차세대 이동 통신망에서의 핸드오버 성능분석

Abstract

차세대 이동통신은 높은 데이터 전송속도와 지역적으로 넓은 영역이 지원되는 최적의 서비스를 지원하기 위하여, 기존의 3G(3rd Generation), WLAN(Wireless Local Area Network), WPAN(Wireless Personal Area Network) 등의 다양한 접속 망들을 서로 융합하여 서비스를 제공해야 한다. 따라서 고품질의 끊김없는 서비스를 위하여, 차세대 이동통신 망뿐만 아니라 이종 망간의 끊김없는 핸드오버가 필수적이다. 본 논문에서는 차세대 이동통신 환경에서의 핸드오버를 위하여 3G 시스템인 WCDMA(Wideband Code Division Multiple Access)로부터 CDMA2000(Code Division Multiple Access 2000)간의 이종망간 핸드오버 및 로밍과 차세대 이동통신 접속 기술로 기대되는 OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplex) 기반의 상향 채널을 이용한 하드 핸드오버 성능평가를 수행하였다. 초기 WCDMA 서비스는 가입자의 밀도가 높은 도심지에서 수행된다. 따라서 끊김없는 서비스를 제공하기 위해 WCDMA로부터 CDMA2000으로의 효율적인 이종망간 핸드오버와 WCDMA와 CDMA2000간의 로밍이 필수적이다. 본 논문에서는 이종망간 핸드오버 시 고려되어야 하는 무선 수신기, 두 개의 모뎀 탑재 문제를 고려하여 경계셀 Pilot을 이용하는 경우의 핸드오버 동작절차와 Dummy-pilot 신호를 이용하는 경우의 핸드오버 동작절차를 구성하였다. 핸드오버 실패율과 경계셀 활용 시간 측면에서 WCDMA로부터 CDMA2000으로의 이종망간 핸드오버 동작절차를 고려한 시나리오 별 성능평가를 수행하였다. 또한 WCDMA와 CDMA2000간의 로밍 절차를 구성하여 Ping-pong 효과를 최소로 하는 최적의 파라미터를 선정하였다. 분석 결과로 WCDMA로부터 CDMA2000으로의 이종망간 핸드오버 시 핸드오버 실패율은 모뎀 활성화 임계값이 낮은 값 일수록 좋은 성능을 나타내었다. 또한 경계셀 Pilot을 이용하는 경우의 경계셀 활용 시간은 핸드오버 결정 임계값이 감소하고, CDMA2000 모뎀 활성화 임계값이 증가할 수록 증가하며, Dummy-pilot 신호를 이용하는 경우의 경계셀 활용 시간은 모뎀 활성화 임계값과 핸드오버 결정 타이머 값이 증가할수록 높은 값을 나타내었다. 추가적인 비용이 소요되는 Dummy-pilot 신호를 이용하는 경우는 경계셀 Pilot을 이용하는 경우보다 핸드오버 실패율 및 경계셀 활용 시간 측면에서 모두 좋은 성능을 나타내었다. 차세대 이동 통신망에서는 기존의 음성 및 하향 데이터 서비스 위주에서, 영상통화 또는 그림, 동영상 등의 상향 데이터의 증가가 예상되므로 하향 데이터 중심의 서비스뿐만 아니라 상향 데이터 서비스의 QoS(Quality of Service)를 고려해야 한다. 차세대 이동통신 접속 기술로 기대되는 OFDM 방식 중 TDD(Time Division Duplex) OFDM 방식을 사용하는 경우, 물리계층의 채널 환경은 인접한 셀에 위치한 단말의 수와 분포도에 따라 상향 채널 환경과 하향 채널 환경이 서로 다를 수 있다. 따라서 본 논문에서는 사용자의 QoS를 보장하기 위하여 상향 채널을 고려한 핸드오버 동작절차를 제안하였다. 제안한 핸드오버 동작절차를 호 손실율, 호 당 핸드오버 시도 횟수, 호 당 핸드오버 횟수를 통하여 기존의 하향 채널을 사용하는 핸드오버 방식과 성능을 비교 분석하였다. 분석 결과로 상향 채널을 이용하는 핸드오버 방식의 경우 하향 채널을 이용하는 핸드오버 방식보다 핸드오버 시도 횟수가 증가하여 네트워크 오버헤드를 증가시키지만, 호 손실 측면에서는 사용자의 수가 증가할수록 매우 향상된 성능을 나타내었다.