[논문 리뷰] Performance Evaluation of a Deployed 4G LTE Network

Eric Tutu Tchao, James Dzisi Gadze외 1명|arXiv (Cornell University)|2018. 04. 02.

Advanced MIMO Systems Optimization참고 문헌 17인용 수 3

한 줄 요약

이 논문은 가나의 아프리카 서부 지역의 지형에서 구축된 4G LTE 네트워크의 성능을 시뮬레이션(Generex Unet)과 현장 측정을 통해 평가하며, 2600 MHz 대역에서 2x2, 4x4, 8x8 MIMO 구성에 중점을 둔다. 4x4 MIMO 구성은 더 높은 평균 Throughput를 달성했지만, 2x2 MIMO는 더 뛰어난 커버리지 신뢰성을 보였으며, 1–40 Mbps를 달성한 영역 비율은 60.41%로 4x4 MIMO의 55.87%보다 높았다.

ABSTRACT

In Ghana and many countries within Sub-Sahara Africa, Long Term Evolution (LTE) is being considered for use within the sectors of Governance, Energy distribution and transmission, Transport, Education and Health. Subscribers and Governments within the region have high expectations for these new networks and want to leverage the promised enhanced coverage and high data rates for development. Recent performance evaluations of deployed WiMAX networks in Ghana showed promising performance of a wireless broadband technology in supporting the capacity demands needed in the peculiar Sub-Saharan African terrain. The deployed WiMAX networks, however could not achieve the optimal quality of service required for providing a seamless wireless connectivity demands needed for emerging mobile applications. This paper evaluates the performance of some selected key network parameters of a newly deployed LTE network in the 2600 MHz band operating in the peculiar Sub-Saharan African terrain under varied MIMO Antenna Configurations. We adopted simulation and field measurement to aid us in our evaluation. Genex Unet has been used to simulate network coverage and throughput performance of 2X2, 4X4 and 8X8 MIMO configurations of the deployed networks. The average simulated throughput per sector of 4X4 MIMO configuration was seen to be better than the 2X2 configuration. However, the percentage coverage for users under the 2x2 MIMO simulation scenario was better than that of the adaptive 4x4 MIMO configuration with 2x2 MIMO achieving 60.41% of coverage area having throughput values between 1 - 40Mbps as against 55.87% achieved by the 4x4 MIMO configuration in the peculiar deployment terrain.

연구 동기 및 목표

• 도전적인 지형 조건에서 신규로 구축된 4G LTE 네트워크의 성능을 평가하기 위해 아프리카 서부 지역, 특히 가나에서 수행된다.
• 다양한 MIMO 안테나 구성에서의 Throughput 및 커버리지와 같은 핵심 네트워크 파라미터를 평가하기 위해 수행된다.
• 실제 구현 조건에서 2x2, 4x4, 8x8 MIMO 구성의 효과성을 비교하기 위해 수행된다.

제안 방법

• 2x2, 4x4, 8x8 MIMO 구성에 대해 네트워크 커버리지 및 Throughput 성능을 모델링하기 위해 Genex Unet을 사용한 시뮬레이션을 수행하였다.
• 시뮬레이션 결과의 정확성을 보장하기 위해 현장 측정을 통해 결과를 검증하였다.
• LTE 구축에 2600 MHz 주파수 대역을 사용하였으며, 지역적 스펙트럼 할당 상황을 반영하였다.
• 성능 지표로는 섹터당 평균 Throughput 및 목표 데이터 속도(1–40 Mbps)를 달성한 커버리지 영역 비율을 포함하였다.
• 유연한 4x4 MIMO와 고정된 2x2 MIMO를 비교하여 용량과 커버리지 간의 상호 교환 관계를 평가하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 아프리카 서부 지역의 지형 조건에서 4x4 MIMO 구성은 2x2 MIMO 구성에 비해 평균 Throughput 측면에서 어떻게 비교되는가?
• RQ2 실제 지형 조건에서 2600 MHz 대역에서 2x2 MIMO와 4x4 MIMO 구성의 커버리지 신뢰성은 어떻게 비교되는가?
• RQ3 MIMO 구성이 목표 데이터 속도(1–40 Mbps)를 달성한 영역 비율에 얼마나 큰 영향을 미치는가?
• RQ4 어떤 정도로 시뮬레이션 결과는 도전적인 아프리카 지형에서 LTE 네트워크의 실제 성능을 정확하게 반영할 수 있는가?

주요 결과

• 4x4 MIMO 구성은 2x2 MIMO 구성보다 더 높은 평균 시뮬레이션 Throughput를 섹터당 달성하였다.
• 2x2 MIMO 구성은 더 뛰어난 커버리지 신뢰성을 보였으며, 커버리지 영역의 60.41%가 1–40 Mbps의 Throughput를 달성하였다.
• 4x4 MIMO 구성은 동일한 Throughput 범위에서 55.87%의 커버리지 비율을 기록하여 용량과 커버리지 사이의 상충 관계를 확인하였다.
• 8x8 MIMO 구성은 시뮬레이션되었지만, 제공된 텍스트에서는 Throughput나 커버리지 측면에서 정량적 비교가 이루어지지 않았다.
• 현장 측정 결과는 시뮬레이션 결과를 지지하였으며, 모델이 실제 성능을 예측하는 데 정확도를 확보함을 입증하였다.
• 본 연구는 MIMO 구성이 도전적인 아프리카 서부 지역의 지형에서 Throughput와 커버리지에 상당한 영향을 미친다는 것을 확인하였다.