분산 안테나 시스템 기반의 협조적 신호 전송 및 기지국 선택 방식 연구
A Study on the Cooperative Signal Transmission and Base Station Selection Methods Based on Distributed Antenna Systems
- 주제(키워드) 분산 안테나 시스템
- 발행기관 서강대학교 일반대학원
- 지도교수 성원진
- 발행년도 2009
- 학위수여년월 2009. 2
- 학위명 석사
- 실제URI http://www.dcollection.net/handler/sogang/000000044878
- 본문언어 한국어
초록/요약
이동 통신 환경에서 전송 용량 증대 및 이동단말의 신호 품질 개선을 위한 많은 연구가 진행되고 있다. 이를 위한 방법 중 하나로 다수의 안테나를 이용하여 신호를 전송하는 다중-입력 다중-출력 (Multiple-Input Multiple-Output; MIMO) 전송 방식이 연구되고 있다. 특히, 다중 셀 시스템에서 셀 간 경계지역에 위치한 이동단말 (Mobile Station; MS)의 신호 품질을 개선시키기 위한 방안으로 지리적으로 분산되어 있는 다수의 기지국 (Base Station; BS)을 협조적으로 사용하는 분산 안테나 시스템에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 본 논문에서는 다수의 기지국이 유선 또는 전용회선으로 연결되어 있는 분산 안테나 시스템의 하향링크 전송 시, 기지국 간 협조적 전송 방식에 따른 성능을 분석한다. 특히, 송신기에서 채널 상태 정보 (Channel State Information; CSI)의 활용 여부에 따른 open-loop전송 및 closed-loop 전송 경우에 대해 협조적 전송 방식에 따른 신호 대 간섭 및 잡음 비 (Signal to Interference plus Noise Ratio; SINR) 및 대역폭 효율을 유도하고, 이를 활용하여 MS의 지리적 위치에 따른 효과적인 협조적 전송 방안을 제시한다. 또한 분산 안테나 시스템을 이용하기 위해 BS 간 네트워크를 구성하는 방안을 제시한다. 네트워크를 구성하는 방법으로 기지국 중심의 네트워크 구성 방안과 이동 단말 중심의 네트워크 구성 방안을 제시하고, 컴퓨터 시뮬레이션을 통해 다양한 방법의 전송 방식 별 성능을 분석한다. 또한 네트워크 크기의 증가에 따른 수신 신호의 전력 분포와 외부 네트워크로부터의 간섭 신호의 전력 분포를 분석함으로써 MS의 수신 SINR과 전송 용량 성능을 확인하고 분산 안테나 시스템을 구성하기 위한 최적의 구성 방안을 제시한다.
more초록/요약
Wireless communication systems have been evolving to improve the capacity and enhance the signal quality. As one of the solutions, multiple-input multiple-output (MIMO) systems using multiple antennas at the transmitter and receiver have been investigated. Especially, distributed antenna systems (DAS) using the base station (BS) cooperatively have recently been studied to provide enhanced signal quality for the mobile station (MS) located at cell edge region. In this thesis, the performance of cooperative transmission methods for downlink transmission is analyzed for distributed antenna systems, where the BSs are connected through wireline or dedicated channels. In particular, for the open-loop and closed-loop transmission based on the availability of the channel state information (CSI) at the transmitter, the signal-to-interference plus noise ratio (SINR) and the average bandwidth efficiency for different cooperative transmission methods are derived, and an effective cooperative transmission strategy for given locations of the mobile station (MS) is proposed. We also propose a network configuration strategy for cooperative transmission with BS coordination. To configure the network, BS oriented network and MS oriented network are considered and the corresponding performance is evaluated via Monte-Carlo simulations. The received SINR and capacity according to the network size are also evaluated through the received signal power distribution and external network interference power distribution analysis, and an optimal network configuration strategy is proposed.
more목차
제 1 장 서론 = 1
1.1 연구배경 및 목표 = 1
1.2 시스템 모델 = 4
제 2 장 협조적 전송 방식에 따른 전송 용량 분석 = 7
2.1 시스템 모델 = 7
2.2 신호 결합 방식에 따른 SINR = 10
2.2.1 SAT = 10
2.2.2 STBC = 11
2.2.3 MRT = 12
2.2.4 EGT = 12
2.2.5 STBC-T = 13
2.3 전송 방식별 SINR 비교 및 대역폭 효율 분석 = 16
2.3.1 방식별 SINR 비교 = 16
2.3.2 방식별 통계적 특성 분석 = 20
2.3.3 대역폭 효율 분석 = 22
2.4 협조적 신호 전송을 수행하기 위한 전송 방식 전환 조건 = 25
2.4.1 Ergodic capacity를 이용한 모드 전환 조건 = 25
2.4.2 순간 전송 용량을 이용한 모드 전환 조건 = 28
2.5 결 론 = 32
제 3 장 네트워크 구성 방안 및 전송 용량 분석 = 33
3.1 분산 안테나 시스템을 위한 네트워크 구조 = 33
3.1.1 Conventional cell network = 33
3.1.2 Sectorized cell network = 34
3.1.3 Virtual cell network = 35
3.2 단일 사용자 전송 방식 = 38
3.2.1 SAT = 38
3.2.2 Equal Gain Transmission을 이용한 협조적 신호 전송 = 39
3.3 다중 사용자 전송 방식 = 41
3.3.1 ZF를 이용한 협조적 신호 전송 = 41
3.3.2 ZF-DPC를 이용한 협조적 신호 전송 = 45
3.4 성능 평가 = 48
3.4.1 네트워크 구성 방식에 따른 전송 용량 분석 = 48
3.4.2 전송 방식에 따른 전송 용량 분석 = 49
3.4.3 네트워크 크기에 따른 전송 용량 분석 = 51
3.5 결론 = 57
제 4 장 결론 = 59
그림차례
그림 1-1. 분산 안테나 시스템 = 5
그림 2-1. Open-loop 방식과 closed-loop 방식을 통한 협조적 전송 개념도 = 9
그림 2-2. 정적 채널에서의 전송 방식 별 SINR 비교 = 17
그림 2-3. 페이딩 채널에서의 전송 방식 별 SINR 비교 = 17
그림 2-4. 채널 전력 변화에 따른 EGT와 STBC-T의 SINR 비교 = 19
그림 2-5. 정적 채널에서의 신호 전송 방식 간 대역폭 효율 비교 = 24
그림 2-6. 페이딩 채널에서의 신호 전송 방식 간 대역폭 효율 비교 = 24
그림 2-7. SAT, STBC, MRT의 평균 전송 용량 비교 = 27
그림 2-8. Open-loop 시스템에서 순간 전송 용량을 이용한 모드 전환 시 전송 용량 = 31
그림 2-9. Closed-loop 시스템에서 순간 전송 용량을 이용한 모드 전환 시 전송 용량 = 31
그림 3-1. Conventional cell network = 34
그림 3-2. Sectorized cell network = 35
그림 3-3. Virtual cell network = 37
그림 3-4. 네트워크 구성 방식에 따른 전송 용량 = 49
그림 3-5. 전송 방식에 따른 전송 용량 = 50
그림 3-6. 네트워크 크기에 따른 전송 용량 = 51
그림 3-7. ZF-DPC 전송 시 네트워크 크기에 따른 수신 신호 전력분포 = 52
그림 3-8. 네트워크 크기에 따른 간섭 신호 전력 분포 = 53
그림 3-9. ZF-DPC 전송 시 네트워크 크기에 따른 SINR 분포 = 53
그림 3-10. ZF 전송 시 네트워크 크기에 따른 수신 신호 전력분포 = 55
그림 3-11. EGT 전송 시 네트워크 크기에 따른 수신 신호 전력분포 = 55
그림 3-12. Pathloss exponent에 따른 전송 용량 = 56
표차례
표 2-1. CSI 사용 가능성에 따른 협조적 신호 전송 방식별 특성 비교 = 9
표 2-2. 고려하는 협조적 전송 방식의 개별적 특성 요약 = 15
