KR100836051B1 - 블루투스 시스템의 적응적인 전력 제어 방법 및 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 블루투스 시스템에서 신호 감쇄로 인한 비트오류 증가, 재전송 등과 같은 오버헤드가 발생되는 것을 방지할 수 있도록 적응적으로 송신전력을 제어하는 기술에 관한 것이다. 이러한 본 발명은, 무선 링크가 전력제어를 수행하는 링크인지 확인하고, 블루투스 디바이스가 전력제어를 지원하는지 확인하는 제1과정과; 송신측 블루투스 디바이스와 데이터 통신을 시작한 후 수신된 신호의 전력을 측정하고, 그 측정 결과를 LMP 명령을 통하여 과거에 송신측으로 전송하였던 스텝크기와 비교하여 그 비교 결과에 따라 스텝크기를 결정하는 제2과정과; 상기 결정된 스텝크기를 포함하고 있는 LMP 명령을 송신측으로 전송하는 제3과정과; 송신측 블루투스 디바이스가 수신된 LMP 명령으로부터 스텝크기를 추출하고, 그 추출된 스텝크기에 따라 송신전력을 증가 또는 감소시켜 수신측 블루투스 디바이스측으로 데이터를 전송하는 제4과정에 의해 달성된다.

Description

블루투스 시스템의 적응적인 전력 제어 방법 및 장치{ADAPTIVE POWER CONTROL METHOD AND APPARATUS FOR BLUETOOTH SYSTEM}

도 1은 종래의 블루투스 시스템에서 RSSI 측정시 두 개의 문턱전압을 나타낸 설명도.

도 2는 종래의 블루투스 시스템에서 LMP 명령을 이용한 전력제어 설명도.

도 3은 본 발명에 의한 블루투스 시스템의 적응적인 전력 제어 장치의 블록도.

도 4는 도 3에서 메모리의 구조를 나타낸 설명도.

도 5는 스텝크기 제어부의 스텝크기 결정 과정을 나타낸 신호 흐름도.

도 6a는 수신측 블루투스 디바이스에서 적응적인 전력제어 과정을 나타낸 신호 흐름도.

도 6b는 송신측 블루투스 디바이스에서 적응적인 전력제어 과정을 나타낸 신호 흐름도.

***도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명***

110 : 송신측 블루투스 디바이스 111,121 : 베이스밴드/고주파 모듈

112,123 : 링크매니저 122 : 전력세기 측정부

124 : 메모리 125 : 스텝크기 제어부

본 발명은 블루투스 시스템에서 송출 전력을 적응적으로 제어하는 기술에 관한 것으로, 특히 신호 감쇄로 인한 비트오류 증가, 재전송 등과 같은 오버헤드가 발생되는 것을 방지할 수 있도록 한 블루투스 시스템의 적응적인 전력 제어 방법 및 장치에 관한 것이다.

종래 블루투스 시스템의 전력 제어기술에 있어서는 표준문서(v1.1)에서 나타난 바와 같이 두 블루투스 디바이스가 통신할 때 수신된 전송신호의 세기를 기준으로 상대방의 전송신호를 증가 또는 감소시키는 전력 제어방식이 사용되고 있었다.

즉, 도 1에서와 같이 수신측 블루투스 디바이스에서는 RSSI 측정을 통해 수신된 신호의 세기가 상,하위 문턱값(Th_Upper, Th_Lower)에서 벗어나게 되면 송신측 블루투스 디바이스에 송신전력을 증가시키거나 감소시키라는 요청신호를 전송하게 된다. 상기 요청신호는 도 2와 같이 LMP(LMP: Link Manager Protocol)를 통해 이루어지며, 이때, 전력제어 요청신호를 수신받은 송신측에서는 일정한 스텝 크기로 송신전력을 증가시키거나 감소시키게 된다.

무선채널 환경은 유선채널 환경과 달리 디바이스의 이동성에 따른 페이딩(fading)이나 음영(shadowing) 효과에 의한 신호 감쇄 등이 나타날 수 있다. 이러한 환경에서 기존의 전력제어 방식은 신호감쇄 상태를 빨리 극복하지 못하고, 심호감쇄로 인한 비트 오류 증가, 재전송과 같은 오버헤드를 초래하게 되는 문제점이 있었다. 또한, 신호의 세기가 불필요하게 큰 경우 전송신호의 세기를 급속히 저감시키지 못하여 송신측 디바이스의 전력낭비를 초래하게 되는 문제점이 있었다.

따라서, 본 발명의 목적은 신호 감쇄로 인한 비트오류 증가, 재전송 등과 같은 오버헤드가 발생되는 것을 방지할 수 있도록 송신전력을 적응적으로 제어하는 블루투스 시스템의 적응적인 전력 제어 방법 및 장치를 제공함에 있다.

본 발명의 제1특징에 따르면, 수신측의 블루투스 디바이스는 RSSI 측정부, 과거의 전력제어 LMP(LMP: Link Manager Protocol) 명령을 기억하고 있는 메모리와 이들을 기반으로 현재의 전력제어 스텝의 크기를 결정하는 제어부로 구성된다.

본 발명의 제2특징에 따르면, 상기 제어부로부터 결정된 스텝크기의 정보는 LMP 명령의 콘텐츠(1 byte) 부분에 기록되며, 이는 그 정보를 담고 있는 현재의 LMP_incr_power_req 혹은 LMP_decr_power_req 명령에 의해 송신측 블루투스 디바이스의 링크매니저(LM: Link Manager)로 전송된다.

본 발명의 제3특징에 따르면, 송신측의 블루투스 디바이스는 상기 LMP 명령을 수신하면 수신받은 콘텐츠 부분으로부터 추출된 스텝 크기로 송신전력을 증가 또는 감소시켜 전송한다.

본 발명의 제4특징에 따르면, 적응적인 전력제어 방법은 전력제어를 수행하는 모든 블루투스 무선 링크에 적용되며, 블루투스 디바이스의 3가지 파워 클래스 모두에 적용된다.

본 발명의 제5특징에 따르면, 여러 개의 슬레이브가 하나의 마스터에 연결되어 피코넷을 형성하고 있는 경우 적응적인 전력제어 알고리즘은 각각의 슬레이브에 대해 독립적으로 적용된다.

본 발명의 제6특징에 따르면, 적응적인 전력제어 스텝에 의한 송신전력이 송신측 디바이스의 송신최대전력을 초과하거나 송신최소전력 이하일 경우에는 LMP_max_power 또는 LMP_min_power 명령을 수신측 디바이스에 전송하며, 주어진 송신최대전력 또는 송신최소전력으로 통신한다.

본 발명에 의한 블루투스 시스템의 적응적인 전력 제어 방법은, 현재 무선 링크가 전력제어를 수행하는 링크인지 확인하고, 블루투스 디바이스가 전력제어를 지원하는지 확인하는 제1과정과; 송신측 블루투스 디바이스와 데이터 통신을 시작한 후 수신된 신호의 전력을 측정하고, 그 측정 결과를 LMP 명령을 통하여 과거에 송신측으로 전송하였던 스텝크기와 비교하여 그 비교 결과에 따라 스텝크기를 결정하는 제2과정과; 상기 결정된 스텝크기를 포함하고 있는 LMP 명령을 송신측으로 전송하는 제3과정과; 송신측 블루투스 디바이스가 수신된 LMP 명령으로부터 스텝크기를 추출하고, 그 추출된 스텝크기에 따라 송신전력을 증가 또는 감소시켜 수신측 블루투스 디바이스측으로 데이터를 전송하는 제4과정으로 이루어진다.

도 3은 본 발명에 의한 블루투스 시스템의 적응적인 전력 제어 장치의 블록도로서 이에 도시한 바와 같이, 수신측 블루투스 디바이스(120)와 무선 통신을 위한 베이스밴드/고주파(RF) 모듈(111)과; 수신측 블루투스 디바이스(120)로부터 전송된 전력제어 LMP 명령을 수신하여 호스트 측으로 전달하고, 수신측 블루투스 디 바이스(120)에 전송하고자 하는 LMP 명령을 상기 베이스밴드/고주파 모듈(111)에 전달하는 링크매니저(112)를 포함하여 송신측 블루투스 디바이스(110)를 구성하고, 상기 송신측 블루투스 디바이스(110)와 무선 통신을 위한 베이스밴드/고주파 모듈(121)과; 송신측 블루투스 디바이스(110)로부터 송출된 후 베이스밴드/고주파 모듈(121)을 통해 수신된 신호의 전력을 측정하여 RSSI 값을 출력하는 전력세기 측정부(122)와; 스텝크기 제어부(125)에서 출력되는 스텝크기 정보를 상기 베이스밴드/고주파 모듈(121)에 전달하기 위한 링크매니저(123)와; 과거의 전력제어 LMP 명령을 기억하고 있는 메모리(124)와; 상기 RSSI, 과거의 전력제어 LMP 명령을 근거로 현재의 전력제어 스텝크기를 결정하는 스텝크기 제어부(125)로 수신측 블루투스 디바이스(120)를 구성한 것으로, 이와 같이 구성한 본 발명의 작용을 첨부한 도 4 내지 도 6을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

수신측 블루투스 디바이스(120)에는 전력세기 측정부(122)와 과거의 전력제어 LMP 명령을 기억하고 있는 메모리(124)와 이들을 기반으로 현재의 전력제어 스텝크기를 결정하는 스텝크기 제어부(125)가 구비되어 있다.

상기 전력세기 측정부(122)는 베이스밴드/고주파 모듈(121)로부터 수신된 신호의 전력을 측정하여 그에 따른 전력세기 측정값(RSSI: Received Signal Strength Indecation)을 스텝크기 제어부(125)에 전달한다. 상기 RSSI 값은 과거의 전력제어 LMP 명령과 함께 현재의 전력제어 스텝크기를 결정하는데 사용된다.

과거에 전송했던 전력제어 LMP 명령을 기억하고 있는 상기 메모리(124)는 현재 시점을 기준으로 바로 이전의 전송명령(A)과 그 이전의 전송명령(B)의 스텝크기 가 증가 또는 감소하였는지의 여부와 그에 따르는 해당 스텝크기(A_V),(B_V)를 기억하게 된다.

상기 메모리(124)는 도 4에서와 같이 1 byte 용량의 2개의 버퍼(201),(202)로 구현이 가능하다. 상기 버퍼(202)는 바로 전에 전송한 명령의 스텝크기 정보가 저장되어 있고, 버퍼(201)에는 그보다 이전에 전송한 명령의 스텝크기가 저장되어 있다. 각 버퍼(201),(202)의 최상위비트(MSB)는 플래그로서 1이면 증가를, 0이면 감소를 나타낸다.

현재의 전송명령과 스텝크기가 결정되어 송신측 링크매니저(112)에 전송되면 상기 버퍼(201)에 저장되어 있던 정보는 지워지고 상기 버퍼(202)에 저장되어 있던 정보가 그 버퍼(201)로 이동되어 저장되며, 현재 막 전송된 LMP 명령의 정보(증감, 스텝크기)가 버퍼(202)에 저장된다.

상기 스텝크기 제어부(125)는 상기 버퍼(201),(202)에 저장된 정보를 읽어 현재의 스텝크기를 결정한다. 현재 상기 RSSI를 체크해 본 결과 수신전력의 세기가 하위 문턱값(Th_Lower)보다 낮은 것으로 판명되어 송신전력을 증가시킬 필요가 있는 경우의 송신전력 제어과정을 도 5를 참조하여 설명하면 다음과 같다.

상기 버퍼(201),(202)에 저장된 정보를 읽어본 결과 상기 전송명령 B와 A가 모두 증가 명령이고, 스텝크기 A_V가 스텝크기 B_V보다 더 큰 경우에는 무선 채널의 상태가 좋지 않아 전력증가의 스텝크기가 증가하고 있는 상태이므로 보다 빨리 채널을 추종할 수 있도록 전송명령(A)의 스텝크기(A_V)보다 더 큰 스텝크기를 현재의 스텝크기로 결정하여 링크매니저(123)에 LMP_incr_power_req로 전송한다.(SA1- SA5)

또한, 상기 전송명령 B와 A가 모두 증가명령이고, 스텝크기 B_V가 스텝크기 A_V보다 더 큰 경우에는 신호 감쇄가 어느 정도 극복되고 있다는 것을 의미하는 것이므로 스텝크기 A_V를 스텝크기로 결정하여 상기 링크매니저(123)에 LMP_incr_power_req로 전송한다.(SA7,SA8)

또한, 상기 전송명령 B와 A가 모두 증가명령이고, 스텝크기 A_V, B_V가 서로 같은 경우에는 한 단계 더 높은 스텝크기로 전력증가를 위한 스텝크기로 결정하여 상기 링크매니저(123)에 LMP_incr_power_req로 전송한다.(SA9-SA10)

그러나, 증가, 감소 전송명령이 섞여있는 경우에는 기본적인 스텝크기로 결정하여 기본적인 스텝크기로 송신전력을 증가시킨다.(SA11-SA12)

상기와 반대로, 현재 상기 RSSI를 체크해 본 결과 수신전력의 세기가 상위 문턱값(Th_Upper)보다 높은 것으로 판명되어 송신전력을 감소시킬 필요가 있는 경우의 송신전력 제어과정을 설명하면 다음과 같다.

상기 전송명령 B와 A가 모두 감소명령이고, 스텝크기 A_V의 절대치가 스텝크기 B_V의 절대치보다 더 큰 경우에는 채널 환경에 비하여 송신전력이 너무 큰 상황이므로 송신전력을 보다 빨리 감소시키기 위해 스텝크기 A_V보다 더 큰 스텝크기를 스텝크기로 결정한다. 그러나, 상기 스텝크기 A_V의 절대치가 스텝크기 B_V의 절대치보다 더 작은 경우에는 송신전력이 채널 환경보다 좋은 상황에서 정상 상태를 향해 진행되고 있는 상황이므로 스텝크기 A_V를 전력감소 스텝크기로 결정한다. 또한, 상기 전송명령 B와 A가 모두 감소명령이고, 스텝크기 A_V, B_V가 서로 같은 경우에는 한 단계 더 높은 스텝크기를 전력감소를 위한 스텝크기로 결정한다. 또한, 증가, 감소명령이 섞여있는 경우에는 기본적인 스텝크기로 결정하여 기본적인 스텝크기로 송신전력을 감소시킨다.

한편, 송신측 블루투스 디바이스(110)에서는 상기 수신측 블루투스 디바이스(120)로부터 전송된 전력제어 LMP 명령을 수신하여 내부의 링크매니저(112)에 전달한다.

상기 수신된 LMP 명령의 콘텐츠 부분에서 스텝크기를 추출하여 베이스밴드/고주파 모듈(111)에 전달하면, 여기서 송신전력을 해당 스텝크기 만큼 증가 또는 감소시켜 수신측 블루투스 디바이스(120)측으로 전송하게 된다.

이때, LMP 명령이 LMP_incr_power_req 이면 콘텐츠 부분에서 지시하고 있는 스텝크기 만큼 더 증가시켜 전송하고, LMP_decr_power_req 이면 콘텐츠 부분에서 지시하고 있는 스텝크기 만큼 감소시켜 전송한다.

물론, 상기 LMP_incr_power_req의 콘텐츠 부분에서 지시하고 있는 스텝크기 만큼 더 증가시킨 송신전력이 송신측 블루투스 디바이스(110)에서 설정된 최대송신전력을 초과하는 경우에는, 그 사실을 알리기 위해 LMP_max_power 명령을 수신측 블루투스 디바이스(120)의 링크매니저(123)측으로 전송하고, 허용된 최대송신전력으로 데이터를 전송한다.

이와 마찬가지로, 상기 LMP_decr_power_req의 콘텐츠 부분에서 지시하고 있는 스텝크기 만큼 더 감소시킨 송신전력이 송신측 블루투스 디바이스(110)에서 설정된 최소송신전력 미만일 경우에는, 그 사실을 알리기 위해 LMP_min_power 명령을 상기 링크매니저(123)측으로 전송하고, 허용된 최소송신전력으로 데이터를 전송한다.

한편, 상기 수신측 블루투스 디바이스(120)의 적응적인 송신전력 제어과정을 도 6a를 참조하여 설명하면 다음과 같다.

먼저, 현재 무선 링크가 전력제어를 수행하는 링크인지 확인한 후 LMP_features_req 전송 결과를 근거로 하여 블루투스 디바이스가 전력제어를 지원하는지 확인한다.(SB1,SB2)

이후, 과거 LMP 명령의 스텝크기를 일정한 값으로 설정하기 위하여, 과거에 전송했던 전력제어 LMP 명령을 저장하고 있는 메모리(124)를 초기화시킨 후 송신측 블루투스 디바이스(110)와 데이터 통신을 시작한다.

상기 전력세기 측정부(122)는 베이스밴드/고주파 모듈(121)로부터 수신된 신호의 전력을 측정하여 RSSI를 상기 스텝크기 제어부(125)에 전달하고, 그 스텝크기 제어부(125)는 상기 메모리(124)로부터 과거의 LMP 명령으로 전송되었던 스텝크기를 읽어내어 입력받은 측정 결과치와 비교하고, 그 비교 결과에 따라 현재의 스텝크기를 결정하게 된다.(SB3,SB4)

상기 결정된 스텝크기 정보는 상기 LMP_incr_power_req 또는 LMP_decr_power_req의 콘텐츠에 실어서 송신측 블루투스 디바이스(110)에 전송하고, 상기의 설명에서와 같이 버퍼(202)에 저장되어 있던 이전의 스텝크기 정보를 버퍼(201)에 저장하고, 그 버퍼(201)에는 현재의 스텝크기 정보를 저장한다.(SB5,SB6)

이후, 통신이 완료되었는지 확인하여 완료되지 않았으면 상기 과정(SB3-SB6)을 반복 수행하고 완료되었으면 종료 처리한다.(SB7)

상기 제2스텝(SB2)에서의 확인 결과 블루투스 디바이스가 전력제어를 지원하지 않는 것으로 판명되면, 상기와 같은 전력제어 기능을 수행하지 않고 데이터 전송을 수행한 후 종료 처리하게 된다.(SB8-SB10)

한편, 송신측 블루투스 디바이스(110)에서의 적응적인 송신전력 제어과정을 도 6b를 참조하여 설명하면 다음과 같다.

먼저, 현재 무선 링크가 전력제어를 수행하는 링크인지 확인한 후 LMP_features_req 전송 결과를 근거로 하여 블루투스 디바이스가 전력제어를 지원하는지 확인한다.(SC1,SC2)

이후, 수신된 LMP 명령(LMP_incr_power_req 또는 LMP_decr_power_req)으로부터 스텝크기를 추출하고, 그 추출된 스텝크기에 따라 송신전력을 증가 또는 감소시켜 데이터를 전송한다.(SC3-SC7)

이때, 추출된 스텝크기가 송신측 블루투스 디바이스(110)에 설정된 최대 또는 최소송신전력의 범위를 벗어나는 경우에는 수신측 블루투스 디바이스(120)에 LMP_max_power 또는 LMP_min_power 명령을 전송한 후 허용된 최대 또는 최소 송신전력으로 데이터를 전송한다.

이상에서 상세히 설명한 바와 같이 본 발명은 블루투스 시스템에서 전력제어 LMP 명령을 사용하여 전력제어의 스텝크기를 적응적으로 변화시켜 가면서 송신전력 을 제어할 수 있게 함으로써, 페이딩이나 음영과 같은 무선 채널의 환경을 신속하게 극복하여 통신할 수 있는 효과가 있다. 따라서, 신호 감쇄로 인한 비트 오류, 재전송 등과 같은 오버헤드를 줄일 수 있게 되고, 신호의 세기가 불필요하게 큰 경우 송신측의 신호전력을 신속하게 줄일 수 있어 전력이 낭비되는 것을 방지할 수 있는 효과가 있다.

Claims (5)

1. 무선 링크가 전력제어를 수행하는 링크인지 확인하고, 블루투스 디바이스가 전력제어를 지원하는지 확인하는 제1과정과; 송신측 블루투스 디바이스와 데이터 통신을 시작한 후 수신된 신호의 전력을 측정하고, 그 측정 결과를 LMP 명령을 통하여 과거에 송신측으로 전송하였던 스텝크기와 비교하여 그 비교 결과에 따라 스텝크기를 결정하는 제2과정과; 상기 결정된 스텝크기를 포함하고 있는 LMP 명령을 송신측으로 전송하는 제3과정과; 송신측 블루투스 디바이스가 수신된 LMP 명령으로부터 스텝크기를 추출하고, 그 추출된 스텝크기에 따라 송신전력을 증가 또는 감소시켜 수신측 블루투스 디바이스측으로 데이터를 전송하는 제4과정으로 이루어진 것을 특징으로 하는 블루투스 시스템의 적응적인 전력 제어 방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 제2과정에서 스텝크기의 결정과정은 이전 스텝의 전송명령(B)과 그 이전 스텝의 전송명령(A)이 모두 증가 명령이고, 스텝크기(A_V)가 스텝크기(B_V)보다 더 큰 경우 전송명령(A)의 스텝크기(A_V)보다 더 큰 스텝크기를 앞으로의 스텝크기로 결정하는 제1단계와; 상기 전송명령(B),(A)이 모두 증가명령이고, 스텝크기(B_V)가 스텝크기(A_V)보다 더 큰 경우 스텝크기(A_V)를 앞으로의 스텝크기로 결정하는 제2단계와; 상기 전송명령(B),(A)이 모두 증가명령이고, 스텝크기(A_V),(B_V)가 서로 같은 경우에는 한 단계 더 높은 스텝크기를 앞으로의 스텝크기로 결정하는 제3단계와; 증가, 감소 전송명령이 섞여있는 경우에는 기본적인 스텝크기로 결정하여 기본적인 스텝크기로 송신전력을 증가시키는 제4단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 블루투스 시스템의 적응적인 전력 제어 방법.
3. 제1항에 있어서, 상기 스텝크기 정보는 LMP_incr_power_req 또는 LMP_decr_power_req의 콘텐츠에 실어서 송신측 블루투스 디바이스에 전송하는 것을 특징으로 하는 블루투스 시스템의 적응적인 전력 제어 방법.
4. 베이스밴드/고주파 모듈을 통해 수신된 신호의 전력 세기를 측정하여 그에 따른 측정값을 출력하는 전력세기 측정부와; 과거의 전력제어 LMP 명령을 기억하고 있는 메모리와; 상기 전력세기 측정값, 과거의 전력제어 LMP 명령을 근거로 현재의 전력제어 스텝크기를 결정하여 상기 베이스밴드/고주파 모듈측으로 출력하는 스텝크기 제어부로 수신측 블루투스 디바이스를 구성한 것을 특징으로 하는 블루투스 시스템의 적응적인 전력 제어 장치.
5. 제4항에 있어서, 상기 메모리는 이전에 전송한 명령의 스텝크기가 제2 버퍼에 저장되고, 그 이전에 전송한 명령의 스텝크기는 제2 버퍼에 저장되며, 상기 제1, 제2 버퍼의 최상위비트(MSB)는 전력의 증감을 나타내는 플래그로 사용되도록 구성된 것을 특징으로 하는 블루투스 시스템의 적응적인 전력 제어 장치.

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