KR20210060323A - 사용자 중심 무선 네트워크의 자원 관리 방법 및 장치 - Google Patents

사용자 중심 무선 네트워크의 자원 관리 방법 및 장치 Download PDF

Info

Publication number
KR20210060323A
KR20210060323A KR1020200149119A KR20200149119A KR20210060323A KR 20210060323 A KR20210060323 A KR 20210060323A KR 1020200149119 A KR1020200149119 A KR 1020200149119A KR 20200149119 A KR20200149119 A KR 20200149119A KR 20210060323 A KR20210060323 A KR 20210060323A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
user
cells
centric
orthogonal
resource management
Prior art date
Application number
KR1020200149119A
Other languages
English (en)
Other versions
KR102480496B1 (ko
Inventor
조승권
이경석
정수정
노태균
Original Assignee
한국전자통신연구원
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 한국전자통신연구원 filed Critical 한국전자통신연구원
Priority to US17/096,238 priority Critical patent/US11510182B2/en
Publication of KR20210060323A publication Critical patent/KR20210060323A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102480496B1 publication Critical patent/KR102480496B1/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04W—WIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
    • H04W72/00—Local resource management
    • H04W72/50—Allocation or scheduling criteria for wireless resources
    • H04W72/54—Allocation or scheduling criteria for wireless resources based on quality criteria
    • H04W72/541—Allocation or scheduling criteria for wireless resources based on quality criteria using the level of interference
    • H04W72/082—
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04W—WIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
    • H04W72/00—Local resource management
    • H04W72/04—Wireless resource allocation
    • H04W72/044—Wireless resource allocation based on the type of the allocated resource
    • H04W72/1257—
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04W—WIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
    • H04W72/00—Local resource management
    • H04W72/50—Allocation or scheduling criteria for wireless resources
    • H04W72/535—Allocation or scheduling criteria for wireless resources based on resource usage policies

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Quality & Reliability (AREA)
  • Mobile Radio Communication Systems (AREA)

Abstract

C-RAN 시스템에서 CP에 의해 수행되는 자원 관리 방법은, 복수의 AN들로
Figure pat00322
개의 단말들을 위한
Figure pat00323
개의 사용자 중심 셀들을 구성하고, 동일한 직교 자원을 공유하는 직교 자원 공유 그룹들의 개수
Figure pat00324
를 결정하는 단계;
Figure pat00325
개의 사용자 중심 셀들을
Figure pat00326
개의 직교 자원 공유 그룹들에 대한 그룹 헤더들로 선택하고 상기 선택된
Figure pat00327
개의 사용자 중심 셀들을 상기
Figure pat00328
개의 직교 자원 공유 그룹들에 상기 그룹 헤더들로서 추가하는 단계; 그룹핑되지 않은 사용자 중심 셀들을 상기
Figure pat00329
개의 직교 자원 공유 그룹들에 순차적으로 추가하여 상기
Figure pat00330
개의 직교 자원 공유 그룹을 설정하는 단계; 및 전체 시스템 자원을
Figure pat00331
개의 직교 자원들로 분할하고, 분할된
Figure pat00332
개의 직교 자원들을 상기
Figure pat00333
개의 직교 자원 공유 그룹들에 각각 매핑하는 단계를 포함할 수 있다.

Description

사용자 중심 무선 네트워크의 자원 관리 방법 및 장치{Resource management method and apparatus in user-centric wireless network}
본 발명은 사용자 중심 무선 네트워크에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 단말을 기준으로 협력 기지국들이 결정되는 사용자 중심 셀(user-centric cell)로 이루어진 네트워크에서의 자원 관리 방법 및 이를 위한 장치에 관한 것이다.
종래의 셀룰러 네트워크는 서비스 대상 영역을 여러 개의 기지국들이 분담하여 서비스가 가능하도록 기지국들이 담당하는 셀 영역들이 서로 중복되지 않도록 구성된다. 이때, 서비스 대상 영역 내의 임의의 단말은 네트워크가 가진 연결(association) 기준에 따라 하나 또는 복수의 기지국들과 연결되어 서비스를 제공받을 수 있다.
이러한 네트워크의 연결 기준에 따른 연결 설정에서 생기는 주요 문제들 중의 하나는 셀 가장자리(edge)에 위치한 단말이 인접 기지국으로부터 받는 간섭으로 인한 성능 저하이다. 이러한 성능 저하를 해결하기 위해, Coordinated Multi-Point(CoMP)와 같은 기술을 통해 복수의 기지국들이 클러스터를 구성하고 클러스터 내의 기지국들의 협력(cooperation)을 통해 간섭으로 인한 성능 저하를 완화시킬 수 있다. 그러나, 클러스터들 경계에 위치한 단말들의 경우, 자신이 속하지 않은 다른 클러스터들로부터 받는 간섭들이 여전히 존재하며 이로 인한 성능 저하는 회피할 수 없다는 한계가 있다. 이러한 한계는 클러스터 내의 기지국들 간에는 협력이 가능하지만, 다른 클러스터에 속한 기지국들과는 협력을 하지 않아서 생기는 문제이다. 이러한 문제를 극복하기 위해서는 협력의 범위를 전체 네트워크의 범위로 넓혀 셀 경계 없이 네트워크 내의 모든 기지국들이 협력하는 기술인 셀-탈피 대규모 안테나(cell-free massive MIMO (CFmMIMO)) 기술의 적용도 고려될 수 있다. 그러나, CFmMIMO 기술은 네트워크 내 전체 기지국들 중 일부의 기지국들로 구성되는 클러스터라는 개념없이 모든 기지국들이 서로 협력하는 구조를 가지므로, 기지국들 간에 서로 교환해야 하는 정보의 량이 방대하며 이를 실시간으로 교환해야 한다. 그러나, 정보 전달의 지터(jitter), 가용 대역폭의 제한, 및 전달 지연(delay) 등이 존재하는 클라우드 무선 액세스 네트워크(C-RAN, centralized/cloud radio access network) 구조에서의 프론트홀(fronthaul) 네트워크 및 기지국 간 네트워크(예컨대, 3GPP의 경우 X2 인터페이스가 있는 백홀(backhaul) 네트워크)의 제약으로 인해 모든 기지국들이 서로 협력하는 구조는 현실적으로 적용이 어렵다. 따라서, 전체 네트워크를 구성하는 기지국들 중 일부 기지국들이 클러스터를 형성하여 협력하는 구조가 필요하며, 이 경우 클러스터의 가장자리에 위치한 단말의 성능 저하가 전술된 클러스터들 간의 간섭으로 인해 반드시 발생한다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은, 전체 시간-주파수 자원을 다수의 직교 자원들로 분할하여 사용하는 사용자 중심 무선 네트워크에서, 사용자 중심 셀들 간의 간섭을 고려하여 하위 성능을 가진 단말들의 성능을 높일 수 있도록 각 사용자 중심 셀이 사용할 자원을 할당하는 자원 관리 방법을 제공하는 데 그 목적이 있다. 또한, 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 다른 목적은, 상기 자원 관리 방법을 수행하는 중앙 처리기(central processor, CP) 및 상기 CP를 포함한 C-RAN 시스템을 제공하는데 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예는, 복수의 접속 노드(access node, AN)들 및 중앙 처리기(central processor, CP)로 구성된 C-RAN 시스템에서, 상기 CP에 의해 수행되는 자원 관리 방법으로서, 상기 복수의 AN들로
Figure pat00001
개의 단말들을 위한
Figure pat00002
개의 사용자 중심 셀(user-centric cell)들을 구성하고, 동일한 직교 자원을 공유하는 직교 자원 공유 그룹들의 개수(
Figure pat00003
,
Figure pat00004
는 자연수)를 결정하는 단계;
Figure pat00005
개의 사용자 중심 셀들을
Figure pat00006
개의 직교 자원 공유 그룹들에 대한 그룹 헤더들로 선택하고 상기 선택된
Figure pat00007
개의 사용자 중심 셀들을 상기
Figure pat00008
개의 직교 자원 공유 그룹들에 상기 그룹 헤더들로서 추가하는 단계; 그룹핑되지 않은 사용자 중심 셀들을 상기
Figure pat00009
개의 직교 자원 공유 그룹들에 순차적으로 추가하여 상기
Figure pat00010
개의 직교 자원 공유 그룹을 설정하는 단계; 및 전체 시스템 자원을
Figure pat00011
개의 직교 자원들로 분할하고, 분할된
Figure pat00012
개의 직교 자원들을 상기
Figure pat00013
개의 직교 자원 공유 그룹들에 각각 매핑하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 CP는 상기 복수의 AN들 각각에 대응되는 BN(base node)들과 상기 BN들을 중앙 집중적으로 제어하는 CN(central node)을 포함할 수 있다.
상기 BN들 각각과 상기 AN들에는 기능 분할(function splitting)이 적용될 수 있다.
상기 직교 자원 공유 그룹들의 개수
Figure pat00014
는 직교 자원의 재사용(reuse) 횟수를 결정할 수 있다.
상기 그룹 헤더들은 상기
Figure pat00015
개의 사용자 중심 셀들에 대한 가중치(weight)들의 합들을 계산하는 단계; 및 상기
Figure pat00016
개의 사용자 중심 셀들에 대한 가중치들의 합들에서
Figure pat00017
개의 가장 큰 가중치들의 합들에 대응되는 사용자 중심 셀들을 상기 그룹 헤더들로 선택하는 단계에 의해서 선택될 수 있다.
상기 가중치는 상기
Figure pat00018
개의 사용자 중심 셀들 각각과 중첩되지 않는 사용자 중심 셀들 각각 간의 간섭량과 상기
Figure pat00019
개의 사용자 중심 셀들 각각에 연결된(associated) 단말의 처리량(throughput)과 상기 중첩되지 않는 사용자 중심 셀들 각각에 연결된 단말의 처리량이 반영된 가중치일 수 있다.
상기 간섭량은 상기
Figure pat00020
개의 사용자 중심 셀들 각각에 연결된 상기 단말에 의해서 측정되어 상기 CP로 보고될 수 있다.
상기 간섭량은 상기
Figure pat00021
개의 사용자 중심 셀들 각각에 연결된 단말이 최적의 빔들로 보고한 빔들에 대한 정보에 기초하여 상기 CP에서 추정될 수 있다.
상기
Figure pat00022
개의 사용자 중심 셀들 각각에 연결된 단말의 처리량은 상기 CP가 소정의 시간 윈도우 동안 상기
Figure pat00023
개의 사용자 중심 셀들 각각에 연결된 단말에 서비스된 데이터의 량에 대한 정보를 수집하여 계산할 수 있다.
상기
Figure pat00024
개의 직교 자원 공유 그룹들에 순차적으로 추가되는 상기 그룹핑되지 않은 사용자 중심 셀들은 이중 매칭(bipartite matching) 기법을 이용하여 결정될 수 있다.
상기 이중 매칭 기법은 헝가리안 알고리즘(Hungarian algorithm) 또는 확장된 KM 알고리즘(extended Kuhn-Munkres algorithm)에 기초하여 수행될 수 있다.
상기 다른 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예는, 복수의 AN들 및 CP로 구성된 C-RAN(cloud radio access network) 시스템에서, 자원 관리 방법을 수행하는 상기 CP로서, 적어도 하나의 프로세서; 및 상기 적어도 하나의 프로세서에 의해서 실행되는 적어도 하나의 명령을 포함한 메모리를 포함하고, 상기 적어도 하나의 프로세서에 의해서 실행될 때, 상기 적어도 하나의 명령은 상기 적어도 하나의 프로세서가: 상기 복수의 AN들로
Figure pat00025
개의 단말들을 위한
Figure pat00026
개의 사용자 중심 셀(user-centric cell)들을 구성하고, 동일한 직교 자원을 공유하는 직교 자원 공유 그룹들의 개수(
Figure pat00027
,
Figure pat00028
는 자연수)를 결정하는 단계;
Figure pat00029
개의 사용자 중심 셀들을
Figure pat00030
개의 직교 자원 공유 그룹들에 대한 그룹 헤더들로 선택하고 상기 선택된
Figure pat00031
개의 사용자 중심 셀들을 상기
Figure pat00032
개의 직교 자원 공유 그룹들에 상기 그룹 헤더들로서 추가하는 단계; 그룹핑되지 않은 사용자 중심 셀들을 상기
Figure pat00033
개의 직교 자원 공유 그룹들에 순차적으로 추가하여 상기
Figure pat00034
개의 직교 자원 공유 그룹을 설정하는 단계; 및 전체 시스템 자원을
Figure pat00035
개의 직교 자원들로 분할하고, 분할된
Figure pat00036
개의 직교 자원들을 상기
Figure pat00037
개의 직교 자원 공유 그룹들에 각각 매핑하는 단계를 수행하도록 설정할 수 있다.
상기 그룹 헤더들은 상기
Figure pat00038
개의 사용자 중심 셀들에 대한 가중치(weight)들의 합들을 계산하는 단계; 및 상기
Figure pat00039
개의 사용자 중심 셀들에 대한 가중치들의 합들에서
Figure pat00040
개의 가장 큰 가중치들의 합들에 대응되는 사용자 중심 셀들을 상기 그룹 헤더들로 선택하는 단계에 의해서 선택될 수 있다.
상기 가중치는 상기
Figure pat00041
개의 사용자 중심 셀들 각각과 중첩되지 않는 사용자 중심 셀들 각각 간의 간섭량과 상기
Figure pat00042
개의 사용자 중심 셀들 각각에 연결된(associated) 단말의 처리량(throughput)과 상기 중첩되지 않는 사용자 중심 셀들 각각에 연결된 단말의 처리량이 반영된 가중치일 수 있다.
상기 간섭량은 상기
Figure pat00043
개의 사용자 중심 셀들 각각에 연결된 단말이 최적의 빔들로 보고한 빔들에 대한 정보에 기초하여 상기 CP에서 추정될 수 있다.
상기
Figure pat00044
개의 사용자 중심 셀들 각각에 연결된 단말의 처리량은 상기 CP가 소정의 시간 윈도우 동안 상기
Figure pat00045
개의 사용자 중심 셀들 각각에 연결된 단말에 서비스된 데이터의 량에 대한 정보를 수집하여 계산할 수 있다.
상기
Figure pat00046
개의 직교 자원 공유 그룹들에 순차적으로 추가되는 상기 그룹핑되지 않은 사용자 중심 셀들은 이중 매칭(bipartite matching) 기법을 이용하여 결정될 수 있다.
상기 다른 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예는, C-RAN 시스템으로서, 복수의 AN들; 및 상기 복수의 AN들 각각에 대응되는 BN들과 상기 BN들을 중앙 집중적으로 제어하는 CN을 포함하는 CP를 포함하고, 상기 CN은 상기 복수의 AN들로
Figure pat00047
개의 단말들을 위한
Figure pat00048
개의 사용자 중심 셀(user-centric cell)들을 구성하고, 동일한 직교 자원을 공유하는 직교 자원 공유 그룹들의 개수(
Figure pat00049
,
Figure pat00050
는 자연수)를 결정하는 단계;
Figure pat00051
개의 사용자 중심 셀들을
Figure pat00052
개의 직교 자원 공유 그룹들에 대한 그룹 헤더들로 선택하고 상기 선택된
Figure pat00053
개의 사용자 중심 셀들을 상기
Figure pat00054
개의 직교 자원 공유 그룹들에 상기 그룹 헤더들로서 추가하는 단계; 그룹핑되지 않은 사용자 중심 셀들을 상기
Figure pat00055
개의 직교 자원 공유 그룹들에 순차적으로 추가하여 상기
Figure pat00056
개의 직교 자원 공유 그룹을 설정하는 단계; 및 전체 시스템 자원을
Figure pat00057
개의 직교 자원들로 분할하고, 분할된
Figure pat00058
개의 직교 자원들을 상기
Figure pat00059
개의 직교 자원 공유 그룹들에 각각 매핑하는 단계를 수행하도록 설정될 수 있다.
상기 그룹 헤더들은 상기
Figure pat00060
개의 사용자 중심 셀들에 대한 가중치(weight)들의 합들을 계산하는 단계; 및 상기
Figure pat00061
개의 사용자 중심 셀들에 대한 가중치들의 합들에서
Figure pat00062
개의 가장 큰 가중치들의 합들에 대응되는 사용자 중심 셀들을 상기 그룹 헤더들로 선택하는 단계에 의해서 선택될 수 있다.
상기 가중치는 상기
Figure pat00063
개의 사용자 중심 셀들 각각과 중첩되지 않는 사용자 중심 셀들 각각 간의 간섭량과 상기
Figure pat00064
개의 사용자 중심 셀들 각각에 연결된(associated) 단말의 처리량(throughput)과 상기 중첩되지 않는 사용자 중심 셀들 각각에 연결된 단말의 처리량이 반영된 가중치일 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 사용자 중심 무선 네트워크의 전체 자원을 다수의 직교 자원들로 나누고, 전체 단말들 각각에 직교 자원을 할당함에 있어 간섭을 고려하여, 네트워크 내 하위 성능의 단말의 성능(처리량 또는 주파수 효율)을 높일 수 있다. 또한, 동일한 직교 자원을 공유하는 단말들의 처리량 총합이 다른 직교 자원을 공유하는 단말들의 처리량 총합과 비슷하게 자원 할당이 되어 직교 자원 별 단말의 평균 처리량을 비슷하게 만들어 단말 처리량의 공평성(fairness)을 제공한다.
도 1 은 완전 기능 기지국의 구조를 도시한 개념도이다.
도 2는 클라우드 무선 액세스 네트워크(C-RAN, cloud radio access network)의 아키텍쳐를 설명하기 위한 개념도이다.
도 3은 사용자 중심 셀 측면에서 C-RAN 아키텍쳐의 보다 상세한 구조를 설명하기 위한 개념도이다.
도 4는 사용자 중심 셀들로 구성된 실제 네트워크가 완전 그래프로 표현되는 예를 설명하기 위한 개념도이다.
도 5는 빔포밍을 고려한 사용자 중심 셀들 간의 간섭을 설명하기 위한 개념도이다.
도 6은 총 12개의 빔들을 사용하는 AN의 빔 방향(boresight)들의 예를 도시한 개념도이다.
도 7은 2개의 AN들로 구성된 사용자 중심 셀에서 빔포밍의 세가지 상황을 도시한 개념도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 빔 인덱스들을 이용한 단말의 위치 추정에서 실제 단말의 위치와 추정된 위치의 오차를 설명하기 위한 개념도이다.
도 9는 사용자 중심 셀들과 단말들 간의 연결들의 일 예를 도시한 개념도이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따라서 직교 자원 공유 그룹들의 수가 2개인 경우 사용자 중심 셀 그룹들의 추가 과정을 설명하기 위한 개념도이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 사용자 중심 셀에 대한 자원 할당을 설명하기 위한 개념도이다.
도 12는 본 발명의 실시예들에 따른 방법들을 수행하기 위한 장치의 구성을 설명하기 위한 블록도이다.
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, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다. 본 발명을 설명함에 있어 전체적인 이해를 용이하게 하기 위하여 도면상의 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 사용하고 동일한 구성요소에 대해서 중복된 설명은 생략한다.
셀 중심에 위치한 단말에 대비되는 셀 가장자리에 위치한 단말의 성능 저하를 해결하기 위해서, 종래의 셀룰러 시스템의 단점을 극복하기 위한 사용자 중심 셀(user-centric cell, UC cell)로 이루어진 사용자 중심 네트워크(user-centric network)가 연구되고 있다. 사용자 중심 네트워크에서는 동일한 기지국이 다수의 단말들을 동시에 서비스할 수 없어 전체 시스템 자원이 복수의 직교 자원들(orthogonal resource)로 분할될 수 있다.
본 발명의 실시예들은 이러한 사용자 중심 네트워크에서 간섭을 고려하여 각각의 단말에게 분할된 직교 자원들 중의 일부를 할당하기 위한 자원 관리 방법을 제공한다. 종래의 기술에서는 네트워크 전체 처리량(throughput)에 주로 집중하였기 때문에, 네트워크 내에 존재하는 사용자 중심 셀들 간에 큰 성능의 차이가 존재하였다. 따라서, 본 발명의 실시예들은 종래 기술의 문제점을 극복하기 위해, 사용자 중심 셀들 간의 간섭을 고려하여 하위 성능을 가진 단말의 성능을 높일 수 있도록 각 사용자 중심 셀이 사용할 자원을 결정하는 자원 관리 방법을 제공한다.
본 발명의 실시예들을 이용하면, 사용자 중심 네트워크의 전체 자원을 다수의 직교 자원들로 분할하고, 전체 단말들에게 분할된 직교 자원들을 간섭을 고려하여 중복없이 할당하여, 네트워크 내의 하위 성능(처리량(throughput) 또는 주파수 효율(spectral efficiency))을 가진 단말의 성능을 향상시킬 수 있다. 또한, 단말들의 평균 처리량 또는 주파수 효율을 큰 차이없이 만들어 단말 처리량의 공평성(fairness)이 제공될 수 있다.
도 1 은 완전 기능 기지국의 구조를 도시한 개념도이다.
도 1을 참조하면, 무선 통신에 필요한 모든 기능을 한 곳에 다 가지고 있는 완전 기능 기지국(full-function base station)의 사용자 평면(user plane)이 도시되어 있다.
완전 기능 기지국(100)은 QoS 흐름 제어를 수행하는 SDAP(service data adaptation protocol) 계층(110), 헤더 압축(header compression), 암호화(ciphering), 및 재정렬(reordering)/재전송(retransmission)을 수행하는 PDCP(packet data convergence protocol) 계층(120), 분할(segmentation) 및 ARQ(automatic repeat request)를 수행하는 RLC(radio link control) 계층(130), 다중화(multiplexing) 및 HARQ(hybrid automatic repeat request)을 수행하는 MAC(medium access control) 계층(140), 및 코딩(coding), 변조(modulation) 및 안테나/자원 매핑을 수행하는 PHY(physical) 계층(150)을 포함할 수 있다.
한편, 도 2는 클라우드 무선 액세스 네트워크(C-RAN, cloud radio access network)의 아키텍쳐를 설명하기 위한 개념도이다.
도 2를 참조하면, 도 1에서 예시된 완전 기능 기지국이 물리적으로 베이스 노드(base node, BN)와 접속 노드(access node, AN)의 두 부분으로 나누어질 수 있다. 또한, 다수의 BN들이 (물리적으로 또는 가상적으로) 한 곳에 집중된 중앙 처리기(central processor, CP)가 존재할 수 있다. 이러한 CP 내에서 임의의 BN은 물리적으로 떨어져 있는 AN과 연결되어 하나의 완전 기능 기지국의 역할을 수행할 수 있다. 또한, CP내에서, 각 BN들은 지연, 지터, 그리고 대역폭의 제한 없이 서로 통신할 수 있다.
도 3은 사용자 중심 셀 측면에서 C-RAN 아키텍쳐의 보다 상세한 구조를 설명하기 위한 개념도이다.
도 3을 참조하면, 하나의 단말(310)은 다수의 AN들(321, 322)과 송수신을 수행할 수 있다. 즉, 후술되겠지만, AN들(321, 322)이 단말(310)을 중심으로 한 사용자 중심 셀(user-centric cell, UC cell)을 형성할 수 있다. 단말(310)과 연결된 AN들(321, 322) 각각은 CP(330)내의 BN과 연결될 수 있다. 한편, 도 2에 도시된 BN들 각각은 하나의 High-BN과 복 수개의 Low-BN들로 나누어진 구조로 구성될 수 있으며, 도 3에서 도시된 2개의 AN들(321, 322) 각각은 Low-BN들(331, 332)에 연결될 수 있다.
High-BN은 C-RAN 아키텍쳐에서 하나의 사용자 중심 셀에서 공통적인 기능을 수행하는 기능 블록(block)이다. 즉, High-BN은 사용자 중심 셀의 동작에 필요한 정보의 수집, 수집된 정보를 이용한 사용자 중심 셀을 위한 판단, 결정, 및 수행에 필요한 상위 명령을 제공하는 기능 블록이다. High-BN에는 무선 통신 프로토콜의 layer 3(L3) 및 layer 2(L2)의 일부 기능들이 포함될 수 있다. High-BN은 처리 블록(processing block, 333)를 통해 복수의 Low-BN들과 연결될 수 있다. 도 2에서는 각 High-BN 이 2개의 Low-BN들에 연결된 예를 도시하고 있으나, 각 High-BN은 더 많은 수의 Low-BN들에 연결될 수 있다. 처리 블록(333)은 사용자 중심 셀(예컨대, AN들(321, 322))에 단말과 데이터를 송수신하기 위한 물리적 전송에 필요한 공통 계산을 수행하는 블록이다. 예를 들어, 공통 계산은 AN에서 사용하는 프리코딩(precoding) 행렬의 계산을 포함할 수 있으며, 구체적인 공통 계산은 사용되는 협력 전송 기술에 따라 달라질 수 있다.
Low-BN은 각각의 AN을 통해 송수신되는 신호를 처리하는 기능 블록으로서, 무선 통신 프로토콜의 layer 1(L1)의 기능들 중에서 AN에 포함되어 있지 않은 L1의 일부 기능들 및 High-BN에 포함되지 있지 않은 L2의 일부 기능 등을 포함할 수 있다.
AN(321, 322)은 물리적인 신호 송수신을 수행하는 안테나를 포함하는 기능 블록으로서, L1 기능 중 Low-BN에 포함되지 않은 일부 기능들을 수행할 수 있다.
마지막으로. CP내의 CN(central node, 334)는 CP와 동일한 물리적 위치에 존재하거나 아니면 CP 내부에 존재할 수 있는 기능 블록이다. 구체적으로, CN은 상기 사용자 중심 셀을 고려한 C-RAN 기반의 전체 네트워크에 대한 정보 수집, 사용자 중심 셀들에 대한 자원 분배와 같은 네트워크 범위(network-wide)의 스케줄링, 사용자 중심 셀들 간의 간섭 제어, 및 본 발명의 실시예들이 적용될 수 있는 셀 가장자리 성능(즉, cell edge spectral efficiency(CES)) 향상을 위한 네트워크 범위의 제어를 수행하는 기능 블록이다. 즉, 본 발명의 실시예들은 사용자 중심 셀들에 대한 자원 관리를 다루고 있으므로, CN(또는 CP)는 본 발명의 실시예들이 주로 구현되는 기능 블록일 수 있다. 한편, 이하의 설명에서, 중앙 집중적인 제어는 CN을 포함한 주체로서 CP에 의해서 수행되는 것으로 설명될 수 있다.
본 발명의 실시예들에서는, 각 사용자 중심 셀들에 대한 자원 관리가 수행될 수 있다. 또한, 동일한 시간-주파수 자원을 사용하는 사용자 중심 셀들 간의 간섭이 고려된 자원 할당이 수행될 수 있다. 따라서, 이하의 설명에서는, 간섭을 고려한 자원 할당을 위해 하나의 사용자 중심 셀을 노드(vertex)라고 표현하고 임의의 두 사용자 중심 셀들 간의 간섭을 에지(edge)로 표현하는 완전 그래프(complete graph)가 고려될 수 있다. 이하의 설명들에서, '노드'라는 용어는 '사용자 중심 셀'을 의미할 수 있고, 역으로 '사용자 중심 셀'은 '노드'를 의미할 수 있다. 즉, 설명의 편의 상, 그래프 상에서 노드와 이에 대응되는 실제 네트워크에서의 사용자 중심 셀이 동일한 의미를 가지는 것으로 설명될 수 있다. 먼저, 본 발명의 실시예들에 따른 자원 관리 방법은 복수의 AN들과 CP로 구성된 C-RAN 시스템에서 사용자 중심 셀들이 설정되어 있는 상태에서 자원 할당에 초점을 두고 있으므로, 사용자 중심 셀들은 이미 설정되어 있는 상태가 가정된다. 즉, 각 단말에 대해 사용자 중심 셀을 구성하는 AN들을 결정하는 과정인 클러스터링(clustering) 과정에 대한 설명은 생략된다.
도 4는 사용자 중심 셀들로 구성된 실제 네트워크가 완전 그래프로 표현되는 예를 설명하기 위한 개념도이다.
도 4를 참조하면, 네트워크 서비스 영역(410) 내에 총 6개의 사용자 중심 셀들이 존재하는 경우, 사용자 중심 셀들 각각이 완전 그래프(420)의 노드로 표현될 수 있다. 또한, 그래프(420)의 에지(edge)는 각 사용자 중심 셀들 간의 간섭을 나타낸다. 서로 다른 사용자 중심 셀이 동일한 AN을 포함하고 있는 경우 이러한 사용자 중심 셀들은 중첩(overlapped)되었다고 표현한다. 중첩된 사용자 중심 셀들은 서로 직교하는 자원들을 사용하여야 서로 간의 간섭이 없게 된다. 노드들 간의 간섭을 그래프의 에지로 정의하였으므로, 에지의 가중치(weight)는 두 노드들 사이의 간섭량으로 표현될 수 있다. 그러나, 빔포밍을 고려할 때 이러한 노드들 간 간섭량은 빔의 방향에 따라서 달라질 수 있다.
도 5는 빔포밍을 고려한 사용자 중심 셀들 간의 간섭을 설명하기 위한 개념도이다.
도 5를 참조하면, 사용자 중심 셀 A(UC cell A)에 포함된 단말(501)는 사용자 중심 셀 B(UC cell B)를 구성하는 하나의 AN(521)으로부터만 간섭을 받지만 사용자 중심 셀 B에 포함된 단말(502)은 사용자 중심 셀 A를 구성하는 두 개의 AN들(511, 512) 모두로부터 간섭을 받는다. 따라서, 사용자 중심 셀A에서 사용자 중심 셀 B로의 단방향 간섭량
Figure pat00065
와 B에서 A로의 단방향 간섭량
Figure pat00066
는 하기 수학식 1과 같은 관계를 가질 수 있다.
Figure pat00067
사용자 중심 셀의 주요 성능 기준 중의 하나는 주파수 효율(spectral efficiency)이다. 따라서, 에지의 가중치와 주파수 효율은 Shannon의 용량 공식으로 표현되는 함수관계를 가질 수 있다. 주파수 효율은 수신 신호 세기 및 수신 신호에 포함된 간섭의 총량에 대한 Log 함수이다. 따라서, 동일한 자원을 사용하는 특정 사용자 중심 셀로 인한 간섭만으로 전체 주파수 효율을 나타낼 수 없으나, 사용자 중심 셀들 간의 간섭으로 인한 전체 시스템의 주파수 효율의 감소와 동일한 자원을 사용하는 특정 사용자 중심 셀로 인한 간섭은 함수 관계를 가질 수 있다. 즉, 전체 시스템의 주파수 효율 감소
Figure pat00068
는 다른 모든 요소가 고정된 것으로 가정할 때,
Figure pat00069
및
Figure pat00070
와 하기 수학식 2와 같은 관계를 가질 수 있다.
Figure pat00071
여기서, 함수
Figure pat00072
는,
Figure pat00073
또는
Figure pat00074
가 커질수록 증가하고
Figure pat00075
또는
Figure pat00076
가 작아질수록 감소하는 함수를 나타낸다. 본 발명의 실시예들의 목적은 간섭을 고려한 자원 할당이다. 즉, 자원 할당 시 동일 자원을 사용하는 사용자 중심 셀들로부터 간섭이 고려될 수 있다. 따라서, 간섭으로 인한 전체 시스템의 주파수 효율의 감소
Figure pat00077
를 가장 작게 유발하는 사용자 중심 셀들이 동일 자원을 공유하도록 하는 것이 가장 유리하다. 셀 가장자리(cell edge) 단말이란 개념이 없는 사용자 중심 셀에서는 하위 처리량을 가진 단말에 대한 간섭을 상대적으로 줄이는 배려를 통해 처리량을 높이는 방안이 필요하다. 본 발명의 실시예들에서는 간섭량에 기반하여 동일 자원을 공유하는 사용자 중심 셀을 결정하므로, 간섭량을 계산함에 있어 하위 처리량을 가진 단말들이 간섭을 좀 더 덜 받도록 배려할 수 있다. 이는 하기 수학식 3 과 같이 설계될 수 있으며, 이는 가중치
Figure pat00078
를 표현하는 함수이다.
Figure pat00079
가중치 함수
Figure pat00080
의 요구 조건은 아래와 같다. 첫 번째로는, 간섭이 커질 수록 가중치
Figure pat00081
가 커져야 한다. 이는, 가중치를 최소화하는 자원 할당을 통해, 동일한 자원을 사용하는 단말들(즉, 사용자 중심 셀들)의 가중치의 총합으로 추정되는 주파수 효율 감소
Figure pat00082
의 총합을 최소화하기 위함이다. 두 번째로는, 대응되는 단말들의 처리량이 작을수록 가중치
Figure pat00083
가 커져야 한다. 이는 성능이 낮은 사용자 중심 셀의 성능 향상을 위한 고려이다. 즉, 처리량이 낮은 단말(즉, 간섭을 좀 더 덜 받도록 배려되어야 하는 단말)에 대해서는 자원 할당 시 사용되는 가중치가 해당 단말이 실제로 수신하는 간섭량에 비해서 더 크게 고려되도록 하여, 해당 단말의 처리량을 향상시기고 궁극적으로 성능이 낮은 사용자 중심 셀의 성능을 향상시킬 수 있다.
이러한 요구 사항을 바탕으로 가중치 함수
Figure pat00084
의 구체적 실시예들을 다음과 같이 제공될 수 있다.
(1) 가중치 함수의 제1 실시예
수학식 4는
Figure pat00085
의 제1 실시예이다.
Figure pat00086
여기서
Figure pat00087
및
Figure pat00088
는 각각 일정 시간 길이의 중첩되지 않는 시간 윈도우(non-overlapping time window)인
Figure pat00089
프레임들마다 측정하는 bits per second(bps) 단위의 단말
Figure pat00090
및
Figure pat00091
의 처리량(throughput)이다. 또한,
Figure pat00092
는
Figure pat00093
및
Figure pat00094
를 어느 정도로 고려하는 지와 관련된 지수로서 공평성 지수(fairness factor)로 정의될 수 있다.
(2) 가중치 함수의 제2 실시예
수학식 5는
Figure pat00095
의 제2 실시예이다.
Figure pat00096
여기서,
Figure pat00097
는, 네트워크 내 모든 단말의 집합을
Figure pat00098
라고 하고 A, B, C, D가 각각 사용자 중심 셀을 나타내는 심볼이라고 하였을 때, 하기 수학식 6을 만족하는 네트워크 내 단방향 간섭의 최대치이다.
Figure pat00099
and
Figure pat00100
여기서,
Figure pat00101
는 하기 수학식 7을 만족하는 네트워크 내 단말의 처리량의 최대치이다.
Figure pat00102
and
Figure pat00103
즉, 제2 실시예의
Figure pat00104
는 제1 실시예의
Figure pat00105
의 각 분모 분자를 1로 정규화(normalized)한 것이다.
(3) 가중치 함수의 제3 실시예
수학식 8은
Figure pat00106
의 제3 실시예이다.
Figure pat00107
즉, 제2 실시예의
Figure pat00108
와 비교하면, 제3 실시예의
Figure pat00109
는 정규화 된 항들이 나눗셈이 아닌 덧셈으로 정의된 것이다.
(4) 가중치 함수의 제4 실시예
수학식 9은
Figure pat00110
의 제4 실시예이다.
Figure pat00111
즉, 각각 일정 시간 길이의 중첩되지 않는 시간 윈도우(non-overlapping time window)인
Figure pat00112
프레임들마다 단말
Figure pat00113
및
Figure pat00114
의 처리량
Figure pat00115
및
Figure pat00116
를 고려하지 않고 오직 간섭량만을 고려한 실시예이다. 만약, 처리량이 시간에 따라 변하지 않는다면 가중치가 변하지 않는다. 따라서, 제4 실시예와 같이, 가중치가 변하지 않는 실시예에서는 이하에서 설명되는 시간 윈도우
Figure pat00117
와 관련된 동작 및 절차들은 적용되지 않는다. 이는, 시간에 따라 변하지 않는 가중치를 고려할 경우 시간 윈도우마다 가중치를 업데이트할 필요가 없기 때문이다.
간섭량은 일반적으로 간섭을 받는 단말이 측정하고 AN들을 거쳐 CP로 보고될 수 있다. 한편, 본 발명의 일 실시예에서, 단방향 간섭을 측정에 의해 구하지 않고 추정하는 방법이 이용될 수 있다. 실제 단방향 간섭의 측정은 아래와 같은 어려움을 가질 수 있기 때문이다.
간섭 측정을 위해 측정되어야 하는 대상은 간섭을 야기하는 사용자 중심 셀을 구성하는 AN들 각각으로부터 간섭을 받는 사용자 중심 셀에 포함된 단말로의 간섭들이다. 이 경우, 단말 인근의 AN들 각각으로부터의 개별적인 간섭량을 측정하는 것은 가능하지만, 단말로부터 먼 거리에 위치한 AN들로부터의 개별적인 간섭량을 측정하기는 어렵다. 즉, CRS(cell-specific reference signal)를 기반한 측정이 수행될 경우, 먼 거리에 위치한 AN과는 CRS의 직교성(orthogonality)에 기반한 개별적인 간섭량 측정이 쉽지 않다. 즉, 서비스 영역 내의 모든 AN들이 직교한 CRS들을 사용하도록 하는 것이 네트워크 확장성(scalability)에 제약을 주기 때문에, AN들의 개수가 많은 UDN(ultra-dense network)과 같은 환경에서는 부적합하다.
본 발명의 실시예들에서 필요한 것은 서비스 영역 내의 모든 노드들, 즉 모든 사용자 중심 셀들 간의 간섭을 측정하는 것이다. 사용자 중심 셀들의 개수가
Figure pat00118
(즉, 전체 단말의 개수가
Figure pat00119
)이고, 하나의 사용자 중심 셀이
Figure pat00120
개의 AN들로 구성되어 있을 때, 측정되어야 하는 간섭 링크들의 수는
Figure pat00121
이다. 따라서, AN들의 수가 많은 UDN 환경을 고려하면 측정해야 하는 간섭 링크들의 수가 비현실적이다. 측정을 위해서는, 간섭을 야기하는 사용자 중심 셀의 AN들이 간섭을 받는 사용자 중심 셀이 사용하는 시간-주파수 자원과 동일한 시간-주파수 자원을 이용하여 참조 신호(reference signal)을 송신하여야 한다. 즉, 간섭원이 참조 신호를 송신하고, 간섭을 받는 단말은 해당 참조 신호에 대한 송신 정보를 수신하고, 해당 송신 정보가 지시하는 송신 타이밍에 따라 해당 참조 신호를 수신하여 간섭을 측정할 수 있다. 그러나, 모든 AN들과 단말들이 이러한 동작을 수행하는 것은 그 오버헤드가 매우 크며 현실적이지 않다. 따라서, 본 발명의 일 실시예는 단방향 간섭을 측정에 의해 구하지 않고 추정(estimation)하는 방법을 제공한다.
먼저, 단말의 위치가 추정되고, 추정된 단말의 위치와 해당 단말이 접속한 AN들의 위치들을 이용하여 경로 손실이 계산될 수 있다. 예컨대, 사용자 중심 셀
Figure pat00122
에 포함된 AN
Figure pat00123
(즉, 간섭원(source))의 기준 위치와 사용자 중심 셀
Figure pat00124
에 있는 단말(즉, 간섭을 받는 단말)의 추정된 위치 간의 경로 손실
Figure pat00125
이 계산될 수 있다. 즉, 임의의 단말이 접속한 AN의 위치는 네트워크(즉, CP)가 알고 있으므로, 단말의 위치만 추정된다면
Figure pat00126
는 쉽게 계산될 수 있다. 경로 손실이 계산되면, 주어진 다른 파라미터들(예컨대, 안테나 이득(antenna gain), noise figure, thermal noise, AN 송신 전력 등)을 함께 이용하여, 간섭량이 계산될 수 있다. 하기 수학식 10은 상기한 함수
Figure pat00127
의 제1 실시예에 대해 안테나 이득만 고려하여 가중치
Figure pat00128
를 계산하는 일 예이다.
Figure pat00129
여기서, 수학식 10에 포함된 파라미터들은 아래와 같이 정의될 수 있다.
Figure pat00130
: AN 송신 전력 (모든 AN은 동일 송신 전력)
Figure pat00131
: 사용자 중심 셀
Figure pat00132
에 포함된 AN의 개수
Figure pat00133
: 사용자 중심 셀
Figure pat00134
에 포함된 AN의 개수
Figure pat00135
: 사용자 중심 셀
Figure pat00136
에 포함된 AN
Figure pat00137
의 송신점 기준 위치로부터, 사용자 중심 셀
Figure pat00138
에 있는 단말의 추정된 위치에 대한 경로 손실
Figure pat00139
: 사용자 중심 셀
Figure pat00140
에 포함된 AN
Figure pat00141
의 송신점 기준 위치로부터, 사용자 중심 셀
Figure pat00142
에 있는 단말의 추정된 위치에 대한 경로 손실
Figure pat00143
: 사용자 중심 셀
Figure pat00144
에 포함된 AN
Figure pat00145
의 송신점 기준 위치로부터, 사용자 중심 셀
Figure pat00146
에 있는 단말의 추정된 위치에 대한 안테나 이득
Figure pat00147
: 사용자 중심 셀
Figure pat00148
에 포함된 AN
Figure pat00149
의 송신점 기준 위치, 사용자 중심 셀
Figure pat00150
에 있는 단말의 추정된 위치에 대한 안테나 이득
Figure pat00151
: 일정 시간 길이의 중첩되지 않는 시간 윈도우(non-overlapping time window)
Figure pat00152
프레임마다 측정하는 bits per second (bps) 단위의 단말
Figure pat00153
의 처리량(throughput)
Figure pat00154
: 일정 시간 길이의 중첩되지 않는 시간 윈도우(non-overlapping time window)
Figure pat00155
프레임들마다 측정하는 bits per second (bps) 단위의 단말
Figure pat00156
의 처리량(throughput)
Figure pat00157
:
Figure pat00158
또는
Figure pat00159
를 가중치
Figure pat00160
에 얼마만큼 크게 고려하는 가와 관련된 공평성 지수(fairness factor)
한편, 사용자 중심 셀
Figure pat00161
에 속한 AN
Figure pat00162
로부터 간섭을 받는 사용자 중심 셀
Figure pat00163
의 단말로의 경로 손실을 계산하기 위해서는, 전술된 바와 같이 AN
Figure pat00164
과 사용자 중심 셀
Figure pat00165
의 단말 간의 거리에 대한 정보가 필요하다. 본 발명의 일 실시예에서, 실외 환경의 경우 GPS 또는 기타의 방법으로 단말의 위치 정보가 획득될 수 있다. 획득된 단말의 위치와 네트워크가 이미 알고 있는 AN
Figure pat00166
의 위치로부터 AN
Figure pat00167
과 사용자 중심 셀
Figure pat00168
의 단말 간의 거리 정보가 계산될 수 있다. 본 발명의 다른 실시예에서는, GPS 또는 기타의 방법으로 단말의 위치 정보를 획득하지 않고, 단말이 사용하는 AN들의 빔포밍의 결과로 도출되는 빔 인덱스들을 이용하여 단말의 위치가 추정될 수 있다. 이 방법은, 특히, 실내 환경과 같이 GPS에 기반한 위치 추정(localization)이 불가능한 경우에 적합하다.
자원 할당이 수행되기 이전에 수행되는 사용자 중심 셀들을 생성하는 클러스터링 단계에서 각각의 사용자 중심 셀의 단말은 해당 사용자 중심 셀에 있는 모든 AN들 각각에 대하여 최적의 빔을 선택하게 된다. 따라서, AN들이 연결된 CP내의 CN은 서비스 영역 내의 모든 사용자 중심 셀들의 각 단말을 서비스하기 위해 사용하는 빔들의 빔 인덱스들을 AN들로부터 수집하여 알 수가 있다.
도 6은 총 12개의 빔들을 사용하는 AN의 빔 방향(boresight)들의 예를 도시한 개념도이며, 도 7은 2개의 AN들로 구성된 사용자 중심 셀에서 빔포밍의 세가지 상황을 도시한 개념도이다.
도 6을 참조하면, 12개의 빔들은 각각 30도에 대응되는 영역을 담당할 수 있다. 예컨대, 빔 인덱스 1은 AN(610)의 소정 방향을 기준으로 0도부터 30도까지의 영역(601)을 담당하며, 이 경우 빔 인덱스 1에 대응되는 빔 방향은 상기 소정 방향을 기준으로 15도에 대응되는 방향(602)가 된다. CP는 AN들을 통하여 각각의 단말이 측정하여 최적 빔(optimal beam)으로 선택한 빔의 빔 인덱스를 보고받을 수 있고, CP는 수집된 빔 인덱스들로부터 단말의 위치를 추정할 수 있다.
도 7을 참조하면, 경우 (a)는 가장 일반적인 경우로서 두 개의 AN들(AN1, AN2)로부터의 빔들의 빔 방향(boresight)들이 한 점에서 만나는 경우이다. 경우 (b)는 다소 드문 경우로서, 두 개의 AN들(AN1, AN2)로부터의 두 개의 빔들의 빔 방향들이 무수히 많은 점에서 만나는 경우이다. 경우 (c)는 거의 일어나지 않는 경우로 빔 선택이 잘못되어 두 개의 빔들의 빔 방향들이 어떠한 점에서도 만나지 않는 경우이다.
경우 (a)에는, CP는 AN1 및 AN2의 빔 인덱스들로부터 알 수 있는 빔 방향들의 교점(intersection)을 구해 그 교점의 위치를 단말의 위치로 추정할 수 있다. 경우 (b) 에는, CP는 단말이 측정한 AN1 및 AN2의 CRS의 수신 신호 세기 측정치
Figure pat00169
및
Figure pat00170
를 각 AN들을 통하여 보고받고, 하기 방식으로 AN1과 단말 간의 거리 A 및 AN2와 단말 간의 거리 B를 구할 수 있다. 즉, CP는 AN1 및 AN 2의 설치 위치들을 알고 있으므로, CRS의 수신 신호 세기가 오직 경로 손실에 의해 감소한다는 가정 하에 하기 수학식 11을 통해 A와 B를 계산할 수 있다.
Figure pat00171
여기서,
Figure pat00172
는 경로 손실 지수(path loss exponent)이고, A+B는 AN 1과 AN 2 사이의 ISD(inter-site distance)이다. 한편, 경우 (c)는 빔 선택이 잘못되었을 경우이지만, (b)와 같이 비례식을 이용하여 A와 B이 계산될 수 있다. 이 경우 단말 위치 추정 오차가 커지게 된다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 빔 인덱스들을 이용한 단말의 위치 추정에서 실제 단말의 위치와 추정된 위치의 오차를 설명하기 위한 개념도이다.
도 8을 참조하면, 단말로부터 보고된 AN들의 빔 인덱스들을 이용하여 추정한 단말의 위치(811)와 실제 단말의 위치(812) 간에는 위치 추정 오차(813)가 존재할 수 있다. 빔 폭이 좁은 세밀 빔이 이용될 경우 이러한 오차(813)는 더욱 줄어들게 된다. 다시 말해 각 AN이 생성하는 전체 빔들의 개수에 영향을 받게 된다. AN이 작은 빔 폭을 이용하여 빔 스위핑(sweeping)을 수행한다면, 상기 위치 추정 오차(813)가 줄어들 수 있다. 또한, 이러한 추정 오차는 AN들 사이의 거리인 ISD(inter-site distance)에 의해서 영향을 받을 수 있다. 단말이 가장 가까운 AN들과 클러스터링이 될 경우(즉, ISD가 줄어들수록) 도 8의 부채꼴 영역들의 길이 및 폭이 줄어들게 되고 그에 따라 위치 추정 오차가 줄어들게 된다.
본 발명의 일 실시예에서는 이러한 추정 오차에도 불구하고, 빔 인덱스들을 이용하여 단말의 위치를 추정할 수 있다. 비록 오차가 발생하더라도 오차는 사용자 중심 셀을 구성하는 AN들의 ISD와 비슷하거나 작은 값이다. 따라서, 상기 추정 오차는 사용자 중심 셀들 간의 간섭 거리보다 훨씬 작은 값이므로, 사용자 중심 셀들 간의 상대적인 간섭량의 크기를 나타냄에 있어 큰 차이를 발생시키지 않을 수 있다.
네트워크에서 AN들의 개수가
Figure pat00173
개이고, 단말들의 개수가
Figure pat00174
개일 때, 단말
Figure pat00175
(
Figure pat00176
)이 AN
Figure pat00177
(
Figure pat00178
)에 연결(association)되어 있는지 여부를 플래그(flag)
Figure pat00179
(
Figure pat00180
)으로 나타낼 수 있다.
Figure pat00181
일 경우 단말
Figure pat00182
은 AN
Figure pat00183
에 연결되어 있고,
Figure pat00184
일 경우 단말
Figure pat00185
은 AN
Figure pat00186
에 연결되어 있지 않음을 나타낸다. 이와 같은
Figure pat00187
의 정의를 이용하면, 네트워크 내의 모든 단말들과 AN들과의 연결 상태를 하기 수학식 12와 같이 표시되는 행렬
Figure pat00188
(
Figure pat00189
)로 나타낼 수 있다. 즉, 행렬
Figure pat00190
의 각 행(row)은 단말에 대응되며 각 열(column)은 AN에 대응될 수 있다.
Figure pat00191
상기 행렬
Figure pat00192
가 네트워크 내의 단말들과 AN들의 가능한(feasible) 연결들을 나타내는 행렬이 되려면, 임의의 행에서 1의 값을 가지는 원소들의 개수가 해당 행에 대응되는 단말이 포함된 사용자 중심 셀에 존재하는 AN들의 개수와 같아야 한다. 가령, 모든 사용자 중심 셀들이 2개의 AN들을 가지고 있다고 하면, 수학식 13은 3x4 행렬
Figure pat00193
의 가능한(feasible) 일 예이다.
Figure pat00194
도 9는 사용자 중심 셀들과 단말들 간의 연결들의 일 예를 도시한 개념도로서, 수학식 13의 행렬
Figure pat00195
에 의해 표현될 수 있는 연결들을 도시하고 있다.
반면, 행렬
Figure pat00196
는 임의의 행에 있는 1의 개수가 하나의 사용자 중심 셀이 가질 수 있는 AN들의 수와 다른 경우에 가능하지(feasible) 않은 행렬이 된다.
한편, 아래의 경우들은 일반적인 경우들은 아니지만 행렬
Figure pat00197
가 가능한 행렬인 경우들이다.
모두 0으로 구성된 열을 가진 행렬
Figure pat00198
하나 이상의 1로 구성된 열을 가진 행렬
Figure pat00199
모두 1로 구성된 열을 가진 행렬
Figure pat00200
이하에서는, 본 발명에 따른 자원 관리 방법이 설명된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 자원 관리 방법에서, 복수의 AN들로
Figure pat00201
개의 단말들을 위한
Figure pat00202
개의 사용자 중심 셀들을 구성된 경우를 가정하면, CP는 먼저
Figure pat00203
개의 사용자 중심 셀들에 위한 직교 자원 공유 그룹(orthogonal resource sharing group)들의 개수
Figure pat00204
를 결정할 수 있다. 직교 자원 공유 그룹은 동일한 직교 자원이 해당 그룹에 속한 사용자 중심 셀들에 의해 공유되는 그룹을 의미한다. 즉, 동일한 직교 자원 공유 그룹에 속한 사용자 중심 셀들은 동일한 직교 자원을 공유할 수 있고, 서로 다른 직교 자원 공유 그룹들 간에는 서로 다른 직교 자원들이 사용될 수 있다.
행렬 표현
Figure pat00205
를 이용하면, 중첩된 셀들이 있는 경우는 하기 수학식 14와 같이 동일한 열에 2개 이상의 1이 있는 경우로 표현될 수 있다.
Figure pat00206
특정 열(즉, 특정 AN)이 하나 이상의 1을 가질 경우(즉, 중첩된 AN이 있을 경우) 1에 대응되는 단말(행)은 서로 직교한 자원들을 사용해야 한다. 왜냐하면, 사용자 중심 셀에서는 하나의 AN은 동시에 여러 단말들을 서비스할 수 없기 때문이다. 따라서,
Figure pat00207
의 lower bound
Figure pat00208
는 하기 수학식 16과 같이 표현될 수 있다.
Figure pat00209
여기서,
Figure pat00210
는 집합 내에서 최소의 값을 가진 원소를 나타낸다.
Figure pat00211
의 upper bound
Figure pat00212
는 모든 사용자 중심 셀들이 각각 직교 자원(orthogonal resource)을 사용하는 경우를 의미하므로, 하기 수학식 17과 같이 표현될 수 있다.
Figure pat00213
따라서, 직교 자원을 공유하는 그룹들(즉, 직교 자원들의 수)의 개수
Figure pat00214
는 하기 수학식 18로 표현되는 최대 범위를 가질 수 있다.
Figure pat00215
상기의 범위를 가지는
Figure pat00216
는 lower bound 값을 가지는 것이 가장 바람직하다. 왜냐하면,
Figure pat00217
는 직교 자원의 재사용 횟수를 결정하게 되며,
Figure pat00218
가 증가할 수록 하나의 직교 자원에 대한 자원 재사용 횟수가 줄어들게 되어 전체 네트워크 처리량이 나빠지는 효과를 일으킬 수 있기 때문이다. 다시 말해, 자원 재사용 회수의 평균은
Figure pat00219
로 표현되므로 주어진
Figure pat00220
에 대해
Figure pat00221
가 증가할 수록 자원 재사용 횟수가 줄어들어 주파수 효율이 나빠질 개연성이 매우 커지게 된다. 이와 같은 고려에 기초하여, 본 발명의 일 실시예에서는 하기 절차에 따라 그룹들의 개수
Figure pat00222
가 결정될 수 있다.
1) 수학식 19에 따라서
Figure pat00223
의 범위를 구한다.
Figure pat00224
2)
Figure pat00225
이면
Figure pat00226
로 결정하며,
Figure pat00227
이면 단계 3)으로 진행한다.
3) 하기 '그룹 헤더 결정' 및 '그룹 별 노드 추가' 방법에 의해 각 단말을 그룹핑
4) 그룹핑 후 임의의 한 그룹 내의 모든 사용자 중심 셀들이 서로 overlapping되지 않으면 이 때의
Figure pat00228
값을 최종값으로 결정하고 종료, 그렇지 않을 경우
Figure pat00229
를 1 증가시킨 후, 3)부터 다시 실시
그룹 헤더(group header) 결정
전체
Figure pat00230
개의 직교 자원들 중
Figure pat00231
번째 직교 자원을 사용하는 직교 자원 공유 그룹의 그룹 헤더는, 직교 자원
Figure pat00232
를 사용하도록 자원 할당을 받은 사용자 중심 셀들 중에서 가장 먼저 직교 자원
Figure pat00233
를 사용하도록 자원 할당을 받은 사용자 중심 셀로 정의될 수 있다. 그룹 헤더는 하기 절차에 따라 결정될 수 있다.
1) CP는
Figure pat00234
개의 사용자 중심 셀들 각각과 사용자 중심 셀들 각각과 중첩되지 않은 다른 모든 사용자 중심 셀들 간의 가중치의 합을 구한다.
2) CP는 1)에서 구한
Figure pat00235
개의 사용자 중심 셀들의 가중치 합들을 내림차순으로 정렬(sorting)한다.
3) CP는 큰 가중치의 합들을 가진
Figure pat00236
개의 사용자 중심 셀들을
Figure pat00237
개의 그룹 헤더들로 선택할 수 있다.
그룹 별 노드 추가
동일한 직교 자원을 공유하는 그룹들의 개수를 결정하고 각각의 그룹에 최초로 포함되는 그룹 헤더가 결정되면, 그룹핑되지 않은 노드들을 각 그룹에 순차적으로 포함시키는 절차가 진행될 수 있다. 여기서, 노드는 앞서 설명된 바와 같이 사용자 중심 셀을 의미한다.
본 발명의 일 실시예에서, 이러한 절차를 위하여 직사각 가중치 행렬(weight matrix)에 대한 최소의 가중치합을 제공하는 이분 매칭(bipartite matching) 기법이 이용될 수 있다. 이 경우, 이미 그룹핑된 노드와 그룹핑되지 않은 노드와의 가중치 계산시 중첩된 노드들(즉, 동일 단말에 서비스를 제공하는 AN들이 포함된 사용자 중심 셀들) 간의 가중치는
Figure pat00238
(무한대)로 가정될 수 있다. 실제 구현에서, 가중치
Figure pat00239
는 이분 매칭이 수행될 때 가중치를 저장하는 변수가 나타낼 수 있는 최대값으로 설정될 수 있다. 이는 중첩으로 인해 절대 동일 자원을 공유할 수 없는 노드가 그룹의 신규 노드로 포함되는 것을 방지하는 역할을 한다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따라서 직교 자원 공유 그룹들의 수가 2개인 경우 사용자 중심 셀 그룹들의 추가 과정을 설명하기 위한 개념도이다.
도 10을 참조하면, 직교 자원 공유 그룹들의 수가 2이며, 6개의 사용자 중심 셀들(즉, 노드들)이 존재하는 경우, 헤더 결정을 포함한 그룹 별 노드 추가의 순서가 설명된다.
첫번째 단계(S1010)는 그룹 헤더 결정 과정을 나타내며, 첫 번째 그룹(group #1)의 헤더로 사용자 중심 셀 6이 선택되고, 두 번째 그룹(group #2)의 헤더로 사용자 중심 셀 4가 선택된 것을 나타낸다.
두 번째 단계(S1020)는 첫번째 그룹에 사용자 중심 셀 1이 추가되고 두번째 그룹에 사용자 중심 셀 3이 새로운 멤버로 추가되는 과정을 나타낸다. 구체적으로, CP는 모든 노드들 간의 에지 가중치를 알고 있으므로 그룹핑되지 않은 노드 1, 2, 3, 5와 헤더 6, 4 사이의 가중치를 나타내는 하기 수학식 20과 같은 4x2 행렬
Figure pat00240
을 알고 있다.
Figure pat00241
각 그룹에 신규 멤버 노드를 추가하는 경우, 기존 그룹에 있는 그룹 헤더(예컨대, 노드 6 또는 노드 4) 및 앞서 추가된 노드(예컨대, 노드 1 또는 노드 3)와의 가중치를 최소로 하는 노드가 추가될 수 있다. 이는 기존 그룹에 포함되어 있는 노드들과의 간섭을 최소로 하는, 즉 용량 감소를 최소로 하는 노드를 추가하는 것을 의미한다. 이렇게 함으로써, 그룹에 추가되는 신규 멤버는 그룹에 먼저 들어가 있는 노드들과와의 간섭을 항상 고려하게 되므로 성능이 낮은 사용자 중심 셀을 나타내는 노드에 대한 간섭 영향이 다른 노드에 비해 적극적으로 고려될 수 있다. 따라서, 성능이 낮은 사용자 중심 셀의 성능이 향상하게 된다. 또한, 해당 그룹이 공유하고 있는 주어진 자원에서의 자원 효율을 최대화하는 효과가 생긴다.
행렬
Figure pat00242
에서 서로 행과 열을 공유하지 않는 '독립적인' 두 개의 원소를 고르는 것이 bipartite matching에 해당한다. 도 10에서 두 번째 단계(S1020)는 이분 매칭(bipartite matching)을 나타내고, 노드 1번이 직교 자원 공유 그룹 1에, 노드 3이 직교 자원 공유 그룹 2에 매핑되는 것은 하기 수학식 21과 같이 행렬
Figure pat00243
에서
Figure pat00244
이 가장 작은 가중치의 합임을 의미한다. 제안된 방식에서는 수학식 21과 같이 가중치의 합이 가장 작은 '독립적인' 원소를 골라내어 각각의 그룹에 신규 멤버에 추가될 수 있다.
Figure pat00245
세 번째 단계(S1030)는 그룹핑되지 않는 노드 2와 노드 5가 각각 그룹 1 및 그룹 2에 추가되는 과정을 나타낸다. CP는 모든 노드들 간의 에지 가중치들을 알고 있으므로 그룹핑되지 않은 노드 2와 노드 5가 각 그룹에 포함될 때, 즉 각 그룹이 사용하는 동일한 자원을 사용할 때 발생하는 총 간섭을 계산할 수 있다. 가령, 노드 2가 그룹 1이 사용하는 자원과 동일한 자원을 사용할 때는
Figure pat00246
만큼의 간섭량이 신규로 발생하게 된다. 동일한 방법으로 노드 2 및 5가 그룹 1 및 그룹 2가 사용하는 자원과 동일한 자원을 사용할 때 발생하는 총 간섭은 하기 수학식 22의 행렬
Figure pat00247
와 같이 표현될 수 있다.
Figure pat00248
이 행렬
Figure pat00249
에서 합
Figure pat00250
의 값이 가장 작은 '독립적인' 원소들의 합일 수 있다. 따라서, 노드 2가 그룹 1에, 노드 5가 그룹 2에 각각 신규로 추가될 수 있다.
Figure pat00251
와
Figure pat00252
처럼 가중치 행렬의 원소들의 개수가 적을 때는 일일이 가능한 가중치의 합들을 계산함으로써 가장 작은 가중치의 합을 가지는 '독립적인' 원소들을 선택할 수 있지만 원소들의 개수가 많아지면, 이러한 소모적인 검색(exhaustive)이 부적합해진다. 이를 위해 본 발명의 다른 실시예에서, 이러한 최소 가중치합 bipartite matching (minimum sum-weight bipartite matching)에 적용되는, 최적화 이론(optimizaiton theory)에서 널리 알려진, 일명 “Hungarian algorithm" 또는 '확장된 KM 알고리즘(extended Kuhn-Munkres algorithm)"이 이용될 수 있다. 본 발명의 실시예들에서는, 상기 알고리즘들을 이용하여, 전체 사용자 중심 셀들을 최소 가중치 합에 기반한 이분 매칭을 통해
Figure pat00253
개의 직교 자원 그룹들에 그룹핑한다. 다만, 제일 마지막 매칭에서는
Figure pat00254
개가 아닌
Figure pat00255
개(즉 (
Figure pat00256
modulo
Figure pat00257
) 개)의 사용자 중심 셀들이 그룹핑될 수 있다.
헝가리안 알고리즘(Hungarian algorithm)은 정방 행렬(square matrix)에 포함된 독립적인 원소(서로 같은 행이나 열에 있지 않는 원소)들의 합을 최소로 하는 최적화 문제를 푸는 알고리즘으로 업무 할당(job assignment)과 같은 최적화 문제에 적용되는 알고리즘이다. 헝가리안 알고리즘은 정방 행렬에만 적용되기 때문에 본 발명에서 고려하는 가중치 행렬에는 바로 적용하기가 불가능하다. 따라서, 비정방 행렬(non-square matrix)의 경우 원소 0으로 이루어진 행 또는 열들을 필요한 만큼 추가하여 정방 행렬로 만든 다음 헝가리안 알고리즘이 적용될 수 있다. 이와 같이 0으로 된 열 또는 행을 추가하여 헝가리안 알고리즘을 적용하는 방식은 행렬 사이즈가 커질수록 계산 시간이 크게 늘어나는 문제점을 가진다. 따라서, 계산 시간을 줄이기 위해 확장된 KM 알고리즘(extended Kuhn-Munkres algorithm)이 사용될 수도 있다. 확장된 KM 알고리즘은 비정방 행렬에 적용 가능한 헝가리안 알고리즘의 변형으로 간략히 설명될 수 있고, 정방 행렬에 기반한 헝가리안 알고리즘 대비 최대 약 10배 정도의 계산량 감소를 제공할 수 있다. 본 명세서에서는 헝가리안 알고리즘 및 확장된 KM 알고리즘에 대한 구체적인 설명은 생략된다.
상술된 절차에 따라, 모두
Figure pat00258
개의 직교 자원 공유 그룹들이 설정되면, CP는 전체 시스템 자원을
Figure pat00259
개의 직교 자원들로 분할하고 각 그룹에 각각 하나의 직교 자원을 매핑(mapping)할 수 있다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 사용자 중심 셀에 대한 자원 할당을 설명하기 위한 개념도이다.
도 11을 참조하면, CP는 전체 시스템 자원을 주파수 분할 다중화(frequency division multiplexing, FDM) 방식으로 모두
Figure pat00260
개의 직교 자원들로 분할하고, 동일 그룹에 포함된 사용자 중심 셀들을(즉, 각 단말들을)에 동일 직교 자원을 매핑할 수 있다. 상기 매핑을 통해 사용자 중심 셀들에 대한 최종적인 자원 할당이 이루어지게 된다. 매핑은 그룹 인덱스와 직교 자원 인덱스를 동일하게 맵핑할 수도 있고, 그룹 인덱스와 직교 자원 인덱스가 랜덤하게 매핑되도록 할 수도 있다.
도 11에 도시된 것과 같이, 본 발명의 실시예에 따르면, 동일 직교 자원을 사용하는 사용자 중심 셀들은 전체 네트워크 영역에서 분산되어 존재하게 된다. 앞서 설명된 바와 같이, 동일 직교 자원을 공유하는 사용자 중심 셀들 간의 간섭을 최소가 하도록 직교 자원 공유 그룹들이 설정되기 때문이다.
도 11에서는 FDM 방식에 의해서 전체 시스템 자원이 직교 자원들로 분할되는 예를 도시하고 있으나, 전체 시스템 자원은 시간 분할 다중화(time division multiplexing, TDM), 또는 코드 분할 다중화(code division multiplexing, CDM) 등의 다양한 방식, 또는 다양한 방식들이 결합된 방식으로 다중화될 수 있다.
앞서 언급된 자원 관리 방법에 따른 자원 할당은 중첩되지 않는 시간 윈도우인
Figure pat00261
프레임들을 단위로 반복적으로 수행될 수 있다. 따라서, CP는 각각의 AN들이
Figure pat00262
프레임들 동안 특정 단말에게 서비스한 데이터 량(data rate)를 수집하여 이를 바탕으로 각 단말의 처리량(throughput)을 측정하고, 측정된 처리량을 사용하여 상기 제안된 자원 할당 절차 및 방식을 수행할 수 있다.
도 12는 본 발명의 실시예들에 따른 방법들을 수행하기 위한 장치의 구성을 설명하기 위한 블록도이다.
도 12에서 예시되는 장치는 본 발명의 실시예들에 따른 방법을 수행하기 위한 통신 노드(예컨대, CP, AN, 또는 단말)일 수 있다.
도 12를 참조하면, 통신 노드(1200)는 적어도 하나의 프로세서(1210), 메모리(1220) 및 네트워크와 연결되어 통신을 수행하는 송수신 장치(1230)를 포함할 수 있다. 또한, 통신 노드(1200)는 입력 인터페이스 장치(1240), 출력 인터페이스 장치(1250), 저장 장치(1260) 등을 더 포함할 수 있다. 통신 노드(1200)에 포함된 각각의 구성 요소들은 버스(bus)(1270)에 의해 연결되어 서로 통신을 수행할 수 있다.
프로세서(1210)는 메모리(1220) 및 저장 장치(1260) 중에서 적어도 하나에 저장된 프로그램 명령(program command)을 실행할 수 있다. 프로세서(1210)는 중앙 처리 장치(central processing unit, CPU), 그래픽 처리 장치(graphics processing unit, GPU), 또는 본 발명의 실시예들에 따른 방법들이 수행되는 전용의 프로세서를 의미할 수 있다. 메모리(1220) 및 저장 장치(1260) 각각은 휘발성 저장 매체 및 비휘발성 저장 매체 중에서 적어도 하나로 구성될 수 있다. 예를 들어, 메모리(1220)는 읽기 전용 메모리(read only memory, ROM) 및 랜덤 액세스 메모리(random access memory, RAM) 중에서 적어도 하나로 구성될 수 있다.
도 3에서 예시된 C-RAN 아키텍쳐를 참조하면, 상기 적어도 하나의 프로세서(1210)과 프로그램 명령이 저장된 메모리(1220)는 상기 CN(central node)에 포함될 수 있다.
본 발명에 따른 방법들은 다양한 컴퓨터 수단을 통해 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록되는 프로그램 명령은 본 발명을 위해 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다.
컴퓨터 판독 가능 매체의 예에는 롬, 램, 플래시 메모리(flash memory) 등과 같이 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러(compiler)에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터(interpreter) 등을 사용해서 컴퓨터에 의해 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. 상술한 하드웨어 장치는 본 발명의 동작을 수행하기 위해 적어도 하나의 소프트웨어 모듈로 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.
이상 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (20)

  1. 복수의 접속 노드(access node, AN)들 및 중앙 처리기(central processor, CP)로 구성된 C-RAN(cloud radio access network) 시스템에서, 상기 CP에 의해 수행되는 자원 관리 방법은,
    상기 복수의 AN들로
    Figure pat00263
    (
    Figure pat00264
    은 자연수)개의 단말들을 위한
    Figure pat00265
    개의 사용자 중심 셀(user-centric cell)들을 구성하고, 동일한 직교 자원을 공유하는 직교 자원 공유 그룹들의 개수(
    Figure pat00266
    ,
    Figure pat00267
    는 자연수)를 결정하는 단계;
    Figure pat00268
    개의 사용자 중심 셀들을
    Figure pat00269
    개의 직교 자원 공유 그룹들에 대한 그룹 헤더들로 선택하고 상기 선택된
    Figure pat00270
    개의 사용자 중심 셀들을 상기
    Figure pat00271
    개의 직교 자원 공유 그룹들에 상기 그룹 헤더들로서 추가하는 단계;
    그룹핑되지 않은 사용자 중심 셀들을 상기
    Figure pat00272
    개의 직교 자원 공유 그룹들에 순차적으로 추가하여 상기
    Figure pat00273
    개의 직교 자원 공유 그룹을 설정하는 단계; 및
    전체 시스템 자원을
    Figure pat00274
    개의 직교 자원들로 분할하고, 분할된
    Figure pat00275
    개의 직교 자원들을 상기
    Figure pat00276
    개의 직교 자원 공유 그룹들에 각각 매핑하는 단계를 포함하는,
    자원 관리 방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 CP는 상기 복수의 AN들 각각에 대응되는 BN(base node)들과 상기 BN들을 중앙 집중적으로 제어하는 CN(central node)을 포함하는,
    자원 관리 방법.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 BN들 각각과 상기 AN들에는 기능 분할(function splitting)이 적용되는,
    자원 관리 방법.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 직교 자원 공유 그룹들의 개수
    Figure pat00277
    는 직교 자원의 재사용(reuse) 횟수를 결정하는,
    자원 관리 방법.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 그룹 헤더들은
    상기
    Figure pat00278
    개의 사용자 중심 셀들에 대한 가중치(weight)들의 합들을 계산하는 단계; 및
    상기
    Figure pat00279
    개의 사용자 중심 셀들에 대한 가중치들의 합들에서
    Figure pat00280
    개의 가장 큰 가중치들의 합들에 대응되는 사용자 중심 셀들을 상기 그룹 헤더들로 선택하는 단계에 의해서 선택되는,
    자원 관리 방법.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 가중치는 상기
    Figure pat00281
    개의 사용자 중심 셀들 각각과 중첩되지 않는 사용자 중심 셀들 각각 간의 간섭량과 상기
    Figure pat00282
    개의 사용자 중심 셀들 각각에 연결된(associated) 단말의 처리량(throughput)과 상기 중첩되지 않는 사용자 중심 셀들 각각에 연결된 단말의 처리량이 반영된 가중치인,
    자원 관리 방법.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 간섭량은 상기
    Figure pat00283
    개의 사용자 중심 셀들 각각에 연결된 상기 단말에 의해서 측정되어 상기 CP로 보고되는,
    자원 관리 방법.
  8. 청구항 6에 있어서,
    상기 간섭량은 상기
    Figure pat00284
    개의 사용자 중심 셀들 각각에 연결된 단말이 최적의 빔들로 보고한 빔들에 대한 정보에 기초하여 상기 CP에서 추정되는,
    자원 관리 방법.
  9. 청구항 6에 있어서,
    상기
    Figure pat00285
    개의 사용자 중심 셀들 각각에 연결된 단말의 처리량은 상기 CP가 소정의 시간 윈도우 동안 상기
    Figure pat00286
    개의 사용자 중심 셀들 각각에 연결된 단말에 서비스된 데이터의 량에 대한 정보를 수집하여 계산하는,
    자원 관리 방법.
  10. 청구항 1에 있어서,
    상기
    Figure pat00287
    개의 직교 자원 공유 그룹들에 순차적으로 추가되는 상기 그룹핑되지 않은 사용자 중심 셀들은 이중 매칭(bipartite matching) 기법을 이용하여 결정되는,
    자원 관리 방법.
  11. 청구항 10에 있어서,
    상기 이중 매칭 기법은 헝가리안 알고리즘(Hungarian algorithm) 또는 확장된 KM 알고리즘(extended Kuhn-Munkres algorithm)에 기초하여 수행되는,
    자원 관리 방법.
  12. 복수의 접속 노드(access node, AN)들 및 중앙 처리기(central processor, CP)로 구성된 C-RAN(cloud radio access network) 시스템에서, 자원 관리 방법을 수행하는 상기 CP로서,
    적어도 하나의 프로세서; 및
    상기 적어도 하나의 프로세서에 의해서 실행되는 적어도 하나의 명령을 포함한 메모리를 포함하고,
    상기 적어도 하나의 프로세서에 의해서 실행될 때, 상기 적어도 하나의 명령은 상기 적어도 하나의 프로세서가
    상기 복수의 AN들로
    Figure pat00288
    개(상기
    Figure pat00289
    은 자연수)의 단말들을 위한
    Figure pat00290
    개의 사용자 중심 셀(user-centric cell)들을 구성하고, 동일한 직교 자원을 공유하는 직교 자원 공유 그룹들의 개수(
    Figure pat00291
    ,
    Figure pat00292
    는 자연수)를 결정하는 단계;
    Figure pat00293
    개의 사용자 중심 셀들을
    Figure pat00294
    개의 직교 자원 공유 그룹들에 대한 그룹 헤더들로 선택하고 상기 선택된
    Figure pat00295
    개의 사용자 중심 셀들을 상기
    Figure pat00296
    개의 직교 자원 공유 그룹들에 상기 그룹 헤더들로서 추가하는 단계;
    그룹핑되지 않은 사용자 중심 셀들을 상기
    Figure pat00297
    개의 직교 자원 공유 그룹들에 순차적으로 추가하여 상기
    Figure pat00298
    개의 직교 자원 공유 그룹을 설정하는 단계; 및
    전체 시스템 자원을
    Figure pat00299
    개의 직교 자원들로 분할하고, 분할된
    Figure pat00300
    개의 직교 자원들을 상기
    Figure pat00301
    개의 직교 자원 공유 그룹들에 각각 매핑하는 단계를 수행하도록 설정하는,
    중앙 처리기.
  13. 청구항 12에 있어서,
    상기 그룹 헤더들은
    상기
    Figure pat00302
    개의 사용자 중심 셀들에 대한 가중치(weight)들의 합들을 계산하는 단계; 및
    상기
    Figure pat00303
    개의 사용자 중심 셀들에 대한 가중치들의 합들에서
    Figure pat00304
    개의 가장 큰 가중치들의 합들에 대응되는 사용자 중심 셀들을 상기 그룹 헤더들로 선택하는 단계에 의해서 선택되는,
    중앙 처리기.
  14. 청구항 13에 있어서,
    상기 가중치는 상기
    Figure pat00305
    개의 사용자 중심 셀들 각각과 중첩되지 않는 사용자 중심 셀들 각각 간의 간섭량과 상기
    Figure pat00306
    개의 사용자 중심 셀들 각각에 연결된(associated) 단말의 처리량(throughput)과 상기 중첩되지 않는 사용자 중심 셀들 각각에 연결된 단말의 처리량이 반영된 가중치인,
    중앙 처리기.
  15. 청구항 12에 있어서,
    상기 간섭량은 상기
    Figure pat00307
    개의 사용자 중심 셀들 각각에 연결된 단말이 최적의 빔들로 보고한 빔들에 대한 정보에 기초하여 상기 CP에서 추정되는,
    중앙 처리기.
  16. 청구항 12에 있어서,
    상기
    Figure pat00308
    개의 사용자 중심 셀들 각각에 연결된 단말의 처리량은 상기 CP가 소정의 시간 윈도우 동안 상기
    Figure pat00309
    개의 사용자 중심 셀들 각각에 연결된 단말에 서비스된 데이터의 량에 대한 정보를 수집하여 계산하는,
    중앙 처리기.
  17. 청구항 1에 있어서,
    상기
    Figure pat00310
    개의 직교 자원 공유 그룹들에 순차적으로 추가되는 상기 그룹핑되지 않은 사용자 중심 셀들은 이중 매칭(bipartite matching) 기법을 이용하여 결정되는,
    중앙 처리기.
  18. 복수의 접속 노드(access node, AN)들 및 중앙 처리기(central processor, CP)로 구성된 C-RAN(cloud radio access network) 시스템에서, 상기 CP에 의해 수행되는 자원 관리 방법은,
    상기 복수의 AN들로
    Figure pat00311
    (
    Figure pat00312
    은 자연수)개의 단말들을 위한
    Figure pat00313
    개의 사용자 중심 셀(user-centric cell)들을 구성하고, 상기
    Figure pat00314
    개의 사용자 중심 셀들 각각으로부터 상기
    Figure pat00315
    개의 단말들을 서비스하기 위해 선택된 빔들에 대한 정보를 수집하는 단계;
    상기 수집된 빔들에 대한 정보에 기초하여 상기
    Figure pat00316
    개의 단말들의 위치를 추정하는 단계; 및
    상기 추정된 상기
    Figure pat00317
    개의 단말들의 위치에 기초하여 상기
    Figure pat00318
    개의 단말들을 위한 자원 관리를 수행하는 단계를 포함하는,
    자원 관리 방법.
  19. 청구항 18에 있어서,
    상기 CP는 상기 복수의 AN들 각각에 대응되는 BN(base node)들과 상기 BN들을 중앙 집중적으로 제어하는 CN(central node)을 포함하는,
    자원 관리 방법.
  20. 청구항 18에 있어서,
    상기 추정된 상기
    Figure pat00319
    개의 단말들의 위치에 기초하여 상기
    Figure pat00320
    개의 사용자 중심 셀들 각각과 중첩되지 않는 사용자 중심 셀들 각각 간의 간섭량이 계산되며, 상기 간섭량에 기초하여 상기
    Figure pat00321
    개의 단말들을 위한 자원 관리가 수행되는,
    자원 관리 방법.
KR1020200149119A 2019-11-18 2020-11-10 사용자 중심 무선 네트워크의 자원 관리 방법 및 장치 KR102480496B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US17/096,238 US11510182B2 (en) 2019-11-18 2020-11-12 Resource management method and apparatus in user-centric wireless network

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR20190147871 2019-11-18
KR1020190147871 2019-11-18

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20210060323A true KR20210060323A (ko) 2021-05-26
KR102480496B1 KR102480496B1 (ko) 2022-12-22

Family

ID=76137736

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020200149119A KR102480496B1 (ko) 2019-11-18 2020-11-10 사용자 중심 무선 네트워크의 자원 관리 방법 및 장치

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR102480496B1 (ko)

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20110026017A (ko) * 2008-09-05 2011-03-14 엔이씨 유럽 리미티드 직교주파수 분할 다중 접속 방식 (ｏｆｄｍａ) 에서 부분 주파수 재사용
WO2015194810A1 (ko) * 2014-06-15 2015-12-23 엘지전자 주식회사 무선 통신 시스템에서 사용자 중심 가상 셀을 구성하여 제어 채널을 수신하는 방법 및 장치

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20110026017A (ko) * 2008-09-05 2011-03-14 엔이씨 유럽 리미티드 직교주파수 분할 다중 접속 방식 (ｏｆｄｍａ) 에서 부분 주파수 재사용
WO2015194810A1 (ko) * 2014-06-15 2015-12-23 엘지전자 주식회사 무선 통신 시스템에서 사용자 중심 가상 셀을 구성하여 제어 채널을 수신하는 방법 및 장치

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Y. Li, M. C. Gursoy and S. Velipasalar, "Intercell interference-aware scheduling for delay sensitive applications in C-RAN", 2017 VTC-Fall, IEEE, pp.1-5(2017.09.) 1부.* *
Y. Lin et al., "Graph-based joint user-centric overlapped clustering and resource allocation in ultradense networks", IEEE Trans. Vehicular Technology, vol.67, no.5, pp.4440-4453(2017.12.) 1부.* *
정수정 외 3명, "5G UDN 기술 동향", 한국전자통신연구원, 전자통신동향분석, 제33권, 제5호, pp.42-50(2018.10.01.) 1부.* *

Also Published As

Publication number Publication date
KR102480496B1 (ko) 2022-12-22

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US20220116799A1 (en) Method and device for o-ran-based performance optimization and configuration
KR102412327B1 (ko) 전이중 다운링크 및 업링크 디렉션
KR101229322B1 (ko) 간섭 조정 방법 및 액세스 네트워크 장치
KR102208117B1 (ko) 무선 자원 관리 방법 및 이를 위한 장치
US10038525B2 (en) Management of coordinated multi-point communication
US8934931B2 (en) Apparatus and method for allocating resources to nodes in a communication system using an update of iteration resource weights
EP3138341B1 (en) Method and radio network node for scheduling of wireless devices in a cellular network
EP2549818A1 (en) Downlink resource scheduling method and sending end for multiple input multiple output beam forming system
US10652898B2 (en) Control node and method thereof
US9955489B2 (en) Small cell system and method for allocating resource thereof
US20220377610A1 (en) Reinforcement learning based inter-radio access technology load balancing under multi-carrier dynamic spectrum sharing
EP2668813A1 (en) Method for operating a wireless network, a wireless network and a device
US20200163153A1 (en) Communication system of quality of experience oriented cross-layer admission control and beam allocation for functional-split wireless fronthaul communications
US20230284194A1 (en) Carrier management method, resource allocation method and related devices
US20130163539A1 (en) Radio resource management for distributed cellular systems
CN104412647A (zh) 用于帮助解决通信系统中的边界问题的集群优化的系统和方法
US10512093B2 (en) Service-specific scheduling in cellular networks
US10182433B2 (en) System and method for overlapping rate region zoning
KR102480496B1 (ko) 사용자 중심 무선 네트워크의 자원 관리 방법 및 장치
US11510182B2 (en) Resource management method and apparatus in user-centric wireless network
CN111491301A (zh) 频谱管理设备、电子设备、无线通信方法和存储介质
EP3478016B1 (en) Determine channel plans
CN107534979B (zh) 一种无线通信设备和方法
KR20220071881A (ko) 통신 시스템에서 빔 선택 방법 및 장치
CN113271678B (zh) 一种帧结构调整方法及装置

Legal Events

Date Code Title Description
E902 Notification of reason for refusal
GRNT Written decision to grant