OFDMA 이동통신 셀룰러 환경을 위한 범용 주파수 재사용 시스템에 대한 연구
Study on Universal Frequency Reuse Systems in an OFDMA-based Mobile Cellular Environment
초록/요약
본 논문에서는 셀룰러 이동통신 환경에서 셀들간의 간섭을 체계적으로 제어함으로써 주파수 자원을 효율적으로 재사용할 수 있는 범용 주파수 재사용 (UFR: universal frequency reuse) 시스템을 제안한다. 제안된 시스템에서는 주파수 재사용 계수 (FRF: frequency reuse factor) 1인 경우와 같이, 모든 셀들이 전체 주파수 대역을 자유로이 재사용하도록 설정하고, 주파수 자원 이용 시 각 셀마다 셀들 상호간의 간섭을 체계적으로 제어할 수 있도록 자원 할당 규칙을 정하여 사용한다. 각 셀에서의 자원 할당 규칙은 부하율 (LF: loading factor) 이 일정 수준 이하인 경우에는 셀들간 간섭을 최대한 회피하도록 하며, 부하율이 일정 수준을 초과하는 경우에는 셀들간 간섭이 평균화되도록 함으로써 셀들 상호간 간섭의 영향을 최소로 유지한다. 또한 UFR 시스템은 각 셀의 부하율에 따라 자원 할당 규칙을 변경하여 셀간 간섭을 최소화 하는 기법을 사용한다. 각 셀은 서비스를 요구하는 사용자의 수가 적어 부하율이 낮아지면, 셀간 주파수 재사용 거리를 최대로 하여 셀간 간섭이 최소화되는 주파수 재사용 계수를 선택한다. 즉 UFR 시스템은 부하율에 따라 주파수 재사용 계수를 1/19 →1/7→1/3 →1 의 순서로 변경하게 된다. 각 셀은 변경된 주파수 재사용 계수의 범위에 해당하는 고유의 자원 할당 규칙들을 가지고 있기 때문에, 언제라도 통신상에서 요구하는 만큼의 주파수를 재사용할 수 있다. 또한 주어진 자원 할당 규칙은 해당 부하율에서 셀간 간섭을 최소화하는 방향으로 설계되기 때문에 모든 부하율 범위에서 효과적으로 주파수를 재사용 할 수 있다. 마지막으로 OFDMA (orthogonal frequency division multiple access) 기반 셀룰러 시스템 환경에서 모의실험을 통하여 제안된 UFR 시스템의 우수성을 검증하였다. 모의실험 결과, 전방향 안테나 및 3 섹터 안테나 등 안테나 종류에 관계없이 모든 환경에서 범용적으로 적용할 수 있는 주파수 재사용 시스템임을 확인하였다. 특히 3-섹터 시스템에서는 성능 향상이 두드러짐을 알 수 있었다.
more초록/요약
In this thesis, we propose UFR systems that can reuse effectively a given frequency resource in a mobile cellular environment. The key concept is to control mutual interferences among neighboring cells in a systematic manner. The system first assigns the whole frequency resource to all cells, so that the whole resource could be reused without any restrictions in all the cells as in the cellular systems with frequency reuse factor of 1. Then, it defines a cell-specific resource allocation rule for each cell, so as to control mutual interferences among neighboring cells in a cooperative way. In our case, the resource allocation rules are designed so that they can avoid maximally ICI when the loading factor is less than a threshold loading factor, while exceeding the threshold, ICI would be averaged over the whole frequency resource. Hence, the proposed system can maintain ICI always at the minimum level, in turn expecting greater spectrum reuse efficiency. Furthermore, UFR systems can mitigate the ICI by changing the resource allocation rules according to a loading factor in each cell. When the umber of requested users is decreased, and then the loading factor is less than a threshold loading, the proposed UFR system reselects a proper FRF to extend the co-channel distance and to minimize the changed ICI level. In other words, the UFR system alters FRFs in order of 1/19 →1/7→1/3 as the decrease of a loading factor. Since each cell keeps cell-specific resource allocation rules corresponding to the changed FRFs, the proposed system could always reuse the frequency band as much as the cellular system requires. Moreover, the resource allocation rules are designed so that they can avoid maximally ICI in a whole range of the loading factor, the UFR system can effectively reuse a given frequency band. Finally, we performed extensive computer simulations in order to verify the effectiveness of the proposed UFR systems in an OFDMA-based cellular environment. From simulation results, we could see that the UFR system provides quite better spectrum reuse efficiency, regardless of omni-cell and 3-sector cell systems. Especially, the proposed UFR system can improve a system performance noticeably in a 3-sector cell system.
more목차
제１장 서론 = 1
제２장 시스템 모델 = 7
제１절 셀간 간섭 모델 = 7
제２절 성능 분석 파라미터 = 12
제３장 기존의 주파수 재사용 시스템 = 13
제１절 전통적인 주파수 재사용 시스템 = 13
제２절 SFR 과 FFR 시스템 = 16
제４장 범용 주파수 재사용 시스템 = 19
제１절 셀 고유의 자원 할당 규칙과 동적 자원 할당 = 19
제1항 셀 고유의 자원 할당 규칙 = 20
제2항 동적 자원 할당 = 31
제２절 셀 고유의 자원 할당 규칙을 이용한 주파수 재사용 시스템 = 34
제1항 순방향 시퀀스를 이용한 주파수 재사용 시스템 = 34
제2항 유사 랜덤 시퀀스를 이용한 주파수 재사용 시스템 = 36
제3항 결합된 유사 랜덤 시퀀스를 이용한 주파수 재사용 시스템 = 38
제4항 기존의 주파수 재사용 시스템에 셀 고유 시퀀스 적용 예 = 41
제３절 범용 주파수 재사용 시스템 = 44
제1항 범용 주파수 재사용 시스템 = 44
제2항 사용자 위치 정보를 이용한 주파수 재사용 시스템 = 51
제５장 모의 실험 및 분석 = 54
제６장 결론 = 70
참고 문헌 = 72
Abstract = 76
