KR101735008B1 - Mtc 디바이스, 기지국 및 이들에 의한 데이터 송수신 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명의 일 측면에 따른 MTC 디바이스에 의한 데이터 송신 방법은, 자신이 속한 그룹을 식별하는 단계; 기지국으로 전송되는 제 1 상향 데이터의 수신 전력의 세기가 식별된 그룹의 하위 그룹에 속하는 MTC 디바이스가 기지국으로 전송하는 제 2 상향 데이터의 수신 전력의 세기보다 기 설정된 비율 이상으로 크도록 제 1 상향 데이터의 전송 전력을 조절하는 단계; 및 조절된 전송 전력에 기초하여, 식별된 그룹에 대응하는 타임 슬롯 구조에 포함된 복수의 타임 슬롯의 임의의 시작점에서 기지국으로 제 1 상향 데이터를 전송하는 단계를 포함한다.
Description
본 발명은 통신 분야에 관한 것으로, 보다 상세하게는 MTC 디바이스, 기지국 및 이들에 의한 데이터 송수신 방법에 관한 것이다.
차세대 이동통신 시스템의 주요 요구사항 중 하나는 IoT(Internet of Things) 환경에서 매우 많은 수의 MTC(Machine Type Communication) 디바이스를 효과적으로 지원하는 것이다. 앞으로 IoT 서비스가 활성화됨에 따라 MTC 디바이스의 밀도가 높아질 것으로 예상되며, 이에 따라 하나의 기지국이 지원하는 MTC 디바이스의 밀도 역시 높아질 것으로 예상된다.
하나의 기지국이 지원하는 디바이스의 수가 매우 많은 경우, 동시에 많은 수의 디바이스가 타임 슬롯에 랜덤 액세스할 가능성이 있으므로, 이를 효과적으로 지원하기 위한 대규모 연결 기술이 필요하다.
MTC 디바이스는 실내 등 신호가 도달하기 어려운 환경에 있는 경우가 많을 뿐만 아니라 전송 전력도 낮으므로 낮은 수신 전력에서도 데이터의 수신이 가능하도록 기지국이 설계되어야 한다. MTC 디바이스가 데이터의 도달 거리를 확장시키기 위한 하나의 방법은 데이터를 반복하여 전송하는 것이다. 이 때, 모든 MTC 디바이스가 동일한 반복 횟수로 데이터를 전송한다면 하나의 MTC 디바이스가 패킷을 전송하기 위해 점유하는 시간 자원의 크기가 커지게 되고, 이에 따라 기지국이 지원할 수 있는 MTC 디바이스의 수가 제한될 수 있다. 따라서, MTC 디바이스들은 채널 상태에 따라 적절한 반복 횟수를 결정하는 것이 바람직하다.
MTC 디바이스들이 같은 양의 데이터를 전송한다고 하더라도 패킷의 길이는 채널 환경에 따라서 크게 차이가 날 수 있다. 패킷의 길이가 모두 동일한 경우에는 타임 슬롯의 경계에 맞추어 데이터를 전송하는 슬롯 알로하(Slotted Aloha) 방식이 적합하지만, 패킷의 길이가 MTC 디바이스마다 차이가 클 경우에는 슬롯 알로하 방식을 적용하는데 어려움이 있다.
(특허문헌 1) KR10-2013-0006673 A (2013.01.17)
(특허문헌 2) JP2014-529958 A (2014.11.13)
(특허문헌 2) JP2014-529958 A (2014.11.13)
본 발명의 기술적 사상에 따른 MTC 디바이스, 기지국 및 이들에 의한 데이터 송수신 방법이 이루고자 하는 기술적 과제는, MTC 디바이스와 기지국의 통신 성능을 향상시키는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명의 기술적 사상에 따른 MTC 디바이스, 기지국 및 이들에 의한 데이터 송수신 방법이 이루고자 하는 기술적 과제는, MTC 디바이스가 기지국으로 전송하는 상향 데이터들 사이의 충돌 내지 간섭을 감소시키는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명의 기술적 사상에 따른 MTC 디바이스, 기지국 및 이들에 의한 데이터 송수신 방법이 이루고자 하는 기술적 과제는, MTC 디바이스들의 생존 기간을 증가시키는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 일 측면에 따른 데이터 송신 방법은, 자신이 속한 그룹을 식별하는 단계; 기지국으로 전송되는 제 1 상향 데이터의 수신 전력의 세기가 상기 식별된 그룹의 하위 그룹에 속하는 MTC 디바이스가 상기 기지국으로 전송하는 제 2 상향 데이터의 수신 전력의 세기보다 기 설정된 비율 이상으로 크도록 상기 제 1 상향 데이터의 전송 전력을 조절하는 단계; 및 상기 조절된 전송 전력에 기초하여, 상기 식별된 그룹에 대응하는 타임 슬롯 구조에 포함된 복수의 타임 슬롯의 임의의 시작점에서 상기 기지국으로 상기 제 1 상향 데이터를 전송하는 단계를 포함한다.
일부 실시예에서, 상기 기 설정된 비율은, 상기 MTC 디바이스와 상기 기지국 사이에서 데이터를 송수신하기 위한 최소 SNR(signal-to-noise ratio)에 기초하여 결정될 수 있다.
일부 실시예에서, 상기 제 1 상향 데이터의 전송 전력을 조절하는 단계는, 상기 하위 그룹의 또 다른 하위 그룹이 존재하는 경우, 상기 하위 그룹에 속하는 MTC 디바이스가 상기 기지국으로 전송하는 상기 제 2 상향 데이터의 수신 전력의 세기와, 상기 또 다른 하위 그룹에 속하는 MTC 디바이스가 상기 기지국으로 전송하는 제 3 상향 데이터의 수신 전력의 세기의 합보다 기 설정된 비율 이상으로 크도록 상기 제 1 상향 데이터의 전송 전력을 조절하는 단계를 포함할 수 있다.
일부 실시예에서, 상기 제 1 상향 데이터를 전송하는 단계는, 상기 식별된 그룹에 대응하는 제 1 상향 데이터의 반복 전송 횟수에 따라 상기 제 1 상향 데이터를 반복하여 전송하는 단계를 포함할 수 있다.
일부 실시예에서, 상기 제 1 상향 데이터의 반복 전송 횟수는, 하위 그룹일수록 크게 설정될 수 있다.
일부 실시예에서, 상기 제 1 상향 데이터를 전송하는 단계는, 상기 반복 전송 횟수가 2n(n은 1보다 큰 자연수)인 경우, 2n개의 제 1 상향 데이터 중 앞의 n개의 제 1 상향 데이터를 제 1 위상으로 n회 반복하여 기지국으로 전송하고, 뒤의 n개의 제 1 상향 데이터를 상기 제 1 위상과 180°의 차이가 나는 제 2 위상으로 n회 반복하여 상기 기지국으로 전송하는 단계를 포함할 수 있다.
일부 실시예에서, 상기 제 1 상향 데이터를 전송하는 단계는, 상기 반복 전송 횟수가 2n-1인 경우, 반복 전송 횟수를 1회 추가하여 제 1 상향 데이터를 상기 기지국으로 전송하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따른 데이터 송신 방법은, 자신이 속한 그룹을 식별하는 단계; 및 상기 식별된 그룹에 대응하는 타임 슬롯 구조에 포함된 복수의 타임 슬롯의 임의의 시작점에서 상기 식별된 그룹에 대응하는 제 1 상향 데이터의 반복 전송 횟수에 따라 상기 제 1 상향 데이터를 반복하여 상기 기지국으로 전송하는 단계를 포함하되, 상기 전송하는 단계는, 상기 반복 전송 횟수가 2n(n은 1보다 큰 자연수)인 경우, 2n개의 제 1 상향 데이터 중 앞의 n개의 제 1 상향 데이터를 제 1 위상으로 n회 반복하여 기지국으로 전송하고, 뒤의 n개의 제 1 상향 데이터를 상기 제 1 위상과 180°의 차이가 나는 제 2 위상으로 n회 반복하여 상기 기지국으로 전송하는 단계를 포함한다.
본 발명의 일 측면에 따른 MTC 디바이스는, 자신이 속한 그룹을 식별하는 식별부; 기지국으로 전송되는 제 1 상향 데이터의 수신 전력의 세기가 상기 식별된 그룹의 하위 그룹에 속하는 MTC 디바이스가 상기 기지국으로 전송하는 제 2 상향 데이터의 수신 전력의 세기보다 기 설정된 비율 이상으로 크도록 상기 제 1 상향 데이터의 전송 전력을 조절하는 제어부; 및 상기 조절된 전송 전력에 기초하여, 상기 식별된 그룹에 대응하는 타임 슬롯 구조에 포함된 복수의 타임 슬롯의 임의의 시작점에서 상기 기지국으로 제 1 상향 데이터를 전송하는 통신부를 포함한다.
본 발명의 일 측면에 따른 데이터 수신 방법은, 복수의 그룹별로 서로 다른 크기의 타임 슬롯들을 포함하는 타임 슬롯 구조를 설정하는 단계; 상기 복수의 그룹 각각에 속한 MTC 디바이스들로부터 타임 슬롯들의 임의의 시작점에서 상향 데이터를 수신하는 단계; 및 상기 수신된 상향 데이터를 복호화하는 단계를 포함하되, 상기 복수의 그룹 중 제 1 그룹에 속한 MTC 디바이스로부터 수신되는 제 1 상향 데이터의 수신 전력의 크기는, 상기 제 1 그룹의 하위 그룹인 제 2 그룹에 속한 MTC 디바이스로부터 수신되는 제 2 상향 데이터의 수신 전력의 크기보다 기 설정된 비율 이상 크다.
일부 실시예에서, 상기 복호화하는 단계는, 상기 제 1 상향 데이터와 상기 제 2 상향 데이터가 서로 충돌하는 경우, 상기 제 1 상향 데이터와 상기 제 2 상향 데이터가 합산된 전체 상향 데이터 중에서 상기 제 1 상향 데이터를 추출하여 복호화하는 단계; 상기 전체 상향 데이터에서 상기 제 1 상향 데이터를 제거하여 상기 제 2 상향 데이터를 획득하는 단계; 및 상기 획득한 제 2 상향 데이터를 복호화하는 단계를 포함할 수 있다.
일부 실시예에서, 상기 제 1 상향 데이터는 2n의 반복 전송 횟수에 따라 반복 수신되되, 2n개의 제 1 상향 데이터 중 앞의 n개의 제 1 상향 데이터가 제 1 위상으로 n회 반복되고, 뒤의 n개의 제 1 상향 데이터가 상기 제 1 위상과 180°의 차이가 나는 제 2 위상으로 n회 반복되며, 상기 제 2 상향 데이터는 2n+2의 반복 전송 횟수에 따라 반복 수신되되, 2n+2개의 제 2 상향 데이터 중 앞의 n+1개의 제 2 상향 데이터가 제 1 위상으로 n+1회 반복되고, 뒤의 n+1개의 제 2 상향 데이터가 상기 제 2 위상으로 n+1회 반복될 수 있다.
일부 실시예에서, 상기 복호화하는 단계는, 상기 2n회 반복하여 전송되는 제 1 상향 데이터와 상기 2n+2회 반복하여 전송되는 제 2 상향 데이터가 충돌하는 경우, 상기 제 1 상향 데이터와 상기 제 2 상향 데이터가 합산된 전체 상향 데이터에 합산 및 차감 중 적어도 하나를 적용하여 상기 전체 상향 데이터로부터 상기 제 1 상향 데이터와 상기 제 2 상향 데이터를 추출하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따른 데이터 수신 방법은, 복수의 그룹별로 서로 다른 크기의 타임 슬롯들을 포함하는 타임 슬롯 구조를 설정하는 단계; 상기 복수의 그룹 각각에 속한 MTC 디바이스들로부터 타임 슬롯들의 임의의 시작점에서 상향 데이터를 수신하는 단계; 및 상기 수신된 상향 데이터를 복호화하는 단계를 포함하되, 상기 제 1 상향 데이터는 2n의 반복 전송 횟수에 따라 반복 수신되되, 2n개의 제 1 상향 데이터 중 앞의 n개의 제 1 상향 데이터가 제 1 위상으로 n회 반복되고, 뒤의 n개의 제 1 상향 데이터가 상기 제 1 위상과 180°의 차이가 나는 제 2 위상으로 n회 반복되며, 상기 제 2 상향 데이터는 2n+2의 반복 전송 횟수에 따라 반복 수신되되, 2n+2개의 제 2 상향 데이터 중 앞의 n+1개의 제 2 상향 데이터가 제 1 위상으로 n+1회 반복되고, 뒤의 n+1개의 제 2 상향 데이터가 상기 제 2 위상으로 n+1회 반복된다.
본 발명의 또 다른 측면에 따른 기지국은, 복수의 그룹별로 서로 다른 크기의 타임 슬롯들을 포함하는 타임 슬롯 구조를 설정하는 설정부; 상기 복수의 그룹 각각에 속한 MTC 디바이스들로부터 타임 슬롯들의 임의의 시작점에서 상향 데이터를 수신하는 통신부; 및 상기 수신된 상향 데이터를 복호화하는 제어부를 포함하되, 상기 복수의 그룹 중 제 1 그룹에 속한 MTC 디바이스로부터 수신되는 제 1 상향 데이터의 수신 전력의 크기는, 상기 제 1 그룹의 하위 그룹인 제 2 그룹에 속한 MTC 디바이스로부터 수신되는 제 2 상향 데이터의 수신 전력의 크기보다 기 설정된 비율 이상 크다.
본 발명의 기술적 사상에 따른 MTC 디바이스, 기지국 및 이들에 의한 데이터 송수신 방법에 의하면, MTC 디바이스와 기지국의 통신 성능이 향상될 수 있다.
또한, 본 발명의 기술적 사상에 따른 MTC 디바이스, 기지국 및 이들에 의한 데이터 송수신 방법에 의하면, MTC 디바이스가 기지국으로 전송하는 상향 데이터들 사이의 충돌 내지 간섭이 감소될 수 있다.
또한, 본 발명의 기술적 사상에 따른 MTC 디바이스, 기지국 및 이들에 의한 데이터 송수신 방법에 의하면, MTC 디바이스들의 생존 기간을 증가시킬 수 있다.
본 발명의 상세한 설명에서 인용되는 도면을 보다 충분히 이해하기 위하여 각 도면의 간단한 설명이 제공된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 복수의 MTC 디바이스들과 기지국을 도시하는 예시적인 도면이다.
도 2(a) 내지 도 2(d)는 여러 슬롯 알로하 방법을 설명하기 위한 도면들이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 데이터 송신 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 4(a)는 일반적인 MTC 디바이스가 전송하는 상향 데이터의 전송 전력과 수신 전력을 나타내는 도면이고, 도 4(b)는 본 발명의 일 실시예에 따른 MTC 디바이스가 전송하는 상향 데이터의 전송 전력과 수신 전력을 나타내는 도면이다.
도 5(a) 및 도 5(b)는 종래의 슬롯 알로하 방법과 본 발명의 방법에 따른 충돌 비율을 비교하기 위한 그래프이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따라 기지국으로 전송되는 상향 데이터의 반복 횟수 및 위상을 나타내는 예시적인 도면이다.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따라 기지국으로 전송되는 상향 데이터의 반복 횟수 및 위상을 나타내는 예시적인 도면이다.
도 8(a) 내지 도 8(c)는 종래의 슬롯 알로하 방법과 본 발명의 방법에 따른 충돌 비율을 비교하기 위한 그래프이다.
도 9(a) 내지 도 9(c)는 대부분의 MTC 디바이스들이 제 1 그룹에 속할 때의 종래의 슬롯 알로하 방법과 본 발명의 방법에 따른 충돌 비율을 비교하기 위한 그래프이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 MTC 디바이스의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 11은 본 발명의 다른 실시예에 따른 데이터 수신 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 12는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 기지국의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 복수의 MTC 디바이스들과 기지국을 도시하는 예시적인 도면이다.
도 2(a) 내지 도 2(d)는 여러 슬롯 알로하 방법을 설명하기 위한 도면들이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 데이터 송신 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 4(a)는 일반적인 MTC 디바이스가 전송하는 상향 데이터의 전송 전력과 수신 전력을 나타내는 도면이고, 도 4(b)는 본 발명의 일 실시예에 따른 MTC 디바이스가 전송하는 상향 데이터의 전송 전력과 수신 전력을 나타내는 도면이다.
도 5(a) 및 도 5(b)는 종래의 슬롯 알로하 방법과 본 발명의 방법에 따른 충돌 비율을 비교하기 위한 그래프이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따라 기지국으로 전송되는 상향 데이터의 반복 횟수 및 위상을 나타내는 예시적인 도면이다.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따라 기지국으로 전송되는 상향 데이터의 반복 횟수 및 위상을 나타내는 예시적인 도면이다.
도 8(a) 내지 도 8(c)는 종래의 슬롯 알로하 방법과 본 발명의 방법에 따른 충돌 비율을 비교하기 위한 그래프이다.
도 9(a) 내지 도 9(c)는 대부분의 MTC 디바이스들이 제 1 그룹에 속할 때의 종래의 슬롯 알로하 방법과 본 발명의 방법에 따른 충돌 비율을 비교하기 위한 그래프이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 MTC 디바이스의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 11은 본 발명의 다른 실시예에 따른 데이터 수신 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 12는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 기지국의 구성을 나타내는 블록도이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 이를 상세한 설명을 통해 상세히 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 본 명세서의 설명 과정에서 이용되는 숫자(예를 들어, 제1, 제2 등)는 하나의 구성요소를 다른 구성요소와 구분하기 위한 식별기호에 불과하다.
또한, 본 명세서에서, 일 구성요소가 다른 구성요소와 "연결된다" 거나 "접속된다" 등으로 언급된 때에는, 상기 일 구성요소가 상기 다른 구성요소와 직접 연결되거나 또는 직접 접속될 수도 있지만, 특별히 반대되는 기재가 존재하지 않는 이상, 중간에 또 다른 구성요소를 매개하여 연결되거나 또는 접속될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
또한, 본 명세서에 기재된 "~부(유닛)", "~기", "~자", "~모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
그리고 본 명세서에서의 구성부들에 대한 구분은 각 구성부가 담당하는 주기능 별로 구분한 것에 불과함을 명확히 하고자 한다. 즉, 이하에서 설명할 2개 이상의 구성부가 하나의 구성부로 합쳐지거나 또는 하나의 구성부가 보다 세분화된 기능별로 2개 이상으로 분화되어 구비될 수도 있다. 그리고 이하에서 설명할 구성부 각각은 자신이 담당하는 주기능 이외에도 다른 구성부가 담당하는 기능 중 일부 또는 전부의 기능을 추가적으로 수행할 수도 있으며, 구성부 각각이 담당하는 주기능 중 일부 기능이 다른 구성부에 의해 전담되어 수행될 수도 있음은 물론이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 복수의 MTC 디바이스(100)들과 기지국(200)을 도시하는 예시적인 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 MTC 디바이스(100)들은 기지국(200)에 연결되어 기지국(200)과 데이터를 송수신한다. MTC 디바이스(100)가 기지국(200)으로 전송하는 데이터는 상향 데이터로 참조되며, 기지국(200)이 MTC 디바이스(100)로 전송하는 데이터는 하향 데이터로 참조된다.
MTC 디바이스(100)들이 일정한 개수의 타임 슬롯을 랜덤 액세스한다고 가정한다고 하더라도 어떤 MTC 디바이스(100)는 기지국(200)에 가까이 있어서 채널 상태가 좋을 수 있으며 다른 MTC 디바이스(100)는 기지국(200)에서 멀거나, 건물 내에 있어서 채널 상태가 좋지 못할 수도 있다. MTC 디바이스(100)들은 채널의 상태에 따라 몇 개의 그룹으로 구분될 수 있는데, 각 그룹에 따라 상향 데이터의 반복 전송 횟수, 그리고 반복 전송 횟수에 따른 패킷의 길이가 결정될 수 있다. 이러한 환경에서 슬롯 알로하를 적용하기 위한 여러 방법들이 고려될 수 있다. 한편, 상기 패킷의 길이는 MTC 디바이스(100)가 하나의 상향 데이터를 기지국(200)으로 전송하기 위해 MTC 디바이스(100)에 의해 소모되는 시간 자원의 양 또는 크기를 가리킬 수 있다. 데이터를 어느 하나의 MTC 디바이스(100)가 1회만 전송할 때의 패킷의 길이를 k라 하면, 동일한 양의 데이터를 다른 하나의 MTC 디바이스(100)가 반복하여 2회 전송할 때의 패킷의 길이는 2k가 된다.
도 2(a) 내지 도 2(d)는 여러 슬롯 알로하 방법을 설명하기 위한 도면들이다.
도 2(a)는 방법 1로서, 타임 슬롯의 크기를 각 그룹에 속하는 MTC 디바이스들이 이용하는 가장 큰 패킷의 길이에 맞추어 정하고, MTC 디바이스들이 각 타임 슬롯의 시작점(x1, x2, x3) (또는 경계)에 맞추어 상향 데이터를 전송하는 방법이다. 이 방법 1에 의하면, 시간 자원의 낭비로 인해 상향 데이터 간의 충돌 확률이 증가하고, 기지국이 지원할 수 있는 MTC 디바이스의 수가 제한된다.
도 2(b)는 방법 2로서, 타임 슬롯의 크기를 각 그룹에 속하는 MTC 디바이스들이 이용하는 가장 작은 패킷의 길이에 맞추어 정하는 것이다. 이 경우, 방법 1에 비해서 성능이 개선되지만, 패킷이 일부분 겹치는 충돌이 발생함으로 인해 성능 손해가 있다.
도 2(c)는 방법 3으로서, 동일 그룹 내에서는 슬롯 알로하가 될 수 있도록 그룹에 따라 서로 다른 슬롯 구조(s1, s2, s3)를 설정하는 것이다. 제 1 그룹에 속하는 MTC 디바이스들은 제 1 슬롯 구조(s1)에 따라 상향 데이터를 전송할 수 있고, 제 2 그룹에 속하는 MTC 디바이스들은 제 2 슬롯 구조(s2), 제 3 그룹에 속하는 MTC 디바이스들은 제 3 슬롯 구조(s3)에 따라 상향 데이터를 전송할 수 있다. 방법 3은 방법 2에 비해서 충돌 확률을 줄일 수 있으나, 여전히 패킷 길이가 긴 MTC 디바이스의 패킷은 작은 길이의 패킷과 충돌을 할 확률이 큼으로 인해 길이가 긴 패킷의 충돌 확률이 증가하는 문제점이 있다. 채널 상태가 나쁜 MTC 디바이스는 최대 전송 전력으로 전송해야 하며, 패킷 길이도 길어서 충돌 확률이 큰 경우 생존 기간(life time)이 감소한다는 문제가 있다. 여기서, 생존 기간이란, 배터리로 구동되는 MTC 디바이스가 배터리가 방전될 때까지 동작하는 기간을 의미한다. 채널 상태가 나쁜 MTC 디바이스는 최대 전송 전력으로 상향 데이터를 전송하므로 배터리의 소모량이 증가되어 생존 기간이 감소되며, 상향 데이터의 충돌이 발생하는 경우에는 생존 기간이 더욱 감소될 수 있다.
도 2(d)는 방법 4로서, 그룹에 따라 시간 자원의 영역을 분리하는 것이다. 각 그룹에 속한 MTC 디바이스의 수에 따라 적절하게 자원을 분배할 수 있다면 우수한 성능을 얻을 수 있겠지만, 그룹에 속한 MTC 디바이스의 수를 정확하게 예측하는 것은 쉽지 않다. 만일, 그룹에 속한 MTC 디바이스의 수를 정확히 예측하여 자원을 분배하지 못한다면 성능의 저하가 발생할 수 있다. 이 방법은 채널 상태가 나쁜 그룹에 충분한 자원을 할당함으로써 채널 상태가 나쁜 그룹의 충돌 확률을 줄일 수 있다. 그러나 채널 상태가 나쁜 그룹에 너무 많은 자원을 할당하면 채널 상태가 좋은 그룹의 충돌 확률이 증가하여 평균적인 충돌 확률이 증가할 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 데이터 송신 방법을 설명하기 위한 순서도로서, 도 3은 MTC 디바이스에 의해 수행되는 각 단계를 도시하고 있다.
S310 단계에서, MTC 디바이스는 자신이 속한 그룹을 식별한다. 여러 MTC 디바이스들은 채널 상황에 따라 복수의 그룹으로 구분되는데, 그룹에 따라 상향 데이터의 반복 전송 횟수 및 그에 따른 패킷의 길이가 결정될 수 있다. 예를 들어, 제 1 그룹, 제 2 그룹 및 제 3 그룹이 존재하고, 제 1 그룹의 채널 상황이 가장 우수하고, 제 2 그룹의 채널 상황은 중간이고, 제 3 그룹의 채널 상황이 가장 열악한 경우, 제 1 그룹에 속한 MTC 디바이스의 반복 전송 횟수는 1회로 설정되어 상향 데이터를 1회만 전송하고, 제 2 그룹에 속한 MTC 디바이스의 반복 전송 횟수는 2회로 설정되어 상향 데이터를 2회 전송하고, 제 3 그룹에 속한 MTC 디바이스의 반복 전송 횟수는 3회로 설정되어 상향 데이터를 3회 전송할 수 있다.
S320 단계에서, MTC 디바이스는 기지국으로 전송되는 상향 데이터의 수신 전력의 세기가 상기 식별된 그룹의 하위 그룹에 속하는 다른 MTC 디바이스가 상기 기지국으로 전송하는 상향 데이터의 수신 전력의 세기보다 기 설정된 비율 이상으로 크도록 상향 데이터의 전송 전력을 조절한다.
MTC 디바이스는 기지국과 메시지를 주고 받으면서, 자신이 기지국으로 전송하는 상향 데이터가 어느 정도의 수신 전력의 세기가 되어야 하는지를 알 수 있고, 이를 통해, 해당 수신 전력의 세기가 되도록 전송 전력을 조절할 수 있다. 예를 들어, 기지국은 여러 그룹에 속한 MTC 디바이스들로부터 수신되는 상향 데이터의 수신 전력의 세기를 측정하여 각 그룹의 상향 데이터의 적정 수신 전력의 세기를 결정할 수 있고, 결정된 적정 수신 전력의 세기를 MTC 디바이스들의 상향 데이터에 대한 응답 메시지에 포함시켜 MTC 디바이스들로 전송할 수 있다. 이에 따라 응답 메시지를 수신하는 각 그룹의 MTC 디바이스들은 응답 메시지에 포함된 적정 수신 전력의 세기를 기초로 자신이 기지국으로 전송하는 상향 데이터가 요구되는 수신 전력의 세기가 되도록 자신의 전송 전력을 조절할 수 있다.
MTC 디바이스는 자신이 기지국으로 전송하는 상향 데이터와, 하위 그룹에 속하는 다른 MTC 디바이스가 기지국으로 전송하는 상향 데이터가 서로 충돌하더라도 캡쳐 효과(capture effect)에 의해 기지국이 자신의 상향 데이터를 추출할 수 있도록 전송 전력을 조절할 수 있다.
상기 기 설정된 비율은 MTC 디바이스와 기지국 사이의 변조 방법, 채널부호화 방법, 반복 정도 등에 따라 결정되는 최소 SNR (signal-to-noise ratio)에 기초하여 결정될 수 있는데, 예를 들어, 최소 SNR이 3dB인 경우, 상기 기 설정된 비율은 2배가 될 수 있다. 즉, 상위 그룹에 해당하는 제 1 그룹의 상향 데이터의 수신 전력의 크기가, 하위 그룹에 해당하는 제 2 그룹의 상향 데이터의 수신 전력의 크기보다 2배 이상 큰 경우, 기지국은 제 1 그룹의 상향 데이터와 제 2 그룹의 상향 데이터 간에 충돌이 발생하더라도, 전체 상향 데이터 중 제 1 그룹의 상향 데이터만을 추출할 수 있다. 제 1 그룹의 상향 데이터가 추출되면, 기지국은 제 1 그룹의 상향 데이터와 제 2 그룹의 상향 데이터가 합산된 전체 상향 데이터에서 제 1 그룹의 상향 데이터를 제거하여 제 2 그룹의 상향 데이터도 추출할 수 있다.
구현예에 따라서, 최소 SNR이 3dB인 경우, 기 설정된 비율을 2배보다 크게 결정할 수도 있는데, 이는 제 1 그룹의 상향 데이터의 수신 전력의 크기가, 채널 환경에 존재하는 노이즈의 전력의 크기와 제 2 그룹의 상향 데이터의 수신 전력의 크기의 합보다 2배 이상 커야 하기 때문이다.
한편, MTC 디바이스들이 제 1 그룹, 제 2 그룹, 제 3 그룹으로 구분된 경우, 전술한 바와 같이, 제 2 그룹에 대응하는 상향 데이터의 수신 전력의 크기는 제 3 그룹에 대응하는 상향 데이터의 수신 전력의 크기보다 기 설정된 비율 이상 커야 한다. 그러나, 제 1 그룹에 대응하는 상향 데이터의 수신 전력의 크기는, 제 2 그룹에 대응하는 상향 데이터의 수신 전력의 크기와 제 3 그룹에 대응하는 상향 데이터의 수신 전력의 크기의 합보다 기 설정된 비율 이상 커야 한다. 예를 들어, 최소 SNR이 3dB이고, 제 3 그룹의 수신 전력의 크기가 1, 제 2 그룹의 수신 전력의 크기가 2인 경우, 제 1 그룹의 수신 전력의 크기는 최소 6이 되어야 한다. 왜냐하면, 제 1 그룹의 상향 데이터, 제 2 그룹의 상향 데이터 및 제 3 그룹의 상향 데이터가 모두 충돌하는 경우, 이들 상향 데이터가 모두 합쳐진 전체 상향 데이터 중 제 1 그룹의 상향 데이터만을 추출하기 위해서는 제 1 그룹의 상향 데이터의 수신 전력의 크기가 나머지 데이터 전체의 수신 전력의 크기보다 기 설정된 비율 이상 커야 하기 때문이다.
도 4(a)는 일반적인 MTC 디바이스가 전송하는 상향 데이터의 전송 전력과 수신 전력을 나타내는 도면이고, 도 4(b)는 본 발명의 일 실시예에 따른 MTC 디바이스가 전송하는 상향 데이터의 전송 전력과 수신 전력을 나타내는 도면이다. 도 4(a)에 도시된 바와 같이, 일반적인 MTC 디바이스가 전송하는 상향 데이터의 수신 전력은 그룹 간에 그 크기 차이가 크지 않지만, 본 발명의 일 실시예에서는 MTC 디바이스가 전송 전력을 조절하여 그룹 간 수신 전력의 크기가 기 설정된 비율 이상 차이가 나게 한다.
다시 도 3을 참조하면, S330 단계에서, MTC 디바이스는 상기 조절된 전송 전력에 기초하여, 상기 식별된 그룹에 대응하는 타임 슬롯 구조에 포함된 복수의 타임 슬롯의 임의의 시작점 (또는 경계)에서 기지국으로 상향 데이터를 전송한다.
본 발명의 일 실시예에서는 슬롯 알로하 방법으로서, 기본적으로 전술한 방법 3을 따른다. 따라서, MTC 디바이스가 제 1 그룹에 속하는 경우에는 예를 들어, 도 2의 s1 슬롯 구조에 따라 상향 데이터를 기지국으로 전송한다. 본 발명의 일 실시예에 따른 MTC 디바이스는 상향 데이터의 전송 전력을 조절하여, 각 그룹의 상향 데이터가 서로 충돌되더라도 캡쳐 효과에 의해 기지국이 각 상향 데이터를 추출할 수 있게 하므로, 그룹 간 상향 데이터의 충돌 비율은 감소될 수 있다.
구현예에 따라서는, 본 발명의 일 실시예는 방법 3 이외의 방법 1, 방법 2 또는 방법 4의 슬롯 알로하를 따를 수도 있다. 즉, MTC 디바이스가 방법 1에 대응하는 슬롯 구조, 방법 2에 대응하는 슬롯 구조 또는 방법 4에 대응하는 슬롯 구조에 따라 상향 데이터를 전송하여 다른 MTC 디바이스의 상향 데이터와 충돌하더라도, 전송 전력의 조절을 통해 기지국으로 하여금 정확하게 상향 데이터를 획득하게 할 수 있다.
도 5(a) 및 도 5(b)는 종래의 슬롯 알로하 방법과 도 3과 관련하여 설명한 본 발명에 따른 방법 5의 충돌 비율을 비교하기 위한 그래프이다.
본 발명에 따른 실험에서는 동시에 랜덤 액세스를 시도하는 MTC 디바이스의 수에 따라 충돌 확률을 측정하였다. 랜덤 액세스를 위한 타임 슬롯의 수는 192이고, MTC 디바이스는 채널 상태에 따라 3개의 그룹으로 나뉘며 각 그룹의 패킷 길이는 각각 1개의 단위 타임 슬롯, 2 개의 단위 타임 슬롯 및 4 개의 단위 타임 슬롯이고, 각 그룹의 MTC 디바이스의 비율은 4/7, 2/7, 1/7이다. 상향 데이터 간의 충돌이 없을 경우 3개의 그룹 각각이 사용하는 시간 자원의 비율은 같다. 여기서, 1개의 단위 타임 슬롯은 상향 데이터를 1회만 전송할 때의 패킷의 길이에 대응된다. 따라서, 패킷 길이가 2개의 단위 타임 슬롯이라는 것은 상향 데이터를 2회에 걸쳐 기지국으로 전송한다는 것을 의미한다.
방법 1은 모든 MTC 디바이스가 4개의 단위 타임 슬롯 경계에 맞추어 상향 데이터를 전송하며, 방법 2는 모든 MTC 디바이스가 1개의 단위 타임 슬롯 경계에 맞추어 상향 데이터를 전송한다. 방법 3에서는 그룹 1은 1개의 단위 타임 슬롯, 그룹 2는 2개의 단위 타임 슬롯, 그룹 3은 4개의 단위 타임 슬롯의 슬롯 경계에 맞추어 상향 데이터를 전송한다. 방법 4는 자원 비율을 적절히 결정한 경우와 그렇지 않은 경우의 두 가지 경우를 고려하였으며, 방법 4a는 자원 비율을 1/3, 1/3, 1/3로, 방법 4b는 자원 비율을 1/6, 1/6, 4/6로 설정하였다. 본 발명에 따른 방법 5의 경우, 캡쳐 효과 및 간섭 제거 효과에 의하여 서로 다른 그룹의 MTC 디바이스 간에는 상향 데이터의 충돌이 발생하지 않으며, 같은 그룹의 MTC 디바이스의 상향 데이터 간에만 충돌이 발생한다고 가정하였다.
도 5(a)는 5가지 방법에 대한 충돌 확률을 보여주고 있다. 방법 1의 경우 자원의 낭비로 인해 성능이 만족스럽지 않으며, 방법 2는 방법 1에 비해 성능 개선이 있다. 방법 3은 동일한 그룹 내의 충돌을 줄임으로써 방법 2보다 약간 더 우수한 성능을 가진다. 방법 4는 랜덤 액세스하는 자원의 비율을 정확히 맞춘 방법 4a의 경우 성능이 우수하지만, 그렇지 못한 방법 4b의 경우 성능이 떨어질 수 있다. 방법 5는 다른 방법들보다 월등히 우수한 성능을 보인다는 것을 알 수 있다.
도 5(b)는 그룹 간의 충돌 확률이 공평한지 보기 위하여 각 방법에 대해서 가장 충돌 확률이 큰 그룹의 충돌 확률을 나타내는 것이다. 방법 1, 방법 4(a), 방법 5의 경우, 도 5(a)와 큰 차이가 없으며, 그룹에 따라 충돌 확률의 큰 차이가 없다는 것을 알 수 있다. 방법 2 및 방법 3은 패킷의 길이가 길수록 충돌 확률이 증가함으로써 채널 환경이 열악한 MTC 디바이스에게 불리한 방식이다. 방법 4(b)의 경우, 랜덤 액세스하는 MTC 디바이스의 비율을 정확히 예측하지 못한 경우, 일부 그룹의 충돌 확률이 증가할 수 있음을 보여준다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 MTC 디바이스는 상향 데이터를 수회 반복하여 기지국으로 전송할 때, 반복되는 상향 데이터의 위상을 조절하여, 다른 상향 데이터와의 충돌에 의해 기지국이 상향 데이터를 획득하지 못하는 문제점을 해결할 수도 있다.
구체적으로, MTC 디바이스의 반복 전송 횟수가 2n(n은 1보다 큰 자연수)인 경우, 앞의 n개의 상향 데이터를 제 1 위상으로 n회 반복하여 기지국으로 전송하고, 뒤의 n개의 상향 데이터를 상기 제 1 위상과 180°의 차이가 나는 제 2 위상으로 n회 반복하여 기지국으로 전송할 수 있다.
2n회에 걸쳐 상향 데이터를 수신한 기지국은 제 1 위상의 상향 데이터 또는 제 2 위상의 상향 데이터 중 어느 하나를 위상 반전시킨 뒤, 다른 하나에 합산을 함으로써 상향 데이터를 획득할 수 있다. 예를 들어, 반복 전송 횟수가 2로 설정된 MTC 디바이스가 x 상향 데이터를 기지국으로 전송하는 경우를 가정하면, MTC 디바이스는 x 상향 데이터를 위상 변환 없이 첫 번째로 전송하고, 위상 반전된 -x 상향 데이터를 두 번째로 기지국으로 전송할 것이다. 채널을 h라 할 때, 기지국은 첫 번째로 hx를 수신하고, 두 번째로-hx를 수신할 것이므로, 기지국은 두 번째로 수신된 -hx를 위상 반전시키고, 이를 첫 번째 수신된 hx에 합산을 하여 2hx를 획득할 수 있다.
도 6은 본 발명의 방법 6에 따라, MTC 디바이스들이 기지국으로 전송하는 상향 데이터의 위상을 나타내고 있는데, 도 6에서 +는 제 1 위상을 나타내고, -는 제 1 위상과 180°의 차이가 나는 제 2 위상을 나타낸다.
제 1 디바이스와 제 2 디바이스가 제 1 그룹, 제 3 디바이스가 제 2 그룹, 제 4 디바이스가 제 3 그룹에 속하고, 제 2 그룹의 반복 전송 횟수가 2, 제 3 그룹의 반복 전송 횟수가 4인 경우, 도 6에 도시된 바와 같이, 제 3 디바이스는 첫 번째로 +의 상향 데이터를 기지국으로 전송하고, 두 번째로는 -의 상향 데이터를 기지국으로 전송한다는 것을 알 수 있다. 이와 마찬가지로, 제 4 디바이스는 처음 두 번은 +의 상향 데이터를 기지국으로 전송하고, 뒤의 두 번은 -의 상향 데이터를 기지국으로 전송한다.
2n회 반복하여 전송되는 제 1 상향 데이터와 2n+2회 반복하여 전송되는 제 2 상향 데이터가 충돌하는 경우, 기지국은 상기 제 1 상향 데이터와 상기 제 2 상향 데이터가 합산된 전체 상향 데이터에 합산 및 차감 중 적어도 하나를 적용하여 상기 전체 상향 데이터로부터 상기 제 1 상향 데이터와 상기 제 2 상향 데이터를 추출할 수 있다.
예를 들어, 도 6에서와 같이, 제 3 MTC 디바이스가 +x1 상향 데이터와, -x1 상향 데이터 각각을 기지국으로 전송하고, 제 4 MTC 디바이스가 +x2 상향 데이터와 -x2 상향 데이터를 각각 2개씩 기지국으로 전송하고, 제 3 MTC 디바이스의 채널을 h1, 제 4 MTC 디바이스의 채널을 h2로 가정하자. 이 경우, 기지국은 제 3 MTC 디바이스로부터 h1x1, -h1x1을 수신하고, 제 4 MTC 디바이스로부터 h2x2, h2x2, -h2x2, -h2x2를 수신하게 된다. 제 3 MTC 디바이스가 상향 데이터를 기지국으로 보내는 2개의 상향 데이터가, 제 4 MTC 디바이스가 기지국으로 보내는 4개의 상향 데이터 중 앞의 2개의 상향 데이터와 충돌하는 경우, 기지국은 첫 번째로 r1 = h1x1+h2x2, 두 번째로 r2 = -h1x1+h2x2, 세 번째로 r3 = -h2x2, 네 번째로 r4= -h2x2를 획득하게 된다. 기지국은 r1, r2, r3 및 r4에 대해 합산 및 차감 중 적어도 하나를 적용하여 제 3 MTC 디바이스가 전송하는 상향 데이터와, 제 4 MTC 디바이스가 전송하는 상향 데이터를 추출하게 된다. 즉, r1-r2를 하여, 2h1x1 (=(h1x1+h2x2)-(-h1x1+h2x2))을 추출하고, r1+r2-r3-r4를 하여, 4h2x2(=(h1x1+h2x2)+(-h1x1+h2x2)-(h2x2)-(h2x2))를 추출한다.
위에서 살펴본 바와 같이, 도 6에서 그룹 2와 그룹 3의 상향 데이터 간에는 서로 충돌이 없지만 그룹 1은 상향 데이터를 1회만 전송하므로, 그룹 1과 그룹 3 간에는 충돌이 존재하며, 이로 인해 통신 성능이 떨어질 수 있다.
도 7은 본 발명의 방법 7에 따라 MTC 디바이스들이 기지국으로 전송하는 상향 데이터의 위상을 나타내고 있는데, 도 6의 방법 6과 비교하여 반복 전송 횟수가 1이었던 그룹 1의 제 1 MTC 디바이스와 제 2 MTC 디바이스도 반복 전송 횟수를 2로 증가시켜 상향 데이터를 반복 전송하는 것을 알 수 있다. 다시 말하면, 그룹 1에 속한 제 1 MTC 디바이스와 제 2 MTC 디바이스를 제 2 그룹으로 분류한 것이다.
즉, 도 7에 따른 방법 7에서는, 반복 전송 횟수가 2n-1(n은 1보다 큰 자연수)인 MTC 디바이스가 상향 데이터를 기지국으로 전송할 때, 반복 전송 횟수를 1회 추가하여 상향 데이터를 2n회만큼 전송하되, 앞의 n개의 상향 데이터를 제 1 위상으로 기지국으로 전송하고, 뒤의 n개의 상향 데이터를 상기 제 1 위상과 180°의 차이가 나는 제 2 위상으로 기지국으로 전송하여, 다른 그룹의 상향 데이터와의 충돌을 방지할 수 있다.
도 8(a) 내지 도 8(c)는 종래의 슬롯 알로하 방법과 본 발명의 방법에 따른 충돌 비율을 비교하기 위한 그래프이다.
본 발명에 따른 실험에서는 동시에 랜덤 액세스를 시도하는 MTC 디바이스의 수에 따라 충돌 확률을 측정하였다. 본 실험에서는 방법 3과 방법 4, 그리고 본 발명에 따른 방법 6과 방법 7만 비교하였다. 랜덤 액세스를 위한 타임 슬롯의 수는 128이고 MTC 디바이스는 채널 상태에 따라 4개의 그룹으로 나뉘며 각 그룹의 패킷의 길이는 1, 2, 4, 8의 단위 타임 슬롯이고 각 그룹의 MTC 디바이스의 비율은 2/5, 1/5, 1/5, 1/5이다. 방법 3에서는 그룹 1은 1개의 단위 타임 슬롯, 그룹 2는 2개의 단위 타임 슬롯, 그룹 3은 4개의 단위 타임 슬롯, 그룹 4는 8개의 단위 타임 슬롯의 슬롯 시작점에 맞추어 상향 데이터를 전송한다. 충돌이 없을 경우 각 그룹이 차지하는 자원의 비율은 1/8, 1/8, 1/4, 1/2이다. 방법 4는 두 가지 경우의 자원 비율을 고려하였으며, 그 중 방법 4(a)는 자원 비율을 1/8, 1/8, 1/4, 1/2로 각 그룹에 적절히 자원을 할당한 것이고, 방법 4(b)는 자원 비율을 1/16, 1/16, 1/8, 3/4로 그룹 4에 많은 자원을 할당한 것이다. 방법 6 의 경우, 그룹 2와 그룹 3, 그룹 2와 그룹 4, 그룹 3과 그룹 4 사이의 상향 데이터의 충돌은 없다고 가정하였으며 그룹 1과 다른 그룹 사이의 충돌은 존재한다. 방법 7의 경우에는 그룹 1의 MTC 디바이스를 모두 그룹 2로 변경하여 그룹 1에 해당하는 MTC 디바이스는 존재하지 않으며, 그룹 간의 충돌은 없는 것으로 가정하였다. 그룹 1에 있던 MTC 디바이스의 패킷 길이는 1 단위 타임 슬롯에서 2 단위 타임 슬롯으로 늘어났다. 즉, 전송 반복 횟수가 1에서 2로 증가되었다.
도 8(a)는 평균 충돌 확률, 도 8(b)는 채널이 가장 좋은 그룹 1의 충돌 확률, 도 8(c)는 채널이 가장 열악한 그룹 4의 충돌 확률을 보여주고 있다. 방법 7에서는 그룹 1이 그룹 2에 합쳐졌지만, 도 8(b)는 원래 그룹 1에 있던 MTC 디바이스들의 충돌 확률을 나타낸다.
방법 3의 경우, 서로 다른 그룹끼리 충돌이 발생하였을 때 슬롯 알로하가 되지 않음으로 인해 성능이 좋지 않으며, 특히, 그룹 4의 충돌 확률이 나쁘다는 것을 알 수 있다. 방법 4의 경우 방법 4(a)와 같이 적절한 자원 분배를 할 경우 방법 3보다 우수한 성능을 보인다. 또한, 방법 4(b)와 같이 그룹 4의 자원을 크게 늘릴 경우 그룹 4의 충돌 확률을 줄일 수 있다. 그러나, 이 경우 다른 그룹의 충돌 확률이 증가함으로써 평균 충돌 확률은 나빠진다. 방법 6의 경우 방법 1에 비해서 그룹 간 충돌 확률을 줄일 수 있으므로 성능이 개선된다. 그러나 그룹 1은 반복 패턴이 없어서 다른 그룹과 충돌이 발생하며 그룹 1의 충돌 확률은 방법 3과 차이가 없다. 방법 7의 경우 그룹 1을 없애서 모든 그룹이 반복 패턴을 가지도록 함으로써 그룹 간 충돌이 없어졌으며 가장 우수한 성능을 보인다. 방법 4가 그룹 별로 자원을 쪼개어 할당함으로써 각 그룹은 자원의 일부분만 할당 받는데 반해서, 방법 7은 다른 그룹과의 충돌이 없으므로 모든 그룹에 대해서 전체 자원을 모두 할당한 것과 같으며, 특히 가장 채널 상태가 나쁜 그룹의 MTC 디바이스의 충돌 확률을 크게 줄여 줌으로써 배터리로 동작하는 MTC 디바이스의 생존 기간을 늘릴 수 있다.
방법 7은 그룹 1을 없애고 그룹 1의 디바이스를 그룹 2로 통합함으로써 패킷의 길이가 늘어나 원래 그룹 1에 있던 디바이스의 성능이 떨어질 가능성이 있다. 극단적으로 모든 MTC 디바이스가 그룹 1일 경우에는 방법 7은 방법 1보다 평균 충돌 확률이 증가할 것이다. 그러나 모든 MTC 디바이스가 그룹 1일 때는 제안하는 방법은 사용하지 않을 것이므로 대부분의 MTC 디바이스가 그룹 1인 경우를 고려해보자. 앞선 실험 조건에서 각 그룹의 MTC 디바이스의 비율을 8/9, 0, 0, 1/9로 가정한다. 충돌이 없을 경우 각 그룹이 차지하는 자원의 비율은 1/2, 0, 0, 1/2이다. 방법 4(a)는 자원 비율을 1/2, 0, 0, 1/2로 하여 각 그룹에 적절한 자원을 할당한 것이고, 방법 4(b)는 1/4, 0, 0, 3/4로 그룹 4에 많은 자원을 할당한 것이다. 도 9(a)는 평균 충돌 확률, 도 9(b)는 그룹 1의 MTC 디바이스의 충돌 확률, 도 9(c)는 그룹 4의 MTC 디바이스의 충돌 확률을 나타낸다.
방법 7에서는 그룹 1이 그룹 2로 이동하였지만 도 9(b)는 원래 그룹 1에 있던 MTC 디바이스들의 충돌 확률을 나타낸다. 그룹 2와 그룹 3의 MTC 디바이스가 없으므로 방법 6의 경우 방법 3과 성능이 같다. 방법 3 및 방법 6의 성능을 보면 앞선 실험 결과에 비해서 짧은 길이의 패킷이 증가하였으므로 평균 충돌 확률은 개선되었다. 그러나 길이가 긴 패킷은 길이가 짧은 패킷과 충돌하는 것과 긴 패킷과 충돌하는 것의 차이가 없으므로 그룹 4의 충돌 확률은 앞의 실험 결과와 큰 차이가 없다. 방법 4(a)는 그룹 1을 위해서 절반의 자원을 할당하였고 방법 7은 그룹 1의 패킷 길이가 두 배가 되면서 전체 자원을 사용한 것이므로 두 경우의 그룹 1의 충돌 확률은 같다. 그러나, 그룹 4를 위해서는 방법 7이 전체 자원을 사용하는데 반해서 방법 4(a)는 절반의 자원을 할당하였으므로 그룹 4의 충돌 확률은 방법 7이 좋으며 따라서 평균 충돌 확률에서도 방법 7이 좋다. 방법 4(b)는 그룹 4를 위해서 방법 4(a)보다 더 많은 자원을 할당하여 그룹 4의 충돌 확률을 개선하였지만 여전히 전체 자원을 사용하는 방법 7보다는 좋지 않다. 방법 4(b)는 그룹 1을 위해서 충분한 자원을 할당하지 못하였으므로 평균 충돌 확률이 매우 나쁘다. 그룹 1의 디바이스 비율이 매우 높은 경우에서도 방법 7이 가장 우수한 성능을 보이는 것을 확인할 수 있다. 방법 7은 채널이 나쁜 MTC 디바이스의 충돌 확률을 개선하고자 하는 방법이지만 그룹 1의 MTC 디바이스가 극단적으로 많은 경우를 제외한다면 모든 그룹의 충돌 확률에 대해서 우수한 성능을 낼 수 있다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 MTC 디바이스(1000)의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 10을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 MTC 디바이스(1000)는 식별부(1010), 제어부(1030) 및 통신부(1050)를 포함할 수 있다. 식별부(1010), 제어부(1030) 및 통신부(1050)는 적어도 하나의 프로세서로 구현될 수 있다.
식별부(1010)는 MTC 디바이스(1000) 자신이 속한 그룹을 식별한다. 자신이 어느 그룹에 속해 있는지는 MTC 디바이스(1000)와 기지국 사이의 채널 상태에 따라 결정될 수 있다.
제어부(1030)는 기지국으로 전송되는 상향 데이터의 수신 전력의 세기가 상기 식별된 그룹의 하위 그룹에 속하는 다른 MTC 디바이스가 기지국으로 전송하는 상향 데이터의 수신 전력의 세기보다 기 설정된 비율 이상으로 크도록 상향 데이터의 전송 전력을 조절한다. 기지국이 캡쳐 효과에 따라 상향 데이터를 추출할 수 있게 하기 위해 제어부(1030)는 상향 데이터의 전송 전력을 조절할 수 있으며, 이에 따라, 어느 하나의 그룹의 상향 데이터와 다른 그룹의 상향 데이터가 충돌하더라도, 기지국은 두 상향 데이터를 정확하게 추출할 수 있다.
또한, 제어부(1030)는 자신이 속한 그룹에 대응하는 반복 전송 횟수가 2n(n은 1보다 큰 자연수)인 경우, 앞의 n개의 상향 데이터를 제 1 위상으로, 뒤의 n개의 상향 데이터를 상기 제 1 위상과 180°의 차이가 나는 제 2 위상으로 설정할 수도 있다.
통신부(1050)는 제어부(1030)에 의해 조절된 전송 전력 및 위상에 기초하여, 상기 식별된 그룹에 대응하는 타임 슬롯 구조에 포함된 복수의 타임 슬롯의 임의의 시작점에서 기지국으로 상향 데이터를 전송한다.
도 11은 본 발명의 다른 실시예에 따른 데이터 수신 방법을 설명하기 위한 순서도이다. 도 11은 기지국에 의해 수행되는 단계를 나타내고 있다.
S1110 단계에서, 기지국은 복수의 그룹별로 서로 다른 크기의 타임 슬롯들을 포함하는 타임 슬롯 구조를 설정한다. 기지국은 채널 상태가 좋지 않은 그룹에 대해서는 작은 크기의 타임 슬롯을 포함하는 타임 슬롯 구조를 설정하고, 상대적으로 채널 상태가 좋은 그룹에 대해서는 큰 크기의 타임 슬롯을 포함하는 타임 슬롯 구조를 설정할 수 있다. 기지국은 설정된 타임 슬롯 구조에 대한 정보, 예를 들어, 각 타임 슬롯의 간격, 각 타임 슬롯의 시작 시간 등에 대한 정보를 복수의 MTC 디바이스들로 전송할 수 있다.
S1120 단계에서, 기지국은 복수의 그룹 각각에 속한 MTC 디바이스들로부터 타임 슬롯들의 임의의 시작점에서 상향 데이터를 수신하고, S1130 단계에서, 상기 수신된 상향 데이터를 복호화한다.
기지국이 수신하는 상향 데이터들 중, 제 1 그룹에 속한 MTC 디바이스로부터 수신되는 제 1 상향 데이터의 수신 전력의 크기는, 상기 제 1 그룹의 하위 그룹인 제 2 그룹에 속한 다른 MTC 디바이스로부터 수신되는 제 2 상향 데이터의 수신 전력의 크기보다 기 설정된 비율 이상 클 수 있으며, 이에 따라, 제 1 상향 데이터와 제 2 상향 데이터가 서로 충돌하더라도 기지국은 제 1 상향 데이터와 제 2 상향 데이터를 정확히 추출하고 복호화할 수 있다.
또한, 상기 제 1 상향 데이터는 2n회의 반복 전송 횟수에 따라 반복 수신되되, 2n개의 제 1 상향 데이터 중 앞의 n개의 제 1 상향 데이터가 제 1 위상으로 n회 반복되고, 뒤의 n개의 제 1 상향 데이터는 상기 제 1 위상과 180°의 차이가 나는 제 2 위상으로 n회 반복될 수 있다. 또한, 상기 제 2 상향 데이터는 2n+2회의 반복 전송 횟수에 따라 반복 수신되되, 2n+2개의 제 2 상향 데이터 중 앞의 n+1개의 제 2 상향 데이터는 제 1 위상으로 n+1회 반복되고, 뒤의 n+1개의 제 2 상향 데이터는 상기 제 2 위상으로 n+1회 반복될 수 있다. 기지국은 2n회 반복하여 전송되는 제 1 상향 데이터와 상기 2n+2회 반복하여 전송되는 제 2 상향 데이터가 서로 충돌하는 경우, 상기 제 1 상향 데이터와 상기 제 2 상향 데이터가 합산된 전체 상향 데이터에 합산 및 차감 중 적어도 하나를 적용하여 상기 전체 상향 데이터로부터 상기 제 1 상향 데이터와 상기 제 2 상향 데이터를 추출할 수 있다.
도 12는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 기지국(1200)의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 12를 참조하면, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 기지국(1200)은 설정부(1210), 통신부(1230) 및 제어부(1250)를 포함할 수 있다. 설정부(1210), 통신부(1230) 및 제어부(1250)는 적어도 하나의 프로세서로 구현될 수 있다.
설정부(1210)는 복수의 그룹별로 서로 다른 크기의 타임 슬롯들을 포함하는 타임 슬롯 구조를 설정한다.
통신부(1230)는 상기 복수의 그룹 각각에 속한 MTC 디바이스들로부터 타임 슬롯들의 임의의 시작점에서 상향 데이터를 수신하고, 제어부(1250)는 상기 수신된 상향 데이터를 복호화한다.
전술한 바와 같이, 복수의 그룹 중 제 1 그룹에 속한 MTC 디바이스로부터 수신되는 제 1 상향 데이터의 수신 전력의 크기는, 상기 제 1 그룹의 하위 그룹인 제 2 그룹에 속한 다른 MTC 디바이스로부터 수신되는 제 2 상향 데이터의 수신 전력의 크기보다 기 설정된 비율 이상 클 수 있으며, 이 경우, 제어부(1250)는 캡쳐 효과를 이용하여 제 1 상향 데이터와 제 2 상향 데이터가 합쳐진 전체 상향 데이터에서 제 1 상향 데이터와 제 2 상향 데이터를 추출 및 복호화할 수 있다.
이상, 본 발명을 바람직한 실시예를 들어 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않고, 본 발명의 기술적 사상 및 범위 내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러가지 변형 및 변경이 가능하다.
100, 1000: MTC 디바이스
1010: 식별부
1030: 제어부
1050: 통신부
200, 1200: 기지국
1210: 설정부
1230: 통신부
1250: 제어부
1010: 식별부
1030: 제어부
1050: 통신부
200, 1200: 기지국
1210: 설정부
1230: 통신부
1250: 제어부
Claims (9)
- MTC 디바이스에 의한 데이터 송신 방법에 있어서,
자신이 속한 그룹을 식별하는 단계;
기지국으로 전송되는 제 1 상향 데이터의 수신 전력의 세기가 상기 식별된 그룹의 하위 그룹에 속하는 MTC 디바이스가 상기 기지국으로 전송하는 제 2 상향 데이터의 수신 전력의 세기보다 기 설정된 비율 이상으로 크도록 상기 제 1 상향 데이터의 전송 전력을 조절하는 단계; 및
상기 조절된 전송 전력에 기초하여, 상기 식별된 그룹에 대응하는 타임 슬롯 구조에 포함된 복수의 타임 슬롯의 임의의 시작점에서 상기 기지국으로 상기 제 1 상향 데이터를 전송하는 단계를 포함하며,
상기 제 1 상향 데이터를 전송하는 단계는,
상기 식별된 그룹에 대응하는 상기 제 1 상향 데이터의 반복 전송 횟수에 따라 상기 제 1 상향 데이터를 반복하여 전송하는 단계를 포함하는, 데이터 송신 방법.
- 제1항에 있어서,
상기 기 설정된 비율은,
상기 MTC 디바이스와 상기 기지국 사이에서 데이터를 송수신하기 위한 최소 SNR(signal-to-noise ratio)에 기초하여 결정되는 것을 특징으로 하는 데이터 송신 방법.
- 제1항에 있어서,
상기 제 1 상향 데이터의 전송 전력을 조절하는 단계는,
상기 하위 그룹의 또 다른 하위 그룹이 존재하는 경우, 상기 하위 그룹에 속하는 MTC 디바이스가 상기 기지국으로 전송하는 상기 제 2 상향 데이터의 수신 전력의 세기와, 상기 또 다른 하위 그룹에 속하는 MTC 디바이스가 상기 기지국으로 전송하는 제 3 상향 데이터의 수신 전력의 세기의 합보다 기 설정된 비율 이상으로 크도록 상기 제 1 상향 데이터의 전송 전력을 조절하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 데이터 송신 방법.
- 삭제
- 제1항에 있어서,
상기 제 1 상향 데이터의 반복 전송 횟수는,
상위 그룹보다 하위 그룹에서 더 큰 값을 갖도록 설정되는 것을 특징으로 하는 데이터 송신 방법.
- 제1항에 있어서,
상기 제 1 상향 데이터를 전송하는 단계는,
상기 반복 전송 횟수가 2n회(n은 1보다 큰 자연수)인 경우, 상기 제 1 상향 데이터를 2 등분하여, 상기 2 등분된 상기 제1 상향 데이터 중 어느 하나의 제1 상향 데이터를 제 1 위상으로 n회 반복하여 기지국으로 전송하고, 상기 2 등분된 상기 제1 상향 데이터 중 다른 하나의 제1 상향 데이터를 상기 제 1 위상과 180°의 차이가 나는 제 2 위상으로 상기 n회 반복하여 상기 기지국으로 전송하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 데이터 송신 방법.
- 제6항에 있어서,
상기 제 1 상향 데이터를 전송하는 단계는,
상기 반복 전송 횟수가 2n-1회인 경우, 반복 전송 횟수를 1회 추가하여 상기 제 1 상향 데이터를 상기 기지국으로 전송하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 데이터 송신 방법.
- MTC 디바이스에 의한 데이터 송신 방법에 있어서,
자신이 속한 그룹을 식별하는 단계; 및
상기 식별된 그룹에 대응하는 타임 슬롯 구조에 포함된 복수의 타임 슬롯의 임의의 시작점에서 상기 식별된 그룹에 대응하는 제 1 상향 데이터의 반복 전송 횟수에 따라 상기 제 1 상향 데이터를 반복하여 기지국으로 전송하는 단계를 포함하되,
상기 전송하는 단계는, 상기 반복 전송 횟수가 2n회(n은 1보다 큰 자연수)인 경우, 상기 제 1 상향 데이터를 2 등분하여, 상기 2 등분된 상기 제1 상향 데이터 중 어느 하나의 제1 상향 데이터를 제 1 위상으로 n회 반복하여 기지국으로 전송하고, 상기 2 등분된 상기 제1 상향 데이터 중 다른 하나의 제1 상향 데이터를 상기 제 1 위상과 180°의 차이가 나는 제 2 위상으로 상기 n회 반복하여 상기 기지국으로 전송하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 데이터 송신 방법.
- 기지국으로 데이터를 송신하는 MTC 디바이스에 있어서,
자신이 속한 그룹을 식별하는 식별부;
기지국으로 전송되는 제 1 상향 데이터의 수신 전력의 세기가 상기 식별된 그룹의 하위 그룹에 속하는 MTC 디바이스가 상기 기지국으로 전송하는 제 2 상향 데이터의 수신 전력의 세기보다 기 설정된 비율 이상으로 크도록 상기 제 1 상향 데이터의 전송 전력을 조절하는 제어부; 및
상기 조절된 전송 전력에 기초하여, 상기 식별된 그룹에 대응하는 타임 슬롯 구조에 포함된 복수의 타임 슬롯의 임의의 시작점에서 상기 기지국으로 제 1 상향 데이터를 전송하는 통신부를 포함하며,
상기 제어부는,
상기 식별된 그룹에 대응하는 상기 제 1 상향 데이터의 반복 전송 횟수에 따라 상기 제 1 상향 데이터를 반복하여 전송하도록 제어하는, MTC 디바이스.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020160026268A KR101735008B1 (ko) | 2016-03-04 | 2016-03-04 | Mtc 디바이스, 기지국 및 이들에 의한 데이터 송수신 방법 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| KR1020160026268A KR101735008B1 (ko) | 2016-03-04 | 2016-03-04 | Mtc 디바이스, 기지국 및 이들에 의한 데이터 송수신 방법 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR101735008B1 true KR101735008B1 (ko) | 2017-05-24 |
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ID=59051501
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| KR1020160026268A KR101735008B1 (ko) | 2016-03-04 | 2016-03-04 | Mtc 디바이스, 기지국 및 이들에 의한 데이터 송수신 방법 |
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| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR101735008B1 (ko) |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20130015953A1 (en) | 2011-07-11 | 2013-01-17 | National Taiwan University | Enhanced Paging Mechanism for Machine Type Communication |
| US20130028224A1 (en) | 2010-04-13 | 2013-01-31 | Nokia Corporation | Method and Apparatus for Providing Machine Initial Access Procedure for Machine to Machine Communication |
| JP2014529958A (ja) * | 2011-08-30 | 2014-11-13 | 華為技術有限公司Ｈｕａｗｅｉ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ Ｃｏ．，Ｌｔｄ． | グループ呼出し方法および装置 |
-
2016
- 2016-03-04 KR KR1020160026268A patent/KR101735008B1/ko active IP Right Grant
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