재 미 있 는CDMA 단 말 기 (Ⅱ)

저 자SK Telecom

중 앙 연 구 원김 현 욱 ·

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개 요

본 내 용 은 IS-95-A에 정 의 된 단 말 기 호 처 리 를 기 본 으 로 설 명 하 고 있 으 며 각 항 목 에 해 당 되 는 내 용 의 사 례 도 첨 가 하 였 다 . 기 존 의 설 명 적 인 틀 이 아 닌 DM 을 통 한 실 제 의 예 를 많 이 들 었 으 며, 개 념 위 주 로 설 명 하 여 원 리 를 이 해 하 도 록 하 였 다 . CDMA 단 말 기 원 리 는 실 제 로 IS-95-A인 무 선 구 간 에 서 이 루 어 지 는 메 세 지 처 리 절 차 이 므 로 이 를 통 하 여 CDMA 무 선 인 터 페 이 스 를 이 해 하 는 데 많 은 도 움 이 된 다. 단 말 기 호 처 리 는 단 말 기 구 조, 단 말 기 초 기 화, 시 스 템 획 득, 대 기 상 태, 통 화 상 태 등 에 관 련 된 단 말 기 의 내 부 적 인 동 작 에 대 하 여 정 의 하 고 있 다 .

단 말 기 호 처 리 관 련 내 용 에 서 주 된 참 고 문 헌 은 IS-95-A, IS-95-B, J-STD-

008, IS-41.5-C, IS-98-A, MSM 2300이 다 .

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차 례

Ⅰ. CDMA 단 말 기 개 요 1. 단말기의 H/W 구조

2. 단말기의 S/W 구조

3. 단말기 상태검사 및 제어

4. 단말기 성능평가 방법

5. 단말기의 호처리 절차

6. NAM 프로그래밍

7. 단말기 구분요소

Ⅱ. 단 말 기 초 기 화 1. System Determination Substate

2. Pilot Channel Acquisition Substate

3. Sync Channel Acquisition Substate

4. Timing Change Substate

Ⅲ. 대 기 상 태 1. Paging Channel Monitoring

2. Paging Channel Messages

3. Broadcast Slot Monitoring

4. Acknowledgement Procedures

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Ⅳ. 시 스 템 접 속 1. Access Procedures

2. System Access State

3. System Access Substate

Ⅴ. 트 래 픽 상 태 1. 전체적인 호처리

2. 트래픽 채널상태에서 특수기능

3. Traffic Channel Initialization

Substate and Alerting

3. Conversation Substate

4. Release Substate

Ⅵ. 기 타 기 능 1. Registration

2. Handoff Procedures

3. Roaming

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Ⅰ. CDMA 단 말 기 개 요

CDMA(Code Division Multiple Access)단 말 기 는 현 재 대 부 분

퀄 컴 사 의 H/W와 S/W 를 근 간 으 로 개 발 하 여 상 용 화 중 에

있다. 이 단말기는 80186 CPU(Central Processing Unit)를 기본으로

실제 매우 복잡한 기능을 수행하고 있다.

단 말 기 H/W에 서 핵 심 적 인 부 품 은 MSM(Mobile Station

Modem) 으 로 이 것 은 디 지 털 신 호 처 리 부 분 이 며, IS-95-A 에

정의된 프로토콜을 수행하게 된다. MSM 은 퀄컴사에서 개발한

칩 이 고 모 토 로 라, 노 키 아, 일 본 회 사 등 에 서 는 독 자 적 으 로 이

부 분 을 개 발 하 여 사 용 하 고 있 다. 본 내 용 에 서 는 퀄 컴 사 의

CDMA 단 말 기 를 기 준 으 로 단 말 기 의 대 략 적 인 구 조 및

동 작 과 내 부 호 처 리(Call Processing)에 대 하 여 알 아 보 기 로

하겠다. 특히 단말기 호처리는 CDMA 무선 인터페이스이므로

이를 통하여 IS-95-A 를 이해하는데 많은 도움이 된다.

1. 단말기의 H/W 구조

일반적인 이동전화 단말기는 그림 1 과 같이 크게 고주파

처 리 부(RF:Radio Frequency) 와 기 저 대 역(baseband) 처 리 부 로

구 분 할 수 있 으 며, 이 것 은 duplexer, 고 주 파 및 중 간 주 파 수

처리부, baseband 처리부, 메모리를 비롯한 외부 장치 등으로

구분된다.

퀄컴 기준의 CDMA 단말기는 그림 2 와 같이 고주파 및

중 간 주 파 수 처 리 부, BBA(Baseband Analog), MSM, 외 부 메 모 리,

CODEC(Coder-Decoder), LCD(Liquid Crystal Display) 관련부분 등으로

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실제 단말기는 내부적으로 매우 복잡한 기능을 수행하고 있다.

구분된다.

< 그림 1. 일반적인 이동전화 단말기 구조 >

일 반 적 으 로 CDMA 단 말 기 는 셀 룰 라 주 파 수 대 인 800MHz

대 역 을 두 단 계 에 걸 쳐 서 주 파 수 를 낮 추 게 된 다. 이 두

단계의 주파수를 중간주파수(IF:Intermediate Frequency) 라고 하고

제 1 중간 주파수대역은 100MHz 부근이고, 제 2 중간 주파수

대역는 약 5MHz 정도가 된다.

그 림 2 는 퀄 컴 기 준 의 단 말 기 블 록 도 이 다. 여 기 에 서

800MHz 대 역 을 처 리 하 는 RF (Radio Frequency) 부 분 , 800MHz

대역을 낮은 주파수 대역으로 낮추는 1 차 IF 처리부 , 2 차

IF 처리와 CPU 에서 처리 가능한 주파수 대역으로 낮추어서

비 트 열 로 만 드 는 BBA 부 분 , IS-95-A 에 정 의 된 프 로 토 콜 을

처 리 하 는 MSM, 그 리 고 디 지 털 신 호 를 음 성 으 로 변 환 하 거 나

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BASEBANDPROCESSOR

PERIPHERAL

Rx

Tx

IF

IF

RF PART BASEBAND PART

DUPLEXER

반대의 기능을 수행하는 CODEC 이 있다 . 기본적으로 RF, IF

부 분 은 AMPS 와 거 의 동 일 하 며 MSM 에 는 인 텔 사 의

80C186EC 인 16비트 CPU가 내장되어있다.

BBA 는 IC(Integrated Circuit) 로 구 성 되 어 있 으 며 두 번 째

중 간 주 파 수 인 2 차 IF 처 리, A/D(Analog to Digital) 또 는 D/A

converter 가 포 함 되 어 있 다. MSM 은 지 속 적 인 기 능 보 완 으 로

크기와 성능면에서 우수해지고 있다. 현재 생산중인 단말기는

대 부 분 MSM 2.2 또 는 MSM 2300 을 사 용 하 고 있 으 며, 곧

MSM 2310 과 MSM 3000 이 상용화 될 예정이다. MSM 3000 은

32비트 처리가 가능하며 기존의 인텔 CPU를 사용하지 않고

RISC 타입의 ARM core 를 사용하고 있다.

< 그림 2. 퀄컴 기준의 CDMA 단말기 구조 >

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Mobile Station Modem(MSM)

Memory andPeripherals CODEC

RF, IF

Subsystem

Analog

Baseband

Processor

(BBA)

Antenna

CDMA 단말기 H/W 에서 가장 핵심적인 부품은 MSM 이다.

CDMA 시 스 템 및 단 말 기 에 서 는 음 질 개 선 을 위 하 여 8kbps

QCELP(Qualcomm Code Excited Linear Prediction) 에 서 8kbps

EVRC(Enhanced Variable Rate Codec) 를 도 입 하 였 다. EVRC 칩 은

현재 외부적으로 MSM 과 연결하여 사용하고 있으나 MSM

2310 이후 버젼에는 MSM 내부에 포함시켜 단말기 면적을

줄이고 있다.

언 급 한 바 와 같 이 MSM 은 CPU를 내 장 한 단 말 기 의

핵 심 적 인 부 분 으 로 IS-95-A 에 정 의 된 프 로 토 콜 을 수 행 하 며

그림 3 과 같은 H/W로 구성되어있다.

< 그림 3. MSM 의 주요 H/W 구성 >

단말기 메모리는 크게 FLASH 메모리, RAM, EEPROM 으로

구성되며, 기본적인 실시간(real time) 처리OS(Operating System) 와

단 말 기 호 처 리 S/W 는 FLASH 메 모 리 에 저 장 되 어 있 고, 이 들

프로그램의 변수 및 상태는 RAM 에 불러와서 동작시킨다.

EEPROM 은 전 기 적 으 로 지 우 거 나 다 시 저 장 할 수 있 는

메모리로 NAM(Number Assignment Module) 파라메터, 기타 저장용

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80C186EC Microprocessor

QCELP Vocoder

RF Interface

BBA Interface

External CODEC Interface

General Purpose I/O Interface

Mode Selection Interface

Universal Asynchronous Receiver Transmitter(UART)

External Keypad, Ringer, Counter Interface

데 이 타( 예: 전 화 번 호 및 이 름, SMS 메 세 지 등) 가 저 장 되 며

비휘발성(non-volatile) 메모리하고도 한다.

MSM 은 내부적으로 메모리를 가지고 있지 않으므로 모든

메모리는 외부 칩으로 접속해야 한다. FLASH 메모리와 RAM

은 CPU의 메모리 영역으로 할당되어 있어서 빠르게 접근할

수 있 으 나, 일 반 적 으 로 EEPROM 은 직 렬 통 신 으 로 접 근 되 고

자체적으로 데이타 update 속도가 느린 편이다. FLASH 메모리는

처 리 속 도 가 빠 르 고 데 이 타 가 보 존 되 는 비 휘 발 성(non-volatile)

메모리로 단말기 S/W 를 upgrade 할 때 이 부분에 새로운

S/W 를 저 장 시 킨 다. FLASH 메 모 리 는 기 능 이 우 수 한 반 면

가격이 비싼 특징이 있으며, 현재 FLASH 메모리와 RAM 이

합쳐진 메모리가 상용 중에 있어 단말기 소형화에 기여하고

있다.

따라서 단말기의 기능개선이나 부가서비스를 위하여 새로운

S/W 를 upgrade 시 킬 경 우 사 용 자 가 저 장 한 전 화 번 호 및

기 타 NAM 파 라 메 터 는 EEPROM 에 저 장 되 어 지 워 지 지

않으므로 계속 사용할 수 있다.

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Keypad

Serial Port

Ringer

Microphone

Speaker

PROM

SRAM

EEPROM

LCD &Controller

CPU

80C186 Core

Vocoder Core

Codec

Demodu-lationBlock

Deinter-leaver

ViterbiDecoder

Block

Modulator Block

FM Data Processor

FM AudioProcessor

MODEM Core

VCTCXO

Sigma-Delta ADC &Digital Quadrature

Demodulator

Digital Quad.Modulator

FM DetectingCircuit

RX IFPLL

TX IFPLL

VCO

VCO

DAC &BPF

RX AGCBlock

TX AGCBlock

RFFrequencySynthesize

r

Duplexer

Microprocessor Bus

LNA

PowerAmp

Pre-Amp

< 그림 4. 단말기 H/W 세부 구조 >

그 림 4 는 dual mode(CDMA, AMPS) 단 말 기 의 세 부 H/W

구 조 도 이 다. 그 림 에 서 duplexer 는 일 반 적 으 로 유 전 체 필 터 로

만 들 어 지 며 주 파 수 측 면 에 서 송 신 부 와 수 신 부 를 분 리 하 는

역할을 한다.

단말기의 수신부는 잡음의 증폭을 최대한 억제하고 원하는

신 호 만 증폭하 는 LNA(Low Noise Amplifier) 를 사 용 하 여 매 우

약 한 신 호 를 증 폭 시 키 며 mixer 단 에 서 는 원 하 는 중 간

주파수를 추출한다. 일반적으로 2 단계의 중간주파수를 거쳐서

디 지 털 신 호 를 생 성 시 키 며 이 디 지 털 신 호 는 MSM 에 서

분석되고 처리된다.

단말기 송신부는 MSM 에서 생성된 신호를 원하는 주파수

대역으로 변조시켜 증폭시키며 최종적으로 안테나로 방사되기

위하여 duplexer 를 거치게 된다.

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* 이동통신 시스템의 구조

- MSC(Mobile Switching Center) : 교환기능, 타 MSC 과 연동 타망과 연결- VLR(Visitor Location Register) : 가입자의 일시적인 정보저장 (빈번한 HLR 조회를 방지)- HLR(Home Location Register) : 가입자 정보저장(단말기 정보, 가입자 정보, 부가서비스 정보 등)- BSC(Base Station Controller) : BTS 제어, 기지국 호처리, (BSC 는 MSC 또는 BTS 부분에 포함될 수 있음)- BTS(Base station Transceiver System) : BSC 와 연동, RF 장비 채널카드* 부가서비스에 따라 인증센터, IWF(무선데이타), SMSC(SMS), VMS 등의 부가장비가 연동될 수 있다.

MSC/VLR BSC/BTS 단말기

Forward Channel

Reverse Channel

HLR

2. 단말기의 S/W 구조

언 급 한 바 와 같 이 단 말 기 S/W 는 FLASH 메 모 리 에

저 장 되 어 있 으 며 단 말 기 의 핵 심 적 인 기 능 을 수 행 한 다. 이

S/W 는 실 시 간 처 리 가 가 능 한 OS 를 기 반 으 로 동 작 하 고

있 으 며 단 말 기 의 모 든 H/W를 제 어 하 고 각 종 호 처 리 를

담당한다.

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Main Control Task

ReceiveTask

SearcherTask

TransmitTask

WatchdogTask

DiagnosticTask

HandsetTask

EEPROMDatabaseTask

User InterfaceTask

< 그림 5. 단말기 S/W 구성도 >

단말기 S/W 는 실시간 처리 OS 에 기본 제어(main control)

task 를 중 심 으 로 해 당 기 능 처 리 루 틴 별 로 구 분 되 어

처 리 된 다. 대 부 분 의 처 리 언 어 는 C 로 구 성 되 어 있 어 서 쉽게

프로그래밍과 디버깅을 할 수 있다. 각 task 의 역할을 보면

다음과 같다.

Main Control Task : 처리 task 생성, 수행, 제어, 소멸 등

모든 task 관리 Watch Dog Task : 모든 S/W 감시 EEPROM Database Task : nonvolatile 메모리 관리 Handset Task : 키보드, 호처리 등 단말기 상태 관리 Diagnostic Task : 외 부 통 신 으 로 단 말 기 제 어 및 data

logging

Transmit Task : 발호 및 채널검색 등 송신관련 Receive Task : 수신 메세지 분석 Searcher Task : pilot PN 획득, timing change 등 시스템 획득 User Interface Task : 단말기 처리 상태 표시

MSM 을 기반으로 한 단말기 S/W 는 기본적으로 AMPS 및

CDMA 이 중 모 드(dual mode) 처 리 가 가 능 하 며, H/W 구 조 로 는

수신부 필터만 하나 추가하여 이중모드로 쉽게 구현할 수

있다. 즉 단말기 H/W 상의 수신부에 CDMA 대역통과 필터

(1.23MHz) 와 AMPS (30kHz) 대 역 통 과 필 터 를 구 분 하 여

처리하면 된다 .

단 말 기 S/W 에 대 하 여 하 나 의 예 를 들 면, 단 말 기 의

처 리 상 태 를 PC 에 서 serial 통 신 으 로 단 말 기 의 파 라 메 터,

송 수 신 전 계 강 도 등 을 감 시 할 수 있 다. 이 것 은 모 든

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처 리 상 태 를 감 시 하 는 main control task로 부 터 diagnostic task가

메세지를 수신하여 PC 로 전송하여 쉽게 단말기 상태를 알

수 있다.

CDMA 방식에 서 다양한 부 가 서 비 스 가 추 가됨으 로 인 하 여

S/W 는 점 점 복 잡 하 고 프 로 그 램 크 기 도 증 가 하 고 있 는

추 세 이 다. 예 를 들 면 SMS(Short Message Service), 무 선 데 이 타,

인 증(authentication), OTA(Over-The-Air Service Provisioning) 등 의

추가로 더 많은 메모리와 빠른 속도를 필요로 하고 있다.

이 러 한 추 세 에 능 동 적 으 로 대 처 하 기 위 하 여 모 토 로 라,

노 키 아, 일 본 업 체 에 서 는 32비 트 CPU와 더 많 은 address

영역을 확보하여 사용하고 있다.

* OTA : 주로 NAM 프로그래밍 파라메터를 무선을 이용하여 시스템 에서 자동으로 등록(IS-683에 정의) 하는 서비스

< 그림 6. DM port 를 이용한 단말기 상태 검사 >

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DM Port

Serial Comm.

< 사례분석 >최근의 모토로라, 노키아, SK Teletech 단말기 등은 CPU 가 32 비트로 동작하므로 처리속도가 아주 빠르다. 특히, 시스템 획득, LCD 표시 등이 빠르게 처리되고, graphic 처리 기능이 우수하며 게임 등 다양한 부가 기능을 추가할 수 있다.

3. 단말기 상태검사 및 제어

CDMA 단말기 내부 동작은 단말기 화면으로 모두 볼 수

없으 므 로 외 부 PC 를 연 결 하 여 상 태 검 사, EEPROM read/write,

FLASH 메모리 write 등의 기능을 할 수 있다.

단말기 상태검사 시행시 단말기는 현재 단말기의 상태를

PC 로 전송하게 된다. 이의 내용은 다음 그림 과 같이

단말기 MIN, ESN, SCM, P_REV, S/W version 과 현재 서비스 받고

있는 SID, NID, SLOT_CYCLE_INDEX, paging slot 등의 정보를 알

수 있다.

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Mobile Station Status Packet08/03/1998 11:27:13.710 [1D] Status Packet Version SCH5100, Rev 502, CAI Rev 2, Compiled Jul 11 1998 ESN b0aa0451, model 7 (QCP-800), SCM 2a, RF Mode CDMA Cellular Orig_min 1: MIN (0x384) 5767B4 = (011) 450-9059 (pg slots: 32, 96, 160, ... [29 more up to 2048]) MIN (0x384) 5767B4 = (011) 450-9059 (pg slots: 32, 96, 160, ... [29 more up to 2048]) SID 2222, NID 3, Slot-Cycle-Index 2 Freq chan 779, Code chan 1, Pilot 0x4c = 76 ( 76 )

단말기의 DM(Diagnostic Monitor) 을 이용하여 상태를 검사하는

방 법 은 다 음 과 같 다. 먼저, 전 송 방식은 일 반 적 으 로 비 동 기

(asynchronous) 통신으로 전송속도는 38400bps 를 사용한다. 이때의

전 송 단 위 는 8bit 로 처 리 하 며 Parity bit 는 사 용 하 지 않 는 다.

Connector는 비동기 통신 RS-232 모드로 동작하며, DM 포트의

RS-232 입출력 핀 할당 및 기능은 다음과 같다.

핀 번호 신호명칭 신호방

향

기능

2 TxD(

송신)

입력 데이타 송신, To DCE

3 RxD(

수신)

출력 데이타 수신, To DTE

7 GND(

접지)

접지 공통 신호 접지

송 수 신 프 로 토 콜 은 async HDLC를 사 용 하 며, async-HDLC

프레임은 정 보 필 드(Information Field), 프레임 체 크(Frame Check) 및

종료 플래그(Ending Flag) 로 다음과 같이 구성된다.

Field Length(bits) Function

정보(Information) Variable 일반 메세지

Frame Check 16 CRC-CCITT 표 준 16bits

CRC

Ending Flag 8 Ending Character

정 보 필 드(Information Field) 는 단 말 기 와 PC 간 의 모 든

메 세 지 를 포 함 하 고 정 보 필 드 에 는 Ending Flag(0x7E) 문 자 또 는

ESC 문자(0x7D) 를 전송할 수 있으며 이러한 문자를 전송할

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경 우 정 보 필 드 에 ESC 문 자 를 전 송 할 경 우 Ending Flag 혹은

ESC 문자 앞에 삽입하고 전송될 문자 Byte 는 ESC 의 보수와

XOR 하여 전송한다.

수 신 측 에 서 는 ESC 문 자 를 수 신 한 다 음 즉시 버 리 고 그

다음의 문자를 ESC 의 보수와 XOR 하여 추출해낸다. 이러한

방 법 은 CRC(Cyclic Redundancy Check) 부 분 에 서 도 동 일 한 패턴이

발 생 하 는 경 우 같 은 방 법 으 로 적 용 한 다. 이 를 통 하 여

정 보 필 드 또 는 CRC 필 드 에 Ending Flag 나 ESC 와 동 일 한

문자가 나타나는 경우에 발생하는 문제를 제거하므로 통신의

투명성이 보장된다.

프 레 임 체 크(Frame Check) 필 드 에 는 Address, Control 및

Information Field 에 발 생 하 는 오류를 감지 하 기 위 하 여 CRC를

사 용 한 다. 여 기 에 사 용 되 는 CRC는 X16+X12+X5+1 의 CRC-

CCITT-16 Generator Polynominal 을 사 용 한 다. 종 료 플 래 그(Ending

Flag)는 프레임이 끝났음 을 의 미 하 며 항 상 0x7E(‘01111110’) 의

형 태 로 나 타 난 다. 실 제 로 DM 인 터 페 이 스 는 메 세 지 구 조 를

약간 변경한 구조로 다음과 같다.

Command

Code

Information Field Frame Check Ending Flag

- Command Code : 해당 메세지의 기능을 지정

- Information Field : 해당 메세지 기능에 필요한 데이타 필드

- Frame Check : CRC

- Ending Flag : 0x7E (1 Byte)

명 령 코 드(command code) 는 2 bytes 로 설 정 되 어 있 어 서

“ 0x00” 에 서 “ 0xFF” 까지 다양하 게 사 용 할 수 있 다. 예 를

들어 EEPROM의 ESN 을 읽어오는 것은 command code 를 0x01

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로 설정하여 처리할 수 있다.

* DM 은 퀄컴에서 사용하는 용어이며 모토로라는 data logger,

노키아는 ladder 라고 하며 자체적으로 개발하여 사용하고 있다.

단 말 기 DM 을 통 하 여 메 세 지 를 logging 할 때 다 음 의

단말기 정보를 알 수 있다. 이것을 status packet 이라 하며

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< 사례분석 >

단말기에 새로운 S/W 를 load 하는 것은 DM port 를 이용하여

AsyncHDLC 프로토콜에 해당 내용을 넣어서 FLASH 메모리에

저장하는 것이다.

< 사례분석 >

본 내용의 호처리 관련 메세지는 단말기의 DM port 를 이용하여

logging 받은 것이며, 이것은 직렬통신으로 단말기가 처리하는

메세지를 diagnostic task 가 외부 PC 로 전송하여 획득할 수 있다.

일반적으로 DM port 를 통하여 handsfree mode(디지털 음성신호

(PCM) 출력)와 DM mode 를 사용할 수 있으므로 DM mode 를

선택하여야 한다.

Mobile Station Status Packet

09/14/1998 23:58:26.918 [34] Status Packet

Version SCH5100, Rev 502, CAI Rev 2, Compiled Jul 11 1998

ESN b0aa0021, model 7 (QCP-800), SCM 2a, RF Mode

CDMA Cellular

Orig_min 1:

MIN (0x384) 3C4437 = (011) 352-1166

(pg slots: 23, 87, 151, ... [29 more up to 2048])

MIN (0x384) 3C4437 = (011) 352-1166

(pg slots: 23, 87, 151, ... [29 more up to 2048])

SID 2222, NID 3, Slot-Cycle-Index 2

Freq chan 779, Code chan 1, Pilot 0x4c = 76 ( 76 )

< 그림 단말기 status packet >

4. 단말기 성능평가 방법

CDMA 단말기의 성능평가는 IS-98-B( 단말기 최소 성능기준)

에 정 의 되 어 있 으 며 크 게 단 말 기 수 신 부 성 능, 송 신 부

성능으로 구분된다.

< 그림 7. 단말기 성능측정을 위한 장비 구성도 >

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단말기Base StationSimulator

Controlled by PC

FadingGenerator

AWGNGenerator

그림 7 은 단말기의 성능측정을 위한 시험장비의 구성도를

나 타 내 고 있 으 며 기 본 적 으 로 기 지 국 simulator, Rayleigh Fading

Generator, AWGN Generator, 단 말 기 와 이 를 제 어 하 는 PC 로

구성된다.

Base station simulator는 IS-95-A 프 로 토 콜 을 생 성 시 키 며 fading

generator 는 실 제 환 경 을 모델링한 것 으 로 다 경 로 반 사 파 를

생 성 시 킨 다. 그 리 고 AWGN generator 은 기 본 적 인 잡 음 원 인

gaussian noise 를 만든다.

단말기의 수신부 성능측정을 하기 위한 시험항목은 다음과

같이 크게 handoff, pilot PN set 관리, 여러가지 채널환경( 무선구간

모델링) 에 대 한 복 조 특 성, power control, 감도, 수 신 신 호 에

대한 불요파 발사정도, 채널감시 등이 있다.

일 반 적 으 로 base station simulator 는 HP 사 의 8924C 와

Textronix 사의 CMD 80 이 많이 사용된다.

시 험 항 목Frequency Requirements

Idle Handoff in Non-Slotted Mode

Idle Handoff in Slotted Mode

Neighbor Set Pilot Detection & Incorrect Detection in Soft-Handoff

Candidate Set Pilot Detection & Incorrect Detection in Soft Handoff

Active Set Pilot Loss Detection in Soft Handoff

Demodulation of Non-Slotted Paging Channel with AWGN

Demodulation of Slotted Paging Channel with AWGN

Demodulation of Forward Traffic Channel with AWGN

Demodulation of Forward Traffic Channel with Fading

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Demodulation of Forward Traffic Channel during Soft Handoff

Decision of Power Control Bit for Channels Belonging to Different

Power Control Sets During Soft Handoff

Decision of Power Control Bit for Channels Belonging to Same

Power Control Set

Demodulation of Power Control Subchannel During Soft Handoff

Receiver Sensitivity/Dynamic Range

Single Tone Desensitization

Intermodulation Spurious Response Attenuation

Conducted Spurious Emissions

Radiated Spurious Emissions

Supervision Paging Channel

Supervision Forward Traffic Channel

< 그림 8. 단말기 수신부 성능검사 항목 >

시 험 항 목Transmit Frequency Accuracy

CDMA to CDMA Hard Handoff

Time Reference

Waveform Quality

Coding Accuracy

Range of Open Loop Power Control

Time Response of Open Loop Power Control

Access Probe Output Power

Range of Closed Loop Power Control

Maximum RF Output Power

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Minimum Controlled Output Power

Standby Output Power and Gated Output Power

Conducted Spurious Emissions

Radiated Spurious Emissions

< 그림 9. 단말기 송신부 성능검사 항목 >

단말기 송신부의 성능측정 항목은 크게 주파수의 정확도,

송 신 시 간 의 정확도, 송 신 코드 의 정확도, power control, access

probe 특성, 최대 송신전력, 불요파 방사상태 등으로 구분된다.

위 에 서 언 급 한 단 말 기 수 신 부 및 송 신 부 의 성 능 시험은

IS-95-A 에 정 의 된 무 선 구 간 프 로 토 콜 을 준 수 하 기 위 한

필 수 적 인 항 목 이 므 로 모 든 단 말 기 는 이 항 목 의 시 험 에

합격해야한다. CDMA 방식은 기본적으로 interference limited system

이 므 로 정교한 power control, 송 신 신 호, 채 널극복 특 성 등 이

매우 중요하다.

5. 단말기의 호처리 절차

단 말 기 의 호 처 리 절 차 를 보 면 먼 저 단 말 기 에 전 원 을

인 가 할 경 우 EEPROM 에 서 필 요 한 시 스 템 정 보 를 읽어 서

RAM 에 셋팅한 다 음 pilot channel, sync channel을 이 용 하 여

시스템과 동기를 시키고 필요한 시스템 정보를 수신한다.

단 말 기 초 기 화(MS initialization state) 는 단 말 기 를 booting

시키고 pilot, sync channel 을 수신하는 것을 말하며, 대기상태

(idle state) 는 단 말 기 가 모 든 시 스 템 정 보 를 수 신 하 여

정 상 동 작 을 완 료 한 다 음 paging channel 을 계 속 적 으 로

수신하는 것을 말한다. 그리고 system access state 는 단말기가

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시 스 템 에 접 속 하 기 위 한 상 태 이 며 traffic state 는 단 말 기 가

통화중인 상태를 말한다.

단 말 기 가 access state 에 서 특 정 동 작 을 완 료 하 면 다 시

대 기 상 태 또 는 트 래 픽 상 태 가 되 며 대 기 상 태 에 서 paging

channel 메 세 지 를 수 신 하 지 못 하 면 다 시 초 기 화 과 정 부 터

시 작 한 다. 이 때 paging channel 메 세 지 는 시 스 템 정 보 가

전송되는 overhead 메세지를 의미한다.

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단말기는 통화가 끝나면 항상 초기화 과정부터 다시 시작한다.

Power-up

MSInitialization

State

MSIdle State

SystemAccessState

MS Controlon the Traffic

Channel

End of TrafficChannel

< 그림 10. 단말기의 전체적인 호처리 절차 >

Paging channel이나 access channel을 통하여 통화상태가 되며

통 화 가 끝 나 면 항 상 단 말 기 초 기 화 과 정 부 터 다 시

시작한다. 이것은 단말기가 통화하는 동안 어긋날 수 있는

system time, long code state, paging channel message 등 을 수 신 하 여

정확하게 재설정하기 위해서이다.

6. NAM 프로그래밍

단 말 기 의 NAM(Number Assignment Module) 프 로 그 램 밍 은

EEPROM 에 필 요 한 시 스 템 및 단 말 기 정 보 를 저 장 하 는

것을 말한다. NAM 파라메터에서 중요한 몇 가지는 그림 11

과 같다.

NAM 파 라 메 터 는 시 스 템 정 보 와 단 말 기 의 핵 심 적 인

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< 사례분석 >

통화가 끝나자마자 다시 통화를 시작할 경우 바로 접속이

되지않으며 “WAIT” 또는 “잠시 기다려주십시요” 라고 표시된다.

이것은 통화완료 후 초기화 과정부터 시작하므로 약간의 시간이

소요되기 때문이다.

NAM 은 저장형태에 따라서 permanent, semi-permanent, indicator 로 구분된다. Permanent 는 하나의 단말기에 대하여 고유하게 설정되는 값이고, semi-permanent 는 호처리 과정에서 저장되는 값이며 indicator 는 NAM 파라메터에서 몇 개의 값을 설정할 수 있다.

파 라 메 터 이 며 단 말 기 에 전 원 을 인 가 할 경 우 RAM 영 역 에

읽어 들여서 필요시 사용한다. 일반적으로 NAM 프로그래밍은

단말기의 특정 버튼을 이용하여 접근할 수 있으며 필요시

해 당 정 보 를 바 꿀 수 있 다. 그 렇 지 만 단 말 기 의 중 요 한

인식자인 ESN은 바꿀 수 없다.

< 그림 11. 중요한 NAM 파라메터 >

* A_Key : 인증에 사 용 되 는 매 우 중 요 한 인 자 이 므 로 NAM

프로그래 밍 보 다 는 별도 의 접 근 키 를 사 용 한 다(TSB 50 에 권고). SK

Telecom

에서는 *, *, 2, 3, 9, #, # 을 이용할 예정이며, A_Key 는 입력에 따라 자체적으로 정확한 값이 입력되었는지 검증하는 알고리듬이 포함

25

ESN (Electronic Serial Number)

MIN (Mobile Identification Number)

SCM (Station Class Mark)

SLOT_CYCLE_INDEX

MOB_P_REV (Mobile Protocol Revision)

MOB_MODE (Mobile mode)

PREF_MODE (Preferred mode)

PRIMARY CHANNEL

A_KEY (Authentication Key)

SID (System Identification Number)

NID (Network Identification Number)

되 어 있 다. 실 제 로 A_Key 는 무 선 구 간 에 전 송 되 지 않 으 며 working

key 인 SSD(Shared Secret Data) 가 사용된다.

단말기에서 영구적으로 EEPROM 에 저장되는 값은 ESN,

SCM, SLOT_CYCLE_INDEX, MOB_P_REV, MOB_FIRM_REV, MOB_

MODEL 이다. 여기에서 ESN는 특별히 변경되지 않도록 하기

위 하 여 ESN 저 장 번 지 를 암 호 화 하 거 나 한 바 이 트 씩 다 른

저장번지에 저장하여 쉽게 writing이 되지않도록 하고 있다.

단말기의 호처리 과정에서 저장되는 NAM 파라메터는 주로

등록관련 파라메터와 lock reason code 와 maintenance reason code

를 말 한 다. 여 기 에 는 ZONE_LIST, SID_NID_LIST,

BASE_LAT_REG, BASE_LONG_REG, REG_DIST_REG, LCKRSN(lock

reason code), MAINTRSN(maintenance reason code) 이다.

일반적으로 NAM indicator 는 4 개까지 사용할 수 있으며,

이것은 단말기의 로밍을 위해서이다. 즉 가입자가 NAM 1

으 로 사 용 하 다 가 다 른 시 스 템 으 로 로 밍 하 여 NAM 2 로

사용할 수 있다.

26

NAM indicator 는 IS-95-A 에서 1 개 이상을 권고하고 있다. 퀄컴기준의 단말기를 비롯하여 일반적으로 4 개의 NAM indicator를 가지고 있다.

27

< 사례분석 >

* 삼성단말기 NAM 구조 *

1. 4 + 7 +* + 8 + 6 + 9 + # + 0 + 8 + # + 92. 전체 메뉴 1. General 2. NAM 1 설정 3. NAM 2 설정 4. NAM 3 설정 5. NAM 4 설정3. 1. General 선택 ESN : xxxxxxx CAI version : 2 SCM : 00101010 Lock Code : xxxx Slot Mode : Yes Slot Index : 2 Pref NAM 1 : Digital only Pref NAM 2 : Digital only Pref NAM 3 : Digital only Pref NAM 4 : Digital only

28

< 사례분석 >

* 삼성단말기 NAM 구조(계속) *

4. 2. NAM 1 설정 선택 CDMA TEL NO : 01194001166(단말기 전화번호) IMSI_MCC : 450 (IMSI 에서 국가번호) INMI_MNC : 00 (IMSI 에서 망(사업자) 번호) CDMA Pref : A Pref (800 셀룰라에서 A band 우선)

CDMA ACCOLC : 6 (전화번호 끝자리로 결정) Pchan Sys A :

만약 시스템에 등록이 안된 단말기로 발신을 시도하거나

부 가 서 비 스 를 사 용 하 고 자 할 때 는 시 스 템 에 서 사 용 중 지 에

해당되는 메세지를 전송하여 단말기의 사용을 금지시킨다.

< 그림 12. Paging channel 에서 단말기 사용정지 명령 >

* Lock until power cycled order : 단말기에 전원을 다시 인가하기 전까지 단말기의 동작을 중지시키는 명령이다. 이것은 미 등록된

단 말 기 나 비 정 상 적 인 단 말 기 로 계 속 시 스 템 에 접 속 을 시도할 때 시스템의 부하가 증가하기 때문이다.

단말기는 lock until power-cycled order 또는 maintenance required

order 를 수 신 하 면 power ON 하 기 전 까 지 48 시 간 동 안

단말기의 동작을 중지시켜야 한다 . 또한 단말기는 lock reason

code를 저장하여 시스템 및 단말기 장애 분석에 사용하도록

해 야 한 다. 여 기 에 서 LOCK REASON(=0) 은 단 말 기 가 시 스 템 에

정상적으로 등록이 되어있지 않은 상태를 말한다.

그림 12는 단말기의 정상적인 관련 정보(MIN, ESN, A_Key

29

Mobile Station Order Message (PC)

09/24/1998 05:52:41.587 [07] PAGING CAI

Mobile Station Order Message

num_ords 1

ack_seq 7, msg_seq 0, ack_req 0, valid_ack 0

MIN (0x384) 4E6A1A = (011) 424-0649

Lock Until Power-Cycled Order, Lock Reason 0

등) 가 시 스 템 에 등 록 이 되 어 있 지 않 을 경 우 시 스 템 에 서

전 송 하 는 사 용 정 지 명 령 이 다. 단 말 기 는 전 원 을 켠 이 후

정상적인 paging channel 메세지를 수신한 후 약 20초 후에

등록(power-up registration) 을 수행하는데 시스템에 등록되어있지

않으면 그림 12와 같은 order message 를 사용한다.

단 말 기 에 서 전 원 을 켠 다 음 발 신 을 시 도 하 면 시 스 템 은

발신 메세지를 이용하여 시스템 등록 상태를 조회하게 되며

만 약 등 록 이 되 어 있 지 않 으 면 traffic channel 로 그 림 13과

같은 사용정지 명령을 전송하여 단말기에서 더 이상 발신을

하지 못하게 한다.

< 그림 13. Traffic channel 에서 단말기 사용정지 명령 >

30

< 사례분석 >

시스템에 미 등록된 단말기로 시스템 접속을 시도하면 HLR 정보와

단말기 정보의 mismatch 로 시스템에서는 lock until power–cycled

order 를 단말기로 전송하여 단말기는 “MAINTENANCE

REQUIRED” 또는 “시스템에 등록하십시요” 등과 같이 표시한다.

Lock Until Power-Cycled Order (FTC)

09/24/1998 05:01:42.041 [23] FORWARD TC CAI

Lock Until Power-Cycled Order

Lock Reason 0

ack_seq 7, msg_seq 0, ack_req 0, encryption 0

implied action time

< 사례분석 >

동일한 전화번호를 갖고 있는 2 대의 단말기에서 하나는 시스템에

등록되어있고, 다른 하나는 미 등록 되었을 경우 미 등록된

단말기를 동일한 위치에서 켜놓았을 경우 2 개의 단말기가 동시에

“MAINTENCE REQUIRED”라고 표시된다. 이것은 미 등록된

단말기가 시스템에 등록을 요구(power up registration)하여

시스템에서는 lock until power–cycled order 를 paging channel 로

전송하므로 동일한 전화번호는 같은 paging channel 번호와 slot 을

사용하기 때문에 동일한 paging channel 을 통하여 order 메세지를

수신하여 처리하기 때문이다. (이때 사용되는 address type 는 MIN

이다)

31

< 사례분석 >

단말기 NAM 프로그래밍 접근 방법

1. 삼성전자 (전모델)

- 4 + 7 +* + 8 + 6 + 9 + # + 0 + 8 + # + 9

2. LGIC (SD-3900, SD-5300, SD-5600)

- menu + 0 + 000000

3. 현대전자 (HHP-301, HGC-110, HGC-120, HGC-200)

- # + 8 + 6 + 9 + 0 + 4 + * + * + 8 + 9 + 3 + 9 + 7 + #

4. SK Teletech(IM-700)

- # + 7 + 5 + 8 + 3 + 5 + 3 + 8 + 3 + 2 + 4 + # 6 + 2 + 6 + #

5. 퀄컴 (QCP-800)

- menu + 3 + 0 + 000000

6. 모토로라 (ST-7760)

- FCN + 0 + 0 + * + * + 8 + 3 + 7 + 8 + 6 + 6 + 3 + 3 + STO

* NAM 프 로 그 래 밍 을 잘못할 경 우 단 말 기 가 오동 작 또 는 동작불능 이 될 수 있으므로 관련없는 파라메터는 변경하면 안된다.

32

< 사례분석 >

삼성전자 NAM 프로그래밍 방법 ( 전화번호 입력 )

1. 4 + 7 +* + 8 + 6 + 9 + # + 0 + 8 + # + 9

2. (1.General, 2. NAM1 설정, 3. NAM2 설정, 4. NAM3 설정,

5. NAM4 설정)으로 표시

3. NAM 1 선택

4. 번호입력(011-xxx-xxxx)

5. 확인, END

< 사례분석 >LGIC NAM 프로그래밍 방법 ( 전화번호 입력 ) 1. menu + 0 + 0000002. 저장 키를 이용하여 다음 메뉴로 이동3. NAM 1, PHONE NUMBER 선택4. 011-xxx-xxxx 입력5. 저장, 종료

< 사례분석 >LGIC NAM 프로그래밍 방법 (SD-5600 전화번호 입력 ) 1. menu + 0 + 0000002.4. 서비스 설정 선택3. 저장 키를 이용하여 다음 메뉴로 이동3. NAM 1, PHONE NUMBER 선택4. 011-xxx-xxxx 입력5. 저장, 종료

33

< 사례분석 >현대전자 NAM 프로그래밍 방법 ( 전화번호 입력 )

1. # + 8 + 6 + 9 + 0 + 4 + * + * + 8 + 9 + 3 + 9 + 7 + #2. NAM 1 선택(저장 누름)3. 전화번호 입력(011-xxx-xxxx)4. 저장, EXIT(또는 종료)

< 사례분석 >모토로라 NAM 프로그래밍 방법 ( 전화번호 입력 ) 1. FCN + 0 + 0 + * + * + 8 + 3 + 7 + 8 + 6 + 6 + 3 + 3 + STO2. US ‘3. 553 # 4. 전화 번호 입력 (011-xxx-xxxx)5. STO6. END, PWR OFF7. PWR ON

7. 단말기 구분요소

단말기를 구분하는 요소는 크게 MIN, ESN, SCM(Station Class

Mark), ACCOLC(Access Overload Class) 등으로 구분할 수 있다 .

MIN은 단 말 기 의 전 화 번 호 이 며 NAM 프 로 그 래 밍 으 로 변 경

가 능 하 다. 그 리 고 국 제 적 로 밍 을 위 하 여 국 가 번 호 와 망

번호를 추가한 IMSI(Internal Mobile Station Identity) 를 사용할 수

있다.

MCC(3) MNC(2) MIN(MSIN)(10 digits)

NMSI

IMSI

< 그림 14. IMSI 구조 >

MIN 은 십 진 수 10자 리 로 구 성 되 며 MSIN(Mobile Station

Identification Number) 이라고도 한다. MNC(Mobile Network Code) 는

34

< 사례분석 >NAM 프로그래밍을 끝내면 단말기는 초기화 과정부터 다시 시작한다. 일반적으로 단말기 전원이 OFF 된 다음 ON 시켜야 정상적으로 동작할 수 있다.이것은 단말기가 필요한 데이타를 EEPROM 에서 다시 읽어와야 하기 때문에 처음부터 다시 시작한다.

망( 사업자) 번호이며 MCC(Mobile Country Code) 는 국가번호이다.

MIN 은 MIN 1 과 MIN 2 로 구분되며 MIN 2 는 SK Telecom의

경 우 “ 011”이 며 MIN 1 은 가 입 자 에 할 당 되 는 일 련 번 호(7

자 리) 이 다. 11 자 리(11 digits) 전 화 번 호 일 경 우 는 MIN 2 를

“ 11x”로 설정하여 전화국번을 4 자리로 확장할 수 있다.

ESN 은 단말기에 유일하게 할당되는 구분자이며 호처리에

사 용 된 다. ESN 의 구 조 는 다 음 그 림 과 같 이 32 비 트 로

구 성 되 며 MSB(Most Significant Bit) 8 비 트 는 제 조업체 번 호 가

할당된다.

31 24 23 18 17 0

MFR CODE RESERVED SERIAL NUMBER

ESN

* MFR : Manufacture

제 조 회 사 번 호(manufacture code) 는 FCC에 서 할 당 하 여

제조회사별로 고유하게 설정되고 하나의 MFR Code 를 초과할

경우 새로운 MFR Code 를 할당받게 된다.

35

< 사례분석 >

ESN 의 처음 1 바이트는 제조회사를 나타낸다. 따라서 국내

판매중인 단말기는 제조회사마다 처음 2 자리는 고유하게

결정되어있다.

삼성 : B0xxxxxx, E9xxxxxx, LG : C9xxxxxx

현대 : A0xxxxxx, 모토로라 : D4xxxxxx, DFxxxxxx

맥슨 : C5xxxxxx, SK 텔레텍 : F9xxxxxx

11 자리 전화번호 단말기의 경우 origination message 및 slotted page message 에 사용되는 MIN 은 MIN 2 에서 011 에서 “0”을 제외한 11x-xxx-xxxx 으로 addressing 이 되어있다.

SCM(Station Class Mark) 은 사 용 모 드(dual mode 또 는 single

mode), slotted mode, transmission, power class 등 을 정 의 하 는

파 라 메 터 로 서 단 말 기 의 기 능 에 따 라 서 NAM 프 로 그 래 밍 으 로

입력되 어 야 한 다. SCM 은 origination message, registration message

등 에 포 함 되 어 전 송 되 며 단 말 기 의 성 질 을 결 정 하 는 중 요 한

요소이다.

Function Bit(s) Setting

Reserved 7 Always 0 0XXXXXXX

Dual Mode6 CDMA Only X0XXXXXX

Dual Mode X1XXXXXX

Slotted Class5 Non-Slotted XX0XXXXX

Slotted XX1XXXXX

IS-54 Power Class 4 Always 0

25MHz Bandwidth 3 Always 1

Transmission2 Continuous XXXXX0XX

Discontinuous XXXXX1XX

Power Class 1-0 Class Ⅰ XXXXXX00

Class Ⅱ XXXXXX01

36

SCM 은 단말기의 성질을 결정하는 요소로서 단말기 NAM 프로그래밍되어있다.

Class Ⅲ XXXXXX10

Reserved XXXXXX11

< 그림 15. Station Class Mark 세부 파라메터 >

SK Telecom 에 서 사 용 되 는 중 요 한 파 라 메 터 는slotted class

(nonslotted mode, slotted mode), transmission(continuous), power class

(class Ⅲ) 이다. 여기에서 class Ⅲ(CDMA 에서 가장 낮은 power

class) 는 ERP 가 0.2 watts 에 서 1 watts 사 이 의 송 신 전력을

의미한다.

MS Class ERP at Maximum

Output Shall Exceed

ERP at Maximum

Output Shall not Exceed

Class Ⅰ 1 dBW(1.25 watts) 8 dBW(6.3 watts)

Class Ⅱ -3 dBW(0.5 watts) 4 dBW(2.5 watts)

Class Ⅲ -7 dBW(0.2 watts) 0 dBW(1.0 watts)

SCM 은 단말기 특성을 결정하는 중요한 파라메터가 되며

이외에 dual 모드, slotted mode 등의 특성이 정의된다.

SCM 이 ‘ 00101010’ 은 CDMA only, slotted mode, continuous

transmission, class Ⅲ power class 를 의미한다.

ACCOLC 는 4 비 트(16 개 종 류) 로 구 성 되 며 시 스 템 이

과 부 하 상 태 에 서 접 속 되 는 관 계 를 나 타 내 는 것 으 로 일 반

단 말 기 는 ACCOLC 0 에 서 ACCOLC 9까 지 전 화 번 호 마 지 막

37

현재 대부분의 CDMA 단말기 SCM 은 ‘00101010’으로 설정된다.

자 리 로 균 일 하 게 분 포 된 다. 만 약 특 정 시 스 템 에 과 부 하 가

걸리거나 특수 환경일 경우( 예: 전쟁) service redirection message

로 사 용 을 제 한 할 수 있 다. ACCOLC 는 단 말 기 의 NAM

프로그래밍으로 설정되며 ACCOLC 10 은 실험용(test), ACCOLC

11은 비 상 용(emergency) 그 리 고 나 머 지 는 예 비(reserved) 로

설정되어있다.

Ⅱ. 단 말 기 초 기 화

단말기 초기화는 단말기의 메모리상에 동작에 필요한 상태

( 파 라 메 터) 를 형 성 시 키 고 EEPROM 에 서 해 당 정 보 를

38

< 사례분석 >

현재 단말기 구분요소는 MIN 을 제외하고 대부분의 파라메터가

생산공장에서 정해진 값으로 NAM 프로그래밍 되어있다. 따라서

가입자는 구입 직후 큰 문제없이 바로 사용할 수 있다.

< 사례분석 >

단말기는 기본 통신을 위하여 시스템의 HLR(Home Location

Register)에 등록된 MIN 과 ESN 만 일치하면 통화가 가능하다.

이것은 EEPROM 데이타(MIN, ESN)만 변경하여 복제가

가능하므로 인증을 추가하여 이러한 문제점을 해결할 수 있다.

인증은 인증 알고리듬 동작키(Authentication Key)와 보조적으로

전화발신 때마다 횟수를 증가시키는 COUNT 를 사용하므로 복제

문제를 해결할 수 있다.

읽는다. 단말기가 자체적으로 동작이 완료되면 pilot channel 을

수 신 한 다 음 sync channel 에 서 필 요 한 시 스 템 정 보 를

수신한다.

< 그림 16. 단말기 초기화 과정 >

전 체 적 인 단 말 기 초 기 화 과 정 을 보 면 그 림 16과 같 이

pilot channel, sync channel, timing change 순 으 로 이 루 어 진 다.

39

Power up or Any other state

SystemDetermination

Substate

PilotChannel

Acquisition

Substate

SyncChannel

Acquisition

Substate

TimingChangeSubstate

MS Idle State

CDMA system selected

Acquires Pilot Channel

Receives SyncChannel Message

초기과정의 동작을 요약하면 단말기에 필요한 정보를 셋팅한

다음 대기상태로 천이하기 위한 환경을 만드는 것이다.

1. System Determination Substate

시스템 결정(System Determination) 은 단말기에 전원을 인가한

이 후 부 터 시 작 되 며 필 요 한 시 스 템 정 보 를 EEPROM 에 서

읽어와서 단말기에 필요한 파라메터를 설정하는 것이며, 운용

프로그램은 FLASH 메모리에 들어있다.

< 그림 17. MSM 과 연계된 메모리 구조 >

단말기는 전원을 인가할 경우 boot sector 에서 프로그램을

시 작 한 다 음 RAM 의 정 상 동 작 여 부 를 검 사 하 고 전 체

메 모 리 영 역 에 address 영 역 을 할 당 한 다. 이 후 단 말 기 는

RAM 에 interrupt vector 를 형성시키고 단말기의 기본 동작인

booting 을 완료한다.

기 본 적 인 환 경 설 정 이 완료되 면 단 말 기 는 EEPROM 에 서

필 요 한 NAM 파 라 메 터 를 RAM 영 역 에 확 보 하 고 CDMA

호처리가 될 수 있도록 해당 S/W task 를 동작시킨다. NAM

파라메터에서 시스템 획득을 위하여 필요한 주요 파라메터는

40

MSM

FLASHMEMORY

EEPROM

RAM

다음과 같다.

먼저, 단말기는 셀룰라 주파수에서 system A, B 를 결정하고

primary channel 로 이동하여 호처리 준비를 한다. 이 데이타는

EEPROM 에 저 장 된 데 이 타 를 근 거 로 결 정 한 다. 만 약

primary channel 이 실패할 경 우 secondary channel 로 이 동 하 여

동 일 한 작 업 을 수 행 한 다. 또 한 단 말 기 가 REDIRECTION

메 세 지 를 수 신 하 게 되 면 다른 시 스 템 또 는 다른 주 파 수

대역으로 이동하여 정의된 동작을 수행한다.

< 그림 18. SK Telecom 의 서비스 주파수 대역 >

SK Telecom 의 경우 AMPS 주파수 대역에서 A”, A, A’, B’ 대역

총 15MHz 을 사 용 하 고 있 으 며 primary channel 은 779,

41

CDMA System Preferred

A System Preferred

Primary channel = 779

Secondary channel = 738

A” B A’ B’A

총 15 MHz824 MHz : 역방향 채널869 MHz : 전방향 채널

849 MHz894 MHz

697 738 7791011 29

secondary channel 은 738 을 할당하여 사용하고 있다.

* REDIRECTION 메세지 : 단말기에 설정된 primary channel(FA)

에서

해당 서비스를 처리하지 못할 경우 다른 시스템( 서비스)

으로 전환 하 는 것 을 말 한 다.( 예 : CDMA 서 비 스 불 가 시 AMPS 로 전환)

* Preferred System Mode : 단 말 기 가 우 선 적 으 로 시 스 템 접 속 을 시도 하는 mode, 즉 CDMA 가 preferred mode 이면 CDMA 를 먼저 접속 시도를 하고 접속 실패일 경우는 AMPS 로 전환하는 것.

* System A Preferred : 800MHz 대역의 이동전화는 A band, B band 등 2개 의 band가 있 으 며 이 중 우 선 적 으 로 접 속 을 시 도 하 는 시스템.

SK Telecom 의 경우 B band 의 일부(B’) 를 사용하므로 사실상 큰

의미는 없다.

System determination substate에서는 크게 단말기 power 를 켜서

들 어 오 는 경 우 와 다 른 state(substate) 에 서 들 어 오 는 경 우 로

42

< 사례분석 >

신세기통신용 단말기를 SK Telecom 에 등록할 경우 기본적으로

primary channel 을 779 로 설정해야 사용 가능하다. 물론 SID, NID

가 정상적으로 설정되어있어야 하고, 단말기 정보가 가입자 정보

DB(COIS)에 등록되어 있어야 한다.

구 분 할 수 있 다. 단 말 기 전 원 을 ON 해 서 이 상 태 가 될

경우에는 인증에 사용되는 RAND 를 0 으로 설정하고, PACA,

PACA_CANCEL, PACA State Timer, NDSS_ORIG, REDIRECTION 을

disable 시 킨 다. 이 외 의 경 우 는 해 당 되 는 indication에 따 라 서

처리된다.

다 른 상 태 에 서 system determination substate 로 들 어 오 면

이 전 에 수 행 중 인 PACA 동 작 은 중 지 해 야 하 고 이 사 실 을

단말기에 표시하여 사용자가 인식할 수 있도록 해야 한다.

Power up indication 이외의 indication은 다음과 같이 구분된다.

Acquisition failure indication

New system indication

CDMA available indication

Additional CDMA available indication

Reselection indication

System reselection indication

Rescan indication

Protocol mismatch indication

System lost indication

Lock indication

Unlock indication

Access denied indication

NDSS off indication

Release indication

Error indication

Redirection indication

Registration rejected indication

Wrong system indication

Wrong network indication

43

1.1 System redirection

System redirection

1.2 System reselection

2. Pilot Channel Acquisition Substate

단말기가 자체적으로 동작에 필요한 파라메터를 EEPROM

으 로 부 터 읽 어 들 이 고, H/W 에 필 요 한 값 을 셋 팅 하 면 pilot

channel 획 득 을 위 한 동 작 을 한 다. Pilot channel 을 수 신 하 기

위 해 서 는 Walsh code 를 0 번 으 로 설 정 하 여 primary channel 을

검색한다.

단말기는 시스템 결정단계에서 읽어온 primary channel 에서

해당 고주파 신호를 수신한다. SK Telecom 의 경우 779 이며,

44

단말기가 초기화를 완료하고 제일 먼저 수행하는 일은 NAM

프로그램에 있는 primary channel(779 CH)에서 pilot 채널을

검색하는 것이다.

primary channel 획득에 실패할 경우 secondary channel 인 738 로

옮겨서 같은 일을 수행한다.

대 역확산 방식에 서 PN(Pseudo Noise) 코드 는 보 내 는 측 과

받 는 측 에 서 동 일 한 코 드 를 가 지 고 있 어 야 통 신 이

가능하다. 따라서 동일한 PN 코드 열을 시스템과 단말기에서

만 들 어 사 용 해 야 한 다. CDMA 에 서 PN 코 드 는 주 기 적 으 로

반 복 되 도 록 구 성 되 어 있 으 며, 이 의 시 간 적 편 차 를 이 용 하 여

기 지국을 구 분 한 다. 이 PN 코드 는 PN generator 에 의 하 여

생성되는데 15비트의 레지스터로 구성되어 512 개의 기지국을

구별하여 나타낼 수 있다.

Pilot channel 획득을 위해서 단말기는 primary channel 로 옮긴

다음 단말기 자체적으로 PN 코드를 생성하여 수신되는 값과

계 속 비교한 다 . 이 때 단 말 기 는 “ search window” 라 는 특 정 한

수의 코드 열을 가지고 수신되는 값과 에너지를 계산하여

가 장 큰 에 너 지 를 갖 는 부 분 을 찾 는 다 . 이 단 계 에 서

이 루 어 지 는 것 은 기 지 국 에 서 전 송 하 는 PN 코 드 열 에

단말기가 생성하는 코드 열을 일치시키는 역할을 한다 .

단 말 기 는 search window 라 는 특 정 기 간 의 탐 색 창 에 서

계산되는 에너지 값 중에서 가장 큰 값이 산출되는 시간이

pilot channel 이 다. 단 말 기 가 pilot channel 을 찾 으 면 이 를

시 간 적 으 로 계 속 유 지 하 는 것 은 tracking 회 로 가 담 당 하 게

된다.

PN 코드열의 반복주기는 26.66666….ms( 간단히 26.67ms) 이며

단 말 기 는 임 의 의 코 드 시 작 점(EPOCH)으 로 부 터 검 색 을

시작한다. 이때 임의의 PN 코드열에서 정해진 숫자의 비트열

45

Pilot channel 획득은 계속 방송되는 pilot channel 의 임의

시작점에서 에너지를 계산하여 찾는다.

(search window) 을 이 용 하 는 것 은 검 색 시 간 을 확 률 적 으 로

줄 이 기 위 해 서 이 다. 그 림 19를 1 차 원 시 간 으 로 표 현 하 면

그림 20과 같다.

< 그림 19. Pilot 검색시작 및 윈도우 형태 >

< 그림 20. Search Window 구조 >

그 림 20과 같 이 PN 코 드 열 의 주 기 는 26.67ms 이 며,

46

Position of PilotSearch Window

EPOCH

Search Window

26.67 ms

PN 코드열

단 말 기 는 특 정 한 크 기 의 PN 코 드 열(search window) 을 갖 고

수 신 되 는 pilot channel 과 계 속 비교한 다. 다 르 게 표현 하 면,

단 말 기 가 갖 고 있 는 search window 는 시 간 적 으 로

고 정 되 어 있 고 안 테 나 로 수 신 되 는 pilot channel 은 계 속

지나가게 된다.

특 정 한 search window 에 서 에너지 값이 가 장 클 경 우

pilot channel 이 된다 . CDMA 방식에서 코드값이 일치하면 가장

큰 에너지가 계산된다 . 이러한 에너지 계산은 실제로 H/W 적

(searcher) 으 로 이 루 어 지 므 로 빠른 시 간 내 에 원 하 는 결 과 를

얻을 수 있다 ( 단말기의 MSM 은 1 개의 searcher 와 3 개의

finger 를 가 지 고 있 으 며 버 젼 이 높 아 짐 에 따 라 4 개 의

finger 를 구 현 하 는 추 세 이 다. IS-95-A 에 서 권 고 하 는 최 소 의

finger 개수는 3 개이다.). Search window 크기는 초기 시스템을

선택할 때 상황에 따라서 다르게 적용할 수 있으므로 S/W

적으로 설정 가능하다.

PN 코 드 열(15 비 트, 32768개) 의 주 기 가 26.67ms 이 므 로

전계강도가 양호하면 pilot channel 검색에 소요되는 최대시간이

26.67ms 이 다. 단 말 기 가 pilot channel 을 찾았다 고 해 서 PN

offset 을 알 수 없다. 단지 CDMA 전방향 채널은 coherent

detection 이 므 로 복 조 를 하 기 위 한 기 준 점 을 설 정 하 기

위해서이다.

만 약 단 말 기 가 15초 내 에 pilot channel 을 찾으 면 sync

channel 단계로 넘어가고 그렇지 못할 경우는 다시 시스템

초 기 화 부 터 시 작 한 다. 단 말 기 가 성 공 적 으 로 pilot channel 을

47

Pilot channel 검색은 기지국에서 주기적으로 보내는 pilot channel

신호의 비트 패턴과 단말기에서 생성해낸 비트 패턴의 패턴을

일치시키는 과정이다.

찾 으 면 sync channel 획 득 단 계 로 넘 어 가 고, sync channel 을

수신하면, 이때부터 시스템 정보를 수신하여 단말기에 시간을

표시하고 PN 코드의 offset 을 알 수 있는 것이다.

* Coherent detection : 정 확 한 동 기 신 호 를 이 용 하 여 신 호 를 복조하는

것을 말한다. 예를 들면 Forward channel에서 pilot channel 을 기준

으로 하는 신호 복조이며, IMT 2000 에서는 역방향 채널에도 pilot channel 사용을 검토 중에 있다.

* Searcher : 단말기 내부의 MSM 에 포함되어 정해진 주파수 대역에 서 수신되는 신호를 지속적으로 검색하는 부분* Finger : MSM 에 포 함 되 어 있 으 며 3 개 이 상 으 로 구 성 되 며 지연되어

수 신 되 는 전 파 를 크 게 3 이 상 으 로 분 류 하 여 각 각 수신한다.

( 이 동 통 신 전 파 환 경 은 multipath fading 이 두 드 러 지 게 나타난다.)

이렇게 finger 를 사용하여 다경로 반사파가 심한 이동통신 환경

에 수신부에 적용하는 것을 RAKE receiver라고 한다.

* RAKE receiver : 낙옆같은 것을 모을 때 사용하는 쇠스랑을 뜻하며,

이동 통신에서 여러 경로의 전파를 각각 수신하는 것을 말한다.

48

만약 수신 전계강도가 통화를 할 수 없을 정도로 약하면 단말기는

안테나 표시가 없어지거나 “No Service” 또는 “통화권 이탈”로

표시한다.

단말기 searcher 는 하나로 구성되며 지속적으로 수신되는

PN 을 검 색 하 지 만 finger 는 대 기 상 태 에 서 자 기 slot 이

되었을 때 동작하게 된다.

단 말 기 finger 에 서 는 수 신 전 계 강 도 를 산 출 하 게 되 며

이 것 은 I, Q 채 널 을 적 분 한 다 음 제곱을 취하 여 계 산 된 다.

산출된 전계강도는 특정 레지스터에 저장하면 CPU에서 fetch

해 간다.

3. Sync Channel Acquisition Substate

3.1 Sync channel 획득

Sync channel 은 단말기가 동작하는데 매우 중요한 정보가

있 으 므 로 상 대 적 으 로 오 류 가 덜 발 생 하 는 1200bps 로

전 송 되 고 Walsh code 32 번 으 로 수 신 한 다. 이 sync channel 은

49

단말기의 화면에 표시되는 안테나 개수는 finger 에서 산출된 값을 근간으로 설정된다.

pilot channel 획득을 통해 맞춘 동기에 sync channel 의 동기가

맞 추 어 져 있 으 므 로 아 무 런 변 동 없 이 sync channel 메 세 지 를

받을 수 있다 . 시간적 관점에서 볼 때 pilot channel 주기의

시작점을 “ pilot PN rollover point” 라고 한다.

< 그림 21. 80ms Circle 구성도 >

그 림 21과 같 이 단 말 기 가 pilot channel 을 수 신 한 다 음

sync channel 을 수신할 때 pilot PN rollover point 에서 수신하게

된 다. 즉, sync channel 메 세 지 는 pilot PN rollover point 에 서

시 작 되 므 로 복 조 의 기 준점으 로 사 용 한 다. PN 코드 의 주 기 는

26.67ms 이고 이것이 3 개면 80ms 가 된다.

50

Pilot PN rollover

Pilot PN rollover

Pilot PN rollover

80ms 시작점

26.67ms

이 80ms 는 세 개 의 26.67ms 로 구 성 되 어 sync channel

검색에 사 용 하 고, 네개 의 20ms 는 paging channel 및 traffic

channel 수신에 사용하는 중요한 시간 단위가 된다.

단말기는 처음 자체적으로 PN 생성기(generator) 를 동작시켜

임 의 의 PN 비 트 열(EPOCH)에 서 pilot 를 검 색 한 다. 이 때

단 말 기 는 PN 코드 의 상 태 를 알 수 있 으 므 로 PN 코드 의

시작점(pilot PN rollover point) 을 쉽게 알 수 있다.

따라서 단말기는 PN 코드의 임의의 점에서 pilot channel 을

수 신 하 지 만 이 코 드 의 생 성 순 서(sequence) 를 알 수

있 으 므 로 쉽게 시 작점을 찾을 수 있 다. 바 로 sync channel

메 세 지 는 pilot PN rollover point 에 서 시 작 된 다. 실 제 단 말 기

내부적으로는 PN generator 에서 비트 masking 으로 구현된다.

PN generator masking은 PN offset 과 동일한 결과가 된다.

단 말 기 가 sync channel 메 세 지 를 수 신 하 기 위 한 시 작점은

SOM (Start Of Message) 비 트 를 이 용 하 여 알 수 있 다 . SOM

비 트 는 sync channel 메 세 지 가 시 작 할 때 항 상 “ 1” 이 고

나머지 경우는 모두 “ 0” 이므로 쉽게 메세지의 시작점을 알

수 있다 . SOM 비트는 앞의 메세지와 연속적으로 이어질 경우

“ 0”으로 할당하고 새로운 메세지일 경우는 “ 1”을 할당한다.

* PN generator masking 은 비 트 생 성 레지 스 터 의 입력 단 에 AND gate

를 이용 하여 레지스터에 입력시키는 것을 말한다.

3.2 Sync channel 내용

51

단말기는 sync channel 메세지 수신까지는 PN offset 을 알 수 없다.

Sync channel 의 구조는 그림 22와 같으며 몇 개의 sync

channel superframe 이 합쳐져서 메세지를 형성한다.

그 림 22와 같 이 superframe 은 80ms 이 며 3 개 의 sync

channel frame 을 형성한다. 이 frame 의 구분은 SOM 비트로

결정되며 몇 개의 superframe 이 sync channel message capsule 이

된다.

단말기가 sync channel 을 수신하기 전까지는 현재 서비스

받고 있는 기지국의 PN offset값을 알지 못한다. 따라서 sync

channel 을 수신하고부터 단말기는 roaming 상태, PN offset 값,

system time, long code state 등 을 알 수 있 다. Sync channel 의

메 세 지 내 용 은 그 림 22와 같 으 며, paging channel 및 traffic

channel 검색을 위해서 매우 중요한 정보가 된다.

< 그림 22. Sync channel 구조 >

52

P_REV (protocol revision level) MIN_P_REV (minimum protocol revision level) SID (system identification) NID (network identification) PILOT_PN (pilot PN offset index) LC_STATE (long code state) SYS_TIME (system time) LP_SEC (leap second) LTM_OFF (offset of local time) DAYLT (daylight savings time) PRAT (paging channel data rate)

Superframe=80ms Superframe=80ms

SOM(‘0’) Sync Channel Frame Body SOM(‘0’)Sync Channel Frame Body

26.67ms26.67ms

Sync channel message capsule(Ns superframe)

26.67ms 26.67ms 26.67ms26.67ms

Sync channel messagePadding(‘0’or more bits)

MSG Length CRCMSG body

< 그림 23. Sync channel 메세지 설명 >

그림 23의 메세지 내용에서 중요한 몇 가지를 살펴보면

다음과 같다.

MIN_P_REV : 처리 가능한 최소 프로토콜 버전 SID, NID : 단말기의 roaming 상태를 알림, 시스템과 망

번호 PILOT_PN : 서비스 받고 있는 기지국의 pilot PN offset값 LC_STATE : long code 의 생성에서 현재 상태 SYS_TIME : 시스템 시간에서 현재 상태 PRAT : paging channel 의 전송속도(4800bps 또는 9600bps)

53

Sync Channel Message(SC) 07/08/1998 00:42:10.542 [0F] SYNC CAI

Sync Channel Message

p_rev 1, bit_len: 162

min_p_rev 1

sid 2222

nid 3

pilot_pn 0x4c = 76 ( 76 )

lc_state 1866C254934

sys_time 1B308E415

lp_sec 12

ltm_off 0x12 (9.0 hours)

daylt 0

prat 0

< 그림 24. Sync channel message >

P_REV 는 현 재 시 스 템 에 서 서 비 스 하 고 있 는 protocol

버 젼 이 여, MIN_P_REV는 처 리 가 능 한 최 소 의 protocol

버젼이다. 이의 프로토콜 버젼의 구분은 다음과 같다.

단 말 기 는 EEPROM 에 저 장 된 Mobile Station Indicator(ESN,

SCM, SLOT_CYCLE_INDEX 등) 의 MOB_P_REV( 단 말 기 가

처리할 수 있는 무선구간 프로토콜 버젼) 과 sync channel

에서 수신한 P_REV 를 비교하여 적을 것을 선택한다. 만약

MOB_P_REV 가 3 이 고 P_REV 가 1 일 경 우 에 는 1 로

동 작 하 게 되 며 이 때 P_REV 이 상 의 파 라 메 터 는 모 두

무시하게 된다.

단말기는 system time 을 수신한 다음 기준시간 (Jan 6 , 00:00:00,

1980) 에 서 현 재 시 간 을 표시 하 며 , 모 든 메 세 지 를 수 신 하 는

시간적 기준점으로 사용한다 .

54

CDMA 방식은 시스템과 단말기가 동일한 시간으로 동기되어있다.

이 시간이 system time 이며 단말기는 상황에 따라서 sync channel

의 system time 을 수신하여 내부 시간을 재조정한다. 이외의

경우는 단말기의 내부시간(자체적으로 갱신)으로 설정한다.

P_REV = 1 : IS-95 P_REV = 2 : IS-95-A P_REV = 3 : TSB 74 P_REV = 4,5 : IS-95-B

System time 은 계 속 갱 신 되 므 로 sync channel 을 다 시

수 신 하 기 전 까 지 는 단 말 기 가 자 체 적 으 로 이 를 갱 신 하 여

사 용 한 다. 만 약 단 말 기 내 부 적 으 로 timing 이 어긋나 게 되 면

모든 메세지를 수신하지 못한다. 따라서 통화를 하는 동안

이 시 간 이 어긋날 수 있 으 므 로 항 상 통 화 완료 후 pilot

channel 부터 시작하여 다시 system time 을 수신한다.

System time 은 기 지 국 의 GPS(Global Positioning System) 를

이 용 하 여 시 스 템 에 서 전 송 하 며 단 말 기 가 현 재 시 간 을

표 시 하 기 위 해 서 는 다 음 과 같 이 여 러 가 지 파 라 메 터 를

이용하게 된다.

현재시간(Local Time):SYS_TIME–LP_SEC+LTM_OFF+DAY_LT

- LP_SEC : 윤초

- LTM_OFF : Local Time Offset( 우 리 나 라 는 12, 30 분

단위)

- DAY_LT : Day Light Savings Time( 일광 절약시간)

만약 단말기가 1 초 내에 sync channel 메세지를 수신하지

못하면 시스템 초기화 과정부터 다시 시작한다. 그리고 sync

channel 에서 paging channel 의 전송속도(4800bps 또는 9600bps)

를 알려주므로 메세지 수신에 지장이 없도록 한다.

55

모든 메세지 수신 및 전송에 기준이 되는 system time 은 80ms

단위로 갱신된다.

4. Timing Change Substate

Timing change 란 단 말 기 가 sync channel 의 메 세 지 수 신 을

위 한 기 준 시점이 paging channel 이 나 traffic channel 과 다 르 기

때문에 시간적인 offset 을 주는 것을 말한다 . 즉 paging 및

traffic channel 의 메 세 지 는 PN 코 드 의 offset 을 이 용 하 여

수신하도록 하는 것이다 .

기본적으로 pilot channel 과 sync channel 은 26.67ms 단위로

56

< 사례분석 >

단말기에 시간이 표시되는 시점은 sync channel message 를

수신한 다음이다. 따라서 시간표시가 완료되면 sync channel

획득이 끝났다는 것을 알 수 있다.

Sync channel 은 1200bps 로 고정된 전송속도이며, paging channel

의 전송속도는 sync channel 에서 알려주고, traffic channel

전송속도는 frame 단위로 결정된다.

< 사례분석 >

CDMA 방식은 기지국과 단말기가 사실상 동일한 시간(system time)

으로 동작한다. 무선구간에서 보통 2-3 sec 차이가 발생하고 최대

10 sec(IS-97 에 정의)까지는 지연이 보장되어야 한다. 따라서

중계기와 같은 부가장비는 이러한 시간지연을 신중히 고려하여

설계해야 한다.

Timing change substate 에서 단말기는 sync channel 에서 수신한

PN offset, system time, long code state 를 이용한다.

동작하고 paging 및 traffic channel 은 20ms 단위로 동작하므로

이를 일치시키고 offset 을 적용하는 timing change 라는 동작을

하 게 된 다. 정 확 한 PN 코 드 의 offset 을 알 아 야 만

수 신 신 호 에 서 원 하 는 신 호 를 얻을 수 있 다. 언 급 한 바 와

같 이 offset 은 PN 코드 생 성 에 서 masking 을 이 용 하 여

쉽게 해결할 수 있다.

그 리 고 전 방 향 채 널 의 voice privacy 와 역 방 향 채 널 의

확 산 용 으 로 사 용 되 는 42비 트 인 long code의 생 성 상 태 를

결 정 하 는 LC_STATE 도 sync channel 로 부 터 수 신 하 여 코 드

생성상태를 일치시킨다.

20ms

Frame20ms Frame 20ms Frame 20ms Frame

26.67ms Frame 26.67ms Frame 26.67ms Frame

< 그림 25. 80ms 구성도 >

그림 25 와 같이 pilot channel 과 sync channel 은 26.67ms 를

주 기 로 동 작 하 고 paging channel 과 traffic channel 은 20ms

주기로 메세지를 수신한다 . 이들은 80ms 를 주기로 일치된다 .

단말기는 paging channel 과 traffic channel 을 처리하기 위하여

57

80 ms

Pilot , sync channel 주기 = 80 ms/3 = 26.66 … ms Paging, traffic channel 주기 = 80ms/4 = 20ms

PN offset 을 적용해야 한다. 따라서 단말기는 내부적으로 PN

코드 생성기에서 offset 을 할당하고 paging channel 을 수신할

수 있도록 한다.

20ms

Frame

20ms

Frame

20ms

Frame20ms Frame

OFFSE

T

26.67ms

Frame26.67ms Frame 26.67ms Frame

< 그림 26. PN offset 을 적용한 80ms 구성도 >

단말기는 그림 26과 같이 sync channel 을 pilot PN rollover

point 에 서 수 신 하 여 이 메 세 지 에 서 PN offset 을 알 아 내 고

paging channel 을 수신할 준비를 한다. 단말기는 PN generator

의 상태를 알고 있으므로 PN offset 을 바로 찾을 수 있다.

즉, PN generator 의 상 태 는 각 레 지 스 터 의 making 상 태 와

동일하므로 PN offset 을 알 수 있다. 따라서 단말기는 offset

을 적 용 하 고 20ms 단 위 로 paging channel 메 세 지 를 수 신 할

준비를 한다.

단말기의 실제적인 자세한 동작은 그림 27과 같다.

58

Sync ChannelMessage

320 ms

26.66.. ms

80 ms PN Offset

Sync Channel에서 정의된PN Offset을 이용하여 수신하는 메세지 시작점

Sync

Channel

PN Offset이적용된System time

80 ms

80 ms

< 그림 27. 단말기 내부의timing 관계도 >

그 림 27은 sync channel 메 세 지 를 수 신 한 다 음 단 말 기

내부적인 timing 관계도이다. 26.67ms는 sync channel 의 short PN

의 주 기 이 며, 80ms 는 sync channel superframe이 다. Sync channel

메 세 지 는 PN offset 을 적 용 하 지 않 고 메 세 지 를 수 신 하 며

수신이 완료된 후 PN offset 을 적용해야 한다.

단말기는 sync channel 메세지를 수신한 후 내부적으로 관련

파 라 메 터 를 설 정 하 고 H/W 를 제 어 한 다 음 timing change 를

수 행 한 다 . 이 러 한 동 작 을 위 하 여 충 분 한 시 간 인 4 개 의

superframe 에 해 당 하 는 320ms 가 필 요 하 다 . 따 라 서 단 말 기 는

유효한(valid) 한 sync channel 메 세 지 를 수 신 한( 일 반 적 으 로 약

160ms 소요) 후 320ms 지난 뒤 paging channel 메세지 수신을

위해 timing change 를 수행한다.

Ⅲ. 대 기 상 태

대 기 상 태 (idle state) 는 단 말 기 가 내 부 적 으 로 음 성 통 신 을

비롯한 여러가지 서비스를 할 수 있는 여건을 마련한 다음

전 화 를 받 거 나 제 어 신 호 를 처 리 하 는 것 을 말 한 다 . 즉,

단 말 기 는 sync channel 에 서 필 요 한 정 보 를 수 신 한 다 음

시 스 템 파 라 메 터 를 수 신 하 여 처 리 하 거 나 해 당 단 말 기 에

59

호출이 왔다는 신호를 받게 되며 여러가지 요구 메세지에

적절한 응답을 수행한다.

1. Paging Channel Monitoring

모 든 단 말 기 는 호출이 언 제 올지 알 수 없기 때 문 에

항상 주어진 시간에 paging channel 메세지를 검색해야 한다.

물 론 검 색 을 시 도 해 도 자 기 에 게 해 당 되 는 메 세 지 가 없 을

확률이 훨씬 높다.

단 말 기 는 해 당 서 비 스 채 널(FA : Frequency Assignment) 로

이동하기 전에 primary channel(779) 의 1 번 paging channel(Walsh

code #1) 에 전 송 되 는 CDMA channel list message 를 이 용 하 여

해 당 채 널(FA)로 이 동 하 게 된 다. 이 때 단 말 기 의 전 화 번 호

(MIN : Mobile Identification Number) 를 이 용 하 여 수 신 된 채 널

내에서 서비스 받을 채널(FA)이 결정된다.

단말기는 서비스 채널(FA)로 이동한 다음 무조건 paging

channel 1 번 으 로 이 동 하 여 시 스 템 정 보 를 수 신 하 게 된 다.

이러한 시스템 정보를 overhead message 라고 해당 단말기에게

paging channel 번 호 를 결 정 할 수 있 도 록 한 다. 이 때 에 도

단말기의 전화번호를 이용하여 paging channel 번호를 결정한다.

60

단말기는 항상 주기적으로 자기에게 할당된 time slot 을 검색한다.

단말기는 primary channel(779)의 CDMA channel list message 를

수신하여 서비스 채널(FA)로 이동한다.

* Paging channel 1 번(Walsh code #1) 을 primary paging channel 이라고 한다.

* 용어정리 : FA = CDMA CH = 서비스 채널

Paging channel 번호 결정에 관한 메세지는 system parameters

message 의 PAGE_CHAN 이 며 7 개 의 paging channel 범위 에 서

최대 paging channel 번호만 전송된다.

실 제 운 용 상 에 서 는 paging 단 위 를 MSC(Mobile Switching

Center), BSC(Base Station Controller), BTS(Base station Tranceiver

System), zone(몇 개의 기지국을 말하며 일반적으로 약 10개의

기 지 국) 단 위 로 가 능 하 므 로 traffic channel 의 용 량 을 늘 이 기

위해서는 BTS 단위로 paging 을 하면 하나의 paging channel

으로 모든 가입자가 사용할 수 있다.

* HASH 함 수 : 자 원 을 확률적 으 로 균일 화 시 키 는 함 수 이 고 one way

function 으 로 역 방 향 으 로 는 수 행 되 지 않 음(message digest

function)

단말기가 대기상태가 되면 무조건 주어진 시간에 paging

61

처음 paging channel 1(Walsh Code #1)로 무조건 이동

Overhead message 에서 paging channel 최대번호 수신

전화번호(MIN)를 이용하여 HASH 함수로 paging 채널 번호 결정

해당 단말기의 paging channel 결정은 최대 paging channel

번호에서 단말기의 균일한 분포를 유지하기 위하여 임의(random)

로 할당된다. 이때 채널할당은 HASH 함수를 이용한다.

channel 의 해 당 slot 를 검 색 하 게 되 며, slot 결 정 역 시

자 기 의 전 화 번 호 에 서 HASH 함 수 를 이 용 하 여 모 든 단 말 기 에

slot 을 균일하게 배치한다.

대 기 상 태 에 서 단 말 기 가 paging channel 의 slot 을 검색하 는

방 법 에 는 두 가 지 가 있 다 . 첫 번 째 는 매 slot cycle 마 다

검색하는 nonslotted mode 와 검색주기를 두개 이상의 slot cycle

로 설정하는 slotted mode 가 있다 .

SK Telecom 은 slotted mode 로 운 용 하 고 있 으 며, 이 것 은

단 말 기 배터 리 절 약 을 위 해 서 이 다. 하 나 의 slot cycle 는 1.28

초 이 며 16개 의 slot 이 있 고 전 체 적 으 로 128 개 의 cycle 인

2048개의 slot 이 있다.

62

1.28 s

2047 0 1 2 3 4 5 6 7 13 14 15 16 1

ON(slot 5) ON(slot 6)ON

OFF80 ms 80 ms

< HASH 함수를 이용하는 것 >

CDMA Channel = FA

Paging Channel Number(Walsh Code #)

Paging Channel Slot Number

* Access Channel Number 는 randomization function 을 이용한다,

전체 paging channel cycle = 128 cycles = 2048 slots 1 cycle = 16 slots = 16 x 80ms = 16 x 4 paging frames 1 slot = 80ms = 4 paging frames* 하나의 paging slot 은 4 개의 paging frame 으로 구성되며 일반 적으로 첫번째 프레임에 메세지가 전송된다.

< 그림 28. Paging channel 검색 구성도 >

그 림 28에 서 “ ON”은 단 말 기 의 모 든 H/W를 구 동 시 켜

메세지를 수신하는 것을 의미하고, “OFF” 는 기본적인 디지털

회로만 동작하는 상태를 말한다.

Slotted mode 에서 SK Telecom의 경우 slot cycle index 를 1

또는 2 로 설정하여 서비스하고 있으며, slot cycle index 가 1 인

경 우 는 검 색 주 기 가 32개 slot 이 며 소 요 시 간 은 2.56 초 가

된다. Slot cycle index가 “ 0”인 경우는 매 cycle 을 검색하므로

16개 의 slot 을 주 기 로 1.28 초 가 소 요 된 다. 만 약 nonslotted

mode 일 경 우 는 모 든 cycle 을 검 색 하 게 되 므 로 배 터 리

사용시간이 줄어들게 된다.

63

< SLOT_CYCLE_INDEX 에 따른 검색주기 >

SLOT_CYCLE_INDEX = 0 : 1.28 초

SLOT_CYCLE_INDEX = 1 : 2.56 초

SLOT_CYCLE_INDEX = 2 : 5.12 초

* SLOT_CYCLE_INDEX 가 2 일 경우 프로토콜 상의 최대 지연 시간은 5.12 초가 된다.

Slotted mode 는 paging channel 메세지를 계속 검색하는 것이

아니라 특정 주기를 가지고 ON 하여 검색한다. 이것의 주된 원인은

단말기의 배터리를 절약하기 위해서이다.

또한 단말기가 해당 slot 을 검색할 때 항상 주어진 slot

보다 하나의 slot 전에 깨어나서 (wake up) 메세지 수신 준비를

하게 된다 . 이것은 메세지 수신을 위하여 H/W 의 정상동작을

위한 준비 (warming up) 가 필요하기 때문이다 .

그림 29는 slot cycle index 가 1 인 경우의 예이며 하나의

cycle 씩 건 너 서 검 색 하 며, 이 중 에 서 주 어 진 slot 을

탐 색 한 다. 이 때 도 16개 의 slot 에 서 해 당 단 말 기 에 주 어 진

하나의 slot(80ms) 만 검색한다.

< 그림 29. 대기상태에서 단말기 ON/OFF 관계도(slotted mode) >

물론 단말기 H/W의 wake up 을 위하여 하나의 slot 전에서

깨어나야 하지만 실제로 한 slot 전에 깨어나는 것은 너무

짧은 시간에 이루어지므로 보통 검색해야 하는 slot 보다 2-

3 slot 전에 깨어난다.

64

Cycle 1Cycle 3

ON

OFF

Cycle 2

Cycle 3

Cycle 6Cycle 5Cycle 4 Cycle 7

Slot 0Slot 15

이 것 은 paging channel 이 시 스 템 과 단 말 기 가 시 간 적 으 로

일 치 하 는 동 기(synchronous) 전 송 이 며 주 기 적 이 기 때 문 에 idle

time 에 동 기 가 어 긋 날 수 있 으 므 로 일 반 적 으 로 이 를

보 완 하 기 위 하 여 preamble 이 나 동 기 코 드 를 사 용 해 야 한 다.

하 지 만 paging channel 에 는 이 러 한 신 호 가 없 으 므 로 검 색

slot 보다 먼저 깨어나는 것이 필수적이다.

Paging channel은 총 128 cycle 이 있으며 하나의 cycle 은 16

개의 slot 로 구성되어 있고, 전체 slot 수는 2048개가 된다.

Slot 주기와 검색시점은 다음과 같은 식으로 산출된다.

Slot 주기 : M = 2i x 16, (0 ≤i ≤7), i : MAX_SLOT_INDEX

Slot 검색 시점 : ( t/4 – PGSLOT) mod M = 0, t : system time,

PGSLOT : slot number(by hashing), x:소수점 이하 버림

단 말 기 가 paging channel 에 서 slot 를 검색하 는 시 간 적 인

기 준 은 sync channel 에 서 수 신 한 system time 을 기 준 으 로

설 정 한 다. System time 은 80ms 단 위 로 update 되 고 paging

channel 은 20ms 단위이므로 system time 을 4 로 나눈 값으로

설 정 된 다 . 그 리 고 slot 번 호 는 t/4 mod 2048 로 결 정 되 므 로

단 말 기 는 쉽게 인식할 수 있 다 . x(bottom down) 는 소 수점

이하를 버리는 것으로 깨어나야 할 시간과는 최대한 멀리

65

단말기에서 nonslotted mode 와 slotted mode 를 결정하는 요소는

단말기 NAM 프로그래밍에 설정되어 있는 SCM(Station Class

Mark)에서 LSB 부터 5 번째 비트의 셋팅 값이다.

설정하기 위해서이다. 예를 들면 52520.15ms 는 52520ms 로

계산된다.

Slot cycle index 값은 단말기의 EEPROM(NAM 프로그램밍으로

입 력) 에 도 저 장 되 어 있 고, paging channel 의 system parameter

message 에 는 MAX_SLOT_CYCLE_INDEX 가 있 다. 단 말 기 는

시스템에서 수신한 slot cycle index 값과 저장된 값 중 적은

값으 로 동 작 한 다. 현 재 단 말 기 의 slot cycle index 는 “ 2”로

설정하여 서비스하고 있다.

< 그림 30. Nonslotted mode 로 동작할 때 ON/OFF 관계도 >

66

Cycle 1 Cycle 2 Cycle 3 Cycle 4 Cycle 5 Cycle 6

Slot 0 Slot 15

ONOFF

SLOT_CYCLE_INDEX 값이 작을 경우는 호출을 수신하는데(프로토콜상의 시간 지연) 시간이 작게 소요되지만, 검색주기가 짧아서 배터리 소모량이 증가한다. 반면 SLOT_CYCLE_INDEX 값이 큰 값일 경우는, 호출을 수신하는 시간이 길어지고 배터리 소모량은 감소한다.

그림 30은 paging channel 검색에서 단말기가 nonslotted mode

로 동 작 할 때 의 단 말 기 ON/OFF 관 계 를 나 타 내 고 있 다.

그 림 과 같 이 단 말 기 는 항 상 ON 상 태 를 유 지 하 여 모 든

메세지를 수신한다.

그 림 30과 같 이 단 말 기 가 nonslotted mode 일 때 는 ON

상 태 에 서 모 든 paging slot 을 검색하 여 메 세 지 를 수 신 한 다.

Nonslotted mode 는 배터리 소모량이 너무 많기 때문에 주로

특정 실험용으로 많이 사용된다.

단말기가 paging channel 메세지 검색에 실패할 경우 다시

초기화 과정부터 시작하여야 한다. 이의 기준은 slotted mode

와 nonslotted mode 가 다르게 적용된다. Slotted mode 인 경우는

정 해 진 slot 검 색 시 점 에 서 3 초 동 안 프 레 임 에 오 류 가

있 으 면 초 기 화 과 정 부 터 시 작 하 고, nonslotted mode 인 경 우 는

프레임 오류가 없는 프레임의 다음부터 3 초 내에 프레임

오류가 발생하는 경우 초기화 과정부터 다시 시작한다.

67

단말기는 NAM 프로그래밍의 SLOT_CYCLE_INDEX값과 paging

channel 의 system parameter message 에 포함되어있는

MAX_SLOT_CYCLE _INDEX값 중 작은 값을 선택하여 적용한다.

Nonslotted mode 는 모든 cycle 의 모든 slot 을 검색하는 것이고, slot cycle index 0 은 모든 cycle 에서 주어진 slot(16 개중 2 개)을 검색하는 것이다.

시스템 접속일 경우에도 paging channel message 를 검색해야

하며 이때의 시간 기준은 1 초이다. 즉, 1초 동안 프레임에

오류가 있으면 시스템 접속을 중지하고 대기상태(idle state) 로

전환한다.

68

Paging channel message 에서 3 초 동안 valid frame(오류가 없는

프레임)이 아닐 경우 초기화부터 다시 시작한다.

2. Paging Channel Messages

Paging channel 구 조 는 그 림 31과 같 이 10ms 의 half

frame(full frame=20ms) 이 8 개 가 되 어 paging channel slot 이

된다. Paging channel message 의 시작점은 SCI(Synchronized Capsule

69

< 사례분석 >

전화번호 0117198904 에 대한 page slot 번호 (PGSLOT) 계산 방법

* IS-95-A 의 6.6.7.1 에 근거(page 6-182)

전화번호 : 011-719-8904

MIN 2 : 011 = 0x384

MIN 1 : 7198904 = 0x198438

HASH_KEY = MIN1 + 224xMIN2 = 0x84198438

L : HASH_KEY 의 0 에서 15 번째 비트 = 0x8438

H : HASH_KEY 의 16 에서 31 번째 비트 = 0x8419

DECORR = 6xHASH_KEY[0,1,…….,11] = 6x(0x438) = 0x1950

N : resource 개수(총 page slot 개수) = 2048

R : HASH 결과값 = PGSLOT

R = N x ((40503 x (L H DECORR))mod216 )/216

= 2048 x ((40503 x (0x8438 0x8419 0x1950)) mod 216)/216

= 2048 x ((40503 x (0x1971)) mod 216)/216

= 2048 x ((40503 x 0x1971) mod 216)/216

= 2048 x ((0xfb93547) mod 216)/216

= 2048 x (0x3457) /216

= 0x1AA

PGSLOT=R=0x1AA

Assigned slot : (t/4 -PGSLOT) mod(16xT)=0, T=2SLOT_INDEX

Indicator) 비트를 기준으로 설정된다. SCI 값이 ‘ 1’ 일 경우는

새 로 운 paging channel message 가 시 작 되 고 ‘ 0’ 인 경 우 는

연속적인 메세지를 의미한다.

< 그림 31. Paging channel 구조 >

만 약 half frame 을 단 위 로 paging channel message capsule 이

설정될 경우는 “ synchronized capsule ” 이라 하고 , 임의의 half

frame 에 capsule 이 설 정 될 경 우 는 “ unsynchronized capsule ”

이라 한다 .

하나의 paging channel message capsule은 paging channel message 와

padding( 경 우 에 따 라 서 유 무 가 결 정) 으 로 구 성 되 며 하 나 의

paging channel message 는 message length, message body, CRC 로

구 성 된 다. 여 기 에 서 실 제 적 인 메 세 지 는 message body 에

들어있다.

70

Paging Channel Slot = 80ms

SCI(‘1’) Half Frame Body SCI(‘0’)Half Frame Body

10ms10ms

Paging channel message capsule capsule

10ms 10ms 10ms10ms

Paging channel message Padding

MSG Length CRCMSG body

Unsynchronizedcapsule

Paging channel message 는 시 스 템 정 보 전 송, 호 출 정 보,

채 널 정 보, 인증요 구 등 의 메 세 지 가 전 송 되 며 이 의 메 시 지 는

그림32와 같이 구성 된다.

< 그림 32. Paging channel 전체 메세지 >

즉, paging channel 은 시 스 템 의 모 든 상 태 가 전 송 되 며

단 말 기 가 시 스 템 에 접 속 하 기 위 한 정 보 가 전 송 된 다. 이

정보는 단말기에 매우 중요한 정보이며 값이 변할 때마다

단말기는 갱신을 해야 한다.

71

System Parameter Message

Access Parameter Message

Neighbor List Message

CDMA Channel List Message

Slotted Page Message

Page Message

Order Message

Channel Assignment Message

Data Burst Message

Authentication Challenge Message

Feature Notification Message

Extended System Parameter Message

Service Redirection Message

General Page Message

Global Service Redirection Message

Paging channel message 는 크게 전체 단말기가 수신하는

overhead message 와 각각의 단말기 별(address type 으로 구분)

또는 특정 그룹의 단말기로 전송되는 directed message 로

구분된다.

단말기에서 paging slot 검색의 종료조건은 address type가 다를

때, overhead message sequence 가 같은 때, MORE_PAGES가 ‘ 0’ 일

경우이다.

Paging channel 메 세 지 (IS-95-A 기 준 ) 중 에 는 실 제 로 각 각 의

단 말 기 와 는 무 관 하 게 전 체 적 으 로 전 송 하 는 방 송 개 념 의

overhead message 가 그 림 33 과 같 이 6 개 가 있 다 . 이 것 은

크 게 configuration parameter(system parameter, neighbor list message,

CDMA channel list message, extended system parameter message, global

service redirection message) 와 access parameter(access parameter

message) 로 분류된다 .

Configuration parameter 는 주로 시스템의 환경과 주위 시스템

구 성 을 전 송 하 고, access parameter 는 단 말 기 가 시 스 템 에

접속하기 위한 정보를 가지고 있다. 이러한 overhead message

는 그림 33과 같다.

72

System Parameter Message

Access Parameter Message

Neighbor List Message

CDMA Channel List Message

Extended System Parameter Message

Global Service Redirection Message

Overhead message 는 모든 단말기가 무조건 수신해야 하는

메세지이며 중요한 시스템 정보가 전송된다. 이것은 크게

configuration parameter 와 access parameter 등 2 가지로 구분된다.

< 그림 33. Paging channel 의 overhead message >

시스템에서는 적어도 그림 33 의 6 개 overhead message 를

1.28 초 내 에 한 번씩은 전 송 해 야 한 다 . 즉 , 동 일 한 메 세 지

내 용 이 라 도 모 든 단 말 기 가 수 신 가 능 하 도 록 정 해 진 시 간

내에 전송해야 한다 .

이 때 단 말 기 는 모 든 configuration parameter message 에

들 어 있 는 configuration sequence number 인 CONFIG_MSG_SEQ 를

검 색 한 다. 만 약 동 일 하 다 면 이 하 메 세 지 를 무 시 하 고 다 를

경 우 새 로 운 메 세 지 로 갱 신 한 다. Access parameter message 의

메 세 지 상 태 는 ACC_MSG_SEQ 를 사 용 하 여 동 일 한 용 도 로

이용한다.

73

Overhead message 에서 모든 메세지 내용을 검색하는 것이 아니라

각 메세지의 sequence number(CONFIG_MSG_SEQ,

ACC_MSG_SEQ)가 다른 경우만 수신하여 저장한다.

6 개의 overhead message 는 매우 중요하므로 시스템은 각

메세지에 대하여 최소 1.28 초 내에는 한번 전송해야 한다. 즉

특정시간 내에 모든 단말기가 수신할 수 있도록 계속 송출해야 한다.

(extended system parameter message 와 global service redirection

message 의 유무는 system parameter message 에서 알려준다)

모든 overhead message 에는 PILOT_PN 이 전송되며 단말기는

이 PILOT_PN 이 sync channel 에서 수신한 PILOT_PN 과 다를

경우 해당 overhead message 를 무시한다.

Overhead message 중 에 서 가 장 중 요 한 메 세 지 는 system

parameter message 이 며 그 림 34와 같 다. 여 기 에 는 시 스 템 의

정보가 전송되며 extended system parameter 메세지의 전송여부도

포 함 되 어 있 다. SK Telecom 의 경 우 PAGE_CHAN 이 1 로

설정되어 있으므로 특정 기지국에서는 하나의 paging channel

로 모 든 가 입 자 를 처 리 한 다. 현 재 대 부 분 기 지 국 의

MAX_SLOT_CYCLE_INDEX 는 2 로 설정되어 있다.

74

모든 overhead message 는 메세지 처리에 기본이 되는 configuration sequence number(CONFIG_MSG_SEQ 와 ACC_MSG_SEQ)와 pilot PN 이 전송된다.

75

System Parameter Message(PC)

07/08/1998 08:06:38.967 [3B] PAGING CAI

System Parameter Message

pilot_pn 0x4c = 76 ( 76 )

config_msg_seq 56

sid 2222, nid 3

reg_zone 92, total_zones 2, zone_timer 1

mult_sids 0, mult_nids 0

base_id 33

base_class 0

page_chan 1

max_slot_cycle_index 2

home_reg 1

for_sid_reg 1

for_nid_reg 1

power_up_reg 1

power_down_reg 1

parameter_reg 1

reg_prd 64

base_lat 0, base_lon 0 0?'0.00"N x 0?'0.00"E

reg_dist 0

srch_win_a 7, srch_win_n 7, srch_win_r 8

nghbr_max_age 1

pwr_rep_thresh 2 erasures in pwr_rep_frames 0x7

(56 frames), Enabled

pwr_period_enable 0

pwr_rep_delay 5 (20 frames)

rescan 0

t_add 28, t_drop 32, t_comp 5, t_tdrop 4

Ext Sys-Param:0, Ext Nghbr List:0, Gbl Redir:0

< 그림 34. System parameter message >

Neighbor list message 는 overhead message 의 일종으 로 현 재

서 비 스 받 고 있 는 단 말 기 주 위 기 지 국 의 PN offset값 을

전송한다. 따라서 단말기는 이 메세지를 이용하여 handoff 를

하기 위한 사전정보를 획득하게 된다.

여 기 에 서 PILOT_INC 는 pilot PN offset의 증 가 폭 을

나 타 내 며 2 단 위 로 증 가 한 다 는 것 을 의 미 한 다. 즉, 2단 위 로

증 가 하 므 로 모 든 기 지 국 의 PN offset 는 짝 수 가 된 다. Pilot

increment(PILOT_INC) 는 각 기 지 국 에 서 전 파 의 지 연 으 로

인 하 여 pilot 가 다 음 pilot 의 window 내 에 들 어 가 는 것 을

방지하기 위한 값으로 2 이상의 값이 할당된다 .

RESCAN 이 셋팅되었을 경우(RESCAN=1), 단말기는 현재의

동 작 을 중 단 하 고 단 말 기 초 기 화 상 태 로 진 입 하 여 시 스 템

결정을 새로 하여야 한다.

76

Neighbor List Message(PC)

05/19/1998 08:59:42.487 [2D] PAGING CAI

Neighbor List Message

pilot_pn 0x4c = 76 ( 76 )

config_msg_seq 4

pilot_inc 2

num_nghbrs 6

nghbr_config 0, pn 0xf4 = 244 ( 244 )

nghbr_config 0, pn 0x19c = 412 ( 412 )

nghbr_config 0, pn 0xa0 = 160 ( 160 )

nghbr_config 0, pn 0x84 = 132 ( 132 )

nghbr_config 0, pn 0x1ca = 458 ( 458 )

nghbr_config 0, pn 0x140 = 320 ( 320 )

< 그림 35. Neighbor list message >

NGHBR_CONFIG(neighbor configuration) 는 3 비 트 로 구 성 되 며

현 재 의 pilot PN 과 neighbor list 의 pilot PN 과 다른 점을

나타낸다 . 이의 주된 내용은 다음과 같다.

NGHBR_CONFIG=000 : 동일한 paging channel 번호, 동일한

CDMA CH(FA) 번호 NGHBR_CONFIG=001 : primary paging channel 번 호, 동 일 한

CDMA CH(FA) 번호 NGHBR_CONFIG=010 : primary paging channel 번 호, 현 재

서 비 스 받고 있 는 CDMA CH(FA) 에 서 첫번 째 CDMA

CH 번호 NGHBR_CONFIG=011: 초기화 상태로 천이

예를 들어 단말기가 idle handoff 를 할 때 NGHBR_CONFIG

가 ‘ 001’ 로 설 정 되 어 있 다 면 같 은 FA 에 서 현 재 서 비 스

받고 있는 paging channel 번호가 아니라 primary paging channel

로 이동하여야 한다.

CDMA channel list message 는 단 말 기 가 서 비 스 채 널(FA)을

결 정 하 기 위 한 메 세 지 이 며 단 말 기 는 자 기 의 전 화 번 호 를

이용하여 서비스 받을 FA 를 결정한다. 그림36의 경우 FA

개수는 3 개이며 NUM_CHANNELS 에 지정되어있다.

77

CDMA Channel List Message(PC)

05/19/1998 08:59:51.108 [18] PAGING CAI

Channel List Message

pilot_pn 0x4c = 76 ( 76 )

config_msg_seq 4

num_channels 3

Channel 779

Channel 738

Channel 697

그 림 36은 3 FA로 운 용 중 인 시 스 템 을 나 타 내 며 현 재

서비스 받고 있는 pilot PN 은 76이고 이 메세지의 변경순서

(CONFIG_MSG_SEQ) 는 4 이다.

Extended system parameter message 는 system parameter message 를

확 장 시 키 는 개 념 이 며 단 말 기 의 preferred type(MIM+ESN, MIN,

IMSI, IMSI+ESN) 과 cell broadcasting 을 위 한 paging channel

방송정보 검색주기(broadcast index)가 전송된다.

78

Extended System Parameters Message(PC)

07/08/1998 00:39:46.947 [0C] PAGING CAI

Extended System Parameters Message

pilot_pn 0x4c = 76 ( 76 ), config_msg_seq 55

pref_msid: MIN+ESN, mcc 450, imsi_11_12 11

broadcast index 6

< 사례분석 >

시스템에서 FA 를 증설할 경우 단말기는 큰 문제없이 해당 서비스

채널(FA)로 이동할 수 있다. 만약 1 FA 지역에서 3 FA 지역으로

이동할 때 CDMA channel list message 를 이용하여 쉽게 해결할 수

있다.

< 그림 36. CDMA channel list message >

< 그림 37. Extended system parameters message >

Extended system parameter message 는 IS-95-A 부 터 적 용 되 고

있 으 며 system parameter message 를 확 장 시 키 는 개 념 이 며

단 말 기 의 preferred type(단 말 기 인식을 위 하 여 원 하 는 address

type) 과 cell broadcasting 을 위 한 paging channel 방 송 정 보

검색주기(broadcast index)가 전송된다.

Broadcast index 는 단말기가 주기적으로 검색해야 할 slot

외에 방송용 정보를 수신할 때는 추가적으로 방송용 slot 를

검 색 해 야 한 다. 물 론 이 러 한 단 말 기 는 배 터 리 가 많 이

소모되어 사용시간이 단축된다.

시 스 템 에 서 paging channel 을 통 하 여 전 화 호출, 인증요 구,

SMS 수신 등을 요구할 때는 각각의 단말기별로 행해진다.

이 때 각 단 말 기 를 구 분 하 는 방 법 은 전 화 번 호 (MIN),

ESN(Electronic Serial Number), IMSI, BROADCAST 로 구 분 하 여

사용하는데 이들을 address type 이라고 한다 . 실제로 전화번호인

MIN은 IMSI 에 포함될 수 있으며 따로 사용하는 이유는

MIN으로만 동작하는 기존의 단말기를 보호하기 위해서이다.

* IMSI(International Mobile Station Identity) : 국가 간 로 밍 을 위 한 전화 번호

즉, 호출이 올 때 단 말 기 구 분 은 전 화 번 호, ESN 등 을

79

MIN

ESN

IMSI

BROADCAST

이 용 할 수 있 다. 현 재 SK Telecom의 경 우 대 부 분 MIN을

사용한다. IMSI 는 다른 사업자와 로밍을 할 경우 구분하는

address type이 고, BROADCAST 는 SMS에 서 방 송 용 메 세 지(cell

broadcasting) 를 전송하는 address type이다.

단말기는 위에서 언급한 address type과 page message 류(page

message, slotted page message, general page message) 를 이 용 하 여

호 출 을 받 게 된 다. 일 반 적 으 로 page message 는 MIN을

이용하여 단말기를 호출할 때 사용하고, slotted page message는

하나의 메세지에 의해 여러 개의 MIN으로 각각의 단말기를

호출할 때 사 용 한 다. 기 본 적 으 로 slotted page message 가 page

message 를 포 함 하 므 로 대 부 분 이 slotted page message 로

사용한다.

80

< Page Message 의 분류 >

Page Message : 전화번호(MIN)를 이용한 여러 개의 단말기

호출 가능하지만 다음 slot까지 연속해서 사용할 수 없음

Slotted Page Message : 전화번호(MIN)를 이용하여 여러 대의

단말기 호출 가능하고 다음 slot까지 사용가능

General Page Message : 전화번호이외에 ESN, IMSI,

BROADCAST 를 사용하여 여러 대의 단말기 호출가능

* Slotted page message 는 page message 를 포함하고, general

page message 는 slotted page message 와 page message 를

포함할 수 있다.

Traffic state 에서는 어떠한 address type 도 사용하지 않는다. 이것은 MAP 인 IS-41 에서 address 를 처리하기 때문이다.

General page message 는 여 러 가 지 address type으 로 메 세 지

전송이 가능하여 IMSI, BROADCAST 등의 address type의 사용이

가 능 하 다. 그 림 38은 일 반 적 으 로 단 말 기 를 호 출 할 때

사용되는 slotted page message 의 한 예를 보여주고 있다.

그림 38과 같이slotted page message 는 하나의 메세지로 2 대

이 상 의 단 말 기 에 호 출 을 할 수 있 으 며 이 것 은

NUM_PAGES( 호 출 하 는 전 화 번 호 개 수) 에 정 의 되 어 있 다.

하 나 의 paging channel slot 에 여 러 명 의 가 입 자 단 말 기 를

호출할 때 하나의 slot 으로 부족할 경우는 다음 slot 까지

연 속 하 여 사 용 할 수 있 다 . 이 때 는 slotted page message 의

MORE_PAGES 를 1 로 설 정 하 고 단 말 기 는 다 음 slot 까 지

검색하여야 한다 . 이때는 단말기가 주어진 80ms 이외에 다시

하나의 slot 를 검색하므로 총 160ms 를 검색하게 된다.

81

Page message(slotted page message, general page message) 에 는

CONFIG_MSG_SEQ 와 ACC_MSG_SEQ 가 overhead message 의

message sequence number 와 같 을 경 우 해 당 메 세 지 를

처리한다. 다를 경우는 새로운 overhead message 를 수신하여야

한다.

단말기는 자기의 slot 에서 slotted page message 를 수신하고

MIN이 동일한지를 검사해야 한다. 이러한 동작을 page match

operation 이라 하고 matching 이 되면 이를 처리하여야 한다.

82

Slotted Page Message(PC)

07/22/1998 04:00:08.867 [0E] PAGING CAI

Slotted Page Message (slot 1230)

config_msg_seq 57

acc_msg_seq 1

more_pages 0

num_pages 2

msg_seq[0] 0

MIN (0x384) 984C20 = (011) 450-9059

def S.O.: 1

msg_seq[1] 0

MIN (0x384) 501820 = (011) 471-0011

def S.O.: 1

단말기는 slotted page message 에서 MORE_PAGES 가 ‘1’인

경우는 다음 slot까지 검색해야 하며, 검색의 종료조건은

MORE_PAGES 가 ‘0’으로 설정되는 조건이다.

< 그림 38. Slotted page message >

83

< 사례분석 >

삼성 단말기에서 현재 상태를 알 수 있는 방법

1. 메뉴 + 8

2. S02222(N00003) I2 T-63 2

D059-02 P076 H0697

3. S02222(SID), N00003(NID), I2(slot index=2), T-63(Tx PWR)

2(idle state) (참고:0=pilot, 1=sync, 3=access, 4=traffic)

D059(Rx PWR), -02(Ec/Io), P067(PN offset), H0697(FA)

* 단말기 버젼 : menu+9 + 8 + 0 + #

Page message 및 slotted page message 는 ACK 요구가 없어도

단말기가 무조건 응답을 해야 하며 이때 ACK_REQ 를 ‘1’로

설정하여 기지국으로부터 page response message 에 대한 응답을

받아야 한다.

< 사례분석 >모토로라 단말기에서 현재 상태를 알 수 있는 방법 1. FCN + FCN + Call Status 설정2. 76 40 1 17 697 88 160 0 IDL NI 82 N/A1 00.00 2 N/A2 2222 3 53. 76(PN offset), 40(Ec/Io(-4dB)), 1(Active set 개수), 17(Neighbor set 개수), 697(FA), 88(가장 강한 Neighbor PN) 160(가장 강한 Neighbor PN 의 Ec/Io(-16dB)), 0(Candidate set) IDL(Idle state), NI(No Indication(예:MR=Mobile Release)) 82(RSSI(-82dBm)), N/A1(Tx PWR), 00.00(통화시 FER)

2(Call drop 횟수), N/A2(통화중 SO), 2222(SID), 3(NID), 5(PWR ON 후 Call Count)

84

85

< 사례분석 > LGIC 단말기에서 현재 상태를 알 수 있는 방법 1. menu + 2 + 0 + 0000002. 1:테스트 화면 2:테스트 통화 3:CDMA 전용3. 1:테스트 화면 선택4. 076 2 FD X A 7F5. 076(PN offset), 2(idle state)(참고:0=pilot, 2=sync, 3=access 4=traffic), FD(Rx PWR), X(reserved), A(reserved), 7F(Tx PWR) * X, A 는 Ec/Io, SID, NID 등을 표시할 수 있음

* Rx, Tx값 산출방법(대략적 계산) - 이 계산방법은 퀄컴 단말기에도 적용가능

1) 7F=-21dBm, 70=-26dBm 2) 6F=-26dBm, 60=-31dBm 3) 5F=-32dBm, 50=-37dBm 4) 4F=-37dBm, 40=-42dBm 5) 3F=-42dBm, 30=-47dBm 6) 2F=-48dBm, 20=-53dBm 7) 1F=-53dBm, 10=-58dBm 8) 0F=-58dBm, 00=-63dBm 9) FF=-63dBm, F0=-68dBm 10) EF=-69dBm, E0=-74dBm11) DF=-74dBm, D0=-79dBm 12) CF=-80dBm, C0=-85dBm13) BF=-85dBm, B0=-90dBm 14) AF=-90dBm, A0=-95dBm15) 99=-96dBm, 90=-101dBm 16) 8F=-101dBm, 80=-106dBm

* 단말기 버젼(SD-5300) : menu + 2 + 0 + 000000 + 7

단 말 기 에 표 시 되 는 수 신 전 계 강 도(RSSI: Received Signal

Strength Indicator) 는 idle state 에 서 할 당 된 slot 에 서

깨어나서부터 산출된다. 이것은 단말기의 finger 에서 수신되는

해당 PN 의 전계강도를 산출하기 때문이다. 따라서 inactive

상태에서는 수신 전계강도를 알 수 없다.

Paging channel은 다 음 과 같 은 long code로 scrambling

86

< 사례분석 >현대 단말기에서 현재 상태를 알 수 있는 방법 1. # + # + 2 + 7 + 7 + 3 + 종료2. PN076 CH0779 S02222 N00003 S053-06 T-633. PN076(PN offset), CH0779(FA), S02222(SID) N00003(NID), S053(Rx PWR), -06(Ec/Io), T-63(Tx PWR)

* Rx PWR 산출방법 S053 : 0(-) 53 = -53 (‘0’은 “–“를 뜻함) A = -53/3 = -17.67 Rx PWR = A - 63.25 = - 17.67 - 63.25 = - 80.92 dBm

* 단말기 버젼 : # + # + 2 + 7 + 2 + 6 + 종료

대기상태에서 단말기에 표시되는 안테나 개수 및 전계강도 수치는 할당된 slot 을 검색할 때 계산된다. 이때 측정되는 값은 수신 전계강도이며 이것을 Ec/Io 로 변경하여 호처리에 사용된다.

되 어 있 어 서 서 비 스 받 고 있 는 채 널 을 재 확 인 하 고 paging

channel message 의 감청을 방지할 수 있다.

41 29 28 24 23 21 20 9 8 0

110001100110

100000 PCN 000000000000 PILOT-PN

- PCN : Paging Channel Number

- PILOT_PN : Pilot PN Offset for the Forward Channel

위의 long code mask 는 long code generator의 전단에 위치하여

AND gate 에 입력된다. 이때 long code generator는 sync channel

에서 수신한 long code state를 근간으로 생성된다. 한편 traffic

channel 은 ESN으 로 masking 된 public long code 또 는 각

단말기별로 행해지는 private long code가 있다. Long code masking

의 기본적인 용도는 메세지 또는 음성의 암호화이다.

87

Data Burst Message(PC)09/22/1998 08:04:51.308 [39] PAGING CAI Data Burst Message ack_seq 7, msg_seq 0, ack_req 1, valid_ack 0 MIN (0x384) 5DCE94 = (011) 486-3771 msg_number 1 burst_type 3, (SMS) num_msgs 1 (num_fields 37) Point-to-Point Message (SMS Msg Cat = 0x00) Teleservice Identifier (parm_type 0, len=2) CDMA Voice Mail Notification (0x1003) Originating Address (parm_type 2, len=7) digit_mode=0, num_mode=1, char_size=4, num_fields=10 Addr: 0a 0a 0a 0a 0a 0a 0a 0a 0a 01 Bearer Data (parm_type 8, len=21) Message Identifier (parm type 0x00, len 0x03) msg_type=0x01, msg_id=0xc5d3 Message Center Time Stamp (parm type 0x03, len 0x06) yr=0x98, mo=0x09, day=0x22, hr=0x17, min=0x03, sec=0x05 (09/22/98, 17:03:05) Number of Messages (parm type 0x0b, len 0x01) num_of_msgs=01 Call Back Number (parm type 0x0e, len 0x03) digit_mode=0, chari_size=4, num_fields=3 Digits: *89

3. Broadcast Slot Monitoring

Cell Broadcast 는 주 로 생 활 정 보 서 비 스 가 제 공 되 며 수 신

가능한 모든 단말기는 메세지 수신 가능하다. 이것은 일종의

무선호출과 유사한 개념으로 모든 단말기에 방송하는 형태로

paging channel 의 data burst message 를 이 용 하 여 전 송 한 다.

Broadcast 메 세 지 를 수 신 하 는 방 법 에 는 multi-slot broadcast

message transmission, multi-slot broadcast paging 과 periodic broadcast

paging 등 3 가지 종류가 있다.

SK Telecom 에서는 periodic broadcast paging 을 이용하여 서비스

하 고 있 으 며 이 것 은 extended system parameter message 에 서

BCAST_INDEX(broadcast monitoring cycle) 를 수 신 하 여

broadcasting message 수신 여부를 결정한다.

88

Broadcast message 를 처리하는 단말기는 고유의 검색 slot 과는

별도로 broadcast slot 을 검색해야 한다. 이 경우 배터리 소모량은

증가하게 된다.

Broadcast message 수신을 위한 slot 결정은 다음과 같다.

Broadcast slot 주기 : B = 2i x 16, (0 ≤i ≤7), i : BCAST_INDEX

Broadcast slot 검색시점: t/4 mod (B+3)=0, t:system time, x : 소수점

이하 버림

일 반 적 으 로 단 말 기 배 터 리 를 절 약 하 기 위 하 여

BCAST_INDEX 는 보 통 5 이 상 을 할 당 하 여 검색주 기 를 길게

한다. 만약 paging channel 에서 SLOT_INDEX 가 1 인 경우는

32개 slot 을 주 기 로 검색해 야 하 고, BCAST_INDEX 가 6 인

경 우 는 1024개 slot 의 주 기 가 된 다. 실 제 로 broadcasting

message 는 검 색 주 기 를 길 게 하 여 메 세 지 를 전 송 하 지 만

단 말 기 는 이 메 세 지 를 모 두 복 조 해 야 하 고 데 이 타 를

EEPROM 에 저장해야 하므로 처리가 복잡해지게 된다.

< 그림 39. Paging channel slot 및 broadcast slot 구성도 >

89

paging channel slot N paging channel slot N+1broadcast slot B

system time

그 림 39와 같 이 broadcast message 수 신 가 능 한 단 말 기 는

고유의 자기 slot(paging channel slot N, paging channel slot N+1) 외에

broadcast slot(broadcast slot B) 을 추가로 검색해야 한다.

단말기에서 broadcast message 를 수신하기 위해서는 extended

system parameter 에 서 BCAST_INDEX 를 수 신 하 고 이 를

기 준 으 로 broadcast slot 을 결 정 한 다. Periodic broadcast paging 인

경 우 broadcast slot 에 general page message 가 전 송 되 며 이

메 세 지 를 기 준 으 로 3 slot 뒤 에 broadcast message(data burst

message) 가 전 송 된 다 . 이 broadcast message 는 3 slot 단 위 로

여러 개가 전송될 수 있다.

General page message 는 이 미 언 급 한 address type(MIN, ESN,

IMSI, BROCAST) 을 모 두 처 리 할 수 있 으 며 broadcast 용 도 로

사용할 때는 여러 개의 BC_ADDR 이 전송될 수 있다.

90

Broadcast message 처리가 가능한 단말기는 고유의 paging channel

slot 외에 broadcast slot 을 추가로 검색(monitoring)해야 한다.

General Page Message(PC)

04/09/1998 06:48:02.808 [33] PAGING CAI

General Page Message (slot 1139)

Config_msg_seq 18, Acc_msg_seq 0

Done's: class_0: 1, class_1: 1, TMSI: 0, BCast: 1

Ordered TMSIs: 0

Page[0] {3,0} Broadcast burst_type 3, bc_addr 01000011fe

Page[1] {3,0} Broadcast burst_type 3, bc_addr 01000011fe

Page[2] {3,0} Broadcast burst_type 3, bc_addr 01000011fe

Page[3] {3,0} Broadcast burst_type 3, bc_addr 01000011fe

그림 40은 paging channel 에서 SMS 메세지 일종인 CB

전 송 을 나 타 내 고 있 으 며 이 메 세 지 는 처 리 가 능 한 모 든

단말기에 방송 형태로 전송된다. BURST_TYPE 가 3 이면 SMS

를 의미하며 address type을 이용하여 다른 SMS(MT SMS, MO

SMS) 와 구분한다.

91

Data Burst Message(PC)

04/09/1998 06:48:03.788 [3F] PAGING CAI

Data Burst Message

ack_seq 7, msg_seq 0, ack_req 0, valid_ack 0

imsi {0,0} imsi_s=1000011fe=(367) 111-4621

msg_number 1

burst_type 3, (SMS)

num_msgs 1 (num_fields 43)

Broadcast Message (SMS Msg Cat = 0x01)

Broadcast Service Category (parm_type 1, len=2)

not implemented by NPAR

Bearer Data (parm_type 8, len=36)

Message Identifier (parm type 0x00, len 0x03)

msg_type=0x01, msg_id=0x1001

User Data (parm type 0x01, len 0x1d)

encoding 0x10, chari_size=7, num_fields=27

5f 32 16 3e 3e 1f 1f 3c 5e 2f 7c 4b 4f 1a 79 5b 62 75 77

5b 56 1a 5d 40 6a 2d 19

< 그림 40. CB 용 data burst message >

* Data Burst Message : IS-95-A(physical layer) 상에 있는 메세지이며 간 단 한 데 이 타 의 전 송 이 가 능 한 메 세 지 이 다. 주 로 이

메세지에상위 프로토콜을 첨가하여 데이타 전송용으로 사용한다.

( 예:SMS, Cell broadcasting, OTA 등)

4. Acknowledgement Procedures

Acknowledgement 처 리 는 signaling(제 어 신 호: 메 세 지 로 처 리)

에 만 적 용 되 며 일 반 음 성 신 호 전 송 에 는 적 용 하 지 않 는 다.

Signaling 은 시 스 템 과 기 지 국 의 신 뢰 성 있 는 신 호 송 수 신 이

되 어 야 하 며, 음 성 은 전 송 에 지 연 이 발 생 되 지 않 도 록

FEC(Forward Error Correction) 로만 처리한다.

* FEC : 오 류 발 생 대 처 방 안 의 하 나 로 전 송 하 고 자 하 는 데이타에 오 류 처 리 기 능 을 하 는 코 드 를 부 가 적 으 로 추 가 하 여 전송하는 방식.

* 오 류 처 리 방 법 : 크 게 재 전 송 을 요 구 하 는 경 우 와 자체적으로 오류 정정 코드를 추가하여 전송하는 경우 등 2 가지가 있다.

92

데이타 통신망은 7 layer 를 권고하고 있지만, 이동통신에서는

신 호 처 리 를 간 단 히 하 기 위 하 여 일 반 적 으 로 3 개 의 layer만

정의하여 사용하고 있다.

CDMA 망의 signaling 은 3 개 의 layer 를 사 용 하 고 있 으 며 ,

음성통신은 layer 1 인 physical layer 로 바로 전송한다 . Layer 1 은

IS-95-A 의 데이타를 비트 상태로 전송하고, layer 2 는 확실한

신 호 전 송 을 보 장 하 는 acknowledgement procedure 를 담 당 하 고,

layer 3 은 각종 제어 및 호처리 등을 수행한다.

Layer 3 (Call Processing and Control)

Layer 2 (Acknowledgement)

Layer 1 (Physical Layer)

(a) Layer 구성도

93

Signaling Voice SignalingVoice

Physical

Data Link

Network

Physical

Data Link

Network

일반적으로 응답처리는 layer 2 로 처리되며 이것을 layer 2 ACK

라고 한다. 특정 부가서비스는 layer 3 에 별도의 프로토콜을

사용하여 상위(layer 2 이상) ACK 를 사용하기도 한다.

(b) Voice and signaling stack

시스템 단말기

Layer 3 Application

ACK 처리

IS-95-A

Layer 3

Layer 2 Layer 2

Layer 1 Layer 1

(c ) 시스템과 단말기의 peer-to-peer 구성도

< 그림 41. CDMA protocol(IS-95) layer 구성도 >

그림 41과 같이 시스템과 단말기의 protocol stack 은 서로

일 치 되 어 있 으 므 로 신 호 전 송 의 layer 2 에 서 검 사 결 과 오류가

발생하면 layer 1 로 해당 데이타의 재전송을 요청한다.

Layer 2 에 서 는 기 지 국 과 단 말 기 의 신 뢰 성 있 는 메 세 지

전 송 을 위 하 여 paging channel 에 서 다 음 과 같 은 메 세 지 를

정 의 하 여 사 용 하 고 있 다. Traffic channel 에 서 는 MSG_SEQ,

ACK_SEQ, ACK_REQ 와 같 이 세 가 지 종 류 의 ACK 관 련

메세지를 사용하고 있다.

94

ACK_TYPE (Acknowledgement Address Type)

MSG_SEQ (Message Sequence Number)

ACK_SEQ (Acknowledgement Sequence Number)

ACK_REQ (Acknowledgement Request)

VALID_ACK (Valid Acknowledgement)

ACK 처리는 제어신호(signaling)에만 적용되고 일반음성 신호에는

적용하지 않는다. 이유는 signaling 은 확실한 전송을 보장해야

하지만 음성은 지연되지 않도록 FEC 로만 처리한다.

< 그림 42. ACK procedure 관련 메세지 >

ACK_TYPE 은 응 답 을 요 구 하 는 메 세 지 의 address type을

나 타 내 며, MSG_SEQ 는 기 지 국 또 는 단 말 기 에 서 메 세 지 를

송 신 할 때 연 속 적 으 로 증 가 시 켜 서 전 송 한 다. ACK_SEQ는

수 신 한 메 세 지 의 MSG_SEQ 를 사 용 하 며, ACK_REQ 는

acknowledgement 를 요 구 할 때 사 용 하 며 VALID_ACK 는

ACK_REQ 에 대한 응답의 경우에 사용한다. 즉 VALID_ACK

는 응답을 포함하고 있다는 것을 나타낸다.

* 무선데이타 오류 처리방법무 선 데 이 타 는 매 우 적 은 오 류 가 발 생 되 어 야 한 다.

일반적으로

음 성 신 호 는 10-3, 데 이 타 는 10-6 의 오 류 가 허 용 된 다.

음성신호는FER 로 처 리 하 는 반 면 데 이 타 는 ARQ(Automatic Repeat

Request)

방 법 을 사 용 한 다. 따 라 서 무 선 데 이 타 의 경 우 단 말 기 와 기지국에

RLP(Radio Link Protocol) 을 별도 로 추 가 하 여 오류가 발 생 할 경우

해 당 프 레 임 에 대 하 여 재 전 송 을 요 구 하 게 된 다. 이 때 무선구간

사 용 효율을 높이 기 위 하 여 오류발 생 프레임만 재 전 송 을

95

요구하는 NAK based 프로토콜을 사용한다.

< 그림 43. 메세지를 중심으로 한 layer 구조 >

그 림 43은 IS-95 layer 를 나 타낸 것 으 로 layer 1 은 IS-95

메 세 지 로 무 선 구 간 에 송 수 신 되 는 메 세 지 이 다. 즉, layer 1 은

message length, message body, CRC 를 포함한 것을 말하고, layer 2

는 메 세 지 에 서 ACK 와 실 제 메 세 지 내 용 을 나 타 낸 다.

그리고 layer 3 은 실제 메세지 내용을 나타낸다.

그 림 44는 메 세 지 를 기 준 으 로 한 layer를 나 타 내 고

있으며, 그림과 같이 layer 2(L2) 는 ACK 처리 부분이고 layer

3(L3) 은 실 제 메 세 지 내 용 을 의 미 한 다. 만 약 메 세 지 에

오류가 발생하면 layer 2 의 timer 가 소멸되어 해당 메세지가

다시 전송된다.

96

Message content

Message content

MSG Length CRCMSG body

ACKLayer 2

Layer 1(IS-95)

Layer 3

응답없을 때재전송

Origination Message (AC)

09/22/1998 08:00:54.365 [27] ACCESS CAI

Origination Message

L2 ack_seq 0, msg_seq 2, ack_req 1, valid_ack 0,

ack_type 0

L3 MIN (0x384) 3C4437 = (011) 352-1166

esn 0xB0AA0021

……………………………

num_fields 4

chari[]: 1508

97

Origination Message (AC)

09/22/1998 08:00:54.365 [27] ACCESS CAI

Origination Message

L2(ACK) ack_seq 0, msg_seq 2, ack_req 1, valid_ack 0, ack_type 0

L3(MSG) MIN (0x384) 3C4437 = (011) 352-1166

esn 0xB0AA0021

……………………………

num_fields 4

chari[]: 1508

< 그림 44. 메세지를 기준으로 layer 분석 >

IS-95방식의 오류처리는 일반적으로 통신에 사용되는 재전송

요 구 방 식 을 사 용 하 지 않 고 수 신 측 에 서 오 류 가 발 생 하 면

응 답 을 하 지 않 는 다. 따 라 서 송 신 측 에 서 는 해 당 메 세 지 에

대 하 여 timer 를 동 작 시 켜 정 해 진 시 간 동 안 응 답 이 없 을

경우 재전송한다. 하지만 통화상태에서는 긴급한 응답이 있을

수 있으므로 4 개까지 응답을 관리하여 처리할 수 있다.

< 그림 45. ACK procedure 처리 예 >

98

06/03/1998 05:34:28.081 [23] FORWARD TC CAI

Service Option Response Order

ack_seq 7, msg_seq 1, ack_req 1, encryption 0

implied action time

Ordq 0x00

Service option 0x0003

06/03/1998 05:34:28.160 [24] REVERSE TC CAI

Mobile Station Acknowledgement Order

ack_seq 1, msg_seq 1, ack_req 0, encryption 0

CDMA 방식은 수신측에서 정상적으로 메세지를 수신하면 ACK 를 하고 오류가 발생하였을 경우는 송신측에서 재전송하는 방식을 사용하고 있다. 이때 송신측에서는 timer 를 이용하여 응답 제한시간까지 응답이 없으면 재전송한다.

그 림 45는 forward channel 로 응 답 을 요 구 할 경 우

ACK_REQ(=1) 를 단말기에서 응답하는 예를 보여주고 있다.

단 말 기 의 응 답 에 서 ACK_SEQ(=1) 는 기 지 국 에 서 응 답 을

요 구 한 MSG_SEQ(=1) 에 대 한 응답 메 세 지 이 다. 그 림 45는

SO(Service Option) 협상에 대한 응답 절차이다.

IS-95-A 에는 일반적으로 별도의 acknowledgement procedure 에

관련된 메세지를 사용하는 방법보다는 다음 메세지 처리 때

응 답 메 세 지 를 넣 어 서 전 송 하 는 방 법 을 대 부 분 사 용 하 고

있 다. 그 러 나 단 말 기 에 서 응 답 할 메 세 지 는 있 고 다 음

메세지가 없을 경우는 mobile station order message 를 이용하여

응 답 한 다 . 반 대 로 기 지 국 에 서 응 답 할 메 세 지 가 있 을 경 우

base station acknowledgement order 를 이 용 한 다 . 그 리 고 order

메 세 지 는 부 가 적 인 파 라 메 터 가 적 을 경 우 사 용 되 며 이 의

메세지 형태는 그림 46의 예와 같이 상대적으로 간단하다.

99

Base Station Acknowledgement Order(FTC)

07/08/1998 08:07:41.751 [0B] FORWARD TC CAI

Base Station Acknowledgement Order

ack_seq 0, msg_seq 0, ack_req 0, encryption 0

implied action time

Mobile Station Order Message(PC)

03/10/1998 09:39:48.487 [28] PAGING CAI

Mobile Station Order Message

num_ords 1

ack_seq 5, msg_seq 0, ack_req 0, valid_ack 1

esn 0xB0CB8BF6

Base Station Acknowledgement Order

< 그림 46. Order message 를 이용한 ACK 처리 >

그 림 46은 응 답 을 위 한 특 정 메 세 지 가 없 을 경 우

기 지 국 에 서 order 메 세 지 를 이 용 하 여 응 답 하 는 경 우 와

단말기에서 order 메세지를 이용하여 응답하는 경우이다. 또한

이러한 order message 는 시스템 또는 단말기 상호간의 명령에

해당하는 메세지로 여러가지 의미를 가질 수 있다.

Ⅳ. 시 스 템 접 속

시 스 템 접 속(system access state) 은 access channel을 통 하 여

단말기가 전화를 걸거나 paging channel 메세지에 응답 등을

수행한다. Access channel 은 여러 개의 단말기가 접속을 요구할

수 있으므로 이의 접속체계는 random access 를 이용한다.

1. Access Procedures

Access channel 을 이 용 하 여 기 지국에 접 속 을 요 구 할 때 는

paging channel 에서 수신한 access parameter message 에 포함되어

있 는 정 보 를 이 용 하 여 접 속 한 다 . Access parameter message 는

open loop power 를 위한 파라메터, 전송에 실패했을 경우 다음

단계의 송신전력 및 지연시간, 캡슐 사이즈 등이 전송된다.

100

Access channel 은 여러 개의 매개체(단말기)가 하나의 한정된 자원(기지국)에 접속을 요구하므로 임의접속(random access)으로 시도한다.

여 러 개 의 단 말 기 가 하 나 의 기 지 국에 요청을 할 때

기 지 국 자 원( 채 널) 이 부 족 할 수 있 고 처 리 가 불 가 능 할

정도로 많은 단말기가 요구를 할 수 있다. 이러한 상황을

처리하기 위하여 random access 를 이용한다.

만약 접속에 실패할 경우 단말기는 임의의 시간이 지난

뒤 에 송 신 전 력 을 더 높 여 서 전 송 한 다. 하 나 의 전 송 단 위 를

access probe 라고 한다.

Access probe 전송에 관한 정보는 언급한 바와 같이 paging

channel 의 access parameter message 에 포 함 되 어 있 다. 단 말 기 는

기 지 국 에 접 속 하 기 위 하 여 단 계 적 으 로 전 력 을 높 여 서

전 송 하 며 특 정 시 도 수 가 되 었 을 경 우 임 의 의 시 간 동 안

지연한 다음 재시도를 한다.

101

Access channel 은 multiple access 이므로 대부분의 동작 및 파라메터가 random 한 특징이 있다.

Radio Tower

< 그림 47. 하나의 기지국에 여러 개의 단말기 접속 >

* multiple access : 하 나 의 기 지 국 에 여 러 개 의 단 말 기 가 접속요구

단 말 기 가 access channel 번 호 를 설 정 할 때 도 임 의 의

채 널 번 호 로 접 속 을 요 구 하 고 실 패 할 경 우 또 한 임 의 의

채널번호를 사용한다. 이처럼 access channel 이 random 한 것은

해 당 기 지 국 에 접 속 하 는 단 말 기 의 상 태 를 알 수 없 기

때 문 에 확 률 적 으 로 트 래 픽 을 균 등 하 게 분 배 하 여 최 대 한

충돌을 방지하기 위해서이다 .

단말기가 기지국에 접속을 할 때 해당 접속채널에 다른

단 말 기 가 이 미 사 용 할 수 도 있 고 기 지국 상 태 불량으 로

사용할 수 없을 경우 등 접속에 실패할 경우가 발생한다.

이 러 한 단 점 을 보 완 하 기 위 하 여 기 지 국 에 접 속 할 때

단 말 기 는 Slotted ALOHA 프 로 토 콜 과 비슷한 방 법 을 이 용 하 여

접속한다.

Slotted ALOHA 는 원 래 하 나 의 위 성 에 여 러 개 의

송 신 장 치 가 접 속 을 시 도 할 때 사 용 하 는 방 법 으 로 채 널 사 용

효율은 낮 은 편 이 나 안정 성 은 매 우 높다. 이 것 은 주 어 진

시 간(time slot) 동안 접 속 을 시 도 하 며 접 속 에 실패할 경 우

계속 임의의 시간이 지난 뒤에 재접속을 시도하는 방식이다.

102

접속실패

접속실패

접속실패

접속성공송신전력(power)

시간(time)

Random time delay

Access channelmessage

< 그림 48. Access channel 접속 절차 >

CDMA 방식에서도 이러한 방식으로 접속하며 접속 성공율을

높이 기 위 하 여 두 번 째 접 속 부 터 는 점진 적 으 로 전력을 높게

송출하 는 방식을 이 용 하 고 있 다. 단 말 기 에 서 최초 의 전력은

다음의 식과 같이 자체적으로 계산한 값으로 전송된다.

Tx (dBm) = -Rx –73 + NOM_PWR + INIT_PWR

Access probe 의 최초 송신전력은 위의 식과 같으며 이후의

단 계 는 PWR_STEP으 로 증 가 시 킨 다. 실 제 로 단 말 기 의

송신전력은 다음과 같은 3 가지 경우로 나누어 처리된다.

Access channel 최초 송신전력(dBm)

- Rx( 평균수신 전력) –73 + NOM_PWR + INIT_PWR

Reverse traffic channel 최초 송신전력(dBm)

- Rx – 73 + NOM_PWR + INIT_PWR + Access Probe 결과 값

103

Access channel 은 전송속도를 4800bps 로 고정시켜서 기지국의 접속 요구 메세지 인식을 확실하게 하고 전송 중의 오류발생 확률을 줄인다.

Power control bit 를 수신하였을 경우 송신전력(dBm)

- Rx – 73 + NOM_PWR + INIT_PWR + Access Probe 결과 값

+ PC bit

그 림 49는 access channel로 전 송 한 access probe 에 대 한

정보로 수신전력 송신전력 등의 정보가 들어있다.

< 그림 49. Access probe information >

그림 50은 paging channel 에 전송되는 overhead message 의

일 종 인 access parameter message 로 서 단 말 기 가 시 스 템 에

접속하기 위한 조건에 대하여 모두 정의되어 있다.

단말기는 시스템에 접속할 때 정해진 access channel 번호로

접속을 시도해야 한다. 이에 대한 정보는 그림 50과 같이

access parameter message 에 정의되어있다.

104

Access Parameter Message(PC)

07/08/1998 08:06:25.187 [0E] PAGING CAI

Access Parameters Message

pilot_pn 0x4c = 76 ( 76 )

acc_msg_seq 0

acc_chan 0

nom_pwr 0, (nom_pwr_ext=0)

init_pwr 0

pwr_step 3

num_step 6

max_cap_sz 0

pam_sz 3

psist_0_9:0, 10:0, 11:0, 12:0, 13:0, 14:0, 15:0

msg_psist 0

reg_psist 0

probe_pn_ran 0

acc_tmo 6

probe_bkoff 0

bkoff 1

max_req_seq 2, max_rsp_seq 2

auth 0

Access Probe Information (AC)

07/08/1998 08:07:16.603 [11] Access Probe Information

Seq num 1, Probe num 1

RX AGC 0xbd (-85.581 dBm), TX ADJ 0

Number of psist tests 1, Access channel number 0

PN Rand delay 0, Sequence backoff delay 0, Probe backoff delay 0

< 그림 50. Paging channel 의 access parameter message >

그 림 51은 응답메 세 지 전 송 시 시 스 템 접 속 을 시 도 하 는

것으로 하나의 sequence(1+NUM_STEP 개의 access probe 전송)

에 서 다 음 sequence 사 이 는 RS(0 에 서 1+BKOFF 사 이 에

random 하 게 발 생) 만 큼 지 연 시 킨 다 음 재 전 송 한 다. 이 때

전체 sequence 개수는 MAX_REP_SEQ 개이다.

105

RESPONSEATTEMPT

Access Probe

Sequence 1Seq 2

Seq

MAX_RSP_SEQ

(15max)

System

TimeRS RS

접속실패

접속실패

접속실패

시간(time)

TA+RT

Access channel

message

접속실패(1+NUM_STEP)

< 그림 51. 응답메세지 전송시 access attempt >

Access probe 사이는 TA+RT 만큼 지연시킨다. TA 는 80 x (2 +

ACC_TMO) 이 고 RT 는 0 에 서 1+PROBE_BKOFF 사 이 에

random 하게 생성된다.

TA 가 너무 적 은 값으 로 설 정 될 경 우 단 말 기 는 짧은

시 간 에 접 속 을 시 도 하 므 로 만 약 통 화량이 많 은 지 역 에 서 는

수많은 단말기가 접속을 시도하므로 시스템의 부하가 증가될

수 있다. 이때 또한 random 한 파라메터인 RT 를 이용하여

106

메세지 전송시작 시점

< 사례분석 >

Access probe 사이의 TA(Time of Acknowledgement)는 access

probe 가 성공했을 경우 기지국의 응답을 기다리는 시간으로 통화량이 많은 지역에서 너무 짧게 설정될 경우 접속을 요구하는 모든 단말기가 접속 요구시간이 짧으므로 시스템에 영향(부하)을 줄 수 있다.

각 probe 에 대하여 단말기가 기지국에서 ACK 를 받지 못하는 주된 이유는 단말기의 송신전력이 적거나 다른 probe 들과 collision 이 발생한 경우이다.

각 probe 간 최대한 충돌을 방지하게 한다.

< 그림 52. 발신메세지 전송시 access attempt >

발 신 메 세 지(origination message 를 이 용 하 여 전 화 를 걸 거 나

data burst message 를 이용하여 메세지를 전송하는 경우) 전송시

access attempt 는 sequence 간의 지연이 길며 메세지 전송시점이

도달해도 PD 만큼 지연시킨 다음 메세지를 전송한다.

이 미 언 급 한 바 와 같 이 access channel의 모 든 동 작 은

random 성이 강하다. Access channel 번호 결정, access probe 에서

접속에 실패할 경우 지연, access sequence에서 접속에 실패할

경우 지연 등이 random 하게 결정된다. 이렇게 하는 이유는

107

REQUESTATTEMPT

Access ProbeSequence 1

Seq 2Seq

MAX_REQ_SEQ(15max)

RS RS

메세지 전송시작 시점

PD PDPD

접속실패

접속실패접속실패

시간(time)

TA + RT

Access channel

message

접속실패(1+NUM_STEP)

Access channel 은 전화를 걸기 위한 발신 메세지 전송과 기지국의 요구에 의한 응답 메세지 전송은 다르게 처리된다. 발신보다는 응답메세지 전송이 더 지연없이 처리된다.

다 중 접 속(multiple access) 에 서 가 장 이 상 적 인 상 태 는 random

하 게 자 원 을 배 치 하 는 것 이 므 로 최 대 한 이 것 을 따 르 기

위해서이다.

< 그림 53. 시스템에 접속을 하기 위한 전력 증가 관계 >

단말기에서 시스템에 접속을 요구할 때는 각 access probe

마 다 전 력 을 증 가 하 여 전 송 하 게 된 다. 초 기 의 전 력 은

IP(initial open-loop power)로 하 며 접 속 에 실 패 할 때 마 다

PI(power increment) 씩 증 가 하 여 전 송 한 다. 이 것 은 전 력 을

증 가 시 켜 서 시 스 템 에 접 속 성 공 률 을 높 이 기 위 해 서 이 다.

이때의 최대 access probe 개수는 1+NUM_STEP 개이다.

108

접속실패

접속실패

접속실패

시간(time)

Access channelMessage(Access probe)

접속성공PI

PI

IP

PI

전력 (Power)

Access probe 사이와 access sequence 사이에 임의의 지연(random delay)을 주는 이유는 충돌(collision)을 방지하기 위해서이다.

* 용어정리 Access probe : access channel message 를 담고 있는 단위 Access sequence : access probe 를 몇 개 로 하 는 단 위

(1+NUM_STEP 개)

IP : Initial Open-Loop Power

PD : persistence delay

PI : Power Increment

RA : Access Channel Number(random 하게 결정)

RN : PN Randomization Delay

RS : Sequence Backoff

RT : Probe Backoff

TA : Ack Response Timeout(80x(2+ACC_TMO))

NUM_STEP : access sequence 에서 access probe 최대 개수

결정

단 말 기 의 access channel 결 정 은 0 에 서 ACC_CHAN(access

parameter message 에 있 음 ) 사 이 에 서 randomization 함 수 를

이 용 하 여 결 정 하 며 매 번 시 도 할 때 마 다 randomization

함 수 를 이 용 하 므 로 다 르 게 할 당 될 확 률 이 높 아 진 다 . 이 때

단말기는 MIN이 아닌 ESN을 randomization key 로 사용한다.

ESN을 사 용 하 는 이 유 는 MIN을 사 용 하 는 경 우 보 다 더

경우의 수가 많이 발생하기 때문이다.

Access channel에는 pilot channel 이 없으므로 사실상 PN offset

이 없다. 따 라 서 기 지국에 서 는 noncoherent 복 조 를 사 용 하 고

109

Access channel 번호 결정은 최대 채널번호(ACC_CHAN)에서 ESN

을 이용한 randomization 함수를 사용하여 결정된다.

수신 가능한 모든 기지국에서는 단말기에서 송신하는 신호를

받 을 수 있 다. 그 래 서 이 러 한 문 제 를 해 결 하 기 위 하 여

access channel에 는 다 음 그 림 과 같 이 masking 이 되 어 있 어 서

서 비 스 받 는 기 지 국 은 해 당 단 말 기 를 쉽 게 구 분 할 수

있 다. Reverse traffic channel 또 한 long code로 addressing 이

되어있다.

41 33 32 28 27 25 24 9 8 0

11000111

1ACN PCN BASE-ID PILOT-PN

- ACN : Access Channel Number

- PCN : Paging Channel Number

- BASE-ID : Base Station Identification(system parameter MSG)

- PILOT-PN : PN offset for the Forward CDMA Channel

IS-95-A 는 1.23MHz 의 physical channel 에서 forward channel 의

logical channel 은 Walsh code 로 구 분 하 고 reverse channel 의

logical channel 은 long code 로 구 분 한 다 . 즉, reverse channel 은

long code로 addressing 이 되어있다.

Access channel은 항 상 4800bps 로 전 송 하 여 9600bps 보 다

상 대 적 으 로 오 류 가 적 게 발 생 한 다. 그 리 고 access channel

110

기지국은 access channel long code masking 으로 처리하여 단말기를 구분한다. 그리고 reverse channel 에서 access channel

masking 은 경우에 따라서 변경될 수 있지만 reverse traffic channel

은 ESN 을 이용한 masking 이므로 고정된 masking 을 사용한다.

message 는 시 작 부 분 에 preamble 인 1+PAM_SZ 개 의 “ 0”을

전 송 하 여 기 지국에 서 쉽게 인 지 할 수 있 도 록 한 다. 만 약

다경로 반사파 (multipath fading) 가 심한 지역에서 access channel

preamble 이 적 을 경 우 시 스 템 접 속 에 실 패 할 확 률 이

증 가 하 게 된 다 . 따 라 서 preamble 크 기 의 최 적 설 정 은 시 스 템

운 용 에 서 중 요 한 부 분 이 다 . 반 대 로 preamble 이 길 경 우

메세지의 크기가 상대적으로 줄어드는 단점이 있다.

* Preamble 은 신 호 전 송 에 있 어 서 가 장 먼 저 전 송 하 여 상대방이빨리 인지할 수 있도록 하는 것으로 일반적으로 비동기

방식에서 유용하게 사용된다.

이때 메세지 전송시작 시점은 다음과 같이 system time 과

몇 개의 파라메터를 기준으로 송신한다.

111

Access Parameter Message(PC)

07/08/1998 08:06:25.187 [0E] PAGING CAI

Access Parameters Message

pilot_pn 0x4c = 76 ( 76 )

……………………..

max_cap_sz 0

pam_sz 3

…………………….

Access Channel Message 의 첫 부분은 1+PAM_SZ 개의 preamble

인 ‘0’을 전송하며, 이것은 기지국이 단말기 신호를 빨리 인식시키기 위함이다.

< 사례분석 >

기지국과 가까운 곳에 많은 가입자가 분포할 경우 preamble 를 너무 크게 설정하면 시스템 접속에 실패할 확률이 커진다.

< 그림 54. Access slot 길이 결정을 위한 파라메터 >

그림 54는 access parameter message 를 나타내고 있으며 slot

의 시작점은 다음 식과 같이 결정된다.

t x mod(4 + MAX_CAP_SZ + PAM_SZ) = 0

위의 식과 같이 t(system time) 는 paging channel monitoring 과

access channel 전송시점을 결정하는 중요한 시간 요소이다.

< 그림 55. Access probe 전송시 randomization delay >

하 나 의 access probe 를 전 송 할 때 도 실 제 전 송 시점에 서

임 의 의 시 간 인 PN randomization delay 를 사 용 한 다. 이 것 은

RN(PN Randomization Delay) 개 의 칩 만큼 지 연 시 키 는 것 으 로

시간으로 계산하면 RNx0.8138s 가 된다.

RN(PROBE_PN_RAM 이용) 의 값은 ESN을 이용한 hashing

112

Preamble Access Channel Message Capsule Time

PN Randomization Delay = RNx0.8138s

전송시작시간 = t x mod(4+MAX_CAP_SZ + PAM_SZ) = 0

으 로 값 을 산 출 하 며 실 제 적 인 값 은 0 에 서 511 까 지

분 포 된 다. 이 PN randomization delay 는 기 지 국 searcher 의

window 길이에 따라 다른 값으로 운용될 수 있다.

Access channel 구조는 그림 56과 같이 하나의 access probe

가 preamble 과 access channel message capsule 을 형 성 한 다.

Preamble 은 어떠한 정 보 도 전 송 하 지 않 는 일종의 overhead

신호가 되며 실제적인 메세지는 access channel message capsule 에

들어있다.

Preamble 은 비동기 전송방식에 필수적으로 사용되는 것으로

access channel은 random delay 로 인 하 여 일 종 의 비 동 기

전 송 으 로 볼 수 있 다. 따 라 서 access channel은 preamble 이

필요하다.

113

시간(time)

Access Probe

Access channel message capsule

Access channel message Padding

MSG LengthCRC

MSG body

Preamble

전력(PWR)

PN Randomization Delay 의 근본 목적은 RS, PD, TA, RT 와 같이 각 Access probe 간 충돌(collision)을 방지하기 위해서이다.

< 사례분석 >만약 PN Randomization Delay 값이 너무 큰 값이 산출되어 기지국의 preamble window length 보다 클 경우 단말기는 발신 및 호출에 대한 응답 메세지를 전송할 수 없다.

< 그림 56. Access channel 구조 >

Access channel message capsule 은 access channel message 와

padding 으 로 구 성 된 다. Access channel message 는 그 림 56과

같 이 메 세 지 길이, 실 제 메 세 지, 오류정 정 을 위 한 CRC로

구성된다.

Access channel 메 세 지 는 등 록, 발 신, SMS 발 신, 응답메 세 지

등이 있으며 address type(ESN, MIN, IMSI) 에 의하여 단말기가

구분된다. Access channel 메세지는 그림 57과 같이 6 개 종류가

있다.

< 그림 57. Access channel 전체 메세지 >

단 말 기 가 시 스 템 접 속 을 시 도 할 때 주 어 진 조 건 에 서

연 속 적 으 로 접 속 에 실 패 할 경 우 재 접 속 을 하 지 않 고

114

Registration Message

Order Message

Data Burst Message

Origination Message

Page Response Message

Authentication Challenge Response Message

대 기 상 태 가 된 다. 일 부 단 말 기 는 이 를 보 완 하 여 자 동 적 으 로

재접속 시도를 하는 자동 재발신 기능을 가지고 있다.

Access attempt 는 크게 response attempt 와 request attempt 두가지

종 류 가 있 다. Response attempt 는 응 답 메 세 지 전 송 이 므 로

메 세 지 전 송 이 실 패 할 경 우 지 연 시 간 을 짧 게 전 송 하 여

attempt 의 우 선순위 를 부 여 하 고 있 다 . 반 면 request attempt 는

단 말 기 자 체 적 으 로 attempt를 수 행 하 는 것 으 로 지 연 시 간 을

상대적으로 길게 하여 attempt를 수행한다.

Access channel은 기지국에서 해당 메세지를 수신한 다음에도

단 말 기 가 지 속 적 으 로 접 속 을 요 구 할 수 있 으 므 로 기 지국의

응답기준은 access parameters message 의 ACC_TMO x 80ms 시간

내에 전송하여야 한다. 즉, 기지국 응답 메세지의 우선순위는

access procedure 에 관련된 처리에 있다.

Access channel은 단말기의 access over class(ACCOLC) 에 따라서

“ Congestion Control( 혼잡제어)” 을 적용하고 있다. 이미 언급한

바와 같이 기지국에서 제어되는 response attempt 에는 적용되지

않 고 단 말 기 가 자 체 적 으 로 접 속 을 시 도 하 는 request attempt

115

Access attempt 를 하는 동안 handoff 는 수행하지 않는다. 이것은 발신 및 응답 메세지 전송에 많은 시간이 소요될 수 있다.

< 사례분석 >

시스템에 접속하는 도중 handoff 를 수행하지 않으므로 차량으로 고속으로 이동할 때 접속을 시도하면 실패할 확률이 크다. 이것은 이동하면서 access attempt 중 handoff 가 되지않으므로 접속도중 멀리 이동하여 해당 기지국의 전계강도가 많이 약해지기 때문이다.

이것은 IS-95-A 프로토콜의 취약한 문제로 지속적으로 개선방안에 대하여 연구 중에 있다.

에만 적용된다.

이 것 은 단 말 기 가 request attempt 를 할 때 PD(Persistence

Delay) 로 결정되며 , 이러한 과정을 persistence test 라고 한다 .

Persistence test 는 단 말 기 가 등 록 (registration), 메 세 지 전 송 (MO

SMS:Mobile Originated SMS)) 과 그 외의 경우로 구분된다 .

등록인 경우 해당 단말기의 PSIST(0 에서 15까지 할당되며

단말기의 ACCOLC 에 따라 결정됨) 에 따라서 random delay

값 이 결 정 된 다. 이 때 적 용 되 는 값 은 단 말 기 의 PSIST 와

access parameter message 에 있 는 REG_PSIST 이 다. 그 리 고

메세지 전송인 경우는 해당 단말기의 PSIST 와 MSG_PSIST

가 적용된다. 등록과 메세지 발신 이외의 request attempt 는

단말기의 PSIST 만 적용하여 delay 값을 결정한다. 예를 들어

등록을 수행하는 경우를 보면,

P = 2-PSIST(n)/4 x 2-REG_PSIST, if PSIST(n) ≠63 (n = 0,1,…9)

= 2-PSIST(n) x 2-REG_PSIST, if PSIST(n) ≠7 (n = 10,11,…15)

나머지 경우는 0 으로 설정

위와 같이 P 값은 persistence test 를 수행하는 기준 값이

되 며 random 값 인 RP 를 지 속 적 으 로 생 성 하 여 P 값 과

대조한다. 만약 RP 값이 P 보다 크면 persistence test 를 계속

수행한다.

Persistence test는 slot 단위로 설정되며 test 에 성공하면 다음

access probe sequence는 현 재 slot 에 시 작 되 고 실패할 경 우

access probe sequence는 persistence test 로 인하여 몇 개의 slot

이 지연될 수 있다. 이와 같이 persistence test 는 기지국에

접속하는 단말기의 상태를 알 수 없기 때문에 단말기 class

별로 접속 지연을 이용하여 congestion control 역할을 한다.

116

2. System Access State

단 말 기 는 여 러 가 지 동 작 을 위 하 여 시 스 템 에 접 속 하 는

상태가 될 수 있다. 이 상태가 완료되는 단말기는 대기상태

또는 트래픽 상태가 될 수 있다. System access state 는 그림

58의 6 가지 substate 가 있다.

.

< 그림 58. System access substate 에서 메세지 종류 >

단말기는 system access state 로 천이하기 바로 전의 상태는

대 기 상 태 (idle state) 가 되 며 항 상 update overhead information

substate 를 거 치 게 된 다 . 이 것 은 시 스 템 정 보 및 access

정보가 정확한지 재설정하기 위해서이다 .

Update overhead information substate는 paging channel 의 overhead

message 를 검색하 며 상 태 파 라 메 터 인 CONFIG_MSG_SEQ 와

ACC_MSG_SEQ 를 수 신 하 여 이 전 값 과 다 를 경 우 해 당

메세지를 수신하여야 하며 동일한 값일 경우는 access state 를

수 행 한 다. 이 때 4 초 동 안 overhead message 를 수 신 하 지

117

Update Overhead Information Substate

MS Origination Attempt Substate

Page Response Substate

MS Order/Message Response Substate

Registration Access Substate

MS Message Transmission Substate

단말기가 access 를 시도하기 위해서는 반드시 paging channel 의overhead message 를 재설정한다. 이것은 시스템 정보를 재확인하기 위해서이다.

못하면 단말기는 초기화 과정부터 다시 시작한다 .

System access 상 태 에 서 단 말 기 는 필 요 에 따 라 서 paging

channel 의 6 개 overhead message 에 대하여 메세지 설정조건

(configuration) 이 다 를 경 우 이 메 세 지 를 수 신 하 여

갱신하여야 한다.

Overhead message 에 는 시 스 템 의 중 요 한 정 보 가 있 으 므 로

이 를 계 속 적 으 로 갱신 해 야 한 다. 그 리 고 단 말 기 가 시 스 템 에

118

단말기가 시스템에 접속을 시도할 때 항상 paging channel 을 nonslotted mode 로 하여 메세지를 수신한다. 만약 paging channel을 수신하지 못하면 시스템 접속을 중지하고 대기상태가 된다.

Idle state

Update Overhead Information Substate

Other System Access Substate

Idle State orTraffic State

Origination

Page Response

Order/Message Response

Registration Access

Message Transmission

SystemAccess State

< 그림 59. System access state 상태 천이도 >

접속요구 상태일 때 호출이 오면 받아야 하므로 항상 page

관 련 메 세 지 에 대 하 여 응 답 을 해 야 한 다. 이 때 단 말 기 가

paging channel 메 세 지 를 수 신 하 지 못 하 면 시 스 템 접 속 을

중단하고 idle state 로 돌아간다.

< 그림 60. Reverse channel 호처리 절차 >

Access attempt 상 태 에 서 단 말 기 의 동 작 상 태 는 그 림 60과

같다. 그림 60과 같이 단말기가 발신을 요구하거나 호출이

오 면 traffic 상 태 로 천 이 하 고 이 외 의 경 우 는 대 기 상 태(idle

state) 가 된다.

Origination attempt substate 일 경 우 는 page message( 전 화 를

호출하는 경우 ) 에 대한 응답은 하지 않고 access attempt 를

계 속 한 다 . 이 것 은 단 말 기 가 시 스 템 에 접 속 하 는 상 태 에

우 선 순 위 가 있 기 때 문 이 다. 다 른 상 태(page response,

119

Update OverheadInformation Substate

Order/Message ResponseSubstate

Registration Access Substate

Page ResponseSubstate

Origination Attempt Substate

Message Transmission

Substate

Idle State Traffic Channel State

order/message response, registration access, message transmission substate)

에서는 page message 에 대한 응답을 하여야한다. 즉, 호출이

오면 전화를 받아야 한다.

3. System Access Substate

3.1 Update Overhead Information Substate

Update Overhead Information Substate 는 access state 에서 반드시

거 쳐 가 는 substate 로 서 overhead message 의 정 보 를 재

확인 하 는 단 계 이 다. 정 상 적 으 로 overhead message 를 수 신 하 면

다음 단계로 천이하고 , overhead message 를 수신하지 못하고 4

초가 지났을 경우는 초기화 과정부터 다시 시작한다 .

3.2 MS Origination Attempt Substate

단 말 기 가 발 신 을 할 경 우 access channel의 origination

message 를 전송하며, 등록은 registration message, 그리고 메세지

전송( 예 : SMS) 은 data burst message 를 사용한다. 이 경우에도

단 말 기 는 paging channel 을 검색해 야 하 며 paging channel 을

수신하지 못할 경우 대기상태로 천이한다 .

Registration message 나 data burst message 를 전 송 할 경 우

단 말 기 는 paging channel 을 지 속 적 으 로 검색해 야 하 며 이 때

120

단말기가 시스템 접속상태에서 paging channel 의 update overhead information substate 에서 정상적으로 수행하지 못하면 초기화 상태가 되고, origination attempt substate 에서 paging channel 을 수신하지 못하면 대기상태가 된다.

전화를 찾는 메세지(page message, slotted page message, general page

message) 를 수 신 할 경 우 바 로 해 당 동 작 을 중 지 하 고 page

message 를 수 신 하 여 야 한 다. 그 렇 지 만 발 신 메 세 지 인

origination message 를 기 지국을 전 송 할 경 우 page message 는

수신하지 않는다.

발 신(origination) 인 경 우 단 말 기 가 성공적 으 로 기 지국에

접 속 하 면 기 지 국 은 channel assignment message 를 전 송 하 여

단말기가 traffic channel 상태가 되게 한다. 등록(registration) 인

경 우 는 기 지국에 서 응답메 세 지 를 수 신 하 면 바 로 대 기 상 태 가

된다.

121

Origination Message (AC)

07/15/1998 08:59:52.905 [2F] ACCESS CAI

Origination Message

ack_seq 7, msg_seq 3, ack_req 1, valid_ack 0, ack_type 0

MIN (0x384) 5767B3 = (011) 450-9058

esn 0xB0028BC0

auth_mode 0

mob_term 1

slot_cycle_index 2

mob_p_rev 2

scm 0x6a

request_mode 1

special_service 1

service_option 0x0003

digit_mode 0

more_fields 0

num_fields 7

chari[]: 4509059

< 그림 61. Origination message >

그 림 61은 단 말 기 에 서 발 신 을 원 하 는 경 우 origination

message 를 나타내고 있으며 그림 61과 같이 발신시 자기의

전 화 번 호(MIN), ESN이 전 송 되 며 상 대 방 전 화 번 호(4509059) 도

전 송 된 다. 전 송 메 세 지 중 에 service option 이 전 송 되 며

시스템과 service option negotiation 이 이루어져야 한다. 그림61의

예 에 서 SO 는 3 으 로 EVRC 를 나 타 내 며, 인증은 수 행 하 지

않 고(AUTH_MODE=0) SLOT_CYCLE_INDEX 가 2 로

설정되어있음을 의미한다.

단말기가 발신을 원하는 경우는 우선순위가 가장 높으며

어 떠 한 동 작 도 행 하 지 않 고 발 신 만 수 행 한 다. 호 출 이

걸려와도(slotted page message) 이에 대한 응답을 하지 않는다.

122

발신상태(origination attempt substate)에서는 page message(호출이 오는 경우)에 응답을 하지 않으므로 전화를 받을 수 없다. 즉, 발신 메세지 전송이 우선순위가 가장 높다.

3.3 Page Response Substate

Page response substate는 slotted page message 를 수신하여 자기의

address type과 일치가 될 때 응답을 수행하는 단계이다.

그림 62는 page response message 로 발신 메세지(origination

123

Origination Message(AC)

08/13/1998 08:39:52.415 [2F] ACCESS CAI

Origination Message

ack_seq 7, msg_seq 4, ack_req 1, valid_ack 0, ack_type 0

MIN (119)400-1166

esn 0xB0028BC0

auth_mode 0

mob_term 1

slot_cycle_index 2

mob_p_rev 2

scm 0x6a

request_mode 1

special_service 1

service_option 0x0003

digit_mode 0

more_fields 0

num_fields 9

chari[]: 01194001167

message) 와 동일하게 단말기의 MIN, ESN 을 전송하며 이때의

address type은 MIN+ESN 이다. 일반적으로 page response message

에 대 한 응 답 은 channel assignment message 를 전 송 하 여

수 행 한 다. 그 리 고 이 메 세 지 에 SO 를 추 가 하 여 전 송 하 므 로

service option negotiation 이 동시에 이루어진다.

124

< 그림 62. Page response message >

125

Page Response Message (AC)

06/02/1998 08:46:33.545 [27] ACCESS CAI

Page Response Message

ack_seq 0, msg_seq 1, ack_req 1, valid_ack 1, ack_type 0

MIN (0x384) 5A2B84 = (011) 471-0011

esn 0xB07A0001

auth_mode 0

mob_term 1

slot_cycle_index 2

mob_p_rev 2

scm 0x2a

request_mode 1

service_option 0x0003

pm 0

Page Response Message (AC)

12/18/1997 06:48:28.985 [3A] ACCESS CAI

Page Response Message

ack_seq 6, msg_seq 2, ack_req 1, valid_ack 1, ack_type 2

MIN (0x384) 2F685D = (011) 290-0104

esn 0xB0D216D9

auth_mode 1

authr 0x0c26b

randc 0x61

count 16

……………………

service_option 0x0001

pm 0

그 림 63은 인증이 수 행 될 경 우 page response message 를

나 타 내 고 있 다. 인 증 의 수 행 여 부 는 AUTH_MODE(=1)로

나 타 내 며 단 말 기 에 서 계 산 한 인 증 값 은 AUTHR(=0x0C26B)

이 다. 이 때 사 용 된 random 변 수 는 RANDC(=0x61) 이 며

단 말 기 의 COUNT( 원 칙 적 으 로 호 발 생 마 다 하 나 씩 증 가 하 는

값이며 운용에서는 발신호, 수신호 또는 몇 개의 호 단위로

값을 설정할 수 있다) 값은 16번째이다.

PM 은 privacy mode indicator 로 서 음 성 통 화 시 암 호 화 를

요구할 때 사용된다. 그림 63의 예는 ‘ 0’ 이므로 암호화를

요 구 하 지 않 지 만 만 약 ‘ 1’ 로 설 정 되 면 private long code를

사용하여 음성암호화를 하게 된다.

* 인증서비스인증은 시스템 및 단말기에서 인증을 요구할 수 있으며

일반적으 로 시 스 템 에 서 인 증 을 요 구 한 다. 이 때 random 변 수 와

단말기ESN 등 을 이 용 하 여 인 증 알 고 리 듬 을 수 행 하 며 단 말 기 는

수행값을 전 송 하 여 단 말 기 를 검 증 하 게 된 다. 한 편 이 와 는

부가적으로호 시 도( 선 택 적 으 로 적 용 가 능) 마 다 COUNT 를 하 여

동시에 전송한다. 이 COUNT 는 인증 알고리듬을 보완하기 위해서이다.

3.4 MS Order/Message Response Substate

Order/Message response substate 는 기 본 적 으 로 page response

126

< 그림 63. 인증수행을 위한 page response message >

substate 와 동 일 하 다. 단 지 해 당 MSG_SEQ 에 대 한 응답을

ACK_SEQ 로 전 송 하 고 order type 만 명 시 한 다. 이 메 세 지 는

또 다시 ACK 를 요구할 수 있다.

그 림 64는 이 전 에 행 해 진 어떤 메 세 지(MSG_SEQ=0) 에

대 한 응 답 메 세 지(ACK_SEQ=0) 를 단 말 기 에 서 수 행 하 는

과정을 보여주고 있다.

< 그림 64. Access channel order message >

3.5 Registration Access Substate

Registration access substate는 단 말 기 가 등 록 을 위 하 여 access

channel 로 메 세 지 를 전 송 하 는 것 을 말 한 다. 이 상 태 에 서 는

호출이 오면 받아 야 한 다. 발 신 의 경 우 와 는 달리 등 록 의

우선순위는 낮기 때문이다.

127

Access Channel Order Message (AC)

05/20/1998 07:48:47.705 [2C] ACCESS CAI

Access Channel Order Message

ack_seq 0, msg_seq 0, ack_req 1, valid_ack 1, ack_type 0

MIN (0x384) 5767B3 = (011) 450-9058

esn 0xB0028BC0

Mobile Station Acknowledgement Order

Registration Message (AC)

06/02/1998 08:46:20.025 [3E] ACCESS CAI

Registration Message

ack_seq 7, msg_seq 0, ack_req 1, valid_ack 0, ack_type 0

MIN (0x384) 5A2B84 = (011) 471-0011

esn 0xB07A0001

auth_mode 0

reg_type 1 (Power-Up)

………………………….

< 그림 65. Registration access substate 관련 메세지 >

그림 65의 예는 단말기가 전원을 ON 한 경우 시스템으로

전 송 하 는 메 세 지 이 며 ACK_REQ 가 셋 팅 되 어 있 으 므 로

기지국으로부터 응답메세지를 수신하여야 된다.

3.6 MS Message Transmission Substate

Access state 에서 메세지 전송은 SMS를 의미하며 단말기는

사용자가 작성한 문장과 destination address 를 IS-637 에 정의된

layer에 의하여 메세지를 capsulation 하여 전송한다.

SMS 와 같 은 데 이 타 전 송 일 경 우 는 access channel 을

이 용 하 여 처 리 해 도 되 지 만 SK Telecom 에 서 는 origination

message 를 이 용 하 여 SO(Service Option) negotiation 을 한 다 음

reverse traffic channel 상태에서 메세지를 전송하게 하고 있다 .

이 것 은 access channel 의 MAX_CAP_SZ 가 0 으 로 설 정 되 어

있어 전송메세지 길이에 제한이 있기 때문에 이를 보완하기

위해서이다 .

128

Origination Message (AC)

09/14/1998 23:58:49.305 [0C] ACCESS CAI

Origination Message

ack_seq 7, msg_seq 2, ack_req 1, valid_ack 0, ack_type 0

MIN (0x384) 3C4437 = (011) 352-1166

esn 0xB0AA0021

………………………..

special_service 1

service_option 0x0006

digit_mode 0

more_fields 0

num_fields 0

chari[]:

그림 66과 같이 단말기에서 MO(Mobile Originated) SMS를 할

경우 access channel의 capsule size 가 메세지를 보낼 수 있을

만큼 충분하지 못하다. 따라서 단말기는 origination message 로

SO negotiation 을 한 다 음 channel assignment message 를

이 용 하 여 traffic channel 로 천 이 한 다. 이 때 단 말 기 는 reverse

traffic channel 로 data burst message 를 그 림 67과 같 이

전 송 한 다. 물 론 ACK 처 리 는 traffic channel 을 통 하 여

이루어진다.

SO 6 은 origination message 에서 상대방 전화번호인 CHARi

부분에는 blank 로 하여 전송한다. 이때 SPECIAL_SERVICE 가

‘ 0 ’ 인 경 우 는 기 본 QCELP 통 화 인 SO 가 ‘ 0 ’ 임 을

의 미 하 고 , ‘ 1 ’ 로 설 정 되 어 있 으 면 이 외 의 SO( 예 :SMS,

무선데이타 ) 을 나타낸다 .

129

Access channel 로 SMS 를 전송할 때(MO SMS) 메세지 길이가 길 경우 단말기는 origination message 에 SO 만 전송하여 negotiation을 한 다음 reverse traffic channel 을 통하여 실제 메세지를 전송한다.

< 그림 66. SMS 전송을 위한 origination message >

그 림 67은 단 말 기 에 서 SMS를 전 송 할 경 우 를 나 타 내 며

access channel로 origination message 를 전 송 하 여 Service

Option(SO) 협상 을 한 다 음 reverse traffic channel로 data burst

message 를 전 송 하 는 경 우 이 다. SMS 는 service option 6 으 로

설정되며 IS-637 에 상위 프로토콜이 정의되어있다.

그림 67의 예에서 data burst message 에서 BURST_TYPE 이

3 은 SMS를 의 미 하 고 전 송 메 세 지 는 각 단 말 기 별 로

전 송 되 는 point-to-point 메 세 지 인 SMS CMT(Cellular Messaging

Teleservice)로 일반 문자 메세지 전송을 의미한다.

실제적인 메세지는 USER DATA(60 7f 38 0b 45 5f 1c 20 5f 6b 16

6f 25 67 33) 에 들어있으며, 언어 구분자가 한글(LANG=254)

이므로 복호화가 되지않았다. 상대방인 남긴 전화번호인 call

back number 는 “ 0113521166” 이 다. 이 메 세 지 를 받 은

단말기는 바로 SEND 키만 눌러서 call back number로 전화할

수 있다.

* MT(Mobile Terminated) SMS : 단말기에서 SMS 메세지 수신MO(Mobile Originated) SMS : 단말기에서 SMS 메세지 발신

* 대표적인 SMS teleservice( 응용서비스) 종류 - CPT(Cellular Paging Teleservice) : 숫자전송 서비스 - CMT(Cellular Messaging Teleservice) : 문자전송 서비스 - VMN(Voice Mail Notification) : 음 성 사 서 함 저 장 상 태 전 송 서비스

130

Access state 에서 메세지를 전송할 때 paging channel 을 통하여 SMS 는 수신하지만 수신한 메세지의 응답은 전송하지 않는다. 또한 하나의 메세지가 전송 완료되지않고 전송 중일 경우에는 새로운 메세지를 전송하지 않는다.

* SK Telecom 에서는 VMN( 음성사서함) 과 CMT( 메세지 전송)

만

서비스하고 있으므로 CPT 는 CMT 로 포함되어있다.

131

Data Burst Message (RTC)

09/14/1998 23:58:50.480 [1B] REVERSE TC CAI

Data Burst Message

ack_seq 1, msg_seq 0, ack_req 1, encryption 0

msg_number 1

burst_type 3, (SMS)

num_msgs 1 (num_fields 56)

Point-to-Point Message (SMS Msg Cat = 0x00)

Teleservice Identifier (parm_type 0, len=2)

CDMA Cellular Messaging Teleservice (0x1002)

Destination Address (parm_type 4, len=5)

digit_mode=0, num_mode=0, char_size=4, num_fields=7

Addr: 04 07 01 0a 0a 01 01

Bearer Reply Option (parm_type 6, len=1)

reply_seq=1

Bearer Data (parm_type 8, len=39)

Message Identifier (parm type 0x00, len 0x03)

msg_type=0x02, msg_id=0x64bc

User Data (parm type 0x01, len 0x11)

encoding 0x10, chari_size=7, num_fields=15

60 7f 38 0b 45 5f 1c 20 5f 6b 16 6f 25 67 33

Priority Indicator (parm type 0x08, len 0x01)

Normal (0)

Language Indicator (parm type 0x0d, len 0x01)

(lang=254) Call Back Number (parm type 0x0e, len 0x07)

digit_mode=0, chari_size=4, num_fields=10

Digits: 0113521166

< 사례분석 > 단말기에서 SMS 를 전송할 경우 최종적으로 기지국에서 응답메세지를 수신해야만 단말기는 “전송을 완료했습니다”라고 표시한다.

< 사례분석 >SMS call back number 는 SMS 프로토콜에서 지원하고 있어서 수신자가 바로 call back number 를 누를 경우 통화가 연결된다.

< 그림 67. Reverse traffic channel 을 이용한 SMS 발신 >

Ⅴ. 트 래 픽 상 태

1. 전체적인 호처리

트 래 픽 채 널 의 전 체 적 인 호 처 리 상 태 는 그 림 68와

같 다. 트 래 픽 채 널 초 기 화(initialization) 는 단 말 기 가 해 당

트 래 픽 채 널( 특 정 Walsh code)로 이 동 하 여 해 당 메 세 지 를

수 신 하 여 야 한 다. 초 기 화 가 완료되 면 단 말 기 는 alerting 관 련

132

메세지와 같은 시스템 메세지를 받을 준비를 한다.

시스템에서 단말기에 alerting 메세지를 전송하여 사용자가

응 답 을 하 면 통 화 상 태 로 진 입 한 다. 통 화 완 료 후 사 용 자 가

“ END” 를 누르 거 나 상 대 방 에 서 전 화 를 끊을 경 우 release

order 를 교환 하 게 되 며 이 것 이 완료되 면 단 말 기 는 초 기 화

과 정 부 터 다 시 시 작 한 다. 각 substate 별 로 자 세 한 동 작 을

살펴보면 다음과 같다.

Traffic channel initialization substate : forward traffic channel 을

수 신 하 기 시 작 하 며 reverse traffic channel을 보낸다. 또 한

등록, acknowledgement procedure, power control, service option 의

초기화 및 처리를 수행한다.

Wait for order substate : 단말기가 alert with information message

를 기다리는 단계이다. 이때 alert with information message

는 calling party number, called party number, connected number,

ringing signal type, message waiting 의 정 보 가 전 송 될 수

있다.

Waiting for MS answer substate : 단말기의 응답을 기다리는

단 계 로 사 용 자 가 버 튼 을 이 용 하 여 응 답 하 는 것 을

말한다.

Conversation substate : 실 제 로 통 화 가 이 루 어 지 는 단 계 로

관 련 메 세 지 처 리 및 다 중 화 모 드(multiplex option)로

동작될 수 있다.

Release substate : 통화가 끊어지는 것을 말한다.

133

134

Traffic ChannelInitialization

Substate

Waiting forOrder

Substate

Waiting for MSAnswer Substate

ConversationSubstate

Release Substate

System Determination

< 그림 68. Traffic channel 호처리 절차 >

< 그림 69. Traffic channel 천이를 위한 메세지 처리 >

그 림 69는 단 말 기 가 통 화 를 위 한 초 기 화 과 정 부 터

통 화 시 작 과 종료에 관 한 절 차 를 보 여 주 고 있 다. 기 지국에 서

135

Send page response msg

Sets up Traffic Channelreceives N5m consecutive valid framesbegins sending the traffic channel preamble

begins transmitting null traffic channel data

begins processing primary traffic in accordance with Service Option 1

starts ringinguser answers call stops ringing

Send connect order

Begins sending primary traffic packets from the Service Option 1 application

Send Page/Slotted page message

Sets up Traffic ChannelBegins sending null Traffic Channel data

Sends Channel Assignment Message

Acquires the Reverse Traffic Channel

Sends BS Acknowledgement Order

Send Service Option Response Order

Sends Alert with Information Message ( ring )

< PC <

> AC >

< PC <

< FTC <

< FTC <

< FTC <

> RTC >

MS BS

slotted page message 를 이 용 하 여 전 화 호 출 부 터 traffic channel

연결이 완료될 때까지 과정을 나타낸다.

2. 트래픽 채널상태에서 특수기능

트래픽 상태에서 특수기능 들은 그림 70과 같이 6 개로

분류된다.

< 그림 70. 트래픽 상태에서 특수기능 >

일 반 적 으 로 6 개 특 수 기 능 에 서 power control, service options,

Acknowledgement procedures 가 많이 사용된다.

2.1 전력제어

CDMA 방 식 에 서 전 력 제 어(power control) 는 채 널 용 량 에

직 접 적 인 영 향 을 미 치 므 로 정 교 한 전 력 제 어 가 필 수 적 으 로

요 구 된 다. 전력제 어 는 크 게 제 어 대 상 을 기 지국의 전 송 전력과

단말기의 전송전력으로 구분된다.

실질적으로 전력제어의 목적은 사용자의 음질유지 , 시스템

용량 , 단말기의 평균송신 전력을 줄이기 위해서이다 . CDMA 는

간 섭 에 의 하 여 용 량 이 결 정 되 고 음 질 에 절 대 적 인 영 향 을

136

Forward Traffic Channel Power Control

Service Options

Acknowledgement Procedures

Processing the In-Traffic System Parameters Message

Message Action Time

Long Code Transition Request Processing

주므로 전력제어가 매우 중요한 역할을 한다.

< 그림 71. 기지국 및 단말기의 power control >

CDMA 방식에서 단말기의 송신 전력제어는 빠르게 진행되는

반 면 기 지 국 의 전 력 제 어 는 상 대 적 으 로 느 리 게 진 행 된 다 .

이 러 한 이 유 는 단 말 기 의 송 신 전력은 기 지국에 비 하 여 훨씬

적고 음질 및 시스템 용량을 위하여 정교하게 진행되어야

한다. 반면 기지국의 전력제어는 상대적으로 그렇지 못하므로

기지국의 전력제어는 단말기에서 측정한 FER(Frame Error Rate)

을 이용한다.

이를 다르게 분석하면 forward channel 은 64개의 Walsh code

로 logical channel(pilot, sync, 여 러 개 의 paging, 여 러 개 의

traffic) 을 구 분 하 므 로 이 들 간 의 orthogonality 가 명 확 히

구분되는 반면 reverse channel 은 long code로 masking 이 되기

때 문 에 orthogonality 개 념 이 forward channel 보 다 는 약 하 다.

137

Cellular station

단말기 전력제어능동적 : open loop PC수동적 : closed loop PC

기지국 전력제어(수동적)단말기의 조건적인 frame error 보고 메시지단말기의 주기적인 frame error 보고 메시지

따 라 서 단 말 기 의 전 력 제 어 는 빠 르 게 진 행 되 어 야 하 고

기지국의 전력제어는 상대적으로 느리게 진행된다.

만 약 단 말 기 의 전력제 어 를 정교하 게 제 어 하려면 FER 을

이 용 하 는 것 이 정 확 하 지 만, 이 를 측 정 하 려 면 수 백 개 에 서

수 천 개 의 프 레 임 을 사 용 해 야 하 고 그 동 안 단 말 기 는

이 동 하 여 무 선 구 간 환 경 이 바 뀔 수 있 으 므 로 기 지 국 은

단 말 기 의 PCG(Power Control Group) 에 서 측 정 된 Ec/No 값 을

이용하여 단말기 전력제어에 사용한다.

전력제어는 기지국 및 단말기 양쪽에서 행해지며 기지국의

전력제어는 단말기에서 측정한 frame error(FER:Frame Error Rate)

보 고(report) 메 세 지 를 이 용 한 다. 이 의 보 고 방 법 에 는 특 정

개 수 frame 에 대 한 error를 검 사 하 여 보 고 하 는 방 법 과

주기적으로 보고하는 방법이 있다.

단 말 기 에 서 송 신 하 는 전 력 제 어 는 자 체 적 인 측 정 값 으 로

제 어 하 는 open loop 전 력 제 어 와 기 지 국 의 명 령 에 의 하 여

제 어 하 는 closed loop 전 력 제 어 가 있 다. 단 말 기 의 전 력 제 어

기 준 이 되 는 closed loop power control 은 통 화 상 태 에 서

단 말 기 에 서 전 송 하 는 신 호 에 서 1.25ms(6 modulation symbol)

138

단말기의 전력제어는 open loop power control 과 closed loop

power control 을 병행해서 사용하는 반면 기지국의 전력제어는 closed loop power control 로만 이루어진다.

기지국의 전력제어는 단말기에서 측정한 frame error율을 이용하는 closed loop power control 방법을 이용한다.

동안의 전계강도를 기지국에서 측정하여 결정한다 .

Power measurement report message(PMRM) 는 기지국의 전력제어를

위하여 단말기에서 전송하는 메세지로 특정조건이 되었을 때

전 송 한 다. 그 리 고 이 메 세 지 는 기 지 국 과 단 말 기 사 이 의

호 처 리 를 위 하 여 필 수 적 인 요 소 가 아니므 로 ACK( 응답) 를

요구하지 않는다.

< 그림 72. Power measurement report message >

기지국의 송신전력 제어는 단말기의 power measurement report

message 를 이용하여 행해진다. 이 메세지는 그림 72와 같이

구성되며 ERROR_DETECTED(=2) 는 오류발생 프레임 수가 2

개 임을 의 미 하 고, PWR_MEAS_FRAMES(=18) 는 측 정 프레임

수 가 18개 프 레 임 이 고, PILOT_STRENGTH 는 단 말 기 에 서

측정한 수신 전력이다.

139

Power Measurement Report Message(RTC)

07/08/1998 00:42:02.008 [25] REVERSE TC CAI

Power Measurement Report Message

ack_seq 6, msg_seq 7, ack_req 0, encryption 0

Errors_detected 2

pwr_meas_frames 18

last_hdm_seq 0

pilot_strength 18

Power measurement report message 는 호처리에 결정적으로 기여하는 요소가 아니므로 ACK 를 요구하지 않는다.

PILOT_STRENGTH 는 단말기의 searcher 에서 측정된 Ec/Io

값을 기준으로 정의되며 전송되는 값은 다음과 같다.

- 2 x 10 log 10(Ec/Io)

단말기의 전력제어는 자체적으로 수신 전계강도만 이용하여

행해지는 open loop power control 과 기지국의 power control bit를

이 용 하 는 closed loop power control 이 있 다. Closed loop power

control 은 800bps로 기지국에서 전송되며 단말기의 송신전력을

세밀하게 0.5dB 또는 1dB 단위로 제어한다. Power control bit 가

“ 0”이면 증가시키고, “1”이면 감소시킨다.

단말기의 초기 전송전력은 단말기에서 access attempt 할 때

접 속 에 성 공 한 access probe 를 기 억 하 고 있 다 가 트 래 픽

채널의 초기 송신전력 설정에 참고한다.

단 말 기 에 서 기 지국의 전력제 어 를 위 하 여 전 송 하 는 power

measurement report message 의 전 송 값 및 전 송 조건은 paging

channel 의 system parameter message 에 정의되어 있다.

140

단말기의 통화상태에서 전력제어는 power control bit 를 이용한다.

System Parameter Message (PC)

07/08/1998 00:39:48.647 [22] PAGING CAI

System Parameter Message

pilot_pn 0x4c = 76 ( 76 )

……………………………..

pwr_rep_thresh 2 erasures in pwr_rep_frames 0x7

(56 frames), Enabled

pwr_period_enable 0

pwr_rep_delay 5 (20 frames)

………………………………..

CDMA 방식에서 기지국의 전력제어는 해당 단말기에서 수신되는 전계 강도가 아니라 일종의 신호품질(FER)을 이용하여 결정된다.

< 그림 73. Power measurement report 와 관련된 파라메터 >

그 림 73에 서 주 기 적 인 보 고 는 수 행 하 지 않 으 며

(PWR_PERIOD_ENABLE = 0), 조 건 적 인 frame error 보 고 를

사 용 한 다. 여 기 에 서 frame error 를 산 출 하 기 위 한 프 레 임 의

개 수 는 56 프레임(PWR_REP_FRAMES=7) 이 며 2 개 프레임의

오류(PWR_REP_THRESH=2) 가 발생할 경우 보고하는 조건적인

보고방법이 사용된다. 그리고 PWR_REP_DELAY(=20 FRAMES) 는

power measurement report message 를 전송하고 난 뒤 20 frame 은

count 하지 않고 20 frame 이 지난 후부터 count 하는 것을

의미한다.

여기에서 PWR_REP_FRAMES(power control reporting frames count)

는 적은 비트(4 비트) 를 이용하여 큰 수를 표시하기 위하여

다음과 같이 계산된다.

2(PWR_REP_FRAMES/2) x 5 frames, y 는 y 값의 소수점 이하 버림

만약 주기적인 보고방식을 사용할 경우 이의 값이 너무

적 은 값 으 로 설 정 될 경 우 시 스 템 부 하 가 증 가 할 수

있으므로 신중히 선택해야 한다. 따라서 일반적으로 트래픽이

141

많은 지역에서 이 방식을 사용하지 않는다.

단말기의 전력제어를 위한 기준 값은 PMRM으로 전송되며

일 반 적 으 로 기 지 국 에 서 측 정 되 는 FER 은 0.2% 에 서 3%

까 지 를 권 고 하 고 있 다. 즉 단 말 기 의 전 력 제 어 를 위 한

기 준 점 은 기 지 국 에 서 수 신 되 는 FER값 이 일 반 적 으 로 최 대

3% 가 발생될 때 행하여진다.

단 말 기 는 reverse traffic channel을 전 송 할 때 PCG(Power

Control Group) 단 위 로 전 송 하 여 기 지 국 이 하 나 의 PCG에

대 하 여 Ec/No 를 계 산 한 다. 하 나 의 PCG는 1.25ms로 6 개 의

modulation symbol 이 된 다. 트 래 픽 채 널 의 전 송 속 도 는

가 변 적 이 므 로 전 송 속 도 에 따 라 서 PCG의 개 수 는 차 이 가

있다.

Forward traffic channel 의 power control bit는 traffic data 에

puncturing 이 되어서 음성신호일 경우 voice activity 가 증가될

수 있 고, convolution encoding 과 interleaving 이 되 지 않 아 서

오류가 발생할 확률이 높다. 하지만 실험결과 실제로 voice

activity에 는 큰 영 향 을 미 치 지 않 으 며, 오 류 가 발 생 해 도

호처리 및 전력제어에 큰 지장을 초래하지는 않는다.

142

ReverseChannel

ForwardChannel

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15

1 Frame(20ms, 192bits) =16 PCG

Power control 은 빨리 진행되어야 하므로 power control bit 는 convolution encoding, interleaving, scrambling 을 하지 않는다.

< 그림 74. PCG 에 대한 power control bit의 전송 >

그림 74는 기지국에서 측정한 reverse traffic channel의 PCG

결 과 를 2 개 뒤의 forward traffic channel 로 전 송 하 는 예 를

보여주고 있다. 예를 들면 reverse channel 의 PCG이 2 번일

때 forward channel 4 번으로 power control bit를 전송한다.

실제로 reverse traffic channel은 PCG 단위로 단말기에 의하여

gated on 과 gated off 를 하 게 된 다. 이 것 은 DBR(Data Burst

Randomizer) 에 의하여 임의의 위치에 배치된다.

2.2 Service Option Negotiation

SO(Service Option) 는 시스템과 단말기의 상호 통신을 위하여

상호간 전송매체( 예: 음성, 데이타) 를 협의하게 된다. 터미날

상 호 간 통 신 을 위 하 여 시 스 템 과 단 말 기 는 전 송 데 이 타 의

성질을 분명히 약속해야 코드화 및 복조화 과정에서 문제가

발생되지않는다.

SO 는 그림 75와 같이 여러가지가 있으며 현재는 크게

음 성 통 화 와 데 이 타 통 신 으 로 구 분 할 수 있 다. 음 성 통 신

계열은 QCELP, EVRC 이며 데이타 통신 계열은 SMS, packet

data, circuit data 등으로 구분된다. 그리고 loopback(SO=2) 은 주로

계 측 기 또 는 시 스 템 을 이 용 하 여 기 지국 장 비 및 단 말 기

검증용으로 사용된다.

143

Service Option(SO)은 TSB58 에 정의되어있으며, 특히 무선데이타와 같은 부분은 지속적으로 확대 정의되고 있다.

144

1. 8kbps QCELP

2. 8kbps Loopback

3. 8kbps EVRC

4. Asynchronous Data Service(Circuit)

5. G3 Facsimile

6. Short Message Service

7. Packet Data Service(Internet)

8. Packet Data Service(CDPD)

9. 13kbps Loopback

10. STU-3 Transparent Service

11. STU-3 Non-transparent Service

12. Asynchronous Data Service(14.4kbps)

13. G3 Facsimile(14.4kbps)

14. Short Message Service(14.4kbps)

15.

0x8003. PIWF(Proxy Interworking Function)

< 그림 75. Service option table >

시 스 템 과 단 말 기 상 호 간 전 송 대 상 은 크 게 음 성 신 호,

데 이 타 로 구 분 될 수 있 으 며 이 것 은 서 로 특 징 이 다 르 기

때 문 에 처 리 하 는 과 정 이 다 르 다. 예 를 들 면 이 미 언 급 한

바 와 같 이 음 성 신 호 는 실 시 간 전 송 이 보 장 되 어 야 하 지 만

약 간 의 에 러 는 발 생 해 도 무 방 하 다 . 그 리 고 데 이 타 는 확실 한

전 송 을 보 장 해 야 하 지 만 데 이 타 전 송 지 연 은 발 생 해 도

무방하다 .

SO 에서 음성신호는 8kbps QCELP, 8kbps EVRC, 13kbps QCELP

그 리 고 데 이 타 성 질 의 신 호 는 SMS, circuit data( 예:FAX( 호

설 정 을 한 다 음 회 선 을 완 전 히 점유 하 여 전 송 하 는 방식)),

packet data( 예:Internet( 전 송 정 보 를 정 해 진 소 규 모(packet) 로

나 누 어 서 각 각 의 routing을 달 리 하 여 전 송 하 는 방 식)) 로

분류된다.

145

Service option 은 physical layer 와 multiplex sublayer 에서 정의된 구조 내에서 여러가지 제공 서비스를 수용할 수 있게 하는 것이다.

* 무선데이타 : 무선데이타는 Vocoder 를 거치지 않고(bypass)

처리 된 다. 음 성 은 Vocoder 를 거 치 면 서 압 축 되 기 때 문 에 데이타는

음 성 과 같 이 처 리 되 면 안 된 다. 음 성 신 호 는 서 로 간 correlation 이

강하기 때문에 압축률이 상당히 높다.

* 무선데이타 서비스 종류 - Async and FAX : circuit data 성질로 먼저 회선을 점유한 뒤 이 회선으로 데이타를 전송한다.(PC 통신, FAX 등)

- Packet data : 전송하고자 하는 데이타를 작은 크기(packet)

으로 나 누 어 서 각 packet 이 각 각 의 routing으 로 목 적 지 에 전송한다.

(Internet 등)

- STU-3 : 음 성 과 데 이 타 를 동 시 에 전 송 하 는 것 으 로 멀티미디어 처리가 가능한 전송방식이다.

SO 는 16비트(16 진수 4 자리) 로 구성되며 다음과 같이

proprietary indicator, service option revision, base service option number 로

구성된다.

Proprietary

Indicator

Service Option

Revision

Base Service

Option Number

146

1 bit 3 bits 12 bits

Proprietary indicator 는 특정회사를 의미하며 SK Telecom에서

서 비 스 중 인 무 선 데 이 타 인 PIWF(SO=0x8003)는 퀄 컴 에 서

제안한 방식이다.

단 말 기 에 서 음 성 통 화 를 요 구 할 경 우 access channel 의

origination message 에 SO 를 넣어 서 전 송 하 며 시 스 템 에 서 는

요 구 하 는 SO 가 가 능 할 경 우 수 용 하 고 불 가 능 하 면 새 로 운

SO 로 통 화 할 것 을 요 구 한 다 . 이 러 한 과 정 을 service option

negotiation 이라 한다 .

< 그림 76. Service option response order message >

그 림 76은 기 지 국 에 서 단 말 기 로 전 송 하 는 SO 확 인

메 세 지 이 다. 여 기 에 서 SO 는 3 으 로 설 정 되 어 EVRC 로

통 화 함 을 의 미 한 다. 그 리 고 IMPLIED ACTION TIME 은 현 재

signaling 메 세 지 를 받은 시점부 터 system time 갱신 주 기 인

80ms 내에 응답을 하는 것을 의미한다. 즉, 단말기에서 수신

147

Service option negotiation 은 단말기 및 기지국에서 요구한 SO 의 수용, 거부 및 새로운 SO 를 요구하는 과정을 말한다.

Service Option Response Order(FTC)

06/03/1998 05:34:37.180 [14] FORWARD TC CAI

Service Option Response Order

ack_seq 7, msg_seq 1, ack_req 1, encryption 0

implied action time

Ordq 0x00

Service option 0x0003

메세지의 효력 발생은 80ms 내에 시행하여야 한다. 단말기는

access channel 에서 origination message 나 page response message 로

SO 를 요 구 할 수 있 다 . 반 면 기 지 국 에 서 는 slotted page

message 로 SO 를 요구한다 .

단말기에서 SO 의 처리는 기지국에서 service option request

order 와 service option response order 를 수 신 하 여 처 리 하 는

경우로 구분된다. 언급한 바와 같이 SO negotiation 은 해당

SO 에 대한 accept, alternate SO 요구, reject 로 구분된다.

SO negotiation 의 한 예로 page message(slotted page message 또는

general page message) 에 대 한 응답을 단 말 기 는 page response

message 로 기지국에 전송한다. 이때 page message 에는 SO 이

전 송 되 며 단 말 기 에 서 수 용 할 경 우 동 일 한 SO 를 page

response message 로 전 송 하 고 다 른 SO 를 요 구 할 경 우 는

해 당 SO 를 이 메 세 지 에 넣 어 서 전 송 한 다. 만 약 특 정

서비스에 대하여 기지국에서 요구하는 SO 를 수용하지 못할

148

< 사례분석 >단말기에서 Vocoder 를 선택하는 방법 * 단말기의 버튼을 이용하여 원하는 Vocoder 를 선택할 수 있다.* EVRC 단말기는 기본 설정값이 EVRC(SO=3)이다.1. 삼성 : 메뉴 + 9 + 32. LGIC : 메뉴 + 2 + 0 + 000000 + 63. 모토로라 : FCN + FCN + Vocoder

SO negotiation 은 해당 SO 에 대한 수용(accept), 다른 SO 요구(alternate SO request), 거절(reject)로 구분된다.

경우는 SO 를 거절하게 된다.

위 의 page response message 의 SERVICE_OPTION 필 드 에

단 말 기 가 특 정 SO 를 전 송 하 게 된 다. 언 급 한 바 와 같 이

0x0000을 전송하면 특정 SO 을 거부하는 경우이다.

한편 IS-95 에는 service option negotiation 과 service negotiation

을 지 원 하 고 있 다. 실 제 규 격 상 IS-95, IS-95-A에 는 service

negotiation 의 개 념 이 매 우 약 하 게 정 의 되 어 있 어 서 실 제

구현상에는 문제가 있다. 하지만 IS-95-B 는 이것이 정확하게

정 의 되 어 있 어 서 실 제 상 용 화 할 수 있 다. Service negotiation 은

SO 외에 몇 가지를 더 정의하여 기지국과 단말기가 협상할

수 있다.

2.3 Acknowledgement Procedures(Traffic State)

149

Page Response Message(AC)

03/02/1999 08:46:33.545 [27] ACCESS CAI

Page Response Message

ack_seq 0, msg_seq 1, ack_req 1, valid_ack 1, ack_type 0

MIN (0x384) 5A2B84 = (011) 471-0011

……………………………………………

scm 0x2a

request_mode 1

service_option 0x0000

pm 0

트 래 픽 상 태 에 서 signaling 은 확실 한 전 송 이 보 장 되 어 야

하므로 layer 2 에서 이를 처리한다. 언급한 바와 같이 paging

channel 에 서 acknowledgement 관 련 된 파 라 메 터 는 ACK_TYPE,

MSG_SEQ, ACK_SEQ, ACK_REQ, VALID_ACK 가 있 지 만 traffic

channel 상태에서는 MSG_SEQ, ACK_SEQ, ACK_REQ 등 3 종류만

있다 .

트래픽 상태에서는 시스템 자원이 상태에 따라서 변화될

가 능 성 이 많 이 있 으 므 로 ACK 를 받 지 못 한 메 세 지 에

대 해 서 만 재 전 송 을 요 구 하 는 선택적 반 복 방 법(selective repeat

scheme) 을 사용하고 있다.

기 지국과 단 말 기 의 송 수 신 응답 메 세 지 는 크 게 순서 적,

비 순 서 적 두 가 지 로 구 분 된 다. 기 지 국 과 단 말 기 가 응 답 을

요 구 할 때 순 서 적 으 로 요 구 하 면 단 말 기 는 응 답 메 세 지 를

하나씩 처리해야 하고, 순서에 입각하지 않는 응답은 최대

4 개 의 응 답 메 세 지 의 처 리 가 가 능 하 다. 따 라 서 비 순 서 적

응답일 경우는 각각의 응답을 처리하는 기능이 있어야 한다.

이 때 메 세 지 의 중 복 이 발 생 할 수 있 으 므 로 기 지국 및

150

Traffic channel(forward, reverse)에서 ACK 처리는 4 개의 ACK 를 관리, 처리하는 selective repeat scheme 을 사용한다. 이것은 paging channel 에서 1 개의 ACK 만 처리하는 것과 대조가 되는데 traffic channel 은 모든 동작이 바쁘게 발생되기 때문이다. 시스템 및 단말기는 4 개의 ACK 를 처리하여야 하며 특정 메세지를 수신하지 못하거나 오류가 발생하면 해당 메세지만 재전송을 요구한다. 이때 메세지의 중복수신 가능하므로 중복메세지 관리가 또한 중요하다.

단 말 기 는 중 복 메 세 지 처 리 를 수 행 하 여 야 한 다. 왜 냐 하 면

MSG_SEQ 가 3 비트이므로 한바퀴 돌아와서 같은 MSG_SEQ

가 될 수 있 기 때 문 이 다. 따 라 서 단 말 기 는 동 일 한

MSG_SEQ 가 0.32 초 내 에 수 신 될 경 우 중 복 메 세 지 로

처리하여야 한다 . 즉, 0.32 초 내에 같은 MSG_SEQ 로 여러

개가 수신될 경우 최초 하나만 선택하고 나머지는 버려야

한다.

단말기에서 ACK 처리는 ACK 를 받는 경우와 ACK 를

보 내 는 경 우 로 나 눌 수 있 다. 먼 저 특 정 메 세 지 를

전송하면서 ACK 를 요구하여 ACK 를 받는 경우를 보면,

단말기는 메세지를 전송하고 0.4 초 내에 ACK 를 수신하지

못하면 이미 전송한 메세지와 동일한 메세지를 재전송하여야

한 다. 단 말 기 는 재 전 송 메 세 지 수 를 제 한 하 기 위 하 여

RETRY_COUNT 변 수 를 이 용 하 여 메 세 지 를 재 전 송 할 때마다

증가시켜야 한다. RETRY_COUNT의 최대 수는 3 개로 동일한

메세지를 3 번 전송하여 ACK 를 수신하지 못하면 응답실패

(ACK failure) 를 선언해야 한다.( 단말기가 자체적으로 관리)

단 말 기 가 ACK 를 요 구 하 는 특 정 메 세 지 를 수 신 하 여

ACK 를 보내는 경우는, 단말기가 해당 메세지를 수신한 후

0.2 초 내 에 기 지 국 으 로 응 답 을 해 야 한 다. 이 때 수 신 한

메 세 지 의 MSG_SEQ 를 ACK_SEQ 에 넣어 서 전 송 하 며, 0.2 초

내 에 전 송 할 메 세 지 가 없으 면 mobile station acknowledgement

order 를 전송하여야 한다. Mobile station acknowledgement order 는

ACK 를 요구하지 않는다.

2.4 In-Traffic System Parameter Message

In-traffic system parameter message 는 paging channel 의 system

151

parameters message 와 유 사 한 내 용 이 전 송 되 며 단 말 기 는 이

메 세 지 를 수 신 하 였 을 경 우 저 장 하 고 있 는 값 과 다 르 면

갱신하여야 한다.

In-traffic system parameter message 의 주된 내용은 SID, NID 값 ,

pilot set 관 리 를 위 한 값 , search window 값 등 이 전 송 된 다 .

이 것 은 중 계 기 설 치 지 역 , 지 하 철 과 같 이 시 스 템 환 경 이

급 격 히 변 하 는 지 역 에 사 용 된 다 . In-traffic system parameter

message 는 시 스 템 정 보 를 전 송 하 여 단 말 기 로 하 여 금

handoff 를 원활하게 수행하게 한다.

2.5 Message Action Time

ACTION TIME 은 implied action time 과 explicit action time 으로

구 분 되 며 해 당 메 세 지 에 대 한 실 행 시 간 을 의 미 한 다 . Implied

action time 은 메 세 지 를 받은 시점부 터 80ms 내 에 동 작 해 야

하고, explicit action time 은 USE_TIMEx80ms 내에 메세지에 대한

동작을 해야 한다.

2.6 Long Code Transition Request Processing

Long code는 음성의 보안(voice privacy) 에 사용되는 것으로

이 code의 생성주기를 달리할 수 있다. Long code 생성주기의

변 경 은 시 스 템 의 long code transition request order 에 의 하 여

수행되며 단말기는 long code transition response order 를 0.2 초

내에 전송하여 응답한다 . 이때 단말기는 voice privacy mode가

active 된 상태이어야 한다.

만약 단말기의 voice privacy mode가 disable 되어 있을 경우는

152

Message action time 은 단말기가 해당 메세지를 수신한 시점부터 실제적으로 단말기가 이 메세지를 적용하여 행동을 취하는 시간을 정의하고 있다.

negative long code transition response order 를 전 송 하 여 long code

생성주기 변경을 거부하여야 한다.

CDMA 방식은 음 성암호 화 를 위 하 여 long code를 사 용 하 며

long code에 는 public long code 와 private long code가 있 다. Long

code는 42비트로 경우의 수가 아주 많기 때문에 암호화에

유용하게 사용될 수 있다. Private long code 로 암호화를 하지

않 을 경 우 기 본 적 으 로 음 성 신 호 의 암호 화 는 해 당 단 말 기 의

ESN을 이용하여 다음과 같이 masking 으로 처리된다.

41 32 31 0

1100011000 Permuted ESN

음 성 신 호 암 호 화 를 위 하 여 사 용 되 는 public long code 는

forward traffic channel 과 reverse traffic channel이 동일한 구조를

가 지 고 있 다. 따 라 서 음 성 신 호 도청을 위 해 서 는 통 화 대 상 의

ESN을 알 고 있 어 야 한 다. 이 것 은 실 제 로 노 출 될 수

있 으 므 로 통 화 중 인 단 말 기 의 long code 상 태 를 각

단말기마다 부여한 것을 private long code라 한다.

Private long code 는 단 말 기 에 서 요 구 할 경 우 origination

message 의 PM(Privacy Mode Indicator) 을 셋 팅 하 여 기 지 국 에

요구할 수 있고 기지국에서는 통화로 연결 후 특수기능에

해당되는 long code transition request order 를 단말기로 전송하여

수행할 수 있다.

153

Traffic channel 의 음성은 기본적으로 public long code 를 이용한 masking 으로 암호화되어있다. 확실한 음성신호 암호화를 위해서는 private long code 를 사용하여 masking 처리해야 한다.

3. Traffic Channel Initialization Substate and Alerting

단 말 기 가 access channel로 발 신 을 원 할 경 우 origination

message 에 해 당 정 보 를 포 함 하 여 기 지 국 으 로 전 송 한 다.

기지국은 메세지를 받은 후 해당 단말기에 channel assignment

message 를 전 송 하 여 단 말 기 가 traffic channel 로 천 이 하 도 록

한다.

Traffic channel 초기화 과정에서 단말기는 handoff 와 관련된

pilot strength 를 지속적으로 검출하고 이와 관련된 메세지인

pilot strength measurement message 는 전 송 하 지 않 는 다 . 그 리 고

등록의 일종인 timer based registration 을 위하여 관련 timer 를

셋팅한다 .

< 그림 77. Traffic channel 천이과정 1 >

단 말 기 는 channel assignment message 를 받으 면 reverse traffic

channel 로 최 대 전 송 속 도 인 9600bps 로 연 속 적 인 ‘ 0’ 을

전송한다. 이것은 단말기가 최대 전력으로 송신하여 기지국이

쉽 게 인 식 하 기 위 해 서 이 다. 실 제 로 기 지 국 에 서 는 channel

assignment message 를 전송하기 전에 null traffic channel data 를

154

1. Channel Assignment Message (paging channel, Walsh code #)

2. Preamble(traffic channel, 9600bps, all 0)

송출하기 시작한다. 그리고 단말기가 preamble 을 전송하고 2

초 내 에 기 지 국 에 서 응 답 이 없 을 경 우 초 기 화 상 태 로

천이한다.

< 그림 78. Channel assignment message >

한 편 channel assignment message 는 단 말 기 를 바 로 트 래 픽

상 태 로 천이 시 키 기 때 문 에 대 기 상 태 에 서 ACK 를 요 구 하 지

않는다. 따라서 ACK_REQ 가 ‘ 0’ 으로 설정된다.

그림 78과 같이 channel assignment message 는 paging channel

을 통 하 여 전 송 하 며 FREQ_INCL(=0) 은 현 재 의 CDMA

frequency(FA)를 사 용 한 다 는 것 을 의 미 하 고 CODE_CHAN 은

traffic channel 의 Walsh code 를 나 타 낸 다. 그 리 고

ASSIGN_MODE(=0) 는 traffic channel 할당을 의미한다.

만 약 기 지 국 에 서 preamble 을 인 식 하 면 acknowledgement

message(BS ACK order)를 송 출 하 여 단 말 기 에 게 접 속 을

허락한다. 이때부터 단말기는 1200bps 의 NULL data 를 reverse

traffic channel 로 계속 전송한다.

155

Channel Assignment Message(PC)

08/13/1998 04:01:07.287 [29] PAGING CAI

Channel Assignment Message

num_assigns 1

ack_seq 4, msg_seq 0, ack_req 0, valid_ack 1

esn 0xB0AA0451

assign_mode 0, CDMA Traffic Channel Assignment

freq_incl[0] 0

code_chan[0] 62

frame_offset[0] 12

< 그림 79. Traffic channel 천이과정 2 >

그 리 고 기 지국으 로 부 터 응답 메 세 지 를 받으 면 단 말 기 는

pilot strength measurement message 를 바 로 전 송 하 여 handoff 를

위한 정보를 시스템에서 인지할 수 있도록 한다 .

기 지 국 에 서 NULL 데 이 타 를 수 신 하 면 해 당 단 말 기 에

alerting 메 세 지(alert with information message) 를 송 출 한 다. 이

메 세 지 는 alert with information message 로 시 스 템 에 선택적 으 로

적용될 수 있는 메세지이다. 즉 alerting 에 관련된 메세지만

전 송 할 수 있 고 이 외 에 부 가 적 으 로 몇 개 의 정 보 를 더

전송할 수 있다.

< 그림 80. Traffic channel 천이과정 3 >

156

3. Acknowledgement Message

4. NULL Traffic Channel Data (1200bps, 8 zero+16 ones)

5. Alert With Information Message

6. Order Message (Connect Order)

그림 81은 단말기에 alerting 에 관련된 정보만 전송하는

예를 보여주고 있다. SK Telecom 의 경우 단지 IS-54-B standard

alerting 정보만 이용하여 단말기가 alerting 을 수행하게 된다.

* Alerting : 단말기에서 CODEC 을 이용하는 speaker 와는 달리 일 반 적 으 로 별도 의 Buzzer( 부 저) 를 이 용 하 여 사 용 자 에 게

알리는

것으로 단말기 스피커와는 별도로 구성된다.

< 그림 81. Alert with information message 1 >

그림 82는 alerting 외에 간단한 정보 전송이 가능한 alert

with information message 를 보여주고 있다.

157

Alert with Information Message 1 (FTC)

08/13/1998 07:12:59.780 [0B] FORWARD TC CAI

Alert with Information Message

ack_seq 7, msg_seq 2, ack_req 1, encryption 0

Signal info record

Signal Type "IS-54B Alerting"

Alert Pitch "Medium pitch (standard alert)"

Signal "Long: (standard alert)"

Alert with Information Message 2 (FTC)

08/13/1998 07:08:21.882 [39] FORWARD TC CAI

Alert with Information Message

ack_seq 7, msg_seq 2, ack_req 1, encryption 0

Calling Party Number info record

Number Type 0 (unknown), Plan 3 (Data X.121)

Presentation 0 (Allowed), SI 0 (not screened)

Number (len=10): 0114509059

< 그림 82. Alert with information message 2 >

그림 82는 alert with information message 를 이용하여 alerting

과 다른 정보를 전송하는 예를 보여주고 있다. 단말기는 이

메 세 지 를 수 신 할 경 우 alerting 을 수 행 하 고 상 대 방

전화번호를 표시하는 calling party number(0114509059)를 나타내고

있 다. 이 경 우 에 도 언 급 한 바 와 같 이 SK Telecom 에 서 는

alerting 에 관한 정보 (pitch, signal 등 ) 는 사용하지 않고 alert

with information message 만 수 신 하 면 사 용 자 가 정 의 한

alerting( 진동 , 벨 , 램프 등 ) 을 수행한다 .

단 말 기 는 alerting 메 세 지 를 수 신 한 후 connect order 를

기지국으로 송출하여 통화로가 형성된다. 이렇게 많은 절차를

거 쳐 서 단 말 기 가 traffic channel 을 이 용 하 여 통 화 하 게 되 며

통화 중에도 여러가지 시스템 파라메터를 처리하게 된다.

발 신 의 경 우 는 origination message 를 이 용 하 여 시 스 템 에

접 속 하 게 되 며 시 스 템 에 서 는 channel assignment message 를

단 말 기 에 전 송 하 여 트 래 픽 상 태 로 천이 시 킨 다. 이 의 과 정 은

수 신 의 경 우 와 동 일 하 며 상 대 방 에 게 연 결 되 는 신 호 음(ring

back tone) 은 alert with information message 로 전송된다.

그 림 83은 alert with information message 에 서 signal 부 분 을

나타내며 그림과 같이 여러가지 alerting, pitch 정도, tone 종류를

158

< 사례분석 >SK Telecom 에서는 ring back tone 에 관련된 메세지를 사용하지 않고 시스템에서 직접 생성하여 트래픽 채널로 단말기에 전송한다.

나타내고 있다.

그림 84는 단말기의 호출음을 중단시키기 위한 alert with

information message 를 보 여 주 고 있 다. 그 림 과 같 이

SIGNAL_TYPE 은 “ Tone Signal” 이고 SIGNAL 은 “ Tone Off”

이 다. 이 미 언 급 한 바 와 같 이 단 말 기 는 전 화 를 받을 때

tone 을 발 생 시 키 며 tone off 메 세 지 가 있 어 야 tone 생 성 을

중단한다. 하지만 실제로 SK Telecom에서는 시스템에서 traffic

channel 을 이용하여 tone 을 만들어 준다.

SIGINAL_TYPE ALERT_PITCH SIGINAL RESERVED

2 2 6 6

00:Tone signal 00:Medium pitch(STD) 000000: Dial tone on

01:ISDN Alerting 01:High pitch 000001:Ring back tone on

10:IS-54B Alerting 10:Low pitch 000010:Intercept tone on

11:Reserved 11:Reserved 000011:Abbreviated intercept

000100:Network congestion tone on

000101:Abbreviated net. congestion

000110:Busy tone on

000111:Confirm tone on

001000:Answer tone on

001001:Call waiting tone on

111111:Tone off

159

< 그림 83. Alert with information message 에서 signal message 구조 >

< 그림 84. Tone off를 위한 alert with information message >

4. Conversation Substate

단 말 기 가 통 화 상 태 로 천이 하 면 기 본 음 성 통 화 와 더불 어

여 러 가 지 제 어 신 호 인 signaling 정 보 도 처 리 한 다. 그 리 고 통 화

중 트 래 픽 채 널 을 잃 어 버 리 거 나 통 화 가 완 료 되 면 시 스 템

초기화부터 다시 시작한다.

CDMA 방 식 에 서 는 서 로 다 른 성 질 의 데 이 타 를 하 나 의

프레임에 동 시 에 전 송 가 능 하 다. 이 것 을 multiplex option 이 라

하고 IS-95-A 는 2 개의 서로 다른 성질의 데이타 전송이

가 능 하 고, IS-95-B 에 는 3 종 류 의 traffic 을 하 나 의 프 레 임 에

160

단말기는 통화 중 forward traffic channel 을 잃어버리거나 통화가 끝나면 pilot channel 부터 다시 시작한다.

< 사례분석 >SK Telecom 에서는 실제 사용에는 별 의미가 없는 tone off(‘111111’) 코드를 택시폰의 과금시작 시점용으로 사용하고 있다.

Alert with Information Message (FTC)

09/22/1998 08:00:58.155 [16] FORWARD TC CAI

Alert with Information Message

ack_seq 7, msg_seq 2, ack_req 1, encryption 0

Signal info record

Signal Type "Tone Signal"

Signal "Tones Off"

전송할 수 있다.

172 bits

1 1 2 80 88

MM(1) TT(0) TM(00) Primary Traffic Signaling Traffic

- MM : Mixed Mode (1=primary traffic and signaling traffic)

- TT : Traffic Type (0=signaling traffic)

- TM : Traffic Mode (00=80 primary, 88 signaling)

< 그림 85. Multiplex option 예 >

하 나 의 예 로 그 림 85의 경 우 는 multiplex option 1 에 서

primary traffic 과 signaling traffic 을 동 시 에 전 송 하 는 프 레 임

구 조 를 나 타 내 고 있 으 며 통 화 중 에 기 지 국 에 서 여 러 가 지

signaling message 를 보낼 수 있다. 이것은 primary traffic 으로

음 성 신 호 를 전 송 하 고 signaling traffic 으 로 는 단 말 기 제 어 를

위한 signaling 메세지를 사용하게 된다 .

실제 통화중일 때 여러가지 메세지가 송수신될 수 있으며

이때의 트래픽 채널 메세지 구조는 다음과 같다.

172 bits

1 0 00 Voice Data Handoff Direction Message

MM(1) TT(0) TM(00) Primary Traffic Signaling Traffic

161

음성통신일 경우 primary traffic 은 음성신호를 말하고, secondary traffic 은 signaling 이나 data transaction 을 말한다.

기 지국 또 는 단 말 기 에 서 multiplex option 으 로 signaling 을

전송할 경우 vocoder 상태를 파악하여 전송속도가 9600bps 가

아 닐 경 우 에 만 signaling 을 전 송 한 다 . 왜 냐 하 면 9600bps 는

multiplex option 으로 사용할 수 없기 때문이다 .

그림 86은 통화상태에서 reverse traffic channel을 monitoring 한

결 과 이 다. 그 림 86과 같 이 음 성 통 화 에 서 는 frame 단 위 로

전 송 속 도 가 결 정 되 며 이 의 기 준 은 voice activity 이 다. 그 리 고

통화 중에 signaling 정보가 송출되는데 이를 “ Dim and Burst”

라고 한다.

IS-95-A 는 multiplex option 1(9600bps 로 전송하면서 2 개의

서 로 다 른 성 질 의 데 이 타 전 송) 을 지 원 하 며, IS-95-B 는

multiplex option 2(14400bps 로 전 송 하 면 서 3 개 이 서 로 다 른

데이타 전송) 까지 지원한다.

162

IS-95-A 에서는 하나의 frame 에 서로 다른 성질의 데이타를 2개까지 전송할 수 있다. 예를 들면 하나의 frame 에 음성신호와 message 를 동시에 전송 가능하다.

09/22/1998 07:54:21.735 [3B] Reverse Link Frame Rates And Types

frm 0xdfc91cee: (1) Mux1 Full Primary

frm 0xdfc91cef: (1) Mux1 Full Primary

frm 0xdfc91cf0: (1) Mux1 Full Primary

frm 0xdfc91cf1: (6) Mux1 Half Primary

frm 0xdfc91cf2: (8) Mux1 Eigh Primary

frm 0xdfc91cf3: (8) Mux1 Eigh Primary

frm 0xdfc91cf4: (8) Mux1 Eigh Primary

frm 0xdfc91cf5: (8) Mux1 Eigh Primary

frm 0xdfc91cf6: (8) Mux1 Eigh Primary

frm 0xdfc91cf7: (1) Mux1 Full Primary

frm 0xdfc91cf8: (1) Mux1 Full Primary

(A) frm 0xdfc91cf9: (2) Mux1 Full Dim 1/2 w/sig

frm 0xdfc91cfa: (8) Mux1 Eigh Primary

(B) frm 0xdfc91cfb: (4) Mux1 Full Dim 1/8 w/sig

frm 0xdfc91cfc: (8) Mux1 Eigh Primary

frm 0xdfc91cfd: (8) Mux1 Eigh Primary

……………………………………………………

< 그림 86. 통화 중 reverse traffic channel 상태 >

그 림 86에 서 (A) 부 분 의 프 레 임 은 full rate(9600bps) 로

“ Dim and Burst with Rate 1/2” 형 태 로 signaling 을 동 시 에

전송하였다. 이것은 음성을 80 bits, signaling 을 88bits 로 전송한

결 과 이 다. 한 편 (B) 의 예 는 “ Dim and Burst with Rate 1/8”로

음성을 16 bits, signaling 을 152 bits 를 기지국으로 전송하였다.

단 말 기 가 통 화 중 일 때 는 paging channel 을 수 신 하 지

못하 므 로 중 요 한 시 스 템 파 라 메 터 는 in-traffic system parameter

163

Multiplex option 1 은 primary and signaling traffic 과 secondary traffic으로 구분된다. Primary and signaling traffic 은 primary traffic 으로 음성이나 데이타 전송이 가능하고 동시에 signaling 전송이 가능하다. Secondary traffic 은 primary traffic 과 secondary traffic 전송이 가능하여 구조상 음성과 데이타를 동시에 전송할 수 있다.

message 를 이용하여 지속적으로 수신해야 한다. 왜냐하면 이

정보를 이용하여 handoff, 로밍 등을 수행해야 하기 때문이다.

트래픽 상태에서도 각 단말기에 해당되는 개별 정보와는

무 관 한 전 체 통 화 중 인 단 말 기 가 수 신 하 는 시 스 템 정 보 인

overhead information 이 있다.(paging channel 의 overhead message 와

구 분 하 기 위 하 여 traffic channel 에 서 는 overhead information 이 라

한다.)

< 그림 87. Traffic channel 에서 overhead information >

그 림 87과 같 이 traffic 상 태 에 서 overhead information 은

paging channel 의 system parameters message 와 유사한 in-traffic

system parameters message 가 있 으 며 나 머 지 는 handoff 와

관련된 메세지이다.

In-traffic system parameters message 는 도 심 지 에 서 기 지 국

밀 집 도 가 높 은 지 역, 건 물 내 에 기 지 국 에 설 치 되 어 있 는

경우, 지하철 구간, 소형 기지국이 설치된 지역 등에서 이

메세지가 사용된다.

Field Length(bits)

MSG_TYPE(‘00000111’) 8

ACK_SEQ 3

MSG_SEQ 3

164

In-Traffic System Parameters Message

Neighbor List Update Message

Handoff Direction Message

Extended Handoff Direction Message

ACK_SEQ 1

ENCRYPTION 2

SID 15

NID 16

SRCH_WIN_A 4

SRCH_WIN_N 4

SRCH_WIN_R 4

T_ADD 6

T_DROP 6

T_COMP 4

T_TDROP 4

NGHBR_MAX_AGE 4

RESERVED 4

< 그림 88. In-traffic system parameters message 구조 >

그 림 88은 in-traffic system parameters message 의 구 조 이 며

중 요 한 시 스 템 정 보 인 SID, NID와 pilot PN set 관 리 를 위 한

정보가 전송된다. 특히 소형기지국이 설치된 지역과 평지에서

지하철로 이동할 때 또는 반대로 이동할 때는 전파환경이

많 이 다 르 므 로 in-traffic system parameters message 를 사 용 해 야

한다 . 예를 들면 평지에 설치된 기지국에서 지하에 설치된

기지국으로 이동할 경우 search window 는 더 적은 값으로

설 정 되 어 야 한 다. 만 약 이 값 이 크 게 설 정 될 경 우

지하공간은 multipath fading 이 심하기 때문에 pilot set detection

및 관리에 어려움이 있고 handoff 가 제대로 수행되지 않을

수 있기 때문이다.

Traffic channel 은 음성뿐만 아니라 메시지(signaling)도 암호화

165

(encryption) 가 될 수 있으며 음성신호는 private long code mask 로

처 리 하 고 signaling 은 별 도 의 인 증 알 고 리 듬 을 이 용 하 여

처리한다 . 그림 89에서 ENCRYPTION 이 ‘ 0’ 이므로 signaling

에 대하여 암호화가 적용되지않았다.

< 그림 89. Neighbor list update messsage >

단말기는 통화 중에 타이머를 이용하여 지속적으로 채널의

상태를 검사하여 중단여부를 결정한다. 이때의 기준은 양호한

프 레 임 이 두 개 가 연 속 될 경 우 타 이 머 를 동 작 시 켜 서 5 초

동안 프레임 오류가 있 는 경 우 통 화 를 종료하 고 초 기 화

과 정 부 터 다 시 시 작 한 다 . 또 한 이 와 는 보 완 적 으 로 단 말 기 는

연 속 된 12 개 의 오 류 가 발 생 한 프 레 임 (bad frame) 이 있 으 면

송신을 중단하고 양호한 프레임 (good frame) 2 개 있으면 다시

송 신 을 시 작 한 다 . 이 것 은 음 질 이 나 쁠 경 우 전 화 를

끊 어 버 리 는 역 할 을 하 며 전 파 환 경(multipath fading) 이

개선되었을 경우 다시 통화를 시작하게 된다.

166

Neighbor List Update Message (FTC)

07/08/1998 00:42:37.568 [21] FORWARD TC CAI

Neighbor List Update Message

ack_seq 3, msg_seq 4, ack_req 0, encryption 0

pilot_inc 2

nghbr_pn 0xf4 = 244 ( 244 )

nghbr_pn 0x19c = 412 ( 412 )

…………………………………

트래픽 채널관리는 음질을 위하여 timer 와 bad frame 수를 이용하는 두 가지 방법을 보완적으로 사용하고 있다.

트래픽 채널의 감시( 연결상태가 좋지않을 경우 끊어버리는

것) 는 통화품질에 많은 영향을 준다. 따라서 양질의 품질을

유지하기 위해서는 통화상태에서 최적의 파라메터를 설정해야

한 다. 또 한 일 부 단 말 기 는 call drop 을 줄 이 기 위 하 여

통화상태를 오래 유지하도록 bad frame 과 timer 를 조정하여

사용하기도 한다.

한 편 트 래 픽 상 태 에 서 단 말 기 는 DTMF(Dual Tone Multiple

Frequency) 를 전 송 할 수 있 다. 이 것 은 통 화 중 단 말 기

버튼을 이용하여 숫자(0 ~ 9) 및 기호(*, #) 를 전송한다.

< 그림 90. Send burst DTMF message >

그 림 90은 통 화 중 DTMF 를 이 용 하 여 숫자 ” 1”을

전 송 하 는 예 를 보 여 주 고 있 다. NUM_DIGITS(=1) 는 디 지 트

개수가 1 개를 나타내고 DTMF_ON_LENGTH(=350ms) 는 신호

폭이 350ms, DTMF_OFF_LENGTH(= 200ms)는 신호가 OFF 되었을

때 폭을 의미한다. DTMF 는 경우에 따라서 한꺼번에 모든

디지트를 전송하는 경우와 한 개씩 전송하는 경우가 있다.

167

Send Burst DTMF Message (RTC)

09/22/1998 08:01:01.153 [3C] REVERSE TC CAI

Send Burst DTMF Message

ack_seq 3, msg_seq 2, ack_req 1, encryption 0

num_digits: 1

dtmf_on_length 350 ms

dtmf_off_length 200 ms

1

이의 구분기준은 DTMF_ON_LENGTH 가 350ms 미만일 경우는

연속적으로 전송하고 350ms 이상일 경우는 하나씩 전송한다.

168

Send Burst DTMF Message(RTC)

12/17/1998 01:01:35.030 [2B] REVERSE TC CAI

Send Burst DTMF Message

ack_seq 2

msg_seq 1

ack_req 1

encryption 0

num_digits 11

dtmf_on_length 150 ms

dtmf_off_length 100 ms

0xA

0x1

0x1

0x9

0x4

0xA

0xA

0x1

0x1

0x6

< 그림 연속적인 DTMF 전송예 >

위 의 예 는 단 말 기 에 서 자 동 적 으 로 자 기 번 호 를 송출하 는

것 으 로 한 꺼 번 에 모 든 디 지 트 를 전 송 한 다. 이 때 단 말 기 는

내 부 적 으 로 DTMF_ON_LENGTH 와 DTMF_OFF_LENGTH 를

조절하여 전송할 수 있다. DTMF 전송에서 연속적인 전송과

한 디 지 트씩 보 내 는 기 준 은 DTMF_ON_LENGTH 가 350ms

기 준 이 다. 따 라 서 위 의 예 처 럼 자 기 전 화 번 호 를 전 송 하 는

경 우 는 단 말 기 자 체 적 으 로 DTMF_ON_LENGTH 를 150ms 로

설정하여 한꺼번에 전송하고 있다.

Digit Code(Binary

)

Digit Code(Bina

ry)

1 0001 7 0111

2 0010 8 1000

3 0011 9 1001

4 0100 0 1010

5 0101 * 1011

6 0110 # 1100

위의 예는 단말기에서 DTMF 처리코드를 나타내고 있다.

DTMF 는 0, 1,…..9, *, # 과 같이 모두 12개가 있기 때문에 4

비트를 이용하여 구분한다. 즉, DTMF 해당 주파수가 전송되는

것이 아니라 숫자 및 기호에 해당되는 코드가 전송된다.

169

그림 ??의 연속적인 DTMF 전송에서 0xA 는 실제 십진수

0 을 나타낸다. 동일한 원리로 * 일 경우는 0xB, # 은 0xC 가

된다.

< 그림 91. 3자 통화를 위한 다이얼 message >

Reverse traffic channel 에 는 발 신 메 세 지 가 없으 므 로 3 자

통화를 위해서 그림 91과 같이 flash with information message 를

이용한다.

170

Flash with Information Message (RTC)

09/22/1998 07:46:46.528 [01] REVERSE TC CAI Flash with Information Message ack_seq 6, msg_seq 3, ack_req 1, encryption 0 Keypad Facility Info Record Chars = 4 5 0 9 0 5 8

< 사례분석 >통화상태에서 여러 개의 DTMF 를 전송하는 경우에 ACK 처리는 단말기에서 별도로 처리된다. 이때는 하나의 DTMF 에 대하여 ACK를 수신하기 전까지는 다음 DTMF 를 전송하지 않는다. 이것은 4개의 ACK 를 처리할 경우 수신측에서 DTMF 의 순서가 다를 수 있기 때문에 문제가 발생하기 때문이다.

트래픽 상태에서는 위에서 언급한 메세지 이외에 다양한

종류가 있다. 실제로 통화 중에 가장 많이 사용되는 것은

handoff 와, power control 관련 메세지이다.

Forward traffic channel 메세지는 그림 92와 같이 여러 종류가

있으며 크게 분류하면 호처리를 위한 정보가 대부분이고 그

이외는 메세지 전송, 인증 처리 등의 역할을 한다.

< 그림 92. Forward traffic messages >

171

Order Message

Authentication Challenge Message

Alert With Information Message

Data Burst Message

Handoff Direction Message

Analog Handoff Direction Message

In-Traffic System Parameters Message

Neighbor List Update Message

Send Burst DTMF Message

Power Control Parameters Message

Retrieve Parameters Message

Set Parameters Message

SSD Update Message

Flash With Information Message

Mobile Station Registered Message

Extended Handoff Direction Message

Order Message

Authentication Challenge Response Message

Flash With Information Message

Data Burst Message

Pilot Strength Measurement Message

Power Measurement Message

Send Burst DTMF Message

Status Message

Origination Continuation Message

Handoff Completion Message

Parameters Response Message

Reverse traffic channel message 는 forward traffic channel message 와

유사한 기능과 이의 응답메세지로 구분된다.

5. Release Substate

단말기가 통화를 종료하는 경우는 사용자가 전화를 끊는

경 우 와 상 대 방 이 종 료 하 는 경 우 로 나 눌 수 있 다. 만 약

사용자가 “ END” 키를 눌러서 종료하게 되면 release order 를

기 지 국 으 로 송 출 하 며 단 말 기 는 이 에 대 한 응 답 이 오 면

내 부 적 으 로 통 화 를 종료한 다. 상 대 방 이 종료할 때 도 동 일 한

개념으로 통화를 끝낸다.

172

09/22/1998 07:49:22.231 [1B] FORWARD TC CAI

Release Order

ack_seq 2, msg_seq 4, ack_req 0, encryption 0

implied action time

Ordq 0x00

09/22/1998 07:49:22.248 [1C] REVERSE TC CAI

Release Order

ack_seq 3, msg_seq 4, ack_req 0, encryption 0

Normal release

09/22/1998 07:49:22.252 [1C] FORWARD TC CAI

Release Order

ack_seq 2, msg_seq 4, ack_req 0, encryption 0

implied action time

Ordq 0x00

< 그림 93. Reverse traffic channel messages >

< 그림 94. Traffic channel release 처리과정 >

그림 94는 traffic channel release 과정을 나타내는 것으로 먼저

기 지 국 에 서 OREDQ(=0x00) 를 단 말 기 로 전 송 한 다. 이 것 은

특별한 이 유 가 없는 release 를 나 타 내 어 통 상 적 인 원 인 으 로

호가 해제된 경우이다. 이 메세지는 실제로 ACK_REQ(=0) 로

응답을 요 구 하 지 않 지 만 단 말 기 는 release order 를 수 신 하 면

바로 release order 를 기지국으로 전송해야 한다.

그 림 94는 기 지국에 서 release order 를 단 말 기 로 전 송 한

다 음 단 말 기 로 부 터 정 상 적 으 로 release order 를 수 신 하 지

못하여 재전송하는 경우를 보여주고 있다.

Ⅵ. 기 타 기 능

173

Release order 는 응답요구가 없어도 무조건 기지국과 단말기간에 release order 를 서로 교환하여야 한다.

1. Registration

등록(registration) 이란 단말기가 서비스 지역, 단말기 상태,

단말기 번호, slot cycle, 등의 파라메터를 기지국으로 송출하는

것 을 말 한 다. 시 스 템 에 서 는 항 상 단 말 기 의 현 재 서 비 스받고

있는 지역을 알고 있어야 하므로 지역을 이동하거나 환경이

변경되면 항상 등록을 수행해야 한다 .

등록에는 그림 95와 같이 9 개가 있으며 필요에 따라서는

9 개 모 두 사 용 하 지 않 아 도 된 다. 그 림 95의 9 개 등 록

중 에 서 1 번 에 서 5 번까지 를 단 말 기 가 스 스 로 특 정 환 경 이

되 면 등 록 을 수 행 하 는 자 율 등 록(autonomous registration) 이 라

하 고 나 머 지 는 시 스 템 과 상 호 간 의 메 세 지 전 송 으 로

이루어진다.

< 그림 95. Registration 종류 >

174

1. Power-up Registration

2. Power-down Registration

3. Timer-based Registration

4. Distance-based Registration

5. Zone-based Registration

6. Parameter-change Registration

7. Ordered Registration

8. Implicit Registration

9. Traffic Channel Registration

System Parameter Message(PC)

08/13/1998 07:08:40.810 [26] PAGING CAI

System Parameter Message

sid 2222, nid 3

reg_zone 92, total_zones 2, zone_timer 1

mult_sids 0, mult_nids 0

…………….

home_reg 1

for_sid_reg 1

for_nid_reg 1

power_up_reg 1

power_down_reg 1

parameter_reg 1

reg_prd 64

…………………..

reg_dist 0

…………………

9 개의 등록 중에서 단말기가 수행해야 할 등록의 종류와

관 련 된 파 라 메 터 는 paging channel 의 overhead message 인

system parameter message 에 전송된다.

그 림 96은 paging channel 의 system parameter message 에 서

등록과 관련된 메세지이다. 설정 값 “ 1”은 단말기가 해당

등 록 을 수 행 해 야 하 고 “ 0”은 수 행 하 지 않 는 다. 즉,

REG_DIST 는 “ 0”이 므 로 distance based registration 은 수 행 하 지

않는다.

Power up registration 은 단말기가 전원을 켜거나 아날로그

시 스 템 으 로 부 터 로 밍 할 경 우 시 스 템 에 등 록 한 다. 짧은

시 간 에 단 말 기 를 ON/OFF 할 수 있 으 므 로 단 말 기 는

175

< 그림 96. System parameter message 에서 등록과 관련된 메세지 >

대 기 상 태 로 들 어 간 다 음 20 초 내 에 등 록 을 수 행 하 지

않 는 다 . 이 것 은 시 스 템 에 여 러 번 등 록 되 는 것 을

방지한다 .

Power down registration 은 사용자가 단말기의 전원을 OFF

할 경우 등록을 수행하고 자체적으로 전원을 OFF 해야

한 다. 단 말 기 는 현 재 서 비 스 받고 있 는 SID, NID 에

대 하 여 이 전 에 등 록 이 되 어 있 지 않 다 면 power down

registration 을 수 행 하 지 않 아 야 한 다 . 이 것 은 단 말 기 가

SID, NID지 역 을 변 경 하 였 을 경 우 parameter change

registration 등 여 러 가 지 등 록 조 건 에 의 하 여 등 록 이

수행되지만 전원을 OFF 한 상태에서 다른 사업자 또는

다른 SID, NID 지역에 이동하여 시스템에 부하를 줄

수 있기 때문이다.

Timer based registration 은 단 말 기 가 지 하 등 정 상 적 으 로

등록이 수행되지 못하는 지역에서 전원을 OFF 할 경우

시 스 템 에 등 록 이 되 지 않 으 므 로 이 를 보 완 하 기 위 하 여

주기적으로 단말기가 시스템에 등록하는 것을 말한다 .

Timer based registration 은 REG_PRD 가 “ 0”보다 큰 값일

때 는 이 를 수 행 하 여 야 한 다. 단 말 기 는 counter를

이용하여 등록을 수행하며 slotted mode 인 경우 counter

의 주기가 80ms 가 된다. REG_PRD를 이용하여 다음의

식과 같이 counter의 등록주기가 결정된다.

REG_COUNT_MAX= 2 REG_PRD/4 x 0.08 sec

예) REG_PRD=64, REG_COUNT_MAX=5242.88 초( 약 1.5

시간)

176

Timer based registration 은 9 개 의 등 록 중 하 나 라 도

수 행 되 면 timer 가 reset되 기 때 문 에 실 제 로 발 생 할

빈 도 는 매 우 적 다. 이 것 은 단 말 기 가 음 영 지 역 에

들어갔다가 나온 경우에 유용하게 사용된다.

Distance based registration 은 단 말 기 가 특 정 거 리 조 건 이

되었을 경우 등록을 수행하는 것으로 기지국의 위도,

경 도 정 보 를 근 간 으 로 한 다. SK Telecom 의 경 우

기 지 국 에 서 GPS 데 이 타 를 전 송 하 지 않 으 므 로 이 를

수행하지 않는다. Distance based registration 은 REG_DIST 가

“ 0”보 다 큰 값 일 경 우 수 행 하 며 수 행 조 건 은 특 정

distance 를 초과했을 경우이다. 이때 distance 는 다음의

식으로 결정된다.

lat=BASE_LAT( 현위치)–BASE_LAT_REG(바로전등록위치)

long=(BASE_LONG( 현위치)–BASE_LONG_REG( 바로전등록

위치)) x cos(/180xBASE_LAT_REG/14400)

* 외국의 경우 단말기 위치파악은 중요한 사항으로 분류하여 현재

추진 중에 있다. 이것은 긴급사항에 대처하기 위한 것으로 시스

템 및 단말기의 보완이 선행되어야 한다.

( 예: 미 국 의 911 emergency call 이 있 으 며 “ 9” 자 는

177

적색으로 표시하여 “ 9” 를 길게 누를 경우 바로 911 로 접속된다.)

Zone based registration 는 zone list 가 변 경 되 었 을 경 우

등 록 을 수 행 하 는 것 이 다. 단 말 기 는 zone list 를 가 지 고

있 으 며 이 zone list 는 <REG_ZONE, SID, NID> 쌍 을

의 미 하 며 최대 7 개까지 저 장 및 관 리 하 여 야 한 다.

위의 예에서는 TOTAL_ZONES의 값이 2 이므로 2 개의

zone list 를 관리하여야 한다.

Zone based registration 은 TOTAL_ZONES의 값이 “ 0”보다

큰 값일 경우 수행되며 수행조건은 <REG_ZONE, SID,

NID> 의 값이 변경되었을 때이다. 이것은 두개의 zone

경 계 지 역 에 서 이 동 할 때 두 개 의 zone에 동 시 에

등록되는 것을 방지한다.

Zone list 는 단 말 기 가 체 계 적 으 로 관 리 하 여 야 하 며 각

zone list 마 다 timer(ZONE_TIMER) 를 이 용 하 여

TOTAL_ZONES의 개수보다 많은 zone list 가 있을 경우

관리하게 된다.

어떤 방법으로든 등록이 수행되면 등록된 지역의 zone

list 는 timer 가 없어지며 나머지 zone list 는 timer 가

동 작 되 어 특 정 조건이 되 면 zone list 를 버 리 게 된 다.

또 한 MULTI_SIDS 와 MULTI_NIDS를 관 리 하 기 위 하 여

별 도 의 SID_NID_LIST 를 가 지 고 있 어 야 한 다.

MULTI_SIDS 와 MULTI_NIDS는 여 러 개 의 SID, NID를

가지고 등록 수행여부를 결정한다.

Parameter change registration 은 단말기의 인식자 (mobile station

indicators) 인 SLOT_CYCLE_INDEX, SCM,

MOB_TERM_HOME (MOB_TERM_FOR_SID and

178

MOB_TERM_FOR_NID) 가 변 경 될 경 우 그 리 고 수 신 한

SID, NID 값 이 SID_NID_LIST 에 없 을 경 우 수 행 된 다 .

일 반 적 으 로 SID_NID_LIST 값 과 SLOT_CYCLE_INDEX 가

변경될 확률이 많으므로 이 파라메터로 인하여 등록이

수행된다.

Ordered registration 은 시스템에서 registration request order

를 전 송 하 여 수 행 되 며 단 말 기 는 이 에 대 한 응 답

메 세 지 를 송 신 하 여 야 한 다. 단 말 기 는 이 order 를

수 신 하 였 을 경 우 0.3 초 내 에 시 스 템 접 속 상 태 로

천이하여야 한다.

Implicit registration은 단 말 기 에 서 origination message 나

page response message 를 전 송 할 때 시 스 템 에 서

자 동 적 으 로 등 록 으 로 인 식 하 여 처 리 한 다. 이 때

origination message 나 page response message 는 해 당

단 말 기 의 MIN과 ESN을 전 송 하 므 로 시 스 템 은 이 것 을

이용하여 등록을 수행한다.

Traffic channel registration은 단말기가 traffic 상태가 되었을

때 forward traffic channel 로 mobile station registered message

를 수신하여 등록상태를 확인한다.

179

Registration Message (AC)

06/02/1998 08:46:20.025 [3E] ACCESS CAI

Registration Message

ack_seq 7, msg_seq 0, ack_req 1, valid_ack 0, ack_type 0

MIN (0x384) 5A2B84 = (011) 471-0011

esn 0xB07A0001

auth_mode 0

reg_type 1 (Power-Up)

slot_cycle_index 2

mob_p_rev 2

scm 0x2a

mob_term 1

그림 97은 access channel을 이용한 등록메세지를 나타내고

있 으 며 등 록 시 에 는 전 화 번 호(MIN) 와 ESN이 전 송 되 며

REG_TYPE에서 등록의 종류를 나타내고 있다.

Paging 은 실제로 MSC, BSC, BTS, zone, sector 단위로 수행될

180

< 사례분석 >단말기 전원을 켠 다음 바로 발신을 할 경우 시스템에서는 origination message 를 이용하여 implicit registration 을 수행한다. 즉, 발신 메세지를 이용하여 시스템에서는 HLR 을 최신 정보로 갱신한다.

< 사례분석 >미 등록된 단말기에 전원을 ON 할 경우 일반적으로 약간의 시간이 지난 후(약 30 초) 단말기에 “등록이 필요합니다”라는 메세지가 표시 된다. 이것은 전원을 ON 한 다음 대기상태에서 20 초가 지난 뒤 power up registration 을 수행하기 때문이다. 시스템은 등록결과를 paging channel 을 통하여 단말기에 전송한다.

< 그림 97. Registration message >

수 있다. 그렇지만 보통 BSC, zone, MSC 단위로 paging 된다.

Zone 은 몇 개 의 BTS 를 말 하 며 zone based registration 을

위한 paging 영역이 된다.

현재 SK Telecom의 경우 paging 단위는 zone으로 실시하며

실패할 경 우 MSC 단 위 로 paging 된 다( 시 스 템 제 조 회 사마다

약 간씩 다 를 수 있 다). 일 반 적 으 로 하 나 의 MSC 는 10개

정도의 BSC, 하나의 BSC는 약 5 개의 BTS 그리고 zone은

약 10개 의 BTS 로 이 루 어 진 다. 또 한 하 나 의 MSC 에 는

일반적으로 4 개의 zone으로 구성된다.

SK Telecom 의 경우 1 차 paging 에 소요되는 시간(MSC 에서

단말기까지) 는 약 3 초 정도 소요된다. 만약 1 차 paging 에

실패할 경우 범위를 확장시켜( 일반적으로 MSC 단위) paging

하 게 되 며 이 때 소 요 되 는 시 간 은 약 13초 가량된 다. 즉,

기지국에서 1 차 page message(slotted page message) 를 전송한 후

약 13초 뒤에 다시 page message 를 전송하게 된다.

181

Zone 단위(BTS 단위와 비교할 때)로 paging 을 하는 이유는 빈번한 Handoff 발생을 줄이기 위해서이다.

MSC

BSC BSC

BTS BTS BTS BTS

ZONE

< 그림 98. Paging 을 위한 단위 구성도 >

따라서 단말기는 동일한 zone내에서는 zone based registration

은 수행하지 않고 zone이 변경되었을 경우 이를 수행한다.

주 로 zone based registration 은 idle handoff 를 수 행 한 후

시행된다.

2. Handoff Procedures

CDMA 방 식 에 서 handoff 는 아 날 로 그 보 다 훨 씬 중 요 한

요 소 가 된 다. 아날로 그 의 경 우 는 근 본 적 으 로 음 질 에 영향을

미치지만 CDMA의 경우는 시스템 용량에 직접적으로 관련이

된 다. 즉, 단 말 기 가 하 나 의 기 지 국 과 통 화 하 고 있 다 가

전 계 강 도 가 약 해 지 면 기 지 국 과 단 말 기 모 두 강 한 신 호 를

사 용 해 야 하 므 로 전 체 적 으 로 가 입 자 용량에 영향을 미 치 게

182

< 사례분석 >Paging 성공률을 높이기 위하여 2 번 이상 paging 을 할 수 있으며, paging 영역을 확장하여 1 차는 zone 단위, 2 차는 MSC 단위로 paging 을 할 수 있다.

된 다. 따 라 서 CDMA에 서 는 여 러 가 지 방 법 을 이 용 하 여

handoff 개선 방법을 사용하고 있다.

2.1 Handoff 일반사항

Handoff 는 soft handoff, CDMA to CDMA hard handoff, CDMA to

Analog handoff 로 크 게 3 가 지 종 류 가 있 다. Handoff 가

발 생 하 는 시 점 은 단 말 기 가 대 기 상 태(idle state) 나 통 화 상 태

(traffic state) 인 경우에 발생한다.

단 말 기 는 searcher 에 서 수 신 가 능 한 pilot PN 을 다 음 과

같이 분류하여 처리한다.

Active set : forward traffic channel 에 할당된 채널 Candidate set : active set은 아니지 만 충분 한 전 계강도 를

가지는 pilot PN set

Neighbor set : handoff 를 위하여 충분히 candidate set 이

될 수 있는 pilot PN set

Remaining set : 단말기에서 수신되는 pilot PN set

단 말 기 는 active set, candidate set, neighbor set, remaining set 의

수량을 제한하여 관리하고 있다. 이것은 pilot set 의 분류를

명확하게 정의하고 이들간의 처리를 위한 것이다.

IS-95-A 에서 단말기가 처리해야 할 pilot set 은 active set 이

최대 6 개 , candidate set 이 최대 5 개 , neighbor set 이 최소 20

개 로 정 의 하 고 있 다 . 따 라 서 단 말 기 는 현 재 서 비 스 받고

있 는 기 지 국 을 포 함 하 여 6 개 의 active set 을 가 질 수

있 으 므 로 주 위 의 5 개 기 지국과 soft handoff 를 수 행 할 수

있다.

단말기가 저장 및 관리하는 pilot set 은 그림 99와 같이

183

개념적으로 이해할 수 있다. 단말기의 searcher 는 지속적으로

active set, candidate set, neighbor set, remaining set 을 검색한다. 실제로

단말기는 우리나라와 같이 기지국 밀집도가 높고 전계강도가

불균일 한 지 역 은 예 상 하 지 못하 는 pilot PN set 을 가 질 수

있 다 . 이 것 을 “ pilot pollution ” 이 라 하 고 이 를 효 과 적 으 로

관 리 하 는 것 이 handoff 및 통 화 품 질 에 많 은 영향을 준 다 .

Pilot pollution 이 심한 지역에서는 단말기가 빈번한 idle handoff

를 수 행 하 며 통 화 상 태 에 서 단 말 기 는 PSMM(Pilot Strength

Measurement Message) 를 자 주 전 송 하 게 된 다. 실 제 로 이 러 한

문제점의 보완 방안으로 단말기의 neighbor set은 최소 20개를

정 의 하 고 있 지 만, 대 부 분 의 단 말 기 는 20개 정 도 만 관 리 하 고

있다.

< 그림 99. 단말기의 pilot set 의 분류 >

184

Neighbor Set

Active Set

CandidateSet

Remaining Set

Pilot pollution 지역에서 발생되는 단말기의 동작은 PSMM 을

자 주 전 송 하 게 되 며 여 기 에 따 라 서 잦 은 handoff 가

이루어진다 .

한편 단말기에 수신되는 pilot PN 을 모두 검색할 수 있는

필 요 성 이 지 속 적 으 로 요 구 되 고 있 었 으 나 기 존 의 퀄 컴

단말기는 이 정보를 출력하지 않고 있어서 운용에 문제점이

되고 있었다. 하지만 최근의 계측장비 그리고 일부 단말기는

이러한 정보를 출력하므로 운용에 유용하게 사용될 수 있다.

< 그림 100. System parameter message 에서 handoff와 관련된

메세지 >

각 pilot set 을 검색하 기 위 하 여 단 말 기 는 특 정 search

window size 를 가지고 검색한다. 이 정보는 paging channel 의

system parameter message 로 수신되며 다음과 같다.

185

System Parameter Message(PC)

08/10/1998 10:45:14.328 [19] PAGING CAI

System Parameter Message

……………………..

srch_win_a 7, srch_win_n 9, srch_win_r 8

nghbr_max_age 1

…………………….

t_add 28, t_drop 32, t_comp 5, t_tdrop 4

…………………….

Pilot pollution 지역이란 비슷한 전계강도를 가지는 PN 이 여러 개(일반적으로 10 개 이상)가 수신되는 지역으로 단말기는 빈번한 handoff 를 수행하며 이 과정에서 음질이 나빠지거나 call drop 이 발생할 수 있다. 이 지역은 대도시의 고지대, 기지국이 밀집한 도심지 지역에 해당된다.

SRCH_WIN_A : active set 과 candidate set 의 search window

크기 SRCH_WIN_N : neighbor set 의 search window 크기 SRCH_WIN_R : remaining set 의 search window 크기

Search window 가 크 게 되 면 찾 을 확 률 은 많 아 지 지 만

정확하게 찾는데 시간이 많이 소요된다 . 반면 search window

가 작 으 면 찾 을 확 률 은 작 지 만 시 간 이 적 게 소 요 된 다 .

따 라 서 전 파 환 경 에 따 라 서 시 스 템 에 서 는 최 적 의 값 을

할 당 하 는 것 이 통 화 품 질 을 위 하 여 매 우 중 요 한 요 소 가

된다.

System parameter message 에 는 단 말 기 가 handoff 에 필 요 한

정 보 를 제 공 해 주 며 그 림 100 에 서 각 각 의 의 미 는 다 음 과

같다.

SRCH_WIN_A 7 : 40 PN chips

SRCH_WIN_N 9 : 80 PN chips

SRCH_WIN_R 8 : 60 PN chips

NGHBR_MAX_AGE 1 : maximum age 값

NGHBR_MAX_AGE 는 neighbor set에 서 각 각 의 pilot PN 이

오 래 된 정 도 를 나 타 낸 다. 즉, 이 set 에 오 래 있 을 수 록

나 이 가 들 게 된 다. 따 라 서 나 이 가 많 은 pilot PN 은 특 정

186

단말기는 search window 의 중앙을 pilot PN set 에 위치시킨다. 이것은 multipath fading 의 영향을 고려하기 위해서이다.

조건이 되면 neighbor set에서 버리게 된다.

단말기는 pilot set 의 분류기준에 대하여 T_ADD, T_DROP,

T_COMP, T_TDROP 파 라 메 터 를 이 용 한 다. 이 들 의 의 미 는

다음과 같다.

T_ADD : neighbor set에 서 candidate set 이 되 기 위 한

기준점 T_DROP : active set 에서 T_TDROP 이 동작하는 기준점 T_COMP : active set 과 비교하는 기준값 T_TDROP : T_DROP 이 하 로 떨 어 질 때 동 작 하 는

timer(guard time)

187

시스템에서 active set 을 제어할 수 있는 것은 idle state 에서는 channel assignment message 이고 traffic state 에서는 handoff direction message 이다.

T_ADD

Pilot Strength

(1)

T_DROP

Time(4) (5) (6) (7)(2) (3)

NeighborSet

CandidateSet

ActiveSet

NeighborSet

< 사례분석 >Search window 크기의 선택은 시스템 운용에서 품질관리의 매우 중요한 요소가 된다. 일반적으로 기지국 간격이 좁은 대도시 밀집지역에서는 active set 의 search window 는 기지국의 서비스 영역이 상대적으로 넓은 시골지역보다 좁게 설정되어야 한다. 왜냐하면 기지국간 거리가 먼 곳에 있는 시골지역에서는 multipath fading 에 의하여 주된 신호성분의 분포가 넓게 분포할 수 있기 때문이다.

< 그림 101. Pilot set 분류를 위한 pilot strength 관련도 >

그 림 101 과 같 이 pilot set 의 급 격 한 변 화 를 줄 이 기

위 하 여 일 종 의 hysteresis 형 태(1 차 원 적 으 로 변 환 하 는 것 이

아 니 라 어 느 정 도 margin(T_ADD 와 T_DROP 사 이 의 여 유

값)) 을 이 용 한 다. 실 제 운 용 상 에 서 는 T_ADD, T_DROP,

T_TDROP 값 의 최 적 설 정 은 매 우 중 요 하 다 . 왜 냐 하 면 잘 못

설 정 되 면 단 말 기 는 빈 번 한 handoff 가 수 행 될 수 있 고 ,

음질에 영향을 줄 수 있다 . 그림 101 은 특정 pilot PN 이

지 역 을 이 동 하 면 서 일 어 나 는 동 작 을 전 계 강 도 와 시 간 적 인

관점에서 표현하고 있으며 각각의 동작은 다음과 같다.

(1) 해 당 pilot PN 은 neighbor set에 서 candidate set 으 로

전 환 하 기 위 하 여 기 지 국 에 pilot strength measurement

message 를 전송한다.(candidate set)

(2) 기 지 국 은 handoff direction message 를 전 송 한 다.(candidate

set)

(3) 해 당 pilot PN 은 active set 으 로 천 이 하 고 handoff

188

completion message 를 전송한다.(active set)

(4) 전 계강도 가 T_DROP 이 하 로 떨어 지 면 단 말 기 는 handoff

drop timer 를 동작시켜 T_TDROP 이 되는지를 검사한다.

(active set)

(5) Handoff drop timer 가 종료되면 해당 pilot PN 에 대하여

단 말 기 는 pilot strength measurement message 를 전 송 한 다.

(active set)

(6) 기지국은 단말기에 handoff direction message 를 전송한다.

(active set)

(7) 단말기는 해당 pilot PN 을 active set 에서 neighbor set으로

전 환 하 고 handoff completion message 를 전 송 한 다.(neighbor

set)

그 림 102 는 pilot P0 가 active set 으 로 변 화 하 는 과 정 을

나타내고 있으며 그림과 같이 T_COMP x 0.5 dB 를 기준으로

결정된다. 단말기가 통화 중에 candidate set 으로 분류된 pilot

PN P0 가 active set 으 로 진 화 하 는 과 정 으 로 서 T0 시 점 에 서

T_ADD 값 을 초 과 하 면 단 말 기 는 기 지 국 으 로 pilot strength

measurement message(PSMM) 를 전송한다.

189

Pilot P2

Pilot P1

T_ADD

Pilot Strength

Pilot P0

T_COMP× 0.5dB

T_COMP× 0.5dB

TimeT2T1T0

< 그림 102. Active set 에 할당되기 위한 조건 >

또 한 단 말 기 내 에 서 active set 으 로 분 류 된 P1 에 비 해

T_COMP x 0.5 dB 를 초과하면 이때도 pilot strength measurement

message 를 전 송 한 다. 동 일 한 원 리 로 active set 인 P2 를

초과하면 pilot strength measurement message 를 전송한다.

전 체 적 으 로 정 리 하 면 단 말 기 에 서 pilot strength measurement

message 를 전송하는 시점은 T0, T1, T2 에 이루어진다 . 그리고

P0 는 active set 인 pilot P1 에 비해 T_COMPx0.5 시점인 T1

에 서 handoff direction message 를 수 신 하 여 active set 으 로

설정된다.

2.2 Pilot sets 관리

단말기의 searcher 는 MSM 에 내장되어있으며 지속적으로

pilot 를 검 색 하 며 이 에 해 당 되 는 값 들 은 searcher task 에 서

관리한다. 단말기의 searcher 에서는 일반적으로 수신되는 pilot

PN 의 Ec/Io 값을 이용하여 분류한다.

190

< PSMM 을 전송하는 조건 > Neighbor set 이나 remaining set 이 T_ADD 를 초과할 때 Candidate set 이 active set 에 비해 T_COMPx0.5dB 를 초과할 때 Active set 이 T_DROP 이하에서 T_TDROP 가 종료되었을 때

Pilot set 분류는 단말기의 searcher 에서 수신되는 Ec/Io값을 기준으로 정의된다.

퀄 컴 기 준 의 단 말 기 는 Ec/Io 값 을 이 용 하 여 수 신

전계강도를 산출하며 이의 결과를 단말기 표시부에 나타낸다 .

< 그림 103. Pilot set 관리를 위한 pilot search 예 >

그림 103 과 같이 단말기의 searcher 는 지속적으로 수신

가 능 한 pilot PN 을 검 색 하 며 다 음 의 특 성 을 가 진 search

window 를 가지고 검색한다.

Active set window : 가 능 한 한 좁은 search window 를

가져야 하 지 만 multipath fading 성 분 은 수 용 해 야 한 다.

191

Active Set

Candidate Set

Neighbor Set

26.67ms Pilot PN Circle

이것은 빠른 검색이 필요하기 때문이다. 그리고 search

window 의 중 앙 은 최 초 의 multipath fading 성 분 이

도착하는 지점이다.

Candidate set window : 트 래 픽 채 널 에 만 사 용 되 고

대 기 상 태 는 관 리 하 지 않 는 다. 나머지 특 성 은 active set

window 와 동일하다.

Neighbor set window : active set window 나 candidate set window

와 는 상 대 적 으 로 느 리 게 검색이 되 어 도 된 다. 따 라 서

일반적으로 neighbor set window 가 큰 값으로 설정된다.

이것은 또한 각 multipath fading 성분은 비슷한 크기로

넓게 분포되어있기 때문에 이를 수용하기 위해서이다.

Neighbor set window 의 중 심 은 단 말 기 의 시 간 기 준 으 로

PN 이 설정된다.

Remaining set window : 검색이 가 장 천천이 이 루 어져야

하 므 로( 전 파 지 연 이 넓 게 분 포) 일 반 적 으 로 가 장 큰

크 기 의 window 를 가 진 다. 이 window 역 시 중 심점은

단말기의 시간기준이다.

* 단말기 시간기준(MSTR:Mobile Station Time Reference) : sync channel

로 부 터 수 신 한 시 간(system time) 을 기 준(sync channel 에 서 가장 빨리 도착하는 PN 성분에서)

192

< Search window center > Active set, candidate set : 가장 빨리 도착하는 PN 성분 Neighbor set, remaining set : 단말기 시간을 기준으로 한 PN 성분

효과적인 검색을 위하여 active set 과 candidate set 을 먼저

검색하고 neighbor set, remaining set 순으로 탐색한다.

< 그림 104. Pilot PN set 검색 순서 >

193

단말기는 pilot increment 를 기준으로 검색을 하며 active 와 candidate set 을 먼저 검색하고 neighbor, remaining set 순으로 검색한다.

Search Active & Candidate Set

Done

Search Neighbor Set

Done

Search Remaining Set

Begin Search Sequence

Yes

No

Yes

No

PILOT_INC 는 paging channel 에 서 overhead message 인

neighbor list message, 트 래 픽 상 태 에 서 는 neighbor list update

message 로 전송되며 remaining set 검색은 pilot 증가 step 에

정 의 된 다.( 예 를 들 어 2 로 설 정 되 어 있 으 면 0, 2, 4, 6,….의

순으 로 검색된 다) 실 제 로 칩 으 로 정 의 하 면 PILOT_INC x 64

chips 가 된다.

< 그림 105. 단말기 finger 설정 값 >

그림 105 는 대기상태에서 단말기 finger 에 설정된 값을

나타내고 있다. 단말기는 내부적으로 3 개의 finger 를 가지고

있 으 며 그 림 105 와 같 이 수 신 에 너 지 가 가 장 큰 finger

#2(Ec/Io=-6.6dB) 에 서비스 받고 있는 PN 이 설정되어있다.

이 예 는 기 지국과 근 접 한 거 리 에 서 지 연 된 신 호 가 없는

dominant path 로만 수신하고 있다.

단말기는 handoff 를 위하여 PN set 을 체계적으로 관리하고

194

Finger Status (Idle State)

07/08/1998 00:40:02.142 [0A] Temporal Analyzer Finger Info Only

Finger #1 PN=0x4c = 76 ( 76 ): pos=0xe580, eng=0

Finger #2 PN=0x4c = 76 ( 76 ): pos=0xe580, eng=250 (-6.6)

Finger #3 PN=0x4c = 76 ( 76 ): pos=0xe580, eng=0

PILOT_INC 는 pilot PN 검색단위를 의미하며 remaining set 검색에만 적용된다.

있다. Active set 은 handoff direction message 또는 extended handoff

direction message 를 통 해 서 갱 신 이 가 능 하 며 단 말 기

자체적으로 결정할 수 없다.

Active set 은 최 대 6 개 까 지 할 당 될 수 있 으 며

handoff direction message( 트래픽 상태) 에 의하여 관리된다.

Candidate set 은 active set 에 있 다 가 handoff direction

message 에 없는 경 우, neighbor set 이 나 remaining set 의

PN 이 T_ADD 값을 초과할 경우 받아 들인다. 그리고

handoff drop timer(T_TDROP : T_DROP 이하로 떨어지면 해당

PN 에 대 하 여 시 간 체 크) 가 지났을 경 우 candidate

set 에서 버린다.

Neighbor set 은 idle state 에 서 neighbor list message, traffic

state 에서 neighbor list update message 로 전송되는 pilot PN

set 을 우 선 적 으 로 설 정 한 다. 물 론 active set 이 나

candidate set 은 제외시킨다. 그리고 neighbor list message 에

새로운 pilot PN 이 있고 특정수량 이상을 초과할 경우

해 당 PN 에 대 하 여 AGE( 오래 된 정 도) 를 계 산 하 게

되 며 NGHGR_MAX_AGE를 초 과 하 면 neighbor set에 서

버린다. AGE 는 neighbor set의 변경이 있을 때마다 각

pilot PN 의 counter를 증가시키며 counter값이 많을 경우

오래된 PN(aged PN) 이다.

195

< Handoff 를 위해서 각 pilot PN set 에 버리는 조건 > Active set : handoff direction message 에 없는 경우 (traffic state) Candidate set : T_DROP 이하에서 T_TDROP 이 지난 경우 Neighbor set : NGHBR_MAX_AGE 를 초과한 경우

Candidate set 은 5 개의 pilot PN set 만 처리할 수 있으므로

5 개 이상의 pilot PN set 이 있는 경우는 handoff drop timer 를

기준( 가장 최근에 종료된 drop timer 기준) 으로 candidate set

에 서 버 린 다. 동 일 한 handoff drop timer 일 경 우 는 수 신

전계강도를 기준으로 적은 PN 을 버린다.

Neighbor set은 일 반 적 으 로 최대 20개 를 관 리 하 며 20개 를

초과하는 경우는 이 set 에 가장 오래 머물고 있는 pilot

PN set 을 버리고 동일한 조건이면 전계강도가 적은 PN 을

버린다.

Remaining set 이 되는 경우는 neighbor set에서 set 의 크기

(PN 의 개 수) 가 커 서 버 려 진 set 와 AGE 가

NGHBR_MAX_AGE값보다 클 때 발생된다.

2.3 Idle state 에서 handoff

단말기가 대기상태(idle state) 에 있을 때 서비스 채널에서

지 속 적 으 로 전 계 강 도 가 강 한 pilot PN 을 찾 는 다. 이 러 한

과 정 을 pilot search 라 고 하 며 그 결 과 active set, neighbor set,

remaining set 으로 구분하여 관리한다. Active set 은 현재 서비스

받고 있 는 pilot PN 이 고, neighbor set 은 handoff 가 가 능 한

pilot PN 의 집합 으 로 neighbor list message 로 수 신 된 PN set

이고, remaining set은 검색되는 나머지 집합이다.

196

단말기가 대기상태(idle state)에 있을 때 active set 은 1 개만 있다.

대 기 상 태 에 서 handoff 관 련 pilot set 관 리 는 언 급 한 바 와

같이 3 가지 set 으로 관리하며 active set 은 1 개 , 일반적으로

neighbor set 은 20 개 정도로 관리한다 .

Idle handoff 는 단 말 기 가 기 지 국 의 도 움 없 이 자 체 적 으 로

판 단 하 여 수 행 하 게 되 며 이 결 과 를 등 록 으 로 기 지 국 에

보 고 한 다. 물 론 해 당 되 는 등 록 조 건 이 없 을 경 우 등 록 을

수행하지 않는다.

Idle handoff 를 수 행 하 는 동안 단 말 기 는 nonslotted mode 로

동 작 하 여 새 로 운 paging channel 의 메 세 지 를 수 신 한 다. 만 약

이 동 한 지 역 에 서 정 상 적 인 메 세 지 를 수 신 하 게 되 면 slotted

mode 로 동작한다. 이때 조건은 valid한 paging channel message

를 하나 이상 수신하는 경우이다. 단말기가 새로운 기지국

또는 섹터로 이동했을 경우 이전의 overhead message 는 모두

무시하고 새로운 overhead message 로 갱신한다.

단말기에서 idle handoff 를 수행하는 기준은 단말기 searcher

에 서 수 신 되 는 pilot set 에 서 neighbor set중 의 하 나(Ec/Io) 가

active set 의 Ec/Io 보다 3dB 클 경우 수행한다..

197

Access state 에서는 handoff 를 수행하지 않고 pilot search 만 수행하고 idle state 나 traffic state 에서 handoff 를 한다.

Idle handoff 를 수행하는 동안 단말기는 nonslotted mode 로 paging channel 메세지를 수신해야 한다.

그리고 시스템에 접속하기 위한 access state 에서는 handoff

를 수 행 하 지 않 고 pilot search 만 수 행 한 다. Access state 에 서

idle state 나 traffic state 가 되면 access state 의 결과를 이용하여

handoff 를 실 시 한 다. 이 것 은 access state 에 우 선 순 위 를

부여하기 위해서이다.

Idle handoff(paging channel 수신상태 ) 는 단말기가 자체적으로

판단 하 여 수 행 하 며 이 의 결 과 를 access channel 의 registration

message 를 이 용 하 여 시 스 템 에 전 송 한 다 . 기 본 적 으 로 idle

handoff 는 neighbor list message 의 pilot set 에 서 수 행 되 며

이외의 값이 수신될 경우 단말기는 초기화 과정부터 다시

시작한다 .

만 약 FA 설 정 이 다른 지 역 으 로 이 동 할 때 는 단 말 기 는

조금 복잡한 과정을 거치게 된다.

198

SK Telecom 의 경우 paging 을 zone 단위로 수행하기 때문에 단말기는 zone 이 변경되면 idle handoff 를 수행하고 zone-based registration 을 이용하여 이동지역을 시스템에 등록한다.

Idle handoff 를 시행할 때 neighbor list message 에 없는 pilot PN 일 경우 단말기는 초기화과정부터 다시 시작한다.

A B

3 FA 4 FA

(779, 738, 697) (779, 738, 697, 152)

Overlay region

< 그림 106. FA 가 다른 지역간의 idle handoff >

실제 운용상에서 그림 106 과 같이 FA 가 다른 지역의

idle handoff 는 paging channel 의 neighbor list message 로 해결할

수 있 다. 두 개 의 FA 지 역 간 중첩되 는 지 역(overlay region)

에 서 는 neighbor list message 의 NGHBR_CONFIG 를 이 용 하 면

된다.

중 첩 지 역 에 서 는 NGHBR_CONFIG 를 ‘ 010’( 현 재 서 비 스

받고 있 는 CDMA CH 에 서 첫번 째 있 는 FA 로 이 동 하 여

primary paging channel 을 수신) 으로 설정하여 단말기에 정확한

주 변 상 황 을 알 려 주 어 야 한 다. NGHBR_CONFIG 가 ‘ 010’ 일

경우는 주변의 기지국이 FA 가 다르다는 것을 알려준다.

< 그림 107. NGHBR_CONFIG 가 다른 경우 >

199

Neighbor List Message(PC)

05/19/1998 08:59:42.487 [2D] PAGING CAI

Neighbor List Message

pilot_pn 0x4c = 76 ( 76 )

………………………………..

nghbr_config 2, pn 0xf4 = 244 ( 244 )

…………………………………………

단말기의 searcher 는 하나의 FA 에만 대해서 검색한다. 따라서 FA가 다른 지역으로 이동할 때는 특별한 처리를 해야 한다.

그림 107 의 예에서 PN 244 번이 두드러지게 나타날 경우

단 말 기 는 idle handoff 를 수 행 해 야 한 다. 하 지 만

NGHBR_CONFIG 가 2(=’010’)이 므 로 현 재 서 비 스 받고 있 는

채 널 의 CDMA channel list message 에 서 제 일 첫번 째 FA 로

이 동 하 여 야 한 다. 이 때 단 말 기 는 초 기 화 상 태 로 천 이 하 지

않고 단순히 FA 만 이동하여 대기상태가 된다.

새로운 FA 로 이동하였을 경우 paging channel 은 primary

paging channel 로 설 정 한 다. 따 라 서 단 말 기 는 새 로 운 FA 의

primary paging channel 로 이용하여 overhead message 를 이용하여

서비스 받을 FA, paging channel, slot number 를 결정한다.

Idle handoff 는 neighbor list message 를 근 간 으 로 수 행 되 므 로

handoff 완료 후 바로 대기상태가 될 수 있다. 즉, 단말기는

pilot PN 값을 모 두 알 고 있 으 므 로 새 로 운 pilot 을 검색할

필요는 없다.

200

< 사례분석 >단말기에서 pilot PN set 을 외부에서 참조하면 시스템 운용에 매우 유용하게 사용될 수 있지만 퀄컴기준의 단말기는 DM 을 통하여 외부적으로 출력을 하지 않고 있다. 한편 최근의 일부 단말기는 이 정보를 알 수 있으므로 시스템 운용에 편리하게 사용될 수 있다.

FA 가 다른 지역이 중첩될 때 중첩되는 지역은 idle handoff 를 위하여 neighbor list message 의 NGHBR_CONFIG 가 “2”로 설정되어야 정상적으로 단말기는 idle handoff 를 수행한다.

단 말 기 는 idle handoff 를 수 행 할 때 인 접 PN 의 정 보 는

neighbor list message 의 NGHBR_CONFIG 에 정 의 되 어 있 다. 이

메세지에는 인접기지국의 FA, paging channel 번호 등의 정보가

들어있다.

2.4 Soft handoff(traffic state)

Traffic state 에서 handoff 는 기본적으로 단말기에서 인접한

pilot set 을 검출하여 결과를 기지국으로 송출하여 행해지거나

기지국에서 단말기의 pilot set 검출 결과를 요청하여 행하여질

수 있다.

AMPS 는 기지국에서 일방적으로 handoff 를 실시하는 반면

CDMA는 단 말 기 에 서 수 신 한 정 보 를 바 탕 으 로 handoff 가

이 루 어 진 다. 이 것 은 통 화 중 reverse traffic 의 signaling 인

PSMM(Pilot Strength Measurement Message) 을 단 말 기 가 송출하 여

행해진다.

201

Pilot Strength Measurement Message(RTC)

07/01/1998 08:22:32.946 [0F] REVERSE TC CAI

Pilot Strength Measurement Message

ack_seq 4, msg_seq 4, ack_req 1, encryption 0

ref_pn 0x4c = 76 ( 76 )

pilot_strength 14 ( -7.0 dB )

keep

pilot_pn_phase[0] 0xf4 = 244 ( 244 )

pilot_strength[0] 27 ( -13.5 dB )

keep

< 그림 108. Pilot strength measurement message >

그림 108 에서 REF_PN 은 현재 서비스 받고 있는 기지국

(PN=76) 이 며 PILOT_PN_PHASE(PN=244) 는 단 말 기 에 서 측 정

가 능 한 기 지 국 이 다. 여 기 에 서 PILOT_STRENGTH 와

PILOT_PN_PHASE 는 다음의 식으로 산출된다.

PILOT_STRENGTH = - 2 x 10 log 10(Ec/Io)

PILOT_PN_PHASE = (PILOT_ARRIVAL + (64 x PILOT_PN)) mod 215

그 리 고 KEEP 은 해 당 pilot PN 에 서 handoff drop timer 가

끝 나 지 않 았 음 을 나 타 낸 다. PILOT_ARRIAVL 은 단 말 기 의

finger 를 통 하 여 combiner(3 개 의 finger 가 합 쳐 지 는 부 분,

이 것 을 이 용 하 여 maximum ratio combination 을 수 행) 에

처 음 으 로 수 신 되 는 path 의 도착시 간 이 며 PILOT_PN 은 해 당

PN offset 이다.

단말기는 통화 중 handoff 할 때 2 개의 기지국과 동시에

통 화 를 하 는 make-before-break(서 비 스 받 고 있 는 기 지 국 과

통 화 를 끊 기 전 에 다 른 기 지 국 과 연 결 하 는 것) 방 식 을

사용한다. 즉, 단말기는 3 개의finger 중 2 개를 해당 기지국에

각각 할당하여 handoff 도중 호가 끊어지는 것을 방지한다.

이 것 은 단 말 기 CPU에 서 finger 값 을 셋 팅 하 여 이 루 어 지 며

202

기지국은 PILOT_PN_PHASE 를 이용하여 주변의 단말기 분포를 추정할 수 있어 시스템 운용에 유용하게 사용된다. 즉, 거리가 먼 곳에 있는 단말기는 PILOT_ARRIVAL 값이 크게 산출된다.

handoff 가 완료되 면 모 든 finger 에 하 나 의 pilot PN 값만

셋팅한다.

CDMA 방식은 기 지국이 독 단 적 으 로 handoff 를 결 정 하 는

것 이 아 니 라 단 말 기 의 정 보 를 이 용 하 여 행 해 진 다. 이 때

사 용 되 는 메 세 지 가 PSMM으 로 PSMM을 전 송 하 는 조 건 은

다음의 3 가지 경우로 나눌 수 있다.

Neighbor set 이 나 remaining set 이 T_ADD 를 초 과 하 는

경우 Candidate set 이 active set 에 T_COMPx0.5 를 초 과 하 는

경우 Active set 의 handoff drop timer 가 종료된 경 우(handoff

도중)

203

Handoff Direction Message(FTC)

07/01/1998 08:22:33.227 [13] FORWARD TC CAI

Handoff Direction Message

ack_seq 4, msg_seq 5, ack_req 1, encryption 0

implied action time

hdm_seq 3, PSMM 280 ms ago

srch_win_a 7

t_add 28

t_drop 32

t_comp 5

t_tdrop 4

frame_offset 11

private_lcm 0

reset_l2 0

encrypt_mode 0

pilot_pn[0] 0x4c = 76 ( 76 )

pwr_comb_ind 0

code_chan[0] 51

pilot_pn[1] 0xf4 = 244 ( 244 )

pwr_comb_ind 1

code_chan[1] 21

CDMA 방식은 실질적인 품질위주로 handoff 를 시행하기 위하여 단말기의 도움(PSMM)을 받아서 시스템에서 결정하는 방식을 이용한다.

< 그림 109. Handoff direction message >

Handoff direction message 는 기 지국에 서 전 송 되 며 단 말 기 는

현 재 설 정 하 고 있 는 active set 에 들 어 있 으 면 soft handoff 를

하 고 active set 에 서 설 정 되 어 있 지 않 으 면 hard handoff 를

수 행 한 다. 실 제 로 단 말 기 는 active set 에 들 어 있 는 PN 을

finger 가 설정하고 있으며 쉽게 handoff 를 수행할 수 있다.

그 림 109 의 예 에 서 단 말 기 가 handoff direction message 를

수신하게 되면 active set 에 pilot PN 을 76과 244 를 추가하여

양 쪽 기 지 국 과 동 시 에 통 화 를 하 게 된 다. HDM_SEQ 는

handoff direction message 의 일련번호이며 순차적으로 증가한다.

PWR_COMB_IND 는 power control set을 말 하 며 ‘ 1’ 로

설 정 되 면 같 은 set 이 고 ‘ 0’ 이 면 다 른 set 을 말 한 다.

그 리 고 CODE_CHAN 은 traffic channel 의 Walsh code 번 호 를

의미한다.

204

< 그림 110. Handoff 처리 예 >

그 림 110 은 현 재 단 말 기 가 기 지 국 A 와 통 화 로 가

형 성 되 어 있 고 기 지국 B 의 전 계강도 가 더 강한 경 우 이 다.

이 때 단 말 기 는 pilot search 를 하 여 현 재 통 화 로 가 연 결 된

pilot PN 보다 더 전계강도가 강한 pilot PN 이 수신되면 pilot

strength measurement message 를 기지국으로 보낸다. 이 메세지는

기지국이 단말기에 요구할 수도 있다. 기지국이 단말기로부터

PSMM을 수 신 하 면 handoff direction message 를 전 송 한 다.

단 말 기 는 handoff 를 완 료 한 다 음 양 쪽 기 지 국 에 모 두

handoff completion message 를 전송한다.

205

Cellular station

Cell Site B

Cell Site A

1. Pilot Strength Measurement Message

2. Handoff Direction Message

3. Handoff Completion Message

3. Handoff Completion Message

2. Handoff Direction Message

< 그림 111. Handoff completion message >

그 림 112 는 기 지 국 과 단 말 기 사 이 의 자 세 한 handoff

처리과정을 나타내고 있다. 그림 112 의 예는 기지국 A, B

사 이 에 서 발 생 하 는 메 세 지 의 처 리 관 계 를 나 타 내 고 있 다.

실제로 그림 112 의 예는 handoff 시작에서 완료까지 최대

400ms 정도 소요되므로 사람이 인지할 수 없는 짧은 시간에

이루어진다 .

트래픽 상태에서는 인접 기지국의 정보를 neighbor list update

message 를 통 하 여 지 속 적 으 로 단 말 기 는 수 신 한 다. 단 말 기 는

이 정보를 이용하여 handoff 와 pilot PN set 관리에 사용한다.

기지국과 단말기 사이에 전체적인 handoff 발생과정은 그림

112 와 같다.

206

Handoff Completion Message(RTC)

06/19/1998 04:58:28.296 [2D] REVERSE TC CAI

Handoff Completion Message

ack_seq 7, msg_seq 1, ack_req 1, encryption 0

last_hdm_seq 1

pilot_pn 0x4c = 76 ( 76 )

pilot_pn 0xf4 = 244 ( 244 )

MS BS A

Pilot Strength Measurement Message

Handoff Direction Message

Handoff Completion Message

Pilot Strength Measurement Message

BS B

Handoff Direction Message

Handoff Completion Message

Conversation

BS B가 T_ADD

초과

ActiveSet(A, B)

BS A의T_TDROP초과

Conversation

BS A와연결중단

BS A,BS B와 동시통화

< 그림 112. 자세한 Handoff 처리 과정 >

단 말 기 는 neighbor list update message 를 수 신 하 면 메 세 지 에

포 함 된 PN 을 우 선 적 으 로 neighbor set에 포 함 시 킨 다. Paging

channel 의 neighbor list 메 세 지 기 능 을 가 지 고 있 으 며

차 이 점 은 neighbor list update message 에 는 NGHBR_CONFIG 가

없는 것이다.

207

Neighbor List Update Message (FTC)

09/22/1998 07:44:02.735 [02] FORWARD TC CAI

Neighbor List Update Message

ack_seq 5, msg_seq 3, ack_req 0, encryption 0

pilot_inc 2

nghbr_pn 0x94 = 148 ( 148 )

nghbr_pn 0x13c = 316 ( 316 )

nghbr_pn 0x64 = 100 ( 100 )

nghbr_pn 0xe = 14 ( 14 )

nghbr_pn 0x1ec = 492 ( 492 )

nghbr_pn 0x48 = 72 ( 72 )

nghbr_pn 0x9c = 156 ( 156 )

nghbr_pn 0x1b8 = 440 ( 440 )

nghbr_pn 0x84 = 132 ( 132 )

nghbr_pn 0xf0 = 240 ( 240 )

……………………………………

< 그림 113. Neighbor list update message >

2.5 Hard handoff(traffic state)

Hard handoff 는 기지국과 단말기간에 통화로를 순간적으로

끊었다가 재 접속하는 방식으로 call drop 이 발생하기 쉽다.

이 러 한 방 식 을 “ break before make”라 하 며 IS-95-A 의

약점이 기 도 하 다. 따 라 서 이 러 한 방식은 프 로 토 콜 이 갱신 될

때마다 조금씩 바뀌고 있는 사항이다.

단 말 기 가 대 기 상 태 에 있 을 때 handoff 는 상 대 적 으 로

간 단 히 처 리 된 다. 새 로 운 서 비 스 지 역 에 진 입 했 을 경 우

paging channel 의 CDMA channel list message 를 이용하여 해결할

수 있 고 등 록 조 건 이 되 었 을 경 우 해 당 하 는 등 록( 주 로

parameter change registration이나 zone based registration) 을 수행하면

된다.

실 제 로 단 말 기 가 통 화 중 hard handoff 는 시 스 템 및

단 말 기 에 서 다 소 복 잡 하 게 처 리 된 다. 먼 저 hard handoff 가

208

발생하는 경우를 분류하면 다음과 같다.

다른 FA 상호간 Frame offset 이 다를 경우 서로 다른 교환기 상호간

실제로 서로 다른 FA 간은 hard handoff 가 발생된다. Hard

handoff 는 handoff 하 는 도 중 통 화 로 를 완 전 히 끊 었 다 가

다시 접속하는 방법으로 call drop 이 발생할 확률이 증가하게

된 다. 따 라 서 이 를 효 과 적 으 로 처 리 하 는 것 이 통 화 품 질 에

영향을 미친다.

< 그림 114. 서로 다른 FA 간 handoff 의 예 1 >

그 림 114 는 서 로 다 른 FA 간 handoff 를 나 타 내 고

있 으 며 단 말 기 가 트 래 픽 상 태 이 면 handoff direction message 를

사용하여 처리하게 된다. 현재 퀄컴기준의 단말기 searcher 는

하나의 FA 만 검색을 하므로 그림 114 는 hard handoff 에

큰 문제점은 발생하지 않는다. 왜냐하면 3 FA지역에서 서비스

209

3 FA 4 FA

A B

(779, 738, 697) (779, 738, 697, 152)

받고 있는 FA 가 697 일 경우 4 FA 지역에서도 연속적으로

사용하면 되기 때문이다.

A 지역인 3 FA 지역에서 B 지역으로 이동할 때 B 기지국의

전 계 강 도 는 차 츰 강 해 지 기 시 작 하 므 로 특 정 조 건 이 되 면

단 말 기 는 PSMM을 전 송 하 게 된 다. 기 지 국 은 이 정 보 를

이용하여 handoff 명령을 내리게 된다

만 약 4 FA 지 역 에 서 3 FA 지 역 으 로 이 동 할 때 서 비 스

받 고 있 는 FA 가 이 동 지 역 에 없 을 경 우 call drop 이

발 생 한 다. 이 러 한 문 제 점 을 해 결 하 기 위 해 서 는 시 스 템 에 서

PSMM이 수 신 될 때 여 러 가 지 환 경 분석(RTD:Round Trip Delay,

기 지 국 border 정 보 등) 을 기 초 로 handoff 를 수 행 하 여 야

한 다. 물 론 이 때 handoff direction message 를 이 용 하 여

이동지역의 FA, traffic channel Walsh code 등을 전송하여 handoff

를 수행한다.

< 그림 115. 서로 다른 FA 간 handoff 의 예 2 >

210

3 FA 4 FA

A B

(779, 738, 697) (779, 738, 697, 152)

152 CH? CH

시스템에서 FA 가 hard handoff 가 지원되지않을 경우 그림

115 와 같이 4 FA지역에서152 채널로 통화하다가 3 FA지역으로

이 동 할 때 152 채 널 이 없 으 면 문 제 가 발 생 된 다. 이 러 한

문 제 를 해 결 하 기 위 하 여 FA 가 다 른 지 역 의 경 계 지 역 에

pilot beacon 기지국을 이용하는 것이 일반적이다.

Pilot beacon 기 지 국 은 실 제 로 통 화 채 널 이 없 는 overhead

channel 만 전송하여 단말기의 searcher 에서 pilot PN search 를

도와주는 역할을 수행한다 . 단말기의 searcher 는 하나의 FA

만 search 하므로 다른 FA 정보는 검색할 수 없다. 따라서

4 FA 지역에서 3 FA지역으로 이동할 때 경계지역에서 4 FA를

전송하여 단말기가 PSMM을 전송하도록 유도한다.

시스템에서는 단말기의 PSMM 정보를 이용하여 3FA 중에

하 나 의 FA 를 할 당 하 여 4 FA 지 역 에 서 3 FA 지 역 으 로

원 활 한 handoff 가 수 행 되 도 록 한 다. 물 론 이 러 한 방 법 은

별도의 기지국 hardware 가 필요하므로 비용이 소요된다.

단 말 기 는 이 동 지 역 의 frame offset 이 다 를 경 우 도 hard

handoff 를 수 행 하 게 된 다. 실 제 로 frame offset 에 의 한 hard

handoff 를 방지하기 위하여 대부분 handoff direction message 는

현 재 서 비 스 받 고 있 는 PN 과 동 일 한 frame offset 이

할당된다.

211

Pilot beacon 은 단말기가 하나의 FA 만 searching 하는 문제를 보완하기 위하여 FA 가 서로 다른 지역의 중첩되는 영역에 pilot channel 만 송출하는 것을 말한다. 예를 들면 N 개의 FA 지역과 N-1 개의 FA 지역에서 중첩되는 부분에 N 개의 채널을 송출하여 단말기 searcher 에 도움을 주는 것으로 이것은 handoff 를 위하여 매우 중요한 사항이 된다.

Frame offset 은 BSC와 BTS 구간의 trunk 효율을 증대시키기

위한 방법으로 하나의 PN 에서 그림 116 의 예와 같이 각

단말기별로 frame offset 이 분산되도록 배치한다.

그림 116 은 frame offset값이 각 단말기마다 분산되는 예를

보여주고 있다. 기지국은 channel assignment message 로 단말기의

traffic channel Walsh code 를 할 당 할 때 같 이 frame offset 을

전송하여 단말기의 음성 프레임 전송시점을 가르쳐준다.

마지막으 로 hard handoff 가 발 생 하 는 조건은 서 로 다른

시스템간에 발생된다. 즉, MSC 단위로 handoff 를 수행할 때

hard handoff 가 발생된다. 최근에는 이러한 문제점을 개선하기

위 하 여 동 일 한 제 조 회 사 시 스 템(MSC) 간 은 soft handoff 가

되도록 시스템이 구현되고 있는 추세이다.

Hard handoff 를 위 하 여 단 말 기 는 이 동 하 기 전 지 역 에 서

사 용 하던 파 라 메 터 를 계 속 사 용 하 는 여 부 를 handoff direction

message 로 수신하게 되는데 이것이 PRIVATE_LCM(private long

code mask), RESET_L2(reset acknowledgement procedure) 이 다.

PRIVATE_LCM 은 음 성 암 호 화 를 위 하 여 mask 상 태 를

변 경 하 는 데 사 용 되 고 RESET_L2 는 ACK 처 리 와 관 련 된

파라메터를 그대로 유지하는 여부가 전송된다.

212

Frame offset 이란 트래픽 상태에서 시스템의 전송선로를 효과적으로 사용하기 위하여 각 단말기마다 음성 프레임의 전송시점을 달리하여 전송하는 것을 말한다. 모든 단말기는 system time 을 기준으로 동일한 시점에 동일한 프레임 길이인 20ms 단위로 전송하므로 각 단말기간 1.25ms 단위로 전송시점을 다르게 하여 전송한다.

213

Channel Assignment Message (PC)

09/22/1998 07:45:37.788 [26] PAGING CAI

Channel Assignment Message

……………………

esn 0xB0D4D3CD

assign_mode 0, CDMA Traffic Channel Assignment

freq_incl[0] 0

code_chan[0] 17

frame_offset[0] 10

09/22/1998 07:46:03.687 [2A] PAGING CAI

Channel Assignment Message

…………………..

esn 0xC91D165F

assign_mode 0, CDMA Traffic Channel Assignment

freq_incl[0] 0

code_chan[0] 22

frame_offset[0] 15

09/22/1998 07:46:06.567 [0E] PAGING CAI

Channel Assignment Message

……………………

esn 0xB07B6E06

assign_mode 0, CDMA Traffic Channel Assignment

freq_incl[0] 0

code_chan[0] 43

frame_offset[0] 6

< 그림 116. Frame offset 값의 분산 예 >

3. Roaming

로밍(roaming)은 단말기의 NAM 프로그래밍에 설정된 SID,

NID pair 값 과 paging channel 의 system parameter message 에

전송되는 SID, NID pair 값이 다를 경우 roaming 상태가 된다.

단말기는 크게 home 지역에서 roaming(MOB_TERM_HOME),

foreign NID roaming (MOB_TERM_NID) 과 foreign SID roaming

(MOB_TERM_SID) 으 로 나눌 수 있 다. 이 의 각 각 의 의 미 는

가입지역(home)에만 통화 가능한 여부, NID 로밍 가능 여부,

SID 로밍 가능 여부를 나타낸다.

< 그림 117. SID, NID 배치 예 >

214

SID=1

NID=A

NID=B NID=C

SID=0 SID=2

SID=4SID=3

단말기의 로밍은 크게 home, NID roamer, SID roamer 로 구분된다.

그림 117 은 SID 와 NID 의 배치 예를 나타내고 있으며

그 림 117 과 같 이 NID 는 SID 의 subset 이 된 다. 쉽 게

설 명 하 면 SID 는 사 업 자 번 호 이 고 NID 는 교 환 기(MSC)

번호로 이해하면 된다. 현재 SK Telecom은 SID 를 2220, 2221,

2222로 사 용 하 고 있 지 만 사 실 상 큰 의 미 는 없다. 그 리 고

NID 는 MSC 번호로 사용되며 약 30개 정도가 된다.

단 말 기 는 현 재 저 장 하 고 있 는 값 과 paging channel 의

system parameter message 에 있 는 값 이 다 를 경 우 등 록 을

수행해야 한다. 왜냐하면 이것은 로밍에 해당되기 때문이다.

215

System Parameter Message (PC)

08/03/1998 11:11:56.887 [19] PAGING CAI

System Parameter Message

pilot_pn 0x4c = 76 ( 76 )

………………..

sid 2222, nid 3

……………….

mult_sids 0, mult_nids 0

………………..

home_reg 1

for_sid_reg 1

for_nid_reg 1

………………….

단말기는 NAM 프로그래밍으로 일반적으로 SID, NID쌍은 4 개가 저장되며 이중에서 SID, NID 에 대하여 각각 하나라도 일치하는 값이 있으며 로밍을 수행하지 않는다.

< 그림 118. 로밍관련 system parameter message >

그림 118 은 현재 서비스 받고 있는 지역의 SID 가 2222

이고 NID 가 3 인 지역이다. 여기에서 multi-SID(MULTI_SIDS =

0) 와 multi-NID(MULTI_NIDS = 0) 는 처리하지 않는다.

< SID, NID> 쌍의 예를 들면 <2222, 1>, <2221, 1>, <2220, 1>,

<2222, 65535> 이며 SID 가 2222일 때 NID 로밍은 수행하지

않 는 다. Multi-SID pair 의 예 는 [<2222,1>, <2221,1>]이 며 multi-

NID pair 는 [<2222,1>, <2222,2>]가 될 수 있다.

단 말 기 는 하 나 의 NAM 에 대 하 여 일 반 적 으 로 4 개 의

(SID, NID) 쌍(pair) 을 가지고 있으며 이 중에서 각각의 SID,

NID값이 다를 경우 로밍상태가 된다.

빈 번 한 로 밍 상 태 를 없 애 기 위 하 여 NID값 이 65535 일

경 우 에 는 하 나 의 SID 에 대 하 여 전 지 역 을 home 으 로

간주하여 로밍을 수행하지 않는다. 우리가 사용하는 대부분의

단말기는 하나의 NAM( 대표적으로 전화번호) 에 대하여 NID

값이 65535 로 설정되어있다.

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NID값이 65535 이면 해당 SID 지역을 home 으로 간주하여 실제상 NID 로밍은 수행하지 않는다.

< 사례분석 >SK Telecom 은 4 개의 <SID,NID>쌍에서 4 개의 NID 중에서 어느하나를 65535 로 설정하여 NID 로밍은 수행하지 않는다. 따라서 단말기 NAM 프로그래밍에서 4 개의 NID 중 하나는 65535를 저장하고 있어야 하며, 이 값이 아닐 경우 단말기는 잦은 로밍상태가 된다.