KR20020086987A - 무선통신시스템간의 상호간섭을 회피하기 위한무선통신방법 및 장치 - Google Patents

무선통신시스템간의 상호간섭을 회피하기 위한무선통신방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

무선통신시스템간의 상호간섭을 회피하기 위한 방법 및 장치가 개시된다. 수신모드 및 송신모드 간의 스위칭타임동안 상기 할당받을 전송슬롯에서 사용할 채널을 통해 수신된 신호의 강도가 측정부에서 측정되고, 판단부가 측정된 수신신호의 강도와 기준신호강도를 비교하여 상기 데이터의 전송여부를 판단하면 제어부는 판단부의 판단에 따라 상기 데이터에 대한 전송동작을 수행하도록 하는 신호를 출력하며, 무선통신시스템은 제어부로부터 입력받은 신호에 따라 데이터를 전송한다. 전송슬롯의 상태를 확인하여 데이터의 전송여부를 결정함으로써 전송슬롯의 채널과 동일한 주파수를 사용하는 다른 통신장치와의 충돌을 방지할 수 있다. 또한 추가적인 트래픽을 발생시키거나 별도의 트래픽 제어모듈을 구비할 필요없이 통신시스템간의 상호간섭을 피할 수 있다. 나아가 블루투스, 무선랜 시스템을 비록한 무선통신시스템에 적용함으로써 동일한 주파수대역을 사용하는 여러 통신시스템들이 공존할 수 있고, 기존의 무선통신시스템의 업그레이드만으로 통신시스템간의 상호간섭을 피할 수 있는 장점이 있다.

Description

무선통신시스템간의 상호간섭을 회피하기 위한 무선통신방법 및 장치 {Wireless communication method for avoiding mutual interference between wireless communication systems and apparatus thereof}
본 발명은 무선통신시스템간의 상호간섭을 회피하기 위한 방법 및 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 통신채널의 상태에 따라 데이터의 송신여부를 결정함으로써 무선통신시스템간의 상호간섭을 회피하기 위한 방법 및 장치에 관한 것이다.
현재의 무선 데이터 통신시스템은 일정한 주파수 대역을 자신의 시스템에서만 사용하는 것으로 가정하고 설계되어 있다. 즉, 도 1에 도시된 바와 같은 동일한 주파수 대역에 다양한 시스템들이 동시에 존재하는 환경을 고려하지 않은 것이다. 그러나 정부의 허가없이 사용할 수 있는 주파수 대역의 경우에는 동일한 주파수 대역에 다양한 시스템들이 동시에 존재할 수 있다. 2.4GHz 대역의 ISM(Industrial, scientific, medical) 밴드를 예로 들면, 무선 랜, 블루투스, 홈RF, 의료장비, 전자레인지 등의 시스템들이 공존하고 있다. 이러한 한정된 주파수 대역에 많은 시스템들이 혼재하므로 송수신 변조주파수가 겹치는 경우가 불가피하게 발생한다.
이처럼 변조 주파수가 겹치게 되면 상호간의 간섭(interference)으로 인해 시스템의 정상적인 통신이 방해받게 되고 전체적인 성능의 저하가 초래된다. 동일한 주파수 대역을 사용하는 다른 시스템의 신호들은 어느 한 시스템의 입장에서 보면, 상호간섭효과에 의해 잡음으로 나타나게 되고 그에 의해 정상적인 통신이 불가능하게 되는 것이다.
도 2는 2.4GHz 대역의 동일한 주파수를 사용하는 IEEE 802.11b(이하 무선랜) 시스템과 블루투스 시스템간의 상호간섭을 도시한 도면이다. 도 2를 참조하면, 1500바이트의 직접시퀀스확산대역(Direct sequence spread spectrum : DSSS)방식으로 변조된 하나의 고속 무선랜 데이터 패킷과 두 개의 블루투스 데이터 슬롯이 충돌하는 것을 알 수 있다. 이처럼 다른 시스템의 데이터에 의해 충돌이 발생한 패킷은 수신단에서 정상적으로 복조될 가능성이 떨어지며 이러한 현상은 충돌을 일으킨 시스템의 데이터에서 마찬가지로 나타난다.
도 3은 2.4GHz 대역의 동일한 주파수를 사용하는 무선랜 시스템과 멀티피코넷을 구성한 블루투스 시스템들간의 상호간섭을 도시한 도면이다. 도 3을 참조하면, 블루투스 멀티피코넷간의 간섭에 의해 주파수에서 충돌이 발생하였고, 블루투스 시스템과 무선랜 시스템간의 간섭에 의해 주파수에서 충돌이 발생하였다.
도 4는 무선랜 시스템과 블루투스 시스템이 공존하는 경우 무선랜 시스템의 데이터 처리효율(throughput)의 변화를 나타낸 도면으로 짐 질런(Jim Zyren)이 1999년 6월에 블루투스 '99에서 발표한 논문에 개제되어 있다. 우선, 무선랜 시스템에서 패킷 페이로드(payload)가 1500바이트(byte)인 경우를 보면 블루투스 시스템이 동작하지 않는 경우, 즉 무선랜 시스템만 존재할 경우 처리효율이 7Mbps 이상이다. 그러한 하나의 블루투스 단말이 E-mail을 전송하기 위해 100%의 로드가 걸린 경우에는 그 처리효율이 약 3.5Mbps로 50%정도 감소되는 것을 볼 수 있다.
따라서 통신시스템에서의 간섭 및 데이터의 충돌을 회피하기 위한 방안이 요구되며, 여러 가지 방법들이 제안되고 있다.
현재 무선랜 시스템에서는 데이터의 충돌을 회피하기 위해 반송파 감지 다중접속/충돌회피(carrier sense multiple access with collision avoidance : CSMA/CA)방식을 사용하고 있다. 이는 송신단에서 데이터의 송신전에 송신의사신호를 송출하고 수신단으로부터 응답이 있는 경우에만 데이터를 송신함으로써 다른 송신단에서 송신된 데이터와의 충돌을 방지하는 방식이다. 그러나 반송파 감지 다중접속/충돌회피방식은 단일 시스템 내에서의 데이터 충돌을 방지하기 위한 것이며, 서로 다른 시스템간의 충돌회피에 적용하기에는 어려움이 있다.
또한 데이터를 전송하기 전에 반드시 충돌 확인 신호를 전송하므로 각 단말간의 전송 충돌을 피할 수 있으나, 미리 보내는 송신의사신호 때문에 트래픽이 많아지고 네트워크 속도도 그만큼 떨어지게 된다. 나아가 송신단에서는 보이지 않는다른 단말이 수신단과 데이터를 송수신하고 있는 경우에 송신단은 계속해서 송신의사 신호를 송출함으로써 반송파 감지 다중접속/충돌회피방식의 성능을 감소시키는 문제점이 있다.
상기와 같은 문제를 해결하기 위해, 도 5에 도시된 것과 같은 메타(mac enhanced temporal algorithm : MEHTA)엔진을 별도로 두어 무선랜과 블루투스 양쪽의 데이터의 전송을 모니터하고 제어하는 방법이 모빌리안사에 의해 제안되었다. 그러나 메타엔진을 별도로 두는 경우 적응주파수도약(adaptive frequency hopping : AFH)방식을 사용하는 경우 블루투스 시스템이 직접확산방식의 무선랜에 의해 간섭받는 경우에는 효율적이지만 주파수확산방식을 사용하는 무선랜 및 다른 블루투스 피코넷에 의한 간섭의 경우에는 적용할 수 없다는 문제가 있다. 특히 블루투스의 경우 이후 노트북, 무선전화기 등에 폭넓게 사용될 개연성이 크기 때문에 다른 블루투스 피코넷에 의한 간섭에 적용할 수 없다는 문제가 있다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 무선랜 시스템 및 다중 블루투스 피코넷 시스템이 존재하는 환경에서, 추가적인 트래픽을 유발하지 않고 각 시스템을 통합적으로 관리하는 별도의 모듈없이 무선통신시스템간에 발생하는 상호간섭을 회피하기 위한 무선통신방법 및 장치를 제공하는 데 있다.
도 1은 동일한 주파수 대역에 다양한 시스템들이 동시에 존재하는 네트워크의 구성도,
도 2는 2.4GHz 대역의 동일한 주파수를 사용하는 IEEE 802.11b(이하 무선랜) 시스템과 블루투스 시스템간의 상호간섭을 도시한 도면,
도 3은 2.4GHz 대역의 동일한 주파수를 사용하는 무선랜 시스템과 멀티피코넷을 구성한 블루투스 시스템들간의 상호간섭을 도시한 도면,
도 4는 무선랜 시스템과 블루투스 시스템이 공존하는 경우 무선랜 시스템의 데이터 처리효율(throughput)의 변화를 나타낸 도면,
도 5는 메타(mac enhanced temporal algorithm : MEHTA)엔진의 블록도이며,
도 6은 본 발명에 따른 무선통신시스템간의 상호간섭을 회피하기 위한 장치에 대한 일 실시예의 구성을 나타내는 블록도,
도 7은 본 발명에 따른 무선통신시스템간의 상호간섭을 회피하기 위한 장치의 동작에 대한 흐름도,
도 8은 본 발명에 따른 무선통신시스템간의 상호간섭을 회피하기 위한 방법을 적용한 데이터 전송상태를 도시한 도면, 그리고,
도 9a 및 도 9b는 각각 동일한 주파수대역을 사용하는 두개의 블루투스 피코넷 시스템과 하나의 무선랜 시스템이 공존하는 상태에서 본 발명에 따른 상호간섭의 회피를 위한 장치를 사용하지 않은 경우 및 사용한 경우의 데이터 전송상태를 도시한 도면이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *
60 : 상호간섭의 회피를 위한 장치61 : 측정부
62 : 판단부63 : 제어부
65 : 무선통신시스템
상기의 기술적 과제를 해결하기 위한, 본 발명에 따른 무선통신시스템간의 상호간섭을 회피하기 위한 장치는, 할당받은 전송슬롯의 채널상태를 측정하는 측정부; 상기 측정부에서 측정된 상기 할당받은 전송슬롯의 채널상태를 기초로 상기 데이터의 전송여부를 판단하는 판단부; 및 상기 판단부의 판단에 따라 상기 데이터에 대한 전송동작을 수행하도록 하는 신호를 출력하는 제어부를 갖는다. 할당받은 전송슬롯의 채널상태에 따라 데이터의 전송여부를 결정함으로써, 전송채널이 비어있는 경우에만 데이터를 전송하여 다른 무선단말기에 의한 상호간섭을 회피할 수 있다.
바람직하게는, 상기 측정부는 할당받을 전송슬롯에서 사용할 채널수에서 수신된 신호의 강도를 측정한다. 데이터의 전송에 사용할 채널수에서 수신된 신호의 강도를 측정함으로써, 특히 주파수 도약방식으로 데이터를 변조하는 시스템에서의 상호간섭회피에 유리하다.
한편, 본 발명에 따른 무선통신시스템간의 상호간섭을 회피하기 위한 방법은, (a) 할당받을 전송슬롯의 채널상태를 측정하는 단계; (b) 상기 할당받을 전송슬롯의 채널상태에 대한 측정결과를 기초로 데이터의 전송여부를 판단하는 단계; 및 (c) 상기(b)단계의 판단결과에 따라, 할당받은 상기 전송슬롯을 통해 상기 데이터를 전송하는 단계를 포함한다.
상기 (a)단계는 (a1) 상기 할당받을 전송슬롯에서 사용할 채널로 변경하는 단계; 및 (a2) 상기 변경된 채널에서 수신된 신호의 강도를 측정하는 단계를 포함하는 것이 바람직하다.
이하에서, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 무선통신시스템간의 상호간섭을 회피하기 위한 장치 및 방법을 상세하게 설명한다.
도 6은 본 발명에 따른 무선통신시스템간의 상호간섭을 회피하기 위한 장치에 대한 일 실시예의 구성을 나타내는 블록도이며, 도 7은 본 발명에 따른 무선통신스템간의 상호간섭을 회피하기 위한 장치의 동작에 대한 흐름도이다. 이하에서는 상기 무선통신시스템이 블루투스 단말기인 경우를 예로 들어 설명하나 상기 무선통신시스템은 무선랜 단말기와 같은 기타의 무선통신장치가 될 수 있다.
블루투스 단말기는 보통 1mW의 출력 및 1MHz의 밴드폭으로 79채널을 초당 1600번 주파수 호핑하고 있으며 가우션 주파수천이(gaussion frequency shift keying : G-FSK)방식으로 신호를 변조하여 전송한다. 또한 다중통신을 위해 시분할다중통신방식을 사용하고 있다. 이러한 블루투스 단말기는 7개가 하나의 피코넷을 구성하고 그중 하나가 주파수 호핑 패턴을 생성하는 등 피코넷을 관리하는 마스터가 되고 나머지는 슬레이브로 접속된다.
도 6 및 도 7을 참조하면, 본 발명에 따른 무선통신시스템간의 상호간섭을 회피하기 위한 장치(60)는, 할당받을 전송슬롯의 채널상태를 측정하는 측정부(61), 측정부(61)에서 측정된 상기 할당받을 전송슬롯의 채널상태를 기초로 상기 데이터의 전송여부를 판단하는 판단부(62) 및 판단부(62)의 판단에 따라 상기 데이터에 대한 전송동작을 수행하도록 하는신호를 출력하는 제어부(63)를 포함한다.
동일한 피코넷을 구성하고 있는 다른 블루투스 단말기와의 통신경로가 설정된 상태에서 무선통신시스템(65)에 부여된 전송슬롯은 625㎲이며 이중 데이터의 전송시간은 약 390㎲이다. 따라서 무선통신시스템(70)이 수신모드로 동작하고 있는 경우, 데이터를 수신한 후 송신모드로 스위칭하기까지 적어도 230㎲ 이상의 대기시간이 주어진다.
무선통신시스템(65)은 임의의 전송슬롯에서 데이터를 수신한 직후 송수신기의 주파수를 할당받을 전송슬롯에서 사용할 채널의 주파수로 변경한다(S700). 즉, 상기 대기시간동안 수신모드 상태를 유지하면서 이미 결정되어 있는 주파수 호핑 패턴에 따라 상기 할당받을 전송슬롯에서 사용할 채널의 주파수로 변경하는 것이다.
수신모드 및 송신모드 간의 스위칭타임(상기 대기시간)동안에 상기 할당받을 전송슬롯에서 사용하는 채널을 통해 수신된 신호는 측정부(61)로 입력된다. 측정부(61)는 상기 입력되는 수신신호의 강도를 측정함으로써 상기 할당받을 전송슬롯의 채널상태를 측정한다(S710). 이러한 측정부(61)는 수신신호강도측정기(received signal strength indicator : RSSI)가 될 수 있다.
측정부(61)에서 측정된 수신신호의 강도가 입력되면, 판단부(62)는 상기 입력된 수신신호의 강도와 기준신호강도를 비교하여 상기 데이터의 전송여부를 판단한다(S720). 판단부(62)는 측정된 수신신호의 강도가 기준신호강도보다 낮으면 상기 할당받을 전송슬롯의 채널상태가 양호한 것으로 판단한다. 상기 기준신호강도는 수신되는 데이터신호의 강도와 수신되는 잡음신호의 강도 사이의 값을 가지는 것이 바람직하다.
제어부(63)는 측정부(61)와 판단부(62)의 동작을 제어하며, 판단부(62)의 판단에 따라 상기 데이터에 대한 전송동작을 수행하도록 하는 신호를 출력한다. 상기 S720단계에서 판단부(62)가 상기 데이터를 상기 할당받을 전송슬롯의 채널상태가양호한 것으로 판단하면, 제어부(63)는 무선통신시스템(65)으로 상기 데이터에 대한 전송동작을 수행하도록 하는 신호를 전송한다(S730). 무선통신시스템(65)은 수신모드를 송신모드로 변환한 후(S750) 할당받은 전송슬롯을 통해 데이터를 송신한다(S750).
상기 S720단계에서, 측정된 수신신호의 강도가 기준신호강도보다 높으면 판단부(62)는 상기 할당받을 전송슬롯의 채널의 주파수를 다른 장치가 사용하고 있는 것으로 판단한다. 이 경우 제어부(63)은 무선통신시스템(65)으로 상기 데이터에 대한 전송을 포기하도록 하는 신호를 출력하며(S760), 무선통신시스템(65)은 전송슬롯을 할당받은 후에도 수신모드를 유지한다(S770).
한편, 무선통신시스템(65)이 상기 데이터의 전송을 포기하고 수신모드를 유지하는 경우에는 전송슬롯의 상태가 양호한 것으로 판단되어 데이터를 전송할 때까지 이후에 할당받을 전송슬롯의 채널에 대해 상기 S700단계 내지 S720단계를 반복적으로 수행하는 것이 바람직하다.
도 8은 본 발명에 따른 무선통신시스템간의 상호간섭을 회피하기 위한 방법을 적용한 데이터 전송상태를 도시한 도면이다. 도 8을 참조하면, 마스터 블루투스 단말기(81), 슬레이브 블루투스 단말기(82) 및 무선랜 단말기(83)는 데이터를 송신함에 있어서, 먼저 수신모드에서 할당받을 전송슬롯에서 사용할 채널의 양호여부를 확인하는 과정을 수행한다. 이러한 확인과정을 통해 f(k)의 주파수를 사용하는 전송슬롯의 상태가 양호한 것으로 확인되었으므로 마스터 블루투스 단말기(81)는 슬레이브 블루투스 단말기(82)로 데이터를 전송한다.
한편, 무선랜 단말기(83)도 데이터를 전송하기 전에 전송할 채널의 상태를 확인한다. 이 때, 마스터 블루투스 단말기(81)가 f(k)의 주파수를 사용하여 데이터를 전송하고 있으므로 무선랜이 사용할 f(k+3)의 주파수는 사용이 가능한 것으로 판단하여 데이터를 전송한다. 그러나 슬레이브 블루투스 단말기(82)가 f(k+3)의 주파수를 사용하여 데이터를 전송하려할 경우에는 이미 무선랜 단말기(83)가 동일한 주파수 대역을 통해 데이터를 전송하고 있으므로 데이터를 전송하지 않게 된다.
도 9a 및 도 9b는 각각 동일한 주파수대역을 사용하는 두개의 블루투스 피코넷 시스템과 하나의 무선랜 시스템이 공존하는 상태에서 본 발명에 따른 상호간섭의 회피를 위한 장치를 사용하지 않은 경우 및 사용한 경우의 데이터 전송상태를 도시한 도면이다. 도 9a를 참조하면, 블루투스 피코넷 시스템간, 블루투스 피코넷 시스템과 무선랜간에 상호간섭이 발생하여 두개 이상의 시스템이 동일한 주파수(및)를 사용하는 경우 충돌이 일어나 겹치는 영역의 데이터가 왜곡되는 것을 알 수 있다. 그러나 도 9b를 참조하면, 각 시스템이 데이터를 전송하기 전에 채널상태를 확인하므로 데이터의 충돌이 발생하지 않는다.
이상에서 대표적인 실시예를 통하여 본 발명에 대하여 상세하게 설명하였으나, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 상술한 실시예에 대하여 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도내에서 다양한 변형이 가능함을 이해할 것이다.
본 발명에 따른 통신시스템간의 상호간섭을 회피하기 위한 무선통신방법 및장치에 따르면, 전송슬롯의 상태를 확인하여 데이터의 전송여부를 결정함으로써 전송슬롯의 채널의 주파수와 동일한 주파수를 사용하는 다른 통신장치와의 충돌을 방지할 수 있다. 또한 추가적인 트래픽을 발생시키거나 별도의 트래픽 제어모듈을 구비할 필요없이 통신시스템간의 상호간섭을 피할 수 있다.
나아가 블루투스, 무선랜 시스템을 비록한 무선통신시스템에 적용함으로써 동일한 주파수대역을 사용하는 여러 통신시스템들이 공존할 수 있고, 기존의 무선통신시스템의 업그레이드만으로 통신시스템간의 상호간섭을 피할 수 있는 장점이 있다.

Claims (7)

  1. 무선으로 데이터를 송수신하는 무선통신장치에 있어서,
    전송슬롯의 채널상태를 측정하는 측정부;
    상기 측정부에서 측정된 상기 전송슬롯의 채널상태를 기초로 상기 데이터의 전송여부를 판단하는 판단부; 및
    상기 판단부의 판단에 따라 상기 데이터에 대한 전송동작을 수행하도록 하는신호를 출력하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 무선통신시스템간의 상호간섭을 회피하기 위한 무선통신장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 측정부는 상기 전송슬롯에서 사용할 채널에서 수신된 신호의 강도를 측정하는 것을 특징으로 하는 무선통신시스템간의 상호간섭을 회피하기 위한 무선통신장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 판단부는 상기 수신된 신호의 강도가 기준신호강도보다 낮으면 채널상태가 양호한 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 무선통신시스템간의 상호간섭을 회피하기 위한 무선통신장치.
  4. (a) 전송슬롯의 채널상태를 측정하는 단계;
    (b) 상기 전송슬롯의 채널상태에 대한 측정결과를 기초로 데이터의 전송여부를 결정하는 단계; 및
    (c) 상기(b)단계의 결정결과에 따라, 상기 전송슬롯을 통해 상기 데이터를 전송하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 무선통신시스템간의 상호간섭을 회피하기 위한 무선통신방법.
  5. 제4항에 있어서, 상기 (a)단계는,
    (a1) 상기 전송슬롯에서 사용할 채널의 주파수로 변경하는 단계; 및
    (a2) 상기 변경된 채널에서 수신된 신호의 강도를 측정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 무선통신시스템간의 상호간섭을 회피하기 위한 무선통신방법.
  6. 제5항에 있어서, 상기 (b)단계는,
    상기 수신된 신호의 강도가 기준신호강도보다 낮으면 채널상태가 양호한 것으로 판단하여 상기 데이터를 전송하도록 결정하는 것을 특징으로 하는 무선통신시스템간의 상호간섭을 회피하기 위한 무선통신방법.
  7. 제5항에 있어서, 상기 (b)단계는,
    상기 수신된 신호의 강도가 기준신호강도보다 높으면 상기 전송슬롯을 통한 상기 데이터의 전송을 포기하고 이후의 전송슬롯에 대하여 상기 (a)단계 및 상기 (b)단계를 반복하는 것을 특징으로 하는 무선통신시스템간의 상호간섭을 회피하기 위한 무선통신방법.
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