KR100876554B1 - 무선 통신을 이용한 다중 접속 시스템 및 방법 - Google Patents

무선 통신을 이용한 다중 접속 시스템 및 방법 Download PDF

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KR100876554B1 KR1020060124180A KR20060124180A KR100876554B1 KR 100876554 B1 KR100876554 B1 KR 100876554B1 KR 1020060124180 A KR1020060124180 A KR 1020060124180A KR 20060124180 A KR20060124180 A KR 20060124180A KR 100876554 B1 KR100876554 B1 KR 100876554B1
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Abstract

무선 통신을 이용하는 다중 접속 시스템 및 방법이 개시된다. 이 다중 접속 시스템은 적어도 하나 이상의 단말 장치; 및 기설정된 주파수 대역에서 적어도 접속 가능한 상기 단말 장치의 최대 개수와 같은 안테나를 통하여 상기 단말 장치가 접속하기 위하여 전송하는 데이터를 전달받고, 사용중인 다중입력 다중출력(MIMO) 기법으로 각각의 안테나 채널에 접속된 단말장치의 개수 및 종류 정보와 미리 예측된 채널 행렬을 토대로 신호값을 각각 산출하고, 상기 산출된 각 신호값에서 각 단말장치별 신호를 분리하여 송수신하는 제어장치를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 기설정된 주파수 대역(예컨대, 60GHz)을 이용하는 고속 통신 시스템에서, 하나의 제어 장치에 여러 단말 장치가 무선으로 연결되어 고속 데이터 전송을 할 때에, 같은 채널 혹은 주파수 대역을 사용함에도 불구하고, 접속 시간을 분할하여 쓰는 방식 등과 같이 데이터 전송 속도의 저하 없이 모든 단말 장치가 하나의 제어 장치에 접속하여 통신을 할 수 있게 되어 모든 단말 장치가 고속으로 하나의 제어 장치와 통신할 수 있는 효과가 있다.

Description

무선 통신을 이용한 다중 접속 시스템 및 방법{ Multiple access method and system using wireless communication }
도 1은 본 발명에 의한 무선 통신을 이용한 다중 접속 시스템의 일 실시예를 구성도로 도시한 것이다.
도 2는 본 발명에 의한 무선 통신을 이용한 다중 접속 시스템의 일 실시예를 구성도로 도시한 것이다.
도 3은 본 발명에 의한 무선 통신을 이용한 다중 접속 시스템의 일 실시예를 구성도로 도시한 것이다.
도 4는 본 발명에 의한 무선 통신을 이용한 다중 접속 방법의 일실시예를 흐름도로 도시한 것이다.
본 발명은 무선 통신을 이용하는 다중 접속 시스템 및 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 하나의 제어 장치에 여러 단말 장치가 동일한 채널 혹은 기설정된 주파수 대역(예컨대, 60GHz)을 이용하여 무선으로 연결되어 고속 데이터 전송을 할 때에, 데이터 전송 속도의 저하 없이 모든 단말 장치가 하나의 제어 장치에 접속하여 통신을 할 수 있는 기법에 관한 것이다.
종래에는, 일반적으로 하나의 제어 장치에 여러 단말 장치가 무선으로 연결되는 경우에는, 서로 다른 채널로 각각 다른 단말 장치가 연결되어 전체 통신 속도는 일정하지만 각 단말이 하나의 제어 장치와 통신하는 통신 속도는 단말의 개수에 반비례하여 감소하기 때문에, 단말의 입장에서는 고속 무선 통신이라고 하기에는 다소 무리가 있다.
본 발명의 목적은 무선 통신을 이용하는 다중 접속 시스템 및 방법에 있어서 하나의 제어 장치에 여러 단말 장치가 동일한 채널 혹은 주파수 대역을 이용하여 무선으로 연결되어 고속 데이터 전송을 할 때에, 데이터 전송 속도의 저하 없이 모든 단말 장치가 하나의 제어 장치에 접속하여 통신을 할 수 있게 하는 것이다.
상기의 기술적 과제를 이루기 위한 본 발명에 의한 기설정된 주파수 대역을 이용하는 무선통신을 이용한 제어장치는 기설정된 주파수 대역에서 접속 가능한 적어도 하나 이상의 단말 장치의 최대 개수와 같은 안테나부와, 상기 안테나부를 통하여 상기 단말 장치가 접속하기 위하여 전송하는 데이터를 전달받고, 사용중인 다중입력 다중출력(MIMO) 기법으로 각각의 안테나 채널에 접속된 단말장치의 개수 및 종류 정보와 미리 예측된 채널 행렬을 토대로 신호값을 각각 산출하고, 상기 산출된 각 신호값에서 각 단말장치별　 신호를 분리하여 송수신하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는 상기 제어부는, 상기 단말 장치가 자신의 정보를 담고 있는 데이터를 경쟁 구간을 포함한 임의의 시간 동안 계속 전송하는 경우에 경쟁 구간 동안 상기 데이터를 수신하고, 접속하려고 하는 상기 단말 장치를 확인하여 상기 데이터와 접속되어 있는 단말장치의 데이터를 기초로 총 단말 장치의 개수 및 종류를 확인하고, 이를 통해 각 단말 장치별 신호를 분리하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는 상기 경쟁 구간은 상기 제어장치가 자신과 접속하려고 하는 상기 단말 장치의 존재를 확인하는데 사용되는 일정시간인 것을 특징으로 한다.
바람직하게는 상기 접속되어 있는 단말 장치는 제어 장치와 단말 장치가 데이터를 주고 받는데 사용되는 일정 시간인 데이터 전송 구간 동안에만 상기 전송 장치와 데이터를 송 수신하는 것을 특징으로 한다.
삭제
상기의 기술적 과제를 이루기 위한 본 발명에 의한 주파수 대역을 이용하는 단말의 다중 접속방법은 (a) 제어장치가 기설정된 주파수 대역을 이용하여 상기 제어장치에 접속하는 단말 장치의 정보를 담고 있는 데이터를 송신하는 적어도 하나 이상의 단말 장치로부터 신호를 확인하는 단계와,(b) 상기 제어장치가 적어도 접속 가능한 단말 장치의 최대 개수와 같은 안테나를 이용하여 상기 (a) 단계에서 송신받은 신호와 이미 연결되어 있는 단말 장치의 정보를 이용하여 제어장치와 연결되어 있는 전체 단말 장치의 개수 및 종류를 확인하는 단계와, (c) 상기 (b)단계의 확인 결과를 기초로 사용중인 다중입력 다중출력(MIMO) 기법으로 각각의 안테나 채널에 접속된 단말장치의 개수 및 종류 정보와 미리 예측된 채널 행렬을 토대로 신호값을 산출하고, 상기 산출된 신호값에서 각 단말장치별 신호를 분리하는 단계와,
(d) 상기 (c) 단계에서 상기 MIMO 기법으로 상기 단말장치가 상기 제어장치와 데이터를 송 수신하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는 (a)단계는 상기 제어장치가 경쟁구간 동안에 상기 단말 장치의 데이터를 수신하여 자신과 접속하려고 하는 단말장치가 존재함을 확인하고 상기 경쟁구간은 상기 제어장치가 자신과 접속하려고 하는 상기 단말장치가 존재함을 확인하는데 사용되는 일정 시간인 것을 특징으로 한다.
바람직하게는 상기 제어 장치에 연결된 단말 장치는 경쟁 구간 동안은 데이터를 전송하지 않고, 상기 제어 장치와 단말 장치가 데이터를 주고 받는데 사용되는 일정 시간인 데이터 전송 구간 동안에만 상기 제어 장치와 데이터를 송수신하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는 상기 기재된 방법을 실행시킬 수 있는 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체인 것을 특징으로 한다.
이하, 본 발명에 의한 무선 통신을 이용하는 다중 접속 시스템 및 방법을 첨부된 도면을 참조하여 다음과 같이 설명한다.
도 1은 본 발명에 의한 무선 통신을 이용하는 다중 접속 시스템의 일실시예를 구성도로 도시한 것이다. 제어 장치(100)에 제 1 단말 장치(101)가 무선으로 연결되어 있고, 제 2 단말장치(102)가 동일한 제어 장치(100)와 추가적으로 무선으로 연결되려고 하는 상황에서의 다중 접속 시스템의 구성도를 도시한 것이다.
이미 제어 장치(100)와 연결된 제1 단말 장치(101)는 제어 장치(100)와 경쟁 구간동안은 데이터를 전송하지 않고, 데이터 전송 구간에서만 데이터를 전송한다. 경쟁 구간은 그 구간에 제어 장치(100)가 데이터를 감지하는 경우, 자신과 추가적으로 접속하려고 하는 단말 장치(102)가 존재함을 확인하는 데에 사용되는 일정 시간이다. 데이터 전송구간은 제어 장치(100)와 단말 장치(101)가 실제 데이터를 주고 받는데 사용되는 일정 시간이다. 추가적으로 제어 장치에 연결되려고 하는 단말 장치(102)는 자신의 정보를 담고 있는 데이터를 경쟁 구간을 포함한 임의의 시간 동안 계속 전송하고, 제어 장치(100)는 경쟁 구간 동안 이 데이터를 수신하여 추가적으로 자신과 접속하려고 하는 단말 장치가 존재함을 확인하게 된다. 이 과정을 거치면서 제어 장치는 자신과 연결되어 있는 단말 장치의 수 및 종류를 알게 되고 각 단말 장치로부터 서로 다른 데이터를 단말 장치의 수 이상의 개수의 수신 안테나를 이용하여 수신하게 된다.
도 2는 본 발명에 의한 무선 통신을 이용하는 다중 접속 시스템의 일 실시예를 구성도로 도시한 것이다. 하나의 제어 장치(200)에 2개 이상의 단말 장치(201,202)가 무선으로 연결되어 있는 상황에서 2개 이상의 단말 장치(201,202)가 각각 서로 다른 데이터를 하나의 제어 장치에 전송하는 경우의 다중 접속 시스템의 구성도를 도시한 것이다,
모든 송신 수신 안테나가 방향성 안테나이고, 기설정된 주파수 대역(예컨대, 60GHz)의 신호가 직진성이 좋다고 하더라도 제어 장치(200)의 수신 안테나들이 가깝게 붙어있기 때문에 수신 안테나의 방향 또는 다중 안테나를 이용한 빔 성형으로 충분히 서로 다른 신호를 구분해 낼 수 없게 된다. 이 경우, 수신 단에 해당하는 제어 장치는 단말 장치의 개수보다 같거나 많은 수신 안테나를 이용하여, Zero-Forcing(ZF), Minimum Mean-Squared Error(MMSE), V-BLAST 그리고 Maximum Likelihood(ML) 등의 다양한 다중입력 다중출력(Multiple Input Multiple Output:MIMO) 기법을 적용해서 각각의 신호를 데이터 전송률의 저하 없이 분리해 낼 수 있다.
예를 들어, N개의 단말 장치가 하나의 제어 장치에 연결되어 있고, 제어 장치는 M개의 안테나를 가지는 경우(M>N), n번째 단말 장치가 제어장치로 전송하고자 하는 신호를 xn 이라고 하고, 제어 장치의 M번째 안테나가 수신하는 신호를 ym이라고 하면, 제어 장치의 제어부에서 각 단말 장치의 신호를 ZF 또는 MMSE 기법을 이용해 분리해내는 식은 다음과 같다.
먼저, 제어 장치가 수신하는 신호는 수학식 1로 표현될 수 있다.
Figure 112006090908253-pat00001
여기서, H는 N 개의 단말 장치로부터 M 개의 제어 장치 안테나로의 채널을 표현하는 M x N 행렬이고, n 은 제어 장치의 안테나에서 타는 잡음을 표현하는 M x 1 행렬이다.
제어 장치가 채널 행렬을 예측하여 알고 있는 경우, 수신된 신호 행렬에
곱할 가중치 행렬을 구하는 식은 수학식 2와 같이 표현된다.
Figure 112006090908253-pat00002
Figure 112006090908253-pat00003
위에서 구한 가중치 행렬을 수신된 신호에 곱하면 수학식 3 과 같이 표현된다.
삭제
Figure 112008054511996-pat00010
이때, n 은 제어 장치의 안테나에서 타는 잡음을 표현하는 M x 1 행렬로서, Wn은 잡음에 가중치 행렬 W가 곱해진 것이다. 위의 식에서 W=[w1 w2 .... wN]T라고 표현하면, n 번째 단말 장치가 제어장치로 전송한 신호 xn은 수학식 4와 같이 구해진다.
Figure 112008054511996-pat00011
위의 식에서 CN 은 단말 장치에서 전송되는 데이터가 가질 수 있는 값의 집합으로서, s는 그 원소 중 한 값을 나타내며, Wn은 W를 구성하는 벡터 중 n번째 벡터를 나타낸다. 이와 유사한 방식으로, V-BLAST, ML 등의 기법을 포함한 모든 MIMO 기법이 사용될 수 있다.
도 3은 본 발명에 의한 무선 통신을 이용하는 다중 접속 시스템의 일 실시예를 구성도로 도시한 것이다. 하나의 제어 장치(300)에 2개 이상의 단말 장치(301,302)가 무선으로 연결되어 있는 상황에서 하나의 제어 장치가 각 단말 장치에 상응하는 서로 다른 데이터를 각 단말 장치에 전송하는 경우의 다중 접속 시스템의 구성도를 도시한 것이다.
이 경우는, 각 단말 장치들이(301,302) 충분히 떨어져 있어서 서로에게 오는 데이터가 상호 간섭을 일으키지 않아야 한다. 예를 들어, 60GHz 신호의 특성상 직진성이 좋고 반사가 많지 않으므로, 방향성 안테나를 이용하여 각 안테나가 자신에 해당하는 단말 장치를 향하도록 하여 서로 다른 데이터를 서로 다른 안테나를 통해 독립적으로 서로 다른 단말 장치로 거의 간섭 없이 병렬로 보낼 수 있게 된다. 이때에도 도 2의 경우와 마찬가지로 제어 장치는 데이터 전송률의 저하 없이 많은 단말 장치에 데이터를 전송할 수 있게 된다.
도 4는 본 발명에 의한 무선 통신을 이용하는 다중 접속 방법의 일실시예를 흐름도로 도시한 것이다. 상기와 같이 구성되는 본 발명은 다음과 같은 순서로 동작하게 된다. 먼저 제어 장치는 경쟁 구간 동안 주변의 기설정된 주파수 대역을 이용하여 무선으로 통신하는 단말 장치로부터 수신되는 신호가 있는지 확인한다(401단계). 이때, 제어 장치의 통신 범위 내에 있는 단말 장치는, 제어 장치에 연결되기 위해 자신의 정보를 담고 있는 데이터를 경쟁 구간을 포함한 임의의 시간 동안 계속 전송하고, 제어 장치는 경쟁 구간 동안 이 데이터를 수신하여 자신과 접속하려고 하는 단말 장치가 존재하는지 여부를 판단한다(402단계). 만약 402단계에서 제어 장치가 자신과 접속하려고 하는 새로운 단말 장치를 인식하면 상기 단말 장치와 이미 자신과 연결되어 있는 전체 단말 장치의 개수 및 종류를 확인하여 단말 장치의 개수 및 종류를 나타내는 데이터를 업데이트한다(403단계). 그리고, 상기 업데이트된 데이터를 기초로 송신 및 수신 알고리즘으로 갱신한다(404단계). 즉, 단말 장치가 추가로 제어 장치에 접속하였기 때문에 종래의 송신 및 수신 알고리즘을 업데이트하여 변경된 단말 장치의 개수 및 추가된 단말 장치의 종류에 대한 정보를 기초로 송신 및 수신 알고리즘을 갱신하는 것으로서, 사용중인 MIMO 기법을 이용하여 송수신 알고리즘을 갱신한다. 전송 방식을 갱신한 후에 각 단말 장치와 동시에 데이터를 송신 및 수신하게 된다. 이미 제어 장치와 연결된 단말 장치는 경쟁 구간 동안은 데이터를 전송하지 않고, 데이터 전송 구간에서만 데이터를 전송한다.
만약, 402단계에서 제어 장치가 자신과 접속하려고 하는 새로운 단말 장치를 인식하지 못하면 현재의 송, 수신 알고리즘에 따라 제어 장치에 접속된 단말 장치와 데이터를 송 수신한다(405단계).
이 후에도, 제어 장치는 경쟁 구간 동안 주변에 자신과 접속되지 않은 단말 장치로부터 수신되는 신호가 있는지 확인한다.
한편, 상술한 본 발명의 실시예들은 컴퓨터에서 실행될 수 있는 프로그램으로 작성가능하고, 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체를 이용하여 상기 프로그램을 동작시키는 범용 디지털 컴퓨터에서 구현될 수 있다. 상기 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체는 예컨대 롬, 플로피 디스크, 하드디스크 등과 같은 마그네틱 저장매체, 예컨데 씨디롬, 디브이디 등과 같은 광학적 판독매체, 및 예컨데 인터넷을 통한 전송과 같은 캐리어 웨이브와 같은 저장매체를 포함한다.
이러한 본원 발명인 방법 및 장치는 이해를 돕기 위하여 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상적 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의해 정해져야 할 것이다.
본 발명에 따르면, 기설정된 주파수 대역을 이용하는 고속 통신 시스템에서, 하나의 제어 장치에 여러 단말 장치가 무선으로 연결되어 고속 데이터 전송을 할 때에, 같은 채널 혹은 주파수 대역을 사용함에도 불구하고, 접속 시간을 분할하여 쓰는 방식 등과 같이 데이터 전송 속도의 저하 없이 모든 단말 장치가 하나의 제어 장치에 접속하여 통신을 할 수 있게 되어 모든 단말 장치가 고속으로 하나의 제어 장치와 통신할 수 있는 효과가 있다.

Claims (11)

  1. 무선통신을 이용한 제어장치에 있어서,
    기설정된 주파수 대역에서 접속 가능한 적어도 하나 이상의 단말 장치의 최대 개수와 같은 안테나부와,
    상기 안테나부를 통하여 상기 단말 장치가 접속하기 위하여 전송하는 데이터를 전달받고, 사용중인 다중입력 다중출력(MIMO) 기법으로 각각의 안테나 채널에 접속된 단말장치의 개수 및 종류 정보와 미리 예측된 채널 행렬을 토대로 신호값을 각각 산출하고, 상기 산출된 각 신호값에서 각 단말장치별　신호를 분리하여 송수신하는 제어부
    를 포함하는 무선통신을 이용한 제어장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 단말 장치가 자신의 정보를 담고 있는 데이터를 경쟁 구간을 포함한 임의의 시간 동안 계속 전송하는 경우에 경쟁 구간 동안 상기 데이터를 수신하고,
    접속하려고 하는 상기 단말 장치를 확인하여 상기 데이터와 접속되어 있는 단말장치의 데이터를 기초로 총 단말 장치의 개수 및 종류를 확인하고, 이를 통해 각 단말 장치별 신호를 분리하는 것을 특징으로 하는 무선통신을 이용한 제어장치.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 경쟁구간은,
    상기 제어부가 자신과 접속하려고 하는 상기 단말 장치의 존재를 확인하는데 사용되는 일정시간인 것을 특징으로 하는 무선통신을 이용한 제어장치.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 접속되어 있는 단말 장치는 제어 장치와 단말 장치가 데이터를 주고 받는데 사용되는 일정 시간인 데이터 전송 구간 동안에만 상기 제어 장치와 데이터를 송 수신하는 것을 특징으로 하는 무선통신을 이용한 제어장치.
  5. 삭제
  6. (a) 제어장치가 기설정된 주파수 대역을 이용하여 상기 제어장치에 접속하는 단말 장치의 정보를 담고 있는 데이터를 송신하는 적어도 하나 이상의 단말 장치로부터 신호를 확인하는 단계와,
    (b) 상기 제어장치가 적어도 접속 가능한 단말 장치의 최대 개수와 같은 안테나를 이용하여 상기 (a) 단계에서 송신받은 신호와 이미 연결되어 있는 단말 장치의 정보를 이용하여 제어장치와 연결되어 있는 전체 단말 장치의 개수 및 종류를 확인하는 단계와,
    (c) 상기 (b)단계의 확인 결과를 기초로 사용중인 다중입력 다중출력(MIMO) 기법으로 각각의 안테나 채널에 접속된 단말장치의 개수 및 종류 정보와 미리 예측된 채널 행렬을 토대로 신호값을 산출하고, 상기 산출된 신호값에서 각 단말장치별 신호를 분리하는 단계와,
    (d) 상기 (c) 단계에서 상기 MIMO 기법으로 상기 단말장치가 상기 제어장치와 데이터를 송 수신하는 단계
    를 포함하는 무선통신을 이용한 다중 접속 방법.
  7. 제 6항에 있어서,
    (a)단계는 상기 제어장치가 경쟁구간 동안에 상기 단말 장치의 데이터를 수신하여 자신과 접속하려고 하는 단말장치가 존재함을 확인하고 상기 경쟁구간은 상기 제어장치가 자신과 접속하려고 하는 상기 단말장치가 존재함을 확인하는데 사용되는 일정 시간인 것을 특징으로 하는 무선통신을 이용한 다중 접속 방법.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 제어 장치에 연결된 단말 장치는 경쟁 구간 동안은 데이터를 전송하지 않고, 상기 제어 장치와 단말 장치가 데이터를 주고 받는데 사용되는 일정 시간인 데이터 전송 구간 동안에만 상기 제어 장치와 데이터를 송수신하는 것을 특징으로 하는 무선통신을 이용한 다중 접속방법.
  9. 삭제
  10. 제 1항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 사용중인 MIMO 기법으로 접속된 단말 장치 각각의 신호를 분리하기 위하여, N개의 단말 장치로부터 M개의 제어 장치 안테나로의 채널을 나타내는 M x N 행렬과,　상기 안테나에서의 잡음을 나타내는 M x 1 행렬을 더하고,
    채널 행렬을 예측하여 알고 있는 경우, 각 행렬에 가중치 행렬을 곱하여 각 안테나가 수신하는 신호값을 각각 산출하며,
    상기 산출된 각 신호값에서 각 단말장치에서 전송되는 데이터가 가질 수 있는 값의 집합을 감산한 후, 제곱한 값이 최소가 되는 변수값을 산출하는
    것을 특징으로 하는 무선통신을 이용한 제어장치.
  11. 제 6항에 있어서,
    상기 사용중인 MIMO 기법으로 접속된 단말 장치 각각의 신호를 분리하는 단계는,
    N개의 단말 장치로부터 M개의 제어 장치 안테나로의 채널을 나타내는 M x N 행렬과,　제어 장치의 안테나에서의 잡음을 나타내는 M x 1 행렬을 더하는 단계와,
    상기 제어장치가 채널 행렬을 예측하여 알고 있는 경우, 각 행렬에 가중치 행렬을 곱하여 각 안테나가 수신하는 신호값을 각각 산출하는 단계와,
    상기 산출된 각 신호값에서 각 단말장치에서 전송되는 데이터가 가질 수 있는 값의 집합을 감산한 후, 제곱한 값이 최소가 되는 변수값을 산출하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 무선통신을 이용한 다중 접속 방법.
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