본 논문에서는 펨토셀을 채택한 셀룰러 통신망에서 매크로셀 사용자를 보호하기 위한 새로운 분산식 펨토셀 전송전력 제어 기법을 제안한다. 제안된 기법에서, 인근의 펨토셀로부터 심한 간섭을 받는 매크로셀 사용자는 그 사실을 매크로셀 기지국을 통해 해당 펨토셀 기지국에게 알린다. 펨토셀 기지국은 전송전력을 감소시켜 매크로셀 사용자를 보호한다. 제안된 기법은 매크로셀 기지국, 매크로셀 사용자 및 펨토셀 기지국 간에 교환해야 할 제어 정보가 많지 않고, 펨토셀 기지국의 계산량이 적어서 구현이 용이한 장점을 가진다. 시뮬레이션 결과에 따르면, 제안된 기법은 그 단순함에도 불구하고 최소한의 펨토셀 사용자의 성능 열화를 대가로 탁월한 매크로셀 성능 향상을 달성한다.
트래킹(Tracking)은 셀의 관점에서 트래킹 영역내의 UE(User Equipment)를 탐색하는 과정이다. 이 논문에서는, 매크로셀-마이크로셀 계층적 LTE 네트워크에 관한 PMMT(Pure Macro-Micro Tracking)과 IMMT(Integrated Macro-Micro Tracking)로 불리는 두가지 트래킹 기법의 성능을 평가한다. 이런 네트워크에서 UE들은 매크로셀과 겹쳐 있는 마이크로셀 모두에서 신호를 받을 수 있다. PMMT 기법에서 UE는 매크로셀-계층 또는 겹쳐있는 마이크로셀-계층에서 각각 호출될 수 있다. IMMT 기법에서 UE는 매크로셀-계층과 겹쳐있는 마이크로셀-계층의 조합으로 호출된다. 매크로셀-계층과 마이크로셀-계층 사이에 최적의 로드밸런스가 평가되었고, 분석 모델은 두 기법을 평가하기 위해 개발되었다.
이동 통신시스템에서 사용자가 증가함에 따라 시스템의 용량을 증가 시킬 필요가 생긴다. 시스템의 용량 증가는 셀의 크기를 줄이므로써 이룰 수 있으나 이는 여러 가지 문제점이 나타난다. 따라서 시스템의 효율적인 운용을 위해 매크로 셀과 마이크로 셀을 갖는 계층 셀룰라 시스템을 사용하게 된다. 이동통신에서 새로운 호가 거부되는 경우보다 기존의 연결되어 있는 호가 끊길 때 사용자들은 더 큰 불편을 갖는다. 그러므로 서비스 기준의 관점에서 보면 핸드오프 호의 강제 종료 확률을 가능한 낮추는 것이 매우 바람직하다. 본 논문에서는 매크로 셀과 마이크로 셀을 갖는 계층 셀룰라 시스템에서 각 셀에서의 호 처리 정책으로 매크로 셀에서 서비스되는 호는 마이크로 셀로 핸드오프를 요구하지 않은 계층 기법 (Non Reversible Hierarchical)과 고정 채널 할당 기법을 사용하였다. 또한 매크로 셀과 마이크로 셀에서 핸드오프를 위한 예약채널을 사용하는 경우와 매크로 셀에서만 핸드오프를 위한 예약채널을 사용하는 경우에 대한 시스템 성능을 분석하였다.
기존 매크로셀 내에 소형셀을 추가하여 전체 시스템의 용량을 개선하는 연구에 대한 관심이 높다. 소형셀에 허가된 사용자만 접속할 수 있는 폐쇄형 접속 방식의 경우, (동일한 주파수 채널을 사용하는) 인접한 매크로셀 사용자의 성능저하가 불가피 하다. 본 논문에서는 빌딩 내에 다수의 소형셀 기지국이 분포하는 환경에서, 해당 빌딩에 인접한 매크로셀 사용자의 성능저하를 우선적으로 최소화하며, 다음으로 빌딩 내 소형셀 기지국 간의 간섭전력을 최소화하는 동적 주파수 채널 할당 알고리즘을 제안한다. 매크로셀 내 빌딩(소형셀)의 위치에 따라 인접한 매크로셀 사용자가 겪는 간섭전력이 변한다. 제안하는 알고리즘을 통해 소형셀은 이러한 위치에 따른 간섭영향의 변화에 적응적으로 스스로 주파수 채널을 선택할 수 있다. 소형셀이 시간에 따른 주변 간섭환경의 변화에 따라 최적의 주파수 채널을 할당할 수 있는 간단하고 실용적인 방법을 제안했다는 것이 본 연구의 가장 큰 기술적 기여이다. 모의실험을 통해 제안한 채널 할당 기법은 매크로셀의 성능개선에 효과적이며, 소형셀은 달성 가능한 최대 처리용량 대비 최대 81%를 제공할 수 있음을 확인하였다.
본 논문에서는 단일 주파수 이기종 셀룰러 네트워크에서 매크로셀 사용자로 인해 발생하는 간섭을 회피하여 펨토셀 상향링크 성능을 향상시키는 기법을 제안한다. 매크로셀 사용자가 펨토셀 기지국 주변에 존재할 경우 매크로셀 사용자의 송신 전력이 펨토셀에 심각한 간섭으로 영향을 주어 펨토셀 상향링크 성능이 열화된다. 이러한 문제점을 해결하기 위하여 본 논문에서는 매크로셀 사용자로 부터 극심한 간섭을 받는 펨토셀 기지국은 상하향링크 프레임 위치를 서로 변경한 뒤, 매크로셀 사용자의 데이터를 중계 기법을 통하여 매크로셀 기지국으로 전송하는 기법을 제안한다. 제안한 방식의 펨토셀 상향링크 시간 동안 펨토셀과 매크로셀 사용자가 시간을 나누어 펨토셀 기지국으로 전송하고 하향링크 시간 동안 중첩 부호화 기술을 사용하여 펨토셀 사용자와 매크로 사용자의 데이터를 동시에 전송하게 된다. 본 논문에서는 모의실험을 통하여 제안한 방식이 펨토셀 상하향링크의 성능개선에 효과가 있음을 확인할 수 있다.
본 논문에서는 마이크로 셀과 매크로 셀이 중첩된 구조를 갖는 이동통신 환경에서 핸드오버의 성능을 분석하였다. 제안한 모델에서는 고속으로 이동하는 가입자를 마이크로 셀로 핸드오버하지 않고 매크로 셀로 핸드오버하는 경우의 성능을 분석하였다. 분석의 용이함을 위해 마이크로 셀과 매크로 셀의 모양은 원형이라고 가정하였다. 마이크로 셀에는 저속의 핸드오버 호를 위하여 큐를 두는 방식과 매크로 셀에는 고속의 핸드오버 호를 위하여 예약채널 할당방식을 적용하였다 해석적인 분석결과, 제안한 방식에서 새로운 호의 블러킹 확률의 증가는 미비하면서 랜드오버 실패 확률은 중첩되지 않은 셀 구조를 갖는 시스템에 비해 상대적으로 낮음을 알 수 있었다.
스몰셀은 저전력으로 단거리에 작동하는 기지국을 설치하는 기술로서 저렴한 비용으로 매크로셀의 커버리지 확대와 트래픽 분산을 위한 해결책으로 주목받고 있다. 하지만, 스몰셀의 운영은 기존 매크로셀 구조의 변화를 야기함으로써 여러가지 문제점들을 발생시킨다. 이에 본 논문에서는 매크로셀 유저에게 허용된 오수신 확률을 보장하면서 최대의 전력을 할당할 수 있는 전력 할당 기법을 제안하였다.
기존의 매크로 셀룰러 망 환경은 공간 재사용의 한계로 인해 최근 급증하는 데이터 트래픽을 제대로 지원할 수 없게 되었다. 이 문제를 극복하기 위해 매크로 셀룰러 망위에 스몰 셀이 설치되어 적극적인 공간 재사용이 가능한 이종 셀룰러 망이 등장하게 되었다. 하지만, 매크로 셀과 스몰 셀 사이의 전송전력 차이로 인해 매크로 셀에 집중된 부하를 스몰 셀로 충분히 분산 시킬 수 없었다. 따라서, 프레임의 일정구간에서 매크로 셀의 전송전력을 차단하는 almost blank subframe (ABS) 와 스몰 셀 커버리지를 확장하여 사용자 부하를 스몰 셀로 강제 분산시키는 cell range expansion을 결합한 enhanced inter-cell interference coordination (eICIC) 기법이 제안되었다. 그러나, 이러한 eICIC 기법만으로는 효과적인 부하 분산을 달성하기 어렵다. 본 논문에서는 eICIC 기법이 적용된 이종 셀룰러 망 환경에서 비례공정을 향상시키는 부하 분산 기법을 제안한다. 구체적으로 제안된 기법은 탐욕 알고리즘 기반의 사용자의 소속 기지국 전환과 ABS 구간비율 갱신을 재귀적으로 결합하여 부하 분산을 실행한다.
본 논문에서는 CDMA 계층구조 셀룰러 시스템에서 매크로 셀 기지국과 통신을 하는 고속 이동국과 마이크로 셀 기지국과 통신을 하는 저속 이동국의 비 그리고 소프트 핸드오프 영역 비에 따른 기지국이 받는 간섭전력과 시스템 용량을 구하였다. 매크로 셀 기지국과 통신을 하는 고속 이동국이 마이크로 셀 기지국과 통신을 하는 저속 이동국보다 많을수록 기지국이 받는 간섭전력은 증가하며 따라서 시스템 용량은 감소한다. 그러나 소프트 핸드오프 영역의 증가로 기지국이 받는 간섭전력은 감소하명 시스템 용량은 상당히 증가한다.
최근 다양한 형태의 스마트 기기 출현과 대중적 보급으로 고속 데이터 전송에 대한 수요가 나날이 증가하고 있어 소형셀 기술에 대한 이동통신 사업자들의 관심이 높다. 이에 데이터 요구량이 많은 위치에 소형 셀을 다층으로 밀집 배치하고 매크로 기지국 및 소형 셀 기지국의 밀접한 협력을 통해 무선 네트워크의 용량을 증가시키기 위한 기술들에 대한 요구가 높아지고 있다. 매크로 셀과 소형 셀이 다층으로 배치된 구조에서 고려해 볼 수 있는 요소기술들은 단말의 다중 노드 연결, 효율적인 이동성 보장, 효율적인 셀/이동단말 발견, 이종 듀플렉스캐리어 집성, 셀 간 간섭 관리 등이며, 본 논문에서는 이들을 기반으로 최근 3GPP에서 활발히 논의되고 있는 LTE 소형셀 향상 표준화 동향에 대해 기술한다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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