KR20000019966A - 코드분할다중접속 방식의 이동통신 시스템에서의 호 연결제어 방법 - Google Patents

코드분할다중접속 방식의 이동통신 시스템에서의 호 연결제어 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 CDMA 방식의 이동통신 시스템에서의 호 연결 제어 방법에 관한 것이다.
본 발명에서는 각 주파수 대역마다 핸드오프를 위한 대기 큐를 두고, 신규 호 연결 요구에 따라 최저 점유 주파수 대역을 선택한 후 유휴 채널의 존재 여부에 따라 채널을 할당하거나 호를 절단한다. 또한, 핸드오프 호 연결 요구에 따라 최대 점유 주파수 대역에 대한 요구가 아닐 경우 소프트 핸드오프를 실행하고, 최대 주파수 대역에 대한 요구일 경우 유휴 채널의 존재 여부에 따라 대기 큐 사용 여부를 검사하거나 하드 핸드오프를 실행하며, 대기 큐를 사용할 경우 대기 큐에 대기중인 핸드오프 호를 포함한 최대 점유 및 최소 점유 주파수 대역에서 서비스중인 호의 수에 대한 차이와 하드 핸드오프 임계치와의 크기를 비교하여 그 결과에 따라 소프트 핸드오프 또는 하드 핸드오프를 실행한다.
본 발명에 의하면 각 주파수 대역간의 트래픽 점유를 균형적으로 할당할 수 있고, 소프트 핸드오프와 하드 핸드오프의 발생율을 인위적으로 조절할 수 있으며, 진행중인 핸드오프 호에 대한 절단율을 줄일 수 있다.

Description

코드분할다중접속 방식의 이동통신 시스템에서의 호 연결 제어 방법
본 발명은 코드분할다중접속(이하, CDMA라 함) 방식의 이동통신 시스템에서의 호 연결 제어 방법에 관한 것으로, 특히 다수의 주파수 대역(Frequency Area; FA)를 사용하는 CDMA 이동통신 시스템에서 핸드오프 대기 큐와 하드 핸드오프 임계치를 이용하여 보다 효율적으로 핸드오프를 위한 호 연결 제어 방법에 관한 것이다.
무선 접속 방식으로 CDMA 방식을 사용할 경우의 최대 장점은 소프트 핸드오프가 가능하다는 것이다. 소프트 핸드오프는 끊김이 없는 우수한 통화 품질을 제공할 수 있을 뿐만 아니라, 셀 영역이나 링크 용량에 있어서도 하드 핸드오프에 비해 더 나은 성능을 보이고 있다. 그러나 소프트 핸드오프는 동일한 주파수 대역으로 다이버시티(diversity) 될 경우에만 가능하다. 즉, 이동국의 핸드오프시 기존 셀에서 사용하던 주파수 대역과 인접 셀로부터 할당 받을 주파수 대역이 동일할 경우에만 소프트 핸드오프가 가능하며, 그렇지 않을 경우에는 하드 핸드오프 처리가 일어나게 된다. 따라서 용량 증대를 위하여 한 기지국에 다수개의 주파수 대역이 할당될 때 주파수 자원을 보다 효율적으로 사용하려면 하드 핸드오프의 발생을 피할 수 없게 된다.
현재 CDMA 모빌 시스템(CDMA Mobile System: 이하, CMS라 함)이나 개인 휴대 통신 시스템(Personal Communication System: 이하, PCS라 함)과 같은 CDMA 방식의 이동통신 시스템에서는 지역의 트래픽 상황에 따라 다수의 주파수 대역을 서비스하는 셀이 있다. 이러한 셀에서 신규 호나 핸드오프 호의 연결 요청시 제어 방법은 주파수 대역간의 균형을 고려한 채널 할당을 하지 않고 이동국마다 정해진 고정적인 주파수 대역의 채널을 우선 할당하는 방식을 취하고 있다. 즉, 이동 단말기 제조시 기본적으로 동작되는 주파스 대역을 정하고, 정해진 주파수 대역의 채널 할당을 요청하는 것이다. 또한 소프트 핸드오프의 발생률과 하드 핸드오프의 발생률을 조절하는 기능이 없다.
CDMA 방식에서 다수의 주파수 대역을 사용할 때 자원의 효율적인 사용을 위해서는 각 주파수 대역의 채널을 균형적으로 사용해야 한다. 그러나 종래의 시스템에서는 이동 단말기에 고정적으로 주파수 대역이 할당되므로 자원을 효율적으로 사용한다고 볼 수가 없으며 소프트 핸드오프와 하드 핸드오프의 발생 비율을 조절하는 기능 또한 없다.
따라서, 본 발명은 CDMA 방식의 이동통신 시스템에서 소프트 핸드오프 발생율과 하드 핸드오프 발생율을 조정할 수 있고, 핸드오프 호에 대한 우선권을 부여하여 상술한 문제점을 해결할 수 있는 호 연결 제어 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 이동국으로부터 신규 호 연결 요구를 수신한 기지국에서 서비스중인 주파수 대역중 최저 점유 주파수 대역을 선택하는 단계와, 상기 선택한 최저 점유 주파수 대역의 유휴 채널의 존재 여부에 따라 해당 주파수 대역의 트래픽 채널을 할당하거나, 해당 호를 절단하는 단계와, 상기 이동국으로부터 핸드오프 호 연결 요구를 수신한 기지국에서 인접 셀에서 사용중인 주파수 대역과 동일한 주파수 대역이 현재 셀에서의 최대 점유 주파수 대역인지를 검사하는 단계와, 상기 검사 결과 최대 점유 주파수 대역이 아닐 경우 소프트 핸드오프를 실행하고, 최대 점유 주파수 대역일 경우 해당 주파수 대역에 유휴 채널이 존재하는지를 검사하는 단계와, 상기 검사 결과 유휴 채널이 존재하지 않으면 하드 핸드오프를 실행하고, 유휴 채널이 존재하면 대기 큐 사용 여부를 검사하는 단계와, 상기 검사 결과 대기 큐를 사용하지 않는 경우 최대 점유 주파수 대역과 최저 점유 주파수 대역에서 서비스중인 호의 수의 차이를 하드 핸드오프 임계치와 비교하는 단계와, 상기 검사 결과 대기 큐를 사용하는 경우 대기 큐에서 대기중인 핸드오프 호를 포함한 최대 점유 주파수 대역과 최저 점유 주파수 대역에서 서비스 중인 호의 수의 차이를 하드 핸드오프 임계치와 비교하는 단계와, 상기 두 비교 결과 하드 핸드오프 임계치가 클 경우 소프트 핸드오프를 실행하고, 하드 핸드오프 임계치가 작을 경우 하드 핸드오프를 실행하는 단계를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.
도 1은 본 발명이 적용되는 CDMA 이동통신 시스템의 구성도.
도 2는 본 발명이 적용되는 CDMA 이동통신 시스템에서 다수개의 주파수 대역을 사용할 경우 셀 배치 예시도.
도 3은 본 발명이 적용되는 CDMA 이동통신 시스템에서 순방향 CDMA 채널 구조에 대한 예시도.
도 4는 본 발명이 적용되는 CDMA 이동통신 시스템에서 하나의 주파수 대역에 발생되는 트래픽의 모형도.
도 5는 본 발명이 적용되는 CDMA 이동통신 시스템에서 다수개의 주파수 대역에 발생되는 트래픽의 모형도.
도 6은 본 발명에 따른 호 연결 제어 방법을 설명하기 위한 흐름도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
100 : 이동국 101 : 기지국
102 : 제어국 103 : 이동교환국
첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명이 적용되는 CDMA 이동통신 시스템의 구성도이다. 본 발명에서의 CDMA 이동통신 시스템은 현재 서비스되고 있는 CMS 및 PCS를 포함하여 CDMA 무선접속 방식을 기반으로 하는 모든 이동통신 시스템을 의미한다. 본 구성도는 이와 같은 CDMA 기반 이동통신 시스템의 일반적인 구성도이다.
이동국(Mobile Station; MS)(100)은 이동가입자 단말기로서 기지국(101)과 무선 접속이 이루어지며 이동성을 가진다. 기지국(Base Transceiver System; BTS)(101)은 이동국(100)과 제어국(102)간의 유무선 접속기능, CDMA 신호처리, 이동국(100)과의 무선 접속 기능 등을 수행한다. 제어국(Base Station Controller; BSC)(102)은 이동 호 제어, 핸드오프 제어, 패킷화된 CDMA 음성 데이터 처리를 위한 채널 할당 및 전력 제어 기능 등을 수행한다. 이동 교환국(Mobile Switching Center; MSC)(103)은 이동 가입자간 회선교환 및 입출 중계 호 처리 기능을 기반으로 핸드오프, 페이징, 로밍 및 가입자 인증 등의 기능을 수행한다.
도 2는 본 발명이 적용되는 CDMA 이동통신 시스템에서 다수개의 주파수 대역을 사용할 경우의 트래픽 특성에 따른 셀 배치 예시도이다. 일반적으로 사용되는 CDMA 이동통신 시스템의 주파수 배치 방법으로는 하나의 셀(200)에 하나의 주파수 대역(1 FA)만을 할당하지만, 도심과 같이 트래픽이 높은 지역에서는 그 특성에 따라 다수개의 주파수 대역을 할당하여 대량의 트래픽을 수용할 수도 있다. 이와 같은 CDMA 셀 환경에서 서비스중인 이동국이 셀간의 경계를 넘나들 때 핸드오프 현상이 발생되며, 이동망에서 효율적인 서비스를 제공하기 위해서는 원활한 핸드오프의 지원이 필수적이다.
핸드오프는 자신의 영역과 인접 영역과의 자원 사용 관계, 인접 영역의 시스템 구성, 핸드오프 시점등에 따라 크게 소프트 핸드오프와 하드 핸드오프로 구분된다. 소프트 핸드오프는 동일한 주파수 대역을 사용하는 인접 기지국 간에서 이동국이 이전 기지국과 통화 단절이 없이 새로운 기지국과 통신을 개시하는 방식이다. 반면에, 하드 핸드오프는 이동국이 서로 다른 주파수 대역을 사용하는 기지국 간의 경계를 넘어갈 때 발생된다. 소프트 핸드오프는 하드 핸드오프에 비해 개선된 서비스 품질, 이동국 간섭의 조절, 서비스 단절 확률의 감소등과 같은 장점을 가진다. 그러나 다수개의 주파수 대역을 사용할 경우 하드 핸드오프를 제공하지 않고 소프트 핸드오프만을 제공할 경우 특정한 주파수 대역의 채널에 트래픽이 집중되어 전체적인 주파수 자원의 사용 효율은 두 가지 방식 모두를 제공하는 경우에 비해 감소하게 된다.
도 3은 본 발명이 적용되는 CDMA 이동통신 시스템에서 사용되는 순방향 CDMA 채널 구조의 예시도이다. CDMA를 기반으로 하는 이동통신 시스템에서 순방향 링크와 역방향 링크의 무선 채널의 세부 구조는 각 시스템(예를 들어, CMS, PCS, IMT-2000)마다 달라질 수 있지만 기본적으로는 제어 채널과 트래픽 채널로 구성된다. 일반적인 CDMA 무선 채널의 구조를 예시하기 위해 본 예시도에서는 CMS의 순방향 CDMA 채널의 구조를 나타내었다. 하나의 주파수 대역(1 FA)에 대한 순방향 CDMA 채널(300)은 1.23MHz의 대역폭을 가지며 직교 성질을 가지는 월시(Walsh) 코드에 의해 구분되는 하나씩의 파일럿 및 싱크 채널과 다수개의 페이징 및 트래픽 채널을 가지게 된다.
파일럿 채널(301)은 기지국에서 연속적으로 전송하는 직접 순차 확산 스펙트럼(Direct Sequence Spread Spectrum) 신호로 기준 위상을 제공하고, 핸드오프 결정을 위한 기준으로 이용된다. 싱크 채널(302)은 시간 및 프레임 동기를 위해 사용되는 채널이며, 페이징 채널(303, 304)은 트래픽 채널이 할당되지 않은 상태에서 기지국에서 이동국으로 제어 정보 전송시 사용된다. 트래픽 채널(305, 306)은 기지국에서 이동국으로 트래픽 정보를 전달할 경우 사용되는 채널이다.
도시한 바와 같이 하나의 주파수 대역에는 다수개의 트래픽 채널이 존재한다. 이러한 주파수 대역이 다수개 존재할 경우 소프트 핸드오프를 가능하게 하기 위해서는 이동국의 이동으로 인해 핸드오프 동작이 발생되는 인접 기지국으로부터 현재 사용중인 주파수 대역과 동일한 주파수 대역의 트래픽 채널을 할당받아야 하며, 그렇지 못할 경우에는 서비스 주파수 대역이 달라지는 하드 핸드오프가 발생하게 된다. 본 발명은 이와 같은 CDMA 환경에서 이동국의 핸드오프 연결 요청 또는 신규 호 연결 요청시 트래픽 채널을 할당하는 기지국 또는 제어국에서 망의 특성에 따라 소프트 핸드오프와 하드 핸드오프를 균형적으로 수행시키는 방법에 대한 것이다.
도 4는 임의의 기지국에서 서비스되는 임의의 주파수 대역에 발생되는 트래픽을 큐잉 시스템으로 모형화한 것이다. 큐잉 시스템은 하나의 대기 큐(402)와 다수개의 서버(403)로 이루어지며, 서버의 수는 트래픽 채널의 수와 동일하다. 여기서 λ(400)는 신규 호의 발생률이고, γ(401)는 인접 셀로부터의 핸드오프 호 발생률이다. 그리고 μ(403)는 호의 종료율로서 진행중인 호가 종료될 확률과 핸드오프되어 인접 셀로 빠져나갈 확률의 합이 된다. 즉, λ와 γ는 모형화된 큐잉 시스템의 입력 파라미터가 되며, μ는 출력 파라미터가 된다. 일반적으로 λ와 γ는 포아송(Poisson) 프로세스로 모형화가 가능하고, μ는 지수 분포로 모형화가 가능하다.
일반적으로, 전화 시스템에서 진행중인 호의 절단은 신규 호의 절단에 비하여 전체적인 서비스 품질의 저하를 가져온다고 볼 수 있으므로 진행중인 호의 절단 확률을 줄일 필요가 있다. 본 발명에서는 진행중인 호, 즉 핸드오프 호의 절단 확률을 줄이기 위해 핸드오프 호를 위한 대기 큐를 사용한다. 처리 시나리오를 간략히 설명하면 다음과 같다.
본 모형도와 같이 핸드오프 호는 대기 큐를 통하여 입력된다. 단, 모든 서버가 서비스중인 경우, 핸드오프 호는 빈 서버가 생길 때까지 대기 큐에 대기하게 된다. 즉, 핸드오프 호는 절단 가능성을 줄이기 위해 모든 트래픽 채널이 점유되어 서비스 중이더라도 해당 호를 즉시 절단하지 않고 큐에 대기시킴으로서 호 연결 가능성을 높게 만들고, 신규 호는 당장 서비스할 트래픽 채널이 존재하지 않으면 즉시 절단한다.
도 5는 다수개의 주파수 대역을 사용할 경우 하드 핸드오프 처리를 포함한 트래픽 모형도이다. 여기서 신규호의 발생률 λ(500), 핸드오프 호의 발생률 γ(501), 호의 종료률 μ(503), 핸드오프 대기 큐(502)는 도 4의 것과 동일하다. 하드 핸드오프를 수행시키는 경우는 다음과 같다.
다수개의 주파수 대역 중 트래픽 채널 점유 비율이 가장 높은 최대 점유 주파수 대역(505)의 트래픽 채널 할당을 요청하는 핸드오프 호의 경우, 현재 서비스 중인 호의 수와 최저 점유 주파수 대역(506)에서 서비스 중인 호 수의 차이가 일정한 임계치(이하, "하드 핸드오프 임계치"라 함) 이상이면 요청한 주파수 대역의 트래픽 채널을 할당하지 않고 최저 점유 주파수 대역의 트래픽 채널을 할당(즉, 하드 핸드오프를 실행)한다(504). 이렇게 하면 통화 품질을 향상시킬 수 있으며, 다수개의 주파수 대역을 사용할 경우 자원의 사용 효율성이 떨어지는 소프트 핸드오프와 순간적인 통화 단절은 발생하나 자원의 사용 효율성은 증가시킬 수 있는 하드 핸드오프간의 균형을 고려하여 복합적으로 실행시킬 수 있다. 또한, 서비스 지역의 트래픽 특성에 따라 하드 핸드오프 임계치를 달리하면 소프트 핸드오프와 하드 핸드오프의 실행 비율의 조정도 가능하다.
도 6은 본 발명에 따른 호 연결 제어 방법을 설명하기 위한 흐름도이다. 트래픽 채널의 할당을 제어하는 기지국(또는 제어국)에서는 이동국으로부터 호 연결 요구를 수신한다(600).
수신한 호 연결 요구가 신규 호 연결 요구일 경우(601)에는 서비스 중인 주파수 대역중 서비스 점유율이 가장 낮은 최저 점유 주파수 대역을 선택한다(602). 선택한 최저 점유 주파수 대역에 서비스가 가능한 유휴 채널의 존재 여부를 검사(603)하여 유휴 채널이 존재하지 않으면 해당 호를 절단하고(604), 유휴 채널이 존재할 경우에는 해당 주파수 대역의 트래픽 채널을 할당한다(605).
이동국으로부터 수신한 호 연결 요구가 핸드오프 호 연결 요구일 경우(601) 이미 진행중인 호이므로 인접 셀에서 이미 사용중이던 주파수 대역과 동일한 주파수 대역이 현재의 셀에서 최대 점유 주파수 대역인지를 검사한다(606). 검사 결과 최대 점유 주파수 대역이 아니면 사용중이던 주파수 대역과 동일한 주파수 대역의 트래픽 채널을 할당하여 소프트 핸드오프를 실행시킨다(607). 그렇지 않고, 최대 점유 주파수 대역이면 해당 주파수 대역에 유휴 채널이 존재하는지 검사한다(608). 검사 결과 유휴 채널이 존재하지 않으면 최저 점유 주파수 대역으로의 하드 핸드오프를 실행하고(609), 유휴 채널이 존재하면 대기 큐 사용 여부를 검사한다(610). 즉 대기 큐에 대기중인지를 검사한다.
지금까지는 핸드오프 호를 위한 대기 큐를 사용하는 경우만을 기술하였으나 핸드오프 호에 우선권을 두지 않을 경우에는 핸드오프 호를 위한 대기 큐를 사용하지 않을 수도 있다. 그러므로 본 발명에서는 두 가지 경우 모두를 고려한다.
핸드오프를 위한 대기 큐를 사용하지 않는 경우 최대 점유 주파수 대역(즉, 이미 사용중인 주파수 대역)에서 서비스중인 호의 수와 최저 점유 주파수 대역에서 서비스중인 호의 수에 대한 차이와 하드 핸드오프 임계치와의 크기를 비교한다(611). 비교 결과, 하드 핸드오프 임계치가 클 경우에는 이미 사용중인 주파수 대역과 동일한 주파수 대역의 트래픽 채널을 할당하여 소프트 핸드오프를 실행 시키고(613), 하드 핸드오프 임계치가 작을 경우에는 최저 점유 주파수 대역으로 하드 핸드오프를 실행시킨다(614).
핸드오프를 위한 대기 큐를 사용하는 경우 대기 큐에서 대기중인 핸드오프 호를 포함한 최대 점유 주파수 대역(즉, 이미 사용중인 주파수 대역)에서 서비스 중인 호의 수와 대기 큐에 대기중인 핸드오프 호를 포함한 최저 점유 주파수 대역에서 서비스 중인 호의 수에 대한 차이와 하드 핸드오프 임계치와의 크기를 비교한다(612). 비교 결과, 하드 핸드오프 임계치가 클 경우에는 이미 사용중인 주파수 대역과 동일한 주파수 대역의 트래픽 채널을 할당하여 소프트 핸드오프를 실행시키고(613), 하드 핸드오프 임계치가 작을 경우에는 최저 점유 주파수 대역으로 하드 핸드오프를 실행시킨다(614).
본 발명에서 제시하는 방법은 각 지역의 트래픽 특성에 따라 운용 방법이 달라질 수 있지만, 일반적인 시뮬레이션 결과로 다음과 같은 운용 방법을 제시할 수 있다.
1. 대기 큐를 사용하지 않는 경우 하드 핸드오프 임계치는 하드 핸드오프 발생 확률에 직접적으로 영향을 미치므로 이 경우에는 임계치를 크게 하여 하드 핸드오프를 최대한 억제하는 것이 좋다.
2. 대기 큐를 사용하는 경우 하드 핸드오프 임계치는 핸드오프 차단 확률과 하드 핸드오프 발생 확률 모두에 영향을 미치므로 각 지역의 트래픽 특성에 따라 적정한 하드 핸드오프 임계치를 선택하는 것이 필요하다.
본 발명에 따른 핸드오프 대기 큐와 하드 핸드오프 임계치를 이용하여 호 연결을 제어하므로써 지역의 특성에 따라 소프트 핸드오프와 하드 핸드오프의 발생 비율을 조절할 수 있고 핸드오프 호의 절단 확률을 낮출 수가 있어 CDMA 방식의 이동통신 시스템의 무선 자원을 보다 효율적으로 활용할 수 있다. 또한, 본 발명은 CMS, PCS 뿐만 아니라 향후 IMT-2000과 같은 모든 CDMA 방식 이동통신 시스템에 이용될 수 있다.

Claims (3)

  1. 이동국으로부터 신규 호 연결 요구를 수신한 기지국에서 서비스중인 주파수 대역중 최저 점유 주파수 대역을 선택하는 단계와,
    상기 선택한 최저 점유 주파수 대역의 유휴 채널의 존재 여부에 따라 해당 주파수 대역의 트래픽 채널을 할당하거나, 해당 호를 절단하는 단계와,
    상기 이동국으로부터 핸드오프 호 연결 요구를 수신한 기지국에서 인접 셀에서 사용중인 주파수 대역과 동일한 주파수 대역이 현재 셀에서의 최대 점유 주파수 대역인지를 검사하는 단계와,
    상기 검사 결과 최대 점유 주파수 대역이 아닐 경우 소프트 핸드오프를 실행하고, 최대 점유 주파수 대역일 경우 해당 주파수 대역에 유휴 채널이 존재하는지를 검사하는 단계와,
    상기 검사 결과 유휴 채널이 존재하지 않으면 하드 핸드오프를 실행하고, 유휴 채널이 존재하면 대기 큐 사용 여부를 검사하는 단계와,
    상기 검사 결과 대기 큐를 사용하지 않는 경우 최대 점유 주파수 대역과 최저 점유 주파수 대역에서 서비스중인 호의 수의 차이를 하드 핸드오프 임계치와 비교하는 단계와,
    상기 검사 결과 대기 큐를 사용하는 경우 대기 큐에서 대기중인 핸드오프 호를 포함한 최대 점유 주파수 대역과 최저 점유 주파수 대역에서 서비스 중인 호의 수의 차이를 하드 핸드오프 임계치와 비교하는 단계와,
    상기 두 비교 결과 하드 핸드오프 임계치가 클 경우 소프트 핸드오프를 실행하고, 하드 핸드오프 임계치가 작을 경우 하드 핸드오프를 실행하는 단계를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 코드분할다중접속 방식의 이동통신 시스템에서의 호 연결 제어 방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 소프트 핸드오프는 사용중인 주파수 대역과 동일한 주파수 대역의 트래픽 채널을 할당하여 실행시키는 것을 특징으로 하는 코드분할다중접속 방식의 이동통신 시스템에서의 호 연결 제어 방법.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 하드 핸드오프는 최저 점유 주파수 대역으로 실행시키는 것을 특징으로 하는 코드분할다중접속 방식의 이동통신 시스템에서의 호 연결 제어 방법.
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