KR101740626B1 - 다중 간섭원 구성 장치 및 방법 그리고 다중 간섭원을 이용한 간섭 분석 장치 및 방법 - Google Patents

다중 간섭원 구성 장치 및 방법 그리고 다중 간섭원을 이용한 간섭 분석 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 물리계층 및 MAC(Media Access Control) 계층을 결합하는 다중 간섭원 구성 장치 및 방법 그리고 다중 간섭원을 이용한 간섭 분석 장치 및 방법에 관한 것으로, 간섭원 파라미터가 입력되면 간섭 영향 최소 보호거리를 계산하는 보호 거리 계산부;간섭 영향 거리 이내에 간섭원을 랜덤하게 분포된 상태로 진행하거나, 사용자가 간섭원 공간 분포를 직접 결정하는 간섭원 공간분포 결정부;간섭원 노드와 피간섭원과의 이격거리에 따른 경로손실을 개별적으로 적용하여 물리계층 모델링을 수행하는 물리계층 모델링부;노드별 경로손실을 감쇠기 및 송신기 증폭기에 HW적으로 반영하는 노드별 경로 손실 반영부;마르코프 체인을 이용한 송신 노드 및 송신 시점 결정을 하거나, 외부 MAC 시뮬레이터의 결과 로그 파일을 이용하여 송신 노드 및 송신 시점 결정을 하는 MAC계층 모델링을 수행하는 MAC계층 모델링부;스위치 ON/OFF를 통해 송수신 시점을 HW적으로 반영하는 송수신 시점 반영부;주파수간섭의 영향을 PHY와 MAC 계층에서 함께 고려하여 분석하기 위한 상호 연관된 다중 간섭원 신호를 생성하는 간섭원 송신신호 생성부;를 포함하는 것이다.

Description

다중 간섭원 구성 장치 및 방법 그리고 다중 간섭원을 이용한 간섭 분석 장치 및 방법{Device and method for configurating multiple interferers, and interference analysis device and method using multiple interferers}
본 발명은 다중 간섭원 구성 및 분석에 관한 것으로, 구체적으로 물리계층 및 MAC(Media Access Control) 계층을 결합하는 다중 간섭원 구성 장치 및 방법 그리고 다중 간섭원을 이용한 간섭 분석 장치 및 방법에 관한 것이다.
최근 스마트폰, 태블릿 PC와 같은 무선기기들의 사용이 기하급수적으로 증가함에 따라서 무선 데이터 트래픽이 급증할 것으로 예측되고 있다.
이에 대응하기 위해서는 무선 네트워크의 성능 및 주파수 효율 향상, 특히 주파수 공동사용 기술(spectrum sharing)을 적용하려는 시도가 활발하다. 그 대표적인 예로, 이미 널리 보급된 2.4 GHz 비면허대역에서의 WiFi와 Zigbee의 주파수 공동 사용이 있고 현재 이슈가 되고 있는 5 GHz 비면허대역에서 WiFi와 Unlicensed LTE의 주파수 공동 사용 문제가 있다.
이렇게 주파수를 공동으로 사용하는 경우에 발생하는 시스템 간 주파수간섭에 따라 성능의 열화가 발생할 수 있으므로 주파수간섭의 영향을 다각도로 분석할 필요가 있다.
이러한 분석을 통해 다음과 같은 효과를 얻을 수 있다.
먼저 새로운 무선기기가 출현하여 주파수를 할당할 경우, 기존 무선통신 시스템과의 주파수간섭의 영향을 분석함으로써 기존 시스템이 사용하고 있는 주파수를 공동사용할 수 있는지 여부를 분석할 필요가 있다.
만약 주파수간섭이 발생할 경우 두 시스템 간의 보호대역(guard band)이나 이격거리(separation distance)에 따라 주파수간섭이 작아진다면 필요한 보호대역이나 이격거리의 값을 계산할 수 있다.
다음으로 무선통신 사업자가 무선통신 기지국이나 AP(Access Point) 등을 설치할 경우에 주파수간섭을 최소화하기 위한 위치 선정이나 채널 설정에 사용될 수 있다.
이러한 주파수간섭의 영향을 분석하는 방법은 그 최종 시스템의 성능을 구하는 계층에 따라 물리계층에서 분석하는 방법, MAC 계층에서 분석하는 방법이 있다.
자세히 말하면 물리계층 분석은 간섭원의 공간적인 분포 및 사용 주파수가 겹치는 정도에 따른 영향을 분석하는 것이고, MAC 계층 분석은 피간섭원과 간섭원의 데이터 패킷이 시간 측면에서 얼마나 겹치는 지를 분석하는 것이다.
또한, 주파수간섭의 영향을 분석하는 장치로는 주파수간섭 SW 시뮬레이터와 주파수간섭 측정 장치 (또는 HW 시뮬레이터)가 있다.
Figure 112015108982648-pat00001
표 1은 종래 기술의 주파수 간섭 분석 방법을 나타낸 것이다.
주파수간섭을 분석하는 방법 중 물리계층에서 분석하는 방법으로는 MCL(Minimum Coupling Loss) 방법, E-MCL(Enhanced MCL) 방법, MC(Monte Carlo) 방법 등이 있다.
MCL 방법은 최악의 시나리오에서 간섭 허용치를 만족하는 보호 기준을 도출하는 방법이고, MC 방법은 공간 및 주파수 영역에서 간섭확률을 통계적으로 모델링하는 방법이다.
E-MCL 방법은 MCL 방법의 일부 파라미터를 MC 방법으로 계산하는 것이다. 위와 같이, 기술한 세가지 방법은 모두 물리계층에서 간섭을 분석하는 방법으로써 대표적인 시뮬레이터로는 유럽 ERO에서 무료로 공개한 SEAMCAT(Spectrum Engineering Advanced Monte Carlo Analysis Tool) 소프트웨어가 있다.
이러한 물리계층 분석방법은 SW로 구현되며, MC 방법의 경우에는 SW 뿐만 아니라 HW로 구현될 수도 있다.
다음으로 주파수간섭을 분석하는 방법 중 MAC 계층에서 분석하는 방법은 원래 무선통신 시스템의 성능(전송속도 및 지연시간 등)을 분석하기 위한 방법으로 사용되기 때문에 간섭분석이 일부 가능하지만 간섭을 일으키는 무선통신 단말기의 숫자를 늘릴 경우 계산시간이 기하급수적으로 증가하여 실제 간섭분석에 적용하기가 어렵다.
또한 위와 같은, MAC 계층에서 분석하는 방법은 다양한 물리계층의 특성을 반영하기가 어려운 단점이 있다. 또한 MAC 계층 분석방법은 NS-2, OPNET 등의 SW를 이용한 방법이 주를 이루며 HW로 구현하기가 어렵다.
하지만, 실제적으로 주파수 간섭은 공간, 주파수, 시간 모두가 겹칠 때 발생하므로 주파수간섭을 정확히 검증하기 위해서는 PHY 계층과 MAC 계층을 통합할 필요가 있다.
SW를 통한 방식의 경우 PHY는 시간영역을 샘플링하여 분석하는 시뮬레이션이고 MAC의 경우는 이벤트 단위의 시뮬레이션으로 패킷의 시작과 끝만 중요하다.
그래서 보통 PHY에서 BER(Bit Error Rate) 을 얻은 후 FER(Frame Error Rate) 등을 수식을 통해 계산함으로써 간이적으로 MAC 성능 결과 도출을 한다.
또한 단순 SW 시뮬레이션을 통한 결과는 실제간섭환경에 대한 결과가 아니므로 검증으로 사용하기에 부족하다.
한편 기존 주파수간섭 측정 장치(또는 HW 시뮬레이터)의 경우는 간섭원의 변조 방식까지만 구현되어 주로 물리 계층에서만 주파수간섭 특성을 파악할 수 있는 것이 특징이다.
상용 HW모뎀을 사용하는 경우 PHY/MAC이 통합되어 있는 상태지만, 이 경우는 대부분의 파라미터들이 칩으로 내장되어 있어 간섭의 영향을 정량적으로 분석하기 어렵다.
이러한 기존 HW 시뮬레이터를 이용하는 방식은 간섭원의 node 수가 증가하게 되면 단순하게 간섭전력이 배가되기 때문에 실제 환경과는 거리가 있다.
즉, 실제 환경에서 간섭원이 서로 Coordinated 되어있는 경우에 MAC에 의해서 간섭원의 송신여부가 정해지기 때문에 간섭원의 노드(node) 수가 증가하게 된다고 해서 비례적으로 간섭 전력이 증가하지 않는다.
실제 환경에 더 가까운 간섭분석을 하기 위해서는 하드웨어 기반이면서도 PHY 계층과 MAC 계층이 함께 고려된 간섭원을 에뮬레이션하는 장치 및 방법이 필요하다.
종래 기술에서 주파수간섭 분석 방법들 중 SW 방식은 물리계층에서만 간섭 영향을 분석하거나, MAC 계층에서만 간섭 영향 분석하는 Tool이 주를 이룬다.
이는 SW 모델링에 의한 단순 시뮬레이션 결과이기 때문에 실제 간섭 영향을 분석하기에는 부족함이 있다. 또 현재 사용되고 있는 HW 시뮬레이터의 경우 간섭원이 MAC 계층의 고려 없이 물리계층에서 계속 송신하는 경우가 주를 이루기 때문에 단순간섭 전력량에 의해서만 간섭의 영향이 분석된다.
마찬가지로, 간섭원에 대한 MAC 계층 전반에 대한 고려가 없어 여러 개의 같은 기종 간섭원이 동시에 존재할 때 패킷 충돌 알고리즘(예로 CSMA/CA)과 같은 실제 규격에 대한 구현이 부족하다.
즉, 여러 개의 간섭원이 계속적으로 송신할 때 간섭원 분포에 의한 간섭 전력을 통계적으로 모델링 하는 방식이고 이를 통해 간섭 영향을 분석하게 되면 특정 시간에 대한 고려, 간섭원 개수의 변화에 의한 다양한 간섭 영향을 볼 수 없다.
도 1은 일반적인 주파수 간섭 환경을 나타낸 구성도이다.
실제 주파수간섭 환경은 도 1에서와 같이 여러 개의 간섭 노드들이 특정 네트워크를 형성하고 있으며, 물리계층 및 MAC 계층 모두에 의해 무선트래픽을 조절되므로 주파수간섭 분석에서는 이러한 모든 사항을 고려할 수 있어야 한다.
한국등록특허번호 10-1376721호 한국공개특허번호 10-2007-0121405호 한국공개특허번호 10-2014-0060303호
본 발명은 이와 같은 종래 간섭 분석 기술의 무선 통신 시스템의 문제를 해결하기 위한 것으로, 물리계층 및 MAC(Media Access Control) 계층을 결합하는 다중 간섭원 구성 장치 및 방법 그리고 다중 간섭원을 이용한 간섭 분석 장치 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명은 두 개 이상의 무선 통신 시스템이 주파수를 공동으로 사용하거나 사용 주파수 대역이 일부 겹치는 경우 발생하는 주파수간섭의 영향을 PHY와 MAC 계층에서 함께 고려하여 실제적으로 분석하기 위한 다중 간섭원 구성 장치 및 방법 그리고 다중 간섭원을 이용한 간섭 분석 장치 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명은 적어도 한 개의 간섭원이 존재하는 상황에서 적어도 한 개의 사용자 단말과 통신하는 피간섭원 수신기에 대한 주파수간섭을 분석하기 위하여 상호 연관된 다중 간섭원의 송신 시점 및 종료 시점을 마르코프 체인(Markov chain)에 의한 내부 모델링이나 네트워크 시뮬레이터(NS2나 OPNET 등)의 외부 결과를 통해 적용하는 다중 간섭원 구성 장치 및 방법 그리고 다중 간섭원을 이용한 간섭 분석 장치 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명은 특정 규격을 가진 피간섭원의 간섭영향에 의한 성능저하를 확인해야 하는 경우 한 네트워크에 묶여있는 적어도 한 개의 간섭원이 존재할 때 마르코프 체인(Markov chain)에 의한 내부 모델링이나 네트워크 시뮬레이터(NS2나 OPNET 등)의 외부 결과에 의해 간섭원이 송신하는 패킷의 시작시간 및 종료시간이 정해지고 송신이 정해진 각각의 간섭원의 전력은 피간섭원과 간섭원의 거리에 따라 개별적으로 경로손실이 적용되는 다중 간섭원 구성 장치 및 방법 그리고 다중 간섭원을 이용한 간섭 분석 장치 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명은 간섭원이 송신하는 패킷이 규격에 정의된 평균적인 길이를 갖는 데이타 패킷과 Ack 패킷 및 SIFS, DIFS, 경쟁 윈도우(contention window)로 구현되는 다중 간섭원 구성 장치 및 방법 그리고 다중 간섭원을 이용한 간섭 분석 장치 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 다중 간섭원 구성 장치는 간섭원 파라미터가 입력되면 간섭 영향 최소 보호거리를 계산하는 보호 거리 계산부;간섭 영향 거리 이내에 간섭원을 랜덤하게 분포된 상태로 진행하거나, 사용자가 간섭원 공간 분포를 직접 결정하는 간섭원 공간분포 결정부;간섭원 노드와 피간섭원과의 이격거리에 따른 경로손실을 개별적으로 적용하여 물리계층 모델링을 수행하는 물리계층 모델링부;노드별 경로손실을 감쇠기 및 송신기 증폭기에 HW적으로 반영하는 노드별 경로 손실 반영부;마르코프 체인을 이용한 송신 노드 및 송신 시점 결정을 하거나, 외부 MAC 시뮬레이터의 결과 로그 파일을 이용하여 송신 노드 및 송신 시점 결정을 하는 MAC계층 모델링을 수행하는 MAC계층 모델링부;스위치 ON/OFF를 통해 송수신 시점을 HW적으로 반영하는 송수신 시점 반영부;주파수간섭의 영향을 PHY와 MAC 계층에서 함께 고려하여 분석하기 위한 상호 연관된 다중 간섭원 신호를 생성하는 간섭원 송신신호 생성부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
다른 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 다중 간섭원 구성 방법은 간섭원 파라미터가 입력되면 간섭 영향 최소 보호거리를 계산하는 단계;간섭 영향 거리 이내에 간섭원을 랜덤하게 분포된 상태로 진행하거나, 사용자가 간섭원 공간 분포를 직접 결정하는 단계;물리계층 모델링을 하여, 간섭원 노드와 피간섭원과의 이격거리에 따른 경로손실을 개별적으로 적용하고, 노드별 경로손실을 감쇠기 및 송신기 증폭기에 HW적으로 반영하는 단계;MAC계층 모델링을 하여, 마르코프 체인을 이용한 송신 노드 및 송신 시점 결정을 하거나, 외부 MAC 시뮬레이터의 결과 로그 파일을 이용하여 송신 노드 및 송신 시점 결정을 하고, 스위치 ON/OFF를 통해 송수신 시점을 HW적으로 반영하는 단계;주파수간섭의 영향을 PHY와 MAC 계층에서 함께 고려하여 분석하기 위한 상호 연관된 다중 간섭원 신호를 생성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또 다른 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 다중 간섭원을 이용한 간섭 분석 장치는 간섭원 파라미터가 입력되면 간섭 영향 최소 보호거리를 계산하는 보호 거리 계산부;간섭 영향 거리 이내에 간섭원을 랜덤하게 분포된 상태로 진행하거나, 사용자가 간섭원 공간 분포를 직접 결정하는 간섭원 공간분포 결정부;간섭원 노드와 피간섭원과의 이격거리에 따른 경로손실을 개별적으로 적용하여 물리계층 모델링을 수행하는 물리계층 모델링부;노드별 경로손실을 감쇠기 및 송신기 증폭기에 HW적으로 반영하는 노드별 경로 손실 반영부;마르코프 체인을 이용한 송신 노드 및 송신 시점 결정을 하거나, 외부 MAC 시뮬레이터의 결과 로그 파일을 이용하여 송신 노드 및 송신 시점 결정을 하는 MAC계층 모델링을 수행하는 MAC계층 모델링부;스위치 ON/OFF를 통해 송수신 시점을 HW적으로 반영하는 송수신 시점 반영부;주파수간섭의 영향을 PHY와 MAC 계층에서 함께 고려하여 분석하기 위한 상호 연관된 다중 간섭원 신호를 생성하는 간섭원 송신신호 생성부;생성된 다중 간섭원을 이용하여 피간섭원 수신기에 도달한 총 간섭전력이 간섭허용 기준 이상이 될 확률을 간섭확률로 정의하여 주파수간섭의 영향을 PHY와 MAC 계층에서 함께 고려하여 분석하는 주파수 간섭 분석부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또 다른 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 다중 간섭원을 이용한 간섭 분석 방법은 간섭원 파라미터가 입력되면 간섭 영향 최소 보호거리를 계산하는 단계;간섭 영향 거리 이내에 간섭원을 랜덤하게 분포된 상태로 진행하거나, 사용자가 간섭원 공간 분포를 직접 결정하는 단계;물리계층 모델링을 하여, 간섭원 노드와 피간섭원과의 이격거리에 따른 경로손실을 개별적으로 적용하고, 노드별 경로손실을 감쇠기 및 송신기 증폭기에 HW적으로 반영하는 단계;MAC계층 모델링을 하여, 마르코프 체인을 이용한 송신 노드 및 송신 시점 결정을 하거나, 외부 MAC 시뮬레이터의 결과 로그 파일을 이용하여 송신 노드 및 송신 시점 결정을 하고, 스위치 ON/OFF를 통해 송수신 시점을 HW적으로 반영하는 단계;주파수간섭의 영향을 PHY와 MAC 계층에서 함께 고려하여 분석하기 위한 상호 연관된 다중 간섭원 신호를 생성하는 단계;생성된 다중 간섭원을 이용하여 피간섭원 수신기에 도달한 총 간섭전력이 간섭허용 기준 이상이 될 확률을 간섭확률로 정의하여 주파수간섭의 영향을 PHY와 MAC 계층에서 함께 고려하여 분석하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이와 같은 본 발명에 따른 다중 간섭원 구성 장치 및 방법 그리고 다중 간섭원을 이용한 간섭 분석 장치 및 방법은 다음과 같은 효과를 갖는다.
첫째, 간섭원의 MAC 계층의 특성과 물리계층의 특성을 모두 반영시킴으로써 실제 간섭상황에 대한 모델링에 용이하다.
둘째, 여러 개의 간섭원이 있을 때 간섭원간의 MAC 계층이 고려된 간섭원에 의한 간섭영향을 확인 가능하고 기존 HW 시뮬레이터와 다르게 간섭원 노드 수가 증가한다고 할 때 실제 상황에 가까운 간섭영향 분석이 가능하다.
셋째, 간섭원의 개수의 대한 고려는 마르코프 체인(Markov chain)과 수학적 등가모델에 의한 내부 모델링이나 네트워크 시뮬레이터(NS2나 OPNET 등)의 외부 결과를 이용하여 구현되므로 기존 HW 시뮬레이터와 달리 간섭원의 증가로 인한 시스템 복잡성을 줄일 수 있다.
넷째, 피간섭원의 모델링에 따라 링크레벨 시뮬레이션과 시스템 시뮬레이션에 모두 적용할 수 있다.
다섯째, 간섭 영향을 분석하고 싶은 하나의 피간섭원이 있을 경우, 한 개 이상의 간섭원이 존재할 상황에서의 링크 레벨 시뮬레이션을 통해 BER 과 같은 정량적인 간섭 영향 결과를 얻을 수 있다.
여섯째, 피간섭원이 여러 개 존재할 경우, 피간섭원 간의 MAC 계층 또한 고려되어야 하므로 시스템 레벨에서의 시뮬레이션을 적용할 수 있고 그 결과로 전송률 및 지연 정도를 얻을 수 있다.
도 1은 일반적인 주파수 간섭 환경을 나타낸 구성도
도 2는 본 발명에 따른 다중 간섭원 구성 장치의 블록 구성도
도 3은 본 발명에 따른 다중 간섭원 구성 방법을 나타낸 플로우 차트
도 4는 간섭원의 공간분포에 따른 간섭 발생 상황의 일 예를 나타낸 구성도
도 5는 2.4 GHz 비면허 대역 시스템의 채널 할당 구성도
도 6은 2.4 GHz 비면허 대역 시스템의 패킷 규격 구성도
도 7은 MAC 시뮬레이터의 주파수간섭 시뮬레이션 구성도
도 8은 주파수와 공간을 동시에 고려한 물리계층에서의 주파수 분석을 나타낸 구성도
도 9는 물리 계층을 구축하고 MAC 계층의 수학적 모델링을 통해 통합한 상호 연관된 다중 간섭원이 존재하는 상태 구성도
도 10은 본 발명을 통한 상호 연관된 다중 간섭원의 송신 패킷 구성도
도 11은 본 발명에 따른 주파수, 공간, 시간 영역 모두를 동시에 고려한 물리계층 및 MAC 계층에서의 주파수간섭분석을 나타낸 구성도
도 12는 본 발명에 따른 다중 간섭원 구성 장치의 구성도
도 13은 본 발명을 이용하여 국내 2.4GHz 대역에서 상호 연관된 WLAN 간섭원에 의한 WPAN에 간섭영향을 나타낸 구성도
도 14는 본 발명의 일 실시 예에 따른 상호 연관 간섭원이 3개 존재할 때, 간섭원의 수학적 모델로 CSMA/CA 방식의 MAC 알고리즘을 설명하기 위한 마르코프 체인 구성도
도 15는 본 발명의 일 실시 예에 따른 상호 연관 간섭원이 m개 인 것으로 확장한 마르코프 체인 구성도
도 16은 본 발명에 따른 다중 간섭원 구성 장치의 패킷 파형 구성도
도 17은 본 발명에 따른 다중 간섭원 구성 장치의 노드별 패킷 오실로스코프 파형도
도 18은 본 발명을 이용하여 국내 2.4GHz 대역에서 상호 연관된 WLAN 간섭원의 실제 출력 신호 그래프
도 19a내지 도 19c는 본 발명을 이용하여 모델링할 수 있는 간섭 상황을 나타낸 구성도
이하, 본 발명에 따른 다중 간섭원 구성 장치 및 방법 그리고 다중 간섭원을 이용한 간섭 분석 장치 및 방법의 바람직한 실시 예에 관하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
본 발명에 따른 다중 간섭원 구성 장치 및 방법 그리고 다중 간섭원을 이용한 간섭 분석 장치 및 방법의 특징 및 이점들은 이하에서의 각 실시 예에 대한 상세한 설명을 통해 명백해질 것이다.
도 2는 본 발명에 따른 다중 간섭원 구성 장치의 블록 구성도이고, 도 3은 본 발명에 따른 다중 간섭원 구성 방법을 나타낸 플로우 차트이다.
본 발명은 두 개 이상의 무선 통신 시스템이 주파수를 공동으로 사용하거나 사용 주파수 대역이 일부 겹치는 경우 발생하는 주파수간섭의 영향을 PHY와 MAC 계층에서 함께 고려하여 실제적으로 분석하기 위한 상호 연관된 다중 간섭원 신호를 구성하는 장치 및 방법에 관한 것이다.
본 발명은 다중 간섭원을 이용한 간섭 분석 장치 및 방법을 포함한다.
또한, 특정 규격을 가진 피간섭원의 간섭영향에 의한 성능저하를 확인해야 하는 경우 한 네트워크에 묶여있는 적어도 한 개의 간섭원이 존재할 때 마르코프 체인(Markov chain)에 의해 간섭원이 송신하는 패킷의 시작시간 및 종료시간이 정해지고, 송신이 정해진 각각의 간섭원의 전력은 피간섭원과 간섭원의 거리에 따라 개별적으로 경로손실이 적용되는 것이다.
본 발명에 따른 다중 간섭원 구성 장치는 도 2에서와 같이, 간섭원의 수, 규격, 송신전력 등의 간섭원 파라미터가 입력되면 간섭 영향 최소 보호거리를 계산하는 보호 거리 계산부(140)와, 간섭 영향 거리 이내에 간섭원을 랜덤하게 분포된 상태로 진행하거나, 사용자가 간섭원 공간 분포를 직접 결정하는 간섭원 공간분포 결정부(141)와, 간섭원 노드와 피간섭원과의 이격거리에 따른 경로손실을 개별적으로 적용하여 물리계층 모델링을 수행하는 물리계층 모델링부(142)와, 노드별 경로손실을 감쇠기 및 송신기 증폭기에 HW적으로 반영하는 노드별 경로 손실 반영부(144)와, 마르코프 체인을 이용한 송신 노드 및 송신 시점 결정을 하거나, 외부 MAC 시뮬레이터의 결과 로그 파일을 이용하여 송신 노드 및 송신 시점 결정을 하는 MAC계층 모델링을 수행하는 MAC계층 모델링부(143)와, 스위치 ON/OFF를 통해 송수신 시점을 HW적으로 반영하는 송수신 시점 반영부(144)와, 주파수간섭의 영향을 PHY와 MAC 계층에서 함께 고려하여 분석하기 위한 상호 연관된 다중 간섭원 신호를 생성하는 간섭원 송신신호 생성부(146)를 포함한다.
본 발명에 따른 다중 간섭원을 이용한 간섭 분석 장치는 도 2에서와 같은 다중 간섭원 구성 장치에 의해 생성된 다중 간섭원을 이용하여 피간섭원 수신기에 도달한 총 간섭전력이 간섭허용 기준 이상이 될 확률을 간섭확률로 정의하여 주파수간섭의 영향을 PHY와 MAC 계층에서 함께 고려하여 통합 주파수 간섭 분석을 하는 것이다.
그리고 본 발명에 따른 다중 간섭원 구성 방법은 도 3에서와 같이, 간섭원의 수, 규격, 송신전력 등의 간섭원 파라미터가 입력되면(S1501) 간섭 영향 최소 보호거리를 계산한다.(S1502)
보호 거리 계산이 이루어지면 간섭 영향 거리 이내에 간섭원을 랜덤하게 분포된 상태로 진행하거나(S1503), 사용자가 간섭원 공간 분포를 직접 결정한다.(S1504)
이어, 물리계층 모델링을 하여(S1505), 간섭원 노드와 피간섭원과의 이격거리에 따른 경로손실을 개별적으로 적용한다.(S1506)
그리고 노드별 경로손실을 감쇠기 및 송신기 증폭기에 HW적으로 반영한다.(S1507)
그리고 MAC계층 모델링을 하여(S1508), 마르코프 체인을 이용한 송신 노드 및 송신 시점 결정을 하거나(S1509), 외부 MAC 시뮬레이터의 결과 로그 파일을 이용하여 송신 노드 및 송신 시점 결정을 한다.(S1510)
그리고 스위치 ON/OFF를 통해 송수신 시점을 HW적으로 반영한다.(S1511)
이어, 주파수간섭의 영향을 PHY와 MAC 계층에서 함께 고려하여 분석하기 위한 상호 연관된 다중 간섭원 신호를 생성한다.(S1512)
그리고 본 발명에 따른 다중 간섭원을 이용한 간섭 분석 방법은 도 3에서와 같은 다중 간섭원 구성 방법에 의해 생성된 다중 간섭원을 이용하여 피간섭원 수신기에 도달한 총 간섭전력이 간섭허용 기준 이상이 될 확률을 간섭확률로 정의하여 주파수간섭의 영향을 PHY와 MAC 계층에서 함께 고려하여 통합 주파수 간섭 분석을 하는 것이다.
이와 같은 본 발명에 따른 다중 간섭원 구성 장치 및 방법 그리고 다중 간섭원을 이용한 간섭 분석 장치 및 방법에 대한 이해를 돕기 위하여 일반적으로 주파수간섭이 발생하는 상황에 대하여 설명하면 다음과 같다.
도 4는 간섭원의 공간분포에 따른 간섭 발생 상황의 일 예를 나타낸 구성도이다.
도 4에 도시된 것과 같이, 피간섭원 수신기(Victim receiver)(10)는 적어도 하나의 사용자 단말(User transmitter)(11)로부터 데이터를 수신할 수 있다.
이와 같이, 피간섭원 수신기(10)와 사용자 단말(11)이 통신하고 있을 때, 하나 이상의 이기종 간섭원(Interferer 1)(Interferer 2)(12)(13)은 피간섭원 수신기(10)와 동일한 주파수 대역과 동일한 시간에 데이터를 송신함으로써 피간섭원 수신기(10)에 주파수 간섭을 일으킬 수 있다.
도 5는 무선 시스템간의 주파수 공동 사용에 따른 주파수간섭 발생 상황을 설명하기 위한 하나의 예로 2.4 GHz 비면허 대역 시스템의 채널 할당 개념도이다.
도 5에 도시된 것과 같이, 2.4 GHz 비면허 대역은 WiFi 기기와 Zigbee 기기가 공동사용 할 수 있고 서로의 사용 주파수 채널이 겹치는 경우 간섭을 일으킬 수 있다.
예를 들어, 간섭원 WiFi가 채널 6번에서 사용중이라면, Zigbee의 경우 16~18번에서 간섭이 발생될 수 있다.
도 6은 무선 시스템간의 시간에 따른 주파수간섭 발생 상황을 설명하기 위한 하나의 예로 2.4 GHz 비면허 대역 시스템의 패킷 규격 개념도이다.
표 2는 시간 관점에서의 간섭 모델 파라미터를 나타낸 것이다.
Figure 112015108982648-pat00002
사용 주파수 채널이 겹치는 경우에 두 기기 간의 이격 거리가 충분하지 않다면 규격 패킷 간의 충돌 정도에 따라 간섭이 발생할 수 있다.
도 7을 참고하여 MAC 계층 시뮬레이터에서 주파수간섭을 분석하는 방법에 대하여 설명한다.
도시된 것과 같이, MAC(media access control) 계층은 다중접속을 위한 계층으로서 통신 프로토콜 상 물리계층 위에 존재할 수 있으며 패킷의 송신 시작점 및 끝 지점만을 이벤트로 처리하여 간섭원의 패킷과 피간섭원의 패킷 간 충돌 정도를 통해 주파수간섭을 분석하는 방법이다.
이러한, MAC 계층을 구현하는 것은 무선통신 기기 1쌍에 대해서도 표준에 따라 복잡한 코딩이 필요하다. 이러한 경우 사용자 단말이 늘어나거나 간섭원의 숫자가 늘어날 경우 복잡도 및 계산시간이 기하급수적으로 증가한다.
도 8은 주파수와 공간을 동시에 고려한 물리계층에서의 주파수 분석을 나타낸 구성도이다.
도 8을 참고하여 물리 계층 시뮬레이터에서 주파수간섭을 분석하는 방법에 대하여 살펴보면, 물리 계층 시뮬레이터는 이격 거리 및 사용 채널에 따라 가변될 수 있는 간섭전력만을 계산하므로 계산량이 복잡하지 않을 수 있다.
즉, 이격거리에 의한 경로손실(pathloss) 및 사용 채널에 의한 스펙트럼 팩터(spectrum factor)와 노이즈(noise) 모델을 이용하여 SINR(Signal-to-interfernce-plus-noise-ratio) 만을 얻어내어 간섭영향을 측정한다.
SINR은 수학식 1과 같이 계산할 수 있다.
Figure 112015108982648-pat00003
여기서, Ps는 수신기에 수신된 신호 전력을 의미하고, Pn은 수신단에서의 잡음전력, γ는 경로손실 정도를 나타내는 파라미터, α는 사용 채널에 따라 달라지는 스펙트럼 팩터(Spectrum factor), PI는 간섭원의 송신 전력량을 의미한다.
이에 따라 피간섭원 송신단에 도달하는 간섭전력이 SNR(Signal-to-noise-ratio)에 비하여 크다면 간섭영향이 있을 것이고, 반대의 경우 간섭영향이 거의 없을 것이다.
그러나 물리계층에서의 주파수간섭은 간섭원의 수가 늘어나는 상황에 대한 모델링이 어렵고 실제 간섭에 의해 발생하는 데이터 속도의 저하 및 데이터 지연 시간 등을 파악하기는 어렵다.
이전에는 무선통신 시스템 간에 주파수를 공동사용하는 경우가 적어 주파수간섭을 피하기 위해 보호대역을 산출하는 것이 주를 이루었으므로 물리계층에서 주파수간섭을 분석하는 것으로도 충분하였으나, 최근에는 2.4 GHz 에서의 주파수 공동 사용 문제(예를 들어, WiFi와 Zigbee 등) 및 5 GHz 에서의 주파수 공동 사용 문제(예를 들어, WiFi와 LTE-U)가 있으므로 물리계층만을 이용하여 주파수간섭을 분석하는 방법은 최근 주파수 공동사용을 위한 시스템에 적용하기에 부적합할 수 있다.
그리고 β는 시간 영역에서 충돌여부에 따라 특정 노드의 송신가부를 알려주는 것으로 동일 시간에 두 개 이상의 노드의 β가 1의 값을 가질 경우 충돌하여 노드 한 개를 제외한 나머지가 랜덤하게 백오프 타임(backoff time)을 가진 후 송신하며, 동일 시간에 한 개의 β만 1을 가질 경우 충돌하지 않아 바로 송신한다.
α와 γ가 0에서 1까지의 아날로그 값을 갖는 반면에 β는 간섭원 노드들이 형성하는 네트워크의 형태, 노드들의 데이터 송수신 요구사항, MAC 계층 특성에 따라 다양하게 변한다.
따라서 해석적이나 통계적으로 계산될 수는 없으며, 실제 간섭원이 구성하는 MAC 계층을 모델링하여 각 간섭원별 패킷을 전송하는 구간과 전송하지 않는 구간에 따라 값을 변경시켜야 한다.
도 9는 물리 계층을 구축하고 MAC 계층의 수학적 모델링을 통해 통합한 상호 연관된 다중 간섭원이 존재하는 상태 구성도이고, 도 10은 본 발명을 통한 상호 연관된 다중 간섭원의 송신 패킷 구성도이다.
본 발명에서는 적어도 하나의 간섭원이 존재하는 상황을 모델링하기 위하여 마르코프 체인을 이용하여 도 9 및 도 10에서와 같이 물리계층에 MAC 계층이 통합된 간섭원을 구현한다.
도 9는 실제 간섭원의 분포에 따라 개별적으로 다른 경로 손실이 적용될 수 있음을 보여주며 2.4GHz 주파수를 사용하는 실내 환경의 경우 수학식 2에 의해 정의된다.
Figure 112015108982648-pat00004
여기서 d는 간섭원(12)(13)(14)과 피간섭원 수신기(10)간의 이격 거리를 의미하고 λ는 사용 주파수의 파장을 의미한다.
도 10은 공간분포에 따라 개별적으로 다른 경로 손실이 적용된 간섭원에 마르코프 체인이 적용되어 송신 시점이 정해지는 본 발명에 따른 간섭원에 개념도이다.
도 9에서와 같이 참고하여 확인할 수 있듯, 개별적인 간섭원의 간섭 전력량 및 다중 간섭원에 의한 간섭 시간이 정해질 수 있는 것을 특징으로 한다.
이와 같은 사항들을 고려하여 최종적으로 주파수 영역, 공간 영역, 시간 영역 모두를 고려한 주파수 간섭 모델은 도 9에서와 같다.
도 11은 본 발명에 따른 주파수, 공간, 시간 영역 모두를 동시에 고려한 물리계층 및 MAC 계층에서의 주파수간섭분석을 나타낸 구성도이고, 도 12는 본 발명에 따른 다중 간섭원 구성 장치의 구성도이다.
본 발명에 따른 다중 간섭원 구성 장치는 도 12에서와 같다.
간섭원의 수가 많다고 하더라도 하나의 네트워크를 형성하는 노드들은 MAC 계층에 의해 한 번에 한 개의 노드만이 신호를 송신하는 원리를 이용하는 것이다.
따라서, 각 노드별로 별도의 송신기를 구성하지 않고, 각각의 패킷에 따라 각 노드의 주파수, 공간, 시간 특성을 반영함으로써 간단히 다중간섭 신호발생기를 구성할 수 있다.
먼저, 랜덤 비트생성기와 모뎀 부분은 LabVIEW 프로그램 등을 이용해서 소프트웨어적으로 구현한다. 따라서 데이터율, 변조방식, 기저대역 필터 등 물리계층 파라미터들의 변경이 쉬워져 간섭원 송신 패킷을 쉽게 모델링할 수 있다.
다음으로 USRP 보드와 같은 SDR 송신기를 이용하여 간섭원의 중심 주파수와 출력을 조정한 후 RF 신호로 출력하여 실제 송신하는 RF신호를 만들게 된다.
MAC 계층은 Markov chain과 같은 수학적 모델링을 이용하거나 NS-2와 같은 외부 MAC 시뮬레이터 결과를 스위치에 적용하여 각 패킷별 송신시점과 수신시점 사이에서만 데이터가 전송하게 한다.
각 패킷의 크기는 간섭원과 피간섭원의 공간적인 거리를 계산하여 각 패킷의 신호 세기를 결정한다. 패킷의 전송과 관련된 모든 파라미터는 LabVIEW를 통해 구현함으로써 모든 간섭 파라미터를 고려한 다중간섭 신호의 패킷을 만들 수 있다.
이와 같이 PC 상에서 경로손실 모델을 간섭원의 분포에 따라 다르게 적용하고 하나 이상의 간섭원의 송신 시점을 마르코프 체인을 이용하여 정한다.
이러한 가정하에 피간섭원 수신기에 도달한 총 간섭전력이 간섭허용 기준 이상이 될 확률은 간섭확률로 정의되며 수학식 3과 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112015108982648-pat00005
여기서, Ith는 피간섭원 수신기에서 허용되는 간섭전력 기준값을 의미하고, 이러한 간섭전력 기준값은 일반적으로 기술표준에 제시된 값을 사용할 수 있으며 제시된 값이 없을 경우에 물리계층 링크 성능 분석을 통해 획득할 수 있다.
도 13에서와 같이, 페이로드(payload)가 일정하다면 규격에서 주어진 데이터 패킷 및 SIFS, DIFS, Ack packet의 크기는 일정하게 되고 마르코프 체인에서 간섭원의 개수에 따라 가변할 수 있는 송신시점을 정하여 출력된다.
즉, Uw는 간섭원의 분포 및 개수에 따라서 가변된다.
도 13은 본 발명을 적용하여 상호연관된 다중 간섭원을 2.4GHz WiFi로 선정하고, 피간섭원을 하나의 2.4 GHz Zigbee로 선정하였을 때, WiFi 간섭원이 주는 간섭의 영향을 나타낸 것이다.
도 13에서와 같이, 시간 고려가 되지 않은 (Uw=0인 경우), 물리계층에서의 분석결과와 동일하지만 시간 고려가 된 경우의 간섭 영향은 다르게 나온다.
즉, 간섭전력이 신호보다 3 dB 크게 설정하고 실험할 경우, 물리계층에서의 분석방법처럼 계속해서 송신한다면 도달하는 간섭전력이 항상 신호보다 3 dB 크다.
하지만, 본 발명을 적용하면 시간이 고려되기 때문에, 패킷 간 충돌하는 정도에 따라 신호가 느끼는 간섭은 달라진다.
도 13에서는 하나의 예로 Uw가 WiFi의 최대 경쟁 윈도우(contention window)를 가질 때를 선정하여 얻었으며, 노드 수 증가 및 공간분포에 의해 Uw가 가변된다면 결과는 두 그래프 사이에 존재할 것이다.
도 14는 본 발명의 일예로 WLAN에서 사용하는 CSMA/CA(Carrier Sense Multiple Access-Collision Avoidance) 방식을 이산시간 마르코프 체인으로 모델링한 경우를 나타낸다.
도 15는 상호 연관된 WLAN 기기가 3개만 존재할 때의 CSMA/CA 알고리즘의 상태도를 나타내는 마르코프 체인을 나타낸 것이다.
그리고 도 16은 본 발명에 따른 다중 간섭원 구성 장치의 패킷 파형 구성도이다.
그리고 도 17은 본 발명에 따른 다중 간섭원 구성 장치의 노드별 패킷 오실로스코프 파형도이고, 도 18은 본 발명을 이용하여 국내 2.4GHz 대역에서 상호 연관된 WLAN 간섭원의 실제 출력 신호 그래프이다.
본 발명에 따른 다중 간섭원 구성 장치의 검증을 위해서 도 4와 같은 간섭 상황에서 예상되는 Wi-Fi 다중간섭원의 패킷 형태와 실제로 구현된 다중 간섭원 구성 장치의 파형을 오실로스코프로 측정한 결과와 비교하면 다음과 같다.
간섭 파라미터는 WiFi 규격의 송신전력를 사용하였고, 노드 수는 AP를 포함하여 3개로 설정한다.
도 4의 상황에 연계하여 Zigbee 피간섭원과의 거리는 AP가 가장 가까이 있고 그 다음으로 멀리 있는 Wi-Fi 노드를 #1로 설정하고 가장 멀리 있는 Wi-Fi 노드를 #2로 설정한 다음 노드 1과 노드 2가 AP로부터 다운로딩 받고 있는 상황을 가정한다.
이때 노드별 공간분포에 따른 개별적인 경로손실을 적용하고 Markov 체인 또는 NS-2의 이벤트 시뮬레이션 결과를 이용하여 예상되는 파형은 도 16에서와 같다.
도 16에서 확인할 수 있듯이 AP와 각 노드의 개별적인 경로손실이 적용되고 노드별 송신시점이 정해진다.
먼저, AP의 경우 경로손실이 적게 일어나 높은 기준 진폭을 가지며 데이터를 보내기 전에 RTS(Ready to send)를 보내는 것을 확인할 수 있다.
이에 두 개의 노드 중 첫 번째 노드가 반응하여 CTS (clear to send)를 보내 받을 준비가 되었다는 것을 AP에 알리고 이에 AP는 data를 보낸다.
그 다음 첫 번째 노드가 잘 받았음을 AP에게 알리는 ACK를 보내기 위해서 RTS를 보내고 CTS를 받으면 ACK를 보낸다.
두 번째 노드와의 통신도 유사한 구조를 가지며 진폭의 기준 크기는 다른 경로손실이 적용되기 때문에 차이를 보인다.
이러한 설정을 본 발명에 따른 다중 간섭원 구성 장치에 적용하였을 때 도 17과 같은 오실로스코프 파형을 얻을 수 있다.
모든 모뎀 파라미터는 Wi-Fi 규격을 따랐으나, 오실로스코프로 관찰할 수 있는 주파수의 한계가 있어 캐리어 중심 주파수만 400MHz로 대체하여 확인하였다.
도 16 및 도 17을 비교하면 송신시점의 측정 등을 통해 적용이 잘 이루어졌음을 확인할 수 있다.
도 18은 위와 같은 가정하에 실제 예시로 2.4GHz에서 WLAN을 간섭원으로, IEEE 802.15.4 규격의 Zigbee를 피간섭원으로 구현하고 실제 계측기로 측정한 도면이다.
이 실험에서 간섭 전력은 신호전력보다 2배 크게 입력하였다. 따라서 SNR이 -3dB 보다 작은 영역에서는 잡음전력이 간섭전력보다 크므로 간섭의 영향이 없이 이론적인 값, 시뮬레이션, 간섭 실험 결과가 동일한 결과를 나타낸다.
반면에 SNR이 -3dB 보다 큰 영역에서는 간섭전력이 잡음전력보다 큰 경우에는 간섭의 영향에 의해 물리계층에서의 이론값과 시뮬레이션값과는 다른 결과를 보여준다.
또한, MAC 계층을 고려하여 backoff 시간에 따라 간섭 영향이 다르게 된다. Backoff 시간이 0인 경우는 간섭이 지속적으로 발생하므로 잡음전력에 상관없이 -3dB의 SNR에서의 에러확률을 유지하게 된다.
반면 Backoff 시간이 0이 아닌 경우 (본 예에서는 50% duty인 620usec)에는 50% 정도의 에러가 발생하므로 0dB 의 SNR에서의 에러확률을 유지함을 알 수 있다.
이 실험을 통해 MAC 계층에 따라 간섭의 영향이 변하므로 이를 분석하는 것이 필요함을 알 수 있다.
도 19a는 본 발명을 적용할 수 있는 예시 중 첫 번째로 상호 연관된 간섭원이 여러 개가 동시에 있는 경우를 나타낸 것이고, 도 19b는 이 상황에서 상호 연관되지 않은 독립적인 간섭원이 추가된 것을 나타낸 것이다.
도 19a에서 상호 연관된 간섭원(132)이 WLAN이라고 한다면, 2.4 GHz 대역에서의 피간섭원(130)은 Zigbee 등이 될 수 있고, 5 GHz 대역에서의 피간섭원(130)은 LTE-U가 될 수 있다. (131)은 사용자 단말이다.
마찬가지로, 도 19b에서 독립적인 간섭원(133)(134)은 2.4 GHz에서 Microwave oven 및 5 GHz Weather radar를 고려할 수 있다.
마지막으로 도 19c와 같이, 대부분의 비면허 대역기기들은 여러 개의 동일 기종간의 송신시점도 MAC에 의해 정해지므로 자기 간섭원(135)에 의한 자기 간섭 분석을 할 필요가 있다.
이와 같이 본 발명은 특정의 무선통신 시스템에 한정되지 않는다.
이상에서와 같이 본 발명에 따른 다중 간섭원 구성 장치 및 방법 그리고 다중 간섭원을 이용한 간섭 분석 장치 및 방법은 MAC 계층이 고려된 HW 기반의 상호연관 간섭원을 통해 실제 간섭상황과 가까운 모델링이 가능하다.
이는 기존 하드웨어 시뮬레이터에서 MAC 계층에 대한 모델링을 추가하여 간섭원 노드 개수의 증가에도 간섭 전력이 비례하여 증가하는 오류를 막을 수 있고 PC에서 SW를 이용하여 마르코프 체인에 의한 내부 모델링이나 네트워크 시뮬레이터 (NS2나 OPNET 등)의 외부 결과을 적용하므로 실제 많은 하드웨어가 필요하지 않아 복잡도를 줄일 수 있다.
이상에서의 설명에서와 같이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 본 발명이 구현되어 있음을 이해할 수 있을 것이다.
그러므로 명시된 실시 예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 하고, 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구 범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.
140. 보호 거리 계산부 141. 간섭원 공간분포 결정부
142. 물리계층 모델링부 143. MAC 계층 모델링부
144. 노드별 경로손실 반영부 145. 송수신 시점 반영부
146. 간섭원 송신신호 생성부

Claims (9)

  1. 간섭원 파라미터가 입력되면 간섭 영향 최소 보호거리를 계산하는 보호 거리 계산부;
    간섭 영향 거리 이내에 간섭원을 랜덤하게 분포된 상태로 진행하거나, 사용자가 간섭원 공간 분포를 직접 결정하는 간섭원 공간분포 결정부;
    간섭원 노드와 피간섭원과의 이격거리에 따른 경로손실을 개별적으로 적용하여 물리계층 모델링을 수행하는 물리계층 모델링부;
    노드별 경로손실을 감쇠기 및 송신기 증폭기에 HW적으로 반영하는 노드별 경로 손실 반영부;
    마르코프 체인을 이용한 송신 노드 및 송신 시점 결정을 하거나, 외부 MAC 시뮬레이터의 결과 로그 파일을 이용하여 송신 노드 및 송신 시점 결정을 하는 MAC계층 모델링을 수행하는 MAC계층 모델링부;
    스위치 ON/OFF를 통해 송수신 시점을 HW적으로 반영하는 송수신 시점 반영부;
    주파수간섭의 영향을 PHY와 MAC 계층에서 함께 고려하여 분석하기 위한 상호 연관된 다중 간섭원 신호를 생성하는 간섭원 송신신호 생성부;를 포함하고,
    물리 계층 모델링부에서의 실제 간섭원의 분포에 따라 개별적으로 다른 경로 손실 적용은 수식에 의해 정의되고,
    Figure 112017021635492-pat00029
    ,
    여기서, d는 간섭원과 피간섭원 수신기간의 이격 거리를 의미하고 λ는 사용 주파수의 파장을 의미하는 것을 특징으로 하는 다중 간섭원 구성 장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 간섭원 파라미터는 간섭원의 수, 규격, 송신전력을 포함하는 것을 특징으로 하는 다중 간섭원 구성 장치.
  3. 삭제
  4. 간섭원 파라미터가 입력되면 간섭 영향 최소 보호거리를 계산하는 단계;
    간섭 영향 거리 이내에 간섭원을 랜덤하게 분포된 상태로 진행하거나, 사용자가 간섭원 공간 분포를 직접 결정하는 단계;
    물리계층 모델링을 하여, 간섭원 노드와 피간섭원과의 이격거리에 따른 경로손실을 개별적으로 적용하고, 노드별 경로손실을 감쇠기 및 송신기 증폭기에 HW적으로 반영하는 단계;
    MAC계층 모델링을 하여, 마르코프 체인을 이용한 송신 노드 및 송신 시점 결정을 하거나, 외부 MAC 시뮬레이터의 결과 로그 파일을 이용하여 송신 노드 및 송신 시점 결정을 하고, 스위치 ON/OFF를 통해 송수신 시점을 HW적으로 반영하는 단계;
    주파수간섭의 영향을 PHY와 MAC 계층에서 함께 고려하여 분석하기 위한 상호 연관된 다중 간섭원 신호를 생성하는 단계;를 포함하고,
    간섭원 노드와 피간섭원과의 이격거리에 따른 경로손실을 개별적으로 적용하는 것은 수식에 의해 정의되고,
    Figure 112017021635492-pat00030
    ,
    여기서, d는 간섭원과 피간섭원 수신기간의 이격 거리를 의미하고 λ는 사용 주파수의 파장을 의미하는 것을 특징으로 하는 다중 간섭원 구성 방법.
  5. 간섭원 파라미터가 입력되면 간섭 영향 최소 보호거리를 계산하는 보호 거리 계산부;
    간섭 영향 거리 이내에 간섭원을 랜덤하게 분포된 상태로 진행하거나, 사용자가 간섭원 공간 분포를 직접 결정하는 간섭원 공간분포 결정부;
    간섭원 노드와 피간섭원과의 이격거리에 따른 경로손실을 개별적으로 적용하여 물리계층 모델링을 수행하는 물리계층 모델링부;
    노드별 경로손실을 감쇠기 및 송신기 증폭기에 HW적으로 반영하는 노드별 경로 손실 반영부;
    마르코프 체인을 이용한 송신 노드 및 송신 시점 결정을 하거나, 외부 MAC 시뮬레이터의 결과 로그 파일을 이용하여 송신 노드 및 송신 시점 결정을 하는 MAC계층 모델링을 수행하는 MAC계층 모델링부;
    스위치 ON/OFF를 통해 송수신 시점을 HW적으로 반영하는 송수신 시점 반영부;
    주파수간섭의 영향을 PHY와 MAC 계층에서 함께 고려하여 분석하기 위한 상호 연관된 다중 간섭원 신호를 생성하는 간섭원 송신신호 생성부;
    생성된 다중 간섭원을 이용하여 피간섭원 수신기에 도달한 총 간섭전력이 간섭허용 기준 이상이 될 확률을 간섭확률로 정의하여 주파수간섭의 영향을 PHY와 MAC 계층에서 함께 고려하여 분석하는 주파수 간섭 분석부;를 포함하고,
    주파수 간섭 분석부에서 간섭 영향을 측정하기 위하여 SINR을,
    Figure 112017021635492-pat00031
    으로 계산하고, 여기서, Ps는 수신기에 수신된 신호 전력을 의미하고, Pn은 수신단에서의 잡음전력, γ는 경로손실 정도를 나타내는 파라미터, α는 사용 채널에 따라 달라지는 스펙트럼 팩터(Spectrum factor), PI는 간섭원의 송신 전력량, β는 시간 영역에서 충돌여부에 따라 특정 노드의 송신가부에 관한 것을 특징으로 하는 다중 간섭원을 이용한 간섭 분석 장치.
  6. 제 5 항에 있어서, 주파수 간섭 분석부는,
    이격거리에 의한 경로손실(pathloss) 및 사용 채널에 의한 스펙트럼 팩터(spectrum factor)와 노이즈(noise) 모델을 이용하여 SINR(Signal-to-interfernce-plus-noise-ratio) 만을 얻어내어 간섭영향을 측정하는 것을 특징으로 하는 다중 간섭원을 이용한 간섭 분석 장치.
  7. 삭제
  8. 제 5 항에 있어서, 주파수 간섭 분석부에서 피간섭원 수신기에 도달한 총 간섭전력이 간섭허용 기준 이상이 될 확률은 Pint = Pr(I ≥ Ith)으로 정의되고,
    여기에서, Ith는 피간섭원 수신기에서 허용되는 간섭전력 기준값을 의미하는 것을 특징으로 하는 다중 간섭원을 이용한 간섭 분석 장치.
  9. 간섭원 파라미터가 입력되면 간섭 영향 최소 보호거리를 계산하는 단계;
    간섭 영향 거리 이내에 간섭원을 랜덤하게 분포된 상태로 진행하거나, 사용자가 간섭원 공간 분포를 직접 결정하는 단계;
    물리계층 모델링을 하여, 간섭원 노드와 피간섭원과의 이격거리에 따른 경로손실을 개별적으로 적용하고, 노드별 경로손실을 감쇠기 및 송신기 증폭기에 HW적으로 반영하는 단계;
    MAC계층 모델링을 하여, 마르코프 체인을 이용한 송신 노드 및 송신 시점 결정을 하거나, 외부 MAC 시뮬레이터의 결과 로그 파일을 이용하여 송신 노드 및 송신 시점 결정을 하고, 스위치 ON/OFF를 통해 송수신 시점을 HW적으로 반영하는 단계;
    주파수간섭의 영향을 PHY와 MAC 계층에서 함께 고려하여 분석하기 위한 상호 연관된 다중 간섭원 신호를 생성하는 단계;
    생성된 다중 간섭원을 이용하여 피간섭원 수신기에 도달한 총 간섭전력이 간섭허용 기준 이상이 될 확률을 간섭확률로 정의하여 주파수간섭의 영향을 PHY와 MAC 계층에서 함께 고려하여 분석하는 단계;를 포함하고,
    주파수 간섭 영향을 측정하기 위하여 SINR을,
    Figure 112017021635492-pat00032
    으로 계산하고, 여기서, Ps는 수신기에 수신된 신호 전력을 의미하고, Pn은 수신단에서의 잡음전력, γ는 경로손실 정도를 나타내는 파라미터, α는 사용 채널에 따라 달라지는 스펙트럼 팩터(Spectrum factor), PI는 간섭원의 송신 전력량, β는 시간 영역에서 충돌여부에 따라 특정 노드의 송신가부에 관한 것을 특징으로 하는 다중 간섭원을 이용한 간섭 분석 방법.
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