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차세대 이동통신 시스템에서 HetNet 구성과 AI기술을 통한 시스템 성능향상 기법 연구

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Author(s)
김윤환
Issued Date
2021
Keyword
5G, LTE, Small-Cell, D2D, Mobile Communication
Abstract
Mobile traffic has been increasing exponentially recently as mobile communication terminals and users' usage patterns have shifted from text data, pictures, and voice to video-oriented streaming services. 5th generation mobile communication technology, which is named IMT-2020 in ITU, is a technology that meets 1000 times data traffic capacity, low latency, high energy efficiency, and cost compared to 4th generation LTE systems.
It may be difficult to provide services compared to existing 4G LTE systems due to very high path loss due to high frequency area use. Various technologies are being studied to overcome these shortcomings. In this paper, we introduce Small-Cell and D2D technologies and AI technologies as technologies for improving system performance of 5-generation mobile communication systems. In this thesis analyze the performance by comparing the results of the application of each technique and the application of the proposed algorithm.
The analysis results show that using Small-Cells and D2D in 5th generation mobile communication systems can significantly reduce the problem of shading area improvement and path loss, which is a disadvantage of 5G. However, since Macrocells and Small-Cells use limited frequencies, interference problems occur, especially terminals on the cell boundary are heavily affected by interference from neighboring cells, and interference problems between Macrocells can occur within cells. In this thesis, we propose algorithm applications for Small-Cell and D2D technologies and hybrid algorithms of both technologies to improve the performance of cellular communication, and further introduce algorithms such as support vector machines, logistic regression, and decision tree.
Simulations show that the performance improvement portion of the proposed Small-Cell algorithm compared to the general application of Small-Cells, and the proposed algorithm to control the amount of Small -Cell interference can be observed 2.86x performance improvement over conventional macro systems. D2D communication also showed higher performance compared to macro-systems in application, and eventually applied Small-Cell, D2D hybrid algorithms to produce better results. Furthermore, we applied the learned AI algorithm based on data from the Small-Cell position, user position, SINR, and capacity of the system, and it was shown that the dual training algorithm of the proposed SVM algorithm has 98.1% accuracy and high system performance compared to the previous 92.8%.
Configuration of HetNet such as Small-Cells and D2D communication is considered essential for Next-generation mobile communication, and it was observed that AI technology actively improves system performance along with reducing variables in the actual environment.
Alternative Title
A Study on System Performance Improvement Technique through HetNet Configuration and AI Technology in Next-generation Mobile Communication System
Alternative Author(s)
KIM YOONHWAN
Affiliation
조선대학교 일반대학원
Department
일반대학원 전산통계학과
Advisor
배상현
Awarded Date
2021-08
Table Of Contents
ABSTRACT
제1장 서론 1
제1절 연구 배경 1
제2절 연구 목적 4

제2장 관련 기술 5
제1절 이동통신의 발전 과정 5
제2절 4세대 이동통신 5
1. LTE 통신 5
2. LTE-A 통신 6
제3절 5세대 이동통신 10
1. 초 광대역 서비스 12
2. 초저지연 통신 12
3. 대량연결 13
4. 밀리미터파 14
5. 고주파대역의 경로손실 15
제4절 스몰셀 네트워크 16
1. 스몰셀 기술 정의 17
2. 초밀집네트워크 17
제5절 D2D 통신 19
1. D2D 통신 정의 19
2. D2D 통신의 종류와 방식 20
3. D2D 통신의 절차 21
4. D2D 통신 효율 향상 기술 24
제6절 이기종네트워크에서의 간섭 25
제7절 이동통신 시스템에서 HetNet 구성 연구 동향 28
제8절 인공지능 31
1. 머신러닝 31
2. 딥러닝 34
3. 이동통신 시스템에서 인공지능 알고리즘 적용 국내외 연구 동향 35

제3장 HetNet 기술 적용을 통한 시스템 성능향상 기법 연구 37
제1절 시스템 모델 37
1. 시스템 파라미터 37
2. 스몰셀 네트워크 38
3. D2D 네트워크 39
4. 스몰셀네트워크와 D2D네트워크의 Outage 40
제2절 각 시스템별 성능 분석 방법 43
1. 매크로 통신의 SINR과 시스템 용량 43
2. D2D 통신의 SINR과 시스템 용량 44
3. 단말의 비트크기, 지연, 처리량 관계 45
제3절 이기종 네트워크 통신 알고리즘 46
1. 스몰셀 알고리즘 46
2. 스몰셀 파워컨트롤 알고리즘 48
3. 단말간직접통신 알고리즘 50
4. 스몰셀-D2D 하이브리드 알고리즘 52
제4절 시뮬레이션 결과 54
1. 이동통신 성능 비교 54
2. 스몰셀 통신 시뮬레이션 결과 57
3. D2D 통신 시뮬레이션 결과 61
4. 스몰셀, D2D 통신 성능 비교 63
5. 스몰셀-D2D 하이브리드 알고리즘 시뮬레이션 결과 64
제5절 요약 65

제4장 AI 기술 적용 시스템 성능 향상 기법 66
제1절 시스템 모델 66
1. 시스템 파라미터 66
제2절 스몰셀 머신러닝 알고리즘 67
1. 서포트벡터머신 알고리즘 분류 예측 68
2. 로지스틱 회귀 알고리즘 분류 예측 69
3. 결정트리 알고리즘 분류 예측 69
제3절 스몰셀 머신러닝 알고리즘 성능 분석 방법 70
1. 스몰셀 머신러닝 알고리즘 정확도 분석 71
2. 스몰셀 머신러닝 알고리즘 재현율 분석 72
3. 스몰셀 머신러닝 알고리즘 정밀도 분석 73
4. 스몰셀 머신러닝 알고리즘 F1-score 분석 74
5. 스몰셀 머신러닝 알고리즘 학습 속도 및 성능 종합 분석 75
제4절 스몰셀 머신러닝 알고리즘 성능 분석 77
1. SVM 알고리즘 시뮬레이션 결과 77
2. 결정트리 알고리즘 시뮬레이션 결과 78
3. 로지스틱회귀 알고리즘 시뮬레이션 결과 79
4. SVM 알고리즘 이중훈련 시뮬레이션 결과 80
5. 결정트리 알고리즘 이중훈련 시뮬레이션 결과 81
6. 로지스틱 회귀 알고리즘 이중훈련 시뮬레이션 결과 82
제5절 요약 83

제5장 결론 84

제6장 참고문헌 86
Degree
Doctor
Publisher
조선대학교 대학원
Citation
김윤환. (2021). 차세대 이동통신 시스템에서 HetNet 구성과 AI기술을 통한 시스템 성능향상 기법 연구.
Type
Dissertation
URI
https://oak.chosun.ac.kr/handle/2020.oak/17036
http://chosun.dcollection.net/common/orgView/200000504795
Appears in Collections:
General Graduate School > 4. Theses(Ph.D)
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  • AuthorizeOpen
  • Embargo2021-08-27
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