An Adaptive Group-wise Subset Reuse-based Device-to-device Resource Allocation in IMT-Advanced Mobile Networks

Abstract

In the next generation mobile communications, it is expected that provide high data rate wireless access of rich multimedia services. IMT-Advanced systems may allow direct Device-to-device(D2D) communications between transmitter and receiver to enhance spectrally, and costly efficiency of wireless cellular networks. D2D links that share resources in a cellular network present a challenge in radio resource management due to the potentially severe interference they may cause to the cellular network. In this thesis, resource allocation schemes based on adaptive subset reuse method are proposed to minimize the interference between cellular and D2D communications. Firstly, a resource allocation scheme based on pre-defined subset reuse method is proposed assuming that the users are able to access both cellular link and D2D link, and freely change their links from the cellular links to the D2D links, and vice versa, in the cellular network. The radio resource management and power optimization scheme based on pre-defined subset are proposed. Secondly, We consider an adaptive group-wise subset reuse method to enhance the efficiency of frequency resource allocation for cellular and D2D links. This method sets up flexibly the sizes of subsets according to the circumstances of the cellular network. The bisection algorithm is also proposed to find out the optimal sizes of subsets. The simulation results confirm that the optimal size of subsets can be obtained by using the proposed algorithm, performance improves in link SINR, and thus, total cell throughput also increases as local traffic becomes more dominant.;차세대 이동통신 시스템에서는 고용량의 데이터 전송 및 다양한 서비스를 제공하기 위한 양질의 통신 환경 구축이 요구된다. 한정된 주파수 자원에 의한 제약이 큰 무선 셀룰러 네트워크 환경에서는 특히 할당된 스펙트럼이 잘 활용되지 못하는 경우에 대한 고찰이 있어왔다. 무선 주파수자원의 활용효율을 높이기 위하여, IMT-Advanced 시스템에서는 셀룰러 네트워크 내에서 직접적인 device-to-device(D2D) 통신을 허용하는 방안을 제안하고 있다. 셀룰러 네트워크 내에서 cellular 링크와 무선 자원을 공유하는 D2D 링크는 자신이 속한 셀룰러 네트워크에 심각한 간섭을 줄 가능성이 높기 때문에 그것을 방지하기 위해서는 무선자원 할당의 최적화가 중요하다. 본 논문에서는 cellular 통신과 D2D 통신 사이의 간섭을 최소화하기 위해 적응적인 group-wise subset reuse 방법을 기반으로 한 공유 자원 할당 기법을 제안하였다. 먼저, 이미 정해진 subset 내에서 각 단말들이 cellular 링크와 D2D 링크를 자유자재로 바꾸어 사용 가능할 때, 공유된 자원을 할당하는 기법에 대하여 제안하였다. 미리 정해진 subset 내에서 무선 주파수 자원 할당 기법과 power 최적화 기법이 제안되었다. 두 번째로, 본 논문에서는 cellular와 D2D 링크를 위한 주파수 자원 할당의 효율을 높이기 위하여 적응적인 subset reuse 방법을 제시하였다. 이 기법은 셀룰러 네트워크의 상황에 따라 subset의 크기를 가변적으로 설정하는 방법이다. Subset들의 최적 크기를 찾아내기 위한 이분법 알고리즘이 제안되었다. 컴퓨터 시뮬레이션 결과를 통하여 제안하는 알고리즘을 통하여 subset들의 최적 크기를 구할 수 있음을 보였고, link SINR에서 성능 이득을 가지며, local traffic이 증가할수록 전체 cell throughput이 높아짐을 보였다.