Code Division Multiple Access/Packet Reservation Multiple Access (CDMA/PRMA) is a promising multiple access protocol for next generation mobile communications. But CDMA system is interference limited and multiple access interference (MAI) affects system performance significantly. Therefore, it is very important to reduce the MAI in CDMA/PRMA systems. We propose an adaptive channel access control (ACAC) method for CDMA/PRMA protocol to enhance channel utilization and system throughput by reducing MAI. There are two main subjects to reduce MAI in ACAC: the optimal permission probability and the transmission method of non-real time data packets. Permission probability is determined as an available optimal channel capacity (or load) divided by the number of contending terminals. Firstly in ACAC, we propose a new analytical procedure of estimating the number of contending terminals. The procedure utilizes the statistical characteristics of source traffic and the number of corrupted packets based on Search Energy Threshold (SET). It can be distinguished by the SET that a channel slot is idle or used. And then, corrupted packets are distinguishable from successful packets by the error status of packets. The new procedure estimates the number of contending terminals more accurately than the existing analytical procedures and is less labor-intensive than simulation based procedures. Secondly, we propose a dynamic optimal channel load (DOCL) instead of the conventional static optimal channel load (SOCL) used in all previous works. The variance in the number of mobile terminals succeeded in Bernoulli test is taken into account in deriving the optimal channel load. Thus, optimal channel load varies depending on the number of reserved terminals. Then, permission probability is calculated based on the dynamic optimal channel load and the estimated number of contending terminals. In ACAC, a mean channel load (the mean number of packets transmitted in each time slot) is maintained at the DOCL instead of SOCL. By maintaining the mean channel load at the DOCL, the radio channel can be very effectively utilized, satisfying the required packet loss probability. For the second subject, we propose a backlog based data packet transmission (BDT) method using a mixed mode of contention and reservation mode for the transmission of non-real time data packets in order to reduce redundant packet contentions and packet corruptions. In the BDT, a priority is given to voice packets over data packets in a contention mode. Simulations are carried out in an isolated cell environment and a cellular environment. The simulation results show that the system capacity can be improved significantly by the proposed method compared with the conventional permission control methods. Especially, under mixed traffic of voice and data, the proposed ACAC shows much more system capacity than the existing methods.
차세대 이동통신에서는 멀티미디어 트래픽을 쉽게 수용할 수가 있어야 하므로 CDMA/PRMA (Code Division Multiple Access/packet Reservation Multiple Access) 프로토콜이 주목을 받고 있다. 그러나 대역확산 방식을 기반으로 하는 CDMA/PRMA 방식에서는 일정 수 이상의 사용자가 다중접속을 할 때는 신호의 다중접속 상호간섭에 의해 패킷의 파손이 발생하므로 이를 효율적으로 제어해야 하는 문제가 발생한다.
본 논문에서는 CDMA/PRMA 프로토콜 하에서 다중접속 상호간섭을 줄여 무선 채널의 효율성을 높이고 시스템 성능을 향상시키는 적응형 채널접속 방식 즉 Adaptive Channel Access Control (ACAC) 방법을 제안하였다. 다중접속 상호간섭을 줄이는 방법으로는 사용 가능한 채널 수에 평균 사용자 수를 근접시킨 후 그 때의 가용채널을 사용하여 패킷을 전송하도록 하는 전송허용확률 방법이 사용된다. 이 때 가용채널의 수를 알아야 하고 패킷 전송을 위한 채널을 얻기 위해 경쟁하는 경쟁자의 수를 보다 정확히 예측해야 한다. 이 논문의 ACAC 방법에서 다중접속 상호간섭을 줄이는 첫 번째 내용으로 새롭게 전송허용확률을 구하는 방법을 제안하였으며 다음의 내용이 포함되어 있다.
첫째로 종래에는 가용채널 수를 알기 위해 정적최적채널이 사용되었는데 이와는 달리 성능 요구 사항으로 요구되는 패킷 손실확률을 만족시키는 동적최적채널을 새로이 도출해 내었다. 단말은 전송허용확률을 기지국으로부터 받으면 자신이 만든 랜덤넘버로 베르누이 시험을 하는데 이때 이 시험에 성공하는 단말의 개수의 분산 때문에 정적최적채널로는 요구되는 패킷 손실확률을 만족시킬 수가 없었다. 결과적으로 재래의 정적최적채널에 의한 방법에서는 신호의 상호간섭에 의해 패킷의 파손이 많이 발생하였는데 동적최적채널을 도입함으로써 현저히 이를 감소시켰고 요구되는 패킷 손실확률을 만족시킬 수가 있었다. 특히 실시간으로 사용될 수 있도록 동 적최적채널을 테이블 형태로 제공하였다.
둘째로 채널을 얻기 위해 경쟁하는 경쟁자의 수를 알기 위해 해석적 과정과 Search Energy Threshold (SET)에 근거한 새로운 예측방법을 제시하였다. 수신측 모뎀에서 SET 에 의해 수신에너지 임계값 정보를 이용함으로써 한 개의 채널이 미사용 상태인지, 패킷 전송에 사용되었는지를 알 수 있었고 전송 중에 파손된 패킷과 전송에 성공한 패킷의 구분이 가능하여 손상된 패킷의 개수를 알아낼 수가 있었다. 이를 이용하여 새로운 예측방법을 제시하였으며 종래의 기존 해석적 방법보다 정확도가 높고 시뮬레이션에 의한 방법보다는 경쟁자의 수를 구하는 노력이 적게 들며, 실제 실시간 트래픽상황을 직접 쉽게 반영할 수 있었다. 이렇게 하여 얻어진 경쟁상태의 사용자 수와 동적최적채널의 개수에 의해 전송허용확률을 결정하였다.
ACAC 의 두 번째 다중접속 상호간섭 축소 방법으로 비실시간 데이터의 전송방식의 개선을 제안하였다. 종래의 방식에서는 비실시간 데이터는 항상 경쟁모드로만 전송되었으나 CDMA 방식에서는 다중접속 상호간섭이 채널사용 효율성에 절대적 영향을 줌으로 모든 비실시간 데이터를 경쟁모드로만 전송하면 불필요한 경쟁과 베르누이 시험의 분산으로 인해 시스템 성능을 저하시킨다. 이를 개선하기 위해 단말기의 데이터 버퍼에 저장되어 있는 전송대기 데이터 중 Head-of-Line 데이터만 경쟁모드로 보내고 이후의 전송대기(Backlogged Data) 데이터는 예약모드로 보내는 혼합모드 즉 Backlogged based Data Transmission (BDT) 방식을 제안하였다. 이 때 예약모드의 데이터 패킷에 의한 음성 패킷의 전송지연을 막기 위해 음성 패킷이 채널접속우선권을 갖도록 하였다. 이렇게 함으로써 비실시간 데이터의 경쟁모드 참여 횟수가 줄어 덜었고 따라서 불필요한 다중접속 상호간섭을 줄여 시스템 성능을 높일 수 있었다.
제안된 ACAC 방식의 성능을 평가하기 위하여 시뮬레이션을 단일셀 환경과 셀룰라 환경 하에서 시행하였으며 기존의 방법인 CPC 및 APC방법과 비교를 하였다. 특히 BDT의 효과를 비교하기 위하여 CPC 와 APC 에, 이 논문에서 제안된 BDT 를 적용한 MCPC 와 MAPC를 만들어 그들과 성능을 비교하였다. 음성 패킷만 있을 경우 ACAC는 APC보다는 성능이 우수하지만 CPC와는 비슷한 성능을 보였다. 그러나 음성과 데이터 패킷들이 혼합된 혼합 트래픽 모드에서는 ACAC 가 제일 우수한 성능을 보였다. 하나의 예로서, 데이터 단말의 수가 100 일 경우 CPC 의 성능을 기준으로 볼 때 MCPC, APC, MAPC와 ACAC는 각각 CPC보다 단일 셀 환경에서는 4.3%, 15.1%, 34.4%, 38% 그리고 셀룰라 환경에서는 6.7%, 12.9%, 30.7%, 35.6%의 성능 향상을 보였다. 여기서 BDT 의 순수 효과로 CPC 와 MCPC 사이에서 4 3% (단일 셀)와 6.7% (셀룰라), 그리고 APC와 MAPC사이에서 19.3% (단일 셀)와 17.8% (셀룰라)의 성능개선 효과를 얻을 수 있었다. 결론적으로 종래의 방법인 CPC와 APC에 대해서 이 논문에서 제안한 ACAC 방법이 단일 셀 환경에서는 38%, 23.1%, 셀룰라 환경에서는 35.6%, 22.7%치 성능 개선 효과를 보여주었다. BDT 의 적용에서 길이가 긴 대기 데이터 패킷의 예약 모드 전송으로 인한 음성 패킷의 전송 지연 영향은 지극히 미약한 것으로 나타났다.
이 논문에서 제안된 전송허용확률은 CDMA/FRMA와 같이, 미니슬롯이 예약을 위한 접속용으로 사용되는 프로토콜에서도 동적 최적채널 테이블을 만들 때 예약된 사용자의 수를 0으로 둠으로써 그 대로 적용될 수 있다.
이 논문에서 는 다양한 멀티 미 디 어를 다루지 앓았으므로 streaming 데이터나 빠른 속도를 요하는 데이터의 전송을 위한 효율적인 패킷전송 알고리즘의 개발이 향후 연구과제로 남아있다. 앞으로 이를 위해 고정프레임이 아닌 동적프레임 전송 프로토콜의 개발 등이 연구과제로 남는다.
