Research on Throughput Enhancement Techniques through Analysis of Channel Interference in OFDM Cellular Communication Systems

Abstract

주파수 재사용률 1을 지향하는 차세대 셀룰러 다중 접속 통신시스템에서 인접 셀과 시스템으로부터 오는 간섭의 영향에 대한 분석은 꼭 필요한 과정이다. 본 학위논문에서는 이러한 다중 셀 차세대 이동통신 시스템의 간섭 영향 분석을 위한 시스템 모델링을 제시하고, 이를 바탕으로 성능 향상 기법 및 최적화된 성능을 위한 시스템 변수들을 제시하였다. 광대역 이동통신 시스템들은 높은 셀 전송률과 데이터 율로 보다 넓은 영역을 서비스하기 위하여 보다 효율적인 무선 자원 사용을 목표로 하고 있다. 이를 위해, OFDMA로 대표되는 차세대 이동통신 시스템에서는 가용 시스템 대역을 다수의 자원블록으로 나누어 다수의 사용자에게 할당하는 스케줄링 방식을 사용하고 있다. 스케줄링을 통한 성능향상을 위해서는, 모든 이동국이 기지국에게 자원블록의 채널 상태를 기지국에게 주기적으로 보고해 주어야 한다. 그러나 많은 상향링크 제어정보의 전송은 기지국의 처리에 부담을 주게 될 뿐만 아니라, 추가적인 오류를 발생시킬 수 있으므로, 채널정보가 부정확한 상태에서 성능 저하를 막을 수 있는 방안을 고려해야 한다. 본 학위 논문에서는 사용자간 그룹형성기법에 기반한 비례 공평성 스케줄링 기법을 제시하였다. 개선된 비례 공평성 스케줄링 기법은 기존의 방식과 비교하여 복잡도의 증가가 전혀 없으면서, 채널품질 지수의 전송 주기가 길어질 때에 기존의 방식에 대하여 성능 향상을 달성하였다. 시뮬레이션을 수행하여 기존의 스케줄링 방식들과 전송률 및 공평지수를 비교하였다. 제안한 스케줄링 알고리즘은 단말기의 평균 전송률 에러율을 줄임으로써, 기존의 비례 공평성 스케줄링보다 높은 전송률과 공평 지수를 달성하였다. OFDM기반의 차세대 이동통신 시스템은 셀 내 간섭 문제는 없지만, 주파수 재사용에 의한 셀간 간섭은 다중 셀 환경의 시스템 성능에 중요한 영향을 미친다. 게다가, 인접 대역을 이용하는 다수의 차세대 이동통신 시스템이 같은 지역에 배치될 경우, 송수신기의 불완전성으로 인한 시스템간 간섭이 발생하게 된다. 따라서, 다양한 환경에 따른 간섭의 영향을 고려한 최적화된 시스템 파라미터 제시 및 성능 향상 기법이 필요하다. 먼저, 본 학위 논문에서는 차세대 이동통신의 특징과 간섭 모델링이 반영된 시스템 레벨 시뮬레이션을 위한 방법론을 소개하였다. 이를 이용하여, 두 LTE/FDD 시스템간 혹은 LTE/FDD와 TDD 시스템이 인접대역에서 동작할 때 인접 대역으로부터 오는 간섭의 영향에 따른 성능 변화를 분석하였다. 또한, 두 시스템간 보호대역 산출을 위하여 인접대역 간섭량과 요구되는 보호대역 간의 사상 함수를 유도하여, 시스템간 공존을 위한 보호대역에 대한 데이터를 제공하였다. 마지막으로, 셀간 간섭 조절기법인 부분적 주파수 재사용기법의 성능 향상을 위한 셀 별 문턱값 조절 기법을 제시하였다. 제안된 기법은 시뮬레이션 결과를 통하여 평균 사용자 전송률과 하위 5 % 사용자들의 전송률을 향상시킬 수 있음을 확인하였다.