There have been many studies for efficient data transmission with good voice quality since 2nd generation digital CDMA service based on IS-95 in 1995 has been launched. Many subscribers are shortly increased in digital cellular service and some needs from voice service to high-speed data service are aroused. Therefore, there are several issues which happened from viewpoint of service provider. First of all is how to provide high-speed data service efficiently, second is a network capacity problem caused by a rapid increase of subscribers, and third is how to allocate radio resources efficiently for multiple services such as voice, VOD, and internet access, etc.. 1xEV-DO system is developed for the purpose of transiting voice-oriented service into high-speed data service shortly and saving an investment expense for a network operator by adding a channel card of a base station on CDMA2000 1X system. 1xEV-DO system allocates different FA (Frequency Assignment) separately for voice service and high-speed data service from one integrated system.
This dissertation deals with 4 main themes: considerations of evaluating service coverage, issues on enhancing the performance of PFRS (Proportional Fair Rate Scheduler) packet scheduler, issues on increasing network capacity by using mobiles with dual antennas, and how to allocate radio resources for multiple services.
Firstly, considerations of evaluating service coverage will be simulated and analyzed for providing service effectively through system-level simulation in 1xEV-DO. According to simulation result, average data transmission rate and cell throughput per user are changed by traffic load and an user’s location in a cell. Therefore, a service operator should make a target of service quality under considerations of target data rate, service coverage limits, and the number of users in a cell.
Second is evaluating the performance of packet scheduler, PFRS, in downlink of 1xEV-DO system. PFRS located on a base station provides the chance to transmit maximum data rate to the users who have the best channel environment by analyzing the channel information of users. If the channel environment will be changed, PFRS will give the chance to transmit maximum data rate to another user who has the best channel environment. Unfortunately, PFRS doesn’t guarantee transmission delay and minimum data rate. In this paper, the algorithms of improving these problems in aspect of transmission delay and minimum data rate are suggested and verified by simulation. Also, how to maximize the profit and how to implement packet scheduler for applying several service policies efficiently in aspect of a service operator are suggested.
Third, a location-dependent effect of introducing enhanced receivers at mobiles with greedy scheduling is investigated. This work was motivated by an insight that the receiver enhancement at mobile terminals is obtained not instantaneously by a service provider but gradually by the individual users. The improvement due to the gradual enhancement is shown to be dependent on where the enhanced mobile terminal is located. Since the scheduler gives the more transmission chances to users in the better channel condition, the enhancement made at a mobile nearer at the base station results in greater improvement. On the other hand, this capacity-maximizing introduction of the enhancement makes fairness poorer, since the scheduler further reduces the opportunity of users in bad channel conditions. Also, though there is a certain form of spatial diversity that decreases the diversity gain when combined with multiuser diversity, exploiting spatial diversity in an efficient manner, for example, using some partial channel state information (CSI) necessary for multiuser diversity increases the total diversity gain in general. Although this conclusion is true from the viewpoint of throughput, the fact the combination could reduce service coverage that is also an important performance measure in considering wireless access technology was pointed.
Finally, a downlink power allocation based on transmit power is provided. The method considers different QoS's requested by users of 3rd generation multiple services DS-CDMA mobile systems and adaptively computers the power required for admitting the user. The user cannot be admitted if the computed power exceeds the available power. The method is shown to keep QoS at an adequate level as well as to achieve less cell denial rate than the reference power allocation. Also, a system model that counts the blocking probabilites of VAS and OVS calls with both GCs and SDPs is proposed and numerically examined what is an adequate level of the prioritziation that depends on SDPs. When $\eta_\nu = 8$ dB, 50% of the channel elements should be reserved for VAS cals in order to minimize the weighted probability with $\omega =0.1$. As the weight $\omega$ increases, the less channel elements need to be reserved. When $\Omega \geq 0.4$, especially, the prioritization cannot contribute to reducing the weighted probability any more. Thus, the prioritization policy should be optimized depending on SDPs and $\Omega$ which are available when a specific VAS is considered to be provided in cellular cdma networks.
1995년 IS-95에 근거한 디지털 CDMA 서비스가 시작된 이래 CDMA2000 1X까지, 음성 품질을 유지하면서 효과적인 데이터를 전송하기 위한 많은 연구들이 이루어져 왔다. 그러나 디지털 셀룰러 서비스를 통하여 단 기간 내에 많은 가입자가 생겨나고 기존의 음성 위주의 서비스에서 고속의 데이터를 전송에 대한 요구가 급속히 증대 되었다. 따라서, 고속의 데이터 서비스 제공 방안, 급속한 가입자 증대로 인한 용량 증대 문제, 멀티 서비스 제공에 따른 효과적인 자원할당 문제들이 제기되어 왔다.
통신 사업자들은 투자비를 절감하면서 단 기간에 음성위주의 서비스에서 고속 데이터 서비스를 제공하기 위해서 기존의 CDMA2000 1X 시스템에 채널카드를 추가하여 1xEV-DO 시스템을 개발하였다. CDMA2000 1xEV-DO 시스템은 통합된 하나의 시스템에서 CDMA2000 1X의 회선 교환망을 이용하는 음성서비스와 1xEV-DO의 패킷 전용 교환망을 이용하는 패킷 데이터 서비스를 효과적으로 제공하기 위해서 주파수를 각각 다르게 할당하여 서비스 커버리지를 구성하고 있다.
본 논문에서는 이러한 환경에서의 효과적으로 고속 패킷 데이터 서비스를 제공하기 위한 용량 증대 기법 도입 시의 고려사항, 커버리지 결정 방안, 멀티 서비스 제공에 따른 효과적인 자원할당 방안 등을 분석한다.
첫번째 주제는, 1xEV-DO 시스템에서 효과적인 서비스 제공을 위하여 서비스 커버리지 결정 시 고려해야 할 사항들에 대해서 시스템 레벨 시뮬레이션을 통해 분석하였다. 시뮬레이션 결과에 따르면, 사용자당 평균 데이터 전송율과 셀 Throughput은 트래픽 부하와 셀 내 사용자의 위치에 따라 변화한다. 따라서, 서비스 사업자는 제공할 최대 데이터 전송률, 서비스 커버리지, 셀 내 수용 가능한 사용자 수 등을 고려하여 QoS에 대한 목표를 정해야 한다.
두번째 주제는, 1xEV-DO 시스템의 순방향 링크에 적용된 PFRS (Proportional Fair Rate Scheduler) 의 성능을 평가하고 QoS를 지원하기 위한 새로운 알고리즘을 제안한다. 기지국에 위치하는 PFRS는 사용자의 채널 환경을 파악하여 가장 채널 환경이 좋은 사용자에게 가장 많이 데이터를 전송할 기회를 제공한다. 다시 환경이 바뀌게 되면 다시 좋은 채널 환경을 갖게 된 사용자에게 많은 데이터 전송을 허용한다. 그러나 PFRS는 데이터 전송 시의 전송 지연, 최소 전송률 등을 보장하지 못하고 있다. 본 논문의 3장에서는 이러한 문제점을 개선할 수 있는 방안을 전송 지연, 최소 데이터 전송 측면에서의 보완 알고리즘을 제안하고 시뮬레이션을 통해 검증 한다. 또한, 통신 사업자 입장에서의 수익을 최대화 할 수 있는 방법도 제안 한다. 이와 더불어 통신 사업자의 서비스 제공 정책에 패킷 스케쥴러를 효과적으로 활용하기 위해서는 표준화된 인터페이스를 마련해야 함을 제시한다.
세번째 주제는, 무선망 용량 증대 시의 고려사항에 대해 분석한다. 채널 페이딩의 영향을 극복하고 무선망의 순방향 링크 용량을 증대 시키고자 하는 노력들이 있어 왔다. 다이버시티의 한 형태인 멀티유저 다이버시티는 독립적이며 시변인 채널환경에서 제공된다. 단말기의 수신부를 복수개의 안테나로 구성하고, 가장 좋은 채널 환경을 유지하는 사용자에게만 데이터를 전송 받을 기회를 할당 해주는 Greedy Scheduling을 적용하게 되면 수신 다이버시티 이득이 최대가 된다. 반면에 단말기 수신기의 성능 향상을 통해 무선망 용량을 증대 시킬 수 있지만, 이러한 일들은 한꺼번에 이루어지지 않는다. 개개인의 사용자가 자신이 사용중인 기존 단일 안테나 단말기를 수신 성능이 향상된 이중 수신 안테나 단말기로 교체함으로써 점진적으로 용량 증대 효과를 가져오게 되지만, 기존 단말기 사용자와 성능이 향상된 신규 단말기 사용자간에는 형평성의 문제가 대두 된다. 수신 다이버시티가 구현된 단말기를 보유한 사용자들이 셀 내에 들어오게 되면 전체 셀 Throughput은 증가하지만, 기존 단말기 사용자들에 미치는 영향에 대해서는 연구된 적이 없었다. 4장에서는 이러한 두 종류의 단말기가 함께 혼재하는 경우의 영향을 분석하였다. 또한, 현재 많은 연구가 이루어지고 있는 기지국에서 복수개의 송신 안테나를 사용하여 얻어지는 송신 다이버시티 및 멀티유저 다이버시티의 혼용 시의 효과를 분석한다. 멀티 유저 다이버시티와 혼용되었을 때 다이버시티 이득이 감소하는 송신 다이버시티는 멀티 유저 다이버시티에 대한 일부의 채널 상태 정보를 이용하여 피드백 형태로 구성하면 전체 다이버시티 이득을 증대 시킬 수 있다. 그러나 이러한 혼용 방식은 서비스 커버리지를 감소 시킬 수 있음을 이론적 분석 및 시뮬레이션을 통해 확인할 수 있다. 마지막 5장에서는 음성, VOD 및 무선 인터넷 등 멀티서비스를 제공할 때의 효과적인 자원 할당 방법에 대한 분석을 수행한다. 이러한 멀티서비스는 순방향 링크의 시스템 성능을 제한하게 된다. 순방향 링크에서 기지국의 송신전력을 근간으로 하는 간단한 리소스 할당 방법을 제안하고 시뮬레이션을 통해 검증한다. 또한, 음성 서비스와 웹 브라우징 등과 같은 음성을 응용한 서비스의 호손율에 대한 시스템 모델을 제시하고, 이를 통해 각 서비스의 SDP (Signal Deterioration Point) 에 따라 서비스의 우선순위를 결정하는 적절한 SDP 값을 수학적으로 분석한다.
