In Mobile WiMAX based on the IEEE 802.16e wireless MAN technologies using an OFDMA, the system throughput can be improved by subchannelization schemes such as diversity mode in severe multipath fading channel environment. Mobile WiMAX system uses FUSC which is one of the diversity subchannelization schemes in high mobility environment, especially under fast selective fading channel with high mobility environment. The OFDMA frame duration in fast selective fading channel is not shorter than minimum Doppler period in real world. Also, the time diversity gain (between the point of time of reporting CQI from MSs and transmitting frame which is organized by reported CQIs(Channel Quality Indication)) can become rather large. To alleviate this channel state, the FUSC is used for avoiding deep fading and averaging intercell interference by selecting subcarriers pseudo-randomly [1]. And also, this distributed subcarrier permutation mode can get frequency diversity under severe multipath fading channel condition. However, the FUSC scheme in the current standard is not flexible for channel variations inherent to their high mobility channel state, because FUSC allocates subcarriers pseudo-randomly without considering CINR(Carrier to Interference plus Noise Ratio) variation of subchannels. In this thesis, we introduce optimal subchanneliztion problem by making use of channel condition fully and efficiently. Especially, we prove that the effective subchannelization for frame can be guaranteed by making CINR variation of each subchannel low, which means that subchannelization scheme can be adapted to channel condition with severe fading channel fully. Then, we will show the simulation result that the suboptimal subchannelization scheme leads to higher system throughput as compared to conventional subchannelization scheme such as FUSC.
Selective fading 채널이나 fast fading 채널에 놓여 있는 사용자는 기지국으로 자신의 채널 정보를 보고하더라도 기지국과 통신하는데 있어 많은 어려움을 가지게 된다. 기존 시스템에서 최적화된 부채널화 기법은 fading에 의한 영향을 극복할 수 있는 기술 중 하나이며 이미 OFDMA 기법을 사용한 IEEE 802.16e/WiBro 시스템에서 효율적인 부채널 할당에 대한 방법은 제시가 되어 있다. 고속에서의 diversity 기법과 저속에서의 AMC 기법은 이미 알려진 Fading Channel 에서의 효과적인 기법이라 할 수 있다.
ITU-R 에서 제시간 Ped-A나 Ped-B 같은 저속 환경에서 부채널은 연속된 부반송파로 이루어져 flat fading 이나 slow fading과 같은 효과를 통해 이득을 보게 된다. 이는 채널의 coherence bandwidth와 coherence time이 충분히 크기 때문에 부채널을 이루는 부반송파 집단의 대역폭을 통한 전송이 효율적임을 의미한다. 이와 같은 채널상태에서는 단순히 어떤 부채널이 가장 좋은 상태인지를 고려하여 user diversity를 최대화 하는 scheduling을 적용시키면 시스템의 효율을 높일 수 있다. 이에 반해 Veh-A나 Veh-B와 같은 고속채널 환경에서는 분산된 부반송파 순열 방식을 통해 얻은 frequency diversity로 인해 심한 fading을 극복할 수 있게 된다.
하지만 fast fading의 효과가 커짐에 따라 줄어더는 coherence time은 feedback을 통한 채널 상태 보고에 있어 오류를 일으키는 요인이 된다. 따라서 부채널화 기법을 통해 부채널을 만들 시 단순히 고정된 분산기법을 통해 만든다면 frequency diversity의 이득을 얻을 수는 있겠지만 여전히 전소 시의 채널변화에 따른 전소오류에는 대처할 수 없게 된다. 본 연구에서는 비록 diversity 부채널화의 채널 보고가 preamble을 통해 얻은 채널품질의 평균값을 보고하고 부반송파의 분산기법으로써 채널 변화에 적응토록 하였지만, 고정된 diversity 부채널화 기법이 fast fading과 selective fading의 성질에 유연하게 대처를 하지 못하기에, 개선된 부채널화 기법을 제안하고자 한다.
우선 본 연구는 최적의 부채널화 기법을 구하기 위한 문제를 제시하여 수학적으로 전개한 부채널화 모델링을 수행하였고, 이에 기반하여 구현 가능한 차선의 부채널화 기법을 제안하였다. 본 연구를 통해 첫번째 방법으로 각 부채널의 CINR 분산 값을 작게 하는 부채널화 기법이 차선의 가법임을 발견하였고, 각 유저로부터의 이 정보를 기지국에 보고함으로써 user diversity 이득을 통해 시스템 성능을 노필 수 있음을 증명하였다. 두번째 방법으로 채널 품질 저하에 따른 감소량을 모든 부채널에 분산시키는 방법을 제안함으로써 최적의 부채널화를 위한 두가지 파라미터를 제시하였다. 이 방식은 모든 사용자에게서 각 부반송파 조합 방법 수에 따른 정보를 요구하기에 시스템 주파수 자원을 소모해야 하는 단점이 생기게 된다. 그래서 본 논문에서는 이 보고하는 정보량을 줄이기 위해 각 사용자마다 적합한 조합 방법만을 보고하게 하여 보고를 위한 주파수 자원을 줄이는 방법을 제시하였다. 마지막으로 본 논문에서는 제시한 방법들을 검증하기 위해 Mobile WiMAX에 존재하는 부채널화 기법을 제안 알고리즘에 적용하였고 기존의 방식과 성능차이를 비교하였다. 제시한 알고리즘이 Fading channel에 적합하도록 기존의 방식인 Mobile WiMAX 시스템의 FUSC 기법을 토대로 수정하였고, 여기에 덧붙여 상관관계가 큰 성질을 가지고 있는 연속적인 부반송파를 추출하여 채널을 이루는 방법을 제시하였다. 즉 Permutation에서 중요한 요소인 CNC를 다양하게 가져감으로써 다양한 부채널 조합 방법을 얻어내었고, 각 사용자가 자신의 채널에 적합한 조합 방법을 가져다 주는 CNC를 기지국에 알리면 이들 중 최선의 조합 방법을 결정하여 기지국이 부채널을 구성하게 하였다. 이와 같은 방법은 기존의 방법과 비교하여 사용자가 채널 정보 외에 CNC를 보고 해야 하는 추가 정보전송이 필요하게 된다. 또한 각 MS가 최적의 CNC를 결정하여 보고하게 된다면 모든 사용자에게 적합한 부채널 조합 방법이 아닐 확률이 존재한다. 하지만 이와 같은 제한 조건을 고려하더라도 제안 방법은 기존 방시겡 비해 효율적인 채널 적응력을 보였고 시스템 성능 면에서도 우월함을 나타내었다.
