KR100608844B1

KR100608844B1 - ＶｏＩＰ 서비스를 제공하는 무선통신 시스템

Info

Publication number: KR100608844B1
Application number: KR1020040001725A
Authority: KR
Inventors: 이승준; 천성덕; 이영대
Original assignee: 엘지전자 주식회사
Priority date: 2004-01-09
Filing date: 2004-01-09
Publication date: 2006-08-08
Also published as: US20050201353A1; CN1906906A; CN1906906B; KR20050073353A; US7558247B2

Abstract

본 발명에 따른, 무선통신 시스템은 다양한 QoS를 갖는 서비스를 무선 구간에서 효과적으로 제공할 수 있다는 장점이 있다. 특히 VoIP와 같이 지연 시간이 중요한 패킷과 에러율이 중요한 패킷이 혼재되어 전송되는 서비스에 있어서는 각 패킷의 특성에 맞는 QoS의 보장이 가능하기 때문에, 전체적인 서비스의 품질 향상에 큰 도움이 될 것으로 예상된다.

본 발명에 따른 송신 시스템은, 패킷 데이터 담당 개체에서 데이터 특성에 따라 데이터를 분리하여 서로 다른 모드의 무선 링크 제어 개체에서 구분하여 처리하고, 다시 이를 다중화하여 하나의 물리채널로 무선 구간에 전송한다.

또한, 본 발명에 따른 수신 시스템은, 하나의 물리채널을 통해 수신되는 데이터를 데이터 특성에 따라 서로 다른 모드의 무선 링크 제어 개체에서 구분하여 처리하고, 다시 이를 패킷 데이터 담당 개체에서 하나의 스트림으로 합쳐서 무선 프로토콜의 상위 계층에 전달한다.

VoIP, UMTS

Description

ＶｏＩＰ 서비스를 제공하는 무선통신 시스템{RADIO COMMUNICATION SYSTEM PROVIDING VoIP SERVICE}

도1은 UMTS의 두 end-user 간, RTP/RTCP 패킷의 전송경로를 보인 그림.

도2는 UMTS에서 사용하는 무선 프로토콜의 구조를 나타낸 그림.

도3은 VoIP 데이터 전송을 위한 UMTS의 종래 RB 구성을 보인 그림.

도4는 본 발명의 일 실시 예에 따른, VoIP를 위한 RB구성을 나타낸 그림.

도5는 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른, VoIP를 위한 RB구성을 나타낸 그림.

본 발명은 무선통신 시스템에 관한 것으로, 특히 VoIP 서비스를 제공하는 무선통신 송수신 시스템에 관한 것이다.

최근, 이동 통신 시스템이 비약적인 발전을 하여 왔으나, 대용량의 데이터 통신 서비스에 있어서, 아직 기존의 유선 통신 시스템의 성능을 따라가지 못하고 있다. 이에 세계 각국은 대량의 데이터 통신을 가능하게 하는 통신 시스템, IMT-2000의 기술 개발을 추진하고 있으며, 그 기술의 표준화를 위해, 국가 상호간의 협 력이 활발히 진행되고 있다.

유럽식 IMT-2000 시스템인 Universal Mobile Telecommunications System (UMTS)는 유럽식 이동통신 표준인 Global System for Mobile Communications (GSM)시스템으로부터 진화한 제3세대 이동통신 시스템으로, GSM 핵심망(Core Network)과 WCDMA(Wideband Code Division Multiple Access)접속기술을 기반으로 보다 향상된 통신 서비스의 제공을 목표로 한다.

UMTS의 표준화 작업을 위해 1998년 12월에 유럽의 ETSI, 일본의 ARIB/TTC, 미국의 T1 및 한국의 TTA 등은 제3세대 공동 프로젝트(Third Generation Partnership Project : 이하, "3GPP"라 한다)라는 프로젝트를 구성하였고, 현재까지 UMTS의 세부적인 표준명세서(Specification)를 작성 중에 있다.

3GPP에서는 UMTS의 신속하고 효율적인 기술개발을 위해, 망 구성 요소들과 이들의 동작에 대한 독립성을 고려하여 UMTS의 표준화 작업을 5개의 Technical Specification Groups(TSG)으로 나누어 진행하고 있다.

각 TSG는 관련된 영역 내에서 표준규격의 개발, 승인, 그리고 그 관리를 담당하는데, 이들 중에서 Radio Access Network(RAN) 그룹(이하, "TSG RAN"이라 한다)은 UMTS에서 WCDMA 접속기술을 지원하기 위한 새로운 무선 접속망인 UMTS Terrestrial Radio Access Network(이하, "UTRAN"이라 한다)의 기능, 요구사항, 그리고 인터페이스에 대한 규격을 개발한다

VoIP(Voice over IP)란 IP(Internet Protocol)를 통해 음성 데이터를 전송하는 서비스로서, 종래 CS(Circuit Switched) domain에서 제공하던 음성 데이터를 PS (Packet Switched) domain에서 제공하는 방법이다. CS기반의 음성 서비스에 대비한 VoIP의 장점은, CS기반 음성 서비스에서는 end-to-end로 connection을 유지하며 데이터를 전송하는데 반해 VoIP는 connection을 유지하지 않은 채로 (connection-less) 데이터를 전송하기 때문에, 망 자원을 매우 효율적으로 사용할 수 있다는 점이다. 통신이 발전함에 따라 사용자 데이터도 매우 빠르게 증가하고 있으며, 따라서 망 자원의 효율적 이용을 위해 기존의 CS기반 서비스들이 상당 부분 PS 기반 서비스로 대체되고 있는 추세이다. VoIP 역시 이러한 맥락에서 개발되었으며, 향후 대부분의 통신시스템에서는 모든 음성 서비스가 VoIP를 통해 제공될 것으로 예상된다.

VoIP는 망 자원을 효율적으로 사용할 수 있다는 장점이 있으나, 종래의 CS 기반 음성 서비스에 비해 QoS(Quality of Service)가 떨어지는 단점이 있다. QoS에 영향을 미치는 요인 중에는 여러 가지가 있지만, 대표적으로 delay, jitter(delay variation), FER(Frame Error Rate) 등을 들 수 있다. VoIP 개발 초기에는 CS기반 음성 서비스에 비해 이러한 QoS가 매우 떨어졌지만, 많은 연구가 진행되면서 현재, 유선 구간의 VoIP는 CS기반 음성 서비스와 거의 대등한 QoS를 보장하고 있다. 유선 구간의 VoIP에 대한 연구를 통해 PS기반 음성 서비스를 매우 효과적으로 제공할 수 있는 RTP(Real-time Transport Protocol)가 개발되었으며, 또한 RTP패킷의 전송에 대한 feedback 역할을 하는 RTCP(RTP Control Protocol)가 개발되었다. RTP는 매 패킷마다 time stamp 정보를 싣고 있어 jitter 문제를 해결할 수 있으며, RTCP는 RTP 패킷의 loss를 보고함으로써 RTP source가 rate control을 할 수 있도록 하여 FER을 줄일 수 있다. RTP/RTCP 외에도 SIP(Session Initiation Protocol) 및 SDP(Session Description Protocol) 등도 개발되어 end-to-end로 virtual connection을 유지하도록 하여 delay 문제도 상당 부분 해소되었다.

이렇게 유선 구간의 VoIP는 현재 만족스러울 만큼의 QoS를 보장하는 수준에 이르렀으나, 무선 구간의 VoIP는 아직도 QoS가 CS기반 음성 서비스에 비해 많이 떨어지는 실정이다. 무선 구간에서 VoIP의 전송 효율을 높이기 위해 향상된 헤더 압축 기법인 ROHC(Robust Header Compression)이 개발되어 사용되고 있긴 하지만, 전체적인 QoS는 여전히 CS 기반 음성 서비스에 비해 많이 떨어지고 있다. 무선 구간에서 VoIP를 지원하는데 있어서 가장 큰 문제는, 유선 구간에서 하나의 stream으로 제공되는 RTP와 RTCP가 그 패킷 특성이 서로 다르기 때문에 무선 구간에서도 하나의 stream으로 제공하게 되면 QoS가 많이 떨어진다는데 있다. 즉, RTP는 실시간 사용자 데이터이기 때문에 error에는 둔감하지만 delay 및 jitter에는 민감한 반면에, RTCP는 제어 데이터이기 때문에 delay 및 jitter에는 둔감하지만 error에 민감한 특성을 가지고 있다. 또한, RTP는 음성 데이터를 싣고 있기 때문에 작은 크기의 패킷이 자주 규칙적으로 전송되는데 반해, RTCP는 제어 데이터이므로 크기가 RTP에 비해 매우 크고 전송 빈도도 낮으며 불규칙적으로 전송된다. 이렇게 서로 상이한 특성을 가진 RTP와 RTCP패킷을 무선 구간에서도 하나의 stream으로 제공하게 된다면, 유선보다 훨씬 열악한 환경인 무선에서는 그 QoS가 매우 떨어지게 되는 것이다.

기본적으로 어떤 서비스에 대한 무선 구간에서의 QoS보장은 무선 프로토콜이 담당한다. 무선 프로토콜은 통신시스템에 따라 다르므로, 여기서는 비동기 IMT-2000인 UMTS (Universal Mobile Telecommunications System)를 기반으로 무선 프로토콜을 설명하고자 한다. UMTS에서는 무선 구간에서 어떤 서비스를 제공하기 위해 RB(Radio Bearer, 무선베어러)서비스를 이용한다. RB 서비스란 무선 프로토콜의 제 1 및 2계층이 상위 계층에 제공하는 서비스로서, 현재 UMTS에는 PHY (Physical, 물리), MAC (Medium Access Control, 매제접속제어), RLC (Radio Link Control, 무선링크제어), 및 PDCP(Packet Data Convergence Protocol, 패킷데이터 수렴 프로토콜)계층들이 정의되어 있다. 이들 무선 프로토콜 계층들은 직접적으로는 무선 구간의 QoS에 영향을 미치지만, 유선 구간에 비해 무선 구간의 환경이 훨씬 열악하므로, 무선 프로토콜 계층들이 전체 end-to-end QoS를 좌우한다고 할 수 있다. RTP 및 RTCP 패킷의 전송 역시 무선 프로토콜의 역할이 크므로, RTP/RTCP의 전송을 무선 구간을 중심으로 살펴보기로 한다.

도1은 UMTS의 두 end-user 간, RTP/RTCP 패킷의 전송경로를 보인 그림이다.

도1에 도시된, RTP/RTCP 패킷의 전송을 설명하면 다음과 같다.

먼저, End User 1의 음성 데이터는 Codec을 거쳐 RTP/RTCP 계층으로 전달되며, 이들 음성 데이터들은 RTP 패킷에 실리게 된다. 이후 RTP패킷은 UDP (User Datagram Protocol) 및 IP 계층을 거쳐 RTP/UDP/IP 형태의 패킷으로 무선 프로토콜에 전달되며, 무선 프로토콜에서는 제일 처음 PDCP계층이 이를 받아 헤더 압축을 수행한다. 이후 헤더 압축된 RTP/UDP/IP 패킷은 RLC, MAC, PHY을 거쳐 무선 구간으로 전송되며, 유선 망은 End User 1의 무선 프로토콜 peer entity인 PHY/MAC/RLC/PDCP를 통해 원래의 RTP/UDP/IP 패킷을 복원한다. 유선 구간에서는 RTP/UDP/IP 형태의 패킷으로 목적지까지 전달되며, End User 2로 전달을 위해 다시 한번 무선 프로토콜을 거치게 된다. RTCP 패킷은 RTP 패킷을 수신한 End User가 생성하며, 보통 RTP패킷의 loss를 feedback 하기 위해 RTP 패킷과 역방향으로 전송되나, RTP source의 정보를 알리거나 RTP receiver를 제어하는 등의 forward control의 경우에는 RTP 패킷과 같은 방향으로 전송되기도 한다. 일반적으로 VoIP는 두 명의 End User 간에 양방향 통신이므로 보통 두 개의 RTP/RTCP flow가 존재하게 되며, 각각 다른 방향으로 전송된다.

무선 구간에서의 RTP/RTCP 패킷 전송은 앞서 설명했듯이 PDCP/RLC/MAC/PHY이 담당한다. 참고로 이들 무선 프로토콜은 RTP/RTCP 패킷 전송뿐만 아니라 UMTS에서 제공하는 모든 서비스에 대해 무선 구간 서비스를 제공한다. 무선 프로토콜은 무선 구간의 양단, 즉 단말과 UTRAN (UMTS Terrestrial Radio Access Network)에 쌍으로 존재하여 peer-to-peer로 동작한다. 즉, 무선 프로토콜 계층들은 단말과 UTRAN에 똑같은 형태로 존재하므로, 한쪽 구조만을 살펴보기로 한다.

도2는 UMTS에서 사용하는 무선 프로토콜의 구조를 나타낸 그림이다.

도2에 도시된 바와 같이, 무선 접속 인터페이스 프로토콜은 수평적으로 물리계층, 데이터 링크계층 및 네트워크계층으로 나눌 수 있으며, 수직적으로는 데이터 신호 전송을 위한 사용자 평면(U-Plane)과 제어신호(Signaling) 전송을 위한 제어평면(C-Plane)으로 나눌 수 있다.

상기 사용자 평면은 음성 신호나 IP 패킷과 같은 사용자의 트래픽 정보를 다 루는 영역이고, 상기 제어 평면은 망의 인터페이스나 호의 유지 및 관리를 위한 제어정보를 다루는 영역이다.

도2의 프로토콜 계층들은 Open System Interconnection(OSI) 기준모델의 하위 3개 계층에 바탕을 둔 것으로, 제1계층(L1), 제2계층(L2), 제3계층(L3)으로 나뉜다.

이하, 상기 도2의 각 계층(L1, L2, 그리고 L3)을 설명한다.

상기 L1계층 즉, PHY은 다양한 무선전송 기술을 이용하여 상위 계층에 정보 전송 서비스(Information Transfer Service)를 제공한다. 물리계층은 전송채널(Transport Channel)에 의해, 상위계층인 MAC과 연결되어 있다. 이들 MAC과 PHY는 상기 전송채널(Transport Channel)을 통해 서로 신호를 주고 받는다.

상기 L2계층은 MAC, Radio Link Control(RLC), Broadcast/Multicast Control(BMC), 그리고 Packet Data Convergence Protocol(PDCP)로 구성된다.

상기 MAC계층은 무선자원의 할당 및 재할당을 위해 MAC 파라미터의 재할당 서비스를 제공하고, 논리채널(Logical Channel)을 통해, 상위계층인 RLC계층과 연결되어 있다. 전송되는 정보의 종류에 따라 다양한 논리채널이 제공되는데, 일반적으로 제어 평면의 정보를 전송할 경우에는 제어채널(Control Channel)을 이용하고, 사용자 평면의 정보를 전송하는 경우에는 트래픽 채널(Traffic Channel)을 사용한다.

상기 RLC계층은 각 RB의 QoS에 대한 보장과 이에 따른 데이터의 전송을 담당한다. RB 서비스는 무선 프로토콜의 제2계층이 상위에 제공하는 서비스이기 때문에 제 2계층 전체가 QoS에 영향을 주지만, 그 중에서도 특히 RLC의 영향이 크다. RLC는 RB 고유의 QoS를 보장하기 위해 RB마다 한 개 또는 두 개의 독립된 RLC 개체(Entity)를 두고 있으며, 다양한 QoS를 지원하기 위해 TM(Transparent Mode, 투명모드), UM(Unacknowledged Mode, 무응답모드) 및 AM(Acknowledged Mode, 응답모드)의 세가지 RLC 모드를 제공하고 있다. 이러한 RLC의 세가지 모드는 각각이 지원하는 QoS가 다르기 때문에 동작 방법에 차이가 있으며, 그 세부적인 기능 역시 차이가 있다. RLC는 이러한 독립된 RLC entity와 다양한 RLC 모드를 이용하여 각 RB 특성에 맞는 QoS를 지원하고 있다.

PDCP계층은 RLC 계층의 상위에 위치하며, IPv4나 IPv6와 같은 IP 패킷을 이용하여 전송되는 데이터가 상대적으로 대역폭이 작은 무선 구간에서 효율적으로 전송될 수 있도록 한다. 이를 위해, PDCP계층은 유선 망에서 사용되는 불필요한 제어정보를 줄여주는 기능을 수행하는데, 이 기능을 헤더압축 (Header Compression)이라 부르며, 데이터의 헤더(Header) 부분에서 반드시 필요한 정보만을 전송하도록 하여, 무선 구간의 전송효율을 증가시키는 역할을 한다. PDCP 계층은 헤더압축이 기본 기능이기 때문에 PS domain에만 존재하며, 각 PS 서비스에 대해 효과적인 헤더압축 기능을 제공하기 위해 RB 당 한 개의 PDCP entity가 존재한다.

그 외에도 제 2계층에는 BMC(Broadcast/Multicast Control) 계층이 RLC 계층의 상위에 존재하여, 셀 방송 메시지(Cell Broadcast Message)를 스케쥴링하고, 특정 셀에 위치한 단말들에게 방송하는 기능을 수행하는데, 이 계층은 RTP/RTCP의 전송과는 무관하다.

L3계층의 가장 하부에는 Radio Resource Control(RRC)계층이 있다.

상기 RRC계층은 제어평면에서만 정의되며, RB들의 설정, 재설정 및 해제와 관련되어 전송채널 및 물리채널들의 제어를 담당한다. 상기 RB서비스는 단말과 UTRAN(100) 간의 데이터 전송을 위해 제2계층이 제공하는 서비스를 의미하며, 일반적으로 RB가 설정된다는 것은 특정 서비스를 제공하기 위해 필요한 프로토콜 계층 및 채널의 특성을 규정하고 각각의 구체적인 파라미터 및 동작 방법을 설정하는 것임을 의미한다.

상기에 설명한 바와 같이 RLC 계층은 세 가지 동작 모드가 존재하여, 서로 다르게 동작한다. 각 RLC모드가 어떤 RB서비스에 적합한 지를 알기 위해서는 각 RLC모드에 대해 살펴볼 필요가 있다.

먼저, TM RLC는 RLC PDU (Protocol Data Unit)를 구성함에 있어 상위로부터 전달 받은 RLC SDU(Service Data Unit)에 아무런 오버헤드를 붙이지 않는 모드이다. TM RLC는 기본적으로 CS domain의 음성 데이터 처리를 목적으로 개발되었는데, CS 음성 데이터의 경우 RLC SDU 크기가 정해져 있기 때문에 TM RLC는 SDU를 그대로 PDU로 구성하여 전송한다. 즉, TM RLC에서는 SDU가 PDU와 일대일로 매핑되어 그대로 투명(Transparent)하게 통과하므로 TM RLC라고 하는 것이다.

투명모드와는 달리 RLC에서 오버헤드가 추가되는 모드를 비투명 모드 (Non-transparent mode)라고 하며, 여기에는 전송한 데이터에 대한 수신 확인 응답이 없는 모드(UM)와 응답이 있는 모드(AM) 두 종류가 있다. UM 및 AM RLC는 PS domain 데이터 처리를 목적으로 개발되었으며, PS domain 데이터 특성상 RLC SDU 크기가 매 패킷 변화할 수 있으므로, 이들을 일정한 크기의 PDU로 구성하기 위해 SDU를 분할(segmentation) 또는 결합(concatenation)하게 된다. SDU의 분할 및 결합을 지원하기 위해서는 PDU에 포함된 SDU의 경계면을 나타내는 지시자와 각 PDU를 식별할 수 있도록 하는 일련번호 (Sequence Number, SN)가 필요하게 되므로, 이로 인해 PDU의 헤더가 필요하게 되는 것이다. UM RLC는 SDU를 분할 또는 결합하고 그 정보를 포함한 헤더를 붙여 PDU를 구성하여 전송하는데, 이는 주로 VoIP 또는 PS 스트리밍과 같은 실시간 PS 서비스에 적합한 모드이다. AM RLC는 UM RLC와 마찬가지로 PDU 헤더를 붙여 PDU를 구성하지만, UM RLC와는 달리 송신측이 송신한 PDU에 대해 수신측이 응답(Acknowledgement)을 하는 큰 차이가 있다. AM RLC에서 수신측이 응답을 하는 이유는 자신이 수신하지 못한 PDU에 대해 송신측이 재전송(Retransmission)을 하도록 요구하기 위해서이며, 이러한 재전송 기능이 AM RLC의 가장 큰 특징이다. 결국 AM RLC는 재전송을 통해 오류가 없는(error-free) 데이터 전송을 보장하는데 그 목적이 있으며, 이러한 목적으로 인해 AM RLC는 주로 PS domain의 TCP/IP 같은 비실시간 패킷 데이터의 전송을 담당한다. 결론적으로 PS 서비스를 크게 나누어, delay가 중요한 서비스는 UM RLC를 이용하고, error율이 중요한 서비스는 AM RLC를 이용한다고 할 수 있다.

방향성 면에서 보면, TM과 UM RLC는 단방향(uni-directional) 통신에 사용되는데 반해, AM RLC는 수신측으로부터의 피드백(feedback)이 있기 때문에 양방향(bi-directional) 통신에 사용된다. 이러한 양방향 통신은 주로 점대점(point-to-point) 통신에서 사용되기 때문에, AM RLC는 전용 논리채널만 사 용한다. 구조적인 면에서도 차이가 있는데, TM과 UM RLC는 하나의 RLC entity가 송신 또는 수신의 한가지 구조로 되어있지만, AM RLC는 하나의 RLC entity 안에 송신과 수신측이 모두 존재한다.

특히, AM RLC는 재전송 기능을 지원해야 하므로 TM 또는 UM RLC에 비해 매우 복잡한 구조로 되어 있다. 재전송 관리를 위해 AM RLC는 송수신 버퍼 외에 재전송 버퍼를 두고 있으며, 흐름 제어를 위한 송수신 윈도우의 사용, 송신측이 피어(peer) RLC 개체의 수신측에 상태정보를 요구하는 폴링(Polling), 수신측이 피어 RLC 개체의 송신측으로 자신의 버퍼 상태를 보고하는 상태정보 보고(Status Report), 상태정보를 실어 나르기 위한 상태 PDU(Status PDU), 데이터 전송의 효율을 높이기 위해 데이터 PDU 내에 상태 PDU를 삽입하는 피기백(Piggyback) 기능 등등의 여러 가지 기능을 수행하게 된다. 또한, 이들 기능을 지원하기 위해 AM RLC에는 여러 가지 프로토콜 파라미터, 상태 변수 및 타이머도 필요하게 된다.

VoIP는 PS 음성 서비스이기 때문에 UM RLC를 이용하여 전송된다. 또한, 양방향 서비스이기 때문에 두 개의 UM RLC가 하나의 PDCP에 연결되어 각각 다른 방향의 데이터를 전송하게 된다.

도3은 VoIP 데이터 전송을 위한 UMTS의 종래 RB 구성을 보인 그림이다.

VoIP의 지원을 위해 단말과 UTRAN 양 측은 모두 도3에 도시된 바와 같은 RB구성을 갖는다. VoIP가 양방향 서비스이기 때문에 UTRAN은 두 개의 RTP/RTCP flow를 각각 다른 방향으로 제공해야 한다. VoIP를 위한 RB는 하나의 PDCP entity와 두 개의 UM RLC entity로 구성되며, 이 때 각각의 UM RLC entity는 서로 다른 방향으 로 동작한다. MAC과 PHY은 모든 RB에 공통적인 계층이기 때문에 특별히 entity를 생성하지는 않고, 다만 논리채널, 전송채널 및 물리채널의 매핑을 지원한다. PDCP에는 RTP/RTCP 패킷의 헤더압축 및 복원을 위해 압축기 (Compressor)와 복원기 (Decompressor)가 생성된다.

종래의 RB 구성으로 VoIP 서비스를 제공하는 경우에는 다음과 같은 문제점이 있다. RTP와 RTCP패킷은 하나의 flow를 통해 무선 프로토콜에 전달되는데, RTP 패킷에 비해 RTCP 패킷은 그 크기가 매우 크기 때문에 RTCP 패킷을 전송하는 동안 RTCP 이후에 무선프로토콜에 전달된 RTP 패킷들은 일정시간 전송이 지연되게 된다. RTCP와는 다르게 RTP 패킷은 delay 및 jitter에 민감하기 때문에, 만약 RTP 패킷의 전송이 오랜 시간 동안 지연된다면, 정해진 시간이 경과된 RTP 패킷들은 전송되지 못하고 폐기되는 것이다. 즉, 종래의 방법으로 VoIP 서비스를 제공하고자 한다면, RTCP 패킷의 전송으로 인해 RTP 패킷의 폐기가 발생하게 되고, 이는 곳 VoIP의 QoS를 떨어뜨리는 요인으로 작용하기 때문에, 이를 위한 해결책이 절실히 요구된다.

본 발명은 전술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로 그 목적은, 시간이 중요한 패킷과 에러율이 중요한 패킷이 혼재된 서비스의 QoS를 보장하는 VoIP 서비스를 제공하는 무선통신 시스템을 제공하는데 있다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명하면 다음과 같다.

다양한 QoS를 갖는 서비스의 데이터를 하나의 무선베어러를 통해 무선 구간 에 전송하는 무선통신 시스템에 있어서, 본 발명에 따른 송신 시스템은,

패킷 데이터 담당 개체에서 데이터 특성에 따라 데이터를 분리하여 서로 다른 모드의 무선 링크 제어 개체에서 구분하여 처리하고, 다시 이를 다중화하여 하나의 물리채널로 무선 구간에 전송한다.

또한, 다양한 QoS를 갖는 서비스의 데이터를 하나의 무선베어러를 통해 무선 구간에 전송하는 무선통신 시스템에 있어서, 본 발명에 따른 수신 시스템은,

하나의 물리채널을 통해 수신되는 데이터를 데이터 특성에 따라 서로 다른 모드의 무선 링크 제어 개체에서 구분하여 처리하고, 다시 이를 패킷 데이터 담당 개체에서 하나의 스트림으로 합쳐서 무선 프로토콜의 상위 계층에 전달한다.

이상의 동작을 수행하는 송수신 시스템을 구현하기 위해, 본 발명은 하나의 flow로 무선 프로토콜에 전달된 RTP와 RTCP 패킷들을 그 특성에 따라 서로 다른 RLC 모드를 사용하여 전송하는 방법을 제안한다. 즉, RTP 패킷은 실시간 특성을 유지해야 하므로 UM RLC를 통해 전송하며, RTCP 패킷은 에러 없는 전송이 요구되므로 재전송이 가능한 AM RLC를 통해 전송하는 방법을 제안한다. 또한, PDCP에는 송신측의 경우 상위계층으로부터 하나의 flow로 수신한 RTP와 RTCP 패킷들을 서로 다른 모드의 RLC로 전달하기 위해 RTP와 RTCP 패킷을 구분하여 전달하는 기능을 두고, 수신측의 경우에는 서로 다른 RLC로부터 수신한 RTP와 RTCP 패킷들을 하나의 flow로 상위계층에 전달하는 기능을 둘 것을 제안한다. 이 때, PDCP의 구분 전달 장치(Splitter)와 구분 수신 장치(Combiner)는 각각 헤더 압축기 및 헤더 복원기의 하위에 두는 것이 바람직하다. 그 이유는 RTP와 RTCP 패킷 모두에 대해 하나의 헤 더 압축기와 복원기를 둠으로써 헤더 압축과 관련된 메모리를 절약하고, 헤더 압축기와 복원기의 설정에 있어 시그널링의 부담을 줄이기 위함이다. 만약 구분 전달 장치와 구분 수신 장치를 각각 헤더 압축기와 헤더 복원기의 상위에 두게 된다면, 이는 곳 두 개의 헤더 압축기와 두 개의 헤더 복원기를 사용하게 됨을 의미하므로, 상기에 설명한 이득을 얻을 수 없게 된다.

본 발명에서 RTP와 RTCP 패킷을 서로 다른 RLC 모드를 통해 전송을 하긴 하지만, 물리채널까지 서로 다른 채널을 통해 전송을 한다면 무선 자원의 낭비가 심해지는 문제점이 발생한다. 따라서, 본 발명에서는 RLC에서 두 개의 flow로 분리된 RTP와 RTCP 패킷을 MAC 또는 PHY 계층에서 다시 하나의 flow로 합쳐 하나의 물리채널을 통해 전송함으로써 무선 자원의 효율성을 증가시키는 방법을 제안한다. 즉, RLC와 MAC 사이의 logical channel에 대해 multiplexing을 하거나, MAC과 PHY 사이의 transport channel에 대해 multiplexing을 하여, 하나의 physical channel을 통해 전송하도록 하는 것이다. 그런데, MAC 또는 PHY에서 multiplexing을 할 때 RTP와 RTCP flow를 무조건 적으로 multiplexing을 하게 된다면 종래와 마찬가지로 RTCP 패킷의 전송으로 인해 RTP 패킷의 폐기가 발생하게 된다. 따라서, 본 발명에서는 종래 UMTS에서 사용하고 있었던 MAC의 논리채널 우선순위 처리기능 (Logical Channel Priority Handling)을 이용하여 RTP와 RTCP flow를 처리하도록 제안한다. MAC의 논리채널 우선순위 처리기능이란, 송신측에 있어서 logical channel multiplexing 또는 transport channel multiplexing이 발생했을 때 우선순위가 높은 논리채널의 데이터를 우선적으로 전송하는 기능이다. 즉, RTP flow를 위한 논리 채널에는 높은 우선순위 (high priority)를 부여하고 RTCP flow를 위한 논리채널에는 낮은 우선순위 (low priority)를 부여하여, RTCP 패킷들은 전송할 RTP 패킷이 없는 경우에만 전송될 수 있도록 하는 것이다. 이는 인간의 음성은 silence period이 있고, 또한 양방향 통화의 경우 그 silence period이 길다는 점을 이용한 것으로서, 결국 음성 데이터의 휴지 구간에만 제어 데이터를 보내도록 하는 방법이다. 이 때 주목할 점은 PDCP가 RLC로 전달하는 RTP와 RTCP 패킷의 순서가, MAC의 논리채널 우선순위 처리 기능으로 인해 실제 무선 구간에 전송될 때는 달라질 수도 있다는 점이다. 즉, RTCP 패킷의 지연 전송으로 인해 무선 프로토콜 양단에서 RTP와 RTCP 패킷의 송신과 수신이 그 순서가 바뀔 수도 있는데, RTCP 패킷은 제어 데이터로서 에러에는 민감하지만 지연에는 비교적 둔감하기 때문에, RTCP 패킷의 전송 지연으로 인한 영향은 별로 크지 않다고 할 수 있다.

도4는 본 발명의 일 실시 예에 따른, VoIP를 위한 RB구성을 나타낸 그림으로, logical channel multiplexing을 적용한 RB구성을 보여준다. 그리고 도5는 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른, VoIP를 위한 RB구성을 나타낸 그림으로, transport channel multiplexing을 적용한 RB구성을 보여준다.

도4와 도5에서 PDCP의 구분 전달 장치(Splitter)와 구분 수신 장치 (Combiner)는 논리적인 개념이며, 실제로는 헤더 압축기와 복원기에서 그 기능을 수행할 수도 있다. 또한, 그림에서는 제 1방향과 제 2 방향 모두에 대해 RTCP는 하나의 AM RLC에서 처리하였는데, 경우에 따라 각 방향마다 하나 씩의 AM RLC를 두어 RTCP를 처리하는 것도 가능하다. 다만, AM RLC는 기본적으로 양방향이므로, 하나의 AM RLC가 양방향 모두의 RTCP를 처리하는 것이 더 바람직하다. 또한, 그림에서는 양방향 통신인 VoIP 서비스에 대한 RB 구성을 보였는데, 만약 상향 전용 또는 하향 전용의 단방향 통신 서비스라면, 무선 프로토콜은 한 쪽 방향으로만 구성된다. 예를 들어, 하향 전용의 스트리밍 서비스라고 한다면, UTRAN에는 그림의 송신측 구성이 적용되고 단말에는 그림의 수신측 구성이 적용된다.

본 발명에 따른, RB 구성은 하나의 RB에 두 개의 UM RLC 개체와 한 개의 AM RLC 개체를 포함한다는 점에서, 종래의 방법과 구별되는 차이를 갖는다. 즉, 종래에는 서비스가 단순하여 하나의 RB는 한 종류의 RLC 모드만 사용하였으나, 이러한 RB 구성은 다양한 QoS를 갖는 멀티미디어 서비스에는 적합하지 못하기 때문에, 본 발명에서는 하나의 RB가 서로 다른 RLC 모드로 구성될 수 있도록 한 것이다. 또한, 종래에는 한 RB가 AM RLC는 1개, UM 또는 TM RLC는 1개 또는 2개로 구성되었는데, 본 발명에서는 VoIP와 같은 양방향 서비스에 대해서는 한 RB가 UM RLC 2개 및 AM RLC 1개로, 단방향 스트리밍 서비스와 같은 단방향 서비스에 대해서는 한 RB가 UM RLC 1개 및 AM RLC 1개로 구성되도록 하였다. 무선 프로토콜 상에서 설정되는 각 RB에는 RB 식별자 (Identity)가 부가되므로, 본 발명과 같이 RB를 구성하기 위해서는 UM RLC 및 AM RLC가 동일한 RB 식별자를 갖도록 해야 한다. 종래에는 서로 다른 RLC 모드는 서로 다른 RB 식별자를 사용하였는데, 본 발명과 같이 서로 다른 RLC 모드가 동일한 RB 식별자를 사용하기 위해서는 RB 설정을 위한 시그널링 방법에도 수정이 필요하다.

본 발명, VoIP 서비스를 제공하는 무선통신 시스템은 전술한 실시 예에 국한 되지 않고, 본 발명의 기술 사상이 허용하는 범위 내에서 다양하게 변형하여 실시할 수 있다.

Claims

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상위 프로토콜 계층으로부터 단일 패킷 스트림을 수신하는 단계와;

상기 수신한 단일 패킷 스트림에서 각 패킷의 특성을 결정하는 단계와;

상기 결정된 패킷들을 두개의 다른 서브프레임으로 분리하는 단계를 포함하며, 상기 각 서브스트림은 다른 지연 또는 에러율을 갖는 것을 특징으로 하는 무선통신 방법.
제5항에 있어서,

상기 분리하는 단계는

서비스의 질(QoS)에 따라 수행되는 것을 특징으로 하는 무선통신 방법.
제5항에 있어서,

상기 각 패킷의 특성은

패킷 타입을 나타내는 것을 특징으로 하는 무선통신 방법.
제5항에 있어서,

하나의 서브스트림은 RTP패킷을 위한 것이고, 다른 서브스트림은 RTCP패킷을 위한 것임을 특징으로 하는 무선통신 방법.
제8항에 있어서,

상기 RTP패킷은 제1RLC개체를 통해 전송되고, 상기 RTCP패킷은 제2RLC개체를 통해 전송되는 것을 특징으로 하는 무선통신 방법.
제5항에 있어서,

논리채널 우선순위 처리를 수행하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 무선통신 방법.
제10항에 있어서,

상기 논리채널 우선순위 처리는

RTCP패킷에 비해 높은 우선순위로 RTP패킷을 전송하여, 상기 RTP패킷전송할 때 지연을 최소화시키는 것을 특징으로 하는 무선통신 방법.
제5항에 있어서,

상기 분리하는 단계를 수행하기 전에, 상기 수신한 단일 패킷 스트림내의 패킷에 대하여 헤더압축을 수행하는 것을 특징으로 하는 무선통신 방법.
제5항에 있어서,

상기 두개의 다른 서브스트림으로부터 패킷을 수신하는 단계와;

상기 수신한 패킷을 단일 패킷 스트림으로 결합하는 단계와;

상기 결합된 단일 패킷 스트림을 상위 프로토콜 계층으로 전달하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 무선통신 방법.
제13항에 있어서,

상기 결합단계이후에 상기 단일 패킷 스트림내의 패킷에 대하여 헤더압축을 수행하는 것을 특징으로 하는 무선통신 방법.
수신한 단일 패킷 스트림을 적어도 2개의 패킷 서브스트림으로 분리하는 제1패킷 처리개체와;

단일 무선 베어러를 위하여 각각 다른 모드를 갖는 적어도 2개의 제2패킷 처리개체를 포함하며,

상기 각 제2패킷 처리개체는 상기 제1패킷 처리개체에 의해 분리된 각 패킷 서브스트림을 처리하는 것을 특징으로 하는 무선통신 시스템.
제15항에 있어서,

상기 제1패킷 처리개체는

제1타입의 패킷은 제1패킷 서브스트림에서 전달되고, 제2타입의 패킷은 제2패킷 서브스트림에서 전달될 수 있도록 PDU의 포멧필드를 체크하여, 상기 단일 패킷 스트림을 분리하는 것을 특징으로 하는 무선통신 시스템.
제16항에 있어서,

상기 포멧필드를 체크하는 것은

상기 PDU의 헤더에 있는 필드를 체크하는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 무선통신 시스템.
제16항에 있어서,

상기 제1타입의 패킷은

RTP(Real-time Transport Protocol)패킷이고, 상기 제2타입의 패킷은 RTCP(RTP Control Protocol) 패킷인 것을 특징으로 하는 무선통신 시스템.
제15항에 있어서,

상기 각 패킷 처리개체는

무선 프로토콜 계층의 일부인 것을 특징으로 하는 무선통신 시스템.
제15항에 있어서,

상기 제1패킷 처리개체는

PDCP(Packet Data Convergence Protocol)개체인 것을 특징으로 하는 무선통신 시스템.
제15항에 있어서,

상기 제1패킷 처리개체는

데이터 패킷을 수신하여 헤더압축을 수행하는 헤더 압축기를 포함하는 것을 특징으로 하는 무선통신 시스템.
제21항에 있어서,

상기 제1패킷 처리개체는

상기 단일 패킷 스트림을 RTP패킷을 위한 하나의 패킷 서브스트림과 RTCP패킷을 위한 다른 하나의 패킷 서브스트림으로 분리하는 스플리터를 포함하는 것을 특징으로 하는 무선통신 시스템.
제15항에 있어서,

상기 제1패킷 처리개체는

RTP패킷을 위한 하나의 패킷 서브스트림과 RTCP패킷을 위한 다른 하나의 패킷 서브스트림을 단일 패킷 스트림으로 결합하는 결합기를 포함하는 것을 특징으로 하는 무선통신 시스템.
제23항에 있어서,

상기 제1패킷 처리개체는

데이터 패킷을 수신하여 헤더 복원을 수행하는 헤더 복원기를 포함하는 것을 특징으로 하는 무선통신 시스템.
제15항에 있어서,

상기 제2 패킷 처리개체들은

RLC(Radio Link Control)개체들인 것을 특징으로 하는 무선통신 시스템.
제25항에 있어서,

상기 RLC개체들중의 하나는

UM(Unacknowledged Mode) RLC개체인 것을 특징으로 하는 무선통신 시스템.
제25항에 있어서,

상기 2개의 RLC개체는

UM RLC개체로서, 제1방향의 데이터 서비스를 위한 제1 UM RLC개체와 제2방향의 데이터 서비스를 위한 제2 UM RLC개체인 것을 특징으로 하는 무선통신 시스템.
제15항에 있어서,

하나의 패킷 서브스트림은 RTP패킷을 위한 것이고, 다른 하나의 패킷 서브스트림은 RTCP패킷을 위한 것임을 특징으로 하는 무선통신 시스템.
제28항에 있어서,

상기 RTP패킷은

UM RLC개체로 전달되고, 상기 RTCP패킷은 AM(Acknowledged Mode) RLC개체로 전달되는 것을 특징으로 하는 무선통신 시스템.
제29항에 있어서,

상기 UM RLC개체에 의해 수신된 RTP패킷은 AM RLC개체에 의해 수신된 RTCP패킷보다 높은 우선순위로 처리되는 것을 특징으로 하는 무선통신 시스템.
제15항에 있어서,

상기 UM RLC개체는

RTP패킷을 출력하고, 상기 AM RLC개체는 동일한 패킷 스트림에서 하위 프로토콜 계층으로 RTCP패킷을 출력하는 것을 특징으로 하는 무선통신 시스템.