WO2014010858A1 - 단말간 통신방법 및 그 단말 - Google Patents

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WO2014010858A1
WO2014010858A1 PCT/KR2013/005833 KR2013005833W WO2014010858A1 WO 2014010858 A1 WO2014010858 A1 WO 2014010858A1 KR 2013005833 W KR2013005833 W KR 2013005833W WO 2014010858 A1 WO2014010858 A1 WO 2014010858A1
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terminal
patterns
subunits
communication
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PCT/KR2013/005833
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French (fr)
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박경민
윤성준
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Pantech Co Ltd
Original Assignee
Pantech Co Ltd
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    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
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    • H04B1/00—Details of transmission systems, not covered by a single one of groups H04B3/00 - H04B13/00; Details of transmission systems not characterised by the medium used for transmission
    • H04B1/69—Spread spectrum techniques
    • H04B1/713—Spread spectrum techniques using frequency hopping
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04W—WIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
    • H04W76/00—Connection management
    • H04W76/10—Connection setup
    • H04W76/14—Direct-mode setup
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    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L27/00—Modulated-carrier systems
    • H04L27/0006—Assessment of spectral gaps suitable for allocating digitally modulated signals, e.g. for carrier allocation in cognitive radio
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L5/00—Arrangements affording multiple use of the transmission path
    • H04L5/003—Arrangements for allocating sub-channels of the transmission path
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    • H04W—WIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
    • H04W72/00—Local resource management
    • H04W72/04—Wireless resource allocation
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L5/00—Arrangements affording multiple use of the transmission path
    • H04L5/003—Arrangements for allocating sub-channels of the transmission path
    • H04L5/0053—Allocation of signalling, i.e. of overhead other than pilot signals
    • H04L5/0055—Physical resource allocation for ACK/NACK

Definitions

  • the present invention relates to a method for a terminal to communicate with another terminal using an uplink radio resource or a part of an uplink radio resource, and a terminal thereof.
  • LTE Long Term Evolution
  • LTE-Advanced network a mobile communication network
  • D2D communication Device to Device communication
  • An object of the present invention is to provide a method and apparatus for reducing the complexity of a terminal sensing task compared to the amount of D2D communication resources and performing communication without interference between terminals or between D2D signals.
  • a method in which a terminal communicates with another terminal comprising: recognizing a radio resource available through carrier sensing; And using the available radio resource corresponding to the first D2D pattern consisting of L pattern subunits (L is a natural number of 1 or more) and F (F is a natural number of 1 or more), thereby identifying its existence. It provides a method of communication between terminals of the terminal sharing the terminal index information that can be notified.
  • Another embodiment of the present invention is a terminal for communicating with other terminals, which recognizes available radio resources through carrier sensing, and L (L is one or more natural numbers) pattern subunits and F (F)
  • the control unit for generating a D2D pattern consisting of patterns of one or more natural numbers; And a transmitter / receiver sharing terminal index information capable of informing its presence using the available radio resource corresponding to the D2D pattern.
  • the number F of the patterns and the number L of the pattern subunits are not equal to each other, or the number F of the patterns and the number L of the pattern subunits are the same, but not a prime number or the number F of the patterns and the pattern subunits
  • the number F of the patterns and P are set and the following equation is used to form the number P of the pattern subunits and the number P of the patterns.
  • d_ (p, n) means the time axis to which the pattern p is mapped in the pattern subunit n.
  • FIG. 1 illustrates an example of a wireless communication system in which a terminal communicates with a base station.
  • FIG. 2 illustrates operation of each terminal required to perform D2D communication for performing distributed communication according to an embodiment.
  • FIG. 3 illustrates a D2D pattern for performing UE index sharing using a standardized pattern.
  • 5 illustrates an example of timing mismatch when each terminal is synchronized with respect to other uplink points.
  • FIG. 6 illustrates an example of overlapping phenomenon between D2D patterns due to timing mismatch when the pattern of FIG. 3 is used.
  • FIG. 7 illustrates terminals that are not mutually detectable according to a terminal sensing signal transmission resource.
  • FIG. 10 illustrates a terminal sensing signal D2D pattern considering interference between patterns due to timing mismatch.
  • FIG. 11 illustrates a D2D pattern supporting overlap in time of up to 'one transmission interval' size between patterns to improve spectral performance or capacity.
  • 16 illustrates frequency hopping of a D2D pattern according to another embodiment.
  • FIG. 17 is a conceptual diagram of a method of changing a pattern subunit order through reversal, movement scrambling, and the like between pattern subunits of a D2D pattern according to another embodiment.
  • 18 is a conceptual diagram of a method of generating a plurality of patterns on the same frequency according to another embodiment.
  • D2D communication distributed communication
  • 21 is a block diagram illustrating a configuration of a terminal according to another embodiment.
  • 22 is a block diagram showing a configuration of a base station according to another embodiment.
  • FIG. 1 illustrates an example of a wireless communication system in which a terminal communicates with a base station.
  • a wireless communication system includes a user equipment (UE) 10 and a base station (BS) 20 that performs uplink and downlink communication with the terminal 10.
  • UE user equipment
  • BS base station
  • the terminal 10 is a comprehensive concept of a terminal in wireless communication.
  • a user station (UE) in WCDMA, LTE, HSPA, etc. as well as a mobile station (MS) and user terminal (UT) in GSM It should be interpreted as a concept including a subscriber station (SS), a wireless device, and the like.
  • SS subscriber station
  • the base station 20 may generally be a station communicating with the terminal 10, and may be a Node-B, an evolved Node-B, an Sector, a Site, or a BTS. It may be called in other terms such as a base transceiver system, an access point, a relay node, and a radio resource head (RRH).
  • a base transceiver system an access point, a relay node, and a radio resource head (RRH).
  • RRH radio resource head
  • the base station 20 is meant to encompass all of the various coverage areas such as megacell, macrocell, microcell, picocell, femtocell, radio resource head (RRH) and relay node communication range.
  • RRH radio resource head
  • D2D communication refers to a communication between the UE (User Equipments) in the same cell or adjacent cells to establish a D2D link between each other and directly send and receive data through the D2D link without passing through the base station.
  • the wireless communication system will be described as an LTE communication system by way of example, but the present invention is not limited thereto and may be applied to any wireless communication system.
  • each terminal In order to establish direct communication between terminals, the location information of each terminal (information on which point in the network is connected) must be shared, and the base station or the central control unit communicates directly between the terminals using the location information of each terminal. Let this be done.
  • each terminal a terminal capable of transmitting or receiving
  • each terminal may provide information about terminals located within a call range capable of D2D communication. It is necessary to determine whether the D2D communication object exists by collecting the information in advance, and when transmitting D2D communication, information on who the other terminal intends to transmit (transmit) should be separately transmitted to the other terminal.
  • the mutual security code may be shared in advance before the D2D communication is performed.
  • the network configures more than a certain level of 'D2D communication resources' and prevents collisions between D2D communication resources.
  • the terminal performs carrier sensing as appropriate.
  • the network can reduce the complexity of the terminal sensing by configuring D2D communication resources into a plurality of D2D signal patterns and allowing each terminal to perform a sensing operation on the D2D signal pattern.
  • An embodiment of the present invention provides a D2D pattern for performing communication without interference between terminals or between D2D signals in a D2D communication in which each terminal performs D2D communication resources search and transmission.
  • UE 0 distinguishes between a D2D pattern being used by other UEs among D2D resource regions preset through carrier sensing and an unused D2D pattern.
  • the UE 0 selects a D2D radio resource corresponding to an unused D2D pattern and shares index information of the UE 0 through the selected D2D resource.
  • UE 0 may share index information of respective UEs through D2D radio resources corresponding to their D2D patterns. For example, UE 0 may receive a signal including the index information of broadcasted UE 1, and by decoding the received signal, UE 0 may recognize the D2D pattern that UE 1 is using.
  • D2D communication which supports direct communication between user terminals using uplink radio resources of a wireless communication system, includes centralized communication in which a base station manages scheduling such as resource allocation and distributed communication without base station control. It can be divided into a hybrid type (hybrid type) and the like combined.
  • a hybrid type hybrid type
  • an operation of each UE of D2D communication for performing distributed communication with reference to FIG. 2 will be described, and D2D patterns used for UE recognition and UE index sharing will be described with reference to FIGS. 3 to 18, and FIGS. 19 and 20.
  • the centralized communication and the distributed communication for performing D2D communication using the D2D pattern will be described respectively.
  • each terminal 12, 14, and 16 corresponds to the terminal 10 of FIG. 1.
  • each of the terminals 12, 14, and 16 recognizes a radio resource available through carrier sensing.
  • each of the terminals 12, 14, and 16 may use the uplink radio resource or a part of the uplink radio resource of the existing mobile communication network to provide terminal index information that may inform its existence. Send it out.
  • each of the terminals 12, 14, and 16 may distinguish between the D2D pattern being used by the terminals and the unused D2D pattern in the preset D2D resource region through carrier sensing.
  • a process of transmitting terminal index information for notifying the existence of each terminal 12, 14, 16 and collecting terminal index information of neighboring D2D terminals is called terminal index sharing. That is, each of the terminals 12, 14, and 16 selects a D2D resource corresponding to an unused D2D pattern, maps index information of each terminal through the selected D2D resource, and shares the mapped signal (broadcasts). do.
  • the other terminals 14 and 16 may share index information of each terminal through D2D radio resources corresponding to their D2D patterns.
  • the terminal 12 receives a signal including index information of the broadcasted terminal 14 through a D2D radio resource corresponding to its D2D pattern.
  • the terminal 12 may decode the index information of the received terminal 14.
  • the terminal 12 when the terminal 12 has a target to which information transmission is performed among the neighboring D2D terminals 14 and 16 recognized through the above-described steps, the terminal 12 may be, for example, a terminal ( 14) transmits its own terminal index and information (which may also include control information).
  • the terminal 14 receiving the control information and / or data receives the closed loop control information and / or N / Ack based on the received signal. Can be delivered to. Meanwhile, the step according to (d) of FIG. 2 may be omitted.
  • UE index sharing should be protected from interference due to a UE performing centralized uplink communication, for example, cellular communication, communication through a separate radio resource should be performed.
  • the terminal in order to perform D2D communication, (a) the terminal should identify the location of the radio resource to which the D2D signal transmitted by another terminal is mapped without the BS's instruction, and (b) recognize the UE and the D2D information that transmitted the D2D signal. do. In order for each UE to perform D2D transmission, the UE should recognize the available D2D radio resource and transmit D2D information and its identity information using this radio resource.
  • the system divides a radio resource that can be used for D2D communication into a finite number of D2D resource blocks (b) and each terminal determines whether to use each resource block. (C) If the resource block is in use, it determines whether the necessary information is loaded. (D) If the resource block is not used, D2D communication is performed by using the resource block.
  • a multiplexing method for supporting D2D communication to multiple terminals should be considered, and various such as FDM / TDM (frequency domain (division) multiplexing / time domain (division) multiplexing) Multiplexing of schemes can be considered.
  • OFDMA Orthogonal Frequency Division Multiple Access
  • PAPR Peak to Average Power Ratio
  • SC-FDMA Single carrier frequency
  • a plurality of D2D patterns may be designed in an FDM scheme in the same time interval.
  • each terminal cannot receive D2D signals of other terminals received in the same time zone when transmitting the D2D signal.
  • the same band refers to a radio resource or a set of resources located close to frequencies so that the RF circuit of the UE cannot simultaneously transmit and receive.
  • communication is performed using the LTE uplink band, which means that a plurality of terminals perform D2D communication on the same band when operating in an LTE uplink single carrier environment. Therefore, each terminal transmitting the D2D signal cannot recognize the D2D signal of another terminal in the time domain for transmitting the signal.
  • the D2D pattern should be designed in a narrow band, which limits the amount of radio resources available for D2D communication. Therefore, it is necessary to design a D2D pattern in which TDM and FDM are properly mixed.
  • FIG. 3 illustrates a D2D pattern for performing UE index sharing using a standardized pattern.
  • radio resources are allocated to the D2D UE index sharing in the D2D pattern 300.
  • each of the terminals 12, 14, and 16 selects available radio resources among them through carrier sensing and uses the same for transmitting the terminal index.
  • One radio resource shown in FIG. 3 may be one resource element in an LTE subframe or a bundle of resource elements in time-frequency.
  • a smaller number of D2D patterns 300 are formed using the nine radio resources, and each pattern Through carrier sensing, a resource pattern to be used for the UE index transmission may be selected.
  • each terminal detects and selects resources to be used for D2D communication.
  • the method selects a resource pattern and selects a resource pattern through all the radio resources included in the pattern according to the amount of radio resources to be transmitted. Alternatively, some may be used to perform D2D communication.
  • each terminal 12, 14, and 16 sets a separate TA (Timing Alignment) value for synchronization, and a TA value suitable for an uplink propagation delay.
  • TA Timing Alignment
  • D2D communication will operate without a separate synchronization signal.
  • Each terminal 12, 14 and 16 performs D2D signal transmission in synchronization with LTE uplink transmission.
  • there is no synchronization between the D2D signals of the terminals 12, 14, and 16 there is a timing misalignment between the D2D signals transmitted by the terminals 12, 14, and 16. This results in overlapping between patterns.
  • FIG. 4 illustrates an example of D2D timing mismatch occurring between UEs synchronized to LTE uplink transmission with respect to the same cell.
  • FIG. 5 illustrates timing mismatch when each UE is synchronized with respect to other uplink points. It is an example. 6 illustrates an example of overlapping phenomenon between D2D patterns due to timing mismatch when the pattern of FIG. 3 is used.
  • each terminal 12, 14, and 16 since the D2D signals of the terminals 12, 14, and 16 which are synchronized with respect to uplink of LTE or other cellular communication are not synchronized, each terminal 12, 14, and 16 transmits. Timing mismatch occurs between the D2D signals.
  • timing mismatch can be a serious problem.
  • timing mismatch may occur in a range of 1 symbol duration or less.
  • timing mismatch between D2D terminals may be larger than several subframes.
  • timing mismatches as shown in FIG. 6 may occur.
  • the terminal 12 and the terminal 14 transmit their D2D signals. It is not possible to receive the D2D signal transmitted by the other terminal during. In other words, in this situation, the terminal 12 and the terminal 14 operate like a half duplex TDD scheme.
  • FIG. 7 illustrates terminals that are not mutually detectable according to a terminal sensing signal transmission resource.
  • a plurality of D2D patterns divided in both frequency domain and time domain can be designed and each of these D2D patterns can be utilized as a resource block.
  • a plurality of D2D patterns are repeated at regular intervals, and each terminal determines whether the patterns can be used for each pattern through carrier sensing. If there is a D2D pattern that is determined not to be used as a result of carrier sensing, the D2D signal is transmitted using the D2D pattern.
  • the number of D2D terminals that can be simultaneously connected is determined according to the number of D2D patterns that are set.
  • a system operating with contention-based access may support a smooth access of the UE only when a large number of D2D patterns are defined.
  • the terminal sensing signal transmission pattern as shown in FIG. 8 may be used.
  • three D2D patterns having a length of 3 in a band available for D2D communication may be designed to be divided in both time / frequency domains.
  • the D2D pattern illustrated in (c) of FIG. 8 is an optimal pattern in which overlapping of patterns occurs only in a time domain corresponding to at most one transmission interval unit regardless of timing mismatch.
  • 8A is an arbitrary pattern in which three D2D patterns are divided in both time / frequency domains in a band usable for D2D communication.
  • FIG. 8B is a D2D pattern to which a Latin square pattern is applied.
  • this D2D pattern time-base overlap between the patterns occurs irregularly, so that randomization gain can be obtained.
  • FIG. 8C is an optimized pattern in which overlap between patterns does not exceed the size of one transmission section unit when overlapping between patterns occurs.
  • TMA timing mismatch
  • the terminal 12 and the terminal 14 there is more than a certain level of timing misalignment between the terminal 12 and the terminal 14.
  • the D2D signal transmitted by the terminal 12 and the D2D signal transmitted by the terminal 14 overlap in all transmission intervals, and the terminal 12 and the terminal 14 do not receive the counterpart D2D signal.
  • the timing mismatch problem shown in FIG. 9 occurs because the time difference between the D2D patterns is the same in each D2D pattern.
  • 9 (a) and 9 (b) are examples of a situation in which an overlap between patterns occurs due to timing mismatch between terminals when the patterns of FIGS. 8A and 8B are used.
  • FIG. 10 illustrates a terminal sensing signal D2D pattern considering interference between patterns due to timing mismatch.
  • the minimum unit in which the D2D signal can be transmitted in the D2D pattern is called a 'transmission interval unit'
  • the entire unit in which the D2D signal is transmitted is called a 'pattern unit'.
  • the D2D pattern considering the interference between patterns due to timing mismatch needs to be set such that a time difference between transmissions is different.
  • the pattern of FIG. 10B even if a timing mismatch occurs at a predetermined level or more, as shown in FIG. 10B, if an overlap occurs in a time of the maximum 'one transmission interval' size between the patterns, and the length of the D2D pattern is long enough The effects of the overlap can be overcome.
  • the D2D pattern is designed as shown in FIG. 10, the number of radio resources used for the D2D pattern design is further increased, which may cause spectral efficiency and reduced capacity.
  • FIG. 11 illustrates a D2D pattern supporting overlap in time of up to 'one transmission interval' size between patterns to improve spectral performance or capacity.
  • an overlap of a maximum 'one transmission interval' size occurs between D2D patterns regardless of the magnitude of timing mismatch, while the number of radio resources required to define a D2D pattern of the same length is reduced.
  • the D2D pattern performs one transmission in a pattern subunit 1230 consisting of M transmission interval units 1220 in one pattern unit 1210 and performs a total of L transmissions. Configured to perform.
  • the 'pattern subunit 1230' different F D2D patterns may be generated.
  • the transmission interval unit 1220 may be one resource element on the LTE subframe or a bundle of two or more resource elements, for example, 4 * 4 resource elements as shown in the lower part of FIG. 12. Can be.
  • a method of directly finding an optimal pattern may be used.
  • the optimal pattern is pattern overlapping once per L transmission interval units, which is a performance indicator, while pattern overlap occurs only in a time interval corresponding to the size of one transmission interval unit 1210 regardless of the timing mismatch size.
  • the following embodiments provide a D2D pattern that guarantees higher spectral performance by complementing the D2D pattern shown in FIG. 11.
  • the following embodiments show a sub-optimal performance that shows the same performance as the optimal pattern for various system parameters under various communication environments through a formalized technique, instead of generating an optimal pattern through confirmation according to a case as shown in FIG. 14.
  • d_ (f, n) Mod (nf, M)
  • d_ (f, n) means the time axis to which the pattern f is mapped in the pattern subunit n.
  • d_ (p, n) means a time axis to which the pattern p is mapped in the pattern subunit n.
  • P the smallest prime number larger than the number F of patterns and the number L of pattern subunits
  • a portion consisting of 14 pattern subunits is removed by removing some of the 17 pattern subunits constituting the pattern, and 7 patterns are selected to determine the final pattern.
  • the operation of selecting the pattern and the pattern subunit may be performed so as not to cause an overlap in timing mismatch of the timing mismatch, or the operation may be performed at random. For example, when there is no timing mismatch, the first pattern subunit, in which overlap between transmission units occurs, may be removed, and both end pattern subunits may be sequentially removed.
  • the final pattern may be selected by preferentially erasing the patterns causing overlap between the patterns for the small timing mismatch.
  • timing mismatch is fixed by using a method of preferentially removing the first pattern subunit and then removing both ends of the pattern subunit. Under less than one environment can generate patterns that do not overlap between patterns.
  • a method of generating a D2D pattern according to another exemplary embodiment described with reference to FIGS. 14 and 15 is expressed by the following equation.
  • the transmission time unit used by the f-th pattern in the l-th pattern subunit may be expressed as follows.
  • Time unit mod ((f + o) x (l + s), P)
  • o is the number of patterns that have an index that takes precedence over pattern f when F patterns are selected from the original pattern group
  • s is the number in front of the first pattern subunit when generating a pattern of length L in the original pattern group.
  • the number of pattern subunits removed. o and s may be different values for each f and l, and may have the same value for all f and l depending on the pattern generation method.
  • the transmission time unit used by the pattern f in each pattern subunit can be expressed as follows.
  • Time unit (mod ((f + o) x (l + s), P), L + mod ((f + o) x (l + s), P), 2L + mod ((f + o) x (l + s), P),... ⁇
  • the resources (k, s) to which the pattern f is mapped with respect to the pattern f can be expressed as follows.
  • k and l may be indexes of subcarriers and symbols, and may be indexes of a bundle of subcarriers or a bundle of symbols.
  • k (f) When k is an index of a set of subcarriers, k (f) may be expressed by one of the following two equations.
  • k (f) fN + F0 + o, fN + F0 + o + o1, ..., fN + F0 + o + (N-1)
  • k (f) fN + F0 + o + i, fN + F0 + o + i +1, ..., fN + F0 + o + j
  • I and j are parameters used to set a guard subcarrier between patterns.
  • s (f) may be expressed as follows.
  • s (f) ⁇ Jxmod ((f + o) x (l + s), P) + a, Jxmod ((f + o) x (l + s), P) + a + 1, .... , Jxmod ((f + o) x (l + s), P) + b, L + Jxmod ((f + o) x (l + s), P) + a, L + Jxmod ((f + o) x (l + s), P) + a + 1, ...., Jxmod ((f + o) x (l + s), P) + b,... . ⁇
  • 16 illustrates frequency hopping of a D2D pattern according to another embodiment.
  • the transmission section units of the second pattern subunit are frequency hopping.
  • the frequency domain factor may change in the above-described equations. That is, the position of the frequency domain of the radio resource to which the pattern f is mapped may be changed as follows.
  • k (f, l) q (l) N + F0 + o, q (l) N + F0 + o + 1, ..., q (l) N + F0 + o + (N-1)
  • k (f, l) q (l) N + F0 + o + i, q (l) N + F0 + o + i +1, ..., q (l) N + F0 + o + j
  • q (l) is a factor for the frequency hopping pattern corresponding to transmission interval unit l.
  • the time axis difference between patterns increases as the pattern subunit index increases, but the present invention is not limited thereto.
  • FIG. 17 is a conceptual diagram of a method of changing a pattern subunit order through reversal, movement scrambling, and the like between pattern subunits of a D2D pattern according to another embodiment.
  • each pattern subunit after designing each pattern subunit such that the differences in the time axis between the patterns are different, the pattern subunit order through reversing, shifting, scrambling, and the like between the pattern subunits. You can create a variety of patterns by changing the way.
  • the inversion, movement, and scrambling between the pattern subunits of the D2D pattern described with reference to FIG. 17 may be applied to any D2D pattern described with reference to FIGS. 9, 10, and 14 as well as the D2D pattern described with reference to FIG. 15. .
  • each D2D pattern is defined in a different subcarrier has been described, but the present invention is not limited thereto.
  • 18 is a conceptual diagram of a method of generating a plurality of patterns on the same frequency according to another embodiment.
  • a D2D pattern according to another embodiment may be a D2D pattern including F 'patterns smaller than F by performing frequency overlap on the remaining portions on the same frequency in F patterns.
  • frequency overlap may be performed on the remaining portions on the same frequency. As illustrated in (c) of FIG. 18, frequency overlap may be performed for two frequencies. In addition, as illustrated in FIG. 18D, frequency overlap may be performed at one frequency.
  • a method of generating a plurality of patterns on the same frequency according to another embodiment described with reference to FIG. 18 may be applied to any D2D pattern described with reference to FIGS. 9, 10, 14, etc. as well as the D2D pattern described with reference to FIG. 15. Applicable
  • each terminal 12, 14, and 16 may have a radio resource to be transmitted through D2D communication.
  • information transmission may be performed through a D2D link using a radio resource defined by the D2D pattern described with reference to FIGS. 3 to 18 or by using a separate radio resource.
  • 19 and 20 are diagrams illustrating overall D2D communication including a step in which terminals are allocated resources for use in D2D communication after terminal index sharing between terminals described with reference to FIG. 2 is performed.
  • D2D communication centralized communication
  • Each terminal 12, 14, and 16 recognizes available radio resources through carrier sensing (S1910).
  • each terminal 12, 14, 16 selects a part of an uplink radio resource or an uplink radio resource of the existing mobile communication network for sharing the terminal index (S1920).
  • operation S1920 one of the D2D patterns of the D2D patterns of FIGS. 3 and 5, 8, 9, 10, 11, 13, and 18 may be generated.
  • the pattern f may be generated in each pattern subunit by Equation 2 or the pattern f may be mapped to the resource (k, s) by one of Equations 3 to 6.
  • each of the terminals 12, 14, and 16 transmits the terminal index information for notifying of its existence using the D2D radio resource corresponding to the D2D pattern generated in step S1920, and receives the terminal index information of the neighboring D2D terminals.
  • the terminal index sharing process is performed (S1930).
  • Each terminal 12, 14, and 16 reports information on a D2D terminal located in its vicinity, for example, a searched terminal index, to the base station 20 through the LTE uplink (S1940).
  • the base station 20 determines the combination of the D2D network that can be connected between the terminals through this information.
  • the terminal intends to perform D2D communication, it reports to the base station 20 through the LTE uplink which information (type and / or size) to which terminal to transmit.
  • the base station 20 allocates a radio resource to be used for transmitting D2D information to a terminal requesting D2D transmission in consideration of D2D connection and LTE uplink scheduling between terminals (S1960).
  • the base station 20 is an indicator for performing a D2D reception for the terminal to perform the D2D reception (information about the terminal performing the D2D transmission and / or radio resources used for D2D communication and / or D2D Control information including an indicator indicating that the reception should be performed).
  • the specific terminal 12 to perform the D2D transmission performs the D2D transmission with the terminal 14 that is the target of the D2D transmission (S1970).
  • D2D communication distributed communication
  • each terminal 12, 14, 16 recognizes a radio resource that it can use through operations such as carrier sensing (S2010).
  • S2010 carrier sensing
  • each terminal 12, 14, 16 selects a part of an uplink radio resource or an uplink radio resource of the existing mobile communication network for sharing the terminal index (S2020).
  • it means generating one of the D2D patterns of FIGS. 3 and 5, 8, 9, 10, 11, 13 and 18.
  • each terminal 12, 14, and 16 may generate a pattern f in each pattern subunit by Equation 2 or assign the pattern f to a resource (k, s) by one of Equations 3 to 6. Can be mapped.
  • each of the terminals 12, 14, and 16 transmits the terminal index information for notifying its existence using the D2D radio resource corresponding to the D2D pattern generated in step S2020 and collects the terminal index information of the neighboring D2D terminals.
  • the terminal index sharing process is performed (S2030).
  • the first terminal 12 to perform D2D transmission transmits a signal including D2D information transmission, for example, terminal index information, to the second terminal 14 through a radio resource (S2040). If the terminal index sharing process (S2030) uses a signal that is broadcast casting, the terminal index transmission process (S2040) has a difference of using a dedicated signal.
  • the second terminal 14 having received the terminal index transmits a response to the first terminal 12 (S2050).
  • the first terminal 12 performs D2D communication with the second terminal 14 (S2070).
  • the centralized D2D communication described with reference to FIG. 19 or the distributed communication described with reference to FIG. 20 and a combination thereof may be referred to as spectral efficiency for data transmission and low D2D control overhead.
  • spectral efficiency for data transmission and low D2D control overhead There are other advantages, and an appropriate method may be used according to the type of service of D2D communication and the network configuration.
  • 21 is a block diagram illustrating a configuration of a terminal according to another embodiment.
  • the terminal 2100 includes a controller 2110 and a transceiver 2120.
  • the controller 2110 recognizes a radio resource available through carrier sensing and selects a part of an uplink radio resource or an uplink radio resource of an existing mobile communication network to share a terminal index.
  • One of the D2D patterns of the 8, 9, 10, 11, 13 to 18 may be generated.
  • the transmitter / receiver 2120 transmits terminal index information for notifying its presence using D2D radio resources corresponding to the D2D pattern generated in operation S1920 and performs a terminal index sharing process for receiving terminal index information of neighboring D2D terminals. Perform.
  • the transceiver 2120 reports information about a D2D UE located near itself, for example, a searched UE index, to the base station through LTE uplink or as shown in FIG. 20.
  • the D2D reception is transmitted to a terminal to perform D2D reception and a response is received from the terminal.
  • the transceiver 2120 performs a D2D transmission with a terminal, which is a target of D2D transmission.
  • 22 is a block diagram showing a configuration of a base station according to another embodiment.
  • the base station 2200 includes a transceiver 2200 and a controller 2220.
  • the transceiver 2210 receives information required for D2D communication from each terminal and transmits control information to each terminal. As illustrated in FIG. 19, the transmitter / receiver 2210 receives information about a D2D terminal located in its vicinity, for example, a searched terminal index through LTE uplink, from a specific terminal to perform D2D transmission in the case of centralized communication. do.
  • the controller 2220 allocates a radio resource to be used for transmitting D2D information to a terminal requesting D2D transmission in consideration of D2D connection and LTE uplink scheduling between terminals.
  • the controller 2220 may instruct the terminal to perform the D2D reception to perform the D2D reception by transmitting an indicator indicating to perform the D2D reception.

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Abstract

본 발명은 단말이 상향링크 무선 자원 또는 상향링크 무선 자원의 일부를 사용하여 다른 단말과 통신하는 방법 및 그 단말에 관한 것이다.

Description

단말간 통신방법 및 그 단말
본 발명은 단말이 상향링크 무선 자원 또는 상향링크 무선 자원의 일부를 사용하여 다른 단말과 통신하는 방법 및 그 단말에 관한 것이다.
보다 다양한 서비스를 사용자에게 제공하고 보다 효율적인 대역 사용을 통한 통신 용량 증대를 위해 기존 이동 통신망, 예를 들어 LTE(Long Term Evolution) 또는 LTE-Advanced 망의 상향링크 무선 자원을 사용하여 사용자 단말(user equipment) 간 직접 통신을 지원하는 D2D 통신(Device to Device communication)에 대한 연구가 진행되고 있다.
본 발명은 D2D 통신 자원의 양 대비 단말 센싱 작업의 복잡도를 감소하고 단말 간 또는 D2D 신호 간 간섭 없이 통신을 수행할 수 있는 방법 및 그 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 일 실시예는, 단말이 다른 단말과 통신하는 방법에 있어서, 캐리어 센싱(carrier sensing)을 통해 사용 가능한 무선 자원을 인지하는 단계; 및 L개(L은 1 이상의 자연수)의 패턴 서브유닛들과 F개(F는 1 이상의 자연수)의 패턴들로 구성된 제1 D2D 패턴에 해당하는 상기 사용 가능한 무선 자원을 사용하여, 자신의 존재를 알릴 수 있는 단말 인덱스 정보를 공유하는 단계를 단말의 단말간 통신방법을 제공한다.
본 발명의 다른 실시예는, 다른 단말과 통신하는 단말로, 캐리어 센싱(carrier sensing)을 통해 사용 가능한 무선 자원을 인지하고 L개(L은 1 이상의 자연수)의 패턴 서브유닛들과 F개(F는 1 이상의 자연수)의 패턴들로 구성된 D2D 패턴을 생성하는 제어부; 및 상기 D2D 패턴에 해당하는 상기 사용 가능한 무선 자원을 사용하여 자신의 존재를 알릴 수 있는 단말 인덱스 정보를 공유하는 송수신부를 포함한다.
상기 패턴의 개수 F와 상기 패턴 서브유닛의 개수 L이 서로 동일하지 않은 경우 또는 상기 패턴의 개수 F와 상기 패턴 서브유닛의 개수 L이 동일하더라도 소수가 아닌 경우 또는 상기 패턴의 개수 F와 상기 패턴 서브유닛의 개수 L 중에서 하나만 소수인 경우에, 상기 패턴의 개수 F와 상기 패턴 서브유닛의 개수 L보다 큰 가장 작은 소수인 P가 설정되고 아래 수학식이 사용되어 패턴 서브유닛의 개수 P와 패턴의 개수 P을 만족하는 제2패턴이 생성된 후 P-L개의 패턴 서브유닛들이 제거되고 F개의 패턴들이 선택되어 L개의 패턴 서브유닛들과 F개의 패턴들로 구성된 상기 제1 D2D 패턴이 생성될 수 있다.
d_(p,n)=Mod(np,P)
상기 수학식에서 0<=p<=P-1 및 0<=n<=P-1이며 d_(p,n)은 패턴 서브유닛 n 내에서 패턴 p가 매핑되는 시간축을 의미한다
상술한 본 발명에 따르면, D2D 통신 자원의 양 대비 단말 센싱 작업의 복잡도를 감소하고 단말 간 또는 D2D 신호 간 간섭 없이 통신을 수행할 수 있다.
도 1은 단말이 기지국과 통신하는 무선 통신 시스템의 예를 도시한다.
도 2는 일실시예에 따른 분산통신(distributed communication)을 수행하는 D2D 통신을 수행하기 위해 필요한 각 단말 동작을 도시하고 있다.
도 3은 정형화된 패턴을 사용하여 단말 인덱스 공유를 수행하는 D2D 패턴을 도시하고 있다.
도 4는 동일 셀에 대하여 LTE 상향링크 전송에 동기화되어 있는 각 단말간 발생하는 D2D 타이밍 부정합에 대한 예시이다.
도 5는 각 단말이 다른 상향링크 포인트들에 대하여 동기화되어 있는 경우의 타이밍 부정합에 대한 예시이다.
도 6은 도 3의 패턴 사용 시 타이밍 부정합에 의해 D2D 패턴 간 겹침 현상에 대한 예시이다.
도 7은 단말 감지 신호 전송 자원에 따라 상호 감지가 불가능한 단말들을 도시하고 있다.
도 8는 단말 감지 신호 전송 D2D 패턴들의 다른 예들을 도시하고 있다.
도 9는 큰 타이밍 부정합에 의한 패턴간 시간 겹침을 도시하고 있다.
도 10은 타이밍 부정합에 의한 패턴 간 간섭을 고려한 단말 감지 신호 D2D 패턴을 도시하고 있다.
도 11은 스펙트럼 성능 또는 커패시티를 향상시키기 위한 패턴 간 최대 ‘하나의 전송 구간’ 크기의 시간상에서 오버랩을 지원하는 D2D 패턴을 도시하고 있다.
도 12는 D2D 패턴의 구조이다.
도 13은 다른 실시예에 따른 D2D 패턴 생성방법에 따라 L=F=M인 경우 일반화 수식으로 생성된 D2D 패턴을 도시하고 있다.
도 14는 도 13에서 L=F=4인 경우 D2D 패턴을 수정하여 생성된 최적 패턴을 도시하고 있다.
도 15는 F=3, L=4인 경우, 3 및 4보다 큰 가장 큰 소수인 P=5라 설정한 후 또 다른 실시예에 따른 D2D 패턴 생성방법에 따라 생성된 D2D 패턴을 도시하고 있다.
도 16은 또 다른 실시예에 따른 D2D 패턴의 주파수 호핑을 도시하고 있다.
도 17은 또 다른 실시예에 따른 D2D 패턴의 패턴 서브유닛간 반전, 이동 스크램블링 등을 통해 패턴 서브유닛 순서를 바꾸는 방법의 개념도이다.
도 18은 또 다른 실시예에 따른 동일 주파수 상에서 다수의 패턴을 생성하는 방법의 개념도이다.
도 19는 D2D 통신이 기지국의 제어 하에 D2D 통신(중앙 집중 통신)이 수행되는 흐름도이다.
도 20은 기지국의 제어없이 D2D 통신(분산 통신)이 단말 간 협업에 의해 수행되는 흐름도이다.
도 21은 다른 실시예에 따른 단말의 구성을 도시하는 블록도이다.
도 22는 다른 실시예에 따른 기지국의 구성을 도시하는 블록도이다.
이하, 본 발명의 일부 실시 예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
도 1은 단말이 기지국과 통신하는 무선 통신 시스템의 예를 도시한다.
도 1을 참조하면, 무선 통신 시스템은 단말(User Equipment, UE)(10) 및 단말(10)과 상향링크 및 하향링크 통신을 수행하는 기지국(Base Station, BS)(20)을 포함한다.
본 명세서에서 단말(10)은 무선 통신에서의 단말을 의미하는 포괄적인 개념으로서, WCDMA, LTE, HSPA 등에서의 UE(User Equipment)는 물론, GSM에서의 MS(Mobile Station), UT(User Terminal), SS(Subscriber Station), 무선 기기(wireless device) 등을 모두 포함하는 개념으로 해석되어야 할 것이다.
기지국(20)은 일반적으로 단말(10)과 통신하는 지점(station)일 수 있고, 노드-B(Node-B), eNodeB(evolved Node-B), 섹터(Sector), 싸이트(Site), BTS(Base Transceiver System), 액세스 포인트(Access Point), 릴레이 노드(Relay Node), RRH(Radio Resource Head) 등 다른 용어로 불릴 수 있다.
또한, 기지국(20)은 메가셀, 매크로셀, 마이크로셀, 피코셀, 팸토셀, RRH(Radio Resource Head) 및 릴레이 노드 통신 범위 등 다양한 커버리지 영역을 모두 포괄하는 의미이다.
한편, D2D 통신이란 동일한 셀 또는 서로 인접한 셀 내의 단말들(User Equipments)이 서로간에 D2D 링크를 설정한 뒤 기지국을 거치지 않고 데이터를 D2D 링크를 통해서 직접 주고받는 통신을 말한다. 이하 본 명세서에서 무선 통신 시스템을 LTE 통신 시스템으로 예시적으로 설명하나 본 발명은 이에 제한되지 않고 어떤 무선 통신 시스템에도 적용 가능하다.
단말 간 직접 통신이 성립되기 위해서는, 각 단말의 위치 정보(네트워크 상 어느 포인트에 접속되어 있는지에 대한 정보)가 공유되어야 하며, 기지국 또는 중앙 제어부는 각 단말의 위치 정보를 사용하여 각 단말 간에 직접 통신이 이루어지도록 한다. 기지국 또는 중앙 제어부의 제어없이 통신이 수행되는 D2D 통신의 경우, D2D 통신의 대상이 되는 각 단말(전송 또는 수신을 수행할 수 있는 단말)은 D2D 통신이 가능한 통화 범위 내에 위치한 단말들에 대한 정보를 수집하여 D2D 통신 대상의 존재 여부를 미리 판별하여야 하며, D2D 통신 수행 시 자신이 정보 전달(전송)을 의도하는 상대 단말이 누구인지에 대한 정보를 별도로 상대 단말에 전달하여야 한다. 또한, 기지국 또는 중앙 제어부를 통한 통신을 수행할 때와 마찬가지로, D2D 통신이 수행되기 전 상호 보안 코드를 사전에 공유할 수 있다.
기지국 제어없이 수 많은 단말이 송출하는 D2D 신호가 서로 간 충돌 없이 다수의 단말들에 전송되기 위해서, 네트워크는 일정 수준 이상의 ‘D2D 통신 자원들’을 구성하고 D2D 통신 자원들 간 충돌이 발생하지 않도록 각 단말이 적절히 캐리어 센싱을 수행한다. 하지만, 일정 수준 이상의 무선 자원이 D2D 통신 자원들로 할당되는 경우, 할당된 D2D 통신 자원들을 감지하기 위한 단말의 동작이 복잡해지는 문제점이 있다. 이러한 문제점을 해결하기 위해 네트워크는 D2D 통신 자원들을 다수의 D2D 신호 패턴으로 구성하고 각 단말이 D2D 신호 패턴에 대하여 센싱 작업을 수행하도록 하는 방식으로 단말 센싱 작업의 복잡도를 감소시킬 수 있다.
본 발명의 일실시예로는 각 단말이 D2D 통신 자원들 검색 및 전송을 수행하는 D2D 통신에서, 단말 간 또는 D2D 신호 간 간섭 없이 통신이 수행되도록 하는 D2D 패턴을 제공한다.
본 발명의 다른 일실시예로 UE 0는 캐리어 센싱을 통해 미리 설정되어 있는 D2D 자원 영역 중 다른 UE들에 의해 사용 중인 D2D 패턴과, 사용되지 않는 D2D 패턴을 구분한다. 상기 UE 0는 사용되지 않는 D2D 패턴에 해당하는 D2D 무선 자원을 선택하고, 선택된 D2D 자원을 통해 UE 0의 인덱스 정보를 공유(broadcasting)한다.
상기 UE 0가 자신의 인덱스 정보를 공유하는 것과 마찬가지로 다른 UE들도 자신의 D2D 패턴에 상응하는 D2D 무선 자원을 통해 각 UE들의 인덱스 정보를 공유할 수 있다. 예컨대, UE 0는 브로드캐스팅된 UE 1의 인덱스 정보가 포함된 신호를 수신할 수 있으며, 수신한 신호를 복호함으로써 UE 1이 사용 중인 D2D 패턴을 인지할 수 있게 된다.
무선 통신 시스템의 상향링크 무선 자원을 사용하여 사용자 단말 간 직접 통신을 지원하는 D2D 통신은 기지국이 자원 할당 등 스케줄링을 관리하는 중앙 집중 통신(centralized communication)과 기지국 제어없는 분산 통신(distributed communication), 양자를 조합한 하이브리드 타입(hybrid type) 등으로 나눌 수 있다. 이하 도 2를 참조하여 분산 통신을 수행하는 D2D 통신의 각 단말의 동작을 설명하고 도 3 내지 도 18을 참조하여 단말 인지 및 단말 인덱스 공유에 사용되는 D2D 패턴을 설명하고 도 19 및 도 20을 참조하여 D2D 패턴을 사용해 D2D 통신을 수행하는 중앙 집중 통신 및 분산 통신을 각각 설명한다.
도 2는 일실시예에 따른 분산통신(distributed communication)에 따른 D2D 통신을 수행하기 위한 각 단말 동작을 도시하고 있다. 도 2에서 각 단말(12, 14, 16)은 도 1의 단말(10)에 해당한다.
도 2의 (a)에 도시한 바와 같이 각 단말(12, 14, 16)은 캐리어 센싱(carrier sensing)을 통해 사용 가능한 무선 자원을 인지한다.
도 2의 (b)에 도시한 바와 같이 각 단말(12, 14, 16)은 기존 이동 통신망의 상향링크 무선 자원 또는 상향링크 무선 자원의 일부를 사용하여 자신의 존재를 알릴 수 있는 단말 인덱스 정보를 송출한다. 또한, 각 단말(12, 14, 16)은 캐리어 센싱을 통해 미리 설정된 D2D 자원 영역내에 단말들에 의해 사용 중인 D2D 패턴과, 사용되지 않는 D2D 패턴을 구분할 수 있다. 본 명세서에서 각 단말들(12, 14, 16)이 자신의 존재를 알릴 수 있는 단말 인덱스 정보를 송출하고 주변 D2D 단말의 단말 인덱스 정보를 수집하는 과정을 단말 인덱스 공유라고 명명한다. 즉 상기 각 단말들(12, 14, 16) 각각은 사용되지 않는 D2D 패턴에 상응하는 D2D 자원을 선택하고, 선택된 D2D 자원을 통해 각 단말의 인덱스 정보를 매핑하고, 매핑된 신호를 공유(방송)한다.
단말(12)이 자신의 인덱스 정보를 공유하는 것과 마찬가지로 다른 단말들(14, 16)도 자신의 D2D 패턴에 상응하는 D2D 무선 자원을 통해 각 단말들의 인덱스 정보를 공유할 수 있다. 예컨데 단말(12)는 자신의 D2D 패턴에 상응하는 D2D 무선 자원을 통해 브로드캐스팅된 단말(14)의 인덱스 정보가 포함된 신호를 수신한다. 단말(12)는 수신한 단말(14)의 인덱스 정보를 복호할 수 있다.
도 2의 (c)에 도시한 바와 같이 단말(12)은 상기의 단계를 통해 인지한 주변 D2D 단말(14, 16) 중 자신이 정보 전송을 수행하고자 하는 대상이 존재하는 경우, 일례로 단말(14)에 자신의 단말 인덱스 및 정보(제어 정보도 포함될 수 있음) 전송을 수행한다.
도 2의 (d)에 도시한 바와 같이 제어정보 및/또는 데이터를 수신한 단말(14)은 수신 신호에 근거하여 폐루프(closed loop) 제어 정보 및/또는 N/Ack 등을 단말(12)에 전달할 수 있다. 한편, 도 2의 (d)에 따른 단계는 생략될 수 있다.
단말 인덱스 공유(sharing)은 중앙 집중형 상향링크 통신, 예를 들어 셀룰라 통신을 수행하는 단말로 인한 간섭으로부터 보호받아야 함으로 별도의 무선 자원을 통한 통신이 수행되어야 한다.
다시 말해 D2D 통신을 수행하기 위해서는 (a) 단말은 기지국의 지시없이 다른 단말이 전송하는 D2D 신호가 매핑되어 있는 무선 자원의 위치를 파악하고 (b) D2D 신호를 전송한 단말 및 D2D 정보를 인지하여야 한다. 각 단말이 D2D 전송을 수행하기 위해서 단말은 사용 가능한 D2D 무선 자원을 인지하고 이 무선 자원을 사용하여 D2D 정보 및 자신의 신원(identity) 정보를 전송하여야 한다.
상기의 동작을 수행하기 위하여, (a)시스템은 D2D 통신에 사용될 수 있는 무선 자원을 유한개의 D2D 자원블럭(Resource Block)으로 분할하며 (b)각 단말은 각각의 자원블럭에 대하여 사용 여부를 판별하고 (c)자원블럭이 사용 중이라면 자신이 필요한 정보가 실려 있는지 여부를 판별하고 (d)만약 상기 자원블럭이 사용되지 않고 있다면 전송하고자 하는 정보를 자원블럭을 사용하여 D2D 통신을 수행한다.
전술한 동작에 사용되는 D2D 자원블럭을 구성할 때 다수 단말들에 D2D 통신을 지원하기 위한 다중화 방법이 고려되어야 하며, FDM/TDM(frequency domain(division) multiplexing / time domain(division) multiplexing) 등 다양한 방식의 다중화가 고려될 수 있다.
D2D 통신의 기존의 네트워크 동작에 문제를 일으키지 않도록 저전력 통신으로 설계되는 것이 바람직하며, 유용한 서비스의 제공을 위하여 가급적 넓은 커버리지를 가지도록 설계되어야 한다. 이 두 가지 조건을 충족시키고자 한다면, D2D 신호를 PAPR(Peak to Average Power Ratio) 문제가 발생하는 OFDMA(Orthogonal Frequency Division Multiple Access) 방식으로 설계하는 것은 적합하지 않으며, 또한 SC-FDMA (single carrier frequency division multiple access) 방식으로 설계를 하더라도 가급적 적은 개수, 예를 들어 2개 내지 4개의 서브캐리어들이 사용되도록 하거나 단일 캐리어(single-tone)로 설계할 수 있다.
상기와 같은 요소를 고려하여 D2D 자원블럭으로 구성된 D2D 패턴을 설계 시, 동일 시간 구간에서 다수의 D2D 패턴이 FDM 방식으로 설계될 수 있다.
다수의 D2D 패턴이 동일한 대역(band) 상에서 FDM 형식으로 설계되는 경우, 각 단말은 D2D 신호를 전송할 때 동일 시간대에서 수신되는 다른 단말의 D2D 신호를 수신할 수 없다. 본 발명에서 동일한 대역(same band)이라 함은, 단말의 RF 회로가 전송 및 수신을 동시에 수행할 수 없을 만큼 주파수 상에서 가깝게 위치되는 무선 자원 또는 자원의 집합을 의미한다. LTE의 D2D 통신에서 LTE 상향링크 대역을 사용하여 통신을 수행하게 되며, 이는 LTE 상향링크 단일 캐리어(single carrier) 환경에서 동작하는 경우 다수의 단말이 동일 대역 상에서 D2D 통신을 수행하게 됨을 의미한다. 따라서 D2D 신호를 전송하는 각 단말은 신호를 전송하는 시간 영역에서는 다른 단말의 D2D 신호를 인지할 수 없다. 따라서, D2D 통신을 통해 정보 공유가 가능하리라 판단되는 단말들에 대해서는 가급적 TDM을 통한 단말 감지 신호 구분을 지원할 필요가 있다. TDM 방식의 D2D 패턴을 설계하는 경우, D2D 패턴은 좁은 대역에서 설계되어야 하며, 이는 D2D 통신에 가용 가능한 무선 자원의 양에 제약을 가한다. 따라서, TDM와 FDM이 적절히 혼합된 D2D 패턴을 설계하여야 한다.
도 3은 정형화된 패턴을 사용하여 단말 인덱스 공유를 수행하는 D2D 패턴을 도시하고 있다.
도 3을 참조하면, D2D 패턴(300)에는 9개의 무선 자원이 D2D 단말 인덱스 공유 용으로 할당되어 있다. 도 2의 (a) 및 (b)을 참조하여 설명한 바와 같이 각 단말(12, 14, 16)은 캐리어 센싱을 통해 이 중 사용 가능한 무선 자원을 선택하여 이를 자신의 단말 인덱스 전송에 사용한다. 도 3에도 도시한 하나의 무선 자원은 LTE 서브프레임상 하나의 자원 요소일 수도 있고 시간-주파수상 둘 이상의 자원요소들의 집합(bundle of resource elements)일 수도 있다.
도 3에 도시한 9개의 무선 자원 각각에 대하여 캐리어 센싱을 수행하고 이 중 하나의 무선 자원을 선정하는 대신, 9개의 무선 자원을 사용하여 보다 적은 개수의 D2D 패턴(300)을 형성하고 이 패턴 별 캐리어 센싱을 통해 단말 인덱스 전송에 사용할 자원 패턴을 선정할 수 있다.
이 방식의 장점은 각 단말이 D2D 통신에 사용할 자원을 감지하고 선정하는 방식이 단순화된다는 점이며, 이 방식을 통해 자원 패턴을 선정한 후 전송하고자 하는 무선 자원의 양에 따라 패턴에 포함된 무선 자원 전부 또는 일부를 사용하여 D2D 통신을 수행할 수 있다.
LTE 상향링크 전송을 수행함에 있어, 각 단말(12, 14, 16)은 동기화(synchronization)를 위해 별도의 TA(Timing Alignment) 값을 설정하며, 상향링크 전파 지연(uplink propagation delay)에 적합한 TA 값 설정을 통해 각 단말(12, 14, 16)의 상향링크 전송이 수신단에 동일 시간에 도달하도록 한다.
D2D 통신은, 별도의 동기화 신호없이 동작을 하게 된다. 각 단말(12, 14, 16)은 LTE 상향링크 전송에 동기를 맞추어 D2D 신호 전송을 수행하게 된다. 이 때, 각 단말(12, 14, 16)의 D2D 신호 간 동기화가 되어 있지 않기 때문에 각 단말(12, 14, 16)이 전송하는 D2D 신호 간에는 타이밍 부정합(timing misalignment)이 존재하며, 이 타이밍 부정합에 의해 패턴간 겹침 현상이 발생한다.
도 4는 동일 셀에 대하여 LTE 상향링크 전송에 동기화되어 있는 각 단말간 발생하는 D2D 타이밍 부정합에 대한 예시이며, 도 5는 각 단말이 다른 상향링크 포인트들에 대하여 동기화되어 있는 경우의 타이밍 부정합에 대한 예시이다. 도 6은 도 3의 패턴 사용 시 타이밍 부정합에 의해 D2D 패턴 간 겹침 현상에 대한 예시이다.
도 4에 도시한 바와 같이 LTE 또는 기타 셀룰라 통신의 상향링크에 대하여 동기화되어 있는 각 단말(12, 14, 16)의 D2D 신호 간 동기화가 되어 있지 않기 때문에 각 단말(12, 14, 16)이 전송하는 D2D 신호 간에는 타이밍 부정합이 발생한다.
도 5에 도시한 바와 같이 다른 상향링크 포인트들, 예를 들어 도 1의 기지국(20) 및 이 기지국과 광케이블로 연결된 RRH(22)에 대하여 동기화된 단말들(12, 14, 16) 간 D2D 통신이 수행되는 경우, 이 타이밍 부정합은 심각한 문제가 될 수 있다. 인접 포인트간 서브프레임 인덱스가 동일한 동기화 네트워크에서는 1 심볼 구간(symbol duration) 이하의 범위에서 타이밍 부정합이 발생할 수 있다. 특히 서브프레임 동기화가 되어 있지 않은 비동기 네트워크에서 상기의 동작이 수행될 경우, D2D 단말 간 타이밍 부정합은 수 서브프레임 이상의 크기가 될 수 있다.
도 4 및 도 5와 같이 타이밍 부정합 발생 시, 간섭에 의해 D2D 신호 수신 성능이 감소하게 되며, 기존 LTE 상향링크 전송처럼 SC-FDMA을 사용하여 단말 감지 신호를 생성하는 경우, SC-FDMA는 OFDMA에 비하여 심볼 간 간섭에 취약함으로 단말 감지의 성능이 더욱 저하되는 문제점이 발생할 수 있다. 또한 큰 타이밍 부정합(large timing misalignment)으로 인해 자신의 D2D 신호를 전송하여야 하는 구간에서 수신되는 D2D 신호가 발생하는 경우, 해당 단말의 D2D 신호 감지가 불가능해지는 보다 심각한 성능 저하가 발생할 수 있다.
단말(12)와 단말(14)이 도 3의 패턴 중 각각 자신의 패턴을 선정하여 도 4 및 도 5에 도시한 통신 환경에서 D2D 통신을 수행할 경우, 도 6과 같은 타이밍 부정합이 발생할 수 있다. 단말(12)와 단말(14)이 D2D 통신에 사용하는 무선 자원은 다른 서브밴드 상에 배열됨으로, 전술한 타이밍 부정합이 발생할 경우 단말(12) 및 단말(14)은 자신의 D2D 신호를 전송하는 동안 다른 단말이 송출하는 D2D 신호를 수신할 수 없다. 다시 말해 이런 상황에서 단말(12)과 단말(14)은 half duplex TDD 방식처럼 동작한다.
도 7은 단말 감지 신호 전송 자원에 따라 상호 감지가 불가능한 단말들을 도시하고 있다.
도 6과 같이 타이밍 부정합에 의해 패턴간 겹침이 발생할 경우, 도 7에 도시한 바와 같이 네개의 단말들 간 D2D 통신을 수행하면 특정 단말은 패턴간 겹침이 발생하는 다른 상대 단말의 존재를 인식하지 못할 가능성이 매우 높다.
전술한 TDM/FDM 방식에 의한 이 문제를 해결하기 위하여, 주파수 도메인 및 시간 도메인 모두에서 분할되는 다수의 D2D 패턴을 설계하고 이 D2D 패턴 각각을 자원블럭으로 활용할 수 있다. 이 방식에 의하면, 일정 주기를 가지고 다수의 D2D 패턴이 반복되며, 각 단말은 각 패턴에 대하여 사용 가능성 여부를 캐리어 센싱을 통해 파악한다. 캐리어 센싱 결과 사용되지 않고 있다고 판단되는 D2D 패턴이 있으면, 이 D2D 패턴을 사용하여 D2D 신호를 전송한다. 이때 설정되는 D2D 패턴의 수에 따라 동시 접속 가능한 D2D 단말의 수가 결정된다. 이때 경쟁 기반 접속(contention based access)으로 동작하는 시스템은 충분히 많은 수의 D2D 패턴이 정의되어야만 단말의 원활한 접속을 지원할 수 있다.
도 6에 도시한 타이밍 부정합에 따른 ‘패턴 간 시간 겹침’에 의한 D2D 신호 감지 성능 저하를 막기 위해, 도 8과 같은 단말 감지 신호 전송 패턴이 사용될 수 있다.
도 8은 단말 감지 신호 전송 D2D 패턴들의 다른 예들을 도시하고 있다.
도 8을 참조하면, D2D 통신에 사용 가능한 대역에서 길이 3인 3개의 D2D 패턴이 시간/주파수 도메인 모두에서 분할되도록 설계될 수 있다. 도 8의 (c)에 도시한 D2D 패턴은 타이밍 부정합에 관계없이 최대 하나의 전송 구간 유닛에 해당하는 시간영역에서만 패턴 간 겹침이 발생하는 최적 패턴(optimum pattern)이다.
도 8의 (a)는, D2D 통신에 사용 가능한 대역에서 3개의 D2D 패턴이 시간/주파수 도메인 모두에서 분할된 임의의 패턴이다.
도 8의 (b)은, 라틴 스퀘어(Latin square) 패턴을 응용한 D2D 패턴이다. 이 D2D 패턴은 각 패턴 간 시간축 겹침이 비규칙적으로 발생하게 되어 랜덤화(randomization) 이득을 얻을 수 있다.
도 8의 (a) 및 (b)에 도시한 패턴을 설계 시, 타이밍 부정합이 발생하지 않는다면 ‘인지 불가’에 의한 D2D 수신 성능 저하가 발생하지 않으며, 타이밍 부정합이 발생하더라도 간섭 문제는 발생하지 않는다. 하지만 일정 수준 이상의 타이밍 부정합이 발생하면 ‘인지 불가’ 영역이 발생하는 문제는 여전히 존재하며, 이 패턴은 D2D 통신의 효율이 크게 낮아지는 단점이 존재한다.
도 8의 (c)은 패턴 간 겹침이 발생 시, 각 패턴 간 겹침이 하나의 전송 구간 유닛 크기를 초과하지 않도록 하는 최적화된 패턴이다.
도 9는 큰 타이밍 부정합에 의한 패턴간 시간 겹침을 도시하고 있다. 도 9에서 TMA은 타이밍 부정합을 의미한다.
도 9을 참조하면 단말(12)과 단말(14) 간에는 일정 수준 이상의 타이밍 부정합(large timing misalignment)이 존재한다. 이 경우, 단말(12)가 전송하는 D2D 신호와 단말(14)가 전송하는 D2D 신호는 모든 전송 구간에서 오버랩되며, 단말(12)와 단말(14)은 상대의 D2D 신호를 수신하지 못하게 된다. 도 9에 도시한 타이밍 부정합 문제는, 각 D2D 패턴에서 D2D 패턴 간 시간 차이(time difference)가 동일하기 때문에 발생한다.
도 9의 (a) 및 (b)은 도 8의 (a) 및 (b) 패턴 사용 시 단말 간 타이밍 부정합에 의해 패턴 간 겹침 현상이 일어나는 상황에 대한 예시이다.
도 10은 타이밍 부정합에 의한 패턴 간 간섭을 고려한 단말 감지 신호 D2D 패턴을 도시하고 있다. 이때 D2D 패턴에서 D2D신호가 전송될 수 있는 최소 단위를 ‘전송 구간 유닛’이라 명명하고 D2D 신호를 전송하는 전체 단위를 ‘패턴 유닛’이라고 명명한다.
도 10과 같이 타이밍 부정합에 의한 패턴 간 간섭을 고려한 D2D 패턴은 각 전송 간 시간 차이(time difference)가 다르도록 설정할 필요가 있다. 도 10의 패턴을 사용할 경우, 도 10의 (b)와 같이 일정 수준 이상의 타이밍 부정합이 발생하더라도 각 패턴 간 최대 ‘하나의 전송 구간’ 크기의 시간상에서 오버랩이 발생하며, D2D 패턴의 길이가 충분히 길다면 상기 오버랩의 효과를 극복할 수 있다. 그러나 도 10과 같이 D2D 패턴을 설계할 경우, D2D 패턴 설계에 사용하게 되는 무선 자원의 수는 더욱 증가하게 되며, 이는 스펙트럼 성능(spectral efficiency) 및 커패시티 감소를 야기할 수 있다.
도 11은 스펙트럼 성능 또는 커패시티를 향상시키기 위한 패턴 간 최대 ‘하나의 전송 구간’ 크기의 시간상에서 오버랩을 지원하는 D2D 패턴을 도시하고 있다.
도 11을 참조하면 각 D2D 패턴 간에는 도 10과 마찬가지로 타이밍 부정합의 크기에 관계 없이 최대 ‘하나의 전송 구간’ 크기의 오버랩이 발생하는 반면, 동일 길이의 D2D 패턴을 정의하는데 필요한 무선 자원의 개수가 줄어든다. 예를 들어 도 11에서 패턴 서브유닛 L=3, 패턴 개수 F=3, 하나의 패턴 서브유닛을 구성하는 전송구간 유닛 개수 M=5이다.
도 12는 D2D 패턴의 구조이다.
도 12를 참조하면, D2D 패턴은 하나의 패턴 유닛(1210)에서 M개의 전송 구간 유닛(1220)으로 구성되는 패턴 서브유닛(pattern subunit, 1230) 내에서 1회 전송을 수행하며 도합 L번의 전송을 수행하도록 구성된다. 각 ‘패턴 서브유닛(1230) 내에서’ 서로 다른 F개의 D2D 패턴을 생성할 수 있다. 도 12에서는 패턴 서브유닛(1230)의 개수가 3개, 즉 L=3이 된다. 이때 전송 구간 유닛(1220)은 LTE 서브프레임상의 하나의 자원요소일 수도 있고 둘 이상의 자원요소들의 집합(bundle of resource elements), 예를 들어 도 12의 하단에 도시한 바와 같이 4*4 자원요소들일 수 있다.
한편, 전술한 바와 같이 ‘일정 규칙에 따라 패턴을 생성’하는 방식 이외에, 직접 최적 패턴을 찾아내는 방식도 사용할 수 있다. 최적 패턴이라 함은, 타이밍 부정합 크기에 관계없이 오직 하나의 전송 구간 유닛(1210) 크기에 해당하는 시간 구간에서만 패턴 간 겹침이 발생하되 성능 지표라 할 수 있는 L개의 전송 구간 유닛 당 1회 패턴겹침 및 F개의 패턴 생성이라는 조건을 만족시키는 패턴들을 최소한의 무선 자원만을 사용하여 생성하는 D2D 패턴을 의미한다. 이 최적 패턴의 생성은 대단히 복잡한 설계 작업을 통해 생성되거나 특정 L 및 F 값에 대하여만 일반화 수식으로 생성할 수 있다.
예를 들어, L 및 F 간 동일한 값을 가지는 경우에 한하여, L 및 F가 소수(prime number)이거나 소수 이외의 특정 값인 경우, 각 패턴 서브유닛 n내에서 패턴 f가 매핑되는 시간축을 d_(f,n)이라 할 경우, d_(f,n)=Mod(nf,M)으로 설정하여 L=F=M으로 상기 패턴들을 생성 할 수 있다.
도 13은 본 발명의 다른 실시예에 따른 D2D 패턴 생성방법에 따라 L=F=M인 경우 일반화 수식으로 생성된 D2D 패턴을 도시하고 있다.
도 13을 참조하면, 각 서브유닛에서 패턴 f가 매핑되는 시간축 d_(f,n)을 d_(f,n)=Mod(nf,M)으로 설정할 때 L 및 F가 소수인 L=F={3,5}인 경우 도 13의 (a) 및 (c)에 도시한 바와 같이 오직 하나의 전송 구간 유닛 크기에 해당하는 시간 구간에서만 패턴 간 겹침이 발생하여 최적 패턴이 생성된다. 반면에 L 및 F가 소수가 아닌 L=F={4,6}인 경우 도 13의 (b) 및 (d)에 도시한 바와 같이 두 개의 전송 구간 유닛들에 해당하는 시간 구간에서 패턴 간 겹침이 발생하여 최적 패턴 생성이 불가능하다.
도 14는 도 13에서 L=F=4인 경우 D2D 패턴을 수정하여 생성된 최적 패턴을 도시하고 있다.
L 및 F가 소수가 아닌 L=F=4인 경우 전술한 일정한 규칙 또는 일반화된 수식으로 최적 패턴을 생성할 수 없으므로 도 14에 도시한 바와 같이 직접 최적 패턴을 생성하기 위해 패턴의 일부를 수정할 필요가 있다.
아래 실시예들은 도 11에 도시한 D2D 패턴을 보완하여 보다 높은 스펙트럼 성능을 보장하는 D2D 패턴을 제공한다. 또한, 아래 실시예들은 도 14에 도시한 바와 같이 케이스에 따라 확인을 통해 최적 패턴을 생성하는 대신, 정형화된 기법을 통해 다양한 통신 환경 하에서 다양한 시스템 파라미터들에 대해 최적 패턴과 동일한 성능을 보이는 준최적 패턴(suboptimum pattern)의 생성 및 전송방법을 제공한다.
도 13을 참조하여 전술한 바와 같이, 동일한 값을 가지는 L, F에 대하여 L=F=M이라 설정하고 수식 d_(f,n)=Mod(nf,M)에 따라 패턴을 생성하는 방법은 임의의 F 및 L에 대한 자유로운 패턴 설계가 불가능하다는 단점을 가진다. 상기 수식에서 d_(f,n)은 패턴 서브유닛 n 내에서 패턴 f가 매핑되는 시간축을 의미한다.
이와 같이, 패턴의 개수 F와, 패턴 서브유닛의 개수 L이 서로 동일하지 않은 경우 또는 F와 L이 동일하더라도 소수가 아닌 경우 또는 F와 L 중에서 하나만 소수인 경우에는 새로운 D2D 패턴 생성 방안을 적용할 수 있다. 상기 새로운 D2D 패턴 생성시에는 수학식 d_(p,n)=Mod(np,P)(0<=p<=P-1)가 사용될 수 있다. 상기 수학식에서 0<=p<=P-1 및 0<=n<=P-1이며 d_(p,n)은 패턴 서브유닛 n 내에서 패턴 p가 매핑되는 시간축을 의미한다.
다시 말해 전술한 경우들 중 하나에 패턴의 개수 F와 패턴 서브유닛의 개수 L보다 큰 가장 작은 소수인 P가 설정되고 전술한 수학식 d_(p,n)=Mod(np,P)이 사용되어 패턴 서브유닛의 개수 P와 패턴의 개수 P을 만족하는 패턴이 생성된 후 P-L개의 패턴 서브유닛들이 제거되고 F개의 패턴들이 선택되어 L개의 패턴 서브유닛들과 F개의 패턴들로 구성된 D2D 패턴이 생성될 수 있다.
예를 들어, F=7, L=14의 경우, F=7 및 L=14보다 큰 가장 작은 소수인 P=17로 설정하고, 설정된 P를 이용하여 P=L`=M`=F`라 설정한다. 패턴 서브유닛의 개수 17(L`=17)와, 패턴 17개(F`=17)를 만족하는 D2D 패턴을 생성하고, L=14가 되도록 패턴 서브유닛 3개를 제거하고 F=7이 되도록 17개의 패턴들 중 7개의 패턴들을 선택한다.
상기 예시에서 패턴을 구성하는 17개의 패턴 서브유닛 중 일부를 제거하여 14개의 패턴 서브유닛으로 구성되는 패턴을 생성하고 이 중 7개의 패턴을 선정하여 최종 패턴을 결정하는 작업을 진행함에 있어, 작은 크기의 타이밍 부정합에 대하여 겹침을 발생하지 않도록 패턴 및 패턴 서브유닛을 선정하는 작업을 수행할 수 있으며, 또는 상기 작업을 랜덤하게 수행할 수 있다. 일 예로, 타이밍 부정합이 없을 시 전송 유닛 간 겹침이 발생하는 제 1 패턴 서브유닛을 제거하고, 양 끝 패턴 서브유닛들을 순차적으로 제거할 수 있다. 또한 상기 패턴 서브유닛을 제거한 후 작은 크기의 타이밍 부정합에 대하여 패턴 간 겹침을 발생시키는 패턴들을 우선적으로 소거하여 최종 패턴을 선정할 수 있다.
도 15는 F=3, L=4인 경우, 3 및 4보다 큰 가장 큰 소수인 P=5라 설정한 후 또 다른 실시예에 따른 D2D 패턴 생성방법에 따라 생성한 패턴을 도시하고 있다.
도 15에 도시한 바와 같이, F=3, L=4인 경우, 3 및 4보다 큰 가장 큰 소수인 P=5라 설정하고 패턴을 생성한 후 하나의 전송 구간 유닛 당 시간 겹침이 가장 많은 첫 패턴 서브유닛(제 1 패턴 서브유닛)을 제거하고 5개의 패턴 중 3개의 패턴을 선택하므로 길이 4인 3개의 D2D 패턴을 생성할 수 있다. 이에 의해 타이밍 부정합이 0으로 패턴간 겹침이 발생하지 않는 D2D 패턴이 생성된다.
도 15를 참조하여 설명한 바와 같이 패턴 크기 조절을 위해 패턴 서브유닛 제거 시 제 1 패턴 서브유닛을 우선적으로 제거하고 그 후 양 끝의 패턴 서브유닛을 우선적으로 제거하는 방식을 사용하여 타이밍 부정합이 일정 수준 미만으로 발생하는 환경에서는 패턴간 겹침이 발생하지 않는 패턴들을 생성할 수 있다.
도 14 및 도 15를 참조하여 설명한 또 다른 실시예에 따른 D2D 패턴 생성방법을 수학식으로 표현하면 아래와 같다.
제 f 패턴이 l번째 패턴 서브유닛에서 사용하는 전송 구간 유닛(time unit)은 다음과 같이 표현할 수 있다.
[수학식 1]
Time unit= mod((f+o) x(l+s), P)
여기서 o는 원 패턴 그룹에서 F개의 패턴 선정 시, 패턴 f 보다 우선하는 인덱스를 가지나 제거된 패턴의 수를 의미하며, s는 원 패턴 그룹에서 길이 L의 패턴을 생성 시 l번째 패턴 서브유닛 앞단에서 제거된 패턴 서브유닛의 개수이다. o 및 s는 각 f 및 l에 대하여 다른 값일 수 있으며, 패턴 생성방법에 따라 모든 f및 l에 대해 같은 값을 가질 수 도 있다.
예를 들어 도 15에서 제 4 및 5 패턴이 제거되었으므로 모든 f에 대하여 o=0이며, 원 패턴 그룹에서 제 1 패턴 서브유닛이 제거되었으므로 모든 전송 패턴 서브유닛에 대하여 s=1이다. 상기 수학식에 의해, 각 패턴 서브유닛에서 패턴 f가 사용하는 전송 구간 유닛(time unit)는 아래와 같이 표현할 수 있다.
[수학식 2]
Time unit={mod((f+o)x(l+s), P), L+mod((f+o)x(l+s), P), 2L + mod((f+o) x (l+s), P), …}
또한, 패턴 f에 대하여 패턴 f가 매핑되는 자원(k,s)은 다음과 같이 표현할 수 있다.
[수학식 3]
k(f) = f+F0+o
s(f) = {mod(f x l, Mp), L + mod(f x l, Mp), 2L + mod(f x l, Mp), …}
여기서, k 및 l은 서브캐리어 및 심볼의 인덱스일 수 있으며, 서브캐리어들의 집합(bundle of subcarriers) 또는 심볼들의 집합(bundle of symbols)의 인덱스일 수 있다.
k가 서브캐리어들의 집합의 인덱스인 경우 k(f)는 다음의 두개의 수학식들 중 하나로 표현될 수 있다.
[수학식 4]
k(f) = fN+F0+o, fN+F0 +o +o1, ..., fN+F0+o+(N-1)
k(f) = fN+F0+o+i, fN+F0 +o+ i +1, ..., fN+F0+o+j
여기서 i 및 j은 패턴 간 가드 서브캐리어(guard subcarrier)을 설정하기 위해 사용되는 파라미터이다.
또한 l이 심볼들의 집합(bundle of symbols)의 인덱스인 경우 s(f)는 다음과 같이 표현될 수 있다.
[수학식 5]
s(f) = { Jxmod((f+o) x (l+s), P) + a , Jxmod((f+o) x (l+s), P) + a + 1, ...., Jxmod((f+o) x (l+s), P) + b, L + Jxmod((f+o) x (l+s), P) + a , L + Jxmod((f+o) x (l+s), P) + a + 1, ...., Jxmod((f+o) x (l+s), P) + b,….}
도 16은 또 다른 실시예에 따른 D2D 패턴의 주파수 호핑을 도시하고 있다.
도 15를 참조하여 전술한 또 다른 실시예에 따른 D2D 패턴 생성방법에 의해 생성한 D2D 패턴은 특정 패턴 서브유닛을 제외한 전 패턴 서브유닛에서 D2D 패턴 간 오버랩이 발생하지 않는다. 따라서, 도 16에 도시한 바와 같이 자유롭게 패턴들에서 주파수 호핑(frequency hopping)을 수행하더라도 D2D 패턴 간 오버랩이 발생하지 않는다.
도 15 및 도 16을 비교하여 참조하면, 두번째 패턴 서브유닛의 전송구간 유닛들이 주파수 호핑되어 있는 것을 알 수 있다. 주파수 호핑 수행 시, 전술한 수학식들에서 주파수 도메인 인자가 변할 수 있다. 즉, 패턴 f가 매핑되는 무선 자원의 주파수 도메인의 위치는 다음과 같이 변할 수 있다.
[수학식 6]
k(f,l) = q(l)+F0+o
k(f,l) = q(l)N+F0+o, q(l)N+F0 +o+ 1, ..., q(l)N+F0+o+(N-1)
k(f,l) = q(l)N+F0+o+i, q(l)N+F0 +o+ i +1, ..., q(l)N+F0+o+j
여기서 q(l)은 전송 구간 유닛 l에 대응하는 주파수 호핑 패턴에 대한 인자이다.
전술한 실시예에서 각 패턴 간 시간축 차이가 패턴 서브유닛 인덱스가 증가함에 따라 증가하는 것으로 설명하였으나 본 발명은 이에 제한되지 않는다.
도 17은 또 다른 실시예에 따른 D2D 패턴의 패턴 서브유닛간 반전, 이동 스크램블링 등을 통해 패턴 서브유닛 순서를 바꾸는 방법의 개념도이다.
도 17을 참조하면, 각 패턴 간 시간축 상에서의 차이가 상이하도록 각 패턴 서브유닛을 설계한 후, 패턴 서브유닛 간 반전(reversing), 이동(shifting), 스크램블링(scrambling) 등을 통해 패턴 서브유닛 순서를 바꾸는 방법을 적용하여 보다 다양한 패턴을 생성할 수 있다.
도 17의 (a)에 도시한 원(original) D2D 패턴에서 도 17의 (b)에 도시한 바와 같이 패턴 서브유닛들을 전체적으로 역순으로 배치하는 패턴 서브유닛 간 반전을 수행하거나 도 17의 (c)에 도시한 바와 같이 패턴 서브유닛들 중 일부의 패턴 서브유닛들의 순서를 이동하여 패턴 서브유닛간 이동을 수행하거나 도 17의 (d)에 도시한 바와 같이 패턴 서브유닛들의 순서를 뒤섞어 패턴 서브유닛간 스크램블링을 수행할 수도 있다.
도 17을 참조하여 설명한 D2D 패턴의 패턴 서브유닛간 반전, 이동, 스크램블링은 도 15를 참조하여 설명한 D2D 패턴뿐만 아니라 도 9, 도 10, 도 14 등을 참조하여 설명한 어떠한 D2D 패턴에도 적용할 수 있다.
한편 전술한 실시예들에서 각 D2D 패턴이 다른 서브캐리어에 정의되는 경우에 대하여 설명하였으나, 본 발명은 이에 제한되지 않는다.
도 18은 또 다른 실시예에 따른 동일 주파수 상에서 다수의 패턴을 생성하는 방법의 개념도이다.
도 18을 참조하면, 또 다른 실시예에 따른 D2D 패턴은 F개의 패턴들에서 동일 주파수 상에 남은 부분에 대하여 주파수 오버랩을 수행하여 F개보다 작은 F'개의 패턴들로 구성된 D2D 패턴일 수 있다.
도 18의 (a) 및 (b)에 도시한 바와 같이 상기 패턴의 개수 F와 상기 패턴 서브유닛의 개수 L이 서로 동일하지 않은 경우 또는 상기 패턴의 개수 F와 상기 패턴 서브유닛의 개수 L이 동일하더라도 소수가 아닌 경우 또는 상기 패턴의 개수 F와 상기 패턴 서브유닛의 개수 L 중에서 하나만 소수인 경우에, 패턴의 개수 F와 패턴 서브유닛의 개수 L보다 큰 가장 작은 소수인 P가 설정되고 수학식 d_(p,n)=Mod(np,P)이 사용되어 패턴 서브유닛의 개수 P와 패턴의 개수 P을 만족하는 패턴이 생성된 후 P-L개의 패턴 서브유닛들이 제거되고 F개의 패턴들이 선택되어 L개의 패턴 서브유닛들과 F개의 패턴들로 구성된 상기 D2D 패턴이 생성될 수 있다.
D2D 패턴 설계 시, F, L보다 큰 최소의 소수를 P로 선정한 후 길이 P의 P개의 패턴들로 구성된 D2D 패턴을 생성한 후 제1패턴 서브유닛을 제거하고 4개의 패턴을 선택하여 D2D 패턴을 생성한다.
이후, 도 18의 (c) 및 (d)에 도시한 바와 같이 동일 주파수 상에서 남은 부분에 대하여 주파수 오버랩을 수행할 수 있다. 도 18의 (c)에 도시한 바와 같이 두개의 주파수들에 대하여 주파수 오버랩을 수행할 수 있다. 또한 도 18의 (d)에 도시한 바와 같이 한 개의 주파수로 주파수 오버랩을 수행할 수 있다.
도 18을 참조하여 설명한 또 다른 실시예에 따른 동일 주파수 상에서 다수의 패턴을 생성하는 방법은 도 15를 참조하여 설명한 D2D 패턴 뿐만 아니라 도 9, 도 10, 도 14 등을 참조하여 설명한 어떠한 D2D 패턴에도 적용할 수 있다.
도 3 내지 도 18을 참조하여 설명한 D2D 패턴에 의해 무선 자원을 사용하여 각 단말 간 단말 인덱스 공유가 수행된 후, 각 단말(12, 14, 16)은 D2D 통신을 통해 송출하고자 하는 무선 자원이 있을 경우, 도 3 내지 도 18을 참조하여 설명한 D2D 패턴에 의해 정의되는 무선 자원을 사용하거나 별도의 무선 자원을 사용하여 D2D 링크를 통한 정보 전송을 수행할 수 있다.
도 19 및 도 20은 도 2을 참조하여 설명한 단말 간 단말 인덱스 공유가 수행된 후, 각 단말이 D2D 통신에 사용하기 위한 자원을 할당받는 단계를 포함한 D2D 통신 전체 흐름도이다.
도 19는, D2D 통신이 중앙 처리 장치 또는 기지국의 제어 하에 D2D 통신(중앙 집중 통신)이 수행되는 흐름도이다.
각 단말(12, 14, 16)은 캐리어 센싱(carrier sensing)을 통해 사용 가능한 무선 자원을 인지한다(S1910).
다음으로 각 단말(12, 14, 16)은 단말 인덱스 공유를 위해 기존 이동 통신망의 상향링크 무선 자원 또는 상향링크 무선 자원의 일부를 선택한다(S1920). S1920 단계에서 도 3 및 도 5, 도 8, 도 9, 도 10, 도 11, 도 13 내지 도 18의 D2D 패턴들 중 하나의 D2D 패턴을 생성할 수 있다.
예를 들어 도 15를 참조하여 설명한 바와 같이, 상기 패턴의 개수 F와 상기 패턴 서브유닛의 개수 L이 서로 동일하지 않은 경우 또는 상기 패턴의 개수 F와 상기 패턴 서브유닛의 개수 L이 동일하더라도 소수가 아닌 경우 또는 상기 패턴의 개수 F와 상기 패턴 서브유닛의 개수 L 중에서 하나만 소수인 경우에, 패턴의 개수 F와 패턴 서브유닛의 개수 L보다 큰 가장 작은 소수인 P가 설정되고 수학식 d_(p,n)=Mod(np,P)이 사용되어 패턴 서브유닛의 개수 P와 패턴의 개수 P을 만족하는 패턴이 생성된 후 P-L개의 패턴 서브유닛들이 제거되고 F개의 패턴들이 선택되어 L개의 패턴 서브유닛들과 F개의 패턴들로 구성된 상기 D2D 패턴이 생성될 수 있다.
S1920 단계에서 수학식 2에 의해 각 패턴 서브유닛에서 패턴 f가 생성되거나 패턴 f를 수학식 3 내지 6 중 하나에 의해 자원(k,s)에 매핑할 수 있다.
다음으로 각 단말(12, 14, 16)은 S1920단계에서 생성한 D2D 패턴에 해당하는 D2D 무선 자원을 사용하여 자신의 존재를 알릴 수 있는 단말 인덱스 정보를 전송하고 주변 D2D 단말의 단말 인덱스 정보를 수신하는 단말 인덱스 공유 과정을 수행한다(S1930).
각 단말(12, 14, 16)은 자신의 주변에 위치한 D2D 단말에 대한 정보, 예를 들어 검색된 단말 인덱스를 LTE 상향링크를 통해 기지국(20)에 보고한다(S1940).
기지국(20)은 이 정보를 통해 단말들 간 연결 가능한 D2D 망의 조합을 파악한다. 단말은 D2D 통신을 수행하고자 할 때, 어느 단말에 어떤 정보(종류 및/또는 크기)를 전달하고자 하는지를 LTE 상향링크를 통해 기지국(20)에 보고한다.
기지국(20)은 각 단말 간 D2D 연결 및 LTE 상향링크 스케줄링을 고려하여 D2D 전송을 요구한 단말에 D2D 정보 전송에 사용될 무선 자원을 할당한다(S1960). S1960 단계에서, 기지국(20)은 D2D 수신을 수행할 단말에 대하여 D2D 수신을 수행할 것을 지시하는 지시자(D2D 전송을 수행한 단말에 대한 정보 and/or D2D 통신에 사용된 무선 자원 및/또는 D2D 수신을 수행하여야 함을 알리는 지시자 등을 포함하는 제어 정보)를 전달하여 D2D 수신을 수행하도록 지시할 수 있다.
D2D 전송을 수행할 특정 단말(12)은 D2D 전송의 대상이 되는 단말(14)과 D2D 전송을 수행한다(S1970).
도 20은, 기지국의 제어없이 D2D 통신(분산 통신)이 단말 간 협업에 의해 수행되는 흐름도이다.
도 20을 참조하면, 각 단말(12, 14, 16)은 캐리어 센싱 등의 동작을 통해 자신이 사용 가능한 무선 자원을 인지한다(S2010).
다음으로 각 단말(12, 14, 16)은 단말 인덱스 공유를 위해 기존 이동 통신망의 상향링크 무선 자원 또는 상향링크 무선 자원의 일부를 선택한다(S2020). S1920 단계에서 도 3 및 도 5, 도 8, 도 9, 도 10, 도 11, 도 13 내지 도 18의 D2D 패턴들 중 하나를 생성하는 것을 의미한다.
다시 말해 S2020 단계에서, 각 단말(12, 14, 16)은 수학식 2에 의해 각 패턴 서브유닛에서 패턴 f가 생성되거나 패턴 f를 수학식 3 내지 6 중 하나에 의해 자원(k,s)에 매핑할 수 있다.
다음으로 각 단말(12, 14, 16)은 S2020단계에서 생성한 D2D 패턴에 해당하는 D2D 무선 자원을 사용하여 자신의 존재를 알릴 수 있는 단말 인덱스 정보를 전송하고 주변 D2D 단말의 단말 인덱스 정보를 수집하는 단말 인덱스 공유 과정을 수행한다(S2030).
다음으로 D2D 전송을 수행할 제1단말(12)은 무선 자원을 통해 D2D 정보 전송, 예를 들어 단말 인덱스 정보가 포함된 신호를 제2단말(14)로 전송한다(S2040). 상기 단말 인덱스 공유 과정(S2030)이 브로딩캐스팅되는 신호를 사용한다면, 상기 단말 인덱스 전송 과정(S2040)은 전용(dedicated) 신호를 사용하는 차이점이 있다.
단말 인덱스를 수신한 제2단말(14)은 D2D 수신이 가능하다고 판단될 경우 이에 따른 응답을 제1단말(12)로 송신한다(S2050).
이후 제1단말(12)은 제2단말(14)과 D2D 통신을 수행한다(S2070).
도 19를 참조하여 설명한 중앙 집중 D2D 통신이나 도 20을 참조하여 설명한 분산 통신, 이들의 조합방식은 데이터 전송 스펙트럼 성능(spectral efficiency for data transmission), 낮은 D2D 제어 오버로드(low D2D control overhead)라는 각각 다른 장점을 가지며, D2D 통신의 서비스의 종류 및 네트워크 구성 등에 따라 적절한 방법을 사용할 수 있다.
도 21은 다른 실시예에 따른 단말의 구성을 도시하는 블록도이다.
도 21을 참조하면, 단말(2100)은 제어부(2110) 및 송수신부(2120)를 포함한다.
제어부(2110)는 캐리어 센싱(carrier sensing)을 통해 사용 가능한 무선 자원을 인지하고 단말 인덱스 공유를 위해 기존 이동 통신망의 상향링크 무선 자원 또는 상향링크 무선 자원의 일부를 선택하여 도 3 및 도 5, 도 8, 도 9, 도 10, 도 11, 도 13 내지 도 18의 D2D 패턴들 중 하나의 D2D 패턴을 생성할 수 있다.
송수신부(2120)는 S1920단계에서 생성한 D2D 패턴에 해당하는 D2D 무선자원을 사용하여 자신의 존재를 알릴 수 있는 단말 인덱스 정보를 전송하고 주변 D2D 단말의 단말 인덱스 정보를 수신하는 단말 인덱스 공유 과정을 수행한다.
송수신부(2120)는 도 19에 도시한 바와 같이 중앙 집중 통신인 경우 자신의 주변에 위치한 D2D 단말에 대한 정보, 예를 들어 검색된 단말 인덱스를 LTE 상향링크를 통해 기지국에 보고하거나 도 20에 도시한 바와 같이 분산 통신인 경우 D2D 수신을 수행할 단말에 전달하고 그 단말로부터 응답을 수신한다.
송수신부(2120)는 D2D 전송의 대상이 되는 단말과 D2D 전송을 수행한다.
도 22는 다른 실시예에 따른 기지국의 구성을 도시하는 블록도이다.
도 22를 참조하면, 기지국(2200)은 송수신부(2200) 및 제어부(2220)를 포함한다.
송수신부(2210)는 각 단말로부터 D2D 통신에 필요한 정보를 수신하고 제어정보를 각 단말에 전송한다. 송수신부(2210)은 도 19에 도시한 바와 같이 중앙 집중 통신인 경우 D2D 전송을 수행할 특정 단말로부터 자신의 주변에 위치한 D2D 단말에 대한 정보, 예를 들어 검색된 단말 인덱스를 LTE 상향링크를 통해 수신한다.
제어부(2220)는 각 단말 간 D2D 연결 및 LTE 상향링크 스케줄링을 고려하여 D2D 전송을 요구한 단말에 D2D 정보 전송에 사용될 무선 자원을 할당한다. 제어부(2220)는 D2D 수신을 수행할 단말에 대하여 D2D 수신을 수행할 것을 지시하는 지시자를 전달하여 D2D 수신을 수행하도록 지시할 수 있다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
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본 특허출원은 2012년 7월 9일 한국에 출원한 특허출원번호 제 10-2012-0074757 호에 대해 미국 특허법 119(a)조 (35 U.S.C § 119(a))에 따라 우선권을 주장하며, 그 모든 내용은 참고문헌으로 본 특허출원에 병합된다. 아울러, 본 특허출원은 미국 이외에 국가에 대해서도 위와 동일한 이유로 우선권을 주장하면 그 모든 내용은 참고문헌으로 본 특허출원에 병합된다.

Claims (12)

  1. 단말이 다른 단말과 통신하는 방법에 있어서,
    캐리어 센싱(carrier sensing)을 통해 사용 가능한 무선 자원을 인지하는 단계; 및
    L개의 패턴 서브유닛들과 F개의 패턴들로 구성된 제1 D2D(Device to Device) 패턴에 해당하는 상기 사용 가능한 무선 자원을 사용하여, 자신의 존재를 알릴 수 있는 단말 인덱스 정보를 공유하는 단계를 포함하며,
    상기 L 및 F는 1 이상의 자연수이며, 각 패턴 간 겹침이 하나의 전송 구간 유닛 크기를 초과하지 않는 제1 D2D 패턴을 생성하는 것을 특징으로 하는 단말의 단말간 통신방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 패턴의 개수 F와 상기 패턴 서브유닛의 개수 L이 서로 동일하지 않은 경우 또는 상기 패턴의 개수 F와 상기 패턴 서브유닛의 개수 L이 동일하더라도 소수가 아닌 경우 또는 상기 패턴의 개수 F와 상기 패턴 서브유닛의 개수 L 중에서 하나만 소수인 경우에,
    상기 패턴의 개수 F와 상기 패턴 서브유닛의 개수 L보다 큰 소수 중 가장 작은 소수인 P가 설정되고 아래 수학식이 사용되어 패턴 서브유닛의 개수 P와 패턴의 개수 P를 만족하는 제2 D2D 패턴이 생성된 후 P-L개의 패턴 서브유닛들이 제거되고 F개의 패턴들이 선택되어 L개의 패턴 서브유닛들과 F개의 패턴들로 구성된 제1 D2D 패턴이 생성됨을 특징으로 하는 단말의 단말간 통신방법.
    d_(p,n)=Mod(np,P)
    상기 수학식에서 0<=p<=P-1 및 0<=n<=P-1이며 d_(p,n)은 패턴 서브유닛 n 내에서 패턴 p가 매핑되는 시간축을 의미한다.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 P-L개의 패턴 서브유닛들의 제거는 타이밍 부정합이 없을 시 전송 유닛 간 겹침이 발생하는 제 1 패턴 서브유닛을 제거하고 양 끝 패턴 서브유닛들을 순차적으로 제거하는 것을 특징으로 하는 단말의 단말간 통신방법.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 L개의 패턴 서브유닛들 중 적어도 하나의 패턴 서브유닛에 포함되는 전송구간 유닛들은 주파수 호핑(frequency hopping)됨을 특징으로 하는 단말의 단말간 통신방법.
  5. 제 2 항에 있어서,
    상기 L개의 패턴 서브유닛은 패턴 서브유닛 간 반전(reversing), 이동(shifting), 스크램블링(scrambling)을 통해 패턴 서브유닛 순서가 바뀜을 특징으로 하는 단말의 단말간 방법.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 D2D 패턴은 F개의 패턴들에서 동일 주파수 상에 남은 부분에 대하여 주파수 오버랩을 수행하여 F개보다 작은 F'개(F'는 1 이상의 자연수)의 패턴들로 구성된 D2D 패턴인 것을 특징으로 하는 단말의 단말간 방법.
  7. 다른 단말과 통신하는 단말로,
    캐리어 센싱(carrier sensing)을 통해 사용 가능한 무선 자원을 인지하고 L개의 패턴 서브유닛들과 F개의 패턴들로 구성된 제1 D2D(Device to Device) 패턴을 생성하는 제어부; 및
    상기 제1 D2D 패턴에 해당하는 상기 사용 가능한 무선 자원을 사용하여 자신의 존재를 알릴 수 있는 단말 인덱스 정보를 공유하는 송수신부를 포함하며,
    상기 L 및 F는 1 이상의 자연수이며, 각 패턴 간 겹침이 하나의 전송 구간 유닛 크기를 초과하지 않는 제1 D2D 패턴을 생성하는 단말간 통신을 수행하는 단말.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 패턴의 개수 F와 상기 패턴 서브유닛의 개수 L이 서로 동일하지 않은 경우 또는 상기 패턴의 개수 F와 상기 패턴 서브유닛의 개수 L이 동일하더라도 소수가 아닌 경우 또는 상기 패턴의 개수 F와 상기 패턴 서브유닛의 개수 L 중에서 하나만 소수인 경우에,
    상기 제어부는 상기 패턴의 개수 F와 상기 패턴 서브유닛의 개수 L보다 큰 소수 중 가장 작은 소수인 P가 설정되고 아래 수학식이 사용되어 패턴 서브유닛의 개수 P와 패턴의 개수 P을 만족하는 제2 D2D 패턴이 생성된 후 P-L개의 패턴 서브유닛들이 제거되고 F개의 패턴들이 선택되어 L개의 패턴 서브유닛들과 F개의 패턴들로 구성된 상기 상기 제1 D2D 패턴이 생성됨을 특징으로 하는 단말간 통신을 수행하는 단말.
    d_(p,n)=Mod(np,P)
    상기 수학식에서 0<=p<=P-1 및 0<=n<=P-1이며 d_(p,n)은 패턴 서브유닛 n 내에서 패턴 p가 매핑되는 시간축을 의미한다.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 P-L개의 패턴 서브유닛들의 제거는 타이밍 부정합이 없을 시 전송 유닛 간 겹침이 발생하는 제 1 패턴 서브유닛을 제거하고 양 끝 패턴 서브유닛들을 순차적으로 제거하는 것을 특징으로 하는 단말간 통신을 수행하는 단말.
  10. 제 8 항에 있어서,
    상기 제1 D2D 패턴은 상기 L개의 패턴 서브유닛들 중 적어도 하나의 패턴 서브유닛에 포함되는 전송구간 유닛들이 주파수 호핑(frequency hopping)됨을 특징으로 하는 단말간 통신을 수행하는 단말.
  11. 제 8 항에 있어서,
    상기 제1 D2D 패턴에서 상기 L개의 패턴 서브유닛들은 패턴 서브유닛 간 반전(reversing), 이동(shifting), 스크램블링(scrambling)을 통해 패턴 서브유닛 순서가 바뀜을 특징으로 하는 단말간 통신을 수행하는 단말.
  12. 제 8 항에 있어서,
    상기 제1 D2D 패턴은 F개의 패턴들에서 동일 주파수 상에 남은 부분에 대하여 주파수 오버랩을 수행하여 F개보다 작은 F'개(F'는 1 이상의 자연수)의 패턴들로 구성된 D2D 패턴인 것을 특징으로 하는 단말간 통신을 수행하는 단말.
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