KR20100114426A - 이종 무선통신시스템의 운용주파수 대역 공유 방법 및 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 제1 무선통신시스템 (Primary Wireless Communication System)인 Wi-Fi 시스템과 이종의 제2 무선통신시스템 (Secondary Wireless Communication System)이 운용주파수 대역을 공유하며 공존하는 경우에 불가피하게 발생하는 간섭을 회피하여 제1 무선통신시스템과 제2 무선통신시스템이 운용주파수 대역을 공유하면서도 통신할 수 있는 방법 및 장치에 관한 것이다.

본 발명은 이러한 목적을 달성하기 위하여 종래의 Wi-Fi 시스템에서 사용되고 있는 전력절약방식 (PSM: Power-Saving Mode)을 일부 수정하여 새로운 전력절약방식을 기반으로 하는 두 무선통신시스템의 시분할 운영을 통하여 제1 무선통신시스템인 Wi-Fi 시스템과 이종의 제2 무선통신시스템이 간섭없이 운용주파수 대역을 공유하면서도 통신할 수 있게 하는 방법 및 장치에 관한 것이다.

BSAP = WiMAX BS + Wi-Fi AP, 병립 (collocated) 시스템, 협력 (collaborative) 시스템, 전력절약방식 (PSM:Power-Saving Mode)

Description

이종 무선통신시스템의 운용주파수 대역 공유 방법 및 장치 {Method and Apparatus for Coexistence of Heterogeneous Wireless Communication Systems in Shared Frequency Band}

본 발명은 Wi-Fi 시스템과 운용주파수 대역을 공유하는 이종의 무선통신시스템이 상호 간섭을 회피하며 통신하는 방법 및 장치에 관한 것이다.

제1 무선통신시스템과 이종의 (heterogeneous) 제2 무선통신시스템이 인접한 지역에서 주파수 대역을 공유하며 운용되는 경우에 서로 간섭을 줄 수 있다. 이러한 간섭을 줄이거나 회피하기 위한 방법은 크게 두 가지로 분류된다.

도 1a는 간섭을 줄이거나 회피하기 위한 첫 번째 방법인 주파수 분할 운영 (FDO: Frequency Division Operation)이다. 제1 무선통신시스템의 운영주파수 대역(11)과 제2 무선통신시스템의 운용주파수 대역(12)을 구분하여 같은 시간에 데이터를 송신하여도 서로에게 간섭을 미치지 않게 하는 방법이다. 상기의 주파수 분할 운영방법은 트래픽(Traffic) 발생량 및 발생시기와 무관하게 고정적으로 주파수 대역을 분할하여 사용하기 때문에 트래픽 발생이 불규칙한 통신시스템의 경우에 주파수 대역의 사용이 비효율적이라는 문제점이 있다.

도 1b는 두 번째 방법인 시간 분할 운영 (TDO: Time Division Operation)이다. 제1 무선통신시스템의 운영 시간(13)과 제2 무선통신시스템의 운영 시간(14)을 구분하여 동시에 통신하지 않게 하여 간섭을 피하는 방법이다. 상기의 시간 분할 운영은 운영 시간 변경이 수월하기 때문에 트래픽 발생이 불규칙한 통신시스템의 경우에 적합하고, 주파수 자원을 효율적으로 사용할 수 있는 장점이 있다.

본 발명은 제1 무선통신시스템인 Wi-Fi 시스템과 제2 무선통신시스템이 인접지역에서 주파수 대역을 공유하며 공존하는 경우에 발생하는 간섭 문제를 시간 분할 운영을 통하여 해결하는 세부적인 방법을 제안한다.

제1 무선통신시스템과 이종의 제2 무선통신시스템이 운용주파수 대역을 공유하며 운용되는 경우에 정보를 공유하기 위한 프로토콜 호환이 필요하다. 그러나 제1 무선통신시스템과 이종의 제2 무선통신시스템 간에 프로토콜 호환이 이루어지지 않아 정보를 공유하지 못하는 문제점이 발생한다_.

제1 무선통신시스템과 이종의 제2 무선통신시스템이 운용주파수 대역을 공유하며 사용하는 경우는 크게 2가지 경우로 구분된다.

도 2a는 제1 무선통신시스템의 운용주파수 대역(21)과 이종의 제2 무선통신시스템의 운용주파수 대역(22)이 일부 겹치는 상황이다.

도 2b는 제1 무선통신시스템의 운용주파수 대역(21)과 이종의 제2 무선통신시스템의 운용주파수 대역(22)중 하나가 다른 하나와 완전히 겹치는 상황이다. 상기의 도 2a와 도 2b의 경우 모두 운용주파수 대역을 공유하기 때문에 제1 무선통신시스템과 이종의 제2 무선통신시스템 사이에서 신호 송신시 간섭을 주고 받게 된다.

본 발명에서는 상기의 경우에 프로토콜 호환문제와 간섭문제를 해결하고자 한다.

제1 무선통신시스템과 이종의 제2 무선통신시스템의 통신 프로토콜 호환을 위하여 병립시스템(Collocated System)과 협력시스템(Collaborative System)을 이용하여 새로운 장치인 BSAP를 제안한다.

제1 무선통신시스템과 이종의 제2 무선통신시스템이 주파수대역을 공유하며 운용되는 경우에 발생하는 간섭문제를 해결하기 위하여, 기존의 Wi-Fi 시스템에서 사용되던 전력절약방식을 일부 수정하여, 이를 기반으로 하는 시간 분할 운영방법을 제안한다.

본 발명에서 제안하는 전력절약방식은 Wi-Fi 시스템의 AP (Access Point)가 자신의 서비스권에 위치하는 단말의 전력절약방식을 관리하여, 단말의 데이터 전송을 관리할 수 있도록 만들어 준다.

도 3은 제1 무선통신시스템의 전송구간(31)과 제2 무선통신시스템의 전송구간(33)을 제안하는 전력절약방식(32,34)을 이용하여 나누는 그림이다. 제1 무선통신시스템의 전송구간(31)에는 비전력절약방식(32)으로 동작하여 데이터를 송신하고, 제2 무선통신시스템의 전송구간(33)에는 전력절약방식(34)으로 동작하여 상호 간섭이 없이 통신할 수 있다.

도 4a는 하나의 장치(41)에 둘 이상의 시스템(42,43)이 함께 공존하는 병립시스템을 도시한다. 도 4b는 서로 다른 시스템이(42,43) 유선망 또는 무선망(44)을 통하여 필요한 정보를 공유하는 협력시스템을 도시한다.

상기의 도 4a의 병립시스템과 도 4b의 협력시스템을 제1 무선통신시스템과 이종의 제2 무선통신시스템의 기지국 장치에 동시에 적용하여 두 기지국 장치가 하나의 장치내에 병립하고 협력하여 각각의 단말을 관리하고, 정보를 공유할 수 있는 병립 및 협력 시스템기반의 기지국 장치에 대하여 본 발명의 기술적 사상을 상세히 설명하고자 한다. 본 발명의 상세한 설명에서는 각 무선통신시스템의 기지국에만 적용하는 것으로 한정하여 설명하지만 본 발명의 기술적 사상은 단말에도 적용될 수 있을 것이다.

도 5는 제1 무선통신시스템의 기지국(51)과 제2 무선통신시스템의 기지국(52)에 병립시스템과 협력시스템을 적용하여 새로운 기지국(100)을 제안한다. 상기의 기지국(100)은 제1 무선통신시스템의 기지국(51) 역할과 제2 무선통신시스템의 기지국(52) 역할을 모두 할 수 있고, 병립 및 협력시스템이 적용되어서 상호 간의 필요한 정보를 공유할 수 있는 장치이다. 도 5는 제1 무선통신시스템의 기지국(51)과 제2 무선통신시스템의 기지국(52)에 병립 및 협력시스템을 적용하여 새로운 기지국(100)을 제안하였다. 상기의 새로운 기지국(100)은 제1 무선통신시스템의 기지국(51) 역할과 제2 무선통신시스템의 기지국(52) 역할을 모두 수행할 수 있고, 병립 및 협력시스템으로 인하여 상호 간에 필요한 정보를 공유할 수 있다.

종래의 Wi-Fi 시스템의 전력절약방식은 Wi-Fi 단말이 전송할 데이터가 없는 경우에 Wi-Fi 단말의 전력소모를 줄이기 위해서 사용되는 방법이다.

도 6은 단말의 프레임 제어 구조이다. 종래기술에서 단말이 전력절약방식(PSM: Power Save Mode)으로 동작하기 위해 상기의 프레임 구조에서 PwtMgt부분(61)을 '1'로 설정하여 송신한다. 종래 기술에서는 Wi-Fi 기지국장치인 AP에도 동일한 프레임 구조가 있지만 AP가 전력절약방식으로 동작하게 되면 서비스권에 위치한 단말이 통신을 할 수 없기 때문에 AP의 PwrMgt부분(61)은 항상 '0'으로 설정되어 있다. 즉, 종래기술에서는 단말과 달리 기지국에서는 PwrMgt 비트가 유명 무실한 비트이다.

도 7은 종래 기술에 기반한 전력절약방식에서 단말의 동작순서이다. 단말은 전송할 데이터의 유무를 확인하는 과정(71)을 거친다. 이 과정에서 전송할 데이터가 존재한다면 데이터를 송신하고, 전송할 데이터가 없다면 전력절약방식으로 동작한다. 이를 위해 PwrMgt(61)을 '1'로 설정하여 AP로 전송하고(72), ACK신호를 기다린다. ACK신호의 수신을 확인하는 과정(73)에서 ACK신호를 수신하지 못하면 재전송하고, 수신이 확인되면 전력절약방식으로 동작한다(74). 전력절약방식으로 동작하는 단말은 주기적으로 TIM(Traffic Indication Map)신호를 확인하여 수신할 데이터의 유무를 확인한다(75). 수신할 데이터가 없는 경우에는 다시 전력절약방식으로 동작하고(74), 수신할 데이터가 있는 경우에는 PS-Poll 프레임을 생성하여 AP로 전송(76)한 후, 데이터를 수신한다. 이 PS-Poll 프레임은 단말이 전력절약방식을 끝내고 데이터를 수신할 준비가 되었다는 것을 AP에게 알려주는 역할을 한다.

도 8은 종래 기술에 기반한 전력절약방식에서 단말에 대응하는 AP의 동작순서이다. AP는 PwrMgt(61)이 '1'로 설정된 단말로부터의 프레임의 수신 여부를 확인한다(81). 상기의 과정에서 '1'로 설정된 PwrMgt(61)가 AP가 수신했다면 ACK신호를 단말로 송신한다. 단말의 AID(Association ID)를 통해 어떠한 단말이 전력절약방식 으로 동작하는지 인식한다(82). 전력절약방식으로 동작하는 단말은 데이터를 수신하지 못하기 때문에 전력절약방식으로 동작하는 단말이 수신해야 할 데이터를 AP가 임시로 저장한다(83). AP는 주기적으로 TIM 신호를 송신하여, 전력절약방식으로 동작하는 단말이 수신해야 할 데이터의 유무를 알려준다(84). PS-Poll 프레임을 수신하면(85) 상기의 프레임을 송신한 단말에 임시로 저장하고 있던 데이터를 송신한다. 이때도 단말의 구분을 위해 AID를 사용한다.

Wi-Fi 시스템의 단말이 상기의 전력절약방식으로 동작하는 구간에는 데이터의 전송이 없다. 이를 시간 분할 운영에 이용할 수 있다. 그러나 단말의 전력절약방식은 AP에 의해서 일괄적으로 관리하는 것이 아니고, 각 단말에 의해서 결정되어 전력절약방식의 동작구간이 단말간에 독립적이다. 그리하여 기존에 사용되던 전력절약방식을 시간 분할 운영에 이용하기에 문제점이 따른다. 도 3과 같이 제1 무선통신시스템과 제2 무선통신시스템의 전송구간을 시분할 운영하기 위해 종래의 전력절약방식을 수정한 새로운 전력절약방식을 제안한다.

도 9는 본 발명의 실시 예에 의한 전력절약방식의 프레임 구조이다. 이 프레임을 Power Saving(PS)-Request라고 명명한다. 본 발명의 전력절약방식은 AP가 PS-Request프레임을 이용하여 단말의 전력절약방식을 관리한다. AP는 프레임 제어 구조에 있는 PwtMgt(91) 부분을 '1'로 설정하여 PS-Request 프레임을 단말에게 전송하여 단말이 전력절약방식으로 동작할 것을 지시한다.상기의 PS-Request 프레임의 할당을 위해 Type(92)부분을 '01'로 설정해 제어형식을 선택한다. Subtype(93)부분은 현재 사용되지 않고 있는 '0000' 또는 '1001'중 하나를 선택하는 것으로 정 한다. Duration(94)부분은 NAV(Network Allocation Vector)값을 통하여 다른 단말이 데이터를 전송하지 못하게 구간을 설정해주는 역할에서 단말이 전력절약방식으로 동작해야 하는 시간을 알려주는 역할로 수정한다. Destination Address(95)부분은 PS-Reques 프레임을 몇몇 단말에만 전송할 것인지 모든 단말에게 전송할 것인지를 결정하는 역할을 한다. 시간 분할 운영은 각 무선통신시스템의 전송구간을 나누는 것이 때문에, Destination Address(95)부분을 모두 '1'로 설정하여 모든 단말에게 PS-Request 프레임을 전송한다. 상기의 PwrMgt(91)는 도 6의 PwrMgt(61)와 같은 영역이다.

제1 무선통신시스템과 제2 무선통신시스템이 주파수대역을 공유하면서 인접한 지역에서 운용되는 경우에 본 발명의 전력절약방식을 이용한 시간 분할 운영 방법으로 상호 간섭이 없이 제1 무선통신시스템과 이종의 제2 무선통신시스템이 통신할 수 있다. 본 발명의 실시 예의 상세한 설명에서는 상기의 제2 무선통신시스템을 WiMAX 시스템이라고 가정하지만 본 발명의 기술적 사상은 다른 무선통신시스템에도 동일하게 적용할 수 있다.

도 10은 제1 무선통신시스템인 Wi-Fi 시스템의 기지국인 AP(52)와 제2 무선통신시스템인 WiMAX 시스템의 기지국인 BS(Base Station, 51)에 병립 및 협력시스템을 적용하여 새로운 기지국인 BSAP(100)을 나타낸 그림이다. 상기의 도 5의 설명과 같이 BSAP(100)는 제1 무선통신시스템의 AP(52)의 역할과 제2 무선통신시스템의 BS(51)의 역할을 모두 수행하며, 협력시스템이기 때문에 상호 간의 정보를 공유할 수 있다.

도 11은 제1 무선통신시스템과 이종의 제2 무선통신시스템이 공존하는 경우에 BSAP(100)이 제1 무선통신시스템의 단말(101~104)과 제2 무선통신시스템의 단말(111~114) 모두를 관리하는 그림이다. 도 11에서는 설명의 편의를 위하여 두 무선통신시스템의 서비스권역이 동일한 것으로 도시되었으나 반드시 그럴 필요는 없다. 상기와 같은 경우에, 도 3과 같이 제1 무선통신시스템과 제2 무선통신시스템의 전송구간을 할당하기 위해 제1 무선통신시스템의 전송구간에는 AP로부터의 본 발명의 PwrMgt비트 설정에 의한 전력절약방식을 사용하지 않고, 제2 무선통신시스템의 전송구간에는 BSAP(100)가 PS-Request(200) 프레임을 제1 무선통신시스템의 모든 단말(101~104)에게 전송하여 본 발명의 전력절약방식으로 동작하게 하여 제2 무선통신시스템의 전송구간을 확보한다.

도 12는 제2 무선통신시스템인 WiMAX 시스템의 프레임 구조이다. 제2 무선통신시스템인 WiMAX 시스템의 프레임 길이는 5ms로 고정되어 있다. 제1 무선통신시스템과 제2 무선통신시스템의 전송구간을 상기의 프레임 내에 할당할 때, Preamble(121), FCH(Frame Control Header, 122), UL-MAP(123), DL-MAP(124)부분은 제2 통신시스템의 중요한 제어정보가 존재하기 때문에 영향을 주어서는 안된다.

도 13은 제2 무선통신시스템인 WiMAX 시스템의 종래의 다양한 신호 전송 영역(zone)을 도시한 그림이다. WiMAX 시스템의 상기의 다양한 신호 전송 영역(zone)은 AMC(Adaptive Modulation and Coding) 등의 기술을 지원하는 단말을 위해 따로 구분된 프레임내의 영역이다. 이와 같이 제2 무선통신시스템의 프레임영역 중에서 일부를 제1 무선통신시스템의 전송구간용도로 새로운 신호 전송 영역(zone)을 추가한다. 상기의 새로 추가된 신호 전송 영역(zone)을 Wi-Fi 신호 전송 영역 (Wi-Fi zone) 또는 공존용 전송 영역(coexistence zone)이라 명명한다.

도 14a, 14b는 본 발명의 실시 예에 의한 제2 무선통신시스템의 프레임구간 내에 제1 무선통신시스템의 전송구간(141,142)을 할당한 그림이다. 제2 무선통신시스템의 전송구간에는 전력절약방식으로 동작하여 데이터의 전송이 없게 하고 제1 무선통신시스템의 전송구간(141,142)에만 데이터의 전송이 일어난다. 제1 무선통신시스템의 전송구간(141)이 제2 무선통신시스템의 하향링크 구간에 이어서 할당되거나, 제1 무선통신시스템의 전송구간(142)이 제2 무선통신시스템의 상향링크 구간 앞에 할당될 수 있다. 제1 무선통신시스템의 RTS/CTS(Request To Send/Clear To Send) 메카니즘을 사용하지 않고 바로 데이터를 전송하는 메카니즘을 사용한 예를 나타내었다. RTS/CTS 메카니즘을 사용하는 경우에도 본 발명의 기술적 사상에는 차이가 없다.

도 14c는 본 발명의 또다른 실시 예에 의한 제2 무선통신시스템의 프레임구간 내에 제1 무선통신시스템의 전송구간(143)을 할당한 그림이다. 제1 무선통신시스템의 전송구간(143)은 상기의 전송구간(141,142)보다 긴 전송구간을 가진다. 이는 제2 무선통신시스템의 TTG(Transmit To Receive Gap)구간까지 포함하여 할당하였기 때문이다.

도 14d는 2008년 11월 20일부터 21일까지 한국화재보험협회 대강당에서 한국 정보과학회 정보통신소사이어티와 한국통신학회 통신네트워크연구회에서 주관하고 개방형컨퓨터통신연구회(OSIA)와 한국정보처리학회 정보통신응용연구회에서 주관한 무선네트워크 MAC 기술 단기강좌의 최신 무선 MAC기술 1 세션에서 본 발명의 발명자중 한 명인 광운대학교 이승형 교수의 발표 자료 30쪽(단기강좌 프로시딩 자료집에서는 133쪽)에 나와있는 본 발명의 또 다른 실시 예를 도시한 것이다.

도 1a는 주파수 분할을 나타내는 그림이다.

도 1b는 시간 분할을 나타내는 그림이다.

도 2a는 제1 무선통신시스템과 제2 무선통신시스템의 운용주파수 대역이 일부 겹치는 그림이다.

도 2b는 제1 무선통신시스템과 제2 무선통신시스템의 운용주파수 대역이 완전히 겹치는 그림이다.

도 3은 제안하는 전력절약방식을 통하여 제1 무선통신시스템과 제2 무선통신시스템의 전송구간이 나뉜 그림이다.

도 4a는 병립시스템을 나타낸 그림이다.

도 4b는 협력시스템을 나타낸 그림이다.

도 5는 제1 무선통신시스템의 기지국과 제2 무선통신시스템의 기지국에 병립 및 협력시스템이 적용된 그림이다.

도 6은 제1 무선통신시스템의 프레임 컨트롤 구조이다.

도 7은 기존의 전력절약방식이 단말에서 이루어지는 과정을 도시한 것이다.

도 8은 기존의 전력절약방식이 AP에서 이루어지는 과정을 도시한 것이다.

도 9는 제안하는 PS-Request 프레임을 나타내는 그림이다.

도 10은 제1 무선통신시스템의 AP와 제2 무선통신시스템의 BS에 병립 및 협력시스템을 적용하여 새로운 기지국인 BSAP를 나타내는 그림이다.

도 11은 제1 무선통신시스템의 단말과 제2 무선통신시스템이 공존하는 환경 에서 BSAP이 각 무선통신시스템의 단말을 관리하는 그림이다.

도 12는 제2 무선통신시스템의 프레임 구조를 나타낸 그림이다.

도 13은 제2 무선통신시스템의 존을 나타낸 그림이다.

도 14a는 제2 무선통신시스템의 프레임구간 내에 제1 무선통신시스템의 전송구간의 할당 예이다.

도 14b는 제2 무선통신시스템의 프레임구간 내에 제1 무선통신시스템의 전송구간의 할당 예이다.

도 14c는 제2 무선통신시스템의 프레임구간 내에 제1 무선통신시스템의 전송구간의 할당 예이다.

도 14d는 제2 무선통신시스템의 프레임구간 내에 제1 무선통신시스템의 전송구간의 할당 예이다.

Claims (8)

1. 운용 주파수 대역을 공유하는 제1 무선통신시스템과 제2 무선통신시스템의 기지국 장치가 하나의 장치내에 공존하며 통신하는 환경에서,

   제1 무선통신시스템의 기지국이 관장하는 권역내에 존재하는 제1 무선통신시스템의 단말들의 송신을 제1 무선통신시스템의 기지국이 송신하는 명령에 의해 제1 무선통신시스템과 제2 무선통신시스템이 시분할 운영을 가능하게 하여 제1 무선통신시스템과 제2 무선통신시스템간의 간섭을 감소시키는 무선 통신 방법
2. 제 1항에 있어서,

   상기의 제1 무선통신시스템은 근거리 무선통신시스템인 Wi-Fi 시스템임을 특징으로 하는 운영 주파수 대역을 공유하는 무선 통신 방법
3. 제 1항과 제 2항에 있어서,

   상기의 제1 무선통신시스템의 기지국이 송신하는 명령은 Wi-Fi 시스템의 기지국(AP)가 송신하는 프레임내의 전력절약방식 (PwrMgt) 지시자 비트임을 특징으로 하는 운영 주파수 대역을 공유하는 무선 통신 방법
4. 제 1항과 제 3항에 있어서,

   상기의 제1 무선통신시스템의 기지국이 송신하는 명령에 의하여 상기 기지국이 관장하는 권역내의 모든 제1 무선통신시스템의 단말이 송신하지 않음을 특징으로 하는 무선통신시스템의 단말 장치
5. 운용 주파수 대역을 공유하는 제1 무선통신시스템과 제2 무선통신시스템의 기지국 장치가 하나의 장치내에 공존하며 통신하는 환경에서,

   제2 무선통신시스템은 제1 무선통신시스템의 신호 전송 영역 (zone)을 확보함으로써 제1 무선통신시스템과 제2 무선통신시스템이 시분할 운영을 가능하게 하여 제1 무선통신시스템과 제2 무선통신시스템간의 간섭을 감소시키는 무선 통신 방법
6. 제 5항에 있어서,

   상기의 제2 무선통신시스템은 WiMAX 시스템임을 특징으로 하는 운영 주파수 대역을 공유하는 무선 통신 방법
7. 제 5항에 있어서,

   상기의 제1 무선통신시스템의 신호 전송 영역(zone) 동안은 제2 무선통신시스템의 송신이 차단됨을 특징으로 하는 운영 주파수 대역을 공유하는 무선 통신 방법
8. 제 5항에 있어서,

   상기의 제1 무선통신시스템의 신호 전송 영역(zone)은 상기의 제2 무선통신시스템의 하향 링크 송신구간과 상향 링크 송신구간이 전환되는 구간에 위치시킴을 특징으로 하는 운영 주파수 대역을 공유하는 무선 통신 방법

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