With the advent of the fifth generation (5G) mobile communications systems, main usage scenarios for IMT 2020 and beyond are categorized as enhanced mobile broadband (eMBB), massive machine-type communications (mMTC), and ultra-reliable and low-latency communications (URLLC). Recently, MTC has attracted great attention since it is expected to play a significant role in realizing Internet-of-Things (IoT) which connects a massive number of machine devices in a wide range of applications, e.g., smart metering, surveillance and security, city automation, intelligent transportation systems, industrial management, and e-health. However, accommodating MTC with the current cellular networks may exhibit some challenges, since the current networks are optimized to service human-to-human (H2H) communications but MTC exhibits different features from H2H communications. Thus, the networks should be optimized in a different way in order to enable MTC to be implemented in practical cellular networks. In this dissertation, we propose efficient uplink resource management schemes for supporting the mMTC scenario in cellular networks. We propose various technologies to efficiently utilize each of uplink radio resources, e.g., a physical random access channel (PRACH), a physical uplink control channel (PUCCH), and a physical uplink shared channel (PUSCH). We mathematically analyze the proposed technologies, and evaluate their comprehensive performances through extensive computer simulations. We verify the superiority of our proposed technologies, and emphasize on the necessity of new approaches for efficiently accommodating the mMTC scenario in the next-generation cellular networks.
무선 이동통신 시스템은 지난 수십 년 동안 세대를 거듭하며 다양한 형태로 진화, 발전해왔으며, 최근에는 대표적인 미래 통신 서비스 시나리오인 사물지능통신을 서비스하기 위해 지속적인 연구 개발이 진행되고 있다. 현재의 이동통신 시스템은 사용자 중심의 통신을 효율적으로 지원하기 위한 방식으로 최적화 되어있기 때문에, 기존의 사용자들이 발생시키는 트래픽과 상이한 패턴의 트래픽을 발생시키는 사물지능통신을 수용하기 위해서는 기존과 다른 방식으로 네트워크를 최적화 및 운영시켜야 할 필요가 있다. 본 박사학위 논문에서는, 이동통신망에서 초연결 사물지능통신의 수용을 위하여 효율적인 상향링크 자원 관리 방안에 대한 연구를 진행한다. 임의 접속 채널, 상향링크 제어 채널, 상향링크 공유 채널의 효율적인 이용을 위한 다양한 기법들이 새롭게 제안되며, 수학적 분석 및 실험적 검증을 통하여 제안한 기법들의 종합적인 성능을 평가한다.
