본 논문에서는 MF-TDMA(Multiple Frequency - Time Division Multiple Access) 방식을 이용하는 위성 시스템의 위성 자원 효율을 높이기 위한 동적 MF-TDMA 프레이밍 기법을 제안한다. DVB-RCS (Digital Video Broadcasting - Return Channel via Satellite)은 감우감쇠를 극복하기 위해 ACM (Adaptive Coding and Modulation) 기법을 사용한다. MF-TDMA에서는 하나의 채널이 동일한 ACM 모드를 지원하기 때문에 사용자의 채널 상태와 요청량을 고려하여 실제로 요구되는 ACM 모드를 지원하는 채널의 수를 계산한다. 모의실험을 통해 채널 상태 변화를 고려하지 않은 정적인 방식에 비해 제안하는 동적인 방식의 위성 자원 효율이 증가한 것을 확인할 수 있었다.
In this letter, we consider a new packet scheduling algorithm for an orthogonal frequency division multiplexing access/frequency division duplex (OFDMA/FDD)-based system, e.g., mobile broadband wireless access or high-speed portable internet systems, in which the radio resources of both time and frequency slots are dynamically shared by all users under a proper scheduling policy. Our design objective is to increase the number of non-realtime service (e.g., WWW) users that can be supported in the system, especially when the minimum bit rate requirement is imposed on them. The simulation results show that our proposed algorithm can provide a significant improvement in the average outage probability performance for the NRT service, i.e., significantly increasing the number of NRT users without much compromising of the cell throughput.
최근 비디오 스트리밍과 대화형 비디오 서비스 등과 같은 광대역 멀티미디어 서비스를 지원하기 위하여 Wimax와 같은 4G 무선네트워크 시스템 기술이 발전해 왔다. 4G 무선네트워크의 OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing)과 MIMO(multi Input Multi Output)은 사용자들에게 매우 유연한 QoS(Quality of Service) 서비스를 제공해 줄 수 있다.[1] 이 논문에서는 다양한 네트워크 상황에서 멀티캐스트 그룹에게 효율적인 방법으로 통신 자원을 할당하기 위해 OFDM 방법을 사용 하였다. 이에 본 논문에서는 한 셀(cell) 내의 서로 다른 멀티캐스트의 그룹의 다른 SNR(Signal to noise Ratio)의 사용자 분포에 따른 적응적인 scalable 비디오 멀티캐스트 방식을 제안한다. 더 나은 수신율을 가진 사용자는 최적의 MCS(Modulation and Coding Scheme) 할당을 통해 서로 다른 화질의 scalable 비디오 계층 중 높은 해상도의 비디오를 받을 수 있다. 논문에서는 전체 전송률을 최적화 하는 대신 전송받은 전체 비디오의 평균 화질을 최적화하는 방법을 제안한다.
국내외적으로, 2.3GHz 대역의 휴대 인터넷 서비스와 이동 고속 무선 패킷 데이터 MBWA(Mobile Broadband Wireless Access) 서비스를 위한 기술 개발 및 표준화 작업이 진행중이며, 이들 기술 표준에서는 데이터 속도의 고속화를 달성하기 위하여 AMC(Adaptive Modulation and Coding)를 요구하고 있다. AMC방식 무선 패킷 시스템은 서비스 지역 내에서 SNR(Signal to Noise Ratio)의 값에 연동하여 가변적인 데이터 서비스 속도를 제공하게 되고, 사용자가 서비스 지역을 이동하면서 제공받는 서비스 품질은 물리 채널의 서비스 속도 변화에 대응하여 변화되므로, 서비스 사업자는 서비스 사용자의 속도 품질을 일정하게 유지하고 관리 제어할 수 있도록 하는 서비스 품질 설계 기준이 필요하다. 따라서, 본 기고문에서는 이들 AMC 방식의 고속 무선 패킷 서비스 시스템 기술의 표준화에 병행하여 공중망 무선 패킷 서비스 시스템의 망 구축 설계시 고려되어야 할 가입자 수용용량과 서비스 품질 등을 산정하고 관리하기 위한 파라미터로서 기지국의 평균 데이터 공급 용량 MDT(Mean Data Throughput), 평균속도 공유 패킷 링크 MSPL (Mean Shared Packet Link) 그리고 서비스 Uniformity 지수 UI(Uniformity Index) 등을 제안하고자 한다.
국내외적으로, 2.3GHz 대역의 휴대 인터넷 서비스와 이동 고속 무선 패킷 데이터 MBWA(Mobile Broadband Wireless Access) 서비스를 위한 기술 개발 및 표준화 작업이 진행중이며, 이들 기술 표준에서는 데이터 속도의 고속화를 달성하기 위하여 AMC(Adaptive Modulation and Coding)를 요구하고 있다. AMC방식 무선 패킷 시스템은 서비스 지역 내에서 SNR(Signal to Noise Ratio)의 값에 연동하여 가변적인 데이터 서비스 속도를 제공하게 되고, 사용자가 서비스 지역을 이동하면서 제공받는 서비스 품질은 물리 채널의 서비스 속도 변화에 대응하여 변화되므로, 서비스 사업자는 서비스 사용자의 속도 품질을 일정하게 유지하고 관리 제어할 수 있도록 하는 서비스 품질 설계 기준이 필요하다. 따라서, 본 기고문에서는 이들 AMC 방식의 고속 무선 패킷 서비스 시스템 기술의 표준화에 병행하여 공중망 무선 패킷 서비스 시스템의 망 구축 설계시 고려되어야 할 가입자 수용용량과 서비스 품질 등을 산정하고 관리하기 위한 파라미터로서 기지국의 평균 데이터 공급 용량 MDT(Mean Data Throughput), 평균속도 공유 패킷 링크 MSPL (Mean Shared Packet Link) 그리고 서비스 Uniformity 지수 UI(Uniformity Index) 등을 제안하고자 한다.
본 논문에서는 IoS (Internet of Signage) 환경에서 실감형 데이터 전송을 위한 상황 인지 기반 적응형 전송기법을 적용하고 이를 분석한다. 사이니지 네트워크 환경에서는 임의적인 다중 경로 페이딩, 간섭 등과 같은 왜곡 요소가 존재할 수 있기 때문에 이를 대처하기 위해 무선 송신기에서는 채널 환경에 대한 인지 이후, 그에 따른 MCS (Modulation and Coding Scheme)를 선정 및 안테나 기법을 선정한다. MCS 및 안테나 기법 선정을 위해 무선 송신기에서는 사전에 알고 있는 통계적인 SNR (Signal-to-Noise Ratio) 값을 통해 문턱값을 계산하고, 수신 사이니지로부터 얻은 CSI (Channel State Information)와의 크기 비교를 한다. 시뮬레이션 결과에서는 상황 인지를 기반으로 매 순간 최적의 전송률을 달성할 수 있음을 볼 수 있다.
3GPP는 사용자의 다운링크 패킷 데이터 Throughput을 높이고,NodeB에 MAC계층을 위치시켜, 사용자의 스케줄링과 재전송을 담당하게 함으로써, 다운링크 패킷의 전송 지연을 감소시키는 HSDPA(High Speed Data Packet Access)기술을 Release 5에서 도입하였다. NodeB에 위치한 MAC-hs 스케줄러는 각각의 사용자에게 가용한 NodeB의 RF power와 code 자원을 제공하며, R99에서 사용했던 Power control을 이용하는 대신, AMC(Adaptive Modulation and Coding)기능을 제공하여 Radio conditions에 따라 전송되는 Data Format을 조정하여 채널환경이 좋은 사용자에게는 높은 data Throughput을 제공하며, 채널환경이 좋지 않은 사용자에게는 낮은 data throughput을 제공하고 있다. 본 고에서는 매 TTI에 스케줄링된 사용자에게 제공하고도, RF power 및 code 자원이 남아 있을 경우, 스케줄러는 남은 자원을 각각의 사용자에게 재 분배하여, 초기에 추정한 HSDPA Throughput보다 향상된 성능을 갖을 수 있음을 설명하였다.
본 논문에서는 V-BLAST (Vertical-Bell-lab Layered Space Time) 복호 알고리즘의 ordering과 slicing 과정에 MAP(Maximum A Posteriori) 디코더의 외부 정보 (extrinsic information)를 이용한 최적의 터보 부호화된 (Optimal Turbo Coded) V-BLAST 적응 변조 시스템을 제안 후 성능을 관찰한다. 또한, 적응 변조 시스템에서 간단하게 V-BLAST 시스템과 터보 부호화 (Turbo Coding) 기법이 결합된 기존의 터보 부호화된 V-BLAST 기법을 적용한 경우와 기존의 터보 부호화된 V-BLAST 기법에서 V-BLAST 디코딩 알고리즘 대신 ML (Maximum Likelihood) 디코딩 알고리즘을 적용한 경우에 비교하여 전송률 (throughput) 성능과 복잡도를 살펴본다. 게다가, MIMO (Multiput-Input-Multiple-Output) 기법을 적용하여 제안된 시스템의 성능 개선을 확인한다. 모의 실험 결과, 제안된 디코딩 알고리즘은 ML 디코딩 알고리즘에 비해 복잡도가 낮으나, 기존의 시스템에 비해 복잡도가 높다. 하지만, 성능 개선 측면에서 제안된 시스템의 전송률 성능은 기존의 시스템에 비하여 전신호 대 잡음 비(SNR: Signal to Noise Ratio) 구간에서 우수하고, ML 디코딩 알고리즘을 적용한 기존 시스템의 전송률 성능에 거의 근접함을 보인다. 특히, 실험 결과는 각 MIMO 기법에서 제안된 시스템이 기존의 시스템에 비하여 각각 최대 350kbps, 460 kbps, 740 kbps의 전송률 성능 개선을 보여주고, 이것은 제안된 디코딩 알고리즘의 효과가 송 수신안테나의 수가 증가할수록 커진다는 것을 의미한다.
본 논문은 AMC(Adaptive Modulation and Coding)와 MIMO(Multiple Input Multiple Output)를 결합하여 전송률 및 전송 신뢰도 향상을 가져오는 통신 시스템을 구현한다. 또한 Precoding과 Antenna Subset Selection을 효율적으로 적용하고 MIMO 선택 기법을 결합하여, 최종적으로 AMC와 MIMO 선택 기법이 결합된 통신 시스템을 설계하고 성능을 분석한다. 모의 실험 환경은 안테나 간 상관성이 존재하지 않는 주파수비 선택적 레일리 페이딩 채널을 고려하였으며, 확산인자는 16을 적용하였다. 그 외의 여러 모의 실험 환경은 HSDPA(High Speed Downlink Packet Access) 표준에 근거하여 구성하도록 노력하였다. 본 논문에서 제안한 "AMC와 MIMO 선택 기볍이 결합된 시스템"은 기존의 "AMC와 각 MIMO의 결합 시스템들" 보다 높은 보여주었으며, 열악한 채널 환경에서도 안정적인 전송률을 확보해 주었다. 제안된 시스템은 약 8dB에서 최대 전송률을 나타내었으며, 제안된 시스템과 동일한 최대 전송률올 갖눈 기종의 "AMC와 D-STTD $4{\times}2$ 결합 시스템"과 비교하였을 때 약 6dB 정도 먼저 최대 전송률을 나타냈다. 또한 최대 전송률에 이르기 전까지 거의 모든 SNR(Signal to Noise Ratio)서 기존의 시스템보다 약 2배 정도 높은 전송률을 보였다. 구체적으로 SNR이 2dB인 지점에서 기존의 시스템은 약 2.5Mbps의 전송률을 나타냈으며, 제안된 시스템은 그 2배가 넘는 약 6.4MBps의 전송률을 나타냈다. 또한 SNR이 2dB인 지점에서는 각각 약 7.5Mbps와 15.3Mbps의 전송률을 나타내어 역시 2배에 가까운 차이가 나는 것을 확인할 수 있었다. 제안된 시스템은 AMC 기법을 사용하는 주 목적인 전송률의 향상에 크게 기여하였으며, 특히 평균 전송률의 향상에 효과적임을 확인하였다.
다양한 네트워크 통합에 대한 요구사항의 증가로 인하여 미래에는 하이브리드/통합 위성-지상 시스템의 중요성이 증가할 것으로 예상된다. 이 경우 위성 시스템과 지상 시스템은 서로 호환성을 가지도록 하는 것이 시스템의 효율성 측면에서 매우 중요하다. 3GPP Long Term Evolution (LTE) 규격은 현재 4G 시스템의 가장 강력한 후보 중 하나이다. 따라서 본 논문에서는 3GPP LTE 규격에 바탕을 둔 이동 위성 시스템에서의 인터리버 설계에 대해 소개한다. LTE를 포함하는 모든 4G 지상 시스템 규격에서는 효과적인 자원의 사용을 위해 수 msec 단위로 갱신이 가능한 적응적 변조 및 부호화를 채택하였다. 그러나 위성 시스템의 긴 왕복지연 때문에 이러한 적응형 방식을 그대로 적용하기는 불가능하고, 단기 페이딩에 효과적으로 대응할 수 없다. 따라서 이러한 단점을 극복하기 위한 방안으로써, 본 논문에서는 적응형 전송방식과 결합된 인터리버 방식을 제안한다. 특히, LTE 규격에 바탕을 둔 이동위성시스템을 고려하여 다양한 인터리버 설계 결과를 제시하고, 성능 시뮬레이션 결과를 비교 분석한다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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