무선 네트워크 하향링크 채널에서의 D2D 통신 성능 분석

Abstract

무선 네트워크의 스펙트럼 효율을 높이기 위한 방법 중 하나로 D2D(device-to-device) 통신이 주목받고 있다. 기존의 D2D 통신의 성능을 올리거나 분석한 연구들은 instantaneous한 접근 방식을 이용하여 특정 상황에서의 optimal solution을 찾는 데에 중점을 두었지만, 최근에는 확률기하를 이용하여 D2D 통신의 성능을 statistical한 방법으로 접근하는 연구들이 발표되고 있다. 이러한 분석은 특정 시간에서는 optimal이 아닐지 모르지만 긴 시간의 측면에서는 앞선 기법보다 좋은 성능을 보일 수 있다. 하지만 많은 연구들이 상향링크 채널에서의 D2D 통신에 집중되어 있고, 하향링크 채널에서의 D2D 통신의 성능을 분석한 논문은 많지 않다. 본 논문에서는 mode selection과 power control을 고려한 하향링크 채널에서의 D2D 통신 성능을 통계적으로 분석하였다. 하향링크 채널에서의 D2D 통신은 상향링크 채널에서의 D2D와는 다른 특성을 갖기 때문에 기존의 상향링크 채널에서 D2D 통신을 고려한 논문들과는 다른 mode selection 기준이 필요하다. 본 논문에서는 기지국과의 거리, D2D 링크의 거리, 가까운 셀룰러 유저와의 거리를 이용하여, 하향링크 채널에서의 D2D 유저와 셀룰러 유저의 SINR 을 일정 수준 이상 보장하는 D2D 통신을 하는 mode selection 기준을 제안하였다. D2D 트래픽이 있는 유저가 제안한 기준에 따라 D2D 모드로 동작할 확률, D2D 통신 할 때의 송신 전력을 확률적으로 분석하였고, 이를 이용하여 D2D 모드로 동작할 때와 셀룰러 모드로 동작할 때의 SINR outage probability를 유도하였다. 뿐만 아니라 Shannon capacity를 이용하여 각 유저의 link capacity와 이를 이용한 total network capacity를 구하였다. 시뮬레이션 결과와 분석결과의 비교를 통하여 분석의 적합성을 검증하였다.