KR100996302B1 - 시역전 기법을 이용한 다중 센서 노드 환경에서의 통신 방법 - Google Patents

시역전 기법을 이용한 다중 센서 노드 환경에서의 통신 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR100996302B1
KR100996302B1 KR1020100048141A KR20100048141A KR100996302B1 KR 100996302 B1 KR100996302 B1 KR 100996302B1 KR 1020100048141 A KR1020100048141 A KR 1020100048141A KR 20100048141 A KR20100048141 A KR 20100048141A KR 100996302 B1 KR100996302 B1 KR 100996302B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
sensor node
node
signal
sensor
equation
Prior art date
Application number
KR1020100048141A
Other languages
English (en)
Inventor
정재학
조정일
서종필
안재진
Original Assignee
인하대학교 산학협력단
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 인하대학교 산학협력단 filed Critical 인하대학교 산학협력단
Priority to KR1020100048141A priority Critical patent/KR100996302B1/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR100996302B1 publication Critical patent/KR100996302B1/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04W—WIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
    • H04W84/00—Network topologies
    • H04W84/18—Self-organising networks, e.g. ad-hoc networks or sensor networks
    • H04W84/20—Master-slave selection or change arrangements
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B11/00—Transmission systems employing sonic, ultrasonic or infrasonic waves

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Measurement Of Velocity Or Position Using Acoustic Or Ultrasonic Waves (AREA)

Abstract

본 발명은 시역전 기법을 이용한 다중 센서 노드 환경에서의 통신 방법에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 (1) 중앙 노드가 각 센서 노드로부터 서로 다른 직교 신호를 전송받는 단계, (2) 상기 단계 (1)에서 전송받은 서로 다른 직교 신호를 이용하여 각 센서 노드의 신호를 구분하는 단계, (3) 상기 단계 (2)에서 구분된 신호를 바탕으로 채널 정보를 획득하여 상기 채널 정보에 시역전 기법을 적용하는 단계, 및 (4) 동일한 시간 및 주파수 자원을 활용하여 각 센서 노드에 서로 다른 신호를 전송하는 단계를 포함하는 것을 그 구성상의 특징으로 한다.
본 발명에서 제안하고 있는 시역전 기법을 이용한 다중 센서 노드 환경에서의 통신 방법에 따르면, 다중 센서 노드가 존재하는 환경에서 중앙 노드에 시역전 기법을 적용하여 각 센서 노드에 영향을 주는 간섭신호의 크기를 감소시켜 신호 대 간섭 및 잡음 비를 최적화함으로써 향상된 시스템 용량을 얻을 수 있다.

Description

시역전 기법을 이용한 다중 센서 노드 환경에서의 통신 방법{AN ANALYSIS METHOD OF MULTIPLE-SENSOR NODE UNDERWATER COMMUNICATIONS USING TIME REVERSAL TRANSMISSION METHOD}
본 발명은 다중 센서 노드 환경에서의 통신 방법에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 시역전 기법을 이용한 다중 센서 노드 환경에서의 통신 방법에 관한 것이다.
음파를 사용하여 정보를 교환하는 수중 통신은, 긴 전파지연 등 다양한 수중 환경 특성에 따라 무선 통신 변수 설정에 어려움이 있고, 전송 신호의 대역폭이 제한되어 있기 때문에 통신 용량의 증가에 많은 어려움이 있다.
수중 환경에서 중앙 노드(BN, base-station node)와 다중 센서 노드(SN, sensor node)가 존재하는 중앙 집중적 통신 방식에서, 다중 센서 노드를 이용한 통신방법은 각 센서 노드에 미치는 간섭신호를 최소화하기 위해서 주파수 및 시간자원을 각 센서 노드에 할당하여 통신을 한다. 이 방법의 문제점은, 같은 주파수 및 시간자원을 활용하여 다중 센서 노드에 서로 다른 정보를 동시에 전송할 수 없기 때문에, 센서 노드 수가 증가하면 전체 시스템 합 용량의 증가를 기대할 수 없다는 것이다. 그리고 수중에서 신호 전달의 통달 시간이 상대적으로 길기 때문에, 센서 노드 간의 신호 전달 길이가 늘어날수록 지연시간이 더욱 커지게 되어 중앙 노드에서 전송한 신호를 수신하기 위한 센서 노드의 복잡도는 더욱 증가하게 된다.
이와 같은 문제를 해결하기 위해 다중센서 노드에 간섭 없이 효율적으로 정보를 전송하기 위해 송신단 빔 형성(beamforming) 기법이 사용될 수 있다. 그러나 이 방식은 센서 노드가 중앙 노드에 법선 방향으로 일렬로 배치된 경우에 상호 간섭이 발생하고 모든 센서 노드의 채널 정보를 중앙 노드가 알고 있어야 하는 문제가 있다.
본 발명은 기존에 제안된 방법들의 상기와 같은 문제점들을 해결하기 위해 제안된 것으로서, 다중 센서 노드가 존재하는 환경에서 중앙 노드에 시역전 기법을 적용하여 각 센서 노드에 영향을 주는 간섭신호의 크기를 감소시켜 신호 대 간섭 및 잡음 비를 최적화함으로써 향상된 시스템 용량을 얻을 수 있는, 시역전 기법을 이용한 다중 센서 노드 환경에서의 통신 방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 따른 시역전 기법을 이용한 다중 센서 노드 환경에서의 통신 방법은,
(1) 중앙 노드가 각 센서 노드로부터 서로 다른 직교 신호를 전송받는 단계;
(2) 상기 단계 (1)에서 전송받은 서로 다른 직교 신호를 이용하여 각 센서 노드의 신호를 구분하는 단계;
(3) 상기 단계 (2)에서 구분된 신호를 바탕으로 채널 정보를 획득하여 상기 채널 정보에 시역전 기법을 적용하는 단계; 및
(4) 동일한 시간 및 주파수 자원을 활용하여 각 센서 노드에 서로 다른 신호를 전송하는 단계를 포함하는 것을 그 구성상의 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 단계 (2)는,
상기 단계 (1)에서 전송받은 서로 다른 직교 신호를 이용하여 각 센서 노드의 신호를 구분하는 단계; 및
상기 각 센서 노드의 거리에 따라 시간 오프셋을 연산하는 단계를 포함하고,
상기 연산된 시간 오프셋을 각 센서 노드에 전송하여 이후 각 센서 노드에서 전송한 신호가 중앙 노드에서 동시에 수신되도록 할 수 있다.
바람직하게는, 상기 단계 (3)은,
아래 수학식 a를 이용하여 채널정보를 획득하는 단계; 및
상기 채널정보에 시역전 기법을 적용하여 아래 수학식 b와 같은 시역전 행렬을 생성하는 단계를 포함할 수 있다.
<수학식 a>
Figure 112010033004814-pat00001
<수학식 b>
Figure 112010033004814-pat00002

바람직하게는, 상기 단계 (4)에서,
동일한 시간 및 주파수 자원을 이용하여 각 센서 노드에 전송한 서로 다른 신호는 아래 수학식과 같을 수 있다.
Figure 112010033004814-pat00003
본 발명에서 제안하고 있는 시역전 기법을 이용한 다중 센서 노드 환경에서의 통신 방법에 따르면, 다중 센서 노드가 존재하는 환경에서 중앙 노드에 시역전 기법을 적용하여 각 센서 노드에 영향을 주는 간섭신호의 크기를 감소시켜 신호 대 간섭 및 잡음 비를 최적화함으로써 향상된 시스템 용량을 얻을 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 시역전 기법을 이용한 다중 센서 노드 환경에서의 통신 방법의 흐름도.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 시역전 기법을 이용한 다중 센서 노드 환경에서의 통신 방법의 시역전 기법에 대한 개념을 도시한 도면.
도 3은 다중 센서 노드가 존재하는 일반적인 수중 통신 환경을 도시한 도면.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 시역전 기법을 이용한 다중 센서 노드 환경에서의 통신방법에서 센서 노드의 거리에 따른 시간 오프셋 연산 후 각 센서 노드에 재전송하여 이후 중앙 노드에서 동시에 신호를 수신하기위한 방법을 도시한 도면.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 시역전 기법을 이용한 다중 센서 노드 환경에서의 통신방법에서 하향 링크환경에서 시역전 기법을 이용하여 다중 센서 노드에 전송되는 신호의 흐름을 도시한 도면.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 시역전 기법을 이용한 다중 센서 노드 환경에서의 통신방법에서 중앙 노드의 트랜스듀서 수와 전체 센서 노드 수를 변화시킴으로써 얻을 수 있는 시스템 합 용량을 도시한 도면.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있도록 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 다만, 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 유사한 기능 및 작용을 하는 부분에 대해서는 도면 전체에 걸쳐 동일한 부호를 사용한다.
덧붙여, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 ‘연결’ 되어 있다고 할 때, 이는 ‘직접적으로 연결’ 되어 있는 경우뿐만 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 ‘간접적으로 연결’ 되어 있는 경우도 포함한다. 또한, 어떤 구성요소를 ‘포함’ 한다는 것은, 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있다는 것을 의미한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 시역전 기법을 이용한 다중 센서 노드 환경에서의 통신 방법의 흐름도이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명 일실시예에 따른 시역전 기법을 이용한 다중 센서 노드 환경에서의 통신 방법은, 중앙 노드가 각 센서 노드로부터 서로 다른 직교 신호를 전송받는 단계(S100), 전송받은 신호를 이용하여 각 센서 노드의 신호를 구분하는 단계(S200), 구분된 신호를 바탕으로 채널정보를 획득하여 시역전 기법을 적용하는 단계(S300), 및 동일한 시간 및 주파수 자원을 이용하여 각 센서 노드에 서로 다른 신호를 전송하는 단계(S400)를 포함한다.
단계 S100에서는, 중앙 노드가 각 센서 노드로부터 서로 다른 직교 신호를 전송받는다.
단계 S200에서는, 단계 S100에서 전송받은 서로 다른 직교 신호를 이용하여 각 센서 노드의 신호를 구분한다. 단계 S200은, 단계 S100에서 전송받은 서로 다른 직교 신호를 이용하여 각 센서 노드의 신호를 구분하는 단계 및 각 센서 노드의 거리에 따라 시간 오프셋을 연산하는 단계를 포함하고, 연산된 시간 오프셋을 각 센서 노드에 전송하여 이후 각 센서 노드에서 전송한 신호가 중앙 노드에서 동시에 수신되도록 한다. 단계 S200의 세부적인 과정에 대해서는 추후 도 4를 참조하여 상세히 설명하도록 한다.
단계 S300에서는, 단계 S200에서 구분된 신호를 바탕으로 채널 정보를 획득하여 상기 채널 정보에 시역전 기법을 적용한다. 채널 정보 획득 및 시역전 기법의 적용은 행렬을 이용하여 이루어지는데, 이 과정에 대해서는 추후 도 5를 참조하여 상세히 설명하도록 한다.
단계 S400에서는, 동일한 시간 및 주파수 자원을 활용하여 각 센서 노드에 서로 다른 신호를 전송한다. 단계 S400에서 본 발명의 일실시예에 따른 통신 방법을 이용하여 동시에 다중 센서 노드에 각각 다른 데이터를 전송하게 된다. 본 발명의 일실시예에 따른 통신 방법을 이용하면, 중앙 노드의 트랜스듀서 수와 전체 센서 노드 수를 증가시킴으로써 더욱 향상된 시스템 합 용량을 얻을 수 있다.
이하에서는, 본 발명에서 제안하고 있는 시역전 기법을 이용한 다중 센서 노드 환경에서의 통신 방법에 대하여, 수학식 및 도 2 내지 도 6을 이용하여 더욱 상세하게 설명하기로 한다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 시역전 기법을 이용한 다중 센서 노드 환경에서의 통신 방법의 시역전 기법에 대한 개념을 도시한 도면이다. 시역전 기법은 음향 수중 환경 통신 분야에서 연구가 많이 진행되고 있다. 이 기법은 에너지의 집속 특성과 다중경로에 의해 발생하는 인접 심벌 간의 간섭 크기를 감소하는 특징을 가지고 있어서 송신 트랜스듀서가 간단한 신호 처리에 의해 채널 정보를 알고 보내는 것과 같은 효과를 얻는다.
도 2에서는 하나의 센서 노드와 k개의 트랜스듀서를 갖는 중앙 노드가 존재하는 환경에서의 시역전 방법의 개념을 도시하였다. 센서 노드에서 알려진 신호 x(t)를 전송할 때 중앙 노드의 k번째 트랜스듀서에서 수신되는 신호는 다음 수학식1과 같다.
Figure 112010033004814-pat00004
여기서, * 표시는 컨볼루션 연산을 의미하고, gk(t)는 채널 임펄스 응답을 나타낸다.
만약 각 트랜스듀서에 도달하는 다중경로(multipath)의 수가 P개 일 때, 채널 임펄스 응답은 다음 수학식 2와 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112010033004814-pat00005
시역전 기법은 k개의 트랜스듀서에서 수신된 탐침 신호의 공액 복소값(conjugate complex value)을 시역전한 값 yk *(-t)을 각각의 중앙 노드 트랜스듀서에서 센서 노드로 재전송한다. 이후 센서 노드에서 수신되는 신호 z(t)는 다음 수학식 3과 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112010033004814-pat00006
상기 수학식 3을 주파수 영역에서의 표현으로 정리하면, 다음 수학식 4와 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112010033004814-pat00007
상기 수학식 4에서 수신된 신호 Z(w)는 센서 노드에서 전송한 탐침 신호 X(w)와 채널 이득 성분
Figure 112010033004814-pat00008
으로 이루어져 있음을 확인할 수 있다. 여기서 채널 이득 성분
Figure 112010033004814-pat00009
은 각각의 다중경로 이득의 합이므로 다중 트랜스듀서를 사용함으로써 얻어지는 에너지 집속 효과가 생기고, 중앙 노드의 트랜스듀서로부터 재전송된 신호는 채널의 응답 특성을 모르고 있더라도 채널 정보를 알고 신호를 보내는 것과 같은 효과를 얻을 수 있다. 또한 중앙 노드의 트랜스듀서 개수가 증가할수록 다중경로 이득의 합이 증가하기 때문에, 특정 위치에서 에너지 집속 효과가 커지고 다른 위치에 미치는 간섭 신호 세기는 감소된다.
그러나 위의 결과는 중앙 노드 트랜스듀서 간의 상호 상관관계가 없는 경우에 성립하므로, 이하에서는 수중 환경에서 상호 거리에 따른 채널들에 대한 상관관계를 알아본다.
수중 환경에서 음파의 속도를 약 1500m/s라 하고 전송 주파수를 약 3.5㎑라고 할 경우, 음파의 파장 λ값은
Figure 112010033004814-pat00010
이다. 일반적인 수중 환경에서 점과 점(point-to-point)사이의 길이 dk의 차이가 λ/2보다 커질 경우 두 점과 점 사이의 링크는 서로 비상관관계(uncorrelated)에 있다고 할 수 있다. 그러므로 다중 트랜스듀서를 갖는 중앙 노드의 각각의 트랜스듀서는 서로 비상관관계를 가지고 있다고 가정할 수 있다.
시역전 기법을 다중 센서 노드 시스템에 적용할 경우 중앙 노드와 다중 센서 노드 간의 상관관계는 전체 시스템 합 용량에 영향을 준다. 앞의 결과와 같이 각 수중 센서 노드 간의 간격이 일정거리 이상이면 각 센서 노드들도 서로 비상관관계를 가지고 있다고 가정할 수 있으므로 상관관계에 의해 채널 용량은 감소되지 않는다.
도 3은 다중 센서 노드가 존재하는 일반적인 수중 통신 환경을 도시한 도면이고, 도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 시역전 기법을 이용한 다중 센서 노드 환경에서의 통신방법에서 센서 노드의 거리에 따른 시간 오프셋 연산 후 각 센서 노드에 재전송하여 이후 중앙 노드에서 동시에 신호를 수신하기 위한 방법을 나타낸 도면이다. 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 시역전 기법을 이용한 다중 센서 노드 환경에서는, 하나의 중앙 노드와 K개의 센서 노드가 존재한다고 가정하였다. 또한, 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명에서 제안하고 있는 통신 방법을 간략히 설명하기 위하여, 중앙 노드는 M개의 트랜스듀서를 갖고 센서 노드는 각각 단일 트랜스듀서를 가졌으며 센서 노드가 2개만 존재할 경우의 통신방법에 대한 설명을 하도록 한다.
먼저, 시간 t=0에서 중앙 노드는 탐침음원을 센서 노드(SN) 1, 2에 전송한다. 이때, 각 센서 노드는 시간지연 없이 곧바로 중앙 노드에 신호를 재전송한다고 가정한다. 도 4에 도시된 바와 같이, 상대적으로 거리가 가까운 센서 노드 1-중앙 노드 링크를 통한 신호전송이 센서 노드 2-중앙 노드 링크를 통한 신호 전송보다 빨리 이루어진다. 각각의 센서 노드에서 전송된 신호가 중앙 노드에 도착하는데 t1만큼의 시간 지연이 발생하기 때문에, 이후에 각 센서 노드에서 전송된 신호를 검출하는데 있어서 중앙 노드의 복잡도가 증가하게 된다.
중앙 노드에서 음파를 가장 먼저 수신한 신호를 기준으로 중앙 노드에서 동일한 시간에 센서 노드의 신호를 수신하기 위해 서로 다른 위치에 존재하는 센서 노드의 거리를 고려하여 시간 오프셋(time offset) t1을 연산한다.
중앙 노드에서 각 센서 노드에 시간 오프셋을 전송하고 각 센서 노드는 수신된 정보를 이용하여 중앙 노드에 신호를 전송할 때 시간 오프셋만큼의 시간지연을 하여 전송한다.
각 센서 노드에서는 서로 다른 직교코드를 전송하고 중앙 노드에서는 동일한 시간에 각 센서 노드에서 보내지는 신호를 수신할 수 있다. 중앙 노드에서는 직교코드를 이용하여 각 센서 노드에서 전송한 탐침 신호를 구분할 수 있게 된다.
중앙 노드는 각 센서 노드에서 수신한 채널 정보를 시역전하여 동시에 다중 센서 노드에 각각 다른 데이터를 전송한다. 이러한 방법은 센서 노드의 수가 증가할 경우도 적용 가능하다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 시역전 기법을 이용한 다중 센서 노드 환경에서의 통신방법에서 하향 링크환경에서 시역전 기법을 이용하여 다중 센서 노드에 전송되는 신호의 흐름을 나타낸 도면이다. 중앙 노드는 M개의 다중 트랜스듀서를 갖고 다중 SNk(k=1,, K)는 각각 단일 트랜스듀서를 갖는다고 가정한다. 또한 중앙 노드의 m번째 트랜스듀서와 SNk 사이의 채널임펄스 응답을 hm ,k로 정의한다. 채널 임펄스 응답 벡터를 이용하여 센서 노드-중앙 노드 상향 링크에서의 전체 채널 행렬 Huplink을 구하면 다음 수학식 5와 같다.
Figure 112010033004814-pat00011
상기 수학식 5에서의 시역전 기술을 이용하여 얻은 시역전 행렬 W를 다음 수학식 6과 같이 구한다.
Figure 112010033004814-pat00012
중앙 노드-센서 노드 하향 링크에서의 채널 행렬 Hdownlink는 채널의 상반성(reciprocity)으로부터 Huplink을 이용하여 다음 수학식 7과 같이 얻을 수 있다.
Figure 112010033004814-pat00013
중앙 노드에서 각 K개의 센서 노드로 전송하는 신호는 Z(t)=[z1(t)zK(t)]T로 나타내고, 이 벡터와 W, Hdownlink을 이용하여 각 센서 노드(SNk)에서 수신한 신호는 다음 수학식 8과 같이 구할 수 있다.
Figure 112010033004814-pat00014
여기서, N(t)은 각 센서 노드에서 분산 값 σk 2를 갖고, CN(0,σk 2) 분포를 갖는 백색 가우시안 잡음을 나타낸다.
상기 수학식 8을 주파수 영역에서의 식으로 정리하면 다음 수학식 9와 같다.
Figure 112010033004814-pat00015
상기 수학식 9에서, 행렬 G는 K×K차원을 가지며, 이 행렬의 대각성분
Figure 112010033004814-pat00016
이 각 센서 노드에 적용되는 채널 이득을 나타낸다. 채널 이득 행렬의 대각성분 이외의 성분들은 각 센서 노드에 영향을 미치는 간섭 신호들의 채널 이득을 나타낸다. 위의 식에서 행렬 G의 각 성분 gi ,j을 이용하여 신호 대 간섭 및 잡음 비를 정리하면 다음 수학식 10과 같다.
Figure 112010033004814-pat00017
상기 수학식 10에서, 중앙 노드의 트랜스듀서의 개수를 증가시킴으로서 각 센서 노드에 적용되는 에너지 집속 효과가 증가하고 간섭 신호
Figure 112010033004814-pat00018
들의 채널 이득은 감소하여 SINR이 향상된다.
본 발명에서 제안하고 있는 방법의 효과를 확인하기 위하여 합 용량을 구해보기로 한다. 상기 수학식 10을 이용하여, K개의 센서 노드를 가지는 전체 시스템의 합 용량(sum capacity)은 다음 수학식 11과 같이 구할 수 있다.
Figure 112010033004814-pat00019
상기 수학식 11에서, B는 시스템에 할당된 주파수 대역폭(bandwidth)을 나타내며, 시스템 합 용량은 각 중앙 노드-센서 노드 링크들의 용량의 합으로서 나타낸다. 결과적으로, 중앙 노드의 트랜스듀서 개수 M이 증가할수록 SINR이 향상되며 시스템 합 용량이 증가되고 기존의 다중 접속방식보다 높은 합 용량을 얻을 수 있다.
실험결과
단일 트랜스듀서를 갖는 다중 센서 노드가 존재하고 다중 트랜스듀서를 가진 중앙 노드가 존재하는 수중음향채널에서 제안된 시역전 방법을 사용했을 때 시스템 용량의 변화를 알아보았다. 모의실험 환경은 도 3과 같이 중앙 노드의 트랜스듀서의 수가 4, 8개, 센서 노드의 수 K가 20, 30일 경우에 대해 설정하였다. 채널 모델은 음선 이론 기반의 BELLHOP 채널 모델을 적용하여 얻은 채널 임펄스 응답을 사용하였고 전송신호의 중심주파수 7㎑로 설정하였다. 간섭이 없는 이상적인 경우, 본 발명의 일실시예에 따른 시역전 기법을 이용한 다중 센서 노드 환경에서의 통신방법, 및 기존의 직교주파수 분할 다중 접속 방법(OFDMA, orthogonal frequency division multiple access)에서의 합 용량을 비교하였다.
기존의 OFDMA 접속방법에서의 시스템 합 용량은 다음 수학식 12와 같다.
Figure 112010033004814-pat00020
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 시역전 기법을 이용한 다중 센서 노드 환경에서의 통신방법에서 중앙 노드의 트랜스듀서 수와 전체 센서 노드 수를 변화시킴으로써 얻을 수 있는 시스템 합 용량을 도시한 도면이다. 도 6에서는, 센서 노드 수 K=20이고 SINR이 16㏈에서 중앙 노드의 트랜스듀서 개수 M의 변화에 따른 시스템 합 용량을 도시하였다. 이 결과는 트랜스듀서의 개수가 증가할수록 시역전 기법을 적용하여 얻는 채널 이득 성분 값이 증가하고, 이를 통해 향상된 시스템 합 용량을 얻을 수 있음을 나타낸다. M=12일 때 기존의 OFDMA방법에 비해 본 발명에서 제안한 중앙 노드에서 시역전 기법을 적용한 경우의 시스템 합 용량이 약 30bps/㎐가 향상됨을 알 수 있다. 그러나 간섭신호를 제거한 이상적인 방법을 이용했을 경우보다는 약 32bps/㎐ 낮은 합 용량을 갖는다.
이상 설명한 본 발명은 본 발명이 속한 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 다양한 변형이나 응용이 가능하며, 본 발명에 따른 기술적 사상의 범위는 아래의 특허청구범위에 의하여 정해져야 할 것이다.
S100: 중앙 노드가 각 센서 노드로부터 서로 다른 직교 신호를 전송받는 단계
S200: 전송받은 신호를 이용하여 각 센서 노드의 신호를 구분하는 단계
S300: 구분된 신호를 바탕으로 채널정보를 획득하여 시역전 기법을 적용하는 단계
S400: 동일한 시간 및 주파수 자원을 이용하여 각 센서 노드에 서로 다른 신호를 전송하는 단계

Claims (4)

  1. 시역전 기법을 이용한 다중 센서 노드 환경에서의 통신 방법으로서,
    (1) 중앙 노드가 각 센서 노드로부터 서로 다른 직교 신호를 전송받는 단계;
    (2) 상기 단계 (1)에서 전송받은 서로 다른 직교 신호를 이용하여 각 센서 노드의 신호를 구분하는 단계;
    (3) 상기 단계 (2)에서 구분된 신호를 바탕으로 채널 정보를 획득하여 상기 채널 정보에 시역전 기법을 적용하는 단계; 및
    (4) 동일한 시간 및 주파수 자원을 활용하여 각 센서 노드에 서로 다른 신호를 전송하는 단계를 포함하되,
    상기 단계 (2)는,
    상기 단계 (1)에서 전송받은 서로 다른 직교 신호를 이용하여 각 센서 노드의 신호를 구분하는 단계; 및
    상기 각 센서 노드의 거리에 따라 시간 오프셋을 연산하는 단계를 포함하고,
    상기 연산된 시간 오프셋을 각 센서 노드에 전송하여 이후 각 센서 노드에서 전송한 신호가 중앙 노드에서 동시에 수신되도록 하는 것을 특징으로 하는 시역전 기법을 이용한 다중 센서 노드 환경에서의 통신 방법.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서, 상기 단계 (3)은,
    아래 수학식 a를 이용하여 채널정보를 획득하는 단계; 및
    상기 채널정보에 시역전 기법을 적용하여 아래 수학식 b와 같은 시역전 행렬을 생성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 시역전 기법을 이용한 다중 센서 노드 환경에서의 통신 방법.
    <수학식 a>
    Figure 112010064957602-pat00021

    <수학식 b>
    Figure 112010064957602-pat00022

    상기 수학식 a에서, Huplink(t)는 중앙 노드가 M개의 다중 트랜스듀서를 갖고 다중 센서 노드 SNk(k=1, …, K)는 각각 단일 트랜스듀서를 가지며, 중앙 노드의 m번째 트랜스듀서와 SNk 사이의 채널임펄스 응답을 hm,k(t)로 정의할 경우의 센서 노드-중앙 노드 상향 링크에서의 전체 채널 행렬을 나타낸다. 또한, 상기 수학식 b에서, W(t)는 상기 수학식 a에서의 시역전 기술을 이용하여 얻은 시역전 행렬을 나타낸다.
  4. 제3항에 있어서, 상기 단계 (4)에서,
    동일한 시간 및 주파수 자원을 이용하여 각 센서 노드에 전송한 서로 다른 신호는 아래 수학식과 같은 것을 특징으로 하는 시역전 기법을 이용한 다중 센서 노드 환경에서의 통신 방법.
    Figure 112010064957602-pat00023

    상기 수학식에서, Hdownlink(ω), W(ω), Z(ω), N(ω), Y(ω)는 각각 중앙 노드-센서 노드 하향 링크에서의 채널 행렬, 시역전 행렬 W(t), 센서 노드에서 수신되는 신호, 트랜스듀서에서 수신되는 신호, 백색 가우시안 잡음의 주파수 영역 표현을 나타낸다. G는 K×K차원을 가지며, 이 행렬의 대각성분
    Figure 112010064957602-pat00030
    이 각 센서 노드에 적용되는 채널 이득을 나타낸다. 채널 이득 행렬의 대각성분 이외의 성분들은 각 센서 노드에 영향을 미치는 간섭 신호들의 채널 이득을 나타낸다.
KR1020100048141A 2010-05-24 2010-05-24 시역전 기법을 이용한 다중 센서 노드 환경에서의 통신 방법 KR100996302B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020100048141A KR100996302B1 (ko) 2010-05-24 2010-05-24 시역전 기법을 이용한 다중 센서 노드 환경에서의 통신 방법

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020100048141A KR100996302B1 (ko) 2010-05-24 2010-05-24 시역전 기법을 이용한 다중 센서 노드 환경에서의 통신 방법

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR100996302B1 true KR100996302B1 (ko) 2010-11-24

Family

ID=43410062

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020100048141A KR100996302B1 (ko) 2010-05-24 2010-05-24 시역전 기법을 이용한 다중 센서 노드 환경에서의 통신 방법

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR100996302B1 (ko)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20190066363A (ko) * 2017-12-05 2019-06-13 한양대학교 에리카산학협력단 Eq 기법을 이용한 수동 시역전 수중통신 성능 예측 방법

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100919396B1 (ko) 2008-03-19 2009-09-29 인하대학교 산학협력단 중계국 기반의 무선통신환경에서의 시역전 방법을 이용한양방향 부호화 방법

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100919396B1 (ko) 2008-03-19 2009-09-29 인하대학교 산학협력단 중계국 기반의 무선통신환경에서의 시역전 방법을 이용한양방향 부호화 방법

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
‘참조 벡터의 직교화 방법을 이용한 부분공간 간섭 정렬’, 한국통신학회논문지, v.35, no.1A, pp.54-61, 2010년 1월.*

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20190066363A (ko) * 2017-12-05 2019-06-13 한양대학교 에리카산학협력단 Eq 기법을 이용한 수동 시역전 수중통신 성능 예측 방법
KR102033831B1 (ko) * 2017-12-05 2019-11-08 한양대학교 에리카산학협력단 Eq 기법을 이용한 수동 시역전 수중통신 성능 예측 방법

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Wu et al. Towards smart and reconfigurable environment: Intelligent reflecting surface aided wireless network
KR101785953B1 (ko) 무선 통신들에서 채널 추정
EP1189364A1 (en) Radio device
US6687188B2 (en) Underwater telemetry apparatus and method
US6931244B2 (en) Radio equipment capable of real time change of antenna directivity and doppler frequency estimating circuit used for the radio equipment
JP2008541639A (ja) 多入力多出力通信システム
KR101268691B1 (ko) 스마트 안테나 시스템에서 빔 성형에 의해 데이터를수신하는 장치 및 방법
CN1316756C (zh) 用于在无线通信系统中改善信道评估的方法
KR100963333B1 (ko) 다중 안테나를 이용한 빔 형성 방법
Kebkal et al. Solutions for underwater communication and positioning network development
JP2007512763A (ja) 空間統合探索チャネル推定器
ATE340442T1 (de) Parameterschätzung für adaptives antennensystem
JP3935968B2 (ja) 方向推定方法
KR100723085B1 (ko) 무선 통신 방법, 무선 통신 시스템 및 무선 통신 디바이스
KR20130038280A (ko) 다중―이용자 무선 시스템들에서 셀간 간섭을 감소시키기 위한 다중 안테나 방법
JP4087483B2 (ja) 多素子アンテナを備えた基地局による移動局への転送方法
KR100996302B1 (ko) 시역전 기법을 이용한 다중 센서 노드 환경에서의 통신 방법
JP5408966B2 (ja) 受信信号の到着時間（ｔｏａ）を推定するための方法
Ribeiro et al. Stochastic maximum likelihood method for propagation parameter estimation
Rawat et al. Capacity of dual hop underwater acoustic communication using vector sensors
KR100666654B1 (ko) 무선통신 빔 형성 장치 및 그 방법
KR100331866B1 (ko) 이티에스아이 시스템의 적응 빔 형성 방법.
Rawat et al. BER of dual-hop underwater acoustic communication using vector sensors
Anower et al. Mitigating the effect of multipath using cross-correlation: application to underwater network cardinality estimation
Mumtaz et al. Adaptive beamforming for OFDMA using positioning information

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
A302 Request for accelerated examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20130913

Year of fee payment: 4

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20140818

Year of fee payment: 5

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20151001

Year of fee payment: 6

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20160912

Year of fee payment: 7

LAPS Lapse due to unpaid annual fee