AMC/TDM/CDM 다중접속방식에서의 best effort 순방향 서비스를 위한 water-filling based 채널 스케줄러 = AMC/TDM/CDM system based on channel scheduler for delay non-sensitive forward link traffics

국문 초록 (Abstract)

제한된 무선 채널을 여러 사용자들에게 공정성과 수율을 보장하면서 서비스하고자 제안된 무선 자원 관리 기법이 채널 스케줄러이다. 비례 공정 (proportional fairness) 스케줄링 알고리즘은 AMC/TDM 시스템에서 사용되고 있는 채널 스케줄러로서, 이 알고리즘은 사용자들의 시간적인 공정성을 고려한 상황에서 수율을 높인 것이다.
본 논문에서는 CDM 방식이 결합된 AMC/TDM/CDM 시스템에서 사용 가능한 채널 스케줄러를 제안하였다. CDM 방식을 사용하기 때문에 TDM만을 사용하는 시스템에서처럼 매 시간 슬롯에 한 사용자만을 서비스하는 것이 아니라, 다중코드 채널을 사용하여 여러 사용자들을 서비스 할 수 있다. 따라서 매 순간 다중채널의 사용자들에게 제한된 송신 전력을 할당하는 문제가 발생한다. 이것을 해결하기 위해서 본 논문에서는 water-filling 스케줄링 알고리즘을 제안하였다.
Water-filling 스케줄링 알고리즘은 주어진 채널 환경에서 사용자들의 신호 전력 대 간섭 전력 비를 이용해서 사용자들에게 전력을 분배해서 채널 용량을 최대화시키는 알고리즘이다. 그러나 이 알고리즘은 수율면에서는 최대의 값을 나타내지만, 사용자간의 공정성은 전혀 보장하지 못한다. 따라서 사용자간의 공정성을 보장하는 스케줄링 알고리즘으로 water-filling fairness(이하 WF2) 스케줄링 알고리즘을 제안하였다.
WF2 스케줄링 알고리즘은 water-filling 스케줄링 알고리즘에 사용자들의 평균신호 대 간섭 전력 비를 고려하여 사용자간의 공정성을 부여한 알고리즘이다. WF2 스케줄링 알고리즘은 시간 점유 비율이나 전력 분배 비율에 있어서 각 사용자들에게 균일하게 할당된다. WF2 스케줄링 알고리즘은 각 사용자에게 매 슬롯전력을 균일하게 분배하는 스케줄링 알고리즘과 비교하여 전력 분배면에서는 같은 성능을 나타내지만, 수율면에서는 높은 결과를 보여준다. 본 논문의 시뮬레이션 결과 약 17.0% 정도의 성능 향상을 보여주었다. 또한 WF2 스케줄링 알고리즘에서 채널 환경이 좋지 못한 사용자들에게 가중치를 부여하여 각 사용자들의 수율을 일정하게 한 weighted water-filling fairness(이하 W2F2) 스케줄링 알고리즘과 비교를 하였다. W2F2 스케줄링 알고리즘의 경우는 시간 점유에 있어서는 공정성을 그대로 유지하지만, 채널이 좋지 못한 사용자에게 가중치를 부여하였기 때문에 전력 분배에 있어서는 공정성을 유지하지 못한다. 그러나 다양한 채널을 가진 사용자들의 수율이 비슷하게 나타나기 때문에 일정 QoS를 요구하는 시스템에 적용할 수 있는 알고리즘이다. 그러나 전체적인 수율은 WF2 스케줄링 알고리즘에 비하여 4.8% 정도의 감소를 나타낸다.
결론적으로 WF2 스케줄링 알고리즘은 water-filling 스케줄링 알고리즘에서 나타나는 사용자들간의 시간 및 전력의 불균형에 대한 문제를 해결하는 알고리즘이고, 공정성이 보장되는 사용자들에게 균일한 전력을 분배하는 스케줄링 알고리즘과 비교하여 같은 공정성을 보장하면서 보다 높은 수율을 보여주는 알고리즘이다. 따라서 AMC/TDM/CDM 다중 접속 방식에서 best effort 서비스를 위한 스케줄링알고리즘으로 WF2 스케줄링 알고리즘이 적합한 방식이라 할 수 있다. 그리고 만약 모든 사용자들의 수율을 어느 정도 보장하기 위해서는 W2F2 스케줄링 알고리즘을 사용함으로써 조건을 만족시킬 수 있다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

The channel scheduler is suggested the radio resource management method in order to provide service with garanteeing fairness and throughput to the users who use limited wireless channel. Proportional fairness scheduling algorithm is the channel scheduler used in the AMC/TDM system, and this algorithm increases the throughput considering the user's time fairness.
In this dissertation is suggested the channel scheduler combining CDM scheme available in AMC/TDM/CDM system. Unlike the system which only uses TDM which provide the only one user at the same slot, this scheduler can service a lot of users since this uses the CDM scheme with multi-cord channel. At every moment, allocation of transmission power to multi-channel users is problematic because of CDM scheme. In this dissertation, we propose a water-filling scheduling algorithm to solve the problem.
Water-filling fairness(WF2) scheduling algorithm watches the average channel environment. So, this modified method guarantees fairness for each user in terms of power and service time. The WF2 scheduling algorithm allocates uniformly power and time for each user, but water-filling scheduling algorithm is not. WF2 scheduling algorithm performs equivalent in power distribution to a scheduling algorithm distributing power uniformly to users each slot; in contrast, WF2 scheduling algorithm excels in throughput.
The result of this simulation of this dissertation showed that the efficiency increased by approximately 17.0%. Besides, it suggests the weighted water-filling fairness(W2F2) scheduling algorithm, which is added an extra weight, for the users who are in the bad channel situation in WF2 scheduling algorithm. When it comes to time occupancy, W2F2 scheduling algorithm maintains the fairness as it is, but it cannot remain electricity distribution fairness since it added the weight for the bad channel users. However, this algorithm can be applied to the system that needs the fixed QoS because it indicates the similar throughput of diverse channel users. But total throughput decreases by 4.8% compared to the WF2 scheduling algorithm.
In conclusion, WF2 scheduling algorithm solves the problem of unbalance between time and electricity which is found in water-filling algorithm. And, it guarantees the same fairness as scheduling algorithm does and on top of that, it is the algorithm which shows the the high throughput. Therefore, WF2 scheduling algorithm is the suitable scheme for the best effort service in AMC/TDM/CDM multi connection scheme. And in order for the all users to guarantee the throughput to a certain degree, it can satisfy the condition when they are using W2F2 scheduling algorithm.

목차 (Table of Contents)

• 차례
• 차례 = i
• 그림차례 = iii
• 표 차례 = v
• 약어표 = vi
• 국문 요약 = vii
• 제1장. 서론 = 1
• 제2장. AMC/TDM 다중 접속 방식에서의 비례공정 채널 스케줄러 (PF, Proportional Fairness Scheduling Algorithm) = 3
• 제3장. AMC/TDM/CDM 다중 접속 방식에서의 채널 스케줄러 = 8
• 3.1절 Water-Filling 채널 스케줄러 = 9
• 3.2절 AMC/TDM/CDM 시스템을 위한 water-filling 채널 스케줄러 = 13
• 3.2.1 Water-Filling Fairness 채널 스케줄러 = 16
• 3.2.2 Weighted Water-Filling Fairness 채널 스케줄러 = 18
• 3.3절 다중 경로 페이딩 채널 환경에서의 채널 스케줄러 = 20
• 제4장. 시뮬레이션 및 결과 고찰 = 27
• 4.1절 시뮬레이션 방법 = 27
• 4.2절 장기 페이딩 - 경로 손실 모델 = 29
• 4.3절 단기 페이딩 - 레일레이 페이딩 모델 = 31
• 4.4절 시뮬레이션 결과 분석 = 32
• 4.4.1 Water-filling 스케줄링 알고리즘과 Max C/I 스케줄링 알고리즘의 성능비교 = 32
• 4.4.2 Water-filling, Water-filling Fairness 그리고 Weighted Water-filling Fairness 스케줄링 알고리즘의 성능 비교 = 34
• 4.4.3 다중 경로 페이딩 채널 환경에서의 Water-filling Fairness 스케줄링 알고리즘의 성능 = 38
• 4.4.4 AMC/TDM 시스템과 AMC/TDM/CDM 시스템에서 스케줄링 알고리즘의 성능 비교 = 41
• 제5장 결론 = 44
• 참고문헌 = 46
• 영문요약 = 48