KR20180022556A - 비직교 다중접속 시스템의 부대역에 대한 전력 및 사용자 분배를 위한 방법 및 장치 - Google Patents

비직교 다중접속 시스템의 부대역에 대한 전력 및 사용자 분배를 위한 방법 및 장치 Download PDF

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유니버시티 레바논
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Abstract

비례 공정성 계산을 기준으로 하는 NOMA 시스템에서의 전력 할당은 특정 하위 대역에서 사용자 처리량에 대한 정보에 따라 달라지며 이는 사용자가 이미 특정 부대역에 할당되었음을 의미한다. 한편, NOMA 시스템에서, 최대 처리량은, 일반적으로 주어진 부대역의 사용자에 대한 송신 전력에서 가능한 가장 큰 차이가 있는 곳에서 달성될 수 있으므로, 부대역에 사용자를 최적으로 할당하기 위해서는 각각의 사용자가 이용 가능한 전력에 대한 정보가 필요하다. 부대역들의 점진적 부집합에 걸쳐 전력을 분배하기 위한 워터 필링 알고리즘을 반복적으로 적용하여 부대역의 부집합에 걸쳐 전력 예산을 잠정적으로 분배하는 메커니즘이 제안된다. 이 때, 각 반복에서, 새로 검토되는 부대역에 할당 가능한 사용자의 가능한 조합 각각에 대하여, 그 조합에서 임의의 사용자의 가장 높은 채널 이득 값의 제곱의 역수에 비례하는 그 서브 대역에 대한 플로어 함수를 사용하고 대응하는 전력 할당과 그 조합을 위한 처리율을 계산하여 워터 필링 알고리즘이 수행된다. 그에 따라, (추가 부대역과 함께) 다음 반복을 위해 보유되는 조합은 성능 지표를 최적화하는 것이다. 따라서, 사용자들이 모든 부대역에 할당될 때까지 본 프로세스가 반복되고, 확정적 전력 할당은 워터 필링 알고리즘의 최종 반복으로부터 계산된다.

Description

비직교 다중접속 시스템의 부대역에 대한 전력 및 사용자 분배를 위한 방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS FOR POWER AND USER DISTRIBUTION TO SUB-BANDS IN NOMA SYSTEMS}
본 발명은 비직교 다중접속(Non-Orthogonal Multiple Access: 이하 "NOMA") 통신 시스템에서 전력의 속성에 관한 것으로, 특히 NOMA 시스템에서 부대역(sub-band)에 대한 전력 및 사용자 분배를 위한 방법 및 장치에 관한 것이다.
인터넷 어플리케이션이 확산되면서 2020년까지 통신 네트워크가 지원하는 모바일 트래픽 볼륨은 현재 지원되는 것보다 거의 500배 더 커질 것으로 예상된다. 높은 수준의 사용자 경험을 유지하면서 그러한 제약에 유리하게 대처하기 위해 향후 5세대 이동 통신 시스템에서 시스템 용량 및 사용자 공정성이 크게 향상되어야 한다. 이를 위해 NOMA가 미래의 무선 액세스를 위한 유망한 후보로 떠오르고 있다. NOMA는, 직교 주파수 분할 다중화(Orthogonal Frequency Division Multiplexing: OFDM) 레이어 외에, 추가적인 멀티플렉싱 도메인, 즉 전력 도메인을 활용함으로써, 송신기 측에서 부대역당 여러 사용자의 공동 사용을 허용하고, 수신기 측에서 연속 간섭 제거(SIC)를 사용한다. NOMA의 장점은 사용자의 공정성을 달성하면서 시스템 용량의 향상을 목표로 한다는 것이다. 따라서, NOMA를 다루는 대부분의 종래 기술은 총 사용자 처리량과 그것이 제공하는 사용자 공정성 간의 절충을 위한 다중 사용자 스케쥴링 방식으로서 비례 공평(PF) 스케쥴러를 검토한다. NOMA 기반 PF 스케쥴러와 함께 구현된 여러 가지 전력 할당 알고리즘이 최근의 연구 문헌에서 제안되었다.
문헌["Uplink non-orthogonal access with MMSE-SIC in the presence of inter-cell interference", Y. Endo, Y. Kishiyama and K. Higuchi, in proc. 2012 IEEE Int. Symp. on. Wireless Commun. Syst, 2012]에서, 셀간 간섭-인지 전송 및 전력 제어 메커니즘이 제안되었고, 두 단계로 수행되고 나서, PF 메트릭에 기초한 사용자 선택을 행하고 있다. 제1 단계에서, 부대역당 사용자의 송신 전력은 LTE에서 사용되는 부분 송신 전력 제어(FTPC)에 의해 결정된다. 그런 다음 스케줄링된 사용자 후보 집합을 검토하여 두 번째 단계에서 전원이 업데이트된다. 시뮬레이션 결과는 제안된 전력 할당과 결합된 NOMA가 직교 액세스에 비해 시스템 레벨 처리량을 크게 향상시킨다는 것을 보여준다.
문헌["System-Level Performance of Downlink Non-orthogonal Multiple Access (NOMA) Under Various Environments" by Y. Saito, A. Benjebbour, Y. Kishiyama, and T. Nakamura in proc. IEEE 81st VTC, 2015]에서, 소형 셀에서의 다운링크 NOMA의 시스템 레벨 성능이 조사된다. 문헌["System-Level Performance of Downlink NOMA Combined with SUMIMO for Future LTE Enhancements", by A. Benjebbour, A. Li, Y. Kishiyama, H. Jiang, and T. Nakamura, in proc. IEEE Globecom, Dec. 2014]에서 전체 검색 전력 할당 방식이 PF 스케줄러 내에서 수행되어 사용자 쌍과 전원 할당의 최적 조합을 선택한다. NOMA에 대해 최근에 제안된 전력 할당 알고리즘 중 일부는 동일한 부대역간 전력 분배를 검토하지 않지만, 다른 일부는 부대역 사이에 동등한 전력 분배를 갖는 상이한 다중 사용자 전력 할당 방식을 제안한다.
문헌["System-level performance evaluation of downlink non-orthogonal multiple access (NOMA)", by Y. Saito, A. Benjebbour, Y. Kishiyama, and T. Nakamura, in proc. IEEE PIMRC, Sept. 2013, 및 "A Concept and practical considerations of non-orthogonal multiple access (NOMA) for future radio access", by . Benjebbour, Y. Saito, Y. Kishiyama, A. Li, A. Harada, A, and T. Nakamura, in proc. Int. Symp. on Intelligent Signal Process. and Commun. Syst. (ISPACS), 2013]에서 2013년까지 다중화된 사용자간에 전력을 분배하기 위해 부분 전송 전력 할당(FTPA)이 도입되었지만 부대역당 전력은 모든 주파수 블록에서 일정한 것으로 간주된다.
문헌["Performance of non-orthogonal access with SIC in cellular downlink using proportional fair-based resource allocation", N. Otao, Y. Kishiyama, and K. Higuchi, in proc. Int. Symp. on Wireless Commun. Syst.,2012, pp. 476-480]에서, 전력은 또한 모든 부대역에 대해 일정하게 유지되지만, 반복적인 워터 필링에 기초한 최적의 전력 할당 방법이 각 부대역에서 스케줄링된 사용자들에게 전력을 할당하는데 사용된다.
단일 송신기 및 수신기 안테나를 가지는 다운 링크 시스템이 검토되는 경우, 시스템은 S개의 부대역들로 분할된 총 시스템 대역폭 B 및 기지국에 의한 최대 허용 송신 전력 Pmax를 갖는 셀당 K명의 사용자들로 구성된다. K명의 사용자들 사이에서, 사용자 집합 Us = {k1, k2..., kn, ..., kn(s)}는, (1≤s≤S)인 경우, 각 주파수 부대역(s)에 대해 스케줄링되도록 선택된다. n(s)는 부대역(s)에서 비직교로 스케쥴된 사용자의 수를 나타낸다. D. Tse 및 P. Viswanath에 의한 무선 통신 기초에이미 설명된 SIC 프로세스(Cambridge University Press, 2005년)는 수신기 측에서 수행되며 사용자 디코딩을 위한 최적의 순서는 잡음 및 셀간 간섭
Figure pat00001
으로 정규화된 사용자의 채널 이득 순서의 오름순이며. 이때
Figure pat00002
는 부대역(s)에서 사용자(Kn ) 및 BS 사이의 등가 채널 이득이고,
Figure pat00003
는 상기 사용자(kn)에 의한 셀간 간섭을 더한 수신된 가우시안 잡음의 평균 전력이다.
성공적인 디코딩 및 SIC 에러 전파가 없다고 가정하고, 셀간 간섭이 랜덤화되어 백색 잡음으로 간주될 수 있다고 가정하면, 부대역(s)에서의 사용자(kn)의 처리량은 다음과 같이 주어진다.
Figure pat00004
(1)
전송 전력 할당 제약은 다음과 같이 표현된다.
Figure pat00005
(2)
여기서 Ps는 부대역(s)에 할당된 전력량을 나타낸다.
NOMA의 스케줄러는 하나 이상의 사용자에게 동시에 부대역을 할당할 수 있으므로 사용자 스케줄링 정책과 전력 할당 알고리즘은 시스템 효율성과 사용자 공정성에 큰 영향을 미친다. "Proportional Fairness"(PF) 스케줄러는 이 두 가지 지표간에 좋은 균형을 이루는 것으로 알려져 있다.
PF 스케줄러의 목적은 셀 처리량과 사용자 공정성 사이의 균형을 유지하기 위해 사용자 처리량의 대수 합 또는, 동등하게, 장기 평균 사용자 비율을 최대화하는 것이다. 이 스케줄링 정책은 제안된 NOMA 구현의 대부분에서 채택되었다. 스케줄링 알고리즘은 길이(tc)의 과거 윈도우에서 각 사용자의 평균 처리량 Tk(t)를 추적하며, 여기서 tc는 처리량 평균화 시간 윈도우(시뮬레이션된 서브 프레임의 수)를 정의한다. Tk(t)는 다음과 같이 정의된다.
Figure pat00006
(3)
여기서 Rs,k(t)는 시간 인스턴스(t)에서 부대역(s) 상의 사용자(k)의 처리량을 나타낸다. 이는 상기 식(1)에 기초하여 계산되며, 사용자(k)가 부대역(s) 상에 스케줄링되지 않으면 0이 될 수 있다.
각각의 부대역(s)에 대해, 모든 가능한 후보 사용자 집합이 검토되고, 스케줄링된 사용자 집합(Us)는 PF 스케줄링 지표를 최대화하는 방식으로 선택된다.
Figure pat00007
(4)
이 접근 방식의 어려움은, 예를 들어, 비례 공정성 계산에 기반하는 전력 할당이 지정된 부대역에서 사용자 처리량에 대한 정보에 달려있다는 것인데, 이는 사용자가 이미 특정 부대역에 할당되었음을 의미한다. 한편, NOMA 시스템에서, 최대 처리량은, 일반적으로 주어진 부대역의 사용자에 대한 송신 전력에서 가능한 가장 큰 차이가 있는 곳에서 달성될 수 있으므로, 부대역에 사용자를 최적으로 할당하기 위해서는 각각의 사용자가 이용 가능한 전력에 대한 정보가 필요하다. 따라서 검토할 사항은 서로 상호 의존적이다. 이러한 문제를 해결할 수 있는 메커니즘을 찾고 부대역 및 데이터 전송 속도를 보다 최적으로 조정할 수 있는 방법을 제공하여 전반적인 데이터 처리량을 향상시키는 것이 필요하다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 송신 시스템에서 복수의 부대역들 사이에서 송신 전력 예산을 분배하기 위한 장치를 제공한다.
본 발명의 제1 실시예는 송신 시스템에서 복수의 부대역간에 송신 전력 예산을 분배하는 장치를 제공하며, 상기 장치는 상기 부대역 중 검토할 하나를 선택하고,
검토 중인 상기 부대역에 할당 가능한 사용자들의 모든 가능한 조합을 결정하고;
상기 검토 중인 상기 부대역에 할당 가능한 사용자들의 가능한 조합을 각각 평가하여
조합에서 채널 이득이 가장 큰 사용자의 채널 이득값을 선택하고,
상기 선택된 채널 이득값의 제곱의 역수에 비례하는 부대역 감쇠값을 결정하고,
각각의 상기 부대역 감쇠값에 의해 정의된 각각의 상기 부대역에 대한 플로어를 사용하여 상기 선택된 부대역 및 이전에 선택된 모든 부대역에 걸쳐 워터 필링 알고리즘을 적용하고,
상기 선택된 부대역에 대한 상기 워터 필링 알고리즘으로부터 잠정적 전력 할당을 계산하고,
상기 잠정적 전력 속성을 갖는 성능 지표를 계산하고;
상기 성능 지표를 최적화하도록 하는 사용자 조합을 상기 선택된 부대역에 부여한다.
다음으로, 상기 장치는 상기 부대역 중 다른 하나를 선택하고, 모든 상기 부대역이 검토될 때까지 검토 중인 상기 부대역에 할당 가능한 사용자들의 가능한 조합을 각각 평가하는 단계; 상기 성능 지표를 최적화하도록 하는 사용자 조합을 상기 선택된 부대역에 부여하는 단계를 반복하며, 각각의 상기 부대역에 대해 선택된 사용자들의 조합에 대응하는 워터 필링 알고리즘의 마지막 반복으로부터 각 상기 부대역에 대한 최종 전력 할당을 계산한다.
본 발명의 제2 실시예는 송신 시스템에서 복수의 부대역간에 송신 전력 예산을 분배하는 방법을 제공하며, 상기 방법은 상기 부대역 중 검토할 하나를 선택하는 단계; 검토 중인 상기 부대역에 할당 가능한 사용자들의 모든 가능한 조합을 결정하는 단계; 상기 검토 중인 상기 부대역에 할당 가능한 사용자들의 가능한 조합을 각각 평가하여
조합에서 채널 이득이 가장 큰 사용자의 채널 이득값을 선택하고,
상기 선택된 채널 이득값의 제곱의 역수에 비례하는 부대역 감쇠값을 결정하고,
각각의 상기 부대역 감쇠값에 의해 정의된 각각의 상기 부대역에 대한 플로어를 사용하여 상기 선택된 부대역 및 이전에 선택된 모든 부대역에 걸쳐 워터 필링 알고리즘을 적용하고,
상기 선택된 부대역에 대한 상기 워터 필링 알고리즘으로부터 잠정적 전력 할당을 계산하고,
상기 잠정적 전력 속성을 갖는 성능 지표를 계산하고,
상기 성능 지표를 최적화하도록 하는 사용자 조합을 상기 선택된 부대역에 부여하는 단계를 포함한다.
다음으로, 상기 방법은 상기 부대역 중 다른 하나를 선택하는 단계, 모든 상기 부대역이 검토될 때까지 검토 중인 상기 부대역에 할당 가능한 사용자들의 가능한 조합을 각각 평가하는 단계; 및 상기 성능 지표를 최적화하도록 하는 사용자 조합을 상기 선택된 부대역에 부여하는 단계를 반복하고, 각각의 상기 부대역에 대해 선택된 사용자들의 조합에 대응하는 워터 필링 알고리즘의 마지막 반복으로부터 각 상기 부대역에 대한 최종 전력 할당을 계산하는 단계를 포함한다.
제1 실시예에 대하여, 상기 선택된 부대역에 대해 상기 워터 필링 알고리즘으로부터의 잠정적 전력 할당을 계산하는 단계에서, 상기 워터 필링 알고리즘으로부터 이전에 선택된 각 부대역에 대한 잠정적 전력 할당이 추가로 계산된다.
제1 실시예에 대하여, 상기 방법은 상기 성능 지표를 최적화하도록 하는 사용자 조합을 상기 선택된 부대역에 부여하는 단계 이후에, 상기 방법은 각각의 상기 부대역에 대해 선택된 사용자의 조합에 대응하는 상기 워터 필링 알고리즘으로부터 이전에 선택된 각 부대역에 대한 잠정적 전력 할당을 계산하는 단계를 더 포함한다.
제1 실시예에 대하여, 상기 부대역 감쇠값은 총 전송 대역폭과 잡음 전력 스펙트럼 밀도의 곱을 상기 선택된 채널 이득값의 제곱과 상기 부대역들의 총 개수를 곱한 값으로 나눈 값과 동일하다.
제1 실시예에 대하여, 상기 성능 지표는 처리량 값 또는 공정성 지표 또는 처리량 값 및 공정성 지표 2개의 조합이다.
제1 실시예에 대하여, 모든 가능한 사용자들의 조합을 결정하는 단계,
채널 이득값을 선택하는 단계,
가능한 모든 사용자 조합을 결정하는 단계,
상기 가능한 사용자 조합의 각각에 대해 평가하는 단계; 및
상기 성능 지표를 최적화하도록 하는 사용자 조합을 상기 선택된 부대역에 부여하는 단계를 포함하는 첫 번째 반복에서, 전체 전력 예산은 상기 검토 중인 부대역에 할당 가능한 상기 가능한 사용자 조합 각각에 대해 상기 검토 중인 부대역에 할당된다.
본 발명의 제3 실시예는 제2 실시예의 단계들을 구현하는 컴퓨터 프로그램을 제공한다.
본 발명의 제4 실시예는 제3 실시예의 컴퓨터 프로그램을 포함하는 컴퓨터 판독 가능 매체를 제공한다.
본 발명의 다른 장점은 도면 및 상세한 설명을 검토한다면 당업자에게 명백해질 것이다. 임의의 추가 이점들이 본 명세서에 포함되는 것으로 의도된다.
모드들과 관련된 전력값에 따라 모드를 치환하는 적어도 하나의 결정성 스크램블러를 사용함으로써, 본 발명의 다양한 실시예는 MDL의 영향을 완화시킨다. 제안된 다중 모드 광섬유 전송 시스템은 적은 수의 모드 스크램블러만을 사용하여 기존의 스크램블러에 비해 성능을 향상시킬 수 있다.
본 명세서에 통합되어 그 일부를 구성하는 첨부 도면은 본 발명의 다양한 실시예를 설명하고, 전술한 본 발명의 일반적인 설명 및 하기 실시예에 대한 상세한 설명이 기술된다.
도 1은 일 실시예에 따른 방법의 단계들을 도시한다.
도 2는 도 1의 방법의 실시예를 도시한다.
도 3은 부대역 감쇠값의 결정을 도시한다.
도 4는 제1 사용자 조합 시나리오에 대해 도 1의 방법에 따른 워터 필링 접근법의 적용을 도시한다.
도 5는 제2 사용자 조합 시나리오에 대해 도 1의 방법에 따른 워터 필링 접근법의 적용을 도시한다.
도 6은 제3 사용자 조합 시나리오에 대해 도 1의 방법에 따른 워터 필링 접근법의 적용을 도시한다.
도 7은 조합 시나리오의 순차 처리를 구현하는 방법을 보여준다.
도 8은 제1 반복의 단순화된 방법을 도시한다.
도 9는 본 발명의 실시예를 구현하기에 적합한 일반적인 컴퓨팅 시스템을 도시한다.
도 10은 일 실시예를 구성 할 수 있는 스마트폰 장치를 도시한다.
도 11은 실시예를 구성하도록 적응 가능한 셀룰러 네트워크 기지국을 도시한다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되는 실시예를 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 따라서, 몇몇 실시예에서, 잘 알려진 공정 단계들, 잘 알려진 소자 구조 및 잘 알려진 기술은 본 발명이 모호하게 해석되는 것을 피하기 위하여 구체적으로 설명되지 않는다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않은 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.
NOMA에서 달성된 시스템 처리량을 더욱 향상시키려면 부대역 사이에 총 전력을 최적으로 분배하는 문제를 해결해야 한다.
도 1은 일 실시예에 따른 방법의 단계들을 도시한다.
구체적으로, 도 1의 방법은 전송 시스템에서 복수의 부대역 사이에서 이용 가능한 전송 전력 예산을 분배하는 방법을 구현한다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 방법은 단계(100)에서 시작되어, 단계(105)로 진행한다. 단계(105)에서, 검토될 부대역이 선택된다. 본 발명에 따르면, 부대역들이 임의의 순서로 검토될 수 있기 때문에, 선택된 부대역은 시스템에서 정의된 어떤 임의의 부대역일 수 있다.
방법은 단계(105)에서 단계(110)로 진행한다. 단계(110)에서, 검토 중인 부대역에 대해 사용자들의 모든 가능한 조합이 결정된다.
도 2는 도 1의 방법의 실시예를 도시한다.
도 2에서 4명의 사용자가 정의되어 있는데, 이는 단지 설명의 목적을 위한 예시적인 것이다. 이 단계에서 검토해야 할 후보 사용자의 수는 실제로 더 많을 수 있다.
도 1의 방법에 따라, 단계(100)에서 결정되어 검토 중인 부대역에 할당 가능한 사용자들의 가능한 각 조합이 단계(110)에서 결정된다.
일부 구현 예에서, 임의의 하나의 부대역에 할당될 수 있는 사용자의 수는 고정되거나 제한될 수 있거나 성능 지표를 최적화하기 위해 자유롭게 결정될 수 있다.
특히, 임의의 부대역에 할당될 수 있는 사용자의 수는 2를 초과할 수 있다. 가능한 후보 사용자 집합에 있어서, 스케줄링된 사용자들 중에서 가장 높은 채널 이득에 근거한 흘수선(waterline) 계산은 동일하게 유지된다. 그럼에도 불구하고, 부대역당 가능한 사용자 수가 증가함에 따라 임의의 부대역에 대해 가능한 조합의 수는 급격히 증가할 것이다. 문헌[Y. Saito, A. Benjebbour, Y. Kishiyama, and T. Nakamura, in "System-level performance evaluation of downlink non-orthogonal multiple access (NOMA), IEEE PIMRC, Sept 2013]에 기재한 바와 같이, 부대역당 3명의 사용자가 스케줄링될 때 얻은 이득은 부대역당 2명의 사용자가 스케줄링될 때의 이득의 약 1%이다. 따라서, 본 평가에서, 스케줄링된 최대 사용자 수는 주로 2로 제한된다.
통상적으로 2명의 사용자가 각각의 부대역에 할당될 수 있으며, 이하에서 논의되는 예시의 구현에서도, 각각의 부대역에 2명의 사용자가 할당된다고 가정된다.
사용자(1, 2, 3, 4) 각각은 각 채널 이득값(201, 202, 203, 204)를 가진다. 도시된 바와 같이, 사용자(1)가 가장 높은 채널 이득 또는 "h"값을 갖고, 사용자(2)는 다음으로 가장 높은 채널 이득값을, 사용자(3)는 다음으로 가장 높은 채널 이득값을, 그리고 사용자(4)는 가장 낮은 채널 이득값을 갖는다. 3G 및 4G 시스템에서, 파라미터는 일반적으로 채널의 품질에 관한 정보와 함께 수신기로부터 송신기로 피드백된다. 이는 채널 이득값의 지표로써 본 발명의 일부 실시예에 따라 처리될 수 있으며, 본 발명에 따른 NOMA의 구현은 몇몇 유사한 메커니즘을 제공할 것으로 추정된다.
도 2에 도시된 바와 같이, 4명의 사용자(1, 2, 3, 4)가 있는 경우, 검토 중인 채널에 임의의 2명이 할당될 수 있는바, 따라서 6개의 가능한 조합이 만들어질 수 있다. 즉, 사용자(1, 2)를 포함하는 조합(210), 사용자(1, 3)를 포함하는 조합(220), 사용자(1, 4)를 포함하는 조합(230), 사용자(2, 3)를 포함하는 조합(240), 사용자(2, 4)를 포함하는 조합(250) 및 사용자(3, 4)를 포함하는 조합(260)이 만들어질 수 있다.
도 1의 방법에 따르면, 방법은 단계(110)에서 단계(115)로 진행한다. 단계(115)에서, 각각의 조합에서 가장 높은 채널 이득을 갖는 사용자의 채널 이득값이 선택된다. 따라서, 도 2에 도시된 바와 같이, 조합(210)에 대하여 사용자(1)의 채널 이득에 대응하는 최고 채널 이득값(211)이 선택되고, 조합(220)에 대하여 사용자(1)의 채널 이득에 대응하는 최고 채널 이득값(221)이 선택되고, 조합(230)에 대하여 사용자(1)의 채널 이득에 대응하는 최고 채널 이득값(231)이 선택되고, 조합(240)에 대하여 사용자(2)의 채널 이득에 대응하는 최고 채널 이득값(241)이 선택되고, 조합(250)에 대하여 사용자(2)의 채널 이득에 대응하는 최고 채널 이득값(251)이 선택되고, 조합(260)에 대하여 사용자(3)의 채널 이득에 대응하는 최고 채널 이득값(261)이 선택된다.
도 2의 예는 단순화된 시나리오로 단지 설명을 위한 것이다. 특히, 일부 경우에 있어서, 사용자(1, 2, 3, 4) 중 임의의 사용자가 검토 중인 채널에 단독으로 할당될 수 있으며, 이는 4개의 추가적인 후보 사용자 집합을 발생시킨다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 이것은 부대역당 단 한 명의 사용자를 가지는 순수한 직교 할당으로 되돌아가는 것과 동일하다. 이는 얻어진 시스템이 직교인 경우보다 낮은 성능을 보이지 않도록 보증한다.
다음으로, 도 1의 방법은 단계(115)에서 단계(120)로 진행한다. 단계(120)에서, 검토 중인 채널에 할당될 수 있는 사용자들의 조합 각각에 대해 부대역 감쇠값이 결정된다.
도 3은 부대역 감쇠값의 결정을 도시한다.
도시된 바와 같이, 사용자(210, 220, 230, 240, 250, 260)의 각각의 조합이 도시되고, 각각의 경우의 부대역 감쇠값(310, 320, 330, 340, 350, 360)이 도시된다. 각각의 경우에, 이 부대역 감쇠값은, 단계(115)에서 선택된, 선택 채널 이득값의 제곱의 역수에 비례하며, 각 조합에 대해 그 조합에서 사용자와 관련된 채널 이득값 중 가장 높은 값에 대응한다.
선택적으로, 상기 부대역 감쇠값은 총 송신 대역폭과 노이즈 전력의 곱을 상기 선택된 채널 이득값의 제곱과 상기 부대역의 총 수를 곱한 값으로 나눈 값, 즉,
Figure pat00008
와 동일할 수 있다. 여기서, N0는 잡음 전력(모든 부대역에 대해 동일함)이고,
Figure pat00009
는 현재 검토 중인 부대역상에서 주어진 사용자 조합에서 가장 높은 채널 이득을 나타내는 사용자 k*의 채널 이득이며, s는 검토 중인 특정 부대역을 나타내고, S는 부대역의 전체 개수이다.
다음으로, 본 방법은 단계(120)에서 단계(125)로 진행한다. 단계(125)에서, 검토 중인 부대역에 할당 가능한 사용자들의 가능한 조합 각각에 대해, 검토 중인 캐리어 및 사용자가 할당되었던 모든 다른 부대역에 대해 잠정적 전력 할당이 계산된다. 이는 단계(120)에서 결정된 각각의 부대역 감쇠값에 의해 정의된 각 부대역에 플로어 함수를 사용하여, 선택된 부대역 및 이전에 선택되었던 모든 부대역에 걸쳐 워터 필링 알고리즘을 사용하여 계산된다.
워터 필링 알고리즘은 검토 중인 캐리어 및 사용자가 할당되었던 모든 다른 부대역에 할당된 총 전력이 총 전력 예산과 동일함을 암묵적으로 보장하는 것으로 볼 수 있으며, 따라서 지금까지 검토된 각 부대역 각각에 대해, 그 부대역에 잠정적으로 할당된 전력과 그 부대역의 부대역 감쇠값의 합은 상수이다.
구체적으로, 흘수선 레벨은 현재의 부대역 상에 스케줄링된 검토된 사용자의 이전 레벨 및 채널 이득에 기초하여 예측된다.
부대역들 사이의 총 송신 전력의 최적 공유를 통해 달성된 처리율은 다음의 경우 최대화될 수 있다.
Figure pat00010
(5)
이때, SA(i)는 할당 스테이지 i에서 할당된 부대역들의 집합이고, W(SA(i))는 스테이지 i에서 대응하는 흘수선이며, h2 s;k *는 부대역(s) 상에서 스케줄링된 사용자들 중에서 가장 높은 채널 이득을 보이는 사용자(k)의 채널 이득을 나타낸다.
할당 프로세스 동안 전체 전송 전력 Pmax는, 식(5)에 기초하여 각각의 스테이지에서 할당된 부대역들로 분배되어 다음과 같다.
Figure pat00011
(6)
스케줄러가 Snew로 표시되는 새로운 부대역을 할당할 때마다 같은 양의 전체 전력이 재분배되기 때문에,
Figure pat00012
<W(SA(i))인 경우에만 흘수선이 갱신되고 W(SA(i+1))로 나타낼 수 있다. 그렇지 않으면 이전 값 W(SA(i))가 유지된다. 흘수선이 갱신되면 Pmax는 i+1 스테이지에서 다음과 같이 분배된다.
Figure pat00013
(7)
N(i)가 집합 SA(i) 내의 부대역의 수를 나타낼 때, 식(6)은 다음과 같이 다시 기재될 수 있다.
Figure pat00014
(8)
따라서 식(7)과 식(8)을 비교하면 다음과 같다.
Figure pat00015
(9)
그러므로, i+1 스테이지의 흘수선은 다음과 같이 공식화될 수 있다.
Figure pat00016
(10)
스케쥴링 프로세스의 각 단계에서, 대응하는 흘수선 레벨은, 부대역 snew, 모든 후보 사용자 집합 U, 집합 U 내에 스케줄링된 사용자 중에서 가장 높은 채널 이득을 보이는 사용자(k)에 대하여, 식(10)에 기초하여 얻을 수 있다. 실제 i+1 스테이지에서의 흘수선 레벨이 결정되면, 각 후보 집합 U에 대한 전력이 PsnewU로서 다음과 같이 할당될 수 있다.
Figure pat00017
(11)
도 4는 제1 사용자 조합 시나리오에 대해 도 1의 방법에 따른 워터 필링 접근법의 적용을 나타낸다.
도 4에 도시된 바와 같이, 계산은 단계(120)에서 계산된 부대역 감쇠값 중 제1 값에 기초하여 수행된다. 도 4에 도시된 바와 같이, 계산은 값들(310, 320, 330)에 대응하는 제1 부대역 감쇠값(410)에 기초하여 수행된다.
도 4에 도시된 바와 같이, 각 부대역(현재의 부대역 및 2개의 선행하는 부대역들)의 부대역 감쇠값은 크기 순으로 나란히 배열되어 좌측에 가장 낮은 부대역 감쇠값을 갖는 부대역이 배치되고 오른쪽에 가장 높은 부대역 감쇠값을 갖는 부대역이 배치된다.
이와 같이, 도 4에서, 제1 부대역 감쇠값(410)을 가지는 현재의 부대역은 다른 부대역의 좌측에 위치한다. 상기 식(10) 및 식(11)에 따라, 전체 전력 예산은 부대역들 사이에 잠정적으로 분배될 수 있고, 이때, 검토 중인 캐리어 및 사용자가 할당되었던 다른 모든 부대역에 할당된 전력은 총 전력예산과 동일하고, 각각의 부대역에 대해 그 부대역에 잠정적으로 할당된 전력과 그 부대역의 부대역 감쇠값의 합은 상수이다. 워터 필링 알고리즘은 도 4를 기준으로 상기에서 기술된 방식으로 전력을 분포함을 의미하지만, 상기에서 설명한 식을 명시적으로 분해하여 검토 중인 부대역(410)의 전력값을 구할 필요는 없다는 것을 이해할 것이다.
따라서, 도시된 바와 같이, 제1 잠정적 전력 할당(401)은 현재 검토 중인 부대역에 이루어지고, 제2 잠정적 전력 할당(402)은 부대역(1)에 대해 암시되고, 제3 잠정적 전력 할당(403)은 부대역(2)에 대해 암시된다. 따라서, 각각의 경우에 잠정적 전력 할당과 그에 대응하는 부대역 감쇠값의 합은 각각 상수 값(404)과 동일할 것이고, 3개의 값(401, 402, 403)의 합은 총 송신 전력 예산과 동일하다.
이러한 접근법은 (상이한 부대역 감쇠값에 따라 정해지는) 불규칙한 바닥을 가지는 배를 물로 채우는 것과 유사하다. 총 송신 전력 예산에 상응하는 특정 양의 물이 주어지면, 자연스럽게 고유 레벨을 찾게 되고, 이로써 임의의 지점에서의 깊이는 기저를 이루는 부대역에 대한 전력 할당을 나타낸다.
이는 가장 큰 채널 이득을 갖는, 따라서 가장 낮은 부대역 감쇠값을 가지는, 부대역에 가장 많은 전력을 투자함으로써 전력 분배에 있어 합리적인 메커니즘을 제공하며, 이러한 방식으로 전력을 분배하는 것은 총 가능 처리율이 최대가 되도록 보장한다.
도 5는 제2 사용자 조합 시나리오에 대한, 도 1의 방법에 따른 워터 필링 접근법의 적용을 설명한다.
도 5에 도시된 바와 같이, 계산은 단계(120)에서 계산된 부대역 감쇠값 중 제2 값에 기초하여 수행된다. 도 5에 도시된 바와 같이, 계산은 값들(340, 350)에 대응하는 제2 부대역 감쇠값(510)에 기초하여 수행된다.
도 5에 도시된 바와 같이, 각 부대역(현재의 부대역 및 2개의 선행하는 부대역들)의 부대역 감쇠값들은 크기 순으로 나란히 배열되어 좌측에 가장 낮은 부대역 감쇠값을 갖는 부대역이 배치되고 오른쪽에 가장 높은 부대역 감쇠값을 갖는 부대역이 배치된다.
이와 같이, 도 5에서, 제2 부대역 감쇠값(510)을 가지는 현재의 부대역은 다른 부대역들 사이에 위치한다. 상기 식(10) 및 식(11)에 따라, 전체 전력 예산은 부대역들 사이에 잠정적으로 분배될 수 있고, 이때, 검토 중인 캐리어 및 사용자가 할당되었던 다른 모든 부대역에 할당된 전력은 총 전력예산과 동일하고, 또한 각각의 부대역에 대해 그 부대역에 잠정적으로 할당된 전력과 그 부대역의 부대역 감쇠값의 합은 상수이다. 도 4와 관련하여, 워터 필링 알고리즘은 도 5를 참조하여 상기에서 기술된 방식으로 전력을 분포함을 의미하지만, 상기에서 설명한 식을 명시적으로 분해하여 검토 중인 부대역(510)의 전력값을 구할 필요는 없다는 것을 이해할 것이다.
따라서, 도시된 바와 같이, 제1 잠정적 전력 할당(501)은 부대역(1)에 대해 암시되고, 제2 잠정적 전력 할당(502)은 현재 검토 중인 부대역에 이루어지고, 제3 잠정적 전력 할당(503)은 부대역(2)에 대해 암시된다. 따라서, 각각의 경우에 잠정적 전력 할당과 그에 대응하는 부대역 감쇠값의 합은 각각 상수 값(504)과 동일할 것이고, 3 개의 값(501, 502, 503)의 합은 총 송신 전력 예산과 동일하다.
도 6는 제3 사용자 조합 시나리오에 대한, 도 1의 방법에 따른 워터 필링 접근법의 적용을 설명한다.
도 6에 도시된 바와 같이, 계산은 단계(120)에서 계산된 부대역 감쇠값 중 제 3 값에 기초하여 수행된다. 도 6에 도시된 바와 같이, 계산은 값(360)에 대응하는 제 3 부대역 감쇠값(610)에 기초하여 수행된다.
도 6에 도시된 바와 같이, 각 부대역(현재의 부대역 및 2개의 선행하는 부대역들)의 부대역 감쇠값들은 크기 순으로 나란히 배열되어 좌측에 가장 낮은 부대역 감쇠값을 갖는 부대역이 배치되고 오른쪽에 가장 높은 부대역 감쇠값을 갖는 부대역이 배치된다.
이와 같이, 도 6에서, 제3 부대역 감쇠값(610)을 갖는 현재의 부대역은 다른 부대역들의 우측에 위치한다. 상기 식(10) 및 식(11)에 따라, 전체 전력 예산은 부대역들 사이에 잠정적으로 분배될 수 있고, 이때, 검토 중인 캐리어 및 사용자가 할당되었던 다른 모든 부대역에 할당된 전력은 총 전력예산과 동일하고, 각각의 부대역에 대해 그 부대역에 잠정적으로 할당된 전력과 그 부대역의 부대역 감쇠값의 합은 상수이다. 도 4와 관련하여, 워터 필링 알고리즘은 도 6을 참조하여 상기에서 기술된 방식으로 전력을 분포함을 의미하지만, 상기에서 설명한 식이 명시적으로 분해되어 검토 중인 부대역(610)의 전력값을 제공할 필요는 없다는 것을 이해할 것이다.
따라서, 도시된 바와 같이, 제1 잠정적 전력 할당(601)은 부대역(1)에 대해 암시되고, 제2 잠정적 전력 할당(602)은 부대역(2)에 대해 암시되고, 제3 잠정적 전력 할당(603)은 현재 검토 중인 부대역에 이루어진다. 따라서, 각각의 경우에 잠정적 전력 할당과 그에 대응하는 부대역 감쇠값의 합은 각각 상수 값(604)과 동일할 것이고, 3 개의 값(601, 602, 603)의 합은 총 송신 전력 예산과 동일하다.
따라서, 도 4, 도 5 및 도 6을 함께 고려하면, 가능한 조합 시나리오들 및 각각 연관된 부대역 감쇠값을 검토하여, 각 시나리오에서 각각의 부대역에 대한 잠정적 전력 할당을 얻을 수 있다.
방법은 이제 단계(125)에서 단계(130)로 진행한다. 단계(130)에서는, 단계(125)에서 검토된 사용자 조합들 중 하나가 선택된다.
이제, 얻어진 잠정적 전력 할당 값을 기반으로 처리량 값을 결정할 수 있다.
구체적으로, 단계(125)에서 결정된 검토 중인 부대역에 할당 가능한 사용자들의 가능한 조합 각각에 대해서 검토 중인 부대역을 위해 결정된 각각의 잠정적 전력 할당에 기초하여, 검토 중인 부대역에 할당 가능한 사용자들의 가능한 조합 각각에 대해서 검토 중인 부대역을 위한 성능 지표값이 결정된다.
다양한 성능 지표가 적절할 수 있다. 적절한 성능 지표는 송신 전력 할당에 기초한 처리량 예측에 기초할 수 있다. 공정성을 기반으로 한 성능 지표도 적합할 수 있다. 또한, 상기 제시된 비례적 공정성 계산 또는 그의 변형과 같이 공정성 및 처리량 모두에 기초한 지표도 적절할 수 있다. 공정성 극대화가 요구되지 않는 응용 프로그램에서는 PF 지표에서 이력 속도를 제거할 수 있다. 이때, 결정 지표는 처리량 최대화만을 기반으로 한 것일 수 있다.
또한, 용량 제한(식(1))을 사용하여 식(3)을 기반으로 처리량을 예측하고 식(4)에서와 같이 비례 공정성 지표를 추정할 수도 있다.
따라서, PsnewU는 Fractional Transmit Power Allocation(FTPA)에 기초한 집합 U 내의 스케줄링된 사용자들 사이에서 공유되고, 스케줄링 PF 지표가 계산된다.
문헌[Y. Saito, A. Benjebbour, Y. Kishiyama, and T. Nakamura. In "System-level Performance Evaluation of Downlink Non-orthogonal Multiple Access (NOMA). Personal Indoor and Mobile Radio Communications" (PIMRC), pp. 611-615, 2013]에 기술된 바와 같이, 전체 전력 검색 할당(FSPA) 또는 고정 전력 할당(FPA)과 같은 대체 전력 재분할 메커니즘 또한 사용될 수 있다.
이 계산은 각 사용자 조합에 대해 수행되며, 해당 조합에 대해 결정된 잠정적 전력 할당으로 최상의 처리량을 제공하는 조합이 선택되어 검토 중인 부대역에 최종 할당될 수 있다.
식(11)을 사용하는 전력 추정은 최상의 후보 사용자 집합을 선택하기 위해 부대역 snew에서만 필요하다. 이전에 할당된 부대역에 대한 전력들은 각 단계에서 재평가될 필요가 없다. 전원 할당은, 모든 부대역에서 최종 사용자의 전력 수준을 산출하기 위해 최종 흘수선 수준을 사용하여 (모든 부대역의 속성이 정의된 후) 스케줄링 프로세스의 마지막에 한 번만 수행된다.
따라서, 단계(130)에서, 최상의 성능 지표 값을 제공하는 사용자 조합이 검토 중인 상기 부대역에 할당된다.
마지막으로, 단계(135)에서, NOMA 시스템의 모든 부대역들이 사용자 할당 및 전력 할당을 위해 상기 단계(110 내지 130)에 따라 검토되었는지 여부를 판단하고, 적어도 하나의 부대역이 아직 검토되지 않았다면, 본 방법은 단계(105)로 되돌아 가고, 검토될 새로운 부대역이 선택된다. 그렇지 않으면, 방법은 단계(140)로 진행하여 단계(145)에서 종료하기 전에 각각의 상기 부대역에 대해 선택된 사용자 조합에 대응하는 워터 필링 알고리즘의 최종 반복으로부터 각 부대역에 대한 최종 전력 할당이 계산된다.
도 1의 방법은 단계(110 내지 125)에서 상이한 사용자 조합 시나리오들의 병렬 처리를 제안하지만, 채널 이득값을 선택하는 단계, 부대역 감쇠값을 결정하는 단계, 잠정적 전력 할당을 계산하는 단계 및 성능 지표를 결정하는 단계의 일부 또는 모든 단계가 한번에 하나의 사용자 조합 시나리오를 위해 순차적으로 수행되고 모든 사용자 조합 시나리오가 검토될 때까지 각 사용자 조합 시나리오에 대해 동일한 단계들을 반복하도록 루프백하는 것과 완전히 동등하다.
또한, 잠정적 사용자 속성 또는 확정적 사용자 속성이 이용 가능한 부대역에 대해 워터 필링 알고리즘을 적용하는 것은 각 부대역에 대한 전력 속성을 암시하지만, 이것은 각 부대역에 대한 실제 전력 값으로 반드시 변환될 필요는 없다. 도 1의 단계들의 구현은, 검토 중인 부대역에 대해 실제 전력 값이 이용 가능할 것만을 요구한다. 확정적 사용자 속성이 만들어지면, 즉, 검토될 최종 부대역에 대한 사용자 조합에 대해 수행된 워터 필링 알고리즘에 기초하여, 모든 부대역에 대한 확정적 전력값이 얻어질 수 있다. 그럼에도 불구하고, 워터 필링 알고리즘이 수행될 때마다, 또는 사용자의 조합이 워터 필링 알고리즘의 일련의 반복에 기초하여 부대역에 확정적으로 할당될 때마다, 전력 값을 얻는 것도 가능하다.
이와 같이, 선택된 부대역에 대한 워터 필링 알고리즘으로부터 잠정적 전력 할당을 계산하는 단계에서, 잠정적 전력 할당은 워터 필링 알고리즘으로부터 이전에 선택된 각각의 부대역에 대해 추가로 계산될 수 있다.
대안적으로, 본 방법은, 성능 지표를 최적화하는 사용자들의 조합을 선택된 부대역에 부여하는 단계 이후에, 각각의 부대역에 대해 선택된 사용자 조합에 해당하는 워터 필링 알고리즘으로부터 이전에 선택된 각 부대역에 대해 잠정적 전력 할당을 계산하는 단계를 더 포함할 수 있다.
도 7은 조합 시나리오의 순차 처리를 구현하는 방법을 보여준다.
도 7에 도시된 바와 같이, 단계(700, 705, 710)은 도 1의 단계(100, 105, 110)에 대응한다. 그러나 단계(710)에서 가능한 사용자 조합이 결정되면, 이들 사용자 조합 시나리오 중 하나가 검토를 위해 선택된다. 따라서, 단계(715, 720, 725)에서, 채널 이득값을 선택하는 단계, 부대역 감쇠값을 결정하는 단계, 잠정적 전력 할당을 계산하는 단계 및 성능 지표 값을 결정하는 단계는 검토 중인 단일 시나리오에 대해 수행된다. 단계(727)에서, 본 방법은, 검토되어야 하는 추가 시나리오가 있는지 여부를 판단하고, 모든 시나리오가 검토된 경우, 본 방법은 검토 중인 부대역에 사용자 조합을 할당하는 단계(730)로 진행한다. 그렇지 않은 경우, 검토할 새로운 시나리오를 선택하는 단계(712)로 되돌아간다. 예를 들어, 단계(727)가 단계들(720, 725) 사이, 단계들(715, 720) 사이 등에 위치될 수 있는 것과 같이, 순차 및 병렬 처리의 다양한 하이브리드 배열들이 가능하다는 것을 이해할 것이다.
그 후, 단계(730, 735, 740, 745)는 전술한 바와 같이 단계(130, 135, 140, 145)에 대응하여 진행된다.
본 방법은, 검토될 제1 부대역에 대해, 단계(125)에서 단 하나의 부대역만이 검토 중에 있어 다수의 부대역들 사이에서 전력을 분할할 필요가 없기 때문에, 이 단계에서의 워터 필링 계산이 불필요하여, 단순화될 수 있다는 것을 이해할 것이다. 따라서, 이 첫 번째 반복에서, 가용 전력 예산은 더 이상의 계산 없이 검토 중인 부대역에 간단하게 직접 할당될 수 있다.
도 8은 첫 번째 반복의 단순화된 방법을 보여준다.
도 8에 도시된 바와 같이, 단계(800, 805, 810, 815, 820, 825, 830, 835, 840)은 각각 도 1의 단계(100, 105, 110, 115, 120, 125, 130, 135, 140)에 대응한다. 도시된 바와 같이, 부대역 감쇠값이 얻어지는 단계(820) 후에, 본 방법은, 임의의 부대역이 이전 반복에서 검토되었는지 여부, 다시 말해서, 검토 중인 부대역이 검토될 제1 부대역인지 여부를 검토한다. 이와 같은 경우, 방법은 단계(825) 대신에 단계(823)로 진행하고, 단계(830)에서 재개하기 전에 검토 중인 채널에 전체 전력 예산을 잠정적으로 할당한다.
이어서, 단계(830, 835, 840, 845)는 전술한 바와 같이 단계(130, 135, 140, 145)에 대응하여 진행한다.
도 1, 도 7 및 도 8의 다수의 단계는 원하는 기술적 효과를 변형하지 않고 대체적인 시퀀스로 수행될 수 있음을 이해할 것이다. 예를 들어, 주어진 사용자 조합에 대해, 감쇠값은 검토된 부대역에 따르므로, 부대역 감쇠값은 프로세스 초기에 모든 사용자에 대해 한 번 결정될 수 있다. 그러나, 대응하는 이득 및 감쇠는 검토된 부대역에 따르는 반면, 사용자의 조합들(예를 들어, 조합 1+2, 1+3, 1+4, 2+3, 2+4, 3+4)은 검토된 부대역에 따르지 않는다. 단계(115, 715, 815)에서 특정 사용자 조합에서 가장 높은 채널 이득값을 가진 사용자가 식별되면 상기 부대역 감쇠값이 어플리케이션에서 검색된다.
개시된 방법은 전체 하드웨어 실시예(예를 들어, FPGA), 전체 소프트웨어 실시예(예를 들어, 본 발명에 따른 시스템을 제어하는 것) 또는 하드웨어 및 소프트웨어 요소 모두를 포함하는 실시예 형태를 취할 수 있다. 소프트웨어 실시예는 펌웨어, 상주 소프트웨어, 마이크로 코드 등을 포함하지만 이에 한정되지는 않는다. 본 발명은 컴퓨터 또는 명령 실행 시스템에 의해서 또는 연관되어 사용될 수 있는 프로그램 코드를 제공하는 컴퓨터로 사용 가능 또는 컴퓨터로 판독 가능한 매체로부터 액세스 가능한 컴퓨터 프로그램 제품의 형태를 취할 수 있다. 컴퓨터로 사용 가능 또는 컴퓨터로 판독 가능한 장치는 명령 실행 시스템, 기구 또는 장치에 의해 또는 이를 사용하여 프로그램을 포함, 저장, 통신, 전파 또는 전송할 수 있는 임의의 장치일 수 있다. 상기 매체는 전자, 자기, 광학, 전자기, 적외선 또는 반도체 시스템(또는 기구 또는 장치) 또는 전파매체일 수 있다.
따라서, 부대역들의 점진적 부집합에 걸쳐 전력을 분배하기 위한 워터 필링 알고리즘을 반복적으로 적용하여 부대역의 부집합에 걸쳐 전력 예산을 잠정적으로 분배하는 메커니즘이 제안된다. 이때, 각 반복에서, 새로 검토되는 부대역에 할당 가능한 사용자의 가능한 조합 각각에 대하여, 그 조합에서 임의의 사용자의 가장 높은 채널 이득 값의 제곱의 역수에 비례하는 그 서브 대역에 대한 플로어 함수를 사용하고 대응하는 전력 할당과 그 조합을 위한 처리율을 계산하여 워터 필링 알고리즘이 수행된다. 그에 따라, (추가 부대역과 함께) 다음 반복을 위해 보유되는 조합은 성능 지표를 최적화하는 것이다. 따라서, 사용자들이 모든 부대역에 할당될 때까지 본 프로세스가 반복되고, 확정적 전력 할당은 워터 필링 알고리즘의 최종 반복으로부터 계산된다.
이들 방법 및 프로세스는 컴퓨터 어플리케이션 프로그램 또는 서비스, 어플리케이션 프로그래밍 인터페이스(API), 라이브러리 또는 다른 컴퓨터 프로그램 제품, 또는 이러한 개체들의 임의의 조합에 의해 구현될 수 있다.
도 9는 본 발명의 실시예들의 구현에 적합한 포괄 컴퓨팅 시스템을 도시한다.
도 9에 도시된 바와 같이, 시스템은 논리 장치(901) 및 저장 장치(902)를 포함한다. 시스템은 디스플레이 서브시스템(911), 입/출력 서브시스템(903), 통신 서브시스템(920) 및/또는 도시되지 않은 다른 구성 요소를 선택적으로 포함할 수 있다.
논리 장치(901)는 명령들을 실행하도록 구성된 하나 이상의 물리적 장치들을 포함한다. 예를 들어, 논리 장치(901)는 하나 이상의 어플리케이션, 서비스, 프로그램, 루틴, 라이브러리, 객체, 컴포넌트, 데이터 구조, 또는 다른 논리 구조의 일부인 명령을 실행하도록 구성될 수 있다. 이러한 명령들은 태스크를 수행하거나, 데이터 유형을 구현하거나, 하나 이상의 컴포넌트의 상태를 변환하거나, 기술적 효과를 달성하거나, 또는 원하는 결과에 도달하도록 구현될 수 있다.
논리 장치(901)는 소프트웨어 명령들을 실행하도록 구성된 하나 이상의 프로세서들을 포함한다. 부가적으로 또는 대체적으로, 논리 장치는 하드웨어 또는 펌웨어 명령을 실행하도록 구성된 하나 이상의 하드웨어 또는 펌웨어 논리 장치를 포함한다. 논리 장치의 프로세서는 단일 코어 또는 다중 코어일 수 있고, 그 위에서 실행되는 명령은 순차, 병렬 및/또는 분산 처리를 위해 구성된다. 논리 장치(901)의 개별 구성요소는 선택적으로, 협조적인 프로세싱을 위해 원격으로 위치 및/또는 구성될 수 있는 둘 이상의 개별 장치들 사이에 분배된다. 논리 장치(901)의 실시예는 클라우드 컴퓨팅 구성으로 구성된 원격 액세스 가능한 네트워크 컴퓨팅 장치에 의해 가상화되고 실행될 수 있다.
저장 장치(902)는 본 명세서에 설명된 방법 및 처리를 구현하기 위해 논리 장치에 의해 실행 가능한 명령을 보유하도록 구성된 하나 이상의 물리적 장치를 포함한다. 그러한 방법 및 프로세스가 구현될 때, 저장 장치(902)의 상태는, 예를 들어, 상이한 데이터를 유지하기 위해, 변형될 수 있다.
저장 장치(902)는 이동식 또는 내장형 장치를 포함할 수 있다. 저장 장치(902)는 광 메모리(예를 들어, CD, DVD, HD-DVD, 블루레이 디스크 등), 반도체 메모리(예를 들어, 플래시, RAM, EPROM, EEPROM 등) 및/또는 마그네틱 메모리(예를 들어, 하드 디스크 드라이브, 플로피 디스크 드라이브, 테이프 드라이브, MRAM 등)을 포함하는 하나 이상의 유형의 저장 장치를 포함한다. 저장 장치는 휘발성, 비휘발성, 동적, 정적, 읽기/쓰기, 읽기 전용, 랜덤 액세스, 순차 액세스, 위치 주소화, 파일 주소화 및/또는 내용 주소화 장치들을 포함할 수 있다.
특정 구성에서, 시스템은 논리 장치(901)와 다른 시스템 구성 요소 간의 통신을 지원하도록 구성된 I/O 인터페이스(903)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 추가 시스템 구성 요소는 이동식 및/또는 내장형 확장 저장 장치를 포함할 수 있다. 확장 저장 장치는 광학 메모리(932; 예를 들어, CD, DVD, HD-DVD, 블루레이 디스크 등), 반도체 메모리(933; 예를 들어, FLASH RAM, EPROM, EEPROM, FLASH 등) 및/또는 마그네틱 메모리(931; 예를 들어, 하드 디스크 드라이브, 플로피 디스크 드라이브, 테이프 드라이브, MRAM 등)을 포함하는 하나 이상의 유형의 저장 장치를 포함할 수 있다. 이러한 확장 저장 장치는 휘발성, 비휘발성, 동적, 정적, 읽기/쓰기, 읽기 전용, 랜덤 액세스, 순차 액세스, 위치 주소화, 파일 주소화 및/또는 내용 주소화 장치들을 포함할 수 있다.
저장 장치는 하나 이상의 물리적 장치들을 포함하고, 전파 신호 그 자체를 배제하는 것으로 이해할 수 있다. 그러나, 본 명세서에서 설명된 명령들은 대안적으로, 저장 장치에 저장되는 것이 아니라, 통신 매체(예를 들어, 전자기 신호, 광 신호 등)에 의해 전파될 수 있다.
또한, 논리 장치(901) 및 저장 장치(902)는 하나 이상의 하드웨어 논리 구성 요소들에 함께 통합될 수 있다. 이러한 하드웨어 논리 구성 요소의 예로 필드 프로그래머블 게이트 어레이(Field Programmable Gate Array: FPGA), 주문형 직접회로(Program- 및 Application-Specific Integrated Circuit: PASIC/ASIC), 특정 용도 표준 제품(Program- 및 Application-Specific Standard Product: PSSP/ASSP), 단일 칩 시스템(System On a Chip: SOC) 및 컴플렉스 프로그래머블 논리 장치(Complex Programmable Logic Device: CPLD) 등이 있다.
"프로그램"이라는 용어는 특정 기능을 수행하도록 구현된 컴퓨터 시스템의 태양을 설명하는 데 사용될 수 있다. 일부 경우에, 프로그램은 저장 장치에 저장된 기계 판독 가능 명령어를 실행하는 논리 장치를 통해 인스턴스화(instantiation)될 수 있다. 상이한 모듈들이 동일한 어플리케이션, 서비스, 코드 블록, 객체, 라이브러리, 루틴, API, 함수 등에 의해 인스턴스화될 수 있다는 것으로 이해될 수 있다. 마찬가지로, 동일한 프로그램이 상이한 어플리케이션들, 서비스들, 코드 블록들, 객체들, 루틴들, API들, 함수들 등에 의해 인스턴스화될 수 있다는 것으로 이해될 수 있다. "프로그램"이라는 용어는 실행 파일, 데이터 파일, 라이브러리, 드라이버, 스크립트, 데이터베이스 레코드 등의 개별 또는 그룹을 포함할 수 있다.
특히, 도 9의 시스템은 본 발명에 따른 실시예들을 구현하는데 사용될 수 있다.
예를 들어, 도 1, 도 7 및 도 8과 관련하여 전술된 단계들을 구현하는 프로그램은 저장 장치(902)에 저장되고 논리 장치(901)에 의해 실행될 수 있다. 채널 이득 값, 부대역 감쇠값, 사용자 조합 또는 전력 할당은 저장 장치(902)에 버퍼링될 수 있다. 논리 장치(901)는 적절한 프로그램, 특히 전술한 워터 필링 및 비례 공정성 계산의 제어 하에서 전술한 바와 같은 단계들을 구현할 수 있거나, 하드웨어 가속 인코더/디코더 등과 같은 이들 프로세스의 일부 또는 전부를 수행하도록 적응된 내부 및/또는 외부 전용 시스템들과 인터페이스 할 수 있다. 또한, 프로그램은 예를 들어 상술한 바와 같은 실시예에 따라 전력 할당을 구현하는 NOMA 송신기를 구현할 수 있다. 이러한 작업은 예를 들어 도 9를 참조하여 기술된 바와 같은 다수의 컴퓨팅 장치들 사이에서 공유될 수 있다. 인코딩된 신호는 도 7의 일부 또는 모든 요소의 구현을 통합할 수 있는 통신 인터페이스(920)를 통해 수신될 수 있다.
따라서, 본 발명은 컴퓨터 프로그램의 형태로 구현될 수 있다.
본 명세서에서 사용되는 "서비스"는 다수의 사용자 세션들에 걸쳐 실행 가능한 어플리케이션 프로그램이다. 하나 이상의 시스템 구성 요소, 프로그램 및/또는 기타 서비스에서 서비스를 사용할 수 있다. 일부 구현 예에서, 서비스는 하나 이상의 서버 컴퓨터 장치에서 실행될 수 있다.
디스플레이 서브 시스템(911)이 포함되는 경우, 디스플레이 서브 시스템(911)은 제1 비디오 스트림의 시각적 표현을 제공하는데 사용되거나, 또는 착수된 프로세스에 관한 통계 정보를 표시할 수 있다. 본 명세서에서 설명된 방법 및 프로세스가 저장 장치(902)에 저장된 데이터를 변경하고, 그로 인해 저장 장치(902)의 상태를 변환하기 때문에, 디스플레이 서브 시스템(911)의 상태는 마찬가지로 기본 데이터의 변화를 시각적으로 나타내도록 변형될 수 있다. 디스플레이 서브 시스템(911)은 사실상 모든 유형의 기술을 이용하는 하나 이상의 표시 장치를 포함할 수 있다. 이러한 표시 장치는 논리 장치 및/또는 저장 장치와 공유 공간 내에서 결합될 수 있고, 또는 그러한 표시 장치는 주변 표시 장치일 수 있다.
입력 서브 시스템이 포함되는 경우, 입력 서브 시스템은 키보드(912), 마우스(913), 터치 스크린(911) 또는 게임 제어기(미도시)와 같은 하나 이상의 사용자 입력 장치를 포함하거나 이와 접속할 수 있다. 일부 실시예에서, 입력 서브 시스템은 선택된 내츄럴 사용자 입력(Natural User Input: NUI) 구성 요소를 포함하거나 이와 접속할 수 있다. 이러한 구성 요소는 일체로 통합되거나 주변 장치로 제공될 수 있고, 입력 동작의 전달 및/또는 처리는 온보드 또는 오프 보드로 다루어질 수 있다. NUI 구성 요소의 예로 음성 인식을 위한 마이크로폰; 머신 비전(Machine vision) 및/또는 동작 인식을 위한 적외선, 컬러, 입체 및/또는 깊이 카메라; 움직임 검출 및/또는 의도 인식을 위한 헤드 트래커(Head tracker), 아이 트래커(Eye tracker), 가속도계 및/또는 자이로스코프; 뇌 활동을 평가하기 위한 전계 감지 구성 요소 등이 있다.
통신 서브 시스템(920)이 포함되는 경우, 통신 서브 시스템(920)은 컴퓨터 시스템을 하나 이상의 다른 컴퓨터 장치와 통신 가능하게 결합하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 통신 모듈은, 예를 들어, 개인 영역 네트워크(Personal Area Network: PAN), 근거리 네트워크(Local Area Network: 이하 LAN), 광역 네트워크(Wide Area Network: WAN) 또는 인터넷을 포함하는 임의의 크기의 네트워크를 통해 컴퓨터 장치를, 예를 들어, 원격 서버(976) 상에 호스트된 원격 서비스에 통신 가능하게 결합시킬 수 있다. 통신 서브 시스템은 하나 이상의 상이한 통신 프로토콜과 호환 가능한 유선 및/또는 무선 통신 장치를 포함할 수 있다. 통신 서브 시스템은, 예를 들어, 무선 전화 네트워크(974) 또는 유선 또는 무선 근거리 또는 광역 네트워크를 통한 통신을 위해 구성될 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 일부 실시예에서, 통신 서브 시스템은 컴퓨터 시스템이 인터넷(975)과 같은 네트워크를 통해 다른 장치로 및/또는 다른 장치로부터 메시지를 송신 및/또는 수신하는 것을 가능하게 한다. 통신 서브 시스템은 수동 장치(Passive device: 예를 들어, NFC, RFID 등)와 단거리 유도성 통신(921)을 추가적으로 지원할 수 있다.
도 10은 일 실시예를 구성할 수 있는 스마트폰 장치를 도시한다. 도 10에 도시된 바와 같이, 스마트폰 장치는 전술한 바와 같이 구성 요소들(901, 902, 903, 920), 근거리 통신 인터페이스(921), 플래시 메모리(933), 구성 요소들(914, 915 및 911)을 포함한다. 스마트폰 장치는 네트워크(975)를 통해 전화 네트워크(974) 및 서버(976)와 통신한다. 전용 네트워크 또는 와이파이와 같은 대체적인 통신 메커니즘 또한 사용될 수 있다.
도 11은 실시예를 구성하도록 적응 가능한 셀룰러 네트워크 기지국을 도시한다. 도 11에 도시된 바와 같이, 셀룰러 네트워크 기지국은 상술한 바와 같은 구성 요소들(901, 902, 903, 920)을 포함한다. 셀룰러 네트워크 기지국은 네트워크(975)를 통해 전화 네트워크(974) 및 서버(976)와 통신한다. 전용 네트워크 또는 와이파이와 같은 대체적인 통신 메커니즘 또한 사용될 수 있다.
본 명세서에 기술된 구성 및/또는 접근법은 본질적으로 예시적인 것이며, 다양한 형태의 변형이 가능하기 때문에 상기 특정 실시예 또는 예시에 한정되지 않는 것으로 이해되어야 한다. 본 명세서에 설명된 특정 루틴 또는 방법은 임의의 수의 프로세스 전략 중 하나 이상을 나타낼 수 있다. 이와 같이, 도시되고 설명된 다양한 동작들이, 도시되고 설명된 순서대로, 다른 순서대로, 병렬적으로, 또는 생략되어 수행될 수 있다. 마찬가지로, 상술된 프로세스의 순서는 변경될 수 있다.
이상에서 설명한 본 발명은 다양한 프로세스, 시스템 및 구성 및 다른 특징, 기능, 동작 및/또는 특성의 모든 신규하고 자명하지 않은 조합 및 서브 조합뿐만 아니라 임의의 모든 등가물을 포함한다.

Claims (10)

  1. 송신 시스템에서 복수의 부대역들간에 송신 전력 예산을 분배하는 장치로서,
    상기 부대역들 중 검토할 하나를 선택하고,
    검토 중인 상기 부대역에 할당 가능한 사용자들의 모든 가능한 조합을 결정하고;
    상기 검토 중인 상기 부대역에 할당 가능한 사용자들의 가능한 조합을 각각 평가하여
    조합에서 채널 이득이 가장 큰 사용자의 채널 이득값을 선택하고,
    선택된 상기 채널 이득값의 제곱의 역수에 비례하는 부대역 감쇠값을 결정하고,
    각각의 상기 부대역 감쇠값에 의해 정의된 각각의 상기 부대역에 대한 플로어를 사용하여 상기 선택된 부대역 및 이전에 선택된 모든 부대역에 걸쳐 워터 필링 알고리즘을 적용하고,
    상기 선택된 부대역에 대한 상기 워터 필링 알고리즘으로부터 잠정적 전력 할당을 계산하고,
    상기 잠정적 전력 속성을 갖는 성능 지표를 계산하고, 그리고
    상기 성능 지표를 최적화하도록 하는 사용자 조합을 상기 선택된 부대역에 부여하도록 구성되고,
    상기 장치는 상기 부대역들 중 다른 하나를 선택하고,
    모든 상기 부대역이 검토될 때까지,
    검토 중인 상기 부대역에 할당 가능한 사용자들의 가능한 조합을 각각 평가하는 단계;
    상기 성능 지표를 최적화하도록 하는 사용자 조합을 상기 선택된 부대역에 부여하는 단계를 반복하며, 그리고
    각각의 상기 부대역에 대해 선택된 사용자들의 조합에 대응하는 워터 필링 알고리즘의 마지막 반복으로부터 각 상기 부대역에 대한 최종 전력 할당을 계산하도록 더 구성되는, 장치.
  2. 송신 시스템에서 복수의 부대역간에 송신 전력 예산을 분배하는 방법으로서,
    상기 부대역 중 검토할 하나를 선택하는 단계;
    검토 중인 상기 부대역에 할당 가능한 사용자들의 모든 가능한 조합을 결정하는 단계;
    상기 검토 중인 상기 부대역에 할당 가능한 사용자들의 가능한 조합을 각각 평가하여,
    조합에서 채널 이득이 가장 큰 사용자의 채널 이득값을 선택하고,
    선택된 상기 채널 이득값의 제곱의 역수에 비례하는 부대역 감쇠값을 결정하고,
    각각의 상기 부대역 감쇠값에 의해 정의된 각각의 상기 부대역에 대한 플로어를 사용하여 상기 선택된 부대역 및 이전에 선택된 모든 부대역에 걸쳐 워터 필링 알고리즘을 적용하고,
    상기 선택된 부대역에 대한 상기 워터 필링 알고리즘으로부터 잠정적 전력 할당을 계산하고, 그리고
    상기 잠정적 전력 속성을 갖는 성능 지표를 계산하는 단계; 및
    상기 성능 지표를 최적화하도록 하는 사용자 조합을 상기 선택된 부대역에 부여하는 단계를 포함하며,
    상기 방법은 상기 부대역 중 다른 하나를 선택하는 단계,
    모든 상기 부대역이 검토될 때까지,
    검토 중인 상기 부대역에 할당 가능한 사용자들의 가능한 조합을 각각 평가하는 단계; 및
    상기 성능 지표를 최적화하도록 하는 사용자 조합을 상기 선택된 부대역에 부여하는 단계를 반복하는 단계; 및
    각각의 상기 부대역에 대해 선택된 사용자들의 조합에 대응하는 워터 필링 알고리즘의 마지막 반복으로부터 각 상기 부대역에 대한 최종 전력 할당을 계산하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  3. 제2항에 있어서, 상기 선택된 부대역에 대해 상기 워터 필링 알고리즘으로부터의 잠정적 전력 할당을 계산하는 단계에서, 상기 워터 필링 알고리즘으로부터 이전에 선택된 각 부대역에 대한 잠정적 전력 할당이 추가로 계산되는, 방법.
  4. 제2항에 있어서, 상기 성능 지표를 최적화하도록 하는 사용자 조합을 상기 선택된 부대역에 부여하는 단계 이후에, 상기 방법은 각각의 상기 부대역에 대해 선택된 사용자들의 조합에 대응하는 상기 워터 필링 알고리즘으로부터 이전에 선택된 각 부대역에 대한 잠정적 전력 할당을 계산하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  5. 제2항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 부대역 감쇠값은 총 전송 대역폭과 잡음 전력 스펙트럼 밀도의 곱을 상기 선택된 채널 이득값의 제곱과 상기 부대역들의 총 개수를 곱한 값으로 나눈 값과 동일한, 방법.
  6. 제2항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 성능 지표는 처리량 값 또는 공정성 지표 또는 처리량 값과 공정성 지표 둘 다의 조합인, 방법.
  7. 제2항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    모든 가능한 사용자들의 조합을 결정하는 단계,
    채널 이득값을 선택하는 단계,
    가능한 모든 사용자 조합을 결정하는 단계,
    상기 가능한 사용자 조합의 각각에 대해 평가하는 단계; 및
    상기 성능 지표를 최적화하도록 하는 사용자 조합을 상기 선택된 부대역에 부여하는 단계를 포함하는 첫 번째 반복에서,
    상기 평가함에 있어서, 전체 전력 예산은 상기 검토 중인 부대역에 할당 가능한 상기 가능한 사용자 조합 각각에 대해 상기 검토 중인 부대역에 할당되는, 방법.
  8. 제2항 내지 제7항 중 어느 한 항의 단계들을 구현하도록 구성된 장치.
  9. 제2항 내지 제7항 중 어느 한 항의 단계들을 구현하도록 구성된 컴퓨터 프로그램.
  10. 제9항의 컴퓨터 프로그램을 포함하는 컴퓨터 판독 가능 매체.
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