KR20180061080A - IoT 환경에서 다수의 단말의 비례 공정 자원 분배를 위한 전이중 모드 스위칭 방법 - Google Patents

IoT 환경에서 다수의 단말의 비례 공정 자원 분배를 위한 전이중 모드 스위칭 방법 Download PDF

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KR20180061080A
KR20180061080A KR1020170162245A KR20170162245A KR20180061080A KR 20180061080 A KR20180061080 A KR 20180061080A KR 1020170162245 A KR1020170162245 A KR 1020170162245A KR 20170162245 A KR20170162245 A KR 20170162245A KR 20180061080 A KR20180061080 A KR 20180061080A
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Abstract

본 발명의 일 실시 예에 따른 기지국이 각 주파수 대역별로 각 모바일 단말들과의 통신 방식을 선택하는 방법은 각 주파수 대역들에서 링크 조합 세트에 포함된 각 링크 조합들의 순시 데이터 속도를 계산하는 단계; 상기 계산된 순시 데이터 속도를 이용하여 상기 각 모바일 단말들의 전체 순시 데이터 속도를 계산하는 단계; 상기 계산된 전체 순시 데이터 속도를 이용하여 상기 각 모바일 단말들의 평균 데이터 속도를 계산하는 단계; 상기 계산된 순시 데이터 속도, 전체 순시 데이터 속도 및 평균 데이터 속도를 이용하여 각 주파수 대역들에서 각 링크 조합들의 비례 공정성 값을 계산하는 단계; 및 각 주파수 대역들에서 가장 높은 비례 공정성 값을 가지는 링크 조합을 선택한 후, 상기 선택된 링크 조합에 따라 각 모바일 단말들과 링크를 형성하는 단계를 포함할 수 있다.

Description

IoT 환경에서 다수의 단말의 비례 공정 자원 분배를 위한 전이중 모드 스위칭 방법{Full-duplex mode switching method for allocating resources to multiple mobile terminals according to proportional fairness in IoT environment}
본 발명은 전이중 모드 스위칭 방법에 관한 것으로서, IoT 환경에서 비례 공정성에 따라 다수의 단말에 자원 분배하기 위한 전이중 모드 스위칭 방법에 관한 것이다.
전이중(full-duplex) 통신 방식에는 두 가지의 통신 방식이 있다. 그들 중 하나는 단방향 전이중(UFD : unidirectional full-duplex) 통신 방식이고, 다른 하나는 양방향 전이중(BFD : bidirectional full-duplex) 통신 방식이다.
도 1a에 도시된 바와 같이, 단방향 전이중(UFD) 통신 방식은 기지국(BS : base station)이 두 개의 모바일 단말(MS : mobile station)들 중 제1모바일 단말(MS i)에게는 상향링크(UL : up-link)로 서비스를 제공하고, 제2모바일 단말(MS j)에게는 하향링크(DL : down-link)로 서비스를 제공하는 통신 방식이다. 단방향 전이중(UFD) 통신 방식에 따르면 모바일 단말(MS)이 기지국(BS)과 상향링크(UL) 및 하향링크(DL)를 동시에 형성하지 않기 때문에, 반이중(half-duplex) 통신 방식에 따른 단말도 단방향 전이중(UFD) 통신 방식에 따른 기지국(BS)으로부터 서비스를 제공받을 수 있다.
도 1b에 도시된 바와 같이, 양방향 전이중(BFD) 통신 방식은 기지국(BS)이 하나의 모바일 단말(MS)에게 동일한 주파수 대역을 이용하여 상향링크(UL) 및 하향링크(DL)로 서비스를 제공하는 통신 방식이다. 양방향 전이중(BFD) 통신 방식에 따르면 모바일 단말(MS)이 기지국(BS)과 상향링크(UL) 및 하향링크(DL)를 동시에 형성하기 때문에, 반이중(half-duplex) 통신 방식에 따른 단말은 양방향 전이중(BFD) 통신 방식에 따른 기지국(BS)으로부터 서비스를 제공받을 수 없다.
단방향 전이중(UFD) 통신 방식의 통신 성능은 기지국(BS)의 잔류 자기 간섭(RSI : residual self-interference) 신호와 모바일 단말(MS)들 간의 사용자 간 간섭(IUI : inter-user interference) 신호에 영향받으며, 양방향 전이중(BFD) 통신 방식의 통신 성능은 기지국(BS) 및 모바일 단말(MS)의 각각의 잔류 자기 간섭(RSI : residual self-interference) 신호에 영향받는다.
최근의 연구 결과에 따르면, 전이중 통신 방식의 잔류 자기 간섭(RSI) 신호는 일반적인 통신 채널과 유사하게 통계적인 분포를 따른다. 이에 따라, 전이중 통신 방식에 따른 통신 채널은 기지국(BS) 및 모바일 단말(MS)의 각각의 잔류 자기 간섭(RSI)의 평균값이 자기 간섭 제거(SIC : self interference cancelation)에 의존하는 일반적인 레일리(Rayleigh) 통신 채널로 간주될 수 있다.
따라서, 각 시간 구간에서 기지국(BS) 및 모바일 단말(MS) 간의 통신 채널 정보와 기지국(BS) 및 모바일 단말(MS)의 각각의 잔류 자기 간섭(RSI) 정보가 주어지는 경우, 기지국(BS)은 각 주파수 대역에서 최적의 통신 성능을 나타내는 통신 방식을 선택하여 모바일 단말(MS)에 서비스를 제공할 수 있다.
본 발명은 각 시간 구간에서 기지국(BS) 및 모바일 단말(MS) 간의 통신 채널 정보를 이용하여 비례 공정성에 따라 최적의 통신 성능을 나타내는 통신 방식을 선택함으로써, 모바일 단말(MS)에게 보다 고속 서비스를 제공함을 목적으로 한다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 기지국이 각 주파수 대역별로 각 모바일 단말들과의 통신 방식을 선택하는 방법은 각 주파수 대역들에서 링크 조합 세트에 포함된 각 링크 조합들의 순시 데이터 속도를 계산하는 단계; 상기 계산된 순시 데이터 속도를 이용하여 상기 각 모바일 단말들의 전체 순시 데이터 속도를 계산하는 단계; 상기 계산된 전체 순시 데이터 속도를 이용하여 상기 각 모바일 단말들의 평균 데이터 속도를 계산하는 단계; 상기 계산된 순시 데이터 속도, 전체 순시 데이터 속도 및 평균 데이터 속도를 이용하여 각 주파수 대역들에서 각 링크 조합들의 비례 공정성 값을 계산하는 단계; 및 각 주파수 대역들에서 가장 높은 비례 공정성 값을 가지는 링크 조합을 선택한 후, 상기 선택된 링크 조합에 따라 각 모바일 단말들과 링크를 형성하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명은 각 시간 구간에서 기지국(BS) 및 모바일 단말(MS) 간의 통신 채널 정보를 이용하여 비례 공정성에 따라 최적의 통신 성능을 나타내는 통신 방식을 선택함으로써, 모바일 단말(MS)에게 보다 고속 서비스를 제공할 수 있다.
도 1a는 단방향 전이중(UFD) 통신 방식을 설명하는 도면,
도 1b는 양방향 전이중(BFD) 통신 방식을 설명하는 도면,
도 2는 각 주파수 대역별로 선택된 통신 방식에 따른 기지국(BS)과 모바일 단말(MS)들 간의 링크를 나타내는 도면,
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따라 기지국(BS)이 각 주파수 대역별로 각 모바일 단말(MS)들과의 통신 방식을 선택하는 방법을 나타내는 흐름도,
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따라 기지국(BS)이 각 주파수 대역별로 각 모바일 단말(MS)들과의 통신 방식을 선택하는 방법에서, S800 단계 이후 선택된 링크 조합의 정보에 기초하여 통신 방식을 선택하는 단계들을 나타내는 흐름도 및
도 5 및 6은 시뮬레이션 환경이 하기 표 1과 같을 때 본 발명의 일 실시 예에 따른 통신 방식 선택 방법이 적용된 기지국(BS)과 모바일 단말(MS) 간의 통신 성능을 나타내는 도면이다.
전술한 목적, 특징들 및 장점은 첨부된 도면과 관련한 다음의 실시예를 통하여 보다 분명해 질 것이다.
특정한 구조 내지 기능적 설명들은 단지 본 발명의 개념에 따른 실시예를 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로, 본 발명의 개념에 따른 실시예들은 다양한 형태로 실시될 수 있으며 본 출원의 명세서에서 설명된 실시예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 아니된다.
본 발명의 개념에 따른 실시예는 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있으므로 특정 실시예들은 도면에 예시하고 본 출원의 명세서에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명의 개념에 따른 실시예들을 특정한 개시 형태에 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
어떠한 구성 요소가 다른 구성 요소에 "연결되어 있다"거나 "접속되어 있다"고 언급된 때에는, 그 다른 구성 요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성 요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떠한 구성 요소가 다른 구성 요소에 "직접 연결되어 있다"거나 또는 "직접 접속되어 있다"고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성 요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 구성 요소들 간의 관계를 설명하기 위한 다른 표현들, 즉 "∼사이에"와 "바로 ∼사이에" 또는 "∼에 인접하는"과 "∼에 직접 인접하는" 등의 표현도 마찬가지로 해석되어야 한다.
본 출원의 명세서에서 사용하는 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로서, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서 "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 설시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 갖는 것으로 해석되어야 하며, 본 명세서에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명함으로써 본 발명을 상세히 설명하도록 한다. 각 도면에 제시된 동일한 참조부호는 동일한 부재를 나타낸다.
도 2는 각 주파수 대역별로 선택된 통신 방식에 따른 기지국(BS)과 모바일 단말(MS)들 간의 링크를 나타내는 도면이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 기지국(BS)은 첫 번째 주파수 대역(RB 1)에서 단방향 전이중(UFD) 통신 방식에 따라 첫 번째 모바일 단말(MS 1)과 하향링크(DL)를 형성하고 두 번째 모바일 단말(MS 2)과 상향링크(UL)를 형성하며, 세 번째 주파수 대역(RB 3)에서 양방향 전이중(BFD) 통신 방식에 따라 첫 번째 모바일 단말(MS 1)과 상향링크(UL) 및 하향링크(DL)를 형성하고, M 번째 주파수 대역(RB M)에서 반이중 통신 방식에 따라 네 번째 모바일 단말(MS 4)과 하향링크(DL)를 형성하고 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 기지국(BS)은 각 주파수 대역에서 링크 조합 세트(Sp)에 포함된 각 링크 조합(p)들의 비례 공정성 값에 따라 링크 조합(p)을 선택하고, 선택된 링크 조합(p)에 따라 각 모바일 단말들과 링크를 형성한다. 여기서, 링크 조합(p)은 특정 주파수 대역에서 기지국(BS)과 각 모바일 단말들 간에 링크 형성 가능한 상향링크(UL)들 및 하향링크(DL)들 중 하나씩을 선택한 것이다. 보다 구체적으로, p(1)가 특정 주파수 대역에서 기지국(BS)과 각 모바일 단말들 간에 링크 형성 가능한 하향링크(DL)들 중 선택된 하향링크를 형성하는 모바일 단말의 인덱스를 나타내고, p(2)가 특정 주파수 대역에서 기지국(BS)과 각 모바일 단말들 간에 링크 형성 가능한 상향링크(UL)들 중 선택된 상향링크를 형성하는 모바일 단말의 인덱스를 나타내는 경우, 링크 조합(p)은 (p(1),p(2))로 나타낼 수 있다. 또한, 예를 들어, m번째 주파수 대역(여기서, m는 1 이상 M 이하의 정수이고, M은 주파수 대역의 개수)에서 링크 조합(p)이 (1,2)인 경우, 기지국(BS)은 인덱스가 1인 모바일 단말과 하향링크를 형성하고, 인덱스가 2인 모바일 단말과 상향링크를 형성한다(즉, 기지국(BS)은 단방향 전이중(UFD) 통신 방식에 따라 모바일 단말들과 통신함). 또한, 예를 들어, m번째 주파수 대역에서 링크 조합(p)이 (2,2)인 경우, 기지국(BS)은 인덱스가 2인 모바일 단말과 상향링크 및 하향링크를 형성한다(즉, 기지국(BS)은 양방향 전이중(BFD) 통신 방식에 따라 모바일 단말과 통신함). 또한, 예를 들어, m번째 주파수 대역에서 링크 조합(p)이 (1,0)인 경우, 기지국(BS)은 인덱스가 1인 모바일 단말과 하향링크만 형성한다(즉, 기지국(BS)은 반이중 통신 방식에 따라 모바일 단말과 통신함).
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따라 기지국(BS)이 각 주파수 대역별로 각 모바일 단말(MS)들과의 통신 방식을 선택하는 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 기지국(BS)은 m을 1로 설정한다(S100). 여기서, m은 주파수 대역의 인덱스이고, 1 이상 M 이하의 정수이며, M은 주파수 대역들의 개수이다.
다음으로, 기지국(BS)은 m번째 주파수 대역에서 링크 조합 세트(Sp)에 포함된 각 링크 조합(p)들의 순시 데이터 속도(
Figure pat00001
)를 계산한다(S200). 여기서, 순시 데이터 속도(
Figure pat00002
)는 상향링크 순시 데이터 속도(
Figure pat00003
) 및 하향링크 순시 데이터 속도(
Figure pat00004
)를 포함한다.
구체적으로, 기지국(BS)은 하기 수학식 1을 이용하여 m번째 주파수 대역에서 링크 조합 세트(Sp)에 포함된 각 링크 조합(p)들의 순시 데이터 속도(
Figure pat00005
)를 계산한다.
Figure pat00006
수학식 1에서, 링크 조합(p)는 {i,j}로 나타날 수 있으며, i는 하향링크 모바일 단말(MS)의 인덱스, j는 상향링크 모바일 단말(MS)의 인덱스이며, 이하는 상수 값으로, B는 대역폭,
Figure pat00007
Ni,m은 인덱스가 i 인 모바일 단말(MS)의 m번째 주파수 대역에서의 잡음밀도, N0,M은 기지국(BS)의 m번째 주파수 대역에서의 잡음밀도, PDL은 기지국(BS)의 송신 전력, PUL은 모바일 단말(MS)의 송신 전력, hi,m BM은 인덱스가 i 인 하향링크 모바일 단말(MS)과 기지국(BS) 사이의 m번째 순시 주파수 대역 값, hj,m MB은 인덱스가 j 인 상향링크 모바일 단말(MS)과 기지국(BS) 사이의 m번째 순시 주파수 대역 값, h(i,j),m MM은 인덱스가 i 인 하향링크 모바일 단말(MS)과 인덱스가 j 인 상향링크 모바일 단말(MS) 사이의 m번째 순시 주파수 대역 값, h(i,j),m BB은 기지국(BS)에서 인덱스가 j 인 상향링크 모바일 단말(MS)로 인한 인덱스가 i 인 하향링크 모바일 단말(MS)의 m번째 순시 주파수 대역 값(즉, 기지국(BS)의 자기 간섭(self-interference)을 나타내기 위한 값)을 의미한다.
다음으로, 기지국(BS)은 각 모바일 단말(MS)들의 전체 순시 데이터 속도(
Figure pat00008
)를 계산한다(S300). 여기서, u는 각 모바일 단말(MS)들의 인덱스이며, u는 1 이상 모바일 단말(MS)들의 개수 이하의 정수이다. 전체 순시 데이터 속도(
Figure pat00009
)는 상향링크 전체 순시 데이터 속도(
Figure pat00010
) 및 하향링크 전체 순시 데이터 속도(
Figure pat00011
)를 포함한다.
구체적으로, 기지국(BS)은 하기 수학식 2를 이용하여 각 모바일 단말(MS)들의 전체 순시 데이터 속도(
Figure pat00012
)를 계산한다.
Figure pat00013
상술한 수학식 1을 참고하면, 수학식 2에서, I{i,j},m은 인덱스가 i 인 하향링크 모바일 단말(MS)과 인덱스가 j 인 상향링크 모바일 단말(MS)이 m번째 주파수 대역을 점유하고 있는지 여부를 나타내는 자원 할당 인덱스이다. 예를 들어, I{i,j},m=1 인 경우에는, m번째 주파수 대역이 인덱스가 i 인 하향링크 모바일 단말(MS)과 인덱스가 j 인 상향링크 모바일 단말(MS)이 할당되므로, 단방향 전이중 모드에 해당한다. 또한, I{i,i},m=1 인 경우에는, m번째 주파수 대역이 인덱스가 i 인 하향링크 모바일 단말(MS)과 인덱스가 i 인 상향링크 모바일 단말(MS)에 할당되므로, 동일한 모바일 단말(MS)에 상향링크와 하향링크가 형성되어 양방향 전이중 모드에 해당한다. 또한, I{i,0},m=1 또는 I{0,j},m=1인 경우에는, 반이중 모드에 해당하여, m번째 주파수 대역이 인덱스가 i 인 하향링크 모바일 단말(MS)에만 할당되거나 인덱스가 j 인 상향링크 모바일 단말(MS)에만 할당되므로, 반이중 모드에 해당한다. 따라서, 상술한 수학식 2에서, 인덱스 i 값이 고정되어 있으므로, I{i,u},m 을 이용하여, 인덱스가 i 인 하향링크 모바일 단말(MS)의 전체 순시 데이터 속도를 계산할 수 있고, I{u,j},m 을 이용하여, 인덱스가 j 인 상향링크 모바일 단말(MS)의 전체 순시 데이터 속도를 계산할 수 있다. I{i,u},m은 인덱스가 i 인 하향링크 모바일 단말(MS)과 인덱스가 u 인 상향링크 모바일 단말(MS)이 m번째 주파수 대역을 점유하고 있는지 여부를 나타내는 자원 할당 인덱스, 따라서, I{u,i},m은 인덱스가 u 인 하향링크 모바일 단말(MS)과 인덱스가 i 인 상향링크 모바일 단말(MS)이 m번째 주파수 대역을 점유하고 있는 지 여부를 나타내는 자원 할당 인덱스,
Figure pat00014
은 인덱스가 j인 상향링크 모바일 단말(MS)의 전체 순시 데이터 속도,
Figure pat00015
은 인덱스가 i인 하향링크 모바일 단말(MS)의 전체 순시 데이터 속도,
Figure pat00016
은 m번째 주파수 대역의 상향링크 모바일 단말(MS)의 순시 데이터 속도 및
Figure pat00017
은 m번째 주파수 대역의 모바일 단말(MS)의 하향링크 순시 데이터 속도를 의미한다.
다음으로, 기지국(BS)은 각 모바일 단말(MS)들의 평균 데이터 속도(
Figure pat00018
)를 계산한다(S400). 여기서, 평균 데이터 속도(
Figure pat00019
)는 상향링크 평균 데이터 속도(
Figure pat00020
) 및 하향링크 평균 데이터 속도(
Figure pat00021
)를 포함한다.
구체적으로, 기지국(BS)은 하기 수학식 3을 이용하여 각 모바일 단말(MS)들의 평균 데이터 속도(
Figure pat00022
)를 계산한다.
Figure pat00023
상술한 수학식 2를 참조하여, 수학식 3에서, Ri DL은 인덱스가 i인 상향링크 모바일 단말(MS)의 평균 데이터 속도, Ri DL은 하향링크 모바일 단말(MS)의 평균 데이터 속도, T는 평균 값을 계산하기 위한 시간,
Figure pat00024
은 인덱스가 i 인 하향링크 모바일 단말(MS)의 이전 평균 데이터 속도,
Figure pat00025
은 인덱스가 j인 상향링크 모바일 단말(MS)의 이전 평균 데이터 속도,
Figure pat00026
은 인덱스가 j인 상향링크 모바일 단말(MS)의 전체 순시 데이터 속도 및
Figure pat00027
은 인덱스가 i인 하향링크 모바일 단말(MS)의 전체 순시 데이터 속도를 의미한다. 여기서, T 값은 변동될 수 있으므로, T의 크기에 따라 이전 평균 데이터 속도의 영향을 조절할 수 있다.
다음으로, 기지국(BS)은 j를 1로 설정한다(S510). 여기서, j는 링크 조합(p)의 인덱스이고, j는 1 이상 nS 이하의 정수이고, nS는 m번째 주파수 대역에서의 링크 조합 세트(Sp)에 포함된 링크 조합(p)들의 개수이다.
다음으로, 기지국(BS)은 m번째 주파수 대역에서 j번째 링크 조합의 비례 공정성 값(VPF)을 계산한다(S540).
구체적으로, 기지국(BS)은 하기 수학식 4를 이용하여 m번째 주파수 대역에서 j번째 링크 조합의 비례 공정성 값(VPF)을 계산한다. 여기서, j는 p를 의미한다.
Figure pat00028
수학식 4에서,
Figure pat00029
은 인덱스가 u인 하향링크 모바일 단말(MS)의 이전 평균 데이터 속도,
Figure pat00030
은 인덱스가 u인 상향링크 모바일 단말(MS)의 이전 평균 데이터 속도,
Figure pat00031
은 인덱스가 u인 상향링크 모바일 단말(MS)의 전체 순시 데이터 속도,
Figure pat00032
은 인덱스가 u인 하향링크 모바일 단말(MS)의 전체 순시 데이터 속도, rp(1) DL 은 p번째 링크 조합(p(1),(p2)) 중 p(1)의 하향링크 모바일 단말(MS)의 전체 순시 데이터 속도, rp(2) UL 은 p번째 링크 조합(p(1),(p2)) 중 p(2)의 상향링크 모바일 단말(MS)의 전체 순시 데이터 속도, rp,m DL 은 m번째 주파수 대역의 p번째 링크 조합의 하향링크 모바일 단말(MS)의 순시 데이터 속도, rp,m UL은 m번째 주파수 대역의 p번째 링크 조합의 상향링크 모바일 단말(MS)의 순시 데이터 속도,
Figure pat00033
은 p번째 링크 조합(p(1),(p2)) 중 p(1)의 하향링크 모바일 단말(MS)의 이전 평균 데이터 속도,
Figure pat00034
은 p번째 링크 조합(p(1),(p2)) 중 p(2)의 상향링크 모바일 단말(MS)의 이전 평균 데이터 속도,
Figure pat00035
은 하향링크 데이터를 받는 전체 링크 조합들에서 링크 조합(p(1),(p2)) 중 p(1)을 제외한 링크 조합들 및
Figure pat00036
은 상향링크 데이터를 받는 전체 링크 조합들에서 링크 조합(p(1),(p2)) 중 p(2)를 제외한 링크 조합을 의미한다.
다음으로, 기지국(BS)은 j가 nS 이상인지를 판단한다(S570). S570 단계에서의 판단 결과 j가 nS 이상인 경우, 기지국(BS)은 S600 단계로 진행하고, j가 nS 미만인 경우, 기지국(BS)은 S700 단계로 진행한다. 기지국(BS)은 S700 단계에서 j에 1을 증가시킨 후, 다시 S540 단계 및 S570 단계를 수행한다.
다음으로, 기지국(BS)은 m번째 주파수 대역에서 계산된 비례 공정성 값(VPF)들 중 가장 큰 비례 공정성 값(VPF)을 가지는 링크 조합(p)을 선택한다(S600).
다음으로, 기지국(BS)은 m이 M 이상인지를 판단한다(S800). S800 단계에서의 판단 결과 m이 M 이상인 경우, 기지국(BS)은 통신 방식 및 모바일 단말(MS) 선택 프로세스를 종료하고, m이 M 미만인 경우, 기지국(BS)은 S900 단계로 진행한다. 기지국(BS)은 S900 단계에서 m에 1을 증가시킨 후, 다시 S200 내지 S800 단계를 수행한다.
도 3을 참조하여 설명한 본 발명의 일 실시 예에 따른 통신 방식 선택 방법에 따르면, 최적의 비례 공정성을 획득할 수 있다. 또한, 본 발명의 일 실시 예에 따른 통신 방식 선택 방법의 복잡도는 nS × M에 불과하므로, 기존 방식에 따른 복잡도(m^nS)보다 훨씬 적다는 장점이 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따라 기지국(BS)이 각 주파수 대역별로 각 모바일 단말(MS)들과의 통신 방식을 선택하는 방법에서 S800 단계 이후 선택된 링크 조합의 정보에 기초하여 통신 방식을 선택하는 단계들을 나타내는 흐름도이다.
도 4에 있어서, S800 단계에서 선택된 링크 조합에(도 3 참조) 기초하여, S1100 단계에서, 선택된 링크 조합의 상향링크 모바일 단말 인덱스와 하향링크 모바일 단말 인덱스가 동일한 지 여부를 판정한다. 상향링크 모바일 단말 인덱스와 하향링크 모바일 단말 인덱스가 동일하다고 판정한 경우(S1100 단계에서 네), 이하에서 설명하는 S1300 단계로 진행한다. 상향링크 모바일 단말 인덱스와 하향링크 모바일 단말 인덱스가 동일하지 않다고 판정한 경우(S1100 단계에서 아니오), 이하에서 설명하는 S1200 단계로 진행한다.
S1200 단계에서, 선택된 링크 조합의 상향링크 모바일 단말 인덱스 또는 하향링크 모바일 단말 인덱스 중 어느 하나에 제로(0) 인덱스가 존재하는 지 여부를 판정한다. 선택된 링크 조합의 상향링크 모바일 단말 인덱스 또는 하향링크 모바일 단말 인덱스 중 어느 하나에 제로(0) 인덱스가 존재하는 판정한 경우(S1200 단계에서 네), S1500 단계로 진행한다. 선택된 링크 조합의 상향링크 모바일 단말 인덱스 또는 하향링크 모바일 단말 인덱스 중 어느 하나에 제로(0) 인덱스가 존재하지 않는다고 판정한 경우(S1200 단계에서 아니오), S1400 단계로 진행한다.
S1300 단계에서, 상향링크 모바일 단말 인덱스와 하향링크 모바일 단말 인덱스가 동일하면, 기지국(BS)에 상향링크하는 모바일 단말과 하향링크하는 모바일 단말이 동일하므로, 양방향 전이중 모드가 선택된다.
S1400 단계에서, 상향링크 모바일 단말 인덱스와 하향링크 모바일 단말 인덱스가 상이하면, 기지국(BS)에 상향링크하는 모바일 단말과 하향링크하는 모바일 단말이 상이하므로, 단방향 전이중 모드가 선택된다.
S1500 단계에서, 상향링크 모바일 단말 인덱스 또는 하향링크 모바일 단말 인덱스 중 어느 하나에 제로(0) 인덱스가 존재하면, 기지국(BS)에 상향링크하는 모바일 단말만 존재하거나 하향링크하는 모바일 단말만이 존재하므로, 반이중 모드가 선택된다.
도 5 및 6은, 본 발명의 성능 평가를 수행하기 위한 시뮬레이션 환경이 하기 표 1과 같을 때, 본 발명의 일 실시 예에 따른 통신 방식 선택 방법이 적용된 기지국(BS)과 모바일 단말(MS) 간의 통신 성능을 나타내는 도면이다.
셀 반경 50(m)
경로 손실 128.1+20.9*log(d)(dB)
기지국 전송 파워 30dBm
모바일 단말 전송 파워 24dBm
노이즈 파워 밀도 -174dBm/Hz
모바일 단말의 개수 5
주파수 대역의 개수 6
평균 타임 슬롯의 개수 100
기지국 자기 간섭 제거 100dB
모바일 단말 자기 간섭 제거 40dB 내지 160dB
도 4에 도시된 바와 같이, X축인 모바일 단말 자기 간섭 제거가 40dB에서 160dB로 변화할수록, 본 발명의 일 실시 예에 따른 통신 방식 선택 방법이 적용된 기지국(BS)과 모바일 단말(MS) 간의 비례 공정성(Y축)이 모드 스위칭을 수행하는 전이중 통신 방식에 근접함을 알 수 있다. 따라서, 본 발명의 일 실시 예에 따른 통신 방식 선택 방법으로 비례 공정성에 대한 전이중 방식의 이득을 얻는 데 충분하다.
도 5에 도시된 바와 같이, X축인 모바일 단말 자기 간섭 제거가 40dB에서 160dB로 변화할수록, 본 발명의 일 실시 예에 따른 통신 방식 선택 방법이 적용된 기지국(BS)과 모바일 단말(MS) 간의 데이터 속도(Y축)가 모드 스위칭을 수행하는 전이중 통신 방식에 근접함을 알 수 있다. 따라서, 본 발명의 일 실시 예에 따른 통신 방식 선택 방법으로 데이터 속도에 대한 전이중 방식의 이득을 얻는 데 충분하다.

Claims (9)

  1. 기지국이 각 주파수 대역별로 각 모바일 단말들과의 통신 방식을 선택하는 방법에 있어서,
    각 주파수 대역들에서 링크 조합 세트에 포함된 각 링크 조합들의 순시 데이터 속도를 계산하는 단계;
    상기 계산된 순시 데이터 속도를 이용하여 상기 각 모바일 단말들의 전체 순시 데이터 속도를 계산하는 단계;
    상기 계산된 전체 순시 데이터 속도를 이용하여 상기 각 모바일 단말들의 평균 데이터 속도를 계산하는 단계;
    상기 계산된 순시 데이터 속도, 전체 순시 데이터 속도 및 평균 데이터 속도를 이용하여 각 주파수 대역들에서 각 링크 조합들의 비례 공정성 값을 계산하는 단계; 및
    각 주파수 대역들에서 가장 높은 비례 공정성 값을 가지는 링크 조합을 선택한 후, 상기 선택된 링크 조합에 따라 각 모바일 단말들과 링크를 형성하는 단계;
    를 포함하는 기지국이 각 주파수 대역별로 각 모바일 단말들과의 통신 방식을 선택하는 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 각 링크 조합들의 순시 데이터 속도는, 하기 수학식에 의해 계산되며, 아래의 수학식에서,
    Figure pat00037
    은 상향링크 순시 데이터 속도,
    Figure pat00038
    은 하향링크 순시 데이터 속도, 링크 조합(p)는 {i,j}로 나타날 수 있으며, i는 하향링크 모바일 단말의 인덱스, j는 상향링크 모바일 단말의 인덱스, B는 대역폭,
    Figure pat00039
    Ni,m은 인덱스가 i 인 모바일 단말의 m번째 주파수 대역에서의 잡음밀도, N0,M은 기지국의 m번째 주파수 대역에서의 잡음밀도, PDL은 기지국의 송신 전력, PUL은 모바일 단말의 송신 전력, hi,m BM은 인덱스가 i 인 하향링크 모바일 단말과 기지국 사이의 m번째 순시 주파수 대역 값, hj,m MB은 인덱스가 j 인 상향링크 모바일 단말과 기지국 사이의 m번째 순시 주파수 대역 값, h(i,j),m MM은 인덱스가 i 인 하향링크 모바일 단말과 인덱스가 j 인 상향링크 모바일 단말 사이의 m번째 순시 주파수 대역 값 및 h(i,j),m BB은 기지국에서 인덱스가 j 인 상향링크 모바일 단말로 인한 인덱스가 i 인 하향링크 모바일 단말의 m번째 순시 주파수 대역 값인, 기지국이 각 주파수 대역별로 각 모바일 단말들과의 통신 방식을 선택하는 방법.
    Figure pat00040

  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 각 모바일 단말들의 전체 순시 데이터 속도는, 하기 수학식에 의해 계산되며, 아래의 수학식에서, I{i,u},m은 인덱스가 i 인 하향링크 모바일 단말과 인덱스가 u 인 상향링크 모바일 단말이 m번째 주파수 대역을 점유하고 있는 지 여부를 나타내는 자원 할당 인덱스, I{u,i},m은 인덱스가 u 인 하향링크 모바일 단말과 인덱스가 i 인 상향링크 모바일 단말이 m번째 주파수 대역을 점유하고 있는 지 여부를 나타내는 자원 할당 인덱스,
    Figure pat00041
    은 인덱스가 j인 상향링크 모바일 단말의 전체 순시 데이터 속도,
    Figure pat00042
    은 인덱스가 i인 하향링크 모바일 단말의 전체 순시 데이터 속도,
    Figure pat00043
    은 m번째 주파수 대역의 상향링크 모바일 단말의 순시 데이터 속도 및
    Figure pat00044
    은 m번째 주파수 대역의 모바일 단말의 하향링크 순시 데이터 속도인 기지국이 각 주파수 대역별로 각 모바일 단말들과의 통신 방식을 선택하는 방법.
    Figure pat00045

  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 각 모바일 단말들의 평균 데이터 속도는, 하기 수학식에 의해 계산되며, 아래의 수학식에서, Ri DL은 인덱스가 i인 하향링크 모바일 단말의 평균 데이터 속도, Ri UL은 인덱스가 j인 상향링크 모바일 단말의 평균 데이터 속도, T는 평균 값을 계산하기 위한 시간,
    Figure pat00046
    은 인덱스가 i 인 하향링크 모바일 단말의 이전 평균 데이터 속도,
    Figure pat00047
    은 인덱스가 j인 상향링크 모바일 단말의 이전 평균 데이터 속도,
    Figure pat00048
    은 인덱스가 j인 상향링크 모바일 단말의 전체 순시 데이터 속도 및
    Figure pat00049
    은 인덱스가 i인 하향링크 모바일 단말의 전체 순시 데이터 속도인, 기지국이 각 주파수 대역별로 각 모바일 단말들과의 통신 방식을 선택하는 방법.
    Figure pat00050

  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 각 링크 조합들의 비례 공정성 값은, 하기 수학식에 의해 계산되며, 아래의 수학식에서, PF(p,m)은 m번째 주파수 대역에서 p번째 링크 조합의 비례 공정성 값, T는 평균 값을 계산하기 위한 시간,
    Figure pat00051
    은 인덱스가 u인 하향링크 모바일 단말의 이전 평균 데이터 속도,
    Figure pat00052
    은 인덱스가 u인 상향링크 모바일 단말의 이전 평균 데이터 속도,
    Figure pat00053
    은 인덱스가 u인 상향링크 모바일 단말의 전체 순시 데이터 속도,
    Figure pat00054
    은 인덱스가 u인 하향링크 모바일 단말의 전체 순시 데이터 속도, rp(1) DL 은 p번째 링크 조합(p(1),(p2)) 중 p(1)의 하향링크 모바일 단말의 전체 순시 데이터 속도, rp(2) UL 은 p번째 링크 조합(p(1),(p2)) 중 p(2)의 상향링크 모바일 단말의 전체 순시 데이터 속도, rp,m DL 은 m번째 주파수 대역의 p번째 링크 조합의 하향링크 모바일 단말의 순시 데이터 속도, rp,m UL은 m번째 주파수 대역의 p번째 링크 조합의 상향링크 모바일 단말의 순시 데이터 속도,
    Figure pat00055
    은 p번째 링크 조합(p(1),(p2)) 중 p(1)의 하향링크 모바일 단말의 이전 평균 데이터 속도,
    Figure pat00056
    은 p번째 링크 조합(p(1),(p2)) 중 p(2)의 상향링크 모바일 단말의 이전 평균 데이터 속도,
    Figure pat00057
    은 하향링크 데이터를 받는 전체 링크 조합들에서 링크 조합(p(1),(p2)) 중 p(1)을 제외한 링크 조합들 및
    Figure pat00058
    은 상향링크 데이터를 받는 전체 링크 조합들에서 링크 조합(p(1),(p2)) 중 p(2)를 제외한 링크 조합인, 기지국이 각 주파수 대역별로 각 모바일 단말들과의 통신 방식을 선택하는 방법.
    Figure pat00059

  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 각 모바일 단말들과 링크를 형성하는 단계 이후, 상기 선택된 링크 조합의 상향링크 모바일 단말 인덱스와 상기 선택된 링크 조합의 하향링크 모바일 단말 인덱스를 비교하여 통신방식을 선택하는 단계를 더 포함하는
    기지국이 각 주파수 대역별로 각 모바일 단말들과의 통신 방식을 선택하는 방법.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 선택된 링크 조합의 상향링크 모바일 단말 인덱스와 상기 선택된 링크 조합의 하향링크 모바일 단말 인덱스가 동일한 경우, 상기 통신 방식을 양방향 전이중 방식으로 선택하는
    기지국이 각 주파수 대역별로 각 모바일 단말들과의 통신 방식을 선택하는 방법.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 선택된 링크 조합의 상향링크 모바일 단말 인덱스와 상기 선택된 링크 조합의 하향링크 모바일 단말 인덱스가 상이한 경우, 상기 통신 방식을 단방향 전이중 방식으로 선택하는
    기지국이 각 주파수 대역별로 각 모바일 단말들과의 통신 방식을 선택하는 방법.
  9. 제 6 항에 있어서,
    상기 선택된 링크 조합의 상향링크 모바일 단말 인덱스 또는 상기 선택된 링크 조합의 하향링크 모바일 단말 인덱스 중 어느 하나가 제로 인덱스인 경우, 상기 통신 방식을 반이중 방식으로 선택하는
    기지국이 각 주파수 대역별로 각 모바일 단말들과의 통신 방식을 선택하는 방법.
KR1020170162245A 2016-11-29 2017-11-29 IoT 환경에서 다수의 단말의 비례 공정 자원 분배를 위한 전이중 모드 스위칭 방법 KR20180061080A (ko)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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WO2024053997A1 (ko) * 2022-09-07 2024-03-14 엘지전자 주식회사 무선 통신 시스템에서 신호를 송수신하는 방법 및 장치

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