KR100956819B1 - 패킷 데이터 레이트를 결정하는 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 통신 시스템에 관한 것으로, 특히 이동통신 시스템에서 패킷 데이터 레이트를 결정하는 방법에 관한 것이다. 상기 패킷 데이터 레이트를 결정하는 방법은 이전에 추정한 적어도 하나의 채널 상태 정보 값에 가중치를 부여하여 현재의 채널 상태 정보 값을 획득하는 단계, 수신된 패킷 데이터의 상태에 따라 여분 값을 조정하는 단계, 상기 획득한 현재의 채널 상태 정보 값에 상기 여분 값을 적용하여 패킷 데이터 레이트를 결정하기 위한 임계치로 설정하는 단계, 상기 설정된 임계치에 근거하여 패킷 데이터 레이트를 결정하는 단계를 포함하여 이루어진다.

패킷 데이터 레이트

Description

패킷 데이터 레이트를 결정하는 방법{Method for determining a packet data rate}

도 1은 종래 기술에 따른 데이터를 전송하는 절차를 나타낸 흐름도이다.

도 2는 종래 기술에 따른 패킷 데이터 레이트 테이블을 도시한 도면이다.

도 3은 종래 기술에 따른 데이터를 송수신하는 과정을 도시한 도면이다.

도 4는 본 발명에 따른 패킷 데이터 레이트 테이블을 도시한 도면이다.

도 5는 본 발명에 따른 데이터를 수신하는 절차를 나타낸 흐름도이다.

도 6은 본 발명에 따라 1x EV-DO 통신 시스템에서 채널 상태에 따른 통신 시스템의 처리량을 나타낸 그래프이다.

도 7 내지 도 8은 본 발명에 따른 패킷 데이터 레이트로 패킷을 전송할 때, 채널 수신 감도에 따른 패킷 에러 레이트를 나타낸 그래프이다.

본 발명은 통신 시스템에 관한 것으로, 특히 이동통신 시스템에서 패킷 데이터 레이트를 결정하는 방법에 관한 것이다.

도 1은 종래 기술에 따른 데이터를 전송하는 절차를 나타낸 흐름도이다.

도 2는 종래 기술에 따른 패킷 데이터 레이트 테이블을 도시한 도면이다.

도 3은 종래 기술에 따른 데이터를 송수신하는 과정을 도시한 도면이다.

도 1을 참조하면, 종래에는 단말기가 현재의 채널 상태를 파악하여 이 채널 정보를 기지국으로 바로 전송하거나, 이 채널 정보에 근거하여 패킷 데이터 레이트를 결정한 후, 이 결정된 패킷 데이터 레이트에 대한 정보를 기지국에게 전송한다. 이에 상기 기지국의 스케줄러는 상기의 전송된 채널 정보에 근거하여 패킷 데이터 레이트를 결정하고, 이 결정된 패킷 데이터 레이트 또는 상기 전송된 패킷 데이터 레이트에 대한 근거하여 데이터를 수신할 단말기들을 스케줄링한다. 그리고, 이 스케줄링 근거하여 해당 단말기들에게 패킷 데이터를 전송한다.

상기 스케줄러가 패킷 데이터 레이트를 결정하기 이해서는 패킷 데이터 레이트 테이블이 필요한데, 이 테이블은 각 패킷 데이터 레이트의 서비스 품질(예를 들어, 패킷 에러 레이트가 1% 또는 5%)을 만족시킬 수 있는 채널 수신 감도의 경계 값들을 테이블화 한 것이다. 도 2에서 패킷 데이터 레이트 B는 채널 수신 감도가 최소 beta 이상의 값을 가져야 함을 의미한다. 높은 패킷 데이터 레이트일수록 더 좋은 채널 환경을 필요로 하기 때문에 도 2에 도시된 바와 같이 테이블을 생성할 수 있다.

도 2에 근거하여 패킷 데이터 레이트를 결정하는 방법은 채널의 상태가 각 패킷 데이터 레이트에 대해 요구하는 채널 경계값보다 좋은 최대의 패킷 데이터 레이트를 선택하는 것이다. 도 2에서 전송 채널의 채널 상태 정보(수신 감도 또는 신호대 잡음비)가 전송 패킷 데이터 레이트로써 패킷 데이터 레이트 C를 결정한다.

무선 통신에서 전송 채널은 시간에 따라 가변하는 특성을 갖는다. 따라서, 패킷 데이터 레이트를 결정할 때 채널 수신 감도와 실제로 전송될 채널의 수신 감도는 시간 지연을 갖기 때문에 서로 다른 특성을 갖는다. 따라서, 서비스 품질에 맞추어 결정된 패킷 데이터 레이트에 상응하는 데이터를 전송하는 것이 실패할 가능성이 좀 더 높아진다.

도 3에 도시된 바와 같이, 현재 측정된 채널 환경과 실제로 패킷이 전송되는 채널 환경 사이에는 시간 지연이 있기 때문에 패킷 데이터 레이트를 결정하는 때 패킷 전송 시점의 채널 환경을 정확히 예측을 하거나, 서비스 품질을 높일 수 있는 패킷 데이터 레이트를 선택하는 방법이 고려되어야 한다.

이상에서 언급한 종래 기술의 문제점을 감안하여 안출한 것으로서, 패킷 데이터 레이트를 결정하는 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 패킷을 전송하는 시점에 채널 환경을 정확히 예측할 수 있는 패킷 데이터 레이트를 결정하는 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 정확한 채널 환경 정보에 근거하여 서비스 품질을 높일 수 있는 패킷 데이터 레이트를 결정하는 방법을 제공하는 것이다.

이상과 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 특징에 따르면, 패킷 데이터 레이트를 결정하는 방법은 이전에 추정한 적어도 하나의 채널 상태 정보 값에 가중치를 부여하여 현재의 채널 상태 정보 값을 획득하는 단계, 수신된 패킷 데이터의 상태에 따라 여분 값을 조정하는 단계, 상기 획득한 현재의 채널 상태 정보 값에 상기 여분 값을 적용하여 패킷 데이터 레이트를 결정하기 위한 임계치로 설정하는 단계, 상기 설정된 임계치에 근거하여 패킷 데이터 레이트를 결정하는 단계를 포함하여 이루어진다.

이하 본 발명의 바람직한 일 실시 예에 따른 구성 및 작용을 첨부된 도면을 참조하여 설명한다.

본 발명에서 패킷 전송 채널의 채널 수신 감도(신호대 잡음비)를 결정하는 방법은 다음과 같다.

예를 들어, 단말기들로부터 수신한 채널 정보들에 근거하여 패킷 스케줄러를 구동하는 기지국이 패킷 전송 채널 상에서 패킷 데이터를 전송할 단말기들을 스케줄링할 때, 상기 기지국이 참조하는 채널 정보들은 패킷 데이터를 전송하고자 하는 시점보다 이전 시점에서 측정되어 보고된 정보이므로, 채널 상태를 정확하게 반영한 정보라고 할 수 없다.

따라서, 본 발명은 채널 정보가 측정되는 시점과, 이용되는 시점 간에 발생하는 채널 상태의 변화를 고려하여 채널 상태를 간단하게 추정하는 방법들을 제안한다. 이러한 채널 상태를 추정하는 방법들은 기지국 및 단말기 모두에서 이용 가능하다.

먼저, cur_SIR은 현재의 채널 상태 정보를 지시하는 변수이고, est_SIR 추정되는 채널 상태 정보를 지시하는 변수라고 가정한다.

첫째, 채널 상태 정보의 값은 수학식 1과 같이 통신 시스템의 운용 방식에 따라 변경 가능한 윈도우 사이즈 값에 따라 간단히 추정된다.

est_SIR = (1-1/est_window) * est_SIR + cur_SIR/est_window

상기 est_window는 1보다 큰 값이다. 상기 수학식 1은 이전의 est_window들에서 구해진 채널 상태 정보 값들에 가중치를 적용하여 현재의 채널 상태 정보 값을 추정하는 것으로, 이전에 구해진 채널 상태 정보 값들을 일종의 평균화하는 과정을 수행하는 것이다. 상기 통신 시스템이 채널 상태가 양호한 단말기들에게 우선적으로 패킷 데이터를 전송하는 방식인 "proportional fair"를 이용할 때, 윈도우 사이즈가 작은 것이 효과적이다.

둘째, 채널 상태의 정보 값은 수학식 2와 같이 현재의 채널 상태 정보의 값에 가중치를 적용하여 간단히 추정된다.

est_SIR = (1-weight_factor) * est_SIR + cur_SIR * weight_factor

상기 weight_factor는 현재의 채널 정보의 가중치를 의미하는 값으로, 0보다 크고 1보다 같거나 작다.

또한, 본 발명은 상기와 같은 방법들에 의해 구한 채널 수신 감도 값을 올리거나 내리기 위한 여분 값을 조절하는 방법을 다음과 같이 제안한다.

기지국 또는 단말기가 송신측으로부터 수신한 패킷을 복호하고, 복호 상태가 양호하면 ACK 신호를, 복호 상태가 기준치 이하여서 상기 수신한 패킷의 전체 또는 일부를 재전송받고자 하는 경우에는 NACK 신호를 상기 송신측으로 전송한다. 그리 고, 이 전송 결과에 따라 상기 채널 수신 감도 값을 올리거나 내리기 위한 값(이를 여분 값이라고 한다)을 추정하는데 이용한다.

만일, ACK를 송신측으로 전송한 경우, 상기 여분 값은 'min(m_value = m_value + Δup, threshold_max)'에 의한 식에 의해서 구해진다. 그러나, NACK를 송신측으로 전송한 경우, 상기 여분 값은 'max(m_value = m_value - Δdown, threshold_min)'에 의한 식에 의해서 구해진다.

상기 여분 값의 스텝 사이즈는 'Δdown = α* Δup'와 같고, 상기 α는 '(T_PER/(1-T_PER))'이거나, 1보다 작은 값이다. 상기 'T_PER'은 송신측으로부터 수신한 패킷의 서비스 품질을 나타내는 것으로, 패킷 에러 레이트를 의미한다.

상기와 같이 구한 채널 수신 감도 및 여분 값을 이용하여 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이 패킷 데이터 레이트를 결정한다.

도 4는 본 발명에 따른 패킷 데이터 레이트 테이블을 도시한 도면이다.

도 5는 본 발명에 따른 데이터를 수신하는 절차를 나타낸 흐름도이다.

상기 수학식 1 또는 수학식 2를 이용하여 구해진 패킷 전송 채널의 채널 수신 감도(신호대 잡음비) est_SIR를 dB 레벨로 표현한 값을 SIR_db라고 하고, 여분 값을 m_value(dB)라고 했을 경우, 패킷 데이터 레이트(Rmax)는 다음 수학식 3에 의해 결정된다.

상기 Requried_SIR(R)은 도 4에 도시된 패킷 데이터 레이트 테이블을 참조하여 패킷 데이터 레이트 R을 수신받기 위해 필요한 전송 채널의 신호대 잡음비(전송 채널 상태 정보)를 의미한다.

패킷 데이터 레이트를 결정하는 방법을 도 5를 참조하여 구체적으로 설명하면, 먼저 단말기 또는 기지국은 패킷 데이터를 수신한다.(S20) 상기 기지국 또는 단말기는 이 수신된 패킷 데이터가 기준치 이하의 에러를 가지고 수신되었는지를 판단한다.(S21) 상기 기지국 또는 단말기는 이 판단 결과에 따라 송신측으로 ACK 또는 NACK를 전송한다. 만일, 상기 송신측으로 ACK를 전송한 경우, 여분 값은 'min(m_value = m_value + Δup, threshold_max)'에 의한 식에 의해서 구해진다(S24). 그러나, 상기 송신측으로 NACK를 전송한 경우, 여분 값은 'max(m_value = m_value - Δdown, threshold_min)'에 의한 식에 의해서 구해진다.(S25)

현재 채널 상태에 대한 값은 수신 채널 감도 SIR_db에 상기와 같이 구해진 어느 하나의 여분 값을 적용하여 구해진다. 도 4에 도시된 데이터 테이블을 참조하여, 상기 구해진 현재의 채널 상태 값을 경계값으로 하여 최대 패킷 데이터 레이트를 전송될 패킷 데이터의 데이터 레이트로 결정한다.

기지국은 상기와 같이 결정된 패킷 데이터 레이트에 따른 패킷 데이터를 해당 단말기로 전송한다. 한편, 단말기는 상기와 같이 결정된 패킷 데이터 레이트를 기지국으로 보고하고, 이에 기지국은 상기 보고된 패킷 데이터 레이트에 상응하는 패킷 데이터를 상기 단말기에게 전송한다.

도 6은 본 발명에 따라 1x EV-DO 통신 시스템에서 채널 상태에 따른 통신 시스템의 처리량을 나타낸 그래프이다.

도 7 내지 도 8은 본 발명에 따른 패킷 데이터 레이트로 패킷을 전송할 때, 채널 수신 감도에 따른 패킷 에러 레이트를 나타낸 그래프이다.

도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 패킷 데이터 레이트를 결정하는 통신 시스템에서, 각 섹터당 16명의 유저들이 있는 경우, 채널 모델이 Veh_A_030와 Ped_A_120일 경우에 약 25%의 전체 시스템 효율이 증가하는 것을 확인할 수 있다. 상기 채널 모델은 ITU-R M.1225를 바탕으로 이하 표 1과 같이 정의된다.

그 이유는 도 7 및 도 8의 그래프들에서 알 수 있듯이 여분의 값을 고려해 패킷 데이터 레이트를 선택할 경우, 여분의 값을 고려하지 않았을 경우와 비교하여 패킷 에러 레이트가 아주 낮고, 패킷 에러 레이트의 여분 값이 1%에 맞추어져 있음을 알 수 있다. 이는 시간에 따라 평균적으로 패킷 데이터의 서비스의 품질이 안정적으로 유지되고 있음을 의미한다.

채널 모델	다중 경로 모델	핑거 번호	속도	페이딩
Ped_A_003	Pedestrain A	1	3	Jakes
Ped_B_010	Pedestrain B	3	10	Jakes
Veh_A_030	Vehicular A	2	30	Jakes
Veh_A_120	Pedestrian A	1	120	Jakes
V도_10_000	싱글 경로	1	0, fD=1.5Hz	Rician Factor K=10 dB

이상에서와 같이 본 발명은 채널의 가변되는 수신 감도와 전송된 패킷의 수신 상태를 바탕으로 패킷의 데이터 레이트를 선택하는 방법에 대한 것으로, 패킷 서비스가 가능한 무선 통신 시스템에서 패킷의 전송 품질을 높임으로써 서비스 품질을 유지시킬 수 있고, 전체 통신 시스템의 입장에서도 패킷 전송률을 높임으로써 보다 효율적인 시스템을 설계할 수 있다.

이상 설명한 내용을 통해 당업자라면 본 발명의 기술 사상을 일탈하지 아니하는 범위에서 다양한 변경 및 수정이 가능함을 알 수 있을 것이다.

따라서, 본 발명의 기술적 범위는 실시예에 기재된 내용으로 한정하는 것이 아니라 특허 청구 범위에 의해서 정해져야 한다.

Claims (11)

1. 송신단에서 채널 상태의 변화를 고려하여 패킷 데이터 레이트를 결정하는 방법에 있어서,

   이전에 추정한 적어도 하나의 채널 상태 정보 값에 가중치를 부여하여 현재의 채널 상태 정보 값을 획득하는 단계;

   수신된 패킷 데이터의 오류 여부를 지시하는 수신 상태 결과에 따른 소정의 조정 값을 여분 값에 부여하여 상기 여분 값을 조정하는 단계;

   상기 획득한 현재의 채널 상태 정보 값에 상기 조정된 여분 값을 적용하여 패킷 데이터 레이트를 결정하기 위한 임계치로 설정하는 단계; 및

   임계치 값에 따라 복수의 단계로 미리 설정된 패킷 데이터 레이트 결정 기준과 상기 설정된 임계치를 대비하여 패킷 데이터 레이트를 결정하는 단계를 포함하는 패킷 데이터 레이트를 결정하는 방법.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 획득하는 단계에서, 소정 윈도우 사이즈마다 추정된 채널 상태 정보 값들에 가중치를 적용하는 것을 특징으로 하는 패킷 데이터 레이트를 결정하는 방법.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 획득하는 단계에서, 이전에 추정된 채널 상태 정보 값에 가중치를 적용하는 것을 특징으로 하는 패킷 데이터 레이트를 결정하는 방법.
4. 제 1항에 있어서,

   상기 여분 값은 상기 수신 상태 결과가 'ack'인 경우, 증가되는 것을 특징으로 하는 패킷 데이터 레이트를 결정하는 방법.
5. 제 4항에 있어서,

   상기 증가된 여분 값은 시스템에서 설정한 최대 값을 초과하지 않는 것을 특징으로 하는 패킷 데이터 레이트를 결정하는 방법.
6. 제 1항에 있어서,

   상기 여분 값은 상기 수신 상태 결과가 'nack'인 경우, 감소되는 것을 특징으로 하는 패킷 데이터 레이트를 결정하는 방법.
7. 제 6항에 있어서,

   상기 감소된 여분 값은 시스템에서 설정한 최소 값을 초과하는 것을 특징으로 하는 패킷 데이터 레이트를 결정하는 방법.
8. 제 1항에 있어서,

   상기 수신상태 결과가 'nack'인 경우에 상기 여분 값에서 감소되는 조정 값은,

   상기 수신상태 결과가 'ack'인 경우에 상기 여분 값에 더해지는 조정 값에 소정 배수를 곱한 값인 것을 특징으로 하는 패킷 데이터 레이트를 결정하는 방법.
9. 제 8항에 있어서,

   상기 소정 배수는 '패킷 에러 레이트/(1-패킷 에러 레이트)'에 의해 산출되는 것을 특징으로 하는 패킷 데이터 레이트를 결정하는 방법.
10. 제 1 항에 있어서,

    상기 패킷 데이터 레이트를 결정하는 단계에서, 상기 임계치를 하위 경계로 하는 최대 패킷 데이터 레이트를 해당 패킷 데이터 레이트로써 결정하는 것을 특징으로 하는 패킷 데이터 레이트를 결정하는 방법.
11. 제 1 항에 있어서,

    상기 현재의 채널 상태 정보 값과 상기 여분 값의 합으로써 상기 임계치가 설정되는 것을 특징으로 하는 패킷 데이터 레이트를 결정하는 방법.

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