KR20160052981A - D2d 링크의 자원 할당 및 데이터 송수신 방법 - Google Patents

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KR20160052981A
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조은선
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Abstract

기지국의 셀룰러 자원 중 D2D 링크에 할당할 D2D 링크 자원을 결정하는 단계, 그리고 D2D 링크 자원에 관한 정보가 포함된 업링크 제어 정보를 상기 기지국과 연결된 복수의 셀룰러 단말 중 상기 D2D 링크로 연결된 적어도 두 개의 단말로 전송하는 단계를 포함하는 기지국의 D2D 링크에 대한 자원 할당 방법 및, 셀룰러 자원의 유휴 구간을 탐색하는 단계, 단말이 포함된 커버리지의 기지국으로 유휴 구간에 대한 탐색 결과를 전송하는 단계, 탐색 결과에 따라 결정된 자원 정보를 수신하는 단계, 그리고 자원 정보를 바탕으로 D2D 링크를 통해 이웃 단말과 데이터를 송수신하는 단계를 포함하는 단말의 데이터 송수신 방법이 제공된다.

Description

D2D 링크의 자원 할당 및 데이터 송수신 방법 {Method of resource allocation and data communication for D2D link}
본 발명은 기지국이 D2D 링크에 자원을 할당하는 방법 및 단말이 D2D 링크를 통해 데이터를 송수신 하는 방법에 관한 것이다.
통상, 장비간 통신(device to device, D2D) 기술은 와이파이 다이렉트(WiFi Direct), 블루투스(blutooth)와 같은 산업과학의료(Industrial Scientic and Medical, ISM) 대역에서 기술 개발 및 표준화가 이루어 진다. 하지만, 최근 면허 대역에 속하는 셀룰러 시스템에서 D2D 통신을 지원하기 위한 기술 개발 및 표준화가 진행되고 있다.
셀룰러 시스템에서 근접한 사용자 단말(user equipment, UE)끼리 D2D 통신을 하게 되면, 기지국의 부하를 분산시킬 수 있고, 단거리 전송을 통해 단말의 전력소모를 줄일 수 있으며, 전송 지연 또한 줄일 수 있다. 전체적인 시스템의 관점에서 셀룰러 무선 자원을 D2D 통신에서 공간적으로 재활용함으로써 주파수 이용 효율을 향상시킬 수 있는 효과도 있다.
하지만, D2D 통신에서 셀룰러 시스템의 무선 자원을 사용할 경우 필연적으로 간섭 문제가 발생할 수 있다. 이러한 간섭을 적절하게 제어하지 못할 경우 D2D 통신은 물론 기존의 셀룰러 시스템의 기본 기능에도 문제가 발생할 수 있다.
본 발명이 이루고자 하는 과제는 셀룰러 자원의 일부를 UE 간 D2D 통신에 효율적으로 할당하기 위한 자원 할당 방법 및 UE 간 D2D 데이터 송수신 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 한 특징에 따르면, 기지국이 D2D 링크에 자원을 할당하는 방법이 제공된다. 상기 자원 할당 방법은, 기지국의 셀룰러 자원 중 D2D 링크에 할당할 D2D 링크 자원을 결정하는 단계, 그리고 D2D 링크 자원에 관한 정보가 포함된 업링크 제어 정보를 기지국과 연결된 복수의 셀룰러 단말 중 D2D 링크로 연결된 적어도 두 개의 단말로 전송하는 단계를 포함한다.
상기 자원 할당 방법에서 결정하는 단계는, 적어도 두 개의 단말 중 제1 단말로 셀룰러 자원의 유휴 구간 탐색을 지시하는 단계, 제1 단말로부터 지시에 대한 제1 유휴 구간 탐색 결과를 수신하는 단계, 그리고 제1 유휴 구간 탐색 결과를 바탕으로 D2D 링크 자원을 결정하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 자원 할당 방법에서 제1 유휴 구간 탐색 결과를 바탕으로 D2D 링크 자원을 결정하는 단계는, 제1 유휴 구간 탐색 결과를 통해 셀룰러 단말 중 D2D 링크와 가장 간섭이 적은 제1 원격 단말을 결정하는 단계, 그리고 제1 원격 단말에 할당된 셀룰러 자원을 D2D 링크 자원으로 결정하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 자원 할당 방법은, 적어도 두 개의 단말 중 제2 단말로부터, 유휴 구간 탐색 요청을 수신하는 단계, 셀룰러 자원에 관한 스케줄링 정보에 접속하는 단계, 그리고 제1 단말로 유휴 구간 탐색을 재지시 하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 자원 할당 방법은, 갱신된 채널 품질 정보 리포트를 제1 단말로부터 수신하는 단계, 셀룰러 자원에 관한 스케줄링 정보에 접속하는 단계, 그리고 제1 단말로 유휴 구간 탐색을 재지시 하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 자원 할당 방법은, 제1 단말로부터 재지시에 대한 제2 유휴 구간 탐색 결과를 수신하는 단계, 그리고 제2 유휴 구간 탐색 결과를 바탕으로 D2D 링크 자원을 결정하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 자원 할당 방법에서 제2 유휴 구간 탐색 결과를 바탕으로 D2D 링크 자원을 결정하는 단계는, 제2 유휴 구간 탐색 결과를 통해 셀룰러 단말 중 D2D 링크와 가장 간섭이 적은 제2 원격 단말을 결정하는 단계, 그리고 제2 원격 단말에 할당된 셀룰러 자원을 D2D 링크 자원으로 결정하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 특징에 따르면, 기지국이 D2D 링크에 자원을 할당하는 방법이 제공된다. 상기 자원 할당 방법은, 기지국의 셀룰러 자원 중 D2D 링크에 할당할 D2D 링크 자원을 결정하는 단계, D2D 링크 자원에 관한 스케줄링 정보를 기지국의 이웃 기지국으로 전송하는 단계, 이웃 기지국으로부터 응답을 수신하는 단계, 스케줄링 정보를 D2D 링크로 연결된 적어도 두 개의 단말 중 제1 단말로 전송하는 단계, 그리고 제1 단말로부터 응답을 수신하면, 제1 단말로 D2D 링크 자원에 관한 정보가 포함된 업링크 제어 정보를 전송하는 단계를 포함한다.
상기 자원 할당 방법에서 결정하는 단계는, 제1 단말로 셀룰러 자원의 유휴 구간 탐색을 지시하는 단계, 제1 단말로부터 지시에 대한 제1 유휴 구간 탐색 결과를 수신하는 단계, 그리고 제1 유휴 구간 탐색 결과를 바탕으로 D2D 링크 자원을 결정하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 자원 할당 방법에서 제1 유휴 구간 탐색 결과를 바탕으로 D2D 링크 자원을 결정하는 단계는, 제1 유휴 구간 탐색 결과를 통해 셀룰러 단말 중 D2D 링크와 가장 간섭이 적은 제1 원격 단말을 결정하는 단계, 그리고 제1 원격 단말에 할당된 셀룰러 자원을 D2D 링크 자원으로 결정하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 자원 할당 방법은 이웃 기지국으로부터 유휴 구간 탐색 요청을 수신하는 단계, 셀룰러 자원에 관한 스케줄링 정보에 접속하는 단계, 그리고 제1 단말로 유휴 구간 탐색을 재지시 하는 단계를 더 포함하고, 유휴 구간 탐색 요청은 적어도 두 개의 단말 중 제2 단말이 전송한 요청일 수 있다.
상기 자원 할당 방법은, 갱신된 채널 품질 정보 리포트를 제1 단말로부터 수신하는 단계, 셀룰러 자원에 관한 스케줄링 정보에 접속하는 단계, 그리고 제1 단말로 유휴 구간 탐색을 재지시 하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 자원 할당 방법은 제1 단말로부터 재지시에 대한 제2 유휴 구간 탐색 결과를 수신하는 단계, 그리고 제2 유휴 구간 탐색 결과를 바탕으로 D2D 링크 자원을 결정하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 자원 할당 방법에서 제2 유휴 구간 탐색 결과를 바탕으로 D2D 링크 자원을 결정하는 단계는, 제2 유휴 구간 탐색 결과를 통해 셀룰러 단말 중 D2D 링크와 가장 간섭이 적은 제2 원격 단말을 결정하는 단계, 그리고 제2 원격 단말에 할당된 셀룰러 자원을 D2D 링크 자원으로 결정하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 특징에 따르면, D2D 링크를 이용하여 이웃 단말과 데이터를 송수신하는 방법이 제공된다. 상기 데이터 송수신 방법은, 셀룰러 자원의 유휴 구간을 탐색하는 단계, 단말이 포함된 커버리지의 기지국으로 유휴 구간에 대한 탐색 결과를 전송하는 단계, 탐색 결과에 따라 결정된 자원 정보를 수신하는 단계, 그리고 자원 정보를 바탕으로 D2D 링크를 통해 이웃 단말과 데이터를 송수신하는 단계
를 포함하는 데이터 송수신 방법.
상기 데이터 송수신 방법은, 탐색하는 단계 이전에, 기지국으로부터 유휴 구간에 대한 탐색 지시를 수신하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 데이터 송수신 방법은 D2D 링크의 채널 품질 정보를 갱신하여 기지국으로 전송하는 단계, 기지국으로부터 유휴 구간에 대한 재탐색 지시를 수신하는 단계, 그리고 셀룰러 자원의 유휴 구간을 재탐색 하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 데이터 송수신 방법에서 자원 정보는, 기지국과 연결된 복수의 셀룰러 단말 중 D2D 링크와 가장 간섭이 적은 원격 단말에 할당된 셀룰러 자원에 관한 정보를 포함할 수 있다.
본 발명의 한 실시 예에 따르면, 셀룰러 자원의 일부를 D2D 링크에 할당할 때 셀룰러 주파수의 공간적인 재활용율을 높임으로써 기존 매크로셀의 성능 저하 없이 D2D 링크를 활용할 수 있다. 또한, D2D 링크를 통한 단말간 데이터 송수신시에도, 무선 상황의 동적 변화에 효과적으로 대응할 수 있다.
도 1은 본 발명의 한 실시 예에 따른 기지국의 스케줄러가 D2D 링크를 위한 자원을 할당하는 네트워크를 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 한 실시 예에 따른 UE에서 D2D 링크를 위한 자원을 획득하는 방법을 나타낸 흐름도이다.
도 3은 본 발명의 한 실시 예에 따른 UE에서 측정한 스펙트럼 센싱 결과를 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 한 실시 예에 따른 셀룰러 이동 통신 네트워크의 스케줄링 로그를 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 한 실시 예에 따른 D2D 통신 네트워크의 스케줄링 로그를 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 복수의 기지국의 스케줄러가 D2D 링크를 위한 자원을 할당하는 네트워크를 나타낸 도면이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 UE에서 D2D 링크를 위한 자원을 획득하는 방법을 나타낸 흐름도이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 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 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, 이동국(mobile station, MS)은 단말(terminal), 이동 단말(mobile terminal, MT), 진보된 이동국(advanced mobile station, AMS), 고신뢰성 이동국(high reliability mobile station, HR-MS), 가입자국(subscriber station, SS), 휴대 가입자국(portable subscriber station, PSS), 접근 단말(access terminal, AT), 사용자 장비(user equipment, UE) 등을 지칭할 수도 있고, MT, MS, AMS, HR-MS, SS, PSS, AT, UE 등의 전부 또는 일부의 기능을 포함할 수도 있다.
또한, 기지국(base station, BS)은 진보된 기지국(advanced base station, ABS), 고신뢰성 기지국(high reliability base station, HR-BS), 노드B(node B), 고도화 노드B(evolved node B, eNodeB), 접근점(access point, AP), 무선 접근국(radio access station, RAS), 송수신 기지국(base transceiver station, BTS), MMR(mobile multihop relay)-BS, 기지국 역할을 수행하는 중계기(relay station, RS), 기지국 역할을 수행하는 중계 노드(relay node, RN), 기지국 역할을 수행하는 진보된 중계기(advanced relay station, ARS), 기지국 역할을 수행하는 고신뢰성 중계기(high reliability relay station, HR-RS), 소형 기지국[펨토 기지국(femoto BS), 홈 노드B(home node B, HNB), 홈 eNodeB(HeNB), 피코 기지국(pico BS), 메트로 기지국(metro BS), 마이크로 기지국(micro BS) 등] 등을 지칭할 수도 있고, ABS, 노드B, eNodeB, AP, RAS, BTS, MMR-BS, RS, RN, ARS, HR-RS, 소형 기지국 등의 전부 또는 일부의 기능을 포함할 수도 있다.
도 1은 본 발명의 한 실시 예에 따른 기지국의 스케줄러가 D2D 링크를 위한 자원을 할당하는 네트워크를 나타낸 도면이다.
도 1을 참조하면, 하나의 기지국(100)(eNodeB, eNB)에는 일곱 개의 UE(UE1 내지 UE7)이 접속되어 있다. 기지국(100)의 스케줄러는 기지국(100)에 접속된 UE에게 업링크/다운링크 자원을 할당하고, 각 UE는 할당된 자원을 통해 기지국(100)과 데이터를 송수신 할 수 있다.
이때, UE5(115)와 UE6(116)가 서로 근접해 있으므로 D2D 링크를 통해 데이터를 직접 송수신하고자 하는 경우, 기지국(100)의 스케줄러는 셀에 할당된 기존 셀룰러 업링크 자원에서 D2D 링크를 위한 자원을 할당해야 한다. 이 경우 UE5 및 UE6(116) 사이에 생성될 D2D 링크에 간섭을 줄 수 있는 링크는, UE1(111), UE2(112), UE3(113), UE4(114) 및 UE7(117)에서 기지국(100)으로의 업링크와, UE5(115) 및 UE6(116)에서 기지국(100)으로의 업링크가 있다.
현재 셀의 트래픽 부하가 그리 높지 않다면, 남는 업링크 자원을 D2D 링크에 배분할 수 있다. 하지만, 현재 셀의 트래픽 부하가 높거나 D2D 링크가 셀룰러 자체의 업링크 자원에 영향을 않도록 하겠다는 정책이 적용되고 있다면, D2D 링크에 간섭을 주지 않는 UE를 파악하고, 그 UE에 할당된 업링크 자원을 D2D 링크에 배분할 수 있다.
도 1을 참조하면, UE1(111), UE2(112), UE3(113) 및 UE4(114)의 기지국(100)에 대한 업링크에 비해 UE7(117)의 기지국(100)에 대한 업링크는 UE5(115) 및 UE6(116) 사이의 D2D 링크에 간섭을 적게 주고 있다. 따라서 기지국(100)의 스케줄러는 UE7(117)에 할당된 업링크 자원을 UE5(115) 및 UE6(116) 사이의 D2D 링크에 재할당 할 수 있다. 본 발명에서는 D2D 링크로부터 멀리 떨어져 있어서 D2D 링크에 간섭을 적게 주는 단말을 원격 UE(Remote UE, RUE)라고 한다. 도 1과 같은 경우 UE7(117)이 RUE가 될 수 있다. 본 발명에서 RUE는 D2D 링크로부터 먼 곳에 위치한 단말로 선정될 수 있지만, 주파수 및 주변의 통신 환경에 따라 D2D 링크로부터 가장 먼 곳에 위치한 단말이 아니더라도 RUE로 선정될 수 있다.
도 2는 본 발명의 한 실시 예에 따른 UE에서 D2D 링크를 위한 자원을 획득하는 방법을 나타낸 흐름도이다.
도 1 및 2를 참조하면, UE5(115) 및 UE6(116)는 기지국(100)을 통해 셀룰러 트래픽 경로를 확보하고 있다. 도 2에서 UE5(115)의 셀룰러 트래픽 경로는 게이트웨이(gateway, GW) ↔ S1-U ↔ 기지국(eNB) ↔ UE5(115)이고, UE6(116)의 셀룰러 트래픽 경로는 GW ↔ S1-U ↔ eNB ↔ UE6(116)이다.
UE5(115)와 UE6(116)는 서로가 근접한 위치에 있음을 확인하고, UE5(115)에서 UE6(116)로의 D2D 링크를 설정하기로 결정한다(S201). 이때, UE5(115) 및 UE6(116)는 복잡한 절차를 통해 서로의 근접성을 확인하고, D2D 링크 설정은 각 UE의 도움을 받은 네트워크에서 결정된다. 본 발명의 실시 예에서 UE 간 D2D 링크는 eNB를 통해 설정될 수 있다. eNB는 UE5(115)에게 근접 신호(proximity signal)를 전송할 것을 지시하고, UE6(116)에게 근접 신호를 수신할 것을 지시한다. 또는 eNB는 UE6(116)에게 근접 신호(proximity signal)를 전송할 것을 지시하고, UE5(115)에게 근접 신호를 수신할 것을 지시한다. 또는 서로 인근에 위치한 것으로 판단되는 적어도 두 개의 UE가 서로 근접 신호를 송신하고 서로 상대방의 근접 신호를 수신할 수 있다. 이후, eNB는 근접 신호를 수신한 UE로부터 결과를 수신하여 UE5(115) 및 UE6(116)의 근접성을 확인하고, 셀룰러 자원에서 D2D 자원을 할당할 수 있다.
본 발명에서는 D2D 링크 설정을 결정한 다음 절차인 D2D 링크를 위한 자원 할당 방법에 대해서 상세히 설명한다.
D2D 링크의 설정이 결정되면, 기지국(100)의 매체 접근 제어(media access control, MAC) 계층은 스케줄링 정보에 접속(logging)한다(S202). 기지국(100)은 UE5(115) 및 UE6(116)와 RRCConnectionReconfiguration 메시지를 통해 D2D 링크에 관한 정보를 UE5(115) 및 UE6(116)으로 전달하고 각 UE에 대한 스케줄링 정보를 미리 보유한다. 이때 스케줄링 정보는, 셀룰러 자원의 물리 자원 블록(physical resource block, PRB) 중에서 각 UE에 할당된 자원에 관한 히스토리 정보이다. 즉, 본 단계에서 기지국의 MAC 계층은 스케줄링 정보에 간섭 정보를 매핑하기 위해 스케줄링 정보에 로깅할 수 있다.
그리고 기지국(100)은 스펙트럼 센싱 커맨드(spectrum sensing command)를 D2D 링크의 수신단(Rx part)인 UE6(116)로 전송한다(S203). 이때 스펙트럼 센싱은 인지 무선(cognitive radio) 기술에서 사용되는 일반적이거나 비일반적인 유휴 구간(white space) 탐색 방법을 의미한다.
스펙트럼 센싱 커맨드를 수신한 UE6(116)는 셀룰러 업링크 자원을 스캐닝하여 자원 블록(resource block, RB) 또는 자원 블록 그룹(resource block group, RBG) 수준에서 비간섭(0) 및 간섭(1)을 측정한다(S204). 이후 스펙트럼 센싱을 수행한 UE6(116)는 RB 또는 RBG 별로 측정된 스펙트럼 센싱 결과를 측정한 시간 정보(시스템 프레임 번호(system frame number, SFN) 또는 서브프레임)와 함께 기지국(100)으로 전송한다(spectrum sensing command complete)(S205).
예를 들어, 기지국(100)이 특정시간 N번 프레임의 PRB1을 UE1(111)에게 할당하고, PRB2를 UE2(112)에게 할당한 경우를 가정한다. 이 경우 기지국(100)은 N+4번 프레임의 HARQ ACK/NACK를 통해 PRB1 및 PRB2가 사용되고 있는지 알 수 있다. 따라서 기지국은 현 시점(M번 프레임)의 HARQ ACK/NACK를 통해 M-4번 프레임이 사용되고 있는지 알 수 있다. 그리고 이때 기지국은, UE로 기존에 할당된 셀룰러 자원은 그대로 두고, D2D 링크가 형성된 UE에 대한 RUE에 할당된 자원을 D2D 링크에 재활용 할 수 있다.
도 3은 본 발명의 한 실시 예에 따른 UE에서 측정한 스펙트럼 센싱 결과를 나타낸 도면이다.
도 3을 참조하면, UE6(116)는 T1 시점에서 스펙트럼 센싱을 시작했다. 도 3에는 업링크의 각 RB 마다 측정된 스펙트럼 센싱 결과(spectrum sensing result)가 기재되어 있다. T1 시점에는 업링크의 RB2에만 간섭이 존재하지 않았다.
UE6(116)로부터 스펙트럼 센싱의 결과를 수신한 기지국(100)은 UE6(116)의 스펙트럼 센싱 결과와 로깅된 이전 시간의 스케줄링 정보를 통해 RUE를 결정한다(S206). 즉, 기지국(100)은, 로깅된 이전 시간의 스케줄링 정보에서 UE6(116)가 스펙트럼 센싱을 시작한 시간 T1을 찾고, T1 시점에 간섭이 없다고 표시된 RB가 어떤 UE에 할당되었는지 탐색한다. 예를 들어 이 단계에서 매칭된 UE가 도 1의 UE7이 될 수 있다.
도 4는 본 발명의 한 실시 예에 따른 셀룰러 이동 통신 네트워크의 스케줄링 로그를 나타낸 도면이고, 도 5는 본 발명의 한 실시 예에 따른 D2D 통신 네트워크의 스케줄링 로그를 나타낸 도면이다.
도 4의 "기지국 업링크 자원 할당(eNB UL Resource Allocation)"을 보면, T1 시점에 RB2를 사용한 UE는 UE7이므로, UE7이 RUE가 될 수 있다.
도 2를 참조하면, 기지국(100)은 UE5(115) 및 UE6(116)로 업링크 제어 정보(control information, CI)를 전송한다(S207). 업링크 CI는 D2D 링크에 할당된 셀룰러 업링크 자원에 관한 정보를 포함하고 있다.
이후, 업링크 CI를 수신한 UE5(115)는 D2D 링크에 할당된 셀룰러 업링크 자원에서 D2D 데이터를 쓰고(write), UE6(116)는 같은 셀룰러 업링크 자원에서 D2D 데이터를 읽는다(read)(S208). 그리고 UE6(116)는 D2D 데이터를 읽은 후 UE5(115)로 ACK/NACK를 전송한다(S209). 단계 S208 및 S209가 반복되면 UE5(115)에서 UE6(116)로의 D2D 링크가 형성된 것으로 볼 수 있다.
도 4의 "기지국 업링크 자원 할당"을 보면, 업링크 CI가 적용되는 시점(T7) 이전까지는 D2D 링크를 위한 자원은 할당되지 않았다. 하지만, T7부터는 RUE로 결정된 UE7에 할당된 셀룰러 업링크 자원이 D2D 링크의 자원으로 할당되었다. 즉, 기지국(100)의 스케줄러는 도 5의 "기지국 업링크 D2D 자원 할당(eNB UL D2D Resource Allocation)"과 같이 각 시점에서 UE7의 업링크에 할당된 RB를 D2D 링크에 할당한다.
도 4에는 D2D 링크에 할당된 RB에 UE6(116)가 UE5(115)로 전송하는 ACK/NACK가 표시되었다. 도 4를 참조하면, T7 및 T8 시점에는 ACK가 전송되었지만, T9 내지 T11에는 NACK가 많이 전송된 것을 알 수 있으며, 이는 시간이 지남에 따라 해당 RB에 간섭이 발생한 것으로 판단될 수 있다.
본 발명의 실시 예에서 D2D 링크의 송신단(예를 들어, UE5)은 수신단(예를 들어, UE6)에서 송신한 NACK를 수집하여 통계를 내고 NACK 통계를 통해 수신단의 스펙트럼 센싱이 다시 필요한지 결정할 수 있다(S210). D2D 링크의 스펙트럼 센싱이 다시 필요하다고 판단되면, 송신단은 기지국(100)으로 스펙트럼 센싱 요청(spectrum sensing request)을 전송한다(S211).
또는 본 발명의 다른 실시 예에 따르면, D2D 링크의 수신단(UE6의 MAC)이 채널 품질 정보(channel quality information, CQI)를 다시 설계하여 갱신된 CQI 리포트(new CQI Report)를 기지국(100)에 보고할 수도 있다(S212).
기지국(100)이 UE5(115)로부터 스펙트럼 센싱 요청을 수신하거나, UE6(116)로부터 갱신된 CQI 리포트를 수신하면, 기지국(100)은 스케줄링 정보를 다시 로깅하고 UE6(116)에게 스펙트럼 센싱을 재지시하여, D2D 링크에 간섭을 주지 않는 다른 RUE를 결정한다.
도 3을 참조하면, 채널 상황 또는 통신 환경에 변경됨에 따라 T42 시점의 스펙트럼 센싱 결과가 T1 시점의 그것과 다르다. 도 3의 스펙트럼 센싱 결과는 T42 시점에는 업링크의 RB5에 간섭이 존재하지 않음을 표시하고 있다.
이후, UE6(116)가 기지국(100)으로 RB5가 0인 스펙트럼 센싱 결과를 전송하면, 기지국(100)은 이전 스케줄링 로그에서 T42 시점의 RB5에 어떤 UE가 할당되었는지 탐색한다. 도 4를 참조하면, T42 시점의 RB5에는 UE3가 할당된 것을 알 수 있다. 따라서, RUE는 UE7에서 UE3로 변경되고, 기지국(100)은 UE3의 업링크에 할당된 RB를 D2D 링크에 할당한다.
이후, T46 시점에 기지국(100)은 UE3의 업링크에 할당된 RB를 UE5(115) 및 UE6(116) 사이의 D2D 링크에 할당하는 내용의 업링크 CI를 UE5(115) 및 UE6(116)로 각각 전송한다. 그리고, T46 시점 이후부터 UE5(115)는 UE3의 업링크에 할당된 RB를 통해 UE6(116)로 데이터를 송신할 수 있고, 동시에 UE6(116)는 UE3의 업링크에 할당된 RB를 통해 UE5(115)로부터 데이터를 수신할 수 있다. 그리고 UE5(115)는 UE6(116)로부터의 NACK 통계를 산출하고, UE6(116)는 기지국(100)으로 CQI를 보고한다.
도 6은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 복수의 기지국의 스케줄러가 D2D 링크를 위한 자원을 할당하는 네트워크를 나타낸 도면이고, 도 7은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 UE에서 D2D 링크를 위한 자원을 획득하는 방법을 나타낸 흐름도이다.
도 6을 참조하면, UE5(615)는 기지국1(610)(eNB1)의 스케줄러로부터 자원을 할당받고, UE6(626)는 기지국2(620)(eNB2)의 스케줄러로부터 자원을 할당받는다. 즉, UE5(615) 및 UE6(626)는 서로 다른 기지국과 서로 다른 스케줄러에 의해 셀룰러 트래픽 경로를 확보하고 있다.
도 7을 참조하면, UE5(615)의 셀룰러 트래픽 경로는 GW ↔ S1-U ↔ 기지국1(610)(eNB1) ↔ UE5(615)이고, UE6(626)의 셀룰러 트래픽 경로는 GW ↔ S1-U ↔ eNB2 ↔ UE6(626)이다.
UE5(615) 및 UE6(626)는 서로가 근접한 위치에 잇음을 확인하고, UE5(615)에서 UE6(626)로의 D2D 링크를 설정하기로 결정한다(S701). 도 2에서와 같이 본 발명에서는 D2D 링크 설정을 결정한 다음 절차인 D2D 링크를 위한 자원 할당 방법에 대해서 상세히 설명한다.
D2D 링크 설정이 결정되면, D2D 링크의 수신단(즉, UE6)에 연결된 기지국2(620)의 MAC 계층은 스케줄링 정보에 접속한다(S702). 그리고 기지국2(620)는 스펙트럼 센싱 커맨드를 UE6(626)로 전송한다(s703).
스펙트럼 센싱 커맨드를 수신한 UE6(626)는 셀룰러 업링크 자원을 스캐닝하여 rb 또는 rbg 수준에서 비간섭(0) 및 간섭(1)을 측정한다(s704). 이후 스펙트럼 센싱을 수행한 UE6(626)는 rb 또는 rbg 별로 측정된 스펙트럼 센싱 결과를 측정한 시간 정보(sfn 또는 서브프레임)와 함께 기지국2(620)로 전송한다(s705). 이때 본 발명에서는 UE6(626)가 기지국2(620)로 전송하는 스펙트럼 센싱 결과를 스펙트럼 센싱 커맨드 완료(spectrum sensing command complete) 메시지라고 한다.
UE6(626)로부터 스펙트럼 센싱 커맨드 완료 메시지를 수신한 기지국2(620)는 스펙트럼 센싱 결과와 로깅된 이전 시간의 스케줄링 정보를 통해 rue를 결정한다(s706). 즉, 기지국2(620)는 로깅된 이전 시간의 스케줄링 정보에서 UE6(626)가 스펙트럼 센을 시작한 시간을 찾고, 스펙트럼 센싱의 시작 시간에 간섭이 없는 것으로 표시된 rb가 어떤 ue에 할당되었는지 탐색한다.
기지국2(620)는 커버리지에 포함된 ue 중 ruE를 결정하면, rue의 현재 서비스 수준과 d2d 링크의 용량을 고려하여 준 지속적 스케줄링(semi persistent scheduling, SPS) 방식으로 RUE에 업링크 자원을 할당한다. 즉, 기지국은 LTE 음성 통신(voice over LTE, VoLTE)의 자원할당 방법인 SPS을 이용하여 셀로드에 따라 적응적으로 D2D 링크 자원을 결정할 수 있다. 예를 들어, 현재 셀로드가 40%인 경우, 기지국은 나머지 60%의 자원을 D2D 링크 자원으로 할당할 수 있고, 이웃 기지국의 D2D 링크에도 간섭을 주지 않을 수 있다. 기지국2(620)의 스케줄러는 SPS 방식을 통해 아래 4가지 스케줄링 정보를 결정할 수 있다.
- SPS가 적용되는 시작점(예를 들어, SFN)
- 할당된 자원이 위치한 서브프레임 번호(예를 들어, 무선 프레임의 지속 시간이 10ms이고 무선 자원은 1ms의 서브프레임 단위로 할당되는 경우, 10개의 비트맵(0-9)이 제공된다. 예를 들어, 비트맵으로 [1, 0, 0, 1, 0, 0, 1, 0, 1, 0]이 제공되면, 0, 3, 6 및 8번 서브프레임이 자원이 할당된다. 이때 시스템 정보 전송과 같은 우선 순위가 높은 전송과 충돌이 있다면 그 서브프레임에는 자원이 할당되지 않는다.)
- 주파수 영역 정보(필요한 경우. 예를 들어 주파수 축 상에 20개의 rb가 있다면, 20개의 비트맵이 제공된다.)
- sps 주기(단위는 밀리세컨드)
이후, 기지국2(620)는 위 스케줄링 정보를 기지국1(610)에 d2d sps 정보 요청(d2dSemiPersistentSchedulingRequest) 메시지로 전송한다(s707). 기지국1(610)과 기지국2(620) 사이에서 신호는 x2 인터페이스 또는 s1 인터페이스를 통해 송수신될 수 있다.
기지국1(610)은 d2d sps 정보 요청 메시지에 포함된 스케줄링 정보에 해당하는 업링크 자원을 셀룰러 업링크에서 사용하지 못하도록 금지한다. 이때 금지 시점은 sps 시작점이 될 수 있다. 그리고 기지국1(610)은 d2d sps 정보 요청 메시지에 대한 yes/no를 포함시켜서 d2d sps 정보 응답(d2dSemiPersistentSchedulingResponse) 메시지를 전송한다(S708). 이때, D2D SPS 정보 응답 메시지DP YES가 포함되어 있다면, 기지국1(610) 및 기지국2(620)는 사전에 정의된 SPS 시작점에서 SPS 스케줄링을 수행할 것을 약속하게 된다. 본 발명의 실시 예에서 기지국1(610) 및 기지국2(620)는 D2D 링크로 할당할 자원 및 SPS 시작점, 즉 SPS를 실행할 활성화 시각(activation time)을 공유할 수 있다.
이후, 기지국1(610) 및 기지국2(620)는 d2d sps 정보 요청 메시지의 스케줄링 정보를 D2D 링크의 UE5(615) 및 UE6(626)에게 각각 알린다(RRCConnectionReconfiguration)(s709). 그리고 기지국1(610) 및 기지국2(620)는 UE5(615) 및 UE6(626)로부터 그에 대한 응답을 수신한다(rrcConnectionReconfigurationComplete)(S710). 즉, 본 발명의 실시 예에서 기지국1(610) 및 기지국2(620)은 UE5(615) 및 UE6(626)과 RRCConnectionReconfiguration 메시지 및 RRCConnectionReconfigurationComplete 메시지를 교환함으로써, UE로 D2D 링크 설정 정보를 보낼 수 있다.
이후, 사전에 정의된 SPS 활성화 시각이 되면, 기지국1(610) 및 기지국2(620)의 MAC은 D2D 링크에 자원을 할당하는 내용의 업링크 CI를 UE5(615) 및 UE6(626)로 전송한다(S711). 이때, D2D 링크에 대한 업링크 CI는 각 기지국에서 각 UE로 한 번만 전송된다. 즉, D2D 링크는 SPS 스케줄링에 따라서 자원을 할당 받고 주기적으로 유지될 수 있으므로, 기지국에 의한 업링크 CI 전송은 한 번으로 충분하다.
기지국1(610)로부터 업링크 CI를 수신한 UE5(615)는 업링크 CI를 통해 할당된 자원에서 데이터를 쓰고, 기지국2(620)로부터 업링크 CI를 수신한 UE6(626)는 업링크 CI를 통해 할당된 자원에서 데이터를 읽는다(S712). 그리고 UE6(626)는 D2D 데이터를 읽은 후 UE5(615)로 ACK/NACK를 전송한다(S713).
이때, 도 2에서 설명한 실시 예와 같이 D2D 링크의 송신단(예를 들어, UE5(615))은 수신단(예를 들어, UE6)에서 송신한 NACK를 수집하여 통계를 내고, NACK 통계를 통해 수신단의 스펙트럼 센싱이 다시 요구되는지 결정할 수 있다(S714). 그리고, D2D 링크의 수신단에서 스펙트럼 센싱을 다시 수행할 필요성이 있다고 판단하면, 송신단(UE5(615))은 기지국1(610)로 스펙트럼 센싱 요청을 전송한다(S715). 기지국1(610)은 송신단으로부터 스펙트럼 센싱 요청을 수신하면, 기지국2(620)로 스펙트럼 센싱 요청을 전달한다(S716). 또는 UE6(626)가 갱신된 CQI를 설계하여 갱신된 CQI 리포트를 기지국2(620)에 보고할 수도 있다(S717).
이후, 기지국2(620)가 UE5(615)가 발신한 스펙트럼 센싱 요청을 전달 받거나 UE6(626)로부터 갱신된 CQI 리포트를 수신하면, 기지국2(620)는 UE6(626)에게 스펙트럼 센싱을 다시 지시하고, 다시 수행된 스펙트럼 센싱 결과를 바탕으로 D2D 링크에 간섭을 주지 않는 다른 RUE를 결정할 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시 예에 따르면, 셀의 자원 전체가 풀 로딩(full loading) 되는 경우가 드물기 때문에 남는 업링크 자원을 바탕으로 D2D 링크에 자원을 할당할 수 있다. 또한, 서로 다른 셀에 위치한 UE 사이에서 D2D 링크를 형성하는 경우에는 도 7에서 설명된 것과 같은 SPS 업링크 자원 할당 방법이 사용될 수도 있다. 그리고, 양방향 D2D 링크에 대한 자원 할당 방법은 위에서 기술한 단방향 D2D 링크에 대한 자원 할당 방법을 변형하여 구현될 수 있다.
이와 같이 본 발명의 실시 예에 따르면, 셀룰러 자원의 일부를 D2D 링크에 할당할 때 셀룰러 주파수의 공간적인 재활용율을 높임으로써 기존 매크로셀의 성능 저하 없이 D2D 링크를 활용할 수 있다. 또한, D2D 링크를 통한 단말간 데이터 송수신시에도, 무선 상황의 동적 변화에 효과적으로 대응할 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 (18)

  1. 기지국이 장비간 통신(device to device, D2D) 링크에 자원을 할당하는 방법으로서,
    상기 기지국의 셀룰러 자원 중 상기 D2D 링크에 할당할 D2D 링크 자원을 결정하는 단계, 그리고
    상기 D2D 링크 자원에 관한 정보가 포함된 업링크 제어 정보를 상기 기지국과 연결된 복수의 셀룰러 단말 중 상기 D2D 링크로 연결된 적어도 두 개의 단말로 전송하는 단계
    를 포함하는 자원 할당 방법.
  2. 제1항에서,
    상기 결정하는 단계는,
    상기 적어도 두 개의 단말 중 제1 단말로 상기 셀룰러 자원의 유휴 구간 탐색을 지시하는 단계,
    상기 제1 단말로부터 상기 지시에 대한 제1 유휴 구간 탐색 결과를 수신하는 단계, 그리고
    상기 제1 유휴 구간 탐색 결과를 바탕으로 상기 D2D 링크 자원을 결정하는 단계
    를 포함하는 자원 할당 방법.
  3. 제2항에서,
    상기 제1 유휴 구간 탐색 결과를 바탕으로 상기 D2D 링크 자원을 결정하는 단계는,
    상기 제1 유휴 구간 탐색 결과를 통해 상기 셀룰러 단말 중 상기 D2D 링크와 가장 간섭이 적은 제1 원격 단말을 결정하는 단계, 그리고
    상기 제1 원격 단말에 할당된 셀룰러 자원을 상기 D2D 링크 자원으로 결정하는 단계
    를 포함하는 자원 할당 방법.
  4. 제3항에서,
    상기 적어도 두 개의 단말 중 제2 단말로부터, 유휴 구간 탐색 요청을 수신하는 단계,
    상기 셀룰러 자원에 관한 스케줄링 정보에 접속하는 단계, 그리고
    상기 제1 단말로 상기 유휴 구간 탐색을 재지시 하는 단계
    를 더 포함하는 자원 할당 방법.
  5. 제3항에서,
    갱신된 채널 품질 정보 리포트를 상기 제1 단말로부터 수신하는 단계,
    상기 셀룰러 자원에 관한 스케줄링 정보에 접속하는 단계, 그리고
    상기 제1 단말로 상기 유휴 구간 탐색을 재지시 하는 단계
    를 더 포함하는 자원 할당 방법.
  6. 제4항 또는 제5항에서,
    상기 제1 단말로부터 상기 재지시에 대한 제2 유휴 구간 탐색 결과를 수신하는 단계, 그리고
    상기 제2 유휴 구간 탐색 결과를 바탕으로 상기 D2D 링크 자원을 결정하는 단계
    를 더 포함하는 자원 할당 방법.
  7. 제6항에서,
    상기 제2 유휴 구간 탐색 결과를 바탕으로 상기 D2D 링크 자원을 결정하는 단계는,
    상기 제2 유휴 구간 탐색 결과를 통해 상기 셀룰러 단말 중 상기 D2D 링크와 가장 간섭이 적은 제2 원격 단말을 결정하는 단계, 그리고
    상기 제2 원격 단말에 할당된 셀룰러 자원을 상기 D2D 링크 자원으로 결정하는 단계
    를 포함하는 자원 할당 방법.
  8. 기지국이 장비간 통신(device to device, D2D) 링크에 자원을 할당하는 방법으로서,
    상기 기지국의 셀룰러 자원 중 상기 D2D 링크에 할당할 D2D 링크 자원을 결정하는 단계,
    상기 D2D 링크 자원에 관한 스케줄링 정보를 상기 기지국의 이웃 기지국으로 전송하는 단계,
    상기 이웃 기지국으로부터 응답을 수신하는 단계,
    상기 스케줄링 정보를 상기 D2D 링크로 연결된 적어도 두 개의 단말 중 제1 단말로 전송하는 단계, 그리고
    상기 제1 단말로부터 응답을 수신하면, 상기 제1 단말로 상기 D2D 링크 자원에 관한 정보가 포함된 업링크 제어 정보를 전송하는 단계
    를 포함하는 자원 할당 방법.
  9. 제8항에서,
    상기 결정하는 단계는,
    상기 제1 단말로 상기 셀룰러 자원의 유휴 구간 탐색을 지시하는 단계,
    상기 제1 단말로부터 상기 지시에 대한 제1 유휴 구간 탐색 결과를 수신하는 단계, 그리고
    상기 제1 유휴 구간 탐색 결과를 바탕으로 상기 D2D 링크 자원을 결정하는 단계
    를 포함하는 자원 할당 방법.
  10. 제9항에서,
    상기 제1 유휴 구간 탐색 결과를 바탕으로 상기 D2D 링크 자원을 결정하는 단계는,
    상기 제1 유휴 구간 탐색 결과를 통해 상기 셀룰러 단말 중 상기 D2D 링크와 가장 간섭이 적은 제1 원격 단말을 결정하는 단계, 그리고
    상기 제1 원격 단말에 할당된 셀룰러 자원을 상기 D2D 링크 자원으로 결정하는 단계
    를 포함하는 자원 할당 방법.
  11. 제10항에서,
    상기 이웃 기지국으로부터 유휴 구간 탐색 요청을 수신하는 단계,
    상기 셀룰러 자원에 관한 스케줄링 정보에 접속하는 단계, 그리고
    상기 제1 단말로 상기 유휴 구간 탐색을 재지시 하는 단계
    를 더 포함하고,
    상기 유휴 구간 탐색 요청은 상기 적어도 두 개의 단말 중 제2 단말이 전송한 요청인 자원 할당 방법.
  12. 제10항에서,
    갱신된 채널 품질 정보 리포트를 상기 제1 단말로부터 수신하는 단계,
    상기 셀룰러 자원에 관한 스케줄링 정보에 접속하는 단계, 그리고
    상기 제1 단말로 상기 유휴 구간 탐색을 재지시 하는 단계
    를 더 포함하는 자원 할당 방법.
  13. 제11항 또는 제12항에서,
    상기 제1 단말로부터 상기 재지시에 대한 제2 유휴 구간 탐색 결과를 수신하는 단계, 그리고
    상기 제2 유휴 구간 탐색 결과를 바탕으로 상기 D2D 링크 자원을 결정하는 단계
    를 더 포함하는 자원 할당 방법.
  14. 제13항에서,
    상기 제2 유휴 구간 탐색 결과를 바탕으로 상기 D2D 링크 자원을 결정하는 단계는,
    상기 제2 유휴 구간 탐색 결과를 통해 상기 셀룰러 단말 중 상기 D2D 링크와 가장 간섭이 적은 제2 원격 단말을 결정하는 단계, 그리고
    상기 제2 원격 단말에 할당된 셀룰러 자원을 상기 D2D 링크 자원으로 결정하는 단계
    를 포함하는 자원 할당 방법.
  15. 단말이 장비간 통신(device to device, D2D) 링크를 이용하여 이웃 단말과 데이터를 송수신하는 방법으로서,
    셀룰러 자원의 유휴 구간을 탐색하는 단계,
    상기 단말이 포함된 커버리지의 기지국으로 상기 유휴 구간에 대한 탐색 결과를 전송하는 단계,
    상기 탐색 결과에 따라 결정된 자원 정보를 수신하는 단계, 그리고
    상기 자원 정보를 바탕으로 상기 D2D 링크를 통해 상기 이웃 단말과 데이터를 송수신하는 단계
    를 포함하는 데이터 송수신 방법.
  16. 제15항에서,
    상기 탐색하는 단계 이전에, 상기 기지국으로부터 상기 유휴 구간에 대한 탐색 지시를 수신하는 단계
    를 더 포함하는 데이터 송수신 방법.
  17. 제16항에서,
    상기 D2D 링크의 채널 품질 정보를 갱신하여 상기 기지국으로 전송하는 단계,
    상기 기지국으로부터 상기 유휴 구간에 대한 재탐색 지시를 수신하는 단계, 그리고
    상기 셀룰러 자원의 유휴 구간을 재탐색 하는 단계
    를 더 포함하는 데이터 송수신 방법.
  18. 제15항에서,
    상기 자원 정보는,
    상기 기지국과 연결된 복수의 셀룰러 단말 중 상기 D2D 링크와 가장 간섭이 적은 원격 단말에 할당된 셀룰러 자원에 관한 정보를 포함하는 데이터 송수신 방법.
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