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논문 기본 정보
- 자료유형
- 학위논문
- 저자정보
- 지도교수
- 姜忠求
- 발행연도
- 2014
- 저작권
- 고려대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.
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이 논문의 연구 히스토리 (3)
2014
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최근 셀룰러(Cellular) 네트워크에서 스마트폰과 다양한 개인용 디바이스의 사용이 급증하면서 무선 트래픽이 폭증하고 있다. 이에 따라 3GPP 표준기구에서는 최대 전송률과 단위 면적당 무선 용량 증대를 위해 여러 가지 기술들을 제시하고 있다. 본 논문에서는 이에 해당하는 기술로서 반송파 집성(Carrier Aggregation: CA)와 이기종 네트워크(Heterogeneous Network: HetNet)를 고려하고자 한다.
3GPP LTE-Advanced Release 10의 CA 규격은 다수의 주파수 밴드를 통합하여 최대전송률을 증대하고자 하며, 이때 각 주파수 밴드 별로 섹터 안테나 방향을 배치하는 형태에 따라 여러 가지 배치 시나리오를 제시하고 있다. 본 논문에서는 각 주파수 밴드 별로 상이한 방향성 섹터 안테나를 사용하는 배치 시나리오를 고려하며, 이때 단말이 인접 셀의 주파수 밴드를 동시에 선택할 수 있도록 함으로써 셀 경계 사용자의 수율 성능을 향상할 수 있는 새로운 구조를 제안한다. 그리고 이러한 접근 방식에서 셀간에 비례공정성(proportional fairness)이 확보될 수 있도록 하는 분산 방식의 셀간 협력 스케쥴링 알고리즘을 제시하며, 이를 통해 기존 방식보다 셀 경계 사용자의 수율이 약 50% 가량 향상되는 것을 확인한다.
한편 커버리지 향상과 오프로딩(off-loading)을 통해 단위 면적당 무선 용량을 증대 시키기 위해 셀룰러 시스템에서는 매크로셀(macro-cell)내에 다양한 송신 전력과 커버리지를 갖는 마이크로셀, 피코셀, 릴레이 등의 소형 셀 (small base station)들이 동일한 대역에서 동작하는 이기종 네트워크(HetNet)가 도입되었다. 본 논문에서는 이기종 네트워크의 하향링크에서 모든 셀이 동일한 무선 자원(co-channel)을 공유하고, 무선 릴레이(Wireless Relay)와 같이 일부 소형 셀에서는 백홀 용량(backhaul capacity)의 제한이 있는 경우를 고려한다. 또한 각 사용자 별로 주어진 데이터 트래픽을 일정한 수준의 품질로 처리해야 한다고 가정한다. 모든 사용자의 품질(quality of service: QoS)를 만족시키면서 동시에 전체 시스템에서의 무선 자원 사용량을 최소화 시킬 수 있는 셀 선택 문제를 정식화하고, 그 최적 해를 찾기 위한 분산 알고리즘을 구현한다. 이를 통해 제한된 무선 자원으로 모든 사용자들의 품질을 일정 수준으로 유지하면서, 동시에 전체 시스템의 무선 자원 사용량을 최소화하도록 동작한다. 또한 일부 소형 셀의 백홀 링크에서 병목현상(bottleneck)이 발생하였을 경우, 백홀 링크의 용량에 여유가 있는 인접 셀로 사용자를 오프로딩(offloading)하도록 동작함으로써 기존 방식 대비 제한된 무선 자원 및 백홀 용량에 맞추어 더 많은 사용자의 QoS를 지원할 수 있음을 확인하였다.
3GPP LTE-Advanced Release 10의 CA 규격은 다수의 주파수 밴드를 통합하여 최대전송률을 증대하고자 하며, 이때 각 주파수 밴드 별로 섹터 안테나 방향을 배치하는 형태에 따라 여러 가지 배치 시나리오를 제시하고 있다. 본 논문에서는 각 주파수 밴드 별로 상이한 방향성 섹터 안테나를 사용하는 배치 시나리오를 고려하며, 이때 단말이 인접 셀의 주파수 밴드를 동시에 선택할 수 있도록 함으로써 셀 경계 사용자의 수율 성능을 향상할 수 있는 새로운 구조를 제안한다. 그리고 이러한 접근 방식에서 셀간에 비례공정성(proportional fairness)이 확보될 수 있도록 하는 분산 방식의 셀간 협력 스케쥴링 알고리즘을 제시하며, 이를 통해 기존 방식보다 셀 경계 사용자의 수율이 약 50% 가량 향상되는 것을 확인한다.
한편 커버리지 향상과 오프로딩(off-loading)을 통해 단위 면적당 무선 용량을 증대 시키기 위해 셀룰러 시스템에서는 매크로셀(macro-cell)내에 다양한 송신 전력과 커버리지를 갖는 마이크로셀, 피코셀, 릴레이 등의 소형 셀 (small base station)들이 동일한 대역에서 동작하는 이기종 네트워크(HetNet)가 도입되었다. 본 논문에서는 이기종 네트워크의 하향링크에서 모든 셀이 동일한 무선 자원(co-channel)을 공유하고, 무선 릴레이(Wireless Relay)와 같이 일부 소형 셀에서는 백홀 용량(backhaul capacity)의 제한이 있는 경우를 고려한다. 또한 각 사용자 별로 주어진 데이터 트래픽을 일정한 수준의 품질로 처리해야 한다고 가정한다. 모든 사용자의 품질(quality of service: QoS)를 만족시키면서 동시에 전체 시스템에서의 무선 자원 사용량을 최소화 시킬 수 있는 셀 선택 문제를 정식화하고, 그 최적 해를 찾기 위한 분산 알고리즘을 구현한다. 이를 통해 제한된 무선 자원으로 모든 사용자들의 품질을 일정 수준으로 유지하면서, 동시에 전체 시스템의 무선 자원 사용량을 최소화하도록 동작한다. 또한 일부 소형 셀의 백홀 링크에서 병목현상(bottleneck)이 발생하였을 경우, 백홀 링크의 용량에 여유가 있는 인접 셀로 사용자를 오프로딩(offloading)하도록 동작함으로써 기존 방식 대비 제한된 무선 자원 및 백홀 용량에 맞추어 더 많은 사용자의 QoS를 지원할 수 있음을 확인하였다.
목차
목차論 文 槪 要 I목차 III그림 목차 V표 목차 VI제 1 장 서 론 1제 2 장 LTE-ADVANCED 시스템의 반송파 집성을 고려한 셀간 협력 스케쥴링 4제 1 절 시스템 모델 41. 반송파 집성 및 구현 시나리오 42. 반송파 집성을 고려한 비례 공정 스케쥴링 8제 2 절 반송파 집성을 고려한 셀간 분산 협력 스케쥴링 13제 3 절 성능 분석 181. 시뮬레이션 환경 182. 분석 결과 20제 3 장 이기종 네트워크에서 백홀 용량 및 QOS를 고려한 셀 선택 기법 29제 1 절 시스템 모델 291. 이기종 네트워크 292. 기존 연구 32제 2 절 QoS 및 백홀 용량을 고려한 셀 선택 기법 361. 문제 정의 362. 분산 알고리즘 37제 3 절 성능 분석 431. 시뮬레이션 환경 432. 분석 결과 44제 4 장 결론 51
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