Enhanced random access scheme with timing advance adjustment for massive machine type communications

국문 초록 (Abstract)

최근 5세대 통신 기술의 표준화가 진행됨에 따라, 대규모 기기간 통신 환경에서 일어나는 랜덤 액세스 채널 과부하 문제가 대두되고 있다. 본 논문에서는 대규모 기기간 통신환경에서 일어나는 랜덤 액세스 채널 과부하 문제를 해결하기 위 향상된 랜덤 액세스 기법을 제시한다. 먼저 프리앰블 전송에서 타이밍 어드밴스 조절을 통해 프리앰블 자원의 수를 효과적으로 증가 시킬 수 있는 프리앰블 확장 기법을 제안한다. 또한, 타이밍 어드밴스 조절이 프리앰블 검출 성능에 미치는 영향을 조사하기 위하여 매틀랩 기반의 링크 레벨 시뮬레이션을 실시한다. 다음으로, 추가 적인 하향링크 제어 채널 자원의 사용 없이 더욱 많은 랜덤 액세스 응답 메시지를 보내기 위한 경량 랜덤 액세스 응답 메시지 구조를 제안한다. 이에 더하여, 랜덤 액세스 응답 메시지를 받지 못하여 프리앰블을 재전송 하는 단말을 줄이기 위한 자원 할당 대기 기법을 제안한다. 우리는 제안 랜덤 액세스 기법의 성능을 측정하기 위하여 다중 랜덤 액세스 채널 슬롯에서의 분석 모델을 제안한다. 마지막으로, 네트워크 시뮬레이터를 통한 시스템 레벨 시뮬레이션을 실시하여 제안된 분석 모델을 검증한다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

In this thesis, we propose a Random Access (RA) scheme to alleviate the Random
Access CHannel (RACH) overload problem in the massive Machine Type
Communication (mMTC) environment. We then propose a TA-based Preamble
Resource Expansion (TAPRE) scheme which effectively increases preamble resources
to decrease the preamble collision probability.We demonstrate a link level
simulation for the preamble detection at the Next Generation EnodeB (gNB) to
evaluate the feasibility of TAPRE. Furthermore, we also propose a light Random
Access Response (RAR) message structure to reduce the size of RAR payload.
Then, we propose a Resource Allocation Wait (RAW) scheme which efficiently
reduce the number of MTCDs that perform back-off due to the failure of RAR reception.
Our analysis shows that the performance of the proposed RA scheme is
superior to the RA scheme in NR. We validate our analysis with the system level
simulation based on NS-3. Simulation results show that the average number of
successful MTCDs with their RA procedures is significantly increased compared
to that of NR. Moreover, average access delay, preamble collision probability, RAR
reception probability and average number of preamble transmissions are also reduced
with our proposed RA scheme.