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문제 정의
- 최근 5G 이동통신 시스템에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다[1][2][3]. 4G 시스템에서는 셀 경계에 있는 사용자는 높은 데이터 전송률을 제공받지 못하는데 반해서 5G 시스템에서는 위치에 상관 없이 모든 사용자에게 높은 데이터 전송률을 제공하는 것을 목표로 하고 있다. 또한 5G 시스템은 4G 시스템에 비해서 높은 데이터 전송률뿐만 아니라 낮은 지연, 낮은 전력, 많은 수의 디바이스 연결, 높은 이동성 등 다양한 목표를 가지고 있다[4][5][6].
- 본 고에서는 이동 개인셀 기술의 여러 가지 용도와 이동 개인셀로 인한 성능 향상에 대해서 논하였다. 이동 개인셀 기술은 첫째, 고정 소형 기지국의 커버리지를 확장함으로써 모든 단말에게 충분한 데이터를 공급하기 위하여 사용될 수 있다.
- 본 절에서는 이동 개인셀을 통한 성능 향상에 대해서 간단한 형태의 실험을 통해서 살펴본다.
- 본고에서는 이동 개인셀의 여러 용도와 그로 인한 성능 향상을 살펴 봄으로써 이동 개인셀의 가능성을 타진해 본다. 본고의 구성은 다음과 같다.
가설 설정
- 실제 전송과 관련된 스케줄링, 간섭제어 등은 포함하지 않았으며 셀 간 간섭이나 다중홉 릴레이에 의한 성능 저하도 고려하지 않았다. 각 단말은 1Gbps의 전송률을 요구하며 초소형 고정 기지국 및 이동 기지국은 20m 거리의 커버리지 반경을 가지고, 각각 10Gbps의 데이터 전송률을 지원할 수 있으며 간섭 상황과 상관 없이 각각 최대 10개의 단말을 지원할 수 있다고 가정하였다. 실험 영역은 한 개의 마크로 기지국에 의해서 관리되며 마크로 기지국은 5Gpbs의 데이터 전송률을 지원할 수 있고 초소형 고정 기지국과 연결이 되지 않은 최대 5개의 단말을 지원할 수 있다고 가정하였다.
- 이동 기지국에서 데이터를 수집하는 경우, 각 디바이스는 이동 기지국이 가장 가까이 왔을 때 데이터를 전송할 수 있다고 가정하였다. 각 디바이스는 기지국이 받는 신호대잡음비에 맞추어 데이터 전송률을 결정할 수 있다고 가정하여 채널용량 계산을 통해서 일정한 데이터 양을 전송할 때의 시간을 구하였다.
- 이 경우 매우 느린 차량이나 매우 빠른 차량은 다른 이동셀로 넘어가는 핸드오버가 여러 번 발생하게 된다. 다른 이동 개인셀로의 핸드오버를 줄이기 위해서 이동 개인셀의 종류가 N개라고 할 때 이동 개인셀은 각 종류별로 다른 이동속도를 가지며 각 종류별로 1Km 간격으로 출발한다고 가정하였다. 디바이스가 가장 비슷한 이동속도를 가지는 이동 개인셀에 연결될 수 있다고 가정할 때 이동 개인셀의 이동속도가 다양하면 이동 개인셀을 넘어 다니는 핸드오버는 감소하게 된다.
- 다른 이동 개인셀로의 핸드오버를 줄이기 위해서 이동 개인셀의 종류가 N개라고 할 때 이동 개인셀은 각 종류별로 다른 이동속도를 가지며 각 종류별로 1Km 간격으로 출발한다고 가정하였다. 디바이스가 가장 비슷한 이동속도를 가지는 이동 개인셀에 연결될 수 있다고 가정할 때 이동 개인셀의 이동속도가 다양하면 이동 개인셀을 넘어 다니는 핸드오버는 감소하게 된다. 그러나 이동 개인셀의 종류가 증가할수록 이동 개인셀의 수가 많아지게 되며 따라서 이동 기지국이 고정 기지국을 넘어 다니는 핸드오버의 수는 N에 비례하여 증가하게 된다.
- 각 단말은 1Gbps의 전송률을 요구하며 초소형 고정 기지국 및 이동 기지국은 20m 거리의 커버리지 반경을 가지고, 각각 10Gbps의 데이터 전송률을 지원할 수 있으며 간섭 상황과 상관 없이 각각 최대 10개의 단말을 지원할 수 있다고 가정하였다. 실험 영역은 한 개의 마크로 기지국에 의해서 관리되며 마크로 기지국은 5Gpbs의 데이터 전송률을 지원할 수 있고 초소형 고정 기지국과 연결이 되지 않은 최대 5개의 단말을 지원할 수 있다고 가정하였다. 실험은 활성화된 단말의 밀도를 1Km 제곱면적 당 25에서 5000개까지 변화시키면서 초소형 고정 기지국의 밀도 DF가 클 때(500/Km2)와 작을 때(250/Km2), 그리고 초소형 고정 기지국과 단말이 단일홉으로만 연결이 될 때와 이동 개인셀을 이용하여 다중홉으로 연결이 될 수 있을 때의 성능을 비교하였다.
- 실험은 활성화된 단말의 밀도를 1Km 제곱면적 당 25에서 5000개까지 변화시키면서 초소형 고정 기지국의 밀도 DF가 클 때(500/Km2)와 작을 때(250/Km2), 그리고 초소형 고정 기지국과 단말이 단일홉으로만 연결이 될 때와 이동 개인셀을 이용하여 다중홉으로 연결이 될 수 있을 때의 성능을 비교하였다. 이동 개인셀의 밀도는 활성화된 단말의 밀도와 비례한다고 가정하였다.
- 이동 개인셀을 사용하는 경우 이동 기지국은 고정 기지국과 연결이 되므로 정해진 구간 동안 10번의 핸드오버가 발생하지만, 이동 기지국을 제외한 다른 단말은 이동 기지국과 연결이 되므로 이동 기지국과의 이동 속도 차이가 거의 없다면 핸드오버 없이 이동할 수 있다. 이동 개인셀의 종류가 한 종류만 있다고 가정할 때는 이동 기지국은 모두 100Km/h의 속도로 이동하며 1Km 간격으로 출발한다고 가정하였다. 이 경우 매우 느린 차량이나 매우 빠른 차량은 다른 이동셀로 넘어가는 핸드오버가 여러 번 발생하게 된다.
- 76이며 디바이스의 송신 전력은 고정기지국이 셀 경계 디바이스들로부터 받는 신호의 신호대잡음비가 -10dB가 되도록 하였다. 이동 기지국에서 데이터를 수집하는 경우, 각 디바이스는 이동 기지국이 가장 가까이 왔을 때 데이터를 전송할 수 있다고 가정하였다. 각 디바이스는 기지국이 받는 신호대잡음비에 맞추어 데이터 전송률을 결정할 수 있다고 가정하여 채널용량 계산을 통해서 일정한 데이터 양을 전송할 때의 시간을 구하였다.
- 실험에서는 <그림 2>와 같이 고속도로의 한 방향만을 고려하여 이동셀을 사용하지 않을 때 <그림 2(a)>에 비해서 이동셀을 사용할 때 <그림 2(b)>핸드오버의 수가 얼마나 감소되는가를 실험하였다. 차량의 이동속도는 70Km/h에서 130Km/h까지 균등한 분포를 가정하였으며, 차량은 시작점을 20m의 일정한 간격으로 출발하여 11Km의 정해진 구간을 이동한다고 가정하였다. 기지국은 1Km 간격으로 일렬로 놓여 있으며 따라서 이동 개인셀이 없는 경우 각 디바이스는 11Km 구간을 이동하는 동안 10번의 핸드오버가 발생하게 된다.
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