KR20120072148A - 간섭 회피 기능을 사용하는 무선 통신 시스템의 간섭 분석을 위한 데이터 처리량 도출 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 무선통신 시스템의 희생 수신기가 간섭 송신기로부터 수신한 간섭 수신신호세기에 따라 데이터 처리량의 변화를 도출하기 위한 방법에 관한 것으로, 무선통신 시스템에서의 데이터 처리량 도출 방법에 있어서, (a) 입력 파라미터를 설정하여 희생링크 및 간섭링크를 발생하는 단계; (b) 특정 채널에 대한 원하는 수신신호세기(dRSS) 및 간섭 수신신호세기(iRSS)를 각각 계산하는 단계; (c) 상기 계산된 간섭 수신신호세기(iRSS)와 신호 송수신 허용 레벨을 의미하는 임계값과의 비교를 통해 간섭 회피를 위한 채널을 할당하는 단계; (d) 상기 할당된 채널에 대한 원하는 수신신호세기 및 간섭 수신신호세기를 이용해 신호대간섭비를 계산하는 단계; 및 (e) 상기 계산된 신호대간섭비를 이용해 패킷 에러율을 계산하고, 상기 계산된 패킷 에러율을 이용해 데이터 처리량을 계산하는 단계를 포함한다.
Description
본 발명은 간섭 회피 기능을 사용하는 무선통신 시스템의 간섭 분석을 위한 데이터 처리량 도출 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 무선통신 시스템의 희생 수신기가 간섭 송신기로부터 수신한 간섭 수신신호세기에 따라 간섭 회피 메커니즘을 사용하여 데이터 처리량의 변화를 도출하기 위한 무선통신 시스템의 데이터 처리량 도출 방법에 관한 것이다.
몬테-카를로 방식은 간섭 환경과 관련된 여러 파라미터 값들을 지정하고 통계적으로 간섭 확률을 계산하는 방식으로, 복잡도가 다소 크고 입력 파라미터에 따라 간섭 확률에 차이를 보이기는 하지만, 모든 간섭 환경을 시뮬레이션할 수 있다.
또한 몬테-카를로 방식을 이용한 간섭 분석을 통하여 주파수의 공유 가능성을 판단하고 주파수 공유를 위한 송신 마스크와 같은 기술적 파라미터를 제시할 수 있다. 이러한 특징들 때문에 기존의 무선 통신 시스템간 간섭 분석은 주로 몬테-카를로(Monte-Carlo) 방식을 이용하여 간섭 확률을 유도하였다.
도 1은 종래 기술에 따른 안테나 시스템 간 간섭이 발생하는 예를 설명하기 위한 도면이다.
도 1을 참조하면, 간섭 분석의 대상이 되는 안테나 시스템을 '희생 안테나 시스템'이라 하고, 희생 안테나 시스템에 간섭을 일으키는 안테나 시스템을 '간섭 안테나 시스템'으로 가정한다. 이때, 희생 안테나 시스템은 원하는 송신기(10)와 희생 수신기(20)를 포함하며, 간섭 안테나 시스템은 간섭 송신기(30)와 원하는 수신기(40)를 포함한다.
희생 수신기(20)가 원하는 송신기(10)로부터 수신한 신호 세기를 원하는 수신신호세기(dRSS: desired Receiving Signal Strength)라 정의하고, 희생 수신기가 간섭 송신기로부터 수신한 신호 세기를 간섭 수신신호 세기(iRSS: interfering Receiving Signal Strength)라 정의한다. 이때, 희생 수신기(20)가 간섭 송신기(30)로부터 수신한 신호는 희생 수신기(20)에 간섭 발생 원인으로 작용한다.
또한 원하는 송신기(10)와 희생 수신기(20)가 이루는 링크를 '희생 링크'라고 정의하고, 희생 수신기와 간섭 송신기가 이루는 링크를 '간섭 링크'라 정의한다.
몬테-카를로 방식을 이용하여 안테나 시스템 간의 간섭 확률을 산출 과정을 설명하면 다음과 같다.
먼저, 원하는 송신기(10), 희생 수신기(20), 간섭 송신기(30), 원하는 수신기(40) 각각에 해당하는 파라미터를 설정한다. 아울러, 원하는 송신기(10)와 희생 수신기(30) 사이의 링크 파라미터도 설정한다. 이후 희생 수신기가 원하는 송신기로부터 수신한 원하는 수신신호세기(dRSS) 및 희생 수신기가 간섭 송신기(30)로부터 수신한 간섭 수신신호세기(iRSS)를 산출한다.
따라서 간섭 확률(P)은 원하는 수신신호세기(dRSS)가 수신 감도 레벨 이상인 조건 하에서 '원하는 수신신호세기/간섭 수신신호세기'가 시스템에서 요구하는 임계치(C/I: Carrier-to-Interference ratio) 이하가 될 확률로 계산된다.
즉, 입력 파라미터 중 특정 파라미터가 고정 값을 갖지 않고 특정 분포 형태를 갖는 범위로 입력된 경우, 해당 범위 내 값을 각각 적용하여 원하는 수신 신호세기(dRSS) 및 간섭 수신신호세기를 산출한 후, '원하는 수신신호세기/간섭 수신신호세기'가 임계치(C/I)를 초과하지 못하는 횟수를 총 횟수로 나누어 간섭 확률을 산출한다.
그러나 최근 들어, 데이터 통신 중심으로 무선통신 시장이 변화하면서 기존의 몬테-카를로 방식에서 사용하는 확률적 간섭 분석 방법으로는 실제 데이터 전송시 간섭에 의한 전송량의 변화를 분석하는데 한계가 있었다. 이를 위하여 기존의 간섭 확률 대신 데이터 처리량을 분석하기 위한 새로운 방식이 제안되었다.
상기 새로운 제안 방식은 데이터 처리량 계산을 위해 기존의 간섭 확률 부분을 계산하는 부분 대신 원하는 수신신호세기(dRSS)와 간섭 수신신호세기(iRSS)를 계산한 후, 이를 이용하여 신호대잡음비(SINR:Signal-to-Interference Noise Ratio)를 산출한다. 그리고 산출된 신호대잡음비(SINR)를 이용하여 패킷 에러율(Packet Error Rate)을 계산한 후, 패킷 에러율을 이용해 데이터 처리량을 산출하는 방식이다.
하지만, 상기 데이터 처리량 계산 방식은 일반적인 데이터 전송 시스템에 적용하기 유용하나 일부 통신 시스템에 존재하는 고유 간섭 회피 알고리즘에 대한 고려를 하지 않아 간섭 회피 알고리즘에 따른 데이터 변화에 대한 데이터 처리량 계산 방법이 요구된다.
따라서 본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하고 상기와 같은 요구에 부응하기 위하여 제안된 것으로, 간섭 송신기로부터 수신받은 총 간섭 수신신호세기(iRSS)와 임의의 임계값을 비교하여 희생 시스템의 송신 채널을 결정하고, 상기 결정된 송신 채널에 따른 데이터 처리량을 산출하는, 간섭 회피 기능을 사용하는 무선 통신 시스템의 간섭 분석을 위한 데이터 처리량 도출 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있으며, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 알게 될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허 청구 범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 무선통신 시스템에서의 데이터 처리량 도출 방법에 있어서, (a) 입력 파라미터를 설정하여 희생링크 및 간섭링크를 발생하는 단계; (b) 특정 채널에 대한 원하는 수신신호세기(dRSS) 및 간섭 수신신호세기(iRSS)를 각각 계산하는 단계; (c) 상기 계산된 간섭 수신신호세기(iRSS)와 신호 송수신 허용 레벨을 의미하는 임계값과의 비교를 통해 간섭 회피를 위한 채널을 할당하는 단계; (d) 상기 할당된 채널에 대한 원하는 수신신호세기 및 간섭 수신신호세기를 이용해 신호대간섭비를 계산하는 단계; 및 (e) 상기 계산된 신호대간섭비를 이용해 패킷 에러율을 계산하고, 상기 계산된 패킷 에러율을 이용해 데이터 처리량을 계산하는 단계를 포함한다.
바람직하게는 상기 (c) 단계는, 현재 할당된 채널에 대한 간섭 수신신호세기가 임계값을 초과하는 경우 상기 입력 파라미터에 설정한 채널 내에서 가용 가능한 채널들 중 임의의 채널을 할당한다.
바람직하게는 상기 (c) 단계에서, 현재 할당된 채널에 대한 간섭 수신신호세기가 임계값보다 작거나 상기 입력 파라미터에 설정한 채널 내에서 가용 가능한 채널이 없는 경우 상기 현재 할당된 채널에 대한 원하는 수신신호세기 및 간섭 수신신호세기를 이용해 신호대간섭비를 계산하는 단계를 더 포함한다.
상기와 같은 본 발명은 간섭 회치 기능을 사용하는 희생 시스템이 주위 간섭 시스템에 의해 변하는 데이터 처리량을 산출할 수 있다.
도 1은 종래 기술에 따른 안테나 시스템 간 간섭이 발생되는 예를 설명하기 위한 도면,
도 2는 본 발명에 따른 간섭 회피 기능을 적용한 데이터 처리량 도출 방법을 설명하기 위한 흐름도,
도 3은 본 발명에 따른 패킷 에러율과 신호대간섭비의 상관 관계를 나타낸 그래프이다.
도 2는 본 발명에 따른 간섭 회피 기능을 적용한 데이터 처리량 도출 방법을 설명하기 위한 흐름도,
도 3은 본 발명에 따른 패킷 에러율과 신호대간섭비의 상관 관계를 나타낸 그래프이다.
상술한 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 후술되어 있는 상세한 설명을 통하여 보다 명확해 질 것이며, 그에 따라 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에 그 상세한 설명을 생략하기로 한다. 이하, 첨부된 도면들을 함께 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 2는 본 발명에 따른 간섭 회피 기능을 적용한 데이터 처리량 도출 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 데이터 처리량 도출 방법은, 먼저 원하는 송신기, 희생 수신기, 간섭 송신기 및 원하는 수신기 각각에 입력 파라미터를 설정한다(S201). 이때, 본 발명은 상기 입력 파라미터를 선정된 확률적 범위 내에서 설정하여 원하는 송신기, 희생 수신기, 간섭 송신기, 원하는 수신기 각각에 적용할 수 있다.
데이터 처리량을 도출하기 위해, 원하는 송신기와 희생 수신기의 입력 파라미터를 이용하여 '희생 링크'를 생성하고(S203), 상기 간섭 송신기(30)와 원하는 수신기(40)의 입력 파라미터를 이용하여 '간섭 링크'를 발생할 수 있다(S205).
상기 발생시킨 희생 링크와 간섭링크를 이용하여 상기 원하는 송신기로부터 희생 수신기로 수신되는 원하는 수신신호세기(dRSS)(dRSS: desired Received Signal Strength)를 계산한다(S207).
일 실시 예로, 원하는 송신기로부터 희생 수신기로 수신되는 원하는 수신신호세기(dRSS)는 다음의 [수학식 1]과 같이 계산될 수 있다.
수학식 1에서 는 상기 원하는 송신기의 공급전력을 나타내고, 는 상기 원하는 송신기에서 희생 수신기로의 안테나 이득을 나타낸다. 또한 는 상기 원하는 송신기와 희생 수신기 간의 경로 손실을 나타내고, 는 상기 희생 수신기에서 원하는 송신기로의 안테나 이득을 나타낸다.
다음 상기 설정된 입력 파라미터에 따라, 간섭 송신기로부터 희생 수신기로 수신되는 간섭 수신신호세기(iRSS)를 계산한다(S209).
일반적으로 간섭 메커니즘에는 블로킹(blocking), 불요방사(unwanted emissions), 상호변조(intermodulation)로 나눌 수 있다. 각각의 간섭 매커니즘은 하기의 수학식 2 내지 수학식 4를 통해 최종적으로 간섭 수신신호세기(iRSS)를 도출할 수 있다.
간섭 수신신호세기(iRSS)를 계산하기 위한 하나의 실시 예로, 블로킹 간섭 메커니즘에 따라 수학식 2를 이용하여 간섭 수신신호세기(iRSS)를 계산할 수 있다.
수학식 2에서, 은 간섭 송신기로부터 수신되는 블로킹 간섭 수신신호세기를 의미하고, 는 상기 간섭 송신기의 공급전력을 의미하며, 는 간섭 송신기의 전력제어이득을 의미하고, 는 간섭 송신기에서 희생 수신기로의 안테나 이득을 의미하며, 는 간섭 송신기와 희생 수신기간의 경로 손실을 의미하고, 는 희생 수신기의 블로킹 감쇄를 의미하며, 는 희생 수신기에서 간섭 송신기로의 안테나 이득을 의미한다.
간섭 수신신호세기(iRSS)를 계산하기 위한 다른 실시 예로, 불요방사 간섭 메커니즘에 따라 하기 수학식 3과 같이 간섭 수신신호세기(iRSS)를 계산할 수 있다.
수학식 3에서 iRSSunwanted는 간섭 송신기의 불요방사로부터 희생 수신기로 수신되는 간섭 수신신호세기(iRSS)를 의미하고, emissionIT(fit-fvr)는 희생 수신기의 수신 대역폭으로 수신되는 간섭 수신신호세기(iRSS)를 의미한다.
간섭 수신신호세기(iRSS)를 계산하기 위한 또 다른 실시 예로, 상호변조(Intermodulation) 간섭 메커니즘에 따라 하기 수학식 4와 같이 간섭 수신신호세기(iRSS)를 계산할 수 있다.
수학식 4에서, 는 i번째 간섭 송신기와 j번째 간섭 송신기로부터 수신되는 상호변조 간섭 수신신호세기를 의미하고, 는 3차 상호변조 감쇄를 의미하며, 는 희생 수신기의 민감도를 의미한다.
특정 무선 통신 시스템의 경우 각 시스템에 고유의 간섭 회피 기능이 존재하며, 종래의 데이터 처리량 분석 방법에서는 간섭 회피 기능이 고려되지 않고 있다. 따라서 간섭 회피 기능을 추가함으로써 좀 더 실질적인 데이터 처리량 산출이 가능하다. 이를 위한 본 발명의 실시 예를 설명한다.
도 2를 참조하며, 희생 링크 및 간섭 링크 발생 시 입력 파라미터에 설정한 확률적 조건에 맞추어 해당 주파수 대역 내 채널을 설정하게 된다. 발생시킨 희생링크 및 간섭 링크를 이용하여 계산한 간섭 수신신호세기(iRSS)를 희생 시스템을 위해 설정한 임계값(threshold)과 비교한다(S211).
비교 결과(S211), 간섭 수신신호세기(iRSS)가 임계값보다 작을 경우, 희생 시스템은 해당 채널 내의 간섭 신호가 신호 송수신 허용 레벨 내에 있다고 판단하여, 전송을 진행한다고 가정한 후, 별도의 채널 변경 없이 신호대간섭비(SINR)를 계산한다(S217).
이에 반해 비교 결과(S211), 간섭 수신신호세기(iRSS)가 임계값보다 클 경우, 희생 시스템은 해당 채널 내의 간섭 신호가 신호 송수신 허용 레벨을 초과하는 것으로 판단하고, 다른 채널을 스캔하게 된다. 이를 위해 희생 시스템 파라미터에 설정한 채널 내에서 현재 채널을 제외한 다른 사용 가능한 채널이 존재하는지 확인한다(S213).
확인 결과(S213), 사용 가능한 채널이 존재할 경우, 가용 채널 범위 내에서 랜덤하게 채널을 할당한 후(S215), S207단계의 원하는 수신신호세기(dRSS)를 계산하는 단계 이하를 반복 수행한다. 이에 따라 간섭 신호가 희생 시스템의 신호 송수신 허용 레벨 내에 있는 채널을 찾도록 한다.
하지만 확인 결과(S213), 사용 가능한 채널이 존재하지 않을 경우, 채널 할당을 중단하고, 신호대간섭비(SINR)를 계산하는 단계를 수행한다(S217).
이와 같이 간섭 회피 동작에 의해 설정된 채널에 대한 원하는 수신신호세기(dRSS)와 간섭 수신신호세기(iRSS)가 계산된 후, 원하는 수신신호세기(dRSS)와 간섭 수신신호세기(iRSS)의 신호대간섭비(SINR: Signal-to-interference ratio)를 계산한다(S217).
신호대간섭비(SINR)는 다음 [수학식 5]와 같이 원하는 수신신호세기(dRSS)를 간섭 수신신호세기(iRSS)와 잡음 레벨(NoiseLevel)을 합한 값으로 나누어 산출할 수 있다.
이와 같이 원하는 수신신호세기(dRSS)와 간섭 수신신호세기(iRSS)의 신호대간섭비(SINR)를 계산한 후, 계산된 신호대간섭비(SINR)을 이용하여 패킷 에러율을 계산할 수 있다(S219).
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 패킷 에러율과 신호대간섭비의 상관 관계를 나타낸 그래프이다.
도 3을 참조하면, 특정 신호대간섭비(SINR)일 때, 해당 시스템 및 데이터 유형에 따라 패킷 에러율(Packet Error Rate)을 계산할 수 있다. 일반적으로 시스템, 환경, 데이터의 길이에 따라 신호대간섭비에 따른 패킷 에러율이 달라질 수 있다.
그리고, 상기 계산된 패킷 에러율에 따라 데이터 처리량을 계산한다(S221). 본 발명에 따르면, 상기 신호대간섭비에 따라 패킷 에러율이 달라지는 특성을 이용하여 데이터 처리량(Throughput)을 계산할 수 있다.
패킷 에러율을 이용하여 데이터 처리량(Throughput)을 도출하는 하나의 실시예로, 데이터 처리량은 하기 수학식 6과 같이 계산될 수 있다.
데이터 처리량은 패킷 에러율과 밀접한 관계가 있으며, 패킷 에러는 데이터 패킷을 보내는 과정에 이에 대한 응답인 Ack 패킷을 보내는 과정에서 일어날 수 있다. 또한 패킷 에러는 희생 시스템과 간섭 시스템의 전송 시간이 충돌하는 경우 발생되므로 이를 고려하여 전체 에러율을 계산할 수 있다. 데이터 처리율은 전체 데이터 전송량과 패킷 에러율에 의해 결정되므로 결과적으로 하기 수학식 6과 같이 데이터 처리량을 계산할 수 있다.
수학식 6에서 R은 희생 시스템의 최대 데이터율을 의미하고, Ptimecol는 상기 희생 시스템과 간섭 시스템의 시간상 충돌 확률을 의미하며, PERDATA는 데이터 패킷의 패킷 에러율을 의미하고, PERACK는 Ack 패킷의 패킷 에러율을 의미한다.
패킷 에러율을 이용하여 데이터 처리량(Throughput)을 도출하는 다른 실시예로, 별도의 Ack 패킷 에러율을 구하지 않을 경우 하기 수학식 7과 같이 간단하게 데이터 처리량을 계산할 수 있다.
수학식 7에서 R은 희생 시스템의 최대 데이터율을 의미하고, Ptimecol는 상기 희생 시스템과 간섭 시스템의 시간상 충돌 확률을 의미하며, PERDATA는 데이터 패킷의 패킷 에러율을 의미한다.
한편, 전술한 바와 같은 본 발명의 방법은 컴퓨터 프로그램으로 작성이 가능하다. 그리고 상기 프로그램을 구성하는 코드 및 코드 세그먼트는 당해 분야의 컴퓨터 프로그래머에 의하여 용이하게 추론될 수 있다. 또한, 상기 작성된 프로그램은 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체(정보저장매체)에 저장되고, 컴퓨터에 의하여 판독되고 실행됨으로써 본 발명의 방법을 구현한다. 그리고 상기 기록매체는 컴퓨터가 판독할 수 있는 모든 형태의 기록매체를 포함한다.
이상에서 설명한 본 발명은, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하므로 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니다.
Claims (6)
- 무선통신 시스템에서의 데이터 처리량 도출 방법에 있어서,
(a) 입력 파라미터를 설정하여 희생링크 및 간섭링크를 발생하는 단계;
(b) 특정 채널에 대한 원하는 수신신호세기(dRSS) 및 간섭 수신신호세기(iRSS)를 각각 계산하는 단계;
(c) 상기 계산된 간섭 수신신호세기(iRSS)와 신호 송수신 허용 레벨을 의미하는 임계값과의 비교를 통해 간섭 회피를 위한 채널을 할당하는 단계;
(d) 상기 할당된 채널에 대한 원하는 수신신호세기 및 간섭 수신신호세기를 이용해 신호대간섭비를 계산하는 단계; 및
(e) 상기 계산된 신호대간섭비를 이용해 패킷 에러율을 계산하고, 상기 계산된 패킷 에러율을 이용해 데이터 처리량을 계산하는 단계
를 포함하는 무선통신 시스템에서의 데이터 처리량 도출 방법.
- 제 1 항에 있어서,
상기 (c) 단계는,
현재 할당된 채널에 대한 간섭 수신신호세기가 임계값을 초과하는 경우 상기 입력 파라미터에 설정한 채널 내에서 가용 가능한 채널들 중 임의의 채널을 할당하는 무선통신 시스템에서의 데이터 처리량 도출 방법. - 제 2 항에 있어서,
상기 (c) 단계에서,
현재 할당된 채널에 대한 간섭 수신신호세기가 임계값보다 작거나 상기 입력 파라미터에 설정한 채널 내에서 가용 가능한 채널이 없는 경우 상기 현재 할당된 채널에 대한 원하는 수신신호세기 및 간섭 수신신호세기를 이용해 신호대간섭비를 계산하는 단계를 더 포함하는 무선통신 시스템에서의 데이터 처리량 도출 방법.
- 제 2 항에 있어서,
상기 신호대간섭비는,
상기 원하는 수신신호세기를 상기 간섭 수신신호세기와 잡음 레벨을 합한 값으로 나누어 계산되는 무선통신 시스템에서의 데이터 처리량 도출 방법.
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