KR100243343B1 - 멀티미디어 코드분할 다중접속 시스템의 셀 용량을 최대로 하는방법 - Google Patents

멀티미디어 코드분할 다중접속 시스템의 셀 용량을 최대로 하는방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 데이터 호의 전송률을 제어함으로서 멀티미디어 DS-CDMA 시스템의 셀 용량을 최대로 하는 방법에 관한 것으로서, CDMA 환경하에서의 음성호와 데이터 호가 서비스되는 가입자의 수를 최적으로 수용할 수 있도록 각 데이터 호의 전송률을 선형, 포물선, 쌍곡선 감소인자에 따라 제어하여 총간섭량을 조절하고, 트래픽의 부하가 낮을 경우에는 데이터 호의 전송률을 높여 서비스하며, 트래픽이 과부하 시에는 데이터 호의 전송률을 감소시킴으로서 보다 많은 호를 수용하고자 하는 것을 목적으로 하며, 장시간 동안 점유하고 있는 고속 데이터 호가 전송 중일 때 우선 순위가 높은 호가 도달할 경우 서비스 중인 데이터 호의 전송률을 조절하여 새로운 호를 수용할 수 있도록 함으로써, CDMA 시스템 용량의 한계 내에서 보다 많은 음성과 데이터 호를 수용할 수 있도록 데이터 호의 전송률을 제어하며, 가입자의 수를 최대한 수용할 수 있는 효과를 갖는다.

Description

멀티미디어 코드분할 다중접속 시스템의 셀 용량을 최대로 하는 방법
본 발명은 데이터 호의 전송률을 제어함으로서 코드분할 다중접속(Code Division Multiple Access, 이하 CDMA라 칭함) 시스템의 셀 용량을 최대로 하는 방법에 관한 것이다.
CDMA 시스템은 간섭에 의해서 그의 용량이 결정되므로 가능한 한 불필요한 간섭을 최소한으로 억제하는 것이 원하는 통화 품질을 유지하는 중요한 관건이다.
시스템의 총 간섭량은 다른 가입자의 전송률에 비례하여 증가하는데, 간섭원이 되는 다른 가입자의 전송률을 줄이면 총 간섭량은 감소하게 된다.
따라서 데이터 호의 전송률은 음성호의 고정 전송률과는 달리 변경할 수 있으므로 데이터 호의 전송률은 시스템의 중요한 고려 사항이 된다.
왜냐하면 데이터 호에 있어서는 지연이 허용되는 서비스의 경우 데이터 전송률을 손쉽게 제어함으로서 간섭량을 일정 수준 이하로 제어할 수 있다.
특히 긴 데이터 호는 시스템의 자원을 장시간 점유하게 되는데 시스템의 셀 용량이 과부하시 해당 데이터 호보다 실시간 처리 우선 순위가 높은 음성호가 도착하였을 때 호 차단을 유발하게 되므로 이때 호에 대한 적절한 관리가 필요하다.
종래의 CDMA 기술은 음성호와 데이터 호를 모두 고정 전송률로 전송하는 것으로 생각하여 시스템 용량을 계산하였으므로, 호의 전송률이 증가함으로 인해 새로운 호의 수용이 어려운 문제점이 있었다.
상기 문제점을 해결하기 위해 본 발명은 장시간 동안 점유하고 있는 고속 데이터 호가 전송중일 때, 우선 순위가 높은 호가 도달할 경우 서비스 중인 데이터 호의 전송률을 조절함으로서 새로운 호를 수용할 수 있도록 하는 것을 목적으로 한다.
또한 CDMA 환경하에서의 음성호와 데이터 호가 서비스되는 가입자의 수를 최적으로 수용할 수 있도록 각 데이터 호의 전송률을 선형, 포물선, 쌍곡선 감소인자에 따라 제어하여 총간섭량을 조절하며, 트래픽 부하가 낮을 경우에는 데이터 호의 전송률을 높여 서비스하고, 트래픽이 과부하시에는 데이터 호의 전송률을 감소시킴으로써 보다 많은 호를 수용할 수 있도록 하는 것을 목적으로 한다.
도 1은 본 발명이 적용되는 서비스 중인 데이터 호의 전송률 제어에 따른 새로운 호 수용흐름도.
상기 목적을 달성하기 위해 본 발명은, 데이터 호의 경우에 있어서 셀 용량의 부하가 낮을 경우 최대의 전송률로 서비스하고, 상기 셀 용량의 과부하시 데이터의 전송률을 감소시키고 총 간섭량을 서비스 품질 목표치로 유지시켜 호를 수용하는 것을 특징으로 한다.
CDMA 시스템에 있어서 음성 서비스만을 위한 시스템의 용량은 외부 셀 사용자 간섭을 가우스 확률 변수로 모델링하여, 해당 간섭의 평균과 분산을 사용하여 산출한다.
이와 유사하게 멀티미디어 서비스 환경하에서의 외부 셀 사용자 간섭은 가우스 확률 변수로서 다음 식 수학식 (1)과 같이 모델링할 수 있다.
Figure 1019970054544_B1_M0001
여기서 상기 r0 는 다른 셀 내에 있는 사용자로부터 목표가 되는 기지국까지의 거리이고, rm 은 그 사용자로부터 자기 기지국까지의 거리를 나타내는데, 이때 m 은 기지국 색인을 나타낸다.
또한 상기 ψ 는 음성활동 변수로서 평균이 α 인 이항분포를 가지므로, 아래 수학식 (2)와 같이 성립한다.
또한 기지국과 사용자간의 경로 손실은 10ξ/10r -4 에 비례하며, ξ는 평균이 0이고 표준 편차가 8 dB인 정규분포를 갖는다.
그리고 SV 는 음성호에 의한 전력, Sd 는 데이터 호에 의한 전력을 의미한다.
Figure 1019970054544_B1_M0002
상기 수학식 (1)에서 ρV 는 음성 사용자 밀도이고, ρd 는 데이터 사용자 그룹 I 내의 사용자 밀도이다.
실제로 불완전한 전력제어를 하는 경우이고, 간섭 I는 대수 정규분포를 갖는 단위 확률 변수의 집합으로 묘사된다.
따라서 서비스 영역을 두 번째 단까지 고려하여 동일 공간 지점에 사용자의 중첩이 존재하지 않는다는 가정 하에서 외부 셀 사용자 간섭 I의 평균과 분산은 음성호 Nv 와 데이터호 Nd 에 의해서 수치계산을 통하여 다음 수학식 (3)과 같이 구해진다.
Figure 1019970054544_B1_M0003
또한 다중 셀 환경하에서의 외부 셀 사용자 간섭의 용량에 대한 영향을 포함하기 위해서는 SIR을 Signal-to-Interference라 하면,
Figure 1019970054544_B1_M0004
여기서,
Figure 1019970054544_B1_M0016
그러므로 가우스 확률 변수 z의 평균과 분산은
Figure 1019970054544_B1_M0005
이 되고, 시스템이 요구되는 서비스를 만족할 확률은
Figure 1019970054544_B1_M0006
상기 z가 상기 수학식 (5)와 같은 평균과 분산을 갖는 가우스 확률 변수이기 때문에 상기 수학식 (6)으로부터 다음 수학식 (7)과 같은 부등식을 얻을 수 있다.
Figure 1019970054544_B1_M0007
여기서 E(z)와 Var(z)는 상기 수학식 (7)에서 알 수 있는 것처럼 Nvi 와 Ndi 의 함수이다.
따라서 단일 셀 환경과 비교하여 보면, 전체 시스템 재원 1이라고 생각할 때 음성 서비스 사용자가 단일 셀의 경우 요구하는 시스템 재원 rv 보다 좀 더 많은 양을 요구하고, 데이터 서비스 사용자에 대해서도 단일 셀의 경우 요구하는 시스템 재원 rdi 보다 좀 더 많은 양을 요구함을 알 수 있다.
본 발명에서는 모든 패킷화된 데이터 전송, 에러 패킷의 재전송을 같은 등급의 서비스로 정의하고, 즉 상기 식 (1)에서 N-1 = 1, 전력제어를 수행하는 시스템을 대상으로 멀티미디어 트래픽을 CDMA 방식으로 전송할 때 전송률 제어를 설명하고 있다.
이와 같은 시스템의 멀티미디어 CDMA 시스템의 용량을 결정하기 위한 음성호의 비트 에너지 당 총 간섭의 비율은 다음 수학식 (8)과 같다.
Figure 1019970054544_B1_M0008
여기서 η0 는 배경잡음의 전력밀도이고, I0 는 총간섭, 즉 I0=η0+N0=N0 이며, h는 전송률 감소 요소(factor)이며, 또한 가입자수 Kv,Kd 는 확률 변수이다. 이때 음성호의 신호 대 간섭비는 주어진 전력 비율보다 커야 하므로 다음 수학식 (9)가 성립한다.
Figure 1019970054544_B1_M0009
여기서 rv 는 주어진 전력 비율의 한계치이며, 이때 T, β와 S를 정의하면 아래 수학식 (10)과 같다.
Figure 1019970054544_B1_M0010
여기서, X는 대수정규분포를 갖는 확률 변수이고, Y는 X에 부합되는 정규 분포를 갖는 확률 변수이다.
이때 시스템의 고갈 확률은 다음 수학식 (11)로 정의된다.
Figure 1019970054544_B1_M0011
여기서,
Figure 1019970054544_B1_M0017
+
Figure 1019970054544_B1_M0018
+
Figure 1019970054544_B1_M0019
이고,
Figure 1019970054544_B1_M0020
Figure 1019970054544_B1_M0021
이다.
여기서, mv 는 음성호의 평균이며, md 는 데이터호의 평균이다.
또한, 데이터호가 포아송 분포를 가지고 도착하는 경우 μs , σ2 s 는 확률 변수 S의 평균과 분산이다.
기지국에서의 데이터호에 대한 접속 허가 정보는 매 패킷 주기마다 갱신된다.
재전송되는 패킷의 수를 j라 하면 기지국은 자신이 j 상태임을 이동국에게 전송한다.
이때 이동국은 1 보다 작은 허가 상수인 π의 πj 의 확률로 패킷의 도착 비율을 감소시킨다.
따라서 데이터 호 패킷의 평균 도착률을 ρd 라고 하면 재전송 시스템의 데이터호의 유효 평균 도착률은 다음 수학식 (12)와 같이 된다.
Figure 1019970054544_B1_M0012
여기서 Pb 는 데이터호의 평균 차단 확률이다.
또한 기지국이 j 상태에서의 접속 허가된 패킷의 수는 다음 수학식 (13)과 같이 정의된다.
Figure 1019970054544_B1_M0013
이때 시스템은 음성호의 수, 데이터호의 수 그리고 재전송 패킷의 수의 함수이므로 3차원 마코프 체인으로 모델링된다.
데이터호의 지속 시간은 음성 호 보다 짧기 때문에 음성호의 수는 거의 상수가 되므로, 확률 변수인 데이터호의 수를 평균 데이터 도착률의 함수로 표현하면 평형 상태의 확률 분포를 수학식 (14)와 같이 구할 수 있다.
Figure 1019970054544_B1_M0014
여기서 확률 αj 는 시스템의 고갈 확률을 의미하며, 기지국 도달 전력의 평균 분산은 다음과 같다.
Figure 1019970054544_B1_M0022
μsj =βvαmvKv+βdhρjmd
σ2 sj =β2 vα2Kvσ2 v+β2 dh2ρj(σ2 d+m2 d)
따라서 차단 확률은 다음 수학식 (15)와 같이 정의된다.
Figure 1019970054544_B1_M0015
가변 전송률 제어 방법은 트래픽의 부하가 증가하면 상기 수학식 (11)에 의해 데이터호의 전송률을 감소시켜 시스템의 사용자 수의 증가를 유도하는 것이다.
이때 전송률 감소 인자 h는 시스템 부하에 종속적이며 모든 데이터호가 같은 전송률을 갖는다고 가정하면 재전송 패킷 수의 함수로 표시할 수 있다.
시스템의 부하가 적을 경우에는 최대의 전송률을 지원하므로 감소 인자는 1이 될 것이며, 시스템이 과부하시에는 버퍼 크기와 최소 전송률에 의해 최소 감소 인자가 결정될 것이다.
이와 같이 시스템의 최대 버퍼 크기나 최소 전송률을 고려한 선형 포물선, 쌍곡선 함수의 전송률 감소 인자 h는 다음 수학식 (16)과 같이 정의된다.
선형 : 0h(l)=1-lm
포물선 : h(l)=1-l2m
쌍곡선 :
Figure 1019970054544_B1_M0023
여기서, m은 시스템에 종속된 제어 상수이다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명이 적용되는 서비스 중인 데이터호의 전송률 제어에 따른 새로운 호 수용흐름도로서, 데이터호의 전송률을 조절하여 보다 많은 호를 수용하는 절차에 대한 설명이다.
새로운 호 요구가 오면(S1) 상기 수학식 (11)에 의해 새로운 호를 수용할 수 있는가를 판단하는데(S2) 이때 데이터호의 전송률은 최대의 전송률로 계산한다.
상기 수학식 (11)에 의해 호 수용이 가능할 경우에는 해당 호를 서비스한다.
그러나 새로운 호를 수용할 수 없는 경우에는 새로운 호의 우선순위가 현재 진행중에 있는 데이터호의 우선 순위보다 높은가를 판단하여(S3) 높을 경우에는 현재 진행중인 데이터호의 전송률을 조절하여 해당 호를 수용할 수 있는가를 판단한다(S4).
상기 판단 후 해당 호를 수용할 수 있는 경우에는 시스템의 최대 버퍼 크기나 최소 전송률을 고려하여 선형, 포물선, 쌍곡선 전송률 감소 인자 h를 결정한 후(S5) 결정된 감소 인자를 사용하여 상기 수학식 (11)의 현재 진행중인 데이터호의 전송률을 감소시켜 새로운 호를 수용할 수 있도록 한다.
그러나 현재 진행중인 데이터호의 전송률을 최소 전송률로 감소하여도 새로운 호를 수용할 수 없는 경우에는 해당 새로운 호는 거절된다.
현재 진행중인 호가 종료되어 시스템이 새로운 호를 수용할 수 있을 경우에는 감소한 해당 데이터호의 전송률을 전송률 감소 인자 h의 역방향으로 증가시켜 감소된 데이터호의 전송률을 증가시킨다.
상술한 바와 같이 본 발명은 CDMA 시스템 용량의 한계 내에서 보다 많은 음성과 데이터호를 수용할 수 있도록 데이터호의 전송률을 제어하여, 가입자수를 최대한 수용할 수 있는 효과가 있다.

Claims (3)

  1. 현재 서비스 중인 데이터호의 전송률을 제어하여 새로운 호를 수용하는 방법에 있어서,
    상기 데이터 호의 경우에 있어서 셀 용량의 부하가 낮을 경우 최대의 전송률로 서비스하는 제 1 과정과;
    상기 셀 용량의 과부하시 데이터의 전송률을 감소시키고 총 간섭량을 서비스 품질 목표치로 유지시켜 호를 수용하는 제 2 과정을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 멀티미디어 코드분할 다중접속 시스템의 셀 용량을 최대로 하는 방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 과정은
    새로운 호가 접수되면 시스템의 고갈 확률 식으로 수용할 수 있는지를 판단하는 제 1 단계와;
    상기 판단 후 호 수용이 가능할 경우 시스템의 고갈 확률 식을 통해 데이터호의 전송률을 최대 전송률로 계산하여 호를 서비스하는 제 2 단계로 이루어진 것을 특징으로 하는 멀티미디어 코드분할 다중접속 시스템의 셀 용량을 최대로 하는 방법.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 제 2 과정은
    새로운 호를 수용할 수 없는 경우 새로운 호의 우선순위가 현재 진행중에 있는 데이터호의 우선순위보다 높은가를 판단하는 제 1 단계와;
    상기 판단 후 새로운 호의 우선순위가 현재 진행중에 있는 데이터호의 우선순위보다 높을 경우 현재 진행중인 데이터호의 전송률을 조절하여 해당 호의 수용 여부를 판단하는 제 2 단계와;
    상기 판단 후 해당 호를 수용할 수 없는 경우 시스템의 최대 버퍼 크기나 최소 전송률을 고려하여 선형, 포물선, 쌍곡선 전송률 감소 인자를 결정하는 제 3 단계와;
    상기 결정한 시스템의 최대 버퍼 크기나 최소 전송률을 고려한 선형, 포물선, 쌍곡선 전송률 감소 인자를 사용하여 시스템의 고갈 확률 식의 현재 진행중인 데이터호의 전송률을 감소시켜 새로운 호를 수용할 수 있도록 하는 제 4 단계와;
    상기 현재 진행중인 데이터호의 전송률을 최소 전송률로 감소하여도 새로운 호를 수용할 수 없을 경우 해당 새로운 호를 거절하는 제 5 단계와;
    상기 진행중인 호가 종료되어 시스템이 새로운 호를 수용할 수 있을 경우 감소한 해당 데이터호의 전송률을 전송률 감소인자의 역방향으로 증가시켜 감소된 데이터호의 전송률을 증가시키는 제 6 단계를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 멀티미디어 코드분할 다중접속 시스템의 셀 용량을 최대로 하는 방법.
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