D2D Link Scheduling Algorithm (1) - D2D link power control

D2D link scheduling algorithm에 대해 알아보기 전에 D2D link란 무엇인지, D2D link power control을 하는 스케쥴링 알고리즘이 왜 필요한지에 대해 알아보겠습니다.

 

1. D2D link, D2D link power control이란?

D2D link(Device To Device link)는 Device와 Device간에 정보를 주고받기 위한 link(채널)을 의미합니다.

따라서 D2D link power control이란 Device와 Device간의 채널에서 어떻게 파워컨트롤을 해야겠는가에 대한 질문이라고 할 수 있습니다.

최근 D2D link power control이 대두되기 시작한 이유는 다음과 같습니다. 

 - 기존의 통신이 기지국을 거쳐 사용되는 방식이라면, 최근 우리가 최근 사용하는 LTE 통신은 단말과 단말간의 직접통신입니다. 따라서 이 단말과 단말간에 주고받는 정보의 용량(Total channel capacitance)를 극대화하도록 하기위해 필요한 것이 power control 알고리즘입니다.

 

 

2. D2D link power control의 필요성

D2D link power control의 필요성을 알기 위해 먼저 Coordinated Network와 Uncoordinated Network가 무엇인지 알 필요가 있습니다.

 

Coordinated Network VS Uncoordinated Network

 

- Coordinated Network

coordinated network란 말 그대로 조직화된 네트워크를 뜻합니다.

coordinated network에서 통신은 기지국을 거친 뒤 이루어집니다. 이때 각 단말의 상황은 다음과 같습니다.

  - 기지국은 자신이 담당한 셀 안에서 각 단말의 채널 상황을 모두 알고 있다.

 

이러한 상황의 특수성으로 인해 power control을 위한 알고리즘이 필요할 이유가 없습니다.

즉, 중앙 서버가 모든 단말의 채널상황(h₁₁, h₁₂, h₁₃, h₁₄, h_nn, ...)을 가지고 있고 이를 전부 scheduling 하게 됩니다. 따라서 scheduling만 잘 해결한다면 기지국의 환경에서는 채널의 total capacitance가 줄어들지 않습니다.

기지국 cell modeling(위키피디아)

 

 

 - Uncoordinated Network

uncoordinated network에서는 채널 상황을 통제할 기지국(BS)이 존재하지 않습니다.

따라서 uncoordinated network에서는 통신이 기지국을 거치지 않고, 단말 대 단말(Device To Device)로 이루어지게 됩니다. 이때 각 단말의 상황은 다음과 같습니다.

  - 각 단말은 자신의 link외에 다른 단말의 link 상황은 알지못한다.

  - 누군가 link를 통제하지 않는 상황이다.

 

때문에 각 단말이 자신의 이득을 위해 power를 높이게 된다면 이는 다른 단말 통신에서의 간섭으로 작용하게 됩니다.

결과적으로 D2D 단말이 존재하는 경우 상호 간 간섭에 의한 악영향이 증가하므로 반드시 최대한의 전송전력을 사용하는 것이 전체 시스템의 성능을 최대화한다는 명제와 일치하지 않게 됩니다.

 

이를 수식적으로 해석하면 다음과 같습니다.

즉, 다른 채널이 간섭으로써 작용하기 때문에 자신의 채널 용량을 극대화하는 한편 다른 채널로의 간섭을 최소화하는 방향으로 power control을 하는 알고리즘이 필요하게 됩니다.