IEEE 802.16j 멀티홉 릴레이 네트워크에서의 전송 순서의 변화와 네트워크 코딩을 응용한 전송률 향상 기법
Transmission Schemes for Throughput Enhancement in IEEE 802.16j Mobile Multi-hop Relay networks
- 주제(키워드) IEEE 802.16j , Interference , mobile WiMAX , Network Coding
- 발행기관 서강대학교 일반대학원
- 지도교수 장주욱
- 발행년도 2009
- 학위수여년월 2009. 2
- 학위명 석사
- 실제URI http://www.dcollection.net/handler/sogang/000000044855
- 본문언어 영어
초록/요약
Current frame structures in the IEEE 802.16j draft standard support simultaneous transmission of BS (Base station) and RS (Relay station)s in order to improve the throughput in multi-hop relay networks. We observe this scheme may suffer severe interference unless the BS and RSs employ directional antennae and will not achieve the intended throughput improvement. Tao et al. solved this interference problem by simultaneous transmission of every 3rd RS. However, the resulting throughput will be lower than the simultaneous transmission of every 2nd RS. We propose two efficient transmission schemes. First, we propose a new simultaneous transmission scheme and a new frame structure design to be used with omni-directional antennae. Our scheme I solves the interference problem while achieving throughput as high as the original simultaneous transmission using directional antennae. Second, we devise scheme II to incorporate network coding at link-layer level (decode-and-forward) into the simultaneous transmission of relay stations. Data movement is rearranged to maximize coding gain. Formula is derived to dictate exact movement of packets traveling between base station and mobile stations via intermediate relay stations. A new R-MAP (pointers to the burst data) is introduced to implement it. Our schemes retain backward compatibility with legacy mobile stations based on IEEE 802.16e standard. Simulation based on simple configuration of RSs shows considerable improvement in terms of system throughput and round trip delay. For a 4-hop relay network with 1 base station and 4 relay stations with symmetric traffic in uplink and downlink, throughput is improved by 49% in downlink and by 84% in uplink traffic compared with IEEE 802.16j draft standard under the assumption that omni-directional antennae are used in BS and RSs.
more초록/요약
현재 표준화가 진행중인 IEEE 802.16j draft standard 에서 멀티 홉 릴레이 네트워크에서의 성능 향상을 위하여 동시 전송 방식을 제안하고 있다. BS(Base station)와 짝수 번째 RS(Relay station)들이 매 짝수 (홀수) 번째 프레임에 데이터를 동시에 전송하고 홀수 (짝수) 번째 RS들은 수신하게 된다. 하지만 우리는 이 방식이 전방향성 안테나를 사용할 경우 심각한 간섭을 야기하고 그로 인하여 시스템 전체의 성능을 저하시키는 문제점을 확인하였다. Tao et al.은 이러한 간섭 문제를 한 홉 더 띄어 동시에 전송하게 함으로써 해결하였다. 하지만 이 방식은 주파수 재 사용률을 감소시키게 되므로 성능향상의 제약이 발생하게 된다. 이에 본 논문에서는 기존 방식의 전송 순서를 변화시킴으로 해서 진행중인 표준에서와 같은 주파수 재 사용률을 갖는 동시에 간섭을 감소시키는 새로운 전송 기법과 보다 큰 성능 향상을 위하여 링크 레이어에서의 네트워크 코딩 기법을 적용하는 RS간의 동시 전송 기법을 제안한다. 코딩 이득을 최대화하기 위해 데이터의 이동 흐름을 재배열하고, 이것을 적용시킨 새로운 프레임 구조를 제안한다. 두 제안한 방식들은 BS와 RS간의 통신에서만 변화를 주었기 때문에, 기존 IEEE 802.16e MS(Mobile station)와 하위 호환성을 유지한다. 본 논문에서 제안한 네트워크 코딩을 적용한 동시 전송 방식의 경우 IEEE 802.16j draft standard 에서 제안하고 있는 방식에 비해 전송률 측면에서 49 ~ 84%의 성능 향상을 보인다. 
more목차
I.Introduction = 11
II.Background and Previous Transmission schemes = 15
A.IEEE 802.16e = 15
B.IEEE 802.16j = 16
C.Previous Transmission schemes and Frame Structures = 17
III.The Proposed schemes and Frame structures = 22
A.Proposed Scheme I = 22
B.Proposed Scheme II to Incorporate Network Coding = 24
C.Effect of Packet loss = 32
D.Interference Analysis = 35
IV.Performance Evaluation = 38
A.Round Trip Delay = 39
B.Throughput = 40
V.Conclusion = 46
References = 47
List of Tables
TABLE I Path loss exponents for different environments = 18
TABLE II Comparison of previous schemes = 21
TABLE III A snapshot of proposed scheme II = 27
TABLE IV The Parameters used the simulation = 38
TABLE V Modulation and coding schemes (MCS) = 41
TABLE VI The result of performance evaluation = 44
TABLE VII Throughput degradation when packet loss rate is not zero = 45
List of Figures
Fig. 1. Frame Structure of IEEE 802.16e = 15
Fig. 2. Frame Structure of IEEE 802.16j (2-hop) = 16
Fig. 3. Simplified diagrams of transmission schemes = 19
Fig. 4. OFDMA frame structure of our proposed scheme = 23
Fig. 5. XOR network coding = 24
Fig. 6. Detailed description of transmission scheme = 25
Fig. 7. A new frame structure design for proposed scheme II = 29
Fig. 8. Comparison of frame structure in relay zone = 31
Fig. 9. Effect of packet loss = 33
Fig. 10. Received signal of each transmission scheme = 35
Fig. 11. Comparison of round trip delay (RTD) = 40
Fig. 12. Throughput of our scheme compared against previous schemes = 43
