KR20150143272A - D2d 통신 시스템 및 그것을 이용한 위치 기반 주파수 자원 할당 방법 - Google Patents

D2d 통신 시스템 및 그것을 이용한 위치 기반 주파수 자원 할당 방법 Download PDF

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KR20150143272A
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Abstract

본 발명은 D 2D 통신 시스템 및 그것을 이용한 위치 기반 주파수 자원 할당 방법에 관한 것이다.
D 2D 통신 시스템의 위치 기반 주파수 자원 할당 방법에 있어서, 기지국은 셀 내의 복수의 단말기의 위치 정보와 전송률 정보를 획득하고 후보 단말기를 검색하는 단계, 상기 후보 단말기 위치 정보에 따라 복수의 셀룰러 그룹과 복수의 D 2D 그룹으로 나누어 그룹화하는 단계, 그룹별 위치를 기초로 상기 셀룰러 그룹과 상기 D 2D 그룹을 배합하는 단계, 상기 어울린 셀룰러 그룹과 D 2D 그룹에 포함되는 복수의 상기 후보 단말기들에 대하여 전송률 정보를 이용하여 각각의 그룹별로 배열하는 단계 그리고 상기 셀룰러 그룹의 후보 단말기와 상기 D 2D 그룹의 후보 단말기위 배열 순서를 이용하여 주파수 자원을 공유하도록 설정하는 단계를 포함한다.
이와 같이 본 발명에 따르면 위치 정보와 전송률 정보를 이용하여 D 2D 단말에 자원을 할당함으로써, 다운 링크 통신에서 D 2D(--) 폐어의 단말기가 동일 주파수를 공유하고 있는 셀룰러 양식의 단말기에 주는 간섭을 감소시킬 수 있으며, 시스템의 성능을 향상시킬 수 있다.

Description

D2D 통신 시스템 및 그것을 이용한 위치 기반 주파수 자원 할당 방법{D2D communication and Method for frequency resource allocation based on location using the same}
본 발명은 D2D 통신 시스템 및 그것을 이용한 위치 기반 주파수 자원 할당 방법에 관한 것으로서, 다운 링크 통신에서 D2D(Device-to-Device) 페어의 단말기가 동일 주파수를 공유하고 있는 셀룰러 모드의 단말기에게 주는 간섭을 감소시킬 수 있는 D2D 통신에서 위치 기반 주파수 자원 할당 방법에 관한 것이다.
최근 무선 이동 통신 시스템을 이용한 서비스들이 다양해짐에 따라 데이터 트래픽이 급격하게 증가하게 되었고 이러한 문제점을 해결하기 위한 방법으로 단말 간 직접통신(Device-to-Device 통신: D2D 통신)을 고려하고 있다.
D2D 통신이란 지리적으로 서로 근접한 단말기들이 기지국 또는 AP(Access Point)와 같은 기존 인프라를 거치지 않고 직접적인 데이터 송수신을 수행하는 통신 기술이다. 즉, 인프라 비용의 증가 없이 셀 경계에 위치하는 단말기들의 전송 속도를 개선할 수 있고 셀룰러 네트워크와 같은 무선 주파수 자원을 공간 재활용하므로 셀 내에 동시에 여러 개의 D2D 통신을 생성해서 셀룰러 시스템의 사용률과 주파수 효율을 높일 수 있다.
그러나 주파수 효율 향상을 위해 D2D 링크가 셀룰러 링크와 기존의 셀룰러 주파수 자원을 공유하는 과정에서 D2D 링크와 셀룰러 링크간에 상호 간섭이 발생할 수 있다.
다시 말해, D2D 통신은 주파수 자원을 재사용하여 주파수 효율을 향상시키는 반면 셀룰러 네트워크 내의 셀룰러 단말기에게 간섭을 유발한다. 이러한 간섭은 서비스 품질에 영향을 미치므로 심각한 문제로 작용한다.
이와 같은 간섭을 회피 또는 감소시키기 위해서는 송신 파워를 감소시키거나 예측한 간섭 정보를 반영하는 방법을 사용하고 있다. 기존에는 모드 셀렉션(Mode Selection) 기법을 통하여 D2D 통신이 유리한지를 판단할 수 있지만, 셀 내에 단말기가 너무 많기 때문에 기지국에서의 연산량이 증가하는 단점이 있다. 그렇기 때문에 위치기반으로 주파수 자원 공유하는 자원할당 기술이 연구되고 있다.
본 발명의 배경이 되는 기술은 대한민국 국내등록특허 제 10-1405609호(2014.06.10 공고)에 개시되어 있다.
본 발명은 다운 링크 통신에서 D2D(Device-to-Device) 페어의 단말기가 동일 주파수를 공유하고 있는 셀룰러 모드의 단말기에게 주는 간섭을 감소시킬 수 있는 D2D 통신 시스템 및 그것을 이용한 위치 기반 주파수 자원 할당 방법을 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 실시예에 따르면, D2D 통신 시스템의 위치 기반 주파수 자원 할당 방법에 있어서, 기지국은 셀 내의 복수의 단말기의 위치 정보와 전송률 정보를 획득하고 후보 단말기를 검색하는 단계, 상기 후보 단말기 위치 정보에 따라 복수의 셀룰러 그룹과 복수의 D2D 그룹으로 나누어 그룹핑하는 단계, 그룹별 위치를 기초로 상기 셀룰러 그룹과 상기 D2D 그룹을 매칭하는 단계, 상기 매칭된 셀룰러 그룹과 D2D 그룹에 포함되는 복수의 상기 후보 단말기들에 대하여 전송률 정보를 이용하여 각각의 그룹별로 배열하는 단계, 그리고 상기 셀룰러 그룹의 후보 단말기와 상기 D2D 그룹의 후보 단말기의 배열 순서를 이용하여 주파수 자원을 공유하도록 설정하는 단계를 포함한다.
상기 전송률 정보는, 신호 대 잡음비(SINR: Signal to Interference plus Noise Ratio) 또는 수신신호강도(RSSI: Received Signal Strength Indication) 정보를 포함할 수 있다.
상기 셀룰러 그룹과 상기 D2D 그룹을 매칭하는 단계는, 각각의 상기 셀룰러 그룹의 중심 위치에서 가장 멀리 위치하거나, 상기 기지국을 중심으로 상기 셀룰러 그룹의 중심 위치와의 각도가 일정 범위 이상의 위치에 위치하는 D2D 그룹을 검색하여 매칭할 수 있다.
상기 매칭된 셀룰러 그룹과 D2D 그룹의 상기 후보 단말기들을 각각의 그룹별로 배열하는 단계는, 상기 매칭된 셀룰러 그룹에 포함되는 후보 단말기들을 상기 전송률의 크기가 큰 순서대로 순차적으로 배열하고, 상기 D2D 그룹 중에서 상기 후보 단말기의 전송률이 임계값보다 작은 후보 단말기들을 상기 전송률의 크기가 작은 순서대로 순차적으로 배열할 수 있다.
상기 매칭된 셀룰러 그룹과 D2D 그룹의 상기 후보 단말기들을 각각의 그룹별로 배열하는 단계는, 상기 D2D 그룹에 속하는 후보 단말기가 셀룰러 통신을 하고 있는 경우, 상기 후보 단말기를 제외하고 그룹별로 배열할 수 있다.
상기 주파수 자원을 공유하도록 설정하는 단계는, 상기 매칭된 셀룰러 그룹 중에서 전송률이 큰 순서의 후보 단말기와 상기 매칭된 D2D 그룹 중에서 전송률이 작은 순서의 후보 단말기가 상기 주파수 자원을 공유하도록 설정할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 위치 기반 주파수 자원을 할당하기 위한 D2D 통신 시스템에 있어서, 상기 D2D 통신 시스템에 포함되는 기지국은, 셀 내의 복수의 단말기의 위치 정보와 전송률 정보를 획득하고 후보 단말기를 검색하는 검색부, 상기 후보 단말기 위치 정보에 따라 복수의 셀룰러 그룹과 복수의 D2D 그룹으로 나누어 그룹핑하는 그룹핑부, 그룹별 위치를 기초로 상기 셀룰러 그룹과 상기 D2D 그룹을 매칭하는 매칭부, 상기 매칭된 셀룰러 그룹과 D2D 그룹에 포함되는 복수의 상기 후보 단말기들에 대하여 전송률 정보를 이용하여 각각의 그룹별로 배열하는 배열부, 그리고 상기 셀룰러 그룹의 후보 단말기와 상기 D2D 그룹의 후보 단말기의 배열 순서를 이용하여 주파수 자원을 공유하도록 설정하는 제어부를 포함한다.
이와 같이 본 발명에 따르면 위치 정보와 전송률 정보를 이용하여 D2D 단말에게 자원을 할당함으로써, 다운 링크 통신에서 D2D(Device-to-Device) 페어의 단말기가 동일 주파수를 공유하고 있는 셀룰러 모드의 단말기에게 주는 간섭을 감소시킬 수 있으며, 시스템의 성능을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 D2D 통신 시스템에 포함되는 기지국의 구성도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 위치 기반 주파수 자원 할당 방법의 순서도이다.
도 3a는 본 발명의 실시예에서 셀 안에서 기지국이 검색한 후보 단말기들을 나타낸 도면이다.
도 3b는 본 발명의 실시예에서 셀 안에서 후보 단말기의 그룹핑을 나타낸 도면이다.
도 3c는 본 발명의 실시예에서 셀 안에서 그룹별 매칭하는 방법을 예시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 셀룰러 후보 단말기와 D2D 후보 단말기가 주파수 자원을 공유하도록 설정하는 것을 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 위치 기반 주파수 자원 할당 방법과 기존의 방법간의 하나의 단일 셀 내에서 스펙트럼 특성을 비교한 도면이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 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.
그러면 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다.
본 발명의 실시예에 따르면, 후보단말기들의 위치 정보와 전송률 정보를 이용하여 시스템의 성능을 향상시킬 수 있는 위치 기반 주파수 자원 할당 기술을 제안한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 D2D 통신 시스템에 포함되는 기지국의 구성도이다.
도 1과 같이, D2D 통신 시스템에 포함되는 기지국(100)은 검색부(110), 그룹핑부(120), 매칭부(130), 배열부(140) 및 제어부(150)를 포함한다.
먼저, 검색부(110)는 셀 내의 복수의 단말기의 위치 정보와 전송률 정보를 획득하면서 후보 단말기를 검색한다.
LTE release 9 표준에 따른 위치 측정(Positioning) 기술에는 A-GNSS(Assisted-Global Navigation Satellite System), E-Cell ID(Enhanced-Cell Indetification), OTDOA(Observed Time Difference Of Arrival) Positioning 등이 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 검색부(110)는 OTDOA 기술을 이용하여 단말기가 인접한 기지국들에서 받은 다운링크 참고 시그널을 통하여 TOA(Time of Arrival)를 계산해서 GPS 기술을 사용하지 않고도 단말위치를 계산할 수 있다.
또한, 전송률 정보는 신호 대 잡음비(SINR: Signal to Interference plus Noise Ratio) 또는 수신신호강도(RSSI: Received Signal Strength Indication) 정보로 나타낼 수 있다.
그룹핑부(120)는 검색부(110)에서 검색한 후보 단말기 위치 정보에 따라 복수의 셀룰러 그룹과 복수의 D2D 그룹으로 나누어 그룹핑한다.
그룹핑부(120)는 셀 내에서 위치한 복수의 후보 단말기들을 서로 가까운 거리에 위치하는 후보 단말기들끼리 하나의 그룹으로 그룹핑할 수 있다.
각각의 그룹은 주로 원형의 형태를 가지며, 동일한 반경을 가질 수 있으나, 그룹핑부(120)는 그룹핑을 할 때, 각 그룹의 영역이 서로 겹쳐지지 않도록 일정 거리를 두고 그룹핑을 할 수 있다.
매칭부(130)는 그룹별 위치를 기초로 상기 셀룰러 그룹과 상기 D2D 그룹을 매칭한다.
여기에서 그룹별 위치는 그룹 영역의 중심 위치를 나타내며, 매칭부(130)는 각 그룹의 중심 위치를 기준으로 거리를 예측하여 그룹별 매칭을 한다.
배열부(140)는 매칭된 셀룰러 그룹과 D2D 그룹에 포함되는 복수의 후보 단말기들에 대하여 전송률 정보를 이용하여 각각의 그룹별로 배열한다.
제어부(150)는 셀룰러 그룹의 후보 단말기와 D2D 그룹의 후보 단말기의 배열 순서를 이용하여 주파수 자원을 공유하도록 설정한다.
이하에서는 도 2 내지 도 3c를 통하여 본 발명의 실시예에 따른 D2D 통신 시스템에서 위치 기반의 주파수 자원할당 방법에 대하여 설명한다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 위치 기반 주파수 자원 할당 방법의 순서도이며, 도 3a는 본 발명의 실시예에서 는 셀 안에서 기지국이 검색한 후보 단말기들을 나타낸 도면이다. 도 3b는 본 발명의 실시예에서 셀 안에서 후보 단말기의 그룹핑을 나타낸 도면이며 도 3c는 본 발명의 실시예에서 셀 안에서 그룹별 매칭하는 방법을 예시한 도면이다.
본 발명의 실시예에 따르면, D2D 페어 단말기는 D2D 페어의 송신 단말기(T_DUE) 및 수신 단말기(R_DUE)로 구성된다. 셀룰러 단말기(R_CUE)는 자원이 재사용되는 셀룰러 유저(cellular user) 단말기를 의미한다.
이러한 D2D 통신에서는 두 가지 간섭 채널이 존재하는데, 하나는 R_CUE(셀룰러 단말기)와 T_DUE(D2D 페어의 송신 단말기) 사이의 간섭이고, 다른 하나는 eNB(기지국)와 R_DUE (D2D 페어의 수신 단말기) 사이의 간섭이다.
따라서, eNB(기지국)과 R_CUE(셀룰러 단말기)을 하나의 페어로 가정하고, T_DUE 및 R_DUE를 포함한 D2D 페어를 또 다른 페어로 가정하면, 두 페어 간의 거리가 멀어질수록 두 페어가 서로에게 미치는 간섭을 감소시킬 수 있다.
즉, eNB(기지국)과 R_CUE(셀룰러 단말기)의 거리가 가까울수록, 또는 eNB(기지국)과 T_DUE가 멀어질수록 두 페어 사이의 거리가 멀어지게 되므로 서로에게 미치는 간섭을 최소화할 수 있다.
여기서, 거리는 large-scale fading의 키 포인트에 해당되는 것으로서, 본 발명의 실시예에 따르면, 먼 거리의 간섭 채널을 탐색하여 간섭을 완화시키기 위한 방법을 제안하는 것이다.
본 발명의 실시예에서는, 설명의 편의상 R_CUE(셀룰러 단말기)를 셀룰러 그룹의 후보 단말기로, T_DUE(D2D 페어의 송신 단말기)를 D2D 그룹의 후보 단말기로 표현한다.
먼저, 기지국(100)은 셀 내의 복수의 단말기로부터 위치 정보와 전송률 정보를 획득하고 자원을 공유할 후보 단말기를 검색한다(S210).
기지국(100)은 셀 내의 복수의 단말기에게 스캔 신호를 보내고, 복수의 단말기들로부터 수신된 위치정보를 포함하는 응답신호를 이용하여 전송률을 획득하여, 자원을 공유할 후보 단말기를 선별한다.
여기서, 기지국(100)은 셀룰러 그룹과 D2D 그룹으로 나누어 그룹핑하기 위해서 셀룰러 후보 단말기와 D2D 후보 단말기에 대해 각각으로 나누어서 검색한다.
즉, 기지국(100)은 셀 내에 위치하는 복수의 단말기에 대해 주파수 자원을 공유할 수 있는 후보 단말기들을 도 3a와 같이 검색한다. 여기에서 전송률 정보는 신호 대 잡음비(SINR) 또는 수신신호강도(RSSI)가 해당될 수 있으며, 본 발명의 실시예에서는 SINR로 가정한다.
다음으로, 기지국(100)은 후보 단말기 위치 정보에 따라 복수의 셀룰러 그룹과 복수의 D2D 그룹으로 나누어 그룹핑한다(S220).
후보 단말기 위치 정보에 따라 그룹으로 나누는 것은 서로 근접한 위치에 있는 후보 단말기들끼리 그룹핑을 하는 것으로, 기지국(100)은 셀룰러 후보 단말기끼리 셀룰러 그룹으로 그룹핑하고, D2D 후보 단말기끼리 D2D 그룹으로 그룹핑한다.
도 3a에서 보면, 기지국(100)이 검색한 셀룰러 후보 단말기들은 상대적으로 ①과 ②의 셀룰러 후보 단말기의 거리가 근접하고, ?과 ④의 셀룰러 후보 단말기의 거리가 근접하기 때문에, 기지국(100)은 셀룰러 후보 단말기간의 위치 정보 즉, 거리상의 근접한 후보 단말들끼리 그룹핑을 한다.
또한, 기지국(100)은 도 3a 및 도 3b와 같이 ⑤, ⑥, ⑦, ⑧, ⑨, ⑩의 D2D 후보 단말기들 중 서로 근접한 위치에 있는 후보 단말들끼리 그룹핑한다. 즉, ⑤와 ⑥의 D2D 후보 단말기들이 하나의 그룹을 형성하고, ⑦과 ⑧의 D2D 후보 단말기가 그룹핑되며, ⑨와 ⑩의 D2D 후보 단말기가 그룹을 이루게 된다.
도 3b에서는 설명의 편의상 셀룰러 후보 단말기 그룹(A, B)과 D2D 후보 단말기 그룹(C, D, E)으로 그룹핑 된 것으로 예시하였다.
다음으로 기지국(100)은 그룹별 위치를 기초로 상기 셀룰러 그룹과 상기 D2D 그룹을 매칭한다(S230).
이때, 기지국(100)은 기지국(100)과 가장 가까운 셀룰러 그룹부터 매칭을 시작하게 된다. 기지국(100)은 각각의 셀룰러 그룹의 중심 위치에서 가장 멀리 위치하거나, 기지국(100)을 중심으로 셀룰러 그룹의 중심 위치와의 각도가 일정 범위 이상의 위치에 위치하는 D2D 그룹을 검색하여 기지국(100)과 가장 가까운 셀룰러 그룹과 매칭할 수 있다.
도 3b의 예에서, 기지국(100)은 기지국(100)과 가장 가까운 A 그룹부터 매칭을 시작하는 데, A 그룹의 중심 위치로부터 가장 멀리 떨어진 위치에 존재하는 D2D 그룹을 검색한다.
기지국(100)은 A 그룹에 대하여, 매칭이 가능한 후보 D2D 그룹(C, D, E 그룹) 중에서 각 그룹의 중심위치에 있어서 가장 멀리 떨어져 있는 E 그룹을 A 그룹과 매칭한다.
또한, 기지국(100)은 셀룰러 그룹에 대하여 기지국(100)을 기준으로 셀룰러 그룹의 중심 위치와의 각도가 일정 범위 내에 위치한 D2D 그룹 중에서 가장 거리가 먼 D2D 그룹을 셀룰러 그룹과 매칭시킬 수도 있다.
여기에서 기지국(100)을 중심으로 셀룰러 그룹의 중심위치와의 일정 범위 내의 각도를 지정하는 것은 사용자에 의해 용이하게 설계 변경될 수 있다.
도 3c와 같이 기지국(100)을 중심으로 셀룰러 그룹인 A 그룹의 중심 위치와의 각도를 120˚ 내지 240˚로 설정한 경우, 기지국(100)은 A 그룹의 중심과 이루는 각도가 120˚ 내지 240˚의 범위에 위치하는 D2D 그룹만을 검색한다.
즉, 도 3c에서 나타낸 것처럼, 기지국(100)은 셀 내에서 120˚ 내지 240˚범위에서 셀룰러 그룹의 중심위치에서 가장 거리가 먼 중심위치를 가지는 D2D 그룹을 검색하여 매칭할 수 있다. 따라서, 도 3c의 경우에는, 기지국(100)은 셀룰러 A 그룹에 대하여 D2D 그룹인 E 그룹을 매칭할 수 있다.
이때, 검색 대상에서 제외하는 범위와 검색 대상 범위에 걸쳐져 위치하는 그룹이 있을 경우, 그룹의 중심 위치가 어느 범위에 위치해 있는지에 따라 검색 대상에서 제외될 수도 있고, 검색 대상이 될 수도 있다.
도 3c에서 D 그룹은 검색 범위에 걸쳐져 있는데, 중심 위치가 A 그룹으로부터 240˚를 벗어난 영역에 위치해 있기 때문에, A 그룹의 매칭 대상에서 제외된다.
이와 같은 방법으로 기지국(100)은 셀룰러 그룹 B에 대해서도 가장 멀리 떨어진 D2D 그룹을 검색하여 D 그룹과 매칭한다.
이때, 어느 조건에도 해당되지 않는 C 그룹은 매칭을 하지 않는다.
다음으로 기지국(100)은 매칭된 셀룰러 그룹과 D2D 그룹에 포함되는 복수의 상기 후보 단말기들에 대하여 SINR를 이용하여 각각의 그룹별로 배열한다(S250).
기지국(100)은 매칭이 된 그룹에 포함되는 후보 단말기들을 배열하는데, 셀룰러 그룹에 포함되는 후보 단말기들 중에서 SINR의 크기가 큰 값을 가지는 후보 단말기부터 작은 값을 가지는 후보 단말기로의 순서로 순차적으로 배열한다.
또한, 기지국(100)은 D2D 그룹 중에서 후보 단말기의 SINR 값이 임계값보다 작은 후보 단말기들을 먼저 선별하고, 선별된 후보 단말기들에 대하여 SINR 값의 크기가 가장 작은 후보 단말기부터 큰 값을 가지는 후보 단말기를 순차적으로 배열할 수 있다. 여기에서 임계값은 주변의 간섭 환경에 따라 설계 변경이 가능하다.
만약 주파수 자원을 공유할 때, 셀룰러 단말기와 D2D 단말기간의 간섭을 최소화하고자 한다면 사용자는 임계값을 낮게 설정한다. 즉 기지국(100)은 임계값보다 더 낮은 SINR 값을 가진 D2D 후보 단말기만을 배열하기 때문에 신호의 세기가 약한 D2D 후보 단말기가 셀룰러 후보 단말기와 주파수 자원을 공유하게 되므로 그룹핑된 단말기 간의 간섭이 최소화 할 수 있다.
또한, 기지국(100)은 D2D 그룹의 후보 단말기를 배열함에 있어서, D2D 후보 단말기가 기지국(100)과 이미 셀룰러 통신을 하고 있는 경우, 기지국(100)은 통신을 하고 있는 D2D 후보 단말기를 제외하고 배열할 수 있다.
도 3b 및 도 3c에서는 설명의 편의상 하나의 그룹에 2개의 단말기만 포함된 것으로 설명하였으나, 실제로는 하나의 그룹에 수십 개 내지 수백 개의 단말기를 포함할 수 있다.
다음으로 기지국(100)은 그룹핑된 셀룰러 그룹의 후보 단말기와 D2D 그룹의 후보 단말기의 배열 순서를 이용하여 주파수 자원을 공유하도록 설정한다(S250).
즉, 기지국(100)은 매칭된 셀룰러 그룹 중에서 SINR 값이 큰 순서의 후보 단말기와 매칭된 D2D 그룹 중에서 SINR이 작은 순서의 후보 단말기가 주파수 자원을 공유하도록 설정한다.
이하에서는 도 4를 통하여 본 발명의 실시예에 따라 기지국(100)이 A 그룹과 E 그룹의 후보 단말기들을 배열 순서에 따라 주파수 자원을 공유하도록 설정하는 것을 설명한다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 셀룰러 후보 단말기와 D2D 후보 단말기가 주파수 자원을 공유하도록 설정하는 것을 나타낸 도면이다.
도 4에서 예시한 것처럼, 기지국(100)에 의해 매칭된 셀룰러 A 그룹과 D2D E 그룹의 후보 단말기들이 배열되어 있다. 셀룰러 A 그룹은 N개의 셀룰러 단말기(CUE 1,CUE 2, CUE 3, CUE 4, CUE 5,..., CUE N)가 그룹핑 되어 있으며, CUE N에서 CUE 1으로 갈수록 높은 SINR 값을 가지는 것으로 가정한다. 또한, D2D E 그룹은 K개의 D2D 단말기(DUE 1, DUE 3,...,DUE K-2, DUE K-1, DUE K)로 구성되어 있으며, 여기에서 SINR이 임계값 이하의 단말기 즉, 주파수 자원을 공유할 수 있는 유효한 단말기는 DUE K-2, DUE K-1, DUE K으로 가정한다.
기지국(100)은 이와 같은 배열 순서를 이용하여, SINR 값이 가장 높은 셀룰러 단말기 CUE 1과 SINR 값이 가장 낮은 D2D 단말기 DUE K이 같은 주파수 자원을 공유하도록 설정한다. 기지국(100)은 CUE 2와 DUE K-1이 같은 주파수 자원을 공유하도록 설정하며, CUE 3과 DUE K-2를 같은 주파수 자원을 공유하도록 설정한다.
한편, 기지국(100)은 셀룰러 단말기 CUE 4, 5,...,N에 대해서, 임계값 이하의 주파수 자원을 공유할 수 있는 유효한 D2D 단말기가 E 그룹에 더 이상 존재하지 않으므로, 기지국(100)은 남아 있는 A 그룹의 단말기들을 주파수 자원을 공유하도록 설정하지 않는다. 따라서, 사용자는 SINR 임계 값의 크기를 조절함으로써, 셀룰러 단말기와 매칭되는 D2D 단말기의 개수를 증가시킬 수 있다.
이하에서는 도 5를 통하여 본 발명의 실시예에 따른 시뮬레이션 결과를 설명한다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 위치 기반 주파수 자원 할당 방법과 기존의 방법간의 하나의 단일 셀 내에서 스펙트럼 효율 성능을 비교한 도면이다.
본 발명의 실시예는 멀티 셀 환경(multi-cell environment)에 있고 모든 채널은 LOS(Line-of-Sight) 채널들로 고려되었으며, 기지국(100)이 후보 단말기를 검색하기 위해 획득하는 전송률 정보에 대해 신호 대 잡음비(SINR: Signal to Interference plus Noise Ratio)를 이용한다. 경로 손실 모델은 기존의 모델을 사용하였으며 주요 파라미터는 표1과 같다.
Parameter Value
Cellular path loss 40log(d) + 13.47 -14log(h'eNB)-14log(h'UE)dB
D2D path loss 18.7log(d) + 46.8 dB
Noise power spectral
density		 -174 dBm/Hz
Bandwidth 20 MHz
본 발명의 실시예에서는 LTE-A 표준을 따르며, 하나의 셀 내에 20개의 D2D 페어와, 200개의 셀룰러 단말기가 존재하는 것을 가정한다.
도 5에서 파란색의 그래프(Proposed scheme; blue line)는 본 발명의 실시예에 따른 위치 기반 주파수 자원 할당 방법을 사용한 결과를 나타낸다. 빨간색 그래프(Random in diameter region; red line)는 종래 기술을 사용한 결과를 나타내며, 셀의 직경 영역에서 후보 단말기를 선택하되, R_CUE와 T_DUE을 랜덤하게 선택한 것이다. 그리고, 종래 기술은 본 실시예에 따른 최대-최소 SINR 기법을 사용하지 않는 것으로 설정하였다. 마지막으로 녹색의 그래프(Not in diameter region; green line)는 셀의 직경 내에서 후보 단말기를 따로 선택하지 않은 그래프이다.
도 5와 같이 후보 단말기를 선택하지 않은 세 번째 기술(green line) 보다 랜덤 하게 후보 단말기를 선택한 두 번째 기술(red line)이 전송률이 더 우수했고 이 두 기술보다도 위치 정보와 SINR 정보를 사용하여 자원을 할당하는 본 발명의 실시예가 전송률이 더욱 우수한 것을 확인할 수 있다. 이러한 시뮬레이션 결과를 통하여, 본 발명의 실시예와 같이 셀룰러 사용자 및 D2D 페어 사이의 거리를 최대화하는 것이 전송률을 높일 수 있다는 것을 확인할 수 있다.
이와 같이 본 발명의 실시예에 따르면, 위치 정보와 전송률 정보를 이용하여 D2D 단말기에게 자원을 할당함으로써, 다운 링크 통신에서 D2D(Device-to-Device) 페어의 단말기가 동일 주파수를 공유하고 있는 셀룰러 모드의 단말기에게 주는 간섭을 감소시킬 수 있으며 전송 성능을 향상시킬 수 있다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.
100: 기지국 110: 검색부
120: 그룹핑부 130: 매칭부
140: 배열부 150: 제어부

Claims (12)

  1. D2D 통신 시스템의 위치 기반 주파수 자원 할당 방법에 있어서,
    기지국은 셀 내의 복수의 단말기의 위치 정보와 전송률 정보를 획득하고 후보 단말기를 검색하는 단계;
    상기 후보 단말기 위치 정보에 따라 복수의 셀룰러 그룹과 복수의 D2D 그룹으로 나누어 그룹핑하는 단계;
    그룹별 위치를 기초로 상기 셀룰러 그룹과 상기 D2D 그룹을 매칭하는 단계;
    상기 매칭된 셀룰러 그룹과 D2D 그룹에 포함되는 복수의 상기 후보 단말기들에 대하여 전송률 정보를 이용하여 각각의 그룹별로 배열하는 단계; 및
    상기 셀룰러 그룹의 후보 단말기와 상기 D2D 그룹의 후보 단말기의 배열 순서를 이용하여 주파수 자원을 공유하도록 설정하는 단계를 포함하는 위치 기반 주파수 자원할당 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 전송률 정보는,
    신호 대 잡음비(SINR: Signal to Interference plus Noise Ratio) 또는 수신신호강도(RSSI: Received Signal Strength Indication) 정보를 포함하는 위치 기반 주파수 자원할당 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 셀룰러 그룹과 상기 D2D 그룹을 매칭하는 단계는,
    각각의 상기 셀룰러 그룹의 중심 위치에서 가장 멀리 위치하거나, 상기 기지국을 중심으로 상기 셀룰러 그룹의 중심 위치와의 각도가 일정 범위 이상의 위치에 위치하는 D2D 그룹을 검색하여 매칭하는 위치 기반 주파수 자원할당 방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 매칭된 셀룰러 그룹과 D2D 그룹의 상기 후보 단말기들을 각각의 그룹별로 배열하는 단계는,
    상기 매칭된 셀룰러 그룹에 포함되는 후보 단말기들을 상기 전송률의 크기가 큰 순서대로 순차적으로 배열하고,
    상기 D2D 그룹 중에서 상기 후보 단말기의 전송률이 임계값보다 작은 후보 단말기들을 상기 전송률의 크기가 작은 순서대로 순차적으로 배열하는 위치 기반 주파수 자원할당 방법.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 매칭된 셀룰러 그룹과 D2D 그룹의 상기 후보 단말기들을 각각의 그룹별로 배열하는 단계는,
    상기 D2D 그룹에 속하는 후보 단말기가 셀룰러 통신을 하고 있는 경우, 상기 후보 단말기를 제외하고 그룹별로 배열하는 위치 기반 주파수 자원할당 방법.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 주파수 자원을 공유하도록 설정하는 단계는,
    상기 매칭된 셀룰러 그룹 중에서 전송률이 큰 순서의 후보 단말기와 상기 매칭된 D2D 그룹 중에서 전송률이 작은 순서의 후보 단말기가 상기 주파수 자원을 공유하도록 설정하는 위치 기반 주파수 자원할당 방법.
  7. 위치 기반의 주파수 자원을 할당하기 위한 D2D 통신 시스템에 있어서,
    상기 D2D 통신 시스템에 포함되는 기지국은,
    셀 내의 복수의 단말기의 위치 정보와 전송률 정보를 획득하고 후보 단말기를 검색하는 검색부;
    상기 후보 단말기 위치 정보에 따라 복수의 셀룰러 그룹과 복수의 D2D 그룹으로 나누어 그룹핑하는 그룹핑부;
    그룹별 위치를 기초로 상기 셀룰러 그룹과 상기 D2D 그룹을 매칭하는 매칭부;
    상기 매칭된 셀룰러 그룹과 D2D 그룹에 포함되는 복수의 상기 후보 단말기들에 대하여 전송률 정보를 이용하여 각각의 그룹별로 배열하는 배열부; 및
    상기 셀룰러 그룹의 후보 단말기와 상기 D2D 그룹의 후보 단말기의 배열 순서를 이용하여 주파수 자원을 공유하도록 설정하는 제어부를 포함하는 D2D 통신 시스템.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 전송률 정보는,
    신호대 잡음비(SINR: Signal to Interference plus Noise Ratio) 또는 수신신호강도(RSSI: Received Signal Strength Indication) 정보를 포함하는 D2D 통신 시스템.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 매칭부는,
    각각의 상기 셀룰러 그룹의 중심 위치에서 가장 멀리 위치하거나, 상기 기지국을 중심으로 상기 셀룰러 그룹의 중심 위치와의 각도가 일정 범위 이상의 위치에 위치하는 D2D 그룹을 검색하여 매칭하는 D2D 통신 시스템.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 배열부는,
    상기 매칭된 셀룰러 그룹에 포함되는 후보 단말기들을 상기 전송률의 크기가 큰 순서대로 순차적으로 배열하고,
    상기 D2D 그룹 중에서 상기 후보 단말기의 전송률이 임계값보다 작은 후보 단말기들을 상기 전송률의 크기가 작은 순서대로 순차적으로 배열하는 D2D 통신 시스템.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 배열부는,
    상기 D2D 그룹에 속하는 후보 단말기가 셀룰러 통신을 하고 있는 경우, 상기 후보 단말기를 제외하고 그룹별로 배열하는 D2D 통신 시스템.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 매칭된 셀룰러 그룹 중에서 전송률이 큰 순서의 후보 단말기와 상기 어울린 D 2D 그룹 중에서 전송률이 낮은 순서의 후보 단말기가 상기 주파수 자원을 공유하도록 설정하는 D 2D 통신 시스템.
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