본 논문에서는 3GPP LTE 시스템에서 D2D 탐색을 위한 최적화된 전력 제어 기법을 제안한다. D2D 서비스는 기지국 등 기존 네트워크 인프라를 거치지 않고 단말 간 통신 거리가 짧은 직접적인 통신 링크를 형성하는 기법으로, 기존 셀룰러 시스템에 높은 전송 속도, 낮은 전파 지연 등 많은 이점을 제공할 것으로 기대되는 기법이다. 3GPP는 이를 위해 다음 LTE 버전인 LTE release 12에서부터 D2D 관련된 서비스 제공을 계획하고 있는 등 D2D 서비스에 대한 관심이 높아지고 있다. D2D 서비스는 세부적으로 D2D 탐색과 D2D 통신으로 구분된다. D2D 탐색은 주변에 인접한 단말을 네트워크 인프라를 거치지 않고 직접 탐색 및 구분하는 것으로 친구 찾기, 위치 기반 지역 광고 등의 새로운 서비스를 제공할 것으로 기대되는 기법이다. 3GPP에서는 D2D 탐색을 위해 LTE 상향링크 프레임에 D2D 탐색 전용 탐색 서브프레임을 제공할 것을 계획하고 있다. 탐색 서브프레임은 기존 LTE 상향링크 서브프레임의 구조와 거의 흡사하며, 주파수 영역에서 PUCCH 대역과 탐색 대역으로 분리되어 있는 특징이 있다. 이는 셀룰러 제어 신호인 PUCCH의 연속적인 수신을 보장하지 위함이며, 이를 통해 D2D를 제공하지 않는 이전 버전의 LTE 시스템과의 연속적인 호환성, D2D를 제공하는 LTE 시스템에서는 시스템 안정성을 확보할 수 있게 된다. 이때, PUCCH 와 D2D 탐색 신호는 서로 다른 신호 규격을 사용할 것이 고려되고 있으며, 이로 인한 ICI가 발생하여 상호 간의 간섭이 예상되는 상황이다. 셀룰러 제어 정보를 담고 있는 PUCCH의 수신 성능은 D2D 탐색 신호의 성능보다 우선적으로 보장되어야 하며, 이를 위해 D2D 탐색 신호가 유발하는 간섭을 억제할 필요성이 있다. D2D 탐색 신호로 인한 간섭을 줄이기 위한 방법으로 D2D 탐색 신호의 송신 전력을 제어하는 전력 제어 기법의 적용이 고려된다. 적용되는 전력 제어 기법으로는 LTE 상향링크 전력 제어를 위해 사용되는 open-loop 전력 제어 기법이 기본적으로 고려되고 있다. 기대했던 바와 같이, 탐색 신호에 대한 open-loop 전력 제어 적용을 통해 PUCCH에 대한 간섭을 효과적으로 줄일 수 있지만 이로 인한 새로운 문제점이 발생한다. 기존 open-loop 전력 제어 기법은 D2D 탐색 신호의 송신 전력을 필요 이상으로 제한하기 때문에 D2D 탐색 반경이 크게 감소하는 문제점이 나타난다. 이는 원활한 D2D 탐색 수행에 큰 지장을 미치게 된다. 따라서 본 논문에서는, D2D 탐색 신호가 PUCCH에 미치는 간섭을 제한하여 PUCCH 수신 성능을 보장하면서도 D2D 탐색 성능을 향상시킬 수 있는 최적화된 전력 제어 기법을 제안한다. 제안 기법은 1) ICI 분석, 2) ICI 예측, 3) 예측된 ICI를 바탕으로 D2D 탐색 신호 송신 전력 제어의 세 단계로 구분된다. 동작 과정은 첫째로 PUCCH와 D2D 탐색 신호 간 존재하는 신호 규격 차이로 발생하는 ICI에 대해 조사하여 D2D 탐색 신호 전송에 따라 발생하는 ICI를 일반화된 수식으로 도출한다. 두 번째로, 발생하는 ICI의 양은 PUCCH와 D2D 탐색 신호가 사상된 주파수 영역 자원 간 거리에 주로 영향을 받으며, 셀 내에 존재하는 각 단말은 ICI 수식을 통해 신호 전송을 위해 선택한 주파수 자원의 위치로부터 ICI에 대한 예측값을 얻을 수 있다. 세 번째로, D2D 탐색 신호가 PUCCH 수신 신호에 미칠 간섭의 양을 예측하였으므로, PUCCH 수신 SINR 역시 예측할 수 있게 된다. 이때 PUCCH 수신 성능 요구 조건이 존재하며, 예측된 SINR이 사전에 제시된 성능 요구 조건 보다 높아야 한다. 따라서 D2D 탐색 신호에 대한 전력 제어를 통해 ICI의 양을 조절함으로써 이상의 조건을 만족 시키는 최적의 송신 전력을 만들 수 있다. 또한 추가적으로 탐색 자원에 대한 보호 대역을 설정할 경우 평균적인 탐색 신호 전력을 더욱 향상 시킬 수 있다. 컴퓨터 모의실험을 통해 기존 기법과 이상의 제안 기법에 대한 PUCCH 수신 성능과 D2D 수신 성능을 분석하였으며, 제안하는 전력 제어 기법 사용으로 PUCCH 수신 성능을 보장하면서도 D2D 탐색 반경 기존 기법 대비 매우 크게 향상시킬 수 있음을 입증하였다.

In this thesis, we propose a novel optimal power control method based on Inter-Carrier Interference (ICI) estimation for Device-to-Device (D2D) discovery operation in The Third Generation Partnership Project (3GPP) Long Term Evolution (LTE) cellular system. According to the advantages of D2D service; such as high data rate, low end-to-end delay, resource-efficiency and so on, 3GPP has scheduled to provide D2D service after LTE release 12, which includes D2D discovery and D2D communication. In D2D discovery, a UE directly finds out other UEs without signal routing from eNB. For supporting D2D discovery service, 3GPP would provide a dedicated discovery sub-frame for discovery in the LTE uplink frame. In the discovery sub-frame, they have scheduled/selected two kind of signals; Physical Uplink Control Channel (PUCCH) and discovery signal on separated frequency region. However, the signal configuration difference of two kinds of signal cause ICI problem to PUCCH reception performance degradation. To overcome PUCCH performance degradation, 3GPP considers power control method for discovery signal, especially the open-loop power control method. In this way, PUCCH reception performance can be guaranteed but there occurs another problem; discovery operation range restriction. Conventional open-loop power control method unnecessarily limits the discovery signal power to a lower level. Therefore, in this thesis, we propose a novel optimal power control method which is able to simultane￢ously maintain the PUCCH reception performance and the discovery operation range. The proposed method adjusts discovery signal transmission power based on ICI level affecting PUCCH. This method consists of 3 step. 1) Analysis of ICI, 2) ICI estimation, and 3) power control based on ICI estimation. At first step, we investigate all number of ICI case which can happen in discovery sub-frame. And in the second step, we derive a generalized formulation as a function of ICI and temporal, spectral distance. And finally, we derive a novel optimal power control method which controls discovery signal transmission power based on ICI estimation. After system level simulation, we verify that the proposed method has much better performance than conventional open-loop power control method.