Due to global bandwidth shortage, there have been some interests in investigating underutilized RF spectrum within 3-300GHz referred as millimeter-wave band. The mm-wave system can achieve high data rate by utilizing vast bandwidth and high beamforming gain. However, because of high levels of attenuation for certain building materials, the mm-wave signal is easily blocked by building in urban area. Due to this property, out-of-service areas where the signal does not reach occur frequently in the cell coverage. These out-of-service areas have a bad influence on coverage probability of the system. According to an analysis for coverage probability of the mm-wave system \cite{covcapanal}, the mm-wave system needs to increase base station (BS) density compared to conventional 4G LTE system in order to ensure high coverage probability. However, the high density of BSs significantly increases capital expenditure (CAPEX) and operating expenditure (OPEX) of the system. One solution to mitigate those expenditures is to treat some mm-wave BSs as relay nodes (RNs). However, additional energy consumption caused by relay operation is burden for the mm-wave system. In recent, energy efficiency becomes a crucial issue in wireless communication network, so energy efficiency must be considered for relay in mm-wave system. Nevertheless, there is no study about energy efficient utilization of vast bandwidth for relay to cover out-of-service areas in mm-wave system. In this thesis, we propose energy efficient bandwidth allocation scheme for relay in mm-wave mobile system. In order to do that, we first propose a new energy efficiency metric, called energy efficiency of mm-wave relay (EEMR) based on the standard. The proposed scheme allocates available bandwidth for relay considering following parameters: the number of MSs subordinated in RN, distance between BS and RN, and distance between RN and MS. Numerical results show that proposed scheme increases energy efficiency of the mm-wave system about 4~33\% compared to the case that allocates bandwidth equally in various situation.
세계적으로 무선 통신에 필요한 대역폭 부족 현상이 심화됨에 따라서, 현재까지 제대로 활용되지 않았던 대역에 대한 연구가 점차 활발해지고 있다. 그 중에서도 3에서 300GHz 사이의 밀리미터 웨이브 밴드라고 불리는 대역에 대한 관심이 증가하고 있다. 밀리미터 웨이브 대역의 장점은 넓은 대역폭과 높은 빔포밍 이득을 활용하여 수 기가 bps에 달하는 높은 데이터 전송 속도를 달성할 수 있다는 것이다. 하지만, 밀리미터 웨이브 대역의 신호는 여러 물질들을 통과함에 있어서 상당한 감쇠 현상이 나타나기 때문에, 빌딩과 같은 장애물이 많은 도심 지역에서 쉽게 가로막히게 되며, 이러한 특징 때문에 셀 커버리지 내에서 신호가 도달하지 않는 서비스 불가 지역이 빈번하게 발생하게 된다. 이러한 서비스 불가 지역은 시스템의 coverage probability에 악영향을 미치게 된다. 이러한 밀리미터 웨이브 시스템의 coverage probability에 대한 분석에 따르면, 밀리미터 웨이브 환경에서 높은 coverage probability를 보장하기 위해서는 기존의 4G LTE 시스템보다 기지국의 밀도를 높여야만 한다. 하지만, 기지국의 밀도를 높이는 것은 시스템의 설치 비용과 운용 비용을 크게 증가시키게 된다. 이러한 비용을 경감하기 위한 한 가지 방법은 몇몇 밀리미터 웨이브 기지국을 릴레이 노드처럼 취급하는 방법이 있다. 하지만, 이러한 릴레이 노드들에 의한 추가적인 에너지 소모는 여전히 밀리미터 웨이브 시스템에 부담으로 작용하게 된다. 최근, 에너지 효율이 무선 통신 시스템의 성능을 판별하는 중요한 기준으로 사용되기 때문에, 밀리미터 웨이브 환경에서의 릴레이 상황에 대한 에너지 효율이 반드시 고려 되어야만 한다. 그럼에도 불구하고, 아직까지 밀리미터 웨이브 시스템이이 제공하는 넓은 대역을 서비스 불가 지역을 커버하기 위한 릴레이를 위해 효율적으로 활용하는 방법에 대한 연구가 없었다. 본 학위 논문에서는, 밀리미터 웨이브 시스템 상에서 릴레이를 위한 에너지 효율적인 대역폭 할당 기법을 제안하였다. 그 전에, 밀리미터 웨이브 시스템 상에서 릴레이의 에너지 효율을 측정하기 위한 새로운 메트릭을 표준에 기반하여 제안하였다. 제안된 기법은 사용 가능한 대역폭을 모바일 단말의 수, 기지국과 릴레이 노드 간의 거리, 그리고 릴레이 노드와 모바일 단말 간의 거리를 고려하여 각 링크에 에너지 효율적으로 할당한다. 분석 결과에 따라, 제안된 기법이 기존 대역폭을 동일하게 분배하는 방식과 비교하여 4에서 33\%의 에너지 효율 증가를 달성했음을 보였다.
