工學 碩士學位 論文

차세대 이동 통신망에서의 핸드오버 성능분석

Research on Handover Technologies for Next

Generation Mobile Communications

亞洲大學校 大學院

電 子 工 學 科

李 星 振

차세대 이동 통신망에서의 핸드오버 성능분석

Research on Handover Technologies for Next

Generation Mobile Communications

指 導 敎 授 金 宰 顯

이 論文을 工學 碩士學位 論文으로 提出함.

2007 年 2 月

亞洲大學校 大學院

電 子 工 學 科

李 星 振

李星振의 工學 碩士學位 論文을 認准함.

審 査 委 員 長 金 宰 顯 (印)

審 査 委 員 吳 成 根 (印)

審 査 委 員 李 採 羽 (印)

亞洲大學校 大學院

2007 年 2 月

감사의 글

보다 깊이 있는 연구를 해보겠다는 생각으로 대학원에 진학한지 어느

덧 2년이 지났습니다. 되돌아보면 지난 2년간의 시간이 덧없이 흘러가버린

듯한 느낌입니다. 그다지 길지도 짧지도 않은 시간이었지만 주어진 시간을

알차게 쓸 줄 몰랐던 제 자신의 어리석음을 깊이 반성하게 됩니다. 많은 아

쉬움이 남는 2년의 시간을 거울삼아 후회하지 않는 삶을 살도록 매 순간 최

선을 다하겠습니다.

먼저 부족한 저에게 항상 인내심을 가지고 학업뿐만 아니라 배우는

사람의 자세를 가르쳐주신 지도교수님인 김재현 교수님께 진심으로 감사를

드립니다. 그리고 논문 심사를 맡아주시고 언제나 아낌없는 조언을 해주신

오성근 교수님과 이채우 교수님께 깊은 감사를 드립니다. 연구실 선배인, 재

룡이형, 성민이형, 호승이, 현진이, 동기인 주아는 2년간의 대학원 생활을 무

사히 마칠 수 있도록 큰 힘이 되었습니다. 또한 더 잘해주지 못해 아쉬운 상

민이, 신헌이, 승환이, 충희, 지수, 규환이, 성형이 에게도 고마움의 마음을

전합니다. 통신시스템 연구실 기범이형과 기태형뿐만 아니라 여러 대학원 연

구실 동료들의 도움에 감사드리며, 학부부터 지금까지 즐거움을 함께했던 호

롱불 선후배님과 동기들 모두 고맙습니다. 그리고 3년 동안 항상 제 곁을 지

켜준 연진이에게 고마움과 사랑을 전하고자 합니다. 언제나 저를 믿고 사랑

해주신 부모님과 할머니, 항상 저를 보살펴준 큰누나와 작은누나, 그리고 첫

째 매형과 둘째 매형에게 감사의 말과 사랑한다는 말을 표현하고자 합니다.

마지막으로 저를 도와주시고 사랑해주신 모든 분들께 이 논문을 바칩니다.

i

국문 요약

차세대 이동통신은 높은 데이터 전송속도와 지역적으로 넓은 영역이

지원되는 최적의 서비스를 지원하기 위하여, 기존의 3G(3rd Generation),

WLAN(Wireless Local Area Network), WPAN(Wireless Personal Area

Network) 등의 다양한 접속 망들을 서로 융합하여 서비스를 제공해야 한다.

따라서 고품질의 끊김없는 서비스를 위하여, 차세대 이동통신 망뿐만 아니라

이종 망간의 끊김없는 핸드오버가 필수적이다. 본 논문에서는 차세대 이동통

신 환경에서의 핸드오버를 위하여 3G 시스템인 WCDMA(Wideband Code

Division Multiple Access)로부터 CDMA2000(Code Division Multiple

Access 2000)간의 이종망간 핸드오버 및 로밍과 차세대 이동통신 접속 기

술로 기대되는 OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplex) 기반의

상향 채널을 이용한 하드 핸드오버 성능평가를 수행하였다.

초기 WCDMA 서비스는 가입자의 도가 높은 도심지에서 수행된다.

따라서 끊김없는 서비스를 제공하기 위해 WCDMA로부터 CDMA2000으로

의 효율적인 이종망간 핸드오버와 WCDMA와 CDMA2000간의 로밍이 필수

적이다. 본 논문에서는 이종망간 핸드오버 시 고려되어야 하는 무선 수신기,

두 개의 모뎀 탑재 문제를 고려하여 경계셀 Pilot을 이용하는 경우의 핸드오

버 동작절차와 Dummy-pilot 신호를 이용하는 경우의 핸드오버 동작절차를

구성하였다. 핸드오버 실패율과 경계셀 활용 시간 측면에서 WCDMA로부터

CDMA2000으로의 이종망간 핸드오버 동작절차를 고려한 시나리오 별 성능

평가를 수행하였다. 또한 WCDMA와 CDMA2000간의 로밍 절차를 구성하

여 Ping-pong 효과를 최소로 하는 최적의 파라미터를 선정하였다. 분석 결

ii

과로 WCDMA로부터 CDMA2000으로의 이종망간 핸드오버 시 핸드오버 실

패율은 모뎀 활성화 임계값이 낮은 값 일수록 좋은 성능을 나타내었다. 또한

경계셀 Pilot을 이용하는 경우의 경계셀 활용 시간은 핸드오버 결정 임계값

이 감소하고, CDMA2000 모뎀 활성화 임계값이 증가할 수록 증가하며,

Dummy-pilot 신호를 이용하는 경우의 경계셀 활용 시간은 모뎀 활성화 임

계값과 핸드오버 결정 타이머 값이 증가할수록 높은 값을 나타내었다. 추가

적인 비용이 소요되는 Dummy-pilot 신호를 이용하는 경우는 경계셀 Pilot

을 이용하는 경우보다 핸드오버 실패율 및 경계셀 활용 시간 측면에서 모두

좋은 성능을 나타내었다.

차세대 이동 통신망에서는 기존의 음성 및 하향 데이터 서비스 위주

에서, 영상통화 또는 그림, 동영상 등의 상향 데이터의 증가가 예상되므로

하향 데이터 중심의 서비스뿐만 아니라 상향 데이터 서비스의 QoS(Quality

of Service)를 고려해야 한다. 차세대 이동통신 접속 기술로 기대되는

OFDM 방식 중 TDD(Time Division Duplex) OFDM 방식을 사용하는 경우,

물리계층의 채널 환경은 인접한 셀에 위치한 단말의 수와 분포도에 따라 상

향 채널 환경과 하향 채널 환경이 서로 다를 수 있다. 따라서 본 논문에서는

사용자의 QoS를 보장하기 위하여 상향 채널을 고려한 핸드오버 동작절차를

제안하였다. 제안한 핸드오버 동작절차를 호 손실율, 호 당 핸드오버 시도

횟수, 호 당 핸드오버 횟수를 통하여 기존의 하향 채널을 사용하는 핸드오버

방식과 성능을 비교 분석하였다. 분석 결과로 상향 채널을 이용하는 핸드오

버 방식의 경우 하향 채널을 이용하는 핸드오버 방식보다 핸드오버 시도 횟

수가 증가하여 네트워크 오버헤드를 증가시키지만, 호 손실 측면에서는 사용

자의 수가 증가할수록 매우 향상된 성능을 나타내었다.

iii

목 차

제１장 서 론 ................................................................................................... 1

제２장 WCDMA로부터 CDMA2000으로의 핸드오버 및 로밍 성능분석 ........ 5

2.1 3GPP에서의 핸드오버 기술 .............................................................. 5

가. 동일 주파수간 핸드오버 ............................................................ 5

나. 이종 주파수간 핸드오버 ............................................................ 8

다. 이종 시스템간 핸드오버 ............................................................ 9

라. WCDMA로부터 CDMA2000으로의 핸드오버/로밍 문제점 ........ 12

2.2 WCDMA로부터 CDMA2000으로의 핸드오버 동작절차 ................. 14

가. WCDMA 경계셀 Pilot 신호를 이용하는 경우 .......................... 14

나. Dummy-Pilot 신호를 이용하는 경우 ...................................... 16

다. 핸드오버 메시지 차트 .............................................................. 18

2.3 이종망간 로밍 동작절차 ................................................................. 20

2.4 시뮬레이션 환경 ............................................................................. 21

2.5 성능분석 결과 ................................................................................. 25

가. 핸드오버 성능분석 ................................................................... 25

나. 로밍 성능분석 .......................................................................... 32

제３장 상향 채널 정보를 이용한 OFDM 기반의 하드 핸드오버 성능분

석 ...................................................................................................... 33

3.1 IEEE 802.16e 시스템에서의 핸드오버 ........................................... 33

3.2 시스템 모델 .................................................................................... 36

iv

3.3 상향 채널 정보를 이용한 하드 핸드오버 알고리즘 ......................... 39

3.4 시뮬레이션 환경 ............................................................................. 42

3.5 성능분석 결과 ................................................................................. 46

제４장 결론 ................................................................................................... 51

참 고 문 헌 ................................................................................................... 53

Abstract ....................................................................................................... 56

v

그림 목차

그림 1. 초기 WCDMA 서비스 ........................................................................ 2

그림 2. 하향 및 상향 채널 환경: a) 하향 채널 환경, b) 상향 채널 환경 ...... 4

그림 3. WCDMA 시스템에서의 일반적인 소프트 핸드오버 알고리즘 ............. 7

그림 4. 이종 주파수간 핸드오버 동작절차 ...................................................... 8

그림 5. WCDMA와 GSM의 이종망간 핸드오버 ............................................ 10

그림 6. 이종 시스템간 핸드오버 동작절차 .................................................... 11

그림 7. WCDMA와 CDMA 공동 설치 구조 ................................................. 13

그림 8. WCDMA 경계셀 Pilot 신호를 이용하는 경우의 핸드오버 동작절차 15

그림 9. Dummy-pilot 신호를 이용하는 경우의 핸드오버 동작절차 ............. 17

그림 10. WCDMA로부터 CDMA2000으로 핸드오버 메시지 차트 ............... 19

그림 11. WCDMA로부터 CDMA2000으로의 로밍 동작절차 ....................... 20

그림 12. CDMA2000으로부터 WCDMA로의 로밍 동작절차 ....................... 21

그림 13. Hybrid Random Waypoint 모델 .................................................... 23

그림 14. 참조 네트워크 모델 ....................................................................... 24

그림 15. 핸드오버 실패율: 시나리오 2 ........................................................ 27

그림 16. 핸드오버 실패율: 시나리오 3 ........................................................ 27

그림 17. 핸드오버 실패율: 시나리오 4 ........................................................ 28

그림 18. 핸드오버 실패율: 시나리오 5 ........................................................ 28

그림 19. 경계셀 활용 시간: 시나리오 2 ....................................................... 30

그림 20. 경계셀 활용 시간: 시나리오 3 ....................................................... 30

vi

그림 21. 경계셀 활용 시간: 시나리오 4 ....................................................... 31

그림 22. 경계셀 활용 시간: 시나리오 5 ....................................................... 31

그림 23. 시간 당 로밍 전력 소비 ................................................................. 32

그림 24. 네트워크 토폴로지 획득 ................................................................. 34

그림 25. IEEE 802.16e에서의 핸드오버 동작절차 ....................................... 36

그림 26. 부반송파 할당 방식 ....................................................................... 37

그림 27. 프레임 구조 ................................................................................... 38

그림 28. 제안한 핸드오버 알고리즘의 메시지 차트 ...................................... 41

그림 29. 하향 채널 모델을 위한 인접셀 간섭 개념도 .................................. 43

그림 30. 상향 채널 모델을 위한 인접셀 간섭 개념도 .................................. 44

그림 31. 인접셀 단말의 이동성 모델 ............................................................ 44

그림 32. 핸드오버 시 호 손실율 .................................................................. 47

그림 33. 핸드오버 시 하향 채널 호 손실율 ................................................. 48

그림 34. 핸드오버 시 상향 채널 호 손실율 ................................................. 48

그림 35. 호 당 핸드오버 시도 횟수 ............................................................. 50

그림 36. 호 당 핸드오버 횟수 ...................................................................... 50

vii

표 목차

표 1. WCDMA 채널 모델 시뮬레이션 파라미터 ........................................... 22

표 2. 시뮬레이션 파라미터 1 ....................................................................... 25

표 3. OFDM 시스템 파라미터 ...................................................................... 38

표 4. 시뮬레이션 파라미터 2 ....................................................................... 45

viii

ix

약 어 표

2G 2nd Generation

3G 3rd Generation

3GPP 3rd Generation Partnership Project

BSIC Base Station Identity Code

BS Base Station

BSID Base Station Identification

BSC Base Station Controller

BTS Base Transmission Station

CDMA2000 Code Division Multiple Access 2000

DCD Downlink Channel Descriptor

FDD` Frequency Division Duplex

GSM Global System for Mobile communication

IEEE Institute of Electrical and Electronic Engineers

MSC Mobile Switching Center

OFDM Orthogonal Frequency Division Mutiplex

QoS Quality of Service

RNC Radio Network Controller

SINR Signal-to-Interference Noise Ratio

UCD Uplink Channel Descriptor

WCDMA Wideband Code Division Multiple Access

WTPC WCDMA Technical Promotion Committee

제１장 서 론

ITU-R의 WP8F의 Vision 그룹에서는 “보다 빠른 데이터 전송속도

의 지원”과 “다양한 유무선 접속 시스템과의 융합”을 차세대 이동통신의

주요 목표로 하고 있다. 저속 이동 시에 셀 당 최대 1Gbps, 고속 이동 시에

셀 당 최대 100Mbps의 전송 속도를 지원할 수 있도록 시스템 요구 사항을

규정하고 있으며, 이를 바탕으로 이종 망간의 융합망 상에서 고속 대용량의

융합서비스의 지원을 정의하고 있다. 차세대 이동통신은 높은 데이터 전송속

도와 지역적으로 넓은 영역이 지원되는 최적의 서비스를 제공하기 위하여,

기존의 3G(3rd Generation), WLAN(Wireless Local Area Network),

WPAN(Wireless Personal Area Network) 등의 다양한 접속 망들을 서로

융합하여 서비스를 제공해야 한다. 따라서 고품질의 끊김없는 서비스를 위하

여, 차세대 이동통신 망뿐만 아니라 이종 망간의 끊김없는 핸드오버가 필수

적이다. 본 논문에서는 차세대 이동통신에서의 핸드오버를 위하여 3G 시스

템인 WCDMA(Wideband Code Division Multiple Access)로부터

CDMA2000(Code Division Multiple Access 2000) 간의 이종망간 핸드오

버 및 로밍과 차세대 이동통신 접속 기술로 기대되는 OFDM(Orthogonal

Frequency Division Multiplex) 기반의 상향 채널을 이용한 하드 핸드오버

성능평가를 수행하였다.

국내 이동통신 시장에서는 2001년부터 기존의 2G (2nd Generation)

시스템인 IS-95에서 진보한 CDMA2000의 상용화를 시작하였다. 그러나

가입자의 급격한 증가로 인하여 서울 등의 도심지 지역에서는 CDMA2000

1

의 통화용량 부족 문제가 발생하기 시작하였다. 이러한 문제를 해결하기 위

하여 정부는 3GPP(3rd Generation Partnership Project)에서 표준화되고

있는 WCDMA 상용화를 결정하였고, 이동통신 사업자와 장비 제조업체에

지침을 제시하기 위하여 WTPC(WCDMA Technical Promotion

Committee)를 조직하였다. 이동통신 사업자는 설치상의 편의와 비용 감소

를 위해 기존의 CDMA2000 시스템의 BTS(Base Transmission Station)에

WCDMA 시스템의 Node_B를 공동설치하여, 2004년부터 WCDMA 서비스

를 시작하였다.

그림 1. 초기 WCDMA 서비스

Fig. 1 Initial deployment of WCDMA system

CDMA2000의 통화용량의 부족 문제를 해결하기 위하여, 초기의

WCDMA 서비스는 그림 1과 같이 가입자의 도가 높은 도심지 지역에서

부분적으로 수행된다. 따라서 사용자가 WCDMA 지역에서 CDMA2000 단

일 지역으로 이동할 시에 통화 단절과 통화 품질 저하를 방지하기 위하여

2

WCDMA로부터 CDMA2000으로의 이종망간 핸드오버가 필수적이다[1]. 그

러나 3GPP 표준에는 WCDMA로부터 GSM(Global System for Mobile

communication)으로의 핸드오버 호 처리절차 및 핸드오버 파라미터 범위만

규정되어있는 상태이며[2], 이에 대한 성능분석만이 수행되었다[3]. 따라서

WCDMA로부터 CDMA2000으로의 원활한 핸드오버를 위해 핸드오버 동작

절차와 핸드오버 파라미터 범위가 새롭게 정의되어야 한다.

차세대 이동 통신망에서는 기존의 음성 및 하향 데이터 서비스 위주

에서, 영상통화 또는 그림, 동영상 등의 상향 데이터의 증가가 예상된다. 또

한 음성 서비스와 달리 데이터 서비스의 경우 상향 및 하향 데이터의 QoS

요구치가 다를 수 있다. 더욱이 물리계층의 채널 환경은 인접한 셀에 위치한

단말의 수와 분포도에 따라 상향 채널 환경과 하향 채널 환경이 서로 다를

수 있다[4]. 그림 2에서 보는 바와 같이 단일 셀의 경우 상향 채널 환경은

단말이 인접한 셀뿐만 아니라, 단말과 거리가 먼 셀에 위치한 단말의 영향을

받을 수 있다. 따라서 차세대 이동 통신망에서는 핸드오버 시 하향 채널과

상향 채널 환경을 동시에 고려하여 사용자의 QoS를 안정적으로 보장해야

한다.

기존의 하향 채널 중심의 이동통신 시스템에서는 하향 채널 정보를

사용한 핸드오버 성능에 대한 연구는 여러 방면으로 수행되었다. 특히

CDMA 시스템에서는 다양한 핸드오버 기술이 제안되었다[5]-[7]. 그러나

이러한 핸드오버 기술은 핸드오버 과정 동안 하향 채널 정보만을 이용하였

다. GSM 시스템에서는 핸드오버 과정 동안 상향 채널 정보를 이용하였지만

[8], 이러한 기술은 FDD(Frequency Division Duplex) 단일 반송파 시스템

3

중심으로 디자인되어 TDD(Time Division Duplex) OFDM (Orthogonal

Frequency Division Multiplex) 방식을 사용하는 시스템에서 직접 적용은

어려운 상태이다. 따라서 IEEE 802.16e 시스템에서 사용자의 QoS를 보장

하기 위하여 하향 채널뿐만 아니라 상향 채널 환경을 고려한 핸드오버 기술

이 필요하며, 이에 대한 정확한 성능평가가 필요하다.

a) 하향 채널 환경 b) 상향 채널 환경

그림 2. 하향 및 상향 채널 환경: a) 하향 채널 환경, b) 상향 채널 환경

Fig. 2 Environment of downlink and uplink channel: a) Environment of

downlink channel, b) Environment of uplink channel

본 논문의 구성은 다음과 같다. 2장에서는 이종망간 핸드오버 및 로밍

에 대한 문제점을 고려한 WCDMA로부터 CDMA2000으로의 핸드오버 및

두 시스템간의 로밍 동작절차를 제시하여 시나리오 별 성능평가를 수행하였

다. 3장에서는 상향 채널 정보를 이용한 IEEE 802.16e 기반의 하드 핸드오

버를 제안하고 시뮬레이션을 통해 성능을 분석하며, 4장에서 결론을 맺는다.

4

제２장 WCDMA로부터 CDMA2000으로의 핸드오버 및

로밍 성능분석

2.1 3GPP에서의 핸드오버 기술

3GPP 표준에서 동일 주파수(Intra-frequency), 이종 주파수(Inter-

frequency), 이종 시스템(Inter-system)간의 핸드오버를 지원하기 위하

여 핸드오버 유형 및 동작절차를 규정하였다. 각각의 핸드오버 유형에는

핸드오버를 위한 신호측정을 위하여 서로 다른 Measurement Reporting

Criteria가 사용된다[2].

가. 동일 주파수간 핸드오버

동일 주파수 사용 핸드오버의 경우 일반적으로 소프트 핸드오버(Soft

Handover) 방식을 사용한다. 소프트 핸드오버는 단말이 새로운 Node_B

또는 동일 셀의 섹터 사이에 주파수 변경 없이 코드 변경만을 통하여 단

말의 끊김없는 통신을 지원하는 핸드오버 방식이다[9]. 소프트 핸드오버

방식에서 단말은 여러 개의 Node_B와 소프트 핸드오버 연결이 가능하며,

이렇게 연결된 Node_B의 리스트를 Active set이라 한다. 또한 단말은 핸

드오버를 위하여 Neighbor set을 유지하며, Neighbor set에 속한

Node_B의 신호세기를 주기적으로 측정한다. 그림 3과 같이 단말의

Active set과 Neighbor set을 유지하기 위한 3GPP 표준의

Measurement reporting criteria는 다음과 같다.

5

Event 1A: Neighbor set에 있는 새로운 셀을 Active set에 추가

하는 Event 이다. 하나의 P-CPICH가 Reporting range 안에 진입

할 때 다음을 만족하면 단말은 Event 1A가 발생했다는

Measurement report message를 RNC(Radio Network

Controller)로 전송한다.

Pilot_Ec/IO > Best_pilot_Ec/IO-Reporting_rage+Hysteresis_1A

Best_pilot_Ec/IO: Active set에 속한 셀 중 신호세기가 가

장 좋은 셀의 신호세기

Hysteresis_1A: Active set 추가 히스테리시스

Event 1B: Active set에 존재하는 셀을 Active set에서 제거하는

Event 이다. 하나의 P-CPICH가 Reporting range를 벗어날 때 다

음의 식을 만족하면 단말는 Event 1B가 발생했다는 Measurement

report message를 RNC로 전송한다.

Pilot_Ec/IO < Best_pilot_Ec/IO-Reporting_rage-Hysteresis_1B

Hysteresis_1B : Active set 제거 히스테리시스

Event 1C: Active set을 더 이상 증가시킬 수 없을 때 사용되며

Active set에 존재하지 않는 셀의 P-CPICH가 Active set의 가장

신호세기가 낮은 P-CPICH보다 더 높아질 때 서로 Active set을

교환하는 Event이다.

Best_candidate_pilot_Ec/IO > Worst_Old_Pilot_Ec/IO+Hysteresis_1C

Best_candidate_pilot_Ec/IO: Neighbor set에 속한 셀 중

신호세기가 가장 좋은 셀의 신호세기

6

Worst_Old_Pilot_Ec/IO: Active set에 속한 셀 중 신호세기

가 가장 나쁜 셀의 신호 세기

Hysteresis_1C : Active set 교체 히스테리시스

Event 1D: 현재 신호세기가 가장 좋은 셀보다 주위 셀의 P-

CPICH가 더 좋은 신호세기를 가질 때 Event 1A, 1C의 기준이 되

는 Best cell을 변경하는 Event이다.

Event 1E: 어떤 P-CPICH가 임계값보다 신호세기가 높아질 때

보고하는 Event이다.

Event 1F: 어떤 P-CPICH가 임계값보다 신호세기가 낮아질 때

보고하는 Event이다.

그림 3. WCDMA 시스템에서의 일반적인 소프트 핸드오버 알고리즘

Fig. 3 General scheme of the WCDMA soft handover algorithm

7

나. 이종 주파수간 핸드오버

대부분의 WCDMA 사업자는 통화용량을 확장하기 위하여 두 개 이상

의 FDD 주파수 대역을 보유한다[10]. 이러한 경우 이종 주파수간 핸드오버

를 위하여 그림 4의 동작절차를 수행한다. RNC는 이종 주파수 측정 명령을

단말에게 전송한다. 측정 명령을 수신한 단말은 Compressed Mode[11]를

사용하여 이종 주파수를 측정하고 최적 주파수의 P-SCH를 찾는다. 이후

단말은 S-SCH와 CPICH를 이용하여 셀을 구별하고, RNC에 측정 결과를

보고한다. 측정 결과를 수신한 RNC는 단말에게 핸드오버 명령을 내려 핸드

오버를 수행한다.

그림 4. 이종 주파수간 핸드오버 동작절차

Fig. 4 Inter-frequency handover procedure

8

이종 주파수간 핸드오버를 위한 신호측정을 위하여 다음과 같은

Measurement Reporting Criteria가 사용된다.

Event 2a: 현재 사용하고 있는 주파수를 변경하는 Event이다. 현재

사용하고 있는 주파수보다 사용하지 않는 주파수 품질이 더 좋은

경우 단말은 RNC에 보고한다.

Event 2b: 현재 사용하고 있는 주파수 품질이 특정 임계값 이하로

낮아지고 사용하지 않는 주파수 품질이 특정 임계값 이상인 경우

보고하는 Event이다.

Event 2c: 현재 사용하지 않는 주파수 품질이 특정 임계값 이상으

로 높아지는 경우 보고하는 Event이다.

Event 2d: 현재 사용하는 주파수 품질이 특정 임계값 이하로 낮아

지는 경우 보고하는 Event이다.

Event 2e: 현재 사용하지 않는 주파수 품질이 특정 임계값 이하로

낮아지는 경우 보고하는 Event이다.

Event 2f: 현재 사용하는 주파수 품질이 특정 임계값 이상으로 높

아지는 경우 보고하는 Event이다.

다. 이종 시스템간 핸드오버

WCDMA와 GSM 표준은 WCDMA와 GSM간의 양방향 핸드오버를

지원한다. 이러한 핸드오버는 끊김없는 서비스와 통신 부하 조절을 위하여

사용된다. WCDMA 서비스 초기에 WCDMA로부터 GSM으로의 핸드오버는

끊김없는 서비스를 제공하기 위하여 필요하며, GSM으로부터 WCDMA로의

9

핸드오버는 GSM 셀의 통신 부하를 분산시키기 위하여 사용된다. 그림 5는

이러한 WCDMA와 GSM 간의 핸드오버 동작절차를 나타내었다. WCDMA에

서의 일반적인 이종 시스템간 핸드오버 동작 절차는 그림 6과 같다. 이종 시

스템 신호 측정은 이종 시스템간 핸드오버가 필요한 경우에만 수행된다. 신

호 측정이 시작되면 단말은 우선 주위 셀 리스트에 속한 셀들에 대하여

Compressed Mode를 사용하여 GSM 주파수 대역에서의 신호세기를 측정한

다. 단말의 신호 측정 결과를 수신한 RNC는 단말에게 최적의 GSM 셀의

BSIC(Base Station Identity Code)의 복호화(Decode)를 지시한다. BSIC를

수신한 RNC는 단말에게 핸드오버 명령을 내려 핸드오버를 수행한다.

GSM GSM GSM GSM GSM

WCDMA WCDMA WCDMA끊김없는 서비스

통신 부하 조절

그림 5. WCDMA와 GSM의 이종망간 핸드오버

Fig. 5 Inter-system handover between WCDMA and GSM

이종 시스템간 핸드오버를 위한 신호측정을 위하여 다음과 같은

Measurement Reporting Criteria가 사용된다.

Event 3a: WCDMA 신호세기가 특정 임계값 이하로 낮아지고 이종

시스템의 신호세기가 특정 임계값 이상인 경우 보고하는 Event이다.

10

Event 3b: 이종 시스템의 신호세기가 특정 임계값 이하로 낮아지

는 경우 보고하는 Event이다.

Event 3c: 이종 시스템의 신호세기가 특정 임계값 이상으로 높아

지는 경우 보고하는 Event이다.

Event 3d: 현재 신호세기가 가장 좋은 이종 시스템을 다른 이종

시스템으로 변경하는 Event이다. 단말은 어떤 이종 시스템의 신호

세기가 현재 신호세기가 가장 좋은 이종 시스템보다 높아지는 경우

RNC에 이종 시스템 변경을 보고한다.

그림 6. 이종 시스템간 핸드오버 동작절차

Fig. 6 Inter-system handover procedure

11

라. WCDMA로부터 CDMA2000으로의 핸드오버/로밍 문제점

WCDMA로부터 CDMA2000으로의 핸드오버를 수행하기 위해서는 현

재 통화가 연결된 Serving WCDMA Node_B와 Target CDMA2000 BTS의

신호세기를 끊임없이 측정해야 한다. 두 개의 무선 수신기를 탑재한 단말은

WCDMA와 CDMA2000 시스템에 동시에 접속 가능하다. 이러한 경우 단말

은 WCDMA 시스템과 통화가 연결된 상태에서도 CDMA2000 시스템의 신

호세기를 측정할 수 있으며, 핸드오버 수행 시 빠르게 CDMA2000 셀에 동

기를 맞출 수 있다. 그러나 단말이 두 개의 주파수 대역을 지원하는 경우 단

말기의 크기가 커지며 구현비용도 상승하므로, 하나의 안테나를 공유하여 사

용해야 한다. 따라서 핸드오버를 결정하기 위한 신호의 모니터링은

WCDMA 신호로 제한된다.

또한 수평적 핸드오버 방식에서 단말이 Serving BS에서 Target BS

로 이동 시 단말은 Serving BS와 Target BS의 신호 세기를 비교하여 핸

드오버를 수행한다[12]. 그러나 수평적 핸드오버와는 달리 이종망간 핸드

오버는 수신 신호의 제한으로 핸드오버 수행 시 비교 가능한 신호가 존재

하지 않는다. 그러므로 효율적인 이종망간 핸드오버를 수행하기 위해서는

단말이 연결된 현재 시스템의 핸드오버를 위한 정확한 파라미터 설정이 필

수적이다.

하나의 단말이 WCDMA와 CDMA2000를 동시에 서비스하기 위해서

는 각각의 모뎀을 탑재해야 한다. 이종망간 핸드오버를 수행하기 위해서 단

말은 CDMA2000 모뎀을 활성화해야 하며, 이러한 CDMA2000 모뎀 활성

12

화에는 일정 시간 지연이 불가피하다. 따라서 CDMA2000 모뎀 활성화 시

간을 감안하여 핸드오버 전 미리 모뎀을 활성화시켜 핸드오버에 대비하는

과정이 필요하다.

Dummy 안테나는 데이터 채널이 없으며, Pilot 채널과 같은 제어 채

널만 존재한다. 일반적으로 WCDMA 경계셀의 Pilot 신호만을 사용하여 핸

드오버를 수행하는 경우, 단말은 경계셀 전 지역에서 핸드오버를 수행한다.

그러나 Dummy-pilot을 이용하는 경우, 단말은 그림 7에서의 경계셀의 오

른쪽 반쪽 지역에서 핸드오버를 수행하여 불필요한 핸드오버를 최소화할 수

있다. 이러한 장점에도 불구하고 Dummy-pilot을 사용하는 경우, 사업자는

추가적인 비용부담을 감수해야 하는 문제점이 있다. 따라서 Dummy-pilot

을 사용하는 경우의 이종망간 핸드오버에 대한 정확한 성능평가가 필요하다.

그림 7. WCDMA와 CDMA 공동 설치 구조

Fig. 7 Co-location of WCDMA and CDMA2000

통화대기 상태의 단말은 Ping-pong 효과의 영향으로 WCDMA와

CDMA2000 공동설치 지역에서 계속하여 서비스 받는 시스템을 변경하는

현상이 나타난다. 이러한 경우 두 개의 모뎀을 탑재한 단말은 지속적으로

13

모뎀의 활성화/비활성화 과정을 반복하여 전력 소비가 증가한다. 단말의

배터리는 제한된 전력량을 보유하므로 Ping-pong 효과를 최소화하기 위

한 로밍 파라미터 선정이 요구된다.

2.2 WCDMA로부터 CDMA2000으로의 핸드오버 동작절차

가. WCDMA 경계셀 Pilot 신호를 이용하는 경우

이종망간 핸드오버의 문제점을 고려한, WCDMA 경계셀 Pilot 신호를

이용하는 동작절차는 다음과 같다. 그림 8에서와 같이 WCDMA 지역에서

통화 중인 단말은 CDMA2000 단일 지역으로 이동하기 위해 4단계의 절

차를 수행한다. 첫 번째 단계는 단말이 WCDMA 경계셀 Pilot 신호를 수

신하여 WCDMA 경계셀에 도달하였음을 인지하는 단계이다. 두 번째 단

계는 단말이 CDMA2000 단일지역으로 핸드오버를 준비하기 위하여

WCDMA 경계셀 Pilot 신호를 이용하여 CDMA2000 모뎀을 활성화하는

단계이고, 세 번째 단계는 핸드오버 수행 전에 단말이 WCDMA 내부셀로

이동하는 경우 CDMA2000 모뎀을 비활성화 하는 단계이다. 마지막 단계

는 모뎀 활성화 시간이 모두 경과하여 모뎀 활성화가 완료되면 특정 조건

에 따라 핸드오버 여부를 판단하여 핸드오버 수행이 결정되는 핸드오버

결정 단계이다. 핸드오버 결정 단계 이후 단말은 호 처리 절차를 통하여

CDMA2000 지역으로 핸드오버를 수행한다. 그림 8은 WCDMA로부터

CDMA2000으로의 핸드오버 동작절차를 나타내며, 화살표는 단말의 이동

방향을 나타낸다.

14

그림 8. WCDMA 경계셀 Pilot 신호를 이용하는 경우의 핸드오버 동작절차

Fig. 8 Handover procedure using WCDMA border cell pilot

핸드오버 동작절차의 CDMA2000 모뎀 활성화 단계와 핸드오버 결정

단계를 고려하여 핸드오버 시나리오를 구성하였다. 본 논문에서는 WTPC

표준[1]과 3GPP 표준의 이종 시스템간 핸드오버 Measurement reporting

event 2d[2]를 참조하여 WCDMA 경계셀 Pilot만을 사용하는 경우의 핸드

오버 시나리오를 구성하였다. 구성한 시나리오는 다음과 같다.

시나리오 1: 단말은 WCDMA 경계셀에 진입함과 동시에

CDMA2000 모뎀을 활성화시키고, 즉시 핸드오버를 수행한다.

시나리오 2: 단말은 WCDMA 경계셀에 진입함과 동시에

15

CDMA2000 모뎀을 활성화시키고, WCDMA Pilot 신호의

SINR(Signal-to-Interference Noise Ratio)이 특정 임계값

(Th_tr) 이하인 경우 핸드오버를 수행한다.

시나리오 3: 단말은 WCDMA 경계셀에 진입하여 경계셀 Pilot 신호

의 SINR이 특정 임계값(Th_m) 이상인 경우 CDMA2000 모뎀을

활성화시키고, 즉시 핸드오버를 수행한다.

시나리오 4: 단말은 WCDMA 경계셀에 진입하여 경계값 Pilot 신호

의 SINR이 특정 임계값(Th_m) 이상인 경우 CDMA2000 모뎀을

활성화시킨다. CDMA2000 모뎀이 활성화된 후 경계셀 Pilot 신호

의 SINR이 특정 임계값(Th_tr) 이하인 경우 핸드오버를 수행한다.

여기에서 Th_m은 CDMA2000 모뎀 활성화 임계값이며, Th_tr은 핸드오

버 결정 임계값이다.

나. ummy-Pilot 신호를 이용하는 경우 D

Dummy-Pilot을 이용하는 경우, WCDMA 경계셀에 위치한 단말 경

계셀 Pilot 신호와 Dummy-Pilot 신호를 동시에 수신한다. Dummy 셀은 그

림 9과 같이 경계셀 외곽의 CDMA2000 단일지역에 위치한다. Dummy-

Pilot을 이용하는 경우 단말은 WCDMA 경계셀 Pilot 신호와 Dummy-pilot

신호를 비교하여 CDMA2000 모뎀을 활성화 시킨다. CDMA2000 모뎀을

활성화 후, 단말은 그림 9에서 핸드오버 결정 1과 같이 WCDMA 경계셀

Pilot 신호와 Dummy-pilot 신호를 비교하여 핸드오버를 결정하거나, 핸드

오버 결정 2와 같이 단말이 타이머를 설정하여 핸드오버를 결정한다.

16

WCDMA

WCDMA 내부셀 WCDMA 경계셀

. WCDMA 경계셀 방향

WCDMA / CDMA2000 overlay CDMA2000 only

3. CDMA2000 모뎀 비활성화

WCDMA 내부셀 방향

CDMA2000

Dummy 셀

1. WCDMA 경계셀 진입

2. CDMA2000 모뎀 활성화

4-1. Handover Triggering1

4-2. Handover Triggering2

(Timer 설정)

그림 9. Dummy-pilot 신호를 이용하는 경우의 핸드오버 동작절차

Fig. 9 Handover procedure using dummy-pilot

WTPC 표준[1]을 참조하여 본 논문에서 구성한 Dummy-pilot을 사

용할 경우의 WCDMA로부터 CDMA2000으로의 핸드오버 시나리오는 다음

과 같다.

시나리오 5: 단말은 WCDMA 경계셀에 진입하여 Dummy-pilot 신

호의 SINR이 특정 Threshold (Th_m) 이상인 경우 CDMA2000

모뎀을 활성화 시킨 후 Dummy-pilot 신호의 SINR이 WCDMA 경

17

계셀 Pilot 신호의 SINR 이상인 경우 핸드오버를 수행한다. 또한,

단말이 모뎀을 활성화한 상태로 경계셀에 일정 시간 동안 (T_tr)

유지하는 경우 핸드오버를 수행한다.

여기에서 T_tr은 핸드오버 결정 타이머 값이다.

다. 핸드오버 메시지 차트

WCDMA로부터 CDMA2000으로의 핸드오버 동작절차와 두 시스템의

핸드오버 호 처리 절차를 고려한 핸드오버 메시지 차트는 그림 10과 같다.

핸드오버 초기화 및 결정을 위한 동작절차가 완료된 후, WCDMA RNC는

CDMA2000 BSC로 핸드오버를 요청한다. 핸드오버 요청 메시지를 수신한

CDMA2000 BSC는 핸드오버를 준비하며, WCDMA RNC는 단말에게

CDMA2000으로의 핸드오버 수행을 명령한다. 핸드오버 수행 명령을 수신

한 단말은 WCDMA 시스템과의 연결을 종료하고 CDMA2000 시스템으로

핸드오버를 시도한다. CDMA2000으로 정상적으로 핸드오버가 수행되면

CDMA2000 BSC는 WCDMA RNC에게 핸드오버 완료를 알려 할당된 자원

을 회수하도록 하며, 단말은 WCDMA 모뎀을 비활성화 시킨다.

18

그림 10. WCDMA로부터 CDMA2000으로 핸드오버 메시지 차트

Fig. 10 Message chart of handover from WCDMA to CDMA2000

19

2.3 이종망간 로밍 동작절차

WCDMA로부터 CDMA2000으로의 로밍은 WCDMA 경계셀 Pilot 신

호세기를 측정하여 수행된다. 그러나 CDMA2000으로부터 WCDMA로의 로

밍은 WCDMA 경계셀과 겹쳐져있는 CDMA2000 셀의 로밍 정보를 수신하

여 이루어져야 한다. WTPC 표준[1]을 참조하여 구성한 로밍 시나리오는 그

림 11, 그림 12와 같다.

단말은 WCDMA 경계셀에 진입하여 WCDMA Pilot 신호의 SINR

이 특정 threshold 이하인 경우 CDMA2000 모뎀을 활성화시키고,

즉시 로밍을 수행한다.

단말은 WCDMA 경계셀과 겹쳐진 CDMA2000 셀에 진입하여

Pilot 신호의 로밍 정보를 수신하여 CDMA2000 모뎀을 활성화시키

고, 즉시 로밍을 수행한다.

WCDMA Idle

RSCP <

CDMA2000으로의 로밍

CDMA2000 Idle

NOONTH

YES

그림 11. WCDMA로부터 CDMA2000으로의 로밍 동작절차

Fig. 11 Roaming procedure from WCDMA to CDMA2000

20

CDMA2000 Idle

로밍 정보 수신

WCDMA으로의 로밍

WCDMA Idle

NO

YES

그림 12. CDMA2000으로부터 WCDMA로의 로밍 동작절차

Fig. 12 Roaming procedure from CDMA2000 to WCDMA

2.4 시뮬레이션 환경

WCDMA 시스템과 CDMA2000 시스템 간의 핸드오버를 위해서는 단

말의 수신기에서 WCDMA Pilot 신호 및 Dummy-pilot 신호의 SINR값을

구하는 것은 필수적이다. 따라서 실제 채널 환경과 유사한 SINR 분포의 채

널을 얻기 위하여 일반적인 무선 채널 모델과 WCDMA 전력제어 모델을 적

용하였다. 무선 채널 모델링은 경로 감쇄, 다중 경로 페이딩, 음영, 도플러

효과 등의 일반적인 무선 채널 환경을 고려하였다. WCDMA 신호 생성과 사

용되는 파라미터들은 [13]와 [14]에 따라 구성하였고, 간섭 신호 생성은 셀

내 간섭과 셀간 간섭으로 구성하였다. 셀 내 간섭의 측정을 위해 다중 경로

페이딩과, 타 사용자의 간섭을 고려하였고, 셀 간 간섭의 측정은 36개 셀로

21

구성된 3-tier셀 모델을 적용하였다. WCDMA Pilot 신호의 SINR을 측정하

기 위한 시뮬레이션 파라미터는 표 1과 같다.

표 1. WCDMA 채널 모델 시뮬레이션 파라미터

Table 1. Parameters of WCDMA channel model

Parameter Setting

Path loss exponent 4-6

Lognormal standard deviation 8-12 dB

Cell radius 1000 m

Number of rings of interference 3

Number of users in each cell 20

Power control range 40 dB

Target SINR at RAKE output 4 dB

Multi-path channel amplitude [0, -3 dB, -6 dB, -9 dB]

Multi-path channel delay [0, 260, 521, 780]

Processing gain 256

Maximum BTS Power 43 dBm

단말의 이동 패턴은 단말의 핸드오버를 결정하는 주요한 요인이 된다.

실제와 유사한 단말의 이동 패턴을 구현하기 위하여 시뮬레이션에 사용된

Mobility 모델은 Random Waypoint Model[15]과 Random Walk

Model[16]을 혼합한 Hybrid Random Waypoint 모델을 제안하고 사용하였

다[17]. 그림2는 Hybrid Random Waypoint 모델을 보여준다. Mn-1에 위치

한 단말은 Mn을 목적지로 선정하여 일정시간 간격마다 속도와 이동방향을

22

변경하여 목적지로 이동한다. 단말의 속도와 이동방향은 각각 [Vmin, Vmax]

와 [θmin, θmax]의 균일 분포를 따른다. 단말의 이동속도와 이동방향 또는

시간 간격으로 인하여 시뮬레이션에서는 단말이 목적지에 도달하지 못하고,

목적지 근처를 배회하는 것을 방지하기 위하여 그림 13에서와 같이

Approval region R을 설정하였다. 일단 단말이 Approval region에 도달할

경우 단말은 목적지를 향해 곧바로 이동하도록 설정하였다.

nM1nM +

Approval region

1nM −

R

그림 13. Hybrid Random Waypoint 모델

Fig. 13 Hybrid random waypoint model

그림 14는 본 논문에서 사용한 참조 네트워크 모델이다. 네트워크는

MSC(Mobile Switching Center), RNC(Radio Network Controller),

BSC(Base Station Controller), Node_B, BTS, 단말로 구성된다. 단말은

SINR을 측정하고, 핸드오버를 수행하며, RNC는 단말에게 핸드오버 조건을

알리고, 핸드오버 수행을 지시한다. MSC는 WCDMA와 CDMA2000간의

Inter-working 절차를 포함하는 호 처리 과정을 수행한다.

시뮬레이션 환경은 동일 크기의 6개 셀로 구성하였으며, WCDMA

23

Node_B와 CDMA2000 BTS는 동일하게 위치하도록 설정하였다. 중심의 3

개 WCDMA 경계셀을 중심으로 하여 2개의 WCDMA 내부셀로 구성하였고,

CDMA2000 단일 셀인 2개의 Dummy-pilot 셀로 구성하였다. 단말은 20

개로 설정하였으며, 각 단말은 그림 14의 중앙 Node_B로부터 인접

Node_B 사이의 점선 사각형 범위를 이동하도록 설정하였다. 음성 통화 시

간은 지수 분포를 따르며, CDMA2000 모뎀 활성화 시간은 정규 분포로 설

정하였다. 본 논문에서 사용된 시뮬레이션 파라미터는 표 2와 같다.

그림 14. 참조 네트워크 모델

Fig. 14 Reference network model

24

표 2. 시뮬레이션 파라미터 1

Table 2. Simulation parameter 1

Parameter Setting

Number of simulations 4

Simulation run time 4 hours

Minimum mobile speed (Vmin) 10 km/h

Maximum mobile speed (Vmax) 100 km/h

Minimum direction angle (θmin) 0°

Maximum direction angle (θmax) 10°

Approval region radius 50 m

Mean of modem activation time 12 sec

Deviation of modem activation time 1 sec

Mean of call duration 180 sec

Call activity 0.5

Power consumption during idle mode 0.0037 (J/s)

Power consumption during modem activation 1.665 (J/s)

Holding time in roaming 2 sec

2.5 성능분석 결과

가. 핸드오버 성능분석

일반적인 핸드오버에서 핸드오버 실패는 사용자의 통화 품질과 큰 관

련이 있다. 따라서 본 논문에서는 WCDMA로부터 CDMA2000으로의 핸드

25

오버 시나리오의 성능평가를 위해 핸드오버 실패율을 측정하였다. 본 논문에

서의 핸드오버 실패율은 통화 중인 상태로 경계셀에 위치한 전체 단말 중

정상적인 핸드오버를 수행하지 않고 CDMA2000 단일 지역으로 이동한 단

말의 비를 나타낸다.

시나리오 1에서 단말은 WCDMA 경계셀에 진입함과 동시에 핸드오버

를 수행하므로 핸드오버 실패 확률은 0.045의 최소값을 나타낸다. 그림 15

에서 보는 바와 같이 시나리오 2는 핸드오버 결정 임계값의 증가와 무관하

게 핸드오버 실패율이 일정함을 확인할 수 있다. 시나리오 3은 모뎀 활성화

임계값이 증가함에 따라 CDMA2000 모뎀 활성화가 늦어져 핸드오버 실패

율이 증가하며, 이를 그림 16에 나타내었다. 그림 17은 시나리오 4의 핸드

오버 실패율을 나타내었다. 그림 4로부터 모뎀 활성화 임계값이 동일하면 핸

드오버 결정 임계값이 변하여도, 핸드오버 실패율은 거의 일정함을 확인할

수 있다. 또한 핸드오버 실패율은 모뎀 활성화 임계값이 낮은 값 일수록, 즉

CDMA2000 모뎀을 빨리 활성화 시킬수록 좋은 성능을 보임을 확인할 수

있다.

그림 18은 본 논문에서 구성한 Dummy-pilot을 이용하는 경우의 핸

드오버 실패율를 나타내었다. 그림 18으로부터 Dummy-pilot을 이용한 핸

드오버 시나리오 5 역시 모뎀 활성화 임계값에만 영향을 받는 것을 알 수

있다. 그러나 타 시나리오와 비교할 때, 특정 핸드오버 결정 임계값에서

Dummy-pilot을 이용하는 경우 가장 좋은 성능을 나타내었다. 이는 단말이

그림 9에서 경계셀의 오른쪽 반쪽 지역에서 핸드오버를 수행하여 불필요한

핸드오버를 최소화할 수 있기 때문이다.

26

18 18.25 18.5 18.75 19 19.25 19.5 19.75 200

0.04

0.08

0.12

0.16

0.2

(dB)핸드오버 결정 임계값

핸

드오

버실

패율

그림 15. 핸드오버 실패율: 시나리오 2

Fig. 15 Handover failure rate: Scenario 2

18 18.25 18.5 18.75 19 19.25 19.5 19.75 200

0.04

0.08

0.12

0.16

0.2

CDMA2000 (dB)모뎀 활성화 임계값

핸

드오

버실

패율

그림 16. 핸드오버 실패율: 시나리오 3

Fig. 16 Handover failure rate: Scenario 3

27

18 18.25 18.5 18.75 19 19.25 19.5 19.75 200

0.04

0.08

0.12

0.16

0.2

(dB)핸드오버 결정 임계치

핸

드오

버실

패율

Th__m = 18Th__m = 18.5

Th__m = 19

Th__m = 19.5Th__m = 20

그림 17. 핸드오버 실패율: 시나리오 4

Fig. 17 Handover failure rate: Scenario 4

2 4 6 8 100

0.08

0.16

0.24

0.32

0.4

(s)핸드오버 결정 타이머

핸

드오

버실

패율

Th__m = 10Th__m = 11Th__m = 12Th__m = 13Th__m = 14

그림 18. 핸드오버 실패율: 시나리오 5

Fig. 18 Handover failure rate: Scenario 5

28

WCDMA로부터 CDMA2000으로의 특수한 상황의 핸드오버를 고려할

때, WCDMA의 경계셀 활용 시간은 사업자 측면에서 경계셀의 설치 및 유지

비용과 접한 관계를 갖는다. 본 논문에서는 경계셀 활용 시간을 통화중인

상태의 단말이 경계셀에 머문 평균 시간으로 정의하였다.

단말이 WCDMA 경계셀에 진입과 동시에 핸드오버를 수행하는 시나

리오 1의 경계셀 활용 시간은 CDMA2000 모뎀 활성화 시간에 근접한

11.7 sec의 값을 나타내었다. 그림 19는 시나리오 2의 경계셀 활용 시간을

나타내며, 핸드오버 결정 임계값의 증가에 따라 경계셀 활용 시간이 감소함

을 확인 할 수 있다. 그림 20에서와 같이 시나리오 3은 CDMA2000 모뎀

활성화 임계값이 증가함에 따라 경계셀 활용 시간이 증가한다. 그림 21는

시나리오 4의 경계셀 활용 시간을 나타낸다. 그림 21로부터 핸드오버 결정

임계값이 증가하고, CDMA2000 모뎀 활성화 임계값이 감소 할수록 단말이

핸드오버를 빨리 수행할 가능성이 커져 경계셀 활용 시간이 감소함을 확인

할 수 있다.

그림 22는 본 논문에서 구성한 Dummy-pilot을 이용하는 경우의 경

계셀 활용 시간을 나타내었다. Dummy-pilot을 이용하는 경우의 경계셀 활

용 시간은 모뎀 활성화 임계값과 핸드오버 결정 타이머 값이 증가할수록 높

은 값을 나타내었다. 또한 Dummy-pilot을 이용하는 경우, 단말은 그림1에

서의 경계셀 오른쪽의 반쪽 지역에서 핸드오버를 수행하기 때문에 타 시나

리오와 비교할 때 높은 경계셀 활용 시간을 나타낸다.

29

18 18.25 18.5 18.75 19 19.25 19.5 19.75 2010

15

20

25

30

핸드오버 결정 임계값

(s)

경계

셀활

용시

간

그림 19. 경계셀 활용 시간: 시나리오 2

Fig. 19 Time using border cell: Scenario 2

18 18.25 18.5 18.75 19 19.25 19.5 19.75 2015

20

25

30

35

40

45

CDMA2000 모뎀 활성화 임계값

(s)

경계

셀활

용시

간

그림 20. 경계셀 활용 시간: 시나리오 3

Fig. 20 Time using border cell: Scenario 3

30

18 18.25 18.5 18.75 19 19.25 19.5 19.75 2020

30

40

50

60

70

핸드오버 결정 임계값

(s)

경계

셀활

용시

간

Th__m = 18Th__m = 18.5Th__m = 19Th__m = 19.5Th__m = 20

그림 21. 경계셀 활용 시간: 시나리오 4

Fig. 21 Time using border cell: Scenario 4

2 4 6 8 1060

65

70

75

80

85

90

95

핸드오버 결정 타이머

(s)

경계

셀활

용시

간

Th__m = 18

Th__m = 18.5

Th__m = 19Th__m = 19.5

Th__m = 20

그림 22. 경계셀 활용 시간: 시나리오 5

Fig. 22 Time using border cell: Scenario 5

31

나. 로밍 성능분석

그림 23은 본 논문에서 구성한 로밍 시나리오의 성능평가를 위하여

핸드오버 시나리오 2에서의 로밍 시 단말의 시간 당 전력 소모를 나타낸다.

로밍 임계값의 감소는 핸드오버 실패율과 경계셀 활용 시간의 시뮬레이션

결과값에 영향을 줄 수 있으므로, 로밍 임계값의 파라미터 범위는 다른 시뮬

레이션 결과값에 영향을 주지 않은 범위까지 로밍 시 단말의 전력 소비를

측정하였다. 그림 5에서 보는 바와 같이, 로밍 임계값이 증가함에 따라

Ping-pong 효과가 증가하여 로밍 전력 소비가 증가하는 것을 확인할 수 있

다. 따라서 로밍 임계값이 17dB인 경우, 단말의 로밍 전력 소비를 최소화

할 수 있다.

17 17.5 18 18.5 19 19.5 20900

1000

1100

1200

1300

1400

1500

(dB)로밍 임계값

(J/

h)시

간당

로밍

전력

소비

그림 23. 시간 당 로밍 전력 소비

Fig. 23 Power consumption per hour during roaming

32

제３장 상향 채널 정보를 이용한 OFDM 기반의 하드 핸

드오버 성능분석

3.1 IEEE 802.16e 시스템에서의 핸드오버

TDD OFDM 방식을 사용하는 IEEE 802.16e에서는 하드 핸드오버

방식을 기본 방식으로 정의하였다. 핸드오버를 수행하기 위해서는 네트워크

토폴로지 획득의 절차와 핸드오버 동작절차를 수행해야 한다. 단말과

Serving BS는 핸드오버를 수행하기 전에 백본 네트워크로부터 네트워크 토

폴로지를 획득해야 한다[18],[19]. 네트워크 토폴로지 획득 절차는 그림 24

와 같다. BS는 주기적으로 주위 BS의 UCD(Uplink Channel Descriptor)와

DCD(Downlink Channel Descriptor) 정보를 MOB_NBR-ADV 메시지에

실어 브로드캐스트 한다. MOB_NBR-ADV 메시지를 수신한 단말은 주위

BS로부터 DCD/UCD를 수신하지 않고도 주위 BS에 동기를 맞출 수 있다.

다음 단계는 주위 BS를 스캔하는 단계이다. 단말은 스캔 과정 동안 주위

BS 중에서 핸드오버를 위한 후보 BS를 선택한다. 이때 단말은 MOB_SCN-

REQ, MOB_SCN-RSP 메시지를 사용하여 각각의 주위 BS에 동기를 맞출

수 있다. 또한 세부적인 물리 채널 특성에 대한 정보를 얻기 위하여 레인징

을 수행할 수 있다. 단말의 스캔 과정 동안 Serving BS는 단말이 수신할 데

이터를 버퍼에 저장하였다가 단말의 스캐닝 구간이 종료되면 단말에게 전송

한다. 네트워크 토폴로지 획득의 마지막 단계는 단말과 후보 Target BS와

33

결합(Association) 단계이다. 이 단계는 스캔 과정 동안 선택적인 초기 레

인징 과정이다. 결합을 통해 단말은 레인징 파라미터들과 적절한 Target BS

를 선택하고 서비스 가용정보를 획득하고 기록하는 것을 가능하게 한다.

그림 24. 네트워크 토폴로지 획득

Fig. 24 Network topology acquisition

34

그림 25는 네트워크 토폴로지를 획득한 단말의 핸드오버 결정 이후의

동작절차를 나타낸다. 세부적인 하드 핸드오버 동작절차는 다음과 같다.

Cell reselection: 단말은 MOB_NBR-ADV와 MOB_SCN-REP

메시지로부터 얻은 Neighbor BS 정보를 사용하여 핸드오버를 수행

하여 이동할 잠재적인 Target BS들의 순서를 정렬한다.

HO initiation과 decision: 단말은 핸드오버 초기화 및 결정 과정을

거쳐 Serving BS로부터 Target BS로 핸드오버를 수행한다. 이때

단말 또는 Serving BS가 핸드오버 결정을 수행할 수 있다.

Target BS의 하향 채널에 동기화: 단말은 Target BS에 동기화를

수행하여 상향 채널 및 하향 채널의 파라미터를 수신한다. 만약 단

말이 BSID(BS Identification), 주파수 대역, DCD, UCD의 정보를

포함하는 MOB_NBR-ADV 메시지를 수신한 경우 이 과정이 생략

될 수 있다.

Ranging: 단말은 Target BS로 초기 Ranging 또는 핸드오버

Ranging을 수행한다.

단말의 Context 종료: 핸드오버의 마지막 단계로, Serving BS는

단말의 모든 Context를 종료한다.

핸드오버 Cancellation: 단말은 MOB_HO-IND 메시지를 전송한

다음 Resource_Retain_Time 기간 만료 이전에 언제든지 핸드오버

를 취소할 수 있다.

35

RNG-RSP

RNG-REQ

Fast Ranging IE

HO-Confirm

(Target BS 2)

MOB_MSHO-IND

(Recommended BS 2)

MOB_BSHO-RSP

HO-pre-notification-repose

HO-pre-notification-repose

HO-pre-notification

HO-pre-notification

MOB_MSHO-REQ

MSBS 1

(Serving)BS 2

(Target)BS 3

(Target)

Release or retain resource

Complete Network Entry (HO 완료)

그림 25. IEEE 802.16e에서의 핸드오버 동작절차

Fig. 25 Handover procedure in IEEE 802.16e

3.2 시스템 모델

본 논문에서 사용한 부반송파 할당 방식은 그림 26과 같이 모든 셀에

서 동일한 부반송파 조합 형식을 사용하여 N개의 부채널을 구성하도록 가

36

정하였다. 또한 상향 및 하향 부반송파 할당 방식은 동일하며, 상향 및 하

향 부채널의 수는 동일하게 설정하였다.

그림 26. 부반송파 할당 방식

Fig. 26 Sub-carrier allocation scheme

본 논문에서는 IEEE 802.16e의 프레임 구조를 참조하여 그림 27과

같은

프레임 구조를 가정하였다. 하나의 프레임은 셀 정보를 포함하는

Preamble 구간과 단말에게 상향 및 하향 자원할당 채널을 알려주는 MAP

구간을 포함한다. 일정 Guard 구간을 경계로 하향 데이터 구간과 상향 데이

터 구간으로 나뉘어 지며, 하향 및 상향 구간은 N개의 부채널로 구성된다.

부채널 할당 방식은 그림27과 같이 하나의 부채널을 기준으로 할당하도록

설정하였다. 본 논문에서 사용한 OFDM 시스템 환경은 표 3과 같다.

37

표 3. OFDM 시스템 파라미터

Tabl tem e 3. Parameters of OFDM sys

Parameter Setting

Bandwidth 10 MHz

OFDM symbol duration s 102.4 μ

Frame duration 5 ms

Subcarrier spacing Hz 9.77 k

Number of total subcarriers 1024

Number of subchannels 30

Number of data subcarriers 720

Number of Pilot subcarriers 120

Number of Null subcarriers 184

Pre

ambl

e

그림 27. 프레임 구조

Fig. 27 Frame structure

38

3.3 상향 채널 정보를 고리즘

상향 채널 정

보를 핸드오버 초기화 및 결정 단계에 사용하는 방식이다. 단말은 통신 중에

상향 사용하도록

채널의 있고

상향

TH1

TH2 : 상향 채널을 이용하는 경우의 핸드오버 초기화 임계값

3

단말은 일정 시

간 동안의 SINR을

측정하여 유지한다.

이용한 하드 핸드오버 알

제안하는 핸드오버 방식은 하향 채널 정보뿐만 아니라

및 하향 채널을 동시에 가정하였으며, 단말은

Pilot(Beacon)과 하향 데이터 SINR을 측정할 수 Serving BS

는 단말의 데이터 채널의 SINR을 측정할 수 있도록 가정하였다[4].

제안한 핸드오버 방식의 핸드오버 초기화 및 결정 단계의 임계값은 다음과

같다.

: 하향 채널을 이용하는 경우의 핸드오버 초기화 임계값

TH : 하향 채널을 이용하는 경우의 핸드오버 결정 임계값

데이터 통신 중에 Pilot 채널 대한 SINR을 측정하여

평균값을 유지한다. 각 BS는 상향 데이터 채널에 대한

일정 시간 동안의 평균값을 만약 단말에서 측정한 하향

데이터 채널의 SINR이

_ 1Pilot ServingSINR TH< , (4)

이면, 단말은 MOB_MSHO-REQ에 핸드오버 초기화 정보를 전송하고 핸드

오버를 준비한다. 또한 Serving BS에서 측정한 단말이 사용하고 있는 상향

데이터 채널의 SINR이

_ 2UL ServingSINR TH< , (5)

39

이면, Serving BS는 핸드오버를 준비한다. 여기서 SINRPilot_Serving은 단말이

SINR이고, g는 BS에서

또는 BS에서

T-RSP를 Serving 은

측정한 하향 데이터 채널의 평균 SINRUL_Servin 측정한

단말의 상향 데이터 채널의 평균 SINR이다. 단말 핸드오버가

초기화되면, Serving BS는 단말에 DL_MEASUREMENT-REQ를 전송하여,

Neighbor BS의 Pilot 신호를 측정하도록 한다. 단말로부터

DL_MEASUREMEN 수신한 BS 또는 단말 최적의 BS

를 선정하여 핸드오버를 결정한다. 핸드오버 결정 방식은 다음의 방식을 따

른다.

_ _ 3ilot Serving TH− > (6)

여기서 SINRPilot_Target와 SINRPilot_Serving는 단말이 정한 Target

Pilot의 평균 제안하는

경우

상향 데이터 채널을 이용하여 수식 (4)

결정 후 간섭의 영향이 가장 적은 Target BS의 상향 데이터 채널

Pilot Target PSINR SINR

측 BS와

Serving BS SINR이다. 핸드오버 동작절차는 그림

28과 같다. 이때 Target BS는 Target BS에서 사용하지 않는 채널 중 주위

간섭이 가장 적은 채널을 선택하여 단말에게 할당한다. 제안하는 핸드오버

알고리즘의 성능평가를 위하여 다음의 시나리오를 구성하였다.

시나리오 1: Pilot만을 이용하여 수식 (4)의 조건을 만족하는

핸드오버 초기화를 수행하고 수식 (6)의 조건을 만족하는 경우 핸

드오버 결정을 수행한다.

시나리오 2: Pilot 채널 및

또는 수식 (5)의 조건이 만족하는 경우 핸드오버 초기화를 수행하

고, Pilot 채널을 이용하여 수식 (6)의 조건을 만족하는 Target BS

40

로 핸드오버를 수행한다.

시나리오 1은 기존의 하향 채널만을 사용하는 핸드오버 동작절차이며,

나리오 2는 제안하는 동작절차이시 다.

그림 28. 제안한 핸드오버 알고리즘의 메시지 차트

Fig. 28 Message chart of proposed handover algorithm

41

3.4 시뮬레이션 환경

본 논문에서 가정한 간섭모델은 경로손실, 음영을 고려하며, 중심셀과

18개의

신호는

위치한

인접한 셀들로 이루어진 그림 29과 같은 2-tier 멀티 셀 구조로

구성하였다[20],[21]. 핸드오버에 사용되는 일정시간 동안의 평균

값을 사용하므로 간섭 모델에서 다중 경로 페이딩 효과를 무시하였다[22].

하향 채널 모델은 그림 29와 같이 중심 셀에 위치한 단말과 인접셀에

동일 채널을 사용하는 인접셀 기지국을 고려하였다. 하향 채널 모

델에서 중심셀의 i번째 사용자가 수신하는 j번째 간섭 기지국으로부터 수

신하는 수신신호는 다음과 같다.

( : ) /10

( : )

1 10 i j

i jd

ρ

ξ⎞= ⋅ ⋅⎜ ⎟⎜ ⎟

⎝ ⎠. (7)

여기에서 P(i:j)는 j번째 기지국의 송신 전력이며, ρ는 경로손실지수이고,

(i:j)는

계수를 나타낸다.

실험적으로

( : ) ( : )i j i jR P⎛

d(i:j)와 ζ 각각 i번째 단말과 j번째 간섭 기지국 사이의 거리와 음영

음영계수 ζ(i:j)는 평균 0과 표준편차 σp 의 정규 분포

를 가지는 랜덤변수이다[21]. 얻은 데이터에 의해 표준편차

σp 와 경로 손실지수 ρ는 각각 8dB와 4로 주어진다. SINR은 중심셀과

J개의 간섭 기지국을 고려하여 다음과 같이 나타낼 수 있다.

( :0)10log iRSINR = 10

( : )i jj J

R∈∑ . (8) ( )i

42

여기에서 R(i:0)은 단말이 수신하는 중심셀로부터의 수신신호이다.

상향 채널 모델에서는 그림 30과 같이 중심셀에 위치한 기지국

신하는 중심셀에 위치한 단말과 주위 셀의 간섭 단말을 고려하여 하향 채

널 180초

에 한번씩 생성하도록

중심과의

이 수

모델 방법과 동일한 계산 방식을 적용하였다. 인접셀의 단말은

임의의 위치로 설정하였다. 이때 인접셀에 위치한

단말은 그림 31과 같이 매 1초마다 시뮬레이션에 설정한 속도만큼 이동한

r 과 단말과 셀 각도에 θ만큼 변경하여 이동하도록 설정하였다.

그림 29. 하향 채널 모델을 위한 인접셀 간섭 개념도

Fig. 29 Interference model for downlink channel model

43

그림 30. 상향 채널 모델을 위한 인접셀 간섭 개념도

Fig. 30 Interference model for uplink channel model

그림 31. 인접셀 단말의 이동성 모델

Fig. 31 Mobility model for mobile in interferencing cell

44

표 4. 시뮬레이션 파라미터 2

Table 4. Simulation parameter 2

Parameter Setting

Number of simulations 4

Simulation run time 4 hours

Cell radius 1 km

Path loss exponent 4

Shadowing factor 8 dB

Outage threshold -3 dB

Mobile speed for pedestrian 3 km/h

Minimum mobile speed for vehicular 80 km/h

Maximum mobile speed for vehicular 120 km/h

Minimum direction angle 0°

Maximum direction angle 10°

Approval region radius 50 m

Mean of call duration 180 s

Call activity 0.5

시뮬레이션 환경은 주파수 재사용 패턴이 1인 단일셀 구조를 가정하

였고, 단말의 이동성 모델은 Hybrid random waypoint mobility 모델을 사

용하였다[17]. 단말의 속도는 [24]의 도보 사용자와 고속 사용자의 혼합 환

경을 참조하여, 60%의 단말은 3km의 이동속도로 설정하였고, 40%의 단말

은 80-120km의 속도로 설정하였다. 또한 단말은 핸드오버를 위한 신호 측

45

정 시 100 프레임 동안 은 3초 동안 상향 및

하향 채널을 점유하도 리오 2에서 핸드오

버 초기화 임계값을 3dB 으며, 핸드오버 결정 시 리시스를

3dB로 핸드오버 시 호 손실을 정하기 위한 기준

치는 [25]에서 시스템에서의 최저 전송을 위한

SNR을 참조하여 -3dB로 설정하였다. 또한 200프레임 동안 90% 이상의

프레임이 호 손실 임계값 이하로 떨어지는 경우 호 손실로 정의하였으며, 호

지속 시간은 지수 분포로 가정하였다. 본 논문에서 사용된 시뮬레이션 파라

미터는

3.5 성능분석

성능을 평가하기 위하여 상향 및 하향

채널로 실율과 호 당 핸드오버 호 당 핸

드오버 드오버 호 손실율은 핸드오버를 시도한 전체

호와 핸 도하지 못하고 호 손실이 발생한 에서 호 손실이

발생한 비율로 정의 하였다. Pilot만을 사용하는 시나리오 1이 가장 높은 호

손실을

의 평균값을 사용하였으며, 단말

록 설정하였다. 시나리오 1과 시나

로 설정하였 히스테

설정하였다. 또한 단말의 측

제시한 WiMAX 보장하기

표 4와 같다.

결과

제안한 핸드오버 알고리즘의

인한 핸드오버 시 호 손 시도 횟수,

횟수를 측정하였다. 핸

드오버를 시 호 중

나타내는 것을 그림 32를 통하여 확인 할 수 있는데, 이는 그림 33

와 그림 34에서 확인 할 수 있듯이 Pilot만을 사용하는 경우 상향 및 채널

의 유동적인 특성을 반영하지 못하여, 핸드오버를 수행하기 전에 호 손실이

발생하거나, 핸드오버 과정 시 다수의 핸드오버 호 손실이 발생하기 때문이

다. 제안하는 시나리오 2의 경우 시나리오 1보다 2배 이상의 좋은 성능을

46

보이는데, 이는 핸드오버 초기화 과정 시 Pilot 채널과 상향 데이터 채널을

모두 고려하였기 때문이다. 또한 그림 34에서 볼 수 있듯이 핸드오버 시

Target BS의 상향 채널 정보를 사용하여 최적의 상향 채널을 선택하였기

때문에 상향 채널 핸드오버 호 손실이 매우 적은 것을 확인할 수 있으며, 그

림 33에서 확인할 수 있듯이 상향 채널의 이용으로 핸드오버 횟수가 증가하

여 하향 채널 핸드오버 호 손실도 감소하는 것을 확인할 수 있다. 따라서

Pilot만을 이용하는 시나리오 1보다 시나리오 2에서는 상향 채널 핸드오버

호 손실과 하향 채널 핸드오버 호 손실이 감소한 비율만큼 전체 호 손실이

감소하였다.

0 5 10 15 20 25 300

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

1시나리오

2시나리오

호손

실율

사용자 수

그림 32. 핸드오버 시 호 손실율

Fig. 32 Call drop rate of handover

47

0 5 10 15 20 25 300

0.05

0.1

0.15

0.2

0.25

사용자 수

채

하

향널

호손

실율

1시나리오

2시나리오

그림 33. 핸드오버 시 하향 채널 호 손실율

Fig. 33 Downlink call drop rate of handover

0 5 10 15 20 25 300

0.05

0.1

0.15

0.2

0.25

1시나리오

2시나리오

상

향채

널호

손실

율

사용자 수

그림 34. 핸드오버 시 상향 채널 호 손실율

Fig. 34 Uplink call drop rate of handover

48

본 논문에서는 시그날링 오버헤드와 프로세싱 오버헤드를 고려하기

위하여 호 당 핸드오버 시도 횟수와 호 당 핸드오버 횟수를 측정하였다. 호

당 핸드오버 시도 횟수는 하나의 호 지속 시간 동안에 핸드오버 초기화 조

건을 만족하여 핸드오버 준비를 수행한 횟수로 정의하였고, 호 당 핸드오버

횟수는 하나의 호 지속 시간 동안에 핸드오버 호 처리절차를 완료한 횟수로

정의하였다. 그림 35에서 볼 수 있듯이 시나리오 1의 핸드오버 시도 횟수는

매우 적은 값을 나타낸다. 이는 Pilot 신호는 BS가 고정된 위치에서 고정된

신호세기로 전송하므로, 단말과 BS와의 거리에 따라 대체로 일정한 값을 가

지며, 또한 핸드오버 히스테리시스를 적용하였기 때문이다. 그러나 제안하는

시나리오 2의 경 하였기 때문에

핸드오버 시도횟 특히 사용자의

수가 15명 이상의 경우에는 호 당 핸드오버 시도 횟수가 감소하는데, 이는

핸드오버 시 호 손실율의 증가로 호가 지속적으로 이루어지지 않기 때문이

다. 시나리오 2는 다수의 핸드오버 시도로 주위 BS의 채널 정보 메시지가

증가하여 네트워크 상에 시그날링 오버헤드가 증가하며, 단말이 핸드오버를

위한 주위 BS 신호 측정 시 스캔 구간 동안 Serving BS에서 단말이 수신할

데이터를 버퍼에 저장해야 하므로 프로세싱 오버헤드가 발생한다. 시나리오

1과 시나리오 2는 핸드오버 시도횟수에서 큰 차이를 나타내지만, 그림 36과

같이 실제 호 처리절차를 수행한 핸드오버 횟수는 두 시나리오가 큰 차이를

나타내지 않는다. 즉 제안하는 시나리오 2에서는 시나리오 1과 같이 Pilot

신호를 사용하여 핸드오버

횟수가 시나리오 다.

우 하향 채널의 유동적인 채널 특성을 반영

수가 급격히 증가하는 것을 확인할 수 있다.

Target BS를 설정하고 핸드오버를 결정하므로,

1보다 약간 증가한 핸드오버 횟수를 나타낸

49

0 5 10 15 20 25 300

10

20

30

40

50

60

70

80

사용자 수

당

핸드

오버

시도

횟수

호

1시나리오

2시나리오

그림 35. 호 당 핸드오버 시도 횟수

Fig. 35 Number of handover trial per call

0 5 10 15 20 25 300

0.4

0.8

1.2

2

1.6

사용자 수

핸

호당

드오

버횟

수

1시나리오

2시나리오

그림 36. 호 당 핸드오버 횟수

Fig. 36 Number of handover per call

50

제４장 결론

본 논문에서는 차세대 이동통신 환경에서의 핸드오버를 위하여 3G 시

스템인 WCDMA로부터 CDMA2000간의 이종망간 핸드오버 및 로밍과 차세

대 이동통신 접속 기술로 기대되는 OFDM기반에서의 상향 채널을 이용한

하드 핸드오버 성능평가를 수행하였다.

본 논문에서는 이종망간 핸드오버 시 고려되어야 하는 무선 수신기,

두 개의 모뎀 탑재 문제를 고려하여 경계셀 Pilot을 이용하는 경우의 핸드오

버 동작절차와 Dummy-pilot을 이용하는 경우의 핸드오버 동작절차를 구성

하였다. 핸드오버 실 WCDMA로부터

CDMA2000으로 나리오 별 성능

평가를 수행하였고, WCDMA와 CDMA2000 간의 로밍 절차를 구성하여

Ping-pong 효과를 최소로 하는 최적의 파라미터를 선정하였다. 분석 결과

로 WCDMA로부터 CDMA2000으로의 이종망간 핸드오버 시 핸드오버 실패

율은 모뎀 활성화 임계값이 낮은 값 일수록 좋은 성능을 나타내었다. 또한

경계셀 Pilot을 이용하는 경우의 경계셀 활용 시간은 핸드오버 결정 임계값

이 감소하고, CDMA2000 모뎀 활성화 임계값이 증가할 수록 증가하며,

Dummy-pilot을 이용하는 경우의 경계셀 활용 시간은 모뎀 활성화 임계값

과 핸드오버 결정 타이머 값이 증가할수록 높은 값을 나타내었다. 추가적인

비용이 소요되는 Dummy-pilot을 사용하는 경우 경계셀 Pilot을 이용하는

경우 보다 핸드오버 실패율 모두 좋은 성능

을 나타내었다. W 로밍 임계값이

패율과 경계셀 활용 시간 측면에서

의 이종망간 핸드오버 동작절차를 고려한 시

및 경계셀 활용 시간 측면에서

CDMA와 CDMA2000 간의 로밍에서는

51

17dB인 경우, 단말의 Ping-pong 효과를 최소화 할 수 있었다.

또한 본 논문에서는 사용자에게 하향 데이터 서비스뿐만 아니라 상향

데이터

성능을 비교 분석하였다. 분석 결과

로 상향

서비스의 QoS를 보장하기 위하여 상향 채널을 이용한 OFDM 기반

의 하드 핸드오버 동작절차를 제안하였다. 제안한 핸드오버 동작절차를 호

손실율, 호 당 핸드오버 시도 횟수, 호 당 핸드오버 횟수를 통하여 기존의

하향 채널을 사용하는 핸드오버 방식과

채널을 이용하는 핸드오버 방식의 경우 하향 채널을 이용하는 핸드

오버 방식보다 핸드오버 시도 횟수가 증가하여 네트워크 오버헤드를 증가시

키지만, 호 손실 측면에서 사용자의 수가 증가할 수로 매우 향상된 성능을

나타내었다.

본 논문에서 수행한 WCDMA로부터 CDMA2000으로의 핸드오버 및

로밍 성능평가의 결과는 사업자나 시스템 디자이너에게 유용한 정보로 사용

될 수 있으며, 제안한 상향 채널을 이용한 IEEE 802.16e 기반의 하드 핸드

오버 동작절차는 음성 및 영상통화 등 상향 데이터에 대한 QoS를 보장해야

하는 서비스에 적용하여 사용자의 QoS를 보장할 수 있을 것으로 기대된다.

52

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[25] WiMAX FORUM. “Mobile WiMAX – Part I: A technical overview

and performance evaluation”

55

Abstract

communication systems and conventional

handover but also inter-

communications, we evaluate the

doff

The initial deployment has been done in highly-crowded urban

districts. Therefore, handover from WCDMA to CDMA2000 should be

developed to provide seamless service in out-of-service areas.

Considering single receiver chain and dual modem, we develop

handover procedures from WCDMA to CDMA2000 using border cell

pilot and using dummy-pilot, respectively. Through simulation, we

assess the handover failure rate and the time using border cell for

WCDMA systems. Also we develop roaming procedure between

WCDMA and CDMA2000 and select the optimal parameter to minimize

the ping-pong effect. As for the results, lower modem activation

threshold shows a good performance in terms of handover failure rate.

To provide the high data rate and large coverage, convergence

between next generation

systems such as 3G, WLAN and WPAN is necessary. Therefore, not

only next generation communication system

system handover is unavoidable to provide seamless service. In this

paper, for next generation

performance of handover from WCDMA to CDMA2000 and roaming

between two systems. Also we assess the performance of hard han

scheme using uplink signals in OFDM systems.

56

57

In case of using border cell g border cell increases as

CDMA2000 modem activation threshold increases and handover

trigge

i t

ervice. In case of TDD

OFDM

w

h m

d

pilot, time usin

ring threshold decreases. Also time using border cell increases as

handover triggering timer and CDMA2000 Modem activation threshold

increases. However if service providers use dummy-pilot though using

it imposes additional cost, the scenario 5 shows the best performance in

terms of handover failure rate and time using border cell, respectively.

In next generation communication systems, it s expected tha not

only voice service and downlink data but also uplink data service such

as image and video will increase. Therefore we have to consider QoS of

uplink data service as well as downlink data s

system, physical channel quality of uplink and downlink could be

different by the various conditions such as the cell position of a user

and user distribution. Accordingly e propose the handover procedure

considering uplink channel in order to provide QoS. From t e si ulation

results, we compare the proposed scheme with conventional hard

handover scheme through call drop rate, the number of handover trial

per call and the number of handover per call. As for the results,

proposed scheme can re uce call drop rate despite of increasing

network overhead.