KR101103446B1 - 저전력 페이징을 위한 이동통신단말기 및 그 제어 방법 - Google Patents

저전력 페이징을 위한 이동통신단말기 및 그 제어 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 사용자의 이동통신단말기 사용 패턴에 따라 슬롯 사이클 인덱스를 가변하여 저전력 페이징 방법을 구현하는 이동통신단말기 및 이동통신시스템과 그것들의 제어 방법에 관한 것이다. 본 발명에 의한 이동통신단말기는 사용자의 시간대별 통화량에 대한 데이터가 저장되는 통화량 데이터 저장부와, 상기 통화량 데이터 저장부로부터 현재 시간의 통화량을 판독하고 판독된 통화량에 따라 슬롯 사이클 인덱스를 결정하는 슬롯 사이클 인덱스 결정부와, 상기 결정된 슬롯 사이클 인덱스에 따라 수신단의 응답시간을 제어하는 응답시간 제어부를 구비한다. 본 발명에 의하면 이동통신시스템에 큰 부하가 걸리지 않으면서도 단말별로 페이징 슬롯 사이클 인덱스를 관리하여 이동통신단말기의 전력 소모를 줄일 수 있다.

Description

저전력 페이징을 위한 이동통신단말기 및 그 제어 방법{MOBILE COMMUNICATION TERMINAL FOR LOW POWER PAGING AND CONTROL METHOD THEREOF}
본 발명은 이동통신단말기 및 그 제어 방법에 관한 것으로서, 특히 사용자의 이동통신단말기 사용 패턴에 따라 슬롯 사이클 인덱스를 가변하여 저전력 페이징 방법을 구현하는 이동통신단말기 및 이동통신시스템과 그것들의 제어 방법에 관한 것이다.
최근의 IT 추세는 무엇보다도 Green IT라고 할 수 있다. Green IT는 다른 산업에 비해 빠르게 그 기술이 성장하면서도 전제 이산화탄소 배출량의 2%밖에 차지하지 않는 친환경적인 산업으로 다른 탄소 집약적 산업의 대체 수단이 되고 있다. 휴대폰 분야에선 다기능 세대의 발전에 따른 전력 소모에 중점을 두어 Green IT 구현을 목표로 하고 있다.
통상 휴대폰으로 불리우는 이동통신단말기는 LCD모듈과 하단 기계부로 나눌 수 있다. 하단 기계부는 무선주파수부(Radio Frequency(RF) Section), Baseband, WM, MSM으로 나뉜다. 아날로그 부분의 첫 소자는 안테나로 단말기의 첫 단에서 안테나를 통해 송수신된 신호는 듀플렉스(Duplexes) 소자를 통해 풀 듀플렉싱(Full Duplexing)되어 송신 신호와 수신 신호가 분리된다. 즉 송신시에는 송신단 전력증폭기 모둘(Power Amp Module: PAM)의 출력 전력이 듀플렉스를 통과하여 안테나로 최대 전력을 전달하고 수신 시에는 반대로 안테나를 통해 수신된 미약한 RF 신호가 듀플렉스를 통과하여 수신단의 LNA로 신호를 전달하는 역할을 한다. 또한, PAM은 Duplexes의 loss를 감안하여 적절한 신호의 크기를 증폭해야 한다. 이는 회로 부품 중 전력 소모를 가장 많이 하는 부품으로 장시간 통화시 단말기에 열이 나는 현상은 PAM의 전력 소모로 발생하는 것이다. Driver Amp는 PAM이 충분히 증폭할 수 있도록 송신단의 Up Converter(UP MIXER)에서 출력된 신호를 이용한다. 송수신된 RF신호는 Rx BPF, Tx BPF와 같은 Band Pass Filter를 통해 불필요한 주파수 즉 잡음이 제거된다. 후에 VCO, PLL(Phase Locked Loop), VC-TCXO등을 통해 주파수 보정을 거치게 된다. 다음으로 MSM단을 살펴보면 PMIC(Power Management IC)와 MSM, MCP를 살펴볼 수 있다. PMIC는 휴대전화의 각 부품에 공급되는 전원을 적절히 분배해 전송하는 역할을 하는 IC이다. 이 부분이 없다면 단말기의 특정 기능을 사용할 수 없거나 전체 시스템의 구동이 불가능하다. 과부하로 인한 부품 발화도 가능하므로 매우 중요하면서도 시스템의 기본이라 할 수 있는 부분이다.
소비전력(mW) 구성비율(%)
기저대역 코어(Baseband Core) 113 12
기저대역 아날로그(Baseband Analog) 104 11
무선 트랜시버(RF Transceiver) 320 33
전력 증폭기(Power Amplifier) 408 42
에스램(SRAM) 18 2
전체 963 100
지금까지는 기본적으로 단말 내부에서 손실되는 전력에 대해 살펴보았다. 다음으로 이와 같은 기본 전력 소모와 함께 단말기 호 처리 과정에서 소모되는 전력 소모를 살펴볼 것이다. 단말의 호 처리 과정은 도 1과 같다.
우선 단말기가 부팅되면 파일럿(pilot), 동기 채널(sync channel)을 수신하기 위한 단말 초기화 상태(Mobile station Initialization)가 된다. 이러한 단말기의 초기화는 단말기의 메모리 상에서 동작에 필요한 상태를 형성시키고 EEPROM에서 해당 정보를 읽는다.
이 후 단말기가 자체적으로 동작이 완료되면 파일럿 채널을 수신한 다음 동기 채널에서 필요한 시스템 정보를 수신한다. 이후 단말기는 응답 대기 상태로 변환된다. 이는 단말기가 내부적으로 음성통신을 비롯한 여러 가지 서비스를 할 수 있는 여건을 마련한 후, 음성통화나 제어 신호를 처리하는 것을 말한다. 즉, 단말기는 동기 채널에서 필요한 정보를 수신한 다음 시스템 파라미터를 수신하여 처리하거나 호출 신호와 같은 여러 가지 요구에 적절한 응답을 수행하게 된다. 이후 정상 동작을 완료한 다음 페이징 채널을 계속적으로 수신하고 시스템 정보(paging channel message)를 수신하지 못하면 초기화부터 다시 시작하게 된다. 응답 대기 상태에서 단말기 호출 신호를 통해 페이징 채널, 접속 채널과 연결되어 통화중인 상태를 통화 상태(Traffic State)라고 한다. 통화 상태에서는 통화가 끝난 후, 통화 중 어긋날 수 있는 시스템 시간(system time), 긴 코드 상태(long code state), 페이징 채널 메시지 등의 재설정을 위해 초기화를 하게 된다. 우리는 이 각각의 단말기 호 처리 절차에 따른 전력 소모를 실제적으로 분석해 보고자 CDMA 2000 protocol analyzer를 사용하였다.
각 상태별 전력 소모를 살펴보자. 단말기가 작동을 위한 제일 첫 단계인 단말 초기화 상태는 도 2와 같다. 단말기의 전원을 킬 경우 Tx 전력은 -52.42dBm, Rx 전력은 -86.58dBm 임을 확인할 수 있다. 이후 단말기가 파일럿 채널과 연결되면서 일시적으로 Tx 전력이 약 60dBm 만큼 증가하여 14dBm 까지 올라가는 반면 Rx 전력은 -86.58dBm 으로 변함이 없다.
도 3의 대기 상태(Idle State)에서의 전력소모를 살펴보면 단말 초기화 상태와 비슷한 -49.74dBm의 Tx 전력, -89.25dBm의 Rx 전력이 비교적 일정하게 유지되고 있음을 알 수 있다. 이 값은 휴대폰이 통화를 시작하게 되면서 부터는 급격히 변화하게 되는데 이는 도 4와 같다.
통화 상태(Traffic State)에서는 기지국과 단말기가 연결되게 되며, 그 순간 위의 그래프처럼 한번의 Tx 전력에 피크가 발생하게 된다. 이는 송수신시 Tx 전력이 각각 8.58dBm, 14.91dBm의 값으로 약 58dBm, 66dBm의 증가 값을 갖는다. Rx 전력은 -79.25dBm, -82.31dBm으로 Tx 전력에 비해 상대적으로 적은 전력 증가 값을 보임을 확인할 수 있다.
지금까지 살펴본 단말기의 내부 소자 및 호 처리 과정에서의 전력 소모를 살펴보았다. 통화가 시작되기 전 기지국과 단말기가 연결되는 순간 피킹(peaking) 현상으로 큰 전력 소모가 있음을 확인할 수 있었다. 이처럼 기지국과 단말기가 연결되는 것을 페이징(paging)이라고 한다. 이는 이동통신 단말기에 호가 착신되었을 경우 단말기가 위치한 곳의 기지국 제어 장치를 통하여 단말기를 호출하는 것으로 페이징 구역은 단말기가 가장 최근에 등록한 위치구역이며 교환기 내의 VLR(Visitor Location Register)에 저장된다. 페이징을 통해 신호를 감지하는 역할은 회로적으로 분석하였을 때, 디지털 클록(digital clk)에 의해 이루어지고, 무선 트랜시버 단에서 주로 그 역할을 담당한다. 표 1을 참고하면, 휴대폰 내부 회로에서 전력소모가 RF단에서 많다는 것을 확인할 수 있다.
따라서 본 발명은 이동통신시스템에 큰 부하가 걸리지 않으면서도 단말별로 페이징 슬롯 사이클 인덱스를 관리하여 이동통신단말기의 전력 소모를 줄이는 것을 일 목적으로 한다.
또한 본 발명은 이동통신단말기의 전력 소모를 줄이기 위해 슬롯 사이클 인덱스를 조절하면서도 응답시간이 지연되지 않도록 하는 것을 다른 목적으로 한다.
본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있으며, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 알게 될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허 청구 범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 이동통신단말기에 있어서, 사용자의 시간대별 통화량에 대한 데이터가 저장되는 통화량 데이터 저장부와, 상기 통화량 데이터 저장부로부터 현재 시간의 통화량을 판독하고 판독된 통화량에 따라 슬롯 사이클 인덱스를 결정하는 슬롯 사이클 인덱스 결정부와, 상기 결정된 슬롯 사이클 인덱스에 따라 수신단의 응답시간을 제어하는 응답시간 제어부를 구비하는 것을 일 특징으로 한다.
또한 본 발명은 이동통신단말기를 제어하는 방법에 있어서, 사용자의 시간대별 통화량에 대한 데이터를 통화량 데이터 저장부에 저장하는 단계와, 상기 통화량 데이터 저장부로부터 현재 시간의 통화량을 판독하고 판독된 통화량에 따라 슬롯 사이클 인덱스를 결정하는 단계와, 상기 결정된 슬롯 사이클 인덱스에 따라 수신단의 응답시간을 제어하는 단계를 구비하는 것을 다른 특징으로 한다.
또한 본 발명은 이동통신시스템에 있어서, 이동통신단말기로부터 슬롯 사이클 인덱스를 수신하는 슬롯 사이클 인덱스 수신부와, 상기 슬롯 사이클 인덱스 수신부로부터 수신 받은 이동통신단말기의 슬롯 사이클 인덱스에 따라 상기 이동통신단말기로의 페이징 채널의 전력을 조절하는 페이징 전력 조절부를 구비하는 것을 또 다른 특징으로 한다.
또한 본 발명은 이동통신시스템을 제어하는 방법에 있어서, 이동통신단말기로부터 슬롯 사이클 인덱스를 수신하는 단계와, 상기 수신 받은 이동통신단말기의 슬롯 사이클 인덱스에 따라 상기 이동통신단말기로의 페이징 채널의 전력을 조절하는 단계를 구비하는 것을 또 다른 특징으로 한다.
본 발명은 단말기와 기지국 사이의 페이징 과정 중 사용자의 개별적 특성을 고려한 슬롯 사이클 인덱스의 조절을 통해 단말기 운영 중의 전력 소모를 줄인다. 사용자는 통화시간대와 통화량에 따라 분류될 수 있다.
슬롯 사이클 인덱스를 길게 하면 대기상태의 증가로 전력 소모가 작아지나 통화 연결 대기시간이 길어진다. 따라서 통화 패턴 분석을 통해 통화량이 많은 시간에는 인덱스를 작게 잡아서 응답시간을 빠르게 하고, 통화량이 적은 시간에는 인덱스를 크게 잡아서 전력 소모를 줄인다.
슬롯 사이클 인덱스가 큰 경우 기지국에서 페이징 채널로의 전력을 램핑(ramping) 하여 단말기의 신호 대 잡음비를 증가시킬 수 있다. 슬롯 사이클 인덱스를 키우면 응답시간이 늘어나게 되는데 해당 단말기에 대해 페이징시 전력을 늘려서 페이징 지연을 동일하게 유지하거나 더 줄일 수 있다.
이러한 본 발명에 의하면 통화 패턴 분석을 통해 통화량이 많은 시간에는 인덱스를 작게 잡아서 응답시간을 빠르게 하고, 통화량이 적은 시간에는 인덱스를 크게 잡아서 이동통신단말기의 전력 소모를 줄일 수 있다.
또한 본 발명에 의하면 시스템 측면에서 모든 단말별로 페이징 슬롯 사이클 인덱스를 관리하는 것이 아니라 단말기 스스로 자신의 이전 히스토리를 관리하여 시간대별로 인덱스를 조정하기 때문에 이동통신시스템의 부담이 크지 않다는 장점이 있다.
또한 본 발명에 의하면 단말기가 과거의 히스토리 정보를 기반으로 새로운 슬롯 사이클 인덱스를 결정하므로 점진적으로 변화하는 사용자의 특성에 맞는 페이징 슬롯 사이클 인덱스를 제공할 수 있다.
도 1은 이동통신단말기의 호 처리 과정을 설명하는 흐름도.
도 2는 이동통신단말기의 초기화 상태에서의 전력 소모를 설명하는 도면.
도 3은 이동통신단말기의 대기 상태에서의 전력 소모를 설명하는 도면.
도 4는 이동통신단말기의 송신시 통화 상태에서의 전력 소모를 설명하는 도면.
도 5는 이동통신단말기의 수신시 통화 상태에서의 전력 소모를 설명하는 도면.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 의한 이동통신단말기와 이동통신시스템의 구성을 설명하는 블록도.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 의한 이동통신단말기의 제어 방법을 설명하는 흐름도.
도 8은 본 발명의 통화량 데이터 저장부에 저장되는 통화량 데이터의 일 예를 설명하는 도면.
도 9는 본 발명의 슬롯 사이클 인덱스 결정부의 동작을 설명하는 도면.
도 10은 본 발명의 응답시간 제어부의 동작을 설명하는 도면.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 의한 이동통신시스템의 제어 방법을 설명하는 흐름도.
도 12는 페이징 전력과 응답시간의 관계를 설명하는 그래프.
도 13은 채널 상태에 따른 응답시간의 변화를 설명하는 그래프.
도 14는 동일한 채널 하의 슬롯 사이클 인덱스의 변화에 따른 신호 대 잡음비의 변화를 설명하는 그래프.
상술한 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 후술되어 있는 상세한 설명을 통하여 보다 명확해 질 것이며, 그에 따라 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에 그 상세한 설명을 생략하기로 한다. 이하, 첨부된 도면들을 함께 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 의한 이동통신단말기(100)와 이동통신시스템(200)의 구성을 설명하는 블록도이다. 도 7은 본 실시예에 의한 이동통신단말기(100)의 제어 방법을 설명하는 흐름도이고, 도 11은 본 실시예에 의한 이동통신시스템(200)의 제어 방법을 설명하는 흐름도이다.
이동통신단말기(100)는 기억장치(102), 슬롯 사이클 인덱스 결정부(104), 응답시간 제어부(106), 송수신부(108)를 구비하고 있다. 기억장치(102)에는 사용자의 시간대별 통화량에 대한 데이터가 저장된다(S702). 시간대별 통화량은 단위 시간에 대한 평균 통화량일 수 있다. 도 8은 기억장치(102)에 저장되는 시간대별 통화량 데이터의 일 예를 설명하는 도면이다. 도 8에서 (00:00 - 01:00) 시간대에서의 평균 통화량은 5분이고, (01:00 - 02:00) 시간대에서의 평균 통화량은 0분이고, (13:00 - 14:00) 시간대에서의 평균 통화량은 20분이다. 슬롯 사이클 인덱스 결정부(104)는 기억장치(102)로부터 현재 시간의 통화량을 판독하고 판독된 통화량에 따라 슬롯 사이클 인덱스를 결정한다(S704). 도 9는 본 발명의 슬롯 사이클 인덱스 결정부의 동작을 설명하는 도면이다. 예를 들어, 도 8에 도시된 통화량을 갖는 사용자의 경우 슬롯 사이클 인덱스 결정부(104)는 (13:00 - 14:00) 시간대에는 통화 품질을 위해 낮은 값의 슬롯 사이클 인덱스 I20를 할당하고, (00:00 - 01:00) 시간대와 (01:00 - 02:00) 시간대에는 전력 소비 절감을 위해 높은 값의 슬롯 사이클 인덱스 I5, I1을 각각 할당한다. 응답시간 제어부(106)는 위에서 결정된 슬롯 사이클 인덱스에 따라 송수신부(108)의 수신단 응답시간을 제어한다(S706). 응답시간 제어부(106)는 사용자가 절전 모드를 지정한 경우 동일한 슬롯 사이클 인덱스에 대해 보통 모드보다 더 긴 응답시간을 할당한다. 도 10은 응답시간 제어부(106)의 동작을 설명하는 도면이다. 슬롯 사이클 인덱스가 I1인 경우 보통 모드에서는 응답시간으로 T11을 할당하고, 절전 모드에서는 응답시간으로 I12을 할당한다.
이동통신시스템(200)은 기지국(210)을 구비하며, 기지국(210)은 송수신부(201), 슬롯 사이클 인덱스 저장부(214), 페이징 전력 조절부(216)를 구비하고 있다. 송수신부(212)는 이동통신단말기(100)의 송수신부(108)로부터 슬롯 사이클 인덱스를 수신하고, 슬롯 사이클 인덱스 저장부(214)는 송수신부(212)에서 수신된 슬롯 사이클 인덱스를 저장한다(S1102). 페이징 전력 조절부(216)는 슬롯 사이클 인덱스 저장부(214)로부터 해당 이동통신단말기(100)의 슬롯 사이클 인덱스를 판독하고, 이에 따라 이동통신단말기(100)로의 페이징 채널의 전력을 조절한다(S1104). 페이징 전력 조절부(216)는 이동통신단말기(100)로부터 수신 받은 슬롯 사이클 인덱스가 크면 페이징 채널의 전력을 크게 할 수 있다. 또한 페이징 전력 조절부(216)는 수신 받은 슬롯 사이클 인덱스에 따라 이동통신단말기(100)로의 페이징 채널의 전력을 램핑(ramping)하여 이동통신단말기(100)의 신호 대 잡음비를 증가시킬 수 있다.
본 발명에서는 휴대폰 전력 소모를 최적화하기 위해 페이징 간격을 늘림으로써 불필요한 전력소모를 보상하고자 하며, 이는 사용자별 생활 방식에 따른 개인별 페이징 간격의 조절을 통해 개선된다. 일반적으로 슬롯 사이클 인덱스(Slot Cycle Index)을 길게 하면 대기 상태의 증가로 전력 소모가 작아 배터리 수명을 연장할 수 있다. 하지만 기지국에서 이동국을 호출할 때 바로 호출하지 못하고 정해진 슬롯까지 기다려야 하므로 통화 연결 대기 시간이 길어지게 된다. 슬롯 사이클 인덱스 사이클는 사업자 및 가입자 모두 변경 가능하나 사업자 측에서 최대 N값을 지정한다. 배터리 수명과 무관하게 신뢰성 있는 사용을 원하거나 대기시간 없는 신속성을 원하면 비슬롯 모드(Non Slot Mode)로 설정한다.
첫 번째 실험에서는 각 개인별 15일 분량의 데이터를 1시간마다 측정하여 메모리에 저장하였다. 이 데이터를 기초로 개인의 행동 패턴을 분석하고, 패턴에 따른 페이징 슬롯 사이클 인덱스를 조절하며 실제 페이징 간격 조절이 전력 소모에 어떤 영향을 미치는지 분석해 보았다. 표 2는 주부, 영업 사원, 학생이라는 서로 다른 통화 유형을 가진 가입자의 통화 패턴의 분석을 통해 슬롯 사이클 인덱스 값의 변화로 얻게 되는 전력 이득의 개선 전, 후를 분석한 것이다. 표 3은 슬롯 사이클 인덱스에 할당된 대응시간을 나타낸다.
index 영업사원 주부 학생 개선이전
AM6-7 2.5 2.5 2.5 1.5
AM7-8 2.5 2.5 1.5 1.5
AM8-9 1 2.5 1.5 1.5
AM9-10 1 2.5 2 1.5
AM10-11 1 2 2 1.5
AM11-12 1 1.5 2 1.5
PM12-13 1 1.5 2 1.5
PM13-14 1 1.5 2 1.5
PM14-15 1 1.5 2 1.5
PM15-16 1 1.5 2 1.5
PM16-17 1 2 2 1.5
PM17-18 1 2 1.5 1.5
PM18-19 1 2 1.5 1.5
PM19-20 1 2 1.5 1.5
PM20-21 1 2 1.5 1.5
PM21-22 1.5 2 1.5 1.5
PM22-23 1.5 2.5 2 1.5
PM23-24 1.5 2.5 2 1.5
PM24-1 1.5 2.5 2.5 1.5
AM1-2 2.5 2.5 2.5 1.5
AM2-3 2.5 2.5 2.5 1.5
AM3-4 2.5 2.5 2.5 1.5
AM4-5 2.5 2.5 2.5 1.5
AM5-6 2.5 2.5 2.5 1.5
index time
0 1.28
0.5 2
1 2.56
1.5 3.8
2 5.2
2.5 7.5
먼저 영업사원의 경우는 일을 위한 통화량이 자는 시간과 이른 아침시간을 제외한 대부분의 시간을 차지한다. 또한 주부의 경우 약속을 따로 만들지 않는 한 집에 있는 일이 많아 통화를 거의 하지 않는다. 학생의 경우는 여유가 생기는 저녁을 제외하고는 거의 쓰는 일이 없다. 이와 같은 통화 패턴 분석을 통해 통화량이 많은 경우에는 인덱스를 작게 잡아서 응답시간을 빠르게 해줬고, 반대로 통화량이 적은 시간에는 인덱스를 어느 정도 크게 잡아서 응답하는 시간을 느리게 잡아 소모되는 전력을 줄일 수 있게 했다.(한국의 통신회사는 슬롯 사이클 인덱스를 2로 사용, 본 실시예에서는 소수점까지 세분화하여 나누어 보았다.) 그 결과 이전 대비 전력소모 양이 영업사원의 경우에는 98%, 주부의 경우에는 69.9%, 학생의 경우 75%까지 줄일 수 있었다.
이 외에도 실제 통화패턴에 있어서 차이가 많이 나는 연구원 세 명을 골라 하루 중 시간별로 소모되는 전력을 줄일 수 있는 슬롯 사이클 인덱스를 알맞게 배분해 보았다. 이 역시 통화량이 많은 경우에는 인덱스를 작게 잡아서 응답시간을 빠르게 해주었고, 반대로 통화량이 적은 시간에는 인덱스를 어느 정도 크게 잡아서 응답 하는 시간을 느리게 맞춰주었다. 표 4는 슬롯 사이클 인덱스 값의 변화로 얻게 되는 전력 이득의 개선 전, 후를 분석한 것이다.
index A B C 개선이전
AM6-7 2.5 2.5 2.5 1.5
AM7-8 2.5 2.5 1 1.5
AM8-9 2.5 2 1.5 1.5
AM9-10 2.5 2 2 1.5
AM10-11 2 2 2 1.5
AM11-12 2 2 2 1.5
PM12-13 1.5 2 2 1.5
PM13-14 1.5 1 1 1.5
PM14-15 1.5 2 2 1.5
PM15-16 1.5 2 2 1.5
PM16-17 1.5 1.5 2 1.5
PM17-18 1.5 1 2 1.5
PM18-19 1.5 1 1 1.5
PM19-20 1.5 1 2 1.5
PM20-21 1.5 1.5 2 1.5
PM21-22 1.5 2 2 1.5
PM22-23 1 2 2 1.5
PM23-24 1 2 2 1.5
PM24-1 1 2.5 3 1.5
AM1-2 1 2.5 2.5 1.5
AM2-3 1.5 2.5 2.5 1.5
AM3-4 2 2.5 2.5 1.5
AM4-5 2.5 2.5 2.5 1.5
AM5-6 2.5 2.5 2.5 1.5
앞서 살펴본 개인별 통화 패턴에 따른 슬롯 사이클 인덱스 조절 결과표에서 슬롯 사이클 인덱스 변화에 따른 응답시간과 전력 소모를 확인할 수 있었다. 이를 그래프로 확인하면 도 12와 같다.
도 12는 페이징 전력과 응답시간의 관계를 설명하는 그래프이다. 도 12에서 응답시간 즉, 슬롯 사이클 인덱스가 증가할수록 전력 소모량은 감소하는 것을 확인해 볼 수 있다.(이때의 전력 소모량은 mW단위로 측정하였다). 일반적으로 응답시간이 증가하면 접속 실패 확률도 증가하고 셀 경계에서의 오류 확률 역시 증가하기 때문에 그 사이의 트레이드 오프(trade off)를 조정하여 사용자별 최적화된 지점을 찾아주는 것이 가장 중점이 된다. 본 발명에서는 기지국 자체에서 전력을 램핑(ramping)하여 단말기의 신호 대 잡음비(Signal To Noise Ratio)를 증가시켜 주는 방법으로, 단말기 자체의 소모 전력을 기지국에서 처음부터 큰 전력 송신을 통해 줄여주는 방안으로 트레이드 오프를 해결하는 수단을 제시한다.
우선 (7,4) 해밍코드(Hamming Code)로 메시지를 전송하는 경우를 가정하여 분석하였다. (7,4) 해밍코드란 4 비트(bit)의 메시지 비트를 보내기 위해 3 비트의 리던던시(redundancy)를 추가하여 보내는 방식이다. 이 때 4 비트의 메시지 비트와 3 비트의 리던던시 비트를 하나의 심볼(symbol)이란 단위로 정의할 수 있다. 따라서 12 비트의 메시지를 보낼 경우 3개의 심볼로 전송될 것이다. 이 때의 PE(메시지 에러 확률: message error Probability), PS(심벌 에러 확률: Symbol error Probability), PB(비트 에러 레이트: Bit error rate)(이하, BER로 표기함)을 이용하여 응답시간을 유도함으로써 본 발명을 분석한다.
슬롯 사이클 인덱스에 따른 슬롯 간의 시간을 T라고 둔다. 이때, 기대되는 응답시간은 다음과 같이 각 슬롯이 독립적이므로 수학식 1과 같은 합으로 나타낼 수 있다.
Figure 112010010023764-pat00001
이를 분석해보면 두 번째 항부터 Geometric distribution 이므로, 평균 응답시간 t는 수학식 2와 같다.
Figure 112010010023764-pat00002
또한 (7,4) 해밍코드에서 1개의 에러까지 수정이 가능하므로 심볼 에러 확률은 수학식 3과 같다.
Figure 112010010023764-pat00003
이때, 3번 이상 페이징 슬롯이 메시지를 감지하지 못하면 에러로 간주한다고 하고, 그때의 메시지 오류 확률(message error probability)은 수학식 4와 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112010010023764-pat00004
메시지 오류 확률은 채널의 상태에 영향을 받는다. 실험에서는 PE를 임의로 0.1부터 0.7까지로 값으로 각기 다른 채널의 상태를 가정하였다. 결과 그래프는 도 13과 같다.
도 13은 채널 상태에 따른 응답시간의 변화를 설명하는 그래프이다. 도 13에서 응답시간은 T와 PE라는 두 개의 변수에 따른 함수로 슬롯 사이클 인덱스가 클수록, 혹은 PE가 증가할수록 응답 대기 시간인 응답시간이 증가하는 것을 확인할 수 있다. 이는 곧 통화 품질이 저하된다는 것을 의미한다. 또한 동일한 위치, 동일한 채널상태에서(PE가 일정) T를 늘림으로써 전력 소모를 최소화 한다면, 전력 소모 면에서는 이득이라고 할 수 있으나, 응답시간이 길어져 통화 품질이 떨어지게 되는 트레이드 오프가 있음을 확인할 수 있다. 이는 표 5의 결과 데이터 수치와 그래프에서 확인할 수 있다.
PE PS PB 2Eb/N0 Eb/N0
0.1 0.0345 0.04361 1.71 0.855
0.2 0.0717 0.06521 1.51 0.755
0.3 0.1121 0.08423 1.38 0.69
0.4 0.1566 0.10276 1.27 0.635
0.5 0.2063 0.12191 1.17 0.585
0.6 0.2632 0.14274 1.07 0.535
0.7 0.3306 0.16681 0.97 0.485
다음 실험에서는 트레이드 오프를 해결하기 위해 슬롯 사이클 인덱스를 변화시키며 동일한 응답시간을 얻기 위한 요구 사항을 확인할 것이다. 실험에 사용된 응답시간은 0.3이고, 슬롯 사이클 인덱스는 1.5(T=3.8)일 때의 값(t=2.4700)을 기준으로 슬롯 사이클 인덱스 변화에 상관없이 동일한 통화품질 하에 있도록 한 후 PS, PE, Eb/N0 값을 살펴보았다.
도 14는 동일한 채널 하의 슬롯 사이클 인덱스의 변화에 따른 신호 대 잡음비의 변화를 설명하는 그래프이다. 도 14에 도시된 바와 같이, 슬롯 사이클 인덱스가 증가할수록 점차 PS값이 감소하여 이를 위한 신호 대 잡음비(이곳에서는 Eb/N0로 표현 가능)이 증가되어야 함을 확인할 수 있다. 이는 위의 그래프를 보았을 때 동일한 PB값이 주어졌을 때, 슬롯 사이클 인덱스가 증가함에 따른 y 절편(PS) 값의 변화로도 확인할 수 있다. 이러한 문제는 기지국에서 페이징 채널로의 전력 램핑(power ramping)을 통해 해결할 수 있다.
지금까지 페이징과 관련하여 전력 소모를 줄이는 방안을 강구해보았다. 이는 슬롯 사이클 인덱스라는 페이징 간격을 사용자별 통화 패턴에 맞게 값을 분배함으로써 단말기 소모 전력이 줄어들었다. 하지만 이러한 슬롯 사이클 인덱스는 그 값이 증가될수록 통화 품질과 관련된 응답시간이 증가되며 저하된 통화 품질을 얻게 된다는 트레이드 오프를 갖기 때문에 이를 해결하기 위해 기지국에서 페이징 채널로의 전력 램핑이란 제안을 하였고 그에 따른 분석을 살펴보았다. 또한 신호 대 잡음비를 증가시킴으로써 트레이드 오프를 해결하는 방법은 셀(Cell) 내부에서 뿐 아니라, 셀 경계에 있을 때도 같은 방법으로 보완이 가능하다. 셀 경계에서의 통신은 사용자와 송신국과의 거리가 멀기 때문에 전력 감쇄(Power attenuation)가 일어나 수신된 전력이 감소되는 성능 저하를 야기한다. 즉, 거리로 인한 전력 감소는 에러율을 증가시켜, 정확한 신호의 감지가 어렵고, 응답시간 또한 길어져 통화 품질의 확연한 저하를 일으킨다. 이러한 성능 저하를 개선하기 위해 송신과정에서의 전력의 신호 대 잡음비를 높여주면 그에 따른 BER 개선으로 PS, PE를 향상시킬 수 있게 된다. 결국 페이징시에 휴대폰 사용자가 셀의 경계에 있다는 정보를 받고 난 후, 그 사용자에게 한하여 전력을 램핑하여 신호를 보내면 응답시간의 감소뿐만 아니라 셀 경계에서도 성능 저하도 개선할 수 있다.
지금까지는 단일 셀(Single Cell)의 경우에 대해서만 논의했으나, 본 발명은 한 셀 안에서 α, β, γ의 총 3개의 섹터(sector)를 사용하는 경우뿐만 아니라 여러 셀들이 중첩되는 멀티 셀(Multi Cell)에도 적용될 수 있다.
이상에서 설명한 본 발명은, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하므로 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니다.

Claims (8)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 이동통신시스템에 있어서,
    이동통신단말기로부터 슬롯 사이클 인덱스를 수신하는 슬롯 사이클 인덱스 수신부와,
    상기 슬롯 사이클 인덱스가 커짐에 따른 상기 이동통신단말기의 응답시간 지연을 방지하기 위하여, 상기 슬롯 사이클 인덱스 수신부로부터 수신 받은 이동통신단말기의 슬롯 사이클 인덱스에 따라 상기 이동통신단말기로의 페이징 채널의 전력을 조절하는 페이징 전력 조절부를
    구비하는 것을 특징으로 하는 이동통신시스템.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 페이징 전력 조절부는 상기 수신 받은 슬롯 사이클 인덱스가 크면 상기 페이징 채널의 전력을 크게 하는 것을 특징으로 하는 이동통신시스템.
  7. 제 5 항 또는 제 6 항에 있어서,
    상기 페이징 전력 조절부는 상기 수신 받은 슬롯 사이클 인덱스에 따라 상기 이동통신단말기로의 페이징 채널의 전력을 램핑(ramping)하여 상기 이동통신단말기의 신호 대 잡음비를 증가시키는 것을 특징으로 하는 이동통신시스템.
  8. 이동통신시스템을 제어하는 방법에 있어서,
    이동통신단말기로부터 슬롯 사이클 인덱스를 수신하는 단계와,
    상기 슬롯 사이클 인덱스가 커짐에 따른 상기 이동통신단말기의 응답시간 지연을 방지하기 위하여, 상기 수신 받은 이동통신단말기의 슬롯 사이클 인덱스에 따라 상기 이동통신단말기로의 페이징 채널의 전력을 조절하는 단계를
    구비하는 것을 특징으로 하는 이동통신시스템의 제어 방법.
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