WO2022014912A1 - 연속 간섭제거 기반 랜덤 액세스 장치 및 방법 - Google Patents

연속 간섭제거 기반 랜덤 액세스 장치 및 방법 Download PDF

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WO2022014912A1
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interference cancellation
random access
users
continuous interference
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전상운
후진
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Industry University Cooperation Foundation IUCF HYU
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    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
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    • H04W24/00—Supervisory, monitoring or testing arrangements
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    • H—ELECTRICITY
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    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04W—WIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
    • H04W74/00—Wireless channel access
    • H04W74/08—Non-scheduled access, e.g. ALOHA

Definitions

  • the present invention relates to a continuous interference cancellation-based random access device and method capable of estimating the number of backlog users according to the state of a time slot and calculating a transmission probability based on the number of backlog users to improve the packet transmission rate of a user terminal. .
  • multi-user interference cancellation techniques in conventional random access devices are random access techniques assuming that infinite storage capacity, computing capacity and complexity are allowed. Therefore, the achievable data rate in such a system is a theoretical limit, and cannot be applied to an actual system. In particular, due to the assumption that interference cancellation can be applied regardless of the number of colliding users, since all connected users perform transmission in every time slot, system complexity may significantly increase, resulting in a problem that packet time delay cannot be guaranteed. do.
  • the technical problem to be achieved by the present invention is to solve this problem, and the present invention estimates the number of backlog users according to the state of a time slot and calculates a transmission probability based on the number of backlog users to determine the packet transmission rate of the user terminal.
  • a continuous interference cancellation-based random access apparatus and method that can be improved are provided.
  • a continuous interference cancellation-based random access apparatus estimates the number of backlog users according to the state of a time slot in which a packet is received through a communication unit that transmits and receives packets with at least one user terminal and the communication unit,
  • the controller may include a control unit for controlling the communication unit to calculate a transmission probability according to the number of log users and transmit the calculation to at least one user terminal.
  • the number of backlog users according to the communication step in which the communication unit transmits and receives packets to and from at least one user terminal, and the control unit, the state of the time slot in which the packet is received through the communication unit estimating, calculating a transmission probability according to the number of backlog users and controlling the communication unit to transmit to at least one user terminal.
  • the continuous interference cancellation-based random access apparatus and method of the present invention can improve the achievable data rate even with limited storage capacity, computing capacity and complexity.
  • the continuous interference cancellation-based random access apparatus and method of the present invention can achieve similar performance as the data rate and the number of time slots required when the random access apparatus accurately knows the number of backlog users.
  • the continuous interference cancellation-based random access apparatus and method of the present invention can estimate the number of backlog users in real time even when the user distribution changes.
  • FIG. 1 is a diagram schematically illustrating a random access system according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a diagram illustrating an operation of a random access system according to an embodiment of the present invention.
  • 3A is a diagram for explaining the configuration of a user terminal according to an embodiment of the present invention.
  • 3B is a diagram for explaining the configuration of a random access device according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a flowchart illustrating updating the number of backlog users according to an embodiment of the present invention.
  • 5A is a diagram illustrating an operation of a random access system according to another embodiment of the present invention.
  • 5B is a diagram illustrating an operation of a random access system according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a flowchart illustrating a random access method according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is a diagram comparing the actual number of backlog users according to an embodiment of the present invention with the expected number of backlog users estimated through the present invention.
  • FIG. 8 is a diagram illustrating a data rate and a required time slot obtained by executing SRP and E-SRP according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 is a diagram schematically illustrating a random access system according to an embodiment of the present invention.
  • a random access system 1 may include at least one user terminal 10 and a random access device 20 .
  • the user terminal 10 may access the random access device 20 to transmit the packet in a random time slot.
  • the number of user terminals 10 connected to the random access apparatus 20 is determined in each time slot. may change according to
  • the random access device 20 may receive a packet transmitted by the user terminal 10 for each time slot and transmit a feedback signal according to the reception of the packet.
  • the random access device 20 may decode the received packet and then transmit an ACK signal to the corresponding user terminal 10 .
  • the random access device 20 may transmit a NAK signal to the plurality of user terminals 10 without decoding the corresponding packets.
  • At least one user terminal 10 accesses a random time slot for every time slot, transmits respective packets to the random access device 20 side, and provides feedback according to whether or not packets are received. It may represent an operation of retransmitting a signal. Accordingly, in the present invention, when a collision occurs by receiving packets from a plurality of user terminals 10 , it may be expressed as a collision between the user terminals 10 or a collision between packets, which may be interpreted as the same meaning.
  • FIG. 1 shows a user terminal 10 and a random access device 20 in a general random access system 1, a detailed description of the configuration will be provided below.
  • FIG. 2 is a diagram illustrating an operation of a random access system according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 exemplarily illustrates an operation of a random access device in which a user terminal accesses a random time slot and transmits a packet to the random access device.
  • the continuous interference cancellation capability may mean the maximum number of user terminals capable of resolving the collision by the random access device when a collision between user terminals occurs.
  • the continuous interference cancellation capability of 3 may indicate that the random access device can resolve the collision up to the maximum number of user terminals in which the collision has occurred.
  • the continuous interference cancellation capability in the present invention may be expressed as M.
  • user terminal 1 independently accesses time slot 2 and transmits a packet. Accordingly, the random access device may decode the packet of user terminal 1 and transmit an ACK signal.
  • the random access device decodes the packet of user terminal 2 and transmits an ACK signal.
  • the random access device may perform a process of resolving collisions between packets through the next predetermined time slot. Collision in time slot 12 is also omitted since it is the same as the above case.
  • time slots required to resolve the collision shown in FIG. 2 eg, time slots 8, 9, and 10 required to resolve the collision between the user terminals 3 and 4 occurring in time slot 7 are shown in the following figures. It will be described later with reference to 5a and 5b.
  • the random access device can transmit NAK signals without decoding packets of corresponding user terminals.
  • the random access device cannot perform the collision resolution process, and then the user terminal 8 transmits a packet alone in time slot 21 and succeeds in decoding and receive an ACK signal.
  • FIG. 2 illustrates an operation of a random access system according to an embodiment of the present invention, and is not limited thereto, and may vary depending on variables that may change in a communication environment, such as the number of collision users and continuous interference cancellation capability.
  • 3A is a diagram for explaining the configuration of a user terminal according to an embodiment of the present invention.
  • the user terminal 10 may include a terminal communication unit 110 and a terminal control unit 120 .
  • the terminal communication unit 110 may cause the at least one user terminal 10 to transmit a packet to the random access device, and ACK or NAK depending on whether the random access device 20 has successfully received the packet. signal can be received.
  • the terminal control unit 120 determines that at least one user terminal 10 transmits a packet to the random access device 20, but a collision has occurred between the user terminals 10 on the random access device 20 side, and sends a NAK signal. If it has been transmitted, the terminal communication unit 110 may be controlled to try or wait for retransmission again with a specific transmission probability.
  • the terminal communication unit 110 may retransmit a packet that has failed to be transmitted within an additional time slot or wait without retransmission according to the retransmission or standby command of the terminal control unit 120 .
  • the terminal controller 120 may dynamically control the packet transmission probability according to the number of user terminals 10 connected to the random access device 20 .
  • the packet transmission probability may be changed according to the number of backlog users, or whether SRP or extended SRP is executed, which will be described below, and the transmission probability for each situation is stored in advance in the user terminal 10 or random It may be received from the access device 20 according to circumstances.
  • 3B is a diagram for explaining the configuration of a random access device according to an embodiment of the present invention.
  • the random access device 20 may include a communication unit 210 and a control unit 220 .
  • the communication unit 210 may transmit and receive packets to and from at least one user terminal, and may transmit an ACK signal or a NAK signal to the user terminal according to whether the packets collide.
  • the communication unit 210 may transmit the number of backlog users, packet transmission probability, retransmission probability, collision resolution probability, and the like to the user terminal 100 under the control of the control unit 220 .
  • the controller 220 may control the communication unit to estimate the number of backlog users according to the state of packets received through the communication unit, and to transmit a transmission probability of the user terminal to at least one user terminal according to the number of backlog users.
  • the number of backlog users may mean the number of user terminals connected to the random access device 20 in a specific time slot, and the control unit 220 includes the communication unit ( 210), the transmission probability or the number of backlog users may be transmitted.
  • the transmission probability according to the number of backlog users may be an optimal probability calculated in advance according to the continuous interference cancellation capability, and in order to change the transmission probability according to the number of backlog users, the user terminal 10 is The transmission probability table in which the transmission probability for each log user is stored is received and stored, or the transmission probability of the packet may be changed according to the transmission probability received from the random access device 20 for each situation.
  • the random access device 20 may transmit the estimated number of backlog users and the transmission probability according to the packet state to the user terminal.
  • the transmission probability according to the number of backlog users may be included in the ACK signal and the NCK signal, or may be transmitted separately from the corresponding feedback signal.
  • control unit 220 may include an SRP execution unit 221 to execute the SRP.
  • the controller 220 may control the communication unit 210 to transmit the retransmission probability to the user terminal 10 when the SRP is executed.
  • the control unit 220 can transmit the retransmission probability only to the collision user terminal by executing the SRP only for the collision user terminal, but the remaining user terminals must also be aware of the retransmission probability so that the packet is not transmitted during SRP execution.
  • the retransmission probability may be transmitted to the user terminal.
  • the user terminal 10 receiving the signal for SRP execution from the random access device 20 retransmits the packet according to the retransmission probability, and the user terminal 10 that does not transmit the packet The transmission of the packet is suspended until the execution of SRP is terminated.
  • the controller 220 may determine the retransmission probability based on the number of backlog users and the average number of transmissions per time slot according to the preset continuous interference cancellation capability.
  • the controller 220 may calculate the retransmission probability p* according to Equation 1 below.
  • Equation 1 p* is the transmission probability, v is the number of backlog users, may represent the average number of transmissions per time slot.
  • the transmission probability p* may be divided into transmission probability, retransmission probability, or collision resolution probability according to the state of each time slot.
  • the transmission probability p* during SRP execution may be a retransmission probability of retransmitting a packet with interference, and may be a collision resolution probability for overcoming a collision by interference cancellation during E-SRP execution.
  • the control unit uses the following Equation 2 for the average number of transmissions per time slot can be calculated.
  • Equation 2 is the average number of transmissions per time slot, p* is the retransmission probability, and v is the number of backlog users.
  • the controller 220 controls the average number of transmissions per time slot according to the preset continuous interference cancellation capability.
  • Table 1 controls the average number of transmissions per time slot according to the preset continuous interference cancellation capability.
  • M is the continuous interference cancellation capability, is the average number of transmissions per time slot, silver can represent the maximum achievable data rate through .
  • the average number of transmissions per time slot may be previously configured as a database and stored in the storage unit 224 as shown in Table 1, or may be updated using Equation (2).
  • the number v of backlog users used in Equations 1 and 2 may mean the updated number of backlog users calculated through Equations 3 to 6, which will be described in detail later with reference to Equations 3 to 6 .
  • the control unit 220 controls E-SRP (Enhanced SIC-Enable Collision Resolve Procedure) when the number of collision packets exceeds a preset continuous interference cancellation capability as in time slot 19 shown in FIG. 2 . may be executed, and the control unit 220 may include an E-SRP execution unit 222 that executes the E-SRP.
  • E-SRP Enhanced SIC-Enable Collision Resolve Procedure
  • the controller 220 may control the communication unit so that the user terminal in which the collision has occurred retransmits the packet according to a preset collision resolution probability.
  • the control unit 220 may preset the collision resolution probability based on the number of collision user terminals. Accordingly, the control unit 220 may include a storage unit 224 for storing the collision resolution probability as a database in advance.
  • control unit 220 determines the collision resolution probability can be expressed as in Table 2 below.
  • table 2 is the number of conflicting user terminals, is the minimum number of time slots expected for conflict resolution through E-SRP among m conflicting user terminals, may represent a collision resolution probability.
  • Table 2 shows the probability of failure to resolve the collision despite E-SRP being executed. This is just an example assuming that is 0.5, if probability of failure to resolve conflicts in If is not 0.5, the collision resolution probability value may be different.
  • the collision resolution probability may be stored in advance in a separate database or storage unit 224 as shown in Table 2, but is not limited thereto, and is determined in real time according to the packet transmission situation for each time slot, such as the retransmission probability described above, and may be updated.
  • the control unit 220 may include a backlog user estimator 223 that updates the number of backlog users that change according to the packet state of the time slot in order to calculate the transmission probability, retransmission probability, or collision resolution probability described above. .
  • the controller 220 may calculate the number of backlog users for each preset embedded point.
  • the embedded point in the present invention may be defined as a time slot in which the number of backlog users is updated and the probability value for the updated packet transmission is changed accordingly. That is, from the standpoint of the user terminal 10, the packet transmission probability is changed for each embedded point, and from the standpoint of the random access device 20, change information on the transmission probability for each embedded point, for example, the number of backlog users, the transmission probability, and the retransmission probability. , collision resolution probability, etc. may be transmitted to the user terminal 10 .
  • the backlog user estimator 223 needs to estimate the number of backlog users that change according to the packet state of the time slot. 223) estimating and updating the number of backlog users according to the packet state will be described in detail below.
  • the backlog user estimator 223 may estimate the number of backlog users for each embedded point.
  • the embedded point where the number of backlog users is updated, is used to resolve packet interference when a packet is not transmitted idle event, packet transmission is successful event, or packet collision occurs within the continuous interference cancellation capability.
  • the points at which one of the SRP event in which packet retransmission is executed, and the E-SRP event in which packet retransmission is executed to execute SRP for resolving packet collision when a collision of packets exceeding the continuous interference cancellation capability occurs can be one
  • the backlog user estimator 223 determines the number of backlog users according to Equation 3 below at the corresponding embedded point. can be updated.
  • Equation 3 may mean the number of backlog users before update, and the average number of transmissions per time slot Refer to Table 1 above.
  • the backlog user estimator 223 performs the following Equation 4 at the corresponding embedded point. number of backlog users according to E[n Success] can be updated.
  • Equation 4 may mean the number of backlog users before update, and the average number of transmissions per time slot Refer to Table 1 above.
  • the backlog user estimator 223 uses the following Equation 5 at the embedded point to back number of log users can be updated.
  • Equation 5 may mean the number of backlog users before update, m is the number of conflicting user terminals, and the average number of transmissions per time slot. Refer to Table 1 above.
  • the backlog user is maintained until the execution of the SRP is finished, and when the execution of the SRP is finished, the embedded point can be designated again. That is, the backlog user estimation unit 223 determines the number of backlog users E[n Collision] is not updated, and accordingly, the retransmission probability, which will be described below, may not be calculated.
  • a case in which E-SRP is executed as in time slots 2 to 16 shown in FIG. 5B is defined as a collision slot or a collision event.
  • the backlog user estimator 223 uses Equation 6 below to determine the number of backlog users E[n Collision] can be updated.
  • Equation 6 may mean the number of backlog users before update, and the continuous interference cancellation capability M and the average number of transmissions per time slot Refer to Table 1 above.
  • the backlog user estimator 223 does not designate a new embedded point until the E-SRP is executed and terminated, and accordingly, the number of backlog users does not change until the E-SRP is terminated.
  • the control unit 220 has been described above that the E-SRP can be executed when a collision event occurs.
  • the control unit 220 controls the collision resolution probability as shown in Table 2 may be set in advance and transmitted to the user terminal, and the collision resolution probability may be newly calculated by applying the number of backlog users updated through Equation 6 to Equation 1.
  • the backlog user estimating unit 223 determines the backlog user until the E-SRP is executed and terminated. number E[n Collision] is not updated, so the collision resolution probability may not be updated as well.
  • the backlog user estimator 223 may estimate and update the number of backlog users in consideration of the state of the corresponding time slot according to the packet transmission of the user terminal. Then, the control unit 220 uses Equation 1 to determine the retransmission probability according to the number of updated backlog users. can be calculated and transmitted to the user terminal for each embedded point.
  • Transmission probability Means a retransmission probability when SRP is executed, but may mean a transmission probability in an idle event or a success event, and may mean a collision resolution probability in a collision event.
  • control unit 220 considers the state of the time slot according to the packet transmission of the user terminal for each preset embedded point (ie, idle event, success event, SRP event, collision event), and Equation 3 suitable for each state to Equation 6, it is possible to estimate and update the number of backlog users, and apply this to Equation 1 to calculate the transmission probability, the retransmission probability, and the collision resolution probability.
  • preset embedded point ie, idle event, success event, SRP event, collision event
  • control unit 220 includes the calculated transmission probability, retransmission probability, and collision resolution probability in the ACK signal or NAK signal, or transmits the communication unit 210 to at least one user terminal separately from the ACK signal or NAK signal. can be controlled
  • the user terminal may attempt transmission or retransmission based on the transmission probability, the retransmission probability, and the collision resolution probability, or may wait without an attempt.
  • the controller 220 transmits the transmission probability to the user terminal at the embedded point of time slot 6, which is an idle event, but each user terminal may try or wait for transmission according to the transmission probability, so the user Terminals 3 and 4 may transmit packets simultaneously in time slot 7.
  • the subject that transmits or waits for a packet will be a user terminal accessing an arbitrary time slot, and the control unit 220 arbitrarily accesses the user terminal.
  • Transmission probability, retransmission probability, and collision resolution probability can be updated in real time according to the state.
  • FIG. 4 is a flowchart illustrating updating the number of backlog users according to an embodiment of the present invention.
  • the number of backlog users may be updated at a preset embedded point.
  • the backlog user estimator 223 may determine whether the corresponding time slot is an embedded point of a preset condition ( S100 ). If it is not an embedded point, the backlog user estimator 223 may wait until the next embedded point.
  • the backlog user estimator 223 updates the number of backlog users through a calculation formula corresponding to each of the idle event, success event, SRP event, and collision event, which are classified according to the packet state at the embedded point ( S200) can be done.
  • 5A is a diagram illustrating an operation of a random access system according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 5A (a) is an exemplary diagram illustrating a case in which user terminals 1, 2, and 3 simultaneously transmit packets in time slot 1 and a collision occurs.
  • the random access device may attempt to resolve the collision between packets by executing the SRP (3).
  • SRP(3) since the number of users in the first collision is 3, it is expressed as SRP(3), and it can be expressed as SRP(m) according to the number of users in the first collision m.
  • the random access device performed SRP, it may mean that the continuous interference cancellation capability of the random access device is at least 3.
  • the random access device may transmit the NAK signal and the retransmission probability to the user terminals 1, 2, and 3, and accordingly, the user terminals 1, 2, and 3 may retransmit the packet arbitrarily again based on the retransmission probability.
  • the retransmission probability is or is defined as m may mean the number of first collision users. Therefore, the retransmission probability transmitted by the random access device in time slot 1 is can be defined as
  • the random access device again NAK signal and retransmission probability After transmitting to the user terminals 1 and 3, the user terminal 3 has a retransmission probability based on 3 time slots (i.e. ), it can be retransmitted alone.
  • the random access device may execute the SRP operation again in the corresponding SRP operation process.
  • the random access device decodes user terminal 2 in time slot 1, user terminal 1 in time slot 4, and user terminal 3 in time slot 7 to resolve the collision.
  • FIG. 5A (b) is an exemplary diagram illustrating a case in which user terminals 1, 2, 3, and 4 simultaneously transmit packets in time slot 1 and a collision occurs. Since the communication operation between the user terminal and the random access device has been described in detail with reference to FIGS. 3 and 5A above, it will be briefly described.
  • that the random access device has performed SRP may mean that the continuous interference cancellation capability of the random access device is at least 4.
  • Random access device NAK signal and retransmission probability to user terminals 1,2,3,4 transmits, and the user terminals 1,2,3,4 have a retransmission probability After random transmission, user terminal 1 has two time slots (that is, ) can be retransmitted later.
  • user terminals 2, 3, and 4 After that, user terminals 2, 3, and 4 have a retransmission probability to perform random transmission, and user terminals 2 and 4 have two time slots (that is, ) can be retransmitted later.
  • user terminals 2 and 4 have retransmission probability to perform random transmission, and user terminal 2 has 4 time slots (that is, ) can be retransmitted later.
  • user terminal 2 and user terminal 4 collide in time slot 5 and thus retransmission probability Although retransmission in time slot 7 through ), it can be retransmitted alone.
  • the random access device performs the above SRP operation to decode user terminal 3 in time slot 1, user terminal 1 in time slot 3, user terminal 4 in time slot 5, and user terminal 2 in time slot 9. This can resolve the conflict.
  • time slot required for conflict resolution by executing SRP (for example, in (a) of FIG. 5A , in Figure 5a (b) ) can be expressed as in Equation 7 below.
  • Equation 7 is the number of first crash users, ( ⁇ 1) is the number of time slots required to execute SRP, ( ) is the number of user terminals in the SRP execution stage, may indicate the total time slot required for conflict resolution by executing SRP.
  • the time slot required for conflict resolution by executing SRP can be calculated as in Equation 7, but since the user terminals in which the collision has occurred have a retransmission probability, the time slot to be retransmitted may be determined by the user terminal as the subject.
  • the number of time slots required to execute SRP. and the number of user terminals in the SRP execution stage may vary depending on a time slot retransmitted by the user terminal. For example, the same In (a) of FIG. 5a, user terminals 1 and 3 retransmitted after 3 time slots. , and in (b) of FIG. 5a, user terminals 2 and 4 retransmitted after two time slots. will become
  • Equation 7 is the number of time slots required to execute SRP obtained by retransmission by user terminals. and the number of user terminals in the SRP execution stage It should be taken into account that it expresses what is decided ex post facto based on
  • FIG. 5A illustrates the operation of the random access system of the present invention as an embodiment, and is not limited thereto, and may vary depending on variables that may change in a communication environment, such as the number of collision users and continuous interference cancellation capability.
  • 5B is a diagram illustrating an operation of a random access system according to another embodiment of the present invention.
  • 5B shows an example of the operation in which the E-SRP execution unit executes the E-SRP because 5 user terminals 1,2,3,4,5 collide when the continuous interference cancellation capability is 2.
  • the SRP execution unit When a collision between user terminals exceeding the continuous interference cancellation capability occurs, the SRP execution unit does not execute SRP for the corresponding user terminals and does not utilize it for decoding. However, when the E-SRP execution unit collides between user terminals exceeding the continuous interference cancellation capability, the E-SRP execution unit may attempt to resolve the conflict by executing the E-SRP.
  • the E-SRP execution unit can execute E-SRP only for m user terminals, and the remaining nm user terminals execute E-SRP by m users. may not participate in
  • 5b again shows that the random access device transmits the transmission probability from the embedded point of time slot 1 to the user terminal side, and user terminals 1, 2, 3, 4, 5 collide by transmitting packets in time slot 2 based on the transmission probability. shows how it has been
  • the random access device can execute E-SRP because the preset continuous interference cancellation capability is 2.
  • the random access device provides the NAK signal and the collision resolution probability to the user terminals 1,2,3,4,5. can be transmitted, and accordingly, user terminals 1, 2, 3, and 4 can confirm that they have attempted retransmission with a collision resolution probability in time slot 5.
  • the collision resolution probability will be referred to in Table 2 above.
  • the random access device transmits the collision resolution probability to the user terminal until the number of collision users becomes less than or equal to the continuous interference cancellation capability, and the user terminal may continuously attempt retransmission with the collision resolution probability.
  • user terminal 1 succeeds in retransmission in time slot 10
  • user terminal 2 succeeds in retransmission in time slot 7 and can be decoded.
  • user terminals 3 and 4 may not participate in retransmission.
  • the random access device determines the probability that the user terminals 3 and 4 will resolve the collision in the time slot 12. can be retransmitted with
  • the reason for setting the collision resolution probability to 1 is that the number of collision users has decreased to less than the continuous interference cancellation capability, so it is an effective strategy to maximize the overall data rate to retransmit unconditionally rather than execute E-SRP again. .
  • user terminal 3 succeeds in retransmission in time slot 16
  • user terminal 4 succeeds in retransmission in time slot 12, so that each can be decoded.
  • User terminal 5 does not participate in the retransmission during the time slot (time slots 3 to 16) in which the E-SRP is executed, but participates after the E-SRP is terminated, and it can be confirmed that the retransmission succeeded alone in the time slot 19.
  • Y may mean the number of time slots in which E-SRP is executed, and U may mean a set of user terminals decoded in the E-SRP execution process.
  • FIG. 5B illustrates the operation of the random access system of the present invention as an embodiment, and is not limited thereto, and may vary depending on variables that may change in a communication environment, such as the number of collision users and continuous interference cancellation capability.
  • FIG. 6 is a flowchart illustrating a random access method according to an embodiment of the present invention.
  • the random access method includes a packet receiving step (S300), a determining whether inter-packet collisions have occurred (S400), a step of comparing the number of collision packets with continuous interference cancellation capability (S410), and the number of SRP backlog users (S411), updating the number of E-SRP backlog users (S412), updating the number of idle and successful backlog users (S420), SRP execution step (S500), and E-SRP execution step (S600) may be included.
  • the random access device may receive the packet.
  • the control unit defines the time slot as an idle event or a success event, and updates the number of backlog users at a preset embedded point of the idle event or success event (S420). )can do. Thereafter, the transmission probability is calculated based on the number of updated backlog users and transmitted to the user terminal, and then the user terminal can arbitrarily participate in packet transmission based on the transmission probability.
  • the controller may compare the number of the corresponding collision packets with a preset continuous interference cancellation capability ( S410 ).
  • the controller may define the corresponding time slot as an SRP event, and update the number of backlog users at a preset embedded point of the SRP event (S411). After the retransmission probability is calculated based on the updated backlog number of users and transmitted to the user terminal, SRP may be executed (S500) to resolve the conflict between the user terminals.
  • the control unit defines the corresponding time slot as an E-SRP event, and updates the number of backlog users at the preset embedded point of the E-SRP event (S412) can do. Thereafter, after calculating the collision resolution probability based on the updated backlog number of users and transmitting it to the user terminal, E-SRP may be executed (S600) to resolve the conflict between the user terminals.
  • FIG. 7 is a diagram comparing the actual number of backlog users according to an embodiment of the present invention with the number of backlog users estimated through the present invention.
  • the estimated number of backlog users can be derived similarly to the actual number of backlog users. It can provide efficient transmission control.
  • FIG. 8 is a diagram illustrating a data rate and a required time slot obtained by executing SRP and E-SRP according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 8 (a) shows the data rate obtainable by executing SRP and E-SRP, (b) shows the number of time slots required by executing SRP and E-SRP.
  • the present invention relates to an apparatus and method for random access based on continuous interference cancellation, which can improve the achievable transmission rate even with limited storage capacity, computing capacity and complexity, and can estimate the number of backlog users in real time even when the user distribution changes. It has high industrial applicability.

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Abstract

본 발명의 연속 간섭제거 기반 랜덤 액세스 장치는 적어도 하나의 사용자 단말과 패킷을 송수신하는 통신부 및 통신부를 통해 패킷이 수신되는 시간 슬롯의 상태에 따라 백로그 사용자 수를 추정하고, 백로그 사용자 수에 따라 전송확률을 산출하여 적어도 하나의 사용자 단말로 전송하도록 통신부를 제어하는 제어부를 포함함.

Description

연속 간섭제거 기반 랜덤 액세스 장치 및 방법
본 발명은 시간 슬롯의 상태에 따라 백로그 사용자 수를 추정하고, 백로그 사용자 수에 기초한 전송확률을 산출하여 사용자 단말의 패킷 전송률을 향상시킬 수 있는 연속 간섭제거 기반 랜덤 액세스 장치 및 방법에 대한 것이다.
종래의 랜덤 액세스 기술들은 사용자간 충돌이 발생한 패킷에 대해서는 디코딩에 활용하지 않고 재전송을 다시 시도하였다. 이러한 기술의 핵심은 충돌 시 재전송을 효율적으로 수행하기 위한 Tree 기반 다양한 충돌 해소 알고리즘의 개발에 있다. 하지만 충돌 패킷을 디코딩에 활용하지 않는 원천적인 한계로 인하여 최대 전송률이 스케줄링 기법의 50% 이하로 제한된다는 단점이 있다.
또한, 종래의 랜덤 액세스 장치에서의 다중 사용자간 간섭제거 기술들은 무한대의 저장 용량, 컴퓨팅 용량 및 복잡도가 허용됨을 가정한 랜덤 액세스 기술이다. 따라서 이러한 시스템에서 달성 가능한 전송률은 이론적인 한계치이며, 실제 시스템에 적용 불가능하다. 특히 충돌 사용자 수의 관계없이 간섭 제거를 적용할 수 있다는 가정으로 인하여, 매 시간 슬롯마다 접속 사용자 모두가 전송을 수행하기 때문에 시스템 복잡도가 현저히 증가할 수 있어 패킷 시간 지연 또한 보장할 수 없다는 문제가 발생한다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이러한 문제를 해결하기 위한 것으로서, 본 발명은 시간 슬롯의 상태에 따라 백로그 사용자 수를 추정하고, 백로그 사용자 수에 기초한 전송확률을 산출하여 사용자 단말의 패킷 전송률을 향상시킬 수 있는 연속 간섭제거 기반 랜덤 액세스 장치 및 방법을 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 연속 간섭제거 기반 랜덤 액세스 장치는 적어도 하나의 사용자 단말과 패킷을 송수신하는 통신부 및 통신부를 통해 패킷이 수신되는 시간 슬롯의 상태에 따라 백로그 사용자 수를 추정하고, 백로그 사용자 수에 따라 전송확률을 산출하여 적어도 하나의 사용자 단말로 전송하도록 통신부를 제어하는 제어부를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 연속 간섭제거 기반 랜덤 액세스 방법은 통신부가 적어도 하나의 사용자 단말과 패킷을 송수신하는 통신단계 및 제어부가 통신부를 통해 패킷이 수신되는 시간 슬롯의 상태에 따라 백로그 사용자 수를 추정하고, 백로그 사용자 수에 따라 전송확률을 산출하여 적어도 하나의 사용자 단말로 전송하도록 통신부를 제어하는 제어단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 연속 간섭제거 기반 랜덤 액세스 장치 및 방법은 제한된 저장 용량, 컴퓨팅 용량 및 복잡도에서도 달성 가능한 전송률을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 연속 간섭제거 기반 랜덤 액세스 장치 및 방법은 랜덤 액세스 장치가 백로그(Backlog) 사용자 수를 정확히 알고 있는 경우의 전송률 및 소요되는 시간 슬롯의 수만큼 유사한 성능을 달성할 수 있다.
또한, 본 발명의 연속 간섭제거 기반 랜덤 액세스 장치 및 방법은 사용자 분포가 변화하는 경우에서도 실시간으로 백로그 사용자 수를 추정할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 랜덤 액세스 시스템을 간략하게 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 랜덤 액세스 시스템의 동작을 예시적으로 나타내는 도면이다.
도 3a는 본 발명의 일 실시예에 따른 사용자 단말의 구성을 설명하기 위한 도면이다.
도 3b는 본 발명의 일 실시예에 따른 랜덤 액세스 장치의 구성을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 백로그 사용자 수를 업데이트를 나타내는 순서도이다.
도 5a는 본 발명의 다른 실시예에 따른 랜덤 액세스 시스템의 동작을 예시적으로 나타내는 도면이다.
도 5b는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 랜덤 액세스 시스템의 동작을 예시적으로 나타내는 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 랜덤 액세스 방법을 나타내는 순서도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 실제 백로그 사용자 수와 본 발명을 통해 추정한 예상 백로그 사용자 수를 비교한 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 SRP 및 E-SRP를 실행하여 얻게 되는 전송률 및 소요되는 시간 슬롯을 나타내는 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 기술되는 실시예를 통하여 발명을 통상의 기술자가 용이하게 이해하고 재현할 수 있도록 상세히 기술하기로 한다. 다만, 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 발명 실시예들의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략하기로 한다.
이하에서 사용되는 용어들은 실시예에서의 기능을 고려하여 선택된 용어들로써, 그 용어의 의미는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질수 있다. 그러므로, 후술하는 실시예에서 사용된 용어의 의미는 이하에서 구체적으로 정의된 경우에는 그 정의에 따르며, 구체적인 정의가 없는 경우는 통상의 기술자들이 일반적으로 인식하는 의미로 해석되어야 할 것이다. 또한, 각 도면에서 제시된 동일한 참조번호 또는 부호는 실질적으로 동일한 기능을 수행하는 부품 또는 구성요소를 나타낸다.
이하, 첨부된 도면 및 이에 기재된 내용들을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 연속 간섭제거 기반 랜덤 액세스 장치 및 방법을 상세히 설명하도록 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 랜덤 액세스 시스템을 간략하게 도시한 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 랜덤 액세스 시스템(1)은 적어도 하나의 사용자 단말(10) 및 랜덤 액세스 장치(20)로 구성될 수 있다.
사용자 단말(10)은 전송할 패킷이 있는 경우 랜덤 액세스 장치(20)에 접속하여, 임의(Random)의 시간 슬롯에 패킷을 전송할 수 있다.
복수의 사용자 단말(10)들이 각 시간 슬롯마다 랜덤 액세스 장치(20)에 접속하여 패킷전송을 반복적으로 수행함으로써, 랜덤 액세스 장치(20)에 접속되어 있는 사용자 단말(10)의 수는 각 시간 슬롯에 따라 변할 수 있다.
랜덤 액세스 장치(20)는 각 시간 슬롯마다 사용자 단말(10)이 전송한 패킷을 수신하고, 패킷의 수신에 따른 피드백 신호를 송신할 수 있다.
구체적으로, 랜덤 액세스 장치(20)는 하나의 시간 슬롯에서 하나의 패킷만이 수신되면, 수신된 패킷을 디코딩한 후 해당 사용자 단말(10) 측으로 ACK 신호를 송신할 수 있다.
다만, 랜덤 액세스 장치(20)는 하나의 시간 슬롯에서 복수 개의 패킷들이 수신되면, 해당 패킷들을 디코딩하지 않고 해당 복수의 사용자 단말(10) 측으로 NAK 신호를 송신할 수 있다.
본 발명의 랜덤 액세스 시스템(1)은 적어도 하나의 사용자 단말(10)이 매 시간 슬롯마다 임의의 시간 슬롯에 접속하여 각자의 패킷을 랜덤 액세스장치(20) 측으로 전송하고, 패킷 수신 여부에 따라 피드백 신호를 재송신하는 동작을 나타낼 수 있다. 이에 본 발명에서는 복수의 사용자 단말(10)로부터 패킷을 수신하여 충돌이 발생한 경우, 사용자 단말(10) 간의 충돌 또는 패킷 간의 충돌로 나타낼 수 있고 이는 동일한 의미로 해석될 수 있다.
이상의 도 1은 일반적인 랜덤 액세스 시스템(1)에서의 사용자 단말(10) 및 랜덤 액세스 장치(20)를 도시한 것으로, 해당 구성에 대한 구체적인 설명은 이하에서 후술하도록 한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 랜덤 액세스 시스템의 동작을 예시적으로 나타내는 도면이다.
도 2는 사용자 단말이 임의의 시간 슬롯에 접속하여 랜덤 액세스 장치 측으로 패킷을 전송하고, 이에 따른 랜덤 액세스 장치의 동작을 예시적으로 표현한 것이다.
우선, 도 2에서 도시하고 있는 시간경과에 따른 패킷 전송의 예시는 연속 간섭제거 능력이 3으로 주어질 때를 가정하였다. 여기서 연속 간섭제거 능력은 사용자 단말 간의 충돌이 발생하였을 때, 랜덤 액세스 장치가 충돌을 해소할 수 있는 최대 사용자 단말 수를 의미할 수 있다.
즉, 연속 간섭제거 능력이 3이라는 것은 충돌이 발생한 사용자 단말의 수가 최대 3개까지는 랜덤 액세스 장치가 충돌을 해소할 수 있다는 의미를 나타낼 수 있다. 본 발명에서의 연속 간섭제거 능력은 M으로 표현될 수 있다.
도 2를 참조하면, 사용자 단말 1은 시간 슬롯 2에 단독으로 접속하여 패킷을 전송하고, 이에 따라 랜덤 액세스 장치는 사용자 단말 1의 패킷을 디코딩하여 ACK 신호를 송신할 수 있다.
시간 슬롯 3 및 4에서는 어떠한 사용자 단말도 접속하지 않았고, 시간 슬롯 5에서는 사용자 단말 2가 단독으로 접속하여 패킷을 전송하고, 이에 따라 랜덤 액세스 장치는 사용자 단말 2의 패킷을 디코딩하여 ACK 신호를 송신할 수 있다.
사용자 단말 3 및 4는 시간 슬롯 7에서 동시에 접속하여 패킷을 전송하고, 이에 따라 랜덤 액세스 장치는 사용자 단말 3 및 4의 패킷을 디코딩하지 않고 NAK 신호를 송신할 수 있다. 여기서 충돌된 사용자 단말 수는 연속 간섭제거 능력보다 작으므로, 랜덤 액세스 장치는 다음 일정 시간 슬롯을 통해 패킷 간의 충돌 해소 과정을 수행할 수 있다. 시간 슬롯 12에서의 충돌도 위의 경우와 동일하므로 생략한다.
이때, 도 2에 도시된 충돌을 해소하는 데 소요된 시간 슬롯(예를 들어, 시간 슬롯 7에서 발생한 사용자 단말 3 및 4 간의 충돌을 해소하는 데 소요된 시간 슬롯 8,9,10)은 이하 도 5a 및 도 5b를 참조하여 후술하도록 한다.
사용자 단말 8,9,10 및 11은 시간 슬롯 19에서 동시에 접속하여 패킷을 전송하고, 이에 따라 랜덤 액세스 장치는 해당 사용자 단말들의 패킷을 디코딩하지 않고 NAK 신호를 송신할 수 있다.
다만, 이 경우의 충돌된 사용자 단말 수는 연속 간섭제거 능력을 초과하므로, 랜덤 액세스 장치는 충돌 해소 과정을 수행할 수 없어, 사용자 단말 8은 이후 시간 슬롯 21에서 단독으로 패킷을 전송하여 디코딩에 성공하고 ACK 신호를수신할 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 랜덤 액세스 시스템의 동작을 표현한 것으로, 이에 한정되는 것이 아니며 충돌 사용자 수, 연속 간섭제거 능력 등 통신 환경에서 변할 수 있는 변수에 따라 달라질 수 있다.
이상에서 도 2를 참조하여, 본 발명의 랜덤 액세스 시스템의 동작을 패킷 송수신 및 이에 따른 피드백 신호 송신을 중점으로 설명하였다. 이하에서는도 3a 및 도 3b에서 도시되고 있는 랜덤 액세스 시스템의 각 구성 관점에서 도 2를 바라본 구체적인 동작을 더욱 상세하게 설명하도록 한다.
도 3a는 본 발명의 일 실시예에 따른 사용자 단말의 구성을 설명하기 위한 도면이다.
도 3a를 참조하면, 사용자 단말(10)은 단말통신부(110) 및 단말제어부(120)를 포함할 수 있다.
구체적으로, 단말통신부(110)는 적어도 하나의 사용자 단말(10)이 랜덤 액세스 장치에 패킷을 송신하도록 할 수 있고, 랜덤 액세스 장치(20)가 패킷을 성공적으로 수신하였는지에 대한 여부에 따른 ACK 또는 NAK 신호를 수신할 수 있다.
단말제어부(120)는 적어도 하나의 사용자 단말(10)이 랜덤 액세스 장치(20)에 패킷을 송신하였지만, 랜덤 액세스 장치(20) 측에서 사용자 단말(10) 간에 충돌이 발생하였다고 판단하여 NAK 신호를 송신하였다면, 특정 전송확률을 가지고 다시 재전송을 시도하거나 대기하도록 단말통신부(110)를 제어할 수 있다.
이에 따라 단말통신부(110)는 단말제어부(120)의 재전송 또는 대기 명령에 따라, 추가적인 시간 슬롯 내에서 전송에 실패한 패킷을 재전송하거나, 재전송하지 않고 대기할 수 있다.
단말제어부(120)는 랜덤 액세스 장치(20)와 연결된 사용자 단말(10) 수에 따라 동적으로 패킷의 전송 확률을 제어할 수 있다.
여기서, 패킷의 전송 확률은 이하에서 설명할 백로그 사용자 수, 또는 SRP, 확장된 SRP의 실행 여부 등에 따라 변경될 수 있으며, 각 상황 별 전송 확률은 사용자 단말(10)에 미리 저장되어 있거나, 랜덤 액세스 장치(20)로부터 상황에 따라 수신될 수 있다.
도 3b는 본 발명의 일 실시예에 따른 랜덤 액세스 장치의 구성을 설명하기 위한 도면이다.
도 3b를 참조하면, 랜덤 액세스 장치(20)는 통신부(210) 및 제어부(220)를 포함할 수 있다.
통신부(210)는 적어도 하나의 사용자 단말과 패킷을 송수신하고, 패킷 간의 충돌 여부에 따라 ACK 신호 또는 NAK 신호를 사용자 단말 측으로 송신할 수 있다.
통신부(210)는 제어부(220)의 제어에 따라 백로그 사용자 수, 패킷의 전송 확률, 재전송 확률, 충돌해소 확률 등을 사용자 단말(100)에 전송할 수 있다.
제어부(220)는 통신부를 통해 수신되는 패킷의 상태에 따라 백로그 사용자 수를 추정하고, 백로그 사용자 수에 따라 사용자 단말의 전송확률을 적어도 하나의 사용자 단말로 전송하도록 통신부를 제어할 수 있다.
여기서 백로그 사용자 수는 특정 시간 슬롯에서의 랜덤 액세스 장치(20)와 연결된 사용자 단말의 수를 의미할 수 있고, 제어부(220)는 백로그 사용자 수에 따라 사용자 단말의 전송확률이 업데이트되도록 통신부(210)를 통해 전송 확률 또는 백로그 사용자 수를 전송할 수 있다.
백로그 사용자 수에 따른 전송확률은 연속 간섭제거 능력에 따라 미리 계산된 최적의 확률일 수도 있으며, 백로그 사용자 수에 따른 전송확률 변경을 위하여 사용자 단말(10)은 랜덤 액세스 장치(20)로부터 백로그 사용자별 전송확률이 저장된 전송확률 테이블을 수신하여 저장하고 있거나, 각 상황 별로 랜덤 액세스 장치(20)에서 수신된 전송 확률에 따라 패킷의 전송 확률을 변경할 수 있다.
즉, 랜덤 액세스 장치(20)는 패킷의 상태에 따라 추정된 백로그 사용자 수 및 전송확률을 사용자 단말 측으로 전송할 수 있다. 이때, 백로그 사용자 수에 따른 전송확률은 ACK 신호 및 NCK 신호에 포함될 수 있고, 해당 피드백 신호와 별도로 송신될 수도 있다.
제어부(220)는 도 2에서 도시된 시간 슬롯 7 및 12와 같이 충돌이 발생한 패킷의 수가 미리 설정된 연속 간섭제거 능력 이하인 경우, SRP(SIC-Enable Collision Resolve Procedure)를 실행하여 충돌을 해소할 수 있고, 제어부는(220)는 SRP를 실행하는 SRP 실행부(221)를 포함할 수 있다.
제어부(220)는 SRP가 실행되면 재전송 확률을 사용자 단말(10)로 전송하도록 통신부(210)를 제어할 수 있다. 여기서, 제어부(220)는 충돌 사용자 단말에 한하여 SRP가 실행하여 재전송 확률을 해당 충돌 사용자 단말에게만 전송할 수 있지만, 나머지 사용자 단말도 재전송 확률을 인지하고 있어야 SRP 실행 동안에 패킷을 전송하지 않기 때문에 적어도 하나의 사용자 단말로 재전송 확률을 전송할 수 있다.
즉, 패킷을 전송한 이후 랜덤 액세스 장치(20)로부터 SRP 실행에 대한 신호를 수신한 사용자 단말(10)은 재전송 확률에 따른 패킷을 다시 전송하게 되며, 패킷을 전송하지 않은 사용자 단말(10)은 SRP 실행이 종료될 때가지 패킷의 전송을 보류하게 된다.
제어부(220)는 백로그 사용자 수와 미리 설정된 연속 간섭제거 능력에 따른 시간 슬롯 별 평균 전송 횟수에 기초하여 재전송 확률을 결정할 수 있다.
제어부(220)는 다음의 수학식 1에 따라 재전송 확률 p*을 산출할 수 있다.
Figure PCTKR2021008339-appb-img-000001
수학식 1에서 p*는 전송 확률, v는 백로그 사용자 수,
Figure PCTKR2021008339-appb-img-000002
는 시간 슬롯 별 평균 전송 횟수를 나타낼 수 있다.
전송 확률 p*는 각 시간 슬롯의 상태에 따라 전송확률, 재전송 확률 또는 충돌해소 확률로 구분하여 설명될 수 있다. 구체적으로, SRP 실행 시의 전송 확률 p*는 간섭이 일어난 패킷을 재전송하는 재전송 확률이 될 수 있고, E-SRP실행 시에는 간섭제거로 충돌을 극복하기 위한 충돌해소 확률이 될 수 있다.
제어부는 다음의 수학식 2를 이용하여 시간 슬롯 별 평균 전송 횟수
Figure PCTKR2021008339-appb-img-000003
를 산출할 수 있다.
Figure PCTKR2021008339-appb-img-000004
수학식 2에서
Figure PCTKR2021008339-appb-img-000005
는 시간 슬롯 별 평균 전송 횟수, p*는 재전송 확률, v는 백로그 사용자 수를 나타낸다.
이에 따라, 제어부(220)는 미리 설정된 연속 간섭제거 능력에 따른 시간 슬롯 별 평균 전송 횟수
Figure PCTKR2021008339-appb-img-000006
를 다음의 표 1과 같이 표현할 수 있다.
M
Figure PCTKR2021008339-appb-img-000007
Figure PCTKR2021008339-appb-img-000008
Figure PCTKR2021008339-appb-img-000009
1 1 0.3678 1.3922
2 1.378 0.5586 2.0458
3 1.739 0.6352 2.7020
4 2.060 0.6665 3.3833
5 2.3762 0.6802 4.0681
10 3.8734 0.6926 7.5626
표 1에서 M은 연속 간섭제거 능력,
Figure PCTKR2021008339-appb-img-000010
는 시간 슬롯 별 평균 전송횟수,
Figure PCTKR2021008339-appb-img-000011
은
Figure PCTKR2021008339-appb-img-000012
을 통해 달성 가능한 최대 전송률을 나타낼 수 있다.
다만, 시간 슬롯 별 평균 전송 횟수
Figure PCTKR2021008339-appb-img-000013
는 표 1과 같이 미리 데이터베이스로 구성되어 저장부(224)에 저장될 수 있고, 수학식 2를 이용하여 업데이트될 수도 있다.
수학식 1 및 수학식 2에서 쓰이는 백로그 사용자 수 v는 하기 수학식 3 내지 6을 통해 산출되는 업데이트된 백로그 사용자 수를 의미할 수 있으며, 수학식 3 내지 6을 참조하여 구체적으로 후술하도록 한다.
제어부(220)는 도 2에서 도시된 시간 슬롯 19와 같이 충돌이 발생한 패킷의 수가 충돌이 발생한 패킷의 수가 미리 설정된 연속 간섭제거 능력을 초과하는 경우, E-SRP(Enhanced SIC-Enable Collision Resolve Procedure)를 실행할 수 있고, 제어부는(220)는 E-SRP를 실행하는 E-SRP 실행부(222)를 포함할 수 있다.
제어부(220)는 충돌이 발생한 사용자 단말이 미리 설정된 충돌해소 확률에 따라 패킷을 재전송하도록 통신부를 제어할 수 있다.
제어부(220)는 충돌 사용자 단말 수에 기초하여 충돌해소 확률을 미리 설정할 수 있는데, 이에 제어부(220)는 충돌해소 확률을 미리 데이터베이스화하여 저장하는 저장부(224)를 포함할 수 있다.
이에 따라, 제어부(220)는 충돌해소 확률
Figure PCTKR2021008339-appb-img-000014
를 다음의 표 2와 같이 표현할 수 있다.
m
Figure PCTKR2021008339-appb-img-000015
Figure PCTKR2021008339-appb-img-000016
2 3 0.5
3 4.788 0.412
4 6.633 0.343
5 8.486 0.288
10 17.802 0.163
표 2에서
Figure PCTKR2021008339-appb-img-000017
은 충돌 사용자 단말 수,
Figure PCTKR2021008339-appb-img-000018
는 m명의 충돌 사용자 단말 사이에서 E-SRP를 통해 충돌 해소에 예상되는 최소 시간 슬롯 수,
Figure PCTKR2021008339-appb-img-000019
은 충돌 해소 확률을 나타낼 수 있다.
다만, 표 2는 E-SRP을 실행하였는데도 불구하고 충돌해소에 실패한 확률을 의미하는
Figure PCTKR2021008339-appb-img-000020
가 0.5일 때를 가정한 예시일 뿐, 만일
Figure PCTKR2021008339-appb-img-000021
에서 충돌해소 실패 확률
Figure PCTKR2021008339-appb-img-000022
가 0.5가 아닌 경우에는 충돌해소 확률 값이 달라질 수 있다.
아울러, 충돌해소 확률은 표 2와 같이 별도의 데이터베이스 또는 저장부(224)에 미리 저장해 놓을 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니며 이상에서 설명한 재전송 확률과 같이 시간 슬롯 별 패킷 전송 상황에 따라 실시간으로 결정 및 업데이트될 수 있다.
제어부(220)는 이상에서 설명한 전송확률, 재전송 확률 또는 충돌해소 확률을 산출하기 위해서, 시간 슬롯의 패킷 상태에 따라 변하는 백로그 사용자 수를 업데이트하는 백로그 사용자 추정부(223)를 포함할 수 있다.
제어부(220)는 백로그 사용자 수를 미리 설정된 임베디드 포인트(Embedded Point)마다 산출될 수 있다.
본 발명에서의 임베디드 포인트는 백로그 사용자 수를 업데이트하고 이에 따라 업데이트된 패킷 전송에 대한 확률 값이 변경되는 시간 슬롯으로 정의될수 있다. 즉, 사용자 단말(10)의 입장에서는 임베디드 포인트마다 패킷 전송 확률이 변경되며, 랜덤 액세스 장치(20) 입장에서는 임베디드 포인트마다 전송 확률에 대한 변경 정보, 예컨대, 백로그 사용자수, 전송 확률, 재전송 확률, 충돌해소 확률 등이 사용자 단말(10)로 전송할 수 있다.
상술한 것과 같이 제어부(220)가 패킷의 전송 확률을 산출하기 위해서는, 백로그 사용자 추정부(223)가 시간 슬롯의 패킷 상태에 따라 변하는 백로그 사용자 수를 추정해야 하는데, 백로그 사용자 추정부(223)가 패킷 상태에 따른 백로그 사용자 수를 추정 및 업데이트하는 과정에 대해 이하에서 구체적으로 설명하도록 한다.
백로그 사용자 추정부(223)는 임베디드 포인마다 백로그 사용자 수를 추정할 수 있다.
백로그 사용자 수가 업데이트 되는 임베디드 포인트는 패킷이 전송되지 않는 유휴(Idle) 이벤트, 패킷의 전송이 성공한 성공(Success) 이벤트, 연속 간섭제거 능력 이내의 패킷의 충돌이 발생하면 패킷의 간섭의 해소를 위해 패킷의 재전송이 실행되는 SRP 이벤트, 및 연속 간섭제거 능력을 초과하는 패킷의 충돌이 일어나면 패킷의 충돌해소를 위해 SRP 실행을 위해 패킷의 재전성이 실행되는 E-SRP 이벤트 중 하나가 발생하는 포인트 중 하나일 수 있다.
도 2 및 도 3b를 참조하여 설명하자면, 시간 슬롯 1,3,4,6,18,20과 같이 사용자 단말이 패킷을 전송하지 않은 경우를 유휴(Idle) 슬롯 또는 유휴 이벤트가 되어, 전송확률이 변화하는 임베디드 포인트가 될 수 있다.
유휴 이벤트가 발생하면, 백로그 사용자 추정부(223)는 해당 임베디드 포인트에서 다음의 수학식 3에 따라 백로그 사용자 수
Figure PCTKR2021008339-appb-img-000023
를 업데이트할 수 있다.
Figure PCTKR2021008339-appb-img-000024
수학식 3에서 v는 업데이트 전 백로그 사용자 수를 의미할 수 있고, 시간 슬롯 별 평균 전송 횟수
Figure PCTKR2021008339-appb-img-000025
는 이상의 표 1을 참조하면 된다.
한편, 도 2의 시간 슬롯 2,5,21과 같이 패킷 전송에 성공한 경우를 성공(Success) 슬롯 또는 성공 이벤트가 발생하면, 백로그 사용자 추정부(223)는 해당 임베디드 포인트에서 다음의 수학식 4에 따라 백로그 사용자 수 E[n
Figure PCTKR2021008339-appb-img-000026
Success]를 업데이트할 수 있다.
Figure PCTKR2021008339-appb-img-000027
수학식 4에서 v는 업데이트 전 백로그 사용자 수를 의미할 수 있고, 시간 슬롯 별 평균 전송 횟수
Figure PCTKR2021008339-appb-img-000028
는 이상의 표 1을 참조하면 된다.
도 2의 시간 슬롯 7 및 시간 슬롯 12와 같이 패킷의 간섭 제거를 위해 SRP가 실행되는 SRP이벤트가 발생하면, 백로그 사용자 추정부(223)는 해당 임베디드 포인트에서 다음의 수학식 5를 이용하여 백로그 사용자 수
Figure PCTKR2021008339-appb-img-000029
를 업데이트할 수 있다.
Figure PCTKR2021008339-appb-img-000030
수학식 5에서 v는 업데이트 전 백로그 사용자 수를 의미할 수 있고, m은 충돌 사용자 단말 수, 시간 슬롯 별 평균 전송 횟수
Figure PCTKR2021008339-appb-img-000031
는 이상의 표 1을 참조하면 된다.
그리고, SRP의 실행이 종료될 때까지 백로그 사용자는 그대로 유지하며, SRP 수행이 종료되면, 다시 임베디드 포인트가 지정될 수 있다. 즉, 백로그 사용자 추정부(223)는 SRP가 실행되고 종료될 때까지는 백로그 사용자 수 E[n
Figure PCTKR2021008339-appb-img-000032
Collision]를 업데이트하지 않고, 이에 따라 하기에서 설명할 재전송 확률 또한 산출되지 않을 수 있다.
백로그 사용자 추정부(223)는 도 2에 도시된 시간 슬롯 19와 같이 충돌 사용자 단말 수(여기서 4명)가 연속 간섭제거 능력(M=3)을 초과하여 충돌이 발생한 경우를 충돌 슬롯 또는 충돌 이벤트로 정의할 수 있고, 이에 임베디드 포인트는 각 충돌 슬롯의 마지막 슬롯으로 정의될 수 있다.
또한, 도 5b에 도시된 시간 슬롯 2 내지 시간 슬롯 16과 같이 E-SRP가 실행된 경우를 충돌 슬롯 또는 충돌 이벤트로 정의된다.
백로그 사용자 추정부(223)는 E-SRP가 실행되면 다음의 수학식 6을 이용하여 백로그 사용자 수 E[n
Figure PCTKR2021008339-appb-img-000033
Collision]를 업데이트할 수 있다.
Figure PCTKR2021008339-appb-img-000034
수학식 6에서 v는 업데이트 전 백로그 사용자 수를 의미할 수 있고, 연속 간섭제거 능력 M과 시간 슬롯 별 평균 전송 횟수
Figure PCTKR2021008339-appb-img-000035
는 이상의 표 1을 참조하면 된다.
백로그 사용자 추정부(223)는 E-SRP가 실행되고 종료될 때까지 새로운 임베디드 포인트를 지정하지 않게 되며, 이에 따라 E-SRP가 종료될 때까지 백로그 사용자 수는 변화하지 않는다.
제어부(220)는 충돌 이벤트가 발생하면 E-SRP를 실행할 수 있다고 이상에서 설명하였는데, 이 경우 제어부(220)는 표 2와 같이 충돌해소 확률
Figure PCTKR2021008339-appb-img-000036
을 미리 설정하여 사용자 단말 측으로 전송할 수 있고, 수학식 6을 통해 업데이트된 백로그 사용자 수를 수학식 1에 적용하여 충돌해소 확률을 새롭게 산출할 수도 있다.
만일 미리 충돌해소 확률을 설정하지 않고 실시간으로 산출할 경우, E-SRP는 충돌 사용자 단말에 한하여 실행되기 때문에, 백로그 사용자 추정부(223)는 E-SRP가 실행되고 종료될 때까지는 백로그 사용자 수 E[n
Figure PCTKR2021008339-appb-img-000037
Collision]를 업데이트하지 않고, 이에 따라 충돌해소 확률 또한 업데이트되지 않을 수 있다.
위와 같이 백로그 사용자 추정부(223)는 사용자 단말의 패킷 전송에 따른 해당 시간 슬롯의 상태를 고려하여 백로그 사용자 수를 추정 및 업데이트할 수 있다. 이후 제어부(220)는 수학식 1을 이용하여 업데이트된 백로그 사용자 수에 따른 재전송 확률
Figure PCTKR2021008339-appb-img-000038
을 산출하여, 임베디드 포인트마다 사용자 단말 측으로 전송할 수 있다.
전송 확률
Figure PCTKR2021008339-appb-img-000039
는 SRP가 실행되었을 때의 재전송 확률을 의미하지만, 유휴 이벤트 또는 성공 이벤트에서는 전송확률을 의미할 수 있고, 충돌 이벤트에서는 충돌해소 확률을 의미할 수 있다.
결론적으로, 제어부(220)는 미리 설정된 임베디드 포인트마다 사용자 단말의 패킷 전송에 따른 시간 슬롯의 상태(즉, 유휴 이벤트, 성공 이벤트, SRP 이벤트, 충돌 이벤트)를 고려하여, 각 상태에 맞는 수학식 3 내지 수학식 6을 통해 백로그 사용자 수를 추정 및 업데이트하고, 이를 수학식 1에 적용하여 전송확률, 재전송 확률 및 충돌해소 확률을 계산할 수 있다.
이후, 제어부(220)는 계산된 전송확률, 재전송 확률 및 충돌해소 확률을 ACK 신호 또는 NAK 신호에 포함시키거나, ACK 신호 또는 NAK 신호와는 별도로 적어도 하나의 사용자 단말 측으로 송신하도록 통신부(210)를 제어할 수 있다.
이에 따라 사용자 단말은 전송확률, 재전송 확률 및 충돌해소 확률에 기초하여 전송 또는 재전송을 시도하거나, 시도하지 않고 대기할 수도 있다. 도 2를 참조하여 다시 말하면, 제어부(220)는 유휴 이벤트인 시간 슬롯 6의 임베디드 포인트에서 전송확률을 사용자 단말 측으로 송신하였지만, 각 사용자 단말들은 전송확률에 따라 전송을 시도하거나 대기할 수도 있으므로, 사용자 단말 3 및 4는 시간 슬롯 7에서 동시에 패킷을 전송할 수 있다.
따라서 제어부(220)에서 업데이트한 전송확률, 재전송 확률 및 충돌해소 확률에 따라 패킷 전송 또는 대기하는 주체는 임의의 시간 슬롯에 접속하는 사용자 단말이 될 것이며, 제어부(220)는 임의로 접속하는 사용자 단말의 상태에 따라 실시간으로 전송확률, 재전송 확률 및 충돌해소 확률을 업데이트할 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 백로그 사용자 수를 업데이트를 나타내는 순서도이다.
도 3b 및 도 4를 참조하면, 이상에서 도 3b를 참조하여 설명한 바와 같이 백로그 사용자 수는 미리 설정된 임베디드 포인트에서 업데이트될 수 있다.
구체적으로, 백로그 사용자 추정부(223)는 해당 시간 슬롯이 미리 설정된 조건의 임베디드 포인트인지 판단(S100)할 수 있다. 임베디드 포인트가 아니라면, 백로그 사용자 추정부(223)은 다음 임베디드 포인트 때까지 대기할 수 있다.
만일 임베디드 포인트라면, 백로그 사용자 추정부(223)는 해당 임베디드 포인트에서의 패킷 상태에 따라 구분되는 유휴 이벤트, 성공 이벤트, SRP 이벤트, 충돌 이벤트 각각에 해당되는 계산식을 통하여 백로그 사용자 수를 업데이트(S200)할 수 있다.
이와 같이 백로그 사용자 수를 업데이트하는 과정은 이상 도 3b를 참조하여 구체적으로 설명하였으므로 생략하기로 한다.
도 5a는 본 발명의 다른 실시예에 따른 랜덤 액세스 시스템의 동작을 나타내는 도면이다.
도 5a를 참조하여, 이상에서 도 2을 통해 설명한 랜덤 액세스 시스템 동작 과정 중, 설명되지 않은 SRP가 실행되는 동안 소요되는 시간 슬롯(예를 들어, 도 2에서
Figure PCTKR2021008339-appb-img-000040
)에 대해서 설명하도록 한다.
또한, 이해를 돕고자 이상에서 설명한 시간 경과에 따른 사용자 단말과 랜덤 액세스 장치 간의 통신 동작 과정을 다시 설명하도록 한다.
도 5a의 (a) 도면은 시간 슬롯 1에서 사용자 단말 1,2,3이 동시에 패킷을 전송하여 충돌이 발생한 경우를 도시한 예시도이다.
복수의 사용자 단말 1,2,3이 시간 슬롯 1에서 동시에 패킷을 랜덤액세스 장치 측으로 전송하면, 랜덤 액세스 장치는 SRP(3)를 실행하여 패킷 간의 충돌을 해소하고자 시도할 수 있다. 여기서 최초 충돌 사용자 수가 3명이므로 SRP(3)으로 표현하였고, 최초 충돌 사용자 수 m명에 따라 SRP(m)으로 표현할 수 있다.
본 예시에서 충돌 사용자 수가 3명인데 랜덤 액세스 장치가 SRP를 실행하였다는 것은, 랜덤 액세스 장치의 연속 간섭제거 능력이 최소 3이라는 것을 의미할 수 있다.
랜덤 액세스 장치는 사용자 단말 1,2,3 측으로 NAK 신호와 재전송 확률을 송신할 수 있고, 이에 따라 사용자 단말 1,2,3은 재전송 확률을 토대로 다시 임의로 패킷을 재전송할 수 있다. 이때 재전송 확률을
Figure PCTKR2021008339-appb-img-000041
또는
Figure PCTKR2021008339-appb-img-000042
로 정의한다. m은 최초 충돌 사용자 수를 의미할 수 있다. 따라서 시간 슬롯 1에서 랜덤 액세스 장치가 송신하는 재전송 확률은
Figure PCTKR2021008339-appb-img-000043
로 정의될 수 있다.
하지만, SRP를 실행하였는데도 시간 슬롯 4에서 사용자 단말 1,3이 동시에 전송하였으므로, 랜덤 액세스 장치는 다시 NAK 신호 및 재전송 확률
Figure PCTKR2021008339-appb-img-000044
를 사용자 단말 1,3 측으로 송신한 후, 사용자 단말 3은 재전송 확률
Figure PCTKR2021008339-appb-img-000045
를 기초로 3개의 시간 슬롯(즉,
Figure PCTKR2021008339-appb-img-000046
) 후에 단독으로 재전송할 수 있다.
랜덤 액세스 장치는 충돌 해소를 위한 SRP 동작 과정에서 사용자 단말들 간의 충돌이 재발생되면, 해당 SRP 동작 과정 내에서 다시 SRP 동작을 실행할 수 있다.
즉, 랜덤 액세스 장치는 위와 같은 SRP 동작을 수행함으로써, 시간 슬롯 1에서는 사용자 단말 2를, 시간 슬롯 4에서는 사용자 단말 1을, 시간 슬롯 7에서는 사용자 단말 3을 디코딩하여 충돌을 해소할 수 있다.
도 5a의 (b) 도면은 시간 슬롯 1에서 사용자 단말 1,2,3,4이 동시에 패킷을 전송하여 충돌이 발생한 경우를 도시한 예시도이다. 사용자 단말 및 랜덤 액세스 장치 간의 통신 동작은 이상에서 도 3 및 도 5a를 참조하여 구체적으로 설명하였으므로 간략하게 설명하도록 한다.
도 5a의 (b) 도면은 사용자 단말 1,2,3,4가 시간 슬롯 1에서 동시에 패킷을 전송하여 충돌이 발생하였고, 랜덤 액세스 장치는 SRP(4)를 실행하여 패킷 간의 충돌을 해소하고자 시도할 수 있다. 여기서 최초 충돌 사용자 수가 4명이므로 SRP(4)으로 표현하였고, 최초 충돌 사용자 수 m명에 따라 SRP(m)으로 표현할 수 있다.
본 예시에서 충돌 사용자 수가 4명인데 랜덤 액세스 장치가 SRP를 실행하였다는 것은, 랜덤 액세스 장치의 연속 간섭제거 능력이 최소 4이라는 것을 의미할 수 있다.
랜덤 액세스 장치는 사용자 단말 1,2,3,4 측으로 NAK 신호 및 재전송 확률
Figure PCTKR2021008339-appb-img-000047
을 송신하고, 사용자 단말 1,2,3,4는 재전송 확률
Figure PCTKR2021008339-appb-img-000048
로 무작위 전송 후, 사용자 단말 1은 2개의 시간 슬롯(즉,
Figure PCTKR2021008339-appb-img-000049
) 후에 재전송할 수 있다.
그 후 사용자 단말 2,3,4는 재전송 확률
Figure PCTKR2021008339-appb-img-000050
로 무작위 전송을 수행하고, 사용자 단말 2,4는 2개의 시간 슬롯(즉,
Figure PCTKR2021008339-appb-img-000051
) 후에 재전송할 수 있다.
마지막으로 사용자 단말 2,4는 재전송 확률
Figure PCTKR2021008339-appb-img-000052
로 무작위 전송을 수행하고, 사용자 단말 2는 4개의 시간 슬롯(즉,
Figure PCTKR2021008339-appb-img-000053
) 후에 재전송할 수 있다.
여기서 사용자 단말 2와 사용자 단말 4는 시간 슬롯 5에서 충돌이 발생하여 재전송 확률
Figure PCTKR2021008339-appb-img-000054
를 통해 시간 슬롯 7에서 재전송하였지만 재충돌이 발생하였으므로, 랜덤 액세스 장치는 시간 슬롯 7에서의 사용자 단말 2,4의 패킷을 제거하고, 사용자 단말 2는 4개의 시간 슬롯(즉,
Figure PCTKR2021008339-appb-img-000055
) 후에 단독으로 재전송할 수 있다.
즉, 랜덤 액세스 장치는 위와 같은 SRP 동작을 수행함으로써, 시간 슬롯 1에서는 사용자 단말 3을, 시간 슬롯 3에서는 사용자 단말 1을, 시간 슬롯 5에서는 사용자 단말 4를, 시간 슬롯 9에서는 사용자 단말 2를 디코딩하여 충돌을 해소할 수 있다.
여기서 SRP를 실행하여 충돌 해소에 소요되는 시간 슬롯(예를 들어, 도 5a의 (a)에서는
Figure PCTKR2021008339-appb-img-000056
, 도 5a의 (b)에서는
Figure PCTKR2021008339-appb-img-000057
)은 다음의 수학식 7과 같이 표현될 수 있다.
Figure PCTKR2021008339-appb-img-000058
수학식 7에서
Figure PCTKR2021008339-appb-img-000059
은 최초 충돌 사용자 수,
Figure PCTKR2021008339-appb-img-000060
(
Figure PCTKR2021008339-appb-img-000061
≥1)은 SRP를 실행하기 위해 필요한 시간 슬롯의 수,
Figure PCTKR2021008339-appb-img-000062
(
Figure PCTKR2021008339-appb-img-000063
)은 SRP 실행 단계에서의 사용자 단말 수,
Figure PCTKR2021008339-appb-img-000064
은 SRP를 실행하여 충돌 해소에 소요되는 총 시간 슬롯을 나타낼 수 있다.
다만, SRP를 실행하여 충돌 해소에 소요되는 시간 슬롯
Figure PCTKR2021008339-appb-img-000065
은 수학식 7과 같이 산출될 수 있으나, 충돌이 발생한 사용자 단말들은 재전송 확률을 가지고 있기 때문에 재전송되는 시간 슬롯은 사용자 단말이 주체가 되어 결정될 수 있다.
다시 말해, SRP를 실행하기 위해 필요한 시간 슬롯의 수
Figure PCTKR2021008339-appb-img-000066
및 SRP 실행 단계에서의 사용자 단말 수
Figure PCTKR2021008339-appb-img-000067
은 사용자 단말이 재전송하는 시간 슬롯에 따라 달라질 수 있다. 예를 들어, 동일한
Figure PCTKR2021008339-appb-img-000068
여도 도 5a의 (a)에서는 사용자 단말 1,3이 3개의 시간 슬롯 후에 재전송하였으므로
Figure PCTKR2021008339-appb-img-000069
가 되는 것이고, 도 5a의 (b)에서는 사용자 단말 2,4가 2개의 시간 슬롯 후에 재전송하였으므로
Figure PCTKR2021008339-appb-img-000070
가 되는 것이다.
따라서, 수학식 7은 사용자 단말들이 재전송하여 얻게 되는 SRP를 실행하기 위해 필요한 시간 슬롯의 수
Figure PCTKR2021008339-appb-img-000071
및 SRP 실행 단계에서의 사용자 단말 수
Figure PCTKR2021008339-appb-img-000072
를 기초로 사후적으로 결정되는 것을 표현한 것임을 감안하여야 할 것이다.
또한, 도 5a는 본 발명의 랜덤 액세스 시스템의 동작을 실시예로써 표현한 것으로, 이에 한정되는 것이 아니며 충돌 사용자 수, 연속 간섭제거 능력 등 통신 환경에서 변할 수 있는 변수에 따라 달라질 수 있다.
도 5b는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 랜덤 액세스 시스템의 동작을 나타내는 도면이다.
도 5b는 연속 간섭제거 능력이 2일 때 5명의 사용자 단말 1,2,3,4,5가 충돌하여 E-SRP 실행부가 E-SRP를 실행한 동작의 예시를 보여주고 있다.
SRP 실행부는 연속 간섭제거 능력을 초과하는 사용자 단말 간의 충돌이 발생하면, 해당 사용자 단말들에 대하여 SRP를 실행하지 않고 디코딩에 활용하지 않는다. 하지만 E-SRP 실행부는 연속 간섭제거 능력을 초과하는 사용자 단말 간의 충돌하였을 때, E-SRP를 실행하여 충돌 해소를 시도할 수 있다.
다만, n명의 사용자 단말 중 m명의 사용자 단말이 동시에 패킷을 전송할 경우, E-SRP 실행부는 m명의 사용자 단말들에 한하여 E-SRP를 실행할 수 있고, 나머지 n-m명의 사용자 단말들은 m명의 E-SRP 실행에 참여하지 않을 수 있다.
다시 도 5b는 랜덤 액세스 장치가 시간 슬롯 1의 임베디드 포인트에서 사용자 단말 측으로 전송확률을 송신하고, 사용자 단말 1,2,3,4,5는 전송확률을 기초로 시간 슬롯 2에서 패킷을 전송함으로써 충돌된 모습을 도시하고 있다.
이에 랜덤 액세스 장치는 미리 설정된 연속 간섭제거 능력이 2이기 때문에 E-SRP를 실행할 수 있다. 이 때 랜덤 액세스 장치는 사용자 단말 1,2,3,4,5들에게 NAK 신호 및 충돌해소 확률
Figure PCTKR2021008339-appb-img-000073
를 송신할 수 있고, 이에 따라 사용자 단말1,2,3,4들은 시간 슬롯 5에서 충돌해소 확률을 가지고 재전송을 시도한 것을 확인할 수 있다. 여기서 충돌해소 확률은 이상의 표 2를 참조하면 될 것이다.
랜덤 액세스 장치는 충돌 사용자 수가 연속 간섭제거 능력 이하로 될 때까지 충돌해소 확률을 사용자 단말 측으로 송신하고, 사용자 단말은 계속해서 충돌해소 확률을 가지고 재전송을 시도할 수 있다.
이러한 과정을 거치면 도 5b에서 볼 수 있듯이, 시간 슬롯 10에서는 사용자 단말 1이 재전송에 성공하고 이에 따라 시간 슬롯 7에서 사용자 단말 2가 재전송에 성공하여 디코딩될 수 있다. 이때 사용자 단말 3,4는 재전송에 참여하지 않을 수 있다.
이후, 랜덤 액세스 장치는 사용자 단말 3,4이 시간 슬롯 12에서 충돌해소 확률
Figure PCTKR2021008339-appb-img-000074
을 가지고 재전송하게끔 할 수 있다. 여기서 충돌해소 확률을 1로 설정한 이유는 충돌 사용자 수가 연속 간섭제거 능력 이하로 감소하였기 때문에, 다시 E-SRP를 실행하는 것보다 무조건적으로 재전송하게 하는 것이 전체 전송률을 최대화하는 효율적인 전략이 될 수 있다.
이에 따라 시간 슬롯 16에서는 사용자 단말 3이 재전송에 성공하고, 시간 슬롯 12에서 사용자 단말 4가 재전송에 성공하여 각각 디코딩될 수 있다. 사용자 단말 5는 E-SRP가 실행되는 시간 슬롯(시간 슬롯 3 ~ 16)동안 재전송에 참여하지 않고, E-SRP가 종료된 후 참여하여 시간 슬롯 19에서 단독으로 재전송에 성공한 것을 확인할 수 있다.
도 5b에서 도시된 Y는 E-SRP가 실행된 시간 슬롯의 수, U는 E-SRP 실행 과정에서 디코딩된 사용자 단말의 집합을 의미할 수 있다. 해당 Y(Y=14)와 U(U={1,2,3,4})는 본 발명의 E-SRP 동작 예시를 통해 얻게 되는 사후적인 결과 값이며, E-SRP 실행 시 재전송에 참여하는 사용자 단말의 수, 사용자 단말이 재전송을 시도하는 해당 시간 슬롯, 디코딩된 사용자 단말 수 등에 따라 달라질 수 있다.
또한, 도 5b는 본 발명의 랜덤 액세스 시스템의 동작을 실시예로써 표현한 것으로, 이에 한정되는 것이 아니며 충돌 사용자 수, 연속 간섭제거 능력 등 통신 환경에서 변할 수 있는 변수에 따라 달라질 수 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 랜덤 액세스 방법을 나타내는 순서도이다.
도 6을 참조하면, 랜덤 액세스 방법은 패킷 수신 단계(S300), 패킷간 충돌 발생 여부 판단 단계(S400), 충돌 패킷의 수와 연속 간섭제거 능력을 비교하는 단계(S410), SRP 백로그 사용자 수를 업데이트하는 단계(S411), E-SRP 백로그 사용자 수를 업데이트하는 단계(S412), 유휴, 성공 백로그 사용자 수를 업데이트하는 단계(S420), SRP 실행 단계(S500) 및 E-SRP 실행 단계(S600)를 포함할 수 있다.
패킷 수신 단계(S300)는 임의의 시간 슬롯에 접속하는 적어도 하나의 사용자 단말이 패킷을 송신하면, 랜덤 액세스 장치는 해당 패킷을 수신할 수 있다.
이후 수신된 패킷 간의 충돌이 발생하지 않았다고 판단(S400)하면, 제어부는 해당 시간 슬롯을 유휴 이벤트 또는 성공 이벤트라고 정의하고, 유휴 이벤트 또는 성공 이벤트의 미리 설정된 임베디드 포인트에서 백로그 사용자 수를 업데이트(S420)할 수 있다. 이후 업데이트된 백로그 사용자 수를 기초로 전송확률을 계산하여 사용자 단말에 송신 후, 사용자 단말은 전송확률을 기초로 패킷 전송에 임의로 참여할 수 있다.
수신된 패킷 간의 충돌이 발생하였다고 판단(S400)하면, 제어부는 해당 충돌 패킷의 수와 미리 설정된 연속 간섭제거 능력을 비교(S410)할 수 있다.
만일 해당 충돌 패킷의 수가 미리 설정된 연속 간섭제거 능력 이하인 경우, 제어부는 해당 시간 슬롯을 SRP 이벤트라고 정의하고, SRP 이벤트의 미리 설정된 임베디드 포인트에서 백로그 사용자 수를 업데이트(S411)할 수 있다. 이후 업데이트된 백로그 사용자 수를 기초로 재전송 확률을 계산하여 사용자 단말에 송신 후, 사용자 단말 간의 충돌을 해소하기 위하여 SRP를 실행(S500)할 수 있다.
반면 해당 충돌 패킷의 수가 미리 설정된 연속 간섭제거 능력을 초과하는 경우, 제어부는 해당 시간 슬롯을 E-SRP 이벤트라고 정의하고, E-SRP 이벤트의 미리 설정된 임베디드 포인트에서 백로그 사용자 수를 업데이트(S412)할 수 있다. 이후 업데이트된 백로그 사용자 수를 기초로 충돌해소 확률을 계산하여 사용자 단말에 송신 후, 사용자 단말 간의 충돌을 해소하기 위하여 E-SRP를 실행(S600)할 수 있다.
이상에서 도 1 내지 도 5b를 참조하여 랜덤 액세스 장치에 대하여 구체적으로 설명하였으므로, 본 발명의 연속 간섭제거 기반 랜덤 액세스 방법은 간략하게 설명한다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 실제 백로그 사용자 수와 본 발명을 통해 추정한 백로그 사용자 수를 비교한 도면이다.
본 발명의 실시간 백로그 사용자 수를 추정하는 성능을 확인하기 위해, 연속 간섭제거 능력(M)이 2일 때
Figure PCTKR2021008339-appb-img-000075
개의 시간 슬롯에 대한 실제 백로그 사용자 수와 추정한 백로그 사용자 수를 관찰하였다.
시간 슬롯의 구간
Figure PCTKR2021008339-appb-img-000076
및
Figure PCTKR2021008339-appb-img-000077
에 대해서는 사용자 단말이 송신한 패킷이 수신되는 도착율 λ=0.4로 설정하였고,
Figure PCTKR2021008339-appb-img-000078
에 대해서는 λ=0.5로 설정하였다.
도 7에서 확인할 수 있듯이, 본 발명을 실시하면 추정된 백로그 사용자 수는 실제 백로그 사용자 수와 유사하게 도출될 수 있고, 이를 통해 실시간으로 변화하는 백로그 사용자 수를 추정함으로써 랜덤 액세스 시스템에 대한 효율적인 전송 제어를 제공할 수 있다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 SRP 및 E-SRP를 실행하여 얻게되는 전송률 및 소요되는 시간 슬롯을 나타내는 도면이다.
도 8의 (a) 도면은 SRP 및 E-SRP를 실행함으로써 얻을 수 있는 전송률을 도시하고 있고, (b) 도면은 SRP 및 E-SRP를 실행함으로써 소요되는 시간 슬롯의 수를 도시하고 있다.
도 8의 (a) 도면을 참조하면, 연속 간섭제거 능력(M)이 2와 3일 때, 도착율 λ에 따른 SRP및 E-SRP를 실행한 경우의 전송률과, 백로그 사용자 수를 정확하게 알고 있는 이상적인 경우(Ideal Case)의 전송률을 확인할 수 있다.
(a) 도면을 통해, 본 발명의 실시를 통해 얻을 수 있는 전송률은 이상적인 경우의 전송률과 매우 유사한 성능을 확인할 수 있다.
도 8의 (b) 도면을 참조하면, 연속 간섭제거 능력(M)이 2와 3일 때, 패킷의 도착율 λ에 따른 SRP및 E-SRP를 실행한 경우의 소요되는 시간 슬롯과, 백로그 사용자 수를 정확하게 알고 있는 이상적인 경우(Ideal Case)의 소요되는 시간 슬롯을 확인할 수 있다.
(b) 도면을 통해, 본 발명의 실시를 통해 얻을 수 있는 충돌해소에 소요되는 시간 슬롯의 수는 이상적인 경우의 충돌해소에 소요되는 시간 슬롯의 수와 매우 유사한 성능을 확인할 수 있다.
상기의 설명은 기술적 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정, 변경 및 치환이 가능할 것이다. 따라서 상기에 개시된 실시예 및 첨부된 도면들은 기술적 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예 및 첨부된 도면에 의하여 기술적 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 그 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술적 사상은 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
본 발명은 연속 간섭제거 기반 랜덤 엑세스 장치 및 방법에 관한 것으로, 제한된 저장 용량, 컴퓨팅 용량 및 복잡도에서도 달성 가능한 전송률을 향상시킬 수 있으며, 사용자 분포가 변화하는 경우에서도 실시간으로 백로그 사용자 수를 추정할 수 있어 산업상 이용가능성이 높다.

Claims (18)

  1. 적어도 하나의 사용자 단말과 패킷을 송수신하는 통신부; 및
    상기 통신부를 통해 상기 패킷이 수신되는 시간 슬롯의 상태에 따라 백로그 사용자 수를 추정하고, 상기 백로그 사용자 수에 따라 전송확률을 산출하여 상기 적어도 하나의 사용자 단말로 전송하도록 상기 통신부를 제어하는 제어부;
    를 포함하는 연속 간섭제거 기반 랜덤 액세스 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는,
    충돌이 발생한 패킷의 수가 미리 설정된 연속 간섭제거 능력 이하인 경우, SRP(SIC-Enable Collision Resolve Procedure)를 실행하여 충돌을 해소하는 연속간섭제거 기반 랜덤 액세스 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 SRP가 실행되면, 재전송 확률을 산출하여 상기 적어도 하나의 사용자 단말로 전송하도록 상기 통신부를 제어하는 연속 간섭제거 기반 랜덤 액세스 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 백로그 사용자 수와 상기 미리 설정된 연속 간섭제거 능력에 기초하여 상기 재전송 확률을 산출하는 연속 간섭제거 기반 랜덤 액세스 장치.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 제어부는,
    다음의 수학식 1을 이용하여 상기 재전송 확률을 산출하는 연속 간섭제거 기반 랜덤 액세스 장치.
    [수학식 1]
    Figure PCTKR2021008339-appb-img-000079
    여기서,
    Figure PCTKR2021008339-appb-img-000080
    는 재전송 확률,
    Figure PCTKR2021008339-appb-img-000081
    는 백로그 사용자 수,
    Figure PCTKR2021008339-appb-img-000082
    는 시간 슬롯 별 평균 전송 횟수를 나타낸다.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제어부는,
    다음의 수학식 2를 이용하여 상기 시간 슬롯 별 평균 전송 횟수를 산출하는 연속 간섭제거 기반 랜덤 액세스 장치.
    [수학식 2]
    Figure PCTKR2021008339-appb-img-000083
    여기서,
    Figure PCTKR2021008339-appb-img-000084
    는 시간 슬롯 별 평균 전송 횟수,
    Figure PCTKR2021008339-appb-img-000085
    는 재전송 확률,
    Figure PCTKR2021008339-appb-img-000086
    는 백로그 사용자 수를 나타낸다.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는,
    충돌이 발생한 패킷의 수가 미리 설정된 연속 간섭제거 능력을 초과하는 경우, E-SRP(Enhanced SIC-Enable Collision Resolve Procedure)를 실행하고, 미리 설정된 충돌해소 확률을 충돌이 발생한 사용자 단말로 전송하도록 상기 통신부를 제어하는 연속 간섭제거 기반 랜덤 액세스 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는,
    미리 설정된 임베디드 포인트(Embedded Point)마다 상기 백로그 사용자 수를 산출하는 연속 간섭제거 기반 랜덤 액세스 장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 시간 슬롯에서 상기 적어도 하나의 사용자 단말이 패킷을 전송하지 않은 유휴 이벤트가 발생하면, 다음의 수학식 3을 이용하여 상기 백로그 사용자 수를 업데이트하는 연속 간섭제거 기반 랜덤 액세스 장치.
    [수학식 3]
    Figure PCTKR2021008339-appb-img-000087
    여기서,
    Figure PCTKR2021008339-appb-img-000088
    는 업데이트 전 백로그 사용자 수,
    Figure PCTKR2021008339-appb-img-000089
    은 시간 슬롯 별 평균 전송 횟수를 나타낸다.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 시간 슬롯에서 하나의 사용자 단말만이 패킷을 전송한 성공 이벤트가 발생하면, 다음의 수학식 4를 이용하여 상기 백로그 사용자 수를 업데이트하는 연속 간섭제거 기반 랜덤 액세스 장치.
    [수학식 4]
    Figure PCTKR2021008339-appb-img-000090
    여기서,
    Figure PCTKR2021008339-appb-img-000091
    는 업데이트 전 백로그 사용자 수,
    Figure PCTKR2021008339-appb-img-000092
    은 시간 슬롯 별 평균 전송 횟수를 나타낸다.
  11. 제2항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 SRP가 실행되면, 다음의 수학식 5를 이용하여 상기 백로그 사용자 수를 업데이트하는 연속 간섭제거 기반 랜덤 액세스 장치.
    [수학식 5]
    Figure PCTKR2021008339-appb-img-000093
    여기서,
    Figure PCTKR2021008339-appb-img-000094
    는 업데이트 전 백로그 사용자 수,
    Figure PCTKR2021008339-appb-img-000095
    은 충돌 사용자 수,
    Figure PCTKR2021008339-appb-img-000096
    은 시간 슬롯 별 평균 전송 횟수를 나타낸다.
  12. 제7항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 E-SRP가 실행되면, 다음의 수학식 6을 이용하여 상기 백로그 사용자 수를 업데이트하는 연속 간섭제거 기반 랜덤 액세스 장치.
    [수학식 6]
    Figure PCTKR2021008339-appb-img-000097
    여기서,
    Figure PCTKR2021008339-appb-img-000098
    는 업데이트 전 백로그 사용자 수,
    Figure PCTKR2021008339-appb-img-000099
    은 시간 슬롯 별 평균 전송 횟수,
    Figure PCTKR2021008339-appb-img-000100
    은 연속 간섭제거 능력을 나타낸다.
  13. 통신부가 적어도 하나의 사용자 단말과 패킷을 송수신하는 통신단계; 및
    제어부가 상기 통신부를 통해 상기 패킷이 수신되는 시간 슬롯의 상태에 따라 백로그 사용자 수를 추정하고, 상기 백로그 사용자 수에 따라 전송확률을 산출하여 상기 적어도 하나의 사용자 단말로 전송하도록 상기 통신부를 제어하는 제어단계;
    를 포함하는 연속 간섭제거 기반 랜덤 액세스 방법.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 제어단계는,
    충돌이 발생한 패킷의 수가 미리 설정된 연속 간섭제거 능력 이하인 경우, SRP(SIC-Enable Collision Resolve Procedure)를 실행하여 충돌을 해소하는 연속 간섭제거 기반 랜덤 액세스 방법.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 제어단계는,
    상기 SRP가 실행되면, 재전송 확률을 상기 적어도 하나의 사용자 단말로 전송하도록 상기 통신부를 제어하는 연속 간섭제거 기반 랜덤 액세스 방법.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 제어단계는,
    상기 백로그 사용자 수와 상기 미리 설정된 연속 간섭제거 능력에 기초하여 상기 재전송 확률을 결정하는 연속 간섭제거 기반 랜덤 액세스 방법.
  17. 제12항에 있어서,
    상기 제어단계는,
    충돌이 발생한 패킷의 수가 미리 설정된 연속 간섭제거 능력을 초과하는 경우, E-SRP(Enhanced SIC-Enable Collision Resolve Procedure)를 실행하고, 미리 설정된 충돌해소 확률을 충돌이 발생한 사용자 단말로 전송하도록 상기 통신부를 제어하는 연속 간섭제거 기반 랜덤 액세스 방법.
  18. 제12항에 있어서,
    상기 제어단계는,
    미리 설정된 임베디드 포인트(Embedded Point)마다 상기 백로그 사용자 수를 산출하는 연속 간섭제거 기반 랜덤 액세스 방법.
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