본 논문은 단말 간 직접 통신 (D2D: Device-to-Device) 시스템 환경에서 공간 재사용을 통한 성능 향상을 위해 그래프-컬러링 알고리즘을 기반으로 한 간섭 회피 자원 할당 방법을 제안한다. 다수의 D2D 페어가 하나의 D2D 통신 자원을 공유하는 경우, 인접한 D2D 페어로 인해 불가피한 간섭이 발생하게 되므로 간섭을 효율적으로 제어할 수 있는 자원 할당 방법이 필요하다. 따라서 우리는 D2D 페어가 기지국에 제공할 수 있는 피드백 양의 한계를 고려한 실용적인 피드백 정보 및 방법과 피드백 받은 정보를 활용한 그래프 설계 방법을 제안하고, 효과적인 간섭을 회피를 위한 그래프-컬러링 알고리즘을 도입한다. 시뮬레이션 결과를 통해, 본 논문에서 제안한 자원 할당 방법이 기존의 자원 할당 방법에 비해 D2D 시스템의 총 용량과 스펙트럼 효율 측면에서 성능 이득을 가져오는 것을 확인할 수 있으며 D2D 페어의 통신 불가 확률을 감소시킴을 확인할 수 있다.
본 논문은 단말 간 직접 통신 (D2D: Device-to-Device) 시스템 환경에서 공간 재사용을 통한 성능 향상을 위해 그래프-컬러링 알고리즘을 기반으로 한 간섭 회피 자원 할당 방법을 제안한다. 다수의 D2D 페어가 하나의 D2D 통신 자원을 공유하는 경우, 인접한 D2D 페어로 인해 불가피한 간섭이 발생하게 되므로 간섭을 효율적으로 제어할 수 있는 자원 할당 방법이 필요하다. 따라서 우리는 D2D 페어가 기지국에 제공할 수 있는 피드백 양의 한계를 고려한 실용적인 피드백 정보 및 방법과 피드백 받은 정보를 활용한 그래프 설계 방법을 제안하고, 효과적인 간섭을 회피를 위한 그래프-컬러링 알고리즘을 도입한다. 시뮬레이션 결과를 통해, 본 논문에서 제안한 자원 할당 방법이 기존의 자원 할당 방법에 비해 D2D 시스템의 총 용량과 스펙트럼 효율 측면에서 성능 이득을 가져오는 것을 확인할 수 있으며 D2D 페어의 통신 불가 확률을 감소시킴을 확인할 수 있다.
In this paper, we propose interference avoidance resource allocation scheme based on graph-coloring algorithm to introduce performance gain using spatial reuse in D2D (Device-to-Device) system. By assigning multiple D2D pairs to a single D2D resource, interference from neighboring D2D pairs is inevi...
In this paper, we propose interference avoidance resource allocation scheme based on graph-coloring algorithm to introduce performance gain using spatial reuse in D2D (Device-to-Device) system. By assigning multiple D2D pairs to a single D2D resource, interference from neighboring D2D pairs is inevitable, which leads to performance degradation. Therefore, we first introduce the feedback information and the method considering the amount of information that can be practically provided by a D2D pair. Then, we propose how to construct a graph, which is corresponding to the D2D system, using the feedback information and adopt a graph-coloring algorithm to efficiently avoid interference. Simulation results show that the proposed resource allocation scheme outperforms traditional resource allocation schemes in both overall sum rate and spectral efficiency of D2D system while reducing the outage probability. Moreover, the outage probability, which indicates a failure rate of D2D communication, can be reduced by adopting the proposed scheme.
In this paper, we propose interference avoidance resource allocation scheme based on graph-coloring algorithm to introduce performance gain using spatial reuse in D2D (Device-to-Device) system. By assigning multiple D2D pairs to a single D2D resource, interference from neighboring D2D pairs is inevitable, which leads to performance degradation. Therefore, we first introduce the feedback information and the method considering the amount of information that can be practically provided by a D2D pair. Then, we propose how to construct a graph, which is corresponding to the D2D system, using the feedback information and adopt a graph-coloring algorithm to efficiently avoid interference. Simulation results show that the proposed resource allocation scheme outperforms traditional resource allocation schemes in both overall sum rate and spectral efficiency of D2D system while reducing the outage probability. Moreover, the outage probability, which indicates a failure rate of D2D communication, can be reduced by adopting the proposed scheme.
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문제 정의
D2D 통신을 수행하기 위해, D2D 페어의 D2D Tx 단말은 기지국에 D2D Buffer Status Report(BSR)를 통한 자원 할당 요청 시에 자신과 페어를 이루는 D2D Rx 단말로부터 제공받은 HIDL 정보를 함께 보고한다. 기지국은 D2D 페어로부터 피드백 받은 정보를 고려하여 간섭 회피 기반 그래프를 설계하고, 그래프 컬러링 알고리즘을 기반으로 한 자원 할당 알고리즘을 통해 각각의 D2D 페어를 위한 D2D 자원 블록을 선택하고, D2D Grant 메시지를 통해 해당 D2D 페어가 어떤 D2D 자원 블록을 사용하여 D2D 통신을 수행할지에 대한 자원 정보를 할당한다.
간섭의 영향을 완화시키기 위한 자원 할당 방법을 소개하기에 앞서, D2D Rx 단말이 제공한 HIDL의 강한 간섭원 정보를 고려한 간섭 회피 기반 그래프의 설계 방법을 살펴보자. 우리는 간섭 회피 기반 그래프를 G=(V,E)라고 정의한다.
따라서 D2D 시스템의 총 용량을 최대화시키는 최적의 자원 할당 방법은 기지국에서의 복잡도와 D2D 페어가 제공해야하는 피드백 정보의 양을 고려하였을 때 실제 D2D 시스템에 도입하기에는 다소 실용적이지 않다. 따라서 본 논문에서는, D2D 페어가 제공해야하는 피드백 양과 기지국에서의 복잡도를 고려한 간섭 회피기반 자원 할당 방법을 제안한다.
본 논문에서, 우리는 공간 재사용을 통한 D2D 시스템 성능 향상을 위해 기지국이 하나의 자원을 하나 혹은 다수의 D2D 페어에 할당하는 중앙 집중식 자원 할당 방법에 초점을 맞춘다. 공간 재사용을 통해 하나의 자원에 다수의 D2D 페어를 할당하는 경우, D2D 페어 간 불가피한 간섭이 발생할 수 있다.
본 논문에서, 우리는 공간 재사용을 통한 D2D 시스템의 성능 향상을 위해 그래프-컬러링 알고리즘에 기반을 둔 간섭 회피 자원 할당 방법을 제안하였다. 공간 재사용을 통해 하나의 D2D 자원 블록에 다수의 D2D 페어를 할당하는 경우, 불가피한 간섭이 발생하게 되는데, 우리는 D2D 페어가 기지국에 제공할 수 있는 피드백 양의 한계와 기지국에서의 복잡도를 고려한 간섭 회피 기반 자원 할당 방법을 제안하였다.
따라서 우리는 D2D 페어 간 자원 공유로 인해 발생할 수 있는 간섭을 효과적으로 제어함으로써 D2D 시스템의 성능 향상을 성취하기 위해 그래프-컬러링 이론을 도입한다. 본 논문은 D2D 페어가 기지국에 제공할 수 있는 피드백 정보의 양을 고려하여 실제 시스템에 적용할 수 있는 실용적인 피드백 정보 및 방법을 제안하고, 제안한 피드백 정보를 활용하여 간섭 회피를 기반으로 한 그래프 설계 방법과 자원 할당 알고리즘을 제안한다. 시뮬레이션 결과를 통해, 우리는 제안한 자원할당 방법이 기존의 자원 할당 방법에 비해 D2D 시스템 전체적인 성능뿐만 아니라 각각의 D2D 페어 성능을 향상시키는 것을 확인한다.
가설 설정
기존의 논문들이 제안한 기지국의 간섭 인지(Interference-Aware) 기반 자원 할당 방법의 경우, 기지국은 D2D 단말로부터 원하는 신호 및 간섭 신호에 대한 채널 정보를 제공 받는 것을 가정한다. 하지만, 우리는 D2D Rx 단말이 수신하는 신호의 채널 정보를 직접 기지국에 피드백하는 대신, 자신에게 강한 간섭을 미치는 인접한 D2D 페어를 선별하고 그 D2D 페어에 해당하는 식별자 정보를 기지국에 제공하는 방법을 제안한다.
여기서, P0는 D2D 페어의 D2D Tx 단말의 송신 전력이며, 본 논문에서는 모든 D2D Tx 단말이 같은 송신 전력으로 D2D 통신을 수행하는 것을 가정한다. 채널 이득 gm,n=PLm,nhm,n은 n 번째 D2D 페어의 D2D Rx 단말과 m 번째 D2D 페어의 D2D Tx 단말 사이의 pathloss와 small-scale fading을 고려한다.
제안 방법
• Proposed resource allocation scheme: 이 자원 할당 방법은 공간 재사용을 고려하며, 본 논문에서 제안한 그래프 설계를 바탕으로 잘 알려진 그리디 컬러링 알고리즘[17]을 통해 N 개의 D2D 페어에 간섭 회피를 고려하여 D2D 자원 블록을 할당함.
D2D Rx 단말은 인접한 D2D 페어의 D2D Tx 단말에 의한 간섭을 측정한다. 그 측정 방법으로는 간섭 신호의 received signal received power 등의 수신 신호 세기를 기반으로 한 측정 방법 혹은 SINR 기반의 채널 정보를 기반으로 한 측정 방법을 사용할 수 있으며, 본 논문에서는 채널 이득 및 채널 정보를 고려한 특정 D2D 페어의 D2D Tx 단말에 의한 간섭 크기를 간섭 영향의 척도로 사용한다.
D2D Rx 단말은 인접한 D2D 페어의 D2D Tx 단말을 고려한 간섭 신호의 크기를 측정한 후, 간섭 신호의 크기가 가장 큰 상위 K-1 개의 D2D 페어에 대한 식별자 정보를 이용하여 HIDL (High Interfering D2D List)을 구성하고, 그 리스트를 자신과 페어를 이루는 D2D Tx 단말에게 보고한다.
여기서, 자유도는 하나의 꼭짓점, Vn,이 갖는 모서리로 연결된 인접한 꼭짓점의 수를 의미하며, vn이 갖는 자유도는 #으로 결정된다. D2D 페어로부터 피드백 된 HIDL 정보를 이용하여 간섭 회피 기반 그래프를 설계하기 위해 다음의 규칙을 적용한다.
간섭 회피를 기반으로 한 그래프를 설계한 후, 우리는 잘 알려진 그리디 컬러링 알고리즘[17]을 통해 D2D 통신을 요청하는 다수의 D2D 페어를 위한 자원 할당 방법을 제공한다. 여기서 그리디 컬러링 알고리즘은 그래프의 색을 칠할 때 높은 자유도를 갖는 꼭짓점에 우선순위를 부여하는 방법이다.
본 논문에서, 우리는 공간 재사용을 통한 D2D 시스템의 성능 향상을 위해 그래프-컬러링 알고리즘에 기반을 둔 간섭 회피 자원 할당 방법을 제안하였다. 공간 재사용을 통해 하나의 D2D 자원 블록에 다수의 D2D 페어를 할당하는 경우, 불가피한 간섭이 발생하게 되는데, 우리는 D2D 페어가 기지국에 제공할 수 있는 피드백 양의 한계와 기지국에서의 복잡도를 고려한 간섭 회피 기반 자원 할당 방법을 제안하였다. 또한, D2D 페어로부터 피드백 받은 정보를 활용하여, 인접한 D2D 페어의 간섭을 회피하기 위한 그래프 설계 방법 및 그래프-컬러링 알고리즘을 도입하였다.
D2D Rx 단말은 인접한 D2D 페어의 D2D Tx 단말에 의한 간섭을 측정한다. 그 측정 방법으로는 간섭 신호의 received signal received power 등의 수신 신호 세기를 기반으로 한 측정 방법 혹은 SINR 기반의 채널 정보를 기반으로 한 측정 방법을 사용할 수 있으며, 본 논문에서는 채널 이득 및 채널 정보를 고려한 특정 D2D 페어의 D2D Tx 단말에 의한 간섭 크기를 간섭 영향의 척도로 사용한다.
앞 장에서 언급한 것처럼, D2D 시스템에서 공간 재사용을 이용한 최적의 자원 할당 방법은 기지국에서의 자원 할당 시 발생하는 복잡도 문제와 D2D 페어가 제공해야할 과도한 피드백 정보의 양이라는 두 가지 측면에 의해 실제 D2D 시스템에 도입하기에 제약이 따른다. 따라서 본 장에서 실제 D2D 시스템에서 지원 가능한 피드백 정보 및 그 절차와, 제공받은 정보를 활용한 기지국에서의 간섭 회피 기반 그래프를 설계방법, 그리고 그래프-컬러링 알고리즘을 도입한 공간 재사용 기반 자원 할당 방법을 살펴본다.
공간 재사용을 통해 하나의 자원에 다수의 D2D 페어를 할당하는 경우, D2D 페어 간 불가피한 간섭이 발생할 수 있다. 따라서 우리는 D2D 페어 간 자원 공유로 인해 발생할 수 있는 간섭을 효과적으로 제어함으로써 D2D 시스템의 성능 향상을 성취하기 위해 그래프-컬러링 이론을 도입한다. 본 논문은 D2D 페어가 기지국에 제공할 수 있는 피드백 정보의 양을 고려하여 실제 시스템에 적용할 수 있는 실용적인 피드백 정보 및 방법을 제안하고, 제안한 피드백 정보를 활용하여 간섭 회피를 기반으로 한 그래프 설계 방법과 자원 할당 알고리즘을 제안한다.
공간 재사용을 통해 하나의 D2D 자원 블록에 다수의 D2D 페어를 할당하는 경우, 불가피한 간섭이 발생하게 되는데, 우리는 D2D 페어가 기지국에 제공할 수 있는 피드백 양의 한계와 기지국에서의 복잡도를 고려한 간섭 회피 기반 자원 할당 방법을 제안하였다. 또한, D2D 페어로부터 피드백 받은 정보를 활용하여, 인접한 D2D 페어의 간섭을 회피하기 위한 그래프 설계 방법 및 그래프-컬러링 알고리즘을 도입하였다. 시뮬레이션 결과, 제안한 간섭 회피 기반 자원 할당 방식은 랜덤 자원 할당 방식에 비해 D2D 시스템 전체적인 용량 및 주파수 효율의 이득뿐만 아니라, 단일 D2D 페어 관점에서도 용량 및 SINR의 향상과 통신 불능 확률의 감소를 제공하는 것을 확인할 수 있었다.
기지국은 D2D 페어로부터 피드백 받은 정보를 고려하여 간섭 회피 기반 그래프를 설계하고, 그래프 컬러링 알고리즘을 기반으로 한 자원 할당 알고리즘을 통해 각각의 D2D 페어를 위한 D2D 자원 블록을 선택하고, D2D Grant 메시지를 통해 해당 D2D 페어가 어떤 D2D 자원 블록을 사용하여 D2D 통신을 수행할지에 대한 자원 정보를 할당한다. 마지막으로, 기지국으로부터 D2D Grant 메시지 전달받은 D2D Tx 단말은, Scheduling Assignment 메시지를 통해 자신과 페어를 이루는 D2D Rx 단말에게 D2D 통신을 수행하기 위해 할당받은 D2D 자원 블록 정보를 제공한다. 하나의 D2D 페어가 D2D 통신을 수행하기 위한 자원 할당 방법에 대한 전반적인 시그널링 절차는 그림 2와 같다.
본 논문에서 제안하는 자원 할당 방법은 D2D 페어로부터 제공받은 피드백 정보를 활용하여 기지국이 D2D 통신 링크를 위해 자원을 할당하는 단말-지원 중앙 집중식 자원 할당 방식이다. 따라서 본 논문에서 제안하는 공간 재사용을 고려한 간섭 회피 자원 할당 방법을 지원하기 위해, 단말은 몇 가지 추가적인 기능을 필요로 한다.
본 논문은 셀룰러 업링크 자원 중 D2D 통신을 위해 지정된 D2D 자원 풀(D2D resource pool)[4]을 N개의 D2D 페어에게 할당하는 단일 셀 시나리오를 고려한다. 여기서, D2D 페어는 하나의 D2D Tx(D2D transmitter) 단말과 그 단말과 페어링 관계를 이루는 하나의 D2D Rx(D2D receiver) 단말을 일컬으며, D2D Tx 단말은 할당받은 자원을 통해 자신과 페어링 관계를 이루는 D2D Rx 단말과 D2D 통신을 수행한다.
본 장에서는 시뮬레이션을 통해 그래프-컬러링 이론을 기반으로 제안한 자원 할당 방식의 성능과 그 결과를 기술한다. 우리는 시뮬레이션을 위해 단일 셀 D2D 시스템 상황을 고려한다.
D2D 통신에 있어서 시스템 전체의 용량 혹은 D2D 페어 당 용량은 중요한 척도로 통용된다. 하지만, D2D 페어의 용량 관점의 분석은 실제 특정 D2D 페어의 통신 가능 여부의 확인이 불가능하기 때문에 우리는 그림 9과 표 2를 통해 SINR 관점에서 제안한 자원 할당 방법의 성능을 분석한다. 그림 9은 D2D 시스템에 N=30, 50 개의 D2D 페어가 각각 분포할 때, 각각의 D2D 페어를 구성하는 D2D Rx 단말의 SINR에 대한 CDF 그래프이다.
기존의 논문들이 제안한 기지국의 간섭 인지(Interference-Aware) 기반 자원 할당 방법의 경우, 기지국은 D2D 단말로부터 원하는 신호 및 간섭 신호에 대한 채널 정보를 제공 받는 것을 가정한다. 하지만, 우리는 D2D Rx 단말이 수신하는 신호의 채널 정보를 직접 기지국에 피드백하는 대신, 자신에게 강한 간섭을 미치는 인접한 D2D 페어를 선별하고 그 D2D 페어에 해당하는 식별자 정보를 기지국에 제공하는 방법을 제안한다.
할당 가능한 D2D 자원 블록보다 많은 다수의 D2D 페어가 자원을 요청하는 상황에서, 즉, N>K인 경우, 동일한 자원을 할당받은 D2D 페어 간 간섭이 불가피하게 발생하며 본 논문은 D2D 페어 간 간섭의 영향을 고려한 자원 할당 방법에 초점을 맞춘다.
성능/효과
그림 7의경우 D2D 시스템의 스펙트럼 효율을 나타낸다. D2D 시스템의 스펙트럼 효율 역시 D2D 시스템의 총 용량과 비슷한 양상을 확인할 수 있으며, 제안한 자원 할당 방법은 랜덤 자원 할당 방법 대비 약 25%의 성능 이득을 갖는다.
그림 8은 D2D 시스템에 N=50 개의 D2D 페어가 분포할 때, 각각의 D2D 페어가 제공할 수 있는 용량의 cumulative density function (CDF) 그래프이다. 그래프를 확인해 보면, 제안한 자원 할당 방법을 사용하는 전체 D2D 페어 중 약 70%가 1 Mbps 이상의 D2D 용량을 제공할 수 있는 반면에, 랜덤 자원 할당 방법의 경우 전체 D2D 페어 중 약 40%만이 1 Mbps 이상의 D2D 용량을 제공할 수 있는 것으로 확인된다. 따라서 본 논문에서 제안한 간섭 회피 기반 자원 할당 방법의 경우, 랜덤하게 자원을 할당한 방법에 비해 각각의 D2D 페어 관점에서 상대적으로 더 높은 용량을 제공하는 것을 확인할 수 있다.
따라서 공간 재사용을 활용한 자원 할당 방법은 D2D 통신을 요청한 D2D 페어의 수가 많을수록 D2D 시스템 관점에서 효율적이며, 특정한 시간에 다수의 D2D 페어가 동시에 D2D 통신을 수행할 수 있다는 장점을 갖는다. 그림 6의 결과를 살펴보면, 제안한 자원 할당 방법이 랜덤하게 자원을 할당하는 방법에 비해 D2D 시스템의 총 용량 관점에서 약 25% 이상의 성능 향상을 나타내는 것을 확인할 수 있다. 제안한 기법은 인접한 D2D 페어에 의한 간섭을 고려하여 D2D 페어에 자원을 할당하기 때문에 상대적으로 간섭의 영향이 강한 인접한 D2D 페어에 서로 다른 자원을 할당할 가능성이 높으며 이는 D2D 시스템의 총 용량 관점에서 성능 이득을 제공한다.
랜덤하게 자원을 할당하는 방식과 본 논문에서 제안한 자원 할당 방식은 하나의 D2D 자원 블록을 하나 혹은 다수의 D2D 페어에 할당함으로 D2D 페어의 수가 증가할수록 D2D 시스템의 총 용량은 증가한다. 따라서 공간 재사용을 활용한 자원 할당 방법은 D2D 통신을 요청한 D2D 페어의 수가 많을수록 D2D 시스템 관점에서 효율적이며, 특정한 시간에 다수의 D2D 페어가 동시에 D2D 통신을 수행할 수 있다는 장점을 갖는다. 그림 6의 결과를 살펴보면, 제안한 자원 할당 방법이 랜덤하게 자원을 할당하는 방법에 비해 D2D 시스템의 총 용량 관점에서 약 25% 이상의 성능 향상을 나타내는 것을 확인할 수 있다.
그래프를 확인해 보면, 제안한 자원 할당 방법을 사용하는 전체 D2D 페어 중 약 70%가 1 Mbps 이상의 D2D 용량을 제공할 수 있는 반면에, 랜덤 자원 할당 방법의 경우 전체 D2D 페어 중 약 40%만이 1 Mbps 이상의 D2D 용량을 제공할 수 있는 것으로 확인된다. 따라서 본 논문에서 제안한 간섭 회피 기반 자원 할당 방법의 경우, 랜덤하게 자원을 할당한 방법에 비해 각각의 D2D 페어 관점에서 상대적으로 더 높은 용량을 제공하는 것을 확인할 수 있다.
따라서 D2D 시스템의 총 용량은 D2D 페어의 수와 관계없이 일정한 값을 갖는다. 랜덤하게 자원을 할당하는 방식과 본 논문에서 제안한 자원 할당 방식은 하나의 D2D 자원 블록을 하나 혹은 다수의 D2D 페어에 할당함으로 D2D 페어의 수가 증가할수록 D2D 시스템의 총 용량은 증가한다. 따라서 공간 재사용을 활용한 자원 할당 방법은 D2D 통신을 요청한 D2D 페어의 수가 많을수록 D2D 시스템 관점에서 효율적이며, 특정한 시간에 다수의 D2D 페어가 동시에 D2D 통신을 수행할 수 있다는 장점을 갖는다.
그림 9은 D2D 시스템에 N=30, 50 개의 D2D 페어가 각각 분포할 때, 각각의 D2D 페어를 구성하는 D2D Rx 단말의 SINR에 대한 CDF 그래프이다. 본 논문에서 제안한 자원 할당 방법은 강한 간섭의 원인이 되는 인접한 D2D 페어와의 동일한 자원할당을 피하기 때문에 랜덤으로 자원을 할당한 방법에 비해 상대적으로 높은 SINR의 분포를 띈다. 표 2는 N=30, 50인 경우, 특정 SINR 임계값의 설정 시에 자원 할당 방법에 따른 통신 불능확률 (outage probability)을 나타낸다.
또한, D2D 페어로부터 피드백 받은 정보를 활용하여, 인접한 D2D 페어의 간섭을 회피하기 위한 그래프 설계 방법 및 그래프-컬러링 알고리즘을 도입하였다. 시뮬레이션 결과, 제안한 간섭 회피 기반 자원 할당 방식은 랜덤 자원 할당 방식에 비해 D2D 시스템 전체적인 용량 및 주파수 효율의 이득뿐만 아니라, 단일 D2D 페어 관점에서도 용량 및 SINR의 향상과 통신 불능 확률의 감소를 제공하는 것을 확인할 수 있었다.
본 논문은 D2D 페어가 기지국에 제공할 수 있는 피드백 정보의 양을 고려하여 실제 시스템에 적용할 수 있는 실용적인 피드백 정보 및 방법을 제안하고, 제안한 피드백 정보를 활용하여 간섭 회피를 기반으로 한 그래프 설계 방법과 자원 할당 알고리즘을 제안한다. 시뮬레이션 결과를 통해, 우리는 제안한 자원할당 방법이 기존의 자원 할당 방법에 비해 D2D 시스템 전체적인 성능뿐만 아니라 각각의 D2D 페어 성능을 향상시키는 것을 확인한다.
그림 6의 결과를 살펴보면, 제안한 자원 할당 방법이 랜덤하게 자원을 할당하는 방법에 비해 D2D 시스템의 총 용량 관점에서 약 25% 이상의 성능 향상을 나타내는 것을 확인할 수 있다. 제안한 기법은 인접한 D2D 페어에 의한 간섭을 고려하여 D2D 페어에 자원을 할당하기 때문에 상대적으로 간섭의 영향이 강한 인접한 D2D 페어에 서로 다른 자원을 할당할 가능성이 높으며 이는 D2D 시스템의 총 용량 관점에서 성능 이득을 제공한다. 그림 7의경우 D2D 시스템의 스펙트럼 효율을 나타낸다.
제안한 알고리즘의 계산 복잡도 (5)는 D2D 페어의 수, N,의 다항식으로 표현되며, 최적 자원 할당 방법의 계산 복잡도 (4)와 비교해 볼 때 효율적으로 계산 복잡도를 감소시키는 것을 확인할 수 있다.
여기서, 통신불능 확률은 특정 D2D 페어가 D2D 통신을 보장하는 최소한의 SINR 임계값을 만족하지 못하는 경우로 정의한다. 표에서 확인할 수 있듯이, 랜덤하게 자원을 할당하는 방법의 경우 본 논문에서 제안한 자원 할당 방법에 비해 적게는 1.9 배에서 크게는 3.7 배의 통신 불능 확률을 갖으며, 제안한 자원 할당 방법은D2D 통신이 가능한 환경을 제공할 확률이 더 높은 것을 확인할 수 있다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
Device-to-Device (D2D) 통신이 차세대 이동통신 시스템의 하나의 요소로 연구되고 있는 이유는 무엇인가?
Device-to-Device (D2D) 통신은 센터 노드 혹은 기지국을 거치지 않는 직접적인 단말 간 통신으로, 사용자 간 로컬 서비스의 활용을 극대화 시키며 시스템 용량 증대, 셀 커버리지 증가 등의 이점으로 차세대 이동통신 시스템의 하나의 요소로 연구되고 있다[1-3]. 최근 3GPP (3rd Generation Partnership Project) 표준화 기구에서는 셀룰러 이동통신 시스템에 D2D 통신을 도입하기 위한 논의가 활발히 진행 중이며 LTE Release 12에는 공공 안전 서비스의 제공을 목적으로 한 D2D 통신이 도입될 예정이다[4,5].
기존의 그래프 이론을 이용한 셀룰러 네트워크 시스템에서의 자원 할당 방법 문제 해결법들이 고려하지 않은 것은 무엇인가?
양분 그래프 (bipartite graph)의 가중 매칭(weight matching)이론을 도입하여 하나의 D2D 페어를 하나의 셀룰러 단말이 사용하는 자원에 할당하는 방법이 연구되었으며[14], 반복적 알고리즘을 통해 하나 혹은 다수의 D2D 페어를 하나의 셀룰러 단말이 사용하는 자원에 할당하는 낮은 복잡도의 자원 할당 방법이 제안되었다[15]. 하지만, 앞서 언급한 논문의 경우 하나의 D2D 페어의 자원 할당 문제에 초점을 맞췄으며, 다수의 D2D 단말의 자원 재사용을 통한 D2D 시스템의 성능 향상을 고려하지 않았다[13,14]. 또한, 기지국은 D2D 페어들이 측정한 모든 간섭 채널에 대한 정보를 제공받아야 하므로 실질적인 피드백 측면에서 제약이 따른다[14,15].
간섭 제어 방법은 무엇으로 나눌 수 있는가?
따라서 D2D 통신을 통한 이득을 취하면서 기존의 셀룰러 네트워크의 성능 열하를 막기 위해 D2D 통신으로 인한 간섭을 제어하는 방법이 요구되고 있으며, 최근 D2D 통신으로 인한 간섭을 효과적으로 제어하기 위한 많은 연구가 진행되었다[6-11,13-15]. 간섭 제어 방법은 크게 기지국이 단말로부터 피드백 받은 정보를 바탕으로 간섭 제어를 수행하는 중앙 집중식 제어 방식과 간섭 제어의 많은 기능을 단말에 분산시켜 단말이 스스로 간섭 제어를 수행하는 분산 제어 방식으로 나눌 수 있다. 특히, 중앙 집중 방식의 간섭 제어의 경우 기지국은 D2D 통신을 위해 최적의 자원 할당 혹은 전력 제어 방식을 적용할 수 있기 때문에 보다 높은 성능의 간섭 제어를 실현할 수 있다.
참고문헌 (17)
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