KR0179512B1 - Data Frame Transmission Method Using Error Rate Characteristics in Data Service in Mobile Communication System - Google Patents
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Abstract
본 발명은 CDMA(Code Division Multiple Access) 이동통신 시스템에서 데이터 서비스시 서비스품질(QOS:Quality of Service)을 만족시키고 시스템 성능을 향상시킬 수 있는 오율특성을 이용한 데이터 프레임 전송 방법에 관한 것으로서, 해당 셀내의 이동단말기의 수를 읽어 해당 셀내의 이동단말기의 수와 인접 셀의 이동단말기 수의 비율, 그리고 프로세싱 이득 값 등을 이용하여 오율특성을 산출하는 제1단계(100,101); 및 상기 제1단계(100,101)에서 산출된 오율특성을 해당 셀내의 모든 이동단말기로 전송하고, 현재 셀내의 모든 이동단말기는 전송되어온 상기 오율특성을 확인하여 오율특성에 따른 프레임 길이를 설정한 후, 기지국으로 설정된 프레임 길이로 데이터 프레임을 전송하는 제2단계(102 내지 104); 를 포함하여 오류가 발생할 확률을 감소시켜 신뢰성 있는 데이타의 전송을 수행할 수 있으며, 전체 시스템의 전송 효율울 높임으로써 보다 양질의 서비스를 제공할 수 있는 효과가 있다.The present invention relates to a data frame transmission method using an error rate characteristic that can satisfy a Quality of Service (QOS) and improve system performance in data service in a code division multiple access (CDMA) mobile communication system. A first step (100, 101) of reading out the number of mobile terminals in the cell and calculating error rate characteristics using a ratio of the number of mobile terminals in the cell to the number of mobile terminals in the adjacent cell, and a processing gain value; And transmitting the error rate characteristic calculated in the first step (100, 101) to all mobile terminals in the cell, and all mobile terminals in the current cell check the error rate characteristic transmitted and set the frame length according to the error rate characteristic. A second step (102 to 104) of transmitting a data frame with a frame length set to a base station; It is possible to perform reliable data transmission by reducing the probability of an error, including, and to improve the transmission efficiency of the entire system has the effect of providing a higher quality service.
Description
제1도는 CDMA 이동통신 시스템에서 기지국과 이동단말기로 이루어진 셀 구성도.1 is a cell diagram illustrating a base station and a mobile terminal in a CDMA mobile communication system.
제2도는 본 발명에 따른 오율특성을 이용한 데이터 프레임 전송방법의 일실시예 흐름도.2 is a flowchart illustrating an embodiment of a data frame transmission method using an error rate characteristic according to the present invention.
제3도는 일반적인 기지국과 이동단말기간에 전송되는 프레임 구조도.3 is a frame structure transmitted in a general base station and a mobile terminal period.
제4도는 본 발명의 일실시예에 따른 오율특성(비트오율)에 대한 프레임 길이를 설정하는 설명도이다.4 is an explanatory diagram for setting a frame length for an error rate characteristic (bit error rate) according to an embodiment of the present invention.
본 발명은 CDMA(Code Division Multiple Access) 이동통신 시스템에서 데이터 서비스시 서비스품질(QAS:Quality of Service)을 만족시키고 시스템 성능을 향상시킬 수 있는 오율특성을 이용한 데이터 프레임 전송 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a data frame transmission method using an error rate characteristic that can satisfy a quality of service (QAS) and improve system performance in data service in a code division multiple access (CDMA) mobile communication system.
종래에 오류제어는 유선망과 같은 비교적 채널 특성이 안정된 상황에서 데이터의 전송효율을 높이기 위해 사용되었다. 그러나 디지탈 셀룰러 이동통신 시스템인 경우, 반사 혹은 굴절 등에 의해 전파통로의 길이가 서로 다른 2 이상의 전파를 수신하면 각 수신파의 위상파에 의해 합성 전계강도 및 진폭, 지연 주파수 특성이 변동하는 다중 경로 페이딩, 그리고 셀룰러 시스템의 특수한 상황인 핸드오버등으로 인해 전송 채널은 10-1에서 10-6까지 오율이 변동하는 버스티(bursty) 오류가 발생한다.In the past, error control has been used to increase data transmission efficiency in a relatively stable channel characteristic such as a wired network. However, in the case of a digital cellular mobile communication system, when two or more radio waves having different lengths of radio paths are received by reflection or refraction, multipath fading in which the synthesized electric field strength, amplitude, and delay frequency characteristics are changed by the phase wave of each received wave. And, because of the special situation of cellular system, such as handover, the transmission channel has a burst error that the error rate varies from 10 -1 to 10 -6 .
그러므로, 이러한 오율이 큰 폭으로 변동하는 버스티(bursty)한 채널 환경에 적절하게 대응할 수 있는 오류제어가 필요하다.Therefore, there is a need for error control capable of appropriately responding to a bursty channel environment in which this error rate varies widely.
종래의 오류제어 방법을 살펴보면, 일반적으로 이동통신 시스템의 성능을 증가시키기 위해서 채널 코딩이 주로 사용되며, 이는 순방향 에러 정정(Forward Error Correction:FEC) 방법과 자동반복요청(Automatic Repeat reQuest: ARQ) 방법으로 대별된다.In the conventional error control method, channel coding is generally used to increase the performance of a mobile communication system, which is a forward error correction (FEC) method and an automatic repeat request (ARQ) method. It is roughly divided into.
CDMA 이동통신 시스템에서 음성 서비스시에는 순방향 에러정정방법을 사용하며, 또한 데이터 서비스시에는 종래의 유선망에서 사용되는 자동반복요청(ARQ) 방법의 사용을 적용할 수 있다.In the CDMA mobile communication system, the forward error correction method is used for voice service, and the automatic repeat request (ARQ) method used in the conventional wired network can be used for data service.
자동반복요청(ARQ) 방법은 수신측 단말기에서 오류가 검출되었을 때 송신측 단말기로 프레임 재전송을 요청하는 기법인데 다음과 같은 자동반복요청(ARQ)방법의 변형이 많이 사용된다.The ARQ method is a method of requesting a frame retransmission to the sender terminal when an error is detected in the receiver terminal, and a variation of the ARQ method is widely used.
Go-Back-N ARQ(GBN ARQ)은 슬라이딩 윈도우 기법이라고도 하는 연속적인 (continuous) 자동반복요청(ARQ) 방법의 한 변형으로써, 전송할 데이터가 있는 송신측 단말기는 윈도우 크기만큼 일련의 데이터 프레임을 전송한다. 수신측 단말기는 어느 한 프레임에서 전송오류를 발견하면 그 프레임에 대한 오류신호를 송신측으로 전송한다. 그리고 오류가 발생한 프레임이 수신될 때까지 이후의 프레임은 수신하지 않는다. 따라서 송신측 단말기는 수신측 단말기로부터 오류신호가 수신되면 오류가 발생한 프레임과 그 이후의 모든 프레임을 재전송한다.Go-Back-N ARQ (GBN ARQ) is a variation of continuous automatic repeat request (ARQ) method, also known as sliding window technique, in which the sending terminal with data to send transmits a series of data frames as large as the window size. do. When the receiving terminal detects a transmission error in one frame, the receiving terminal transmits an error signal for the frame to the transmitting side. Subsequent frames are not received until the frame in which the error occurred is received. Therefore, when an error signal is received from the receiving terminal, the transmitting terminal retransmits the frame in which the error occurs and all subsequent frames.
따라서, 상기와 같은 방법은 오류가 발생한 이후의 프레임 모두를 재전송해야 하기 때문에 전송효율을 감소시키는 오버헤드가 존재한다. Go-Back-NARQ의 윈도우 크기를 1로 고정한다면, Stop-and-Wait ARQ(SW ARQ) 방법과 동일한 효율을 나타내게 된다.Therefore, the above method requires overhead of reducing transmission efficiency because all frames after an error have to be retransmitted. If the window size of the Go-Back-NARQ is fixed to 1, it shows the same efficiency as the Stop-and-Wait ARQ (SW ARQ) method.
SW ARQ는 일반적으로 GBN ARQ 보다 더 효율적인 방식으로서 GBN ARQ의 오버헤드를 제거할 수 있다. 송신측은 윈도우 크기만큼 일련의 데이터 프레임을 전송하며 수신측 단말기는 오류가 발생한 프레임에 대해 오류신호를 송신측으로 전송한다. 송신측 단말기는 GBN ARQ와는 달리 수신측 단말기로부터 오류신호를 수신한 프레임만 재전송한다. 수신측 단말기는 오류가 발생한 프레임이 재전송될 때까지 그 이후의 수신 프레임을 저장하고, 적당한 위치에 해당 프레임을 다시 삽입할 수 있는 버퍼를 갖고 있다.SW ARQ can generally remove the overhead of GBN ARQ in a more efficient manner than GBN ARQ. The transmitting side transmits a series of data frames as large as the window size, and the receiving terminal transmits an error signal to the transmitting side for the frame in which the error occurs. Unlike GBN ARQ, the transmitting terminal retransmits only a frame that receives an error signal from the receiving terminal. The receiving terminal has a buffer for storing subsequent receiving frames until the errored frame is retransmitted and reinserting the corresponding frames at a proper position.
그러나, 상기한 방법들은 고정망에서 사용되는 방법으로서, 이동통신 시스템에서는 무선 채널 특성상 재전송 방법을 적용하기가 어려운 문제점이 있다.However, the above methods are used in a fixed network, and it is difficult to apply a retransmission method due to radio channel characteristics in a mobile communication system.
따라서, 상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 본 발명은 채널의 상태에 따라 미리 전송할 데이터의 전송 양을 증감시켜 유연하게 대처하므로서 오류가 발생할 확률을 감소시키고, 시스템의 성능 향상을 도모할 수 있는 이동통신 시스템에서 데이터 서비스시 오율특성을 이용한 데이터 프레임 전송방법을 제공하는데 그 목적이 있다.Accordingly, the present invention devised to solve the above problems of the prior art reduces the probability of error and improves the performance of the system by flexibly coping with the amount of data to be transmitted in advance according to the channel state. An object of the present invention is to provide a data frame transmission method using an error rate characteristic during data service in a mobile communication system.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 이동통신 시스템에 적용되는 데이터 서비스시 오율특성을 이용한 데이터 프레임 전송방법에 있어서, 해당 셀내의 이동단말기의 수를 읽어서 해당 셀내의 이동단말기의 수를 읽어서 해당 셀내의 이동단말기 수의 비율과 프로세싱 이득 값 등을 이용하여 오율특성을 산출하는 제1단계 ; 및In order to achieve the above object, the present invention provides a data frame transmission method using an error rate characteristic in a data service applied to a mobile communication system, wherein the number of mobile terminals in a cell is read and the number of mobile terminals in the cell is read. A first step of calculating an error rate characteristic using a ratio of the number of mobile terminals and a processing gain value; And
상기 제1단계에서 산출된 오율특성을 해당 셀내의 모든 이동단말기로 전송하고, 현재 셀내의 모든 이동단말기는 전송되어온 상기 오율특성을 확인하여 오율특성에 따른 프레임 길이를 설정한 후, 기지국으로 설정된 프레임 길이로 데이터 프레임을 전송하는 제2단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.The error rate characteristic calculated in the first step is transmitted to all mobile terminals in the cell, and all mobile terminals in the current cell check the transmitted error rate characteristic, set the frame length according to the error rate characteristic, and then set the frame to the base station. And a second step of transmitting the data frame in length.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일실시예를 상세히 설명한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described an embodiment of the present invention;
제1도는 CDMA 이동통신 시스템에서 기지국과 이동단말기로 이루어진 셀 구성도를 나타낸 것이다1 is a diagram illustrating a cell structure consisting of a base station and a mobile terminal in a CDMA mobile communication system.
셀내에서 기지국과의 통신을 위해 이동단말기가 존재하며, 순방향 채널(기지국→이동단말기)과 역방향 채널(이동단말기→기지국)을 통해 서로 정보(데이터 프레임)를 주고 받는다. 해당 셀내의 이동단말기의 증가는 시스템 전체 성능을 저하시키는데, 가입자수 증가는 채널 열화 즉 오율 증가를 가져오게 된다.A mobile terminal exists for communication with a base station in a cell, and exchanges information (data frames) with each other through a forward channel (base station → mobile terminal) and a reverse channel (mobile terminal → base station). Increasing the number of mobile terminals in the cell degrades the overall performance of the system. Increasing the number of subscribers leads to channel degradation, that is, error rate increase.
본 발명에 따른 오율특성을 이용한 프레임 데이터 전송방법을 간략히 살펴보면 다음과 같다.Briefly looking at the frame data transmission method using the error rate characteristics according to the present invention.
가입자가 증가할수록 CDMA 시스템에서의 전송채널 특성은 급격하게 악화된다. 이러한 상황에서 데이터와 같은 비음성 트래픽 서비스를 제공하고자 할 때 무선 채널상에서 전송되는 데이터는 트래픽 속성상 심각한 버스티(bursty) 오류로 인하여 재전송 횟수가 급증하게 된다.As the number of subscribers increases, the characteristics of a transmission channel in a CDMA system deteriorate rapidly. In such a situation, when a non-voice traffic service such as data is provided, the number of retransmissions of the data transmitted on the wireless channel is rapidly increased due to a serious bursty error due to traffic characteristics.
따라서, 데이터의 서비스시 데이터의 송수신이 이루어지는 무선 채널의 오율이 증가하게 되면 무선 채널상에 전송되는 정보 데이터 프레임의 길이를 줄이고, 반대로 오율이 감소하여 신뢰성 있는 통신이 가능하게 되면 데이터 프레임의 길이를 늘려 데이터의 길이를 변화시킴으로써 전체 시스템의 전송효율을 향상시킬수 있다.Therefore, when the error rate of the radio channel through which data is transmitted and received during the service of data increases, the length of the information data frame transmitted on the radio channel is reduced. On the contrary, when the error rate decreases and reliable communication is possible, the length of the data frame is reduced. By increasing the length of the data, the transmission efficiency of the entire system can be improved.
본 발명에서 고려한 데이터 프레임 길이의 경계값들은 퀄컴(QUALCOMM)사가 제안한 CDMA 시스템에서 서비스되는 음성 트래픽의 프레임 구조를 고려하여 결정하였다.The boundary values of the data frame length considered in the present invention are determined in consideration of the frame structure of voice traffic serviced in the CDMA system proposed by Qualcomm.
본 발명에서는 CDMA 이동통신 시스템에서 테이터를 서비스하고자 할 경우만을 고려했으며, 데이터 트래픽은 음성 트래픽 보다는 상대적으로 시간 지연에는 덜 민감하고 오류에는 민감하기 때문에 CDMA 이동통신 시스템에서 데이터를 서비스하고자 할 때 가변 프레임 길이를 이용하면 전체 시스템의 전송효율을 증가시킬 수 있다.In the present invention, only data service is considered in a CDMA mobile communication system. Since data traffic is less sensitive to time delay and more sensitive to error than voice traffic, a variable frame is required when serving data in a CDMA mobile communication system. Using length can increase the transmission efficiency of the whole system.
제2도는 상기에서 개략적으로 설명한 본 발명에 따른 데이터 전송시 오율특성을 이용한 데이터 프레임 전송방법의 일실시예 흐름도를 나타낸 것이다.2 is a flowchart illustrating an embodiment of a data frame transmission method using an error rate characteristic during data transmission according to the present invention as outlined above.
이동단말기가 셀 내에서 전원을 켜거나, 인접 다른 셀로부터 해당 셀로 이동하여 왔을 때, 기지국으로부터 해당 셀 영역 전체에 일정시간 간격마다 항상 방송(broadcasting)되는 파일럿 채널 (pilot channel)을 수신한다.When a mobile terminal is powered on in a cell or has moved from a neighboring cell to a corresponding cell, the mobile station receives a pilot channel that is always broadcasted at a predetermined time interval from the base station to the entire cell region.
그리고, 기지국은 시스템 구성과 타이밍 정보를 포함하는 동기 채널 (sync. channel)을 모든 이동단말기로 전송하고, 동기채널을 수신한 이동단말기는 기지국으로부터 전송되어온 동기채널의 정보를 통해 타이밍을 획득한 후, 이동단말기는 통화를 위한 엑세스 채널(access channel)을 기지국으로 송신한다.The base station transmits a sync channel including a system configuration and timing information to all mobile terminals, and the mobile terminal receiving the synchronization channel acquires timing through the information of the sync channel transmitted from the base station. The mobile terminal transmits an access channel for a call to the base station.
그런다음 각 이동단말기들로부터 액세스 채널을 수신한 기지국은 현재 셀 내의 이동단말기의 전체 수(채널특성 파라미터)를 기지국 데이터 베이스(DB)로부터 읽어(100) 해당 셀내의 이동단말기의 수와 인접셀의 이동단말기 수의 비율, 그리고 프로세싱 이득 값 등을 이용하여 아래의 수식과 같이 오율특성(비트오율)을 산출한다(101).Then, the base station receiving the access channel from each mobile station reads the total number of mobile terminals (channel characteristic parameter) in the current cell from the base station database (100) (100) and the number of mobile terminals in the cell and the adjacent cell. The error rate characteristic (bit error rate) is calculated using the ratio of the number of mobile terminals and the processing gain value as shown in the following equation (101).
여기서, Q{} : Q-함수(function)Where Q {}: Q-function
K : 해당 셀내의 이동단말기의 수K: number of mobile terminals in the cell
Kr : 해당셀에 대한 인접셀의 이동단말기 수의 비율Kr: The ratio of the number of mobile terminals of adjacent cells to the corresponding cell
N : 프로세싱 이득(processing gain)=대역폭/전송률N: processing gain = bandwidth / rate
rb: Eb/No(Bit energy/Noise power spectral density)r b : E b / N o (Bit energy / Noise power spectral density)
만일 현재 셀내의 가입자수가 '50'이라면, 비트오율은 약 10-2의 값을 가지게 된다.If the number of subscribers in the current cell is '50', the bit error rate is about 10 −2 .
상기와 같이 계산하여 산출된 오율특성 값을 동기채널을 통해 모든 이동단말기로 전송하고(102), 이동단말기는 현재 셀내의 오율특성(채널상태)을 확인한 후(103), 수신한 오율특성을 기반으로 해서 오율특성에 따른 프레임 길이 설정 테이블을 통해 적절한 프레임 길이로 설정하여 기지국으로 데이터 프레임을 전송한다(104).The calculated error rate characteristic value calculated as described above is transmitted to all mobile terminals through the synchronization channel (102), and after checking the error rate characteristic (channel state) in the current cell (103), based on the received error rate characteristic In step 104, the data frame is transmitted to the base station by setting the appropriate frame length through the frame length setting table according to the error rate characteristic.
기지국은 오율특성(비트오율)에 따른 프레임 길이로 설정된 트래픽 채널의 정보를 수신하여 통화가 이루어지게 된다.The base station receives the information of the traffic channel set to the frame length according to the error rate characteristic (bit error rate) and the call is made.
현재 셀 내부에서 운용중인 이동단말기의 수에 따른 오율특성 정보는 일정시간 간격마다 기지국에서 항상 셀 내부의 모든 이동단말기에게 방송되는 동기채널을 통해 이동단말기로 송신한다.The error rate characteristic information according to the number of mobile terminals currently operating in the cell is transmitted to the mobile terminal through a synchronization channel broadcasted to all mobile terminals in the cell by the base station at regular intervals.
제3도는 TIA(Telecommunication Industry Association) IS(Interim Standards)-95에서 정의한 기지국과 이동단말기간에 전송되는 프레임 구조를 나타낸 것으로, 음성 트래픽을 서비스 할 때 사용하는 트래픽 채널의 프레임을 그대로 사용하였다. 즉, CDMA 시스템의 역방향 트래픽 채널의 프레임 전송속도에 따른 각각의 정보필드의 길이는 전송속도가 9,600 bps일 경우 정보가 실리는 비트수는 172비트이고, 프레임 품질 표시자(CRC : Cyclic Redundancy Check) 'F'는 12비트, 부호기 꼬리비트 'T'는 8비트이다. 4,800 bps일 경우는 정보비트 80비트, 'F' 8비트, 'T' 8비트이고, 2400 bps일 때는 정보비트 40비트, 'T' 8비트이다. 그리고, 1,200 bps일 경우에는 정보비트 16비트, 'T' 8비트를 가진다.FIG. 3 illustrates a frame structure transmitted between a base station and a mobile terminal during the TIA (Interim Standards) IS-95. The frame of the traffic channel used to service voice traffic is used as it is. That is, the length of each information field according to the frame rate of the reverse traffic channel of the CDMA system is 172 bits when the information rate is 9,600 bps, and the frame quality indicator (CRC: Cyclic Redundancy Check) 'F' is 12 bits and the encoder tail bit 'T' is 8 bits. At 4,800 bps, the information bits are 80 bits, 'F' 8 bits, and 'T' 8 bits. At 2400 bps, the information bits are 40 bits and 'T' 8 bits. In the case of 1,200 bps, the information bit has 16 bits and 'T' 8 bits.
제4도는 본 발명의 일실시예에 따른 이동단말기가 기지국으로부터 전송되어온 오율특성 값을 기반으로 비트오율에 따른 프레임 길이를 설정하기 테이블 값을 나타낸다.4 illustrates a table value for setting a frame length according to a bit error rate based on an error rate characteristic value transmitted from a base station by a mobile station according to an embodiment of the present invention.
이동단말기는 기지국으로부터 전송되어온 오율특성(비트오율)에 따라 전송 프레임 길이를 결정한 다음 프레임 데이터를 전송한다.The mobile terminal determines the transmission frame length according to the error rate characteristic (bit error rate) transmitted from the base station and then transmits frame data.
본 발명에서는 비트오율이 10-4이하일 경우에는 정보 데이터 프레임의 길이를 172비트로 서정하고, 비트오율이 10-4보다 크고 10-3보다 작거나 같으면 데이터 프레임의 길이를 80비트로 변환한다. 그리고 비트오율이 10-3보다 크고 10-2이하이면 프레임의 길이는 40비트로 하고, 비트오율이 10-2크면 데이터 프레임의 길이를 16비트로 각각 변환하여 전송한다.In the present invention, when the bit error rate is 10 −4 or less, the length of the information data frame is set to 172 bits. When the bit error rate is larger than 10 −4 and less than or equal to 10 −3 , the length of the data frame is converted to 80 bits. If the bit error rate is greater than 10 −3 and less than or equal to 10 −2, the frame length is 40 bits. If the bit error rate is 10 −2, the length of the data frame is converted to 16 bits and transmitted.
따라서, 상기와 같이 이루어지는 본 발명은, 이동단말기 수의 증가 또는 채널 상태의 악화로 발생되는 오율특성이 변화함에 따라 데이터 프레임을 가변하여 전송함으로써, 오류가 발생할 확률을 감소시켜 신뢰성 있는 데이터의 전송을 수행할 수 있으며, 전체 시스템의 전송 효율을 높임으로써 보다 양질의 서비스를 제공할 수 있는 효과가 있다.Accordingly, the present invention made as described above, by varying the transmission of the data frame as the error rate characteristics caused by the increase in the number of mobile terminals or the deterioration of the channel condition changes, it is possible to reduce the probability of the error occurs to ensure reliable data transmission It is possible to perform, and by improving the transmission efficiency of the entire system has the effect of providing a higher quality service.
이상에서 설명한 본 발명은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에게 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하므로, 전술한 실시예 및 도면에 한정되는 것이 아니다.The present invention described above is capable of various substitutions, modifications, and changes without departing from the technical spirit of the present invention for those skilled in the art to which the present invention pertains. It is not limited.
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