KR101482201B1

KR101482201B1 - 광대역 무선통신 시스템에서 피어 투 피어 통신 지원 장치 및 방법

Info

Publication number: KR101482201B1
Application number: KR20090029718A
Authority: KR
Inventors: 김봉찬; 윤순영; 이주현; 이지현; 정송; 김영기; 손규호
Original assignee: 삼성전자주식회사; 한국과학기술원
Priority date: 2009-04-07
Filing date: 2009-04-07
Publication date: 2015-01-22
Also published as: US8295241B2; US20100254281A1; KR20100111346A

Abstract

본 발명은 광대역 무선통신 시스템에서 P2P(peer to peer) 통신 지원 장치 및 방법에 관한 것이다. 본 발명에 따른, 단말의 동작 방법은, P2P통신을 위해 사용되는 프레임내 P2P존은 적어도 하나의 채널을 포함하며, 각 채널은 방송(broadcasting)구간과 경쟁(contention)구간을 포함하고, P2P모드 송신 단말은 자신이 속한 채널의 방송구간을 통해 기준신호를 송신하며, 상기 P2P존내 각 채널에 대해 간섭총합을 결정하는 과정과, 상기 결정된 간섭총합 값들을 비교하여, 가장 작은 간섭총합을 갖는 채널을 선택하는 과정과, 상기 선택된 채널 정보를 기지국으로 전송하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 한다.

P2P(Peer to Peer), 간섭, 채널, 자원 할당, 경쟁 방식

Description

광대역 무선통신 시스템에서 피어 투 피어 통신 지원 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR SUPPORTING PEER TO PEER COMMUNICATION IN BROADBAND WIRELESS COMMUNICATION SYSTEM}

본 발명은 광대역 무선통신 시스템에 관한 것으로, 특히, 광대역 무선통신 시스템에서 단말 간 P2P(Peer to Peer) 통신을 지원하기 위한 장치 및 방법에 관한 것이다.

일반적으로, 셀룰러(Cellular) 통신 시스템에서 단말은 기지국에 의해 관리되는 무선자원을 이용하여 상기 기지국과 직접 통신을 수행한다. 다시 말해, 2개 단말들이 상호 통신을 수행하기 위해서는, 상기 2개 단말들 각각이 기지국과 연결을 형성하고, 기지국으로부터 상향링크(Uplink) 및 하향링크(Downlink) 무선자원을 할당받아야 한다. 그리고, 상기 기지국은 하나의 단말로부터 해당 연결을 통해 수신된 데이터를 다른 하나의 단말로 별도의 연결을 통해 송신한다.

2개 단말들이 상호 통신을 수행하는 다른 방식으로 P2P(Peer to Peer) 방식 이 있다. 상기 P2P는 상기 2개 단말들 간 직접 연결을 형성하여 통신을 수행하는 방식으로, 상기 2개 단말들은 상호 간 신호를 직접 송수신한다.

이러한 P2P 방식은 송신 단말과 수신 단말이 서로 근접해 있을 경우, 높은 데이터 전송률을 얻을 수 있으므로, 자원 사용 효율을 높일 수 있다. 일반적으로, P2P를 지원하는 기존 시스템에서, P2P 통신을 위한 자원 할당을 기지국에서 담당하도록 하고 있다. 즉, 기지국에 의한 중앙 집중적 방식을 통해 자원을 할당한다. 이 경우, 기지국과 각 단말이 교환해야 되는 정보가 많기 때문에 그에 따른 오버헤드(overhead)가 증가되는 문제가 있다.

상기 중앙 집중적인 P2P 자원 할당 방식의 경우, 기지국은 모든 P2P통신(혹은 커넥션)을 위한 채널 이득(gain)을 알아야 하고, 동시 전송을 허용하는 경우 모든 P2P 전송 간의 간섭을 알아야 하기 때문에, 기지국과 단말간 정보 교환에 따른 오버헤드가 크다. 이와 같이, 기지국에서 중앙 집중적 방식으로 P2P 자원을 할당하는 경우, 복잡도가 크고 구현이 어려운 문제가 있다.

따라서, 본 발명의 목적은 무선통신시스템에서 P2P 통신을 위한 오버헤드를 줄이기 위한 장치 및 방법을 제공함에 있다.

본 발명의 다른 목적은 무선통신시스템에서 P2P 자원을 분산적 방식에 의해 할당하기 위한 장치 및 방법을 제공함에 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 무선통신시스템에서 P2P 통신을 위한 다수의 채널들을 할당하고, P2P 모드로 동작하는 단말이 선택된 채널내에서 경쟁적으로 통신하기 위한 장치 및 방법을 제공함에 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 무선통신시스템에서 P2P 통신을 위한 다수의 채널들을 할당하고, P2P 모드로 동작하는 단말이 각 채널의 간섭총합을 이용해서 채널을 선택하기 위한 장치 및 방법을 제공함에 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 무선통신시스템에서 P2P 통신을 위한 자원 영역을 P2P통신(혹은 커넥션) 개수에 따라 적응적으로 조정하기 위한 장치 및 방법을 제공함에 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 무선통신시스템에서 P2P 통신을 위한 다수의 채널을 할당하고, 하나의 채널 내에서 경쟁에 참여하는 P2P 전송의 개수를 조정하기 위한 장치 및 방법을 제공함에 있다.

상기 목적들을 달성하기 위한 본 발명의 일 견지에 따르면, P2P통신을 지원하는 무선통신시스템에서 단말의 동작 방법에 있어서, P2P통신을 위해 사용되는 프레임내 P2P존은 적어도 하나의 채널을 포함하며, 각 채널은 방송(broadcasting)구간과 경쟁(contention)구간을 포함하고, P2P모드 송신 단말은 자신이 속한 채널의 방송구간을 통해 기준신호를 송신하며, 상기 P2P존내 각 채널에 대해 간섭총합을 결정하는 과정과, 상기 결정된 간섭총합 값들을 비교하여, 가장 작은 간섭총합을 갖는 채널을 선택하는 과정과, 상기 선택된 채널 정보를 기지국으로 전송하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 다른 견지에 따르면, P2P모드를 지원하는 무선통신시스템에서 기지국의 동작 방법에 있어서, P2P존내 채널 개수를 현재 설정되어 있는 P2P커넥션 개수에 따라 적응적으로 결정하는 과정과, 상기 결정된 채널 개수에 따라 프레임 구간에 P2P존을 가변적으로 할당하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 견지에 따르면, P2P통신을 지원하는 무선통신시스템에서 단말 장치에 있어서, P2P통신을 위해 사용되는 프레임내 P2P존은 적어도 하나의 채널을 포함하며, 각 채널은 방송(broadcasting)구간과 경쟁(contention)구간을 포함하고, P2P모드 송신 단말은 자신이 속한 채널의 방송구간을 통해 기준신호를 송신하며, 상기 P2P존내 각 채널에 대해 간섭총합을 결정하는 P2P채널 간섭측정기와, 상기 결정된 간섭총합 값들을 비교하여, 가장 작은 간섭총합을 갖는 채널을 선택하는 P2P통신 제어기와, 상기 선택된 채널 정보를 기지국으로 전송하는 메시지 처리기를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 견지에 따르면, P2P모드를 지원하는 무선통신시스템에서 기지국 장치에 있어서, P2P존내 채널 개수를 현재 설정되어 있는 P2P커넥션 개수에 따라 적응적으로 결정하는 P2P존 관리기와, 상기 결정된 채널 개수에 따라 프레임 구간에 P2P존을 가변적으로 할당하는 스케줄러를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상술한 바와 같이, 본 발명은 기지국에서 P2P 통신을 위한 자원 영역(zone)만 할당하고, P2P 모드 단말들이 유리한 채널을 선택하여 경쟁적으로 통신하기 때문에, 자원할당에 따른 오버헤드를 최소화할 수 있는 이점이 있다. 또한, 본 발명은 단말이 간섭 총합이 적은 채널을 선택하여 통신하기 때문에, 즉 자원 사용 효율이 좋은 채널을 선택하여 통신함으로써, 높은 데이터 전송률을 획득할 수 있는 이점이 있다. 또한, 상호 간섭이 적은 P2P커넥션들에 대해 동일 채널을 사용하도록 함으로써, 공간 재사용의 이득을 최대화할 수 있는 이점이 있다. 이와 같이, 본 발명은 간단한 측정을 통해 채널을 선택함으로써 낮은 복잡도를 가지며, 기지국의 스케줄링이 필요 없고, 기지국과 단말 사이의 시그널링 오버헤드가 적은 장점을 가진다.

이하 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 그리고, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체 적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단된 경우 그 상세한 설명은 생략한다. 그리고 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.

이하 본 발명은 무선통신시스템에서 P2P 통신을 위한 오버헤드를 줄이기 위한 방안에 대해 설명한다. 특히, 본 발명은 기지국에서 P2P 통신(혹은 커넥션)을 위한 다수의 채널들을 할당하며, P2P 단말들이 간단한 측정을 통해 유리한 채널을 선택하고, 상기 선택된 채널내에서 경쟁적으로 통신하기 위한 방안에 대해 설명하기로 한다.

이하 OFDM/OFDMA 기반의 광대역 무선통신시스템을 예를 들어 설명하지만, 본 발명은 P2P 통신을 지원하는 다른 접속 방식의 무선통신시스템에도 용이하게 적용될 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 광대역 무선통신 시스템에서 P2P 통신을 개략적으로 설명한 도면이다.

도시된 바와 같이, 트래픽 2의 통신은 송신단말(2)과 수신 단말이 동일 셀내에 존재하며, 송신 단말(2)과 수신 단말간 거리가 원거리로 송신 단말(2)이 기지국을 통해 통신하는 경우이다. 트래픽 3의 통신은 수신 단말이 다른 셀에 존재하므로, 송신 단말(3)이 기지국을 통해 통신하는 경우이다. 트래픽 1의 통신은 송신 단말(1)과 수신 단말이 동일 셀내에 존재하며, 송신 단말(1)과 수신 단말간 거리가 근거리로 송신 단말(1)이 기지국을 경유하지 않고 직접 수신 단말과 통신하는 경우이다. 여기서, 트래픽 1의 통신이 P2P 통신으로, 송신 단말과 수신 단말은 직접 커넥션을 생성하여 통신한다. 본 발명에 따라 기지국은 P2P 통신을 위한 자원 영역(적어도 하나의 채널을 포함)을 P2P 커넥션에 따라 적응적으로 할당한다. 그리고 P2P모드 단말들은 간단한 간섭측정을 통해 유리한 채널을 선택하고, 상기 선택된 채널내에서 경쟁적으로 자원을 획득하여 통신을 수행한다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 P2P 통신을 지원하기 위한 프레임 구조를 도시하고 있다. 도 2의 프레임 구조는 하나의 예일뿐, 프레임 구조는 표준 및 운용자에 의해 다양하게 실시될 수 있다.

도시된 바와 같이, 프레임은 하향링크(DL : Downlink) 구간과 상향링크(UL : Uplink) 구간으로 구성된다. 하향링크 구간의 가장 처음에는 단말의 동기, 채널추정 및 셀식별(혹은 기지국 식별)을 위한 프리앰블(preamble)이 전송되고, 이후에는 프레임의 기본 구조 정보를 포함하는 FCH(Frame Control Header)메시지 및 하향링크/상향링크 자원할당정보를 포함하는 MAP메시지가 전송된다. 한편, 하향링크 구간의 나머지 영역에는 제어메시지(시그널링 메시지) 혹은 트래픽을 포함하는 적어도 하나의 하향링크 버스트(혹은 패킷)가 전송될 수 있다.

한편, 상향링크 구간의 처음에는 상향링크 제어신호를 포함하는 제어채널 신호(예: CQICH 신호, ACKCH 신호, 레인징 신호 등)가 전송될 수 있으며, 나머지 영역에는 제어메시지 혹은 트래픽을 포함하는 적어도 하나의 상향링크 버스트가 전송될 수 있다.

예를 들어, 본 발명에 따른 P2P 통신을 위한 영역(P2P Zone)은 상향링크 구간에 존재하는 것으로 가정한다. 도시된 바와 같이, P2P존(P2P zone)은 적어도 하나의 채널(Ch1, ch2, ch3, …)을 포함할 수 있으며, 각 채널은 방송(broadcasting)구간(zone)과 경쟁구간(contention zone)으로 구성될 수 있다. 여기서, 상기 방송구간은 수신 단말이 각 채널에 대한 간섭 총합을 측정하기 위한 구간으로, 모든 송신 단말은 상기 방송구간을 통해 동일한 전력으로 미리 정의된 기준신호(예 : 프리앰블 신호, 파일롯 신호, 사운딩 신호 등으로 불릴 수 있음)를 전송할 수 있다. 그리고 상기 경쟁구간은 해당 채널에 속한 P2P통신들이 경쟁을 통해 자원을 획득하고, 실제로 데이터를 통신하는 구간이다.

송신 단말과 수신 단말 간에 P2P 통신(커넥션)이 설정되면, 상기 수신 단말은 송신 단말과 통신할 채널을 선택한다. 이때, 수신 단말은 각 채널의 방송구간에서 간섭총합(예 : RSSI 총합)을 측정하고, 간섭총합이 가장 적은 채널을 선택한다. 그리고 상기 수신 단말이 상기 선택된 채널을 기지국으로 알리면, 상기 기지국은 상기 선택된 채널을 해당 송신 단말로 알리고, 이후 송신 단말과 수신 단말은 상기 선택된 채널을 통해 통신을 수행한다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 P2P를 지원하는 무선통신시스템에서 수신 단말의 채널선택 절차를 도시하고 있다.

도 3을 참조하면, 먼저 수신 단말은 301단계에서 P2P 요청이 수신되는지 검 사한다. 여기서, P2P 요청은 기지국으로부터 수신될 수 있다. 만약 동시에 여러 개의 송신단말들로부터 P2P 요청이 수신되면, 상기 기지국은 그 중 하나의 요청만 상기 수신 단말로 알려주고, 나머지 요청들은 다음 슬롯부터 순차로 처리할 수 있다.

상기 301단계에서, 상기 P2P 요청이 수신되면, 상기 수신 단말은 303단계에서 P2P커넥션을 설정할지 여부를 판단한다. 즉, 상기 수신 단말은 P2P통신이 이득이 있는지 판단한다. 예를 들어, 상기 수신 단말은 기지국으로부터 수신되는 신호의 신호세기측정값(혹은 링크측정값)과 해당 송신 단말로부터 수신되는 신호의 신호세기측정값을 비교해서, 이득이 있는 링크를 선택할 수 있다.

이후, 상기 수신 단말은 305단계에서 상기 P2P커넥션 설정여부 정보를 상기 기지국으로 알리고, 기지국과 필요한 시그널링을 교환한다. 이때, P2P 커넥션 설정이 결정된 경우, 상기 수신 단말은 상기 기지국으로부터 P2P존에 대한 정보(존의 위치 및 크기, 존에 속한 채널 개수, 각 채널에 속한 송신 단말 정보 등)를 수신할 수 있다. 예를 들어, 상기 수신 단말은 상기 P2P존에 대한 정보를 브로드캐스트 메시지(예: DCD메시지, MAP메시지 등) 혹은 유니캐스트 메시지 혹은 멀티캐스트 메시지를 통해 수신할 수 있다.

이후, 상기 수신 단말은 307단계에서 P2P커넥션이 설정되는지 검사한다. 상기 P2P커넥션이 설정된 경우, 상기 수신 단말은 309단계에서 상기 P2P존(구간)내 포함된 각 채널의 방송구간을 이용해서 각 채널에서 수신되는 간섭총합(예 : RSSI 총합)을 측정한다. 즉, 각 채널의 방송구간에서 해당 채널에 속한 모든 송신 단말이 정의된 기준신호(예: 프리앰블 신호)를 전송하고, 수신 단말은 각 방송구간에서 수신되는 신호의 RSSI를 측정하여 각 채널의 간섭총합을 결정할 수 있다.

그리고, 상기 수신 단말은 311단계에서 상기 측정된 각 채널의 간섭총합을 모두 비교해서, 가장 작은 간섭총합을 갖는 채널을 P2P 통신을 위해 선택한다. 여기서, 상기 채널 선택을 위한 연산은 하기 <수학식 1>과 같이 나타낼 수 있다.

여기서, B는 기지국에 의해 할당된 모든 P2P채널의 집합을 나타내고, k는 채널 인덱스이며, n_k는 채널 k에 속한 P2P 통신(커넥션)의 총 개수를 나타내고, S_k는 채널 k에 속한 모든 송신 단말들의 집합을 나타내며, n_max는 하나의 채널이 최대로 가질 수 있는 P2P통신의 개수를 나타내고, I는 송신단말 j가 단말 i에게 미치는 간섭의 크기(예 : RSSI)을 나타낸다.

상술한 수학식 1에서 알 수 있듯이, 상기 수신 단말은 해당 채널에 속한 P2P 통신의 개수가 n_max 이하인 채널들 각각에 대해 간섭총합을 측정하고, 가장 작은 간섭총합 값을 갖는 채널을 선택할 수 있다.

이와 같이, 간섭총합이 가장 작은 채널을 선택한 후, 상기 수신 단말은 313단계로 진행하여 상기 선택된 채널에 대한 정보를 기지국으로 전송한다. 그러면, 상기 기지국은 상기 선택된 채널을 해당 송신 단말로 알린다. 이후, 상기 수신 단말은 315단계에서 상기 선택된 채널을 통해 상기 송신 단말과 P2P 통신을 수행한다. 이때, 상기 수신 단말과 송신 단말은 상기 선택된 채널 안에서 경쟁을 통해 통신을 수행할 수 있다. 예를 들어, 하나의 채널 내에서의 P2P 통신을 위한 자원 획득 방식은, 애드혹(ad-hoc) 네트워크의 CSMA(Carrier Sense Multiple Access) 등이 사용될 수 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명은 P2P 통신들이 멀리 떨어져 서로에게 미치는 간섭이 미리 정해진 값보다 작을 경우 채널이 아이들(idle)하다고 판단하여 동시 전송을 수행할 수 있다. 한편, 자신이 받는 간섭이 미리 정해진 값보다 크면 채널이 비지(busy)하다고 판단하여 해당 채널을 통한 통신을 수행하지 않는다. 이와 같이, 서로 간섭이 적은 P2P 통신들이 동시 전송을 수행함으로써 공간 재사용 이득을 얻을 수 있다.

한편, 상술한 도 3과 같이 채널을 선택하여 P2P 통신을 수행하고 있는 수신 단말은 주기적(혹은 이벤트 혹은 요청)으로 P2P채널들을 스캐닝하여 동적으로 채널을 변경할 수 있다. 즉, 수신 단말은 각 채널의 방송구간을 통해 수신되는 간섭을 측정하고, 상기 측정된 각 채널의 간섭값을 이용해서 간섭이 적은 채널로 채널 변경을 수행할 수 있다.

여기서, 자신이 속한 채널의 방송구간에서 수신되는 간섭을 측정할 때, 수신 단말은 자신과 통신하는 송신 단말의 간섭을 제거하는 연산이 필요하다. 즉, 자신이 속한 채널을 통해 수신되는 간섭총합에서, 미리 알고 있는 송신 단말의 송신전력과 송신단말과 자신과의 채널 이득(gain)을 곱해서 감산한다. 다음으로, 상기 <수학식 1>과 같이 간섭총합이 가장 작은 채널을 선택한다. 이렇게 선택된 채널이 이미 통신하고 있는 채널과 상이할 경우, 일정한 확률값 p(미리 설정된 값)로 선택된 채널로 변경할 수 있다. 예를 들어, 상기 확률값이 0.7이라 가정할 때, 수신 단말은 랜덤수를 발생하고, 랜덤 수가 상기 0.7보다 클 경우 채널을 변경할 수 있다. 이와 같이, 항상 간섭총합이 적은 채널로 변경하지 않는 이유는, 여러 개의 P2P통신들이 동시에 채널을 변경하는 경우 오히려 변경된 채널의 상태가 악화될 수 있기 때문이다. 채널 변경이 결정되면, 수신 단말은 이를 기지국으로 알리고, 기지국은 송신 단말로 변경된 채널을 통보한다.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 P2P 통신을 지원하는 무선통신시스템에서 기지국의 P2P존 할당 절차를 도시하고 있다.

도 4를 참조하면, 먼저 기지국은 401단계에서 파라미터를 초기화한다. 예를 들어, P2P 통신 개수를 나타내는 n을 0으로 초기화하고, P2P존내 채널 개수를 나타내는 m을 0으로 초기화한다.

이후, 상기 기지국은 403단계에서 최초 P2P커넥션이 설정되는지 검사한다. 최초 P2P커넥션이 설정되면, 상기 기지국은 405단계로 진행하여 하나의 채널을 갖는 P2P존을 할당한다. 이때, 파라미터 m은 1로 증가되고, 파라미터 n은 1로 증가된다. 여기서, 상기 P2P존은 도 2에 도시된 바와 같이 상향링크 구간에 할당될 수 있다.

이후, 상기 기지국은 407단계에서 새로운 P2P커넥션이 설정되는지 검사한다. 상기 새로운 P2P 커넥션 설정이 감지될 경우, 상기 기지국은 409단계로 진행하고, 그렇지 않을 경우 415단계로 진행한다. 상기 새로운 P2P커넥션이 설정되면, 상기 기지국은 상기 409단계로 진행하여 P2P통신 개수를 나타내는 n을 1 증가한다(n=n+1). 그리고 상기 기지국은 411단계에서 현재 채널 개수 m 값이, 최대 채널 개수 M값보다 작고 상기 P2P 통신 개수 n 값보다 작은지 검사한다.

상기 411단계의 조건을 만족하면, 상기 기지국은 413단계로 진행하여 채널 개수 m 값을 1 증가하고, m개의 채널들을 포함하는 P2P존을 할당한후 415단계로 진행한다. 반면, 상기 411단계 조건을 만족하지 않으면, 상기 기지국은 바로 상기 415단계로 진행한다.

한편, 상기 기지국은 상기 415단계에서 P2P 커넥션이 해제되는지 검사한다. 상기 P2P 커넥션 해제가 감지되지 않으면, 상기 기지국은 상기 P2P 커넥션 설정을 검사하기 위해 상기 407단계로 되돌아간다. 반면, 상기 P2P 커넥션 해제가 감지될 경우, 상기 기지국은 417단계로 진행하여 P2P통신 개수 n 값을 1 감소한다(n=n-1).

그리고 상기 기지국은 419단계에서 상기 n값이 0인지를 검사한다. 즉, P2P 커넥션이 모두 해제되었는지 검사한다. 만일, 상기 n값이 0이면, P2P통신이 모두 해제된 것으로 판단하여, 상기 기지국은 421단계에서 프레임내 할당된 P2P존을 해제한다(m=0). 이렇게 해제된 P2P존은 기지국에서 일반적인 통신을 위해 사용될 수 있다.

반면, 상기 n값이 1 이상이면, 상기 기지국은 423단계로 진행하여 현재 채널 개수 m 값이 상기 P2P 통신 개수 n값보다 큰지를 검사한다. 상기 423단계의 조건을 만족하면, 상기 기지국은 425단계로 진행하여 현재 할당된 채널들 중에서 P2P통신 이 없는 채널을 해제(P2P존 조정)하고, 채널 개수 m 값을 1 감소한후 상기 407단계로 되돌아간다. 만일, 상기 423단계의 조건을 만족하지 않으면, 상기 기지국은 바로 상기 407단계로 되돌아간다.

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 광대역 무선통신시스템에서 P2P모드를 지원하는 단말의 구성을 도시하고 있다.

도시된 바와 같이, 단말은 RF(Radio Frequency)처리기(500), 모뎀(502), 메시지 처리기(504), 트래픽 처리기(506), 제어부(508). P2P채널 간섭측정기(510), P2P통신 제어기(512)을 포함하여 구성된다.

도 5를 참조하면, 먼저 RF처리기(500)는 적어도 하나의 안테나를 통해 수신되는 RF대역의 신호를 기저대역 신호로 변환하고, 상기 기저대역 신호를 디지털 샘플데이터로 변환하여 모뎀(502)으로 제공한다. 또한, RF처리기(500)는 상기 모뎀(502)으로부터의 기저대역 샘플데이터를 기저대역 아날로그 신호로 변환하고, 상기 기저대역 신호를 RF대역 신호로 변환하여 적어도 하나의 안테나를 통해 송신한다.

상기 모뎀(502)은 상기 RF처리기(500)로부터의 신호를 물리계층 복조하여 정보데이터(수신 패킷)로 복원하고, 상기 정보데이터가 시그널링 메시지일 경우 메시지 처리기(504)로 제공하며, 상기 정보데이터가 트래픽 데이터일 경우 트래픽 처리기(506)로 제공한다. 여기서, OFDM/OFDMA 기반의 시스템일 경우, 상기 모뎀(502)은 RF처리기(500)로부터의 샘플데이터를 OFDM복조(Fast Fourier Transform 연산)하여 주파수 영역의 데이터로 변환하고, 상기 주파수 영역의 데이터를 채널복조 및 채널디코딩하여 원래의 정보데이터로 복원할 수 있다. 또한, 상기 모뎀(502)은 메시지 처리기(504) 및 트래픽처리기(506)로부터의 송신패킷(송신 메시지)을 물리계층 변조하여 RF처리기(500)로 제공한다. 만일, OFDM/OFDMA 기반의 시스템일 경우, 상기 모뎀(502)은 송신 패킷을 채널코딩 및 채널 변조하고, 상기 채널 변조된 데이터를 OFDM변조(IFFT연산)하여 시간영역의 샘플데이터로 변환한다.

상기 메시지 처리기(504)는 수신일 경우 상기 모뎀(502)으로부터의 수신 시그널링 메시지(제어메시지 혹은 MAC management message)를 프로토콜 처리하고, 송신일 경우 송신 시그널링 메시지를 생성하여 상기 모뎀(502)로 제공한다. 여기서, 상기 메시지 처리기(504)는 일반모드 통신 및 P2P모드 통신에 관련된 시그널링 메시지를 모두 처리하는 것으로 가정하기로 한다.

상기 트래픽 처리기(506)는 수신일 경우 상기 모뎀(502)로부터의 수신 트래픽을 프로토콜 처리하고, 송신일 경우 송신 트래픽을 프로토콜 처리하여 상기 모뎀(502)으로 제공한다. 여기서, 상기 트래픽 처리기(506)는 일반모드 통신 및 P2P모드 통신에 관련된 트래픽을 모두 처리하는 것으로 가정하기로 한다.

또한, 상기 모뎀(502)은 P2P존의 각 채널 신호를 추출하여 P2P채널 간섭측정기(510)로 제공한다. 상기 P2P채널 간섭측정기(510)는 상기 모뎀(502)로부터의 각 채널의 신호를 이용해서 각 채널의 간섭총합(예 : RSSI)를 측정하여 P2P통신 제어기(512)로 제공한다.

제어부(508)는 단말 동작 및 통신에 관련된 전반적인 제어를 담당한다. 또 한, 상기 제어부(508)는 P2P통신 제어기(512)와 연동하여 P2P통신의 전반적인 제어를 담당한다. 예를 들어, 상기 제어부(508)는 P2P통신에 필요한 정보를 상기 P2P통신 제어기(512)와 교환할 수 있다.

상기 P2P통신 제어기(512)는 P2P 커넥션이 설정되는 경우, 단말에게 유리한 채널을 선택하는 기능을 수행한다. 상기 P2P통신 제어기(512)는 상기 P2P채널 간섭측정기(510)로부터 각 P2P채널의 간섭총합을 보고받고, 가장 작은 간섭총합을 가지는 채널을 선택하여 상기 제어부(508)로 제공한다. 그러면, 상기 제어부(508)는 상기 선택된 채널 정보를 포함하는 시그널링 메시지를 생성하여 상기 메시지 처리기(504)로 제공한다. 이후, 상기 시그널링 메시지는 송신을 위한 물리계층 처리를 거쳐 기지국으로 전송될 수 있다. 이후, 상기 단말은 상기 선택된 채널을 통해 P2P통신을 수행한다. 이때, 송신 단말과 수신 단말은 선택된 채널 내에서 경쟁적으로 자원을 획득하여 P2P통신을 수행할 수 있다. 상기 자원 획득 방식의 일 예로, 애드혹 네트워크의 CSMA 방식 등이 사용될 수 있다.

한편, 상기 P2P통신 제어기(512)는 주기적(혹은 이벤트 혹은 요청)으로 P2P채널들의 간섭총합을 상기 P2P채널 간섭측정기(510)로부터 보고받고, 상기 보고된 각 채널의 간섭총합을 비교해서 채널변경을 수행할 수 있다. 만일, 채널 변경이 필요하다고 판단된 경우, 상기 P2P통신 제어기(512)는 변경된 채널 정보를 상기 제어부(508)로 제공하고, 상기 제어부(508)는 상기 변경된 채널 정보를 상기 기지국으로 전송한다. 이후, 상기 단말은 변경된 채널을 통해 P2P통신을 수행할 수 있다.

도 6는 본 발명의 실시예에 따른 광대역 무선통신시스템에서 P2P모드를 지원하는 기지국의 구성을 도시하고 있다.

도시된 바와 같이, 기지국은 RF(Radio Frequency)처리기(600), 모뎀(602), 메시지 처리기(604), 트래픽 처리기(606), 제어부(608). P2P존 관리기(610)를 포함하여 구성된다. 여기서, RF처리기(600), 모뎀(602), 메시지 처리기(604), 트래픽 처리기(606)의 일반적인 동작은 상기 도 5의 해당 구성부와 동일하므로, 여기서는 자세한 설명을 생략하기로 한다.

도 6을 참조하면, 제어부(608)은 기지국 동작 및 통신에 관련된 전반적인 제어를 담당한다. 또한, 상기 제어부(608)는 P2P존 관리기(610)와 연동하여 P2P통신을 위한 전반적인 제어를 수행한다. 예를 들어, 상기 제어부(608)는 P2P통신에 필요한 정보를 상기 P2P존 관리기(610)와 교환하며, P2P통신을 위한 시그널링을 처리할 수 있다.

한편, 상기 제어부(608)는 스케줄러를 포함하며, 상기 스케줄러는 프레임에 대한 자원 스케줄링을 수행한다. 예를 들어, 상기 스케줄러는 서비스 플로우(SF: Service Flow)들에 대해 스케줄링 우선순위를 결정하고, 상기 결정된 우선순위에 따라 각 서비스 플로우(또는 단말)에 대한 MCS레벨 및 무선자원(예: 슬롯)을 할당할 수 있다. 또한, 상기 스케줄러는 상기 P2P존 관리기(610)과 연동하여, 프레임내 P2P존을 할당할 수 있다.

이와 같이, 자원 할당이 완료되면, 상기 스케줄러는 스케줄링 결과(자원할당 결과)를 상기 메시지 처리기(604)로 제공한다. 그러면, 상기 메시지 처리기(604)는 상기 스케줄링 결과를 이용해서 자원할당 메시지(예: MAP메시지)를 생성하여 상기 모뎀(602)으로 제공한다. 이후 자원할당 메시지는 송신을 위한 물리계층 처리를 거쳐 단말들로 전송된다.

상기 P2P존 관리기(610)는 P2P통신을 위한 존(zone)을 현재 설정된 P2P커넥션(혹은 P2P통신)에 따라 적응적으로 조정하고, 그 결과를 상기 제어부(608)로 제공한다. 예를 들어, 상기 P2P존 관리기(610)는 최초 P2P커넥션이 설정될 경우, P2P존내 채널 개수 m을 1로 설정하고, P2P통신 개수 n을 1로 설정한다. 이후, P2P커넥션이 설정될 때 마다 상기 n값을 증가하고, P2P커넥션이 해제될 때 마다 상기 n값을 감소한다. 그리고, 상기 P2P존 관리기(610)는 m<M이고 n>m이면 채널 개수를 증가하고(m=m+1), n<m이면 P2P커넥션이 없는 채널을 해제한다(m=m-1). 여기서, 상기 M는 P2P존내 할당 가능한 최대 채널 개수를 나타낸다.

이와 같이, 상기 P2P존 관리기(610)는 P2P존내 채널 개수를 현재 설정되어 있는 P2P커넥션의 개수에 따라 적응적으로 조정하고, 조정된 채널 개수를 상기 제어부(608)로 제공한다. 그러면, 상기 스케줄러는 상기 채널 개수에 따라 프레임 구간내에 P2P통신을 위한 P2P존을 할당한다. 한편, P2P커넥션이 모두 해제되는 경우(n=0), 상기 P2P존 관리기(610)는 이를 제어부(608)로 통보한다. 그러면, 상기 스케줄러는 프레임 구간내 설정된 P2P존을 해제하고, 상기 해제된 자원을 일반적인 통신을 위해 사용한다.

본 발명의 성능을 입증하는 실험 결과를 살펴보면 다음과 같다.

우선, 실험 환경은 하기 <표 1>과 같다.

Simulation settings
Cell layout	Single cell
Bandwidth	10MHz
BS power	20W
MS power	200mW
Path-loss model	Path-loss exponent=3.76, K=-16.62
Scheduling	proportional fair scheduler
Contention	CSMA/CA, 4 contention channels

상기 <표 1>과 같은 실험 환경에서, 수신 단말이 동일 셀내 있을 확률을 변경하면서 모의 실험을 수행한 것이다.

도 7은 본 발명과 기존 기술의 평균 전송률(average throughput)을 비교한 모의 실험 결과 그래프이다. 도시된 그래프에서 가로축은 수신(destination) 단말이 0.5km 내에 존재할 확률을 나타내며, 세로축은 평균 전송률을 나타낸다.

도 7을 참조하면, 본 발명(proposed)은 P2P통신을 지원하지 않는 경우(without P2P mode)와 비교하여, 평균 전송률을 현저히 향상시킬 수 있다. 또한, 본 발명은 랜덤 방식에 의해 채널을 선택하는 기존 방식(conventional)와 비교하여 평균 전송률을 향상시킬 수 있다.

한편 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시 예에 관해 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 아니 되며 후술하는 특허청구의 범위뿐만 아니라 이 특허청구의 범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

도 1은 본 발명에 따른 광대역 무선통신 시스템에서 P2P 통신을 개략적으로 설명한 도면.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 P2P 통신을 지원하기 위한 프레임 구조를 도시하는 도면.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 P2P를 지원하는 무선통신시스템에서 수신 단말의 채널선택 절차를 도시하는 도면.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 P2P 통신을 지원하는 무선통신시스템에서 기지국의 P2P존 할당 절차를 도시하는 도면.

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 광대역 무선통신시스템에서 P2P모드를 지원하는 단말의 구성을 도시하는 도면.

도 6는 본 발명의 실시예에 따른 광대역 무선통신시스템에서 P2P모드를 지원하는 기지국의 구성을 도시하는 도면.

도 7은 본 발명과 기존 기술의 평균 전송률(average throughput)을 비교한 모의 실험 결과 그래프.

Claims

P2P통신을 지원하는 무선통신시스템에서 단말의 동작 방법에 있어서,

P2P통신을 위해 사용되는 프레임내 P2P존은 적어도 하나의 채널을 포함하며, 각 채널은 방송(broadcasting)구간과 경쟁(contention)구간을 포함하고, P2P모드 송신 단말은 자신이 속한 채널의 방송구간을 통해 기준신호를 송신하며,

상기 P2P존내 각 채널에 대해 간섭총합을 결정하는 과정과,

상기 결정된 간섭총합 값들을 비교하여, 가장 작은 간섭총합을 갖는 채널을 선택하는 과정과,

상기 선택된 채널 정보를 기지국으로 전송하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제1항에 있어서,

상기 선택된 채널 정보를 전송한 후, 상기 선택된 채널을 통해 상대 단말과 P2P통신을 수행하는 과정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제2항에 있어서,

상기 P2P통신은 경쟁 방식에 의해 수행되는 것을 특징으로 하는 방법.
제3항에 있어서,

상기 경쟁 방식은 CSMA(Carrier Sense Multiple Access) 방식인 것을 특징으로 하는 방법.
제2항에 있어서,

상기 P2P통신 수행 중, 상기 P2P존내 각 채널에 대해 간섭총합을 결정하는 과정과,

상기 결정된 간섭총합 값들을 비교하여, 가장 작은 간섭총합을 갖는 채널을 선택하는 과정과,

상기 선택된 채널이 현재 통신중인 채널과 상이할 경우, 채널 변경을 수행하는 과정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제5항에 있어서, 상기 채널변경 수행 과정은,

랜덤수를 생성하는 과정과,

상기 생성된 랜덤수와 미리 설정된 확률값을 비교하여, 상기 확률값보다 클 경우 채널을 변경하는 과정과,

상기 변경된 채널 정보를 상기 기지국으로 전송하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제1항에 있어서, 상기 간섭총합 결정 과정은,

각 채널의 방송구간에서 수신되는 신호의 RSSI(Received Signal Strength Indicator)를 측정하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
P2P모드를 지원하는 무선통신시스템에서 기지국의 동작 방법에 있어서,

P2P존내 채널 개수를 현재 설정되어 있는 P2P커넥션 개수에 따라 적응적으로 결정하는 과정과,

상기 결정된 채널 개수에 따라 프레임 구간에 P2P존을 가변적으로 할당하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법
제8항에 있어서, 상기 결정 과정은,

상기 P2P커넥션이 설정될 때 마다 n값을 증가하고, 상기 P2P커넥션이 해제될 때 마다 상기 n값을 감소하는 과정과, 여기서, 상기 n은 P2P커넥션 개수를 나타내고,

상기 P2P존내 채널이 설정될 때 마다 m값을 증가하고, 채널이 해제될 때 마다 상기 m값을 감소하는 과정과, 여기서, 상기 m은 P2P존 내 채널 개수를 나타내고,

채널개수 m이 미리 설정된 최대 채널개수 M보다 작고, 상기 채널 개수 m이 P2P 커넥션 개수 n보다 작을 경우, 채널을 추가로 설정하는 과정과,

상기 P2P커넥션 개수 n이 상기 채널 개수 m보다 작을 경우 P2P커넥션이 없는 채널을 해제하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제8항에 있어서,

모든 P2P커넥션이 해제될 경우, 상기 할당된 P2P존을 해제하는 과정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제8항에 있어서,

상기 P2P존은 적어도 하나의 채널을 포함하며, 각 채널은 방송(broadcasting)구간과 경쟁(contention)구간을 포함하고, P2P모드 송신 단말은 자신이 속한 채널의 방송구간을 통해 기준신호를 송신하는 것을 특징으로 하는 방법.
P2P통신을 지원하는 무선통신시스템에서 단말 장치에 있어서,

P2P통신을 위해 사용되는 프레임내 P2P존은 적어도 하나의 채널을 포함하며, 각 채널은 방송(broadcasting)구간과 경쟁(contention)구간을 포함하고, P2P모드 송신 단말은 자신이 속한 채널의 방송구간을 통해 기준신호를 송신하며,

상기 P2P존내 각 채널에 대해 간섭총합을 결정하는 P2P채널 간섭측정기와,

상기 결정된 간섭총합 값들을 비교하여, 가장 작은 간섭총합을 갖는 채널을 선택하는 P2P통신 제어기와,

상기 선택된 채널 정보를 기지국으로 전송하는 메시지 처리기를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
제12항에 있어서,

상기 선택된 채널 정보를 전송한 후, 상기 선택된 채널을 통해 상대 단말과 P2P 통신하기 위한 제어를 수행하는 제어부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
제13항에 있어서,

상기 P2P통신은 경쟁 방식에 의해 수행되는 것을 특징으로 하는 장치.
제14항에 있어서,

상기 경쟁 방식은 CSMA(Carrier Sense Multiple Access) 방식인 것을 특징으로 하는 장치.
제13항에 있어서,

상기 P2P채널 간섭측정기는, 상기 P2P통신 수행 중, 상기 P2P존내 각 채널에 대해 간섭총합을 결정하는 것을 특징으로 하는 장치.
제16항에 있어서,

상기 P2P통신 제어기는, 상기 P2P통신 수행 중, 상기 결정된 간섭총합 값들을 비교하여 가장 작은 간섭총합을 갖는 채널을 선택하고, 상기 선택된 채널이 현재 통신중인 채널과 상이할 경우 채널 변경을 수행하는 것을 특징으로 하는 장치.
제17항에 있어서,

상기 P2P통신 제어기는, 랜덤수를 생성하며, 상기 생성된 랜덤수와 미리 설 정된 확률값을 비교하여, 상기 확률값보다 클 경우 채널을 변경하는 것을 특징으로 하는 장치.
제18항에 있어서,

상기 메시지 처리기는, 상기 변경된 채널 정보를 상기 기지국으로 전송하는 것을 특징으로 하는 장치.
제12항에 있어서, 상기 P2P채널 간섭측정기는,

각 채널의 방송구간에서 수신되는 신호의 RSSI(Received Signal Strength Indicator)를 측정하는 것을 특징으로 하는 장치.
P2P모드를 지원하는 무선통신시스템에서 기지국 장치에 있어서,

P2P존내 채널 개수를 현재 설정되어 있는 P2P커넥션 개수에 따라 적응적으로 결정하는 P2P존 관리기와,

상기 결정된 채널 개수에 따라 프레임 구간에 P2P존을 가변적으로 할당하는 스케줄러를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
제21항에 있어서, 상기 P2P존 관리기는,

상기 P2P커넥션이 설정될 때 마다 n값을 증가하고, 상기 P2P커넥션이 해제될 때 마다 상기 n값을 감소하며, 상기 P2P존내 채널이 설정될 때 마다 m값을 증가하고, 채널이 해제될 때 마다 상기 m값을 감소하며, 여기서, 상기 n은 P2P커넥션 개수를 나타내고, 상기 m은 P2P존 내 채널 개수를 나타내며,

채널개수 m이 미리 설정된 최대 채널개수 M보다 작고, 상기 채널 개수 m이 P2P 커넥션 개수 n보다 작을 경우, 채널을 추가로 설정하며,

상기 P2P커넥션 개수 n이 상기 채널 개수 m보다 작을 경우 P2P커넥션이 없는 채널을 해제하는 것을 특징으로 하는 장치.
제21항에 있어서,

상기 스케줄러는, 모든 P2P커넥션이 해제될 경우, 상기 할당된 P2P존을 해제하는 것을 특징으로 하는 장치.
제21항에 있어서,

상기 P2P존은 적어도 하나의 채널을 포함하며, 각 채널은 방송(broadcasting)구간과 경쟁(contention)구간을 포함하고, P2P모드 송신 단말은 자신이 속한 채널의 방송구간을 통해 기준신호를 송신하는 것을 특징으로 하는 장치.