KR20100033909A - 전송 전력 제어 방법 및 그에 따른 송신단 기기 - Google Patents

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KR20100033909A
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엘지전자 주식회사
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Abstract

전송 전력 제어 방법 및 그에 따른 송신단 기기가 개시된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 전송 전력 제어 방법은 하나 이상의 송신단 기기와 수신단 기기로 구성되는 근거리 네트워크에서 전송 전력을 제어하는 방법에 있어서, 송신단 기기에서 수신단 기기로부터 신호대 노이즈 비율을 피드백받고, 상기 신호대 노이즈 비율이 일정값 미만이면, 상기 송신단 기기의 전송 전력이 증가하도록 제어하는 과정을 포함한다. 본 발명의 실시 예들에 의하면, 정확한 에러 검출을 통해 전송 레이트를 정확하게 조절할 수 있고, 전송 전력을 함께 조절하여 높은 SNR 유지시킴으로써 디코딩 성능을 유지할 수 있다. 특히, SNR 값이 낮은 경우에는 전송 전력 조절, 빔포밍, 전송 레이트 조절의 과정을 거치게 함으로써 SNR 값을 용이하게 높일 수 있다.
mmWave, Transmission Rate, Transmit Power, SNR

Description

전송 전력 제어 방법 및 그에 따른 송신단 기기{Method for controlling transmit power and transmitting device thereof}
본 발명은 근거리 무선 네트워크에 관한 것으로, 특히, 송신단 기기의 전송 전력이나 전송 레이트를 제어하는 방법에 관한 것이다.
무선 네트워크에 참여하는 무선 통신 장치의 수가 증가할수록 충돌, 손실 등의 문제가 발생할 가능성은 더욱 커지게 된다. 이러한 충돌은 무선 네트워크의 전송속도(throughput)에 치명적인 악영향을 미치는 재전송(retransmission)을 요구하게 된다. 특히 오디오/비디오 데이터(AV data)와 같이 보다 나은 QoS(Quality of Service)가 필요한 경우에 있어서는, 이러한 재전송 횟수를 줄임으로써 가용 대역폭을 보다 많이 확보하는 것이 매우 중요한 문제이다.
더욱이, DVD(Digital Video Disk) 영상, HDTV(High Definition Television) 영상 등 고품질 비디오를 다양한 홈 디바이스 간에 무선으로 전송할 필요성이 높아지고 있는 추세를 감안할 때, 넓은 대역폭을 요구하는 상기 고품질 비디오를 끊김없이 지속적으로 송수신하기 위한 기술적 표준이 요구되는 시점에 있다.
밀리미터웨이브(Millimeter Wave; mmWave)는 대용량 데이터 전송을 위하여 물리적인 파장의 길이가 밀리미터인 전파(즉, 30GHz 내지 300GHz의 주파수를 갖는 전파)를 이용한다. 종래에는 이러한 주파수대는 무허가 밴드(unlicensed band)로서 통신사업자용이나 전파 천문용, 또는 차량 충돌방지 등의 용도로 제한적으로 사용되어 왔다.
mmWave는 60GHz의 반송파 주파수를 사용하며, 대략 0.5 내지 2.5GHz의 채널 대역폭을 갖는다. 따라서, mmWave는 기존의 IEEE 802.11 계열의 표준에 비하여 훨씬 큰 반송파 주파수 및 채널 대역폭을 갖는다.
이와 같이, 밀리미터 단위의 파장을 갖는 고주파 신호를 이용하면, 수 기가비트(Gbps) 단위의 매우 높은 전송률을 나타낼 수 있고, 안테나 크기를 1.5mm이하로 할 수 있어 안테나를 포함한 단일 칩을 구현할 수 있다. 또한, 공기 중 감쇠율 (attenuation ratio)이 매우 높기 때문에 기기 간에 간섭을 감소시킬 수 있는 장점도 있다.
그런데, mmWave를 이용할 경우 상기와 같은 높은 감쇠율로 인하여 빔(beam)의 도달 거리가 짧아지므로, 전방향성(omnidirectional)으로 신호를 송출하기가 어려워진다. 이러한 문제점을 해결하기 위해서는 빔을 샤프(sharp)하게 만들어야 하는데, 이 경우에는 빔이 국부적으로만 전달된다.
빔 링크를 생성하는 방법은 일반적으로 송신단이 빔을 임의의 방향으로 방사하고 수신단이 상기 빔 중에서 사용할 수 있는 빔을 피드백하는 것이다. 일단 링크가 형성된 다음에도 채널의 변동을 반영하기 위해서 계속 하여 상기 검색 과정을 반복하게 되는데, 이를 트래킹(tracking)이라고 한다. 이러한 트래킹과 검색을 위 해서는 채널 시간(channel time)을 사용한다. 주어진 네트워크에 빔 링크의 숫자가 많아지면 빔 검색과 트래킹에 소요되는 시간이 늘어난다. 따라서 이러한 과정을 최대한 간단하고 효율적으로 수행하는 방법이 필요하다.
도 1a는 본 발명이 적용되는 근거리 네트워크의 예를 도시한 것이다.
도 1a와 같이, 노트북(A), 모니터(B), PMP(C), 외장형 하드디스크 드라이브(E) 등을 무선으로 연결할 수 있다. 이때, 노트북(A)과 모니터(B), 노트북(A)과 PMP(C), 노트북(A)과 외장형 하드디스크 드라이브(E) 사이에 빔 링크가 형성될 수 있다.
도 1b는 도 1a에서 각각의 기기가 방사하는 빔 패턴의 예를 도시한 것이다.
도 1b에서와 같이, 각각의 기기(A, B, C, D, E, F)가 동시에 빔 패턴을 방사할 수 있다. 이때, 각각의 기기에 할당된 서브채널의 주파수 대역이 서로 다르므로, 일반적으로 간섭이 발생하지 않는다.
이와 같이 빔 링크를 사용하는 네트워크에서, 종래에는 자동레이트 폴백(Autorate Fall Back; AFB)이라는 방식을 사용하여 데이터 레이트(Data Rate)를 조절하였다. 이는 10회 이상 에러 없이 데이터가 전송될 때에는 데이터 레이트를 1단계 높이고, 3회 이상 연속적으로 데이터 전송 시에 에러가 발생할 때에는 데이터 레이트를 1단계 낮추는 방식이다.
그러나, 위 방식에는 두 가지 문제점이 있다. 먼저, AFB는 일반적으로 많이 사용되는 방식이지만 데이터 레이트가 높아짐에 따라 디코딩의 신뢰성을 보장할 수 없게 된다. 그리고, AFB에서는 에러의 발생이 레이트를 조절하는 기준이 되는데, 에러와 충돌을 구별하는 기법이 존재하지 않아 정확한 레이트 조절이 어렵다. 또한 신호대 노이즈 비(Signal to Noise Ratio; SNR)이 매우 낮은 환경에는 적용되기 어렵다.
종래의 무선통신 시스템에서는 낮은 SNR을 극복할 수 있는 적절한 방법이 사용되지 않고 있다. 또한, 종래의 시스템은 에러와 충돌을 구별하여 레이트를 조절하지 않는다.
따라서, 본 발명이 이루고자 하는 첫 번째 기술적 과제는 낮은 SNR을 극복하기 위해 전송 전력을 조절하는 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명이 이루고자 하는 두 번째 기술적 과제는 에러와 충돌을 구별하여 전송 레이트나 전송 전력을 정확하게 조절하는 방법을 제공하는 데 있다.
상기의 첫 번째 기술적 과제를 이루기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 전송 전력 제어 방법은 하나 이상의 송신단 기기와 수신단 기기로 구성되는 근거리 네트워크에서 전송 전력을 제어하는 방법에 있어서, 송신단 기기에서 수신단 기기로부터 신호대 노이즈 비율을 피드백받고, 상기 신호대 노이즈 비율이 일정값 미만이면, 상기 송신단 기기의 전송 전력이 증가하도록 제어하는 과정을 포함한다.
바람직하게는, 본 발명의 일 실시예에 따른 전송 전력 제어 방법에서 상기 전송 전력의 제어 이후에도 상기 신호대 노이즈 비율이 일정값 미만이면, 빔트래킹을 수행할 수 있다.
바람직하게는, 본 발명의 일 실시예에 따른 전송 전력 제어 방법에서 상기 빔트래킹을 수행한 이후에도 상기 신호대 노이즈 비율이 일정값 미만이면, 상기 송 신단 기기의 전송 레이트를 감소시킬 수 있다.
바람직하게는, 본 발명의 일 실시예에 따른 전송 전력 제어 방법에서 상기 수신단 기기로부터 전송 전력 제어 명령이 수신되면, 상기 송신단 기기가 상기 전송 전력 제어 명령에 따라 상기 전송 전력을 제어할 수 있다.
상기의 첫 번째 기술적 과제를 이루기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 송신단 기기는 수신단 기기에 패킷을 송신하는 송신부, 상기 송신한 패킷에 대응하여 수신단 기기로부터 신호대 노이즈 비율을 피드백받는 수신부, 및 상기 측정된 신호대 노이즈 비율이 일정값 미만이면, 상기 송신단 기기의 전송 전력이 증가하도록 제어하는 전력 제어부를 포함한다.
바람직하게는, 본 발명의 일 실시예에 따른 송신단 기기는 상기 전송 전력의 제어 이후에도 상기 신호대 노이즈 비율이 일정값 미만이면, 빔트래킹을 수행할 수 있다.
바람직하게는, 본 발명의 일 실시예에 따른 송신단 기기는 상기 빔트래킹을 수행한 이후에도 상기 신호대 노이즈 비율이 일정값 미만이면, 상기 송신단 기기의 전송 레이트를 감소시키는 레이트 조절부를 더 포함할 수 있다.
상기의 두 번째 기술적 과제를 이루기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 전송 전력 제어 방법은 하나 이상의 송신단 기기와 수신단 기기로 구성되는 근거리 네트워크에서 전송 전력을 제어하는 방법에 있어서, 송신단 기기에서 수신단 기기로부터 수신되는 패킷의 물리 계층 헤더를 검사하여 충돌이 발생한 것으로 판단되면, 상기 패킷을 폐기하고, 상기 패킷의 MAC 계층의 CRC를 검사하여 에러가 발생한 것으로 판단되면, 상기 발생한 에러의 빈도에 대한 정보를 상기 송신단 기기에 전송하는 과정을 포함한다.
본 발명의 실시 예들에 의하면, 정확한 에러 검출을 통해 전송 레이트를 정확하게 조절할 수 있고, 전송 전력을 함께 조절하여 높은 SNR 유지시킴으로써 디코딩 성능을 유지할 수 있다. 특히, SNR 값이 낮은 경우에는 전송 전력 조절, 빔포밍, 전송 레이트 조절의 과정을 거치게 함으로써 SNR 값을 용이하게 높일 수 있다.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명하기로 한다. 그러나, 다음에 예시하는 본 발명의 실시 예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 다음에 상술하는 실시 예에 한정되는 것은 아니다.
이하에서는 전송 레이트(Transmission Rate)가 변화함에 따라 디코딩의 신뢰성을 보장하기 위하여 높은 SNR을 보장해야 한다는 점을 기본 전제로, SNR을 높이기 위해 전송 전력(Transmit Power)을 조절하는 방법을 설명한다. 이 경우, 데이터 레이트를 조절함에 따라 전송 전력도 함께 조절할 수 있다. 즉, 신뢰성 있는 레이트 조절을 위하여 전송 레이트가 조절될 때마다 그에 적합한 전송 전력을 제어할 수 있다.
한편, 데이터 레이트가 조절되는 기준은 에러(Error)이다. 그런데 에러와 충돌은 데이터가 제대로 수신되지 않는다는 동일한 결과를 보여준다. 이하에서는 상기 두 가지를 정확히 구별하는 기법에 대해서도 설명한다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 송신단 기기 및 수신단 기기를 도시한 것이다.
근거리 네트워크를 구성하는 송신단 기기(210)는 전력 제어부(211), 레이트 조절부(212), 송신부(213) 및 수신부(214)를 포함한다. 경우에 따라, 전력 제어부(211)와 레이트 조절부(212)는 하나의 기능 블럭으로 구현될 수도 있다.
전력 제어부(211)는 수신단 기기(220)에서 측정된 신호대 노이즈 비율이 일정값 미만이면, 송신단 기기(210)의 전송 전력이 증가하도록 제어한다. 한편, 수신단 기기(220)로부터 전송 전력 제어 명령(Transmit Power Command; TPC)이 수신되면, 송신단 기기(210)가 수신된 전송 전력 제어 명령에 따라 전송 전력을 제어할 수도 있다.
바람직하게는, 송신단 기기(210)는 전송 전력의 제어 이후에도 수신단 기기(220)의 SNR 값이 일정값 미만이면, 빔트래킹(Beam Tracking)을 수행할 수 있다. 즉, SNR이 매우 낮은 경우에는 이를 극복하기 위하여 전송 전력을 높이고, 이 방법으로도 낮은 SNR을 극복하지 못할 경우에는 빔포밍(Beamforming)을 통하여 극복한다.
한편, 레이트 조절부(212)는 빔트래킹을 수행한 이후에도 수신단의 SNR 값이 일정값 미만이면, 상기 송신단 기기의 전송 레이트를 감소시킨다.
송신부(213)는 수신단 기기(220)에 패킷을 송신한다. 수신단 기기(22)에서는 이 패킷을 수신하고 SNR을 측정한 후, 이를 송신단 기기(210)에 피드백한다.
수신부(214)는 수신단 기기(220)로부터 SNR 값을 피드백받는다.
도 3은 본 발명에 적용되는 전송 레이트 조절 방법의 흐름도이다.
먼저, 수신단에서 충돌이 검출되면, 송신단은 충돌이 발생한 경우에 대해 미리 정의된 알고리즘에 따라 전송 레이트를 조절한다(S310, S320).
다음, 수신단에서 충돌이 발생하지는 않았으나 에러가 검출된 경우(S330), 송신단은 에러 발생 빈도의 증가 또는 감소에 따라 전송 레이트를 다르게 조절한다. 즉, 에러가 증가한 경우(S340), 송신단은 전송 레이트를 감소시킨다(S345). 반면, 에러가 감소한 경우(S350), 송신단은 전송 레이트를 증가시킨다(S355). 즉, 에러가 많이 발생하면 레이트를 낮춰주고 반대의 경우에는 레이트를 높여준다.
이와 같이, 전송 레이트를 조절하는 중요한 기준은 에러와 충돌의 구분이다. 즉, 전송 레이틀 정확하게 조절하기 위해서는 에러 검출이 정확해야 한다.
도 2에서, 수신단 기기(220)는 에러와 충돌을 물리계층(PHY)과 MAC 계층에서 데이터 수신상태를 보고 구별한다.
이와 관련하여, 도 4는 구체적인 에러 인지 절차(Error Recognition Procedure; ERP)를 도시한다.
먼저, 물리계층의 프리엠블(Preamble)과 헤더(Header)에서부터 깨져서 들어온다면(411) 충돌이 발생한 것으로 판단한다. 일반적으로, 충돌이 발생할 경우에는 물리계층 헤더부터 데이터가 깨져서 들어오기 때문에 해석이 불가능하다. 여기서, PCS (Packet Check Sequence)는 패킷 내의 에러를 검사하는 부분이다. 또는 수신단 기기는 PLCP (Physical Layer Convergence Protocol) 헤더의 디코딩이 불가능한 경우에 충돌로 판단할 수 있다.
충돌이 발생하면, 수신단 기기는 수신된 패킷을 폐기하고(412), 송신단 기기에 재전송을 요구할 수 있다. 송신단 기기는 해당 패킷을 재전송한다(413).
한편, 물리계층은 문제가 없고 MAC MPDU(MAC Protocol Data Unit)가 깨져서 들어오면 에러가 발생(421)한 것으로 판단한다. MAC 계층에서는 CRC 체크를 통하여 에러 여부를 검출할 수 있다. 위의 결과값을 AFB에 적용하여 전송 레이트를 조절할 수 있다. 에러가 없는 경우에는 수신단 기기 및 송신단 기기는 패킷 송수신에 성공(422)한 것으로 판단할 수 있다.
에러가 발생한 경우, 물리계층 헤더에는 문제가 없는 경우가 대부분이다. 따라서, 여기서는 물리계층 헤더의 경우에는 에러 발생확률이 거의 없다고 가정한다. 일반적으로 물리계층 헤더는 가장 신뢰성 있는 전송이 행해지는 부분이므로 이와 같은 가정은 타당성이 있다.
결론적으로, 수신단 기기는 물리계층은 제대로 해석되나 MAC 계층에서는 에러가 검출이 되면 에러로 판단하고, 물리계층에서부터 해석이 불가능한 데이터를 수신하면 충돌로 판단한다.
한편, 레이트 조절시 신뢰성 있는 디코딩을 위해 전송 전력 제어 AFB (Transmit Power Control AFB) 등의 데이터 레이트 조절 기법이 적용되면, 그에 따라 디코딩 에러율이 높아져 디코딩의 신뢰도 떨어질 수 있다. 데이터의 전송 레이트가 조절되면 그에 따라 디코딩의 에러율도 변화하게 되기 때문이다. 따라서 전송 레이트가 변화함에 따라 디코딩의 신뢰성을 보장하기 위한 방법이 필요하다.
이하에서는 이 경우에 전송 전력 레벨을 높임으로써 SNR을 높이는 방법을 설 명한다. 전송 전력을 높이는 경우에는 데이터 레이트를 높여도 디코딩의 신뢰성은 유지할 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 전송 전력 제어 방법의 흐름도이다.
도 5의 방법은 낮은 SNR을 극복하는 경우에 특히 유용하다.
먼저, SNR 값은 수신단에서 측정(510)되어 송신단에 피드백된다.
수신단에서 SNR이 매우 낮게 감지될 경우에는 송신단이 전송 전력을 높이는 등으로 전송 전력을 제어한다(520).
그런데, 송신단이 전송 전력을 높였음에도 불구하고 SNR이 여전히 낮은 수준에 머물거나 충분하지 않을 수가 있다. 이 경우에는 송신단 또는 송수신단이 빔포밍(530)을 통하여 에너지를 한방향으로 모은다. 이러한 과정에서 빔 트래킹이 수행될 수 있다.
위와 같은 방법을 통해서도 수신단의 SNR이 낮게 감지될 경우에는 마지막 방법으로서 송신단은 전송 레이트를 낮춘다(540).
한편, 송신단이 수신단으로부터 전송 전력 제어 명령을 수신하면, 수신된 전송 전력 제어 명령에 따라 전송 전력을 제어할 수도 있다.
상술한 방법에서 전송 레이트를 높이는 과정은 전송 전력을 높이는 과정으로 대체될 수 있다. 또한, 전송 레이트를 낮추는 과정은 전송 전력을 낮추는 과정으로 대체될 수도 있다. 또는, 전송 레이트를 조절하는 과정이 전송 전력을 제어하는 과정을 수반할 수도 있다.
본 발명은 도면에 도시된 일 실시 예를 참고로 하여 설명하였으나 이는 예시 적인 것에 불과하며 당해 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 실시 예의 변형이 가능하다는 점을 이해할 것이다. 그리고, 이와 같은 변형은 본 발명의 기술적 보호범위 내에 있다고 보아야 한다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해서 정해져야 할 것이다.
본 발명은 근거리 무선 네트워크에서, 송신단 기기의 전송 전력이나 전송 레이트를 제어하는 방법에 관한 것으로, mmWave와 같은 지향성 빔을 사용하는 시스템에 적용될 수 있다.
도 1a는 본 발명이 적용되는 근거리 네트워크의 예를 도시한 것이다.
도 1b는 도 1a에서 각각의 기기가 방사하는 빔 패턴의 예를 도시한 것이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 송신단 기기 및 수신단 기기를 도시한 것이다.
도 3은 본 발명에 적용되는 전송 레이트 조절 방법의 흐름도이다.
도 4는 구체적인 에러 인지 절차(Error Recognition Procedure; ERP)를 도시한다.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 전송 전력 제어 방법의 흐름도이다.

Claims (8)

  1. 하나 이상의 송신단 기기와 수신단 기기로 구성되는 근거리 네트워크에서 전송 전력을 제어하는 방법에 있어서,
    송신단 기기가 수신단 기기에서 측정된 신호대 노이즈 비율을 피드백받는 단계; 및
    상기 신호대 노이즈 비율이 일정값 미만이면, 상기 송신단 기기의 전송 전력이 증가하도록 제어하는 단계
    를 포함하는, 전송 전력 제어 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 전송 전력의 제어 이후에도 상기 신호대 노이즈 비율이 일정값 미만이면, 빔트래킹을 수행하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 전송 전력 제어 방법.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 빔트래킹을 수행한 이후에도 상기 신호대 노이즈 비율이 일정값 미만이면, 상기 송신단 기기의 전송 레이트를 감소시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 전송 전력 제어 방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 수신단 기기로부터 전송 전력 제어 명령이 수신되면, 상기 송신단 기기가 상기 전송 전력 제어 명령에 따라 상기 전송 전력을 조절하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 전송 전력 제어 방법.
  5. 하나 이상의 송신단 기기와 수신단 기기로 구성되는 근거리 네트워크에서 전송 전력을 제어하는 방법에 있어서,
    송신단 기기에서 수신단 기기로부터 수신되는 패킷의 물리 계층 헤더를 검사하여 충돌이 발생한 것으로 판단되면, 상기 패킷을 폐기하는 단계; 및
    상기 패킷의 MAC 계층의 CRC를 검사하여 에러가 발생한 것으로 판단되면, 상기 발생한 에러의 빈도에 대한 정보를 상기 송신단 기기에 전송하는 단계
    를 포함하는, 전송 전력 제어 방법.
  6. 근거리 네트워크를 구성하는 송신단 기기에 있어서,
    수신단 기기에 패킷을 송신하는 송신부;
    상기 송신한 패킷에 대응하여 수신단 기기에서 측정된 신호대 노이즈 비율을 피드백받는 수신부; 및
    상기 측정된 신호대 노이즈 비율이 일정값 미만이면, 상기 송신단 기기의 전송 전력이 증가하도록 제어하는 전력 제어부
    를 포함하는, 송신단 기기.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 전송 전력의 제어 이후에도 상기 신호대 노이즈 비율이 일정값 미만이면, 빔트래킹을 수행하는 것을 특징으로 하는, 송신단 기기.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 빔트래킹을 수행한 이후에도 상기 신호대 노이즈 비율이 일정값 미만이면, 상기 송신단 기기의 전송 레이트를 감소시키는 레이트 조절부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 송신단 기기.
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