In the cellular radio communication system, several classes of services with different requirements are going to be provided. Main focus of this thesis is in the non-real-time (NRT) service, in which the so called best-effort resource management is applicable. Given an amount of data packets to each NRT mobile user, the problem of minimizing time-span to send all the packets to the base station is investigated. In particular, we elaborate on the problem in the context of DS-CDMA. With the concept of the achievable (average) data rate region, we have derived an exact optimal algorithm that will minimize the time-span, where users transmit data packets through a hybrid of CDMA and TDMA. Numerical results show that by having an optimal scheduling, we can significantly reduce the transmission time-span, and thereby may increase the radio network capacity.
본 논문은 DS-CDMA 이동통신 시스템에서 e-mail, video clip, web page, mp3 file등의 비 실시간 데이터를 역방향 (단말기에서 기지국으로의 전송) 데이터 전송을 함에 있어서 최소한의 시간을 구현함을 그 목표로 하고 있다. 이동통신 시스템의 가장 큰 특징은 시스템 자원이라 할 수 있는 주파수가 제한 되어 있다는 점이며 이를 얼마나 효율적으로 활용 할 수 있는가 하는 것이 무선자원관리연구에 있어서 가장 큰 목적이라 할 수 있다.
순방향 전송에서는 기지국의 전송 전력이 각 단말기의 전송전력에 비해 상대적으로 크기 때문에 전송 전력 보다는 내부 셀 또는 외부 셀로부터 오는 간섭에 연구 초점이 맞춰져 있는 반면, 역방향 전송에서는 많은 단말기들이 하나의 기지국에 동시에 접속하고 있기 때문에 그러한 단말기들의 전송 전력을 어떻게 제어 할 것 인지가 주된 관심사이다.
기존의 연구들은 그러한 전송 전력의 조합으로부터 최대의 전송비율의 합을 유도하여 총 전송 시간을 최소화 하려는 것이 그 목표라 할 수 있다. 그러나 최대의 전송비율이 합이 항상 최소의 전송 시간을 도출해 낼 수 없다라는 것을 인식 하게 되면서, 전송비율을 최대화 시킴으로써 최소의 시간을 유도하는 것이 아닌, 최소의 시간을 유도하는 직접적인 방법에 대한 연구를 하게 되었다.
기존의 연구와 비교 했을 때 본 연구의 가장 큰 차이점은 각 시간마다 주어지는 각 단말기의 최대의 전송 비율을 주어진 시스템 자원의 변화 없이 크게 해 줄 수 있는 기법을 적용 했다는 점이다.
Time slot라 불리는 주어진 시간을 다시 작은 부분으로 나누어 각 단말기 또는 단말기 그룹에 할당 함으로써 보다 큰 전송 비율을 얻어 낼 수 있다. Time-multiplexing이라 불리는 이 기법을 통하여 유도된, 전송 시간을 최소화 시키는 기법은 다음과 같다.
Time-multiplexing을 통하여 작게 쪼개진 시간은 하나의 단말기에만 할당 될 수도 있고 모든 단말기, 또한 특정 숫자의 단말기 그룹이 될 수도 있다. Time-slot은 작은 시간으로 다시 나눠지게 되고, 이렇게 나누어진 시간을 특정한 조건에 따라서 그룹화 된 단말기들에 할당 된다. 이 때의 전송 전력은 모두 시스템이 허용하는 최대 전송 전력으로써, 역방향 전송에 있어서 각 단말기들은 최대 전송 전력을 사용한다는 성질은 이미 여러 연구에서 증명 되었다. 무선 통신 시스템에서 가장 작은 제어 시간이라 할 수 있는 time slot을 다시 나누어 사용한다는 기법이 문제가 될 수 있으나, 이는 다음의 방법으로 해결 될 수 있다. 본 연구의 시스템 모델은 각 단말기의 움직임을 고려하지 않았다는 것이다. 그러므로 작게 나누어진 time slot의 각 부분들은 모든 time slot에 대해서 항상 동일 하게 나오게 되며 특정한 단말기 그룹에 할당된 시간들을 모아주는 방법으로 재정렬 하게 되면, time slot를 나누어야 한다는 문제점을 해결 할 수 있다.
각 단말기의 그룹화는 각 단말기의 신호 대 간섭비만을 확인함으로써 할 수 있으며 위에서 언급한 바와 같이 전송 전력은 항상 최대 이므로, 이는 시스템의 복잡한 제어도 필요로 하지 않는 완벽한 분산 알고리즘으로서 실제 시스템에서 매우 효율적으로 사용 될 수 있을 것으로 기대 된다.
이러한 기법의 최적성을 본 연구를 통하여 수학적으로 증명하였으며, MATLAB 시뮬레이션을 이용하여 기존의 기법들에 비하여 얼마만큼 우수한 성능을 가질 수 있는지 확인해 보았다.
