를 전송하는 전송 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

무선 통신 시스템에서 링크 간의 간섭 정보 공유에 기반한 링크 스케줄링 방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS FOR LINK SCHEDULING BASED ON A SHARING INTERFERENCE INFORMATION BETWEEN LINKS IN WIRELESS COMMUNICATION SYSTEM}
본 발명은 무선 통신 시스템에 관한 것으로, 보다 구체적으로 디바이스 간 직접 통신을 수행하는 D2D(Device to Device) 무선 통신 시스템에서 링크 간의 간섭 정보 공유에 기반한 링크 스케줄링 및 방법에 관한 것이다.
D2D(Device To Device) 통신 네트워크에서는 무선 노드가 스스로 지리적으로 인접한 이웃노드들을 식별하고, 필요할 경우 특정 이웃 노드와의 무선 링크를 설립하여 데이터를 전송한다. 이러한 과정은 타 장치의 도움 없이 노드들 사이에서 분산적으로 수행되는 것을 기본으로 하고 있어, D2D 통신은 타 무선통신 네트워크와 대비하여 별도의 인프라 구조 없이 신속한 시장 도입이 가능하다는 장점을 가진다.
또한 D2D 통신은 데이터 트래픽들을 지역적으로 수용함으로써 현재 기지국 또는 AP로 집중되고 있는 트래픽의 과부하 문제를 해결할 수 있다. 이러한 이유로 3GPP, IEEE와 같은 표준화 단체에서는 LTE-advanced나 Wi-Fi에 기반하여 D2D 통신 표준 제정을 추진하고 있으며, 다양한 사업자들도 서로 독자적인 D2D 통신 기술을 개발하고 있다.
D2D 통신 네트워크에서 노드들은 기지국 또는 AP의 도움 없이 스스로 타 노드와의 D2D 링크를 형성하고 이를 통해 데이터 통신을 수행할 수 있어야 한다. 이러한 과정에서 다수의 D2D 링크 각각이 언제 어떠한 무선 자원을 통해 데이터를 전송할지를 결정하는 분산적 링크 스케줄링(distributed link scheduling) 방법은 D2D 통신 네트워크의 성능과 관련하여 매우 중요하다.
최근, 특정 사업자들은 노드들이 동기화된 무선 환경에서 OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing) 신호구조 기반의 단일-톤 탐지신호 교환을 통한 링크간 신호 대 간섭비를 고려하는 분산적 링크 스케줄링 기법을 제안하였다. 상기 기술은 각 링크의 전송여부를 결정하는데 있어 반송파 감지(carrier sensing) 대신 예상되는 신호간섭 양을 고려함으로써, 다수의 D2D 링크들에 대한 동시 통신을 지원하여 종래기술보다 고성능의 D2D 통신을 지원한다.
하지만 상기 기술에 따르면, 각 노드는 자신에게 직접적으로 수신되는 채널 정보만을 통해서 스케줄링을 시도하기 때문에 다른 노드의 상황을 고려하지 못하며, 이로 인해 전체 네트워크의 효율 저하가 발생한다는 문제점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 디바이스 간 직접 통신을 수행하는 D2D(Device to Device) 무선 통신 시스템에서 통신을 수행하는 모든 송신 노드와 수신 노드는 모든 링크 사이에 대한 간섭 채널 정보를 공유하고, 상기 간섭 채널 정보에 기반하여 링크 스케줄링을 수행하는 방법 및 장치를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
보다 구체적으로, 본 발명은 D2D 통신 네트워크를 위한 링크 스케줄링 기술에 있어서, 각 링크에 할당된 지역 채널 정보를 공유하여 광역 채널 정보(global channel knowledge)를 링크 전체에 할당하고 그것을 통해 다른 링크의 일딩(yielding) 상황을 고려하여 링크 스케줄링을 실행함으로써, 기존의 기술에서 문제가 되었던 연속적 일딩 문제를 해결하는 것을 그 목적으로 한다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 송신 노드와 수신 노드 간 직접 통신하는 무선 통신 시스템에서 송신 노드의 링크 스케줄링 방법은 적어도 하나 이상의 송신 노드에 의한 적어도 하나 이상의 수신 노드의 간섭 정보를 적어도 하나 이상의 수신 노드로부터 수신하는 수신 단계, 상기 간섭 정보에 기반하여 링크 스케줄링을 수행하는 스케줄링 단계, 및 상기 링크 스케줄링 결과에 따라 데이터를 전송하는 전송 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 송신 노드와 수신 노드 간 직접 통신하는 무선 통신 시스템에서 수신 노드의 간섭 정보 보고 방법은 적어도 하나 이상의 송신 노드로부터 전송되는 직접 전력 신호를 수신하는 수신 단계, 상기 수신한 직접 전력 신호에 기반하여 상기 적어도 하나 이상의 송신 노드와의 신호 대 간섭 비(Signal-to-Interference Ratio, SIR)를 계산하는 계산 단계, 상기 계산 결과에 기반하여 상기 적어도 하나 이상의 송신 노드에 대한 간섭 정보를 생성하고, 생성된 간섭 정보를 방송하는 방송 단계, 상기 간섭 정보에 기반하여 생성된 링크 스케줄링에 따라 임의의 송신 노드로부터 데이터를 수신하는 수신 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 송신 노드와 수신 노드 간 직접 통신하는 무선 통신 시스템에서 링크 스케줄링을 수행하는 송신 노드는 수신 노드와 신호를 송수신하는 무선 통신부, 및 적어도 하나 이상의 송신 노드에 의한 적어도 하나 이상의 수신 노드의 간섭 정보를 적어도 하나 이상의 수신 노드로부터 수신하고, 상기 간섭 정보에 기반하여 링크 스케줄링을 수행하며, 상기 링크 스케줄링 결과에 따라 데이터를 전송하도록 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
그리고 본 발명의 송신 노드와 수신 노드 간 직접 통신하는 무선 통신 시스템에서 간섭 정보를 보고하는 수신 노드는 송신 노드와 신호를 송수신하는 무선 통신부, 및 적어도 하나 이상의 송신 노드로부터 전송되는 직접 전력 신호를 수신하고, 상기 수신한 직접 전력 신호에 기반하여 상기 적어도 하나 이상의 송신 노드와의 신호 대 간섭 비(Signal-to-Interference Ratio, SIR)를 계산하며, 상기 계산 결과에 기반하여 상기 적어도 하나 이상의 송신 노드에 대한 간섭 정보를 생성하고, 상기 생성된 간섭 정보를 방송하며, 상기 간섭 정보에 기반하여 생성된 링크 스케줄링에 따라 임의의 송신 노드로부터 데이터를 수신하도록 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면 디바이스 간 직접 통신을 수행하는 D2D(Device to Device) 무선 통신 시스템에서 통신을 수행하는 모든 송신 노드와 수신 노드는 모든 링크 사이에 대한 간섭 채널 정보를 공유할 수 있다. 따라서, 본 발명에 따르면 D2D 통신 네트워크의 무선자원의 재 사용률 증가시키고, 통신 용량을 증가시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 D2D 통신 시스템에서 사용하는 반복적 통신 타이밍 (timing) 구조를 도시하는 도면.
도 2는 트래픽 슬롯에 대한 논리적 구조를 도시하는 도면.
도 3은 복수 개의 D2D 링크에 대한 Rx 일딩 및 Tx 일딩 예시를 도시하는 도면.
도 4는 연속적 일딩 문제를 설명하기 위해 세 쌍의 링크가 존재하는 D2D 환경을 예시하는 도면.
도 5는 본 발명의 실시예에서 제안하는 링크 스케줄링을 위한 기본 기능 구조를 도시하는 도면.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 트래픽 구간의 기본 구조를 도시하는 도면.
도 7은 본 발명의 실시예에 따라, 간섭 행렬 생성 구간에서 각 송신 노드가 자신의 CID에 할당된 Tx 블록을 통해 직접 전력 신호를 전송하는 과정을 도시하는 도면.
도 8은 본 발명의 실시예에 따라, 간섭 행렬 생성 구간에서 간섭 정보를 생성 및 방송하는 과정을 도시하는 도면.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 간섭 행렬의 구조를 도시하는 도면.
도 10은 5개의 링크로 구성된 간섭 채널 상황과, 이에 따라 생성된 간섭 행렬의 예시를 도시하는 도면.
도 11은 2번 링크가 n번째 트래픽 구간에서 전송할 데이터가 없다고 가정한 상황의 예사를 도시하는 도면.
도 12는 도 10에 따른 간섭 채널 상황과, 도 11에 도시된 트래픽 오프(Tx-off) 상황에 맞게 조정된 간섭 행렬을 이용하여 스케줄링을 실행하는 예시를 도시하는 도면.
도 13은 본 발명의 실시예에 따른 기지국 협조 시스템을 적용할 경우의 트래픽 구간 구조를 도시하는 도면.
도 14는 기지국 협조 D2D 시스템 내에서의 구간별 및 단계별 주요 동작 과정을 도시하는 순서도.
도 15는 본 발명의 실시예에 따른 송신 노드의 동작 순서를 도시하는 순서도.
도 16은 본 발명의 실시예에 따른 수신 노드의 동작 순서를 도시하는 순서도.
도 17은 본 발명의 실시예에 따라, 송신 노드가 링크 스케줄링을 위해 간섭 행렬을 검사하는 과정을 도시하는 순서도.
도 18은 본 발명의 실시예에 따른 송신 노드의 내부 구조를 도시하는 블록도.
도 19는 본 발명의 실시예에 따른 수신 노드의 내부 구조를 도시하는 블록도.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예들을 상세히 설명한다. 이 때, 첨부된 도면에서 동일한 구성 요소는 가능한 동일한 부호로 나타내고 있음에 유의해야 한다. 또한 본 발명의 요지를 흐리게 할 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략할 것이다.
본 발명은 기지국, 액세스 포인트(Access Point, AP) 등의 기존의 인프라구조(infrastructure)의 도움 없이 인접한 기기 간에 직접 통신을 수행하는 device-to-device (D2D) 통신 네트워크를 대상으로 한다.
본 발명은 구체적으로 D2D 통신 네트워크를 위한 링크 스케줄링(link scheduling) 방법 및 장치를 정의한다. 링크 스케줄링 기술은 각 D2D 링크의 현재 트래픽(traffic) 및 채널상태에 기반하여 주어진 시간 슬롯(time slot)에 어느 링크가 통신을 수행할 것인지를 결정하는 과정이다. 상기 링크 스케줄링 과정을 통해 D2D 네트워크는 링크 간의 간섭(interference)을 최소화하고 동일한 자원(resource)을 효율적으로 재사용할 수 있다.
특히, 본 발명은 기지국이 통제하지 않는 분산형(distributed) 스케줄링을 실행하는 D2D 네트워크의 통신 용량을 증가시키기 위한 기술이다(물론, 본 발명의 마지막 부분에서 후술하는 바와 같이, 반드시 기지국의 관여가 배제되는 것은 아님에 유의해야 한다). 기존의 기술에서 각 노드는 자신에게 직접적으로 수신되는 채널 정보만을 통해서 스케줄링을 시도하기 때문에 다른 노드의 상황을 고려하지 못하며, 이로 인해 전체 네트워크의 효율 저하가 발생한다.
본 발명은 이러한 분산형 스케줄링의 문제점을 해결하는 방법으로, 스마트폰의 대중화와 함께 대량 데이터의 전송이 증가되는 시점에서 필수적으로 발생하는 네트워크 통신 용량 증가를 위해 핵심적인 기술이다.
최근, 1km 범위 내에서 D2D 통신이 가능한 무선통신 기술에 대한 규격화가 진행되고 있다. 상기 D2D 통신은 단일-톤(single-tone) OFDMA (orthogonal frequency division multiple access) 신호 생성을 통해 1km 떨어진 노드 사이의 통신을 지원한다.
상기 D2D 통신은 피어 탐색, 페이징, 스케줄링 및 데이터 전송 등의 주요 과정을 통해 기기 간 직접 통신을 수행하며, 이러한 과정은 도 1에서 도시된다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 D2D 통신 시스템에서 사용하는 반복적 통신 타이밍 (timing) 구조를 도시하는 도면이다.
도 1의 도시에 따르면, 피어 탐색 슬롯(slot)과 페이징 슬롯은 비교적 긴 주기로 반복되며, 스케줄링 및 데이터 전송 동작이 이뤄지는 트래픽 슬롯은 페이징 슬롯의 주기시간 동안 여러 번 반복된다는 것을 확인할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 D2D 통신 시스템에서, D2D 링크가 통신을 수행하기 위해서는 피어 탐색 및 페이징 과정을 거쳐 기지국에 의해 D2D 통신이 개설되어야 하며, 각각의 링크는 각 링크마다의 스케줄링을 위해 CID(connection identification)를 할당 받는다.
그리고 도 1에서 도시되는 바와 같이 트래픽 슬롯을 반복한다. 상기 트래픽 슬롯은 CID를 할당 받은 링크들이 스케줄링을 실행하고, 이후에 데이터를 전송하는 구간이다. 상기 트래픽 슬롯에 대한 구체적인 구조가 도 2에서 도시된다.
도 2는 트래픽 슬롯에 대한 논리적 구조를 도시하는 도면이다.
도 2에서 도시되는 바와 같이, 논리적 트래픽 슬롯 구조는 하나의 트래픽 슬롯에 링크 스케줄링, 레이트(rate) 스케줄링, 데이터 전송, ACK (acknowledgement) 전송 등의 과정을 포함한다. D2D 통신에서는 이러한 과정을 통해 기지국의 도움 없이 기기 간에 직접 통신을 수행할 수 있다.
상기 트래픽 슬롯은 피어 탐색과 페이징 과정보다 짧은 주기를 가지고 다음 페이징 주기까지 적어도 1회 이상 반복 수행된다.
이하에서는 상기 트래픽 슬롯에 포함된 링크 스케줄링 과정에 대해 구체적으로 설명하도록 한다.
트래픽 슬롯에서 포함된 링크 스케줄링 과정은 각 D2D 링크의 현재 트래픽 및 채널 상태에 기반하여 주어진 시간 슬롯에 어느 링크가 통신을 수행할 것인지를 결정하는 과정이다. 링크 스케줄링 과정을 통해 D2D 네트워크는 링크 간의 간섭을 최소화하고 동일한 자원을 효율적으로 재사용할 수 있다. D2D 통신 기술은 각 링크의 품질을 보장하면서 자원 재사용률을 제고시키기 위한 방안으로 단일-톤 OFDM 채널을 이용하는 아날로그 전송 요청/응답 신호 방식과 SIR (signal-to-interference ratio) 기반의 분산형(distributed) 스케줄링 운용방식을 제안 하였는바, 구체적인 내용은 하기와 같다.
<단일-톤 신호 생성>
링크 스케줄링을 위한 신호 구조에 대해 살펴보면, 페이징 과정을 거쳐 통신이 개설된 링크들은 할당된 CID에 따라 링크 스케줄링을 위해 도 2에서 도시되는 바와 같이 전송 블록(Tx 블록)과 수신 블록(Rx 블록)이 할당된다. 각 링크에 대해서 Tx-Rx 한 쌍의 블록이 할당되며, 링크에 속한 송신 노드와 수신 노드는 각각 Tx 블록과 Rx 블록을 이용하여 스케줄링에 필요한 링크의 정보를 상대 링크에게 전송한다.
예시적으로 Tx블록과 Rx블록은 각각 N 개의 OFDM 심볼과 F 개의 주파수 톤으로 구성되어 있는 경우 최대 N * F 개의 링크가 CID를 할당 받아 스케줄링 과정에 참가 할 수 있다. 또한 Tx-Rx 블록 쌍(pair)은 하나 이상 존재할 수 있는데, 하나의 트래픽 슬롯에서 많은 Tx-Rx 블록 쌍을 사용하면 보다 정확한 스케줄링 결과를 도출할 수 있다.
D2D 링크의 송신 노드는 Tx 블록을 통해 단일-톤 아날로그 전송요청 신호를 방송한다. 이 때 각 링크는 CID에 따라 N * F 개 톤 중에서 특정 위치의 단일-톤에 매핑 된다. 여기서 단일-톤의 위치는 우선순위 (priority)를 나타내는데, 좌상단(우하단)의 톤이 높은(낮은) 우선순위에 해당한다. 예를 들어, 하나의 OFDM 심볼이 32개의 주파수 톤으로 구성되어 있을 때, 우선순위가 1번과 32번인 D2D 링크는 각각 Tx 블록의 1번 OFDM 심볼의 1번 주파수 톤과 2번 OFDM 심볼의 4번 주파수 톤을 이용하여 전송요청 신호를 전송한다.
D2D 링크의 수신 노드는 모든 Tx 블록의 신호들을 청취하고, 이들을 기반으로 D2D 통신가능 여부를 판단하여 Rx 블록의 동일한 톤 위치에 전송응답 신호를 방송한다. 송신 노드 역시 수신 노드에서 방송된 Rx 블록들의 신호를 청취한다. 이러한 단일-톤 OFDM 신호 생성방식을 적용하여 모든 D2D 링크들은 상대 노드에서 전송한 신호를 기반으로 하여 간섭을 최소화하는 링크 스케줄링을 실행한다.
< SIR 기반의 분산형 운용: Rx - Tx 일딩( yielding )>
D2D 통신 세션을 개설하는 링크들은 페이징 과정에서 CID를 할당받는 동시에 우선순위를 할당 받는다. 가장 높은 우선순위의 링크는 항상 트래픽 데이터를 전송하고, 낮은 우선순위의 링크들은 자신보다 높은 우선순위의 링크들과 자신 사이의 간섭 관계를 분석하여 데이터 전송 여부를 결정한다. 즉, 하위의 우선순위를 가지는 링크는 자신보다 상위의 링크와의 간섭에 따라 통신 여부를 결정하는 방법이다.
이러한 방법은 크게 하위 노드가 상위 노드로부터 받는 간섭을 고려하는 수신 일딩(Rx 일딩)과 하위 노드가 상위 노드에 주는 간섭을 고려하는 전송 일딩(Tx 일딩) 과정으로 나뉠 수 있다. 여기서 우선순위는 매 트래픽 슬롯이 반복될 때마다 랜덤(random)하게 할당되므로 D2D 링크 사이의 공정성(fairness)을 유지할 수 있다. 그리고 우선순위는 랜덤하게 각 노드에서 분산적으로 생성되지만, 모든 노드가 CID의 함수로 동일한 규칙에 따라 할당되므로, 각 링크가 같은 Tx-Rx블록을 할당 받는 경우를 피할 수 있다.
하기에서는 도 3을 참고하여 Rx 일딩 및 Tx 일딩에 대해 기술하도록 한다.
[ Rx 일딩 ] Tx : 직접 전력( direct power ) 신호 전송 - Rx : Rx 일딩 여부 검사
Rx 일딩은 송신 노드가 자신의 CID에 따라 할당된 Tx 블록을 통해 수신 노드에게 자신들의 아날로그 신호를 방송하는 과정과, 수신 노드에서 방송된 Tx 블록을 기반으로 Rx 일딩을 판별하는 2가지 과정을 포함한다.
첫 번째 단계는 각 송신 노드는 단일-톤 OFDM 신호 생성방식에 따라 할당된 Tx 블록 이용하여 전송요청 신호를 전송한다. 전송요청 신호는 실제적으로 트래픽 데이터를 전송할 때와 동일한 전력(Pi, i=1,2,3)으로 송신되는 아날로그 신호로써 직접 전력(direct power) 신호라고 한다. 예를 들어, 도 3(a)와 같이 세 D2D 링크는 1~3번의 우선순위를 할당 받았다고 가정하면, 각 송신 노드는 1-3 Tx 블록에 자신들의 direct power 신호를 발송한다.
두 번째 단계에서 D2D 링크의 각 수신 노드는 Tx 블록들의 direct power 신호를 청취하여 자신의 송신 링크에 대한 송신 파워와 지정되지 않은 상위 우선순위의 송신 노드에서 오는 간섭파워의 들을 통해서 SIR(signal-to-interference ratio) 값을 계산하고, 계산된 값을 임의의 문턱(threshold) 값과 비교하여 Rx 일딩(yielding) 여부를 결정한다. 예를 들어, 3번 수신 노드는 자신보다 높은 우선 순위의 링크로부터의 간섭을 파악하기 위해 Tx 블록의 1, 2번 송신 노드에 할당된 Tx 블록을 통해 수신되는 아날로그 신호의 direct power를 측정하여 수학식 1과 같이 SIR 값을 구한다.
Figure pat00001
수식(1)에서 hRi , Tj는 j번째 송신 노드와 i번째 수신 노드 사이의 채널 이득이다. 계산된 SIR 값이 문턱 값
Figure pat00002
보다 큰 경우에 3번 수신 노드는 1, 2번의 D2D 링크들로부터 오는 간섭이 허용 가능하다고 판단하여 Rx 블록을 통해 전송 응답 신호를 전송한다. 하지만 SIR 문턱 값
Figure pat00003
보다 작은 경우에는 전송 응답 신호를 전송하지 않는다. 이는 상위 노드에서 간섭이 강하기 때문에 현재 트래픽 슬롯에서 자신은 효율적으로 데이터를 전송할 수 없으므로 다른 링크에게 통신 권한을 양보한다는 것을 의미한다.
이와 같이 설명된 두 과정을 통해서 하위 수신 노드가 상위 노드에서 들어오는 간섭과의 SIR 값을 측정/비교하고, 전송응답 신호 전송여부를 결정하는 과정을 Rx 일딩이라 한다. 상기 Rx 일딩은 자신의 수신 노드가 상위의 우선순위의 링크로부터 간섭을 받더라도 최소한의 SIR을 보장하면서 데이터를 수신할 수 있는지 여부를 판단하는 과정이다.
[ Rx 일딩 ] Rx 일딩이 되지 않은 Rx : inverse power 신호 전송 - Tx : Tx 일딩 여부 검사
Tx 일딩은 Rx 일딩이 되지 않은(수식(1)을 만족하는) 수신 노드들이 CID에 따라 할당된 Rx 블록을 통해 송신 노드에게 자신들이 받는 간섭에 반비례 하는 아날로그 신호를 방송하는 과정과, 송신 노드에서 Rx 블록을 기반으로 Tx 일딩을 판별하는 과정을 포함한다.
Tx 일딩은 기본적으로 Rx 일딩과 유사하게 송신 노드는 Rx 블록을 통해 수행된다. Rx 일딩에서 상위 노드에 의한 하위 노드의 간섭을 판단하였다면, Tx 일딩에서는 송신 노드 자신에 의한 간섭 영향이 존재하여도 높은 우선순위의 링크들의 통신이 안정적으로 보장될 수 있는지 여부를 파악한다. 예를 들어 그림 3(b)와 같이 세 링크가 있고, 세 링크 모두 Rx 일딩을 에서 보다 높은 SIR 값을 가질 때, 링크 3 송신 노드는 상위 링크 1,2의 수신노드에 미치는 간섭을 Tx 일딩 과정에서 고려하여 통신 여부를 판단한다.
Tx 일딩의 첫 번째 과정은 Rx 일딩이 되지 않은 모든 수신 노드들은 전송 응답 신호를 Tx 블록의 해당 톤을 통해 수신된 direct power 신호 전력에 반비례하는 전력(
Figure pat00004
)으로 전송하는 과정이다. 이러한 아날로그 전송응답 신호를 역 전력(inverse power) 신호라고 한다. 우선순위가 i번인 수신 노드는 Rx 블록의 i번째 톤을 이용하여 수학식 2와 같은 전력으로 신호를 송신한다.
Figure pat00005
상기 수학식 2에서 A는 임의의 양의 실수 값을 갖는 시스템 상수이다.
두 번째 단계에서 D2D 링크의 각 송신 노드는 Rx 블록들의 inverse power 신호를 청취하여 자신의 신호가 지정되지 않은 상위 우선순위의 수신 노드에게 주는 간섭파워의 SIR 값을 계산하고, 계산된 값을 임의의 문턱 값과 비교하여 Tx 일딩 여부를 결정한다.
예를 들어, 도 3(b)에서 1, 2번 수신 노드가 모두 전송응답 신호를 전송한다면, 3번 송신 노드는 1, 2번 톤을 통해 전력이 각각
Figure pat00006
과
Figure pat00007
인 신호를 수신한다. 그리고 이로부터 3번 송신 노드는 자신의 간섭 영향으로 인해 1, 2번 D2D 링크들의 수신 노드가 얻을 수 있는 SIR 값을 추정한다.
Figure pat00008
와
Figure pat00009
의 두 채널 이득은 동일하다고 가정한다. 3번 송신 노드는 수학식 3에서 계산된 SIR 값을 문턱 값
Figure pat00010
과 비교하고, 모든 SIRi (i=1,2) 값에 대해서 위의 조건을 만족하는 경우 트래픽 슬롯의 데이터 전송 구간에서 데이터를 전송할 수 있다.
Figure pat00011
이와 같이 송신 노드가 상위 우선순위 노드의 SIR 값을 추정하여, 데이터의 전송여부를 결정하는 과정을 Tx 일딩이라 한다. Tx 일딩은 상위 우선순위의 수신 노드가 하위의 링크로부터 간섭을 받더라도 최소한의 SIR을 보장하면서 데이터를 수신할 수 있는지 여부를 판단하는 과정이다.
상기 기술한 D2D 통신의 링크 스케줄링 기술은 우선순위 기반의 SIR에 따른 분산형 링크 스케줄링 실행한다. 각 링크는 자신에게 수신되는 지역 채널 정보(local channel knowledge) 만으로 실행하기 때문에 일딩되는(=데이터 트래픽 전송 포기) 상위 링크에 의해 하나 이상의 하위 링크들이 연속적으로 일딩되는 연속적 일딩 문제(cascade yielding problem)에 취약하다는 문제점이 존재한다. 연속적 일딩 문제의 예시 설명을 위해, 도 4를 참고하여 설명하도록 한다.
도 4는 연속적 일딩 문제를 설명하기 위해 세 쌍의 링크가 존재하는 D2D 환경을 예시하는 도면이다.
도 4 에서 Ti와 Ri는 각각 i번째 우선순위를 가지는 링크의 송신 노드와 수신 노드이며, 빨간색 점선으로 표시되는 간섭 신호는 두 노드의 간섭이 통신에 요구되는 임계치 보다 강하게 작용하여 하위 링크를 일딩되게 만드는 강한 간섭 신호이다.
본 발명의 제안 기술 설명 시 상기 설명한 ‘간섭 신호’에 대한 정의를 계속적으로 이용할 것이다. D2D 통신의 스케줄링 경우 링크 2는 자신보다 높은 우선 순위를 가지는 링크 1의 간섭 정도를 측정하여 일딩 여부를 결정하며, 링크 3은 링크 1과 링크 2의 간섭 정도를 측정하여 일딩 여부를 결정한다.
도 4에서 도시된 바와 같은 상황에서 2번 링크 는 1 번 링크에 대한 간섭으로 인해 일딩되며, 3번 링크는 2번 링크에 대한 간섭으로 일딩된다. 즉, 1번 링크 및 2번 링크를 통한 데이터 전송이 포기된다. 여기서 1번 링크와 3번 링크는 상호 간섭 관계가 없지만, 3번 링크는 2번 링크의 상황에 대한 정보가 없기 때문에 일딩을 시도하고, 결국 1번 링크 만이 스케줄링 된다(=데이터 트래픽 전송).
이러한 연속적 일딩 문제는 특히 네트워크에 존재하는 링크들이 많아 질수록 더욱 빈번하게 일어날 확률이 높아진다.
이러한 문제를 해결하기 위해, 다양한 방법들이 제안되고 있지만, 다른 링크의 상태를 고려하지 못해 효용이 높지 않다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 본 발명은 D2D 통신 네트워크를 위한 링크 스케줄링 기술에 있어서, 각 링크에 할당된 지역 채널 정보를 공유하여 광역 채널 정보(global channel knowledge)를 링크 전체에 할당하고 그것을 통해 다른 링크의 일딩(yielding) 상황을 고려하여 링크 스케줄링을 실행함으로써, 기존의 기술에서 문제가 되었던 연속적 일딩 문제를 해결하는 것을 그 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위해 기술되는 본 발명은 D2D 통신이 수행 가능한 무선통신 노드 기기에 적용 가능하다. 각 수신자(수신 노드)는 자신에게 들어온 링크 송신 신호를 이용하여 간섭 정보를 생성하고, 송신자(송신 노드)들에게 방송함으로써 모든 송신자들은 다른 링크에 대한 간섭 상황을 알 수 있게 된다. 이러한 간섭 정보 공유를 통해 불필요한 일딩을 최소화함으로써 무선자원의 재사용률 및 통신 용량을 증가 시킬 수 있다.
본 발명에서 제안하는 링크 스케줄링 기술은 D2D 네트워크 상에 분산되어 있는 모든 수신 노드가 각자 자신의 간섭 채널 정보를 모든 송신 노드에게 방송하고, 상기 간섭 채널 정보에 기반하여 각 송신 노드가 링크 스케줄링을 수행함으로써 주파수 재사용률을 향상시킨다.
이러한 동작을 수행하기 위해서는 상기 도 1 및 도 2를 통해 기술한 D2D 통신의 기본 기능 구조에 더하여, 각 수신 노드가 간섭 채널 정보를 생성하고 방송하는 구간이 필요하며, 이러한 신규 기본 기능 구조에 대해서는 도 5를 참고하여 설명하도록 한다.
도 5는 본 발명의 실시예에서 제안하는 링크 스케줄링을 위한 기본 기능 구조를 도시하는 도면이다.
도 5에서 도시되는 바와 같이, 본 발명의 실시예에서 제안하는 기본 기능 구조는 종래 페이징 구간과 트래픽 구간 사이에, 간섭 정보 생성 및 공유 구간을 배치하도록 한다. 보다 구체적으로, 상기 간섭 정보 생성 및 공유 구간은 각 링크에 CID가 할당되는 페이징 구간에 뒤따르고, 모든 링크의 간섭채널 정보를 공유하기 위해서는 총 NCID 2/Ntone 개의 OFDM 심볼이 필요하다. 여기서 NCID는 할당 가능한 총 CID 개수이고, Ntone 은 스케줄링에 사용되는 총 OFDM 톤 개수이다. 예를 들어, 총 CID 개수가 228개(NCID = 228)이고, 사용 가능한 톤 개수가 56개(Ntone=56)인 경우에는 912개의 OFDM 심볼이 간섭정보 공유를 위해 사용된다.
본 발명의 실시예에 따른 링크 스케줄링 동작은 크게 (1) 간섭 정보 생성 및 공유 구간(이하, 구간 1로 칭할 수 있다)과, (2) 트래픽 슬롯 구간(이하, 구간 2로 칭할 수 있다)으로 구분되어 설명될 수 있다.
상기 간섭 정보 생성 및 공유 구간의 반복 주기는 D2D 링크 채널의 변화 속도, 간섭정보 공유 오버헤드, 양방향 통신 주기 등에 따라 달라질 수 있는데, 본 발명의 실시예에서는 설명의 단순화를 위해 도 5에서 도시된 바와 같이 두 페이징 구간 사이에 위치한다고 가정한다. 그러나 반드시 이러한 방식에 한정되어 해석될 필요는 없음에 유의해야 한다.
그리고, 두 개의 페이징 구간 사이에서 간섭 정보 생성 및 공유 구간 이후에는 적어도 한번 이상의 트래픽 구간이 반복되며, 각 트래픽 구간에서는 앞선 간섭 정보 생성 및 공유 구간에서 공유된 간섭 정보를 계속적으로 이용한다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 트래픽 구간의 기본 구조를 도시하는 도면이다.
도 6에서 도시되는 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 트래픽 구간의 기본 구조는 종래 D2D 통신의 경우와 다르게, 전송 요청 및 요청 응답 신호를 송수신하는 Tx 블록과 Rx 블록 대신, 현재 트래픽 구간에서 전송할 트래픽 데이터가 있는지 여부를 나타내는 전송 오프(Tx-off) 블록이 삽입된다. 이와 관련된 설명은 구간별 동작방식 설명 부분에서 자세히 하기로 한다.
이하에서는 본 발명의 실시예에 따른 링크 스케줄링 동작을 구간 별 동작 방식에 따라 구분하여 설명하도록 한다. 이 경우, 구간 1은 간섭 정보 생성 및 공유 구간을 의미하며, 구간 2는 트래픽 슬롯 구간을 의미한다.
[ 구간1 - 단계 1] 모든 송신 노드: 첫 번째 Tx 블록 이용하여 직접 전력( direct power ) 신호 전송
상기 단계의 설명을 위해 도 7을 참고하도록 한다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따라, 간섭 행렬 생성 구간에서 각 송신 노드가 자신의 CID에 할당된 Tx 블록을 통해 직접 전력 신호를 전송하는 과정을 도시하는 도면이다.
모든 송신 노드는 도 7에서 도시되는 바와 같이, 직접 전력(direct power) 신호를 전송한다. 이를 위해, 송신 노드는 첫 번째 Tx 블록을 이용하여 상기 직접 전력 신호를 전송할 수 있다.
그러면, j번째 수신 노드(Rj, j=1,2,…, 5)는 수신된 direct power 신호에 기반하여 모든 송신 노드(Ti, i=1,2,…, 5)와의 각각의 SIRj ,i 값을 구한다. 이 경우, j번째 수신 노드(Rj)와 i 번째 송신 노드(Tj) 사이의 SIRj ,i 값은 하기의 수학식 4와 같다.
Figure pat00012
여기서 Pk는 k번째 송신 노드의 송신전력이고, hj ,i는 Rj와 Ti 사이의 채널 계수이다.
[ 구간1 - 단계 2] 모든 수신 노드: 간섭 정보 생성 및 방송
상기 단계의 설명을 위해 도 8을 참고하도록 한다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따라, 간섭 행렬 생성 구간에서 간섭 정보를 생성 및 방송하는 과정을 도시하는 도면이다.
상기 구간 1-단계1 이후, 수신 노드는 모든 송신 노드에서 들어오는 간섭 세기를 측정하여 하기의 수학식 5와 같은 기준으로 i번째 송신 노드에 의한 k 번째 수신 노드의 간섭 정보를 생성한다. 여기서
Figure pat00013
은 스케줄링 검사에 사용되는 문턱 값을 의미한다.
Figure pat00014
수신 노드는 상기 과정을 통해 간섭 정보를 비트 시퀀스 형식으로 생성(이하, 간섭 비트 시퀀스라고 칭할 수도 있다)할 수 있다. 그리고 수신 노드는 생성된 간섭 정보를 주어진 간섭 정보 공유 구간 및 자원을 이용하여 방송한다.
도 8(a)는 단계 링크수가 5일 경우의 R3 의 간섭 정보 생성에 대한 예시를 도시하며, 도 8(b)는 각 수신 노드가 방송하는 간섭 정보에 대한 예시를 도시한다.
도 8(b)에서 도시되는 바와 같이, 각 수신 노드는 생성된 간섭 비트 시퀀스 {bj,i}를 미리 할당된 간섭 정보 공유 자원을 통해 방송한다. Rj는 간섭 정보를 다른 노드들과 공유하기 위해 j번째 단일-톤 위치에서 NCID 개의 OFDM 심볼을 사용한다. (만약 NCID가 Ntone보다 큰 경우에는 nNtone+k (n=1,2,…; k<Ntone)번째 수신 노드는 k번째 단일-톤 위치에서 nNCID+1번째 OFDM 심볼부터 NCID개의 심볼을 사용한다.)
예를 들면, 그림 8(a)에서 R3(수신 노드 3)는 원하는 신호와 간섭 신호 전력을 측정하여 SIR3 ,i (i=1,…, 5) 값을 계산한다. 그리고 R3는 계산된 SIR3 ,i 값을 문턱 값과 비교하여, 그 비교 결과에 따라 간섭비트 시퀀스 {b3 ,i}를 생성하고, 그림 8(b)에서 도시되는 바와 같이 3번째 톤에서 5개의 OFDM 심볼을 이용하여 이진 비트 b3,i 를 차례대로 전송한다. 다른 수신 노드들도 상기와 동일한 간섭 정보 생성 및 공유 과정을 수행한다.
[ 구간1 - 단계 3] 모든 송신 노드: 간섭 행렬 생성
모든 송신 노드는 앞선 단계에서 간섭 정보 공유 자원을 모니터링하여 NCID 개의 수신 노드가 방송한 간섭 비트 시퀀스 {bj ,i}를 획득한다. 각 송신 노드에서 획득한 간섭 비트 시퀀스들을 다양한 방법으로 저장할 수 있지만, 본 발명의 실시예에서는 도 9에서 도시되는 바과 같이 간섭 행렬(interference matrix)의 형태로 상기 간섭 비트 시퀀스들을 저장하는 방법을 고려한다. 도 9는 본 발명의 실시예에 따른 간섭 행렬의 구조를 도시하는 도면이다. 도 9에서 도시되는 간섭 행렬에서, j번째 행과 i번째 열의 성분 bj ,i은 j번째 수신 노드와 i번째 송신 노드 사이의 간섭 정보를 나타낸다.
간섭 정보 생성 및 공유 구간에서 모든 송신 노드는 동일한 값을 갖는 간섭 행렬을 공유하게 된다.
그리고 상기 간섭 정보 생성 및 공유 구간에 이어지는 트래픽 구간에서는 일정 주기(=간섭행렬 갱신 주기) 동안, 도 9에서 도시되는 바와 같이 생성된 간섭 행렬을 이용하여 링크 스케줄링을 실행한다. 그리고 일정 주기 이후에는 다시 간섭 정보 생성 및 공유 구간의 동작을 반복하여 간섭 행렬을 갱신한다.
도 10은 5개의 링크로 구성된 간섭 채널 상황과, 이에 따라 생성된 간섭 행렬의 예시를 도시하는 도면이다.
도 10에서, 수신 노드 2(R2)는 송신 노드 1(T1)로부터 간섭을 받게 되므로, 간섭 행렬의 2행 1열 성분의 비트 값이 1로 설정됨을 확인할 수 있다. 마찬가지로, 수신 노드 3(R3)은 송신 노드 2(T2)로부터 간섭을 받게 되므로, 간섭 행렬의 3행 2열 성분의 비트 값이 1로 설정됨을 확인할 수 있다. 도 10(b)는 이와 같은 원리에 따라 생성된 간섭 행렬을 도시하는 도면이다.
[구간 2 - 단계 1] 전송할 데이터가 없는 송신 노드( Ti _ no data ): 트래픽 오프 지시자( Tx - OFF indicator , TI ) 신호 방송
트래픽 구간에서는 각 송신 노드는 자신의 CID에 대한 함수로 생성된 우선 순위와 간섭 행렬을 이용하여 스스로 일딩 여부를 판단한다. 하지만, 일딩 여부를 판단하기 이전에 트래픽 데이터 버퍼(buffer)가 비어있는 혹은 전송할 트래픽 데이터가 없는 링크는 현재 슬롯에서 다른 링크에 간섭을 일으키지 않기 때문에 일딩 과정에서 제외되어야 한다.
이를 위해, 본 발명의 실시예에 따른 트래픽 구간의 첫 번째 단계에서는 전송할 트래픽이 없는 송신 노드는 트래픽-오프 지시자(traffic-off (Tx-off) indicator) 신호를 전송한다. 그리고 전송할 데이터가 있는 송신 노드들은 Tx-off 지시자를 수신하고, 이를 통해 트래픽 통신에 참여하지 않는 D2D 링크를 식별한다. 그리고 전송할 데이터가 있는 송신 노드들은 식별된 링크들을 제외한 링크들의 간섭 정보만을 포함하도록 간섭 행렬을 조정한다.
도 11은 2번 링크가 n번째 트래픽 구간에서 전송할 데이터가 없다고 가정한 상황의 예를 보여준다. 여기서 인덱스 i는 우선순위를 의미하고, 설명의 단순화를 위해 CID가 바로 우선순위를 나타낸다고 가정한다.
우선순위가 2번인 송신 노드는 트래픽 오프 지시자를 해당 단일-톤을 이용하여 방송한다. 그러면 나머지 송신 노드들은 Tx-off 자원을 모니터링 함으로써 2번 링크가 트래픽 통신에 참여하지 않음을 알게 되고, 2번 링크의 영향을 제외시키기 위해 간섭 행렬을 조정한다. 이 경우, 간섭 행렬 조정 과정은 2번째 행과 열의 성분들을 0으로 임시적으로 변경하거나 혹은 2번째 행과 열의 성분들이 일딩 과정에서 반영되지 않도록 설정하도록 하여 수행될 수 있다.
[ 구간2 - 단계 2] 전송할 데이터가 있는 송신 노드: 스케줄링 수행 및 트래 픽 전송
한편, 전송할 데이터가 있는 송신 노드들은 앞선 단계에서 조정된 간섭 행렬을 이용하여 링크 스케줄링을 실행한다.
도 12는 도 10에 따른 간섭 채널 상황과, 도 11에 도시된 트래픽 오프(Tx-off) 상황에 맞게 조정된 간섭 행렬을 이용하여 스케줄링을 실행하는 예시를 도시하는 도면이다.
도 12(a)에서 도시되는 바와 같이, 해당 실시예에 따른 간섭 행렬을 이용한 링크 스케줄링 결과, 네 번째 우선 순위의 링크가 일딩되고, 1, 3, 5 번째 우선순위의 링크가 트래픽 데이터 통신을 수행하게 되는 것을 알 수 있다.
도 12(b)는 이러한 연상을 통해 최종적으로 결정된 간섭 행렬의 구조를 도시한다. 도 12(b)에서, 간섭을 지시하는 1에 대하여 모든 행과 열 성분이 삭제된 것을 볼 수 있다.
상기 본 발명의 실시예에 따른 최종적인 링크 스케줄링 결과를 종래 기술과 비교하면, 동시 통신 링크 수가 종래에 비해 증가함을 알 수 있다. 그리고 본 발명의 실시예에서 주어진 예시보다 많은 링크 수와 복잡한 간섭채널 상황을 고려한다면 제안된 스케줄링 방식의 성능 이득은 더 클 것으로 예상된다.
트래픽 구간에서는 링크들 사이의 형평성을 보장하기 위해 매 트래픽 구간마다 각 링크의 우선순위가 변경된다. 우선순위는 CID에 대한 함수로 생성되므로 모든 송신 노드는 자신뿐만 아니라 다른 CID 링크들에 대한 변경된 우선순위도 알 수 있다. 따라서 각 송신 노드는 매 트래픽 구간마다 변경된 우선 순위에 따라 간섭 행렬의 행과 열 위치를 수정하여 링크 스케줄링을 수행한다. 링크 스케줄링 이후에는 전송률 스케줄링 과정을 수행하고, 트래픽 데이터 통신을 수행한다.
한편, 상기에서는 D2D 통신 네트워크, 즉 디바이스 간 직접 통신을 수행하는 통신 네트워크를 전제한 링크 스케줄링 방법에 대해 기술하였다. 그러나 상기 기술한 원리는 기지국이 협조하는 D2D 시스템에서도 구현될 수 있으며, 이하에서는 이에 대해 설명하도록 한다.
보다 구체적으로 설명하면, 본 발명에서 제안된 간섭행렬을 이용한 스케줄링 기술은 수신 노드가 방송하는 간섭 정보를 각 송신 노드에서 수신하여 분산적으로 스케줄링 하는 것이 아닌, 기지국에서 수신하여 생성된 간섭행렬을 기반으로 스케줄링 링크를 지정하는 방식으로 개량될 수 있다.
이러한 기술의 변환은 스케줄링을 위하여, 도 13에서 도시되는 바와 같이 하나의 전송 블록(스케줄 블록)을 추가로 사용해야 하지만, 기지국이 송신 노드를 지정함(i.e., D2D 통신을 제어함)으로써 D2D 통신에 의한 기존의 셀룰러(cellular) 통신의 성능 열화를 방지할 수 있는 장점이 있다.
기지국 협조 D2D 시스템 내에서의 구간별 단계별 주요 동작과정을 도 14를 참고하여 간단하게 기술하도록 한다. 도 14는 기지국 협조 D2D 시스템 내에서의 구간별 및 단계별 주요 동작 과정을 도시하는 순서도이다.
[ 구간1 - 단계1 ]
이에 대해서는 D2D 통신 시스템에서 기술한 설명과 동일하므로 자세한 설명은 생략하기로 한다.
[ 구간1 - 단계2 ] 수신 노드: 간섭 정보 생성 및 전송
수신 노드가 모든 송신 노드에서 들어오는 간섭 세기를 측정하여 간섭 정보를 생성하는 단계는 상기 설명과 동일하나, 수신 노드는 생성된 간섭 정보를 모든 송신 노드에 방송하는 것이 아니라, 기지국에 전송한다는 점에서 차이점이 있다.
[ 구간1 - 단계3 ] 기지국: 간섭행렬 생성
상기 설명과의 차이점은, 송신 노드가 아닌 기지국이 간섭 정보 자원을 모니터링하여 간섭 행렬을 생성한다는 것이다.
[ 구간2 - 단계1 ] 송신 노드: Tx - on 지시자 전송 및 간섭행렬 조정
기존의 분산 링크에서 트래픽 데이터가 있는 링크를 판별하는 상황과는 다르게 기지국이 존재하므로 전송할 트래픽 데이터가 존재하는 송신 노드가 트래픽-온 지시자 (traffic-on (Tx-on) indicator) 신호를 전송한다.
[ 구간2 - 단계2 ] 기지국: 스케줄링 수행 및 스케줄링 지시자 신호 전송
기지국에서 최종 결정된 스케줄링 지시자를 방송하여 스케줄링 링크를 지정한다.
[ 구간2 - 단계3 ] 스케줄링된 송신 노드: 트래픽 데이터 전송
그러면 기지국에 의해 스케줄링된 송신 노드는 상기 스케줄링 정보에 따라 트래픽 데이터를 전송한다.
도 15는 본 발명의 실시예에 따른 송신 노드의 동작 순서를 도시하는 순서도이다.
우선, 송신 노드는 S1510 단계에서, Tx 블록을 통해 단일-톤 아날로그 전송 요청 신호를 전송한다. 그리고 송신 노드는 S1520 단계에서, 수신 노드로부터 전송되는 간섭 정보를 획득하기 위해 간섭 정보 방송 자원을 모니터링한다.
그러면 송신 노드는 S1530 단계에서, 수신 노드로부터 간섭 정보를 획득한다. 본 발명의 일 실시예에 따르면 상기 간섭 정보는 비트 시퀀스 형태일 수 있다. 송신 노드는 상기 획득한 간섭 정보를 다양한 방법으로 저장할 수 있지만, 본 발명의 실시예에서는 간섭 행렬 형태로 저장하는 것을 가정한다.
그리고 송신 노드는 S1540 단계로 진행하여, 자신이 현재 슬롯에서 전송할 데이터가 있는지 여부를 판단한다. 전송할 데이터가 없는 링크는 현재 슬롯에서 다른 링크에 간섭을 발생시키지 않기 때문이다.
전송할 데이터가 없는 경우, 송신 노드는 S1550 단계로 진행하여 트래픽 오프 지시자(Tx-OFF 지시자)를 전송한다. 상기 트래픽 오프 지시자는 단일-톤을 이용하여 방송되며, 나머지 송신 노드들은 상기 지시자에 기반하여 간섭 행렬을 조정한다.
반면, 전송할 데이터가 있는 경우, 송신 노드는 S1560 단계로 진행하여 트래픽 오프 지시자 자원을 모니터링하여, 다른 송신 노드로부터 트래픽 오프 지시자가 방송되는지 여부를 판단한다. 그리고 송신 노드는 S1570 단계로 진행하여, 통신 활성 링크 만으로 간섭 행렬을 재구성한다. 즉, S1530 단계에서 생성된 간섭 행렬에서, 데이터를 전송하지 않는 링크를 제외하여 간섭 행렬을 재구성한다.
간섭 행렬을 재구성한 송신 노드는 S1580 단계로 진행하여, 링크 스케줄링 등을 수행하여 데이터를 전송한다.
도 16은 본 발명의 실시예에 따른 수신 노드의 동작 순서를 도시하는 순서도이다.
우선, 수신 노드는 S1610 단계에서, 전송 요청 자원을 모니터링한다. 그리고 수신 노드는 S1620 단계에서 모든 송신 노드로부터 오는 간섭 세기를 측정하고, S1630 단계에서 모든 송신 노드와의 SIRi을 계산한다.
그리고 수신 노드는 S1640 단계에서, 상기 계산된 SIRi 값을 임계값과 비교하고, S1650 단계에서 상기 비교 결과에 따라 간섭 유무를 나타내는 간섭 정보를 생성한다. 상기 간섭 정보는 본 발명의 실시예에 따르면 바이너리 비트 시퀀스(binary bit sequence) 형태일 수 있다.
그리고 수신 노드는 S1660 단계에서, 상기 생성된 간섭 정보를 전송할 방송 자원을 선택한다. 그리고 수신 노드는 S1670 단계로 진행하여, 선택된 방송 자원을 통해 상기 생성된 간섭 정보를 방송한다.
그리고 수신 노드는 S1680 단계에서, 송신 노드로부터 전송되는 파일릿 신호를 모니터링하고, CQI(Channel Quality Indicator)를 전송한다.
그리고 수신 노드는 S1690 단계에서, 링크 스케줄링에 따라 송신 노드로부터 데이터 트래픽을 수신하고, 정상적으로 수신한 경우 확인(ack) 메시지를 상기 송신 노드로 전송한다.
도 17은 본 발명의 실시예에 따라, 송신 노드가 링크 스케줄링을 위해 간섭 행렬을 검사하는 과정을 도시하는 순서도이다. 도 17의 과정을 수행하면 현재 슬롯에서 각 송신 노드와 수신 노드 사이의 모든 간섭 상황을 파악할 수 있으며, 이에 따라 불필요한 일딩이 발생하는 것을 방지할 수 있다.
우선, 도 17은 송신 노드가 수신 노드로부터 간섭 정보를 수신하여 간섭 행렬을 생성하였음을 전제로 한다. 그리고 설명의 간략화를 위해, 현재 슬롯에서 트래픽 오프 지시자를 전송한 송신 노드는 없다고 가정하기로 한다.
송신 노드는 S1705 단계에서, 링크 1에 대한 송신 상황에 대한 검사를 시작한다. 그리고 송신 노드는 S1710 단계에서, 다음 송신 노드가 존재하는지 여부를 판단하고, 존재하는 경우, S1715 단계로 진행하여 링크 1에 대한 수신 상황 검사를 시작한다.
S1720 단계에서, 수신 노드의 우선 순위가 송신 노드의 우선 순위보다 높은 경우, 송신 노드는 S1725 단계로 진행하여 해당 링크에 대해 간섭이 존재하는지 여부를 판단한다. 간섭이 존재하는 경우, 간섭 행렬에서 해당 송신 노드의 행 및 열을 삭제한다. 그리고 송신 노드는 S1740 단계로 진행하여 다음 링크의 송신 상황을 검사하고, S1710 이하의 단계를 수행한다.
한편, S1720 단계에서, 수신 노드의 우선 순위가 송신 노드의 우선 순위보다 높지 않은 경우, 송신 노드는 S1745 단계로 진행하여 다음 링크의 수신 상황을 검사한다.
S1750 단계로 진행한 송신 노드는, 다음 수신 노드가 존재하는지 여부를 판단하고, 존재하지 않는 경우라면 S1770 단계로 진행하여 다음 링크의 송신 상황을 검사한다. 반면, 다음 수신 노드가 존재하는 경우, 송신 노드는 S1755 단계로 진행하여 간섭 존재 여부를 판단하고, 간섭이 존재하는 경우 S1760 단계로 진행하여 상기 간섭 행렬에서 수신 노드의 행 및 열을 삭제한다. 그리고 송신 노드는 S1765 단계로 진행하여 다음 링크의 수신 상황을 검사하고, S1750 단계로 복귀하여, 이하의 단계를 반복한다.
상기에서 기술한 본 발명에 따르면 D2D 무선통신 네트워크의 용량과 자원 재사용률을 향상시킬 수 있다.
도 18은 본 발명의 실시예에 따른 송신 노드의 내부 구조를 도시하는 블록도이다. 도 18에서 도시되는 바와 같이, 본 발명의 송신 노드는 무선 통신부(1810), 저장부(1820), 제어부(1830)를 포함할 수 있다.
무선 통신부(1810)는 송신 단말의 무선 통신을 위한 해당 데이터의 송수신 기능을 수행한다. 무선통신부(1810)는 송신되는 신호의 주파수를 상승 변환 및 증폭하는 RF송신기와, 수신되는 신호를 저 잡음 증폭하고 주파수를 하강 변환하는 RF수신기 등으로 구성될 수 있다. 또한, 무선통신부(1810)는 무선 채널을 통해 데이터를 수신하여 제어부(1830)로 출력하고, 제어부(1830)로부터 출력된 데이터를 무선 채널을 통해 전송할 수 있다.
저장부(1820)는 송신 단말의 동작에 필요한 프로그램 및 데이터를 저장하는 역할을 수행한다. 본 발명의 실시예에 따르면, 상기 저장부(1820)는 수신 단말로부터 수신한 간섭 정보를 저장할 수 있다. 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면 상기 간섭 정보는 간섭 행렬 형식으로 저장될 수 있다.
제어부(1830)는 송신 단말의 전반적인 동작 제어를 위해 각 블록 간 신호 흐름을 제어한다. 특히, 본 발명의 제어부(1830)는 링크 스케줄링을 위한 스케줄링부(1831)를 더 포함할 수 있다.
상기 스케줄링부(1831)는 적어도 하나 이상의 송신 노드에 의한 적어도 하나 이상의 수신 노드의 간섭 정보를 적어도 하나 이상의 수신 노드로부터 수신한다. 그러면, 스케줄링부(1831)는 상기 간섭 정보에 기반하여 링크 스케줄링을 수행한다. 그리고 스케줄링부(1831)는 상기 링크 스케줄링 결과에 따라 데이터를 전송한다.
이 경우, 상기 스케줄링부(1831)는 바이너리 비트 시퀀스 형식의 간섭 정보를 수신 노드로부터 수신할 수 있다. 그리고 스케줄링부(1831)는 상기 간섭 정보에 기반하여 간섭 행렬을 생성하고, 상기 생성된 간섭 행렬에 기반하여 스케줄링을 수행하도록 제어한다.
한편, 스케줄링부(1831)는 임의의 송신 노드로부터 전송되는 트래픽 오프 지시자 수신 시 상기 트래픽 오프 지시자를 전송한 송신 노드에 의한 간섭 정보를 제외하여 상기 생성된 간섭 행렬을 재구성할 수 있다. 그리고 스케줄링부(1831)는 상기 재구성된 간섭 행렬에 따라 링크 스케줄링을 수행하도록 제어할 수 있다.
또한, 스케줄링부(1831)는 페이징 구간에 이어지는 간섭 정보 생성 및 공유 구간에 따른 자원을 통해 상기 간섭 정보를 수신한다.
한편, 상기에서는 제어부(1830)와 스케줄링부(1831)가 별도의 블록으로 구성되고, 각 블록이 상이한 기능을 수행하는 것으로 기술하였지만 이는 기술상의 편의를 위한 것일 뿐, 반드시 이와 같이 각 기능이 구분되어지는 것은 아니다. 예를 들어, 스케줄링부(1831)가 수행하는 특정 기능을 제어부(1830) 자체가 수행할 수도 있는 것이며, 이러한 원리는 이하에서도 동일하게 적용될 수 있다.
도 19는 본 발명의 실시예에 따른 수신 노드의 내부 구조를 도시하는 블록도이다. 도 19에서 도시되는 바와 같이, 본 발명의 수신 노드는 무선 통신부(1910), 저장부(1920), 제어부(1930)를 포함할 수 있다.
무선 통신부(1910)는 수신 단말의 무선 통신을 위한 해당 데이터의 송수신 기능을 수행한다. 무선통신부(1910)는 송신되는 신호의 주파수를 상승 변환 및 증폭하는 RF송신기와, 수신되는 신호를 저 잡음 증폭하고 주파수를 하강 변환하는 RF수신기 등으로 구성될 수 있다. 또한, 무선통신부(1910)는 무선 채널을 통해 데이터를 수신하여 제어부(1930)로 출력하고, 제어부(1930)로부터 출력된 데이터를 무선 채널을 통해 전송할 수 있다.
저장부(1920)는 수신 단말의 동작에 필요한 프로그램 및 데이터를 저장하는 역할을 수행한다.
제어부(1930)는 수신 단말의 전반적인 동작 제어를 위해 각 블록 간 신호 흐름을 제어한다. 특히, 본 발명의 제어부(1930)는 간섭 정보 생성을 위한 간섭 정보 생성부(1931)를 더 포함할 수 있다.
간섭 정보 생성부(1931)는 적어도 하나 이상의 송신 노드로부터 전송되는 직접 전력 신호를 수신하고, 상기 수신한 직접 전력 신호에 기반하여 상기 적어도 하나 이상의 송신 노드와의 신호 대 간섭 비(Signal-to-Interference Ratio, SIR)를 계산한다. 그리고 간섭 정보 생성부(1931)는 상기 계산 결과에 기반하여 상기 적어도 하나 이상의 송신 노드에 대한 간섭 정보를 생성하고, 상기 생성된 간섭 정보를 방송한다. 그러면 제어부(1930)는 상기 간섭 정보에 기반하여 생성된 링크 스케줄링에 따라 임의의 송신 노드로부터 데이터를 수신하도록 제어한다.
이 경우, 상기 간섭 정보 생성부(1931)는 상기 간섭 정보를 상기 바이너리 비트 시퀀스 형식으로 생성할 수 있다. 또한, 간섭 정보 생성부(1931)는 상기 계산된 신호 대 간섭 비와 임의의 문턱 값을 비교하여 상기 간섭 정보를 생성할 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 간섭 정보 생성부(1931)는 생성된 간섭 정보를 기지국으로 전송할 수도 있다.
본 명세서와 도면에 개시된 본 발명의 실시예들은 본 발명의 기술 내용을 쉽게 설명하고 본 발명의 이해를 돕기 위해 특정 예를 제시한 것일 뿐이며, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시예들 이외에도 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형 예들이 실시 가능하다는 것은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것이다.

Claims (24)

  1. 송신 노드와 수신 노드 간 직접 통신하는 무선 통신 시스템에서 송신 노드의 링크 스케줄링 방법에 있어서,
    적어도 하나 이상의 송신 노드에 의한 적어도 하나 이상의 수신 노드의 간섭 정보를 적어도 하나 이상의 수신 노드로부터 수신하는 수신 단계;
    상기 간섭 정보에 기반하여 링크 스케줄링을 수행하는 스케줄링 단계; 및
    상기 링크 스케줄링 결과에 따라 데이터를 전송하는 전송 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 송신 노드의 링크 스케줄링 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 수신 단계는,
    바이너리 비트 시퀀스 형식의 간섭 정보를 수신하는 것을 특징으로 하는 송신 노드의 링크 스케줄링 방법.
  3. 제2항에 있어서, 상기 수신 단계 이후에,
    상기 간섭 정보에 기반하여 간섭 행렬을 생성하는 단계; 및
    상기 생성된 간섭 행렬에 기반하여 스케줄링을 수행하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 송신 노드의 링크 스케줄링 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    임의의 슬롯 구간에서 전송할 데이터가 없는 경우, 트래픽 오프 지시자를 전송하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 송신 노드의 링크 스케줄링 방법.
  5. 제3항에 있어서,
    임의의 송신 노드로부터 전송되는 트래픽 오프 지시자를 수신하는 단계;
    상기 트래픽 오프 지시자를 전송한 송신 노드에 의한 간섭 정보를 제외하여 상기 생성된 간섭 행렬을 재구성하는 단계; 및
    상기 재구성된 간섭 행렬에 따라 링크 스케줄링을 수행하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 송신 노드의 링크 스케줄링 방법.
  6. 제1항에 있어서, 상기 수신 단계는,
    페이징 구간에 이어지는 간섭 정보 생성 및 공유 구간에 따른 자원을 통해 상기 간섭 정보를 수신하는 것을 특징으로 하는 송신 노드의 링크 스케줄링 방법.
  7. 송신 노드와 수신 노드 간 직접 통신하는 무선 통신 시스템에서 수신 노드의 간섭 정보 보고 방법에 있어서,
    적어도 하나 이상의 송신 노드로부터 전송되는 직접 전력 신호를 수신하는 수신 단계;
    상기 수신한 직접 전력 신호에 기반하여 상기 적어도 하나 이상의 송신 노드와의 신호 대 간섭 비(Signal-to-Interference Ratio, SIR)를 계산하는 계산 단계;
    상기 계산 결과에 기반하여 상기 적어도 하나 이상의 송신 노드에 대한 간섭 정보를 생성하고, 생성된 간섭 정보를 방송하는 방송 단계;
    상기 간섭 정보에 기반하여 생성된 링크 스케줄링에 따라 임의의 송신 노드로부터 데이터를 수신하는 수신 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 수신 노드의 간섭 정보 보고 방법.
  8. 제7항에 있어서, 상기 생성 단계는,
    바이너리 비트 시퀀스 형식의 간섭 정보를 생성하는 것을 특징으로 하는 수신 노드의 간섭 정보 보고 방법.
  9. 제7항에 있어서, 상기 생성 단계는,
    상기 계산된 신호 대 간섭 비와 임의의 문턱 값을 비교하여 상기 간섭 정보를 생성하는 것을 특징으로 하는 수신 노드의 간섭 정보 보고 방법.
  10. 제7항에 있어서, 상기 링크 스케줄링은,
    상기 간섭 정보에 따라 구성된 간섭 행렬에 기반하여 생성되는 것을 특징으로 하는 수신 노드의 간섭 정보 보고 방법.
  11. 제7항에 있어서, 상기 방송 단계는,
    상기 생성된 간섭 정보를 기지국으로 전송하는 단계인 것을 특징으로 하는 수신 노드의 간섭 정보 보고 방법.
  12. 제7항에 있어서, 상기 방송 단계는,
    페이징 구간에 이어지는 간섭 정보 생성 및 공유 구간에 따른 자원을 통해 상기 간섭 정보를 수신하는 것을 특징으로 하는 수신 노드의 간섭 정보 보고 방법.
  13. 송신 노드와 수신 노드 간 직접 통신하는 무선 통신 시스템에서 링크 스케줄링을 수행하는 송신 노드에 있어서,
    수신 노드와 신호를 송수신하는 무선 통신부; 및
    적어도 하나 이상의 송신 노드에 의한 적어도 하나 이상의 수신 노드의 간섭 정보를 적어도 하나 이상의 수신 노드로부터 수신하고, 상기 간섭 정보에 기반하여 링크 스케줄링을 수행하며, 상기 링크 스케줄링 결과에 따라 데이터를 전송하도록 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 송신 노드.
  14. 제13항에 있어서, 상기 제어부는,
    바이너리 비트 시퀀스 형식의 간섭 정보를 수신하는 것을 특징으로 하는 송신 노드.
  15. 제14항에 있어서, 상기 제어부는,
    상기 간섭 정보에 기반하여 간섭 행렬을 생성하고, 상기 생성된 간섭 행렬에 기반하여 스케줄링을 수행하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 송신 노드.
  16. 제13항에 있어서, 상기 제어부는,
    임의의 슬롯 구간에서 전송할 데이터가 없는 경우, 트래픽 오프 지시자를 전송하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 송신 노드.
  17. 제15항에 있어서, 상기 제어부는,
    임의의 송신 노드로부터 전송되는 트래픽 오프 지시자 수신 시 상기 트래픽 오프 지시자를 전송한 송신 노드에 의한 간섭 정보를 제외하여 상기 생성된 간섭 행렬을 재구성하고, 상기 재구성된 간섭 행렬에 따라 링크 스케줄링을 수행하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 송신 노드.
  18. 제13항에 있어서, 상기 제어부는,
    페이징 구간에 이어지는 간섭 정보 생성 및 공유 구간에 따른 자원을 통해 상기 간섭 정보를 수신하는 것을 특징으로 하는 송신 노드.
  19. 송신 노드와 수신 노드 간 직접 통신하는 무선 통신 시스템에서 간섭 정보를 보고하는 수신 노드에 있어서,
    송신 노드와 신호를 송수신하는 무선 통신부; 및
    적어도 하나 이상의 송신 노드로부터 전송되는 직접 전력 신호를 수신하고, 상기 수신한 직접 전력 신호에 기반하여 상기 적어도 하나 이상의 송신 노드와의 신호 대 간섭 비(Signal-to-Interference Ratio, SIR)를 계산하며, 상기 계산 결과에 기반하여 상기 적어도 하나 이상의 송신 노드에 대한 간섭 정보를 생성하고, 상기 생성된 간섭 정보를 방송하며, 상기 간섭 정보에 기반하여 생성된 링크 스케줄링에 따라 임의의 송신 노드로부터 데이터를 수신하도록 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 수신 노드.
  20. 제19항에 있어서, 상기 제어부는,
    바이너리 비트 시퀀스 형식의 간섭 정보를 생성하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 수신 노드.
  21. 제19항에 있어서, 상기 제어부는,
    상기 계산된 신호 대 간섭 비와 임의의 문턱 값을 비교하여 상기 간섭 정보를 생성하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 수신 노드.
  22. 제19항에 있어서, 상기 링크 스케줄링은,
    상기 간섭 정보에 따라 구성된 간섭 행렬에 기반하여 생성되는 것을 특징으로 하는 수신 노드.
  23. 제19항에 있어서, 상기 제어부는,
    상기 생성된 간섭 정보를 기지국으로 전송하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 수신 노드.
  24. 제19항에 있어서, 상기 제어부는,
    페이징 구간에 이어지는 간섭 정보 생성 및 공유 구간에 따른 자원을 통해 상기 간섭 정보를 수신하는 것을 특징으로 하는 수신 노드.
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