KR101850621B1 - Cooperative spectrum sensing method and the apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 협력 스펙트럼 센싱 방법 및 그 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a cooperative spectrum sensing method and apparatus.
종래의 협력 스펙트럼 센싱에서는 검출 확률을 최대화 또는 오보 확률 및 미 검출확률을 최소화하는 방향으로 융합 규칙(fusion rule)이 개발되어 왔다. 연구 초기에는 센서 노드와 융합 센터(fusion center) 사이의 채널을 무잡음 채널로 간주하는 퍼펙트 피드백 채널에서의 연구가 이루어졌다. 대표적인 융합 규칙으로는 Likelihood Ratio Test(LRT), Chair-Varshney(CV), Maximum Ratio Combining(MRC), Equal Gain Combining(EGC) 등이 존재한다. In the conventional cooperative spectrum sensing, a fusion rule has been developed in the direction of maximizing the detection probability or minimizing the probability of detection and non-detection probability. At the beginning of the research, a study was made on a perfect feedback channel that regards the channel between the sensor node and the fusion center as a noiseless channel. The most common convergence rules are Likelihood Ratio Test (LRT), Chair-Varshney (CV), Maximum Ratio Combining (MRC) and Equal Gain Combining (EGC).
예를 들어, 각 센서 노드에서 스펙트럼 센싱을 하고 융합 센터에서 LRT 융합 규칙을 사용할 경우, 최적 파라미터를 구하기 위해서는 센싱 채널 SNR(signal to noise ratio), 피드백 채널 SNR, 각 센서 노드에서의 임계치(threshold)에 따른 수신된 에너지의 확률 분포가 필요하다. 이러한 정보를 활용하여 센서 노드 및 융합 센터에서 활용할 최적의 파라미터가 획득된다. For example, in case of spectrum sensing at each sensor node and using LRT convergence rules in fusion center, the optimal channel parameters are obtained by using the sensor signal to noise ratio (SNR), feedback channel SNR, threshold at each sensor node, Lt; RTI ID = 0.0 > a < / RTI > Using this information, optimal parameters to be used in sensor nodes and convergence centers are obtained.
그러나, 종래의 협력 스펙트럼 센싱은 주어진 센싱 채널 및 피드백 채널의 SNR에 대해 새로운 융합 규칙에 대한 제안 또는 성능 분석이 대부분이다.However, in the conventional cooperative spectrum sensing, a proposal or a performance analysis for a new fusion rule is mostly performed for a SNR of a given sensing channel and a feedback channel.
즉, 다양한 융합 규칙이 제안되었으나, 실제 환경에서 사용할 수 있는 동작 방법에 대한 연구는 부족한 실정이다. In other words, various convergence rules have been proposed, but there is insufficient study on the operation method that can be used in real environment.
본 발명은 협력 스펙트럼 센싱의 검출 확률을 최소화하거나 오보 확률 및 미검출 확률을 최소화할 수 있는 협력 스펙트럼 센싱 방법 및 그 장치를 제공하기 위한 것이다.The present invention provides a cooperative spectrum sensing method and apparatus capable of minimizing the detection probability of cooperative spectrum sensing or minimizing the probability of non-detection and the probability of non-detection.
본 발명의 일 측면에 따르면, 협력 스펙트럼 센싱의 검출 확률을 최소화하거나 오보 확률 및 미검출 확률을 최소화할 수 있는 협력 스펙트럼 센싱 방법이 제공된다.According to an aspect of the present invention, there is provided a cooperative spectrum sensing method capable of minimizing the detection probability of cooperative spectrum sensing or minimizing the probability of non-detection and the probability of non-detection.
본 발명의 일 실시예에 따르면, N(자연수) 개의 센서 노드와 연결된 융합 센터에서의 협력 스펙트럼 센싱 방법에 있어서, (a) 각 센서 노드로부터 대한 센싱 채널 정보 및 무선 피드백 채널에 대한 신호대잡음비를 획득하는 단계; (b) 상기 센싱 채널 정보 및 상기 신호대잡음비를 이용하여 채널 환경을 반영한 로컬 문턱치를 구하여 상기 각 센서 노드로 전송하는 단계; (c) 상기 각 센서 노드로부터 상기 로컬 문턱치를 이용한 PU(primary user)의 스펙트럼 센싱에 따른 센싱 결과를 각각 수신하는 단계; 및 (d) 상기 각 센서 노드의 센싱 결과를 취합하여 상기 PU의 주파수 대역 사용 유무를 최종 판단하는 단계를 포함하는 협력 스펙트럼 센싱 방법이 제공될 수 있다. According to an embodiment of the present invention, a cooperative spectrum sensing method in a fusion center connected to N (natural number) sensor nodes comprises the steps of: (a) acquiring a sensing channel information from each sensor node and a signal- ; (b) obtaining a local threshold reflecting the channel environment using the sensing channel information and the SNR, and transmitting the local threshold to each sensor node; (c) receiving sensing results according to spectral sensing of a primary user (PU) using the local threshold from each of the sensor nodes; And (d) collecting the sensing results of the sensor nodes and finally determining whether the PU uses the frequency band.
상기 센싱 채널 정보는 상기 각 센서 노드와 상기 PU간의 센싱 채널에 대한 신호대잡음비 및 잡음 분산 중 적어도 하나이다.The sensing channel information is at least one of a signal-to-noise ratio and a noise variance for a sensing channel between each sensor node and the PU.
상기 센싱 결과는, 상기 각 센서 노드가 상기 PU에 대한 스펙트럼 센싱을 수행한 후 상기 로컬 문턱치를 이용하여 양자화한 결과이다.The sensing result is a result of the quantization using the local threshold after each sensor node performs spectrum sensing on the PU.
상기 양자화는 L-레벨로 양자화되되, 실수값으로 양자화된다.The quantization is quantized to the L-level and quantized to the real value.
상기 (b) 단계에서, 전역 문턱치 및 양자화 레벨 중 적어도 하나를 더 구할 수 있다.In the step (b), at least one of the global threshold value and the quantization level may be further obtained.
상기 (b) 단계에서, 상기 센싱 채널 정보 및 상기 신호대잡음비를 이용하여 상기 전역 문턱치 및 상기 양자화 레벨에 따른 오보 경보 확률을 최소로 하고, 상기 전역 문턱치 및 상기 양자화 레벨에 따른 검출 확률을 최대로 하는 목적 함수를 만족하도록 상기 로컬 문턱치, 상기 전역 문턱치 및 상기 양자화 레벨 중 적어도 하나가 산출될 수 있다.In the step (b), an error alarm probability according to the global threshold value and the quantization level is minimized using the sensing channel information and the SNR, and the detection probability according to the global threshold value and the quantization level is maximized At least one of the local threshold, the global threshold, and the quantization level may be calculated to satisfy an objective function.
상기 목적 함수는 하기 수학식으로 정의되되,The objective function is defined by the following equation,
여기서, 는 L-레벨 양자화 기반의 검출 확률을 나타내며, 는 전역 문턱치를 나타내고, 는 L-레벨 양자화 기반의 오보 경보 확률을 나타내며, 는 오보 경보 확률의 상한(upper bound)을 나타낸다. here, Represents the detection probability of the L-level quantization-based detection, Represents a global threshold value, Indicates an error alarm probability based on L-level quantization, Represents the upper bound of the false alarm probability.
상기 (d) 단계는, 상기 각 센서 노드의 센싱 결과를 이용하여 융합 규칙에 따른 판단 통계값을 계산하는 단계; 및 상기 판단 통계값과 상기 전역 문턱치를 비교하여 상기 PU의 주파수 대역 사용 유무를 판단하는 단계를 포함할 수 있다.The step (d) may include: calculating a determination statistic value according to a fusion rule using sensing results of the sensor nodes; And comparing the judgment statistic value with the global threshold value to determine whether the PU uses the frequency band.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, N(자연수) 개의 센서 노드와 연결된 융합 센터에서의 협력 스펙트럼 센싱 방법에 있어서, (a) 각 센서 노드로부터 대한 센싱 채널 정보 및 무선 피드백 채널에 대한 신호대잡음비를 획득하는 단계; (b) 상기 센싱 채널 정보 및 상기 신호대잡음비에 대응하는 로컬 문턱치를 최적화 파라미터 룩업 테이블에서 독출하여 상기 각 센서 노드로 전송하는 단계; (c) 상기 각 센서 노드로부터 상기 로컬 문턱치를 이용한 PU(primary user)의 스펙트럼 센싱에 따른 센싱 결과를 각각 수신하는 단계; 및 (d) 상기 각 센서 노드의 센싱 결과를 취합하여 상기 PU의 주파수 대역 사용 유무를 최종 판단하는 단계를 포함하는 협력 스펙트럼 센싱 방법이 제공될 수 있다. According to another embodiment of the present invention, there is provided a cooperative spectrum sensing method in a fusion center connected to N (natural number) sensor nodes, comprising: (a) acquiring a sensing channel information from each sensor node and a signal- ; (b) reading the local threshold value corresponding to the sensing channel information and the signal-to-noise ratio from the optimization parameter look-up table and transmitting the same to each sensor node; (c) receiving sensing results according to spectral sensing of a primary user (PU) using the local threshold from each of the sensor nodes; And (d) collecting the sensing results of the sensor nodes and finally determining whether the PU uses the frequency band.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 협력 스펙트럼 센싱의 검출 확률을 최소화하거나 오보 확률 및 미검출 확률을 최소화할 수 있는 장치가 제공된다.According to another aspect of the present invention, there is provided an apparatus capable of minimizing the detection probability of cooperative spectrum sensing or minimizing the probability of false detection and the probability of non-detection.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 협력 스펙트럼 센싱을 위한 융합 센터에 있어서, 각 센서 노드로부터 대한 센싱 채널 정보 및 무선 피드백 채널에 대한 신호대잡음비를 획득하는 통신부; 상기 센싱 채널 정보 및 상기 신호대잡음비를 이용하여 각 센서 노드의 로컬 문턱치를 도출하는 계산부; 및 상기 통신부를 통해 각 센서로 전송된 로컬 문턱치를 이용한 PU(primary user)의 스펙트럼 센싱에 따른 센싱 결과를 상기 각 센서 노드로부터 취합한 후 상기 PU의 주파수 대역 사용 유무를 최종 판단하는 분석부를 포함하는 융합 센터가 제공될 수 있다. According to an embodiment of the present invention, a fusion center for cooperative spectrum sensing, comprising: a communication unit for acquiring sensing channel information and a signal-to-noise ratio for a wireless feedback channel from each sensor node; A calculation unit for deriving a local threshold value of each sensor node using the sensing channel information and the SNR; And an analyzing unit for collecting, from each of the sensor nodes, a sensing result according to spectrum sensing of a primary user (PU) using a local threshold transmitted to each sensor through the communication unit, and finally determining whether the PU uses a frequency band A fusion center can be provided.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 협력 스펙트럼 센싱을 위한 융합 센터에 있어서, 각 센서 노드로부터 대한 센싱 채널 정보 및 무선 피드백 채널에 대한 신호대잡음비를 획득하는 통신부; 최적화 파라미터 룩업 테이블을 저장하는 메모리; 상기 획득된 센싱 채널 정보 및 상기 신호대잡음비에 대응하는 로컬 문턱치를 상기 최적화 파라미터 룩업 테이블에서 독출하여 상기 통신부를 통해 각 센서 노드로 전송하도록 제어하는 프로세서; 및 상기 각 센서 노드로부터 상기 로컬 문턱치를 이용한 PU(primary user)의 스펙트럼 센싱에 따른 센싱 결과를 취합한 후 상기 PU의 주파수 대역 사용 유무를 최종 판단하는 분석부를 포함하는 융합 센터가 제공될 수 있다. According to another embodiment of the present invention, there is provided a fusion center for cooperative spectrum sensing, comprising: a communication unit for obtaining sensing channel information and a signal-to-noise ratio for a wireless feedback channel from each sensor node; A memory for storing an optimization parameter look-up table; A processor for reading out the obtained sensing channel information and a local threshold corresponding to the S / N ratio from the optimization parameter look-up table and transmitting the same to each sensor node through the communication unit; And an analysis unit for collecting a sensing result according to spectrum sensing of a primary user (PU) using the local threshold value from each of the sensor nodes, and finally determining whether or not to use the frequency band of the PU.
본 발명의 일 실시예에 따른 협력 스펙트럼 센싱 방법 및 그 장치를 제공함으로써, 각 채널의 정보를 얻고 이를 기반으로 협력 스펙트럼 센싱을 수행할 경우, 최대 검출 확률을 가질 수 있는 최적의 파라미터를 구할 수 있고, 이를 이용하여 협력 스펙트럼 센싱을 수행함으로써 채널 환경 변화에 따라 높은 검출 확률을 확보할 수 있는 이점이 있다.By providing the cooperative spectrum sensing method and apparatus according to an embodiment of the present invention, when information on each channel is obtained and cooperative spectrum sensing is performed based on the information on each channel, optimum parameters capable of having the maximum detection probability can be obtained , And cooperative spectrum sensing is performed by using the cooperative spectrum sensing. Thus, a high detection probability can be secured according to the channel environment change.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 협력 스펙트럼 센싱을 위한 시스템 구성을 개략적으로 도시한 도면.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 협력 스펙트럼 센싱 방법을 나타낸 흐름도.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 협력 스펙트럼 센싱 방법을 나타낸 흐름도.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 양자화 레벨에 따른 최대 검출 확률을 나타낸 도면.
도 5 및 도 6은 종래와 본 발명의 융합 규칙에 따른 성능을 비교한 그래프.
도 7 및 도 8은 종래와 본 발명의 일 실시예에 따른 협력 스펙트럼 센싱에서 센싱 채널 SNR을 잘못 추정한 경우 검출 확률의 차이 및 오보 경보 확률의 차이를 나타낸 그래프.
도 9 및 도 10은 종래와 본 발명의 일 실시예에 따른 협력 스펙트럼 센싱에서 피드백 채널 SNR을 잘못 추정한 경우 검출 확률의 차이 및 오보 경보 확률의 차이를 나타낸 그래프.
도 11은 종래와 본 발명의 일 실시예에 따른 협력 스펙트럼 센싱에서 최적화 과정에서 융합 규칙의 수렴 속도를 나타낸 그래프.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 융합 센터의 내부 구성을 개략적으로 도시한 블록도.1 schematically illustrates a system configuration for cooperative spectrum sensing according to an embodiment of the present invention;
2 is a flow chart illustrating a cooperative spectrum sensing method according to an embodiment of the present invention;
3 is a flow chart illustrating a cooperative spectrum sensing method according to another embodiment of the present invention.
4 is a diagram illustrating a maximum detection probability according to a quantization level according to an embodiment of the present invention.
FIGS. 5 and 6 are graphs comparing performance according to the fusion rule of the present invention.
FIG. 7 and FIG. 8 are graphs showing a difference in detection probability and a difference in false alarm probability when the sensing channel SNR is wrongly estimated in the cooperative spectrum sensing according to an embodiment of the present invention.
9 and 10 are graphs showing differences in detection probability and false alarm probability when the feedback channel SNR is erroneously estimated in the cooperative spectrum sensing according to an embodiment of the present invention.
11 is a graph showing convergence rates of convergence rules in the optimization process in the cooperative spectrum sensing according to an embodiment of the present invention.
12 is a block diagram schematically illustrating an internal configuration of a fusion center according to an embodiment of the present invention;
본 명세서에서 사용되는 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "구성된다" 또는 "포함한다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 여러 구성 요소들, 또는 여러 단계들을 반드시 모두 포함하는 것으로 해석되지 않아야 하며, 그 중 일부 구성 요소들 또는 일부 단계들은 포함되지 않을 수도 있고, 또는 추가적인 구성 요소 또는 단계들을 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다. 또한, 명세서에 기재된 "...부", "모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어 또는 소프트웨어로 구현되거나 하드웨어와 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.As used herein, the singular forms "a", "an" and "the" include plural referents unless the context clearly dictates otherwise. In this specification, the terms "comprising ", or" comprising "and the like should not be construed as necessarily including the various elements or steps described in the specification, Or may be further comprised of additional components or steps. Also, the terms "part," " module, "and the like described in the specification mean units for processing at least one function or operation, which may be implemented in hardware or software or a combination of hardware and software .
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 협력 스펙트럼 센싱을 위한 시스템 구성을 개략적으로 도시한 도면이다.FIG. 1 is a diagram schematically showing a system configuration for cooperative spectrum sensing according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 협력 스펙트럼 센싱을 위한 시스템은 PU(110), 적어도 하나의 센서 노드(120) 및 융합 센터(130)를 포함하여 구성된다.Referring to FIG. 1, a system for cooperative spectrum sensing according to an exemplary embodiment of the present invention includes a
이하에서는 이해와 설명의 편의를 도모하기 위해 PU, 센서 노드 및 융합 센터로 지칭하여 설명하나, 이는 각각 통신 기능, 메모리 및 프로세서 중 적어도 하나를 구비한 전자장치일 수 있다.Hereinafter, the PU, the sensor node, and the fusion center will be referred to as an electronic device having at least one of a communication function, a memory and a processor in order to facilitate understanding and explanation.
즉, PU 및 센서 노드는 통신 기능을 구비한 터미널(terminal)일 수 있으며, 융합 센터는 서버일 수 있다. 이하에서 PU, 센서 노드 및 융합 센터로 각각 지칭되더라도 이는 터미널 또는 서버로 확장 해석되어야 함은 당연하다. That is, the PU and the sensor node may be a terminal having a communication function, and the fusion center may be a server. Hereinafter, although they are referred to as a PU, a sensor node, and a convergence center, it should be understood that this should be extended to a terminal or a server.
PU(110)는 주사용자(Primary user)를 나타낸다. PU(110)는 채널을 할당받는 사용자 장치로 이해되어야 할 것이다.The PU 110 represents a primary user. The
따라서, PU(110)는 센서 노드(120)가 사용하고자 하는 목적 채널 또는 주파수 대역에 대해 우선권을 가질 수 있다. 즉, PU(110)는 언제든지 자신이 우선권을 가지는 목적 채널을 사용할 수 있다. Accordingly, the PU 110 may have priority over the target channel or frequency band that the
센서 노드(120)는 PU(110)의 목적 채널(주파수 대역)을 사용하고자 하는 장치이다. 여기서, 센서 노드(120)는 PU(110)와는 달리 채널을 할당받지 않은 장치이다. 즉, 센서 노드(120)는 PU(110)의 주파수 사용 여부에 따라 PU의 주파수 대역을 활용할 수 있다. 즉, 센서 노드(120)는 PU(110)가 목적 채널(주파수 대역)을 사용하고 있지 않을 때에만 해당 목적 채널을 사용할 수 있다.The
본 발명의 일 실시예에 따른 센서 노드(120)는 협력 스펙트럼 센서 노드로서, PU(110)가 사용하는 주파수에 대해 스펙트럼 센싱을 수행하고, 판단 결과를 무선 채널을 통해 융합 센터(130)로 전송한다. 여기서, 복수의 센서 노드(120)는 동일한 시간에 PU(110)를 협력 센싱할 수 있다.The
본 발명의 일 실시예에 따른 복수의 센서 노드(120)는 L-레벨 양자화 기반의 협력 스펙트럼 센싱을 수행한다. L-레벨 양자화 기반 협력 스펙트럼 센싱을 위해서는 각 센서 노드(120)에서 (L-1)개의 로컬 문턱치가 필요하다.The plurality of
결과적으로 각 센서 노드(120)마다 로컬 문턱치를 다르게 적용하며, 각 센서 노드(120)는 로컬 문턱치를 이용하여 양자화를 수행하고 그 결과에 해당하는 L-레벨 심볼을 융합 센터(130)로 전송할 수 있다.As a result, the local threshold value is applied to each
이에 따라, 융합 센터(130)는 L-레벨 심볼을 각 센서 노드(120)로부터 취합하여 전역 문턱치와 비교하여 PU(110)의 주파수 사용 여부에 대한 최종 판단을 수행하도록 할 수 있다. 이에 대해서는 하기에서 보다 상세히 설명하기로 한다.Accordingly, the
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 협력 스펙트럼 센싱 방법을 나타낸 흐름도이다.2 is a flowchart illustrating a cooperative spectrum sensing method according to an embodiment of the present invention.
단계 210에서 각 센서 노드(120)는 센싱 요구 신호를 융합 센터(130)로 전송한다. 이때, 각 센서 노드(120)는 SRS 신호를 이용하여 센싱 요구 신호를 융합 센터(130)로 전송할 수 있다.In step 210, each
각 센서 노드(120)는 주기적 또는 비주기적으로 각 센서 노드(120)와 PU(110) 사이의 센싱 채널에 대한 신호대잡음비(SNR) 및 잡음 분산을 측정한 후 이를 저장할 수 있다.Each
복수의 센서 노드들 중 어느 하나의 센서 노드에 의한 주파수 스펙트럼 사용에 대한 요구가 있을 경우, 각 센서 노드(120)는 SRS 신호를 이용하여 센싱 요구 신호를 융합 센터(130)로 전송할 수 있다.When there is a request for use of the frequency spectrum by any one of the plurality of sensor nodes, each
각 센서 노드(120)가 SRS 신호를 이용하여 센싱 요구 신호를 융합 센터(130)로 전송시, 센싱 채널에 대한 정보(이하에서는 센싱 채널 정보라 칭하기로 함)를 함께 전송할 수 있다. 여기서, 센싱 채널 정보는 센싱 채널에 대한 SNR 및 잡음 분산 중 적어도 하나일 수 있다.When each
물론, 각 센서 노드(120)는 SRS 신호와는 별도로 센싱 채널 정보를 융합 센터(130)로 전송할 수도 있음은 당연하다. Of course, it is natural that each
단계 215에서 융합 센터(130)는 각 센서 노드(120)의 센싱 요구 신호에 따라 피드백 채널에 대한 SNR과 센싱 채널 정보를 각각 획득한다. 여기서, 피드백 채널은 각 센서 노드(120)와 융합 센터(130)간의 무선 채널을 지칭한다.In
이어, 단계 220에서 융합 센터(130)는 획득된 피드백 채널에 대한 SNR과 센싱 채널 정보를 이용하여 융합 규칙에 따른 최적의 파라미터를 도출한다. 여기서, 파라미터는 로컬 문턱치, 양자화 레벨 및 전역 문턱치 중 적어도 하나일 수 있다.Next, in
예를 들어, 융합 센터(130)는 센싱 채널 정보 및 상기 신호대잡음비를 이용하여 전역 문턱치 및 양자화 레벨에 따른 오보 경보 확률을 최소로 하고, 전역 문턱치 및 양자화 레벨에 따른 검출 확률을 최대로 하는 목적 함수를 만족하는 파라미터를 도출할 수 있다.For example, the
이에 대해서는 이하의 설명에 의해 보다 명확하게 이해될 것이다. This will be more clearly understood from the following description.
본 발명의 일 실시예에 따른 협력 스펙트럼 센싱은 이미 전술한 바와 같이, L-레벨 양자화 기반의 협력 스펙트럼 센싱이다. Cooperative spectrum sensing according to an embodiment of the present invention is cooperative spectrum sensing based on L-level quantization as described above.
L-레벨 양자화 기반 융합 규칙의 판단 통계값(decision statistics)은 수학식 1을 이용하여 계산될 수 있다.The decision statistics of the L-level quantization-based fusion rule can be calculated using Equation (1).
여기서, i는 각 센서 노드의 인덱스를 나타내고, 는 센서 노드 i로부터 수신한 센싱 결과를 양자화 레벨 각 구간에 매핑하여 얻은 값이다.Here, i represents an index of each sensor node, Is a value obtained by mapping the sensing result received from the sensor node i to each section of the quantization level.
여기서, 양자화 레벨 각 구간()은 실수일 수 있다.Here, each quantization level interval ( ) May be a real number.
본 발명의 일 실시예에 따른 융합 센터(130)는 하기에서 보다 상세히 설명되겠지만, N개의 센서 노드로부터 수신된 센싱 결과를 양자화 레벨 구간에 각각 매핑한 후 이를 기반으로 도출된 판단 통계값과 전역 문턱치()를 이용하여 PU의 주파수 대역 사용 유무에 대한 최종 판단을 수행할 수 있다. The
각 센서 노드에서 사용하게 될 (L-1)개의 로컬 문턱치와 양자화 레벨 구간(), 전역 문턱치를 결정하기 위해, 융합 규칙의 검출 확률을 유도하면 수학식 2와 같다.(L-1) local threshold values to be used by each sensor node and a quantization level interval ), The probability of detection of the fusion rule is derived to determine the global threshold, as shown in Equation (2).
여기서, 는 융합 센터에서 센서 노드로부터 수신한 센싱 결과를 매핑한 결과가 j번째 양자화 구간으로 판단된 총 수를 나타낸다. here, Represents the total number of j-th quantization intervals obtained by mapping the sensing result received from the sensor node in the fusion center.
따라서, 을 만족한다. therefore, .
과 가 주어진 경우, 는 과 을 만족하는 모든 벡터의 집합을 나타낸다. and Lt; / RTI > The and All that satisfy Represents a set of vectors.
또한, 은 을 i번째 센서 노드와 융합 센터 사이의 무선 피드백 채널의 SNR()에 대해 평균을 취한 결과를 나타낸다. Also, silver (SNR) of the wireless feedback channel between the i-th sensor node and the fusion center ). The results are shown in FIG.
또한, 이다.Also, to be.
각 센서 노드에서 사용하는 로컬 문턱치를 라 가정하고, 이고, 라고 가정할 때, 을 나타낸다. The local threshold used by each sensor node is However, ego, Assuming that, .
는 i번째 센서에서 스펙트럼 센싱한 결과를 나타내고, 는 PU의 신호가 있을 때를 나타낸다. Represents the result of spectral sensing at the i-th sensor, Indicates when there is a signal of the PU.
는 피드백 채널 SNR ()이 주어진 경우, 심볼 오류 확률을 나타내며, 은 피드백 채널 SNR()이 주어진 경우, 센서 노드에서 심볼을 전송하였으나, 융합 센터에서 매핑한 결과 일 확률을 나타낸다. Lt; RTI ID = 0.0 > SNR ( ) Is given, it represents the symbol error probability, Lt; RTI ID = 0.0 > SNR ( ) Is given, the sensor node Symbol, but the mapping result from the fusion center Probability.
비슷한 방법으로 오보 경보 확률을 유도하면, (PU 신호가 없을 때) PU 신호가 있다고 오판하는 결과로 수학식 3과 같이 나타낼 수 있다.By deriving the probability of false alarms in a similar way, (When there is no PU signal), it can be expressed as
여기서, 이고, 이며, 는 피드백 채널 SNR()에 대하여 의 평균을 취한 결과를 나타낸다. here, ego, Lt; Lt; RTI ID = 0.0 > SNR ( )about Of the average value.
검출 확률 식 및 오보 경보 확률 식(즉, 수학식 2 및 수학식 3)을 이용하여 NP 기준하에서 최적화를 진행하여 (L-1)개의 로컬 문턱치(), 양자화 레벨 구간() 및 전역 문턱치를 구할 수 있다.Optimization is performed under the NP criterion using the detection probability formula and the false alarm probability formula (i.e.,
이러한 목적함수를 식으로 나타내면 수학식 4와 같다.This objective function can be expressed by Equation (4).
여기서, 이고, 이다. here, ego, to be.
는 오보 경보 확률의 상한값(upper bound)를 나타낸다. 센싱 채널 정보(예를 들어, 센싱 채널의 SNR)이 주어진 경우 로컬 문턱치()는 의 함수 관계로 나타낼 수 있으므로, 목적함수 식과 같이 나타낼 수 있다. Represents the upper bound of the false alarm probability. Given the sensing channel information (e.g., the SNR of the sensing channel), the local threshold ) And can be expressed as an objective function expression.
따라서, 센싱 채널의 SNR과 피드백 채널의 SNR이 주어진 경우, 수학식 4의 목적 함수를 만족하는 최적의 파라미터(로컬 문턱치, 양자화 레벨 구간, 전역 문턱치)를 도출할 수 있게 된다.Accordingly, when the SNR of the sensing channel and the SNR of the feedback channel are given, it is possible to derive an optimal parameter (local threshold, quantization level section, global threshold) satisfying the objective function of Equation (4).
단계 225에서 융합 센터(130)는 각 센서 노드로 로컬 문턱치를 전송한다.In
단계 230에서 각 센서 노드(120)는 PU에 대한 스펙트럼 센싱을 수행하고 로컬 문턱치를 이용하여 양자화를 수행한 후 그 결과(즉, 센싱 결과)를 융합 센터(130)로 전송한다.In
단계 235에서 융합 센터(130)는 각 센서 노드(120)로부터 수신한 센싱 결과를 취합하여 융합 규칙에 따른 판단 통계값을 도출한다. In
융합 규칙에 따른 판단 통계값을 도출하는 방법에 대해서는 이미 전술한 바와 동일하므로 중복되는 설명은 생략하기로 한다.Since the method of deriving the judgment statistic value according to the fusion rule is the same as that described above, a duplicate explanation will be omitted.
단계 240에서 융합 센터(130)는 도출된 판단 통계값 및 전역 문턱치를 이용하여 PU의 주파수 대역 사용 유무에 대한 최종 판단을 수행한다. 융합 센터(130)는 최종 판단 결과를 각 센서 노드로 전송할 수 있으며, 이에 따라 각 센서 노드의 스펙트럼 사용 여부가 결정될 수 있다.In
예를 들어, 융합 센터(130)는 융합 규칙에 따라 도출된 판단 통계값이 전역 문턱치보다 크면() PU가 주파수 대역을 사용하는 것으로 판단할 수 있다.For example, if the judgment statistic value derived in accordance with the fusion rule is greater than the global threshold value ( ) It can be judged that the PU uses the frequency band.
반면, 융합 센터(130)는 융합 규칙에 따라 도출된 판단 통계값이 전역 문턱치보다 작으면() PU가 주파수 대역을 사용하지 않는 것으로 판단할 수 있다. On the other hand, if the judgment statistic value derived according to the fusion rule is smaller than the global threshold value ) It can be determined that the PU does not use the frequency band.
도 2를 참조하여, 실시간으로 센싱 채널 및 피드백 채널에 대한 SNR을 이용하여 융합 규칙에 따른 최적 파라미터(로컬 문턱치, 양자화 레벨 및 전역 문턱치 중 적어도 하나)를 도출하고, 이를 기반으로 협력 스펙트럼 센싱을 수행하는 방법에 대해 설명하였다. 이와 같이, 실시간으로 센싱 채널 및 피드백 채널에 대한 SNR을 이용하여 융합 규칙에 따른 최적 파라미터를 도출하여 협력 스펙트럼 센싱을 수행함으로써 채널 환경 변화에 따라 높은 검출 확률을 확보할 수 있는 이점이 있다. Referring to FIG. 2, an optimal parameter (at least one of a local threshold, a quantization level, and a global threshold) according to a fusion rule is derived using SNRs for a sensing channel and a feedback channel in real time, and cooperative spectrum sensing is performed based thereon . As described above, by using the SNR for the sensing channel and the feedback channel in real time, optimal parameters according to the convergence rule are derived and the cooperative spectrum sensing is performed, thereby providing a high detection probability according to the channel environment change.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 협력 스펙트럼 센싱 방법을 나타낸 흐름도이다. 3 is a flowchart illustrating a cooperative spectrum sensing method according to another embodiment of the present invention.
단계 310에서 융합 센터(130)는 센싱 채널의 각 센싱 채널 정보 및 피드백 채널의 각 SNR을 이용하여 융합 규칙에 따른 최적의 파라미터를 각각 도출하고, 이를 최적화 파라미터 룩업 테이블에 저장한다.In
즉, 융합 센터(130)는 사전에 센싱 채널 정보 및 피드백 채널 각각에 대한 최적의 파라미터를 도출한 후, 센서 노드에 의한 스펙트럼 사용에 대한 요구가 있을 경우, 최적화 파라미터 룩업 테이블에서 정보(예를 들어, 로컬 문턱치, 전역 문턱치 및 양자화 레벨 중 적어도 하나)를 독출하여 활용할 수 있다.That is, the
즉, 각 센싱 채널 정보 및 각 피드백 채널의 SNR에 대한 최적의 파라미터를 스펙트럼 사용 요구 이전에 각각 도출한 후 테이블 형태로 저장한 후 필요한 정보를 읽어서 활용할 수 있다. That is, each sensing channel information and optimum parameters for the SNR of each feedback channel may be derived before the spectrum use request, and then stored in a table form, and the required information may be read and utilized.
센싱 채널 정보 및 피드백 채널의 SNR을 이용하여 최적의 파라미터를 도출하는 방법은 도 2에서 설명한 바와 동일하므로 중복되는 설명은 생략하기로 한다. The method for deriving the optimal parameters using the sensing channel information and the SNR of the feedback channel is the same as that described with reference to FIG. 2, so that redundant description is omitted.
단계 315에서 각 센서 노드(120)는 센싱 요구 신호를 융합 센터(130)로 전송한다. In step 315, each
이에 따라, 단계 320에서 융합 센터(130)는 각 센서 노드(120)의 피드백 채널의 SNR과 센싱 채널 정보를 각각 획득한다. Accordingly, in
단계 325에서 융합 센터(130)는 최적화 파라미터 룩업 테이블에서 피드백 채널의 SNR과 센싱 채널 정보에 대응하는 파라미터를 독출한다. 여기서, 파라미터는 이미 전술한 바와 같이, 로컬 문턱치, 전역 문턱치 및 양자화 레벨 중 적어도 하나일 수 있다.In
단계 330에서 융합 센터(130)는 독출된 파라미터 중 로컬 문턱치를 각 센서 노드(120)로 전송한다.In step 330, the
단계 335에서 각 센서 노드(120)는 PU에 대한 스펙트럼 센싱을 수행하고 로컬 문턱치를 이용하여 양자화를 수행한 후 그 결과(즉, 센싱 결과)를 융합 센터(130)로 전송한다.In
단계 340에서 융합 센터(130)는 각 센서 노드(120)로부터 수신한 센싱 결과를 취합하여 융합 규칙에 따른 판단 통계값을 도출한다. In
융합 규칙에 따른 판단 통계값을 도출하는 방법에 대해서는 이미 전술한 바와 동일하므로 중복되는 설명은 생략하기로 한다.Since the method of deriving the judgment statistic value according to the fusion rule is the same as that described above, a duplicate explanation will be omitted.
단계 345에서 융합 센터(130)는 도출된 판단 통계값 및 전역 문턱치를 이용하여 PU의 주파수 대역 사용 유무에 대한 최종 판단을 수행한다.In
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 양자화 레벨에 따른 최대 검출 확률을 나타낸 도면이다. 도 4를 참조하면, 에 상관없이 4 레벨 양자화 기반의 협력 스펙트럼 센싱의 최대 검출 성능이 나머지 레벨의 양자화 기반의 협력 스펙트럼 센싱의 성능과 같거나 뛰어난 것을 알 수 있다.4 is a diagram illustrating a maximum detection probability according to a quantization level according to an embodiment of the present invention. Referring to Figure 4, It can be seen that the maximum detection performance of the cooperative spectrum sensing based on the 4-level quantization is equal to or superior to the performance of the cooperative spectrum sensing based on the quantization based on the remaining levels.
도 5 및 도 6은 종래와 본 발명의 융합 규칙에 따른 성능을 비교한 그래프이다.5 and 6 are graphs comparing performance according to the fusion rule of the present invention.
도 5 및 도 6에서 보여지는 바와 같이, 센서 노드의 개수에 상관없이 본 발명의 융합 규칙의 성능이 CV 융합 규칙과 성능이 동일하고, LRT를 제외한 나머지 융합 규칙보다는 성능이 우수한 것을 알 수 있다.As shown in FIGS. 5 and 6, regardless of the number of sensor nodes, the performance of the fusion rule of the present invention is the same as that of the CV fusion rule, and the performance is superior to that of the remaining fusion rules except LRT.
다만, LRT와 CV의 경우 융합 규칙 특성상 융합 선터에서 양자화 레벨 및 로컬 문턱치에 따른 확률 분포가 요구된다. 이는 센서 노드의 정보로 융합 센터에서 알기 위해서는 센서 노드에서 추가적으로 전송해줘야 하는 단점이 존재하므로 이에 따른 오버헤드가 큰 단점이 있다.However, in the case of LRT and CV, probability distribution according to the quantization level and local threshold value is required in the fusion fitter due to the nature of the fusion rule. This is a disadvantage in that there is a disadvantage that additional information must be transmitted from the sensor node in order to know the sensor node information at the fusion center.
반면 본 발명의 일 실시예에 따른 융합 규칙은 융합 센터에서 추가적으로 요구되는 정보량이 없음에도 불구하고 CV와 동일하게 성능이 나올 만큼 우수한 검출 성능을 보이는 것을 알 수 있다. On the other hand, the convergence rule according to the embodiment of the present invention shows that the detection performance is as good as that of CV, even though there is no additional information amount required in the fusion center.
도 7 및 도 8은 종래와 본 발명의 일 실시예에 따른 협력 스펙트럼 센싱에서 센싱 채널 SNR을 잘못 추정한 경우 검출 확률의 차이 및 오보 경보 확률의 차이를 나타낸 그래프이다.FIGS. 7 and 8 are graphs showing differences in detection probability and false alarm probability when the sensing channel SNR is erroneously estimated in the cooperative spectrum sensing according to an embodiment of the present invention.
도 7 및 도 8에서 보여지는 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 다른 융합 규칙은 센싱 채널 SNR 오류에 매우 둔감하게 반응하지만, LRT, CV 융합 규칙의 경우에는 민감하게 반응하는 것을 알 수 있다.As shown in FIGS. 7 and 8, the fusion rules according to an embodiment of the present invention are very insensitive to the SNR errors of the sensing channel, but are sensitive to the LRT and CV fusion rules.
도 9 및 도 10은 종래와 본 발명의 일 실시예에 따른 협력 스펙트럼 센싱에서 피드백 채널 SNR을 잘못 추정한 경우 검출 확률의 차이 및 오보 경보 확률의 차이를 나타낸 그래프이다.9 and 10 are graphs showing differences in detection probability and false alarm probability when the feedback channel SNR is erroneously estimated in the cooperative spectrum sensing according to an embodiment of the present invention.
LRT 융합 규칙이 본 발명의 융합 규칙 및 CV 융합 규칙보다 둔감하게 동작되는 것을 알 수 있다. 실제 최적화는 융합 센터에서 이루어지고 융합 센터는 SRS 신호를 이용하여 피드백 채널의 SNR을 측정하여 그 오차를 줄일 수 있다. 그러나, 센싱 채널 SNR의 경우에는 센서 노드에서 측정한 값을 무선 채널을 통해 받는 형태로, 그 오차가 클 수 있다.It can be seen that the LRT fusion rules operate more dull than the fusion rules and CV fusion rules of the present invention. The actual optimization is performed in the fusion center, and the fusion center can reduce the error by measuring the SNR of the feedback channel using the SRS signal. However, in the case of the sensing channel SNR, a value measured at the sensor node is received through the wireless channel, and the error may be large.
다라서, 센싱 채널 SNR 오차에 더 둔감하게 동작하는 본 발명의 융합 규칙이 더욱 현실적인 기술임을 알 수 있다.Thus, it can be seen that the convergence rule of the present invention, which operates more insensitively to the sensing channel SNR error, is a more realistic technique.
도 11은 종래와 본 발명의 일 실시예에 따른 협력 스펙트럼 센싱에서 최적화 과정에서 융합 규칙의 수렴 속도를 나타낸 그래프이다. FIG. 11 is a graph illustrating a convergence rate of convergence rules in the optimization process in the cooperative spectrum sensing according to an embodiment of the present invention.
종래와 본 발명의 협력 스펙트럼 센싱에서 융합 규칙을 DE(differential evolution)을 이용하여 최적화 문제를 해결하였다. DE는 진화 알고리즘으로 유전자 변형을 통해 우수한 인자로 변화하는 것과 같이 반복 복호를 통해 최적의 값으로 수렴하는 최적화 문제 풀이 방법이다. In the conventional and the cooperative spectrum sensing of the present invention, optimization problem is solved by using DE (differential evolution) fusion rule. DE is an optimization problem solving method that converges to an optimal value through iterative decoding as the evolutionary algorithm changes into an excellent factor through gene transformation.
DE를 활용하여 각 융합 규칙의 최적 파라미터를 찾을 때 종래와 본 발명의 융합 규칙이 모두 비슷한 수렴 속도를 보이는 것을 알 수 있다. When DE is used to find the optimal parameters of each fusion rule, it can be seen that the convergence speed of the conventional and the convergence rules of the present invention are all similar.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 융합 센터의 내부 구성을 개략적으로 도시한 블록도이다.FIG. 12 is a block diagram schematically illustrating an internal configuration of a fusion center according to an embodiment of the present invention.
도 12를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 융합 센터(130)는 통신부(1210), 계산부(1215), 분석부(1220), 메모리(1225) 및 프로세서(1230)를 포함하여 구성된다.12, a
통신부(1210)는 다른 장치와 데이터를 송수신하기 위한 수단이다.The
예를 들어, 통신부(1210)는 각 센서 노드(120)로부터 피드백 채널을 통해 SRS 신호 및 센싱 채널 정보 중 적어도 하나를 수신할 수 있다. 또한, 통신부(1210)는 프로세서(1230)의 제어에 따라 로컬 문턱치를 각 센서 노드로 전송할 수도 있다.For example, the
계산부(1215)는 센싱 채널 정보 및 피드백 채널의 SNR을 이용하여 융합 규칙에 따른 파라미터를 계산하는 기능을 한다. 피드백 채널의 SNR은 SRS 신호 수신에 따라 측정될 수 있다. 또한, 파라미터는 이미 전술한 바와 같이, 로컬 문턱치, 전역 문턱치 및 양자화 레벨 중 적어도 하나일 수 있다.The
분석부(1220)는 각 센서 노드로 전송된 로컬 문턱치를 이용한 PU(primary user)의 스펙트럼 센싱에 따른 센싱 결과를 각 센서 노드로부터 취합한 PU의 주파수 대역 사용 유무를 최종 판단하기 위한 수단이다.The
각 센서 노드로부터 취합된 센싱 결과를 이용하여 PU의 주파수 대역 사용 유무를 판단하는 방법은 도 2 및 도 3를 참조하여 설명한 바와 동일하므로 중복되는 설명은 생략하기로 한다. The method of determining whether to use the frequency band of the PU by using the sensing result collected from each sensor node is the same as that described with reference to FIG. 2 and FIG. 3, and thus a duplicate description will be omitted.
메모리(1225)는 본 발명의 일 실시예에 따른 협력 스펙트럼 센싱을 수행하기 위해 필요한 다양한 알고리즘, 이 과정에서 파생되는 다양한 데이터 등을 저장하기 위한 수단이다.The
프로세서(1230)는 본 발명의 일 실시예에 따른 융합 센터(130)의 내부 구성 요소들(예를 들어, 통신부(1210), 계산부(1215), 분석부(1220), 메모리(1225) 등)을 제어하기 위한 수단이다.The processor 1230 may include internal components (e.g., a
도 12에서는 실시간 채널 환경에 따라 융합 규칙에 따른 최적화(즉, 최적 파라미터 도출)를 수행하여 협력 스펙트럼 센싱을 수행하는 것을 중심으로 설명하였다.In FIG. 12, the cooperative spectrum sensing is performed by optimizing according to the convergence rule according to the real-time channel environment (i.e., deriving an optimal parameter).
그러나, 다른 실시예로, 각 센싱 채널 정보 및 각 피드백 채널의 SNR에 따른 최적화(즉, 최적 파라미터 도출)를 우선 수행한 후 이를 테이블(최적 파라미터 룩업 테이블)에 저장한 후, 실시간 채널 환경(즉, 센싱 채널 정보 및 피드백 채널의 SNR)에 대응하는 파라미터를 추출한 후 이를 이용하여 협력 스펙트럼 센싱을 수행할 수도 있다. 이는 도 3에서 설명한 바와 동일하므로 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 다만, 사전에 테이블에 각 센싱 채널 정보 및 피드백 채널의 SNR에 따른 최적 파라미터를 도출하여 저장한 경우, 프로세서(1230)는 스펙트럼 사용이 요구되는 실제 채널 환경(센싱 채널 정보 및 피드백 채널)에 대응하는 파라미터를 테이블에서 추출한 후 통신부를 통해 각 센서 노드로 로컬 문턱치를 전송하도록 제어할 수 있다. However, in another embodiment, after optimizing each sensing channel information and SNR of each feedback channel (i.e., deriving an optimal parameter), it is stored in a table (optimum parameter look-up table) , Sensing channel information and SNR of the feedback channel), and then performs cooperative spectrum sensing using the extracted parameters. This is the same as that described with reference to FIG. 3, so duplicate descriptions will be omitted. However, if the optimum parameters according to the SNRs of the feedback channels are derived and stored in the table in advance, the processor 1230 calculates the optimal channel parameters corresponding to the actual channel environments (sensing channel information and feedback channel) After the parameters are extracted from the table, it is possible to control the local threshold value to be transmitted to each sensor node through the communication unit.
한편, 전술된 실시예의 구성 요소는 프로세스적인 관점에서 용이하게 파악될 수 있다. 즉, 각각의 구성 요소는 각각의 프로세스로 파악될 수 있다. 또한 전술된 실시예의 프로세스는 장치의 구성 요소 관점에서 용이하게 파악될 수 있다.On the other hand, the components of the above-described embodiment can be easily grasped from a process viewpoint. That is, each component can be identified as a respective process. Further, the process of the above-described embodiment can be easily grasped from the viewpoint of the components of the apparatus.
또한 앞서 설명한 기술적 내용들은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 실시예들을 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. 하드웨어 장치는 실시예들의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.In addition, the above-described technical features may be implemented in the form of program instructions that can be executed through various computer means and recorded in a computer-readable medium. The computer-readable medium may include program instructions, data files, data structures, and the like, alone or in combination. The program instructions recorded on the medium may be those specially designed and constructed for the embodiments or may be available to those skilled in the art of computer software. Examples of computer-readable media include magnetic media such as hard disks, floppy disks, and magnetic tape; optical media such as CD-ROMs and DVDs; magnetic media such as floppy disks; Magneto-optical media, and hardware devices specifically configured to store and execute program instructions such as ROM, RAM, flash memory, and the like. Examples of program instructions include machine language code such as those produced by a compiler, as well as high-level language code that can be executed by a computer using an interpreter or the like. The hardware device may be configured to operate as one or more software modules to perform the operations of the embodiments, and vice versa.
상기한 본 발명의 실시예는 예시의 목적을 위해 개시된 것이고, 본 발명에 대한 통상의 지식을 가지는 당업자라면 본 발명의 사상과 범위 안에서 다양한 수정, 변경, 부가가 가능할 것이며, 이러한 수정, 변경 및 부가는 하기의 특허청구범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다. It will be apparent to those skilled in the art that various modifications, additions and substitutions are possible, without departing from the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims. Should be regarded as belonging to the following claims.
110: PU
115: 센서 노드
120: 융합 센터
1210: 통신부
1215: 계산부
1220: 분석부
1225: 메모리
1230: 프로세서110: PU
115: sensor node
120: Convergence Center
1210:
1215:
1220:
1225: Memory
1230: Processor
Claims (12)
(a) 각 센서 노드로부터 센싱 채널 정보 및 무선 피드백 채널에 대한 신호대잡음비를 획득하는 단계;
(b) 상기 센싱 채널 정보 및 상기 신호대잡음비를 이용하여 채널 환경을 반영한 로컬 문턱치를 구하여 상기 각 센서 노드로 전송하는 단계;
(c) 상기 각 센서 노드로부터 상기 로컬 문턱치를 이용한 PU(primary user)의 스펙트럼 센싱에 따른 센싱 결과를 각각 수신하는 단계; 및
(d) 상기 각 센서 노드의 센싱 결과를 취합하여 상기 PU의 주파수 대역 사용 유무를 최종 판단하는 단계를 포함하되,
상기 센싱 결과는,
상기 각 센서 노드가 상기 PU에 대한 스펙트럼 센싱을 수행한 후 상기 로컬 문턱치를 이용하여 양자화한 결과인 것을 특징으로 하는 협력 스펙트럼 센싱 방법.
A cooperative spectrum sensing method in a fusion center connected to N (natural number) sensor nodes,
(a) obtaining sensing channel information and a signal-to-noise ratio for a wireless feedback channel from each sensor node;
(b) obtaining a local threshold reflecting the channel environment using the sensing channel information and the SNR, and transmitting the local threshold to each sensor node;
(c) receiving sensing results according to spectral sensing of a primary user (PU) using the local threshold from each of the sensor nodes; And
(d) collecting the sensing results of the sensor nodes, and finally determining whether the PU uses the frequency band,
As a result of the sensing,
Wherein each sensor node performs spectral sensing for the PU and quantizes the local threshold using the local threshold.
상기 센싱 채널 정보는 상기 각 센서 노드와 상기 PU간의 센싱 채널에 대한 신호대잡음비 및 잡음 분산 중 적어도 하나인 것을 특징으로 하는 협력 스펙트럼 센싱 방법.
The method according to claim 1,
Wherein the sensing channel information is at least one of a signal-to-noise ratio and a noise variance for a sensing channel between each sensor node and the PU.
실수값으로 양자화되는 것을 특징으로 하는 협력 스펙트럼 센싱 방법.
The method of claim 1, wherein the quantization is quantized to an L-level,
And the quantized values are real-valued.
전역 문턱치 및 양자화 레벨 중 적어도 하나를 더 구하는 것을 특징으로 하는 협력 스펙트럼 센싱 방법.
The method of claim 1, wherein, in step (b)
Wherein at least one of a global threshold and a quantization level is further obtained.
상기 센싱 채널 정보 및 상기 신호대잡음비를 이용하여 상기 전역 문턱치 및 상기 양자화 레벨에 따른 오보 경보 확률을 최소로 하고, 상기 전역 문턱치 및 상기 양자화 레벨에 따른 검출 확률을 최대로 하는 목적 함수를 만족하도록 상기 로컬 문턱치, 상기 전역 문턱치 및 상기 양자화 레벨 중 적어도 하나가 산출되는 것을 특징으로 하는 협력 스펙트럼 센싱 방법.
6. The method of claim 5, wherein, in step (b)
Wherein the probability of false alarm based on the global threshold value and the quantization level is minimized by using the sensing channel information and the SNR, and the local threshold and the detection probability according to the quantization level are maximized, Wherein the at least one of the threshold, the global threshold, and the quantization level is calculated.
상기 목적 함수는 하기 수학식으로 정의되는 것을 특징으로 하는 협력 스펙트럼 센싱 방법.
여기서, 는 L-레벨 양자화 기반의 검출 확률을 나타내며, 는 전역 문턱치를 나타내고, 는 L-레벨 양자화 기반의 오보 경보 확률을 나타내며, 는 오보 경보 확률의 상한(upper bound)을 나타내는 것을 특징으로 하는 협력 스펙트럼 센싱 방법.
The method according to claim 6,
Wherein the objective function is defined by the following equation.
here, Represents the detection probability of the L-level quantization-based detection, Represents a global threshold value, Indicates an error alarm probability based on L-level quantization, Is indicative of an upper bound of the false alarm probability.
상기 각 센서 노드의 센싱 결과를 이용하여 융합 규칙에 따른 판단 통계값을 계산하는 단계; 및
상기 판단 통계값과 상기 전역 문턱치를 비교하여 상기 PU의 주파수 대역 사용 유무를 판단하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 협력 스펙트럼 센싱 방법.
6. The method of claim 5, wherein step (d)
Calculating a determination statistic value according to a fusion rule using a sensing result of each sensor node; And
And comparing the determination statistic value with the global threshold value to determine whether the PU uses the frequency band.
(a) 각 센서 노드로부터 센싱 채널 정보 및 무선 피드백 채널에 대한 신호대잡음비를 획득하는 단계;
(b) 상기 센싱 채널 정보 및 상기 신호대잡음비에 대응하는 로컬 문턱치를 최적화 파라미터 룩업 테이블에서 독출하여 상기 각 센서 노드로 전송하는 단계;
(c) 상기 각 센서 노드로부터 상기 로컬 문턱치를 이용한 PU(primary user)의 스펙트럼 센싱에 따른 센싱 결과를 각각 수신하는 단계; 및
(d) 상기 각 센서 노드의 센싱 결과를 취합하여 상기 PU의 주파수 대역 사용 유무를 최종 판단하는 단계를 포함하되,
상기 센싱 결과는,
상기 각 센서 노드가 상기 PU에 대한 스펙트럼 센싱을 수행한 후 상기 로컬 문턱치를 이용하여 양자화한 결과인 것을 특징으로 하는 협력 스펙트럼 센싱 방법.
A cooperative spectrum sensing method in a fusion center connected to N (natural number) sensor nodes,
(a) obtaining sensing channel information and a signal-to-noise ratio for a wireless feedback channel from each sensor node;
(b) reading the local threshold value corresponding to the sensing channel information and the signal-to-noise ratio from the optimization parameter look-up table and transmitting the same to each sensor node;
(c) receiving sensing results according to spectral sensing of a primary user (PU) using the local threshold from each of the sensor nodes; And
(d) collecting the sensing results of the sensor nodes, and finally determining whether the PU uses the frequency band,
As a result of the sensing,
Wherein each sensor node performs spectral sensing for the PU and quantizes the local threshold using the local threshold.
A computer-readable recording medium having recorded thereon a program code for performing the method according to claim 1 or 9.
각 센서 노드로부터 센싱 채널 정보 및 무선 피드백 채널에 대한 신호대잡음비를 획득하는 통신부;
상기 센싱 채널 정보 및 상기 신호대잡음비를 이용하여 각 센서 노드의 로컬 문턱치를 도출하는 계산부; 및
상기 통신부를 통해 각 센서로 전송된 로컬 문턱치를 이용한 PU(primary user)의 스펙트럼 센싱에 따른 센싱 결과를 상기 각 센서 노드로부터 취합한 후 상기 PU의 주파수 대역 사용 유무를 최종 판단하는 분석부를 포함하되,
상기 센싱 결과는,
상기 각 센서 노드가 상기 PU에 대한 스펙트럼 센싱을 수행한 후 상기 로컬 문턱치를 이용하여 양자화한 결과인 것을 특징으로 하는 융합 센터.
In a fusion center for cooperative spectrum sensing,
A communication unit for obtaining sensing channel information and a signal-to-noise ratio for a wireless feedback channel from each sensor node;
A calculation unit for deriving a local threshold value of each sensor node using the sensing channel information and the SNR; And
And an analyzer for collecting, from each of the sensor nodes, a sensing result according to spectrum sensing of a primary user (PU) using local thresholds transmitted to the sensors through the communication unit, and finally determining whether or not to use the frequency band of the PU,
As a result of the sensing,
Wherein each of the sensor nodes performs spectral sensing on the PU and then quantizes the local threshold value using the local threshold value.
각 센서 노드로부터 센싱 채널 정보 및 무선 피드백 채널에 대한 신호대잡음비를 획득하는 통신부;
최적화 파라미터 룩업 테이블을 저장하는 메모리;
상기 획득된 센싱 채널 정보 및 상기 신호대잡음비에 대응하는 로컬 문턱치를 상기 최적화 파라미터 룩업 테이블에서 독출하여 상기 통신부를 통해 각 센서 노드로 전송하도록 제어하는 프로세서; 및
상기 각 센서 노드로부터 상기 로컬 문턱치를 이용한 PU(primary user)의 스펙트럼 센싱에 따른 센싱 결과를 취합한 후 상기 PU의 주파수 대역 사용 유무를 최종 판단하는 분석부를 포함하되,
상기 센싱 결과는,
상기 각 센서 노드가 상기 PU에 대한 스펙트럼 센싱을 수행한 후 상기 로컬 문턱치를 이용하여 양자화한 결과인 것을 특징으로 하는 융합 센터.
In a fusion center for cooperative spectrum sensing,
A communication unit for obtaining sensing channel information and a signal-to-noise ratio for a wireless feedback channel from each sensor node;
A memory for storing an optimization parameter look-up table;
A processor for reading out the obtained sensing channel information and a local threshold corresponding to the S / N ratio from the optimization parameter look-up table and transmitting the same to each sensor node through the communication unit; And
And an analysis unit for collecting a sensing result according to spectrum sensing of a primary user (PU) using the local threshold value from each sensor node, and finally determining whether or not to use the frequency band of the PU,
As a result of the sensing,
Wherein each of the sensor nodes performs spectral sensing on the PU and then quantizes the local threshold value using the local threshold value.
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020160145172A KR101850621B1 (en) | 2016-11-02 | 2016-11-02 | Cooperative spectrum sensing method and the apparatus |
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