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문제 정의
- 그리고 각 CC의 섹터 안테나 방향이 60° 엇갈리게 배치되는 상황을 directional 시나리오라고 하자.
- 그러나 기존 방식에 따르면, directional 시나리오에서는 overlaid 시나리오에 비교하여 하위 5% 단말의 수율이 오히려 떨어지는 현상이 발생하게 된다. 본 논문 에서는 이러한 성능 저하의 원인을 설명하고, 이를 해결하기 위한 방법으로서 비례 공정 스케쥴링 (proportional fair scheduling)에 근거한 분산 방식의 셀간 협력 스케쥴링 방식을 제시한다.
- 본 논문에서는 3GPP LTE-Advanced 규격의 반송파 집성(carrier aggregation: CA) 방식을 적용할 때 고려할 수 있는 운용 시나리오와 각 시나리오 별로 성능에 영향을 미칠 수 있는 요인들을 살펴보았다. 2개의 대역에서 섹터 안테나 방향이 60° 엇갈리게 배치 하여 가상적으로 6개의 섹터를 형성함으로써 셀 전반에 걸친 수율 증대가 가능하고, CA를 고려한 셀간 협력 스케쥴링을 통해 하나의 단말이 각 대역 별로 서로 다른 서빙 셀을 선택함으로써 셀 경계 사용자의 수율 성능을 향상 시킬 수 있었다.
- 2개의 대역에서 섹터 안테나 방향이 60° 엇갈리게 배치 하여 가상적으로 6개의 섹터를 형성함으로써 셀 전반에 걸친 수율 증대가 가능하고, CA를 고려한 셀간 협력 스케쥴링을 통해 하나의 단말이 각 대역 별로 서로 다른 서빙 셀을 선택함으로써 셀 경계 사용자의 수율 성능을 향상 시킬 수 있었다. 본 논문에서는 CA를 고려한 셀간 협력 스케쥴링에서 비례적 공정성을 확보 하기 위한 메트릭을 제시하고, 이를 분산적으로 구현할 수 있는 구조를 제안하였다. 이를 통해 섹터 경계가 더 이상 존재하지 않으면서, 동시에 인접 셀간 자원 회피 방식이 자연스럽게 구현되어 트래픽 부하에 관계 없이 단말 평균 수율 및 하위 5% 사용자의 수율이 향상되는 것을 확인하였다.
- 예를 들어, 기존의 비례 공정 스케쥴링도 2개 대역을 동시에 고려해서 수행되어야 하고, 대역 별 안테나의 배치에 따라 인접 셀간 간섭 완화 상황도 달라진다. 본 논문에서는 이러한 새로운 망 운용 환경에 적합한 망 설계 및 무선 자원 관리 기법의 하나를 제시하였으며, 향후 관련 연구에 필요한 새로운 이슈를 도출하였다는 점에서 의의가 있다. 한편, 향후의 연구에서는 본 논문에서 제안하는 분산 방식의 셀간 협력 스케쥴링을 위해 협력 셀간에 사용자 데이터를 효율적으로 분배하고 동기화하는 방안이 고려되어야 할 것이다.
- 본 논문에서는 제안한 방식의 성능 분석을 위해 각 CC의 SINR 분포와 단말 수율을 확인하고자 한다. 각 CC의 SINR 분포를 보는 것은 directional 시나리오에서 기존의 셀 선택 방법을 적용했을 때 SCC의 하위 5% SINR 저하를 확인하기 위한 것이다.
- 본 절에서는 다중셀 환경을 고려하였을 때 CA의 directional 시나리오에서 현재 구현되고 있는 셀과 섹터의 선택 과정에서 발생하는 문제점을 설명하고, 이에 대한 해결책으로 분산 방식의 셀간 협력 스케쥴링 방식을 제시한다. Directional 시나리오에서 2개의 CC 를 가정하고, PCC와 SCC에 해당하는 대역을 각각 f1과 f2로 나타내자.
- 본 절에서는 제안한 셀간 협력 스케쥴링의 우수성을 검증하기 위해 시스템 레벨 시뮬레이션을 수행하며, overlaid 시나리오 및 directional 시나리오에서 셀간 협력 없이 joint scheduling을 적용하였을 때와의 성능을 비교하고자 한다. 시스템 레벨 시뮬레이션에 사용된 파라미터는 기본적으로 3GPP Release 10 규격을 따른다[7].
- 한편, 그림 6에서와 같이 하나의 단말이 주파수의전 대역의 자원을 사용할 경우에는 주파수 선택적 특성을 이용한 자원 스케쥴링 이득을 반영하지 못한다. 셀간 협력 스케쥴링 에서의 주파수 선택적 특성에 따른 이득을 보여주기 위하여 full buffer 트래픽 모델에서 재전송하는 단말은 제외하고 스케쥴링에 참여한 단말을 대상으로 각 단말이 할당 받은 자원에 대한 SINR 값을 제시하고자 한다. 이를 위해 RBIR 함수 값을 통해 각 단말이 할당 받은 자원에서의 SINR 값을 하나의 effective SINR 값으로 변환하였고, 이에 대한 CDF를 그림 7에 제시하였다.
- 그림 4는 2개의 상이한 대역을 통해 CA 를 구현할 때, 동일한 위치에 있는 단말들이 시나리오에 따라 성능 차이가 발생하는 것을 예시하고자 한다 [2] . 이 때 인접 셀의 간섭은 고려하지 않았으며, 인접셀 간섭이 단말에 성능에 미치는 영향은 Ⅲ절에서 논의하고자 한다. 따라서 위의 예시에 따르면, overlaid 시나리오에서 섹터의 경계에 존재하는 사용자는 2개의 CC로부터 낮은 안테나 이득이 발생하므로 이에 의한 수율 감소를 겪게 된다.
가설 설정
- 본 절에서는 다중셀 환경을 고려하였을 때 CA의 directional 시나리오에서 현재 구현되고 있는 셀과 섹터의 선택 과정에서 발생하는 문제점을 설명하고, 이에 대한 해결책으로 분산 방식의 셀간 협력 스케쥴링 방식을 제시한다. Directional 시나리오에서 2개의 CC 를 가정하고, PCC와 SCC에 해당하는 대역을 각각 f1과 f2로 나타내자. II.
- 각 채널은 RB 단위로 그 값을 생성하였으며, 이 때 Jakes 모델을 통해 시영역 상관관계를 반영한 후에 urban macro 환경의 cluster delay line (CDL)모델을 적용하여 다중 경로(multi-path) 및 안테나간 공간 상관관계를 반영하였다[8]. 단말은 minimum mean square estimation(MMSE) 수신기를 가정하였고, 2개의 스트림(stream)에서 발생 되는 SINR 값을 하나의 effective SINR 값으로 맵핑하기 위해 RBIR (Received Bit Information Rate) 함수를 사용하였다. 단말이 겪는 shadowing 값은 CC에 관계 없이 단말의 위치에 의해서만 결정된다고 가정하였다.
- 02). 단말의 평균 수율 값은 각 CC가 선택한 서비스 셀이 X2 interface를 통하여 지연 없이 서로 공유되며, 또한 단말의 하향링크 트래픽이 각 서비스 기지국에 이상적으로 분배된다고 가정 한다. 한편, 단말의 이동 속도는 3km/h로 가정했다.
- 단말은 minimum mean square estimation(MMSE) 수신기를 가정하였고, 2개의 스트림(stream)에서 발생 되는 SINR 값을 하나의 effective SINR 값으로 맵핑하기 위해 RBIR (Received Bit Information Rate) 함수를 사용하였다. 단말이 겪는 shadowing 값은 CC에 관계 없이 단말의 위치에 의해서만 결정된다고 가정하였다. 또한 단말은 셀 선택 시에 small-scale fading을 고려하지 않고, path-loss, 안테나 이득, 그리고 large-scale fading만을 고려한 신호세기에 근거하여 셀을 선택한 다고 가정하였다.
- 단말이 겪는 shadowing 값은 CC에 관계 없이 단말의 위치에 의해서만 결정된다고 가정하였다. 또한 단말은 셀 선택 시에 small-scale fading을 고려하지 않고, path-loss, 안테나 이득, 그리고 large-scale fading만을 고려한 신호세기에 근거하여 셀을 선택한 다고 가정하였다. Joint scheduling 및 셀간 협력 스케쥴링을 위한 moving widow의 크기는 모두 50ms로 설정한다(즉, tc = 0.
- )로 주어진다. 여기서, 패킷의 길이는 250kbytes로 가정한다. 반송파 집성에 의한 광대역화가 다중화 이득에 미치는 영향을 보기 위해 평균 수율은 각 사용자에 도착한 패킷에 대해서 자원이 할당된 구간에서만 측정한 것을 모든 사용자에 대해서 평균을 낸 것이다.
- 제안한 방식의 정량적 용량 증대 효과를 확인하기 위하여 모든 단말에 대해서 항상 송신할 트래픽이 존재하는 full buffer 트래픽 모델을 가정하고 단말 평균 수율 및 하위 5% 수율을 측정하였다(표 2 참조). 표 2의 결과에 따르면, directional scenario의 경우에 셀간 협력 스케쥴링을 적용하였을 때 하위 5% 성능 사용자의 수율이 약 50% 증가하는 것을 볼 수 있다.
- 단말의 평균 수율 값은 각 CC가 선택한 서비스 셀이 X2 interface를 통하여 지연 없이 서로 공유되며, 또한 단말의 하향링크 트래픽이 각 서비스 기지국에 이상적으로 분배된다고 가정 한다. 한편, 단말의 이동 속도는 3km/h로 가정했다. 표 1에서 본 시뮬레이션에 적용된 파라미터를 요약하였다.
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