무선 망에서 비트 레이트 가변 제어 방법 document_id A220623036477

무선 망에서의 비디오 스트리밍 서비스는 높은 대역폭과 엄격한 전송 지연시간 등의 제약으로 상업화가 어려웠다. 하지만 최근 무선 접속 속도와 비디오 압축기술의 발전으로 인해 무선 망에서의 비디오 스트리밍 서비스가 점차 가능하게 되었다. 특히 한국형 모바일 WiMAX (Worldwide interoperability for Microwave Access)인 와이브로 (WiBro: Wireless Broadband)(IEEE 802.16e)는 수십 Mbps의 대역폭과 수십 km/h의 이동성을 제공하여 차세대 무선 통신망으로 이동통신사업자의 관심을 이끌었으며, 최선형 서비스 (BE: best-effort service)를 시작으로 상용화 단계에 들어갔다. 일반적으로 "와이브로" 라는 것은 휴대용 단말기를 이용하여 정지 및 이동 중에 언제 어디서나 약 1Mbps급의 전송 속도로 인터넷에 접속하여 다양한 정보 및 콘텐츠 사용이 가능한 초고속 인터넷 서비스를 말한다. 이러한 와이브로는 2.3GHz 주파수 대역을 이용하여 셀 반경 1Km이내, 최소 60Km/H 이상으로 이동 시 끊김 없는 무선 인터넷 서비스를 보장하고, 보다 저렴하게 무선 인터넷을 이용할 수 있는 새로운 서비스이다. 현재에는 70Km/H의 이동성과 가입자당 1Mbps의 전송속도까지 지원하는 수준으로 개발되었으며, 상용화되면 100Km/H 의 이동성과 3Mbps의 전송속도까지 가능할 것으로 전망된다. 따라서 이러한 와이브로 인터넷을 사용하게 되면 사용자는 길거리나 달리는 차 안에서 영화뿐만 아니라 온라인 게임이나 웹 서핑을 즐길 수 있게 된다. 상기 와이브로 시스템은 2.3GHz 대역의 무선 가입자 회선 (WLL: Wireless Local Loop) 기술에서 한 단계 진화된 기술로서 4세대 이동통신 영역을 포함한다. 상기 와이브로 시스템은 3세대 이동통신인 IMT (International Mobile Telecommunication)-2000 보다 넓은 분야를 가지고 있다. 이로 인해, 와이브로를 3.5세대 이동통신 기술이라고 한다. 상기 와이브로는 기존의 이동 단말의 특성에 통신과 방송 및 인터넷을 융합하는 광대역 통합 망 (BcN: Broadband convergence Network)의 특성을 동시에 가지고 있다. 따라서 온라인과 오프라인, 유선과 무선, 통신과 방송 등의 서비스가 결합되는 형태를 가진다. 특히 와이브로 망을 이용한 VoIP (Voice over IP), 영상 통화 (VT: Video Telephony), 개인방송 (Personal Broadcasting) 등 실시간성을 요구하는 멀티미디어 서비스는 와이브로의 성공과 직결되는 요소이다. 영상 통화, 개인 방송 등의 와이브로 망을 통한 영상 전송 애플리케이션의 운용 시에 와이브로는 캐리어 대 간섭 잡음 비 (CINR: Carrier to Interference and Noise Ratio, 이하 'CINR' 이라 칭하기로 한다), 송신 출력 (Tx Power) 등과 같은 와이브로 무선 채널의 특성 파라미터에 의해 변조 및 코딩 방식 (MCS: Modulation and Coding Selection, 이하 'MCS'라 칭하기로 한다)의 레벨 및 단말의 전력을 제어하며, 이를 바탕으로 하는 스케줄러의 알고리즘에 의해 전체적인 데이터 처리량(throughput)에 대한 효율을 높이고 있다. 무선 네트워크를 사용하는 와이브로 시스템의 특징으로 인해, 급변하는 무선 채널의 특성 및 트래픽 집중(congestion)의 발생, 셀(cell) 내에서의 유저 수 변동 등은 송/수신 할 수 있는 대역폭을 계속하여 변화하게 한다. 상기 와이브로의 경우, 유선 네트워크와는 달리 무선 매체의 특성 및 환경에 따라 데이터 전송률 등의 물리적 매체 특성이 급격하게 변할 수 있다. 이러한 특성의 변화는 예측이 매우 힘들다. 이는 단순히 인터넷 검색 같은 서비스를 사용하는 경우에는 큰 문제를 유발하지 않는다. 하지만, 동영상과 같은 멀티미디어 서비스의 경우에는 지연 및 지터(jitter) 등으로 인한, 많은 서비스 저하를 유발할 수 있다. 이는 동영상이 끊기거나 화질이 열화되는 원인이 될 수 있다. 뿐만 아니라 대역폭 보장을 요구하는 서비스의 경우, QoS 측면에서 많은 서비스 저하를 유발할 수 있다. 네트워크의 발전과 더불어 사용자들의 멀티미디어에 대한 요구 사항이 증가하고 있기 때문에 통신 시스템에서 QoS는 반드시 보장되어야 할 사항으로 인식되고 있다. 와이브로 단말은 상대방에게 영상 데이터 등의 송신을 시도할 경우, 종단간(end-to-end)의 채널 상태를 인지하여 할당이 예측되는 대역폭을 기반으로 비디오 전송률을 가변한다. 예컨대 무선 채널 상태가 양호하면, 비디오 인코더의 인코딩 비트 레이트를 높게 제어하여 비디오 전송률을 높인다. 반대로 무선 채널 상태가 나쁘면, 비디오 인코더의 인코딩 비트 레이트를 낮게 제어하여 비디오 전송률을 낮춘다. 일 예로 상기 채널 상태는 RTP/RTCP (Real Time Transport Protocol) 등에 의해 계산된 단말간 송/수신 지연 계산 값을 참조하여 예측될 수 있다. 하나의 와이브로 망에서는 동일한 크기를 가지는 데이터를 송/수신하여도, AMC (Adaptive modulation and coding) 및 반복 (Repetition) 적용으로 인해, 지연 값의 편차가 크게 발생할 수 있다. 따라서 지연 값이 상대적인 값을 갖도록 보완할 수 있는 절대 기준 값이 요구된다.