Research on Channel-Adaptive Random Access With Discontinuous Channel Measurement

Abstract

채널적응형 임의접근(channel-adaptive random access)은 임의접근의 높은 전송전력을 감소하기 위해 TDD(Time-Division-Duplex) 통신시스템을 기반으로 제안되었다. TDD 방식의 채널 상호성(channel reciprocity)에 기인하여 리모트 스테이션(remote station)은 하향링크(downlink) 채널을 측정하고, 이를 바탕으로 상향링크(uplink) 채널을 추정할 수 있다. 채널적응형 임의접근을 사용할 경우, 추정된 상향링크 채널이 일정수준 이상의 품질일 때만 임의접근패킷을 전송하여 전송전력을 감소할 수 있다.

처음 제안된 채널적응형 임의접근에서는 리모트 스테이션이 하향링크 채널을 연속적으로 측정하기 때문에, 리모트 스테이션의 수신기에서 채널측정에 소모되는 전력이 매우 클 가능성이 있다. 이를 감소하기 위해 단속적 채널측정(discontinuous channel measurement)을 사용한 채널적응형 임의접근이 제안되었다. 단속적 채널측정을 사용하면 채널적응형 임의접근에 사용되는 송수신 전체 전력을 감소하여 효율적인 임의접근전송을 수행할 수 있다.

기존 연구에서는 채널측정간격이 코히런스 시간(coherence time)와 같거나 큰 경우, 단속적 채널측정을 사용한 채널적응형 임의접근의 성능을 분석하였다. 또한, 전송 임계값(transmission threshold)을 시간에 관계없이 고정된 값으로 가정하고 분석하였다.

본 논문에서는 단속적 채널측정을 사용한 채널적응형 임의접근 연구를 두가지 방향에서 수행한다. 우선, 단속적 채널측정간격을 코히런스 시간보다 짧게 설정한 일반적인 경우 채널적응형 임의접근의 성능을 분석한다. 이 경우, 각 채널측정 사이에 상관관계가 존재한다. 인접한 채널 간의 상관관계(correlation)를 고려하여, 수신 성능, 전송 지연, 그리고 소모전력 측면에서 성능을 분석한다. 채널측정간격이 감소함에 따라 전송 지연이 줄어들지만, 링크 품질이 저하된다. 효율적인 채널적응형 임의접근을 위해, 시간지연 허용 수준에 따라 링크 품질과 전송 지연의 기회비용(trade-off)을 고려하여 채널측정간격을 설정하는 것이 매우 중요함을 보인다.

다음으로 임의접근패킷 전송에 시간제약조건이 있는 경우, 채널적응형 임의접근의 성능향상을 위해 전송 임계값을 시간에 적응적(time-adaptive)으로 설정한 경우를 고려한다. 각 채널측정이 독립적일 때, 채널적응형 임의접근의 성능을 분석하고, 이를 기반으로 시간에 적응적인 전송 임계값을 구하는 방법을 제시한다. 이 방법을 사용하여 얻은 효율적인 전송 임계값을 사용하면, 기존의 전송 임계값을 고정된 값으로 사용한 경우와 비교하여 약 0.5‒2.0 dB의 성능 이득이 있음을 보인다.; Channel-adaptive random access is proposed to reduce transmission power required for random access in TDD (Time-Division-Duplex)-based wireless systems. Based on channel reciprocity of TDD-based wireless systems, it is possible for a remote station to estimate uplink (UL) channel gains from measured downlink (DL) channel gains. Since a remote station transmits a random access packet only when the channel satisfies a predetermined transmission condition, a random access packet can be transmitted avoiding bad channel conditions. With discontinuous channel measurement, it is possible to reduce the power consumption of both a remote station transmitter and receiver for channel-adaptive random access.

In this dissertation, channel-adaptive random access with discontinuous channel measurement is studied considering two approaches. First, to reduce the transmission delay of channel-adaptive random access, the period of discontinuous channel measurement can be set to a smaller value than the coherence time of a time-varying fading channel. In this case, channel measurements are correlated to each other. The performance is investigated in terms of detection performance, transmission delay, and power consumption of a remote station receiver. As the channel measurement period decreases, the transmission delay decreases, whereas the link performance degrades. Therefore, it is important to decide the channel measurement period considering the trade-off between the transmission delay and the link performance for efficient channel-adaptive random access with discontinuous channel measurement.

Second, to enhance the performance of channel-adaptive random access, the transmission thresholds of discontinuous channel measurements can be set to time-adaptive values under time constraints. The performance with the time-adaptive transmission threshold scheme is analyzed when channel measurements are independent of each other. Based on the performance analysis, an efficient time-adaptive transmission threshold scheme is proposed under time constraints. With the proposed time-adaptive transmission threshold scheme, about 0.5‒2.0 dB detection performance gain can be achieved compared with the conventional fixed transmission threshold scheme, when the same time constraint and transmission condition are used.