Due to the development of telematics technologies and the expansion of automobile industries, the demand for wireless vehicular communication has been growing rapidly. The vehicular communication system is able to significantly improve upon the drawbacks of a conventional transportation system by improving road safety, providing various real-time traffic information to drivers, and supporting infotainment services to users in moving vehicles. To provide various vehicular communication applications, vehicular communication system can support vehicle-to-vehicle (V2V), vehicle-to-infrastructure (V2I), and vehicle-to-nomadic devices (V2N) communications.
Recently, with the wide spread of smart phones, the demand for infotainment services has been growing explosively. To support dramatically increasing data traffic, we introduce a new paradigm, smart antenna technology, into vehicular communication system. When considering how to satisfy the demand for high data rate and to adapt to changing network conditions, a smart antenna technology is regarded as a key technology. Through the use of adaptive beamforming and multiple directional beams, the smart antenna technology can contribute to significant improvement on 3C problem (Capacity, Coverage, Cost).
In this thesis, we propose radio resource management schemes to improve system performance in a vehicular communication system that utilizes the smart antenna technology. Especially, we focus primarily on V2I communication system to support dramatically increasing data traffic for infotainment services. First, we propose a V2I communication system that utilizes smart antenna to increase service coverage and system capacity. In this system, an infrastructure forms multiple directional beams to detect, in the shortest possible time, vehicles that have newly arrived within the area of its service coverage. To reduce the number of collisions that occur during channel access, we also propose efficient channel access schemes with different approaches. Due to the fact that the channel access of vehicles can be coordinated by the infrastructure, the channel access delay of vehicles can be shortened and hence the system capacity can be further increased.
Second, we propose a novel resource allocation scheme to improve system performance in a single-cell V2I communication system that utilizes smart antenna. In this system, an infrastructure is allowed to form multiple directional beams by using the same frequency bands, with the result that different data streams can be transmitted simultaneously to vehicles at different locations. However, intra-cell interference from a directional beam that is formed towards one vehicle to other vehicles may cause system performance to degrade severely. To alleviate the degradation in performance caused by intra-cell interference, we propose joint beam and power allocation schemes that maximize the system capacity. Due to the fact that the intra-cell interference caused by concurrent transmissions can be minimized, the system capacity can be improved.
Third, we propose a novel resource allocation scheme to improve system performance in a multi-cell V2I communication system that utilizes smart antenna. In this system, infrastructures are allowed to form multiple directional beams by using the same frequency bands, thereby increasing the system capacity and spectral efficiency. However, intra-cell and inter-cell interferences from a directional beam that is formed towards one vehicle to other vehicles may cause system performance to degrade severely. To alleviate the degradation in performance caused by intra-cell and inter-cell interferences, we propose joint beam and power allocation schemes that maximize the system capacity. Due to the fact that the intra-cell and inter-cell interferences caused by concurrent transmissions can be minimized, the system capacity will be improved.
자동차 산업이 급격히 발전되고 자동차와 무선통신을 결합한 새로운 개념의 차량 무선 인터넷 서비스인 텔레메틱스 기술이 개발됨에 따라서 무선 차량 통신에 대한 수요가 급격히 증가하고 있다. 차량 통신 시스템은 교통 안전을 향상시키고, 운전자에게 실시간 트래픽 정보를 제공해주며, 이동하는 차량에 탑승한 사용자에게 인포테인먼트 서비스를 제공해 줌으로서 기존의 운송 시스템의 문제점을 크게 개선할 수 있다. 차량 통신 시스템은 다양한 차량 통신 어플리케이션을 제공하기 위해서 차량간 통신 (V2V), 차량과 인프라간 통신 (V2I), 그리고 차량과 차량 내 기기간 통신 (V2N) 을 지원할 수 있어야 한다.
최근 들어 스마트 기기의 보급과 생활화에 따라 인포테인먼트 서비스에 대한 요구가 폭발적으로 증가하고 있다. 따라서, 본 논문에서는 이와 같은 폭발적인 무선 데이터양을 처리하기 위해서 스마트 안테나 기술을 차량 통신 시스템에서 사용하고자 한다. 스마트 안테나 기술은 적응적인 빔포밍과 다수의 지향성 빔을 사용함으로써 3C (Capacity, Coverage, Cost) 문제를 크게 개선할 수 있다.
본 논문에서는 스마트 안테나 기술을 사용하는 차량 통신 시스템의 시스템 성능을 증가시키기 위한 무선 자원 관리 방안을 제안한다. 특히, 인포테인먼트 서비스 제공을 위해 급격히 증가하는 데이터양을 처리하기 위하여 V2I 통신 시스템에 대한 연구를 주로 다룬다. 먼저, 서비스 커버리지와 시스템 용량을 개선하기 위해서 스마트 안테나를 사용하는 V2I 통신 시스템을 제안하였다. 인프라는 다수의 지향성 빔을 형성하여 자신의 서비스 커버리지내에 새롭게 도착하는 차량을 가능한 빨리 발견한다. 이때, 차량이 채널 접속할 동안 발생하는 충돌을 줄이기 위해서 효율적인 채널 접속 방안을 제안하였다. 제안 방안을 사용하면 차량의 채널 접속은 인프라에 의해서 조정되기 때문에 채널 접속 딜레이가 감소하고 시스템 용량이 증가함을 확인할 수 있었다.
둘째로, 하나의 인프라가 존재하는 스마트 안테나 기반의 V2I 통신 시스템의 시스템 용량을 개선하기 위한 자원할당 방안을 제안하였다. 인프라는 같은 주파수를 사용하여 다수의 지향성 빔을 형성한다. 따라서 인프라는 다른 위치에 있는 차량들에게 각각 다른 데이터를 동시에 전송할 수 있다. 하지만 한 차량에게 형성된 지향성 빔이 다른 차량들에게 발생시키는 셀 내부의 간섭 때문에 시스템 성능이 크게 저하될 수 있다. 따라서 셀 내부 간섭으로 인한 성능 저하를 완화하기 위해서 빔 할당과 전력 할당을 동시에 고려하는 자원할당 방안을 제안하였다. 제안 방안을 사용하면 셀 내부의 간섭을 최소화하기 때문에 시스템 용량이 증가함을 확인할 수 있었다.
셋째로, 다수의 인프라가 존재하는 스마트 안테나 기반의 V2I 통신 시스템의 시스템 용량을 개선하기 위한 자원할당 방안을 제안하였다. 다수의 인프라가 같은 주파수를 사용하여 지향성 빔을 형성하기 때문에 시스템 용량을 개선할 수 있다. 하지만 한 차량에게 형성된 지향성 빔이 다른 차량에게 발생시키는 셀 내부 간섭과 셀 사이의 간섭 때문에 시스템 성능이 크게 저하될 수 있다. 따라서 셀 내부 간섭과 셀 사이의 간섭으로 인한 성능저하를 완화하기 위해서 빔 할당과 전력 할당을 동시에 고려하는 자원할당 방안을 제안하였다. 제안 방안을 사용하면 셀 내부의 간섭과 셀 사이의 간섭을 최소화되기 때문에 시스템 용량이 증가함을 확인할 수 있었다.
