Femto cell coverage 확장을 통한 LTE data 품질 개선방안

국문 초록 (Abstract)

Femto cell이 저 전력/저가의 초소형 기지국이고 사용자의 임의 설치 및 제거가 가능하며, 높은 data rate를 보장한다는 장점을 가지고 있기 때문에,data 사용량이 많은 지역, 또한 음영지역마다 Femto cell이 사용자가 원하는 임의의 장소에 설치될 것으로 예상되고 있다.
Femto cell은 실내에 설치되는 경우가 많기 때문에 Femto cell이 추가된 환경에서는 UE(User Element)의 위치와 연결된 기지국에 따라 신호의 감쇄 및 채널 특성에 의하여, 측정 loss model이 다르다.
Femto cell의 경우, 사용자가 임의로 설치 및 제거가 가능하므로 각 가정 및 사무실에 많은 수의 Femto cell이 설치 될 것으로 예상된다.
하지만 Femto cell로 인한 기존의 셀 구조의 변화는 여러가지 기술적인 문제를 발생시킨다. 그중 가장 중요한 문제가 간섭으로 인한 시스템 성능의 열화이다. 기존에 존재하는 Macro cell 안에 Femto cell이 설치되는 경우 Macro cell 간의 간섭 뿐 만 아니라 Macro cell이 Femto cell에 주는 간섭, Femto cell이 Macro cell에 주는 간섭, Femto cell간 간섭이 추가로 발생하게 된다. 또한 Femto cell의 coverage 크기에 따라 기술적 문제가 발생한다.
Femto cell 간의 불필요한 handover를 발생시킬 경우, 가정 및 사무실의 간섭구간에서 실제 사용하는 사용자들의 통화품질이 저하될 수 있는 요인이 될 수 있다.
본 논문은 단일 Femto cell이 설치된 경우에 우선적으로 시나리오를 작성하여 실험을 진행 한 후 단일 Femto cell을 다수의 Femto cell이 설치된 경우로 환경을 확장시켜 시스템 간섭 및 SINR(Signal to Interference Noise Ratio)에 의거한 품질을 측정하였다.
제안한 기법은 기존 단독 Femto cell을 기존에 cell간 간섭이 있었던 구간에 추가로 antenna를 설치하여, Femto cell 설치공간 내 불필요한 handover가 일어나지 않도록 하였다. 기존 단일 Femto cell coverage의 Macro cell 또는 Femto cell 간 간섭이 있었던 구간에서 훨씬 안정적으로 SINR 및 품질을 제공함으로써 사용자들의 이동통신 서비스의 불편이 없도록 개선하려고 한다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

Since Femto cell is a low-electric power/ low-priced ultra small base station, immediate installation and removal can be done and it has an advantage of secure date rate, Femto is expected to appropriate spots where users want to install in the area that requires lots of data or shadow areas.
Since Femto cell is frequently installed indoor, measurement loss models are different under the condition that Femto cell is added by the decrement of signal and the characteristics of channel according to the location of UE and connected base stations.
In the case of Femto cell, numerous Femto cells are expected to be installed in houses and offices since users can install and remove voluntarily.
However, the changes in previous cell structures due to Femto cell cause various technical problems. Among them, the most important issue is the deterioration of system performance caused by interference. When Femto cell is installed in previous existing Macro cell, the interference of Macro cell to Femto cell as well as the interference between Macro cells, the interference of Femto cell to Macro cell, and the interference between Femto cells occur additionally. Furthermore, technical problems occur according to the sizes of the coverage of Femto cell.
In the case that unnecessary handover happens between Femto cells, it can be the factor that the quality of calling for actual users decreases in the interference sections of houses and offices.
This thesis attempted to measure system interference and Throughput based on SINR by expanding the environment from a single Femto cell to numerous Femto cells after establishing the situations that can happen when Femto cell is installed and conducting experiments, writing scenario.
In this thesis planed to avoid unnecessary handover in the space where Femto cell is installed by installing additional antenna to previous independent Remto cell in the area where the interference between cells exists. Since SINR and Throughput are provided much securely in the area where the interference between Macro or Femto cells, this study attempted to improve mobile communication service for users.

목차 (Table of Contents)

• Ⅰ. 서론 1
• 1.1 연구의 배경 1
• 1.2 연구의 목적 1
• Ⅱ. Femto cell의 현황과 구성 3
• 2.1 Femto cell의 개요 3
• 2.2 Femto cell Network 구성 4
• 2.3 Femto cell 설치 시 간섭 시나리오 및 간섭 문제 5
• 2.4 불필요한 handover 로 인한 품질 저하 5
• 2.5 Femto cell 목표 전송 전력 계산 6
• 2.5.1 단일 Femto cell 설치 시 전송 전력 6
• 2.5.2 다수 Femto cell 설치 시 전송 전력 7
• 2.6 SINR 측정 이론 10
• Ⅲ. Femto cell 간섭 시나리오에 의한 LTE 시스템 구성 11
• 3.1 Femto cell - Macro cell 간섭 시나리오 11
• 3.2 Femto cell - Femto cell 간섭 시나리오 12
• 3.3 Femto cell coverage 확장 시스템 14
• 3.3.1 Femto cell LTE 확장 시스템 구성 14
• 3.3.2 제안된 Femto cell 확장 LTE 시스템 구조 16
• Ⅳ. Femto cell LTE 품질측정 결과 18
• 4.1 Femto cell - Macro cell 인 경우 20
• 4.2 Femto cell – Femto cell 인 경우 25
• 4.3 Femto cell coverage 확장 시스템인 경우 29
• Ⅴ. 결 론 34
• 약 어 36
• 참고문헌 37
• Abstract 39