무선 LAN에서 이상 및 페이딩 채널 환경의 DCF 처리율 비교 분석

Abstract

본 논문에서는 IEEE 802.11a 무선 LAN의 이상적인 채널 환경과 페이딩 채널 환경에서 패킷의 페이로드 크기에 따른 MAC(Medium Access Control) 계층의 CSMA/CA(Carrier Sense Multiple Access/Collision Avoidance) 기반 DCF(Distributed Coordination Function) 처리율을 비교 분석하였다. 이상적인 채널 환경인 경우 에러가 없는 채널을 의미하고, 임의의 전송 주기 동안 패킷을 전송하는 단말이 1개만 존재하며, 다른 단말은 패킷을 수신한 후 응답한다고 가정한다. 페이딩 채널 환경인 경우 채널상에서 비트 에러는 랜덤하게 발생되며, 단말수 n은 고정되고, 각각의 단말은 항상 전송 패킷을 가지고 있는 포화 조건(saturation condition) 하에서 동작된다고 한다. IEEE 802.11a 무선 LAN의 처리율을 구하기 위해 기존 연구에서는 주로 이상적인 채널 환경을 가정하여 최대 처리율을 구하였는데, 실제의 통신 환경은 페이딩 패널이므로 본 연구에서는 <TEX>$E_b/N_o$</TEX>를 25 dB, 부 채널에서 직접 수신된 신호와 산란되어 수신된 신호의 전력비 <TEX>$\xi$</TEX>는 복합 Rayleigh/Ricean 페이딩을 고려하여 6으로 정하였다. 분석 결과, 이상적인 채널 환경에서의 처리율에 비교하여 페이딩 채널 환경에서의 처리율이 모든 페이로드 크기에서 더 작아진다는 것을 알 수 있으며, 전송율이 증가할수록 이상적인 채널의 최대 처리율에 대한 페이딩 채널의 포화 처리율의 감소 비율이 더 커진다는 것도 알 수 있다. This paper explores the throughput performance of CSMA/CA-based DCF protocol over both ideal channels and fading channels with payload size at the MAC layer in the 802.11a wireless LAN. In the ideal channel, there are no errors and at the transmission cycle there is one and only one active station which always has a packet to send and other stations can only accept packets and provide acknowledgements. In the fading channel, bit errors appear in the channel randomly and the number of stations is assumed to be fixed. And each station always has packets for transmission. In other words, we operate in saturation conditions. Up to now conventional research work about DCF throughput analysis of IEEE 802.11 a wireless LAN has been done over the ideal channel, but this paper is done over the Rayleigh/Ricean fading channel. So, the ratio of received average energy per bit-to-noise power spectral density <TEX>$E_b/N_o$</TEX> is set to 25 dB and the ratio of direct-to-diffuse signal power in each sub-channel <TEX>$\xi$</TEX> is set to 6 for combined Rayleigh/Ricean fading channel. In conclusion, it is shown that the saturation throughput is always less than the maximum throughput at all the payload size and the higher the transmission rate be, the higher the decreasing rate of saturation throughput compared to the maximum throughput be.