KR20060077928A - 레이트 어댑테이션을 사용하는 통신 시스템에서 전송데이터 레이트 결정 방법 - Google Patents

레이트 어댑테이션을 사용하는 통신 시스템에서 전송데이터 레이트 결정 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 레이트 어댑테이션을 사용하는 통신 시스템에서 전송 데이터 레이트 결정 방법을 제공하기 위한 것으로, 단말기로부터 MCS를 수신하는 제 1 단계와; 상기 제 1 단계 후 상기 단말기의 이동 속도를 예측하여 MCS를 결정하는 제 2 단계를 포함하여 구성함으로서, 수신기에서 주기적으로 전송되는 채널 정보와 ACK/NACK 정보를 이용하여 수신기의 이동속도, 채널 측정 오차 등을 예측하고 최적의 전송 데이터 레이트를 결정하여 시스템의 최대 처리량을 확보할 수 있게 되는 것이다.

Description

레이트 어댑테이션을 사용하는 통신 시스템에서 전송 데이터 레이트 결정 방법{Method for decision of transmission data rate in communication system by using rate adaptation}
도 1은 일반적인 통신 시스템의 블록구성도이고,
도 2는 종래 레이트 어댑테이션을 사용하는 통신 시스템에서 전송 데이터 레이트 결정 방법을 보인 흐름도이며,
도 3은 본 발명이 적용되는 통신 시스템의 블록구성도이고,
도 4는 본 발명에 의한 레이트 어댑테이션을 사용하는 통신 시스템에서 전송 데이터 레이트 결정 방법을 보인 흐름도이다.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
10 : 기지국 11 : 트랜시버
12 : MCS 선택부 20 : 단말기
21 : 트랜시버 22 : 채널 상태 측정부
23 : 패킷 에러 검출부
본 발명은 레이트 어댑테이션(Rate adaptation)을 사용하는 통신 시스템에서 전송 데이터 레이트(Transmission Data Rate) 결정 방법에 관한 것으로, 특히 수신기에서 주기적으로 전송되는 채널 정보와 ACK/NACK 정보를 이용하여 수신기의 이동속도, 채널 측정 오차 등을 예측하고 최적의 전송 데이터 레이트를 결정하여 시스템의 최대 처리량(throughput)을 확보하기에 적당하도록 한 레이트 어댑테이션을 사용하는 통신 시스템에서 전송 데이터 레이트 결정 방법에 관한 것이다.
일반적으로 3GPP(3rd Generation Partnership Project)에서 HSDPA(High Speed Downlink Packet Access) 기술은 고속 패킷 전송을 위해 다운 링크에 추가된 패킷 전용 방식으로서, 전송 효율의 증대를 위해 AMC(Adaptive Modulation and Coding)와 H-ARQ(Hybrid Automatic Retransmission Query) 기법을 사용한다.
3GPP의 HSDPA를 위해 사용되는 채널은 HS-DPCCH(High Speed Dedicated Physical Control CHannel), HS-DSCH(High Speed Downlink Shared CHannel)와 HS-PDSCH(High Speed Physical Downlink Shared CHannel), HS-SCCH(High Speed Shared Control Channel)가 있다.
여기서 HS-DPCCH는 각 단말기가 하향 파일럿 채널 상황이 가장 양호한 기지국을 선택하여 해당 채널 상황에 적합한 변조 및 부호화 정보를 피드백하는데 사용하는 상향 채널로서, 기지국으로부터 패킷 데이터를 수신한 단말기는 ACK/NACK 정보를 HS-DPCCH를 통해 전송한다.
또한 HS-SCCH는 채널코드, 변조방식, TB(Transport Block) 세트 사이즈(set size)로 구성되는 TFRI(Transport Format and Resource Indicator)와 H-ARQ 관련 정보를 전달하는 하향 링크로서, 한 개의 단말기 당 최대 4개까지 사용할 수 있다. QPSK(Quadrature Phase Shift Keying) 변조를 사용하고 SF(Spreading Factor)는 128이다.
또한 HS-DSCH는 고속 패킷 데이터 전송을 위한 하향 전송 채널(Downlink Transport Channel)이다. HSDPA 전송을 위해 기지국과 하나의 단말기 사이에는 하나의 DPCCH와 HS-DSCH, 하나 이상의 HS-SCCH가 형성된다. HS-PDSCH는 HS-DSCH를 전송하기 위한 물리채널이며 HS-DSCH는 하나 이상의 HS-PDSCH로 구성된다. 이것은 전송속도 변조 방식(QPSK(Quadrature Phase Shift Keying) 또는 16QAM(16 Quadrature Amplitude Modulation))에 따라 다르다.
이러한 HSDPA에서 패킷의 전송에 사용되는 HS-DSCH(High Speed Downlink Shared Channel)는 단말기에서 측정한 다운링크 채널 상태를 바탕으로 MCS(Modulation and Coding Set)가 결정된다.
도 1은 일반적인 통신 시스템의 블록구성도이다.
여기서 참조번호 10은 통신 시스템에서 단말기와의 통신을 수행하는 기지국이고, 11은 상기 기지국 내의 트랜시버(Transceiver)이며, 12는 단말기로부터 수신한 MCS 정보를 바탕으로 MCS를 결정하는 MCS 선택부이다.
또한 참조번호 20은 통신 시스템에서 사용자가 사용할 수 있게 하는 단말기(User Element, UE)이고, 21은 상기 단말기(20) 내의 트랜시버이며, 22는 상기 기지국(10)과의 채널 상태를 측정하는 채널 상태 측정부이며, 23은 상기 단말기(20)에서 수신한 패킷 데이터의 에러 여부를 검출하는 패킷 에러 검출부이다.
도 2는 종래 레이트 어댑테이션을 사용하는 통신 시스템에서 전송 데이터 레이트 결정 방법을 보인 흐름도이다.
이에 도시된 바와 같이, 단말기(20)가 CPICH(Common Pilot Channel)를 측정하여 판단한 MCS 정보를 기지국(10)에서 수신하는 단계(ST1)와; 상기 수신 후 상기 기지국(10)이 MCS 정보를 바탕으로 적합한 모듈레이션(QPSK 또는 16QAM)과 코딩 비율을 결정하여 MCS를 결정하고 전송하는 단계(ST2)를 수행한다.
이와 같이 구성된 종래 기술의 동작을 상세히 설명하면 다음과 같다.
먼저 종래 HSDPA의 HS-DSCH는 CQI(Channel Quality Indicator) 정보를 이용하여 현재의 채널 상태에 적합한 MCS를 선택함으로써 전력 제어(power control) 없이 모듈레이션과 코딩의 특성을 이용하여 HS-DSCH의 성능을 보장하는 구조로 구현되었다.
HS-DSCH는 채널 상태와는 무관하게 일정한 송신 전력을 갖고 전송하는 구조이며, 단말기(20)가 CPICH(Common Pilot Channel)를 이용하여 측정하여 판단한 MCS 정보를 기지국으로 HS-DPCCH(High Speed Dedicated Control Channel)를 통하여 전달한다. 그러면 기지국(10)이 MCS 정보를 바탕으로 적합한 모듈레이션 방법(QPSK or 16QAM)과 코딩 비율을 결정하여 전송하는 동작을 한다.
그러나 이러한 종래 기술은 다음과 같은 문제점이 있었다.
즉, 단말기(20)가 측정하여 판단한 다운링크(Downlink) 채널의 상태 정보(MCS)를 이용하여 HS-DSCH의 MCS를 결정하게 되면, 단말기에서 측정하는 다운링크 채널 상태 정보의 오류와 단말기의 이동 속도 차이에 따른 성능 차이를 전혀 반영 할 수 없는 문제점이 있었다.
또한 다운링크 채널 생태가 같더라도 단말기의 이동 속도에 따라 수신 성능은 3dB 이상 차이가 발생할 수 있으며, 단말기 마다의 다운링크 채널 상태 측정 차이도 존재한다.
그래서 HSDPA 전송에 있어 다운링크 채널 상태보다 높은 MCS를 선택함으로 인한 높은 에러율 발생과, 낮은 MCS를 선택함으로 인한 HS-DSCH의 전송 효율 저하로 인하여, 기지국에서의 전체 처리량(Throughput)이 감소되는 문제점을 발생시키게 된다.
이에 본 발명은 상기와 같은 종래의 제반 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로, 본 발명의 목적은 수신기에서 주기적으로 전송되는 채널 정보와 ACK/NACK 정보를 이용하여 수신기의 이동속도, 채널 측정 오차 등을 예측하고 최적의 전송 데이터 레이트를 결정하여 시스템의 최대 처리량을 확보할 수 있는 레이트 어댑테이션을 사용하는 통신 시스템에서 전송 데이터 레이트 결정 방법을 제공하는데 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 일실시예에 의한 레이트 어댑테이션을 사용하는 통신 시스템에서 전송 데이터 레이트 결정 방법은,
단말기로부터 MCS를 수신하는 제 1 단계와; 상기 제 1 단계 후 상기 단말기의 이동 속도를 예측하여 MCS를 결정하는 제 2 단계를 포함하여 수행함을 그 기술적 구성상의 특징으로 한다.
이하, 상기와 같은 본 발명, 레이트 어댑테이션을 사용하는 통신 시스템에서 전송 데이터 레이트 결정 방법의 기술적 사상에 따른 일실시예를 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.
도 3은 본 발명이 적용되는 통신 시스템의 블록구성도이다.
여기서 참조번호 12는 기지국의 MCS 선택부이고, 22는 단말기의 채널 상태 측정부이다.
그래서 MCS 선택부(12)에서는 단말기의 채널 상태 측정부(22)로부터 주기적인 MCS 정보와 ACK/NACK(Acknowledgment / No Acknowledgement)를 수신하고, 사용가능한 HSDPA 파워 오프셋과 구성된 HSDPA 파워 오프셋과 선택된 MCS를 입력받아 처리하여 MCS를 결정하도록 한다.
도 4는 본 발명에 의한 레이트 어댑테이션을 사용하는 통신 시스템에서 전송 데이터 레이트 결정 방법을 보인 흐름도이다.
이에 도시된 바와 같이, 단말기(UE)(20)로부터 MCS를 수신하는 제 1 단계(ST11)와; 상기 제 1 단계 후 상기 단말기(UE)(20)의 이동 속도를 예측하여 MCS를 결정하는 제 2 단계(ST12 ~ ST16)를 포함하여 수행한다.
상기에서 제 2 단계는, 상기 단말기(20)의 이동 속도를 예측하여 상기 단말기(20)의 속도가 고속인지 판별하는 제 11 단계(ST12)와; 상기 제 11 단계에서 상기 단말기(20)의 속도가 고속이 아니라고 판별하면, 수신된 MCS를 그대로 사용하여 MCS를 결정하는 제 12 단계(ST14, ST16)와; 상기 제 11 단계에서 상기 단말기(20)의 속도가 고속이라고 판별하면, 저역 통과 필터링(Low Pass Filtering, LPF)을 수 행하고 고속에 따른 성능 저하를 고려하여 MCS를 결정하는 제 13 단계(ST15, ST16)를 포함하여 수행한다.
상기 제 11 단계에서 상기 단말기(20)의 이동 속도 예측은, 최소 단위(예를 들면, 2ms)로 전송되는 MCS의 변화율을 이용하여 이동 속도 예측을 수행하는 것을 특징으로 한다.
상기에서 레이트 어댑테이션을 사용하는 통신 시스템에서 전송 데이터 레이트 결정 방법은, 사용자별 보정값을 설정하고, 상기 단말기(20)로부터 ACK(Acknowledgment) 또는 NACK(No Acknowledgement)의 수신여부에 따라 보정값을 가감하는 제 3 단계(ST17 ~ ST19)와; 상기 제 2 단계에서 결정된 MCS와 상기 제 3 단계에서 보정한 값을 합하여 MCS를 결정하는 제 4 단계(ST20, ST21)를 포함하여 수행한다.
상기에서 제 3 단계는, 사용자별 보정값을 설정하는 제 21 단계(ST17)와; 상기 제 21 단계 후 상기 단말기(20)에서 NACK를 수신하면 설정된 보정값을 베타 값 만큼 감소(NACK : 보정값 - β)시키고, 상기 단말기(20)에서 ACK를 수신하면 설정된 보정값을 베타/9 만큼 증가(ACK : 보정값 + β/9)시킨 다음 상기 제 4 단계로 리턴하는 제 22 단계(ST18, ST19)를 포함하여 수행한다.
상기 제 22 단계에서 베타 값은, MCS에 ACK 또는 NACK의 영향을 얼마나 줄 것인지를 기준으로 설정하는 것을 특징으로 한다.
이와 같이 구성된 본 발명에 의한 레이트 어댑테이션을 사용하는 통신 시스템에서 전송 데이터 레이트 결정 방법의 동작을 첨부한 도면에 의거 상세히 설명하 면 다음과 같다.
먼저 본 발명은 수신기에서 주기적으로 전송되는 채널 정보와 ACK/NACK 정보를 이용하여 수신기의 이동속도, 채널 측정 오차 등을 예측하고 최적의 전송 데이터 레이트를 결정하여 시스템의 최대 처리량을 확보하고자 한 것이다.
본 발명의 핵심은 단말기(20)의 속도 예측이다.
단말기(20)의 속도 예측이 중요한 이유는 첫째, HS-DSCH은 TTI(Transmission Time Interval)가 2ms로 매우 짧으므로, 50Km/h 정도의 이동 속도까지는 0.5dB 이내의 성능 저하를 보이지만, 120Km/h 정도의 이동 속도에서는 3dB 이상의 성능 저하가 예상된다.
두 번째 이유는 단말기(20)의 속도에 따라 단말기(20)에서 측정하는 MCS의 신뢰도가 차이를 보이는 점이다. 저속에서는 신뢰도가 크지만, 고속에서는 MCS 신뢰도가 매우 낮게 된다.
이 때문에 단말기(20)에서 MCS 측정시간을 길게 하여 신뢰도를 높일 수 있지만, 채널 상태의 평균을 이용하므로 높은 MCS의 사용이 불가능해진다.
그래서 본 발명은 MCS 선택부(12)에서 이전에 사용된 MCS 정보, 단말기(20)로부터 수신한 MCS 정보, ACK/NACK 정보를 활용하여 단말기(20)의 속도를 예측하도록 한다.
HSDPA 서비스를 받고 있는 단말기(20)는 HS-DPCCH을 통하여 주기적으로 MCS 정보를 기지국(10)으로 전송하게 된다.
그러면 기지국(10)은 단말기(20)에서 송신한 MCS를 수신하게 된다(ST11).
그리고 기지국(10)은 단말기(20)의 이동 속도를 예측한다(ST12).
이때 단말기(20)의 속도 예측은 2ms 마다 전송되는 MCS의 변화율을 이용한다. 단말기(20)는 CPICH의 SIR(Signal to Interface Ratio, 신호대 간섭비)을 이용하여 MCS를 측정하게 되며, 단말기(20)의 이동속도에 따라 MCS의 변동폭과 변동주기가 다르게 나타난다. 변동폭과 단말기(20)의 이동 속도는 비례하고 변동주기와 단말의 이동 속도는 반비례하게 되므로, 이를 바탕으로 단말기(20)에 대한 이동 속도 예측이 가능하다.
그런 다음 예측된 단말기(20)의 이동 속도가 고속인지 아니면 저속인지 판별한다. 이때 고속과 저속의 판별 기준값은 임의적으로 설정할 수 있다(ST13).
그래서 단말기(20)에서의 MCS의 측정 및 전송을 최소 단위(2ms)로 하게 하고, 기지국(20)에서 MCS 정보와 예측된 단말기(20)의 이동 속도를 이용하여, 저속의 단말기(20)는 현재의 MCS 정보를 그대로 이용하고(ST14), 고속의 단말기(20)는 이전 수신된 MCS들과 현재의 MCS의 가중된 합(Weighted sum)을 통해 MCS를 구하고, 여기에 고속 이동에 의한 성능 저하까지 고려하여(ST15) MCS를 선택하게 된다(ST16).
그리고 단말기(20) 마다 존재할 수 있는 MCS 측정의 오차는 사용자별로 MCS 보정값을 설정하고 MCS 선택에 반영한다(ST17).
그래서 NACK을 수신한 경우에 보정값을 β 만큼 낮추고, ACK을 수신한 경우에는 보정값을 β /9 만큼 높여, 각각의 단말기(20)가 HS-DSCH 에러율 10%를 유지하도록 한다(ST19).
여기서 베타 값은 임의의 상수로서 최적화가 필요한 값이다. 그리고 베타값의 최적화는 MCS에 ACK 또는 NACK의 영향을 얼마나 줄 것인지를 기준으로 수행한다.
또한 NACK를 수신할 때 보정값을 베타 만큼 낮추고, ACK를 수신할 때 보정값을 베타/9 만큼 높이는 것은 외부 루프 전력 제어(Outer Loop Power Control)와 같은 원리로 동작되는 것으로, 목표 BLER(Target Block Error rate)이 10%이므로 베타 또는 베타/9를 사용한 것이다.
또한 HSDPA는 서비스 BLER을 10%로 가정하고 만들어진 시스템이다. 그리고 PS(Packet Switching, 패킷교환) 서비스에서는 BLER이 10% 정도일 때, 처리량이 최대가 된다. 따라서 베타/9를 사용하여 BLER이 10%가 되도록 설정한다.
이처럼 본 발명은 수신기에서 주기적으로 전송되는 채널 정보와 ACK/NACK 정보를 이용하여 수신기의 이동속도, 채널 측정 오차 등을 예측하고 최적의 전송 데이터 레이트를 결정하여 시스템의 최대 처리량을 확보하게 되는 것이다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하였으나, 본 발명은 다양한 변화와 변경 및 균등물을 사용할 수 있다. 본 발명은 상기 실시예를 적절히 변형하여 동일하게 응용할 수 있음이 명확하다. 따라서 상기 기재 내용은 하기 특허청구범위의 한계에 의해 정해지는 본 발명의 범위를 한정하는 것이 아니다.
이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명에 의한 레이트 어댑테이션을 사용하는 통신 시스템에서 전송 데이터 레이트 결정 방법은 수신기에서 주기적으로 전송되는 채널 정보와 ACK/NACK 정보를 이용하여 수신기의 이동속도, 채널 측정 오차 등을 예측하고 최적의 전송 데이터 레이트를 결정하여 시스템의 최대 처리량을 확보할 수 있는 효과가 있게 된다.
여기서 HSDPA에서 최적의 MCS 선택은 처리량 향상으로 직결된다. 따라서 낮은 MCS를 선정하게 된다면 채널의 이용 효율이 떨어질 것이고, 높은 MCS를 선정하게 된다면 높은 에러율로 인해 큰 처리량 감소가 예상되는데, 본 발명에 의해 최적의 상태에서 최대 처리량을 확보할 수 있게 되는 것이다.

Claims (6)

  1. 단말기로부터 MCS를 수신하는 제 1 단계와;
    상기 제 1 단계 후 상기 단말기의 이동 속도를 예측하여 MCS를 결정하는 제 2 단계를 포함하여 수행하는 것을 특징으로 하는 레이트 어댑테이션을 사용하는 통신 시스템에서 전송 데이터 레이트 결정 방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 제 2 단계는,
    상기 단말기의 이동 속도를 예측하여 상기 단말기의 속도가 고속인지 판별하는 제 11 단계와;
    상기 제 11 단계에서 상기 단말기의 속도가 고속이 아니라고 판별하면, 수신된 MCS를 그대로 사용하여 MCS를 결정하는 제 12 단계와;
    상기 제 11 단계에서 상기 단말기의 속도가 고속이라고 판별하면, 저역 통과 필터링을 수행하고 고속에 따른 성능 저하를 고려하여 MCS를 결정하는 제 13 단계를 포함하여 수행하는 것을 특징으로 하는 레이트 어댑테이션을 사용하는 통신 시스템에서 전송 데이터 레이트 결정 방법.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 제 11 단계에서 상기 단말기의 이동 속도 예측은,
    최소 단위로 전송되는 MCS의 변화율을 이용하여 이동 속도 예측을 수행하는 것을 특징으로 하는 레이트 어댑테이션을 사용하는 통신 시스템에서 전송 데이터 레이트 결정 방법.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 레이트 어댑테이션을 사용하는 통신 시스템에서 전송 데이터 레이트 결정 방법은,
    사용자별 보정값을 설정하고, 상기 단말기로부터 ACK 또는 NACK의 수신여부에 따라 보정값을 가감하는 제 3 단계와;
    상기 제 2 단계에서 결정된 MCS와 상기 제 3 단계에서 보정한 값을 합하여 MCS를 결정하는 제 4 단계를 포함하여 수행하는 것을 특징으로 하는 레이트 어댑테이션을 사용하는 통신 시스템에서 전송 데이터 레이트 결정 방법.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 제 3 단계는,
    사용자별 보정값을 설정하는 제 21 단계와;
    상기 제 21 단계 후 상기 단말기에서 NACK를 수신하면 설정된 보정값을 베타 값 만큼 감소시키고, 상기 단말기에서 ACK를 수신하면 설정된 보정값을 베타/9 만큼 증가시킨 다음 상기 제 4 단계로 리턴하는 제 22 단계를 포함하여 수행하는 것을 특징으로 하는 레이트 어댑테이션을 사용하는 통신 시스템에서 전송 데이터 레이트 결정 방법.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 제 22 단계에서 베타 값은,
    MCS에 ACK 또는 NACK의 영향을 얼마나 줄 것인지를 기준으로 설정하는 것을 특징으로 하는 레이트 어댑테이션을 사용하는 통신 시스템에서 전송 데이터 레이트 결정 방법.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN108702237A (zh) * 2016-08-26 2018-10-23 华为技术有限公司 一种编码速率的调整方法及终端

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