클러스터형 소형 기지국을 활용한 이종 네트워크 사용자 연결 및 오프로드 분석

본 논문은 미래 이동통신망이 다계층 이종 네트워크(HetNet) 형태로 진화함에 따라, 각 계층의 기지국(BS) 배치와 사용자 분포가 상호 의존적인 현실을 반영한 새로운 수학적 모델을 제시한다. 기존 연구들은 주로 매크로 기지국(MBS)과 소형 기지국(SBS)을 각각 독립적인 포아송 점 과정(PPP)으로 가정하고, 사용자를 전체 영역에 균일하게 배치하였다. 그러나 실제 도시 환경에서는 사용자가 특정 지역에 집중되고, SBS는 이러한 핫스팟 근처에 군집적으로 배치되는 경향이 있다. 이를 반영하기 위해 저자는 다음과 같은 모델링을 수행한다. 1. **시스템 모델** - **MBS**: 2차원 평면에 평균 밀도 λₘ인 동질 PPP Φₘ 로 배치. - **SBS**: 매터른 클러스터 과정(MCP) Φₛ 로 모델링. MCP의 부모점은 바로 Φₘ와 동일하게 설정하여, 각 MBS를 중심으로 반경 R의 원 안에 평균 c개의 SBS가 균등하게 흩어지도록 한다. 따라서 SBS 전체 밀도는 λₛ = λₘ·c 로 표현된다. - **사용자**: 각 MBS 중심 원(반경 R) 내부에 밀도 λᵤ 로 균등 배치하고, 원 외부에는 낮은 밀도 λᵤ′ (λᵤ > λᵤ′) 로 배치한다. 분석에서는 원 내부 사용자만을 고려한다. - **채널**: 각 계층 j∈{m,s}는 전송 전력 Pⱼ, 경로 손실 지수 αⱼ>2, 바이어스 Bⱼ 를 갖는다. 페이딩은 Rayleigh(평균 1)으로 모델링한다. 2. **연결 정책** 사용자는 평균 바이어스 수신 전력(ABRP) = Pⱼ·Dⱼ^{−αⱼ}·Bⱼ 가 가장 큰 BS에 연결한다. 동일 계층 내 전송 전력이 동일하므로, 실제 연결은 거리와 바이어스에 의해 결정된다. 3. **거리 분포 유도** - **MBS 거리 Dₘ**: 조건부 CCDF P