[학위논문]무선 네트워크에서의 확률기하 기반 성능 추상화 및 설계 원리 연구 Study on Performance Abstraction and Design Principles based on Stochastic Geometry in Wireless Networks원문보기
5세대 이동통신 시스템 등 무선 네트워크의 진화는 가상현실(VR, Virtual Reality), 고 해상도 비디오, 사물인터넷(IoT, Internet of Things)과 같은 고도화된 서비스의 지원을 가속화하고, 무선 네트워크 구조를 더욱 복잡하게 만들었다. 이런 점에서, 성능을 직관적으로 나타낼 수 있을 뿐만 아니라, 새롭게 등장하는 네트워크의 고유속성을 잘 반영하여 네트워크 전반적 성능을 평가할 수 있는 방법이 필요하다. 본 논문에서는 다음의 두 가지 네트워크 차원의 성능을 연구한다. 먼저 확률 기하 ...
5세대 이동통신 시스템 등 무선 네트워크의 진화는 가상현실(VR, Virtual Reality), 고 해상도 비디오, 사물인터넷(IoT, Internet of Things)과 같은 고도화된 서비스의 지원을 가속화하고, 무선 네트워크 구조를 더욱 복잡하게 만들었다. 이런 점에서, 성능을 직관적으로 나타낼 수 있을 뿐만 아니라, 새롭게 등장하는 네트워크의 고유속성을 잘 반영하여 네트워크 전반적 성능을 평가할 수 있는 방법이 필요하다. 본 논문에서는 다음의 두 가지 네트워크 차원의 성능을 연구한다. 먼저 확률 기하 프레임워크를 이용한 수학적 분석을 통해 무선 다중셀 네트워크의 하향링크 SINR(Signal to Interference plus Noise Ratio) 성능을 연구한다. 다음으로 확률 기하 결과에 기반하여 단순하지만 정확한 시뮬레이션을 통해 밀리미터파 대역에서 무선 네트워크 인접 장치 탐색 성능을 연구한다. 이를 위해 먼저 본 논문에서는 NLoS(Non-Line of Sight) 환경 하에 다중셀 네트워크에서 하향링크 SINR의 공간적 분포를 수학적으로 근사화한다. 근사화 방안은 기지국의 분포 밀도와 송신전력을 포함하는 네트워크 주요 변수간의 관계를 명확하게 제공하며, 기존 방법에 비해 다양한 간섭 시나리오에서 기지국 밀도와 송신 전력간 상호절충(tradeoff)의 용이한 형태로 설계 원리를 도출할 수 있다. 다음으로, 본 논문에서는 기존의 확률 기하 결과에 기초한 간소화된 시뮬레이션 모델을 제안하고, 5G 표준 주파수 중 하나인 밀리미터파 대역에서 무선 인접 장치 탐색 성능을 분석한다. 시뮬레이션 결과는 밀리미터파 대역 장치 탐색 성능이 6GHz 이하 대역 성능과 비교하여 방해물, 빔포밍과 같은 밀리미터파의 고유 속성에 상당히 의존적임을 보여준다. 또한 본 결과를 통해 인접 장치 탐색의 랜덤 액세스 동작을 결정하는 밀리미터파 대역 장치 탐색 동작에 대한 전송 확률 설계 원리에 응용할 수 있다.
5세대 이동통신 시스템 등 무선 네트워크의 진화는 가상현실(VR, Virtual Reality), 고 해상도 비디오, 사물인터넷(IoT, Internet of Things)과 같은 고도화된 서비스의 지원을 가속화하고, 무선 네트워크 구조를 더욱 복잡하게 만들었다. 이런 점에서, 성능을 직관적으로 나타낼 수 있을 뿐만 아니라, 새롭게 등장하는 네트워크의 고유속성을 잘 반영하여 네트워크 전반적 성능을 평가할 수 있는 방법이 필요하다. 본 논문에서는 다음의 두 가지 네트워크 차원의 성능을 연구한다. 먼저 확률 기하 프레임워크를 이용한 수학적 분석을 통해 무선 다중셀 네트워크의 하향링크 SINR(Signal to Interference plus Noise Ratio) 성능을 연구한다. 다음으로 확률 기하 결과에 기반하여 단순하지만 정확한 시뮬레이션을 통해 밀리미터파 대역에서 무선 네트워크 인접 장치 탐색 성능을 연구한다. 이를 위해 먼저 본 논문에서는 NLoS(Non-Line of Sight) 환경 하에 다중셀 네트워크에서 하향링크 SINR의 공간적 분포를 수학적으로 근사화한다. 근사화 방안은 기지국의 분포 밀도와 송신전력을 포함하는 네트워크 주요 변수간의 관계를 명확하게 제공하며, 기존 방법에 비해 다양한 간섭 시나리오에서 기지국 밀도와 송신 전력간 상호절충(tradeoff)의 용이한 형태로 설계 원리를 도출할 수 있다. 다음으로, 본 논문에서는 기존의 확률 기하 결과에 기초한 간소화된 시뮬레이션 모델을 제안하고, 5G 표준 주파수 중 하나인 밀리미터파 대역에서 무선 인접 장치 탐색 성능을 분석한다. 시뮬레이션 결과는 밀리미터파 대역 장치 탐색 성능이 6GHz 이하 대역 성능과 비교하여 방해물, 빔포밍과 같은 밀리미터파의 고유 속성에 상당히 의존적임을 보여준다. 또한 본 결과를 통해 인접 장치 탐색의 랜덤 액세스 동작을 결정하는 밀리미터파 대역 장치 탐색 동작에 대한 전송 확률 설계 원리에 응용할 수 있다.
The evolution of wireless networks including the 5th generation (5G) systems does not only have accelerated the support of advanced services including virtual reality (VR), high resolution video, and Internet of things (IoT), but also it makes wireless network topology further complex. In this regar...
The evolution of wireless networks including the 5th generation (5G) systems does not only have accelerated the support of advanced services including virtual reality (VR), high resolution video, and Internet of things (IoT), but also it makes wireless network topology further complex. In this regard, one requires the network-wide performance evaluation method that simply and intuitively depicts the performance as well as well reflects the inherent property of emerging networks. This thesis investigates the network-wide performance of the two networks: (i) the downlink signal to interference plus noise ratio (SINR) of wireless multicell networks via mathematical analysis under a stochastic geometry (SG) framework; and (ii) neighbor discovery performance of millimeter wave (mmWave) wireless networks via simple yet accurate simulations based on SG results. First, this study analytically approximates the spatial distribution of downlink SINR in multicell networks under non-line of sight (NLoS) environments. This approximation explicitly provides the relationship between primary network parameters including the spatial density and transmit power of base stations (BSs), and required signal quality, and it naturally leads to the design principles of network parameters, e.g., tradeoff between the BS density and transmit power that is more accurate in various interference scenarios compared with conventional methods. Next, this thesis evaluates the performance of wireless neighbor discovery over mmWave spectrum, which is one of the standard carrier frequencies for the 5G, through proposing simple simulation models based on conventional SG results. This simulation results demonstrate that the discovery performance significantly depends on the inherent properties of mmWave including blockage and beamforming, through comparing the mmWave performance with those for a below 6GHz. Further, the results suggest the design principles of the transmission probability for mmWave discovery operations that determines the random access operation for neighbor discovery.
The evolution of wireless networks including the 5th generation (5G) systems does not only have accelerated the support of advanced services including virtual reality (VR), high resolution video, and Internet of things (IoT), but also it makes wireless network topology further complex. In this regard, one requires the network-wide performance evaluation method that simply and intuitively depicts the performance as well as well reflects the inherent property of emerging networks. This thesis investigates the network-wide performance of the two networks: (i) the downlink signal to interference plus noise ratio (SINR) of wireless multicell networks via mathematical analysis under a stochastic geometry (SG) framework; and (ii) neighbor discovery performance of millimeter wave (mmWave) wireless networks via simple yet accurate simulations based on SG results. First, this study analytically approximates the spatial distribution of downlink SINR in multicell networks under non-line of sight (NLoS) environments. This approximation explicitly provides the relationship between primary network parameters including the spatial density and transmit power of base stations (BSs), and required signal quality, and it naturally leads to the design principles of network parameters, e.g., tradeoff between the BS density and transmit power that is more accurate in various interference scenarios compared with conventional methods. Next, this thesis evaluates the performance of wireless neighbor discovery over mmWave spectrum, which is one of the standard carrier frequencies for the 5G, through proposing simple simulation models based on conventional SG results. This simulation results demonstrate that the discovery performance significantly depends on the inherent properties of mmWave including blockage and beamforming, through comparing the mmWave performance with those for a below 6GHz. Further, the results suggest the design principles of the transmission probability for mmWave discovery operations that determines the random access operation for neighbor discovery.
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