KR100950725B1 - 무선 통신시스템의 링크 적응 방법 및 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 무선 통신시스템에서 수신 신호 세기를 측정하는 방법 및 측정한 수신 신호 세기에 따른 링크 적응 방법에 관한 것이다. 본 발명은 순방향 채널의 수신 신호를 증폭하여 디지털 신호로 변환하는 단계와, 디지털 신호의 세기와 증폭 이득을 이용하여 수신 신호 세기를 산출하는 단계와, 산출된 수신 신호 세기에 따라 역방향 채널의 전송 파라미터를 조절하는 단계를 포함한다. 이로써 간단하면서도 정확하게 수신 신호 세기를 측정할 수 있고, 효율적인 링크 적응이 가능하다.

링크 적응, 전송 속도 조절, RSSI

Description

무선 통신시스템의 링크 적응 방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS FOR LINK ADAPTATION BY MEASURING RECEIVED SIGNAL STRENGTH IN WIRELESS COMMUNICATION}

본 발명은 무선 통신시스템의 링크 적응 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 수신 신호 세기를 측정하는 방법 및 측정한 수신 신호 세기에 따라 전송 파라미터를 조절하는 방법에 관한 것이다.

본 발명은 정보통신부의 IT성장동력기술개발사업의 일환으로 수행한 연구로부터 도출된 것이다[과제관리번호 : 2006-S-014-02, 과제명 : 200Mbps급 IEEE 802.11n 모뎀 및 RF 칩셋 개발(Development of IEEE 802.11n Modem & RF Chip-sets with Data Rate 200Mbps)].

무선 통신시스템에서는 간섭, 잡음, 전파 경로, 감쇄 등의 요인에 의해 채널 상태가 시공간 상에서 변화하고, 이에 따라 무선 통신시스템의 성능이 저하되거나 정상적인 통신이 불가능할 수 있다. 따라서 무선 채널 상태의 변화에 따라 전송 파라미터를 조절하여 채널 상태에 최적화된 통신을 제공하고자 하는 링크 적응(Link Adaptation) 방법이 연구되고 있다.

종래 링크 적응 방법으로서 크게 세 가지가 있는데, 첫째로 가장 일반적으로 사용하는 ARF(Auto Rate Fallback) 방법이 있다. 이 방법은 에러검출 방법 중 하나인 순환중복검사(CRC, Cyclic Redundancy Checking)를 통해 패킷 수신 실패를 감지하고, 일정한 값 이상 실패하면 전송 속도를 한 단계 낮추는 방법이다. ARF 방법은 간단하게 구현할 수 있으나, 채널의 변화를 빠르게 따라가지 못하고, 시스템 전체 처리량(throughput)에도 큰 도움을 주지는 못한다.

둘째, SNR(Signal Noise Ratio)를 사용하는 방법이다. 이 방법은 패킷 수신시 SNR을 측정하여 잘게 쪼개진 MPDU(MAC Protocol Data Unit)를 전송할 때 활용한다. 채널 변화에 대한 반응 속도가 빠르기는 하지만, SNR을 정확하게 측정하기 위해서는 하드웨어 구현이 매우 복잡해진다.

셋째, 수신 신호 세기(RSS, Received Signal Strength)를 사용하는 방법이 있다. 수신 신호 세기는 평균적으로 SNR과 선형적인 관계(linear relationship)에 있으므로, 수신한 신호의 세기를 측정함으로써 채널 상태를 추정할 수 있다. 따라서 송신단이 이를 토대로 전송 파라미터를 결정하여 송신한다. 그 후 수신단이 이를 수신하고 다시 수신 신호 세기를 측정하여 링크 적응 후 송신하는 과정을 반복하는 방법이다.

수신 신호 세기를 사용하는 방법은 패킷 단위로 채널 변화에 적응할 수 있어서 반응 속도가 빠르다. 하지만 수신단에서 안테나를 통해 수신된 신호가 증폭되기 전의 세기를 측정해야 하므로, 별도의 ADC(Analog/Digital Converter)를 증폭부 전 에 연결해야 하는 등 하드웨어 복잡도를 높이는 문제점이 있다. 또한, ADC의 변환 임계 범위를 벗어나는 신호가 입력되거나 너무 작은 신호가 들어오는 경우 수신 신호 세기의 정확한 측정이 어려워진다.

본 발명은 전술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로서 수신 신호 세기를 간단하면서도 정확하게 측정하고, 이를 통한 무선 통신시스템의 링크 적응 방법 및 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있으며, 본 발명의 실시예에 의해 더욱 분명하게 이해될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허청구범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.

이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 무선 통신시스템에서 수신 신호 세기(RSS)를 측정하는 방법에 있어서, 수신된 신호를 증폭하는 단계와, 상기 증폭된 신호를 디지털 신호로 변환하는 단계와, 상기 디지털 신호의 세기를 산출하는 단계와, 상기 디지털 신호의 세기와 상기 증폭 단계의 이득을 이용하여 수신 신호 세기 를 산출하는 단계를 포함하는 것을 일 특징으로 한다.

또한, 본 발명은 무선 통신시스템의 링크 적응 방법에 있어서, 순방향 채널의 수신 신호를 증폭하여 디지털 신호로 변환하는 단계와, 상기 디지털 신호의 세기와 상기 증폭의 이득을 이용하여 상기 수신 신호의 세기를 산출하는 단계와, 상기 산출된 수신 신호 세기에 따라 역방향 채널의 전송 파라미터를 조절하는 단계를 포함하는 것을 다른 특징으로 한다.

또한, 본 발명은 무선 통신시스템에서 수신 신호 세기를 측정하는 시스템에 있어서, 수신된 신호를 증폭하는 증폭부와, 상기 증폭된 신호를 디지털 신호로 변환하는 수단과, 상기 디지털 신호의 세기를 산출하고, 상기 디지털 신호의 세기와 상기 증폭부의 이득을 이용하여 상기 수신 신호 세기를 산출하는 측정부를 포함하는 것을 다른 특징으로 한다.

또한, 본 발명은 무선 통신시스템의 링크 적응 시스템에 있어서, 수신 신호 세기 측정부와, 전송 파라미터 조절부를 포함하고, 상기 수신 신호 세기 측정부는 순방향 채널의 수신 신호를 증폭하여 디지털 신호로 변환하고 상기 디지털 신호의 세기와 상기 증폭의 이득을 이용하여 상기 수신 신호의 세기를 산출하며, 상기 전송 파라미터 조절부는 상기 산출된 수신 신호 세기에 따라 역방향 채널의 전송 파라미터를 조절하는 것을 다른 특징으로 한다.

전술한 바와 같은 본 발명의 구성에 의하면, 일반적으로 사용하는 ARF 방법 보다 빠르고, SNR을 이용하는 방법보다 하드웨어 구현이 간단하다. 또한, 본 발명은 증폭 이득과 모뎀부로 입력되는 디지털 신호의 세기를 이용하여 수신 신호 세기를 측정하는 방법을 제안함으로써, 종래 수신 신호 세기를 이용하는 방법처럼 수신단의 증폭부 전에 별도의 ADC사용하지 않고도 정확하게 측정할 수 있다. 이에 따라 통신시스템은 효율적으로 링크 적응을 할 수 있고, 다양한 전송 파라미터를 채널 상태에 최적화 함으로써 전송 속도, 처리량, 주파수 효율 등을 높일 수 있다.

또한, 본 발명에 따르면, EVM(Error Vector Magnitude) 등의 오류 측정값과 수신 신호 세기에 따른 오류 특성을 비교함으로써 링크 적응의 정확도를 높일 수 있고, 다중 안테나(MIMO) 시스템을 포함한 모든 무선 통신시스템에 적용할 수 있는 장점이 있다.

전술한 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 후술되며, 이에 따라 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 상세한 설명을 생략한다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명에 의한 무선 통신시스템의 수신단의 구성도이다. 수신단은 크게 수신 신호 세기 측정부(108)와 전송 파라미터 조절부(110)로 구성된다. 수신 신호 세기 측정부(108)에서 측정된 순방향 채널의 수신 신호 세기를 바탕으로 전송 파라미터 조절부(110)가 다음 전송할 역방향 채널 패킷의 전송 파라미터를 조절한다.

수신 신호 세기 측정부(108)는 증폭부(100), 디지털 변환 수단(102), 측정부(104), 이득 조절부(106) 등으로 구성된다. 증폭부(100)는 수신된 미약한 무선 신호를 증폭하기 위한 증폭기를 포함한다. 디지털 변환 수단(102)은 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하는 ADC를 총칭한다. 측정부(104)는 디지털 변환 수단(102)에서 변환된 디지털 신호의 세기를 측정한다. 이득 조절부(106)는 측정부(104)에서 측정한 디지털 신호의 세기에 따라 증폭부(100)에서의 증폭 이득을 조절한다.

수신 신호 세기 측정부(108)는 측정부(104)에서 측정한 디지털 신호의 세기와 증폭부(100)의 증폭 이득을 이용하여 수신단의 수신 신호 세기를 산출한다. 즉, 수신 신호 세기에 증폭 이득이 더해진 후 디지털 변환하여 디지털 신호의 세기를 측정하였으므로, 이미 알고 있는 디지털 신호의 세기와 증폭 이득을 이용하여 거꾸로 수신 신호 세기를 알아내는 것이다. 이렇게 함으로써 증폭부(100) 전에 별도의 ADC를 추가하지 않고도 수신단에서 수신하는 신호의 세기를 간단하게 측정할 수 있다.

한편, 이렇게 측정한 수신 신호 세기는 간섭, 잡음, 전파 경로, 감쇄 등의 요인에 의해 시공간 상에서 변화하는 채널 상태를 나타내므로, 전송 속도, 변조 방식, 부호화율(Code Rate) 등 전송 파라미터를 채널 상태에 최적화하여 전송할 수 있다. 전송 파라미터 조절부(110)는 위와 같은 전송 파라미터 제어를 담당하고, 이렇게 무선 통신시스템은 링크 적응할 수 있다.

앞서 설명한 이득 조절부(106)의 증폭 이득 조절 과정과 수신 신호 세기 측정부(108)의 수신 신호 세기 측정 과정은 모두 패킷의 프리앰블(preamble) 부분을 수신하는 중에 이루어질 수 있기 때문에, 이렇게 결정된 증폭 이득으로 패킷의 나머지 부분을 수신하고, 측정된 수신 신호 세기로 결정한 전송 파라미터는 수신단이 다음 패킷을 전송할 때에 적용된다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 다중 안테나를 사용하는 무선 통신 스테이션(station)의 구성도이다. 무선 통신 스테이션(220)은 크게 안테나와 RF부(200)와 모뎀부(210)로 구성된다.

RF부(200)는 RF수신부(202)와 RF송신부(204)와 전술한 증폭부(100)를 포함하고, 모뎀부(210)는 전송 파라미터 조절부(110)를 포함한다. RF부(200)와 모뎀부(210) 사이에 ADC(102)와 측정부(104)와 이득 조절부(106)가 위치하는데, 이들은 RF부(200) 또는 모뎀부(210)에 포함될 수 있는 등으로 설계를 다르게 할 수 있다.

도 2에서 도시한 본 발명의 실시예에서는 증폭부(100)를 LNA(206, Low Noise Amplifier)와 VGA(208, Variable Gain Amplifier)의 두 증폭기로 구성하였다.

LNA(206)는 RF수신부(202) 직후에 위치하여 잡음을 최소화하면서 무선 수신 신호를 증폭한다. LNA(206)는 그의 증폭 이득을 High, Medium, Low 등의 단계별 모드로 나누어 조절하는 것이 일반적이고, 이를 이득 조절부(106)에서 조절할 수 있다.

VGA(208)는 LNA(206)에서 증폭된 신호가 기저 대역 신호로 변환된 후 기저 대역의 증폭을 담당한다. VGA(208)의 증폭 이득도 이득 조절부(106)에서 조절할 수 있으며, 결과적으로 수신단 전체의 증폭 이득을 이득 조절부(106)가 조절할 수 있다.

수신한 패킷의 수신 신호 세기 측정 과정은 앞서 설명한 바와 동일하고, 수신 신호 세기를 통해 전송 파라미터 조절부(110)에서 결정한 전송 파라미터로 모뎀부(210)가 RF송신부(204)를 통해 다음 패킷을 전송하게 된다. 이렇게 무선 통신 스테이션(220)에서 전송한 패킷을 받는 스테이션에서도 동일한 링크 적응 과정을 거쳐서 그 다음 패킷을 송신하고, 이런 과정을 반복하면서 통신이 이루어진다.

도 3은 본 발명에 의한 수신 신호 세기를 측정하고 전송 파라미터를 조절하여 링크 적응하는 방법의 순서도이다.

앞서 설명한 본 발명의 수신 신호 세기 측정과 링크 적응 과정을 단계로 설명하면, 먼저 신호를 수신(300)하고 수신한 신호를 증폭(302)한다. 이렇게 증폭된 신호를 디지털 신호로 변환(304)하고 변환된 디지털 신호의 세기를 산출(306)한다.

그 후, 산출된 디지털 신호의 세기를 바탕으로 신호 증폭 단계(302)의 증폭 이득을 조절(312)한다. 본 발명의 일 실시예는 증폭 이득 조절(312)을 디지털 신호 변환 단계(304)에서 변환의 임계범위를 넘지 않을 때까지 조절하는데 이는 도 5a 내지 도 5c와 함께 아래에 상세히 기술한다.

이렇게 산출된 디지털 신호의 세기와 증폭 이득을 이용하여 수신 신호 세기를 산출(308)하고, 이를 통해 채널 상태에 맞게 전송 속도, 변조 방식, 부호화율 등 전송 파라미터를 조절(310)한다. 전송 파라미터는 아래와 같이 미리 정해둔다.

표 1은 본 발명의 일 실시예로서 채널 상태에 따른 IEEE 802.11a의 MCS(Modulation and Coding Selection) 레벨을 미리 정의한 것이다. 표 1은 각 MCS 레벨마다 변조 방식, 부호화율, 전송 속도를 정의하고, 이러한 각 MCS 레벨의 전송 파라미터에 대해 10% PER(Packet Error Rate)을 달성하기 위해 요구되는 SNR을 나타낸다. SNR은 평균적으로 수신 신호 세기와 선형적인 관계에 있다.

표 2는 본 발명의 일 실시예로서 채널 상태에 따른 IEEE 802.11n의 MCS 레벨을 미리 정의한 것이다.

표 1 또는 표 2와 같이 미리 수신 신호 세기에 따른 MCS 레벨을 미리 정해두고, 측정한 수신 신호 세기에 따라 적합한 MCS 레벨을 선택함으로써 전송 파라미터를 조절한다.

도 4는 본 발명에 의한 디지털 신호의 세기와 증폭 이득을 이용하여 수신 신호 세기를 산출하는 단계(308)의 블록도이다.

디지털 신호의 세기는 수신한 신호를 증폭(302)하고 디지털 신호로 변환(304)하여 측정된 것이므로, 디지털 신호 세기와 증폭 이득을 통해 거꾸로 수신 신호 세기를 산출(308)할 수 있다. 즉, 도 4와 같이 디지털 신호의 세기에서 증폭 이득만큼 감산함으로써 수신 신호의 세기를 계산할 수 있다.

전술한 감산 연산은 신호의 세기를 dB 단위로 하여 증폭 단계(302)가 증폭 이득만큼 더하는 연산이 되기 때문이다. 신호 세기의 단위가 달라진다면 증폭 단계(302)는 곱하는 연산이 될 수 있고, 이 경우에는 증폭 이득만큼 나누어야 할 것이다.

도 5a 내지 도 5c는 본 발명에 의한 디지털 신호가 임계 범위를 벗어나지 않도록 증폭 이득을 조절하는 순서도이다.

도 5a는 본 발명에 의한 신호와 임계 범위를 도시한다. 디지털 변환 범위, 임계 범위, 최대임계값, 최소임계값을 쉽게 알아볼 수 있도록 나타낸다.

도 5b는 디지털 신호의 세기를 산출(306)한 후 증폭 이득을 조절(312)하는 과정에서, 디지털 신호가 변환의 최대 임계 범위를 벗어나지 않도록 조절하는 실시예의 순서도이다.

우선, 산출된 디지털 신호 세기를 바탕으로 디지털 신호가 최대임계값 이상인지 여부를 판별(502)한다. 최대임계값 이상이면 증폭 이득을 크게 낮추고(504), 그렇지 않으면 디지털 신호가 최소임계값 이상인지 판별하는 단계(506)로 진행한다. 최소임계값 이상이 아니라면 증폭 이득을 작게 증가시키고(508), 그렇지 않으면 증폭 이득을 결정(510)한다.

즉, 디지털 신호가 최대임계값보다 작고, 최소임계값보다 크도록 하여 임계 범위를 벗어나지 않도록 증폭 이득이 결정된다. 이로써 디지털 변환의 최대임계값을 넘어 디지털 신호가 왜곡되는 것을 방지하고, 최소임계값에 못 미쳐서 디지털 변환 범위를 충분히 활용하지 못하게 되는 것을 막아 상당히 정확하게 디지털 신호의 세기를 측정(306)할 수 있다.

그 후, 결정된 증폭 이득으로 신호를 증폭(302)한다. 이러한 일련의 과정은 전술한 바와 같이 수신 패킷의 프리앰블 부분에서 수행될 수 있고, 수신 패킷의 나머지 부분은 결정된 증폭 이득으로 증폭한다.

도 5c는 위와 같은 과정을 거치기 전에 처음 들어오는 신호의 증폭 이득 결정에 대한 처리 순서도를 도시한다.

신호 증폭 단계(302)에서 우선적으로 이득 조절 여부를 확인(512)한다. 이득 조절이 되었으면 조절된 이득으로 증폭(516)하고, 그렇지 않으면 미리 지정한 초기 이득으로 증폭(514)한다. 이렇게 초기 이득만 결정해 주면, 이후에는 증폭 이득 조절(312) 단계를 통해 자동적으로 증폭 이득이 조절된다.

도 6은 본 발명에 의한 오류 측정값을 이용한 전송 파라미터 조절 순서도이다. 오류 측정값으로는 실제 전송된 심볼과 이상적인 기준 심볼 사이의 오류값을 벡터 크기로 나타낸 EVM 등이 사용될 수 있다. EVM에 관한 상세한 내용은 도 12와 함께 아래에 기술한다.

전송 파라미터를 조절하는 단계(310)에서 세부적으로 EVM 값을 측정하여 전송 파라미터 조절에 활용할 수 있다. 수신 신호 세기에 따라 전송 파라미터를 조절(600)하고, 수신한 패킷의 LTF(Long Training Field) 또는 시그널 필드에서 EVM을 측정(602)한다.

그 후, 미리 알고 있는 수신 신호 세기에 따른 EVM 특성을 측정한 EVM과 비교(604)한다. 즉, RF부의 특성에 따라 수신 신호 세기에 대해 어느 정도의 EVM을 가지는 지를 미리 측정을 통해 알 수 있으므로, EVM을 통해 수신 신호 세기를 산출하는 단계(308)에서 측정한 수신 신호 세기를 더욱 정확하게 보정하는 방법이다. 수신 신호 세기에 따른 EVM 특성을 측정한 결과는 도 16 이하에서 설명한다.

EVM 등 오류 측정을 통해 보정한 수신 신호 세기를 통해 전송 파라미터를 조절(608)한다. 이로써 수신 신호 세기의 정확한 측정이 가능하고, 효율적인 링크 적응을 할 수 있다.

도 7은 본 발명에 의한 LNA 이득 모드에 따라 전송 파라미터를 조절하는 순서도이다.

상용화된 RF부는 일반적으로 LNA 이득을 그 크기에 따라 1 내지 3 가지의 모드(High, Medium, Low 등)로 나누고, 이 모드에 따라 RF부의 성능이 달라진다. 즉, LNA 이득 모드에 따라 수신 신호 세기에 대한 EVM 특성이 달라진다. 이에 대한 일 실시예는 도 16 이하에서 설명한다.

본 발명의 실시예에 따르면, 증폭 이득과 현재 LNA 이득 모드를 참조(700)하여 LNA 이득 모드를 결정하는 단계(701)를 거친 후, 결정된 LNA 이득 모드에 따라 전송 파라미터를 조절(702)함으로써 효율적인 링크 적응을 가능하게 한다.

도 8은 본 발명의 실시예에 따른 수신 신호 세기를 산출(308)하는 단계의 블록도이다.

디지털 신호는 실수부와 허수부 각각 I, Q로 나뉘어 입력되고, 각각 절대값을 취해 크기를 구한다. 블록 810을 거치면서 로그형태를 취해 디지털 신호의 세기를 산출(306)한다. 이후 도 4에서 설명한 것처럼 증폭 이득을 감산하여 수신 신호 세기를 산출한다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 측청된 수신 신호 세기는 읽기 가능한 레지스터에 4개의 다른 RSSI(Received Signal Sterngth Indicator) 값으로 저장된다. 신호의 세기는 매 0.8us 마다 한 번씩 측정되고, 이는 20MHz rate 기준으로 16 샘플이 된다. 모뎀이 수신 모드인 경우 수신 신호 측정은 계속되지만, RSSI 값이 STF(Short Training Field)를 이용하여 CFO(Carrier Frequency Offset)를 추정하는 구간 동안에 읽기 가능한 레지스터로 래치(latch)된다면 이득 조절(312)은 종료된다. 이렇게 래치된 값은 다음 새로운 값이 구해질 때까지 유지되어야 하고, 신호의 세기를 기본으로 하는 반송파 감지(Carrier Sensing)는 이 구간에서 실행된다. 반송파 감지 기간 동안 계산된 수신 신호 세기는 정해진 임계값과 비교하여 신호가 채널에 존재하는지 여부를 결정한다.

도 9는 본 발명의 실시예에 따라 다중 안테나 무선 통신시스템에서 디지털 신호의 세기를 산출하는 블록도이다.

다중 안테나 시스템의 경우에도 도 8에서 설명한 디지털 신호의 세기를 산출(306)하는 블록이 각 안테나마다 연결된다. 이 후, 비교기(900)를 통해 가장 큰 신호를 검출하고, 블록 810을 통해 로그 형태를 취해 디지털 신호의 세기를 산출한다.

도 10은 본 발명의 실시예에 따라 디지털 신호가 임계 범위를 벗어나지 않도록 디지털 신호의 세기와 LNA 이득 모드를 이용하여 VGA 증폭 이득을 산출하는 블록도이다.

포화상태 결정지표값은 디지털 신호의 세기가 디지털 변환의 최대임계값을 넘는지 여부를 나타낸다. 포화상태 결정지표값에 따라 큰 이득을 조절하거나, 측정된 신호 세기와 목표 증폭 이득값을 비교하여 작은 이득을 조절한다. 이렇게 결정된 증폭 이득에서 LNA 이득 모드가 나타내는 이득만큼을 감산하면, VGA가 증폭해야 할 이득이 결정된다.

도 11은 본 발명의 실시예에 따라 현재 LNA 이득 모드와 증폭 이득을 이용하여 LNA 이득 모드의 조절 정도를 판단하고, 이에 따라 LNA 이득 모드를 결정하는 블록도이다.

도 12는 본 발명에 의한 EVM의 정의를 나타내는 IQ 다이어그램이다.

EVM은 실제 전송된 심볼과 이상적인 기준 심볼 사이의 오류값을 벡터의 크기로 나타낸 것으로, 수학식 1에 의해 계산된다.

이 수식에서 M은 시간 옵셋(offset), 주파수 옵셋 등이 보정된 후 측정된 신 호이고, I는 이상적인 신호이다. N은 측정된 샘플의 수이고 k는 샘플의 인덱스 번호이다.

EVM은 주로 % 또는 dB 단위로 나타내는데, EVM이 작을수록 수신한 신호가 이상적인 신호와 가깝다는 것을 의미한다.

도 13은 본 발명의 실시예에 따른 IEEE 802.11a 패킷 구조의 구성도이다.

IEEE 802.11a 표준에 의한 패킷 구조도이고, 전술한 바와 같이 OFDM packet preamble 부분에서 증폭 이득 조절(312)과 수신 신호 세기 산출(308)을 수행할 수 있다. 시그널 필드(SIGNAL field)에서 EVM을 측정하여 이를 이용한 전송 파라미터 조절(608)을 한다.

도 14는 본 발명의 실시예에 따른 IEEE 802.11n 패킷 구조의 구성도이다.

IEEE 802.11n 패킷은 크게 Legacy part와 HT(High-Throughput) part로 구성된다. Legacy part는 기존의 IEEE 802.11a 패킷 등과 호환이 되는 부분이다. 기존의 표준과의 호환을 위해서 Legacy part를 사용하도록 구현하는 것이 바람직하겠지만, HT part를 사용하도록 구현하는 것도 가능하다.

즉, EVM을 측정하는 부분도 L-SIG(1400, Legacy SIGNAL field)를 사용하여 호환성을 높일 수 있지만, HT-SIG1(1402, High-Throughput SIGNAL field1) 또는 HT-SIG2(1404)를 사용하도록 구현할 수 있다.

도 15는 본 발명의 실시예에 따른 RF부의 VGA 증폭 이득 결정을 위한 실시예의 결과 그래프이다.

High, Medium, Low의 LNA 이득 모드에 따라, VGA 증폭 이득에 대한 수신단의 증폭 이득을 측정하여 나타내었다. 시스템 구현 전에 측정하여 증폭 이득 조절 단계(312)에 활용한다.

도 16은 본 발명의 실시예에 따른 수신 신호 세기에 대한 RF부의 EVM 특성을 측정하여 %단위로 나타낸 그래프이다.

LNA 이득 모드에 따라서 동일한 수신 신호 세기에서도 EVM 값이 달라진다. 본 발명에 의하면, EVM 측정 단계(602)에서 측정한 EVM 값을 미리 측정한 도 16 같은 그래프와 비교하여 측정한 수신 신호 세기를 보정할 수 있다. 이와 같은 특성은 시스템 구현 전에 측정하여, 전송 파라미터 조절(310)에서 LNA 이득 모드에 따라 어떻게 전송 파라미터를 조절할지 결정하는 데에 활용한다.

도 17은 본 발명의 실시예에 따른 수신 신호 세기에 대한 RF부의 EVM 특성을 측정하여 dB단위로 나타낸 그래프이다.

도 18은 본 발명의 실시예에 따른 MCS 레벨 정의를 위한 그래프이다.

본 발명의 일 실시예에 따라 전송 파라미터 조절(310)을 위한 MCS 레벨을 정의함에 있어서, 측정한 EVM 특성을 바탕으로 EVM 크기별로 MCS 레벨을 정하는 방법이다. 바꾸어 말하면, EVM이 커질수록 이상적인 신호와 차이가 커지는 것이므로, 전송 속도를 낮추거나 부호화율을 낮추는 등으로 MCS 레벨을 정의하는 것이다.

도 18에서는 2스트림 2채널 모드의 경우의 예로서, MCS 레벨을 0 내지 15의 16단계로 구분하였고, LNA 이득 모드 별로 수신 신호 세기에 따른 특성이 달라지므로, 같은 수신 신호 세기라도 LNA 이득 모드와 EVM 값에 따라 MCS 레벨을 결정한다.

도 19는 본 발명의 실시예에 따른 LNA 이득 모드, VGA 증폭 이득, 수신 신호 세기에 따른 MCS 결정 및 EVM 측정값에 따른 MCS 결정을 위한 그래프이다.

성능 최적의 MCS 레벨(Performance optimal MCS mode)은 LNA 이득 모드가 low(1902), medium(1904), high(1906)인 경우에 따라 결정된다. EVM 특성(1900)과 비교해 보면, 동일한 수신 신호 세기에 대해서도 LNA 이득 모드에 따라 EVM 특성이 달라지므로 이와 같이 MCS 레벨을 결정한다.

본 발명의 실시예에 따르면 EVM 측정값과 수신 신호 세기를 각각 8단계(1910), 16단계(1920)로 나누고, 이들 단계를 Indicator로 표시하여 조절하도록 하였다.

예를 들어, 수신 신호 세기 산출(308) 단계에서 구한 RSSI(1920), 수신 신호 세기 Indicator)가 8이고, 이 경우에 증폭 이득 조절 단계(312)에서 결정한 LNA 이득 모드가 high 라면, RSSI 8과 LNA 이득 모드 high(1906)에 적합한 MCS 레벨 9 내지 11로 결정한다. 그 후, EVM을 측정(602)하여 EVM Indicator가 가리키는 값이 6이라면, 적합한 LNA 이득 모드에서의 EVM 특성(1900)과 EVM Indicator를 비교하여 해당하는 MCS 레벨을 찾는다. 이 실시예에서는 도 19에 점선으로 표시한 것처럼 MCS 레벨 11이 된다. 이렇게 세부적으로 결정된 MCS 레벨에 해당하는 전송 파라미터를 표 2에서 찾아 전송 파라미터를 조절(608)하여 전송한다.

도 19에서 본 발명의 구체적인 작동 과정을 일 실시예를 들어 설명하였으나, RSSI(1900), EVM Indicator(1910)의 단계 구분, MCS level의 결정, EVM 특성(1900) 등은 구현하는 시스템에 따라서 얼마든지 달라질 수 있다. RSSI(1900)를 더욱 세분 화하고 수신 신호 세기의 정확도가 보장되는 경우, 수신 신호 세기 산출(308)한 후 EVM 특성(1900)을 사용하지 않고도 매우 효율적인 링크 적응이 가능하다.

도 20은 본 발명의 실시예에 따른 무선랜 패킷의 송수신 프로토콜을 도시한 구성도이다.

STA1, STA2, STA3은 각각 별개의 스테이션을 나타낸다. STA1이 STA2에게 RTS(2000, Ready To Send) 신호를 보내면, SIFS(Short Inter Frame Space, 짧은 프레임 간 간격) 후에 STA2가 CTS(2006, Clear To Send) 신호를 보낸다. 다시 SIFS 후에 STA1이 STA2에게 DATA(2008)를 보내고, SIFS 후에 STA2는 정상적으로 수신했다는 ACK(2010, Acknowledgement)를 보낸다.

본 발명의 실시예에 따른 무선 통신시스템은 위와 같은 송수신 프로토콜로 동작하는데, STA1과 STA2가 RTS(2000), CTS(2006), DATA(2008), ACK(2010) 등의 신호를 서로 송수신하면서 본 발명에서 제안한 링크 적응 방법을 사용한다.

전술한 바와 같은 본 발명의 구성에 의하면, 일반적으로 사용하는 ARF 방법보다 빠르고, SNR을 이용하는 방법보다 하드웨어 구현이 간단하다. 또한, 본 발명은 증폭 이득과 모뎀부로 입력되는 디지털 신호의 세기를 이용하여 수신 신호 세기를 측정하는 방법을 제안함으로써, 종래 수신 신호 세기를 이용하는 방법처럼 수신단의 증폭부 전에 별도의 ADC사용하지 않고도 정확하게 측정할 수 있다. 이에 따라 통신시스템은 효율적으로 링크 적응을 할 수 있고, 다양한 전송 파라미터를 채널 상태에 최적화 함으로써 전송 속도, 처리량, 주파수 효율 등을 높일 수 있다.

또한, 본 발명에 따르면, 오류 측정값과 수신 신호 세기에 따른 오류 특성을 비교함으로써 링크 적응의 정확도를 높일 수 있고, 다중 안테나 시스템을 포함한 모든 무선 통신시스템에 적용할 수 있는 장점이 있다.

한편, 전술한 바와 같은 본 발명의 방법은 컴퓨터 프로그램으로 작성이 가능하다. 그리고 상기 프로그램을 구성하는 코드 및 코드 세그먼트는 당해 분야의 컴퓨터 프로그래머에 의하여 용이하게 추론될 수 있다.　또한, 상기 작성된 프로그램은 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체(정보저장매체)에 저장되고, 컴퓨터에 의하여 판독되고 실행됨으로써 본 발명의 방법을 구현한다. 그리고 상기 기록매체는 컴퓨터가 판독할 수 있는 모든 형태의 기록매체(CD, DVD와 같은 유형적 매체뿐만 아니라 반송파와 같은 무형적 매체)를 포함한다.

전술한 본 발명은, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하므로 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니다.

도 1은 본 발명에 의한 무선 통신시스템의 수신단의 구성도.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 다중 안테나를 사용하는 무선 통신 스테이션의 구성도.

도 3은 본 발명에 의한 수신 신호 세기를 측정하고 전송 파라미터를 조절하여 링크 적응하는 방법의 순서도.

도 4는 본 발명에 의한 디지털 신호의 세기와 증폭 이득을 이용하여 수신 신호 세기를 산출하는 단계의 블록도.

도 5a 내지 도 5c는 본 발명에 의한 디지털 신호가 임계 범위를 벗어나지 않도록 증폭 이득을 조절하는 순서도.

도 6은 본 발명에 의한 EVM 측정값을 이용한 전송 파라미터 조절 순서도.

도 7은 본 발명에 의한 LNA 이득 모드에 따라 전송 파라미터를 조절하는 순서도.

도 8은 본 발명의 실시예에 따른 수신 신호 세기를 산출하는 단계의 블록도.

도 9는 본 발명의 실시예에 따라 다중 안테나 무선 통신시스템에서 디지털 신호의 세기를 산출하는 블록도.

도 10은 본 발명의 실시예에 따라 디지털 신호가 임계 범위를 벗어나지 않도록 디지털 신호의 세기와 LNA 이득 모드를 이용하여 VGA 증폭 이득을 산출하는 블록도.

도 11은 본 발명의 실시예에 따라 현재 LNA 이득 모드와 증폭 이득을 이용하 여 LNA 이득 모드를 결정하는 블록도.

도 12는 본 발명에 의한 EVM의 정의를 나타내는 IQ 다이어그램.

도 13은 본 발명의 실시예에 따른 IEEE 802.11a 패킷 구조의 구성도.

도 14는 본 발명의 실시예에 따른 IEEE 802.11n 패킷 구조의 구성도.

도 15는 본 발명의 실시예에 따른 RF부의 VGA 증폭 이득 결정을 위한 실시예의 결과 그래프.

도 16은 본 발명의 실시예에 따른 수신 신호 세기에 대한 RF부의 EVM 특성을 측정하여 %단위로 나타낸 그래프.

도 17은 본 발명의 실시예에 따른 수신 신호 세기에 대한 RF부의 EVM 특성을 측정하여 dB단위로 나타낸 그래프.

도 18은 본 발명의 실시예에 따른 MCS 레벨 정의를 위한 그래프.

도 19는 본 발명의 실시예에 따른 LNA 이득 모드, VGA 증폭 이득, 수신 신호 세기에 따른 MCS 결정 및 EVM 측정값에 따른 MCS 결정을 위한 그래프.

도 20은 본 발명의 실시예에 따른 무선랜 패킷의 송수신 프로토콜을 도시한 구성도.

Claims (13)

1. 무선 통신시스템에서 수신 신호 세기를 측정하는 방법에 있어서,

   수신된 신호를 증폭하는 단계;

   상기 증폭한 신호를 디지털 신호로 변환하는 단계,

   상기 변환한 디지털 신호의 세기를 산출하는 단계; 및

   상기 산출한 디지털 신호의 세기와, 상기 증폭하는 단계에서의 증폭 이득을 연산하여 수신 신호 세기를 산출하는 단계;를

   포함하는 것을 특징으로 하는 수신 신호 세기 측정 방법.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 산출한 디지털 신호의 세기를 기초로 하여 상기 증폭하는 단계에서의 증폭 이득을 조절하는 단계를 더 포함하고,

   상기 증폭 이득은 상기 디지털 신호가 임계 범위를 벗어나지 않도록 조절되는 것을 특징으로 하는 수신 신호 세기 측정 방법.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

   상기 무선 통신시스템은 다중 안테나를 사용하는 것을 특징으로 하는 수신 신호 세기의 측정 방법.
4. 무선 통신시스템의 링크 적응 방법에 있어서,

   순방향 채널의 수신 신호를 증폭하여 디지털 신호로 변환하는 단계와,

   상기 디지털 신호의 세기와 상기 증폭의 이득을 이용하여 상기 수신 신호의 세기를 산출하는 단계와,

   상기 산출된 수신 신호 세기에 따라 역방향 채널의 전송 파라미터를 조절하는 단계를

   포함하는 것을 특징으로 하는 링크 적응 방법.
5. 제 4 항에 있어서,

   상기 디지털 신호의 세기를 기초로 하여 상기 증폭의 이득을 조절하는 단계를 더 포함하고,

   상기 증폭의 이득은 상기 디지털 신호가 임계 범위를 벗어나지 않도록 조절되는 것을 특징으로 하는 링크 적응 방법.
6. 제 4 항 또는 제 5 항에 있어서,

   상기 전송 파라미터를 조절하는 단계는 상기 수신된 신호의 오류를 측정하는 단계와,

   상기 오류 측정값을 수신 신호 세기에 따른 오류 특성과 비교하는 단계와,

   상기 비교 결과에 따라 상기 전송 파라미터를 조절하는 단계를

   포함하는 것을 특징으로 하는 링크 적응 방법.
7. 제 4 항 또는 제 5 항에 있어서,

   상기 증폭의 이득을 하나 이상의 모드로 나누고, 상기 모드에 따른 수신 특성에 따라 전송 파라미터를 조절하는 것을 특징으로 하는 링크 적응 방법.
8. 제 4 항 또는 제 5 항에 있어서,

   상기 무선 통신시스템은 다중 안테나를 사용하는 것을 특징으로 하는 링크 적응 방법.
9. 무선 통신시스템에서 수신 신호 세기를 측정하는 시스템에 있어서,

   수신된 신호를 증폭하는 증폭부;

   상기 증폭부에서 증폭된 신호를 디지털 신호로 변환하는 변환부; 및

   상기 변환부에서 변환된 디지털 신호의 세기를 산출하고, 상기 산출한 디지털 신호의 세기와 상기 증폭부에서의 증폭 이득을 연산하여 수신 신호 세기를 산출하는 측정부;를

   포함하는 것을 특징으로 하는 수신 신호 세기 측정 시스템.
10. 제 9 항에 있어서,

    상기 측정 시스템은 상기 산출한 디지털 신호의 세기를 기초로 하여 상기 증폭부에서의 증폭 이득을 조절하는 이득 조절부를 더 포함하고,

    상기 이득 조절부는 상기 디지털 신호가 임계 범위를 벗어나지 않도록 상기 증폭 이득을 조절하는 것을 특징으로 하는 수신 신호 세기 측정 시스템.
11. 무선 통신시스템의 링크 적응 시스템에 있어서,

    수신 신호 세기 측정부와,

    전송 파라미터 조절부를 포함하고,

    상기 수신 신호 세기 측정부는 순방향 채널의 수신 신호를 증폭하여 디지털 신호로 변환하고 상기 디지털 신호의 세기와 상기 증폭의 이득을 이용하여 상기 수신 신호의 세기를 산출하며,

    상기 전송 파라미터 조절부는 상기 산출된 수신 신호 세기에 따라 역방향 채널의 전송 파라미터를 조절하는 것을 특징으로 하는 링크 적응 시스템.
12. 제 11 항에 있어서,

    상기 수신 신호 세기 측정부는 상기 디지털 신호의 세기를 기초로 하여 상기 증폭의 이득을 조절하는 이득 조절부를 포함하고,

    상기 이득 조절부는 상기 디지털 신호가 임계 범위를 벗어나지 않도록 상기 증폭의 이득을 조절하는 것을 특징으로 하는 링크 적응 시스템.
13. 제 11 항 또는 제 12 항에 있어서,

    상기 전송 파라미터를 조절부는 상기 수신된 신호의 오류를 측정하고, 상기 오류 측정값을 수신 신호 세기에 따른 오류 특성과 비교하며, 상기 비교 결과에 따라 상기 전송 파라미터를 조절하는 것을 특징으로 하는 링크 적응 시스템.

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