논문 11-36-03-09 자가구성펨토셀의동적셀간간섭회피기법 정회원박상규 *, 종신회원박세웅 * Dynamic Inter-Cell Interference Avoidance in Self-Organizing Femtocell Networks Sangkyu Park* Regular Member, Saewoong Bahk* Lifelong Member 요 약 펨토셀은미래네트워크에서보다좋은링크품질과주파수의공간적재사용을통해시스템용량을증가시킬수있는대안으로주목받고있다. 하지만펨토셀의큰잠재력에도불구하고, 많은비중의사용자가셀간간섭에노출됨에따라, 시스템용량은네트워크의밀도에크게영향을받게된다. 본논문에서는조밀하게분포되어있는펨토셀환경에서의동적인간섭회피기법을제안한다. 제안하는 DDIA (Distributed Dynamic ICI Avoidance) 기법은완전히분산적으로동작할뿐아니라사용자들의간섭링크를민첩하게제어하므로자가구성네트워크 (SON) 환경에적합하다. DDIA 기법을제안하는과정에서셀간간섭링크와 2-단스케쥴링의개념을소개한다. 제안하는기법은중앙의개체없이셀간간섭을피하기위하여모든기지국들과사용자단말들이적응적으로조화를이루게한다. 모의실험을통하여, 제안하는기법을사용하였을때, 전체네트워크용량을유지또는증가시키면서도셀간간섭에노출되어있는사용자들의평균전송량이주파수재사용률 1 기법과비교하여최소 2배이상증가함을확인할수있었다. 또한제안하는기법은네트워크의밀도와토폴로지변화에상관없이잘동작함을알수있었다. Key Words : femtocell, inter-cell interference, interference avoidance, self-organizing ABSTRACT Femtocells are expected as the surest way to increase the system capacity with higher-quality links and more spatial reuse in future networks. In spite of their great potential, the system capacity is highly susceptible to network density because a large portion of users are exposed to inter-cell interference (ICI). In this work, we proposed a dynamic interference avoidance scheme in densely deployed cell environments. Our proposed DDIA (Distributed Dynamic ICI Avoidance) scheme not only works in a fully distributed manner, but also controls interference link connectivity of users with high agility so that it is suited for self-organizing networks (SONs). We introduced the concept of ICI-link and two-tier scheduling in designing the DDIA scheme. To avoid ICI without any central entity, our scheme tries to harmonize all base stations (BSs) with users adaptively. Through extensive simulations, it was shown that our proposed scheme improves the throughput of users by more than twice on average compared to the frequency reuse factor 1 scheme, who are exposed to ICI while maintaining or even improving overall network performance. Our scheme operates well regardless of network density and topology. 본연구는지식경제부및정보통신산업진흥원의대학 IT 연구센터지원사업의연구결과로수행되었음 (NIPA-2010-(C1090-1011-0004)) * 서울대학교전기컴퓨터공학부, 뉴미디어통신공동연구소 (skpark@netlab.snu.ac.kr, sbahk@snu.ac.kr) 논문번호 :KICS2010-10-499, 접수일자 :2010 년 10 월 19 일, 최종논문접수일자 : 2011 년 1 월 28 일 259
Ⅰ. 서론빠르게증가하고있는무선통신의양에따라, 높은전송률에대한요구가보다증가하고있다. 최근몇년간, 펨토셀은무선네트워크환경에서주파수자원의재사용성을증가시키고시스템의용량을증가시킬수있는대안으로큰관심을받고있다 [1]. 이동통신사업자에의해정교하게배치되는매크로기지국과달리펨토기지국은사용자들에의해배치또는이동되기때문에불특정하고조밀하게분포하기쉽다. 조밀하고불특정한펨토기지국의분포는셀커버리지경계에있는사용자들뿐아니라심지어자신의펨토기지국에가까이있는단말들도셀간간섭에의해링크품질이손상되고, 많은비중의사용자가셀간간섭에노출되게된다. 또한펨토기지국은기본적으로 CSG (Closed Subscriber Group) 에속해있는단말들에게만액세스를허용 [4] 하기때문에단말들이핸드오버를통해보다좋은링크품질을제공하는기지국으로부터서비스를받기어렵고, 이는펨토셀환경에서의간섭에따른링크품질저하를증대시킨다. 따라서펨토셀환경에서의셀간간섭관리는매크로셀환경에서보다더욱중요하다. 셀간간섭에의한성능열화는전체네트워크의토폴로지상태 ( 펨토기지국과단말들의위치정보 ) 관리를관리하고각펨토기지국의스케쥴링을제어하는중앙의개체를통해서극복될수있을것이다. 하지만, 중앙집중적인방식은시그널링지연, 중앙개체운용과추가적인백홀자원사용등의비용을수반할뿐만아니라확장성에서도한계를가지고있다. 따라서자가구성은펨토셀환경에서시스템의성능향상을위해매우중요하고, 펨토기지국들은네트워크의성능을최적화시키기위해동적으로주변환경을고려하여자원할당을해야한다 [2]. 다중셀환경에서셀간간섭제어에관한여러연구들이진행되었다. [7] 에서는중앙집중방식의 PFR (Partial Frequency Reuse) 에기반한셀간간섭회피기법이제안되었다. 하지만인접하는셀간의협력을통한성능향상에도불구하고, 정교한기지국들의배치와주파수분할, 중앙집중적인방식의제한된확장성은펨토셀환경에적합하지않다. 분산된방식을사용하는기법에대한연구들도있었다. [10] 에서는펨토셀간간섭회피를위해해싱매커니즘을이용한분산적랜덤액세스방법이제시되었다. [8] 은각기지국들이보다점차나은상태로가 기위해각 sub-band의전송전력을적응적으로조절해가는 SFFR (Soft Fractional Frequency Reuse) 방법을다루고있다. [9] 에서는조밀하게분포되어있는펨토셀환경에서기지국경쟁기반채널예약을통해셀간간섭을회피하는방법이제안되었다. 기지국경쟁기반채널예약기법은단말의도움을받아어떤상태의기지국과단말들의분포에대하여도, 중앙의개체가없이적응적으로간섭을회피한다. 하지만, 이러한분산된방식을사용하는기법중어떠한기법도각기지국의개별적인스케쥴링정책과실시간스케쥴링상태에따른셀간간섭상황을고려하지않았다. 본논문에서는펨토셀간의 Co-layer 간섭 [2] 을피하기위하여각펨토기지국이동적으로주변환경에적절히대응하며주파수자원을단말에게할당하는분산적기법을제안한다. 제안하는기법을통해기지국들은실시간스케쥴링상태를고려하면서단말들에게높은신호대간섭및노이즈 ( 이하 ) 비율을보장하기위해서로협력한다. 모의실험을통하여제안하는기법이셀간간섭에노출된단말들의성능을향상시킬뿐아니라전체네트워크의용량또한증가시킴을확인하였다. 우리가아는한, 본연구는조밀하게분포되어있는기지국환경에서, 기지국들이각자의정책에따라단말을스케쥴링하며셀간간섭을회피하면서도주파수자원의재사용성을극대화시키기위한첫시도이다. 본논문은다음과같이구성되어있다. Ⅱ장에서는본논문에서고려하는시스템모델을설명한다. Ⅲ장에서는제안하는동적셀간간섭회피기법을설명한다. Ⅳ장에서는다양한환경에서의성능을평가하며, 마지막으로 Ⅴ장에서본논문의결론을맺는다. Ⅱ. 시스템모델 2.1 링크모델네트워크상의기지국의집합은 으로, 각기지국 에연결되어있는단말의집합은 으로표현된다. 각각의 에연결되어있는단말 가슬롯 동안부채널 으로부터받게되는신호의 은다음과같다. (1) 260
논문 / 자가구성펨토셀의동적셀간간섭회피기법 여기서 와 은각각부채널 에서의기지국 과단말 와의채널이득과기지국 의전송전력을나타낸다. 는할당지시자를나타내는데, 슬롯 동안기지국 이부채널 을단말 에게할당하면 1을그렇지않으면 0을갖는다. 주어진 과 에대하여결정되는순간적인가능전송률은아래와같이주어진다. 그림 1. 잠재적셀간간섭링크의예 (2) 여기서 은부채널 의대역폭이다. 간단한설명을위하여, 본논문에서는 와 가모든부채널에대하여일정하다고가정한다. 본논문의목적은각자원할당기간동안단말들의 임계치를보장하면서도주파수의공간적재사용을극대화시키고자각각의기지국이분산된방식으로 를결정하는매체접근기법을설계하는것이다. 2.2 셀간간섭링크많은비중의단말이셀간간섭에노출되어있는조밀하게분포되어있는기지국환경에서각단말과기지국의상태를나타내기위하여몇가지용어를설명한다. 정의 1 : 단말 의 이이웃기지국의자원할당에따라 임계치보다낮아질수있다면, 단말 는 셀간간섭- 노출상태 에있다. 그리고셀간간섭에노출된단말의존재여부에따라기지국들간의관계 잠재적셀간간섭링크 가결정된다. 정의 2 : 만약어떤단말의기지국과이웃기지국이같은채널에동시에자원을단말에할당하여그단말이얻게되는 이임계치보다낮게된다면, 그두기지국은 잠재적셀간간섭링크 로연결되어있다. 그림 1은주어진펨토기지국과단말들의위치에대하여펨토기지국들간의잠재적셀간간섭링크의모습을나타내고있다. 어떤단말이주위의여러기지국으로부터셀간간섭에노출되어있다면, 이단말에의하여다수의셀간간섭링크가생성될수도있다. 하지만, 실제적인셀간간섭링크는각기지국의단말스케쥴링상태에따라결정된다. 예를들어, 그림 2.(a) 에서단말 A-1, B-2, C-2, D-1, E-2 는주어진자원할당기간동안각각의기지국으로부터스케쥴링되 그림 2. 기지국의스케쥴링에따른실제적셀간간섭링크의예었다. 이단말들중 B-2는기지국 C로부터의간섭, D-1은기지국 A로부터의간섭에노출되어있다. 따라서이번자원할당기간동안에는기지국 A와 D, B 와 C가실제적인셀간간섭링크를갖는다. 정의 3: 기지국들의단말스케쥴링이결정된상태에서, 기지국으로부터자원을할당받은단말의 이이웃기지국으로부터의간섭신호신호로인해임계치보다낮게된다면, 두기지국은 셀간간섭링크 로연결되어있다. 요약하자면, 잠재적셀간간섭링크 는펨토기지국들과단말들의배치상태에따라결정되고, 실제적 셀간간섭링크 는 잠재적셀간간섭링크 위에서각기지국의스케쥴링상태에따라결정된다고볼수있다. Ⅲ. 제안하는셀간간섭회피기법 3.1 경쟁기반채널예약앞장에서정의된셀간간섭링크모델에따르면, 두펨토기지국이셀간간섭링크로연결되어있을때는둘중하나의기지국만이자신의단말에게채널자원을할당할수있다. 그렇지않으면, 셀간간섭에노출된 261
단말은낮은 SINR 때문에아주적은전송률로데이터를전송받거나심지어어떤데이터도받지못하게된다. 그림 1. 과그림 2. 에서 A-2가펨토기지국 B로부터의간섭신호에노출되어있는한낮은 SINR 때문에기지국 A로부터낮은전송률을얻게된다. 따라서단말의요구전송률이고려되지않고같은양의채널자원이 A-1과 A-2에게분배된다고가정하면 A-2는 A-1 보다매우낮은전송률로데이터를받게된다. 만약단말의요구전송률이고려되어자원이분배되고 A-1 과 A-2의요구전송률이같다고가정하면, 더욱많은비중의채널자원이 A-2에게할당될것이고이는곧전체셀용량을감소시키게된다. 이러한셀간간섭에따른성능열화현상을피하기위하여, 셀간간섭링크로연결된펨토기지국들은서로협력하여야한다. 셀간간섭에노출된단말에게보장된 SINR로전송하기위해, 주어진자원할당기간동안셀간간섭링크로연결된기지국들중오직하나의기지국만이채널자원을사용하여야한다. 본연구에서는이를위해기지국간경쟁기반채널예약기법 [9] 을사용한다 (802.11 기반 MAC에서사용되는단말간경쟁이아닌 ). 기지국경쟁기반기법 [9] 의동작을간단하게설명하면다음과같다. (1) 각기지국은경쟁윈도우안에서랜덤한숫자를선택하고, 선택된숫자를커버리지내에있는모든단말이들을수있도록브로드캐스트한다. (2) 각단말은자신이연결되어있는기지국과이웃기지국들로부터브로드캐스트된랜덤숫자를듣고, 가장높은랜덤숫자보다작은랜덤숫자를보낸주위의모든기지국들에게 loser-시그널을보낸다. (3) 가장큰경쟁숫자를선택한기지국은다음자원할당기간동안독점적으로채널을점유하여사용한다. 이런메커니즘은다음과같은장점을갖는다. - 만약둘이상의기지국의커버리지가중복되는영역에단말이있다면, 그중오직하나의기지국만이채널자원을사용하도록허용된다. 따라서셀간간섭을분산된방식을통해회피할수있다. - 경쟁에참여하는기지국들은채널자원을시간적으로공평하게나눠갖는다. [9] 에서제안된기법은기지국들이단말의스케쥴링상태를고려하지않고경쟁하는반면 ( 잠재적셀간간섭링크만을고려하여경쟁하는것과유사 ), 본논문에서제안하는기법에서는각기지국들이단말의스케쥴링상태에따른실제적셀간간섭링크를기반으로 경쟁한다. 실제적셀간간섭링크기반의기지국간경쟁은각각의경쟁단계에서보다셀간간섭링크의숫자가줄기때문에주파수의공간적재사용성이증가된다. 또한제안하는기법은단말이자신의타겟 SINR를기준으로최소한의기지국을간섭기지국을설정하고 ([9] 는기지국의커버리지기준으로간섭기지국설정 ), 경쟁결과인 loser-시그널을간섭기지국들에게선택적으로전송함으로써주파수의재사용성을증대시킨다. 3.2 2-단스케쥴링제안하는기법에서주파수자원스케쥴링과정은경쟁스케쥴링과자원할당두단계로나뉜다. 그림 3 은 2-단스케쥴링의과정을나타내고있다. 그림 3. 2-단스케쥴링의메커니즘 3.2.1 경쟁스케쥴링 (Contention scheduling) 이단계에서펨토기지국들은단말선택과경쟁숫자선택두가지결정을내린다. 각기지국은자신의스케쥴링정책에따라하나의단말을선택하여다음자원할당기간에채널자원을그단말에게할당하기위해다른기지국들과경쟁한다. 즉, 실제적인셀간간섭링크는각펨토기지국의단말선택에따라결정된다. 만약어떤펨토기지국이다른펨토기지국과셀간간섭링크로연결되어있고경쟁에서지게된다면, 그펨토기지국은다음자원할당기간동안채널을다른기지국에게양보해야하므로경쟁스케쥴된단말에게채널자원을할당할수없다. 따라서경쟁스케쥴링단계에서각기지국들은선택된단말들에게다음자원할당기간에채널을할당할수있을지는알수없다. 기지국들은다음자원할당기간동안채널을할당할 262
논문 / 자가구성펨토셀의동적셀간간섭회피기법 단말선택과동시에셀간간섭링크로연결된기지국들과의경쟁에사용될경쟁숫자를선택한다. 셀간간섭링크로연결되어있는기지국들은선택된경쟁숫자에따라서경쟁결과가결정된다. 각펨토기지국들은각기지국의자원할당정책에따라트래픽부하, 트래픽의종류, 경쟁스케쥴링된단말의 QoS요구레벨등을고려하여경쟁숫자 ( 또는경쟁윈도우크기 ) 를선택한다. 3.2.2 단말기반셀간간섭링크설정 (ICI-link setup) 각단말은잠재적인간섭기지국 ( 자신의기지국과잠재적셀간간섭링크로연결되어있는기지국 ) 들의리스트를가지고있고, 이를주기적 ( 매수백밀리초마다 ) 으로업데이트하여펨토기지국또는단말의위치변화에적응한다. 리스트업데이트주기마다, 만약이웃기지국으로부터수신된프리앰블의전력세기가간섭임계치보다높으면, 단말은그기지국을잠재적간섭기지국으로설정한다. 기지국간의실제적인셀간간섭링크는경쟁스케쥴링된단말들에의하여결정된다. 만약어떤단말이자신의기지국으로부터경쟁스케쥴링된다면, 그단말에의해생성된잠재적셀간간섭링크는실제적셀간간섭링크가되고, 경쟁스케쥴링된단말들만이자신의기지국과간섭기지국들에게경쟁결과를보고한다. 3.2.3 경쟁결과보고 (Contention result report) 경쟁스케쥴링된단말들은자신의기지국이생성한경쟁숫자와간섭기지국들이생성한경쟁숫자들과비교한다. 만약자신의기지국이생성한경쟁숫자가가장크다면, 모든간섭기지국들에게 loser- 신호를보내간섭기지국들이채널을사용하는것을막는다. 반면에간섭기지국중자신의기지국이생성한경쟁숫자보다높은경쟁숫자를생성한기지국이있다면, 단말은 loser-신호를자신의기지국에게보내어해당채널을다른기지국에게양보해야함을알리고, 이때는자신이속한기지국보다낮은경쟁숫자를선택한간섭기지국들에게 loser-신호를보내지않음으로써채널자원의공간적재사용성을향상시킨다. 3.2.4 자원할당 (Resource assignment) 주위의단말들로부터경쟁결과보고를받은후, 기지국은각각의셀간간섭링크에서의경쟁결과를알게된다. 만약어떤기지국이 loser-신호를하나라도받았다면, 그기지국은다음자원할당기간의채널사용권리를이긴기지국에게양보한다. 반대로 loser-신호를 하나도받지않았다면, 그기지국은모든셀간간섭링크로연결된기지국들보다높은경쟁숫자를선택하였고, 경쟁에서이겼다는것을뜻한다. 따라서 loser- 신호를받지않은기지국들은그들이경쟁스케쥴링단계에서선택한단말들에게채널자원을할당할권리를갖게된다. 경쟁결과는경쟁스케쥴링된단말들에의해설정되는실제적셀간간섭링크에의한결과이므로, 기지국은경쟁에서이겼더라도오직경쟁스케쥴링된단말들에게자원을할당해야한다. 이를위한시그널링과정의예와프레임구조는각각그림 4와그림 5에나타나있다. 그림 4. 여러부채널에서의 2-단스케쥴링동작예. 그림 5. 프레임구조 3.3 프레임구조그림 5는 2-단스케쥴링자원할당기법을위한프레임구조를보여준다. 각기지국은필수적인제어정보를단말들에게신뢰적으로전달하기위해각각의전용제어 (control) 채널을사용한다. 펨토기지국들은켜지는순간다른펨토기지국들의제어채널과충돌되지않는빈제어채널을자신의전용채널로사용한다. 펨토기지국들의제어정보는자원할당정보와경쟁스케쥴링정보로이루어져있다. RA (Resource Assinged) 263
필드는이전단계에서경쟁스케쥴링된단말에게이번자원할당기간동안해당하는부채널을할당할것인지아닌지를가리킨다. 그림 5에서, 기지국 A는부채널 1을이전자원할당단계에서부채널 1에대하여경쟁스케쥴링한단말에게할당하고있음을보인다. 마찬가지로부채널 4는부채널 4에대하여경쟁스케쥴링한단말에게자원을할당하고있다. 이는이전자원할당기간의경쟁결과보고에서부채널 1과 4에서단말들로부터 loser-신호를받지않았기때문이다. 반면에부채널 2, 3, 5에서는이전자원할당기간에서의경쟁결과에따라단말들에게자원을할당하지않고경쟁에서이긴기지국에게양보한다. CU (Contention scheduled User) 필드는다음경쟁을위해선택된단말의인덱스를가리키고, CN (Contention Number) 필드는다음경쟁에사용될경쟁숫자를가리킨다. 경쟁결과보고 (report) 채널은상향링크채널의앞에위치하고, 각각의펨토기지국은제어채널과마찬가지로전용경쟁결과보고채널을가진다. 단말들은자신에의해생성된셀간간섭링크의경쟁결과를해당하는펨토기지국의전용경쟁결과보고채널을통해 loser-신호를통해보고한다. 3.4 기존시스템에의적용 3GPP LTE (Long Term Evolution) 시스템에서, MIB(Master Information Block) 에는하향링크시스템대역폭, PHICH 구조, 그리고 SFN 의정보 (16비트 ) 가담겨 10개의스패어비트와함께셀가장자리에서도안정적으로디코딩이가능한 PBCH (Physical Broadcast CHannel) 를통해전송된다 [6]. 경쟁을위한별도의경쟁제어채널을만들지않으면서경쟁정보를최대한신뢰성있게전달하기위하여, PBCH를사용한다. 각기지국은 MIB의스페어 10비트중일부분을사용하여 RA(1비트 ), CU(3비트이하 ) CN(3비트이하 ) 정보를전송한다. 단말은자신의기지국과주위간섭기지국들의 PCI (Physical Cell ID) 를이용하여각스크램블링 [11] 된기지국의 PBCH를디코딩하여경쟁정보를추출하고, 경쟁결과를 PRACH (Physical Random Access CHannel) 을통해간단한경쟁결과를보고함으로써본논문에서제시한 2-단스케쥴링기법에따라동작이가능하다. Ⅳ. 모의실험 4.1 모의실험설정모의실험에사용된파라미터는 3GPP LTE 시스템 [3-5] 을고려하여설정하였고그값들은표 1에나타나있다. 모의실험은 500m x 500m 범위에서펨토기지국의숫자를 10에서 100까지변화시켜가면서수행하였으며, 각각의상황에대하여펨토기지국의위치를랜덤하게배치시켜 100회의모의실험이수행되었다. CSG (Closed Subscriber Group) 펨토셀환경과 OSG (Open Subcriber Group) 펨토셀환경을모두고려하였다. (1) CSG 환경 : 각펨토기지국은 30m반경안에서랜덤하게 1~5 개의단말을가지고있고, 따라서 1개의펨토기지국에는평균적으로 3개의단말이연결되었다. (2) OSG 환경 : CSG환경과동일한단말배치상황에서단말은각기지국으로부터의최상의수신전력 (best signal strength) 을제공하는기지국에연결된다. 그림 6은펨토기지국의숫자와펨토셀의타입에따라주어진토폴로지에서평균적인전체단말의숫자대비셀간간섭에노출된단말의숫자의비율을나타낸다. 수신전력기반으로기지국을선택하는 OSG환경보다 CSG환경에의단말들이보다빈번하게셀간간 그림 6. 비율 : 셀간간섭에노출된단말의숫자 / 전체단말의숫자 표 1. 시뮬레이션파라미터 System bandwidth Transmit power Lognormal shadowing Penetration loss Noise power density Pathloss 20MHz 20dBm 10dB 20dB -174dBm/Hz L=127+30log10 R R in [km] Number of subchannels 5 ( 4MHz/subchannel ) Cell radius 30m 264
논문 / 자가구성펨토셀의동적셀간간섭회피기법 섭에노출되어있음을확인할수있다. 공평한비교를위하여각기지국의자원할당은라운드- 로빈정책을따르는것으로가정하였고, 따라서각기지국에속해있는단말은동등하게채널을사용할수있는 ( 또는채널사용을시도할수있는 ) 기회를갖는다. 4.2 모의실험결과모의실험을통해제안하는기법 (DDIA) 과주파수재사용률 1 기법 (Reuse=1), 그리고기지국경쟁기반기법 (BS-contention) [9] 의성능을비교하였다. 그림 7, 8, 그리고 9는각각고려되는세가지기법들에대한주파수사용률, 셀간간섭에노출된단말들의평균전송률, 그리고평균전체네트워크용량을보여준다. 그림 7은기지국경쟁기법에비하여제안하는 DDIA 기법이높은주파수사용률을가짐을보여준다. 이러한주파수사용률의증가는실제적인셀간간섭링크에기반한기지국들의경쟁에서온다. 즉, 단말들은오직자신들이경쟁스케쥴링되었을때에만셀간간섭링크를설정하므로, 전체경쟁의숫자는확률적으로감소하게되고, 주파수의공간적재사용성이향상된다. 네트워크의밀도가증가함에따라주파수재사용률이감소하는이유는전체단말대비셀간간섭에그림 7. 각펨토기지국의평균주파수사용률그림 8. 셀간간섭에노출된단말의평균전송률 그림 9. 전체네트워크용량노출된단말의비율이증가함에따라경쟁후채널을양보하는경우가많아지기때문이다. 그림 8에서는제안하는기법에서의셀간간섭에노출된단말들의전송률이높은 SINR이보장됨에따라주파수재사용률 1 기법 ( 셀간간섭회피를위한협력이없는기법 ) 에비해향상됨을확인할수있다. 더욱이주파수재사용률 1 기법의경우많은비중의단말의매우강한간섭신호로인해데이터를전혀수신할수없었다. 그림 9에나타난평균네트워크용량으로부터제안하는기법이펨토기지국의밀도가증가함에따라네트워크용량을더욱향상시킴을볼수있다. 주파수재사용률 1 자원할당에비하여기지국간의협력을위하여주파수사용률이낮아짐에도불구하고, 단말들이높은 SINR을보장받음에따라네트워크용량이증가함을확인하였다. 더욱이, 펨토기지국들이자신에게속한단말들에게동등하게채널자원을할당 ( 라운드- 로빈방식처럼 ) 하지않고, 단말의요구전송률이나전송률의공평성을고려하여채널자원을할당한다면, 주파수재사용률 1에서의대부분의채널자원은 SINR이낮은단말들에게할당될것이기때문에제안하는기법과의성능차이는더욱커질것임을예상할수있다. 제안하는기법과기지국경쟁기반기법의네트워크용량차이는주파수사용률의차이에따른것이다. 그림 7의주파수사용률의향상에비하여그림 9에서네트워크용량의향상이약간작은이유는간섭임계치를넘는셀간간섭은피하더라도, 주파수의공간적재사용이증가함에따라셀간간섭링크로연결되어있지않은기지국들로부터의간섭이증가하기때문이다. 또한단말이수신전력을기준으로기지국을선택할수있는 OSG환경에비해, CSG환경에서재사용률 1 자원할당기법의성능이더욱감소하였고, 이는일반적 265
일것으로예상되는 CSG 펨토셀환경에서기지국간협력이더욱중요함을보여준다. 이와같이, 모의실험결과를통해제안하는기법은기지국들이조밀하게분포되어있는환경에서전체적인네트워크용량을향상시키면서도셀간간섭에노출된단말의성능을크게개선시킴을확인할수있다. Ⅴ. 결론본논문에서는, 조밀하게분포한기지국환경에서동적인셀간간섭회피기법인 DDIA를제안하였다. 제안된기법은기지국경쟁과단말스케쥴링을동시에다룸으로써, 랜덤한토폴로지에대하여셀간간섭을민첩하게제어하므로자가구성네트워크에적합하다고볼수있다. DDIA 를설계하는과정에서 2-단스케쥴링과셀간간섭링크의개념이소개되었으며, 모의실험을통하여제안하는기법이주파수재사용률 1 기법에비하여셀간간섭에노출된단말들의성능을최소 100% 이상향상시키는동시에전체네트워크의성능을평균최대 40% 까지향상시킴을확인하였다. 참고문헌 [1] Vikram Chandrasekhar and Jeffrey G. Andrews, Femtocell Networks: A Survey, IEEE Communications Magazine, Vol.46, No. 9, pp.59-67, Sep. 2008. [2] David Lopez-Perez, Alvaro Valcarce, Guillaume de la Roche, Jie Zhang, OFDMA Femtocells: A Roadmap on Interference Avoidance, IEEE Communications Magazine, Vol.47, No.9, pp.41-48, Sep. 2009. [3] 3GPP TR 36.942 v10.1.0 "Evolved Universal Terrestrial Radio Access (E-UTRA); Radio Frequency (RF) system scenarios," Sep. 2010. [4] 3GPP TR 36.814 v9.0.0 Evolved Universal Terrestrial Radio Access (E-UTRA); Further advancements for E-UTRA physical layer aspects, Mar.2010. [5] 3GPP TR 25.820 v8.2.0, 3G Home NodeB (HNB) study item Technical Report, Sep. 2008. [6] 3GPP TS 36.331 v9.4.0, Evolved Universal Terrestrial Radio Access (E-UTRA); Radio Resource Control (RRC); Protocol specification, Sep. 2010. [7] M. Rahman and H. Yanikomeroglu, Enhancing Cell-Edge Performance: A Downlink Dynamic Interference Avoidance Scheme with Inter-Cell Coordination, Wireless Communications, IEEE Transactions on, Vol.9, No.4, pp.1414-1425, 2010. [8] Alexander L. Stolyar and Harish Viswanathan, Self-organizing Dynamic Fractional Frequency Reuse for Best-Effort Traffic Through Distributed Inter-cell Coordination, in Proceedings of IEEE INFOCOM, pp.1287-1295, Apr. 2009. [9] J. Yoon, Contention based distributed access control for wireless networks, PhD dissertation, Seoul National University, Aug. 2008. [10] K. Sundaresan and S. Rangarajan, Efficient Resource Management in OFDMA Femto Cells, in Proceedings of ACM MobiHoc, pp.33-42, May. 2009. [11] 3GPP TS 36.211 v9.1.0, Evolved Universal Terrestrial Radio Access (E-UTRA); Physical channels and modulation, Mar. 2010. 박상규 (Sangkyu Park) 정회원 2009년연세대학교전기전자공학부학사 2009년~현재서울대학교전기컴퓨터공학부석박사통합과정 < 관심분야 > 차세대무선네트워크박세웅 (Gil-dong Kim) 종신회원 1984년서울대학교전기공학과학사 1986년서울대학교전기공학과석사 1991년 Univ. of Pennsylvania 박사 1991년~1994년 AT&T Bell Lab. 1994년~현재서울대학교전기컴퓨터공학부교수 < 관심분야 > 차세대무선네트워크, 네트워크보안 266