KR20130020307A

KR20130020307A - 스펙트럼 센싱 방법 및 장치

Info

Publication number: KR20130020307A
Application number: KR1020110082862A
Authority: KR
Inventors: 김형석
Original assignee: 세종대학교산학협력단
Priority date: 2011-08-19
Filing date: 2011-08-19
Publication date: 2013-02-27
Anticipated expiration: 2031-08-19
Also published as: KR101298175B1

Abstract

인지 무선 통신 네트워크를 위한 SNR 기반의 적응적인 스펙트럼 센싱 방법에 있어서, 제 1 무선 신호를 수신하는 단계, 상기 수신된 제 1 무선 신호로부터 SNR(signal to noise ratio)을 측정하는 단계, 상기 SNR에 기초하여, 상기 제 1 무선 신호에 대한 에너지 검출 또는 주기정상성 검출을 수행하는 단계 및 상기 (c) 단계에서의 검출 결과에 기초하여, 사용 가능한 주파수 대역을 파악하는 단계를 포함한다.

Description

스펙트럼 센싱 방법 및 장치 {SPECTRUM SENSING METHOD AND DEVICE}

본 발명은 스펙트럼 센싱 방법 및 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 인지 무선 통신 네트워크를 위한 SNR 기반의 적응적인 스펙트림 센싱 방법 및 장치에 관한 것이다.

최근 들어, 무선 네트워크의 사용자의 증가에 따라 무선 주파수 스펙트럼(radio spectrum)에 대한 수요 또한 폭발적으로 증가하고 있다. 무선 디바이스와 이를 이용한 응용 프로그램의 증가는 점차적으로 늘 것으로 예상되며, 이로 인해 무선 주파수 스펙트럼에 대한 수요 또한 늘어날 것으로 예상된다.

점차 증가하는 무선 통신에 대한 사용자의 요구를 만족시키기 위해서는 충분한 주파수 대역의 확보가 필수적이다. 하지만 통신에 활용 가능한 무선 주파수 대역은 한정적일 뿐만 아니라, 대부분이 기존의 무선 통신 서비스(선순위 사용자, primary user)에 이미 할당되어 있기 때문에 새로운 통신 서비스를 위한 주파수 대역의 확보가 매우 힘든 실정이다. 주파수 부족에 따른 문제를 해결하기 위해, 패켓 스케줄링, 전송 전력 조절, 다중 홉 전송 등과 같이 한정된 주파수 자원을 보다 효율적으로 사용하는 자원 관리 연구가 활발히 이루어지고 있으나, 이들은 물리적인 주파수 부족 문제를 해결할 수 없다는 한계를 지닌다.

종래에는 고정 스펙트럼 할당 정책을 사용하여 무선 주파수 대역을 할당하였으며, 이에 따라 할당된 대역을 사용할 수 있도록 허가된 사용자만이 해당 대역을 사용할 수 있으며, 허가된 사용자가 해당 대역을 사용하지 않는 경우에도 타 사용자의 사용이 불가능하다는 문제점이 있었다.

따라서, 특정 대역에 대한 허가된 사용자가 해당 대역을 사용하지 않을 때에는 타 사용자의 사용을 허락하여, 무선 네트워크 자원을 효율적으로 사용할 수 있는 방법에 대한 필요성이 제기되었다.

CR(cognitive radio)는 전파 환경을 측정하여 측정된 전파 환경에 적합하게 무선 기기의 운용 파라미터를 설정하여 동작하는 무선 기술을 말하며, 사용하지 않는 주파수 대역을 찾아서 1차 사용자가 사용하지 않는 시간에 2차 사용자에게 해당 주파수 대역에 대한 사용권을 부여하는 기술을 포함한다.

이와 같은 인지 무선 기술은 많은 종류의 무선 기기에서 사용 가능한 기술로서, 관련 기술에 대한 개발이 활발히 진행 중에 있으며, IEEE 802.22 에서는 WRAN(wireless regional area network)에 응용하여 표준화를 진행 중에 있다.

이와 관련하여, 선행문헌(공개번호: 2010-0120970)에서는 무선 인지 시스템에서 전송 휴지 기간 없이 선순위 사용자를 탐지하는 방법에 대해 기재하고 있으나, 무선 신호의 SNR 값에 기반하여, 센싱 방법을 선택하여 센싱을 수행하는 방법에 대한 기재는 없다.

본 발명의 일실시예에 따른 스펙트럼 센싱 방법 및 장치는 선순위 사용자에게 할당된 채널이 사용되고 있지 않은 경우 후순위 사용자가 선순위 사용자에게 할당된 채널을 사용하여 데이터를 송수신할 수 있도록 스펙트럼을 효율적으로 센싱(sensing)할 수 있는 방법 및 장치를 제공하는 데에 목적이 있다.

상술한 기술적 과제를 달성하기 위한 기술적 수단으로서, 본 발명의 제 1 측면에 따른 스펙트럼 센싱 방법은, 제 1 무선 신호를 수신하는 단계, 상기 수신된 제 1 무선 신호로부터 SNR(signal to noise ratio)을 측정하는 단계, 상기 SNR에 기초하여, 상기 제 1 무선 신호에 대한 에너지 검출 또는 주기정상성 검출을 수행하는 단계 및 검출 결과에 기초하여, 사용 가능한 주파수 대역을 파악하는 단계를 포함한다.

또한, 본 발명의 제 2 측면에 따른 스펙트럼 센싱 장치는 선순위 사용자에 의해 송신되는 시그널 및 백색 가우스 잡음 중 하나 이상을 포함하는 무선 신호를 수신하는 수신부, 상기 수신된 무선 신호로부터 SNR(signal to noise ratio)을 측정하는 SNR 측정부, 상기 SNR에 기초하여, 상기 무선 신호에 대한 에너지 검출 또는 주기정상성 검출을 수행하는 검출부 및 상기 검출부에서의 검출 결과에 기초하여, 사용 가능한 주파수 대역을 파악하는 검출 결과 분석부를 포함한다.

전술한 본 발명의 과제 해결 수단 중 어느 하나에 의하면, 선순위 사용자에게 할당된 채널이 사용되고 있지 않은 경우 후순위 사용자가 선순위 사용자에게 할당된 채널을 사용하여 데이터를 송수신할 수 있도록 스펙트럼을 효율적으로 센싱(sensing)할 수 있는 방법 및 장치를 제공할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 스펙트럼 센싱 장치를 포함하는 인지 무선 통신 네트워크를 도시한 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 스펙트럼 센싱 장치의 구성을 도시한 블록도이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 스펙트럼 센싱 방법에 있어서, SNR을 이용하여 센싱 방법을 선택하는 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 스펙트럼 센싱 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 스펙트럼 센싱 방법에 있어서, 에너지 검출을 이용한 스펙트럼 센싱 방법을 설명하기 위한 순서도이다.

아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "전기적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.

이하 첨부된 도면을 참고하여 본 발명을 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 스펙트럼 센싱 장치를 포함하는 인지 무선 통신 네트워크를 도시한 구성도이다.

본 발명의 일실시예에 따른 스펙트럼 센싱 장치는 선순위 사용자(100) 또는 후순위 사용자(110)에 포함되어 인지 무선 통신(Cognitive Radio: CR) 네트워크의 사용 가능한 주파수 대역을 파악할 수 있도록 스펙트럼을 센싱(sensing)할 수 있다.

여기서, 선순위 사용자(100) 또는 후순위 사용자(110)는 인지 무선 통신 네트워크를 통해 통신을 수행할 수 있는 컴퓨터, 휴대용 단말기 또는 센서(Sensor) 등으로 구현될 수 있다.

본 발명의 일실시예에 따른 스펙트럼 센싱 장치는 무선 통신에 대한 수요 증가에 비해 공급할 수 있는 무선 주파수 대역이 부족하다는 점에서 가용 무선 네트워크 자원을 효율적으로 활용하기 위해 고안되었다. 도 1을 참조하면, 무선 네트워크 자원은 선순위 사용자(100) 예를 들어, 무선 통신 서비스 사업자에 의해 이미 상당 부분 할당 되어 있으며, 따라서 새로운 통신 서비스를 위한 주파수 대역의 확보가 매우 힘든 상황이다.

하지만, 선순위 사용자(100)에게 할당된 주파수 대역 중 많은 부분은 그 사용률이 매우 낮으며, 따라서, 주파수 대역을 허가된 선순위 사용자가 독점적으로 사용하는 것은 무선 네트워크 자원을 낭비하는 결과를 초래한다.

이와 같은 무선 네트워크 자원의 낭비를 막고, 보다 효율적인 자원 활용을 위해, 후순위 사용자(110)가 선순위 사용자(100)가 해당 주파수 대역을 활용하지 않을 경우에 상기 주파수 대역을 능동적으로 찾아 사용함으로써 선순위 사용자(100)의 우선권을 보장하면서 동시에 주파수 대역의 효율을 높일 수 있다.

본 발명의 일실시예에 따른 스펙트럼 센싱 장치는 상기와 같은 필요성 따라 지속적으로 변화하는 주파수 대역의 상태를 인지하고 비어있는 주파수 대역을 이용할 수 있도록 인지 무선 통신 네트워크의 스펙트럼을 센싱할 수 있다.

도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 스펙트럼 센싱 장치의 구성을 도시한 블록도이다.

본 발명의 일실시예에 따른 스펙트럼 센싱 장치(200)는 무선 신호 수신부(210), SNR 측정부(220), 검출부(230), 검출 결과 분석부(240) 및 제어부(250)를 포함할 수 있다.

무선 신호 수신부(210)는 제 1 무선 신호를 수신할 수 있다. 여기서, 제 1 무선 신호는 선순위 사용자(100)에 의해 송신되는 무선 신호 및 백색 가우스 잡음(white Gaussian noise) 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 백색 가우스 잡음은 일반적으로 발생되는 잡음으로써, 잡음이 신호 위에 곱하기 연산 과정 없이 단지 더해지는 형태를 취한다. 또한, 백색 가우스 잡음은 모든 주파수를 거의 다 포함하기 때문에 백색이라는 표현을 사용한다.

무선 신호 수신부(210)에 의해 수신되는 제 1 무선 신호는 아래 [수학식 1]에서의 r(t)로 표현할 수 있다.

여기서, s(t)는 선순위 사용자(100)에 의해 송신되는 신호를 의미하고, n(t)는 백색 가우스 잡음을 의미한다. 또한, h는 채널의 진폭 이득(amplitude gain)을 의미하며, H0는 무선 신호에 오직 노이즈만 있는 경우, H1은 선순위 사용자(100)가 존재하는 경우를 의미한다.

SNR 측정부(220)는 제 1 무선 신호로부터 SNR을 측정할 수 있다.

여기서, SNR이란 신호 대 잡음의 비율을 나타내는 수치로서, 신호의 품위 레벨의 척도로 사용할 수 있다. 일반적으로, 무선 신호는 단독으로 존재하지 않고 대개 잡음과 섞여 있다. 이 때, 무선 신호의 신호전력을 S, 잡음전력을 N이라고 하면, 무선 신호의 SNR은 10 log10(S/N)으로 나타내며, 단위는 데시벨(dB)을 사용한다.

검출부(230)는 SNR 측정부에 의해 측정된 SNR에 기초하여, 제 1 무선 신호에 대한 에너지 검출 및 주기정상성 검출 중 어느 하나를 선택하여 수행할 수 있다.

스펙트럼 센싱 장치는 선순위 사용자가 후순위 사용자의 통신에 의해 방해 받지 않고, 스펙트럼 센싱 과정에서 단위 시간당 처리량(throughput) 및 서비스의 품질(Qos: Quality of Service)을 만족시키면서 센싱 작업을 수행해야 한다.

따라서, 상기 요소를 모두 만족시키기 위해, 본 발명의 일실시예에 따른 스펙트럼 센싱 장치는 에너지 검출 또는 주기정상성 검출 방법을 함께 사용하여, 스펙트럼을 센싱한다.

즉, 무선 신호에 잡음이 상대적으로 적게 포함되어 있는 경우에는 센싱 시간이 짧은 에너지 검출 방법을 사용하고, 잡음이 상대적으로 많이 포함되어 에너지 검출 방법에 의한 검출이 어려운 경우에는 주기정상성 검출 방법을 사용한다.

다만, 본 발명의 일실시예에 따르면, 에너지 검출과 주기정상성 검출을 직렬적으로 구성하는 것이 아니라 둘 중 하나를 선택적으로 수행할 수 있도록 병렬적으로 구성하며, 검출 작업을 수행하기 이전에 무선 신호의 SNR을 측정하여, SNR이 큰 경우에는 에너지 검출을 SNR이 상대적으로 작은 경우에는 주기정상성 검출을 수행하는 것이다. 만약, 에너지 검출을 먼저 수행하고 주기정상성 검출을 수행한다면, 최악의 경우 에너지 검출에 소요되는 시간과 주기정상성 검출에 소요되는 시간을 합한 시간만큼의 시간 복잡도를 갖게될 것이다. 반대로, 주기정상성 검출을 먼저 수행하고, 에너지 검출을 이후에 수행하는 것은 에너지 검출보다 주기정상성 검출이 센싱 시간이 더욱 오래 걸리고, 신뢰성 있는 검출 결과를 얻을 수 있다는 점에서 불필요한 구성이 될 것이다. 이와 같이, 에너지 검출과 주기정상성 검출을 병렬적으로 구성함으로써, 검출 작업에 소요되는 평균 수행 시간을 단축할 수 있다. 다만, 두 가지 검출 방법 중 하나를 선택하기 위하여 무선 신호의 SNR을 측정하는 단계를 부가해야하므로 추가 시간이 소요될 수 있지만, 이는 검출 작업에 필요한 시간에 비해 절대적으로 적은 시간이 소요되는 작업인만큼 시간 복잡도에는 영향을 미치지 않는다.

위와 같은 본 발명의 효과를 얻기 위해, 본 발명의 일실시예에 따르면, 검출부(230)는 SNR이 기 설정된 임계치 이상인 경우, 제 1 무선 신호에 대한 에너지 검출을 수행하고, SNR이 기 설정된 임계치 미만인 경우, 제 1 무선 신호에 대한 주기정상성 검출을 수행할 수 있다.

에너지 검출은 특정 주파수 대역에서 수신된 무선 신호의 에너지 레벨을 측정하여 선순위 사용자(100)의 존재 유무를 판단하는 방법이다. 수신된 무선 신호에는 선순위 사용자(100)의 신호뿐만 아니라 잡음도 함께 섞여있으므로, 잡음의 영향을 고려하기 위해 일반적으로 평균이 0인 백색 가우스 잡음(white Gaussian noise)이 함께 수신된다고 가정할 수 있다. 인지 무선 통신 네트워크에서는 수신된 무선 신호의 에너지가 기 설정된 임계값을 넘지 못하면 해당 주파수 대역이 비어있다고 판단하며, 반대로 수신된 무선 신호의 에너지 레벨이 임계값을 넘으면 선순위 사용자(100)가 존재한다고 판단할 수 있다.

또한, 주기정상성 검출은 선순위 사용자에 의해 전송되는 무선 신호의 고유의 특징을 검출하여, 선순위 사용자의 존재 여부를 판단하는 검출 방법이다. 일반적으로, 인지 무선 통신 네트워크에서 생성되는 신호는 네트워크 내의 시스템이 사용하는 다중화(multiplexing), 펄스형(pulse shape), 변조(modulation), 코딩(coding) 등에 의해 고유한 주기정상성을 가지며, 이는 특정 주파수와 주기 주파수 쌍에서 나타나는 스펙트럼 선(spectrum line)들의 존재를 통해 확인할 수 있다. 만약 인지 무선 통신 네트워크가 선순위 사용자(100)가 전송하는 신호 고유의 주기정상성을 알고 있다면 이를 활용해 해당 선순위 사용자(100)의 존재 유무뿐만 아니라 종류까지 판단해낼 수 있다. 통신 시스템들에 의해 생성된 신호와 달리 잡음은 주기정상성이 전혀 없으므로, 주기정상성 검출 방법을 사용한다면 매우 낮은 SNR을 갖는 선순위 사용자(100)의 신호도 검출할 수 있다. 또한 주기정상성 검출 방법은 검출된 신호를 전송한 시스템의 종류와 특성까지 도출할 수 있다는 큰 장점을 갖는다.

즉, 에너지 검출 방법은 센싱 시간이 적게 걸리고, 그 방법이 비교적 단순하다는 장점이 있으나, 무선 신호의 SNR 값이 작은 경우 신뢰성 있는 센싱을 수행하지 못한다는 단점이 있으며, 이에 반해, 주기정상성 검출 방법은 신뢰성 있는 스펙트럼 센싱 결과를 도출할 수 있으나, 센싱 연산이 복잡하고 센싱 시간이 오래 걸린다는 단점이 있다.

상술한 에너지 검출 방법은 보다 구체적으로, 제 1 무선 신호를 밴드 패스 필터를 통해 필터링 하는 단계 및 필터링된 결과인 제 2 무선 신호에 기초하여, 제 2 무선 신호의 에너지 레벨을 측정하는 단계를 포함할 수 있다. 여기서, 제 2 무선 신호는 밴드 패스 필터에서 기 설정한 대역폭을 갖게 된다. 이와 같이, 밴드 패스 필터를 사용함으로써, 제 1 무선 신호를 복수개의대역폭으로 구분하여 각각의 대역폭에 대한 선순위 사용자(100)의 존재 여부를 확인할 수 있다.

또한, 상술한 주기정상성 검출 방법은 제 1 무선 신호의 통계적 평균 신호를 결정하는 단계 및 통계적 평균 신호로부터 주기 및 피크 값을 추출하는 단계를 포함할 수 있다.

검출 결과 분석부(240)는 검출부(230)에 의해 검출된 검출 결과에 기초하여, 사용 가능한 주파수 대역을 파악할 수 있다.

검출 결과 분석부(240)는 에너지 검출 방법에 의해 측정된 에너지 레벨이 기 설정된 임계치 미만인 경우, 기 설정된 대역폭을 사용 가능한 주파수 대역으로 결정할 수 있다.

또한, 검출 결과 분석부(240)는 주기정상성 검출 방법에 의해 추출된 통계적 평균 신호의 주기 및 피크 값에 기초하여, 제 1 무선 신호의 대역폭의 사용 가능 여부를 파악할 수 있다. 더욱 상세하게 설명하면, 검출 결과 분석부(240)는 통계적 평균 신호가 주기성을 갖는지 여부 및 통계적 평균 신호의 피크 값이 기 설정된 임계치 이상인지 여부를 분석하여, 통계적 평균 신호가 주기성을 가지며, 피크 값이 기 설정된 임계치 이상인 경우, 제 1 무선 신호의 대역폭이 이미 선순위 사용자(100)에 의해 점유되었다고 판단하고, 상기 대역폭을 사용 불가능한 주파수 대역으로 결정할 수 있다.

본 발명의 일실시예에 따른 스펙트럼 센싱 방법에 있어서, 검출 성능에 대한 통계치는 오경보 확률(probability of false alarm)과 검출 확률(probability of detection alarm)으로 산출할 수 있다. 여기서, 오경보 확률은 스펙트럼이 비어 있는 상태임에도 불구하고, 선순위 사용자(100)에 의해 점유되어 있다고 판단할 확률을 의미하며, 미검출 확률(probability of miss detection)은 스펙트럼이 선순위 사용자(100)에 의해 점유되고 있음에도 불구하고, 선순위 사용자(100)가 스펙트럼을 사용하지 않는다고 판단할 확률을 의미한다.

본 발명의 일실시예에 따른 에너지 검출 방법에서, 검출 확률은 아래 [수학식 2]와 같이 표현할 수 있으며, 오경보 확률은 아래 [수학식 3]과 같이 표현할 수 있다.

여기서, Γ(·)는 완전 감마 함수(complete gamma function)이고, Γ(·,·)는 불완전 감마 함수(and incomplete gamma function)을 의미한다. 또한, Qm(·,·)은 generalized Marcum Q-function을 의미하고, γ는 순시 신호대 잡음비(instantaneous SNR), ME는 관측대역폭의 곱 (time bandwidth product), λ1는 에너지 디텍터의 결정 임계치를 의미한다.

또한, 본 발명의 일실시예에 따른 주기정상성 검출 방법에서, 검출 확률은 아래 [수학식 4]와 같이 표현할 수 있으며, 오경보 확률은 아래 [수학식 5]과 같이 표현할 수 있다.

여기서, Mc 가 검출 샘플의 수일 때,

이고, L은 다이버시티 branch(diversity branch)의 개수를 의미하고, γ는 순시 신호대 잡음비(instantaneous SNR), Qm(·, ·)은 generalized Marcum Q-function, λ2 는 기 설정된 임계치를 의미한다.

제어부(250)는 스펙트럼 센싱 장치가 인지 무선 통신 네트워크에서 제 1 무선 신호의 SNR값에 기초하여 스펙트럼을 센싱할 수 있도록, 무선 신호 수신부(210), SNR 측정부(220), 센싱부(230) 및 센싱 정보 분석부(240)를 제어한다.

도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 스펙트럼 센싱 방법에 있어서, SNR을 이용하여 센싱 방법을 선택하는 과정을 설명하기 위한 도면이다.

본 발명의 일실시예에 따른 스펙트럼 센싱 방법은 제 1 무선 신호의 SNR값에 기초하여, 에너지 검출 또는 주기정상성 검출 방법 중 하나를 선택하여 스펙트럼 센싱을 할 수 있다.

본 발명의 일실시예에 따르면, 스펙트럼 센싱에서의 센싱 시간 및 센싱의 정확도를 모두 만족시키기 위해서, 실제 센싱에 앞서서 무선 신호의 SNR 값을 측정한다.

측정된 무선 신호의 SNR 값이 충분히 클 경우, 에너지 검출을 통해 센싱을 수행하고, 무선 신호의 SNR 값이 크지 않아 에너지 검출으로 정확한 센싱이 불가능할 경우, 주기정상성 검출 방법을 사용한다. 도 3을 참조하여, 보다 상세하게 설명하면, 먼저 무선 신호의 SNR 값을 측정하고, 측정된 SNR 값이 기 설정된 임계치인 λ 이상일 경우, 에너지 검출을 수행하여 스펙트럼을 센싱하고, 측정된 SNR 값이 λ 미만일 경우, 주기정상성 검출을 수행한다.

또한, 에너지 검출을 수행하여 측정된 무선 신호의 에너지 레벨이 기 설정된 임계치인 λ1이상일 경우, 선순위 사용자(100)가 스펙트럼을 사용하고 있다고 판단하며, 측정된 무선 신호의 에너지 레벨이 기 설정된 임계치인 λ1 미만일 경우, 선순위 사용자(100)가 스펙트럼을 사용하지 않아, 후순위 사용자(110)가 해당 스펙트럼을 사용할 수 있다고 판단할 수 있다.

한편, 주기정상성 검출을 수행한 결과, 스펙트럼의 통계적 평균 신호가 주기성을 갖고, 피크 값이 기 설정된 임계치인 λ2 이상인 경우, 스펙트럼이 사용되는 것으로 판단하고, 피크 값이 λ2 미만인 경우, 스펙트럼이 사용되지 않는 것으로 판단할 수 있다.

도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 스펙트럼 센싱 방법을 설명하기 위한 순서도이고, 도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 스펙트럼 센싱 방법에 있어서, 에너지 검출을 이용한 스펙트럼 센싱 방법을 설명하기 위한 순서도이다.

본 발명의 일실시예에 따른 스펙트럼 센싱 방법은 선순위 사용자(100) 및 후순위 사용자(110)가 네트워크(10)로 연결되어 구현되며, 스펙트럼 센싱 장치(200)는 선순위 사용자(100) 또는 후순위 사용자(110)에 포함되어, 스펙트럼의 특정 대역의 사용여부를 판단할 수 있다.

먼저, 스펙트럼 센싱 장치(200)는 제 1 무선 신호를 수신한다(S2100).

다음으로, 스펙트럼 센싱 장치(200)는 수신된 제 1 무선 신호로부터 SNR(signal to noise ratio)을 측정한다(S2200).

여기서, 제 1 무선 신호의 SNR 값은 검출 방법을 선택하는 데 사용되며, 측정된 SNR 값이 기 설정된 임계치 이상인 경우, 즉 신호에 포함된 잡음이 적은 경우에는 에너지 검출을 수행하고, SNR 값이 기 설정된 임계치 미만인 경우, 주기정상성 검출을 수행한다.

다음으로, 스펙트럼 센싱 장치(200)는 측정된 SNR에 기초하여, 제 1 무선 신호에 대한 에너지 검출 및 주기정상성 검출 중 어느 하나를 선택하여 수행한다(S2300).

도 5를 참조하면, 에너지 검출은 수신된 무선 신호의 SNR 값이 기 설정된 임계치 이상인 경우에 스펙트럼을 센싱하기 위하여 사용될 수 있다.

이 경우, 먼저 스펙트럼 센싱 장치(200)는 제 1 무선 신호를 밴드 패스 필터를 통해 필터링을 수행한다(S2310). 이를 통해, 스펙트럼 센싱 장치(200)는 일정한 대역폭을 갖는 제 2 무선 신호를 추출할 수 있다.

다음으로, 스펙트럼 센싱 장치(200)는 필터링된 결과인 제 2 무선 신호에 기초하여, 제 2 무선 신호의 에너지 레벨을 측정한다(S2320).

상기 S2320 단계에서, 스펙트럼 센싱 장치(200)는 밴드 패스 필터를 통과한 제 2 무선 신호를 증폭함으로써, 무선 신호에 대한 에너지 레벨을 보다 용이하게 측정할 수 있으며, 기 설정된 시간 구간에서 증폭된 제 2 무선 신호의 에너지를 합산하여 제 2 무선 신호의 에너지 레벨로 산정할 수 있다.

다음으로, 스펙트럼 센싱 장치(200)는 상기 S2300 단계에서의 검출 결과에 기초하여, 사용 가능한 주파수 대역을 파악할 수 있다.

스펙트럼 센싱 장치(200)는 에너지 검출 방법에 의해 산출된 제 2 무선 신호의 에너지 레벨이 기 설정된 임계치 미만인 경우, 제 2 무선 신호의 대역폭을 사용 가능한 주파수 대역으로 결정할 수 있다.

참고로, 본 발명의 실시예에 따른 도 2에 도시된 구성 요소들은 소프트웨어 또는 FPGA(Field Programmable Gate Array) 또는 ASIC(Application Specific Integrated Circuit)와 같은 하드웨어 구성 요소를 의미하며, 소정의 역할들을 수행한다.

그렇지만 '구성 요소들'은 소프트웨어 또는 하드웨어에 한정되는 의미는 아니며, 각 구성 요소는 어드레싱할 수 있는 저장 매체에 있도록 구성될 수도 있고 하나 또는 그 이상의 프로세서들을 재생시키도록 구성될 수도 있다.

따라서, 일 예로서 구성 요소는 소프트웨어 구성 요소들, 객체지향 소프트웨어 구성 요소들, 클래스 구성 요소들 및 태스크 구성 요소들과 같은 구성 요소들과, 프로세스들, 함수들, 속성들, 프로시저들, 서브루틴들, 프로그램 코드의 세그먼트들, 드라이버들, 펌웨어, 마이크로 코드, 회로, 데이터, 데이터베이스, 데이터 구조들, 테이블들, 어레이들 및 변수들을 포함한다.

구성 요소들과 해당 구성 요소들 안에서 제공되는 기능은 더 작은 수의 구성 요소들로 결합되거나 추가적인 구성 요소들로 더 분리될 수 있다.

본 발명의 일실시예는 컴퓨터에 의해 실행되는 프로그램 모듈과 같은 컴퓨터에 의해 실행가능한 명령어를 포함하는 기록 매체의 형태로도 구현될 수 있다. 컴퓨터 판독 가능 매체는 컴퓨터에 의해 액세스될 수 있는 임의의 가용 매체일 수 있고, 휘발성 및 비휘발성 매체, 분리형 및 비분리형 매체를 모두 포함한다. 또한, 컴퓨터 판독가능 매체는 컴퓨터 저장 매체 및 통신 매체를 모두 포함할 수 있다. 컴퓨터 저장 매체는 컴퓨터 판독가능 명령어, 데이터 구조, 프로그램 모듈 또는 기타 데이터와 같은 정보의 저장을 위한 임의의 방법 또는 기술로 구현된 휘발성 및 비휘발성, 분리형 및 비분리형 매체를 모두 포함한다. 통신 매체는 전형적으로 컴퓨터 판독가능 명령어, 데이터 구조, 프로그램 모듈, 또는 반송파와 같은 변조된 데이터 신호의 기타 데이터, 또는 기타 전송 메커니즘을 포함하며, 임의의 정보 전달 매체를 포함한다.

전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.

본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

Claims

인지 무선 통신 네트워크를 위한 SNR 기반의 적응적인 스펙트럼 센싱 방법에 있어서,
(a) 제 1 무선 신호를 수신하는 단계;
(b) 상기 수신된 제 1 무선 신호로부터 SNR(signal to noise ratio)을 측정하는 단계;
(c) 상기 SNR에 기초하여, 상기 제 1 무선 신호에 대한 에너지 검출 및 주기정상성 검출 중 어느 하나를 선택하여 수행하는 단계; 및
(d) 상기 (c) 단계에서의 검출 결과에 기초하여, 사용 가능한 주파수 대역을 파악하는 단계를 포함하는
스펙트럼 센싱 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 (c) 단계는,
상기 SNR이 기 설정된 임계치 이상인 경우, 상기 제 1 무선 신호에 대한 에너지 검출을 수행하고, 상기 SNR이 기 설정된 임계치 미만인 경우, 상기 제 1 무선 신호에 대한 주기정상성 검출을 수행하는 단계를 포함하는
스펙트럼 센싱 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 제 1 무선 신호는 선순위 사용자에 의해 송신되는 무선 신호 및 백색 가우스 잡음 중 하나 이상을 포함하는 것인
스펙트럼 센싱 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 (c) 단계는,
(c-1) 상기 제 1 무선 신호를 밴드 패스 필터를 통해 필터링 하는 단계; 및
(c-2) 상기 필터링된 결과인 제 2 무선 신호에 기초하여, 상기 제 2 무선 신호의 에너지 레벨을 측정하는 단계를 포함하되,
상기 제 2 무선 신호는 기 설정된 대역폭을 갖는 것인
스펙트럼 센싱 방법.
제 4 항에 있어서,
상기 (c-2) 단계는,
상기 제 2 무선 신호를 증폭시키는 단계; 및
기 설정된 시간 구간에서 상기 증폭된 제 2 무선 신호의 에너지를 합산하여 상기 제 2 무선 신호의 에너지 레벨로 산정하는 단계를 포함하는
스펙트럼 센싱 방법.
제 4 항에 있어서,
상기 (d) 단계는,
상기 에너지 레벨이 기 설정된 임계치 미만인 경우, 상기 기 설정된 대역폭을 사용 가능한 주파수 대역으로 결정하는 단계를 포함하는
스펙트럼 센싱 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 (c) 단계는,
상기 제 1 무선 신호의 통계적 평균 신호를 결정하는 단계; 및
상기 통계적 평균 신호로부터 주기 및 피크 값을 추출하는 단계를 포함하는
스펙트럼 센싱 방법.
제 7 항에 있어서,
상기 (d) 단계는,
상기 통계적 평균 신호로부터 추출된 주기 및 피크 값에 기초하여, 상기 통계적 평균 신호가 주기성을 갖고 상기 피크 값이 기 설정된 임계치 이상인 경우, 상기 제 1 무선 신호의 대역폭을 사용 불가능한 주파수 대역으로 결정하는 단계를 포함하는
스펙트럼 센싱 방법.
인지 무선 통신 네트워크를 위한 SNR 기반의 적응적인 스펙트럼 센싱 장치에 있어서,
선순위 사용자에 의해 송신되는 시그널 및 백색 가우스 잡음 중 하나 이상을 포함하는 제 1 무선 신호를 수신하는 수신부;
상기 수신된 제 1 무선 신호로부터 SNR(signal to noise ratio)을 측정하는 SNR 측정부;
상기 SNR에 기초하여, 상기 제 1 무선 신호에 대한 에너지 검출 및 주기정상성 검출 중 어느 하나를 선택하여 수행하는 검출부; 및
상기 검출부에서의 검출 결과에 기초하여, 사용 가능한 주파수 대역을 파악하는 검출 결과 분석부를 포함하는
스펙트럼 센싱 장치.
제 9 항에 있어서,
상기 검출부는 상기 SNR이 기 설정된 임계치 이상인 경우, 상기 제 1 무선 신호에 대한 에너지 검출을 수행하고, 상기 SNR이 기 설정된 임계치 미만인 경우, 상기 제 1 무선 신호에 대한 주기정상성 검출을 수행하는 것인
스펙트럼 센싱 장치.
제 10 항에 있어서,
상기 검출부는,
상기 SNR이 기 설정된 임계치 이상인 경우, 상기 제 1 무선 신호를 밴드 패스 필터를 통해 필터링 하고, 상기 필터링된 결과인 제 2 무선 신호에 기초하여, 상기 제 2 무선 신호의 에너지 레벨을 측정하되,
상기 제 2 무선 신호는 기 설정된 대역폭을 갖는 것인
스펙트럼 센싱 장치.
제 11항에 있어서,
상기 검출 결과 분석부는,
상기 에너지 레벨이 기 설정된 임계치 미만인 경우, 상기 기 설정된 대역폭을 사용 가능한 주파수 대역으로 결정하는 것인
스펙트럼 센싱 장치.
제 10 항에 있어서,
상기 검출부는,
상기 SNR이 기 설정된 임계치 미만인 경우, 상기 제 1 무선 신호의 통계적 평균 신호를 결정하고, 상기 통계적 평균 신호로부터 주기 및 피크 값을 추출하는 것인
스펙트럼 센싱 장치.
제 13 항에 있어서,
상기 검출 결과 분석부는,
상기 통계적 평균 신호로부터 추출된 주기 및 피크 값에 기초하여, 상기 통계적 평균 신호가 주기성을 갖고, 상기 피크 값이 기 설정된 임계치 이상인 경우, 상기 제 1 무선 신호의 대역폭을 사용 불가능한 주파수 대역으로 결정하는 것인
스펙트럼 센싱 장치.