For the efficient accommodation of exploding wireless users, many studies have been published but little concern has been taking in coping with the existing conditions of today's large urban areas, which include spatial and temporal traffic distributions, geographical characteristics, user mobility patterns, different quality of service (QoS) requirements, and so on. This problem is caused by the simple system modeling and the analytical tractability. However, in order to obtain a useful knowledge about the deployment and operation of multi-tier cellular overlays, we must deal with the above conditions carefully.
In this thesis, we provide an algorithmic approach for the joint deployment of macrocells and microcells over today's large urban areas. We assume a macro-micro cellular overlay in which the radio frequency spectrum is divided orthogonally between layers and each layer uses a CDMA technique. First, we identify several issues related to the optimal design of macro-micro cellular overlays, taking into account the previous studies on multi-tier cellular overlays and cell planning strategies. Next, based on a novel characterization of spatial traffic distribution and user mobility, we propose an algorithm that determines a cost-effective set of macrocells and microcells.
In order to evaluate the resulting macro-micro cellular overlays, we resort to carefully devised event-driven simulations. We inspect the resulting cell deployments in terms of the number of deployed cells, radio resource utilization, call blocking and dropping probabilities, etc. The numerical results by extensive event-driven simulations, show that the resulting macro-micro cellular overlays successfully cope with the existing conditions of today's large urban areas, such as spatial and temporal traffic distributions and user mobility characteristics. Finally, we discuss the practical guidelines for designing macro-micro cellular overlays in the existing large urban areas.
차세대 무선 개인 통신에서는 최근의 기하급수적으로 늘어나는 무선 가입자들의 효과적인 수용에 있어 다계층 셀룰러 오버레이가 매우 중요한 역할을 할 것으로 보인다. 다계층 셀룰러 오버레이는 작은 셀 (예: 마이크로셀)을 통해 밀집 지역을 감당하는 동시에, 상위의 큰 셀 (예: 매크로셀)을 바탕으로 전체 지역에 대한 연속적인 서비스가 이루어지도록 한다. 다계층 셀룰러 오버레이의 설계와 성능 평가에 대해 많은 연구들이 발표되었지만, 현재의 큰 도심 지역들이 갖는 특성들에 효과적으로 대처하는 것에 대해서는 비교적 적은 관심이 기울여졌다. 이러한 조건들의 예로서는 공간적 및 시간적 트래픽 분포, 지리적 특성, 사용자 이동 경향 등이 있다. 앞에서 언급한 간과는 단순한 시스템 모형화를 통한 분석의 용이함을 추구한 것에 주로 기인한다. 반면, 다계층 셀룰러 오버레이의 실질적인 설치와 운영에 대해 유용한 정보를 얻기 위해서는, 현재의 큰 도심 지역들이 갖는 특성들을 세심하게 다루어야 한다.
본 논문에서는 공간적으로 비균등한 트래픽 분포를 갖는 큰 도심 지역으로의 매크로셀과 마이크로셀의 통합 배치를 하기 위한 알고리즘적 방식에 대해 연구한다. 먼저, 다계층 셀룰러 오버레이와 셀 계획 방법에 대한 기존의 연구에 대한 고려를 통해, 매크로-마이크로 셀룰러 오버레이의 실용적인 설계와 운영에 관계된 문제들을 알아본다. 그리고, 공간적 트래픽 분포와 사용자 이동성에 대한 새로운 모형화를 기반으로, 사용자의 요구를 최소의 비용으로 만족시키는 매크로셀과 마이크로셀의 집합을 선택하는 알고리즘을 제안한다. 공간적 트래픽 분포 모형은 다양한 셀 배치 방식이 같은 조건에서 평가될 수 있는 객관적이고 일반적인 구성을 제공한다. 또한, 사용자 이동성의 영향을 효과적으로 측정하기 위해서는 랜덤하게 보여지는 움직임과 사용자의 이동 경향에 따른 움직임을 동시에 반영하는 실질적인 이동성 모형을 제시한다.
본 논문에서 제안한 알고리즘의 결과로 생성되는 매크로-마이크로 셀룰러 오버레이의 평가는 세밀하게 고안된 사건 구동 시뮬레이션에 기반한다. 특히, 다양한 기법을 시도해 봄으로써 주어진 공간적 트래픽 분포와 사용자 이동성에 최적화된 매크로셀과 마이크로셀의 배치를 선택하도록 하였다. 성능 평가는 배치된 셀의 개수, 무선 자원 활용도, 통화 막힘 및 단절 확률 등의 기준을 통해 이루어진다. 앞의 사건 구동 시뮬레이션을 통한 실험적 결과에 대한 분석은 현재의 큰 도심 지역에 효과적으로 매크로-마이크로 셀룰러 오버레이를 배치하는 것에 대한 실용적인 지침을 무선 설계자에게 제공할 것으로 보인다.
