KR100343488B1

KR100343488B1 - 패킷 교환 통신 시스템 및 방법

Info

Publication number: KR100343488B1
Application number: KR1019990030548A
Authority: KR
Inventors: 카오퀴앙; 린지; 모노지오우디스판텔리스
Original assignee: 루센트 테크놀러지스 인크
Priority date: 1998-07-28
Filing date: 1999-07-27
Publication date: 2002-07-15
Also published as: CA2273529A1; KR20000012000A; BR9902885A; JP3563302B2; ES2248879T3; DE69831799D1; DE69831799T2; EP0977370A1; JP2000091987A; EP0977370B1; CN1247419A; AU4116799A; US6647005B1; AU719179B2

Abstract

본 발명은, 스테이션이 다운링크 통신 채널을 통해 적어도 하나의 유저와 통신하고, 다운링크 통신 채널은 복수의 프레임으로 분할되며, 각각의 프레임은 복수의 데이터 패킷을 포함하는, 패킷 교환 통신 시스템(packet switched communications system)에 관한 것이다. 각각의 데이터 패킷은, 소정의 유저에게 향하게 되고, 상기 유저에 대한 전송 전력 제어 정보를 포함한다. 확장된 전송 전력 제어 정보 필드는, 모든 프레임에서 적어도 하나의 데이터 패킷에 제공되고, 통신 시스템의 적어도 하나의 다른 유저에 대한 전송 전력 제어 정보를 포함한다.

Description

패킷 교환 통신 시스템 및 방법{Communications systems}

본 발명은 통신 시스템에 관한 것으로서, 특히, 광대역 부호 분할 다중 접속(Wideband Code Division Multiple Access)(W-CDMA) 통신에서의 고속 폐루프 전력 제어 방법 및 시스템에 관한 것이다.

통상적으로, CDMA 시스템에서의 유저 트래픽(user traffic)은 회로에 의해 교환되고, 일단 호출이 셋-업되면, 서비스 요구의 기간동안 접속이 유지된다. 업링크 및 다운링크 모두에 대하여 각각의 액티브 유저(active user)에 전용 트래픽 채널(Dedicated Traffic Channel)(DTCH)이 할당되고, 각각의 DTCH는 고유의 확산 코드(unique spreading code)에 의해 특징으로 된다. 전체 세션(session)동안, DTCH는 액티브 유저에 의해 배타적으로 사용된다.

회로에 의해 교환 방법은 강건(robust)하고, 매크로 다이버시티(macro-diversity)(소프트 핸드오버) 전력 제어를 지원하여 높은 시스템 성능을 얻는다. 광대역 멀티서비스 CDMA 시스템들에 있어서, 매우 돌발적인 트래픽은 데이터 레이트를 조정하여 지원될 필요가 있고, 따라서, 확산 인자(spreading factor) 및 확산 코드를 조정하여 지원될 필요가 있다. 그러나, 확산 코드를 신속히 조정하는 필요성은 매우 복잡한 코드 할당 알고리즘을 필요로 하게 된다.

돌발적인 서비스를 처리하기 위한 다른 일반적인 방법은 패킷 교환 데이터를 통해 이루어진다. ETSI UMTS W-CDMA 및 ARIB W-CDMA는 좀처럼 없는 돌발적인 패킷 데이터(infrequent bursty packet data)를 전송하기 위하여 랜덤 액세스 채널(Random Access Channel)(RACH) 및 순방향 액세스 채널(Forward Access Channel)(FACH)을 사용하는 것을 제안하고 있다. 이러한 방식의 이점은 전용 채널이 필요하지 않기 때문에 빠른 셋-업 시간이다. 그러나, 이러한 전송 메커니즘은 개루프 전력 제어만을 사용할 뿐, 매크로-다이버시티(macro-diversity)는 지원되지 않는다.

유럽 특허 출원 번호 제 98303327.5 호에 있어서, 많은 돌발적인 패킷 데이터 유저들을 동일한 다운링크 DTCH에 다중화하는 "시간 분할 다중 접속 통신 시스템"이 개시되어 있다. 이러한 다중화 방식은 상기 언급한 여러 방식들의 이점들, 즉, 복잡성이 낮은 코드 할당, 매크로-다이버시티 및 소프트 핸드오버, 낮은 관련 제어 오버헤드 등이 조합한다. 또한, 상기 방식은 제한된 폐루프 전력 제어를 제공한다. 무선 프레임에서 유저에 할당된 슬롯들이 많을수록, 폐전력 제어(closed power control)가 양호해지기 때문에, 고속 폐루프 전력 제어가 성취될 수 있는 정도는 무선 프레임 구성에 의존한다. 그러나, 하나의 프레임에서 단지 하나의 슬롯만이 유저에 할당된 최악의 경우에 있어서, 폐루프 전력은 천천히 다운되고, 따라서, 상당한 성능 히트(significant performance hit)가 존재하게 된다.

따라서, 패킷 데이터 전송 성능을 유지하기 위한 고속 폐루프 전력 제어가 필요하다.

본 발명의 제 1 측면에 따르면, 스테이션이 적어도 하나의 유저와 통신하는 다운링크 통신 채널을 포함하는 패킷 교환 통신 시스템이 제공되는데, 상기 다운링크 통신 채널은 복수의 프레임으로 분할되고, 각각의 프레임은 복수의 데이터 패킷을 가지며, 각각의 데이터 패킷은, 소정의 유저에게 향하게 되고, 상기 유저에 대한 전송 전력 제어 정보를 갖고, 모든 프레임에서 적어도 하나의 데이터 패킷은 통신 시스템의 적어도 하나의 다른 유저에 대한 전송 전력 제어 정보를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 시스템은, 통신 시스템의 적어도 하나의 유저에 대한 전송 전력 제어 정보를 포함하는 임의의 소정의 유저에게 향하지 않는 널 유저 패킷(null user packet)을 포함할 수 있다. 모든 프레임에서 적어도 하나의 패킷(데이터 또는 널 유저)은 통신 시스템의 적어도 하나의 다른 유저에 대한 전송 전력 제어 정보를 포함한다.

본 발명의 제 2 측면에 따르면, 스테이션과 적어도 하나의 유저 사이의 패킷 교환 통신 방법이 제공되는데, 상기 방법은, 상기 스테이션이 상기 적어도 하나의 유저와 통신하는 다운링크 통신 채널을 제공하는 단계와, 상기 다운링크 통신 채널을 복수의 프레임으로 분할하는 단계로서, 각각의 프레임은 복수의 데이터 패킷을 포함하는, 상기 분할 단계와, 각각의 데이터 패킷을 소정의 유저에게 향하게 하는 단계와, 각각의 데이터 패킷내에 상기 유저에 대한 전송 전력 제어 정보를 포함시키는 단계를 포함하고, 매 프레임에서 적어도 하나의 데이터 패킷은 통신 시스템의 적어도 하나의 다른 유저에 대한 전송 전력 제어 정보를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 시스템은 패킷 교환 통신 시스템의 다른 유저에 대한 패킷 전송 전력 제어 정보를 포함하는 확장 전송 전력 제어 필드[Extended Transmission Power Control(ETPC) field] 필드를 사용한다. 이는, 공유된 하나의 물리적인 전용 트래픽 채널에 패킷 전송을 위해, 전력 제어 정보가 모든 프레임을 한번, 심지어 모든 패킷을 한번 갱신되기 때문에, 고속 폐루프 전력 제어를 가능하게 한다. 따라서, 상당한 용량 개선을 얻을 수 있다.

따라서, 단일 물리적인 전용 트래픽 채널(DTCH)에 많은 돌발적인 패킷 데이터 유저들을 다중화하기 위한 방식이 제공된다. 이러한 방식은 돌발적인 패킷 데이터에 대하여 랜덤 액세스 패킷 및 코드 당 단일 유저의 가상 회로 전송 방식들 모두에 대해 이점을 갖는다. 본 발명은 가상 회로 전송의 대부분의 이점(예를 들어, 소프트 핸드오버, 다이버시티 게인 및 폐루프 전력 제어)을 유지하면서 직교 확산 코드 할당(orthogonal spreading code allocation)을 간단히 한다.

도 1은 종래 기술의 다운링크 DTCH 채널 구조를 도시한 도면.

도 2는 다른 종래 기술의 다운링크 DTCH 채널 구조를 도시한 도면.

도 3은 종래 기술의 다운링크 DTCH 채널 직렬 전송을 도시한 도면.

도 4는 종래 기술의 다운 링크 DTCH 채널 병렬 전송을 도시한 도면.

도 5는 종래 기술의 UPF 구조를 도시한 도면.

도 6은 종래 기술의 UPF 패턴 반복을 도시한 도면.

도 7은 종래 기술의 전송 전력 제어 심벌을 도시한 도면.

도 8은 본 발명에 따른 전송 전력 제어 메카니즘을 도시한 도면.

도 9는 본 발명에 따른 다른 전송 전력 제어 메카니즘을 도시한 도면.

도 10은 본 발명에 따른 다른 전송 전력 제어 메카니즘을 도시한 도면.

도 11은 본 발명의 또 다른 전송 전력 제어 메카니즘을 도시한 도면.

* 도면 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

RACH : 랜덤 액세스 채널 FACH : 순방향 액세스 채널

DTCH : 전용 트래픽 채널 ETPC : 확장 전송 전력 제어

초기화 단계에 있어서, 이동국(mobile station)(MS)은 슬롯 및 프레임 동기를 획득하고, 또한, 코드-그룹 식별 및 스크램블링-코드 식별을 행할 필요가 있다. 스크램블링 코드가 식별된 이후에, 1차 공통 제어 물리적인 채널(Common Control Physical Channel)(CCPCH)이 검출될 수 있고, 시스템 및 셀의 특정 BCCH 정보가 판독될 수 있다. 랜덤 액세스 채널(RACH)은 MS로 공지된다.

MS에 의해 개시된 돌발 패킷 데이터 전송에 대해서, MS는 랜덤 액세스 요구 절차를 실행한다. MS로부터의 랜덤 액세스 요구의 연속적인 수신에 기초하여, 기지국(Base Station)(BS)은 패킷 데이터가 전송되는 DTCH에 관해 MS에 알린다. BS에 의해 개시된 돌발 패킷 데이터 전송에 대해서, BS는 유저(들)를 간단히 페이징하고, 패킷 데이터가 전송되는 DTCH를 지시하며, MS는 DTCH 셋-업을 확인한다. 두 경우 모두, MS들은 그들에 할당된 DTCH 프레임의 슬롯의 수에 관해 BS에 의해 알게된다. 다시 말해, 각각의 MS는 패킷들을 수신하기 위해 DTCH 프레임에서 슬롯(만약 있다면)의 위치를 알게 된다.

다운링크 DTCH 채널은 도 1에 도시된 바와 같이 구성되어 있다. 하나의 DTCH 프레임은 16 슬롯으로 구성된다. 제 1 슬롯은 특정 유저에 어드레스 지정된 패킷의 위치를 나타내는 유저 패킷 플래그(User Packet Flag)(UPF)를 전송하기 위해 사용된다. 프레임에서 나머지 슬롯들은 유저 패킷들을 전송하기 위해 사용된다.

제어 정보[파일럿(pilot), 전송 전력 제어(transmission power control)(TPC), 및 레이트 정보(rate information)(RI)는 전용 물리적인 제어 채널(DPCCH) 상에 전송되고, 데이터 정보는 전용 물리적인 데이터 채널(DPDCH) 상에 전송된다. DPCCH 및 DPDCH는, 도 1에 도시된 바와 같이, 시간적으로 다중화된다. 각각의 유저에 할당된 DPDCH가 유저 패킷을 전달하는 반면, UPF의 DPDCH는 유저 패킷 플래그(UPF) 정보를 전달한다.

DTCH의 통상적인 구성은, 도 2에 도시된 바와 같이, 모든 프레임 슬롯들이 유저 패킷들에 의해 채워지지 않는 것으로 되어 있다. 하나의 DTCH 프레임이 각각의 유저로부터의 모든 액티브 패킷들을 수용할 수 없는 경우, 하나 이상의 DTCH 프레임이 사용된다. 이 경우는 도 3에 도시되어 있다. 이 경우에는 단지 하나의 DTCH 채널(복수의 프레임들이지만, 오직 하나의 코드 채널)만이 사용됨에 유의해야 한다. 이러한 방식은 서비스 품질(quality of service)(QoS)의 조건에 따라 지연이 허용될 수 있는 경우에 사용된다.

보다 높은 비트 레이트 전송을 이루기 위하여, 도 4에 도시된 복수의 DTCH들을 셋-업하기 위해 멀티코드 방식이 이용된다.

유저 패킷 플래그(UPF)는, 한 프레임에서 유저 패킷들에 대하여 최대 15 슬롯들에 대응하는 15 필드들로 구성된다.

UPF = [UPF1, UPF2, UPF3, ..., UPF15]

UPF의 각각의 필드는 슬롯 상태(특정 유저에 대하여 패킷이 있는지 또는 없는지의 여부)를 나타낸다.

UPFi = [상태]

여기서, 상태가 0일 때는 패킷이 없을 때이고, 상태가 1일때는 패킷이 하나 있을 때를 나타낸다.

UPF는 단순히 길이(L)의 비트의 시퀀스이고, 전형적으로, L은 15+1(제 1 비트 = 0을 영구적으로 포함)과 같으며, 이는 최대 15 유저들이 DTCH로부터의 돌발적인 패킷 데이터를 수신하기 위해 할당되기 때문이다. MS가 UPF를 수신하는 대로, 프레임에 포함된 패킷이 존재하는지를 식별하는 것이 가능하다. 포함되어 있다면 수신을 행할 수 있다. UPF의 예가 도 5에 도시되었다.

UPF 패턴(UPF=6A91H)은 다음 유저들이 프레임에 패킷들을 갖는 것을 나타낸다.

유저1, 유저2, 유저4, 유저6, 유저8, 유저11, 및 유저15

다음의 유저들은 프레임에 패킷들을 갖지 않는다.

유저3, 유저5, 유저7, 유저9, 유저10, 유저12, 유저13, 및 유저 14

UPF0는 항상 0으로 설정됨에 유의해야 한다. 보다 강건하게 만들기 위해서, 도 6에 도시된 바와 같은 다이버시티 이득(diversity gain)을 얻도록 반복 또는 단순한 엔코딩이 이용될 수 있다.

제어 정보(파일럿, TPC, 및 RI)는, DTCH 상의 모든 슬롯, 심지어 빈 슬롯(슬롯에 데이터 패킷이 채워 있지 않음)에 전송된다. 따라서, 소프트 핸드오버 메커니즘, 또한 제한된 폐루프 전력 제어는 유지될 수 있다.

업링크 전송은 시간 다중화되지 않는다. 각각의 유저는 고유의 확산 코드를 할당하게 되고, 따라서, 코드 다중화된다. 제어 채널이 업링크에서 각각의 유저에 대해 연속으로 전송되기 때문에, 기지국은 수신된 전력을 연속으로 모니터링할 수 있다. 그러나, BTS는 각각의 유저에 전송될 수 있는 전력 제어 심벌들의 수에서 제한된다. 사실상, BTS는, 개별 유저에 관련된 TPC 심벌만을, 그 유저에 할당된 슬롯 동안(예를 들어, 도 7에 도시된 유저1) 전송한다. 결과적으로, 유저는, 한 프레임에서 단지 하나의 슬롯만이 유저에 할당된 최악의 경우에서, 프레임 당 적어도 하나의 TPC 심벌을 수신할 수 있다. 업링크 전력 제어는, 정보의 품질에 있어서와, 정보가 전송될 수 있는 빈도에 있어서도 제한된다.

비록, 이러한 방식은 랜덤 액세스 채널(RACH) 및 코드 당 단일 유저의 방식에 따른 두 전송을 통해 돌발 패킷 데이터에 대해 이점들을 갖는다 하더라도, 전력 제어 정보는, 전력 제어 정보가 모든 프레임에 대해 단지 한 번 갱신될 때, 지연될 수 있다.

물리적인 채널에서 모든 유저들에 대한 전력 제어 정보를 포함시키기 위해 TPC 필드를 확장함으로써, 모든 MS 유저들은, 심지어 그들이 다운링크 전송에서 아이들 상태(idle)에 있을 때도, 모든 슬롯에서 TPC 정보를 수신할 수 있다. 따라서, MS 유저들은 전력 할당에서 변화에 응답하여 그들 업링크 전송 전력을 신속하게 조정할 수 있다.

예를 들어, 128kbps의 피크 패킷 데이터 전송 레이트로 인터넷으로부터 화상을 다운로드하는 응용을 고려한다. 하나의 무선 프레임에 있어서, 0.625ms의 슬롯 내에서 약 60 비트의 페이로드 플러스 8 파일럿 비트 및, 2의 TPC 비트(1 심벌)가 있다. 도 8에 도시한 바와 같이, TPC 필드 심벌의 수를 1부터 물리적인 채널 상의 유저들의 수까지 확장하는 것이 편리하다.

무선 프레임 당 8 유저들이 한 예로서 이용되었음을 유의한다. 명백히, 프레임 당 유저들이 적을수록, 오버헤드가 적어지고, 데이터 전송 효율이 보다 효과적으로 된다. 한편, 프레임 당 유저들이 적을수록, 코드 이용도의 효율이 떨어진다. 그러므로, 프레임 상에 다중화된 유저들의 수와 코드 이용도의 효율 사이에 명확한 트레이드 오프(trade off)가 존재한다. TPC 심벌의 오버헤드가 너무 클 때(예를 들어, 하나의 코드 채널 상에 너무 많은 유저들이 있을 때), 다른 코드 채널을 채용하는 것을 고려할 수 있다.

전력 제어 메커니즘에 의해, 무선 프레임 구성은 도 9 및 도 10에 도시된 것으로 될 수 있다(예를 들어, 8 유저들을 이용). 도 9에 있어서, 유저 4 패킷은 업링크 전송 상의 모든 유저들에 대한 전력 제어 정보를 포함하는 확장된 TPC 필드를 포함한다. 유저 4와 더불어, 각각의 유저는 그 필드를 고려하고, 그 자신의 TPC 심벌을 픽업한다. 심지어 유저 패킷이 전송되지 않는 아이들 슬롯(idle slot)에서도, 파일럿 신호와 함께 사용되는 확장된 TPC 필드는 여전히 전송된다. 각각의 유저는, 심지어 유저 패킷 필드가 널(null)이라도, 그 자신의 TPC 정보를 픽업한다. 이는 도 10에 도시되어 있다.업링크 전송 상의 코드 단축 문제(code shortage problem)가 없기 때문에, 각각의 패킷 데이터 유저는 하나의 DTCH를 유지할 수 있다고 가정할 수 있다. 각각의 타임 슬롯에서, 유저 패킷 데이터는 특정 유저에만 전달 된다. 그러나, 모든 유저들은 파일럿 심벌들을 사용한다. 그러므로, 파일럿 심벌들의 다운링크 전송 전력은, 일정하여야 하고, 모든 유저들이 적당히 수신하기에 충분히 높아야 한다. 데이터 부분은 각각의 유저에 대해 조정될 수 있다. 각각의 유저의 연속적인 업링크 제어 채널은 확장 트래픽 채널에 대해서 정의된 모든 다운링크 전력 제어 심벌들을 포함한다. 따라서, 다운링크는, 도 11에 도시된 바와 같이, 유저 데이터의 전력 레벨을 적절히 조정할 수 있다.

Claims

스테이션(station)이 적어도 하나의 유저(user)와 통신하는 다운링크 통신 채널을 포함하는 패킷 교환 통신 시스템으로서,,

상기 다운링크 통신 채널은 복수의 프레임으로 분할되고, 각각의 프레임은 복수의 데이터 패킷을 포함하며,

각각의 데이터 패킷은 소정의 유저에게 향하게 되고, 상기 유저에 대한 전송 전력 제어 정보를 포함하는, 상기 패킷 교환 통신 시스템에 있어서,

모든 프레임에서 적어도 하나의 데이터 패킷은 상기 통신 시스템의 적어도 하나의 다른 유저에 대한 전송 전력 제어 정보를 포함하는 것을 특징으로 하는 패킷 교환 통신 시스템.
제 1 항에 있어서,

상기 프레임은 임의의 소정의 유저에게 향하지 않는 널 유저 패킷(null user packet)을 포함하고, 또한, 상기 널 유저 패킷은 상기 통신 시스템의 적어도 하나의 유저에 대한 전송 전력 제어 정보를 포함하는 것을 특징으로 하는 패킷 교환 통신 시스템.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

모든 프레임에서 적어도 하나의 패킷(데이터 또는 널 유저)은 상기 통신 시스템의 적어도 하나의 다른 유저에 대한 전송 전력 제어 정보를 포함하는 것을 특징으로 하는 패킷 교환 통신 시스템.
스테이션과 적어도 하나의 유저 사이의 패킷 교환 통신 방법으로서,

상기 스테이션이 적어도 하나의 유저와 통신하는 다운링크 통신 채널을 제공하는 단계와,

상기 다운링크 통신 채널을 복수의 프레임으로 분할하는 단계로서, 각각의 프레임은 복수의 데이터 패킷을 포함하는, 상기 분할 단계와,

각각의 데이터 패킷을 소정의 유저에게 향하게 하는 단계와,

각각의 데이터 패킷내에 상기 유저에 대한 전송 전력 제어 정보를 포함시키는 단계를 포함하는, 상기 패킷 교환 통신 방법에 있어서,

모든 프레임에서 적어도 하나의 데이터 패킷은 상기 통신 시스템의 적어도 하나의 다른 유저에 대한 전송 전력 제어 정보를 포함하는 것을 특징으로 하는 패킷 교환 통신 방법.