KR20150116551A - 단말간 직접 통신을 이용하여 데이터를 전송하는 장치 - Google Patents

Abstract

기지국과 통신하는 셀룰러 통신 모드 및 인접한 이웃 단말과 통신하는 D2D 통신 모드 중 하나를 선택하는 선택 신호를 전달하는 기저대역 모뎀부, 그리고 선택 신호를 통해 셀룰러 통신 모드 및 D2D 통신 모드 중 하나를 선택하여 데이터를 전송하는 디지털 중간 주파수부를 포함하는 D2D 통신을 통해 데이터를 송신할 수 있는 단말 장치가 제공된다.

Description

단말간 직접 통신을 이용하여 데이터를 전송하는 장치 {Apparatus for data transmission using D2D communication}

본 발명은 단말간 직접 통신을 이용하여 데이터를 전송할 수 있는 장치에 관한 것이다.

최근 스마트폰의 급격한 보급으로 인하여 모바일 데이터 트래픽이 증가하고 있다. 이에 대한 해결책으로 사람과 사물 사이의 통신 기술 또는 사물 사이의 통신 기술이 제안되고 있는데, 이 경우에도 기지국으로 전송되는 트래픽은 여전히 급증할 것으로 예상되고 있다.

한편, 단말간 직접 통신(device to device telecommunication, D2D 통신)은 기지국을 이용하지 않고 인접한 단말(노드) 사이에서 트래픽을 직접 전달할 수 있는 분산형 통신 방법이다. D2D 통신은 기지국으로 집중되는 트래픽을 분산시켜 트래픽 과부하를 방지하고, 인접한 단말 간의 높은 전송 속도, 낮은 전송 시간, 그리고 저전력 소모 등의 이점을 구현할 수 있다. 이러한 D2D 통신은 차세대 이동통신 기술인 B4G(Beyond 4 Generation) 이동통신 기술의 요소 기술로서 주목 받고 있다.

본 발명이 이루고자 하는 과제는, 셀룰러 네트워크와 D2D 네트워크 중 하나를 선택하여 데이터를 전송할 수 있는 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 특징에 따르면 D2D 통신을 통해 데이터를 송신하는 단말 장치가 제공된다. 상기 단말 장치는, 기지국과 통신하는 셀룰러 통신 모드 및 인접한 이웃 단말과 통신하는 D2D 통신 모드 중 하나를 선택하는 선택 신호를 전달하는 기저대역 모뎀부, 그리고 선택 신호를 통해 셀룰러 통신 모드 및 D2D 통신 모드 중 하나를 선택하여 데이터를 전송하는 디지털 중간 주파수부를 포함한다.

본 발명의 한 실시 예에 따르면, D2D 통신이 가능한 단말을 이용하여 별도의 통신 장비 없이 부하를 수용함으로써 무선 트래픽에 대한 분담 효과를 기대할 수 있다. 또한, D2D 통신을 통해 기지국의 부하를 줄이고, 단말의 전송 전력을 낮출 수 있으며, 주파수 재사용률을 높일 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 D2D 통신 네트워크를 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 D2D 단말을 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 다른 D2D 통신의 모드를 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 D2D 통신의 이중화 구조를 나타낸 도면이다.

아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시 예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시 예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.

명세서 전체에서 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 "…부", "…유닛", "…기", "모듈", "블록" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 소프트웨어나 마이크로 프로세서 등의 하드웨어 또는 소프트웨어 및 하드웨어의 결합으로 구현될 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 D2D 통신 네트워크를 나타낸 도면이다.

도 1을 참조하면, 기지국1(100)의 커버리지(coverage)에는 단말1(110) 및 단말3(130)이 포함되어 있고, 기지국2(140)의 커버리지에는 단말2(120)가 포함되어 있다. 단말1(110) 및 단말2(120)는 서로 D2D 통신 링크를 형성할 수 있고, 단말3(130)은 기지국1(100)과 셀룰러 통신 링크를 형성하고 있다. 단말3(130)은 기지국1(100)과 통신하기 위해, 기지국과 상향 및 하향 링크를 설정하고 상향 채널 및 하향 채널에서 데이터를 두 차례 전송한다.

단말1(110)과 단말2(120)는 다음 세 단계를 통해 D2D 통신을 수행하고 있다.

1. 먼저 D2D 통신이 가능한 주변 D2D 단말을 탐색하는 단말 탐색 단계

2. D2D 단말 중 데이터를 전송할 단말을 결정하고, 결정한 D2D 단말과 무선 링크를 연결하는 링크 설정 단계

3. 마지막으로, 무선 링크를 이용하여 데이터를 전송하는 데이터 전송 단계

우선, 단말 탐색 단계에서 각각의 D2D 단말은 다른 D2D 단말이 자신을 탐색할 수 있도록 탐색 신호를 송신하고 다른 D2D 단말이 송신한 탐색 신호를 수신함으로써, D2D 통신이 가능한 D2D 단말이 자신의 커버리지 포함됨을 인지한다.

다음, 링크 설정 단계에서 D2D 단말은 탐색 신호를 송신한 단말 중 하나의 단말로 링크 설정을 요청하는 신호를 전송하고, 링크 설정 요청 신호를 수신한 단말은 응답 신호를 전송한다. 즉, 이 단계에서 D2D 통신 링크가 생성된다.

마지막으로, 데이터 전송 단계에서 단말1(110)은 단말2(120)에게 데이터를 전송하기 위한 연결을 요청한다. 이때 단말1(110)과 단말2(120)는 기지국(100)의 커버리지에 포함된다. 아래에서는 각 기지국과 단말 사이에서 D2D 통신 링크를 생성하는 방법을 상세히 설명한다.

먼저 각 기지국은 단말의 위치를 확인한다. 본 발명의 실시 예에서는 기지국1(100)의 커버리지에 단말1(110)이 포함되고, 기지국2(140)의 커버리지에 단말2(120)가 포함되는 것으로 한다.

단말1(110)이 단말2(120)로 데이터를 전송하기 위해 기지국1(100)으로 메시지를 전송하면, 기지국1(10)은 셀룰러 네트워크의 코어 네트워크(예를 들어, 진화된 패킷 코어(Evolved Packet Core, EPC) 등)를 통해 기지국2(140)로 메시지를 전달한다. 이때, 기지국1(100)은 메시지를 수신할 기지국2(140)에서 두 단말(단말1 및 단말2)이 서로 인접한 셀에 위치하는지 판단하는 것을 돕기 위해, 자신의 기지국 아이디(Identification, ID)를 전달하는 메시지에 포함시킨다.

이후, 코어 네트워크는 기지국2(140)로 기지국1(100)의 ID가 포함된 메시지를 전달한다. 기지국2(140)는 메시지에 포함된 기지국1(100)의 ID와 자신이 가지고 있는 인접 기지국 목록에 포함된 복수의 기지국의 ID를 비교하여, 단말1(110)와 단말2(120)가 서로 인접한 셀에 위치하고 있는지 판단한다.

두 단말(단말1 및 단말2)이 서로 인접한 셀에 위치하고 있는 것으로 확인되면, 기지국2는 D2D 통신 요청 신호(D2D communication request)를 기지국1(100)로 보낸다. 즉, 기지국2(140)는 D2D 통신 요청 신호를 통해 기지국1(100)에게 두 단말(단말1 및 단말2)이 서로 D2D 통신을 할 수 있음을 알려줄 수 있다.

기지국2(140)로부터 D2D 통신 요청 신호를 수신한 기지국1(100)은 D2D 통신 응답 신호(D2D communication response)를 기지국2(140)로 보낸다.

이후, 각 기지국(기지국1 및 기지국2)은 단말1(110) 및 단말2(120)로 D2D 의사 결정에 필요한 정보를 각각 요청(information request)한다. 즉, 기지국1(100)은 단말1(110)로 정보를 요청하고, 기지국2(140)는 단말2(120)로 정보를 요청한다. 그리고 각 단말(단말1 및 단말2)은 기지국1(100) 및 기지국2(140)에게 각각 자신의 정보를 전달한다.

각 기지국에서 각 단말로부터 각 단말의 정보를 수신하면, 기지국2(140)는 D2D 통신 결정 메커니즘을 수행하기 위해 기지국1(100)에게 단말2(120)의 정보를 전송한다. 기지국1(100)은 각 단말(단말1 및 단말2)의 정보를 이용하여 미리 정해진 판단 기준에 따라 D2D 통신을 이용하는 것이 좋은지, 셀룰러 통신을 이용하는 것이 좋은지 판단한다. 이때, 판단 기준은 성능 평가를 통해 얻은 거리, 위치, 신호 세기 등의 정보에 관한 임계값을 포함한다.

기지국1(100)에서 D2D 통신 결정 메커니즘에 따라 D2D 통신의 성능이 셀룰러 통신보다 좋다고 결정한 경우, 기지국1(100)은 D2D 통신 연결 요청 신호를 기지국2(140)로 전송한다. 이때, 기지국1(100)은 D2D 통신에 할당할 주파수를 결정하기 위한 기지국1의 주파수 할당 목록을 함께 전송한다.

이후, 기지국2(140)는 자신의 주파수 할당 목록과 기지국1(100)의 주파수 할당 목록 정보를 비교하여 D2D 통신에 할당할 주파수를 결정한다.

D2D 통신에 할당할 주파수가 결정되면, 기지국2(140)는 기지국1(100)에게 D2D 통신 연결 요청 신호(D2D bearer establishment request)를 전송한다. 이때, D2D 통신 연결 요청 신호에는 결정된 주파수 정보가 포함된다. 이후, 기지국1(100)이 기지국2(140)에게 D2D 통신 연결 응답 신호(D2D bearer establishment response)를 전송하면, D2D 통신이 가능한 상태가 된다.

이후, 각 기지국은 단말1(110) 및 단말2(120)에게 D2D 통신 요청 신호를 전송함으로써 D2D 통신으로 연결할 것을 알린다. 각 단말이 각 기지국에게 D2D 통신 응답 신호를 전송하면, D2D 통신 설정이 완료되고, D2D 통신 링크가 생성된다.

이후, 단말1(110) 및 단말2(120) 사이에서는 기지국을 거치지 않고 D2D 통신 링크를 통해 데이터가 전송된다.

한편, 각 기지국은 D2D 통신의 관리를 위해 단말의 이동, 채널 상태, 통신 상태 등의 정보를 알아야 한다. 또한, 각 기지국은 과금을 위해 주고 받은 데이터양에 대한 정보도 알아야 한다. 이를 위해, 각 기지국과 단말은 주기적으로 제어 신호를 주고 받을 수 있다.

도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 D2D 단말을 나타낸 도면이다.

도 2를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 D2D 단말은 기저대역 모뎀(210), 디지털 중간 주파수(digital intermediate frequency, DIF)부(220), 그리고 RF(radio frequency)부(230)를 포함한다. DIF부(220)는 하나의 송신단(221)과 두 개의 수신단(222)을 포함하고(1TX-2RX 구조), RF부(230)는 송신 주파수 대역 통과 필터(band pass filter, BPF)(231) 및 수신 주파수 BPF(232)를 포함한다.

기저대역 모뎀은, DIF부의 송신단으로 송신 데이터를 전달하고, DIF부의 수신단으로부터 수신 데이터를 수신한다. 그리고, 기저대역 모뎀은 송신 데이터를 전달할 때, DIF부로 선택 송신 신호도 전달한다.

DIF부의 송신단은 업링크(up link, UL)를 통해 기저대역 모뎀으로부터 수신한 송신 데이터를 전송한다. DIF부의 송신단은 UL을 통해 데이터를 송신하는 송신 모듈과 데이터를 송신할 네트워크를 선택하는 선택 모듈을 포함한다.

이때, 송신단에 포함된 선택 모듈은 기저대역 모뎀에서 전송된 선택 송신 신호에 따라 데이터를 전송할 네트워크를 선택할 수 있다. 즉, 선택 모듈은 선택 송신 신호를 이용하여 송신 데이터를 전송할 네트워크를 선택할 수 있다. 선택 송신 신호에 따라 결정될 수 있는 네트워크는 기지국과 통신하는 셀룰러 네트워크 및 이웃 단말과 통신하는 D2D 네트워크이다. 본 발명의 한 실시 예에 따르면, 선택 송신 신호가 '0'인 경우 송신단은 셀룰러 네트워크로 데이터를 송신하고, 선택 송신 신호가 '1'인 경우 송신단은 D2D 네트워크로 데이터를 송신할 수 있다.

DIF부의 수신단은 셀룰러 네트워크의 다운링크(down link, DL)를 통해 수신된 신호 및 D2D 네트워크의 UL을 통해 수신된 신호를 기저대역 모뎀으로 전달한다. 즉, DIF부의 수신단은 다른 D2D 단말로부터 신호를 수신하는 모듈과 기지국으로부터 신호를 수신하는 두 개의 수신 모듈을 포함한다.

RF부는 송신 주파수 BPF 및 수신 주파수 BPF를 이용하여 송수신 신호의 주파수를 대역 통과 필터링한다.

도 3은 본 발명의 실시 예에 다른 D2D 통신의 모드를 나타낸 도면이다.

본 발명의 실시 예에 따르면, D2D 통신이 가능한 단말은 셀룰러 네트워크를 기반으로 하고 있기 때문에, D2D 통신뿐만 아니라 기지국을 통하여 데이터를 주고 받는 일반적인 셀룰러 모드의 통신도 가능하다.

도 3을 참조하면, D2D 통신이 가능한 단말에서 선택할 수 있는 통신 모드는 재사용 모드, 전용자원 할당모드, 셀룰러 모드를 포함한다.

재사용 모드는, 이웃 단말로 데이터를 전송할 때 셀룰러 통신과 D2D 통신 사이에서 자원을 공유하는 모드이다.

전용자원 할당모드는, 셀룰러 통신과 D2D 통신에 사용되는 자원의 비율이 미리 정해진 모드이다.

셀룰러 모드는, 일반적인 셀룰러 통신과 같이 기지국의 커버리지에 포함된 복수의 단말이 자원을 나누어 사용하는 모드이다.

본 발명의 실시 예에서는 D2D 통신이 가능한 단말에서 최적의 통신 모드를 적절히 선택하는 방법을 제공한다.

도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 D2D 통신의 이중화 구조를 나타낸 도면이다.

도 4를 송신 측면에서 참조하면, 기지국은 DL 밴드의 전부를 이용하여 DL 제어 채널 및 D2D 제어 채널을 기지국의 커버리지에 포함된 단말로 송신한다. 하지만, 단말은 UL 밴드의 일부를 이용하여 UL 제어 채널을 기지국으로 송신하고, UL 밴드의 다른 일부를 이용하여 D2D 제어 채널을 송신한다.

D2D 통신에서, 단말1(110)은 UL 밴드의 일부를 이용하여 단말2(120)에게 데이터를 송신할 수 있고, 동시에 단말2(120)는 UL 밴드의 일부를 이용하여 단말1(110)로부터 데이터를 수신할 수 있다. 또한, 단말2(120)도 UL 밴드의 일부를 이용하여 단말1(110)에게 데이터를 송신할 수 있고, 동시에 단말1(110)은 UL 밴드의 일부를 이용하여 단말2(120)로부터 데이터를 수신할 수 있다. 즉, D2D 통신에서 이중화(duplexing)는 UL 밴드를 통해 이루어질 수 있다.

위와 같이 본 발명의 실시 예에 따르면, D2D 통신이 가능한 단말을 이용하여 별도의 통신 장비 없이 부하를 수용함으로써 무선 트래픽에 대한 분담 효과를 기대할 수 있다. 또한, D2D 통신을 통해 기지국의 부하를 줄이고, 단말의 전송 전력을 낮출 수 있으며, 주파수 재사용률을 높일 수 있다.

이상에서 본 발명의 실시 예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.

Claims (1)

1. 단말간 직접 통신(Device to Device telecommunication, D2D 통신)을 통해 데이터를 송신하는 단말 장치로서,
   기지국과 통신하는 셀룰러 통신 모드 및 인접한 이웃 단말과 통신하는 D2D 통신 모드 중 하나를 선택하는 선택 신호를 전달하는 기저대역 모뎀부, 그리고
   상기 선택 신호를 통해 상기 셀룰러 통신 모드 및 D2D 통신 모드 중 하나를 선택하여 상기 데이터를 전송하는 디지털 중간 주파수부
   를 포함하는 단말 장치.

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