KR102337137B1 - Communication device and method for cooperative communication and method for decoding at hybrid access point - Google Patents

Communication device and method for cooperative communication and method for decoding at hybrid access point Download PDF

Info

Publication number
KR102337137B1
KR102337137B1 KR1020200123365A KR20200123365A KR102337137B1 KR 102337137 B1 KR102337137 B1 KR 102337137B1 KR 1020200123365 A KR1020200123365 A KR 1020200123365A KR 20200123365 A KR20200123365 A KR 20200123365A KR 102337137 B1 KR102337137 B1 KR 102337137B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
signal
communication device
access point
communication
time delay
Prior art date
Application number
KR1020200123365A
Other languages
Korean (ko)
Other versions
KR102337137B9 (en
Inventor
김동인
박성연
Original Assignee
성균관대학교산학협력단
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 성균관대학교산학협력단 filed Critical 성균관대학교산학협력단
Priority to KR1020200123365A priority Critical patent/KR102337137B1/en
Application granted granted Critical
Publication of KR102337137B1 publication Critical patent/KR102337137B1/en
Publication of KR102337137B9 publication Critical patent/KR102337137B9/en

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04BTRANSMISSION
    • H04B7/00Radio transmission systems, i.e. using radiation field
    • H04B7/22Scatter propagation systems, e.g. ionospheric, tropospheric or meteor scatter
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02JCIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J50/00Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power
    • H02J50/20Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power using microwaves or radio frequency waves
    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04BTRANSMISSION
    • H04B7/00Radio transmission systems, i.e. using radiation field
    • H04B7/24Radio transmission systems, i.e. using radiation field for communication between two or more posts
    • H04B7/26Radio transmission systems, i.e. using radiation field for communication between two or more posts at least one of which is mobile
    • H04B7/2603Arrangements for wireless physical layer control
    • H04B7/2606Arrangements for base station coverage control, e.g. by using relays in tunnels
    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04WWIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
    • H04W4/00Services specially adapted for wireless communication networks; Facilities therefor
    • H04W4/06Selective distribution of broadcast services, e.g. multimedia broadcast multicast service [MBMS]; Services to user groups; One-way selective calling services

Abstract

The present invention relates to a method for a second communication device to perform cooperative communication with a first communication device, which comprises the steps of: receiving an RF signal from at least one of a hybrid access point and a low power access point to collect energy; receiving a first signal including shared information, as information which the first communication device transmits to the hybrid access point through backscattering, from the first communication device; and transmitting the first signal to the hybrid access point by backscattering the first signal using an unmodulated carrier wave received from the low power access point. The transmitting step may include transmitting the first signal according to a time delay corresponding to the second communication device.

Description

협력통신을 수행하는 통신기기와 그 방법 및 혼합 접속지점에서의 복호화 방법{COMMUNICATION DEVICE AND METHOD FOR COOPERATIVE COMMUNICATION AND METHOD FOR DECODING AT HYBRID ACCESS POINT}A communication device performing cooperative communication, a method thereof, and a decoding method at a mixed access point

본 발명은 무선 전력 이종통신망에서 후방산란 기반의 협력통신을 수행하는 통신기기와 그 방법 및 혼합 접속지점에서의 복호화 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 로라(LoRa) 후방산란 기반의 원거리 협력통신을 수행하는 통신기기와 이를 이용한 통신방법 및 신호의 복호화 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a communication device for performing backscatter-based cooperative communication in a wireless power heterogeneous communication network, a method thereof, and a decoding method at a mixed access point, and more particularly, to a LoRa backscatter-based long-distance cooperative communication. The present invention relates to a communication device performing the same, a communication method using the same, and a signal decoding method.

(1) AB/BB 후방산란 기반의 순차적 협력통신(1) Sequential cooperative communication based on AB/BB backscatter

무선전력 이종통신망은 기기들 주변에 분포하고 있는 RF 신호를 통해 에너지를 수집하고, 이를 이용하여 신호를 송수신 할 수 있는 통신망을 의미한다.The wireless power heterogeneous communication network refers to a communication network that collects energy through RF signals distributed around devices and can transmit and receive signals using this.

종래의 무선전력 이종통신망에서는 하이브리드 접속 지점(Hybrid Access Point: H-AP)에서 기존(Legacy) 수신기에 신호를 보내고 있으며 캐리어 이미터(Carrier Emitter: CE)에서 무변조 반송파(Unmodulated Carrier)를 연속적으로 송신하고 있다. 이러한 통신망 구조에서 사물인터넷(IoT) 기기들은 에너지 하베스팅을 통해 필요한 에너지를 수집하고, 이를 통해 단거리(Ambient Backscatter: AB) 기반 또는 장거리(Bistatic Backscatter: BB) 기반 협력통신을 수행한다.In the conventional wireless power heterogeneous communication network, a hybrid access point (H-AP) sends a signal to a legacy receiver, and a carrier emitter (CE) continuously transmits an unmodulated carrier wave (Unmodulated Carrier). are sending In such a communication network structure, Internet of Things (IoT) devices collect necessary energy through energy harvesting, and through this, short-range (Ambient Backscatter: AB)-based or Long-distance (Bistatic Backscatter: BB)-based cooperative communication is performed.

구체적으로, 무전원 동작을 구현하기 위해 기기들은 H-AP와 CE로부터 듀얼 밴드 에너지 하베스팅을 수행하여 송수신에 필요한 에너지를 얻으며, 수집한 에너지를 통해 AB 기반 정보교환과 BB 기반 협력전송을 수행한다. AB를 통한 정보 교환은 다음과 같이 두 가지 조건을 만족해야 한다. 첫째, 반송파로 사용할 주변 RF신호의 세기가 충분해야 한다. 둘째, 협력을 위한 페어링 하려는 기기들이 AB의 복호 조건을 만족해야 한다. 조건을 충족하지 못하는 경우에 기기들은 정보교환 과정 없이 개별적으로 BB 기반 비협력통신을 수행한다. 정보교환에 앞서 그래프 매칭 이론을 통해 최적의 페어를 찾고, 페어링 된 기기들은 단거리 AB를 통해 서로의 정보를 교환한 후 장거리 BB를 통해 순차적으로 정보를 H-AP로 송신한다.Specifically, to implement power-free operation, devices perform dual-band energy harvesting from H-AP and CE to obtain energy required for transmission and reception, and perform AB-based information exchange and BB-based cooperative transmission through the collected energy. Information exchange through AB must satisfy the following two conditions. First, the strength of the surrounding RF signal to be used as a carrier must be sufficient. Second, devices to be paired for cooperation must satisfy the AB decoding condition. If the conditions are not met, the devices individually perform BB-based non-cooperative communication without an information exchange process. Prior to information exchange, an optimal pair is found through graph matching theory, and paired devices exchange information with each other through short-range AB and then sequentially transmit information to H-AP through long-range BB.

(2) 하드웨어 오프셋 기반 충돌 해소 기법 - Choir(2) Hardware offset-based collision resolution technique - Choir

Choir 기법은 도심 지역에 센서 노드들을 위한 저전력 광대역 네트워크(Low Power Wide Area Network: LPWAN)를 구현하기 위해 고안되었다. 도시 규모의 LPWAN을 구현하는 것은 높은 밀도로 인한 신호 충돌과 많은 장애물로 인한 신호 감쇄의 문제가 존재하는데 양 끝단의 센서 혹은 기지국은 이를 해결하기에 제한적인 하드웨어 성능을 가지고 있다. Choir는 LPWAN 라디오의 Chirp 신호 구조를 활용하여 단일 안테나 기지국에서 서로 간섭을 일으키는 다중 전송을 분리하고, 각 신호의 세기가 작을 때 협력을 통해 서비스 영역을 증대시키는 방법을 제안한다. Chirp 신호는 시간에 따라 주파수가 선형적으로 변화하는 신호로서 주파수가 시간에 따라 증가하며 대역폭의 상한선에 도달하면 다시 cyclic하게 변화한다.The Choir technique is designed to implement a Low Power Wide Area Network (LPWAN) for sensor nodes in an urban area. Implementing a city-scale LPWAN has problems of signal collision due to high density and signal attenuation due to many obstacles. Sensors or base stations at both ends have limited hardware performance to solve these problems. Choir uses the Chirp signal structure of LPWAN radio to separate multiple transmissions that cause interference from a single antenna base station, and proposes a method to increase the service area through cooperation when the strength of each signal is small. The chirp signal is a signal whose frequency changes linearly with time, and the frequency increases with time and changes cyclically again when the upper limit of the bandwidth is reached.

chirp 신호의 특성 중 첫 번째로, 기기들 고유의 하드웨어 주파수 오프셋을 이용하여 충돌을 해소할 수 있다. 예컨대, 두 송신기에서 오는 동일한 신호는 독립적인 각각의 발진기(Oscillator)에 따른 미세한 주파수 오프셋이 존재한다. 두 신호는 간단한 역 Chirp 및 FFT과정을 통해 서로 다른 주파수 bin에 자리하는 것으로 구분할 수 있다. 그러나 위 방법의 경우 bin에 나타나는 값은 하드웨어 오프셋과 정보 오프셋으로 표현되기 때문에 복호에 있어 여러 해석의 여지가 존재한다. Choir는 이 문제를 해결하기 위해서, 하드웨어 오프셋은 데이터 주파수와 다르게 푸리에 bin의 정수배로 나타나지 않는다는 점을 이용한다. 가장 먼저 이미 알려진 Preamble을 통해 사용자의 하드웨어 오프셋을 추정하고, 데이터 신호의 FFT에서 bin의 소수점 자리 값이 같은 경우 동일한 사용자로 매칭 할 수 있다. 사용자 식별 후 남아있는 데이터 오프셋 값을 이용해 정보를 성공적으로 복호 할 수 있다.First among the characteristics of the chirp signal, collisions can be resolved by using hardware frequency offsets unique to devices. For example, the same signal coming from two transmitters has a fine frequency offset according to each independent oscillator. Two signals can be distinguished by being located in different frequency bins through a simple inverse chirp and FFT process. However, in the case of the above method, since the values appearing in the bin are expressed as hardware offsets and information offsets, there is room for various interpretations in decoding. To solve this problem, Choir uses the fact that, unlike the data frequency, the hardware offset does not appear as an integer multiple of the Fourier bin. First, the user's hardware offset is estimated through the known preamble, and when the decimal point value of the bin is the same in the FFT of the data signal, the same user can be matched. Information can be successfully decoded using the data offset value remaining after user identification.

chirp 신호의 특성 중 두 번째로, 개별 기기의 송신 전력이 잡음보다 낮은 경우에 여러 기기들의 협력을 통해 수신 전력을 강화(enhancement)할 수 있다. 신호가 constructive하게 더해지는 것을 보장하기 위해 기지국에서 보내는 Beacon을 이용해 시간을 정렬하며, 불가피한 나머지 시간 오프셋은 Chirp 신호 구조로 인해 하드웨어 오프셋에 포함되기 때문에 위와 동일한 방법으로 사용자를 식별할 수 있다.Second among the characteristics of the chirp signal, when the transmission power of an individual device is lower than the noise, the reception power can be enhanced through cooperation of several devices. To ensure that the signal is added constructively, the time is aligned using the beacon sent from the base station, and the unavoidable remaining time offset is included in the hardware offset due to the chirp signal structure, so the user can be identified in the same way as above.

그러나, 기기들의 밀도가 증가함에 따라 기기 간 페어링 및 정보 교환에 대한 시간 오버헤드(Overhead)가 늘어나기 때문에, 어느 시점에서 처리량 증대보다 오버헤드로 인한 손실이 더 커지게 된다. 또한, 종래기술 Chirp에서 소개하는 충돌해소 기법은 능동 로라 통신의 하드웨어 주파수 오프셋을 이용하고 있는데, 후방산란 기반 수동 통신은 하드웨어 주파수 오프셋이 존재하지 않기 때문에 적용이 어렵다. 따라서, 순차적 페어링 및 정보교환에 따른 오버헤드 문제 해결과, 로라 후방산란 통신의 효율적인 충돌 해소를 지원할 수 있는 새로운 기법이 필요한 실정이다.However, since the time overhead for pairing and information exchange between devices increases as the density of devices increases, the loss due to overhead becomes greater than the increase in throughput at some point. In addition, the collision resolution technique introduced in the prior art Chirp uses a hardware frequency offset of active LoRa communication, but it is difficult to apply backscatter-based passive communication because there is no hardware frequency offset. Therefore, there is a need for a new technique that can support the resolution of overhead problems according to sequential pairing and information exchange and efficient collision resolution of LoRa backscatter communication.

대한민국 공개특허공보 제10-2018-0024371호(2018.03.08)Republic of Korea Patent Publication No. 10-2018-0024371 (2018.03.08)

본 발명은 상술한 문제점과 필요에 따라 무선 전력 이종통신망(Wireless-Powered Heterogeneous Network: WPHetNet)에서 후방산란 기반의 협력통신을 수행하는 통신기기와 그 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 로라(LoRa) 후방산란 기반의 원거리 협력통신을 수행하는 통신기기와 그 방법을 제공하고자 한다.The present invention relates to a communication device and method for performing backscatter-based cooperative communication in a Wireless-Powered Heterogeneous Network (WPHetNet) according to the above-described problems and needs, and more particularly, LoRa An object of the present invention is to provide a communication device and method for performing long-distance cooperative communication based on backscattering.

상술한 문제점을 해결하기 위해 정보를 송신하고자 하는 기기가 단거리 주변 후방산란을 통해 단방향(One-Way) 브로드캐스팅을 수행하여 주변 기기들과 멀티플 페어링 클러스터를 이루고, 클러스터에 속하는 기기들과 임의의 시간지연을 발생시켜 장거리 후방산란을 통해 정보를 송신하기 위한 통신기기 및 이를 이용한 통신방법을 제공하고자 한다.In order to solve the above problem, a device that wants to transmit information performs one-way broadcasting through short-range peripheral backscattering to form a multiple pairing cluster with peripheral devices, and sets up a multiple pairing cluster with devices belonging to the cluster at an arbitrary time. An object of the present invention is to provide a communication device for transmitting information through long-distance backscattering by generating a delay and a communication method using the same.

또한, 협력통신을 수행하는 통신기기의 정보 처리량의 형평성을 고려하여 처리량을 최적화 하기 위한 혼합 접속지점에서의 복호화 방법을 제공하고자 한다.In addition, it is intended to provide a decoding method at the mixed access point to optimize the throughput in consideration of the fairness of the information throughput of communication devices performing cooperative communication.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 협력통신을 수행하는 방법은 제2 통신기기가 제1 통신기기와 협력통신을 수행하는 방법에 있어서, 혼합 접속지점 및 저전력 접속지점 중 적어도 하나로부터 RF 신호를 수신하여 에너지를 수집하는 단계, 상기 제1 통신기기가 상기 혼합 접속지점에 송신하기 위한 정보인 공유정보를 포함하는 제1 신호를 상기 제1 통신기기로부터 수신하는 단계, 및 상기 저전력 접속지점으로부터 수신한 무변조 반송파를 이용하여 상기 제1 신호를 후방산란 함에 따라 상기 혼합 접속지점에 송신하는 단계를 포함하고, 상기 송신하는 단계는 상기 제2 통신기기에 대응되는 시간지연에 따라 상기 제1 신호를 송신할 수 있다.The method for performing cooperative communication according to the present invention for achieving the above object is a method in which a second communication device performs cooperative communication with a first communication device, the RF signal from at least one of a mixed access point and a low power access point collecting energy by receiving, by the first communication device, receiving a first signal including shared information, which is information to be transmitted to the mixed access point, from the first communication device, and from the low-power access point and transmitting the first signal to the mixed access point by backscattering the first signal using the received unmodulated carrier, wherein the transmitting includes the first signal according to a time delay corresponding to the second communication device. can be sent.

또한, 상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 상기 제1 신호를 수신하는 단계는 상기 제1 통신기기가 상기 혼합 접속지점 및 상기 저전력 접속지점 중 적어도 하나로부터 송신된 RF 신호를 후방산란 함에 따라 브로드캐스팅 되는 신호인 상기 제1 신호를 상기 제1 통신기기로부터 수신할 수 있다.In addition, in the step of receiving the first signal according to the present invention for achieving the above object, the first communication device backscatters the RF signal transmitted from at least one of the mixed access point and the low power access point. The first signal that is a broadcast signal may be received from the first communication device.

또한, 상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 상기 제2 통신기기는 상기 제1 통신기기와의 거리를 기준으로 상기 제1 통신기기와 협력통신을 통해 상기 제1 신호를 상기 혼합 접속지점에 송신하기 위한 기기로 구성되는 클러스터에 포함될 수 있다.In addition, the second communication device according to the present invention for achieving the above object transmits the first signal to the mixed access point through cooperative communication with the first communication device based on the distance from the first communication device. It can be included in a cluster consisting of devices for transmitting.

또한, 상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 상기 후방산란 된 신호는 처프(chirp) 신호의 특성을 가지며, 상기 제2 통신기기가 상기 제1 신호를 송신하는 시점은 상기 제1 통신기기가 상기 제1 신호를 송신하는 시점과 상이할 수 있다.In addition, the backscattered signal according to the present invention for achieving the above object has a characteristic of a chirp signal, the time when the second communication device transmits the first signal is the first communication device It may be different from a time point at which the first signal is transmitted.

또한, 상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 상기 시간지연은 (BW/Tsm와 같이 나타내고, 상기 시간지연은 τm∈[0, Ts/γ]의 범위 내 값을 가질 수 있다. 여기서, BW는 상기 제1 신호의 대역폭, Ts는 상기 제1 신호의 주기, τm는 상기 시간지연, γ는 시간지연 지수를 의미함.In addition, the time delay according to the present invention for achieving the above object is expressed as (BW/T sm , and the time delay has a value within the range of τ m ∈[0, T s / γ] can Here, BW is the bandwidth of the first signal, T s is the period of the first signal, τ m is the time delay, γ is the time delay index.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 협력통신을 수행하는 통신기기는 제1 통신기기와 협력통신을 수행하는 제2 통신기기에 있어서, 혼합 접속지점 및 저전력 접속지점 중 적어도 하나로부터 RF 신호를 수신하여 에너지를 수집하는 에너지 수집부, 상기 제1 통신기기가 상기 혼합 접속지점에 송신하기 위한 정보인 공유정보를 포함하는 제1 신호를 상기 제1 통신기기로부터 수신하는 수신부, 및 상기 저전력 접속지점으로부터 수신한 무변조 반송파를 이용하여 상기 제1 신호를 후방산란 함에 따라 상기 혼합 접속지점에 송신하는 송신부를 포함하고, 상기 송신부는 상기 제2 통신기기에 대응되는 시간지연에 따라 상기 제1 신호를 송신할 수 있다.A communication device for performing cooperative communication according to the present invention for achieving the above object is a second communication device for performing cooperative communication with a first communication device, the RF signal from at least one of the mixed access point and the low-power access point An energy collecting unit for receiving and collecting energy, a receiving unit for receiving a first signal including shared information, which is information for the first communication device to transmit to the mixed access point, from the first communication device, and the low-power access point and a transmitter for transmitting the first signal to the mixed access point by backscattering the first signal using an unmodulated carrier wave received from can send

또한, 상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 상기 수신부는 상기 제1 통신기기가 상기 혼합 접속지점 및 상기 저전력 접속지점 중 적어도 하나로부터 송신된 RF 신호를 후방산란 함에 따라 브로드캐스팅 되는 신호인 상기 제1 신호를 상기 제1 통신기기로부터 수신할 수 있다.In addition, the receiving unit according to the present invention for achieving the above object is a signal that is broadcast as the first communication device backscatters the RF signal transmitted from at least one of the mixed access point and the low power access point. A first signal may be received from the first communication device.

또한, 상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 상기 제2 통신기기는 상기 제1 통신기기와의 거리를 기준으로 상기 제1 통신기기와 협력통신을 통해 상기 제1 신호를 상기 혼합 접속지점에 송신하기 위한 기기로 구성되는 클러스터에 포함되는 것을 특징으로 하는 협력통신을 수행할 수 있다.In addition, the second communication device according to the present invention for achieving the above object transmits the first signal to the mixed access point through cooperative communication with the first communication device based on the distance from the first communication device. It is possible to perform cooperative communication, characterized in that it is included in a cluster consisting of devices for transmitting.

또한, 상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 상기 후방산란 된 신호는 처프(chirp) 신호의 특성을 가지며, 상기 제2 통신기기가 상기 제1 신호를 송신하는 시점은 상기 제1 통신기기가 상기 제1 신호를 송신하는 시점과 상이할 수 있다.In addition, the backscattered signal according to the present invention for achieving the above object has a characteristic of a chirp signal, the time when the second communication device transmits the first signal is the first communication device It may be different from a time point at which the first signal is transmitted.

또한, 상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 혼합 접속지점에서의 복호화 방법은 혼합 접속지점이 제1 통신기기 및 제2 통신기기로부터 수신한 신호를 복호화하는 방법에 있어서, 상기 제1 통신기기로부터 주변의 통신기기와 공유하기 위한 공유정보를 포함하는 제1 신호를 수신하는 단계, 상기 제2 통신기기로부터 상기 제1 신호가 후방산란 된 신호인 제2 신호를 수신하는 단계, 상기 제1 신호 및 상기 제2 신호 간의 시간지연을 고려하여 상기 제1 통신기기 및 상기 제2 통신기기를 식별하는 단계 및 식별결과에 따라 상기 제1 신호 및 상기 제2 신호를 복호화하는 단계를 포함할 수 있다.In addition, the decoding method at the mixed access point according to the present invention for achieving the above object is a method for the mixed access point to decode a signal received from a first communication device and a second communication device, the first communication device Receiving a first signal including sharing information to be shared with a peripheral communication device from the receiving device, receiving a second signal from the second communication device that is a backscattered signal of the first signal, the first signal and identifying the first communication device and the second communication device in consideration of a time delay between the second signals, and decoding the first signal and the second signal according to the identification result.

또한, 상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 혼합 접속지점의 복호화 방법은 상기 제1 통신기기의 정보 처리량 및 상기 제1 통신기기에 대응하는 에너지량 중 적어도 하나에 기초하여, 상기 제1 통신기기가 정보를 송신할 시점인 송신시점 및 정보를 송신하는 시간의 길이를 나타내는 타임슬롯을 결정하는 단계 및 상기 결정된 송신시점 및 상기 타임슬롯을 상기 제1 통신기기에 송신하는 단계를 더 포함할 수 있다.In addition, the method for decoding a mixed access point according to the present invention for achieving the above object is based on at least one of an information processing amount of the first communication device and an energy amount corresponding to the first communication device, the first communication The method may further include determining, by the device, a transmission time point, which is a time point at which information is to be transmitted, and a timeslot indicating a length of time for transmitting information, and transmitting the determined transmission time point and the timeslot to the first communication device. have.

또한, 상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 상기 타임슬롯은 상기 제1 통신기기와 협력통신을 통해 상기 제1 신호를 상기 혼합 접속지점에 송신하기 위한 기기로 구성되는 클러스터 내 포함된 적어도 하나 이상의 통신기기 중, 가장 많은 에너지를 필요로 하는 통신기기의 에너지 하베스팅에 필요한 시간 이내일 수 있다.In addition, the timeslot according to the present invention for achieving the above object is at least one included in a cluster consisting of a device for transmitting the first signal to the mixed access point through cooperative communication with the first communication device. Among the above communication devices, it may be within the time required for energy harvesting of the communication device that requires the most energy.

본 발명의 실시예들에 따르면, 저전력 통신기법의 사용을 통해 종래 기술 대비 에너지 효율을 높일 수 있고, 로라 후방산란 기반의 협력통신을 통해 서비스 영역 증대 효과도 확인할 수 있으며, 노드들 간 형평성 문제가 완화될 수 있는 효과가 있다.According to the embodiments of the present invention, energy efficiency can be increased compared to the prior art through the use of a low-power communication technique, the effect of increasing the service area can be confirmed through cooperative communication based on LoRa backscattering, and the issue of equity between nodes It has a mitigating effect.

또한, 본 발명의 실시예들에 따르면, 종래의 협력통신에 사용되는 기기들의 밀도가 증가함에 따른 기기 간 페어링 및 정보교환에 대한 시간 오버헤드를 감소시킬 수 있고, 시간지연 오프셋을 통한 효율적인 충돌해소(Collision Resolution: CR)를 달성할 수 있다.In addition, according to embodiments of the present invention, it is possible to reduce the time overhead for pairing and information exchange between devices as the density of devices used for conventional cooperative communication increases, and effective collision resolution through time delay offset (Collision Resolution: CR) can be achieved.

또한, 본 발명의 실시예들에 따르면, 최근 이슈가 되고 있는 스마트 홈 및 스마트 팩토리에 적용하면 보다 효율적인 운영 및 관리가 가능한 효과가 있고, 이종 통신망을 가정하고 있어 이미 설치된 통신망 내 다양한 종류의 접속지점을 활용할 수 있는 효과가 있으며, 광범위한(wide area) 무선 통신망 환경에서 적용할 수 있는 효과가 있다.In addition, according to the embodiments of the present invention, when applied to smart homes and smart factories, which have become issues recently, there is an effect that more efficient operation and management are possible. There is an effect that can be used and can be applied in a wide area wireless communication network environment.

도 1a 및 도 1b는 본 발명에 따른 협력통신을 수행하는 통신기기를 포함한 무선전력 이종통신망의 협력통신 시스템도이다.
도 1c는 본 발명에 있어서, 협력통신을 수행하는 통신기기를 설명하기 위해 도시한 블록도이다.
도 2는 본 발명에 있어서, 협력통신을 수행하는 방법을 설명하기 위해 도시한 흐름도이다.
도 3은 본 발명에 있어서, 협력통신을 수행하는 통신기기를 포함한 무선전력 이종통신망 시스템의 시간 구조도이다.
도 4는 처프(chirp) 신호의 시간-주파수 도메인 구조를 나타낸 도면이다.
도 5는 처프(chirp) 신호의 주파수 천이에 따라 부호화 된 디지털 정보를 나타낸 도면이다.
도 6a 및 도 6b는 처프(chirp) 신호에 주파수 오프셋의 개념을 적용한 충돌 해소 기법을 설명하기 위해 나타낸 도면이다.
도 7a 및 도 7b는 처프(chirp) 신호의 협력통신에 따른 서비스 영역의 증대 효과를 설명하기 위해 나타낸 도면이다.
도 8은 본 발명에 있어서, 로라(LoRa) 후방산란 시 적용되는 임의의 시간지연을 설명하기 위해 나타낸 도면이다.
도 9는 본 발명에 있어서, 시간지연을 적용한 경우 혼합 접속지점에서의 관찰 윈도우를 나타낸 도면이다.
도 10은 본 발명에 있어서, 복호화 이전 신호 간 간섭의 제거를 설명하기 위해 나타낸 도면이다.
도 11은 본 발명에 있어서, 혼합 접속지점에서에서의 복호화 방법을 설명하기 위해 도시한 흐름도이다.
도 12는 본 발명에 있어서, 동기식 검출 방법에 따라 다수의 통신기기로부터 수신한 신호의 복호화 과정을 설명하기 위해 나타낸 도면이다.
1A and 1B are diagrams of a cooperative communication system of a wireless power heterogeneous communication network including a communication device for performing cooperative communication according to the present invention.
1c is a block diagram illustrating a communication device for performing cooperative communication in the present invention.
2 is a flowchart illustrating a method for performing cooperative communication in the present invention.
3 is a time structure diagram of a wireless power heterogeneous communication network system including a communication device performing cooperative communication in the present invention.
4 is a diagram illustrating a time-frequency domain structure of a chirp signal.
5 is a diagram illustrating digital information encoded according to a frequency shift of a chirp signal.
6A and 6B are diagrams illustrating a collision resolution technique in which the concept of a frequency offset is applied to a chirp signal.
7A and 7B are diagrams illustrating an effect of increasing a service area according to cooperative communication of a chirp signal.
8 is a diagram illustrating an arbitrary time delay applied during LoRa backscattering in the present invention.
9 is a view showing an observation window at a mixed access point when a time delay is applied in the present invention.
10 is a diagram illustrating the removal of interference between signals before decoding in the present invention.
11 is a flowchart illustrating a decoding method at a mixed access point in the present invention.
12 is a diagram illustrating a process of decoding a signal received from a plurality of communication devices according to a synchronous detection method according to the present invention.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면을 참조하여 상세하게 설명하도록 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. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다.Since the present invention can have various changes and can have various embodiments, specific embodiments will be described in detail with reference to the drawings. However, this is not intended to limit the present invention to specific embodiments, and it should be understood to include all modifications, equivalents and substitutes included in the spirit and scope of the present invention. In describing each figure, like reference numerals have been used for like elements.

제1, 제2, A, B 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.Terms such as first, second, A, and B may be used to describe various elements, but the elements should not be limited by the terms. The above terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another. For example, without departing from the scope of the present invention, a first component may be referred to as a second component, and similarly, the second component may also be referred to as a first component. and/or includes a combination of a plurality of related description items or any of a plurality of related description items.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급될 때에는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. When a component is referred to as being “connected” or “connected” to another component, it may be directly connected or connected to the other component, but it should be understood that other components may exist in between. something to do. On the other hand, when it is said that a certain element is "directly connected" or "directly connected" to another element, it should be understood that the other element does not exist in the middle.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.The terms used in the present application are only used to describe specific embodiments, and are not intended to limit the present invention. The singular expression includes the plural expression unless the context clearly dictates otherwise. In the present application, terms such as “comprise” or “have” are intended to designate that a feature, number, step, operation, component, part, or combination thereof described in the specification exists, but one or more other features It should be understood that this does not preclude the existence or addition of numbers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.Unless defined otherwise, all terms used herein, including technical and scientific terms, have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which this invention belongs. Terms such as those defined in commonly used dictionaries should be interpreted as having a meaning consistent with the meaning in the context of the related art, and should not be interpreted in an ideal or excessively formal meaning unless explicitly defined in the present application. does not

명세서 및 청구범위 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성 요소를 포함한다고 할때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있다는 것을 의미한다. Throughout the specification and claims, when a part includes a certain element, it means that other elements may be further included, rather than excluding other elements, unless otherwise stated.

이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.Hereinafter, preferred embodiments according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1a 및 도 1b는 본 발명에 따른 협력통신을 수행하는 통신기기를 포함한 무선전력 이종통신망의 협력통신 시스템도이고, 도 1c는 본 발명에 따른 협력통신을 수행하는 통신기기를 설명하기 위해 도시한 블록도이고, 도 2는 본 발명에 따른 협력통신을 수행하는 방법을 설명하기 위해 도시한 흐름도이다.1A and 1B are diagrams of a cooperative communication system of a wireless power heterogeneous communication network including a communication device for performing cooperative communication according to the present invention, and FIG. 1C is a diagram illustrating a communication device for performing cooperative communication according to the present invention. It is a block diagram, and FIG. 2 is a flowchart illustrating a method for performing cooperative communication according to the present invention.

도 1a 및 도 1b를 참조하면, 본 발명에 따른 협력통신을 수행하는 통신기기를 포함한 무선전력 이종통신망의 협력통신 시스템은 혼합 접속지점(H-AP), 저전력 접속지점(CE) 및 다수의 통신기기(Device)를 포함하여 구성될 수 있다.1A and 1B, a cooperative communication system of a wireless power heterogeneous communication network including a communication device for performing cooperative communication according to the present invention is a hybrid access point (H-AP), a low power access point (CE), and a plurality of communications It may be configured to include a device.

상기 협력통신 시스템은 높은 전력을 송출하는 기지국 등의 하이브리드 접속 지점(Hybrid Access Point)을 나타내는 혼합 접속지점(H-AP)과 혼합 접속지점(H-AP)에 비해 상대적으로 낮은 전력을 송출하는 캐리어 이미터(Carrier Emitter)를 나타내는 저전력 접속지점(CE)이 혼재되어 있는 환경에서, 다수의 통신기기(Device)가 혼합 접속지점(H-AP)으로의 상향링크 무선통신을 수행하는 네트워크 모델을 가정하고 있다.The cooperative communication system is a carrier that transmits relatively low power compared to a hybrid access point (H-AP) and a hybrid access point (H-AP) indicating a hybrid access point such as a base station that transmits high power Assume a network model in which a plurality of communication devices perform uplink wireless communication to a hybrid access point (H-AP) in an environment in which low-power access points (CEs) representing emitters are mixed. are doing

구체적으로, 다수의 통신기기(Device)는 셀룰러 네트워크를 현실적으로 모델링할 수 있는 확률 기하(Stochastic Geometry)에 따라, 저전력 접속지점(CE)을 원점으로 하고 반지름이 R인 디스크 범위 A 내에서 밀도 λ의 파라미터를 가지는 N개 조건 하의 단일 푸아송 포인트 프로세스로 분포하고 있음을 가정하였다.Specifically, a plurality of communication devices (Device) have a low-power access point (CE) as an origin and a density λ within a disk range A with a radius R according to a stochastic geometry that can realistically model a cellular network. It is assumed that distribution is a single Poisson point process under N conditions with parameters.

혼합 접속지점(H-AP)은 변조된 신호인 RF 신호를 연속적으로 송신하고, 저전력 접속지점(CE)은 무변조 반송파를 연속적으로 송신할 수 있다.The hybrid access point (H-AP) may continuously transmit an RF signal that is a modulated signal, and the low-power access point (CE) may continuously transmit an unmodulated carrier wave.

다수의 통신기기(Device)는 별도의 전원없이 주변의 혼합 접속지점(H-AP) 또는 저전력 접속지점(CE)의 신호를 받아 에너지를 수집하여 협력통신을 수행할 수 있다.A plurality of communication devices (Device) can perform cooperative communication by collecting energy by receiving a signal from a neighboring mixed access point (H-AP) or low power access point (CE) without a separate power source.

다수의 통신기기(Device)는 도면에 도시된 바와 같이, 혼합 접속지점(H-AP)의 서비스 영역 내에 존재하는 저전력 접속지점(CE)의 서비스 영역에 존재한다.As shown in the figure, a plurality of communication devices exist in the service area of the low-power access point CE existing in the service area of the hybrid access point H-AP.

다수의 통신기기(Device) 중 혼합 접속지점(H-AP)으로 정보를 보내고자 하는 통신기기(Device i)가 혼합 접속지점(H-AP) 및 저전력 접속지점(CE) 중 적어도 하나로부터 수신한 RF 신호를 후방산란 함으로써 정보 교환 대신 단방향의 브로드캐스팅(Broadcasting)을 통해 주변의 통신기기들과 멀티플-페어링 클러스터를 이루고, 클러스터 내 통신기기들의 도움을 받아 저전력 접속지점(CE)으로부터 수신한 무변조 반송파를 이용하여 정보를 포함하고 있는 신호를 후방산란 함으로써 혼합 접속지점(H-AP)에 송신할 수 있다.A communication device (Device i) that wants to send information to a mixed access point (H-AP) among a plurality of communication devices (Device) receives from at least one of a mixed access point (H-AP) and a low-power access point (CE). By backscattering the RF signal, it forms a multiple-pairing cluster with surrounding communication devices through unidirectional broadcasting instead of information exchange, and receives unmodulation from the low-power access point (CE) with the help of communication devices in the cluster. By using a carrier wave to backscatter a signal containing information, it can be transmitted to the H-AP.

이때, 혼합 접속지점(H-AP)으로의 정보 전송을 위한 후방산란 동작 시 통신기기 별로 대응되는 임의의 시간지연에 따라 전송이 이루어짐으로써, 고밀도로 구성된 통신기기들 간의 신호 오버헤드 문제가 해결될 수 있다.At this time, when the backscattering operation for information transmission to the mixed access point (H-AP) is performed, the transmission is performed according to an arbitrary time delay corresponding to each communication device, thereby solving the signal overhead problem between communication devices configured with high density. can

이하에서는 다수의 통신기기(Device) 중 제2 통신기기(Device m)가 제1 통신기기(Device i)와 협력통신을 수행하는 방법에 대하여 도 2를 참조하여 상세히 설명하고자 한다. 참고로, 협력통신은 전술한 바와 같이 혼합 접속지점(H-AP)과 저전력 접속지점(CE)이 혼재된 통신 시스템 내에서 이루어짐을 가정한다.Hereinafter, a method in which the second communication device (Device m) of a plurality of communication devices (Device) performs cooperative communication with the first communication device (Device i) will be described in detail with reference to FIG. 2 . For reference, it is assumed that cooperative communication is performed in a communication system in which the hybrid access point (H-AP) and the low power access point (CE) are mixed as described above.

먼저, 제2 통신기기(Device m)의 채널 추정부(미도시)는 제1 통신기기(Device i)와 함께 파일럿 신호를 전송함으로써 기기 및 접속지점 간 채널정보를 측정하는 단계를 수행할 수 있다.First, the channel estimator (not shown) of the second communication device (Device m) may perform the step of measuring channel information between the device and the access point by transmitting a pilot signal together with the first communication device (Device i). .

이후, 제2 통신기기(Device m)의 에너지 수집부(도 1c의 m10 참조)는 혼합 접속지점(H-AP) 및 저전력 접속지점(CE) 중 적어도 하나로부터 RF 신호를 수신하여 에너지를 수집할 수 있다(S110).Thereafter, the energy collection unit (refer to m10 of FIG. 1c ) of the second communication device (Device m) receives an RF signal from at least one of the hybrid access point (H-AP) and the low-power access point (CE) to collect energy. It can be (S110).

에너지 수집은 혼합 접속지점(H-AP)으로부터 수신되는 RF 신호뿐만 아니라 후술하는 저전력 접속지점(CE)으로부터 수신되는 무변조 반송파를 통해서도 이루어질 수 있다. 따라서, 제2 통신기기(Device m)는 혼합 접속지점(H-AP)과 저전력 접속지점(CE)으로부터 두 종류의 신호를 모두 수신할 수 있기 때문에, dual band 에너지 수집기술을 통해 에너지를 수집하여 통신 효율을 향상시킬 수 있다.Energy collection may be achieved through an unmodulated carrier wave received from a low-power access point (CE), which will be described later, as well as an RF signal received from the hybrid access point (H-AP). Therefore, since the second communication device (Device m) can receive both types of signals from the hybrid access point (H-AP) and the low-power access point (CE), it collects energy through the dual band energy collection technology. Communication efficiency can be improved.

이후, 제2 통신기기(Device m)의 수신부(도 1c의 m20 참조)는 제1 통신기기(Device i)가 후방산란을 통해 혼합 접속지점(H-AP)에 송신하기 위한 정보인 공유정보를 포함하는 제1 신호를 제1 통신기기(Device i)로부터 수신할 수 있다(S120).Then, the receiving unit of the second communication device (Device m) (refer to m20 in FIG. 1c) of the first communication device (Device i) transmits the information for the first communication device (Device i) to the hybrid access point (H-AP) through backscattering, which is shared information. The included first signal may be received from the first communication device (Device i) (S120).

제1 신호는 제1 통신기기(Device i)가 혼합 접속지점(H-AP)에 보내고자 하는 정보인 공유정보를 포함하는 신호로서, 혼합 접속지점(H-AP)으로부터 수신된 RF 신호를 반송파로 사용하여 제1 통신기기(Device i)가 브로드캐스팅 함으로써 제2 통신기기(Device m)로 송신될 수 있다.The first signal is a signal including shared information, which is information that the first communication device (Device i) wants to send to the H-AP, and transmits the RF signal received from the H-AP as a carrier wave. It can be transmitted to the second communication device (Device m) by broadcasting by the first communication device (Device i).

다시 말해, 상기 단계(S120)에서 수신부는 제1 통신기기(Device i)가 상기 혼합 접속지점(H-AP) 및 저전력 접속지점(CE) 중 적어도 하나에서 송신한 RF 신호를 후방산란 함에 따라 브로드캐스팅 되는 신호인 상기 제1 신호를 상기 제1 통신기기(Device i)로부터 수신할 수 있다. 이때, 제1 신호는 반송파로 사용할 RF 신호의 세기가 임계값을 기준으로 충분히 큰 경우에만 제2 통신기기(Device m)에 브로드캐스팅 될 수 있다.In other words, in the step S120, the receiver backscatters the RF signal transmitted from at least one of the hybrid access point (H-AP) and the low-power access point (CE) by the first communication device (Device i). The first signal, which is a signal to be cast, may be received from the first communication device (Device i). In this case, the first signal may be broadcast to the second communication device (Device m) only when the strength of the RF signal to be used as the carrier is sufficiently large based on the threshold.

한편, 제2 통신기기(Device m)는 제1 통신기기(Device i)와 협력통신을 통해 제1 신호를 혼합 접속지점(H-AP)에 송신하기 위한 기기로 구성되는 클러스터(Cluster)에 포함될 수 있다.On the other hand, the second communication device (Device m) is to be included in the cluster (Cluster) consisting of devices for transmitting the first signal to the mixed access point (H-AP) through cooperative communication with the first communication device (Device i). can

즉, 제1 신호의 브로드캐스팅이 수행되고 나면, 제1 통신기기(Device i)와 인접한 통신기기들 중 소정의 기준을 만족하는 통신기기들이 모여 클러스터가 형성될 수 있으며, 클러스터에 포함되는 통신기기들은 제1 통신기기(Device i)와 협력통신하여 혼합 접속지점(H-AP)으로 제1 신호를 송신하기 위한 기기로 정해질 수 있다. 이러한 클러스터는 제2 통신기기(Device m)를 포함하여 구성될 수 있는 것이다.That is, after the broadcasting of the first signal is performed, communication devices satisfying a predetermined criterion among the communication devices adjacent to the first communication device (Device i) may gather to form a cluster, and the communication devices included in the cluster They may be determined as devices for cooperatively communicating with the first communication device (Device i) to transmit the first signal to the H-AP. Such a cluster may be configured to include a second communication device (Device m).

일 실시예로, 제1 통신기기(Device i)와 인접한 통신기기들 중 제1 통신기기(Device i)와의 거리를 기준으로 클러스터가 형성될 수 있으며, 예컨대 제1 통신기기(Device i)와 임계값 이내의 거리에 위치하는 통신기기를 포함하여 클러스터가 구성될 수 있다.As an embodiment, a cluster may be formed based on the distance between the first communication device Device i and the first communication device Device i among adjacent communication devices, for example, the first communication device Device i and the threshold A cluster may be configured including communication devices located within a distance within a value.

다른 실시예로, 제1 통신기기(Device i)와 인접한 통신기기의 개수 및 제1 통신기기(Device i)의 송신 전력량을 기준으로 클러스터가 형성될 수 있으며, 예컨대 제1 통신기기(Device i)의 송신 전력량에 따라 제1 신호가 도달할 수 있는 통신기기의 개수가 미리 매핑된 매핑테이블에 기초하여 상기 매핑테이블을 만족하는 통신기기를 포함하여 클러스터가 구성될 수 있다.In another embodiment, a cluster may be formed based on the number of communication devices adjacent to the first communication device (Device i) and the amount of transmission power of the first communication device (Device i), for example, the first communication device (Device i) A cluster may be configured including communication devices satisfying the mapping table based on a mapping table to which the number of communication devices to which the first signal can reach according to the amount of transmit power of .

이와 같이, 클러스터를 구성하는 통신기기들이 혼합 접속지점(H-AP)으로 동일한 정보를 포함하는 신호를 송신함으로써 혼합 접속지점(H-AP)에서의 수신 전력을 강화하고 처리량을 증대시킬 수 있다.In this way, the communication devices constituting the cluster transmit signals including the same information to the H-AP, thereby enhancing reception power at the H-AP and increasing the throughput.

협력통신 시스템에서 저전력 접속지점(CE)은 무변조 반송파를 지속적으로 송신할 수 있으며, 제1 통신기기(Device i)를 포함하여 클러스터 내 통신기기들은 모두 저전력 접속지점(CE)으로부터 수신한 무변조 반송파를 이용할 수 있다.In the cooperative communication system, the low-power access point (CE) can continuously transmit an unmodulated carrier wave, and all communication devices in the cluster, including the first communication device (Device i), receive unmodulation from the low-power access point (CE). A carrier wave can be used.

이후, 제2 통신기기(Device m)의 송신부(도 1c의 m30 참조)는 무변조 반송파를 이용하여 제1 신호를 후방산란 함에 따라 혼합 접속지점(H-AP)에 송신할 수 있다(S130).Thereafter, the transmitter (refer to m30 of FIG. 1C ) of the second communication device (Device m) may transmit the first signal to the hybrid access point (H-AP) by backscattering it using the unmodulated carrier (S130). .

이때, 무변조 반송파를 이용하여 후방산란 된 신호 즉, 로라-후방산란 된 신호는 처프(chirp) 신호의 특성을 가지며, 제2 통신기기(Device m)는 해당기기(제2 통신기기(Device m))에 대응되는 시간지연에 따라 제1 신호를 송신할 수 있다.At this time, the signal backscattered using the unmodulated carrier wave, that is, the LoRa-backscattered signal has the characteristics of a chirp signal, and the second communication device (Device m) is the corresponding device (the second communication device (Device m) )), the first signal may be transmitted according to a time delay corresponding to the ).

처프 신호는 도 4에 도시된 바와 같이, 시간에 따라 주파수가 선형적으로 변화하는 신호로서 주파수가 시간에 따라 증가하며 대역폭의 상한선에 도달하면 다시 cyclic하게 주파수가 변화한다. 이때, 도 5에 도시된 바와 같이, 처프 신호가 가지는 디지털 정보는 주파수의 천이(shift)에 따라 부호화(encoding)될 수 있다.As shown in FIG. 4 , the chirp signal is a signal whose frequency is linearly changed with time, and the frequency increases with time, and when the upper limit of the bandwidth is reached, the frequency changes cyclically again. In this case, as shown in FIG. 5 , digital information included in the chirp signal may be encoded according to a frequency shift.

한편, 처프 신호의 구조를 활용한 충돌 해소 기법인 Choir는 다음과 같은 2가지 특성을 가질 수 있다. 첫째, 고밀도로 구성된 통신기기들 고유의 하드웨어 주파수 오프셋을 이용하여 신호 간 충돌을 해소할 수 있다. 예컨대, 도 6a에 도시된 바와 같이 두 송신기에서 송신되는 동일한 신호는 독립적인 각각의 발진기(Oscillator)에 따른 미세한 주파수 오프셋이 존재하며, 두 신호는 FFT와 같은 주파수 변환을 통해 서로 다른 주파수 bin에 자리하는 것으로 구분될 수 있다. 그러나, bin에 나타나는 값은 하드웨어 오프셋과 데이터가 함께 표현되기 때문에 복호화 과정에 있어 여러 해석의 여지가 존재한다. 이러한 문제를 해결하기 위해, 하드웨어 오프셋은 데이터 주파수와 다르게 푸리에 bin의 정수배로 나타나지 않는다는 점을 이용할 수 있다. 즉, 도 6b에 도시된 바와 같이, preamble을 통해 하드웨어 오프셋을 추정하고, 데이터 주파수의 FFT에서 bin의 소수점 자리 값이 일치하는 경우 동일한 기기로 식별할 수 있다. 기기 식별 이후 남아있는 데이터 오프셋의 값을 이용하여 데이터를 성공적으로 복호할 수 있게 된다. 둘째, 개별 기기의 송신 전력이 잡음보다 낮은 경우 여러 기기들의 협력통신을 통해 전력을 강화시킬 수 있다. 즉, 도 7a에 도시된 바와 같이 개별 기기들이 송신하는 신호의 세기가 잡음의 세기보다 작으면 기지국까지 전달되지 못하기 때문에 도 7b에 도시된 바와 같이 개별 기기들 간의 협력통신을 통해 전달하고자 하는 신호의 세기를 잡음의 세기보다 크게 만들어 서비스영역을 증대시킬 수 있게 된다.On the other hand, Choir, which is a collision resolution technique using the structure of a chirp signal, may have the following two characteristics. First, it is possible to resolve the collision between signals by using the unique hardware frequency offset of communication devices configured with high density. For example, as shown in FIG. 6A , the same signal transmitted from two transmitters has a fine frequency offset according to each independent oscillator, and the two signals are placed in different frequency bins through frequency conversion such as FFT. can be divided into However, since the value shown in the bin is expressed together with the hardware offset and data, there is room for various interpretations in the decoding process. In order to solve this problem, it is possible to use the fact that the hardware offset does not appear as an integer multiple of the Fourier bin, unlike the data frequency. That is, as shown in FIG. 6B, when the hardware offset is estimated through the preamble and the decimal point values of the bins in the FFT of the data frequency match, the same device can be identified. Data can be successfully decoded using the value of the data offset remaining after device identification. Second, when the transmit power of individual devices is lower than noise, power can be strengthened through cooperative communication of multiple devices. That is, as shown in FIG. 7A, if the intensity of the signal transmitted by individual devices is less than the intensity of noise, it cannot be transmitted to the base station. As shown in FIG. 7B, a signal to be transmitted through cooperative communication between the individual devices. It is possible to increase the service area by making the strength of the noise higher than that of the noise.

그러나, 송신기 자체가 가지는 하드웨어 오프셋을 이용하여 서로 다른 기기를 식별하는 능동 로라(LoRa) 통신 기법이 수행되는 종래기술과 달리, 본 발명의 경우 반송파를 반사하여 혼합 접속지점(H-AP)에 송신하는 수동 로라(LoRa) 통신 기법이 수행되는 것으로 하드웨어 오프셋이 존재하지 않는다. 따라서, 후방산란을 통해 송신하고자 하는 제1 신호에 대하여 통신기기 별로 임의의 시간지연을 적용하여 주파수 오프셋을 발생시킴으로써 하드웨어 오프셋과 동일한 기능이 작용되도록 할 수 있다.However, unlike the prior art in which an active LoRa communication technique for identifying different devices using a hardware offset of the transmitter itself is performed, in the present invention, a carrier wave is reflected and transmitted to the H-AP There is no hardware offset as a passive LoRa communication technique is performed. Accordingly, by applying an arbitrary time delay for each communication device to the first signal to be transmitted through backscattering to generate a frequency offset, the same function as the hardware offset can be applied.

상기와 같은 시간지연으로 인해, 제1 통신기기(Device i)가 제1 신호를 송신하는 시점과 제2 통신기기(Device m)가 제1 신호를 송신하는 시점은 상이하게 되며, 제1 신호는 순차적으로 혼합 접속지점(H-AP)에 송신될 수 있다.Due to the time delay as described above, a time point at which the first communication device (Device i) transmits the first signal is different from a time point at which the second communication device (Device m) transmits the first signal, and the first signal is It can be sequentially transmitted to the hybrid access point (H-AP).

이는 클러스터를 구성하는 통신기기들이 동일한 신호를 혼합 접속지점(H-AP)으로 동시에 보내는 경우 발생되는 신호 간 충돌을 최소화하고자 기기 별로 안테나의 스위칭 타이밍을 조절하여 임의의 시간지연에 따라 신호를 순차적으로 송신하도록 한 것이다.This is to minimize the signal collision that occurs when the communication devices constituting the cluster simultaneously transmit the same signal to the mixed access point (H-AP). it was to be sent.

일 실시예에 따르면, 시간지연은 도 8에 도시된 바와 같이, 시간에 따라 주파수가 변하는 처프 신호의 특성으로 인해 시간지연은 (BW/Tsm와 같이 나타낼 수 있고, 시간지연의 최대값을 Ts/γ라고 한다면 시간지연은 τm∈[0, Ts/γ]의 범위 내 값을 가질 수 있다. 여기서, BW은 제1 신호의 주파수 대역폭, Ts는 제1 신호의 주기, τm는 시간지연, γ는 시간지연 지수를 의미한다. 참고로, 클러스터 내 통신기기 중 제2 통신기기(Device m)와 또 다른 통신기기(Device M)에 시간지연 τm 및τM이 각각 적용된 경우, 혼합 접속지점(H-AP)에서 관찰되는 윈도우의 크기(Ts + τmax)는 도 9와 같이 나타낼 수 있다. According to an embodiment, the time delay may be expressed as (BW/T sm due to the characteristic of the chirp signal whose frequency varies with time, as shown in FIG. 8 , and the maximum of the time delay If the value is T s / γ , the time delay may have a value within the range of τ m ∈[0, T s / γ]. Here, BW is a frequency bandwidth of the first signal, T s is a period of the first signal, τ m is a time delay, and γ is a time delay index. For reference, when time delay τ m and τ M are respectively applied to the second communication device (Device m) and another communication device (Device M) among the communication devices in the cluster, the window observed at the mixed access point (H-AP) The size of (T s + τ max ) can be expressed as shown in FIG. 9 .

참고로, 도 8 및 도 9는 본 발명에 따른 로라 후방 산란 시 적용되는 임의의 시간지연을 설명하기 위해 나타낸 도면이다.For reference, FIGS. 8 and 9 are diagrams illustrating an arbitrary time delay applied during LoRa backscattering according to the present invention.

이와 같이 동일한 정보를 포함하는 제1 신호를 순차적으로 송신함에 따라, 혼합 접속지점(H-AP)은 임의의 시간지연으로 송신된 다수의 제1 신호를 복호화하여 통신기기를 식별하게 된다.As the first signals including the same information are sequentially transmitted as described above, the H-AP decodes the plurality of first signals transmitted with an arbitrary time delay to identify the communication device.

구체적으로, 본 발명에서 구현하고자 하는 주파수 오프셋은 시간지연과 데이터 오프셋의 합으로만 이루어져 있는데, 이를 수신하는 혼합 접속지점(H-AP)에서 임의의 시간지연으로 송신된 다수의 제1 신호를 검출하고 데이터를 복호화하기 위해 동기식(Coherent) 검출 방법을 이용할 수 있다. 이때, 검출에 앞서, 신호 간 간섭(ISI) 문제를 해결할 수 있다. 예컨대, 도 10에 도시된 바와 같이, 간섭에 해당하는 신호가 연속하는 두 신호의 FFT bin에 중복하여 나타나기 때문에 이를 관찰 후 제거하면 간섭을 해소할 수 있다. 참고로, 도 10은 본 발명에 있어서, 복호화 이전 신호 간 간섭의 제거를 설명하기 위해 나타낸 도면이다.Specifically, the frequency offset to be implemented in the present invention consists only of the sum of the time delay and the data offset. A plurality of first signals transmitted with an arbitrary time delay are detected at the H-AP receiving the frequency offset. and a coherent detection method can be used to decode the data. In this case, prior to detection, it is possible to solve the inter-signal interference (ISI) problem. For example, as shown in FIG. 10 , since a signal corresponding to interference appears overlappingly in the FFT bins of two consecutive signals, the interference can be resolved by observing and removing it. For reference, FIG. 10 is a diagram illustrating the removal of interference between signals before decoding in the present invention.

본 발명에서 실시하고자 하는 혼합 접속지점(H-AP)에서의 복호화 방법은 도 11과 같다. 참고로, 도 11은 본 발명에 있어서, 혼합 접속지점의 복호화 방법을 설명하기 위해 도시한 흐름도이다.A decoding method at a hybrid access point (H-AP) to be implemented in the present invention is shown in FIG. 11 . For reference, FIG. 11 is a flowchart illustrating a method of decoding a mixed access point in the present invention.

먼저, 혼합 접속지점(H-AP)은 제1 통신기기(Device i)로부터 주변의 통신기기와 공유하기 위한 공유정보를 포함하는 제1 신호를 수신할 수 있다(S210)First, the hybrid access point (H-AP) may receive a first signal including sharing information for sharing with a neighboring communication device from the first communication device (Device i) (S210)

제1 신호는 제1 통신기기(Device i)가 혼합 접속지점(H-AP)에 보내고자 하는 정보인 공유정보를 포함하는 신호로서, 주변에 위치하는 통신기기, 예컨대, 제2 통신기기(Device m)와 공유하기 위한 공유정보를 포함할 수 있다.The first signal is a signal including shared information, which is information that the first communication device (Device i) wants to send to the H-AP, and is a communication device located in the vicinity, for example, the second communication device (Device). m) may include shared information to share with.

이후, 혼합 접속지점(H-AP)은 제2 통신기기(Device m)로부터 제1 신호가 후방산란 된 신호인 제2 신호를 수신할 수 있다(S220)Thereafter, the mixed access point (H-AP) may receive a second signal, which is a signal in which the first signal is backscattered, from the second communication device (Device m) (S220).

제2 신호는 제2 통신기기(Device m)가 저전력 접속지점(CE)에서 송신한 무변조 반송파를 이용하여 제1 통신기기(Device i)에 의해 브로드캐스팅 된 신호인 제1 신호가 후방산란 됨에 따라 혼합 접속지점(H-AP)으로 송신되는 신호로서, 제1 통신기기(Device i)가 공유하고자 하는 공유정보를 포함할 수 있다.The second signal is a signal broadcast by the first communication device (Device i) using the unmodulated carrier wave transmitted from the low-power access point (CE) by the second communication device (Device m). Accordingly, as a signal transmitted to the H-AP, the first communication device (Device i) may include shared information to be shared.

이후, 혼합 접속지점(H-AP)은 제1 신호 및 제2 신호 간의 시간지연을 고려하여 제1 통신기기(Device i) 및 제2 통신기기(Device m)를 식별할 수 있다.Thereafter, the hybrid access point H-AP may identify the first communication device Device i and the second communication device Device m in consideration of the time delay between the first signal and the second signal.

이후, 혼합 접속지점(H-AP)은 식별결과에 따라 제1 신호 및 제2 신호를 복호화할 수 있다.Thereafter, the hybrid access point (H-AP) may decode the first signal and the second signal according to the identification result.

한편, 상기와 같은 복호화 과정을 수행하기 앞서, 혼합 접속지점(H-AP)은 각 통신기기가 정보 송신을 하기 위한 타이밍을 미리 스케쥴링하는 것이 바람직하다.On the other hand, before performing the decoding process as described above, it is preferable that the H-AP schedule the timing for each communication device to transmit information in advance.

일 실시예로, 혼합 접속지점(H-AP)은 제1 통신기기의 정보 처리량 및 제1 통신기기에 대응하는 에너지량 중 적어도 하나에 기초하여, 제1 통신기기가 정보를 송신할 시점인 송신시점 및 정보를 송신하는 시간의 길이를 나타내는 타임슬롯을 결정할 수 있다. 이후, 결정된 송신시점 및 타임슬롯을 제1 통신기기에 송신할 수 있다. 또한, 제2 통신기기의 경우에도 마찬가지로, 혼합 접속지점(H-AP)은 상기와 같이 제2 통신기기와 대응되도록 결정된 송신시점 및 타임슬롯을 제2 통신기기에 송신할 수 있다.In an embodiment, the hybrid access point (H-AP) is a transmission time point at which the first communication device transmits information based on at least one of an information processing amount of the first communication device and an energy amount corresponding to the first communication device A timeslot indicating a time point and a length of time for transmitting information may be determined. Thereafter, the determined transmission time and timeslot may be transmitted to the first communication device. Also, in the case of the second communication device, the mixed access point (H-AP) may transmit the transmission time and timeslot determined to correspond to the second communication device to the second communication device as described above.

이에 따라, 혼합 접속지점(H-AP)은 복호화 수행 시, 제1 신호와 제2 신호를 식별하는 과정에서 상기 송신시점과 타임슬롯에 관한 정보를 바탕으로 통신기기 간의 시간지연을 추정할 수 있게 되는 것이다.Accordingly, the hybrid access point (H-AP) is capable of estimating the time delay between communication devices based on the information on the transmission time and timeslot in the process of identifying the first signal and the second signal when decoding is performed. will become

참고로, 본 실시예에서의 타임슬롯은 제1 통신기기(Device i)가 포함되는 클러스터 즉, 제1 통신기기(Device i)와 협력통신을 통해 제1 신호를 혼합 접속지점에 송신하기 위한 기기로 구성되는 클러스터 내 포함된 적어도 하나 이상의 통신기기 중, 가장 많은 에너지를 필요로 하는 통신기기의 에너지 하베스팅에 필요한 시간 이내인 것을 특징으로 한다. 이는, 제2 통신기기(Device m)의 타임슬롯의 경우에도 마찬가지이다.For reference, the timeslot in this embodiment is a cluster including the first communication device (Device i), that is, a device for transmitting the first signal to the mixed access point through cooperative communication with the first communication device (Device i) Among the at least one or more communication devices included in the cluster consisting of This is also the case for the timeslot of the second communication device (Device m).

이하에서는 도 12를 참조하여 혼합 접속지점(H-AP)에서의 복호화 과정을 보다 구체적으로 설명하고자 한다. 참고로, 도 12는 본 발명에 있어서, 동기식 검출 방법에 따라 다수의 통신기기로부터 수신한 신호의 복호화 과정을 설명하기 위해 나타낸 도면이다.Hereinafter, a decoding process at the H-AP will be described in more detail with reference to FIG. 12 . For reference, FIG. 12 is a diagram illustrating a process of decoding a signal received from a plurality of communication devices according to a synchronous detection method according to the present invention.

도 12를 참조하면, 다수의 동일한 신호가 혼합 접속지점(H-AP)으로 송신되는 경우 먼저, 혼합 접속지점(H-AP)에서 다수의 통신기기로부터 수신된 각각의 제1 신호들에 대하여 Preamble을 통해 시간지연 벡터

Figure 112020101493352-pat00001
와 채널
Figure 112020101493352-pat00002
을 추정한다. 이후, 공유정보를 포함하는 각각의 제1 신호들이 C-1 및 FFT 과정을 거쳐 서로 다른 주파수 bin에 자리하게 된다. 이후, FFT bin의 소수점 값을 Preamble과 비교해 각 통신기기를 식별한 후, 시간지연 벡터 및 채널의 추정 값을 이용하여 신호를 재구성하고 최대 우도(ML) 복호를 수행한다. 이를 수식으로 표현하면
Figure 112020101493352-pat00003
와 같으며, 제2 통신기기(Device m)를 기준으로 나타내었다. 여기서, hm은 제2 통신기기(Device m)와 혼합 접속지점(H-AP) 간의 상향링크 채널을, fc는 저전력 접속지점(CE)에서 송신되는 무변조 반송파의 중심 주파수를, d는 제1 신호의 정보를, y는 혼합 접속지점에서 수신한 신호를, C는 시간에 따라 주파수가 변하는 처프(chirp) 신호 구조를 만드는 변수를 ∀m은 클러스터 내 모든 통신기기에 해당함을 의미한다. 이후, 각 통신기기간 Majority Vote를 수행하여 최종 정보를 결정한다.Referring to FIG. 12, when a plurality of identical signals are transmitted to the H-AP, first, a Preamble for each of the first signals received from a plurality of communication devices at the H-AP time delay vector via
Figure 112020101493352-pat00001
and channel
Figure 112020101493352-pat00002
to estimate Thereafter, each of the first signals including the shared information is placed in different frequency bins through C -1 and FFT processes. Thereafter, after each communication device is identified by comparing the decimal point value of the FFT bin with the preamble, the signal is reconstructed using the time delay vector and the estimated value of the channel, and maximum likelihood (ML) decoding is performed. Expressing this as a formula
Figure 112020101493352-pat00003
and is shown based on the second communication device (Device m). Here, h m is the uplink channel between the second communication device (Device m) and the hybrid access point (H-AP), f c is the center frequency of the unmodulated carrier transmitted from the low-power access point (CE), and d is The information of the first signal, y means the signal received at the mixed access point, C is a variable that creates a chirp signal structure whose frequency changes with time, and ∀m means that it corresponds to all communication devices in the cluster. Thereafter, the final information is determined by performing a majority vote between each communication device.

한편, 본 발명의 협력통신 과정에서의 시간구조(도 3 참조)는 각 통신기기의 처리량의 형평성을 고려하여 최적화될 수 있다. 이를 위해, 공통 처리량 최대화 문제를 다음과 같이 정의할 수 있다.Meanwhile, the time structure (see FIG. 3 ) in the cooperative communication process of the present invention may be optimized in consideration of the fairness of the throughput of each communication device. To this end, the common throughput maximization problem can be defined as follows.

Figure 112020101493352-pat00004
Figure 112020101493352-pat00004

여기서,

Figure 112020101493352-pat00005
는 최적화 변수인 시간 벡터를,
Figure 112020101493352-pat00006
는 통신기기의 처리량,
Figure 112020101493352-pat00007
은 통신기기의 에너지 수집량을, tE는 에너지 하베스팅 시간을, P(T) AB는 주변 후방산란(Ambient Backscatter)의 송신 전력을, P(R) AB는 주변 후방산란(Ambient Backscatter)의 수신 전력을, PLoRa (T)는 로라(LoRa) 후방산란의 송신 전력을, tkB는 통신기기 k의 브로드캐스팅 시간, tiT는 통신기기 i의 송신 시간, PRi는 통신기기 i가 수집한 총 에너지량, ηi는 통신기기 i의 에너지 수집 효율을 의미한다.here,
Figure 112020101493352-pat00005
is the optimization variable, the time vector,
Figure 112020101493352-pat00006
is the throughput of the communication device,
Figure 112020101493352-pat00007
is the amount of energy collected by the communication device, t E is the energy harvesting time, P (T) AB is the transmit power of the ambient backscatter, and P (R) AB is the reception of the ambient backscatter power, P LoRa (T) is the transmission power of the LoRa backscatter, t kB is the broadcasting time of the communication device k, t iT is the transmission time of the communication device i, P Ri is the total amount of energy collected by the communication device i , η i means the energy collection efficiency of the communication device i.

이때, 주어진 시간 제약 조건과 에너지 제약 조건을 만족해야 한다. 에너지 하베스팅 시간(tE)은 N개의 통신기기들 중 가장 많은 에너지를 필요로 하는 기기의 하베스팅 시간을 상한선으로 설정했다. 또한, 처리량은 주변 후방산란 통신의 시제품(Prototype) 데이터 속도 및 로라(LoRa) 신호의 비동기/동기 결합(Non/Coherent Combining)에 의한 Sum-SNR 으로 계산했다. 정의된 볼록 최적화 문제는 Iterative Feasibility Check 문제로 변환하여 풀 수 있다.In this case, the given time constraint and energy constraint must be satisfied. The energy harvesting time (t E ) was set as the upper limit of the harvesting time of the device requiring the most energy among the N communication devices. In addition, throughput was calculated as the prototype data rate of ambient backscatter communication and Sum-SNR by Non/Coherent Combining of LoRa signals. The defined convex optimization problem can be solved by transforming it into an Iterative Feasibility Check problem.

이로써, 본 발명의 실시예들에 따르면, 저전력 통신기법의 사용을 통해 종래 기술 대비 에너지 효율을 높일 수 있고, 로라 후방산란 기반의 협력통신을 통해 서비스 영역 증대 효과도 확인할 수 있으며, 노드 간 형평성 문제가 완화될 수 있는 효과가 있다.Accordingly, according to the embodiments of the present invention, energy efficiency can be increased compared to the prior art through the use of a low-power communication technique, and the effect of increasing the service area can be confirmed through cooperative communication based on LoRa backscattering, and the issue of equity between nodes can be alleviated.

또한, 본 발명의 실시예들에 따르면, 종래의 협력통신에 사용되는 기기들의 밀도가 증가함에 따른 기기 간 페어링 및 정보교환에 대한 시간 오버헤드를 감소시킬 수 있고, 시간지연 오프셋을 통한 효율적인 충돌해소(Collision Resolution: CR)를 달성할 수 있다.In addition, according to embodiments of the present invention, it is possible to reduce the time overhead for pairing and information exchange between devices as the density of devices used for conventional cooperative communication increases, and effective collision resolution through time delay offset (Collision Resolution: CR) can be achieved.

또한, 본 발명의 실시예들에 따르면, 최근 이슈가 되고 있는 스마트 홈 및 스마트 팩토리에 적용하면 보다 효율적인 운영 및 관리가 가능한 효과가 있고, 이종 통신망을 가정하고 있어 이미 설치된 통신망 내 다양한 종류의 접속지점을 활용할 수 있는 효과가 있으며, 광범위한(wide area) 무선 통신망 환경에서 적용할 수 있는 효과가 있다.In addition, according to the embodiments of the present invention, when applied to smart homes and smart factories, which have become issues recently, there is an effect that more efficient operation and management are possible. There is an effect that can be used and can be applied in a wide area wireless communication network environment.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 사람이라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.The above description is merely illustrative of the technical idea of the present invention, and various modifications and variations may be made by those of ordinary skill in the art to which the present invention pertains without departing from the essential characteristics of the present invention. Therefore, the embodiments disclosed in the present invention are not intended to limit the technical spirit of the present invention, but to explain, and the scope of the technical spirit of the present invention is not limited by these embodiments. The protection scope of the present invention should be construed by the following claims, and all technical ideas within the scope equivalent thereto should be construed as being included in the scope of the present invention.

H-AP : 혼합 접속지점
CE : 저전력 접속지점
Device i : 제1 통신기기
Device m : 제2 통신기기
m10 : 에너지 수집부
m20 : 수신부
m30 : 송신부
H-AP: mixed access point
CE: low-power access point
Device i: first communication device
Device m: second communication device
m10: energy collection unit
m20 : receiver
m30 : transmitter

Claims (12)

제2 통신기기가 제1 통신기기와 협력통신을 수행하는 방법에 있어서,
혼합 접속지점 및 저전력 접속지점 중 적어도 하나로부터 RF 신호를 수신하여 에너지를 수집하는 단계;
상기 제1 통신기기가 상기 혼합 접속지점에 송신하기 위한 정보인 공유정보를 포함하는 제1 신호를 상기 제1 통신기기로부터 수신하는 단계;및
상기 저전력 접속지점으로부터 수신한 무변조 반송파를 이용하여 상기 제1 신호를 후방산란 함에 따라 상기 혼합 접속지점에 송신하는 단계를 포함하고,
상기 송신하는 단계는 상기 제2 통신기기에 대응되는 시간지연에 따라 상기 제1 신호를 송신하고,
상기 후방산란된 신호는 처프(chirp) 신호의 특성을 가지며,
상기 제2 통신기기가 상기 제1 신호를 송신하는 시점은 상기 제1 통신기기가 상기 제1 신호를 송신하는 시점과 상이하고,
상기 처프 신호의 특성으로 인한 상기 시간지연이 적용되어 주파수 오프셋이 발생되되, 상기 주파수 오프셋은 상기 제1 신호의 대역폭, 상기 제1 신호의 주기, 상기 시간지연 및 시간지연 지수를 고려하여 도출되는 것을 특징으로 하는 협력통신을 수행하는 방법.
In the method for the second communication device to perform cooperative communication with the first communication device,
collecting energy by receiving an RF signal from at least one of the mixed access point and the low power access point;
Receiving, by the first communication device, a first signal including shared information, which is information to be transmitted to the mixed access point, from the first communication device; And
and transmitting the first signal to the mixed access point by backscattering the first signal using an unmodulated carrier wave received from the low-power access point,
In the transmitting step, the first signal is transmitted according to a time delay corresponding to the second communication device,
The backscattered signal has a characteristic of a chirp signal,
A time point at which the second communication device transmits the first signal is different from a time point at which the first communication device transmits the first signal,
The time delay due to the characteristic of the chirp signal is applied to generate a frequency offset, and the frequency offset is derived in consideration of the bandwidth of the first signal, the period of the first signal, the time delay and the time delay index. A method for performing cooperative communication, which is characterized.
제1항에 있어서,
상기 제1 신호를 수신하는 단계는
상기 제1 통신기기가 상기 혼합 접속지점 및 상기 저전력 접속지점 중 적어도 하나로부터 송신된 RF 신호를 후방산란 함에 따라 브로드캐스팅 되는 신호인 상기 제1 신호를 상기 제1 통신기기로부터 수신하는 것을 특징으로 하는 협력통신을 수행하는 방법.
According to claim 1,
Receiving the first signal comprises:
characterized in that the first communication device receives the first signal, which is a signal broadcast as the first communication device backscatters the RF signal transmitted from at least one of the mixed access point and the low-power access point, from the first communication device How to conduct cooperative communication.
제2항에 있어서,
상기 제2 통신기기는
상기 제1 통신기기와의 거리를 기준으로 상기 제1 통신기기와 협력통신을 통해 상기 공유정보를 상기 혼합 접속지점에 송신하기 위한 기기로 구성되는 클러스터에 포함되는 것을 특징으로 하는 협력통신을 수행하는 방법.
3. The method of claim 2,
The second communication device is
Perform cooperative communication, characterized in that it is included in a cluster consisting of devices for transmitting the shared information to the mixed access point through cooperative communication with the first communication device based on the distance from the first communication device Way.
삭제delete 제1항에 있어서,
상기 처프 신호의 특성으로 인한 상기 시간지연이 적용되어 발생된 주파수 오프셋은 (BW/Tsm와 같이 나타내고, 상기 시간지연은 τm∈[0, Ts/γ]의 범위 내 값을 가지는 것을 특징으로 하는 협력통신을 수행하는 방법.
여기서, BW는 상기 제1 신호의 대역폭, Ts는 상기 제1 신호의 주기, τm는 상기 시간지연, γ는 시간지연 지수를 의미함.
According to claim 1,
A frequency offset generated by applying the time delay due to the characteristics of the chirped signal is expressed as (BW/T sm , and the time delay is a value within the range of τ m ∈[0, T s / γ ]. Method for performing cooperative communication, characterized in that having.
Here, BW is the bandwidth of the first signal, T s is the period of the first signal, τ m is the time delay, γ is the time delay index.
제1 통신기기와 협력통신을 수행하는 제2 통신기기에 있어서,
혼합 접속지점 및 저전력 접속지점 중 적어도 하나로부터 RF 신호를 수신하여 에너지를 수집하는 에너지 수집부;
상기 제1 통신기기가 상기 혼합 접속지점에 송신하기 위한 정보인 공유정보를 포함하는 제1 신호를 상기 제1 통신기기로부터 수신하는 수신부;

상기 저전력 접속지점으로부터 수신한 무변조 반송파를 이용하여 상기 제1 신호를 후방산란 함에 따라 상기 혼합 접속지점에 송신하는 송신부를 포함하고,
상기 송신부는 상기 제2 통신기기에 대응되는 시간지연에 따라 상기 제1 신호를 송신하고,
상기 후방산란된 신호는 처프(chirp) 신호의 특성을 가지며,
상기 제2 통신기기가 상기 제1 신호를 송신하는 시점은 상기 제1 통신기기가 상기 제1 신호를 송신하는 시점과 상이하고,
상기 처프 신호의 특성으로 인한 상기 시간지연이 적용되어 주파수 오프셋이 발생되되, 상기 주파수 오프셋은 상기 제1 신호의 대역폭, 상기 제1 신호의 주기, 상기 시간지연 및 시간지연 지수를 고려하여 도출되는 것을 특징으로 하는 협력통신을 수행하는 통신기기.
In the second communication device for performing cooperative communication with the first communication device,
an energy collecting unit for receiving an RF signal from at least one of the mixed access point and the low power access point to collect energy;
a receiving unit for receiving a first signal including shared information, which is information for the first communication device to transmit to the mixed access point, from the first communication device;
and
a transmitter for transmitting the first signal to the mixed access point by backscattering the first signal using an unmodulated carrier wave received from the low-power access point;
The transmitter transmits the first signal according to a time delay corresponding to the second communication device,
The backscattered signal has a characteristic of a chirp signal,
A time point at which the second communication device transmits the first signal is different from a time point at which the first communication device transmits the first signal,
The time delay due to the characteristic of the chirp signal is applied to generate a frequency offset, and the frequency offset is derived in consideration of the bandwidth of the first signal, the period of the first signal, the time delay and the time delay index. A communication device that performs cooperative communication, characterized in that it.
제6항에 있어서,
상기 수신부는
상기 제1 통신기기가 상기 혼합 접속지점 및 저전력 접속지점 중 적어도 하나로부터 송신된 RF 신호를 후방산란 함에 따라 브로드캐스팅 되는 신호인 상기 제1 신호를 상기 제1 통신기기로부터 수신하는 것을 특징으로 하는 협력통신을 수행하는 통신기기.
7. The method of claim 6,
the receiving unit
Cooperation, characterized in that the first communication device receives the first signal from the first communication device, which is a signal broadcast as the first communication device backscatters an RF signal transmitted from at least one of the mixed access point and the low-power access point. A communication device that performs communication.
제7항에 있어서,
상기 제2 통신기기는
상기 제1 통신기기와의 거리를 기준으로 상기 제1 통신기기와 협력통신을 통해 상기 공유정보를 상기 혼합 접속지점에 송신하기 위한 기기로 구성되는 클러스터에 포함되는 것을 특징으로 하는 협력통신을 수행하는 통신기기.
8. The method of claim 7,
The second communication device is
Perform cooperative communication, characterized in that it is included in a cluster consisting of devices for transmitting the shared information to the mixed access point through cooperative communication with the first communication device based on the distance from the first communication device communication device.
삭제delete 혼합 접속지점이 제1 통신기기 및 제2 통신기기로부터 수신한 신호를 복호화하는 방법에 있어서,
상기 제1 통신기기로부터 주변의 통신기기와 공유하기 위한 공유정보를 포함하는 제1 신호를 수신하는 단계;
상기 제2 통신기기로부터 상기 제1 신호가 후방산란 된 신호인 제2 신호를 수신하는 단계;
상기 제1 신호 및 상기 제2 신호 간의 시간지연을 고려하여 상기 제1 통신기기 및 상기 제2 통신기기를 식별하는 단계; 및
식별결과에 따라 상기 제1 신호 및 상기 제2 신호를 복호화하는 단계
를 포함하고,
상기 제1 통신기기의 정보 처리량 및 상기 제1 통신기기에 대응하는 에너지량 중 적어도 하나에 기초하여, 상기 제1 통신기기가 정보를 송신할 시점인 송신시점 및 정보를 송신하는 시간의 길이를 나타내는 타임슬롯을 결정하는 단계; 및
상기 결정된 송신시점 및 상기 타임슬롯을 상기 제1 통신기기에 송신하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 혼합 접속지점에서의 복호화 방법.
A method for a mixed access point to decode a signal received from a first communication device and a second communication device,
receiving, from the first communication device, a first signal including sharing information for sharing with neighboring communication devices;
receiving a second signal that is a backscattered signal of the first signal from the second communication device;
identifying the first communication device and the second communication device in consideration of a time delay between the first signal and the second signal; and
Decoding the first signal and the second signal according to the identification result
including,
Based on at least one of the amount of information processing of the first communication device and the amount of energy corresponding to the first communication device, indicating a transmission time, which is a time point at which the first communication device transmits information, and a length of time for transmitting information determining a timeslot; and
and transmitting the determined transmission time point and the timeslot to the first communication device.
삭제delete 제10항에 있어서,
상기 타임슬롯은
상기 제1 통신기기와 협력통신을 통해 상기 제1 신호를 상기 혼합 접속지점에 송신하기 위한 기기로 구성되는 클러스터 내 포함된 적어도 하나 이상의 통신기기 중, 가장 많은 에너지를 필요로 하는 통신기기의 에너지 하베스팅에 필요한 시간 이내인 것을 특징으로 하는 혼합 접속지점에서의 복호화 방법.
11. The method of claim 10,
The timeslot is
An energy harvest of a communication device that requires the most energy among at least one or more communication devices included in a cluster including devices for transmitting the first signal to the mixed access point through cooperative communication with the first communication device A decryption method at a mixed access point, characterized in that it is within the time required for decoding.
KR1020200123365A 2020-09-23 2020-09-23 Communication device and method for cooperative communication and method for decoding at hybrid access point KR102337137B1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020200123365A KR102337137B1 (en) 2020-09-23 2020-09-23 Communication device and method for cooperative communication and method for decoding at hybrid access point

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020200123365A KR102337137B1 (en) 2020-09-23 2020-09-23 Communication device and method for cooperative communication and method for decoding at hybrid access point

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR102337137B1 true KR102337137B1 (en) 2021-12-08
KR102337137B9 KR102337137B9 (en) 2022-03-15

Family

ID=78867541

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020200123365A KR102337137B1 (en) 2020-09-23 2020-09-23 Communication device and method for cooperative communication and method for decoding at hybrid access point

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR102337137B1 (en)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20120013140A (en) * 2010-08-04 2012-02-14 주식회사 엘지유플러스 Method, Apparatus and Recording Medium for detecting Fault of Base Station/Repeater by using Delay Signal
KR20180024371A (en) 2016-08-30 2018-03-08 성균관대학교산학협력단 Communication method for wireless powered heterogeneous networks, communication system for wireless powered heterogeneous networks and dual mode backscatter communication method based on wireless power transfer
KR102090620B1 (en) * 2018-11-27 2020-03-18 성균관대학교 산학협력단 System and method for backscatter-based cooperative communication in wireless-powered heterogeneous network
JP2020102668A (en) * 2018-12-19 2020-07-02 日本電信電話株式会社 Radio communication system, access point apparatus, radio station apparatus and radio communication method

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20120013140A (en) * 2010-08-04 2012-02-14 주식회사 엘지유플러스 Method, Apparatus and Recording Medium for detecting Fault of Base Station/Repeater by using Delay Signal
KR20180024371A (en) 2016-08-30 2018-03-08 성균관대학교산학협력단 Communication method for wireless powered heterogeneous networks, communication system for wireless powered heterogeneous networks and dual mode backscatter communication method based on wireless power transfer
KR102090620B1 (en) * 2018-11-27 2020-03-18 성균관대학교 산학협력단 System and method for backscatter-based cooperative communication in wireless-powered heterogeneous network
JP2020102668A (en) * 2018-12-19 2020-07-02 日本電信電話株式会社 Radio communication system, access point apparatus, radio station apparatus and radio communication method

Also Published As

Publication number Publication date
KR102337137B9 (en) 2022-03-15

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2022100499A1 (en) Sensing signal transmission method and apparatus
EP3752857B1 (en) Technique for backscattering transmission
Zeb et al. NOMA enhanced backscatter communication for green IoT networks
Kang et al. Signal detection scheme in ambient backscatter system with multiple antennas
JP2011512763A (en) FDD in-band backhauling and method thereof
CN102271352B (en) Method for transmitting downlink data between relay node and UE
CN104202789A (en) Cognitive relay node selection method giving consideration of both energy effectiveness and transmission reliability
US10530502B2 (en) Communication devices, control device and methods thereof
JP5011299B2 (en) Method for clustering devices in a wireless communication network
Le et al. Outage performance of full-duplex overlay CR-NOMA networks with SWIPT
Ruttik et al. Ambient backscatter communications using LTE cell specific reference signals
Janjua et al. Survey on symbiotic radio: A paradigm shift in spectrum sharing and coexistence
US20190313351A1 (en) Synchronization method and apparatus in wireless communication system
KR102337137B1 (en) Communication device and method for cooperative communication and method for decoding at hybrid access point
Hwang et al. Adaptive transmission repetition and combining in bistatic WiFi backscatter communications
KR102282744B1 (en) Opportunistic scheduling method to improve the Physical-Layer Security in MU-MISO NOMA systems
US9788335B2 (en) Communication apparatus and communication control method
CN110545128B (en) Cooperative transmission optimization method in environment backscatter array communication system
US10404491B2 (en) Device and method for estimating channel in communication system
KR20200017712A (en) Method and apparatus for beam measurement in wireless communication system
CN112039553B (en) Two-node opportunity mutual cooperation communication method and system based on environment backscattering
CN114338331A (en) Communication method of cognitive radio environment backscattering NOMA under IQI condition
KR102033595B1 (en) Devcie and method for wireless communication using group backscattering
George et al. Enabling rural connectivity: Long range wi-fi versus super wi-fi
CN113497691B (en) Data transmission method and device based on wireless communication system

Legal Events

Date Code Title Description
G170 Re-publication after modification of scope of protection [patent]