KR100454686B1 - 블루투스 통신용 적응형 주파수 호핑 시퀀스 생성방법 - Google Patents

블루투스 통신용 적응형 주파수 호핑 시퀀스 생성방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 블루투스 프로토콜 레벨에서의 수정된 오류검출 결과와 무선 주파수(RF) 회로로부터의 수신신호세기(RSSI)를 이용하여 간섭 신호에 대한 내성 강화를 위해 블루투스 통신에 사용하는 적응형 주파수 호핑 시퀀스(Adaptive Frequency Hopping Sequence)를 생성하는 블루투스 통신용 적응형 주파수 호핑 시퀀스 생성방법에 관한 것이다. 이를 위하여 본 발명은, 블루투스 통신용 적응형 주파수 호핑 시퀀스 생성방법에 있어서, 블루투스에서 패킷 통신오류 검출과정에의 오류발생확률에 따라 현재 통신에 이용되고 있는 복수의 채널에 대한 링크품질지수를 체크하여 양호한 채널그룹 또는 불량한 채널그룹으로 분류하여 저장하는 제1 단계; 상기 블루투스에서 발생된 호핑 시퀀스와 상기 제1 단계에서 저장된 데이터를 비교하여 상기 호핑 시퀀스가 양호한 채널그룹에 속하는지 또는 불량한 채널그룹에 속하는지 판단하는 제2 단계; 상기 발생된 호핑 시퀀스가 양호한 채널그룹에 속하는 경우 현재 사용중인 호핑 시퀀스의 링크품질지수가 기설정된 문턱값을 만족시키면 상기 발생된 호핑 시퀀스를 현재 사용중인 호핑 시퀀스로 갱신하는 제3 단계; 상기 발생된 호핑 시퀀스가 불량한 채널그룹에 속하는 경우와 상기 제3 단계에서 상기 현재 사용중인 호핑 시퀀스의 링크품질지수가 상기 기설정된 문턱값을 만족시키지 못하는 경우 상기 발생된 호핑 시퀀스 외에 상기 문턱값을 만족시키는 다른 호핑 시퀀스가 존재하는지 판단하는 제4 단계; 및 상기 제4 단계의 판단결과 존재하면 해당 호핑 시퀀스를 적응형 주파수 호핑 시퀀스로 설정하고, 존재하지 않으면 전체 호핑 시퀀스 중 최대의 링크품질지수를 만족시키는 호핑 시퀀스를 적응형 주파수 호핑 시퀀스로 설정하는 제5 단계를 포함한다.

Description

블루투스 통신용 적응형 주파수 호핑 시퀀스 생성방법{Adaptive Frequency Hopping Sequence Generation Method for Bluetooth Communication}
본 발명은 블루투스 통신용 적응형 주파수 호핑 시퀀스 생성방법에 관한 것으로서 보다 상세하게는, 블루투스 프로토콜 레벨에서의 수정된 오류검출 결과와 무선 주파수(RF) 회로로부터의 수신신호세기(RSSI)를 이용하여 간섭 신호에 대한 내성 강화를 위해 블루투스 통신에 사용하는 적응형 주파수 호핑 시퀀스(Adaptive Frequency Hopping Sequence)를 생성하는 블루투스 통신용 적응형 주파수 호핑 시퀀스 생성방법에 관한 것이다.
일반적으로, 블루투스는 이동전화, 컴퓨터, PDA 등이 근거리 무선접속을 사용하고 있는 가정이나 회사의 전화나 컴퓨터들과 어떻게 서로 쉽게 연결될 수 있을까를 기술하고 있는 컴퓨터 및 통신 산업계의 규격이다. 이 기술을 이용하면, 셀룰러폰, 무선호출기 및 PDA 사용자들은 세 가지가 하나에 들어 있는 전화기를 이용하여 데스크탑이나 노트북 컴퓨터 내에 있는 정보와 신속하게 동기화 할 수 있으며팩스를 보내거나 받을 수 있고 프린트 출력을 할 수 있는 등 다양한 기능을 갖는다. 이러한 기술을 이용하기 위해서 각 장치는 일반적으로 전세계적으로 가용 주파수 대역인 2.4 GHz 대역에서 송수신할 수 있는 마이크로칩 트랜시버를 장착한다.
현재 2.4 GHz ISM(Industrial, Scientific and Medical) 대역은 허가를 필요로 하지 않는 주파수 대역의 특성으로 인하여 전세계적으로 널리 사용되고 있으며, 동 대역을 이용하는 무선기기의 종류는 점점 더 다양화 되고 그 개체수는 지속적인 증가 추세에 있다. 2.4 GHz ISM 대역을 사용하고 있는 응용 사례로는 무선랜, 블루투스, 마이크로웨이브 오븐 및 기타 여러 가지 기기들을 들 수 있다. 특히 무선랜과 블루투스의 경우는 모두 통신의 목적을 갖는 대표적인 비허가 무선기기로서 그 수가 폭발적으로 증가하고 있는데, 이들이 사용하는 주파수는 항상 어느 정도의 중첩을 필요로 한다. 이러한 경우 상호 간에 발생하는 간섭으로 인한 성능 저하는 불가피하게 된다. 마이크로웨이브 오븐의 경우는 그 누설 전자파로 인해 통신의 목적을 갖지는 않지만 대표적인 가정에서의 간섭 신호원으로 작용한다.
현재의 블루투스는 23 또는 79개의 채널을 갖는 주파수 호핑 스펙트럼 확산방식(FHSS;Frequency Hopping Spread Spectrum)을 사용하고 있다. 이 방식은 통신에 이용될 전체 주파수 대역을 미리 결정된 채널의 수 만큼 나눈 후, 각각의 주파수를 어느 일정 시간 동안만 이용하여 통신하는 방식으로서 시간에 따라 통신에 이용되는 주파수가 지속적으로 변하는 특성을 갖고 있다. 이러한 특성에 의해 주파수 호핑 스펙트럼 확산방식은 간섭환경에서도 어느 정도의 내성을 갖게 되어 기존의다른 변조 방법에 비해 간섭에 강하다. 하지만 간섭 신호의 세기가 크고 그 특성이 광대역이며 호핑율에 비해 상대적으로 긴 시간동안 일정한 주파수 대역을 차지하고 있는 경우에는 주파수 호핑 스펙트럼 확산방식을 적용하더라도 간섭신호와 중첩되는 홉에서는 오류가 발생하게 되며, 이러한 특성은 2.4 GHz 대역 전파환경의 여러 가지 특성 중 하나에 해당한다. 그러나, 종래의 블루투스가 사용하는 주파수 호핑 시퀀스 생성방식은 향후 예상되는 2.4 GHz 대역에서의 전파 간섭 발생 환경하에서 상술한 간섭 신호에 대한 적절한 해결책이 되지 못한다.
상기와 관련된 선행특허로, 미국특허 US5,323,447호에 주파수 호핑 시스템에서의 무선 전화기의 주파수 호핑 시퀀스를 변경하는 장치 및 방법이 개시되어 있다. 상기 선행특허는 무선 전화기가 사용할 홉의 그룹을 두 그룹으로 정하고 전체 173개의 가능한 호핑 주파수 가운데 첫 번째 그룹을 임의의 50개 호핑 주파수로 채우고 두 번째 예비그룹을 두 개 또는 그 이상의 호핑 주파수로 채워 첫 번째 그룹을 이용하여 주파수 호핑 방식으로 통신할 때, 간섭 등으로 인한 오류가 발생하면 상기 두 번째 그룹의 홉과 대체하는 방식이다. 이러한 과정은 채널에 대한 오류 검출과정과 주파수 홉의 대체과정으로 이루어진다. 그러나, 상기 선행특허는 주파수 호핑방식을 사용하는 무선 전화기에 대한 것이며, 특히 간섭 등에 의한 오류발생시 검출하고 다른 그룹의 홉과 대체하는 과정을 제시할 뿐 다양한 간섭 등에 의한 오류검출 알고리즘, 오류의 원인 규명 및 이에 대한 능동적인 대처방법을 제공하지 않아 신호간섭 문제를 근본적으로 해결하지 못하며, 다양한 전파간섭 환경하에서 최적의 주파수 호핑 시퀀스를 생성하지 못하는 문제점이 있었다.
본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로서, 블루투스 수신부의 오류발생확률이 서로 다른 특성을 이용하여 현재 이용되고 있는 채널 상태의 양불을 파악하고 불량채널은 오류검출의 결과와 수신신호세기 값을 연계하여 그 원인을 제공함으로써 다양한 간섭에 대처하여 블루투스 통신품질을 개선하기 위한 블루투스 통신용 적응형 주파수 호핑 시퀀스 생성방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
도 1은 본 발명에 따른 적응형 주파수 호핑 시퀀스를 이용한 블루투스의 전체적인 통신의 흐름을 보이는 블럭도이다.
도 2는 본 발명에 따른 블루투스에서의 오류검출과정을 수정한 링크상태 분류에 대한 흐름도이다.
도 3은 본 발명에 따른 적응형 주파수 호핑 시퀀스 생성과정을 보이는 흐름도이다.
도 4는 도 3의 학습과정(Learning process)의 동작횟수에 따른 통신오류감소정도를 나타내는 그래프이다.
도 5는 본 발명의 적용에 따른 비트오류율(BER)의 감소 정도를 나타내는 그래프이다.
도 6은 본 발명의 적용에 따른 패킷 오류율의 감소 정도를 나타내는 그래프이다.
도 7은 본 발명의 적용에 따른 데이터 전송율의 향상 정도를 나타내는 그래프이다.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
11 : 초기통신신호 12 : 데이터 전송신호
13 : RF 채널 14 : 간섭신호
15 : 데이터 수신신호 110 : 링크품질 평가부
111 : 링크 품질 체크부 112 : 채널분류부
120 : 적응형 주파수 호핑 시퀀스 생성부
121 : 적응형 시퀀스 생성부 122 : 홉 시퀀스 갱신부
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 블루투스 통신용 적응형 주파수 호핑 시퀀스 생성방법에 있어서, 블루투스에서 패킷 통신오류 검출과정에의 오류발생확률에 따라 현재 통신에 이용되고 있는 복수의 채널에 대한 링크품질지수를 체크하여 양호한 채널그룹 또는 불량한 채널그룹으로 분류하여 저장하는 제1 단계; 상기 블루투스에서 발생된 호핑 시퀀스와 상기 제1 단계에서 저장된 데이터를 비교하여 상기 호핑 시퀀스가 양호한 채널그룹에 속하는지 또는 불량한 채널그룹에 속하는지 판단하는 제2 단계; 상기 발생된 호핑 시퀀스가 양호한 채널그룹에 속하는 경우 현재 사용중인 호핑 시퀀스의 링크품질지수가 기설정된 문턱값을 만족시키면 상기 발생된 호핑 시퀀스를 현재 사용중인 호핑 시퀀스로 갱신하는 제3 단계; 상기 발생된 호핑 시퀀스가 불량한 채널그룹에 속하는 경우와 상기 제3 단계에서 상기 현재 사용중인 호핑 시퀀스의 링크품질지수가 상기 기설정된 문턱값을 만족시키지 못하는 경우 상기 발생된 호핑 시퀀스 외에 상기 문턱값을 만족시키는 다른 호핑 시퀀스가 존재하는지 판단하는 제4 단계; 및 상기 제4 단계의 판단결과 존재하면 해당 호핑시퀀스를 적응형 주파수 호핑 시퀀스로 설정하고, 존재하지 않으면 전체 호핑 시퀀스 중 최대의 링크품질지수를 만족시키는 호핑 시퀀스를 적응형 주파수 호핑 시퀀스로 설정하는 제5 단계를 포함한다.
또한, 상기 목적을 달성하기 위해 본 발명은, 컴퓨터에서, 블루투스에서 패킷 통신오류 검출과정에의 오류발생확률에 따라 현재 통신에 이용되고 있는 복수의 채널에 대한 링크품질지수를 체크하여 양호한 채널그룹 또는 불량한 채널그룹으로 분류하여 저장하는 제1 기능; 상기 블루투스에서 발생된 호핑 시퀀스와 상기 제1 단계에서 저장된 데이터를 비교하여 상기 호핑 시퀀스가 양호한 채널그룹에 속하는지 또는 불량한 채널그룹에 속하는지 판단하는 제2 기능; 상기 발생된 호핑 시퀀스가 양호한 채널그룹에 속하는 경우 현재 사용중인 호핑 시퀀스의 링크품질지수가 기설정된 문턱값을 만족시키면 상기 발생된 호핑 시퀀스를 현재 사용중인 호핑 시퀀스로 갱신하는 제3 기능; 상기 발생된 호핑 시퀀스가 불량한 채널그룹에 속하는 경우와 상기 제3 단계에서 상기 현재 사용중인 호핑 시퀀스의 링크품질지수가 상기 기설정된 문턱값을 만족시키지 못하는 경우 상기 발생된 호핑 시퀀스 외에 상기 문턱값을 만족시키는 다른 호핑 시퀀스가 존재하는지 판단하는 제4 기능; 및 상기 제4 단계의 판단결과 존재하면 해당 호핑 시퀀스를 적응형 주파수 호핑 시퀀스로 설정하고, 존재하지 않으면 전체 호핑 시퀀스 중 최대의 링크품질지수를 만족시키는 호핑 시퀀스를 적응형 주파수 호핑 시퀀스로 설정하는 제5 기능을 실행시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체를 제공한다.
본 발명은 간섭 신호에 대한 내성 강화를 위하여 블루투스가 통신에 사용할 적응형 주파수 호핑 시퀀스의 생성방법을 제공한다. 현재 점차적으로 널리 보급되고 있는 2.4 GHz 대역에서의 대표적인 단거리 무선 통신용 장치인 블루투스가 사용하는 주파수 호핑 시퀀스를 간섭환경에 능동적인 적응형 주파수 호핑 시퀀스로 대체함으로써 간섭환경에 대한 내성의 강화 및 이를 통한 블루투스 통신의 신뢰도를 향상함과 동시에 동일 주파수 대역을 사용하는 무선기기에서의 오류율을 감소시킬 수 있다. 이를 위해 본 발명은 블루투스 수신부에서 오류 검출을 위하여 이용되고 있는 액세스 코드 트리거링(access code triggering), 헤더 오류 체크(header error check) 및 CRC(Cyclic Redundancy Check) 체크 과정에서의 오류발생확률이 서로 다르다는 특성을 이용하여 현재 통신에 이용되고 있는 채널들의 상태를 파악하고 양호 또는 불량인 그룹으로 분류하는 방법을 제안하고 상기 채널의 분류결과를 이용하여 적응형 주파수 호핑 시퀀스의 생성방법을 제안한다. 이와 같이 분류된 채널들 가운데 불량 채널은 오류검출의 결과와 연동된 수신신호세기 값에 의해 그 원인이 규명된다.
본 발명에서는 적응형 주파수 호핑 시퀀스 발생을 통한 블루투스 통신은, 신호대 잡음비를 평가하는데 중요한 요소로 작용하는 수신신호세기와 블루투스의 수신부에서 이루어지는 수정된 오류 검출 결과를 통한 채널의 세부 분류 방법 사이의 기본적인 상관관계와, 양호 혹은 불량 채널로의 분류 및 그 발생원인 규명을 위해 사용되는 세부적인 채널 분류 알고리즘과, 상기 채널별 분류결과를 이용한 적응형 주파수 호핑 시퀀스 발생 알고리즘을 제공한다.
상술한 목적 및 특징들, 장점은 첨부된 도면과 관련한 다음의 상세한 설명을 통하여 보다 분명해 질 것이다. 이하 본 발명의 바람직한 실시예가 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 적응형 주파수 호핑 시퀀스를 이용한 블루투스의 전체적인 통신의 흐름을 보이는 블럭도이다. 블루투스의 통신이 개시되면(11) 데이터 전송(12)을 전송하고, 수신부에서는 RF 채널(13)을 통해 데이터 신호의 수신(15)이 이루어진다. 이때, 간섭신호 환경에서는 간섭신호(14)도 상기 RF 채널(13)을 통해 함께 수신된다. 이와 같이 상기 간섭신호(14)와 함께 수신된 데이터 신호(15)는 본 발명에 따른 새로운 프로토콜(100)에 의한 링크품질평가부(110)와 AFH 시퀀스 생성부(120)를 거치게 된다. 상기 링크품질평가부(110)에서는 본 발명에 따른 블루투스가 사용하는 채널들의 감시과정에서 발생할 수 있는 불확실성의 최소화를 위하여 수신신호세기(RSSI)와 함께 품질평가지수(LQF;Link Quality Factor)라는 새로운 파라미터를 도입하여 링크 품질을 체크하고(111) 상기 각 링크의 양불을 판단하여 분류한다(112). 상기 링크의 분류가 완료되면 그 분류 결과는 메모리(미도시)에 저장된다. 이어, 적응형 주파수 호핑(AFH) 시퀀스 생성부(120)에서는 상기 메모리에 저장된 링크의 분류 결과를 이용하여 적응형 시퀀스를 생성하고(121) 홉 시퀀스를 업데이트한다(122). 상기 적응형 시퀀스 생성(121)은 각각의 호핑 주파수에 대하여 사전에 링크품질지수의 문턱값을 저장해놓고 이를 만족시키는 채널들의 그룹을 결정함으로써 향후 통신에 사용될 적응형 주파수 호핑 시퀀스 그룹을 생성하는 것이다. 상기 링크품질지수의 문턱값이 커서 이를 만족시키는 호핑 채널이 존재하지 않을 경우에는 차선책으로 호핑 채널 가운데 링크품질지수가 가장 큰 값을 갖는 그룹을 탐색하며, 그 중 하나를 무작위로 선택하여 호핑 시퀀스를 구성하게 된다. 이후, 블루투스에서의 마스터(master) 단말기와 슬레이브(slave) 단말기 간에 새로운 프로토콜 협상(16)을 통해 상기 생성된 새로운 호핑 주파수를 이용하여 통신(17)을 수행한다.
일반적으로, RF 레벨에서의 동일한 주파수를 사용하는 두 신호는 크게 통신에 요구되는 신호와 간섭신호의 두 가지로 구분된다. 신호 대 잡음비(SNR-Signal to Noise Ratio)는 이러한 통신 환경에서 적절한 통신의 품질을 만족시키기 위해 요구되는 파라미터로 원하는 신호(signal)의 세기와 간섭신호(noise)의 세기의 비를 의미한다. 블루투스가 일정한 신호의 세기를 갖고 통신을 하는 경우, 블루투스의 수신부가 수신한 수신신호세기(RSSI)는 상기한 링크품질지수(LQF)와 함께 전술된 신호 대 잡음비를 간접적으로 나타내는 중요한 요소가 된다. 즉, 블루투스의 신호세기가 일정하다고 가정하면, 수신신호세기의 증가는 간섭신호세기의 증가를 의미하며 이는 상대적으로 신호 대 잡음비가 감소함을 의미한다. 하지만 일반적인 통신의 경우 RF 회로소자의 불안정성으로부터 다중경로효과 등을 포함한 다양한 전파환경에 의한 신호세기의 변동에 이르기까지 여러 가지 원인으로 인해 블루투스 신호는 물론 전체 수신신호세기도 시간에 따라 상당한 변화를 보이게 된다. 다중채널액세스(MCA;Multi-Channel Access) 방식 등을 포함한 일반적인 경우 링크 상태의 감시를 위해 수신신호세기 만을 측정하는데 이는 전술된 원인으로 인해 항상 일정 수준의 불확실성을 내포하게 된다. 따라서, 본 발명에서는 이러한 불확실성을 최소화하기 위하여 상기한 바와 같이 수신신호세기와 링크품질지수를 도입한 것이다.
블루투스 데이터 링크는 수신부에서 오류율의 감소를 위하여 재전송을 허용하는데 이를 위하여 오류검출과정을 거치게 된다. 오류 검출과정은 크게 액세스 코드의 트리거링, 헤더의 오류체크, 페이로드의 CRC 체크의 세 가지로 이루어진다. 링크품질지수란 각각의 오류 검출 과정이 서로 다른 발생 확률을 갖는다는 특성을 이용하여 세분화된 오류 검출의 결과 또는 성공 여부를 알려주는 역할을 담당한다. 위와 같은 수신부의 수신신호세기와 링크품질지수를 동시에 이용하는 접근방식은 수신시 오류가 발생하였을 때, 그 발생원인을 밝히는데 중요한 요소로 작용하는데 본 발명에서는 그 발생원인을 크게 두 가지로 구분한다. 하나는 간섭신호세기의 증가로 인한 오류발생이고 나머지 하나는 블루투스의 신호세기 감소로 인한 오류의 발생이다. 후자의 경우 통신 거리의 이격 또한 하나의 원인으로 작용할 수 있다.
이하에서, 도 2 및 도 3을 참조하여 상기 링크품질평가부(110)와 AFH 시퀀스 생성부(120)의 동작을 각각 설명한다. 먼저, 도 2를 참조하여 상기 링크품질지수를 이용한 세부적인 현재 링크 분류과정을 설명한다.
도 2는 본 발명에 따른 블루투스에서의 오류검출과정을 수정한 링크상태 분류에 대한 흐름도이다. 도 2에 도시된 바와 같이, 기존의 블루투스가 포함하고 있는 오류검출 알고리즘에 대해 액세스 코드 트리거링 체크(201), 헤드의 오류 체크(HEC)(203), 페이로드의 CRC(206)의 성공적인 통과여부를 저장하기 위해 링크품질지수(LQF)라는 배열을 정의하여 삽입한다. 상기 링크품질지수는 블루투스가 사용하는 전체 홉의 개수만큼의 크기를 갖는 배열로 정의되어 각각의 홉에 대하여 오류검출결과를 독립적으로 저장 가능하도록 디자인 되었다. 이하에서 상기 링크품질지수의 적용방법을 설명한다.
먼저, 블루투스 수신부에서 액세스 코드 트리거링을 체크하여(201) 성공적으로 통과하면 링크품질지수는 1만큼 증가하고(202), 실패하면 215 단계로 진행한다. 또한, 헤드의 오류를 체크하여(203) 성공적으로 통과하면 다시 링크품질지수를 1만큼 증가하고(204), 실패하면 상기 215 단계로 진행한다. 이어, 상기 수신되는 블루투스의 패킷의 타입을 체크하여 DM/DH/DV 타입이면(205), 페이로드의 CRC 체크를 수행하고(206) 상기 타입이 아니면 상기 206 단계의 수행없이 바로 208 단계를 수행한다. 상기 205 단계는 블루투스의 패킷 타입을 결정하기 위한 과정으로 본 발명에 따른 적응형 주파수 호핑 시퀀스를 생성하는 과정과 직접적인 관계는 없다.
계속하여, 상기 페이로드의 CRC 체크 수행(206)을 성공적으로 통과하면 상기 링크품질지수를 다시 1만큼 증가시킨 후(207) 다음 단계인 208 단계로 진행하고 실패하면 상기 215 단계로 진행한다. 이와 같이 블루투스의 수신부에서 패킷을 성공적으로 수신하게 되면 결과적으로 링크품질지수는 이전 값에 대해 3만큼 증가한 값을 갖게 되며, 이러한 과정이 통신을 행하는 동안 지속적으로 누적된다. 즉, 이전에 39 번째 홉의 링크품질지수를 나타내는 LQF(39)=3 이었고 다시 39 번째 홉을 이용한 패킷의 수신이 성공하게 되면 LQF(39)=6 이 되는 것이다. 그러나, 상기한 바와 같이 상기 단계 201, 203 및 206 중에서 어느 한 단계에서라도 실패하는 경우에는 상기 215 단계로 진행하게 되고 후술하는 바와 같이 결과적으로 LQF는 "0"으로리셋된다(219).
상기와 같은 과정을 통해 블루투스의 수신부에 패킷이 성공적으로 수신되면 LQF가 이전 값보다 3만큼 증가한 값을 갖게 되며, 208 단계로 진행하여 페이로드를 수신하고 LQF(k), N(k) 및 k 번째 홉 주파수를 갱신한다(208). 이로써 N(k)는 1만큼 증가한다. 즉, LQF(k) 값이 3만큼 증가한다는 것은 N(k) 값이 1만큼 증가한다는 것과 동일하며, N(k)는 k번째 홉에 대한 성공적인 패킷 수신 회수를 의미한다.
이어, 현재의 수신신호세기(RSSI)를 양호한 채널그룹에 속하는 패킷을 수신하였을 경우의 기설정된 최대 수신신호세기(RSSII MAX)와 비교하여 큰 경우에는 상기 기설정된 최대 수신신호세기(RSSII MAX)를 상기 현재의 수신신호세기(RSSI)로 업데이트 하고(213), 작거나 같은 경우에는 다시 기설정된 최소 수신신호세기(RSSII MIN)와 비교하여(211) 작은 경우에는 상기 최소 수신신호세기(RSSII MIN)를 상기 현재의 수신신호세기(RSSI)로 업데이트 하고(213), 크거나 같은 경우에는 상기 기설정된 최대 수신신호세기와 최소 수신신호세기(RSSII MAX, RSSII MIn) 값을 그대로 유지한다(212). 이어, 상기 213 단계 및 상기 212 단계의 수행이 완료되면 양호한 채널 그룹(CI)에 현재의 수신 호핑 채널을 추가한 후(214) 종료된다.
그러나, 상기한 바와 같이 상기 201, 203 및 206 단계 중 어느 한 단계에서라도 성공하지 못한 경우 즉, 블루투스 수신부에서 패킷의 수신이 실패한 경우에는 215 단계로 진행하여, 현재의 수신신호세기(RSSI)를 양호한 채널을 수신하였을 때의 상기 기설정된 최대 수신신호세기(RSSII MAX)와 비교하여(215) 패킷 수신 실패의 원인을 밝힌다. 즉, 상기 현재의 수신신호세기(RSSI)가 상기 기설정된 최대 수신신호세기(RSSII MAX)보다 큰 경우는 패킷 수신 실패의 원인이 간섭신호의 유입에 있음을 의미하는 것으로서, 현재의 수신 호핑 채널을 간섭신호에 의한 불량채널(CⅡ)로 분류한 후 저장한다(216). 반대로 상기 현재의 수신신호세기(RSSI)가 상기 기설정된 최대 수신신호세기(RSSII MAX)보다 작거나 같은 경우는 패킷 수신 실패의 원인이 블루투스 신호세기의 저하에 있음을 의미하는 것으로서, 현재의 수신 호핑 채널을 신호세기저하에 의한 불량채널(CⅢ)로 분류 후 저장하며(217), 계속해서 상기 패킷 수신실패가 블루투스 신호세기의 저하에 있는 경우 수신 채널(k 번째 채널)과 링크품질지수(LQF(k))를 저장한다(218). 상기 수신 채널과 상기 링크품질지수는 주파수 선택적인 페이딩이나 특정채널에서의 신호세기 저하에 대한 대비책으로 향후 동일 채널을 이용하게될 때 적용 가능한 전력제어(power control)를 위한 자료로 활용될 수 있다. 이와 같이, 상기 216 단계 또는 상기 218 단계를 수행한 이후에는 상기 수신에 실패한 패킷의 해당 정보를 모두 리셋한다(219). 이는 상기 214 단계에서 양호한 채널 그룹(CI)에 해당하였던 호핑 채널, 해당 링크품질지수(LQF) 및카운터(N)를 모두 리셋하여 항상 양호 또는 불량 채널의 어느 한쪽에만 속하게 하는 역할을 수행하는 것이다.
여기서, 상기 210, 211, 212, 213 및 215의 수신신호세기(RSSI) 갱신방법은 채널의 상태 파악을 위해 일반적으로 널리 이용되는 고정된 수신신호세기를 이용하는 방법에 비해 다양한 무선채널 환경의 변화에도 좀 더 정확한 채널 상태의 파악이 가능하며, 저가의 RF 회로를 사용함으로써 발생할 수 있는 여러 가지 회로적인 측정 오류를 고려하지 않아도 된다는 장점이 있다.
상기와 같이 링크 상태에 따라 양호 또는 불량으로 분류된 결과는 소정의 메모리(미도시)에 저장되며 도 3에서 설명하는 적응형 주파수 호핑 시퀀스 생성에 이용된다. 이하에서 도 3을 참조하여 적응형 주파수 호핑 시퀀스 생성과정을 설명한다.
도 3은 본 발명에 따른 적응형 주파수 호핑 시퀀스 생성과정을 보이는 흐름도로서, 도 2에서 설명한 링크 상태 분류 결과를 이용하여 적응형 주파수 호핑 시퀀스를 발생시키는 과정을 나타낸다. 먼저 원래의 블루투스 호핑 시퀀스(Hop(k))를 발생한다(301). 상기 발생된 호핑 시퀀스는 도 2에서 설명한 링크 상태 분류 결과를 저장하고 있는 메모리(302)의 데이터와 비교된다(303). 여기서, 주의할 것은 통신의 초기 단계에서 상기 메모리는 링크 상태에 대한 어떠한 분류결과도 갖고 있지 않다. 이는 본 발명이 응용한 링크 상태 분류가 호핑 시퀀스 또는 채널의 수신에 바탕을 두고 있기 때문이며 상기 메모리에 해당 채널의 상태가 저장되려면 반드시한번의 수신을 거쳐야 하기 때문이다. 따라서 상기 메모리에 모든 호핑 채널 또는 시퀀스에 대한 분류 결과가 저장되려면 전체 호핑 채널을 1회 이상 수신하여야 한다. 따라서, 상기 메모리에 상기 분류 결과가 저장되기 전에는 상기 301 단계에서 발생된 원래의 호핑 시퀀스는 비교 대상을 갖지 못하기 때문에 304 단계로 진행하여 홉 시퀀스를 상기 원래의 호핑 시퀀스(Hop(k))로 입력한다(304). 이러한 과정을 본 발명에서는 학습과정(300;Learning process)으로 표현하였다. 제언하자면 상기 학습과정(300)의 회수는 전체 호핑 시퀀스의 개수와 동일하다.
모든 학습과정(300)을 거친 후, 상기 발생된 호핑 시퀀스(Hop(k))와 상기 메모리에 저장된 링크 상태 분류 결과의 비교가 가능하면(303), 상기 발생된 호핑 시퀀스가 어느 그룹에 속하는지 판단한다(305). 즉, 상기 305 단계는 상기 301 단계에서 발생된 호핑 시퀀스가 양호한 채널 그룹(CI)에 속하는지 그렇지 않으면 불량한 채널 그룹(CⅡ또는 CⅢ)에 속하는지를 판단하게 된다(305). 상기 305 단계에서 양호한 채널 그룹(CI)에 속한 것으로 판단되면 해당 시퀀스의 링크품질지수(LQF)가 미리 설정한 문턱값(TLQF)보다 크거나 같은지를 판단한다(306). 상기 문턱값(TLQF)은 해당 호핑 채널을 적응형 주파수 호핑 시퀀스 그룹에 등록하는데 요구되는 신뢰도를 평가하는 파라미터로서 해당 호핑 채널의 양호한 채널 그룹(CI)으로의 연속적인 등록 회수와 직결된다. 즉, 기설정된 문턱값(TLQF)이 크면 그 만큼 현재의 시퀀스 링크품질지수(LQF)가 큰 값을 요구하게 되므로 상기 306 단계를 만족시키는 것은 블루투스 통신을 행하는 가운데 현재의 시퀀스를 어느 정도 신뢰할 만한 시퀀스로 인식하는가를 판단하기 위한 간접적인 척도가 된다. 예를 들면, 문턱값 TLQF가 9 라면 링크품질지수 LQF(k)는 9 이상인 채널만이 상기 306 단계를 만족시키는데, 상기 링크품질지수 LQF(k)=9 라는 값은 도 2에서 설명한 바와 같이 3회 이상 연속적으로 양호한 채널에 등록되었음을 의미한다. 상기 306 단계를 만족시키는 경우 즉, 상기 해당 시퀀스의 링크품질지수 LQF(k)가 상기 문턱값 TLQF보다 작은 경우는 상기 304 단계로 진행하고, 상기 306 단계를 만족시키는 경우 즉, 상기 LQF(k)가 상기 문턱값 TLQF보다 크거나 같은 경우는 307 단계로 진행한다.
한편, 상기 305 단계에서 상기 발생된 원래의 호핑 시퀀스가 불량한 채널에 속하는 것으로 판단되면(305) 역시 307 단계로 진행하여, 상기한 현재의 시퀀스(도면에서는 k번째 시퀀스) 외에 다른 시퀀스 중에서 링크품질지수 LQF가 상기 문턱값 TLQF를 만족하는 시퀀스가 존재하는지 검색한다(307). 상기 307 단계에서 만약 이를 만족시키는 다른 시퀀스가 존재하는 것으로 판단되면 상기 문턱값 TLQF를 만족하는 다른 시퀀스(도면에서는 j번째 시퀀스)의 집합을 형성한다(308). 이어, 상기 형성된 집합 중 임의의 한 시퀀스를 선택하여 이를 적응형 주파수 호핑 시퀀스에 등록한 후(309), 전송버퍼(Tx buffer)에 양호한 채널 그룹을 갱신한다(313).
그러나, 상기 307 단계에서 상기 현재의 시퀀스(도면에서는 k 번째 시퀀스) 외에 다른 시퀀스 중에서 링크품질지수(LQF)가 상기 문턱값(TLQF)을 만족하는 시퀀스가 존재하지 않는 것으로 판단되면, 전체의 호핑 시퀀스 가운데 링크품질지수의 최대값(LQFMAX)을 찾는다(310). 상기 단계에서 찾은 링크품질지수의 최대값(LQFMAX)을 만족하는 채널 집합을 형성하고(311) 상기 채널 집합에서 임의의 하나를 선택하여 적응형 주파수 호핑 시퀀스에 등록한 후(312), 전송버퍼(Tx buffer)에 양호한 채널 그룹을 갱신한다(313). 계속하여, 상기 301 단계로 진행하여 상기한 단계의 과정들은 통신이 이루어지는 동안 지속적으로 이루어진다.
도 4 내지 도 7은 본 발명에 따른 적응형 주파수 호핑 시퀀스 생성방법을 블루투스에 적용하였을 경우 얻어지는 성능향상에 대한 이론적인 결과를 나타내는 그래프이다. 먼저 도 4는 도 3의 학습과정(300;Learning process)의 동작횟수에 따른 실제 오류 감소정도를 나타내는 그래프이다. 이 때, 블루투스의 마스터(master)와 슬레이브(slave) 장치는 다른 방법을 사용함 없이 동시에 도 3을 통해 형성된 시퀀스를 알고 있고, 적응형 주파수 호핑 시퀀스의 공유를 위한 여타의 협상과정이 없이 도 3의 학습과정(300)을 통신에 실시간으로 이용하였음을 가정하였다. 여기서 P와 J는 각각 블루투스와 간섭신호의 전력, W와 R은 시스템 대역폭과 데이터 비트율을 의미한다. Eb/N0는 신호 대 잡음비와 유사한 값으로 통신 채널의 상태를 나타내는 파라미터이다. 도 4에서 도시된 바와 같이 도 3에서 초기 학습과정(300)의 반복회수에 따라 통신오류확률이 감소됨을 알 수 있다.
도 5, 도 6 및 도 7은 본 발명을 적용하였을 경우 통신 품질의 향상된 결과를 나타내는 그래프로서, 도 5는 비트오류율의 감소, 도 6은 패킷 오류율의 감소, 도 7은 데이터 전송율의 향상을 보이는 그래프이다. 여기서 M은 마스터 장치를, S는 슬레이브 장치를 뜻한다. 도 7의 이론적 전송 최대값(Theoretical Max-value)은 각각의 패킷 형태에 따른 이상적인 전송가능한 양을 의미한다. 도면에서 알 수 있듯이 본 발명을 적용함으로써 모든 측면에서 상당히 개선된 결과를 얻을 수 있음을 증명하고 있다. 이와 같이, 간섭 신호가 존재하는 열악한 환경하에서의 블루투스 통신에 개선된 비트오류율(BER), 패킷오류율(PER) 및 쓰루풋(throughput)을 제공함으로써 결과적으로 통신에 대한 양적, 질적 신뢰도를 높일 수 있다.
이상에서 설명한 상세한 설명 및 도면의 내용은 본 발명의 일실시예에 관한 것이므로 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 치환, 수정 또는 변경이 가능함으로 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자라면 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 권리범위는 첨부한 특허청구범위에 의해 결정되어야만 할 것이다.
본 발명에 의하면, 블루투스에서 채널의 평가, 상기 평가된 채널의 구별, 상기 채널 평가결과를 바탕으로 한 적응형 주파수 호핑 시퀀스를 생성함으로써 다양한 간선신호 환경에서도 능동적으로 대처할 수 있어 통신 신뢰도가 증가한다.
또한, 블루투스의 입장에서는 통신의 오류율을 감소시키고 데이터 율을 증가시켜 상대적으로 안정적인 링크 환경에서 통신할 수 있다.
나아가, 무선랜 또는 기타 기기들을 포함한 상대 무선기기의 입장에서는 블루투스가 그 기기들이 사용하는 주파수 대역을 능동적으로 피하여 통신을 함으로써 상대적으로 간섭없는 안정적인 전파환경을 이용하는 것이 가능하게 된다.

Claims (11)

  1. 블루투스 통신용 적응형 주파수 호핑 시퀀스 생성방법에 있어서,
    블루투스에서 패킷 통신오류 검출과정에의 오류발생확률에 따라 현재 통신에 이용되고 있는 복수의 채널에 대한 링크품질지수를 체크하여 양호한 채널그룹 또는 불량한 채널그룹으로 분류하여 저장하는 제1 단계;
    상기 블루투스에서 발생된 호핑 시퀀스와 상기 제1 단계에서 저장된 데이터를 비교하여 상기 호핑 시퀀스가 양호한 채널그룹에 속하는지 또는 불량한 채널그룹에 속하는지 판단하는 제2 단계;
    상기 발생된 호핑 시퀀스가 양호한 채널그룹에 속하는 경우 현재 사용중인 호핑 시퀀스의 링크품질지수가 기설정된 문턱값을 만족시키면 상기 발생된 호핑 시퀀스를 현재 사용중인 호핑 시퀀스로 갱신하는 제3 단계;
    상기 발생된 호핑 시퀀스가 불량한 채널그룹에 속하는 경우와 상기 제3 단계에서 상기 현재 사용중인 호핑 시퀀스의 링크품질지수가 상기 기설정된 문턱값을 만족시키지 못하는 경우 상기 발생된 호핑 시퀀스 외에 상기 문턱값을 만족시키는 다른 호핑 시퀀스가 존재하는지 판단하는 제4 단계; 및
    상기 제4 단계의 판단결과 존재하면 해당 호핑 시퀀스를 적응형 주파수 호핑 시퀀스로 설정하고, 존재하지 않으면 전체 호핑 시퀀스 중 최대의 링크품질지수를 만족시키는 호핑 시퀀스를 적응형 주파수 호핑 시퀀스로 설정하는 제5 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 블루투스 통신용 적응형 주파수 호핑 시퀀스 생성방법.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 제1 단계는,
    상기 오류 검출과정으로 액세스 코드 트리거링(access code triggering), 헤드 오류 체크(header error check) 및 CRC(Cyclic Redundancy Check) 체크과정을 수행하는 것을 특징으로 하는 블루투스 통신용 적응형 주파수 호핑 시퀀스 생성방법.
  3. 제 2항에 있어서, 상기 제1 단계는,
    상기 액세스 코드 트리거링, 헤드 오류 체크 및 CRC 체크 사이에 홉의 개수만큼 정의되며 상기 각 홉에 대하여 독립적인 링크품질지수를 삽입하여 상기 각 오류 검출의 결과를 저장하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 블루투스 통신용 적응형 주파수 호핑 시퀀스 생성방법.
  4. 제 1항에 있어서, 상기 제1 단계는,
    상기 오류 검출과정으로 각각 액세스 코드 트리거링, 헤드 오류 체크 및 CRC 체크과정을 통과하면 패킷 수신이 성공한 것으로 판단하여 상기 현재의 채널의 링크품질지수를 누적하여 갱신하고 상기 과정 중 하나라도 통과하지 못하면 상기 패킷 수신이 실패한 것으로 판단하여 상기 현재의 채널의 링크품질지수를 리셋하는 제6 단계;
    상기 채널의 링크품질지수를 갱신한 경우 상기 현재의 수신 채널을 상기 양호한 채널그룹에 포함시키는 제7 단계; 및
    상기 채널의 링크품질지수를 리셋하는 경우 상기 현재의 수신 채널을 상기 불량한 채널그룹에 포함시키는 제8 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 블루투스 통신용 적응형 주파수 호핑 시퀀스 생성방법.
  5. 제 4항에 있어서, 상기 제7 단계는,
    상기 채널의 링크품질지수를 갱신한 경우 현재의 수신신호세기(RSSI)를 상기 양호한 채널그룹에 속하는 패킷을 수신한 경우의 최대 수신신호세기(RSSII MAX) 및 최소 수신신호세기( RSSII MIN)와 비교하는 단계; 및
    상기 현재 수신신호세기(RSSI)가 상기 최대 수신신호세기(RSSII MAX,)보다 크면 상기 최대 수신신호세기(RSSII MAX)를 상기 현재 수신신호세기(RSSI)로 갱신하고 상기 현재 수신신호세기(RSSI)가 상기 최소 수신신호세기((RSSII MIN)보다 작으면 상기 최소 수신신호세기(RSSII MIN)를 상기 현재 수신신호세기(RSSI)로 갱신하며 상기 현재 수신신호세기(RSSI)가 상기 최대 및 최소 수신신호세기의 사이의 값인 경우 상기 최대 및 최소 수신신호세기를 그대로 유지하는 단계; 를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 블루투스 통신용 적응형 주파수 호핑 시퀀스 생성방법.
  6. 제 4항에 있어서, 상기 제8 단계는,
    상기 채널의 링크품질지수를 리셋한 경우 현재의 수신신호세기(RSSI)를 상기 양호한 채널그룹에 속하는 패킷을 수신한 경우의 최대 수신신호세기(RSSII MAX)와 비교하는 단계;
    상기 단계의 비교결과 상기 현재의 수신신호세기(RSSI)가 상기 최대 수신신호세기(RSSII MAX)보다 크면 상기 현재 수신 채널을 간섭신호에 의한 제1 불량 채널그룹으로 분류하여 저장하는 단계;
    상기 단계의 비교결과 상기 현재의 수신신호세기(RSSI)가 상기 최대 수신신호세기(RSSII MAX)보다 작거나 같으면 상기 현재 수신 채널을 신호세기저하에 의한 제2 불량 채널그룹으로 분류하여 저장하는 단계; 및
    상기 제1 및 제2 불량 채널그룹에 분류된 수신 채널의 패킷정보를 리셋하는 단계; 를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 블루투스 통신용 적응형 주파수 호핑 시퀀스 생성방법.
  7. 제 6항에 있어서, 상기 제2 불량 채널그룹으로 분류하여 저장하는 단계는,
    상기 현재의 수신 채널과 링크품질지수를 저장하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 블루투스 통신용 적응형 주파수 호핑 시퀀스 생성방법.
  8. 제 1항에 있어서, 상기 문턱값은,
    상기 해당 호핑 시퀀스를 적응형 주파수 호핑 시퀀스로 등록하는데 요구되는 채널의 신뢰도를 평가하는 파라미터인 것을 특징으로 하는 블루투스 통신용 적응형 주파수 호핑 시퀀스 생성방법.
  9. 제 1항에 있어서, 상기 제5 단계는,
    상기 제4 단계의 판단결과 존재하면 상기 발생된 호핑 시퀀스 외에 상기 문턱값을 만족시키는 다른 호핑 시퀀스의 집합을 형성하는 단계; 및
    상기 집합에서 하나를 선택하여 적응형 주파수 호핑 시퀀스로 등록하는 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 블루투스 통신용 적응형 주파수 호핑 시퀀스 생성방법.
  10. 제1 항에 있어서, 상기 제5 단계는,
    상기 제4 단계의 판단결과 존재하지 않으면 전체 호핑 시퀀스 중 링크품질지수의 최대값을 탐색하는 단계;
    상기 링크품질지수의 최대값을 만족시키는 호핑 시퀀스 집합을 형성하는 단계; 및
    상기 집합에서 하나를 선택하는 적응형 주파수 호핑 시퀀스로 등록하는 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 블루투스 통신용 적응형 주파수 호핑 시퀀스생성방법.
  11. 컴퓨터에서,
    블루투스에서 패킷 통신오류 검출과정에의 오류발생확률에 따라 현재 통신에 이용되고 있는 복수의 채널에 대한 링크품질지수를 체크하여 양호한 채널그룹 또는 불량한 채널그룹으로 분류하여 저장하는 제1 기능;
    상기 블루투스에서 발생된 호핑 시퀀스와 상기 제1 단계에서 저장된 데이터를 비교하여 상기 호핑 시퀀스가 양호한 채널그룹에 속하는지 또는 불량한 채널그룹에 속하는지 판단하는 제2 기능;
    상기 발생된 호핑 시퀀스가 양호한 채널그룹에 속하는 경우 현재 사용중인 호핑 시퀀스의 링크품질지수가 기설정된 문턱값을 만족시키면 상기 발생된 호핑 시퀀스를 현재 사용중인 호핑 시퀀스로 갱신하는 제3 기능;
    상기 발생된 호핑 시퀀스가 불량한 채널그룹에 속하는 경우와 상기 제3 단계에서 상기 현재 사용중인 호핑 시퀀스의 링크품질지수가 상기 기설정된 문턱값을 만족시키지 못하는 경우 상기 발생된 호핑 시퀀스 외에 상기 문턱값을 만족시키는 다른 호핑 시퀀스가 존재하는지 판단하는 제4 기능; 및
    상기 제4 단계의 판단결과 존재하면 해당 호핑 시퀀스를 적응형 주파수 호핑 시퀀스로 설정하고, 존재하지 않으면 전체 호핑 시퀀스 중 최대의 링크품질지수를 만족시키는 호핑 시퀀스를 적응형 주파수 호핑 시퀀스로 설정하는 제5 기능;
    을 실행시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체.
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