Femtocell networks are defined as low-power wireless access points that operate in the licensed spectrum to connect standard mobile devices to a mobile operator’s network using residential DSL or cable broadband connections. In femtocell networks, electromagnetic interference is the major obstacle for service providers to deploy femtocell networks on existing macrocells. In recent days, interference mitigation by access control methods has been proposed. The hybrid access method provides the advantages of the open access method and the closed access method by proper resource sharing between subscribers and non-subscribers. But re-source sharing between subscribers and non-subscribers in the hybrid access method has not been studied actively up until now. Therefore, this paper proposes a quantitative guideline for femtocell resource allocation between subscribers and non-subscribers considering both enhancing network service quality and main-taining service satisfaction level of subscribers. To do this, network service quality is expressed as the sum of an individual user utility function and, in addition to the utility function, a price effect is also considered to express the service satisfaction level of subscribers and an additional cost for improving the network service quality. Considering these facts, first, a formulation of the price compensated network utility maximization problem is proposed. Also, a low complexity algorithm, which is called the maximum utility improvement method, is proposed to solve the given problem. Simulation results present a performance comparison of the solution from the proposed algorithm and an optimal solution. The proposed algorithm gives a sub-optimal solution with a performance difference of less than 2 % of the optimal solution within reasonable computation time. Simulation results also show that the network service quality is improved with price compensation due to efficient resource allocation.
팸토셀 네트워크는 실내에 설치되는 저전력 무선 억세스 포인트로 허가 주파수 대역폭에서 운영되며 기존에 설치된 DSL이나 케이블 등의 인터넷망을 통해 통신 사업자의 망으로 접속하는 구조를 가진다. 이러한 펨토셀 네트워크는 기존 매크로셀 계층 위에 별도의 망 설계 과정 없이 설치되기 때문에 기존 매크로셀과의 간섭이 서비스의 가장 큰 장애요인이 되고 있다. 최근에는 전력제어, 효율적인 대역폭 할당 이외에 단말이 펨토셀에 접속하는 방식을 제어하는 억세스 메소드를 통해 간섭을 완화하고자 하는 방법이 연구되고 있다. 이러한 연구는 하이브리드 억세스 메소드 기반의 네트워크를 위주로 이루어지고 있는데, 하이브리드 억세스 메소드에서는 펨토셀의 설치하고 등록된 가입자와 비가입자 사이의 효율적인 자원 할당이 필요하다. 하지만 하이브리드 억세스 메소드의 효과에 대해서는 연구가 진행되어왔지만 현재까지 자원 할당에 대한 정량적인 모델이 제시되지 않고 있다. 따라서 본 논문에서는 OFDMA 하이브리드 억세스 메소드 펨토셀 네트워크에서 가입자과 비 가입자 사이의 정량적인 자원 할당 방법에 대해 논의 하였다. 이를 위해 네트워크 서비스 품질을 개별 사용자의 효용으로 표현하였고 가격 보조를 고려하여 서비스 품질을 향상시킴과 동시에 가입자의 서비스 만족도를 최대한 유지할 수 있는 최대화 문제를 제시한다. 또한 주어진 최대화 문제를 낮은 계산 복잡도로 풀 수 있는 ‘maximum utility improvement method’ 알고리즘을 제시하였다. 마지막으로 시뮬레이션을 통해 제안하는 알고리즘을 이용하여 얻은 해가 최적 해에 비해 2% 미만의 차이가 남을 보였고 가격 보조가 없는 경우와 비교를 함으로써 가격 보조가 효율적인 자원 할당을 유도한다는 것을 보였다.
