KR20030035033A - 이동통신시스템에서 최소전송률을 보장하는 역방향 전송부하 관리 방법 - Google Patents

Abstract

가. 발명이 속하는 기술분야

본 발명은 이동통신시스템의 역방향 전송부하 제어 방법에 관한 것으로 특히, 최소 전송률을 보장하는 전송부하 제어 방법에 관한 것이다.

나. 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제

본 발명의 목적은 호의 서비스 품질을 보장할 수 있는 이동통신시스템의 역방향 전송부하 제어 방법을 제공함에 있다.

다. 발명의 해결방법의 요지

본 발명은 수신전력량이 수신전력 상한 값을 초과함을 감지하고 전력제어 과정을 시작하는 제 1과정과, 연결중인 호들을 서비스 클래스 별로 분류하는 제 2과정과, 상기 분류된 호들을 채널 효율에 따라 오름차순으로 배열하는 제 3과정과, 상기 배열된 호들에 대해 채널 효율이 낮은 호부터 그 전송률을 최소 전송률로 하는 동작을 수신전력량이 적정 수신 전력 값보다 낮아질 때까지 반복하는 제 4과정으로 이루어짐을 특징으로 하는 이동통신시스템에서의 역방향 수신전력 제어 방법을 사용한다.

라. 발명의 중요한 용도

이동통신시스템의 서비스 품질을 보장하기 위해 사용된다.

Description

이동통신시스템에서 최소전송률을 보장하는 역방향 전송 부하 관리 방법{METHOD OF A UPLINK LOAD CONTROL TO GUARANTEE THE MINIMUM TRANSMISSION RATE IN MOBILE TELECOMMUNICATION SYSTEM}

본 발명은 이동통신시스템의 역방향 전송부하 제어 방법에 관한 것으로 특히, 최소 전송률을 보장하는 전송부하 제어 방법에 관한 것이다.

상기 전송부하 제어 방법은 이동통신시스템에서 기지국 및 기지국제어기의 전력자원관리 시스템의 일부이다. 이하 상기 기지국 및 기지국제어기를 구분 없이 기지국으로 기술한다. 상기 전송부하 제어 방법은 트래픽의 서비스 품질을 보장하고 시스템 혼잡을 제어하며, 망의 처리율을 극대화하기 위해 이용된다.

도 1은 기지국과 이동통신단말로 이루어지는 이동통신시스템을 도시하고 있다.

즉, 상기 기지국과 단말 사이의 전송에서 전송부하 제어 방법이 사용된다.

1세대 및 2세대로 분류되는 기존의 이동통신시스템은 음성 전송을 위주로 설계되어 왔다. 상기 음성 전송 위주의 이동통신시스템에서는 모든 서비스가 동일한 서비스 품질과 동일한 전송률을 요구했다. 따라서 시스템 구조 및 알고리즘은 음성에 최적화된 단순한 구조를 취하고 있다. 예를 들어, 기존에는 새로운 호가 통화를 요구할 때, 상기 새로운 호를 인가할 시 증가된 부하에 따라 증가하는 전력량을 계산하고, 상기 증가된 전력량이 최대 전송 전력량보다 작으면, 새로운 호의 연결을 수락했다. 상기 기존의 이동통신시스템에서는 모든 호가 요구하는 서비스 품질과 전송률이 동일하기 때문에 상기와 같이 단순히 전체 부하만을 고려하여 호 수락을 수행한다. 또한 음성 호는 그 전송률이 낮아 많은 호를 동시에 서비스 할 수 있기 때문에 다중화 효율이 크고, 호 수락 제어에서 부하를 조정하기 때문에 별도의 전력 부하 제어 방안이 요구되지 않는다. 상기 기존의 음성 위주 통신 시스템에서의 호 수락 알고리즘의 동작 방법이 도 2에 도시되어 있다.

도 2는 종래기술에 따른 도면으로, 음성위주로 설계된 이동통신시스템에서의 호 수락 제어를 도시하는 도면이다.

상술한 바대로 종래에는 현재 전송 전력량에 새로운 호를 인가함으로써 증가하는 전송 전력량을 더한 새 전송 전력량이 최대 전력을 초과하지 않으면 호를 인가했다.

한편, 현재에는 음성뿐만 아니라 고속 데이터 통신까지 가능하도록 하는 이동통신시스템(예: IMT-2000 시스템, 이하 '이동통신시스템'이라 하면 별다른 언급이 없는 한, "음성 통신은 물론, 고속 데이터 통신까지 가능한 이동통신시스템"을 칭한다)이 새로이 제안, 개발되고 있다. 상기 이동통신시스템에서는 고품질의 음성 및 데이터 서비스가 가능하다. 그러므로 상기 이동통신시스템을 이용하면 화상전화, 인터넷 검색 등의 본격적인 데이터 서비스가 이루어질 수 있다. 상기와 같이 데이터 서비스를 통해 음성 전화 이외의 다양한 기능들을 지원하게 됨에 따라 이동통신시스템의 효율적인 운용을 위해서는 새로운 문제의 해결이 요구되고 있다.

다른 한편, 데이터 서비스는 음성 서비스와는 판이하게 다른 서비스 품질을 통신망에 요구한다. 음성은 전송 데이터의 부분적인 손실에는 음질에 큰 영향을 받지 않지만 전송지연에 크게 영향을 받는다. 데이터 트래픽은 지연에 크게 영향 받지 않는 반면, 손실 시에는 재전송을 요구함으로써 망의 자원을 초과하는 트래픽이 발생하는 혼잡상태를 유발시킬 수 있다. 전송 전력 관리 차원에서 중요시되는 데이터 트래픽의 특징은 전송률이 높고, 폭주적(bursty)이라는 것이다. 폭주적 트래픽은 일정한 전송률로 트래픽이 발생하고, 그 외의 시간에는 트래픽이 거의 없다는 특성을 갖는다. 상기와 같은 특성을 가지는 데이터 트래픽을 지원하기 위해서는, 전송 채널의 전송률이 전송량에 따라 변할 수 있어야 한다. 또 상기 전송채널은 높은 전송률로 전송 가능해야 한다.

일 예로, 유엠티에스(Universal Telecommunication System: UMTS)에서는 데이터 전송을 위해 전송 채널에 최대 2Mbps의 전송률을 지원하고, 전송 중에도 전송률이 변할 수 있도록 표준화되어 있다. 그러나 상기와 같이 전송 중에도 전송률이 변할 수 있는 전송 채널은 호 수락 이후에도 전송률을 높일 수 있어 혼잡상태를 유발할 수 있다.

도 3은 상기 고속 데이터 통신이 가능한 이동통신시스템에서 종래기술을 이용하여 호 수락 제어를 수행할 시 발생할 수 있는 문제점을 도시하는 도면이다.

상기 도 2에 도시된 바와 마찬가지로 새 전송 전력량이 최대 전력을 초과하지 않을 시 호를 수락한다. 그런데, 고속 데이터 통신이 가능한 이동통신시스템에서는 호 수락 제어에 의해 적정 수준까지 호를 수락한 후에도 전송률의 변동이나 채널 환경의 악화 등으로 인해 임의의 호의 전송 전력량이 커질 수 있다. 상기와 같은 경우 다른 호의 전송전력량도 상승되어야 하나 전력이 부족한 경우, 다른 호의 전송전력량 상승이 불가능하므로 결과적으로 상기 전송 전력량이 커진 채널로 인해 다른 전송채널들의 에러율(Frame Error Rate; FER)이 증가하게 된다. 이동통신시스템에서는 상기 에러율을 감소시키기 위해 호의 전송률을 감소시키게 되므로 최소전송률보다 낮은 전송률을 가지는 채널이 발생할 수 있다. 상기 채널의 전송률이 최소 전송률 이하로 떨어지게 되는 호는 서비스 품질을 보장받지 못하게 된다.

한편, 상기와 같은 문제를 해결하기 위한 목적으로 호 수락 시에 최대 전송률을 고려하여 수락하면 폭주 특성 때문에 망 효율이 크게 떨어지는 문제가 발생하게 된다. 따라서 동적으로 망 상태에 따라 각 채널의 역방향 전송률과 전송 전력량을 관리하는 전송부하 제어 방안(Load Control Algorithm)의 필요성이 대두되었다.

기존에도 몇 가지의 역방향 부하 제어 방법이 사용되어 왔으나, 상기 기존의 역방향 부하 제어 방법은 다음과 같은 문제점들을 가지고 있다. 첫째, 기지국이 단말까지의 전파 경로 손실(Propagation Loss) 정보를 모두 아는 것으로 가정하고 있으나, 실제 기지국이 단말까지의 전파 경로 손실 정보를 알기는 어렵다. 둘째, 서비스 클래스 별 서비스 품질 보장 방안이 미흡하다. 셋째, 최소 전송률 보장이 미흡하다.

따라서 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 모든 호에 대해 최소전송률을 보장할 수 있는 이동통신시스템의 역방향 전송부하 제어 방법을 제공함에 있다.

본 발명의 다른 목적은 구현이 용이한 역방향 전송부하 제어 방법을 제공함에 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 서비스 클래스 별 서비스 품질이 보장되는 역방향 전송부하 제어 방법을 제공함에 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 기지국이 단말까지의 전파 경로 손실 정보를 알지 못하는 상태에서도 적용될 수 있는 역방향 전송부하 제어 방법을 제공함에 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명은; 수신전력량이 수신전력 상한 값을 초과함을 감지하고 전력제어 과정을 시작하는 제 1과정과, 연결중인 호들을 서비스 클래스 별로 분류하는 제 2과정과, 상기 분류된 호들을 채널 효율에 따라 오름차순으로 배열하는 제 3과정과, 상기 배열된 호들에 대해 채널 효율이 낮은 호부터 그 전송률을 최소 전송률로 하는 동작을 수신전력량이 적정 수신 전력 값보다 낮아질 때까지 반복하는 제 4과정으로 이루어짐을 특징으로 하는 이동통신시스템에서의 역방향 수신전력 제어 방법을 사용한다.

도 1은 기지국과 단말로 이루어진 이동통신시스템을 도시하는 도면

도 2는 종래기술에 따른 도면으로, 음성위주로 설계된 이동통신시스템에서의 호 수락 제어를 도시하는 도면

도 3은 고속 데이터 통신이 가능한 이동통신시스템에서 종래기술을 이용하여 호 수락 제어를 수행할 시 발생할 수 있는 문제점을 도시하는 도면

도 4는 본 발명에 따른 전력 제어 과정을 도시하는 도면

도 5는 수신 전력량을 적정 수신 전력 값으로 유지시킴으로써 최소전송률을 보장하는 본 발명의 일 실시 예에 따른 순서도

도 6은 호 수락 제어 과정을 도시하는 도면

이하 본 발명의 바람직한 일 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 하기에서 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다.

본 발명의 역방향 전송부하 제어 방안은 호 수락 제어 과정과 전력 제어 과정의 두 가지로 구분할 수 있다. 상기 호 수락 제어 과정은 새로운 호가 진입할 때 상기 호의 수락 여부를 판단하는 방법에 관한 것이다. 상기 전력 제어 과정은현재 사용 중인 전력량을 적정 수준으로 유지하여 혼잡을 방지하고, 각 호에 필요한 전력량 및 전송률을 할당하는 방법에 관한 것이다.

도 4는 본 발명에 따른 전력 제어 과정을 도시하는 도면이다.

상기 도 4는 수신 전력량()을 적정 수신 전력 값()으로 유지시킴으로써 모든 호들에 대해 최소전송률을 보장하는 방법을 도시하고 있다.

도 5는 상기 수신 전력량을 적정 수신 전력 값으로 유지시킴으로써 최소전송률을 보장하는 본 발명의 일 실시 예에 따른 순서도이다.

본 발명을 수행하기 위해 기지국은 먼저 하나의 셀(동일한 안테나 방향, 동일한 주파수를 사용하는 이동통신의 최소 범위. 상기 셀은 섹터로 구분될 수도 있다. 이 경우엔 상기 섹터를 이동통신의 최소 범위로 하고, 상기 섹터를 본 발명의 고려 대상으로 한다)의 적정 수신 전력 값을 구한다. 상기 적정 수신 전력 값은 상기 셀에 적정한 부하를 가했을 시의 수신 전력량으로부터 구할 수 있다.

상기 적정 수신 전력량을 구하기 위한 수학식은 하기 [수학식 1]로부터 얻을 수 있다. 상기 적정 수신 전력량을 구하기 위한 식을 상기 [수학식 1]로부터 도출하는 과정을 후술한다.

상기 [수학식 1]에서 rho_i는 호 I가 목표로 하는값이다. f는 타셀 간섭 상대치(other-to own cell interference factor)이고, tau는온도잡음(thermal noise)이다.는 호 I의 단말에서의 전송전력이고,는 전파 경로 손실이고,는 호 I의 전송률이며, W는 대역폭이다. 또한 상기 [수학식 1]의 S는 하기 [수학식 2]와 같다.

상기 [수학식 2]를 이용하여 [수학식 1]을 다시 정리하면 다음의 [수학식 3]과 같이 된다.

상기 식은 각 호에 대해 표현한 값이다. 그러므로 모든 호에 대해 더한 결과를 구한다면 다음의 [수학식 4]와 같이 된다.

상기 [수학식 4]는 다시 하기의 [수학식 5]로 표현될 수 있다.

상기 [수학식 4]로부터 상기 [수학식 5]가 도출됨은 하기 [수학식 6]을 이용한 결과이다.

상기 [수학식 5]를 이용하여 적정 부하에서의 적정 수신 전력 값을 구할 수 있다.

전력 제어 알고리즘은 현재 셀의 수신 전력량이 항상 적정 수신 전력 값을 유지하도록 제어한다. 상기 적정 수신 전력 값의 상하에는 전력 제어 과정을 동작시키는 문턱 값인 전력 상한 값()과 전력 하한 값()을 둔다. 채널 상태의 악화나 호들의 전력량 증가에 따라 수신 전력량이 상기 전력 상한 값보다 커지면 전력 제어 과정이 동작하여 호들의 전력과 전송률을 재 할당하여 상기 수신 전력 값을 적정 전력 값 이하로 감소시킨다. 반면, 수신 전력 값이 전력 하한 값보다 낮아지고 일정 시간이 경과하면 역시 전력 제어 과정이 동작하여 호들의 전력과 전송률을 재 할당하여 적정 수신 전력량을 초과하는 순간까지 전력과 전송률을 증가시킨다.

상기 수신 전력량이 전력 상한 값보다 높을 시, 전력량을 감소시킬 때는 우선 서비스 클래스 별로 우선 순위를 두고 우선 순위가 낮은 클래스부터 수신 전력량을 줄인다. 상기 서비스 클래스는 그 트래픽 특성에 따라 대화형 클래스, 방송형 클래스, 반응형 클래스, 배경형 클래스의 네 가지 클래스로 구분되어 각기 해당 클래스에 맞는 서비스 품질을 제공받는다. 상기 대화형 클래스는 저속으로 일정한 전송률을 가지는 실시간 트래픽으로, 에러에 강하다. 음성 대화를 예로 들 수 있다. 방송형 클래스는 고속으로 일정한 전송률을 가지는 실시간 트래픽으로, 에러에 민감하다. 반응형 클래스는 고속이고 폭주적 특성을 가진다. 상기 반응형 클래스는 에러에 민감하지만 지연에는 강하다. 텔레비전 방송을 예로 들 수 있다. 월드 와이드 웹(World Wide Web; WWW) 등의 인터넷 서비스를 예로 들 수 있다. 배경형 클래스는 상기 언급한 클래스들과 비교할 때, 상대적으로 아무런 보장도 하지 않는다. 상기 배경형 클래스는 남는 자원을 이용하여 전송된다. 파일 전송 프로토콜(File Transfer Protocol; FTP) 등의 데이터 서비스를 예로 들 수 있다. 상기 서비스 클래스의 우선 순위는 대화형 클래스가 가장 높고, 그 다음으로 방송형 클래스, 반응형 클래스, 배경형 클래스의 순이다. 즉, 배경형 클래스가 가장 우선 순위가 낮다. 그러므로 배경형 클래스부터 그 수신 전력량을 줄여간다. 호들에 할당된 전송률과 전력량을 재 할당하는 방법에는 모든 호에 공정하게 할당하는 방법과 시스템 처리율이 최대가 되도록 할당하는 두 가지 방법이 있다. 본 발명의 실시 예에서는 최소전송률을 보장하는 범위에서 시스템 처리율이 최대가 되도록 할당한다.

시스템 처리율을 R이라 하면, 상기 시스템 처리율은 다음의 [수학식 7]로 표현될 수 있다.

전송률 감소는 적정 수신 전력 값을 목표로 이루어지고, p_i /L_i는 기지국에서 수신 전력로 표시할 수 있다. 즉, 상기 [수학식 7]은 하기 [수학식 8]과 같이 변형될 수 있다.

호 I의 적정 수신 전력량의 한도 내에서 처리율 R을 크게 하기 위해서는 rho_i가 작은 순으로 큰 전력을 할당하는 것이 유리하다. 따라서 전력을 줄이고자 하는 서비스 클래스의 모든 호를 rho_i의 내림차순으로 정렬하고, 현재 수신 전력량이 적정 수신 전력 값보다 작아질 때까지 정렬된 순으로 최소 전송률을 할당한다. 최소 전송률을 할당했을 때 단말이 전송해야 하는 전력량은 다음의 [수학식 9]로부터 구할 수 있다.

상기 [수학식 9]는 조정 이전 시점에서의 단말 전송량을 나타내는 식이다. 상기 [수학식 9]를 이용하여 조정 후 적정 수신 전력 값에서의 최소 전송률에 따른 호 I의 최소 전력량는 다음의 [수학식 10]과 같이 표현된다.

상기 수학식들에서 전력 재 할당 시간은 짧기 때문에 전파 손실 L은 일정하다고 볼 수 있다.

다음 [표 1]은 상기 도 5에 도시된 순서도에 따라 작성된 프로그램 코드의 일 실시 예를 나타내고 있다.

반대로 전송률을 증가할 시, 전력량 증가는 우선 순위가 높은 서비스 클래스부터 수행된다. 즉, 대화형 클래스, 방송형 클래스, 반응형 클래스, 배경형 클래스의 순으로 전송률 및 전력량을 증가시킨다. 전송률 증가 시에도 전력량 및 전송률 할당 알고리즘은 전송률 감소 시와 동일하다. 채널 효율의 척도인 rho_i가 작은 순으로 최대 전송률을 할당한다.

도 6은 호 수락 제어 과정을 도시하는 도면이다.

본 발명에서 역방향의 호 수락 제어 과정은 전송 전력량을 기반으로 한다. 본 발명에서 호 수락 제어의 기본 방침은 모든 호에 최소 전송률을 보장할 수 있을 정도의 호를 수락한다는 것이다. 임의의 서비스 클래스 S의 호 I가 최소전송률으로 호 수락을 요청하는 경우, 다음과 같은 호 수락 제어 과정을 수행한다.

호 I가 적정 수신 전력 값에서 최소 전송률로 전송 시 수신되는 전력량는 하기 [수학식 11]과 같다.

새로운 호 I의 연결을 수락하기 위해서 상기 최소 전송률로 전송 시 수신되는 전력량은 하기 [수학식 12]를 만족해야 한다.

상기는 측정 상의 오차나 채널 상태 변화로 인한 수신 전력량 증가에 대비한 전력량이다. 즉, 본 발명의 호 수락 제어 과정에서는 기존에 전송 중인 호들이 적정 수신 전력 값에서 최소 전송률로 전송 시 수신된 전력량과 새로운 호가 적정 수신 전력량에서 최소 전송률로 전송 시 수신될 전력량의 합이 적정 수신 전력 값에서를 뺀 값보다 작아야 호를 수락한다. 상기와 같은 방법으로 효율적인 역방향 수신전력제어가 가능해진다.

한편, 상기 도 5의 순서도에 대한 단계별 설명은 생략한다.

다음 [표 1]은 상기 도 5의 순서도에 따라 작성한 프로그램 코드의 일 예를 나타내고 있다.

Procedure 전력제어알고리즘variableSreceived: 수신 전력량Supper: 수신 전력 상한 값Slower: 수신 전력 하한 값Ltimer: 타이머Lth: 타이머 상한값rho : 목표로 하는 Eb/No 값Event begincase Sreceived> Supperthen 전송률감소();case Sreceived< Slowerand Ltimer> Lththen 전송률증가();case 호 i의 단말 전송률 증가 요청 then 호i전송률증가();case 호 i의 단말 전송률 감소 요청 then 호i전송률감소();end;Function 전송률감소()variableServiceClass = {background,interactive,streaming,conversational}:서비스 클래스의 enumerationbeginwhile( Sreceived> Sopt) begins = NextElement( ServiceClass );s의 호들을 r의 내림차순으로 정렬for( i = FirstElement( s ); Sreceived> Sopt; i = NextElement( s ) ) begini의 전송률을 최소전송률로 정하고 그 때의 전력량 할당Sreceived다시 계산end;end;end;Function 전송률증가()variableServiceClass = {conversational,streaming,interactive,background}:서비스클래스의 enumerationbegindos = NextElement( ServiceClass );s의 호들을 r의 오름차순으로 정렬for( i = FirstElement( s ); Sreceived< Sopt; i = NextElement( s ) ) begini의 전송률을 최대전송률로 정하고 그때의 전력량 할당Sreceived다시 계산end;while( Sreceived< Sopt);end;Function 호i전송률증가()begin호 i의 단말이 요청한 전송률로 호 수락 제어;if 호 수락 가능 then 호 i의 전송률 = 요청 전송률;end;Function 호i전송률감소()begin호 i의 단말이 요청한 전송률로 전송률 설정;end;

상기와 같이 본 발명을 수행함으로써 그 구현이 용이하고, 모든 호들에 대해 최소전송률을 보장할 수 있는 역방향 수신전력 제어가 가능해진다.

Claims (2)

1. 고속 데이터 통신이 가능한 이동통신시스템의 기지국에서 역방향 전송부하를 제어하는 방법에 있어서,

   수신전력량이 수신전력 상한 값을 초과함을 감지하고 전력제어 과정을 시작하는 제 1과정과,

   연결중인 호들을 서비스 클래스 별로 분류하는 제 2과정과,

   상기 분류된 호들을 채널 효율에 따라 오름차순으로 배열하는 제 3과정과,

   상기 배열된 호들에 대해 채널 효율이 낮은 호부터 그 전송률을 최소 전송률로 하는 동작을 수신전력량이 적정 수신 전력 값보다 낮아질 때까지 반복하는 제 4과정으로 이루어짐을 특징으로 하는 이동통신시스템에서의 역방향 수신전력 제어 방법.
2. 고속 데이터 통신이 가능한 이동통신시스템의 기지국에서 역방향 전송부하를 제어하는 방법에 있어서,

   수신 전력량이 수신전력 하한 값보다 낮아짐을 감지하고 전력제어 과정을 시작하는 제 1과정과,

   연결중인 호들을 서비스 클래스 별로 분류하는 제 2과정과,

   상기 분류된 호들을 채널 효율에 따라 내림차순으로 배열하는 제 3과정과,

   상기 배열된 호들에 대해 채널 효율이 높은 호부터 그 전송률을 최대 전송률로 하는 동작을, 수신 전력량이 적정 수신 전력 값을 초과하는 순간까지 반복하는 제 4과정으로 이루어짐을 특징으로 하는 이동통신시스템에서의 전송부하 제어 방법.