KR100785799B1 - 다중 주파수채널 시스템에서 효율적인 스펙트럼 센싱을이용한 채널 할당 방법 - Google Patents

다중 주파수채널 시스템에서 효율적인 스펙트럼 센싱을이용한 채널 할당 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 다중 주파수채널 시스템에서 효율적인 스펙트럼 센싱을 이용한 채널 할당 방법에 관한 것으로, 이 방법은 1차 사용자에게 허여된 다중 주파수채널(FA)들을 사용상태에 따라 다수의 채널상태 집합(Set)으로 분류하고, 상기 분류된 집합의 유형에 따라 센싱주기를 달리하여 채널 상태를 주기적으로 센싱하여 주파수 채널상태 집합 정보로 관리하는 단계; 상기 관리되는 주파수 채널상태 집합 정보를 방송 메시지(Broadcast Message)를 통하여 2차 사용자 단말들에게 송신하는 단계; 및 상기 방송메시지를 수신한 새로운 2차 사용자 단말로부터 채널할당 요구 메시지를 받으면, 상기 주파수 채널상태 집합 정보를 이용하여 상기 1차 사용자에게 허여된 채널 중 사용되고 있지 않은 주파수채널(FA)을 상기 새로운 2차 사용자 단말에게 할당하는 단계를 포함한다. 본 발명에 따르면, 채널 할당을 요구하는 2차 사용자에게 채널 상태 집합 정보를 이용하여 1차 사용자에게 간섭 잡음을 주지 않고 효율적으로 채널을 할당할 수 있다.
다중 주파수채널 시스템, 주파수 할당, FA, 2차 사용자, 센싱주기, 활성집합, 후보집합, 널집합, 점유집합

Description

다중 주파수채널 시스템에서 효율적인 스펙트럼 센싱을 이용한 채널 할당 방법{Method of Frequency Channel Assignment using Effective Spectrum Sensing in multiple FA system}
도 1은 본 발명이 적용될 4개의 채널상태 집합에 따른 채널상태 천이도를 예시한다.
도 2는 본 발명에 따른 2차 사용자의 기지국(BS)에서의 효율적인 스펙트럼 센싱을 이용한 채널 할당 방법에 대한 일실시예 흐름도,
도 3은 본 발명에 따른 WRAN 시스템의 하향/상향 프레임의 구조도,
도 4는 본 발명에 따른 2차 사용자의 단말에서의 효율적인 스펙트럼 센싱을 이용한 채널 할당 방법에 대한 일실시예 흐름도이다.
본 발명은 다중 주파수채널(FA: Frequency Assignment) 시스템에서 효율적인 스펙트럼 센싱을 이용한 채널 할당 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 다중 주파수채널(FA) 시스템에서 1차 사용자(Primary User)에게 이미 허여된(licensed and allowed) 주파수 채널들을 사용상태에 따라 활성집합, 후보집합, 널집합, 점유집합 등으로 분류하여 관리하면서, 채널 할당을 요구하는 2차 사용자에게 채널 상태 집합 정보를 이용하여 1차 사용자에게 간섭 잡음을 주지 않고 채널을 할당할 수 있게 하는, 다중 주파수채널 시스템에서 효율적인 스펙트럼 센싱을 이용한 채널 할당 방법에 관한 것이다.
현재 무선통신을 이용한 서비스에 대한 수요는 급증하고 있으나, 전송특성과 소자개발이 용이한 주파수대역은 이미 점유되어 있는 상황이다. 따라서, 새로운 서비스를 제공하고자 하는 2차 사용자의 경우에는 1차 사용자에게 이미 허여된 주파수 채널들을 시간 및 공간적으로 검사하여 사용되지 않는 주파수 채널들을 찾아내어, 2차 사용자 자신이 사용하는 무선인지(cognitive radio) 기술이 활용되고 있다. 여기서, 1차 사용자와 2차 사용자는 서로 다른 서비스 혹은 사업자에 의하여 운영되는 통신 시스템을 말하며, 이하에서도 동일하다.
본 발명은, IEEE802.22에서 표준화 작업 진행 중에 있는 기술에 해당되는 것으로서, 현재 IEEE802.22의 표준화 작업의 상태는 표준안 작성이 활발하게 진행되는 것이 아니라 표준안 작성을 위한 기능요구 사항을 결정하고 있는 중이다.
현재 표준화가 진행중에 있는 IEEE802.22에서는 이미 TV 대역 혹은 무선마이크 통신으로 사용중에 있는 주파수 대역(예를 들어, 미국에서는 TV 채널번호 2에서 51인 54MHz부터 698MHz까지의 대역, 또는 국제적으로는 41MHz부터 910MHz 까지의 대역)을 TV 혹은 무선기기들의 1차 사용자(Primary User)가 사용하지 않는 시간 및 공간을 이용하여 무선 인터넷 서비스를 제공하고자 한다. 이미 할당된 TV 주파수 대역을 IEEE802.22 시스템(BS, CPE, core network)에서 사용하기 위해서는, 채널의 현재 상태를 2차 사용자의 기지국(BS: Base Station) 및 2차 사용자의 단말인 CPE(Customer Premise Equipment)는 알고 있어야 한다. 그러기 위해서는 2차 사용자 기지국(BS)과 2차 사용자 단말은 현재의 TV 채널인 41MHz부터 910MHz까지의 대역을 조사(scanning)하여 채널 사용 상태를 항상 감시하여야 하며, 이를 통해 2차 사용자의 사용 중에 1차 사용자가 사용하고자 하는 때에 신속하게 채널을 비워 줄 수 있게 된다.
상기에서 설명한 바와 같이, 본 발명은 다중의 FA시스템에서, 즉 IEEE802.22 표준화의 경우 TV방송에 할당된 41MHz에서 910MHz까지의 대역에서 6, 7, 8 MHz를 한 채널로 설정한 상태의 주파수 채널을 센싱(Sensing)하여 관리하는 방법으로, 이와 유사한 기술분야로는 IEEE802.16에서 제시하는 동적 주파수채널 선택(DFS: Dynamic Frequency Selection) 기술이다.
IEEE802.16에서 제시되고 있는 DFS 기술은 비면허대역(unlicensed bandwidth)에서 무선데이터통신 서비스를 위해 1차 사용자(primary user)의 주파수채널 사용여부를 검사하여, 1차 사용자가 사용하지 않으면 무선데이터통신 서비스용의 채널로 할당하고, 할당 후에 1차 사용자가 인지되면 기지국(BS)은 사용하고 있던 채널을 비우게 하고 새로운 채널을 할당해 주는 기술이다.
이러한 관점에서 보면, 본 발명의 다중 FA시스템에서의 스펙트럼 센싱에 관한 기술분야는 IEEE802.22의 스펙트럼 센싱 기술과 IEEE802.16의 동적 주파수채널 선택 기술(DFS)에 관한 분야와 거의 동일하다.
그러나, 기존의 IEEE802.16의 DFS 기술에서는 비면허대역에서 무선인터넷 서 비스를 제공하기 위해, 기지국(BS)이 단말기에게 해당 주파수 채널의 상태에 대해 측정을 요구하고, 그 측정된 결과를 보고받는 형태의 방식을 취하였다. 이러한 종래의 방식에서는, 기지국(BS)은 1차 사용자에게 허여된 주파수 채널의 상태에 대한 정보를 수동적으로만 획득하고 있으며, 이렇게 수동적으로 획득한 상태 정보를 통하여 새로운 2차 사용자에게 주파수 채널을 할당하고 변경하는 과정에서 스펙트럼 센싱의 신뢰성 저하로 인하여 1차 사용자의 통신품질 열화 및 통신장애를 일으킬 수 있다는 문제점을 갖고 있고, 또한 주파수 채널상태에 대한 센싱요구 메시지 등의 오버헤드(overhead signal) 신호의 증가에 의해 데이터 전송효율이 감소되는 문제점도 있었다.
따라서, 1차 사용자의 통신품질에 전혀 영향을 미치지 않으면서, 1차 사용자에게 허여된 주파수 채널(FA)들을 새로운 2차 사용자 단말기에게 할당하기 위해서는, 2차 사용자의 기지국은 언제나 1차 사용자에게 허여된 주파수 채널의 상태에 대한 정보를 최적으로 보유하고 있어야 한다.
이를 위해서는 2차 사용자의 단말기 뿐만아니라 기지국도 능동적으로 스펙트럼 센싱을 통하여 1차 사용자에게 허여된 주파수 채널의 상태를 파악하고 있어야 한다. 또한 스펙트럼 센싱에 있어서도 단순한 주기적인 센싱에 그치지 않고 1차 사용자의 사용 여부 등을 고려하여 센싱 주기를 달리하는 등의 보다 효율적인 방안이 요구된다.
본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 다중 주파수채 널(FA) 시스템에서 1차 사용자(Primary User)에게 허여된(licensed and allowed) 주파수 채널들을 사용상태에 따라 활성집합, 후보집합, 널집합, 점유집합 등으로 분류하여 주기적으로 관리하면서, 채널 할당을 요구하는 2차 사용자에게 채널 상태를 이용하여 1차 사용자에게 간섭 잡음을 주지 않고 채널을 할당할 수 있게 하는, 다중 주파수채널 시스템에서 효율적인 스펙트럼 센싱을 이용한 채널 할당 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
즉, 본 발명은 다중 FA 시스템에서 다중 주파수채널들(예를 들면, 41MHz에서 910MHz까지의 TV대역의 주파수 채널들)의 상태들을 검사(scanning)하여 4가지의 집합(활성집합, 후보집합, 널집합, 점유집합)으로 분류하여 관리하면서, 새로이 주파수채널 할당을 요구하는 2차 사용자에게 1차 사용자(primary user)가 사용하지 않는 채널을 고속으로 인지하여 할당하고, 1차 사용자의 출현이 인지되면 짧은 시간 안에 채널을 비워주게 하는, 다중 주파수채널 시스템에서 스펙트럼 센싱을 이용한 채널 할당 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있으며, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 알게 될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허청구범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 다중 주파수채널(FA) 시스템에서 1차 사용자(Primary User)에게 허여된 주파수채널(FA)을 할당받는 2차 사용자의 기 지국에 적용되는 채널 할당 방법에 있어서, 상기 1차 사용자에게 허여된 다중 주파수채널(FA)들을 사용상태에 따라 다수의 채널상태 집합(Set)으로 분류하고, 상기 분류된 집합의 유형에 따라 센싱주기를 달리하여 채널 상태를 주기적으로 센싱하여 주파수 채널상태 집합 정보로 관리하는 채널 센싱 단계; 상기 채널 센싱 단계에서 관리되는 주파수 채널상태 집합 정보를 방송 메시지(Broadcast Message)를 통하여 2차 사용자 단말들에게 송신하는 채널상태집합 방송 단계; 및 상기 방송메시지를 수신한 새로운 2차 사용자 단말로부터 채널할당 요구 메시지를 받으면, 상기 주파수 채널상태 집합 정보를 이용하여 상기 1차 사용자에게 허여된 채널 중 사용되고 있지 않은 주파수채널(FA)을 상기 새로운 2차 사용자 단말에게 할당하는 채널 할당 단계를 포함한다. 또한, 상기 본 발명은, 상기 채널할당을 받은 2차 사용자 단말로부터 주기적으로 「2차 사용자 단말측 주파수 채널상태 집합 정보」를 수신하여 상기 주파수 채널상태 집합 정보를 갱신하는 채널상태집합 갱신 단계를 더 포함한다.
한편, 본 발명은, 다중 주파수채널(FA) 시스템에서 1차 사용자에게 허여된 주파수채널(FA)을 할당받는 2차 사용자의 단말 장치에 적용되는 채널 할당 방법에 있어서, 상기 2차 사용자의 기지국으로부터 방송메시지(Broadcast Message)를 통하여 상기 1차 사용자에게 이미 허여된 다중 주파수채널(FA)들에 대한 주파수 채널상태 집합 정보를 수신하여 관리하는 채널상태집합 수신 단계; 상기 주파수 채널상태 집합 정보를 이용하여 상기 기지국으로 채널할당을 요구하고, 상기 기지국으로부터 상기 1차 사용자에게 허여된 채널 중 사용되고 있지 않은 주파수채널(FA)을 할당받는 채널 할당 단계; 및 상기 1차 사용자에게 허여된 다중 주파수채널(FA)들의 채널 상태를 채널상태 집합의 유형에 따라 센싱주기를 달리하여 주기적으로 센싱하고, 센싱결과에 따라 상기 주파수 채널상태 집합 정보를 갱신하여 상기 기지국에 보고하는 채널상태정보 보고 단계를 포함한다. 또한, 상기 본 발명은, 상기 채널상태집합 수신 단계에서의 주파수 채널상태 집합 정보를 수신한 후 상기 기지국과의 하향/상향 주파수 채널의 상태를 검사하여 상기 수신된 주파수 채널상태 집합 정보를 갱신하고, 갱신된 집합 정보를 상기 기지국으로 전송하는 갱신정보 전송 단계를 더 포함한다.
상술한 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면과 관련한 다음의 상세한 설명을 통하여 보다 분명해 질 것이며, 그에 따라 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에 그 상세한 설명을 생략하기로 한다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 일실시예를 상세히 설명하기로 한다.
먼저, 본 발명에 대하여 전반적으로 설명하기로 한다.
본 발명은 본 발명은 비면허대역 혹은 면허대역(예를 들면, TV 대역)에서 다중 FA 시스템이 새로운 무선데이터통신서비스를 수행하고자 하는 경우에, 다중 FA 시스템에서 주기적 스펙트럼 센싱을 통하여 주파수 채널들의 상태를 네 개의 형태의 집합(활성집합, 후보집합, 널집합, 점유집합)으로 분류하여 관리하되, 센싱주기(sensing period)를 채널집합 유형에 따라 다르게 함으로써 주파수 채널을 효율 적으로 관리하는 것이다.
표 1은 본 발명의 이해를 위해 정리된 채널상태 집합의 정의를 나타낸다.
Active set1 a set of used channels for a certain CPE
Active set2 a set of used channels for a certain BS
Candidate/Backup set a set of clean channels available for a certain CPE or BS
Occupied set a set of occupied channels by incumbent user which a certain CPE finds
Disallowed set a set of channels whose access are not allowed by regulation
Null set a set of channels that are not classified as one of above five sets
위의 표에 대해 간단히 설명하면, 다음과 같다. 첫째, 활성집합은 2차 사용자 단말들에게 할당된 하향/상향 주파수 채널을 의미하는데, 이러한 활성집합은 상술한 정의에 따른 활성집합1, 활성집합2를 포함한다. 둘째, 후보집합(표 1에는 후보/백업 집합으로 기재되어 있으나 이하에서는 후보집합으로 칭함)은 1차 사용자들(primary users)이 사용하지 않고 있는 하향 및 상향 주파수 채널들로서, 2차 사용자 단말(CPE)에게 할당되지 않고 비어 있는 채널들을 의미한다. 셋째, 점유집합은 1차 사용자들이 사용하고 있는 채널들로 정의한다.
한편, 비허가 집합(Disallowed set)은, 자주 변화되지 않기 때문에, 채널 관리 시나리오에서 제외된다.
즉, 효율적인 관리를 위해, 상술한 채널상태 집합들이 정의되어, 기지국과 사용자 단말 활성집합(active set)1, 활성집합2, 후보/백업 집합(Candidate/Backup set), 점유집합(Occupied set), 널집합(Null set) 등이 정의되며, 이들 채널상태 집합들은 2차 사용자의 기지국과 단말에 의해 각각 관리된다. 구체적으로, 각 기지국은 활성집합, 후보집합, 널집합, 점유집합 등을 관리하며, 각 사용자 단말은 활성집합, 후보집합, 널집합, 점유집합 등을 관리한다.
한편, 각 채널상태 집합은 시스템에서 설정한 각각의 채널집합의 센싱주기마다 갱신되는데, 가장 최소의 채널집합의 갱신주기는 활성집합 센싱주기(sensing period)이다.
본 발명에서 상기와 같이 기지국(BS) 내에서 WRAN(Wireless Regional Area Network)과 같은 다중 FA 시스템의 주파수 채널상태를 표 1과 같이 다수 개의 집합형태로 구분하여 관리하는 목적은 주파수 채널상태에 따라 센싱주기를 다르게 하고 2차 사용자 단말에게 수행되는 채널할당 및 채널변경을 효율적으로 수행하기 위함이다.
스펙트럼 센싱 방법에서 센싱주기는 집합의 유형에 따라 다르게 설정해야 한다. 먼저, 활성집합들에 대해서는 1차 사용자들이 해당 주파수 채널들을 사용하고자 할 경우에는 고속으로 채널을 비워 주어야 하므로 센싱주기가 가장 짧아야 한다. 그리고 후보집합인 경우에는 후보집합에 속해 있는 주파수 채널들의 유휴상태 여부 및 측정레벨을 검사해야 하므로 센싱주기가 중간 정도가 되어야 하고, 마지막으로 점유집합인 경우에는 이미 1차 사용자들이 사용하고 있는 주파수 채널들이므로 가장 긴 센싱주기로 설정한다.
도 1은 본 발명이 적용될 4개의 채널상태 집합에 따른 채널상태 천이도를 예시한다. 도 1에 예시된 각 참조부호에 따른 천이를 설명하면 다음과 같다.
참조부호 1에 따른 천이 : 널 집합, 활성 집합 및 후보 집합에 속하는 채널이, 1차 서비스(incumbent service)가 출현함에 따라, 점유 집합의 원소(element)가 된다. 즉, 1차 서비스의 출현으로 2차 사용자 시스템은 상기 채널을 사용할 수 없게 된다.
참조부호 2에 따른 천이 : 1차 서비스가 방출한(release) 채널의 품질이 어느 특정 품질임계치(quality threshold)를 만족하고 후보집합에 속하는 어느 하나의 원소의 품질보다 우수하면, 상기 내어 놓은 채널은 후보집합의 멤버로 분류된다.
참조부호 3에 따른 천이 : 1차 서비스가 방출한(release) 채널의 품질이 어느 특정 품질임계치(quality threshold)를 만족하지 못하거나, 혹은 후보집합에 속하는 모든 원소의 품질보다 열악하면, 상기 내어 놓은 채널은 널 집합의 원소로 분류된다.
참조부호 4에 따른 천이 : 널 집합에 속하는 원소의 품질이 어느 특정 품질임계치(quality threshold)를 만족하고 후보집합에 속하는 어느 하나의 원소의 품질보다 우수하면, 상기 널 집합의 원소는 후보 집합의 원소가 된다.
참조부호 5에 따른 천이 : 후보 집합의 원소가 WRAN 서비스의 새로운 연결에 의해 활성화되어 활성 집합의 원소가 된다.
참조부호 6에 따른 천이 : 후보 집합에 속하는 원소의 품질이 어느 특정 품질임계치(quality threshold)를 만족하지 못하거나, 혹은 참조부호 2, 4, 및 7에 따른 천이로 후보 집합의 원소가 된 채널의 품질보다 열악하면, 널 집합의 원소가 된다.
참조부호 7에 따른 천이 : 활성 집합에 속하는 원소가 사용 종료로 인해 방출된 상태에서 상기 원소의 품질이 어느 특정 품질임계치(quality threshold)를 만족하고 후보집합에 속하는 어느 하나의 원소의 품질보다 우수하면, 상기 방출된 채널은 후보 집합의 원소가 된다.
참조부호 8에 따른 천이 : WRAN 서비스가 방출한 채널의 품질이 어느 특정 품질임계치(quality threshold)를 만족하지 못하거나, 혹은 후보 집합에 속하는 모든 원소의 품질보다 열악하면, 상기 방출된 채널은 널 집합의 원소로 분류된다.
일반적으로 스펙트럼 센싱의 결과에 의한 후보집합과 널집합을 구분하기위한 품질임계치는 간섭잡음전력밀도(interference noise spectral density)에 의해서 표현될 수 있고, 실제로는 WRAN 상하향 링크의 링크품질을 유지할 수 있는 어느 특정한 잡음전력밀도의 크기로써 결정된다. 따라서 특정한 품질임계치의 값은 WRAN 상하향 링크성능과 센싱 수신기 구조에 의해 결정되므로 본 발명에서는 특정한 값으로 제시할 수 없다.
도 2는 본 발명에 따른 2차 사용자의 기지국(BS)에서의 효율적인 스펙트럼 센싱을 이용한 채널 할당 방법에 대한 일실시예 흐름도이다.
기지국(BS)(2차 사용자의 기지국으로서, 이하에서는 간단히 기지국이라 함)에서는 2차 사용자 단말과의 통화채널이 설정된 후에는 주기적인 스펙트럼 센싱이 수행된다. 그리고 기지국(BS)은 통화채널이 설정되지 않은 2차 사용자 단말들에게는 자신의 주파수채널 상태 집합 정보를 방송 메시지(broadcast message)로 전송한다. 이하, 도 2에 따라 설명하기로 한다.
1차 사용자에게 허여된 다중 주파수채널(FA)들을 사용상태에 따라 다수의 채널상태 집합(Set)으로 분류하고, 그 분류된 집합의 유형에 따라 센싱주기를 달리하여 채널 상태를 주기적으로 센싱하여 주파수 채널상태 집합 정보로 관리한다(100).
그러면서, 기지국은 주파수 채널상태 집합 정보를 방송 메시지(Broadcast Message)를 통하여 2차 사용자 단말들에게 송신하게 된다(102). 이를 통하여 주파수채널을 할당받고자 하는 새로운 2차 사용자 단말은 기지국으로 채널할당 요구 메시지를 전송하게 된다.
이후, 새로운 2차 사용자 단말로부터 채널할당요구 메시지를 수신하면(104), 기지국은 2차 사용자 단말에게 채널할당 메시지를 송신한다(106). 즉, 새로운 2차 사용자 단말로부터 통화채널 할당 요구를 수신하게 되면 기지국(BS)은 1개 이상의 하향 및 상향 주파수 채널을 할당하도록 구성할 수 있다. 기지국은 주파수 채널상태 집합 정보를 이용하여 1차 사용자에게 허여된 주파수채널(FA) 중에서 사용되고 있지 않은 주파수 채널(후보 집합의 채널)을 할당하게 된다.
그리고 새로운 2차 사용자 단말이 채널할당요구 메시지를 송신하는 경우는 레인징(ranging), 인증(authentication), 등록(registration) 등이 수행된 후에, 이 세 과정을 수행하는데 사용되었던 상향 채널을 통하여 채널할당요구 메시지를 기지국(BS)으로 전송하게 된다.
새로운 2차 사용자 단말에게 채널을 할당한 후에는, 기지국은 채널 할당받은 2차 사용자 단말에 대한 하향/상향 주파수 채널상태 집합을 초기화하고, 그 집합 정보를 그 2차 사용자 단말로 송신하는 과정(108)을 수행한다. 그리고 나서, 채널 할당받은 상기 새로운 2차 사용자 단말은 주기적인 스펙트럼 센싱 모드로 설정된다.
주기적인 스펙트럼 센싱 모드에서, 2차 사용자 단말은 기지국(BS)에게 자신이 검사하여 갱신한 하향/상향 주파수 채널상태 집합 정보를 전송하게 된다. 이에 따라 기지국(BS)은 채널할당받은 2차 사용자 단말로부터 하향/상향주파수 채널상태 집합 정보를 수신하는 과정(110)과, 그에 따라 해당 2차 사용자 단말의 하향/상향 주파수 채널상태 집합 정보를 갱신하는 과정(112)을 수행하게 된다.
"110"과 "112"와 같은 2차 사용자 단말로부터 주기적으로 보고받는 과정이나 기지국 자체에서의 센싱과정을 통하여, 2차 사용자 단말에게 할당된 채널에 대하여 1차 사용자의 출현이 인지하면, 기지국은 해당 2차 사용자 단말에 대한 채널 할당을 해제하고 다른 주파수 채널로 변경하게 된다.
그런데 기지국(BS)과 2차 사용자 단말이 활성집합(active set)에 해당하는 주파수채널들을 검사하기 위해서는, 전송휴지기간(quiet period) (202)을 설정하여야 한다(도 3 참조). 이에 대해서는 도 3에서 상세히 설명하기로 한다.
도 3은 본 발명에 따른 WRAN 시스템의 하향/상향 프레임의 구조도로서, 활성집합의 스펙트럼 센싱주기(Ts)(201)와 전송휴지기간(Tq)(202)을 설정하는 구조를 나타낸다. 그리고, 전송휴지기간은 스펙트럼 센싱 알고리즘의 수행속도에 의존한다.
도 3에서 활성집합의 센싱주기(201)는 1차 사용자의 해당 주파수 채널의 사용여부를 인지하여 채널을 비워주는 최소시간으로 설정해야 한다.
그리고, 도 3은 하향 및 상향 채널의 기본적인 프레임 구조를 보여주고 있는데, 한 개의 프레임(21)은 4개의 타임슬롯(22 내지 25)으로 구성된다. 이러한 타임슬롯 구조에서 타임슬롯 0(22)은 방송 메시지(broadcast message)를 포함하는 버스트로 구성되고, 타임슬롯 1,2,3(23 내지 25)은 방송 메시지(broadcast message)를 포함하지 않는 구조로써 프리앰블(26)과 데이터심벌 구간(27)으로 구성된다. 그래서 본 발명에서는 전송휴지구간(quiet period)(202)을 해당 프레임의 타임슬롯 1,2,3 중에서 랜덤하게 선택하는 것으로 구성하였다.
도 4는 본 발명에 따른 2차 사용자의 단말에서의 효율적인 스펙트럼 센싱을 이용한 채널 할당 방법에 대한 일실시예 흐름도이다.
2차 사용자 단말에서의 스펙트럼 센싱 방법은 두 가지 형태로 구분할 수 있는데, 첫째는 2차 사용자 단말의 전원이 켜진(ON) 이후부터 통화채널이 설정되기 이전까지의 센싱 방법이고, 둘째는 통화채널이 설정된 이후의 주기적인 스펙트럼 센싱 방법이다.
도 4에서 2차 사용자 단말의 초기 스펙트럼 센싱 과정으로는, 먼저 2차 사용자 단말이 하향 주파수채널을 선정하면 그 선정한 주파수채널의 방송 메시지(broadcast message)를 통해서 해당 기지국(BS)의 하향/상향 주파수 채널상태 집합 정보를 수신한다(300). 그리고 나서, 2차 사용자 단말은 자신의 단말 주위의 주파수 채널상태를 검사하기 위하여 전체의 하향/상향 주파수채널들에 대하여 채널상태를 검사한 후, 그 검사 결과에 따라 "300"에서 수신한 채널 상태 집합을 갱신하고 갱신정보를 기지국으로 전송한다(302).
2차 사용자 단말은 주파수 채널 상태 집합 정보를 이용하여 기지국으로 채널 할당 요구 메시지를 송신하게 되고(304), 그에 따라 기지국으로부터 채널 할당 메시지를 수신하게 된다(306). 이러한 채널 할당 메시지를 통해 1개 이상의 하향 및 상향 주파수 채널을 할당받게 된다.
그러면, 2차 사용자 단말은 채널 할당 메시지를 통해 할당받은 1개 이상의 하향 및 상향 주파수 채널 중에서 하향/상향 주파수 채널을 설정하고, 그 채널설정 정보를 기지국으로 전송한다(308).
한편, 해당 2차 사용자 단말에 대해 하향/상향 주파수채널이 설정된 이후에는, 주기적인 스펙트럼 센싱(검사)을 수행하는데, 이의 동작은 활성집합, 후보집합, 널집합, 점유집합 등에 대하여 서로 다르게 설정된 스펙트럼 센싱주기에 따라 주기적인 센싱이 수행된다(310). 2차 사용자 단말에서의 스펙트럼 검사(센싱)은 기지국에서의 스펙트럼 검사(센싱)과 기본적으로 동일하다.
2차 사용자 단말에서의 주기적인 스펙트럼 센싱 동작은 다음의 과정을 통하여 이루어진다.
먼저, 활성집합, 후보집합, 널집합, 점유집합들에 대하여 서로 다른 센싱주기에 따라 스펙트럼을 검사한다(310). 그리고, 그 결과에 따라 활성집합, 후보집합, 점유집합들의 채널상태를 갱신한다(312), 그리고 나서, 기지국(BS)에 갱신된 집합 정보를 보고하고, 또한 기지국(BS)에 활성집합 및 최대 5개까지 선정된 후보집합들의 채널번호와 측정레벨 등을 보고하는 과정이 수행된다(314). 상기와 같은 "310" 내지 "314" 과정은 반복적으로 수행된다. 따라서, 기지국에서는 이러한 정보를 통하여 주파수채널 상태 집합을 갱신하게 된다.
상술한 바와 같은 본 발명의 방법은 프로그램으로 구현되어 컴퓨터로 읽을 수 있는 형태로 기록매체(씨디롬, 램, 롬, 플로피 디스크, 하드 디스크, 광자기 디스크 등)에 저장될 수 있다. 이러한 과정은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있으므로 더 이상 상세히 설명하지 않기로 한다.
이상에서 설명한 본 발명은, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하므로 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니다.
상기와 같은 본 발명은, 기존 시스템의 면허대역(예를 들면, TV 대역)을 WRAN과 같은 새로운 다중 FA 시스템이 무선데이터 통신서비스를 제공하고자 할 때 해당 면허대역의 주파수 채널들에 대해 스펙트럼 센싱을 수행함으로써 해당 주파수 채널의 1차 사용자의 사용 여부, 간섭잡음전력, 1차 사용자의 출현 등을 검출하는 스펙트럼 센싱 과정과 관련된 기술이다. 이러한 기술에서 가장 중요한 부분은 새로운 다중 FA 시스템이 동일한 대역에서 무선인터넷 서비스를 제공하더라도, 1차 사용자의 통신품질 열화 및 통신장애를 인지하지 못하도록 하여야 한다.
따라서, 본 발명은, 해당 주파수 채널에 대한 검사를 요구하여 스펙트럼 센싱을 수행하고 측정된 결과를 보고하는 방식의 종래 기술과는 달리, 새로운 다중 FA 시스템에 할당된 다수 주파수 채널상태를 세 개의 집합인 활성집합, 후보집합, 널집합, 점유집합 등으로 구분하고, 그 구분된 집합에 따라 센싱주기를 다르게 하는 주기적인 센싱 방법을 취함으로써, 센싱에 관련된 신호메세지 감소, 고속의 스펙트럼 센싱처리, 세 개의 집합정보에 의한 채널할당 및 채널변경을 최적화하는 효과가 있다. 즉, 본 발명은, 1차 사용자에게 간섭 잡음을 주지 않으면서, 새로운 2차 사용자에게 채널을 할당할 수 있게 하는 효과가 있다.

Claims (11)

  1. 다중 주파수채널(FA) 시스템에서 1차 사용자(Primary User)에게 이미 허여된 주파수채널(FA)을 할당받는 2차 사용자의 기지국에 적용되는 채널 할당 방법에 있어서,
    상기 1차 사용자에게 허여된 다중 주파수채널(FA)들을 사용상태에 따라 다수의 채널상태 집합(Set)으로 분류하고, 상기 분류된 집합의 유형에 따라 센싱주기를 달리하여 채널 상태를 주기적으로 센싱하여 주파수 채널상태 집합 정보로 관리하는 채널 센싱 단계;
    상기 채널 센싱 단계에서 관리되는 주파수 채널상태 집합 정보를 방송 메시지(Broadcast Message)를 통하여 2차 사용자 단말들에게 송신하는 채널상태집합 방송 단계; 및
    상기 방송메시지를 수신한 새로운 2차 사용자 단말로부터 채널할당 요구 메시지를 받으면, 상기 주파수 채널상태 집합 정보를 이용하여 상기 1차 사용자에게 허여된 채널 중 사용되고 있지 않은 주파수채널(FA)을 상기 새로운 2차 사용자 단말에게 할당하는 채널 할당 단계
    를 포함하는 다중 주파수채널 시스템에서 효율적인 스펙트럼 센싱을 이용한 채널 할당 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 채널할당을 받은 2차 사용자 단말로부터 주기적으로 2차 사용자 단말측 주파수 채널상태 집합 정보를 수신하여 상기 주파수 채널상태 집합 정보를 갱신하는 채널상태집합 갱신 단계
    를 더 포함하는 다중 주파수채널 시스템에서 효율적인 스펙트럼 센싱을 이용한 채널 할당 방법.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 채널 센싱 단계에서의 채널상태 집합 분류 과정은,
    2차 사용자에게 할당된 채널은 '활성집합'으로, 상기 1차 사용자가 사용하고 있지 않으면서 어느 2차 사용자에게도 할당되지 않은 채널은 '후보집합'으로, 1차 사용자들이 사용하고 있는 채널은 '점유집합'으로, 허가받은 채널이면서 상기 '활성집합', '후보집합' 및 '점유집합'에 속하지 않는 채널은 '널 집합'으로 분류하는 것을 특징으로 하는 다중 주파수채널 시스템에서 효율적인 스펙트럼 센싱을 이용한 채널 할당 방법.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 센싱 주기는,
    활성집합, 후보집합, 널집합, 점유집합의 순서대로 커지는 것을 특징으로 하는 다중 주파수채널 시스템에서 효율적인 스펙트럼 센싱을 이용한 채널 할당 방법.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 채널 할당 단계는,
    상기 새로운 2차 사용자 단말에 할당된 채널에 대해 1차 사용자의 출현이 감지되면, 상기 2차 사용자 단말에 대한 채널 할당을 해제하는 것을 특징으로 하는 다중 주파수채널 시스템에서 효율적인 스펙트럼 센싱을 이용한 채널 할당 방법.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 채널 할당 단계는,
    주파수채널 할당시, 다수의 주파수채널(FA)을 할당하는 것을 특징으로 하는 다중 주파수채널 시스템에서 효율적인 스펙트럼 센싱을 이용한 채널 할당 방법.
  7. 다중 주파수채널(FA) 시스템에서 1차 사용자에게 허여된 주파수채널(FA)을 할당받는 2차 사용자의 단말 장치에 적용되는 채널 할당 방법에 있어서,
    상기 2차 사용자의 기지국으로부터 방송메시지(Broadcast Message)를 통하여 상기 1차 사용자에게 허여된 다중 주파수채널(FA)들에 대한 주파수 채널상태 집합 정보를 수신하여 관리하는 채널상태집합 수신 단계;
    상기 주파수 채널상태 집합 정보를 이용하여 상기 기지국으로 채널할당을 요구하고, 상기 기지국으로부터 상기 1차 사용자에게 허여된 채널 중 사용되고 있지 않은 주파수채널(FA)을 할당받는 채널 할당 단계; 및
    상기 1차 사용자에게 허여된 다중 주파수채널(FA)들의 채널상태를 채널상태 집합의 유형에 따라 센싱주기를 달리하여 주기적으로 센싱하고, 센싱결과에 따라 상기 주파수 채널상태 집합 정보를 갱신하여 상기 기지국에 보고하는 채널상태정보 보고 단계
    를 포함하는 다중 주파수채널 시스템에서 효율적인 스펙트럼 센싱을 이용한 채널 할당 방법.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 채널상태집합 수신 단계에서의 주파수 채널상태 집합 정보를 수신한 후 상기 기지국과의 하향/상향 주파수 채널의 상태를 검사하여 상기 수신된 주파수 채널상태 집합 정보를 갱신하고, 갱신된 집합 정보를 상기 기지국으로 전송하는 갱신정보 전송 단계
    를 더 포함하는 다중 주파수채널 시스템에서 효율적인 스펙트럼 센싱을 이용한 채널 할당 방법.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 갱신정보 전송 단계는,
    상기 갱신된 집합 정보 외에, 활성집합 및 소정의 개수로 선택된 후보집합들에 대한 채널번호와 전파측정레벨 정보도 함께 전송하는 것을 특징으로 하는 다중 주파수채널 시스템에서 효율적인 스펙트럼 센싱을 이용한 채널 할당 방법.
  10. 제 7 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 채널상태 집합은,
    2차 사용자에게 할당된 채널인 '활성집합', 상기 1차 사용자가 사용하고 있지 않으면서 어느 2차 사용자에게도 할당되지 않은 채널인 '후보집합', 1차 사용자들이 사용하고 있는 채널인 '점유집합' 및 허가받은 채널이면서 상기 '활성집합', '후보집합' 및 '점유집합'에 속하지 않는 채널인 '널 집합'을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 다중 주파수채널 시스템에서 효율적인 스펙트럼 센싱을 이용한 채널 할당 방법.
  11. 제 10 항에 있어서, 상기 센싱 주기는,
    활성집합, 후보집합 및 점유집합의 순서대로 커지는 것을 특징으로 하는 다중 주파수채널 시스템에서 효율적인 스펙트럼 센싱을 이용한 채널 할당 방법.
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