KR20240077194A - Method and System for Resource Management for Collaborative 5G-NR-V2X RSUs to enhance V2I/N Link Reliability - Google Patents

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KR20240077194A
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장경희
안상훈
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Abstract

V2I/N 링크 신뢰성 향상을 위한 협력 5G-NR-V2X RSU에서의 자원관리 방법 및 시스템이 제시된다. 본 발명에서 제안하는 V2I/N 링크 신뢰성 향상을 위한 협력 5G-NR-V2X RSU에서의 자원관리 방법은 BS-유형 및 UE-유형을 함께 적용하여 네트워크 레이아웃에서 순환 방식(wrap around method)으로 RSU(Road Side Unit)을 배치하고, 공간 위치 프로세스(Spatial Poisson Process)에 따라 VUE(Vehicle User)를 도로에 배치하는 네트워크 레이아웃, 안테나 모델, 채널 모델 및 물리 레이어(Physical Layer)를 생성하는 단계 및 상기 생성된 네트워크 레이아웃, 안테나 모델, 채널 모델 및 물리 레이어를 이용하여 효율적인 사용자의 서비스 확보를 위해 BS-유형 및 UE-유형을 선택적으로 사용하는 하이브리드 RSU를 통해 V2X 메시지를 할당하는 단계를 포함한다. A resource management method and system in cooperative 5G-NR-V2X RSU to improve V2I/N link reliability is presented. The resource management method in cooperative 5G-NR-V2X RSU for improving V2I/N link reliability proposed in the present invention applies BS-type and UE-type together to wrap around method in network layout (RSU) Steps of deploying a Road Side Unit and generating a network layout, antenna model, channel model, and physical layer for placing VUEs (Vehicle Users) on the road according to a spatial location process (Spatial Poisson Process), and creating the above It includes the step of allocating a V2X message through a hybrid RSU that selectively uses BS-type and UE-type to secure efficient user service using the network layout, antenna model, channel model, and physical layer.

Description

V2I/N 링크 신뢰성 향상을 위한 협력 5G-NR-V2X RSU에서의 자원관리 방법 및 시스템{Method and System for Resource Management for Collaborative 5G-NR-V2X RSUs to enhance V2I/N Link Reliability}Resource management method and system in collaborative 5G-NR-V2X RSUs to improve V2I/N link reliability {Method and System for Resource Management for Collaborative 5G-NR-V2X RSUs to enhance V2I/N Link Reliability}

본 발명은 V2I/N 링크 신뢰성 향상을 위한 협력 5G-NR-V2X RSU에서의 자원관리 방법 및 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a resource management method and system in cooperative 5G-NR-V2X RSU for improving V2I/N link reliability.

최근 자율주행에 대한 관심이 높아짐에 따라 내 차량의 상태뿐만 아니라, 도로 위 다른 차량의 운행 상태 및 흐름, 보행자 상태 및 신호 상태 등을 종합적으로 활용해 교통의 안전성과 도로의 효율을 극대화시키는 V2X 기술의 연구가 진행되고 있다. V2X 서비스를 지원하기 위해 통신업계 및 자동차 업계에서는 V2X 애플리케이션의 발전에 따른 더 큰 메시지의 전송을 요구하고 있으며, 요구사항을 만족시키기 위해 데이터 속도, 신뢰성, 지연 시간, 통신 범위 및 이동속도 등의 요구되는 KPI(Key Performance Indicator)를 충족시킬 수 있어야 한다. 요구되는 KPI를 만족시키기 위해 5G-NR(New Radio) 기술은 더 낮은 지연 시간, 높은 처리량, 넓은 커버리지 및 신뢰성이 높은 서비스를 지원하기 위한 유연한 설계 및 더 높은 에너지 효율을 제공한다. 특히 ITU-R(International Telecommunication Union - Radio)에서는 5G-NR 특성을 다루는 향상된 세가지 사용 시나리오 그룹을 소개하며, 이는 다양한 서비스 제공 시 이전보다 더 유연하고 신뢰할 수 있으며 안전한 서비스를 제공할 수 있어야 한다. eMBB(enhanced Mobile Broadband), URLLC(Ultra-Reliable & Low-Latency Communications), mMTC(Machine-Type Communications)로 이루어지는 세 가지 시나리오에서 eMBB는 사용자가 밀집된 장소에서 대용량 전송이 필요한 서비스를 감당하기 위해 더 큰 주파수 대역폭 사용 및 더 많은 안테나를 사용하여 더욱 빠른 데이터 전송 속도 제공을 목표로 한다. 특히 기지국 근처에 신호가 센 지역뿐만 아니라 신호가 약한 셀 가장자리 지역(Cell Edge)에서도 높은 속도를 제공하는 것을 목표로 한다. URLLC는 처리량, 지연 시간 및 가용성과 같은 기능에 대한 엄격한 요구사항에 맞춰 주변 교통 상황을 통신을 통해 공유하는 자율주행차량을 위해 실시간 반응 속도가 필요한 서비스를 가능하게 한다. mMTC는 높은 신뢰성과 낮은 지연 시간을 바탕으로 한 많은 수의 장치들에 대해 낮은 데이터 전송 속도 및 저비용 장치에 적합한 대규모 통신 서비스를 가능하게 한다. 이러한 다양하고 까다로운 요구 사항을 처리하기 위해 3GPP NR V2X에는 종래기술에 따르면 분류된 대로 군집 주행, 확장 센서, 첨단 주행 및 원격 주행과 같은 보다 진보된 사용 사례를 지원하고 연구되고 있다. 앞서 언급한 바와 같이, V2X 통신의 높은 신뢰성 요건은 큰 기술적 과제를 요구하며, 차량 단말이 단일로 BS/UE-type RSU와 통신하는 것은 V2X 서비스를 지원하기에 충분하지 않다. 따라서, 본 연구에서는 시스템 성능을 향상시키기 위해 BS/UE-type RSU 간 상호 협력적 활용 방식을 제안하며, RSU 상호 연결을 통한 차량 정보의 송수신을 활용해 서비스 제공 시 수신 받는 메시지를 신속하고 신뢰할 수 있도록 전달하기 위해 수신 간섭의 크기 감소와 차량 단말 평균 처리량을 극대화하는 것을 목표로 한다. 이와 별도로, 차량 단말과 RSU 간 직접 이루어지는 통신에서 더 높은 시스템 용량 또는 더 나은 전력 사용에 기여하기 위해 자원 협력관리 기술, CRE(Cell Range Expansion) 기술 그리고 3D 빔포밍(Beamforming) 방식을 이용한다. 자원 협력관리 기술로 사용되는 동적(Dynamic) ICIC(Inter-Cell Interference Coordination), 와 CS-CoMP(Coordinated Scheduling Coordinated Multi-Point) 기술은 밀집된 도심환경에서 셀룰러 V2I 네트워크에서 발생되는 주요 문제인 CCI(Co-Channel Interference)를 완화시켜 셀 가장자리 사용자의 채널 상황을 향상시키는 효과적인 방법이며, 이러한 방식이 V2X 환경에서 요구되는 안전성과 신뢰성, 고성능 주행(High-Quality Driving)을 만족시키기 위해 활용될 수 있다. 또한 안테나 모델에서 안테나 어레이와 주파수는 5G 모바일 네트워크의 높은 요구 사항을 충족할 수 있는 후보로 주목 받고 있으며, 이러한 대역에서 큰 경로 손실 감쇠를 고려할 때, 전송을 수행하기 위해서는 사용자 장비 방향으로 빔을 생성하는 3D 빔포밍 기술이 필수적이다. 5G 셀룰러 시나리오에서 달성할 수 있는 성능을 이해할 필요성에 현실적인 안테나 방사선 패턴을 특성화해 3D 빔포밍을 적용시키는 것을 목표로 한다. 특히 사용된 안테나 패턴에 따라 성능이 어떻게 변화하는지 확인하며, 성능 평가를 통해 적절한 안테나 모델을 사용하는 것이 어떠한 영향을 미치는지 확인한다. As interest in autonomous driving has recently increased, V2X technology maximizes traffic safety and road efficiency by comprehensively utilizing not only the status of your vehicle, but also the operation status and flow of other vehicles on the road, pedestrian status, and signal status, etc. Research is in progress. To support V2X services, the telecommunications and automotive industries are requesting the transmission of larger messages as V2X applications develop, and requirements such as data rate, reliability, latency, communication range, and movement speed are required to meet the requirements. Must be able to meet the required KPI (Key Performance Indicator). To meet the required KPIs, 5G-NR (New Radio) technology provides flexible design and higher energy efficiency to support lower latency, higher throughput, wider coverage, and more reliable services. In particular, the International Telecommunication Union - Radio (ITU-R) introduces three groups of improved usage scenarios covering 5G-NR characteristics, which should be able to provide more flexible, reliable and secure services than before when providing various services. In three scenarios consisting of eMBB (enhanced Mobile Broadband), URLLC (Ultra-Reliable & Low-Latency Communications), and mMTC (Machine-Type Communications), eMBB has a larger capacity to handle services that require high-capacity transmission in places where users are concentrated. It aims to provide faster data transmission speeds by using frequency bandwidth and using more antennas. In particular, it aims to provide high speeds not only in areas with strong signals near base stations, but also in cell edge areas where signals are weak. URLLC enables services that require real-time response speed for autonomous vehicles that communicate and share surrounding traffic conditions while meeting stringent requirements for features such as throughput, latency, and availability. mMTC enables large-scale communication services suitable for low data rates and low-cost devices for a large number of devices based on high reliability and low latency. To address these diverse and demanding requirements, 3GPP NR V2X supports and is being studied for more advanced use cases such as platooning, extended sensors, advanced driving, and remote driving, as classified according to the prior art. As mentioned earlier, the high reliability requirements of V2X communication require great technical challenges, and having a vehicle terminal communicate with a single BS/UE-type RSU is not sufficient to support V2X services. Therefore, in this study, we propose a cooperative utilization method between BS/UE-type RSUs to improve system performance, and utilize the transmission and reception of vehicle information through RSU interconnection to ensure that messages received when providing services are fast and reliable. The goal is to reduce the size of reception interference and maximize the average throughput of vehicle terminals. Separately, resource cooperation management technology, CRE (Cell Range Expansion) technology, and 3D beamforming are used to contribute to higher system capacity or better power use in direct communication between vehicle terminals and RSU. Dynamic ICIC (Inter-Cell Interference Coordination) and CS-CoMP (Coordinated Scheduling Coordinated Multi-Point) technologies used as resource cooperative management technologies are used to address major problems occurring in cellular V2I networks in dense urban environments. It is an effective method to improve the channel situation of cell edge users by alleviating Channel Interference, and this method can be used to satisfy the safety, reliability, and high-quality driving required in the V2X environment. In addition, in the antenna model, antenna arrays and frequencies are attracting attention as candidates that can meet the high requirements of 5G mobile networks. Considering the large path loss attenuation in these bands, in order to perform transmission, it is necessary to generate a beam in the direction of the user equipment. 3D beamforming technology is essential. We aim to apply 3D beamforming by characterizing realistic antenna radiation patterns to address the need to understand achievable performance in 5G cellular scenarios. In particular, we check how performance changes depending on the antenna pattern used, and determine the impact of using an appropriate antenna model through performance evaluation.

[1] 3GPP TR 22.885 (V14.0.0). ;Study on LTE support for Vehicle to Everything (V2X) services; Release 14 December 2015.[1] 3GPP TR 22.885 (V14.0.0). ;Study on LTE support for Vehicle to Everything (V2X) services; Release 14 December 2015. [2] "Study on LTE-based V2X Services," 3GPP TR 36.885, V14.0.0, Jun. 2016.[2] “Study on LTE-based V2X Services,” 3GPP TR 36.885, V14.0.0, Jun. 2016. [3] 3GPP TR 37.885 (V15.3.0). ; Study on evaluation methodology of new Vehicle-to-Everything (V2X) use cases for LTE and NR; Release 15 June 2015.[3] 3GPP TR 37.885 (V15.3.0). ; Study on evaluation methodology of new Vehicle-to-Everything (V2X) use cases for LTE and NR; Released 15 June 2015. [4] "Study on NR Vehicle-to-Everything (V2X)," 3GPP TR 38.885, V16.0.0, Mar. 2019.[4] “Study on NR Vehicle-to-Everything (V2X),” 3GPP TR 38.885, V16.0.0, Mar. 2019.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 BS-type과 UE-type으로 구성되는 RSU를 이용한 차량 통신을 제안하고, V2I/N 링크 신뢰성 향상을 위한 협력 5G-NR-V2X RSU에서의 자원관리 방법 및 시스템을 제공하는데 있다. 또한, 서로 다른 그리고 이종의 RSU로부터 서비스 제공 시의 시스템 성능을 확인하고, 제안하는 BS/UE-type RSU 간 상호 협력적으로 활용하는 접근을 통해 5G-NR-V2X 환경의 음영 영역을 최소화하며, 차량 단말의 평균 처리량을 최대화하고자 한다. The technical problem to be achieved by the present invention is to propose vehicle communication using an RSU consisting of BS-type and UE-type, and to develop a resource management method and system in cooperative 5G-NR-V2X RSU to improve V2I/N link reliability. It is provided. In addition, system performance when providing services from different and heterogeneous RSUs is confirmed, and the shadow area of the 5G-NR-V2X environment is minimized through a cooperative approach between the proposed BS/UE-type RSUs. We want to maximize the average throughput of vehicle terminals.

일 측면에 있어서, 본 발명에서 제안하는 V2I/N 링크 신뢰성 향상을 위한 협력 5G-NR-V2X RSU에서의 자원관리 방법은 BS-유형 및 UE-유형을 함께 적용하여 네트워크 레이아웃에서 순환 방식(wrap around method)으로 RSU(Road Side Unit)을 배치하고, 공간 위치 프로세스(Spatial Poisson Process)에 따라 VUE(Vehicle User)를 도로에 배치하는 네트워크 레이아웃, 안테나 모델, 채널 모델 및 물리 레이어(Physical Layer)를 생성하는 단계, 상기 생성된 네트워크 레이아웃, 안테나 모델, 채널 모델 및 물리 레이어를 이용하여 효율적인 사용자의 서비스 확보를 위해 BS-유형 및 UE-유형을 선택적으로 사용하는 하이브리드 RSU를 통해 V2X 메시지를 할당하는 단계 및 차량 단말과 RSU 간 통신에서 더 높은 시스템 용량 또는 더 나은 전력 사용에 기여하기 위해 자원 협력관리 기술, CRE(Cell Range Expansion) 기술 그리고 3D 빔포밍(Beamforming) 방식을 적용하는 단계를 포함한다. In one aspect, the resource management method in the cooperative 5G-NR-V2X RSU for improving V2I/N link reliability proposed in the present invention applies a wrap around method in the network layout by applying BS-type and UE-type together. method) to place RSUs (Road Side Units) and create a network layout, antenna model, channel model, and physical layer that places VUEs (Vehicle Users) on the road according to a spatial location process (Spatial Poisson Process). A step of allocating a V2X message through a hybrid RSU that selectively uses BS-type and UE-type to secure efficient user service using the generated network layout, antenna model, channel model, and physical layer, and It includes applying resource cooperation management technology, CRE (Cell Range Expansion) technology, and 3D beamforming method to contribute to higher system capacity or better power use in communication between vehicle terminals and RSU.

상기 네트워크 레이아웃, 안테나 모델, 채널 모델 및 물리 레이어(Physical Layer)를 생성하는 단계는 BS-유형 및 UE-유형의 RSU에 따라 상기 안테나 모델을 서로 상이하게 구성하고, BS-유형 및 UE-유형의 RSU에 따른 전파 손실을 이용하여 채널 모델을 구성하고, 특정 변조 및 코딩 수준을 사용하여 사용자 처리량을 계산함으로써, 채널의 각 패킷에 대한 PER(Packet Error Rate)을 획득하여 물리 레이어를 구성한다. The step of generating the network layout, antenna model, channel model, and physical layer configures the antenna model differently according to the BS-type and UE-type RSU, and configures the antenna model differently according to the RSU of the BS-type and UE-type. By configuring a channel model using propagation loss according to RSU and calculating user throughput using specific modulation and coding levels, the PER (Packet Error Rate) for each packet in the channel is obtained to configure the physical layer.

상기 생성된 네트워크 레이아웃, 안테나 모델, 채널 모델 및 물리 레이어를 이용하여 효율적인 사용자의 서비스 확보를 위해 BS-유형 및 UE-유형을 선택적으로 사용하는 하이브리드 RSU를 통해 V2X 메시지를 할당하는 단계는 서로 다른 전송 파워 및 파라미터를 갖는 상기 하이브리드 RSU의 BS-유형 및 UE-유형을 이용하여 가장 높은 수신 SINR을 가지는 RSU를 확인하고 상기 VUE에 서비스를 제공할 RSU를 선택한다. The step of allocating a V2X message through a hybrid RSU that selectively uses BS-type and UE-type to secure efficient user service using the generated network layout, antenna model, channel model, and physical layer involves different transmission The BS-type and UE-type of the hybrid RSU with power and parameters are used to identify the RSU with the highest received SINR and select the RSU to provide service to the VUE.

상기 BS-유형은 차량 통신에서 요구되는 QoS(Quality of Service)를 만족시키기 위해 자원 협력 관리를 적용하고, 상기 UE-유형은 마크로 셀(macro cell)과 스몰 셀(small cell)로 구성된 HetNet(Heterogeneous Networks)에서 스펙트럼 효율 및 에너지 효율성을 지원하기 위한 셀 확장 기법(Cell Range Expansion)을 적용한다. The BS-type applies resource cooperation management to satisfy the Quality of Service (QoS) required in vehicle communication, and the UE-type is a HetNet (Heterogeneous) consisting of a macro cell and a small cell. Networks) applies cell expansion techniques (Cell Range Expansion) to support spectral efficiency and energy efficiency.

또 다른 일 측면에 있어서, 본 발명에서 제안하는 V2I/N 링크 신뢰성 향상을 위한 협력 5G-NR-V2X RSU에서의 자원관리 시스템은 BS-유형 및 UE-유형을 함께 적용하여 네트워크 레이아웃에서 순환 방식(wrap around method)으로 RSU(Road Side Unit)을 배치하고, 공간 위치 프로세스(Spatial Poisson Process)에 따라 VUE(Vehicle User)를 도로에 배치하는 네트워크 레이아웃, 안테나 모델, 채널 모델 및 물리 레이어(Physical Layer)를 생성하는 모델 생성부 및 상기 생성된 네트워크 레이아웃, 안테나 모델, 채널 모델 및 물리 레이어를 이용하여 효율적인 사용자의 서비스 확보를 위해 BS-유형 및 UE-유형을 선택적으로 사용하는 하이브리드 RSU를 통해 V2X 메시지를 할당하는 자원 할당부를 포함한다.In another aspect, the resource management system in the cooperative 5G-NR-V2X RSU for improving V2I/N link reliability proposed in the present invention applies BS-type and UE-type together to use a circular method in the network layout ( Network layout, antenna model, channel model, and physical layer that deploy Road Side Units (RSUs) using a wrap around method and place Vehicle Users (VUEs) on the road according to a spatial location process (Spatial Poisson Process) A V2X message is sent through a hybrid RSU that selectively uses BS-type and UE-type to secure efficient user service using a model generator that generates and the generated network layout, antenna model, channel model, and physical layer. Includes a resource allocation unit that allocates.

본 발명의 실시예들에 따르면 BS-type과 UE-type으로 구성되는 RSU를 이용한 차량 통신을 제안하고, 제안하는 V2I/N 링크 신뢰성 향상을 위한 협력 5G-NR-V2X RSU에서의 자원관리 방법 및 시스템을 통해 서로 다른 그리고 이종의 RSU로부터 서비스 제공 시의 시스템 성능을 확인할 수 있다. 또한, 제안하는 BS/UE-type RSU 간 상호 협력적으로 활용하는 접근을 통해 5G-NR-V2X 환경의 음영 영역을 최소화하며, 차량 단말의 평균 처리량을 최대화할 수 있다.According to embodiments of the present invention, vehicle communication using an RSU consisting of BS-type and UE-type is proposed, and a resource management method in a cooperative 5G-NR-V2X RSU to improve the proposed V2I/N link reliability and Through the system, you can check system performance when providing services from different and heterogeneous RSUs. In addition, through the proposed approach of cooperatively utilizing BS/UE-type RSUs, the shadow area of the 5G-NR-V2X environment can be minimized and the average throughput of vehicle terminals can be maximized.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 V2I/N 링크 신뢰성 향상을 위한 협력 5G-NR-V2X RSU에서의 자원관리 시스템의 구성을 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 도로 및 순환 방식 모델 구성의 예시를 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 5G-NR-V2X 환경에서 네트워크 레이아웃 및 차량 분포를 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 V2I/N 링크 신뢰성 향상을 위한 협력 5G-NR-V2X RSU에서의 자원관리 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 LTE 환경에서 터보 코딩 사용 시 LLS 결과 및 5G-NR 환경에서 LDPC 코딩 사용 시 LLS 결과를 비교한 SNR vs. PER 커브이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 SINR 컬러 맵을 나타내는 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 5G-NR V2X BS/UE/하이브리드 RSU 중단 확률을 나타내는 그래프이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 5G-NR V2X BS/UE/하이브리드 RSU 간섭을 나타내는 그래프이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 5G-NR V2X BS/UE/하이브리드 RSU 처리량을 나타내는 그래프이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 3D 빔포밍 안테나 패턴을 나타내는 그래프이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 동적 ICIC 및 CS CoMP를 적용한 VUE 처리량을 나타내는 그래프이다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 셀 범위 확장을 적용한 VUE 처리량을 나타내는 그래프이다.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 3D 빔포밍을 적용한 VUE 처리량을 나타내는 그래프이다.
Figure 1 is a diagram showing the configuration of a resource management system in a cooperative 5G-NR-V2X RSU for improving V2I/N link reliability according to an embodiment of the present invention.
Figure 2 is a diagram showing an example of a road and circulation model configuration according to an embodiment of the present invention.
Figure 3 is a diagram showing the network layout and vehicle distribution in a 5G-NR-V2X environment according to an embodiment of the present invention.
Figure 4 is a flowchart illustrating a resource management method in a cooperative 5G-NR-V2X RSU for improving V2I/N link reliability according to an embodiment of the present invention.
Figure 5 shows SNR vs. LLS results when using turbo coding in an LTE environment and LLS results when using LDPC coding in a 5G-NR environment according to an embodiment of the present invention. This is the PER curve.
Figure 6 is a diagram showing a SINR color map according to an embodiment of the present invention.
Figure 7 is a graph showing the probability of 5G-NR V2X BS/UE/hybrid RSU interruption according to an embodiment of the present invention.
Figure 8 is a graph showing 5G-NR V2X BS/UE/hybrid RSU interference according to an embodiment of the present invention.
Figure 9 is a graph showing 5G-NR V2X BS/UE/hybrid RSU throughput according to an embodiment of the present invention.
Figure 10 is a graph showing a 3D beamforming antenna pattern according to an embodiment of the present invention.
Figure 11 is a graph showing VUE throughput applying dynamic ICIC and CS CoMP according to an embodiment of the present invention.
Figure 12 is a graph showing VUE throughput applying cell range expansion according to an embodiment of the present invention.
Figure 13 is a graph showing VUE throughput applying 3D beamforming according to an embodiment of the present invention.

자율주행 기술의 발전에서 C-ITS(Cooperative-Intelligent Transport System) 기술과 5G-NR-V2X(Vehicle-to-Everything) 기술은 안전성 강화 및 교통 정보를 효과적으로 관리할 수 있게 하는 핵심 기술이다. 이러한 기술에서 V2I(Vehicle-to-Infrastructure) 연결을 인근 차량에 제공하는 차량 네트워크용 통신 장치인 RSU(Road Side Unit)은 미래 자율주행차량의 교통, 안전 정보를 교환하고 이를 바탕으로 교통 안전 및 교통 효율성을 개선할 뿐만 아니라 V2V(Vehicle-to-Vehicle) 통신을 지원하고 강화할 수 있게 한다. In the development of autonomous driving technology, C-ITS (Cooperative-Intelligent Transport System) technology and 5G-NR-V2X (Vehicle-to-Everything) technology are key technologies that enhance safety and effectively manage traffic information. In this technology, RSU (Road Side Unit), a communication device for vehicle networks that provides V2I (Vehicle-to-Infrastructure) connectivity to nearby vehicles, exchanges traffic and safety information of future autonomous vehicles and based on this, traffic safety and traffic Not only does it improve efficiency, but it also enables supporting and enhancing vehicle-to-vehicle (V2V) communications.

본 발명에서는 BS-유형(type)과 UE-유형(type)으로 구성되는 RSU를 이용한 차량 통신에 대해 다루며, 서로 다른, 그리고 이종의 RSU로부터 서비스 제공 시의 시스템 성능을 확인한다. 또한, BS/UE-type RSU 간 상호 협력적으로 활용하는 접근을 통해 5G-NR-V2X 환경의 음영 영역을 최소화하며, 차량 단말의 평균 처리량을 최대화하는 데 중점을 둔다. 그리고 높은 신뢰성 요구사항 달성을 위해 각 RSU에 자원협력관리 기술인 Dynamic ICIC(Dynamic Inter-Cell Interference Coordination), CS-CoMP(Coordinated Scheduling Coordinated Multi-Point) 기술을 비롯해 CRE(Cell Range Expansion), 3D 빔포밍(Beamforming) 기술을 적용시켜 서로 다른 기술이 각 RSU에 적용 시 어떻게 수행될지에 대한 통찰력을 제공하고, 평균 처리량 증가를 시뮬레이션을 통해 검증하여 상호 협력 시 성능을 극대화되는 것을 확인한다. 시뮬레이션 결과는 제안된 방식을 적용 후 SINR(Signal-to-Interference-plus-Noise Ratio) 측정을 통한 차량 단말의 차단 확률(Outage Probability) 성능향상과 이에 따른 음영지역의 감소를 확인한다. 수신 간섭의 크기 감소와 평균 처리량의 증가로 인한 차량 단말 신뢰성 향상을 확인하며, BS-type RSU와 UE-type RSU 상호 협력 시 V2X 통신 링크의 전반적인 신뢰성 향상에 기여함을 확인한다. 이하, 본 발명의 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. The present invention deals with vehicle communication using RSUs composed of BS-type and UE-type, and checks system performance when providing services from different and heterogeneous RSUs. In addition, the focus is on minimizing the shadow area of the 5G-NR-V2X environment through a cooperative approach between BS/UE-type RSUs and maximizing the average throughput of vehicle terminals. In order to achieve high reliability requirements, each RSU is equipped with resource cooperation management technologies such as Dynamic ICIC (Dynamic Inter-Cell Interference Coordination), CS-CoMP (Coordinated Scheduling Coordinated Multi-Point) technology, CRE (Cell Range Expansion), and 3D beamforming. By applying Beamforming technology, we provide insight into how different technologies will perform when applied to each RSU, and verify the increase in average throughput through simulation to confirm that performance is maximized when working together. The simulation results confirm that the outage probability performance of vehicle terminals is improved through SINR (Signal-to-Interference-plus-Noise Ratio) measurement after applying the proposed method and the shadow area is reduced accordingly. We confirm that vehicle terminal reliability is improved due to a reduction in the size of reception interference and an increase in average throughput, and we confirm that cooperation between BS-type RSU and UE-type RSU contributes to improving the overall reliability of the V2X communication link. Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the attached drawings.

먼저, UE-type과 BS-type으로 구성되는 RSU를 활용한 V2V 통신과 V2I 통신 기반 시스템에서 구상된 상호 협력 방식 및 RSU 성능을 극대화하기 위한 다양한 기술들에 대해 설명한다. First, we explain the mutual cooperation method and various technologies to maximize RSU performance designed in V2V communication and V2I communication-based systems using RSU consisting of UE-type and BS-type.

현재 3GPP 및 5GAA 표준은 V2X 메시지의 송수신을 위해 무선 인터페이스 Uu 인터페이스 기반 통신과 PC5 인터페이스 기반 통신에 대해 정의한다. Uu 인터페이스 기반 통신은 BS-type RSU와 차량 유저(Vehicle User; VUE) 간 통신을 수행하는 셀룰러 네트워크 지원 V2I이며, 높은 신뢰성과 정보 전송률을 제공한다. PC5 인터페이스 기반 통신은 서로 다른 VUE 및 UE-type RSU 와의 통신을 수행하며 지연속도를 낮추고 네트워크 영역에 속하지 않는 지역에서의 빠른 속도의 데이터 전송을 제공한다. 특히 Uu 인터페이스 와 PC5 인터페이스를 동시에 혼합하여 사용하는 방식에서 VUE는 V2X 메시지의 송수신을 위해 PC5 인터페이스를 통한 UE-type RSU 및 근접한 다른 VUE와 통신하며, UE-type RSU는 필요에 따라 직접 PC5 통신 범위를 넘어서는 V2X 메시지들의 통신을 관리하기 위해 Uu 인터페이스를 통해 모바일 네트워크에서 V2X 애플리케이션 서버들과 통신한다. 이러한 PC5 인터페이스와 Uu 인터페이스 기반 V2X 통신의 하이브리드 사용으로, 다운링크에서 MBMS(Multimedia Broadcast or Multicast Service) 브로드캐스트(broadcast)를 할 필요가 없기에 로컬 V2X 서버와 통신하기 위한 RSU와의 지연 시간을 줄일 수 있다. 그리고, 차량과 RSU와의 낮은 지연 시간을 비롯해 모든 V2V 링크의 신뢰성을 보장하면서 V2I 링크의 활용을 통해 용량을 극대화하는 기술이 제안되었으며, V2I 링크가 여러 V2V 링크와 스펙트럼을 공유하는 경우를 고려할 때 CSI(Channel State Information)의 페이딩 통계를 기반으로 D2D(Device-to Device) 차량 통신의 리소스 할당 문제를 연구해 효율적으로 전력이 할당되는 알고리즘이 제안되었다. 또 다른 종래기술에서는 D2D 통신을 지원하는 셀룰러 네트워크에서 효율적이고 신뢰할 수 있는 차량 통신을 제공하기 위한 V2X에 대한 스펙트럼 공유 및 전력 할당에 대한 연구가 진행되어 모든 V2V 링크에 대한 신뢰성을 보장하면서 V2I 링크의 합계 및 최소 에르고딕(Ergodic) 용량을 각각 최대화하기 위한 알고리즘이 제안되었다. 또한, VANETs(Vehicular Ad-hoc NETworks)에서의 제한된 RSU 배치에서 최대 성능을 달성하기 위해 스몰-스케일 영역(small-scale area)에서 RSU를 최적으로 선택하기 위한 연구가 진행되었으며, V2X 요구 사항과 제한된 가용 리소스 간의 격차를 줄이기 위해, RSU 관리를 용이하게 하는 하이브리드 RSU 배치 및 관리를 통해 커버리지 제약 조건과 관련된 효용 최대화 문제를 공식화했다. 이와 같이 RSU에 대한 연구를 통해 통신 신뢰성 향상 및 지연시간 감소, 효율적인 전력할당에 대한 연구가 진행되어 왔으며, 본 발명에서는 각 RSU 유형별 파라미터 분석과 함께 특성을 분석하고, BS/UE-type RSU 간 상호 협력적 활용 방식 사용 시 제안한 알고리즘의 효율성을 분석한다. 또한, V2I/N 링크 신뢰성 향상을 위해 다양한 기술 및 설정들을 적용시키며 시스템 상에 나타나는 음영지역 감소 및 통신 신뢰성 향상을 검증한다. Current 3GPP and 5GAA standards define communication based on the air interface Uu interface and communication based on the PC5 interface for sending and receiving V2X messages. Uu interface-based communication is a cellular network-supported V2I that performs communication between BS-type RSU and vehicle users (VUE), and provides high reliability and information transfer rate. PC5 interface-based communication performs communication with different VUEs and UE-type RSUs, reduces latency, and provides high-speed data transmission in areas not belonging to the network area. In particular, in a method that uses a mixture of the Uu interface and the PC5 interface simultaneously, the VUE communicates with the UE-type RSU and other nearby VUEs through the PC5 interface for sending and receiving V2X messages, and the UE-type RSU directly communicates with the PC5 communication range as needed. It communicates with V2X application servers in the mobile network through the Uu interface to manage communication of V2X messages beyond. This hybrid use of V2X communication based on the PC5 interface and Uu interface eliminates the need for MBMS (Multimedia Broadcast or Multicast Service) broadcast in the downlink, thereby reducing latency with the RSU for communicating with the local V2X server. . Additionally, a technology was proposed to maximize capacity through utilization of V2I links while ensuring the reliability of all V2V links, including low latency between vehicles and RSUs. Considering the case where V2I links share spectrum with multiple V2V links, CSI Based on fading statistics of (Channel State Information), an algorithm was proposed to efficiently allocate power by studying the resource allocation problem of D2D (Device-to-Device) vehicle communication. In another prior art, research has been conducted on spectrum sharing and power allocation for V2X to provide efficient and reliable vehicular communication in cellular networks supporting D2D communication, ensuring reliability for all V2V links and V2I links. An algorithm was proposed to maximize the sum and minimum ergodic capacities, respectively. In addition, research has been conducted to optimally select RSUs in small-scale areas to achieve maximum performance in limited RSU deployment in VANETs (Vehicular Ad-hoc NETworks), and V2X requirements and limited RSU deployments have been conducted. To reduce the gap between available resources, we formulate a utility maximization problem involving coverage constraints through hybrid RSU placement and management, which facilitates RSU management. In this way, through research on RSU, research has been conducted on improving communication reliability, reducing delay time, and efficient power allocation. In the present invention, the characteristics of each RSU type are analyzed along with parameter analysis, and the interaction between BS/UE-type RSUs is conducted. We analyze the efficiency of the proposed algorithm when using a collaborative utilization method. In addition, various technologies and settings are applied to improve V2I/N link reliability, and the reduction of shadow areas in the system and improvement of communication reliability are verified.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 V2I/N 링크 신뢰성 향상을 위한 협력 5G-NR-V2X RSU에서의 자원관리 시스템의 구성을 나타내는 도면이다. Figure 1 is a diagram showing the configuration of a resource management system in a cooperative 5G-NR-V2X RSU for improving V2I/N link reliability according to an embodiment of the present invention.

본 실시예에 따른 자원관리 시스템(100)은 프로세서(110), 버스(120), 네트워크 인터페이스(130), 메모리(140) 및 데이터베이스(150)를 포함할 수 있다. 메모리(140)는 운영체제(141) 및 V2I/N 링크 신뢰성 향상을 위한 협력 5G-NR-V2X RSU에서의 자원관리 루틴(142)을 포함할 수 있다. The resource management system 100 according to this embodiment may include a processor 110, a bus 120, a network interface 130, a memory 140, and a database 150. The memory 140 may include an operating system 141 and a resource management routine 142 in a cooperative 5G-NR-V2X RSU for improving V2I/N link reliability.

본 실시예에 따른 V2I/N 링크 신뢰성 향상을 위한 협력 5G-NR-V2X RSU에서의 자원관리 루틴(142)은 하이브리드 RSU 방식 사용 시 차량 사용자 단말로 전송할 데이터가 존재함에 따라 BS-유형 및 UE-유형 RSU에서의 수신 SINR에 기초하여 가장 좋은 채널을 차량 사용자 단말에게 할당할 수 있다(142a). The resource management routine 142 in the cooperative 5G-NR-V2X RSU for improving V2I/N link reliability according to this embodiment is BS-type and UE-type as there is data to be transmitted to the vehicle user terminal when using the hybrid RSU method. The best channel can be assigned to the vehicle user terminal based on the received SINR in the type RSU (142a).

본 실시예에 따른 V2I/N 링크 신뢰성 향상을 위한 협력 5G-NR-V2X RSU에서의 자원관리 루틴(142)은 하이브리드 RSU 방식 사용 시 차량 통신에서 요구되는 QoS를 만족시키기 위해 자원 협력 관리 기술, CRE 기술 그리고 3D 빔포밍 기술을 적용할 수 있다. The resource management routine 142 in the cooperative 5G-NR-V2X RSU for improving V2I/N link reliability according to this embodiment is a resource cooperative management technology, CRE, to satisfy the QoS required in vehicle communication when using the hybrid RSU method. technology and 3D beamforming technology can be applied.

프로세서(110)는 모델 생성부(111) 및 자원 할당부(112)를 포함할 수 있다. 다른 실시예들에서 자원관리 시스템(100)은 도 1의 구성요소들보다 더 많은 구성요소들을 포함할 수도 있다. 그러나, 대부분의 종래기술적 구성요소들을 명확하게 도시할 필요성은 없다. 예를 들어, 자원관리 시스템(100)은 디스플레이나 트랜시버(transceiver)와 같은 다른 구성요소들을 포함할 수도 있다. The processor 110 may include a model creation unit 111 and a resource allocation unit 112. In other embodiments, resource management system 100 may include more components than those of FIG. 1 . However, there is no need to clearly show most prior art components. For example, the resource management system 100 may include other components such as a display or transceiver.

메모리(140)는 컴퓨터에서 판독 가능한 기록 매체로서, RAM(random access memory), ROM(read only memory) 및 디스크 드라이브와 같은 비소멸성 대용량 기록장치(permanent mass storage device)를 포함할 수 있다. 또한, 메모리(140)에는 운영체제(141)와 V2I/N 링크 신뢰성 향상을 위한 협력 5G-NR-V2X RSU에서의 자원관리 루틴(142)을 위한 프로그램 코드가 저장될 수 있다. 이러한 소프트웨어 구성요소들은 드라이브 메커니즘(drive mechanism, 미도시)을 이용하여 메모리(140)와는 별도의 컴퓨터에서 판독 가능한 기록 매체로부터 로딩될 수 있다. 이러한 별도의 컴퓨터에서 판독 가능한 기록 매체는 플로피 드라이브, 디스크, 테이프, DVD/CD-ROM 드라이브, 메모리 카드 등의 컴퓨터에서 판독 가능한 기록 매체(미도시)를 포함할 수 있다. 다른 실시예에서 소프트웨어 구성요소들은 컴퓨터에서 판독 가능한 기록 매체가 아닌 네트워크 인터페이스(130)를 통해 메모리(140)에 로딩될 수도 있다. The memory 140 is a computer-readable recording medium and may include a non-permanent mass storage device such as random access memory (RAM), read only memory (ROM), and a disk drive. Additionally, the memory 140 may store program codes for the operating system 141 and the resource management routine 142 in the cooperative 5G-NR-V2X RSU for improving V2I/N link reliability. These software components may be loaded from a computer-readable recording medium separate from the memory 140 using a drive mechanism (not shown). Such separate computer-readable recording media may include computer-readable recording media (not shown) such as floppy drives, disks, tapes, DVD/CD-ROM drives, and memory cards. In another embodiment, software components may be loaded into the memory 140 through the network interface 130 rather than a computer-readable recording medium.

버스(120)는 자원관리 시스템(100)의 구성요소들간의 통신 및 데이터 전송을 가능하게 할 수 있다. 버스(120)는 고속 시리얼 버스(high-speed serial bus), 병렬 버스(parallel bus), SAN(Storage Area Network) 및/또는 다른 적절한 통신 기술을 이용하여 구성될 수 있다.The bus 120 may enable communication and data transmission between components of the resource management system 100. Bus 120 may be configured using a high-speed serial bus, parallel bus, storage area network (SAN), and/or other suitable communication technology.

네트워크 인터페이스(130)는 자원관리 시스템(100)을 컴퓨터 네트워크에 연결하기 위한 컴퓨터 하드웨어 구성요소일 수 있다. 네트워크 인터페이스(130)는 자원관리 시스템(100)을 무선 또는 유선 커넥션을 통해 컴퓨터 네트워크에 연결시킬 수 있다.The network interface 130 may be a computer hardware component for connecting the resource management system 100 to a computer network. The network interface 130 can connect the resource management system 100 to a computer network through a wireless or wired connection.

데이터베이스(150)는 V2I/N 링크 신뢰성 향상을 위한 협력 5G-NR-V2X RSU에서의 자원관리를 위해 필요한 모든 정보를 저장 및 유지하는 역할을 할 수 있다. 도 1에서는 자원관리 시스템(100)의 내부에 데이터베이스(150)를 구축하여 포함하는 것으로 도시하고 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며 시스템 구현 방식이나 환경 등에 따라 생략될 수 있고 혹은 전체 또는 일부의 데이터베이스가 별개의 다른 시스템 상에 구축된 외부 데이터베이스로서 존재하는 것 또한 가능하다.The database 150 may serve to store and maintain all information necessary for resource management in a cooperative 5G-NR-V2X RSU to improve V2I/N link reliability. In Figure 1, it is shown that the database 150 is built and included inside the resource management system 100, but it is not limited to this and may be omitted depending on the system implementation method or environment, or all or part of the database may be installed separately. It is also possible to exist as an external database built on another system.

프로세서(110)는 기본적인 산술, 로직 및 자원관리 시스템(100)의 입출력 연산을 수행함으로써, 컴퓨터 프로그램의 명령을 처리하도록 구성될 수 있다. 명령은 메모리(140) 또는 네트워크 인터페이스(130)에 의해, 그리고 버스(120)를 통해 프로세서(110)로 제공될 수 있다. 프로세서(110)는 모델 생성부(111) 및 자원 할당부(112)를 위한 프로그램 코드를 실행하도록 구성될 수 있다. 이러한 프로그램 코드는 메모리(140)와 같은 기록 장치에 저장될 수 있다.The processor 110 may be configured to process instructions of a computer program by performing basic arithmetic, logic, and input/output operations of the resource management system 100. Commands may be provided to processor 110 by memory 140 or network interface 130 and via bus 120. The processor 110 may be configured to execute program codes for the model creation unit 111 and the resource allocation unit 112. These program codes may be stored in a recording device such as memory 140.

모델 생성부(111) 및 자원 할당부(112)는 도 4의 단계들(410~420)을 수행하기 위해 구성될 수 있다.The model creation unit 111 and the resource allocation unit 112 may be configured to perform steps 410 to 420 of FIG. 4.

자원관리 시스템(100)은 모델 생성부(111) 및 자원 할당부(112)를 포함할 수 있다.The resource management system 100 may include a model creation unit 111 and a resource allocation unit 112.

모델 생성부(111)는 BS-유형 및 UE-유형을 함께 적용하여 네트워크 레이아웃에서 순환 방식(wrap around method)으로 RSU(Road Side Unit)을 배치하고, 공간 위치 프로세스(Spatial Poisson Process)에 따라 VUE(Vehicle User)를 도로에 배치하는 네트워크 레이아웃, 안테나 모델, 채널 모델 및 물리 레이어(Physical Layer)를 생성한다. The model generator 111 applies the BS-type and UE-type together to place the RSU (Road Side Unit) in a wrap around method in the network layout, and places the VUE according to the spatial location process (Spatial Poisson Process). Create a network layout, antenna model, channel model, and physical layer that places (Vehicle User) on the road.

모델 생성부(111)는 BS-유형 및 UE-유형의 RSU에 따라 상기 안테나 모델을 서로 상이하게 구성하고, BS-유형 및 UE-유형의 RSU에 따른 전파 손실을 이용하여 채널 모델을 구성하고, 특정 변조 및 코딩 수준을 사용하여 사용자 처리량을 계산함으로써, 채널의 각 패킷에 대한 PER(Packet Error Rate)을 획득하여 물리 레이어를 구성한다. The model generator 111 configures the antenna models differently according to the BS-type and UE-type RSUs, and configures a channel model using propagation loss according to the BS-type and UE-type RSUs, By calculating user throughput using specific modulation and coding levels, the PER (Packet Error Rate) for each packet in the channel is obtained to form the physical layer.

자원 할당부(112)는 상기 생성된 네트워크 레이아웃, 안테나 모델, 채널 모델 및 물리 레이어를 이용하여 효율적인 사용자의 서비스 확보를 위해 BS-유형 및 UE-유형을 선택적으로 사용하는 하이브리드 RSU를 통해 V2X 메시지를 할당한다. The resource allocation unit 112 uses the generated network layout, antenna model, channel model, and physical layer to send a V2X message through a hybrid RSU that selectively uses BS-type and UE-type to secure efficient user service. Allocate.

자원 할당부(112)는 서로 다른 전송 파워 및 파라미터를 갖는 상기 하이브리드 RSU의 BS-유형 및 UE-유형을 이용하여 가장 높은 수신 SINR을 가지는 RSU를 확인하고 상기 VUE에 서비스를 제공할 RSU를 선택한다. The resource allocation unit 112 identifies the RSU with the highest received SINR using the BS-type and UE-type of the hybrid RSU with different transmission powers and parameters and selects the RSU to provide service to the VUE. .

자원 할당부(112)는 상기 BS-유형에 대하여 차량 통신에서 요구되는 QoS(Quality of Service)를 만족시키기 위해 자원 협력 관리를 적용한다. The resource allocation unit 112 applies resource cooperation management to satisfy the Quality of Service (QoS) required in vehicle communication for the BS-type.

자원 할당부(112)는 상기 UE-유형에 대하여 마크로 셀(macro cell)과 스몰 셀(small cell)로 구성된 HetNet(Heterogeneous Networks)에서 스펙트럼 효율 및 에너지 효율성을 지원하기 위한 셀 확장 기법(Cell Range Expansion)을 적용한다. The resource allocation unit 112 uses a cell range expansion technique (Cell Range Expansion) to support spectral efficiency and energy efficiency in HetNet (Heterogeneous Networks) composed of macro cells and small cells for the UE-type. ) is applied.

본 발명에서 3GPP에서 제공하는 일반적인 구축 시나리오를 사용해 네트워크를 구현한다. 3GPP에서는 V2V, V2I/N 및 V2P를 포함하는 서비스에 대한 정의를 [1]에 제시하며, [2]에서는 LTE 기반 V2X 서비스 운영에 필요한 새로운 기능들을 평가하기 위한 방법론을 제시하고, 이를 이용해 다양한 기술 적용시 성능을 비교한다. 또한, [3]에서 LTE 및 NR에 대한 새로운 V2X 사용 사례의 평가 방법론에 관한 연구가 진행되어, 새로운 5G V2X 사용 사례에 대한 다양한 기술 옵션 성능을 비교한다. [4]에서는 NR-V2X에 대한 연구가 진행되어, NR-V2X에서의 향상된 V2X 사용을 지원하기 위한 Uu 인터페이스의 개선, LTE와 NR에 의한 Uu 인터페이스 기반 SL(Sidelink) 자원 할당/구성 등에 대해 다룬다. 아래에서, 상술된 3GPP 문서의 시뮬레이션 방법론을 준용하여 5G NR 환경에서의 요구사항을 달성하기 위한 네트워크 레이아웃, 안테나 모델, 채널 모델, 물리 레이어(Physical Layer)를 포함한 시스템 설정을 설명한다. In the present invention, a network is implemented using a general deployment scenario provided by 3GPP. In 3GPP, definitions of services including V2V, V2I/N, and V2P are presented in [1], and in [2], a methodology for evaluating new functions required for LTE-based V2X service operation is presented, and various technologies are used using this. Compare performance when applied. Additionally, in [3], a study is conducted on the evaluation methodology of new V2X use cases for LTE and NR, comparing the performance of various technology options for new 5G V2X use cases. In [4], research on NR-V2X is conducted and covers improvements to the Uu interface to support improved V2X use in NR-V2X, and allocation/configuration of SL (Sidelink) resources based on the Uu interface by LTE and NR. . Below, we describe the system settings including network layout, antenna model, channel model, and physical layer to achieve the requirements in the 5G NR environment by applying the simulation methodology of the 3GPP document described above.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 도로 및 순환 방식 모델 구성의 예시를 나타내는 도면이다. Figure 2 is a diagram showing an example of a road and circulation model configuration according to an embodiment of the present invention.

본 발명에서 평가를 위해 고려된 셀룰러 네트워크는 앞서 언급된 3GPP [2], [3], [4]의 맨해튼 도심 환경 하에서 5G-NR-V2X의 SLS를 이용한 평가가 이루어진다. 맨해튼 도심 환경의 시뮬레이션 구역은 1-tier 네트워크로서 도 2(a)에 도시된 것처럼 교차로 사이 도로 그리드 사이의 거리가 수평 250m, 수직 433m로 이루어지며 시뮬레이션 내 최소크기는 750m1299m로 구성된다. 이 때, 3.5m의 너비를 가지는 각 도로는 각 방향에 두 개, 각 거리에 총 네 개로 구성된다. 3GPP 규격에서는 다른 엔티티와 메시지를 교환할 수 있는 V2X 애플리케이션을 지원하는 고정 인프라 엔티티를 RSU라 정의하며[1], RSU는 BS-type RSU와 UE-type RSU로 나뉘어 구성된 네트워크 레이아웃에서 도 2(b)와 같이 순환 방식(wrap around method)을 적용하여 배치된다. BS-type RSU의 경우 Hexagonal grid, 7 macro sites, 1 site 당 3 sectors를 만족하는 73의 셀을 구성하고, BS-type RSU 간 ISD(Inter-Site Distance) 500m를 만족하여 구성되는 시뮬레이션 내 총 7대의 BS-type RSU로 이루어진다. UE-type RSU의 경우 도심환경에서 교차로의 중앙에 RSU가 배치되도록 하며, 제시된 시뮬레이션 내에서 UE-type RSU는 총 16대로 구성된다. The cellular network considered for evaluation in the present invention is evaluated using SLS of 5G-NR-V2X in the Manhattan urban environment of the previously mentioned 3GPP [2], [3], [4]. The simulation area of the Manhattan urban environment is a 1-tier network, as shown in Figure 2(a), where the distance between road grids between intersections is 250 m horizontally and 433 m vertically, and the minimum size in the simulation is 750 m. It consists of 1299m. At this time, each road with a width of 3.5m consists of two in each direction and a total of four on each street. In the 3GPP standard, a fixed infrastructure entity that supports V2X applications that can exchange messages with other entities is defined as RSU [1], and RSU is divided into BS-type RSU and UE-type RSU as shown in Figure 2 (b) in the network layout. ) is placed by applying a wrap around method. For BS-type RSU, hexagonal grid, 7 macro sites, 7 satisfying 3 sectors per site It consists of a total of 7 BS-type RSUs in the simulation, which consists of 3 cells and satisfies the ISD (Inter-Site Distance) of 500m between BS-type RSUs. In the case of UE-type RSU, the RSU is placed in the center of the intersection in an urban environment, and within the presented simulation, a total of 16 UE-type RSUs are composed.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 5G-NR-V2X 환경에서 네트워크 레이아웃 및 차량 분포를 나타내는 도면이다.Figure 3 is a diagram showing the network layout and vehicle distribution in a 5G-NR-V2X environment according to an embodiment of the present invention.

시뮬레이션 내 VUE는 공간 위치 프로세스(Spatial Poisson Process)에 따라 도로에 분포되며, 각 도로에 분포되는 차량 밀도는 차량 속도에 대한 가정에 따라 결정된다. 도심 환경에서 VUE의 절대 차량 속도는 60km/h이며, 같은 차선의 평균 차량 간 거리를 2.5sec 절대 차량 속도로 설정해 차량 밀도로 정의한다. 또한 시뮬레이터 내 모든 도로 상의 VUE는 같은 밀도 및 속도를 가진다. 그리고 모든 차량들이 교차로에서 방향을 전환하지 않고 직진으로만 움직인다고 가정하며, 도 3과 같이 설계한 SLS에 BS-type RSU와 UE-type RSU를 함께 적용시킨 네트워크 구성을 사용한다. 도 3에서 붉은 원모양 점은 BS-type RSU를 의미하고, 파란 원모양 점은 UE-type RSU를 의미한다. 빨간 네모는 각 VUE의 분포를 의미한다. VUE in the simulation is distributed on the road according to a spatial Poisson Process, and the vehicle density distributed on each road is determined according to assumptions about vehicle speed. In an urban environment, the absolute vehicle speed of VUE is 60km/h, and the average distance between vehicles in the same lane is 2.5sec. It is set to absolute vehicle speed and defined as vehicle density. Additionally, VUEs on all roads in the simulator have the same density and speed. Also, assuming that all vehicles only move straight without changing direction at an intersection, a network configuration is used in which BS-type RSU and UE-type RSU are applied together to the SLS designed as shown in Figure 3. In Figure 3, the red circle-shaped dot means BS-type RSU, and the blue circle-shaped dot means UE-type RSU. The red square represents the distribution of each VUE.

본 발명의 실시예에 따른 안테나 모델은 성능 평가에 가장 큰 영향을 미치는 요소이며, 시스템 모델 내에서 BS-type RSU와 UE-type RSU의 안테나 모델은 서로 다르게 구성된다. NR에서의 V2X 사용자 케이스를 평가하는 방법론을 제시하는 3GPP 기술문서에 따라 각 RSU의 안테나 파라미터를 정의한다. BS-type RSU의 안테나의 경우, Hexagonal grid에서 3 sector를 만족하는 안테나의 구성으로, 25m 높이를 갖는다. BS-type RSU 안테나의 모든 패널의 안테나 엘리먼트 수는 최대 256 TX/RX 안테나 엘리먼트로 구성되며, 어레이 모델은 패널 당 M(각 열에 구성되는 안테나 엘리먼트 수), N(각 행에 구성되는 안테나 elements 수), P (안테나 패널의 양극화된(polarized) 타입, 단일 양극화(single polarized) (P = 1) 또는 듀얼 양극화(dual polarized) (P = 2)), Mg (각 행에 구성되는 패널 수), Ng (각 열에 구성되는 패널 수) 안테나 요소로 표현되는 균일 직사각형 패널 어레이(uniform rectangular panel array)로 모델링 한다. 3GPP에서는 BS-type RSU의 안테나 어레이를 (M, N, P, Mg, Ng) = (8, 8, 2, 1, 1)로 구성하며, 안테나 패널의 간격은 [dH(수평 어레이 사이의 거리), dV(수직 어레이 사이의 거리)] = (0.5, 0.8) 를 만족하는 균일한 간격으로 구성된다. 또한, UE-type RSU는 BS-type RSU와는 다른 안테나 구성을 가지며, UE-type RSU의 안테나 높이는 5m이고, 모든 패널의 안테나 엘리먼트 수는 최대 8 TX/RX 안테나 엘리먼트로서 안테나 어레이를 (1, 2, 2, 1, 1)로 구성하고, 안테나 어레이 사이의 간격은 (dH, dV) = (0.5, 0.8)를 만족하는 균일한 간격을 갖는다. 안테나의 구성에서 더 많은 수의 안테나 요소들은 VUE에서 수신되는 전력을 증가하게 하며, 더 좁은 빔과 더 높은 정확도를 가능하게 한다. The antenna model according to an embodiment of the present invention is a factor that has the greatest influence on performance evaluation, and within the system model, the antenna models of BS-type RSU and UE-type RSU are configured differently. The antenna parameters of each RSU are defined according to the 3GPP technical document that presents a methodology for evaluating V2X user cases in NR. In the case of the BS-type RSU antenna, the antenna configuration satisfies 3 sectors in the hexagonal grid and has a height of 25m. The number of antenna elements in every panel of the BS-type RSU antenna consists of a maximum of 256 TX/RX antenna elements, and the array model has M (number of antenna elements configured in each column), N (number of antenna elements configured in each row) per panel. ), P (polarized type of antenna panel, single polarized (P = 1) or dual polarized (P = 2)), M g (number of panels configured in each row) , N g (number of panels comprised in each row) is modeled as a uniform rectangular panel array represented by antenna elements. In 3GPP, the antenna array of BS-type RSU is configured as (M, N, P, M g , N g ) = (8, 8, 2, 1, 1), and the spacing of the antenna panels is [d H (horizontal array distance between them), d V (distance between vertical arrays)] = (0.5, 0.8) It is composed of uniform intervals that satisfy. In addition, the UE-type RSU has a different antenna configuration from the BS-type RSU. The antenna height of the UE-type RSU is 5m, and the number of antenna elements in all panels is up to 8 TX/RX antenna elements with an antenna array of (1, 2). , 2, 1, 1), and the spacing between antenna arrays is (d H , d V ) = (0.5, 0.8) It has a uniform spacing that satisfies . A larger number of antenna elements in the antenna configuration increases the power received at the VUE, enabling narrower beams and higher accuracy.

BS-type RSU에서 3GPP가 제안한 3D 빔포밍에 대해 고려하며, 수직 셀 형상에 의해 야기되는 조정 범위와 관련된 몇 가지 제한 사항을 확인한다. 또한 수평 빔 패턴 적응(adaptation) 및 수직 안테나 패턴 적응과 수직 패턴을 결합시킨 3D 빔포밍을 도입하여 차량 단말의 수신 SINR 증가에 따른 VUE 처리량(Throughput) 성능을 극대화한다. We consider the 3D beamforming proposed by 3GPP in BS-type RSU and identify some limitations related to the steering range caused by the vertical cell geometry. In addition, 3D beamforming that combines horizontal beam pattern adaptation, vertical antenna pattern adaptation, and vertical pattern is introduced to maximize VUE throughput performance as the received SINR of the vehicle terminal increases.

본 발명의 실시예에 따른 채널 모델에 있어서 각 RSU에서의 전송 링크에 대한 전파 손실은 경로 손실(Pathloss), 새도윙(Shadowing), 패스트 페이딩(Fast fading)을 모두 고려한다. 제안된 두 종류의 RSU type에 대한 주요 전파 손실 모델은 식 (1)에 따라 구현되어 사용된다.In the channel model according to an embodiment of the present invention, the propagation loss for the transmission link in each RSU considers all path loss, shadowing, and fast fading. The main propagation loss models for the two proposed RSU types are implemented and used according to Equation (1).

(1) (One)

VUE와 RSU 간 채널 모델에 대한 가정은 [표 1]에 따라 적용되며, 해당 파라미터는 3GPP TR SLS 방법론을 준용하여 고려된다.Assumptions for the channel model between VUE and RSU are applied according to [Table 1], and the corresponding parameters are considered by applying the 3GPP TR SLS methodology.

<표 1><Table 1>

BS-type RSU의 경우 어반 케이스(Urban case)에서 RSU 간 새도윙(Shadowing) 상관 관계를 형성하기 위해 RSU 사이트 간 음영에 대해 0.5의 음영 상관 계수를 사용하고, 동일한 RSU 사이트의 섹터 간에는 1.0의 음영 상관 계수를 사용하여 새도윙을 적용한다. UE-type RSU의 경우, 안테나의 높이가 5m로 변경된 상태에서 PC5 인터페이스 기반 V2V 평가에 관련한 파라미터를 동일하게 사용한다. 경로 손실 모델(Pathloss model)에 사용되는 WINNER + B1 Manhattan grid layout Urban micro-cell 시나리오의 경우, VUE와 RSU의 안테나 높이는 주변 건물의 꼭대기보다 낮은 것으로 가정하며, 모든 위치에서 RSU까지 LOS 및 NLOS 사례 모두를 정의하여 계산된다. 또한 페이딩(Fading)의 경우, 3GPP TR에서는 ITU-R Urban Micro Clustered Delay Line models(CDL)의 NLOS 경우, 고정된 라지 스케일(large scale) 파라미터가 적용된 시뮬레이션이 요구되지만, BS-type RSU와 동일한 페이딩 파라미터를 적용시켜 시뮬레이션 진행 시에는 전파 손실 모델 값에 큰 영향을 미치지 않으므로, 시뮬레이션의 단순화를 위해 3GPP Spatial Channel Model (SCM) NLOS을 적용시킨다. For BS-type RSU, a shadowing correlation coefficient of 0.5 is used for shading between RSU sites to form shadowing correlation between RSUs in the urban case, and a shading correlation coefficient of 1.0 is used between sectors of the same RSU site. Shadowing is applied using the shadow correlation coefficient. In the case of UE-type RSU, the same parameters related to PC5 interface-based V2V evaluation are used with the antenna height changed to 5m. For the WINNER + B1 Manhattan grid layout Urban micro-cell scenario used in the pathloss model, the antenna heights of the VUE and RSU are assumed to be lower than the tops of surrounding buildings, from all locations to the RSU in both LOS and NLOS cases. It is calculated by defining . Also, in the case of fading, in the case of NLOS of ITU-R Urban Micro Clustered Delay Line models (CDL) in 3GPP TR, simulation with fixed large scale parameters is required, but the same fading as BS-type RSU is required. Since applying parameters does not have a significant impact on the propagation loss model value when conducting a simulation, the 3GPP Spatial Channel Model (SCM) NLOS is applied to simplify the simulation.

본 발명의 실시예에 따른 물리 레이어(Physical Layer; PHY)에서의 적응(Abstraction)을 위해 특정 변조 및 코딩 수준을 사용하여 UE 처리량을 계산함으로써, 각 패킷에 대한 PER(Packet Error Rate)을 얻는다. 5G-NR 에서는 LTE에서 사용한 터보(turbo) 코딩이 아닌 LDPC 코딩을 사용하며, 256QAM까지 제공하는 MCS(Modulation Coding Scheme)를 활용한 15개의 CQI(Channel Quality Indicator) 지수로 나타내, 다양한 MCS 레벨에서 서로 다른 스펙트럼 효율을 달성하게 한다. 이러한 PHY 계산에서 도심 환경 VUE 수신 신호는 완벽한 시간과 주파수 동기화가 가정되어야 하며, SLS를 통해 PER를 얻고 신호 처리에 대한 모든 송수신 아키텍처를 고려해 측정을 수행하는 것은 비용이 많이 들고 시간이 많이 소요되어 특정 통신 시나리오에 적응하기 어렵다. 시뮬레이션 분석을 위해 제한적인 가정과 시스템을 단순화하여 적용시키는 것이 요구되며, 현실적인 조건에서 분석 결과를 평가하기 위해 링크 레벨 시뮬레이션(LLS)이 활용된다. LLS 활용을 위해 Vienna 5G Link Level Simulator를 이용한 AWGN(Additive White Gaussian Noise) 채널의 LLS 곡선을 구현해 적용시킨다. For adaptation (abstraction) in the physical layer (PHY) according to an embodiment of the present invention, the UE throughput is calculated using a specific modulation and coding level to obtain the Packet Error Rate (PER) for each packet. 5G-NR uses LDPC coding rather than turbo coding used in LTE, and is expressed as 15 CQI (Channel Quality Indicator) indices using MCS (Modulation Coding Scheme) that provides up to 256QAM, allowing Allows different spectral efficiencies to be achieved. In these PHY calculations, perfect time and frequency synchronization of urban environment VUE received signals must be assumed, and performing measurements by obtaining PER over SLS and considering all transmit and receive architectures for signal processing is expensive and time-consuming, making it difficult to perform specific Difficult to adapt to communication scenarios. For simulation analysis, it is required to simplify and apply limiting assumptions and systems, and link-level simulation (LLS) is used to evaluate the analysis results under realistic conditions. To utilize LLS, the LLS curve of the AWGN (Additive White Gaussian Noise) channel using the Vienna 5G Link Level Simulator is implemented and applied.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 V2I/N 링크 신뢰성 향상을 위한 협력 5G-NR-V2X RSU에서의 자원관리 방법을 설명하기 위한 흐름도이다. Figure 4 is a flowchart illustrating a resource management method in a cooperative 5G-NR-V2X RSU for improving V2I/N link reliability according to an embodiment of the present invention.

제안하는 V2I/N 링크 신뢰성 향상을 위한 협력 5G-NR-V2X RSU에서의 자원관리 방법은 BS-유형 및 UE-유형을 함께 적용하여 네트워크 레이아웃에서 순환 방식(wrap around method)으로 RSU(Road Side Unit)을 배치하고, 공간 위치 프로세스(Spatial Poisson Process)에 따라 VUE(Vehicle User)를 도로에 배치하는 네트워크 레이아웃, 안테나 모델, 채널 모델 및 물리 레이어(Physical Layer)를 생성하는 단계(410), 상기 생성된 네트워크 레이아웃, 안테나 모델, 채널 모델 및 물리 레이어를 이용하여 효율적인 사용자의 서비스 확보를 위해 BS-유형 및 UE-유형을 선택적으로 사용하는 하이브리드 RSU를 통해 V2X 메시지를 할당하는 단계(420) 및 차량 단말과 RSU 간 통신에서 더 높은 시스템 용량 또는 더 나은 전력 사용에 기여하기 위해 자원 협력관리 기술, CRE(Cell Range Expansion) 기술 그리고 3D 빔포밍(Beamforming) 방식을 적용하는 단계(430)를 포함한다. The resource management method in the proposed cooperative 5G-NR-V2X RSU to improve V2I/N link reliability is to apply BS-type and UE-type together to implement RSU (Road Side Unit) in a wrap around method in the network layout. ) and generating a network layout, antenna model, channel model, and physical layer for placing VUEs (Vehicle Users) on the road according to a spatial location process (Spatial Poisson Process) (410), the generation Step 420 of allocating a V2X message through a hybrid RSU that selectively uses BS-type and UE-type to secure efficient user service using the network layout, antenna model, channel model, and physical layer and vehicle terminal It includes a step 430 of applying resource cooperation management technology, CRE (Cell Range Expansion) technology, and 3D beamforming method to contribute to higher system capacity or better power use in communication between and RSU.

단계(410)에서, BS-유형 및 UE-유형을 함께 적용하여 네트워크 레이아웃에서 순환 방식(wrap around method)으로 RSU(Road Side Unit)을 배치하고, 공간 위치 프로세스(Spatial Poisson Process)에 따라 VUE(Vehicle User)를 도로에 배치하는 네트워크 레이아웃, 안테나 모델, 채널 모델 및 물리 레이어(Physical Layer)를 생성한다. In step 410, the BS-type and the UE-type are applied together to place the Road Side Unit (RSU) in a wrap around method in the network layout, and the VUE ( Create a network layout, antenna model, channel model, and physical layer that places vehicle users on the road.

단계(410)에서, BS-유형 및 UE-유형의 RSU에 따라 상기 안테나 모델을 서로 상이하게 구성하고, BS-유형 및 UE-유형의 RSU에 따른 전파 손실을 이용하여 채널 모델을 구성하고, 특정 변조 및 코딩 수준을 사용하여 사용자 처리량을 계산함으로써, 채널의 각 패킷에 대한 PER(Packet Error Rate)을 획득하여 물리 레이어를 구성한다. In step 410, the antenna models are configured differently according to the BS-type and UE-type RSUs, a channel model is configured using propagation loss according to the BS-type and UE-type RSUs, and a specific By calculating user throughput using modulation and coding levels, the PER (Packet Error Rate) for each packet in the channel is obtained to form the physical layer.

단계(420)에서, 상기 생성된 네트워크 레이아웃, 안테나 모델, 채널 모델 및 물리 레이어를 이용하여 효율적인 사용자의 서비스 확보를 위해 BS-유형 및 UE-유형을 선택적으로 사용하는 하이브리드 RSU를 통해 V2X 메시지를 할당한다. In step 420, a V2X message is allocated through a hybrid RSU that selectively uses BS-type and UE-type to secure efficient user service using the generated network layout, antenna model, channel model, and physical layer. do.

단계(420)에서, 서로 다른 전송 파워 및 파라미터를 갖는 상기 하이브리드 RSU의 BS-유형 및 UE-유형을 이용하여 가장 높은 수신 SINR을 가지는 RSU를 확인하고 상기 VUE에 서비스를 제공할 RSU를 선택한다. In step 420, the RSU with the highest received SINR is identified using the BS-type and UE-type of the hybrid RSU with different transmission powers and parameters, and the RSU that will serve the VUE is selected.

상기 BS-유형은 차량 통신에서 요구되는 QoS(Quality of Service)를 만족시키기 위해 자원 협력 관리를 적용하고, 상기 UE-유형은 마크로 셀(macro cell)과 스몰 셀(small cell)로 구성된 HetNet(Heterogeneous Networks)에서 스펙트럼 효율 및 에너지 효율성을 지원하기 위한 셀 확장 기법(Cell Range Expansion)을 적용한다. The BS-type applies resource cooperation management to satisfy the Quality of Service (QoS) required in vehicle communication, and the UE-type is a HetNet (Heterogeneous) consisting of a macro cell and a small cell. Networks) applies cell expansion techniques (Cell Range Expansion) to support spectral efficiency and energy efficiency.

단계(430)에서, 차량 단말과 RSU 간 통신에서 더 높은 시스템 용량 또는 더 나은 전력 사용에 기여하기 위해 자원 협력관리 기술, CRE(Cell Range Expansion) 기술 그리고 3D 빔포밍(Beamforming) 방식을 적용한다. In step 430, resource cooperation management technology, CRE (Cell Range Expansion) technology, and 3D beamforming method are applied to contribute to higher system capacity or better power use in communication between vehicle terminals and RSUs.

단계(430)에서는 중첩되는 영역에 위치한 사용자 단말들을 대상으로 발생하는 동일 채널 간섭(CCI) 제어를 수행하고(431), 수평 빔 패턴 적응을 수직 안테나 패턴 적용과 결합시켜 원하는 사용자 신호를 최대화함으로써 수신자의 SINR을 개선한다(432). In step 430, co-channel interference (CCI) control that occurs targeting user terminals located in overlapping areas is performed (431), and the desired user signal is maximized by combining horizontal beam pattern adaptation with vertical antenna pattern application to reach the receiver. Improve the SINR of (432).

동일 채널 간섭(CCI) 제어를 수행하는 단계(431)에서, 동적 ICIC에 기초하여 동일 채널 간섭제어를 수행하고(431a), CS-CoMP에 기초하여 동일 채널 간섭제어를 수행하고(431b), CRE에 기초하여 동일 채널 간섭제어를 수행할 수 있다(431c). In step 431 of performing co-channel interference (CCI) control, co-channel interference control is performed based on dynamic ICIC (431a), co-channel interference control is performed based on CS-CoMP (431b), and CRE is performed. Based on this, co-channel interference control can be performed (431c).

수신자의 SINR을 개선하는 단계(432)에서는 3D 빔포밍에 기초하여 수신 SINR 개선을 수행할 수 있다(432a). In the step of improving the SINR of the receiver (432), the received SINR may be improved based on 3D beamforming (432a).

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 LTE 환경에서 터보 코딩 사용 시 LLS 결과 및 5G-NR 환경에서 LDPC 코딩 사용 시 LLS 결과를 비교한 SNR vs. PER 커브이다.Figure 5 shows SNR vs. LLS results when using turbo coding in an LTE environment and LLS results when using LDPC coding in a 5G-NR environment according to an embodiment of the present invention. This is the PER curve.

도 5에 도시된 시뮬레이션 결과는 LTE 와 5G NR에서의 시뮬레이션 결과에 대한 비교이며, CQI 값 1~15로 AWGN 채널에서 수행된 결과이다. 시뮬레이션 결과는 LLS 성능 비교와 더불어, 피드백 계산시 효과적인 SINR 매핑에 대한 교정 값을 제공한다. 본 발명에서는 해당 결과를 바탕으로 MIESM(Mutual Information Effective SNR Mapping)을 이용한 L2S(Link-to-System) 맵핑을 진행한다. ESM(Effective SNR Mapping) 알고리즘은 SLS에 중요한 링크 계층 적응을 제공하며, 논문에서 적용되는 MIESM의 경우 다른 ESM 방법보다 더 높은 정확도를 제공하도록 식(2), 식(3)을 활용하여, 효과적인 SINR을 계산하기 위해 SINR에서 상호 정보까지의 비선형 매핑 관계를 기반으로 계산한다.The simulation results shown in Figure 5 are a comparison of the simulation results in LTE and 5G NR, and are the results performed in the AWGN channel with CQI values 1 to 15. In addition to comparing LLS performance, the simulation results provide correction values for effective SINR mapping when calculating feedback. In the present invention, L2S (Link-to-System) mapping using MIESM (Mutual Information Effective SNR Mapping) is performed based on the results. The ESM (Effective SNR Mapping) algorithm provides important link layer adaptation to SLS, and in the case of MIESM applied in the paper, Equation (2) and (3) are utilized to provide higher accuracy than other ESM methods, and effective SINR To calculate , the calculation is based on the non-linear mapping relationship from SINR to mutual information.

(2) (2)

(3) (3)

여기서, 는 레일리 채널에서 파생된 효과적인 SNR과 고정된 SNR 값 사이의 루트 평균 제곱(rms) 오차를 최소화하기 위해 선택된 보정 계수이다.here, is a correction factor chosen to minimize the root mean square (rms) error between the effective SNR derived from the Rayleigh channel and the fixed SNR value.

본 발명의 실시예에 따르면, 5G-NR-V2X 네트워크에서 도심 지형 마크로(Macro) BS-type RSU의 커버리지 영역에서 UE-type RSU의 배치 시 V2X 통신을 위한 BS/UE-type RSU의 상호 협력 방식인 Hybrid RSU 방식을 제안한다. 제안된 하이브리드(Hybrid) RSU 방식은 효율적인 사용자의 서비스 확보를 위해 BS/UE-type RSU를 선택적으로 사용하여 V2X 메시지를 효율적을 할당하는 방식이며, Hybrid RSU 방식은 5G-NR-V2X 환경에서 발생한 음영지역을 최소화시켜 실시간으로 변하는 도로 및 교통환경에 대해 데이터를 보다 효율적이고 안정적으로 사용할 수 있도록 한다.According to an embodiment of the present invention, mutual cooperation method of BS / UE-type RSU for V2X communication when UE-type RSU is deployed in the coverage area of urban terrain macro BS-type RSU in 5G-NR-V2X network We propose a Hybrid RSU method. The proposed Hybrid RSU method is a method of efficiently allocating V2X messages by selectively using BS/UE-type RSU to secure efficient user services, and the Hybrid RSU method is a method to efficiently allocate V2X messages in the 5G-NR-V2X environment. By minimizing the area, data can be used more efficiently and reliably for road and traffic environments that change in real time.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 SINR 컬러 맵을 나타내는 도면이다. Figure 6 is a diagram showing a SINR color map according to an embodiment of the present invention.

셀룰러 멀티-티어 네트워크(Cellular Multi-tier Network)에서 구성되는 각 RSU 유형들은 서로 다른 전송 파워를 비롯해 다른 파라미터들로 구성되며, VUE는 가장 높은 수신 SINR을 가지는 RSU를 V2X 어플리케이션 서버(Application Server)에서 확인하고 VUE에 서비스를 제공할 RSU를 선택한다. 앞서 제시된 셀룰러 V2X 네트워크를 바탕으로 각 RSU type에 대한 음영지역을 확인하고, 각 RSU들의 상호 협력에 의하여 음영지역이 최소화됨을 시뮬레이션 결과를 통해 분석한다. 시뮬레이션은 5G-NR-V2X 환경에서 구현된 SLS 분석을 통해 진행하며, 네트워크 레이아웃(Urban Case), VUE 분포와 이동성 모델, RSU 분포, 채널 모델, 트래픽 모델 등을 고려한 V2X 환경 구성 후, 차량 단말 중단 확률, 수신 간섭, 평균 처리량 등을 통해 평가한다. 시뮬레이션 환경 내의 음영지역은 각 차량이 RSU type에 따른 수신 SINR 값에 의해 표현되며, 일반적인 수신에 대한 SINR 값은 식(4)에 의해 계산된다. Each RSU type configured in the Cellular Multi-tier Network consists of different parameters, including different transmission power, and VUE selects the RSU with the highest received SINR from the V2X Application Server. Confirm and select the RSU that will provide services to VUE. Based on the cellular V2X network presented earlier, the shadow area for each RSU type is identified, and the simulation results show that the shadow area is minimized through mutual cooperation between each RSU. The simulation is conducted through SLS analysis implemented in the 5G-NR-V2X environment, and after configuring the V2X environment considering network layout (Urban Case), VUE distribution and mobility model, RSU distribution, channel model, and traffic model, vehicle terminal is stopped. Evaluated through probability, reception interference, average throughput, etc. The shaded area within the simulation environment is expressed by the reception SINR value of each vehicle according to the RSU type, and the SINR value for general reception is calculated by equation (4).

(4) (4)

여기서 는 VUE m이 BS-type RSU인 n으로부터 지원받는 신호의 크기를 채널 이득과 BS로부터의 전송 전력의 곱으로 계산되며, 는 지원받는 RSU를 제외한 모든 인접 셀의 BS-type RSU k로부터 수신된 총 간섭을 나타낸다. 또한 UE-type RSU에 의해 발생되는 수신 SINR 값은 식(5)에 의해 계산된다.here is calculated as the size of the signal supported by n, where VUE m is a BS-type RSU, as the product of the channel gain and the transmission power from the BS, represents the total interference received from BS-type RSU k of all neighboring cells excluding the supported RSU. Additionally, the received SINR value generated by the UE-type RSU is calculated by equation (5).

(5) (5)

각각의 식을 통해 계산된 SINR 값을 SLS에 적용시킨 VUE 수신 SINR 값을 도 6에 나타내었다. 도 6(a)의 경우는 VUE가 BS-type RSU 로부터 서비스를 제공받을 때 수신되는 SINR 값, 도 6(b)의 경우는 VUE가 UE-type RSU로부터 서비스를 제공받을 때 수신되는 SINR 값을 각각 SINR 맵으로 나타낸 결과이다. 음영지역을 최소화시키기 위해 VUE가 RSU 로부터 수신되는 SINR 값에 따라 지원받는 RSU를 선택하기 위해 식(6)과 같은 수식이 적용된다.The VUE received SINR values obtained by applying the SINR values calculated through each equation to SLS are shown in Figure 6. In the case of Figure 6(a), the SINR value received when the VUE receives a service from a BS-type RSU, and in the case of Figure 6(b), the SINR value received when the VUE receives a service from a UE-type RSU Each result is expressed as a SINR map. In order to minimize the shadow area, a formula such as Equation (6) is applied to select a supported RSU according to the SINR value received from the RSU.

(6) (6)

도 6(c)의 경우는 제안된 방식인 하이브리드 RSU 방식 사용 시 SINR 맵을 통해 나타낸 결과이다. 시뮬레이션 결과 제안된 하이브리드 RSU 방식이 동일채널간섭을 완화시켜 음영 지역이 감소됨을 확인한다. Figure 6(c) shows the results shown through the SINR map when using the proposed hybrid RSU method. Simulation results confirm that the proposed hybrid RSU method reduces co-channel interference and reduces shadow areas.

하이브리드 RSU 설치 방식을 통한 음영지역 감소를 확인하기 위해 다음과 같은 세가지 지표면에서 성능 평가를 진행한다. 차량 단말 중단 확률(Outage Probability)은 VUE의 수신된 SINR 값이 SINR 임계 값보다 작아 해당 VUE가 중단될 확률을 의미하며, VUE 수신 SINR 값을 측정해 VUE 중단 확률 값이 5%인 경우를 SINR 임계값(Threshold)으로 설정한다. 또한, 각 경우에서의 중단 확률 값을 평가하며, 중단 확률은 식 (7)을 사용하여 계산한다.In order to confirm the reduction of shadow areas through the hybrid RSU installation method, performance evaluation is conducted on the following three indicators. The vehicle terminal outage probability (Outage Probability) refers to the probability that the VUE will be interrupted because the received SINR value of the VUE is less than the SINR threshold. If the VUE outage probability value is 5% by measuring the VUE received SINR value, the SINR threshold is determined. Set it as a value (Threshold). Additionally, the interruption probability value in each case is evaluated, and the interruption probability is calculated using equation (7).

(7) (7)

도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 5G-NR V2X BS/UE/하이브리드 RSU 중단 확률을 나타내는 그래프이다. Figure 7 is a graph showing the probability of 5G-NR V2X BS/UE/hybrid RSU interruption according to an embodiment of the present invention.

도 7의 경우, UE-type RSU, BS-type RSU, 하이브리드 RSU의 경우 전체 유저의 5%의 경우를 SINR 임계 값으로 설정하였고, 이 때의 값은 각기 -4.8 dB, -2.64dB, -0.84dB의 값을 갖는다. UE-type RSU의 경우 BS-type RSU 보다 낮은 SINR 임계값을 가지며 두 RSU간 상호 협력 시 전체적 수신 SINR 값이 향상됨을 확인한다. 하이브리드 RSU 방식 사용시 SINR 임계값 값인 -0.84dB를 사용하여 각 type 별 중단 확률 값을 계산 시, BS-type RSU 및 UE-type RSU의 경우 16%의 VUE가 중단을 경험하는 것을 확인할 수 있으며, BS/UE-type RSU 상호 협력 시에는 5%의 중단 확률 값을 갖게 되어, 중단 확률이 약 11% 감소한 것을 확인할 수 있다. 시뮬레이션 내 중단 확률 감소는 음영지역 감소를 의미하며, 음영지역 감소는 자원 할당에 좀 더 효율적으로 활용할 수 있게 한다. 차량 단말 수신간섭(Interference)은 VUE에게 서비스를 제공하는 셀이 아닌 인접 셀 로부터 수신된 모든 간섭을 의미하며, 간섭은 아래의 식에 의하여 계산된다.In the case of Figure 7, in the case of UE-type RSU, BS-type RSU, and hybrid RSU, 5% of all users was set as the SINR threshold, and the values at this time were -4.8 dB, -2.64 dB, and -0.84, respectively. It has a value of dB. It is confirmed that the UE-type RSU has a lower SINR threshold than the BS-type RSU, and that the overall received SINR value improves when the two RSUs cooperate. When calculating the interruption probability value for each type using the SINR threshold value of -0.84dB when using the hybrid RSU method, it can be confirmed that 16% of VUEs experience interruption in the case of BS-type RSU and UE-type RSU, and BS When /UE-type RSU cooperates, the probability of interruption is 5%, so it can be seen that the probability of interruption is reduced by about 11%. Reducing the probability of interruption within the simulation means reducing the shadow area, and reducing the shadow area allows for more efficient use in resource allocation. Vehicle terminal interference refers to all interference received from adjacent cells other than the cell providing services to the VUE, and interference is calculated using the formula below.

(8) (8)

간섭의 경우, UE type RSU가 BS type RSU 보다 간섭 값이 큰 것을 확인할 수 있으며, 이는 UE type RSU의 배치수가 BS type에 비해 밀집된 분포의 형태이다. 이에 따른 다른 UE-type RSU로부터의 간섭이 증가하고, VUE는 가까운 UE-type RSU로부터 신호를 수신해 BS-type RSU와는 다른 파라미터들이 적용되어 VUE의 간섭이 크게 나타남을 확인한다. In the case of interference, it can be seen that the interference value of UE type RSU is greater than that of BS type RSU, which is in the form of a denser distribution of the number of deployments of UE type RSU than that of BS type. As a result, interference from other UE-type RSUs increases, and VUE receives signals from nearby UE-type RSUs, and different parameters from BS-type RSUs are applied, confirming that VUE interference appears large.

도 8 본 발명의 일 실시예에 따른 5G-NR V2X BS/UE/하이브리드 RSU 간섭을 나타내는 그래프이다. Figure 8 is a graph showing 5G-NR V2X BS/UE/hybrid RSU interference according to an embodiment of the present invention.

도 8의 경우 CDF(Cumulative Distribution Function) 50% 구간에서 평가를 수행해 간섭 값을 확인하며, BS-type RSU에서는 -77.37dB, UE-type RSU는 -50.71dB를, 그리고 BS/UE-type RSU 상호 협력 시에는 -62.26dB로서 UE-type RSU 만 적용 시의 간섭 보다 감소한 값을 갖는다. 차량 단말 평균 처리량(Throughput)의 경우, 50% CDF에서 평가를 수행하며, 처리량은 아래의 식으로 계산된다.In the case of Figure 8, the interference value is confirmed by performing evaluation in the CDF (Cumulative Distribution Function) 50% section, -77.37dB for BS-type RSU, -50.71dB for UE-type RSU, and BS/UE-type RSU mutually In cooperation, it is -62.26dB, which is a lower value than the interference when only UE-type RSU is applied. In the case of vehicle terminal average throughput, evaluation is performed at 50% CDF, and throughput is calculated by the equation below.

(9) (9)

처리량은 단위 시간당 수신된 TB(Transport Block) 사이즈를 의미하며, TB 값은 VUE에 수신된 총 비트 수를 나타내고, AccountedTTIs는 UE 수신기에 할당된 RB의 최대 전송 시간 간격(TTI)이다. Throughput refers to the size of the TB (Transport Block) received per unit time, the TB value represents the total number of bits received in the VUE, and Accounted TTIs is the maximum transmission time interval (TTI) of the RB allocated to the UE receiver.

도 9 본 발명의 일 실시예에 따른 5G-NR V2X BS/UE/하이브리드 RSU 처리량을 나타내는 그래프이다.Figure 9 is a graph showing 5G-NR V2X BS/UE/hybrid RSU throughput according to an embodiment of the present invention.

도 9는 VUE 평균 처리량 결과를 보이며, 차량이 오직 BS-type RSU 로부터 데이터를 전송 받는 경우 평균 처리량 값이 1.528Mbp/s임을 확인할 수 있고, UE-type RSU 로부터 데이터를 전송 받는 경우에는 2.5Mbp/s의 처리량 값을 갖는다. 제안된 BS/UE-type RSU 상호 협력 방식인 하이브리드 RSU 방식 사용시 평균 처리량 값은 3.06Mbp/s으로서, 이는 BS-type RSU 로부터 데이터를 전송 받는 경우의 1.532Mbp/s 대비 100%의 성능 향상을 보인다. 또한, UE-type RSU 로부터 데이터를 전송 받는 경우 대비 평균 처리량이 0.56Mbp/s 증가하여 약 22%의 성능이 향상됨을 확인할 수 있다. 결과적으로, 제안된 하이브리드 RSU 방식이 동일채널간섭을 완화시키고 통신 시스템의 품질을 개선시켜 차량사용자의 신뢰성을 향상을 확인할 수 있다. Figure 9 shows the VUE average throughput results, and it can be seen that the average throughput value is 1.528Mbp/s when the vehicle only receives data from the BS-type RSU, and 2.5Mbp/s when the vehicle receives data from the UE-type RSU. It has a throughput value of s. The average throughput value when using the hybrid RSU method, which is the proposed BS/UE-type RSU mutual cooperation method, is 3.06Mbp/s, which shows a 100% performance improvement compared to 1.532Mbp/s when receiving data from a BS-type RSU. . In addition, it can be seen that the average throughput increases by 0.56Mbp/s compared to when data is transmitted from a UE-type RSU, improving performance by about 22%. As a result, it can be confirmed that the proposed hybrid RSU method improves the reliability of vehicle users by alleviating co-channel interference and improving the quality of the communication system.

본 발명의 실시예에 따른 각 RSU 타입에서는 서로 다른, 이종의 파라미터가 적용되어 다양한 기술들을 적용할 수 있는 구성을 가지며, 제시되는 기술들을 적용시켜 RSU간 상호 협력 시 Throughput 성능을 극대화시킬 수 있다. 적용되는 각 기술들은 BS-type RSU에서 셀 가장자리 유저들에 동적 ICIC(Dynamic Inter-Cell Interference Coordination), CS-CoMP(Coordinated Scheduling Coordinated Multi-Point), 3D 빔포밍 기술을 적용시키며, UE-type RSU에서는 CRE(Cell Range Expansion) 기술을 적용시켜 성능 향상을 확인하고 각 기술 적용 시의 특징을 분석한다.Each RSU type according to an embodiment of the present invention has a configuration in which various technologies can be applied by applying different and heterogeneous parameters, and throughput performance can be maximized when mutual cooperation between RSUs is applied by applying the presented technologies. Each applied technology applies dynamic ICIC (Dynamic Inter-Cell Interference Coordination), CS-CoMP (Coordinated Scheduling Coordinated Multi-Point), and 3D beamforming technology to cell edge users in the BS-type RSU, and UE-type RSU. By applying CRE (Cell Range Expansion) technology, performance improvement is confirmed and the characteristics of each technology are analyzed.

본 발명의 실시예에 따르면, 차량 통신에서 요구되는 QoS(Quality of Service)를 만족시키기 위해 자원협력관리를 적용한다. 자원협력 관리 기술은 5G-NR-V2X 환경에서 BS-type RSU 와 차량 사용자가 통신하는 셀룰러 V2I 네트워크에서 CCI를 완화시켜 전체 통신 시스템의 신뢰성을 향상시키며, 간섭 완화 방식인 동적 ICIC 및 CS-CoMP 기술을 통해 조정된 간섭 관리가 가능하다. 동적 ICIC의 경우, 셀 가장자리 유저를 위해 주파수 재사용 계수를 사용하는 FFR(Fractional Frequency Reuse) 방식을 사용해 주파수를 재분배하여 자원을 재할당한다. 고정된 전체 주파수에서 다수의 차량이 위치하는 셀 중심 유저는 FR(Full Reuse) 스펙트럼으로, 셀 가장 자리에 위치하는 유저는 PR(Partial Reuse) 스펙트럼으로 주파수를 나누어 할당하며, 제안하는 동적 ICIC는 차량이 다수 분포되어 있는 교차로를 비롯해 셀의 가장자리에 해당하는 지역에 위치해 있는 차량에 추가 BBW(Bonus Bandwidth)를 할당하여 더 많은 자원을 사용할 수 있도록 한다. 이 때, 셀 중심 유저 및 가장자리 유저를 구분하여 주파수를 할당하기 위한 PR 밴드와 FR 밴드를 나누는 기준을 총 유저의 5%의 기준으로 정의해 SINR 임계값을 설정하며, 이를 활용해 BBW의 할당 여부를 결정한다. 식 (10)을 활용해 PR 밴드와 FR 밴드에 할당되는 유저들을 결정하여 동적 ICIC 기술을 적용한다According to an embodiment of the present invention, resource cooperation management is applied to satisfy QoS (Quality of Service) required in vehicle communication. Resource cooperation management technology improves the reliability of the entire communication system by mitigating CCI in the cellular V2I network where BS-type RSU and vehicle users communicate in a 5G-NR-V2X environment, and dynamic ICIC and CS-CoMP technologies, which are interference mitigation methods. Coordinated interference management is possible. In the case of dynamic ICIC, resources are reallocated by redistributing frequencies using the FFR (Fractional Frequency Reuse) method, which uses a frequency reuse coefficient for cell edge users. At a fixed overall frequency, frequencies are allocated to users at the center of a cell where a large number of vehicles are located using the FR (Full Reuse) spectrum, and to users located at the edge of the cell, frequencies are allocated to the PR (Partial Reuse) spectrum. The proposed dynamic ICIC is allocated to vehicles. Additional BBW (Bonus Bandwidth) is allocated to vehicles located at the edges of the cell, including these multiple intersections, allowing more resources to be used. At this time, the standard for dividing the PR band and FR band to allocate frequencies by distinguishing between cell center users and edge users is defined as 5% of the total users to set the SINR threshold, and this is used to determine whether or not to allocate BBW. Decide. Apply dynamic ICIC technology by using Equation (10) to determine the users assigned to the PR band and FR band.

(10) (10)

또한, 자원 협력관리에 함께 적용되는 CS-CoMP는 다른 cell site로부터 수신되는 신호로부터 셀 가장자리 유저의 스펙트럼 효율성을 강화하기 위한 방식으로, 사이트로부터 전송되는 신호 간의 조정을 통해 수신된 신호 품질을 향상시킨다. BS-type RSU 간 원하지 않는 CCI를 줄이기 위해 차단 기반 스케줄링 과정이 적용되며, 각 BS-type RSU는 중앙 스케줄러를 통해 VUE의 피드백을 받고 CS-CoMP 적용 여부를 결정한다. 또한, VUE는 동일한 PRB를 가진 인접 BS로부터 간섭신호를 차단해 섹터간 뮤팅(muting)을 구현해 CS-CoMP를 적용한다.In addition, CS-CoMP, which is applied to resource cooperative management, is a method to enhance the spectral efficiency of cell edge users from signals received from other cell sites, and improves the quality of the received signal through coordination between signals transmitted from the site. . A blocking-based scheduling process is applied to reduce unwanted CCI between BS-type RSUs, and each BS-type RSU receives feedback from VUE through the central scheduler and decides whether to apply CS-CoMP. In addition, VUE applies CS-CoMP by blocking interference signals from adjacent BSs with the same PRB and implementing inter-sector muting.

본 발명의 실시예에 따르면, 셀 확장 기법(Cell Range Expansion)은 기존 마크로 셀(macro cell)과 스몰 셀(small cell)로 구성된 HetNet(Heterogeneous Networks)에서 더 높은 스펙트럼 효율과 에너지 효율성을 지원하기 위해 사용된 방식으로, macro cell RSU 및 small cell RSU가 동시에 존재하는 HetNet에서 VUE가 지원받는 셀 연결 시 측정된 수신 신호에 bias를 추가하여 small cell RSU의 범위를 조정하고 macro cell RSU와 small cell RSU 사이의 균형을 맞추기 위해 제안된 방식이다. 이와 같이 5G-NR-V2X 네트워크의 도심환경에서 처리량 성능이 더 높게 측정되는 UE-type RSU를 효율적으로 이용하기 위해 셀 확장 기법이 제안되며, UE-type RSU 경계에 인접한 단말들이 BS-type RSU에 연결되지 않게 하기 위해, 셀 확장 기법을 사용하여 UE-type RSU의 영역을 확장한다. 셀 영역 확장을 위해 주어진 수신 신호 바이어스(bias)를 라 할 때, 식(11)을 활용해 CRE를 적용한다.According to an embodiment of the present invention, Cell Range Expansion is used to support higher spectral efficiency and energy efficiency in HetNet (Heterogeneous Networks) composed of existing macro cells and small cells. The method used is to adjust the range of the small cell RSU by adding a bias to the measured received signal when connecting a cell that supports VUE in HetNet, where macro cell RSU and small cell RSU exist simultaneously, and adjust the range of small cell RSU between macro cell RSU and small cell RSU. This is a proposed method to balance. In this way, a cell expansion technique is proposed to efficiently use UE-type RSU, which has higher throughput performance in the urban environment of the 5G-NR-V2X network, and terminals adjacent to the UE-type RSU border can access the BS-type RSU. To prevent connectivity, the area of the UE-type RSU is expanded using cell expansion techniques. A given received signal bias is used to expand the cell area. When , CRE is applied using equation (11).

식(11) Equation (11)

여기서, 수신 신호에 적용되는 바이어스 값은 식(12)와 같이 계산한다.Here, the bias applied to the received signal The value is calculated as in equation (12).

식(12) Equation (12)

여기서, 의 각 항목은 식 (13) SINR 값의 각 경우를 고려하여 계산된다. 즉, 셀 확장 기법 적용시에는 UE-type RSU에서 BS-type RSU로부터의 간섭을 제외하여 값을 계산한다. here, Each item in Equation (13) is calculated by considering each case of the SINR value. In other words, when applying the cell expansion technique, interference from the BS-type RSU is excluded from the UE-type RSU. Calculate the value.

여기서, VUE의 수신 신호 전력을 로 나타내고 BS/UE-type RSU으로부터 수신되는 총 간섭 크기를 로 계산하여 VUE의 SINR 값을 모델링 한다. Here, the received signal power of VUE is and represents the total interference size received from BS/UE-type RSU. Model the SINR value of VUE by calculating .

도 10 본 발명의 일 실시예에 따른 3D 빔포밍 안테나 패턴을 나타내는 그래프이다. Figure 10 is a graph showing a 3D beamforming antenna pattern according to an embodiment of the present invention.

3D 빔포밍의 경우 적용된 수평 빔 패턴 적응을 수직 안테나 패턴 적응과 결합시켜 원하는 사용자 신호를 최대화함으로써 수신자의 SINR을 개선한다. 3D 빔포밍은 향상된 송신 전력을 제공해 스펙트럼 효율과 셀 에지 처리량의 성능 향상을 보이며, 셀 경계에 위치하고 서로 다른 BS-type RSU에 연결된 VUE의 경우, 직교 리소스를 할당하여 간섭을 피할 수 있도록 한다. 3D 빔포밍의 안테나는 앞서 설명된 방식을 활용해 구성되며, 3D 안테나 패턴은 수직 및 수평 각도 쌍에 의해 정의된다. 수직 및 수평각도의 설정은 directional transmission이 사용되는 시나리오에서 안테나의 전력 송수신 위치를 파악해 멀리 있는 노드들 간의 통신을 가능하게 하는 중요한 매개변수이며, 수직 및 수평 패턴의 결합 방식은 식(14)를 따른다. In the case of 3D beamforming, the applied horizontal beam pattern adaptation is combined with vertical antenna pattern adaptation to maximize the desired user signal, thereby improving the receiver's SINR. 3D beamforming provides improved transmission power, improving spectral efficiency and cell edge throughput performance, and for VUEs located at cell boundaries and connected to different BS-type RSUs, it allocates orthogonal resources to avoid interference. The antenna for 3D beamforming is constructed using the method described previously, and the 3D antenna pattern has vertical and horizontal angles. Defined by pairs. The setting of vertical and horizontal angles is an important parameter that enables communication between distant nodes by determining the power transmission and reception position of the antenna in a scenario where directional transmission is used, and the method of combining vertical and horizontal patterns follows equation (14). .

(14) (14)

안테나 엘리먼트 게인 패턴은 수직 패턴인 와 수평 패턴 로 이루어지며, 단일 엘리먼트 방사 패턴(element radiation pattern)의 8dBi의 메인 로브(main lobe) 방향에서 최대 이득과 높은 지향성을 보인다. 여기서, 수직 패턴 및 수평 패턴은 식(15), (16)으로 나타낸다.The antenna element gain pattern is a vertical pattern. and horizontal pattern It shows maximum gain and high directivity in the main lobe direction of 8dBi of the single element radiation pattern. Here, the vertical pattern and horizontal pattern are expressed as equations (15) and (16).

식(15) Equation (15)

식(16) Equation (16)

여기서, 는 수직 및 수평 3 dB 대역폭을 의미하고, 는 사이드로브 레벨 제한(sidelobe level limit), 는 최대 감쇠 값을 의미한다. 수직패턴의 경우, 에 해당하는 조건을 만족하며, 수평 패턴의 경우, 조건을 만족한다. 또한, 3D 빔포밍의 안테나 이득을 확인하기 위해 균일 직사각형 패널 어레이(uniform rectangular panel array)의 단일 안테나 구성과 각 패널의 행과 열이 (8, 8) 엘리먼트를 가지는 안테나 어레이를 구성 및 비교한다.here, means vertical and horizontal 3 dB bandwidth, is the sidelobe level limit, means the maximum attenuation value. For vertical patterns, It satisfies the corresponding conditions, and in the case of a horizontal pattern, satisfies the conditions. Additionally, to confirm the antenna gain of 3D beamforming, a single antenna configuration of a uniform rectangular panel array and an antenna array with each panel's row and column having (8, 8) elements are constructed and compared.

도 10은 안테나 파라미터를 적용시킨 3D 안테나 패턴을 나타내며, 18dBi의 추가 이득을 확인할 수 있다. Figure 10 shows a 3D antenna pattern to which antenna parameters are applied, and an additional gain of 18dBi can be confirmed.

도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 동적 ICIC 및 CS CoMP를 적용한 VUE 처리량을 나타내는 그래프이다. Figure 11 is a graph showing VUE throughput applying dynamic ICIC and CS CoMP according to an embodiment of the present invention.

도 11을 참조하면, 제안하는 하이브리드 RSU 방식의 처리량 성능을 극대화하기 위해 제안된 기술들을 평가한다. 평가를 위해 MATLAB 기반 SLS를 이용해 처리량 값을 확인하고, 처리량 성능을 분석한다. 주요 SLS 파라미터는 <표 2>의 값을 적용한다. Referring to Figure 11, the proposed technologies are evaluated to maximize the throughput performance of the proposed hybrid RSU method. For evaluation, we use MATLAB-based SLS to check throughput values and analyze throughput performance. The values in <Table 2> apply to the main SLS parameters.

<표 2><Table 2>

도 11의 경우 BS/UE/Hybrid RSU 처리량 그래프 결과에서, 단일 BS-유형 RSU에 자원협력관리 기술인 동적 ICIC와 CS-CoMP 적용 시의 처리량 성능을 확인하고, 하이브리드 RSU 방식에 자원 협력 관리 기술을 적용시킨 경우의 처리량 값과 비교 및 확인한다. 점선 그래프는 특정 기술을 적용시키기 전의 값을 나타내며, 실선 그래프는 자원협력 관리 기술을 적용시킨 후의 처리량 그래프를 나타낸다. 그래프에 따르면 단일 BS-type RSU에서 (Dynamic ICIC + CS CoMP) 적용 시, 처리량이 1.528[Mb/s]에서 1.68[Mb/s] 값으로 약 10% 성능이 향상되었으며, 하이브리드 RSU 방식에 자원협력관리 기술을 적용 시에는 3.02[Mb/s]에서 3.768[Mb/s]로 처리량 성능이 24% 향상된다. In the case of Figure 11, the BS/UE/Hybrid RSU throughput graph results confirm the throughput performance when applying dynamic ICIC and CS-CoMP, which are resource cooperation management technologies, to a single BS-type RSU, and apply the resource cooperation management technology to the hybrid RSU method. Compare and confirm with the throughput value when ordered. The dotted line graph represents the value before applying a specific technology, and the solid line graph represents the throughput graph after applying the resource cooperation management technology. According to the graph, when applying (Dynamic ICIC + CS CoMP) to a single BS-type RSU, the throughput improved by about 10% from 1.528 [Mb/s] to 1.68 [Mb/s], and resource cooperation in the hybrid RSU method was achieved. When applying the management technology, throughput performance improves by 24% from 3.02 [Mb/s] to 3.768 [Mb/s].

도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 셀 범위 확장을 적용한 VUE 처리량을 나타내는 그래프이다. Figure 12 is a graph showing VUE throughput applying cell range expansion according to an embodiment of the present invention.

도 12를 참조하면, 셀 확장 기법을 UE-type RSU에 적용하여 성능을 비교하며, 앞서 제안된 자원협력관리 기술과 동시 적용시의 성능을 함께 비교한다. 하이브리드 RSU 방식에서 CRE 적용 시 평가 항목인 50%의 CDF에서 처리량 확인 시, 3.02[Mb/s]에서 4.246[Mb/s]로 처리량이 증가함을 확인할 수 있으며, 이는 40% 성능 향상에 해당한다. 또한 하이브리드 RSU에서 (동적 ICIC + CS-CoMP) 기술과 함께 CRE 기술 적용시, 3.768[Mb/s]에서 4.537[Mb/s]로 처리량이 증가하며, 이는 약 20%의 성능 향상에 해당된다. 하지만, CDF 값이 증가할 수록 처리량 값은 CRE 기술을 적용시키지 않은 경우와 유사한 평균 처리량 값을 가지며, 이는 CRE 기술이 특히 낮은 처리량 값을 가지는 유저들의 성능 향상에는 영향을 미치나, 높은 처리량 값을 가지는 VUE에는 그렇지 않았음을 확인할 수 있다.Referring to FIG. 12, the performance is compared by applying the cell expansion technique to the UE-type RSU, and the performance when simultaneously applied with the previously proposed resource cooperation management technique is compared. When checking the throughput at 50% CDF, which is an evaluation item when applying CRE in the hybrid RSU method, it can be seen that the throughput increases from 3.02 [Mb/s] to 4.246 [Mb/s], which corresponds to a 40% performance improvement. . Additionally, when CRE technology is applied along with (dynamic ICIC + CS-CoMP) technology in the hybrid RSU, throughput increases from 3.768 [Mb/s] to 4.537 [Mb/s], which corresponds to a performance improvement of about 20%. However, as the CDF value increases, the throughput value has a similar average throughput value to the case where CRE technology is not applied, which means that CRE technology particularly affects the performance improvement of users with low throughput values, but for users with high throughput values. We can confirm that this was not the case in VUE.

도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 3D 빔포밍을 적용한 VUE 처리량을 나타내는 그래프이다.Figure 13 is a graph showing VUE throughput applying 3D beamforming according to an embodiment of the present invention.

도 13을 참조하면, 앞서 적용시킨 기술에 3D 빔포밍을 적용 후 성능을 비교하며, 단일 BS-type RSU에 3D 빔포밍 적용 시 처리량이 1.762[Mb/s]에서 3.276[Mb/s] 증가로 85% 향상됨을 확인할 수 있다. 하이브리드 RSU 방식과 동시에 제안된 기술인 동적 ICIC, CS CoMP, CRE 기술을 모두 적용시킨 상태에서 3D 빔포밍 적용시 처리량은 4.54[Mb/s]에서 5.85[Mb/s]로 증가하여 28% 성능 향상을 보인다. Referring to Figure 13, the performance is compared after applying 3D beamforming to the previously applied technology, and when 3D beamforming is applied to a single BS-type RSU, the throughput increases from 1.762 [Mb/s] to 3.276 [Mb/s]. You can see that there is an 85% improvement. When applying 3D beamforming with the dynamic ICIC, CS CoMP, and CRE technologies proposed simultaneously with the hybrid RSU method, the throughput increases from 4.54 [Mb/s] to 5.85 [Mb/s], resulting in a 28% performance improvement. see.

이상에서 설명된 장치는 하드웨어 구성요소, 소프트웨어 구성요소, 및/또는 하드웨어 구성요소 및 소프트웨어 구성요소의 조합으로 구현될 수 있다. 예를 들어, 실시예들에서 설명된 장치 및 구성요소는, 예를 들어, 프로세서, 콘트롤러, ALU(arithmetic logic unit), 디지털 신호 프로세서(digital signal processor), 마이크로컴퓨터, FPGA(field programmable gate array), PLU(programmable logic unit), 마이크로프로세서, 또는 명령(instruction)을 실행하고 응답할 수 있는 다른 어떠한 장치와 같이, 하나 이상의 범용 컴퓨터 또는 특수 목적 컴퓨터를 이용하여 구현될 수 있다. 처리 장치는 운영 체제(OS) 및 상기 운영 체제 상에서 수행되는 하나 이상의 소프트웨어 애플리케이션을 수행할 수 있다.  또한, 처리 장치는 소프트웨어의 실행에 응답하여, 데이터를 접근, 저장, 조작, 처리 및 생성할 수도 있다.  이해의 편의를 위하여, 처리 장치는 하나가 사용되는 것으로 설명된 경우도 있지만, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는, 처리 장치가 복수 개의 처리 요소(processing element) 및/또는 복수 유형의 처리 요소를 포함할 수 있음을 알 수 있다.  예를 들어, 처리 장치는 복수 개의 프로세서 또는 하나의 프로세서 및 하나의 콘트롤러를 포함할 수 있다.  또한, 병렬 프로세서(parallel processor)와 같은, 다른 처리 구성(processing configuration)도 가능하다.The device described above may be implemented with hardware components, software components, and/or a combination of hardware components and software components. For example, devices and components described in embodiments may include, for example, a processor, a controller, an arithmetic logic unit (ALU), a digital signal processor, a microcomputer, a field programmable gate array (FPGA), etc. , may be implemented using one or more general-purpose or special-purpose computers, such as a programmable logic unit (PLU), a microprocessor, or any other device capable of executing and responding to instructions. A processing device may execute an operating system (OS) and one or more software applications that run on the operating system.  Additionally, a processing device may access, store, manipulate, process, and generate data in response to the execution of software.  For ease of understanding, a single processing device may be described as being used; however, those skilled in the art will understand that a processing device includes multiple processing elements and/or multiple types of processing elements. It can be seen that it may include.  For example, a processing device may include a plurality of processors or one processor and one controller.  Additionally, other processing configurations, such as parallel processors, are possible.

소프트웨어는 컴퓨터 프로그램(computer program), 코드(code), 명령(instruction), 또는 이들 중 하나 이상의 조합을 포함할 수 있으며, 원하는 대로 동작하도록 처리 장치를 구성하거나 독립적으로 또는 결합적으로(collectively) 처리 장치를 명령할 수 있다.  소프트웨어 및/또는 데이터는, 처리 장치에 의하여 해석되거나 처리 장치에 명령 또는 데이터를 제공하기 위하여, 어떤 유형의 기계, 구성요소(component), 물리적 장치, 가상 장치(virtual equipment), 컴퓨터 저장 매체 또는 장치에 구체화(embody)될 수 있다.  소프트웨어는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템 상에 분산되어서, 분산된 방법으로 저장되거나 실행될 수도 있다. 소프트웨어 및 데이터는 하나 이상의 컴퓨터 판독 가능 기록 매체에 저장될 수 있다.Software may include a computer program, code, instructions, or a combination of one or more of these, which may configure a processing unit to operate as desired, or may be processed independently or collectively. You can command the device.  Software and/or data may be used on any type of machine, component, physical device, virtual equipment, computer storage medium or device to be interpreted by or to provide instructions or data to a processing device. It can be embodied in .  Software may be distributed over networked computer systems and stored or executed in a distributed manner. Software and data may be stored on one or more computer-readable recording media.

실시예에 따른 방법은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다.  상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다.  상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 실시예를 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다.  컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다.  프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다.  The method according to the embodiment may be implemented in the form of program instructions that can be executed through various computer means and recorded on a computer-readable medium.  The computer-readable medium may include program instructions, data files, data structures, etc., singly or in combination.  Program instructions recorded on the medium may be specially designed and configured for the embodiment or may be known and available to those skilled in the art of computer software.  Examples of computer-readable recording media include magnetic media such as hard disks, floppy disks, and magnetic tapes, optical media such as CD-ROMs and DVDs, and magnetic media such as floptical disks. -Includes optical media (magneto-optical media) and hardware devices specifically configured to store and execute program instructions, such as ROM, RAM, flash memory, etc.  Examples of program instructions include machine language code, such as that produced by a compiler, as well as high-level language code that can be executed by a computer using an interpreter, etc. 

이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.  예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.As described above, although the embodiments have been described with limited examples and drawings, various modifications and variations can be made by those skilled in the art from the above description.  For example, the described techniques are performed in a different order than the described method, and/or components of the described system, structure, device, circuit, etc. are combined or combined in a different form than the described method, or other components are used. Alternatively, appropriate results may be achieved even if substituted or substituted by an equivalent.

그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 특허청구범위의 범위에 속한다.Therefore, other implementations, other embodiments, and equivalents of the claims also fall within the scope of the claims described below.

Claims (8)

BS-유형 및 UE-유형을 함께 적용하여 네트워크 레이아웃에서 순환 방식(wrap around method)으로 RSU(Road Side Unit)을 배치하고, 공간 위치 프로세스(Spatial Poisson Process)에 따라 VUE(Vehicle User)를 도로에 배치하는 네트워크 레이아웃, 안테나 모델, 채널 모델 및 물리 레이어(Physical Layer)를 생성하는 단계;
상기 생성된 네트워크 레이아웃, 안테나 모델, 채널 모델 및 물리 레이어를 이용하여 효율적인 사용자의 서비스 확보를 위해 BS-유형 및 UE-유형을 선택적으로 사용하는 하이브리드 RSU를 통해 V2X 메시지를 할당하는 단계; 및
단말과 RSU 간 통신에서 자원 협력관리 기술, CRE(Cell Range Expansion) 기술 및 3D 빔포밍(Beamforming) 방식을 적용하는 단계
를 포함하는 자원관리 방법.
By applying the BS-type and UE-type together, RSU (Road Side Unit) is placed in a wrap around method in the network layout, and VUE (Vehicle User) is placed on the road according to the spatial location process (Spatial Poisson Process). Creating a deployed network layout, antenna model, channel model, and physical layer;
Allocating a V2X message through a hybrid RSU that selectively uses BS-type and UE-type to secure efficient user service using the generated network layout, antenna model, channel model, and physical layer; and
Step of applying resource cooperation management technology, CRE (Cell Range Expansion) technology, and 3D beamforming method in communication between terminal and RSU
Resource management method including.
제1항에 있어서,
상기 네트워크 레이아웃, 안테나 모델, 채널 모델 및 물리 레이어(Physical Layer)를 생성하는 단계는,
BS-유형 및 UE-유형의 RSU에 따라 상기 안테나 모델을 서로 상이하게 구성하고,
BS-유형 및 UE-유형의 RSU에 따른 전파 손실을 이용하여 채널 모델을 구성하고,
특정 변조 및 코딩 수준을 사용하여 사용자 처리량을 계산함으로써, 채널의 각 패킷에 대한 PER(Packet Error Rate)을 획득하여 물리 레이어를 구성하는
자원관리 방법.
According to paragraph 1,
The step of creating the network layout, antenna model, channel model, and physical layer is,
The antenna models are configured differently depending on the BS-type and UE-type RSU,
Construct a channel model using propagation loss according to BS-type and UE-type RSU,
By calculating user throughput using specific modulation and coding levels, the PER (Packet Error Rate) for each packet in the channel is obtained to form the physical layer.
Resource management methods.
제1항에 있어서,
상기 생성된 네트워크 레이아웃, 안테나 모델, 채널 모델 및 물리 레이어를 이용하여 효율적인 사용자의 서비스 확보를 위해 BS-유형 및 UE-유형을 선택적으로 사용하는 하이브리드 RSU를 통해 V2X 메시지를 할당하는 단계는,
서로 다른 전송 파워 및 파라미터를 갖는 상기 하이브리드 RSU의 BS-유형 및 UE-유형을 이용하여 가장 높은 수신 SINR을 가지는 RSU를 확인하고 상기 VUE에 서비스를 제공할 RSU를 선택하는
자원관리 방법.
According to paragraph 1,
The step of allocating a V2X message through a hybrid RSU that selectively uses BS-type and UE-type to secure efficient user service using the generated network layout, antenna model, channel model, and physical layer is,
Identifying the RSU with the highest received SINR using the BS-type and UE-type of the hybrid RSU with different transmission power and parameters and selecting the RSU to provide service to the VUE
Resource management methods.
제3항에 있어서,
상기 BS-유형은 차량 통신에서 요구되는 QoS(Quality of Service)를 만족시키기 위해 자원 협력 관리를 적용하고,
상기 UE-유형은 마크로 셀(macro cell)과 스몰 셀(small cell)로 구성된 HetNet(Heterogeneous Networks)에서 스펙트럼 효율 및 에너지 효율성을 지원하기 위한 셀 확장 기법(Cell Range Expansion)을 적용하는
자원관리 방법.
According to paragraph 3,
The BS-type applies resource cooperation management to satisfy the QoS (Quality of Service) required in vehicle communication,
The UE-type applies Cell Range Expansion to support spectral efficiency and energy efficiency in HetNet (Heterogeneous Networks) consisting of macro cells and small cells.
Resource management methods.
BS-유형 및 UE-유형을 함께 적용하여 네트워크 레이아웃에서 순환 방식(wrap around method)으로 RSU(Road Side Unit)을 배치하고, 공간 위치 프로세스(Spatial Poisson Process)에 따라 VUE(Vehicle User)를 도로에 배치하는 네트워크 레이아웃, 안테나 모델, 채널 모델 및 물리 레이어(Physical Layer)를 생성하는 모델 생성부; 및
상기 생성된 네트워크 레이아웃, 안테나 모델, 채널 모델 및 물리 레이어를 이용하여 효율적인 사용자의 서비스 확보를 위해 BS-유형 및 UE-유형을 선택적으로 사용하는 하이브리드 RSU를 통해 V2X 메시지를 할당하고, 단말과 RSU 간 통신에서 자원 협력관리 기술, CRE(Cell Range Expansion) 기술 및 3D 빔포밍(Beamforming) 방식을 적용하는 자원 할당부
를 포함하는 자원관리 시스템.
By applying the BS-type and UE-type together, RSU (Road Side Unit) is placed in a wrap around method in the network layout, and VUE (Vehicle User) is placed on the road according to the spatial location process (Spatial Poisson Process). A model creation unit that generates a deployed network layout, antenna model, channel model, and physical layer; and
Using the created network layout, antenna model, channel model, and physical layer, V2X messages are allocated through a hybrid RSU that selectively uses BS-type and UE-type to secure efficient user service, and Resource allocation department that applies resource cooperation management technology, CRE (Cell Range Expansion) technology, and 3D beamforming method in communications
Resource management system including.
제5항에 있어서,
상기 모델 생성부는,
BS-유형 및 UE-유형의 RSU에 따라 상기 안테나 모델을 서로 상이하게 구성하고,
BS-유형 및 UE-유형의 RSU에 따른 전파 손실을 이용하여 채널 모델을 구성하고,
특정 변조 및 코딩 수준을 사용하여 사용자 처리량을 계산함으로써, 채널의 각 패킷에 대한 PER(Packet Error Rate)을 획득하여 물리 레이어를 구성하는
자원관리 시스템.
According to clause 5,
The model creation unit,
The antenna models are configured differently depending on the BS-type and UE-type RSU,
Construct a channel model using propagation loss according to BS-type and UE-type RSU,
By calculating user throughput using specific modulation and coding levels, the PER (Packet Error Rate) for each packet in the channel is obtained to form the physical layer.
Resource management system.
제5항에 있어서,
상기 자원 할당부는,
서로 다른 전송 파워 및 파라미터를 갖는 상기 하이브리드 RSU의 BS-유형 및 UE-유형을 이용하여 가장 높은 수신 SINR을 가지는 RSU를 확인하고 상기 VUE에 서비스를 제공할 RSU를 선택하는
자원관리 시스템.
According to clause 5,
The resource allocation unit,
Identifying the RSU with the highest received SINR using the BS-type and UE-type of the hybrid RSU with different transmission power and parameters and selecting the RSU to provide service to the VUE
Resource management system.
제7항에 있어서,
상기 자원 할당부는,
상기 BS-유형에 대하여 차량 통신에서 요구되는 QoS(Quality of Service)를 만족시키기 위해 자원 협력 관리를 적용하고,
상기 UE-유형에 대하여 마크로 셀(macro cell)과 스몰 셀(small cell)로 구성된 HetNet(Heterogeneous Networks)에서 스펙트럼 효율 및 에너지 효율성을 지원하기 위한 셀 확장 기법(Cell Range Expansion)을 적용하는
자원관리 시스템.
In clause 7,
The resource allocation unit,
For the BS-type, resource cooperation management is applied to satisfy the QoS (Quality of Service) required in vehicle communication,
For the above UE-type, Cell Range Expansion is applied to support spectral efficiency and energy efficiency in HetNet (Heterogeneous Networks) consisting of macro cells and small cells.
Resource management system.
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Non-Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
[1] 3GPP TR 22.885 (V14.0.0). ;Study on LTE support for Vehicle to Everything (V2X) services; Release 14 December 2015.
[2] "Study on LTE-based V2X Services," 3GPP TR 36.885, V14.0.0, Jun. 2016.
[3] 3GPP TR 37.885 (V15.3.0). ; Study on evaluation methodology of new Vehicle-to-Everything (V2X) use cases for LTE and NR; Release 15 June 2015.
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