KR20060104928A - 초광대역 무선 접속망에서의 다중접속 디지털 통신방법 - Google Patents

초광대역 무선 접속망에서의 다중접속 디지털 통신방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 초광대역(UWB) 무선 접속망에서의 다중접속 디지털 통신방법에 관한 것이다. 보다 상세하게는 다중 경로 페이딩이 심한 초광대역 통신 채널에서 통신 채널들을 효율적으로 이용하고 다중 접속 단말간의 충돌을 효과적으로 제어할 수 있는 기술에 관한 것이다.
본 발명은 초광대역 통신 시스템의 상향링크에서의 디지털 통신 방법으로서, 각 단말로부터 각각의 직교 시간 도약패턴에 따라 송신된 데이터 심볼을 수신하는 단계; 상기 직교 시간 도약 패턴의 충돌 여부를 검사하는 단계; 및 상기 직교시간 도약 패턴의 충돌이 발생된 단말들의 데이터 심볼의 동일성 여부에 기초하여 상기 데이터 심볼을 복호하는 단계를 포함한다.
초광대역 디지털 통신, 직교 시간 도약 접속 방식, 통계적 다중화, 소비 전력 감소, 프레임 구조

Description

초광대역 무선 접속망에서의 다중접속 디지털 통신방법{MULTIPLE ACCESS DIGITAL COMMUNICATING METHOD IN ULTRA-WIDEBAND RADIO ACCESS NETWORKS}
도 1은 기존 시스템에서의 동기화되지 않은 상향 링크를 도시하는 도면이다.
도 2는 본 발명이 적용되는 관리 단말 기반의 망구조이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 단말에서 관리 단말로의 상향링크의 동기를 맞추는 과정을 도시하는 도면이다.
도 4은 본 발명의 실시 예에 따른 단말에서 관리 단말로의 상향링크에서 단말의 송신기 구조이다.
도 5은 본 발명의 실시 예에 따른 단말에서 관리 단말로의 상향링크에서 관리 단말의 수신기 구조이다.
도 6는 각 단말들의 도약 패턴의 할당과 운영에 관한 시스템 구조도이다.
도 7은 BPPM 변조가 사용되는 각 단말에서 도약 패턴의 충돌 시 충돌된 심볼의 데이터가 모두 동일한 경우에 충돌을 제어하는 방법을 나타내는 도면이다.
도 8은 BPPM 변조가 사용되는 각 단말에서 도약 패턴의 충돌 시 충돌된 심볼의 데이터가 동일하지 않는 경우 충돌을 제어하는 방법을 나타내는 도면이다.
도 9는 각 단말에서 BPSK 변조 방식이 사용되는 경우의 충돌 제어 방법을 나타내는 도면이다.
도 10은 본 발명의 실시 예에 따른 통신 설정 시 이루어지는 단말의 서비스를 분류하는 개념도이다.
도 11은 본 발명의 실시 예에 따른 혼합형 다중 접속 방식의 프레임 구조로, 상,하향 구간에 대한 구분 없이 유연성 있게 시간 자원을 할당하는 다중 접속 방식의 프레임 구조이다.
도 12는 본 발명의 실시 예에 따른 혼합형 다중 접속 방식의 프레임 구조로, 상,하향 구간을 구분하여 시간 자원을 할당하는 다중 접속 방식의 프레임 구조이다.
도 13은 본 발명의 실시 예에 따른 혼합형 다중 접속 방식의 프레임 구조로, 직교 시간 분할 접속 구간에서 사용자별로 상, 하향 링크 데이터를 몰아서 서비스하는 다중 접속 방식의 프레임 구조이다.
도 14는 본 발명의 실시 예에 따른 그룹 방식의 혼합형 다중 접속 방식의 프레임 구조로, 사용자 단말들을 하나 이상의 그룹으로 분류하여 그룹별로 상,하향 구간에 대한 구분 없이 유연성 있게 시간 자원을 할당하는 다중 접속 방식의 프레임 구조이다.
도 15는 본 발명의 실시 예에 따른 그룹 방식의 혼합형 다중 접속 방식의 프레임 구조로, 사용자 단말들을 하나 이상의 그룹으로 분류하여 그룹별로 상,하향 구간을 구분하여 시간 자원을 할당하는 다중 접속 방식의 프레임 구조이다.
도 16은 본 발명의 실시 예에 따른 그룹 방식의 혼합형 다중 접속 방식의 프레임 구조로, 직교 시간 분할 접속 구간에서 사용자별로 상, 하향 링크 데이터를 몰아서 서비스하는 다중 접속 방식의 프레임 구조이다.
도 17은 본 발명의 실시 예에 따른 그룹 방식의 혼합형 다중 접속 방식의 프레임 구조로, 그룹별로 직교 시간 도약 방식을 사용하고 전체 그룹에 대해 직교 시간 분할 방식을 사용하는 통신 방식에서 상,하향 구간에 대한 구분 없이 유연성 있게 시간 자원을 할당하는 다중 접속 방식의 프레임 구조이다.
도 18은 본 발명의 실시 예에 따른 그룹 방식의 혼합형 다중 접속 방식의 프레임 구조로, 그룹별로 직교 시간 도약 방식을 사용하고 전체 그룹에 대해 직교 시간 분할 방식을 사용하는 통신 방식에서 상,하향 구간을 구분하여 시간 자원을 할당하는 다중 접속 방식의 프레임 구조이다.
도 19는 본 발명의 실시 예에 따른 그룹 방식의 혼합형 다중 접속 방식의 프레임 구조로, 그룹별로 직교 시간 도약 방식을 사용하고 전체 그룹에 대해 직교 시간 분할 방식을 사용 시 사용자별로 상, 하향 링크 데이터를 몰아서 서비스하는 다중 접속 방식의 프레임 구조이다.
도 20는 본 발명의 실시 예에 따른 다수의 단말이 동시에 관리 단말에 통신 설정을 요구할 경우 분산된 구조를 통해 다수 단말의 통신 설정을 수행하는 과정을 도시하는 그림이다.
본 발명은 초광대역(UWB) 무선 접속망에서의 다중접속 디지털 통신방법에 관 한 것이다. 보다 상세하게는 다중 경로 페이딩이 심한 초광대역 통신 채널에서 통신 채널들을 효율적으로 이용하고 다중 접속 단말간의 충돌을 효과적으로 제어할 수 있는 기술에 관한 것이다.
종래 초광대역 통신 시스템에서의 접속방식에는 관리 단말이 미리 시간자원을 할당하는 시간 분할 방식(TDMA; time division multiple access)을 이용하거나 공유된 채널의 사용여부를 판단하여 접속을 시도하는 CSMA/CA(carrier sense multiple access/collision avoidance) 방식, 시간 도약 다중 접속 방식(THMA; time hopping multiple access), 부호 분할 다중 접속 방식(CDMA; code division multiple access) 등이 있다. 하지만 이러한 기술들은 종래 초광대역 통신 기술의 등장 이전에도 널리 이용되던 기술들로서 물리계층기술이 바뀌면서 물리계층기술에 알맞게 변형 또는 개선되어야한다.
먼저 TDMA는 관리 단말에서 각 단말들에게 데이터 전송 여부를 묻고, 데이터 전송을 요구하는 단말에게 특정 직교 시간 슬롯을 할당하여 다중 접속을 허용하는 방식으로 각 단말의 서비스 품질을 효율적으로 관리할 수 있지만 관리 단말이 망을 운용함에 있어서 모든 단말을 매 순간 관리해야 하는 복잡도가 높은 단점이 있다. 특히 단말의 수가 늘어나면서 그 복잡도는 급격히 증가하게 된다.
CSMA/CA의 경우 단말이 공유된 채널을 사용함에 있어서 다른 단말의 사용여부를 물리적인 반송파 감지를 통하여 측정한 후 데이터 전송을 시도하고 ACK가 오지 않을 경우 또는 공유 채널을 한 개 이상의 단말이 동시에 사용하였을 경우 충돌을 선언하고 특정 시간 후에 다시 통신을 시도하는 방식이다. CSMA/CA의 경우 매우 간단히 구현이 가능한 장점이 있지만 공유 채널의 사용여부를 감지함에 있어서 초광대역 신호의 전력이 매우 낮고 다중 경로 페이딩이 매우 심한 상황에서 어려움이 많다. 채널의 사용 여부에 대한 신뢰도가 떨어지면 CSMA/CA의 성능이 급격히 저하되고, 높은 신뢰도를 위해서는 긴 시간동안의 감지가 필요하므로 효율성이 떨어진다. 또한 CSMA/CA의 경우 단말의 수가 일정 수준 이상으로 증가하게 되면 그 다중 접속 성공 확률이 현저히 떨어지게 된다.
최근 제시되고 있는 유력한 다중 접속 방식은 THMA 기반 기술과 CDMA기반 기술이다. 이러한 방식들은 다중 사용자 간섭을 평균화(averaging) 처리할 수 있어서 간섭에 강한 장점을 가지고 있으며, 초광대역 신호의 주파수 영역 특성이 좋은 장점이 있다. 하지만 이러한 기술들은 관리 단말에서 각 단말사이의 거리가 다를 경우 상호 간섭에 있어서 “near-far” 효과가 있고 단말의 수가 일정 수준 이상으로 증가할 경우 간섭의 양이 매우 커져 모든 단말의 통신이 불가능해질 수 있다. 이는 관리 단말로 접속하는 다수 단말의 신호가 직교하지 않아 생기는 문제점이다. 종래 다중 접속 방식들의 경우 관리 단말의 수신 시점을 기준으로 단말의 신호가 동기화되어 있지 않아 직교하는 코드를 사용할 수 없다.
도 1은 기존 시스템에서 동기가 맞지 않은 상향링크의 동작을 보여준다. 관리 단말(305)에서 각 단말까지의 거리가 서로 다를 경우 각 단말에서 송신된 데이터가 관리단말까지 전달되는 시간(310,315,320)이 다르다. 또한, 단말에서 데이터를 동일한 시간에 송신해도 각 데이터가 관리단말에 도착하여 수신되는 시간은 서로 다르다. 이러한 상황에서 각 단말이 직교 시간 자원을 이용하여 통신을 시도하 는 것은 오히려 통신영역내의 다른 단말에 간섭을 일으킨다. 따라서 이러한 경우 직교하는 시간 자원을 사용하기보다 Pseudo noise(PN) 부호 등의 서로간의 상관성이 작은 자원을 이용한다거나(DS-CDMA, THMA) 공유된 채널을 검사하고 사용하는 방식(CSMA-CA) 또는 무작위적으로 채널을 사용하는 방식(ALOHA) 등이 제안된 바 있다.
하지만 PN 부호 등의 상관성이 낮은 자원을 이용하여 통신을 시도할 경우 상관도가 낮다고 하더라도 없는 것은 아니므로 서로에게 간섭을 주게 된다. 이러한 간섭은 전력 제어가 없는 시스템의 경우 더욱 심각한 문제를 야기할 수 있다. 공유 채널의 사용여부를 검사한 후 통신을 시도하는 CSMA방식의 경우 채널의 사용여부가 불확실한 경우에 통신이 이루어지지 않는 단점이 있다. 이러한 경우는 다중 경로 페이딩이 심한 경우 또는 “Hidden node/Exposed node” 문제가 있는 경우가 해당한다. 마지막으로 무작위적으로 채널을 사용하는 경우, 예를 들어 ALOHA 등의 경우와 같이, 단말의 수가 증가하면 통신이 성공할 확률이 현저히 떨어져서 효율적이지 않는 단점이 있다.
한편, 종래 초광대역 통신 시스템에서의 접속방식에서의 프레임 구조는 수퍼프레임 (super-frame) 구조로 통신이 이루어지는데, 하나의 수퍼프레임 안에는 노드들이 활성화되어 통신을 할 수 있는 비콘 구간 (beacon period), 경쟁 구간 (contention access period), 비경쟁 구간 (contention free period) 으로 구성되는 활성 구간 (active period) 과 네트워크 조정자를 포함한 네트워크에 속한 노드들이 모두 비활성화되는 비활성 구간 (inactive period) 으로 나뉘어 운영된다. 비 경쟁 구간에서는 TDMA 방식의 기술이 사용되어 관리 단말이 망을 운용함에 있어서 모든 단말을 매 순간 관리해야 하는 복잡도가 높은 단점이 있고, 경쟁 구간에서는 CSMA/CA 방식의 기술이 사용되어 초광대역 신호와 같이 전력이 매우 낮고 다중 경로 페이딩이 심한 상황에서 공유 채널의 사용여부를 감지하는 것이 어려운 단점이 있다. 특히 단말의 수가 늘어나면서 비경쟁 구간에서의 TDMA 방식의 복잡도가 급격히 증가하고 경쟁 구간의 CSMA/CA 방식에서의 다중 접속 성공 확률이 현저하게 떨어져, 전체적인 통신 시스템의 성능이 떨어진다는 단점이 있다.
이에, 본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로서 본 발명의 목적은 초광대역 통신 시스템을 위한 효과적인 무선 접속 기술과 소비 전력, 효율성을 고려한 효율적인 프레임 구조를 갖도록 하는 초광대역 무선 접속 망에서의 다중접속 디지털 통신방법을 제공하는 데 있다.
본 발명은 다중 경로의 영향이 심한 초광대역 통신 시스템에서 기존 시스템들이 갖지 못하는 통계적 다중화 효과를 상향링크에서 적극 활용하는 무선 접속 방식이다. 본 발명은 채널 활성도가 낮은 단말이 특정 관리 단말에 의하여 관리 되는 통신 시스템에서 각 단말은 임의의 시간에 미리 할당된 직교 시간 도약 패턴을 이용하여 통신을 시도하고 관리 단말에서는 도약 패턴을 통하여 각 단말을 구별해내는 방식으로 동작한다. 이를 통하여 통계적 다중화 효과를 얻을 수 있으며 통신 채널을 관리하는 복잡한 제어 신호체계를 필요로 하지 않아 운용면에서 간단한 장점이 있다. 본 발명은 기존의 접속 기술들을 초광대역 통신 시스템에서 사용할 경우 다중 경로의 영향으로 채널의 사용 여부를 쉽게 감지 할 수 없을 뿐만 아니라 다수의 사용자가 특정 관리 단말에 의하여 관리될 경우 시스템 운용의 복잡도가 높아지는 단점을 해결한다. 또한 사용자 단말의 배터리 전력 소모를 고려하여 전력 절약 구간을 할당해주고, 전력 절약 구간이 아닌 활성 구간에서 직교 시간 도약 방식과 직교 시간 분할 방식을 혼합하여 통신하며, 서로 다른 다중 접속 방식으로의 전환이 가능하게 적응형으로 통신하여 전력 사용 및 효율성을 고려한 효과적인 프레임 구조로 동작한다.
본 발명은 사용자 단말이 관리 단말의 수신 시점에서 동기화되고 사용자 단말이 직교 시간을 도약하며 접속을 시도하는 것을 통해 상향링크에서도 직교 시간 자원의 특성을 살리고, 활성도가 낮거나 전송 데이터율의 가변적인 트래픽들은 직교 시간 도약 다중화 방식을 통하여 통계적으로 다중화시킨다. 따라서, 본 발명은 더 많은 단말에서 관리 단말로의 채널 수용, 한정된 직교 자원의 활용도 증가, 불필요한 채널 할당 및 반납을 위한 제어 신호 트래픽 감소, 상향 링크의 전송 스케줄링 복잡도 완화, 단말에서 요구되는 버퍼용량 감소, 데이터 전송 지연 시간 감소 등의 효과를 얻어 초광대역 통신 시스템의 성능을 향상시킨다.
본 발명이 속한 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 명세서의 도면, 발명의 상세한 설명 및 특허청구범위로부터 본 발명의 다른 목적 및 장점을 쉽게 인식할 수 있을 것이다.
본 발명은 초광대역 통신 시스템의 상향링크에서의 디지털 통신 방법으로서, 각 사용자 단말이 전송한 신호가 관리 단말에서 동기화되도록 하는 단계; 및 상기 관리 단말로부터 할당받은 직교 시간 도약 패턴에 따라 사용하는 시간 슬롯을 도약하며 통신하는 단계를 포함한다. 상기 동기화 단계는 상기 관리 단말에서 동기 신호가 발생된 시각과 상기 동기 신호가 상기 사용자 단말에 수신된 시각과의 시간차를 계산하는 단계; 및 상기 시간차에 따라 상기 관리 단말로 데이터를 송신하는 시각을 조절하는 단계를 포함한다.
본 발명은 초광대역 통신 시스템의 상향링크에서의 디지털 통신 방법으로서, 각각의 사용자 단말들에 대해서 직교 시간 도약 패턴을 통하여 할당된 시간 슬롯에서 수신된 신호의 에너지를 합산하는 단계; 상기 합산된 에너지와 소정의 임계값을 비교하는 단계; 및 상기 합산된 에너지가 상기 임계값보다 큰 경우, 상기 사용자 단말이 데이터를 송신한 것으로 판단하는 단계를 포함한다.
본 발명은 초광대역 통신 시스템의 상향링크에서의 디지털 통신 방법으로서, 사용자 단말들을 적어도 두개 이상의 그룹으로 분류하는 단계; 및 상기 그룹별로 서로 겹치지 않도록 활성구간을 설정하는 단계를 포함한다.
본 발명은 초광대역 통신 시스템의 상향링크에서의 디지털 통신 방법으로서, 각 단말로부터 각각의 직교 시간 도약패턴에 따라 송신된 데이터 심볼을 수신하는 단계; 상기 직교 시간 도약 패턴의 충돌 여부를 검사하는 단계; 및 상기 직교시간 도약 패턴의 충돌이 발생된 단말들의 데이터 심볼의 동일성 여부에 기초하여 상기 데이터 심볼을 복호하는 단계를 포함한다.
또한 본 발명은다양화된 서비스를 요구하는 사용자들이 망에 공존할 경우 이 러한 사용자들을 효과적으로 수용하고 각 사용자의 서비스 품질을 보장하고, 사용자 단말의 전력소비를 감소시킬 수 있는 초광대역 통신 시스템을 위한 프레임 구조를 제안한다. 본 발명은 사용자 단말의 배터리 전력 소모를 고려하여 전력 절약 구간을 할당해주고, 전력 절약 구간이 아닌 활성 구간에서 직교 시간 도약 방식과 직교 시간 분할 방식을 혼합하여 통신하며 서로 다른 다중 접속 방식으로의 전환이 가능하게 하는 적응형 통신 방식을 사용한다. 또한 본 발명은 사용자 단말들을 하나 이상의 그룹으로 분류하여 그룹별로 직교 시간 도약 방식과 직교 시간 분할 방식을 혼합하여 사용하는 통신 방식 및 그룹별로 직교 시간 도약 방식을 사용하고 전체 그룹에 대해 직교 시간 분할 방식을 사용하는 통신 방식을 제시한다.
이하, 본 발명의 실시 예에 대한 구성 및 그 작용을 첨부한 도면을 참조하면서 상세히 설명하기로 한다.
직교 시간 도약 다중화 액세스(Orthogonal Time Hopping Multiple Access-OTHMA)의 구성 및 작용
직교 시간 도약 다중화 액세스는 초광대역 통신 시스템의 상향링크 환경에서 각 단말이 전송한 신호가 관리단말에서 모두 동일한 시점에 수신될 수 있도록 각 단말이 자신의 신호 전송 시간을 조절하고, 관리 단말로부터 할당받은 직교 시간 도약 패턴에 따라 사용하는 시간 슬롯을 도약하며 통신하는 다중 접속 방식을 의미한다. 즉, 직교 시간 도약 다중화 액세스는 위와 같이 관리 단말로 동기화되어 수신된 각 단말의 신호를 처리할 수 있으며, 각 신호간 충돌이 발생하여도 이를 적절히 처리할 수 있는 다중 접속 방식이다.
도 2는 본 발명이 적용되는 관리 단말 기반의 망구조이다. 각 단말(105,110,115)은 관리 단말(120)과 데이터를 주고 받는다. 각 단말은 관리 단말과 통신을 하는데 있어서 관리 단말에 이르는 거리가 서로 달라 동일한 시각에 데이터를 전송하면 수신되는 시각이 각기 다르다. 본 발명에 따른 OTHMA의 적용을 위해서는 관리 단말에서 데이터를 수신할 때 모든 단말로 부터의 데이터가 동일한 시각에 수신되어야 한다. 이를 위해 단말에서는 데이터 전송에 앞서 관리 단말에서 보내는 주기적인 동기신호가 발생된 시각과 상기 동기신호가 자신에게 도착하는 시각과의 시간차를 계산하고 관리 단말로 데이터 송신 시 관리 단말의 기준 시각에 맞추어 자신의 신호가 관리 단말에 도착할 수 있도록 송신 시각을 조절한다. 이러한 과정을 통하여 각 단말의 신호는 동일한 시각에 관리 단말에 도착하게 된다.
도 3에서는 이러한 동기의 과정을 설명하고 있다. 도면에서 알 수 있듯이 a 단말(205)은 관리 단말에서 보낸 신호가 A시간(210) 후에 도착하고, b 단말(215)과 z 단말(220)은 각각 B(225), C(230) 시간 후에 도착한다. 각 단말에서는 이 시간을 저장하고 있다가 상향링크로 데이터를 전송할 때, 기준 시간에서 이 시간만큼 먼저 전송(235,240,245)을 시작한다. 이렇게 하면 각 단말에서 오는 신호들은 도면에서 확인하는 바와 같이 동일한 시간에 관리 단말에 수신된다. 이러한 상향링크를 동기화된 상향링크라 한다.
도 4는 본 발명에서 사용된 단말들의 송신기 구조를 나타낸다. 송신기(405,410,415)는 코드 발생기(425), 시간 도약기(430), MAC 계층(435), 데이터 인코더(440), 데이터 변조기(445)를 포함한다. 각 단말은 도 3에서 설명한 방법을 통하여 관리 단말에 수신될 데이터 심볼의 송신 시간을 맞춘다. 동기가 맞추어진 후, MAC 계층(435)은 보낼 데이터가 있을 경우 전송할 프레임을 생성하고 할당받은 직교 시간 도약 패턴을 확인하며 필요시 보낼 데이터 심볼을 암호화하는 작업을 수행한다. 또한 MAC 계층(435)은 사용할 직교 시간 도약 패턴의 주기 및 생성에 관한 정보를 코드 발생기(425)에 전달한다. 코드 발생기(425)는 MAC 계층(435)으로부터 수신한 정보와 시간 도약 코드 클럭(Time Hopping Code Clock) 신호(420)를 이용하여 단말 고유의 직교시간 도약 패턴을 생성한다. MAC 계층에서 생성된 단말의 데이터는 데이터 인코더(Data Encoder)(440)에 의해 부호화되고, 데이터 변조기(445)에서 BPPM(Binary Pulse Position Modulation), BPSK(Binary Phase Shift Keying) 등의 변조방식을 이용하여 변조된다(445). 변조된 데이터 심볼은 코드 발생기(425)에 의하여 생성된 직교 시간 도약 패턴에 따라 시간 도약기(430)에 의해 해당하는 시간 슬롯에 배치된다. 특정 시간 슬롯에 배치된 데이터 심볼은 각 단말과 관리 단말 사이의 무선 채널(450, 455, 460)을 통하여 전송된다. 도 5는 본 발명에서 사용된 관리 단말의 수신기 구조를 나타낸다. 전술한 바와 같이, 각 단말은 관리 단말에서 동기화된 수신이 가능하도록 송신 시각을 조절한다. 이로써 각 단말의 데이터(505,510,515)는 관리단말에 동기화되어 수신된다.
각 단말의 신호는 직교 시간 슬롯에서 다중화되어 수신되는데, MAC 계층(545)은 각 단말의 직교 시간 도약 패턴에 대한 정보를 코드 발생기(520)에 전송한다. 코드 발생기(520)는 MAC 계층(545)로부터 수신한 정보를 이용하여 각 단말의 직교 시간 도약 패턴을 발생한다. 시간 도약기(Time Dehopper, 525)에서는 코드 발 생기(520)에서 생성된 작교시간 도약 패턴에 해당하는 시간 슬롯에서 데이터를 수신한다. 이 수신된 신호는 데이터 복조기(530)에 의하여 복조된다.
MAC 계층(545)은 특정 단말이 어떤 시간 슬롯에서 어떤 단말과 충돌을 일으키는지 알 수 있다. 관리 단말은 각 단말의 직교 시간 도약 패턴을 가지고 있다. 따라서, 관리 단말은 각 단말의 데이터 전송 여부를 알게 된다면 어떤 단말들끼리 어떤 직교 시간에서 충돌을 일으키는지 알 수 있게 된다. 관리단말이 각 단말의 데이터 송신 여부를 알 수 있는 방법은 2가지가 가능하다.
첫 번째 방법은 각 단말이 데이터 전송 전 제어 신호를 이용하여 자신의 데이터 전송을 미리 관리 단말에게 알리는 방법이다. 두 번째 방법은 각 단말이 특별한 제어 신호 없이 송신할 데이터를 전송할 때, 관리 단말이 각각의 단말들에 대해서 직교 시간 도약 패턴을 통하여 할당된 시간 슬롯에서 수신된 신호의 에너지를 합산한 후, 합산된 에너지와 소정의 임계값을 비교하여 각 단말의 데이터 송신 여부를 판단하는 방법이다. 각 단말의 데이터 송신 여부를 알 수 있는 방법에 대하여는 프레임 구조와 연관하여 후에 자세히 설명한다.
충돌 제어기(535)는 MAC 계층(545)로부터 충돌이 발생한 시간 슬롯에 관한 정보를 수신하고, 이 정보를 바탕으로 충돌이 일어나 수신된 신호에 대하여 충돌 제어 동작을 수행한다. 충돌 제어기(535)를 통과한 수신 신호는 데이터 복호기(540)에서 복호된다.
도 6은 본 발명에서 각 단말이 직교 시간 슬롯을 도약하는 과정을 묘사한다. 각 단말은 한 심볼시간(605) 동안 시간 축에서 분리된 m 개의 직교 시간 슬 롯(610~640)을 도약하며 데이터를 전송하게 된다. 도 6에서 보는 바와 같이 단말 #a(645)의 경우 n번째 심볼에서 직교 시간 슬롯 3번을 이용하여 데이터를 전송하고 (n+1)번째 심볼에서 직교 시간 슬롯 5번을 이용하여 데이터를 전송한다. 다른 단말도 이와 같이 각 심볼을 직교하는 시간 슬롯을 도약하면서 데이터를 전송한다. 여기서 각 단말의 도약 패턴은 무작위적이고 독립적이므로 다른 단말과 충돌이 발생할 수 있다. 예를 들어, 도 6에서 n번째 심볼 구간에서 단말 #b와 단말 #z가 동일한 직교 슬롯 2번을 사용하게 된다. 이런 경우가 두 단말간의 충돌(660)이다. 이러한 직교 시간 도약 패턴간의 충돌은 수신단에서 적절히 제어되어야 한다. 각 단말은 고정된 특정 직교 시간 슬롯을 이용하여 통신하는 것이 아니라 직교 시간 도약 패턴에 의해 할당된 직교 타임 슬롯을 이용하여 통신을 시도한다. 관리 단말은 각 단말로부터의 데이터를 할당된 도약 패턴을 통해 복호한다.
이러한 각 단말간의 직교 시간 도약 패턴의 충돌 확률은 수학식 1과 같이 표현된다.
Figure 112006021796566-PAT00001
여기서
Figure 112006021796566-PAT00002
은 직교 시간 슬롯의 총 개수를 의미하고
Figure 112006021796566-PAT00003
는 직교 시간 도약 패턴을 할당 받아 통신의 세션을 열고 있는 단말의 수를 의미한다. 또한
Figure 112006021796566-PAT00004
는 각 단말의 채널 활성도의 평균값을 나타낸다. 수학식 1은 총 직교 시간 중 각 단말이 1개의 직교 시간을 이용하여 통신을 시도한다고 가정하고 있다. 수학식을 통해 알 수 있듯이 충돌 확률은 단말의 수가 많을수록, 각 단말의 채널 활성도가 높을수록 증가한다. 도 6은 각 단말들이 모두 활성화된 상태를 나타내고 있다. 하지만 채널 활성도에 따라서 각 단말은 동일한 직교 시간을 동일한 심볼 구간에 할당받았다 하더라도 활성화되지 않으면 간섭을 주지 않으므로 채널활성도가 현저히 낮은 데이터 트래픽의 특성을 감안한다면 충돌 확률은 그리 크지 않다. 이러한 직교 시간 도약 접속 방식을 통하여 통신을 시도하게 되면 각 단말은 데이터가 생길 때마다 특별한 제어 신호 없이 통신을 시도하고 관리 단말에서는 각 단말의 직교 시간 도약 패턴만을 이용하여 보내진 신호를 복호하게 된다. 이 때, 관리 단말의 수신 복잡도를 감소시키기 위하여 각 단말의 데이터 송신 여부를 알려주는 1비트 제어 정보가 첨부될 수도 있다.
직교 시간 도약 패턴의 충돌이 발생하면 관리 단말은 충돌이 발생한 시간 슬롯에 수신된 신호는 미수신된 것으로 일괄적으로 처리할 수도 있으나, 충돌된 데이터 심볼이 같은지 다른지 체크하여 충돌된 데이터 심볼이 동일한 경우에는 이를 정보 획득에 이용할 수 있다.
직교 시간 도약 패턴의 충돌을 일으킨 모든 단말의 심볼이 같다고 판단이 될 경우, 수신된 데이터 심볼은 각 단말의 심볼 복호를 위한 복호기로 그대로 입력된다. 도약 패턴의 충돌이 있었지만 오히려 복호에 긍정적인 영향을 주므로 수신되는 데이터 심볼을 그대로 이용하여 복호한다. 충돌을 일으킨 단말의 데이터 심볼중 1개 이상이 다르다고 판단이 될 경우, 수신된 데이터 심볼은 그대로 복호기로 입력되지 않고 중립적인 값이 각 단말의 수신 심볼 복호를 위한 복호기로 입력된다. 어느 단말에도 긍정적이거나 부정적인 영향을 주지 않기 위하여 충돌을 일으킨 모든 단말의 심볼 구간에 강제로 중립적인 신호를 선언하여 충돌이 발생한 시간 슬롯에 수신된 신호는 미수신 된 것으로 간주된다.
각 단말의 직교 시간 도약 패턴이 충돌되었을 때 이를 복호하기 위해서 충돌을 적절히 제어하는 방법은 변조방식에 따라 다를 수 있다.
도 7은 BPPM 변조가 사용되는 각 단말에서 도약 패턴의 충돌 시 충돌된 심볼의 데이터가 모두 동일한 경우에 충돌을 제어하는 방법을 나타내는 도면이다.
도 7에서 단말 a, b, c(705, 710, 715) 모두는 동일한 시간 슬롯을 이용하여 데이터 심볼을 전송한다. 관리 단말에서는 데이터 심볼을 전송하는 모든 단말의 도약 패턴과 데이터 심볼을 송신한 단말을 알고 있으므로 특정 직교 시간 슬롯을 어떤 단말이 점유하게 되는지 알고 있다. 도 7에서 각 단말 a, b, c는 모두 동일한 펄스 위치, 즉, -1에 해당하는 펄스 위치에 각자의 데이터를 전송하고 있다. 이 경우, 관리 단말의 복조기(720,725,730)는 충돌이 발생된 시간 슬롯 내의 각 펄스 위치에 대하여 펄스 에너지를 측정한다. 즉, -1에 해당하는 좌측 펄스 위치에 대하여 펄스 에너지를 측정하고 +1에 해당하는 우측 펄스 위치에 대하여 펄스 에너지를 측정한다. 측정된 펄스 에너지 중 큰 값을 A, 작은 값을 B라고 할 때, A/B가 특정 임계 값보다 크므로 관리 단말은 1개의 위치에서만 데이터 심볼이 존재한다고 판단하 여(735,740,745), 특정 직교 시간을 점유한 단말들의 정보가 모두 일치하는 것으로 추정한다. 특정 임계 값은 층돌이 발생하는 단말의 개수, 각 단말과 관리단말 간의 거리에 따라 변화될 수 있다. 도 7에서는 좌측 펄스 에너지 값은 큰 반면에 우측 펄스 에너지 값은 노이즈 수준으로 매우 작기 때문에 관리 단말은 비록 직교 시간 도약 패턴의 충돌이 발생했음에도 불구하고 데이터 심볼이 모두 -1을 가진 것으로 추정한다. 직교 시간 도약 패턴의 충돌을 일으킨 모든 단말의 심볼이 같다고 판단된 경우이므로, 수신된 데이터 심볼은 각 단말의 심볼 복호를 위한 복호기로 그대로 입력된다. 즉, -1의 값이 복호기로 입력된다(750,755,760).
도 8은 BPPM 변조가 사용되는 각 단말에서 도약 패턴의 충돌 시 충돌된 심볼의 데이터가 동일하지 않는 경우 충돌을 제어하는 도면이다.
도 8에서 단말 a, b, c(805, 810, 815) 모두는 동일한 시간 슬롯을 이용하여 데이터 심볼을 전송한다. 관리 단말에서는 모든 단말의 도약 패턴과 데이터를 송신한 단말을 알고 있으므로 특정 직교 시간 슬롯을 어떤 단말이 점유하게 되는지 알고 있다. 도 8에서 단말 a (805)는 -1, 단말 b (810)는 +1, 단말 c (815)는 -1을 전송하고 있다. 이 경우, 관리 단말의 복조기(820,825,830)는 충돌이 발생된 시간 슬롯 내의 각 펄스 위치에 대하여 펄스 에너지를 측정한다. 즉, -1에 해당하는 좌측 펄스 위치에 대하여 펄스 에너지를 측정하고 +1에 해당하는 우측 펄스 위치에 대하여 펄스 에너지를 측정한다. 측정된 펄스 에너지 중 큰 값을 A, 작은 값을 B라고 할 때, A/B가 특정 임계 값보다 작으므로 관리 단말은 두개의 위치에서 데이터 심볼이 모두 존재한다고 판단하여(835,840,845), 특정 직교 시간을 점유한 단말들 의 정보가 서로 다른 것으로 추정한다. 도 8에서는 관리 단말이 두개의 좌측 펄스와 1개의 우측 펄스가 혼합된 신호를 수신하므로, 좌측 펄스 에너지에 비해 무시하지 못할 정도의 우측 펄스 에너지가 존재하게 된다. 직교 시간 도약 패턴의 충돌을 일으킨 단말의 심볼이 서로 다르다고 판단된 경우이므로, +1이나 -1의 신호가 아니라 중립적인 값이 각 단말의 데이터 심볼의 복호를 위한 복호기로 입력된다(850,855,860).
도 7 및 도 8에서는 각 펄스 위치에서의 펄스 에너지 비율을 이용하여 충돌된 데이터 심볼을 제어하는 방법을 설명하였으나, 각 펄스 위치에서의 펄스 에너지 절대값을 이용하여 충돌된 데이터 심볼을 제어할 수도 있다. 하나의 펄스 위치에서의 펄스 에너지 절대값은 소정의 임계값보다 큰 반면, 다른 펄스 위치에서의 펄스 에너지 절대값은 소정의 임계값보다 작은 경우, 직교 시간 도약 패턴의 충돌을 일으킨 모든 단말의 심볼이 같다고 판단되어, 수신된 데이터 심볼은 각 단말의 심볼 복호를 위한 복호기로 그대로 입력된다. 한편, 각 펄스 위치에서의 펄스 에너지 절대값이 각각의 소정의 임계값보다 모두 큰 경우, 직교 시간 도약 패턴의 충돌을 일으킨 단말의 심볼이 서로 다르다고 판단되어, +1이나 -1의 신호가 아니라 중립적인 값이 각 단말의 데이터 심볼의 복호를 위한 복호기로 입력된다.
도 9는 각 단말에서 BPSK 변조 방식이 사용되는 경우의 충돌 제어 방법을 나타내는 도면이다. BPSK가 변조 방식으로 사용되고 2개 이상의 단말이 동일한 직교 시간 슬롯을 이용하여 데이터 심볼을 전송할 때, 만약 각 단말에서 전송한 데이터가 모두 동일하다면 수신된 신호의 에너지는 충돌을 일으킨 단말의 수에 따라 커지 게 된다. 예를 들어 3개의 단말이 모두 동일한 거리에서, 모두 동일한 +1을 전송하였다면 단말에 수신된 신호의 에너지는 각 단말의 충돌없이 수신한 신호의 에너지의 3배가 될 것이다. 따라서 관리 단말에서는 충돌을 일으킨 단말의 수와 각 단말의 거리 정보를 이용하여 특정 임계값을 설정하고 이 임계값보다 큰 에너지를 갖는 신호가 수신되면 모든 단말의 데이터가 동일한 것으로 간주하여 특별한 제어 없이 수신된 신호를 복호기로 입력한다. 반면에, 수신된 신호의 에너지가 임계값보다 작을 경우 관리단말은 충돌을 일으킨 단말중 다른 데이터 심볼을 가진 단말이 있다고 간주하여 중립적인 값을 복호기에 입력한다.
도 9는 단말 a(905)가 +1, 단말 b(910)가 -1, 단말 c(915)가 +1을 각각 전송한 경우의 예를 나타낸다. 복조기(920, 925, 930)에는 상기 단말a,b,c에서 송신한 정보가 모두 합하여진 신호가 수신되므로, 거리에 따른 전파 감쇄를 무시한다면, 약 2의 크기를 갖는 신호가 충돌을 일으킨 시간 슬롯에 수신된다(935,940,945). 이 경우 임계값이 2.5의 값을 갖는다고 가정하면 수신된 신호의 합이 임계값보다 작으므로 중립적인 값 즉, 0이 각 단말의 데이터 심볼의 복호를 위한 복호기로 입력된다(950, 955, 960). 관리 단말로부터 각 단말까지의 거리가 서로 다를 수 있고, 전력 제어를 하지 않는 경우에는 각 단말들의 수신 신호의 세기가 다를 수 있으므로 특정 단말들의 데이터 심볼이 일치하는지 일치하지 않는지를 판별하기 위한 임계 값 설정에 주의해야 한다.
이상에서는 초광대역 통신 방식에서 가장 널이 사용되는 BPSK, BPPM 방식만을 예로 들어 설명하였으나 그밖에 다른 방식, 예를 들어 QAM(Quadrature Amplitude Modulation), FSK(Frequency Shift Keying) 등과 같은 변조방식에서도 본 발명에서 제안하고 있는 충돌 제어 방식이 사용될 수 있고, 이는 본 발명의 기술적 사상에 포함된다고 할 수 있다.
단말의 서비스 분류
도 10은 본 발명에서 통신 설정 시 이루어지는 단말의 서비스 분류를 예시한다. 먼저 시스템에 속하는 단말이 이동 데이터 통신 서비스를 시작할 경우, 통신이 설정되고 통신이 시작된다(1000). 처음 호 또는 세션이 설정될 때, 관리 단말은 사용자 단말이 요구하는 서비스의 유형을 데이터 전송율 측면에서 분류하고(1005)(1010) 이에 따라 시간 자원 관리 방식을 배정하고(1015)(1020), 배정한 시간 자원 관리 방식에 대해서는 비콘 구간을 통해서 단말들에게 알려주고, 직교 시간 도약 패턴 등의 통신에 필요한 정보 등을 전송한다. 이때 주의할 것은 통신이 이루어지는 동안에도 요구하는 전송율은 변화될 수 있고 이에 따라 시간 자원 관리 방식도 변화(1025)될 수 있다는 것이다. 사용자 단말의 서비스 분류 시 관리 단말과 사용자 단말 사이의 거리에 따른 수신 SINR 값도 같이 고려할 수 있다. 통신이 설정되고 시작되면(1030) 관리 단말은 사용자 단말이 요구하는 서비스의 유형을 관리 단말과 사용자 단말 사이의 거리에 따른 수신 SINR 측면에서 분류하고(1035)(1040) 이에 따라 시간 자원 관리 방식을 배정하고(1045)(1050) 통신이 이루어지는 동안에 관리 단말과 사용자 단말 사이의 거리 변화에 따른 수신 SINR의 변화에 따라 시간 자원 관리 방식을 변화시킬 수 있다(1055). 시간 자원 관리 방식의 변화는 매 프레임마다 또는 하나의 프레임보다 더 큰 단위의 n개 프레임 (n>1) 단위마다 변화될 수 있다.
프레임 구조 제안
본 발명에서 제안하는 프레임 구조는 Ranging 등의 기술들을 이용하여 동기를 맞추고 직교 시간을 도약하며 접속을 시도하는 것을 통해 직교 시간 자원의 특성을 살려 통계적 다중화 특성을 얻을 수 있는 직교 시간 도약 다중화 (OTHMA) 방식과 관리 단말이 비콘 구간을 이용하여 단말의 통신 시간들을 스케쥴링하여 고정적으로 시간을 할당해주는 직교 시간 분할 다중화 (OTDMA) 방식을 결합하여 사용한다.
도 11은 본 발명에서 제안하는 혼합형 다중 접속 방식에 이용될 프레임(1100) 구조이다. 도 10에서 도시한 바와 같이 각 사용자 단말들의 서비스가 고속 서비스와 중저속 서비스로 분류되고 나면 각 사용자 단말들의 데이터는 도 11의 프레임(1100)에 매핑된다. 프레임(1100) 구조는 전체적으로 활성 구간(1105)과 전력 절약 구간(1110)으로 나뉘며, 활성 구간(1105)은 비콘 구간(1115), 경쟁 구간(1120), 직교 시간 도약 접속 구간(1125), 직교 시간 분할 접속 구간(1130)으로 나뉜다. 본 발명에서 제안하는 프레임(1100) 구조에서는 사용자 단말의 배터리 전력 소모를 고려하여 전력 절약 구간(1110)을 할당한다. 이동 인터넷 서비스와 더불어 음성 서비스를 사용하고자 하는 경우에는 전력 절약 구간(1110)을 제거 또는 줄여서 서비스해줄 수 있다. 경쟁 구간(1120)에서는 각 사용자 단말들의 통신 가입, 통신 설정 및 시작, Ranging 작업이 이루어진다. 경쟁 구간에서 사용되는 프로토콜로는 경쟁 기반 (Contention-based) 다중 접속 방식인 CSMA/CA 방식이나 slotted ALOHA 방식 또는 사전에 결정된 (Pre-determined) 패턴이나 시간 슬롯들을 사용하여 경쟁하는 다중 접속 방식 등이 사용될 수 있다. 중저속의 서비스 사용자 단말의 데이터는 제어 정보 없이 통신 설정 시 비콘 구간(1115) 중 일부를 이용하여 부여받은 시간 도약 패턴에 따라 직교 시간 도약 접속 구간(1125)에서 시간 자원을 도약하며 통신을 시도한다. 이때 상,하향 구간에 대한 구분 없이 유연성 있게 시간 자원을 할당한다. 고속의 서비스를 요구하는 사용자 단말의 데이터는 직교 시간 분할 접속 구간(1130)에서 스케쥴링되어 매핑된다. 사용자 단말의 다중 접속 방식은 직교 시간 도약 방식(1125)과 스케쥴링에 기반한 직교 시간 분할 방식(1130) 사이에서 변환될 수 있다. 도 11의 점선(1135)은 시간을 도약하며 통신을 시도하는데 사용되는 시간 자원과 스케쥴링에 기반한 직교 시간 분할 방식으로 통신을 시도하는데 사용되는 시간 자원을 구별한다. 프레임 구조에서 특징적인 것은 프레임마다 비콘 구간(1115), 경쟁 구간(1120), 직교 시간 도약 접속 구간(1125), 직교 시간 분할 접속 구간(1130) 사이의 경계들이 가변적이라는 것이다. 이는 앞서 구별한 고속, 중저속에 속하는 사용자 단말의 비율에 따라 달라질 수 있다. 만일 중저속의 사용자가 많아지면 직교 시간 도약 접속 구간(1125)이 증가하고 또한 비콘 구간(1115)에서의 정보의 양이 줄어들게 된다. 이는 중저속에 속하는 사용자 단말들에 대해서는 관리 단말이 비콘 구간(1115)에서 각 사용자 단말들이 사용할 시간 자원에 대한 스케쥴링 관련 정보를 알려줄 필요가 없기 때문이다. 비콘 구간(1115)에서의 정보의 양이 줄면 프레임의 효율은 올라간다.
도 12는 본 발명에서 제안하는 혼합형 다중 접속 방식에 이용될 프레 임(1200) 구조이다. 도 10에서 도시한대로 각 사용자 단말들의 서비스가 고속 서비스와 중저속 서비스로 분류되고 나면 각 사용자 단말들의 데이터는 도 12의 프레임(1200)에 매핑된다. 프레임(1200) 구조는 전체적으로 활성 구간(1205)과 전력 절약 구간(1210)으로 나뉘며, 활성 구간(1205)은 비콘 구간(1215), 경쟁 구간(1220), 직교 시간 도약 접속 하향 구간(1225), 직교 시간 도약 접속 상향 구간(1230), 직교 시간 분할 접속 하향 구간(1235), 직교 시간 분할 접속 상향 구간(1240)으로 나뉜다. 중저속의 서비스 사용자 단말의 상,하향 링크 데이터는 제어 정보 없이 통신 설정 시 비콘 구간(1215) 중 일부를 이용하여 부여받은 시간 도약 패턴에 따라 직교 시간 도약 접속 구간의 상향 구간(1230)과 하향 구간(1225)에서 시간 자원을 도약하며 통신을 시도한다. 고속의 서비스를 요구하는 사용자 단말의 상,하향 링크 데이터는 직교 시간 분할 접속 구간의 상향 구간(1235)과 하향 구간(1240)에서 각각 스케쥴링되어 매핑된다. 도 12의 점선(1245)은 시간을 도약하며 통신을 시도하는데 사용되는 시간 자원과 스케쥴링에 기반한 직교 시간 분할 방식으로 통신을 시도하는데 사용되는 시간 자원을 구별하며 이는 적응적으로 변환될 수 있다.
도 13은 본 발명에서 제안하는 혼합형 다중 접속 방식에 이용될 프레임(1300) 구조이다. 도 10에서 도시한대로 각 사용자 단말들의 서비스가 고속 서비스와 중저속 서비스로 분류되고 나면 각 사용자 단말들의 데이터는 도 13의 프레임(1300)에 매핑된다. 프레임(1300) 구조는 전체적으로 활성 구간(1305)과 전력 절약 구간(1310)으로 나뉘며, 활성 구간(1305)은 비콘 구간(1315), 경쟁 구간(1320), 직교 시간 도약 접속 하향 구간(1325), 직교 시간 도약 접속 상향 구간(1330), 직 교 시간 분할 접속 구간(1335)으로 나뉜다. 중저속의 서비스 사용자 단말의 상,하향 링크 데이터는 제어 정보 없이 통신 설정 시 비콘 구간(1315) 중 일부를 이용하여 부여받은 시간 도약 패턴에 따라 직교 시간 도약 접속 구간의 상향 구간(1330)과 하향 구간(1325)에서 시간 자원을 도약하며 통신을 시도한다. 고속의 서비스를 요구하는 사용자 단말의 상,하향 링크 데이터는 직교 시간 분할 접속 구간(1335)에서 통신을 시도하는데 이때 사용자 단말의 배터리 전력 소모에 대한 절감 효과를 얻기 위하여 사용자별로(1340)(1345)(1350) 상향 링크 데이터와 하향 링크 데이터를 몰아서 서비스해주는 방식을 사용한다. 도 13의 점선(1355)은 시간을 도약하며 통신을 시도하는데 사용되는 시간 자원과 스케쥴링에 기반한 직교 시간 분할 방식으로 통신을 시도하는데 사용되는 시간 자원을 구별하며 이는 적응적으로 변환될 수 있다.
도약 패턴의 관리 유지 시나리오
본 발명에서 제안하는 혼합형 다중 접속 방식에서의 직교 시간 도약 접속 구간에서 사용되는 시간 도약 패턴을 할당하는 주기는 다음과 같다.
a) 시간 도약 패턴의 할당 주기가 프레임과 동일한 경우; 직교 시간 도약 접속시에 사용되는 시간 도약 패턴을 각 프레임에 할당된 고유 번호와 사용자 단말이 할당받은 고유 식별자를 이용하여 매 프레임마다 생성할 수 있다. 또는 시간 도약 패턴을 표 기반으로 관리하여 매 프레임마다 사용자들에게 할당해줄 수 있다.
b) 시간 도약 패턴의 할당 주기가 하나의 프레임보다 더 큰 단위의 n개 프레임 (n>1) 단위인 경우; 직교 시간 도약 접속시에 사용되는 시간 도약 패턴의 할당 주기는 프레임보다 더 큰 단위의 n개 프레임 (n>1) 단위일 수 있다.
c) 시간 도약 패턴의 할당 주기가 사용자 단말의 통신 설정 및 시작 시점부터 종료 시점까지인 경우; 사용자 단말이 경쟁 구간을 통하여 관리 단말에 통신 설정 및 시작을 위해 가입하는 시점에 직교 시간 도약 접속시에 사용되는 시간 도약 패턴을 할당하고, 할당한 시간 도약 패턴의 환원은 사용자 단말의 서비스 종료시 환원받을 수 있다.
시간 도약 패턴은 각 사용자 단말마다 독립적이며 무작위적으로 생성되므로 동일한 시간에 서로 다른 사용자 단말의 데이터가 실리게 되는 경우 시간 도약 패턴의 충돌이 발생할 수 있다. 이러한 충돌은 사용된 변조 방식에 따라 적절히 제어된다.
여기서 전체 사용자 단말의 수에서의 중저속 서비스 요구 사용자 단말의 수에 따라 직교 시간 도약 접속 구간의 길이가 가변적이므로 직교 시간 도약 접속 구간에서 도약하며 통신할 수 있는 시간 자원의 수는 변할 수 있다. 이때 시간 도약 패턴의 할당 주기가 작을수록 도약할 수 있는 시간 자원의 수의 변화는 크게 되어 시간 자원을 효율적으로 관리할 수 있게 되지만 그만큼 복잡도는 증가하게 된다. 통신 중의 서비스 시간에 대한 지속성이 길수록 시간 도약 패턴의 할당 주기를 길게 설정하는 것이 효율적이며, 패킷 통신 서비스 중 활성도가 낮거나 전송 데이터율이 가변적이거나 통신 중의 서비스 시간에 대한 지속성이 길지 않을 경우에는 시간 도약 패턴의 할당 주기를 작게 설정하는 것이 효율적이다.
보낼 데이터의 유/무 알리는 방법 - 특정 도약 패턴 이용 (상향 링크)
본 발명에서는 특정 시간 도약 패턴들을 따로 분리하여 보낼 정보가 있는 단말은 보낼 데이터와 함께 보낼 데이터가 있다는 간단한 정보를 특정 시간 도약 패턴을 이용하여 관리 단말에 알리는 것을 포함한다. 도 7,8와 도 9에서는 관리 단말에서 단말로부터 수신된 정보들이 동일한 직교 시간을 점유하였을 때, 분별할 수 있는 경우와 분별이 불가능한 경우의 예를 도시하였다. 하지만 간과하지 말아야 할 것은 관리 단말이 모든 단말이 특정 시간에 통신을 시도하였는지 아니면 원래 보낸 신호가 없는지에 대한 제어 정보가 필요하다는 것이다. 물론 이러한 제어 정보 없이 통신이 이루어질 수 있는 것은 사실이지만 제어 정보가 없으면 관리 단말에서는 항상 모든 단말들의 시간 도약 패턴을 분석하고 복호해보아야 한다. 따라서 본 발명에서는 특정 시간 도약 패턴들을 따로 분리하여 보낼 정보가 있는 단말은 보낼 데이터와 함께 보낼 데이터가 있다는 간단한 제어 정보를 특정 시간 도약 패턴을 이용하여 관리 단말에 알리는 것을 포함한다. 만약 이러한 도약 패턴을 구성하려면 모든 단말이 고유하고 충돌 없는 도약 패턴을 가져야 한다. 왜냐하면 제어 정보를 싣는 도약 패턴도 충돌이 생겨 불확실하게 전송되면 시스템이 불안정하게 동작할 우려가 있기 때문이다. 이러한 과정을 통하여 제어 신호가 생기는 단점이 있지만 관리 단말 입장에서는 매 순간 모든 시간 도약 패턴을 복호하는 복잡도를 줄일 수 있다.
보낼 데이터의 유/무 알리는 방법 - 비콘 구간에서 사용자 ID 정보 이용 (하향 링크)
본 발명에서 제안하는 프레임 구조에서는 비콘 구간에서 사용자 ID를 이용하 여 직교 시간 도약 다중화 방식에서의 하향 링크에 대해 관리 단말이 사용자 단말에게 보낼 정보가 있는지 없는지를 알려주는 방법으로 보낼 정보가 있는 사용자 ID만 비콘 정보에 포함하여 알려줄 수 있다. 직교 시간 분할 다중화 방식에서의 하향 링크에 대해서도 마찬가지로 관리 단말이 사용자 단말에게 보낼 정보가 있는지 없는지를 알려주는 방법으로 보낼 정보가 있는 사용자 ID만 비콘 정보에 포함하여 알려줄 수 있다. 여기서 사용자별 ID는 사용자가 경쟁 구간을 통하여 통신 설정 및 시작을 위해 가입하는 시점에서 관리 단말이 가입하는 사용자에게 ID를 할당하여 알려주는 방식을 사용할 수 있다.
보낼 데이터의 유/무 알리는 방법 - 비콘 구간에서 비트맵 정보 이용 (하향 링크)
본 발명에서 제안하는 프레임 구조에서는 비콘 구간에서 비트맵 정보를 이용하여 직교 시간 도약 다중화 방식에서의 하향 링크에 대해 관리 단말이 사용자 단말에게 보낼 정보가 있는지 없는지에 대하여 각 사용자별로 1 비트의 정보를 이용하여 비트맵으로 구성하여 비콘 정보에 포함하여 알려줄 수 있다. 직교 시간 분할 다중화 방식에서의 하향 링크에 대해서도 마찬가지로 관리 단말이 사용자 단말에게 보낼 정보가 있는지 없는지에 대하여 각 사용자별로 1 비트의 정보를 이용하여 비트맵으로 구성하여 비콘 정보에 포함하여 알려줄 수 있다. 비콘 구간의 비트맵 정보에서의 각 비트와 각 사용자 단말간 매핑은 사용자 단말이 경쟁 구간을 통하여 통신 설정 및 시작을 위해 가입하는 시점에서 관리 단말이 가입하는 사용자 단말에게 비트맵에서의 할당된 비트의 위치를 알려주는 방식을 사용할 수 있다.
보낼 데이터의 유/무 알리는 방법 - 에너지 레벨 이용 (상향 링크)
제어 정보를 따로 정하지 않고 관리 단말에서 사용자 단말로부터 수신된 데이터의 에너지 레벨을 통하여 특정 사용자 단말의 데이터 송신 여부에 대한 정보를 검출하여, 각 사용자 단말의 정보가 있었는지 아니면 없었는지, 있었는데 오류가 발생했는지 등을 관리 단말의 수신단에서 내재적으로 알 수 있는 방식을 포함한다. 먼저 관리 단말의 수신기는 시간 도약을 통하여 통신을 시도하는 사용자 단말들의 데이터 송신 여부를 알 수 없으므로 통신을 시도하는 각 사용자 단말들에 대해 복조를 실시한다. 복조 후, 1단계로 각 사용자 단말별로 분류되어 복조된 데이터의 에너지 레벨을 검사한다. 이때, 실제 전송되지 않은 데이터의 경우 특정 기준치를 넘지 못할 것이다. 이 검사를 통해 실제 정보를 전송하지 않은 사용자 단말들에 대하여, 복호와 충돌 제어 등의 복잡한 과정을 수행하지 않을 수 있다. 이 검사에서 특정 에너지 기준치를 넘는 사용자 단말들은 정보의 전송이 되었음을 가정하고 다시 모아 충돌 검사 및 제어를 실시한다. 이때 사용된 변조 방식에 따라 충돌 제어가 가능할 수도 있고 불가능할 수도 있다. 이후로 각 사용자 단말별로 복호를 수행한 후, 오류 검사 (CRC 검사) 를 통해 수신된 데이터의 오류 발생 여부를 알 수 있다. 이 경우 복잡한 수신 구조를 갖긴 하지만 사용자 단말에서 따로 정보의 유무를 가르쳐주는 제어 정보를 보내지 않아도 되는 장점이 있다.
그룹 방식 1 프레임 구조 제안
망 내부의 사용자 단말의 수가 증가하게 되어 대규모의 사용자 단말들이 통신을 시도하는 경우 대규모의 사용자 단말들을 간단한 방식으로 관리하기 위해서, 사용자 단말들을 하나 이상의 그룹으로 분류하여 그룹별로 직교 시간 분할 방식과 직교 시간 도약 방식을 혼합하여 사용할 수 있다.
도 14는 본 발명에서 제안하는 그룹 방식의 혼합형 다중 접속 방식에 이용될 프레임(1400) 구조이다. 도 10에서 도시한 바와 같이 각 사용자 단말들의 서비스가 고속 서비스와 중저속 서비스로 분류되고 나면 각 사용자 단말들의 데이터는 도 14의 프레임(1400)에 매핑된다. 프레임(1400) 구조는 전체적으로 그룹별로 활성 구간(1405)과 전력 절약 구간(1410)이 나뉘며, 각 그룹별 활성 구간(1405)은 비콘 구간(1415), 경쟁 구간(1420), 직교 시간 도약 접속 구간(1425), 직교 시간 분할 접속 구간(1430)으로 나뉜다. 특징적인 것은 각 그룹별 활성구간이 서로 겹치지 않도록 설정되어 있다는 것이다. 이는 각 그룹별로 관리 단말에 접속하는 시간을 나누는 TDMA 방식으로 해석할 수 있는데, 이를 통하여 동일 관리 단말에 의하여 관리되는 무선 망내의 서로 다른 그룹에 속하는 단말들끼리는 서로 충돌을 일으키지 않는다는 것이다. 만약 이러한 그룹이 없다면 동일 관리 단말에 의하여 관리되는 모든 단말은 비활성 구간에서 생성된 데이터 프레임을 동일한 프레임의 활성구간에서 전송을 시도하므로 서로 충돌할 가능성이 높아진다. 경쟁 구간(1420)에서는 각 그룹별 사용자 단말들의 통신 가입, 통신 설정 및 시작, Ranging 작업이 이루어진다. 중저속의 서비스 사용자 단말의 데이터는 제어 정보 없이 통신 설정 시 비콘 구간(1415) 중 일부를 이용하여 부여받은 시간 도약 패턴에 따라 그룹별 직교 시간 도약 접속 구간에서 시간 자원을 도약하며 통신을 시도한다. 이때 상,하향 구간에 대한 구분 없이 유연성 있게 시간 자원을 할당한다. 고속의 서비스를 요구하는 사 용자 단말의 데이터는 그룹별로 직교 시간 분할 접속 구간(1430)에서 스케쥴링되어 매핑된다. 도 14의 점선(1435)은 시간을 도약하며 통신을 시도하는데 사용되는 시간 자원과 스케쥴링에 기반한 직교 시간 분할 방식으로 통신을 시도하는데 사용되는 시간 자원을 구별하며 이는 적응적으로 변환될 수 있다.
도 15는 본 발명에서 제안하는 그룹 방식의 혼합형 다중 접속 방식에 이용될 프레임(1500) 구조이다. 도 10에서 도시한대로 각 사용자 단말들의 서비스가 고속 서비스와 중저속 서비스로 분류되고 나면 각 사용자 단말들의 데이터는 도 15의 프레임(1500)에 매핑된다. 프레임(1500) 구조는 전체적으로 그룹별로 활성 구간(1505)과 전력 절약 구간(1510)으로 나뉘며, 각 그룹별 활성 구간(1505)은 비콘 구간(1515), 경쟁 구간(1520), 직교 시간 도약 접속 하향 구간(1525), 직교 시간 도약 접속 상향 구간(1530), 직교 시간 분할 접속 하향 구간(1535), 직교 시간 분할 접속 상향 구간(1540)으로 나뉜다. 중저속의 서비스 사용자 단말의 상,하향 링크 데이터는 제어 정보 없이 통신 설정 시 비콘 구간 중 일부를 이용하여 부여받은 시간 도약 패턴에 따라 그룹별로 직교 시간 도약 접속 구간의 상향 구간(1530)과 하향 구간(1525)에서 시간 자원을 도약하며 통신을 시도한다. 고속의 서비스를 요구하는 사용자 단말의 상,하향 링크 데이터는 그룹별로 직교 시간 분할 접속 구간의 상향 구간(1540)과 하향 구간(1535)에서 각각 스케쥴링되어 매핑된다. 도 15의 점선(1545)은 시간을 도약하며 통신을 시도하는데 사용되는 시간 자원과 스케쥴링에 기반한 직교 시간 분할 방식으로 통신을 시도하는데 사용되는 시간 자원을 구별하며 이는 적응적으로 변환될 수 있다.
도 16은 본 발명에서 제안하는 그룹 방식의 혼합형 다중 접속 방식에 이용될 프레임(1600) 구조이다. 도 10에서 도시한대로 각 사용자 단말들의 서비스가 고속 서비스와 중저속 서비스로 분류되고 나면 각 사용자 단말들의 데이터는 도 16의 프레임(1600)에 매핑된다. 프레임(1600) 구조는 전체적으로 그룹별로 활성 구간(1605)과 전력 절약 구간(1610)으로 나뉘며, 활성 구간(1605)은 비콘 구간(1615), 경쟁 구간(1620), 직교 시간 도약 접속 하향 구간(1625), 직교 시간 도약 접속 상향 구간(1630), 직교 시간 분할 접속 구간(1635)으로 나뉜다. 중저속의 서비스 사용자 단말의 상,하향 링크 데이터는 제어 정보 없이 통신 설정 시 비콘 구간 중 일부를 이용하여 부여받은 시간 도약 패턴에 따라 그룹별로 직교 시간 도약 접속 구간의 상향 구간(1630)과 하향 구간(1625)에서 시간 자원을 도약하며 통신을 시도한다. 고속의 서비스를 요구하는 사용자 단말의 상,하향 링크 데이터는 그룹별로 직교 시간 분할 접속 구간(1635)에서 통신을 시도하는데 이때 사용자 단말의 배터리 전력 소모에 대한 절감 효과를 얻기 위하여 사용자별로(1640)(1645)(1650) 상향 링크 데이터와 하향 링크 데이터를 몰아서 서비스해주는 방식을 사용한다. 도 16의 점선(1655)은 시간을 도약하며 통신을 시도하는데 사용되는 시간 자원과 스케쥴링에 기반한 직교 시간 분할 방식으로 통신을 시도하는데 사용되는 시간 자원을 구별하며 이는 적응적으로 변환될 수 있다.
그룹 방식 2 프레임 구조 제안
망 내부의 사용자 단말의 수가 증가하게 되어 대규모의 사용자 단말들이 통신을 시도하는 경우 대규모의 사용자 단말들을 간단한 방식으로 관리하기 위해서, 사용자 단말들을 하나 이상의 그룹으로 분류하여 그룹별로 직교 시간 도약 방식을 사용하고 전체 그룹에 대해 직교 시간 분할 방식을 사용할 수 있다. 직교 시간 분할 방식을 그룹별로 사용하는 경우와 비교해보면 전체 그룹에 대해 직교 시간 분할 방식을 사용할 경우 매 프레임마다 그룹별로 스케쥴링을 여러번 수행할 필요 없이 한번만 수행하면 되고, 방송 서비스와 같은 브로드캐스트 정보의 경우 그룹 수만큼 반복해서 전송할 필요 없이 한번에 전송이 가능하다.
도 17은 본 발명에서 제안하는 그룹 방식의 혼합형 다중 접속 방식에 이용될 프레임(1700) 구조이다. 도10에서 도시한 바와 같이 각 사용자 단말들의 서비스가 고속 서비스와 중저속 서비스로 분류되고 나면 각 사용자 단말들의 데이터는 도 17의 프레임(1700)에 매핑된다. 프레임(1700) 구조는 전체적으로 그룹별 활성 구간(1705)과 전력 절약 구간(1710), 전체 그룹 직교 시간 분할 접속 구간(1715)으로 나뉜다. 각 그룹별 활성 구간(1705)은 비콘 구간(1720), 경쟁 구간(1725), 직교 시간 도약 접속 구간(1730)으로 나뉜다. 전체 그룹 직교 시간 분할 접속 구간(1715)은 직교 시간 분할 접속 비콘 구간(1735)과 직교 시간 분할 접속 구간(1740)으로 나뉜다. 경쟁 구간(1725)에서는 각 그룹별 사용자 단말들의 통신 가입, 통신 설정 및 시작, Ranging 작업이 이루어진다. 중저속의 서비스 사용자 단말의 데이터는 제어 정보 없이 통신 설정 시 비콘 구간(1720) 중 일부를 이용하여 부여받은 시간 도약 패턴에 따라 그룹별 직교 시간 도약 접속 구간(1730)에서 시간 자원을 도약하며 통신을 시도한다. 고속의 서비스를 요구하는 사용자 단말의 데이터는 전체 그룹에 대해 직교 시간 분할 접속 구간(1715)에서 스케쥴링되어 매핑된다. 이때 상,하향 구간에 대한 구분 없이 유연성 있게 시간 자원을 할당한다. 도 17의 점선(1745)은 시간을 도약하며 통신을 시도하는데 사용되는 시간 자원과 스케쥴링에 기반한 직교 시간 분할 방식으로 통신을 시도하는데 사용되는 시간 자원을 구별하며 이는 적응적으로 변환될 수 있다.
도 18은 본 발명에서 제안하는 그룹 방식의 혼합형 다중 접속 방식에 이용될 프레임(1800) 구조이다. 도 10에서 도시한대로 각 사용자 단말들의 서비스가 고속 서비스와 중저속 서비스로 분류되고 나면 각 사용자 단말들의 데이터는 도 18의 프레임(1800)에 매핑된다. 프레임(1800) 구조는 전체적으로 그룹별 활성 구간(1805)과 전력 절약 구간(1810), 전체 그룹 직교 시간 분할 접속 구간(1815)으로 나뉘며, 각 그룹별 활성 구간(1805)은 비콘 구간(1820), 경쟁 구간(1825), 직교 시간 도약 접속 하향 구간(1830), 직교 시간 도약 접속 상향 구간(1835)으로 나뉜다. 중저속의 서비스 사용자 단말의 상,하향 링크 데이터는 제어 정보 없이 통신 설정 시 비콘 구간(1820) 중 일부를 이용하여 부여받은 시간 도약 패턴에 따라 그룹별로 직교 시간 도약 접속 구간의 상향 구간(1835)과 하향 구간(1830)에서 시간 자원을 도약하며 통신을 시도한다. 전체 그룹 직교 시간 분할 접속 구간(1815)은 직교 시간 분할 접속 비콘 구간(1840)과 직교 시간 분할 접속 하향 구간(1845), 직교 시간 분할 접속 상향 구간(1850)으로 나뉜다. 고속의 서비스를 요구하는 사용자 단말의 상,하향 링크 데이터는 전체 그룹에 대해 직교 시간 분할 접속 구간의 상향 구간(1850)과 하향 구간(1845)에서 스케쥴링되어 매핑된다. 도 18의 점선(1855)은 시간을 도약하며 통신을 시도하는데 사용되는 시간 자원과 스케쥴링에 기반한 직교 시간 분 할 방식으로 통신을 시도하는데 사용되는 시간 자원을 구별하며 이는 적응적으로 변환될 수 있다.
도 19는 본 발명에서 제안하는 그룹 방식의 혼합형 다중 접속 방식에 이용될 프레임(1900) 구조이다. 도 10에서 도시한대로 각 사용자 단말들의 서비스가 고속 서비스와 중저속 서비스로 분류되고 나면 각 사용자 단말들의 데이터는 도 19의 프레임(1900)에 매핑된다. 프레임(1900) 구조는 전체적으로 그룹별 활성 구간(1905)과 전력 절약 구간(1910), 전체 그룹 직교 시간 분할 접속 구간(1915)으로 나뉘며, 활성 구간(1905)은 비콘 구간(1920), 경쟁 구간(1925), 직교 시간 도약 접속 하향 구간(1930), 직교 시간 도약 접속 상향 구간(1935)으로 나뉜다. 중저속의 서비스 사용자 단말의 상,하향 링크 데이터는 제어 정보 없이 통신 설정 시 비콘 구간(1920) 중 일부를 이용하여 부여받은 시간 도약 패턴에 따라 그룹별로 직교 시간 도약 접속 구간의 상향 구간(1935)과 하향 구간(1930)에서 시간 자원을 도약하며 통신을 시도한다. 전체 그룹 직교 시간 분할 접속 구간(1915)은 직교 시간 분할 접속 비콘 구간(1940)과 직교 시간 분할 접속 구간(1945)으로 나뉜다. 고속의 서비스를 요구하는 사용자 단말의 상,하향 링크 데이터는 전체 그룹에 대해 직교 시간 분할 접속 구간(1945)에서 통신을 시도하는데 이때 사용자 단말의 배터리 전력 소모에 대한 절감 효과를 얻기 위하여 사용자별로(1950)(1955)(1960) 상향 링크 데이터와 하향 링크 데이터를 몰아서 서비스해주는 방식을 사용한다. 도 19의 점선(1965)은 시간을 도약하며 통신을 시도하는데 사용되는 시간 자원과 스케쥴링에 기반한 직교 시간 분할 방식으로 통신을 시도하는데 사용되는 시간 자원을 구별하며 이는 적응적으로 변환될 수 있다.
그룹 분류 방법
망 내부의 사용자 단말의 수가 증가하게 되어 대규모의 사용자 단말들이 통신을 시도하는 경우 대규모의 사용자 단말들을 간단한 방식으로 관리하기 위해서, 사용자 단말들을 하나 이상의 그룹으로 분류하여 통신하는 경우, 그룹 분류 방법으로는
a) 사용자가 요구하는 데이터 전송률에 따라 분류하는 방식;
b) 사용자 단말과 관리 단말 사이의 거리에 따라 분류하는 방식;
c) 사용자 단말이나 관리 단말에서의 수신 SINR 에 따라 분류하는 방식;
d) 사용자 단말의 번호 (ID) 에 따라 분류하는 방식
을 사용할 수 있다.
사용자 단말들을 하나 이상의 그룹으로 분류한 후 주기적으로 또는 필요시에 사용자 단말들에 대해 그룹을 다시 분류할 수 있다. 여기서 재분류하는 방식으로는
a) 매 프레임마다 사용자 단말에 대한 그룹을 재분류하는 방식;
b) 프레임보다 더 큰 단위의 두개 이상의 프레임 단위로 사용자 단말에 대한 그룹을 재분류하는 방식;
c) 사용자 단말이 경쟁 구간을 통하여 관리 단말에 통신 설정 및 시작을 위해 가입하는 시점마다 사용자 단말에 대한 그룹을 재분류하는 방식
을 사용할 수 있다.
경쟁 구간의 성능 향상 방법
도 20는 본 발명의 실시 예에 따른 다수의 단말이 동시에 관리 단말에 통신 설정을 요구할 경우 분산된 구조를 통해 다수 단말의 통신 설정을 수행하는 과정을 도시하는 그림이다.
망이 처음 초기화 되고 관리 단말이 각 단말의 통신 설정을 요구하거나 또는 각 단말의 특정 사건에 대하여 데이터 수집 후 전송이 이루어지는 등, 많은 수의 단말이 동시에 통신을 설정하게 될 경우 경쟁구간(2005)에 많은 수의 단말이 집중될 수 있다. 이 경우 CSMA/CA 등의 방식은 현저하게 성능이 저하되는 단점이 있는데, 이를 위하여 경쟁구간을 적절한 크기의 시간 슬롯(2010)로 나누고 각 슬롯은 통신 설정 요구를 위한 상향링크 미니 슬롯(2015)과 ACK를 위한 하향 링크 미니 슬롯(2020)으로 나눈다. 각 단말은 적절한 크기로 구성된 상향링크 미니 슬롯 중 무작위적으로 한 개의 상향링크 미니 슬롯을 선택하고 만약 충돌 없이 관리 단말에게 데이터가 전송되었다면 바로 다음 하향링크 미니 슬롯을 통하여 ACK 신호가 내려온다. 이를 통하여 많은 단말이 동시에 통신 설정을 요구할 경우 어느 정도 분산된 구조를 통해 효율적으로 통신 설정이 이루어 질 수 있다. 이 과정을 통해 각 단말은 자신의 요구 서비스의 유형에 따라 통신의 유형을 결정하고 고유의 도약 패턴을 할당받게 된다.
이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것이 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 명백하다 할 것이다.
이상에서와 같이 본 발명에 의하면, 초광대역 통신 시스템에서 효과적인 통계적 다중화 기반의 직교 시간 도약 다중 접속 방식과 다중 접속 방식을 이용하여 소비 전력 감소와 효율성을 고려한 프레임 구조를 구현할 수 있다. 특히, 본 발명을 통하여 다중 경로 페이딩이 심한 초광대역 통신 채널에서 통신 채널들을 효율적으로 이용하고 다중 접속 단말간의 충돌을 효과적으로 제어함으로써 특별한 단말 관리없이 다수의 단말을 망에 수용하게 된다.
또한 본 발명에 의하면, 요구하는 데이터 서비스의 종류에 따라 직교 시간 도약 다중 접속 방식과 직교 시간 분할 다중 접속 방식을 혼용하여 각 단말에서 요구하는 서비스 품질을 효과적으로 제공할 수 있으며, 단말의 소비전력도 줄일 수 있다. 또한, 본 발명은 직교 시간 도약 다중 접속 방식에 사용될 직교 시간 도약 패턴의 관리와 운영 방식을 이용하여 각 관리 단말에서 효과적인 망 운영을 할 수 있다.

Claims (30)

  1. 초광대역 통신 시스템의 상향링크에서의 디지털 통신 방법에 있어서,
    각 사용자 단말이 전송한 신호가 관리 단말에서 동기화되도록 하는 단계; 및
    상기 관리 단말로부터 할당받은 직교 시간 도약 패턴에 따라 사용하는 시간 슬롯을 도약하며 통신하는 단계를 포함하는 디지털 통신 방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 동기화 단계는
    상기 관리 단말에서 동기 신호가 발생된 시각과 상기 동기 신호가 상기 사용자 단말에 수신된 시각과의 시간차를 계산하는 단계; 및
    상기 시간차에 따라 상기 관리 단말로 데이터를 송신하는 시각을 조절하는 단계를 포함하는 디지털 통신 방법.
  3. 초광대역 통신 시스템의 상향링크에서의 디지털 통신 방법에 있어서,
    각각의 사용자 단말들에 대해서 직교 시간 도약 패턴을 통하여 할당된 시간 슬롯에서 수신된 신호의 에너지를 합산하는 단계;
    상기 합산된 에너지와 소정의 임계값을 비교하는 단계; 및
    상기 합산된 에너지가 상기 임계값보다 큰 경우, 상기 사용자 단말이 데이터를 송신한 것으로 판단하는 단계를 포함하는 디지털 통신 방법.
  4. 초광대역 통신 시스템의 상향링크에서의 디지털 통신 방법에 있어서,
    사용자 단말들을 적어도 두개 이상의 그룹으로 분류하는 단계; 및
    상기 그룹별로 서로 겹치지 않도록 활성구간을 설정하는 단계를 포함하는 데이터 통신방법.
  5. 사용자 단말별로 요구하는 서비스의 데이터 전송률에 따라 스케쥴링에 기반하여 직교 시간 분할방식으로 다중접속을 시도하게 허용하는 단계와;
    직교 시간 도약 패턴을 이용하는 직교 시간 도약 방식으로 다중접속을 시도하게 허용하는 단계; 및
    상기 사용자 단말들을 적어도 하나 이상의 그룹으로 분류하여 그룹별로 직교 시간 분할 방식과 직교 시간 도약 방식을 혼합하여 통신을 시도하는 단계를 포함하는 디지털 통신방법.
  6. 청구항 5에 있어서, 상기 사용자 단말의 배터리 전력 소모를 고려하여 전력 절약 구간을 할당해주고, 상기 전력 절약 구간이 아닌 활성 구간에서는 직교 시간 도약 방식과 직교 시간 분할 방식을 혼합하여 사용하는 것을 특징으로 하는 디지털 통신방법.
  7. 청구항 5에 있어서, 고속의 데이터 서비스를 요구하는 상기 사용자 단말에서 는 스케쥴링 기반의 다중 접속을 수용하며, 중저속의 데이터 서비스를 요구하는 사용자 단말에서는 직교 시간 도약 방식을 수용하는 것을 특징으로 하는 디지털 통신방법.
  8. 청구항 5에 있어서, 상기 디지털 통신 방법에서 서로 다른 다중 접속 방식으로의 전환이 통신 중에 가능하게 하는 것을 특징으로 하는 디지털 통신방법.
  9. 청구항 5에 있어서, 상기 디지털 통신 방법에는
    상,하향 구간에 대한 구분 없이 유연성 있게 시간 자원을 할당하는 방식과;
    상,하향 구간을 구분하여 직교 시간 분할 접속 구간의 상,하향 구간에서 사용자 단말의 상,하향 링크 데이터를 각각 스케쥴링하여 매핑하고 직교 시간 도약 접속 구간의 상,하향 구간에서 시간 자원을 도약하며 통신하는 방식; 및
    직교 시간 분할 접속 구간에서 사용자별로 상, 하향 링크 데이터를 서비스하여 사용자 단말의 배터리 전력 소모에 대한 절감 효과를 얻는 방식 중 선택되는 어느 하나를 사용하는 것을 특징으로 하는 디지털 통신방법.
  10. 청구항 5에 있어서, 상기 사용자 단말들을 적어도 하나 이상의 그룹으로 분류하여 그룹별로 직교 시간 도약 방식을 사용하고, 전체 그룹에 대해 직교 시간 분할 방식을 사용함을 특징으로 하는 디지털 통신방법.
  11. 청구항 5 또는 청구항 10에 있어서,
    상기 사용자 단말들을 하나 이상의 그룹으로 분류하는 방법에는
    사용자가 요구하는 데이터 전송률에 따라 분류하는 방식;
    사용자 단말과 관리 단말 사이의 거리에 따라 분류하는 방식;
    사용자 단말이나 관리 단말에서의 수신 SINR 에 따라 분류하는 방식; 및
    상기 사용자 단말의 번호(ID)에 따라 분류하는 방식 중 선택되는 어느 하나를 사용하는 것을 특징으로 하는 디지털 통신방법.
  12. 청구항 5 또는 청구항 10에 있어서,
    상기 사용자 단말들을 하나 이상의 그룹으로 분류한 후 주기적으로 또는 필요시에 사용자 단말들에 대한 그룹을 재분류하는 방식이 적용되는 것을 특징으로 하는 디지털 통신방법.
  13. 청구항 12에 있어서, 상기 디지털 통신방법에는
    매 프레임마다 사용자 단말에 대한 그룹을 재분류하는 방식;
    프레임보다 더 큰 단위의 두개 이상의 프레임 단위로 사용자 단말에 대한 그룹을 재분류하는 방식; 및
    사용자 단말이 경쟁 구간을 통하여 관리 단말에 통신 설정 및 시작을 위해 가입하는 시점마다 사용자 단말에 대한 그룹을 재분류하는 방식 중 선택되는 어느 하나를 사용하는 것을 특징으로 하는 디지털 통신방법.
  14. 청구항 5에 있어서,
    상기 직교 시간 도약 다중화 방식에서의 시간 도약 패턴을 관리하는 방법에는
    각 프레임에 할당된 고유 번호와 사용자 단말이 할당받은 고유 식별자를 이용하여 매 프레임마다 생성하는 방식;
    직교 시간 도약 다중화 방식에서의 시간 도약 패턴을 표 기반으로 관리하여 매 프레임마다 사용자들에게 할당해주는 방식;
    직교 시간 도약 다중화 방식에서의 시간 도약 패턴을 프레임보다 더 큰 단위의 두개 이상의 프레임 단위로 할당하는 방식; 및
    직교 시간 도약 다중화 방식에서의 시간 도약 패턴을 사용자 단말이 경쟁 구간을 통하여 관리 단말에 통신 설정 및 시작을 위해 가입하는 시점에 할당하고 사용자 단말의 서비스 종료시 할당한 시간 도약 패턴을 환원받는 방식 중 선택되는 어느 하나를 사용하는 것을 특징으로 하는 디지털 통신방법.
  15. 청구항 5에 있어서,
    상기 직교 시간 도약 다중화 방식에서 특정 시간 도약 패턴들을 따로 분리하여 보낼 정보가 있는 단말은 보낼 데이터와 함께 보낼 데이터가 있다는 간단한 정보를 특정 시간 도약 패턴을 이용하여 관리 단말에 알리는 방식이 적용되는 것을 특징으로 하는 디지털 통신방법.
  16. 청구항 5에 있어서,
    상기 직교 시간 도약 다중화 방식에서의 하향 링크에 대해 관리 단말이 각 사용자 단말에게 전송할 정보가 있는지에 대해 제어 신호 채널을 정의하지 않고 비콘 구간의 비트맵 정보를 이용하여 각 사용자별로 1 비트의 정보로 비트맵을 구성하여 비콘 정보에 포함하여 알려주는 방식이 적용되는 것을 특징으로 하는 디지털 통신방법.
  17. 청구항 5에 있어서,
    상기 직교 시간 분할 다중화 방식에서의 하향 링크에 대해 관리 단말이 각 사용자 단말에게 전송할 정보가 있는지에 대해 제어 신호 채널을 정의하지 않고 비콘 구간의 비트맵 정보를 이용하여 각 사용자별로 1 비트의 정보로 비트맵을 구성하여 비콘 정보에 포함하여 알려주는 방식이 적용되는 것을 특징으로 하는 디지털 통신방법.
  18. 청구항 5에 있어서,
    상기 각 단말이 전송할 정보가 있는지에 대한 제어 신호 채널을 정의하지 않고 수신된 관리 단말의 에너지 레벨로 각 단말의 데이터가 프레임내에 존재하는지 검사하는 수신 방식이 적용되는 것을 특징으로 하는 디지털 통신방법.
  19. 청구항 5에 있어서,
    상기 직교 시간 도약 다중화 방식에서의 하향 링크에 대해 관리 단말이 각 사용자 단말에게 전송할 정보가 있는지에 대해 제어 신호 채널을 정의하지 않고 비콘 구간에서 사용자 ID를 이용하여 전송할 정보가 있는 사용자 ID만을 비콘 정보에 포함하여 알려주는 방식이 적용되는 것을 특징으로 하는 디지털 통신방법.
  20. 청구항 5에 있어서,
    상기 직교 시간 분할 다중화 방식에서의 하향 링크에 대해 관리 단말이 각 사용자 단말에게 전송할 정보가 있는지에 대해 제어 신호 채널을 정의하지 않고 비콘 구간에서 사용자 ID를 이용하여 전송할 정보가 있는 사용자 ID만을 비콘 정보에 포함하여 알려주는 방식이 적용되는 것을 특징으로 하는 디지털 통신방법.
  21. 통신망이 초기화된 상태에서 복수의 단말들이 동시에 통신을 설정하게 되는 경우 경쟁 구간에서의 디지털 통신 방법에 있어서,
    전체 경쟁 구간을 작은 시간 슬롯으로 나누는 단계와;
    상기 각 시간 슬롯을 통신 설정을 요구하는 상향링크 미니 슬롯과 그에 따른 ACK를 위한 하향 링크 미니 슬롯으로 나누는 단계; 및
    통신의 설정이 필요한 단말에서 다수의 상향링크 미니 슬롯 중 무작위로 한 개의 슬롯을 이용하여 통신 설정을 요구하는 단계를 포함하는 디지털 통신방법.
  22. 청구항 21에 있어서,
    상기 단말의 상향링크 통신 설정 요구가 관리 단말에 오류나 충돌 없이 잘 전달되었을 경우 곧바로 다음 하향링크 미니 슬롯을 통하여 ACK를 보내는 신호 방식이 적용되는 것을 특징으로 하는 디지털 통신방법.
  23. 초광대역 통신 시스템의 상향링크에서의 디지털 통신 방법에 있어서,
    각 단말로부터 각각의 직교 시간 도약패턴에 따라 송신된 데이터 심볼을 수신하는 단계;
    상기 직교 시간 도약 패턴의 충돌 여부를 검사하는 단계; 및
    상기 직교시간 도약 패턴의 충돌이 발생된 단말들의 데이터 심볼의 동일성 여부에 기초하여 상기 데이터 심볼을 복호하는 단계를
    포함하는 데이터 통신 방법.
  24. 제 23항에 있어서,
    상기 직교시간 도약 패턴의 충돌이 발생된 단말들의 데이터 심볼이 서로 다르면 상기 데이터 심볼이 미수신된 것으로 간주하는 데이터 통신 방법.
  25. 제 24항에 있어서,
    중립적인 값을 이용하여 상기 데이터 심볼을 복호함으로써 상기 데이터 심볼이 미수신된 것으로 간주하는 데이터 통신 방법.
  26. 제 23항에 있어서,
    상기 직교시간 도약 패턴의 충돌이 발생된 단말들의 데이터 심볼이 서로 같으면 상기 수신된 데이터 심벌을 그대로 복호하는 데이터 통신 방법.
  27. 제 23항에 있어서,
    BPPM 변조 방식이 사용된 경우, 각 펄스 위치에서의 펄스 에너지 값을 이용하여 상기 데이터 심볼의 동일성 여부를 결정하는 데이터 통신 방법.
  28. 제 27항에 있어서,
    상기 각 펄스 위치에서의 펄스 에너지 비율에 따라 상기 데이터 심볼의 동일성 여부를 결정하는 데이터 통신 방법.
  29. 제 27항에 있어서,
    상기 각 펄스 위치에서의 펄스 에너지 절대값에 따라 상기 데이터 심볼의 동일성 여부를 결정하는 데이터 통신 방법.
  30. 제 23항에 있어서,
    BPSK 변조 방식이 사용된 경우, 상기 수신된 데이터 심볼의 에너지 값이 소정의 임계값 이상인 경우 상기 직교시간 도약 패턴의 충돌이 발생된 단말들의 데이 터 심볼들은 동일한 것으로 결정하는 데이터 통신 방법.
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