라디오 채널의 최적 이용을 얻기 위해서 사용자 장치에 의해 이용되는 인지 모델 {COGNITION MODELS UTILIZED BY A USER EQUIPMENT FOR WIRELESS COMMUNICATION TO ACHIEVE OPTIMAL UTILIZATION OF A RADIO CHANNEL}

본 고안은 무선 통신에 관한 것이다. 특히, 본 고안은, 무선 통신에 있어서의 인지 라디오(Cognition Radio)와, 여러 종류의 인지 라디오 모델러들의 이용 및 이들 인지 모델러로부터의 정보에 기초하여 라디오 채널을 최적하게 이용하는 방법 및 장치에 관한 것이다.

인지 라디오는 3 개의 계층, 즉 인지 모델, 그 인지 모델의 설명자를 주고받기 위한 언어 및 인지 설명자를 분석하고 의사 결정하기 위한 프로세서를 포함하고 있다. 본 고안은 3 가지 종류의 인지 모델을 구비하고 있다.

3 가지 종류의 인지 모델은 다음과 같다.

1) 라디오 환경 모델.

2) 이동성 모델.

3) 애플리케이션/사용자 콘텍스트 모델.

라디오 환경은 물적인 측면을 나타내고, 이동성은 사용자 단말기의 향후 위치를 예측하며, 애플리케이션은 애플리케이션 프로세스들의 각 애플리케이션 프로세스 자체 내의, 그리고 복수 개의 애플리케이션 프로세스간의 현재 상태와 역학을 나타낸다.

도 1은 본 고안의 사용자 장치(UE) 실시예를 도시하는 블록도.

도 2는 본 고안의 네트워크 실시예를 도시하는 블록도.

도 3은 본 고안의 물리적 모델 속성을 나타내는 개념도.

도 4는 본 고안의 이동성 모델러 속성을 나타내는 개념도.

도 5는 본 고안의 애플리케이션 콘텍스트 모델을 설명하는 설명도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

10: 사용자 장치(UE)

12: 지리 정보 데이터베이스

14: 물리적 모델러

16: 이동성 모델러

18: 채널 프로세서

20: 애플리케이션

22: 애플리케이션 콘텍스트 모델러

24: 애플리케이션 프로세서

26: 모뎀

28: 무선 주파수부

30: 안테나 장치

본 고안은 다음의 설명과 도면으로부터 이해될 것이며, 도면에서 동일한 요소는 동일한 숫자로 표기되어 있다.

본 고안의 3 가지 종류의 인지 모델을 제안하고 있다.

1) 라디오 환경 모델.

2) 이동성 모델.

3) 애플리케이션/사용자 콘텍스트 모델.

라디오 환경 모델은 라디오 환경의 물리적 측면, 예컨대 섀도윙 손실, 다중 경로 전파, 간섭 레벨, 잡음 레벨 등을 나타낸다.

이동성 모델은 사용자의 움직임을 지리적 좌표 및/또는 논리적 식별자, 예컨대 거리명 등과 사용자 단말기의 이동 속도 등으로 나타낸다. 이동성 모델은 사용자 단말기의 향후 위치를 예측하는데 이용된다.

애플리케이션/사용자 콘텍스트는 사용자가 현재 속해있는 애플리케이션 환경을 나타내며 향후의 순간에 애플리케이션 환경을 예측하는데 이용될 수 있다. 예컨대, 애플리케이션 콘텍스트는, 사용자가 http/tcp/ip 프로토콜들을 이용하여 웹을 브라우징하는 것, 사용자가 파일 전송, 예컨대 음악 다운로드 등에 관련해서 음성 호출로 대화하는 것 등으로 이루어질 수 있다.

콘텍스트 모델은 애플리케이션 프로세스들의 각 애플리케이션 프로세스 자체내의, 그리고 복수 개의 애플리케이션 프로세스간의 현재 상태와 역학을 나타낸다. 예컨대, 인터넷 브라우징은 패킷 세션, 패킷 호출, 번호, 개별 패킷의 기간 및 분리 등에 의해서 모델링되는 경우가 많다. 이것은 하나의 애플리케이션 프로세스 내에서의 콘텍스트 모델링을 나타낸다. 복수 개의 애플리케이션 프로세스간의 콘텍스트 모델링은 사용자가 하나의 애플리케이션 프로세스에서 다른 애플리케이션 프로세스로 이동할 수 있는 방법 등의 역학을 표현하는 것으로 이루어져 있다.

도 1과 도 2는 각각, 인지 라디오의 원리와 전술한 3 가지 형태의 인지 모델의 원리에 기초하여 사용자 장치(UE)와 네트워크의 실시예를 도시하고 있다.

도 1은 3 가지 형태의 인지 모델을 이용하는 실시예이고, 도 2는 3 가지 형태의 인지 모델과 하나의 인지 라디오 자원 관리자를 이용하는 인지 라디오 네트워크의 일 예이다. 표 1(도 3), 표 2(도 4) 및 표 3(도 5)은 각각, 물리적 모델러, 이동성 모델러 및 콘텍스트 모델러의 속성을 상세하게 나타내고 있다. 그들 3 개의 부분은 독립되어 있다. 시스템은 3 가지 종류의 모델 중 하나 또는 그 이상을 이용하여 구성될 수 있다.

도 1은 지리 정보 데이터베이스(12), 물리적 모델러(14) 및 이동성 모델러(16)를 구비하는 사용자 장치(UE)(10)를 도시하고 있다. 지리 정보 데이터베이스는 지리적 위치와, 토지 조성, 예컨대 언덕, 산 등을 포함할 수 있는 지리적 위치, 건물, 수목, 대기(大氣) 속성 등에 관한 위치 관련 속성을 저장하고 있다. 물리적 모델러(14)는 라디오 관련 속성, 예컨대 지리적 위치에 관련된 다중 경로 속성, 섀도윙 속성 및 도플러 속성 등을 제공한다.

이동성 모델러(16)는 사용자 장치(UE)에 관련된 정보, 예컨대 사용자 장치의 지리적 좌표, 속력, 신호등 등을 비롯하여 사용자 장치(UE)가 주행할 수 있는 도로 토폴로지, 및 교통 적체 밀도 등을 제공한다. 이 데이터는 채널 프로세서(18)로 전송되고, 채널 프로세서(18)는 모뎀(26)으로 전송할 데이터를 준비, 즉, 애플리케이션 데이터를 채널에 사상(寫像)시키고 수신 데이터를 식별하며 그 수신 데이터를 적절한 목적지로 보낸다. 기저대역의 데이터는 무선 주파수부(28)에서 적절한 라디오 주파수로 변조되고 안테나 장치(30)를 통해서 전송되어 네트워크와 통신한다.

인터넷 브라우징, 음성 구동형 e-메일, 인스턴트 메세징 등을 포함할 수 있는 애플리케이션은 모델링을 위해서 애플리케이션 콘텍스트 모델러(22)와 애플리케이션 프로세서(24)에 제공된다. 예컨대, 인터넷 브라우징은 패킷 세션, 패킷 호출, 번호, 개별 패킷의 기간 및 분리 등에 의해서 모델링되는 경우가 많다. 이 데이터는 물리적 모델러(14) 및 이동성 모델러(16)와 관련하여 각각 전술한 것처럼 후속의 전송을 위해서 채널 프로세서(18)에 제공된다. 도 5에는 애플리케이션 계통(20)에 의해서 처리되는 다양한 애플리케이션이 도시되어 있다. 애플리케이션 프로세서(24)는 적절한 목적지에 데이터를 전송하기 위한 코딩 및 프로세싱을 내장하므로, 예컨대 인터넷 브라우징(TCP/IP), 음성 통신, 이미지, 단문 메세지 서비스(SMS) 및 멀티미디어 서비스(MMS)에 필요한 코딩 및 프로세싱을 제공한다.

도 2는 네트워크 유닛을 도시하고 있다. 이 도 2는 동일한 요소를 동일한 숫자로 표기하고 있으며, 애플리케이션 콘텍스트 모델러(22), 물리적 모델러(14) 및 이동성 모델러(16)에 각각 연결되어 있는 인지 라디오 자원 제어기(RRC)를 더 포함하고 있다. RRC(32)는 일반적으로 대기를 통한 패킷의 최적 전송을 제어하고, 서비스 품질(QoS)의 유지를 보증하기 위해서 스펙트럼 자원을 더 관리한다. 사용자의 통화량과 라디오 채널의 성능은 대기 인터페이스 파라미터를 관리하기 위해서 정기적으로 감시된다. 대기 대역폭(air bandwidth) 할당과 수익 최대화는 반송파 정책과 함께, 사용료, 가입 또는 기타의 가입자 정책에 기초하여 수익을 발생하도록 서비스 품질의 적절한 제공을 보증하기 위해서 관리된다. RRC는 모델러(14, 16, 22)로부터의 정보를 이용하여 라디오 채널을 보다 효율적으로 이용한다.

통상, 물리적 모델러(14)는 라디오 채널을 여러 번 측정한다. 예컨대, 물리적 모델러(14)는 간섭 레벨 및/또는 잡음 레벨을 측정하고, 채널 임펄스 응답을 측정하며, 다중 경로 특성을 추정한다. 이들 특성은 총 에너지, 지연 확산, 주요 경로의 수("핑거"라고도 함)와 이들 주요 경로의 위치, 도플러 전이, 대규모(large scale) 경로 손실 등을 포함한다. 이들 측정에 관한 기술은 당해 기술 분야의 문헌에 잘 나와있다. 그 외에, 물리적 모델러(14)는 하나 또는 그 이상의 사용자 장치(UE)의 위치를 결정하기도 한다. 물리적 모델러(14)가 사용자 장치(UE) 안에 구성되어 있는 경우에는 자기 자신의 위치를 결정할 수 있으며, 네트워크 안에 구성되어 있으면 하나 이상의 사용자 장치(UE)의 위치를 결정할 수 있다. 사용자 장치(UE)는 편의상 도시하지 않은 위성 위치 확인 시스템(GPS) 또는 네트워크 지원 GPS에 의해서 자기 자신의 위치를 결정할 수 있다. 네트워크는 기지국 삼각법의 원리를 이용하여 사용자 장치(UE)의 위치를 결정할 수 있다.

위치 정보는 국지 지도에 관련이 있으며, 도로, 교차로, 눈에 잘 띄는것(landmark), 건물, 언덕, 공원 등에도 관련이 있다. 이러한 관련성에 기초하여, 물리적 라디오 환경은 옥내, 조밀 도시, 도시, 지방, 구릉지, 고속도로 등으로서 특성지을 수 있다. 이들 측정으로 물리적 모델러(14)의 파라미터를 형성하게 된다.

마찬가지로, 이동성 모델러(16)는 지도와 관련하여 사용자 장치(들)의 향후 위치를 추정한다. 예컨대, 사용자 장치(UE)가 고속도로 상에서 어떤 속력으로 이동 중에 있다면, 그 사용자 장치(UE)의 향후 위치를 추정할 수 있다. 사용자 장치(UE)가 도심 구역 안의 교차로 부근에 있는 경우에는, 도로 정보는 확률상 관련지을 수 있는 향후 위치에 관한 몇 가지 안을 제공할 것이다. 관련지을 수 있는 확률과 함께 가능성 있는 향후 위치들의 집합이 이동성 모델러(16)의 파라미터가 된다.

마지막으로, 애플리케이션 콘텍스트가 모델링된다. 사용자가 이용하고 있는 특정의 애플리케이션에 따라서, 현재와 향후의 데이터 속도 및 서비스 품질 요건을 추정할 수 있다. 예컨대, 사용자(UE)가 음성 대화를 이용하고 있다고 가정하면, 일반적인 음성 특성과 현재 사용 중인 음성 압축 알고리즘에 기초하여, 생성되는 데이터 량을 모델링할 수 있다. 마찬가지로, 사용자가 웹 브라우징 세션을 이용하고 있으면, 패킷의 흐름을 통계 방식으로 모델링할 수 있다. 예컨대, 웹 브라우징은 전형적으로, 임의의 구조로 된 TCP/IP 프로토콜을 이용하여 수행된다. 일 예로서, 소량의 데이터 전송량을 포함하는 3단계 핸드세이킹은 TCP 세션보다 언제나 우선한다. 이어서, 전형적으로는, 요구-응답 형태의 복수의 트랜잭션이 행해진다. 요구 메세지의 크기는 작지만, 응답은 그 보다 매우 클 수 있다. 마찬가지로, e-메일 애플리케이션, 파일 전송 프로토콜(FTP) 애플리케이션, 단문 메세지 시스템(SMS) 애플리케이션, 멀티미디어 시스템(MMS) 애플리케이션, 화상 메세징 애플리케이션 등은 프로토콜 구조와 데이터 통계에 의해서 특성지을 수 있다. 이들 특성으로 애플리케이션 콘텍스트 모델러(22)의 파라미터를 형성하게 된다.

사용자 장치(UE) 및/또는 네트워크 안에는 다양한 모델러를 구성할 수 있다. 또한, 네트워크와, 선택 사양에 따라서는 사용자 장치(UE)는 라디오 자원 제어기(32)로서 도시한 소위 인지 제어기를 구비하고 있다. 이 인지 제어기는 모델러(14, 16, 22)로부터의 파라미터를 입력으로서 받아들이고 그들 파라미터를 처리하여 최적의 라디오 성능을 결정한다. 구체적으로, 인지 제어기(RRC)(32)는 최적의 데이터 속도, 오류 정정 코딩 구조, 안테나 비임 폭, 전력 레벨, 애플리케이션 큐 디멘젼 등을 결정한다. 그에 따라 현재의 라디오 파라미터를 조정한다. 어떤 경우에는, 라디오 데이터 전송의 확인 모드의 턴온 또는 턴오프 등의 새로운 프로세스를 불러낼 수도 있다. 이러한 경우에는, 라디오 파라미터가 선택되거나 중지되거나 둘 중 하나이다. 사용자 장치(UE)와 네트워크의 인지 제어기(RRC)(32)에는 사용자 장치(UE) 또는 네트워크의 국부적(로컬) 최적화의 경우에서와 같이 로컬 인지 모델 파라미터가 입력될 수 있다. 또한, 네트워크의 인지 제어기(RRC)에는 네트워크에 전송된, 다양한 사용자 장치(UE)의 로컬 인지 모델 파라미터 및 인지 모델 파라미터가 입력될 수 있다. 이 경우에, 각 사용자 장치(UE)는 하나 또는 그 이상의 라디오 채널을 이용하여 인지 모델 파라미터 데이터를 보고한다. 적절한 세트의 메세지와 보고 구조가 그 프로토콜을 위하여 이용된다. 이어서, 네트워크는 로컬 및 원격[즉, 사용자 장치(UE)로부터의] 인지 모델 데이터를 처리하여 최적한 또는 개선된 성능을 위해서 다양한 조정을 행한다. 이들 조정 중 일부는 네트워크 안에서 곳에 따라(locally) 영향을 받지만, 그 밖의 조정은 적절한 명령 프로토콜을 이용하여 해당 사용자 장치(UE)로 전송될 것이다. 그 결과, 다양한 인지 모델에 의해서 생성된 데이터를 이용함으로써 물리적 조건, 사용자 조건 및 애플리케이션 조건을 변경함에 있어서 최적하게 수행하려고 하는 인지 라디오 시스템을 얻는다.

본 고안은 무선 통신 네트워크에서 3 가지 종류의 인지 모델, 즉, 1) 라디오 환경 모델, 2) 이동성 모델, 및 3) 애플리케이션/사용자 콘텍스트 모델을 이용한다. 라디오 환경 모델러는 라디오 환경의 물리적 측면을 나타내는 데이터를 제공하고, 이동성 모델러는 사용자의 움직임을 지리적 좌표 및/또는 논리적 식별자로 나타내는 데이터를 제공하며, 콘텍스트 모델러는 애플리케이션 프로세스들의 각 애플리케이션 프로세스 자체 내의, 그리고 복수 개의 애플리케이션 프로세스간의 현재 상태와 역학을 나타내는 데이터를 제공한다. 기지국은 이들 데이터를 이용하여 데이터 속도, 신호 강도, 비임 폭 및 기타의 파라미터를 조정함으로써 네트워크의 성능을 최적화할 수 있다.