KR20010031866A

KR20010031866A - 가변 속도 통신 시스템에서 최적의 패킷 길이를 할당하는방법

Info

Publication number: KR20010031866A
Application number: KR1020007004940A
Authority: KR
Inventors: 나가브후샤나 티. 신드후샤야나; 로베르토 파도반니
Original assignee: 러셀 비. 밀러; 콸콤 인코포레이티드
Priority date: 1997-11-07
Filing date: 1998-11-07
Publication date: 2001-04-16
Also published as: CN1301439A; WO1999025088A1; JP2001523065A; EP1029403A1; HK1031794A1; US6064678A; KR100579762B1; JP4216464B2; EP1029403B1; DE69838397T2; DE69838397D1; AU1519899A; ZA9810182B; AR017577A1; CN1130051C

Abstract

본 발명의 가변 속도 통신 시스템에서 최적 패킷 길이를 할당하는 방법은 다수의 데이터 속도중 하나에서 데이터 전송이 가능하게 한다. 데이터 속도에 대한 패킷 길이는 최대 처리 능력 속도가 달성되며 공정성 기준에 부합하도록 선택된다. 공정성 기준은 각 데이터 속도를 일정 범위 또는 L_i ^min≤L_i≤L_i ^max값에 할당된 패킷 길이로 제한하여 달성될 수 있다. 모든 데이터 속도에 대한 패킷 길이는 먼저 상기 데이터 속도에 대해 최대 패킷 길이로 시작된다. 다음으로, 각 데이터 속도에서, 다른 패킷 길이 할당에 의해 개선된 처리 능력 속도가 이루어졌는지를 결정한다. 만일 그 응답이 ″예″라면, 상기 데이터 속도에 대한 패킷 길이가 다시 할당되고 업데이트된 패킷 길이 할당을 가진 처리 능력 속도는 다시 계산된다. 이 진행은 모든 데이터 속도가 고려될 때까지 각 데이터 속도에 대해 반복된다. 처리 능력 속도는 확률 모델 또는 결정 모델을 사용하여 계산될 수 있다.

Description

가변 속도 통신 시스템에서 최적의 패킷 길이를 할당하는 방법 {METHOD FOR ASSIGNING OPTIMAL PACKET LENGTHS IN A VARIABLE RATE COMMUNICATION SYSTEM}

코드 분할 다중 액세스(CDMA) 변조 기술의 이용은 많은 수의 사용자를 가진 시스템에서 통신을 용이하게 하기 위한 몇 가지 기술중 하나이다. 시간 분할 다중 액세스(TDMA), 주파수 분할 다중 액세스(FDMA), 및 AM 변조 기술(예를 들어 진폭 압신 단일 측파대(ACSSB))과 같은 다른 기술이 공지되어 있지만, CDMA는 이들 다른 기술에 비하여 상당한 장점을 가진다. 다중 액세스 통신 시스템에서 CDMA 기술의 이용은 미국특허 4,901,307, ″위성 또는 지상 중계기를 이용하는 스펙트럼 확산 다중 액세스 통신 시스템″에 개시되어 있으며, 이는 본 발명의 양수인에게 양도되었으며 여기에 참고된다. 다중 액세스 통신 시스템에서 CDMA 기술의 이용은 또한 미국특허 5,103,459, ″CDMA 셀룰러 전화 시스템에서 신호 파형을 발생시키는 시스템 및 방법″에 개시되어 있으며, 이는 본 발명의 양수인에게 양도되었으며 여기에 참고된다. CDMA 시스템은 이하에서 IS-95 표준이라고 하는 ″이중 모드 광대역 스펙트럼 확산 셀룰러 시스템용 TIA/EIA/IS-95 이동국-기지국 호환 표준″에 따르도록 설계될 수 있다. 다른 코드 분할 다중 액세스 통신 시스템은 저궤도 위성을 이용하는 월드와이드 통신용 GLOBALSTAR 통신 시스템을 포함한다.

CDMA 통신 시스템은 순방향 링크 및 역방향 링크를 통하여 트래픽 데이터 및 음성 데이터를 전송할 수 있다. 고정된 사이즈의 코드 채널 프레임에서 트래픽 데이터를 전송하는 방법은 미국특허 5,504,773, ″전송을 위한 데이터 포맷 방법 및 장치″에 개시되어 있으며, 이는 본 발명의 양수인에게 양도되었으며, 여기에 참고된다. IS-95표준에 따르면, 트래픽 데이터 또는 음성 데이터는 주기가 20밀리초인 코드 채널 프레임으로 분할된다. 상기와 같은 코드 채널 프레임의 데이터 속도는 가변하며 14.4Kbps정도로 높을 수 있다.

음성 서비스와 데이터 서비스의 중요한 차이는 음성 서비스는 모든 사용자에 대한 고정 및 공통의 서비스 수준(GOS)을 요구한다는 것이다. 일반적으로, 음성 서비스를 제공하는 디지털 시스템에서, 이는 링크 자원과 무관하게 모든 사용자에 대한 고정(및 보증)된 데이터 속도 및 음성 프레임의 에러율에 대한 최대 허용값으로 해석된다. 동일 데이터 속도에 대하여, 높은 자원 할당은 사용자가 약한 링크를 가지도록 한다. 대조적으로, 데이터 서비스에 대하여, GOS는 사용자마다 다르며 데이터 통신 시스템의 전체 효율을 증가시키도록 최적화되는 파라미터일 수 있다. 데이터 통신 시스템의 GOS는 일반적으로 데이터 메시지의 전송시 발생되는 전체 지연으로서 정의된다.

음성 서비스와 데이터 서비스의 다른 중요한 차이는 음성 서비스는 엄격하고 고정된 지연 요구조건을 가진다는 것이다. 일반적으로, 음성 프레임의 전체 일방향 지연은 100밀리초보다 적어야 한다. 대조적으로, 데이터 지연은 데이터 통신 시스템의 효율을 최적화하기 위하여 이용되는 가변 파라미터일 수 있다.

데이터 통신 시스템의 품질 및 효율을 측정하는 파라미터는 데이터 패킷을 전송하는데 요구되는 전체 지연 및 시스템의 평균 처리 속도이다. 전체 지연은 음성 통신과 데이터 통신이 동일한 영향을 가지는 것은 아니지만 데이터 통신 시스템의 품질 측정에 있어서 중요하다. 평균 처리 속도는 통신 시스템의 데이터 전송 용량 효율 측정치이다.

무선 데이터 애플리케이션에 대한 요구 증가로, 효율적인 무선 데이터 통신 시스템에 대한 요구가 상당히 증가하고 있다. 데이터 통신에 대한 최적의 통신 시스템의 예는 1997년 11월 3일 출원된 미국특허출원 08/963,386, ″고속 패킷 데이터 전송 방법 및 장치″에 개시되어 있으며, 이는 본 발명의 양수인에게 양도되었으며 여기에 참고된다. 미국특허출원 08/963,386에 개시된 시스템은 다수의 데이터 속도중 하나에서 전송할 수 있는 가변 속도 통신 시스템이다. 데이터 속도는 전송중인 기지국 및 수신중인 원격국사이의 링크에 따라 선택된다. 전송중인 기지국은 기지국에서 원격국으로의 링크를 기초로 원격국과 통신하는 모든 기지국중에서 선택된다. 선택된 기지국은 시간 슬롯이라고 하는 소정의 시간 주기동안 원격국으로 전송한다. 데이터 속도는 알려져 있고 시간 슬롯은 고정되어 있기 때문에, 패킷 길이(또는 시간 슬롯내의 전송된 비트 수)가 계산될 수 있다.

모든 시간에 가장 높은 속도로 최적의 기지국으로부터 사용자로의 전송은 가변 속도 통신 시스템에서 가능한 가장 높은 처리 속도를 이루도록 한다. 그러나, 이러한 기술은 가장 높은 데이터 속도의 사용자를 제외한 모두가 매우 양호하지 못한 서비스를 받는 다는 공정하지 못한 결과를 가진다. 공정성 및 효율성을 가진 방식은 낮은 속도 데이터 사용자에 비하여 많은 수의 연속 시간 슬롯을 제공함으로써 고속 속도 사용자에게 편파적이지만, 가장 낮은 속도 사용자일지라도 적당한 시스템 처리 공유를 가진다. 전술한 바와 같이, 통신 시스템의 품질을 측정하는 파라미터는 모든 사용자에 의하여 경험되는 전체 지연이다. 처리 속도가 최대이면서 공정성을 유지하는 데이터 속도를 위하여 패킷 길이 또는 시간 슬롯을 할당하는 방법이 요구된다.

본 발명은 통신에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 가변 속도 통신 시스템에서 최적의 패킷 길이를 할당하는 방법에 관한 것이다.

도 1은 가변 속도 통신 시스템의 블록도이다.

도 2는 가변 속도 통신 시스템의 기본 서브시스템을 도시하는 블록도이다.

도 3은 본 발명의 최적 패킷 길이 할당 경로에 대한 흐름도이다.

본 발명은 가변 속도 통신 시스템에서 최적의 패킷 길이를 할당하는 신규하고 개선된 방법에 관한 것이다. 가변 속도 통신 시스템은 다수의 데이터 속도중 하나에서 데이터를 전송할 수 있다. 각각의 데이터 전송은 소정 시간 주기에서 발생된다. 주어진 전송 속도R_i및 시간 주기T_i에 대하여, 패킷 길이 L_i(또는 시간 주기T_i중에 전송된 비트 수)는 L_i=R_i*T_i로 계산될 수 있다. 본 발명에서, 패킷 길이 L_i는 공정성을 따르면서 최대 처리 속도의 시스템 목적이 달성될 수 있도록 할당된다.

본 발명의 목적은 공정성을 유지하면 시스템 처리 속도를 최대화하기 위하여 모든 데이터 속도에 패킷 길이를 할당하는 것이다. 실시예에서, 공정성은 모든 데이터 속도의 사용자에 의한 전체 지연 경험에 관련되며, 각각의 데이터 속도에 할당된 패킷 길이의 사이즈를 소정 범위값 또는 L_i ^min≤L_i≤L_i ^max로 제한함으로써 선택된다. 실시예에서, 각각의 데이터 속도에 대한 패킷 길이 L_i는 먼저 상기 데이터 속도에 대한 최대 패킷 길이 L_i ^max로 초기화된다. 다음에, 각각의 데이터 속도에 대하여, L_i ^max에서 L_i ^min까지의 패킷 길이의 변화가 개선된 처리 속도를 발생시키는 지를 결정한다. 만약 그렇다면, 이 데이터 속도에 대한 패킷 길이는 재할당되며 갱신된 패킷 길이를 가진 처리 속도가 재계산된다. 프로세스는 모든 데이터 속도가 고려될 때까지 각각의 데이터 속도에 대하여 반복된다.

본 발명의 다른 목적은 가능성 모델 또는 결정성 모델에 따라 가변 속도 통신 시스템에서 패킷 길이L_i를 각각의 데이터 속도로 할당하는 것이다. 가능성 모델에서, 다수의 데이터 속도에서 데이터 전송 가능성이 계산된다. 실시예에서, 가능성은 캐리어 대 간섭 비(C/I) 프로파일 및 비트당 에너지 대 노이즈 비(E_b/N_o)를 이용하여 계산될 수 있다. 모든 데이터 속도에 대한 가능성은 모든 데이터 속도에 대한 패킷 길이를 할당할 때 이용된다. 결정성 모델에 대하여, 각각의 데이터 속도에서 수신하는 사용자 수는 도표화되고 패킷 길이를 할당하기 위하여 이용된다. 결정성 모델은 가변 속도 통신 시스템이 시스템의 변화에 패킷 길이를 역동적으로 할당하도록 하며 개선된 성능을 얻도록 한다.

이하 첨부된 도면을 참조로 본 발명을 설명한다.

Ⅰ. 시스템 개요

도면을 참조하면, 도 1은 가변 속도 통신 시스템의 예를 도시한다. 상기와 같은 시스템중 하나는 미국특허출원 08/963,386에 개시된다. 가변 속도 통신 시스템은 다수의 셀(2a-2g)을 포함한다. 각각의 셀(2)은 대응하는 기지국(4)에 의하여 서비스된다. 여러 가지 원격국(6)은 통신 시스템 전체에 분산되어 있다. 실시예에서, 각각의 원격국(6)은 각각의 시간 슬롯에서 순방향 링크를 통하여 많아야 하나의 기지국(4)과 통신한다. 예를 들어, 시간 슬롯n에서 순방향 링크를 통하여 기지국(4a)은 원격국(6a)에만 데이터를 전송하며, 기지국(4b)은 원격국(6b)에만 데이터를 전송하며, 기지국(4c)은 원격국(6c)에만 데이터를 전송한다. 도 1에 도시된 바와 같이, 각각의 기지국(4)은 바람직하게 소정 시간에 하나의 원격국(6)에 데이터를 전송한다. 또한, 데이터 속도는 가변하며 수신 원격국(6)에 의하여 측정된 캐리어 대 간섭 비(C/I) 및 요구되는 비트당 에너지 대 노이즈 비(E_b/N_o)에 따른다. 원격국(6)에서 기지국(4)으로의 역방향 링크는 간단하게 하기 위하여 도 1에 도시된다.

가변 속도 통신 시스템의 예의 기본 서브시스템을 도시하는 블록도는 도 2에 도시된다. 기지국 제어기(10)는 통신 시스템의 패킷 네트워크 인터페이스(24), PSTN(30) 및 모든 기지국(4)과 인터페이스한다(도 2에서는 간단하게 하기 위하여 하나의 기지국(4)만을 도시했다). 기지국 제어기(10)는 통신 시스템의 원격국(6)과 패킷 네트워크 인터페이스(24)와 PSTN(30)에 연결된 다른 사용자 사이의 통신을 조절한다. PSTN(30)은 표준 전화 네트워크(도 2에 도시 안됨)를 통하여 사용자와 인터페이스한다.

기지국 제어기(10)는 많은 선택 엘리먼트(14)를 포함하지만, 하나만이 도 2에 도시되어 있다. 하나의 선택 엘리먼트(14)는 하나 이상의 기지국(4)과 하나의 원격국(6)사이의 통신을 제어하도록 할당된다. 선택 엘리먼트(14)가 원격국(6)에 할당되지 않으며, 통화 제어 프로세서(16)는 원격국(6)을 페이징하기 위한 필요성을 알게된다. 통화 제어 프로세서(16)는 기지국(4)에 원격국(6)을 페이징하도록 한다.

데이터 소스(20)는 원격국(6)에 전송될 많은 양의 데이터를 포함한다. 데이터 소스(20)는 데이터를 패킷 네트워크 인터페이스(24)에 제공한다. 패킷 네트워크 인터페이스(24)는 데이터를 수신하고 선택 엘리먼트(14)에 데이터를 전달한다. 선택 엘리먼트(14)는 데이터를 원격국(6)과 통신하는 각각의 기지국(4)에 전송한다. 실시예에서, 각각의 기지국(4)은 원격국(6)에 전송될 데이터를 포함하는 데이터 큐(40)를 유지한다.

데이터는 데이터 패킷에서 데이터 큐(40)로부터 채널 엘리먼트(42)로 전송된다. 실시예에서, 순방향 링크 상에서, 데이터 패킷은 하나의 시간 슬롯 내에서 목적지 원격국(6)에 전송될 고정된 데이터량을 말한다. 각각의 데이터 패킷에 대하여, 채널 엘리먼트(42)는 필요한 제어 필드에 삽입한다. 실시예에서, 채널 엘리먼트(42)는 데이터 패킷 및 제어 필드를 CRC 인코딩하고 코드 테일 비트 세트를 삽입한다. 데이터 패킷, 제어 필드, CRC 패리티 비트 및 코드 테일 비트는 포맷된 패킷을 포함한다. 실시예에서, 채널 엘리먼트(42)는 포맷된 패킷을 인코딩하고 인코딩된 패킷내의 심볼을 인터리빙(또는 재정렬)한다. 실시예에서, 인터리빙된 패킷은 긴 PN 코드로 스크램블되고 월시 코드로 커버되고 짧은 PN_I및 PN_Q코드로 확산된다. 확산 데이터는 신호를 직각 변조, 필터링 및 증폭하는 RF 유니트에 제공된다. 순방향 링크 신호는 순방향 링크(50)상의 안테나(46)를 통하여 공기 중에 전달된다.

원격국(6)에서, 순방향 링크 신호는 안테나(60)에 의하여 수신되고 프론트 엔드(62)내의 수신기에 라우팅된다. 수신기는 신호를 필터링하고, 증폭하고, 직각 변조하고 양자화한다. 디지털화된 신호는 짧은 PN_I및 PN_Q코드로 디스프레딩되고, 월시 코드로 디커버되고, 긴 PN 코드로 디스크램블되는 복조기(DEMOD)(64)에 제공된다. 복조된 데이터는 디코더(66)에 제공되며, 상기 디코더는 기지국(4)에서 수행된 신호 처리 기능과 반대의 기능을 수행하는데, 특히 디인터리빙, 디코딩 및 CRC 체크 기능을 수행한다. 디코딩된 데이터는 데이터 싱크(68)에 제공된다.

전술한 바와 같이, 하드웨어는 순방향 링크를 통하여 데이터, 메시지, 음성, 비디오 및 기타 통신의 가변 속도 전송을 지원한다. 다른 하드웨어 아키텍쳐가 가변 속도 전송을 지원하기 위하여 설계될 수 있으며, 이는 본 발명에 속한다. 역방향 링크는 간단하게 하기 위하여 도시 안된다. 본 발명은 역방향 링크를 통한 가변 속도 전송에 용이하게 적용할 수 있다.

채널 스케쥴러(12)는 기지국 제어기(10)내의 모든 선택 엘리먼트(14)를 연결한다. 채널 스케쥴러(12)는 순방향 링크를 통한 가변 속도 전송을 스케쥴링한다. 채널 스케쥴러(12)는 원격국(6)에 전송하기 위한 데이터량을 표시하는 큐 사이즈 및 원격국(6)으로부터의 메시지를 수신한다. 채널 스케쥴러(12)는 공정성을 유지하면서 데이터 처리를 최대화하기 위하여 데이터 전송을 스케쥴링한다.

도 1에 도시된 바와 같이, 원격국(6)은 통신 시스템 전체에 분포되어 있으며 순방향 링크를 통하여 제로 또는 하나의 기지국(4)과 통신할 수 있다. 실시예에서, 채널 스케쥴러(12)는 전체 통신 시스템을 통하여 순방향 링크 데이터 전송을 조절한다. 고속 데이터 전송을 위한 스케쥴링 방법 및 장치는 19997년 2월 11일 출원된 미국특허 출원 08/798,951 ″순방향 링크 속도 스케쥴링 방법 및 장치″에 설명되어 있으며, 이는 본 발명의 양수인에게 양도되었으며, 여기에 참고된다.

Ⅱ. 처리 속도 계산

데이터 속도가 양의 가능성(P₁, P₂, P₃, ...P_N)을 가진 이산 값(R₁, R₂, R₃,...R_N)을 고려하여 무작위로 가변하는 가변 속도 통신 시스템에서, 시스템의 평균 처리 속도(C)(초당 비트)는 다음과 같이 계산될 수 있다

여기서 L_i는 패킷 길이이고 L_i=R_i*T_i로서 계산된다. 식(1)에서의 계산은 통신 시스템에 대한 정적인 가능성 모델을 기초로 한다. 평균 처리 속도(C)는 역동적인 결정성 모델을 이용하여 다음과 같이 계산될 수 있다.

(2)

여기에서 N_i는 데이터 속도 R_i에서 수신된 통신 시스템의 사용자 수이다. 다이나믹 패킷 길이 할당을 가진 결정 모델에 의해 평균 처리 능력 속도는 개선될 수 있다. 방정식(1)과 (2)는 통신 시스템의 처리 능력 속도를 계산하는데 사용될 수 있다. 처리 능력 속도를 계산하는 다른 방정식은 본 발명의 영역에서 사용될 수 있다.

가능한 모델의 경우, 처리 능력 속도(C)는 특별한 두 경우에 계산될 수 있다. 첫번째 경우, 만일 모든 데이터 속도에 대한 패킷 길이가 동일하게 세팅된다면, 처리 능력 속도(C_L)는 다음과 같이 계산될 수 있다.

(3)

여기에서 E(1/R)은 (1/R)의 기대값이다. 두번째 경우, 만일 타임슬롯의 지속 시간이 테이터 속도 R_i에서 패킷 길이 L_i가 데이터 속도에 비례한다면, 처리 능력 속도 Ct는 다음과 같이 계산될 수 있다.

(4)

임의의 포지티브 램덤 변수 X의 경우 EX·E(1/X)≥1을 나타낼 수 있다. 그러므로, C_L≤C_T가 된다. 그러나, 동등한 L_i스킴이 동등한 T_i스킴보다 더욱 페어하다. 이는 동등한 L_i스킴에서의 낮은 속도 사용자가 동일량의 정보(또는 동일한 비트수)를 수신하려 할 때 동등한 T_i스킴에서의 낮은 속도 사용자보다 짧은 토탈 지연을 가지기 때문이다.

최대 가능 처리능력 속도는 모든 데이터 속도의 패킷 길이가 최고 데이터 속도를 가진 사용자를 제외하면 제로(L_i=0)인 스킴에 의해 달성된다. 이 경우, 최대 처리능력 속도는 최고 데이터 속도 또는 C_max= max{R_i:1≤i≤N}과 동일하다. 그러나, 상기 최대 처리능력 속도는 공정성을 희생하여 달성된다.

개별 사용자의 서비스 등급과 그 패킷 길이 사이의 관계는 다음과 같다. 첫째, N_i사용자를 가진 시스템이 데이터 속도 R_i에서 동작한다고 간주한다. 데이터 속도 R_i에서 사용자 U_i로 길이 L_M의 메세지를 전송하는 데 필요한 평균 시간은 EX_i로 나타낼 수 있다. 만일 L_M이 L_i의 정수배이면 EX_i는 다음과 같이 표현될 수 있다.

(5)

기지국(4)이 사용자 U_i로 각각 Li비트의로 나눈 상태에서 L_M비트의 길이를 가진 메세지를 전송한다는 사실에 의해 방정식(5)가 유도된다. 사용자 U_i에게 L_i비트의 데이터를 연속적으로 전송하는 가운데, 기지국(4)은 시스템의 다른 사용자를 서비스한다. 각 사용자 U_k가 서비스되는 경우, 기지국(4)은 L_k/R_k와 동일한 시간으로 전송되며, L_k와 R_k는 각각 패킷 길이와 데이터 속도를 나타낸다. 방정식(5)는 평균 서비스 타임(EX_i)이 패킷 길이(L_i)에 역비례하다는 것을 보여준다.

표준 큐잉 모델을 사용하면(예를 들어 베이케이션(vacation)을 갖는 M/D/1큐), 사용자 U_i로 향하는 길이 L_M의 메세지에 의해 경험되는 평균 지연 ED_i가 다음 방정식으로 주어진다.

(6)

여기에서 ρ_i는 기지국(4)으로부터 사용자 U_i에 이르는 링크의 트래픽 이용 요소를 나타낸다. 전형적으로, 트래픽 이용 요소는 0.5≤ρ_i≤0.9에 해당한다. 만일 다수 데이터 시스템에서 사실인 메세지 길이 L_M이 패킷 길이 L_i보다 크다면, 상술한 방정식의 제 2 항은 무시될 수 있다. 그러므로, 방정식(6)은 다음과 같다.

(7)

만일 시스템의 모든 사용자에 대한 데이터 링크가 동일한 트래픽 이용 요소(ρ)로 동작한다면, 사용자 U_i에 대한 기대 메세지 지연은 패킷 길이 L_i에 대략적으로 비례한다. 그러므로, 만일 ED_min과 ED_max가 각각 시스템 사용자의 최소 및 최대 기대 지연을 나타낸다면 다음 방정식이 성립한다.

(8)

그러므로 공정성(fairness)의 특정량은 각 데이터 속도에 할당된 패킷 길이 Li에 대한 최고 및 최저 경계를 지정하여 이루어진다. 그러므로 패킷 길이는 다음과 같이 나타낼 수 있다.

(9)

여기에서 L_i ^min는 데이터 속도 R_i에 대한 최소 패킷 길이이며, L_i ^max는 데이터 속도 R_i에 대한 최대 패킷 길이이다. 예를 들면, 모든 데이터 속도에 대한 패킷 길이는 L_i ^min= L0 이며 L_i ^max= 2L0으로 나타낼 수 있다. 이는 동일한 데이터량에 대해 최저 데이터 속도의 기대 지연이 최고 데이터 속도의 기대 지연에 거의 두배 길이인 것을 보장한다. 방정식(9)에 주어진 제한은 시스템의 공정성을 나타낸다. 이하 설명되는 바와 같이, L_i ^max에서 L_i ^min의 낮은 비율은 낮은 처리 능력 속도를 희생한 페어한 스킴을 나타낸다.

Ⅲ. 최적 패킷 길이 할당

최적 패킷 길이 할당은 방정식(1) 또는 (2)에서 처리 능력 속도 C를 최대로 하며 방정식(9)의 공정성 제한을 따른다. 처리 능력 속도 C = C(L₁,L₂,...,L_N)는 각각 1≤k≤N에 대해 최적 솔루션이며, 다음 방정식은 유효하다.

(10)

그러므로, 각 데이터 속도 R_i에 대해 방정식(1)으로부터 데이터 속도 R_i가 시스템의 처리 능력 속도 C보다 작으면 최적 패킷 길이 할당이 L_i ^max가 되며, 데이터 속도 R_i가 시스템의 처리 능력 속도 C보다 크면 최적 패킷 길이 할당이 L_i ^max가 된다. 만일 데이터 속도 R_i가 처리 능력 속도 C와 같다면, 패킷 길이 할당은 같은 처리 능력 속도가 된다.

최적성을 증명하기 위해, 방정식(1)은 패킷 길이 변수 L_i에 대해 미분될 수 있다. 그 도함수는 다음과 같이 표현될 수 있다.

(11)

방정식(11)은 방정식(10)의 조건(a)와 (b)가 최적성에 필요하다는 것을 보여준다. 마찬가지로, 방정식(10)의 조건(a)와 (b)를 위반하는 할당은 최적화될 수 없다는 것을 볼 수 있다. 임의의 인덱스 i를 고려해보자. 만일 R_i〈 C라면, 방정식(11)은 도함수가 제로보다 적거나인 것을 의미한다. 도함수로 부터, 만일 주어진 패킷 길이 할당이 L_i〉L_i ^min이라면, C는 L_i가 증가함에 따라 조금씩 증가된다. 유사하게, 만일 R_i〉C라면, 방정식(11)은 도함수가 제로보다 크거나인 것을 의미한다. 도함수로부터, 만일 주어진 패킷 길이 할당이 L_i〈 L_i ^max라면, C는 L_i를 증가시키면서 조금 증가될 수 잇다. 또한, 방정식(10)의 조건(a)와 (b)를 만족시키는 임의의 패킷 길이 할당이 최적화되는 것을 보장한다.

Ⅳ. 최적 패킷 길이 할당 루틴

최적 패킷 길이 할당 루틴의 흐름도는 도 3에 도시되어 있다. 루틴은 블록 102에서 시작한다. 첫번째 단계에서, 블록 104에서는 모든 데이터 속도에 대한 패킷 길이 L이 그 데이터 속도에서 최대 패킷 길이 L_max로 시작된다. 블록 106에서, 블록 104에 할당된 패킷 길이를 사용하는 처리 속도 C는 방정식(1)과 (2)를 사용하여 계산된다. 블록 108에서, 루프 변수 k는 1에서 시작하며 루틴은 루프에 진입한다. 루프는 처리 능력 속도를 최적화하기 위해 낮은 데이터 속도에 최소 패킷 길이를 할당하며 각 데이터 속도에 대해 최소 패킷 길이 L_k ^max와 최대 패킷 길이 L_k ^max에 의해 정의된 공정성 제한을 유지한다.

루프내의 제 1 단계에서, 블록 110에서는 데이터 속도 R_k가 블록 106에서 계산된 처리 능력 속도 C와 비교된다. 만일 데이터 속도 R_k가 처리 능력 속도 C보다 크거나 같다면, 루틴은 블록 116으로 점프한다. 만일 데이터 속도 Rk가 처리 능력 속도 C보다 작다면, 루틴은 이 데이터 속도 R_k에서 최소 패킷 길이 L_k ^min에 패킷 길이 L_k를 할당하는 블록 112로 진행한다. 블록 114에서, 처리 능력 속도 C는 업데이트된 패킷 길이 할당을 사용하여 계산된다. 블록 116에서, 루프 변수 k가 증가된다. 루프는 k가 시스템의 데이터 속도 변수를 나타내는 N과 비교되는 블록 118로 진행한다. 만일 k≤N이라면 모든 데이터 속도가 고려되지 않았음을 나타내며, 루프는 블록 110으로 복귀하고 다음 데이터 속도가 고려된다. 그렇지 않으면, 루틴은 블록 120에서 종결된다.

도 3에 도시된 루틴의 경우, 데이터 속도는 임의의 특정 오더로 배치될 필요가 없다. 모든 데이터 속도는 개별적으로 고려되며 처리 능력 속도의 영향이 계산된다. 이 루틴에서, 처리 능력 속도 C의 최종 계산된 값은 각 데이터 속도에서 선택된 최소 및 최대 패킷 길이 L_k ^min과 L_k ^max에 의해 정의된 공정성 기준을 만족시키는 시스템의 최대 처리 능력 속도이다.

최적 패킷 길이 할당 루틴의 일 예가 이하 도시되어 있다. 이 경우, 가변 속도 통신 시스템은 8 데이터 속도를 포함하며 테이블 1에 도시된 확률 분포를 가진다. 예를 들면, 시스템은 38.4Kbps 데이터 속도에서 0.01의 전송 확률을 가지며, 76.8Kbps에서 0.11의 전송 확률을 153.6Kbps 데이터 속도에서 0.13의 전송 확률을 가진다. 이 확률 분포는 상술한 미국 특허 번호 제 08/963/386 호에 개시된 시스템의 비트당 에너지 대 노이즈 비(E_b/N_o)와 캐리어 대 간섭비(C/I)로부터 얻어질 수 있다.

이 경우, 모든 데이터 속도에 대한 동일 패킷 길이 할당은 처리 능력 속도 C_L= 1/E(1/R) = 258.629 Kbps가 된다. 선택적으로 모든 데이터 속도에 대해 동일 타임 슬롯 지속시간을 할당하거나 이 데이터 속도에 비례하는 패킷 길이를 선택하는 것은 처리 능력 속도 C_T= E(R) = 642.816 Kbps를 가져온다. 그러나, 동일 타임슬롯 스킴의 경우, 최저 데이터 속도 사용자는 전송 소스로부터 동일한 양을 수신하기 위해 최고 속도 사용자보다 30배 긴 (1.152Mbps/38.4Kbps)를 기다릴 수도 있다.

이 경우, 공정성 제한은 모드 데이터 속도의 패킷 길이가 1024와 2048 비트 사이이거나 i = 1,2,...,8에 대해 10024≤L_i≤2048 비트가 필요하도록 선택된다. 상기 공정성 제한은 최저 속도 사용자의 아이들 타임이 동일한 수신 비트수에 대해 최고 속도 사용자의 경우에 거의 두배인 것을 보장한다.

테이블 1

처리 능력 속도를 최적화하며 상기 공정성 제한을 유지하게 위해 각 데이터 속도에 대해 최적 패킷 길이를 할당하는 방법이 도 3에 개시되어 있다. 우선, 모든 데이터 속도에 대한 패킷 길이는 2048(블록 104)에 할당되며 상기 할당에 대해 C₀으로 지정된 처리 능력 속도는 방정식(1)(블록 106)을 사용하여 계산된다. 각 데이터 속도에서, 데이터 속도 Rk는 최근에 계산된 처리 능력 속도 C와 비교되며, 데이터 속도 R_k가 처리 능력 속도 C보다 작다면 상기 데이터 속도 R_k에 대응하는 패킷 길이 L_k는 상기 데이터 속도에 대해 최소 패킷 길이 L_k ^min로 재할당된다. 처리 능력 속도 C는 다시 계산된다. 예를 들면 제 1 데이터 속도 R_i는 처리 능력 속도 C_O(블록 112)과 비교된다. 이는 R₁이 C₀보다 작고 데이터 속도 R₁에 대한 패킷 길이 L₁이 L₁ ^min또는 1024로 세팅되기 때문이다(블록 112). 다음으로, 업데이트된 패킷 길이 할당을 가진 처리 능력 속도 C₁은 방정식(1)을 사용하여 다시 계산된다(블록 114). 이 경우, C₁= 266.304 Kbps이며 C₀보다 크고 1024 비트로 재할당된 L₁의 결과로 처리 능력 속도가 증가된다. 다음으로, 제 2 데이터 속도 R₂는 처리 능력 속도 C₁과 비교된다.

R₂는 C₁보다 적기 때문에, 데이터 속도 R₂에 대한 패킷 길이 L₂는 L₂ ^min또는 1024로 세팅된다. 다음으로, 업데이트된 패킷 길이 할당을 가진 처리 능력 속도 C₂는 방정식(1)을 사용하여 다시 계산된다. 이 경우, C₂= 311.239 Kbps이며 C₁보다 크고 1024 비트로 할당된 L₂의 결과로 처리 능력 속도가 증가된다. 상기 진행은 모든 데이터 속도가 고려될 때까지 나머지 데이터 속도에 대해 반복된다. 이 예의 결과는 테이블 2에 도시되어 있다.

테이블 2

본 발명의 루틴은 만일 상기 할당이 높은 처리 속도가 되며 공정성 제한이 관찰된다면 데이터 속도에 대해 패킷 길이를 할당한다. 루틴은 테이블 2에 도시된 바와 같이 증가된 오더에서 데이터 속도를 먼저 배치할 필요가 없다.

최적 패킷 길이 할당은 횟수를 최소화하는 선택적인 루틴을 사용하여 계산될 수 있으며, 처리 능력 속도 C가 계산된다. 상술한 루틴에서, 처리 능력 속도는 매시간 계산되며 임의의 패킷 길이 Li는 L_i ^max로부터 L_i ^min으로 변한다. 선택적인 루틴에서, 처리 능력 속도 C는 주어진 패킷 길이 할당에 대해 계산된다. 처리 능력 속도 C가 계산된 후, 모든 데이터 속도에 대한 패킷 길이(R_i〈C)는 L_i ^min으로 세팅된다. 처리 능력 속도 C는 하나 이상의 데이터 속도 R이 고려되지 않는다면 다시 계산된다. 상기 선택적인 루틴은 데이터 속도가 어센딩 오더(ascending order)로 먼저 배치된다.

모든 데이터 속도에 대한 최소 및 최대 패킷 길이 L_i ^max와 L_i ^max가 상술한 예에서는 동일하게 선택되지만, 필요한 것은 아니다. 시스템은 각 데이터 속도에 대해 서로 다른 최소 및 최대 패킷 길이 L_i ^min및 L_i ^max를 가질 수 있다. 각 데이터 속도에 대한 최소 및 최대 패킷 길이 L_imin 및 L_i ^max는 상술한 미국 특허 번호 제 08/963/386 호에 개시된 공정성 요소를 고려하여 선택될 수 있다. 이 공정성 요소는 (1) 수신 원격국에 필요한 E_b/N_o, (2)원격국의 소프트 핸드오프 상태, (3)필요한 비트당 전송 에너지(E_b), (4)전송되는 데이터의 양, (5)전송되는 데이터 타입, (6)전송이 이전의 잘못된 수신으로 인해 재전송되는 여부, (7)원격국의 에러율, (8) 목적 원격국에 의해 먼저 경험되는 지연량, (9) 원격국의 선취권을 포함한다.

본 발명은 포워드 링크시 가변 속도 통신의 환경에서 개시되었지만, 그 개념은 리버스 링크시 가변 속도 통신으로 확장될 수 있다. 임의의 가변 속도 통신 시스템에 대한 본 발명의 응용은 본 발명의 영역에 존재한다.

바람직한 실시예의 설명은 당업자가 본 발명을 이용할 수 있도록 한다. 당업자는 본 발명의 범위에서 다양한 변용을 할 수 있으며, 여기에서 설명한 실시예는 본 발명을 제한하려는 것이 아니고 개시된 사상 및 신규성과 일치하는 넓은 범위를 허용하려는 것이다.

Claims

가변 속도 통신 시스템에서 패킷 길이를 할당하는 방법에 있어서,

공정성 기준을 선택하는 단계;

상기 통신 시스템의 다수의 데이터 속도를 초기 패킷 길이로 할당하는 단계;

상기 초기 패킷 길이 할당을 기초로 처리 속도를 계산하는 단계; 및

더 높은 처리 속도를 얻을 수 있을 경우 상기 공정성 범위에 따르는 선택된 데이터 속도에 대하여 패킷 길이를 재할당하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 패킷 길이 할당 방법.
제 1항에 있어서, 상기 선택 단계는 상기 다수의 데이터 속도 각각에 대한 최소 패킷 길이 및 최대 패킷 길이를 선택하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 패킷 길이 할당 방법.
제 2항에 있어서, 상기 최대 패킷 길이는 상기 다수의 데이터 속도 각각에 대한 상기 최소 패킷 길이의 두배인 것을 특징으로 하는 패킷 길이 할당 방법.
제 2항에 있어서, 상기 최소 패킷 길이 및 상기 최대 패킷 길이는 모든 데이터 속도에 대하여 동일한 것을 특징으로 하는 패킷 길이 할당 방법.
제 4항에 있어서, 상기 최대 패킷 길이는 모든 데이터 속도에 대하여 상기 최소 패킷 길이의 두배인 것을 특징으로 하는 패킷 길이 할당 방법.
제 1항에 있어서, 상기 공정성 기준은 공정성 팩터 세트를 기초로 하는 것을 특징으로 하는 패킷 길이 할당 방법.
제 1항에 있어서, 상기 공정성 기준은 가장 낮은 데이터 속도에 대한 예상 지연 및 가장 높은 데이터 속도에 대한 예상 지연을 기초로 하는 것을 특징으로 하는 패킷 길이 할당 방법.
제 1항에 있어서, 상기 계산 단계는 가능성 모델을 기초로 하는 것을 특징으로 하는 패킷 길이 할당 방법.
제 1항에 있어서, 상기 계산 단계는 결정성 모델을 기초로 하는 것을 특징으로 하는 패킷 길이 할당 방법.
제 1항에 있어서, 상기 초기 패킷 길이 할당은 상기 각각의 데이터 속도의 패킷 길이를 상기 데이터 속도에 대한 최대 패킷 길이로 설정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 패킷 길이 할당 방법.
제 1항에 있어서, 상기 재할당 단계는:

상기 다수의 데이터 속도로부터 하나의 데이터 속도를 선택하는 단계;

가장 최근에 계산된 처리 속도와 상기 선택된 데이터 속도를 비교하는 단계;

상기 선택된 데이터 속도가 상기 가장 최근에 계산된 처리 속도보다 낮으면 상기 선택된 데이터 속도에 대하여 상기 선택된 데이터 속도의 패킷 길이를 최소 패킷 길이로 설정하는 단계;

상기 설정 단계 다음에 상기 처리 속도를 재계산하는 단계; 및

상기 다수의 데이터 속도의 모든 데이터 속도에 대하여 상기 선택단계, 비교 단계, 설정 단계 및 재계산단계를 반복하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 패킷 길이 할당 방법.
제 1항에 있어서, 상기 재할당 단계는:

상기 다수의 데이터 속도로부터 하나의 데이터 속도를 선택하는 단계;

가장 최근에 계산된 처리 속도와 상기 선택된 데이터 속도를 비교하는 단계;

상기 선택된 데이터 속도가 상기 가장 최근에 계산된 처리 속도보다 낮으면 상기 선택된 데이터 속도에 대하여 상기 선택된 데이터 속도의 패킷 길이를 최소 패킷 길이로 설정하는 단계;

상기 다수의 데이터 속도의 모든 데이터 속도에 대하여 상기 선택단계, 비교 단계 및 설정 단계를 반복하는 단계; 및

상기 반복 단계 다음에 상기 처리 속도를 재계산하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 패킷 길이 할당 방법.
제 12항에 있어서, 데이터 속도를 증가시키기 위하여 상기 다수의 데이터 속도를 배열하는 단계를 더 포함하며, 상기 배열 단계는 상기 선택 단계 및 상기 할당 단계 사이에서 수행되는 것을 특징으로 하는 패킷 길이 할당 방법.
제 1항에 있어서, 상기 통신 시스템은 두 개 이상의 데이터 속도를 포함하는 것을 특징으로 하는 패킷 길이 할당 방법.
제 1항에 있어서, 상기 통신 시스템은 8개 이상의 데이터 속도를 포함하는 것을 특징으로 하는 패킷 길이 할당 방법.
가변 속도 CDMA 통신 시스템에서 패킷 길이를 할당하는 방법에 있어서,

공정성 기준을 선택하는 단계;

상기 통신 시스템의 각각의 데이터 속도에 대하여 초기 패킷 길이 할당을 기초로 처리 속도를 계산하는 단계; 및

더 높은 처리 속도를 얻을 수 있을 경우 상기 공정성 범위에 따르는 선택된 데이터 속도에 대하여 패킷 길이를 재할당하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 가변 속도 CDMA 통신 시스템에서 패킷 길이 할당 방법.