KR20200041235A - Method for controlling access for machine-type communication and allocation pilot signal in mimo system - Google Patents

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KR20200041235A
KR20200041235A KR1020180133222A KR20180133222A KR20200041235A KR 20200041235 A KR20200041235 A KR 20200041235A KR 1020180133222 A KR1020180133222 A KR 1020180133222A KR 20180133222 A KR20180133222 A KR 20180133222A KR 20200041235 A KR20200041235 A KR 20200041235A
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Abstract

Disclosed is a method for controlling access and allocating a pilot signal for mechanical communication. The method comprises: a step of allowing a base station to broadcast an access blocking factor with mechanical communicating devices in a current time slot; a step of allowing each mechanical communicating device to generate a random number and to determine whether to proceed with a random access process; a step of allowing the mechanical communicating device to select a pilot from a set of pilots when the random access process is performed and to transmit the selected pilot to the base station; a step of allowing the base station to generate a random access response in response to the selected pilot and to check whether or not the mechanical communicating device has the strongest uplink signal gain based on the random access response when the generated random access response is transmitted to the mechanical communicating device; a step of allowing the mechanical communicating device having the strongest uplink signal gain to repeatedly transmit the pilot; and a step of allowing the base station to allocate dedicated payload pilots to the mechanical communicating device having the strongest uplink signal gain. The access blocking factor is dynamically controlled for each time slot.

Description

대규모 MIMO 시스템에서 기계형 통신을 위한 액세스 제어와 파일럿 신호 할당 방법{METHOD FOR CONTROLLING ACCESS FOR MACHINE-TYPE COMMUNICATION AND ALLOCATION PILOT SIGNAL IN MIMO SYSTEM}METHOD FOR CONTROLLING ACCESS FOR MACHINE-TYPE COMMUNICATION AND ALLOCATION PILOT SIGNAL IN MIMO SYSTEM

본 발명의 개념에 따른 실시 예는 기계형 통신을 위한 액세스 제어와 파일럿 신호 할당 방법에 관한 것으로, 특히 충돌 해결을 위한 대규모 MIMO 환경에서의 랜덤 액세스 제어와 파일럿 신호 할당 방법에 관한 것이다.An embodiment according to the concept of the present invention relates to a method for allocating access control and pilot signals for mechanical communication, and more particularly, a method for allocating random access control and pilot signals in a large-scale MIMO environment for conflict resolution.

3GPP LTE(3rd generation partnership project long term evolution) 시스템 또는 IoT(internet of things)의 기계형 통신(machine-type communication(MTC))에서 차량, 스마트 미터, 센서, 및 스마트 기기와 같은 물리적 장치의 네트워크는 인간의 개입 없이 실시간으로 연결되고 제어된다. IoT 시스템에서 잠재적인 장치들의 수는 수백억에 이를 것으로 예상되지만 무선 자원은 종종 부족하다. 제한된 대역폭에서 엄청난 수의 장치들을 연결하려면 리소스의 효율성을 높이고 제어 오버헤드와 액세스 지연을 줄일 수 있는 새로운 액세스 솔루션 개발이 필요하다. 3GPP LTE (3 rd generation partnership project long term evolution) system or IoT (internet of things) in the network of the physical device, such as a car, a smart meter, a sensor, and a smart device, the machine-type communication (machine-type communication (MTC) ) Is connected and controlled in real time without human intervention. The potential number of devices in IoT systems is expected to reach tens of billions, but radio resources are often scarce. Connecting a huge number of devices in limited bandwidth requires the development of new access solutions that can increase resource efficiency and reduce control overhead and access latency.

IoT의 주된 문제점은 저전력, 스펙트럼 자원의 부족, 및 짧은 통달범위이다. 지그비(ZigBee), 와이파이(WiFi), 및 로라(Long Range(LoRa))와 같은 IoT 네트워크용으로 많은 무선 기술들이 이미 개발되었다. 그러나, 통신 공급업자는 현재 셀룰러 네트워크, 예컨대, LTE-M, NB-IoT와 호환될 수 있는 기술을 개발하는 것을 선호한다. 또한, 셀룰러 네트워크는 간섭을 잘 예측하고 제어할 수 있다. 그러므로, 이는 IoT 시나리오와 같은 고밀도 네트워크에서 유용하다. 이러한 이유로 IoT 요구에 대응할 수 있는 셀룰러 네트워크에 대한 많은 연구가 있다.The main problems of IoT are low power, lack of spectrum resources, and short range of communication. Many wireless technologies have already been developed for IoT networks such as ZigBee, Wi-Fi, and Long Range (LoRa). However, communication providers currently prefer to develop technologies that are compatible with cellular networks, such as LTE-M, NB-IoT. In addition, cellular networks can predict and control interference well. Therefore, it is useful in high density networks such as IoT scenarios. For this reason, there are many studies on cellular networks that can respond to IoT needs.

셀룰러 주파수 대역이 제한적이기 때문에 대규모 MIMO 기술이 스펙트럼 효율을 향상시키기 위해 제안되었다. 대규모 MIMO는 시분할(time-division duplexing(TDD)) 모드에서 동작하는데, 여기서, 업링크 파일럿을 사용하고 다운링크 채널을 추정하기 위한 채널 상호성을 실현함으로써 채널 추정이 달성된다. 그럼에도 불구하고 조밀한 기계형 통신 장치(MTC device(기계형 통신 장치)) 환경에서 채널 추정은 특정 특성에서 중요한 문제에 직면한다.  Because of the limited cellular frequency band, large-scale MIMO technology has been proposed to improve spectral efficiency. Large-scale MIMO operates in a time-division duplexing (TDD) mode, where channel estimation is achieved by using uplink pilots and realizing channel interoperability for estimating downlink channels. Nevertheless, in a dense mechanical communication device (MTC device) environment, channel estimation faces an important problem in certain characteristics.

첫째, 파일럿 시퀀스들의 수는 채널의 간섭성(coherence) 간격의 차원에 의해서 제한된다. 이는 장치들의 수가 매우 많아지면 파일럿들의 수가 부족해진다. 따라서, 조밀한 장치 시나리오에서 파일럿 할당 문제는 중요하다.  First, the number of pilot sequences is limited by the dimension of the coherence interval of the channel. This means that if the number of devices becomes very large, the number of pilots becomes insufficient. Therefore, the pilot allocation problem in a compact device scenario is important.

둘째, 모든 장치가 동시에 동시에 자주 활성화되는 것이 아니다. 그러나, 각 장치는 랜덤한 순간에 데이터를 기지국으로 산발적으로 전송한다. 따라서, 네트워크 시스템은 동적이고 적응적인 메커니즘에 따라 기계형 통신 장치에 파일럿들을 할당해야 한다. 하나의 공통 매커니즘은 각 장치가 하나의 파일럿을 무작위로 선택하여 기지국으로 전송할 수 있게 하는 것이지만, 파일럿 충돌을 초래한다.Second, not all devices are activated simultaneously and frequently at the same time. However, each device sporadically transmits data to the base station at random moments. Therefore, the network system must allocate pilots to the mechanical communication device according to a dynamic and adaptive mechanism. One common mechanism is to allow each device to randomly select one pilot and send it to the base station, but it results in a pilot collision.

파일럿 충돌을 해결하기 위하여, 파일럿 신호를 정화(decontaminate)하고, 과도한 액세스 지연을 대가로 시스템 처리량을 증가시키는 신뢰 전파(belief propagation) 알고리즘이 제안되었다. 가장 강력한 사용자 충돌 해결(strongest-user collision resolution(SUCR)이라는 또 다른 프로토콜 또한 이러한 문제를 해결한다. SUCR 프로토콜은 가장 강한 채널 신호 이득을 가지는 기계형 통신 장치를 분산 방식으로 경쟁 우승자로 선택한다. 이 프로토콜은 낮은 액세스 지연으로 충돌 해결의 가능성을 높일 수 있다.In order to resolve the pilot collision, a trust propagation algorithm has been proposed that decontaminates the pilot signal and increases system throughput in exchange for excessive access delay. Another protocol, called strongest-user collision resolution (SUCR), also solves this problem: The SUCR protocol selects a mechanical communication device with the strongest channel signal gain in a distributed fashion as a competition winner. The protocol can increase the possibility of conflict resolution with low access delay.

또한, 3GPP LTE 릴리즈 11에서, 액세스 클래스 차단(access class barring(ACB)) 기법, 물리적 랜덤 액세스 채널 리소스 분리 기법, 슬롯형 액세스 기법, 랜덤 액세스(random access(RA)) 자원의 동적 할당, 기계형 통신 장치들의 클러스터링, 및 백-오프 기법과 같은 기법들이 MTC 장치들의 랜덤 액세스를 제어하기 위해서 제공된다.  Also, in 3GPP LTE Release 11, access class barring (ACB) technique, physical random access channel resource separation technique, slotted access technique, dynamic allocation of random access (RA) resource, mechanical Techniques such as clustering of communication devices, and back-off techniques are provided to control random access of MTC devices.

이 중에서 ACB는 트래픽 과부하를 줄이기 위한 가장 효율적인 솔루션 중의 하나이다. 고정된 차단 인자(factor)를 갖는 ACB 기법이 제안되었으며, 차단 인자를 상수로 사용하면 시스템을 단순화하고 계산 비용을 줄일 수 있으나, 최대 성능을 얻을 수 없다. 또한, MTC 통신으로 인한 혼잡을 완화하기 위해 트래픽 인식 (traffic aware) ACB 가 제안되었다.Of these, ACB is one of the most efficient solutions to reduce traffic overload. An ACB technique with a fixed blocking factor has been proposed, and using a blocking factor as a constant can simplify the system and reduce the computational cost, but cannot achieve maximum performance. In addition, a traffic aware ACB has been proposed to alleviate congestion due to MTC communication.

H. He, Q. Du, H. Song, W. Li, Y. Wang, and P. Ren, “Traffic-aware acb scheme for massive access in machine-to-machine networks,” in 2015 IEEE International Conference on Communications, June 2015, pp. 617-622.H. He, Q. Du, H. Song, W. Li, Y. Wang, and P. Ren, “Traffic-aware acb scheme for massive access in machine-to-machine networks,” in 2015 IEEE International Conference on Communications , June 2015, pp. 617-622.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 기계형 통신을 위한 액세스 제어와 파일럿 신호 할당 방법은 액세스 클래스 차단(access class barring(ACB)) 인자가 각 타임 슬롯에서 동적으로 조절되는 것을 목적으로 한다.The present invention has been devised to solve the above problems, and the access control and pilot signal allocation method for the mechanical communication of the present invention has an access class barring (ACB) factor dynamically in each time slot. It aims to be adjusted.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 기계형 통신을 위한 액세스 제어와 파일럿 신호 할당 방법은 현재 타임 슬롯에서 기지국이 기계형 통신 장치들로 액세스 차단 인자를 브로드캐스팅하는 단계와, 각 기계형 통신 장치는 난수를 생성하고 랜덤 액세스 절차를 진행할지 여부를 결정하는 단계와, 랜덤 액세스 절차를 진행할 경우, 상기 기계형 통신 장치는 파일럿들의 집합으로부터 파일럿을 선택하고, 선택된 파일럿을 상기 기지국으로 전송하는 단계와, 상기 기지국은 상기 선택된 파일럿에 응답하여 랜덤 액세스 응답을 생성하고, 생성된 랜덤 액세스 응답을 상기 기계형 통신 장치로 전송하면, 상기 기계형 통신 장치는 상기 랜덤 액세스 응답에 기초하여 가장 강한 업링크 신호 이득을 가지는지 여부를 검사하는 단계와, 상기 가장 강한 업링크 신호 이득을 가지는 기계형 통신 장치가 반복적으로 파일럿을 전송하는 단계와, 상기 기지국이 상기 가장 강한 업링크 신호 이득을 가지는 기계형 통신 장치에 전용 페이로드 파일럿들을 할당하는 단계를 포함하고, 상기 액세스 차단 인자는 각 타임 슬롯마다 동적으로 조절된다.In order to achieve the above object, the access control and pilot signal allocation method for the mechanical communication of the present invention includes the steps of broadcasting an access blocking factor by the base station to the mechanical communication devices in the current time slot, and each mechanical communication The apparatus generates a random number and determines whether to perform a random access procedure, and when performing the random access procedure, the mechanical communication apparatus selects a pilot from a set of pilots and transmits the selected pilot to the base station. Wow, the base station generates a random access response in response to the selected pilot, and when the generated random access response is transmitted to the mechanical communication device, the mechanical communication device has the strongest uplink based on the random access response. Checking whether it has a signal gain, and the strongest upring And repeatedly transmitting a pilot by a mechanical communication device having a signal gain, and allocating dedicated payload pilots to the mechanical communication device having the strongest uplink signal gain by the base station, and blocking the access. The argument is dynamically adjusted for each time slot.

상기 기지국이 상기 액세스 차단 인자를 브로드캐스팅하는 단계는, 상기 기지국이 상기 파일럿을 선택하고자 하는 기계형 통신 장치들의 수를 추정하는 단계와, 추정된 기계형 통신 장치들의 수를 기초로 다음 타임 슬롯의 액세스 차단 인자를 계산하는 단계를 포함한다.The step of broadcasting the access blocking factor by the base station may include estimating the number of mechanical communication devices for which the base station intends to select the pilot, and the next time slot based on the estimated number of mechanical communication devices. And calculating an access blocking factor.

상기 다음 타임 슬롯의 액세스 차단 인자를 계산하는 단계는, 기 현재 타임 슬롯에서 상기 파일럿을 선택하고자 하는 기계형 통신 장치들의 수와 상기 현재 타임 슬롯에서 성공적으로 액세스한 기계형 통신 장치들의 수의 비율을 이용하여 상기 다음 타임 슬롯의 액세스 차단 인자를 계산한다.The step of calculating the access blocking factor of the next time slot may include the ratio of the number of mechanical communication devices that want to select the pilot in the current time slot to the number of mechanical communication devices successfully accessed in the current time slot. Use to calculate the access blocking factor of the next time slot.

상기 현재 타임 슬롯에서 성공적으로 액세스한 기계형 통신 장치들의 수는, 기 랜덤 액세스 절차를 진행하는 기계형 통신 장치들 중에서 서로 동일한 파일럿을 선택할 충돌 장치들이 있을 확률을 이용하여 계산한다.The number of mechanical communication devices successfully accessed in the current time slot is calculated using the probability that there will be collision devices that will select the same pilot from each other among the mechanical communication devices undergoing the random access procedure.

상기 현재 타임 슬롯에서 성공적으로 액세스한 기계형 통신 장치들의 수는, 상기 충돌 장치들이 있을 확률과 함께, 상기 가장 강한 업링크 신호 이득을 가지는 기계형 통신 장치가 반복적으로 파일럿을 전송할 확률을 이용하여 계산한다.The number of mechanical communication devices successfully accessed in the current time slot is calculated using the probability that the collision devices are present, and the probability that the mechanical communication device having the strongest uplink signal gain repeatedly transmits a pilot. do.

상기 상기 랜덤 액세스 절차를 진행하는 기계형 통신 장치들의 수는, 기 현재 타임 슬롯에서 사용 가능한 총 파일럿들의 수 중에서 유휴 파일럿들의 수를 카운트하고, 카운트 결과를 이용하여 상기 파일럿들이 유휴 상태일 확률을 계산하고, 계산된 유휴 상태일 확률을 이용하여 상기 상기 랜덤 액세스 절차를 진행하는 기계형 통신 장치들의 수를 계산한다.The number of mechanical communication devices performing the random access procedure counts the number of idle pilots among the total number of pilots available in the current time slot, and calculates a probability that the pilots are idle using the count result Then, the number of machine-type communication devices performing the random access procedure is calculated using the calculated probability of being idle.

상기한 바와 같은 본 발명의 기계형 통신을 위한 액세스 제어와 파일럿 신호 할당 방법은 동적 ACB 기법으로 구현된 액세스 제어를 이용하여 SUCR 프로토콜을 기반으로 기계형 통신 장치들과 기지국 사이의 액세스 성공 확률을 높일 수 있는 효과가 있다.The access control and pilot signal allocation method for the mechanical communication of the present invention as described above increases the probability of successful access between the mechanical communication devices and the base station based on the SUCR protocol by using the access control implemented by the dynamic ACB technique. It has the effect.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 기계형 통신 장치들을 갖는 셀룰러 네트워크를 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 파일럿 블락과 페이로드 데이터 블락 모델을 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 ACB-SUCR 기법의 절차를 나타내는 도면이다.
도 4 내지 도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 ACB-SUCR 방법을 시뮬레이션한 결과를 나타내는 그래프이다.
1 is a diagram illustrating a cellular network having mechanical communication devices according to an embodiment of the present invention.
2 is a diagram showing a pilot block and a payload data block model according to an embodiment of the present invention.
3 is a view showing a procedure of the ACB-SUCR technique according to an embodiment of the present invention.
4 to 5 is a graph showing the result of simulating the ACB-SUCR method according to an embodiment of the present invention.

본 발명은 ACB 기법을 이용한 액세스 제어 전략과 SUCR 프로토콜을 이용한 파일럿 할당 전략을 제안한다.The present invention proposes an access control strategy using ACB and a pilot allocation strategy using SUCR protocol.

이하에서는 본 발명에 따른 실시예 및 도면을 참조하여, 본 발명을 더욱 상술한다. Hereinafter, the present invention will be further described with reference to examples and drawings according to the present invention.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 기계형 통신 장치들을 갖는 셀룰러 네트워크를 나타내는 도면이고, 도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 파일럿 블락과 페이로드 데이터 블락 모델을 나타내는 도면이다.1 is a view showing a cellular network having mechanical communication devices according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a view showing a pilot block and payload data block model according to an embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면, 단일셀 시분할 대규모 MIMO 네트워크(10)는 N개의 단일 안테나 기계형 통신 장치(200, 300)를 포함하고, M개의 안테나가 장착된 기지국(base station(BS); 100)에 의해 서비스된다. 매 회 특정 수의 활성 장치들(200)이 있고, 나머지 장치들(300)은 유휴 상태이다. 장치들이 서로 직교하는 파일럿 시퀀스들을 공유하고, 각 시퀀스의 심볼 길이는

Figure pat00001
라고 가정하자. Referring to FIG. 1, a single cell time division large-scale MIMO network 10 includes N single antenna mechanical communication devices 200 and 300, and a base station (BS) 100 equipped with M antennas is provided. Serviced by There is a certain number of active devices 200 each time, and the rest of the devices 300 are idle. Devices share orthogonal pilot sequences, and the symbol length of each sequence is
Figure pat00001
Suppose

우선, 도 2에 도시된 바와 같이, 타임 슬롯에서 파일럿 랜덤 액세스 절차가 수행된다. 하나의 프레임 시간(

Figure pat00002
, 이하, '관찰 기간'이라 한다.) 동안 기계형 통신 장치들의 전송을 관찰한다. 관찰 기간을
Figure pat00003
길이를 갖는
Figure pat00004
개의 이산 랜덤 액세스 슬롯들(RASTs)로 나눈다. 여기서,
Figure pat00005
는 채널 간섭성 간격보다 작거나 같다. First, as shown in FIG. 2, a pilot random access procedure is performed in a time slot. One frame time (
Figure pat00002
, Hereinafter, referred to as the 'observation period'). Observation period
Figure pat00003
Having length
Figure pat00004
Divided into two discrete random access slots (RASTs). here,
Figure pat00005
Is less than or equal to the channel coherence interval.

관찰 기간

Figure pat00006
동안 i-번째 RAST는
Figure pat00007
로 표시된다.
Figure pat00008
는 시간 ti -1에서 시작해서 시간 ti에서 끝난다. 각 서브 프레임이 하나의 슬롯으로 전송된다고 가정하자. 또한, 기계형 통신 장치들의 전송은 드물고(infrequent) 각 기계형 통신 장치는 독립적으로 현재 슬롯에서 활성화되기를 원한다.
Figure pat00009
Figure pat00010
동안 신규 도착자의 수로 나타낸다. Observation period
Figure pat00006
While i-th RAST
Figure pat00007
It is indicated by.
Figure pat00008
Starts at time t i -1 and ends at time t i . Suppose that each subframe is transmitted in one slot. Also, transmission of machine-type communication devices is infrequent and each machine-type communication device wants to be activated independently in the current slot.
Figure pat00009
To
Figure pat00010
While it is represented by the number of new arrivals.

Figure pat00011
는 랜덤 액세스 요청들의 확률 밀도 함수인 활성화 트래픽 분산
Figure pat00012
와 총 장치들의 수 N을 따른다. 그러면,
Figure pat00013
는 다음과 같이 정의된다.
Figure pat00011
Is the active traffic distribution, which is a function of the probability density of random access requests.
Figure pat00012
And the number N of total devices. then,
Figure pat00013
Is defined as

[수학식 1][Equation 1]

Figure pat00014
Figure pat00014

SUCR 프로토콜은 낮은 액세스 지연으로 파일럿 충돌을 해결할 수 있지만, 신규 도착자의 수가 매우 큰 경우, 액세스 성공 확률은 감소한다. 따라서, 액세스 된 기계형 통신 장치들의 수를 제어하기 위해 ACB 체계를 적용하는 것이 효율적인 솔루션이 된다.  ACB 메커니즘은 할당된 접속 클래스를 기반으로 단말에 접속 우선권을 제공할 수 있다.The SUCR protocol can resolve the pilot collision with low access delay, but if the number of new arrivals is very large, the probability of successful access decreases. Therefore, applying an ACB scheme to control the number of accessed mechanical communication devices is an efficient solution. The ACB mechanism may provide access priority to the terminal based on the assigned access class.

도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 ACB-SUCR 기법의 절차를 나타내는 도면이다. 도 3을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 ACB-SUCR 기법의 절차는 ACB 기법을 이용한 액세스 제어와 SUCR 프로토콜을 이용한 파일럿 할당으로 구성된다.3 is a view showing a procedure of the ACB-SUCR technique according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 3, the procedure of the ACB-SUCR technique according to an embodiment of the present invention includes access control using the ACB technique and pilot allocation using the SUCR protocol.

ACB 기법을 이용한 액세스 제어Access control using ACB technique

혼잡이 발생하면 ACB 기법을 사용하여 기계형 통신 장치들에 대한 액세스를 방지하고 네트워크의 과부하를 줄인다. 각 슬롯에서 기지국은 ACB 인자와 차단 시간을 모든 기계형 통신 장치들로 브로드캐스팅한다. 각 기계형 통신 장치는 난수

Figure pat00015
를 생성한다. When congestion occurs, use ACB techniques to prevent access to mechanical communication devices and reduce network overload. In each slot, the base station broadcasts the ACB factor and cutoff time to all mechanical communication devices. Each mechanical communication device is a random number
Figure pat00015
Produces

만약

Figure pat00016
가 ACB 인자보다 적으면, 기계형 통신 장치는 랜덤 액세스 절차를 진행한다. 즉, 기계형 통신 장치는 ACB 기법을 통과한 경우에만 랜덤 액세스 절차를 진행한다.
Figure pat00017
가 ACB 인자보다 크면, 기계형 통신 장치는 임의의 시간동안 랜덤 액세스 절차가 차단되고 난수를 재생성해야 한다.if
Figure pat00016
If is less than the ACB factor, the machine-type communication device proceeds with a random access procedure. That is, the mechanical communication device performs a random access procedure only when it passes the ACB technique.
Figure pat00017
If is greater than the ACB factor, the machine-type communication device must block random access procedures for some time and regenerate random numbers.

종래의 ACB 기법은 기계형 통신 장치들의 네트워크 액세스 절차 동안 고정된 차단 인자를 설정한다. 그 중에서도 트래픽 인식(traffic aware) ACB는 액세스 지연을 줄이고 액세스 성공 확률을 높이기 위해 기지국이 장치 도착 횟수에 따라 차단 인자를 변경한다.The conventional ACB technique sets a fixed blocking factor during the network access procedure of the machine-type communication devices. Among them, the traffic aware ACB changes the blocking factor according to the number of times the device arrives to reduce the access delay and increase the probability of success in access.

그러나, 본 발명은 기지국이 액세스 성공 확률을 최적화하여 차단 인자를 선택한다. 기지국은 최대 액세스 성공 확률을 얻기 위해 현재 슬롯에서 도착자의 수를 기반으로 차단 인자를 계산하고, 계산된 차단 인자를 다음 슬롯에서 사용할 수 있도록 브로드캐스팅한다.However, in the present invention, the base station selects a blocking factor by optimizing the probability of successful access. The base station calculates a blocking factor based on the number of arrivals in the current slot to obtain the maximum access success probability, and broadcasts the calculated blocking factor for use in the next slot.

SUCR 프로토콜을 이용한 파일럿 할당Pilot assignment using SUCR protocol

단계 1 - 랜덤 파일럿 시퀀스 선택Step 1-random pilot sequence selection

기계형 통신 장치들

Figure pat00018
각각은 각 RA 슬롯에서 동일한 확률
Figure pat00019
로 파일럿들의 세트 P0로부터 임의로 파일럿을 선택하고, 선택된 파일럿을 기지국으로 전송한다.Mechanical communication devices
Figure pat00018
Each is the same probability in each RA slot
Figure pat00019
A pilot is randomly selected from the set of pilots P 0 , and the selected pilot is transmitted to the base station.

단계 2 - 기지국이 Step 2-the base station PRARPRAR , ACB 인자, 및 유휴 파일럿들의 정보를 생성하고 브로드캐스트 함 , ACB factor, and information of idle pilots is generated and broadcast

기지국이 파일럿 신호를 수신한 후 프리코딩된 랜덤 액세스 응답(precoded random access response(PRAR))을 생성하고 생성된 PRAR을 모든 활성화된 기계형 통신 장치들로 브로드캐스트한다. After the base station receives the pilot signal, it generates a precoded random access response (PRAR) and broadcasts the generated PRAR to all activated mechanical communication devices.

단계 3 - 파일럿 반복과 파일럿 재선택을 이용한 경합 해결(contention resolution)Step 3-Contention resolution using pilot iteration and pilot reselection

활성화된 기계형 통신 장치들 각각은 PRAR 정보를 수신하고, PRAR 정보에 기초하여 가장 강한 업링크 신호 이득을 갖는지 검사한다. 이 때, 가장 강한 업링크 신호 이득을 가진 기계형 통신 장치만이 반복적으로 랜덤 액세스 파일럿을 전송해야 한다.Each of the activated mechanical communication devices receives PRAR information and checks whether it has the strongest uplink signal gain based on the PRAR information. At this time, only the mechanical communication device having the strongest uplink signal gain must repeatedly transmit the random access pilot.

단계 4 - 기지국이 전용 페이로드 파일럿들을 할당함Step 4-Base Station Assigns Dedicated Payload Pilots

기지국은 단계 3 동안 기계형 통신 장치들에 의해 전송된 반복적인 랜덤 액세스 파일럿들을 수신한다. 상기 기지국은 단계 3동안 파일럿을 전송한 각 기계형 통신 장치의 채널 이득을 추정하고, 이를 이용하여 대응하는 메시지를 디코딩한다. 기지국이 성공적으로 디코딩하면 해당 기계형 통신 장치에 전용 페이로드 파일럿들(dedicated payload pilots)을 할당한다.The base station receives repetitive random access pilots transmitted by the machine-type communication devices during step 3. The base station estimates the channel gain of each mechanical communication device that has transmitted the pilot during step 3, and decodes the corresponding message using this. When the base station decodes successfully, dedicated payload pilots are allocated to the corresponding machine-type communication device.

단계 4에서, 다운 링크에서의 리소스 할당은 단계 2에서의 프리코딩된 응답과 유사하다. 랜덤 액세스 절차는 주어진 간격 후에 반복된다. 단계 4 동안 전용 페이로드 파일럿들을 수신하지 않는 기계형 통신 장치들은 임의의 대기 시간으로서 정수 값을 선택한다. 임의의 대기 시간 후, 실패한 기계형 통신 장치들은 새로운 랜덤 액세스 슬롯에서 랜덤 액세스를 재시도한다.In step 4, resource allocation in the downlink is similar to the precoded response in step 2. The random access procedure is repeated after a given interval. Mechanical communication devices that do not receive dedicated payload pilots during step 4 select an integer value as an arbitrary wait time. After any waiting time, the failing mechanical communication devices retry random access in a new random access slot.

이하에서는, 액세스 성공 확률의 최대화를 위해 최적화 문제를 공식화한다. 대규모 기계형 통신 시스템에서, 부족한 리소스들은 거대한 수의 기계형 통신 장치들의 랜덤 액세스를 감당할 수 없다. 따라서, 리소스 비용의 효과성이 고려되어야 한다. 여기서, 액세스 성공 확률은 관측 시간에 기지국에 성공적으로 액세스하는 기계형 통신 장치의 수와 활성화하고자 하는 기계형 통신 장치의 총 수 사이의 비율로 정의된다.In the following, the optimization problem is formulated to maximize the probability of success in access. In a large-scale mechanical communication system, scarce resources cannot afford the random access of a large number of mechanical communication devices. Therefore, the effectiveness of resource costs should be considered. Here, the probability of successful access is defined as a ratio between the number of mechanical communication devices that successfully access the base station at the observation time and the total number of mechanical communication devices to be activated.

[표 1]은 본 명세서에서 사용되는 파라메터를 정의한 것이다.[Table 1] defines the parameters used in this specification.

VariablesVariables InterpretationInterpretation N N Number of MTCDsNumber of MTCDs MM Number of antennas of BSNumber of antennas of BS

Figure pat00020
Figure pat00020
Number of orthogonal pilot sequencesNumber of orthogonal pilot sequences
Figure pat00021
Figure pat00021
Duration of observation (ms)Duration of observation (ms)
Figure pat00022
Figure pat00022
Number of RASTsNumber of RASTs
Figure pat00023
Figure pat00023
the length of a RAST (ms)the length of a RAST (ms)
Ki K i Number of new arrival MTCDs during ith time slotNumber of new arrival MTCDs during i th time slot KC,i K C, i Number of MTCDs passing the ACB schemeNumber of MTCDs passing the ACB scheme
Figure pat00024
Figure pat00024
Number of successful access MTCDs during ith time slotNumber of successful access MTCDs during i th time slot
pACB,i p ACB, i ACB factor in ith time slotACB factor in i th time slot

P0를 서로 직교하는 파일럿들의 집합으로 나타내면, P0 =

Figure pat00025
이다. 또한, 간섭성 리소스의 한계 때문에
Figure pat00026
이다. 각 활성화된 기계형 통신 장치는 각 타임 슬롯에서 무작위로
Figure pat00027
개의 파일럿 시퀀스들 중에서 하나의 파일럿을 선택한다. If P 0 is represented as a set of orthogonal pilots, P 0 =
Figure pat00025
to be. In addition, due to the limitation of coherent resources
Figure pat00026
to be. Each activated mechanical communication device is randomized in each time slot.
Figure pat00027
One pilot is selected from among the pilot sequences.

기계형 통신 장치 k가 액세스 하려고 시도하면, 그것은 0이 아닌 전력(

Figure pat00028
)을 갖는 파일럿을 전송하고, 그렇지 않으면
Figure pat00029
이다.
Figure pat00030
을 기계형 통신 장치 k와 기지국 사이의 채널 벡터라 하고, 전파 모델이 다음의 두 조건들을 만족하는 채널들을 가지고 있다고 가정하자.If the mechanical communication device k tries to access it, it has a non-zero power (
Figure pat00028
), Otherwise
Figure pat00029
to be.
Figure pat00030
Let b be the channel vector between the mechanical communication device k and the base station, and assume that the propagation model has channels satisfying the following two conditions.

Figure pat00031
Figure pat00031

여기서,

Figure pat00032
는 반드시 양수(strictly positive)이고, 각 기계형 통신 장치 k는 이 값을 알고 있다.이러한 채널들은 채널 강화(hardening)와 점근적으로 좋은 전파(asymptotic favorable propagation)를 제공한다. here,
Figure pat00032
Is strictly positive, and each mechanical communication device k knows this value; these channels provide channel hardening and asymptotic favorable propagation.

기지국은 파일럿 충돌 횟수와 성공 횟수를 얻을 수 있지만, 파일럿들을 요청하는 기계형 통신 장치들의 수를 알 수 없다. 본 발명의 실시 예에 따른 동적 액세스 제어 매커니즘을 수행하기 위해서 기지국은 파일럿들을 선택하고자 하는 기계형 통신 장치들의 수를 추정할 필요가 있다. The base station can obtain the number of pilot collisions and the number of successes, but cannot know the number of mechanical communication devices requesting pilots. In order to perform a dynamic access control mechanism according to an embodiment of the present invention, the base station needs to estimate the number of mechanical communication devices to select pilots.

다음 타임 슬롯에 대한 최적의 ACB 인자

Figure pat00033
를 찾기 위해 추정 기법에 기반한 동적 접근 제어 알고리즘을 설명한다. i-번째 슬롯에서의 기계형 통신 장치 도착 횟수는 ki이다. 실제로, 장치의 도착 횟수는 다음의 세가지 요소들에 의해 결정된다: 슬롯 i에서 새로 활성화된 장치들의 수, 랜덤 액세스 실패에 의해 슬롯 i에서 네트워크에 다시 액세스 해야하는 백로그된(backlogged) 장치들의 수, 및 이전 슬롯들에서 ACB 기법으로 백로그된 장치들의 수. ACB 기법을 통과한 KC,i 장치들이 있다. TA 동안 N개의 활성화된 기계형 통신 장치들을 갖는 셀에서, ACB 기법 후 SUCR 프로토콜에 의한 파일럿 할당을 적용하는 KC,i 장치들이 있고, 각 슬롯에서 사용 가능한 파일럿들의 수는
Figure pat00034
이다. Optimal ACB factor for next time slot
Figure pat00033
In order to find, a dynamic access control algorithm based on an estimation technique is described. The number of arrivals of the mechanical communication device in the i-th slot is k i . Indeed, the number of devices arriving is determined by three factors: the number of newly activated devices in slot i, the number of backlogged devices that need to access the network again in slot i due to random access failure, And number of devices backlogged with ACB technique in previous slots. There are K C, i devices that have passed the ACB technique. T A While in a cell with N active mechanical communication devices, there are K C, i devices that apply pilot allocation by SUCR protocol after ACB technique, and the number of pilots available in each slot is
Figure pat00034
to be.

기지국은 i-번째 슬롯에서 사용 가능한 총 파일럿들의 수

Figure pat00035
중에서 유휴(idle) 파일럿들의 수
Figure pat00036
를 카운트한다. 파일럿들이 유휴 상태일 확률
Figure pat00037
은 다음과 같이 계산할 수 있다.Base station is the total number of pilots available in the i-th slot
Figure pat00035
Number of idle pilots
Figure pat00036
Counts. The probability that the pilots are idle
Figure pat00037
Can be calculated as

[수학식 2][Equation 2]

Figure pat00038
Figure pat00038

파일럿이 유휴 상태일 확률은 또한 다음과 같이 결정될 수 있다.The probability that the pilot is idle can also be determined as follows.

[수학식 3][Equation 3]

Figure pat00039
Figure pat00039

Figure pat00040
라 하면, i-번째 슬롯에 있는 경쟁자들의 수 KC,i 는 다음과 같이 추정할 수 있다.
Figure pat00040
S, the number of competitors in the i-th slot K C, i can be estimated as follows.

[수학식 4][Equation 4]

Figure pat00041
Figure pat00041

i-번째 슬롯에서의 KC,i와 차단 인자 pACB,i로부터, (i+1)-번째 슬롯에서의 기계형 통신 장치들의 수를 다음과 같이 추정할 수 있다.From K C, i and blocking factor p ACB, i in the i-th slot, the number of mechanical communication devices in the (i + 1) -th slot can be estimated as follows.

[수학식 5][Equation 5]

Figure pat00042
Figure pat00042

이 때, ACB 인자를 적응적으로 조절함으로써 시스템의 액세스 성공 확률을 향상시킬 수 있다. i-번째 타임 슬롯 동안 Ki개의 활성화된 장치들이 주어지면, ACB 기법을 통과하는 장치들의 수는

Figure pat00043
이다.At this time, it is possible to improve the probability of access success of the system by adaptively adjusting the ACB factor. Given K i active devices during the i-th time slot, the number of devices passing the ACB technique is
Figure pat00043
to be.

경쟁자들 KC,i 이 주어지면, 충돌 장치들 C 가 있을 확률은, 장치들 C 가 장치들 KC,i 중에서 동일한 파일럿 시퀀스를 선택할 확률로 나타낼 수 있다. 이 확률은 다음과 같다.Given the competitors K C, i , the probability that there are collision devices C can be represented by the probability that the devices C will select the same pilot sequence among the devices K C, i . The probability is as follows.

[수학식 6][Equation 6]

Figure pat00044
Figure pat00044

여기서, C는

Figure pat00045
로 표시되는 이항 분포를 따른다.Where C is
Figure pat00045
Follow the binomial distribution represented by.

파일럿 시퀀스를 선택하기 위하여 경쟁하는 장치들 C 이 있고 가장 강한 장치만이 단계 3에서 이 파일럿을 반복하는 확률은

Figure pat00046
로 정의된다. i-번째 타임 슬롯동안 성공적으로 액세스한 기계형 통신 장치들의 수
Figure pat00047
는 다음과 같이 계산할 수 있다. The probability that there are devices C competing to select a pilot sequence and only the strongest device repeats this pilot in step 3 is
Figure pat00046
Is defined as Number of mechanical communication devices successfully accessed during the i-th time slot
Figure pat00047
Can be calculated as

[수학식 7] [Equation 7]

Figure pat00048
Figure pat00048

i-번째 슬롯 동안 액세스 성공 확률을

Figure pat00049
로 나타내면 다음과 같다.the probability of successful access during the i-th slot
Figure pat00049
It is represented as follows.

[수학식 8][Equation 8]

Figure pat00050
Figure pat00050

여기서, Ki는 i-번째 타임 슬롯동안 새로 도착한 기계형 통신 장치들의 수를 나타낸다.Here, K i represents the number of mechanical communication devices newly arrived during the i -th time slot.

이 때, 액세스 성공 확률

Figure pat00051
을 최대화하는 ACB 기법의 ACB 인자 pAVB 와 파일럿 시퀀스 길이
Figure pat00052
의 값을 결정하면 최적의
Figure pat00053
는 다음과 같이 결정될 수 있다.At this time, the probability of successful access
Figure pat00051
ACB factor p AVB and pilot sequence length of ACB technique to maximize
Figure pat00052
Determining the value of
Figure pat00053
Can be determined as follows.

[수학식 9][Equation 9]

Figure pat00054
Figure pat00054

이러한 접근법은 과부하 상황에서 액세스 성공 확률을 최대화하기 위하여 경쟁자들의 수를 제한하는 것을 목표로 한다. 추정을 기반으로 한 동적 액세스 제어 알고리즘이 아래의 [표 2]에 나타난다. 마지막으로 관찰 시간 TA 동안 평균 액세스 성공 확률은 다음과 같이 결정될 수 있다.This approach aims to limit the number of competitors in order to maximize the probability of access success in an overload situation. The dynamic access control algorithm based on the estimation is shown in [Table 2] below. Finally, the average probability of successful access during the observation time T A may be determined as follows.

[수학식 10][Equation 10]

Figure pat00055
Figure pat00055

1One

Figure pat00056
: 셀에서 사용 가능한 파일럿의 수
Figure pat00056
: Number of pilots available in the cell 22
Figure pat00057
: i-번째 타임 슬롯에서 카운트된 유휴 파일럿들의 수
Figure pat00057
: Number of idle pilots counted in i-th time slot
33 //pACB,i: i-번째 타임 슬롯에서 ACB 인자// p ACB, i : ACB factor in i-th time slot 44 pACB,i = 1p ACB, i = 1 55 i = 0i = 0 66 for i ≤ IA do for i ≤ I A do 77 기지국이
Figure pat00058
계산
Base station
Figure pat00058
Calculation
88 [수학식 2]에 의해
Figure pat00059
계산
By [Equation 2]
Figure pat00059
Calculation
99 [수학식 3]에 의해
Figure pat00060
계산
By [Equation 3]
Figure pat00060
Calculation
1010 [수학식 5]에 의해
Figure pat00061
계산
By [Equation 5]
Figure pat00061
Calculation
1111
Figure pat00062
Figure pat00062
1212 [수학식 9]에 의해 pACB,i+1 계산Calculate p ACB, i + 1 by [Equation 9] 1313 i=i+1i = i + 1 1414 end forend for

[표 1]에서 추정 단계는 계산 복잡도

Figure pat00063
를 가지며 액세스 제어 단계의 복잡도는 매 타임 슬롯마다
Figure pat00064
로 설정된다. 따라서, IA 타임 슬롯 동안 총 복잡도는
Figure pat00065
이다.In Table 1, the estimation step is computational complexity.
Figure pat00063
And the complexity of the access control step is every time slot
Figure pat00064
Is set to Thus, the total complexity during the I A time slot
Figure pat00065
to be.

도 4 내지 도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 ACB-SUCR 방법을 시뮬레이션한 결과를 나타내는 그래프이다. 시뮬레이션에서 셀의 반경은 250m이고, 장치는 기지국에서 25m의 거리를 두고 셀에 균일하게 분포되어 있다. 셀 내의 기계형 통신 장치들과 기지국이 최대 전력으로 파일럿들을 전송한다고 가정한다.4 to 5 is a graph showing the result of simulating the ACB-SUCR method according to an embodiment of the present invention. In the simulation, the radius of the cell is 250 m, and the device is uniformly distributed in the cell at a distance of 25 m from the base station. It is assumed that the mechanical communication devices and the base station in the cell transmit pilots at maximum power.

전파를 위해 3가지 채널 모델들이 고려된다.Three channel models are considered for propagation.

채널 모델 1: 비상관 레일리 페이딩(uncorrelated Rayleigh fading),

Figure pat00066
, 여기서
Figure pat00067
Figure pat00068
단위 행렬을 나타낸다.Channel model 1: uncorrelated Rayleigh fading,
Figure pat00066
, here
Figure pat00067
The
Figure pat00068
Unit matrix.

채널 모델 2: 상관 레일리 페이딩(correlated Rayleigh fading)

Figure pat00069
Figure pat00070
Figure pat00071
Figure pat00072
를 갖는 기지국에서 균일한 선형 어레이로 간주된다. 여기서, r은 0.7로 설정된 인접한 안테나들 j 와 i 사이의 상관 계수이고,
Figure pat00073
는 기계형 통신 장치들 k과 기지국 사이의 각도이다. 이 모델에서 일부 방향은 다른 방향에 비해 채널이 더 강하다.Channel model 2: correlated rayleigh fading
Figure pat00069
Figure pat00070
Figure pat00071
The
Figure pat00072
It is regarded as a uniform linear array at the base station having. Here, r is a correlation coefficient between adjacent antennas j and i set to 0.7,
Figure pat00073
Is the angle between the mechanical communication devices k and the base station. In this model, some directions have stronger channels than others.

채널 모델 3: 이 모델은 다음을 사용하는 가시거리(line-of sight(LOS)) 전파이다.Channel Model 3: This model is a line-of sight (LOS) propagation using:

Figure pat00074
Figure pat00074

채널 모델 1과 체널 모델 2는 경로 손실 지수가 3.8이고, 섀도우 페이딩은 표준 편차가 10dB인 대수 정규 분포를 따른다. 채널 모델 3은 2.5의 경로 손실 지수와 표준 편차가 4DB인 로그 표준 편차를 가진다.Channel model 1 and channel model 2 follow a logarithmic normal distribution with a path loss index of 3.8 and a shadow fading of 10 dB standard deviation. Channel model 3 has a path loss index of 2.5 and a logarithmic standard deviation with a standard deviation of 4 DB.

SUCR: 이 방법은 네트워크에 액세스하기 위해 장치들이 파일럿 시퀀스를 랜덤으로 선택할 때 발생하는 파일럿 충돌들을 효율적으로 해결할 수 있다. 가장 강한 채널 이득을 가지는 각 장치는 하나의 파일럿이 할당된다.SUCR: This method can efficiently resolve pilot collisions that occur when devices randomly select a pilot sequence to access the network. Each device with the strongest channel gain is assigned one pilot.

RA wo ACB: 이는 도착 장치들의 수를 제어하는 ACB 기법이 없는 전통적인 랜덤 액세스 절차이다. 액세스 시도에서 동일한 파일럿 시퀀스를 선택하는 장치가 두개 이상 있으면 네트워크에 액세스 하지 못한다.RA wo ACB: This is a traditional random access procedure without ACB technique to control the number of arrival devices. If more than one device selects the same pilot sequence in an access attempt, the network cannot be accessed.

고정된 ACB를 가지는 SUCR: 이는 도착 장치들의 수를 제한하기 위해서 고정된 ACB 인자를 사용하고, 파일럿 할당을 위한 SUCR 프로토콜을 적용한다.SUCR with fixed ACB: This uses a fixed ACB factor to limit the number of arrival devices, and applies the SUCR protocol for pilot allocation.

고정된 ACB를 가지는 RA: 고정된 ACB를 가지는 SUCR과 유사하게, 고정된 ACB 인자(pACB=0.5)를 사용하는 액세스 제어가 적용되고, ACB 기법을 통과한 장치들은 랜덤 액세스 절차를 실현한다. RA with fixed ACB: Similar to SUCR with fixed ACB, access control using a fixed ACB factor (p ACB = 0.5) is applied, and devices that pass the ACB technique realize a random access procedure.

트래픽-인식 ACB를 가지는 SUCR: 트래픽-인식 ACB에 기초하여 액세스 제어가 실현되고, SUCR 프로토콜은 파일럿 할당을 수행한다.SUCR with traffic-aware ACB: Access control is realized based on the traffic-aware ACB, and the SUCR protocol performs pilot allocation.

트래픽-인식 ACB를 가지는 RA: 트래픽-인식 ACB 기법에 의해 새로운 도착자들의 수를 제어한 후 랜덤 액세스 절차를 수행한다.RA with traffic-aware ACB: After controlling the number of new arrivals by the traffic-aware ACB technique, a random access procedure is performed.

여기서, 충돌 해결 능력에 대한 영향을 확인하기 위해, 언급된 3가지 채널 모델들에 대해 기지국 안테나들의 수를 변화시켜 충돌 해결 가능성을 보여주기 위한 시뮬레이션을 수행하였다. 이 시나리오의 시뮬레이션 설정은

Figure pat00075
,
Figure pat00076
,
Figure pat00077
랜덤 액세스 슬롯들.Here, in order to confirm the effect on the collision resolution capability, a simulation was performed to show the possibility of collision resolution by changing the number of base station antennas for the three channel models mentioned. The simulation setup for this scenario
Figure pat00075
,
Figure pat00076
,
Figure pat00077
Random access slots.

여기서, 충돌 해결 가능성은 다음과 같이 정의된다.Here, the possibility of conflict resolution is defined as follows.

Figure pat00078
Figure pat00078

여기서,

Figure pat00079
Figure pat00080
경쟁 장치들을 가지는 파일럿 충돌을 해결할 확률이고,
Figure pat00081
Figure pat00082
일 때, 가장 강한 장치만이 파일럿을 반복할 확률이다. here,
Figure pat00079
The
Figure pat00080
The probability of resolving a pilot collision with competing devices,
Figure pat00081
The
Figure pat00082
Is the probability that only the strongest device will repeat the pilot.

그림 4는 본 발명의 실시 예에 따른 ACB-SUCR 방법이 전파 채널 모델의 영향을 받는다는 것을 보여준다. 첫 번째 관찰은 비 상관 레일리 페이딩 모델이 두 개의 다른 시나리오보다 우수한 성능을 내고, 안테나 수가 더 커지면 비 상관 레일리 페이딩 및 상관 레일리 페이딩에 의해 얻어진 성능의 차이가 상대적으로 명백하게 나타난다는 것이다. 또한, 가시거리 모델의 결과는 레일리 페이딩 (Rayleigh fading)의 경우보다 열등하다. 충돌 해결의 확률은 M이 작으면 낮고, 기지국 안테나의 수가 더 많을 때 증가한다. Figure 4 shows that the ACB-SUCR method according to an embodiment of the present invention is affected by the propagation channel model. The first observation is that the uncorrelated Rayleigh fading model outperforms two other scenarios, and the larger the number of antennas, the relatively difference in performance obtained by uncorrelated Rayleigh fading and correlated Rayleigh fading is relatively apparent. In addition, the result of the visible distance model is inferior to that of Rayleigh fading. The probability of collision resolution is low when M is small, and increases when the number of base station antennas is larger.

특히, 도 4 (a)에서 Presleved는 레일리 페이딩 모델의 경우 약 15 %이고, M = 1 인 경우는 LoS 모델의 경우 거의 0 %이다. M이 40 개의 안테나로 증가 할 때 충돌 해결 확률은 LoS 모델의 경우 50 %이고, 레일리 페이딩 모델의 경우 약 78 %이다. 도 4 (b)에서 Presleved는 LoS 경우 약 9 %이고, M = 1 인 경우 Rayleigh 페이딩 경우 약 32 %이다. 그러나 M이 40 개의 안테나로 갈 때 70-89 %로 증가한다.In particular, in FIG. 4 (a), P resleved is about 15% for the Rayleigh fading model, and almost 0% for the LoS model when M = 1. When M increases to 40 antennas, the probability of collision resolution is 50% for the LoS model and about 78% for the Rayleigh fading model. In FIG. 4 (b), P resleved is about 9% for LoS and about 32% for Rayleigh fading when M = 1. However, when M goes to 40 antennas, it increases to 70-89%.

따라서 ACB 기법은 3개의 채널 모델과 기존의 RA 프로토콜에서 기존의 SUCR 프로토콜에 대한 충돌 해결의 가능성을 향상시킬 수 있다고 결론 지었다. 또한, LoS 경우에 대한 동적 ACB 기법을 사용한 SUCR 프로토콜의 성능이 현저히 향상되었음을 알 수 있다. 또 다른 관찰은 3 개의 채널 모델을 가진 제안 된 기법이 종래의 RA 기법에 비해 충돌을 2 배로 해결할 수 있다는 것이다.Therefore, it was concluded that the ACB technique can improve the possibility of conflict resolution for the existing SUCR protocol in the three-channel model and the existing RA protocol. In addition, it can be seen that the performance of the SUCR protocol using the dynamic ACB technique for the LoS case is significantly improved. Another observation is that the proposed technique with a three-channel model can resolve collisions twice as compared to conventional RA techniques.

앞서 제안한 방법의 성능을 본 논문에서 제안한 방법과 비교하기 위해 도 5와 도 6의 결과를 얻은 시뮬레이션을 실현하였다. 이러한 모든 시뮬레이션에서 비 상관 레일리 페이딩을 사용하고 경로 손실 지수는 3.8이다. 셀 내의 기지국 및 기계형 통신 장치들이 양방향에서 동일한 SNR을주는 최대 전력으로 동작한다고 가정한다. IA = 100 랜덤 액세스 슬롯들 동안 π = 50이고 총 활성 장치 수 N 인 혼잡한 시나리오를 고려한다. In order to compare the performance of the proposed method with the method proposed in this paper, a simulation with the results of FIGS. 5 and 6 was realized. All these simulations use uncorrelated Rayleigh fading and the path loss index is 3.8. It is assumed that the base station and the mechanical communication devices in the cell operate at the maximum power giving the same SNR in both directions. Consider a congested scenario where π = 50 during IA = 100 random access slots and the total number of active devices is N.

도 5에서 제안 된 ACB-SUCR에 의해 달성 된 액세스 성공 확률 향상은 다른 것에 비해 현저하다는 것을 알 수 있다. 처음에는 활성된 기계형 통신 장치들의 수가 적으면 대부분의 기계형 통신 장치들이 모든 방법으로 네트워크에 성공적으로 액세스 할 수 있다.It can be seen that the improvement in probability of access success achieved by ACB-SUCR proposed in FIG. 5 is remarkable compared to the others. Initially, if the number of active mechanical communication devices is small, most of the mechanical communication devices can successfully access the network in all ways.

분명히, 액세스 성공 확률은 총 활성된 장치의 수가 증가함에 따라 감소한다. 그러나, 제안 된 ACB-SUCR의 액세스 성공 확률은 다른 것보다 여전히 높다. 트래픽 인식 ACB 및 동적 ACB를 사용하는 SUCR의 두 가지 방식은 최대 10000개의 기계형 통신 장치를 처리 할 수 있지만 다른 방법은 5000개의 기계형 통신 장치 미만에서만 효과적이다.Obviously, the probability of access success decreases as the total number of active devices increases. However, the probability of successful access to the proposed ACB-SUCR is still higher than the others. Two methods of SUCR using traffic-aware ACB and dynamic ACB can handle up to 10000 mechanical communication devices, but the other method is effective only under 5000 mechanical communication devices.

도 6에서, 가자국 안테나들의 수의 함수로서 액세스 성공 확률은 상이한 방식들에 대해 도시된다. ACB 기법을 사용한 SUCR의 시뮬레이션 결과는 원래의 SUCR 기법에 비해 더 높은 성능을 제공함을 알 수 있다. 액세스 성공 확률은 M = 1에서는 작지만, 기지국 안테나의 수가 증가하면 크게 증가한다. 그러나,

Figure pat00083
일 때 시스템 성능은 포화 상태가 된다. 유한 개의 파일럿 시퀀스의 수 때문에, 기지국 안테나의 수가 30 이상으로 증가하더라도 액세스 성공 확률은 포화 상태가 된다.In FIG. 6, the probability of access success as a function of the number of Gadget antennas is shown for different schemes. It can be seen that the simulation result of SUCR using ACB technique provides higher performance than the original SUCR technique. The probability of successful access is small at M = 1, but increases significantly as the number of base station antennas increases. But,
Figure pat00083
When the system performance is saturated. Because of the finite number of pilot sequences, the probability of access success is saturated even if the number of base station antennas increases to 30 or more.

본 발명은 ACB 기법과 SUCR 기법을 결합하여 복잡한 다중 MIMO 시스템에서 셀내 파일롯 충돌을 해결하기 위한 발명이다. 시뮬레이션 결과는 ACB-SUCR 방법이 다른 방법에 비해 액세스 성공 확률을 높이고 파일럿 충돌을 감소시킬 수 있음을 보여준다. 또한 제안 된 동적 ACB 기법은 전통적인 ACB 기법과 트래픽-인식 ACB 기법에 비해 기존의 RA 기법과 SUCR 기법의 접근 성공 성능을 향상시킨다.The present invention is an invention for solving intra-cell pilot collision in a complex multiple MIMO system by combining ACB and SUCR techniques. Simulation results show that the ACB-SUCR method can increase the probability of access success and reduce pilot collisions compared to other methods. In addition, the proposed dynamic ACB technique improves the access success performance of conventional RAB and SUCR techniques compared to traditional ACB and traffic-aware ACB techniques.

본 발명은 도면에 도시된 일 실시 예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 등록청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.The present invention has been described with reference to one embodiment shown in the drawings, but this is merely exemplary, and those skilled in the art will understand that various modifications and other equivalent embodiments are possible therefrom. Therefore, the true technical protection scope of the present invention should be determined by the technical spirit of the appended claims.

10; 셀룰러 네트워크
100; 기지국
200; 활성 장치들
300; 유휴 장치들
10; Cellular network
100; Base station
200; Active devices
300; Idle devices

Claims (6)

현재 타임 슬롯에서 기지국이 기계형 통신 장치들로 액세스 차단 인자를 브로드캐스팅하는 단계;
각 기계형 통신 장치는 난수를 생성하고 랜덤 액세스 절차를 진행할지 여부를 결정하는 단계;
랜덤 액세스 절차를 진행할 경우, 상기 기계형 통신 장치는 파일럿들의 집합으로부터 파일럿을 선택하고, 선택된 파일럿을 상기 기지국으로 전송하는 단계;
상기 기지국은 상기 선택된 파일럿에 응답하여 랜덤 액세스 응답을 생성하고, 생성된 랜덤 액세스 응답을 상기 기계형 통신 장치로 전송하면, 상기 기계형 통신 장치는 상기 랜덤 액세스 응답에 기초하여 가장 강한 업링크 신호 이득을 가지는지 여부를 검사하는 단계;
상기 가장 강한 업링크 신호 이득을 가지는 기계형 통신 장치가 반복적으로 파일럿을 전송하는 단계; 및
상기 기지국이 상기 가장 강한 업링크 신호 이득을 가지는 기계형 통신 장치에 전용 페이로드 파일럿들을 할당하는 단계;를 포함하고,
상기 액세스 차단 인자는 각 타임 슬롯마다 동적으로 조절되는 것을 특징으로 하는 기계형 통신을 위한 액세스 제어와 파일럿 신호 할당 방법.
Broadcasting the access blocking factor to the mechanical communication devices in the current time slot;
Each mechanical communication device includes generating a random number and determining whether to proceed with a random access procedure;
In the case of performing a random access procedure, the mechanical communication apparatus selecting a pilot from a set of pilots and transmitting the selected pilot to the base station;
When the base station generates a random access response in response to the selected pilot, and transmits the generated random access response to the mechanical communication device, the mechanical communication device generates the strongest uplink signal gain based on the random access response. Checking whether or not to have;
Repeatedly transmitting a pilot by the mechanical communication device having the strongest uplink signal gain; And
And the base station assigning dedicated payload pilots to the mechanical communication device having the strongest uplink signal gain.
The access blocking factor is dynamically adjusted for each time slot, Access control and pilot signal allocation method for a mechanical communication.
제1항에 있어서,
상기 기지국이 상기 액세스 차단 인자를 브로드캐스팅하는 단계는,
상기 기지국이 상기 파일럿을 선택하고자 하는 기계형 통신 장치들의 수를 추정하는 단계; 및
추정된 기계형 통신 장치들의 수를 기초로 다음 타임 슬롯의 액세스 차단 인자를 계산하는 단계;를 포함하는 기계형 통신을 위한 액세스 제어와 파일럿 신호 할당 방법.
According to claim 1,
The step of the base station broadcasting the access blocking factor,
Estimating the number of mechanical communication devices for the base station to select the pilot; And
And calculating an access blocking factor of the next time slot based on the estimated number of mechanical communication devices.
제2항에 있어서,
상기 다음 타임 슬롯의 액세스 차단 인자를 계산하는 단계는,
상기 현재 타임 슬롯에서 상기 파일럿을 선택하고자 하는 기계형 통신 장치들의 수와 상기 현재 타임 슬롯에서 성공적으로 액세스한 기계형 통신 장치들의 수의 비율을 이용하여 상기 다음 타임 슬롯의 액세스 차단 인자를 계산하는 것을 특징으로 하는 기계형 통신을 위한 액세스 제어와 파일럿 신호 할당 방법.
According to claim 2,
Calculating the access blocking factor of the next time slot,
Calculating an access blocking factor of the next time slot using a ratio of the number of mechanical communication devices that want to select the pilot in the current time slot and the number of mechanical communication devices successfully accessed in the current time slot. A method for access control and pilot signal allocation for mechanical communication.
제3항에 있어서,
상기 현재 타임 슬롯에서 성공적으로 액세스한 기계형 통신 장치들의 수는,
상기 랜덤 액세스 절차를 진행하는 기계형 통신 장치들 중에서 서로 동일한 파일럿을 선택할 충돌 장치들이 있을 확률을 이용하여 계산하는 것을 특징으로 하는 기계형 통신을 위한 액세스 제어와 파일럿 신호 할당 방법.
According to claim 3,
The number of mechanical communication devices successfully accessed in the current time slot is:
Access control and pilot signal allocation method for a mechanical communication, characterized in that it is calculated by using the probability that there will be collision devices to select the same pilot from each other among the mechanical communication devices performing the random access procedure.
제4항에 있어서,
상기 현재 타임 슬롯에서 성공적으로 액세스한 기계형 통신 장치들의 수는,
상기 충돌 장치들이 있을 확률과 함께, 상기 가장 강한 업링크 신호 이득을 가지는 기계형 통신 장치가 반복적으로 파일럿을 전송할 확률을 이용하여 계산하는 것을 특징으로 하는 기계형 통신을 위한 액세스 제어와 파일럿 신호 할당 방법.
According to claim 4,
The number of mechanical communication devices successfully accessed in the current time slot is:
Access control and pilot signal allocation method for mechanical communication, characterized in that, with the probability that the collision devices are present, the mechanical communication device having the strongest uplink signal gain is repeatedly calculated using a probability of transmitting a pilot. .
제4항에 있어서,
상기 상기 랜덤 액세스 절차를 진행하는 기계형 통신 장치들의 수는,
상기 현재 타임 슬롯에서 사용 가능한 총 파일럿들의 수 중에서 유휴 파일럿들의 수를 카운트하고, 카운트 결과를 이용하여 상기 파일럿들이 유휴 상태일 확률을 계산하고, 계산된 유휴 상태일 확률을 이용하여 상기 상기 랜덤 액세스 절차를 진행하는 기계형 통신 장치들의 수를 계산하는 것을 특징으로 하는 기계형 통신을 위한 액세스 제어와 파일럿 신호 할당 방법.
According to claim 4,
The number of mechanical communication devices that perform the random access procedure,
Count the number of idle pilots among the total number of pilots available in the current time slot, calculate the probability that the pilots are idle using the count result, and use the calculated probability of being idle to perform the random access procedure. Access control and pilot signal allocation method for a mechanical communication, characterized in that for calculating the number of mechanical communication devices proceeding.
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