KR20050058581A - 고속 무선통신시스템에서 역방향 트래픽 채널의 전송속도제어 장치 및 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 다수의 기지국과, 각 기지국에 접속된 다수의 단말을 구비한 고속 무선통신시스템에서 특정 단말과 접속된 다수의 기지국이 전송하는 전송속도 제어 정보에 의해 상기 특정 단말의 역방향 트래픽 채널의 전송속도를 제어하는 장치로서, 상기 특정 단말은, 상기 접속된 다수의 기지국에 각기 대응하는 다수의 RA(Reverse Activity) 채널로부터 상기 접속된 다수의 기지국이 각기 제공하는 RAB(Reverse Activity Bit) 정보를 수신하는 RA 채널 처리기와, 상기 RA 채널 처리기로부터 제공되는 각 RAB 정보를 바탕으로 CRAB(Combined Reverse Activity Bit)를 판독하는 CRAB 판독기와, 난수 값을 발생시키는 난수 발생기와, 현재의 전송속도에 따른 전송속도 증가확률 또는 감소확률 값과 상기 난수 발생기의 난수 값을 비교하여 ERI(Extended Rate Indicator) 정보를 발생시키는 ERI 발생기와, 상기 ERI 발생기에서 발생된 ERI 값을 저장하는 ERI 저장장치와, 상기 CRAB 판독기로부터 제공되는 CRAB, 기 설정된 상위 계층으로부터 제공되는 데이터, 상기 난수 발생기로부터 제공되는 난수 값, 및 상기 ERI 저장장치에 저장된 이전 패킷 전송 시 사용한 ERI 값을 사용하여, 전송속도를 제어하는 전송속도 제어기와, 상기 ERI 발생기로부터 제공되는 ERI 정보를 기 설정된 ERI 채널을 통해 상기 접속된 다수의 기지국으로 전송하는 ERI 채널 처리기와, 상기 전송속도 제어기로부터 제공되는 RRI(Reverse Rate Indicator) 정보를 기 설정된 RRI 채널을 통해 상기 접속된 다수의 기지국으로 전송하는 RRI 채널 처리기와, 상기 전송속도 제어기에 의해 전송속도가 결정된 데이터를 기 설정된 데이터 채널을 통해 상기 접속된 다수의 기지국으로 전송하는 데이터 채널 처리기로 이루어진다.

Description

고속 무선통신시스템에서 역방향 트래픽 채널의 전송속도 제어 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR RATE CONTROL SCHEME OF REVERSE TRAFFIC CHANNELS IN HIGH-SPEED WIRELESS COMMUNICATION SYSTEMS}

본 발명은 고속 무선통신시스템에서 역방향 트래픽 채널(reverse traffic channels)의 전송속도 제어 장치 및 방법에 관한 것으로, 특히, 고속 무선통신시스템에서 역방향 링크(reverse link)의 과부하(overload)를 효율적으로 방지하면서 적절한 수준의 시스템 성능을 유지하도록 하는 장치 및 방법에 관한 것이다.

1xEV-DO 시스템은 3GPP2(the third Generation Project Partnership 2)라는 북미지역 표준화 기구를 통하여 2000년 10월에 승인된 제3세대 이동통신 표준규격의 하나로, 이전에는 HDR(High Data Rate)이라고 불리기도 하였다. 1xEV-DO라는 이름 자체에서 이 시스템의 특징을 쉽게 파악할 수 있다. 먼저, '1x'는 기존의 협대역 CDMA(Code Division Multiple Access) 시스템인 IS-95의 주파수 대역폭 1.25MHz를 지시한다. 경우에 따라, '1x'라는 용어가 기존의 협대역 CDMA기술 자체를 의미하기도 한다. 다음으로, 'EV'는 'Evolution'의 약자이다. 즉, 1x 시스템을 기반으로 진화된 시스템이라는 의미이고, 제2세대 이동통신시스템에서 제3세대 이동통신 시스템으로 진화하는 성격의 시스템이라고 생각할 수 있다. 마지막으로, 'DO'는 'Data Only'의 약자이다. 다시 말해, 기존의 제2세대 이동통신 시스템과는 달리 인터넷 서비스와 같은 패킷 데이터 통신서비스만을 지원하기 위한 시스템이다. 따라서, 이 시스템은 패킷 데이터의 전송에 맞는 다양한 기법들이 사용되고 있지만, 음성과 같은 실시간 서비스들의 전송 품질은 보장되지 않는다. 실시간 서비스와 비 실시간 서비스를 동일한 주파수 대역에서 지원하기 위하여, 1xEV-DV라는 이름의 표준 규격이 개발 중에 있다. 이때, DV는 'Data & Voice'의 약자이다.

종래의 제2세대 이동통신시스템의 성능을 향상시키기 위한 노력은 2000년 초부터 전세계의 다양한 장비업체들을 중심으로 활발히 이루어졌다. 이 시기에 3GPP2에서는 퀄컴(Qualcomm) 사의 HDR 시스템과 모토롤라(Motorola)의 '1xTreme 시스템'을 중심으로 상호간의 성능평가를 통한 단일 표준을 결정하기 위한 토론이 활발하였다. 이후 단일 표준으로 합의가 이루어지지 않게 되어, 당시에 개발 진도가 가장 앞섰던 HDR 시스템, 즉 현재의 1xEV-DO 시스템을 기반으로 패킷 데이터 서비스 전용의 표준규격을 개발하게 되었다. 이 시스템은 지속적인 갱신과정을 거쳐 2000년 10월에 정식 표준으로 승인 받게 되는데, 3GPP2에서는 C.S0024로, 그리고 TIA/EIA(Telecommunications Industry Association/Electronic Industries Alliance)에서는 IS-856이라는 이름을 부여받았다.

1xEV-DO는 인터넷 트래픽(internet traffic)의 발생 특성을 고려하여 순방향 링크(forward link)의 전송속도의 성능향상에 주력했다. 따라서, 순방향 링크의 전송속도가 역방향 링크의 전송속도보다 높다. 순방향 링크로 최대 2.4Mbps까지 지원할 수 있으며, 역방향 링크로는 153.6kbps까지의 전송속도가 가능하다. 특히, 1xEV-DO 시스템은 기존의 IS-95 시스템과는 다른 주파수 대역을 이용한다. 하지만, IS-95 시스템을 위해 할당받은 주파수 대역 중 일부를 이용할 수 있으므로, 동일한 안테나 시스템을 이용할 수 있는 장점이 있다. 따라서 단말기 및 시스템 제조업체는 IS-95와 동일한 RF(Radio Frequency) 부품들을 다시 사용함으로써 이중모드로 동작하는 IS-95 및 1xEV-DO 단말들을 저렴하게 제공할 수 있다. 이와 함께, 1xEV-DO는 도처에 존재하는 IP 네트워크의 구성요소들을 그대로 사용할 수 있다. 1xEV-DO에 채택된 대표적인 기술로는 적응형 변조 및 코딩(adaptive modulation and coding), 혼합형 자동재송요구(hybrid automatic repeat request), 신속한 채널 피드백 정보(channel feedback information), 다중 사용자 검파(multi??user detection) 등이 있다.

순방향 링크 및 역방향 링크를 통한 기본적인 데이터의 전송단위를 슬롯(slot)이라고 부르고, 각 슬롯은 1.666ms의 길이를 갖는다. 그리고, 슬롯 16개로 구성된 단위를 프레임(frame)이라고 부르고, 하나의 프레임 기간 동안에 전송되는 패킷 자체를 지칭하기도 한다.

도 1은 1xEV-DO 시스템의 순방향 채널구조 및 역방향 채널구조를 나타낸 도면으로, 순방향 채널은 셀 내의 모든 단말들에 의해 공유되는 채널이고, 역방향 채널은 각 단말이 전용하여 사용할 수 있다.

동 도면에 있어서, 순방향 채널은 파일럿(pilot) 채널, MAC(Medium Access Control) 채널, 제어(control) 채널, 및 트래픽 채널로 구성된다. 이때, MAC 채널은 다시 RA(Reverse Activity) 채널과 RPC(Reverse Power Control) 채널로 이루어진다. 이들 채널들은 시 분할 다중화(time division multiplexing)되어 단말들에 전송된다. 파일럿 채널은 시스템 획득(system acquisition), 채널 추정(channel estimation), 및 채널 예측(channel prediction) 등의 용도로 사용된다. RPC 채널은 역방향 트래픽 채널의 송신전력을 조절하는 1비트 정보를 초당 600회의 주기로 전송한다. RA 채널은 역방향 링크의 트래픽 부하량(traffic load)을 단말로 알려주는 1비트 정보인 RAB(Reverse Activity Bit)를 단말로 전송한다. 단말은 RAB 정보에 따라 전송속도를 조절할 수 있다. 제어 채널은 기본적으로 제어 메시지와 시그널리 메시지를 포함하고, 경우에 따라 사용자 트래픽을 전송할 수 있다. 트래픽 채널은 사용자 트래픽을 전송하고, 38.4kbps-2.4576Mbps 사이의 가변 데이터 전송률을 제공한다. 특히, 트래픽 채널은 시간 다중화 기법에 기반하기 때문에, 특정 전송기간에 오직 하나의 단말로 데이터를 전송할 수 있다.

참고로, 1xEV-DO에서 각 단말은 활성집합(active set)을 관리하는데, 여기에는 순방향 채널의 수신 상태가 좋은 기지국들이 포함된다. 단말은 순방향 링크의 수신신호 세기가 임계 값을 넘어서면 해당 기지국을 활성집합에 포함시키고, 활성집합 내의 기지국 수신신호가 임계 값보다 낮아지면 활성집합에서 제거한다. 이와 함께, 단말은 활성집합 내에서 신호의 수신 상태가 가장 좋은 기지국을 선택하여 데이터를 전송 받을 수 있는데, 이 방법은 소프트 핸드오버(soft hand-over)방법과 비교하여 셀 간의 간섭을 줄여준다. 다시 말해, 단말은 데이터 수신시 활성집합 내의 오직 하나의 기지국으로부터 데이터를 수신한다.

역방향 채널은 액세스 채널(access channel)과 트래픽 채널로 구성된다. 액세스 채널은 단말이 기지국과 통신을 초기화하기 위한 목적으로 또는 단말로 전송된 메시지에 응답하기 위하여 사용하고, 파일럿 채널과 데이터 채널로 구성된다. 트래픽 채널은 단말과 기지국 사이에 통신접속이 설정된 후 사용하는 채널이고, 내부에는 파일럿 채널, MAC 채널, ACK(Acknowledgement) 채널, 그리고 데이터 채널로 구성된다. 파일럿 채널은 역방향 채널 추정과 코히런트 디텍션(coherent detection)에 사용된다. MAC 채널은 DRC(Data Rate Control) 채널과 RRI(Reverse Rate Indicator) 채널로 구성된다. 단말은 DRC 채널을 사용하여 순방향 링크의 수신 신호가 가장 좋은 기지국을 지시할 수 있고, 이와 동시에, 순방향 채널의 상태를 고려하여 자신이 수신하고자 하는 순방향 링크의 데이터 전송속도를 기지국에 전달한다. RRI 채널은 함께 전송중인 데이터 채널의 전송속도를 기지국에 알려준다. RRI 채널은 3비트로 구성된 정보를 전송하는데, 이 정보는 매 프레임마다 37번씩 반복되어 전송된다. 이처럼 반복적으로 RRI 정보를 전송하는 이유는, 기지국에서 역방향 데이터의 디코딩 시 RRI 정보가 매우 중요하기 때문이다. ACK 채널은 순방향 링크를 통해 수신된 데이터의 성공여부를 기지국에 알려준다. 마지막으로, 데이터 채널은 9.6kbps - 153.6kbps 사이에서 5가지 종류의 전송속도를 지원한다. 단말은 순방향 링크의 RAB 정보와 1xEV-DO의 고유한 확률모델에 의해 역방향 트래픽 채널의 전송속도를 결정하게 된다.

역방향 트래픽 채널을 구성하는 파일럿, MAC, ACK, 그리고 데이터 채널들은 직교성을 갖는 코드를 사용하여 코드 다중화(code division) 되어 전송된다. 예외적으로, MAC 채널에 속한 RRI 채널은 파일럿 채널과 시간적으로 다중화 되어 전송된다. 데이터 채널의 경우, 5가지의 전송속도는 모두 동일한 확산계수(spreading factor)를 갖게 된다. 따라서, 고속의 전송속도를 보장하기 위하여, 높은 전송속도를 사용할 수록 높은 전력으로 송신해야 한다(CDMA의 전송 특성임). 이와 같은 이유로, 1xEV-DO 표준 규격에서는 각 전송속도별로 파일럿 채널 대비 송신전력 이득(gain)을 제시하고 있다.

역방향 데이터 채널에서 사용하는 전송속도의 종류 R(i)와 각 전송속도에서의 파일럿 채널 대비 송신전력 이득은 표 1과 같다. DRC 채널과 ACK 채널의 송신 전력도 파일럿 채널을 기준으로 한다. 보통, DRC 채널은 ??1.5dB의 이득으로 송신하고, ACK 채널은 4.0dB의 이득으로 송신한다. RRI 채널은 파이럿 채널과 시간 다중화 되어 전송되므로, 송신전력은 파일럿 채널과 동일하다.

심볼	전송속도[kbps]	파일럿 채널 대비 송신전력 이득
R(1)	9.6	3.75
R(2)	19.2	6.75
R(3)	38.4	9.75
R(4)	76.8	13.25
R(5)	153.6	18.50

역방향 트래픽 채널에서, 다른 채널의 송신전력 기준이 되는 파일럿 채널의 송신 전력은 IS-95와 비슷한 전력제어 방식을 따른다. 즉, 무선채널이 겪게 되는 감쇄(fading)의 영향을 보상하기 위하여, 순방향 채널 중 하나인 RPC 채널이 전송하는 1비트 정보인 RPC 정보에 의해 송신전력을 1dB(또는 0.5dB) 단위로 높이거나 낮춘다(1초당 600회). RPC 정보는 해당 단말의 프레임 오율(frame error rate)이나 파일럿 채널의 SNR(Signal to Noise Ratio) 등을 기준으로 설정할 수 있다.

각 단말은 기지국이 전송하는 RAB 정보와 1xEV-DO의 고유한 확률 모델을 사용해 전송속도를 조절한다.

도 2는 1xEV-DO 시스템의 역방향 트래픽 채널을 위한 전송속도 제어를 나타낸 개략도로, 기지국이 전송하는 RAB 정보는 역방향 링크 트래픽의 부하 량을 알려주는데, 이 정보를 수신한 단말은 확률모델을 사용하여 전송속도를 증가 또는 감소, 또는 이전과 동일한 전송속도를 유지할 수 있다. 하나의 기지국이 여러 단말을 제어하는 단일 셀 환경의 경우, 구체적인 전송속도 제어 방법을 보면 다음과 같다.

먼저, 역방향 트래픽의 트래픽 부하 량을 알려주는 RAB 정보는 1비트 정보로 구성된다. 기지국은 자신의 고유한 판단기준을 바탕으로 RAB 정보를 1 또는 0으로 설정할 수 있다. 일반적으로, 역방향 트래픽 부하 량이 특정한 임계 값 Lth를 넘으면 RAB를 1로 설정하고, Lth보다 낮으면 RAB를 0으로 설정한다. 트래픽 부하 량 역시 기지국이 자신의 고유한 판단기준을 사용할 수 있다. 역방향 전송속도 합계, 기지국 총 수신전력 대 잡음비(noise rise over thermal noise), 특정 기간 중 평균 데이터 오류율 등이 역방향 트래픽 부하 량의 기준으로 사용된다. 예로, 역방향 전송속도 합계를 트래픽 부하 량으로 설정하고, Lth를 450 kbps라고 하면, 기지국은 역방향 전송속도 합계 값이 450 kbps를 넘어설 경우 RAB를 1로 설정하고, 그렇지 않으면 0으로 설정하여 전송한다. RAB 정보는 8/16/32/64 슬롯 중 하나의 단위를 사용해 주기적으로 셀 내의 모든 단말에 전송된다.

단말은 새로운 패킷을 전송할 때마다 새로운 전송속도를 선택할 수 있다. 새로운 전송속도는 현재의 전송속도를 기준으로 한 단계 낮거나 한 단계 높은 전송속도를 선택할 수 있다. 경우에 따라서는 현재와 동일한 전송속도를 사용할 수도 있다. RAB 값과 더불어 전송속도 조절에 사용되는 중요한 파라미터는 단말이 저장하고 있는 전송속도 제어확률(rate control probability)인 p(i)와 q(i)이다. 이 전송속도 제어확률 p(i)와 q(i)는 기지국이 단말에 알려주는 값이며, 현재의 전송속도 R(i)에 따라 그 값이 각각 다르다. 상기 전송속도 제어확률 p(i)는 RAB 값이 '0'일 때 사용되며, 상기 전송속도 제어확률 q(i)는 RAB 값이 '1'일 때 사용된다. 이 두 종류의 제어확률을 구분하기 위하여, p(i)를 전송속도 증가확률이라고 부르고, q(i)를 전송속도 감소확률이라고 부르기로 한다.

새로운 패킷을 전송하기 전에 단말은 가장 최근에 수신한 RAB 값을 사용한다. 만약, RAB의 값이 0이면, 단말은 역방향 트래픽의 부하 량에 여유가 있다고 해석하고 전송속도를 높일지 또는 그렇지 않을지를 판단한다. 즉, 단말은 0과 1사이에서 임의의 난수를 발생시켜 이 난수 값이 전송속도 증가확률 p(i)보다 작으면 전송속도를 한 단계 증가시키고, 그렇지 않으면 현재의 전송속도를 그대로 유지한다. 이와 유사한 방법으로, RAB 값이 1이면, 단말은 역방향 트래픽 부하 량을 낮추기 위해 전송속도를 낮출지 그렇지 않을지를 판단한다. 이 경우, 단말은 0과 1사이에서 난수를 발생시켜 이 값이 q(i)보다 작은 경우에는 전송속도를 한 단계 줄이고, 그렇지 않은 경우에는 현재의 전송속도를 그대로 유지한다.

여러 개의 셀들이 존재하는 셀룰러 환경에서의 전송속도 제어 방법은 상술한 단일 셀 환경과 거의 동일하다. 유일한 차이점은 셀룰러 환경의 경우, 단말은 활성집합내의 여러 개의 기지국으로부터 서로 다른 RAB 값을 수신할 수 있다는 것이다. 예로, 단말이 활성집합 내에 새 개의 기지국을 관리하고 있고, 기지국 1과 2에서는 RAB의 값이 0이고, 기지국 3의 RAB가 1인 경우를 가정해 보자. 만약, 단말이 전송속도를 높인다면 기지국 3이 관리하는 영역에서의 역방향 트래픽 부하량은 임계 값을 훨씬 넘어서게 될 것이다. 이와 같은 사태를 방지하기 위하여, 단말은 활성집합 내의 모든 RAB 값들이 0으로 설정된 경우에만 데이터의 전송속도를 높일 수 있도록 한다. 이를 위해, 단말에서는 CRAB라는 값을 유지 관리하는데, 이 값은 활성집합 내의 모든 기지국에서 보내는 RAB 값이 0인 경우에만 0으로 설정되고, 적어도 하나의 기지국에서 RAB 값이 1이라면 CRAB 값은 1로 설정한다. 따라서, 셀룰러 환경의 경우, 단말은 특정 기지국의 RAB 값이 아니라 CRAB의 값에 따라 전송속도를 조절한다.

도 3은 단말에서의 전송속도를 제어하기 위한 종래의 기술에 따른 단말의 내부 구조를 나타낸 블록도로, 순방향 링크를 통해 데이터를 수신하는 수신부와, 역방향 링크를 통해 데이터를 송신하는 송신부로 구성된다. 이때, 실선 화살표는 데이터 정보의 전달 방향성을 의미하고, 파선 화살표는 제어 정보의 전달 방향성을 의미한다.

동 도면에 있어서, 단말의 물리계층(10)에서는 무선 구간을 통한 데이터의 송수신과 직접적으로 관련된 다양한 신호처리 기능을 수행한다. 이 과정에는 데이터의 코딩, 변조, 신호처리, 전력제어, RF 설정 등과 같은 다양한 기능들을 포함할 수 있다. 데이터 채널을 통해 전송되는 데이터는 전송속도제어기에 의해 전송속도가 조절되어 기지국으로 송신된다. 전송속도제어기는 전송속도를 결정하기 위하여 다수의 RAB 정보와 난수 값을 전달받는다. RAB 정보는 수신부에서 여러 개의 기지국이 전송하는 각각의 RA 채널을 통하여 각기 수신되며, CRAB 판독기에서 0 또는 1로 판독되어 전송속도 제어기에 전달된다. 이와 함께, 전송속도 제어기에 전달되는 난수 값은 난수 발생기에서 0과 1 사이의 범위에서 생성되고, 전송속도 증가확률 또는 감소확률과 비교하는 과정을 거쳐 최종적인 데이터 전송속도를 결정하는데 사용된다. 그리고, 전송속도제어기는 데이터의 전송속도 정보인 RRI 정보를 데이터 채널과는 구별되는 RRI 채널을 통해 기지국으로 전송한다.

도 4는 셀룰러 환경에서의 종래 전송속도 제어 방법을 단계별로 나타낸 순서도로, 단말의 "전송속도 제어기" 내부에서 처리되는 전송속도 결정 방법을 보여준다.

먼저, 단말은 처음으로 패킷을 전송할 때 R(1)의 전송속도를 이용하여 전송을 시작한다. 모든 패킷을 전송한 후 다시 패킷을 전송하기 시작할 경우에도 R(1)의 전송속도를 사용한다. 참고로, 단말이 전송할 수 있는 최대 전송속도는 153.6kbps이지만, 기지국은 단말에 전송속도의 한계 값을 개별적으로 지시할 수 있다.

종래의 전송속도 제어는 기지국이 전송하는 RAB 값과 전송속도 증가확률 및 감소확률에 의하여 그 성능이 크게 좌우된다. 도 5는 종래의 기술에 따라 전송속도가 제어된 예를 나타낸 도면으로, 역방향 전송속도 합계를 역방향 트래픽 부하 량으로 설정했으며, 기지국은 역방향 전송속도 합계가 350 kbps를 넘으면, RAB를 1로 설정하고, 그렇지 않으면 RAB를 0으로 설정한다(즉, Lth=350 kbps). 본 예제에서 각 단말이 이용하는 전송속도 증가확률 및 감소확률은 표 2와 같다.

i	1	2	3	4	5
R(i)	9.6 kbps	19.2 kbps	38.4 kbps	76.8 kbps	153.6 kbps
p(i)	0.40	0.20	0.10	0.05	0
q(i)	0	0.1	0.3	0.6	0.9

도 5에서 볼 수 있듯이, 종래의 전송속도 제어 방법은 트래픽 부하량이 임계 값 350 kbps를 넘어서게 되면 트래픽 부하량이 임계 값 아래로 떨어지도록 동작하고, 그 반대의 경우에는 트래픽 부하량이 증가하도록 동작하여, 결과적으로 트래픽 부하량이 350 kbps 부근에서 유지되도록 해준다.

고유한 기술적인 문제에 의해, CDMA 시스템은 상호 간섭에 의한 영향에 의해 성능이 결정되는데, 1xEV-DO 시스템 역시 CDMA 기술에 기반하고 있는 시스템이므로 그 성능은 역방향 트래픽의 부하량에 의해 크게 좌우된다. 즉, 역방향 트래픽의 부하량이 어느 한도를 넘어서면 시스템의 전체적인 성능이 현저히 떨어지게 된다. 여기에서는 이 한계 값을 Lmax라고 표기하고, 역방향 트래픽 부하량이 Lmax를 넘어서는 경우를 과부하 상태라고 부르기로 한다. 따라서, 1xEV-DO 시스템은 정상적인 역방향 링크의 성능을 지원하기 위하여 역방향 트래픽 부하량을 Lmax보다 낮은 값으로 유지하여 과부하 상태(overload state)를 방지해야 한다. 하지만, 종래의 방법에서는 도 5에서 볼 수 있듯이, 트래픽이 Lth를 기준으로 진동하고, 그 진동폭은 전송속도 증가확률 및 감소확률 등과 같은 파라미터에 크게 의존하고 있다. 이와 함께, 종래 방법은 확률적인 모델을 바탕으로 하기 때문에, 트래픽 부하량을 항상 Lmax 이하로 유지하기가 수월하지 않다. 예로, 도 5에서 Lmax가 400 kbps라면 제어된 역방향 트래픽 부하량은 수시로 Lmax 값을 넘어서고 있음을 볼 수 있다. 이와 같은 과부하 상태의 빈도를 줄일 수 있는 방법은 Lth를 낮게 설정하여 Lth와 Lmax의 격차를 벌이는 방법이 있을 수 있다. 하지만, Lth의 값을 낮게 설정하면 대부분의 역방향 트래픽은 Lth를 중심으로 진동하게 되므로, 그만큼 1xEV-DO 역방향 링크의 전체적인 성능이 떨어지게 된다. 이와 같은 이유로, 종래의 역방향 전송속도 제어 방법은 그 불안정한 동작 특성과 과부하를 방지할 수 있는 장치가 마련되어 있지 않아 시스템의 성능이 저하될 소지가 있다.

본 발명은 상술한 종래 기술의 결점을 감안하여 안출한 것으로, 고속 무선통신시스템에서 단말들은 간단한 동작 정보를 기지국에 전송하여 기지국이 역방향 트래픽 부하량을 예측할 수 있도록 하고, 기지국은 그 예측된 트래픽 부하량을 바탕으로 역방향 채널이 과부하 상태에 이르기 이전에 단말의 전송속도를 제어할 수 있는 제어 정보를 단말에 전송하여 역방향 링크의 과부하 율(overload probability)을 현저히 줄이면서 적절한 수준의 역방향 링크 성능을 유지하도록 하는 역방향 트래픽 채널의 전송속도 제어 장치 및 방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.

이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 다수의 기지국과, 각 기지국에 접속된 다수의 단말을 구비한 고속 무선통신시스템에서 특정 단말과 접속된 다수의 기지국이 전송하는 전송속도 제어 정보에 의해 상기 특정 단말의 역방향 트래픽 채널의 전송속도를 제어하는 장치로서, 상기 특정 단말은, 상기 접속된 다수의 기지국에 각기 대응하는 다수의 RA(Reverse Activity) 채널로부터 상기 접속된 다수의 기지국이 각기 제공하는 RAB(Reverse Activity Bit) 정보를 수신하는 RA 채널 처리기와, 상기 RA 채널 처리기로부터 제공되는 각 RAB 정보를 바탕으로 CRAB(Combined Reverse Activity Bit)를 판독하는 CRAB 판독기와, 난수 값을 발생시키는 난수 발생기와, 현재의 전송속도에 따른 전송속도 증가확률 또는 감소확률 값과 상기 난수 발생기의 난수 값을 비교하여 ERI(Extended Rate Indicator) 정보를 발생시키는 ERI 발생기와, 상기 ERI 발생기에서 발생된 ERI 값을 저장하는 ERI 저장장치와, 상기 CRAB 판독기로부터 제공되는 CRAB, 기 설정된 상위 계층으로부터 제공되는 데이터, 상기 난수 발생기로부터 제공되는 난수 값, 및 상기 ERI 저장장치에 저장된 이전 패킷 전송 시 사용한 ERI 값을 사용하여, 전송속도를 제어하는 전송속도 제어기와, 상기 ERI 발생기로부터 제공되는 ERI 정보를 기 설정된 ERI 채널을 통해 상기 접속된 다수의 기지국으로 전송하는 ERI 채널 처리기와, 상기 전송속도 제어기로부터 제공되는 RRI(Reverse Rate Indicator) 정보를 기 설정된 RRI 채널을 통해 상기 접속된 다수의 기지국으로 전송하는 RRI 채널 처리기와, 상기 전송속도 제어기에 의해 전송속도가 결정된 데이터를 기 설정된 데이터 채널을 통해 상기 접속된 다수의 기지국으로 전송하는 데이터 채널 처리기를 포함하는 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다.

먼저, 다수의 기지국과 다수의 단말로 구성된 셀룰러 환경의 고속 무선통신시스템에서 각 단말은 기지국에 간단한 동작 정보를 전송하여, 기지국이 역방향 트래픽 부하량을 쉽게 예측할 수 있도록 한다. 이 동작 정보는 단말이 다음 패킷을 전송할 때, 전송속도를 현재의 값보다 높일 것인지 또는 그대로 유지할 것인지를 의미하는 1비트 정보이다. 본 발명에서는 이 정보를 ERI(Extended Rate Indicator) 정보라고 부르기로 한다. 예로, ERI=1이면 전송속도를 증가하겠다는 의미를 갖고, ERI=0이면 전송속도를 그대로 유지하겠다는 의미를 갖는다. 하지만, ERI 정보를 통해 단말의 다음 전송속도가 확정적으로 결정되는 것은 아니다. 단말은 기지국의 승인을 받을 경우에만 전송속도를 증가시킬 수 있고, 그렇지 않은 경우에는 전송속도를 증가시키지 않는다. 구체적인 단말의 전송속도 조절 방법은 뒷 부분에서 설명하기로 한다.

기지국은 ERI 정보와 RRI 정보를 결합하여 해당 단말이 다음 패킷의 전송에 사용할 전송속도를 예측할 수 있다. 예로, RRI 값에 의해 현재의 전송속도가 19.2kbps이고 ERI=1이라면, 기지국은 해당 단말이 다음 패킷을 전송할 때 사용할 전송속도가 38.4 kbps임을 알 수 있다. ERI 정보는 RRI 채널과 함께 시간적으로 다중화 되어 전송하거나 새로운 역방향 채널을 추가하여 전송될 수 있을 것이다. 이 채널을 "ERI 채널" 이라고 부르기로 한다.

도 6은 본 발명에 따른 단말 장치의 내부구조를 나타낸 블록도로, 수신부(20)와 송신부(30)로 구성된다. 상기 수신부(20)는 RA 채널 처리기(22) 및 CRAB 판독기(24)로 이루어지고, 상기 송신부(30)는 난수 발생기(32), ERI 발생기(34), ERI 저장장치(36), 전송속도 제어기(38), 데이터 채널 처리기(40), RRI 채널 처리기(42), 및 ERI 채널 처리기(44)로 이루어진다. 이때, 실선 화살표는 데이터 정보의 전달 방향성을 의미하고, 파선 화살표는 제어 정보의 전달 방향성을 의미한다. 상기 RA 채널 처리기(22), 데이터 채널 처리기(40), RRI 채널 처리기(42), 및 ERI 채널 처리기(44)는 물리 계층(50)에 해당된다.

동 도면에 있어서, 수신부(20) 내의 RA 채널 처리기(22)는 다수의 기지국에 각기 대응하는 다수의 RA 채널로부터 각 RAB 정보를 수신하여 CRAB 판독기(24)로 제공한다. 상기 RA 채널은 역방향 링크의 트래픽 부하량을 단말로 알려주는 1비트 정보인 RAB를 단말로 전송한다. 활성집합 내의 모든 기지국이 RAB=0을 전송할 경우에만 CRAB의 값이 0이 된다. 그렇지 않으면 CRAB 값은 1이 된다.

CRAB 판독기(24)는 RA 채널 처리기(22)로부터 각 RAB 정보를 제공받아 CRAB를 판독하여, 송신부(30) 내의 전송속도 제어기(38)로 그 판독된 CRAB를 전달한다.

난수 발생기(32)는 0과 1사이의 난수 값을 발생시킨다.

ERI 발생기(34)는 현재의 전송속도에서 정의된 전송속도 증가확률 p(i) 값과 난수 발생기(32)의 난수 값을 비교하여 ERI 정보를 발생시킨다. ERI 발생기(34)는 난수 발생기(32)에서 발생한 난수 값이 전송속도 증가확률 p(i)보다 작은 경우에는 ERI 값을 1로 설정하고, 그렇지 않은 경우에는 ERI 값을 0으로 설정한다.

ERI 저장장치(36)는 ERI 발생기(34)에서 발생된 ERI 값을 저장하여, 전송속도 제어기(38)가 다음 패킷의 전송속도를 결정할 때 사용되도록 한다.

전송속도 제어기(38)는 CRAB 판독기(24)로부터 전달되는 CRAB, 상위 계층으로부터 제공되는 데이터, 난수 발생기(32)로부터 제공되는 난수 값, 및 ERI 저장장치(36)에 저장된 이전 패킷을 전송할 때 사용한 ERI 값을 사용하여 전송속도를 제어한다. 이와 같은 전송속도 제어기(38)에서 사용된 전송속도 제어 방법을 상세히 보면, 다음과 같다.

기지국은 모든 단말들로부터 수신된 RRI와 ERI 정보를 통해 역방향 링크의 트래픽 부하량을 예측한다. 보다 안정적인 동작과 무선 채널의 불확실성을 고려하여, 기지국은 Lmax보다 작은 값을 기준값으로 사용하여 RAB를 설정할 수 있다. 이 값을 Leri라고 정의하면, 기지국은 트래픽 부하량이 Leri값보다 작은 경우 RAB를 0으로 설정하고, 그렇지 않으면 RAB를 1로 설정한다. Leri값은 Lmax의 값과 같거나 작은 값으로 설정한다.

CRAB의 값이 0인 경우, ERI=1로 설정하여 전송했던 단말들만 전송속도를 한 단계씩 높인다면, 활성집합 내의 모든 기지국에서 트래픽 부하량이 Lmax를 넘지 않게 된다. 따라서, CRAB가 0이면, ERI=1로 설정하여 전송했던 단말들은 다음 패킷을 전송할 때 전송속도를 높여서 전송하고, ERI=0으로 설정하여 전송했던 단말들은 현재의 전송속도를 그대로 유지한다.

반면, CRAB=1인 경우, 만약 ERI=1로 설정하여 전송한 단말들이 전송속도를 높이게 되면, RAB를 1로 설정했던 기지국에서는 역방향 트래픽 부하량이 Lmax를 넘게 된다. 따라서, 이 경우에는 ERI=1로 설정한 단말들이라 하더라도 전송속도를 높여서는 안된다. 따라서, CRAB가 1이면, ERI의 값에 관계없이 모든 단말들은 0과 1 사이에서 난수를 발생시켜 이 값이 q(i)보다 작게 되면 전송속도를 줄이고, q(i)보다 크게 되면 현재의 전송속도를 유지하는 방법을 사용한다.

각 단말이 ERI 값을 설정하는 방법은 전송속도 증가확률 p(i)를 통하여 이루어진다. 즉, 현재의 전송속도가 R(i)인 단말은 최근에 수신한 RAB 값에 관계없이 0과 1사이에서 난수를 발생시켜 이 값이 p(i)보다 작은 경우에는 ERI를 1로 설정해 전송하고, p(i)보다 큰 경우에는 ERI를 0으로 설정하여 전송한다.

ERI 채널 처리기(44)는 ERI 발생기(34)로부터 ERI 정보를 제공받아 ERI 채널을 통해 전송한다.

RRI 채널 처리기(42)는 전송속도 제어기(38)로부터 데이터의 전송속도 정보인 RRI 정보를 제공받아 RRI 채널을 통해 전송한다.

데이터 채널 처리기(40)는 전송속도 제어기(38)에 의해 전송속도가 결정된 데이터를 제공받아 데이터 채널을 통해 전송한다.

도 7은 본 발명에 따른 단말의 역방향 트래픽 채널의 전송속도 제어 방법을 단계별로 나타낸 순서도이다.

단말은 각 패킷을 전송하기 전에 전송속도 증가확률 p(i)에 의해 ERI 값을 결정한다. 즉, 단말은 0과 1 사이의 난수를 발생시켜, 이 난수 값이 전송속도 증가확률 p(i)보다 작으면 ERI를 1로 설정하고, 이 난수 값이 전송속도 증가확률 p(i) 이상이면 ERI를 0으로 설정한다.

단말은 패킷의 전송 시 ERI 값, RRI 정보를 기지국으로 전송한다.

단말은 다수의 기지국으로부터 각기 수신된 RAB를 기반으로 CRAB를 결정하고, 이 값이 '0'이면, ERI=1로 설정하여 전송한 경우에만 전송속도를 한 단계 높이고, ERI를 0으로 설정하여 전송한 경우에는 현재의 전송속도를 그대로 사용한다.

단말은 다수의 기지국으로부터 각기 수신된 RAB를 기반으로 CRAB를 결정하고, 이 값이 '1'이면, ERI 값에 관계없이 0과 1사이의 난수를 발생시켜, 이 값이 전송속도 감소확률 q(i) 보다 작으면 전송속도를 한 단계씩 낮추고, 그렇지 않으면 현재의 전송속도를 그대로 유지한다. 이렇게 결정된 전송속도는 다음 패킷의 전송속도로 사용된다.

상술한 종래의 방법과 본 발명의 성능을 단일 셀 환경에서 과부하율과 평균전송효율의 측면에서 비교하면 다음과 같다. 이때, Lmax = 450kbps로 가정하고, 전송속도 증가확률 및 감소확률은 표 2의 값을 사용하기로 한다. 여기에서 과부하율은 역방향 트래픽 부하량이 450 kbps를 넘는 비율을 의미하고, 평균전송효율은 역방향 전송속도 합계의 평균값을 의미한다. 보다 현실적인 상황을 고려하기 위하여, 본 비교에서는 단말들이 5%의 수신오율을 가지고 RAB를 수신한다고 가정한다. 예로, 기지국이 RAB=1의 값을 전송하는 경우, 각 단말들은 5%의 확률로 이 값을 0으로 디코딩한다. 본 발명에서 기지국이 RAB를 설정할 때 사용하는 기준값인, Leri는 Lmax와 동일한 450 kbps를 사용한다.

도 8 및 도 9는 셀 내의 단말 수를 증가시키면서 종래의 성능과 본 발명의 성능을 비교하기 위한 도면으로, 모든 경우에서 제안된 방법의 과부하 율은 종래의 방법보다 현저히 낮은 값을 갖음을 알 수 있다. Lth=390kbps인 종래의 방법은 제안된 방법과 거의 동일한 평균전송효율을 보여주고 있다. 하지만, 이에 해당하는 과부하 율은 제안된 방법과 비교하여 매우 높음을 알 수 있다. 특히, 종래 방법의 경우 Lth를 줄임에 따라 과부하율은 점점 줄어들게 되지만, 이에 따라 역방향 전송속도도 함께 줄어들므로 Lth를 줄여 과부하율을 낮추는 방법은 좋은 해결책이 아님을 알 수 있다. 이러한 비교 결과로부터, 본 발명이 1xEV-DO 역방향 트래픽 채널의 과부하를 효율적으로 낮추는 동시에 적절한 수준의 성능(평균전송효율)을 보장하고 있음을 알 수 있다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에서는 기지국이 역방향 트래픽 부하량을 예측하고, 이를 바탕으로 역방향 채널이 과부하 상태에 도달하기 이전에 단말의 전송속도를 제어할 수 있는 제어 정보를 순방향 링크를 통하여 전송하여 역방향 링크의 과부하 율을 현저히 줄여준다. 역방향 링크의 과부하를 줄임으로써, CDMA기술을 사용하는 1xEV-DO 시스템의 성능을 크게 향상시킬 수 있다. 특히, 본 발명은 단말의 동작 정보인 1비트 정보를 기지국으로 전송하면 되므로, 종래의 시스템을 최소로 수정하여 큰 효과를 기대할 수 있다. 이 1비트 정보의 전송은 새로운 역방향 채널을 추가하거나, RRI 정보를 4비트(3비트는 RRI 정보, 1비트는 ERI 정보)로 확장시키는 방법으로 구현될 수 있다.

도 1은 1xEV-DO 시스템의 순방향 채널구조 및 역방향 채널구조를 나타낸 도면,

도 2는 1xEV-DO 시스템의 역방향 트래픽 채널을 위한 전송속도 제어를 나타낸 개략도,

도 3은 단말에서의 전송속도를 제어하기 위한 종래의 기술에 따른 단말의 내부 구조를 나타낸 블록도,

도 4는 셀룰러 환경에서의 종래 전송속도 제어 방법을 단계별로 나타낸 순서도,

도 5는 종래의 기술에 따라 전송속도가 제어된 예를 나타낸 도면,

도 6은 본 발명에 따른 단말 장치의 내부구조를 나타낸 블록도,

도 7은 본 발명에 따른 단말의 역방향 트래픽 채널의 전송속도 제어 방법을 단계별로 나타낸 순서도,

도 8 및 도 9는 셀 내의 단말 수를 증가시키면서 종래의 성능과 본 발명의 성능을 비교하기 위한 도면.

Claims (9)

1. 다수의 기지국과, 각 기지국에 접속된 다수의 단말을 구비한 고속 무선통신시스템에서 특정 단말과 접속된 다수의 기지국이 전송하는 전송속도 제어 정보에 의해 상기 특정 단말의 역방향 트래픽 채널의 전송속도를 제어하는 장치로서,

   상기 특정 단말은,

   상기 접속된 다수의 기지국에 각기 대응하는 다수의 RA(Reverse Activity) 채널로부터 상기 접속된 다수의 기지국이 각기 제공하는 각 RAB(Reverse Activity Bit) 정보를 수신하는 RA 채널 처리기와,

   상기 RA 채널 처리기로부터 제공되는 각 RAB 정보를 바탕으로 CRAB(Combined Reverse Activity Bit)를 판독하는 CRAB 판독기와,

   난수 값을 발생시키는 난수 발생기와,

   현재의 전송속도에 따른 전송속도 증가확률 또는 감소확률 값과 상기 난수 발생기의 난수 값을 비교하여 ERI(Extended Rate Indicator) 정보를 발생시키는 ERI 발생기와,

   상기 ERI 발생기에서 발생된 ERI 값을 저장하는 ERI 저장장치와,

   상기 CRAB 판독기로부터 제공되는 CRAB, 기 설정된 상위 계층으로부터 제공되는 데이터, 상기 난수 발생기로부터 제공되는 난수 값, 및 상기 ERI 저장장치에 저장된 이전 패킷 전송 시 사용한 ERI 값을 사용하여, 전송속도를 제어하는 전송속도 제어기와,

   상기 ERI 발생기로부터 제공되는 ERI 정보를 기 설정된 ERI 채널을 통해 상기 접속된 다수의 기지국으로 전송하는 ERI 채널 처리기와,

   상기 전송속도 제어기로부터 제공되는 RRI(Reverse Rate Indicator) 정보를 기 설정된 RRI 채널을 통해 상기 접속된 다수의 기지국으로 전송하는 RRI 채널 처리기와,

   상기 전송속도 제어기에 의해 전송속도가 결정된 데이터를 기 설정된 데이터 채널을 통해 상기 접속된 다수의 기지국으로 전송하는 데이터 채널 처리기

   를 포함하는 고속 무선통신시스템에서 역방향 트래픽 채널의 전송속도 제어 장치.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 ERI 발생기는, 상기 난수 값이 상기 전송속도 증가확률보다 작은 경우 상기 ERI 값을 1로 설정하고, 상기 난수 값이 상기 전송속도 증가확률 이상인 경우에는 상기 ERI 값을 0으로 설정하는 것을 특징으로 하는 고속 무선통신시스템에서 역방향 트래픽 채널의 전송속도 제어 장치.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 ERI 채널 처리기는, 상기 ERI 발생기로부터 제공되는 ERI 정보를 코드 다중화 채널을 통해 상기 접속된 다수의 기지국으로 전송하는 것을 특징으로 하는 고속 무선통신시스템에서 역방향 트래픽 채널의 전송속도 제어 장치.
4. 제 1 항에 있어서,

   상기 ERI 채널 처리기는, 상기 ERI 발생기로부터 제공되는 ERI 정보를 상기 RRI 정보와 시간적으로 다중화 시켜 상기 접속된 다수의 기지국으로 전송하는 것을 특징으로 하는 고속 무선통신시스템에서 역방향 트래픽 채널의 전송속도 제어 장치.
5. 다수의 기지국과, 각 기지국에 접속된 다수의 단말을 구비한 고속 무선통신시스템에서 특정 단말과 접속된 다수의 기지국이 전송하는 전송속도 제어 정보에 의해 상기 특정 단말의 역방향 트래픽 채널의 전송속도를 제어하는 방법으로서,

   상기 특정 단말이 특정 패킷의 전송 전에 전송속도 증가확률에 의해 ERI(Extended Rate Indicator) 값을 결정하는 제 1 단계와,

   상기 패킷의 전송시, 상기 결정된 ERI 값, RRI(Reverse Rate Indicator) 정보를 상기 접속된 다수의 기지국으로 전송하는 제 2 단계와,

   상기 접속된 다수의 기지국으로부터 각기 수신된 RAB(Reverse Activity Bit)를 바탕으로 CRAB(Combined Reverse Activity Bit)의 값에 따라 전송 속도를 결정하는 제 3 단계

   를 포함하는 고속 무선통신시스템에서 역방향 트래픽 채널의 전송속도 제어 방법.
6. 제 5 항에 있어서,

   상기 제 1 단계는, 0과 1 사이의 난수를 발생시켜, 상기 난수 값이 상기 전송속도 증가확률보다 작으면 상기 ERI를 1로 결정하고, 상기 난수 값이 상기 전송속도 증가확률 이상이면 상기 ERI를 0으로 결정하는 것을 특징으로 하는 고속 무선통신시스템에서 역방향 트래픽 채널의 전송속도 제어 방법.
7. 제 5 항에 있어서,

   상기 제 3 단계는, 상기 CRAB의 값이 '0'이면, 상기 ERI 값이 1인 경우 전송속도를 한 단계 높이고, 상기 ERI 값이 0인 경우에는 현재의 전송속도를 그대로 사용하는 것을 특징으로 하는 고속 무선통신시스템에서 역방향 트래픽 채널의 전송속도 제어 방법.
8. 제 5 항에 있어서,

   상기 제 3 단계는, 상기 CRAB의 값이 '1'이면, 0과 1 사이의 난수를 발생시켜, 상기 난수 값이 전송속도 감소확률보다 작으면 전송속도를 한 단계씩 낮추고, 상기 난수 값이 전송속도 감소확률 이상이면 현재의 전송속도를 유지하는 것을 특징으로 하는 고속 무선통신시스템에서 역방향 트래픽 채널의 전송속도 제어 방법.
9. 다수의 기지국과, 각 기지국에 접속된 다수의 단말을 구비한 고속 무선통신시스템에서 특정 단말과 접속된 다수의 기지국이 전송하는 전송속도 제어 정보에 의해 상기 특정 단말의 역방향 트래픽 채널의 전송속도를 제어하는 방법으로서,

   상기 접속된 다수의 기지국에게 단말의 차기 전송속도를 알려주는 제 1 단계와,

   상기 접속된 다수의 기지국으로부터 상기 전송속도의 수용여부를 지시하는 전송속도 제어 정보를 수신하는 제 2 단계와,

   상기 수신한 전송속도 제어 정보에 의해 차기 전송속도를 결정하는 제 3 단계와,

   상기 결정된 차기 전송속도에 의해 패킷을 전송하는 제 4 단계

   를 포함하는 고속 무선통신시스템에서 역방향 트래픽 채널의 전송속도 제어 방법.