KR20190035830A - 무선 통신 시스템 및 무선 통신 방법 - Google Patents

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Abstract

중앙 관리국은, 무선 기지국의 간섭원이 되는 주변의 무선 기지국의 수신 전력값을 포함하는 간섭 전력 정보와, 무선 기지국의 수신처가 되는 무선 단말로부터의 수신 전력값과, 무선 기지국의 송신 전력값을 포함하는 송신 전력 정보를 수집하는 정보 수집 수단; 및 수집한 정보로부터 간섭 관계에 기초하여 계산되는 송신 기회 획득 빈도 및 스루풋 근삿값에 따라, 무선 기지국에서의 간섭 검출 문턱값 및 송신 전력값을 결정하고, 제어값으로서 무선 기지국에 통지하는 제어값 결정 수단;을 구비하며, 무선 기지국은, 중앙 관리국으로부터 통지된 제어값에 기초하여 간섭 검출 문턱값 및 송신 전력값의 제어를 행하는 구성이다.

Description

무선 통신 시스템 및 무선 통신 방법
본 발명은, 무선 기지국과 복수의 무선 단말이 무선 통신을 행하는 무선 통신 시스템 및 무선 통신 방법에 관한 것이다. 본 명세서에서는, 무선 기지국과 무선 단말을 총칭하여 무선 통신 장치라고 하고, 필요에 따라 무선 기지국을 AP로 약칭하고, 무선 단말을 STA로 약칭한다.
최근에 IEEE 802.11에서 규정되는 무선 LAN 규격에 준거한 무선 통신 장치가 급격하게 보급되고, 2.4GHz나 5GHz의 비면허 대역을 이용하는 무선 통신 장치가 다수 배치되게 되었다. 비면허 대역에서는 사전의 캐리어 센스에 의해 송신 예정의 채널 상태를 판정하고, 송신 가능한 상태인 경우에 송신을 개시한다. 그 때문에, 비면허 대역에 다수의 무선 통신 장치가 혼재되어 있는 환경에서는, 어떤 무선 통신 장치가 송신하고 있는 동안에 주변의 복수의 무선 통신 장치가 송신 대기하게 되어 스루풋이 저하된다.
그런데, IEEE 802.11ax에서는, 캐리어 센스에 의해 채널 상태를 판정하기 위해 이용하는 간섭 검출 문턱값을 제어하는 기술의 도입이 기대되고 있다(비특허문헌 1). 이러한 기술에서는 간섭 검출 문턱값을 종래보다 높아지도록 제어함으로써, 주변의 무선 통신 셀로부터의 간섭 전력을 관측해도 채널을 송신 가능으로 판정할 기회가 많아진다. 또, 간섭 검출 문턱값은, 무선 LAN의 경우에는 캐리어 센스 문턱값에 상당하는 것이다.
또한, 비특허문헌 1에는, 간섭 검출 문턱값의 제어와 함께 송신 전력값을 제어하는 기술이 개시되어 있다. 나아가 간섭 검출 문턱값 및 송신 전력값에 관해 상한을 설정함과 아울러, 각각의 값을 연동하여 제어하는 절차도 도입될 전망이다.
이들 제어에 의해, 서로 간섭함으로써 무선 통신 장치끼리의 송신 기회가 저감되어 있던 환경에서, 송신 기회를 지금까지보다 많이 획득하여 스루풋을 개선하는 것이 기대되고 있다. 나아가 LTE 신호를 비면허 대역에서 송신하는 경우도 마찬가지의 절차가 적용되기 때문에, 간섭 검출 문턱값 및 송신 전력값의 제어는 비면허 대역의 통신 품질에 크게 관련있다고 생각된다.
나아가 비특허문헌 2에서는, 복수의 무선 통신 장치로부터 수집된 간섭 정보를 이용하여 동일한 채널 상에서 서로 간섭을 억압하는 기술의 개시가 있고, 개개의 무선 통신 장치가 아니라 무선 통신 시스템 전체의 주파수 이용 효율을 향상시키는 제어가 가능하게 되어 있다.
비특허문헌 1: IEEE P802.11ax Draft 0.1, March 2016 비특허문헌 2: 야마모토 고지, 아베세케라 히란타, "무선 LAN에서의 송신 전력·캐리어 검출 문턱값 반비례 설정의 해석", IEICE Technical Report, 2016년 6월
IEEE 802.11ax에서의 규정은, 개개의 AP가 독립적으로 간섭 검출 문턱값을 제어하는 것이 상정되어 있다. 그러나, 그 경우는 자기 AP의 스루풋 개선은 가능해도, 주변 AP의 스루풋을 반대로 저하시킬 가능성이 있다. 그 첫 번째 이유는, 간섭 검출 문턱값을 높게 제어하거나 송신 전력값을 내림으로써, 새로 노출된 단말이나 숨겨진 단말이 되는 무선 통신 장치가 발생할 가능성이 있기 때문이다. 그 두 번째 이유는, 통신 영역 내에 존재하는 무선 통신 장치로부터의 송신 기회가 증대함으로써, 수신처 단말이 수신한 무선 프레임의 SINR이 열화될 가능성이 있기 때문이다.
이 과제를 해결하기 위해 비특허문헌 2에서는, 중앙(centralized) 제어국을 마련하여 전체의 주파수 이용 효율이 저하되지 않도록, 간섭 검출 문턱값과 송신 전력값을 제어하는 기술이 제안되어 있다. 그러나, 비특허문헌 2에서는 샤논 용량을 이용하여 통계적인 수법으로 스루풋 기대값을 산출하고 있기 때문에, 구체적으로 무선 통신의 수신처를 고려한 경우에는 개선의 여지가 있다고 생각된다. 즉, 송신측과 수신측의 거리가 가깝고 SINR이 양호하면, 송신 전력값을 내리고 간섭 검출 문턱값을 올릴 기회가 있다. 한편, 송신측과 수신측의 거리가 멀고 SINR이 불량이면, 송신 전력값 및 간섭 검출 문턱값을 유지하는 것이 전체의 스루풋 향상에 기여할 가능성도 있다. 이와 같이, 제어 대상이 되는 AP 주변의 정보를 보다 많이 활용함으로써, 추가적인 스루풋 향상이 기대된다.
본 발명은, 복수의 무선 기지국이 서로 간섭하는 무선 통신 시스템의 스루풋을 개선하기 위해, 각 무선 기지국의 송신 전력값 및 간섭 검출 문턱값을 제어하는 무선 통신 시스템 및 무선 통신 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
제1 발명은, 서로 간섭하는 복수의 무선 기지국과, 이 무선 기지국에 접속되는 복수의 무선 단말과, 이 무선 기지국과 접속되는 중앙 관리국을 구비하는 무선 통신 시스템에 있어서, 중앙 관리국은, 무선 기지국의 간섭원이 되는 주변의 무선 기지국의 수신 전력값을 포함하는 간섭 전력 정보와, 무선 기지국의 수신처가 되는 무선 단말로부터의 수신 전력값과, 무선 기지국의 송신 전력값을 포함하는 송신 전력 정보를 수집하는 정보 수집 수단; 및 수집한 정보로부터 간섭 관계에 기초하여 계산되는 송신 기회 획득 빈도 및 스루풋 근삿값에 따라, 무선 기지국에서의 간섭 검출 문턱값 및 송신 전력값을 결정하고, 제어값으로서 무선 기지국에 통지하는 제어값 결정 수단;을 구비하며, 무선 기지국은, 중앙 관리국으로부터 통지된 제어값에 기초하여 간섭 검출 문턱값 및 송신 전력값의 제어를 행하는 구성이다.
제1 발명의 무선 통신 시스템에 있어서, 무선 기지국은, 중앙 관리국으로부터 통지된 간섭 검출 문턱값 및 송신 전력값을 지배 하의 무선 단말에 통지하고, 이 무선 단말이 통지된 간섭 검출 문턱값 및 송신 전력값에 기초한 제어를 행하는 구성이다.
제1 발명의 무선 통신 시스템에 있어서, 제어값 결정 수단은, 간섭 검출 문턱값 및 송신 전력값의 임시 결정과, 임시 결정값을 이용한 제어 후의 스루풋 근삿값을 계산하고, 스루풋이 개선되는 경우에 임시 결정값을 제어값으로 하는 구성이다.
제1 발명의 무선 통신 시스템에 있어서, 제어값 결정 수단은, 송신 기회 획득 빈도가 높은 무선 기지국으로부터 차례대로 간섭 검출 문턱값 및 송신 전력값을 결정하는 구성이다.
제1 발명의 무선 통신 시스템에 있어서, 제어값 결정 수단은, 제어 대상의 무선 기지국 중에서 송신 기회 획득 빈도가 문턱값보다 높은 무선 기지국에 대해 송신 전력값을 내리는 제어를 실시하고, 송신 기회 획득 빈도가 문턱값보다 낮은 무선 기지국에 대해 간섭 검출 문턱값을 올리는 제어를 실시하는 구성이다.
나아가 제어값 결정 수단은, 정보 수집 수단에서 수집한 수신처가 되는 무선 단말로부터의 수신 전력값을 이용하여, 목표로 하는 변복조 방식으로 최소한 필요한 SINR 값으로부터 송신 전력값의 하한값을 설정하는 구성이다. 또한, 제어값 결정 수단은, 무선 기지국의 송신 전력값을 내리는 경우에, 상기 무선 기지국이 관측하는 수신 전력값 중, 간섭 검출 문턱값보다 높은 무선 기지국의 수신 전력값을 기준으로 하는 구성이다. 또한, 제어값 결정 수단은, 무선 기지국의 송신 전력값을 내리는 경우에, 상기 무선 기지국으로부터 송신되는 무선 신호에 의한 간섭 전력이 소정값 이상 또는 SINR이 소정값 이하가 되는 무선 기지국의 수신 전력값을 기준으로 하는 구성이다. 또한, 제어값 결정 수단은, 무선 기지국의 간섭 검출 문턱값을 올리는 경우에, 상기 무선 기지국이 관측하는 수신 전력값 중, 현재 간섭 검출 문턱값보다 높고 가장 가까운 수신 전력값을 기준으로 하는 구성이다.
제1 발명의 무선 통신 시스템에 있어서, 제어값 결정 수단은, 입자군 최적화법(PSO)을 이용하여 간섭 검출 문턱값 및 송신 전력값을 탐색할 때에, 송신 기회 획득 빈도가 소정의 문턱값보다 높은 무선 기지국에 대해 간섭 검출 문턱값 및 송신 전력값의 변화량의 계수를 기준값보다 낮은 값으로 설정하고, 송신 기회 획득 빈도가 상기 소정의 문턱값보다 낮은 무선 기지국에 대해 간섭 검출 문턱값 및 송신 전력값의 변화량의 계수를 상기 기준값보다 높은 값으로 설정하는 구성이다.
제2 발명은, 서로 간섭하는 복수의 무선 기지국과, 이 무선 기지국에 접속되는 복수의 무선 단말과, 이 무선 기지국과 접속되는 중앙 관리국을 구비하고, 중앙 관리국이 무선 기지국의 송신 전력값 및 간섭 검출 문턱값을 제어하는 무선 통신 방법에 있어서, 중앙 관리국은, 무선 기지국의 간섭원이 되는 주변의 무선 기지국의 수신 전력값을 포함하는 간섭 전력 정보와, 무선 기지국의 수신처가 되는 무선 단말로부터의 수신 전력값과, 무선 기지국의 송신 전력값을 포함하는 송신 전력 정보를 수집하고, 수집한 정보로부터 간섭 관계에 기초하여 계산되는 송신 기회 획득 빈도 및 스루풋 근삿값에 따라, 무선 기지국에서의 간섭 검출 문턱값 및 송신 전력값을 결정하고, 제어값으로서 무선 기지국에 통지하며, 무선 기지국은, 중앙 관리국으로부터 통지된 제어값에 기초하여 간섭 검출 문턱값 및 송신 전력값의 제어를 행한다.
본 발명은, 캐리어 센스에 의해 송신 기회를 얻을 수 있는 복수의 무선 기지국이 서로 간섭하여 스루풋이 저하되는 환경에서, 중앙 관리국이 각 무선 기지국의 송신 전력값과 간섭 검출 문턱값에 대해, 각각의 송신 기회 획득 빈도와 스루풋을 개산(approximation)으로 확인하면서 제어할 수 있다. 이에 의해, 각각의 무선 기지국이 스루풋을 저하시키지 않고 무선 통신 시스템 전체의 스루풋 향상을 도모할 수 있다.
도 1은, 본 발명의 무선 통신 시스템의 구성예를 나타내는 도면이다.
도 2는, 본 발명의 무선 통신 시스템의 상정예를 나타내는 도면이다.
도 3은, 각 AP의 송신 전력값 및 간섭 검출 문턱값을 결정하는 처리 순서예 1을 나타내는 흐름도이다.
도 4는, 각 AP의 송신 전력값 및 간섭 검출 문턱값을 결정하는 처리 순서예 2를 나타내는 흐름도이다.
도 5는, 각 AP의 송신 전력값 및 간섭 검출 문턱값을 결정하는 처리 순서예 3을 나타내는 흐름도이다.
도 6은, 각 AP의 송신 전력값 및 간섭 검출 문턱값을 결정하는 처리 순서예 4를 나타내는 흐름도이다.
도 7은, 입자군 최적화법을 이용하여 송신 전력값 및 간섭 검출 문턱값을 산출하는 처리 순서예를 나타내는 흐름도이다.
도 8은, 스루풋 근삿값의 계산 방법을 설명하는 도면이다.
도 9는, 정규화 스루풋이 높은 AP에의 제어예를 나타내는 도면이다.
도 10은, 정규화 스루풋이 낮은 AP에의 제어예를 나타내는 도면이다.
도 1은, 본 발명의 무선 통신 시스템의 구성예를 나타낸다.
도 1에서, 각 무선 기지국(AP)(10)과 중앙 관리국(20)은, 각각의 정보 신호 입출력부(11, 21)를 통해 정보 교환이 가능한 구성으로 되어 있다. 예를 들어, 중앙 관리국(20)은, AP(10)로부터 정보를 수집하기 위한 제어 신호나, AP(10)의 간섭 검출 문턱값이나 송신 전력값을 변경하기 위한 제어 신호를 AP(10)에 송신한다. AP(10)는, 무선 신호 송수신부(14) 및 수신 전력값 정보 수집부(12)에서 수집한 수신 전력값을 중앙 관리국(20)에 송신한다.
중앙 관리국(20)에서는, 정보 신호 입출력부(21)에 입력한 정보를 정보 관리부(22)로 보내고, 정보 관리부(22)에서 수집한 수신 전력값, 송신 전력값, 간섭 검출 문턱값, 타겟 MCS 등이 접속되어 있는 AP마다 관리된다. 나아가 정보 관리부(22)에 접속되는 제어값 결정부(23)는 스루풋의 근삿값을 계산하여, 각 AP(10)에서의 송신 전력값 및 간섭 검출 문턱값을 결정하고, 이를 정보 신호 입출력부(21)에서 각 AP(10)로 송신한다. AP(10)는, 정보 신호 입출력부(11)에 입력한 송신 전력값 및 간섭 검출 문턱값을 송신 전력/간섭 검출 문턱값 제어부(13)로 보내고, 송신 전력/간섭 검출 문턱값 제어부(13)에서 무선 신호 송수신부(14)의 송신 전력값 및 간섭 검출 문턱값을 변경한다. 무선 신호 송수신부(14)에는, 예를 들어 CSMA/CA에 의한 액세스 제어를 행하는 액세스 제어부(15)가 접속된다.
또한, AP(10)에 설정되는 송신 전력값 및 간섭 검출 문턱값은, 무선 신호 송수신부(14)에서 도시하지 않은 지배 하의 무선 단말(STA)로 송신되고, STA의 송신 전력값 및 간섭 검출 문턱값을 제어한다.
또, 중앙 관리국(20)의 기능은, 복수의 AP(10) 중 어느 하나에 조립되는 구성이어도 된다. 그 경우에는, 이러한 AP는, AP로서의 기능과 중앙 관리국으로서의 기능을 병행하여 실행하게 된다.
도 2는, 본 발명의 무선 통신 시스템의 상정예를 나타낸다.
도 2에서, 중앙 관리국(20)에는, 복수의 AP1, AP2, AP3이 접속되고, 나아가 각 AP의 수신처가 되는 STA1, STA2, STA3이 각각 접속된다. 중앙 관리국(20)과 AP1~AP3 사이의 정보 신호 전달용의 접속은 실선으로 나타낸다. 또한, AP1~AP3과 각각 수신처가 되는 STA1~STA3 사이의 접속은 실선 화살표로 나타낸다. 나아가 각 AP 사이나, AP와 그 수신처 이외의 STA 사이는 간섭 신호가 되고, 점선 화살표로 나타낸다.
초기 상태로서, AP1과 AP2 사이의 수신 전력값은 -60dBm이고, AP1과 AP3 사이의 수신 전력값은 -80dBm이며, AP2와 AP3 사이의 수신 전력값은 -62dBm이다. 또한, 전체 AP의 간섭 검출 문턱값은 -76dBm이고, AP1과 AP2, AP2와 AP3이 서로 간섭 검출 문턱값 이상의 수신 전력을 검출하고 있는 것으로 한다.
도 3~도 6은, 각 AP의 송신 전력값 및 간섭 검출 문턱값을 결정하는 중앙 관리국의 처리 순서예를 나타낸다.
도 3 및 도 4에서, 중앙 관리국은, 우선 접속하여 제어 대상의 AP로부터 정보를 수집해 둔다(S11). 다음에, 각 AP 사이의 간섭 관계에 따라 각 AP의 송신 기회 획득 빈도를 산출하고, 나아가 송신 기회 획득시에 동시에 송신하는 주변 무선 통신국의 간섭 전력값 등을 고려하여, 수신처로 하는 STA에 무선 신호를 송신하였을 때의 SINR 등으로부터 최적의 MCS를 선택하고, 전체 AP의 스루풋 근삿값을 산출한다(S12). 나아가 산출한 송신 기회 획득 빈도의 내림차순, 즉 높은 순으로 AP 정보를 나열한다(S13). 다음에, 송신 기회 획득 빈도의 내림차순으로 각 AP에 대해, 제어값으로서 송신 전력값 및 간섭 검출 문턱값을 결정하기 위한 이하의 처리를 실행한다(S14).
제어값 결정의 순서에서는, 우선 상기 AP의 송신 기회 획득 빈도가 문턱값을 초과하였는지 여부를 판정한다(S15). 판정에 이용하는 문턱값은, 송신 기회 획득 빈도의 평균값이나 중앙값, 퍼센타일 값 등의 통계값을 이용해도 되고, 송신 기회 획득 빈도가 높은 AP와 낮은 AP가 동일 수가 되는 등 판정되는 AP 수로부터 문턱값을 설정해도 된다.
송신 기회 획득 빈도가 문턱값보다 높다고 판정된 AP에 대해(S15: Yes), 송신 전력값을 내려 주변의 AP가 송신 기회의 획득 빈도를 높이고, 또한 동시에 송신될 때의 간섭 전력값이 작아지도록 송신 전력값을 임시 결정한다(S16a). 단, 상기 AP와 수신처가 되는 STA의 통신에서 타겟 MCS에 필요한 최저 SINR을 산출하고, 송신 전력값의 하한값으로서 설정한다. 하한값 이하의 송신 전력값은 선택하지 않는다. 또한, 도 4에 도시된 바와 같이, 송신 전력값에 연동하여 간섭 검출 문턱값이 제어되는 경우는, 동시에 규정의 간섭 검출 문턱값도 설정한다(S17a). 또, IEEE 802.11ax의 경우, 송신 전력값에 따라 취할 수 있는 CCA 문턱값인 OBSS_PD 레벨에 제한이 있고, 본 발명에서도 이러한 송신 전력값 및 간섭 검출 문턱값의 제어를 상정하고 있다. 또한, 이 때도 법령이나 규격 등으로 정해진 최대값이나 최소값을 고려하고, 이에 반하는 값은 선택하지 않는다.
다음에, 임시 결정한 제어값인 송신 전력값, 또는 송신 전력값과 연동하는 간섭 검출 문턱값에 기초하여, 그 제어값을 적용한 경우의 전체 AP의 스루풋 근삿값을 산출한다(S18a). 산출한 스루풋 값의 합계값, 또는 각 AP의 스루풋 값, 또는 그 둘 다에서 적용 전보다 스루풋 값의 열화가 보이는지 여부를 판정하여(S19a), 열화되어 있는 경우는 상기 임시 결정값을 적용하지 않는다(S19a: No). 반대로 스루풋 값의 열화가 보이지 않는 경우에는, 상기 임시 결정값을 실행값으로서 기록한다(S20a).
이상의 처리를 송신 기회 획득 빈도의 내림차순으로, 단계 S15의 판단에서 송신 기회 획득 빈도가 문턱값을 초과하는 각 AP에 대해 반복하여 행한다.
한편, 송신 기회 획득 빈도가 문턱값보다 낮다고 판정된 AP에 대해(S15: No), 간섭 검출 문턱값을 높여 송신 기회 획득 빈도가 높아지도록 간섭 검출 문턱값을 임시 결정한다(S16b). 또한, 도 4에 도시된 바와 같이, 간섭 검출 문턱값에 연동하여 송신 전력값이 제어되는 경우는, 동시에 규정의 송신 전력값도 설정한다(S17b). 또, IEEE 802.11ax의 경우, 송신 전력값에 따라 취할 수 있는 CCA 문턱값인 OBSS_PD 레벨에 제한이 있고, 본 발명에서도 이러한 송신 전력값 및 간섭 검출 문턱값의 제어를 의식해 둔다. 단, 법령이나 규격 등으로 정해진 최대값이나 최소값을 고려하고, 이에 반하는 값은 선택하지 않는다.
다음에, 임시 결정한 제어값인 간섭 검출 문턱값, 또는 간섭 검출 문턱값과 연동하는 송신 전력값에 기초하여, 그 제어값을 적용한 경우의 전체 AP의 스루풋 근삿값을 산출한다(S18b). 산출한 스루풋 값의 합계값, 또는 각 AP의 스루풋 값, 또는 그 둘 다에서 적용 전보다 스루풋 값의 열화가 보이는지 여부를 판정하여(S19b), 열화되어 있는 경우는 상기 임시 결정값을 적용하지 않는다(S19b: No). 반대로 스루풋 값의 열화가 보이지 않는 경우에는, 상기 임시 결정값을 실행값으로서 기록한다(S20b).
이상의 처리를 송신 기회 획득 빈도의 내림차순으로, 단계 S15의 판단에서 송신 기회 획득 빈도가 문턱값보다 낮다고 판정되는 나머지 각 AP에 대해 반복하여 행한다. 이에 의해, 송신 기회 획득 빈도의 내림차순으로 모든 AP에 대해 스루풋이 가장 양호한 제어값으로서 송신 전력값 및 간섭 검출 문턱값이 결정된다.
나아가 필요하면 단계 S14의 처리 순서를 복수회 반복한다. 예를 들어, 모든 AP의 제어값의 선택 과정에 있어서, 현재 제어값으로부터 변경되지 않는다고 판단될 때까지 반복해도 되고, 계산 시간을 고려하여 유한수를 반복하여 계산의 상한으로서 설정해도 된다.
도 5의 처리 순서예는 도 3의 처리 순서예의 변형이며, 도 6의 처리 순서예는 도 4의 처리 순서예의 변형이다.
도 3 및 도 4에서의 단계 S16a/b~S20a/b의 처리는, 어떤 송신 기회 획득 빈도의 AP에 대해, 제어값으로서 송신 전력값 및 간섭 검출 문턱값의 임시 결정을 행하고, 그 제어값을 적용하여 산출되는 전체 AP의 스루풋 근삿값이 열화되는 경우는 임시 결정값을 채용하지 않고, 전체 AP의 스루풋 근삿값이 열화되지 않으면 임시 결정값을 채용한다. 이를 송신 기회 획득 빈도가 높은 AP부터 차례대로 행한다. 단, AP마다 제어값의 임시 결정 처리는 1회이다.
도 5 및 도 6에 도시된 처리 순서예에서는, 이 제어값으로서 송신 전력값 및 간섭 검출 문턱값의 임시 결정 처리를 제한값에 도달할 때까지 반복한 후에, 다음 송신 기회 획득 빈도의 AP로 이행하는 것을 특징으로 한다.
단계 S15의 판단에서 송신 기회 획득 빈도가 문턱값보다 높다고 판정되는 각 AP에 대해서는, 임시 결정한 제어값인 송신 전력값, 또는 송신 전력값과 연동하는 간섭 검출 문턱값에 기초하여, 그 제어값을 적용한 경우의 전체 AP의 스루풋 근삿값을 산출한다(S16a~S18a). 산출한 스루풋 값의 합계값, 또는 각 AP의 스루풋 값, 또는 그 둘 다에서 적용 전보다 스루풋 값의 열화가 보이는지 여부를 판정하여(S19a), 스루풋 값의 열화가 보이지 않는 경우는, 추가로 임시 결정한 제어값이 제한값에 도달하였는지 여부를 판정하여(S21a), 제한값에 도달하지 못한 경우는 송신 전력값을 내려 동일한 처리를 반복한다(S16a~S19a). 그리고, 임시 결정한 제어값이 제한값에 도달한 경우는, 이 임시 결정값을 실행값으로서 기록한다(S20a). 또는, 송신 전력값을 내려 스루풋 값의 열화가 보인 경우는(S19a: No), 하나 전의 임시 결정값으로 되돌리고(S22a), 이 임시 결정값을 실행값으로서 기록한다(S20a).
또한, 단계 S15의 판단에서 송신 기회 획득 빈도가 낮다고 판정되는 각 AP에 대해서는, 임시 결정한 제어값인 간섭 검출 문턱값, 또는 간섭 검출 문턱값과 연동하는 송신 전력값에 기초하여, 그 제어값을 적용한 경우의 전체 AP의 스루풋 근삿값을 산출한다(S16b~S18b). 산출한 스루풋 값의 합계값, 또는 각 AP의 스루풋 값, 또는 그 둘 다에서 적용 전보다 스루풋 값의 열화가 보이는지 여부를 판정하여(S19b), 스루풋 값의 열화가 보이지 않는 경우는, 추가로 임시 결정한 제어값이 제한값에 도달하였는지 여부를 판정하여(S21b), 제한값에 도달하지 못한 경우는 간섭 검출 문턱값을 높게 하여 동일한 처리를 반복한다(S16b~S19b). 그리고, 임시 결정한 제어값이 제한값에 도달한 경우는, 이 임시 결정값을 실행값으로서 기록한다(S20b). 또는, 간섭 검출 문턱값을 높게 하여 스루풋 값의 열화가 보인 경우는(S19b: No), 하나 전의 임시 결정값으로 되돌리고(S22b), 이 임시 결정값을 실행값으로서 기록한다(S20b).
도 5, 도 6의 단계 S16a에서, 송신 전력값의 임시 결정값이 제한값에 도달하지 못하였을 때에 송신 전력값을 내리는 제어를 실시하는 경우, 수신처가 되는 STA의 수신 전력값으로부터 계산한 타겟 MCS에 최소한 필요한 SINR을 확보할 수 있는 최소 송신 전력을 처음부터 제어값으로서 설정해도 된다. 그러나, 간섭 검출 문턱값과 송신 전력값이 연동하여 제어되는 경우, 즉 송신 전력값을 내리고 간섭 검출 문턱값을 올리는 경우, 간섭 검출 문턱값의 상승에 의해 송신 기회 획득 빈도도 높아져 주변 AP의 송신 기회를 방해하는 원인이 되어 버릴 가능성이 있다. 이러한 경우를 고려하면, 대상 AP 및 전체의 스루풋이 향상되는 것을 확인하면서, 단계적으로 송신 전력을 내리는 제어가 유효해진다.
(송신 전력값의 임시 결정 방법 1)
단계적으로 송신 전력을 내리는 제1 방법은, 주변 AP의 간섭 검출 전력값으로부터 송신 전력값을 결정하는 방법이다. (1) 송신 전력을 내리는 제어를 실시하는 AP가 선출된다. 도 2의 예에서는, AP1의 무선 신호의 수신 전력값을 참조하여, 이 중에서 현시점에서 간섭 검출 문턱값보다 수신 전력값이 높게 관측되는 AP2가 선출된다. 마찬가지로 AP2에 대해 AP1 및 AP3이 선출되고, AP3에 대해 AP2가 선출된다. (2) 선출된 AP 중, 현시점에서의 각 간섭 검출 문턱값과 상기 수신 전력값의 차가 최소가 되는 AP를 결정하고, 이 AP의 간섭 검출 문턱값과 상기 수신 전력값의 차를 계산하여, 송신 전력값을 내리는 제어값으로 한다. 도 2의 예에서는, AP2에서의 간섭 검출 문턱값과 수신 전력값의 차가 -76-(-62)=14dB에서 최소가 되고, 그만큼 AP2의 송신 전력값을 내린다. 또, 이 때 송신 전력값의 하한값이나 연동하여 제어되는 간섭 검출 문턱값의 제한이 있으면, 아울러 내리는 값을 제한한다. 또한, 전반 채널 특성을 고려하여, 송신 전력을 내릴 때에 마진 값을 설정해도 상관없다. 이 방법에서는 상기 AP와 동시 송신 가능한 AP의 수를 늘리는 효과를 기대할 수 있다.
(송신 전력값의 임시 결정 방법 2)
단계적으로 송신 전력을 내리는 제2 방법은, 주변 AP의 SINR 또는 간섭 전력값으로부터 송신 전력값을 결정하는 방법이다. (1) 송신 전력을 내리는 제어를 실시하는 AP가 선출된다. 도 2의 예에서는 AP1로부터 송신된 무선 신호의 수신 전력값을 참조하여, 이 중에서 현시점에서 상기 AP로부터 송신되는 무선 신호가 부여하는 간섭 때문에 SINR이 최악이 되는 AP, 또는 부여하는 간섭 전력이 최대가 되는 AP가 선출된다. 단, 상기의 순서로 선출되는 AP는, 이 AP의 수신 전력값이 간섭 검출 문턱값 이하인 것이 대상이 된다. 도 2의 예에서는 AP3이 된다. (2) 선출된 AP가 타겟 MCS를 만족하는 SINR이 되거나, 다른 AP로부터의 간섭 전력값과 동일해질 때까지 송신 전력값을 내린다. 이 방법에서는 상기 AP와 동시 송신하는 AP의 통신 품질이 개선되는 효과를 기대할 수 있다.
(간섭 검출 문턱값의 임시 결정 방법)
도 5~도 6의 단계 S16b에서, 간섭 검출 문턱값의 임시 결정값이 제한값에 도달하지 못하였을 때에 간섭 검출 문턱값을 올리는 제어를 실시하는 경우는 다음과 같이 된다. 이 제어는, 송신 기회 획득 빈도를 높이는 것이 목적이기 때문에, 주변 AP로부터 송신되는 무선 신호의 수신 전력값을 참조하여, 수신 전력값이 현재 간섭 검출 문턱값보다 높고, 또한 가장 가까운 수신 전력값과의 차를 간섭 검출 문턱값의 임시 결정값으로 한다. 이 방법에서는 상기 AP의 동시 송신 기회를 늘리는 효과를 기대할 수 있다.
또한, 도 5, 도 6의 단계 S16a에서 송신 전력값을 내리는 제어를 실시하는 경우, 혹은 도 5, 도 6의 단계 S16b에서 간섭 검출 문턱값을 올리는 제어를 실시하는 경우에, 유전 알고리즘을 채용하여, 확률(1-P)로 상기 임시 결정 방법을 취하면서, 확률(P)로 취할 수 있는 값의 범위 내에서 랜덤의 값을 선택하여 임시 결정값으로 해도 된다.
또한, 송신 전력값 및 간섭 검출 문턱값의 결정에 대해서는, 랜덤성을 갖는 반면, 군 전체의 정보를 개개로도 공유하면서 최적화를 목표로 하는 다치 변수의 최적화법인 입자군 최적화법(PSO)을 이용해도 된다. 본 발명에 적용하는 경우에는, 송신 기회 획득 빈도를 기초로 PSO의 파라미터를 조정함으로써 탐색 성능을 개선할 수 있다. 처리 순서의 일례를 도 7에 나타낸다. 또, 본 처리는 도 3~도 6의 처리 순서를 대신하는 것이다.
도 7에서, 정보 수집 및 사전의 MCS 최적화를 행하고(S31), 송신 기회 획득 빈도 및 스루풋 근삿값의 산출을 행한다(S32). 또, 이들 처리는 도 3~도 6의 단계 S11, S12, S18의 처리와 동일하다. 다음에, 예를 들어 스루풋 또는 스루풋을 기초로 한 계산 결과로부터 PSO에서 사용하는 평가 함수값을 산출하고(S33), 평가 함수값이 가장 양호한 경우의 송신 전력값 및 간섭 검출 문턱값을 기록한다(S34). 다음에, 송신 기회 획득 빈도가 높은 AP는, 송신 전력값 및 간섭 검출 문턱값의 변화량의 계수를 기준값보다 낮은 값으로 설정하여 탐색 범위를 좁히고, 송신 기회 획득 빈도가 낮은 AP는, 상기 계수를 기준값보다 높은 값으로 설정하여 탐색 범위를 넓힌다(S35). 다음에, PSO의 수법에 기초하여 결정한 계수(중량)를 사용하여, 각 AP의 송신 전력값 및 간섭 검출 문턱값을 갱신한다(S36). 이상의 처리에 대해 종료 조건을 만족할 때까지 반복한다(S37). 종료 조건으로서는, 송신 기회 획득 빈도 및 스루풋의 개선이 거의 수속된 경우 등을 이용한다.
도 3~도 6의 단계 S18a/b에서, 스루풋 근삿값을 산출하는 방법으로서, 도 8에 도시된 4개의 AP의 관계에 기초하여 설명한다. 여기서는, 전체 AP의 간섭 검출 문턱값을 -73dBm, 전체 AP의 송신 전력값의 초기값을 20dBm, 각 수신처 단말의 수신 전력값을 각각 -41dBm으로 한다.
AP1~AP4의 서로의 수신 전력값은 도 8에 도시된 바와 같고, AP1과 AP2, AP2와 AP3, AP2와 AP4, AP3과 AP4가 서로 간섭 검출 문턱값 이상의 간섭 신호를 검출하고 있는 것으로 한다. 이들 AP가 충돌 관계에 있는 것으로 하여 컨텐션 그래프에서 「1」로 하고, 충돌 관계에 없는 AP를 「0」으로 한다. 동시 송신 가능한 AP가 최대가 되는 조합인 최대 클리크는, AP1과 AP3, AP1과 AP4가 된다. AP마다 평균을 취한 값이 정규화 스루풋은 {1, 0, 1/2, 1/2}이 된다. 이 값에 각 AP의 전송 레이트를 곱하면, 대략적인 스루풋을 얻을 수 있다.
다음에, 정규화 스루풋이 높은 AP1, AP3, AP4에 대해, 타겟 MCS에 필요한 SINR의 최소값을 확보할 수 있는 송신 전력값까지 내리는 예를 나타낸다. AP1, AP3, AP4가 SINR을 달성하면서 설정 가능한 간섭 검출 문턱값은, 현재 간섭 검출 문턱값으로부터의 차분(x)으로서,
(-41-x)-(-73+x)=20
x=6
이 된다. 따라서, 도 9에 ★표로 나타내는 바와 같이, AP1, AP3, AP4의 간섭 검출 문턱값은 -73에서 -67로 올리고, 송신 전력값은 20에서 14로 내린다.
이에 기초한 AP1~AP4의 서로의 수신 전력값은 도 9에 도시된 바와 같고, AP3과 AP4 사이의 수신 전력값 -76은 간섭 검출 문턱값 미만이 되며, AP1과 AP2, AP2와 AP3, AP2와 AP4가 서로 간섭 검출 문턱값 이상의 간섭 신호를 검출하고, 대응하는 컨텐션 그래프가 갱신된다. AP3과 AP4는 서로 신호를 검출하지 않으므로, 동시 송신 가능한 최대 클리크는 AP1과 AP3과 AP4의 조합이 되고, 최대 클리크 및 정규화 스루풋은 {1, 0, 1, 1}이 되고, 스루풋이 개선된다.
다음에, 정규화 스루풋이 낮은 AP2에 대해, 최소의 RSSI를 웃돌도록 간섭 검출 문턱값을 올린다. AP2에 대해 AP1, AP3, AP4가 가장 멀기 때문에, RSSI의 합계값으로서 -72dBm×3프레임의 합계값인 -67.2dBm을 기초로 간섭 검출 문턱값 및 송신 전력을 결정한다. 따라서, 도 10에 ★표로 나타내는 바와 같이, AP2의 간섭 검출 문턱값은 -73에서 -67로 올리고, 송신 전력값은 20에서 14로 내린다.
이에 기초한 AP1~AP4의 서로의 수신 전력값은 도 10에 도시된 바와 같고, 모든 AP의 조합에서 수신 전력값이 간섭 검출 문턱값 미만이 되며, 대응하는 컨텐션 그래프가 갱신된다. 최대 클리크 및 정규화 스루풋은 {1, 1, 1, 1}이 되고, 스루풋이 최대화된다.
AP 무선 기지국
STA 무선 단말
10 무선 기지국(AP)
11 정보 신호 입출력부
12 수신 전력값 정보 수집부
13 송신 전력/간섭 검출 문턱값 제어부
14 무선 신호 송수신부
15 액세스 제어부
20 중앙 관리국
21 정보 신호 입출력부
22 정보 관리부
23 제어값 결정부

Claims (11)

  1. 서로 간섭하는 복수의 무선 기지국과, 이 무선 기지국에 접속되는 복수의 무선 단말과, 이 무선 기지국과 접속되는 중앙 관리국을 구비하는 무선 통신 시스템으로서,
    상기 중앙 관리국은,
    상기 무선 기지국의 간섭원이 되는 주변의 무선 기지국의 수신 전력값을 포함하는 간섭 전력 정보와, 상기 무선 기지국의 수신처가 되는 상기 무선 단말로부터의 수신 전력값과, 상기 무선 기지국의 송신 전력값을 포함하는 송신 전력 정보를 수집하는 정보 수집 수단; 및
    수집한 정보로부터 간섭 관계에 기초하여 계산되는 송신 기회 획득 빈도 및 스루풋 근삿값에 따라, 상기 무선 기지국에서의 간섭 검출 문턱값 및 송신 전력값을 결정하고, 제어값으로서 상기 무선 기지국에 통지하는 제어값 결정 수단;을 구비하며,
    상기 무선 기지국은, 상기 중앙 관리국으로부터 통지된 제어값에 기초하여 간섭 검출 문턱값 및 송신 전력값의 제어를 행하는 구성인 것을 특징으로 하는 무선 통신 시스템.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 무선 기지국은, 상기 중앙 관리국으로부터 통지된 간섭 검출 문턱값 및 송신 전력값을 지배 하의 상기 무선 단말에 통지하고, 이 무선 단말이 통지된 간섭 검출 문턱값 및 송신 전력값에 기초한 제어를 행하는 구성인 것을 특징으로 하는 무선 통신 시스템.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 제어값 결정 수단은, 상기 간섭 검출 문턱값 및 송신 전력값의 임시 결정과, 임시 결정값을 이용한 제어 후의 스루풋 근삿값을 계산하고, 스루풋이 개선되는 경우에 임시 결정값을 상기 제어값으로 하는 구성인 것을 특징으로 하는 무선 통신 시스템.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 제어값 결정 수단은, 상기 송신 기회 획득 빈도가 높은 무선 기지국으로부터 차례대로 상기 간섭 검출 문턱값 및 송신 전력값을 결정하는 구성인 것을 특징으로 하는 무선 통신 시스템.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 제어값 결정 수단은, 제어 대상의 무선 기지국 중에서 상기 송신 기회 획득 빈도가 소정의 문턱값보다 높은 무선 기지국에 대해 상기 송신 전력값을 내리는 제어를 실시하고, 상기 송신 기회 획득 빈도가 상기 소정의 문턱값보다 낮은 무선 기지국에 대해 상기 간섭 검출 문턱값을 올리는 제어를 실시하는 구성인 것을 특징으로 하는 무선 통신 시스템.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 제어값 결정 수단은, 상기 정보 수집 수단에서 수집한 수신처가 되는 무선 단말로부터의 수신 전력값을 이용하여, 목표로 하는 변복조 방식으로 최소한 필요한 SINR 값으로부터 상기 송신 전력값의 하한값을 설정하는 구성인 것을 특징으로 하는 무선 통신 시스템.
  7. 청구항 5에 있어서,
    상기 제어값 결정 수단은, 상기 무선 기지국의 송신 전력값을 내리는 경우에, 상기 무선 기지국이 관측하는 상기 수신 전력값 중, 상기 간섭 검출 문턱값보다 높은 무선 기지국의 수신 전력값을 기준으로 하는 구성인 것을 특징으로 하는 무선 통신 시스템.
  8. 청구항 5에 있어서,
    상기 제어값 결정 수단은, 상기 무선 기지국의 송신 전력값을 내리는 경우에, 상기 무선 기지국으로부터 송신되는 무선 신호에 의한 간섭 전력이 소정값 이상 또는 SINR이 소정값 이하가 되는 무선 기지국의 수신 전력값을 기준으로 하는 구성인 것을 특징으로 하는 무선 통신 시스템.
  9. 청구항 5에 있어서,
    상기 제어값 결정 수단은, 상기 무선 기지국의 간섭 검출 문턱값을 올리는 경우에, 상기 무선 기지국이 관측하는 상기 수신 전력값 중, 현재 간섭 검출 문턱값보다 높고 가장 가까운 수신 전력값을 기준으로 하는 구성인 것을 특징으로 하는 무선 통신 시스템.
  10. 청구항 1에 있어서,
    상기 제어값 결정 수단은, 입자군 최적화법(PSO)을 이용하여 상기 간섭 검출 문턱값 및 송신 전력값을 탐색할 때에, 상기 송신 기회 획득 빈도가 소정의 문턱값보다 높은 무선 기지국에 대해 상기 간섭 검출 문턱값 및 송신 전력값의 변화량의 계수를 기준값보다 낮은 값으로 설정하고, 상기 송신 기회 획득 빈도가 상기 소정의 문턱값보다 낮은 무선 기지국에 대해 상기 간섭 검출 문턱값 및 송신 전력값의 변화량의 계수를 상기 기준값보다 높은 값으로 설정하는 구성인 것을 특징으로 하는 무선 통신 시스템.
  11. 서로 간섭하는 복수의 무선 기지국과, 이 무선 기지국에 접속되는 복수의 무선 단말과, 이 무선 기지국과 접속되는 중앙 관리국을 구비하고, 중앙 관리국이 무선 기지국의 송신 전력값 및 간섭 검출 문턱값을 제어하는 무선 통신 방법으로서,
    상기 중앙 관리국은,
    상기 무선 기지국의 간섭원이 되는 주변의 무선 기지국의 수신 전력값을 포함하는 간섭 전력 정보와, 상기 무선 기지국의 수신처가 되는 상기 무선 단말로부터의 수신 전력값과, 상기 무선 기지국의 송신 전력값을 포함하는 송신 전력 정보를 수집하고,
    수집한 정보로부터 간섭 관계에 기초하여 계산되는 송신 기회 획득 빈도 및 스루풋 근삿값에 따라, 상기 무선 기지국에서의 간섭 검출 문턱값 및 송신 전력값을 결정하고, 제어값으로서 상기 무선 기지국에 통지하며,
    상기 무선 기지국은, 상기 중앙 관리국으로부터 통지된 제어값에 기초하여 간섭 검출 문턱값 및 송신 전력값의 제어를 행하는 것을 특징으로 하는 무선 통신 방법.
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