본 논문의 목적은 다중 셀 OFDMA 시스템에서 효율적인 부채널 할당에 근거하여 서비스 연속성을 제공하는 것이다. 특히 지연 및 손실에 의해 서비스 지속성에 악영향을 야기할 가능성이 있으므로 다양한 이동 멀티미디어 서비스의 QoS 요구사항을 유지하기 위하여 핸드오버 관리 방안이 필요하다.
본 논문은 다중 셀 OFDMA 시스템에서 효율적인 부채널 할당에 근거하여 QoS를 보장하는 방법을 제안한다. 논문의 목적은 이동 멀티미디어 서비스의 QoS 요구사항을 만족시키면서 시스템 성능을 극대화하는 것이다. 특히 지연 및 손실에 의해 서비스 지속성에 악영향을 야기할 가능성이 있으므로 다양한 이동 멀티미디어 서비스의 QoS 요구사항을 유지하기 위하여 핸드오버를 위한 자원 관리 방안이 필요하다.
본 논문에서는 WiBro 시스템의 특징을 바탕으로 데이터 트래픽의 수율을 최대로 유지 할 수 있도록 기존 방법을 개선한 부하 제어 방법을 제안하고 컴퓨터 시뮬레이션을 통하여 성능을 평가한다. 송신단에서 단위 사용자당 최대 할당 가능한 전력이 주어졌을 때, 송출 가능한 전력범위 내에서 최대의 수율을 갖도록 각 부반송파에 데이터 비트를 할당하는 알고리즘을 바탕으로 WiBro 시스템의 전체 수율(throughput)과 데이터 트래픽 관점에서 시스템의 수율을 고려하였다. 제안하는 방안의 평가를 위해 사용된 시스템의 파라메터로 WiBro시스템의 규격값들을 사용한다. 현재 시스템의 부하제어 절차로는 접속과다로 인한 대역폭 요구(bandwidth request)의 증가로 인하여 과부하 상태에 이를 때 시그널링 트래픽으로 인하여 데이터의 수율이 급격히 감소하며 접속지연이 매우 증가하게 된다. 이러한 현상을 막을 수 있는 부하 제어 방법을 제안하고 다중 사용자 환경에서 시뮬레이션을 통하여 평가한다.
통신 시스템에서 제한된 총 전력으로 여러개의 부채널로 이루어진 채널의 입력과 출력 사이의 상호정보를 최대화하는 문제의 해는 Waterfilling 구조를 가진다. 채널 상태 정보(CSI)를 알고 있을 때 OFDM이나 MIMO는 병렬의 독립된 부채널들로 분해 될 수 있다. 제한된 전력 하에 채널용량에 접근하는 전송속도를 위한 최적의 부채널 전력할당 문제의 해는 Waterfilling 으로 구할 수 있다. Waterfilling은 상태가 좋은(SNR이 높은) 부채널에 더 많은 전력을 할당하고 상태가 나쁜 채널들은 적은 전력이나 전력을 할당하지 않음으로서 상태가 좋은 부채널들의 전송속도를 높이고 결과적으로 전체 전송속도를 채널용량에 접근하게 한다. Waterfilling은 총 전력 제한을 만족하는 정확한 수면 높이를 찾는데 일반적으로 수면 높이를 추정하고 갱신해 나가는 반복적 알고리즘이 사용된다. 이 과정에서 부채널들에 대한 채널이득 제곱의 역수들의 부분합($\sum\limits_{n=1}^{Last}{\frac{N_0}{{\mid}h_n{\mid}^2}}$) 계산이 반복적으로 필요하다. 본 논문에서는 이런 부분합들을 초기화 단계에서 미리 계산하여 배열을 만들고 임의의 부분합 계산을 배열 참조로 대치함으로서 Waterfilling 알고리즘의 계산 시간을 줄였다.
본 논문은 IEEE 802.16 기반의 TDD-OFDMA 하향링크의 서비스 커버리지 향상을 위한 단순 릴레이 협력 자원 관리(SRARA Simple-Relay Aided Resource Allocation) 구조를 제시하고, 채널 스케줄러가 적용되었을 때의 성능 향상을 서비스 커버리지 및 유효 섹터 수율 측면에서 분석하였다. 단순 이동 릴레이는 고정 릴레이와 달리, 송신 전력 수준이 낮고, 기지국으로부터 받은 데이터를 다른 이동 단말로 전달할 수 있는 기능만 가지며, 낮은 송신 전력 수준 때문에 제한된 개수의 부채널만을 사용할 수 있다. 모의실험에서는 PF (Proportional Fair) 및 TGS (Throughput Guarantee Scheduling) 채널 스케줄러가 고려된 SRARA 구조에 대하여, 서비스 커버리지 및 유효 섹터 수율을 평가하였다. 릴레이의 송신 전력은 500 mW와 1 W에 대해서 고려하였고, 릴레이가 사용할 수 있는 부채널의 수는 1개 또는 2개로 제한되었다. 상대적으로 낮은 송신전력인 500 mW에서는, 릴레이가 1개의 부채널로 모든 전력을 다 사용하는 방식이, 2개의 부채널로 전력을 나누어 사용하는 방식보다 커버리지 성능 향상이 우수하였다. 1 W 경우에는, 릴레이가 2개의 부채널을 사용할 때 더 많은 커버리지를 제공하였다. 상대적으로 낮은 QoS 요구조건인 64 kbps에서는 릴레이에 의한 커버리지 향상이 스케줄러 설계에 의한 커버리지 향상보다 많았지만, 128 kbps 요구조건에서는 제한된 자원만을 활용하는 릴레이보다는 TGS에 의한 서비스 영역의 향상이 크게 나타났다.
본 논문에서는 직교 주파수 분할 다중 접속 방식 (OFDMA, Orthogonal Frequency Division Multiple Access)에서 다중 사용자 다이버시티 이득을 증가시키기 위하여 사용자간 충돌 (collisions)을 피하도록 하는 스케줄링 기법을 제안한다. 제안하는 스케줄링 기법은 각 사용자간 채널 상태의 차이를 조사하여 최소 충돌 조건 (minimum collision criterion)을 만족시키도록 동작한다. 또한 제안된 스케줄링을 사용했을 때 OFDMA 시스템의 전송률을 분석하였는데, 이 분석을 통해 OFDMA 시스템의 전송률이 선택된 사용자들 간의 충돌 횟수에 따라 달라진다는 것을 확인할 수 있다. 모의실험을 통해 제안하는 스케줄링 기법이 사용자 간 충돌의 감소를 통하여 시스템의 전송률을 증대시킬 수 있음을 보인다. 또한 기존의 스케줄링 기법과의 비교를 통해, 제안된 스케를링 기법이 전송률 측면에서 더 우월하다는 것을 확인한다.
본 논문은 무선 환경하에서, 적응형 변조기와 적응형부채널 할당 방식을 적용한 다중 반송파 CDMA 시스템의 성능을 분석한다. 제안한 시스템의 경우, 총 부채널수가 4이고 이 가운데 두 개의 부채널로 데이터를 전송한다면 각 채널의 임계값은 5.2 ㏈, 9 ㏈, 13.2 ㏈와 8.4 ㏈, 12.2 ㏈, 16.3 ㏈ 나타났다. BER이 10-3을 만족하는 평균 E$_{b}$ /N$_{0}$는 8.1 ㏈로 기존의 시스템에 비해 12.9 ㏈의 성능이 개선되었다. 평균 심볼당 비트수는 7 bit의 경우 약 15 ㏈의 평균 E$_{b}$ /N$_{o}$ 가 필요하다.다.
본 논문에서는 OFMDA 다중 셀 하향링크에서 채널 상태를 알고 있을 때, 주파수 비 선택적 페이딩과 선택적 페이딩의 경우에 대해 효율적인 부반송파 할당을 위해 적응적 변조와 여러 개의 주파수 재사용 지수를 동시에 고려한 두 개의 서로 다른 동적 셀 코디네이션 기법을 제안한다. 기존의 OFDMA 시스템이 다른 셀들에 의한 간섭으로 인해 시스템 수율이 떨어지는 것에 비해, 제안된 시스템은 시스템 수율을 높이고 각 사용자의 QoS(Quality of Service)를 보장하기 위해서 RNC(Radio Network Controller)가 각 부채널에 여러 종류의 재사용 지수를 동적으로 적용하고 각 사용자의 채널 상태와 간섭 정도를 고려해 스케줄링 한다. 비선택적 페이딩 환경에서는 제안된 방법이 기존에 제안된 동적 셀 코디네이션$^{[8]}$에 비해 평균적으로 3배 높은 시스템 수율을 보인다. 선택적 페이딩 환경에서는 모든 부채널의 주파수 재사용 지수를 1로 하는 경우에 비해 최대 2.6배 높은 시스템 수율을 보인다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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