KR20000040084A

KR20000040084A - 엘엠디에스 망에서 호설정을 위한 신호처리 프로토콜 적용 방법

Info

Publication number: KR20000040084A
Application number: KR1019980055629A
Authority: KR
Inventors: 최종문
Original assignee: 서평원; 엘지정보통신 주식회사
Priority date: 1998-12-17
Filing date: 1998-12-17
Publication date: 2000-07-05

Abstract

광대역 무선 가입자망(B-WLL)에 있어서, 특히 지역 다지점 분산 서비스(Local Multipoint Distribution Service ; 이하 LMDS라 약칭함)에서 제한된 상향타임슬롯(Upstream time slot)을 여러 개의 가입자 장치(CPEU)에 효율적으로 사용하면서 광대역 통합정보통신망(B-ISDN)의 프로토콜인 제2 디지탈 가입자신호방식(Digital Subscriber Signaling-2 ; 이하, DSS-2 라 약칭함)의 신호처리 프로토콜을 LMDS 망에서 수용할 수 있도록 한 신호처리 프로토콜 적용 방법에 관한 것으로, 망과 다수의 가입자 장치간에 호를 설정할 수 있는 신호처리를 위해, 비동기 전송 모드(ATM)의 사용자망 인터페이스 규격을 따르며, 전화 교환 및 통합된 정보 통신망과의 디지탈 신호 교환, 공통선 신호를 처리할 수 있는 신호처리 프로토콜인 디지탈 가입자 신호 방식의 신호처리 프로토콜을 상위계층 프로토콜로 사용하여, LMDS의 응용 가능한 서비스 영역 및 서비스 수용 확장이 용이하며, 상향채널에 대한 주파수 대역의 낭비를 최소화할 수 있는 LMDS 망에서 호설정을 위한 신호처리 프로토콜 적용 방법에 관한 것이다.

Description

엘엠디에스 망에서 호설정을 위한 신호처리 프로토콜 적용 방법

본 발명은 광대역 무선가입자망(B-WLL)에 관한 것으로, 특히 LMDS에서 제한된 상향타임슬롯(Upstream time slot)을 여러 개의 가입자 장치(CPEU)에 효율적으로 사용하면서 광대역 통합정보통신망(B-ISDN)의 프로토콜인 DSS-2의 신호처리 프로토콜을 LMDS 망에서 수용할 수 있도록 한 신호처리 프로토콜 적용 방법에 관한 것이다.

사회가 고도 정보화사회로 발전함에 따라 이용자들은 인터넷, 주문형 비디오 서비스(Video On Demand), 원격 진료, 화상회의 등의 다양한 멀티미디어 서비스를 요구하게 되었으며, 선진국에서 유무선 통신을 이용한 통신, 방송사업 상호 진입이 허용됨에 따라 국내에서도 통신과 방송의 융합이 추진되고 있다.

이에 따라 다채널 양방향 통신이 가능한 고속 대용량 멀티미디어 통신서비스를 제공하기 위해서 광대역 가입자망 혹은 초고속 가입자망의 구축이 필요하게 되었다.

이를 위해 유선 가입자망을 고도화시켜 초고속 서비스를 제공하는 기존의 동선을 활용한 디지탈 가입자선(xDSL:Digital Subscriber Line)이나 광케이블을 활용한 FTTC(Fiber To The Curb), FTTH(Fiber To The Home) 등이 연구 시험되고 있으며, 이와 더불어 무선통신기술의 발달과 밀리미터파 대역의 개발 등으로 인하여 유선에 비해서 망구축의 용이성, 확장성, 경제성 등의 관점에서 유리한 광대역 무선가입자망(B-WLL:Broadband Wireless Local Loop)이 각광을 받고 있다.

이 광대역 무선가입자망의 실현을 위해 우리나라에서는 20㎓ 대에서 주파수를 공고하였으며, 이와 유사한 시스템으로 캐나다의 지역 다지점 통신 시스템(LMCS:Local Multipoint Communication System), 미국의 LMDS, 일본의 에이티엠 무선 액세스(AWA:ATM Wireless Access) 등이 연구되고 있다.

광대역 무선가입자망(B-WLL)에 관련한 표준화는 디지탈 음성·영상 회의(Digital Audio Visual Council ; 이하, DAVIC 이라 약칭함)의 활동이 가장 두드러진다.

DAVIC에서는 1.0 규격을 시작으로 1.3 규격까지 발표하고 있으며, 광대역 무선가입자망(B-WLL) 시스템에 대해서 유일하게 구체적인 표준을 제시하고 있다. 이 DAVIC에서 제시한 표준은 하향 시분할 다중화(TDM:Time Division Multiplexing), 상향 시분할 다중 접속(TDMA:Time Division Multiple Access)의 다중 접속 방식 및 하향·상향 프레임구조, 미디어 액세스 제어(Media Access Control ; 이하, MAC 이라 약칭함) 프로토콜 등에 대한 것들이다.

앞에서 설명된 광대역 무선가입자망에서 LMDS 시스템은 밀리미터파 대역에서의 상용 시스템으로, 케이블 텔레비젼 시장에서 유선에 대한 경쟁으로서 다채널의 TV 프로그램을 가입자에게 전달하기 위해 개발된 시스템이다. 이는 초기에 주로 케이블 TV의 분배에 사용되었으나 점차 양방향 디지탈 시스템으로 발전하였다.

양방향 고속 무선통신 개념의 LMDS 시스템은 진보된 디지탈 전화서비스, 주문형 비디오서비스(Video On Demand), 화상회의, 데이터 통신서비스, 원격 랜 접속(Remote LAN Access), 고속 인터넷서비스, 원격진료, 원격교육, 수백 개의 TV 채널, CD음질의 오디오나 비디오 등의 서비스를 제공할 수 있으며, LMDS 시스템을 구성할 때는 망의 확장성과 음성, 데이터, 영상 등의 다양한 멀티미디어 서비스를 제공할 수 있는 기능과 서비스의 품질을 고려하여 비동기 전송 모드(Asynchronous Transfer Mode ; 이하, ATM 이라 약칭함) 기술을 기반으로 하고 있다.

도 1 은 일반적인 LMDS 시스템의 구성을 나타낸 블록구성도이다.

도 1 을 참조하면, LMDS 시스템은 크게 센트럴 오피스 장치(COU)(10)와, 신호 중계장치(Head-end Unit)(20)와, 기지국 장치(Hub Outdoor Unit)(30)와, 가입자 장치(CPEU)(40)로 구성된다.

센트럴 오피스 장치(COU)(10)는 망 및 가입자측 인터페이스 기능, 트래픽 제어기능, 호처리 및 신호기능, 호수락 제어기능, 시스템 관리기능, 망 관리기능 등을 수행하기 위해, 비동기 전송 교환장치(ATM Switch)(11)와, 가입자 관리장치(SMS)(12)와, 망 관리장치(NMS)(13)와, 망 연동장치(IWF)(14)와, 사설 교환장치(PBX)(15)와, 인터넷 상호 접속장치(IG)(16)로 구성된다.

여기서, 사설 교환장치(PBX)(15)는 공중 통신망과의 접속을 위해 국설 교환망(PSTN)과 상호 연동하며, 인터넷 상호 접속장치(IG)(16)는 인터넷서비스를 제공하는 인터넷서비스 접속망(ISP:Internet Service Provider)과 접속된다.

비동기 전송 교환장치(ATM Switch)(11)는 LMDS에 사용되는 ATM 셀 구조의 데이터를 분석하여 교환해 준다.

이 같은 LMDS 시스템은 각 셀 내에서 티브이 방송데이터를 송출할 수 있으며, 디지탈 데이터 및 음성 데이터를 양방향으로 통신할 수 있기 때문에, 이하 기술되는 데이터는 티브이 방송데이터, 디지탈데이터 및 음성데이터 등으로 대별될 수 있는 멀티미디어용 데이터이다.

가입자 관리장치(SMS)(12)는 비동기 전송 교환장치(ATM Switch)(11)와의 정보 교환을 통해 가입자 장치(CPEU)(40)의 모든 동작 및 상태관리, 과금, 운용정보관리를 담당하게 된다.

망 관리장치(NMS)(13)는 광신호 캐리어(OC-3:Optical Carrier-3)를 통해 비동기 전송 교환장치(ATM Switch)(11)와 기지국 장치(Hub Outdoor Unit)(30)간의 망 접속 및 상태관리를 담당하며, 가입자 장치(CPEU)(40)와의 무선구간상태를 관리한다.

즉, 망 관리장치(NMS)(13)는 비동기 전송 교환 장치(ATM Switch)(11)를 비롯한 망의 운용관리 및 유지보수기능(OAM : Operation, Administration, Maintenance)을 수행한다.

망 연동장치(IWF)(14)는 비동기 전송 교환장치(ATM Switch)(11)와 사설 교환장치(PBX)(15)간에 데이터 교환이 이루어질 경우, 이들 비동기 전송 교환장치(ATM Switch)(11)와 사설 교환장치(PBX)(15)가 상호 연동하여 운용되도록 정합시켜 주며, 이를 위해 망 연동장치(IWF)(14)는 하드웨어 및 소프트웨어 모듈로 구성된다. 여기서, 상기 비동기 전송 교환장치(ATM Switch)(11)와 사설 교환장치(PBX)(15)간에 교환되는 데이터는 일반적으로 텍스트(Text), 이미지(Image), 패킷 데이터(Packet Data)들이다.

사설 교환장치(PBX)(15)는 LMDS를 사설망 서비스로 전환하여 가용하고자 할 때, 가입자 장치(CPEU)(40)에 대한 과금정보를 관리하며, 통신을 위해 국설 교환망(PSTN)과 상호 연동하게 된다.

인터넷 상호 접속장치(Internet Gateway)(16)는 가입자 장치(CPEU)(40)에 비동기 전송 서비스(ATM) 및 근거리 통신망 서비스(LAN)를 제공하기 위한 상호 접속 장치(Gateway)로써, 이를 위해 인터넷서비스를 제공하는 인터넷서비스 접속망(ISP)과 접속된다.

도 1 에 도시된 신호 중계장치(Head-end Unit)(20)에 대한 보다 상세한 구성 및 동작 설명은 도 2 를 통해 설명하기로 한다.

우리나라에서는 정보통신부 공고 제1997-49호에서 광대역 무선 가입자망(B-WLL)의 가입자 회선용 주파수를 지정했는데, 20㎓ 대역에서 양방향 광대역 서비스용으로 하향 25.5㎓ ∼27.5㎓의 2㎓를 할당했으며, 상향으로는 24.25㎓∼24.75㎓의 500㎒를 할당하였다. 이 중 26.7㎓∼27.5㎓의 800㎒ 대역은 케이블 텔레비젼(CATV) 전송용으로 임시로 지정하였다.

이에 근거하여, 기지국 장치(Hub Outdoor Unit)(30)는 신호 중계장치(Head-end Unit)(20)에서 전송받은 무선주파신호를 25.5㎓∼27.5㎓ 대역의 신호로 상향 주파수 변환하여 각 섹터별 가입자에게 송신하고, 가입자로부터 수신한 무선주파신호를 24.25㎓∼24.75㎓ 대역의 신호로 하향 주파수 변환하여 신호 중계장치(Head-end Unit)(20)에 전달한다.

또한, 가입자 장치(CPEU)(40)는 각 가입자의 지붕과 같이 옥외에 설치되어 무선주파신호를 송수신하는 가입자 아웃도어 장치(CPEU-ODU)(41)와, 가입자가 송신하고자 하는 데이터를 ATM 셀로 캡슐화하여 가입자 아웃도어 장치(CPEU-ODU)에 전달하거나 가입자 아웃도어 장치(CPEU-ODU)로부터 입력되는 데이터를 분석하여 해당 주변장치에 전달하는 망 인터페이스 장치(NIU)(42)와, 기타 전화기(43)와 개인용 컴퓨터(44)와 세트-탑 박스(STB:Set-Top Box)(45)와 텔리비젼(46)과 같은 주변 장치로 구성된다.

여기서, 가입자 장치(CPEU)(40)는 도시된 LMDS 시스템을 가정용으로 사용하느냐, 사무실용으로 사용하느냐에 따라 망 인터페이스 장치(NIU)(42)의 구성과, 기타 주변 장치(43,44,45,46)의 구성이 달라지게 된다.

도 2 는 일반적인 LMDS 시스템에서 신호 중계장치(Head-end Unit)의 구성을 나타낸 블록구성도이다.

도 2 를 참조하면, 신호 중계장치(Head-end Unit)(20)는 비동기 전송 다중장치(AMU)(21)와, 무선망 인터페이스 장치(AIU)(22)와, 무선주파 변조장치(RF Modulation Unit)(23)와, 무선주파 복조장치(RF Demodulation Unit)(24)와, 다운스트림 주파수 변환장치(DFCU)(25)와, 업스트림 주파수 변환장치(UFCU)(26) 및 신호 중계 관리장치(HMU)(27)로 구성되어 있다.

비동기 전송 다중장치(AMU)(21)는 비동기 전송 교환장치(ATM Switch)(11)와 연동하여 다중화 및 역다중화 기능을 수행하게 되는데, 비동기 전송 교환장치(ATM Switch)(11)에서 전달된 ATM 셀 구조의 하향채널 데이터(Dowmstream Channel Data)를 분석한 후 다중화시켜 무선망 인터페이스 장치(AIU)(22)에 전달한다. 또한, 비동기 전송 다중장치(AMU)(21)는 가입자 장치(CPEU)(40)로부터 전송되어 무선망 인터페이스 장치(AIU)(22)를 통해 전달된 상향채널 데이터(Upstream Channel Data)를 역다중화(Demultiplexing)하여 센트럴 오피스 장치(COU)(10)의 비동기 전송 교환장치(ATM Switch)(11)에 출력시키게 된다.

무선망 인터페이스 장치(AIU)(22)는 가입자 장치(CPEU)(40)와의 통신을 위한 무선채널을 설정 또는 해제하게 되는데, 무선주파 복조장치(RF Demodulation Unit)(24)로부터 ATM 전송 다중화 패킷(ATM Transport Mux Packet)을 전달받아 ATM 셀로 복원하여 주며, 저속의 ATM 셀 구조의 상향채널 데이터를 분석한 후 비동기 전송 교환장치(ATM Switch)(11)의 입력에 맞도록 데이터 속도를 변환시켜 비동기 전송 다중장치(AMU)(21)에 전달하게 되는데, 이 때는 비동기 전송 다중장치(AMU)(21)와의 프로토콜에 의해 이루어진다.

또한, 무선망 인터페이스 장치(AIU)(22)는 비동기 전송 다중장치(AMU)(21)로부터 다중화되어 전달된 ATM 셀 구조의 하향채널 데이터를 패킷화하여 무선주파 변조장치(RF Modulation Unit)(23)에 전달함으로써, 결과적으로 시분할 다중화(TDM)에 의해 가입자 장치(CPEU)(40)에 전달되도록 한다.

무선망 인터페이스 장치(AIU)(22)는 그밖에도 하향채널 데이터에 대한 동기 상태 및 상향채널 데이터에 대한 슬롯 상태를 도 1 의 가입자 장치(CPEU)(40)에 구비된 주변 장치들에게 주기적으로 방송(Broadcasting)하여야 한다. 또한 하향채널에서 MAC을 위한 프레임 시작(Frame Start)을 추출하고 이에 맞추어 상향채널의 타임슬롯을 지정하여 주며, 시분할 다중 접속(TDMA)을 위한 송신 출력의 온/오프(On/Off) 시간을 제어한다.

무선주파 변조장치(RF Modulation Unit)(23)는 무선망 인터페이스 장치(AIU)(22)에서 패킷화되어 전달된 하향채널 데이터를 직교 위상 편이(Quadrature Phase Shift Keying)의 변조 방식으로 디지탈 변조시켜 출력한다. 즉, 하향채널 데이터를 188바이트의 패킷 단위로 변조한 후 부호화 과정을 거쳐 다운스트림 주파수 변환장치(DFCU)(25)에 전달한다.

여기서, 부호화는 컨벌루션 부호화(Convolutional Coding), 컨벌루션 인터리빙(Convolutional Interleaving), 리드-솔로몬 부호화(Reed-Solomon Coding)를 이용하게 된다.

다운스트림 주파수 변환장치(DFCU)(25)는 무선주파 변조장치(RF Modulation Unit)(23)로부터 직교 위상 편이(Quadrature Phase Shift Keying)에 의해 디지탈 변조되어 출력된 하향채널 데이터를 200∼700㎒ 대역의 중간주파신호로 변환한 후 동축케이블(Coaxial Cable)을 통해 기지국 장치(Hub Outdoor Unit)(30)에 전달한다.

업스트림 주파수 변환장치(UFCU)(26)는 입력되는 24.25∼24.75㎒ 대역의 무선주파신호를 70㎒ 대역의 신호로 변환하여 무선주파 복조장치(RF Demodulation Unit)(24)에 전달한다.

무선주파 복조장치(RF Demodulation Unit)(24)는 가입자 장치(CPEU)(40)에서 차동 직교 위상 편이(Differential Quarternary Phase Shift Keying)되어 보내온 상향채널 데이터를 복조하여 무선망 인터페이스 장치(AIU)(22)에 전달한다.

신호 중계 관리장치(HMU)(27)는 가입자 관리장치(SMS)(12) 또는 망 관리장치(NMS)(13)와 통신을 하며, 가입자 장치(CPEU)(40)의 채널 변경 기능을 수행한다.

지금까지 설명한 LMDS 시스템에 대해 전체적으로 간략하면, 하향채널 데이터의 변조 방식은 직교 위상 편이(QPSK)를 사용하며 DAVIC 1.3 규격에 근거하여 동기 프리엠블(Sync Preamble) 추가, 램덤화(Randomization), 리드-솔로몬 부호화(Reed-Solomon Coding), 컨벌루션 인터리빙(Convolutional Interleaving), 컨벌루션 부호화(Convolutional Coding) 등을 수행하여 준다.

또한, 상향채널 데이터의 복조 방식은 차동 직교 위상 편이(DQPSK)를 사용하며, 동기 프리엠블(Sync Preamble) 제거, 비랜덤화(Derandomization), 리드-솔로몬 복호화(Reed-Solomon Decoding) 등을 수행한다.

이와 같은 LMDS 시스템에서는 기지국 장치(Hub Outdoor Unit)(30)와 가입자 장치(CPEU)(40)간 접속을 위해 시분할 다중화 방식(TDM) 및 시분할 다중 접속 방식(TDMA)이 구현되어야 한다.

이러한 시분할 다중화 방식(TDM) 및 시분할 다중 접속 방식(TDMA)을 지원하기 위해서는 우선 하향채널 및 상향채널상의 프레임 구조가 결정되어야 하고, 각 채널상의 프레임 구조를 통하여 하향채널 및 상향채널상의 동기화를 위한 상호 관계를 정립하여야 한다.

도 3a 는 LMDS를 위한 기본적인 하향채널의 프레임 구조를 나타낸 도면이다.

도 3a 를 참조하면, ATM 셀은 5바이트의 헤더(Header)와 48바이트의 페이로드(Payload)로 된 53바이트이다.

하향채널의 프레임에서 ATM 셀은 188바이트의 패킷 중에 동기필드(sync field)의 1바이트를 제외한 187바이트의 페이로드에 매핑(mapping)시킨다.

2개의 187바이트의 페이로드에 7개의 ATM 셀을 나누어서 넣음으로써, ATM 전송 다중화 패킷(ATM Transport Mux Packet)을 생성시킨다.

이 생성된 ATM 전송 다중화 패킷은 리드-솔로몬 부호화(Reed-Solomon Coding)되어 204바이트의 크기를 가지는 패킷이 된다.

DAVIC 1.3 권고안에 따른 랜덤화(Randomization)를 실현하기 위해서는 204바이트의 패킷을 8개로 묶어주고, 이들을 다시 10개 단위로 묶어서 하나의 하향 시분할 다중화 프레임(Downstream TDM Frame)을 구성하게 된다.

여기서, 하향 시분할 다중화 프레임(Downstream TDM Frame)의 첫 번째 ATM 셀은 프레임 시작(Frame Start) 셀이 된다.

도 3b 는 타임슬롯으로 구성된 하향 시분할 다중 프레임(Downstream TDM Frame)의 구조를 나타낸 도면으로, 188바이트의 패킷 104개를 하나의 하향 시분할 다중 프레임으로 만든 것이다.

이는 도 3a 에서 만약 하향채널 데이터가 5.819ms 프레임당 주기와 40㎒의 대역폭으로 시분할 다중화 방식(TDM)에 의해 전송된다면, 하향 시분할 다중 프레임은 프레임당 728개의 타임슬롯(Time Slot)을 가진다. 다시 말해서 188바이트의 패킷 104개를 주기마다 전송하게 된다는 것이다.

728개의 타임슬롯 중에서 동기필드 1바이트와 제어필드 1바이트를 제외한 첫 번째 타임슬롯은 프레임 시작(Frame Start) 타임슬롯이다.

여기서, 앞에서 언급된 무선망 인터페이스 장치(AIU)(22)는 프레임 시작 타임슬롯에 ATM 셀의 가상 경로 식별자(Virtual Path Identifier ; 이하, VPI라 약칭함)/가상 채널 식별자(Virtual Channel Identifier ; 이하, VCI라 약칭함) 값이 모두 1인 0xFF/0xFFFF를 실어 보내 모든 망 인터페이스 장치(NIU)(42)들이 동기를 맞출 수 있도록 한다.

프레임 시작 타임슬롯에서 VPI/VCI 구간은 동일한 연결에 속하는 셀들을 구분짓기 위하여 가상 경로 및 가상 채널의 식별 번호를 기록하는 구간이다.

그밖에, 프레임 시작 타임슬롯에는 MAC를 주된 기능으로 하는 구간인 일반 흐름 제어비트(GFC:Generic Flow Control)와, 가입자정보 여부를 표시하는데 사용되는 구간인 페이로드 타입비트(PT:Payload Type)와, 통신망에 체증이 생겼을 때 그 셀을 포기해도 좋은 지의 여부를 표시해 주는 구간인 셀 로스 우선순위비트(CLP:Cell Loss Priorty)와, 셀 오류 감지 및 정정 그리고 셀 헤더를 검출하는데 사용되는 구간인 헤더오류 제어비트(HEC:Head Error Control)와, 페이로드(Payload)가 있다.

도 4a 는 LMDS를 위한 기본적인 상향채널의 프레임 구조를 나타낸 도면이다.

도 4a 를 참조하면, 상향채널의 프레임에서 4바이트의 프리앰블(Preamble)과 하나의 ATM 셀, 그리고 10개의 리드-솔로몬 체크 바이트(Reed-Solomon Parity Byte)와 상향채널상의 동기 에러를 위한 가드타임(Guard Time) 1바이트로써 하나의 타임슬롯(Time Slot)이 구성되며, 이러한 68바이트의 타임슬롯 24개가 모여서 하나의 상향 시분할 다중 접속 프레임(Upstream TDMA Frame)을 구성하게 된다.

도 4b 는 타임슬롯으로 구성된 상향 시분할 다중 접속 프레임(Upstream TDMA Frame)의 구조를 나타낸 도면이다.

상향 시분할 다중 접속 프레임(Upstream TDMA Frame)은 80개의 타임슬롯으로 구성된다.

이 타임슬롯들은 TDMA 방식을 사용하며 전송하게 되며, 하향 시분할 다중 프레임(Downstream TDM Frame)의 주기와 같다.

도 1 의 망 인터페이스 장치(NIU)(42)에서 상향 시분할 다중 프레임의 타임슬롯으로 전송되는 MAC 메시지는 한 개의 ATM 셀이며, 망 인터페이스 장치(NIU)(42)가 상향채널을 통해 송신 가능한 타임슬롯은 3가지가 있다.

이는 무선망 인터페이스 장치(AIU)(22)가 주기적으로 망 인터페이스 장치(NIU)(42)의 상태를 물어볼 때, 응답하는 폴링타임슬롯(Polling Time Slot)과, 망 인터페이스 장치(NIU)(42)가 타임슬롯 할당을 요구하거나 기타 다른 MAC 메시지를 무선망 인터페이스 장치(AIU)(22)로 보낼 때 사용하는 경쟁타임슬롯(Contention Time Slot)과, 하나의 망 인터페이스 장치(NIU)(42)에만 할당되어 사용할 수 있는 예약타임슬롯(Reserved Time Slot)이 있다.

도 4b 에 도시된 상향 시분할 다중 접속 프레임(Upstream TDMA Frame)은 폴링타임슬롯 3개(타임슬롯 1,2,3)와, 경쟁타임슬롯 6개(타임슬롯4∼9)와, 예약타임슬롯 71개(타임슬롯 10∼80)로 운영하고 있는 상향타임슬롯을 나타낸 일 예이다.

다음의 표 1 은 LMDS를 위한 MAC 메시지를 나타낸 것이다.

MAC_message(){niu_idmsg_lengthpoll_slot_idmsg_typenum_msg_itemsmsg_items}	비트(bits)	바이트(Byte)	비트 번호/설명
	1616888	22111N	Designates poll response slotIdentifies the message type# of message items being sentVariable Length Field

이와 같은 기본 구조의 모든 MAC 메시지는 niu_id, msg_length, poll_slot_id, msg_type, num_msg_items, msg_items의 리스트로 구성된다.

여기서, niu_id는 MAC 메시지를 수신한 망 인터페이스 장치(NIU)(42)를 식별하기 위한 것이고, msg_length는 msg_length field 다음의 바이트 수를 나타내기 위한 것이고, poll_slot_id는 망 인터페이스 장치(NIU)(42)가 폴링(Polling)되었을 때 응답하는 폴 응답타임슬롯을 식별하기 위한 것이다.

또한, msg_type은 실제 망 인터페이스 장치(NIU)(42)나 무선망 인터페이스 장치(AIU)(22)가 보내는 실제 MAC 메시지의 내용이고, num_msg_items는 MAC 메시지에 의해 나타내지는 MAC 메시지 내용의 목록(Items) 수이며, msg_items은 MAC 메시지 내용에 의해 나타나는 목록들의 리스트이다.

도 5 는 디지탈 음성·영상 회의(DAVIC)의 권고안에 따른 MAC 세션 접속 절차를 나타낸 흐름도이다.

신호 중계장치(Head-end Unit)(20)의 무선망 인터페이스 장치(AIU)(22)와 가입자 장치(CPEU)(40)의 망 인터페이스 장치(NIU)(42)간의 무선 통신 물리 매체를 제어하는 기능을 MAC(Media Access Control)이라고 하며, 무선망 인터페이스 장치(AIU)(22)와 망 인터페이스 장치(NIU)(42)간의 타임슬롯요구, 망 접근요구, 주파수/전력/시간 조정요구, 망 인터페이스 장치(NIU) 상태요구, 망 인터페이스 장치(NIU) 세션제어요구, 망 인터페이스 장치(NIU) 채널변경요구 등의 메시지 흐름을 제어한다.

도 5 를 참조하면, MAC 프로토콜을 동작시키기 위한 환경이 설정되면, 망 인터페이스 장치(NIU)(42)는 MAC 세션 요구 메시지(MAC_Session_request)를 무선망 인터페이스 장치(AIU)(22)에 보내어 해당 서비스에 필요한 MAC 세션을 설정한다(S1).

이 후 무선망 인터페이스 장치(AIU)(22)는 망 인터페이스 장치(NIU)(42)에게 MAC 프로토콜을 통해 폴링타임슬롯(Polling Time Slot)과 경쟁타임슬롯(Contention Time Slot)을 할당하게 되는데, 이 때는 경쟁타임슬롯 피드백 메시지(Contention_slot_feedback)를 사용한다(S2).

이 후 가입자가 그래픽 사용자 인터페이스(GUI:Graphic User Interface)를 통해 원하는 서비스를 선택하면, 망 인터페이스 장치(NIU)(42)는 MAC 세션 요구 메시지(MAC_Session_request)를 무선망 인터페이스 장치(AIU)(22)에 다시 보내어, MAC 세션 메시지 인증(MAC_Session_msg_ack) 및 MAC 세션 접속 메시지(MAC_Session_connection)를 전달받음으로써 서비스에 필요한 MAC 세션을 접속하게 된다(S3,S4). 이 때 무선망 인터페이스 장치(AIU)(22)는 MAC 세션 요구 메시지(MAC_Session_request)에 하향 및 상향을 위한 VPI/VCI 정보를 함께 보내며, 망 인터페이스 장치(NIU)(42)는 서비스 어플리케이션(Application)이 동작하도록 전달받은 VPI/VCI를 바인딩(binding)한다. 여기서 바인딩(binding)이란 VPI/VCI를 그 대상인 서비스 어플리케이션과 관련 지우는 것을 말한다.

또한, 무선망 인터페이스 장치(AIU)(22)는 상태 요구 메시지(status_request)를 망 인터페이스 장치(NIU)(42)에 전달하여(S5), 망 인터페이스 장치(NIU)(42)에 대한 상태정보를 상태 응답 메시지(status_response)를 통해 전달받는다(S6).

여기서, 망 인터페이스 장치(NIU)(42)가 상태 응답 메시지(status_response)를 무선망 인터페이스 장치(AIU)(22)에 전달할 때는 동시에 MAC 세션 메시지 인증(MAC_Session_msg_ack)을 무선망 인터페이스 장치(AIU)(22)에 전달하여 서비스를 제공받게 된다(S6).

그러나, 가입자는 무선망 인터페이스 장치(AIU)(22)에서 제공되는 서비스를 종료하기 위해 MAC 세션 해제 메시지(MAC_Session_release)를 무선망 인터페이스 장치(AIU)(22)에 보내며(S7), 서비스를 제공하기 위한 MAC 세션 메시지 인증(MAC_Session_msg_ack)을 무선망 인터페이스 장치(AIU)(22)로부터 전달받는다(S8).

이와 같이 DAVIC에서 권고한 LMDS에 관한 사항을 보면, LMDS 망 구성에 대해 나와 있기는 하지만 상위 계층 프로토콜에 대한 언급이 없다.

따라서, 종래 LMDS 망에서 상위 계층 프로토콜이 구현되어 있지 않았으며, 단지 상위 계층 정보를 위한 MAC 세션 접속 절차에 대해서만 LMDS의 MAC 프로토콜에 언급되어 있을 뿐이다.

또한, 종래 기술에 따른 LMDS는 원래 방송용 시스템 사양을 가지므로, 상위 계층 프로토콜이 필요치 않았다.

그러나, 최근에는 LMDS를 이용한 근거리 통신망 서비스(Local Area Network Service)나 음성 통화 서비스 등의 지원 요구가 점차 고조됨에 따라, 이를 위한 상대방 번호 분석 기능이나 통화 경로를 찾아 호를 연결해 주는 호설정 기능을 갖는 상위 프로토콜 구현이 필요한 실정이다.

본 발명의 목적은 이상에서 언급한 종래 기술의 문제점을 감안하여 안출한 것으로서, LMDS가 근거리 통신망 서비스나 음성 통화 서비스 등을 지원할 수 있도록 제한된 상향타임슬롯을 효율적으로 사용하며, 또한 가입자와 시스템간 호설정 기능을 지원해 주는 신호처리 프로토콜을 구현하여 이를 LMDS에 적용하는 방법을 제공하기 위한 것이다.

이상과 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 특징에 따르는 LMDS 망에서 호설정을 위한 신호처리 프로토콜 적용 방법이, 망과 다수의 가입자 장치간에 호를 설정할 수 있는 신호처리를 위해, 비동기 전송 모드(ATM)의 사용자망 인터페이스 규격을 따르며, 전화 교환 및 통합된 정보 통신망과의 디지탈 신호 교환, 공통선 신호를 처리할 수 있는 신호처리 프로토콜인 디지탈 가입자 신호 방식의 신호처리 프로토콜을 상위계층 프로토콜로 사용한다는 것이다.

바람직하게는, 상기 망과 다수의 가입자 장치간 신호처리를 위한 상위계층 프로토콜에서 신호처리 메시지의 무선경로로, 하향채널에서는 랜덤액세스 타임슬롯을 사용하고, 상향채널에서는 상기 다수의 가입자 장치가 공유할 수 있는 경쟁타임슬롯(Contention Time Slot)을 사용하게 된다.

여기서, 상기 상향채널에서는 상기 경쟁타임슬롯 이외에 상기 가입자 장치의 서비스 데이터를 위한 예약타임슬롯을 추가로 사용할 수 있으며, 상기 경쟁타임슬롯을 사용하는 상향채널에서는 상기 다수 가입자 장치의 신호들을 구분할 수 있도록 가상 경로 식별자(VPI) 및 가상 채널 식별자(VCI)를 사용하게 된다.

여기서 사용되는 상기 가상 경로 식별자는 이미 예약된 고정값을 사용하고, 상기 가상 채널 식별자는 상기 가입자 장치가 미리 망측으로부터 할당받은 각자의 고유값을 사용하게 된다.

도 1 은 일반적인 LMDS 시스템의 구성을 나타낸 블록구성도.

도 2 는 일반적인 LMDS 시스템에서 신호 중계장치(Head-end Unit)의 구성을 나타낸 블록구성도.

도 3a 는 LMDS를 위한 기본적인 하향채널의 프레임구조를 나타낸 도면.

도 3b 는 타임슬롯으로 구성된 하향 시분할 다중 프레임(Downstream TDM Frame)의 구조를 나타낸 도면.

도 4a 는 LMDS를 위한 기본적인 상향채널의 프레임구조를 나타낸 도면.

도 4b 는 타임슬롯으로 구성된 상향 시분할 다중 접속 프레임(Upstream TDMA Frame)의 구조를 나타낸 도면.

도 5 는 디지탈 음성·영상 회의(DAVIC)의 권고안에 따른 맥 세션 접속 절차를 나타낸 흐름도.

도 6 은 본 발명에 따른 LMDS 망의 프로토콜 스택 구성을 나타낸 도면.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*

10 : 센트럴 오피스 장치(COU:Central Office Unit)

11 : 비동기 전송 교환장치(ATM Switch)

12 : 가입자 관리장치(SMS:Subscriber Management System)

13 : 망 관리장치(NMS:Network Management System)

14 : 망 연동장치(IWF:Interworking Function System)

15 : 사설 교환장치(PBX:Private Branch Exchange System)

16 : 인터넷 상호 접속장치(IG:Internet Gateway)

20 : 신호 중계장치(Head-end Unit)

21 : 비동기 전송 다중장치(AMU:ATM Mux Unit)

22 : 무선망 인터페이스 장치(AIU:Air Interface Unit)

23 : 무선주파 변조장치(RF Modulation Unit)

24 : 무선주파 복조장치(RF Demodulation Unit)

25 : 다운스트림 주파수 변환장치(DFCU:Downstream Frequency Conversion Unit)

26 : 업스트림 주파수 변환장치(UFCU:Upstream Frequency Conversion Unit)

27 : 신호 중계 관리장치(HMU:Head-end Management Unit)

30 : 기지국 장치(Hub Outdoor Unit)

40 : 가입자 장치(CPEU:Customer Premises Equipment Unit)

41 : 가입자 아웃도어 장치(CPEU-ODU:Customer Premises Equipment Unit- Outdoor Unit)

42 : 망 인터페이스 장치(NIU:Network Interface Unit)

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

본 발명에서는 기존의 광대역 통합 정보통신망(B-ISDN)에서 사용하는 DSS-2의 프로토콜 중 제2계층 및 제3계층을 LMDS 망의 상위 계층 프로토콜에 적용한다.

도 6 은 본 발명에 따른 LMDS 망의 프로토콜 스택 구성을 나타낸 도면이다.

도 6 을 참조하면, 무선망 인터페이스 장치(AIU)와 망 인터페이스 장치(NIU) 사이는 무선 구간이며, 나머지 무선망 인터페이스 장치(AIU)와 비동기 전송 교환장치(ATM Switch)간에는 광 인터페이스(Optical Interface)를 사용한다. 즉, 무선망 인터페이스 장치(AIU) 이후 망은 기존 ATM 망과 동일하다고 볼 수 있다.

따라서, 본 발명에서의 망은 무선망 인터페이스 장치(AIU)를 지칭하며, 무선망 인터페이스 장치(AIU)와 망 인터페이스 장치(NIU)간의 물리계층(PHY) 및 무선 채널에 대해서는 DAVIC 권고안에 자세히 언급되어 있으므로 DAVIC에서 언급하지 않은 호설정을 위한 신호처리 프로토콜의 선정 및 구현에 초점을 맞추었다.

본 발명의 핵심은 LMDS 신호처리 프로토콜로, ATM 포럼(Forum)에서 권고한 사용자망 인터페이스3.1/4.0(UNI:User Network Interface3.1/4.0)과, 전화교환 및 통합정보통신망(Integrated Service Digital Network ; 이하, ISDN 이라 약칭함)의 디지탈 신호 교환 방식과 공통선 신호방식에 관한 권고 시리즈인 ITU-T Q시리즈에서 ITU-T Q.2931/2971 를 통칭한 DSS-2 프로토콜을 사용하는 것이다.

무선망 인터페이스 장치(AIU)(22)와 망 인터페이스 장치(NIU)(42)의 무선 구간(Air Interface)에서 LMDS MAC를 위한 사용자 평면상의 프로토콜 계층은, 최하위 계층부터 LMDS 물리계층으로 무선 신호를 전송하는 물리층 전송매체를 규정하는 무선물리계층(RF-PHY)과, 53바이트 ATM 셀을 처리하는 ATM계층과, 여러 가지 상위 어플리케이션의 데이터 단위와 셀에서 통일적으로 다루는 48바이트의 사용자 정보와의 정합 조정을 수행하는 제5형의 ATM적응계층(이하, ALL5라 약칭함)과, 최상위 계층으로 기본적인 연결 제어를 담당하여 연결성 및 비연결성의 두가지 동작모드를 지원하며, 매체 접속 제어를 지원하여 신호의 전송매체로의 접근을 조정하는 LMDS MAC계층이 있다.

또한, ATM 신호처리를 위한 제어평면상의 프로토콜 계층은 사용자/서버(50), 비동기 전송 교환장치(ATM Switch)(11), 무선망 인터페이스 장치(AIU)(22), 망 인터페이스 장치(NIU)(42) 별로 각각 최상위계층부터, 사용자망 인터페이스 4.0(UNI 4.0)과 ITU-T Q.2931을 통칭한 DSS-2 프로토콜 계층과, ITU-T Q시리즈에서 디지탈 교환 방식의 신호처리용 ATM 적응계층인 Q.SAAL 계층과, 여러 가지 상위 어플리케이션의 데이터 단위와 셀에서 통일적으로 다루는 48바이트의 사용자 정보와의 정합 조정을 수행하는 ALL5 계층과, 53바이트 ATM 셀을 처리하는 ATM계층과, 최하위 계층으로 물리계층이 있다.

여기서, 사용자/서버(50)와 비동기 전송 교환장치(ATM Switch)(11)간에는 ATM 셀을 전송할 전송매체를 규정하는 물리계층으로 ATM PHY 계층이 있고, 비동기 전송 교환장치(ATM Switch)(11)와 무선망 인터페이스 장치(AIU)(22)간에도 이와 동일한 ATM PHY계층이 있다. 또한 무선망 인터페이스 장치(AIU)(22)에는 무선구간(Air Interface)을 통한 무선신호를 전송하는 물리층 전송매체를 규정하는 무선물리계층(RF-PHY)이 함께 구성되며, 망 인터페이스 장치(NIU)(42)에도 무선물리계층(RF-PHY)이 최하위 계층으로 구성된다.

마지막으로, 사용자 데이터를 위한 사용자평면상의 프로토콜 계층은 사용자/서버(50), 비동기 전송 교환장치(ATM Switch)(11), 무선망 인터페이스 장치(AIU)(22), 망 인터페이스 장치(NIU)(42)별로 상기 기술된 제어평면상과 동일한 물리계층으로 구성되며, 물리계층의 바로 상위계층에 53바이트 ATM 셀을 처리하는 ATM계층이 각각 구성된다.

여기에, 사용자/서버(50)와 망 인터페이스 장치(NIU)(42)에는 여러 가지 상위 어플리케이션의 데이터 단위와 셀에서 통일적으로 다루는 48바이트의 사용자 정보와의 정합 조정을 수행하는 ATM 적응 계층인 ALL계층과, 그밖에 상위계층의 기능을 담당하는 상위계층이 포함된다.

본 발명에 따른 LMDS 시스템에서 ATM 신호처리를 위한 프로토콜로 DSS-2 프로토콜을 사용함에 따라 다음과 같은 효과를 볼 수 있게 된다.

첫 째, LMDS는 무선구간에서 TDM 또는 TDMA 방식을 사용하고 있으나 각각의 타임슬롯이 ATM 셀 형태를 채택하고 있으므로, DSS-2 프로토콜을 적용하게 되면 프로토콜 계층의 변경이 거의 없게 된다는 것이다.

둘 째, 프로토콜 스택 구성에서 볼 때 DSS-2 프로토콜을 사용하면, 무선망 인터페이스 장치(AIU)에서 비동기 전송 교환장치(ATM Switch)간 호환이 쉽다는 것이다.

따라서, LMDS 망에서 수용하는 다양한 서비스를 볼 때 B-ISDN 신호 프로토콜 채택이 필수적이다.

그러나 문제가 되는 것은 신호처리 메시지를 전송할 채널을 결정하는 것이 중요한데, DAVIC에서는 사용자간 신호처리를 위한 별도의 채널을 권고하지 않고 있다.

그러므로, 본 발명에서는 신호처리 프로토콜의 경로로써 상향 및 하향타임슬롯을 결정하고, DSS-2 프로토콜을 LMDS의 무선망 인터페이스 장치(AIU)(22) 및 망 인터페이스 장치(NIU)에 적용하는 방법을 제시하고자 한다.

본 발명에서는 LMDS의 신호처리 메시지에 대한 무선경로로 하향채널에서는 랜덤액세스 타임슬롯(Random Access Time Slot)을 사용하고, 상향채널에서는 경쟁타임슬롯(Contention Time Slot)을 사용하도록 제안한다.

하향채널에서는 프레임시작(Frame Start) 타임슬롯을 제외하고는 모두 랜덤액세스 타임슬롯이므로 재론의 여지가 없다.

상향채널에서는 경쟁타임슬롯(Contention Time Slot) 외에 예약타임슬롯(Reserved Time Slot)을 사용할 수 있는데, LMDS는 상향채널의 대역폭이 하향채널에 비해 상대적으로 좁기 때문에 사용자 데이터(User Data)를 위해 예약타임슬롯(Reserved Time Slot)을 아껴야 한다.

이 때문에 가입자 장치(CPEU)가 공유할 수 있는 여러 개의 경쟁타임슬롯(Contention Time Slot)이 적당하다.

DAVIC 권고안에서는 상위계층 프로토콜의 타임슬롯에 대한 규정이 없으며, MAC를 위한 VPI/VCI 할당 방법으로 MAC 세션 접속 절차를 권고하고 있다. 이는 앞에서 도 5 를 통해 이미 설명하였다.

본 발명에서는 이와 같은 MAC 세션 접속 절차를 생략하고 VPI/VCI를 예약해서 사용하는 방법을 제안한다.

이에 대해 설명하면, VPI는 예약된 고정값(0xfe)을 사용하고, VCI는 가입자 장치(CPEU)의 고유값인 niu_id를 사용한다. niu_id는 가입자 장치(CPEU)가 LMDS 망에 진입할 때 망측으로부터 할당받는 값이다.

즉, B-ISDN의 ATM 망에서는 MAC 신호처리를 위해 VPI/VCI를 고정하여 사용하는데 비해, 본 발명에 따른 LMDS에서는 MAC 신호처리를 위해 VPI/VCI를 0xfe/niu_id로 사용하여 가입자마다 고유값을 갖도록 하는 것이다.

이렇게 MAC 신호처리를 위해 가입자마다 고유값을 갖도록 하는 이유는, 첫 째 LMDS 망측과 가입자 장치(CPEU)간이 무선구간(Air Interface)으로 되어 있으므로, LMDS 망에 접속되는 가입자 수는 가변적이기 때문이다.

특히 망측에서 가입자 장치(CPEU)측으로 전송하는 신호는 랜덤액세스 타임슬롯을 사용하여 모든 가입자가 신호를 수신할 수 있도록 되어 있기 때문에 가입자는 자신에게 오는 신호만을 구분할 수 있어야 하고, 가입자가 망측으로 전송하는 신호도 여러 개의 가입자 단말이 공유하는 경쟁타임슬롯(Contention Time Slot)을 사용하여 전송되기 때문에 각 가입자 신호를 구분할 수 있는 VPI/VCI가 필요하다.

둘 째, LMDS 망측에서는 niu_id로 가입자를 구별하게 되며, MAC 신호처리를 위해 VPI/VCI를 0xfe/niu_id로 사용하여 가입자마다 고유값을 갖도록 하는데, 특히 VCI로 niu_id를 사용하기 때문에 굳이 B-ISDN에서 같은 MAC 세션 접속 절차를 거치지 않고도 호설정을 위한 제어신호를 교환 할 수 있다.

이상의 설명에서와 같은 본 발명은 LMDS 시스템이 음성 서비스를 지원할 수 있도록 가입자와 시스템간 호설정 기능을 지원해 주는 신호처리 프로토콜을 사용하므로, LMDS의 응용 가능한 서비스 영역 및 서비스 수용 확장이 용이하다는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 신호처리 프로토콜의 경로로 경쟁타임슬롯을 사용하므로 상향채널에 대한 주파수 대역의 낭비를 최소화할 수 있다는 효과가 있다.

Claims

망과 다수의 가입자 장치간에 호를 설정할 수 있는 신호처리를 위해, 비동기 전송 모드(ATM)의 사용자망 인터페이스 규격을 따르며, 전화 교환 및 통합된 정보 통신망과의 디지탈 신호 교환, 공통선 신호를 처리할 수 있는 신호처리 프로토콜인 디지탈 가입자 신호 방식의 신호처리 프로토콜을 상위계층 프로토콜로 사용하는 것을 특징으로 하는 LMDS 망에서 호설정을 위한 신호처리 프로토콜 적용 방법.
제 1 항에 있어서, 상기 망과 다수의 가입자 장치간 신호처리를 위한 상위계층 프로토콜에서 신호처리 메시지의 무선경로로, 하향채널에서는 랜덤액세스 타임슬롯을 사용하고, 상향채널에서는 상기 다수의 가입자 장치가 공유할 수 있는 경쟁타임슬롯(Contention Time Slot)을 사용하는 것을 특징으로 하는 LMDS 망에서 호설정을 위한 신호처리 프로토콜 적용 방법.
제 2 항에 있어서, 상기 상향채널에서는 상기 경쟁타임슬롯 이외에 상기 가입자 장치의 서비스 데이터를 위한 예약타임슬롯을 추가로 사용하는 것을 특징으로 LMDS 망에서 호설정을 위한 신호처리 프로토콜 적용 방법.
제 2 항에 있어서, 상기 경쟁타임슬롯을 사용하는 상향채널에서는 상기 다수 가입자 장치의 신호들을 구분할 수 있도록 가상 경로 식별자(VPI) 및 가상 채널 식별자(VCI)를 사용하는 것을 특징으로 하는 LMDS 망에서 호설정을 위한 신호처리 프로토콜 적용 방법.
제 4 항에 있어서, 상기 가상 경로 식별자는 이미 예약된 고정값을 사용하고, 상기 가상 채널 식별자는 상기 가입자 장치가 미리 망측으로부터 할당받은 각자의 고유값을 사용하는 것을 특징으로 하는 LMDS 망에서 호설정을 위한 신호처리 프로토콜 적용 방법.