KR102584562B1 - Handover method in drone-based wireless communication system and apparatus therefor - Google Patents
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Abstract
드론 기반의 무선통신 시스템의 핸드오버 방법 및 그 방법이 적용된 장치가 개시된다. 드론 기반 무선통신 시스템에서 사용자 단말은 드론기지국들로부터 받은 수신 신호의 전력세기를 파악하고, 전력세기를 기초로 핸드오버 대상 드론기지국을 파악하고, 일정 범위 내의 난수를 발생시킨 후 난수와 기 정의된 기준값을 비교하여 핸드오버 수행 여부를 결정한다.A handover method for a drone-based wireless communication system and a device to which the method is applied are disclosed. In a drone-based wireless communication system, the user terminal determines the power strength of the received signal received from drone base stations, identifies the drone base station subject to handover based on the power strength, generates a random number within a certain range, and then generates a random number within a certain range. Compare the reference value to determine whether to perform handover.
Description
본 발명의 실시 예는 드론 기반의 무선통신 시스템의 핸드오버 방법 및 그 방법이 적용된 장치에 관한 것이다. Embodiments of the present invention relate to a handover method for a drone-based wireless communication system and a device to which the method is applied.
무인 비행기(Unmanned Aerial Vehicle)라고도 불리는 드론(Drone)은 군용 목적으로 개발되었지만, 현재는 자연 재해 모니터링, 탐색과 구조, 무선 통신 등 다양한 민간 분야에서 각광받고 있다. 특히 최근 스마트폰 보급과 수요가 급증함에 따라 트래픽 증가를 효율적으로 대처하기 위하여, 드론을 무선 통신 시스템에 활용하기 위한 다양한 연구들이 진행되고 있다. 드론을 해당 무선 통신 시스템에 활용하는 경우, 드론의 높은 이동성으로 인해 접근 위험 지역, 고립된 지역 등 장소에 구애 받지 않는 이점을 가질 수 있고 사용자에게 좀 더 원활한 통신 서비스를 제공할 수 있다.Drones, also called unmanned aerial vehicles, were developed for military purposes, but are currently attracting attention in various civilian fields such as natural disaster monitoring, search and rescue, and wireless communication. In particular, in order to efficiently cope with the increase in traffic as the spread and demand for smartphones has rapidly increased, various studies are being conducted to utilize drones in wireless communication systems. When using drones in the wireless communication system, the drone's high mobility can have the advantage of not being restricted to locations such as hazardous areas or isolated areas, and can provide users with a more seamless communication service.
드론을 기지국으로 활용하는 DBS(Drone Base Station) 환경에서 이동성을 갖는 DBS가 UE(User Equipment)에게 서비스를 제공할 때, 해당 UE가 서비스 품질을 보장받기 위해서는 핸드오버 기법을 통한 DBS와 UE간 지속적인 연결이 진행되어야 한다. 핸드오버 기법은 주로 지상에 고정된 기지국에 대한 연구들이 진행되어 왔다. 그러나 기존 연구들은 지상에 고정된 기지국을 기반으로 한 핸드오버에 대한 연구들이기 때문에 드론을 기지국으로 활용하는 DBS 환경에 그대로 적용하기는 어렵다. When a mobile DBS provides services to UE (User Equipment) in a DBS (Drone Base Station) environment that uses drones as base stations, continuous communication between the DBS and UE through a handover technique is required to ensure service quality for the UE. The connection should proceed. Research on handover techniques has mainly been conducted on base stations fixed on the ground. However, because existing studies are about handover based on base stations fixed on the ground, it is difficult to apply them to the DBS environment that uses drones as base stations.
본 발명의 실시 예가 이루고자 하는 기술적 과제는, 드론 기반의 무선통신 네트워크에서 드론기지국과 사용자 단말 사이의 거리 및 소규모 페이딩을 고려한 드론기지국 사이의 핸드오버 방법 및 그 방법이 적용된 사용자 단말을 제공하는 데 있다. The technical problem to be achieved by embodiments of the present invention is to provide a handover method between drone base stations that takes into account the distance and small-scale fading between drone base stations and user terminals in a drone-based wireless communication network, and a user terminal to which the method is applied. .
상기의 기술적 과제를 달성하기 위한, 본 발명의 실시 예에 따른 드론 기반의 무선통신 네트워크의 핸드오버 방법의 일 예는, 드론 기반 무선통신 시스템에서 사용자 단말의 핸드오버 방법에 있어서, 드론기지국들로부터 받은 수신 신호의 전력세기를 파악하는 단계; 상기 전력세기를 기초로 핸드오버 대상 드론기지국을 파악하는 단계; 및 일정 범위 내의 난수를 발생시키고, 상기 난수와 기 정의된 기준값을 비교하여 핸드오버 수행 여부를 결정하는 단계;를 포함한다.An example of a handover method of a drone-based wireless communication network according to an embodiment of the present invention to achieve the above technical problem is a handover method of a user terminal in a drone-based wireless communication system, from drone base stations. Determining the power intensity of the received signal; Identifying a handover target drone base station based on the power intensity; and generating a random number within a certain range and comparing the random number with a predefined reference value to determine whether to perform a handover.
상기의 기술적 과제를 달성하기 위한, 본 발명의 실시 예에 따른 사용자 단말의 일 예는, 드론기지국들로부터 받는 수신 신호의 전력세기를 파악하는 전력파악부; 상기 전력세기를 기초로 핸드오버 대상 드론기지국을 파악하는 후보파악부; 및 일정 범위 내의 난수를 발생시키고, 상기 난수와 기 정의된 기준값을 비교하여 핸드오버 수행 여부를 결정하는 핸드오버수행부;를 포함한다.In order to achieve the above technical problem, an example of a user terminal according to an embodiment of the present invention includes a power detection unit that determines the power strength of a received signal from drone base stations; a candidate identification unit that identifies a drone base station to be handed over based on the power intensity; and a handover performing unit that generates a random number within a certain range and determines whether to perform a handover by comparing the random number with a predefined reference value.
본 발명의 실시 예에 따르면, 드론기지국과 사용자 단말의 거리만이 아니라 소규모 페이딩을 고려하여 핸드오버를 수행함으로써 높은 주파수 효율 성능을 얻을 수 있다. 또한 소규모 페이딩을 고려함에 따라 발생할 수 있는 드론기지국 사이의 잦은 핸드오버를 방지하여 시그널 오버헤드를 줄일 수 있다. According to an embodiment of the present invention, high frequency efficiency performance can be obtained by performing handover considering not only the distance between the drone base station and the user terminal but also small-scale fading. Additionally, signal overhead can be reduced by preventing frequent handovers between drone base stations that may occur when considering small-scale fading.
도 1은 본 발명이 적용되는 드론 기반의 무선통신 시스템의 일 예를 도시한 도면,
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 드론 기반 무선통신 시스템의 핸드오버 방법의 일 예를 도시한 흐름도,
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 확률 기반 핸드오버 수행 여부를 결정하는 방법의 일 예를 도시한 도면,
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 드론 기반 무선통신 시스템의 핸드오버 방법의 다른 예를 도시한 흐름도,
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 드론 기반 무선통신 시스템의 핸드오버 방법을 소프트웨어 알고리즘으로 구현한 일 예를 도시한 도면,
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 드론 기반 무선통신 시스템에서 동작하는 사용자단말의 일 예의 구성을 도시한 도면, 그리고,
도 7 및 도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 드론 기반 무선통신 시스템의 핸드오버 방법을 시뮬레이션한 결과를 도시한 그래프이다.1 is a diagram showing an example of a drone-based wireless communication system to which the present invention is applied;
Figure 2 is a flowchart showing an example of a handover method for a drone-based wireless communication system according to an embodiment of the present invention;
Figure 3 is a diagram illustrating an example of a method for determining whether to perform probability-based handover according to an embodiment of the present invention;
Figure 4 is a flowchart showing another example of a handover method for a drone-based wireless communication system according to an embodiment of the present invention;
Figure 5 is a diagram illustrating an example of a handover method of a drone-based wireless communication system implemented with a software algorithm according to an embodiment of the present invention;
Figure 6 is a diagram showing an example configuration of a user terminal operating in a drone-based wireless communication system according to an embodiment of the present invention, and
Figures 7 and 8 are graphs showing the results of simulating the handover method of a drone-based wireless communication system according to an embodiment of the present invention.
이하에서, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시 예에 따른 드론 기반의 무선통신 시스템의 핸드오버 방법 및 그 방법이 적용된 장치에 대해 상세히 살펴본다.Hereinafter, with reference to the attached drawings, a handover method of a drone-based wireless communication system according to an embodiment of the present invention and a device to which the method is applied will be described in detail.
도 1은 본 발명이 적용되는 드론 기반의 무선통신 시스템의 일 예를 도시한 도면이다.Figure 1 is a diagram showing an example of a drone-based wireless communication system to which the present invention is applied.
도 1을 참조하면, 드론 기반의 무선통신 시스템(100)은 상공에서 이동하는 드론기지국(120)(이하, 'DBS'라 함)이 지상에 위치한 사용자단말(110)(이하, 'UE'라 함)에게 네트워크 서비스를 제공한다. 본 실시 예는 설명의 편의를 위하여 삼차원 데카르트 좌표계에서 UE(110)가 원점에 위치하고, n개의 DBS(120)는 지상으로부터 h만큼 떨어진 높이에서 운용된다고 가정한다. 또한 n개의 DBS(120)는 초기 시점인 t=0일 때 밀도가 λ인 포아송(poisson) 점 과정 기반으로 랜덤하고 독립적으로 분포한다고 가정한다.Referring to FIG. 1, the drone-based
n개의 DBS(120)는 시간 t에 따라 이동할 수 있고 특정 시간 t에서 i번째 DBS(120)의 위치는 (xi(t), yi(t), h)의 좌표를 갖는다. 이때 특정 시간 t에서 i번째 DBS(120)와 UE(110)간의 거리는 다음 식과 같이 나타낼 수 있다.The
여기서, xi(t)와 yi(t)는 특정 시간 t에서 i번째 DBS의 x 좌표와 y 좌표를 각각 나타낸다. T는 본 실시 예의 무선통신 시스템 내에 위치한 n개의 DBS들의 운용시간을 나타낸다. Here, x i (t) and y i (t) represent the x and y coordinates of the ith DBS at a specific time t, respectively. T represents the operating time of n DBSs located in the wireless communication system of this embodiment.
UE(110)는 현재 서비스를 제공하는 DBS를 제외한 나머지 DBS들로부터의 신호를 간섭으로 간주할 수 있다. 많은 수의 DBS들로부터 발생할 수 있는 간섭을 줄임과 동시에 효율적인 통신을 수행하기 위하여 임계거리(dth)를 두어 해당 임계거리(dth)내의 공간을 서비스 공간으로 설정하고, 해당 공간 밖에 존재하는 DBS들로부터 발생할 수 있는 간섭 신호를 배제한다고 가정한다. 이는 서비스 구간에 따라 주파수를 분리하는 등의 방식을 활용하여 진행할 수 있다. The UE 110 may regard signals from DBSs other than the DBS currently providing the service as interference. In order to reduce interference that may occur from a large number of DBSs and at the same time perform efficient communication, a critical distance (d th ) is set and the space within the critical distance (d th ) is set as the service space, and the DBS that exists outside the space is set as the service space. It is assumed that interference signals that may arise from the fields are excluded. This can be done by using methods such as separating frequencies according to service sections.
DBS들에 의해 UE(110)에게 전송되는 신호는 다중경로 전화환경에 따른 레일리 페이딩(rayleigh fading)을 겪을 수 있다. 이때 DBS(120)와 UE(110)간 링크의 채널 이득은 다음과 같이 나타낼 수 있다.Signals transmitted to the UE 110 by DBSs may experience Rayleigh fading depending on the multipath telephone environment. At this time, the channel gain of the link between the DBS 120 and the UE 110 can be expressed as follows.
여기서, Kt는 특정 시간 t에서 di(t)<dth를 만족하는 DBS들에 대한 집합을 나타낸다. kt,start와 kt,end는 시간 t에 따른 변수값으로 각각 di(t)<dth 조건을 만족하는 DBS의 가장 작은 지표(index)값과 가장 큰 지표값을 나타낸다. gs(t)와 gj(t)는 평균이 1인 지수 분포를 따른 램덤 변수를 의미하고, η는 경로 손실 지수를 의미한다. Here, K t represents a set of DBSs that satisfy d i (t) < d th at a specific time t. k t,start and k t,end are variable values according to time t and represent the smallest and largest index values of DBS that satisfy the condition d i (t)<d th, respectively. g s (t) and g j (t) refer to random variables following an exponential distribution with a mean of 1, and η refers to the path loss index.
수학식 2의 Gs(t)는 특정 시간 t에서 목적 신호를 전송하는 DBS(120)와 UE(110)간의 링크에 대한 채널 이득을 나타내며, 이때 s는 해당 DBS의 지표값을 나타낸다. 수학식 3의 Gj(t)는 특정 시간 t에서 목적 신호를 전송하는 DBS 이외에 간섭 신호를 전송하는 각각의 DBS와 UE간 링크의 채널 이득을 나타내며, 이때 j는 해당 DBS의 지표값을 나타낸다. G s (t) in Equation 2 represents the channel gain for the link between the
수학식 2와 수학식 3을 활용하여, t시간에서의 SINR(Signal to Interference plus Noise Ratio)은 다음 식과 같이 나타낼 수 잇다.Using Equation 2 and Equation 3, SINR (Signal to Interference plus Noise Ratio) at time t can be expressed as the following equation.
여기서, P는 DBS의 송신 전력을 나타내며, 각각의 DBS의 송신 전력은 모두 동일하다고 가정한다. 또한 σ2는 가산성 백색 가우시안 잡음에 대한 전력 값을 의미한다. Here, P represents the transmission power of the DBS, and it is assumed that the transmission power of each DBS is the same. Additionally, σ 2 refers to the power value for additive white Gaussian noise.
수학식 4에 따라 본 실시 예의 시스템에서 시간 t에서의 주파수 효율 성능은 다음과 같이 나타낼 수 있다.According to Equation 4, the frequency efficiency performance at time t in the system of this embodiment can be expressed as follows.
본 실시 예는 UE의 주파수 효율 성능을 향상시키는 핸드오버 방법을 제시하여 이에 대한 실시 예가 도 2이하에 도시되어 있다.This embodiment presents a handover method for improving the frequency efficiency performance of the UE, and an example of this is shown in FIG. 2 and below.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 드론 기반 무선통신 시스템의 핸드오버 방법의 일 예를 도시한 흐름도이다.Figure 2 is a flowchart illustrating an example of a handover method for a drone-based wireless communication system according to an embodiment of the present invention.
도 2를 참조하면, UE는 복수의 DBS들로부터 받은 수신 신호의 전력세기를 파악한다(S200). DBS에서 UE에게 전송되는 신호는 다중경로 전파환경에 따른 소규모 페이딩을 겪기 때문에 DBS와 UE간의 거리만을 고려하여 핸드오버를 수행하는 경우, 변화하는 채널 특성을 제대로 반영하지 못하여 낮은 평균 주파수 효율 성능을 가질 수 있다. 이에 본 실시 예에는 UE가 받은 수신 전력세기를 고려한다. 특정 시간 t에서 UE의 수신 전력세기는 위 수학식 4의 분자에 해당하는 값으로 Prx,s(t) = PGs(t)이다. Referring to FIG. 2, the UE determines the power strength of the received signal received from a plurality of DBSs (S200). Since the signal transmitted from DBS to UE experiences small-scale fading due to the multipath propagation environment, if handover is performed considering only the distance between DBS and UE, changing channel characteristics cannot be properly reflected, resulting in low average frequency efficiency performance. You can. Accordingly, in this embodiment, the received power intensity received by the UE is considered. The received power intensity of the UE at a specific time t is the value corresponding to the numerator of Equation 4 above and is P rx,s (t) = PG s (t).
다른 실시 예로, UE는 도 1과 같이 기 정의된 임계거리(dth) 내의 DBS만을 대상으로 전력세기를 파악할 수 있다. UE는 위 수학식 1을 이용하여 각 DBS와 자신과의 거리를 파악할 수 있다. 이를 위해 UE는 각 DBS로부터 위치정보를 수신하는 등 기존의 다양한 방법으로 각 DBS의 위치 정보를 알 수 있다고 가정한다. UE는 수신 전력세기를 파악할 때마다 매번 임계거리 내의 DBS를 파악하는 과정을 수행할 수 있다.In another embodiment, the UE may determine the power intensity only for DBS within a predefined threshold distance (d th ) as shown in FIG. 1. The UE can determine the distance between each DBS and itself using
UE는 전력세기를 기초로 핸드오버 대상 DBS를 파악한다(S210). 예를 들어, UE는 복수의 DBS로부터 수신한 신호의 전력세기 중 최대 전력세기를 나타내는 DBS를 핸드오버 대상 DBS로 선택할 수 있다. 이를 수학식으로 표현하면 다음과 같다.The UE identifies the handover target DBS based on the power strength (S210). For example, the UE may select the DBS showing the maximum power strength among the power strengths of signals received from a plurality of DBSs as the handover target DBS. This can be expressed mathematically as follows:
여기서, s*는 복수의 DBS 중 최대 전력세기를 나타내는 DBS의 지표값이다. UE는 수학식 6에 따라 s*번째 DBS를 핸드오버 대상 DBS로 선택할 수 있다. 또한 UE는 s*번째 DBS에 대하여 시간 t에서의 주파수 효율 성능을 수학식 4를 이용하여 계산할 수 있다.Here, s* is an index value of DBS indicating the maximum power intensity among a plurality of DBS. The UE can select the s*th DBS as the handover target DBS according to Equation 6. Additionally, the UE can calculate the frequency efficiency performance at time t for the s*th DBS using Equation 4.
일 실시 예로, UE는 핸드오버 대상 DBS로 바로 핸드오버를 수행할 수 있다. 다만 이 경우에 UE는 전력세기를 기준으로 핸드오버 대상 DBS를 선택하므로 거리만을 고려한 핸드오버 기법에 비해 높은 주파수 효율 성능을 얻을 수 있으나, DBS들의 이동에 따라 전력세기의 변화가 빈번하여 핸드오버를 수행하는 횟수가 증가할 수 있다. 잦은 핸드오버를 수행할 경우 전송 신호에 대한 오버헤드가 발생할 수 있고 핑퐁 효과로 인한 네트워크 자원 및 에너지 소비가 증가하는 문제가 존재할 수 있다. In one embodiment, the UE may perform handover directly to the handover target DBS. However, in this case, the UE selects the DBS for handover based on power intensity, so higher frequency efficiency performance can be obtained compared to the handover technique that only considers distance. However, power intensity changes frequently as DBSs move, so handover is difficult. The number of times performed may increase. If frequent handovers are performed, overhead for transmission signals may occur and network resources and energy consumption may increase due to the ping-pong effect.
잦은 핸드오버를 방지하기 위하여, UE는 확률 기반으로 핸드오버 수행 여부를 결정한다(S220). 보다 구체적으로, UE는 현재 서비스를 제공하는 DBS(이하, 현 DBS)와 핸드오버 대상 DBS가 동일하면 핸드오버를 수행하지 않는다. UE는 현 DBS와 핸드오버 대상 DBS가 상이하면 기 정의된 확률값으로 핸드오버 수행 또는 미수행을 선택한다. 핸드오버 수행 여부의 확률 기반 선택은 난수를 이용할 수 있으며 이에 대한 예가 도 3에 도시되어 있다. 다른 실시 예로, 현 DBS가 도 1에서 살핀 기 정의된 임계 거리(dth)를 벗어난 경우에, UE는 확률값에 관계없이 이전에 파악된 서비스 대상 DBS로 핸드오버를 바로 수행할 수 있다. To prevent frequent handover, the UE determines whether to perform handover based on probability (S220). More specifically, the UE does not perform handover if the DBS currently providing the service (hereinafter referred to as current DBS) and the handover target DBS are the same. If the current DBS and the handover target DBS are different, the UE selects whether to perform or not perform a handover based on a predefined probability value. The probability-based selection of whether to perform a handover can use random numbers, and an example of this is shown in FIG. 3. In another embodiment, if the current DBS deviates from the predefined threshold distance (d th ) shown in FIG. 1, the UE may immediately perform handover to the previously identified service target DBS regardless of the probability value.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 확률 기반 핸드오버 수행 여부를 결정하는 방법의 일 예를 도시한 도면이다.Figure 3 is a diagram illustrating an example of a method for determining whether to perform probability-based handover according to an embodiment of the present invention.
도 3을 참조하면, UE는 일정 범위(300) 내에서 난수(random number, RN)를 발생한다. 이때 UE는 균등 분포를 나타내는 여러 확률 모델을 이용하여 난수를 발생할 수 있다. 예를 들어, 난수의 발생 범위(300)는 1~100 사이일 수 있다. Referring to FIG. 3, the UE generates a random number (RN) within a certain range (300). At this time, the UE can generate random numbers using several probability models representing uniform distribution. For example, the random
UE는 핸드오버 수행 여부를 결정한 기준값(310)을 미리 정의하고 있다. UE는 난수 생성값(320)이 기준값(310) 이하이면 핸드오버를 수행하고 기준값 이상이면 핸드오버를 수행하지 않을 수 있다. 예를 들어, 기준값(310)을 70으로 설정하면, UE가 핸드오버를 수행할 확률은 70%가 된다. 다른 예로, 기준값(310)을 100으로 설정하면, 핸드오버가 발생할 확률은 100%가 되며 이는 핸드오버 대상 DBS가 파악되면 핸드오버가 100% 수행됨을 의미한다. 예를 들어, 도 2의 예에서 전력세기를 기초로 주파수 효율 성능을 향상시킬 수 있는 핸드오버 대상 DBS가 파악된 경우에, UE는 핸드오버를 바로 수행하는 것이 아니라 난수값(320)을 생성한 후 그 난수값(320)이 기준값(310) 이하이면 핸드오버를 수행한다. The UE predefines a
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 드론 기반 무선통신 시스템의 핸드오버 방법의 다른 예를 도시한 흐름도이다.Figure 4 is a flowchart showing another example of a handover method for a drone-based wireless communication system according to an embodiment of the present invention.
도 4를 참조하면, UE는 기 정의된 운용시간 동안에 핸드오버 수행 여부를 결정할 수 있다. 운용시간은 300초 등 실시 예에 따라 다양하게 설정될 수 있다. Referring to FIG. 4, the UE can decide whether to perform handover during a predefined operation time. The operating time can be set in various ways depending on the embodiment, such as 300 seconds.
UE는 경과시간이 운용시간을 초과하였는지 파악한다(S440). 경과시간이 운용시간을 초과하지 않았다면, UE는 도 3에서 살핀 방법으로 핸드오버 대상 DBS를 파악하고 핸드오버 수행 여부를 결정한다(S410). 핸드오버가 수행되지 않으면(S420), UE는 운용시간 내에서 다시 도 3의 핸드오버 수행 여부를 결정하는 과정을 반복 수행한다(S410). The UE determines whether the elapsed time exceeds the operating time (S440). If the elapsed time does not exceed the operating time, the UE identifies the handover target DBS using the method shown in FIG. 3 and determines whether to perform the handover (S410). If the handover is not performed (S420), the UE repeats the process of determining whether to perform the handover of FIG. 3 again within the operating time (S410).
운용시간이 경과하였거나(S400) 운용시간 내 핸드오버가 수행되었다면(S420), UE는 운용시간을 초기화한 후 다시 운용시간 내에서 핸드오버의 수행여부를 결정하는 과정을 반복한다.If the operating time has elapsed (S400) or handover has been performed within the operating time (S420), the UE initializes the operating time and repeats the process of determining whether to perform handover within the operating time again.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 드론 기반 무선통신 시스템의 핸드오버 방법을 소프트웨어 알고리즘으로 구현한 일 예를 도시한 도면이다. 도 5에서 T는 도 4의 운용시간을 의미하고, Kt는 수학식 6에서 정의된 것과 같이 전력세기를 파악하는 DBS 집합을 의미한다. dth는 임계거리를 나타낸다. β는 도 3의 기준값을 의미한다. Figure 5 is a diagram illustrating an example of a handover method of a drone-based wireless communication system implemented with a software algorithm according to an embodiment of the present invention. In FIG. 5, T means the operating time of FIG. 4, and K t means a DBS set that determines the power intensity as defined in Equation 6. d th represents the critical distance. β means the reference value in FIG. 3.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 드론 기반 무선통신 시스템에서 동작하는 사용자단말의 일 예의 구성을 도시한 도면이다.Figure 6 is a diagram showing an example configuration of a user terminal operating in a drone-based wireless communication system according to an embodiment of the present invention.
도 6을 참조하면, 사용자단말(110)(UE)은 전력파악부(600), 후보파악부(610) 및 핸드오버수행부(620)를 포함한다. UE(110)는 스마트폰 등 무선통신을 수행하는 모든 종류의 단말의 의미한다. UE(110)는 메모리, 프로세서 및 입출력장치를 포함할 수 있으며, 이 경우 각 구성은 소프트웨어로 구현되어 메모리에 탑재된 후 프로세서에 의해 수행될 수 있다.Referring to FIG. 6, the user terminal 110 (UE) includes a
전력파악부(600)는 DBS들로부터 받는 수신 신호의 전력세기를 파악한다. 일 실시 예로, 전력파악부(600)는 기 정의된 임계거리(dth) 내에 위치한 DBS들을 파악한 후 그 DBS들로부터 수신한 전력세기를 파악할 수 있다.The
후보파악부(610)는 전력세기를 기초로 핸드오버 대상 DBS를 파악한다. 일 실시 예로, 후보파악부(610)는 수신 전력세기가 가장 큰 DBS를 핸드오버 대상 DBS로 파악할 수 있다. 후보파악부(610)는 전력세기가 가장 큰 DBS가 현 DBS와 동일하면 핸드오버 대상 DBS를 선택하지 않고, 전력파악부(600)는 임계거리 내 DBS들에 대한 전력세기를 파악하는 과정을 다시 수행할 수 있다.The
핸드오버수행부(620)는 일정 범위 내의 난수를 발생시키고 상기 난수와 기 정의된 기준값을 비교하여 핸드오버 수행 여부를 결정할 수 있다. 난수를 이용한 핸드오버 수행 여부의 결정방법의 일 예가 도 3에 도시되어 있다. The
도 7 및 도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 드론 기반 무선통신 시스템의 핸드오버 방법을 시뮬레이션한 결과를 도시한 그래프이다. 본 실시 예의 시뮬레이션에서, DBS는 균등하게 랜덤한 방향으로 직선 이동한다고 가정하고, 각각의 DBS의 속도는 45km/h로 설정하였다. 또한 포아송 점 과정 기반으로 분포되는 DBS의 밀도(λ)는 1DBS/Km2로 설정하고, 전체 시스템 반경(r)은 100Km로 설정하였다. 경로 손실 지수(η)는 3으로 설정하고 DBS의 전송전력(P)은 1W로 설정하였다. 임계거리(dth)는 2km, 잡음의 전력(σ2)은 -110dBm으로 설정하였다.Figures 7 and 8 are graphs showing the results of simulating the handover method of a drone-based wireless communication system according to an embodiment of the present invention. In the simulation of this embodiment, it is assumed that the DBS moves in a straight line in a uniformly random direction, and the speed of each DBS is set to 45 km/h. In addition, the density (λ) of DBS distributed based on the Poisson point process was set to 1DBS/Km 2 and the overall system radius (r) was set to 100Km. The path loss index (η) was set to 3, and the transmission power (P) of DBS was set to 1W. The critical distance (d th ) was set to 2km, and the noise power (σ 2 ) was set to -110dBm.
도 7을 참조하면, 각각의 DBS가 t(0≤t≤300)초 동안 이동하는 상황에서 본 실시 예의 핸드오버 방법과 기존 거리 기반의 핸드오버 방법 간의 주파수 효율 성능을 비교한 결과가 도시되어 있다. 그래프에는 본 실시 예의 핸드오버 방법에 다양한 확률값(β)을 적용하여 평균 주파수 효율 성능을 평가한 결과가 도시되어 있다. 본 실시 예의 핸드오버 방법의 주파수 효율 성능이 종래 방법보다 높은 것을 확인할 수 있다. Referring to FIG. 7, the results of comparing the frequency efficiency performance between the handover method of this embodiment and the existing distance-based handover method in a situation where each DBS moves for t (0≤t≤300) seconds are shown. . The graph shows the results of evaluating the average frequency efficiency performance by applying various probability values (β) to the handover method of this embodiment. It can be seen that the frequency efficiency performance of the handover method of this embodiment is higher than that of the conventional method.
도 8을 참조하면, 시간 t에서의 핸드오버 확률은 시간 t동안 최소한 한 번의 핸드오버가 발생할 확률을 의미한다. 본 실시 예의 핸드오버 방법은 종래 방법과 달리 거리와 소규모 페이딩을 함께 고려하여 계산한 수신 전력을 기반으로 핸드오버를 수행하므로 종래 방법보다 높은 핸드오버 확률을 갖는 것을 확인할 수 있다. β=100인 경우, 항상 s*번째 DBS로 핸드오버가 수행됨에 따라 가장 높은 핸드오버 확률을 보인다. β<100인 경우에는 현재 서비스를 제공하고 있는 DBS보다 UE가 받을 수신 전력세기를 더 높여줄 DBS가 반경 내에 존재하더라도 핸드오버를 수행하지 않는 경우가 발생하며, β=100인 경우보다 핸드오버 수행이 좀 더 늦게 발생한다. 이에 따라 β가 작아질수록 핸드오버 확률을 작게 나타나는 모습을 보인다. t=70초일 때 β=100인 경우의 핸드오버 확률은 0.9995, β=70인 경우의 핸드오버 확률을 0.9988, β=40인 경우의 핸드오버 확률은 0.9954, β=10인 경우의 핸드오버 확률은 0.9354이다. 이는 종래 방법의 핸드오버 확률 0.8274보다 큰 것을 확인할 수 있다.Referring to FIG. 8, the handover probability at time t means the probability that at least one handover will occur during time t. Unlike the conventional method, the handover method of this embodiment performs handover based on received power calculated by considering both distance and small-scale fading, so it can be confirmed that it has a higher handover probability than the conventional method. When β=100, handover is always performed to the s*th DBS, showing the highest handover probability. In the case of β < 100, handover may not be performed even if there is a DBS within the radius that will increase the received power intensity received by the UE more than the DBS currently providing the service. Handover is performed more than in the case of β = 100. This happens a little later. Accordingly, as β becomes smaller, the handover probability appears to decrease. At t=70 seconds, the handover probability in the case of β=100 is 0.9995, the handover probability in the case of β=70 is 0.9988, the handover probability in the case of β=40 is 0.9954, and the handover probability in the case of β=10 is 0.9354. It can be confirmed that this is greater than the handover probability of 0.8274 of the conventional method.
시뮬레이션 결과를 통해 평균 주파수 효율과 핸드오버 확률 간에 상충(trade-off) 관계가 있음을 확인할 수 있는데, 이에 따라 확률값(β)을 시스템 상에서 요구되는 조건에 따라 조정하여 시스템에서 필요로 하는 성능 목표를 달성할 수 있다. Through the simulation results, it can be confirmed that there is a trade-off between average frequency efficiency and handover probability. Accordingly, the probability value (β) is adjusted according to the conditions required in the system to achieve the performance target required by the system. It can be achieved.
본 발명의 각 실시 예는 또한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로서 구현하는 것이 가능하다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 컴퓨터 시스템에 의하여 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록장치를 포함한다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체의 예로는 ROM, RAM, CD-ROM, SSD, 광데이터 저장장치 등이 있다. 또한 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어 분산방식으로 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드가 저장되고 실행될 수 있다.Each embodiment of the present invention can also be implemented as computer-readable code on a computer-readable recording medium. Computer-readable recording media include all types of recording devices that store data that can be read by a computer system. Examples of computer-readable recording media include ROM, RAM, CD-ROM, SSD, and optical data storage devices. Additionally, computer-readable recording media can be distributed across networked computer systems so that computer-readable code can be stored and executed in a distributed manner.
이제까지 본 발명에 대하여 그 바람직한 실시 예들을 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시 예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다So far, the present invention has been examined focusing on its preferred embodiments. A person skilled in the art to which the present invention pertains will understand that the present invention may be implemented in a modified form without departing from the essential characteristics of the present invention. Therefore, the disclosed embodiments should be considered from an illustrative rather than a restrictive perspective. The scope of the present invention is indicated in the claims rather than the foregoing description, and all differences within the equivalent scope should be construed as being included in the present invention.
Claims (7)
드론기지국들로부터 받은 수신 신호의 전력세기를 파악하는 단계;
상기 전력세기를 기초로 핸드오버 대상 드론기지국을 파악하는 단계; 및
일정 범위 내의 난수를 발생시키고, 상기 난수와 기 정의된 기준값을 비교하여 핸드오버 수행 여부를 결정하는 단계;를 포함하고,
상기 핸드오버 수행 여부를 결정하는 단계는, 상기 전력세기를 기초로 새로운 핸드오버 대상 드론기지국이 파악된 경우에 상기 난수가 상기 기준값보다 크면 핸드오버를 수행하지 않고 상기 난수가 상기 기준값보다 작거나 같으면 핸드오버를 수행하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 드론 기반의 무선통신 시스템의 핸드오버 방법.In a DBS (Drone Base Station) environment where multiple drones moving in the sky are used as base stations, in a handover method for a user terminal located on the ground,
Determining the power strength of received signals from drone base stations;
Identifying a handover target drone base station based on the power intensity; and
Generating a random number within a certain range and comparing the random number with a predefined reference value to determine whether to perform a handover,
In the step of determining whether to perform the handover, when a new handover target drone base station is identified based on the power intensity, if the random number is greater than the reference value, handover is not performed, and if the random number is less than or equal to the reference value, the handover is not performed. A handover method for a drone-based wireless communication system comprising: performing handover.
기 정의된 임계 거리 내에 위치한 드론기지국들을 파악하는 단계; 및
상기 파악된 드론기지국들에 대한 수신 신호의 전력세기를 산출하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 드론 기반의 무선통신 시스템의 핸드오버 방법.The method of claim 1, wherein determining the power intensity comprises:
Identifying drone base stations located within a predefined critical distance; and
A handover method for a drone-based wireless communication system comprising: calculating the power strength of the received signal for the identified drone base stations.
기 정의된 운용시간 동안 핸드오버가 수행될 때까지 상기 전력세기를 파악하는 단계부터 상기 핸드오버 수행 여부를 결정하는 단계를 반복 수행하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 드론 기반의 무선통신 시스템의 핸드오버 방법.According to clause 1,
A drone-based wireless communication system further comprising repeating the steps from determining the power intensity to determining whether to perform the handover until handover is performed during a predefined operating time. handover method.
현재 서비스를 제공하는 현 드론기지국이 기 정의된 임계거리 밖으로 벗어나면 핸드오버를 수행하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 드론 기반의 무선통신 시스템의 핸드오버 방법.The method of claim 1, wherein the step of determining whether to perform handover comprises:
A handover method for a drone-based wireless communication system comprising: performing a handover when the current drone base station currently providing the service deviates from a predefined threshold distance.
현재 서비스를 제공하는 현 드론기지국과 상기 핸드오버 대상 드론기지국이 동일하면 핸드오버를 수행하지 않는 것으로 판단하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 드론 기반의 무선통신 시스템의 핸드오버 방법.The method of claim 1, wherein the step of determining whether to perform handover comprises:
A handover method for a drone-based wireless communication system comprising: determining that handover is not performed if the current drone base station currently providing the service and the drone base station subject to handover are the same.
드론기지국들로부터 받는 수신 신호의 전력세기를 파악하는 전력파악부;
상기 전력세기를 기초로 핸드오버 대상 드론기지국을 파악하는 후보파악부; 및
일정 범위 내의 난수를 발생시키고, 상기 난수와 기 정의된 기준값을 비교하여 핸드오버 수행 여부를 결정하는 핸드오버수행부;를 포함하고,
상기 핸드오버수행부는, 상기 전력세기를 기초로 새로운 핸드오버 대상 드론기지국이 파악된 경우에 상기 난수가 상기 기준값보다 크면 핸드오버를 수행하지 않고 상기 난수가 기준값보다 작거나 같으면 핸드오버를 수행하는 것을 특징으로 하는 사용자 단말.In a user terminal that performs handover in a DBS (Drone Base Station) environment that uses multiple drones moving in the sky as a base station,
A power detection unit that determines the power strength of the received signal received from drone base stations;
a candidate identification unit that identifies a drone base station to be handed over based on the power intensity; and
It includes a handover performing unit that generates a random number within a certain range and determines whether to perform a handover by comparing the random number with a predefined reference value,
The handover performing unit, when a new handover target drone base station is identified based on the power intensity, does not perform a handover if the random number is greater than the reference value, and performs a handover if the random number is less than or equal to the reference value. A user terminal characterized by:
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