펨토셀은 실내에 위치한 사용자들에게 고품질의 이동통신 서비스를 제공하기 위한 실내용 소출력 이동통신 기지국이다. 펨토셀은 가정 또는 사무실과 같은 실내환경에 설치되어 기 의 이동통신 기지국과 협력함으로써 이동통신망의 용량을 확장하고 실내 사용자들에게 보다 우수한 통선 품질을 제공해 줄 수 있다. 그러나 펨토셀의 통신 영역은 수십에서 수백 제곱 미터로 작아 단말이 접속 기지국을 빈번하게 전환할 수 있으므로 펨토셀 네트워크에서는 이동성 관리 기능의 중요성이 매우 높을 것으로 예상된다. 또한 펨토셀이 기존 매크로셀과 일한 무선 자원을 사용할 경우 펨토셀과 매크로셀 사이의 신호 간섭 이 발생하여 사용자의 통신 품질이 크게 저하될 우려가 있다. 본 고에서는 3GPP LTE-Advanced 기반 펨토셀 네트 크 환경에서 단말의 이동성 관리기법 및 그 절차를 소개한다. 또한 펨토셀로부터의 신호 간섭 에 의해 통신 품질이 크게 저하되는 피해 단말 탐색을 위한 3GPP LTE-Advanced 표준에서 정의하고 있는 핸드오버 절차 기반의 펨토셀과 매크로셀 기지국 사이의 협력 기법을 소개한다.
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 FMC/FMS의 네트워크 진화에 따른 펨토셀의 도입 배경 및 특징, 국내외 펨토셀 표준화 현황, 통신사업자/제조업체 동향 등을 간단히 기술한 후, 국내 WiBro 펨토셀 도입을 위한 논의단계에서 검토해야 할 항목으로서 실내동기, 출력, 이용자 제한 등을 필수적인 전파이용조건 항목으로 제시하고 있다.
본 논문에서는 먼저 최근 급격히 증가하는 모바일 데이터 트래픽을 오프로드(Offload)시키는 Local IP Access(LIPA) 기술을 펨토셀 네트워크와 함께 소개한다. 이후, 전형적인 이동통신 시스템, 펨토셀 기반 시스템, 그리고 펨토셀과 LIPA를 함께 이용하는 시스템에서 댁내 모바일 데이터 트래픽을 전송할 때, 트래픽 전송시간과 이동통신 사업자망으로 전송되는 모바일 데이터 트래픽 확률에 대한 성능을 분석한다. 분석결과를 통해 차세대 이동통신 시스템에서 펨토셀과 LIPA를 함께 이용하면 이동통신 사업자망으로 전송되는 모바일 데이터 트래픽 부하를 감소시킬 뿐만 아니라 댁내 모바일 트래픽의 전송시간을 크게 줄이는 효과도 얻을 수 있음을 보인다. 즉, 전형적인 이동통신 시스템과 펨토셀 기반 시스템은 펨토셀과 LIPA를 함께 이용하는 시스템보다 인터넷 지연시간이 10ms에서 약 3배와 4배 정도 길었고, 인터넷 지연시간이 100ms에서 약 14배와 26배 정도 긴 결과를 보였다.
최근 가정이나 사무실 등 옥내 사용자들의 통신 환경의 개선을 위해 펨토셀에 대한 관심이 고조되고 있다. 펨토셀의 서비스 반경 특성상 고정된 대역폭을 효율적으로 사용하는 여러 방법들이 제안되고 있으며, 이는 향후 통신환경에서 중요한 이슈로 대두되고 있다 [1]-[3]. 본고에서는 3GPP-Long Term Evolution (LTE) 환경에서 물리 계층 표준의 프레임 구조를 살펴보고, 3GPP-LTE 구조에 여러 펨토셀이 적용되었을 때 효율적인 간섭회피 방법을 제안한다. 펨토셀 환경은 사용자에게 서비스를 제공하는 반경이 넓지 않아 주파수 대역의 재사용이 용이하다. 이와 같은 특성을 이용하여 전체 시스템에 부하를 최소화할 수 있는 분산형 동적 대역폭 조정을 수행하는 방법을 제안한다.
최근에 실내 커버리지 확장 및 광대역 데이터 서비스를 위한 가정용 기지국인 펨토셀에 대한 연구가 활발하다. 펨토셀이 배치될 때, 기존에 있던 네트워크 상황 속에서 다양한 기술적인 문제들을 발생 시킬 수 있다. 본 논문에서는 OFDMA 시스템에서 펨토 - 매크로셀 간의 간섭 완화에 대하여 연구하였고, 동적인 하향링크 자원 관리 방법을 제안하였다. 펨토셀의 전송 파워를 매크로셀로부터 오는 신호의 세기에 기반을 두어서 선택하는 방법과 펨토셀 에게 할당 할 부반송파를 동적으로 관리하는 방식을 제안하였다. 이러한 방법으로 펨토셀과 매크로셀 사용자와의 간섭을 줄일 수 있다. 제안하는 방법은 수용율을 비롯한 여러 평가 지표로 성능을 검증하였다.
본 논문에서는 회사 또는 백화점 등과 같은 고층 건물에 다수의 펨토셀 기지국들(Femtocell base stations, fBSs)이 밀집되어 배치되는 기업형 펨토셀 네트워크(Enterprise femtocell network, EFN) 환경에서 부분 주파수 재사용 (Fractional frequency reuse, FFR) 자원할당 방법을 이용하여 하향링크에 대한 시스템 성능을 분석한다. 이를 위해, 먼저 매크로셀과 펨토셀 사이의 주파수 간섭을 완화시키는 Split reuse 주파수 할당 방법에 대해 소개하고, 이후 EFN의 fBS들에게 주파수 간섭 완화 및 주파수 효율을 극대화할 수 있는 FFR을 이용한 자원할당 방법을 제안한다. 마지막으로 시뮬레이션을 통해 제안하는 FFR 자원할당 방법의 시스템 성능을 분석하고, EFN 환경에서 주파수 재사용 계수(Frequency reuse factor: FRF)를 4로 사용하는 전형적인 FRF 4 방법보다 제안하는 FFR 자원할당 방법이 평균 fUE 용량, 전체 EFN 용량, 그리고 Outage probability 측면에서 우수한 성능임을 보인다.
펨토셀은 미래 네트워크에서 보다 좋은 링크 품질과 주파수의 공간적 재사용을 통해 시스템 용량을 증가시킬 수 있는 대안으로 주목받고 있다. 하지만 펨토셀의 큰 잠재력에도 불구하고, 많은 비중의 사용자가 셀간간섭에 노출됨에 따라, 시스템 용량은 네트워크의 밀도에 크게 영향을 받게 된다. 본 논문에서는 조밀하게 분포되어있는 펨토셀 환경에서의 동적인 간섭 회피 기법을 제안한다. 제안하는 DDIA (Distributed Dynamic ICI Avoidance)기법은 완전히 분산적으로 동작할 뿐 아니라 사용자들의 간섭링크를 민첩하게 제어하므로 자가구성네트워크(SON) 환경에 적합하다. DDIA 기법을 제안하는 과정에서 셀간간섭링크와 2-단 스케쥴링의 개념을 소개한다. 제안하는 기법은 중앙의 개체 없이 셀간간섭을 피하기 위하여 모든 기지국들과 사용자 단말들이 적응적으로 조화를 이루게 한다. 모의실험을 통하여, 제안하는 지법을 사용하였을 때, 전체 네트워크 용량을 유지 또는 증가시키면서도 셀간간섭에 노출되어있는 사용자들의 평균 전송량이 주파수 재사용률 1 기법과 비교하여 최소 2배 이상 증가함을 확인할 수 있었다. 또한 제안하는 기법은 네트워크의 밀도와 토폴로지 변화에 상관없이 잘 동작함을 알 수 있었다.
최근 가정 또는 사무실과 같은 실내 환경에서 음영지역을 해소하고 고품질의 서비스 제공을 위한 방안으로 초소형 기지국인 펨토셀(Femtocell)이 많은 관심을 받고 있다. 펨토셀은 사업자 및 사용자에게 다양한 이점을 제공하지만 펨토셀의 도입을 위해 서는 채널 선택에 따른 간섭제어, 네트워크 동기화, 자기 최적화 등 다양한 기술적 문제점이 해결되어야 한다. 이를 위해 본 연구에서는 펨토셀의 도입으로 인하여 발생 가능한 다양한 신호간섭 문제들에 대한 분석을 용이하게 하기 위한 LTE(Long Term Evolution) 시스템 기반 펨토셀 시뮬레이터를 개발하였다. 개발된 시뮬레이터는 단말 이동성, 스케줄러, 호 수락 제어, 트래픽 생성, MCS(Modulation and Coding Scheme) 결정의 5개의 블록과 이를 연결하고 관리하는 메인 모듈로 구성되어 있다. 또한 사용자의 편의성을 도모하기 위하여 시뮬레이션 결과를 실시간으로 관측할 수 있는 GUI(Graphical User Interface)를 적용하였다. 본 시뮬레이터는 실제와 유사한 환경에서 매크로셀과 펨토셀 사이의 간섭영향을 면밀히 분석하고 이동통신 시스템의 성능을 효과적으로 평가할 수 있도록 지원하며, 다양한 펨토셀 시스템을 개발하는데 크게 기여할 수 있을 것으로 예상된다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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