Energy-efficiency maximization algorithm of mobile station based on transmission power and rate in uplink channel of cellular system

Abstract

이 논문에서는 통신시에 단말의 전력효율을 최대화 하는 알고리즘에 대하여 제안하였다. 단말이 전송자의 역할을 하고, 기지국으으로 정보를 전송할 때, 통신에 사용되는 전력과 전송속도를 상황에 따라 선택하여 단말의 전력효을을 최대화 한다. 고려하는 시나리오는 크게 두가지로 분류할 수 있고 그 시나리오에 따라서 서로 다른 알고리즘이 적용된다. 첫번재 시나리오는 단말에서 정보를 전송시 완벽한 채널상태를 아는 상황에서 정보를 전송하는 시나리오이고, 두번째 환경은 단말이 채널의 확률분포만을 알고 있는 상황이다. 첫번째 시나리오에서는 채널정보를 이용하여 기대할수 있는 최대 전송속도를 계산할수 있기 때문에 이를 이용하여 전력효율을 최대화 하는 전력를 선택 할 수 있었다. 이때 문제의 복잡도를 줄이기 위하여 전력과 컷오프 기울기를 정의하고 전력효율을 최대화 하는 컷오프 기울기 값을 찾는다. 그 다음에 최적의 컷오프 기울기값을 이용하여 전력을 선택하고 최적의 전력효율를 얻는다. 두번째 시나리오는 단말이 채널의 확률분포만을 아는 상황에서 정보를 전송하는 상황이다. 이때는 최대 전송속도를 계산 할 수 없기 때문에, 채널의 확률분포를 이용하여 평균 성능을 정의하고, 이를 전력효율식에 대입한 후, 전력효율을 최대화 한다. 이때는 최적화 해야하는 변수가 목표 전송속도와 전송전력이 되므로 최적의 목표 전송속도와 전송전력을 찾고 전력효율을 최대화 한다. 위와 같은 제안방안의 성능을 알아보기 위해 시뮬레이션의 결과를 살펴보았다. 완벽한 채널정보를 사용하는 경우에는 기울기를 이용한 전력 선택을 통하여 낮은 복잡도로 최적의 전력효율에 접근하는 것을 확인하였다. 이는 기울기를 이용하여 상황에 맞는 전력을 선택하면 최적으로 전력을 할당 할 수 있음을 알 수 있다. 또한 채널의 확률분포만을 아는 상황에서는, 목표 전송속도와 전송전력을 결정하여 얻은 최대의 전력효율이 완벽한 채널정보를 사용할 때의 전력효율에 접근하는 것을 확인할 수 있었다. 이는 가지고 있는 채널정보를 최대한 활용하여 전력을 선택하고 최적의 전력효율을 얻었기 때문이다. 또한 다중링크 정보를 고려하기 때문에 하나의 링크만를 고려하는 기존 방안과 비교하여 더 큰 전송효율을 얻을 수 있었다.