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KR101043065B1 - 간섭 인지 환경 상의 다중 공존 통신 시스템 및 그 구동 방법 - Google Patents

간섭 인지 환경 상의 다중 공존 통신 시스템 및 그 구동 방법 Download PDF

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KR101043065B1
KR101043065B1 KR1020080088976A KR20080088976A KR101043065B1 KR 101043065 B1 KR101043065 B1 KR 101043065B1 KR 1020080088976 A KR1020080088976 A KR 1020080088976A KR 20080088976 A KR20080088976 A KR 20080088976A KR 101043065 B1 KR101043065 B1 KR 101043065B1
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이수복
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Abstract

본 발명은 다중 공존 통신 기술을 개시한다. 즉, 메인 기지국, 서브 기지국, 메인 통신 단말기 및 서브 통신 단말기로 형성된 유무선 통신망 상에서의 데이터 통신시, 간섭온도 제한치의 활용으로 간섭에 대한 상황을 인지함에 따라 기고려된 간섭치 만큼을 하나 이상의 송신 신호로부터 제거한 후에 메인/서브 통신 단말기에 전송하는 간섭 인지 환경 상의 다중 공존 통신 시스템을 구현함으로써, 센서 네트워크와 같은 저전송률을 요구하는 분산형 소규모 무선 네트워크에서부터 고정 및 이동 통신 서비스를 위한 중규모 네트워크, 고품질 고전송률이 요구되는 방송용 대규모 네트워크들이 혼재된 다중 공존 통신 환경상에서 고속 데이터 전송 및 넒은 지역에 걸친 끊김 없는 서비스를 원활히 제공케 하고 다중 공존 통신 환경이라 하더라도 통신 서비스 사용자들의 급격한 주파수 자원에 대한 수요 확산으로 인해 발생되는 혼잡 현상을 간섭 제거를 통해 해결할 수 있다.
간섭온도 제한치, 주파수 사용 용량, 간섭 제거, 동시 전송

Description

간섭 인지 환경 상의 다중 공존 통신 시스템 및 그 구동 방법{A Multi-Coexistence Communication System based on an Interference-aware Environment and Drive Method of the Same}
메인 기지국, 서브 기지국, 메인 통신 단말기 및 서브 통신 단말기로 형성된 유무선 통신망 상에서의 데이터 통신시, 간섭온도 제한치의 활용으로 간섭에 대한 상황을 인지함에 따라 기고려된 간섭치 만큼을 하나 이상의 송신 신호로부터 제거한 후에 메인/서브 통신 단말기에 전송하는 간섭 인지 환경 상의 다중 공존 통신 시스템 및 그 구동 방법에 관한 것이다.
통신 서비스 규격 및 사업자에 따라 고정 주파수 대역을 독점적으로 할당하는 현재의 스펙트럼 정책은 주파수 부족 및 간섭 심화 현상을 초래할 것으로 예상되며, 이에 따라 세계 각국은 개방형 스펙트럼 도입을 추진하고 있다,
즉, 간섭의 영향을 최소화하면서 한정된 스펙트럼 자원을 효율적으로 사용할 수 있는 공존형 고속 데이터 무선 통신을 위한 기술이 핵심적인 요소가 될 것이라 전망되고 있다.
실제 우리 주변의 무선 통신 서비스 환경은 서비스 사용자들의 다양한 요구 및 이에 따른 통신 사업자들의 신규 시장 진입으로 인해 여러 주파수 대역에 걸쳐 각기 성질이 다른 다양한 이종 통신 서비스가 하루가 다르게 급증하고 있는 실정이며, 이로 인해 이종 통신 서비스 간 간섭 증가 및 주파수 자원 고갈에 대비하기 위해 상황인지 기술에 대한 관심이 급격히 증가하고 있는 추세이다.
최적의 상황인지 기술 구현을 위해서는 주파수 자원인지 기술 및 간섭온도 다중접속 기술, 통신요소 자가 재구성 기술이 상호 유기적으로 융합되어 구동되는 것이 필수적이다.
향후 유비쿼터스 시대는 센서 네트워크와 같은 저전송률을 요구하는 분산형소규모 무선 네트워크에서부터 고정 및 이동 통신 서비스를 위한 중규모 네트워크, 고품질 고전송률이 요구되는 방송용 대규모 네트워크들이 혼재된 이종통신 환경에 도래하게 될 것으로 예상된다. 이와 더불어 고속 데이터 전송 및 넒은 지역에 걸친 끊김 없는 서비스, 이동성 제공이라는 통신 서비스 사용자들의 급격한 요구 증대로 주파수 자원에 대한 수요가 확산되는 추세에 있으며, 이로 인해 전세계적으로 주파수 자원 확보 경쟁이 더욱 심화되고 있는 상태이다.
효율적인 스펙트럼 재사용을 위해서 다수의 신호가 동일한 대역에서 동시에 존재할 수 있는 공존의 중요성이 점차적으로 높아짐에 따라, 현재 공존을 위해 제안된 통신 방식으로는 저준위 통신(Underlay Communication) 방식과 중첩 통신(Overlay Communication) 방식이 있다. 저준위 통신 방식은 최대 간섭 경계 준위가 고정적으로 할당되므로 이차 사용자의 송신기가 최대 간섭 경계 준위 이상에 해당하는 무선 자원을 필요로 하는 경우에는 통신이 불가능하다,
또한, 기존 중첩 통신에서는 이차 사용자간 통신시 주사용자에 대한 간섭을 고려하지 않기 때문에 간섭의 영향이 심화될 수 있다. 따라서, 이러한 공존 방법들은 사용자 간의 정량적인 간섭량에 기반하여 유동적으로 무선 자원을 할당할 필요성이 있으며, 주사용자에 대한 간섭 영향을 최소화하기 위해 이차 사용자 측면에서만 제한적인 신호 전송이 이루어지기 때문에 효율적인 무선 자원 활용 방법으로 보기 어려운 문제점이 있다.
본 과제에서는 간섭 환경에 대한 효율적인 인지 방법을 위해 간섭환경 인지 정보를 유동적으로 정량화하는 자율적 간섭환경 인지 및 정량화 기술, 전송 효율 향상 및 공존을 위해 주사용자와 이차 사용자 상호간의 간섭 영향을 최소화하는 능동적 간섭 보상 및 공존 기술 및 공존을 위해 할당된 제한적인 무선 자원을 효율적 으로 사용하기 위한 효율적 전송 방식 재구성 및 최적화 기술에 대한 발명을 출원코자 한다.
즉, 메인 기지국, 서브 기지국, 메인 통신 단말기 및 서브 통신 단말기로 형성된 유무선 통신망 상에서의 데이터 통신시, 간섭온도 제한치의 활용으로 간섭에 대한 상황을 인지함에 따라 기고려된 간섭치 만큼을 하나 이상의 송신 신호로부터 제거한 후에 메인/서브 통신 단말기에 전송하는 간섭 인지 환경 상의 다중 공존 통신 시스템을 구현함으로써, 센서 네트워크와 같은 저전송률을 요구하는 분산형 소규모 무선 네트워크에서부터 고정 및 이동 통신 서비스를 위한 중규모 네트워크, 고품질 고전송률이 요구되는 방송용 대규모 네트워크들이 혼재된 다중 공존 통신 환경상에서 고속 데이터 전송 및 넒은 지역에 걸친 끊김 없는 서비스를 원활히 제공케 하고 다중 공존 통신 환경이라 하더라도 통신 서비스 사용자들의 이동성 향상 및 급격한 주파수 자원에 대한 수요 확산으로 인해 발생되는 혼잡 현상을 간섭 제거를 통해 해결하기 위함이다.
상기의 과제를 달성하기 위한 본 발명은 다음과 같은 구성을 포함한다.
즉, 다중 공존 통신 시스템은 유무선 통신망 상에 메인 기지국, 서브 기지국, 메인 통신 단말기 및 서브 통신기가 다중 공존하며, 상기 메인 기지국으로부터 생성된 메인 송신 신호가 상기 서브 기지국에 전송되는 다중 공존 통신 시스템으로, 서브 송신 신호를 자체적으로 발생시키며, 상기 메인 통신 단말기에 의해 기설정된 주파수 대역폭과 간섭온도 제한치를 입력받아 주파수 사용 용량을 정한 후, 상기 주파수 사용 용량 범위 내에서 상기 서브 통신 단말기의 주파수 대역폭을 할 당하는 서브 기지국; 상기 서브 기지국이 상기 메인 송신 신호의 간섭 요인으로 간주된 상기 서브송신 신호값을 제거시킴에 따라 재구성된 메인 송신 순 신호를 전달받는 메인 통신 단말기; 및 상기 서브 기지국이 상기 서브 송신 신호의 간섭 요인으로 간주된 상기 메인송신 신호값을 제거시킴에 따라 재구성된 서브 송신 순 신호를 전달받는 서브 통신 단말기;를 포함하며, 상기 서브 기지국이 기설정된 전송 전력 중 일부 전송 전력과 일부 전송 전력 외에 나머지 잔여 전송 전력을 각각 분배한 다음, 상기 일부 전송 전력의 사용으로 메인 송신 순 신호를 상기 잔여 전송 전력의 사용으로 서브 송신 순 신호를 각각 나눠 동시에 전송하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 다중 공존 통신 시스템상의 구동방법은 유무선 통신망 상에 메인 기지국, 서브 기지국, 메인 통신 단말기 및 서브 통신기가 다중 공존하며, 상기 메인 기지국으로부터 생성된 메인 송신 신호가 상기 서브 기지국에 전송되는 다중 공존 통신 시스템상의 구동방법으로, 상기 서브 기지국이 서브 송신 신호를 자체적으로 발생시키며, 상기 메인 통신 단말기에 의해 기설정된 주파수 대역폭과 간섭온도 제한치를 입력받는 단계; 상기 서브 기지국이 상기 간섭온도 제한치를 활용하여 주파수 사용 용량을 정하는 단계; 상기 서브 기지국이 상기 주파수 사용 용량 범위 내에서 상기 서브 통신 단말기의 주파수 대역폭을 할당하는 단계; 상기 서브 기지국이 기설정된 전송 전력 중 일부 전송 전력과 일부 전송 전력 외에 나머지 잔여 전송 전력을 각각 분배하는 단계; 상기 서브 기지국이 상기 메인 송신 신호의 간섭 요인으로 간주된 상기 서브송신 신호값을 제거시킴에 따라 재구성된 메인 송 신 순 신호를 생성하는 단계; 상기 서브 기지국이 상기 서브 송신 신호의 간섭 요인으로 간주된 상기 메인송신 신호값을 제거시킴에 따라 재구성된 서브 송신 순 신호를 생성하는 단계; 상기 서브 기지국이 상기 일부 전송 전력의 사용으로 메인 송신 순 신호를 상기 잔여 전송 전력의 사용으로 서브 송신 순 신호를 각각 나눠 동시에 외부 전송하는 단계; 상기 메인 통신 단말기가 상기 서브 기지국으로부터 송신된 상기 메인 송신 순 신호를 수신하는 단계; 및 상기 서브 통신 단말기가 상기 서브 기지국으로부터 송신된 상기 서브 송신 순 신호를 수신하는 단계;를 포함한다.
본 발명에서의 간섭 인지 환경 상의 다중 공존 통신 시스템은 메인 기지국, 서브 기지국, 메인 통신 단말기 및 서브 통신 단말기로 형성된 유무선 통신망 상에서의 데이터 통신시, 간섭온도 제한치의 활용으로 간섭에 대한 상황을 인지함에 따라 기고려된 간섭치 만큼을 하나 이상의 송신 신호로부터 제거한 후에 메인/서브 통신 단말기에 전송함으로써, 센서 네트워크와 같은 저전송률을 요구하는 분산형 소규모 무선 네트워크에서부터 고정 및 이동 통신 서비스를 위한 중규모 네트워크, 고품질 고전송률이 요구되는 방송용 대규모 네트워크들이 혼재된 다중 공존 통신 환경상에서 고속 데이터 전송 및 넒은 지역에 걸친 끊김 없는 서비스를 원활히 제공케 하고 다중 공존 통신 환경이라 하더라도 통신 서비스 사용자들의 급격한 주파수 자원에 대한 수요 확산으로 인해 발생되는 혼잡 현상을 간섭 제거를 통해 해결 할 수 있는 효과를 준다.
[실시예]
이하, 본 발명의 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 간섭 인지 환경 상의 다중 공존 통신 시스템을 도시한 블록도이다.
도 1를 참조하면, 다중 공존 통신 시스템(1000)은 메인 기지국(100), 서브 기지국(200), 메인 통신 단말기(300) 및 서브 통신 단말기(400)를 포함한다.
일반적으로, 다중 공존 통신 시스템(1000)은 가우시안 간섭채널 또는 2진 대칭 유무선 통신 채널 환경하에 구체적인 처리과정이 시작된다.
먼저, 서브 기지국(200)은 메인 기지국(100)으로부터 메인 송신 신호를 획득하며, 서브 송신 신호를 자체 발생시킨다.
서브 기지국(200)은 메인 송신 신호와 서브 송신 신호를 각각 나눠 메인 통신 단말기(300)와 서브 통신 단말기(400)에 전달하게 되는데, 그 이전에 미리 간섭 적응 코딩 기법을 적용하여 메인 송신 신호와 서브 송신 신호를 재구성한다.
이에 따라, 서브 기지국(200)은 메인 송신 신호를 간섭 처리한 결과값인 메인 송신 순 신호를 서브 송신 신호를 간섭 처리한 결과값인 서브 송신 순 신호를 생성한다.
서브 기지국(200)은 기설정된 전송 전력 P의 제한 범위에 속하는 일부 전송 전력 αPc을 이용하여 간섭 처리된 메인 송신 순 신호를 메인 통신 단말기(300)에 전달한다.
서브 기지국(200)은 메인 송신 순 신호를 메인 통신 단말기(300)에 전송하는데 기사용된 일부 전송 전력 αPc을 제외한 나머지 잔여 전송 전력 (1-α)Pc을 이용하여 간섭 처리된 서브 송신 순 신호를 서브 통신 단말기(400)에 전달한다.
다시 말해, 서브 기지국(200)은 메인 송신 신호와 서브 송신 신호를 간섭 적응 코딩 기법에 각각 적용하여 간섭 처리하고, 그 결과값인 메인 송신 순 신호와 서브 송신 순 신호를 메인 통신 단말기(300)와 서브 통신 단말기(400)에 1:1 매칭 형태로 나눠 전달한다.
여기서, 간섭 적응 코딩 기법은 사전에 간섭 신호(Interference Signal)를 이미 알고 있다는 가정하에 간섭 처리를 실시하는 것으로, 메인 송신 신호와 서브 송신 신호를 서브 기지국(200)로부터 송출되기 전에 간섭 요인으로 고려된 간섭값에 대해서 미리 차감(差減)시킴으로써 재구성된 메인 송신 순 신호와 서브 송신 순 신호로 생성한다.
좀 더 부가된 설명으로, 메인 송신 신호 측면에서 본 간섭은 서브 송신 신호로 간주되며, 서브 송신 신호 측면에서 본 간섭은 메인 전송 신호로 간주된다.
이는, 서브 기지국(200)이 메인 송신 신호에 있어 간섭으로 여겨지는 서브 송신 신호값을 제거함에 따라 재구성된 메인 송신 순 신호를 생성하고, 서브 송신 신호에 있어 간섭으로 여겨지는 메인 송신 신호값을 제거함에 따라 재구성된 서브 송신 순 신호를 생성한다.
즉, 본 발명의 실시예에 따른 서브 기지국(200)은 재구성된 메인 송신 순 신호와 메인 통신 단말기(300)에 전송하고, 서브 송신 순 신호를 서브 통신 단말기(400)에 전송한다.
서브 기지국(200)은 메인 송신 순 신호와 서브 송신 순 신호를 각각 1:1 매칭 형태로 메인 통신 단말기(300)와 서브 통신 단말기(400)에 나눠 전송하게 되는데, 이때 동시 전송 방식을 이용하여 동시 전송을 실시한다.
이와 같은, 동시 전송 방식을 사용하는 이유는 기존의 시분할 다중접속(TDMA) 방식이나 주파수분할 다중접속(FDMA) 방식이 시간(T) 또는 주파수(F) 측면에서 신호 전송을 순차적으로 함에 있어, 다중화 효율이 떨어진다는 문제점을 보완하기 위해 채택된 전송 기법이라 하겠다.
결국, 메인 통신 단말기(300)와 서브 수신 단말기(400)는 간섭값이 제거된 메인 송신 순 신호와 서브 송신 순 신호를 서브 기지국(200)으로부터 각각 전송받는다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 간섭 인지 환경 상의 다중 공존 통신 시스템을 나타낸 도면이다.
도 2를 참조하면, 간섭 인지 환경 상의 다중 공존 통신 시스템(1000)은 메인 기지국(100), 서브 기지국(200), 메인 통신 단말기(300) 및 서브 통신 단말기(400)로 형성된 유무선 통신망 상에서의 데이터 통신시, 간섭에 대한 상황을 인지함에 따라 기고려된 간섭치 만큼을 하나 이상의 송신 신호로부터 제거한 후에 메인/서브 통신 단말기(300, 400)에 전송하는 통신 시스템이다.
본 발명의 다중 공존 통신 시스템(1000)에 대한 설명에 있어, 도 2를 통해 구체적으로 언급되기 전 미리 알아두어야 할 수학식과 파라미터는 이하 나열된 바와 같다.
첫째로, 간섭온도 제한치 TL(Temperature Limits : TL)은 서브 기지국(200)의 주파수 사용 용량(Capacity : C)을 정하는데 적용되는 값으로, 주파수 사용 용량의 기준점이 되는 중심 주파수(fc), 메인 통신 단말기(300)에 기할당된 주파수 대역폭(Bandwidth : B), 볼츠만 상수(Boltzman's Constant : k) 및 평균간섭 전력(PI)을 가지고 [수학식 1]에서와 같이 구할 수 있다.
Figure 112008064024301-pat00001
Figure 112008064024301-pat00002
Figure 112008064024301-pat00003
[수학식 1]은 메인 통신 단말기(300)에 기할당된 주파수 대역폭 B와 중심 주파수 fc를 벡터로 하는 PI 을 볼츠만 상수 k와 주파수 대역폭 B의 곱으로 나눠줌에 따라, 간섭 온도 제한치 TL 를 구하는 식이라 하겠다.
간섭 온도 제한치 TL 는 메인 통신 단말기(300)에 기할당된 주파수 대역폭 B 구간에 형성된 전력 스펙트럼 밀도(PSD : Power Spectral Density, S(f))를 적분하고 대역폭으로 나눠 계산된다.
둘째로, 서브 기지국(200)의 주파수 사용 용량(Capacity : C)은 간섭 온도 제한치 TL 를 활용하여 [수학식 2]와 같이 구할 수 있다.
Figure 112008064024301-pat00004
여기서, L은 서브 기지국(200)과 서브 통신 단말기(300.400) 간 신호 송신시에 일어나는 경로 손실(path loss)을 말하며, M은 서브 기지국(200)과 메인 통신 단말기(300) 간 신호 송신시에 일어나는 경로 손실(path loss)이고, TI(fC, B)는 실질적인 간섭 온도치를 일컫는다.
이에 따라, 다중 공존 통신 시스템(1000)은 이하 설명될 다음과 같은 동작에 의거하여 유무선 통신망 상에 존재하는 간섭값만큼 제거함에 따라 재구성된 메인 송신 순 신호를 메인 통신 단말기(300)에 전달하고, 마찬가지로 간섭값만큼 제거함 에 따라 재구성된 서브 송신 순 신호를 서브 통신 단말기(400)에 전달한다.
먼저, 서브 기지국(200)은 유무선 통신망 상의 존재하는 메인 기지국(100)으로부터 메인 송신 신호를 수신하고, 메인 통신 단말기(300)로부터 기설정된 주파수 대역폭과 간섭온도 제한치 TL를 입력받으며, 서브 송신 신호를 자체 생성시킨다.
서브 기지국(200)은 장치 내에 입력 저장된 메인 송신 신호과 서브 송신 신호를 각각 메인 통신 단말기(300)와 서브 통신 단말기(400)에 전송하기 전에 유무선 통신망 상에 현존하는 간섭에 대한 제거 동작을 실시한다.
여기서, 서브 기지국(200)은 간섭 제거 과정 전에 메인 통신 단말기(300)로부터 전달된 간섭온도 제한치 TL 를 고려해야 한다.
즉, 서브 기지국(200)은 기설정된 주파수 사용 용량의 기준점이 되는 중심 주파수(fc), 메인 통신 단말기(300)에 기할당된 주파수 대역폭(Bandwidth : B), 볼츠만 상수(Boltzman's Constant : k) 및 평균간섭 전력(PI)를 상기 [수학식 1]에 대입함에 따라 산출된 간섭온도 제한치 TL 를 메인 통신 단말기(300)로부터 전달받는다.
서브 기지국(200)은 메인 통신 단말기(300)로부터 입력된 간섭온도 제한치 TL를 상기 [수학식 2]에 적용시킴으로써, 자신이 사용하고자 하는 주파수 사용 용량(Capacity : C)을 구하고 구해진 주파수 사용 용량(C)에 도달되게끔 중심 주파수(fc)를 깃점으로 당해 대역폭을 점진적으로 확대 증가시킨다.
즉, 서브 기지국(200)은 [수학식 2]를 통해 구해진 해당 값만큼 주파수 사용 용량(C)을 늘려나감에 따라, 서브 통신 단말기(400)에 할당될 주파수 대역폭이 주파수 사용 용량 범위 내에서 정해지게끔 한다.
다시 말해, 서브 통신 단말기(400)는 서브 기지국(200)에서 확대 증가시킨 주파수 사용 용량(C) 범위 내에서 자신이 사용코자 하는 주파수 대역폭을 할당받는다.
메인 통신 단말기(300)에 할당된 주파수 대역폭(B)는 이미 간섭온도 제한치 TL 를 서브 기지국(200)에 전달하기 전에 이미 설정된 값임을 [수학식 1]를 통해 알 수 있으므로, 서브 통신 단말기(400)에 할당된 주파수 대역폭은 메인 통신 단말기(300)에 할당된 주파수 대역폭(B)이 반드시 고려되었음을 간섭온도 제한치 TL와 서브 기지국의 주파수 사용 용량(Capacity : C)을 통해 파악할 수 있음을 알려둔다.
결과적으로, 주파수 대역폭이 기설정된 메인 통신 단말기(300)가 간섭온도 제한치 TL 을 서브 기지국(200)에 전달함에 따라, 이 영향을 받은 서브 통신 단말기(400)는 서브 기지국(200)의 주파수 사용 용량(Capacity : C) 범위 내에서 자신이 사용하고자 하는 주파수 대역폭이 정해짐을 인식한다.
서브 기지국(200)은 도 1에서 설명된 바대로 미리 설정된 간섭 적응 코딩 기법을 적용하여 메인 송신 신호와 서브 송신 신호를 간섭 처리한다.
서브 기지국(200)은 간섭 처리에 따라 재구성된 메인 송신 순 신호와 서브 송신 순 신호를 생성하고, 기설정된 전송 전력 P의 제한 범위 내에 포함된 일부 전송 전력 αPc을 이용하여 메인 송신 순 신호를 메인 통신 단말기(300)에 전달한다.
또한, 서브 기지국(200)은 전송 전력 P 중에 메인 송신 순 신호를 메인 통신 단말기(300)에 전송하는데 기사용된 일부 전송 전력 αPc을 뺀 나머지 잔여 전송 전력 (1-α)Pc을 이용하여 서브 송신 순 신호를 서브 통신 단말기(400)에 전달한다.
여기서, αPc와 (1-α)Pc 각각은 서브 기지국(200)에서 메인 송신 순 신호와 서브 송신 순 신호를 전송하는데 사용되는 전송 전력값이고, α는 전송 전력 분배 비율값을 말한다.
서브 기지국(200)이 간섭 처리한 결과값인 각 메인 송신 순 신호와 서브 송신 순 신호를 메인 통신 단말기(300)와 서브 통신 단말기(400)로 전송함에 대하여 좀 더 추가 설명하자면 다음과 같다.
즉, 메인 송신 신호 측면에서 본 간섭은 서브 송신 신호가 되며, 서브 송신 신호 측면에서 본 간섭은 메인 송신 신호가 된다.
이는, 메인 통신 단말기(300)와 서브 통신 단말기(400)가 간섭이 섞이지 않은 깨끗한 신호값을 전달받기를 원함으로 서브 기지국(200)은 최대한 간섭이 존재하지 않는 클리어한 신호값을 전달할 의무가 있다.
서브 기지국(200)은 간섭 적응 코딩 기법을 이용하여 메인 기지국(100)으로부터 전달받은 메인 송신 신호에서 간섭 요인으로 여겨지는 서브 송신 신호 성분값을 제거시킴에 따라 클리어한 신호값으로 재구성된 메인 송신 순 신호를 메인 통신 단말기(300)에 송신하게 된다.
또한, 서브 기지국(200)은 간섭 적응 코딩 기법을 이용하여 자체 생성시킨 서브 송신 신호에서 간섭 요인으로 여겨지는 메인 송신 신호 성분값을 제거시킴에 따라 클리어한 신호값으로 재구성된 서브 송신 순 신호를 서브 통신 단말기(400)에 송신하게 된다.
여기서, 서브 기지국(200)은 간섭 요인을 제거시킴에 따라 재구성된 메인 송신 순수 신호와 서브 송신 순 신호를 동시 전송 방식을 이용하여 동시에 각 메인 통신 단말기(300)와 서브 통신 단말기(400)에 각각 전송함에 유의한다.
동시 전송 방식은 시간(T) 또는 주파수(F) 측면에서 순차적으로 신호 전송하는 기존의 시분할 다중접속(TDMA) 방식 또는 주파수분할 다중접속(FDMA) 방식에서 드러나는 다중화 효율 저하에 대한 문제점을 보완한 액세스 방식이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 간섭 인지 환경 상의 다중 공존 통신 시스템상의 구동 방법을 나타낸 순서도이다.
도 3를 참조하면, 다중 공존 통신 시스템상의 구동 방법은 메인 기지국, 서브 기지국, 메인 통신 단말기 및 서브 통신 단말기로 형성된 유무선 통신망 상에서의 데이터 통신시, 간섭온도 제한치의 활용으로 간섭에 대한 상황을 인지함에 따라 기고려된 간섭치 만큼을 하나 이상의 송신 신호로부터 제거 처리한 후에 메인/서브 통신 단말기에 전송하는 본 시스템상의 구동 방법이다.
먼저, 서브 기지국은 메인 기지국로부터 메인 송신 신호를 획득하고, 메인 통신 단말기로부터 간섭온도 제한치 TL를 수신하며, 자체적으로 서브 송신 신호를 생성한다(S10).
서브 기지국은 간섭온도 제한치 TL를 이용하여 서브 통신 단말기가 요구하는 주파수 사용 용량값에 도달되게끔 주파수 대역폭을 점진적으로 증가시킨 후 자신의 주파수 사용 용량 C를 정한다.
서브 기지국은 기설정된 주파수 사용 용량 C를 기준으로 그 이하 범위 내에서 서브 통신 단말기로 할당되는 주파수 대역폭을 설정한다(S30).
여기서, 서브 기지국의 주파수 사용 용량 C 에 관한 실시는 간섭온도 제한치 TL에 의해 이뤄지며, 서브 기지국의 주파수 사용 용량 C의 설정 범위는 서브 통신 단말기가 필요로 하는 주파수 대역폭을 만족시키면서 동시에 메인 통신 단말기가 간섭의 영향을 덜 받는 결과를 산출케 한다.
서브 기지국은 기설정된 전송 전력 P를 일부 전송 전력 αPc과 일부 전송 전력을 뺀 나머지 잔여 전송 전력(1-α)Pc로 각각 분리시켜 분배한다(S40).
서브 기지국은 메인 송신 신호와 서브 송신 신호를 각 메인 통신 단말기와 서브 통신 단말기로 전송하기 전에 기설정된 간섭 적응 코딩 기법을 사용하여 메인 송신 신호와 서브 송신 신호에 대한 간섭 처리를 실시한다.
즉, 서브 기지국은 메인 송신 신호 측면에서 본 간섭을 서브 송신 신호로 간주하고, 서브 송신 신호 측면에서 본 간섭을 메인 송신 신호로 간주한다.
서브 기지국은 메인 기지국으로부터 전달된 메인 송신 신호에서 간섭 요인으로 간주되는 서브 송신 신호 성분값을 제거시켜 재구성된 메인 송신 순 신호를 생 성하고, 자체 생성된 서브 송신 신호에서 간섭 요인으로 간주되는 메인 송신 신호 성분값을 제거시켜 재구성된 서브 송신 순 신호를 생성한다(S50, S60).
서브 기지국은 재구성된 메인 송신 순 신호와 서브 송신 순 신호를 메인 통신 단말기와 서브 통신 단말기로 각각 나눠 전송한다.
이 때, 서브 기지국은 기설정된 전송 전력 P 중에 일부 전송 전력 αPc를 이용하여 메인 송신 순 신호를 메인 통신 단말기에 전달하고, 기사용된 일부 전송 전력 αPc를 뺀 나머지 잔여 전송 전력(1-α)Pc를 사용하여 서브 송신 순 신호를 서브 통신 단말기에 송신한다.
또한, 서브 기지국이 일부 전송 전력 αPc과 잔여 전송 전력(1-α)Pc를 이용하여 메인 송신 순 신호와 서브 송신 순 신호를 메인 통신 단말기와 서브 통신 단말기로 각각 나눠 전송할 경우, 서브 기지국은 시간(T) 또는 주파수(F) 측면에서 순차 전송하는 기존의 시분할 다중접속(TDMA) 방식 또는 주파수분할 다중접속(FDMA) 방식에서 나타나는 다중화 효율 저하에 대한 문제점을 보완하기 위해 채택된 동시 전송 방식으로 전송하게 된다(S70).
여기서, 서브 기지국은 외부로부터 전달된 신호 수신, 주파수 대역폭 할당 및 전송전력의 분할 활용을 통해 기수신된 신호를 전송해 주는 중계 역할을 수행하므로 전이중(Full- duplex) 방식의 릴레이 모뎀 또는 중계 허브라고도 정의할 수 있다.
결국, 메인 통신 단말기는 간섭온도 제한치 TL를 서브 기지국이 전달할 시에 자신이 사용할 주파수 대역폭을 이미 정한 상태임으로 자신의 주파수 대역폭 내에 서 메인 송신 순 신호를 충분히 수신하며, 서브 통신 단말기는 서브 기지국에서 기설정된 주파수 사용 용량 C를 고려하면서 자신의 주파수 대역폭을 할당받은 상태임으로 서브 기지국으로부터 전달된 서브 송신 순 신호를 충분히 흡수한다(S80, S90).
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 서브 기지국을 중심으로 WLAN, Bluetooth 또는 Zigbee 통신 방식을 제공되는 메인 기지국 3대가 유무선 통신망 내에 존재함을 도시한 도면이다.
도 5는 서브 기지국의 최대 주파수 사용 용량 범위 내에 형성된 각 메인/서브 기지국에 할당된 주파수 대역폭에 대한 분포 현황을 도시한 도면이며, 도 6은 서브 기지국의 최대 주파수 사용 용량값에 도달하기 전까지 점진적으로 확대 증가하고 있는 주파수 사용 용량에 대한 변화율을 나타낸 그래프이다.
즉, 도 4를 참조하면, 서브 기지국(200) 주위에 WLAN(AP_A) 및 Bluetooth(AP_B), Zigbee(AP_C)의 통신 방식을 사용하는 메인 기지국 3대(101, 102, 103)가 유무선 통신망 내에 존재함을 나타내고 있다.
이러한 통신 환경 내에서, 하나의 메인 통신 단말기(300)와 하나의 서브 통신 단말기(400)가 250m 내지 500m의 범주 안에 위치하고 있으며, 하나의 메인 통신 단말기(300)는 서브 기지국(200)과 신호 송신시에 경로 손실(path loss :M)이 존재함을 나타내고 있다.
또한, 하나의 서브 통신 단말기(400)는 서브 기지국(200)와 신호 송신시에 경로 손실(path loss : L)이 존재함을 보여주고 있다.
도 5는 도 4의 통신 환경을 기반으로 하여 WLAN, Bluetooch, Zigbee 방식을 사용하는 각 메인 기지국(AP_A, AP_B, AP_C)의 주파수 대역폭에 대한 분포 현황을 보여주고 있다.
즉, 3대의 각 메인 기지국(AP_A, AP_B, AP_C)에서 사용하고 있는 Bluetooth, WLAN, Zigbee의 중심 주파수는 2424.5GHz, 2437MHz, 2475MHz에서 설정되는 것으로 한다.
각 메인 기지국(AP_A, AP_B, AP_C)에 명시되어 있는 각각의 -85dBm, -76dBm, -70dBm의 전송 전력은 각 메인 기지국(AP_A, AP_B, AP_C)이 정상 동작하기 위해 최소한도로 필요로 하는 최소 전력 레벨로, 이러한 최소 전력 레벨은 각 메인 기지국(AP_A, AP_B, AP_C)에게 최대로 허용할 수 있는 간섭 전력 레벨을 산출하는데 적용된다.
상기 최소 전력 레벨 값 외에도 이하 [표 1]에서 언급된 3대의 메인 기지국(AP_A, AP_B, AP_C)에서 요구하는 SNR(Required SNR, Signal to Noise Ratio) 값은 각 메인 기지국(AP_A, AP_B, AP_C)에게 허용되는 간섭전력 레벨을 계산하는데 마찬가지 적용된다.
본 발명에서의 중요 데이터 값인 간섭온도 제한치는 상기로부터 연산된 허용 간섭전력 레벨을 기반으로 얻을 수 있다.
파라미터 AP_A(WLAN) AP_B(Bluetooth) AP_C(Zigbee) 서브 기지국
중심 주파수(MHz) 2437 2423.5 2475 2450
주파수 대역폭(MHz) 22 1 2 가변
전송 전력(dBm) 14 0 0 가변
요구된 BER 10-5 10-5 10-5 10-5
요구된 SNR(dB) 8.4 2 2.5 7.56
각 장치들 간의 거리
메인 통신 단말기와 서브 기지국 간 거리 15m
메인 기지국과 서브 기지국 간 거리 6m

메인 기지국과 서브 통신 단말기 간 거리		 AP_A : 400m
AP_B : 300m
AP_C : 500m

메인 기지국과 메인 통신 단말기 간 거리		 AP_A : 300m
AP_B : 80m
AP_C : 120m
[표 1]은 본 모의 실험을 위해 미리 정한 파라미터인 것으로, 도 4의 통신 환경을 기반으로 각각의 메인 기지국(AP_A, AP_B, AP_C)에 대한 중심 주파수, 전송 전력 및 각 장치들 간의 거리를 명시한 표이다.
여기서, 각 메인 기지국(AP_A, AP_B, AP_C)에게 허용될 수 있는 간섭전력 레벨은 각 메인 기지국(AP_A, AP_B, AP_C)이 정상 동작을 위해 최소한도로 필요로 한 최소 전력 레벨에서 각 메인 기지국(AP_A, AP_B, AP_C)이 요구하는 SNR으로 나눔으로써 연산된 값이다.
여기서, 간섭온도 제한치는 각 메인 기지국(AP_A, AP_B, AP_C)에게 허용될 수 있는 간섭전력 레벨에 대해 볼츠만 상수와 서브 기지국에 할당된 총 주파수 대역폭을 곱한 결과치를 사용하여 나눈 값이다.
이를 통해, 서브 기지국은 2450MHz 값의 중심 주파수를 시점으로 좌우로 동일한 간격을 유지하며 자신의 주파수 대역폭을 점차적으로 증가시키는 과정을 도 5와 같이 수행한다.
도 6은 서브 기지국의 주파수 사용 용량에 대한 변화율을 나타낸 그래프인 것으로, 서브 기지국의 주파수 대역폭이 중심 주파수 2450MHz를 시점으로 하여 좌우 동일한 크기를 가지면서 점차적으로 증가하고 있음을 볼 수 있다.
즉, 대역폭 증가분이 4MHz(중심 주파수 2450MHz 를 기준으로 좌측 2MHz 증가, 우측 2MHz 증가, 총 4MMz 증가 시)일 경우, 첫 번째로 서브 기지국의 주파수 대역이 메인 기지국(AP_A : WLAN)에 형성된 주파수 대역과 겹치기 시작하므로 도 6의 그래프 상의 첫번째 꺾이는 하한 곡선처럼 서브 기지국의 주파수 사용 용량이 급격히 감소하고 있음을 알 수 있다.
서브 기지국의 주파수 대역폭이 계속 증가되면, 서브 기지국의 주파수 사용 용량은 메인 기지국 AP_A(WLAN 사용)에 의해 첫 번째로 감소된 지점을 벗어나 점점 증가하는 형태로 변화한다.
서브 기지국의 주파수 대역폭을 늘려가는 과정이 계속 수행될 경우, 서브 기지국의 주파수 사용 용량 또한 계속 증가한다,
이 때, 도 5에서 보여지는 바와 같이 두 번째로 근접한 위치에 존재하는 메인 기지국(AP_C : Zigbee 사용)의 주파수 대역이 서브 기지국의 주파수 대역과 마주치게 됨에 따라, 다시 한번 서브 기지국의 주파수 사용 용량이 하한 곡선으로 꺽이는 현상을 나타낸다.
이와 동일하게, 세 번째로 근접하는 위치에 존재하는 메인 기지국(AP_C : Bluetooth 사용)의 주파수 대역이 서브 기지국의 주파수 대역과 마주치게 되면, 다른 메인 기지국(AP_A, AP_C)에서의 주파수 대역이 서브 기지국의 주파수 대역과 겹치는 동일 현상과 마찬가지로 서브 기지국의 주파수 사용 용량이 하한으로 꺽이면서 감소한다.
Zigbee의 경우, 서브 기지국의 주파수 대역폭 증가분이 총 48MHz(중심 주파수 2450MHz를 기준으로 좌측 24MHz 증가, 우측 24MHz 증가로 인해 형성됨)에 도달할 경우, 서브 기지국의 주파수 사용 용량에 대한 감소가 일어난다.
Bluetooth의 경우, 서브 기지국 대역폭 증가분이 총 52MHz(중심 주파수 2450MHz 를 기준으로 좌측 26MHz 증가, 우측 26MHz 증가로 인해 형성됨)에 도달할 경우, 서브 기지국의 주파수 사용 용량에 대한 감소가 발생한다.
[표 2]는 도 6를 통하여 최종적으로 산출된 서브 기지국에 대한 파라미터를 나타내고 있다.
파라미터 최적값
중심 주파수 2450 MHz
주파수 대역폭 16.5 MHz

전송 전력		 AP_A(WLAN) : -20.75dBm
AP_B(Bluetooth) : -8.75dBm
AP_C(Zigbee) : -23.44dBm
서브 기지국의 중심 주파수를 2450MHz 로 설정하였을 경우, 서브 통신 단말기가 요구하는 주파수 사용 용량(52Mbps)를 달성하기 위해 필요한 주파수 대역폭은 16.5MHz가 산출됨을 알 수 있다.
다시 말해, 도 6의 그래프에서 가로축 16.5MHz 지점 대비 세로축 52Mbps 값이 그래프 상에서 일치함을 알 수 있다.
이는, [표 2]에서 나타난 바와 같이 서브 기지국이 자신의 해당 전송 전력(Transmit power)을 이용하여 전송하고자 하는 송신 신호를 보내고자 할 경우, 메인 기지국은 서브 기지국의 간섭의 영향을 받지 않음을 의미한다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 간섭 인지 환경 상의 다중 공존 통신 시스템을 도시한 블록도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 간섭 인지 환경 상의 다중 공존 통신 시스템을 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 간섭 인지 환경 상의 다중 공존 통신 시스템상의 구동 방법을 나타낸 순서도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 서브 기지국을 중심으로 WLAN, Bluetooth 또는 Zigbee 통신 방식을 제공되는 메인 기지국 3 대가 유무선 통신망 내에 존재함을 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 서브 기지국의 최대 주파수 사용 용량 범위 내에 형성된 각 메인/서브 기지국에 할당된 주파수 대역폭에 대한 분포 현황을 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 서브 기지국의 주파수 사용 용량값에 도달하기 전까지 점진적으로 확대 증가되고 있는 주파수 사용 용량에 대한 변화율을 나타낸 그래프이다.

Claims (10)

  1. 유무선 통신망 상에 메인 기지국, 서브 기지국, 메인 통신 단말기 및 서브 통신 단말기가 다중 공존하며, 상기 메인 기지국으로부터 생성된 메인 송신 신호가 상기 서브 기지국에 전송되는 다중 공존 통신 시스템으로,
    서브 송신 신호를 자체적으로 발생시키며, 상기 메인 통신 단말기에 의해 기설정된 주파수 대역폭과 간섭온도 제한치를 입력받아 주파수 사용 용량을 정한 후, 상기 주파수 사용 용량 범위 내에서 상기 서브 통신 단말기의 주파수 대역폭을 할당하는 서브 기지국;
    상기 서브 기지국이 상기 메인 송신 신호의 간섭 요인으로 간주된 서브송신 신호값을 제거시킴에 따라 재구성된 메인 송신 순 신호를 전달받는 메인 통신 단말기; 및
    상기 서브 기지국이 상기 서브 송신 신호의 간섭 요인으로 간주된 메인송신 신호값을 제거시킴에 따라 재구성된 서브 송신 순 신호를 전달받는 서브 통신 단말기;를 포함하며,
    상기 서브 기지국이 기설정된 전송 전력 중 일부 전송 전력과 일부 전송 전력 외에 나머지 잔여 전송 전력을 각각 분배한 다음, 상기 일부 전송 전력의 사용으로 메인 송신 순 신호를 상기 잔여 전송 전력의 사용으로 서브 송신 순 신호를 각각 나눠 동시에 전송하는 것을 특징으로 하는 다중 공존 통신 시스템.
  2. 청구항 1에 있어서,
    간섭온도 제한치는,
    상기 주파수 사용 용량의 기준점이 되는 중심 주파수, 상기 메인 통신 단말기에 의해 기할당된 주파수 대역폭, 볼츠만 상수 및 평균간섭 전력을 연산함에 따라, 상기 메인 통신 단말기에 의해 기할당된 주파수 대역폭 구간에 형성된 전력 스펙트럼 밀도를 적분한 후 상기 주파수 대역폭으로 나눠 구해진 값인 것을 특징으로 하는 다중 공존 통신 시스템.
  3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 주파수 사용 용량은,
    상기 간섭온도 제한치, 상기 메인 기지국과 메인 통신 단말기 또는 서브 단말기 간 데이터 통신시 일어나는 경로 손실, 상기 서브 기지국과 메인 통신 단말기 간 데이터 통신시 일어나는 경로 손실 및 간섭 온도치를 연산하여 얻어진 값인 것을 특징으로 하는 다중 공존 통신 시스템.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 메인 통신 단말기가 기할당된 주파수 대역폭을 활용하여 상기 메인 송 신 순 신호를 사용 중인 경우 상기 주파수 사용 용량의 변화율이 감소되며, 상기 메인 송신 순 신호가 미사용인 경우엔, 상기 주파수 사용 용량의 변화율이 상기 주파수 사용 용량값에 도달되기 전까지 점진적으로 증가하는 것을 특징으로 다중 공존 통신 시스템.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 서브 기지국이 상기 메인 송신 순 신호를 메인 통신 단말기에, 상기 서브 송신 순 신호를 서브 통신 단말기에 각각 전송할 경우, 상기 서브 기지국은 다중화 효율이 TDMA 또는 FDMA 보다 높은 동시 전송 방식을 채택하여 동시 전송하는 것을 특징으로 하는 다중 공존 통신 시스템.
  6. 유무선 통신망 상에 메인 기지국, 서브 기지국, 메인 통신 단말기 및 서브 통신 단말기가 다중 공존하며, 상기 메인 기지국으로부터 생성된 메인 송신 신호가 상기 서브 기지국에 전송되는 다중 공존 통신 시스템상의 구동방법으로,
    상기 서브 기지국이 서브 송신 신호를 자체적으로 발생시키며, 상기 메인 통신 단말기에 의해 기설정된 주파수 대역폭과 간섭온도 제한치를 입력받는 단계;
    상기 서브 기지국이 상기 간섭온도 제한치를 활용하여 주파수 사용 용량을 정하는 단계;
    상기 서브 기지국이 상기 주파수 사용 용량 범위 내에서 상기 서브 통신 단말기의 주파수 대역폭을 할당하는 단계;
    상기 서브 기지국이 기설정된 전송 전력 중 일부 전송 전력과 일부 전송 전력 외에 나머지 잔여 전송 전력을 각각 분배하는 단계;
    상기 서브 기지국이 상기 메인 송신 신호의 간섭 요인으로 간주된 서브송신 신호값을 제거시킴에 따라 재구성된 메인 송신 순 신호를 생성하는 단계;
    상기 서브 기지국이 상기 서브 송신 신호의 간섭 요인으로 간주된 메인송신 신호값을 제거시킴에 따라 재구성된 서브 송신 순 신호를 생성하는 단계;
    상기 서브 기지국이 상기 일부 전송 전력의 사용으로 메인 송신 순 신호를 상기 잔여 전송 전력의 사용으로 서브 송신 순 신호를 각각 나눠 동시에 외부 전송하는 단계;
    상기 메인 통신 단말기가 상기 서브 기지국으로부터 송신된 상기 메인 송신 순 신호를 수신하는 단계; 및
    상기 서브 통신 단말기가 상기 서브 기지국으로부터 송신된 상기 서브 송신 순 신호를 수신하는 단계;를 포함하는 다중 공존 통신 시스템상의 구동방법.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 서브 기지국이 상기 주파수 사용 용량의 기준점이 되는 중심 주파수 fC, 상기 메인 통신 단말기에 의해 기할당된 주파수 대역폭 B, 볼츠만 상수 k 및 평균간섭 전력 PI을 제 1 수학식
    Figure 112008064024301-pat00005
    에 대입하는 단계; 및
    상기 서브 기지국이 상기 메인 통신 단말기에 의해 기할당된 주파수 대역폭 B 구간에 형성된 전력 스펙트럼 밀도를 적분한 후 상기 주파수 대역폭 B으로 나눔으로써, 상기 간섭온도 제한치 TL를 구하는 단계;를 더 포함하는 다중 공존 통신 시스템상의 구동방법.
  8. 청구항 6 또는 청구항 7에 있어서,
    상기 서브 기지국이 상기 간섭온도 제한치 TL, 상기 서브 기지국과 서브 통신 단말기 간 데이터 통신시 일어나는 경로 손실 L, 상기 서브 기지국과 메인 통신 단말기 간 데이터 통신시 일어나는 경로 손실 M 및 간섭 온도치 TI를 추출하는 단계; 및
    상기 서브 기지국이 상기 추출된 다수의 파라미터 값(TL, L, M, TI)을 제 2 수학식
    Figure 112010087695752-pat00006
    에 대입함으로써 상기 주파수 사용 용량 C를 얻어내는 단계;를 더 포함하는 다중 공존 통신 시스템상의 구동방법.
  9. 청구항 6에 있어서,
    상기 메인 통신 단말기가 기할당된 주파수 대역폭을 활용하여 상기 메인 송신 순 신호를 사용 중인 경우, 상기 주파수 사용 용량의 변화율이 감소되는 단계; 및
    상기 메인 송신 순 신호가 미사용된 경우, 상기 주파수 사용 용량의 변화율이 상기 주파수 사용 용량값에 도달되기 전까지 점진적으로 증가되는 단계;를 더 포함하는 다중 공존 통신 시스템상의 구동방법.
  10. 청구항 6에 있어서,
    상기 서브 기지국이 상기 메인 송신 순 신호를 메인 통신 단말기에, 상기 서브 송신 순 신호를 서브 통신 단말기에 각각 전송할 경우, 다중화 효율이 TDMA 또는 FDMA 보다 높은 동시 전송 방식을 채택하여 동시 전송하는 단계;를 더 포함하는 다중 공존 통신 시스템상의 구동방법.
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