KR20190001167A - Lte-laa 및 wlan의 공존 방법 및 그 장치 - Google Patents

Abstract

LTE-LAA와 WLAN의 공존 방법이 개시된다.
본 발명의 일 실시예에 따른 LTE-LAA와 WLAN의 공존 방법은, LTE-LAA와 WLAN의 공존 방법은, 통신 장치가, 비면허 대역에서 WLAN 기기의 처리량과 LTE-LAA 기기의 처리량의 합을 최대화 하는 WLAN 기기의 가중치와 LTE-LAA 기기의 가중치를 연산하는 단계; 상기 통신 장치가, 상기 WLAN 기기의 가중치 및 상기 LTE-LAA 기기의 가중치에 기초하여, 타임 슬롯(Time Slot)을 WLAN 기기와 LTE-LAA 기기에 할당하는 단계; 및 상기 통신 장치가, 상기 할당된 타임 슬롯에 따라 상기 WLAN 기기와 상기 LTE-LAA 기기가 상기 비면허 대역을 이용하여 신호를 송수신하도록 제어하는 단계를 포함할 수 있다.

Description

LTE-LAA 및 WLAN의 공존 방법 및 그 장치 {Coexistence method of LTE-LAA and WLAN and apparatus using the same}

본 발명은 LTE-LAA 및 WLAN의 공존 방법 및 그 방법을 사용하는 장치에 관한 것이다. 보다 자세하게는, 무선 네트워크에서 LTE-LAA와 WLAN이 대역폭을 공유하는 통신 방법 및 그 통신 방법을 수행하는 장치에 관한 것이다.

2016년 4월경 주파수 경매가 있었다. 이번 경매에 나온 주파수는 1) A블록(700MHz, 40MHz 폭), 2) B블록(1.8GHz, 20MHz 폭), 3) C블록(2.1GHz, 20MHz 폭), 4) D블록(2.6GHz, 40MHz폭), 5) E블록(2.6GHz 20MHz 폭)으로 5개이다. 이중 SKT는 D블록과 E블록을 낙찰 받았고, KT는 B블록을 낙찰 받았고, LGU+는 C블록을 낙찰 받았다. A블록은 유찰됐다.

이처럼 정부가 어떠한 주파수 대역을 사용할 권한을 경매 등의 방식으로 부여하는 경우를 "면허 대역"이라고 한다. 반면에 와이파이(Wi-Fi)가 서비스 되고 있는 2.4GHz 대역과 같이 면허가 필요하지 않은 대역도 있는데, 이를 "비면허 대역"이라고 한다.

비면허 대역의 예로 ISM 밴드(Industrial, Scientific, Medical)가 있다. 예를 들면, 와이파이나 블루투스 등에 이용되는 2.4GHz 대역은 정부의 허락 없이도 누구나 자유롭게 무료로 사용이 가능하다. 최근 와이파이(802.11n/ac)가 사용하게 된 5GHz 대역 역시 비면허 대역이다.

여기서 5GHz 비면허 대역은 대부분 와이파이가 사용하고 있는데, 이 대역을 LTE도 이용하려는 시도가 있다. 1차 대역으로 면허 대역을 이용하되, 비면허 대역을 2차 대역으로 활용하고, 두 대역을 캐리어 어그리게이션(CA, Carrier Aggregation)으로 묶어서 통신을 수행하는 방법이다.

이러한 시도들을 비면허 대역에서의 LTE (LTE-U, LTE in unlicensed spectrum) 또는 면허 지원 접속(LAA, License-Assisted Access)이라고 칭한다. 처음 퀄컴이 제안했으며, 에릭슨, 삼성 등의 장비 제조사와 여러 통신사들이 동참하고 있다. 현재 통신 3사가 상용화를 준비하고 있는 상태이다.

비면허 대역이기 때문에 통신사들은 LTE-U나 LTE-LAA를 위한 주파수 대역의 사용료를 지불하지 않아도 무방하다. 게다가 대역폭이 매우 넓다. 통신사들은 광대역이라고 부르는 20MHz 대역폭도 심한 경쟁 끝에 얻었는데, 현재 와이파이로 사용할 수 있는 5GHz 대역은 무려 대역폭이 380MHz나 된다.

물론 당장 이 모두를 LTE-U나 LTE-LAA에 사용할 수 있는 건 아니지만, 이 중 20MHz만 사용할 수 있더라도 광대역 주파수 하나와 맞먹기 때문에, 특히 주파수 대역이 부족한 LG U+는 LTE-U에 적극적이다. 5GHz 대역도 1.8GHz나 850MHz 등 현재 통신사들이 사용하는 다른 대역과 똑같이 20MHz 대역폭으로 150Mbps의 속도를 얻을 수 있다.

그래서 기존 대역의 20MHz 폭에 5GHz 비면허 대역의 20MHz 폭을 3개 (60MHz) 캐리어 어그리게이션으로 묶으면 80MHz 대역폭이 되어, 이론상으로는 무려 600Mbps라는 속도를 낼 수 있다. 다만 이러한 이점에도 불구하고 비면허 대역을 이용하여 LTE를 제공하기 위해서는 몇 가지 문제점을 극복해야 한다.

우선 5GHz 대역은 상당히 높은 주파수이기 때문에, 낮은 주파수에 비해 기지국에서 멀어질수록 신호가 크게 약해진다. 또한 송신할 수 있는 신호의 세기에도 제한이 있다. 그렇기 때문에 밖에 대형 기지국을 세우는 것이 아니라, 마치 와이파이처럼 주로 실내에 펨토셀(FemtoCell)과 같은 초소형 기지국을 설치해야 한다. 하지만 LTE-U나 LTE-LAA는 5GHz 대역을 보조적으로 이용하기 때문에 이는 큰 문제가 아니다.

그보다 더 심각한 문제는 바로 와이파이와의 경합이다. 기존에 5GHz 대역은 주로 와이파이가 쓰고 있는데, 여기에 LTE-U나 LTE-LAA까지 서비스를 하게 되면 단순히 신호 간섭을 넘어선 경합의 문제가 발생한다. 최악의 경우, 와이파이가 신호 자체를 송신하지 못하게 되어 100%에 이르는 손실을 입게 된다. 이것은 와이파이와 LTE의 통신 방식의 차이에 기인한다.

비면허 대역은 말 그대로 아무나 사용할 수 있기 때문에 여러 액세스 포인트가 한 채널 안에 존재한다. 와이파이 공유기가 같은 공간 안에 여러 개 있는 걸 가정해보자. 이들이 한꺼번에 통신한다면 한정된 무선 자원을 가지고 경합하다가 모두가 통신을 하지 못하는 상황이 일어나기 때문에, 와이파이는 이를 억제하기 위해서 Listen-Before-Talk (LBT)이라는 개념을 도입한다.

와이파이의 LBT는 Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance (CSMA/CA)라는 정식 명칭을 가지고 있다. 이를 해석하면 먼저 채널을 아무도 사용하지 않는지 주파수를 감지하여 확인한 후에 비어 있는 경우에만 전파를 송신하고, 누가 사용하고 있다면 송신을 미루되 기다리는 시간을 확률적으로 랜덤하게 결정한다.

명칭 그대로, "말하기 전에 먼저 들어라"의 개념이다. 이렇게 해서 여러 기기들이 존재하더라도 서로 전파 쏘겠다고 하다가 충돌해서 아무도 전송을 못 하게 되는 불상사를 방지하고 있다. 그래서 와이파이는 태생적으로 매우 정중하다. 누가 말하고 (송신하고) 있는지 들은 (감지한) 다음에 채널이 비어있을 경우에만 송신하기 때문이다.

그러나 LTE는 그렇지 않다. LTE가 사용하는 OFDMA 전송 방식(Orthogonal Frequency-Division Multiple Access)은 기본적으로 여러 사용자가 한꺼번에 통신할 수 있다. 주파수 캐리어를 여러 서브 캐리어로 나눈 것을 여러 사용자들이 각각 일부만 사용할 수 있기 때문이다. 문제는 LTE만 있으면 상관이 없는데, 와이파이의 공존을 고려하게 되면 사태는 심각해진다는 점이다.

LTE는 다른 사용자가 존재해도 동시에 데이터를 전송할 수 있다. 그래서 언제나 보내도 된다. 그런데 와이파이는 LBT가 적용되니 해당 채널을 다른 사용자가 점유하고 있으면 아예 데이터를 전송하지 못한다. 즉, 와이파이는 LTE에서 데이터를 송신하는 동안 그저 조용히 기다리고만 있어야 한다.

그래서 최악의 경우엔 와이파이의 데이터 전송량 감소가 거의 100%에 이를 수 있다. 아예 전송이 불가능한 상황이 되는 것이다. 데이터 전송량 외에도 지연속도가 늘어나는 등의 문제도 있어, 동영상 스트리밍이나 와이파이 전화 등의 안정성이 낮아지는 문제도 제기된다.

그래서 LTE 진영이 약속하는 공정성의 원칙은 비면허 대역에서의 LTE을 도입하되, 동일한 주파수 캐리어에 새 LTE 네트워크를 추가하는 것이 새 와이파이 네트워크를 추가하는 것보다 악영향을 더 끼치면 안 된다는 것이다. 쉽게 설명하면 와이파이도 어쨌든 공유기를 더 들여놓거나 하면 간섭이 심해지는 건 자명하니, LTE 펨토셀을 새로 들여놓더라도 와이파이 공유기 하나를 더 추가하는 것보다 더 성능이 나빠서는 안 된다는 선언이다.

결국 공존 문제의 해결을 위해서는 LTE에서도 와이파이가 충돌할 경우와 마찬가지로 정중하게 일정 시간 전송을 쉬고 그 동안 와이파이가 전송을 할 수 있게 해야 한다. 이에 LTE-LAA와 WLAN이 공존할 수 있는 통신 방법의 필요성이 점차 커지고 있다.

본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 LTE-LAA와 WLAN이 공존할 수 있는 통신 방법 및 그 통신 방법을 수행하는 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기 기술적 과제를 해결하기 위한 LTE-LAA와 WLAN의 공존 방법은, 통신 장치가, 비면허 대역에서 WLAN 기기의 처리량과 LTE-LAA 기기의 처리량의 합을 최대화 하는 WLAN 기기의 가중치와 LTE-LAA 기기의 가중치를 연산하는 단계; 상기 통신 장치가, 상기 WLAN 기기의 가중치 및 상기 LTE-LAA 기기의 가중치에 기초하여, 타임 슬롯(Time Slot)을 WLAN 기기와 LTE-LAA 기기에 할당하는 단계; 및 상기 통신 장치가, 상기 할당된 타임 슬롯에 따라 상기 WLAN 기기와 상기 LTE-LAA 기기가 상기 비면허 대역을 이용하여 신호를 송수신하도록 제어하는 단계를 포함할 수 있다.

바람직하게는, 상기 WLAN 기기의 가중치와 LTE-LAA 기기의 가중치를 연산하는 단계는, 상기 WLAN 기기의 처리량과 LTE-LAA 기기의 처리량의 합을 다음의 제1 수식

으로 정의하는 단계를 포함하되, r_u는 상기 LTE-LAA 기기의 데이터 전송 속도이고, r_w는 상기 WLAN 기기의 데이터 전송 속도이고, N_u는 상기 LTE-LAA 기기의 수이고, N_w는 상기 WLAN 기기의 수이다.

바람직하게는, 상기 제1 수식으로 정의하는 단계는, 상기 제1 수식에 라그랑주 승수법(Lagrangian Function)을 적용한 다음의 제2 수식

에 기초하여 w_u와 w_w를 연산하는 단계를 포함하되, w_u는 상기 LTE-LAA 기기의 가중치이고, w_w는 상기 WLAN 기기의 가중치이고, r_max는 상기 비면허 대역의 최대 데이터 전송 속도이고, Q_u(i)는 상기 LTE-LAA 기기의 i번째 노드의 큐 백로그 크기이고, Q_w(i)는 상기 WLAN 기기의 i번째 노드의 큐 백로그 크기이다.

바람직하게는, 상기 제2 수식에 기초하여 w_u와 w_w를 연산하는 단계는, 상기 제2 수식에 KKT 조건을 적용한 결과로, 상기 w_u의 값을 다음의 수식에

기초하여 연산하는 단계를 포함할 수 있다.

바람직하게는, 상기 타임 슬롯(Time Slot)을 WLAN 기기와 LTE-LAA 기기에 할당하는 단계는, 상기 WLAN 기기와 상기 LTE-LAA 기기에 다음의 제3 수식에

기초하여, 타임 슬롯을 할당하는 단계를 포함하되, w_u는 상기 LTE-LAA 기기의 가중치이고, w_w는 상기 WLAN 기기의 가중치이고, T_u는 상기 LTE-LAA 기기에 할당된 타임 슬롯의 수이고, T_w는 상기 WLAN 기기에 할당된 타임 슬롯의 수이고, T는 전체 타임 슬롯의 수이다.

바람직하게는, 상기 제3 수식에 기초하여 타임 슬롯을 할당하는 단계는, 상기 LTE-LAA 기기에 할당된 T_u 타임 슬롯만큼 상기 LTE-LAA 기기가 상기 비면허 대역을 이용하여 신호를 송신한 경우, 상기 T_u 타임 슬롯이 소진된 것으로 판단하는 단계를 포함할 수 있다.

바람직하게는, 상기 T_u 타임 슬롯이 소진된 것으로 판단하는 단계는, 상기 LTE-LAA 기기에 할당된 T_u 타임 슬롯이 소진되면 상기 LTE-LAA 기기는 상기 비면허 대역을 이용하여 신호를 송수신하지 못하도록 제어하는 단계를 포함할 수 있다.

바람직하게는, 상기 제3 수식에 기초하여 타임 슬롯을 할당하는 단계는, 상기 WLAN 기기에 할당된 T_w 타임 슬롯만큼 상기 WLAN 기기가 상기 비면허 대역을 이용하여 신호를 송신한 경우, 상기 T_w 타임 슬롯이 소진된 것으로 판단하는 단계를 포함할 수 있다.

바람직하게는, 상기 T_w 타임 슬롯이 소진된 것으로 판단하는 단계는, 상기 WLAN 기기에 할당된 T_w 타임 슬롯이 소진되면 상기 WLAN 기기는 상기 비면허 대역을 이용하여 신호를 송수신하지 못하도록 제어하는 단계를 포함할 수 있다.

바람직하게는, 상기 제3 수식에 기초하여 타임 슬롯을 할당하는 단계는, 상기 LTE-LAA 기기에 할당된 T_u 타임 슬롯과 상기 WLAN 기기에 할당된 T_w 타임 슬롯이 소진되면 상기 제3 수식에 기초하여 타임 슬롯을 재할당 하는 단계를 포함할 수 있다.

상기 기술적 과제를 해결하기 위반 LTE-LAA와 WLAN의 공존 장치는, 비면허 대역에서 WLAN 기기의 처리량과 LTE-LAA 기기의 처리량의 합을 최대화 하는 WLAN 기기의 가중치와 LTE-LAA 기기의 가중치를 연산하는 가중치 연산부; 상기 WLAN 기기의 가중치 및 상기 LTE-LAA 기기의 가중치에 기초하여, 타임 슬롯(Time Slot)을 WLAN 기기와 LTE-LAA 기기에 할당하는 타임 슬롯 할당부; 및 상기 할당된 타임 슬롯에 따라 상기 WLAN 기기와 상기 LTE-LAA 기기가 상기 비면허 대역을 이용하여 신호를 송수신하도록 제어하는 제어부를 포함할 수 있다.

본 발명에 따른 효과는 다음과 같다.

본 발명에서 제안하는 LTE-LAA와 WLAN 공존 방법을 이용하면 비면허 대역폭을 LTE-LAA와 WLAN이 효율적으로 공유할 수 있다. 이를 통해 LTE-LAA만 비면허 대역폭을 사용하거나, WLAN만 비면허 대역폭을 사용하는 것을 예방하고, LTE-LAA와 WLAN에 설정된 가중치에 따라 비면허 대역폭을 점유하도록 제어할 수 있다.

본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

도 1은 종래의 LTE-LAA에 사용되는 캐리어 어그리게이션에 대해 설명하기 위한 도면이다.
도 2a 내지 도 2b는 본 발명의 일 실시예에서 활용될 수 있는 LTE-LAA 시스템의 토폴로지를 설명하기 위한 도면이다.
도 3a 내지 도 3b는 본 발명의 일 실시예에 따른 최적화된 w_u와 w_w 값을 구하는 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 4a 내지 도 4d는 본 발명의 일 실시예에서 활용될 수 있는 w_u와 w_w 값에 따른 타임 슬롯의 할당에 대해 설명하기 위한 도면이다.
도 5a 내지 도 5f는 본 발명에서 제안하는 LTE-LAA와 WLAN의 공존 방법을 적용하는 경우의 성능을 테스트한 결과이다.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다.

제1, 제2, A, B 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 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 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

도 1은 종래의 LTE-LAA에 사용되는 캐리어 어그리게이션에 대해 설명하기 위한 도면이다.

무선 센서 네트워크(WSN, Wireless Sensor Network)는 IoT 및 빅 데이터(Big Data)에 대한 관심이 커지면서 최근 매우 각광받고 있는 분야이다. 무선 센서 네트워크를 이용하여 제공할 수 있는 서비스의 예로 다음의 표 1과 같은 서비스들을 들 수 있다.

Category	Application Type
Forest Fire Detection	Emergency Alarm
Air Pollution Monitoring	Environment Management
Water Quality Monitoring	Water Pipeline Monitoring
Land Slide Detection	Environment Management
Automotive Application	Urban Internet
Military Application	WSN Surveillance
Indoor Positioning Ubiquitous	Geo Sensing
Residential Monitoring	Ubiquitous Computing
Disaster Emergency Response	Emergency Alarm

이처럼 무선 센서 네트워크에 연결된 다양한 IoT 기기를 통해 방대한 데이터를 수집하고, 그 데이터를 분석하여 유용한 서비스를 제공할 수 있다. 예를 들면 산불 감지나 수질 모니터링과 같은 서비스를 제공할 수 있다. 또한 홈 IoT 서비스나 재난과 관련된 모니터링 서비스를 제공할 수 있다.

문제는 이러한 무선 센서 네트워크 서비스를 제공하기 위해서는 수 많은 IoT 센서가 필요하고, IoT 센서의 수만큼 발생하는 데이터의 양도 엄청나다는 점이다. 한 조사에서는 2016년에는 IoT 기기의 수가 65억 개에 이르고, 2020년에는 약 200억 개에 이를 것으로 예측하고 있다.

이처럼 무선 센서 네트워크에 연결된 기기들로 인한 트래픽의 증가를 효율적으로 처리하기 위한 방법으로 LTE을 고려할 수 있다. 하지만, LTE을 이용하더라도 기하급수적으로 증가하는 트래픽을 감당하기에는 한계가 있다. 즉 LTE으로 무선 센서 네트워크의 트래픽을 감당하기 위해서는 추가 대역폭이 필요하다.

캐리어 어그리게이션은 LTE Release 10에서 채택된 기술로, 멀티 캐리어를 이루는 주파수를 하나의 대역으로 묶어서 사용하게 만드는 기술이다. 이는 주파수 대역폭의 한계로 빠른 속도를 구현하지 못하기 때문에 고안된 기술로, 각각 10 MHz 대역의 주파수 2개라 하더라도 20 MHz의 광대역 주파수와 동일한 효과를 나타내게 한다.

LTE을 기준으로 보면 10 MHz 대역폭으로 최대 75 Mbps, 20 MHz 대역폭으로 최대 150 Mbps의 다운로드 속도를 보장한다. 그렇기 때문에 10 MHz 대역폭을 가진 주파수를 아무리 여러 개 사용해도 종래에는 75 Mbps를 넘을 수 없으나, 캐리어 어그리게이션을 적용하면 20 MHz의 대역폭을 가진 한 개의 주파수와 동일한 효과를 얻을 수 있다.

특히 LTE Release 11에서 채택된 LTE-U 및 LTE-H 기술은 캐리어 어그리게이션을 이용하여 LTE가 사용하는 800 MHz ~ 2.2 GHz 대역폭과 와이파이가 사용하는 5GHz 대역폭을 묶어서 통신을 수행하는 기술이다. 이를 통해 추가적인 속도 향상을 꾀할 수 있다.

도 1을 참고하면, 캐리어 어그리게이션을 통해서 LTE의 속도를 높이는 방법을 살펴볼 수 있다. 우선 면허 대역인 800MHz~2.2GHz 대역을 위주로 통신을 수행하면서 보조적으로 비면허 대역인 5GHz 대역을 사용한다. 여기서 면허 대역을 1차 셀(PCell, Primary cell)로 정의하고, 비면허 대역을 2차 셀(SCell, Secondary cell)로 정의한다.

하지만 1차 셀과 2차 셀을 캐리어 어그리게이션으로 묶어서 통신을 하는 것만으로는 충분하지 않다. 기존의 백홀 망(Backhaul)을 수정해야 LTE 서비스를 온전하게 제공할 수 있다. 즉 와이파이, 블루투스 및 지그비와 같은 LBT 프로토콜에서 통신을 수행하기 위해서는 기존의 LTE 기기들은 공존에 대해 고려해야 한다.

비면허 대역에서 LTE를 이용하기 위한 방법 중에 LTE-U와 LTE-LAA가 있다. 이 둘의 가장 큰 차이점으로 LBT 메커니즘(LBT mechanism)을 사용하는지 여부를 들 수 있다. 신호를 전송하기 전에 누가 말을 하고 있는지 확인하는 LBT 매커니즘이 LTE-U에는 없고, LTE-LAA에는 필수적이다.

일부 국가의 경우 비면허 대역에 대해 LBT가 의무화되어 있다. 반면에, 일부 국가는 LBT 없이 비면허 대역의 주파수 사용이 가능하다. LBT 없이 사용이 가능한 국가는 미국, 한국, 인도 등이 있고, LBT가 필수인 국가는 유럽, 일본 등이 대표적이다.

LBT가 의무화 되어 있지 않은 국가의 경우, 지금이라도 그냥 5GHz를 LTE 용도로 사용해도 법적으로 문제가 없는 상황이다. 반면 LBT가 필수인 국가의 경우는 LBT에 대한 추가 확인이 필요하기 때문에 상용화가 아무래도 LBT가 의무화 되어 있지 않은 국가보다 늦을 수 밖에 없다.

LBT를 사용하는 LTE-LAA의 경우 와이파이와 어느 정도 공존할 수 있는 기반이 되어있다. 하지만 LBT를 사용하지 않는 LTE-U의 경우 그렇지 않은 상황이다. 대신 LTE-U에서는 1) 5GHz 대역에서 와이파이가 쓰고 있는 채널을 피해서 통신을 하는 방안, 2) 상황에 따라 LTE-U를 사용하거나 사용하지 않도록 자체 스케줄링 하는 방안, 3) LTE 사용량이 많을 때만 LTE-U를 사용하도록 하는 방안 등을 고려 중이다.

LTE-LAA의 경우 LBT 메커니즘을 적용하고 있기 때문에 비면허 대역에서 와이파이와 공존할 준비가 되어 있기는 하나 이것 만으로는 충분하지 않다. LBT를 적용하더라도 LTE-LAA AP가 WLAN 센서 노드에서 사용하는 주파수 자원을 독점하지 않도록 스케줄링 할 필요가 있다.

도 2a 내지 도 2b는 본 발명의 일 실시예에서 활용될 수 있는 LTE-LAA 시스템의 토폴로지를 설명하기 위한 도면이다.

도 2a를 참고하면 3개의 매크로 셀(110, 120, 130)을 볼 수 있다. 또한 4개의 스몰 셀(111, 121, 131, 132)을 볼 수 있다. 보다 자세하게, 제1 매크로 셀(110)에는 1개의 LTE-LAA AP와 3개의 WLAN AP와 3개의 센서 노드가 위치한 것을 볼 수 있다. 또한, 제2 매크로 셀(120)에는 1개의 LTE-LAA AP와 2개의 WLAN AP와 4개의 센서 노드가 위치한 것을 볼 수 있다. 또한 제3 매크로 셀(130)에는 2개의 LTE-AP와 2개의 WLAN AP와 3개의 센서 노드가 위치한 것을 볼 수 있다.

도 2a와 같이 이기종 네트워크(HetNet, Heterogeneous Network)가 구성되어 있는 환경에서 LTE-LAA 방식의 센서 노드는 매크로 셀과 스몰 셀을 캐리어 어그리게이션으로 묶어서 데이터를 송수신한다. 이때 스몰 셀을 제공하는 LTE-LAA AP는 와이파이 서비스 등을 제공하는 WLAN AP와 비면허 대역을 공유해서 사용하게 된다.

즉 LTE-LAA AP와 WLAN AP가 비면허 대역의 주파수 자원을 공유해서 사용하게 되는데, 이때 앞서 설명한 독점의 문제가 발생할 수 있다. 이에 CSMA/CA를 이용하는 WLAN 방식의 센서 노드와 LTE-LAA 방식의 센서 노드가 비면허 대역의 자원을 최적화해서 공유하는 방법을 본 발명에서 제안한다.

이를 위해 본 발명에서는 타임 슬롯 기반의 할당 기법을 이용하고자 한다. 타임 슬롯 기반의 스케줄링을 통해서 각 WLAN 센서 노드와 LTE-LAA 센서 노드의 처리량(Throughput)을 최대화하고, 전송 지연을 최소화하며, 전송의 공정성을 확보할 수 있다.

도 2b를 참고하면 스몰 셀(200)이 도시되어 있다. 해당 스몰셀은 LTE AP와 WLAN AP 역할을 하는 LTE-U AP가 중앙에 위치하고 있다. 해당 LTE-U AP를 통해서 3개의 WLAN 센서(211, 213, 215)와 3개의 LTE-LAA 센서(221, 223, 225)가 데이터를 송수신한다.

3개의 WLAN 센서(211, 213, 215)는 비면허 대역을 통해서만 데이터를 주고 받고, 3개의 LTE-LAA 센서(221, 223, 225)는 면허 대역과 비면허 대역을 캐리어 어그리게이션으로 묶어서 데이터를 주고 받는다. 이때 비면허 대역에서 WLAN 센서와 LTE-LAA 센서 사이에 경합이 발생할 수 있다.

비면허 대역에서 WLAN 센서와 LTE-LAA 센서 사이에 경합을 해결하고, 최적화 하기 위해 다음의 표 2와 같이 용어를 정의하고자 한다. 이러한 용어들을 이용하여 수식을 통해 최적화된 w_u와 w_w 값을 구하도록 한다.

도 3a 내지 도 3b는 본 발명의 일 실시예에 따른 최적화된 w_u와 w_w 값을 구하는 과정을 설명하기 위한 도면이다.

구분	설명
C	Spectral Efficiency
Nu	# of sensors nodes serviced from LTE-LAA AP
Nw	# of sensors nodes using only WLAN band
T	# of total time slots
Tu	# of allocated time slots for LTE-LAA AP
Tw	# of allocated time slots for WLAN sensors
ru	Data rate for LTE-LAA AP in unlicensed band
rw	Data rate for WLAN sensors in unlicensed band
rx(i), x는 u or w	Assigned data rate for sensor node i
rmax	Maximum data rate in unlicensed band
Qi	Queue backlog size of sensor node i
wu	Weight parameter of LTE-LAA AP
ww	Weight parameter of WLAN sensors

각 용어에 대해 간단히 설명을 하면, C는 스펙스럼 효율을 의미한다. 본 발명에서는 [0.1, 10]까지의 랜덤값을 이용하여 분석과 시뮬레이션을 수행하였다. 다음으로 N_u는 LTE-LAA AP를 사용하는 센서 노드의 수이고, N_w는 WLAN를 사용하는 센서 노드의 수를 의미한다.

T는 타입 슬롯의 전체 수이며, T_u는 LTE-LAA AP에 할당된 타임 슬롯의 수, T_w는 WLAN에 할당된 타임 슬롯의 수를 의미한다. 또한 r_u는 비면허 대역에서 LTE-LAA AP가 사용하는 데이터 전송 속도(data rate)이고, r_w는 비면허 대역에서 WLAN 센서가 사용하는 데이터 전송 속도(data rate)이다. 마지막으로 r_max는 비면허 대역의 최대 전송 속도이다.

Q_i는 i번째 센서 노드의 큐 백로그(Queue Backlog) 크기이다. w_u는 LTE-LAA AP의 가중치이고, w_w는 WLAN 센서의 가중치이다. 즉 w_u와 w_w의 값을 기준으로 LTE-LAA 센서와 WLAN 센서가 타임 슬롯을 공유하게 된다. 그러므로 최적화된 w_u와 w_w의 값을 구하기 위한 수식을 살펴보도록 한다.

우선 w_u를 다음의 수학식 1로 정의할 수 있다. 총 N_u개의 LTE-LAA 센서 노드에 대해서 각 센서 노드의 데이터 전송 속도 r_u(i)와 큐 백로그 크기 Q_u(i)를 곱한 값을 더한 후 이를 LTE-LAA 센서 노드의 수인 N_u개로 나눈 값, 즉 LTE-LAA 센서 노드의 달성 가능한 데이터 전송 속도의 평균을 의미한다.

마찬가지로 w_w는 다음의 수학식 2로 정의할 수 있다. 총 N_w개의 WLAN 센서 노드에 대해서 각 센서 노드의 데이터 전송 속도 r_w(i)와 큐 백로그 크기 Q_w(i)를 곱한 값을 더한 후 이를 WLAN 센서 노드의 수인 N_w개로 나눈 값, 즉 WLAN 센서 노드의 달성 가능한 데이터 전송 속도의 평균을 의미한다.

본 발명에서는 이렇게 정의한 w_u와 w_w를 기준으로 타임 슬롯을 공유한다. 이때 타임슬롯은 충분히 긴 시간을 도 3a와 같이 기준시간 T_l로 나누면 총 T개의 타임 슬롯이 있다고 가정하자. 이때 T개의 타임 슬롯을 w_u와 w_w를 기준으로 분배하면 LTE-LAA 센서 노드와 WLAN 센서 노드의 대역폭을 최대화할 수 있다. 이때 LTE-LAA 센서 노드에 할당된 타임 슬롯의 수 T_u와 WLAN 센서 노드에 할당된 타임 슬롯의 T_w는 다음과 같이 표현할 수 있다.

이때 w_u와 w_w의 값이 동시에 0인 경우는 없는 것으로 가정한다. 즉 수학식 3의 분모가 0인 경우는 없는 것으로 가정한다. 다시 말해 LTE-LAA 센서 노드와 WLAN 센서 노드가 전송할 데이터가 하나도 없는 경우는 없는 것으로 가정한다. 전송할 데이터가 하나도 없는 경우는 애초에 경합의 문제도 발생하지 않는다.

수학식 3에서도 확인할 수 있듯이 w_u와 w_w의 가중치에 따라 전체 타임 슬롯의 수 T를 각각 T_u와 T_w로 나눈 것을 볼 수 있다. 이렇게 구한 T_u와 T_w를 통해 각 센서 노드의 데이터 수신 속도를 계산할 수 있다. 이는 다음의 수학식 4와 같다. 여기서 C는 스펙스럼 효율을 의미한다.

이 때 w_u와 w_w의 가중치를 최적화하기 위한 제약조건을 검토해보면, 타임 슬롯과 관련된 제약조건 및 데이터 전송 속도와 관련된 제약조건을 상정해 볼 수 있다. 우선 타임 슬롯과 관련된 제약조건을 살펴보면 다음의 수학식 5와 같다.

이는 T개의 타임 슬롯을 LTE-LAA 센서에게 T_u개, WLAN 센서에게 Tw 개 할당하므로 그 두 합은 T개보다 작거나 같음을 의미한다. 여기서 비면허 대역폭의 처리량을 최대화 하기 위해서는 T개의 타임 슬롯을 모두 사용할 수 있어야 한다. 즉 수학식 5는 다음의 수학식 6과 같이 다시 고쳐 쓸 수 있다.

물론 이는 w_u와 w_w의 가중치에 따라 전체 타임 슬롯의 수 T를 각각 T_u와 T_w로 나눈 수학식 3으로도 확인이 가능한 제약조건이다. 이와 같이 비면허 대역의 모든 타임 슬롯을 사용하여 LTE-LAA 센서 노드의 데이터 및 WLAN 센서 노드의 데이터를 전송하는 경우를 대상으로 계속해서 설명해나가기로 한다.

수학식 6과 같은 타임 슬롯의 제약조건 외에도 데이터 전송 속도의 제약조건이 있다. LTE-LAA AP 센서와 WLAN 센서의 데이터 전송 속도는 비면허 대역의 최대 대역폭보다 클 수 없다. 이는 비면허 대역의 대역폭을 LTE-LAA AP 센서와 WLAN 센서가 공유해서 사용하기 때문에 당연한 제약조건이라 볼 수 있다. 이를 수학식으로 표현하면 다음과 같다.

여기서 모든 큐 백로그 크기가 동일하다고 가정하면 수학식 1과 수학식 2를 이용하여 수학식 7을 다음과 같이 다시 정리할 수 있다. 여기서 Q_u(i)는 동일한 값으로 가정한 LTE-LAA AP 센서의 큐 백로그 크기이고, Q_w(i)는 동일한 값으로 가정한 WLAN 센서의 큐 백로그 크기이다. 이는 Qu와 Qw를 동일한 값으로 가정하여 수학식 1과 2에서 ∑ 밖으로 꺼내어서 정리한 것이다.

다음으로 유틸리티 함수를 정의할 필요가 있다. 이 함수는 모든 센서의 데이터 수신 속도를 함수로 표현한 것이다. 이 함수의 값을 최대화 할 수 있는 w_u와 w_w를 찾는 것이 본 발명의 목적이라 할 수 있다. 이를 수식으로 표현하면 다음의 수학식 9와 같다.

수학식 9를 참고하면 LTE-LAA 센서의 데이터 전송 속도와 WLAN 센서의 데이터 전송 속도를 모두 더한 값을 유틸리티 함수로 정의하였다. 즉 모든 센서의 데이터 전송 속도의 합을 최대화 하는 것을 목적으로 w_w와 w_u의 가중치를 최적화 한다. 즉 다음의 수식의 해를 찾는 과정을 살펴보기로 한다.

물론 수학식 10의 해를 구하는 과정은 앞서 살펴본 타임 슬롯의 제약조건에 관한 수학식 6과 데이터 전송속도의 제약조건에 관한 수학식 8의 전제 아래에서 해를 탐색해야 한다. 수학힉 10의 해를 탐색하기 위해서 본 발명에서는 라그랑주 승수법(Lagrangian Function)을 이용하기로 한다.

라그랑주 승수법은 제약조건이 있는 최적화 문제를 해결할 때 사용할 수 있는 방법이다. 최적화하려는 값에 형식적인 라그랑주 승수(Lagrange Multiplier)항을 더하여 제약조건이 잇는 문제를 제약조건이 없는 문제로 바꾸어서 푸는 방법이다. 다만 타임슬롯에 관한 제약조건은 앞서 수학식 3으로 해결이 가능하므로 데이터 전송 속도에 관한 제약조건인 수학식 8만 고려하기로 한다.

수학식 10에 라그랑주 승수법을 적용하면 최적화 문제를 다음과 같이 재정의할 수 있다.

수학식 11의 해를 구하는 과정에서 우리는 KKT 조건을 적용하기로 한다. KKT 조건은 라그랑주 승수법을 등호가 아닌 부등식의 제한 조건에서도 사용할 수 있게 확장시킨 것을 말한다.

수학식 12에서 식 1)과 식 2)는 앞서 살펴본 데이터 전송 속도의 제약조건이다. 이를 이용하면 식 3)과 식 4)를 얻을 수 있다. 식 3)과 식 4)에서 최종적으로 식 5)와 식 6)을 얻을 수 있다. KKT 조건의 파라미터인 μ₁과 μ₂를 다음의 도 3과 같이 경우를 나누어서 살펴보도록 한다.

도 3b를 참고하면 case 1)의 경우 WLAN 센서만 채널을 점유하여 데이터를 전송하고 LTE-LAA 센서는 비면허 대역을 사용하지 않는 것을 볼 수 있다. 이는 수식 5)와 수식 6)에서 μ₁=0이고, μ₂>0인 경우에 해당한다. 이 경우의 해를 구하면 다음과 같다.

반대로 case 2의 경우에는 LTE-LAA 센서만 채널을 점유하여 데이터를 전송하고 WLAN 센서는 비면허 대역을 사용하지 않는 것을 볼 수 있다. 이는 수식 5)와 수식 6)에서 μ₁>0이고, μ₂=0인 경우에 해당한다. 이 경우의 해를 구하면 다음과 같다.

그리고 case 3의 경우에는 LTE-LAA 센서와 WLAN 센서가 모두 데이터를 전송하기 위해 비면허 대역을 사용하는 경우이다. 이 때에는 수식 5)와 수식 6)에서 μ₁=0이고, μ₂=0인 경우에 해당한다. 이 경우의 해를 구하면 다음과 같다.

마지막으로 case 4의 경우에는 LTE-LAA 센서와 WLAN 센서가 모두 비면허 대역을 사용하지 않는 경우이다. 다만, 앞서 수학식 3을 설명하면서 이러한 경우는 논외로 취급하기로 하였다. 수학식 13 내지 수학식 15의 해를 통해서 최적화 된 w_u와 w_w를 구한 후에는 이에 기초하여 T 개의 타임 슬롯을 각각 LTE-LAA 센서와 WLAN 센서에 할당할 수 있다. 그 수식은 다음과 같이 표현할 수 있다.

또한 최적화된 w_u와 w_w의 값을 이용하여 달성 가능한 전송 속도의 최적화된 값도 다음과 같이 표현할 수 있다.

이상으로 본 발명에서 제안하는 LTE-LAA와 WLAN의 공존 방법에 대해서 살펴보았다. 이를 의사코드로 표현을 하면 도 3c와 같다. 도 3c를 참고하면 가중치 만큼 타임 슬롯을 할당하고(line 3), 타임 슬롯만큼 비면허 대역폭을 사용할 수 있도록 하고, 이를 다시 T_remain에 반영하는 방식으로 점유율을 관리할 수 있다(line 11). 이는 가중치 w_u와 w_w에 기초하여 타임 슬롯을 할당하는 일 예이며, 이 외에도 다양한 방식으로 타임 슬롯의 할당이 가능하다.

도 4a 내지 도 4d는 본 발명의 일 실시예에서 활용될 수 있는 w_u와 w_w 값에 따른 타임 슬롯의 할당에 대해 설명하기 위한 도면이다.

도 4a를 참고하면 2개의 WLAN 센서와 1개의 LTE-LAA 센서가 비면허 대역을 공유하고 있다. 이때 제1 WLAN 센서가 비면허 대역을 점유해서 사용하고 있는 상황이 도시되어 있다. 이때 LTE-LAA 센서의 잔여 시간이 2인 경우에는 2 단위 구간에 한해 비면허 대역의 점유가 가능하다.

도 4b를 참고하면 LTE-LAA 센서의 잔여 시간이 2인 경우에 1 단위 시간만큼 비면허 대역을 점유하여 LTE-LAA가 사용하는 것을 볼 수 있다. 이렇게 통신을 수행하면 LTE-LAA 센서의 잔여 시간은 1 단위 시간이 된다. 다음으로 도 4c에서 해당 잔여 시간만큼 다시 비면허 대역을 LTE-LAA 센서가 사용하여 잔여 시간이 0이 되는 과정을 볼 수 있다.

이처럼 LTE-LAA 센서가 자신에게 할당된 잔여 시간을 모두 사용하게 되면 그 이후에는 더 이상 비면허 대역을 사용할 수 없게 된다. 즉 WLAN 센서도 비면허 대역을 충분히 사용할 수 있도록 LTE-LAA 센서는 비면허 대역을 사용하기 위한 경합에 참여할 수 없게 된다.

도 4d를 참고하면 LTE-LAA 센서는 경쟁에 참여할 수 없게 되어, 제1 WLAN 센서와 제2 WLAN 센서가 경쟁에 의해 비면허 대역을 사용하는 과정을 볼 수 있다. 이처럼 도 4a 내지 도 4d와 같이 LTE-LAA 센서가 비면허 대역을 사용할 수 있는 시간을 관리함으로써, LTE-LAA 센서와 WLAN 센서가 균형적으로 비면허 대역을 사용할 수 있도록 제어할 수 있다.

도 5a 내지 도 5f는 본 발명에서 제안하는 LTE-LAA와 WLAN의 공존 방법을 적용하는 경우의 성능을 테스트한 결과이다.

우선 본 발명에서 제안하는 LTE-LAA와 WLAN의 공존 방법의 성능을 테스트 하기 위한 설정을 살펴보면 다음의 표 3과 같다.

Noise	3:4233 x 10-8 mW
Operated Frequency	5GHz
Bandwidth	20 MHz
Topology Coverage	200m x 200m
# of nodes per group	2128
Topology size	500m x 500m
Tdefault	10sec
CWmax	1024
Backoff slot size	0.02ms
Packet size	512Bytes

이와 같은 환경 아래에서, 1) 비면허 대역의 전송량 (Mbps), 2) 채널 이용률 (%), 3) Jain의 공정성 지수, 4) 전송 딜레이를 살펴보기로 한다.

우선 도 5a를 참고하면, WLAN 센서의 수가 10개인 상황에서 LTE-LAA 센서의 수를 증가시켜 가면서 LTE-LAA 센서의 전송량과 WLAN 센서의 전송량을 비교한 그래프를 볼 수 있다.

종래의 방법은 검은 실선에서 확인할 수 있듯이 LTE-LAA 센서의 수가 증가할수록 WLAN 센서의 전송량은 급격히 떨어져서 LTE-LAA 센서의 수가 20개인 경우에는 WLAN 센서의 전송량이 거의 0까지 떨어지는 것을 볼 수 있다. 이에 비해 본 발명에서는 제안하는 방법은 빨간 실선에서 확인할 수 잇듯이 LTE-LAA 센서의 수가 20개까지 증가하더라도 WLAN 센서의 전송량은 대략 20Mbps까지는 확보한 것을 볼 수 있다.

본 발명에서 제안하는 방법을 이용하면 WLAN 센서와 LTE-LAA 센서가 균형을 맞추어서 비면허 대역폭을 공유할 뿐만 아니라 종래의 방법에 비해서 약 6% 정도로 전송량이 향상된 것을 확인할 수 있다. 이는 WLAN 센서와 LTE-LAA 센서의 비면허 대역폭 점유를 최적화 하여 스케줄링 함으로써 얻은 성능 개선이다.

또한 도 5b를 참고하면 이번에는 LTE-LAA 센서의 수가 10개인 상황에서 WLAN 센서의 수를 증가시켜 가면서 LTE-LAA 센서의 전송량과 WLAN 센서의 전송량을 비교한 그래프를 볼 수 있다.

종래의 방법은 검은색 실선에서 확인할 수 있듯이 WLAN 센서의 수가 증가하더라도 WLAN 센서의 전송량은 거의 변화가 없다. 이에 비해 본 발명에서 제안하는 방법은 WLAN 센서의 수가 증가할수록 WLAN 센서의 전송량이 10 Mbps에서 대략 40 Mbps까지 증가하는 것을 볼 수 있다.

이처럼 본 발명에서 제안하는 방법을 사용하면 LTE-LAA 센서 노드의 수와 WLAN 센서 노드의 수에 따라 비면허 대역을 할당해서 사용하기 때문에 전체적으로 비면허 대역폭을 이용한 데이터 전송량도 증가하게 된다. 이를 통해 비면허 대역폭을 효율적으로 활용할 수 있다.

다음으로 도 5c 내지 도 5d를 참고하면 채널 이용률을 확인할 수 있다. 도 5c에서는 LTE-LAA 센서의 수를 증가시켜 가면서 LTE-LAA 센서와 WLAN 센서의 채널 이용률을 도시하였다. 종래의 방법에서 갈색 막대 그래프에서 볼 수 있듯이 WLAN 센서는 LTE-LAA 센서의 수가 증가할수록 채널 이용률이 급속히 떨어진다. 이에 비해 본 발명에서 제안하는 방법은 하늘색 막대 그래프에서 볼 수 있듯이 LTE-LAA 센서의 수가 증가하더라도 WLAN 센서의 채널 이용률이 0.6에서 0.3정도로 떨어지는 것을 볼 수 있다.

다음으로 도 5d를 참고하면 WLAN 센서의 수를 증가시켜 가면서 LTE-LAA 센서와 WLAN 센서의 채널 이용률을 측정한 결과를 확인할 수 있다. 종래의 방법에서 갈색 막대 그래프에서 볼 수 있듯이 WLAN 센서는 WLAN 센서의 수가 증가하더라도 채널 이용률의 변화가 거의 없다. 이에 비해 본 발명에서 제안하는 방법은 하늘색 막대 그래프에서 볼 수 있듯이 WLAN 센서의 수가 증가하면 WLAN 센서의 채널 이용률이 0.3에서 0.6까지 증가하는 것을 볼 수 있다.

다음으로 도 5e를 참고하면 LTE-LAA 센서 수에 따른 지연을 확인할 수 있다. 종래의 방법은 검은 실선에서 확인할 수 있듯이, LTE-LAA 센서가 증가할수록 LTE-LAA 센서가 비면허 대역폭을 독점하기 때문에 WLAN 센서의 지연 시간이 기하급수적으로 증가하는 것을 볼 수 있다. 이에 비해 본 발명에서 제안하는 방법은 LTE-LAA 센서가 증가하더라도 WLAN 센서의 지연시간에는 거의 영향이 없다.

다음으로 도 5f를 참고하면 LTE-LAA 센서의 수가 증가할수록 종래의 방법은 검은 점선에서 확인할 수 있듯이 Jain 공정 지수가 0.9에서 점차 감소하여 0.1까지 떨어진다. 이에 비해 본 발명에서 제안하는 방법은 1.0에서 0.8까지 떨어지는 것을 볼 수 있다. 즉 본 발명에서 제안하는 방법을 이용하면 LTE-LAA 센서 노드를 무선 네트워크에 추가하더라도 비면허 대역을 공정하게 사용할 수 있다.

이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예들을 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시 예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.

Claims (11)

1. 통신 장치가, 비면허 대역에서 WLAN 기기의 처리량과 LTE-LAA 기기의 처리량의 합을 최대화 하는 WLAN 기기의 가중치와 LTE-LAA 기기의 가중치를 연산하는 단계;
   상기 통신 장치가, 상기 WLAN 기기의 가중치 및 상기 LTE-LAA 기기의 가중치에 기초하여, 타임 슬롯(Time Slot)을 WLAN 기기와 LTE-LAA 기기에 할당하는 단계; 및
   상기 통신 장치가, 상기 할당된 타임 슬롯에 따라 상기 WLAN 기기와 상기 LTE-LAA 기기가 상기 비면허 대역을 이용하여 신호를 송수신하도록 제어하는 단계를 포함하는,
   LTE-LAA와 WLAN의 비면허 대역에서의 공존 방법.
2. 제1항에 있어서,
   상기 WLAN 기기의 가중치와 LTE-LAA 기기의 가중치를 연산하는 단계는,
   상기 WLAN 기기의 처리량과 LTE-LAA 기기의 처리량의 합을 다음의 제1 수식
   

   

   
   으로 정의하는 단계를 포함하되,
   r_u는 상기 LTE-LAA 기기의 데이터 전송 속도이고,
   r_w는 상기 WLAN 기기의 데이터 전송 속도이고,
   N_u는 상기 LTE-LAA 기기의 수이고,
   N_w는 상기 WLAN 기기의 수인,
   LTE-LAA와 WLAN의 비면허 대역에서의 공존 방법.
3. 제2항에 있어서,
   상기 제1 수식으로 정의하는 단계는,
   상기 제1 수식에 라그랑주 승수법(Lagrangian Function)을 적용한 다음의 제2 수식
   

   

   
   에 기초하여 w_u와 w_w를 연산하는 단계를 포함하되,
   w_u는 상기 LTE-LAA 기기의 가중치이고,
   w_w는 상기 WLAN 기기의 가중치이고,
   r_max는 상기 비면허 대역의 최대 데이터 전송 속도이고,
   Q_u(i)는 상기 LTE-LAA 기기의 i번째 노드의 큐 백로그 크기이고,
   Q_w(i)는 상기 WLAN 기기의 i번째 노드의 큐 백로그 크기인,
   LTE-LAA와 WLAN의 비면허 대역에서의 공존 방법.
4. 제3항에 있어서,
   상기 제2 수식에 기초하여 w_u와 w_w를 연산하는 단계는,
   상기 제2 수식에 KKT 조건을 적용한 결과로, 상기 w_u의 값을 다음의 수식에
   

   

   
   기초하여 연산하는 단계를 포함하는,
   LTE-LAA와 WLAN의 비면허 대역에서의 공존 방법.
5. 제1항에 있어서,
   상기 타임 슬롯(Time Slot)을 WLAN 기기와 LTE-LAA 기기에 할당하는 단계는,
   상기 WLAN 기기와 상기 LTE-LAA 기기에 다음의 제3 수식에
   

   

   
   기초하여, 타임 슬롯을 할당하는 단계를 포함하되,
   w_u는 상기 LTE-LAA 기기의 가중치이고,
   w_w는 상기 WLAN 기기의 가중치이고,
   T_u는 상기 LTE-LAA 기기에 할당된 타임 슬롯의 수이고,
   T_w는 상기 WLAN 기기에 할당된 타임 슬롯의 수이고,
   T는 전체 타임 슬롯의 수인,
   LTE-LAA와 WLAN의 비면허 대역에서의 공존 방법.
6. 제5항에 있어서,
   상기 제3 수식에 기초하여 타임 슬롯을 할당하는 단계는,
   상기 LTE-LAA 기기에 할당된 T_u 타임 슬롯만큼 상기 LTE-LAA 기기가 상기 비면허 대역을 이용하여 신호를 송신한 경우, 상기 T_u 타임 슬롯이 소진된 것으로 판단하는 단계를 포함하는,
   LTE-LAA와 WLAN의 비면허 대역에서의 공존 방법.
7. 제6항에 있어서,
   상기 T_u 타임 슬롯이 소진된 것으로 판단하는 단계는,
   상기 LTE-LAA 기기에 할당된 T_u 타임 슬롯이 소진되면 상기 LTE-LAA 기기는 상기 비면허 대역을 이용하여 신호를 송수신하지 못하도록 제어하는 단계를 포함하는,
   LTE-LAA와 WLAN의 비면허 대역에서의 공존 방법.
8. 제5항에 있어서,
   상기 제3 수식에 기초하여 타임 슬롯을 할당하는 단계는,
   상기 WLAN 기기에 할당된 T_w 타임 슬롯만큼 상기 WLAN 기기가 상기 비면허 대역을 이용하여 신호를 송신한 경우, 상기 T_w 타임 슬롯이 소진된 것으로 판단하는 단계를 포함하는,
   LTE-LAA와 WLAN의 비면허 대역에서의 공존 방법.
9. 제8항에 있어서,
   상기 T_w 타임 슬롯이 소진된 것으로 판단하는 단계는,
   상기 WLAN 기기에 할당된 T_w 타임 슬롯이 소진되면 상기 WLAN 기기는 상기 비면허 대역을 이용하여 신호를 송수신하지 못하도록 제어하는 단계를 포함하는,
   LTE-LAA와 WLAN의 비면허 대역에서의 공존 방법.
10. 제5항에 있어서,
    상기 제3 수식에 기초하여 타임 슬롯을 할당하는 단계는,
    상기 LTE-LAA 기기에 할당된 T_u 타임 슬롯과 상기 WLAN 기기에 할당된 T_w 타임 슬롯이 소진되면 상기 제3 수식에 기초하여 타임 슬롯을 재할당 하는 단계를 포함하는,
    LTE-LAA와 WLAN의 비면허 대역에서의 공존 방법.
11. 비면허 대역에서 WLAN 기기의 처리량과 LTE-LAA 기기의 처리량의 합을 최대화 하는 WLAN 기기의 가중치와 LTE-LAA 기기의 가중치를 연산하는 가중치 연산부;
    상기 WLAN 기기의 가중치 및 상기 LTE-LAA 기기의 가중치에 기초하여, 타임 슬롯(Time Slot)을 WLAN 기기와 LTE-LAA 기기에 할당하는 타임 슬롯 할당부; 및
    상기 할당된 타임 슬롯에 따라 상기 WLAN 기기와 상기 LTE-LAA 기기가 상기 비면허 대역을 이용하여 신호를 송수신하도록 제어하는 제어부를 포함하는,
    LTE-LAA와 WLAN의 비면허 대역에서의 공존 장치.

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