WO2016148542A1 - 무선 통신 시스템에서 분산 저장 캐시 보유 보조 노드를 이용하여 신호를 수신하는 방법 및 이를 위한 장치 - Google Patents

무선 통신 시스템에서 분산 저장 캐시 보유 보조 노드를 이용하여 신호를 수신하는 방법 및 이를 위한 장치 Download PDF

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WO2016148542A1
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base station
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최완
김동인
홍비
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김태영
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Sungkyunkwan University
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LG Electronics Inc
Korea Advanced Institute of Science and Technology KAIST
Sungkyunkwan University
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    • H04W88/04—Terminal devices adapted for relaying to or from another terminal or user

Definitions

  • the present invention relates to a wireless communication system, and more particularly, to a method and apparatus for receiving a signal using a distributed storage cache holding auxiliary node in a wireless communication system.
  • LTE 3rd Generat ion Partnership Project Long Term Evolut ion
  • E-UMTS Evolved Universal Motele te 1 ecoramunication systems
  • UMTSO UMTSOJniversal Mobile Telecommunications Systems
  • LTE Long Term Evolut ion
  • Techni cal speci f icat ion of UMTS and E-UMTS ⁇ ! For details, see Release 7 and Release 8 of the "3rd Generat ion Partnership Project; Technical Speci fi cion Group Radio Access Network," respectively.
  • an E-UMTS is an access gateway located at an end of a user equipment (UE) and a base station (eNode B), an eNB, and an network (E-UTRAN) and connected to an external network.
  • UE user equipment
  • eNode B base station
  • E-UTRAN network
  • a base station can transmit multiple data streams simultaneously for broadcast service, multicast service and / or unicast service.
  • the cell is set to one of bandwidths of 1.25, 2.5, 5, 10, 15, 20Mhz, etc. to provide downlink or uplink transmission services to multiple terminals. Different cells can be set to provide different bandwidths.
  • the base station controls data transmission and reception for a plurality of terminals.
  • the base station transmits downlink scheduling information, such as time / frequency domain, encoding, data size, HARQ hybr id automat ic repeat and reQuest information, etc., to which data is transmitted to the corresponding UE. Tells.
  • the base station transmits uplink scheduling information to uplink (UL) data for uplink (UL) data and informs the user equipment of time / frequency domain, encoding, data size, HARQ related information, etc. available to the user equipment.
  • An interface for transmitting user traffic or control traffic may be used between base stations.
  • the core network (CN) may be composed of an AG and a network node for user registration of the terminal. AG manages the mobility of the terminal in units of a TAOYacking Area consisting of a plurality of cells.
  • Wireless communication technology has been developed up to LTE based on WCDMA, but the demands and expectations of users and operators are continuously increasing.
  • new technological evolution is required to be competitive in the future. Cost per bit is reduced, service availability is increased, the use of flexible frequency bands, simple structure and open interface, and proper power consumption of the terminal are required.
  • a method for receiving data by a terminal includes: determining at least one transmitting entity for the data among one or more auxiliary nodes and a base station; Receiving a partition code from the determined at least one transmitting entity; And acquiring the data from the partitioning code, wherein the at least one transmitting entity is determined based on the sum of the number of auxiliary nodes existing within a predetermined distance from the terminal and the partitioning code stored in the auxiliary nodes. It is characterized by.
  • a terminal in a wireless communication system a wireless communication module for transmitting and receiving a signal through a network; And a processor for processing the signal, wherein the processor is configured to determine at least one transmitting entity for the data among one or more secondary nodes and a base station, and to receive a split code from the determined at least one transmitting entity. And controlling the wireless communication modules to obtain the data from the split code, and wherein the processor is further configured to store the at least one transmitting entity, the number of auxiliary nodes existing within a predetermined distance from the terminal, and stored in the auxiliary nodes. The determination is based on the sum of the division codes.
  • the size of the split code stored in each of the one or more secondary nodes is determined based on the average number of secondary nodes existing in the communication area of the terminal.
  • the at least one transmitting entity when the sum of the division codes stored in the secondary nodes is lower than a restoration minimum value, the at least one transmitting entity includes both the one or more secondary nodes and the base station.
  • the at least one transmitting entity when the sum of the division codes stored in the secondary nodes is equal to or greater than a reconstruction minimum value, the at least one transmitting entity includes the at least one secondary node except the base station.
  • the at least one secondary node is characterized in that it comprises another terminal or femto cell.
  • the terminal can receive a signal more efficiently by using a distributed storage cache holding auxiliary node.
  • FIG. 1 schematically illustrates an E-UMTS network structure as an example of a wireless communication system. drawing.
  • FIG. 2 is a diagram illustrating a control plane and a user plane structure of a radio interface protocol between a terminal and an E-UTRAN based on a 3GPP radio access network standard.
  • FIG. 2 is a diagram illustrating a control plane and a user plane structure of a radio interface protocol between a terminal and an E-UTRAN based on a 3GPP radio access network standard.
  • FIG. 3 is a diagram for explaining physical channels used in a 3GPP system and a general signal transmission method using the same.
  • FIG. 3 is a diagram for explaining physical channels used in a 3GPP system and a general signal transmission method using the same.
  • FIG. 4 is a diagram illustrating a structure of a radio frame used in an LTE system.
  • FIG. 5 is a diagram illustrating a structure of a downlink radio frame used in an LTE system.
  • FIG. 6 is a diagram illustrating a structure of an uplink subframe used in an LTE system.
  • FIG. 7 is a configuration diagram of a general multi-antenna (MIM0) communication system.
  • MIM0 multi-antenna
  • FIG. 8 is a conceptual diagram of a wireless communication system according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 9 illustrates a relationship between a storage probability and hi tt ing probabi l i ty according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 10 illustrates a block diagram of a communication device according to an embodiment of the present invention.
  • the present specification describes an embodiment of the present invention using an LTE system and an LTE-A system, but this is an example and the embodiment of the present invention can be applied to any communication system corresponding to the above definition.
  • the present specification describes an embodiment of the present invention on the basis of the FDD scheme, but this is an exemplary embodiment of the present invention can be easily modified and applied to the H-FDD scheme or the TDD scheme.
  • FIG. 2 is a diagram illustrating a control plane and a user plane structure of a radio interface protocol between a UE and E—UTRAN based on 3GPP radio access network standards.
  • the control plane refers to a path through which control messages used by a user equipment (UE) and a network to manage a call are transmitted.
  • the user plane refers to a path through which data generated at the application layer, for example, voice data or Internet packet data, is transmitted.
  • the physical layer which is the first layer, provides an information transfer service (Informat ion Transfer Service) to a higher layer by using a physical channel.
  • the physical layer is connected to the upper layer of the medium access control layer through a transport channel. Data moves between the medium access control layer and the physical layer through the transport channel. Data moves between the physical layer between the transmitting side and the receiving side through the physical channel.
  • the physical channel utilizes time and frequency as radio resources.
  • the physical channel is modulated by a 0rthogonal frequency diversity mult access (0FDMA) scheme in downlink, and modulated by a single carrier frequency division multple access (SC-FDMA) scheme in uplink.
  • 0FDMA 0rthogonal frequency diversity mult access
  • SC-FDMA single carrier frequency division multple access
  • the medium access control (MAC) layer of the second layer provides a service to a radio link control (RLC) layer, which is a higher layer, through a logical channel.
  • RLC radio link control
  • the RLC layer of the second layer supports reliable data transmission.
  • the function of the RLC layer may be implemented as a functional block inside the MAC.
  • the Layer Data Packet Convergence Protocol (PDCP) layer of Layer 2 provides unnecessary control for efficiently transmitting IP packets such as IPv4 or IPv6 over a narrow bandwidth air interface. Perform header compression to reduce information.
  • PDCP Layer Data Packet Convergence Protocol
  • the radio resource control (RRC) layer located at the bottom of the third layer is defined only in the control plane.
  • the RRC layer is responsible for the control of logical channels, transport channels and physical channels in association with radio bearers (RBs), conf igurat ions, re-conf igurat ions, and releases.
  • RB means a service provided by the second layer for data transmission between the terminal and the network.
  • the RRC negotiation of the terminal and the network exchanges RRC messages with each other.
  • RRC connection RRC Connected
  • the NAS (Non-Access Stratum) layer which is located above the RRC layer, performs functions such as session management and mobility management.
  • a downlink transport channel for transmitting data from a network to a terminal includes a broadcast channel (BCH) for transmitting system information, a paging channel (PCH) for transmitting a paging message, and a downlink shared channel (SCH) for transmitting user traffic or a control message. ). Traffic or control messages of a downlink multicast or broadcast service may be transmitted through a downlink SCH or may be transmitted through a separate downlink multicast channel (MCH). Meanwhile, the uplink transmission channel for transmitting data from the terminal to the network includes a random access channel (RAC) for transmitting an initial control message and an uplink shared channel (SCH) for transmitting user traffic or a control message.
  • BCH broadcast channel
  • PCH paging channel
  • SCH downlink shared channel
  • BCCH Broadcast Control Channel
  • PCCH Paging Control Channel
  • CCCH Common Control Channel
  • MCCH Multicast Control Channel
  • MTCH MTCH icast Traffic Channel
  • FIG. 3 is a diagram for describing physical channels used in a 3GPP system and a general signal transmission method using the same.
  • the UE performs an initial cell search operation such as synchronizing with a base station when a power is turned on or a new cell is entered.
  • the UE may receive a Primary Synchronization Channel (P-SCH) and a Secondary Synchronization Channel (S-SCH) from the base station, synchronize with the base station, and obtain information such as a cell ID. have.
  • the terminal may receive a physical broadcast channel from the base station to obtain broadcast information in a cell.
  • the terminal may receive a downlink reference signal (DL RS) in the initial cell search step to confirm the downlink channel state.
  • DL RS downlink reference signal
  • the UE shares a physical downlink according to a physical downlink control channel (PDCCH) and information on the PDCCH By receiving the channel (Physical Downlink Control Channel (PDSCH)) it is possible to obtain more specific system information (S302).
  • a physical downlink control channel PDCCH
  • PDSCH Physical Downlink Control Channel
  • the terminal may perform a random access procedure (RACH) for the base station (steps S303 to S306).
  • RACH random access procedure
  • the UE may transmit a specific sequence through the physical random access channel (PRACH) to the preamble (S303 and S305), and receive a voice response message for the preamble through the PDCCH and the corresponding PDSCH ( S304 and S306).
  • PRACH physical random access channel
  • a contention resolution procedure may be additionally performed.
  • the UE After performing the above-described procedure, the UE performs a PDCCH / PDSCH reception (S307) and a physical uplink shared channel (PUSCH) / physical uplink control channel as a general uplink / downlink signal transmission procedure.
  • Physical Uplink Control Channel (PUCCH) transmission (S308) may be performed.
  • the terminal receives downlink control information (DCI) through the PDCCH.
  • DCI downlink control information
  • the DCI includes control information such as resource allocation information for the terminal, and the format is different according to the purpose of use.
  • the control information transmitted by the terminal to the base station through the uplink or received by the terminal from the base station includes a downlink / uplink ACK / NACK signal, a CQI (Channel Quality Indicator), a PMK Precoding Matrix Index (RI), and a RI (Rank). Indicators).
  • the terminal may transmit the above-described control information such as CQI / PMI / RI through the PUSCH and / or PUCCH.
  • FIG. 4 is a diagram illustrating a structure of a radio frame used in an LTE system.
  • a radio frame has a length of 10 ms (327200 XT S ) and consists of 10 equally sized subframes.
  • Each subframe has a length of 1 ms and consists of two slots.
  • Each slot has a length of 0.5 ms (15360xT s ).
  • the slot includes a plurality of 0FDM symbols in the time domain and a plurality of 0FDM symbols in the frequency domain. It includes a resource block (RB). In the LTE system, one resource block includes 12 subcarriers X 7 (6) OFDM symbols.
  • Transmission time interval which is a unit time for transmitting data, may be determined in units of one or more subframes.
  • the structure of the above-described radio frame is only an example, and the number of subframes included in the radio frame, the number of slots included in the subframe, and the number of OFDM symbols included in the slot may be variously changed.
  • FIG. 5 is a diagram illustrating a control channel included in a control region of one subframe in a downlink radio frame.
  • a subframe consists of 14 OFDM symbols.
  • the first 1 to 3 OFDM symbols are used as the control region and the remaining 13 to 11 OFDM symbols are used as the data region.
  • R1 to R4 represent reference signals (Reference Signal (RS) or Pi lot Signal) for antennas 0 to 3.
  • the RS is fixed in a constant pattern in a subframe regardless of the control region and the data region.
  • the control channel is allocated to a resource to which no RS is allocated in the control region, and the traffic channel is also allocated to a resource to which no RS is allocated in the data region.
  • Control channels allocated to the control region include PCFICH (Physical Control Format Indicator CHannel), PHICH (Physical Hybr id-ARQ Indi cator CHannel), PDCCH (Physi cal Downl Ink Control CHannel).
  • PCFICH Physical Control Format Indicator CHannel
  • PHICH Physical Hybr id-ARQ Indi cator CHannel
  • PDCCH Physical cal Downl Ink Control CHannel
  • the PCFICH is a physical control format indicator channel and informs the UE of the number of OFDM symbols used for the PDCCH in every subframe.
  • the PCFICH is located in the first 0FOM symbol and is set in preference to the PHICH and PDCCH.
  • the PCFICH is composed of four resource element groups (REGs), and each REG is distributed within a control region based on a cell ID (Cel IDENT i ty).
  • One REG consists of four resource elements (REs).
  • RE represents a minimum physical resource defined by one subband 4 carriers and one OFDM symbol.
  • the PCFICH value indicates a value of 1 to 3 or 2 to 4 depending on the bandwidth and is modulated by quadrature phase shift keying (QPSK).
  • QPSK quadrature phase shift keying
  • the PHICH is a physical HARQ (automatic repeat and request) indicator channel and is used to carry HARQ ACK / NACK for uplink transmission.
  • PHICH is UL HARQ Indicates a channel on which DL ACK / NACK information is transmitted.
  • the PHICH consists of one REG and is scrambling cel l-speci fic.
  • ACK / NACK is indicated by 1 bit and modulated by binary phase shi ft keying (BPSK).
  • BPSK binary phase shi ft keying
  • a plurality of PHICHs mapped to the same resource constitutes a PHICH group.
  • the number of PHICHs multiplexed into the PHICH group is determined according to the number of spreading codes.
  • the PHICH (group) is repeated three times to obtain diversity gain in the frequency domain and / or the time domain.
  • the PDCCH is a physical downlink control channel and is allocated to the first n OFDM symbols of a subframe.
  • n is indicated by the PCFICH as an integer of 1 or more.
  • the PDCCH consists of one or more CCEs.
  • the PDCCH includes information related to resource allocation of a paging channel (PCH) and a down ink-shared channel (DL-SCH), an uplink scheduling grant, and HARQ information. Inform Paging channel (PCH) and down ink-shared channel (DL-SCH) are transmitted through PDSCH. Accordingly, the base station and the terminal generally transmit and receive data through the PDSCH except for specific control information or specific service data.
  • PCH paging channel
  • DL-SCH down ink-shared channel
  • Inform Paging channel (PCH) and down ink-shared channel (DL-SCH) are transmitted through PDSCH. Accordingly, the base station and the terminal generally transmit and receive data through the PDSCH except for specific control information or specific service data.
  • Data of the PDSCH is transmitted to which UE (one or a plurality of UEs), and information on how the UEs should receive and decode PDSCH data is included in the PDCCH and transmitted.
  • a specific PDCCH is CRC masked with a Radio Network Temporary Identifier (RNTI) of "A”, a radio resource (for example, a frequency location) of "B”, and a DCI format, that is, transmission format information. It is assumed that information about data transmitted using (eg, transmission block size, modulation scheme, coding information, etc.) is transmitted through a specific subframe.
  • RNTI Radio Network Temporary Identifier
  • the UE in the cell monitors, that is, blindly decodes, the PDCCH in the search area by using the RNTI information that the UE has, and if there is at least one UE having an "A" RNTI, the UE receives the PDCCH and receives The PDSCH indicated by "B" and "C" is received through the information of one PDCCH.
  • FIG. 6 illustrates a structure of an uplink subframe used in an LTE system. Drawing.
  • an uplink subframe may be divided into a region to which a PUCCH (physical upl ink control CHannel) carrying control information is allocated and a region to which a PUSCHCPhysical Upl Ink Shared CHannel carrying user data is allocated. .
  • the middle part of the subframe is allocated to the PUSCH, and both parts of the data area are allocated to the PUCCH in the frequency domain.
  • the control information transmitted on the PUCCH includes an ACK / NAC used for HARQ, a channel quality indicator (CQI) indicating a downlink channel state, a RHRank indicator for MIMO, and a scheduling request (SR), which is an uplink resource allocation request. There is this.
  • the PUCCH for one UE uses one resource block occupying a different frequency in each slot in a subframe. That is, two resource blocks allocated to the PUCCH are frequency hoped at the slot boundary.
  • MIMC Mult iple—Input Mul- tple Output is a method of using a plurality of transmit antennas and a plurality of receive antennas, which can improve data transmission and reception efficiency. That is, by using a plurality of antennas at the transmitting end or the receiving end of the wireless communication system, the capacity can be increased and the performance can be improved.
  • MIM0 may be referred to as a “multi-antenna”.
  • the multi-antenna technique does not rely on a single antenna path to receive one entire message. Instead, in multi-antenna technology, data fragments received from multiple antennas are gathered and merged to complete the data. Using multi-antenna technology, it is possible to improve the data transmission rate within a cell area of a specified size or to increase system coverage while guaranteeing a specific data transmission rate. In addition, this technique can be widely used in mobile communication terminals and repeaters. According to the multiple antenna technology, it is possible to overcome the transmission limit in the mobile communication according to the prior art, which used a single antenna.
  • Typical multi-antenna is shown in Figure 7 the structure of the communication system [52] had a transmitter transmitting antenna is installed more N T, the receiver receives an antenna N R pieces are installed.
  • the theoretical channel transmission capacity is increased than when using the plurality of antennas at either the transmitting end or the receiving end.
  • the increase in channel transmission capacity is proportional to the number of antennas. Therefore, the transmission rate is improved and the frequency efficiency is improved.
  • the maximum transmission rate when using one antenna is Ro
  • the transmission rate when using multiple antennas is theoretically, the maximum transmission rate as shown in Equation 1 below. It is possible to increase Ro by multiplying the rate of increase rate Ri. Where Ri is the smaller of N T and N R.
  • a transmission rate four times higher than a single antenna system may be theoretically obtained. Since the theoretical capacity increase of such a multi-antenna system was proved in the late 1990s, various techniques for substantially improving data rate have been actively studied to date, and some of these technologies have already been developed for 3G mobile communication and next generation WLAN. It is reflected in various wireless communication standards.
  • Equation 2 Equation 2
  • Equation 4 when expressed using a diagonal matrix of s transmission power, Equation 4 below.
  • Equation 5 ⁇ ⁇ means the weight between the first transmission antenna and the first information. It is called the weight matrix ix or the precoding matrix ix.
  • the physical meaning of the rank of the channel matrix is the maximum number that can transmit different information in a given channel. Therefore, the rank of the channel matrix is defined as the minimum number of independent rows or columns, so that the tanks of the matrix are larger than the number of rows or columns. It becomes impossible.
  • the tank (rank (H)) of the channel matrix H is limited as in Equation 6.
  • each of the different information transmitted using the multi-antenna technology will be defined as a 'stream' or simply 'stream'.
  • a 'stream' may be referred to as a 'layer'.
  • the number of transport streams can then, of course, not be larger than the tank of the channel, which is the maximum number of different information that can be sent. Therefore, the channel matrix H can be expressed as in Equation 7 below.
  • CoMP transmission scheme refers to a transmission scheme for two or more base stations or cells to communicate with the terminal in cooperation with each other in order to improve the communication performance between the terminal and the base station (sal or sector) in the shadow area.
  • CoMP transmission method is a joint MIM0 type joint processing (CoMP-Joint Processing, CoMP-JP) and CoMP-Coordinated Schinging / beamforming (CoMP-CS / CB) through data sharing. Can be divided into
  • a UE may simultaneously receive data from each base station that performs a CoMP transmission scheme and combine the received signals from each base station to receive performance.
  • the Joint Transition (JT) can be improved.
  • one of the base stations performing the CoMP transmission scheme may consider a method for transmitting data to the terminal at a specific time point (DPS; Dynami c Point Select ion).
  • the terminal may receive data through one base station, that is, a serving base station, through the bump forming.
  • each base station may simultaneously receive a PUSCH signal from a user equipment (Joint Recept ion; JR).
  • JR Joint Recept ion
  • the cooperative scheduling / bumping scheme (CoMP-CS / CB) only one base station receives the PUSCH, and the decision to use the cooperative scheduling / bumping scheme is made to the cooperative cells (or base stations). Is determined by
  • the data required by the UE in the mobile communication network in advance around We propose a technique for serving a UE using a plurality of secondary nodes (eg, femto cel l) or other UEs having caches.
  • secondary nodes eg, femto cel l
  • one secondary node served a UE with or without a cache. Even if the secondary node has a cache, the secondary node closest to the UE having the data requested by the UE served the UE. In the case of Wi-Fi without cache or a small base station of femto sal, the node geographically closest to the UE served the UE. In this case, if there is no secondary node with data requested by the UE within a certain distance from the UE, the UE does not receive service from the secondary node and receives service from the mobile communication base station.
  • the conventional cache technology has a disadvantage in that the overall efficiency is lowered by the independent design of the cache and radio resource allocation technology without considering the correlation of the data requested by the UEs, and the correlation of the mobility pattern of the UE.
  • the data stored in the secondary node is distributed and stored through the MDS (Maximum Disparity Separable) code so that it can be recovered with the help of several nodes.
  • MDS Maximum Disparity Separable
  • the present invention is different from the conventional technique of storing the entire file unit in the secondary node, and distributes MDS coded data (for example, parity bits) to the storage devices of several secondary nodes. To save. This allows multiple data to be distributed more uniformly locally.
  • the distributed data since the distributed data is not distributed and data must be stored completely, the number of files that can be stored increases when the secondary nodes having limited storage space are distributed in the mobile communication network.
  • the service through the secondary node is impossible because the neighboring secondary node does not have a file desired by the UE.
  • the service is similar to CoMP in that it is simultaneously serviced through multiple nodes, but the difference is that data sharing is not required through backhaul ink due to the characteristics of distributed and stored MDS codes.
  • data since data is distributed and stored, the data recovery does not depend only on a specific node, thereby obtaining diversity gain from various radio channels, thereby enabling reliable data transmission.
  • MDS encoding without storing the entire data, There is also the advantage of using a small amount of cache on the secondary node by storing a small amount.
  • MDS parity bits are transmitted through cooperation of nearby neighboring nodes, the degradation of communication performance due to the mobility of UE can be alleviated, and the effect of reducing latency can be expected.
  • FIG. 8 is a conceptual diagram of a wireless communication system according to an embodiment of the present invention.
  • BS base station
  • UE user
  • Helper secondary node
  • a secondary node may be a secondary node, such as a femto cell, which is introduced in an existing mobile communication network.
  • the secondary node includes a storage device for storing data, that is, a cache, which is frequently used by users.
  • the data are distributed and cached in advance, i.e. stored.
  • distributed storage is assumed via MDS code.
  • the MDS code encodes the size of a specific file A about 1/3 of the original file, and if there are 5 distributed storage devices, the code can restore the original data even if there are 3 random nodes. Means.
  • secondary nodes cooperatively perform distributed data storage and transmission of MDS coded packets.
  • the statistically analyzed numerical value is used to determine the optimal MDS code storage rate and probability so that the secondary node stores the file in the MDS code or stores the file.
  • the cache system provides a criterion for determining whether to store the entire file.
  • the present invention operates in the same manner as the following first embodiment or the second sinking.
  • a first embodiment of the present invention is implemented according to 1) to 3) below.
  • the BS acquires information about the amount of stored data of the secondary nodes at regular intervals.
  • Files distributed and stored in the secondary node are periodically stored in consideration of factors such as the relative popularity of the entire files, the maximum capacity of the storage device possessed by the secondary node, and the popularity of the files reflecting the characteristics of the UEs around the secondary node. Updates are made using dawn, such as the relatively low use of fixed or mobile networks.
  • the average storage S i is determined by popularity, and popularity is determined by the distribution of zipf di str ibut ion for most popular videos and files, and also affects user preferences. Receive.
  • the highly popular file has a high S i value. Therefore, the process of optimizing the storage rate of MDS parity bits by extracting statistics on the preference distribution by observing the preference distribution of a specific file requested by the user at a secondary node for a predetermined time.
  • the storage rate of the parity bit may be updated in the secondary node at a predetermined time period.
  • FIG. 9 It is to a certain extent whether a distributed storage come in such an environment can be determined according to the statistical results of FIG. 9 is a relationship between the probability and the stored hitting probabi 1 i ty in accordance with an embodiment of the present invention i Illustrated.
  • the hitting probability is changed according to the value of ⁇ f r c 2 Si (where ⁇ is an average of the numbers scattered in the region and rc is a distance that can receive UE service). If the value of Si is greater than ⁇ / ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ 2 , bringing pi (> 1) as high as possible increases the hitting probability. To make it higher means to save the MDS code as small as possible.
  • the value of Si is larger than ⁇ / ⁇ ⁇ ⁇ 2 , the total storage amount is larger than the original file size, which may mean that the number of auxiliary nodes and the number is sufficient.
  • the BS transmits information to the UE by using information of the already obtained secondary nodes at a certain distance from the UE.
  • the UE receives specific data in three ways as follows (a) to (c), and operates according to the surrounding situation (for example, the auxiliary node and other UEs in the vicinity). You choose the method.
  • the set of serving secondary nodes may change accordingly.
  • the configuration of the sal in which the auxiliary node providing the service is changed according to the UE's request data as well as the location of the UE is made.
  • the operation method of each UE and the determination of the serving secondary nodes serve the maximum number of UEs using only the secondary node for offloading of the base station. If all N UEs are serviced, the secondary node is selected in consideration of an optimization problem such as the following equation.
  • Si means a set of secondary nodes allocated to UE i and C (j, i) means transmission capacity between secondary node j and UE i.
  • represents the distance between UE i and the secondary node j, the constraint being the service limit of the secondary node Only UEs within the distance T s can be serviced.
  • Each secondary node supports only one UE. That is, the first embodiment proposes an operation method of the UE and the auxiliary node in a direction for maximizing the capacity of the entire system.
  • the second embodiment of the present invention is implemented according to X) to z) below.
  • the BS acquires information on the amount of stored data and the average channel state of the auxiliary nodes in the cluster at regular intervals.
  • the update period of the file stored in the cluster varies depending on the signaling overhead or the complexity of the system.
  • Files in a cluster may have a relative popularity of entire files, a maximum capacity of a storage device possessed by a secondary node, popularity of files reflecting characteristics of UEs around the secondary node, and a mobility pattern of the UE and an average of the secondary nodes. It is updated to consider the channel capacity.
  • Equation 9 In the optimization problem of Equation 9, r is a reward and ⁇ is a URP (user request profile).
  • the above optimization problem is divided into a subproblem for optimizing Q as shown in Equation 10 using the average file popularity and channel information, and a subproblem for optimizing A at an instantaneous time t as shown in Equation 11 below. Can be.
  • the second embodiment of the present invention proposes an optimal cluster operation method and a low complexity approximation algorithm that maximize the reward obtained by the introduction of the auxiliary node.
  • work may mean an individual file that each user actually wants to receive, but in this case, the number of files defined on the entire system becomes very large, and thus, the entire file may be a secondary node.
  • Distributed storage and management overhead can be very large.
  • a unit distributed and stored in a secondary node may be defined as a file group, which is a set of a plurality of files.
  • files belonging to the same file group are types of service (for example, audio or video). Whether or not), service provider, QoS level, popularity, etc. may have the same or similar attributes.
  • a UE with a secondary node in the vicinity can receive the required data through the secondary node in whole or in part to alleviate the burden on the mobile communication network, and the UE also receives the data directly to the neighboring secondary nodes without delay It can reliably receive data at high capacity.
  • the UE can dynamically form a set of auxiliary nodes even in a mobile communication environment, it is possible to drastically improve the quality of experience of a mobile communication service. Efficient use of communication resources using storage devices as a whole can improve overall mobile communication system efficiency, such as cell capacity, latency, and operating costs.
  • FIG. 10 illustrates a block diagram of a communication device according to an embodiment of the present invention.
  • the communication device 1000 includes a processor 1010, a memory 1020, an RF module 1030, a display module 1040 and a user interface module 1050.
  • the communication apparatus 1000 is shown for convenience of description and some models may be omitted.
  • the communication device 1000 may further include the necessary modules.
  • some of the hairs in the communication device 1000 can be divided into more granular hairs.
  • the processor 1010 is configured to perform an operation according to an embodiment of the present invention illustrated with reference to the drawings. Specifically, the detailed operation of the processor 1010 may refer to the contents described with reference to FIGS. 1 to 9.
  • the memory 1020 is connected to the processor 1010 and stores an operating system, an application, a program code, data, and the like.
  • the RF modules 1030 are connected to the processor 1010 and perform a function of converting a baseband signal into a wireless signal or converting a wireless signal into a baseband signal. To this end, the RF module 1030 performs analog conversion, amplification, filtering and frequency up-conversion or their reverse process.
  • the despooled modes 1040 are connected to the processor 1010 and despool a variety of information.
  • Display modules 1040 include, but are not limited to, Liquid Crystal Display (LCD), Light Emitting Diode (LED), 0 LED (0rganic Light) Well-known elements such as Emitting Diode can be used.
  • the user interface models 1050 are connected to the processor 1010 and can be configured with a combination of well known user interfaces such as a keypad, touch screen, and the like.
  • the specific operation described as performed by the base station in this document may be performed by an upper node in some cases. That is, it is apparent that various operations performed for communication with the terminal in a network including a plurality of network nodes including a base station may be performed by other network nodes than the base station viewing base station.
  • a base station may be replaced by terms such as a fixed station, a Node B ⁇ eNode B (eNB), an access point, and the like.
  • an embodiment of the present invention may be implemented by various means, for example, hardware, firmware, software, or a combination thereof.
  • an embodiment of the present invention may include one or more applicat ion specific integrated circuits (ASICs), digital signal processors (DSPs), digital signal processing devices (DSPDs), programmable logic devices (PLDs), FPGAs (f ield programmable gate arrays) , processor, contrail ⁇ ! ⁇ can be implemented by Russia, microcontrollers, microprocessors.
  • ASICs applicat ion specific integrated circuits
  • DSPs digital signal processors
  • DSPDs digital signal processing devices
  • PLDs programmable logic devices
  • FPGAs field programmable gate arrays
  • processor contrail ⁇ ! ⁇ can be implemented by Russia, microcontrollers, microprocessors.
  • an embodiment of the present invention may be implemented in the form of modules, procedures, functions, etc. that perform 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.

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Abstract

본 출원에서는 무선 통신 시스템에서 단말이 데이터를 수신하는 방법이 개시된다. 구체적으로, 상기 방법은, 하나 이상의 보조 노드와 기지국 중 상기 데이터에 대한 적어도 하나의 송신 주체를 결정하는 단계; 상기 결정된 적어도 하나의 송신 주체로부터 분할 코드를 수신하는 단계; 및 상기 분할 코드로부터 상기 데이터를 획득하는 단계를 포함하고, 상기 적어도 하나의 송신 주체는 상기 단말로부터 소정 거리 내에 존재하는 보조 노드의 개수와 상기 보조 노드들에 저장된 분할 코드의 합에 기반하여 결정되는 것을 특징으로 한다.

Description

【명세서】
【발명의 명칭】 무선 통신 시스템에서 분산 저장 캐시 보유 보조 노드를 이용하여 신호를 수신하는 방법 및 이를 위한 장치
【기술분야】
[1] 본 발명은 무선 통신 시스템에 관한 것으로서， 보다 상세하게는, 무선 통신 시스템에서 분산 저장 캐시 보유 보조 노드를 이용하여 신호를 수신하는 방법 및 이를 위한 장치에 관한 것이다.
【배경기술】
[2] 본 발명이 적용될 수 있는 무선 통신 시스템의 일례로서 3GPP LTE (3rd Generat ion Partnership Project Long Term Evolut ion ; 이하 "LTE' '라 함) 통신 시스템에 대해 개략적으로 설명한다.
[3] 도 1은 무선 통신 시스템의 일례로서 E-UMTS 망구조를 개략적으로 도시한 도면이다. E~UMTS( Evolved Universal Mobi le Te 1 ecoramun i cat i ons System) 시스템은 기존 UMTSOJniversal Mobi le Telecommunicat ions System)에서 진화한시스템으로서， 현재 3GPP에서 기초적인 표준화 작업을 진행하고 있다. 일반적으로 E-UMTS는 LTE(Long Term Evolut ion) 시스템이라고 할 수도 있다. UMTS 및 E-UMTS의 기술 규격 (techni cal speci f icat ion)^! 상세한 내용은각각 "3rd Generat ion Partnership Project； Technical Speci f i cat ion Group Radio Access Network"의 Release 7과 Release 8을 참조할 수 있다.
[4] 도 1을 참조하면， E-UMTS는 단말 (User Equipment ; UE)과 기지국 (eNode B; eNB, 네트워크 (E-UTRAN)의 종단에 위치하여 외부 네트워크와 연결되는 접속 게이트웨이 (Access Gateway ; AG)를 포함한다. 기지국은 브로드캐스트 서비스, 멀티캐스트 서비스 및 /또는 유니캐스트 서비스를 위해 다증 데이터 스트림을 동시에 전송할 수 있다.
[5] 한 기지국에는 하나 이상의 셀이 존재한다. 셀은 1.25， 2.5, 5， 10， 15， 20Mhz 등의 대역폭 중 하나로 설정돼 여러 단말에게 하향 또는 상향 전송 서비스를 제공한다. 서로 다른 셀은 서로 다른 대껵폭을 제공하도록 설정될 수 있다. 기지국은 다수의 단말에 대한 데이터 송수신을 제어한다. 하향링크 (Down l ink; DL) 데이터에 대해 기지국은 하향링크 스케줄링 정보를 전송하여 해당 단말에게 데이터가 전송될 시간 /주파수 영역, 부호화, 데이터 크기， HARQ Hybr id Automat ic Repeat and reQuest ) 관련 정보 등을 알려준다. 또한， 상향링크 (Upl ink; UL) 데이터에 대해 기지국은 상향링크 스케줄링 정보를 해당 단말에게 전송하여 해당 단말이 사용할 수 있는 시간 /주파수 영역， 부호화， 데이터 크기, HARQ 관련 정보 등을 알려준다. 기지국간에는 사용자 트래픽 또는 제어 트래픽 전송을 위한 인터페이스가 사용될 수 있다. 핵심망 (Core Network; CN)은 AG와 단말의 사용자 등록 등을 위한 네트워크 노드 등으로 구성될 수 있다. AG는 복수의 샐들로 구성되는 TAOYacking Area) 단위로 단말의 이동성을 관리한다.
[6] 무선 통신 기술은 WCDMA를 기반으로 LTE까지 개발되어 왔지만， 사용자와 사업자의 요구와 기대는 지속적으로 증가하고 있다. 또한， 다른 무선 접속 기술이 계속 개발되고 있으므로 향후 경쟁력을 가지기 위해서는 새로운 기술 진화가 요구된다. 비트당 비용 감소, 서비스 가용성 증대， 융통성 있는 주파수 밴드의 사용， 단순구조와 개방형 인터페이스， 단말의 적절한 파워 소모등이 요구된다. 【발명의 상세한 설명】
【기술적 과제】
[7] 상술한 바와 같은 논의를 바탕으로 이하에서는 무선 통신 시스템에서 분산 저장 캐시 보유 보조 노드를 이용하여 신호를 수신하는 방법 및 이를 위한 장치를 제안하고자 한다.
【기술적 해결방법】
[8] 본 발명의 일 양상인 무선 통신 시스템에서 단말이 데이터를 수신하는 방법은， 하나 이상의 보조 노드와 기지국 중 상기 데이터에 대한 적어도 하나의 송신 주체를 결정하는 단계; 상기 결정된 적어도 하나의 송신 주체로부터 분할 코드를 수신하는 단계; 및 상기 분할 코드로부터 상기 데이터를 획득하는 단계를 포함하고, 상기 적어도 하나의 송신 주체는 상기 단말로부터 소정 거리 내에 존재하는 보조 노드의 개수와 상기 보조 노드들에 저장된 분할 코드의 합에 기반하여 결정되는 것을 특징으로 한다. [9] 한편， 본 발명의 다른 양상인 무선 통신 시스템에서의 단말은, 네트워크를 통하여 신호를 송수신하기 위한 무선 통신 모들; 및 상기 신호를 처리하기 위한 프로세서를 포함하고， 상기 프로세서는， 하나 이상의 보조 노드와 기지국;중 상기 데아터에 대한 적어도 하나의 송신 주체를 결정하고, 상기 결정된 적어도 하나의 송신 주체로부터 분할 코드를 수신하여， 상기 분할 코드로부터 상기 데이터를 획득하도록 상기 무선 통신 모들을 제어하고， 또한 상기 프로세서는 상기 적어도 하나의 송신 주체를， 상기 단말로부터 소정 거리 내에 존재하는 보조 노드의 개수와 상기 보조 노드들에 저장된 분할 코드의 합에 기반하여 결정하는 것을 특징으로 한다.
[ 10] 바람직하게는, 상기 하나 이상의 보조 노드 각각에 저장되는 분할 코드의 크기는 상기 단말의 통신 영역 내에 존재하는 보조 노드의 평균 개수에 기반하여 결정되는 것을 특징으로 한다.
[ 11] 바람직하게는, 상기 보조 노드들에 저장된 분할 코드의 합이 복원 최소치보다 낮은 경우， 상기 적어도 하나의 송신 주체는 상기 하나 이상의 보조 노드와 상기 기지국 모두를 포함하는 것을 특징으로 한다. 반면에， 상기 보조 노드들에 저장된 분할 코드의 합이 복원 최소치와 같거나 큰 경우， 상기 적어도 하나의 송신 주체는 상기 기지국을 제외한 상기 하나 이상의 보조 노드를 포함하는 것을 특징으로 한다.
[ 12] 보다 바람직하게는， 상기 하나 이상의 보조 노드는 다른 단말 또는 펨토 셀을 포함하는 것을 특징으로 한다.
【유리한 효과】
[ 13] 본 발명의 실시예에 따르면 단말은 분산 저장 캐시 보유 보조 노드를 이용하여 신호를 보다 효율적으로 수신할수 있다.
[ 14] 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.
【도면의 간단한 설명】
[ 15] 도 1은 무선 통신 시스템의 일례로서 E-UMTS 망구조를 개략적으로 도시한 도면.
[ 16] 도 2는 3GPP 무선 접속망 규격을 기반으로 한 단말과 E-UTRAN 사이의 무선 인터페이스 프로토콜 (Radio Interface Protocol )의 제어평면 (Control Plane) 및 사용자평면 (User Plane) 구조를 나타내는 도면.
[ 17] 도 3은 3GPP 시스템에 이용되는 물리 채널들 및 이들을 이용한 일반적인 신호 전송 방법을 설명하기 위한 도면.
[ 18] 도 4는 LTE시스템에서 사용되는 무선 프레임의 구조를 예시하는 도면 .
[ 19] 도 5는 LTE 시스템에서 사용되는 하향링크 무선 프레임의 구조를 예시하는 도면.
[20] 도 6은 LTE 시스템에서 사용되는 상향링크 서브프레임의 구조를 도시하는 도면.
[21] 도 7은 일반적인 다중 안테나 (MIM0) 통신 시스템의 구성도.
[22] 도 8은 본 발명의 실시예에 따른 무선 통신 시스템의 개념도이다.
[23] 도 9는 본 발명의 실시예에 따라 저장 확률과 hi tt ing probabi l i ty과의 관계를 도시한다.
[24] 도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 통신 장치의 블록 구성도를 예시한다. 【발명의 실시를 위한 형태】
[25] 이하에서 첨부된 도면을 참조하여 설명된 본 발명의 실시예들에 의해 본 발명의 구성， 작용 및 다른 특징들이 용이하게 이해될 수 있을 것이다. 이하에서 설명되는실시예들은 본 발명의 기술적 특징들이 3GPP시스템에 적용된 예들이다.
[26] 본 명세서는 LTE 시스템 및 LTE-A 시스템을 사용하여 본 발명의 실시예를 설명하지만， 이는 예시로서 본 발명의 실시예는 상기 정의에 해당되는 어떤 통신 시스템에도 적용될 수 있다. 또한, 본 명세서는 FDD 방식을 기준으로 본 발명의 실시예에 대해 설명하지만, 이는 예시로서 본 발명의 실시예는 H-FDD 방식 또는 TDD 방식에도 용이하게 변형되어 적용될 수 있다.
[27] 또한， 본 명세서는 기지국의 명칭은 RRH remote radio head) , eNB, ΤΡ( transmi ssion point ) , P(recept ion point ) , 중계기 (rel ay) 등을 포함하는 포괄적인 용어로 사용될 수 있다. [28] 도 2는 3GPP 무선 접속망 규격을 기반으로 한 단말과 E— UTRAN 사이의 무선 인터페이스 프로토콜 (Radio Interface Protocol )의 제어평면 (Control Plane) 및 사용자평면 (User Plane) 구조를 나타내는 도면이다. 제어평면은 단말 (User Equipment ; UE)과 네트워크가 호를 관리하기 위해서 이용하는 제어 메시지들이 전송되는 통로를 의미한다. 사용자평면은 애플리케미션 계층에서 생성된 데이터， 예를 들어， 음성 데이터 또는 인터넷 패킷 데이터 등이 전송되는통로를 의미한다.
[29] 제 1계층인 물리계층은 물리채널 (Physical Channel )을 이용하여 상위 계층에게 정보 전송 서비스 ( Informat ion Transfer Servi ce)를 제공한다. 물리계층은 상위에 있는 매체접속제어 (Medium Access Control ) 계층과는 전송채널 (Transport Channel )을 통해 연결되어 있다. 상기 전송채널을 통해 매체접속제어 계층과 물리계층 사이에 데이터가 이동한다. 송신측과 수신측의 물리계층 사이는 물리채널을 통해 데이터가 이동한다. 상기 물리채널은 시간과 주파수를 무선 자원으로 활용한다. 구체적으로, 물리채널은 하향링크에서 0FDMA(0rthogonal Frequency Divi sion Mul t iple Access) 방식으로 변조되고, 상향링크에서 SC- FDMA(Single Carr ier Frequency Divi sion Mul t iple Access) 방식으로 변조된다.
[30] 제 2계층의 매체접속제어 (Medium Access Control ; MAC) 계층은 논리채널 (Logical Channel )을 통해 상위계층인 무선링크제어 (Radio Link Control ; RLC) 계층에 서비스를 제공한다. 제 2계층의 RLC 계층은 신뢰성 있는 데이터 전송을 지원한다. RLC 계층의 기능은 MAC 내부의 기능 블록으로 구현될 수도 있다.제 2계층의 PDCP(Packet Data Convergence Protocol ) 계층은 대역폭이 좁은 무선 인터페이스에서 IPv4나 IPv6와 같은 IP 패킷을 효율적으로 전송하기 위해 불필요한 제어정보를 줄여주는 헤더 압축 (Header Compression) 기능을수행한다.
[31] 제 3계층의 최하부에 위치한 무선 자원제어 (Radio Resource Control ; RRC) 계층은 제어평면에서만 정의된다. RRC 계층은 무선베어러 (Radio Bearer； RB)들의 설정 (Conf igurat ion) , 재설정 (Re-conf igurat ion) 및 해제 (Release)와 관련되어 논리채널， 전송채널 및 물리채널들의 제어를 담당한다. RB는 단말과 네트워크 간의 데이터 전달을 위해 제 2계층에 의해 제공되는 서비스를 의미한다. 이를 위해， 단말과 네트워크의 RRC 계충은 서로 RRC 메시지를 교환한다. 단말과 네트워크의 RRC 계층 사이에 RRC 연결 (RRC Connected)이 있을 경우， 단말은 RRC 연결 상태 (Connected Mode)에 있게 되고, 그렇지 못할 경우 RRC 휴지 상태 (Idle Mode)에 있게 된다. RRC 계층의 상위에 있는 NAS(Non— Access Stratum) 계층은 세션 관리 (Session Management)와 이동성 관리 (Mobility Management) 등의 기능을 수행한다.
[32] 네트워크에서 단말로 데이터를 전송하는 하향 전송채널은 시스템 정보를 전송하는 BCH(Broadcast Channel), 페이징 메시지를 전송하는 PCH(Paging Channel), 사용자 트래픽이나 제어 메시지를 전송하는 하향 SCH(Shared Channel) 등이 있다. 하향 멀티캐스트 또는 방송 서비스의 트래픽 또는 제어 메시지의 경우 하향 SCH를 통해 전송될 수도 있고， 또는 별도의 하향 MCH(Multicast Channel)을 통해 전송될 수도 있다. 한편， 단말에서 네트워크로 데이터를 전송하는 상향 전송채널로는 초기 제어 메시지를 전송하는 RACH(Random Access Channel), 사용자 트래픽이나 제어 메시지를 전송하는 상향 SCH(Shared Channel)가 있다. 전송채널의 상위에 있으며， 전송채널에 매핑되는 논리채널 (Logical Channel)로는 BCCH(Broadcast Control Channel) , PCCH( Paging Control Channel), CCCH( Common Control Channel) , MCCH(Multicast Control Channel), MTCH(Mult icast Traffic Channel) 등이 있다.
[33] 도 3은 3GPP 시스템에 이용되는 물리 채널들 및 이들을 이용한 일반적인 신호 전송 방법을 설명하기 위한 도면이다.
[34] 단말은 전원이 켜지거나 새로이 샐에 진입한 경우 기지국과 동기를 맞추는 등의 초기 셀 탐색 (Initial cell search) 작업을 수행한다 (S301). 이를 위해, 단말은 기지국으로부터 주 동기 채널 (Primary Synchronization Channel; P-SCH) 및 부 동기 채널 (Secondary Synchronization Channel; S-SCH)올 수신하여 기지국과 동기를 맞추고, 셀 ID 등의 정보를 획득할 수 있다. 그 후， 단말은 기지국으로부터 물리 방송 채널 (Physical Broadcast Channel)를 수신하여 셀 내 방송 정보를 획득할 수 있다. 한편， 단말은 초기 셀 탐색 단계에서 하향링크 참조 신호 (Downlink Reference Signal; DL RS)를 수신하여 하향링크 채널 상태를 확인할 수 있다.
[35] 초기 셀 탐색을 마친 단말은 물리 하향링크 제어 채널 (Physical Downlink Control Channel; PDCCH) 및 상기 PDCCH에 실린 정보에 따라 물리 하향링크 공유 채널 (Physical Downlink Control Channel; PDSCH)을 수신함으로씨 좀더 구체적인 시스템 정보를 획득할 수 있다 (S302).
[36] 한편, 기지국에 최초로 접속하거나 신호 전송을 위한 무선 자원이 없는 경우 단말은 기지국에 대해 임의 접속 과정 (Random Access Procedure; RACH)올 수행할수 있다 (단계 S303 내지 단계 S306). 이를 위해， 단말은 물리 임의 접속 채널 (Physical Random Access Channel; PRACH)을 통해 특정 시퀀스를 프리앰블로 전송하고 (S303 및 S305), PDCCH 및 대응하는 PDSCH를 통해 프리앰블에 대한 웅답 메시지를 수신할 수 있다 (S304 및 S306). 경쟁 기반 RACH의 경우， 추가적으로 충돌 해결 절차 (Contention Resolution Procedure)를 수행할 수 있다.
[37] 상술한 바와 같은 절차를 수행한 단말은 이후 일반적인 상 /하향링크 신호 전송 절차로서 PDCCH/PDSCH 수신 (S307) 및 물리 상향링크 공유 채널 (Physical Uplink Shared Channel; PUSCH)/물리 상향링크 제어 채널 (Physical Uplink Control Channel； PUCCH) 전송 (S308)을 수행할 수 있다. 특히 단말은 PDCCH를 통하여 하향링크 제어 정보 (Downlink Control Information; DCI)를 수신한다. 여기서 DCI는 단말에 대한 자원 할당 정보와 같은 제어 정보를 포함하며， 그 사용 목적에 따라 포맷이 서로 다르다.
[38] 한편， 단말이 상향링크를 통해 기지국에 전송하는 또는 단말이 기지국으로부터 수신하는 제어 정보는 하향링크 /상향링크 ACK/NACK 신호， CQI (Channel Quality Indicator) , PMKPrecoding Matrix Index) , RI (Rank Indicator) 등을 포함한다. 3GPP LTE 시스템의 경우， 단말은 상술한 CQI/PMI/RI 등의 제어 정보를 PUSCH 및 /또는 PUCCH를 통해 전송할 수 있다.
[39] 도 4는 LTE 시스템에서 사용되는 무선 프레임의 구조를 예시하는 도면이다.
[40] 도 4를 참조하면 무선 프레임 (radio frame)은 10ms ( 327200 XTS)의 길이를 가지며 10개의 균등한 크기의 서브프레임 (subframe)으로 구성되어 있다. 각각의 서브프레임은 1ms의 길이를 가지며 2개의 슬롯 (slot)으로 구성되어 있다. 각각의 슬롯은 0.5ms(15360xTs)의 길이를 가진다. 여기에서， Ts 는 샘풀링 시간을 나타내고， Ts=l/(15kHzX2048)=3.2552xi0—8(약 33ns)로 표시된다. 슬롯은 시간 영역에서 복수의 0FDM 심볼을 포함하고, 주파수 영역에서 복수의 자원블록 (Resource Block; RB)을 포함한다. LTE 시스템에서 하나의 자원블록은 12개의 부반송파 X 7(6)개의 OFDM 심볼을 포함한다. 데이터가 전송되는 단위시간인 TTI (Transmission Time Interval )는 하나 이상의 서브프레임 단위로 정해질 수 있다. 상술한 무선 프레임의 구조는 예시에 불과하고， 무선 프레임에 포함되는 서브프레임의 수 또는 서브프레임에 포함되는 슬롯의 수， 슬롯에 포함되는 OFDM 심볼의 수는 다양하게 변경될 수 있다.
[41] 도 5는 하향링크 무선 프레임에서 하나의 서브프레임의 제어 영역에 포함되는 제어 채널을 예시하는 도면이다.
[42] 도 5를 참조하면， 서브프레임은 14개의 OFDM 심볼로 구성되어 있다. 서브프레임 설정에 따라 처음 1 내지 3개의 OFDM 심볼은 제어 영역으로 사용되고 나머지 13~11개의 OFDM 심볼은 데이터 영역으로 사용된다. 도면에서 R1 내지 R4는 안테나 0 내지 3에 대한 기준 신호 (Reference Signal (RS) 또는 Pi lot Signal )를 나타낸다. RS는 제어 영역 및 데이터 영역과 상관없이 서브프레임 내에 일정한 패턴으로 고정된다. 제어 채널은 제어 영역 중에서 RS가 할당되지 않은 자원에 할당되고， ^래픽 채널도 데이터 영역 중에서 RS가 할당되지 않은 자원에 할당된다. 제어 영역에 할당되는 제어 채널로는 PCFICH(Physical Control Format Indicator CHannel ) , PHICH(Physical Hybr id-ARQ Indi cator CHannel ) , PDCCH(Physi cal Downl ink Control CHannel ) 등이 있다.
[43] PCFICH는 물리 제어 포맷 지시자 채널로서 매 서브프레임 마다 PDCCH에 사용되는 OFDM 심볼의 개수를 단말에게 알려준다. PCFICH는 첫 번째 0FOM 심볼에 위치하며 PHICH 및 PDCCH에 우선하여 설정된다. PCFICH는 4개의 REG(Resource Element Group)로 구성되고, 각각의 REG는 셀 ID(Cel l IDent i ty)에 기초하여 제어 영역 내에 분산 ¾다. 하나의 REG는 4개의 RE(Resource Element )로 구성된다. RE는 하나의 부반4송파 X하나의 OFDM심볼로 정의되는 최소 물리 자원을 나타낸다. PCFICH 값은 대역폭에 따라 1 내지 3 또는 2 내지 4의 값을 지시하며 QPSK(Quadrature Phase Shi ft Keying)로 변조된다.
[44] PHICH는 물리 HARQ(Hybr id - Automat ic Repeat and request ) 지시자 채널로서 상향링크 전송에 대한 HARQ ACK/NACK을 나르는데 사용된다. 즉， PHICH는 UL HARQ를 위한 DL ACK/NACK정보가 전송되는 채널을 나타낸다. PHICH는 1개의 REG로 구성되고 샐 특정 (cel l-speci f i c)하게 스크램블 (scrambl ing) 된다. ACK/NACK은 1 비트로 지시되며， BPSK(Binary phase shi f t keying)로 변조된다. 변조된 ACK/NACK은 확산인자 (Spreading Factor ; SF) = 2 또는 4로 확산된다. 동일한 자원에 매핑되는 복수의 PHICH는 PHICH 그룹을 구성한다. PHICH 그룹에 다중화되는 PHICH의 개수는 확산 코드의 개수에 따라 결정된다. PHICH (그룹)은 주파수 영역 및 /또는 시간 영역에서 다이버시티 이득을 얻기 위해 3번 반복 (repet i t ion)된다.
[45] PDCCH는 물리 하향링크 제어 채널로서 서브프레임의 처음 n개의 OFDM심볼에 할당된다. 여기에서， n은 1 이상의 정수로서 PCFICH에 의해 지시된다. PDCCH는 하나 이상의 CCE로 구성된다. PDCCH는 전송 채널인 PCH(Paging channel ) 및 DL- SCH(Down l ink-shared channel )의 자원할당과 관련된 정보, 상향링크 스케줄링 그랜트 (Upl ink Schedul ing Grant ) , HARQ 정보 등을 각 단말 또는 단말 그룹에게 알려준다. PCH(Paging channel ) 및 DL-SCH( Down l ink-shared channel )는 PDSCH를 통해 전송된다. 따라서, 기지국과 단말은 일반적으로 특정한 제어 정보 또는 특정한 서비스 데이터를 제외하고는 PDSCH를 통해서 데이터를 각각 전송 및 수신한다.
[46] PDSCH의 데이터가 어떤 단말 (하나 또는 복수의 단말)에게 전송되는 것이며， 상기 단말들이 어떻게 PDSCH 데이터를 수신하고 디코딩 (decoding)을 해야 하는 지에 대한 정보 등은 PDCCH에 포함되어 전송된다. 예를 들어， 특정 PDCCH가 "A"라는 RNTI (Radio Network Temporary Ident i ty)로 CRC 마스킹 (masking)되어 있고， "B"라는 무선자원 (예， 주파수 위치) 및 라는 DCI 포맷 즉, 전송 형식 정보 (예， 전송 블특 사이즈， 변조 방식， 코딩 정보 등)를 이용해 전송되는 데이터에 관한 정보가 특정 서브프레임을 통해 전송된다고 가정한다. 이 경우， 셀 내의 단말은 자신이 가지고 있는 RNTI 정보를 이용하여 검색 영역에서 PDCCH를 모니터링, 즉 블라인드 디코딩하고， "A" RNTI를 가지고 있는 하나 이상의 단말이 있다면， 상기 단말들은 PDCCH를 수신하고, 수신한 PDCCH의 정보를 통해 "B"와 "C"에 의해 지시되는 PDSCH를 수신한다.
[47] 도 6은 LTE 시스템에서 사용되는 상향링크 서브프레임의 구조를 도시하는 도면이다.
[48] 도 6을 참조하면， 상향링크 서브프레임은 제어정보를 나르는 PUCCH( Physi cal Upl ink Control CHannel )가 할당되는 영역과 사용자 데이터를 나르는 PUSCHCPhysical Upl ink Shared CHannel )가 할당되는 영역으로 나눌 수 있다. 서브프레임의 중간 부분이 PUSCH에 할당되고， 주파수 영역에서 데이터 영역의 양측 부분이 PUCCH에 할당된다. PUCCH 상에 전송되는 제어정보는 HARQ에 사용되는 ACK/NAC , 하향링크 채널 상태를 나타내는 CQI (Channel Qual ity Indicator) , MIMO를 위한 RHRank Indicator) , 상향링크 자원 할당 요청인 SR(Schedul ing Request ) 등이 있다. 한 단말에 대한 PUCCH는 서브프레임 내의 각 슬롯에서 서로 다른 주파수를 차지하는 하나의 자원블록을 사용한다. 즉, PUCCH에 할당되는 2개의 자원블록은 슬롯 경계에서 주파수 호핑 (frequency hopping)된다. 특히 도 6은 m=0인 PUCCH, m=l인 PUCCH, m=2인 PUCCH, m=3인 PUCCH가 서브프레임에 할당되는 것을 예시한다.
[49] 이하 MIM0 시스템에 대하여 설명한다. MIMC Mult iple— Input Mul t iple- Output )는 복수개의 송신안테나와 복수개의 수신안테나를 사용하는 방법으로서， 이 방법에 의해 데이터의 송수신 효율을 향상시킬 수 있다. 즉， 무선 통신 시스템의 송신단 혹은 수신단에서 복수개의 안테나를 사용함으로써 용량을 증대시키고 성능을 향상 시킬 수 있다. 이하 본 문헌에서 MIM0를 '다중 안테나 '라 지칭할 수 있다.
[50] 다중 안테나 기술에서는 하나의 전체 메시지를 수신하기 위해 단일 안테나 경로에 의존하지 않는다. 그 대신 다중 안테나 기술에서는 여러 안테나에서 수신된 데이터 조각 (fragment)을 한데 모아 병합함으로써 데이터를 완성한다. 다중 안테나 기술을 사용하면， 특정된 크기의 셀 영역 내에서 데이터 전송 속도를 향상시키거나， 또는 특정 데이터 전송 속도를 보장하면서 시스템 커버리지 (coverage)를 증가시킬 수 있다. 또한， 이 기술은 이동통신 단말과 중계기 등에 폭넓게 사용할 수 있다. 다중 안테나 기술에 의하면， 단일 안테나를 사용하던 종래 기술에 의한 이동 통신에서의 전송량 한계를 극복할 수 있다.
[51] 일반적인 다중 안테나 (MIM0) 통신 시스템의 구성도가 도 7에 도시되어 있다 [52] 송신단에는 송신 안테나가 NT개 설치되어 있고， 수신단에서는 수신 안테나가 NR개가 설치되어 있다. 이렇게 송신단 및 수신단에서 모두 복수개의 안테나를 사용하는 경우에는, 송신단 또는 수신단 중 어느 하나에만 복수개의 안테나를 사용하는 경우보다 이론적인 채널 전송 용량이 증가한다. 채널 전송 용량의 증가는 안테나의 수에 비례한다. 따라서， 전송 레이트가 향상되고， 주파수 효율이 향상된다 하나의 안테나를 이용하는 경우의 최대 전송 레이트를 Ro라고 한다면， 다중 안테나를 사용할 때의 전송 레이트는， 이론적으로， 아래 수학식 1과 같이 최대 전송 레이트 Ro에 레이트 증가율 Ri를 곱한 만큼 증가할 수 있다. 여기서 Ri는 NT와 NR중 작은 값이다.
[53] 【수학식 1】
[54] 1 T , R J
[55] 예를 들어， 4개의 송신 안테나와 4개의 수신 안테나를 이용하는 MIM0 통신 시스템에서는, 단일 안테나 시스템에 비해 이론상 4배의 전송 레이트를 획득할 수 있다. 이와 같은 다중 안테나 시스템의 이론적 용량 증가가 90 년대 증반에 증명된 이후， 실질적으로 데이터 전송률을 향상시키기 위한 다양한 기술들이 현재까지 활발히 연구되고 있으며， 이들 중 몇몇 기술들은 이미 3 세대 이동 통신과 차세대 무선랜 등의 다양한무선 통신의 표준에 반영되고 있다.
[56] 현재까지의 다중안테나 관련 연구 동향을 살펴보면 다양한 채널 환경 및 다증접속 환경에서의 다중안테나 통신 용량 계산 등과 관련된 정보 이론 측면 연구， 다중안테나 시스템의 무선 채널 측정 및 모형 도출 연구, 그리고 전송 신뢰도 향상 및 전송률 향상을 위한 시공간 신호 처리 기술 연구 등 다양한 관점에서 활발한 연구가진행되고 있다.
[57] 다증 안테나 시스템에 있어서의 통신 방법을 보다 구체적인 방법으로 설명하기 위해 이를 수학적으로 모델링 하는 경우 다음과 같이 나타낼 수 있다. 도 7에 도시된 바와 같이 NT개의 송신 안테나와 NR개의 수신 안테나가 존재하는 것을 가정한다. 먼저， 송신 신호에 대해 살펴보면， Ντ개의 송신 안테나가 있는 경우 최대 전송 가능한 정보는 Ντ개이므로, 전송 정보를 하기의 수학식 2와 같은 백터로 나타낼 수 있다. [58] 【수학식 2】
Figure imgf000014_0001
S\， ^2：
[60] 한편， 각각의 전송 정보 τ에 있어 전송 전력을 다르게 할 ρ Ρ ... ρ
수 있으며, 이때 각각의 전송 전력을 l s 3 ' ' 라 하면， 전송 전력이 조정된 전송 정보를 백터로 나타내면 하기의 수학식 3과 같다.
Figure imgf000014_0002
[63] 또한 s 전송 전력의 대각행렬 를 이용하여 나타내면 하기의 수학식 4와 같다.
[64] 【수학식 4】
Figure imgf000014_0003
[66] 한편 , 전송전력이 조정된 정보 백터 8에 가중치 행렬 W가 적용되어 실제 전송되는 Ντ 개의 송신신호 (transmi tted signal ) 가 구성되는 경우를 고려해 보자. 여기서， 가중치 행렬은 전송 정보를 전송 채널 상황 등에 따라 각 안테나에 적절히 분배해 주는 역할을 수행한다. 이와 같은 전송신호
V
콰 2' " ^ 는 백터 를 이용하여 하기의 수학식 5와 같이 나타낼 수 있다. 여기서 ^ ^는 번째 송신안테나와 번째 정보 간의 가중치를 의미한다. w는 가중치 행렬 (Weight Matr ix) 또는 프리코딩 행렬 (Precoding Matr ix)이라고 불린다.
[67]
[68]
Figure imgf000015_0001
Figure imgf000015_0003
[69] 일반적으로， 채널 행렬의 랭크의 물리적인 의미는， 주어진 채널에서 서로 다른 정보를 보낼 수 있는 최대 수라고 할 수 있다. 따라서 채널 행렬의 탱크 (rank)는 서로 독립인 ( independent ) 행 (row) 또는 열 (column)의 개수 중에서 최소 개수로 정의되므로, 행렬의 탱크는 행 (row) 또는 열 (column)의 개수보다 클 수 없게 된다. 수식적으로 예를 들면, 채널 행렬 H의 탱크 (rank(H))는 수학식 6과 같이 제한된다.
70] 【수학식 6】
Figure imgf000015_0002
[72] 또한， 다중 안테나 기술을 사용해서 보내는 서로 다른 정보 각각을 '전송 스트림 (Stream) ' 또는 간단하게 '스트림' 으로 정의하기로 하자. 이와 같은 '스트림' 은 '레이어 (Layer) ' 로 지칭될 수 있다. 그러면 전송 스트림의 개수는 당연히 서로 다른 정보를 보낼 수 있는 최대 수인 채널의 탱크 보다는 클 수 없게 된다. 따라서， 채널 행렬이 H는 아래 수학식 7과 같이 .나타낼 수 있다.
[73] 【수학식 7】
[?4] # of streams < rcmk(H)≤ min(A^r , NR )
[75] 여기서 "# of streams"는 스트림의 수를 나타낸다. 한편， 여기서 한 개의 스트림은 한 개 이상의 안테나를 통해서 전송될 수 있음에 주의해야 한다.
[76] 한 개 이상의 스트림을 여러 개의 안테나에 대웅시키는 여러 가지 방법이 존재할 수 있다. 이 방법을 다중 안테나 기술의 종류에 따라 다음과 같이 설명할 수 있다. 한 개의 스트림이 여러 안테나를 거쳐 전송되는 경우는 공간 다이버시티 방식으로 볼 수 있고， 여러 스트림이 여러 안테나를 거쳐 전송되는 경우는 공간 멀티플렉싱 방식으로 볼 수 있다. 물론 그 중간인 공간 다이버시티와 공간 멀티플렉싱의 흔합 (Hybr id)된 형태도 가능하다.
[77] 한편， 차세대 이동통신 시스템의 표준인 LTE-A 시스템에서는 데이터 전송률 향상을 위해 기존 표준에서는 지원되지 않았던 CoMP Coordinated Mul t i Point ) 전송 방식을 지원할 것으로 예상된다. 여기서， CoMP 전송 방식은 음영 지역에 있는 단말 및 기지국 (샐 또는 섹터) 간의 통신 성능올 향상시키기 위해 2개 이상의 기지국 혹은 셀이 서로 협력하여 단말과 통신하기 위한 전송 방식을 말한다.
[78] CoMP 전송 방식은 데이터 공유를 통한 협력적 MIM0 형태의 조인트 프로세싱 (CoMP-Joint Processing, CoMP-JP) 및 협력 스케줄링 /범포밍 (CoMP- Coordinated Schedul ing/beamforming, CoMP-CS/CB) 방식으로 구분할수 있다.
[79] 하향링크의 경우 조인트 프로세싱 (CoMP-JP) 방식에서， 단말은 CoMP전송 방식을 수행하는 각 기지국으로부터 데이터를 순간적으로 동시에 수신할 수 있으며， 각 기지국으로부터의 수신한 신호를 결합하여 수신 성능을 향상시킬 수 있다 (Joint Transmi ssion ; JT) . 또한， CoMP전송 방식을 수행하는 기지국들 중 하나가 특정 시점에 상기 단말로 데이터를 전송하는 방법도 고려할 수 있다 (DPS; Dynami c Point Select ion) .
[80] 이와 달리， 협력 스케줄링 /범포밍 방식 (CoMP-CS/CB)에서， 단말은 범포밍을 통해 데이터를 순간적으로 하나의 기지국， 즉 서빙 기지국을 통해서 수신할 수 있다.
[81] 상향링크의 경우 조인트 프로세싱 (CoMP-JP) 방식에서， 각 기지국은 단말로부터 PUSCH신호를 동시에 수신할 수 있다 (Joint Recept ion ; JR) . 이와 달리， 협력 스케줄링 /범포밍 방식 (CoMP-CS/CB)에서， 하나의 기지국만이 PUSCH를 수신하는데 이때 협력 스케즐링 /범포밍 방식을 사용하기로 하는 결정은 협력 셀 (혹은 기지국)들에 의해 결정된다.
[82] 본 발명에서는 이동통신 네트워크에서 UE가 요구하는 데이터를 주변에 미리 저장하고 있는 캐시가 있는 복수의 보조 노드 (예를 들어， 펨토 셀 (Femto cel l ) 또는 다른 UE)를 이용하여 UE를 서비스하는 기법을 제안한다.
[83] 종래 기술에서는 일반적으로 캐시의 유무와 상관없이 하나의 보조 노드가 UE를 서비스하였다. 보조 노드에 캐시가 있는 경우에도 UE가 요구하는 데이터를 가진 UE로부터 가장 가까운 보조 노드가 UE를 서비스 하였다. 캐시가 없는 Wi-Fi나 펨토 샐의 작은 기지국의 경우는 UE에게 지리적으로 가장 가까운 노드가 UE를 서비스하였다. 이러한 경우 UE로부터 일정거리 안에 UE가 요구하는 데이터를 가진 보조 노드가 없다면， UE가 이러한 보조 노드로부터 서비스를 받지 못하고 이동통신 기지국으로부터 서비스를 받게 된다. 또한 종래의 캐시 기술은 UE들이 요청하는 데이터의 상호연관성, 그리고 UE의 이동성 패턴의 상호연관성을 고려하지 않고 캐시 및 무선자원할당 기술의 독립적인 설계를 하여 전체 효율성이 떨어지는 단점이 존재한다.
[84] 본 발명에 따르면， 보조 노드에 저장되는 데이터는 MDS (Maximum Di stance Separable) 코드를 통해서 분산 저장되어 있어 여러 노드의 도움을 받아야 복구가 가능하다. 본 발명과 종래기술의 가장 큰 차이점은 본 발명은 보조 노드에 완전한 파일단위로 저장을 하는 종래 기법과는 달리 여러 개의 보조 노드의 저장 장치에 MDS 코드화된 데이터 (예를 들어， 패리티 비트)를 분산 저장시킨다는 것이다. 이로 인해서 여러 개의 데이터를 지역적으로 좀 더 균일하게 분포 시킬 수 있다. 종래의 기법의 경우는 분산 저장이 되지 않아 데이터를 온전히 저장해야 되기 때문에 저장공간의 제약이 있는 보조 노드들이 이동통신 네트워크에 분포하는 경우 저장할 수 있는 파일의 숫자에 제한이 커지게 되며， 결과적으로 UE주변의 보조 노드에 UE가 원하는 파일이 없어 보조 노드를 통한서비스가 불가능한 단점이 있다.
[85] 본 발명의 경우, 여러 개의 노드를 통해서 동시에 서비스 받는다는 점에서 CoMP와 유사한 기법으로 보이지만， 분산 저장된 MDS 코드의 특성으로 인해 백홀 링크 (backhaul l ink)를 통한 데이터 공유가 필요 없는 점에서 차이가 있으며， 데이터가 분산 저장되어 있어 데이터 복구 시 특정 노드에만 의존하지 않아 여러 무선 채널로부터의 다이버시티 이득을 얻어 신뢰성 높은 데이터 전송이 가능한 장점이 있다. 또한 데이터의 전체를 저장하지 않고 최적화된 MDS 인코딩을 통해 적은 양을 저장하여 보조 노드의 캐시를 조금만 사용하는 이점도 있다. 더불어 가까운 주변 보조 노드의 협력을 통해 MDS 패리티비트를 전송 받기 때문에 UE의 이동성에 따른 통신 성능 열화를 완화시킴과 동시에 지연시간 경감의 효과도 기대할 수 있다.
[86] 본 발명에서 제안된 MDS 코드로 분산 저장된 데이터를 UE에 서비스하기 위해서는 여러 보조 노드를 활용해야 하며, 분산적으로 더 많은 보조 노드에 데이터를 저장하였기 때문에 UE가 보조 노드의 서비스를 받을 가능성이 높아진다. 또한, 본 발명의 경우 종래의 기법과는 달리 UE를 서비스하는 보조 노드의 집합을 정해야 하는 차이점이 있다. 이와 같은 보조 노드의 집합은 UE의 이동성 패턴에 따라 동적으로 변할 수 있기 때문에 이동통신 환경에서 비정형으로 보조 노드의 집합을 형성하여 UE에 데이터를 서비스 하기 위해서는 데이터의 종류와 채널 상태의 통계 정보의 예측 및 이를 고려한 통계적 최적화가 필요하다. 더욱이 분산 저장의 관점은 기존의 캐시 관련 기술에서 이제까지 무선 환경에서는 고려되어 있지 않아분산 저장의 성능 최적화등의 문제가 다뤄지지 않았다.
[87] 도 8은 본 발명의 실시예에 따른 무선 통신 시스템의 개념도이다. 특히， 도 8에서는 기지국 (BS)와사용자 (UE) 및 보조 노드 (Helper )가존재하고, UE는 일정한 거리 내 (또는 채널이 양호한) 보조 노드들로부터 도움을 받을 수 있다고 가정한다.
[88] 기존 이동 통신망에서 도입되는 펨토 셀과 같은 작은 보조 기지국이 보조 노드가 될 수 있으며， 보조 노드에는 데이터를 저장할 수 있는 저장 장치， 즉 캐시를 구비되어 있으며 이 저장 장치에는 사용자들이 자주 요구하는 데이터들이 분산되어 미리 캐싱， 즉 저장되어 있다. 물론， 분산 저장은 MDS 코드를 통해서 한다고 가정한다. 예를 들어, MDS 코드는 특정 파일 A의 크기를 원본파일 대비 1/3정도씩 코드화시켜 분산 저장한 저장 장치가 5개가 있다고 하면 이 중에 임의의 노드 3개만 있어도 원래의 데이터를 복원할 수 있는 코드를 의미한다. 원래의 데이터를 성공적으로 복원하기 위하여 보조 노드들은 분산 데이터 저장 및 MDS 코드화된 패킷의 전송을 협력적으로 수행한다.
[89] 이하에서는, 통계적으로 분석된 수치를 이용하여 최적의 MDS 코드 저장 비율 및 확률을 정해 보조 노드가 파일을 MDS 코드로 분산시켜 저장할지， 혹은 기존의 캐시 시스템과마찬가지로 전체 파일을 저장할지 판단하는 기준을 제시한다 .
[90] 본 발명은 다음 제 1 실시예 또는 제 2 실싱와 같은 방식으로 동작하게 된다.
[91] <제 1 실시예 ― Snapshot approach >
[92] 본 발명의 제 1 실시예는 아래 1) 내지 3)에 따라 구현된다.
[93] 1) BS는 보조 노드들의 저장된 데이터의 분량에 관한 정보를 일정 주기로 취득한다. 보조 노드에 분산 저장되는 파일들은 전체 파일들의 상대적인 인기도， 보조 노드가 가지고 있는 저장 장치의 최대 용량 및 보조 노드 주위에 있는 UE들의 특성이 반영된 파일들의 인기도와 같은 요소들을 고려하여 주기적으로 저장되며 파일의 업데이트는 유선망이나 이동통신망의 사용이 상대적으로 적은 새벽시간 등올 이용해서 이뤄진다.
[94] 각 보조 노드에 분산 저장될 MDS 코드의 비율은 파일의 인기도에 비례해 베르누이 분포를 따라 확률적으로 정해진다. i 번째 파일 전체가 보조 노드에 저장될 확률을 Pi (<1) 라고 가정한다. 이 경우 파일 용량을 Fi라면 파일의 저장 예상치는 FiPi가 되고, 1/Ni의 노드가 필요한 MDS 코드로 분산 저장을 하게 되면 FiPi/Ni 이 저장 예상치가 된다. 따라서, 보조 노드에 저장되는 파일 i의 저장 예상치를 일정하게 유지 시킨다면， Pi= Ni Si의 확률로 저장을 하게 된다. 즉， Si는 통신 영역 내의 존재하는 평균적인 보조 노드의 개수가 된다.
[95] 평균 저장량 S i는 인기도에 따라서 정해지게 되고， 인기도는 대부분의 인기 비디오나 파일의 경우 지프 분포 (z ipf di str ibut ion)를 따라 결정되는 성향이 있으며 추가적으로 사용자 개인의 선호도에도 영향을 받는다. 보조 저장장치의 효율성과 통신 시스템의 성능 향상을 위해 높은 인기도의 파일일수톡 높은 S i값을 가지게 된다. 따라서 사용자가 요구하는 특정 파일의 선호도 (preference) 분포를 일정 시간 동안 보조 노드에서 관찰하여 선호도 분포에 대한 통계치를 추출하고， 이를 반영하여 MDS 패리티 비트의 저장 비율을 최적화 하는 과정이 필요하다. 특히, 선호도가 높은 파일의 패리티비트의 저장비율을 늘리는 경우에 얻게 되는 파일의 오프로딩 효과를 최대화 하도록， 일정 시간 주기로 보조 노드에서 패리티비트의 저장 비율을 업데이트 할 수 있다. 즉， 일정 시간 동안 축적된 사용자들의 선호도를 바탕으로 새로운 인기도 분포를 추출하고, 이를 바탕으로 Si 의 값을 주기적으로 조절하는 것이다. 또한, 이와 같이 결정되는 전체 평균 저장량의 합은 각 보조 노드의 한계 저장량을 넘지 못한다 .
[96] 이러한 환경에서 어느 정도로 분산 저장올 할지에 대한 것은 도 9의 통계적 결과에 따라 결정될 수 있다..도 9는 ᅵ본 발명의 실시예에 따라 저장 확률과 hitting probabi 1 i ty과의 관계를 도시한다.
[97] 도 9를 참조하면， hitting probability는 π frc 2Si의 값 (단， λί는 보조 노드가 지역에 뿌려져 있는 숫자의 평균을， rc는 UE서비스를 받을 수 있는 거리)에 따라 바뀌게 되는데 Si의 값이 Ι/π λίΐ^2보다 클 경우는 pi (>1)를 최대한 높게 가져가는 것이 hitting probability를 높게 만든다. 를 높ᅳ게 만드는 것은 최대한 작은 크기의 MDS 코드로 저장을 하는 것을 의미한다. 여기서， Si의 값이 Ι/π λίΐ^2보다 크다는 것은 총 저장량이 원래 파일 사이즈보다 크다는 것으로 보조 노드와개수가 충분하다는 것을 의미할수 있다.
[98] 반대로 Si의 값이 l/π frc 2보다 작을 ¾우는 Pi 값을 최대가 낮게 가져가는 것이 hitting probability를 높게 만든다. 여기서， Si의 값이 1/π λπ^2보다 작다는 것은 총 저장량이 원래 파일 사이즈보다 작다는 것으로 보조 노드의 개수가 부족하다는 것을 의미할 수 있다.
[99] 2) 도 8과마찬가지로 BS는 한 개 또는 복수의 UE들이 특정한 데이터 파일을 요구하면 UE로부터 일정거리에 있는 이미 획득되어 있는 보조 노드들의 정보를 이용하여 UE에 정보를 전송하게 된다. 이러한 상황에서 UE가 특정 데이터를 서비스를 받는 방법은 다음 (a) 내지 (c)와 같이 3가지로 나뉘게 되며， 주변 상황 (예를 들어, 보조 노드와 주변에 존재하는 다른 UE등)에 따라서 동작 방법을 선택하게 된다.
[100] (a) BS로부터 데이터를 전송 받는 경우: 일정거리 내의 UE주변에 아무 보조 노드도 없는 경우가 이에 해당한다. 기존의 이동통신망에서 서비스 받는 것과 동일한 방법이 된다'.
[101] (b) 한 개 이상의 보조 노드로부터 데이터를 전송 받는 경우: 일정거리 내에 존재하는 보조 노드들에 저장된 MDS 코드의 합이 1 (즉， 복원 최소치)를 넘는 경우 다른 UE가 해당 UE와 같은 보조 노드로부터 서비스 거리에 있지 않는 한 해당 UE는 온전히 보조 노드들만으로 서비스를 받을 수 있게 된다. 이 경우 특정 UE를 서비스하는 보조 노드들의 집합은 해당 UE가 요구하는 데이터가 어떻게 저장되는지에 따라 결정되기 때문에， 비록 두 UE가 동일한 위치에 있다고 하더라도 상이한 데이터를 요구하는 경우에는 해당 두 UE를 서비스하는 보조 노드의 집합이 달라지게 된다.
[ 102] 나아가 비록 동일 UE가 동일 위치에 있다고 하더라도 요구하는 데이터를 바꾸게 되면 이에 따라서 서비스하는 보조 노드의 집합이 변화할 수 있다. 이런 측면에서 UE의 위치뿐만 아니라 UE의 요구 데이터에 따라서 서비스를 제공하는 보조 노드가 변화하는 형태의 샐 구성이 이루어지는 특징을 지닌다.
[ 103] (c) 주변의 보조 노드로부터 데이터를 전송 받고 부족분을 BS로부터 전송 받는 경우: 일정거리 내에 존재하는 보조 노드들에 저장된 MDS 코드의 합이 1 (즉， 복원 최소치)보다 작은 경우나 MDS 코드의 합이 복원 최소치를 넘는 경우에도 보조 노드가 다른 UE를 서비스하는 경우 부족한 부분을 BS로부터 서비스 받으면 온전히 데이터를 복원할수 있다.
[ 104] 3) 각 UE의 동작 방식과 서비스하는 보조 노드들의 결정은 기지국의 오프로딩 (off loading)을 위해 최대한 많은 숫자의 UE를 보조 노드만을 이용해서 서비스 하게 된다. 전체 N개의 UE를 서비스 한다고 하면 구체적으로 아래 수학식 와 같은 최적화 문제를 고려하여 보조 노드를 선택을 하게 된다.
[105] 【수학식 8】
■τ-ι>ν
max / lit)
subject to
Figure imgf000021_0001
li - /i≤7i [106] ¾ ri 5— φ for all k, I
[ 107] 위와 같은 최적화 문제에서 Si는 UE i에 할당되는 보조 노드의 집합을 의미하며 C(j , i )는 보조 노드 j와 UE i 간의 전송 용량을 의미한다. | i - j |는 UE i와 보조 노드 j의 거리를 나타내며， 해당 제약조건은 보조 노드의 서비스 한계 거리인 Ts안에 있는 UE만이 서비스 될 수 있음을 의미한다. 각 보조 노드는 오직 한 개의 UE만을 지원한다. 즉， 제 1 실시예에서는 전체 시스템의 용량을 최대화하는 하는 방향으로 UE와보조 노드의 동작 방법을 제안하는 것이다.
[ 108] <제 2 실시예 - Mixed t ime scale approach>
[ 109] 본 발명의 제 2 실시예는 아래 X ) 내지 z )에 따라 구현된다.
[ 110] X ) 보조 노드들은 캐시 업데이트와 이동성 관리를 위해 핫스팟 지역에 클러스터링 되어 있음을 가정한다. BS는 클러스터에 속한 보조 노드들의 저장된 데이터의 분량 및 평균 채널상태에 관한 정보를 일정 주기로 취득한다. 클러스터에 저장되는 파일의 업데이트 주기는 시그널링 오버헤드 또는 시스템의 복잡도에 따라 가변적이다.
[ 111] 클러스터 내에 파일들은 전체 파일들의 상대적인 인기도， 보조 노드가 가지고 있는 저장 장치의 최대 용량， 보조 노드 주위에 있는 UE들의 특성이 반영된 파일들의 인기도 및 UE의 이동성 패턴 및 보조 노드가 제공 가능한 평균적인 채널 용량 둥을 고려하여 업데이트 된다.
[ 112] y) UE가 특정 데이터를 서비스를 받는 방법은 상술한 제 1 실시예의 (a) 내지 (c)와 같이 3가지로 나뉘게 되며， 주변 상황 (예를 들어， 보조 노드와 주변에 존재하는 다른 UE등)에 따라서 동작 방법을 선택하게 된다.
[ 113] z) 각 UE의 동작 방식과 서비스하는 보조 노드들의 짚합은 해당 집합이 주어졌을 때， 얻을 수 있는 리워드 (reward) , 예를 들어 지연 시간 감소 등을 최대화하도록 주어진다. 리워드는 데이터가 총 F 종류， 보조 노드가 K개， UE가 N개 있을 때, 캐시 컨트를 행렬 Q (F X K)와 스케줄링을 위한 채널 할당 행렬 A (N X K)를 동시에 최적화함으로써 얻어지게 되며， 구체적으로 결합 최적화 문제는 다음 수학식 9와 같다.
[ 114] 【수학식 9】
Q.A
■subject to
Q ε DQ, A e DA
[ 115] [ 116] 위 수학식 9의 최적화 문제에서 r은 리워드이고 π는 URP (user request prof i le)이다. 위와 같은 최적화 문제는 아래 수학식 10과 같은 Q를 평균적인 파일의 인기도와 채널 정보를 이용하여 최적화하는 하위 문제 (subproblem) 및 아래 수학식 11과 같은 순간적인 시간 t에서 A를 최적화하는 하위 문제 분해될 수 있다.
[ 117] 【 10】
Figure imgf000023_0001
subject to
[ 118] Q e 2)Q
[119] 【
Figure imgf000023_0002
subject to
A≡VA
[ 120]
[121] 다시 말해， 본 발명의 제 2 실시예에서는 보조 노드의 도입으로 얻어지는 리워드를 최대화하도록 하는 최적의 클러스터 동작 방법 및 낮은 복잡도의 근사 최적 알고리즘을 제안하는 것이다.
[122] 상기 설명한 본 발명 실시예들에서 일은 각 사용자가 실제 수신을 원하는 개별 파일을 의미할 수 있지만， 이 경우에는 전체 시스템 상에서 정의되는 파일의 개수가 매우 많아지게 되며 이에 따라서 전체 파일을 보조 노드에 분산 저장하고 관리하는 오버헤드가 매우 커질 수 있다. 이를 완화하는 방법으로 보조 노드에 분산 저장하고 관리하는 단위를 복수의 파일의 집합인 파일군으로 정의할 수 있으며, 바람직하게는 동일 파일군에 속하는 파일들은 서비스의 종류 (예를 들어， 오디오나 비디오 여부)， 서비스 제공자， QoS 레벨， 인기도 등에서 동일한 혹은 유사한 속성을 지닐 수 있다.
[ 123] 본 발명에 따르면, 저장 장치의 이용과 분산 저장을 통해 UE를 서비스하는 기지국의 부담올 경감시켜 이동 통신망의 효율을 향상시킬 수 있다. 구체적으로， 주변에 보조 노드가 있는 UE는 요구하는 데이터를 보조 노드를 통해서 전체 또는 일부를 전송 받을 수 있어 이동 통신망의 부담을 경감시킬 수 있으며, UE 또한 주변의 보조 노드로 데이터를 바로 전송 받으므로 지연시간 없이 높은 용량으로 데이터를 안정적으로 받을 수 있다.
[124] 또한 기존의 통신망에서는 소형의 기지국을 이용한다고 하더라도 백홀 링크의 추가적인 사용올 해야 하지만 본 발명에서는 저장 장치에 미리 백홀 링크의 트래픽이 적을 때 데이터 저장을 하므로 백홀 링크의 트래픽 또한 줄일 수 있다.
UE가 이동성을 가진 통신 환경에서도 동적으로 보조 노드의 집합을 비정형으로 형성할 수 있으므로 이동통신 서비스의 체감 품질을 획기적으로 개선할 수 있다. 전체적으로 저장 장치를 이용한 통신 자원의 효율적인 사용을 통해 전체 이동 통신 시스템 효율， 예를 들어 샐 용량， 지연 시간， 운용 비용등을 향상 시킬 수 있다.
[125] 도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 통신 장치의 블록 구성도를 예시한다.
[126] 도 10을 참조하면 , 통신 장치 ( 1000)는 프로세서 ( 1010)， 메모리 ( 1020)， RF 모들 (1030) , 디스플레이 모들 ( 1040) 및 사용자 인터페이스 모들 ( 1050)을 포함한다.
[127] 통신 장치 (1000)는 설명의 편의를 위해 도시된 것으로서 일부 모들은 생략될 수 있다. 또한， 통신 장치 ( 1000)는 필요한 모들을 더 포함할 수 있다. 또한， 통신 장치 ( 1000)에서 일부 모들은 보다 세분화된 모들로 구분될 수 있다. 프로세서 ( 1010)는 도면을 참조하여 예시한 본 발명의 실시 예에 따른 동작을 수행하도록 구성된다. 구체적으로， 프로세서 ( 1010)의 자세한 동작은 도 1 내지 도 9에 기재된 내용을 참조할수 있다.
[128] 메모리 ( 1020)는 프로세서 (1010)에 연결되며 오퍼레이팅 시스템, 어풀리케이션， 프로그램 코드, 데이터 등을 저장한다. RF 모들 ( 1030)은 프로세서 ( 1010)에 연결되며 기저대역 신호를 무선 신호를 변환하거나 무선신호를 기저대역 신호로 변환하는 기능을 수행한다. 이를 위해， RF 모듈 ( 1030)은 아날로그 변환, 증폭， 필터링 및 주파수 상향 변환 또는 이들의 역과정을 수행한다. 디스풀레이 모들 ( 1040)은 프로세서 ( 1010)에 연결되며 다양한 정보를 디스풀레이한다. 디스플레이 모들 ( 1040)은 이로 제한되는 것은 아니지만 LCD(Liquid Crystal Display) , LED(Light Emi tt ing Diode) , 0LED(0rganic Light Emitting Diode)와 같은 잘 알려진 요소를 사용할 수 있다. 사용자 인터페이스 모들 (1050)은 프로세서 (1010)와 연결되며 키패드， 터치 스크린 등과 같은 잘 알려진 사용자 인터페이스의 조합으로 구성될 수 있다.
[129] 이상에서 설명된 실시예들은 본 발명의 구성요소들과 특징들이 소정 형태로 결합된 것들이다. 각 구성요소 또는 특징은 별도의 명시적 언급이 없는 한 선택적인 것으로 고려되어야 한다. 각 구성요소 또는 특징은 다른 구성요소나 특징과 결합되지 않은 형태로 실시될 수 있다. 또한， 일부 구성요소들 및 /또는 특징들을 결합하여 본 발명의 실시예를 구성하는 것도 가능하다. 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. 특허청구범위에서 명시적인 인용 관계가 있지 않은 청구항들을 결합하여 실시예를 구성하거나 출원 후의 보정에 의해 새로운 청구항으로 포함시킬 수 있음은 자명하다.
[130] 본 문서에서 기지국에 의해 수행된다고 설명된 특정 동작은 경우에 따라서는 그 상위 노드 (upper node)에 의해 수행될 수 있다. 즉, 기지국을 포함하는 복수의 네트워크 노드들 (network nodes)로 이루어지는 네트워크에서 단말과의 통신을 위해 수행되는 다양한 동작들은 기지국 보는 기지국 이외의 다른 네트워크 노드들에 의해 수행될 수 있음은 자명하다. 기지국은 고정국 (fixed station), Node Bᅳ eNode B(eNB), 억세스 포인트 (access point) 등의 용어에 의해 대체될 수 있다.
[131] 본 발명에 따른 실시예는 다양한 수단， 예를 들어， 하드웨어， 펌웨어 (fir隱 are), 소프트웨어 또는 그것들의 결합 등에 의해 구현될 수 있다. 하드웨어에 의한 구현의 경우， 본 발명의 일 실시예는 하나 또는 그 이상의 ASICs(appl icat ion specific integrated circuits) , DSPs(digital signal processors) , DSPDs(digital signal processing devices), PLDs (programmable logic devices) , FPGAs(f ield programmable gate arrays) , 프로세서 , 콘트■!·러， 마이크로 콘트롤러, 마이크로 프로세서 등에 의해 구현될 수 있다.
[132] 펌웨어나 소프트웨어에 의한 구현의 경우， 본 발명의 일 실시예는 이상에서 설명된 기능 또는 동작들을 수행하는 모들， 절차， 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 다양한수단에 의해 상기 프로세서와 데이터를 주고 받을 수 있다.
[ 133] 본 발명은 본 발명의 특징을 벗어나지 않는 범위에서 다른 특정한 형태로 구체화될 수 있음은 당업자에게 자명하다. 따라서， 상기의 상세한 설명은 모든 면에서 제한적으로 해석되어서는 아니되고 예시적인 것으로 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 첨부된 청구항의 합리적 해석에 의해 결정되어야 하고， 본 발명의 둥가적 범위 내에서의 모든 변경은 본 발명의 범위에 포함된다.
【산업상 이용가능성】
[ 134] 상술한 바와 같은 무선 통신 시스템에서 분산 저장 캐시 보유 보조 노드를 이용하여 신호를 수신하는 방법 및 이를 위한 장치는 3GPP LTE 시스템에 적용되는 예를 증심으로 설명하였으나, 3GPP LTE 시스템 이외에도 다양한무선 통신 시스템에 적용하는 것이 가능하다.

Claims

【청구의 범위】
【청구항 1】
무선 통신 시스템에서 단말이 데이터를 수신하는 방법에 있어서，
하나 이상의 보조 노드와 기지국 중 상기 데이터에 대한 적어도 하나의 송신 주체를 결정하는 단계 ;
상기 결정된 적어도 하나의 송신 주체로부터 분할 코드를 수신하는 단계; 및 상기 분할 코드로부터 상기 데이터를 획득하는 단계를 포함하고，
상기 적어도 하나의 송신 주체는，
상기 단말로부터 소정 거리 내에 존재하는 보조 노드의 개수와 상기 보조 노드들에 저장된 분할 코드의 합에 기반하여 결정되는 것을 특징으로 하는,
데이터 수신 방법.
【청구항 2】
제 1항에 있어서，
상기 하나 이상의 보조 노드 각각에 저장되는 분할 코드의 크기는，
상기 단말의 통신 영역 내에 존재하는 보조 노드의 평균 개수에 기반하여 결정되는 것을 특징으로 하는，
데이터 수신 방법.
【청구항 3】
제 1 항에 있어서，
상기 보조 노드들에 저장된 분할 코드의 합이 복원 최소치보다 낮은 경우， 상기 적어도 하나의 송신 주체는 상기 하나 이상의 보조 노드와 상기 기지국 모두를 포함하는 것을 특징으로 하는，
데이터 수신 방법.
【청구항 4】
제 1 항에 있어서，
상기 보조 노드들에 저장된 분할 코드의 합이 복원 최소치와 같거나 큰 경우 상기 적어도 하나의 송신 주체는 상기 기지국을 제외한 상기 하나 이상의 보조 노드를 포함하는 것을 특징으로 하는， 데이터 수신 방법.
【청구항 5]
제 1 항에 있어서，
상기 하나 이상의 보조 노드는，
다른 단말 또는 펨토 셀을 포함하는 것을 특징으로 하는，
데이타수산방법.
【청구항 6】
무선 통신 시스템에서의 단말로서,
네트워크를 통하여 신호를 송수신하기 위한무선 통신 모들; 및
상기 신호를 처리하기 위한 프로세서를 포함하고，
상기 프로세서는，
하나 이상의 보조 노드와 기지국중 상기 데이터에 대한 적어도 하나의 송신 주체를 결정하고， 상기 결정된 적어도 하나의 송신 주체로부터 분할 코드를 수신하여， 상기 분할 코드로부터 상기 데이터를 획득하도록 상기 무선 통신 모들을 제어하고，
상기 프로세서는,
상기 적어도 하나의 송신 주체를， 상기 단말로부터 소정 거리 내에 존재하는 보조 노드의 개수와 상기 보조 노드들에 저장된 분할 코드의 합에 기반하여 결정하는 것을특징으로 하는，
단말.
【청구항 7】
제 6항에 있어서 ,
상기 하나 이상의 보조 노드 각각에 저장되는 분할 코드의 크기는， 상기 단말의 통신 영역 내에 존재하는 보조 노드의 평균 개수에 기반하여 결정되는 것을특징으로 하는，
단말.
【청구항 8】
제 6항에 있어서， 상기 보조 노드들에 저장된 분할 코드의 합이 복원 최소치보다 낮은 경우， 상기 적어도 하나의 송신 주체는 상기 하나 이상의 보조 노드와 상기 기지국 모두를 포함하는 것을 특징으로 하는，
단말.
【청구항 91
제 6항에 있어서，
상기 보조 노드들에 저장된 분할 코드의 합이 복원 최소치와 같거나 큰 경우， 상기 적어도 하나의 송신 주체는 상기 기지국을 제외한 상기 하나 이상의 보조 노드를포함하는 것을 특징으로 하는，
단말.
【청구항 10】
저 1 6 항에 있어서，
상기 하나 이상의 보조 노드는,
다른 단말또는 펨토 샐올 포함하는 것을 특징으로 하는，
단말.
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