밀리미터파 기반 다중홉 다중빔 셀룰라 네트워크(M3CN) 시스템 설계 및 성능 분석
Design and Performance Analysis of Millimeter-wave Multi-hop Multi-beam Cellular Network(M3CN) Systems
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초록
본 논문에서는 LTE 대비 1,000배의 용량에 해당하는 120도 섹터셀 기준 최대 100Gbps 용량을 제공할 수 있는 5세대 이동통신 시스템의 후보 아키텍처를 제안한다. 제안하는 아키텍처는 1GHz 이상의 광대역폭 확보가 가능한 밀리미터파를 활용하고 장애물에 의한 밀리미터파 신호 봉쇄를 극복하기 위한 다중홉의 중계기지국을 도입하는 멀티레벨토폴로지를 사용하며 그리고 모바일 트래픽 폭증을 수용할 수 있도록 다중빔을 동시에 제공한다. 이러한 밀리미터파기반 다중홉 다중빔 셀룰라 네트워크(M3CN) 시스템은 고정형 3D 빔형성을 통해 고차-섹터화를 제공함으로써 시스템 용량을 획기적으로 증가시킬 수 있다. 또한 고차-섹터화에 따른 간섭 문제를 분석하고 간섭을 해결하는 협력 기반다중빔 전송 방식을 제안한다. 제안한 M3CN 시스템 성능 분석을 위해 링크레벨 시뮬레이션이 수행되고 이를 통해MCS별 블록-오류-율(BLER)을 도출하고 이에 기반하여 최대 시스템 용량을 제시한다.
Abstract
This paper proposes a candidate architecture for the 5G mobile communication system, which is able toprovide 100 Gbps capacity per 120 sector cell that amounts to 1,000 times more than LTE. The proposingarchitecture exploits millimeter-wave (mmWave) frequency bands which can afford ultra-wide bandwidth morethan 1 GHz, utilizes multi-level topology that introduces multi-hop relays to overcome mmWave blockage dueto obstacles, and simultaneously provides multi-beams to accommodate mobile traffic explosion. The mmWavemulti-hop multi-beam cellular network (M3CN) system can increase the wireless capacity by performing higherordersectorization (HOS) through fixed 3D beamforming. In addition, we address interference problem of theHOS and then propose cooperation-based multi-beam transmission scheme to solve it. Through heavy link-levelsimulation for the performance analysis, we derive ‘block error rates (BLER)’according to the variousmodulation and coding schemes (MCSs) and then calculate the maximum system capacity.
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