[논문]초밀집 이종 이동 통신망을 위한 적응형 편향치를 활용한 새로운 셀 선택 기법

조정연; 반태원; 정방철

초밀집 이종 이동 통신망을 위한 적응형 편향치를 활용한 새로운 셀 선택 기법
A New Cell Selection Scheme with Adaptive Bias for Ultra Dense Heterogeneous Mobile Communication Networks 원문보기

한국정보통신학회 2015년도 춘계학술대회, 2015 May 26, 2015년, pp.63 - 66

조정연 (경상대학교) , 반태원 (경상대학교) , 정방철 (경상대학교)

초록
AI-Helper

스마트폰의 대중화에 따라 무선 데이터 트래픽이 기하급수적으로 증가하고 있으며, 이러한 데이터 트래픽을 원활히 수용하기 위하여 차세대 이동통신 네트워크에 대한 연구가 활발히 진행 중이다. 특히, 매크로 셀과 소형 셀을 활용하여 공간 재활용성을 높임으로써 네트워크 용량을 획기적으로 개선할 수 있는 이종 이동 통신망이 많은 관심을 끌고 있다. 이종 이동 통신망에서는 매크로 기지국과 소형 기지국 간의 송신전력의 차이로 인하여 부하 불균형과 간섭 등의 문제가 발생하며, 이를 해결하기 위하여 cell range expansion (CRE) 기술을 활용한다. 본 논문에서는, 초밀집 이종 이동 통신망에서 CRE bias를 적응적으로 적용하는 새로운 셀 선택 방식을 제안하고 시스템 레벨 시뮬레이션을 통하여 셀 평균 전송률을 분석하고, 기존의 셀 선택 방식과 비교 한다.

Abstract ▼ AI-Helper

As smart-phones become popular, mobile data traffic has been dramatically increasing and intensive researches on the next-generation mobile communication network is in progress to meet the increasing demand for mobile data traffic. In particular, heterogeneous network (HetNet) is attracting much interest because it can significantly enhance the network capacity by increasing the spatial resue with macro and small cells. In the HetNet, we have several problems such as load imbalance and interference because of the difference in transmit power between macro and small cells and cell range expansion (CRE) can mitigate the problems. In this paper, we propose a new cell selection scheme with adaptive cell range expansion bias (CREB) for ultra dense HetNet and we analyze the performance of the proposed scheme in terms of average cell transmission rate through system-level simulations and compare it with those of other schemes.

AI 본문요약
AI-Helper

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문제 정의

따라서 CREB를 어떻게 적용하여야 되는가에 대한 다양한 연구들이 진행되고 있다. 본 논문에서는 기존 기법들의 단점을 모두 보완 할 수 있는 새로운 셀 선택 기법을 제시한다. 각 소형 기지국은 네트워크 수신 기능을 활용하여 타 기지국으로부터 수신하는 모든 간섭량 I^{m, s}을 계산한다.
따라서, 차세대 이동통신 네트워크는 현재 대비 약 1000배 이상의 전송 용량을 확보하여야 할 것으로 예상되며 후보 기술로 소형 셀을 활용한 heterogeneous network (HetNet), full dufelx, massive MIMO 등이 고려된다 [1,2]. 본 논문에서는 매크로 셀과 소형 셀을 활용하여 공간 재활용성을 높임으로써 네트워크 용량을 획기적으로 개선할 수 있는 HetNet 기술에 주목하며, HetNet에서 소형 셀과 매크로 셀 간의 전송전력 격차에 따른 부하 불균형과 간섭 등의 문제해결을 위해 CREB를 유동적으로 적용하는 새로운 셀 선택 방식을 제안한다. 그리고, 시스템 레벨 시뮬레이션을 통하여 셀 평균 전송률을 분석하고, 기존의 셀 선택 방식과 비교 한다.
본 논문에서는 차세대 이동통신 네트워크를 위한 주요 기술 중 하나인 소형 셀을 이용한 이종 이동통신망을 위한 새로운 셀 홈 셀 선택 기법을 제안하였다. 제안된 방식에서는 각 소형 기지국이 주변으로부터의 간섭량을 측정하여 간섭량에 따라서 적응적으로 편향치를 적용한다.

가설 설정

이종 네트워크의 평균 기지국 전송 효율(bps/Hz)과 소형 기지국과 매크로 기지국이 1명 이상의 사용자에 의해서 선택될 확률 등을 분석하였다. 모든 기지국이 상향링크와 하향링크에서 모두 랜덤 스케쥴링 방식을 사용한다고 가정하였다. 제안 방식의 성능을 기존 방식고 비교하였으며, 특히 [4]에서 제안된 적응형 편향치 기반 셀 선택 기법과의 성능 차이도 분석하였다.

제안 방법

본 논문에서는 매크로 셀과 소형 셀을 활용하여 공간 재활용성을 높임으로써 네트워크 용량을 획기적으로 개선할 수 있는 HetNet 기술에 주목하며, HetNet에서 소형 셀과 매크로 셀 간의 전송전력 격차에 따른 부하 불균형과 간섭 등의 문제해결을 위해 CREB를 유동적으로 적용하는 새로운 셀 선택 방식을 제안한다. 그리고, 시스템 레벨 시뮬레이션을 통하여 셀 평균 전송률을 분석하고, 기존의 셀 선택 방식과 비교 한다. 본 논문의 구성은 다음과 같다.
Monte-Carlo기반 컴퓨터 시뮬레이션을 수행하여 성능을 분석하였으며, 시뮬레이션 수행 시간을 줄이기 위하여 위해서 wrap around 기법을 적용하였다 [5]. 이종 네트워크의 평균 기지국 전송 효율(bps/Hz)과 소형 기지국과 매크로 기지국이 1명 이상의 사용자에 의해서 선택될 확률 등을 분석하였다. 모든 기지국이 상향링크와 하향링크에서 모두 랜덤 스케쥴링 방식을 사용한다고 가정하였다.
본 논문에서는 차세대 이동통신 네트워크를 위한 주요 기술 중 하나인 소형 셀을 이용한 이종 이동통신망을 위한 새로운 셀 홈 셀 선택 기법을 제안하였다. 제안된 방식에서는 각 소형 기지국이 주변으로부터의 간섭량을 측정하여 간섭량에 따라서 적응적으로 편향치를 적용한다. Monte-Carlo 기반 시스템 레벨 시뮬레이션을 통한 성능 분석 결과에 따르면, 사용자 수가 300명일 때 제안된 셀 선택 방식에서는 기존의 수신 전력 기반 셀 선택 방식 대비 하향 링크와 상향 링크 성능이 약 200%와 150%씩 향상됨을 확인할 수 있었다.

대상 데이터

매크로 셀은 반경 R 인 육각형 2-tier 구조이며, 총 19개의 셀이 존재한다. 각 매크로 셀 중심에는 매크로 기지국이 존재하고 이를 중심으로 N_S 개의 소형 기지국과 N 명의 사용자가 균일하게 분포(Uniform distribution)하며 각 매크로 기지국 내의 기지국 간 최소거리는 5m, 매크로 기지국과 사용자 간 최소거리는 10m, 소형 기지국과 사용자 간 최소거리는 5m이다.

데이터처리

모든 기지국이 상향링크와 하향링크에서 모두 랜덤 스케쥴링 방식을 사용한다고 가정하였다. 제안 방식의 성능을 기존 방식고 비교하였으며, 특히 [4]에서 제안된 적응형 편향치 기반 셀 선택 기법과의 성능 차이도 분석하였다.

이론/모형

Monte-Carlo기반 컴퓨터 시뮬레이션을 수행하여 성능을 분석하였으며, 시뮬레이션 수행 시간을 줄이기 위하여 위해서 wrap around 기법을 적용하였다 [5]. 이종 네트워크의 평균 기지국 전송 효율(bps/Hz)과 소형 기지국과 매크로 기지국이 1명 이상의 사용자에 의해서 선택될 확률 등을 분석하였다.

성능/효과

제안된 방식에서는 각 소형 기지국이 주변으로부터의 간섭량을 측정하여 간섭량에 따라서 적응적으로 편향치를 적용한다. Monte-Carlo 기반 시스템 레벨 시뮬레이션을 통한 성능 분석 결과에 따르면, 사용자 수가 300명일 때 제안된 셀 선택 방식에서는 기존의 수신 전력 기반 셀 선택 방식 대비 하향 링크와 상향 링크 성능이 약 200%와 150%씩 향상됨을 확인할 수 있었다.
본 논문에서 제안하는 계단형 셀 선택 방식은 인접한 기지국들로부터 수신하는 간섭량이 큰 소형 기지국에는 Δmin(-6dB)을 적용하여 사용자에 의해서 선택될 확률을 낮춤으로써 네트워크에 미치는 간섭량을 감소시킴으로써 상향링크와 하향링크의 성능을 모두 개선시킬 수 있다.
본 논문에서 제안하는 계단형 셀 선택 방식은 인접한 기지국들로부터 수신하는 간섭량이 큰 소형 기지국에는 Δ_min(-6dB)을 적용하여 사용자에 의해서 선택될 확률을 낮춤으로써 네트워크에 미치는 간섭량을 감소시킴으로써 상향링크와 하향링크의 성능을 모두 개선시킬 수 있다. 사용자 수가 300명일 때, 제안된 셀 선택 방식은 기존의 수신 전력 기반 셀 선택 방식 대비 하향 링크와 상향 링크 성능을 약 200%와 150% 향상시킨다.
그림 1은 사용자 수에 따른 상/하향 링크 셀 평균 주파수 효율을 나타낸다. 사용자 수가 증가 할수록 모든 방식의 성능이 향상되며, 제안 방식은 다른 모든 방식보다 우수한 성능을 나타낸다. 특히, 사용자 수가 증가할수록 기존 방식과의 성능 격차가 확대된다.

후속연구

최근들어 스마트폰의 보급률이 확대됨에 따라, 기존의 음성과 텍스트 전송 서비스 이외에 동영상과 인터넷 스트리밍 서비스가 확산되고 있다. 이에 무선 인터넷 트래픽량이 폭발적으로 증가하였으며, 이러한 증가 추세는 더욱 가속화될 것으로 예상된다. 따라서, 차세대 이동통신 네트워크는 현재 대비 약 1000배 이상의 전송 용량을 확보하여야 할 것으로 예상되며 후보 기술로 소형 셀을 활용한 heterogeneous network (HetNet), full dufelx, massive MIMO 등이 고려된다 [1,2].

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	이종 이동 통신망에서 발생하는 문제는 무엇인가?	특히, 매크로 셀과 소형 셀을 활용하여 공간 재활용성을 높임으로써 네트워크 용량을 획기적으로 개선할 수 있는 이종 이동 통신망이 많은 관심을 끌고 있다. 이종 이동 통신망에서는 매크로 기지국과 소형 기지국 간의 송신전력의 차이로 인하여 부하 불균형과 간섭 등의 문제가 발생하며, 이를 해결하기 위하여 cell range expansion (CRE) 기술을 활용한다. 본 논문에서는, 초밀집 이종 이동 통신망에서 CRE bias를 적응적으로 적용하는 새로운 셀 선택 방식을 제안하고 시스템 레벨 시뮬레이션을 통하여 셀 평균 전송률을 분석하고, 기존의 셀 선택 방식과 비교 한다.
	차세대 이동통신 네트워크의 대용량의 전송 용량을 확보하기 위해 고려되고 있는 후보 기술에는 무엇이 있는가?	이에 무선 인터넷 트래픽량이 폭발적으로 증가하였으며, 이러한 증가 추세는 더욱 가속화될 것으로 예상된다. 따라서, 차세대 이동통신 네트워크는 현재 대비 약 1000배 이상의 전송 용량을 확보하여야 할 것으로 예상되며 후보 기술로 소형 셀을 활용한 heterogeneous network (HetNet), full dufelx, massive MIMO 등이 고려된다 [1,2]. 본 논문에서는 매크로 셀과 소형 셀을 활용하여 공간 재활용성을 높임으로써 네트워크 용량을 획기적으로 개선할 수 있는 HetNet 기술에 주목하며, HetNet에서 소형 셀과 매크로 셀 간의 전송전력 격차에 따른 부하 불균형과 간섭 등의 문제해결을 위해 CREB를 유동적으로 적용하는 새로운 셀 선택 방식을 제안한다.
	경로 손실 기반 홈 셀 선택 기법은 어떻게 기지국을 선택하는 방식인가?	일반적으로 경로 손실 기반 홈 셀 선택 기법은 수신전력 기반 홈 셀 선택 기법에 비해 상향 링크에서 높은 성능을 나타낸다고 알려져 있다. 경로손실 기반 홈 선택 방식은 기지국과 단말 간의 쉐도잉과 경로 손실을 모두 고려하여 그 값이 가장 작은 홈 셀을 선택하는 방식으로, 다음과 같이 표현 할 수 있다.

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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