WO2017039274A1 - 무선 통신 시스템에서 클러스터 기반 협력 전송 방법 및 이를 위한 장치 - Google Patents

무선 통신 시스템에서 클러스터 기반 협력 전송 방법 및 이를 위한 장치 Download PDF

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WO2017039274A1
WO2017039274A1 PCT/KR2016/009632 KR2016009632W WO2017039274A1 WO 2017039274 A1 WO2017039274 A1 WO 2017039274A1 KR 2016009632 W KR2016009632 W KR 2016009632W WO 2017039274 A1 WO2017039274 A1 WO 2017039274A1
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김태영
김동인
최완
서한별
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엘지전자 주식회사
한국과학기술원
성균관대학교산학협력단
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    • H04W88/08—Access point devices

Definitions

  • the present invention relates to a wireless communication system, and more particularly, to a cluster-based cooperative transmission method and apparatus therefor in a wireless communication system.
  • a 3GPP LTE (3rd Generation Partnership Project Long Term Evolution (LTE)) communication system will be described in brief.
  • E-UMTS Evolved Universal Mobile Telecommunications System
  • ETS UMTSdJniversal Mobile Telecommunications System
  • LTE Long Term Evolution
  • 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; AG)
  • 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 the bandwidths of 1.25, 2.5, 5, 10, 15, and 20Mhz to provide downlink or uplink transmission service to multiple terminals. Different cells may be configured to provide different bandwidths.
  • the base station controls data transmission and reception for a plurality of terminals.
  • the base station transmits downlink scheduling information to downlink (DL) data to the corresponding UE.
  • the base station transmits uplink scheduling information to uplink (IX) data for the uplink (IX) data, and informs the corresponding time / frequency domain, encoding, data size, HARQ related information, and the like.
  • An interface for transmitting user traffic or control traffic may be used between base stations.
  • the core network (CN) may be composed of a network node for AG and UE user registration.
  • the AG manages the mobility of the UE in units of a tracking area (TA) composed of a plurality of cells.
  • the present invention proposes a cluster-based cooperative transmission method and apparatus for the same in a wireless communication system.
  • a method for receiving data by a terminal includes: receiving a first split code from a first auxiliary node in a first time unit; Overhearing a second split code transmitted by a second auxiliary node to another terminal in a second time unit; And acquiring the data by using the first division code and the second division code.
  • a terminal in a wireless communication system includes: radio frequency (RF) modules; And a processor, wherein the processor receives a first split code from a first auxiliary node in a first time unit and overhears a second split code transmitted by a second auxiliary node to another terminal in a second time unit. overhearing, The data may be obtained using the first division code and the second division code.
  • RF radio frequency
  • the first division code and the second division code may be pre-arranged from the network to the first auxiliary node and the second sentry node.
  • the first division code and the second division code are pre-arranged to the first secondary node and the second secondary node based on a preference of the data of the terminal.
  • the first division code and the second division code are Rateless (Maximum Distrance Separable) codes.
  • first division code and the second division code may not be duplicated.
  • the first and second auxiliary nodes may include the presence of the data and the first division code and the first division code. It is determined in consideration of whether two division codes overlap.
  • the capacity of the salarer network can be greatly increased, and users can have improved haptic quality.
  • cache memory is cheaper than base station expansion cost, the cost of network infrastructure construction can be greatly reduced.
  • FIG. 1 is a diagram schematically illustrating an E-UMTS network structure as an example of a wireless communication system.
  • FIG. 2 is a block diagram of a general multi-antenna (MIM0) communication system.
  • MIM0 multi-antenna
  • FIG. 3 illustrates a cluster-based content delivery network
  • FIG. 4 illustrates a cache based multiple access system according to an embodiment of the present invention.
  • 5 is a system block diagram according to an embodiment of the present invention. 6 illustrates average spectral efficiency according to a ratio ⁇ of a file's preference distribution ⁇ to a cache memory size.
  • FIG. 7 illustrates a block diagram of a communication device according to an embodiment of the present invention.
  • the specification of the base station can be used in a generic term including a remote radio head (RRH), an eNB, a transmi ss ion point (TP), a receptor ion point (RP), a relay, and the like. have.
  • MIM0 Mul t iple-Input Mul t i-Output
  • MUL0 Mul t iple-Input Mul t i-Output
  • MIM0 may be referred to as a 'multiple antenna'.
  • multi-antenna technique it 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 increase the data transmission rate within a specified sized sal region 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.
  • FIG. 2 is also configured of a general multi-antenna (MIM0) communication system (26) had a transmitter transmitting antenna installed dog ⁇ ⁇ , the receiving end has a receiving antenna installed dog N R.
  • MIM0 multi-antenna
  • the plurality of antennas may be applied to either the transmitting end or the receiving end.
  • the theoretical channel transmission capacity is higher than when used.
  • 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 R o
  • the transmission rate when using multiple antennas is theoretically the maximum transmission as shown in Equation 1 below.
  • the rate Ro can be increased by multiplying the rate of growth rate by 3 ⁇ 4. Where ⁇ is the lesser of N and ⁇ R.
  • a transmission rate of four times higher than a single antenna system may be theoretically obtained. Since the theoretical capacity increase of the multi-antenna antenna system was proved in the mid 90s, various techniques for substantially improving the 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.
  • the mathematical modeling may be expressed as follows. As shown in FIG. 2, it is assumed that there are N ⁇ transmit antennas and N R receive antennas. First, referring to the transmission signal, when there are ⁇ ⁇ transmit antennas, the maximum transmittable information is ⁇ ⁇ , and thus, the transmission information may be represented by a vector shown in Equation 2 below.
  • the transmission power may be different in each transmission information. If each transmission power is J '', the transmission information of which transmission power is adjusted is represented by a vector.
  • Equation 5 Equation 5
  • the physical meaning of a tank in a channel matrix is the maximum number that can send 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 sent using the multi-antenna technique 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, be no greater than the rank of the channel, which is the maximum number that can send different information. Therefore, the channel matrix H can be expressed as Equation 7 below.
  • [50] There may be various ways of treating one or more streams to several antennas. This method is described as follows according to the type of multi-antenna technology Can be. When one stream is transmitted through several antennas, it may be possible to use a spatial diversity scheme, and when multiple streams are transmitted through several antennas, it may be regarded as a spatial multiplexing scheme. Of course, a hybrid form of spatial diversity and spatial multiplexing is also possible.
  • the LTE-A system which is the standard of the next generation mobile communication system, will support CoMP (Coordinated Mult Point) transmission scheme that was not supported in the existing standard for improving the data rate.
  • the CoMP transmission scheme refers to a transmission scheme in which two or more base stations or cells cooperate with each other to communicate with the terminal in order to improve communication performance between the terminal and the base station (cell or sector) in the shadow area.
  • CoMP transmission method uses cooperative MIM0 type joint processing (CoMP- Joint Processing ing, CoMP-JP) and co-scheduling / beamforming (CoMP-CS / CB) through data sharing. It can be distinguished in a manner.
  • CoMP-JP CoMP- Joint Processing ing
  • CoMP-CS / CB co-scheduling / beamforming
  • a UE may simultaneously receive data from each base station performing a CoMP transmission scheme simultaneously and combine the received signals from each base station.
  • Joint Transition JT
  • one of the base stations performing the CoMP transmission scheme may consider a method of transmitting data to the terminal at a specific time (DPS; Dynamic Point Select ion).
  • the UE may receive data through one base station, that is, a serving base station, through beamforming.
  • each base station may simultaneously receive a PUSCH signal from a UE in a joint processing (CoMP-JP) scheme (Joint Recept ion (JR)).
  • CoMP-JP Joint Processing
  • JR Joint Recept ion
  • CoMP-CS / CB cooperative scheduling / beamforming scheme
  • only one base station receives a PUSCH, wherein the decision to use the cooperative scheduling / beamforming scheme is determined by the cooperative cells (or base stations). Is determined.
  • a very large cache such as a femtocell or a user terminal is used to alleviate the bottleneck of the backhaul link in a macro sal environment with limited backhaul link capacity.
  • Techniques have been proposed to improve the quality of experience by distributing Helper Nodes having capacity.
  • the femto caching technique utilizes Rateless Maximum Distance Separabl (MDS) code when a video content file's preference is given in advance as a distribution of Zipf.
  • MDS Rateless Maximum Distance Separabl
  • Some of the parity bits in the file that are frequently requested are stored in the femtocell's cache to minimize delays in file transfers. If the parity bits of the file requested by the user are stored in the cache of the adjacent femto cell, the backhaul traffic may be replaced, and the average delay in file transmission may be minimized.
  • Equation 8 the average delay time for recovering a file by downloading the parity bits of file / in the user u from the best secondary nodes is expressed as Equation 9 below.
  • 0 ⁇ is an average download time for the user ⁇ to receive unit bits from the auxiliary node h
  • C /) u represents the first best auxiliary node in the user terminal.
  • the conventional caching technique mainly deals with placing a file in a cache, and does not consider a method of effectively utilizing a file stored in a cache. Since the user's quality of experience is determined by the amount of files stored in the cache and the channel environment of the secondary node to which the user is connected, an optimal combination design that is free from the design of individual caching and multiple access schemes is essential. In addition, secondary nodes participating in the coordination for file transfer require low-complexity optimization algorithms due to hardware limitations, and thus design a cache and multiple accesses.
  • a preference distribution and a radio channel information of a file frequently and concurrently requested in a wireless content delivery network (CDN) in which a plurality of users and auxiliary nodes having a cache memory are distributed are utilized.
  • CDN wireless content delivery network
  • a file that is frequently requested from the core network is downloaded in the off-peak hour of the cellar network and distributed in a cluster. It is placed in the secondary node, and performs an amorphous cell connection (Amorphous Cell Associat ion) in consideration of the cache and channel state of the secondary node during the peak traffic (Peak-Traffic Hour) of the network.
  • Amorphous Cell Associat ion amorphous Cell Associat ion
  • the present invention can efficiently store large amounts of data through a cluster-based collaborative caching (CCC) in a dense svol-sal environment, and is cache-enabled multiple.
  • CCC cluster-based collaborative caching
  • Access enables fast file transfers to multiple users, which can distribute excessive traffic in macro cells, resulting in a significant improvement in the average spectral efficiency of the entire network.
  • the secondary node is inexpensive to install, it is expected to solve the cost burden of the network.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating a cluster-based content delivery network.
  • secondary nodes which are underlayed in a macro cell with limited capacity of a backhaul link, cooperate on a cluster basis to adjust the amount of parity bits stored in a cache, and allow users to request a file.
  • a cluster-based content delivery network is shown in which neighboring secondary nodes transmit on behalf of the macro base station.
  • the secondary node is not only a small base station but also general cooperative wireless terminals.
  • FIG. 4 illustrates a cache based multiple access system according to an embodiment of the present invention.
  • 5 is a system block diagram according to an embodiment of the present invention.
  • CEMA Cache-enabled Multiple Access
  • the overall system performs the CCC (Cluster-based Collaborative Caching) block, atypical user Sal sphere with connections (Amorphous User Cell Association) blocks "and, utility maximizing the function undercoating Messenger Mixed-timescale combination optimization as shown in FIG.
  • the present invention operates in the following two phases.
  • step KPhase 1) given the preference distribution ⁇ and the average delay time ⁇ of the file as shown in FIG. 5, the parity bit ratios stored in the cache are optimized to update the caches of the auxiliary nodes.
  • the optimization problem is expressed by the following equation (10).
  • K + 1 secondary node corresponds to the macro base station.
  • F nik ⁇ represents the average delay time between the user n and the secondary node / c
  • a njc (n, j) is Pre- It is an association matrix and is expressed as in Equation 11 below.
  • k ⁇ n) indicates the secondary node having the best channel from user n.
  • the optimization problem (P1) of Equation 10 is ⁇ q fik ⁇ € Q, which maximizes the Worst-case utility, the Max-min problem of Caching Matrix, and the first constraint (C1) is the cache of the secondary node.
  • the amount of parity stored in means that the memory size M cannot be exceeded.
  • the second constraint (C2) means that the utility obtained by caching should be at least the Worst-case utility
  • the third constraint (C3) means that the files stored in the cache are MDS (Maximum Distance Separable) code. It's encoded, so if you only have parity bits as large as the original file size, it's decoded.
  • the cell connection is configured to maximize the instantaneous utility by using the channel state information of the user, that is, the instantaneous delay time ⁇ and the URP (User Request Profile) (t), as shown in FIG. 5.
  • TDMA time division multiple access
  • user n is opportunistic or at (N—l) At / N for a time other than being serviced during his allotted time
  • At n At / N. Parity bits can be obtained through intermittent overhearing.
  • the set of auxiliary nodes that user n can access is given by Equation 12 below.
  • users who simultaneously request the same file in a cluster may be serviced through multicasting, where user n determines whether to overhear this when user i is being serviced from secondary node A:
  • the indicator is determined as in Equation 13.
  • T n , k is a transmission time taken to send a bit of a file from the secondary node to the user n, as shown in the following equation (14).
  • Equation 15 above (t) ' fc (t) denotes that m users simultaneously access secondary nodes.
  • CEMA Cache-enabled Multiple Access
  • the optimization problem (PI) above maximizes the instantaneous utility that users gain when connecting to secondary nodes at time t.
  • the first constraint (C1) means that the time allotted for each user in TDMA is limited to ⁇ appetizer
  • the second constraint (C2) is the minimum parity to satisfy the nature of the MDS code. It means to send only bits.
  • the third constraint (C3) means that the auxiliary node adjusts the amount of parity transmitted even if the user does not receive the same parity bit.
  • the file requested by the user may be transmitted at a very high speed. Otherwise, the file requested by the user should be transmitted from the macro base station connected to the core network. At this time, £ 1 ⁇ +1 (7 ⁇ ) is expressed as Is saved.
  • FIG. 6 illustrates average spectral efficiency according to ⁇ of a ratio between a preference distribution ⁇ of a file and a cache memory size.
  • the secondary nodes overlapped with macrocapacities having limited capacity of the backhaul link can effectively transmit files on behalf of the macro base station, average spectral efficiency can be improved as shown in FIG. 6.
  • the capacity of the cellular network can be greatly increased, and users can experience improved quality of experience.
  • cache memory is cheaper than base station expansion cost, the cost of network infrastructure construction can be greatly reduced.
  • the present invention is applicable to a mobile communication system such as indoor / outdoor small cell environment or device-to-device (D2D), which is considered in the actual standard.
  • This technique can also be applied to general low-power wireless terminals and Internet of Things (IoT) devices with limited backhaul link capacity.
  • IoT Internet of Things
  • cluster-based caches and cache-enabled multiple access (CEMA) can be applied in a similar manner.
  • FIG. 7 illustrates a block diagram of a communication device according to an embodiment of the present invention.
  • the communication device 700 includes a processor 710, a memory 720, an RF modules 730, a display modules 740, and a user interface modules 750.
  • the communication device 700 is shown for convenience of description and some models may be omitted. In addition, the communication device 700 may further include the necessary modules. In addition, some of the mothers in the communication device 700 can be divided into more granular ones.
  • the processor 710 performs operations according to the embodiment of the present invention illustrated with reference to the drawings. It is configured to perform. In detail, the detailed operation of the processor 710 may refer to the contents described with reference to FIGS. 1 to 6.
  • the memory 720 is connected to the processor 710 and stores an operating system, an application, a program code, data, and the like.
  • the RF modules 730 are connected to the processor 710 and perform a function of converting a baseband signal into a radio signal or converting a radio signal into a baseband signal. To this end, the RF modules 730 perform analog conversion, amplification, filtering and frequency up-conversion or their reverse processes.
  • Display modules 740 are connected to the processor 710 and display various information.
  • the display module 740 can use well-known elements such as, but not limited to, LCD Liquid Crystal Dioxide (LED), Light Emitting Diode (LED), and 0rgani c Light Emitting Diode (0LED).
  • the user interface modules 750 are connected to the processor 710 and may be configured with a combination of well known user interfaces such as a keypad, a touch screen, and the like.
  • each component or feature is to be considered optional unless stated otherwise.
  • Each component or feature may be embodied in a form that is not combined with other components or features. It is also possible to combine some of the components and / or features to form an embodiment of the 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. It is obvious that the claims may be combined to form an embodiment by combining claims that do not have an explicit citation relationship in the claims or as new claims by post-application correction.
  • a specific operation described as performed by a base station 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 the base station or other network nodes other than the base station.
  • a base station may be replaced by terms such as fixed station, Node B, eNode B (eNB), access point, and the like.
  • Embodiments according to 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 ASICs (appli c ion specific integrated circuits), DSPs digital signal processors (DSPs), digital signal processing devices (DSPs), programmable logic devices (LDs), FPGAs. (field programmable gate arrays), processors, controllers, microcontrollers, microprocessors, and the like.
  • ASICs appliance c ion specific integrated circuits
  • DSPs digital signal processors
  • DSPs digital signal processing devices
  • LDs programmable logic devices
  • FPGAs field programmable gate arrays
  • processors controllers, microcontrollers, microprocessors, and the like.
  • an embodiment of the present invention may be implemented in the form of modules, procedures, and functions 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.

Abstract

본 출원에서는 무선 통신 시스템에서 단말이 데이터를 수신하는 방법이 개시된다. 구체적으로, 상기 데이터 수신 방법은, 제 1 시간 단위에서 제 1 보조 노드로부터 제 1 분할 코드를 수신하는 단계; 제 2 시간 단위에서 제 2 보조 노드가 다른 단말로 송신하는 제 2 분할 코드를 오버히어링 (overhearing)하는 단계; 및 상기 제 1 분할 코드 및 상기 제 2 분할 코드를 이용하여, 상기 데이터를 획득하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

【명세서】
【발명의 명칭】
무선 통신 시스템에서 클러스터 기반 협력 전송 방법 및 이를 위한 장치 【기술분야】
[1] 본 발명은 무선 통신 시스템에 관한 것으로서， 보다 상세하게는， 무선 통신 시스템에서 클러스터 기반 협력 전송 방법 및 이를 위한 장치에 관한 것이다.
【배경기술】
[2] 본 발명이 적용될 수 있는 무선 통신 시스템의 일례로서 3GPP LTE (3rd Generation Partnership Project Long Term Evolution; 이하 "LTE"라 함) 통신 시스템에 대해 개략적으로 설명한다.
[3] 도 1은 무선 통신 시스템와 일례로서 E MTS 망구조를 개략적으로 도시한 도면이다. E-UMTS( Evolved Universal Mobi le Telecommunications System) 시스템은 기존 UMTSdJniversal Mobile Telecommunications System)에서 진화한 시스템으로서 현재 3GPP에서 기초적인 표준화 작업을 진행하고 있다. 일반적으로 E-UMTS는 LTE(Long Term Evolution) 시스템이라고 할 수도 있다. UMTS 및 E— UMTS의 기술 규격 (technical speci f icat ion)의 상세한 내용은 각각 "3rd Generation Partnership Project； Technical Specification 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 다중 데이터 스트림을 동시에 전송할 수 있다.
[5] 한 기지국에는 하나 이상의 셀이 존재한다. 셀은 1.25, 2.5, 5， 10, 15, 20Mhz 둥의 대역폭 중 하나로 설정돼 여러 단말에게 하향 또는 상향 전송 서비스를 제공한다. 서로 다른 셀은 서로 다른 대역폭을 제공하도록 설정될 수 있다. 기지국은 다수의 단말에 대한 데이터 송수신을 제어한다. 하향링크 (Downlink; DL) 데이터에 대해 기지국은 하향링크 스케줄링 정보를 전송하여 해당 단말에게 데이터가 전송될 시간 /주파수 영역， 부호화， 데이터 크기， HARQ Hybr id Automat i c Repeat and reQuest ) 관련 정보 둥을 알려준다. 또한, 상향링크 (Upl ink; IX) 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 둥으로 구성될 수 있다. AG는 복수의 샐들로 구성되는 TA(Tracking 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 소모 등이 요구된다. 【발명의 상세한 설명】
【기술적 과제】
[7] 상술한 바와 같은 논의를 바탕으로 이하에서는 무선 통신 시스템에서 클러스터 기반 협력 전송 방법 및 이를 위한 장치를 제안하고자 한다 .
【기술적 해결방법】
[8] 본 발명의 일 양상인 무선 통신 시스템에서 단말이 데이터를 수신하는 방법은， 제 1 시간 단위에서 제 1 보조 노드로부터 제 1 분할 코드를 수신하는 단계; 제 2 시간 단위에서 제 2 보조 노드가 다른 단말로 송신하는 제 2 분할 코드를 오버히어링 (overhear ing)하는 단계; 및 상기 제 1 분할 코드 및 상기 제 2 분할 코드를 이용하여， 상기 데이터를 획득하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
[9] 한편， 본 발명의 다른 양상인 무선 통신 시스템에서의 단말은, RF (radio frequency) 모들; 및 프로세서를 포함하고， 상기 프로세서는， 제 1 시간 단위에서 제 1 보조 노드로부터 제 1 분할 코드를 수신하고， 제 2 시간 단위에서 제 2 보조 노드가 다른 단말로 송신하는 제 2 분할 코드를 오버히어링 (overhear ing)하며， 상기 제 1 분할 코드 및 상기 제 2 분할 코드를 이용하여， 상기 데이터를 획득하는 것을 특징으로 한다.
[ 10] 여기서， 상기 제 1 분할 코드 및 상기 제 2 분할 코드는 네트워크로부터 상기 제 1 보조 노드 및 상기 제 2 보초 노드로 사전에 배치되는 것을 특징으로 한다. 바람직하게는 상기 제 1 분할 코드 및 상기 제 2 분할 코드는 상기 단말의 상기 데이터에 대한 선호도에 기반하여 상기 제 1 보조 노드 및 상기 제 2 보조 노드로 사전에 배치되는 것을 특징으로 한다. 특히, 상기 제 1 분할 코드 및 상기 제 2 분할 코드는 레이트리스 (Ratel ess) MDS (Maximum Di stance Separable) 코드들인 것을 특징으로 한다.
[ 11] 추가적으로， 상기 제 1 분할 코드 및 상기 제 2 분할 코드는 증첩되지 않는 것을 특징으로 하며， 상기 제 1 보조 노드 및 상기 제 2 보조 노드는 상기 데이터의 유무와 상기 제 1 분할 코드 및 상기 제 2 분할 코드의 중첩 여부를 고려하여 결정되는 것을 특징으로 한다.
【유리한 효과】
[ 12] 본 발명의 실시예에 따르면 샐를러 네트워크의 용량을 크게 증가시킬 수 있으며 사용자들에게는 향상된 체감 품질을 제공할 수 있다. 또한 캐시 메모리는 기지국 증설 비용보다 저렴하기 때문에 통신망 인프라 구축 비용을 크게 절감시킬 수 있다.
[ 13] 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】
[14] 도 1은 무선 통신 시스템의 일례로서 E-UMTS 망구조를 개략적으로 도시한 도면.
[ 15] 도 2은 일반적인 다중 안테나 (MIM0) 통신 시스템의 구성도.
[ 16] 도 3은 클러스터 기반의 콘텐츠 전송 네트워크를 예시하는 도면.
[17] 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 캐시 기반 다중 접속 시스템을 도시 .
[ 18] 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 시스템 블록도. [ 19] 도 6은 파일의 선호도 분포 γ와 캐시 메모리 크기의 비율 λ에 따른 평균 스펙트럼 효율을 예시.
[20] 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 통신 장치의 블톡 구성도를 예시한다. 【발명의 실시를 위한 형태】
[21] 이하에서 첨부된 도면을 참조하여 설명된 본 발명의 실시예들에 의해 본 발명의 구성， 작용 및 다른 특징들이 용이하게 이해될 수 있을 것이다. 이하에서 설명되는 실시예들은 본 발명의 기술적 특징들이 3GPP 시스템에 적용된 예들이다.
[22] 또한, 본 명세서는 기지국의 명칭은 RRH(remote radio head) , eNB, TP( transmi ss ion point ) , RP(recept ion point ) , 중계기 (relay) 등을 포함하는 포괄적인 용어로 사용될 수 있다.
[23] 우선， MIM0 시스템에 대하여 설명한다. MIM0(Mul t iple-Input Mul t iple- Output )는 복수개의 송신안테나와 복수개의 수신안테나를 사용하는 방법으로서, 이 방법에 의해 데이터의 송수신 효율올 향상시킬 수 있다. 즉， 무선 통신 시스템의 송신단 혹은 수신단에서 복수개의 안테나를 사용함으로써 용량을 증대시키고 성능을 향상 시킬 수 있다. 이하 본 문헌에서 MIM0를 '다증 안테나 '라 지칭할 수 있다.
[24] 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 샐 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.
[25] 일반적인 다중 안테나 (MIM0) 통신 시스템의 구성도가 도 2에 도시되어 있다 [26] 송신단에는 송신 안테나가 Ντ개 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 ¾를 곱한 만큼 증가할 수 있다. 여기서 는 Ντ와 NR중 작은 값이다.
[27] 【수학식 1】
[28] ^- min( r , j
[29] 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 다증 안테나 시스템의 이론적 용량 증가가 90 년대 중반에 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 다양한 무선 통신의 표준에 반영되고 있다.
[30] 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, 그리고 전송 신뢰도 향상 및 전송률 향상을 위한 시공간 신호 처리 기술 연구 등 다양한 관점에서 활발한 연구가 진행되고 있다.
[31] 다중 안테나 시스템에 있어서의 통신 방법을 보다 구체적인 방법으로 설명하기 위해 이를 수학적으로 모델링 하는 경우 다음과 같이 나타낼 수 있다. 도 2에 도시된 바와 같이 Ντ개의 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.
[32] 【수학식 2】
Figure imgf000008_0001
[34] 한편， 각각의 전송 정보 에 있어 전송 전력을 다르게 할 수 있으며， 이때 각각의 전송 전력을 J ' ' 라 하면， 전송 전력이 조정된 전송 정보를 백터로 나타내면 하기의 수학식 3과 같다.
[35] 【수학식 3】
Figure imgf000008_0002
[37] 또한， S 를 전송 전력의 대각행렬 ^를 이용하여 나타내면 하기의 수학식
4와 같다.
38] 【수학식 4】
Figure imgf000008_0003
[40] 한편, 전송전력이 조정된 정보 백터 에 가중치 행렬 가 적용되어 실제 전송되는 Ντ 개의 송신신호 (transmi tted signal ) 7> 구성되는 경우를 고려해 보자. 여기서， 가중치 행렬은 전송 정보를 전송 채널 상황 등에 따라 각 안테나에 적절히 분배해 주는 역할을 수행한다. 이와 같은 전송신호 찌， ·½ , · X
Figure imgf000008_0004
백터 를 이용하여 하기의 수학식 5와 같이 나타낼 수 있다. 여기서 는 /번째 송신안테나와 V번째 정보 간의 가중치를 의미한다. 는 가중치 행렬 (Weight Matr ix) 또는 프리코딩 행렬 (Precoding Matr ix)이라고 불린다ᅳ [41] 【수학식 5】
1 1 12
21 22 W.
2NT
X - = Ws = WPs
W, S w
Figure imgf000009_0001
NTl w W
NT 2 NTN, s
[42]
[43] 일반적으로， 채널 행렬의 탱크의 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.
[44] 【수학식 6】 [45] rank(n)≤ min( Vr , Nj
[46] 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 랭크 보다는 클 수 없게 된다. 따라서, 채널 행렬이 H는 아래 수학식 7과 같이 나타낼 수 있다.
[47] 【수학식 7】
[48] # of streams < rank(tl)≤ min( Vr , NR )
[49] 여기서 "# of streams"는 스트림의 수를 나타낸다. 한편, 여기서 한 개의 스트림은 한 개 이상의 안테나를 통해서 전송될 수 있음에 주의해야 한다.
[50] 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 블 수 있고, 여러 스트림이 여러 안테나를 거쳐 전송되는 경우는 공간 멀티플렉싱 방식으로 볼 수 있다. 물론 그 중간인 공간 다이버시티와 공간 멀티플렉싱의 혼합 (Hybr id)된 형태도 가능하다.
[51] 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 (셀 또는 섹터) 간의 통신 성능을 향상시키기 위해 2개 이상의 기지국 혹은 샐이 서로 협력하여 단말과 통신하기 위한 전송 방식을 말한다.
[52] CoMP 전송 방식은 데이터 공유를 통한 협력적 MIM0 형태의 조인트 프로세싱 (CoMP— Joint Process ing , CoMP-JP) 및 협력 스케줄링 /범포밍 (CoMP- Coordinated Schedul ing/beamforming, CoMP-CS/CB) 방식으로 구분할 수 있다.
[53] 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 ; Dynamic Point Select ion) .
[54] 이와 달리， 협력 스케줄링 /빔포밍 방식 (CoMP-CS/CB)에서， 단말은 빔포밍을 통해 데이터를 순간적으로 하나의 기지국， 즉 서빙 기지국을 통해서 수신할 수 있다.
[55] 상향링크의 경우 조인트 프로세싱 (CoMP-JP) 방식에세 각 기지국은 단말로부터 PUSCH 신호를 동시에 수신할 수 있다 (Joint Recept ion; JR) . 이와 달리, 협력 스케줄링 /빔포밍 방식 (CoMP-CS/CB)에서, 하나의 기지국만이 PUSCH를 수신하는데 이때 협력 스케줄링 /빔포밍 방식을 사용하기로 하는 결정은 협력 셀 (혹은 기지국)들에 의해 결정된다.
[56] 한편， 제한된 백홀 링크 용량을 지니는 매크로 샐 환경에서 백홀 링크의 병목현상을 완화시키기 위해 펨토 셀 또는 사용자 단말 등 매우 큰 용량의 캐시 용량을 가지는 보조 노드들 (Helper Nodes)을 분산적으로 배치하여， 체감 품질을 개선하고자 하는 기법들이 제안되어 왔다.
[57] 예를 들어， 펨토 캐싱 (Femto Caching) 기법에서는 비디오 콘텐츠 파일의 선호도가 지프 (Zipf )의 분포로 사전에 주어질 때, 레이트리스 (Rateless) MDS (Maximum Distance Separabl e) 코드를 활용하여， 파일 전송에 걸리는 지연 시간을 최소화하도톡 펨토 셀의 캐시에 빈번하게 요청되는 파일의 일부 패리티 비트를 저장한다. 사용자가 요청한 파일의 패리티 비트가 인접한 펨토 셀의 캐시에 저장되어 있으면， 백홀 트래픽이 대체될 수 있을 뿐만 아니라 파일 전송 시 평균 지연 시간을 최소화될 수 있는 이점이 있다. 펨토 캐싱의 부호화 컨텐츠 배치 (Coded Content Pl acement ) 기법에서 F개의 비디오 파일, H개의 보조 노드, ί/개의 사용자들이 있고, 보조 노드 에 저장된 파일 /의 비율을 R = [ /,/J라 한다면 다음 수학식 8과 같이 최적의 캐시 컨트를이 수행된다.
[58] 【수학식 8】 υ F
minimize Ύ Ύ Pr max
ϋ ' /ee{{ii..22.......... ||JWf(( ))]]}}1 u }
= l =1
F
subject to P ,h≤ M yh
R e [o,i]FXH
[59]
[60] 위 수학식 8에서 는 사용자 u에서 파일 /의 패리티 비트를 개의 가장 좋은 보조 노드들로부터 다운로드 받아서 파일을 복구하는 데 걸리는 평균 지연 시간이며， 다음 수학식 9와 같이 표현된다.
[61] 【수학식 9】
Figure imgf000011_0001
[63] 위 수학식 9에서 0^ 는 사용자 ΐί가 보조 노드 h로부터 단위 비트를 받는데 걸리는 평균 다운로드 시간이고, C/)u는 사용자 단말 "에서 번째 가장 좋은 보조 노드를 나타낸다. [64] 종래의 캐싱 기법은 주로 파일을 캐시에 배치하는 방법을 주로 다루고 있으며， 캐시에 저장된 파일을 효과적으로 활용하는 방법은 고려하지 않고 있다. 사용자의 체감 품질은 캐시에 저장된 파일의 양과 사용자가 접속하고 있는 보조 노드의 채널 환경에 의해 복합적으로 결정되기 때문에， 개별적인 캐싱 기법 및 다중접속 기법의 설계에서 벗어난 최적 결합 설계가 필수적이다. 더욱이， 파일 전송을 위해 협력에 참여하는 보조 노드들은 하드웨어 상의 제약으로 인해 저- 복잡도 (Low-complexity)의 최적화 알고리즘이 요구되므로 이를 고려한 캐시 및 다중접속의 설계가 필요하다.
[65] 본 발명에서는, 다수의 사용자 및 캐시 메모리를 지니는 보조 노드들이 분포하는 무선 콘텐츠 전송 네트워크 (Content Delivery Network: CDN)에서 빈번하고 동시다발적으로 요청되는 파일의 선호도 분포 및 무선 채널 정보를 활용한 캐싱 (Caching) 및 샐 접속 (Cell Associat ion)을 통해 매크로 셀의 제한된 백홀 용량을 극복하고, 스펙트럼 활용을 최대화하는 방법 및 장치를 제안한다.
[66] 본 발명에 따른 통신 시스템의 콘텐츠 전송 방법은， 셀를러 네트워크의 트래픽이 한산한 시간 대 (Off-Peak Hour)에 코어 네트워크 (Core Network)로부터 빈번하게 요청되는 파일을 내려 받아 클러스터 내에 분산된 보조 노드에 배치하고， 네트워크의 트래픽이 집중된 시간대 (Peak-Traffic Hour)에 보조 노드의 캐시 및 채널 상태를 고려하여 비정형의 샐 접속 (Amorphous Cell Associat ion)을 수행하는 것을 특징으로 한다.
[67] 본 발명을 이용하면, 밀집한 스볼-샐 환경에서 클러스터 기반의 협력 캐시 (Cluster-based Collaborative Caching: CCC)를 통해 대용량의 데이터를 효율적으로 저장할 수 있으며， 캐시 기반 다중접속 (Cache-enabled Multiple Access: CEMA)을 통해 다수의 유저들에게 빠르게 파일을 전송할 수 있으므로， 매크로 셀의 과도한 트래픽이 분산되어 결과적으로 전체 네트워크의 평균 스펙트럼 효율이 크게 향상될 수 있다. 또한 보조 노드는 설치 비용이 저렴하기 때문에 샐를러 네트워크의 비용 부담 문제를 상당부분 해결할 수 있올 것으로 예상된다. 도면을 참고하여， 보다상세히 설명한다.
[68] 도 3은 클러스터 기반의 콘텐츠 전송 네트워크를 예시하는 도면이다. [69] 도 3을 참조하면， 백홀 링크의 용량이 제한된 매크로 셀에 증첩 배치 (Underlay)된 보조 노드들이 클러스터 기반으로 협력하여 캐시에 저장된 패리티 비트의 양을 조절하고, 사용자들이 각자 파일을 요청하게 되면 인접한 보조 노드가 매크로 기지국을 대신하여 전송하는 클러스터 기반의 콘텐츠 전송 네트워크 (Cluster-based Content Delivery Network)가 도시되어 있다. 보조 노드는 소형 기지국 뿐만 아니라 일반적인 협력 무선 단말들도 가능하다.
[70] 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 캐시 기반 다중 접속 시스템을 도시한다. 또한， 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 시스템 블록도이다.
[71] 도 4 및 도 5를 참조하면， 보조 노드들은 트래픽이 한산한 시간 대 (Off- Peak Hour)에는 캐시를 업데이트하고， 트래픽이 집중된 시간대 (Peak-Traffic Hour)에는 도 4와 같이 캐시 기반 다증 접속 (Cache-enabled Multiple Access: CEMA)을 통해 사용자들에게 파일을 전송한다. 전체적인 시스템은 도 5와 같이 CCC (Cluster-based Collaborative Caching) 블록, 비정형적 사용자 샐 접속 (Amorphous User Cell Association) 블록들로 구" 되며， 유틸리티 함수를 최대화하도톡 Mixed-timescale 결합 최적화를 수행한다.
[72] 특히， 도 5를 참조하면, 본 발명은 다음 두 단계 (Phase)로 동작한다.
[73] <1. 협력 캐싱 단계 (Collaborative Caching Phase：)〉
[74] 단계 KPhase 1)은 도 5와 같이 파일의 선호도 분포 Θ와 평균 지연시간 ϊ가 주어졌을 때， 캐시에 저장되는 패리티 비트 비을의 최적화가 수행되어 보조 노드 들의 캐시가 업데이트 된다. 파일이 F개, 사용자가 N명， 보조 노드가 AT개일 때， 최적화 문제는 다음 수학식 10과 같이 표현된다.
[75] [수학식 10】
F N f+i
(P1)： max ~^θπ^ inin ^ 5π(τη +1 - T >fc)¾ifcoTltfe(7rj') subject to
(CD: J Snqjl,k≤ M, Vk
71=1
(C2): Sn(fniK+i― τη^)ηπιΙ(αηιΙ,(π,ϊ ≥ inin S„ (fn,ff+1 - τη^π αηΧ(π,]), Vn , π
[76] (C3): 0 < qnM≤ 1, Vn,k [77] 위 수학식 10에서 0π는 파일 π의 선호도이며， 파일 /의 선호도 분포는 ef 로 주어진다ᅳ γ 는 파일 선호도의 집중도 Newness;)이다.
Figure imgf000014_0001
n = l,...,N은 사용자를 나타내고， k = ί,…'！ (는 보조 노드를 나타내며， K + 1번째 보조 노드는 매크로 기지국에 해당한다. fnik≥ 사용자 n과 보조 노드 /c사이의 평균지연시간을 나타내고, anjc(n,j)는 Pre-association Matrix이며 다음 수학식 11과 같이 표현된다.
[78] 【수학식 11】
Figure imgf000014_0002
[80] 이 때， k}n)은 사용자 n으로부터 채널이 번째로 좋은 보조 노드를 나타낸다.
[ L8811]J 수학식 10의 최적화 문제 (P1)는 Worst-case 유틸리티를 최대화하는 {qfik}€ Q , Caching Matrix를 구하는 Max-min 문제이고, 첫 번째 제약 조건 (C1)은 보조 노드의 캐시에 저장되는 패리티의 양은 메모리 사이즈 M을 초과할 수 없다는 의미이다. 또한, 두 번째 제약 조건 (C2)은 캐싱함으로서 얻게 되는 유틸리티는 최소한 Worst-case 유틸리티 이상이 되어야 한다는 의미이고， 세 번째 제약 조건 (C3)은 캐시에 저장되는 파일은 MDS (Maximum Distance Separable) 코드로 인코딩되어 있어 원래 파일 크기만큼의 패리티 비트만 있으면 디코딩이 된다는 의미이다. 최적화 문제를 통해 Q가 결정되면， 캐시는 트래픽이 한산한 시간대에 백홀로부터 파일을 내려 받아서 업데이트 될 수 있다.
[82] <2. 샐 접속 단계 (Cell Association Phase)>
[83] 단계 2에서는 도 5와 같이 시간에 따라 변하는사용자의 채널 상태 정보， 즉, 순간적인 지연시간 τ와 URP (User Request Profile) (t)를 이용하여， 순간적인 유틸리티를 최대화하도록 셀 접속이 이루어진다. 사용자 n 은 시간 분할 다중접속 (TDMA)에 기반하여 총 At 만큼의 시간 중에서 자신이 할당된 시간 Atn = At/N 동안 서비스 받고 이외의 시간인 (N— l)At/N 동안은 기회적 또는 간헐적 Overhearing을 통해 패리티 비트를 획득할 수 있다. 이 때 , 사용자 n이 접속할 수 있는 보조 노드의 집합은 다음 수학식 12와 같이 주어진다.
[84] 【수학식 12】
[85] Ηη =
Figure imgf000015_0001
< l]
[86] 위와 같은 보조 노드의 집합은 사용자가 요청한 파일의 유무와 s e [i„,0,i-
1] 시간동안 이미 전송했던 패리티 비트가 중복 전송되지 않도록 결정된다.
[87] 도 4와 같이 클러스터 내에서 같은 파일을 동시에 요청하는 사용자들은 멀티캐스팅을 통해 서비스를 받을 수 있는데， 이때 사용자 i가 보조 노드 A:로부터 서비스 받고 있을 때, 사용자 n 이 이를 Overhearing할지를 결정하는 지사자 (Indicator)는 다음 수학식 13과 같이 결정된다.
[88] 【수학식 13】 if '„( = i(t), τηΛ < fi,fe
0, otherwise
[89]
[90] 위의 수학식 13에서 Tn,k는 보조 노드 에서 사용자 n으로 파일 한 비트를 보내는 데 걸리는 전송 시간이며, 다음 수학식 14와 같다.
[91] 【수학식 14】
Figure imgf000015_0002
[93] 여기서 ^은 유저 n에게 할당된 대역폭， Hb & 유저 n에 할당된 백홀 레이트， Pk는 보조 노드 c의 전송전력 , No는 잡음의 전력 분포 밀도 (Power Spectral Density; PSD), /ι^는 사용자 n과 보조 노드 k 사이의 채널을 각각 의미한다ᅳ 또한 는 보조 노드 k에서 사용자 i로 시간 확장 (Time Extension)을 통해 파일 한 비트를 보내는 데 걸리는 전송 시간이고， 아래 수학식 15와 같이 표현된다. [94] 【수학식 15]
* ( 171 ) I J
m = arg max]—— ~ ^~ ,m = 0숴^ (t)|
r ， m l 丄十 Om k)Ti k )
[95]
[96] 위 수학식 15에서 = (t) 'fc(t)는 m명의 사용자들이 동시에 보조 노드
/c에 접속할 때의 바이어싱 인자 (Biasing Factor)이고 이는 서로 같은, 파일 (0를 요청하는 사용자들의 집합 ί/πίω에 대해 주어진 ^ /\ 최대화하는 m을 찾음으로써 구할 수 있다.
[97] 보조 노드의 집합 및 멀티캐스팅을 위한 바이어싱 인자가 주어지면， 캐시에 기반한 다중 접속 (Cache-enabled Multiple Access: CEMA)는 다음 수학식 16과 같이 주어진다.
[98] 【수학식 16】
N
(P2)： Α¾¾νΣ Σ 57¾(t)(Tn,/ (t)― in,fc(t))q„n(i).fc n k(7rn(t), t)
' n=lkeHn
(s), s) ,fr(s) , V"
Figure imgf000016_0001
Vn, k e n
[99] an,fc(7r„(t),t) = 0, Vn, k Hn
[100] 위의 최적화 문제 (PI)는 시간 t에서 사용자들이 보조 노드에 접속할 때 얻게 되는 순간적인 유틸리티를 최대화하는
Figure imgf000016_0002
Association matrix를 찾는 문제이며, 첫 번째 제약 조건 (C1)은 TDMA에서 각 사용자가 할당되는 시간이 Δί„으로 제한된다는 의미이고, 두 번째 제약 조건 (C2)은 MDS 코드의 성질을 만족하도록 최소한의 패리티 비트만 전송하겠다는 의미한다. 세 번째 제약 조건 (C3)은 사용자가 동일한 패리티 비트를 중복 수신하지 않도특 보조 노드가 전송하는 패리티의 양을 조절한다는 의미이다.
[101] 사용자가 요청한 파일이 클러스터에 속한 보조 노드들에 존재하면 매우 빠른 속도로 전송될 수 있지만 그렇지 않은 경우에는 코어 네트워크와 연결된 매크로 기지국으로부터 전송되어야 한다. 이 때， £1^+1(7^(어)은 다음 수학식 17과 같이 구해진다.
[ 102] 【수학식 17】
Figure imgf000017_0001
[ 104] CEMA를 통해 사용자는 자신이 요청하는 파일의 종류에 따라 기회적으로 Overhear ing할 수 있기 때문에 트래픽이 흔잡한 대도시 인구 밀집 지역 (Hot Spots)에서 평균 스펙트럼 효율이 크게 향상될 수 있다.
[105] 도 6은 파일의 선호도 분포 γ와 캐시 메모리 크기의 비을 λ에 따른 평균 스펙트럼 효율을 예시한다.
[106] 본 발명을 통해 백홀 링크의 용량이 제한된 매크로샐에 중첩 배치된 보조 노드들이 매크로 기지국을 대신하여 효과적으로 파일을 전송할 수 있으므로 도 6와 같이 평균 스펙트럼 효율이 향상될 수 있다. 따라서 셀를러 네트워크의 용량을 크게 증대시킬 수 있으며， 사용자들에게는 향상된 체감품질을 제공할 수 있다. 또한 캐시 메모리는 기지국 증설 비용보다 저렴하기 때문에 통신망 인프라 구축 비용을 크게 절감시킬 수 있다.
[ 107] 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 단말 및 IoT( Internet of Things) 기기들에도 적용될 수 있다. 또한 모바일 클라우드 컴퓨팅 환경에서도 클러스터에 기반한 캐시 및 캐시기반의 다중접속 (Cache-enabled Mul t iple Access : CEMA)를 유사한 방식으로 적용할 수 있다.
[ 108] 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 통신 장치의 블록 구성도를 예시한다.
[ 109] 도 7을 참조하면， 통신 장치 (700)는 프로세서 (710)， 메모리 (720)， RF 모들 (730)， 디스플레이 모들 (740) 및 사용자 인터페이스 모들 (750)을 포함한다.
[ 110] 통신 장치 (700)는 설명의 편의를 위해 도시된 것으로서 일부 모들은 생략될 수 있다. 또한， 통신 장치 (700)는 필요한 모들을 더 포함할 수 있다. 또한， 통신 장치 (700)에서 일부 모들은 보다 세분화된 모들로 구분될 수 있다. 프로세서 (710)는 도면을 참조하여 예시한 본 발명의 실시 예에 따른 동작을 수행하도톡 구성된다. 구체적으로， 프로세서 (710)의 자세한 동작은 도 1 내지 도 6에 기재된 내용을 참조할 수 있다.
[ 111] 메모리 (720)는 프로세서 (710)에 연결되며 오퍼레이팅 시스템， 어플리케이션， 프로그램 코드, 데이터 등을 저장한다. RF 모들 (730)은 프로세서 (710)에 연결되며 기저대역 신호를 무선 신호를 변환하거나 무선신호를 기저대역 신호로 변환하는 기능올 수행한다. 이를 위해， RF 모들 (730)은 아날로그 변환, 증폭， 필터링 및 주파수 상향 변환 또는 이들의 역과정을 수행한다. 디스플레이 모들 (740)은 프로세서 (710)에 연결되며 다양한 정보를 디스플레이한다. 디스플레이 모들 (740)은 이로 제한되는 것은 아니지만 LCD Liquid Crystal Di spl ay) , LED(Light Emi tt ing Diode) , 0LED(0rgani c Light Emi tt ing Di ode)와 같은 잘 알려진 요소를 사용할 수 있다. 사용자 인터페이스 모들 (750)은 프로세서 (710)와 연결되며 키패드， 터치 스크린 등과 같은 잘 알려진 사용자 인터페이스의 조합으로 구성될 수 있다.
[ 112] 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.
[ 113] 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 또는 기지국 이외의 다른 네트워크 노드들에 의해 수행될 수 있음은 자명하다. 기지국은 고정국 ( f ixed stat ion) , Node B , eNode B(eNB) , 억세스 포인트 (access point ) 등의 용어에 의해 대체될 수 있다. [114] 본 발명에 따른 실시예는 다양한 수단， 예를 들어， 하드웨어 펌웨어 (firmware), 소프트웨어 또는 그것들의 결합 등에 의해 구현될 수 있다. 하드웨어에 의한 구현의 경우, 본 발명의 일 실시예는 하나 또는 그 이상의 ASICs (appl i cat ion specific integrated circuits), DSPsCdigital signal processors) , DSPDs(digital signal processing devices) , LDs( programmable logic devices) , FPGAs (field programmable gate arrays) , 프로세서, 콘트롤러, 마이크로 콘트를러， 마이크로 프로세서 등에 의해 구현될 수 있다.
[115] 펌웨어나 소프트웨어에 의한 구현의 경우, 본 발명의 일 실시예는 이상에서 설명된 기능 또는 동작들을 수행하는 모들， 절차, 함수 둥의 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.
[116] 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 등가적 범위 내에서의 모든 변경은 본 발명의 범위에 포함된다.

Claims

【청구의 범위】
【청구항 1]
무선 통신 시스템에서 단말이 데이터를 수신하는 방법에 있어서，
제 1 시간 단위에서 제 1 보조 노드로부터 제 1 분할 코드를 수신하는 단계; 제 2 시간 단위에서 제 2 보조 노드가 다른 단말로 송신하는 제 2 분할 코드를 오버히어링 (overhear ing)하는 단계; 및
상기 제 1 분할 코드 및 상기 제 2 분할 코드를 이용하여， 상기 데이터를 획득하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는，
데이터 수신 방법.
【청구항 2】
제 1 항에 있어서,
상기 제 1 분할 코드 및 상기 제 2 분할 코드는，
네트워크로부터 상기 제 1 보조 노드 및 상기 제 2 보조 노드로 사전에 배치되는 것을 특징으로 하는，
데이터 수신 방법.
【청구항 3】
제 2 항에 있어서，
상기 제 1 분할 코드 및 상기 제 2 분할 코드는，
상기 단말의 상기 데이터에 대한 선호도에 기반하여 상기 제 1 보조 노드 및 상기 제 2 보조 노드로사전에 배치되는 것을 특징으로 하는，
데이터 수신 방법.
【청구항 4】
제 1 항에 있어서，
상기 제 1 분할 코드 및 상기 제 2 분할 코드는 중첩되지 않는 것을 특징으로 하는，
데이터 수신 방법.
【청구항 5】
제 1 항에 있어서， 상기 제 1 분할 코드 및 상기 제 2 분할 코드는,
레이트리스 (Rateless) MDS (Maximum Di stance Separable) 코드들인 것을 특징으로 하는,
데이터 수신 방법.
【청구항 6】
제 1 항에 있어서，
상기 제 1 보조 노드 및 상기 제 2 보조 노드는，
상기 데이터의 유무와 상기 제 1 분할 코드 및 상기 제 2 분할 코드의 증첩 여부를 고려하여 결정되는 것을 특징으로 하는,
데이터 수신 방법.
【청구항 7】
무선 통신 시스템에서의 단말로서,
RF (radio frequency) 모들; 및
프로세서를 포함하고，
상기 프로세서는,
제 1 시간 단위에서 제 1 보조 노드로부터 제 1 분할 코드를 수신하고， 제 2 시간 단위에서 제 2 보조 노드가 다론 단말로 송신하는 제 2 분할 코드를 오버히어링 (overhear ing)하며， 상기 제 1 분할 코드 및 상기 제 2 분할 코드를 이용하여， 상기 데이터를 획득하는 것을 특징으로 하는,
단말.
【청구항 8】
제 7 항에 있어서，
상기 제 1 분할 코드 및 상기 제 2 분할 코드는,
네트워크로부터 상기 제 1 보조 노드 및 상기 제 2 보조 노드로 사전에 배치되는 것을 특징으로 하는，
단말.
【청구항 9】
제 8 항에 있어서， 상기 제 1 분할 코드 및 상기 제 2 분할 코드는，
상기 단말의 상기 데이터에 대한 선호도에 기반하여 상기 제 1 보조 노드 및 상기 제 2 보조 노드로사전에 배치되는 것을 특징으로 하는，
단말.
【청구항 10】
제 7 항에 있어서 ,
상기 제 1 분할 코드 및 상기 제 2 분할 코드는 중첩되지 않는 것을 특징으로 하는,
단말.
【청구항 11】
제 7 항에 있어서，
상기 제 1 분할 코드 및 상기 제 2 분할 코드는，
레이트리스 (Rateless) MDS (Maximum Di stance Separable) 코드들인 것을 특징으로 하는，
단말.
【청구항 12]
제 7 항에 있어서，
상기 제 1 보조 노드 및 상기 제 2 보조 노드는，
상기 데이터의 유무와 상기 제 1 분할 코드 및 상기 제 2 분할 코드의 중첩 여부를 고려하여 결정되는 것을 특징으로 하는,
단말.
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