셀룰러 네트워크에서 언더레이 기반의 단말간 직접통신을 위한 스케쥴링 방법

반태원,Ban, Tae-Won 한국정보통신학회 2015 한국정보통신학회논문지 Vol.19 No.12

최근, 단말간 직접 통신에 대한 관심이 높아지면서 이에 대한 활발한 연구가 진행되고 있다. 본 논문에서는 셀룰러 이동통신 네트워크에서 단말간 직접 통신을 지원할 수 있는 알고리즘에 대하여 연구하였다. 먼저, 셀룰러 이동통신 네트워크에서 상향 링크 주파수 자원을 활용하여 이동통신 서비스와 단말간 직접 통신을 동시에 제공할 경우 이론적으로 최대의 전송율을 얻을 수 있는 최적 방식을 제시하였다. 그리고, 최적 방식 대비 복잡도를 획기적으로 절감할 수 있는 스케쥴링 알고리즘을 제안하고, 컴퓨터 시뮬레이션을 통하여 성능을 분석하였다. Recently, device-to-device (D2D) direct communication is attracting much interest and many researches have been conducted. In this paper, we investigated an algorithm to support the D2D direct communication in cellular mobile communication networks. We investigated the optimal D2D scheduling algorithm which can achieve the maximal sum-rate in cellular uplink frequency. We also proposed a simple scheduling algorithm which can considerably reduce the computational complexity, compared to the optimal scheme. Finally, we analyzed the performance of the proposed scheme based on computer simulations.

LTE 무선 네트워크에서 Voice over IP 용량 분석

반태원,정방철,Ban, Tae Won,Jung, Bang Chul 한국정보통신학회 2012 한국정보통신학회논문지 Vol.16 No.11

4세대 이동통신 시스템인 LTE에서는 음성 서비스를 제공하기 위한 코어 망이 존재하지 않으며, IP 기반의 패킷 코어망으로 통합되었다. 따라서, 음성 서비스를 제공하기 위해서는 VoIP 방식이 도입되어야 하지만, LTE 초기에는 서비스 커버리지의 불연속성 등으로 3세대 네트워크의 음성 서비스 코어망을 통하여 일시적으로 음성 서비스를 제공하게 된다. 그러나, 향후 LTE 네트워크가 본격적으로 확산될 경우 고품질 음성 서비스를 위하여 필연적으로 VoIP 방식으로의 전환이 불가피하다. 본 논문에서는, 향후 본격적으로 상용화가 예상되는 VoLTE 서비스의 용량을 분석한다. 분석 결과에 따르면, LTE에서는 채널 대역폭 증가 비율 대비 VoLTE 용량 증가 비율이 높음을 확인할 수 있었다. 또한, VoLTE 용량 감소 없이 제어 채널용 자원을 늘릴 수 있는 방안이 존재함을 확인하였다. The 4th generation mobile communication system, LTE, does not support an additional core network to provide voice service, and it is merged into a packet network based on all IP. Although Voice service over LTE can be supported by VoIP, it will be provided by the existing 3G networks because of the discontinuity of LTE coverage. However, it is inevitable to adopt VoIP over LTE to provide high quality voice service. In this paper, we investigate the capacity of VoIP over LTE. Our results indicate that spectral efficiency can be significantly improved as channel bandwidth increases in terms of VoLTE capacity. In addition, we can achieve higher VoLTE capacity without decreasing control channel capacity.

BD 빔포밍을 이용한 다중 사용자 기반 거대 안테나 통신 시스템용 안테나 선택 기법

반태원,정방철,박연식,Ban, Tae-Won,Jung, Bang Chul,Park, Yeon-Sik 한국정보통신학회 2013 한국정보통신학회논문지 Vol.17 No.6

부족한 주파수 자원의 효율성을 높이기 위하여 다중 사용자 기반 Massive MIMO에 대한 활발한 연구가 이루어진다. 이렇게 많은 송신 안테나를 사용하는 Massive MIMO 기술은 기지국의 기저대역 (Baseband)과 Radio Frequency와 같은 전송단의 하드웨어 복잡도와 빔포밍 벡터 계산량이 급격히 증가시키는 문제를 야기한다. 이러한 문제점은 기지국에서 전송단의 개수를 송신 안테나 수보다 작게 제한하고, 전체 송신 안테나들 중에서 채널 상태를 고려하여 전송단의 개수에 해당하는 안테나만을 선택하여 데이터를 전송함으로써 큰 성능 저하 없이 해결될 수 있다. 따라서, 본 논문에서는 다중 사용자 기반의 Massive MIMO 시스템에 적용할 수 있는 간단하고 효율적인 안테나 선택 기법을 제안한다. Intensive researches on multiuser-based Massive MIMO are performed to increase the spectral efficiency. Although the Massive MIMO scheme based on huge number of antennas inevitably causes hardware and computational complexity in baseband and radio frequency (RF) elements, the problem can be mitigated without serious performance degradation by limiting the number of baseband and RF elements below the number of transmit antennas of base station and opportunistically selecting transmit antennas according to channel states. Accordingly, this paper proposes a simple antenna selection scheme for multiuser-based Massive MIMO systems.

데이터 오프로딩을 위한 WCDMA 기반 펨토셀의 커버리지 분석

반태원,정방철,Ban, Tae Won,Jung, Bang Chul 한국정보통신학회 2013 한국정보통신학회논문지 Vol.17 No.3

고성능 스마트폰이 본격 보급되면서 폭발적으로 증가하고 있는 데이터 트래픽을 효과적으로 수용하기 위한 해법들에 대한 관심이 높아지고 있다. 이동통신용으로 활용할 수 있는 주파수에 제한이 있기 때문에, 최근에는 동일주파수를 사용하면서 추가적으로 용량을 확보할 수 있는 펨토셀에 대한 연구 및 개발이 활발히 진행되고 있다. 본 논문에서는 기존 매크로 신호가 존재하는 환경에서 데이터 오프로딩을 위하여 펨토셀을 구축할 경우를 가정하여, 펨토셀의 커버리지를 수학적으로 분석하였다. 분석 결과, 펨토셀의 출력이 증가할수록 그리고 파일럿 채널에 할당하는 전력의 비율이 높아질수록 펨토셀의 커버리지가 증가하지만, 매크로 기지국 신호가 강한 트래픽 밀집 지역에서는 펨토셀의 커버리지가 매우 제한적임을 알 수 있었다. Recently, solutions to accommodate explosively growing mobile data traffic have attracted intensive attentions since the emergence of high-performance smartphones. Spectrum which can be exploited for mobile communications is very limited. Thus, femto cell is considered as an alternative because it can efficiently offload mobile data traffic from macro cells without using additional spectrum. In this paper, we mathematically analyzed the coverage of femto cell when it is deployed in an area where there exists signals from existing macro base stations. Our numerical results indicate that the coverage of femto cell increases as the total power of femto cell increases or the ratio of power allocated to pilot channel increases. However, it is also shown that the coverage of femto cell is very limited despite its high power when interference signals from macro base stations are strong.

다중 사용자 및 다중 안테나 하향링크 네트워크에서 적응적 사용자 선택 기법

반태원,정방철,Ban, Tae-Won,Jung, Bang Chul 한국정보통신학회 2013 한국정보통신학회논문지 Vol.17 No.7

향후 폭발적인 증가가 예상되는 모바일 데이터 트래픽을 효과적으로 수용하기 위해서 다중 안테나 기술이 차세대 이동통신 시스템의 핵심 기술로 주목을 받고 있다. 특히, 기지국에 수십 개의 안테나를 탑재하여 동시에 복수의 단말에게 데이터를 동시에 전송하는 다중 사용자 기반 다중 안테나 기술에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 본 논문에서는, 이러한 다중 사용자 기반 다중 안테나 통신 시스템에서 시스템의 성능을 향상시키기 위해서 채널 상태에 따라서 적응적으로 데이터를 전송할 단말 조합을 선택할 수 있는 알고리즘을 제안한다. Monte-Carlo 기반 시뮬레이션을 통한 성능 분석 결과 제안 방식은 단말 선택 기법을 적용하지 않는 기존 방식 대비 우수한 성능을 나타내며 Exhaustive Search 기반 최적 방식에 근접하는 성능을 보여준다. 반면에, 시스템 내 단말의 수를 K라고 할 때 제안 방식은 최적 방식 대비 계산양을 $K/(2^K-1)$로 줄일 수 있다. Multiple antenna technique is attracting attention as a core technology for next-generation mobile communication systems to accommodate explosively increasing mobile data traffic. Especially, recent researches focus on multi-user multiple input multiple output (MU-MIMO) system where base stations are equipped with several tens of transmit antennas and transmit data to multiple terminals (users) simultaneously. To enhance the performance of MU-MIMO systems, we, in this paper, propose an adaptive user selection algorithm which adaptively selects a user set according to varying channel states. According to Monte-Carlo based computer simulations, the performance of proposed scheme is significantly improved compared to the conventional scheme without user selection and approaches that of exhaustive search-based optimal scheme. On the other hand, the proposed scheme can reduce the computational complexity to $K/(2^K-1)$ compared to the optimal scheme where K denotes the number of total users.

LTE 네트워크에서 시스템 레벨 시뮬레이션 기반 인접 대역간 간섭 분석

반태원,정방철,Ban, Tae Won,Jung, Bang Chul 한국정보통신학회 2012 한국정보통신학회논문지 Vol.16 No.11

전 세계적으로 스마트폰의 확산으로 모바일 데이터 서비스 관련 산업계 생태계가 본격적으로 활성화되었다. 이로 인해, 모바일 데이터 트래픽은 최근 몇 년간 폭발적으로 증가해왔으며 앞으로 그 증가 속도는 더욱 빨라질 것으로 예측되고 있다. 이렇게 폭발적으로 증가하는 모바일 데이터 트래픽을 원활히 수용하기 위해서는 추가적인 무선 주파수 발굴 및 확보가 불가피하다. 그러나, 무선 통신으로 활용할 수 있는 주파수 범위는 제한적이므로, 서로 다른 대역간 충분한 보호 대역을 확보하는 것은 어려울 것으로 예상되며, 앞으로는 서로 다른 대역간 간섭으로 인한 시스템 성능 저하가 매우 중요한 문제가 될 것이다. 그러나, 불행히도 이에 대한 정확한 정량적 분석 연구가 없었다. 본 논문에서는 LTE 시스템에서 서로 다른 대역간 발생할 수 있는 교차 간섭 (Cross Interference)의 영향을 시스템 레벨 컴퓨터 시뮬레이션을 통하여 다양한 상황에서 분석하였다. 분석 결과에 따르면, 자기 신호의 품질이 낮거나 자기의 인접 셀로부터의 간섭이 낮은 환경에서 인접 대역 간섭으로 인한 성능 열화가 심하게 나타남을 알 수 있었다. Globally, the emergence of smart phones vitalized the ecosystem of mobile data service industry. Consequentially, mobile data traffic has been explosively growing and the speed of growth will be more steep. New spectrum will be required in order to properly accommodate the explosively growing mobile data traffic. However, it will be difficult to acquire a sufficient guard band between different frequency bands because the range of frequency which is suitable for wireless communications is limited. Thus, the performance degradation caused by inter-band interference will be one of challenging problems in the next generation mobile communication systems. In this paper, we analyze the performance degradation caused by inter-band interference by computer simulations in various environments. Our results show that the impact of the inter-band interference is more critical when own signal is poor or its own interference from neighboring cells is low.

LTE 네트워크에서 방송서비스의 용량 효율성 분석

반태원,정방철,성길영,Ban, Tae Won,Jung, Bang Chul,Sung, Kil-Young 한국정보통신학회 2012 한국정보통신학회논문지 Vol.16 No.12

스마트폰의 성능이 고도화 되고 무선 네트워크의 전송 능력이 획기적으로 개선되면서 동영상 방송 트래픽에 대한 수요가 폭발적으로 증가하고 있다. 이러한, 동영상 방송 트래픽은 일반 데이터 트래픽과 동일하게 유니캐스트 방식으로 전송하거나, 방송 트래픽 전용 전송 기술은 eMBMS 방식으로 전송할 수 있다. 유니캐스트 방식은 주파수 효율성이 높은 장점이 있는 반면, 사용자 수가 증가할수록 필요한 데이터 채널이 증가하므로 효율성이 급격히 저하되는 단점이 있다. 반면, 방송 트래픽 전용 전송 기술인 eMBMS 방식은 다중 안테나 기술을 활용한 공간 다중화 방법을 적용할 수 없을 뿐만 아니라, 사용자별 채널 특성에 따른 적응적 변조 및 코딩 방식을 적용할 수 없으므로 주파수 효율성이 떨어진다. 그러나, eMBMS 방식은 단일 채널로 사용자 수와 무관하게 방송 서비스를 제공할 수 있는 장점이 있다. 따라서, 본 논문에서는 동영상 방송 트래픽을 유니캐스트와 eMBMS 방식으로 전송할 경우의 전송 효율성을 분석하고, eMBMS 방식의 효율성이 유니캐스트 방식보다 높아지는 사용자 수를 도출하였다. Recently, multimedia broadcasting traffic is explosively increasing since the performance of smartphones is significantly enhanced and capacity of mobile access network such as LTE is steeply increasing. We can accommodate the multimedia broadcasting traffic via general unicast scheme or eMBMS which is a broadcast-specific scheme. First, the unicast scheme provides higher spectral efficiency compared to the eMBMS. However, unfortunately, the efficiency of the unicast scheme dramatically decreases as the number of users increases. On the other hand, although the spectral efficiency of the eMBMS is lower than that of the unicast, it can serve many users with a channel. Thus, this paper defines and investigates the capacity efficiencies of the both schemes for multimedia broadcasting traffic. In addition, we derive the optimal number of users where the eMBMS can provide the higher capacity efficiency than that of the unicast scheme.

이종 이동통신 네트워크를 위한 새로운 셀 선택 기법

반태원,정방철,조정연,성길영,Ban, Tae-Won,Jung, Bang Chul,Jo, Jung-Yeon,Sung, Kil-Young 한국정보통신학회 2014 한국정보통신학회논문지 Vol.18 No.10

최근 폭발적으로 증가하고 있는 모바일 데이터 트래픽를 효과적으로 서비스하기 위하여 소형셀을 활용한 이종 이동통신 네트워크에 대한 논의가 활발히 진행 중이다. 이종 이동통신 네트워크는 기존의 매크로 셀과 함께 소형셀을 동시에 활용하여 공간 재사용율을 높일 수 있지만, 매크로 기지국과 소형 기지국의 송신 전력의 차이로 인해 하향 링크와 상향 링크 성능의 불균형이 발생할 수 있다. 본 논문에서는, 이종 이동 통신 네트워크를 위한 새로운 셀 선택 기법을 제안한다. 제안된 셀 선택 기법에서는 단말들이 기존 방식과 달리 하향 링크와 상향 링크의 성능을 모두 고려하여 자신의 홈 셀을 선택한다. 시스템 레벨 시뮬레이션을 통하여 제안된 방식의 성능을 셀 평균 전송률 측면에서 분석하고 기존 방식의 성능과 비교한다. Recently, heterogeneous mobile communication network is attracting plenty of interest to serve explosively increasing mobile data traffic. Although the heterogeneous mobile communication network can enhance spatial reuse ratio by using both conventional macro cells and small cells simultaneously, it causes the unbalance in performance of downlink and uplink. In this paper, we propose a new cell selection scheme for heterogeneous mobile communication network. In the proposed cell selection scheme, mobiles select their home cells by considering both uplink and downlink performance, contrary to conventional schemes. We analyze the performance of the proposed scheme in terms of average cell transmission rate through system level simulations and compare it with those of conventional schemes.

이종 이동통신 네트워크에서 셀 확장 편향치에 따른 하향 링크 성능 분석

반태원,정방철,조정연,성길영,Ban, Tae-Won,Jung, Bang Chul,Jo, Jung-Yeon,Sung, Kil-Young 한국정보통신학회 2013 한국정보통신학회논문지 Vol.17 No.12

최근에 폭발적으로 증가하고 있는 모바일 데이터 트래픽을 효과적으로 수용하기 위하여 다중 안테나와 소형 셀과 같은 신기술들이 차세대 이동통신 시스템의 핵심 기술로 제안되었다. 특히, 기존의 매크로 셀과 소형 셀을 동시에 활용하여 공간 재사용율을 높일 수 있는 이종 이동통신 네트워크에 대한 관심이 높아지고 있다. 그러나, 이종 네트워크에서는 단말들이 소형 기지국 대비 상대적으로 송신 출력이 높은 매크로 기지국을 통해서 서비스 받을 가능성이 높기 때문에 소형 기지국의 활용도가 상대적으로 낮아지는 문제점이 있으며, 이러한 문제점은 상향 링크에서 두드러지게 나타난다. 3GPP에서는 이러한 문제점을 해결하기 위하여 셀 확장 편향치 개념을 제안하고 이에 대한 표준화를 진행하고 있다. 본 논문에서는 셀 확장 편향치를 적용한 네트워크 시뮬레이터를 이용하여 이종 이동 통신 네트워크의 하향 링크 성능을 평균 셀 전송 효율 측면에서 분석한다. New technologies such as multi-antenna and small cell were proposed as key technology for the next generation mobile system to cope with the explosively increasing mobile data traffic. In particular, heterogeneous mobile communication network which can improve spatial reuse factor by exploiting macro and small cells simultaneously is attracting attention. However, the heterogeneous network has a problem that the utilization of small cells becomes low because the transmit power of macro base stations is much higher than that of small base stations and then the probability that mobile stations are attached to the macro base stations becomes high. This problem is dominant in uplink. The concept of cell range expansion bias to mitigate the problem was proposed by 3GPP and the corresponding standardization is in progress. In this paper, we analyze the downlink performance of the heterogeneous mobile communication network based on a system level simulator with the cell range expansion bias in terms of average cell spectral efficiency.

WLAN 기반 개인형 멀티미디어 캐싱 네트워크 성능 분석

반태원,김성환,류종열,이웅섭,Ban, Tae-Won,Kim, Seong Hwan,Ryu, Jongyeol,Lee, Woongsup 한국정보통신학회 2017 한국정보통신학회논문지 Vol.21 No.8

본 논문에서는 최근 급격히 증가하고 있는 대용량 고화질 멀티미디어 스트리밍 서비스의 품질을 개선하고 코어 네트워크의 트래픽 부담을 경감시킬 수 있는 무선 근거리 네트워크 (wireless local area network: WLAN) 기반의 캐싱 기법을 제안하다. 제안하는 캐싱 방식은 WLAN용 AP에 탑재된 저장 장치에 멀티미디어를 저장한 후 클라이언트의 스트리밍 요청에 따라 인터넷망과의 연결 없이 독자적인 스트리밍 서비스를 제공한다. 실제 상용망을 기반으로 시험망을 구축하여 초당 프레임수와 버퍼링 시간 관점에서 제안 방식의 성능을 측정하였다. 성능 분석 결과에 따르면, 제안하는 캐싱 방식은 기존의 스트리밍 방식 대비 평균 버퍼링 시간을 73.3% 감소시킬 수 있으며, 평균 FPS를 약 71.3% 향상시킬 수 있는 것으로 나타났다. In this paper, we propose a private multimedia caching scheme based on wireless local area network (WLAN) to improve the quality of service for high capacity and high quality multimedia streaming services which are recently increasing and to reduce the traffic load of core networks. The proposed caching scheme stores multimedia in the storage device mounted on WLAN APs and provides streaming services on its own without Internet connection in accordance with the request from clients. We have implemented a test network based on real commercial networks and measured the performance of the proposed caching scheme in terms of frames per second (FPS) and buffering time. According to the performance measurement results, the proposed caching scheme can reduce the average buffering time by 73.3% compared to the conventional streaming scheme. In addition, the proposed caching scheme can also improve the average FPS by 71.3% compared to the conventional streaming scheme.