WO2016076613A1 - 중계기를 지원하는 무선 통신 시스템에서 클러스터 기반 협력 컨텐츠 송수신 방법 및 장치 - Google Patents

중계기를 지원하는 무선 통신 시스템에서 클러스터 기반 협력 컨텐츠 송수신 방법 및 장치 Download PDF

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WO2016076613A1
WO2016076613A1 PCT/KR2015/012072 KR2015012072W WO2016076613A1 WO 2016076613 A1 WO2016076613 A1 WO 2016076613A1 KR 2015012072 W KR2015012072 W KR 2015012072W WO 2016076613 A1 WO2016076613 A1 WO 2016076613A1
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WO
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content
repeater
preference
parity
ratio
Prior art date
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PCT/KR2015/012072
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English (en)
French (fr)
Inventor
김태영
김동인
최완
서한별
김병훈
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엘지전자 주식회사
한국과학기술원
성균관대학교산학협력단
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Publication date
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    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B7/00—Radio transmission systems, i.e. using radiation field
    • H04B7/14—Relay systems
    • H04B7/15—Active relay systems
    • H04B7/155—Ground-based stations
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04W—WIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
    • H04W28/00—Network traffic management; Network resource management
    • H04W28/02—Traffic management, e.g. flow control or congestion control
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04W—WIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
    • H04W72/00—Local resource management
    • H04W72/12—Wireless traffic scheduling

Definitions

  • the following description relates to a wireless communication system, and more particularly, to a method and apparatus for transmitting and receiving cluster-based cooperation content in a wireless communication system supporting a repeater.
  • FIG. 1 illustrates a relay node (RN) 120 and a user equipment (UE) 141 and 142 existing in an area of one base station (eNodeB; eNB) 110 in a wireless communication system 100.
  • the repeater 120 may transfer data received from the base station 110 to the terminal 142 in the repeater area, and may transmit data received from the terminal 142 in the repeater area to the base station 110.
  • the repeater 120 may support extending the high data rate range, improving the communication quality at the cell edge, and providing communication in areas inside the building or beyond the base station service area.
  • a terminal receiving a service directly from a base station such as the terminal 141 (hereinafter referred to as a macro-terminal or a M-UE), and a service through a relay 120 such as the terminal 142. It shows that there is a receiving terminal (hereinafter referred to as a relay-UE or an R-UE).
  • the radio link between the base station 110 and the repeater 120 is called a backhaul link.
  • the link from the base station 110 to the repeater 120 is called a backhaul downlink, and the link from the repeater 120 to the base station 110 is called a backhaul uplink.
  • the radio link between the repeater 120 and the terminal 142 is called an access link.
  • the link from the repeater 120 to the terminal 142 is called an access downlink, and the link from the terminal 142 to the repeater 120 is called an access uplink.
  • the terminal 142 may recognize the repeater 120 as a general base station.
  • the other terminal UE functions as the repeater 120 (such a repeater is called a user-relay)
  • the terminal 142 does not recognize the presence of the repeater 120.
  • the present invention when the content is delivered through the repeater in transmitting the content from the base station to a certain terminal, it is a technical problem to provide a way to achieve a more desired content delivery. Specifically, the present invention is to provide a method for configuring a content to be delivered through a repeater in transmitting the content to the terminal as a technical problem. In addition, the present invention is to technically transmit the content transmitted through the repeater effectively using the cluster-based cooperative caching.
  • a method of scheduling content using a cluster for performing cooperative caching includes a method for content stored in the caching memory of the at least one repeater in the cluster. Determining a parity ratio; And performing scheduling for the at least one repeater based on the determined parity ratio.
  • the determining of the parity ratio may include determining a compensation value with respect to an average delay time; Estimating a preference of the content; And determining a ratio of parity bits based on at least the preference of the content.
  • the cluster device performing cooperative caching for at least one repeater determines a parity ratio for content stored in the caching memory of the at least one repeater.
  • a content controller includes a compensation observer for determining a compensation value with respect to an average delay time;
  • a preference estimator for estimating a preference of the contents;
  • a parity optimizer that determines a ratio of parity bits based on at least the preference of the content.
  • the content to be transmitted to the terminal may be determined based on a received signal to noise ratio (SNR) of the terminal.
  • SNR received signal to noise ratio
  • the compensation value for the average delay time is determined based on the compensation function according to Equation 1,
  • Equation 1 Equation 1
  • the content file stored in the k-th repeater of the at least one repeater Is the ratio of parity bits in Is a content file
  • a n, k ⁇ ⁇ 0, 1 ⁇ indicates whether the link between the k-th repeater and user n is active
  • Is the delay between base station and user n Denotes the transmission delay time of the link between the kth repeater and user n.
  • the preference of the content may be determined based on the compensation value and the storage history of the content. More specifically, the preference of the content is determined based on Equation 2,
  • Equation 2 is Is
  • Is a preference profile value representing the preference Is a variable for estimating the preference profile
  • N is the number of users requesting content
  • t is a frame in which the content is transmitted
  • T f may be a value indicating a storage history of the content.
  • the ratio of the parity pit may be determined by further considering the compensation value. More specifically, the ratio of the parity pits ( ) Is the following condition It can be determined as a value that satisfies. Where Is a compensation function for determining the compensation value, Is the size of the content file f, M is the size of the caching memory of the at least one repeater, Is the set of content files stored in the k-th repeater in the t-th frame, ⁇ is a variable related to the mobility of the user, May be a set of contents stored in the caching memory of the at least one repeater. In addition, the determined ratio of parity bits may be transferred to the caching memory of the at least one repeater.
  • the method may include determining a n, k ⁇ ⁇ 0, 1 ⁇ that satisfies.
  • Is a compensation function for determining the compensation value Is a content file stored on repeater k Is the amount of parity bits in, Is a content file Is the size of. May indicate whether a link between the k-th relay and the user is active.
  • the present invention when the content is delivered through the repeater in transmitting the content from the base station to a certain terminal, a method for more successful content delivery can be provided.
  • a method of configuring content to be delivered through a repeater may be provided when the repeater transmits the content to the terminal.
  • the present invention is to technically transmit the content transmitted through the repeater effectively using the cluster-based cooperative caching.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating a wireless communication system including a base station, a repeater, and a terminal.
  • FIG. 2 is a diagram illustrating a structure of a radio frame used in a 3GPP LTE system.
  • 3 is a diagram illustrating a resource grid in a downlink slot.
  • FIG. 4 is a diagram illustrating a structure of a downlink subframe.
  • 5 is a diagram illustrating a structure of an uplink subframe.
  • FIG. 6 is a configuration diagram of a wireless communication system having multiple antennas.
  • FIG. 7 is a diagram for conceptually describing a multi-user environment.
  • FIG. 8 is a diagram illustrating an example of a communication system that can be applied to the present invention.
  • FIG 9 illustrates another communication system that can be applied to the present invention.
  • FIG. 10 is a system block diagram of a cluster for performing cooperative caching as one embodiment of the present invention.
  • FIG. 11 is a flowchart illustrating a sequence of a cluster-based scheduling method for cooperative caching according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 12 illustrates a frame structure according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 13 is a diagram illustrating a preference estimation algorithm according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 14 is a diagram illustrating a wireless communication system including a base station apparatus, a relay apparatus, and a terminal apparatus capable of transmitting and receiving content according to the present invention.
  • each component or feature may be considered to be optional unless otherwise stated.
  • Each component or feature may be embodied in a form that is not combined with other components or features.
  • some components and / or features may be combined to form an embodiment of the present invention.
  • the order of the operations described in the embodiments of the present invention may be changed. Some components or features of one embodiment may be included in another embodiment or may be replaced with corresponding components or features of another embodiment.
  • the base station has a meaning as a terminal node of the network that directly communicates with the terminal.
  • the specific operation described as performed by the base station in this document may be performed by an upper node of the base station in some cases.
  • a 'base station (BS)' may be replaced by terms such as a fixed station, a Node B, an eNode B (eNB), an access point (AP), and the like.
  • the repeater may be replaced by terms such as relay node (RN) and relay station (RS).
  • the term “terminal” may be replaced with terms such as a user equipment (UE), a mobile station (MS), a mobile subscriber station (MSS), a subscriber station (SS), and the like.
  • Embodiments of the present invention may be supported by standard documents disclosed in at least one of the wireless access systems IEEE 802 system, 3GPP system, 3GPP LTE and LTE-Advanced (LTE-A) system and 3GPP2 system. That is, steps or parts which are not described to clearly reveal the technical spirit of the present invention among the embodiments of the present invention may be supported by the above documents. In addition, all terms disclosed in the present document can be described by the above standard document.
  • CDMA code division multiple access
  • FDMA frequency division multiple access
  • TDMA time division multiple access
  • OFDMA orthogonal frequency division multiple access
  • SC-FDMA single carrier frequency division multiple access
  • CDMA may be implemented with a radio technology such as Universal Terrestrial Radio Access (UTRA) or CDMA2000.
  • TDMA may be implemented with wireless technologies such as Global System for Mobile communications (GSM) / General Packet Radio Service (GPRS) / Enhanced Data Rates for GSM Evolution (EDGE).
  • GSM Global System for Mobile communications
  • GPRS General Packet Radio Service
  • EDGE Enhanced Data Rates for GSM Evolution
  • OFDMA may be implemented in a wireless technology such as IEEE 802.11 (Wi-Fi), IEEE 802.16 (WiMAX), IEEE 802-20, Evolved UTRA (E-UTRA).
  • UTRA is part of the Universal Mobile Telecommunications System (UMTS).
  • 3rd Generation Partnership Project (3GPP) long term evolution (LTE) is part of an Evolved UMTS (E-UMTS) using E-UTRA, and employs OFDMA in downlink and SC-FDMA in uplink.
  • LTE-A Advanced
  • WiMAX can be described by the IEEE 802.16e standard (WirelessMAN-OFDMA Reference System) and the advanced IEEE 802.16m standard (WirelessMAN-OFDMA Advanced system). For clarity, the following description focuses on 3GPP LTE and 3GPP LTE-A systems, but the technical spirit of the present invention is not limited thereto.
  • FIG. 2 is a diagram illustrating a structure of a radio frame used in a 3GPP LTE system.
  • uplink / downlink data packet transmission is performed in units of subframes, and one subframe is defined as a predetermined time interval including a plurality of OFDM symbols.
  • One radio frame includes 10 subframes, and one subframe includes two slots in the time domain.
  • the time for transmitting one subframe is defined as a transmission time interval (TTI).
  • TTI transmission time interval
  • one subframe may have a length of 1 ms
  • one slot may have a length of 0.5 ms.
  • One slot may include a plurality of OFDM symbols in the time domain.
  • the TTI may mean a time interval for transmitting the encoded packet in the physical layer. Therefore, one subframe or a number of adjacent subframes may be used when transmitting a data packet.
  • the OFDM symbol represents one symbol length.
  • One symbol may be referred to as an SC-FDMA symbol or a symbol length in uplink.
  • a resource block (RB) is a resource allocation unit and includes a plurality of consecutive subcarriers in one slot.
  • the structure of such a radio frame is merely exemplary. Accordingly, the number of subframes included in one radio frame, the number of slots included in one subframe, or the number of OFDM symbols included in one slot may be changed in various ways.
  • One downlink slot includes seven OFDM symbols in the time domain and one resource block (RB) is shown to include 12 subcarriers in the frequency domain, but the present invention is not limited thereto.
  • one slot includes 7 OFDM symbols in the case of a general cyclic prefix (CP), but one slot may include 6 OFDM symbols in the case of an extended-CP (CP).
  • CP general cyclic prefix
  • Each element on the resource grid is called a resource element.
  • One resource block includes 12 ⁇ 7 resource elements.
  • the number of N DLs of resource blocks included in the downlink slot depends on the downlink transmission bandwidth.
  • the structure of the uplink slot may be the same as the structure of the downlink slot.
  • FIG. 4 is a diagram illustrating a structure of a downlink subframe.
  • Up to three OFDM symbols at the front of the first slot in one subframe correspond to a control region to which a control channel is allocated.
  • the remaining OFDM symbols correspond to data regions to which a physical downlink shared channel (PDSCH) is allocated.
  • Downlink control channels used in the 3GPP LTE system include, for example, a Physical Control Format Indicator Channel (PCFICH), a Physical Downlink Control Channel (PDCCH), and a Physical HARQ Indicator Channel.
  • PCFICH Physical Hybrid Automatic Repeat reQuest Indicator Channel
  • the PCFICH is transmitted in the first OFDM symbol of a subframe and includes information on the number of OFDM symbols used for control channel transmission in the subframe.
  • the PHICH includes a HARQ ACK / NACK signal as a response of uplink transmission.
  • Control information transmitted through the PDCCH is referred to as downlink control information (DCI).
  • DCI includes uplink or downlink scheduling information or an uplink transmit power control command for a certain terminal group.
  • the PDCCH is a resource allocation and transmission format of the downlink shared channel (DL-SCH), resource allocation information of the uplink shared channel (UL-SCH), paging information of the paging channel (PCH), system information on the DL-SCH, on the PDSCH Resource allocation of upper layer control messages such as random access responses transmitted to the network, a set of transmit power control commands for individual terminals in an arbitrary terminal group, transmission power control information, and activation of voice over IP (VoIP) And the like.
  • a plurality of PDCCHs may be transmitted in the control region.
  • the terminal may monitor the plurality of PDCCHs.
  • the PDCCH is transmitted in an aggregation of one or more consecutive Control Channel Elements (CCEs).
  • CCEs Control Channel Elements
  • the CCE is a logical allocation unit used to provide a PDCCH at a coding rate based on the state of a radio channel.
  • the CCE corresponds to a plurality of resource element groups.
  • the format of the PDCCH and the number of available bits are determined according to the correlation between the number of CCEs and the coding rate provided by the CCEs.
  • the number of CCEs used for PDCCH transmission is called a CCE aggregation level.
  • the CCE combination level is a CCE unit for searching for a PDCCH.
  • the size of the CCE combination level is defined by the number of adjacent CCEs. For example, the CCE combination level can be 1, 2, 4 or 8.
  • the base station determines the PDCCH format according to the DCI transmitted to the terminal, and adds a cyclic redundancy check (CRC) to the control information.
  • CRC cyclic redundancy check
  • the CRC is masked with an identifier called a Radio Network Temporary Identifier (RNTI) according to the owner or purpose of the PDCCH.
  • RNTI Radio Network Temporary Identifier
  • the PDCCH is for a specific terminal, the cell-RNTI (C-RNTI) identifier of the terminal may be masked to the CRC.
  • a paging indicator identifier P-RNTI
  • SI-RNTI system information identifier and system information RNTI
  • RA-RNTI Random Access-RNTI
  • the uplink subframe may be divided into a control region and a data region in the frequency domain.
  • a physical uplink control channel (PUCCH) including uplink control information is allocated to the control region.
  • a physical uplink shared channel (PUSCH) including user data is allocated.
  • PUCCH physical uplink control channel
  • PUSCH physical uplink shared channel
  • one UE does not simultaneously transmit a PUCCH and a PUSCH.
  • PUCCH for one UE is allocated to an RB pair in a subframe. Resource blocks belonging to a resource block pair occupy different subcarriers for two slots. This is called a resource block pair allocated to the PUCCH is frequency-hopped at the slot boundary.
  • FIG. 6 is a configuration diagram of a wireless communication system having multiple antennas.
  • the theoretical ratio is proportional to the number of antennas, unlike when a plurality of antennas are used only in a transmitter or a receiver.
  • Channel transmission capacity is increased. Therefore, the transmission rate can be improved and the frequency efficiency can be significantly improved.
  • the transmission rate can theoretically increase as the rate of increase rate R i multiplied by the maximum transmission rate R o when using a single antenna.
  • a transmission rate four times higher than a single antenna system may be theoretically obtained. Since the theoretical capacity increase of multi-antenna systems was proved in the mid 90's, various techniques to actively lead to the actual data rate improvement have been actively studied. In addition, some technologies are already being reflected in various wireless communication standards such as 3G mobile communication and next generation WLAN.
  • the research trends related to multi-antennas to date include the study of information theory aspects related to the calculation of multi-antenna communication capacity in various channel environments and multi-access environments, the study of wireless channel measurement and model derivation of multi-antenna systems, improvement of transmission reliability, and improvement of transmission rate. Research is being actively conducted from various viewpoints, such as research on space-time signal processing technology.
  • the transmission signal when there are N T transmit antennas, the maximum information that can be transmitted is N T.
  • the transmission information may be expressed as follows.
  • Each transmission information The transmit power may be different.
  • Each transmit power In this case, the transmission information whose transmission power is adjusted may be expressed as follows.
  • Weighting matrix N T transmitted signals actually applied by applying Consider the case where is configured.
  • Weighting matrix Plays a role in properly distributing transmission information to each antenna according to a transmission channel situation.
  • Vector It can be expressed as follows.
  • Received signal is received signal of each antenna when there are N R receiving antennas Can be expressed as a vector as
  • channels may be divided according to transmit / receive antenna indexes. From the transmit antenna j to the channel through the receive antenna i It is indicated by. Note that in the order of the index, the receiving antenna index is first, and the index of the transmitting antenna is later.
  • FIG. 6 (b) is a diagram illustrating a channel from the N T transmit antennas to the receive antenna i .
  • the channels may be bundled and displayed in vector and matrix form.
  • a channel arriving from a total of N T transmit antennas to a receive antenna i may be represented as follows.
  • AWGN Additive White Gaussian Noise
  • the received signal may be expressed as follows through the above-described mathematical modeling.
  • the channel matrix indicating the channel state The number of rows and columns of is determined by the number of transmit and receive antennas.
  • Channel matrix The number of rows is equal to the number of receive antennas N R
  • the number of columns is equal to the number of transmit antennas N T. That is, the channel matrix The matrix is N R ⁇ N T.
  • the rank of a matrix is defined as the minimum number of rows or columns that are independent of each other. Thus, the rank of the matrix cannot be greater than the number of rows or columns.
  • Channel matrix Rank of ( ) Is limited to
  • rank may be defined as the number of nonzero eigenvalues when the matrix is eigenvalue decomposition.
  • another definition of rank may be defined as the number of nonzero singular values when singular value decomposition is performed. Therefore, the physical meaning of rank in the channel matrix is the maximum number that can send different information in a given channel.
  • MU-MIMO Multiple User-MIMO refers to an operation in which a base station having multiple antennas serves a plurality of users (terminals) at the same time.
  • the signal for one terminal may act as interference for the other terminal, and the overall system performance may be degraded. Therefore, in order to correctly perform data transmission and reception according to the MU-MIMO operation, it is required to remove the interference between users.
  • the base station may perform signal processing according to an interference cancellation technique for a signal to be transmitted to multiple users.
  • the base station can encode the information block to be transmitted to each terminal to each independent codeword.
  • the encoded codewords may be transmitted according to the interference cancellation scheme. For example, for a codeword transmitted from one base station to a plurality of terminals, the base station may transmit in a manner of eliminating interference in advance. By pre-subtraction of the signal transmitted to one terminal U 1 to the other terminal U 2 , the terminal U 2 receives the signal from the base station as if there is no interference. In this case, a separate interference cancellation operation may not be performed.
  • ZF-DPC Zero Forcing-Dirty Paper Coding
  • ZF Zero Forcing
  • the encoding can be performed by transmitting the encoded components without interference of the second row without transmitting the interference of the first row. Will be.
  • the beamforming vector w i ie, the beamforming vector for U 1 is w 1 and the beamforming vector for U 2 is w 2
  • the effective channel can be expressed as Equation 14 below. Accordingly, since the signal to one terminal may be transmitted after the interference from the signal to the other terminal is removed in advance, the terminal may correctly receive the signal from the base station without a separate operation of removing the interference.
  • interference cancellation may be performed through pseudo-inverse of the synthesis channel H for multiple users as shown in Equation 15 below.
  • Equation 15 X H means a Hermit matrix for the matrix X, X -1 means an inverse matrix for the matrix X.
  • the effective channel for each terminal may be represented by Equation 15 below.
  • the channel in each terminal is in the form of an identity matrix, and as a result, it is possible to receive a signal from which interference has been previously removed.
  • Repeaters may be considered, for example, to extend high data rate coverage, improve group mobility, ad hoc network deployment, improve cell boundary yield and / or provide network coverage in new areas.
  • the repeater 120 plays a role of forwarding transmission and reception between the base station 110 and the terminal 142, and has two types of links (backhaul links) having different attributes in each carrier frequency band. And access links) apply.
  • Base station 110 may include a donor cell.
  • the repeater 120 may be wirelessly connected to the radio-access network via the donor cell 110.
  • the backhaul link between the base station 110 and the repeater 120 uses a downlink frequency band or a downlink subframe resource
  • the backhaul link is represented as a backhaul downlink
  • the uplink frequency band or an uplink subframe resource is used, the backhaul uplink is used.
  • the frequency band is a resource allocated in the frequency division duplex (FDD) mode
  • the subframe is a resource allocated in the time division duplex (TDD) mode.
  • the access link between the relay 120 and the terminal 142 uses a downlink frequency band or a downlink subframe resource
  • it is expressed as an access downlink and uses an uplink frequency band or an uplink subframe resource.
  • Figure 1 shows the configuration of the backhaul uplink / downlink and access uplink / downlink of the FDD mode repeater.
  • the base station requires a function of uplink reception and downlink transmission
  • the terminal requires a function of uplink transmission and downlink reception.
  • the repeater requires all the functions of backhaul uplink transmission to the base station, access uplink reception from the terminal, backhaul downlink reception from the base station, and access downlink transmission to the terminal.
  • the case in which the backhaul link operates in the same frequency band as the access link is called 'in-band', and the frequency band in which the backhaul link and the access link are different.
  • the case of operating at is called 'out-band'.
  • a terminal operating according to an existing LTE system eg, Release-8 (hereinafter referred to as a legacy terminal) should be able to access the donor cell.
  • the repeater may be classified as a transparent repeater or a non-transparent repeater.
  • a transparent means a case in which a terminal does not recognize whether it communicates with a network through a repeater
  • a non-transient refers to a case in which a terminal recognizes whether a terminal communicates with a network through a repeater.
  • the repeater may be divided into a repeater configured as part of the donor cell or a repeater controlling the cell by itself.
  • the repeater configured as part of the donor cell may have a repeater identifier (ID), but does not have the repeater's own cell identity.
  • ID a repeater identifier
  • RRM Radio Resource Management
  • a relay configured as part of the donor cell.
  • such a repeater can support legacy terminals.
  • various types of smart repeaters, decode-and-forward relays, L2 (second layer) repeaters, and type-2 repeaters are examples of such repeaters.
  • the repeater controls one or several cells, each of the cells controlled by the repeater is provided with a unique physical layer cell identity, and may use the same RRM mechanism. From a terminal perspective, there is no difference between accessing a cell controlled by a repeater and accessing a cell controlled by a general base station.
  • the cell controlled by this repeater may support the legacy terminal.
  • self-backhauling repeaters, L3 (third layer) repeaters, type-1 repeaters and type-1a repeaters are such repeaters.
  • the type-1 repeater controls the plurality of cells as an in-band repeater, each of which appears to be a separate cell from the donor cell from the terminal's point of view. Also, the plurality of cells have their own physical cell IDs (defined in LTE Release-8), and the repeater may transmit its own synchronization channel, reference signal, and the like. In the case of single-cell operation, the terminal may receive scheduling information and HARQ feedback directly from the repeater and transmit its control channel (scheduling request (SR), CQI, ACK / NACK, etc.) to the repeater. Also, for legacy terminals (terminals operating in accordance with the LTE Release-8 system), the type 1 repeater is seen as a legacy base station (base station operating in accordance with the LTE Release-8 system). That is, it has backward compatibility. On the other hand, for terminals operating according to the LTE-A system, the type-1 repeater may be seen as a base station different from the legacy base station, thereby providing performance improvement.
  • SR scheduling information and HAR
  • the type-1a repeater has the same features as the type-1 repeater described above in addition to operating out-band.
  • the operation of the type-1a repeater may be configured to minimize or eliminate the impact on L1 (first layer) operation.
  • the type-2 repeater is an in-band repeater and does not have a separate physical cell ID and thus does not form a new cell.
  • the type 2 repeater is transparent to the legacy terminal, and the legacy terminal is not aware of the presence of the type 2 repeater.
  • the type-2 repeater may transmit a PDSCH, but not at least CRS and PDCCH.
  • the following HARQ operation may be applied as a control method for data reception failure.
  • a new packet is transmitted when an ACK signal is received from the data receiving side, and a previously transmitted packet can be retransmitted when the NACK signal is received.
  • a packet to which encoding according to a forward error correction (FEC) function is applied may be retransmitted. Therefore, as a result of receiving and decoding one packet, the data receiving side transmits an ACK signal when decoding is successful, and transmits an NACK when decoding fails, and stores the received packet in a buffer.
  • decoding is performed by combining with the packet received in the buffer, thereby increasing the reception success rate of the packet.
  • the HARQ scheme may be classified into a synchronous HARQ scheme and an asynchronous HARQ scheme according to timing of retransmission.
  • the synchronous HARQ scheme when the initial transmission fails, subsequent retransmissions are performed at a time point determined by the system. For example, if retransmission is performed every fourth time unit (for example, a subframe) after the initial transmission failure, it is not necessary to inform the receiving side of the information on the time of retransmission. Therefore, when the data transmission side receives the NACK signal, the packet is retransmitted every fourth time until the ACK signal is received.
  • the asynchronous HARQ scheme information about a time point for retransmission is separately scheduled. Therefore, the retransmission time of the packet corresponding to the NACK signal may be changed by various requirements such as channel state.
  • the MCS level of the retransmitted packet, the number of resource blocks used, and the like are determined as determined at initial transmission. For example, if the transmitting side transmits data using eight resource blocks during the initial transmission, the retransmission is performed using the eight resource blocks in the same way.
  • the adaptive scheme is a scheme in which a packet modulation scheme, the number of resource blocks used, and the like vary according to channel conditions. For example, even when the transmission is initially performed using eight, it may be retransmitted later using a number of resource blocks larger or smaller than eight depending on the channel state.
  • the transmitting end converts the data packet into sub-packets having a predetermined size, and thus initial transmission and retransmission may be performed in units of sub packets.
  • the receiving end may attempt to decode the data packet by combining several subpackets.
  • Several subpackets used for initial transmission and retransmission by the HARQ scheme are generated from one codeword packet.
  • the generated subpackets can be distinguished by the length of the subpackets and the start positions of the subpackets.
  • This distinguishable subpacket is called a redundancy version (RV).
  • RV redundancy version
  • the receiving end may attempt to decode the entire codeword by receiving and combining different RVs.
  • the HARQ operation may be performed by receiving only the difference between the entire codeword packet to be received and the subpacket already received, and attempting decoding.
  • This method uses HARQ of incremental redundancy (IR). It can be called an operation.
  • FIG. 7 is a diagram for conceptually describing a multi-user environment.
  • the base station has multiple antennas and can support MU-MIMO transmission, and that the terminals (U 1 , U 2 ,...) Have a single antenna.
  • This assumption is merely illustrative for clarity of explanation, and the principles of the present invention described below may be equally applied to terminal (s) having multiple antennas.
  • a plurality of terminals U 1 , U 2 , ... may simultaneously receive signals from a base station BS.
  • the channel to U 1 may be referred to as h 1
  • the channel to U 2 may be referred to as h 2 .
  • U 1 for example, while hayeoseo position close to the base station the channel state good, U 2 is located at a relatively outer cell (cell edge) compared to U 1 it is assumed that the channel state is not good.
  • the base station may transmit a signal at a higher power in order to guarantee data transmission to a terminal having a poor channel state, but a problem of interference may occur.
  • various repeaters as described above can be introduced.
  • Such a repeater may be referred to as a user-relay, which may correspond to a type-2 repeater as described above. That is, the user-repeater is transparent to the terminal receiving the data.
  • U 1 functions as a user-relay and U 2 receives data from the base station through U 1 .
  • data transmission is performed through cooperation between terminals in a multi-user environment, thereby improving overall transmission capacity and increasing resource efficiency.
  • the terminal U 1 having a good channel environment with the base station as compared to other terminals may function as a user-relay, and may help data transfer to another terminal U 2 having a poor channel environment.
  • U 1 may receive its own data from the base station and simultaneously receive data transmitted from the base station to U 2 from the base station.
  • U 1 may transmit to U 2 data that should be transferred to U 2 from the data received by U 1 . From the standpoint of U 2 , data about itself can be obtained through data received directly from the base station and data received through U 1 .
  • Such a data transmission method may be referred to as a partial signal transmission method.
  • FIG. 8 is a diagram illustrating an example of a communication system that can be applied to the present invention.
  • the base station BS1 serves contents to a user through a downlink directly or indirectly through a plurality of repeaters Helper 1,..., Helper 4 may be applied.
  • the base station may be a base station of a macro cell, and the repeaters may be a small base station of a femto or pico cell.
  • the repeater may correspond to a terminal-relay as described in FIG. 7.
  • a portion of the content requested by the user may be transmitted to the UE using a scheme in which a repeater or a proxy previously stores the content in the caching memory. This way of utilizing caching memory is called caching.
  • the content serving the user may include various types of files, but in the following embodiment of the present invention, video content which is used very frequently among data required by the terminal in the current mobile communication system will be described as an example.
  • the content delivery network has a distribution in which a preference of video content is predictable and a small number of contents are frequently reused.
  • the conventional femto caching technique utilizes a rateless maximum distance separable (MDS) code when a video content file's preference is given in advance as a distribution of Zipf, thereby minimizing the delay time for content transmission.
  • MDS rateless maximum distance separable
  • j is a parity bit of the content f of the content f in the user u in the cache is the average delay time to download and restore the file from the good repeaters, can be expressed as have.
  • j may be a value indicating a repeater when the repeaters are arranged in a good order of the channels. For example, a lower value of j may correspond to a better repeater.
  • the good channel may mean a case where the delay time has a small value.
  • ⁇ h, u is the average download time for the user u to receive the repeater h unit bits
  • (j) u represents the j-th best repeater in the user terminal u.
  • the conventional femto caching technique assumes that a preference distribution of content for optimal cache control can be predicted in advance.
  • the femto caching scheme does not consider scheduling issues necessary for wireless content transmission, and considers only an optimal cache control method using only Queue State Information (QSI) that changes over a long period of time. Since the average latency of content delivery in a cellular environment in which users are moving is affected not only by long-term QSI but also by short-term CSI, mixed-timescale optimal combination design of cache control and scheduling for content delivery Joint Optimization Design) is required.
  • QSI Queue State Information
  • the present invention proposes a content storage and transmission technique for improving content transmission efficiency of a system in an environment in which interference may occur from an adjacent cell.
  • FIG 9 shows another example of a communication system that can be applied to the present invention.
  • small base stations serving as repeaters in an environment in which small cells overlapped with limited capacity of a backhaul link exist in an environment in which an underlay is present, is cluster-based. Environment to serve content may be applied.
  • the amount of parity bits stored in the cache is controlled by MDS encoding in a content controller (CC), and the content requested by the user in the mobile environment is controlled by the macro base station (CC).
  • CC content controller
  • MDS Macro Base Station
  • FIG. 9 a small base station environment is illustrated, but this does not limit the scope of the present invention, and an embodiment of the present invention may also be applied to a case where general cooperative wireless terminals have a cache.
  • the macro base station is referred to as a base station for convenience of description, and the small base station is referred to as a relay.
  • the present invention estimates the preference of the content, optimally adjusts the amount of parity bits stored in each repeater, controls the coordination of K individual caches, and transmits the content to multiple users according to QSI and CSI.
  • a cluster is largely composed of a contents controller (CC) 1010, an aggregate cache (AC) 1020, and a cluster header (CH) 1030.
  • CC contents controller
  • AC aggregate cache
  • CH cluster header
  • the content controller 1010 may estimate the preference of the content and optimally adjust the amount of parity bits.
  • the content controller 1010 calculates the amount of parity bits stored in the preference estimator 1013 that performs an algorithm for estimating the preference of the content and the caches (Cache 1, ..., Cache k, ..., Cache K) of each repeater.
  • a parity optimizer 1014 that performs an algorithm that optimally adjusts.
  • it may further include a cache logger 1011 and a compensation observer 1012 for storing the cache storage history.
  • the cooperative cache 1020 is controlled by a processor of each repeater (SBS1, SBS2, ..., SBSK in FIG. 10), and receives information about the parity bit rate from the content controller 1010 to determine the amount of parity bits for the corresponding content. Adjust
  • the cluster header 1030 performs scheduling to minimize the delay time for content transmission to various users according to the QSI and the CSI.
  • the cluster header 1030 may be configured with a scheduler 1031 that performs an algorithm for minimizing delay time consumed for content transmission according to QSI and CSI.
  • the cluster header 1030 may perform optimization scheduling to minimize transmission delay time using a compensation function and parity bit information.
  • the content controller, the cooperative cache, and the cluster header exchange information with each other to perform a mixed-timescale combining optimization to minimize a reward function, that is, an average delay time.
  • each step may be divided into a cooperative caching step and a cooperative transmission step.
  • the cooperative caching step is performed with the goal of adjusting the amount of parity bits stored in the unified cache by calculating a parity ratio value that minimizes at least content preference and transmission delay time.
  • the cooperative caching step includes calculating a reward value (s1110), estimating a preference for content (s1120), and determining a parity ratio for the content based on the reward value and the preference (s1130). Can be.
  • the cooperative transmission step may include performing scheduling based on the compensation value and parity bit information according to the parity ratio (s1140).
  • FIG. 12 illustrates a frame structure according to an embodiment of the present invention.
  • one content or one video file may correspond to a set of several frames.
  • coding with a different number of bits for each frame is common, and variable bit rate coding is a commonly used video content compression technique. (variable bit rate coding) is assumed.
  • each of the frames having been coded is divided into packets having the same size and transmitted sequentially in order to be transmitted to the user through the wireless communication channel.
  • One frame is divided into a cooperative caching phase (CP) and a forwarding phase (FP), and cooperative caching is performed during the CP period to update the contents stored in the cache with the preference information ⁇ and the ratio Q of the parity bits.
  • CP cooperative caching phase
  • FP forwarding phase
  • content is transmitted according to the updated information. That is, cooperative caching and cooperative transmission are performed in one frame. Subsequently, the cooperative transmission may be performed based on scheduling through performing optimization as shown below.
  • Phase 1 as illustrated in FIGS. 10 to 11, the content controller performs estimation of the preference profile and optimization of the parity bit rate in the long term, and adjusts the amount of parity bits stored in the unified cache.
  • Is the content file corresponding to user n Is an estimated Popularity Profile of, Is a content file stored on repeater k
  • the ratio of parity bits in, Is a content file The size of, a n, k ⁇ ⁇ 0, 1 ⁇ indicates whether the link between the user n in the repeater k is active.
  • Is the delay when getting content directly into the backhaul Denotes the transmission delay time of the link between the repeater k and the user n.
  • h n, k is a value indicating the channel state according to the channel state information (CSI).
  • the transmission delay time is determined according to the channel state.
  • Equation 18 The smaller the value becomes, the larger the compensation value according to the compensation function becomes. The larger is, the smaller the compensation value is.
  • FIG. 13 illustrates an algorithm for estimating a preference profile in accordance with the present invention.
  • a compensation value for the t th frame ( ), It initializes the value (T f ) related to the history in which the content is stored.
  • f represents a content file stored in the unified cache in the t-th frame.
  • a variable for estimating the preference profile for the content f in the t-th frame is calculated.
  • the variable is a variable for estimating a previous preference profile value. Is determined by updating to a new value based on.
  • step S1330 Based on affinity profile ( ) Is calculated.
  • N is the total number of users
  • K is the number of repeaters
  • q f is the parity bit rate
  • S f is the size of the content
  • F ⁇ is the scaling constant according to the content preference distribution
  • T f is the file f The number of times stored in the unified cache.
  • Each step is performed while updating the compensation value for the content file stored in the unified cache and the history in which the file is stored. If the file is not stored in the unified cache, the preference value cannot be estimated. do.
  • the first condition is the constraint of cache size
  • M is the size of the repeater's cache
  • the second condition is the constraint of the unified cache size, where ⁇ is a variable related to the user's mobility and is adjustable and provides diversity at the content level. Also Represents a set of content files stored in the integrated cache.
  • the third condition is the restriction of the parity bit rate when encoding with MDS code.
  • the cooperative transmission step uses the CSI and QSI of a moving user over time to deliver the requested content from the unified cache at high speed through short-term scheduling.
  • the cluster header in the cluster performs scheduling by using the compensation function and the parity bit information of the content currently stored in the integrated cache, that is, through optimization as shown in Equation 20 to minimize the transmission delay time.
  • the first condition is the MDS decode constraint, where K + 1 represents the macro base station.
  • K + 1 represents the macro base station.
  • the second condition is a resource allocation constraint, meaning that the link between the repeater k and the user n is designed as an integer of 0 and 1.
  • the cluster header performs scheduling by determining whether to assign a link to each repeater so as to minimize the transmission delay based on Equation (20).
  • scheduling may be performed by determining whether to assign a link to each repeater in the repeater so that the reward obtained by performing the caching is maximized.
  • the transmission delay time may be minimized since the content does not need to be delivered from the backhaul link.
  • Algorithms 1, 2, and 3 according to Equations 18, 19, and 20 of the cooperative caching step (step 1) and the cooperative transmission step (step 2) are performed to optimize the compensation function as shown in FIG. .
  • small base stations in a heterogeneous network environment in which small base stations nested in macrocells with limited capacity of backhaul link are densely distributed, small base stations effectively cooperate based on a cache to greatly reduce traffic of frequently requested video content. have.
  • SON self-organizing network
  • the present invention can be applied to a mobile communication system such as indoor / outdoor small cell environment or device-to-device (D2D) which is considered in actual standards.
  • This technique can also be applied to general low power wireless terminals with limited backhaul link capacity.
  • cluster-based cache and content delivery can be applied in a similar manner.
  • a long-term scale is utilized by utilizing queue state information (QSI) in a cluster-based aggregate cache in a video content in a wireless content delivery network (CDN).
  • QSI queue state information
  • CDN wireless content delivery network
  • a method and apparatus for updating a cache and providing a stored content to a user at high speed through short-term scale scheduling using channel state information (CSI) are provided.
  • CSI channel state information
  • a learning algorithm is applied based on a history of users requesting video content in a cluster of cooperating devices having limited backhaul link capacity.
  • MDS Maximum Distance Separable
  • FIG. 14 is a diagram illustrating a wireless communication system including a base station apparatus, a repeater apparatus, and a terminal apparatus capable of transmitting and receiving content according to the present invention.
  • the base station apparatus 1410 may include a receiving module 1411, a transmitting module 1412, a processor 1413, a memory 1414, and a plurality of antennas 1414.
  • the plurality of antennas 1414 refers to a base station apparatus that supports MIMO transmission and reception.
  • the receiving module 1411 may receive various signals, data, and information on uplink from one or more of the terminal and the repeater.
  • the transmission module 1412 may transmit various signals, data, and information on downlinks to one or more of the terminal and the repeater.
  • the processor 1413 may control the overall operation of the base station apparatus 1410.
  • the processor 1413 of the base station apparatus 1410 performs a function of processing information received by the base station apparatus 1410, information to be transmitted to the outside, and the memory 1414 stores the processed information and the like for a predetermined time. It may be replaced by a component such as a buffer (not shown).
  • the repeater device 1420 may include a receiving module 1421, a transmission module 1422, a processor 1423, a memory 1424, and a plurality of antennas 1425.
  • the plurality of antennas 1425 denote a repeater device that supports MIMO transmission and reception.
  • the receiving module 1421 may include a first receiving module and a second receiving module, and the first receiving module may receive various signals, data, and information on downlink from the base station, and the second receiving module may be a terminal. It can receive various signals, data and information on the uplink from.
  • the transmission module 1422 may include a first transmission module and a second transmission module, and the first transmission module may transmit various signals, data, and information on an uplink to a base station, and the second transmission module may be a terminal. Various signals, data and information on the downlink can be transmitted.
  • the processor 1423 may control the overall operation of the repeater device 1420.
  • the processor 1423 of the repeater device 1420 performs a function of processing information received by the repeater device 1420, information to be transmitted to the outside, and the memory 1424 stores arithmetic information and the like for a predetermined time. And may be replaced by a component such as a buffer (not shown).
  • the memory 1424 may include a caching memory for performing caching according to the present invention, where the caching memory may form an integrated cache in a cluster.
  • the terminal device 1330 may include a receiving module, a transmission module, a processor, a memory, and a plurality of antennas.
  • the plurality of antennas refers to a terminal device that supports MIMO transmission and reception.
  • the receiving module may receive various signals, data, and information on uplink from one or more of the terminal and the repeater.
  • the transmission module may transmit various signals, data, and information on downlinks to one or more of the terminal and the repeater.
  • the processor may control operations of the entire terminal device.
  • the base station apparatus 1410 corresponds to the source node S in the above-described examples of the present invention
  • the repeater apparatus 1420 corresponds to the repeater R
  • the terminal apparatus. 1330 may correspond to the destination node (D).
  • the description of the base station apparatus 1410 of FIG. 14 may be applied to a relay that controls a cell by itself.
  • the description of the repeater device 1420 of FIG. 14 may be applied to a terminal device (ie, a user-relay device) that helps another terminal 1430 in a cooperative communication environment.
  • Embodiments of the present invention described above may be implemented through various means.
  • embodiments of the present invention may be implemented by hardware, firmware, software, or a combination thereof.
  • a method according to embodiments of the present invention may include one or more Application Specific Integrated Circuits (ASICs), Digital Signal Processors (DSPs), Digital Signal Processing Devices (DSPDs), and Programmable Logic Devices (PLDs). It may be implemented by field programmable gate arrays (FPGAs), processors, controllers, microcontrollers, microprocessors, and the like.
  • ASICs Application Specific Integrated Circuits
  • DSPs Digital Signal Processors
  • DSPDs Digital Signal Processing Devices
  • PLDs Programmable Logic Devices
  • FPGAs field programmable gate arrays
  • processors controllers, microcontrollers, microprocessors, and the like.
  • the method according to the embodiments of the present invention may be implemented in the form of a module, a procedure, or a function that performs the functions or operations described above.
  • the software code may be stored in a memory unit and driven by a processor.
  • the memory unit may be located inside or outside the processor, and may exchange data with the processor by various known means.
  • Embodiments of the present invention as described above may be applied to various mobile communication systems.

Landscapes

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

Abstract

본 발명은 무선 통신 시스템에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 협력적 캐싱을 수행하는 클러스터에서 컨텐츠 스케줄링을 수행하는 방법에 관한 것이다. 본 발명에 따라 클러스터에서 컨텐츠를 스케줄링 하는 방법은, 상기 클러스터에서 상기 적어도 하나의 중계기의 캐싱 메모리에 저장되는 컨텐츠에 대한 패리티 비율을 결정하는 단계와 상기 결정된 패리티 비율에 기반하여 상기 적어도 하나의 중계기에 대한 스케줄링을 수행하는 단계를 포함할 수 있다.

Description

중계기를 지원하는 무선 통신 시스템에서 클러스터 기반 협력 컨텐츠 송수신 방법 및 장치
이하의 설명은 무선 통신 시스템에 대한 것으로, 보다 상세하게는 중계기를 지원하는 무선 통신 시스템에서 클러스터 기반 협력 컨텐츠를 송수신하는 방법 및 장치에 대한 것이다.
도 1은 무선 통신 시스템(100)에서 하나의 기지국(eNodeB; eNB, 110) 영역 내에 존재하는 중계기(Relay Node; RN, 120) 및 단말(User Equipment; UE, 141 및 142)들을 도시한다. 중계기(120)는 기지국(110)으로부터 수신한 데이터를 중계기 영역 내의 단말(142)에게 전달하고, 중계기 영역 내의 단말(142)로부터 수신한 데이터를 기지국(110)에게 전달할 수 있다. 또한, 중계기(120)는 고속 데이터 레이트 영역을 확장하고, 셀 경계(edge)에서의 통신 품질을 높이고, 건물 내부 또는 기지국 서비스 영역을 초과하는 영역에 통신을 제공하는 것을 지원할 수 있다. 도 1에서는 단말(141)과 같이 기지국으로부터 직접 서비스를 받는 단말(이하, 매크로-단말(Macro-UE) 또는 M-UE 라 함)과, 단말(142)과 같이 중계기(120)를 통하여 서비스를 받는 단말(이하, 중계기-단말(Relay-UE) 또는 R-UE 라 함)이 존재하는 것을 도시한다.
기지국(110)과 중계기(120) 사이의 무선 링크를 백홀 링크(Backhaul Link)라 칭한다. 기지국(110)으로부터 중계기(120)로의 링크를 백홀 하향링크라고 칭하고, 중계기(120)로부터 기지국(110)으로의 링크를 백홀 상향링크라고 칭한다. 또한, 중계기(120)와 단말(142) 사이의 무선 링크를 액세스 링크(Access Link)라 칭한다. 중계기(120)로부터 단말(142)로의 링크를 액세스 하향링크라고 칭하고, 단말(142)로부터 중계기(120)로의 링크를 액세스 상향링크라고 칭한다.
중계기(120)가 스스로 셀을 제어하는 방식으로 동작하는 경우, 단말(142)은 중계기(120)를 일반적인 기지국으로 인식할 수 있다. 한편, 다른 단말(UE)이 중계기(120)로서 기능하는 경우에 (이러한 중계기를 사용자-중계기(UE-relay)라 칭한다), 단말(142)은 중계기(120)의 존재를 인식하지 못한다.
본 발명에서는 기지국으로부터 어떤 단말에게 컨텐츠를 전송함에 있어서 중계기를 통하여 컨텐츠가 전달되는 경우에, 보다 원하는 컨텐츠 전달이 이루어질 수 있도록 하는 방안을 제공하는 것을 기술적 과제로 한다. 구체적으로, 본 발명은, 중계기가 단말에게 컨텐츠를 전송함에 있어서 중계기를 통하여 전달될 컨텐츠를 구성하는 방안 방안을 제공하는 것을 기술적 과제로 한다. 또한, 본 발명은 중계기를 통하여 전송되는 컨텐츠를 클러스터에 기반한 협력 캐싱을 이용하여 효과적으로 송신하는 것을 기술적 과제로 한다.
본 발명에서 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기의 기술적 과제를 해결하기 위하여 본 발명의 일 실시예에 따른 협력적 캐싱을 수행하는 클러스터를 이용하여 컨텐츠를 스케줄링하는 방법은, 상기 클러스터에서 상기 적어도 하나의 중계기의 캐싱 메모리에 저장되는 컨텐츠에 대한 패리티 비율을 결정하는 단계; 상기 결정된 패리티 비율에 기반하여 상기 적어도 하나의 중계기에 대한 스케줄링을 수행하는 단계를 포함할 수 있다. 여기서, 상기 패리티 비율을 결정하는 단계는, 평균 지연 시간에 관한 보상 값을 결정하는 단계; 상기 컨텐츠의 선호도를 추정하는 단계; 및 적어도 상기 컨텐츠의 선호도에 기반하여 패리티 비트의 비율을 결정하는 단계를 포함할 수 있다.
상기의 기술적 과제를 해결하기 위하여 본 발명의 다른 실시예에 따른 적어도 하나의 중계기에 대한 협력적 캐싱을 수행하는 클러스터 장치는, 상기 적어도 하나의 중계기의 캐싱 메모리에 저장되는 컨텐츠에 대한 패리티 비율을 결정하는 컨텐츠 제어기; 및 상기 결정된 패리티 비율에 기반하여 상기 적어도 하나의 중계기에 대한 스케줄링을 수행하는 스케줄러를 포함할 수 있다. 여기서, 상기 컨텐츠 제어기는 평균 지연 시간에 관한 보상 값을 결정하는 보상 관측기; 상기 컨텐츠의 선호도를 추정하는 선호도 추정기; 및 적어도 상기 컨텐츠의 선호도에 기반하여 패리티 비트의 비율을 결정하는 패리티 최적화기를 포함할 수 있다.
상기 본 발명에 따른 실시예들에 있어서 이하의 사항이 공통으로 적용될 수 있다.
상기 단말로 전송할 컨텐츠는, 상기 단말의 수신 SNR (Signal to Noise Ratio)에 기반하여 결정될 수 있다.
여기서, 상기 평균 지연 시간에 관한 보상 값은 수학식 1에 따른 보상함수 에 기반하여 결정되고,
상기 수학식 1은,
Figure PCTKR2015012072-appb-I000001
이고,
상기
Figure PCTKR2015012072-appb-I000002
,은 사용자 n에 대한 컨텐츠 파일이고,
Figure PCTKR2015012072-appb-I000003
은
Figure PCTKR2015012072-appb-I000004
에 대하여 추정된 선호도 프로파일(Popularity Profile)이고,
Figure PCTKR2015012072-appb-I000005
는 상기 적어도 하나의 중계기 중 k 번째 중계기에 저장된 컨텐츠 파일
Figure PCTKR2015012072-appb-I000006
의 패리티 비트의 비율이며,
Figure PCTKR2015012072-appb-I000007
은 컨텐츠 파일
Figure PCTKR2015012072-appb-I000008
의 크기이고 , an,k ∈ {0, 1}는 상기 k번째 중계기와 사용자 n사이의 링크의 활성 여부를 나타내고,
Figure PCTKR2015012072-appb-I000009
는 기지국과 사용자 n사이의 지연시간이며,
Figure PCTKR2015012072-appb-I000010
는 k번째 중계기와 사용자 n사이의 링크의 전송 지연시간을 나타낼 수 있다.
또한, 상기 컨텐츠의 선호도는, 상기 보상 값 및 상기 컨텐츠의 저장 이력에 기반하여 결정될 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 컨텐츠의 선호도는 수학식 2에 기반하여 결정되고,
상기 수학식 2는,
Figure PCTKR2015012072-appb-I000011
이며,
상기
Figure PCTKR2015012072-appb-I000012
는 상기 선호도를 나타내는 선호도 프로파일 값이고,
Figure PCTKR2015012072-appb-I000013
는 상기 선호도 프로파일을 추정을 위한 변수이며, 상기 N은 컨텐츠를 요청하는 사용자의 수이고, 상기
Figure PCTKR2015012072-appb-I000014
는 상기 적어도 하나의 중계기 중 k 번째 중계기에 저장된 컨텐츠 파일 f 의 패리티 비트의 비율이며,
Figure PCTKR2015012072-appb-I000015
는 컨텐츠 파일 f의 크기이고, 상기
Figure PCTKR2015012072-appb-I000016
은 컨텐츠 선호도 분포에 따라 주어지는 스케일링 상수이며, 상기 t는 상기 컨텐츠가 전송되는 프레임이고, 상기 Tf는 상기 컨텐츠의 저장 이력을 나타내는 값일 수 있다.
한편, 상기 패리티 피트의 비율은 상기 보상 값을 더 고려하여 결정될 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 패리티 피트의 비율 (
Figure PCTKR2015012072-appb-I000017
)는 다음 조건
Figure PCTKR2015012072-appb-I000018
을 만족하는 값으로 결정될 수 있다. 여기서, 상기
Figure PCTKR2015012072-appb-I000019
는 상기 보상 값을 결정하는 보상함수이고, 상기
Figure PCTKR2015012072-appb-I000020
는 컨텐츠 파일 f의 크기이고, 상기 M은 상기 적어도 하나의 중계기의 캐싱 메모리의 크기이며,
Figure PCTKR2015012072-appb-I000021
는 t번째 프레임에서 k번째 중계기에 저장된 컨텐츠 파일의 집합이고, δ는 사용자의 이동성과 관련된 변수이며,
Figure PCTKR2015012072-appb-I000022
는 상기 적어도 하나의 중계기의 캐싱 메모리에 저장된 컨텐츠의 집합일 수 있다. 또한, 상기 결정된 패리티 비트의 비율은 상기 적어도 하나의 중계기의 캐싱 메모리로 전달될 수 있다.
한편, 상기 스케줄링은 하는 단계는, 다음 조건
Figure PCTKR2015012072-appb-I000023
을 만족하는 an,k ∈ {0, 1}를 결정하는 단계를 포함할 수 있다. 여기서, 상기
Figure PCTKR2015012072-appb-I000024
는 상기 보상 값을 결정하는 보상함수이고,
Figure PCTKR2015012072-appb-I000025
는 중계기 k에 저장된 컨텐츠 파일
Figure PCTKR2015012072-appb-I000026
의 패리티 비트 양이고,
Figure PCTKR2015012072-appb-I000027
은 컨텐츠 파일
Figure PCTKR2015012072-appb-I000028
의 크기이다. 는 상기 k번째 중계기와 사용자 사이의 링크의 활성 여부를 나타낼 수 있다.
본 발명에 대하여 전술한 일반적인 설명과 후술하는 상세한 설명은 예시적인 것이며, 청구항 기재 발명에 대한 추가적인 설명을 위한 것이다.
본 발명에 따르면, 본 발명에서는 기지국으로부터 어떤 단말에게 컨텐츠를 전송함에 있어서 중계기를 통하여 컨텐츠가 전달되는 경우에, 보다 성공적으로 컨텐츠 전달이 이루어질 수 있도록 하는 방안이 제공될 수 있다. 또한, 중계기가 단말에게 컨텐츠를 전송함에 있어서 중계기를 통하여 전달될 컨텐츠를 구성하는 방안이 제공될 수 있다. 또한, 본 발명은 중계기를 통하여 전송되는 컨텐츠를 클러스터에 기반한 협력 캐싱을 이용하여 효과적으로 송신하는 것을 기술적 과제로 한다.
본 발명에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 명세서에 첨부되는 도면은 본 발명에 대한 이해를 제공하기 위한 것으로서 본 발명의 다양한 실시형태들을 나타내고 명세서의 기재와 함께 본 발명의 원리를 설명하기 위한 것이다.
도 1 은 기지국, 중계기 및 단말을 포함하는 무선 통신 시스템을 도시하는 도면이다.
도 2 는 3GPP LTE 시스템에서 사용되는 무선 프레임의 구조를 나타내는 도면이다.
도 3 은 하향링크 슬롯에서의 자원 그리드(resource grid)를 나타내는 도면이다.
도 4 는 하향링크 서브프레임의 구조를 나타내는 도면이다.
도 5 는 상향링크 서브프레임의 구조를 나타내는 도면이다.
도 6 은 다중안테나를 갖는 무선 통신 시스템의 구성도이다.
도 7 은 다중 사용자 환경을 개념적으로 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 본 발명에 적용될 수 있는 통신 시스템의 일 예를 나타내는 도면이다.
도 9는 본 발명에 적용될 수 있는 다른 통신 시스템을 나타내는 도면이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예로서 협력적 캐싱을 수행하기 위한 클러스터의 시스템 블록도이다.
도 11은 본 발명의 다른 실시예에 따라 협력적 캐싱을 위한 클러스터에 기반한 스케줄링 방법의 순서를 나타내는 순서도이다.
도 12는 본 발명의 실시예에 따른 프레임 구조를 나타내는 도면이다.
도 13은 본 발명의 다른 실시예에 따른 선호도 추정 알고리즘을 나타내는 도면이다.
도 14 는 본 발명에 따라 컨텐츠를 송수신할 수 있는 기지국 장치, 중계기 장치 및 단말 장치를 포함하는 무선 통신 시스템을 도시한 도면이다.
이하의 실시예들은 본 발명의 구성요소들과 특징들을 소정 형태로 결합한 것들이다. 각 구성요소 또는 특징은 별도의 명시적 언급이 없는 한 선택적인 것으로 고려될 수 있다. 각 구성요소 또는 특징은 다른 구성요소나 특징과 결합되지 않은 형태로 실시될 수 있다. 또한, 일부 구성요소들 및/또는 특징들을 결합하여 본 발명의 실시예를 구성할 수도 있다. 본 발명의 실시예들에서 설명되는 동작들의 순서는 변경될 수 있다. 어느 실시예의 일부 구성이나 특징은 다른 실시예에 포함될 수 있고, 또는 다른 실시예의 대응하는 구성 또는 특징과 교체될 수 있다.
본 명세서에서 본 발명의 실시예들을 기지국과 단말 간의 데이터 송신 및 수신의 관계를 중심으로 설명한다. 여기서, 기지국은 단말과 직접적으로 통신을 수행하는 네트워크의 종단 노드(terminal node)로서의 의미를 갖는다. 본 문서에서 기지국에 의해 수행되는 것으로 설명된 특정 동작은 경우에 따라서는 기지국의 상위 노드(upper node)에 의해 수행될 수도 있다.
즉, 기지국을 포함하는 다수의 네트워크 노드들(network nodes)로 이루어지는 네트워크에서 단말과의 통신을 위해 수행되는 다양한 동작들은 기지국 또는 기지국 이외의 다른 네트워크 노드들에 의해 수행될 수 있음은 자명하다. '기지국(BS: Base Station)'은 고정국(fixed station), Node B, eNode B(eNB), 액세스 포인트(AP: Access Point) 등의 용어에 의해 대체될 수 있다. 중계기는 Relay Node(RN), Relay Station(RS) 등의 용어에 의해 대체될 수 있다. 또한, '단말(Terminal)'은 UE(User Equipment), MS(Mobile Station), MSS(Mobile Subscriber Station), SS(Subscriber Station) 등의 용어로 대체될 수 있다.
이하의 설명에서 사용되는 특정 용어들은 본 발명의 이해를 돕기 위해서 제공된 것이며, 이러한 특정 용어의 사용은 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위에서 다른 형태로 변경될 수 있다.
몇몇 경우, 본 발명의 개념이 모호해지는 것을 피하기 위하여 공지의 구조 및 장치는 생략되거나, 각 구조 및 장치의 핵심기능을 중심으로 한 블록도 형식으로 도시될 수 있다. 또한, 본 명세서 전체에서 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 도면 부호를 사용하여 설명한다.
본 발명의 실시예들은 무선 접속 시스템들인 IEEE 802 시스템, 3GPP 시스템, 3GPP LTE 및 LTE-A(LTE-Advanced)시스템 및 3GPP2 시스템 중 적어도 하나에 개시된 표준 문서들에 의해 뒷받침될 수 있다. 즉, 본 발명의 실시예들 중 본 발명의 기술적 사상을 명확히 드러내기 위해 설명하지 않은 단계들 또는 부분들은 상기 문서들에 의해 뒷받침될 수 있다. 또한, 본 문서에서 개시하고 있는 모든 용어들은 상기 표준 문서에 의해 설명될 수 있다.
이하의 기술은 CDMA(Code Division Multiple Access), FDMA(Frequency Division Multiple Access), TDMA(Time Division Multiple Access), OFDMA(Orthogonal Frequency Division Multiple Access), SC-FDMA(Single Carrier Frequency Division Multiple Access) 등과 같은 다양한 무선 접속 시스템에 사용될 수 있다. CDMA는 UTRA(Universal Terrestrial Radio Access)나 CDMA2000과 같은 무선 기술(radio technology)로 구현될 수 있다. TDMA는 GSM(Global System for Mobile communications)/GPRS(General Packet Radio Service)/EDGE(Enhanced Data Rates for GSM Evolution)와 같은 무선 기술로 구현될 수 있다. OFDMA는 IEEE 802.11 (Wi-Fi), IEEE 802.16 (WiMAX), IEEE 802-20, E-UTRA(Evolved UTRA) 등과 같은 무선 기술로 구현될 수 있다. UTRA는 UMTS(Universal Mobile Telecommunications System)의 일부이다. 3GPP(3rd Generation Partnership Project) LTE(long term evolution)는 E-UTRA를 사용하는 E-UMTS(Evolved UMTS)의 일부로써, 하향링크에서 OFDMA를 채용하고 상향링크에서 SC-FDMA를 채용한다. LTE-A(Advanced)는 3GPP LTE의 진화이다. WiMAX는 IEEE 802.16e 규격(WirelessMAN-OFDMA Reference System) 및 발전된 IEEE 802.16m 규격(WirelessMAN-OFDMA Advanced system)에 의하여 설명될 수 있다. 명확성을 위하여 이하에서는 3GPP LTE 및 3GPP LTE-A 시스템을 위주로 설명하지만 본 발명의 기술적 사상이 이에 제한되는 것은 아니다.
도 2는 3GPP LTE 시스템에서 사용되는 무선 프레임의 구조를 나타내는 도면이다.
도 2를 참조하면 셀룰라 OFDM 무선　패킷　통신 시스템에서, 상향링크/하향링크　데이터　패킷　전송은 서브프레임(subframe) 단위로 이루어지며, 한 서브프레임은 다수의 OFDM 심볼을 포함하는 일정 시간 구간으로 정의된다.　
하나의 무선 프레임은 10 개의 서브프레임을 포함하고, 하나의 서브프레임은 시간 영역에서 2 개의 슬롯을 포함한다. 하나의 서브프레임을 전송하는 시간은 전송시간간격(Transmission Time Interval; TTI)으로 정의된다. 예를 들어, 하나의 서브프레임은 1ms의 길이를 가질 수 있고, 하나의 슬롯은 0.5ms의 길이를 가질 수 있다. 하나의 슬롯은 시간 영역에서 복수개의 OFDM 심볼들을 포함할 수 있다. 한편, TTI는 물리계층에서 부호화된　패킷을　 전송하는 시간 간격을 의미할 수 있다. 따라서, 하나의 서브프레임 또는 북수의 인접한 서브프레임이 데이터　패킷을　전송할 때 이용될 수 있다. 3GPP LTE 시스템은 하향링크에서 OFDMA 방식을 이용하므로, 상기 OFDM 심볼은 하나의 심볼 길이(period)를 나타낸다. 하나의 심볼은 상향링크에서 SC-FDMA 심볼 또는 심볼 길이로 칭하여질 수 있다. 자원블록(Resource Block; RB)은 자원 할당 단위로서, 하나의 슬롯에서 복수개의 연속하는 부반송파를 포함한다. 위와 같은 무선 프레임의 구조는 단지 예시적인 것이다. 따라서, 하나의 무선 프레임에 포함되는 서브프레임의 개수, 하나의 서브프레임에 포함되는 슬롯의 개수, 또는 하나의 슬롯에 포함되는 OFDM 심볼의 개수는 다양한 방식으로 변경될 수도 있다.
도 3은 하향링크 슬롯에서의 자원 그리드(resource grid)를 나타내는 도면이다. 하나의 하향링크 슬롯은 시간 영역에서 7 개의 OFDM 심볼을 포함하고, 하나의 자원블록(RB)은 주파수 영역에서 12 개의 부반송파를 포함하는 것으로 도시되어 있지만, 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니다. 예를 들어, 일반 CP(Cyclic Prefix)의 경우에는 하나의 슬롯이 7 OFDM 심볼을 포함하지만, 확장된 CP(extended-CP)의 경우에는 하나의 슬롯이 6 OFDM 심볼을 포함할 수 있다. 자원 그리드 상의 각각의 요소는 자원 요소(resource element)라 한다. 하나의 자원블록은 12×7 자원 요소를 포함한다. 하향링크 슬롯에 포함되는 자원블록들의 NDL의 개수는 하향링크 전송 대역폭에 따른다. 상향링크 슬롯의 구조는 하향링크 슬롯의 구조와 동일할 수 있다.
도 4는 하향링크 서브프레임의 구조를 나타내는 도면이다. 하나의 서브프레임 내에서 첫 번째 슬롯의 앞 부분의 최대 3 개의 OFDM 심볼은 제어 채널이 할당되는 제어 영역에 해당한다. 나머지 OFDM 심볼들은 물리하향링크공유채널(Physical Downlink Shared Chancel; PDSCH)이 할당되는 데이터 영역에 해당한다. 3GPP LTE 시스템에서 사용되는 하향링크 제어 채널들에는, 예를 들어, 물리제어포맷지시자채널(Physical Control Format Indicator Channel; PCFICH), 물리하향링크제어채널(Physical Downlink Control Channel; PDCCH), 물리HARQ지시자채널(Physical Hybrid Automatic Repeat reQuest Indicator Channel; PHICH) 등이 있다. PCFICH는 서브프레임의 첫 번째 OFDM 심볼에서 전송되고 서브프레임 내의 제어 채널 전송에 사용되는 OFDM 심볼의 개수에 대한 정보를 포함한다. PHICH는 상향링크 전송의 응답으로서 HARQ ACK/NACK 신호를 포함한다. PDCCH를 통하여 전송되는 제어 정보를 하향링크제어정보(Downlink Control Information; DCI)라 한다. DCI는 상향링크 또는 하향링크 스케줄링 정보를 포함하거나 임의의 단말 그룹에 대한 상향링크 전송 전력 제어 명령을 포함한다. PDCCH는 하향링크공유채널(DL-SCH)의 자원 할당 및 전송 포맷, 상향링크공유채널(UL-SCH)의 자원 할당 정보, 페이징채널(PCH)의 페이징 정보, DL-SCH 상의 시스템 정보, PDSCH 상으로 전송되는 임의접속응답(Random Access Response)과 같은 상위계층 제어 메시지의 자원 할당, 임의의 단말 그룹 내의 개별 단말에 대한 전송 전력 제어 명령의 세트, 전송 전력 제어 정보, VoIP(Voice over IP)의 활성화 등을 포함할 수 있다. 복수의 PDCCH가 제어 영역 내에서 전송될 수 있다. 단말은 복수의 PDCCH를 모니터링할 수 있다. PDCCH는 하나 이상의 연속하는 제어채널요소(Control Channel Element; CCE)의 조합(aggregation)으로 전송된다. CCE는 무선 채널의 상태에 기초한 코딩 레이트로 PDCCH를 제공하기 위해 사용되는 논리 할당 단위이다. CCE는 복수개의 자원 요소 그룹에 대응한다. PDCCH의 포맷과 이용가능한 비트 수는 CCE의 개수와 CCE에 의해 제공되는 코딩 레이트 간의 상관관계에 따라서 결정된다. PDCCH 전송을 위해 사용되는 CCE의 수를 CCE 조합 레벨(aggregation level)이라 한다. 또한, CCE 조합 레벨은 PDCCH를 검색하기 위한 CCE 단위이다. CCE 조합 레벨의 크기는 인접하는 CCE들의 수로 정의된다. 예를 들어, CCE 조합 레벨은 1, 2, 4 또는 8 일 수 있다.
기지국은 단말에게 전송되는 DCI에 따라서 PDCCH 포맷을 결정하고, 제어 정보에 순환잉여검사(Cyclic Redundancy Check; CRC)를 부가한다. CRC는 PDCCH의 소유자 또는 용도에 따라 무선 네트워크 임시 식별자(Radio Network Temporary Identifier; RNTI)라 하는 식별자로 마스킹된다. PDCCH가 특정 단말에 대한 것이면, 단말의 cell-RNTI(C-RNTI) 식별자가 CRC에 마스킹될 수 있다. 또는, PDCCH가 페이징 메시지에 대한 것이면, 페이징 지시자 식별자(Paging Indicator Identifier; P-RNTI)가 CRC에 마스킹될 수 있다. PDCCH가 시스템 정보(보다 구체적으로, 시스템 정보 블록(SIB))에 대한 것이면, 시스템 정보 식별자 및 시스템 정보 RNTI(SI-RNTI)가 CRC에 마스킹될 수 있다. 단말의 임의 접속 프리앰블의 전송에 대한 응답인 임의접속응답을 나타내기 위해, 임의접속-RNTI(RA-RNTI)가 CRC에 마스킹될 수 있다.
도 5는 상향링크 서브프레임의 구조를 나타내는 도면이다. 상향링크 서브프레임은 주파수 영역에서 제어 영역과 데이터 영역으로 분할될 수 있다. 제어 영역에는 상향링크 제어 정보를 포함하는 물리상향링크제어채널(Physical Uplink Control Channel; PUCCH)이 할당된다. 데이터 영역에는 사용자 데이터를 포함하는 물리상향링크공유채널(Physical uplink shared channel; PUSCH)이 할당된다. 단일 반송파 특성을 유지하기 위해서, 하나의 단말은 PUCCH와 PUSCH를 동시에 전송하지 않는다. 하나의 단말에 대한 PUCCH는 서브프레임에서 자원블록 쌍(RB pair)에 할당된다. 자원블록 쌍에 속하는 자원블록들은 2 슬롯에 대하여 상이한 부반송파를 차지한다. 이를 PUCCH에 할당되는 자원블록 쌍이 슬롯 경계에서 주파수-호핑(frequency-hopped)된다고 한다.
다중안테나(MIMO) 시스템의 모델링
도 6은 다중안테나를 갖는 무선 통신 시스템의 구성도이다.
도 6(a)에 도시된 바와 같이 송신 안테나의 수를 N T 개로, 수신 안테나의 수를 N R 개로 늘리면, 송신기나 수신기에서만 다수의 안테나를 사용하게 되는 경우와 달리 안테나 수에 비례하여 이론적인 채널 전송 용량이 증가한다. 따라서, 전송 레이트를 향상시키고 주파수 효율을 획기적으로 향상시킬 수 있다. 채널 전송 용량이 증가함에 따라, 전송 레이트는 이론적으로 단일 안테나 이용시의 최대 전송 레이트(R o )에 레이트 증가율(R i )이 곱해진 만큼 증가할 수 있다.
수학식 1
Figure PCTKR2015012072-appb-M000001
예를 들어, 4개의 송신 안테나와 4개의 수신 안테나를 이용하는 MIMO 통신 시스템에서는 단일 안테나 시스템에 비해 이론상 4배의 전송 레이트를 획득할 수 있다. 다중안테나 시스템의 이론적 용량 증가가 90 년대 중반에 증명된 이후 이를 실질적인 데이터 전송률 향상으로 이끌어 내기 위한 다양한 기술들이 현재까지 활발히 연구되고 있다. 또한, 몇몇 기술들은 이미 3 세대 이동 통신과 차세대 무선랜 등의 다양한 무선 통신의 표준에 반영되고 있다.
현재까지의 다중안테나 관련 연구 동향을 살펴보면 다양한 채널 환경 및 다중접속 환경에서의 다중안테나 통신 용량 계산 등과 관련된 정보 이론 측면 연구, 다중안테나 시스템의 무선 채널 측정 및 모형 도출 연구, 전송 신뢰도 향상 및 전송률 향상을 위한 시공간 신호 처리 기술 연구 등 다양한 관점에서 활발히 연구가 진행되고 있다.
다중안테나 시스템에서의 통신 방법을 수학적 모델링을 이용하여 보다 구체적으로 설명한다. 상기 시스템에는 N T 개의 송신 안테나와 N R 개의 수신 안테나가 존재한다고 가정한다.
송신 신호를 살펴보면, N T 개의 송신 안테나가 있는 경우 전송 가능한 최대 정보는 N T 개이다. 전송 정보는 다음과 같이 표현될 수 있다.
수학식 2
Figure PCTKR2015012072-appb-M000002
각각의 전송 정보
Figure PCTKR2015012072-appb-I000029
는 전송 전력이 다를 수 있다. 각각의 전송 전력을
Figure PCTKR2015012072-appb-I000030
라고 하면, 전송 전력이 조정된 전송 정보는 다음과 같이 표현될 수 있다.
수학식 3
Figure PCTKR2015012072-appb-M000003
또한,
Figure PCTKR2015012072-appb-I000031
는 전송 전력의 대각행렬
Figure PCTKR2015012072-appb-I000032
를 이용해 다음과 같이 표현될 수 있다.
수학식 4
Figure PCTKR2015012072-appb-M000004
전송전력이 조정된 정보 벡터
Figure PCTKR2015012072-appb-I000033
에 가중치 행렬
Figure PCTKR2015012072-appb-I000034
가 적용되어 실제 전송되는 N T 개의 송신신호
Figure PCTKR2015012072-appb-I000035
가 구성되는 경우를 고려해 보자. 가중치 행렬
Figure PCTKR2015012072-appb-I000036
는 전송 정보를 전송 채널 상황 등에 따라 각 안테나에 적절히 분배해 주는 역할을 한다.
Figure PCTKR2015012072-appb-I000037
는 벡터
Figure PCTKR2015012072-appb-I000038
를 이용하여 다음과 같이 표현될 수 있다.
수학식 5
Figure PCTKR2015012072-appb-M000005
여기에서,
Figure PCTKR2015012072-appb-I000039
는 i번째 송신 안테나와 j번째 정보간의 가중치를 의미한다.
Figure PCTKR2015012072-appb-I000040
는 프리코딩 행렬이라고도 불린다.
수신신호는 N R 개의 수신 안테나가 있는 경우 각 안테나의 수신신호
Figure PCTKR2015012072-appb-I000041
은 벡터로 다음과 같이 표현될 수 있다.
수학식 6
Figure PCTKR2015012072-appb-M000006
다중안테나 무선 통신 시스템에서 채널을 모델링하는 경우, 채널은 송수신 안테나 인덱스에 따라 구분될 수 있다. 송신 안테나 j로부터 수신 안테나 i를 거치는 채널을
Figure PCTKR2015012072-appb-I000042
로 표시하기로 한다.
Figure PCTKR2015012072-appb-I000043
에서, 인덱스의 순서가 수신 안테나 인덱스가 먼저, 송신 안테나의 인덱스가 나중임에 유의한다.
한편, 도 6(b)은 N T 개의 송신 안테나에서 수신 안테나 i로의 채널을 도시한 도면이다. 상기 채널을 묶어서 벡터 및 행렬 형태로 표시할 수 있다. 도 6(b)에서, 총 N T 개의 송신 안테나로부터 수신 안테나 i로 도착하는 채널은 다음과 같이 나타낼 수 있다.
수학식 7
Figure PCTKR2015012072-appb-M000007
따라서, N T 개의 송신 안테나로부터 N R 개의 수신 안테나로 도착하는 모든 채널은 다음과 같이 표현될 수 있다.
수학식 8
Figure PCTKR2015012072-appb-M000008
실제 채널에는 채널 행렬
Figure PCTKR2015012072-appb-I000044
를 거친 후에 백색잡음(AWGN; Additive White Gaussian Noise)이 더해진다. N R 개의 수신 안테나 각각에 더해지는 백색잡음
Figure PCTKR2015012072-appb-I000045
은 다음과 같이 표현될 수 있다.
수학식 9
Figure PCTKR2015012072-appb-M000009
상술한 수식 모델링을 통해 수신신호는 다음과 같이 표현될 수 있다.
수학식 10
Figure PCTKR2015012072-appb-M000010
한편, 채널 상태를 나타내는 채널 행렬
Figure PCTKR2015012072-appb-I000046
의 행과 열의 수는 송수신 안테나의 수에 의해 결정된다. 채널 행렬
Figure PCTKR2015012072-appb-I000047
에서 행의 수는 수신 안테나의 수 N R 과 같고, 열의 수는 송신 안테나의 수 N T 와 같다. 즉, 채널 행렬
Figure PCTKR2015012072-appb-I000048
는 행렬이 N R ×N T 된다.
행렬의 랭크(rank)는 서로 독립인(independent) 행 또는 열의 개수 중에서 최소 개수로 정의된다. 따라서, 행렬의 랭크는 행 또는 열의 개수 보다 클 수 없다. 채널 행렬
Figure PCTKR2015012072-appb-I000049
의 랭크(
Figure PCTKR2015012072-appb-I000050
)는 다음과 같이 제한된다.
수학식 11
Figure PCTKR2015012072-appb-M000011
랭크의 다른 정의는 행렬을 고유치 분해(Eigen value decomposition) 하였을 때, 0이 아닌 고유치들의 개수로 정의할 수 있다. 유사하게, 랭크의 또 다른 정의는 특이치 분해(singular value decomposition) 하였을 때, 0이 아닌 특이치들의 개수로 정의할 수 있다. 따라서, 채널 행렬에서 랭크의 물리적인 의미는 주어진 채널에서 서로 다른 정보를 보낼 수 있는 최대 수라고 할 수 있다.
다중 사용자-MIMO 동작
다중 사용자-MIMO (Multiple User-MIMO; MU-MIMO)는 다중 안테나를 구비한 기지국이 동시에 다수의 사용자(단말)를 서비스하는 동작을 의미한다. 동시에 다수의 사용자가 하나의 기지국에 의해서 서빙 받는 경우에, 하나의 단말에 대한 신호는 다른 단말에 대한 간섭으로서 작용할 수 있어서, 전체적인 시스템 성능이 저하될 수 있다. 따라서, MU-MIMO 동작에 따른 데이터 송수신이 올바르게 수행되기 위해서는 사용자간의 간섭을 제거하는 것이 요구된다. 이를 위해서, 기지국에서 다중 사용자에게 전송될 신호에 간섭 제거 기법에 따른 신호처리를 수행할 수 있다.
기지국에서는 각각의 단말에게 전송될 정보 블록을 각각의 독립적인 코드워드(codeword)로 인코딩할 수 있다. 인코딩된 코드워드들은 간섭 제거 기법에 따라서 전송될 수 있다. 예를 들어, 하나의 기지국에서 복수개의 단말에게 전송하는 코드워드에 대해서, 기지국은 간섭을 미리 제거하는 방식으로 전송할 수 있다. 하나의 단말(U1)에게 전송하는 신호를 다른 단말(U2)에게 전송하는 신호에서 미리-제거(pre-subtraction)함으로써, 단말(U2)은 간섭이 존재하지 않는 것처럼 기지국으로부터의 신호를 수신할 수 있어서 별도의 간섭 제거 동작을 수행하지 않을 수 있다. 이러한 간섭 제거 기법으로서, ZF-DPC (Zero Forcing - Dirty Paper Coding), ZF (Zero Forcing) 등이 적용될 수 있다.
ZF-DPC 에 대하여 먼저 설명한다. 하나의 기지국에 의해서 동시에 서빙 받는 2 개의 단말(U1 및 U2)를 가정하면, U1 의 채널(h1)과 U2 의 채널(h2)의 합성 채널 H=[h1 h2]라고 할 수 있다. 이러한 합성 채널 H 에 대해서 LQ 분해(decomposition)을 수행하면, 다음의 수학식 12 와 같이 하삼각행렬(lower triangular matrix) L 과 직교행렬(orthogonal matrix) Q 로 분해될 수 있다.
수학식 12
Figure PCTKR2015012072-appb-M000012
상기 수학식 12 에서 빔포밍(beamforming) 벡터로서 행렬 Q 의 열(column)을 사용하여 MIMO 전송이 수행되면, 단말이 수신하는 신호에서는 하삼각행렬 L 만 남게 된다. 만약 기지국이 각각의 단말에 대한 채널 환경을 모두 알고 있는 경우에는, 첫 번째 행(row)의 간섭 없이 인코딩된 성분을 두 번째 행(row)의 간섭 성분을 피해서 전송하는 방식으로 인코딩을 수행할 수 있게 된다. 여기서, 각각의 단말에 대한 빔포밍 벡터 wi (즉, U1 에 대한 빔포밍 벡터는 w1 이고, U2 에 대한 빔포밍 벡터는 w2)가 wi=qi 라 하면, 실효 채널(effective channel)은 다음의 수학식 14 과 같이 나타낼 수 있다. 따라서, 하나의 단말로의 신호가 다른 단말로의 신호로부터의 간섭이 미리 제거되어 전송될 수 있으므로, 해당 단말은 간섭을 제거하는 별도의 동작 없이 기지국으로부터의 신호를 올바르게 수신할 수 있게 된다.
수학식 13
Figure PCTKR2015012072-appb-M000013
다음으로, ZF 빔포밍의 경우에는 다중 사용자에 대한 합성 채널 H 에 대해서 다음의 수학식 15 에서와 같이 의사-역변환(pseudo-inverse)를 통해서 간섭 제거가 이루어질 수 있다.
수학식 14
Figure PCTKR2015012072-appb-M000014
상기 수학식 15 에서 XH 는 행렬 X 에 대한 에르미트(hermit) 행렬을 의미하고, X-1 은 행렬 X 에 대한 역행렬을 의미한다. 상기 수학식 15 의 행렬 F 의 각각의 열(column)이 각각의 단말에 대한 빔포밍 벡터가 된다. 즉, wi=fi 가 된다. 이러한 경우 각각의 단말에 대한 실효채널은 다음의 수학식 15 와 같이 나타낼 수 있다.
수학식 15
Figure PCTKR2015012072-appb-M000015
이러한 ZF 기법을 사용하는 경우에 각각의 단말에서의 채널은 단위(identity) 행렬의 형태가 되므로 결과적으로 간섭이 미리 제거된 신호를 수신할 수 있게 된다.
중계기 (Relay)
중계기는, 예를 들어, 고속 데이터 레이트 커버리지의 확대, 그룹 이동성의 향상, 임시 네트워크 배치, 셀 경계 수율의 향상 및/또는 새로운 영역에 네트워크 커버리지를 제공하기 위하여 고려될 수 있다.
도 1을 다시 참조하면, 중계기(120)는 기지국(110)과 단말(142) 사이의 송수신을 전달(forwarding)하는 역할을 하며, 각각의 반송파 주파수 대역에 속성이 상이한 두 종류의 링크(백홀 링크 및 액세스 링크)가 적용된다. 기지국(110)은 도너 셀(donor cell)을 포함할 수 있다. 중계기(120)는 도너 셀(110)을 통하여 무선-액세스 네트워크와 무선으로 접속될 수 있다
기지국(110)과 중계기(120) 간의 백홀 링크가 하향링크 주파수 대역 또는 하향링크 서브프레임 자원을 이용하는 경우에는 백홀 하향링크로 표현하고, 상향링크 주파수 대역 또는 상향링크 서브프레임 자원을 이용하는 경우에는 백홀 상향링크로 표현할 수 있다. 여기서, 주파수 대역은 FDD(Frequency Division Duplex) 모드에서 할당되는 자원이고, 서브프레임은 TDD(Time Division Duplex) 모드에서 할당되는 자원이다. 유사하게, 중계기(120)와 단말(142) 간의 액세스 링크가 하향링크 주파수 대역 또는 하향링크 서브프레임 자원을 이용하는 경우에는 액세스 하향링크로 표현하고, 상향링크 주파수 대역 또는 상향링크 서브프레임 자원을 이용하는 경우에는 액세스 상향링크로 표현할 수 있다. 도 1은 FDD 모드 중계기의 백홀 상향링크/하향링크 및 액세스 상향링크/하향링크의 설정을 도시하고 있다.
기지국에는 상향링크 수신 및 하향링크 전송의 기능이 요구되고, 단말에게는 상향링크 전송 및 하향링크 수신의 기능이 요구된다. 한편, 중계기에는 기지국으로의 백홀 상향링크 전송, 단말로부터의 액세스 상향링크 수신, 기지국으로부터의 백홀 하향링크 수신 및 단말로의 액세스 하향링크 전송의 기능이 모두 요구된다.
한편, 중계기의 대역(또는 스펙트럼) 사용과 관련하여, 백홀 링크가 액세스 링크와 동일한 주파수 대역에서 동작하는 경우를 '인-밴드(in-band)'라고 하고, 백홀 링크와 액세스 링크가 상이한 주파수 대역에서 동작하는 경우를 '아웃-밴드(out-band)'라고 한다. 인-밴드 및 아웃-밴드 경우 모두에서 기존의 LTE 시스템(예를 들어, 릴리즈-8)에 따라 동작하는 단말(이하, 레거시(legacy) 단말이라 함)이 도너 셀에 접속할 수 있어야 한다.
단말에서 중계기를 인식하는지 여부에 따라 중계기는 트랜스패런트(transparent) 중계기 또는 넌-트랜스패런트(non-transparent) 중계기로 분류될 수 있다. 트랜스패런트는 단말이 중계기를 통하여 네트워크와 통신하는지 여부를 인지하지 못하는 경우를 의미하고, 넌-트랜스패런트는 단말이 중계기를 통하여 네트워크와 통신하는지 여부를 인지하는 경우를 의미한다.
중계기의 제어와 관련하여, 도너 셀의 일부로 구성되는 중계기 또는 스스로 셀을 제어하는 중계기로 구분될 수 있다.
도너 셀의 일부로서 구성되는 중계기는 중계기 식별자(ID)를 가질 수는 있지만, 중계기 자신의 셀 아이덴터티(identity)를 가지지 않는다. 도너 셀이 속하는 기지국에 의하여 RRM(Radio Resource Management)의 적어도 일부가 제어되면 (RRM의 나머지 부분들은 중계기에 위치하더라도), 도너 셀의 일부로서 구성되는 중계기라 한다. 바람직하게는, 이러한 중계기는 레거시 단말을 지원할 수 있다. 예를 들어, 스마트 리피터(Smart repeaters), 디코드-앤-포워드 중계기(decode-and-forward relays), L2(제2계층) 중계기들의 다양한 종류들 및 타입-2 중계기가 이러한 중계기에 해당한다.
스스로 셀을 제어하는 중계기의 경우에, 중계기는 하나 또는 여러개의 셀들을 제어하고, 중계기에 의해 제어되는 셀들 각각에 고유의 물리계층 셀 아이덴터티가 제공되며, 동일한 RRM 메커니즘을 이용할 수 있다. 단말 관점에서는 중계기에 의하여 제어되는 셀에 액세스하는 것과 일반 기지국에 의해 제어되는 셀에 액세스하는 것에 차이점이 없다. 바람직하게는, 이러한 중계기에 의해 제어되는 셀은 레거시 단말을 지원할 수 있다. 예를 들어, 셀프-백홀링(Self-backhauling) 중계기, L3(제3계층) 중계기, 타입-1 중계기 및 타입-1a 중계기가 이러한 중계기에 해당한다.
타입-1 중계기는 인-밴드 중계기로서 복수개의 셀들을 제어하고, 이들 복수개의 셀들의 각각은 단말 입장에서 도너 셀과 구별되는 별개의 셀로 보인다. 또한, 복수개의 셀들은 각자의 물리 셀 ID(LTE 릴리즈-8에서 정의함)를 가지고, 중계기는 자신의 동기화 채널, 참조신호 등을 전송할 수 있다. 단일-셀 동작의 경우에, 단말은 중계기로부터 직접 스케줄링 정보 및HARQ 피드백을 수신하고 중계기로 자신의 제어 채널(스케줄링 요청(SR), CQI, ACK/NACK 등)을 전송할 수 있다. 또한, 레거시 단말(LTE 릴리즈-8 시스템에 따라 동작하는 단말)들에게 타입-1 중계기는 레거시 기지국(LTE 릴리즈-8 시스템에 따라 동작하는 기지국)으로 보다. 즉, 역방향 호환성(backward compatibility)을 가진다. 한편, LTE-A 시스템에 따라 동작하는 단말들에게는, 타입-1 중계기는 레거시 기지국과 다른 기지국으로 보여, 성능 향상을 제공할 수 있다.
타입-1a 중계기는 아웃-밴드로 동작하는 것 외에 전술한 타입-1 중계기와 동일한 특징들을 가진다. 타입-1a 중계기의 동작은 L1(제1계층) 동작에 대한 영향이 최소화 또는 없도록 구성될 수 있다.
타입-2 중계기는 인-밴드 중계기로서, 별도의 물리 셀 ID를 가지지 않으며, 이에 따라 새로운 셀을 형성하지 않는다. 타입-2 중계기는 레거시 단말에 대해 트랜스패런트하고, 레거시 단말은 타입-2 중계기의 존재를 인지하지 못한다. 타입-2 중계기는 PDSCH를 전송할 수 있지만, 적어도 CRS 및 PDCCH는 전송하지 않는다.
하이브리드 자동 재전송 요구(HARQ) 동작
데이터의 수신 실패에 대한 제어 방법으로는 다음과 같은 HARQ 동작이 적용될 수 있다. 데이터 송신측에서 하나의 패킷을 전송한 후, 데이터 수신측으로부터 ACK 신호를 수신하면 새로운 패킷을 전송하고, NACK 신호를 수신하면 기전송된 패킷을 재전송할 수 있다. 이때, 순방향 오류 정정(FEC; Forward Error Correction) 기능에 따른 인코딩이 적용된 패킷이 재전송될 수 있다. 따라서, 데이터 수신측에서는 하나의 패킷을 수신하여 디코딩 한 결과, 디코딩에 성공한 경우에는 ACK 신호를 전송하고, 디코딩에 실패한 경우에는 NACK 을 전송하고 버퍼에 수신된 패킷을 저장한다. 그리고, 상기 NACK 신호에 따른 재전송 패킷이 수신되면, 상기 버퍼에 수신된 패킷과 결합하여 디코딩을 수행함으로써, 패킷의 수신 성공율을 높일 수 있게 된다.
HARQ 방식은, 재전송하는 타이밍에 따라, 동기식(synchronous) HARQ 방식과 비동기식(asynchronous) HARQ 방식으로 구분할 수 있다. 동기식 HARQ 방식에 있어서, 초기 전송이 실패했을 경우 이후의 재전송은 시스템에 의해 정해진 시점에 수행된다. 예를 들어, 초기 전송 실패 후에 매 4 번째 시간 단위(예를 들어, 서브프레임)에 재전송이 수행되도록 정해진 경우에는, 추가로 재전송 시점에 대한 정보를 수신측에 알릴 필요가 없다. 따라서, 데이터 송신 측에서 NACK 신호를 수신한 경우, ACK 신호를 받기까지 매 4 번째 시간 단위에 패킷을 재전송한다. 한편, 비동기식 HARQ 방식에 따르면, 재전송 시점에 관한 정보가 별도로 스케줄링 된다. 따라서, NACK 신호에 상응하는 패킷의 재전송 시점은 채널 상태 등 여러가지 요건에 의해 변경될 수 있다.
또한, 재전송시에 사용하는 자원의 양에 대해 채널 상태를 반영하는지의 여부에 따라 적응적(adaptive) HARQ 방식과 비-적응적(non-adaptive) HARQ 방식으로 구분할 수 있다. 비-적응적 HARQ 방식은 재전송되는 패킷의 MCS 레벨, 사용되는 자원 블록의 수 등이 초기 전송시에 정해진 대로 이루어진다. 예를 들어, 송신 측에서 초기 전송 시 8 개의 자원 블록을 이용하여 데이터를 전송하면, 이후 재전송 시에도 동일하게 8 개의 자원 블록을 이용하여 재전송한다. 한편, 적응적 방식은 패킷의 변조 방식, 사용되는 자원 블록의 수 등이 채널 상태에 따라 가변하는 방식이다. 예를 들어, 초기에 8 개를 이용하여 전송이 수행된 경우에도, 이후에 채널 상태에 따라서는 8 개보다 크거나 작은 수의 자원 블록을 이용하여 재전송 할 수 있다.
전술한 바와 같은 HARQ를 통한 데이터 패킷 전송 동작에 있어서, 송신단에서는 데이터 패킷을 소정의 크기의 서브 패킷(sub-packet)으로 변환하여, 서브 패킷 단위로 초기 전송 및 재전송이 수행될 수 있다. 수신단에서는 여러 개의 서브 패킷을 결합하여 데이터 패킷의 디코딩을 시도할 수 있다.
HARQ 방식에 의한 초기 전송과 재전송에 사용되는 여러 개의 서브 패킷은 하나의 코드워드 패킷으로부터 생성된다. 이때 생성된 여러 개의 서브 패킷들은 서브 패킷의 길이와 서브 패킷의 시작 위치로 그 구별이 가능하다. 이처럼 구별이 가능한 서브 패킷을 리던던시 버전(redundancy version; RV)이라고 한다. 수신단에서는 상이한 RV 들을 수신하고 결합함으로써 전체 코드워드의 디코딩을 시도할 수 있다. 예를 들어, 수신해야 할 전체 코드워드 패킷과 이미 수신된 서브 패킷의 차이만큼만 수신하여 디코딩을 시도하는 방식으로 HARQ 동작이 수행될 수 있는데, 이러한 방식을 증분 리던던시(Incremental Redundancy; IR) 방식의 HARQ 동작이라고 할 수 있다.
다중 사용자 환경에서 중계기를 통한 부분 신호 전달
도 7 은 다중 사용자 환경을 개념적으로 설명하기 위한 도면이다. 도 7 의 예시에 있어서 기지국은 다중 안테나를 구비하고 MU-MIMO 전송을 지원할 수 있는 것을 가정하고, 단말들((U1, U2, ...)은 단일 안테나를 구비하는 것을 가정한다. 그러나, 이러한 가정은 설명의 명료성을 위한 예시적인 것일 뿐, 다중 안테나를 구비한 단말(들)에 대해서도 이하에서 설명하는 본 발명의 원리가 동일하게 적용될 수 있다.
도 7(a) 을 참조하면 기지국(BS)로부터 복수의 단말(U1, U2, ...)이 동시에 신호를 수신할 수 있다. U1 으로의 채널을 h1 이라 하고, U2 로의 채널을 h2 라고 할 수 있다. U1은 예를 들어 기지국과 가까운 곳에 위치하여서 채널 상태가 좋은 반면, U2는 U1 에 비하여 상대적으로 셀 외곽(cell edge)에 위치하여 채널 상태가 좋지 않은 것을 가정한다. 채널 상태가 좋지 않은 단말에 대한 데이터 전송을 보장하기 위해서 기지국이 보다 높은 전력으로 신호를 전송할 수 있지만, 간섭 유발의 문제 등이 발생할 수 있다. 이러한 문제를 해결하기 위해서, 전술한 바와 같은 다양한 중계기를 도입할 수 있다. 그러나, 네트워크에 새로운 중계기를 설치하는 경우에 별도의 자원이 사용되어야 하므로, 여러 단말들 중에서 채널 상태가 좋은 단말이 중계기의 기능을 하도록 하는 방안이 고려될 수 있다. 이러한 중계기를 사용자-중계기(UE-relay)라고 칭할 수 있고, 사용자-중계기는 전술한 바와 같은 타입-2 중계기에 해당할 수 있다. 즉, 사용자-중계기는 데이터를 전달 받는 단말에 대해서 트랜스패런트하다.
도 7(b)는 U1 이 사용자-중계기로서 기능하고, U2 가 U1 을 통해서 기지국으로부터의 데이터를 전달 받는 것을 나타낸다. 이와 같이 다중 사용자 환경에서 단말들 간의 협력(cooperation)을 통해서 데이터 전송이 수행되도록 함으로써, 전체적인 전송 용량의 향상 및 자원 이용의 효율성을 높일 수 있다. 예를 들어, 다른 단말에 비하여 기지국과의 채널 환경이 좋은 단말(U1)이 사용자-중계기로서 기능할 수 있고, 채널 환경이 좋지 않은 다른 단말(U2)로의 데이터 전달에 도움을 줄 수 있다. 구체적으로, U1 은 기지국으로부터 자신의 데이터를 수신하는 동시에, 기지국으로부터 U2 로 전송되는 데이터를 기지국으로부터 수신할 수 있다. U1 은 자신이 수신한 데이터 중에서 U2 로 전달되어야 하는 데이터를 U2 에게 전달하여 줄 수 있다. U2 의 입장에서는 기지국으로부터 직접 수신한 데이터와 U1 을 통하여 전달 받은 데이터를 통하여 자신에 대한 데이터를 획득할 수 있다. 이와 같은 데이터 전송 방식을 부분 신호 전달 방식이라고 칭할 수 있다.
도 8은 본 발명에 적용될 수 있는 통신 시스템의 일 예를 나타내는 도면이다.
도 8을 참조하면, 본 발명에서는 기지국 (BS1)이 직접적 또는 다수의 중계기 (Helper 1, …, Helper 4)들을 통해 간접적으로 하향 링크를 통해 사용자에게 컨텐츠를 서비스하는 환경이 적용될 수 있다. 경우에 따라 기지국은 마크로 셀의 기지국, 중계기들은 펨토 혹은 피코 셀의 소형 기지국이 될 수 있다. 또는, 중계기는 도 7에 관한 설명에서와 같이 단말-중계기에 해당할 수도 있다. 사용자가 요구하는 컨텐츠의 일부분을 중계기 혹은 프록시 (proxy)가 캐싱 메모리에 사전에 저장해 놓는 방식을 이용하여 UE에게 컨텐츠를 전송할 수 있다. 이와 같이 캐싱 메모리를 활용하는 방식을 캐싱 (caching)이라고 지칭한다.
사용자에게 서비스 하는 컨텐츠는 다양한 종류의 파일을 포함할 수 있지만, 이하 본 발명의 실시예에서는 현재 이동 통신 시스템에서 단말이 요구하는 데이터 중 매우 빈번하게 사용되는 비디오 컨텐츠를 예로 들어 설명한다.
한편, 종래의 제한된 백홀 링크 용량을 지니는 이종망(Heterogeneous Network) 환경에서 고속 컨텐츠 전송을 지원하기 위해 매우 큰 용량의 캐시를 지니는 펨토셀에서의 최적 캐시 컨트롤을 고려한 펨토 캐싱 등의 기법들이 제안되어 왔다. 컨텐츠 전송 네트워크는 비디오 컨텐츠의 선호도가 예측 가능한 분포를 가지며, 소수의 컨텐츠가 빈번하게 재사용되는 특징을 가진다.
따라서 종래의 펨토 캐싱 기법은 비디오 컨텐츠 파일의 선호도가 지프(Zipf)의 분포로 사전에 주어질 때 무율 (Rateless) MDS (maximum distance separable) 코드를 활용하여, 컨텐츠 전송에 걸리는 지연시간을 최소화하도록 펨토셀의 캐시에 빈번하게 요청되는 비디오 컨텐츠의 일부 패리티 비트를 저장한다. 사용자가 요청한 컨텐츠 파일의 패리티 비트가 인접한 펨토셀의 캐시에 저장되어 있으면, 백홀 트래픽이 대체될 수 있을 뿐만 아니라 컨텐츠 전송의 평균 지연시간이 최소화될 수 있는 이점이 있다.
펨토 캐싱의 Coded Content Placement 기법에서 개의 사용자들, 개의 비디오 컨텐츠, H개의 Helper Nodes (이하 중계기)가 있고, 중계기 h에 저장된 컨텐츠 f의 비율을 R=[ρf,h]라 하고, 캐시 메모리의 크기를 M이라고 하면, 다음 수학식 16과 같이 최적의 캐시 컨트롤이 수행된다.
수학식 16
Figure PCTKR2015012072-appb-M000016
위 식에서
Figure PCTKR2015012072-appb-I000051
는 평균 지연 시간 값을 나타낸다. 보다 구체적으로, 사용자 u에서 컨텐츠 f의 패리티 비트를 컨텐츠를 캐시에 저장하고 있는 j개의 채널이 양호한 중계기들로부터 다운로드 받아서 파일을 복구하는 데 걸리는 평균 지연시간이며, 다음 수학식 17과 같이 표현될 수 있다. 여기서, j는 채널이 양호한 순으로 중계기를 정렬한 경우의 중계기를 나타낸 값일 수 있다. 예를 들어, j가 낮은 값 일수록 채널이 양호한 중계기에 해당할 수 있다. 또한 채널이 양호하다는 것은, 지연 시간이 작은 값을 가지는 경우를 의미할 수 있다.
수학식 17
Figure PCTKR2015012072-appb-M000017
위 식에서 ωh,u는 사용자 u가 중계기 h 단위 비트를 받는데 걸리는 평균 다운로드 시간이고, (j)u는 사용자 단말 u에서 j번째 가장 좋은 중계기를 나타낸다.
이와 같이, 종래의 펨토 캐싱 기법에서는 최적의 캐시 컨트롤을 위한 컨텐츠의 선호도 분포를 사전에 예측 가능하다는 가정을 하고 있다. 하지만, 백홀의 용량이 제한된 실제 스몰셀 환경에서는 수많은 컨텐츠 각각의 선호도를 정확하게 측정하는 것은 구현의 한계가 있다. 따라서, 학습 알고리즘을 이용한 반복적인(Iterative) 컨텐츠 선호도의 추정이 요구된다.
또한 펨토 캐싱 기법에서는 무선 컨텐츠 전송에 필요한 스케줄링 이슈를 고려하지 않고, 장기적으로 변화하는 큐 상태 정보 (Queue State Information, QSI)만을 이용한 최적의 캐시 컨트롤 방법만을 고려하고 있다. 사용자들이 이동 중인 셀룰러 환경에서 컨텐츠 전송의 평균 지연시간은 장기적으로 변화하는 QSI뿐만 아니라 단기적으로 변화하는 CSI에 복합적으로 영향을 받기 때문에, 캐시 컨트롤과 컨텐츠 전송을 위한 스케줄링의 Mixed-timescale 최적 결합 설계(Joint Optimization Design)가 요구된다.
더욱이 작은 용량의 캐시를 가지는 일반적인 협력 단말들은 캐시 크기의 제약뿐만 아니라 전송 전력의 제약이 있기 때문에 클러스터에 기반한 분산적인 협력 캐시(Collaborative Caching) 방법과 협력 전송(Collaborative Forwarding) 방법의 설계가 요구된다. 이하, 본 발명에서는 이와 같이 인접 셀로부터 간섭이 발생할 수 있는 환경에서 시스템의 컨텐츠 전송 효율을 높일 수 있는 컨텐츠의 저장 및 전송 기법을 제안한다.
도 9는 본 발명에 적용될 수 있는 통신 시스템의 다른 예를 도시한다.
본 발명에서는 도 9에 나타난 바와 같이 백홀 링크의 용량이 제한된 매크로셀에 중첩 배치(Underlay)된 스몰셀이 존재하는 환경에서 중계기 역할을 수행하는 소형 기지국(Small Base Station,SBS)들이 클러스터 기반으로 협력하여 컨텐츠를 서비스하는 환경이 적용될 수 있다.
또한 본 발명에서는 SBS들이 클러스터 기반으로 협력하는 경우에, 캐시에 저장된 패리티 비트의 양을 컨텐츠 제어기 (Content Controller, CC)에서 MDS 인코딩을 통해 조절하고, 이동 중인 환경에서도 사용자들이 요청한 컨텐츠를 매크로 기지국(Macro Base Station, MBS)으로부터의 백홀 링크가 아닌 통합 캐시로부터 고속으로 협력 전송하는 클러스터 기반의 컨텐츠 전송 네트워크(Cluster-based Content Delivery Network)를 가정한다. 도 9에서는, 소형 기지국 환경을 가정하여 나타내었으나 이는 본 발명의 범위를 제한하는 것은 아니며, 일반적인 협력 무선 단말들이 캐시를 가진 경우에 대하여도 본 발명의 실시예를 적용할 수 있다. 이하, 본 발명의 실시예에서는 설명의 편의를 위해 매크로 기지국을 기지국이라 지칭하고, 소형 기지국을 중계기라 지칭한다.
중계기들은 제한된 백홀 링크 용량을 지니므로, 컨텐츠 파일의 선호도 분포 정보가 제한된다. 따라서, 본 발명에서는 상기 컨텐츠의 선호도를 추정하고, 각각의 중계기에 저장되는 패리티 비트의 양을 최적으로 조절하며, K개의 개별 캐시들의 협력하도록 제어하고, QSI 및 CSI에 따라 여러 사용자에게 컨텐츠 전송을 하는 데 소모되는 지연시간을 최소화하도록 하는 스케줄링을 수행하는 클러스터를 제안한다.
도 10은 본 발명에 따른 클러스터의 시스템 블록도를 나타낸다. 도 10을 참조하면, 클러스터는 크게, 컨텐츠 제어기(Contents Controller, CC, 1010), 협력 캐시 (Aggregate Cache, AC, 1020), 클러스터 헤더 (Cluster Header, CH, 1030)로 구성된다.
컨텐츠 제어기(1010)는 컨텐츠의 선호도를 추정하고 패리티 비트의 양을 최적으로 조절할 수 있다. 컨텐츠 제어기(1010)는 컨텐츠의 선호도를 추정하는 알고리즘을 수행하는 선호도 추정기 (1013) 및 각 중계기의 캐시 (Cache 1,…, Cache k, ..., Cache K)에 저장되는 패리티 비트의 양을 최적으로 조절하는 알고리즘을 수행하는 패리티 최적화기 (1014)를 포함한다. 나아가, 캐시 저장 이력을 저장하는 캐시 이력기(1011), 보상 관측기 (1012)를 더 포함할 수 있다.
협력 캐시(1020)는 각 중계기 (도 10의 SBS1, SBS2, …, SBSK)의 프로세서에 의해 제어되며, 컨텐츠 제어기(1010)로부터 패리티 비트 비율에 관한 정보를 수신하여 해당 컨텐츠에 대한 패리티 비트의 양을 조절한다.
클러스터 헤더(1030)는 QSI 및 CSI에 따라 여러 유저에게 컨텐츠 전송을 하는 데 소모되는 지연시간을 최소화하도록 하는 스케줄링을 수행한다. 클러스터 헤더(1030)는 QSI 및 CSI에 따라 컨텐츠 전송에 소모되는 지연시간 최소화를 수행하기 위한 알고리즘을 수행하는 스케줄러(1031)로 구성될 수 있다. 클러스터 헤더(1030)는 보상 함수와 패리티 비트 정보를 이용하여 전송 지연시간이 최소가 되도록 최적화 스케줄링을 수행할 수 있다.
여기서 상기 컨텐츠 제어기, 협력 캐시, 클러스터 헤더는 상호 간 정보를 교환하여 보상 함수(Reward Function) 즉, 평균 지연시간을 최소화하도록 Mixed-timescale 결합 최적화를 수행한다.
본 발명에 따른 컨텐츠 전송 방법에 대하여 보다 구체적으로 설명한다. 본 발명은 구체적으로 도 11에 나타난 바와 같이 두 단계(Phase)로 동작한다. 각 단계는 협력 캐싱 단계와 협력 전송 단계로 구분될 수 있다. 구체적으로, 협력 캐싱 단계는 적어도 컨텐츠 선호도, 전송 지연 시간을 최소화하는 패리티 비율 값 산출하여 통합 캐시에 저장되는 패리티 비트의 양을 조절하기 위한 목표로 수행된다. 따라서, 협력 캐싱 단계는 보상 값을 산출하는 단계 (s1110), 컨텐츠에 대한 선호도를 추정하는 단계 (s1120), 상기 보상 값과 선호도에 기반하여 컨텐츠에 대한 패리티 비율을 결정하는 단계 (s1130)로 수행될 수 있다.
또한, 협력 전송 단계는 상기 보상 값과 패리티 비율에 따른 패리티 비트 정보에 기반하여 스케줄링을 수행하는 단계(s1140)를 포함할 수 있다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 프레임 구조를 나타낸다.
도 12를 참조하면, 하나의 컨텐츠는 또는 하나의 비디오 파일은 여러 개의 프레임의 집합에 해당할 수 있다. 여기서, 비디오 컨텐츠를 구성하는 각 프레임마다 가지고 있는 이미지 정보의 양 혹은 엔트로피 (entropy)가 다르기 때문에 프레임마다 다른 비트의 수로 코딩을 하는 것이 일반적이며, 통상적으로 사용되는 비디오 컨텐츠 압축 기법인 가변 비트 레이트 코딩 (variable bit rate coding)이 사용되었다고 가정한다. 이때 코딩이 완료된 각 프레임들은 무선 통신 채널을 통해 사용자에게 전송되기 위해 동일한 사이즈를 갖는 패킷 (packet)들로 나누어져 순차적으로 전송되게 된다.
하나의 프레임은 협력 캐싱 구간(caching phase, CP), 그리고 전송 구간(forwarding phase, FP)로 나뉘며, CP 구간 동안 협력 캐싱이 수행되어 선호도 정보 θ와 패리티 비트의 비율 Q로 캐시에 저장된 내용이 업데이트되고, FP 구간에서는 업데이트된 정보에 따라 컨텐츠의 전송이 수행된다. 즉, 하나의 프레임에서 협력 캐싱 및 협력 전송이 수행된다. 이겨서, 협력 전송은 아래에서 나타나는 바와 같이 최적화 수행을 통한 스케줄링에 기반하여 수행될 수 있다.
이하, 도 11의 각 단계에 대하여 보다 구체적으로 설명한다.
협력 캐싱 단계(Collaborative Caching Phase)
단계 1(Phase 1)에서는 도 10 내지 도 11에 나타난 바와 같이 컨텐츠 제어기에서 장기적으로 선호도 프로파일의 추정과 패리티 비트 비율의 최적화가 수행되고, 통합 캐시에 저장된 패리티 비트의 양이 조절된다.
1-1) 보상 관측기(Reward Observer)
클러스터 내에 사용자들이 N명, 중계기가 K개 있고, t번째 프레임에서의 URP (User Request Profile)가 현재 사용자의 위치 v에 의존하여 (v,t)={ 1, 2, …, N}로 주어지면, 다음 수학식 18과 같이 평균 지연시간에 부합하는 보상 함수가 정의된다.
수학식 18
Figure PCTKR2015012072-appb-M000018
위 식에서
Figure PCTKR2015012072-appb-I000052
는 사용자 n에 해당하는 컨텐츠 파일 즉,
Figure PCTKR2015012072-appb-I000053
의 추정된 선호도 프로파일(Popularity Profile)이고,
Figure PCTKR2015012072-appb-I000054
는 중계기 k에 저장된 컨텐츠 파일
Figure PCTKR2015012072-appb-I000055
의 패리티 비트의 비율,
Figure PCTKR2015012072-appb-I000056
은 컨텐츠 파일
Figure PCTKR2015012072-appb-I000057
의 크기, an,k ∈ {0, 1}는 중계기 k에서 사용자 n사이의 링크의 활성 여부를 나타낸다. 또한,
Figure PCTKR2015012072-appb-I000058
는 백홀로 컨텐츠를 직접 가져올 때의 지연시간이고,
Figure PCTKR2015012072-appb-I000059
는 중계기 k와 사용자 n사이의 링크의 전송 지연시간을 의미한다. 여기서, hn,k는 채널 상태 정보(CSI)에 따라 채널 상태를 나타내는 값이다. 여기서 전송 지연 시간은 채널 상태에 따라 결정된다. 또한,
Figure PCTKR2015012072-appb-I000060
은 큐 상태 정보 (QSI)에 의해 지시된다.
상기 수학식 18에 따르면,
Figure PCTKR2015012072-appb-I000061
가 작아질수록 상기 보상 함수에 따른 보상 값이 커지고, 상기
Figure PCTKR2015012072-appb-I000062
가 커질수록 상기 보상 값이 작아진다.
1-2) 선호도 추정기(Popularity Estimator)
도 10에 나타난 바와 같이 보상 관측기 (1012)로부터의 보상 값이 주어지고 캐시 이력기 (1011)로부터 컨텐츠 파일이 캐시에 저장된 이력이 주어지면, 도 13에 나타난 바와 같이 학습 알고리즘이 수행된다. 그 결과, 통합 캐시(1020)에 저장된 컨텐츠 파일에 대한 선호도 프로파일 값이 반복적으로 추정된다.
도 13는 본 발명에 따라 선호도 프로파일을 추정하기 위한 알고리즘을 나타낸다.
도 13를 참조하면, 초기 단계 s1310 단계에서는 t번째 프레임에 대한 보상 값 (
Figure PCTKR2015012072-appb-I000063
), 컨텐츠가 저장된 이력에 관한 값 (Tf)를 초기화한다. 여기서, f는 t번째 프레임에서 통합 캐시에 저장된 컨텐츠 파일을 나타낸다.
Figure PCTKR2015012072-appb-I000064
는 통합캐시에 저장된 컨텐츠 파일의 집합을 나타낸다. S1320 단계에서는 t번째 프레임에서 컨텐츠 f에 대한 선호도 프로파일을 추정을 위한 변수를 산출한다. 여기서, 해당 변수는 이전의 선호도 프로파일 값 추정을 위한 변수
Figure PCTKR2015012072-appb-I000065
에 기초하여 새로운 값으로 갱신하여 결정된다. S1330 단계에서는 정해진
Figure PCTKR2015012072-appb-I000066
에 기반하여 선호도 프로파일 (
Figure PCTKR2015012072-appb-I000067
)을 산출한다. 여기서 N은 전체 사용자의 수, K는 중계기의 개수, qf,k는 패리티 비트 비율을 나타내고, Sf는 컨텐츠의 크기, Fγ는 컨텐츠 선호도 분포에 따른 스케일링 상수이며, Tf는 파일 f가 통합 캐시에 저장된 횟수이다.
상기 각 단계는 상기 통합 캐시에 저장된 컨텐츠 파일에 대한 보상 값 및, 파일이 저장된 이력을 업데이트해가면서 수행되며, 통합 캐시에 저장되어 있지 않은 파일일 경우 선호도 값의 추정이 불가능하므로, 상기 절차는 종료된다.
1-3) 패리티 최적화기(Parity Optimizer)
클러스터를 형성하는 K개의 중계기는 보상 함수와 선호도 프로파일 정보를 이용하여, 다음과 같은 최적화를 통해 패리티 비트의 비율 (Q={qf,k})을 결정한다.
수학식 19
Figure PCTKR2015012072-appb-M000019
첫 번째 조건은 캐시 크기의 제약조건(Constraint)이며, M은 중계기의 캐시의 크기를 의미하고,
Figure PCTKR2015012072-appb-I000068
는 t번째 프레임에서 k번째 중계기에 저장된 컨텐츠 파일의 집합을 의미한다. 두 번째 조건은 통합 캐시 크기의 제약조건이며, 여기서 δ는 사용자의 이동성과 관련된 변수이고 조정 가능하며, 컨텐츠 레벨의 다이버시티(Diversity)를 제공한다. 또한
Figure PCTKR2015012072-appb-I000069
는 통합캐시에 저장된 컨텐츠 파일의 집합을 나타낸다. 세 번째 조건은 MDS 코드로 인코딩을 수행할 시, 패리티 비트 비율의 제한을 나타낸다. 상기 알고리즘을 통해 최적 행렬 Q가 결정되면, 도 10에 나타난 바와 같이 컨텐츠 제어기(1110)는 이 값을 통합 캐시 (1120)로 전달하며, 그 결과 컨텐츠 파일의 패리티 비트의 양이 조절된다.
협력 전송 단계(Collaborative Forwarding Phase)
협력 전송 단계는 시간에 따라 이동 중인 사용자의 CSI 및 QSI를 이용하여, 통합 캐시로부터 요청된 컨텐츠를 단기적인 스케줄링을 통해 고속으로 전달한다. 도 11에 나타난 바와 같이 클러스터 내의 클러스터 헤더는 보상 함수와 현재 통합 캐시에 저장된 컨텐츠의 패리티 비트 정보를 이용하여, 즉, 전송 지연시간이 최소화 되도록 다음 수학식 20과 같은 최적화를 통해 스케줄링을 수행한다.
수학식 20
Figure PCTKR2015012072-appb-M000020
위 식에서
Figure PCTKR2015012072-appb-I000070
는 상기 수학식 1에서 주어지며,
Figure PCTKR2015012072-appb-I000071
이고, 중계기 k에 저장된 컨텐츠 파일
Figure PCTKR2015012072-appb-I000072
의 패리티 비트 양이고,
Figure PCTKR2015012072-appb-I000073
은 컨텐츠 파일
Figure PCTKR2015012072-appb-I000074
의 크기이다. 첫 번째 조건은 MDS 디코드 제약조건이고, 이 식에서 K+1은 매크로 기지국을 나타낸다. 사용자가 요청한 컨텐츠의 패리티 비트 양이 K개의 중계기로 구성된 통합 캐시 내에 충분하지 않을 때에는 기지국 (또는 매크로 기지국)으로부터 부족한 양의 패리티 비트를 받아올 필요가 생기며, 이상적인 MDS 코드를 가정하면 최소 원래 컨텐츠 파일의 크기 만큼의 패리티 비트가 모이면 원래 비디오 파일을 성공적으로 복원할 수 있다. 두 번째 조건은 자원 할당(Resource Allocation) 제약조건으로, 중계기 k에서 사용자 n사이의 링크의 할당 여부가 0과 1의 정수로 설계됨을 의미한다. 즉, 클러스터 헤더는 상기 수학식 20에 기반하여 상기 전송지연이 최소화되도록 각 중계기에 대한 링크 할당 여부를 결정하여 스케줄링을 수행한다. 다른 표현으로, 중계기가 캐싱을 수행하여 얻을 수 있는 보상이 최대화되도록 중계기에 각 중계기에 대한 링크 할당 여부를 결정하여 스케줄링을 수행할 수 있다. 보상 값이 최대가 되는 경우에는, 백홀 링크로부터 컨텐츠를 전달받을 필요가 없으므로 전송 지연 시간이 최소화 될 수 있다.
앞의 협력 캐싱 단계 (단계 1)와 협력 전송 단계 (단계 2)의 수학식 18, 19, 20에 따른 알고리즘 1, 2, 3은 도 11에 나타난 바와 같이 보상함수를 최적화하도록 결합 최적화가 수행된다.
본 발명을 통해 백홀 링크의 용량이 제한된 매크로셀에 중첩 배치된 소형 기지국들이 밀집하게 분포하는 이종망 환경에서 소형 기지국들이 캐시를 기반으로 효과적으로 협력하여 빈번하게 요청되는 비디오 컨텐츠의 트래픽을 크게 완화시킬 수 있다. 또한, 이동 중인 사용자에게 컨텐츠를 고속으로 전송하는 것이 가능해진다. 따라서 네트워크의 용량을 크게 증대시킬 수 있으며, 사용자들에게는 향상된 멀티미디어 서비스 체감품질을 제공할 수 있다. 또한, 캐시 업데이트와 전송이 결합되어 동시에 분산적으로 수행되므로 기지국의 비용 부담 문제가 해결된 자가 구성 네트워크(Self-Organizing Network, SON)의 구현이 용이해진다.
본 발명은 실제 표준에서 고려되고 있는 실내/실외 스몰셀 환경 또는 기기간 직접통신(Device-to-Device: D2D)등의 이동통신 시스템에 적용 가능하다. 이 기법은 백홀 링크 용량이 제한된 일반적인 저전력 무선 단말들에도 적용될 수 있다. 또한 모바일 클라우드 컴퓨팅 환경에서도 클러스터에 기반한 캐시 및 컨텐츠 전송 방식을 유사한 방식으로 적용할 수 있다.
본 발명에 따르면, 무선 콘텐츠 전송 네트워크(Content Delivery Network: CDN)에서 비디오 콘텐츠를 클러스터 기반의 통합 캐시(Aggregate Cache)에 큐 상태 정보(Queue State Information: QSI)를 활용하여 장기적(Long-term Scale)으로 캐시를 업데이트 하고, 저장된 콘텐츠를 채널 상태 정보(Channel State Information: CSI)를 활용한 단기적인(Short-term Scale) 스케줄링을 통해 사용자에게 고속으로 제공하는 방법 및 장치가 제시된다. 본 발명의 실시 예에 따른 통신 시스템의 콘텐츠 전송 방법에 따르면, 백홀 링크 용량이 제한적인 협력 단말(Cooperating Device)들의 클러스터에서 클러스터 내의 사용자들이 비디오 콘텐츠를 요청한 이력에 의해 학습 알고리즘(Learning Algorithm)을 적용하여 협력적으로 콘텐츠 선호도 분포(Popularity Distribution)를 추정하고, Maximum Distance Separable (MDS) 코드를 적용해 통합 캐시(Aggregate Cache)에 저장된 콘텐츠 파일의 패리티비트 양을 장기적으로 조절하며, 클러스터 내에 이동중인 사용자들이 콘텐츠를 요청할 때, 단기적으로 고속 콘텐츠 전송을 위한 최적 스케줄링을 수행할 수 있다. 본 발명을 이용하면, 백홀 링크의 용량이 제한된 콘텐츠 전송 네트워크 환경에서 클러스터를 기반으로 큐 상태 정보 및 채널 상태 정보를 동시에 고려하는 협력 캐시 및 스케줄링 기법을 통해, 이동 중인 사용자들에게 콘텐츠를 고속으로 전송하는 것이 가능하다. 따라서 대용량 비디오 콘텐츠 요청으로 인한 과도한 매크로셀 백홀 트래픽의 완화 및 사용자에게 체감품질(Quality of Experience: QoE) 향상을 제공 가능한 이점이 있다.
도 14 는 본 발명에 따라 컨텐츠 송수신을 수행할 수 있는 기지국 장치, 중계기 장치 및 단말 장치를 포함하는 무선 통신 시스템을 도시한 도면이다.
도 14를 참조하여 본 발명에 따른 기지국 장치(1410)는, 수신모듈(1411), 전송모듈(1412), 프로세서(1413), 메모리(1414) 및 복수개의 안테나(1414)를 포함할 수 있다. 복수개의 안테나(1414)는 MIMO 송수신을 지원하는 기지국 장치를 의미한다. 수신모듈(1411)은 단말 및 중계기 중 하나 이상으로부터의 상향링크 상의 각종 신호, 데이터 및 정보를 수신할 수 있다. 전송모듈(1412)은 단말 및 중계기 중 하나 이상으로의 하향링크 상의 각종 신호, 데이터 및 정보를 전송할 수 있다. 프로세서(1413)는 기지국 장치(1410) 전반의 동작을 제어할 수 있다.
기지국 장치(1410)의 프로세서(1413)는 기지국 장치(1410)가 수신한 정보, 외부로 전송할 정보 등을 연산 처리하는 기능을 수행하며, 메모리(1414)는 연산 처리된 정보 등을 소정시간 동안 저장할 수 있으며, 버퍼(미도시) 등의 구성요소로 대체될 수 있다.
도 14를 참조하여 본 발명에 따른 중계기 장치(1420)는, 수신모듈(1421), 전송모듈(1422), 프로세서(1423), 메모리(1424) 및 복수개의 안테나(1425)를 포함할 수 있다. 복수개의 안테나(1425)는 MIMO 송수신을 지원하는 중계기 장치를 의미한다. 수신모듈(1421)은 제 1 수신모듈 및 제2 수신모듈을 포함할 수 있으며, 제 1 수신 모듈은 기지국으로부터의 하향링크 상의 각종 신호, 데이터 및 정보를 수신할 수 있고, 제 2 수신 모듈은 단말로부터의 상향링크 상의 각종 신호, 데이터 및 정보를 수신할 수 있다. 전송모듈(1422)은 제1 전송 모듈 및 제 2 전송 모듈을 포함할 수 있으며, 제 1 전송 모듈은 기지국으로의 상향링크 상의 각종 신호, 데이터 및 정보를 전송할 수 있고, 제 2 전송 모듈은 단말로의 하향링크 상의 각종 신호, 데이터 및 정보를 전송할 수 있다. 프로세서(1423)는 중계기 장치(1420) 전반의 동작을 제어할 수 있다.
중계기 장치(1420)의 프로세서(1423)는 그 외에도 중계기 장치(1420)가 수신한 정보, 외부로 전송할 정보 등을 연산 처리하는 기능을 수행하며, 메모리(1424)는 연산 처리된 정보 등을 소정시간 동안 저장할 수 있으며, 버퍼(미도시) 등의 구성요소로 대체될 수 있다. 여기서, 상기 메모리(1424)는 본 발명에 따른 캐싱을 수행하기 위한 캐싱 메모리를 포함할 수 있으며, 여기서 캐싱 메모리는 클러스터에서의 통합 캐시를 형성할 수 있다.
본 발명에 따른 단말 장치(1330)는, 기지국 장치 (1410)와 마찬가지로 수신모듈, 전송모듈, 프로세서, 메모리 및 복수개의 안테나를 포함할 수 있다. 복수개의 안테나는 MIMO 송수신을 지원하는 단말 장치를 의미한다. 수신모듈은 단말 및 중계기 중 하나 이상으로부터의 상향링크 상의 각종 신호, 데이터 및 정보를 수신할 수 있다. 전송모듈은 단말 및 중계기 중 하나 이상으로의 하향링크 상의 각종 신호, 데이터 및 정보를 전송할 수 있다. 프로세서는 단말 장치 전반의 동작을 제어할 수 있다.
위와 같은 기지국 장치, 단말 장치 및 중계기 장치의 구체적인 구성은, 전술한 본 발명의 다양한 실시예에서 설명한 사항들이 독립적으로 적용되거나 또는 2 이상의 실시예가 동시에 적용되도록 구성될 수 있으며, 중복되는 내용은 명확성을 위하여 설명을 생략한다.
또한, 도 14에 대한 예시적인 설명에서 기지국 장치(1410)는 전술한 본 발명의 예시들에서의 소스 노드(S)에 해당하고, 중계기 장치(1420)는 중계기(R)에 해당하고, 단말 장치(1330)는 목적지 노드(D)에 해당할 수 있다.
또한, 도 14 의 기지국 장치(1410)에 대한 설명은 스스로 셀을 제어하는 중계기에 대해서 적용될 수도 있다. 또한, 도 14 의 중계기 장치(1420)에 대한 설명은 협력 통신 환경에서 다른 단말(1430)을 도와주는 단말 장치(즉, 사용자-중계기 장치)에 대해서 적용될 수 있다.
상술한 본 발명의 실시예들은 다양한 수단을 통해 구현될 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 실시예들은 하드웨어, 펌웨어(firmware), 소프트웨어 또는 그것들의 결합 등에 의해 구현될 수 있다.
하드웨어에 의한 구현의 경우, 본 발명의 실시예들에 따른 방법은 하나 또는 그 이상의 ASICs(Application Specific Integrated Circuits), DSPs(Digital Signal Processors), DSPDs(Digital Signal Processing Devices), PLDs(Programmable Logic Devices), FPGAs(Field Programmable Gate Arrays), 프로세서, 컨트롤러, 마이크로 컨트롤러, 마이크로 프로세서 등에 의해 구현될 수 있다.
펌웨어나 소프트웨어에 의한 구현의 경우, 본 발명의 실시예들에 따른 방법은 이상에서 설명된 기능 또는 동작들을 수행하는 모듈, 절차 또는 함수 등의 형태로 구현될 수 있다. 소프트웨어 코드는 메모리 유닛에 저장되어 프로세서에 의해 구동될 수 있다. 상기 메모리 유닛은 상기 프로세서 내부 또는 외부에 위치하여, 이미 공지된 다양한 수단에 의해 상기 프로세서와 데이터를 주고 받을 수 있다.
상술한 바와 같이 개시된 본 발명의 바람직한 실시예들에 대한 상세한 설명은 당업자가 본 발명을 구현하고 실시할 수 있도록 제공되었다. 상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예들을 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 본 발명의 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 예를 들어, 당업자는 상술한 실시예들에 기재된 각 구성을 서로 조합하는 방식으로 이용할 수 있다. 따라서, 본 발명은 여기에 나타난 실시형태들에 제한되려는 것이 아니라, 여기서 개시된 원리들 및 신규한 특징들과 일치하는 최광의 범위를 부여하려는 것이다.
본 발명은 본 발명의 정신 및 필수적 특징을 벗어나지 않는 범위에서 다른 특정한 형태로 구체화될 수 있다. 따라서, 상기의 상세한 설명은 모든 면에서 제한적으로 해석되어서는 아니 되고 예시적인 것으로 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 첨부된 청구항의 합리적 해석에 의해 결정되어야 하고, 본 발명의 등가적 범위 내에서의 모든 변경은 본 발명의 범위에 포함된다. 본 발명은 여기에 나타난 실시형태들에 제한되려는 것이 아니라, 여기서 개시된 원리들 및 신규한 특징들과 일치하는 최광의 범위를 부여하려는 것이다. 또한, 특허청구범위에서 명시적인 인용 관계가 있지 않은 청구항들을 결합하여 실시예를 구성하거나 출원 후의 보정에 의해 새로운 청구항으로 포함할 수 있다.
상술한 바와 같은 본 발명의 실시형태들은 다양한 이동통신 시스템에 적용될 수 있다.

Claims (11)

  1. 적어도 하나의 중계기에 대한 협력적 캐싱을 수행하는 클러스터를 이용하여 컨텐츠를 스케줄링하는 방법에 있어서,
    상기 클러스터에서 상기 적어도 하나의 중계기의 캐싱 메모리에 저장되는 컨텐츠에 대한 패리티 비율을 결정하는 단계;
    상기 결정된 패리티 비율에 기반하여 상기 적어도 하나의 중계기에 대한 스케줄링을 수행하는 단계를 포함하고,
    컨텐츠 스케줄링 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 패리티 비율을 결정하는 단계는,
    평균 지연 시간에 관한 보상 값을 결정하는 단계;
    상기 컨텐츠의 선호도를 추정하는 단계; 및
    적어도 상기 컨텐츠의 선호도에 기반하여 패리티 비트의 비율을 결정하는 단계를 포함하는,
    컨텐츠 스케줄링 방법.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 평균 지연 시간에 관한 보상 값은 수학식 1에 따른 보상함수 에 기반하여 결정되고,
    상기 수학식 1은,
    Figure PCTKR2015012072-appb-I000075
    이고,
    상기 은 사용자 n에 대한 컨텐츠 파일이고,
    Figure PCTKR2015012072-appb-I000076
    은 에
    Figure PCTKR2015012072-appb-I000077
    대하여 추정된 선호도 프로파일(Popularity Profile)이고,
    Figure PCTKR2015012072-appb-I000078
    는 상기 적어도 하나의 중계기 중 k 번째 중계기에 저장된 컨텐츠 파일
    Figure PCTKR2015012072-appb-I000079
    의 패리티 비트의 비율이며,
    Figure PCTKR2015012072-appb-I000080
    은 컨텐츠 파일
    Figure PCTKR2015012072-appb-I000081
    의 크기이고, 는 상기 k번째 중계기와 사용자 사이의 링크의 활성 여부를 나타내고, an,k ∈ {0, 1}는 k번째 중계기와 사용자 사이의 링크의 전송 지연시간을 나타내며,
    Figure PCTKR2015012072-appb-I000082
    는 기지국과 사용자 n사이의 지연시간이며,
    Figure PCTKR2015012072-appb-I000083
    는 k번째 중계기와 사용자 n사이의 링크의 전송 지연시간을 나타내는,
    컨텐츠 스케줄링 방법.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 컨텐츠의 선호도는, 상기 보상 값 및 상기 컨텐츠의 저장 이력에 기반하여 결정되는,
    컨텐츠 스케줄링 방법.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 컨텐츠의 선호도는 수학식 2에 기반하여 결정되고,
    상기 수학식 2는,
    Figure PCTKR2015012072-appb-I000084
    이며,
    상기
    Figure PCTKR2015012072-appb-I000085
    는 상기 선호도를 나타내는 선호도 프로파일 값이고,
    Figure PCTKR2015012072-appb-I000086
    는 상기 선호도 프로파일을 추정을 위한 변수이며, 상기 N은 컨텐츠를 요청하는 사용자의 수이고, 상기
    Figure PCTKR2015012072-appb-I000087
    는 상기 적어도 하나의 중계기 중 k 번째 중계기에 저장된 컨텐츠 파일 의 패리티 비트의 비율이며,
    Figure PCTKR2015012072-appb-I000088
    는 컨텐츠 파일 의 크기이고, 상기
    Figure PCTKR2015012072-appb-I000089
    은 컨텐츠 선호도 분포에 따라 결정되는 스케일링 상수이며, 상기 t는 상기 컨텐츠가 전송되는 프레임을 나타내고, 상기 Tf는 상기 컨텐츠의 저장 이력을 나타내는 값인,
    컨텐츠 스케줄링 방법.
  6. 제 2 항에 있어서,
    상기 패리티 피트의 비율은 상기 보상 값을 더 고려하여 결정되는,
    컨텐츠 스케줄링 방법.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 패리티 피트의 비율 (
    Figure PCTKR2015012072-appb-I000090
    )은 다음 조건
    Figure PCTKR2015012072-appb-I000091
    을 만족하는 값으로 결정되고,
    상기
    Figure PCTKR2015012072-appb-I000092
    는 상기 보상 값을 결정하는 보상함수이고, 상기
    Figure PCTKR2015012072-appb-I000093
    는 컨텐츠 파일 의 크기이고, 상기 은 상기 적어도 하나의 중계기의 캐싱 메모리의 크기이며,
    Figure PCTKR2015012072-appb-I000094
    는 번째 프레임에서 번째 중계기에 저장된 컨텐츠 파일의 집합이고, δ는 사용자의 이동성과 관련된 변수이며,
    Figure PCTKR2015012072-appb-I000095
    는 상기 적어도 하나의 중계기의 캐싱 메모리에 저장된 컨텐츠의 집합인,
    컨텐츠 스케줄링 방법.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 결정된 패리티 비트의 비율은 상기 적어도 하나의 중계기의 캐싱 메모리로 전달되는,
    컨텐츠 스케줄링 방법.
  9. 제 2 항에 있어서,
    상기 스케줄링은 하는 단계는, 다음 조건
    Figure PCTKR2015012072-appb-I000096
    을 만족하는 an,k ∈ {0, 1}를 결정하는 단계를 포함하고,
    상기
    Figure PCTKR2015012072-appb-I000097
    는 상기 보상 값을 결정하는 보상함수이고,
    Figure PCTKR2015012072-appb-I000098
    은 중계기 에 저장된 컨텐츠 파일
    Figure PCTKR2015012072-appb-I000099
    의 패리티 비트 양이고,
    Figure PCTKR2015012072-appb-I000100
    은 컨텐츠 파일
    Figure PCTKR2015012072-appb-I000101
    의 크기이며, an,k ∈ {0, 1}는 상기 k번째 중계기와 사용자 사이의 링크의 활성 여부를 나타내는,
    컨텐츠 스케줄링 방법.
  10. 적어도 하나의 중계기에 대한 협력적 캐싱을 수행하는 클러스터 장치에 있어서,
    상기 적어도 하나의 중계기의 캐싱 메모리에 저장되는 컨텐츠에 대한 패리티 비율을 결정하는 컨텐츠 제어기; 및
    상기 결정된 패리티 비율에 기반하여 상기 적어도 하나의 중계기에 대한 스케줄링을 수행하는 스케줄러를 포함하는,
    클러스터 장치.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 컨텐츠 제어기는 평균 지연 시간에 관한 보상 값을 결정하는 보상 관측기;
    상기 컨텐츠의 선호도를 추정하는 선호도 추정기; 및
    적어도 상기 컨텐츠의 선호도에 기반하여 패리티 비트의 비율을 결정하는 패리티 최적화기를 포함하는,
    클러스터 장치.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108667653A (zh) * 2018-04-17 2018-10-16 东南大学 超密集网络中基于聚类的缓存配置方法及装置

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20080059408A (ko) * 2005-09-28 2008-06-27 엘지전자 주식회사 브로드캐스트 멀티캐스트 서비스를 위한 셀룰러네트워크에서 데이터를 협동적으로 중계하는 방법
US20090017753A1 (en) * 2007-07-13 2009-01-15 Lg Electronics Inc. Data communication in a cooperative communication network
KR20110055926A (ko) * 2009-11-20 2011-05-26 삼성전기주식회사 협력 전송 방법 및 이를 적용한 통신 시스템
US20130215818A1 (en) * 2009-05-21 2013-08-22 Indian Institute Of Science Queued cooperative wireless networks configuration using rateless codes
US8605750B2 (en) * 2008-05-19 2013-12-10 Panasonic Corporation Wireless relay station apparatus

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20080059408A (ko) * 2005-09-28 2008-06-27 엘지전자 주식회사 브로드캐스트 멀티캐스트 서비스를 위한 셀룰러네트워크에서 데이터를 협동적으로 중계하는 방법
US20090017753A1 (en) * 2007-07-13 2009-01-15 Lg Electronics Inc. Data communication in a cooperative communication network
US8605750B2 (en) * 2008-05-19 2013-12-10 Panasonic Corporation Wireless relay station apparatus
US20130215818A1 (en) * 2009-05-21 2013-08-22 Indian Institute Of Science Queued cooperative wireless networks configuration using rateless codes
KR20110055926A (ko) * 2009-11-20 2011-05-26 삼성전기주식회사 협력 전송 방법 및 이를 적용한 통신 시스템

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108667653A (zh) * 2018-04-17 2018-10-16 东南大学 超密集网络中基于聚类的缓存配置方法及装置
CN108667653B (zh) * 2018-04-17 2020-12-11 东南大学 超密集网络中基于聚类的缓存配置方法及装置

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