KR20140084839A - 단말간 직접 통신 시스템에서의 타이밍 동기화 장치, 방법 및 시스템 - Google Patents

단말간 직접 통신 시스템에서의 타이밍 동기화 장치, 방법 및 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 단말간 직접 통신 시스템에서의 타이밍 동기화 방법, 장치 및 시스템을 개시하고 있다. 타이밍 동기화 방법은 상기 시스템의 타이밍 동기를 제어하는 마스터 노드가 상기 시스템 상의 모든 하위 노드로부터 단말간 동기 신호 교환을 통해 인접 단말과의 관계가 반영된 동기 신호 수신 시각 정보를 획득하는 단계 및 상기 마스터 노드가 각 하위 노드의 동기 신호 수신 시각 정보를 기반으로 링크 간 지연 확산을 고려하여 각 하위 노드의 전송 시각의 조정과 관련된 전송 시각 조정 정보를 각 하위 노드로 전송하는 단계를 포함한다. 따라서, 기지국 또는 하나의 마스터 단말의 제어 아래 수행되는 동기화 과정을 고려하므로, 마스터 노드 기반의 타이밍 동기 방법을 통해 각 단말들은 시간 지연으로 인해 추가적으로 요구되는 보호구간 할?량을 감소시킴으로써 단말간 직접통신을 위한 자원을 효율적으로 사용할 수 있다.

Description

단말간 직접 통신 시스템에서의 타이밍 동기화 장치, 방법 및 시스템{TIMING SYNCHRONIZATION APPARATUS, METHOD AND SYSTEM IN DEVICE TO DEVICE SYSTEM}
본 발명은 동기화 장치, 방법 및 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 단말 간 직접 통신 시스템에서의 타이밍 동기화 장치, 방법 및 시스템에 관한 것이다.
단말간 직접통신 환경에서 휴대 단말 등 각 노드는 스스로 물리적으로 인접한 다른 단말을 찾고, 통신 세션을 설정한 뒤 트래픽을 전송한다. 이처럼 단말간 직접통신은 기지국으로 집중되는 트래픽을 분산시켜 트래픽 과부하 문제를 해결할 수 있기 때문에 4G 이후의 차세대 이동통신 기술의 요소 기술로써 각광을 받고 있다. 이러한 이유로 3GPP(3rd Generation Partnership Project)나 IEEE(Institute of Electrical and Electronics Engineers) 등의 표준 단체는 LTE-advanced나 Wi-Fi에 기반하여 단말간 직접통신의 표준 제정을 추진하고 있으며, 퀄컴(Qualcomm) 등에서도 독자적인 단말간 직접통신 기술을 개발하고 있다.
분산형 통신 네트워크는 각 단말의 기준 시각을 동기화하는 방식(대칭(synchronous) 방식)과 각 단말이 기준 시각을 동기화하지 않고 서로 독립된 시각 정보를 갖는 방식(비대칭(asynchronous) 방식)으로 구분될 수 있으나, 비대칭(asynchronous) 방식의 경우 시스템의 효율성이 저하되는 단점이 있다. 퀄컴(Qualcomm) 사의 FlashLinQ 시스템의 경우에도 비대칭(asynchronous) 방식의 효율성 문제로 인해 대칭(synchronous) 방식을 채택하고 있으며, 분산된 단말들간의 동기화 과정은 휴대폰(Cellular), DVB(Digital Video Broadcasting), GPS(Global Positioning System) 등의 기존 인프라 구조로부터의 동기 신호를 이용하는 것을 기본으로 한다(비특허문헌 1).
대칭(Synchronous) 방식을 전제로 퀄컴(Qualcomm)사의 특허(특허 관련 논문(비특허문헌 2)에서 제안하고 있는 동기화 방법 및 무선 센서/애드-혹(ad-hoc) 네트워크를 위해 제안되었던 기존의 동기화 방법들(비특허문헌 3 ~ 7)은 단말이 통신 수행 시 기준으로 고려하는 기준 시각 및 단말이 동기 신호를 전송하는 동기 신호 전송 시각의 동기화를 목표로 한다. 그러나, 모든 단말들의 기준 시각 또는 동기 신호 전송 시각이 일치하는 경우에도 단말이 갖는 지리적 분포 특성으로 인해 동기 신호 송수신 시 단말간 거리에 따른 시간 지연이 발생한다. 이로 인해 수신 단말 입장에서 각 단말이 전송한 동기 신호들은 서로 다른 시간 지연으로 인해 서로 다른 시각에 수신되는 동기 신호들의 지연 확산을 유발시킨다. 일반적으로 모든 단말은 동기 신호 수신 구간에 다중 경로 채널의 지연 확산을 고려한 보호구간을 필수적으로 갖고 있으나, 시간 지연에 따른 링크 간 지연 확산을 갖고 수신되는 동기 신호들을 고려할 경우 기본적인 보호구간 이외에 추가적인 보호구간이 요구된다. 추가적인 보호구간이 할당되지 않을 경우에는 기존 보호구간 이외의 구간에 동기 신호가 수신되어 수신 동기 신호들의 정확한 복조가 불가능하다. 따라서 LTE 시스템의 5 Mhz 대역 환경에서 최대 1 km의 통달 거리의 수용이 가능한 16.67 샘플 크기의 추가적인 보호구간 할당이 요구된다. 그러나, 이는 통신을 수행하는 단말 수신기의 통신 자원 측면에서 상당한 오버헤드를 가져온다.
종래의 무선 센서 및 애드-혹(ad-hoc) 네트워크의 타이밍 동기를 위해 다양한 방법들이 고안되었다. 송수신 시각 데이터의 교환 과정을 기반으로 하는 NTP (비특허문헌 3), Tiny-Sync and Mini-Sync(비특허문헌 4), 동기 신호의 수신 시각을 고려하는 RBS(비특허문헌 5), 계층적 구조를 기반으로 하는 TPSN(비특허문헌 6), Lightweight Time Synchronization(비특허문헌 7) 등이 대표적인 예이다. 이러한 종래의 타이밍 동기화 방법들은 각 단말들이 갖는 고유의 절대적 기준 시각을 일치시키기 위한 방법들이며, 최근 퀄컴(Qualcomm) 사에서 고안한 애드-혹(ad-hoc) 네트워크 형태 기반의 FlashLinQ의 경우에도 도 1과 같이 종래 동기화 방법들과 유사하게 대칭(synchronous) 네트워크 환경에서 각 단말들의 절대적 기준 시각 동기화를 위한 별도의 동기 과정들을 정의하고 있다.
각 단말의 절대적 기준 시각을 동기화하는 방법 중 모든 단말의 절대적 기준 시각을 정확하게 일치시키는 가장 이상적인 동기화 방법으로, 3GPP LTE 시스템에서 기지국-단말간 상향링크 동기 시 수행되는 랜덤 액세스 과정을 사용하는 동기화 방법을 고려할 수 있다(비특허문헌 8).
도 2는 LTE 시스템의 상향링크 동기를 위한 기지국-단말간 랜덤 액세스 과정을 보인다. 단말은 통신 시작 후 BCH(Broadcast Channel)를 통해 PSS(Primary Synchronization Signal) 및 SSS(Secondary Synchronization Signal)를 검출하여 하향링크 동기를 우선적으로 수행한다. 이후, 단말은 PRACH(Physical Random Access Channel)를 통해 상향링크 동기 수행을 위한 고유의 프리앰블 시퀀스 ID를 기지국에 전송하며, 기지국은 단말이 전송한 랜덤 액세스 시퀀스를 검출함으로써 각 단말에 대한 TA(Timing Adjustment) 값을 추정한다. TA는 각 단말이 상향링크 동기를 위해 조정해야 하는 시간 오프셋 정보를 포함하며, 이는 기지국-단말간 RTT (Round-Trip Time)값의 크기만큼을 의미한다. 이후, DL-SCH(Downlink Shared Channel)를 통해 기지국은 단말에게 TA 만큼의 프레임 시간 오프셋 조정을 지시한 뒤 상향링크 액세스를 보장하며, TA 조정을 수행한 단말은 UL-SCH (Uplink Shared Channel)를 통해 기지국에게 자원 할당을 요청한다.
이러한 종래 LTE 시스템의 랜덤 액세스 과정은 기지국-단말간 상향링크 동기를 위한 프리앰블 교환 및 단말의 타이밍 조정 과정을 통해 각 단말들이 전송한 동기 신호들이 기지국에 동일한 시각에 수신되도록 한다. 이때 기지국이 단말에게 RTT 값의 절반만큼을 TA 정보로 제공하여 기준 시각 조정 지시할 경우, 모든 단말의 기준 시각을 기지국의 기준 시각과 일치시키는 것이 가능하다. 이는 모든 단말의 절대적 기준 시각을 일치시키고자 하는 기존의 동기화 방법들 중 동기 성능 측면에서는 가장 이상적인 동기화 방법이라 할 수 있다.
다만, 퀄컴(Qualcomm)사의 특허 및 종래의 무선 센서/애드-혹(ad-hoc) 네트워크를 위해 제안되었던 동기화 방법들은 단말이 통신 수행 시 기준으로 고려하는 절대적 기준 시각의 동기화를 전제로 한다. 단말은 절대적 기준 시각을 기반으로 모든 통신 과정을 수행하며, 단말은 이러한 절대적 기준 시각을 기준으로 설정된 전송 시각에 자신의 동기 신호를 전송한다. 대칭(Synchronous) 네트워크 환경을 고려하는 경우, 단말들의 절대적 기준 시각을 일치시키기 위한 동기화 방법은 단말간 직접통신 네트워크 전반의 동기화 관점에서 시스템에 적합한 동기 수행 방법인 것으로 보인다. 그러나, TA 정보를 활용하는 랜덤 액세스 기반의 동기화 방법을 통해 단말간 절대 기준 시각(동기 신호 전송 시각)을 완벽하게 일치시키는 것이 가능한 경우에도 단말이 갖는 지리적 분포의 특성으로 인해 동기 신호들이 각 단말에게 서로 다른 시간 지연을 갖고 수신된다. 이로 인해 단말 입장에서는 링크 별 동기 신호들이 상이한 시각에 수신되므로, 각 단말의 수신 구간에는 도 3과 같이 동기 신호가 퍼진 상태로(spreading) 수신되는 지연 확산 현상이 나타난다.
도 3은 단말간 시간 지연으로 인해 발생하는 동기 신호 지연 확산을 나타낸 도면이다. 도 3에 도시된 바와 같이, 하위 노드(20-1, 20-2, 20-3)은 마스터 노드(10: 도면에서는 단말 M으로 표시)로 기준 시간에 맞추어 동기 신호를 전송하여도 각 하위 노드(20-1, 20-2, 20-3) 단말의 지역적 특성(마스터 노드(10)로부터의 거리, 채널 또는 경로의 특성)에 따른 지연 확산에 의해 수신 프레임의 도달 시간은 오른쪽 그래프에 도시된 바와 같이, 전혀 다를 수 있다.
따라서, 다중 경로의 영향을 받는 동기 신호들의 수신을 위해 기본적으로 할당되는 보호구간 이외에도, 네트워크 내 모든 단말에게 발생 가능한 링크간 지연 확산의 최대값을 수용하기 위한 추가적인 보호구간이 요구된다. 최대 1 km의 통신 반경을 고려하는 퀄컴(Qualcomm) 사의 FlashLinQ의 경우, 5 MHz 대역 사용 시 최대 16.67 샘플만큼의 추가적인 보호구간이 요구되며, 이는 단말간 직접통신을 수행하는 단말 수신기 측면에서 상당한 오버헤드를 가져온다.
[1] X. Wu, S. Tavildar, S. Shakkottai, T. Richardson, J. Li, R. Larola, and A. Jovicic, "FlashLinQ: A synchronous distributed scheduler for peer-to-peer ad hoc networks," in Proc. IEEE Commun., Control, and Comput., Sept. 2010, pp. 514-521. [2] J. Li, R. Larola, and X. Wu, "Synchronization of a peer-to-peer communication network," US Patent, US 7,983,702 July 19, 2011. [3] D. Mills, "Network time protocol (version 3) specification, implementation and analysis," 1992. [4] M. L. Sichitiu and C. Veerarittiphan, "Simple, accurate time synchronization for wireless sensor networks," in Proc. IEEE WCNC, vol. 2, Mar. 2003, pp. 1266-1273. [5] J. Elson, L. Girod, and D. Estrin, "Fine-grained network time synchronization using reference broadcasts," in Proc. ACM OSDI, vol. 36, no. SI, 2002, pp. 147-163. [6] J. Bae and B. Moon, "Time synchronization with fast asynchronous diffusion in wireless sensor network," in Proc. CyberC, Oct. 2009, pp. 82-85. [7] J. V. Greunen and J. Rabaey, "Lightweight time synchronization for sensor networks," in Proc. ACM WSNA, 2003, pp. 11-19. [8] J. R. Gallego, A. H.-Solana, I. Guio, A. Valdovinos, "Comparative analysis of non-synchronized initial random access for mobile broadband systems," in Proc. IEEE VTC, Apr. 2009, pp. 1-5.
상술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 무선통신 기기로 구성되는 단말간 직접통신 네트워크에서 단말간 직접통신을 위한 절대 기준 시각 동기화가 아닌 각 단말에 수신되는 동기 신호의 링크간 지연 확산을 최소화하는 타이밍 동기화 장치, 방법 및 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 각 단말은 단말간 직접통신의 타이밍 동기화를 위해 추가적으로 요구되는 보호구간 길이를 최소화하고자 하며, 이를 통해 상당한 길이의 보호구간을 요구하였던 기존 단말간 직접통신의 타이밍 동기화 방법들의 문제점을 개선할 수 하는 타이밍 동기화 장치, 방법 및 시스템을 제공하는 것이다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 단말간 직접 통신 시스템에서의 타이밍 동기화 방법은 상기 시스템의 타이밍 동기를 제어하는 마스터 노드가 상기 시스템 상의 모든 하위 노드로부터 단말간 동기 신호 교환을 통해 인접 단말과의 관계가 반영된 동기 신호 수신 시각 정보를 획득하는 단계 및 상기 마스터 노드가 각 하위 노드의 동기 신호 수신 시각 정보를 기반으로 링크 간 지연 확산을 고려하여 각 하위 노드의 전송 시각의 조정과 관련된 전송 시각 조정 정보를 각 하위 노드로 전송하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 타이밍 동기화 방법은 각 하위 노드가 상기 전송 시각 조정 정보를 반영하여 수정된 동기 신호를 전송하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 수신 시각 정보 획득 단계는 상기 마스터 노드가 모든 하위 노드로 전송하는 초기 동기 신호 교환을 통해 마스터 노드 및 하위 노드간 타이밍 동기 관련 정보를 교환하는 단계 및 상기 마스터 노드 및 하위 노드간 타이밍 동기 관련 정보 교환을 기반으로 하위 노드간 동기 신호 교환을 통해 모든 하위 노드가 상기 동기 신호 수신 시각 정보를 상기 마스터 노드로 전송하는 단계를 포함하되, 상기 동기 신호 수신 시각 정보는 단말간 직접 통신 수행시 기준으로 삼는 절대적인 시각인 기준 시각 정보를 기반으로 할 수 있다.
상기 전송 시각 조정 정보 전송 단계는 상기 마스터 노드가 각 하위 노드의 수신 시각 정보를 기반으로 링크 간 지연 확산의 최대값이 최소화되도록 각 하위 노드의 상기 전송 시각 조정 정보를 생성하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 링크간 지연 확산 최대값은 각 하위 노드간 동기 신호 수신 시각 차이의 최대값에서 각 하위 노드간 동기 신호 수신 시각 차이의 최소값을 뺀 값일 수 있다.
상기 전송 시각 조정 정보 전송 단계는 상기 시스템에 존재하는 모든 하위 노드들에 대해 동기 신호 수신 시각, 전송 시각 조정량 및 링크간 지연 확산량 중 적어도 어느 하나를 포함하는 하위 노드 리스트를 생성하는 리스트 생성 단계 및 상기 하위 노드 리스트를 기반으로 각 하위 노드에 대해 순차적으로 전송 시각 조정을 시도하여 상기 전송 시각 조정 정보를 생성하는 정보 생성 단계를 포함할 수 있다.
상기 정보 생성 단계는 상기 하위 노드 리스트를 기반으로 전송 시각 조정 시도 후, 링크간 지연 확산 최대값의 변화를 측정하여 상기 하위 노드 리스트를 업데이트하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 하위 노드 리스트의 업데이트는 전송 시각 조정 유무와 상관없이 수행되되, 전체 하위 노드들 1 주기에 대해 전송 시각 조정 시도 결과, 링크 간 지연 확산 최대값의 변화가 없는 경우, 상기 하위 노드 리스트의 업데이트를 중단하고, 최종 전송 시각 조정 정보를 생성할 수 있다.
단말 간 직접 통신을 위한 프레임은 타이밍 동기를 위한 슬롯, 컨트롤 및 데이터 송수신을 위한 슬롯을 포함하되, 타이밍 동기 과정은 하나의 프레임 내에 존재하는 상기 타이밍 동기를 위한 슬롯을 기준으로 수행될 수 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 단말간 직접 통신 네트워크에서 타이밍 동기를 위한 시스템은 상기 시스템의 타이밍 동기를 제어하는 마스터 노드를 기반으로 상기 시스템 상의 모든 하위 노드들에서 발생되는 동기 신호의 링크간 지연 확산을 감소시키도록 각 하위 노드들의 전송 시각 조정을 제어할 수 있다.
상기 시스템 상의 모든 하위 노드로부터 단말간 동기 신호 교환을 통해 인접 단말과의 관계가 반영된 동기 신호 수신 시각 정보를 획득하여 상기 획득된 각 하위 노드의 수신 시각 정보를 기반으로 링크 간 지연 확산을 고려하여 각 하위 노드의 전송 시각의 조정과 관련된 전송 시각 조정 정보를 각 하위 노드로 전송하는 마스터 노드 및 상기 동기 신호 수신 시각 정보를 마스터 노드로 전송하고 상기 전송 시각 조정 정보를 수신하여 수신된 전송 시각 조정 정보를 반영하여 조정된 동기 신호를 전송하는 하위 노드를 포함할 수 있다.
상기 마스터 노드는 모든 하위 노드로 전송하는 초기 동기 신호 교환을 통해 마스터 노드 및 하위 노드간 타이밍 동기 관련 정보를 교환하고, 상기 하위 노드는 상기 마스터 노드 및 하위 노드간 타이밍 동기 관련 정보 교환을 기반으로 하위 노드간 동기 신호 교환을 통해 상기 동기 신호 수신 시각 정보를 상기 마스터 노드로 전송하되, 상기 동기 신호 수신 시각 정보는 단말간 직접 통신 수행시 기준으로 삼는 절대적인 시각인 기준 시각 정보를 기반으로 할 수 있다.
상기 마스터 노드는 각 하위 노드의 수신 시각 정보를 기반으로 링크 간 지연 확산의 최대값이 최소화되도록 각 하위 노드의 상기 전송 시각 조정 정보를 생성할 수 있다.
상기 마스터 노드는 상기 시스템에 존재하는 모든 하위 노드들에 대해 동기 신호 수신 시각, 전송 시각 조정량 및 링크간 지연 확산량 중 적어도 어느 하나를 포함하는 하위 노드 리스트를 생성하고, 상기 하위 노드 리스트를 기반으로 각 하위 노드에 대해 순차적으로 전송 시각 조정을 시도하여 상기 전송 시각 조정 정보를 생성할 수 있다.
상기 마스터 노드는 상기 하위 노드 리스트를 기반으로 전송 시각 조정 시도 후, 링크간 지연 확산 최대값의 변화를 측정하여 상기 하위 노드 리스트를 업데이트할 수 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 단말간 직접 통신 시스템에서의 타이밍 동기화 장치가 동기화를 수행하는 방법은 상기 시스템 상의 모든 하위 노드로부터 단말간 동기 신호 교환을 통해 인접 단말과의 관계가 반영된 동기 신호 수신 시각 정보를 획득하는 단계 및 각 하위 노드의 동기 신호 수신 시각 정보를 기반으로 링크 간 지연 확산을 고려하여 각 하위 노드의 전송 시각의 조정과 관련된 전송 시각 조정 정보를 각 하위 노드로 전송하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 동기 신호 수신 시각 정보 획득 단계는 모든 하위 노드로 전송하는 초기 동기 신호를 교환하여 하위 노드와의 타이밍 동기 관련 정보를 교환하는 단계; 상기 하위 노드와의 타이밍 동기 관련 정보 교환을 기반으로 하위 노드간 동기 신호 교환을 통해 획득한 상기 동기 신호 수신 시각 정보를 수신하는 단계를 포함하되, 상기 동기 신호 수신 시각 정보는 단말간 직접 통신 수행시 기준으로 삼는 절대적인 시각인 기준 시각 정보를 기반으로 할 수 있다.
상기 전송 시각 조정 정보 전송 단계는 각 하위 노드의 수신 시각 정보를 기반으로 링크 간 지연 확산의 최대값이 최소화되도록 각 하위 노드의 상기 전송 시각 조정 정보를 생성하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 전송 시각 조정 정보 전송 단계는 상기 시스템에 존재하는 모든 하위 노드들에 대해 동기 신호 수신 시각, 전송 시각 조정량 및 링크간 지연 확산량 중 적어도 어느 하나를 포함하는 하위 노드 리스트를 생성하는 단계 및 상기 하위 노드 리스트를 기반으로 각 하위 노드에 대해 순차적으로 전송 시각 조정을 시도하여 상기 전송 시각 조정 정보를 생성하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 하위 노드 리스트를 기반으로 전송 시각 조정 시도 후, 링크간 지연 확산 최대값의 변화를 측정하여 상기 하위 노드 리스트를 업데이트할 수 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 단말간 직접 통신 시스템에서의 타이밍 동기화를 위한 장치는 상기 시스템 상의 모든 하위 노드로부터 단말간 동기 신호 교환을 통해 인접 단말과의 관계가 반영된 동기 신호 수신 시각 정보를 획득하는 수신 시각 정보 획득부 및 각 하위 노드의 동기 신호 수신 시각 정보를 기반으로 링크 간 지연 확산을 고려하여 각 하위 노드의 전송 시각의 조정과 관련된 전송 시각 조정 정보를 각 하위 노드로 전송하는 전송 시각 조정 정보 전송부를 포함할 수 있다.
본 발명의 타이밍 동기 장치, 방법 및 시스템에 따르면, 기지국 또는 하나의 마스터 단말의 제어 아래 수행되는 동기화 과정을 고려하므로, 마스터 노드 기반의 타이밍 동기 방법을 통해 각 단말들은 시간 지연으로 인해 추가적으로 요구되는 보호구간 할?량을 감소시킴으로써 단말간 직접통신을 위한 자원을 효율적으로 사용할 수 있는 효과가 있다.
또한, 통신 범위 내의 모든 하위 노드들을 통합 관리하는 마스터 노드에 의한 간단한 타이밍 동기 정보 교환 과정을 통해 모든 단말들의 동기화 수행을 가능케 하는 효과가 있다.
도 1은 종래 선행 연구로, 퀄컴(Qualcomm)에서 고안한 FlashLinQ의 동기화 과정을 나타낸 흐름도,
도 2는 LTE 시스템의 랜덤 액세스 과정을 나타낸 흐름도,
도 3은 단말간 시간 지연으로 인해 발생하는 동기 신호 지연 확산을 나타낸 도면,
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 단말간 직접통신 네트워크에서의 타이밍 동기화 시스템의 프레임 구조를 나타낸 도면,
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 단말간 직접통신 네트워크에서의 타이밍 동기화 시스템의 개념도,
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 단말간 직접통신 네트워크에서의 타이밍 동기화 시스템에서 하위 노드의 타이밍 정보를 나타낸 도면,
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 단말간 직접통신 네트워크에서의 타이밍 동기화 시스템에서 마스터 노드-하위 노드 간 타이밍 정보 교환 절차를 나타낸 도면,
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 단말간 직접통신 네트워크에서의 타이밍 동기화 시스템에 있어서, 링크간 지연 확산 측정을 통한 전송 시각 조정 여부 판단 과정을 나타낸 도면,
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 단말간 직접통신 네트워크에서의 타이밍 동기화 시스템에 있어서, 링크간 지연 확산 측정을 통한 전송 시각 조정 여부 판단 과정의 예시적인 도면,
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 단말간 직접통신 네트워크에서의 타이밍 동기화 시스템에 있어서, 최종 전송 시각 조정 정보 결정 과정을 나타낸 도면,
도 11은 및 도 12은 본 발명의 일 실시예에 따른 단말간 직접통신 네트워크에서의 타이밍 동기화 시스템의 성능 검증을 위한 시뮬레이션을 통해 하위 노드 수에 따른 추가 보호구간 크기를 나타낸 그래프,
도 13 및 도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 단말간 직접통신 네트워크에서의 타이밍 동기화 시스템의 성능 검증을 위한 시뮬레이션을 통해 하위 노드 수에 따른 추가 보호구간 저감율을 나타낸 그래프,
도 15는 본 발명의 일 실시예에 따른 단말간 직접통신 네트워크에서의 타이밍 동기화 시스템의 마스터 노드의 동작을 개략적으로 나타낸 흐름도,
도 16은 본 발명의 일 실시예에 따른 단말간 직접통신 네트워크에서의 타이밍 동기화 시스템의 마스터 노드의 전송 시각 조정 정보 전송 단계를 구체적으로 나타낸 상세흐름도,
도 17은 본 발명의 일 실시예에 따른 단말간 직접통신 네트워크에서의 타이밍 동기화 시스템의 하위 노드 동작을 개략적으로 나타낸 흐름도이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세하게 설명하고자 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.
제 1, 제 2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제 1 구성요소는 제 2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제 2 구성요소도 제 1 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 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.
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.
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 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가진 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다. 본 발명을 설명함에 있어 전체적인 이해를 용이하게 하기 위하여 도면상의 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 사용하고 동일한 구성요소에 대해서 중복된 설명은 생략한다.
단말 간 직접 통신 네트워크에서의 타이밍 동기화 시스템
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 단말간 직접통신 네트워크에서의 타이밍 동기화 시스템의 프레임 구조를 나타낸 도면이다. 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 타이밍 동기화 시스템의 하나의 프레임은 타이밍 동기 신호와 관련된 동기 슬롯, 제어 신호 관련된 피어 탐색 슬롯, 페이징 슬롯 및 데이터 송수신과 관련된 트래픽 슬롯을 포함할 수 있다.
도 4를 참조하면, 각 프레임은 동일 위치에 타이밍 동기를 위한 슬롯을 포함하고 있으며, 타이밍 동기 슬롯 이외에 제어(control) 및 데이터 송수신을 위한 슬롯(피어 탐색 슬롯, 페이징 슬롯, 트래픽 슬롯)을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 동기화 과정은 하나의 프레임 내에 존재하는 타이밍 동기 슬롯을 기준으로 수행되는 과정이다. 각 단말의 동기 과정은 동기 슬롯의 시작 지점을 나타내는 기준 시각(REFX)을 토대로 프레임 단위의 동작을 수행하며, 타이밍 동기 슬롯의 특정 위치(TX)에서 신호를 전송하거나 하나의 타이밍 동기 슬롯 구간 내에서 타 단말로부터 송신된 동기 신호를 수신할 수 있다. 타이밍 동기 신호를 송신하는 전송 구간 수행 시에는 단말의 타이밍 동기 신호를 인접 단말들에게 송신하고, 다른 단말들로의 타이밍 동기 신호는 수신하지 않는다. 한편, 타이밍 동기 신호를 수신하는 관찰 구간 수행 시에는 단말의 타이밍 동기 신호는 전송하지 않으며, 인접 단말의 타이밍 동기 신호를 수신하는 역할만을 수행한다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 단말간 직접통신 네트워크에서의 타이밍 동기화 시스템의 개념도이다. 도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 타이밍 동기화 시스템은 마스터 노드(10) 및 복수의 하위 노드(20-1, 20-2, 20-3, 20-4)를 포함할 수 있고, 각각의 하위 노드(20-1, 20-2, 20-3, 20-4)는 마스터 노드와 타이밍 동기를 수행하고, 하위 노드(20-1, 20-2, 20-3, 20-4) 간에는 직접 통신(D2D 통신)을 수행할 수 있다. 도면에는 하위 노드(20-1, 20-2, 20-3, 20-4)가 4개의 단말로 도시되어 있지만, 이보다 많을 수도 있고, 또는 적을 수도 있다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 타이밍 동기화 시스템은 단말간 직접통신의 타이밍 동기를 위해 모든 단말들의 타이밍 정보를 수집하고 단말들이 동기 신호 전송 시각을 조정하도록 지시하는 마스터 노드(10) 및 마스터 노드(10)에 의해 동기가 수행되는 하위 노드(20-1, 20-2, 20-3, 20-4)가 새롭게 정의된다. 마스터 노드(10)란, 통신 가능한 범위 내에 존재하는 모든 하위 노드(20-1, 20-2, 20-3, 20-4)들의 타이밍 동기를 수행하고 제어하는 노드로써, 기지국 또는 하나의 마스터 단말이 마스터 노드(10)로써의 역할 수행이 가능하다.
한편, 하위 노드(20-1, 20-2, 20-3, 20-4)는 능동적으로 동기를 수행하는 단말이 아닌, 선정된 마스터 노드(10)에 의해 전송 시각 조정을 지시받는 단말이라 정의한다. 단말간 직접통신을 수행하는 하위 노드(20-1, 20-2, 20-3, 20-4)들은 타이밍 동기를 위한 정보를 마스터 노드(10)와 교환하며, 마스터 노드(10)는 전송 범위 내에 존재하는 모든 하위 노드(20-1, 20-2, 20-3, 20-4)들을 제어 및 관리한다.
마스터 노드(10)는 하위 노드(20-1, 20-2, 20-3, 20-4)로부터 단말간 동기 신호 교환을 통해 획득한 동기 신호 수신 시각 정보를 획득한다. 이때, 하위 노드 단말간 동기 신호 교환과 병행하여, 마스터 노드(10)와 하위 노드(20-1, 20-2, 20-3, 20-4) 간 동기 관련 정보 교환 과정이 이루어질 수 있다. 즉, 마스터 노드(10)가 하위 노드(20-1, 20-2, 20-3, 20-4)로 초기 동기 신호를 전송하고, 이를 수신한 하위 노드(20-1, 20-2, 20-3, 20-4)는 마스터 노드(10)로 초기 동기 신호 수신 시각 정보를 전송한다. 이때, 하위 노드(20-1, 20-2, 20-3, 20-4)는 기준 시각 정보를 획득할 수 있다. 마스터 노드(10)와 동기 관련 정보 교환을 기반으로, 하위 노드(20-1, 20-2, 20-3, 20-4)들은 하위 노드 단말간 동기 신호 교환을 통해 하위 노드(20-1, 20-2, 20-3, 20-4)와 관련된 동기 신호 수신 시각 정보를 마스터 노드(10)로 전송한다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 단말간 직접통신 네트워크에서의 타이밍 동기화 시스템에서 하위 노드(20-X)의 타이밍 정보를 나타낸 도면이다. 도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 타이밍 동기화 시스템에서의 하위 노드(20-X)는 기준 시간(REFX)을 기준으로 전송되는 전송 시각을 조정하여 타 단말과의 동기화를 수행할 수 있다.
도 6을 참조하면, 각 단말들은 마스터 노드(10) 또는 하위 노드(20-X)로써 역할을 수행하며, 타이밍 동기 수행을 위해 마스터 노드-하위 노드 간 타이밍 동기 관련 정보를 교환한다. 타이밍 정보는 기준 시각 정보(REFX), 동기 신호 수신 시각 정보(TXY+TY), 전송 시각 정보(TX), 전송 시각 조정 정보(KX)로 구성된다. 기준 시각 정보(REFX)는 하위 노드(20-X)가 단말간 직접통신 수행시 기준으로 삼는 절대적인 시각을 의미하며, 동기 신호 수신 시각 정보(TXY+TY)란 하위 노드(20-Y)로부터 전송된 동기 신호가 하위 노드(20-X)에 수신된 시각을 의미한다. 또한, 전송 시각 정보(TX)란 타이밍 동기를 수행하기 전 하위 노드(20-X)가 갖는 초기 동기 신호 전송 시각을 의미하며, 전송 시각 조정 정보(KX)란 마스터 노드(10)의 지시로 인해 하위 노드(20-X)가 조정해야 할 전송 시각 변화량을 의미한다. 따라서, 상기 전송 시각 조정 정보(KX)를 반영하여 하위 노드 단말(20-X)은 전송 시각을 T'X로 조정할 수 있고, 이는 초기 동기 신호 전송 시각(TX)에서 마스터 노드(10)에 의해 -K만큼 조정된 동기 신호 전송 시각을 의미할 수 있다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 단말간 직접통신 네트워크에서의 타이밍 동기화 시스템에서 마스터 노드-하위 노드 간 타이밍 정보 교환 절차를 나타낸 도면이다. 도 7에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 타이밍 동기화 시스템은 먼저, 하위 노드 단말(20-1, 20-2, 20-3)간 동기 신호를 교환하고, 수신 시각 정보를 마스터 노드(10)로 전송하며, 마스터 노드(10)는 획득된 수신 시각 정보를 기반을 각 하위 노드(20-1, 20-2, 20-3)에 대한 전송 시각 조정 정보를 결정한 후, 각 하위 노드(20-1, 20-2, 20-3)로 전송하고, 각 하위 노드(20-1, 20-2, 20-3)는 수신한 전송 시각 조정 정보를 반영하여 동기 신호를 조정할 수 있다.
도 7을 참조하면, 통신을 시작한 단말들(즉, 하위 노드(20-1, 20-2, 20-3))(도면에서는 3개의 하위 노드가 존재하는 시스템을 예시하고 있으나 하위 노드의 수는 3개보다 적거나 많아도 무방함)은 단말간 동기 신호 교환을 통해 인접한 단말들과의 관계가 반영된 동기 신호 수신 시각 정보를 획득한다. 이후, 단말들은 하위 노드(20-1, 20-2, 20-3)로써 자신의 동기 신호 수신 시각 정보를 마스터 노드(10)에게 전송한다. 마스터 노드(10)는 하위 노드(20-1, 20-2, 20-3)들로부터 획득한 동기 신호 수신 시각 정보를 기반으로 하위 노드들의 링크간 지연 확산의 최대값을 최소화하기 위한 전송 시각 조정 정보를 결정하며, 이를 각 하위 노드들에게 전송하여 전송 시각을 조정할 것을 지시한다. 하위 노드(20-1, 20-2, 20-3)들은 마스터 노드(10)로부터 전송받은 전송 시각 조정 정보를 반영하여 동기 신호를 전송함으로써 타이밍 동기 절차를 완료한다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 단말간 직접통신 네트워크에서의 타이밍 동기화 시스템에 있어서, 링크간 지연 확산 측정을 통한 전송 시각 조정 여부 판단 과정을 나타낸 도면이다. 도 8에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 타이밍 동기화 시스템에 있어서, 마스터 노드(10)는 하위 노드(20-1, 20-2, 20-3)로부터 수신한 동기 신호 수신 시각 정보를 토대로 하위 노드 리스트를 생성하고, 생성된 하위 노드 리스트를 기반으로 하위 노드(20-1, 20-2, 20-3) 중 하나에 대해 전송 시각 변경을 가정하여 전송 시각을 조정한다. 그리고는, 이에 대한 예상 리스트를 작성하는데, 이때, 변경된 전송 시각을 기반으로 하위 노드(20-1, 20-2, 20-3)에 대한 수신 시각 정보를 업데이트한다. 업데이트된 수신 시각 정보를 토대로 링크간 지연 확산의 최대값을 변경 전과 비교하여, 변경 전보다 상기 최대값이 작아진다면, 전송 시각 변경이 유효한 것으로 판단하여, 리스트를 업데이트하고, 그렇지 않고 최대값이 변화없거나 더 커진다면, 리스트 업데이트를 수행하지 않는다.
도 8을 참조하면, 하위 노드(20-1, 20-2, 20-3)들로부터 동기 신호 수신 시각을 획득한 마스터 노드(10)는 단말간 직접통신 네트워크에 참여하는 모든 하위 노드(20-1, 20-2, 20-3)들에 대해 전송 시각 조정 정보, 동기 신호 수신 시각으로 구성된 하위 노드 리스트를 작성한다. 하위 노드 리스트에는 각 하위 노드(20-1, 20-2, 20-3)들의 동기 신호 수신 시각, 링크 간 지연 확산 관련 정보 및 전송 시각 조정량 정보가 포함되어 있을 수 있다. 여기서, 링크 간 지연 확산 관련 정보는 링크 간 지연 확산의 최대값으로, 각각의 하위 노드(20-1, 20-2, 20-3) 링크 간 가장 큰 수신 시각을 나타내는 값과 가장 작은 수신 시각을 나타내는 값의 차이의 최대값일 수 있다.
마스터 노드(10)는 하위 노드 리스트를 토대로 각 하위 노드(20-1, 20-2, 20-3)들에게 동일 횟수만큼 순차적으로 전송 시각 조정을 시도하며, 각 하위 노드(20-1, 20-2, 20-3)들에 대해 전송 시각 조정 여부를 판단 후 매 변경 결과를 리스트에 반영함으로써 하위 노드 리스트 업데이트를 수행한다. 리스트 업데이트는 전송 시각 조정 유무와 무관하게 수행할 수 있다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 단말간 직접통신 네트워크에서의 타이밍 동기화 시스템에 있어서, 링크간 지연 확산 측정을 통한 전송 시각 조정 여부 판단 과정의 예시적인 도면이다. 즉, 도 9는 도 8의 링크간 지연 확산 측정을 통한 전송 시각 조정 여부 판단 과정의 실시예를 나타낸다.
도 9를 참조하면, 먼저 마스터 노드(10)는 작성된 하위 노드 리스트 내의 하위 노드 A(20-1)를 선택하여 하위 노드 A(20-1)의 전송 시각 조정량 KA가 -1 샘플로 조정됨을 가정한다. 이는 하위 노드 A(20-1)의 전송 시각이 -1 샘플만큼 조정됨을 가정하는 것이며, 마스터 노드(10)는 다른 하위 노드(20-2, 20-3)들의 변경된 동기 신호 수신 시각 정보가 나타난 하위 노드 예상 리스트를 작성한다. 이후, 마스터 노드는 기존 하위 노드 리스트 내에 존재하는 링크간 지연 확산의 최대값과 새로 작성된 하위 노드 예상 리스트 내에 존재하는 링크간 지연 확산의 최대값의 크기를 비교한다. 하위 노드 예상 리스트 내 링크간 지연 확산의 최대값의 크기가 기존 하위 노드 리스트 내 링크간 지연 확산의 최대값의 크기보다 작은 경우, 이는 하위 노드 A(20-1)의 전송 시각 조정을 통해 네트워크 내 링크간 지연 확산의 최대값이 감소하였음을 의미하므로, 마스터 노드(10)는 하위 노드 리스트 내 하위 노드 A(20-1)의 전송 시각 조정 정보 KA를 -1로 변경하여 업데이트한다. 반면, 그렇지 않은 경우 마스터 노드(10)는 하위 노드 A의 전송 시각 조정을 수행하지 않는다. 이는 하위 노드(20-1, 20-2, 20-3)의 잘못된 전송 시각 조정으로 인해 네트워크 내 링크간 지연 확산의 최대값이 증가하는 것을 제한하기 위한 것이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 단말간 직접통신 네트워크에서의 타이밍 동기화 시스템에 있어서, 최종 전송 시각 조정 정보 결정 과정을 나타낸 도면이다.
도 10을 참조하면, 마스터 노드(10)는 하위 노드 리스트 내의 모든 하위 노드(20-1, 20-2, 20-3)들에 대해 1회씩 전송 시각 조정 여부 판단을 수행한 후(1 주기의 조정 과정), 링크간 지연 확산의 최대값의 크기를 파악한다. 여기서, 1 주기란, 전체 하위 노드(20-1, 20-2, 20-3)들에 대해 순차적으로 한 번씩의 전송 시각 조정 여부 판단을 순회하는 것을 의미한다.
1 주기의 조정 과정 후, 링크간 지연 확산의 최대값의 변화가 있는 경우, 마스터 노드(10)는 전송 시각 조정 과정을 계속 수행한다. 반면, 1 주기 동안 링크간 지연 확산의 최대값의 변화가 없는 경우에는 추가적인 연산 과정이 불필요하다고 판단하여 전송 시각 조정 과정을 중단한다. 이때 하위 노드 리스트 내에 측정된 전송 시각 조정 정보를 최종 정보로 결정한다.
시뮬레이션 결과
이하에서는 본 발명을 적용한 타이밍 동기화 방법에 요구되는 보호구간 할당량에 대하여 시뮬레이션을 통한 성능 검증 결과를 보인다.
표 1은 본 발명을 위한 모의실험에 적용된 모의실험 파라미터를 정리한 것이다.
Figure pat00001
본 시뮬레이션은 1개의 마스터 노드, 복수개의 하위 노드들로 구성된 단말간 직접통신 네트워크를 고려한다. Pathloss 모델은 ITU-1411 LOS (lower bound)를 고려하며, 수신 전력 임계값 0 dB, 전송 전력 21 dBm, 잡음 전력 -104 dBm, 잡음 지수 9 dB를 고려한다. 6000 샘플로 구성된 프레임 내에서 기준 시각은 0번째 샘플, 초기 전송 시각은 3000 샘플로 초기화되어 있다.
도 11은 및 도 12은 본 발명의 일 실시예에 따른 단말간 직접통신 네트워크에서의 타이밍 동기화 시스템의 성능 검증을 위한 시뮬레이션을 통해 하위 노드 수에 따른 추가 보호구간 크기를 나타낸 그래프이다. 즉, 종래의 동기 방법 및 본 발명의 동기 방법 적용 시, 네트워크 내 하위 노드에게 요구되는 추가 보호구간의 크기 비교를 보인다. 종래 방식에 따른 단말간 직접통신 수행 시에는 1km 셀 반경, 5MHz 대역 환경에서 링크간 지연 확산의 최대값을 고려 시 최대 16.67 샘플의 추가적인 보호 구간이 요구된다. 이는 다음의 수학식을 통해 확인할 수 있다.
Figure pat00002
본 발명의 방식은 내접원 반지름이 500m인 육각 셀 모양의 네트워크에서 마스터 노드-하위 노드 간 타이밍 정보 교환 및 단말간 직접통신이 가능한 환경을 고려하였으며, 배치된 모든 하위 노드들은 해당 마스터 노드의 통제 하에 있음을 가정한다. 도 11에 도시된 바와 같이, 3개의 하위 노드가 존재하는 경우에는 본 발명의 동기 방법을 통해 링크 간 지연 확산으로 인한 추가적인 보호구간이 불필요함을 확인할 수 있다. 또한, 본 발명의 동기 방법을 통해 하위 노드 10개가 존재하는 환경에서는 약 6.3 샘플이 요구됨을 알 수 있다. 도 12에 도시된 바와 같이, 하위 노드 50개가 존재하는 환경에서는 약 11.4 샘플의 추가 보호구간만이 요구됨을 확인할 수 있다.
도 13 및 도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 단말간 직접통신 네트워크에서의 타이밍 동기화 시스템의 성능 검증을 위한 시뮬레이션을 통해 하위 노드 수에 따른 추가 보호구간 저감율을 나타낸 그래프이다. 즉, 이는 종래의 동기화 방법에서 추가적으로 요구되었던 16.67 샘플의 보호구간 대비 본 발명의 동기 방법 적용 시 요구되는 보호구간의 길이가 저감되는 비율을 보인다.
도 13에 도시된 바와 같이, 3개의 하위 노드 간에는 추가적인 보호구간이 불필요하며, 하위 노드 10개 고려 시에는 기존 16.67 샘플 대비 약 62%의 추가 보호구간 저감이 가능함을 확인할 수 있다. 또한, 도 14에 도시된 바와 같이, 본 발명의 동기 방법을 통해 하위 노드 50개 고려 시에는 기존 16.67 샘플 대비 약 32%까지 추가 보호구간의 저감이 가능함을 알 수 있다.
단말간 직접 통신 네트워크에서의 타이밍 동기화 시스템에서의 마스터 노드 동작
도 15는 본 발명의 일 실시예에 따른 단말간 직접통신 네트워크에서의 타이밍 동기화 시스템의 마스터 노드의 동작을 개략적으로 나타낸 흐름도이다.
도 15를 참조하면, 마스터 노드로 선정되면, 마스터 노드는 동기 신호 수신 시각 정보를 모든 하위 노드로부터 수신한다(S1510). 이때, 수신 시각 정보 획득을 위해, 마스터 노드-하위 노드 간 초기 동기 신호 전송 및 이에 대응한 초기 동기 신호 수신 시각 정보 전송을 통한 동기 신호 교환 과정을 병행한다. 그리고, 하위 노드는 상기 마스터 노드-하위 노드간 동기 신호 교환을 기반으로 하위 노드간 동기 신호 교환을 통한 동기 신호 수신 시각 정보를 획득하고, 획득된 동기 신호 수신 시각 정보를 마스터 노드로 전송한다. 마스터 노드는 모든 하위 노드로부터 동기 신호 수신 시각 정보를 수신한다.
그리고는, 링크 간 지연 확산을 고려하여 전송시각 조정 정보를 전송한다(S1520). 마스터 노드는 동기 신호 수신 시각 정보를 기반으로 하위 노드 리스트를 생성하고, 링크 간 지연 확산을 최소화할 수 있도록 전송 시각 조정을 하위 노드에 순차적으로 가정하여 수행한 후, 링크 간 지연 확산 최대값 변화를 모니터링하면서, 각 하위 노드의 전송 시각 조정 정보를 결정하고, 이를 각 하위 노드로 전송한다.
도 16은 본 발명의 일 실시예에 따른 단말간 직접통신 네트워크에서의 타이밍 동기화 시스템의 마스터 노드의 전송 시각 조정 정보 전송 단계(S1520)를 구체적으로 나타낸 상세흐름도이다.
도 16을 참조하면, 먼저, 마스터 노드는 상기 동기 신호 수신 시각 정보를 기반으로 하위 노드 리스트를 생성한다. 하위 노드 리스트는 상기 시스템에 존재하는 모든 하위 노드들에 대한 동기 신호 수신 시각, 전송 시각 조정량 및 링크 간 지연 확산량 정보 중 적어도 어느 하나의 정보를 포함하고 있다.
그리고는 상기 하위 노드 리스트를 기반으로 각 하위 노드에 대해 순차적으로 전송 시각을 조정한다(S1620). 순차적으로 전송 시각을 조정하여 링크 간 지연 확산 최대값의 변화를 측정하고, 최대값이 감소하는 방향으로 전송 시각 조정을 지속적으로 그리고 각 하위 노드에 대해 순차적으로 수행한다. 그리고, 1주기의 전송 시각 조정 수행 결과, 지연 확산의 변화가 없으면, 전송 시각 조정을 중단하고, 최종 전송 시각 조정 정보를 생성한다(S1630). 그리고, 생성된 최종 전송 시각 조정 정보를 각 하위 노드로 전송한다(S1640).
단말간 직접 통신 네트워크에서의 타이밍 동기화 시스템에서의 하위 노드 동작
도 17은 본 발명의 일 실시예에 따른 단말간 직접통신 네트워크에서의 타이밍 동기화 시스템의 하위 노드 동작을 개략적으로 나타낸 흐름도이다.
도 17을 참조하면, 하위 노드는 하위 노드간 동기 신호 교환을 수행한다(S1710). 그리고는, 동기 신호 수신 사각 정보를 마스터 노드로 전송한다(S1720). 이때, 마스터 노드-하위 노드간 동기 신호 교환을 통해 초기 동기 신호 수신 및 상기 초기 동기 신호 전송에 대응한 수신 시각 정보 전송의 과정을 병행할 수 있다.
그리고는, 마스터 노드로부터 전송 시각 조정 정보를 수신한다(S1730). 마지막으로, 하위 노드는 상기 수신된 전송 시각 조정 정보를 반영하여 조정된 동기 신호를 전송할 수 있다(S1740).
이상 도면 및 실시예를 참조하여 설명하였지만, 본 발명의 보호범위가 상기 도면 또는 실시예에 의해 한정되는 것을 의미하지는 않으며 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (21)

  1. 단말간 직접 통신 시스템에서의 타이밍 동기화 방법에 있어서,
    상기 시스템의 타이밍 동기를 제어하는 마스터 노드가 상기 시스템 상의 모든 하위 노드로부터 단말간 동기 신호 교환을 통해 인접 단말과의 관계가 반영된 동기 신호 수신 시각 정보를 획득하는 단계; 및
    상기 마스터 노드가 각 하위 노드의 동기 신호 수신 시각 정보를 기반으로 링크 간 지연 확산을 고려하여 각 하위 노드의 전송 시각의 조정과 관련된 전송 시각 조정 정보를 각 하위 노드로 전송하는 단계를 포함하는 단말간 직접 통신 시스템에서의 타이밍 동기화 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    각 하위 노드가 상기 전송 시각 조정 정보를 반영하여 수정된 동기 신호를 전송하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 단말간 직접 통신 시스템에서의 타이밍 동기화 방법.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 수신 시각 정보 획득 단계는
    상기 마스터 노드가 모든 하위 노드로 전송하는 초기 동기 신호 교환을 통해 마스터 노드 및 하위 노드간 타이밍 동기 관련 정보를 교환하는 단계; 및
    상기 마스터 노드 및 하위 노드간 타이밍 동기 관련 정보 교환을 기반으로 하위 노드간 동기 신호 교환을 통해 모든 하위 노드가 상기 동기 신호 수신 시각 정보를 상기 마스터 노드로 전송하는 단계를 포함하되,
    상기 동기 신호 수신 시각 정보는 단말간 직접 통신 수행시 기준으로 삼는 절대적인 시각인 기준 시각 정보를 기반으로 하는 것을 특징으로 하는 단말간 직접 통신 시스템에서의 타이밍 동기화 방법.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 전송 시각 조정 정보 전송 단계는
    상기 마스터 노드가 각 하위 노드의 수신 시각 정보를 기반으로 링크 간 지연 확산의 최대값이 최소화되도록 각 하위 노드의 상기 전송 시각 조정 정보를 생성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 단말간 직접 통신 시스템에서의 타이밍 동기화 방법.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 링크간 지연 확산 최대값은 각 하위 노드간 동기 신호 수신 시각 차이의 최대값에서 각 하위 노드간 동기 신호 수신 시각 차이의 최소값을 뺀 값인 것을 특징으로 하는 단말간 직접 통신 시스템에서의 타이밍 동기화 방법.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 전송 시각 조정 정보 전송 단계는
    상기 시스템에 존재하는 모든 하위 노드들에 대해 동기 신호 수신 시각, 전송 시각 조정량 및 링크간 지연 확산량 중 적어도 어느 하나를 포함하는 하위 노드 리스트를 생성하는 리스트 생성 단계;
    상기 하위 노드 리스트를 기반으로 각 하위 노드에 대해 순차적으로 전송 시각 조정을 시도하여 상기 전송 시각 조정 정보를 생성하는 정보 생성 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 단말간 직접 통신 시스템에서의 타이밍 동기화 방법.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 정보 생성 단계는
    상기 하위 노드 리스트를 기반으로 전송 시각 조정 시도 후, 링크간 지연 확산 최대값의 변화를 측정하여 상기 하위 노드 리스트를 업데이트하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 단말간 직접 통신 시스템에서의 타이밍 동기화 방법.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 하위 노드 리스트의 업데이트는 전송 시각 조정 유무와 상관없이 수행되되,
    전체 하위 노드들 1 주기에 대해 전송 시각 조정 시도 결과, 링크 간 지연 확산 최대값의 변화가 없는 경우, 상기 하위 노드 리스트의 업데이트를 중단하고, 최종 전송 시각 조정 정보를 생성하는 것을 특징으로 하는 단말간 직접 통신 시스템에서의 타이밍 동기화 방법.
  9. 제 1 항에 있어서,
    단말 간 직접 통신을 위한 프레임은 타이밍 동기를 위한 슬롯, 컨트롤 및 데이터 송수신을 위한 슬롯을 포함하되, 타이밍 동기 과정은 하나의 프레임 내에 존재하는 상기 타이밍 동기를 위한 슬롯을 기준으로 수행되는 것을 특징으로 하는 단말간 직접 통신 시스템에서의 타이밍 동기화 방법.
  10. 단말간 직접 통신 네트워크에서 타이밍 동기를 위한 시스템에 있어서,
    상기 시스템의 타이밍 동기를 제어하는 마스터 노드를 기반으로 상기 시스템 상의 모든 하위 노드들에서 발생되는 동기 신호의 링크간 지연 확산을 감소시키도록 각 하위 노드들의 전송 시각 조정을 제어하는 것을 특징으로 하는 단말간 직접 통신 네트워크에서의 타이밍 동기화 시스템.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 시스템 상의 모든 하위 노드로부터 단말간 동기 신호 교환을 통해 인접 단말과의 관계가 반영된 동기 신호 수신 시각 정보를 획득하여 상기 획득된 각 하위 노드의 수신 시각 정보를 기반으로 링크 간 지연 확산을 고려하여 각 하위 노드의 전송 시각의 조정과 관련된 전송 시각 조정 정보를 각 하위 노드로 전송하는 마스터 노드; 및
    상기 동기 신호 수신 시각 정보를 마스터 노드로 전송하고 상기 전송 시각 조정 정보를 수신하여 수신된 전송 시각 조정 정보를 반영하여 조정된 동기 신호를 전송하는 하위 노드를 포함하는 것을 특징으로 하는 단말간 직접 통신 네트워크에서의 타이밍 동기화 시스템.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 마스터 노드는 모든 하위 노드로 전송하는 초기 동기 신호 교환을 통해 마스터 노드 및 하위 노드간 타이밍 동기 관련 정보를 교환하고,
    상기 하위 노드는 상기 마스터 노드 및 하위 노드간 타이밍 동기 관련 정보 교환을 기반으로 하위 노드간 동기 신호 교환을 통해 상기 동기 신호 수신 시각 정보를 상기 마스터 노드로 전송하되,
    상기 동기 신호 수신 시각 정보는 단말간 직접 통신 수행시 기준으로 삼는 절대적인 시각인 기준 시각 정보를 기반으로 하는 것을 특징으로 하는 단말간 직접 통신 네트워크에서의 타이밍 동기화 시스템.
  13. 제 11 항에 있어서,
    상기 마스터 노드는 각 하위 노드의 수신 시각 정보를 기반으로 링크 간 지연 확산의 최대값이 최소화되도록 각 하위 노드의 상기 전송 시각 조정 정보를 생성하는 것을 특징으로 하는 단말간 직접 통신 네트워크에서의 타이밍 동기화 시스템.
  14. 제 11 항에 있어서,
    상기 마스터 노드는 상기 시스템에 존재하는 모든 하위 노드들에 대해 동기 신호 수신 시각, 전송 시각 조정량 및 링크간 지연 확산량 중 적어도 어느 하나를 포함하는 하위 노드 리스트를 생성하고, 상기 하위 노드 리스트를 기반으로 각 하위 노드에 대해 순차적으로 전송 시각 조정을 시도하여 상기 전송 시각 조정 정보를 생성하는 것을 특징으로 하는 단말간 직접 통신 네트워크에서의 타이밍 동기화 시스템.
  15. 제 14 항에 있어서, 상기 마스터 노드는
    상기 하위 노드 리스트를 기반으로 전송 시각 조정 시도 후, 링크간 지연 확산 최대값의 변화를 측정하여 상기 하위 노드 리스트를 업데이트하는 것을 특징으로 하는 단말간 직접 통신 네트워크에서의 타이밍 동기화 시스템.
  16. 단말간 직접 통신 시스템에서의 타이밍 동기화 장치가 동기화를 수행하는 방법에 있어서,
    상기 시스템 상의 모든 하위 노드로부터 단말간 동기 신호 교환을 통해 인접 단말과의 관계가 반영된 동기 신호 수신 시각 정보를 획득하는 단계;
    각 하위 노드의 동기 신호 수신 시각 정보를 기반으로 링크 간 지연 확산을 고려하여 각 하위 노드의 전송 시각의 조정과 관련된 전송 시각 조정 정보를 각 하위 노드로 전송하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 단말간 직접 통신 시스템에서의 타이밍 동기화 방법.
  17. 제 16 항에 있어서, 상기 동기 신호 수신 시각 정보 획득 단계는
    모든 하위 노드로 전송하는 초기 동기 신호를 교환하여 하위 노드와의 타이밍 동기 관련 정보를 교환하는 단계; 및
    상기 하위 노드와의 타이밍 동기 관련 정보 교환을 기반으로 하위 노드간 동기 신호 교환을 통해 획득한 상기 동기 신호 수신 시각 정보를 수신하는 단계를 포함하되,
    상기 동기 신호 수신 시각 정보는 단말간 직접 통신 수행시 기준으로 삼는 절대적인 시각인 기준 시각 정보를 기반으로 하는 것을 특징으로 하는 단말간 직접 통신 시스템에서의 타이밍 동기화 방법.
  18. 제 16 항에 있어서, 상기 전송 시각 조정 정보 전송 단계는
    각 하위 노드의 수신 시각 정보를 기반으로 링크 간 지연 확산의 최대값이 최소화되도록 각 하위 노드의 상기 전송 시각 조정 정보를 생성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 단말간 직접 통신 시스템에서의 타이밍 동기화 방법.
  19. 제 16 항에 있어서, 상기 전송 시각 조정 정보 전송 단계는
    상기 시스템에 존재하는 모든 하위 노드들에 대해 동기 신호 수신 시각, 전송 시각 조정량 및 링크간 지연 확산량 중 적어도 어느 하나를 포함하는 하위 노드 리스트를 생성하는 단계; 및
    상기 하위 노드 리스트를 기반으로 각 하위 노드에 대해 순차적으로 전송 시각 조정을 시도하여 상기 전송 시각 조정 정보를 생성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 단말간 직접 통신 시스템에서의 타이밍 동기화 방법.
  20. 제 19 항에 있어서,
    상기 하위 노드 리스트를 기반으로 전송 시각 조정 시도 후, 링크간 지연 확산 최대값의 변화를 측정하여 상기 하위 노드 리스트를 업데이트하는 것을 특징으로 하는 단말간 직접 통신 시스템에서의 타이밍 동기화 방법.
  21. 단말간 직접 통신 시스템에서의 타이밍 동기화를 위한 장치에 있어서,
    상기 시스템 상의 모든 하위 노드로부터 단말간 동기 신호 교환을 통해 인접 단말과의 관계가 반영된 동기 신호 수신 시각 정보를 획득하는 수신 시각 정보 획득부; 및
    각 하위 노드의 동기 신호 수신 시각 정보를 기반으로 링크 간 지연 확산을 고려하여 각 하위 노드의 전송 시각의 조정과 관련된 전송 시각 조정 정보를 각 하위 노드로 전송하는 전송 시각 조정 정보 전송부를 포함하는 것을 특징으로 하는 단말간 직접 통신 시스템에서의 타이밍 동기화 장치.
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