LTE-Advanced 시스템에서 셀간 간섭 회피 및 전력 제어 결합 성능 분석 Performance Analysis of a Combined scheme for Inter-cell Interference Avoidance and Power Control in LTE-Advanced Systems원문보기
LTE-Advanced 시스템은 각 섹터에서 모든 주파수 자원을 사용하기 때문에 셀 경계부에 위치한 사용자들은 인접 셀의 주파수 간섭을 받게 되어 사용자 전송률이 크게 저하 된다. 본 논문은 셀 경계부에서 셀간 간섭 회피를 위한 주파수 할당 방법과 전력 제어를 결합하는 알고리즘을 제안하고 사용자 전송률을 분석한다. 제안하는 알고리즘은 간섭 신호의 영향을 회피하기 위해 섹터의 중심부와 섹터의 좌측 경계부 우측 경계부 3개 부분으로 나누어 각각 다른 주파수를 할당하고, 원하지 않는 간섭 신호를 작게 하기 위해 송신 전력을 조절함으로써 셀 경계부의 사용자 전송률을 향상시킨다. 시스템 레벨 컴퓨터 모의실험을 통하여 셀간 간섭 회피 기법을 사용하지 않은 경우와 사용한 경우, 그리고 셀간 간섭 회피 기법과 전력 제어를 결합했을 경우 셀 전체, 셀 중심부, 셀 경계부에 위치한 사용자들의 평균 전송률 및 하위 5% 사용자의 평균 전송률을 비교 분석한다.
LTE-Advanced 시스템은 각 섹터에서 모든 주파수 자원을 사용하기 때문에 셀 경계부에 위치한 사용자들은 인접 셀의 주파수 간섭을 받게 되어 사용자 전송률이 크게 저하 된다. 본 논문은 셀 경계부에서 셀간 간섭 회피를 위한 주파수 할당 방법과 전력 제어를 결합하는 알고리즘을 제안하고 사용자 전송률을 분석한다. 제안하는 알고리즘은 간섭 신호의 영향을 회피하기 위해 섹터의 중심부와 섹터의 좌측 경계부 우측 경계부 3개 부분으로 나누어 각각 다른 주파수를 할당하고, 원하지 않는 간섭 신호를 작게 하기 위해 송신 전력을 조절함으로써 셀 경계부의 사용자 전송률을 향상시킨다. 시스템 레벨 컴퓨터 모의실험을 통하여 셀간 간섭 회피 기법을 사용하지 않은 경우와 사용한 경우, 그리고 셀간 간섭 회피 기법과 전력 제어를 결합했을 경우 셀 전체, 셀 중심부, 셀 경계부에 위치한 사용자들의 평균 전송률 및 하위 5% 사용자의 평균 전송률을 비교 분석한다.
In LTE-Advanced systems, every sector uses the entire range of the frequency resource, and when the UEs are located at a cell edge, user throughputs degrade due to the interferences from the adjacent cells. In this paper, we propose a combined scheme for inter-cell interference avoidance and power c...
In LTE-Advanced systems, every sector uses the entire range of the frequency resource, and when the UEs are located at a cell edge, user throughputs degrade due to the interferences from the adjacent cells. In this paper, we propose a combined scheme for inter-cell interference avoidance and power control. In the proposed algorithm, the sectors consist of the right edge, the left edge and the center for resource allocation and we control the transmission power to improve the user throughputs at the edge of each cell. Using a system level simulation, we analyze low 5th percentile and average user throughputs of the UEs who are located the cell, center and edge when the inter-cell interference avoidance and the power control are combined.
In LTE-Advanced systems, every sector uses the entire range of the frequency resource, and when the UEs are located at a cell edge, user throughputs degrade due to the interferences from the adjacent cells. In this paper, we propose a combined scheme for inter-cell interference avoidance and power control. In the proposed algorithm, the sectors consist of the right edge, the left edge and the center for resource allocation and we control the transmission power to improve the user throughputs at the edge of each cell. Using a system level simulation, we analyze low 5th percentile and average user throughputs of the UEs who are located the cell, center and edge when the inter-cell interference avoidance and the power control are combined.
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문제 정의
본 논문에서는 LTE-Advanced 시스템에서 셀간 간섭 회피 기법과 전력 제어를 결합하는 알고리즘을 제안하고 사용자 전송률을 분석하였다. 모의실험을 통해 셀 중심부 및 경계부에 할당되는 주파수의 송신 전력을 조절함으로써 셀 경계부 및 하위 5% 사용자의 평균 전송률이 향상됨을 확인하였다.
제안 방법
두 번째로 셀의 중심부와 셀 경계부에 할당 되는 주파수에 대해서 송신 전력을 조절 하지 않았을 경우와 -IdB, -3dB, -5dB 만큼 조절 했을 경우의 셀 전체, 중심부, 경계부 및 하위 5% 사용자의 평균 전송률을 비교분석한다. 그림 7에는 셀의 경계, 그림 8에는 하위 5%, 그림 9에는 셀 전체, 그림 10에는 셀의 중심부의 사용자 전송률 누적분포함수의 그래프를 각각 나타내었고 표 2에는 각 경우에 대한 평균 전송률을 나타내었다.
모의실험을 통해 셀 전체, 셀 중심부, 셀 경계부에 위치한 사용자들의 평균 전송률 및 하위 5%의 평균 전송률을 분석하고 사용자 전송률 누적분포함수를 나타낸다’ 모의실험은 그림 4와 같이 실제와 가까운 환경을 가정하기 위하여 19셀의 3섹터 환경을 구성하였고 각각의 섹터에는 12명의 사용자들을 랜덤하게 분포시킨 LTE- Advanced 시스템 레벨 시뮬레이터를 통하여 사용자 전송률을 분석한다.
알고리즘을 제안한다. 본 논문에서 사용하는 셀 간 간섭 회피 기법은 전체 주파수를 A, B, C 세 개 부분으로 동일하게 나누고 한 개의 섹터를 중심부와 좌측 경계부, 우측 경계부의 세 부분으로 나눈다. 그림 1 과 같이 섹터의 중심부 부분에 할당 되는 주파수를 셀 안에서 서로 겹치지 않도록 각 섹터에 반시계 방향으로 주파수를 할당한다.
본 논문에서는 [8]에서 제안하는 셀간 간섭 회피 기법을 적용하여 셀의 중심부와 하위 5% 사용자 전송률을 분석하고 셀간 간섭 회피 기법과 셀 중심부에서 전력 제어를 결합 하였을 경우의 사용자 전송률에 대해서 분석한다. 본 논문의 구성은 다음과 같다.
본 장에서는 셀간 간섭 회피 기법1®을 적용하고 전력제어를 결합한 경우, 셀간 간섭 회피 기법만을 사용한 경우, 셀간 간섭 회피 기법을 사용하지 않은 경우에 대한 시스템 레벨 컴퓨터 모의실험을 실시한다. 모의실험을 통해 셀 전체, 셀 중심부, 셀 경계부에 위치한 사용자들의 평균 전송률 및 하위 5%의 평균 전송률을 분석하고 사용자 전송률 누적분포함수를 나타낸다’ 모의실험은 그림 4와 같이 실제와 가까운 환경을 가정하기 위하여 19셀의 3섹터 환경을 구성하였고 각각의 섹터에는 12명의 사용자들을 랜덤하게 분포시킨 LTE- Advanced 시스템 레벨 시뮬레이터를 통하여 사용자 전송률을 분석한다.
본 장에서는 셀간 간섭 회피 기법과 전력 제어를 결합하는 알고리즘을 제안한다. 본 논문에서 사용하는 셀 간 간섭 회피 기법은 전체 주파수를 A, B, C 세 개 부분으로 동일하게 나누고 한 개의 섹터를 중심부와 좌측 경계부, 우측 경계부의 세 부분으로 나눈다.
성능/효과
할수록 전송률이 저하되었다. 그러나 셀 중심부에 위치한 사용자들은 기지국 근처에 위치하여 이미 높은 전송률을 가지므로 통신에 문제가 발생하지 않으며, 상대적으로 셀 경계부에서의 셀간 간섭을 감소시켜 셀 경계부 및 하위 5% 사용자들의 평균 전송률을 향상시킬수 있었다.
작아질수록 향상 되었다. 또한, 셀 경계부에 위치한 사용자들이 대부분 하위 5% 사용자에 포함되어 있기 때문에 송신 전력을 조절하여 셀 경계부에서의 사용자 평균 전송률이 개선 됨에 따라 하위 5% 사용자들의 평균 전송률 역시 향상되었다. 그러나 송신 전력을 -3 dB 와 -5 dB로 조절 하였을 경우의 평균 전송률차이가 크지 않기 때문에 -5 dB 이상의 송신 전력 조절은 하위 5% 사용자의 전송률 향상에 큰 영향을 끼치지 않음을 알 수 있다.
사용자 전송률을 분석하였다. 모의실험을 통해 셀 중심부 및 경계부에 할당되는 주파수의 송신 전력을 조절함으로써 셀 경계부 및 하위 5% 사용자의 평균 전송률이 향상됨을 확인하였다. 최근 이동통신 시스템에서는 셀 전체의 전송률도 중요하지만 셀 경계부에 위치한 사용자들의 전송률 역시 시스템 평가의 중요한 지표가 되고 있다.
셀 중심부 및 셀 경계부에서 전력 제어를 할수록 셀경계부 및 하위 5% 사용자의 전송률은 향상되지만 셀 중심부의 사용자들은 중심부에 할당 되는 주파수의 송신 전력을 작게 하여 전송하기 때문에 송신 전력을 조절 할수록 전송률이 저하되었다. 그러나 셀 중심부에 위치한 사용자들은 기지국 근처에 위치하여 이미 높은 전송률을 가지므로 통신에 문제가 발생하지 않으며, 상대적으로 셀 경계부에서의 셀간 간섭을 감소시켜 셀 경계부 및 하위 5% 사용자들의 평균 전송률을 향상시킬수 있었다.
시스템 레벨 컴퓨터 모의실험 결과로부터 송신 전력을 -IdB, -3dB, -5dB 만큼 전력 제어를 하였을 경우 셀 경계부에서의 사용자 평균 전송률은 셀간 간섭 회피기법을 사용하지 않았을 경우보다 16%, 22.2%, 28.3% 만큼 향상되었고 하위 5% 사용자 평균 전송률은 10.7%, 11.9%, 12% 만큼 향상 되었다. 이 결과는 최근 이동통신 시스템 평가의 중요한 지표 중 하나인 셀 경계부에서의 사용자 전송률을 높여 공정성을 높일 수 있음을 보이고 있다.
최근 이동통신 시스템에서는 셀 전체의 전송률도 중요하지만 셀 경계부에 위치한 사용자들의 전송률 역시 시스템 평가의 중요한 지표가 되고 있다. 시스템 레벨 컴퓨터 모의실험 결과로부터 송신 전력을 조절함으로써 셀 경계부 및 하위 5% 사용자의 전송률이 개선됨을 알 수 있었다. 또한 모든 셀에 대해서 주파수 할당이 같은 방식으로 적용되기 때문에 기존의 셀간 간섭 회피기법에 비해 낮은 복잡성을 갖는다.
9%, 12% 만큼 향상 되었다. 이 결과는 최근 이동통신 시스템 평가의 중요한 지표 중 하나인 셀 경계부에서의 사용자 전송률을 높여 공정성을 높일 수 있음을 보이고 있다.
첫 번째로 송신 전력이 모든 주파수에 대해서 동일할 경우, 셀간 간섭 회피기법을 사용한 경우와 사용하지 않은 경우에 대해 셀 전체, 중심부, 경계부 및 하위 5% 사용자들의 평균 전송률을 비교한다. 표 1에는 셀 전체 사용자, 셀 중심부에 위치한 사용자, 셀 경계에 위치한 사용자의 평균 전송률과 하위 5% 사용자에 대한 평균 전송률을 나타내었고, 그림 5에는 셀간 간섭 회피기법의 사용 여부에 따라 셀 전체 사용자 및 셀 경계에 위치한 사용자와 하위 5% 사용자의 전송률에 대한 누적분포함수를 나타내었다.
표 1에서 볼 수 있듯이 셀간 간섭 회피 기법을 사용함으로써 셀 경계에 위치한 사용자들의 평균 전송률과 하위 5% 사용자의 평균 전송률이 향상됨을 볼 수 있다. 그러나 셀의 중심부에 할당 되는 주파수의 제한으로 중심부에 위치한 사용자들의 전송률은 저하 되었다.
후속연구
또한 모든 셀에 대해서 주파수 할당이 같은 방식으로 적용되기 때문에 기존의 셀간 간섭 회피기법에 비해 낮은 복잡성을 갖는다. 이처럼 주파수 할당 기법의 복잡성과 사용자들에 대한 공정성 측면에서, 셀간 간섭 회피를 위한 주파수할당 방법과 전력 제어의 결합은 셀 경계부 및 하위 5% 사용자의 전송률 향상을 위한 방법으로 향 후 IMT-Advanced 시스템에서 활용 가능 할 것으로 기대된다.
참고문헌 (8)
J. Chung and N. Sollenberger, "Beyond 3G: Wideband wireless data access based on OFDM and dynamic packet assignment," IEEE Commun. Mag., vol.38, pp.78-87, Jul, 2000.
C. Y. Wong, R. S. Cheng, K. B. Letaief, and R. D. Murch, "Multiuser OFDM with adaptive subcarrier, bit, and power allocation," IEEE J. Select. Areas Commun., vol. 17, pp. 1747-1758, Oct. 1999.
R1-050476, Siemens, "Evolved UTRA uplink scheduling and frequency reuse," 3GPP RAN WG1 #41, Athens, Greece, May 2005.
R1-050896, Qualcomm Europe, "Description and simulations of interference management technique for OFDMA based E-UTRA downlink evaluation," 3GPP RAN WG1 #42, London, UK, Aug. 2005.
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