KR20020055216A

KR20020055216A - 다중접속 무선패킷 데이터시스템에서의 채널점유관리방법

Info

Publication number: KR20020055216A
Application number: KR1020000084622A
Authority: KR
Inventors: 이성영
Original assignee: 구자홍; 엘지전자주식회사
Priority date: 2000-12-28
Filing date: 2000-12-28
Publication date: 2002-07-08

Abstract

본 발명은 다중접속 무선패킷 데이터시스템에서의 채널점유 관리방법을 제공하기 위한 것으로, 기지국으로부터 수신된 신호에서 에너지를 측정하여, 측정된 에너지가 일정 레벨 이상인지 판별하는 단계와; 상기 측정된 에너지가 일정 레벨 이상이면, 단말국이 채널을 점유하고 있다고 판단하는 단계와; 상기 측정된 에너지가 일정 레벨 이상이 아니면, 채널이 유휴하다고 판단하는 단계를 포함하여 수행함으로써, 기지국에서 감지한 수신 에너지의 값이 일정 레벨 이상이면 단말국이 채널을 점유하고 있다고 판단하고, 일정 레벨 이하가 되면 채널이 유휴하다고 판단하여 기지국이 단말국으로 채널의 점유상태를 알려줌으로써 단말국의 복잡도를 감소시키고 단말국과 단말국 간의 데이터 송수신을 직접 수행할 수 있게 되는 것이다.

Description

다중접속 무선패킷 데이터시스템에서의 채널점유 관리방법{Method for management channel occupy in CDMA packet data system}

본 발명은 다중접속 무선패킷 데이터시스템의 채널점유 관리방법에 관한 것으로, 특히 기지국에서 감지한 수신 에너지의 값이 일정 레벨 이상이면 단말국이 채널을 점유하고 있다고 판단하고, 일정 레벨 이하가 되면 채널이 유휴(Idle)하다고 판단하여 기지국이 단말국으로 채널의 점유상태를 알려줌으로써 단말국의 복잡도를 감소시키고 단말국과 단말국 간의 데이터 송수신을 직접 수행하기에 적당하도록 한 다중접속 무선패킷 데이터시스템의 에너지 레벨을 이용한 채널점유 관리방법에 관한 것이다.

일반적으로 다수의 단말이 동일한 채널을 공유하여 데이터를 전송하는 대표적인 방법으로 LAN(Local Area Network)이 있다.

LAN에서는 CSMA/CD(Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection, 반송파 감지 다중 접근-충돌 검출) 방법을 사용하여 동일한 전송 매체를 공유한다.

도 1은 일반적인 다중접속 무선패킷 데이터시스템의 블록구성도이다.

여기서 참조번호 1은 단말국이고, 2는 기지국이다.

도 2는 종래 CSMA/CD에서의 채널점유 관리방법을 보인 흐름도이고, 도 3은 도 2에서 반송파점유 판별단계를 상세히 보인 흐름도이다.

이에 도시된 바와 같이, 전송데이터가 있는지 판별하는 단계(ST1)와; 상기 전송데이터가 있으면, 채널 상태를 감시하여 채널에 반송파가 있는지 판별하는 단계(ST2)(ST3)와; 상기 채널에 반송파가 있으면, 데이터 전송을 보류하는 단계(ST4)와; 상기 채널에 반송파가 없으면, 데이터 전송을 수행하고, 충돌이 발생하면 재전송하는 단계(ST5)(ST6)를 수행한다.

또한 상기에서 반송파점유 여부를 판별하는 단계는, MAC(Medium Access Control) 프레임의 프리앰블(Preamble)을 사용하여 동기를 획득하고, SFD(Start-of-Frame Delimiter)를 이용하여 프레임의 시작임을 파악하는 단계(ST11)와; 상기 프레임의 시작임을 파악한 다음 DA(Destination Address)가 자신의 것인지 판별하는 단계(ST12)와; 상기 DA가 자신의 것이면 데이터를 취하는 단계(ST13)와; 상기 DA가 자신의 것이 아니면, 데이터를 버리는 단계(ST14)를 수행한다.

그래서 CSMA/CD 방법은 전송데이터가 있을 경우 채널의 상태를 감시한 후 채널에 반송파가 있는 경우에는 데이터 전송을 보류하고, 반송파가 없는 경우에는 데이터를 전송한 후 충돌을 감지하여 충돌이 발생하면 데이터를 재전송하는 방식을 사용한다.

도 4는 도 2에 적용되는 MAC 프레임의 구조도이다.

그래서 CSMA/CD 방법에서의 반송파 감지 방법은 도 4에 도시된 MAC 프레임의 SFD 필드를 이용하여 반송파를 감지하는 것이다.

LAN에서 단말국(1)은 항상 채널의 상태를 감시한다. 어느 단말국(1)이 데이터를 전송하는 경우, 도 4와 같은 프리앰블을 전송한다.

이 프레임은 같은 세그먼트를 사용하는 모든 단말국(1)이 받아볼 수 있다.

MAC 프레임의 프리앰블을 사용하여 동기를 획득하고, SFD를 이용하여 프레임의 시작임을 안다.

그리고 DA가 자신의 것이면 취하고, 그렇지 않으면 버린다.

이러한 방법에 의해 단말국(1)은 항상 네트워크를 감시하고 채널에 전송되는 모든 프레임을 검사한다. 이와 같은 방법으로 모든 단말국(1)은 네트워크에서의 반송파의 존재 유무를 검사하여 반송파가 없는 경우에 데이터를 전송하게 된다.

그러나 이러한 종래 기술을 무선 패킷 시스템에 사용할 경우 다음과 같은 이유로 적합하지 않게 된다.

첫째, 한 단말이 프리앰블과 SFD를 송신한 경우 다른 단말이 이 정보를 수신할 수 없는 경우가 있다. 이러한 경우 무선패킷 데이터시스템에 있는 모든 단말은 채널이 유휴하다고 간주할 수 있는 위험성이 있었다.

둘째, 종래 기술을 사용하여 반송파를 감지하는 방법을 이용하여 무선 패킷 데이터시스템에 적용하는 경우, 단말국은 기지국이 송신한 신호와 다른 단말국이 송신한 신호를 모두 복조해야 되기 때문에 구조가 복잡해지고 가격경쟁력이 떨어지는 문제점이 있었다.

셋째, LAN에서의 데이터 송수신은 주로 같은 세그먼트 안에 있는 단말국 사이에서 이루어지나, 무선패킷 데이터시스템에서는 주로 네트워크와 단말국 사이의송신이 주가 된다. 즉, LAN에서는 데이터를 브로드캐스팅(Broadcasting)하면 같은 세그먼트에 있는 모든 단말국이 수신할 수 있다. 그러나 무선패킷 데이터시스템에서는 단말국이 송신한 데이터는 기지국으로만 전송되는 특성이 있기 때문에 단말국은 다른 단말국과 직접 데이터를 송수신할 수 없는 한계가 있었다.

이에 본 발명은 상기와 같은 종래의 제반 문제점을 해소하기 위해 제안된 것으로, 본 발명의 목적은 기지국에서 감지한 수신 에너지의 값이 일정 레벨 이상이면 단말국이 채널을 점유하고 있다고 판단하고, 일정 레벨 이하가 되면 채널이 유휴하다고 판단하여 기지국이 단말국으로 채널의 점유상태를 알려줌으로써 단말국의 복잡도를 감소시키고 단말국과 단말국 간의 데이터 송수신을 직접 수행할 수 있는 다중접속 무선패킷 데이터시스템의 에너지 레벨을 이용한 채널점유 관리방법을 제공하는 데 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 일실시예에 의한 다중접속 무선패킷 데이터시스템의 에너지 레벨을 이용한 채널점유 관리방법은,

기지국으로부터 수신된 신호에서 에너지를 측정하여, 측정된 에너지가 일정 레벨 이상인지 판별하는 단계와; 상기 측정된 에너지가 일정 레벨 이상이면, 단말국이 채널을 점유하고 있다고 판단하는 단계와; 상기 측정된 에너지가 일정 레벨 이상이 아니면, 채널이 유휴하다고 판단하는 단계를 포함하여 수행함을 그 기술적 구성상의 특징으로 한다.

도 1은 일반적인 다중접속 무선패킷 데이터시스템의 블록구성도이고,

도 2는 종래 CSMA/CD에서의 채널점유 관리방법을 보인 흐름도이며,

도 3은 도 2에서 반송파점유 판별단계를 상세히 보인 흐름도이고,

도 4는 도 2에 적용되는 MAC 프레임의 구조도이며,

도 5는 본 발명에 의한 다중접속 무선패킷 데이터시스템의 에너지 레벨을 이용한 채널점유 관리방법을 보인 흐름도이고,

도 6은 도 5가 단말국에서 수행되는 방법을 보인 흐름도이고,

도 7은 도 5가 기지국에서 수행되는 방법을 보인 흐름도이며,

도 8은 도 5에서 사용되는 역방향 패킷데이터의 채널구조를 보인 도면이고,

도 9는 본 발명이 적용되는 패킷데이터 복조장치의 블록구성도이며,

도 10은 도 9에서 단말국 측 전력검출부의 상세블록도이고,

도 11은 도 9에서 기지국 측 전력검출부의 상세블록도이다.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

1 : 단말국 2 : 기지국

11 : 전력검출부 12 ; 마이크로 프로세서

13 : 모뎀 21 ~ 26, 31 ~ 37 : 곱셈부

27, 28 : 필터 29, 38, 39, 44 : 곱셈부

40, 41 : 적분부 42, 43 : 제곱부

이하, 상기와 같은 본 발명, 다중접속 무선패킷 데이터시스템의 에너지 레벨을 이용한 채널점유 관리방법의 기술적 사상에 따른 일실시예를 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.

도 5는 본 발명에 의한 다중접속 무선패킷 데이터시스템의 에너지 레벨을 이용한 채널점유 관리방법을 보인 흐름도이다.

이에 도시된 바와 같이, 기지국(2)으로부터 수신된 신호에서 에너지를 측정하여, 측정된 에너지가 일정 레벨 이상인지 판별하는 단계(ST21)(ST22)와; 상기 측정된 에너지가 일정 레벨 이상이면, 단말국(1)이 채널을 점유하고 있다고 판단하는 단계(ST23)와; 상기 측정된 에너지가 일정 레벨 이상이 아니면, 채널이 유휴(Idle)하다고 판단하는 단계(ST24)를 포함하여 수행한다.

도 6은 도 5가 단말국에서 수행되는 방법을 보인 흐름도이다.

이에 도시된 바와 같이, 상기 단말국(1)은 상기 기지국(2)의 채널 상태신호를 수신하여 에너지를 측정하고, 측정된 에너지와 미리 설정한 레벨을 비교하여 채널이 점유(Busy)되었는지 아니면 유휴(Idle) 상태인지를 판별하는 단계(ST31)(ST32)와; 상기 측정된 에너지가 일정 레벨 이하이면, 상기 단말국(1)은 채널이 유휴 상태라고 판단하여 데이터 전송이 수행되도록 하는 단계(ST33)를 포함하여 수행한다.

도 7은 도 5가 기지국에서 수행되는 방법을 보인 흐름도이다.

이에 도시된 바와 같이, 상기 단말국(1)의 수신전력을 계산하여 수신전력(P_rev)이 임계전력(P_thre)을 초과하는지 판별하는 단계(ST41)(ST42)와;상기 수신전력이 임계전력을 초과하면, 상기 기지국(2)은 채널이 점유(Busy)되었다는 신호를 상기 단말국(1)으로 전송하는 단계(ST43)와; 상기 수신전력이 임계전력을 초과하지 못하면, 상기 기지국(2)은 채널이 유휴(Idle)하다는 정보를 상기 단말국(1)으로 전송하는 단계(ST44)를 포함하여 수행한다.

도 8은 도 5에서 사용되는 역방향 패킷데이터의 채널구조를 보인 도면이다.

도 9는 본 발명이 적용되는 패킷데이터 복조장치의 블록구성도이다.

이에 도시된 바와 같이, 수신된 데이터에서 전력을 검출하는 전력검출부(11)와; 상기 전력검출부(11)에서 검출된 수신전력을 임계전력과 비교하여 채널이 점유(Busy)되었다는 신호 또는 채널이 유휴(Idle)하다는 신호를 발생시키는 마이크로 프로세서(12)와; 상기 마이크로 프로세서(12)로부터 점유(Busy) 또는 유휴(Idle) 신호를 입력받아 송출하는 모뎀(13)을 포함하여 구성된다.

도 10은 도 9에서 단말국 측 전력검출부의 상세블록도이다.

여기서 참조번호 21 내지 26은 곱셈부이고, 27 및 28은 필터이며, 29는 덧셈부이다.

도 11은 도 9에서 기지국 측 전력검출부의 상세블록도이다.

여기서 참조번호 31 내지 37은 곱셈부이고, 38과 39와 44는 덧셈부이며, 40 및 41은 적분부이고, 42 및 43은 제곱부이다.

이와 같이 구성된 본 발명에 의한 다중접속 무선패킷 데이터시스템의 에너지 레벨을 이용한 채널점유 관리방법의 동작을 첨부한 도면에 의거 상세히 설명하면 다음과 같다.

먼저 무선패킷 데이터시스템은 도 1과 같이 다수의 단말국(1)과 하나의 기지국(2)으로 구성되어 있다.

단말국(1)은 기지국(2)으로 데이터를 전송하여 인터넷으로 접속할 수 있고, 인터넷의 정보는 기지국(2)을 통하여 단말국(1)으로 전송된다.

단말국(1)이 기지국(2)으로 데이터를 전송할 때는 도 8과 같이 프리앰블(Preamble)과 데이터로 구성된 패킷을 이용한다. 프리앰블은 기지국(2)이 코드동기와 위상동기를 획득하기 위하여 모두 "0"을 전송한다. 일단 기지국(2)이 동기를 획득하면 단말국(1)은 기지국(2)으로 데이터를 전송한다.

기지국(2)에서 단말국(1)으로의 데이터 전송은 기지국(2)이 모든 단말국(2)으로 브로드캐스팅(Broadcasting)함으로써 이루어진다. 즉, 단말국(1)에서는 기지국(2)에서 브로드캐스팅되는 데이터에서 자신에게 해당되는 데이터만을 취하게 된다.

순방향 채널과 달리 역방향 채널은 여러 단말국(1)이 모든 단말국(1)으로 액세스해야 하기 때문에 채널의 상태에 따라 데이터 전송 여부를 결정하게 된다. 이를 위해서 기지국(2)은 해당 기지국(2)에 있는 모든 단말국(1)에 채널이 점유(Busy) 또는 유휴(Idle) 상태임을 알려주어야 한다.

도 8에서와 같이, 단말국(1)은 기지국(2)으로부터 전송되는 채널 상태 정보를 이용하여 채널이 사용중이지 않을 경우에만 데이터를 전송함으로써 다른 단말국(1)과의 충돌을 피할 수 있게 된다.

또한 단말국(1)마다 서로 다른 시간에서 데이터 전송을 시작할 수 있도록 기지국(2)에서 제어함으로써 단말국(1)의 송신 데이터의 충돌을 회피할 수 있게 된다.

따라서 본 발명에서는 기지국(2)에서 기지국(2)으로 수신되는 에너지를 항상 감시하게 한다. 그래서 단말국(1)이 데이터를 전송하기 시작하면, 기지국(2)의 전력검출부(11)에서는 수신 전력이 유휴(Idle) 상태에 비해서 크다는 것을 알 수 있다.

수신전력이 기지국(2)에서 정한 레벨보다 크다고 판단되면, 기지국(2)은 단말국(1)으로 채널이 점유되었다는 정보를 알리게 된다.

기지국(2)에서의 전력 레벨 측정은 다음과 같은 방법으로 수행한다.

먼저 도 10은 단말국 송신기의 구조를 나타낸 것이고, 도 11은 기지국 측 전력검출부의 상세블록도로서, 기지국 전력레벨 감지회로의 구조를 나타낸 것이다.

단말국(1)이 데이터를 송신할 때의 단말국(1) 안테나에서의 신호는 다음의 수학식 1과 같이 표현된다.

PN(Hi * coswct - Hq * sinwct)

여기서 PN은 PN code로서, 20ms 마다 반복된다. Hi는 I 채널에 곱하는 하다마다(Hadamard) 값이고, Hq는 Q 채널에 곱하는 하다마다 값이며, Wc는 carrier frequency이다. *는 곱하기를 의미한다.

이러한 수학식 1을 복소수 형태로 표시하면 다음의 수학식 2 및 3과 같이 표현된다.

Re[PN(Hi * coswct + j * Hi * sinwct) + j * PN(Hq * coswct + j * Hq * sinwct)

Re[PN(Hi + j * Hq) * exp(jwct)]

이 신호가 무선 채널을 통과하여 기지국에 도착하면 다음의 수학식 4 및 5와 같이 시간 지연(delay)과 위상(phase)이 변화한다. 시간 지연은 정합필터(matched filter)에서 얻을 수 있으므로 여기서는 위상을 없애면 된다.

Re[PN(Hi + j * Hq) * exp(j(wct + a))]

Re[PN(Hi + j * Hq) * exp(jwct) * exp(a)]

여기서 a는 위상차를 의미하는데, 무선 채널을 통과하면서 변한다.

이 신호에 exp(-jwct)를 곱하면 다음의 수학식 6과 같이 된다.

RE[PN(Hi + j * Hq) * exp(a)]

여기에 PN 값을 곱하면 PN 항이 소거되어 다음의 수학식 7 및 8이 된다.

RE[(Hi + j * Hq) * (cosa + j * sina)]

RE[(Hi * cosa - Hq * sina) + j * (Hq * cosa + Hi * sina)]

이 식에서 실수를 추출하기 위해서는 수학식 8에 다음의 수학식 9를 곱한다.

(Hi - Hq) - j * (Hi + Hq)

여기서 필요한 값은 실수이므로 실수항은 실수항끼리 곱하고 허수항은 허수항끼리 곱하여, 실수항만 취하면 다음의 수학식 10 내지 13과 같은 결과를 얻게 된다.

Hi * Hi * cosa - Hi * Hq * sina

Hi * Hq * cosa - Hq * Hq * sina

Hi * Hq * cosa + Hi * Hi * sina

Hq * Hq * cosa + Hi * Hq * sina

수학식 10과 수학식 13을 더하고, 수학식 12에서 수학식 11을 빼면, 다음의 수학식 14 및 15와 같이 된다.

Hi * Hi * cosa + Hq * Hq * cosa

Hi * Hi * sina + Hq * Hq * sina

이를 정리하면 다음의 수학식 16 및 17과 같이 된다.

(Hi * Hi + Hq * Hq) * cosa

(Hq * Hq + Hq * Hq) * sina

Hi * Hi와 Hq * Hq의 결과는 수학식 1이므로 수학식 16과 수학식 17은 다음의 수학식 18 및 19와 같이 된다.

2 * cosa

2 * sina

이 값들을 일정구간(M) 동안 더하면, 다음의 수학식 20 및 21과 같이 된다.

2 * M * cosa

2 * M * sina

여기서 M은 더하고자하는 일정구간(summation)이다.

이 값을 제곱하여 서로 더하면 다음의 수학식 22와 같이 된다.

2 * M * M(cosa * cosa + sina * sina) = 2 * M * M

즉, 수학식 22를 보게 되면, 단말국(1)에서 송신한 신호와 일치하는 신호가 수신되면, 구간의 제곱의 두 배가 되는 값이 나온다.

기지국(2)에서는 수학식 22의 값을 매 칩(chip)마다 계산한다. 이 결과는 1ms 동안 정렬하여 그 중 가장 큰 값을 마이크로 프로세서(12)로 준다.

마이크로 프로세서(12)는 1ms 마다 이 값을 전력 레벨 기준값과 비교하여 그 값보다 크면 점유(Busy) 신호를 전송하고, 작으면 유휴(Idle) 신호를 전송함으로써 채널의 점유상태를 단말국(1)으로 알려줄 수 있게 된다.

이처럼 본 발명은 기지국에서 감지한 수신 에너지의 값이 일정 레벨 이상이면 단말국이 채널을 점유하고 있다고 판단하고, 일정 레벨 이하가 되면 채널이 유휴하다고 판단하여 기지국이 단말국으로 채널의 점유상태를 알려주게 된다.

이상에서 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하였으나, 본 발명은 다양한 변화와 변경 및 균등물을 사용할 수 있다. 본 발명은 상기 실시예를 적절히 변형하여 동일하게 응용할 수 있음이 명확하다. 따라서 상기 기재 내용은 하기 특허청구범위의 한계에 의해 정해지는 본 발명의 범위를 한정하는 것이 아니다.

이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명에 의한 다중접속 무선패킷 데이터시스템의 에너지 레벨을 이용한 채널점유 관리방법은 기지국에서 감지한 수신 에너지의 값이 일정 레벨 이상이면 단말국이 채널을 점유하고 있다고 판단하고, 일정 레벨 이하가 되면 채널이 유휴하다고 판단하여 기지국이 단말국으로 채널의 점유상태를 알려줌으로써 단말국의 복잡도를 감소시키고 단말국과 단말국 간의 데이터 송수신을 직접 수행할 수 있는 효과가 있게 된다.

Claims

기지국으로부터 수신된 신호에서 에너지를 측정하여, 측정된 에너지가 일정 레벨 이상인지 판별하는 단계와;

상기 측정된 에너지가 일정 레벨 이상이면, 단말국이 채널을 점유하고 있다고 판단하는 단계와;

상기 측정된 에너지가 일정 레벨 이상이 아니면, 채널이 유휴하다고 판단하는 단계를 포함하여 수행하는 것을 특징으로 하는 다중접속 무선패킷 데이터시스템의 에너지 레벨을 이용한 채널점유 관리방법.
제 1 항에 있어서, 상기 다중접속 무선패킷 데이터시스템의 에너지 레벨을 이용한 채널점유 관리방법은,

상기 단말국은 상기 기지국에서 송신하는 채널 상태신호를 수신하여 채널이 점유되었는지 아니면 유휴 상태인지를 판별하는 단계와;

채널이 유휴 상태라고 판단되면 데이터 전송이 수행되도록 하는 단계를 포함하여 수행하는 것을 특징으로 하는 다중접속 무선패킷 데이터시스템의 에너지 레벨을 이용한 채널점유 관리방법.
제 1 항에 있어서, 상기 다중접속 무선패킷 데이터시스템의 에너지 레벨을 이용한 채널점유 관리방법은,

상기 단말국의 수신전력을 계산하여 수신전력이 임계전력을 초과하는지 판별하는 단계와;

상기 수신전력이 임계전력을 초과하면, 상기 기지국은 채널이 점유되었다는 신호를 상기 단말국으로 전송하는 단계와;

상기 수신전력이 임계전력을 초과하지 못하면, 상기 기지국은 채널이 유휴하다는 정보를 상기 단말국으로 전송하는 단계를 포함하여 수행하는 것을 특징으로 하는 다중접속 무선패킷 데이터시스템의 에너지 레벨을 이용한 채널점유 관리방법.