Recently, the demand for data traffic has been increasing with the advent of the smartphone. To meet the mobil user’s increased demand, the network operators have been concentrating on improving the capacity of the network. The small cell is a possible solution for obtaining the higher capacity. Reducing the coverage can be helpful to deploy a large number of BSs in the same area. However, the small cell has an inevitable drawback that the handover rate increases by its inherent characteristic. Handover causes the degradation of Quality of Service (QoS) originating from the poor signal quality particularly in the cell edge and the handover process delay. This degradation can effectively be canceled by improving the data rate. To overcome the side effects of handover, the researches making the handover seamless in a mobile user’s side have been a hot issue.
In this paper, we propose the novel handover scheme using the semisoft handover with new adaptive MIMO mode switching. Considering that the conventional 3GPP LTE-A employs the hard handover, the only one radio link is used in the cell edge region, causing the inferior reliability. Moreover, due to the poor signal quality in the handover region, the 3GPP LTE-A system recommends the adaptive MIMO mode switching between the transmit diversity and Closed(CL) Rank=1 with precoding which is associated with beamforming technology. Contrary to the conventional system, the proposed handover scheme exploits the instants when the SINR becomes high enough to take advantage of spatial multiplexing gain. However this moment usually has a short duration, the open-loop spatial multiplexing, open-loop spatial multiplexing does not require the channel state information feedback from receiver, making the transmission process simple and fast. Since the proposed handover scheme uses fast adaptive MIMO mode switching between the open-loop spatial multiplexing and transmit diversity, the computational complexity is so low that the mode switching could adapt to fast channel variation. Combining this MIMO mode switching with the site selection diversity(i.e. semisoft handover), we can maximize the opportunities of the peak instant with the improved spectral efficiency.
Through the MATLAB simulation, we verified the spectral efficiency gain compared with conventional system. In NLOS channel environment, we confirm that the spectral efficiency gain is maximized by the virtue of spatial multiplexing in the cell edge. But, in LOS channel where transmit diversity is superior to spatial multiplexing, the spectral efficiency gain depends on the site selection diversity.
최근 들어 스마트폰의 등장과 더불어 모바일 사용자들의 데이터 트래픽 요구량이 급증하고 있다. 이러한 사용자들의 요구를 충족시키기 위하여 네트워크 사업자들은 네트워크의 용량 증대에 집중하고 있는 실정이다. 작은셀은 네트워크 용량을 증대하기 위해 수행되고 있는 연구분야의 하나로 셀의 커버리지 영역을 줄여 동일한 공간에 더 많은 기지국을 설치하여 전체 지역의 용량을 극대화한다. 하지만 이러한 작은셀은 필연적으로 더 잦은 핸드오버를 유발하여 셀 가장자리 영역에서 서비스의 질을 저하시키는 원인이 되고 있다. 이러한 서비스의 질 감소를 극복하기 위하여 새로운 방식의 무단절 핸드오버에 대한 연구가 활발히 수행되고 있다.
본 논문에서는 준소프트 핸드오버와 MIMO 모드 스위칭을 결합한 새로운 핸드오버 방식을 제안한다. 기존의 3GPP LTE-A 는 하드 핸드오버만을 지원하기 때문에 셀 가장자리 영역에서 하나의 링크만을 사용한다. 또한 셀 가장자리 영여겡서는 낮은 SINR 특성으로 인해 전송 다이버시티나 빔포밍만을 채널 환경에 맞게 스위칭하며 사용한다. 제안하는 핸드오버 방식은 개방형 공간 다중화 방식과 전송 다이버시티의 MIMO 모드를 혼용하기 ��문에 전송측에서 채널정보에 대한 피드백을 요구하지 않는다. 따라서 컴퓨팅 복잡도가 낮아 빠르게 변화하는 채널에 대응하기 적합하다. 한과 기존의 방식 비교하여, 제안하는 방식은 이러한 전반적으로 낮은 SINR 영역에서 SINR의 값이 커지는 순간에 개방형 공간 다중화 방식을 이용하여 증가된 스펙트럼 효율을 얻을 수 있다. 이를 스위칭을 통한 이득이라고 한다. 스위칭 방식을 준소프트핸드오버의 지역 선택 다이버시티와 결합하여 SINR이 커지는 순간의 비율을 극대화할 수 있다. 시뮬레이션을 통해 NLOS환경에서는 스위칭 이득과 지역 선택 다이버시티가 결합되어 스펙트럼 효율 이득이 크게 발생하는 것을 검증하였고, LOS환경에서는 크로싱 포인트 주변에서만 스위칭 이득이 발생하여 핸드오버 영역에서의 이득은 지역 선택 다이버시티에 의해서만 발생하는 것을 확인하였다. 특히 NLOS 환경에서 셀 가장자리 영역의 최대 스펙트럼 효율은 기존의 방식에 비해 50% 향상 되었다. 실제 상황에서 피드백 지연과 하드웨어적 한계를 고려하면 이러한 이득은 감소할 것으로 예상된다.
본 연구에서는 제로 피드백 지연을 가정하였는데, 향후 연구는 현실 상황을 고려하여 피드백 지연이 존재 할 때 이득의 변화를 살펴보아야 한다. 또한 하드웨어적 한계와 상위 계층의 영향을 고려하여 시스템 레벨의 시뮬레이션을 통해 더 정확한 이득을 연구해야 한다.
