셀룰러 네트워크 환경에서 단말 간 직접통신(D2D : Device-to-Device)을 위해서는 기존의 셀룰러 링크의 성능을 보장함과 동시에 D2D 통신 링크의 성능을 극대화하는 것이 중요하다. 따라서 D2D 통신에 사용할 자원을 할당함에 있어 D2D 송신 단말이 셀룰러 시스템에 미치는 간섭과 셀룰러 시스템이 D2D 수신 단말에 주는 간섭을 동시에 고려해야 한다. 본 논문에서는 D2D 송신기와 수신기로 이루어진 D2D 링크가 셀룰러 시스템의 상향링크 자원을 공유하는 상황에서 복수의 D2D 링크에 효과적으로 자원을 할당하는 기법을 제안한다. 기지국은 인접 셀의 기지국과 정보 교환을 통해 셀 내의 단말들의 위치 정보를 공유한다는 가정 하에 단말들의 단말 위치 정보를 이용하여 D2D 링크와 셀룰러 링크 사이의 간섭을 최소화하는 자원을 할당한다. 아울러 경로손실 모델을 이용하여 계산한 셀룰러 링크 보호 상수 및 D2D 링크 보호 상수를 이용하여 셀룰러 링크와 D2D 링크 상호간의 간섭 및 D2D 링크 간의 간섭을 제한한다. 모의실험을 통해 제안한 자원할당 기법의 성능을 검증한다.
단일 셀룰러 네트워크에는 같은 종류의 기지국만 존재하기 때문에 가장 가까운 기지국에 접속하는 하향 링크 수신 신호 기준 셀 접속이 상향 링크의 경우에도 최적의 셀 접속 방식이었다. 그러나 이기종 셀룰러 네트워크에서는 서로 다른 계층의 기지국의 하향 링크 수신 신호 차이와 상향 링크 수신 신호 차이가 다르기 때문에, 상향 링크 수신 신호의 경우 하향 링크 기반 셀 접속은 더 이상 최적의 셀 접속이 될 수 없다. 이에 본 논문에서는 이기종 셀룰러 네트워크에서 상향 링크 기준 셀 접속 기법에 대해 제안하고 상향 링크 성능을 효과적으로 볼 수 있는 성능 메트릭 (performance metric)을 제안한다. 이 성능 메트릭을 통하여 상향 링크 기준 셀 접속을 통해 아웃티지확률 (outage probability), 지연 제한 아웃티지 확률 (delay constraint outage probability), 지연 제한 아웃티지 용량 (delay constraint outage capacity) 측면에서 성능 향상을 보이고 상향 링크 기준 셀 접속의 필요성을 논의한다.
셀룰러 인프라 구조에 기반하여 셀룰러 스펙트럼을 공유하여 사용하는 D2D (Device-to-Device) 통신은 몇 가지 장점이 있지만, 셀룰러 네트워크 사용자와 동일한 자원을 사용하므로 간섭이 생기는 큰 문제점이 있다. 특히, 다중 셀에서 셀 경계 D2D 사용자와 셀룰러 사용자 간의 간섭 문제는 셀의 중심부에서보다 훨씬 강도가 높게 발생한다. 따라서, 본 논문에서는 인접한 셀들의 중심에 위치한 SRN (Shared Relay Node)이 셀룰러 링크와 D2D 링크 사이에 발생하는 간섭을 효율적으로 관리하는 새로운 방식을 제안한다. 제안하는 SRN은 기존 Type II 릴레이와 같이 데이터 재전송 역할을 수행할 뿐만 아니라, 추가적으로 간섭 관리를 위한 기능을 수행하기 때문에 몇 가지 기능이 새롭게 정의된다. 셀룰러 링크와 D2D 링크 사이에 간섭 관리를 위한 구체적인 방법으로 본 논문에서는 셀 경계영역 사용자들의 간섭 회피를 위한 SRN 기반 자원할당 방법을 제안하고 이들의 성능을 모의실험을 통해 검증하였다.
단말 간 직접통신(D2D: Device-to-Device) 기술은 지리적으로 근접한 단말들이 네트워크 인프라를 거치지 않고 직접적으로 통신하는 기술이다. 특히 셀룰러 네트워크에서는 D2D 통신이 셀룰러 자원을 공간적으로 재사용함으로써 주파수 이용 효율을 향상시킬 수 있다. 하지만 셀룰러 단말의 채널 시변성 및 그에 따른 자원 할당 변화로 인해 셀룰러 자원을 재사용하는 D2D 단말의 채널 품질을 지속적으로 유지할 수 없고, 셀룰러 단말 또한 간섭에 의해 성능이 열화될 수 있다. 따라서 본 논문에서는 D2D 링크가 셀룰러 네트워크의 상향링크 자원을 재사용하는 상황에서 셀룰러 단말의 채널 변화로 인한 D2D 통신 링크의 성능 열화를 완화하는 방안으로 비면허 대역 주파수 자원을 D2D 통신에 보조적으로 활용하는 기술을 제안한다. 모의실험을 통해 제안한 기술의 효용성을 검증한다.
본 논문에서는 계층적 구조를 가진 CDMA 셀룰러 시스템에서 여러 가지 자원 공유 방식들 중 주파수 공유 방식과 주파수 분할 방식의 용량을 순방향 링크에 대해 분석 비교하였다. 용량 분석은 마이크로셀 반경 및 마이크로셀 클러스터의 위치 및 매크로셀에 대한 마이크로셀의 전력 비를 고려하여 몬테카를로 시뮬레이션을 통해 수행하였다. 시뮬레이션 결과로부터 각각의 자원 공유 방식들에 대해 이러한 영향들을 분석하였고, 일반적인 설계 접근방식을 제시하였다. 또한 자원공유방식들의 성능을 용량평면도를 통해 비교하였다. 결과를 요약하면, 계층적 구조를 가진 CDMA 셀룰러 시스템에서 스펙트럼 공유 방식을 적용할 경우 순방향 링크의 용량을 최대로 하기 위해서는 마이크로셀 클러스터가 매크로셀의 중심으로부터 멀리 배치하고, 마이크로셀의 반경을 작게 하는 것이 바람직함을 알 수 있었다.
셀룰러 네트워크 내에서 cellular 링크와 무선 자원을 공유하는 device-to-device(D2D) 링크는 자신이 속한 셀룰러 네트워크에 심각한 간섭을 줄 가능성이 높기 때문에 그것을 방지하기 위해서는 무선 자원 할당의 최적화가 중요하다. 본 논문에서는 D2D 링크가 자신의 간섭을 최소화하면서 효율적으로 cellular 링크와 공존하기 위해서 subset reuse 방법을 기반으로 하는 자원 할당 기법에 대해 제안한다. Cellular 링크와 D2D 링크 주파수 자원 할당의 효율성을 높이기 위하여 셀 상황에 따라 가변적인 subset 크기를 가지는 group-wise subset reuse 방법을 제안한다. 또한, cellular 링크가 같은 주파수 대역을 사용하는 D2D 전송에 의해 간섭을 받는 경우, D2D 링크의 power를 최적화하여 cellular 링크로의 간섭을 최소화하게 된다. 컴퓨터 시뮬레이션 결과를 통하여 link SINR에서 성능 이득을 가지며, local traffic이 증가할수록 전체 cell throughput이 높아짐을 보였다.
본 논문에서는 Hot-spot 마이크로셀을 가진 계층적 CDMA 셀룰러 시스템에서 여러 가지 자원 공유 방식들 중 스펙트럼 공유 방식에 대한 용량을 역방향 링크와 순방향 링크 대해 분석한다. 용량 분석은 마이크로셀 반경 및 마이크로셀의 위치 및 매크로셀에 대한 마이크로셀의 전력 비를 고려하여 몬테카를로 시뮬레이션을 통해 수행된다. 시뮬레이션 결과로부터 스펙트럼 공유 방식의 용량을 각 링크에 대해 이러한 영향들을 분석하였고, 일반적인 설계 접근방식을 제시하였다. 또한 각 링크에 대해 스펙트럼 공유 방식의 성능을 용량 평면도를 통해 분석하였다
본 논문에서는 빔 성형(beamforming) 기술을 사용하는 릴레이 기반 셀룰러 네트웍에서, 순방향 링크 채널 상태에 대한 제한된 피드백 정보를 이용하여, 동시에 전송되는 송신기과 수신기 사이의 직접 링크(direct link)와 중계기(relay station)와 수신기 사이의 중계 링크(relaying link) 간의 간섭을 효과적으로 억제하는 간섭 회피(interference avoidance) 빔 성형 기술을 제안한다. 이를 위해 송신기는 빔 성형을 사용하여 한정된 공간으로만 직접링크 신호 전력을 전송하고, 송신기의 간섭 전력이 도달하지 않는 공간 영역에 위치한 릴레이들의 relaying을 허용함으로써, 효과적으로 직접 링크와 중계 링크간 간섭을 억제할 수 있는 충돌 회피(collision avoidance) 스케줄링 기술을 제안한다. 시뮬레이션을 통해 제안하는 간섭 회피 빔 성형 기술이 중계 링크의 전송 용량을 보장하면서 동시에 전송되는 직접 링크 전송 용량을 최대화 할 수 있음을 보인다.
최근 모바일 무선 통신의 발전으로 인해 셀 커버리지 확장을 위한 원격송신국(Remote Radio Head: RRH)이 널리 사용되고 있다. 기존의 디지털 유닛(Digital Unit: DU)과 RRH의 연결은 광케이블을 통한 유선 링크로써, 광범위한 적용에는 비용적인 제한이 있다. 본 논문에서는 밀리미터파 대역을 활용하여 유선 링크를 무선 전송으로 대체하고, 원격으로 위치된 RRH를 활용하는 셀룰러 망 시스템의 구성을 고려하였다. 밀리미터파 무선 링크 전송에 영향을 주는 요소를 분석한 후, 현재 상용화되어 있는 LTE(Long Term Evolution) 네트워크를 이용하여 기존의 유선 링크 방식과의 비교를 통해 밀리미터파 무선 링크 RRH를 활용한 방식이 전체 셀룰러 시스템의 성능을 크게 저하시키지 않음을 보임으로써 유선 링크를 대체할 수 있는 방식임을 입증한다.
본 논문에서는 로그노말 분포된 전파음영 환경에서 통화의 신뢰도를 유지하기 위해 필요한 링크 마진을 경로손실과 전파음영의 감쇠를 포함하는 전파 손실 모델을 사용하여 분석하였다. CDMA 셀룰러 시스템에서 셀 반경이 커지게 되면 요구되는 링크 마진도 증가하게 되어 핸드오프이득은 요구되는 링크 마진만큼 감소하게 된다. 이러한 셀 영역과 링크 마진과의 관계를 하프 핸드오프와 소프트 핸드오프로 나누어 수치해석을 통해 살펴보았다. outage 확플이 0.1이고 셀 반경을 5-10% 증가시켰을 때 전력제어를 한 경우의 셀 영역비는 3.22 dB-3.99 dB, 전력제어를 하지 않은 경우의 셀 영역비는 2.55 dB-2.85 dB 만큼 증가하는 것을 알 수 있다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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