Performance Analysis for Full-Duplex Random Access in Distributed Networks

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

In this paper, we investigate the performance analysis of full-duplex random access in distributed networks. Recently, full-duplex communication is focused on the 5G cellular and wireless networks. Full-duplex communication is able to efficiently use the bandwidth by transmitting a signal simultaneously on the same frequency band. The technical progress on the analog and digital interference cancellation makes full-duplex communication feasible in wireless networks and it can be increased in system throughput compared to the existing half-duplex system. Especially, we considered the proximity environment using the full-duplex communication such as the device-to-device communication. We can analyze the performance gain for full-duplex random access in the aspect of MAC protocol. In addition, we considered the stochastic approach for the large scale system to obtain the practical calculation. Simulation results of the ON/OFF system model show that the full-duplex random access in distributed network can improve the system throughput by up to 10 % performance gain. In addition, the results of stochastic model represented about 3-times performance improvement in the general case. We can anticipate the enhanced system performance in random access process by using the full-duplex communication in a proximity distributed system.

국문 초록 (Abstract)

5G 이동통신의 기술발전에 따라 고속의 데이터통신이 요구되고 대역폭을 효율적으로 사용하기 위한 기술들이 연구되고 있다. 전이중 통신방식은 같은 자원을 이용해서 동시에 송수신이 가능하도록 하는 기술이며 기존의 반이중 통신방식에 비해서 대역폭 효율을 증가시킬 수 있기 때문에 차세대 통신기술로 각광받는 기술이다. 하지만, 전이중 통신 방식은 자기간섭신호에 대한 상쇄기술이 필요하고 많은 단말들이 존재할 경우 새로운 간섭시나리오가 발생하게 된다. 본 논문에서는 전이중 통신방식에 대한 간섭시나리오를 가정하여 반이중 통신에 대한 Random access에서의 성능차이를 시뮬레이션을 통하여 보여주었다. 전이중 통신 방식에서는 양방향의 데이터 전송 이외에 중계기 역할의 전송형태가 나타날 수 있고 각각의 전송형태에 대한 확률을 이용하여 처리량을 계산했고 ON/OFF 시스템 모델로 나타내어 분석하였다. 또한, Stochastic 접근법을 이용하여 실제 환경과 비슷한 대규모 분산 네트워크 시스템에서의 성능을 분석하였고, 일반적인 모델을 가정하였을 때 전이중 통신방식은 반이중 통신방식에 비해 약 3배 정도의 성능이득이 나타나는 것을 확인하였다.

목차 (Table of Contents)

• Ⅰ. Introduction 1--
• Ⅱ. Basic concept of related work 5--
• 2.1 Full-duplex communication 5--
• 2.2 Device-to-Device communication 8--
• Ⅲ. System model 13--
• 3.1 Channel model 13--
• 3.2 ON/OFF system model 14--
• IV. Full-duplex random access 17--
• 3.1 Random access probability 17--
• 3.2 Stochastic model approach 20--
• V. Simulation results 23--
• 4.1 Performance evaluation in ON/OFF system model 24--
• 4.2 System capacity 26--
• VI. Conclusion 31