KR100198954B1 - 도시고속도로상에서의 부호분할다중접속(cdma) 채널할당방법 - Google Patents

Abstract

1. 청구범위에 기재된 발명이 속한 기술분야

도시고속도로상에서의 부호분할다중접속(CDMA) 채널할당방법

2. 발명이 해결하려고 하는 기술적 과제

각 방향별 사용 트래픽 채널수를 각 방향의 트래픽 밀도에 비례하여 할당하므로써 간섭량의 분산치를 작게함.

3. 발명의 해결방법의 요지

방향별 발생빈도 비율을 계산하여 발신호 빈도에 따라 상행용과 하행용 별도의 RF 채널 세트(set)를 만드는 단계; 주기적인 상하행 발생빈도 측정을 위한 타이머를 설정하여 준비상태가 되는 단계; 타이머 종료 상태가 발생하면 상기 방향별 발생빈도 비율을 계산하는 단계로 복귀하고, 신규호 혹은 핸드오프 호가 발생하면, 상하행을 구분하는 단계; 상행인 경우 채널 여유가 있으면 상행용 RF 채널을 할당하는 단계; 및 하행인 경우 하행용 채널 여유가 있으면 하행용 RF 채널을 할당하는 단계를 포함함.

4. 발명의 중요한 용도

전체 용량의 증대는 물론 셀간 동일 RF 채널별 수용용량이 비슷하므로 셀간 소프트핸드오프의 비율을 높히는데 이용됨.

Description

도시고속도로상에서의 부호분할다중접속(CDMA) 채널할당방법

본 발명은 부호분할다중접속(CDMA: Code Division Multiple Access) 셀룰러 시스템을 이용하여 이동가입자를 서비스하는 CDMA 채널할당방법에 관한 것으로, 특히 도시 고속도로상에서 이동국의 이동방향에 따라 사용 채널을 달리하여 간섭량의 분산치를 작게하는 CDMA 채널할당방법에 관한 것이다.

일반적으로 CDMA 시스템에서의 시스템 용량은 자신의 셀내 이동국과 타 셀에 있는 이동국에 의해 발생하는 간섭에 의해 결정된다. 또한, 차량 이동속도, 트래픽 분포, 전파 환경에 따라 간섭량 및 그 분산치가 다르다. 간섭량이 작을수록, 그리고 그 분산치가 작을수록 수용 용량이 커진다.

즉, 셀당 차량수가 거의 일정하더라도 차량 이동에 의하여 각 무선 주파수(RF: Radio Frequency) 채널당 수용 가능한 차량이 셀내 불균형하게 분포될 수 있다. 만일 어느 특정 RF 채널을 사용하는 차량들에 의해 인접 셀에 미치는 간섭량은 긴 시간에 걸쳐 간섭량의 평균이 일정하더라도 임의의 시점에 임의의 특정 RF 채널을 이용하는 차량들이 셀 경계에 집중하게 되면 그 간섭량이 증가하게 된다.

따라서, 인접 셀의 RF 채널의 수용용량은 감소하게 되므로, RF 채널별 서비스 차량들이 임의의 한지점으로 집중하지 않도록 이를 분산하는 방법이 요구되었다.

한편, 아날로그 시스템이나 시분할다중접속(TDMA: Time Division Multiple Access) 셀룰러 시스템의 다이나믹 채널 할당(DCA: Dynamic Channel Assignment)에서는 주파수 재사용율을 높히기 위하여 이동방향을 고려한 채널할당을 하고 있다.

그런데, 이러한 다이나믹 채널 할당(DCA) 방법은 단위 셀에서의 급격한 용량 증대에 대처 가능하면서도 주파수 재사용율 주파수재사용거리/셀반경(D/R)이 고정할당방식보다 우수하거나 같아 차량의 위치에 따라 채널할당의 기준 D/R의 변경에 의한 용량증대방안이나 차량의 속도와 방향 정보를 이용한 DCA 용량 증대방안들에 대한 연구가 많이 진행되었다.

그러나, 이러한 방안들은 기존 DCA 방식에서 용량증대방안이라기 보다는 핸드오프에 따른 강제절단호손율이나 하드핸드오프를 줄이는 방안으로서 제안되어 별다른 용량 증대는 없지만 CDMA에 있어서 간섭은 시스템용량에 절대적인 영향을 미치는 요소로서 이를 적절히 제어함으로서 용량증대를 꽤할 수 있다.

따라서, 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 극복하기 위해 안출된 본 발명은 각 방향별 사용 트래픽 채널수를 각 방향의 트래픽 밀도에 비례하여 할당하므로써 간섭량의 분산치를 작게하도록 한 도시고속도로상에서의 CDMA 채널할당방법을 제공함에 그 목적이 있다.

도 1 은 일반적인 CDMA 시스템에서 원하는 셀과 간섭셀간의 기하학적 구조도,

도 2 는 본 발명이 적용되는 도시고속도로에 설치된 기지국의 모형을 선형으로 도시한 도면,

도 3 은 본 발명에 따른 도시고속도로상에서의 CDMA 채널할당 처리 흐름도.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

101 : 기지국(C_o) 102 : 기지국(, j=1, ... M)

103 : 이동국(m)104 : 기지국(C_o)이 서비스하는 셀의 둘레

105 : 기지국()이 서비스하는 셀의 둘레

106 : 간섭셀내 이동국과 간섭받는 셀내 기지국간 거리

107 : 간섭셀내 이동국과 간섭셀내 기지국간 거리

201 : 셀 202 : 기지국

203 : 상행선204 : 하행선

205,206 : 이동국

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 도시고속도로상에서의 CDMA 채널할당방법은 방향별 발생빈도 비율을 계산하여 발신호 빈도에 따라 상행용과 하행용 별도의 무선 주파수(RF) 채널 세트(set)를 만드는 제 1 단계; 주기적인 상하행 발생빈도 측정을 위한 타이머를 설정하여 준비상태가 되면서, 타이머가 종료되거나, 신규호 혹은 핸드오프 호 발생을 기다리는 제 2 단계; 상기 준비상태에서 타이머 종료 상태가 발생하면 상기 방향별 발생빈도 비율을 계산하는 단계로 복귀하고, 상기 준비상태에서 신규호 혹은 핸드오프 호가 발생하면, 이동국 진행방향 측정방법을 사용하여 상하행을 구분하는 제 3 단계; 상기 제 3 단계 수행 후, 상행이면 상행용 RF 채널이 비어있는지 확인하여 채널 여유가 있으면 상행용 RF 채널을 할당하고 그렇지 않으면 호 절단하는 제 4 단계; 및 상기 제 3 단계 수행 후, 하행이면 하행용 RF 채널이 비어있는지 확인하여 채널 여유가 있으면 하행용 RF 채널을 할당하고 그렇지 않으면 호 절단하는 제 5 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일실시예를 상세히 설명한다.

도 1은 일반적인 CDMA 시스템에서 원하는 셀과 간섭셀간의 기하학적 구조도로서 101은 역방향 용량 계산을 고려중인 셀(Original cell) 중심에 위치한 기지국(C_o), 102는 역방향 용량 계산을 고려중인 셀에 인접한 간섭셀들(Intefering cell) 중심에 위치한 기지국(, j=1, ..., M), 103은 간섭셀에 속한 이동국(m)이다.

그리고 104는 상기 기지국(C_o)이 서비스하는 셀의 둘레이고, 105는 상기 기지국()이 서비스하는 셀의 둘레이다.

이제, 상기 도 1을 참조하여 간섭에 따른 CDMA 시스템의 수용용량을 살펴보자.

CDMA 셀룰러 시스템에서 역방향(이동국 송신, 기지국 수신인 경우)의 수용용량이 순방향(이동국 수신, 기지국 송신의 경우)보다 작으므로 수용용량은 역방향에 의해 결정된다.

따라서, 수용용량은 역방향을 기준으로 계산한다. 역방향 수용용량은 원하는 셀과 그에 인접 셀에 속한 이동국들이 송신하는 신호에 따른 간섭정도에 따라 결정된다.

도면에 도시된 바와 같이 각 셀에서 이동국으로부터 기지국에 수신되는 신호세기가 일정하도록 전력제어 된다고 가정하면, 이때, 간섭 셀(102)에 속한 이동국(103)에 의해 간섭받는 셀내 기지국(101)이 수신하는 간섭 신호 세기는 다음과 같다.

[수학식 1]

: 간섭을 주는 이동국이 속해있는 셀의 기지국과 이동국간 거리

: 간섭을 받고 있는 셀의 기지국과 간섭을 주는 이동국간 거리

: 간섭 셀에 속한 이동국에 의한 간섭량

: 수신신호세기

: 간섭을 받는 셀내 기지국과 간섭 셀내 이동국간 지형, 지물 차폐에 의한 쉐도윙(shadowing)의 표준편차

: 간섭 셀내에서 이동국과 기지국간 지형, 지물 차폐에 의한 쉐도윙(shadowing)의 표준편차

수신신호 대 간섭신호의 평균 세기는 다음과 같다.

[수학식 2]

: 음성활성비(약 3/8)

: N개 이동국중 i번째 이동국

: M개 기지국중 j 번째 기지국

: j번째 간섭 셀에서의 역방향 링크 수용 용량

: j번째 간섭 셀에 있는 i번째 이동국에 의한 간섭량

: 간섭 셀 수

: 간섭 셀에 있는 이동국에 의한 총간섭량

수신신호 대 간섭신호 세기의 분산은 다음과 같다.

[수학식 3]

역방향에서의 수용용량은 상기 (수학식1) 내지 (수학식3)을 아래의 (수학식4)에 적용하고,(BER≥) 의 기준값(보통 0.01)을 설정하므로써 계산된다. 즉,

[수학식 4]

여기서,

여기서,

: RF 채널별 점유 대역폭(1.23MHz)

: 데이타 전송속도(9600bps)

: 비트당 에너지

: 잡음전력밀도

: 잡음 및 불요방사에 기인한 배경잡음

Q 함수는 입력변수인 x 의 값이 클수록 작은 값을 가지는데, (수학식4)에서 간섭량의 분산값이 작을수록 Q 값은 작아져서(BER≥) 일 확률은 더 줄어들게 되므로 동일 확률에서의 수용 용량은 증가하게 된다.

도시고속도로를 서비스하는 셀내 이동 차량의 수는 일정하며 균일분포를 가질것이다. 그러나 각 RF 채널별 수용 가입자수가 일정하도록 RF 채널을 할당하여도 RF 채널별 간섭량은 달라질 수 있으며, 이에 따라 간섭량이 상대적으로 높은 RF채널은 다른 RF 채널보다 수용용량이 작게 된다. 또한 동일 RF 채널이라도 셀별 간섭량이 달라 수용용량이 차이가 날 수 있으며, 셀간 소프트 핸드오프를 위한 많은 예약 채널(대략 30~40%이상)을 확보하여야 할것이다. 무선망 설계시 가장 열악한 환경에서 수용가능한 RF 채널의 용량을 기준으로 기지국 수용용량을 정할것이므로 실제 무선에서 수용가능한 용량보다 줄어들게 된다. 상/하행 각 방향별 이동하는 차량의 수는 어느 시간동안은 일정하며, 이에 따라 기지국에 미치는 간섭량도 각 방향별로 거의 일정할 것으로 예상된다. 따라서 방향별로 RF 채널을 구분하여 이동국에 할당하면, RF 채널당 간섭량의 분산치가 줄어들게 되고, 이에 따라 CDMA RF 채널별 수용용량은 증가하게 될 것이다.

도 2는 본 발명이 적용되는 도시고속도로에 설치된 기지국의 모형을 선형으로 도시한 도면으로, 셀들의 모양은 육각형(201)이며, 1차원적으로 배열된다.

셀내 기지국(202)들은 셀 중심에 위치하며, 각 셀별 크기는 동일하고, 상행선(203)에 이동국(205)들이 균일하게 분포하고, 하행선(204)에도 상행선(203)과 같이 이동국(206)들이 균일하게 분포하며 그 방향은 반대이다.

이동국의 이동방향 측정방법은 다음과 같은데, 이동국 발신호시에 호시도전에 지나온 기지국 위치 식별정보를 알려주고, 핸드오프시에는 이동국이 핸드오프하기전의 기지국에서 새로 진입하는 셀로 자신의 위치를 알려줌으로써 이동방향을 판단하도록 한다.

먼저, 이동국 진행 방향 측정 방법을 살펴보면, CDMA 시스템용 기지국은 기지국 구분용으로 하나의 기지국 식별번호(PN OFFSET)를 가지고 있다. 이동국은 전원을 켠 상태에서 타 셀로 이동할때 파일럿 세기가 가장 큰 신호를 송신하는 기지국을 자신이 속한 셀로 인식한다.

따라서, 이동시 지나온 셀들의 파일럿 기지국 식별번호(PN OFFSET)정보를 저장하고 있다가 발신호시에 기지국으로 발신호처리 메시지를 전송할 때, 이에 대한 정보를 함께 실어 보냄으로서 발신호처리 요구를 수신한 셀이 이동국의 이동방향을 식별할 수 있도록 한다. 핸드오프시에는 이동국이 핸드오프 이전의 기지국에서 새로 진입하는 셀로 자신의 위치를 알려줌으로써 이동방향을 판단하도록 한다.

도 3은 본 발명에 따른 도시고속도로상에서의 CDMA 채널할당 처리 흐름도로서, 방향별 사용 RF 채널 할당절차는 다음과 같다.

도면에 도시된 바와 같이 본 발명은 방향별 발생빈도 비율을 계산하여(301), 발신호 빈도에 따라 상행용과 하행용 별도의 RF 채널 세트(set)를 만든다(302).

이때, 만일 4개 RF 채널이 있고 상행 빈도와 하행 빈도가 동일할 경우, 각 방향별로 RF 채널 두개씩을 세트(set)로 묶는다. 즉, 상행용 RF={F1,F2}, 하행용 RF={F3,F4}가 되며, 상행 혹은 하행중 임의의 방향이 지체 혹은 정체되면 발생빈도가 달라지는데 지체나 정체되는 방향의 호발생빈도가 더 증가할 것이며, 이를 얼마의 시간동안 측정하여 상행 및 하행간 비율을 구한다.

이 비율이 상행 : 하행=3 : 1이면 , 상행용 RF={F1,F2,F3}, 하행용 RF={F4}으로 할당한다.

그리고, 주기적인 상하행 발생빈도 측정을 위한 타이머를 설정하여(303), 준비상태가 되면서, 타이머가 종료되거나, 신규호 혹은 핸드오프 호 발생을 기다린다(304).

상기 준비상태에서 타이머 종료 상태가 발생하면(305), 상기 방향별 발생빈도 비율을 계산하는 단계로 복귀하고, 상기 준비상태에서 신규호 혹은 핸드오프 호가 발생하면(306), 이동국 진행방향 측정방법을 사용하여 상하행을 구분한다(307).

이때, 상행이면 상행용 RF 채널이 비어있는지 확인한다(308). 확인 결과 채널 여유가 있으면 상행용 RF 채널을 할당하고(309), 그렇지 않으면 호 절단된다(310).

한편, 하행이면 하행용 RF 채널이 비어있는지 확인한다(311). 확인 결과 채널 여유가 있으면 하행용 RF 채널을 할당하고(312) 그렇지 않으면 호 절단된다(310).

이상에서 설명한 본 발명은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에게 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위내에서 여러가지 치환, 변형 및 변경이 가능하므로, 전술한 실시예 및 도면에 한정되는 것이 아니다.

상기한 바에 의하면 본 발명은 CDMA 시스템에 적용하므로써, 각 방향별 구분없이 이루어지는 채널할당방식보다 전체 용량의 증대는 물론 셀간 동일 RF 채널별 수용용량이 비슷하므로 셀간 소프트핸드오프의 비율을 높히는 효과가 있다.

또한 하나의 이동국이 새로운 셀로 핸드오프하는 경우 그와 비슷한 시간에 새로 진입하는 셀내 동일 방향의 이동국이 인접 셀로 이동하게 되므로 각 셀내 RF 채널당 수용 용량이 일정하게 된다. 셀들간 동일 RF별 수용 이동국수가 동일하므로 가입자 불균형에 따른 별도의 채널을 예비할 필요가 없게 된다.

Claims (3)

1. 이동방향을 측정하여 방향별 발생빈도 비율을 계산하는 제 1 단계;

   발신호 빈도에 따라 상행용과 하행용 별도의 RF 채널 세트(set)를 만드는 제 2 단계;

   주기적인 상하행 발생빈도 측정을 위한 타이머를 설정하여 준비상태가 되면서, 타이머가 종료되거나, 신규호 혹은 핸드오프 호 발생을 기다리는 제 3 단계;

   상기 준비상태에서 타이머 종료 상태가 발생하면 상기 방향별 발생빈도 비율을 계산하는 단계로 복귀하고, 상기 준비상태에서 신규호 혹은 핸드오프 호가 발생하면, 이동국 진행방향 측정방법을 사용하여 상하행을 구분하는 제 4 단계;

   상기 제 4 단계 수행 후, 상행이면 상행용 RF 채널이 비어있는지 확인하여 채널 여유가 있으면 상행용 RF 채널을 할당하고 그렇지 않으면 호 절단하는 제 5 단계; 및

   상기 제 4 단계 수행 후, 하행이면 하행용 RF 채널이 비어있는지 확인하여 채널 여유가 있으면 하행용 RF 채널을 할당하고 그렇지 않으면 호 절단하는 제 6 단계를 포함한 도시고속도로상에서의 부호분할다중접속 채널할당방법.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 제 1 단계는,

   이동국 발신호시에는 호시도전에 지나온 기지국 위치 식별정보를 발신호시도때에 알려주고, 핸드오프시에는 핸드오프전의 기지국이 새로 진입하려는 기지국으로 자신의 위치를 알려줌으로써 이동방향을 판단하도록 하는 것을 특징으로 하는 도시고속도로상에서의 부호분할다중접속 채널할당방법.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 제 2 단계는,

   상행 빈도와 하행 빈도가 동일할 경우, 각 방향별로 RF 채널 두개씩을 세트(set)로 묶고, 상행 혹은 하행중 임의의 방향이 지체 혹은 정체되면 이때의 호발생빈도를 측정하여 상행 및 하행간 비율에 따라 RF 채널을 세트하는 것을 특징으로 하는 도시고속도로상에서의 부호분할다중접속 채널할당방법.