KR20160030631A - 이동통신망을 이용하는 방송시스템 및 방송서비스 제공방법 - Google Patents

이동통신망을 이용하는 방송시스템 및 방송서비스 제공방법 Download PDF

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Abstract

본 발명에 따른 이동통신망을 이용하는 방송시스템에는, 방송신호를 수신하여 상기 방송신호가 정상적으로 디코딩되었는지의 여부에 따라서 ACK신호 또는 NACK신호를 전송하는 가입자; 및 상기 방송신호를 송신하고, 상기 가입자로부터 전송되는 ACK신호 또는 NACK신호를 참조하여, 스루풋을 최대로 하는 상태로 조정하여 상기 방송신호를 전송하는 방송송신기가 포함된다. 본 발명에 따르면 최대효율로 방송서비스를 제공할 수 있기 때문에, 전력소모를 줄이고, 라디오자원을 낭비하지 않는 장점을 얻을 수 있다. 본 발명에서의 방송서비스를 이용하는 경우에는 전체망에 대한 효율의 관점에서 바람직한 장점을 기대할 수 있다.

Description

이동통신망을 이용하는 방송시스템 및 방송서비스 제공방법{Broadcasting system for wireless network and broadcasting service provision method for wireless network}
본 발명은 이송통신망을 이용하는 방송시스템에 관한 것이다. 더 상세하게는 높은 효율로 각 이동단말기로 방송할 수 있는 이동통신망을 이용하는 방송시스템에 관한 것이다.
이동통신망을 이용하는 방송 서비스는, 이동통신망의 일 사용형태로 사용되고 있다. 대표적인 예로는 이동단말기로 기상특보 등과 같은 긴급안내가 전송되도록 하는 재난방송을 예로 들 수 있다. 또 다른 예로서는 산사태가 예상되는 지역에 위치하는 전화기들 만을 대상으로 위험을 경고하는 방송신호를 송출하여 안전사고에 대응하도록 할 수 있다. 재난방송으로서 MBMS(Multimedia Broadcast Multicast Services)로 불리는 서비스는 LTE 이동통신망에서 사용되고 있다. 그 사용형태는 비특허문헌 1 및 2를 참조할 수 있다.
상기 방송 서비스는 일대일통신의 유니캐스트와 대비되는 개념으로서 일대다의 관계를 지칭하는 것으로 이해할 수 있다.
상기 이동통신망을 이용하는 방송시스템에서는, 망의 품질이 나쁜 경우를 상정하여 가급적 모든 가입자에게 방송이 전달되도록 고출력으로 오랜시간 반복하여 방송하는 것이 일반적이다. 예를 들어, 재난이 급박한 상황과 같이 급박한 위험이 있는 때에는 망의 품질이 좋지 않은 상황(예를 들어 노이즈가 많은 상황)을 가정하여 방송을 수행할 수 있는 것이다. 그러나, 이 경우에는 비록 많은 사람에게 방송이 수신될 수는 있으나, 필요없는 전력소모가 발생하고 전송시간이 오래 걸려서 라디오 자원을 낭비하게 되는 문제점이 있다. 마찬가지로, 전송인자를 고려하지 않고 추정만으로 방송을 하는 경우에는 다수의 사용자에게 방송이 전달되지 않는 경우도 있고, 필요없는 전력소모와 전파낭비가 일어나게 된다.
비특허문헌1: 3GPP TS 22.146, LTE; Multimedia Broadcast/Multicast Service(MBMS); Stage 1 (Version 11.1.0 Release 11), 2013. 비특허문헌2: E. Dahlman, S. Parkvall, and J. Skold, 4G: LTE/LTE-Advanced for Mobile Broadband, 2nd Edition. Academic Press, 2013.
본 발명은 상기되는 배경하에서 전달되는 것으로서, 라디오자원과 전송효율을 최적으로 고려하여 방송신호를 송출할 수 있도록 하는 이동통신망을 이용하는 방송시스템 및 방송서비스의 제공방법을 제안한다.
본 발명에 따른 이동통신망을 이용하는 방송시스템은, 방송신호를 수신하여 상기 방송신호가 정상적으로 디코딩되었는지의 여부에 따라서 ACK신호 또는 NACK신호를 전송하는 가입자; 및 상기 방송신호를 송신하고, 상기 가입자로부터 전송되는 ACK신호 또는 NACK신호를 참조하여, 스루풋을 최대로 하는 상태로 조정하여 상기 방송신호를 전송하는 방송송신기가 포함된다.
다른 측면에 따른 본 발명의 이동통신망을 이용하는 방송서비스 제공방법에는, 이동통신망에서 방송신호를 송신하는 것; 및 상기 방송신호가 정상적으로 수신되었는 지의 여부를 회신신호로서 송신하는 것이 포함된다.
본 발명에 따르면 최대효율로 방송서비스를 제공할 수 있기 때문에, 전력소모를 줄이고, 라디오자원을 낭비하지 않는 장점을 얻을 수 있다. 본 발명에서의 방송서비스를 이용하는 경우에는 전체망에 대한 효율의 관점에서 바람직한 장점을 기대할 수 있다.
도 1은 실시예에 따른 이동통신망을 이용하는 방송시스템의 구성도.
도 2는 실시예에 따른 이동통신망을 이용하는 방송서비스 제공방법을 나타내는 흐름도.
도 3은 실시예에 따른 이동통신망을 이용하는 방송서비스 제공방법을 더욱 구체적으로 설명하는 도면.
도 4는 패킷의 재전송을 블록으로 표현하는 도면.
도 5는 전송율을 변수로 하는 전체 스루풋의 그래프.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 구체적인 실시예를 상세하게 설명한다. 그러나, 본 발명의 사상은 이하의 실시예에 제한되지 아니하며, 본 발명의 사상을 이해하는 당업자는 동일한 발명 사상의 범위 내에 포함되는 다른 실시예를 구성요소의 부가, 변경, 삭제, 및 추가 등에 의해서 용이하게 제안할 수 있을 것이나, 이 또한 본 발명의 권리범위에 포함된다고 할 것이다.
도 1은 실시예에 따른 이동통신망을 이용하는 방송시스템의 구성도이다.
도 1을 참조하면, 방송시스템에는 방송신호를 송신하는 방송송신기(1)와, 상기 방송신호를 수신하는 적어도 하나의 가입자(2)가 포함된다. 상기 방송송신기(1)에는 AP, 기지국, 안테나 등이 예시될 수 있다. 상기 가입자(2)은 단말기, 이동 전화기 등이 예시될 수 있다.
상기 방송송신기(1)가 방송신호를 송출하면, 상기 가입자(2)는 정상적인 디코딩이 되었는지의 여부에 따라서 ACK 또는 NACK를 송신한다. 상기 ACK는 현재의 상기 방송신호를 잘 수신하였다는 메시지이고, 상기 NACK는 현재의 상기 방송신호를 잘 수신하지 못하였다는 메시지이다. 상기 ACK신호는 이동통신망에 노이즈가 없거나 작은 등의 요인으로 라디오 수신이 잘 수행된 상태를 의미할 수 있고, 상기 NACK신호는 이동통신망에 노이즈가 많거나 멀어서 라디오 수신이 제대로 되지 않은 상태를 의미할 수 있다. 상기 ACK 또는 NACK신호를 1비트가 할당될 수 있으므로, 전혀 통신망에는 인가되는 부담은 없다고 할 수 있다.
상기 방송송신기(1)와 상기 가입자(2) 간의 신호교환은 HARQ-IR(Hybrid automatic repeat request - incremental redundancy) 방식을 이용할 수 있다. 물론, 다른 규격을 이용하는 것도 충분히 가능하다.
실시예에서는, 상기 ACK 또는 상기 NACK을 참조하여, 전송파워를 일정하게 하는 경우에, 이동통신망의 전체 스루풋(overall throughput)을 최대로 하는 전송율을 알아내어, 이를 현재 이동통신망을 이용하는 방송시스템의 전송율로 정할 수 있다. 상기 전송율은 단위시간 내에 전송된 비트수로 정의할 수 있다.
실시예의 방송시스템의 작용을 구체적으로 설명한다.
상기 방송송신기(1)가 재전송을 하는 회수는 L번(L은 설계변수일 수 있다)으로 미리 정하고, 전송파워(P)는 동일하다고 할 때, 평균전송율(nominal transmission rate)을 R이라고 하면, 정상화 전송율(normalized transmission rate)(u)는 수학식 1로 정의될 수 있다.
Figure pat00001
또한, 상기 방송신호를 성공적으로 디코딩한 상기 가입자(2)의 수로 주어지는 A(u)는, 총가입자의 수가 K라고 할 때 수학식 2로 정의할 수 있다.
Figure pat00002
여기서 Bk(u)는 수학식 3으로 정의할 수 있다. 또한, 상기 A(u)는 상기 가입자(2)로부터의 ACK 또는 NACK에 의해서 확인할 수 있다.
Figure pat00003
여기서, Zk는 네트워크상태 및 감쇠 등을 고려할 때, k번째 가입자(2)가 L번동안의 패킷의 재전송동안 상기 방송신호를 디코딩에 성공할 가능성이다.
한편, 전체 스루풋(over throughput)인 T(u)는 수학식 4로 주어질 수 있다.
Figure pat00004
상기 E[A(u)]는, k번째 가입자의 경우에 Zk가 u보다 큰 가능성을, 전체 가입자에 대하여 합한 값으로서, 정상적으로 수신한 가입자와 대응되는 값이라고 할 수 있다. 상기 u는 전달된 데이터에 대응된다고 할 수 있다. 결국, 상기 수학식 4의 전체 스루풋은 정상화된 전송율의 함수로 주어질 수 있다. 따라서, u를 인자로 상기 전체 스루풋은 그래프로 그릴 수 있게 된다.
상기 스루풋을 해석하면 다음과 같다. 상기 정상화 전송율(u)이 늘어남에 따라서 E[A(u)]는 줄어든다. 즉, 단위시간당 전송율을 높이면 데이터의 수신가능성은 그만큼 낮아질 수 있는 것이다. 그러나, 상기 정상화 전송율(u)에 대한 증가경향과 상기 데이터 수신가능성의 감소경향은 동일하지 않고, 상기 정상화 전송율(u)을 일정하게 증가시킬 때, 상기 데이터 수신가능성은 천천히 감소하다가 급격하게 감소하는 경향을 가진다. 따라서 이하의 도 5와 같은 그래프가 그려질 수 있다.
도 5는 전체 스루풋을 u에 대한 함수로 나타낸 그래프이다.
도 5를 참조하면, 상기 전체 스루풋은, u가 커짐에 따라서 증가하는 경향을 보이다가, 일정한 수준을 넘어서면 줄어드는 경향을 가진다. 따라서, 스루풋이 최고점에 있을 때의 평균전송율을 선정함으로써, 최고의 효율을 얻어낼 수 있다. 즉, u1에서 스루풋이 최대로 되는 것을 확인할 수 있다.
물리적으로 상기 그래프를 설명하면, 상기 전송율을 늘리더라도 방송신호를 정상적으로 수신한 가입자 수의 감소가 급격해져서, 전체 스루풋이 더 이상 늘어나지 않는 때의 전송율을 선정하는 것으로 이해할 수 있다.
실시예에 따른 이동통신망을 이용하는 방송시스템에서는, 상기 방송송신기(1) 또는 상기 방송송신기(1)를 제어하는 어떠한 베이스 스테이션에서 상기 스루풋을 최대로 하는 전송율을 알아낼 수 있다. 물론, 그 이후에는 방송송신기(1)의 전송율은 알아낸 전송율로 바뀔 수 있다.
상기 실시예에 따른 이동통신망을 이용하는 방송시스템은, 상기 전송파워(P)와 상기 재전송회수(L)는 동일한 상태에서, 전송율을 조정하는 것에 대하여 제안하였다. 그러나, 이에 제한되지 아니하고 상기 전송율과 재전송회수를 동일하게 한 상태에서 전송파워를 최적화 하는 것에 의해서도 실시예의 목적을 달성할 수 있다.
구체적으로 설명하면, 전송율과 재전송회수를 동일하게 한 상태에서 스루풋은 수학식 5로 주어질 수 있다.
Figure pat00005
여기서, u(P)=Blog2(1+PA)의 Shannon의 capacity공식으로 주어질 수 있고, 이때 A와 B는 상수이다.
상기 수학식 5를 참조하면, 상기 전송율을 인자로 하는 수학식 4와 마찬가지의 형태인 위로 볼록한 곡선이 주어질 수 있다. 그러면, 스루풋을 최대로 하는 전송파워를 선정함으로써, 전송파워를 최적화하여 방송시스템을 동작시킬 수 있다.
도 2는 실시예에 따른 이동통신망을 이용하는 방송서비스 제공방법을 나타내는 흐름도이다.
도 2를 참조하면, 방송송신기가 이동통신망을 이용하여 방송신호를 전송하면, 가입자에서는 이를 디코딩하여 정상적으로 디코딩되었는지를 판단하여 회신신호로서 ACK 또는 NACK신호를 전송한다(S1). 통신망에서는 전체 가입자에 대한 스루풋을 계산하여, 스루풋을 최대로 하는 조건으로 상기 방송송신기를 제어하여 상기 방송신호를 전송하도록 할 수 있다(S2).
상기 방송송신기의 제어는 전송율(transmission rate) 또는 전송파워(transmission power)가 조정되도록 할 수 있다.
도 3은 실시예에 따른 이동통신망을 이용하는 방송서비스 제공방법을 더욱 구체적으로 설명하는 도면이다.
먼저, 먼저 방송송신기(1)로부터 n번째 블록을 전송하는데(S1), 처음에 n은 1로 주어질 수 있다. 전송 후에 가입자(2)로부터 ACK 또는 NACK 신호가 송신된다(S2). 상기 방송송신기와 상기 가입자 간의 송수신은 L번이 수행될 때까지 반복될 수 있다(S3)(S4). 한편, 이때 전송율은 수행시마다 또는 적어도 두 번 변경될 수 있다. 도 4는 패킷이 L번의 블록으로 재전송되는 것을 보이고 있다.
이후에는 스루풋(T(u))이 증가하는 경향에 있는지 감소하는 경향에 있는지를 판단하여(S6), 증가하는 경향에 있는 경우에는 전송율을 증가시키고(S7), 감소하는 경향에 있는 경우에는 전송율을 감소시킬 수 있다(S8). 이는 정상화 전송율(u)에 대하여 스루풋은 위로 볼록한 2차원 곡선과 유사한 곡선으로서 하나의 최대점을 가지기 때문에, 상기 최대점을 향하도록 상기 정상화 전송율(u)을 조정하는 것으로 이해할 수 있다. 상기되는 과정을 통하여 획득된 전송율은 다음 번 패킷의 전송에 사용될 수 있다. 물론, 전송율에 따른 다수의 실험이 수행되어 있는 경우에는 스루풋을 최대로 하는 전송율을 바로 확인하여 이를 선택할 수 있다.
상기되는 이동통신망을 이용하는 방송서비스 제공방법은, 가입자가 계속해서 움직이는 것을 반영하여 소정의 주기로 미리 수행되어 있는 경우에는, 실제 방송의 요청이 있는 경우에 최대의 스루풋을 얻을 수 있는 전송율로 방송을 수행할 수도 있을 것이다.
상기되는 전송율을 변수로 하는 이동통신망을 이용하는 방송서비스 제공방법은 전송파워를 변수로 하는 경우에도 마찬가지로 수행될 수 있다.
이동통신망을 이용하는 방송서비스의 경우에는, 모든 사용자에게로 방송수신이 완료되지 않더라도, 사용자대 사용자 간의 정보전달이 일어날 수 있는 등, 일부의 사용자에게 방송이 완료되더라도 사용자 간의 확산을 기대할 수 있다. 따라서, 전송의 신뢰성보다 효율이 중요시되는 제한된 공간 또는 전력소모가 제한되는 상황 또는 라디오 자원이 제한되는 상황 등과 같이 특정한 상황에서, 본 발명 사상의 적용이 특히 기대된다고 할 수 있다.
특히, 이동통신망의 동작에 적용되는 방송서비스의 일 모드로 적용되는 경우에는 전체적인 라디오자원낭비 및 전력낭비를 줄일 수 있는 큰 장점으로 작용할 수 있다.
1: 방송수신기
2: 가입자

Claims (10)

  1. 방송신호를 수신하여 상기 방송신호가 정상적으로 디코딩되었는지의 여부에 따라서 ACK신호 또는 NACK신호를 전송하는 가입자; 및
    상기 방송신호를 송신하고, 상기 가입자로부터 전송되는 ACK신호 또는 NACK신호를 참조하여, 스루풋을 최대로 하는 상태로 조정하여 상기 방송신호를 전송하는 방송송신기가 포함되는 이동통신망을 이용하는 방송시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 방송송신기는 전송율을 조정하여 상기 스루풋을 최대로 하는 이동통신망을 이용하는 방송시스템.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 방송송신기는 전송파워를 조정하여 상기 스루풋을 최대로 하는 이동통신망을 이용하는 방송시스템.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 방송송신기는 AP또는 기지국인 이동통신망을 이용하는 방송시스템.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 ACK신호 또는 상기 NACK신호는 1비트인 이동통신망을 이용하는 방송시스템.
  6. 이동통신망에서 방송신호를 송신하는 것; 및
    상기 방송신호가 정상적으로 수신되었는 지의 여부를 회신신호로서 송신하는 것이 포함되는 이동통신망을 이용하는 방송서비스 제공방법.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 회신신호에는 ACK신호 또는 NACK신호가 포함되는 이동통신망을 이용하는 방송서비스 제공방법.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 ACK신호 또는 상기 NACK신호는 1비트 신호인 이동통신망을 이용하는 방송서비스 제공방법.
  9. 제 6 항에 있어서,
    상기 회신신호로부터 상기 방송신호의 스루풋의 최대로 하는 전송인자를 획득하는 것; 및
    상기 전송인자를 이용하여 상기 방송신호를 송신하는 것이 포함되는 이동통신망을 이용하는 방송서비스 제공방법.
  10. 제 6 항에 있어서,
    상기 전송인자는 전송율 및 전송파워 중의 적어도 어느 하나인 이동통신망을 이용하는 방송서비스 제공방법.
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