KR101092204B1 - 다중반송파 기반 전력선 통신 액세스 네트워크의 자원 할당방법 및 그 장치 - Google Patents

다중반송파 기반 전력선 통신 액세스 네트워크의 자원 할당방법 및 그 장치 Download PDF

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다중반송파 기반 전력선 통신 액세스 네트워크의 자원 할당 방법 및 그 장치가 개시된다. 본 발명의 일 실시예에 다른 자원 할당 장치는 소스 노드, 복수(L)의 릴레이 노드들 및 목적지 노드를 포함하는 다중(N) 반송파 기반 전력선 통신 액세스 네트워크의 자원 할당 장치에 있어서, 상기 노드들간 복수(L+1)의 링크들 각각의 전송 비트 수를 계산하는 전송 비트 수 계산부; 계산된 상기 전송 비트 수를 이용하여 상기 링크들 중 부반송파를 할당받을 링크를 선택하는 링크 선택부; 할당 가능한 부반송파들 중 할당될 부반송파를 선택하는 부반송파 선택부; 및 선택된 상기 부반송파를 선택된 상기 링크에 할당하는 할당부를 포함할 수 있다.
전력선 통신, 액세스 네트워크, 부반송파, 자원 할당

Description

다중반송파 기반 전력선 통신 액세스 네트워크의 자원 할당 방법 및 그 장치{RESOURCE ALLOCATION METHOD FOR POWER LINE COMMUNICATIONS ACCESS NETWORKS BASED ON MULTI-CARRIER AND APPARATUS THEREOF}
본 발명은 다중반송파 기반 전력선 통신 액세스 네트워크의 자원 할당에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 다중반송파를 사용하는 다중반송파 기반의 광대역 전력선 통신 액세스 네트워크에서 채널 용량과 전송 속도를 향상시키고 전송 거리를 증가시킬 수 있는 다중반송파 기반 전력선 통신 액세스 네트워크의 자원 할당 방법 및 그 장치에 관한 것이다.
전력 에너지 전송을 위해 개발된 기존의 전력선에 전력선 통신 기술을 이용하여 전력선 네트워크를 구성하고자 하는 노력이 지속되어 왔으며, 현재 상용화를 앞두고 있는 실정이다.
전력선 네트워크는 고압과 저압, 옥내와 옥외, 저속과 고속으로 구분되고, 각각의 전력선 네트워크에 대한 연구가 세계 각지에서 진행되어 왔으며, 최근 전력선 통신을 이용한 액세스 네트워크에 관한 연구가 미국, 유럽 등에서 활발히 진행되고 있다.
액세스 네트워크는 광통신을 백본(backbone)망으로 이용하고, 고압 지중 또는 가공 배전선로와 저압 전력선을 이용하여 수용가까지 연결하는 방식으로 구성된다. 전력선 통신을 이용한 액세스 네트워크가 구성되면 인터넷 서비스, 원격검침(AMR: automatic meter reading) 서비스 및 부하관리 서비스 등이 가능하게 된다.
전력선은 통신선로의 목적으로 개발되지 않았기 때문에 전력선 통신 채널은 주파수 선택적인 채널이며 다양한 컬러드 잡음(colored noise)이 존재한다. 주파수 선택적인 전력선 통신 채널 환경에서 안정적인 전력선 통신을 이용한 액세스 네트워크를 구축하기 위해서는 이용 가능한 한정된 주파수를 효율적으로 이용하는 자원 할당 기술이 매우 중요하다.
일반적으로, 고속 전력선 통신의 효과적인 전송을 위하여 DMT(Discrete Multi-Tone) 및 OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing) 기술과 같은 다중반송파 전송 방식이 사용되고 있다.
또한, 다중반송파 기반의 전력선 통신 수신기를 가공 또는 지중 전력선을 이용하여 액세스 네트워크를 구축하기 위해서는 보다 많은 전송량을 전송하여야 하는데, 종래에는 주파수 대역을 2개 또는 3개로 나누어서 모뎀을 할당하는 방식을 사용하였다.
하지만, 다중반송파 기반의 전력선 통신 수신기에서는 다중경로 성분과 전력선 통신 잡음에 의해 신호 대 잡음비가 부반송파마다 다르게 측정되기 때문에 종래 기술에 따른 방식으로는 채널 환경에 따라 액세스 네트워크를 위한 높은 전송 속도 를 제공할 수 없는 문제점이 있었다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창안된 본 발명의 실시예에 따른 목적은, 전력선 통신 액세스 네트워크의 채널 용량을 최적화시켜 채널 용량 및 전송 속도를 극대화시킬 수 있는 다중반송파 기반 전력선 통신 액세스 네트워크의 자원 할당 방법 및 그 장치를 제공하는데 있다.
본 발명의 실시예에 따른 다른 목적은, 채널 용량이 최적화되도록 복수의 노드들에 복수의 부반송파를 할당하여 전력선 통신 네트워크의 전송 속도와 전송 거리를 증가시킬 수 있는 다중반송파 기반 전력선 통신 액세스 네트워크의 자원 할당 방법 및 그 장치를 제공하는데 있다.
상기 목적을 달성하기 위한, 본 발명의 한 측면에 따른 자원 할당 방법은 소스 노드, 복수(L)의 릴레이 노드들 및 목적지 노드를 포함하고, 복수(N)의 부반송파들을 포함하는 다중반송파 기반 전력선 통신 액세스 네트워크의 자원 할당 방법에 있어서, 상기 노드들간에 상응하는 복수(L+1)의 링크들 각각의 전송 비트 수를 계산하는 단계; 계산된 상기 전송 비트 수를 이용하여 상기 링크들 중 부반송파를 할당받을 링크를 선택하는 단계; 할당 가능한 부반송파들 중 할당될 부반송파를 선택하는 단계; 및 선택된 상기 부반송파를 선택된 상기 링크에 할당하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 전송 비트 수를 계산하는 단계는 상기 링크들 각각에 할당된 부반송파에 대한 신호 대 잡음비를 이용하여 계산할 수 있고, 상기 신호 대 잡음비는 상기 링크들 및 상기 부반송파들의 전송 채널 정보를 이용하여 계산될 수 있다.
나아가, 상기 전송 비트 수를 계산하는 단계는 상기 링크들 각각에 할당된 부반송파에 대한 파워를 이용하여 계산할 수 있다.,
상기 부반송파를 선택하는 단계는 선택된 상기 링크에 할당 가능한 부반송파들의 전송 비트 수 팩터를 이용하여 상기 부반송파를 선택할 수 있고, 나아가 상기 할당 가능한 부반송파들의 전송 비트 수 팩터 중 최대값을 갖는 전송 비트수 팩터에 해당하는 부반송파를 선택할 수 있다.
상기 링크들에 상기 복수(N)의 부반송파들 모두가 할당되고, 상기 링크들에 할당되는 부반송파는 모두 상이하거나 상기 링크들 각각에 할당되는 적어도 하나 이상의 부반송파는 기 설정된 링크 범위 외에서 중복 할당 가능할 수 있다.
본 발명의 한 측면에 따른 자원 할당 장치는 소스 노드, 복수(L)의 릴레이 노드들 및 목적지 노드를 포함하는 다중(N) 반송파 기반 전력선 통신 액세스 네트워크의 자원 할당 장치에 있어서, 상기 노드들간 복수(L+1)의 링크들 각각의 전송 비트 수를 계산하는 전송 비트 수 계산부; 계산된 상기 전송 비트 수를 이용하여 상기 링크들 중 부반송파를 할당받을 링크를 선택하는 링크 선택부; 할당 가능한 부반송파들 중 할당될 부반송파를 선택하는 부반송파 선택부; 및 선택된 상기 부반송파를 선택된 상기 링크에 할당하는 할당부를 포함할 수 있다.
나아가, 상기 릴레이 노드들 및 상기 목적지 노드로부터 수신된 채널 특성 정보를 이용하여 상기 링크들 및 상기 부반송파들의 신호 대 잡음비를 계산하는 SNR 계산부; 및 상기 SNR 계산부에 의해 계산된 신호 대 잡음비를 이용하여 상기 링크들 및 상기 부반송파들에 대한 전송 비트 수 팩터를 계산하는 팩터 계산부를 더 포함하고, 상기 부반송파 선택부는 상기 링크 선택부에 의해 선택된 링크에 할당 가능한 부반송파들의 전송 비트 수 팩터를 이용하여 상기 부반송파를 선택할 수 있다.
상기 목적 외에 본 발명의 다른 목적 및 특징들은 첨부 도면을 참조한 실시 예에 대한 설명을 통하여 명백히 드러나게 될 것이다.
이하에서는, 본 발명의 일 실시예에 따른 다중반송파 기반 전력선 통신 액세스 네트워크의 자원 할당 방법 및 그 장치를 첨부된 도 1 내지 도 6을 참조하여 상세히 설명한다.
또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
도 1은 본 발명에 따른 다중반송파 기반 전력선 통신 액세스 네트워크의 자원 할당 장치를 설명하기 위한 일 실시예 시스템도이다.
도 1에서 알 수 있듯이, 릴레이 네트워크는 광케이블 또는 초고속 링크로 연결된 백홀 네트워크를 통해 인터넷, 데이터 센터 및 보이스 네트워크 등과 같은 상용망(110)에 연결하여 데이터를 수신하고, 수신된 데이터를 전력선을 통해 수용 가(140)까지 전달한다.
물론, 릴레이 네트워크(130) 및 수용가(140)로 전력선을 통해 인가되는 전력은 전력 공급부(120)에 의해 생성되어 제공되는 전력이다. 이때, 전력 공급부(120)는 전력을 생성하여 공급하는 발전소 등이 될 수가 있다.
여기서, 도 1에 도시된 릴레이 네트워크(130)는 도 2에 도시된 일 예와 같이, 복수의 노드들로 구성되는데, 본 발명의 자원 할당 장치에 해당하는 소스 노드(210), 복수(L)의 릴레이 노드들(220) 및 수용가에 데이터를 전송하는 목적지 노드(230)를 포함할 수 있다.
소스 노드(210)는 다중반송파 즉, 복수(N)의 부반송파들을 본 발명에 따른 자원 할당 방법을 이용하여 채널 용량이 최적화될 수 있도록 릴레이 노드들(220) 각각에 할당한 후 릴레이 네트워크로 입력되는 데이터를 목적지 노드(230)까지 전달한다.
이때, 소스 노드(210)는 복수의 부반송파들 모두를 소스 노드(210)와 릴레이 노드들(220)간 링크들 즉, 소스 노드(210)와 제1 릴레이 노드간 링크(제1 링크) 내지 제L 릴레이 노드와 목적지 노드(230)간 링크(제(L+1) 링크)에 할당하는데, 링크들에 할당되는 부반송파는 1)모두 상이하거나, 2)기 설정된 링크 범위 외에서 중복 할당 가능할 수 있다.
이하, 두 노드들간을 링크라는 용어로 정의하여 설명한다.
예컨대, 상기 1)의 경우 소스 노드(210)는 제1 릴레이 노드에 할당된 부반송파를 나머지 노드들 즉, 소스 노드, 제2 릴레이 노드 내지 제L 릴레이 노드에 할당될 수 없고, 이런 조건이 모든 노드들에 적용된다. 다시 말해, 각 링크에 할당되는 부반송파는 서로 중복되지 않고 상이하다.
상기 2)의 경우 소스 노드(210)는 특정 노드 예를 들어, 제n 릴레이 노드에 할당된 부반송파는 일정 노드 영역까지만 영향을 줄 수 있기 때문에 그 이외의 영역에서는 재할당 할 수 있다. 즉, 부반송파의 영향이 미치는 영역이 해당 노드에서 J만큼의 링크 범위까지 영향을 주는 것으로 가정하면, 제n 릴레이 노드에 할당된 부반송파는 제(n-J) 릴레이 노드 내지 제(n+J) 릴레이 노드까지 재할당 될 수 없고, 그 이외의 노드인 소스 노드(210) 내지 제(n-J-1) 릴레이 노드와 제(n+J+1) 릴레이 노드 내지 제L 릴레이 노드에 재할당 가능하다. 다시 말해, 복수의 부반송파들 모두가 모두 할당되고, 특정 링크에서 할당된 부반송파는 특정 링크를 기준으로 일정 링크 범위 이외에서 부반송파의 중복 할당이 가능하다.
여기서, J는 부반송파의 영향에 의한 노드간의 간섭에 따라 그 값은 달라질 수 있다.
즉, 소스 노드(210)가 소스 노드(210) 및 복수(L)의 릴레이 노드들(220)간에 상응하는 링크들에 복수(N)의 부반송파들을 채널 용량이 최적화되도록 할당함으로써, 소스 노드(210)에서 목적지 노드(230)까지 데이터를 전송하는데 있어서 전송 속도 및 채널 용량을 극대화시킬 수 있다.
그럼, 소스 노드(210)에서 복수의 부반송파들을 할당하여 채널 용량 및 전송 속도를 향상시키고, 전송 거리를 증가시킬 수 있는 본 발명의 일 실시예에 따른 자원 할당 장치에 대해 도 3을 참조하여 설명한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 자원 할당 장치에 대한 구성도로서, 도 2에 도시된 소스 노드(210)에 대한 것이다.
도 3을 참조하면, 소스 노드(210)는 팩터 계산부(310), 부반송파 선택부(320), 신호 대 잡음비(SNR) 계산부(330), 전송 비트 수 계산부(340), 링크 선택부(350) 및 할당부(360)를 포함한다.
SNR 계산부(330)는 릴레이 노드들 및 목적지 노드로부터 수신된 채널 특성 정보를 이용하여 노드들 간의 신호 대 잡음비를 계산한다.
이때, 각 노드 즉, 릴레이 노드들 및 목적지 노드는 이전 노드로부터 전송된 복수의 부반송파들을 포함하는 파일롯 신호를 이용하여 노드간의 전송 채널 정보 즉, 해당 링크의 전송 채널 정보를 획득할 수 있고, SNR 계산부(330)는 릴레이 노드들 및 목적지 노드로부터 획득된 전송 채널 정보가 소스 노드로 수신되면, 수신된 전송 채널 정보를 이용하여 링크들 각각의 신호 대 잡음비를 계산할 수 있다.
SNR 계산부(330)는 아래 <수학식 1>을 이용하여 신호 대 잡음비를 계산할 수 있다.
Figure 112008079368847-pat00001
여기서, gi,k는 i번째 링크 및 k번째 부반송파에 대한 신호 대 잡음비를 말하고, Hi,k는 i번째 링크 및 k번째 부반송파에 대한 전송 채널 정보를 말하고, Ni,k는 i번째 링크 및 k번째 부반송파에 대한 전력선 잡음의 전력 스펙트럼 밀도를 말한다.
전송 비트 수 계산부(340)는 복수(L+1)의 링크들 각각의 전송 비트 수를 계산하는데, SNR 계산부(330)에 의해 계산된 신호 대 잡음비를 이용하여 계산할 수 있고, 더불어 링크에 할당된 부반송파에 적용되는 파워를 이용하여 계산할 수도 있다. 여기서, 부반송파에 적용되는 파워는 전체 파워를 최소화시키는 방식 등을 이용하여 계산될 수 있다.
이때, 전송 비트 수 계산부(340)는 아래 <수학식 2>를 이용하여 링크들 각각의 전송 비트 수를 계산할 수 있다.
Figure 112008079368847-pat00002
여기서, Ri는 i번째 링크의 전송 비트 수를 말하고, Ai는 i번째 링크에 할당된 부반송파 집합을 말하고, Ri,k는 i번째 링크에 할당된 k번째 부반송파의 전송 비트 수를 말하고, pi,k는 i번째 링크에 할당된 k번째 부반송파에 적용되는 파워를 말하고, Γ는 이상적인 전송 방식과 실제 전송 방식의 신호 대 잡음비의 차이를 말하는 것으로 목표 BER(bit error rate)와 적용되는 채널 코드 시스템 성능에 의해 결정되는 값이다.
이때, pi,k는 모든 부반송파에 대해 동일한 파워가 적용될 수도 있고, 부반송파에 따라 상이한 파워가 적용될 수도 있는데, 동일한 파워가 적용되고 전체 네트워크에서 이용할 수 있는 파워가 Ptotal이라 가정하면 pi,k는 Ptotal/N이 될 수 있다. 물론, pi,k는 상황에 따라 Ptotal/N이 아닌 다른 값으로 결정될 수도 있다.
<수학식 2>를 통해 알 수 있듯이, 전송 비트 수 계산부(340)는 i번째 링크에 할당된 부반송파 각각의 전송 비트 수가 더해진 값을 i번째 링크의 전송 비트 수로 계산하는데, 부반송파 각각의 전송 비트 수는 pi,k가 Ptotal/N으로 고정된 값인 경우에는 SNR 계산부(330)에 의해 계산된 신호 대 잡음비에 따라 달라지지만, pi,k가 부반송파에 따라 상이한 값을 갖는 경우에는 신호 대 잡음비 및 pi,k에 따라 달라질 수 있다.
이때, pi,k는 워터 필링(Water-filling) 방식 또는 캡 리미티드(Cap-limited) 방식에 의해 구해질 수 있다.
링크 선택부(350)는 전송 비트 수 계산부(340)에 의해 계산된 링크들 각각의 전송 비트 수를 이용하여 부반송파를 할당할 링크를 선택한다.
이때, 링크 선택부(350)는 전송 비트 수 계산부(340)에 의해 계산된 전송 비트 수 중 최소 값의 전송 비트 수에 해당하는 링크를 선택할 수 있는데, 이는 전송 비트 수가 가장 작은 링크에 할당 가능한 부반송파를 추가 할당함으로써, 전체 네트워크에서의 전송 속도 및 채널 용량을 향상시킬 수 있기 때문이다.
팩터 계산부(310)는 SNR 계산부(330)에 의해 계산된 신호 대 잡음비를 이용하여 링크들 각각에 대한 부반송파들의 전송 비트 수 팩터를 계산한다.
이때, 팩터 계산부(310)는 아래 <수학식 3>을 이용하여 링크들 각각에 대한 부반송파들의 전송 비트 수 팩터를 계산할 수 있다.
Figure 112008079368847-pat00003
여기서, wi,k는 i번째 링크의 k번째 부반송파에 대한 전송 비트 수 팩터를 말하고, 는 최대 파워()가 적용되었을 때 i번째 링크의 k번째 부반송파에서의 전송 비트를 말한다.
부반송파 선택부(320)는 링크 선택부(350)에 의해 선택된 링크에 할당 가능한 부반송파들 중 어느 하나를 선택한다.
이때, 부반송파 선택부(320)는 선택된 링크에 대한 부반송파들의 전송 비트 수 팩터를 이용하여 부반송파를 선택할 수 있는데, 선택된 링크에 할당 가능한 부반송파들의 전송 비트 수 팩터 중 최대값을 갖는 부반송파를 선택할 수 있다.
이는 전송 비트 수 팩터가 작은 값은 전체 시스템 관점에서 보았을 때 시스템 성능 향상이 적다는 것을 의미하고 또한 해당 링크에서의 영향력이 다른 링크에서의 영향력보다 작은 것을 의미한다.
따라서, 부반송파 선택부(320)는 선택된 링크에 할당 가능한 부반송파들 중에서, 전송 비트 수 팩터가 가장 큰 값에 해당하는 부반송파를 선택함으로써, 전체 시스템의 성능, 채널 용량 및 전송 속도를 향상시킬 수 있다.
할당부(360)는 링크 선택부(350)에 의해 선택된 링크에 부반송파 선택부(320)에 의해 선택된 부반송파를 할당한다.
이때, 할당부(360)는 부반송파를 할당한 후 할당된 부반송파를 할당 가능한 부반송파 집합에서 제거할 수 있는데, 할당 가능한 부반송파 집합을 구성하는 방식에 따라 부반송파 집합으로부터 부반송파를 제거하는 방식 또한 달라질 수 있다.
일 예로, 모든 링크에 할당된 부반송파 집합 즉, A1 내지 AL+1 모두가 상이한 부반송파를 갖도록 링크들 각각에 부반송파를 할당할 수 있는데, 이는 모든 링크들에 대해 공통적으로 적용되는 할당 가능한 부반송파 집합을 이용하여 특정 링크에 부반송파가 할당되면 할당된 부반송파를 할당 가능한 부반송파 집합에서 제거함으로써, 할당된 부반송파가 다른 링크에 다시 할당되는 것을 방지할 수 있다.
다른 일 예로, 전송 거리를 보다 더 증가시키기 위하여, 링크간의 간섭을 고려하여 특정 링크에 할당된 부반송파를 다른 링크에 중복 할당할 수 있다. 즉, 할당 가능한 부반송파 집합을 링크들 각각에 대해 독립적으로 설정하고, 선택된 링크에 부반송파가 할당되면 선택된 링크에 할당 가능한 부반송파 집합 및 선택된 링크에 영향을 받는 일정 범위 내 링크들에 할당 가능한 부반송파 집합들에서 할당된 부반송파를 제거함으로써, 선택된 링크로부터 간섭을 받지 않는 다른 링크에서는 기 할당된 부반송파를 다시 할당하여 사용할 수 있도록 할 수 있다.
또한, 할당부(360)는 부반송파가 할당되는 링크에 파워를 더하여 주는데, 더해지는 파워는 부반송파에 따라 상이하게 더해지거나 부반송파와 관계없이 일정 파 워가 더해질 수 있다.
이때, 부반송파에 할당될 전송 비트를 다양한 방식으로 구할 수 있는데, 일 예로 cap-limited 워터 필링 방식으로 구할 수 있다.
여기서, 워터 필링 방식과 cap-limited 워터 필링 방식에 대해 간략히 설명하면, 워터 필링 방식은 SNR 값의 역수를 이용하여 SNR이 큰 값에 많은 파워를 할당하는 방식이고, cap-limited 워터 필링 방식은 할당할 수 있는 최대 파워를 기 설정하고, SNR 값이 큰 경우에도 기 설정된 일정 파워를 할당하는 방식을 말한다.
물론, 소스 노드는 할당 가능한 부반송파 집합에 포함된 부반송파가 모두 할당된 후 해당 정보 예컨대, 노드별 할당되는 부반송파 정보 및 파워 등을 모든 릴레이 노드들에 전달함으로써, 각 노드들은 할당된 부반송파를 이용하여 데이터를 전송하고, 이로 인해 채널 용량 및 전송 속도를 향상시키며, 전송 거리를 증가시킬 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 자원 할당 방법에 대한 동작 흐름도로서, 할당된 부반송파를 중복 할당하지 않는 경우에 대한 동작 흐름도이다.
도 4를 참조하면, 자원 할당 방법은 릴레이 노드들 및 목적지 노드로부터 전송된 전송 채널 정보를 수신한다(S410).
이때, 노드들 각각은 이전 노드로부터 전송된 복수의 부반송파를 포함하는 파일롯 신호를 수신하여 전송 채널 정보를 획득할 수 있다.
전송 채널 정보들이 수신되면, 수신된 전송 채널 정보를 이용하여 링크들 각 각에 대한 부반송파들의 신호 대 잡음비를 계산한다(S420).
여기서, 신호 대 잡음비는 상술한 <수학식 1>에 의해 계산될 수 있다.
신호 대 잡음비가 계산되면, 링크들 각각에 할당된 부반송파에 대한 신호 대 잡음비를 이용하여 링크들 각각의 전송 비트 수를 계산한다(S430).
이때, 전송 비트 수는 상술한 <수학식 2>를 이용하여 계산할 수 있다.
계산된 링크들에 대한 전송 비트 수를 이용하여 할당 가능한 부반송파들 중 어느 하나를 할당받을 링크를 선택한다(S440).
이때, 링크들에 대한 전송 비트 수들 중 최소값을 갖는 링크를 선택하는 것이 바람직하다.
물론, 링크들 각각에 할당된 부반송파가 없는 경우에는 링크들의 전송 비트 수가 모두 최소값을 갖기 때문에 일정 순서 또는 규칙에 따라 링크를 선택할 수 있다. 즉, 계산된 전송 비트 수에서 동일한 최소값이 적어도 두 개 이상 존재하는 경우 순서가 빠른 링크를 선택하거나 일정 방식에 따라 링크를 선택할 수 있다.
링크가 선택되면, 선택된 링크에 할당될 부반송파를 선택한다(S450).
이때, 할당될 부반송파는 할당 가능한 부반송파 집합에서 선택할 수 있는데, 이에 대해 도 5를 참조하여 설명한다.
도 5는 도 4에 도시된 단계 S450에 대한 일 실시예 동작 흐름도로서, 선택된 링크에 할당 가능한 부반송파들의 전송 비트 수 팩터를 계산한다(S510).
이때, 전송 비트 수 팩터는 상술한 <수학식 3>에 의해 계산될 수 있다.
할당 가능한 부반송파들의 선택된 링크에 대한 전송 비트 수 팩터가 계산되면 계산된 전송 비트 수 팩터들을 비교하여 그 중 최대값을 갖는 전송 비트 수 팩터를 갖는 부반송파를 선택한다(S520, S530).
이는 전송 비트 수 팩터가 클수록 선택된 링크에서의 영향력이 다른 링크에서의 영향력보다 크다는 것을 의미하기 때문에 최대값의 전송 비트 수 팩터를 선택하게 되면, 채널 용량 및 전송 속도를 향상시켜 전체적인 시스템 성능을 향상시킬 수 있다.
다시 도 4를 참조하여, 도 5의 과정을 통해 할당될 부반송파가 선택되면, 선택된 링크에 선택된 부반송파를 할당한다(S460).
물론, 부반송파가 할당되는 링크에 선택된 부반송파에 대한 파워를 더하여 주는 것이 바람직하며, 이때 더해지는 파워는 기 설정된 파워 또는 부반송파에 상응하는 파워일 수 있고, 링크 전체에 할당되는 파워는 전체 네트워크의 파워보다 작아야 하는 것이 바람직하다. 예컨대, 기 설정된 파워가 더해지고 전체 할당되는 파워가 Ptotal이라 가정하면, 부반송파가 할당될 때마다 Ptotal/N만큼의 파워를 해당 링크에 더할 수 있다.
이때, 부반송파에 할당될 전송 비트를 구하는데, 일 예로, cap-limited 워터 필링 방식에 의해 구해질 수 있다. 물론, 부반송파에 할당될 전송 비트를 구하는데 있어서, 상기 방식으로 한정되는 것은 아니며, 구할 수 있는 다양한 방식을 이 용할 수 있다는 것은 이 기술분야에 종사하는 당업자에게 있어서 자명하다.
상기 일련의 과정 단계 S430 내지 단계 S460을 할당 가능한 부반송파가 링크들에 모두 할당될 때까지 반복 수행한다(S470).
단계 S470의 판단 결과, 할당 가능한 모든 부반송파가 링크에 모두 할당되면 링크들 각각에서 즉, 각 노드에서 해당 노드에 할당된 부반송파를 이용하여 데이터를 전송함으로써, 데이터를 목적지 노드까지 전송한다(S480).
즉, 소스 노드에서 링크별 할당된 부반송파 및 파워, 필요에 따라 해당 부반송파에 할당될 전송 비트 정보를 노드들에 제공하여 각 노드에서 할당된 부반송파를 이용하여 데이터를 그 다음 노드로 전송할 수 있다.
이와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 자원 할당 방법은 최소값의 전송 비트 수에 해당하는 링크에 할당 가능한 부반송파들 중 최대값의 전송 비트 수 팩터를 갖는 부반송파를 할당하여 전송 속도가 가장 낮은 링크의 전송 속도를 향상시킴으로써, 전체 시스템의 전송 속도를 향상시킬 수 있고, 이를 통해 채널 용량을 향상시킬 수 있다.
도 6은 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 자원 할당 방법에 대한 동작 흐름도로서, 할당된 부반송파를 반복 사용하는 경우에 대한 동작 흐름도이다.
도 6은 주파수의 반복 사용을 통해 전송 거리를 증가시키기 위한 것으로, 다른 노드와의 간섭을 고려하여 해당 노드에 할당된 부반송파를 다른 노드에서 다시 사용하는 것이다.
도 6을 참조하면, 자원 할당 방법에서 단계 S610 내지 단계 S660은 도 4에 도시된 단계 S410 내지 단계 S460과 동일하다.
즉, 릴레이 노드들 및 목적지 노드로부터 전송된 전송 채널 정보를 수신하고, 수신된 전송 채널 정보를 이용하여 링크들 각각에 대한 부반송파들의 신호 대 잡음비를 계산한다(S610, S620).
신호 대 잡음비가 계산되면, 링크들 각각에 할당된 부반송파에 대한 신호 대 잡음비를 이용하여 링크들 각각의 전송 비트 수를 계산하고, 계산된 전송 비트 수들 중 최소값을 갖는 링크를 부반송파를 할당받을 링크로 선택한다(S630, S640).
링크가 선택되면 선택된 링크에 할당 가능한 부반송파들의 전송 비트 수 팩터를 계산하여 전송 비트 수 팩터들 중 최대값을 갖는 전송 비트 수 팩터를 갖는 부반송파를 선택하고, 선택된 링크에 선택된 부반송파를 할당한다(S650, S660).
여기서, 도 6에 대한 자원 할당 방법은 링크별로 할당 가능한 부반송파 집합을 구성하고, 선택된 링크에 부반송파가 할당되면 선택된 링크의 할당 가능한 부반송파 집합에서 할당된 부반송파를 제거하며, 더불어 선택된 링크에 간섭받는 일정 범위 내의 링크들의 할당 가능한 부반송파 집합에서 할당된 부반송파를 제거해야 한다.
예를 들어, 선택된 링크가 n이고, 할당된 부반송파가 부반송파 m이며, 간섭받는 범위가 J라 가정하면, 링크 n에 할당된 부반송파 m은 링크 n-J 내지 링크 n+J에 할당할 수가 없다.
따라서, 링크 n에 부반송파 m을 할당한 후 링크 n의 할당 가능한 부반송파 집합에서 부반송파 m을 제거하고, 동시에 링크 n-J 내지 링크 n+J 각각에 대해 구성된 할당 가능한 부반송파 집합에서 부반송파 m을 제거하여 일정 범위 내에 부반송파 m이 중복 할당되는 것을 방지한다. 물론, 링크 범위 J를 벗어난 링크에서는 부반송파 m이 할당 가능하기 때문에 이외의 링크에 대한 할당 가능한 부반송파 집합에는 부반송파 m이 포함될 수 있다.
또한, 부반송파가 할당된 링크에 대한 파워를 더하여 주는데, 더해지는 파워는 기 설정된 파워 또는 부반송파에 상응하는 파워일 수 있고, 물론 전체 링크에 할당되는 파워는 전체 네트워크의 파워보다 작아야 하는 것이 바람직하다. 일 예로, 기 설정된 파워가 더해지고 전체 할당되는 파워가 Ptotal이라 가정하고, 간섭받는 링크 범위가 J라고 가정하면, 전체 노드를 (2J+1)개로 묶어서 각각의 묶음이 N개의 부반송파를 사용하게 되므로, 부반송파가 할당될 때마다 더해지는 파워는 Ptotal/((L+1)N/(2J+1))로 설정할 수도 있지만, 중복 할당되는 부반송파의 개수에 따라 설정되는 파워가 달라질 수도 있다.
또한, 부반송파에 할당될 전송 비트는 cap-limited 워터 필링 방식에 의해 구해질 수 있으며, 전송 비트를 구할 수 있는 다양한 방식을 이용할 수도 있다.
상기 과정들 단계 S630 내지 단계 S670을 링크별로 구성된 할당 가능한 부반송파 집합의 모든 부반송파들이 할당될 때까지 반복 수행한다(S680).
단계 S680의 판단 결과, 할당 가능한 모든 부반송파가 링크에 모두 할당되면 링크들 각각에 대해 할당된 부반송파를 이용하여 데이터를 목적지 노드까지 전송한다(S690).
이와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 자원 할당 방법은 링크간 간섭을 고려하여 주파수의 중복 사용 즉, 부반송파의 중복 할당을 가능하게 함으로써, 채널 용량 및 전송 속도를 향상시킴과 동시에, 전송 거리를 증대시킬 수 있다.
이렇듯 본 발명의 일 실시예에 따른 자원 할당 방법 및 그 장치는 복수의 릴레이 노드들을 이용하고, 복수의 릴레이 노드들 및 소스 노드에 할당되는 주파수를 채널 용량 및 전송 속도를 고려하여 최적의 자원을 할당하게 함으로써, 채널 용량 및 전송 속도를 향상시키고 나아가 전송 거리를 증가시켜, 전력선 통신 환경에서 시스템 성능을 향상시킬 수 있다.
이로 인해, 전력선 통신 관련 시스템에서 시스템 성능을 향상시킬 수 있기 때문에 본 발명의 사용 및 도입 가능성이 높고, 이에 따른 가치 또한 높다 할 수 있다.
본 발명에 의한, 다중반송파 기반 전력선 통신 액세스 네트워크의 자원 할당 방법 및 그 장치는 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 양한 형태로 변형, 응용 가능하며 상기 실시 예에 한정되지 않는다. 또한, 상기 실시 예와 도면은 발명의 내용을 상세히 설명하기 위한 목적일 뿐, 발명의 기술적 사상의 범위를 한정하고자 하는 목적은 아니며, 이상에서 설명한 본 발명은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하므로 상기 실시 예 및 첨부된 도면에 한정되는 것은 아님은 물론이며, 후술하는 청구범위뿐만이 아니라 청구범위와 균등 범위를 포함하여 판단되어야 한다.
도 1은 본 발명에 따른 다중반송파 기반 전력선 통신 액세스 네트워크의 자원 할당 장치를 설명하기 위한 일 실시예 시스템도이다.
도 2는 도 1에 도시된 릴레이 네트워크에 대한 일 실시예 구성도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 자원 할당 장치에 대한 구성도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 자원 할당 방법에 대한 동작 흐름도이다.
도 5는 도 4에 도시된 단계 S450에 대한 일 실시예 동작 흐름도이다.
도 6은 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 자원 할당 방법에 대한 동작 흐름도이다.
< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >
310: 팩터 계산부
320: 부반송파 선택부
330: 신호 대 잡음비(SNR) 계산부
340: 전송 비트 수 계산부
350: 링크 선택부
360: 할당부

Claims (18)

  1. 소스 노드, 복수(L)의 릴레이 노드들 및 목적지 노드를 포함하고, 복수(N)의 부반송파들을 포함하는 다중반송파 기반 전력선 통신 액세스 네트워크의 자원 할당 방법에 있어서,
    상기 소스 노드와 상기 릴레이 노드들 그리고 상기 목적지 노드간에 상응하는 복수(L+1)의 링크들 각각의 전송 비트 수를 계산하는 단계;
    계산된 상기 전송 비트 수를 이용하여 상기 링크들 중 부반송파를 할당받을 링크를 선택하는 단계;
    할당 가능한 부반송파들 중 할당될 부반송파를 선택하는 단계; 및
    선택된 상기 부반송파를 선택된 상기 링크에 할당하는 단계
    를 포함하는 자원 할당 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 전송 비트 수를 계산하는 단계는
    상기 링크들 각각에 할당된 부반송파에 대한 신호 대 잡음비를 이용하여 계산하는 자원 할당 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 신호 대 잡음비는
    상기 링크들 및 상기 부반송파들의 전송 채널 정보를 이용하여 계산되는 자원 할당 방법.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 전송 비트 수를 계산하는 단계는
    상기 링크들 각각에 할당된 부반송파에 대한 파워를 이용하여 계산하는 자원 할당 방법.
  5. 제1항 및 제2항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 링크를 선택하는 단계는
    상기 링크들 각각에 대해 계산된 상기 전송 비트 수 중 최소값을 갖는 링크를 선택하는 자원 할당 방법.
  6. 제1항 및 제2항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 부반송파를 선택하는 단계는
    선택된 상기 링크에 할당 가능한 부반송파들의 전송 비트 수 팩터를 이용하여 상기 부반송파를 선택하는 자원 할당 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 부반송파를 선택하는 단계는
    상기 할당 가능한 부반송파들의 전송 비트 수 팩터 중 최대값을 갖는 전송 비트수 팩터에 해당하는 부반송파를 선택하는 자원 할당 방법.
  8. 제1항 및 제2항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 링크들에 상기 복수(N)의 부반송파들 모두가 할당되고, 상기 링크들에 할당되는 부반송파는 모두 상이한 것인 자원 할당 방법.
  9. 제1항 및 제2항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 링크들에 상기 복수(N)의 부반송파들 모두가 할당되고, 상기 링크들 각각에 할당되는 적어도 하나 이상의 부반송파는 기 설정된 링크 범위 외에서 중복 할당 가능한 것인 자원 할당 방법.
  10. 제1항 및 제2항 중 어느 한 항에 있어서,
    선택된 상기 부반송파를 선택된 상기 링크에 할당한 후 선택된 상기 링크에 기 설정된 파워를 더하는 단계
    를 더 포함하는 자원 할당 방법.
  11. 제1항 및 제2항 중 어느 한 항에 있어서,
    선택된 상기 부반송파에 할당될 전송 비트는
    cap-limited 워터 필링 방식에 의해 구해지는 자원 할당 방법.
  12. 소스 노드, 복수(L)의 릴레이 노드들 및 목적지 노드를 포함하는 다중(N) 반송파 기반 전력선 통신 액세스 네트워크의 자원 할당 장치에 있어서,
    상기 소스 노드와 상기 릴레이 노드들 그리고 상기 목적지 노드간 복수(L+1)의 링크들 각각의 전송 비트 수를 계산하는 전송 비트 수 계산부;
    계산된 상기 전송 비트 수를 이용하여 상기 링크들 중 부반송파를 할당받을 링크를 선택하는 링크 선택부;
    할당 가능한 부반송파들 중 할당될 부반송파를 선택하는 부반송파 선택부; 및
    선택된 상기 부반송파를 선택된 상기 링크에 할당하는 할당부
    를 포함하는 자원 할당 장치.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 릴레이 노드들 및 상기 목적지 노드로부터 수신된 채널 특성 정보를 이용하여 상기 링크들 및 상기 부반송파들의 신호 대 잡음비를 계산하는 SNR 계산부; 및
    상기 SNR 계산부에 의해 계산된 신호 대 잡음비를 이용하여 상기 링크들 및 상기 부반송파들에 대한 전송 비트 수 팩터를 계산하는 팩터 계산부
    를 더 포함하고,
    상기 부반송파 선택부는
    상기 링크 선택부에 의해 선택된 링크에 할당 가능한 부반송파들의 전송 비트 수 팩터를 이용하여 상기 부반송파를 선택하는 자원 할당 장치.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 전송 비트 수 계산부는
    상기 SNR 계산부에 의해 계산된 상기 링크들 각각에 할당된 부반송파에 대한 신호 대 잡음비를 이용하여 상기 링크들 각각에 대한 전송 비트 수를 계산하는 자원 할당 장치.
  15. 제13항에 있어서,
    상기 전송 비트 수 계산부는
    상기 링크들 각각에 할당된 부반송파에 대한 파워를 이용하여 상기 링크들 각각에 대한 전송 비트 수를 계산하는 자원 할당 장치.
  16. 제13항에 있어서,
    상기 부반송파 선택부는
    상기 링크 선택부에 의해 선택된 링크에 할당 가능한 부반송파들의 전송 비트 수 팩터 중 최대값을 갖는 전송 비트수 팩터에 해당하는 부반송파를 선택하는 자원 할당 장치.
  17. 제12항 및 제13항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 링크 선택부는
    상기 링크들 각각에 대해 계산된 상기 전송 비트 수 중 최소값을 갖는 링크를 선택하는 자원 할당 장치.
  18. 제12항 및 제13항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 링크들에 상기 부반송파들 모두가 할당되고, 상기 링크들에 할당되는 부반송파는 모두 상이하거나 상기 링크들 각각에 할당되는 적어도 하나 이상의 부반송파는 기 설정된 링크 범위 외에서 중복 할당 가능한 것인 자원 할당 장치.
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