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초록
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최근 단말-대-단말(Device-to-device, D2D) 통신기술이 차세대 무선통신시스템의 핵심기술로 큰 관심을 받고 있다. 이러한 단말간 통신에서는 자신의 주변에 어떠한 단말이 있는지 파악하는 주변단말 탐색(Neighbor discovery)이 매우 중요하다. 본 논문에서는 최근 큰 관심을 받고 있는 딥러닝(Deep learning) 기술을 활용하여 단말간 통신에서 주변단말을 파악하는 방안에 대해서 제안한다. 제안 방안은 기존의 방안과 달리 무선채널의 공간적 연관성을 이용하여 단말간의 신호 전송 없이 단말이 기지국으로 전송하는 상향링크 파일럿 신호를 기반으로 주변 단말을 찾고 따라서 기존의 방식에 비해 신호전송 복잡도(signaling complexity)를 크게 줄일 수 있다. 또한 제안 방안에서는 떨어져 있는 거리에 따라서 주변 단말을 분류 가능하여 기존 방안에 비해서 좀 더 세밀한 단말 탐색이 가능하다. 마지막으로 본 논문에서는 tensorflow를 이용한 컴퓨터 시뮬레이션을 통해 제안 방안의 성능을 검증하였다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

Recently, the device-to-device (D2D) communication has been conceived as the key technology for the next-generation mobile communication systems. The neighbor discovery in which the nearby users are found, is essential for the proper operation of the D2D communication. In this paper, we propose new ...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 또한 학습에는 많은 시간이 걸리지만 학습된 신경망을 이용하여 결과를 도출하는 것(Inference)은 빠르게 연산이 가능하므로 실시간 계산에 적합하다. 따라서 본 연구에서는 딥러닝을 이용하여 단말이 기지국으로 보내는 상향링크 파일럿 신호를 통해 주변 단말들을 파악하는 방안을 제안한다. 특히 거리에 따라서 다양한 라벨(Label)을 생성하여 심층 신경망을 학습하게 함으로써 다양한 거리에 있는 주변 단말들을 분류하여 인식할 수 있도록 하였고 이를 통해 기존의 기술에 비해서 정확한 주변단말 인지를 가능케 하였다.
  • 본 연구에서는 단말간 통신을 위한 주변단말 탐색방안에 대해서 제안하였다. 제안 방안은 무선채널의 공간적 연관성을 기반으로 딥러닝 기술을 이용하여 주변 단말을 탐색한다.
  • 본 연구에서는 단말과 기지국간의 상향링크 무선 채널정보를 이용하여 어떤 단말이 주변에 있는지 파악한다. 기존에 수행된 무선채널측정에 따르면 무선채널의 요소들 중 Azimuth spread (AS), Delay spread (DS), Shadow fading (SF)은 공간적 연관성이 존재하여, 비슷한 위치에 있는 단말들은 비슷한 값을 갖게 된다[1, 2].

가설 설정

  • 45이고 경로손실상수가 38인 단순 경로손실모델(simplified path loss model)과 Rayleigh 페이딩을 고려하였다. 기지국 커버리지는 500미터로 가정하였다. 성능 분석을 위해서 32비트의 실수 연산자로 표시되는 총 3000개의 채널 샘플을임의로 생성하였고 전체 채널샘플 중 90%는 학습(train set)에 사용하고 나머지 10%는 (test set)는 validation에 사용하였다.
  • 이를 위해서 제안 방안이 주변단말을 잘못 파악하는 확률인 예측오류 (prediction error)를 측정하였다. 성능 분석에서는 TU-32환경을 고려하여 dref = 50 미터로 가정하였고 [2] 단말의 전송파워는 23dBm, 대역의 noise spectral density 는 -174dBm/Hz, 전송대역 크기는 10 MHz로 가정하였다. 또한 경로손실지수가 3.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
단말간 통신기술이란 무엇인가? 최근 급증하는 모바일 트래픽 문제를 해결하고 사물 인터넷 (Internet-of-Things)과 같은 새로운 모바일 서비스를 제공하기 위해서, 모바일 단말들이 기지국을 거치지 않고 단말간 직접 데이터를 전송하는 단말간(Device-to-device, D2D) 통신기술이 큰 주목을 받고 있다. 그와 더불어 관련 연구들이 활발하게 이루어지고 있으며 통신 표준에서도 고려가 되고 있다 [1, 2, 3].
프록시미티 비콘기반 단말탐색방안에서 나타나는 문제점은 무엇인가? 하지만 이러한 프록시미티 비콘기반 단말탐색방안에서는 파일럿 전송에 따른 신호전송 복잡도(signaling complexity)가 높고 단말들의 파일럿 전송으로 인한 무선전력의 낭비가 발생할 수 있다. 이러한 기존 기술의 단점을 해결하기 위해서 단말이 기지국으로 전송하는 상향링크(Uplink) 파일럿 신호를 이용하여 주변단말을 탐지하는 기술이 제안되었다 [5].
프록시미티 비콘기반 주변단말탐색의 장점은 무엇인가? 이 방안에서는 단말간의 파일럿 (Pilot) 신호 송수신을 통해서 주변단말을 파악하게 된다. 한 단말이 파일럿을 송신하였을 때 주변에 위치한 단말들만 송신된 파일럿 신호를 제대로 받을 수 있으므로 효율적으로 주변단말을 찾을 수 있다.
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참고문헌 (9)

  1. W. Lee, "Neighbor Discovery Scheme based on Spatial Correlation of Wireless Channel," Journal of the Korea Institute of Information and Communication Engineering, vol. 19, no. 10, pp. 2256-2262, Oct. 2014. 

  2. W. Lee, J. Kim, and S. Choi, "New D2D Peer Discovery Scheme based on Spatial Correlation of Wireless Channel," IEEE Transactions on Vehicular Technology, vol. 65, no. 12, pp. 10120-10125, Feb. 2016. 

  3. E. M. Diouf and W. Lee, "An Implementation of LTE Simulator based on NS-3 for Evaluating D2D Performance, IEICE Transactions on Fundamentals, vol. E100.A, no. 10, pp. 2216-2218, Oct. 2017. 

  4. F. Baccelli, N. Khude, R. Laroia, J. Li, T. Richardson, S. Shakkottai, S. Tavildar, and X. Wu "On the Design of Device-to-device Autonomous Discovery," in Proceedings of IEEE Communication Systems and Networks, Bangalore, India, pp. 1-9, Jan. 2012. 

  5. W. Lee, J. Kim, and D. Cho, "Autonomous Peer Discovery Scheme for D2D Communications based on Spatial Correlation of Wireless Channel," IEICE Transactions on Communications, vol. E99-B, no. 1, pp. 224-231, Jan. 2016. 

  6. Y. LeCun, Y. Bengio and G. Hinton, "Deep learning," Nature, vol. 521, no. 7553, pp.436-444, May 2015. 

  7. M. Kim, W. Lee, and D. Cho, "A Novel PAPR Reduction Scheme for OFDM System based on Deep Learning," IEEE Communications Letters, vol. 22, no. 3, pp.510-513, Mar. 2018. 

  8. M. Kim, N. Kim, W. Lee, and D. Cho, "Deep Learning Aided SCMA," IEEE Communications Letters, vol. PP, no. 99, pp.1-4, Jan. 2018. 

  9. T. J. O'Shea, J. Corgan, and T. C. Clancy, "Convolutional radio modulation recognition networks," in Proceedings of International Conference on Engineering Applications of Neural Network, Aberdeen, UK, pp. 213-226, Sep. 2016. 

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