셀룰러와 애드혹 네트워크의 스펙트럼 겹침 활용

본 논문은 현대 FDD 셀룰러 시스템에서 다운링크 트래픽이 급증함에 따라 발생하는 업링크 스펙트럼 활용도 저하 문제를 근본적으로 해결하고자, 셀룰러 업링크와 독립적인 모바일 애드혹 네트워크를 동일 주파수 대역에 겹쳐 배치하는 새로운 오버레이 모델을 제안한다. 연구는 크게 네 부분으로 구성된다. 첫째, 네트워크 모델링 단계에서 셀룰러 기지국과 애드혹 송신기를 2차원 평면에 균일하게 분포된 포아송 점 과정(PPP)으로 가정한다. 셀룰러 기지국당 M개의 모바일 사용자를 서비스하며, 모바일 사용자와 기지국 사이의 거리는 고정값 r(논문 본문에서는 임시 고정값으로 설정)으로 두어 분석을 단순화한다. 애드혹 송신기와 수신기 사이의 거리는 고정 d이며, 모든 송신자는 동일 전송 전력 P_D=1을 사용한다. 둘째, 채널 모델은 경로손실 지수 α와 페이딩 이득(소형 Rayleigh 페이딩)으로 구성된 단일 서브채널을 가정한다. 수신기의 SIR이 사전 정의된 임계값 θ를 초과해야 성공적인 전송으로 간주되며, 허용 아웃지 ε(0<ε<1)를 만족해야 한다. 아웃지 확률은 전송 밀도 λ와 SIR 임계값 θ에 대한 함수로 표현되며, 작은 ε(→0) 영역에서 1차 근사식으로 전송 용량을 도출한다. 셋째, 두 가지 오버레이 방식을 제시한다. (1) 블라인드 전송: 셀룰러와 애드혹이 동일 서브채널 집합(K개)을 무작위로 선택해 사용한다. 이 경우 각 수신기는 다른 셀의 모바일 사용자와 애드혹 송신기의 복합 간섭을 받으며, 전체 간섭 프로세스는 밀도 λ_b+λ_a인 PPP로 모델링된다. 전송 용량 트레이드오프는 λ_u·α + λ_a ≈ C₁ 형태의 선형식으로 나타나며, C₁은 K·ε^{θ−δ}·π·E