정보통신·방송 연구개발사업
고성능, 고효율의 차세대 무선랜 무선전송 원천기술 개발
고려대학교
정보통신기술진흥센터
Next Generation WLAN System with High Efficient
Performance
[보고 서식 제2호]
연차보고서
사업명 정보통신·방송 연구개발사업 과제번호 2014-044-008-004
과제명 (국문) 고성능, 고효율의 차세대 무선랜 무선전송 원천기술 개발 (영문) Next Generation WLAN System with High Efficient Performance
주관기관 총괄책임자 고영채
참여기관
(책임자) 유컴테크놀로지(김준오), 아주대학교(김재현), 연세대학교(김광순) 총수행기간 2014. 04. 01 ~ 2019. 02. 28 (59 개월)
협약기간 2015. 03. 01 ~ 2016. 02. 29 (12 개월) 해당년도
수행기간 2015. 03. 01 ~ 2016. 02. 29 (12 개월) 협약기간
총사업비(천원)
정 부
출연금 1,994,000 민 간 부담금
현금 66,476
계 2,903,260 현물 842,784
해당연도 사업비(천원)
정 부
출연금 400,000 민 간 부담금
현금 13,334
계 582,492 현물 169,158
키워드 (6 ~ 10개)
가상 무선랜, 공간 재활용, 거대 배열 안테나 송수신, 전이중 통신, 초경량 매체 접근 제어
정보통신․방송 연구개발 관리규정 제33조에 의거하여 연차보고서를 제출합니다. 2016년 1 월 28 일
총괄책임자: 고 영 채 (인) 주관기관장: 고 제 상 (인)
미래창조과학부 장관 귀하
번호 개발 목표 실적
1 동향 조사
개발 결과
n 표준화 회의 참석 및 동향조사 (IEEE 802.11 2015년 7월 Hawaii 회의) - 차세대 무선랜 표준인 표준화 동향 및 기술 확보를 위한 물리 계층 연 구 방향 논의
n 표준화 기고문 발표 (IEEE 802.11 2015년 7월 Hawaii 회의)
- Hybrid 빔포밍 시스템에서 채널 정보 획득을 위한 알고리즘에 대하여 표준화 문서 기고
- Hybrid 빔포밍 시스템에서 다중 사용자를 지원하기 위한 빔포밍 절차 에 대하여 표준화 문서 기고
- Hybrid 빔포밍 시스템에서 이론적인 잡음지수 분석에 대하여 표준화 문서 기고
결과물 - 국내 학회 1편 발표
- 표준화 문서 3편 기고 - 표준화 문서 3편 반영
달성도(%) 100%
Ⅰ. 해당 연도 추진 현황
Ⅰ-1. 기술개발 추진 일정
(계획 : 실적 : )
번호 개발 내용 추진 일정(개월) 달성도
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 (%)
1 동향 조사 100%
2 차세대 무선랜 MAC
가상화 기술 100%
3 MMFD_OFDMA
저지연/고효율 MAC 100%
4 저복잡도/저오버헤드 고효율
Massive MIMO 100%
5 MMFD-OFDMA 변복조 및
간섭제거 기술 100%
6 차세대 무선랜 구현 기술 100%
7 성능 분석 및 최적화 100%
8 고속 동영상 전송 시스템 응용 기술
고도화 100%
Ⅰ-2. 해당 연도 추진 실적
2 무선랜 MAC 가상화 기술
개발 결과
n 가상화된 무선랜 환경에서의 자원 할당 및 멀티캐스트 전송 스케줄링 기 법 개발
- 소프트웨어 정의 네트워킹 (SDN)을 통해 관리되는 가상화된 무선랜 환경에서 무선 채널 상태와 서비스 특성을 고려하여 무선 자원을 할당할 수 있는 기법을 개발하고 시뮬레이션을 통해 성능을 확인함
- 가상화된 밀집 무선랜 환경에서 최적의 처리율을 제공할 수 있는 멀티 캐스트 전송 스케줄링 기법을 개발하고 시뮬레이션을 통해 그 성능을 검증함
결과물 - 국제 저널 2편 게재
- 국내 저널 2편 게재 - 국제 학회 4편 발표 - 국내 학회 2편 발표 - 국내 특허 1건 등록 - 성과 홍보 1건
달성도(%) 100%
3 MMFD-OFDMA 저지연/고효율 MAC
기술 개발 결과
n OFDMA full duplex 환경에서 채널 할당 기술 개발
- OFDMA 기반 환경에서 멀티 채널 중 idle 채널 정보를 바탕으로 full duplex 전송에 필요한 서브 채널을 각 노드에 할당하는 알고리즘을 개발 함. Matlab 시뮬레이션을 통해 성능 분석
n Full duplex 환경에서 busy tone을 사용하지 않는 MAC 프로토콜 개발 - 기존 full duplex MAC 프로토콜에서 사용하던 busy tone을 사용하지 않고, RTS/CTS와 비슷한 기능을 하는 flag 패킷을 사용함으로써 성능을 개선할 수 있는 full duplex MAC 프로토콜을 개발
n Full Duplex 환경에서 Centralized/Decentralized MAC 프로토콜 성능 분 석
- 기존에 제안된 centralized와 decentralized 방식의 full duplex MAC 프 로토콜의 패킷 당 오버헤드 비율 성능 비교 및 분석
결과물 - 국제 저널 1편 게재
- 국내 저널 1편 게재 - 국제 학회 1편 발표 - 국내 학회 2편 발표 - 국내 특허 1건 출원 - 성과 홍보 1건
달성도(%) 100%
4 저복잡도/저오버헤드 고효율 Massive MIMO
기술 개발 결과
n Massive MIMO hybrid 빔포밍 시스템에서 다중 사용자를 지원하기 위한 기술 개발
- Massive MIMO 환경에서 완벽한 채널 정보를 알고 있을 때, 빔포밍 기 법을 이용하여 다수의 안테나 어레이를 사용하여 다수의 사용자를 동시 에 지원할 수 있음을 Matlab 시뮬레이션을 통해 확인
n 상향링크 다중 사용자 hybrid 빔포밍 시스템에서 저복잡도 RF 빔 선택 알고리즘 개발
- STA 수와 AP과 STA가 선택할 수 있는 RF 빔의 개수가 제한되지 않 는 일반적인 상황에서 적용 가능한 저복잡도 RF 빔 선택 알고리즘을 개 발
n MIMO OFDM 시스템에서 한 개의 ADC/DAC를 사용하는 저복잡도 RF 빔 선택 알고리즘 개발
- 신호가 직진성을 가지는 고주파수대역에서의 통신에서 불연속적인 값 을 가지는 위상변화기를 통한 저복잡도 RF빔 선택 알고리즘 개발 n Energy efficiecy 관점에서 Massive MIMO 무선랜 시스템의 최적화된 안
테나 개수 분석
- 수학적 분석을 통해 최적의 안테나 개수를 결정하는 수식을 유도 - 국제 저널 1편 게재
- 국제 학회 2편 발표 - 국내 학회 1편 발표 - 국내 특허 1건 출원
달성도(%) 100%
5 MMFD-OFDMA 및 간섭제 거 기술
기술 개발 결과
n 무선랜 시스템에서 Massive MIMO Full-Duplex의 자기간섭 성분을 효율적으로 제거하는 방법
- 전이중 통신 시스템에서 발생하는 간섭 성분을 효율적인 안테 나 배치 및 안테나 그룹을 통해 낮은 복잡도로 효과적으로 제거 할 수 있음
- 실시간 RLS 알고리즘 기반으로 전이중 자기간섭을 복잡도 대비 수렴속도가 빠른 저복잡도 알고리즘을 통해 효과적으로 제거 n 차세대 무선랜 시스템에서 MU-MIMO 프로토콜 및 프리앰블 전송 방법
- 하향링크 프리앰블을 다중화하여 동시에 전송함으로써 프리앰블 송수신에 따른 오버헤드 및 피드백 시간이 감소
n FD MU-MIMO 시스템에서 상향 링크의 성능을 감소시키는 자체 간섭을 제어함으로써 전체 전송률을 향상 시키는 알고리즘 개발
- FD MU-MIMO 시스템에서 하향 링크와 상향 링크에 있는 다수의 사용 자를 동시에 지원할 경우 발생하는 사용자간 간섭과 자체 간섭을 제거함 으로써 시스템의 성능을 확보하는 기법 개발
결과물 - 국제 저널 1편 게재
- 국내 저널 1편 게재 - 국내 학회 1편 발표 - 국내 특허 2건 출원 - 국제 특허 1건 출원
달성도(%) 100%
6 차세대 무선랜 구현 기술
기술 개발 결과
n 차세대 무선랜 표준인 IEEE 802.11ay 시스템에서의 시간 및 주파수 동 기화 기법 개발
- 무선랜 프리앰블 디자인 및 프리앰블을 이용한 동기화 기법 성능 분석 - 다양한 웨이브폼 이용한 주파수 오프셋에 따른 성능 비교
n 차세대 무선랜 표준인 IEEE 802.11ay 시스템에서의 ADC의 샘플링 속도 를 줄이기 위한 Interpolation filter 개발
- 이론적인 interpolation filter에 근접한 raised cosine pulse를 이용하여 성능 분석
n 차세대 무선랜 표준인 IEEE 802.11ay 시스템에서의 위상 잡음 영향 분 석
- 독립적인 오실레이터에서 발생하는 위상잡음에 대한 분석
- 독립적인 오실레이터를 가지는 다중 안테나 시스템에서 위상잡음 제거 알고리즘 제안
- 위상잡음 제거 알고리즘 별 성능 비교
- 필터 기반 다중반송파 시스템에서 위상잡음에 대한 분석 n 프리앰블의 웨이브폼에 따른 동기화 성능 비교
- 무선랜 프리앰블의 웨이브폼에 따른 동기화 성능 분석 및 비교
- 국제 학회 5편 발표 - 국내 학회 4편 발표 - 성과 홍보 2건
7 분석 및 최적화
기술 개발 결과
n 차세대 무선랜에 적용될 기술의 성능 검증을 위한 시뮬레이터 n 하이브리드 시스템에서 최적의 성능을 제공하는 아날로그 빔을
형성하기 위한 안테나 선택 방법 결과물
- 802.11ac에서 성능 검증을 위한 MATLAB 기반의 시뮬레이터
- Massive MIMO full duplex에서 간섭 신호 크기를 분석하기 위한MATLAB 기반의 시뮬레이터
- 자가 구성 네트워크 기법의 성능 분석을 위한 MATLAB 기반의 시뮬레이 터
- MAC 프로토콜에서 maximum MPDU 크기에 따른 네트워크 throughput과 소모전력 성능 분석을 위한 OPNET WLAN 모듈 기반 시뮬레이터
달성도(%) 100%
8 고속 동영상 전송 시스템 응용 기 술
기술 개발 결과
무선랜 시스템을 이용하여 실내 측위 기술 응용 서비스 모델 정립 결과물
무선랜 시스템을 이용하여 실내 측위 기술 응용 서비스 모의 실험 달성도(%)
100%
9 기타
성과 홍보 n Globecom 차세대 무선랜 워크샵 개최
- 워크샵 chair 및 TPC chair
n 한국통신학회논문지에 “Future Wireless LAN Technology”라는 제목의 특 집호를 발간
- 본 과제의 연구결과/성과를 홍보하고 확산시키는 효과를 얻음 n 한국통신학회논문지 우수 논문 선정
n IEEE Seoul Section, Student Paper Contest Gold Best Paper Award 수상
구분
특허 논문 표준화
기 술 이 전
상용 화 (백 만원
)
기술 료 (백만
원) 성 과 홍 보 국제 국내
SCI (E)
비SCI 국제 국내
출 원
등 록
출 원
등 록
국 제
국 내
기고 서제 출
기고 서채 택
표준 안채 택
기고 서제 출
기고 서채 택
표준 안채 택
계획(건) 1 0 5 0 3 5 5 2 2 0 · · · 0 · 0 2
실적(건) 1 0 4 1 5 12 15 3 3 0 · · · 0 · 0 4
Ⅱ. 기술개발결과 (2016년 1월 27일 기준)
구분 세부 기술개발 결과
국제 SCI(E) 논문
(1) Kyung-Tae Jo, Young-chai Ko, and Seyeong Choi, "Channel Estimation and Performance Evaluation over Ricean Fading for Multiple-Antenna RF Beamforming," IEICE Transactions on Fundamentals of Electronics, Communications and Computer Science, Vol. E99-A, No. 1, pp. 378-384, Jan.
2016
Ÿ 차세대 무선랜을 위한 Massive MIMO 시스템에서는 안테나 수만큼의 analog-to-digital/digital-to-analog converter (ADC/DAC)가 필요하기 때문에 전력소비와 복잡도 측면에서 단점이 있음. 이러한 문제를 해결하기 위해 한 개의 ADC/DAC에 다수의 안테나를 연결하는 하이브리드 빔포밍과 아날로그 빔포밍 기술이 제안되었음
Ÿ 본 논문에서는 MIMO OFDM 시스템에서 한 개의 ADC/DAC에 모든 안테나 가 연결된 구조를 고려하였음. 이러한 구조에서 저복잡도 RF 빔 설계 방법 에 대하여 제안하였음
(2) Hyunhee Park, Yongsun Kim, Taewon Song, and Sangheon Pack,
"Multi-band Directional Neighbor Discovery in Self-Organized mmWave ad-hoc Networks," IEEE Transactions on Vehicular Technology, Vol. 64, No. 3, pp.
1143-1155, Mar. 2015
Ÿ 차세대 무선랜 표준인 IEEE802.11ay에서 데이터 전송을 위한 지향성 안테 나 송수신 기법은, 높은 데이터 처리율을 발휘할 수 있으나 지향성 안테나 가 정렬되지 못하여 발생하는 deafness 문제 등으로 인해 이웃 탐색 과정에 상당한 어려움을 겪음
Ÿ 전방향 안테나를 사용할 수 있는 기존 무선랜 대역인 2.4GHz 대역을 활용 하여 이웃 탐색 과정을 하고, 초고속 데이터 전송이 가능한 60GHz 대역을 사용하여 데이터를 전송하는 다중 대역을 이용한 이웃 탐색 과정을 제안하 였음
2차년도 기술개발 결과
(3) Taewon Song, Wonjung Kim, and Sangheon Pack, "ORS-FA: An Opportunistic Relay Selection Scheme for Frame-Aggregated Environments,"
Springer Wireless Personal Communications, Vol. 82, No. 4, pp. 2351-2361, Jun. 2015
Ÿ 무선랜 표준인 IEEE 802.11n부터 지원하는 프레임 집약 환경의 경우 각 릴 레이 후보 노드는 서로 다른 양의 데이터를 보유하게 될 수 있으므로 링크 속도가 가장 빠른 링크라고 하더라도 보유하고 있는 데이터의 양이 부족하 여 이후 추가적인 재전송이 필요할 수도 있음
Ÿ 분석적 모델을 수립하고 이를 통해 제안한 기법 링크 속도와 데이터양을 고 려한 재전송기법을 설계함
(4) J. S. Kim J. K. Kim and J. H. Kim, "Advanced Handover Scheme Considering Downlink and Uplink Service Traffic in Asymmetric Channel,"
Computer Networks, vol. 89, pp. 1-13, Oct. 2015
Ÿ 차세대 무선랜 표준인 802.11ax에서 OFDMA 시스템이 논의되고 있음 Ÿ OFDMA 시스템에서 안정적인 핸드오버와 처리율 향상을 위해 상·하향 링크
의 품질을 모두 고려할 필요가 있음
Ÿ 본 논문에서는 OFDMA 시스템에서 두 채널의 품질을 동시에 고려하는 Multiple-Criteria Decision-Making(MCDM)을 통한 핸드오버 알고리즘 개발하 여 안정적인 핸드오버와 처리율을 향상시킴
(5) Kyung-Jun Kim, Kyung-Jun Choi, and Kwang-Soon Kim, "Multi-user massive MIMO for next-generation WLAN systems," Electronics Letters, Vol.
51, No. 10, pp. 792-794, May 2015
Ÿ 차세대 무선랜 표준인 IEEE 802.11ax에서 고려하고 있는 MU-MIMO 시스템 에서 프리앰블 송수신에 따른 오버헤드와 피드백 시간을 감소시키기 위해 프리앰블을 다중화하여 전송하는 방법을 제안함
Ÿ 시뮬레이션을 통하여 제안하는 MU-MIMO 프로토콜이 기존 IEEE 802.11ac 프로토콜과 비교하여 효율적이며 시스템 전체 전송률이 높음을 알 수 있음
국내 저널 논문
(1) 김원중, 송태원, 김태윤, 백상헌, "무선랜 시스템에서 전이중 통신을 위한 MAC 프로토콜 분석," 한국통신학회 논문지, 제 40권, 7호, pp. 1276-1285, 2015년 7월
Ÿ 차세대 무선랜에서 초고속 전송을 지원하기 위해서는 주파수 대역의 효율적 인 사용이 필수적임. 한정된 무선 자원에서 보다 높은 전송 용량을 얻기 위 해서는 같은 대역을 사용하는 전이중 통신이 효율적임
Ÿ 연구 초기 단계에 있는 무선랜 환경의 전이중 통신에서 전이중 통신의 특성 으로 발생할 수 있는 문제들을 살펴보고, 현재까지 이 문제들의 해결을 위 해 제안된 MAC 프로토콜 기술을 살펴보고 특징을 비교함
(2) 김나명, 김원중, 백상헌, "밀집 무선랜 시스템에서의 멀티캐스트 전송 스케 줄링 기법," 한국통신학회 논문지, 제 40권, 3호, pp. 441-450, 2015년 3월 Ÿ 차세대 무선랜에서 고려하고 있는 밀집 네트워크에서 제한된 네트워크 영역
에 수많은 AP와 노드들이 존재하면 여러 대의 AP가 인접하게 설치되어 정 송범위가 중첩되는 중첩 영역이 발생함
Ÿ 중첩 영역의 고려 없이 멀티캐스트 전송을 할 경우 노드의 위치에 따라서 데이터 충돌과 메시지 중복 수신이 발생함
Ÿ 컨트롤러가 다수의 AP를 효율적으로 관리할 수 있는 가상화 WLAN 환경에 서는 지향성 안테나 전송을 하는 AP의 전송 거리와 전송 섹터를 고려하여 멀티캐스트 전송 스케줄링 기법을 개발함
(3) 천혜림, 김재현, " 채널정보 기반 OFDMA FD-MAC 프로토콜," 한국통신학회 논문지, 제 40권 3호, pp.451-458, 2015년 3월
Ÿ 차세대 무선랜에서 채널 용량의 증가와 네트워크 처리율 향상을 위해 OFDMA와 full duplex는 하나의 key technology로 논의되고 있음
Ÿ 기존 OFDMA 기반 무선랜 MAC 연구는 채널 utilization과 충돌확률 측면에 서의 문제점이 있고 따라서 보다 효율적인 채널할당 프로토콜에 대한 연구 가 필요함
Ÿ 무선랜 노드의 idle 채널 정보를 바탕으로 full duplex 전송에 서브 채널을 할당하는 full duplex MAC 프로토콜 개발
(4) 최경준, 김경준, 김광순, “고밀집 환경에서 대용량 MIMO WLAN의 네트워크 용량 최대화를 위한 결합 공간 분할 및 재사용 기법,” 한국통신학회 논문지, 제 40권 3호, pp 469-477, 2015년 3월
Ÿ 차세대 무선랜 표준인 IEEE 802.11ax에서 고려하기 위해, 본 논문에서는 AP의 안테나 수와 주변 간섭에 따라, 사용할 공간의 수와 빔포밍 방식을 동 시에 결정하여 공간 재사용율을 높이는 기술을 제안하였음
Ÿ 시뮬레이션 결과를 통하여 기존의 CSMA/CA 방식과 대비하여 2.5배 성능을 제공해 주는 것을 확인함
국제 학회 논문
(1) Myeong-Jin Kim and Young-Chai Ko, "Low Complexity Analog Beam Selection for Uplink Multiuser Hybrid Beamforming System," in GlobeCom 2015, San Diego, CA, USA, 6–10. Dec. 2015
Ÿ 802.11ad의 후속표준인 802.11ay Task Group에서는 다중 사용자를 지원하 는 하이브리드 빔포밍 시스템을 고려하고 있음
Ÿ 다중 사용자 하이브리드 빔포밍 시스템에서 최적의 성능을 가져다주는 RF 빔을 찾는 것은 모든 가능한 경우에 대하여 고려하야 하므로 복잡도가 너무 높아서 상당한 시간이 소요됨
Ÿ STA의 수와 AP와 STA가 선택할 수 있는 RF 빔의 개수가 제한되지 않는 일반적인 상황에서 적용 가능한 저복잡도 RF 빔 선택 알고리즘을 개발 (2) Jae-Hyung Choi and Young-Chai Ko, "Impact of Frequency Synchronization Errors on Generalized Frequency Division Multiplexing," in ICEIC 2016, Danang, Vietnam, 27-30. Jan. 2016
Ÿ 차세대 통신 웨이브폼 후보 중 하나인 GFDM시스템을 기반으로 하여 캐리 어 주파수 오프셋이 발생하였을 때 성능을 분석함
Ÿ GFDM시스템에서 캐리어 주파수 오프셋이 발생하였을 때 신호 대 간섭비를 수식적으로 분석하고 시뮬레이션 결과와 비교 분석함
(3) T. J. Lee and Y. C. Ko, "Phase Noise Cancellation in MIMO-OFDM Systems with Independent Oscillators," in ICEIC 2016, Danang, Vietnam, 27-30. Jan. 2016
Ÿ 차세대 무선랜 기술로 고려되고 있는 Massive MIMO 시스템에서는 안테나 의 수에 비례하여 위상잡음이 발생하는 RF체인의 수가 증가하는 문제가 있 음
Ÿ 기존 SISO-OFDM 시스템에서의 공통 위상 오차 추정 알고리즘을 확장하여 다수의 공통 위상 오차를 Least-Square 알고리즘을 사용하여 추정하였고 위 상잡음의 영향이 완화됨을 확인함
Ÿ 2X2, 3X3 다중안테나 시스템에서 위상잡음이 있을 경우 제안한 알고리즘을 적용하면 성능이 상당히 향상됨을 시뮬레이션을 통해 보여줌
(4) Min-Hwa Jeong, Tae-Jun Lee, Myung-Jin Kim and Young-Chai Ko, “Effect of Phase Noise in IEEE 802.11ad MIMO-OFDM Systems with Common/Independent Local Oscillators,” in ICTC, Jeju Island, Korea, Oct.
2015
Ÿ 60GHz 대역 무선랜 표준인 802.11ad에서 기존의 위상잡음과 관련된 논문 들은 송·수신단에서 오실레이터를 공유하여 사용하는 상황을 고려하는데, 실 제 시스템에서는 비용적인 문제로 인하여 오실레이터를 안테나마다 다르게 사용하는 것이 이점이 있는 경우가 있음
Ÿ IEEE 802.11.ad 표준에 기반한 MIMO-OFDM 시스템에서 독립적인 오실레이 터를 사용할 때 어떤 영향이 있는지를 수식적으로 표현하고 성좌도와 비트 오류율을 통해 나타냄
(5) Min-Hwa Jeong, Young-Chai Ko, “Effect of Phase Noise in GFDM Systems,” in ICEIC 2016, Danang, Vietnam, 27-30. Jan. 2016
Ÿ 차세대 통신 웨이브폼 중 하나인 GFDM은 OFDM을 일반화시킨 웨이브폼이 라고 할 수 있음. GFDM을 사용하는 시스템에서 위상잡음으로 인한 영향을 비트 오류율을 통해 분석함
Ÿ 웨이브폼으로 GFDM을 사용하는 시스템에서 위상잡음으로 인한 영향을 수 식적으로 표현하고 시뮬레이션을 통해 GFDM 시스템과 OFDM 시스템에서 의 위상잡음을 비교하였음
(6) Byung-Ju Lim and Young-Chai Ko, "Performance Comparison Between OFDM and GFDM with Timing Synchronization Error," in ICEIC 2016, Danang, Vietnam, 27-30. Jan. 2016
Ÿ 기존의 무선랜의 신호 전송 방법인 OFDM은 대역 외 밴드가 발생한다는 문 제점이 있음. OFDM에서의 대역 외 밴드를 줄이고 Cyclic Prefix를 줄이기 위한 방법으로 GFDM 전송 방식이 있음. GFDM 방식으로 전송하면 OOB를 줄일 수 있기 때문에 frequency-localization의 장점이 있음
Ÿ GFDM 웨이브폼에도 프리앰블이 적용 가능한지를 확인하기 위하여 프리앰 블을 각각 single carrier, OFDM, GFDM 방식으로 전송하였을 때 동기화 성 능을 비교함
(7) Jae-Hong Kwon and Young-Chai Ko, "Optimal Number of Antennas for Energy Efficiency in Downlink MISO systems," in ICEIC 2016, Danang, Vietnam, 27-30. Jan. 2016
Ÿ 차세대 무선랜 시스템에서는 높은 데이터 처리량을 위하여 Massive MIMO 시스템이 사용 될 것으로 보이며 그에 따라 높은 수준의 전력 소모가 예상 됨
Ÿ 차세대 무선 통신의 성능 평가 지표로 여겨지는 Energy efficiency 관점에서 최적화된 안테나 개수를 수학적으로 유도하여 AP의 주요한 설계 지표로 제 시함
(8) Jungsu Kim, Wonjung Kim, and Sangheon Pack, "Two-Stage Resource Allocation in Software Defined Wireless LANs," in Proc. AsiaFI 2015 Summer School, Seoul, Korea, Jun. 2015
Ÿ 차세대 무선랜에서 고려하는 다수의 단말과 다수의 AP로 구성된 대규모 밀 집 네트워크 환경에서 네트워크를 구성하는 AP 및 단말들에 대한 효율적인 무선 자원 할당이 필요적 요소임
Ÿ 제안하는 기법을 통해 AP 간의 부하 불균형을 해소하고 네트워크 안의 단 말들의 균등한 전송률을 제공하고, 실제적인 측정을 통해 채널 상태를 수집 하고 이를 기반으로 무선 자원을 할당하여 네트워크 효율 및 전송률을 개선 함
(9) Taewon Song, Tae-Yoon Kim, Wonjung Kim, and Sangheon Pack,
"Channel Bonding Algorithm for Densely Deployed Wireless LAN," in Proc.
International Conference on Information Networking (ICOIN) 2016, Kota Kinabalu, Malaysia, January 2016
Ÿ 차세대 무선랜 표준인 IEEE 802.11n부터 현재 최신 표준인 IEEE 802.11ax 까지 지원되고 있는 채널 본딩 알고리즘을 사용하는 경우 넓은 대역폭을 사 용할 수 있어 단말의 처리율을 높일 수 있으나 인접한 단말의 대역폭을 점 유함으로서 특히 밀집된 환경의 경우 처리율의 불평등을 초래할 수 있게 됨 Ÿ 게임이론을 기반으로 한 채널 대역폭 선택 알고리즘을 개발함으로서 분산적
이고 적응적으로 채널 대역폭을 분배할 수 있음
(10) Tae-Yoon Kim, Taewon Song, Wonjung Kim, and Sangheon Pack, "An Integrated MAC for Uplink and Downlink MIMO Transmissions in WLANs," in Proc. International Conference on Electronics, information, and Communication (ICEIC) 2016, Danang, Vietnam, January 2016
Ÿ 차세대 무선랜 표준인 IEEE 802.11ac부터 하향 MU-MIMO가 지원되기 시작 하여 AP-단말 간 처리율을 비약적으로 상승시킬 수 있게 되었고, 현재 연구 되고 있는 최신의 표준인 IEEE 802.11ax에서는 상향 MU-MIMO 지원이 유 력하여 상향/하향 MU-MIMO를 함께 지원할 수 있는 시스템에 대한 연구가 활발히 이루어지고 있음
Ÿ 상, 하향 MU-MIMO의 유저 선택 (user-selection) 과정을 주기적으로 할당함 으로써 AP와 노드간의 분산된 경쟁으로 인한 충돌을 제거함으로써 무선랜 시스템에서의 네트워크 처리율을 향상시켰음
Ÿ AP에 의한 주기적인 Trigger message를 통해 MU-MIMO 데이터 통신에 있 어서의 동기화 문제를 해결하고 컨트롤 메시지의 training sequence를 통해 channel state information (CSI)을 교환함으로써 MU-MIMO 통신을 가능하게 함
(11) Wonjung Kim, Taewon Song, Tae-Yoon Kim, and Sangheon Pack,
"Performance Analysis of Full duplex WLANs," in Proc. International Conference on Electronics, information, and Communication (ICEIC) 2016, Danang, Vietnam, January 2016
Ÿ AP와 다수의 노드로 구성된 infrastructure 무선랜 환경에서 병목 현상이 발 생하여 downlink와 uplink 사이에 형평성 문제가 발생함. IEEE 802.11ax 표 준 기술로 논의되고 있는 full duplex 기술을 사용하면, AP가 채널을 사용할 수 있는 확률을 향상 시킬 수 있어 이 문제를 해결할 수 있음
Ÿ 무선랜 환경에서 full duplex통신을 사용할 수 있도록 간단한 MAC 기법을
제안하고, 이 기법을 바탕으로 수학적 분석 모델을 제안함. 수학석 분석 모 델을 사용하여 full duplex 사용으로 인한 downlink와 uplink 사이의 형평성 향상을 확인함
(12) J. K. Kim W. K. Kim and J. H. Kim, "A New Full Duplex MAC Protocols to Solve the Asymmetric Transmission Time," in GlobeCom 2015, San Diego, CA, USA, 6–10. Dec. 2015
Ÿ 차세대 무선랜 표준 기술 중 하나로 논의되고 있는 full duplex를 지원하기 위한 MAC 프로토콜에서 데이터 전송 완료 시점이 다를 때 busy tone을 사 용하는데, 이는 데이터를 포함하지 않기 때문에 전력을 낭비하게 됨
Ÿ 전력소모량 감소와 네트워크 성능 증가를 위해 busy tone을 대체할 방안에 대한 연구가 필요
Ÿ 본 논문에서는 busy tone을 사용하지 않고, flag 패킷을 사용하여 데이터 전 송 완료 시점의 비대칭을 해결하고, 소모 전력 및 네트워크 처리율 측면에 서 성능을 향상시킬 수 있는 full duplex MAC 프로토콜 개발
국내 학회 논문
(1) 김명진, 이지호, 고영채, "차세대 무선랜 표준화 동향 및 기술 확보를 위한 물리 계층 연구 방향," 2015년 한국통신학회 하계종합학술발표회, 제주, 대한민 국, June 24-26, 2015
Ÿ 현재 무선랜의 문제점들을 해결하기 위해서 IEEE 에서는 802.11ac와 802.11ad의 뒤를 잇는 무선랜 표준 규격인 802.11ax와 802.11ay에 대한 표 준을 개발 중임
Ÿ 차세대 무선랜 기술인 IEEE 802.11ax/ay 표준화 동향에 대해서 살펴보고 주 요 기술 요소들을 확보하기 위한 물리 계층의 연구 방향에 대해 논의함 (2) 이지호, 김명진, 고영채, “평면 안테나 배열을 가지는 거대 배열 다중 안테 나 시스템에서 다수의 사용자를 지원하기 위한 3차원 하이브리드 빔 형성 기 술,” The 25th Joint Conference on Communications and Information, 부여, 대 한민국, Apr. 15-Apr. 17, 2015
Ÿ 차세대 무선랜을 위해 고려되고 있는 Massive MIMO 구조에서는 높은 전력 소비와 복잡도 문제로 인하여 하이브리드 빔 형성 기술을 사용될 것으로 여 겨짐
Ÿ 하이브리드 빔 형성 구조에서 지정된 아날로그 빔 가중치 벡터에 맞추어 적 절히 디지털 빔 가중치 벡터를 조절하여 3차원적으로 모든 방향에 있는 사 용자를 지원할 수 있음을 시물레이션을 통해 확인함
Ÿ 다수의 부어레이(subarray)를 사용하여 각각의 부어레이가 서로 다른 사용자 를 지원하도록 하는 빔포밍 구조를 수식적으로 분석하였음
(3) 최재형, 임병주, 고영채, "IEEE802.11ad표준기반 60GHz 대역 무선랜 시스 템의 시간 동기화 기법 성능 비교," The 25th Joint Conference on Communications and Information, 부여, 대한민국, Apr. 15-Apr 17. 2015
Ÿ 60GHz 대역 무선랜 표준인 IEEE802.11ad 표준을 기반으로 상관관계 기반 동기화 기법과 신호대잡음비율 기반 동기화 기법 성능비교
Ÿ 이론적 샘플링 속도의 1.5배 및 2배의 샘플링 속도에 따라 발생하는 성능 변화 분석
(4) 임병주, 최재형, 권재홍, 조성경, 고영채, “IEEE 802.11ad표준 기반 60GHz 대역 무선랜 시스템의 인터폴레이션 필터에 따른 성능 비교,” 2015년 한국통신
학회 하계종합학술발표회, 제주도, 대한민국, Jun. 24-Jun. 26, 2015
Ÿ 무선랜 표준인 802.11ad에서는 60GHz대역의 넓은 대역폭을 사용함에 따라 ADC에서 샘플링 속도가 매우 빠르므로 인터폴레이션을 통해 샘플링 속도를 낮출 수 있음
Ÿ Raised cosine pulse를 이용한 인터폴레이션 필터를 사용할 경우 샘플링 속도를 낮출 수 있고 성능도 이론적인 인터폴레이션을 사용한 경우에 근접 함
(5) 이태준, 정민화, 고영채, “IEEE802.11ad 표준 기반 60GHz 무선랜 시스템의 위상잡음 제거 기법 성능 비교,” The 25th Joint Conference on Communications and Information, 부여, 대한민국, Apr. 15-Apr. 17, 2015
Ÿ 차세대 무선랜 시스템에 알맞은 위상잡음 제거 알고리즘을 적용하기 위해서 현재까지 나온 알고리즘을 간략히 소개함
Ÿ IEEE 802.11 ad 표준에 맞춰서 위상잡음 제거 알고리즘을 BER 성능 관점 에서 비교하는 시뮬레이션을 제시함
(6) 정민화, 이태준, 고영채, “IEEE802.11ad 표준기반 60GHz 무선랜 다중 안테 나 시스템의 독립/비독립적 위상잡음 모델에 따른 영향 분석,” 2015년 한국통신 학회 하계종합학술발표회, 제주, 대한민국, June. 24-June. 26, 2015
Ÿ IEEE 802.11 ad 표준 기반 다중안테나 직교주파수 분할 방식 (MIMO-OFDM) 시스템에서 독립/비독립적인 오실레이터를 사용할 때 발생하 는 위상잡음에 따른 시스템 모델링을 제시하고 그에 따른 영향 분석함 Ÿ 독립/비독립 오실레이터에 발생하는 위상잡음에 따른 성능 저하에 대한 비
교를 성좌도와 비트 에러 확률의 시뮬레이션 결과를 통해 제시함
(7) 김태윤, 김명수, 송태원, 백상헌, "다중 안테나를 이용한 다중 유저 상·하향 링크 통합 프레임 구조," The 25th Joint Conference on Communications and Information, 부여, 대한민국, Apr. 15-Apr. 17, 2015
Ÿ 현재 개발중인 차세대 무선랜 표준인 IEEE 802.11ax에서는 상, 하향 MU-MIMO 기술의 적용이 유력함
Ÿ 상, 하향 MU-MIMO의 유저 선택 (user-selection) 과정을 주기적으로 할당함 으로써 AP와 노드간의 분산된 경쟁으로 인한 충돌을 제거함으로써 무선랜 시스템에서의 네트워크 처리율을 향상시켰음
(8) 김진기, 김원경, 최동열, 김재현 "전송 시간의 비대칭을 해결하기 위한 Full Duplex MAC 프로토콜," in Proc. 한국통신학회 하계종합학술발표회, 라마다프 라자 제주호텔 2층, 2015년 6월
Ÿ 차세대 무선랜 표준 기술 중 하나로 논의되고 있는 full duplex를 지원하기 위한 MAC 프로토콜에서 데이터 전송 완료 시점의 비대칭을 해결하기 위해 busy tone을 사용
Ÿ Busy tone은 데이터가 포함된 신호가 아니므로, 전체 네트워크 성능 저하의 요인이 됨
Ÿ 이를 해결하기 위해 데이터 전송이 먼저 끝난 노드가 ACK 패킷을 전송하는 full duplex MAC 프로토콜 개발
(9) 김진기, 김재현, "Full Duplex 환경에서 Centralized/Decentralized MAC 프로 토콜 성능 분석," 한국통신학회 동계종합학술발표회, 하이원 리조트 컨벤션센터,
2016년 1월
Ÿ 차세대 무선랜 표준 기술 중 하나로 논의되고 있는 full duplex를 지원하기 위한 MAC 프로토콜은 중앙제어 방식인 centralized 방식과 분산제어 방식인 decentralized 방식으로 제안되고 있음
Ÿ 중앙제어 방식과 분산제어 방식을 비교 한 사례가 없기 때문에 대표적인 중앙제어 방식인 Janus와 제안한 분산제어 방식의 패킷 대비 오버헤드 비율 에 대한 성능 비교 및 평가 진행
Ÿ MATLAB을 통한 시뮬레이션 결과 패킷의 수가 많은 경우 중앙제어 방식의 패킷 대비 오버헤드 비율이 적고, 패킷의 수가 적은 경우 분산제어 방식의 패킷 대비 오버헤드 비율이 적음
(10) 황해광, 박진배, 최경준, 김종현, 이진녕, 김광순, “클러스터 이기종 셀룰러 네트워크에서 결합 셀 접속을 위한 하이브리드 자가구성 기법,” The 25th Joint Conference on Communications and Information, 부여, 대한민국, Apr. 15-Apr.
17, 2015
Ÿ 차세대 무선랜인 IEEE 802.11ax에서 복잡도를 줄이기 위해 전체 최적화 문 제를 매크로셀과 클러스터 단위에 대한 셀 접속과 소형셀 단위의 셀 접속으 로 구성된 2개의 최적화 문제로 나누는 사용자 접속 방법을 제안함
(11) 김태윤, 송태원, 김원중, 백상헌, "다중 안테나를 이용한 다중 유저 상향 링 크 전송 환경에서의 매체 접근 프로토콜," 한국통신학회 동계종합학술발표회, 하이원 리조트 컨벤션센터, 2016년 1월
Ÿ 현재 연구되고 있는 최신의 무선랜 표준인 IEEE 802.11ax에서부터는 상향 MU-MIMO의 지원이 유력
Ÿ 다수의 안테나를 통해 다수의 사용자가 하나 혹은 다수의 사용자로 동시에 송수신을 할 수 있게 하는 Multiuser MIMO (MU-MIMO)를 통해 다수의 사용 자가 동시에 AP와 데이터를 주고 받을 수 있게 됨으로써 처리율이 비약적 으로 상승하였음
Ÿ 다중 유저 상향 링크 전송 환경에서 다중 안테나를 이용한 매체 접근 프로 토콜을 제안함. 스트리밍 데이터에 대해 컨트롤 메시지를 생략함으로서 컨 트롤 메시지에 의한 채널 점유 시간을 줄여 처리율을 높이고 더불어 연속된 데이터를 전송한 노드는 다음 전송할 데이터 발생 시 다른 노드들보다 긴 백오프 기간을 갖도록 하여 전체 네트워크의 공평성을 높일 수 있음
국내 특허
(1) 김명진, 고영채, “하이브리드 빔포밍을 위한 송신시, 수신기 및 신호 송수신 방법,” 출원일:2015-12-29, 출원번호:10-2015-0188346
Ÿ 고주파수 대역 무선랜 표준인 802.11ad에서는 높은 전력소비와 신호의 감쇄 를 극복하기 위하여 하이브리드 빔포밍 구조를 고려하고 있음. 다수의 송, 수신기들이 하이브리드 빔포밍 구조를 가지며 동시에 신호를 전송하는 간섭 채널 환경에서 전체 네트워크의 성능을 증가시키는 송수신 장치 및 방법 (2) 김경준, 김광순, “MU-MIMO 무선랜 시스템에서 프리앰블 전송 방법,” 출원 일:2015-07-23, 출원번호:10-2015-0104279
Ÿ 차세대 무선랜인 IEEE 802.11ax에서 고려하고 있는 MU-MIMO 시스템에서 프리앰블을 다중화하여 전송하는 방법
Ÿ 프리앰블 송수신에 따른 오버헤드와 피드백 시간을 감소시킬 수 있는 프리 앰블 전송 방법
(3) 김진영, 최경준, 이진녕, 김광순, “전이중 다중 안테나를 이용하는 송수신 장 치 및 방법,” 출원일:2015-07-31, 출원번호:10-2015-0108658
Ÿ 차세대 무선랜인 IEEE 802.11ax에서 고려하고 있는 매시브 다중안테나 전 이중 통신에서 발생하는 간섭 성분을 효율적인 안테나 배치 및 안테나 그룹 핑을 통해 아날로그 간섭제거를 낮은 복잡도로 효과적으로 제거하는 방법 (4) 백상헌, 김태윤, 송태원, 김원중, "무선랜 시스템에서 프레임 전송 방법 및 장치," 출원번호: 10-2015-0013685 (2015년 1월 28일), 등록번호: 10-1564036 (2015년 10월 22일)
Ÿ 최신 무선랜 표준인 IEEE 802.11ax에서의 적용이 유력한 MU-MIMO 상향 링크 데이터 통신과 MU-MIMO 하향 링크 데이터 통신을 동시 구현 하기 위 해서는 상ㆍ하향 MU-MIMO 통신 구간의 적절한 분배와 함께 통합된 프레임 구조의 설계가 필요함
Ÿ 하향 링크 컨트롤 구간, 상향 링크 컨트롤 구간, 하향 링크 데이터 전송 구 간, 및 상향 링크 데이터 전송 구간을 포함하는 상·하향 링크 사이클을 이용 하여 다수의 사용자가 하나 혹은 다수의 사용자로 동시에 송수신을 할 수 있는, 무선랜 시스템에서 프레임 전송 방법 및 장치를 고안함
(5) 김재현, 천혜림 “채널 정보에 기반하는 데이터 통신 방법 및 그 장치”
Ÿ 차세대 무선랜 표준인 802.11ax에서 논의되고 있는 OFDMA 시스템은 시간 과 주파수 도메인 모두에서 사용자에게 자원할당이 가능하며 이를 통해 다 중 사용자에게 동시에 채널 접근을 가능하게 하여, 채널 활용 효율이 증가 Ÿ 기존 CSMA/CA 기반 OFDMA 무선랜 MAC 연구는 경쟁방식을 바탕으로 하
기 때문에 채널 활용이나 충돌 확률 측면에서 한계점이 있음
Ÿ 노드의 채널 상황에 기반하여 전이중 통신에 할당되는 채널을 제어함으로 써, 송수신되는 데이터의 처리량을 향상시키고 노드에서 발생되는 충돌을 효과적으로 제어
(6) 김재현, 김진기, 김원경 ”비대칭 전송 시간에 기반하는 데이터 통신 방법 및 그 장치“ (2월 출원예정)
Ÿ 차세대 무선랜 표준 기술 중 하나로 논의되고 있는 full duplex MAC에서 busy tone 사용시에 전력 소비 효율 및 네트워크 처리율이 저하
Ÿ Busy tone을 대신하여, flag 패킷을 사용한 full duplex MAC 프로토콜을 개 발하여 데이터 전송 완료 시점의 비대칭을 해결
Ÿ 또한 busy tone을 사용하지 않음으로써 전력 소비 효율 및 네트워크 처리율 향상
국제 특허
(1) Myeong-Jin Kim and Young-Chai Ko, "Two-way Communication System and Method for Multiuser," PCT, filed on Sept. 2, 2015, file No.:
KR2015/009249
Ÿ 무선랜 시스템에서 자원의 효율을 증대시키기 위해서 상향링크와 하향링크 가 동일 시간에 동일 주파수로 통신을 하는 시스템인 FD MU-MIMO 시스템 이 적용될 수 있음
Ÿ 하지만, 하향 링크와 상향 링크에 있는 다수의 사용자를 동시에 지원할 경 우 발생하는 사용자간 간섭과 자체 간섭은 시스템 성능을 저하시킴
Ÿ 이를 해결할 수 있는 FD MU-MIMO 시스템에서의 간섭 제거 기법 개발
표준화
(1) Young-chai Ko, Myeong-jin Kim, and Ji-Ho Lee, “Feedback of Channel State Information for Hybrid Beamforming in 802.11ay,” 11-15/0799r0, Wailkola, HI, USA, Jul. 13-17, 2014
Ÿ IEEE 802.11 ay 표준화회의에서 Hybrid 빔포밍 시스템에서 채널 정보 피드 백에 관하여 논의
(2) Young-chai Ko, Myeong-jin Kim, and Ji-Ho Lee, “Discussion on MU-MIMO based on Hybrid Beamforming System in 802.11ay,” 11-15/0799r0, Wailkola, HI, USA, Jul. 13-17, 2014
Ÿ IEEE 802.11 ay 표준화회의에서 Hybrid 빔포밍 시스템에서 다중 사용자를 지원하기 위한 빔포밍 절차 및 관련 파라미터들에 관하여 논의
(3) Young-chai Ko, and Myeong-jin Kim, and Ji-Ho Lee, “Effective Noise Figure in Hybrid BF system,” 11-15/0889r0, Big Island, Hawaii, USA, July.
12-17, 2015
Ÿ IEEE 802.11 ay 표준화회의에서 Hybrid 빔포밍 시스템에서 이론적인 잡음 지수에 대한 분석
(1) Kyung-Tae Jo, Young-chai Ko, and Seyeong Choi, "Channel Estimation and Performance Evaluation over Ricean Fading for Multiple-Antenna RF Beamforming," IEICE Transactions on Fundamentals of Electronics, Communications and Computer Scienc, Vol. E99-A, No. 1, pp. 378-384, Jan. 2016
n 연구 배경 및 의의
그림 1. 제안된 MIMO OFDM 시스템의 RF 빔포밍 모델
차세대 무선랜 시스템에서는 높은 처리량 이득을 얻기 위해 넓은 대역폭을 사용할 수 있는 고주파수 대역에서의 통신을 고려함. 고주파수 대역에서의 통신은 신호의 감쇄가 크지만 Massive MIMO 구조를 통한 빔포밍 기술을 이용하여 신호의 감쇄를 극복할 수 있음
Massive MIMO 시스템에서는 RF체인의 수만큼의 ADC가 필요하기 때문에 수신단에서 전력소 비와 복잡도가 안테나 수에 비례하는 문제가 발생함
이러한 문제를 해결하기 위해서 본 논문에서는 한 개의 ADC/DAC를 사용하여 신호를 RF단에 서 결합하는 RF 빔포밍 모델을 제안함
Ⅱ-1. 국제 SCI(E) 논문
(2) Hyunhee Park, Yongsun Kim, Taewon Song, and Sangheon Pack, "Multi-band Directional Neighbor Discovery in Self-Organized mmWave ad-hoc Networks," IEEE Transactions on Vehicular Technology, Vol. 64, No. 3, pp. 1143-1155, Mar. 2015
n 연구내용: MIMO OFDM 시스템에서 코드북을 이용한 송·수신 RF 빔 설계
그림 2. 제안된 RF 빔 선택 알고리즘 그림 3. 제안된 된 모델과 MIMO MRT의 BER성능 비교
신호의 직진성 측면에서 고주파수 대역에서의 환경과 유사한 Ricean 채널 환경을 겪는 MIMO OFDM 시스템에서 코드북을 사용한 저복잡도 RF빔 선택 알고리즘 방법을 제안함
제안된 RF 빔포밍 모델은 한 개의 ADC/DAC를 사용함으로써 일반적인 베이스밴드 빔포밍 구 조에 비하여 전력 소비를 상당히 줄일 수 있음. 그럼에도 불구하고 비트 오류율 (BER) 측면 에서 성능의 열화가 적음을 시뮬레이션을 통해 확인함
제안된 RF 빔 선택 알고리즘이 기존의 기법인 exhaustive searching, multi-level joint searching 알고리즘에 비하여 복잡도가 낮음을 수학적으로 분석함
n 연구 배경 및 의의
차세대 무선랜에서 60Ghz 대역의 표준 기술인 IEEE802.11ay에서 데이터 전송을 위한 지향성 안테나 송수신 기법은, 높은 데이터 처리율을 발휘할 수 있으나 지향성 안테나가 정렬되지 못 하여 발생하는 deafness 문제 등으로 인해 이웃 탐색 과정에 상당한 어려움을 겪음
지향성 안테나를 이용한 이웃 탐색에 소요되는 시간과 소비되는 에너지를 줄이기 위한 Multiband direction ND (MDND) 방법을 제안함. 데이터 전송은 60GHz 대역을 통해 이루어지 고 관리 프레임 전송은 전방향 안테나를 이용한 2.4GHz 대역을 통해 이루어지므로 이웃 탐색 과정에 드는 시간과 에너지 소모를 줄일 수 있음을 분석적 모델을 통해 보였음
그림 4. 제안한 네트워크 시나리오 예제
n 연구내용: 밀리미터대역 애드혹 네트워크에서의 다중채널 지향성 이웃 탐색 기법
전방향 안테나를 사용할 수 있는 기존 무선랜 대역인 2.4GHz 대역을 활용한 이웃 탐색 과정 을 제안하고 이를 위한 새로운 요청/응답 프레임 또한 설계하였음
분석적 모델을 수립하고 이를 통해 제안한 기법이 평균 에너지 소모량과 이옷 탐색 소요 시 간이 큰 폭으로 줄어드는 것을 확인할 수 있었음
시뮬레이션을 통해서 채널 오류가 발생할 경우 제안된 기법이 기존의 기법보다 전송률 성능 이 항상 좋은 것을 확인 할 수 있었음
그림 5. 빔폭에 따른 평균 이웃 탐색 소요 시간 그림 6. 빔폭에 따른 평균 에너지 소모량
(3) Taewon Song, Wonjung Kim, and Sangheon Pack, "ORS-FA: An Opportunistic Relay Selection Scheme for Frame-Aggregated Environments," Springer Wireless Personal Communications, Vol. 82, No. 4, pp. 2351-2361, Jun. 2015
n 연구 배경 및 의의
프레임 집약을 지원하는 환경 (예를 들면, IEEE 802.11n, 11ac)에서 적합한 기회적 릴레이 선 택 기법을 제안함. 첫 전송이 실패하여 재전송을 시도하게 될 때, 재전송 후보 노드 중 전송 속도 뿐만 아니라 프레임 집약의 단위인 서브프레임 또한 고려하여 프레임 집약 환경에서 릴 레이 선택 알고리즘을 고안하였음
그림 7. ORS-FA의 예
n 연구내용: 프레임 집약 환경에서의 릴레이 노드 선택 기법
프레임 집약을 지원하는 환경의 경우, 각 릴레이 후보 노드는 서로 다른 양의 데이터를 보유 하게 될 수 있음
즉, 링크 속도가 가장 빠른 링크라고 하더라도 보유하고 있는 데이터의 양이 부족하여 이후 추가적인 재전송이 필요하게 될 수도 있음
분석적 모델을 수립하고 이를 통해 제안한 기법 링크 속도를 고려한 재전송기법과 데이터양 을 고려한 재전송기법 대비 2%~22%의 처리율 향상을 확인할 수 있었음
그림 8. 노드 수에 따른 처리율 추이
(4) J. S. Kim J. K. Kim and J. H. Kim, "Advanced Handover Scheme Considering Downlink and Uplink Service Traffic in Asymmetric Channel," Computer Networks, vol. 89, pp. 1-13, Oct. 2015
n 연구 배경 및 의의
차세대 무선랜 표준에서 논의되고 있는 OFDMA 시스템에서 상·하향 링크 사이에 비대칭으로 인한 링크의 특성을 분석하고 향후 full duplex MAC 프로토콜 설계시 이를 고려
그림 9 . 상향링크 품질 추정 알고리즘
n 연구내용: OFDM 시스템에서 링크 비대칭으로 인한 채널 품질 차이를 고려하는 핸드오버 알고리즘 개발
차세대 무선랜 표준에서 고속 전송을 위해 OFDMA 기술이 채택되고 있으며, 모바일 데이터의 급증으로 인해 time-division duplexing(TDD) based OFDMA로 추세가 넘어가고 있음
TDD 시스템에서는 상향링크와 하향링크가 같은 캐리어 주파수를 사용하지만, 상향링크와 하 향링크의 채널 특성 차이로 인해 채널 품질 비대칭이 나타남
상·하향 링크 간의 사용자 데이터 사용 비대칭으로 인한 채널 품질 비대칭은 핸드오버에 영향 을 주기 때문에, 상·하향 링크의 상태를 모두 고려할 수 있는 핸드오버 알고리즘에 대한 연구 가 필요
상·하향링크의 상태를 동시에 고려하기 위해 MCDM 방식을 적용하여, 네트워크와 사용자 관 점 모두에서 성능의 향상을 가능하게 하였고, 핸드오버 outage 횟수를 현저히 줄임
향후 full duplex MAC 프로토콜 설계 시 이와 같은 채널 품질의 비대칭성을 고려
그림 10. 하향링크 처리율 그림 11. 상향링크 처리율
(5) Kyung-Jun Kim, Kyung-Jun Choi, and Kwang-Soon Kim, "Multi-user massive MIMO for next-generation WLAN systems," Electronics Letters, Vol. 51, No. 10, pp. 792-794, May 2015
n 연구 배경 및 의의
차세대 무선랜인 IEEE 802.11ax에서 고려하고 있는 MU-MIMO 프로토콜 및 프리앰블 전송방 식은 현재 널리 상용화 되고 있는 무선랜 시스템인 IEEE 802.11ac에서의 문제점을 개선하고 자 함
현재 시스템의 문제점인 동시에 전송하고자 하는 레이어의 개수가 증가함에 따라서 다중 안 테나 채널 추정을 위해 사용되는 프리앰블의 개수 및 채널 정보 피드백 시간 역시 레이어의 개수에 따라서 비례해서 증가하여 높은 오버헤드를 갖는 비효율적인 부분을 해결하기 위한 효율적인 MU-MIMO 프로토콜 및 프리앰블 전송 방법을 개발함
그림 12. 제안된 DL MU-MIMO 프로토콜
n 연구내용: 차세대 무선랜 시스템을 위한 MU-MIMO 프로토콜 및 프리앰블 전송 방법
차세대 무선랜인 IEEE 802.11ax의 MU-MIMO 시스템에서 프리앰블 송수신에 따른 오버헤드 와 피드백 시간을 감소시킬 수 있는 프리앰블을 다중화하여 전송하는 방법을 제안함
다중화 그룹에 포함된 스테이션으로 하향링크 프리앰블을 다중화하여 동시에 전송함으로써 다중화된 프리앰블을 수신한 스테이션은 동시에 액세스 포인트로 상향링크 프리앰블을 전송 할 수 있으며 따라서 프리앰블 송수신에 따른 오버헤드 및 피드백 시간이 감소될 수 있음
다중화된 프리앰블 신호를 수신할 수 있는 수신 알고리즘 역시 제안함
시뮬레이션을 통하여 제안하는 MU-MIMO 프로토콜이 기존 프로토콜과 비교하여 효율적이며 시스템 전체 전송률이 높음을 알 수 있음
그림 13. 평균 throughput 비교 표
(1) 김원중, 송태원, 김태윤, 백상헌, "무선랜 시스템에서 전이중 통신을 위한 MAC 프로토콜 분 석," 한국통신학회 논문지, 제 40권, 7호, pp. 1276-1285, 2015년 7월
n 연구 배경 및 의의
차세대 무선랜에서 자기 간섭 제거 기술의 발달로 동일 대역에서 전이중 통신이 가능함. 무
Ⅱ-2. 국내 저널 논문
선랜 시스템에서 전이중 통신의 특성으로 발생할 수 있는 문제점을 살펴보고, 이 문제를 해결 하기 위해 제안된 다양한 MAC 프로토콜을 살펴봄. 또한 현재 초기 단계의 전이중 통신과 관 련된 MAC 계층의 향후 연구 과제를 논의함
그림 14. 전이중 통신에서 발생하는 문제 예시
n 연구내용: 무선랜에서 전이중 MAC 프로토콜 비교 및 향후 연구 과제 논의
차세대 무선랜에서 초고속 전송을 지원하기 위해서는 주파수 대역의 효율적인 사용이 필수적 임. 한정된 무선 자원에서 보다 높은 전송 용량을 얻기 위해서는 같은 대역을 사용하는 전이 중 통신이 효율적임
무선랜 환경에서 전이중 통신을 사용할 경우 hidden node 문제를 해결 할 수 있고, AP의 병 목 현상을 감소시킬 수 있음
연구 초기 단계에 있는 무선랜에서의 전이중 통신에서 전이중 통신의 특성으로 발생할 수 있 는 문제들을 살펴보고, 현재까지 이 문제들의 해결을 위해 제안된 MAC 프로토콜 기술을 살 펴보고 특징을 비교함
전이중 통신의 특성을 반영하여 전이중 통신의 지원과 성능 향상을 위한 MAC 계층에서의 향 후 연구 과제를 논의함
그림 15. 전이중 MAC 프로토콜 비교 표
(2) 김나명, 김원중, 백상헌, "밀집 무선랜 시스템에서의 멀티캐스트 전송 스케줄링 기법," 한국통 신학회 논문지, 제 40권, 3호, pp. 441-450, 2015년 3월
n 연구 배경 및 의의
차세대 무선랜에서 고려하고 있는 밀집 무선랜 시스템에 적합한 멀티캐스트 전송 스케줄링 기법을 제안함. 지향성 안테나를 사용하는 가상화 WLAN 시스템에서 여러 대의 AP를 효율적 으로 관리함으로써 불필요한 메시지 중복전송을 제거하고 데이터 충동을 방지함
그림 16. 밀집 네트워크에서 다수의 AP가 멀티캐스트 전송 예시 n 연구내용: 가상화된 밀집 무선랜 환경에서의 멀티캐스트 전송 스케줄링 기법
밀집 네트워크처럼 제한된 네트워크 영역에 수많은 AP와 노드들이 존재하면 여러 대의 AP가 인접하게 설치되어 전송범위가 중첩되는 중첩 영역이 발생함
중첩 영역의 고려 없이 멀티캐스트 전송을 할 경우 노드의 위치에 따라서 데이터 충돌과 메 시지 중복 수신이 발생함
컨트롤러가 다수의 AP를 효율적으로 관리할 수 있는 가상화 WLAN 환경에서는 지향성 안테 나 전송을 하는 AP의 전송 거리와 전송 섹터를 고려하여 멀티캐스트 전송 스케줄링 기법을 개발함
시뮬레이션 결과를 통하여 제안된 기법이 최적의 값에 근접하게 나타남을 확인할 수 있고, 제 안한 멀티캐스트 전송 기법의 효율성을 증명함
그림 17. 다중 전송속도 환경에서 100개의 노드가 존재하는 경우 결과 그래프
(3) 천혜림, 김재현, " 채널정보 기반 OFDMA FD-MAC 프로토콜," 한국통신학회논문지, 제 40권 3호, pp.451-458, 2015년 3월
n 연구 배경 및 의의
그림 18. OFDMA FD-MAC 프로토콜 flow chart
차세대 무선랜에서 채널 용량의 증가와 네트워크 처리율 향상을 위한 key technology로 논의 되고 있는 OFDMA 기반 무선랜 MAC 프로토콜은 채널의 utilization과 충돌 측면에 문제점이 있음
따라서 본 논문에서는 full duplex 전송 방식을 사용하여, 전송 노드의 idle 채널 정보를 바탕 으로 서브 채널을 할당하는 OFDMA FD-MAC 프로토콜 개발
n 연구내용: OFDMA 환경에서 채널 정보 기반 full duplex MAC 프로토콜
무선랜 환경은 점차로 무선랜 단말과 AP 모두 밀집된 환경으로 변화하고 있고, 이로 인한
