KR20000012000A - 패킷스위칭통신시스템및방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 패킷 스위칭 통신 시스템에 관한 것으로서, 상기 시스템은 기지국이 적어도 하나의 유저와 다운링크 통신 채널을 통해 교신하고, 다운링크 통신 채널은 복수의 프레임으로 분할되며, 각 프레임은 복수의 데이터 패킷을 포함한다. 각각의 데이터 패킷은, 소정의 유저에 대한 것으로서, 그 유저용 전송 전력 제어 정보를 포함한다. 확장된 전송 전력 제어 정보 필드는, 매 프레임의 적어도 하나의 데이터 패킷에 제공되고, 통신 시스템의 적어도 나머지 유저에 대한 전송 전력 제어 정보를 포함한다.

Description

패킷 스위칭 통신 시스템 및 방법{Communications systems}
본 발명은 통신 시스템에 관련된 것으로서, 보다 자세히는, 광대역 부호 분할 다중 접속(Wideband Code Division Multiple Access:W-CDMA) 통신에서의 고속 폐쇄 루프 전력 제어 방법 및 시스템에 관한 것이다.
통상적으로, CDMA 시스템에서의 유저 트래픽(user traffic)은 스위칭 회로이고, 일단 호출이 설정되면, 그 접속은 서비스 요구 기간동안 유지된다. 전용 트래픽 채널(Dedicated Traffic Channel:DTCH)은 업링크 및 다운링크 모두에 대한 각각의 능동 유저(active user)에게 할당되고, 각각의 DTCH는 고유의 확산 코드(unique spreading code)임을 특징으로 한다. 전체 세션(session)동안, DTCH는 능동 유저에 의해서만 사용된다.
스위칭 회로 방법은 강건(robust)하고, 매크로 다이버시티(macro-diversity) (소프트 핸드오버) 전력 제어로 시스템 성능이 좋아진다. 광대역 멀티서비스 CDMA 시스템에서, 매우 돌발적인 트래픽은 데이터 속도를 조정할 필요가 있고, 따라서 확산 인자(spreading factor) 및 확산 코드를 조정할 필요가 있다. 그러나, 확산 코드를 급속히 조정하면 코드 할당 알고리즘이 매우 복잡해진다.
돌발적인 서비스를 조정하기 위한 다른 대중적인 방법은 패킷 스위칭 데이터를 통한 것이다. ETSI UMTS W-CDMA 및 ARIB W-CDMA는 랜덤 액세스 채널(Random Access Channel:RACH) 및 순방향 액세스 채널(Forward Access Channel:FACH)을 사용하여, 좀처럼 없는 돌발적인 패킷 데이터를 전송한다. 상기 방법의 이점은 분할 채널이 필요하지 않기 때문에 시간 설정이 빠르다는 점이다. 그러나 상기 전송 메카니즘은 개방 루프 전력 제어만을 사용할 뿐, 매크로 다이버시티는 지원되지 않는다.
특허출원 번호 EP98303327.5에서, 많은 돌발적인 패킷 데이터 유저들이 동일한 다운링크 DTCH 상에 멀티플렉싱하는 "시간 분할 다중 접속 통신 시스템"이 개시된다. 상기 멀티플렉싱 방법은 상기 언급한 여러 방법들의 이점, 즉, 복잡성이 낮은 코드 분할, 매크로 다이버시티 및 소프트 핸드오버, 낮은 관련 제어 오버헤드 등이 조합된다. 또한, 상기 방법은 제한된 폐쇄 루프 전력 제어를 제공한다. 무선 프레임에서 유저에게 할당된 슬롯이 많을수록, 폐쇄된 전력 제어가 양호해지기 때문에, 빠른 폐쇄 루프 전력 제어가 이루어 질 수 있는 정도는 무선 프레임 구성에 의존한다. 그러나, 하나의 프레임에서 단지 하나의 슬롯만이 유저에게 할당된, 최악의 경우, 폐쇄된 루프 전력은 천천히 다운되고, 따라서 현저한 성능의 순간 차단(hit)이 존재하게 된다.
따라서, 패킷 데이터 전송 성능을 유지하기 위한 빠른 루프 전력 제어가 필요하다.
본 발명의 제 1 측면에 따르면, 스테이션이 적어도 하나의 유저와 교신하는 다운링크 통신 채널을 포함하는 패킷 스위칭 통신 시스템으로서, 상기 다운링크 통신 채널은 복수의 프레임으로 분할되고, 각각의 프레임은 복수의 데이터 패킷을 가지며, 각각의 데이터 패킷은 소정의 유저에 지정되고 그 유저에 대한 전송 전력 제어 정보를 갖는 패킷 스위칭 통신 시스템을 개시하고, 이는 매 프레임의 적어도 하나의 데이터 패킷이, 통신 시스템의 적어도 하나의 나머지 유저에 대한 전송 전력 제어 정보를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 시스템은, 통신 시스템의 적어도 하나의 유저에 대한 전송 전력 제어 정보를 포함하는 임의의 소정의 유저에 지정되지 않은 널 유저 패킷(null user packet)을 포함한다. 매 프레임의 적어도 하나의 패킷(데이터 또는 널 유저)은 통신 시스템의 적어도 하나의 나머지 유저에 대해 전송 전력 제어 정보를 포함한다.
본 발명의 제 2 측면에 따르면, 스테이션과 적어도 하나의 유저 사이의 패킷 스위칭 통신 방법으로서, 상기 방법은, 상기 스테이션이 상기 적어도 하나의 유저와 통신하는 다운링크 통신 채널을 제공하고, 상기 다운링크 통신 채널을 복수의 프레임으로 분할하며(각각의 프레임은 복수의 데이터 패킷을 포함함), 각각의 데이터 패킷을 소정의 유저에게 지정하고, 각각의 데이터 패킷에 상기 유저에 대한 전송 전력 제어 정보를 포함하는 단계를 포함하고, 매 프레임의 적어도 하나의 데이터 패킷이 통신 시스템의 적어도 하나의 다른 유저에 대한 전송 전력 제어 정보를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 시스템은 패킷 스위치 통신 시스템의 다른 유저용의 패킷 전송 전력 제어 정보를 포함하는 확장 전송 전력 제어(Extended Transmission Power Control:ETPC) 필드를 사용한다. 이는, 공유된 하나의 물리적 전용 트래픽 채널에 대한 패킷 전송에 대해 매 패킷마다는 물론 매 프레임마다 전력 제어 정보가 갱신되기 때문에, 매우 빠른 폐쇄 루프 전력 제어를 가능하게 한다.
따라서, 하나의 물리적 전용 트래픽 채널(DTCH)에 대해 많은 돌발적인 패킷 데이터 유저를 멀티플렉싱하게 된다. 이는 돌발적인 패킷 데이터용 가상 회로 전송 기술에 대한 단일 유저 및 랜덤 액세스 패킷 모두에 대해 이점을 갖는다. 본 발명은 가상 회로 전송의 대부분의 이점을 유지하면서 코드 할당의 직각 확산 코드 할당(orthogonal spreading code allocation)을 간단히 한다.
도 1은 종래 기술의 다운링크 DTCH 채널 구조를 도시한 도면.
도 2는 다른 종래 기술의 다운링크 DTCH 채널 구조를 도시한 도면.
도 3은 종래 기술의 다운링크 DTCH 채널 직렬 전송을 도시한 도면.
도 4는 종래 기술의 다운 링크 DTCH 채널 병렬 전송을 도시한 도면.
도 5는 종래 기술의 UPF 구조를 도시한 도면.
도 6은 종래 기술의 UPF 패턴 반복을 도시한 도면.
도 7은 종래 기술의 전송 전력 제어 심벌을 도시한 도면.
도 8은 본 발명에 따른 전송 전력 제어 메카니즘을 도시한 도면.
도 9는 본 발명에 따른 다른 전송 전력 제어 메카니즘을 도시한 도면.
도 10은 본 발명에 따른 다른 전송 전력 제어 메카니즘을 도시한 도면.
도 11은 본 발명의 또다른 전송 전력 제어 메카니즘을 도시한 도면.
* 도면 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
RACH : 랜덤 액세스 채널 FACH : 순방향 액세스 채널
DTCH : 전용 트래픽 채널 ETPC : 확장 전송 전력 제어
초기화 단계에서, 이동국(mobile station:MS)은 슬롯 및 프레임 동기를 필요로 하고, 또한 코드 그룹 식별 및 스크램블링 코드 식별을 행할 필요가 있다. 스크램블링 코드가 식별된 후, 1차 공용 제어 물리 채널(Common Control Physical Channel:CCPCH)을 삭제할 수 있고, 시스템 및 셀 특정 BCCH 정보를 판독할 수 있다. 랜덤 액세스 채널(RACH)은 MS에 공지된다.
MS 초기 돌발 패킷 데이터 전송에 대해, MS는 랜덤 액세스 요구 절차를 실행한다. MS로부터의 랜덤 액세스 요구의 연속적인 수신에 기초하여, 기지국(Base Station:BS)은 전송될 패킷 데이터에 관한 DTCH에 관해 MS에 알린다. BS 초기 돌발 패킷 데이터 전송에 대해, BS는 유저(들)에게 간단히 페이징하고, 전송될 패킷 데이터 상의 DTCH를 식별하며, MS는 그 DTCH 셋업을 승인한다. 두 경우 모두, MS는 그들에 할당된 DTCH 프레임의 슬롯 번호에 관해 BS에 의해 알게된다. 다시말해, 각 MS는 패킷을 수신하기 위한 DTCH 프레임의 슬롯(만약 있다면)의 위치를 알게 된다.
다운링크 DTCH 채널은 도 1에 도시된 바와 같이 구성되어 있다. DTCH 프레임은 16 슬롯으로 구성된다. 제 1 슬롯은 특정 유저에 어드레스 지정된 패킷의 위치를 나타내는 유저 패킷 플래그(User Packet Flag:UPF)를 전송하기 위해 사용된다. 동일 프레임의 나머지 슬롯들은 유저 패킷을 전송하기 위해 사용된다.
제어 정보(파일럿, 전송 전력 제어(transmission power control:TPC), 및 속도 정보(rate information:RI)는 전용 물리 제어 채널(DPCCH)로 전송되고, 데이터 정보는 전용 물리 데이터 채널(DPDCH)로 전송된다. DPCCH 및 DPDCH는, 도 1에 도시된 바와 같이, 시간적으로 다중화된다. 각각의 유저에게 할당된 DPDCH이 유저 패킷을 전달하는 반면, UPF의 DPDCH는 유저 패킷 플래그(UPF) 정보를 전달한다.
DTCH의 통상적인 구성은, 도 2에 도시된 바와 같이, 모든 프레임 슬롯이 유저 패킷으로 채워지지 않는다. 하나의 DTCH 프레임이 각 유저로부터의 모든 능동 패킷을 조정하지 못하는 경우, 하나 이상의 DTCH 프레임이 사용된다. 이 경우는 도 3에 도시된다. 이 경우 단지 하나의 DTCH 채널(다중 프레임, 단 하나의 코드 채널)만이 사용됨에 유의해야 한다. 이는 서비스 품질(quality of service:QoS)에 따른 지연이 허용될 때 사용된다.
보다 빠른 비트 레이트 전송을 이루기 위해, 도 4에 도시된 바와 같이, 멀티플 DTCH를 셋업하기 위한 멀티코드 기술이 사용된다.
유저 패킷 플래그(UPF)는, 한 프레임에서 유저 패킷용 최대 15 슬롯에 대응하는 15 필드로 구성된다.
UPF = [UPF1, UPF2, UPF3, ..., UPF15]
UPF의 각 필드는 슬롯 상태(특정 유저에 대한 패킷이 있는가 없는가)를 나타낸다.
UPFi = [상태]
여기서,
UPF는 단지 길이 L의 비트의 열이고, 전형적으로 L은 15+1(제 1 비트 = 0 포함)과 같으며, 이는 최대 15 유저가 DTCH로부터의 돌발적인 패킷 데이터를 수신하기 위해 할당되기 때문이다. MS가 UPF를 수신하는 대로, 프레임에 패킷이 포함되었는지를 식별할 수 있다. 포함되었다면 수신할 수 있다. UPF의 예가 도 5에 도시되었다.
상기 UPF 패턴(UPF=6A91H)은 다음 유저가 프레임에서 패킷을 갖는다는 것을 알려준다.
유저1, 유저2, 유저4, 유저6, 유저8, 유저11, 및 유저15
다음의 유저는 프레임에서 패킷을 갖지 않는다.
유저3, 유저5, 유저7, 유저9, 유저10, 유저12, 유저13, 및 유저 14
UPF0는 항상 0으로 설정됨에 유의해야 한다. 보다 강건하기 위해서는, 도 6에 도시된 바아 같이, 반복 또는 단순 인코딩을 사용하여 다이버시티 이득(diversity gain)을 얻어야 한다.
제어 정보(파일럿, TPC, 및 RI)는, 비록 빈 슬롯(슬롯에 데이터 패킷이 없음)이라도, DTCH 상의 매 슬롯에서 전송된다. 따라서, 소프트 핸드오버 메카니즘 및 제한된 폐쇄 루프 전력 제어가 유지될 수 있다.
업링크 전송은 타임 멀티플렉싱되지 않고, 각 유저는 고유의 확산 코드에 할당되어, 코드 멀티플렉싱된다. 제어 채널이 업링크에서 각 유저에 대해 연속해서 전송되기 때문에, 기지국은 수신 전력을 연속해서 모니터링할 수 있다. 그러나, BTS는 전력 제어 심벌의 수로 제한되고 각 유저에게 전달하는 것이 가능하다. BTS는, 유저에게 할당된 슬롯동안(예를 들어, 유저1, 도 7에 도시), 개별 유저에 관한 TPC 심벌만을 전송한다. 따라서, 유저는, 프레임에서 단지 하나의 슬롯만이 유저에게 할당된 최악의 경우, 프레임 당 적어도 하나의 TPC 심벌을 수신할 수 있다. 업링크 전력 제어는 제한되고, 정보의 품질은 물론 정보의 빈도 역시 전달할 수 있다.
비록 상기 기술이, 랜덤 액세스 채널(RACH) 상의 전송 및 돌발 패킷 데이터에 대한 코드 당 단일 유저 모두에 대한 이점을 갖는다 하더라도, 전력 제어 정보가 매 프레임에 단지 한 번 갱신될 때, 전력 제어가 감속될 수 있다.
TPC 필드를 물리 채널에서 모든 유저에 대한 전력 제어 정보를 포함하도록 확장하여, 비록 다운링크 전송에서 느리더라도, 모든 MS 유저가 매 슬롯의 TPC 정보를 수신할 수 있다. MS 유저는 전력 할당의 변화에 응답하여 그 업링크 전송 전력을 신속하게 조정할 수 있다.
예를 들어, 128kbps의 최고 패킷 데이터 전송 속도로 인터넷으로부터 화상을 다운로드 받는 응용을 고려해 본다. 하나의 무선 프레임에서, 약 60 비트 페이로드 및 8 파일럿 비트가 있고, 0.625ms의 슬롯 내에 2TPC 비트(1 심벌)가 있다. 도 8에 도시한 바와 같이, TPC 필드 심벌 수를 1에서 물리 채널 상의 유저 수까지 확장시킬 수 있다.
예를 들어 무선 프레임 당 8 유저가 사용됨에 유의해야 한다. 프레임 당 유저가 적을수록, 데이터 전송의 오버헤드가 적고 효율이 좋아짐은 명백하다. 반면, 프레임 당 유저가 적을수록, 코드 이용 효율이 떨어진다. 그러므로, 프레임 상에 멀티플렉싱된 유저의 수와 코드 이용 효율 사이의 균형(trade off)이 명백하다. TPC 심벌의 오버헤드가 너무 클 때(예를 들어, 너무 많은 유저가 하나의 코드 채널 상에 있을 때), 다른 코드 채널로 배치하는 것을 고려할 수 있다.
전력 제어 메카니즘의 무선 프레임 구성이 도 9 및 도 10에 도시된다(예를 들어 8 유저를 도시한다). 도 9에서, 유저 4 패킷은 업링크 전송 상의 모든 유저에 대한 전력 제어 정보를 포함하는 확장된 TPC 필드를 포함한다. 유저 4와 더불어, 각 유저는 상기 필드에 따르고 그 자체의 TPC 심벌을 픽업한다. 유저 패킷이 전송되지 않는 아이들(idle) 슬롯에서라도, 파일럿 신호와 연결되어 사용되는 확장된 TPC 필드가 계속 전송된다. 각 유저는, 유저 패킷 필드가 널(null)이라도 그 TPC 정보를 픽업한다. 이는 도 10에 도시되었다.
업링크 전송 상의 아무런 코드 부족 문제가 없기 때문에, 각 패킷 데이터 유저는 하나의 DTCH를 유지할 수 있다고 가정할 수 있다. 각 타임 슬롯에서, 유저 패킷 데이터는 특정 유저에게만 지정된다. 그러나, 모든 유저는 파일럿 심벌을 사용한다. 그러므로, 파일럿 심벌의 다운링크 전송 전력은 일정하여야 하고, 모든 유저가 적절히 수신하기에 충분히 높아야 한다. 데이터 부분은 각 유저에 대해 조정할 수 있다. 각 유저의 연속한 업링크 제어 채널은 확장 트래픽 채널에 대해 정의된 모든 다운링크 전력 제어 심벌을 포함한다. 따라서 다운링크는, 도 11에 도시된 바와 같이, 유저 데이터의 전력 레벨을 적절히 조정할 수 있다.

Claims (4)

  1. 스테이션(station)이 적어도 하나의 유저(user)와 통신하는 다운링크 통신 채널을 포함하고,
    상기 다운링크 통신 채널은 복수의 프레임으로 분할되고, 각각의 프레임은 복수의 데이터 패킷을 가지며,
    각각의 데이터 패킷은 소정의 유저에 지정되고(directed), 상기 유저에 대한 전송 전력 제어 정보를 갖는 패킷 스위칭 통신 시스템에 있어서,
    매 프레임의 적어도 하나의 데이터 패킷이, 상기 통신 시스템의 적어도 하나의 나머지 유저에 대한 전송 전력 제어 정보를 포함하는 것을 특징으로 하는 패킷 스위칭 통신 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 프레임은, 임의의 소정의 유저에 지정되지 않은, 널 유저 패킷(null user packet)을 포함하고,
    상기 널 유저 패킷은 상기 통신 시스템의 적어도 하나의 유저에 대한 전송 전력 제어 정보를 포함하는 것을 특징으로 하는 패킷 스위칭 통신 시스템.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 매 프레임 당 적어도 하나의 패킷(데이터 또는 널 유저)이 상기 통신 시스템의 적어도 하나의 나머지 유저에 대한 전송 전력 제어 정보를 포함하는 것을 특징으로 하는 패킷 스위칭 통신 시스템.
  4. 스테이션이 적어도 하나의 유저와 통신하는 다운링크 통신 채널을 제공하는 단계와,
    상기 다운링크 통신 채널을 복수의 프레임으로 분할하는(각각의 프레임은 복수의 데이터 패킷을 포함함) 단계와,
    각각의 데이터 패킷을 소정의 유저에게 지정하는 단계와,
    각각의 데이터 패킷에 상기 유저에 대한 전송 전력 제어 정보를 포함하는 단계를 포함하는 스테이션과 적어도 하나의 유저 사이의 패킷 스위칭 통신 방법에 있어서,
    매 프레임 당 적어도 하나의 데이터 패킷이, 상기 통신 시스템의 적어도 하나의 나머지 유저에 대한 전송 전력 제어 정보를 포함하는 것을 특징으로 하는 패킷 스위칭 통신 방법.
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