인접 셀 주파수 대역 재사용 셀룰러 시스템 및 전송방식에 대한 연구 - 권기범 (The Graduate School, Ajou University, 2005)
본 논문에서는 다중 셀 셀룰러 시스템에서 인접 셀 간섭의 영향을 효과적으로 줄이기 위하여, 인접 셀 간섭 전력에 대한 이론적 분석을 시도하고, 이를 바탕으로 인접 셀 간섭의 영향을 줄임으로써 주파수 자원을 효율적으로 이용하기 위한 두 가지 인접 셀 간섭제어 방식들을 제안한다. 하나는 셀들간 간섭을 줄이기 위하여 주파수 재사용 계수를 증가시킴으로써 일차적으로 간섭을 줄이고 또한 셀 중심에 가까운 위치에서는 인접 셀들로부터의 간섭이 크지 않으며 서로 간에 영향을 크게 주지 않는다는 사실에 근거하여 셀 중심 부근에서는 인접 셀들에서 사용하는 주파수 대역들을 재사용하게 함으로써 주파수 자원의 이용효율을 높일 수 있는 인접 셀 재사용 대역을 사용하는 셀룰러 시스템이고, 다른 하나는 주파수 재사용 계수를 1로 유지하지만 셀 중심으로부터 위치에 따라 인접 셀들로부터의 간섭의 양이 다른다는 사실에 근거하여 셀 중심으로부터의 거리에 따라 다수의 부분 셀 영역들로 나누고 부분 셀 영역마다 다른 주파수 대역을 할당하고 부분 셀 영역마다 간섭의 정도에 따라 대역폭, 부하율, 전력밀도 세기 등을 조절함으로써 주파수 이용효율을 극대화하는 불균일 대역제어 셀룰러 시스템이다. 또한 제안한 간섭제어 방식을 차세대 전송방식으로 고려되고 있는 FH-OFDMA 방식에 적용하여 성능을 분석하며 기존 셀룰러 시스템들과 비교한다. 다중 셀 환경에서의 인접 셀 간섭에 대한 분석은 채널의 각 구성요소들에 따른 통계적인 특성을 바탕으로 인접한 단위 셀에서의 간섭전력을 모델링하고 이를 점차로 확장하여 전체 인접 셀 간섭전력에 대한 모델을 구한다. 또한 일반적으로 셀룰러 시스템의 성능평가를 위한 기준값으로 셀당 총 전송률을 설정하는 경우가 많다. 이는 단일 셀 시스템에서의 시스템 성능평가의 척도로는 적합할지 모르나 셀룰러 시스템에서는 사용자의 위치에 따른 인접 셀 간섭전력의 차이가 크므로 사용자의 셀 내 위치에 따른 공평성 문제에 대한 성능적 표현이 어렵다. 이를 해결하기 위하여 셀룰러 시스템에서 사용자들 간의 공평성을 제공하기 위하여 성능평가를 위한 새로운 지표로서 공평성에 기반을 둔 단위면적당 전송률을 소개한다. 따라서 본 논문에서는 성능평가를 위하여 사용불능률과 동시에 공평성에 기반을 둔 단위면적당 전송률을 척도로 사용한다. 인접 셀 재사용 대역을 사용하는 셀룰러 시스템은 전체 주파수 대역을 K개의 대역그룹으로 나누어 인접한 K개의 셀들에 할당하는 형태로 주파수 재사용 계수를 높임으로써 일차적으로 인접 셀 간섭을 피하고, 추가적으로 자원의 효율성을 높이기 위하여 셀 중심 영역에서는 인접 셀 간섭이 낮다는 사실을 이용하여 인접 셀들에서 사용하는 주파수 대역에 인접 셀에는 간섭을 일으키지 않을 정도의 낮은 전력으로 데이터를 전송하는 형태로 인접 셀 주파수 대역들을 인접 셀 재사용 대역으로 설정하여 재사용 한다. 따라서, 주파수 재사용 계수가 K인 경우에 전체 주파수 대역의 (1/K) 만큼을 사용하였던 기존 방법들에 비하여 셀의 일부 중심 영역에서는 추가적으로 주파수 자원을 사용할 수 있도록 함으로써 주파수 이용효율을 증대시킬 수 있다. 본 논문에서는 OFDM 기반의 인접 셀 재사용 대역을 사용한 셀룰러 시스템으로 GFH-OFDMA-Reuse 시스템을 제안한다. 불균일 대역제어 셀룰러 시스템은 기존의 CDMA 방식에서와 같이 제공된 주파수 자원을 최대한 이용하기 위하여 주파수 재사용 계수 1을 기반으로 하고 있다. 이 시스템은 전체 주파수 대역을 다수 개의 대역그룹들로 나누고, 셀 영역을 셀 중심으로부터 거리에 따라 대역그룹의 개수에 해당하는 셀 중심으로부터 일정한 거리를 가지는 둥근 밴드모양의 부분 셀 영역들로 나누어 각 부분 셀 영역마다 하나의 대역그룹을 할당한다. 이러한 시스템에서는 셀 중심에 위치한 부분 셀 영역에서는 인접 셀들로부터의 간섭에 크게 영향을 받지 않으므로 더 큰 전력밀도로 신호를 전송하거나 부하율을 더 크게 가져갈 수 있게 된다. 따라서, 원하는 시스템 성능을 유지하기 위하여 부분 셀 영역마다 할당된 대역그룹의 크기를 조절하거나 부하율, 전력밀도의 세기를 조절함으로써 주파수 자원의 이용효율을 높일 수 있다. 본 논문에서는 OFDM 기반의 불균일 대역제어 셀룰러 시스템으로 불균일 대역제어 FH-OFDMA 시스템을 제안한다. 마지막으로 다양한 환경에서의 인접 셀 간섭의 영향을 분석하고, 이를 바탕으로 제안한 두 가지 간섭제어 방법을 사용한 셀룰러 시스템들의 시스템 불능률과 단위면적당 전송률을 분석하고 이들을 기존의 방법들과 비교하였다. 모의실험을 통한 성능 분석 결과를 통하여 제안된 간섭제어 방법을 사용한 셀룰러 시스템은 단위면적당 전송률 측면에서 동일한 주파수 재사용 계수를 사용하는 기존의 방법들에 비하여 아주 우수한 성능을 보였으며, 주파수 재사용 계수를 K=7로 하고 인접 셀 대역을 재사용하는 시스템의 성능이 가장 우수한 것으로 나타났다.
학위논문(석사)--아주대학교 대학원 :전자공학과,2005