The cdma2000 1xEV-DO system provides bandwidth-efficient and high-speed wireless internet services to mobile subscribers. The standard is considered as an evolution of cdma2000, and suitable for packet data services that are characterized by asymmetric data rates. On the reverse link, a traffic channel is assigned to each access terminal, and the data rate is determined by a reverse activity bit (RAB) from the base station and a probabilistic rate control model.
The reverse link capacity of 1xEV-DO has been discussed intensively in the literature, but there has not been enough research on the reverse link rate control. Therefore, this dissertation proposes an analytical system model for the rate control. Comparison with simulations shows that the proposed analysis model provides a good analytical framework for modeling the 1xEV-DO rate control. In addition, the reverse link performance is examined for various system parameters. We can see that there is a trade-off between the overload probability and the reverse link throughput, and the system performance is highly dependent on the system parameters.
The IxEV-DO rate control causes the traffic load to fluctuate around a certain threshold. The degree of fluctuation depends on various system parameters, but it is difficult to find appropriate system parameters for stable operation. Moreover, there is no reliable means of suppressing excessive fluctuations of traffic load. This dissertation therefore proposes two enhanced rate control schemes that improve upon the conventional one with respect to the overload probability and the reverse link throughput.
In the first proposed scheme, the base station divides the reverse traffic load into four classes, and broadcasts an associated 2-bit symbol to all access terminals. The 2-bit symbol is carried on the extended reverse activity (ERA) channel, and informs the access terminals of the traffic load status more precisely. The ERA channel can be easily realized by the current reverse activity channel and one of the reserved MAC channels, without modifying the current physical layer structure. In the proposed scheme, if the traffic load is within an acceptable range around a certain threshold, access terminals maintain the current data rates. This policy suppresses the traffic load from fluctuating unnecessarily around the threshold. The comparison results show that the proposed scheme has much higher throughput than the conventional one at a given overload probability.
The second proposed rate control prevents the reverse traffic channels from being overloaded by predicting the traffic load of the next frame and by setting the RAB accordingly. Each access terminal transmits an extended rate indicator (ERI) to the base station and the base station estimates the traffic load of the next frame. The ERI indicates whether or not the corresponding access terminal will increase the data rate at the next frame. If the predicted traffic load exceeds a certain threshold, the RAB is set to I and access terminals do not increase the data rates. The proposed scheme keeps most of the traffic load below the threshold, and thus suppresses traffic overload effectively. In addition, the proposed scheme is improved further by informing the access terminals of both the current traffic load and the predicted traffic load.
cdma2000 1xEV-DO 시스템은 이동하고 있는 고객에게 고속의 무선 인터넷 서비스를 효율적으로 제공한다. 이 시스템은 cdma2000 시스템으로부터 진화한 형태로 생각할 수 있으며, 비대칭적인 데이터 전송속도를 갖는 패킷 데이터 서비스의 특성을 반영하여 설계되었다. 각 단말은 하나의 역방향 트래픽 채널을 가지고 있으며, 역방향 전송속도는 기지국으로부터 전달되는 1 비트의 RAB (Reverse activity bit) 정보와 단말 고유의 확률 모델에 의해 결정된다.
1xEV-DO 시스템의 역방향 링크 성능평가는 다양한 연구에서 다루어졌지만, 역방향 전송속도 제어방법에 대한 연구는 충분치 않았다. 따라서, 본 논문은 1xEV-DO 시스템의 역방향 전송속도 제어방법에 대한 분석적 모델을 제안한다. 시뮬레이션과의 비교를 통해, 제안된 분석 모델이 전송속도 제어방법에 대한 좋은 분석적 기틀을 제공하고 있음을 알 수 있다. 이와 함께, 다양한 시스템 파라미터들이 역방향 링크의 성능에 미치는 영향을 살펴본다. 분석 결과로부터, 역방향 링크의 과부하율(Overload probability)과 전송효율(Throughput)은 서로 상반관계(Trade-off)에 있고, 각 시스템 파라미터는 시스템의 성능을 크게 좌우함을 알 수 있다.
1xEV-DO 시스템의 전송속도 제어방법에 의한 트래픽 부하량은 특정한 임계값을 중심으로 진동하게 된다. 진동하는 정도는 설정된 시스템 파라미터에 의해 좌우되지만, 안정된 동작을 위한 적절한 시스템 파라미터의 조합을 찾기는 쉽지 않다. 더구나, 현재의 전송속도 제어방법에는 트래픽 부하량의 과도한 진동을 억제하기 위한 적절한 수단이 마련되어 있지 않다. 따라서, 본 논문은 시스템 과부하율 및 전송효율 측면에서 종래의 방법을 향상시킬 수 있는 두 가지 방법을 제안한다.
첫번째 방법에서 각 기지국은 역방향 트래픽 부하량을 네 종류의 클래스로 구분하고, 이에 따른 2 비트의 RAI (Reverse activity indicator) 심볼을 모든 단말에게 전송한다. 이 RAI 심볼은 ERA (Extended reverse activity) 채널을 통해 전송되고, 보다 정밀한 트래픽 부하량 정보를 단말에게 알려줄 수 있다. ERA 채널은 현 시스템의 물리계층을 변화시키지 않고 두 개의 MAC (Medium access control) 채널을 사용하여 쉽게 구현할 수 있다. 제안된 방법에서, 현재의 트래픽 부하량이 임계값 부근의 일정한 범위 내에 있다면 각 단말은 현재의 전송속도를 그대로 유지한다. 이 방법은 트래픽 부하량이 임계값 근처에서 불필요하게 진동하지 않도록 도와준다. 비교 결과, 제안된 방법은 동일한 과부하율에서 종래의 방법보다 훨씬 높은 전송효율을 보여준다.
두번째 전송속도 조절방법은 트래픽 부하량의 다음 상태를 예측하여 RAB 값을 설정함으로써 역방향 링크의 과부하를 억제한다. 각 단말은 ERI(Extended rate indicator)라는 자신의 동작정보를 기지국으로 전송하고, 기지국은 이 정보를 바탕으로 다음 프레임에서의 트래픽 부하량을 예측한다. ERI는 단말이 다음 프레임에서 전송속도를 높일 것인지 혹은 현재의 전송속도를 그대로 유지할 것인지를 지시하는 정보이다. 기지국은 예측된 트래픽 부하량이 임계값을 넘으면 RAB를 1로 설정하여 단말이 전송속도를 증가시키지 않도록 한다. 제안된 방법은 대부분의 트래픽 부하량을 임계값 이하에서 유지시키고, 이에 따라 시스템의 과부하를 효율적으로 억제한다. 이와 함께, 현재의 트래픽 부하량과 예측된 부하량을 동시에 단말에게 알려주면 시스템의 성능을 더욱 향상시킬 수 있다.
