KR20200082319A - Transmit power control appratus and method for non-orthogonal multiple access system - Google Patents

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Abstract

The present invention may provide an apparatus and a method for controlling the transmission power in a non-orthogonal multiple access (NOMA) system, which check the reception threshold power and a location and channel environment information of each node for each node to perform communication, calculate average path loss for each node and the minimum transmission power required for each node according to the average path loss based on the location and channel environment information of the checked nodes, calculate a power allocation coefficient according to the ratio of the minimum transmission power required for each node among the total transmission power, and distribute power for a signal to be transmitted to each node among the total transmission power.

Description

비직교 다중 접속 시스템의 전송 전력 제어 장치 및 방법{TRANSMIT POWER CONTROL APPRATUS AND METHOD FOR NON-ORTHOGONAL MULTIPLE ACCESS SYSTEM}TRANSMIT POWER POWER CONTROL APPRATUS AND METHOD FOR NON-ORTHOGONAL MULTIPLE ACCESS SYSTEM}

본 발명은 전송 전력 제어 장치 및 방법에 관한 것으로, 비직교 다중 접속 시스템에서 각 노드별 파워할당 계수를 산출하여 전송 전력을 제어하는 전력 제어 장치 및 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a transmission power control apparatus and method, and relates to a power control apparatus and method for controlling transmission power by calculating a power allocation coefficient for each node in a non-orthogonal multiple access system.

비직교 다중 접속(Non-Orthogonal Multiple Access: 이하 NOMA) 방식은 셀의 용량 증대를 위해 동일한 시간, 주파수, 공간 자원 상에 복수의 단말에 대한 데이터를 동시에 전송하여 주파수 효율을 향상시키는 기술이다.Non-Orthogonal Multiple Access (NOMA) is a technique for improving frequency efficiency by simultaneously transmitting data for a plurality of terminals on the same time, frequency, and space resource for increasing cell capacity.

도1 은 OFDMA 방식과 NOMA 방식의 개념을 비교하여 설명하기 위한 도면이고, 도2 는 NOMA 시스템 모델을 나타낸다. 도1 에서 (a)는 OFDMA(Orthogonal Frequency Division Multiple Access) 방식을 나타내고, (b)는 NOMA 방식을 나타낸다.FIG. 1 is a diagram for comparing and explaining the concept of an OFDMA method and a NOMA method, and FIG. 2 shows a NOMA system model. In FIG. 1, (a) shows an Orthogonal Frequency Division Multiple Access (OFDMA) scheme, and (b) shows a NOMA scheme.

도1 에 도시된 바와 같이, OFDMA 방식은 2개의 사용자 단말(UE1, UE2) 각각에 대해 서로 다른 주파수 대역을 구분하여 할당하는데 반해, NOMA 방식에서는 동일한 주파수 대역을 2개의 사용자 단말(UE1, UE2)에 중첩 할당하여 자원 효율성을 높인다. 이때 2개의 사용자 단말(UE1, UE2) 각각에 대해 서로 다른 크기의 전력(P)을 할당하여 신호를 전송한다.As shown in FIG. 1, the OFDMA scheme divides and allocates different frequency bands to each of the two user terminals UE1 and UE2, whereas in the NOMA scheme, the same frequency band is allocated to two user terminals UE1 and UE2. Assigns overlapping to increase resource efficiency. At this time, a signal is transmitted by allocating different sizes of power P to each of the two user terminals UE1 and UE2.

NOMA 방식에서는 동일한 자원을 이용하여 신호를 전송하므로, 2개의 사용자 단말(UE1, UE2)에는 전송된 신호들에 의한 간섭이 발생하게 된다. 다만 상대적으로 저전력이 할당된 제2 단말(UE2)로 전송된 신호는 원거리에 위치하는 제1 사용자 단말(UE1)까지 안정적으로 전송되지 않으므로, 제1 사용자 단말(UE1)은 간섭의 영향을 크게 받지 않는다. 반면, 제2 사용자 단말(UE2)은 제1 사용자 단말(UE1)로 전송된 신호에 할당된 전력이 수신해야 하는 신호에 할당된 전력보다 크므로, 간섭의 영향을 크게 받게 된다. 이에 제2 사용자 단말(UE2)은 SIC(Successive Interference Cancellation) 기법을 이용하여 간섭 신호를 우선 제거하고 자신의 신호를 획득한다.In the NOMA method, since the signal is transmitted using the same resource, interference due to the transmitted signals occurs in the two user terminals UE1 and UE2. However, since the signal transmitted to the second terminal UE2 to which the relatively low power is allocated is not stably transmitted to the first user terminal UE1 located at a long distance, the first user terminal UE1 is greatly affected by interference. Does not. On the other hand, since the power allocated to the signal transmitted to the first user terminal UE1 is greater than the power allocated to the signal to be received, the second user terminal UE2 is greatly affected by interference. Accordingly, the second user terminal UE2 first removes the interference signal and acquires its own signal using a SIC (Successive Interference Cancellation) technique.

상기한 바와 같이 NOMA 방식에서는 사용자 단말(UE1, UE2)로 자원을 중첩 할당하고, 각 신호의 전력을 서로 상이하게 제어하여 전송한다. 따라서 NOMA 시스템은 각 사용자 단말(UE1, UE2)로 신호를 전송하기 위한 전송 전력의 효율적인 제어가 요구된다.As described above, in the NOMA scheme, resources are superimposedly allocated to the user terminals UE1 and UE2, and power of each signal is controlled and transmitted differently. Therefore, the NOMA system requires efficient control of transmission power for transmitting signals to each user terminal (UE1, UE2).

한국 공개 특허 제10-2016-0035975호 (2016.04.01 공개)Korean Open Patent No. 10-2016-0035975 (published April 1, 2016)

본 발명의 목적은 전송 실패를 최소화하면서 최소 전송 전력으로 신호를 전송할 수 있도록 하는 전송 전력 제어 장치 및 방법을 제공하는데 있다.It is an object of the present invention to provide a transmission power control apparatus and method for transmitting signals with minimum transmission power while minimizing transmission failure.

본 발명의 다른 목적은 노드들 간의 거리, 채널 상태 등을 고려하여 전력 할당 계수를 계산하고, 계산된 전력 할당 계수에 따라 각 신호의 전력을 할당하는 전송 전력 제어 장치 및 방법을 제공하는데 있다.Another object of the present invention is to provide a transmission power control apparatus and method for calculating a power allocation coefficient in consideration of a distance between nodes, a channel state, and the like, and allocating power of each signal according to the calculated power allocation coefficient.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 NOMA 시스템의 전송 전력 제어 장치는 비직교 다중 접속 시스템(Non-Orthogonal Multiple Access)에 있어서, 통신을 수행해야 할 노드들 각각에 대해 기지정된 수신 문턱 전력과 각 노드들의 위치 및 채널 환경 정보를 확인하고, 확인된 노드들의 위치와 채널 환경 정보에 기초하여, 각 노드에 대한 평균 경로 손실과 상기 평균 경로 손실에 따라 각 노드별로 요구되는 최소 전송 전력을 계산하며, 전체 전송 전력 중 각 노드별로 요구되는 최소 전송 전력의 비에 따라 전력 할당 계수를 계산하여, 전체 전송 전력 중 각 노드로 전송할 신호에 대한 전력을 분배한다.The transmission power control device of the NOMA system according to an embodiment of the present invention for achieving the above object, in a non-orthogonal multiple access (Non-Orthogonal Multiple Access), a predetermined reception for each of the nodes to perform communication Check the threshold power, the location and channel environment information of each node, and the minimum transmission power required for each node according to the average path loss for each node and the average path loss based on the identified location and channel environment information of the nodes. Calculate the power allocation coefficient according to the ratio of the minimum transmission power required for each node among the total transmission power, and distribute the power for the signal to be transmitted to each node among the total transmission power.

상기 전송 전력 제어 장치는 상기 채널 환경 정보로서 LoS 확률(

Figure pat00001
)과 NLoS 확률(
Figure pat00002
) 및 장애 요인에 의한 초과 경로 손실 계수(η1, η2)를 확인할 수 있다.The transmission power control device is the channel environment information LoS probability (
Figure pat00001
) And NLoS probability (
Figure pat00002
) And the excess path loss factors (η 1 , η 2 ) due to obstacles.

상기 전송 전력 제어 장치는 상기 평균 경로 손실(

Figure pat00003
)은 수학식
Figure pat00004
(여기서 fc는 주파수를 나타내고, di,j는 단말과의 거리, α는 경로 손실 지수, c는 광속을 나타낸다.)에 따라 획득할 수 있다.The transmission power control device is the average path loss (
Figure pat00003
) Is a mathematical expression
Figure pat00004
(Where f c denotes a frequency, d i,j denotes a distance from the terminal, α denotes a path loss index, and c denotes a luminous flux).

상기 전송 전력 제어 장치는 상기 평균 경로 손실과 상기 수신 문턱 전력의 곱에 따라 상기 최소 전송 전력을 계산할 수 있다.The transmission power control apparatus may calculate the minimum transmission power according to the product of the average path loss and the reception threshold power.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 실시예에 따른 NOMA 시스템의 전송 전력 제어 방법은 통신을 수행해야 할 노드들 각각에 대해 기지정된 수신 문턱 전력과 각 노드들의 위치 및 채널 환경 정보를 확인하는 단계; 확인된 노드들의 위치와 채널 환경 정보에 기초하여, 각 노드에 대한 평균 경로 손실과 상기 평균 경로 손실에 따라 각 노드별로 요구되는 최소 전송 전력을 계산하는 단계: 및 전체 전송 전력 중 각 노드별로 요구되는 최소 전송 전력의 비에 따라 전력 할당 계수를 계산하여, 전체 전송 전력 중 각 노드로 전송할 신호에 대한 전력을 분배하는 단계; 를 포함한다.The transmission power control method of the NOMA system according to another embodiment of the present invention for achieving the above object comprises: checking the received reception threshold power and location and channel environment information of each node to be communicated. ; Calculating an average path loss for each node and a minimum transmission power required for each node according to the average path loss based on the identified location and channel environment information: and required for each node among the total transmission power Calculating a power allocation coefficient according to a ratio of a minimum transmission power, and distributing power for a signal to be transmitted to each node among the total transmission powers; It includes.

따라서, 본 발명의 실시예에 따른 NOMA 시스템의 전송 전력 제어 장치 및 방법은 NOMA 시스템 내에 포함된 타 노드의 위치 및 채널 환경 등에 고려하여 각 노드에서 요구되는 수신 문턱 전력에 대응하는 최소 전송 전력을 계산하고, 계산된 최소 전송 전력에 따라 총 전송 전력을 효율적으로 분배하여 신호를 전송함으로써, 각 노드에 대한 다양한 환경 변화에 적응적으로 전송 전력을 가변하여 신호를 전송할 수 있다. 따라서 신호를 수신하는 노드에서 수신 성공률을 크게 높일 수 있으며, 전력을 효율적으로 사용할 수 있도록 한다.Therefore, the transmission power control apparatus and method of the NOMA system according to an embodiment of the present invention calculates the minimum transmission power corresponding to the reception threshold power required by each node in consideration of the location and channel environment of other nodes included in the NOMA system And, by transmitting the signal by efficiently distributing the total transmission power according to the calculated minimum transmission power, it is possible to adaptively change the transmission power to various environmental changes for each node to transmit the signal. Therefore, it is possible to greatly increase the reception success rate at the node receiving the signal and to efficiently use power.

도1 은 OFDMA 방식과 NOMA 방식의 개념을 비교하여 설명하기 위한 도면이다.
도2 는 NOMA 시스템 모델을 나타낸다.
도3 은 본 발명의 일 실시예에 따른 NOMA 시스템 모델을 나타낸다.
도4 는 도3 의 NOMA 시스템에서 기지국과 릴레이 및 사용자 단말의 위치 관계를 나타낸다.
도5 는 초과 경로 손실 계수의 개념을 설명하기 위한 도면이다.
도6 은 본 실시예에 따른 전송 전력 제어 장치의 개략적 구성을 나타낸다.
도7 은 본 발명의 일 실시예에 따른 전송 전력 제어 방법을 나타낸다.1 is a diagram for comparing and explaining the concept of the OFDMA method and the NOMA method.
2 shows a NOMA system model.
3 shows a NOMA system model according to an embodiment of the present invention.
4 shows a positional relationship between a base station, a relay, and a user terminal in the NOMA system of FIG. 3.
5 is a view for explaining the concept of the excess path loss coefficient.
6 shows a schematic configuration of a transmission power control apparatus according to this embodiment.
7 shows a transmission power control method according to an embodiment of the present invention.

본 발명과 본 발명의 동작상의 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 첨부 도면 및 첨부 도면에 기재된 내용을 참조하여야만 한다. In order to fully understand the present invention, the operational advantages of the present invention, and the objects achieved by the practice of the present invention, reference should be made to the accompanying drawings and the contents described in the accompanying drawings, which illustrate preferred embodiments of the present invention.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명함으로써, 본 발명을 상세히 설명한다. 그러나, 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 설명하는 실시예에 한정되는 것이 아니다. 그리고, 본 발명을 명확하게 설명하기 위하여 설명과 관계없는 부분은 생략되며, 도면의 동일한 참조부호는 동일한 부재임을 나타낸다. Hereinafter, the present invention will be described in detail by explaining preferred embodiments of the present invention with reference to the accompanying drawings. However, the present invention may be implemented in various different forms, and is not limited to the described embodiments. In addition, in order to clearly describe the present invention, parts irrelevant to the description are omitted, and the same reference numerals in the drawings indicate the same members.

명세서 전체에서, 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 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 "...부", "...기", "모듈", "블록" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다. Throughout the specification, when a part “includes” a certain component, this means that other components may be further included, rather than excluding other components, unless otherwise specified. In addition, terms such as "... unit", "... group", "module", and "block" described in the specification mean a unit that processes at least one function or operation, which is hardware or software or hardware. And software.

도3 은 본 발명의 일 실시예에 따른 NOMA 시스템 모델을 나타낸다.3 shows a NOMA system model according to an embodiment of the present invention.

도3 에서는 일예로 2개의 기지국(BS1, BS2)과 2개의 사용자 단말(UE1, UE2) 및 하나의 릴레이(RL)를 포함하는 FD-NOMA-RS(Full-Duplex Non-orthogonal Multiple Access Relay Sharing) 시스템을 도시하였다.In FIG. 3, for example, Full-Duplex Non-orthogonal Multiple Access Relay Sharing (FD-NOMA-RS) including two base stations (BS1, BS2), two user terminals (UE1, UE2), and one relay (RL) The system is shown.

여기서 2개의 기지국(BS1, BS2)은 신호를 전송하는 소스(Source)로서 기능하고, 2개의 사용자 단말(UE1, UE2)은 기지국(BS1, BS2)에서 전송된 신호를 수신하는 목적지(Destination)로서 기능하는 것으로 가정하지만, 반대 방향으로의 신호 전송 또한 동일하게 동작할 수 있다. 그리고 릴레이(RL)는 기지국(BS1, BS2)과 사용자 단말(UE1, UE2)이 장애물이나 통신 거리에 의해 직접 통신이 불가능한 경우에 기지국(BS1, BS2)과 사용자 단말(UE1, UE2) 사이에 위치하여 기지국(BS1, BS2)과 사용자 단말(UE1, UE2) 간에 전송되는 신호를 전달한다. 일예로 릴레이(RL)는 도3 에 도시된 바와 같이, 지형적 특성에 의해 기지국(BS1, BS2)과 사용자 단말(UE1, UE2)이 직접 통신을 수행하지 못하는 경우, 고지대에 위치하여 신호를 전달할 수 있다.Here, the two base stations BS1 and BS2 function as a source for transmitting signals, and the two user terminals UE1 and UE2 are destinations for receiving signals transmitted from the base stations BS1 and BS2. It is assumed to function, but the signal transmission in the opposite direction can also operate in the same way. In addition, the relay RL is located between the base stations BS1 and BS2 and the user terminals UE1 and UE2 when the base stations BS1 and BS2 and the user terminals UE1 and UE2 cannot directly communicate due to obstacles or communication distances. Signal is transmitted between the base stations BS1 and BS2 and the user terminals UE1 and UE2. For example, as shown in FIG. 3, the relay RL may be located in a high altitude and transmit a signal when the base station BS1, BS2 and the user terminal UE1, UE2 do not perform direct communication due to geographical characteristics. have.

2개의 기지국(BS1, BS2)은 사용자 단말(UE1, UE2)로 신호를 직접 전송할 수 없으므로, 릴레이(RL)로 업링크 NOMA 방식으로 신호를 전송한다. 이에 릴레이(RL)는 전 이중(Full Duplex) 통신 프로토콜에 따라 DF(Decode and Forward) 방식으로 사용자 단말(UE1, UE2)로 전송한다. 이때 릴레이(RL)는 2개의 기지국(BS1, BS2)에서 전송된 신호에 대해 자원을 중첩 할당하여 사용자 단말(UE1, UE2)로 다운링크 NOMA 방식으로 전송한다.Since the two base stations BS1 and BS2 cannot directly transmit signals to the user terminals UE1 and UE2, the signals are transmitted through the uplink NOMA method to the relay RL. Accordingly, the relay RL transmits to the user terminals UE1 and UE2 in a Decode and Forward (DF) method according to a full duplex communication protocol. At this time, the relay RL allocates resources to the signals transmitted from the two base stations BS1 and BS2, and transmits them in a downlink NOMA manner to the user terminals UE1 and UE2.

여기서는 NOMA 시스템 모델이 라이시안 페이딩(Rician fading) 모델에 따르고, 가우시안 노이즈(Gaussian noise)의 영향을 받는다고 가정한다. 그리고 각 링크의 복소 채널(complex channel)는 제1 기지국(BS1)과 릴레이(RL)에서

Figure pat00005
에 대응하고, 릴레이와 제1 사용자 단말(UE1)에서
Figure pat00006
에 대응한다. 그리고 제2 기지국(BS2)과 릴레이(RL)에서
Figure pat00007
에 대응하고, 릴레이와 제2 사용자 단말(UE2)에서
Figure pat00008
에 대응한다. 여기서 v는 경로 손실 지수(path loss exponent)이고, d1,ul, d1,dl, d2,ul, d2,dl은 각각 2개의 기지국(BS1, BS2)와 릴레이(RL) 사이의 거리 및 릴레이(RL)와 2개의 사용자 단말(UE1, UE2) 사이의 거리를 나타낸다. 이때, d1,ul > d2,ul 이고, d1,dl < d2,dl 인 것으로 가정한다.Here, it is assumed that the NOMA system model follows the Rician fading model and is influenced by Gaussian noise. And the complex channel of each link is the first base station BS1 and the relay RL.
Figure pat00005
Corresponding to the relay and the first user terminal (UE1)
Figure pat00006
Corresponds to And in the second base station (BS2) and relay (RL)
Figure pat00007
Corresponding to the relay and the second user terminal (UE2)
Figure pat00008
Corresponds to Here, v is a path loss exponent, and d 1,ul , d 1,dl , d 2,ul , and d 2,dl are distances between two base stations BS1 and BS2 and a relay RL, respectively. And a distance between the relay RL and two user terminals UE1 and UE2. In this case, it is assumed that d 1,ul > d 2,ul and d 1,dl <d 2,dl .

도4 는 도3 의 NOMA 시스템에서 기지국과 릴레이 및 사용자 단말의 위치 관계를 나타낸다.4 shows a positional relationship between a base station, a relay, and a user terminal in the NOMA system of FIG. 3.

도4 에서는 기지국(BS)과 릴레이(RL) 및 사용자 단말(UE)의 위치를 3차원 좌표로 나타내었으며, 설명의 편의를 위하여 하나의 기지국(BS)과 릴레이(RL) 및 하나의 사용자 단말(UE)의 위치 관계만을 표시하였다.In FIG. 4, the positions of the base station (BS), the relay (RL) and the user terminal (UE) are shown in three-dimensional coordinates, and for convenience of description, one base station (BS), the relay (RL) and one user terminal ( UE).

그리고 본 실시예에서는 릴레이(RL)의 위치를 (xj, yj, hj)로 표시하며, 릴레이(RL)를 중심으로 기지국(BS)과 사용자 단말(UE)의 위치를 (xi, yi, hi)로 표시한다.In this embodiment, the location of the relay RL is represented by (x j , y j , h j ), and the location of the base station BS and the user terminal UE is centered on the relay RL (x i , y i , h i ).

따라서 기지국(BS) 또는 사용자 단말(UE) 각각으로부터 릴레이(RL)까지의 거리는 수학식 1에 따라 계산된다.Therefore, the distance from each of the base station BS or the user terminal UE to the relay RL is calculated according to Equation (1).

Figure pat00009
Figure pat00009

그리고 기지국(BS) 또는 사용자 단말(UE) 각각이 릴레이(RL)와 이루는 고각(θij)은 수학식 2에 따라 계산된다.And the elevation angle (θ ij ) that each of the base station (BS) or the user terminal (UE) forms with the relay (RL) is calculated according to Equation (2).

Figure pat00010
Figure pat00010

한편, 기지국(BS) 또는 사용자 단말(UE) 각각과 릴레이(RL)가 LoS (Line of Sight) 확률(

Figure pat00011
) 및 NLoS (Non Line of Sight) 확률(
Figure pat00012
)은 수학식3과 같이 계산된다.Meanwhile, each of the base station (BS) or the user terminal (UE) and the relay (RL) has a probability of LoS (Line of Sight) (
Figure pat00011
) And NLoS (Non Line of Sight) probability (
Figure pat00012
) Is calculated as in Equation 3.

Figure pat00013
Figure pat00013

여기서 ψ 및 β는 전파 환경에 의해 결정되는 상수값이다.Here, ψ and β are constant values determined by the propagation environment.

한편 릴레이(RL)와 기지국(BS) 또는 사용자 단말(UE) 각각의 링크에 따른 경로 손실 모델은 수학식 4로 나타난다.Meanwhile, the path loss model according to each link of the relay RL and the base station BS or the user equipment UE is represented by Equation (4).

Figure pat00014
Figure pat00014

여기서 fc는 주파수를 나타내고, α는 경로 손실 지수(path loss exponent), c는 광속을 나타낸다. 그리고, η1, η2 는 초과 경로 손실 계수(excessive path loss coefficient)로서, η1 > η2 > 1이다.Here, f c denotes a frequency, α denotes a path loss exponent, and c denotes a luminous flux. And, η 1 , η 2 are excess path loss coefficients, and η 1 > η 2 > 1.

도5 는 초과 경로 손실 계수의 개념을 설명하기 위한 도면이다.5 is a view for explaining the concept of the excess path loss coefficient.

도5 에서는 2개의 사용자 단말(UE1, UE2)이 도심에 위치하는 경우를 도시하였다. 도5 에서와 같이, 사용자 단말(UE1, UE2)이 도심에 위치하는 경우, 릴레이(RL)와 사용자 단말(UE1, UE2) 사이는 자유 공간 경로 손실(Free Space Path Loss: FSPL) 구간과 도심의 빌딩과 같은 다양한 전파 장애 요인이 존재하는 초과 경로 손실 구간으로 구분될 수 있다. 그리고 도5 에 도시된 바와 같이, 초과 경로 손실 구간에서도 각 사용자 단말(UE1, UE2)의 위치에 따라 장애물이 상이하므로, LoS와 NLoS 각각에 대해 초과 경로 손실 계수(η1, η2)가 상이하게 나타난다.5 shows a case where two user terminals UE1 and UE2 are located in the city center. As shown in FIG. 5, when the user terminals UE1 and UE2 are located in the city center, a free space path loss (FSPL) section between the relay RL and the user terminals UE1 and UE2 and the city center It can be divided into an excess path loss section in which various radio interference factors such as buildings exist. And, as shown in FIG. 5, even in the excess path loss section, since the obstacles differ depending on the location of each user terminal UE1, UE2, the excess path loss coefficients η 1 and η 2 are different for each of LoS and NLoS. Appears.

수학식 3 및 4로부터 릴레이(RL)와 기지국(BS) 또는 사용자 단말(UE) 사이의 평균 경로 손실(

Figure pat00015
)은 수학식 5와 같이 계산될 수 있다.From Equations 3 and 4, the average path loss between the relay (RL) and the base station (BS) or user terminal (UE) (
Figure pat00015
) May be calculated as in Equation 5.

Figure pat00016
Figure pat00016

도3 에서 2개의 기지국(BS1, BS2)이 릴레이(RL)로 업링크 NOMA 방식으로 신호를 전송하므로, 기지국(BS1, BS2)은 각각 λ1Pt 및 λ2Pt의 전송 전력으로 전송 심볼(s1, s2)을 전송한다. 여기서 λ1 및 λ2 는 전력 할당계수(power allocation coefficients)로서, λ1 + λ2 = 1이고, Pt 는 기지국(BS1, BS2)의 총 전송 전력이다.In FIG. 3, since two base stations BS1 and BS2 transmit signals in the uplink NOMA method to the relay RL, the base stations BS1 and BS2 transmit symbols with transmission powers of λ 1 P t and λ 2 P t , respectively. (s1, s2) is transmitted. Here, λ 1 and λ 2 are power allocation coefficients, λ 1 + λ 2 = 1, and P t is the total transmission power of the base stations BS1 and BS2.

한편 릴레이(RL)는 다운링크 NOMA 방식으로 사용자 단말(UE1, UE2)로 신호를 전송하므로, 릴레이(RL)는 각각 λ3Pr 및 λ4Pr의 전송 전력으로 각 사용자 단말로 신호를 전송한다. 여기서 λ3 + λ4 = 1이고, Pr 은 릴레이(RL)의 총 전송 전력이다. 릴레이(RL)는 기지국(BS1, BS2)에서 전송된 전송 심볼(s1, s2을)을 데이터 심볼로 재생성하여 전송한다. Meanwhile, since the relay RL transmits signals to the user terminals UE1 and UE2 in the downlink NOMA method, the relay RL transmits signals to each user terminal with transmission powers of λ 3 P r and λ 4 P r , respectively. do. Here, λ 3 + λ 4 = 1, and P r is the total transmission power of the relay RL. The relay RL regenerates and transmits transmission symbols s1 and s2 transmitted from the base stations BS1 and BS2 as data symbols.

NOMA 시스템의 효율성을 극대화하기 위한 최적화된 전력 할당계수(λ1, λ2, λ3, λ4)를 획득하기 위해서 본 실시예에서는 각 경로별 평균 경로 손실과 기지정된 문턱 전력(threshold power)을 이용한다.In order to obtain an optimized power allocation coefficient (λ 1 , λ 2 , λ 3 , λ 4 ) for maximizing the efficiency of the NOMA system, in this embodiment, the average path loss for each path and a predetermined threshold power are determined. To use.

도3 의 2개의 기지국(BS1)과 릴레이(RL) 사이의 평균 경로 손실을

Figure pat00017
,
Figure pat00018
라 하고, 릴레이(RL)와 2개의 사용자 단말(UE1, UE2) 사이의 평균 경로 손실을
Figure pat00019
,
Figure pat00020
라 하며, 각각의 전송 전력을 Pt1, Pt2, Pr3, Pr4라 하고, 릴레이(RL)와 2개의 사용자 단말(UE1, UE2) 각각이 수신된 신호를 성공적으로 디코딩하기 위한 최소의 수신 전력, 즉 문턱 전력을 각각 Pth1, Pth2, Pth3, Pth4라고 하면, 평균 경로 손실(
Figure pat00021
,
Figure pat00022
,
Figure pat00023
,
Figure pat00024
)과 전송 전력(Pt1, Pt2, Pr3, Pr4) 사이의 관계는 수학식 6 을 따른다.The average path loss between the two base stations (BS1) and the relay (RL) in Figure 3
Figure pat00017
,
Figure pat00018
And the average path loss between the relay (RL) and two user terminals (UE1, UE2).
Figure pat00019
,
Figure pat00020
Each transmission power is referred to as P t1 , P t2 , P r3 , P r4 , and the minimum reception for successfully decoding a signal received by the relay RL and each of the two user terminals UE1 and UE2. If the power, i.e., the threshold power, is P th1 , P th2 , P th3 , P th4 respectively , then the average path loss (
Figure pat00021
,
Figure pat00022
,
Figure pat00023
,
Figure pat00024
) And the transmission power (P t1 , P t2 , P r3 , P r4 ) follow equation (6).

Figure pat00025
Figure pat00025

수학식 6으로부터 2개의 기지국(BS1)과 릴레이(RL) 및 릴레이(RL)와 2개의 사용자 단말(UE1, UE2) 각각의 경로에서 요구되는 최소 전송 전력은 수학식 7에 따라 계산된다.From Equation 6, the minimum transmission power required in each of the two base stations BS1 and the relay RL and the relay RL and the two user terminals UE1 and UE2 is calculated according to Equation 7.

Figure pat00026
Figure pat00026

수학식 7을 이용하여 2개의 기지국(BS1)으로부터 릴레이(RL)로의 업링크 전송 전력 총량(Pt) 및 릴레이(RL)로부터 2개의 사용자 단말(UE1, UE2)로의 다운 링크 전송 전력 총량(Pr)은 수학식 8로 획득될 수 있다.Using Equation 7, the total amount of uplink transmission power from two base stations BS1 to the relay RL (P t ) and the total amount of downlink transmission power from the relay RL to the two user terminals UE1 and UE2 (P r ) can be obtained by Equation 8.

Figure pat00027
Figure pat00027

수학식 6 및 7에서 경로별 평균 경로 손실(

Figure pat00028
,
Figure pat00029
,
Figure pat00030
,
Figure pat00031
)과 최소 전송 전력(Pt1, Pt2, Pr3, Pr4) 및 문턱 전력(Pth1, Pth2, Pth3, Pth4)이 이미 획득되었으므로, 전력 할당 계수(λ1, λ2, λ3, λ4)를 수학식 9로 계산할 수 있다.Average path loss per path in equations (6) and (7)
Figure pat00028
,
Figure pat00029
,
Figure pat00030
,
Figure pat00031
) And the minimum transmission power (P t1 , P t2 , P r3 , P r4 ) and threshold power (P th1 , P th2 , P th3 , P th4 ) have already been obtained, so the power allocation coefficients (λ 1 , λ 2 , λ 3 , λ 4 ) can be calculated by Equation 9.

Figure pat00032
Figure pat00032

그리고 수학식 9에 따라 산출된 전력 할당 계수(λ1, λ2, λ3, λ4)는 채널 환경의 변화와 노드의 위치 변화에 따라 가변되므로 재산출된다.In addition, the power allocation coefficients (λ 1 , λ 2 , λ 3 , and λ 4 ) calculated according to Equation (9) are recalculated because they are variable according to changes in the channel environment and node positions.

상기에서는 기지국(BS1, BS2)에서 릴레이(RL)를 통해 사용자 단말(UE1, UE2)로 신호를 전송하는 경우를 가정하여 설명하였으나, 그 반대의 경우도 동일하게 전송 전력을 할당하여 신호를 전송할 수 있다.In the above, it has been described on the assumption that a signal is transmitted from the base stations BS1 and BS2 to the user terminals UE1 and UE2 through the relay RL. However, in the opposite case, transmission power is allocated in the same manner to transmit the signal. have.

도6 은 본 실시예에 따른 전송 전력 제어 장치의 개략적 구성을 나타낸다.6 shows a schematic configuration of a transmission power control apparatus according to this embodiment.

도6 의 전송 전력 제어 장치는 도3 에 도시된 기지국(BS1, BS2)과 사용자 단말(UE1, UE2) 및 릴레이(RL) 중 하나일 수 있으며, 여기서는 일예로 릴레이(RL)인 경우를 가정하여 설명한다.The apparatus for controlling transmit power of FIG. 6 may be one of the base stations BS1 and BS2 and the user terminals UE1 and UE2 and the relay RL shown in FIG. 3, assuming that the relay RL is an example. Explain.

도6 을 참조하면 전력 전송 제어 장치는 프로세서(710), 수신부(720), 메모리(730), 메시지 처리부(740) 및 송신부(750)를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 6, the power transmission control device may include a processor 710, a receiver 720, a memory 730, a message processor 740 and a transmitter 750.

먼저 수신부(720)는 NOMA 시스템 내의 다른 노드로부터 신호를 수신하여 프로세서(710)로 전달한다. 프로세서(710)는 수신부(720)에서 수신된 신호를 분석하여 수신된 신호에 포함된 메시지를 획득한다. 또한 프로세서(710)는 각 노드의 위치, 수신 신호의 세기 및 잡음 정보 등의 정보를 획득하여 메모리(730)에 저장할 수 있다. 그리고 획득된 정보에 따라 각각의 노드로 전송할 신호의 전력 할당 계수(λ)를 계산하고, 계산된 전력 할당 계수(λ)에 따라 전력을 분배한다.First, the receiver 720 receives a signal from another node in the NOMA system and transmits it to the processor 710. The processor 710 analyzes the signal received from the receiver 720 to obtain a message included in the received signal. Also, the processor 710 may acquire information such as the location of each node, the strength of the received signal, and noise information, and store the information in the memory 730. Then, the power allocation coefficient (λ) of the signal to be transmitted to each node is calculated according to the obtained information, and power is distributed according to the calculated power allocation coefficient (λ).

한편 메시지 처리부(740)는 타 노드에서 전달된 메시지의 내용을 분석하여 타 노드로 전송할 정보들을 기지정된 형식의 메시지로 작성한다. 메시지 처리부(740)는 프로세서(710)에 포함되어 구성될 수 있다. 송신부(750)는 메시지 처리부(740)에서 작성된 메시지를 타 노드로 전송한다. 이때 송신부(750)는 프로세서(710)에서 분배된 전력에 따라 메시지를 전송한다.Meanwhile, the message processing unit 740 analyzes the content of the message transmitted from the other node and writes information to be transmitted to the other node as a message in a predetermined format. The message processing unit 740 may be configured by being included in the processor 710. The transmitting unit 750 transmits the message created by the message processing unit 740 to another node. At this time, the transmitter 750 transmits a message according to the power distributed by the processor 710.

도7 은 본 발명의 일 실시예에 따른 전송 전력 제어 방법을 나타낸다.7 shows a transmission power control method according to an embodiment of the present invention.

도3 을 참조하여, 도7 의 본 실시예에 따른 전송 전력 제어 방법을 설명하면, 우선 NOMA 시스템 내의 타 노드들 각각에 대해 기지정된 최소 수신 전력인 수신 문턱 전력을 확인한다(S10). 여기서 수신 문턱 전력(Pth)은 기지국(BS1, BS2), 사용자 단말(UE1, UE2) 및 릴레이(RL)와 같은 각 노드에 미리 지정되어 있으며, 이전 통신에서 메시지를 수신하여 확인할 수 있다.Referring to FIG. 3, when describing a transmission power control method according to the present embodiment of FIG. 7, first, the reception threshold power, which is the minimum reception power specified for each of the other nodes in the NOMA system, is checked (S10 ). Here, the reception threshold power (P th ) is pre-assigned to each node, such as the base stations BS1 and BS2, the user terminals UE1 and UE2, and the relay RL, and can be confirmed by receiving a message in the previous communication.

그리고 통신을 수행해야 하는 각 노드들의 위치를 확인하고(S20), 각 노드들에 대한 채널 환경, 즉 LoS 확률(

Figure pat00033
)과 NLoS 확률(
Figure pat00034
) 및 장애 요인에 의한 초과 경로 손실(η1, η2) 등을 확인한다(S30).And check the location of each node to perform communication (S20), the channel environment for each node, that is, the LoS probability (
Figure pat00033
) And NLoS probability (
Figure pat00034
) And excess path loss (η 1 , η 2 ) due to obstacles, etc. are checked (S30 ).

그리고 확인된 노드들의 위치와 채널 환경 정보에 기초하여, 각 노드에 대한 평균 경로 손실(

Figure pat00035
)을 수학식 5에 따라 계산한다(S40). 평균 경로 손실(
Figure pat00036
)이 계산되면, 각 노드별로 요구되는 최소 전송 전력을 수학식 7에 따라 계산한다(S50).And, based on the identified location and channel environment information, the average path loss for each node (
Figure pat00035
) Is calculated according to Equation 5 (S40). Average path loss (
Figure pat00036
) Is calculated, the minimum transmission power required for each node is calculated according to Equation 7 (S50).

그리고 수학식 9 에 나타난 바와 같이, 전체 전송 전력 중 각 노드별로 요구되는 최소 전송 전력의 비에 따라 전력 할당 계수(λ)를 계산하여 획득하고, 획득된 전력 할당 계수(λ)에 따라 전력을 분배한다(S60). 그리고 분배된 전력에 따라 신호를 대응하는 노드로 전송할 수 있다.Then, as shown in Equation 9, a power allocation coefficient (λ) is calculated according to a ratio of a minimum transmission power required for each node among total transmission power, and power is distributed according to the obtained power allocation coefficient (λ). (S60). In addition, a signal may be transmitted to a corresponding node according to the distributed power.

본 발명에 따른 방법은 컴퓨터에서 실행 시키기 위한 매체에 저장된 컴퓨터 프로그램으로 구현될 수 있다. 여기서 컴퓨터 판독가능 매체는 컴퓨터에 의해 액세스 될 수 있는 임의의 가용 매체일 수 있고, 또한 컴퓨터 저장 매체를 모두 포함할 수 있다. 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 포함하며, ROM(판독 전용 메모리), RAM(랜덤 액세스 메모리), CD(컴팩트 디스크)-ROM, DVD(디지털 비디오 디스크)-ROM, 자기 테이프, 플로피 디스크, 광데이터 저장장치 등을 포함할 수 있다.The method according to the present invention can be implemented as a computer program stored in a medium for execution on a computer. Computer readable media herein can be any available media that can be accessed by a computer, and can also include any computer storage media. Computer storage media includes both volatile and nonvolatile, removable and non-removable media implemented in any method or technology for storage of information such as computer readable instructions, data structures, program modules or other data, and ROM (readable) Dedicated memory), RAM (random access memory), CD (compact disk)-ROM, DVD (digital video disk)-ROM, magnetic tape, floppy disk, optical data storage, and the like.

본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다.Although the present invention has been described with reference to the embodiments shown in the drawings, these are merely exemplary, and those skilled in the art will understand that various modifications and other equivalent embodiments are possible therefrom.

따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.Therefore, the true technical protection scope of the present invention should be defined by the technical spirit of the appended claims.

BS1, BS2, BS: 기지국 RL: 릴레이
UE1, UE2, UE: 사용자 단말 710: 프로세서
720: 수신부 730: 메모리
740: 메시지 처리부 750: 송신부BS1, BS2, BS: Base station RL: Relay
UE1, UE2, UE: User terminal 710: Processor
720: receiver 730: memory
740: message processing unit 750: transmitting unit

Claims (8)

비직교 다중 접속 시스템(Non-Orthogonal Multiple Access)에 있어서,
통신을 수행해야 할 노드들 각각에 대해 기지정된 수신 문턱 전력과 각 노드들의 위치 및 채널 환경 정보를 확인하고,
확인된 노드들의 위치와 채널 환경 정보에 기초하여, 각 노드에 대한 평균 경로 손실과 상기 평균 경로 손실에 따라 각 노드별로 요구되는 최소 전송 전력을 계산하며,
전체 전송 전력 중 각 노드별로 요구되는 최소 전송 전력의 비에 따라 전력 할당 계수를 계산하여, 전체 전송 전력 중 각 노드로 전송할 신호에 대한 전력을 분배하는 전송 전력 제어 장치.In a non-orthogonal multiple access system,
Check the received reception threshold power and the location and channel environment information of each node for each node to perform communication,
Based on the identified location and channel environment information, the average path loss for each node and the minimum transmission power required for each node are calculated according to the average path loss,
A transmission power control device that distributes power for a signal to be transmitted to each node among the total transmission power by calculating a power allocation coefficient according to a ratio of a minimum transmission power required for each node among total transmission power. 제1 항에 있어서, 상기 전송 전력 제어 장치는
상기 채널 환경 정보로서 LoS 확률(
Figure pat00037
)과 NLoS 확률(
Figure pat00038
) 및 장애 요인에 의한 초과 경로 손실 계수(η1, η2)를 확인하는 전송 전력 제어 장치.According to claim 1, The transmission power control device
LoS probability as the channel environment information (
Figure pat00037
) And NLoS probability (
Figure pat00038
) And the excess power loss factor (η 1 , η 2 ) due to disturbance factors. 제2 항에 있어서, 상기 전송 전력 제어 장치는
상기 평균 경로 손실(
Figure pat00039
)은 수학식
Figure pat00040

(여기서 fc는 주파수를 나타내고, di,j는 단말과의 거리, α는 경로 손실 지수, c는 광속을 나타낸다.)
에 따라 획득하는 전송 전력 제어 장치.The method of claim 2, wherein the transmission power control device
The average path loss (
Figure pat00039
) Is a mathematical expression
Figure pat00040

(Where f c represents the frequency, d i,j represents the distance from the terminal, α represents the path loss index, and c represents the luminous flux.)
Transmission power control device to obtain according to. 제3 항에 있어서, 상기 전송 전력 제어 장치는
상기 평균 경로 손실과 상기 수신 문턱 전력의 곱에 따라 상기 최소 전송 전력을 계산하는 전송 전력 제어 장치.The method of claim 3, wherein the transmission power control device
A transmission power control device for calculating the minimum transmission power according to the product of the average path loss and the reception threshold power. 비직교 다중 접속 시스템(Non-Orthogonal Multiple Access)의 전송 전력 제어 방법에 있어서,
통신을 수행해야 할 노드들 각각에 대해 기지정된 수신 문턱 전력과 각 노드들의 위치 및 채널 환경 정보를 확인하는 단계;
확인된 노드들의 위치와 채널 환경 정보에 기초하여, 각 노드에 대한 평균 경로 손실과 상기 평균 경로 손실에 따라 각 노드별로 요구되는 최소 전송 전력을 계산하는 단계: 및
전체 전송 전력 중 각 노드별로 요구되는 최소 전송 전력의 비에 따라 전력 할당 계수를 계산하여, 전체 전송 전력 중 각 노드로 전송할 신호에 대한 전력을 분배하는 단계; 를 포함하는 전송 전력 제어 방법.In the transmission power control method of a non-orthogonal multiple access system (Non-Orthogonal Multiple Access),
Checking the received reception threshold power for each of the nodes to be communicated and the location and channel environment information of each node;
Calculating an average path loss for each node and a minimum transmission power required for each node according to the average path loss, based on the identified location and channel environment information of the nodes: and
Calculating power allocation coefficients according to a ratio of a minimum transmission power required for each node among total transmission powers, and distributing power for a signal to be transmitted to each node among the total transmission powers; Transmission power control method comprising a. 제5 항에 있어서, 상기 채널 환경 정보를 확인하는 단계는
상기 채널 환경 정보로서 LoS 확률(
Figure pat00041
)과 NLoS 확률(
Figure pat00042
) 및 장애 요인에 의한 초과 경로 손실 계수(η1, η2)를 확인하는 전송 전력 제어 방법.The method of claim 5, wherein the step of checking the channel environment information
LoS probability as the channel environment information (
Figure pat00041
) And NLoS probability (
Figure pat00042
) And the excess power loss factor (η 1 , η 2 ) due to obstacles. 제6 항에 있어서, 상기 최소 전송 전력을 계산하는 단계는
수학식
Figure pat00043

(여기서 fc는 주파수를 나타내고, di,j는 단말과의 거리, α는 경로 손실 지수, c는 광속을 나타낸다.)
에 따라 상기 평균 경로 손실(
Figure pat00044
)을 획득하는 전송 전력 제어 방법.The method of claim 6, wherein the step of calculating the minimum transmission power
Equation
Figure pat00043

(Where f c represents the frequency, d i,j represents the distance from the terminal, α represents the path loss index, and c represents the luminous flux.)
Depending on the average path loss (
Figure pat00044
) To obtain the transmission power control method. 제7 항에 있어서, 상기 최소 전송 전력을 계산하는 단계는
상기 평균 경로 손실과 상기 수신 문턱 전력의 곱에 따라 상기 최소 전송 전력을 계산하는 전송 전력 제어 방법.The method of claim 7, wherein calculating the minimum transmission power is
A transmission power control method for calculating the minimum transmission power according to the product of the average path loss and the reception threshold power.
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