The Journal of Korean Institute of Communications and Information Sciences (한국통신학회논문지)

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QoS-Oriented User Association in HetNet with a Backhaul Constraint

백홀 용량이 제한된 이기종 네트워크에서 QoS를 고려한 셀 선택 기법

  • Yang, Chan S. (Department of Electrical and Computer Engineering, Korea University) ;
  • Kang, Chung G. (Department of Electrical and Computer Engineering, Korea University)
  • Received : 2014.09.12
  • Accepted : 2014.10.10
  • Published : 2014.10.31
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Abstract

Heterogeneous network (HetNet) with the various types of cells, e.g., with the different cell size and transmit power, has been introduced to improve the cell coverage and areal capacity in cellular mobile communication system. In this paper, we consider a practical situation in which all cells share the same wireless resource while some of them have a limited backhaul capacity. More specifically, we formularize a cell association problem that utilizes the minimum wireless resource while satisfying the quality of service (QoS) of all users in terms of their transmission time constraint, and propose a distributed algorithm to find the optimal solution. In the event of bottleneck at the backhaul link in some small cells, the proposed algorithm off-loads some users to the adjacent cell with the less congested backhaul capacity. Finally, we verify that the proposed algorithm supports the more numbers of users to satisfy the specified level of QoS than the conventional user association scheme under the limited access and backhaul capacities.

셀 커버리지 향상과 단위 면적당 무선 용량의 증대를 위해 셀룰러 이동 통신 시스템에 다양한 크기와 전송전력을 갖는 다수의 네트워크이 혼재하는 이기종 네트워크의 개념이 도입되고 있다. 본 논문에서는 이기종 네트워크의 하향링크에서 모든 셀이 동일한 무선 자원을 공유하고, 일부 소형 셀에서는 백홀 링크의 용량에 제한이 있는 경우를 고려한다. 이 때 모든 사용자의 주어진 트래픽을 정해진 시간 내에 전송해야 하는 QoS요구 사항을 만족시키면서 동시에 전체 시스템에서의 무선 자원 사용량을 최소화 시킬 수 있는 셀 선택 문제를 정식화하고, 그 최적 해를 찾기 위한 분산 알고리즘을 제안한다. 해당 알고리즘은 일부 소형셀의 백홀 링크에서 병목현상이 발생하였을 경우, 백홀 용량에 여유가 있는 인접 셀로 사용자를 오프로딩 하도록 동작함으로써 기존 방식과 대비할 때 제한된 무선 자원 및 백홀 링크 용량에 맞추어 더 많은 사용자의 QoS를 지원할 수 있음을 확인한다.

Keywords

References

  1. A. Damnjanovic, J. Montojo, Y. Wei, T. Ji, T. Luo, M. Vajapeyam, T. Yoo, O. Song, and D. Malladi, "A survey on 3GPP heterogeneous networks," IEEE Wirel. Commun. Mag., vol. 18, no. 3, Jun. 2011.
  2. S. Yeh, S. Talwar, W. Geng, N. Himayat, and K. Johnsson, "Capacity and coverage enhancement in heterogeneous networks," IEEE Wirel. Commun. Mag., vol. 18, no. 3, Jun. 2011.
  3. Ericsson White paper, It all comes back to backhaul, Uen 284 23-3166 Rev. B, Aug. 2014.
  4. S. Chia, M. Gasparroni, and P. Brick, "The next challenge for cellular networks: backhaul," IEEE Microw. Mag., vol. 10, no. 5, Aug. 2009.
  5. Q. Ye, B. Rong, Y. Chen, A.-S. M, C. Caramanis, and J. G. Andrew, "User association for load balancing in heterogeneous cellular networks," IEEE Trans. Wirel. Commun. Mag., vol. 12, no. 6, pp. 2706-2716, Jun. 2013. https://doi.org/10.1109/TWC.2013.040413.120676
  6. A. De Domenico, V. Savin, and D. Ktenas, "A backhaul aware cell selection algorithm for heterogeneous cellular networks," in IEEE PIMRC, pp. 1688-1693, London, Sept. 2013.
  7. T. Zhou, Y. Huang, and L. Yang, "QoS-aware user association for load balancing in heterogeneous cellular networks," arXiv preprint arXiv:1312.6911, Jan. 2014.
  8. D. P. Palomar and C. Mung, "A tutorial on decomposition methods for network utility maximization," IEEE J. Sel. Areas Commun., vol. 24, no. 8, pp. 1439-1451, Aug. 2006. https://doi.org/10.1109/JSAC.2006.879350
  9. S. Boyd and L. Vandenberghe, Convex Optimization, Cambridge University Press, 2004.
  10. 3GPP TR 36.814 v9.0.0, 3rd Generation Partnership Project; Technical Specification Group Radio Access Network; E-UTRA; Further advancements for E-UTRA physical layer aspects(Release 9), Mar. 2010.