KR20160098166A - 전력 정보 기반 간섭 제어 신호 송수신 방법 및 이를 위한 장치 - Google Patents

전력 정보 기반 간섭 제어 신호 송수신 방법 및 이를 위한 장치 Download PDF

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Abstract

본 문서는 무선 통신 시스템에서 실제 전송 전력 또는 수신 전력 정보에 기반하여 다른 무선 기기에 미치는 간섭을 제어하여 신호를 송수신하는 방법 및 이를 위한 장치에 대한 것이다. 이를 위해 구성된 STA 1은 STA 2 로부터 STA 2의 실제 전송 전력 또는 실제 수신 전력에 대한 전력 정보를 포함하는 프레임을 수신한다. 이를 통해 STA 1은 STA 1의 기존 전송전력을 STA 2의 전력 정보를 이용하여 보정하여 전송 전력을 결정하고, 결정된 STA 1의 전송 전력이 일정 기준치 이하인 경우 이를 통해 신호를 전송한다.

Description

전력 정보 기반 간섭 제어 신호 송수신 방법 및 이를 위한 장치{METHOD FOR TRANSMITTING AND RECEIVING INTERFERENCE CONTROL SIGNALS BASED ON POWER INFORMATION, AND APPARATUS THEREFOR}
이하의 설명은 무선 통신 시스템에서 실제 전송 전력 또는 수신 전력 정보에 기반하여 다른 무선 기기에 미치는 간섭을 제어하여 신호를 송수신하는 방법 및 이를 위한 장치에 대한 것이다.
모든 무선 통신에 있어서, 간섭 제어에 대한 요구는 다양하나, 이하에서는 본 발명이 적용될 수 있는 시스템의 일례로서 무선랜(wireless local area network, WLAN) 시스템에 대해 설명한다.
무선랜 기술에 대한 표준은 IEEE(Institute of Electrical and Electronics Engineers) 802.11 표준으로서 개발되고 있다. IEEE 802.11a 및 b는 2.4. GHz 또는 5 GHz에서 비면허 대역(unlicensed band)을 이용하고, IEEE 802.11b는 11 Mbps의 전송 속도를 제공하고, IEEE 802.11a는 54 Mbps의 전송 속도를 제공한다. IEEE 802.11g는 2.4 GHz에서 직교 주파수 분할 다중화(Orthogonal frequency-division multiplexing, OFDM)를 적용하여, 54 Mbps의 전송 속도를 제공한다. IEEE 802.11n은 다중입출력 OFDM(multiple input multiple output-OFDM, MIMO-OFDM)을 적용하여, 4 개의 공간적인 스트림(spatial stream)에 대해서 300 Mbps의 전송 속도를 제공한다. IEEE 802.11n에서는 채널 대역폭(channel bandwidth)을 40 MHz까지 지원하며, 이 경우에는 600 Mbps의 전송 속도를 제공한다.
상술한 무선랜 표준은 최대 160MHz 대역폭을 사용하고, 8개의 공간 스트림을 지원하여 최대 1Gbit/s의 속도를 지원하는 IEEE 802.11ac 표준을 거쳐, IEEE 802.11ax 표준화에 대한 논의가 이루어지고 있다.
IEEE 802.11에서 통신은 공유 무선 매체(shared wireless medium)에서 이루어지기 때문에, 유선 채널 환경과는 근본적으로 다른 특징을 가진다. 예를 들어 유선통신 환경에서는 CSMA/CD (carrier sense multiple access/collision detection) 기반으로 통신이 가능했다. 즉, 전송단에서 한번 신호가 전송되면 채널 환경이 큰 변화가 없기 때문에 수신단까지 큰 신호 감쇄를 겪지 않고 전송이 된다. 이 때 두 개 이상의 신호의 충돌이 발생하면 수신단단에서 감지된 수신전력이 순간적으로 송신단에서 전송한 전력보다 커지기 때문에 이를 통해 충돌 여부를 검출할 수 있었다.
하지만 무선 채널 환경은 다양한 요소들 (예를 들어 거리에 따라 신호의 감쇄가 크거나 순간적으로 deep fading을 겪을 수 있다)이 채널에 영향을 주기 때문에 실제로 수신단에서 신호가 제대로 전송이 되었는지, 혹은 충돌이 있는지 전송단은 정확히 캐리어 샌싱(carrier sensing)을 할 수가 없다.
상술한 바와 같은 무선통신 시스템에서 기기간 간섭을 효율적으로 제어하여 신호를 송수신하는 기술이 요구된다.
상술한 바와 같은 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 측면에서는 무선통신 시스템에서 제 1 스테이션이 신호를 전송하는 방법으로서, 제 2 스테이션으로부터 상기 제 2 스테이션의 실제 전송 전력 또는 실제 수신 전력에 대한 전력 정보를 포함하는 프레임을 수신하고, 상기 제 1 스테이션의 기존 전송전력을 상기 제 2 스테이션의 전력 정보를 이용하여 보정하여 상기 제 1 스테이션의 전송 전력을 결정하고, 상기 결정된 제 1 스테이션의 전송 전력이 일정 기준치 이하인 경우, 상기 결정된 제 1 스테이션의 전송 전력으로 신호를 전송하는 신호 전송 방법을 제안한다.
다른 일 측면에서는 무선통신 시스템에서 제 1 스테이션으로서 동작하는 스테이션 장치로서, 제 2 스테이션으로부터 상기 제 2 스테이션의 실제 전송 전력 또는 실제 수신 전력에 대한 전력 정보를 포함하는 프레임을 수신하도록 구성된 송수신기; 및 상기 송수신기와 연결되어, 제 1 스테이션의 기존 전송전력을 상기 송수신기를 통해 수신한 제 2 스테이션의 전력 정보를 이용하여 보정하여 상기 제 1 스테이션의 전송 전력을 결정하고, 상기 결정된 제 1 스테이션의 전송 전력이 일정 기준치 이하인 경우, 상기 송수신기가 상기 결정된 제 1 스테이션의 전송 전력으로 신호를 전송하도록 제어하는 프로세서를 포함하는 스테이션 장치를 제안한다.
상기 제 2 스테이션의 전력 정보는 상기 제 2 스테이션의 실제 전송 전력일 수 있으며, 이 경우 상기 제 1 스테이션의 기존 전송전력 보정은, 상기 제 2 스테이션의 실제 전송 전력과 상기 제 1 스테이션의 기존 전송전력의 차이를 상기 제 1 스테이션의 기존 전송전력에 가산 또는 감산하는 방식으로 수행될 수 있다.
또한, 상기 일정 기준치는 상기 제 1 스테이션의 기존 전송전력에 경로 손실값을 곱한 값으로 설정될 수 있으며, 상기 경로 손실값은 상기 제 2 스테이션의 실제 전송 전력 대비 상기 제 2 스테이션이 전송한 신호의 수신 전력을 통해 산정할 수 있다.
또한, 이와 달리 상기 일정 기준치는 CCA (Clear Channel Assessment) 기준치로 설정될 수 있다.
한편, 상기 제 2 스테이션의 전력 정보는 상기 제 2 스테이션이 수신한 신호의 실제 수신전력일 수 있으며, 이 경우 상기 제 1 스테이션의 기존 전송전력은 상기 제 2 스테이션의 실제 수신전력 정보에 기반하여 산정된 경로 손실값을 통해 보정할 수 있다.
이때, 상기 일정 기준치는 CCA (Clear Channel Assessment) 기준치로 설정될 수 있다.
상기 제 2 스테이션의 전력 정보를 포함하는 프레임은, RTS (Request to Send) 프레임 또는 CTS (Clear To Send) 프레임 중 어느 하나일 수도 있고, 이와 달리 상기 제 2 스테이션의 전력 정보는 상기 프레임의 PLCP 헤더에 포함되어 수신될 수도 있다.
상술한 바와 같은 본 발명에 따르면 다른 스테이션의 실제 전송 전력 기반으로 간섭 제어가 이루어져 타 스테이션이 점유하는 매체를 효율적으로 공유하여 신호를 송수신할 수 있다.
도 1은 무선랜 시스템의 구성의 일례를 나타낸 도면이다.
도 2는 무선랜 시스템의 구성의 다른 예를 나타낸 도면이다.
도 3은 무선랜 시스템에서의 DCF 매커니즘을 설명하기 위한 도면이다.
도 4 및 5는 기존 충돌 해결 매커니즘의 문제를 설명하기 위한 예시도들이다.
도 6은 RTS/CTS 프레임을 이용하여 숨겨진 노드 문제를 해결하는 메커니즘을 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 RTS/CTS 프레임을 이용하여 노출된 노드 문제를 해결하는 메커니즘을 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 RTS/CTS 프레임을 이용하여 동작하는 방법을 구체적으로 설명하기 위한 도면이다.
도 9 내지 11은 고정된 ΔP 를 적용한 CCA 규칙의 문제점을 설명하기 위한 도면이다.
도 12는 본 발명의 바람직한 일 실시형태에 따라 전력 정보를 이용하여 ΔP를 산정하고, 이를 통해 전송 전력 제어를 수행하는 방법을 설명하는 도면이다.
도 13은 본 발명에 따라 간섭 제어 방법을 구현하기 위한 장치를 설명하기 위한 도면이다.
이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시 형태를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 첨부된 도면과 함께 이하에 개시될 상세한 설명은 본 발명의 예시적인 실시형태를 설명하고자 하는 것이며, 본 발명이 실시될 수 있는 유일한 실시형태를 나타내고자 하는 것이 아니다.
이하의 상세한 설명은 본 발명의 완전한 이해를 제공하기 위해서 구체적 세부사항을 포함한다. 그러나, 당업자는 본 발명이 이러한 구체적 세부사항 없이도 실시될 수 있음을 안다. 몇몇 경우, 본 발명의 개념이 모호해지는 것을 피하기 위하여 공지의 구조 및 장치는 생략되거나, 각 구조 및 장치의 핵심기능을 중심으로 한 블록도 형식으로 도시된다.
상술한 바와 같이 이하의 설명은 무선 통신 시스템에서 실제 전송 전력 또는 수신 전력 정보에 기반하여 다른 무선 기기에 미치는 간섭을 제어하여 신호를 송수신하는 방법 및 이를 위한 장치에 대한 것이다. 이를 위해 먼저 본 발명이 적용되는 무선랜 시스템에 대해 구체적으로 설명한다.
도 1은 무선랜 시스템의 구성의 일례를 나타낸 도면이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 무선랜 시스템은 하나 이상의 기본 서비스 세트(Basic Service Set, BSS)를 포함한다. BSS는 성공적으로 동기화를 이루어서 서로 통신할 수 있는 스테이션(Station, STA)의 집합이다.
STA는 매체 접속 제어(Medium Access Control, MAC)와 무선 매체에 대한 물리계층(Physical Layer) 인터페이스를 포함하는 논리 개체로서, 액세스 포인트(access point, AP)와 비AP STA(Non-AP Station)을 포함한다. STA 중에서 사용자가 조작하는 휴대용 단말은 Non-AP STA로써, 단순히 STA이라고 할 때는 Non-AP STA을 가리키기도 한다. Non-AP STA은 단말(terminal), 무선 송수신 유닛(Wireless Transmit/Receive Unit, WTRU), 사용자 장비(User Equipment, UE), 이동국(Mobile Station, MS), 휴대용 단말(Mobile Terminal), 또는 이동 가입자 유닛(Mobile Subscriber Unit) 등의 다른 명칭으로도 불릴 수 있다.
그리고, AP는 자신에게 결합된 STA(Associated Station)에게 무선 매체를 통해 분배 시스템(Distribution System, DS)으로의 접속을 제공하는 개체이다. AP는 집중 제어기, 기지국(Base Station, BS), Node-B, BTS(Base Transceiver System), 또는 사이트 제어기 등으로 불릴 수도 있다.
BSS는 인프라스트럭처(infrastructure) BSS와 독립적인(Independent) BSS(IBSS)로 구분할 수 있다.
도 1에 도시된 BBS는 IBSS이다. IBSS는 AP를 포함하지 않는 BSS를 의미하고, AP를 포함하지 않으므로, DS로의 접속이 허용되지 않아서 자기 완비적 네트워크(self-contained network)를 이룬다.
도 2는 무선랜 시스템의 구성의 다른 예를 나타낸 도면이다.
도 2에 도시된 BSS는 인프라스트럭처 BSS이다. 인프라스트럭처 BSS는 하나 이상의 STA 및 AP를 포함한다. 인프라스트럭처 BSS에서 비AP STA들 사이의 통신은 AP를 경유하여 이루어지는 것이 원칙이나, 비AP STA 간에 직접 링크(link)가 설정된 경우에는 비AP STA들 사이에서 직접 통신도 가능하다.
도 2에 도시된 바와 같이, 복수의 인프라스트럭처 BSS는 DS를 통해 상호 연결될 수 있다. DS를 통하여 연결된 복수의 BSS를 확장 서비스 세트(Extended Service Set, ESS)라 한다. ESS에 포함되는 STA들은 서로 통신할 수 있으며, 동일한 ESS 내에서 비AP STA은 끊김 없이 통신하면서 하나의 BSS에서 다른 BSS로 이동할 수 있다.
DS는 복수의 AP들을 연결하는 메커니즘(mechanism)으로서, 반드시 네트워크일 필요는 없으며, 소정의 분배 서비스를 제공할 수 있다면 그 형태에 대해서는 아무런 제한이 없다. 예컨대, DS는 메쉬(mesh) 네트워크와 같은 무선 네트워크일 수도 있고, AP들을 서로 연결시켜 주는 물리적인 구조물일 수도 있다.
이상을 바탕으로 본 발명에서 다룰 무선랜 시스템에서 충돌 검출 기술에 대해 설명한다.
상술한 바와 같이 무선환경에서는 다양한 요소들이 채널에 영향을 주기 때문에 송신단이 정확하게 충돌 검출을 수행할 수 없는 문제가 있다. 그래서 802.11에서는 CSMA/CA(carrier sense multiple access/collision avoidance) 메커니즘인 DCF(distributed coordination function)을 도입했다.
도 3은 무선랜 시스템에서의 DCF 매커니즘을 설명하기 위한 도면이다.
DCF는 전송할 데이터가 있는 STA들이 데이터를 전송하기 전에 특정 기간(예를 들어 DIFS: DCF inter-frame space) 동안 매체를 센싱하는 CCA(clear channel assessment)를 수행한다. 이 때 매체가 idle 하다면 STA은 그 매체를 이용해 신호 전송이 가능하다. 그렇지만 매체가 busy일 경우는 이미 여러 STA들이 그 매체를 사용하기 위해 대기하고 있다는 가정하에 DIFS 에 추가적으로 랜덤 백오프 주기(random backoff period) 만큼 더 기다린 후에 데이터를 전송할 수 있다. 이 때 랜덤 백오프 주기는 충돌을 회피할 수 있게 해 주는데, 이는 데이터를 전송하기 위한 여러 STA들이 존재한다고 가정할 때, 각 STA은 확률적으로 다른 백오프 간격값을 가지게 되어, 결국 서로 다른 전송 타임을 가지게 되기 때문이다. 한 STA이 전송을 시작하게 되면 다른 STA들은 그 매체를 사용 할 수 없게 된다.
랜덤 백오프 시간과 프로시져에 대해 간단히 알아보면 다음과 같다.
특정 매체가 busy에서 idle로 바뀌면 여러 STA들은 데이터를 보내기 위해 준비를 시작한다. 이 때 충돌을 최소화 시키기 위해 데이터를 전송하고자 하는 STA들은 각각 랜덤 백오프 카운트를 선택하고 그 슬롯 시간 만큼 기다린다. 랜덤 백오프 카운트는 유사 랜덤 정수(pseudo-random integer) 값이며 [0 CW] 범위에서 균일 분포된 값 중 하나를 선택하게 된다. CW는 'contention window'를 의미한다.
CW 파리미터는 초기값으로 CWmin값을 취하지만 전송이 실패를 하게 되면 값을 2배로 늘리게 된다. 예를 들어 전송한 데이터 프레임에 대한 ACK 응답을 받지 못했다면 충돌이 난 것으로 간주할 수 있다. CW값이 CWmax값을 가지게 되면 데이터 전송이 성공하기 전까지 CWmax값을 유지하도록 하며, 데이다 전송이 성공을 하며 CWmin값으로 재설정하게 된다. 이때 CW, CWmin, CWmax은 구현과 동작의 편의를 위해 2n-1 을 유지하도록 하는 것이 바람직하다.
한편 랜덤 백오프 절차가 시작되면 STA은 [0 CW] 범위 안에서 랜덤 백오프 카운트를 선택한 후 백오프 슬롯이 카운트 다운되는 동안 계속 해서 매체를 모니터링하게 된다. 그 사이 매체가 busy 상태가 되면 카운트 다운을 멈추고 있다가 매체가 다시 idle해지면 나머지 백오프 슬롯의 카운트 다운을 재개한다.
도 3을 참조하면, 여러 STA들이 보내고 싶은 데이터가 있을 때 STA3의 경우 DIFS 만큼 매체가 idle 했기 때문에 바로 데이터 프레임을 전송하고, 나머지 STA들은 그 매체가 idle이 되기를 기다린다. 한 동안 매체가 busy 상태였기 때문에 여러 STA이 그 매체를 사용할 기회를 보고 있을 것이다. 그래서 각 STA는 랜덤 백오프 카운트를 선택하게 되는데, 도 3에서는 이 때 가장 작은 백오프 카운트를 선택하게 된 STA 2가 데이터 프레임을 전송하는 것을 도시하고 있다.
STA2의 전송이 끝난 후 다시 매체는 idle 상태가 되고, STA들은 다시 멈췄던 백오프 간격에 대한 카운트 다운을 재개한다. 도 3은 STA 2 다음으로 작은 랜덤 백오프 카운트 값을 가졌고 매체가 busy일 때 잠시 카운트 다운을 멈췄던 STA 5가 나머지 백오프 슬롯을 마저 카운트 다운한 후 데이터 프레임 전송을 시작했지만 우연히 STA 4의 랜덤 백오프 카운트 값과 겹치게 되어 충돌이 일어났음을 도시하고 있다. 이 때 두 STA 데이터 전송 이후 모두 ACK 응답을 받지 못하기 때문에 CW를 2배로 늘린 후 다시 랜덤 백오프 카운트 값을 선택하게 된다.
이미 언급했듯이 CSMA/CA의 가장 기본은 캐리어 센싱이다. 단말기는 DCF 매체의 busy/idle 여부를 판단하기 위해 물리 캐리어 센싱과 가상 캐리어 센싱을 사용할 수 있다. 물리 캐리어 센싱은 PHY(physical layer)단에서 이루어지며 에너지 검출(energy detection)이나 프리엠블 검출(preamble detection)을 통해 이루어진다. 예를 들어 수신단에서의 전압 레벨을 측정하거나 프리엠블이 읽힌 것으로 판단이 되면 매체가 busy한 상태라고 판단할 수 있다. 가상 캐리어 센싱은 NAV(network allocation vector)를 설정하여 다른 STA들이 데이터를 전송하지 못하도록 하는 것으로 MAC 헤더의 지속기간 필드(Duration field)의 값을 통해 이루어진다. 한편 충돌의 가능성을 줄이기 위해 로버스트 충돌 검출 메커니즘(robust collision detect mechanism)을 도입을 했는데 그 이유는 다음과 같은 두 가지 예제에서 확인할 수 있다. 편의를 위해 캐리어 센싱 범위는 전송 범위와 같다고 가정한다.
도 4 및 5는 기존 충돌 해결 매커니즘의 문제를 설명하기 위한 예시도들이다.
구체적으로, 도 4는 숨겨긴 노드 문제(hidden node issues)를 설명하기 위한 도면이다. 본 예는 STA A와 STA B는 통신 중에 있고, STA C가 전송할 정보를 가지고 있는 경우이다. 구체적으로 STA A가 STA B에 정보를 전송하고 있는 상황에서 STA C가 STA B로 데이터를 보내기 전에 매체를 캐리어 센싱할 때 STA C가 STA A의 전송 범위 밖에 있기 때문에 STA A의 신호 전송을 검출하지 못하고 매체가 idle 상태에 있다고 볼 가능성이 있다. 결국 STA B는 STA A와 STA C의 정보를 동시에 받기 때문에 충돌이 발생하게 된다. 이 때 STA A는 STA C의 숨겨진 노드(hidden node)라고 할 수 있다.
한편, 도 5는 노출된 노드 문제(exposed node issues)를 설명하기 위한 도면이다. 현재 STA B는 STA A에 데이터를 전송하고 있다. 이 때 STA C는 캐리어 센싱을 하게 되는데 STA B가 정보를 전송하는 상태이기 때문에 매체가 busy라고 감지가 된다. 그 결과 STA C가 STA D에 데이터를 전송하고 싶을지라도 매체가 busy라고 센싱되기 때문에 매체가 idle이 될 때까지 불필요하게 기다려야 하는 상황이 발생한다. 즉, STA A는 STA C의 CS 범위 밖에 있음에도 불구하고 STA C의 정보 전송을 막게 되는 경우가 발생한다. 이 때 STA C는 STA B의 노출된 노드(exposed node)가 된다.
위에서 언급한 상황에서 충돌 회피 메커니즘을 잘 이용하기 위해 RTS(request to send)와 CTS(clear to send)등의 short signaling packet을 도입함으로써 주위의 STA들이 두 STA의 정보 전송 여부를 overhearing 할 수 있는 여지를 남길 수 있다. 즉, 데이터를 전송하려는 STA이 데이터를 받는 STA에 RTS 프레임을 전송하면 수신단 STA은 CTS 프레임을 주위의 단말들에게 전송함으로써 자신이 데이터를 받을 것임을 알릴 수 있다.
도 6은 RTS/CTS 프레임을 이용하여 숨겨진 노드 문제를 해결하는 메커니즘을 설명하기 위한 도면이다.
도 6에서 STA A와 STA C가 모두 STA B에 데이터를 전송하려고 하는 경우이다. STA A가 RTS를 STA B에 보내면 STA B는 CTS를 자신의 주위에 있는 STA A와 STA C에 모두 전송을 한다. 그 결과, STA C는 STA A와 STA B의 데이터 전송이 끝날 때까지 기다리게 되어 충돌을 피할 수 있게 된다.
도 7은 RTS/CTS 프레임을 이용하여 노출된 노드 문제를 해결하는 메커니즘을 설명하기 위한 도면이다.
도 7에서 STA A와 STA B의 RTS/CTS 전송을 overhearing 함으로써 STA C는 또 다른 STA D에 데이터를 전송해도 충돌이 일어나지 않음을 알 수 있게 된다. 즉 STA B는 주위의 모든 단말기에 RTS를 전송하고 실제로 보낼 데이터가 있는 STA A만 CTS를 전송하게 된다. STA C는 RTS만을 받고 STA A의 CTS를 받지 못했기 때문에 STA A는 STC C의 CS 범위 밖에 있다는 것을 알 수 있다.
도 8은 상술한 바와 같은 RTS/CTS 프레임을 이용하여 동작하는 방법을 구체적으로 설명하기 위한 도면이다.
도 8에서 송신단 STA은 DIFS (Distributed IFS) 이후 신호를 전송할 수신단 STA에 RTS 프레임을 전송할 수 있다. 이 RTS 프레임을 수신한 수신단 STA은 SIFS (Short IFS) 이후 CTS를 송신단 STA에 전송할 수 있다. 수신단 STA으로부터 CTS를 수신한 송신단 STA은 SIFS 이후 도 8에 도시된 바와 같이 데이터를 전송할 수 있다. 데이터를 수신한 수신단 STA은 SIFS 이후 수신된 데이터에 대해 ACK 응답을 전송할 수 있다.
한편, 상술한 송수신단 STA이외의 이웃 STA들 중 송신단 STA의 RTS/CTS를 수신한 STA은 도 6 및 도 7과 관련하여 상술한 바와 같이 RTS/CTS의 수신 여부를 통해 매체의 busy 여부를 판단하고, 이에 따라 NAV(network allocation vector)를 설정할 수 있다. NAV 기간이 종료하면 DIFS 이후 도 3과 관련하여 상술한 바와 같은 충돌 해결을 위한 과정을 수행할 수 있다.
상술한 바와 같이 802.11 기기는 CCA 규칙에 기반하여 채널의 상태(clear 또는 occupied)를 파악하여 해당 채널에 대한 신호 전송 유무를 결정한다. 예를 들어, 802.11ac에서 기기는 주 채널(primary channel)과 보조 채널(secondary channel)에 대한 CCA 임계치를 이용하여 해당 채널에서 수신한 신호의 세기가 CCA 임계치보다 크지 않은 경우에 상기 채널이 clear하다고 인식하여, 해당 채널을 이용하여 신호를 전송한다. 802.11ac 에서 주 채널의 CCA 임계치는 -82dbm, 보조 채널의 임계치는 -62dbm로 설정되어 있다. 이때 전송하는 신호의 세기는 수신한 신호의 세기에 대해서 ΔP(예를 들어, 수신 신호 세기 대비 전송 신호 세기 차이 값)를 적용하여 정해질 수 있다.
예를 들어, ΔP 가 10dbm인 경우에 기기가 수신한 신호의 RSSI (receive signal strength indicator)가 -90dbm이라면, CCA 임계치를 만족하며, 이때 기기는 해당 채널에 대하여 ΔP 를 적용하여 -80dbm 전력으로 신호를 전송할 수 있다. 다만, 이러한 CCA 규칙을 이용하여 802.11 기기가 신호를 전송하는 경우에 다음과 같은 문제점을 야기할 수 있다.
문제점 1
도 9는 고정된 ΔP 를 적용한 CCA 규칙의 문제점을 설명하기 위한 도면이다.
도 9에 도시된 바와 같이 AP1 과 AP2 사이에 STA_1이 존재하며, STA_1은 AP1에 연결(association)되어 있는 상황을 가정한다. AP1은 BSS내에 위치한 STA_1으로 패킷을 전송하기 위하여 상술한 바와 같이 RTS(Request to Send)를 전송할 수 있다. AP1이 전송한 RTS를 수신한 STA_1은 RTS에 대한 응답 메시지인 CTS를 AP1으로 전송할 수 있다. 이때 AP2는 STA_1이 전송한 CTS 프레임을 검출하지만 NAV(network allocation vector)를 설정하지 못하는 상황을 가정한다. 이에 따라, 근접한 BSS의 AP2는 STA_1 전송한 CTS에 대한 RSSI를 추정하여 상기 채널에 대한 CCA를 수행한다. 수신한 신호의 세기가 -90dbm라 하면 상기 RSSI는 CCA 임계치 보다 낮으므로 AP2는 상기 채널이 clear 하다고 판단하여 패킷 전송을 수행한다. 이때 전송되는 패킷의 전력이 -80dbm이므로 상기 신호의 전송은 STA_1에게 CCA 임계치 보다 큰 전력으로 수신되어 STA_1과 AP1과의 신호 전송에 간섭으로 작용할 수 있다.
문제점 2
도 10은 고정된 ΔP 를 적용한 CCA 규칙의 또 다른 문제점을 설명하기 위한 도면이다.
도 10 에서와 같이 BSS 내에서 AP는 STA_2로부터 패킷 전송에 대한 RTS(request to send) 프레임을 수신할 수 있다. 이때 AP가 STA_2로부터 수신한 RTS 프레임의 수신 신호 세기(RSSI)가 -90dbm 일 경우에 AP는 응답 메시지를 CTS 프레임을 통해서 전송하며, 이때 전송되는 CTS(clear to send) 프레임은 ΔP(10dbm)를 적용하여 -80dbm의 전력으로 STA_2로 전송될 수 있다. 상기에서 AP가 전송한 CTS 프레임의 전송 전력이 -80dbm 이므로 CCA 임계치 보다 높아 패킷 전송을 위해서 CCA를 수행하는 주변 STA_1은 CCA 규칙에 의하여 패킷 전송을 수행하지 않는다. 하지만 STA_1의 위치 및 수신 RTS 신호 세기 등을 고려하면 STA_1의 패킷 전송이 STA_2의 패킷 수신/AP의 패킷 전송에 영향을 주지 않을 수 있다. 따라서, 사용할 수 있는 자원을 사용하지 못해서 자원 효율성이 떨어지는 문제점을 가진다.
문제점 3
도 11은 고정된 ΔP 를 적용한 CCA 규칙의 또 다른 문제점을 설명하기 위한 도면이다.
STA/AP가 RTS 만 수신하고 CTS를 수신하지 못하는 경우에도 다음과 같은 문제점을 야기할 수 있다. 예를 들어 도 11에서 나타낸 것과 같이 STA_1은 패킷 전송을 위하여 AP로 RTS 프레임을 전송할 수 있다. 이때, 상기 RTS 프레임의 RSSI는 - 90dbm이고 AP는 ΔP(10dbm)를 적용하여 -80dbm의 전력으로 STA_1으로 CTS 프레임을 전송할 수 있다. 하지만 STA_2는 STA_1 이 전송한 RTS 프레임 만을 수신하고 AP가 전송한 CTS는 수신하지 못한다. 또한 STA_2가 수신한 RTS 프레임의 RSSI가 -90dbm이므로 CCA 임계치 보다 낮아 STA_2는 AP와 STA_1이 서로 신호를 송수신하고 있는 채널을 clear 채널로 인식하여 상기 채널을 이용하여 패킷 전송을 시작할 수 있다. 이때, STA_2도 ΔP(10dbm)를 적용하여 -80dbm의 전력으로 패킷을 전송할 수 있으며, 상기 STA_2가 전송하는 신호는 CCA 임계치보다 큰 간섭으로 작용하여 AP와 STA_1과의 송수신에 영향을 미치는 문제점을 가진다.
본 발명의 바람직한 일 실시형태에서는 상술한 바와 같은 문제를 해결하기 위해 STA/AP의 실제 전력 정보 (예를 들어, 전력 레벨, 전력 클래스, 이산 전력(discrete power), 수신 전력(RSSI) 등)을 CTS/RTS등과 같은 관리 프레임 혹은 PLCP 헤더에 포함하여 전송함으로써, 다른 AP/STA가 상기 정보를 이용하여 신호를 송수신하는 방법을 제안한다. 즉, 본 실시형태에 따르면, 다양한 성능을 가진 STA/AP (예를 들어, 노트북, 스마트폰, 태블릿 등)의 전력 정보는 PLCP 헤더에 포함되어 다양한 성능을 가진 STA/AP가 데이터 프레임을 전송할 때 마다 전송되거나, 다양한 성능을 가진 STA/AP가 서로간에 연결을 통해서 데이터를 전송하기 전에 송수신하는 RTS/CTS와 같은 제어 프레임 혹은 관리 프레임을 통하여 d데이터 프레임 전송 전에 전송될 수 있다.
도 12는 본 발명의 바람직한 일 실시형태에 따라 전력 정보를 이용하여 ΔP를 산정하고, 이를 통해 전송 전력 제어를 수행하는 방법을 설명하는 도면이다.
먼저, STA/AP 1은 STA/AP 2로부터 STA/AP 2의 실제 전송 전력 또는 실제 수신 전력에 대한 전력 정보를 포함하는 프레임을 수신할 수 있다. 이를 통해 STA/AP 1은 상술한 바와 같이 일괄적인 ΔP를 적용하는 대신, STA/AP 2의 실제 전력 정보에 기반하여 ΔP 를 설정할 수 있다 (S1210). 한편, STA/AP 1은 STA/AP 2로부터 상술한 바와 같이 설정된 ΔP 를 이용하여 STA/AP 1의 전송 전력 (Ptx)를 보정할 수 있다(S1220). 만일, 결정된 전송 전력이 일정 기준치 이하인 경우, STA/AP 1은 결정된 전송 전력으로 신호를 전송할 수 있다(S1240). 다만, 결정된 전송 전력이 일정 기준치 이상인 경우, STA/AP 1은 다시 전송 전력을 보정하여 전송 전력을 재설정할 수 있다(S1220).
구체적인, 일례에서 상기 STA/AP 2의 전력 정보는 STA/AP 2의 전송 전력 정보일 수 있다.
본 예에서, STA/AP 1은 수신한 프레임 (예를 들어, 데이터 프레임, 제어 프레임, 관리 프레임)을 통해서 얻어진 다양한 성능을 가진 STA/AP 2의 전송 전력(P_other)과 자신의 전송 전력(Pself)을 이용하여 전력 차이 (ΔP = Pother - Pself)를 구할 수 있다(S1210). 자신의 전송 전력 정보와 신호를 수신한 다른 STA/AP 2의 전력 정보를 이용하여 얻어진 ΔP를 이용하여 STA/AP 1은 현재 채널을 점유하여 송수신을 하고 있는 STA/AP 2에 대한 간섭 여부를 결정할 수 있다. 채널 점유 STA/AP 2에 대한 간섭 여부는 CCA 규칙의 만족 여부로 결정 될 수도 있다.
구체적으로, STA/AP 1는 구해진 ΔP를 이용하여 전송 전력을 결정하며(S1220), 예를 들어 Ptx = Pself - ΔP or Pself + ΔP 와 같이 결정될 수 있고, 이때 상기 전송 전력이 임계치 보다 낮은 경우(S1230)에 간섭의 영향이 없는 것으로 판단하여 STA/AP 1은 점유된 채널을 통하여 신호를 전송할 수 있다(S1240). 간섭 여부에 대한 판단을 위해서 사용되는 임계치는 Pself × Pathloss 로 정의할 수 있으며 Pathloss = RSSISTA or AP/P other 과 같이 정의될 수 있다.
상술한 예는 하나의 예일뿐 임계치는 CCA 임계치가 그대로 사용될 수도 있고, BSS AP로부터 전송 받거나 다른 BSS AP/STA로부터 전송 받아 사용되는 등 다른 방법을 사용하여 구해질 수도 있다. 간섭 여부 체크를 통해서 STA/AP 1가 다른 STA/AP 2에 영향을 주지 않은 경우, 즉 전송 전력이 임계치보다 낮은 경우에 STA/AP 1은 해당 채널로 패킷 전송을 시작할 수 있다(S1240). 이때 STA/AP는 해당 채널에 대한 전송을 수행하기 위하여 CCA 규칙/임계치를 변경하여 사용할 수도 있다.
상술한 방식은 ΔP와 STA/AP의 전력 제어를 통해서 간섭 제어가 수행될 수 있다. 이 경우 STA/AP는 ΔP를 이용하여 CCA 규칙에 따른 전송 전력을 만족시키기 위하여 STA/AP의 전송 전력을 조절하며, 이때 현재 채널을 점유하여 신호를 송수신 하는 AP/STA 2에 간섭을 주지 않을 수 있는 전송 전력(즉, 임계치보다 전송 전력이 낮은 경우)으로 신호를 전송할 수 있으면 해당 채널을 사용하여 패킷을 송수신할 수 있다.
이와 같은 방법을 통하여 다른 STA/AP2가 점유한 채널을 통해서 패킷을 전송하는 STA/AP 1는 현재 해당 채널을 점유한 STA/AP 2의 TXOP내에서만 상기 방법을 이용하여 패킷을 송수신 할 수도 있다. 상기 채널 점유에 대한 TXOP은 비콘 프레임이나 TIM을 통해서 파악할 수 있다. 또한 AP와 STA는 서로 다른 CCA 레벨 또는 임계치를 이용하여 상기와 같은 방법을 통하여 다른 STA/AP 2가 점유한 채널을 이용하여 신호를 전송할 수 있다.
본 실시형태의 다른 일례로서 상술한 실제 전력 정보로서 수신 전력을 이용하는 방법이 있다. 신호를 수신하는 STA/AP 1은 다양한 성능을 가진 전송 AP/STA 2로부터 수신한 데이터 프레임 또는 CTS/RTS 프레임과 같은 제어/관리 프레임을 통하여 파악한 수신 신호 세기 (RSSI)를 RTS/CTS 등과 같은 제어/관리 프레임 또는 PLCP 헤더에 포함하여 전송할 수 있다. 이때 상기 RSSI 정보는 데이터 프레임이 전송될 때마다 매번 보내어 지거나, 데이터 전송 전에 송수신하는 제어/관리 프레임을 통해서 전송될 수 있다. STA/AP 1는 다른 STA/AP 2가 전송한 상기 RSSI를 통하여 해당 채널에서 신호를 송수신하는 STA 2과 AP 2들 간의 채널 상태를 알 수 있다. 또한 데이터/제어 프레임 혹은 관리 프레임을 통해서 알게 된 STA/AP의 전송 전력에 대한 정보와 수신한 RSSI 정보를 이용하여 STA/AP 1은 해당 채널을 점유하고 있는 STA/AP 2에 대한 간섭의 영향을 고려한 후에 간섭의 영향이 없는 경우에는 해당 채널을 이용하여 패킷 전송을 수행할 수 있다. 이때, STA/AP 2의 전송에 의한 간섭 여부는 다음과 같은 정보를 이용하여 결정 될 수 있다.
- CCA 임계치
- 다른 AP/STA2 로부터 전송 받은 RSSI 값
- 전송 받은 RSSI 값 ± ΔP
상기 임계치에 대하여 STA/AP 1가 다른 AP/STA 2로부터 전송받은 전력 정보를 이용하여 구한 Pself × Pathloss 가 상기 값들보다 작은 경우 간섭의 영향이 작으므로 STA/AP 1은 해당 채널을 이용하여 패킷을 전송할 수 있다. 이 STA/AP 1은 해당 채널을 점유한 STA/AP 2의 TXOP 내에서만 상술한 바와 같이 패킷을 송수신하며 TXOP에 대한 정보는 비콘 프레임 또는 TIM을 통해서 파악할 수 있다.
도 13은 상술한 바와 같은 간섭 제어 방법을 구현하기 위한 장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 13의 무선 장치(800)은 상술한 설명의 STA/AP 1, 그리고 무선 장치(850)은 상술한 설명의 STA/AP 2에 대응할 수 있다.
STA/AP 1(800)은 프로세서(810), 메모리(820), 송수신부(830)를 포함할 수 있고, STA/AP 2 (850)는 프로세서(860), 메모리(870) 및 송수신부(880)를 포함할 수 있다. 송수신부(830 및 880)은 무선 신호를 송신/수신하고, IEEE 802.11/3GPP 등의 물리적 계층에서 실행될 수 있다. 프로세서(810 및 860)은 물리 계층 및/또는 MAC 계층에서 실행되고, 송수신부(830 및 880)와 연결되어 있다. 프로세서(810 및 860)는 상기 언급된 간섭 제어 절차를 수행할 수 있다.
프로세서(810 및 860) 및/또는 송수신부(830 및 880)는 특정 집적 회로(application-specific integrated circuit, ASIC), 다른 칩셋, 논리 회로 및/또는 데이터 프로세서를 포함할 수 있다. 메모리(820 및 870)은 ROM(read-only memory), RAM(random access memory), 플래시 메모리, 메모리 카드, 저장 매체 및/또는 다른 저장 유닛을 포함할 수 있다. 일 실시 예가 소프트웨어에 의해 실행될 때, 상기 기술한 방법은 상기 기술된 기능을 수행하는 모듈(예를 들어, 프로세스, 기능)로서 실행될 수 있다. 상기 모듈은 메모리(820, 870)에 저장될 수 있고, 프로세서(810, 860)에 의해 실행될 수 있다. 상기 메모리(820, 870)는 상기 프로세스(810, 860)의 내부 또는 외부에 배치될 수 있고, 잘 알려진 수단으로 상기 프로세스(810, 860)와 연결될 수 있다.
상술한 바와 같이 개시된 본 발명의 바람직한 실시형태에 대한 상세한 설명은 당업자가 본 발명을 구현하고 실시할 수 있도록 제공되었다. 상기에서는 본 발명의 바람직한 실시 형태를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 상술한 설명으로부터 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명은 여기에 나타난 실시형태들에 제한되려는 것이 아니라, 여기서 개시된 원리들 및 신규한 특징들과 일치하는 최광의 범위를 부여하려는 것이다.
상술한 바와 같은 본 발명은 IEEE 802.11 기반 무선랜 시스템에 적용되는 것을 가정하여 설명하였으나, 이에 한정될 필요는 없다. 본 발명은 기기간 통신 등 무선 기기들 사이의 간섭 제어가 필요한 다양한 무선 시스템에 동일한 방식으로 적용될 수 있다.

Claims (15)

  1. 무선통신 시스템에서 제 1 스테이션이 신호를 전송하는 방법에 있어서,
    제 2 스테이션으로부터 상기 제 2 스테이션의 실제 전송 전력 또는 실제 수신 전력에 대한 전력 정보를 포함하는 프레임을 수신하고,
    상기 제 1 스테이션의 기존 전송전력을 상기 제 2 스테이션의 전력 정보를 이용하여 보정하여 상기 제 1 스테이션의 전송 전력을 결정하고,
    상기 결정된 제 1 스테이션의 전송 전력이 일정 기준치 이하인 경우, 상기 결정된 제 1 스테이션의 전송 전력으로 신호를 전송하는, 신호 전송 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 스테이션의 전력 정보는 상기 제 2 스테이션의 실제 전송 전력이며,
    상기 제 1 스테이션의 기존 전송전력 보정은,
    상기 제 2 스테이션의 실제 전송 전력과 상기 제 1 스테이션의 기존 전송전력의 차이를 상기 제 1 스테이션의 기존 전송전력에 가산 또는 감산하는 방식으로 수행되는, 신호 전송 방법.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 일정 기준치는 상기 제 1 스테이션의 기존 전송전력에 경로 손실값을 곱한 값으로 설정되며,
    상기 경로 손실값은 상기 제 2 스테이션의 실제 전송 전력 대비 상기 제 2 스테이션이 전송한 신호의 수신 전력을 통해 산정하는, 신호 전송 방법.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 일정 기준치는 CCA (Clear Channel Assessment) 기준치로 설정되는, 신호 전송 방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 스테이션의 전력 정보는 상기 제 2 스테이션이 수신한 신호의 실제 수신전력이며,
    상기 제 1 스테이션의 기존 전송전력은 상기 제 2 스테이션의 실제 수신전력 정보에 기반하여 산정된 경로 손실값을 통해 보정하는, 신호 전송 방법.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 일정 기준치는 CCA (Clear Channel Assessment) 기준치로 설정되는, 신호 전송 방법.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 스테이션의 전력 정보를 포함하는 프레임은,
    RTS (Request to Send) 프레임 또는 CTS (Clear To Send) 프레임 중 어느 하나인, 신호 전송 방법.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 스테이션의 전력 정보는 상기 프레임의 PLCP 헤더에 포함되어 수신되는, 신호 전송 방법.
  9. 무선통신 시스템에서 제 1 스테이션으로서 동작하는 스테이션 장치에 있어서,
    제 2 스테이션으로부터 상기 제 2 스테이션의 실제 전송 전력 또는 실제 수신 전력에 대한 전력 정보를 포함하는 프레임을 수신하도록 구성된 송수신기; 및
    상기 송수신기와 연결되어, 제 1 스테이션의 기존 전송전력을 상기 송수신기를 통해 수신한 제 2 스테이션의 전력 정보를 이용하여 보정하여 상기 제 1 스테이션의 전송 전력을 결정하고, 상기 결정된 제 1 스테이션의 전송 전력이 일정 기준치 이하인 경우, 상기 송수신기가 상기 결정된 제 1 스테이션의 전송 전력으로 신호를 전송하도록 제어하는 프로세서를 포함하는, 스테이션 장치.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 제 2 스테이션의 전력 정보는 상기 제 2 스테이션의 실제 전송 전력이며,
    상기 프로세서는 상기 제 2 스테이션의 실제 전송 전력과 상기 제 1 스테이션의 기존 전송전력의 차이를 상기 제 1 스테이션의 기존 전송전력에 가산 또는 감산하는 방식으로 상기 제 1 스테이션의 기존 전송전력을 보정하는, 스테이션 장치.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 프로세서는 상기 일정 기준치를 상기 제 1 스테이션의 기존 전송전력에 경로 손실값을 곱한 값으로 설정하며, 상기 경로 손실값은 상기 제 2 스테이션의 실제 전송 전력 대비 상기 제 2 스테이션이 전송한 신호의 수신 전력을 통해 산정하는, 스테이션 장치.
  12. 제 10 항에 있어서,
    상기 프로세서는 상기 일정 기준치를 CCA (Clear Channel Assessment) 기준치로 설정하는, 스테이션 장치.
  13. 제 9 항에 있어서,
    상기 제 2 스테이션의 전력 정보는 상기 제 2 스테이션이 수신한 신호의 실제 수신전력이며,
    상기 프로세서는 상기 제 1 스테이션의 기존 전송전력을 상기 제 2 스테이션의 실제 수신전력 정보에 기반하여 산정된 경로 손실값을 통해 보정하는, 스테이션 장치.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 프로세서는 상기 일정 기준치를 CCA (Clear Channel Assessment) 기준치로 설정하는, 스테이션 장치.
  15. 제 9 항에 있어서,
    상기 제 2 스테이션의 전력 정보는 RTS (Request to Send) 프레임, CTS (Clear To Send) 프레임 또는 상기 RTS 프레임 및 상기 CTS 프레임 이외의 프레임의 PLCP 헤더 중 어느 하나를 통해 수신되는, 스테이션 장치.
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