KR100532289B1 - 코드분할다중접속 무선가입자망 시스템에서 채널 개수산출 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 다수의 기지국을 포함하는 코드분할다중접속 시스템에서, 기지국의 순방향 링크에서 채널 개수를 산출하는 방법에 있어서, 상기 기지국의 환경을 고려하여 평균 동시 사용자 수를 선정하고 상기 선정된 평균 동시 사용자 수를 이용하여 상기 기지국의 서비스 영역 내의 동시 사용자 수의 분포 및 상기 기지국의 송신 전력 부족 확률을 도출하는 과정과, 상기 전력 부족 확률이 소정의 제1임계값을 초과하는지를 확인하는 과정과, 상기 전력 부족 확률이 상기 제1임계값을 초과하지 않는 경우 상기 서비스 영역내에서 동시 사용자 수에 따른 총 차단 확률이 소정의 제2임계값을 초과하지 않도록 하는 채널 개수를 산출하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 한다. 이로 인해 기존의 방법보다 현실을 비교적 정확하게 반영하므로 기지국 실장 채널 개수를 보다 정확하게 산출하는 효과가 있다.

Description

코드분할다중접속 무선가입자망 시스템에서 채널 개수 산출 방법{Method for calculating the number of chennel Elements in mobile communication system}

본 발명은 코드분할다중접속 무선 가입자망 시스템에 관한 것으로, 특히 코드 분할 다중 접속 무선가입자망 시스템에서 기지국에 실장하기 위한 채널 개수를 산출하는 방법에 관한 것이다.

일반적으로 코드분할다중접속(CDMA : Code Division Multiple Access) 무선가입자망 시스템에서 기지국에 실장하는 채널의 개수를 구하기 위해서 얼랑 B(Erlang-B) 공식을 사용한다. 정해진 무선 자원을 바탕으로 하나의 기지국에서 특정한 품질 성능을 유지하면서 평균적으로 서비스할 수 있는 음성 가입자 수(Erlang)를 도출한 후, 이 결과에 채널 개수에 따른 차단(blocking) 확률을 얼랑 B 공식에 적용하여 계산한다. 여기서, 얼랑(Erlang)은 하나의 호가 1회선을 1시간동안 점유하였을 때의 호량/트래픽량을 1얼랑이라고 부르며 임의의 회선군을 임의의 시각에 관측하였을 때 5회선만 사용중이면 그 시각의 호량은 5얼랑이다. 그리고 얼랑은 통신망 설계, 시스템 증설 등의 기초 자료로 사용된다. 이러한 얼랑-B 공식은 하기 <수학식 1>과 같다.

여기서 "P_Blocking"은 호 차단(blocking) 확률을 나타내고, "A"는 평균 동시 사용자 수를 나타내며, "C"는 기지국에 실장할 수 있는 채널 개수를 나타낸다. 이러한 상기 얼랑 비(Erlang-B) 공식은 동시 평균 사용자 수에 포아송(poisson) 분포를 적용하여 상위 특정 확률만 배제하는 방식을 사용한다.

도 1은 종래의 얼랑 비 공식을 이용하여 채널 개수를 산출하는 동작을 도시한 흐름도이고, 도 2는 기지국의 셀내에 위치한 동시 사용자 수 분포를 도시한 그래프이다.

상기 도 1을 참조하면, 100단계에서 기지국의 셀 내 평균 사용자 수를 선정한다. 그런 다음 110단계에서 얼랑 B공식에 평균 동시 사용자 수 값과, 임의의 채널 개수 값을 대입하여 차단 확률을 계산한다. 차단 확률을 계산 후 상기 계산된 차단 확률과 미리 설정된 임계값, 예를 들어 1%를 비교하여 계산된 차단 확률이 1%가 아니면 1%에 이를때까지 채널 개수 값을 변경하면서 대입시킨 차단 확률을 계산하고, 120단계에서 상기 계산된 차단 확률이 1%를 초과하지 않는 채널 개수를 도출한다.

이러한 채널 개수 도출에 대해 평균 동시 사용자 수가 10명으로 선정된 경우의 포아송 분포는 상기 도 2의 그래프와 같다. 여기서 포아송(Poisson) 분포 그래프의 가로축은 동시 사용자 수를 나타내고, 세로축은 동시 사용자 수에 따른 분포 확률(PDF : Problity Distristation Funtion)을 나타낸다.

상기 수학식에 평균 동시 사용자 수 인 "A"에 10을 대입하고, 채널 개수에 "C"에 18을 대입한 경의 차단 확률이 1%에 근사하도록 계산되면 기지국에 실장해야 하는 채널 개수는 18개이다. 그러므로 채널 개수가 18이고 사용하고 자 하는 동시 가입자 수가 18명 이상이 되면 차단이 발생하게 된다. 이는 푸아송 그래프에서 음영으로 표시되어 있다.

이와 같은 기존의 얼랑 비(Erlang-B) 공식은 단말마다 동일한 인터피어런스(interference) 영향을 끼치는 코드분할다중접속 시스템의 역방향 링크 및 한 사용자가 무선자원을 균등하게 사용하는 시분할다중접속 방식이나 주파수분할다중접속 방식에 사용된다.

그런데 코드분할다중접속 시스템에서 무선 용량을 결정하는 가장 큰 요소는 기지국의 송신 전력이며, 기지국의 송신 전력 한계로 인해 한 셀의 용량이 결정된다. 그리고 순방향 링크의 경우 기지국으로부터 비교적 가까이 있는 사용자에게는 비교적 작은 전력을 할당하고 기지국으로부터 멀리 있는 사용자에게는 큰 전력을 할당하는 방식을 사용한다. 때문에 코드분할다중접속 시스템의 순방향 링크에서는 전력 제어로 인한 각 단말로의 차등적인 기지국 송신 전력의 영향을 고려해야 한다. 그런데 얼랑 B공식은 기지국 송신 전력을 전혀 고려하지 않기 때문에 현실적으로 실장할 채널 개수를 도출하기에는 무리가 있다.

따라서, 본 발명의 목적은 코드 다중 분할 방식 무선가입자망 시스템의 순방향 링크에서 무선 용량을 결정하는 기지국 송신 전력을 고려하여 기지국에 실장해야 하는 채널 개수를 도출하는 방법을 제공함에 있다.

상기 이러한 본 발명의 목적을 달성하기 위한 방법은 다수의 기지국을 포함하는 코드분할다중접속 시스템에서, 기지국의 순방향 링크에서 채널 개수를 산출하는 방법에 있어서, 상기 기지국의 환경을 고려하여 평균 동시 사용자 수를 선정하고 상기 선정된 평균 동시 사용자 수를 이용하여 상기 기지국의 서비스 영역 내의 동시 사용자 수의 분포 및 상기 기지국의 송신 전력 부족 확률을 도출하는 과정과, 상기 전력 부족 확률이 소정의 제1임계값을 초과하는지를 확인하는 과정과, 상기 전력 부족 확률이 상기 제1임계값을 초과하지 않는 경우 상기 서비스 영역내에서 동시 사용자 수에 따른 총 차단 확률이 소정의 제2임계값을 초과하지 않도록 하는 채널 개수를 산출하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 한다.

이하 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 우선 각 도면의 구성 요소들에 참조 부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다.

그리고 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 채널 개수를 산출하는 장치의 구성을 도시한 블록도이다.

상기 도 3을 참조하면, 선정된 평균 사용자 수를 적용하여 동시 사용자 수 및 기지국 송신 전력 부족 확률을 도출하는 시뮬레이션부(310)와, 차단 확률을 계산하는 계산부(320)를 갖고 있다.

도 4은 본 발명의 실시예에 따른 채널 개수를 산출하는 동작을 도시한 흐름도이다.

상기 도 4를 참조하면, 기지국에 실장해야 하는 채널 요소 개수를 도출하기 위해서는, 400단계에서 기지국 주변의 환경 및 인구 분포를 고려하여 셀 내의 평균 동시 사용자 수를 선정한다. 그런 다음 410단계에서 시뮬레이션부(310)는 상기 선정된 평균 동시 사용자 수를 적용하여 실제로 순간적으로 서비스 받고 있는 동시 사용자 수의 분포를 반복적인 실험을 통해 도출한 결과 값을 입력받는다. 여기서 채널 개수는 제한하지 않고, 매 실험마다 선정된 평균 동시 사용자 수는 동일하다. 이때 매 실험마다 평균 동시 사용자를 동일하게 선정하더라도 페이딩 및 샤도잉(shadowing) 등의 요인으로 인해 순간적으로 서비스 받는 사용자 수는 변한다.

그런 다음 420단계에서 시뮬레이션부(310)는 동시 사용자 수에 따른 전력 부족(power outage) 확률을 도출한 결과 값을 입력받는다. 여기서 전력 부족 확률은 기지국 송신 전력이 해당 기지국에서 서비스하는 영역 내의 사용자들이 요구하는 총 전력을 만족하지 못하는 확률로 정의한다. 이와 같은 도출 결과를 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 동시 사용자 수 분포 및 기지국 송신 전력 부족 확률을 도시한 그래프이다.

상기 도 5를 참조하면, 평균 동시 사용자 수는 94명으로 선정하고, 실험을 통해 선정된 평균 동시 사용자 분포를 도출하면 동시 사용자에 따른 분포 확률은 분포 확률 그래프(510)같이 나타난다. 상기 분포 확률 그래프(510)에서 가로축은 동시 사용자 수를 나타낸 것이며, 세로축의 좌우측은 동시 자용자 수에 따른 분포 확률을 나타낸 것이다. 이러한 분포 확률 그래프(510)는 평균 동시 가입자 수인 94명 일때의 4.5%의 분포 확률을 보여준다.

그리고 실험을 통해 전력 부족 확률을 도출하면 동시 사용자에 따른 전력 부족 확률은 전력 부족 확률 그래프(520)에 나타난다. 상기 전력 부족 확률 그래프(520)에서 가로축은 동시 사용자 수를 나타낸 것이고, 우측 세로축은 전력 부족 확률을 나낸 것이다. 여기서 전력 부족 확률은 기지국의 서비스 영역 내의 단말 수가 증가할수록 기지국 송신 전력 부족 확률이 높아지는 현상을 보인다.

430단계에서 시뮬레이션부(310)는 전력 부족 확률을 고려하여 선정된 차단 확률이 5%를 초과하는지를 확인한다. 이때 평균 동시 사용자 수가 5%를 초과하는 경우에는 채널을 늘리더라도 호가 차단되므로 이러한 경우 시뮬레이션부(310)는 주파수 할당(FA : Frequency Allocation)의 증설이 필요한 것으로 판단한다. 반면, 차단 확률이 5%를 초과하지 않는 경우에는 채널 개수 산출부(320)에서 채널 개수 부족을 고려하여 채널 개수를 도출한다.

채널 개수를 도출하기 위해 하기 <수학식 2>을 적용하여 차단 확률을 계산한다. 하기 <수학식 2>에서 "m"은 특정 셀 서비스 영역 내의 평균 동시 사용자 수를 나타내고, "CE"는 기지국내에 실장해야 하는 채널 요소의 개수를 나타낸다. 그리고 "P(n)"은 한 셀에서 서비스 받는 사용자가 n명일 확률을 나타내고, "P_blocking(n)"은 한 셀에서 서비스 받는 사용자가 n명일 때 차단이 발생할 확률을 나타낸다.

상기 <수학식 2>에서 총 차단 확률(P_{Total_blocking})은 한셀에서 서비스 받는 사용자가 n명일 확률과 한 셀에서 서비스 받는 사용자가 n명일 때 차단이 발생할 확률을 곱한 값들의 총 합이다. 여기서 전력 부족 확률이 임계값 5%를 넘지 않도록 선정된 동시 사용자 수를 "m"에 대입한다. 채널 개수 산출부(320)는 채널 개수를 변경하면서 총 차단 확률을 반복 계산한다. 이러한 계산을 통해 총 차단 확률이 5%를 초과하지 않는 채널 개수를 도출한다.

이와 같은 동작에 따라 도출된 기지국 당 실장할 채널 개수 및 총 호 차단 확률과 기존의 방법에 의한 결과를 비교한 예들을 하기 <표 1>과 같이 나타내었다. 하기 <표 1>의 나타낸 값들은 시뮬레이션의 파라미터 설정에 따라 바뀔 수 있다.

상기 <표 1>에 나타낸 바와 같이 셀 내 평균 동시 사용자 수가 작아서 기지국 송신 전력 부족이 많이 발생하지 않는 경우, 기존의 방식은 차단 확률이 임계값인 5%보다 적게 되므로 채널 개수를 필요보다 많이 실장한 상태이다. 그리고 기조의 방식은 셀 내 평균 동시 사용자 수가 늘어남에 따라 기지국 송신 전력 부족이 늘어나므로 총 차단 확률이 5%를 만족할 수 없게 된다. 한편, 마지막 행의 셀 내 평균 동시 사용자 수가 98.11명일 경우에는 기지국 송신 전력 부족만으로도 5%가 넘게 되어 기지국 채널 개수를 많이 늘려도 총 차단 확률인 5%를 만족할 수 없다. 이런 경우 본 발명에 따라 주파수 할당(Frequency Allocation)을 증설한다.

한편, 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시 예에 관하여 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 안되며 후술하는 발명청구의 범위뿐 만 아니라 이 발명청구의 범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

상술한 바와 같이 본 발명은 기지국 송신 전력 및 채널 개수 부족을 고려하기 때문에 총 차단 확률을 임계값 이하로 유지하면서 기지국에서 실제 필요로로 하는 채널 개수를 보다 정확하게 산출할 수 있는 효과가 있다.

도 1는 종래의 얼랑 비 공식을 이용하여 채널 개수를 산출하는 동작을 도시한 흐름도,

도 2은 기지국의 셀내에 위치한 동시 사용자 수 분포를 도시한 그래프,

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 채널 개수를 산출하는 동작을 도시한 흐름도,

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 채널 개수를 산출하는 장치의 구성을 도시한 블록도 이다

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 동시 사용자 수 분포 및 기지국 송신 전력 부족 확률을 도시한 그래프.

Claims (4)

1. 다수의 기지국을 포함하는 코드분할다중접속 시스템에서, 기지국의 순방향 링크에서 채널 개수를 산출하는 방법에 있어서,

   상기 기지국의 환경을 고려하여 평균 동시 사용자 수를 선정하고 상기 선정된 평균 동시 사용자 수를 이용하여 상기 기지국의 서비스 영역 내의 동시 사용자 수의 분포 및 상기 기지국의 송신 전력 부족 확률을 도출한 결과 값을 입력받는 과정과,

   상기 전력 부족 확률이 소정의 제1임계값을 초과하는지를 확인하는 과정과,

   상기 전력 부족 확률이 상기 제1임계값을 초과하지 않는 경우 상기 서비스 영역내에서 동시 사용자 수에 따른 총 차단 확률이 소정의 제2임계값을 초과하지 않도록 하는 채널 개수를 산출하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 상기 방법.
2. 제1항에 있어서,

   상기 전력 부족 확률이 상기 소정의 제1임계값을 초과하는 경우 주파수 할당을 증설하는 과정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 상기 방법.
3. 제1항에 있어서, 상기 채널 개수를 산출하는 과정은,

   상기 전력 부족 확률이 상기 제1임계값을 초과하지 않도록 하는 동시 사용자 수를 선정하는 단계와,

   상기 선정된 동시 사용자 수에 따라 채널 개수를 변경하면서 상기 총 차단 확률을 계산하는 단계와,

   상기 계산된 총 차단 확률이 상기 제2임계값을 초과하지 않도록 하는 채널 개수를 결정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 상기 방법.
4. 제1항에 있어서,

   상기 총 차단 확률은 하기 식과 같이 계산됨을 특징으로 하는 상기 방법.

   여기서 "P_{Total_blocking}(m,CE)는 전력 부족과 채널 개수 부족을 고려한 총 차단 확률이고, "m"은 특정 셀 서비스 영역 내의 평균 동시 사용자 수이고, "CE"는 기지국내에 실장해야 하는 채널 요소의 개수이다. 그리고 "P(n)"은 한 셀에서 서비스 받는 사용자가 n명일 확률이고, "P_blocking(n)"은 한 셀에서 서비스 받는 사용자가 n명일 때 차단이 발생할 확률이다.