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KR100819302B1 - 광대역 무선 접속 시스템의 멀티캐스트 및 브로드캐스트서비스를 위한 데이터 송수신 방법 - Google Patents

광대역 무선 접속 시스템의 멀티캐스트 및 브로드캐스트서비스를 위한 데이터 송수신 방법 Download PDF

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KR100819302B1
KR100819302B1 KR1020060120847A KR20060120847A KR100819302B1 KR 100819302 B1 KR100819302 B1 KR 100819302B1 KR 1020060120847 A KR1020060120847 A KR 1020060120847A KR 20060120847 A KR20060120847 A KR 20060120847A KR 100819302 B1 KR100819302 B1 KR 100819302B1
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김성기
최도인
김용규
황성택
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삼성전자주식회사
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Abstract

본 발명은 광대역 무선 접속 시스템에서 멀티캐스트 및 브로드캐스트 서비스(MBS: Multicast & Broadcast Service)를 위한 데이터 송신 방법에 있어서, 기지국에서 와이브로 프레임의 다운링크(DownLink) 부분에, 패킷 기반 FEC(Packet-based Forward Error Correction) 방식을 수행하기 위한 FEC 패킷을 포함하는 FEC 영역(FEC Zone)을 추가하여 와이브로 프레임을 구성하는 과정과, 기지국에서 와이브로 프레임으로 구성된 데이터를 다수의 이동 단말기들로 송신하는 과정을 수행한다.
Figure R1020060120847
FEC, 광대역, WiBro, MBS, 멀티캐스트, 브로드캐스트

Description

광대역 무선 접속 시스템의 멀티캐스트 및 브로드캐스트 서비스를 위한 데이터 송수신 방법{METHOD OF MULTICAST ＆ BROADCAST SERVICE IN BROADBAND WIRELESS ACCESS SYSTEM}
도 1은 일반적인 와이브로 시스템에서 일 예시 프레임 구조도
도 2는 일반적인 와이브로 시스템에서, 기지국(RAS)에서 이동 단말기(MS)로 프레임을 통해 방송이 송신되는 방식을 보여주는 예시도
도 3은 본 발명이 적용되는 일반적인 와이브로 시스템의 전체 구성도
도 4는 패킷 기반 FEC(Packet-based Forward Error Correction)의 일 예시 작동원리를 보여주는 개념도
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 와이브로 시스템에서의 프레임 구조도
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 와이브로 시스템에서, 기지국에서 이동 단말기로 프레임을 통해 방송이 송신되는 방식을 보여주는 예시도
본 발명은 와이브로(WiBro: Wireless broadband)와 같은 광대역 무선 접속 시스템에 관한 것으로, 특히 광대역 무선 접속 시스템에서의 멀티캐스트 및 브로드캐스트 서비스(MBS: Multicast & Broadcast Service)를 제공하는 환경에서 무선 채널 상에서의 패킷 손실을 보상하기 위한 데이터 송수신 방법에 관한 것이다.
와이브로와 같은 광대역 무선 접속 시스템은 OFDMA/TDD(Orthogonal Frequency Division Multiple Access/Time Division Duplex) 방식의 무선 전송 기술을 사용하여 상하향 비대칭 전송 특성을 갖는 IP(Internet Protocol) 기반 무선 데이터 전송 시스템으로서, 음성뿐만 아니라 저속 및 고속의 다양한 데이터 서비스, 고화질 동영상 등의 멀티미디어 응용 서비스를 통합 지원하기 위한 시스템이다. 이러한 광대역 무선 접속 시스템은 2GHz, 5GHz, 26GHz 및 60GHz 등의 광대역을 이용한 무선 매체를 기반으로 이동 또는 고정 환경에서 공중전화 교환망(PSTN, Public Switched Telephone Network) 및 공중교환 데이터망(PSDN, Public Switched Data Network), IMT-2000(International Mobile Telecomunication-2000)망, 인터넷망(Internet), 비동기 전송모드(ATM, Asynchronous Transfer Mode)망 등을 접속할 수 있으며, 2Mbps급 이상의 채널 전송율을 지원할 수 있는 무선 통신 시스템이다.
이러한 광대역 무선 접속 시스템은 기존의 통신 시스템이 제공하던 음성 및 패킷 데이터 통신 서비스를 벗어나 고속의 멀티미디어 통신 서비스, 예컨대 멀티캐스트 및 브로드캐스트 서비스를 사용자들에게 제공한다. 즉, 멀티캐스트 및 브로드캐스트 서비스를 제공하는 통신 시스템은, 송신기, 예컨대 기지국(RAS: Radio Access Station)이 방송 컨텐츠(Broadcasting Contents)인 데이터를 멀티캐스트(Multicast)방식으로 다수의 수신기들, 예컨대 MS(Mobile Station)에게 제공한 다. 여기서, 멀티캐스트 방식은 하나의 데이터를 제공하는 송신기가 다수의 수신기들로 데이터를 전송하는 방식이다.
도 1은 일반적인 와이브로 시스템에서의 일 예시 프레임 구조도 이다. 도 1을 참조하여 일반적인 와이브로 시스템에서 사용하는 프레임의 구조를 설명하기로 한다. 와이브로 시스템에서 한 프레임은 5ms 내로 처리되어야 하며, 프레임은 다운링크(DL: Downlink), TTG(Transmit/receive Transition Gap), 업링크(UL: Uplink), RTG(Receive/transmit Transition Gap)의 시간적인 구분을 가진다. 프레임의 일정 부분은 다운링크를 위해서 할당되고, 일정 부분은 업링크를 위해서 할당된다. 다운링크와 업링크사이의 TTG와 RTG는 시스템이 업링크와 다운링크로 변이(Transition) 할 시간을 제공한다. 도 1에서 프레임의 수직축은 OFDM 서브캐리어(Subcarrier)를 의미하며, 프레임의 수평축은 OFDM 심볼(Symbol)을 의미한다. 도 1에서 멀티캐스팅 영역(Multicasting Zone)은 다운링크에서 일정 영역을 멀티캐스팅을 위해 할당한 부분이다. 멀티캐스팅 영역을 통해 방송 데이터를 송신하여 멀티캐스트 및 브로드캐스트 서비스를 제공하게 된다. 도 1에서 DL_MAP(DownLink_MAP)은 다운링크 내에서 어떠한 데이터가 어떠한 영역(Zone)을 통해 전송되는지에 대한 정보를 포함한다. 또한 DL_MAP은 와이브로 프레임에서 멀티캐스팅 영역의 위치정보를 포함한다. 도 1에서 MBS_MAP(Multicast Broadcast Service_MAP)은 멀티캐스팅 영역 내에 위치하게 되며, MBS용 데이터가 전송되는 주기와, 데이터 코딩방식과, 데이터가 전송되는 물리영역(Physical layer)에 대한 정보를 포함한다.
도 2는 일반적인 와이브로 시스템에서 기지국에서 이동 단말기로 프레임이 송신되는 방식을 보여주는 예시도이다. 도 2를 참조하면 와이브로 시스템에서 프레임으로 A, B, C라는 방송이 전송되는 주기의 일 예시를 보여주고 있다. 도 2에서 보는 바와 같이 방송 A의 경우는 매 프레임마다 방송 데이터가 전송되는 경우이며, 방송 B의 경우는 매 두 프레임마다 방송 데이터가 전송되는 경우이며, 방송 C의 경우는 매 세 프레임마다 방송 데이터가 전송되는 경우를 보여 주고 있다. 이와 같은 전송 주기는 상기 도 1의 MBS_MAP에 기술되어 있다. 데이터는 각 방송별로 IP 패킷으로 캡슐화(Encapsulation)되어 전송 되는데, 하나의 IP 패킷은 하나의 프레임으로 전송된다.
현재 무선 통신 기술의 경우 무선 채널의 낮은 신뢰성에 의해 패킷 손실에 대한 제어가 불가능 하다. 일반 데이터와 같이 실시간성이 없는 경우 수신기에서 손실된 패킷에 대한 재 전송을 요구할 수도 있다. 하지만, 실시간 특성을 가지고 있는 방송의 경우 재 전송은 라운드트립(Round-trip) 시간이 짧고 수신 버퍼의 크기가 큰 특별한 경우에만 가능하다. 또한 멀티캐스트 및 브로드캐스트 서비스의 특성상 하나의 데이터를 제공하는 송신기가 다수의 수신기들로 데이터를 전송하기 때문에 어느 한 사용자의 패킷이 손실되었다고 이를 재 전송하기는 현실적으로 불가능하다. 따라서 무선 채널상의 패킷 손실은 직접적인 화질 저하를 가져오게 되며, 이에 대한 보상 방법이 필요하다.
또한, 현재 무선 통신 서비스는 사용자가 많은 낮 시간대와 사용자가 적은 밤 시간대로 극명하게 나뉘어 지고 있다. 그래서 퀄컴사의 무선 통신 서비스인 "MediaFLO"는 야간 시간대에 사용하지 않는 대역을 효과적으로 이용하기 위해 "ClipCasting"이라는 서비스를 도입하였다. "ClipCasting"이란 사용자가 미리 원하는 동영상클립을 지정해 두면, 야간과 같이 사용자가 많지 않은 시간에 자동적으로 사용자의 단말기로 미리 지정한 컨텐츠를 다운로드하게 되며, 이후 사용자는 저장된 내용을 볼 수 있게 하는 서비스이다. 이 서비스는 사용량이 적은 야간 시간에 적은 비용으로 서비스를 제공함으로써, 야간에 사용자가 적은 무선 대역을 효과적으로 이용할 수 있게 한다. 그러나 야간에 다운로드를 통해 미리 단말기로 저장한 후 나중에 화면을 볼 경우에도 무선채널 환경상 패킷 손실은 존재할 수 있으며, 방송과 같은 멀티캐스팅 서비스를 야간에 다운로드를 받을 경우에 손실된 패킷의 재전송은 쉽지 않으며, 수신기가 자동적으로 별도의 유니캐스팅(Unicasting) 채널을 확보하여 손실된 패킷만 받는 것은 더욱 힘들어, 결국 무선 채널 상에서의 패킷 손실에 의한 화질 저하를 가져오게 되는 문제점이 있다.
따라서, 본 발명의 목적은 무선채널에서 발생하는 패킷 손실을 보상할 수 있는 광대역 무선 접속 시스템의 멀티캐스트 브로드캐스트 서비스의 데이터 송수신 방법을 제공함에 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 광대역 무선 접속 시스템에서 멀티캐스트 및 브로드캐스트 서비스(MBS: Multicast & Broadcast Service)를 위한 데이터 송신 방법에 있어서, 기지국에서 와이브로 프레임의 다운링크(DownLink) 부분에, 패킷 기반 FEC(Packet-based Forward Error Correction) 방식을 수행하기 위한 FEC 패킷을 포함하는 FEC 영역(FEC Zone)을 추가하여 와이브로 프레임을 구성하는 과정과, 상기 기지국에서 상기 와이브로 프레임으로 구성된 데이터를 다수의 이동 단말기들로 송신하는 과정을 포함함을 특징으로 한다.
이하 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 하기 설명에서는 구체적인 구성 소자 등과 같은 특정 사항들이 나타나고 있는데 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐 이러한 특정 사항들이 본 발명의 범위 내에서 소정의 변형이나 혹은 변경이 이루어질 수 있음은 이 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게는 자명하다 할 것이다.
도 3은 본 발명이 적용되는 일반적인 와이브로 시스템의 전체 구성도이다. 도 3을 참조하여, 먼저 본 발명이 적용되는 와이브로 시스템에 대해 설명하기로 한다. 도 3에 도시된 바와 같이 와이브로 시스템은 다수의 기지국(RAS: Radio Access Station)을 포함하고 있으며, 네트워크와 접속되어 이러한 다수의 기지국들을 제어하는 제어국(ACR: Access Control Router)들을 포함한다.
여기서 기지국들은 각각 할당된 서비스 영역 즉, 셀을 가지며 셀 내에 존재하는 다수의 이동 단말기(MS: Mobile Station)에 서비스를 제공한다. ACR의 상위에 위치하는 MBS서버는 MBS(Multicast & Broadcast Service)를 제공하기 위해 MBS를 원하는 단말에게 컨텐츠를 제공하는 기능을 수행하게 된다. 이러한 MBS 서버와 또는 특정 제어국은 IP 망과 연동될 수 있다.
이외에도 와이브로 시스템에는 홈 네트워크에서 단말의 IP 이동성을 지원하는 홈 에이전트(Home Agent)(미도시)와, 적법한 사용자에 한해 네트워크 접속 및 서비스를 제공하기 위해 사용자 및 단말에 대한 인증, 권한 검증 및 과금을 수행하는 인증(AAA: Authentication, Authorization, Accounting) 서버가 구비될 수 있다.
본 발명은 와이브로 시스템에서 서비스 영역을 관장하는 송신기, 예컨대 기지국(RAS: Radio Access Station)과 상기 송신기로부터 멀티캐스트 및 브로트캐스트 서비스(MBS: Multicast & Broadcast Service)를 제공받는 수신기, 예컨대 고정성과 이동성을 모두 갖는 이동 단말기(MS: Mobile Station)간의 데이터 송수신 방법을 제안한다.
와이브로 시스템에서 각 방송별 데이터는 IP 패킷으로 캡슐화 된 후 와이브로 프레임을 통해 전송된다. IP 패킷 손실은 무선 채널에서 와이브로 프레임이 손실되거나 손상된 경우 발생 할 수 있으며, 또는 메체 접근 제어 계층(MAC: Media access control)에서 비트 에러 복원이 불가능 할 경우 패킷을 버리게 되는데 이 경우에도 IP 패킷 손실로 나타난다.
이와 같이 패킷이 손실된 경우 이를 복원하는 방법이 고안되었으며, 패킷 기반 FEC(Packet-based Forward Error Correction)라고 부른다. 기존의 FEC가 비트 에러를 복원해 주는 반면, 패킷 기반 FEC의 경우 손실된 패킷 전체를 복원시킬 수 있다.
도 4는 패킷 기반 FEC의 일 예시 작동원리를 보여주는 개념도이다. 도 4의 (a)는 멀티캐스트 및 브로드캐스트 서비스를 위해 송신기에서 수신기로 방송데이터를 전송할 때, 데이터 패킷과 함께 패킷오류를 복구하기 위한 FEC 패킷을 함께 전송하는 것을 보여준다. 도 4의 (b)는 방송데이터를 전송하는 중에 무선 채널 상에서 어느 한 데이터 패킷이 손실 된 경우 FEC 패킷을 사용하는 과정을 보여준다. 도 4의 (c)는 무선 채널 상에서 손실된 데이터 패킷을 FEC 패킷을 사용하여 원래대로 복원하는 과정을 보여준다. 도 4에서의 상기 일 예시대로 패킷 기반 FEC를 사용하면 무선 채널에서 전송 중에 손실된 데이터 패킷을 수신기에서 FEC 패킷을 사용하여 복원할 수 있다. 복원될 수 있는 패킷 수는 사용된 FEC 알고리즘이나 오버헤드 비율(데이터 패킷 대비 FEC 패킷 비율)에 따라 결정 된다.
패킷 기반 FEC를 사용하게 되면 잉여 패킷들의 추가 전송으로 무선 네트워크의 추가적인 대역이 필요 하다. 하지만 무선 채널에서의 패킷 손실 확률을 낮출 수 있고 "MediaFLO"에서 서비스 중인 "ClipCasting"과 같이 사용자가 많지 않은 시간대에 이용할 경우 추가 대역 사용에 의한 낭비 없이, 남는 대역을 이용하여 더 좋은 품질의 실시간 멀티미디어 데이터 전송이 가능하여 좀더 양질의 서비스를 제공할 수 있다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 와이브로 시스템에서 프레임 구조도이다. 본 발명의 특징에 따라 와이브로 프레임에 FEC 영역(FEC Zone)이 추가되었으며, DL_MAP에 FEC 영역의 위치정보를 포함하게 된다. FEC 영역의 위치는 기존의 멀티캐스팅 영역(Multicasting Zone)에 인접할 수도 있고 그렇지 않을 수도 있다. 도 5를 참조하면 상기 FEC 영역은 FEC_MAP을 포함하고 있다. FEC_MAP은 FEC 패킷이 오류정 정을 수행할 데이터 패킷에 대한 정보와, FEC 패킷이 전송되는 주기에 대한 정보를 포함한다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 와이브로 시스템에서, 기지국(RAS)에서 이동 단말기(MS)로 프레임이 전송되는 방식을 보여주는 예시도이다. 도 6을 참조하면 전송되는 데이터 패킷과 이와 관련된 FEC 패킷의 전송 전략에 대한 예를 보여 준다. 데이터 패킷의 경우 상기 도 2에서 보여준 것처럼 방송 채널별로 전송 주기가 달라진다. 데이터 패킷과 FEC 패킷을 전송하는데 있어서 중요한 점은 데이터 패킷과 그 데이터 패킷의 오류정정을 위한 FEC 패킷을 각각 서로 다른 프레임으로 전송한다는 점이다. 왜냐하면 데이터 패킷과 관련된 FEC 패킷을 하나의 프레임에 동시에 전송 할 경우 그 프레임 자체가 손실될 경우 데이터 복원이 어려워지기 때문이다.
도 6의 (a)의 경우 데이터 패킷(A)이 매 프레임마다 전송되는 경우이다. 이 경우 본 발명의 특징에 따라 데이터 패킷(A)에 관련된 FEC 패킷은 관련된 데이터가 전송되는 프레임과 다른 프레임에 전송하는 것을 보여 준다. 여기서 FEC 패킷의 경우 꼭 관련된 데이터 패킷이 전송된 후에 FEC 패킷을 전송할 필요는 없으며, 데이터 패킷이 전송되기 전에 관련된 FEC 패킷을 먼저 전송 할 수도 있다. 상기의 데이터 패킷이 전송되기 전에 FEC 패킷을 먼저 전송하는 경우는 송신기에서 버퍼를 이용하여 구현할 수 있다.
도 6의 (b)의 경우 데이터 패킷(B)이 매 두 프레임마다 전송되는 경우를 보여준다. 이 경우도 도 6의 (a)와 마찬가지로 데이터 패킷(B)와 데이터 패킷(B)와 관련된 FEC 패킷은 같은 프레임에 존재하지 않도록 배치하여 전송한다.
한편, 이동 단말기에 따라 FEC 기능이 존재하는 경우도 있고 존재하지 않는 경우도 있다. FEC 영역의 데이터는 부가적인 데이터로 실제 방송 데이터인 MBS 영역의 데이터가 손실 되었을 때 복원시켜주는 역할을 수행하며, 앞에서 설명하였듯이 와이브로 프레임에서 MBS 영역과 다른 영역(Outband)을 통해 전송된다. 따라서, FEC 기능이 존재 하지 않는 단말의 경우 통상적인 MBS 영역만을 수신하여 정상적인 방송 서비스를 받을 수 있으며, FEC 기능이 존재하는 단말의 경우 MBS영역 뿐만 아니라 FEC 영역까지 수신함으로써 좀더 양질의 서비스를 받을 수 있다. 그래서 본 발명은 FEC 기능이 없는 이동 단말기에도 영향을 주지 않는 하위버전호환(Backward Compatibility)이 가능하게 한다.
상기와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 광대역 무선 접속 시스템의 멀티캐스트 및 브로드캐스트 서비스의 설정 및 동작이 이루어질 수 있으며, 한편 상기한 본 발명의 설명에서는 구체적인 실시예에 관해 설명하였으나 여러 가지 변형이 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 실시될 수 있다. 따라서 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 의하여 정할 것이 아니고 청구범위와 청구범위의 균등한 것에 의하여 정하여져야 할 것이다.
상기한 바와 같이, 본 발명에 따른 광대역 무선 접속 시스템의 멀티캐스트 및 브로드캐스트 서비스에서 데이터 송수신 방식은 와이브로와 같은 광대역 무선 접속 네트워크에서 무선채널에서의 패킷 손실을 보상하여 더 좋은 품질의 실시간 멀티미디어 데이터 전송이 가능하여 좀더 양질의 서비스를 제공할 수 있다.

Claims (7)

  1. 광대역 무선 접속 시스템에서 멀티캐스트 및 브로드캐스트 서비스(MBS: Multicast & Broadcast Service)를 위한 데이터 송신 방법에 있어서,
    기지국에서 와이브로 프레임의 다운링크(DownLink) 부분에, 패킷 기반 FEC(Packet-based Forward Error Correction) 방식을 수행하기 위한 FEC 패킷을 포함하는 FEC 영역(FEC Zone)을 추가하여 와이브로 프레임을 구성하는 과정과,
    상기 기지국에서 상기 와이브로 프레임으로 구성된 데이터를 다수의 이동 단말기들로 송신하는 과정을 포함하며,
    상기 FEC 영역 내에 FEC_MAP을 구비하여, 상기 FEC_MAP에 상기 FEC 패킷이 오류정정을 수행할 데이터 패킷에 대한 정보와, 상기 FEC 패킷이 전송되는 주기에 대한 정보를 포함함을 특징으로 하는 멀티캐스트 및 브로드캐스트 서비스를 위한 데이터 송신 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 와이브로 프레임의 DL_MAP(DownLink_MAP) 부분에 상기 추가된 FEC 영역(FEC Zone)에 대한 위치 정보를 포함함을 특징으로 하는 멀티캐스트 및 브로드캐스트 서비스를 위한 데이터 송신 방법.
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서, 상기 기지국이 상기 와이브로 프레임으로 구성된 데이터를 다수의 이동 단말기들로 송신하는 과정에서, 데이터 패킷과 그 데이터 패킷에 연결된 해당 FEC 패킷을 각각 서로 다른 프레임으로 전송함을 특징으로 하는 멀티캐스트 및 브로드캐스트 서비스를 위한 데이터 송신 방법.
  5. 광대역 무선 접속 시스템에서 멀티캐스트 및 브로드캐스트 서비스(MBS: Multicast & Broadcast Service)를 위한 데이터 수신 방법에 있어서,
    이동 단말기가 패킷 기반 FEC(Packet-based Forward Error Correction) 방식을 사용하여 구성된 와이브로 프레임을 상기 기지국으로부터 수신하는 과정과,
    상기 이동 단말기가 데이터 수신 중에 무선 채널에서 손실된 패킷을 해당 FEC 패킷을 사용하여 복원하는 과정을 포함하며,
    상기 와이브로 프레임은 다운링크(DownLink) 부분에 패킷 기반 FEC 방식을 수행하기 위한 FEC 패킷을 포함하는 FEC 영역을 구비함을 특징으로 하며,
    상기 FEC 영역 내에 FEC_MAP을 구비하여, 상기 FEC_MAP에 상기 FEC 패킷이 오류정정을 수행할 데이터 패킷에 대한 정보와, 상기 FEC 패킷이 전송되는 주기에 대한 정보를 포함함을 특징으로 하는 멀티캐스트 및 브로드캐스트 서비스를 위한 데이터 수신 방법.
  6. 제5항에 있어서, 상기 와이브로 프레임의 DL_MAP 부분에 상기 FEC 영역(FEC Zone)에 대한 위치 정보를 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 멀티캐스트 및 브로드캐스트 서비스를 위한 데이터 수신 방법.
  7. 삭제
KR1020060120847A 2006-12-01 2006-12-01 광대역 무선 접속 시스템의 멀티캐스트 및 브로드캐스트서비스를 위한 데이터 송수신 방법 Expired - Fee Related KR100819302B1 (ko)

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