KR102152922B1 - Noma system and its method for scheduling multi-user - Google Patents

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KR102152922B1
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임병주
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Abstract

본 발명은 비직교 다중 접속 시스템 및 그의 다중 유저 스케줄링 방법에 관한 것으로서, 기지국과 사용자 단말 간에 비직교 기반의 무선 접속(Non-Orthogonal Multiple Access, NOMA) 을 수행하는 비직교 다중 접속시스템에 의해 수행되는 다중 유저 스케줄링 방법에 있어서, a) 상기 기지국은 사용자 단말로부터 서브밴드의 채널 정보와 서비스 품질(Quality of Service, QoS) 요구 정보를 수신하고, 상기 사용자 단말의 서비스 품질 요구 정보를 이용하여 자원 할당량을 계산한 후 사용자 단말별로 가중치를 설정하는 단계; b) 상기 사용자 단말별 가중치와 채널 정보를 이용하여 채널 이득 기반의 누적 분포 함수(Cumulative Distribution Function, CDF)를 계산하는 단계; 및 c) 상기 채널 이득 기반의 CDF를 이용하여 각 서브밴드마다 복수의 사용자 단말을 선택하여 사용자 집합을 스케줄링하고, 각 사용자 단말에 스케줄링 정보를 피드백하는 단계를 포함하는 것이다. The present invention relates to a non-orthogonal multiple access system and a multi-user scheduling method thereof, which is performed by a non-orthogonal multiple access system that performs a non-orthogonal multiple access (NOMA) between a base station and a user terminal. In the multi-user scheduling method, a) the base station receives subband channel information and quality of service (QoS) request information from a user terminal, and calculates a resource allocation amount using the service quality request information of the user terminal. Setting a weight for each user terminal after calculation; b) calculating a cumulative distribution function (CDF) based on a channel gain using the weight and channel information for each user terminal; And c) scheduling a user set by selecting a plurality of user terminals for each subband using the channel gain-based CDF, and feeding back scheduling information to each user terminal.

Description

비직교 다중 접속 시스템 및 그의 다중 유저 스케줄링 방법{NOMA SYSTEM AND ITS METHOD FOR SCHEDULING MULTI-USER}Non-orthogonal multiple access system and its multi-user scheduling method TECHNICAL FIELD [NOMA SYSTEM AND ITS METHOD FOR SCHEDULING MULTI-USER]

본 발명은 NOMA 환경에서 공평한 자원 할당이 가능하도록 하는 비직교 다중 접속 시스템 및 그의 다중 유저 스케줄링 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a non-orthogonal multiple access system that enables fair resource allocation in a NOMA environment and a multi-user scheduling method thereof.

최근 들어, 차세대 이동통신에 대한 연구가 활발히 진행되고 있으며, 5G 이동 통신이 많은 주목을 받고 있다. 5G 이동 통신 기술의 핵심은 높은 데이터 속도 (high data rate), 저지연 통신(low latency) 및 다수 기기 연결성(massive connectivity) 에 있다.In recent years, research on next-generation mobile communication is being actively conducted, and 5G mobile communication is receiving a lot of attention. The core of 5G mobile communication technology is high data rate, low latency, and massive connectivity.

5G 이동 통신 기술 중에 복수의 기기를 동시에 연결하고 데이터 속도를 향상시키기 위한 방법에는 비직교 다중 접속 방식 (Non-Orthogonal Multiple Access, NOMA)이 제안되고 있다. 기존의 직교 접속 방식, 예를 들어 OFDMA, TDMA 등은 정해진 시간 및 주파수 자원에 한 명의 유저(User)만 통신이 가능하지만, NOMA 방식은 동일한 시간 및 주파수 자원을 이용해 동시에 여러 유저가 통신이 가능하다.Among 5G mobile communication technologies, a non-orthogonal multiple access (NOMA) method has been proposed as a method for simultaneously connecting a plurality of devices and improving data rates. Existing orthogonal access methods, for example OFDMA, TDMA, etc., can communicate with only one user at a fixed time and frequency resource, but the NOMA method allows multiple users to communicate simultaneously using the same time and frequency resource. .

이로 인해, NOMA 시스템은 여러 개의 기기를 동시에 연결할 수 있을 뿐만 아니라 데이터 속도도 향상시킬 수 있다. 하지만 NOMA 시스템은 동시에 여러 유저와 통신할 수 있지만 자원이 한정되어 있고, IoT와 같은 환경에서는 수 많은 유저가 통신을 하려 하기 때문에 동시에 지원할 수 있는 유저만 선택적으로 통신을 하게 된다. 이러한 유저 선택 방법을 스케줄링이라 하며, 어떤 유저를 스케줄링 하느냐에 따라 데이터 속도 및 공평성(faireness)에 큰 영향을 미치기 때문에 적절한 스케줄링 기법이 필요하다.Due to this, the NOMA system can not only connect multiple devices at the same time, but also improve data rates. However, the NOMA system can communicate with multiple users at the same time, but resources are limited, and in an environment such as IoT, many users try to communicate, so only users who can support at the same time communicate selectively. Such a user selection method is called scheduling, and the appropriate scheduling technique is required because the data rate and faireness are greatly affected by which users are scheduled.

NOMA 시스템에서 유저 스케줄링 기법은 데이터 속도 측면과 공평성 측면으로 구분할 수 있다. 기존의 유저 스케줄링 알고리즘들은 전체 유저 데이터 속도를 최대화시키는 방향으로 제안이 되고 있는데, 이 경우 셀 에지 유저(cell edge user), 즉 셀(cell) 중심에서 가장 먼 위치에 있는 유저는 경로 감쇄로 인해 SNR이 매우 나쁘기 때문에 자원을 할당받지 못한다. 그로 인해NOMA 시스템에서는 불공평한 자원 할당이 이루어지게 되므로 공평성을 고려한 유저 스케줄링 기법들이 필요하다.In the NOMA system, user scheduling techniques can be divided into data rate aspects and fairness aspects. Existing user scheduling algorithms have been proposed in the direction of maximizing the total user data rate. In this case, the cell edge user, that is, the user at the farthest from the center of the cell, is SNR due to path attenuation. Because this is very bad, the resource is not allocated. As a result, unfair resource allocation is performed in the NOMA system, and user scheduling techniques considering fairness are required.

대한민국 공개특허 제 10-2017-0006681호(발명의 명칭 : 다중 사용자 릴레이 시스템의 사용자 단말 장치 및 그 비직교 다중접속기법 운용 방법)Republic of Korea Patent Publication No. 10-2017-0006681 (Name of the invention: User terminal device of a multi-user relay system and its non-orthogonal multiple access method operation method)

본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따라 각 사용자 단말에게 할당되는 자원량을 조절할 수 있고, 그에 따라 데이터 속도가 조절되도록 하는 것에 목적이 있다.In order to solve the above-described problem, an object of the present invention is to adjust the amount of resources allocated to each user terminal according to an embodiment of the present invention, and to adjust the data rate accordingly.

다만, 본 실시예가 이루고자 하는 기술적 과제는 상기된 바와 같은 기술적 과제로 한정되지 않으며, 또 다른 기술적 과제들이 존재할 수 있다.However, the technical problem to be achieved by the present embodiment is not limited to the technical problem as described above, and other technical problems may exist.

상기한 기술적 과제를 달성하기 위한 기술적 수단으로서 본 발명의 일 실시예에 따른 비직교 다중 접속 시스템의 다중 유저 스케줄링 방법은, 기지국과 사용자 단말 간에 비직교 기반의 무선 접속(Non-Orthogonal Multiple Access, NOMA) 을 수행하는 비직교 다중 접속시스템에 의해 수행되는 다중 유저 스케줄링 방법에 있어서, a) 상기 기지국은 사용자 단말로부터 서브밴드의 채널 정보와 서비스 품질(Quality of Service, QoS) 요구 정보를 수신하고, 상기 사용자 단말의 서비스 품질 요구 정보를 이용하여 자원 할당량을 계산한 후 사용자 단말별로 가중치를 설정하는 단계; b) 상기 사용자 단말별 가중치와 채널 정보를 이용하여 채널 이득 기반의 누적 분포 함수(Cumulative Distribution Function, CDF)를 계산하는 단계; 및 c) 상기 채널 이득 기반의 CDF를 이용하여 각 서브밴드마다 복수의 사용자 단말을 선택하여 사용자 집합을 스케줄링하고, 각 사용자 단말에 스케줄링 정보를 피드백하는 단계를 포함하는 것이다. As a technical means for achieving the above technical problem, a multi-user scheduling method of a non-orthogonal multiple access system according to an embodiment of the present invention provides a non-orthogonal multiple access (NOMA) wireless connection between a base station and a user terminal. In the multi-user scheduling method performed by a non-orthogonal multiple access system performing a), a) the base station receives channel information of a subband and quality of service (QoS) request information from a user terminal, and the Calculating a resource allocation amount using the service quality request information of the user terminal and then setting a weight for each user terminal; b) calculating a cumulative distribution function (CDF) based on a channel gain using the weight and channel information for each user terminal; And c) scheduling a user set by selecting a plurality of user terminals for each subband using the channel gain-based CDF, and feeding back scheduling information to each user terminal.

본 발명의 일 실시예에 따른 비직교 다중 접속 시스템은, 비직교 기반의 무선 접속(Non-Orthogonal Multiple Access, NOMA) 환경에서 기지국과 사용자 단말간에 다중 유저 스케줄링 방법을 수행하기 위한 프로그램이 기록된 메모리; 및 상기 프로그램을 실행하기 위한 컨트롤러를 포함하며, 상기 컨트롤러는, 상기 프로그램의 실행에 의해, 상기 사용자 단말로부터 서브밴드의 채널 정보와 서비스 품질(Quality of Service, QoS) 요구 정보를 수신하고, 상기 사용자 단말의 서비스 품질 요구 정보를 이용하여 자원 할당량을 계산한 후 사용자 단말별로 가중치를 설정하며, 상기 사용자 단말별 가중치와 채널 정보를 이용하여 채널 이득 기반의 누적 분포 함수(Cumulative Distribution Function, CDF)를 계산하고, 상기 채널 이득 기반의 CDF를 이용하여 각 서브밴드마다 복수의 사용자 단말을 선택하여 사용자 집합을 스케줄링하고, 각 사용자 단말에 스케줄링 정보를 피드백하는 것이다.A non-orthogonal multiple access system according to an embodiment of the present invention is a memory in which a program for performing a multi-user scheduling method between a base station and a user terminal in a non-orthogonal multiple access (NOMA) environment is recorded. ; And a controller for executing the program, wherein the controller receives subband channel information and quality of service (QoS) request information from the user terminal by executing the program, and the user After calculating the resource allocation amount using the service quality request information of the terminal, a weight is set for each user terminal, and a cumulative distribution function (CDF) based on a channel gain is calculated using the weight and channel information for each user terminal. The channel gain-based CDF is used to select a plurality of user terminals for each subband, schedule a user set, and feed back scheduling information to each user terminal.

전술한 본 발명의 과제 해결 수단에 의하면, 사용자 단말별 가중치를 조절하여 각 사용자 단말의 조건에 맞게 각 사용자 단말에게 할당되는 자원량을 조절할 수 있고, 그에 따라 데이터 속도를 조절할 수 있다.According to the above-described problem solving means of the present invention, it is possible to adjust the amount of resources allocated to each user terminal according to the conditions of each user terminal by adjusting the weight for each user terminal, and the data rate accordingly.

또한, 본 발명은 서브밴드에 사용자 단말을 할당하는 스케줄링시, 사용자 단말의 가중치를 동일하게 설정하여 모든 사용자 단말이 동일한 확률로 선택되도록 함으로써 공평하게 자원이 할당되도록 하고, 셀 에지 사용자에게 더 많은 자원을 할당할 수 있고, 채널 상태에 따라 각 서브밴드에 최적의 사용자 집합을 스케줄링할 수 있다.In addition, in the present invention, when scheduling the allocation of user terminals to subbands, the weights of the user terminals are set equally so that all user terminals are selected with the same probability, so that resources are allocated fairly, and more resources are given to cell edge users. Can be allocated, and an optimal user set can be scheduled for each subband according to the channel state.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 NOMA 시스템을 설명하는 도면이다.
도 2는 도 1의 기지국의 구성을 기능적으로 설명하는 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 비직교 다중 접속 시스템의 다중 유저 스케줄링 방법을 설명하는 순서도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 비직교 다중 접속 시스템의 다중 유저 스케줄링 방법(CS), 비례 공평(PF) 및 랜덤 선택에 의한 시간 자원 할당량을 비교한 그래프이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 비직교 다중 접속 시스템의 다중 유저 스케줄링 방법에서 가중치에 따른 시간 자원 할당량을 비교한 그래프이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 비직교 다중 접속 시스템의 다중 유저 스케줄링 방법에 의해 셀 에지 사용자의 가중치에 따른 자원 할당량 및 평균 속도를 분석한 그래프이다. 1 is a diagram illustrating a NOMA system according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a diagram functionally illustrating the configuration of the base station of FIG. 1.
3 is a flowchart illustrating a multi-user scheduling method of a non-orthogonal multiple access system according to an embodiment of the present invention.
4 is a graph comparing a multi-user scheduling method (CS), a proportional fairness (PF), and a time resource allocation amount by random selection in a non-orthogonal multiple access system according to an embodiment of the present invention.
5 is a graph comparing time resource allocation according to weights in a multi-user scheduling method of a non-orthogonal multiple access system according to an embodiment of the present invention.
6 is a graph illustrating an analysis of resource allocation amount and average speed according to weights of cell edge users by a multi-user scheduling method of a non-orthogonal multiple access system according to an embodiment of the present invention.

아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those of ordinary skill in the art can easily implement the present invention. However, the present invention may be implemented in various different forms and is not limited to the embodiments described herein. In the drawings, parts irrelevant to the description are omitted in order to clearly describe the present invention, and similar reference numerals are assigned to similar parts throughout the specification.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "전기적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미하며, 하나 또는 그 이상의 다른 특징이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.Throughout the specification, when a part is said to be "connected" to another part, this includes not only "directly connected" but also "electrically connected" with another element interposed therebetween. . In addition, when a part "includes" a certain component, it means that other components may be further included, and one or more other features, not excluding other components, unless specifically stated to the contrary. It is to be understood that it does not preclude the presence or addition of any number, step, action, component, part, or combination thereof.

이하의 실시예는 본 발명의 이해를 돕기 위한 상세한 설명이며, 본 발명의 권리 범위를 제한하는 것이 아니다. 따라서 본 발명과 동일한 기능을 수행하는 동일 범위의 발명 역시 본 발명의 권리 범위에 속할 것이다.The following examples are detailed descriptions to aid understanding of the present invention, and do not limit the scope of the present invention. Accordingly, the invention of the same scope performing the same function as the present invention will also belong to the scope of the present invention.

이하 첨부된 도면을 참고하여 본 발명의 일 실시예를 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 NOMA 시스템을 설명하는 도면이다. 1 is a diagram illustrating a NOMA system according to an embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 NOMA 시스템(100)은 적어도 하나의 기지국(110)을 포함한다. 각 기지국(110)은 특정한 지리적 영역, 즉 셀(101)에 대해 통신 서비스를 제공한다. 사용자 단말(UE1, UE2)은 통상적으로 하나의 셀에 속한다.Referring to FIG. 1, a NOMA system 100 according to an embodiment of the present invention includes at least one base station 110. Each base station 110 provides a communication service for a specific geographic area, that is, a cell 101. The user terminals UE1 and UE2 typically belong to one cell.

기지국(110)은 현재 시스템이 제공하는 서비스들에 대해 할당된 서브 밴드 및 해당 서브 밴드에서 이용되는 뉴머롤로지(numerology)에 대한 정보를 사용자 단말에 알려주고, 각 사용자 단말은 자신이 이용(또는 수신)하기 원하는 서비스가 전송되는 서브 밴드에 대한 정보를 기지국(110)으로부터 수신할 수 있다.The base station 110 informs the user terminal of the information on the subband allocated for the services provided by the current system and the numerology used in the subband, and each user terminal uses (or receives) Information on a subband through which a desired service is transmitted may be received from the base station 110.

NOMA 기법은 동일한 시간 및 주파수 자원을 이용하여 여러 명의 사용자 단말()을 지원한다. NOMA기법에서는 기존과 다른 파워 도메인을 이용하여 사용자 단말을 구분하는데, 송신기에서 중첩 코딩(Superposition coding) 방식을 사용하고, 수신기에서 순차적 간섭 제거(Successive Interference Cancellation, SIC) 방식을 사용한다. 이러한 NOMA 기법은 다중 사용자 상황에서 최대의 데이터 속도를 얻을 수 있는 최적화된 방법으로 알려져 있다. The NOMA scheme supports multiple user terminals () using the same time and frequency resources. In the NOMA technique, a user terminal is classified by using a power domain different from the conventional one, a superposition coding scheme is used in the transmitter, and a sequential interference cancellation (SIC) scheme is used in the receiver. This NOMA technique is known as an optimized method to obtain the maximum data rate in a multi-user situation.

NOMA 기법에서 하향링크에서 송신 신호는 하기한 수학식 1로 나타낼 수 있다.In the NOMA scheme, a transmission signal in downlink can be represented by Equation 1 below.

[수학식 1][Equation 1]

Figure 112018124815947-pat00001
Figure 112018124815947-pat00001

여기서

Figure 112018124815947-pat00002
는 k번째 사용자 단말이 전송하는 데이터,
Figure 112018124815947-pat00003
는 k번째 사용자 단말에게 할당된 송신 파워, U는 동시에 통신할 수 있는 사용자 단말 수이다. NOMA 시스템은
Figure 112018124815947-pat00004
로 전체 파워를 각 사용자 단말에게 적절히 분배하게 된다. 이렇게 각 사용자 단말의 데이터를 중첩해서 보내는 방식을 중첩 코딩(superposition coding)이라 한다. here
Figure 112018124815947-pat00002
Is the data transmitted by the kth user terminal,
Figure 112018124815947-pat00003
Is the transmit power allocated to the k-th user terminal, and U is the number of user terminals that can communicate simultaneously. NOMA system
Figure 112018124815947-pat00004
The total power is properly distributed to each user terminal. This method of sending data of each user terminal overlapping is called superposition coding.

이러한 송신 신호는 hi의 채널을 통과한 후 i번째 사용자 단말이 해당 신호를 수신하게 된다. 이 중

Figure 112018124815947-pat00005
만을 검출해야 하는데, 송신 신호에 다른 사용자 단말의 데이터도 섞여 있으므로
Figure 112018124815947-pat00006
만 검출하는 것이 어렵다. 이때, 수신기에서는 SIC 기법을 사용하게 되는데, 먼저 채널이
Figure 112018124815947-pat00007
로 배치(ordering) 되어 있다고 가정한다. 셀룰러 시스템에서는 경로 감쇄로 인해 거리가 멀수록 채널 이득이 작아지기 때문에 위의 채널 이득에 대한 가정은 타당하다고 볼 수 있다. 즉, U 번째 사용자 단말이 기지국(110)과 가장 먼 위치에 존재할 것이다. After the transmission signal passes through the channel of h i , the i-th user terminal receives the corresponding signal. double
Figure 112018124815947-pat00005
It needs to be detected, but because the transmitted signal is also mixed with data from other user terminals
Figure 112018124815947-pat00006
It is difficult to detect only. At this time, the receiver uses the SIC technique. First, the channel
Figure 112018124815947-pat00007
It is assumed to be ordered. In a cellular system, since the channel gain becomes smaller as the distance increases due to path attenuation, the above assumption about the channel gain can be considered reasonable. That is, the U-th user terminal will exist in the farthest position from the base station 110.

각 사용자 단말이 위와 같은 채널 이득을 가진 상황에서 수신기는 최적 SIC 순서(order)는 채널 이득이 작은 사용자 단말부터 검출한다. 따라서 i번째 사용자 단말은 먼저 U번째 사용자 단말의 데이터를 검출한다. 이때 다른 사용자 단말의 데이터는 노이즈(noise)로 취급하게 된다. 다른 사용자 단말의 데이터가 간섭으로 작용하긴 하지만 완벽한 검출이 가능하면

Figure 112018124815947-pat00008
는 검출할 수 있고, 수학식 1에서
Figure 112018124815947-pat00009
의 데이터는 빼주게 된다. 그 후, 상기에서 설명한바와 같이 U-1 번째 사용자 단말의 데이터를 검출하여 빼주게 된다. 이러한 과정을 반복하게 되면 i번째 사용자 단말의 데이터 검출은 하기한 수학식 2와 같이 나타낼 수 있다.In a situation in which each user terminal has the above channel gain, the receiver detects the optimal SIC order from the user terminal having a small channel gain. Therefore, the i-th user terminal first detects the data of the U-th user terminal. At this time, data from other user terminals is treated as noise. Data from other user terminals acts as interference, but if perfect detection is possible
Figure 112018124815947-pat00008
Can be detected, and in Equation 1
Figure 112018124815947-pat00009
Data is subtracted. After that, as described above, the data of the U-1 th user terminal is detected and subtracted. When this process is repeated, data detection of the i-th user terminal can be expressed as in Equation 2 below.

[수학식 2][Equation 2]

Figure 112018124815947-pat00010
Figure 112018124815947-pat00010

수학식 2에서,

Figure 112018124815947-pat00011
는 평균이 0이고 분산이
Figure 112018124815947-pat00012
인 i번째 사용자의 가우시안 노이즈(Gaussian noise)가 된다. 이때, i번째 사용자 단말의 데이터를 검출하게 되면
Figure 112018124815947-pat00013
의 항이 간섭으로 작용하게 된다. 따라서, i 번째 사용자 단말의 신호 대 간섭 잡음비 (Signal-to-Interference plus Noise Ratio, SINR)은 하기 수학식 3과 같이 표현할 수 있다.In Equation 2,
Figure 112018124815947-pat00011
Has a mean of 0 and a variance of
Figure 112018124815947-pat00012
It becomes Gaussian noise of the i-th user. At this time, when the data of the i-th user terminal is detected,
Figure 112018124815947-pat00013
The term of will act as interference. Accordingly, the signal-to-interference plus noise ratio (SINR) of the i-th user terminal can be expressed as Equation 3 below.

[수학식 3][Equation 3]

Figure 112018124815947-pat00014
Figure 112018124815947-pat00014

따라서, 채널 이득이 크지 않다면 간섭의 영향이 커지게 되고, SINR이 작아져서 데이터 속도는 줄어들게 된다. 수학식 3은 SIC 오류가 없을 경우에 대한 SINR으로 SIC 수행시 검출 오류가 발생하면 더욱 더 SINR이 감소하게 된다. 따라서 실제로는 U=2인 경우를 고려하고 있으며, 그 이상은 복잡도 및 실제 적용 문제가 발생하게 된다. 따라서, 다중 유저 스케줄링 방법을 위한NOMA 시스템은 2명의 유저를 동시에 지원하는 상황을 고려한다. Therefore, if the channel gain is not large, the effect of interference increases, and the SINR decreases, thereby reducing the data rate. Equation 3 is the SINR when there is no SIC error, and when a detection error occurs when performing SIC, the SINR is further reduced. Therefore, in reality, the case of U=2 is considered, and more complexities and practical application problems arise. Therefore, the NOMA system for a multi-user scheduling method considers a situation in which two users are simultaneously supported.

LTE 시스템에서는 자원을 리소스 블록(Resource Block, RB)으로 구분을 하여 할당하게 된다. 각 RB는 1 명의 사용자 단말에게만 할당 가능하지만 NOMA기법을 적용하게 되면 RB를 2명의 사용자 단말에게 할당할 수 있으므로 2배 많은 사용자 단말을 동시 지원할 수 있다. 그에 따라 전체 사용자 단말의 데이터 속도도 증가시킬 수 있다. 또한 현재 많이 사용하고 있는 OFDMA 방식은 주파수 도메인에서 서브캐리어 별로 사용자 단말을 할당하는 방식으로 주파수 별로 사용자 단말을 구분할 수 있다. In the LTE system, resources are divided into resource blocks (RBs) and allocated. Each RB can be assigned to only one user terminal, but if the NOMA technique is applied, the RB can be assigned to two user terminals, so that twice as many user terminals can be simultaneously supported. Accordingly, the data rate of all user terminals can be increased. In addition, the OFDMA scheme, which is currently widely used, allocates user terminals for each subcarrier in the frequency domain, so that user terminals can be classified by frequency.

본 발명의 일 실시예에 따른 NOMA 시스템(100)은 도 1에 도시된 바와 같이, 사용할 수 있는 주파수 대역을 M개의 서브밴드로 구분을 한 후 각 서브밴드마다 2명의 사용자 단말을 NOMA로 지원한다. 따라서, NOMA 시스템은 총 K(K≥2M)명 사용자 단말 중 2M명의 사용자 단말에 동시에 지원할 수 있고, 어떠한 사용자 단말을 선택하는지에 대한 유저 스케줄링이 성능에 크게 영향을 미치게 된다. As shown in FIG. 1, the NOMA system 100 according to an embodiment of the present invention divides the usable frequency bands into M subbands and supports two user terminals for each subband as NOMA. . Accordingly, the NOMA system can simultaneously support 2M user terminals among a total of K (K≥2M) user terminals, and user scheduling for which user terminal is selected greatly affects performance.

도 2는 도 1의 기지국의 구성을 기능적으로 설명하는 도면이다. FIG. 2 is a diagram functionally illustrating the configuration of the base station of FIG. 1.

도 2를 참고하면, 기지국(110)은 수신기(111), 컨트롤러(112) 및 송신기(113)를 포함할 수 있지만, 이에 한정되지는 않는다. Referring to FIG. 2, the base station 110 may include a receiver 111, a controller 112, and a transmitter 113, but is not limited thereto.

기지국(110)은 네트워크 유형에 따라, "기지국(base station)" 또는 "액세스 포인트(AP: Access Point)"와 같이, 다른 잘 알려진 용어들이 기지국("eNodeB" 또는 "eNB") 대신 사용될 수 있다. 본 발명에서 기지국은 설명의 편의상 원격(remote) 단말기들(terminals)에 무선 액세스를 제공하는 네트워크 인프라스트럭쳐(infrastructure) 구성 요소들을 의미하기 위해 사용될 수 있다. 또한, 사용자 단말(User Equipment, UE) 은 네트워크 유형에 따라 "이동국(mobile station)", "가입자국(subscriber station)", "원격 단말기(remote terminal)", "무선 단말기(wireless terminal)", 또는 "사용자 장치(user device)"와 같은 다른 잘 알려진 용어들을 사용할 수도 있다.The base station 110 may use other well-known terms instead of the base station ("eNodeB" or "eNB"), such as "base station" or "access point (AP)", depending on the network type. . In the present invention, a base station may be used to mean network infrastructure components that provide wireless access to remote terminals for convenience of description. In addition, user equipment (UE) is "mobile station", "subscriber station", "remote terminal", "wireless terminal", depending on the network type. Alternatively, other well-known terms such as "user device" may be used.

수신기(111)는 무선 채널을 통해 신호를 송수신하기 위한 기능들을 수행한다. 예를 들면, 수신기(111)는 시스템의 물리 계층 규격에 따라 RF(radio frequency) 신호, 기저대역 신호 간 변환 기능을 수행한다. 예를 들면, 데이터 수신 시, 수신기(111)는 적어도 하나의 안테나를 통해 RF 신호를 수신하고, RF 신호에 대해 처리한 후 기저대역 신호로 하향 변환하고, 디지털 신호로 변환한다. 이러한 수신기(111)는 복수의 사용자 단말로부터 각각 채널 정보와 서비스 품질 요구 정보를 수신할 수 있다. The receiver 111 performs functions for transmitting and receiving signals through a wireless channel. For example, the receiver 111 converts between a radio frequency (RF) signal and a baseband signal according to the physical layer standard of the system. For example, when receiving data, the receiver 111 receives an RF signal through at least one antenna, processes the RF signal, down-converts it into a baseband signal, and converts it into a digital signal. The receiver 111 may receive channel information and service quality request information from a plurality of user terminals, respectively.

컨트롤러(112)는 수신기(111)를 통해 수신된 채널 정보와 서비스품질 요구 정보를 이용하여 다중 유저 스케줄링 방법을 제공하는 전체 과정을 제어한다. 컨트롤러(112)가 수행하는 각 단계에 대해서는 도3을 참조하여 후술하기로 한다.The controller 112 controls the entire process of providing a multi-user scheduling method using channel information and quality of service request information received through the receiver 111. Each step performed by the controller 112 will be described later with reference to FIG. 3.

여기서, 컨트롤러(112)는 프로세서(processor)와 같이 데이터를 처리할 수 있는 모든 종류의 장치를 포함할 수 있다. 여기서, '프로세서(processor)'는, 예를 들어 프로그램 내에 포함된 코드 또는 명령으로 표현된 기능을 수행하기 위해 물리적으로 구조화된 회로를 갖는, 하드웨어에 내장된 데이터 처리 장치를 의미할 수 있다. 이와 같이 하드웨어에 내장된 데이터 처리 장치의 일 예로써, 마이크로프로세서(microprocessor), 중앙처리장치(central processing unit: CPU), 프로세서 코어(processor core), 멀티프로세서(multiprocessor), ASIC(application-specific integrated circuit), FPGA(field programmable gate array) 등의 처리 장치를 망라할 수 있으나, 본 발명의 범위가 이에 한정되는 것은 아니다.Here, the controller 112 may include all types of devices capable of processing data, such as a processor. Here, the'processor' may refer to a data processing device embedded in hardware having a circuit physically structured to perform a function represented by a code or instruction included in a program. As an example of a data processing device built into the hardware as described above, a microprocessor, a central processing unit (CPU), a processor core, a multiprocessor, and an application-specific integrated (ASIC) circuit) and processing devices such as field programmable gate arrays (FPGAs), but the scope of the present invention is not limited thereto.

송신기(113)는 컨트롤러(112)를 통해 생성된 스케줄링 정보를 각 사용자 단말에게 송신할 수 있다. The transmitter 113 may transmit scheduling information generated through the controller 112 to each user terminal.

한편, 기지국(110)은 다중 유저 스케줄링 방법을 수행하기 위한 프로그램이 기록되는 메모리(114)를 포함할 수 있다. 메모리(114)는 컨트롤러(112)가 처리하는 데이터를 일시적 또는 영구적으로 저장하는 기능을 수행한다. 여기서, 메모리(120)는 휘발성 저장 매체(volatile storage media) 또는 비휘발성 저장 매체(non-volatile storage media)를 포함할 수 있으나, 본 발명의 범위가 이에 한정되는 것은 아니다.Meanwhile, the base station 110 may include a memory 114 in which a program for performing a multi-user scheduling method is recorded. The memory 114 temporarily or permanently stores data processed by the controller 112. Here, the memory 120 may include a volatile storage medium or a non-volatile storage medium, but the scope of the present invention is not limited thereto.

일반적인 NOMA 시스템에서 사용하는 유저 스케줄링 기법에는 비례 공평(Proportional Fair, PF) 스케줄링 방식이 많이 사용되고 있다. PF 스케줄링 기법은 공평성을 만족하면서 데이터 속도를 최대화시킬 수 있는 사용자 단말들을 선택하는 방식이다. PF 스케줄링 기법은 각 사용자 단말에게 공평한 자원할당이 불가능하고, 또 각 사용자 단말이 요구하는 만큼의 자원을 할당 할 수 없다는 단점이 있다. A proportional fair (PF) scheduling method is widely used as a user scheduling method used in a general NOMA system. The PF scheduling scheme is a method of selecting user terminals that can maximize data rates while satisfying fairness. The PF scheduling scheme has a disadvantage in that it is impossible to allocate resources fairly to each user terminal, and it is not possible to allocate as many resources as required by each user terminal.

따라서, PF 스케줄링 기법의 단점을 보완할 수 있는 스케줄링 기법으로 CDF 기반의 스케줄링 기법이 있다. 기존의 CDF 기반의 스케줄링 기법은 현재 시간 t에서 선택된 사용자 단말을 수학식 4와 같이 나타낼 수 있다.Therefore, there is a CDF-based scheduling scheme as a scheduling scheme that can compensate for the disadvantages of the PF scheduling scheme. The existing CDF-based scheduling scheme can represent the user terminal selected at the current time t as shown in Equation 4.

[수학식 4][Equation 4]

Figure 112018124815947-pat00015
Figure 112018124815947-pat00015

수학식 4에서,

Figure 112018124815947-pat00016
는 k번째 사용자 단말의 가중치(weight),
Figure 112018124815947-pat00017
는 시간 t에서 k번째 사용자 단말의 데이터 속도,
Figure 112018124815947-pat00018
는 데이터 속도의 CDF이다. 따라서, 기존의 CDF 기반의 스케줄링 기법은 현재 시간 t에서 CDF가 최대인 사용자 단말을 선택하는 기법이다. In Equation 4,
Figure 112018124815947-pat00016
Is the weight of the k-th user terminal,
Figure 112018124815947-pat00017
Is the data rate of the k th user terminal at time t,
Figure 112018124815947-pat00018
Is the CDF of the data rate. Therefore, the existing CDF-based scheduling scheme is a scheme for selecting a user terminal with the largest CDF at the current time t.

NOMA 시스템에서 단순히 데이터 속도가 최대인 사용자 단말을 선택하게 되면 셀 에지 사용자(cell edge user)는 선택되지 않기 때문에 CDF를 활용하게 된다. 여기서, 데이터 속도는 채널로 인해 랜덤 변수인데 현재 데이터 속도의 CDF 값을 구해보면 현재 데이터 속도가 평균보다 좋은지 나쁜지 알 수 있다. In the NOMA system, if a user terminal with the maximum data rate is simply selected, a cell edge user is not selected, so CDF is used. Here, the data rate is a random variable due to the channel, and by obtaining the CDF value of the current data rate, it can be seen whether the current data rate is better or worse than the average.

수학식 4를 참조하면,

Figure 112018124815947-pat00019
의 확률값을 가지므로 데이터 속도의 랜덤 변수 R이 현재 데이터 속도보다 클 확률이 작으면 작을수록 현재 데이터 속도가 충분히 크다는 의미이므로 확률값이 최소인 사용자 단말을 선택한다. 이러한 확률 값은 CDF와 연관이 있으므로 CDF 기반의 스케줄링 기법이라고 한다. 즉, CDF값이 클수록 현재 링크에서 얻을 수 있는 최대치의 데이터 속도에 가깝다는 의미이다. 따라서, CDF 기반의 스케줄링 기법은 각 사용자 단말마다 얻을 수 있는 최대 데이터 속도와 비교하여 가장 좋은 데이터 속도를 가지고 있는 사용자 단말을 선택하는 알고리즘이다. 또한 가중치를 조절하여 각 사용자 단말에게 할당되는 자원량을 조절할 수 있고 그에 따라 데이터 속도도 조절할 수 있게 된다.Referring to Equation 4,
Figure 112018124815947-pat00019
Since it has a probability value of, the smaller the probability that the random variable R of the data rate is greater than the current data rate, the smaller it means that the current data rate is sufficiently large, so the user terminal with the minimum probability value is selected. Since this probability value is related to CDF, it is called a CDF-based scheduling technique. In other words, the larger the CDF value, the closer to the maximum data rate that can be obtained from the current link. Accordingly, the CDF-based scheduling scheme is an algorithm that selects a user terminal having the best data rate compared to the maximum data rate that can be obtained for each user terminal. In addition, by adjusting the weight, the amount of resources allocated to each user terminal can be adjusted, and the data rate can be adjusted accordingly.

기존의 CDF 기반의 스케줄링 기법은 각 사용자 단말의 데이터 속도의 CDF 정보를 이용하여, CDF 값이 최대치인 사용자 단말을 선택하여 통신하고, 각 CDF 값에 사용자 단말마다 다른 가중치를 설정함으로써 사용자 단말의 데이터 속도와 자원 할당량을 가중치로 조절할 수 있다. 그러나, 기존의 CDF 기반의 스케줄링 기법은 데이터 속도에 기반한 CDF를 사용하고 있고, 자원마다 1명의 사용자 단말만 선택하고 있어 NOMA 시스템에 적용하기 어렵다는 단점이 있다. 수학식 3을 참조하면, NOMA 시스템은 자기의 채널 이득의 크기가 몇 번째로 큰가에 따라 SINR이 달라지므로 데이터 속도를 예측하기 어렵다. 따라서 기존의 CDF 기반의 스케줄링 기법을 NOMA 시스템에 적용하기 위한 방법이 필요하다.The existing CDF-based scheduling scheme uses CDF information of the data rate of each user terminal, selects and communicates with the user terminal with the maximum CDF value, and sets a different weight for each user terminal for each CDF value. Speed and resource allocation can be adjusted with weights. However, the existing CDF-based scheduling scheme has a disadvantage in that it is difficult to apply to a NOMA system because CDF is used based on data rate and only one user terminal is selected for each resource. Referring to Equation 3, in the NOMA system, it is difficult to predict the data rate because the SINR varies depending on the number of times the channel gain of the NOMA system is the largest. Therefore, there is a need for a method to apply the existing CDF-based scheduling technique to the NOMA system.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 비직교 다중 접속 시스템의 다중 유저 스케줄링 방법을 설명하는 순서도이다.3 is a flowchart illustrating a multi-user scheduling method of a non-orthogonal multiple access system according to an embodiment of the present invention.

도 3을 참고하면, 비직교 다중 접속 시스템의 다중 유저 스케줄링 방법은, 각 사용자 단말은 기지국으로 채널 정보와 서비스품질 요구 정보를 피드백한다(S11). Referring to FIG. 3, in the multi-user scheduling method of the non-orthogonal multiple access system, each user terminal feeds back channel information and service quality request information to a base station (S11).

기지국은 각 사용자 단말의 서비스품질 요구 정보를 이용하여 자원 할당량을 계산한 후 각 사용자 단말마다 가중치를 설정한다(S12). The base station calculates the resource allocation amount using the service quality request information of each user terminal and then sets a weight for each user terminal (S12).

그 후, 기지국은 채널 정보를 통해 채널 상태를 파악하여 주파수 평면 페이딩 채널(Frequency Flat Fading Channel)인 경우(S13), 사용자 단말별 가중치와 채널 정보를 이용하여 채널 이득 기반의 CDF를 계산하고(S14), 각 서브밴드마다 채널이 동일하기 때문에 CDF 값이 최대치를 가지는 2M명의 사용자 단말을 선택한다(S15).Thereafter, the base station determines the channel state through channel information and, in the case of a frequency flat fading channel (S13), calculates a channel gain-based CDF using the weight and channel information for each user terminal (S14). ), since the channel is the same for each subband, 2M user terminals having the maximum CDF value are selected (S15).

기지국은 채널 정보를 통해 채널 상태를 파악하여 주파수 선택적 페이딩 채널(Frequency Selective Fading Channel)인 경우, 각 서브밴드마다 채널 이득 기반의 CDF를 계산하고(S16), 각 서브밴드마다 CDF값이 최대치인 2M명이 사용자 단말을 선택한 후 서브밴드마다 CDF 계산 및 사용자 단말 선택하는 스케줄링 과정을 반복 수행한다(S17). The base station determines the channel state through channel information, and in the case of a frequency selective fading channel, calculates a channel gain-based CDF for each subband (S16), and the CDF value for each subband is 2M. After the user selects the user terminal, the scheduling process of calculating the CDF and selecting the user terminal for each subband is repeatedly performed (S17).

기지국은 스케줄링 정보를 각 사용자 단말에 피드백하고, 각 사용자 단말은 스케줄 정보를 이용하여 기지국으로 데이터를 전송한다(S18).The base station feeds back scheduling information to each user terminal, and each user terminal transmits data to the base station using the schedule information (S18).

기지국은 데이터 속도 기반의 CDF가 아니라 채널 이득 기반의 CDF를 활용하여 다중 유저 스케줄링을 수행하고, 이때 스케줄링된 유저 집합은 수학식 5와 같이 나타낼 수 있다.The base station performs multi-user scheduling by using the CDF based on the channel gain, not the CDF based on the data rate, and at this time, the set of scheduled users can be expressed as Equation (5).

[수학식 5][Equation 5]

Figure 112018124815947-pat00020
Figure 112018124815947-pat00020

수학식 5에서,

Figure 112018124815947-pat00021
의 사용자 단말 중
Figure 112018124815947-pat00022
명의 사용자 단말을 선택하는 모든 경우 집합, M은 서브밴드의 수,
Figure 112018124815947-pat00023
째 사용자 단말의 채널 이득(
Figure 112018124815947-pat00024
), Fi()는 채널 이득 기반의 CDF, S*은 각 사용자 단말의 CDF 값의 합을 최대화시키는 집합을 각각 나타낸다. In Equation 5,
Figure 112018124815947-pat00021
Of the user terminals of
Figure 112018124815947-pat00022
In all cases of selecting user terminals, M is the number of subbands,
Figure 112018124815947-pat00023
Channel gain of the user terminal (
Figure 112018124815947-pat00024
), F i () denotes a channel gain-based CDF, and S * denotes a set that maximizes the sum of CDF values of each user terminal.

수학식 5에 나타난 바와 같이, 기지국은 채널 상태가 가장 양호한 2M명의 사용자 단말을 선택하게 되고, 채널 상태가 좋으면 그 만큼SINR이 증가하기 때문에 전체 데이터 속도가 증가하게 된다. As shown in Equation 5, the base station selects 2M user terminals having the best channel condition, and if the channel condition is good, the SINR increases by that amount, so that the total data rate increases.

주파수 평면 페이딩 채널에서 채널 이득 기반의CDF 값의 합을 최대화시키는 것은 CDF 값을 순서대로 배열하여 최대값을 가지는 순서대로 2M개를 선택하는 것이다. 따라서, 스케줄링된 사용자 단말은 CDF값이 최대값을 가지는 순서대로 선택된다. 주파수 평면 페이딩 채널은M개의 서브밴드가 모두 동일한 채널이므로, 기지국은 전체 2M명의 사용자 단말을 선택해서 2명씩 각 서브밴드마다 임의로 할당한다.Maximizing the sum of the channel gain-based CDF values in the frequency plane fading channel is to arrange the CDF values in order and select 2M in the order of having the maximum value. Accordingly, scheduled user terminals are selected in the order in which the CDF value has the maximum value. In the frequency plane fading channel, since all M subbands are the same channel, the base station selects a total of 2M user terminals and randomly allocates them to each subband by two.

반면에, 주파수 선택적 채널은 각 서브밴드마다 채널이 서로 다르기 때문에 서브밴드 별로 유저 스케줄링을 통해 사용자 단말을 선택해야 한다. 기지국은 각 서브밴드마다 첫 번째와 두 번째로 큰 CDF 값을 가지는 사용자 단말을 선택하게 된다. 이러한 주파수 선택적 채널 상황에서 임의의 i번째 사용자 단말이 선택될 확률은 하기한 수학식 6으로 나타낼 수 있다.On the other hand, in the frequency selective channel, since channels are different for each subband, a user terminal must be selected through user scheduling for each subband. The base station selects a user terminal having the first and second largest CDF values for each subband. The probability that an i-th user terminal is selected in this frequency selective channel situation can be expressed by Equation 6 below.

[수학식 6][Equation 6]

Figure 112018124815947-pat00025
Figure 112018124815947-pat00025

수학식 6에서 각 항을 계산하면 다음 수학식 7 및 수학식 8을 구할 수 있다.When each term is calculated in Equation 6, the following Equations 7 and 8 can be obtained.

[수학식 7][Equation 7]

Figure 112018124815947-pat00026
Figure 112018124815947-pat00026

[수학식 8][Equation 8]

Figure 112018124815947-pat00027
Figure 112018124815947-pat00027

따라서, i 번째 사용자 단말이 현재 시간 t에 선택될 선택 확률값은 하기 수학식 9와 같이 나타낼 수 있다.Accordingly, the selection probability value to be selected by the i-th user terminal at the current time t can be expressed as Equation 9 below.

[수학식 9][Equation 9]

Figure 112018124815947-pat00028
Figure 112018124815947-pat00028

수학식 9를 통해 사용자 단말이 선택될 확률값을 계산할 수 있고, 이 선택 확률값은 전체 시간 자원 중 선택된 사용자 단말에 할당된 자원이 차지하는 정도를 의미한다. 즉, 수학식 9는 전체 시간 자원 중 i번째 사용자 단말에게 할당된 자원량이므로 해당 사용자 단말의 가중치를 조절하여 선택 확률을 조절하면 각 사용자 단말의 자원 할당량을 사용자 조건에 맞게 조절할 수 있다. A probability value at which the user terminal will be selected can be calculated through Equation 9, and this selection probability value means a degree occupied by the resource allocated to the selected user terminal among all time resources. That is, since Equation 9 is the amount of resources allocated to the i-th user terminal among the total time resources, if the selection probability is adjusted by adjusting the weight of the corresponding user terminal, the resource allocation amount of each user terminal can be adjusted according to the user condition.

수학식 9를 이용하면, 모든 사용자 단말에 동일한 가중치를 설정할 경우 공평하게 자원을 할당할 수 있다. 즉, 수학식 9에서

Figure 112018124815947-pat00029
일 경우, 선택 확률값은
Figure 112018124815947-pat00030
가 된다. 모든 사용자 단말이 동일한 확률로 선택됨으로써 공평하게 자원 할당이 될 수 있다. 따라서, 공평성을 고려하여 셀 에지 사용자에게 더 많은 자원을 할당할 수 있고, 시스템 성능을 향상시키기 위해 기지국과 가까운 사용자 단말에 더 많은 자원을 할당할 수 있다.Using Equation 9, when the same weight is set to all user terminals, resources can be allocated fairly. That is, in Equation 9
Figure 112018124815947-pat00029
If, then the probability of selection is
Figure 112018124815947-pat00030
Becomes. Resource allocation can be made fairly by selecting all user terminals with the same probability. Accordingly, in consideration of fairness, more resources may be allocated to cell edge users, and more resources may be allocated to user terminals close to the base station in order to improve system performance.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 비직교 다중 접속 시스템의 다중 유저 스케줄링 방법(CS), 비례 공평(PF) 및 랜덤 선택에 의한 시간 자원 할당량을 비교한 그래프이고, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 비직교 다중 접속 시스템의 다중 유저 스케줄링 방법에서 가중치에 따른 시간 자원 할당량을 비교한 그래프이며, 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 비직교 다중 접속 시스템의 다중 유저 스케줄링 방법에 의해 셀 에지 사용자의 가중치에 따른 자원 할당량 및 평균 속도를 분석한 그래프이다. 4 is a graph comparing a multi-user scheduling method (CS), a proportional fairness (PF), and a time resource allocation amount by random selection in a non-orthogonal multiple access system according to an embodiment of the present invention. A graph comparing time resource allocation according to weights in a multi-user scheduling method of a non-orthogonal multiple access system according to an embodiment, and FIG. 6 is a graph showing a multi-user scheduling method of a non-orthogonal multiple access system according to an embodiment of the present invention. This is a graph analyzing the resource allocation amount and average speed according to the weight of the cell edge user.

도 4를 참고하면, 총 사용자 단말의 수가 10이고, 그 중 4개만 선택하여 통신하는 상황이라고 가정할 경우, 모든 사용자 단말의 가중치가 동일하면 모든 사용자 단말의 자원 할당량이 동등하게 됨을 알 수 있다. 여기서, 선택 확률값은 각 사용자 단말이 각 타임 슬롯에서 선택될 확률로 전체 시간에서 보면 시간 자원 할당량으로 볼 수 있다. Referring to FIG. 4, assuming that the total number of user terminals is 10, and only 4 of them are selected to communicate, it can be seen that resource allocations of all user terminals are equal if the weights of all user terminals are the same. Here, the selection probability value is a probability that each user terminal is selected in each time slot, and can be viewed as a time resource allocation amount when viewed from the total time.

비례 공평 알고리즘(PF)은 셀 에지 사용자의 SNR이 더 낮기 때문에 셀 에지 사용자에게 더 많은 자원을 할당하게 되지만, 각 사용자 단말의 자원 할당량을 조절할 수 없다는 단점이 있다. The proportional fairness algorithm (PF) allocates more resources to cell edge users because the SNR of the cell edge user is lower, but has a disadvantage in that the resource allocation amount of each user terminal cannot be adjusted.

도 5에 도시된 바와 같이, 각 사용자 단말의 가중치 변화에 따른 자원 할당량을 살펴보면,

Figure 112018124815947-pat00031
,
Figure 112018124815947-pat00032
이다. 기지국은 더 많은 가중치를 각 사용자 단말에 할당할수록 자원이 많이 할당되는 것을 확인할 수 있다. 따라서, 각 상황에 맞게 각 사용자 단말의 가중치를 조절하면 사용자가 요구하는 서비스 품질을 만족시킬 수 있다.As shown in Figure 5, looking at the resource allocation amount according to the weight change of each user terminal,
Figure 112018124815947-pat00031
,
Figure 112018124815947-pat00032
to be. As the base station allocates more weights to each user terminal, it can be seen that more resources are allocated. Accordingly, by adjusting the weight of each user terminal according to each situation, the quality of service required by the user can be satisfied.

도 6에 도시된 바와 같이, 다른 사용자 단말의 가중치를 1로 설정하고, 셀 에지 사용자의 가중치만 변화시킴에 따라 자원 할당량과 평균 속도가 변화되는데, 가중치를 증가할수록 셀 에지 사용자에게 더 많은 자원을 할당하고, 그에 따라 평균 속도가 증가하는 것을 확인할 수 있다. 따라서, 기지국은 각 사용자 단말의 가중치를 조절하여 사용자 단말마다 요구하는 최저 속도를 만족시킬 수 있다. As shown in FIG. 6, as the weight of the other user terminal is set to 1 and only the weight of the cell edge user is changed, the resource allocation amount and the average speed are changed. As the weight increases, more resources are provided to the cell edge user. Allocate, and you can see that the average speed increases accordingly. Accordingly, the base station can satisfy the minimum speed required for each user terminal by adjusting the weight of each user terminal.

삭제delete

이상에서 설명한 본 발명의 실시예에 따른 비직교 다중 접속 시스템의 다중 유저 스케줄링 방법은, 컴퓨터에 의해 실행되는 프로그램 모듈과 같은 컴퓨터에 의해 실행 가능한 명령어를 포함하는 기록 매체의 형태로도 구현될 수 있다. 이러한 기록 매체는 컴퓨터 판독 가능 매체를 포함하며, 컴퓨터 판독 가능 매체는 컴퓨터에 의해 액세스될 수 있는 임의의 가용 매체일 수 있고, 휘발성 및 비휘발성 매체, 분리형 및 비분리형 매체를 모두 포함한다. 또한, 컴퓨터 판독가능 매체는 컴퓨터 저장 매체를 포함하며, 컴퓨터 저장 매체는 컴퓨터 판독가능 명령어, 데이터 구조, 프로그램 모듈 또는 기타 데이터와 같은 정보의 저장을 위한 임의의 방법 또는 기술로 구현된 휘발성 및 비휘발성, 분리형 및 비분리형 매체를 모두 포함한다.The multi-user scheduling method of the non-orthogonal multiple access system according to the embodiment of the present invention described above may also be implemented in the form of a recording medium including instructions executable by a computer, such as a program module executed by a computer. . Such recording media include computer-readable media, and computer-readable media may be any available media that can be accessed by a computer, and include both volatile and nonvolatile media, and removable and non-removable media. In addition, computer-readable media includes computer storage media, which are volatile and nonvolatile embodied in any method or technology for storage of information such as computer-readable instructions, data structures, program modules or other data. , Both removable and non-removable media.

전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.The above description of the present invention is for illustrative purposes only, and those of ordinary skill in the art to which the present invention pertains can understand that it is possible to easily transform it into other specific forms without changing the technical spirit or essential features of the present invention. will be. Therefore, it should be understood that the embodiments described above are illustrative in all respects and not limiting. For example, each component described as a single type may be implemented in a distributed manner, and similarly, components described as being distributed may also be implemented in a combined form.

본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.The scope of the present invention is indicated by the claims to be described later rather than the detailed description, and all changes or modified forms derived from the meaning and scope of the claims and their equivalent concepts should be interpreted as being included in the scope of the present invention. do.

100: NOMA 시스템 110: 기지국
111: 수신기 112 : 컨트롤러
113 : 송신기 114 : 메모리100: NOMA system 110: base station
111: receiver 112: controller
113: transmitter 114: memory

Claims (11)

기지국과 사용자 단말 간에 비직교 기반의 무선 접속(Non-Orthogonal Multiple Access, NOMA) 을 수행하는 비직교 다중 접속시스템에 의해 수행되는 다중 유저 스케줄링 방법에 있어서,
a) 상기 기지국은 사용자 단말로부터 서브밴드의 채널 정보와 서비스 품질(Quality of Service, QoS) 요구 정보를 수신하고, 상기 사용자 단말의 서비스 품질 요구 정보를 이용하여 자원 할당량을 계산한 후 사용자 단말별로 가중치를 설정하는 단계;
b) 상기 사용자 단말별 가중치와 채널 정보를 이용하여 채널 이득 기반의 누적 분포 함수(Cumulative Distribution Function, CDF)를 계산하는 단계; 및
c) 상기 채널 이득 기반의 CDF를 이용하여 각 서브밴드마다 복수의 사용자 단말을 선택하여 사용자 집합을 스케줄링하고, 각 사용자 단말에 스케줄링 정보를 피드백하는 단계를 포함하되,
상기 사용자 집합은 하기 수학식 1로 나타내는 것인, 비직교 다중 접속 시스템의 다중 유저 스케줄링 방법.
[수학식 1]
Figure 112020075102292-pat00033

Figure 112020075102292-pat00034
의 사용자 단말 중
Figure 112020075102292-pat00035
명의 사용자 단말을 선택하는 모든 경우 집합
K: NOMA 시스템에 통신하고자 요청하는 총 사용자 단말의 수
M은 서브밴드의 수
Wi는 i번째 사용자 단말의 가중치
Figure 112020075102292-pat00036
째 사용자 단말의 채널 이득
Fi()는 채널 이득 기반의 CDF
S*은 각 사용자 단말의 CDF 값의 합을 최대화시키는 집합In a multi-user scheduling method performed by a non-orthogonal multiple access system that performs a non-orthogonal multiple access (NOMA) between a base station and a user terminal,
a) The base station receives subband channel information and quality of service (QoS) request information from the user terminal, calculates a resource allocation amount using the service quality request information of the user terminal, and then weights each user terminal. Setting up;
b) calculating a cumulative distribution function (CDF) based on a channel gain using the weight and channel information for each user terminal; And
c) scheduling a user set by selecting a plurality of user terminals for each subband using the channel gain-based CDF, and feeding back scheduling information to each user terminal,
The user set is represented by Equation 1 below. A multi-user scheduling method for a non-orthogonal multiple access system.
[Equation 1]
Figure 112020075102292-pat00033

Figure 112020075102292-pat00034
Of the user terminals of
Figure 112020075102292-pat00035
Set all cases of selecting user terminals
K: Total number of user terminals requesting communication to the NOMA system
M is the number of subbands
W i is the weight of the i-th user terminal
Figure 112020075102292-pat00036
Channel gain of the user terminal
F i () is the channel gain-based CDF
S * is a set that maximizes the sum of CDF values of each user terminal 제 1 항에 있어서,
상기 c) 단계는,
상기 채널 정보를 통해 채널 상태를 확인하여 주파수 평면 페이딩 채널(Frequency Flat Fading Channel)인 경우, 상기 채널 이득 기반의 CDF 값을 크기 순으로 배치한 후 상기 CDF 값이 최대인 2M명의 사용자 단말을 선택하여 각 서브밴드마다 할당하는 것인, 비직교 다중 접속 시스템의 다중 유저 스케줄링 방법.The method of claim 1,
The step c),
In the case of a frequency flat fading channel by checking the channel status through the channel information, after arranging the CDF value based on the channel gain in order of size, the 2M user terminals with the maximum CDF value are selected. Allocating for each subband, multi-user scheduling method of a non-orthogonal multiple access system. 제 1 항에 있어서,
상기 c) 단계는,
상기 채널 정보를 통해 채널 상태를 확인하여 주파수 선택적 페이딩 채널(Frequency Selective Fading Channel)인 경우, 각 서브 밴드마다 상기 채널 이득 기반의 CDF 값을 크기 순으로 배치한 후 상기 CDF 값이 최대인 2명의 사용자 단말을 선택하는 것인, 비직교 다중 접속 시스템의 다중 유저 스케줄링 방법.The method of claim 1,
The step c),
In the case of a frequency selective fading channel by checking the channel status through the channel information, two users with the maximum CDF value after arranging the channel gain-based CDF value for each subband in order of magnitude To select a terminal, multi-user scheduling method of a non-orthogonal multiple access system. 제 3 항에 있어서,
i번째 사용자 단말이 현재 시간(t)에 스케줄링 되기 위한 선택 확률값은 하기 수학식 2로 나타내는 것인, 비직교 다중 접속 시스템의 다중 유저 스케줄링 방법.
[수학식 2]
Figure 112018124815947-pat00037
The method of claim 3,
The selection probability value for the i-th user terminal to be scheduled at the current time t is represented by Equation 2 below.
[Equation 2]
Figure 112018124815947-pat00037
 제 4 항에 있어서,
상기 선택 확률값의 가중치(Wi)를 조절하여 각 사용자 단말의 자원 할당량을 서로 다르게 조절하는 것인, 비직교 다중 접속 시스템의 다중 유저 스케줄링 방법.The method of claim 4,
The multi-user scheduling method of a non-orthogonal multiple access system, wherein the resource allocation amount of each user terminal is differently adjusted by adjusting the weight (W i ) of the selection probability value. 제 4 항에 있어서,
각 사용자 단말의 선택 확률값이 동일해지도록 상기 사용자 단말별 가중치(Wi)를 동일하게 설정하여 자원 할당의 공평성을 제공하는 것인, 비직교 다중 접속 시스템의 다중 유저 스케줄링 방법.The method of claim 4,
The multi-user scheduling method of a non-orthogonal multiple access system to provide fairness of resource allocation by setting the same weight (W i ) for each user terminal so that the selection probability value of each user terminal becomes the same. 비직교 기반의 무선 접속(Non-Orthogonal Multiple Access, NOMA) 환경에서 기지국과 사용자 단말간에 다중 유저 스케줄링 방법을 수행하기 위한 프로그램이 기록된 메모리; 및
상기 프로그램을 실행하기 위한 컨트롤러를 포함하며,
상기 컨트롤러는, 상기 프로그램의 실행에 의해,
상기 사용자 단말로부터 서브밴드의 채널 정보와 서비스 품질(Quality of Service, QoS) 요구 정보를 수신하고, 상기 사용자 단말의 서비스 품질 요구 정보를 이용하여 자원 할당량을 계산한 후 사용자 단말별로 가중치를 설정하며,
상기 사용자 단말별 가중치와 채널 정보를 이용하여 채널 이득 기반의 누적 분포 함수(Cumulative Distribution Function, CDF)를 계산하고,
상기 채널 이득 기반의 CDF를 이용하여 각 서브밴드마다 복수의 사용자 단말을 선택하여 사용자 집합을 스케줄링하고, 각 사용자 단말에 스케줄링 정보를 피드백 하되,
상기 사용자 집합은 하기 수학식 1로 나타내는 것인, 비직교 다중 접속 시스템.
[수학식 1]
Figure 112020075102292-pat00038

Figure 112020075102292-pat00039
의 사용자 단말 중
Figure 112020075102292-pat00040
명의 사용자 단말을 선택하는 모든 경우 집합
M은 서브밴드의 수
K: NOMA 시스템에 통신하고자 요청하는 총 사용자 단말의 수
Wi는 i번째 사용자 단말의 가중치
Figure 112020075102292-pat00041
째 사용자 단말의 채널 이득
Fi()는 채널 이득 기반의 CDF
S*은 각 사용자 단말의 CDF 값의 합을 최대화시키는 집합A memory in which a program for performing a multi-user scheduling method between a base station and a user terminal in a non-orthogonal multiple access (NOMA) environment is recorded; And
It includes a controller for executing the program,
The controller, by executing the program,
Receives subband channel information and quality of service (QoS) request information from the user terminal, calculates a resource allocation amount using the service quality request information of the user terminal, and sets weights for each user terminal,
A cumulative distribution function (CDF) based on a channel gain is calculated using the weight and channel information for each user terminal,
Schedule a user set by selecting a plurality of user terminals for each subband using the channel gain-based CDF, and feedback scheduling information to each user terminal,
The user set is represented by Equation 1 below.
[Equation 1]
Figure 112020075102292-pat00038

Figure 112020075102292-pat00039
Of the user terminals of
Figure 112020075102292-pat00040
Set all cases of selecting user terminals
M is the number of subbands
K: Total number of user terminals requesting communication to the NOMA system
W i is the weight of the i-th user terminal
Figure 112020075102292-pat00041
Channel gain of the user terminal
F i () is the channel gain-based CDF
S * is a set that maximizes the sum of CDF values of each user terminal 제 7 항에 있어서,
상기 컨트롤러는 상기 채널 정보를 통해 채널 상태를 확인하여 주파수 평면 페이딩 채널(Frequency Flat Fading Channel)인 경우, 상기 채널 이득 기반의 CDF 값을 크기 순으로 배치한 후, 상기 CDF 값이 최대인 2M명의 사용자 단말을 선택하여 각 서브밴드마다 할당하는 것인, 비직교 다중 접속 시스템.The method of claim 7,
The controller checks the channel status through the channel information and, in the case of a frequency flat fading channel, arranges the channel gain-based CDF value in order of magnitude, and then 2M users with the maximum CDF value A non-orthogonal multiple access system that selects a terminal and allocates it to each subband. 제 7 항에 있어서,
상기 컨트롤러는 상기 채널 정보를 통해 채널 상태를 확인하여 주파수 선택적 페이딩 채널(Frequency Selective Fading Channel)인 경우, 각 서브 밴드마다 상기 채널 이득 기반의 CDF 값을 크기 순으로 배치한 후 상기 CDF 값이 최대인 2명의 사용자 단말을 선택하는 것인, 비직교 다중 접속 시스템.The method of claim 7,
The controller checks the channel status through the channel information and, in the case of a frequency selective fading channel, arranges the channel gain-based CDF value for each subband in order of magnitude, and the CDF value is the maximum. To select two user terminals, non-orthogonal multiple access system. 제 9 항에 있어서,
i번째 사용자 단말이 현재 시간(t)에 스케줄링 되기 위한 선택 확률값은 하기 수학식 2로 나타내는 것인, 비직교 다중 접속 시스템.
[수학식 2]
Figure 112018124815947-pat00042
The method of claim 9,
The selection probability value for the i-th user terminal to be scheduled at the current time t is represented by Equation 2 below.
[Equation 2]
Figure 112018124815947-pat00042
 제 10 항에 있어서,
상기 선택 확률값의 가중치(Wi)를 조절하여 각 사용자 단말의 자원 할당량을 조절하는 것인, 비직교 다중 접속 시스템.The method of claim 10,
To adjust the resource allocation amount of each user terminal by adjusting the weight (W i ) of the selection probability value, non-orthogonal multiple access system.
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