KR100916180B1 - An Enhanced Energy Detector for identification of the VSB and WMP signal in the IEEE 802.22 System and Detecting Method - Google Patents

An Enhanced Energy Detector for identification of the VSB and WMP signal in the IEEE 802.22 System and Detecting Method Download PDF

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KR100916180B1 KR1020080014342A KR20080014342A KR100916180B1 KR 100916180 B1 KR100916180 B1 KR 100916180B1 KR 1020080014342 A KR1020080014342 A KR 1020080014342A KR 20080014342 A KR20080014342 A KR 20080014342A KR 100916180 B1 KR100916180 B1 KR 100916180B1
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Abstract

본 발명은 스펙트럼 검출 과정에서 강화된 에너지 검출기를 이용함으로써 기존 방식의 성능을 개선하는 기법으로 IEEE 802.22 시스템 환경에서 우선사용자(Primary User)인 디지털TV(DTV)와 무선 마이크 신호(WMP) 그리고 잡음(noise)의 전력에 대한 특성을 측정하고 그 값을 비교하여 구분해 내는 특징을 지닌다. 본 발명은 우선사용자들의 신호의 종류에 따라 상이한 최대 전력과 평균 전력의 비 (Maximum-to-Mean Power Ratio, MMPR)를 가진다는 점을 이용하여 우선사용자들의 신호 종류까지 구분하는 특징을 지닌다. 기존의 에너지 검출기의 방법으로 신호의 에너지를 측정하여 신호의 존재 유무를 판단하고 만약 신호가 존재한다면 강화된 에너지 검출기 알고리즘으로 제어가 넘어가게 된다. 주파수 도메인 상에서 특정 크기의 슬라이딩 윈도우를 통해 최대 전력과 평균 전력을 측정할 수 있으며 측정값을 이용해서 최대 전력과 평균 전력의 비(Maximum-to-Mean Power Ratio, MMPR)를 구할 수 있다. 이 값을 이용한 임계값 비교를 통해서 각 신호들과 잡음을 구분하는 것이 강화된 에너지 검출기의 기본 알고리즘이다.

Figure R1020080014342

에너지 검출기, 우선사용자, 최대전력, 평균전력, MMPR, 임계값

The present invention improves the performance of the conventional method by using the enhanced energy detector in the spectrum detection process. In the IEEE 802.22 system environment, the primary user, digital TV (DTV), wireless microphone signal (WMP), and noise ( It measures the characteristics of power of noise) and compares them and distinguishes them. The present invention is characterized by distinguishing the signal types of the preferred users by using the fact that they have different maximum-to-mean power ratios (MMPR) according to the types of signals of the preferred users. The energy of the signal is measured by the existing energy detector method to determine the presence of the signal, and if the signal exists, the control is transferred to the enhanced energy detector algorithm. The maximum power and average power can be measured through a sliding window of a certain size in the frequency domain, and the measured value can be used to obtain the maximum-to-mean power ratio (MMPR). It is the basic algorithm of the enhanced energy detector that distinguishes each signal from the noise through the threshold comparison using this value.

Figure R1020080014342

Energy Detector, Preferred User, Maximum Power, Average Power, MMPR, Threshold

Description

우선사용자 신호의 유형을 구분해 내는 강화된 에너지 검출기 및 검출방법{An Enhanced Energy Detector for identification of the VSB and WMP signal in the IEEE 802.22 System and Detecting Method}An enhanced energy detector for identification of the VSB and WMP signal in the IEEE 802.22 System and Detecting Method}

본 발명은 스펙트럼 검출방법 중 신호의 에너지를 검출하여 신호를 감지하는 장치 및 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 기존의 에너지 검출기의 신호의 존재유무를 검출하는 기능에 신호의 종류를 구분하는 기능을 추가하여 스펙트럼 검출의 신뢰성을 높일 수 있는 우선사용자 신호의 유형을 구분해 내는 강화된 에너지 검출기 및 검출방법에 관한 것이다. The present invention relates to an apparatus and method for detecting a signal by detecting energy of a signal among spectrum detection methods. More particularly, the present invention relates to a function of detecting the presence or absence of a signal of an existing energy detector. In addition, the present invention relates to an enhanced energy detector and detection method for identifying types of priority user signals that can increase the reliability of spectrum detection.

먼저 이 기술에서 사용되는 주요 용어와 그 의미를 정의하면 다음과 같다.First, the main terms used in this technique and their meanings are defined.

무선 인지 기술(CR : Cognitive Radio) : 주파수 대역이 할당되어 있지만 실제로 사용하지 않고 비어있는 주파수 대역을 감지해 이를 효율적으로 공유하여 사용할 수 있는 기술.Radio Cognitive Radio (CR): A technology that can detect and share an empty frequency band efficiently without using it, but share it efficiently.

기지국(BS : Base Station) : 무선 인지 기술을 기반으로 무선 인터페이스를 통하여 단말과 송수신을 수행하고 자신의 통신영역 안에 통신 제어를 관할하는 장 치.Base Station (BS): A device that performs transmission and reception with a terminal through a wireless interface based on a radio recognition technology and controls communication control within its own communication area.

우선사용자(Primary User) : 요금을 지불하고 허가된 주파수 대역을 사용하는 사용자.Primary User: A user who pays a fee and uses a licensed frequency band.

CR 시스템 : 무선 인지 기술을 사용하는 통신 시스템. CR system: A communication system using radio recognition technology.

WRAN CPE(Customer Promise Equipmet) : WRAN(Wireless Regional Area Network) 환경에서의 CR시스템 사용자WRAN CPE (Customer Promise Equipmet): CR system user in WRAN (Wireless Regional Area Network) environment

하향링크(Downlink) : 기지국으로부터 단말로의 방향.Downlink: Direction from the base station to the terminal.

상향링크(Uplink) : 단말로부터 기지국으로의 방향.Uplink: Direction from the terminal to the base station.

다양하게 발전하고 있는 무선 통신 시스템 간에는 기술적으로 동일한 주파수 대역을 사용하기에 어려움이 있어, 각 무선 통신 시스템은 서로 다른 주파수 대역을 할당받아 사용하고 있다. 음성통신 및 데이터 통신에 적합한 거의 대부분의 주파수 대역은 할당되어 있는 상태로서, 새로이 개발되고 있는 무선 통신 시스템에 할당할 주파수 대역이 부족한 실정이다. It is difficult to use the same frequency band technically between wireless communication systems that are variously developed, and each wireless communication system is assigned a different frequency band. Almost all frequency bands suitable for voice communication and data communication have been allocated, and there is a shortage of frequency bands to be allocated to newly developed wireless communication systems.

그러나 주파수 대역이 무선 통신 시스템에 할당되어 있지만 지역적, 시간적으로 사용되고 있지 않는 주파수 대역이 존재하게 된다. 이러한 주파수 대역을 효율적으로 이용할 수 있는 방법으로 무선 인지(Cognitive Radio, CR) 기술이 있다.However, there are frequency bands that are allocated to wireless communication systems but are not used locally or in time. Cognitive Radio (CR) technology is a method that can efficiently use this frequency band.

무선 인지는 원래의 우선사용자(primary user)에게 간섭을 주지 않고 비어있는 주파수 대역을 인지하여 사용하는 기술이다. Wireless recognition is a technology that recognizes and uses an empty frequency band without interfering with an original primary user.

무선 인지 기술을 기반으로 미국, 캐나다, 브라질 등과 같이 광활한 지역에 서 무선인터넷 접속이 가능하게 하기 위하여 VHF / UHF 대역의 TV 대역 중 사용되지 않는 채널을 활용하여 서비스를 제공할 수 있는 표준을 제정한 것이 IEEE 802.22 WRAN 시스템이다. Based on the wireless recognition technology, in order to enable wireless Internet access in a wide area such as the US, Canada, Brazil, etc., a standard that provides services using unused channels among the TV bands of the VHF / UHF band is established. It is an IEEE 802.22 WRAN system.

도 1은 IEEE 802.22 WRAN 시스템의 개요가 도시된 도이다. 1 is a diagram illustrating an overview of an IEEE 802.22 WRAN system.

도 1을 참조하면, WRAN시스템은 우선사용자(Primary User)와 WRAN 기지국(110), WRAN CPE(120, Customer Promise Equipment)를 포함한다. 도 1에서의 우선사용자는 TV수신기(130)와 무선마이크(140)라고 할 수 있다. WRAN 시스템의 서비스 커버리지는 33Km ~ 100Km 이고, 스펙트럼 효율은 0.5~3bps/Hz를 목표로 하고 있으며 하향 링크 1.5Mbps, 상향링크 384kbps 이상을 목표로 하고 있다. Referring to FIG. 1, the WRAN system includes a primary user, a WRAN base station 110, and a WRAN CPE (Customer Promise Equipment) 120. Preferred users in FIG. 1 may be referred to as the TV receiver 130 and the wireless microphone 140. Service coverage of the WRAN system is 33Km ~ 100Km, spectrum efficiency is aimed at 0.5 ~ 3bps / Hz, downlink 1.5Mbps, uplink 384kbps or more.

이러한 무선인지 기술은 기존의 통신시스템에 외부환경을 인지하는 스펙트럼 센싱 기술과 인지한 외부환경 정보로부터 효율적인 주파수와 통신 파라미터 정보를 변경을 시켜 주는 자원할당의 기능을 담당하는 부분의 추가로서 구성할 수 있다. 이 중 스펙트럼 센싱 기술은 외부의 우선사용자(Primary User)의 존재 유무를 비롯한 환경을 인지하는 무선인지 기술의 핵심 기능 중 하나로 크게 나누어 2가지의 기능으로 분류될 수 있다. 그 중 하나는 특정 대역의 사용 유무를 파악하는 것이며 다른 하나는 사용되고 있는 대역의 신호의 특징 및 종류를 파악하는 기능을 하는 것이다. 첫 번째 목적은 우리가 사용 가능한 대역을 확보하기 위해서 필요하며 2번째 기능은 효율적으로 주파수 운용을 하기 위한 기능으로 볼 수 있다. 이러한 스펙트럼 센싱 방식은 크게 3가지의 방법으로 구분할 수 있다. The wireless recognition technology can be configured as an addition of a spectrum sensing technology for recognizing the external environment in the existing communication system and a part for resource allocation function that changes the efficient frequency and communication parameter information from the recognized external environment information. have. Among them, spectrum sensing technology can be classified into two functions as one of the core functions of wireless recognition technology that recognizes the environment including the presence of an external primary user. One of them is to find out whether or not a specific band is used, and the other is to identify characteristics and types of signals in the band being used. The first objective is necessary to secure the usable band, and the second can be seen as a function for efficient frequency operation. This spectrum sensing method can be largely classified into three methods.

그 중 성능이 좋은 방식 중의 하나가 사용자 신호에 같은 신호를 정합하여 사용자 신호를 검출하는 방식이 있다. 신호의 정합을 위해 정합 필터를 사용한다.One of the methods having good performance is a method of matching the same signal to the user signal and detecting the user signal. Matching filters are used to match the signals.

도 2는 정합 필터를 이용한 방식의 구성이 도시된 블록도(200)이다.2 is a block diagram 200 illustrating a configuration of a method using a matched filter.

도 2를 참조하면, 임의의 수신 신호는 A/D 변환부(210)를 거쳐 정합 필터(220)를 통과한다. 정합 필터를 통해 심벌시간이 복원(230) 되고 반송파의 위상이 복원(240)된 후 채널 등화기(250)를 거치면 임계값 비교(260)를 통해 신호를 검출할 수 있다. 신호 대 잡음 비(SNR)를 최대화 할 수 있고 비교적 정확한 방식이지만 모든 신호에 대한 정보를 미리 알고 있어야 하고 정보가 정확하지 않다면 성능이 크게 열화 될 수 있기 때문에 다양한 환경에서의 신호를 검출할 수 없는 단점이 있다.2, an arbitrary received signal passes through the matched filter 220 via the A / D converter 210. After the symbol time is restored 230 through the matching filter and the phase of the carrier 240 is restored 240, the signal may be detected through the threshold comparison 260 when the channel equalizer 250 passes. Although it is possible to maximize the signal-to-noise ratio (SNR) and it is a relatively accurate method, it is not possible to detect signals in various environments because it is necessary to know information about all signals in advance and performance may be greatly degraded if the information is not accurate. There is this.

다른 스펙트럼 센싱 방식으로 신호들이 가지는 주기적인 성질을 이용하여 신호의 형태를 검출하는 Cyclostationary 검출 방식이 있다. 변조된 신호는 그 평균과 자기상관함수(autocorrelation)등이 통계적으로 주기성을 갖게 되므로 Cyclostationary 한 특성을 이용해서 신호를 검출 한다. Another spectral sensing method is a cyclostationary detection method that detects the shape of a signal by using the periodic properties of the signals. The modulated signal detects the signal by using the cyclostationary characteristic because the average and autocorrelation are statistically periodic.

도 3은 Cyclostationary 검출 방식의 구성이 도시된 블록도(300)이다.3 is a block diagram 300 showing the configuration of a cyclostationary detection method.

도 3을 참조하면, 임의의 수신 신호는 A/D 변환부(310)를 거쳐 FFT(320)를 통해 주파수 영역으로 이동한다. 그리고 이것은 자기 상관부(330)를 거쳐 평균화 단계(340)를 통해 신호를 검출할 수 있다. 이 검출은 수신된 신호를 자기상관(autocorrelation)하여 신호를 검출하는 방식으로 간섭신호에 대하여 우수한 검출 성능을 가진다. 이러한 방법은 작은 신호 대 잡음 비로도 신호의 존재 유무를 파악할 수 있으며 현재 대역에 존재하는 신호의 특징 등을 알아낼 수 있는 장점이 있다. 하지만 그에 따른 시스템 요구사항도 적지 않아서 구조가 복잡하고 비용이 많이 드는 특징을 지닌다; Referring to FIG. 3, an arbitrary received signal moves to the frequency domain through the FFT 320 through the A / D converter 310. And this can be detected through the averaging step 340 via the autocorrelator 330. This detection has an excellent detection performance for interfering signals in a manner of autocorrelation of the received signal to detect the signal. This method has the advantage of being able to determine the presence of a signal even with a small signal-to-noise ratio and to find out the characteristics of the signal present in the current band. However, the resulting system requirements are not small, and the structure is complicated and expensive;

마지막으로 신호의 에너지의 크기에 따라 신호의 존재 유무를 감지하는 에너지 검출 방식이 있다. 에너지 검출 방식은 기본적으로 우선사용자(Primary User)에 대한 정보가 없이도 그 검출이 가능하다.Finally, there is an energy detection method that detects the presence or absence of a signal according to the magnitude of the energy of the signal. The energy detection method can basically detect the primary user without information about the primary user.

도 4는 에너지 검출 방식의 구성이 도시된 블록도(400)이다.4 is a block diagram 400 illustrating a configuration of an energy detection method.

도 4를 참조하면, 임의의 수신신호가 A/D변환부(410)를 거친 후 FFT(430)를 통해 수신신호가 주파수 영역으로 옮겨지고 평균화(440)된 후, 주파수 영역으로 옮겨진 값과 잡음에 따른 임계값의 비교(420)를 통해 비교적 쉽게 구현이 가능하다.Referring to FIG. 4, after an arbitrary received signal passes through the A / D converter 410, the received signal is transferred to the frequency domain through the FFT 430, averaged 440, and then moved to the frequency domain. The comparison of the thresholds in accordance with 420 can be implemented relatively easily.

가장 간단한 방식 중의 하나로 쉽게 스펙트럼의 존재 유무를 파악할 수 있다는 장점이 있으나 위에서 상술하였던 신호의 종류 등을 파악하기가 어려운 단점이 있다. One of the simplest methods is that it is easy to determine the presence or absence of the spectrum, but it is difficult to determine the type of the signal described above.

본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 에너지 검출기를 사용하여 IEEE 802.22 WRAN 시스템에서 우선사용자로 지정되어 있는 VSB 신호와 WMP신호의 구분과 검출 성능향상을 도모하고, 에너지 검출 방식의 최대 단점인 우선사용자와 잡음의 구별이 불가능한 특징을 구간별로 계산된 최대 전력 대 평균 전력 비(MMPR)를 이용해 개선한 IEEE 802.22 시스템 환경에서 VSB와 WMP 신호를 구분해 내는 강화된 에너지 검출기 및 검출방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above-mentioned problems of the prior art, and uses an energy detector to improve the detection and detection performance of a VSB signal and a WMP signal designated as a preferred user in an IEEE 802.22 WRAN system, and to improve energy detection. Enhanced energy detector that distinguishes VSB and WMP signals in IEEE 802.22 system environment, which is improved by using the maximum power-to-average power ratio (MMPR) calculated for each section, which is a feature that distinguishes the user and noise, which is the biggest disadvantage of the scheme. It is an object to provide a detection method.

또한, 강화된 에너지 검출기의 알고리즘을 실행하여 신호의 종류를 구분할 수 있는 새로운 임계값의 비교를 통해 검출된 신호의 종류까지 분별할 수 있는 신뢰성 높은 IEEE 802.22 시스템 환경에서 VSB와 WMP 신호를 구분해 내는 강화된 에너지 검출기 및 검출방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.In addition, it is possible to implement the enhanced energy detector's algorithm to compare the new thresholds to distinguish the types of signals and to distinguish VSB and WMP signals in a reliable IEEE 802.22 system environment that can distinguish the types of detected signals. It is an object of the present invention to provide an energy detector and a detection method.

상기한 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 우선사용자 신호의 유형을 구분해 내는 강화된 에너지 검출기는 수신신호의 에너지를 제 1 임계값과 비교하여 신호의 존재 유무를 식별하는 제 1 에너지 검출 모듈 및 상기 수신신호의 에너지가 제 1 임계값보다 큰 경우 제 1 윈도우 크기로 전체 주파수 도메인을 지나가면서 각 윈도우 마다 제곱화된 주파수 값들을 이용하여 전력을 측정하여 최대 전력 대 평균 전력의 비를 이용하여 우선사용자 신호의 종류를 식별하는 제 2 에너지 검출 모듈 을 포함한다.The enhanced energy detector for identifying the type of the preferred user signal according to the present invention for solving the above problems is a first energy detection module for identifying the presence or absence of a signal by comparing the energy of the received signal with a first threshold value; When the energy of the received signal is greater than the first threshold value, the power is measured using frequency values squared for each window while passing through the entire frequency domain with the first window size, and using the ratio of maximum power to average power, And a second energy detection module for identifying the type of user signal.

여기서, 상기 제 1 에너지 검출 모듈은 관심있는 스펙트럼을 추출하기 위한 대역통과필터, 상기 대역통과필터의 출력을 디지털 신호로 변환하기 위한 A/D 변환부, 상기 A/D 변환부의 출력을 주파수 영역 신호로 변환하는 주파수 영역 변환부, 상기 주파수 영역 변환부 출력을 제곱하고 평균화하여 수신신호의 에너지를 추정하는 에너지 추정부 및 상기 수신신호의 에너지를 제 1 임계값과 비교하는 임계치 비교부를 포함한다.Here, the first energy detection module includes a bandpass filter for extracting a spectrum of interest, an A / D converter for converting an output of the bandpass filter into a digital signal, and an output of the A / D converter for a frequency domain signal. And an energy estimator for estimating the energy of the received signal by squaring and averaging the output of the frequency domain converter, and a threshold comparator for comparing the energy of the received signal with a first threshold.

또한, 상기 주파수 영역 변환부는 FFT(Fast Fourier Tramsform)를 이용하여 주파수 영역 신호로 변환한다.In addition, the frequency domain converter converts the frequency domain signal using a fast fourier tramsform (FFT).

그리고, 상기 제 2 에너지 검출 모듈은 제 1 윈도우 크기로 전체 주파수 도메인을 지나가면서 각 윈도우 마다 제곱화된 주파수 값들을 이용하여 전력을 측정하고 저장하는 슬라이딩 윈도우부, 상기 제 1 윈도우 크기를 가진 각 윈도우의 최대 전력 대 평균 전력의 비를 계산하는 전력비 계산부, 상기 최대 전력 대 평균 전력의 비를 제 2 임계값과 비교하여 우선사용자 신호의 유형을 식별하는 우선사용자 식별부를 포함한다.The second energy detection module includes a sliding window unit for measuring and storing power using frequency values squared for each window while passing the entire frequency domain with a first window size, and each window having the first window size. A power ratio calculator that calculates a ratio of the maximum power to the average power of the first user;

여기서, 상기 제 2 에너지 검출 모듈은 상기 제 1 임계값, 제 2 임계값, 제 1 윈도우 크기 중 적어도 하나 이상을 결정하는 제어부를 더 포함한다.The second energy detection module may further include a controller configured to determine at least one of the first threshold value, the second threshold value, and the first window size.

또한, 상기 우선사용자 식별부는 우선사용자 신호가 무선마이크 신호인지 디지털 TV 신호인지 식별한다.In addition, the priority user identification unit identifies whether the priority user signal is a wireless microphone signal or a digital TV signal.

또한, 상기한 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 우선사용자 신호의 유형 을 구분해 내는 강화된 에너지 검출방법은 수신신호의 에너지를 제 1 임계값과 비교하여 신호의 존재 유무를 식별하는 제 1 단계 및 상기 수신신호의 에너지가 제 1 임계값보다 큰 경우 제 1 윈도우 크기로 전체 주파수 도메인을 지나가면서 각 윈도우 마다 제곱화된 주파수 값들을 이용하여 전력을 측정하여 최대 전력 대 평균 전력의 비를 이용하여 우선사용자 신호의 종류를 식별하는 제 2 단계를 포함한다.In addition, the enhanced energy detection method for identifying the type of the preferred user signal according to the present invention for solving the above problems is a first step of identifying the presence of the signal by comparing the energy of the received signal with the first threshold value And when the energy of the received signal is greater than a first threshold, the power is measured using frequency values squared for each window while passing the entire frequency domain with a first window size, and using the ratio of maximum power to average power. Firstly, a second step of identifying the type of user signal is included.

상기 제 1 단계는 관심있는 스펙트럼을 추출하기 위하여 주파수 대역을 필터링하는 제 1 과정, 상기 제 1 과정에서 필터링된 신호를 나이퀴스트율에 의해 표본화하는 제 2 과정, 상기 제 2 과정에서 표본화된 시간 영역의 신호를 주파수 영역의 신호로 변환하는 제 3 과정, 상기 주파수 영역 신호의 표본화된 주파수를 제곱하고 평균화하여 수신신호의 에너지를 계산하는 제 4 과정 및 상기 수신신호의 에너지를 제 1 임계값과 비교하여 신호의 존재 유무를 식별하는 제 5 과정을 포함하여 이루어진다.The first step includes a first step of filtering a frequency band to extract a spectrum of interest, a second step of sampling a signal filtered in the first step by a Nyquist rate, and a time sampled in the second step. A third process of converting a signal of a region into a signal of a frequency domain, a fourth process of calculating an energy of a received signal by squaring and averaging a sampled frequency of the frequency domain signal, and comparing the energy of the received signal with a first threshold value; And a fifth process of identifying the presence or absence of a signal by comparison.

상기 제 3 과정은 FFT(Fast Fourier Tramsform)를 이용하여 주파수 영역 신호로 변환한다.The third process converts a frequency domain signal using Fast Fourier Tramsform (FFT).

상기 제 2 단계는 제 1 윈도우 크기로 전체 주파수 도메인을 지나가면서 각 윈도우 마다 제곱화된 주파수 값들을 이용하여 전력을 측정하고 저장하는 제 1 과정, 상기 제 1 윈도우 크기를 가진 각 윈도우의 최대 전력 대 평균 전력의 비를 계산하는 제 2 과정 및 상기 최대 전력 대 평균 전력의 비를 제 2 임계값과 비교하여 우선사용자 신호의 유형을 식별하는 제 3 과정을 포함하여 이루어진다.The second step is a first process of measuring and storing power using frequency values squared for each window while passing through the entire frequency domain with the first window size, the maximum power of each window having the first window size. And a second step of calculating a ratio of average power and a third step of identifying a type of priority user signal by comparing the ratio of maximum power to average power with a second threshold.

상기 제 2 단계의 제 3 과정은 우선사용자 신호가 무선마이크 신호인지 디지 털 TV 신호인지 식별한다.The third process of the second step first identifies whether the user signal is a wireless microphone signal or a digital TV signal.

상기와 같이 구성되는 본 발명에 따른 우선사용자 신호의 유형을 구분해 내는 강화된 에너지 검출기 및 검출방법은 IEEE 802.22 WRAN 시스템에서 제시된 에너지 검출기의 우선사용자들과 잡음의 구별이 불가능한 단점을 슬라이딩 윈도우를 통해 최대 전력과 평균 전력 계산 하여 임계값을 비교하는 비교적 간단한 방법에 의해 해결하고 성능을 향상시키며 스펙트럼 검출의 신뢰성을 높일 수 있는 효과가 있다. The enhanced energy detector and detection method for distinguishing the types of the preferred user signal according to the present invention configured as described above have the disadvantage of indistinguishable noise from the preferred users of the energy detector presented in the IEEE 802.22 WRAN system through the sliding window. This is solved by a relatively simple method of calculating the maximum power and the average power and comparing the thresholds, improving the performance and increasing the reliability of the spectrum detection.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 구체적인 내용 및 실시예를 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described specific details and embodiments of the present invention.

본 발명에 있어 새로 정의된 용어는 다음과 같다.The newly defined terms in the present invention are as follows.

슬라이딩 윈도우 (Sliding Window) : 주파수 도메인 대역을 특정 크기의 윈도우를 이용해서 전체 대역을 살펴보는 방법으로 수신신호에 합쳐진 각 신호의 에너지를 효율적으로 측정할 수 있다.Sliding Window: The energy of each signal combined with the received signal can be efficiently measured by examining the entire band using a window of a specific size in the frequency domain band.

최대 전력 대 평균 전력 비 (MMPR, Maximum-to-mean Power Ratio) : 윈도우 내에서 측정되는 최대 전력과 평균 전력의 비율, 스펙트럼 검출 신뢰성을 높이기 위해 본 발명에서 도입한 방법으로 각 우선사용자와 잡음은 서로 다른 MMPR 값을 가진다.Maximum-to-mean Power Ratio (MMPR): The ratio of maximum power and average power measured in a window, and the method introduced in the present invention to increase the spectrum detection reliability. Have different MMPR values.

파일럿 (Pilot) : DTV 신호의 다경로 상황에서 동기 신호를 잘 복원하기 위 해 파일럿이라는 추가신호를 보내는 데 전체 전송되는 전력보다 높은 전력값을 가진다.Pilot: In order to recover the synchronization signal well in the multi-path situation of the DTV signal, it has a power value higher than the total transmitted power to send an additional signal called a pilot.

AWGN(Additive White Gaussian Noise) : 가산 백색 가우스 잡음. 확률변수로 가우시안 형태를 가지고, 원래의 신호에 더해진다는 의미이다. 자유 공간으로 전파되는 신호는 공간에 항상 존재하는 어떤 잡음을 고려해야 하는데 그 경우에 일반적으로 사용되는 개념이다AWGN: Additive White Gaussian Noise. It means that it is a Gaussian form as a random variable and is added to the original signal. A signal propagated into free space must take into account some noise that is always present in space, which is a commonly used concept.

페이딩(fading) : 무선 회선에서 대기 굴절률이 변화하면서 수신점에서 다중파의 간섭 및 집속, 발산 또는 장애물에 의해 회선 등이 변화하여 수신 전계 강도가 시간적으로 변동하는 현상. 채널 공간에 존재하는 잡음으로 사용될 수 있다.Fading: A phenomenon in which the received field strength fluctuates in time due to a change in atmospheric refractive index in a wireless line and a change in the line due to interference, focusing, divergence, or obstruction of multiple waves at the receiving point. It can be used as noise existing in channel space.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 내용을 상세히 설명한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described in detail the contents according to the present invention.

도 5는 본 발명에 따른 우선사용자 신호의 유형을 구분해 내는 강화된 에너지 검출기의 구성이 도시된 블록도이다.5 is a block diagram showing the configuration of an enhanced energy detector for distinguishing types of preferred user signals in accordance with the present invention.

도 5를 참조하면, 본 발명에 따른 강화된 에너지 검출기는 크게 기존의 에너지 검출기 모듈인 제 1 에너지 검출 모듈(510)과 강화된 에너지 검출기 모듈인 제 2 에너지 검출 모듈(520)로 구성되는 특징을 지닌다. Referring to FIG. 5, an enhanced energy detector according to the present invention includes a first energy detection module 510, which is a conventional energy detector module, and a second energy detection module 520, which is an enhanced energy detector module. Have

먼저 제 1 에너지 검출 모듈(510)의 구성을 설명한다.First, the configuration of the first energy detection module 510 will be described.

무선인지 수신기에 도착한 신호는 대역통과필터(511)와 A/D 변환부(512)를 거친다.The signal arriving at the radio recognition receiver passes through the band pass filter 511 and the A / D converter 512.

대역통과필터(511)는 관심있는 스펙트럼을 뽑아내기 위한 목적으로 제어부(524)에서 필터의 크기를 제어할 수 있는 조절 가능한 필터이다. The bandpass filter 511 is an adjustable filter that can control the size of the filter in the controller 524 for the purpose of extracting the spectrum of interest.

대역통과필터(511)를 통과한 신호는 A/D 변환부(512)에서 나이퀴스트율에 의해 표본화된다. 이렇게 나온 신호는 시간 영역의 신호를 주파수 영역으로 바꾸기 위하여 주파수 영역 변환부(513)에서 FFT(Fast Fourier Tramsform)를 수행하여 N개의 표본화된 주파수를 얻을 수 있으며 이 과정은 [수학식 1]과 같이 나타낼 수 있다.The signal passing through the bandpass filter 511 is sampled by the Nyquist rate in the A / D converter 512. In order to convert the signal in the time domain into the frequency domain, the frequency domain transform unit 513 performs FFT (Fast Fourier Tramsform) to obtain N sampled frequencies, which is represented by Equation 1 below. Can be represented.

Figure 112008011788940-pat00001
Figure 112008011788940-pat00001

여기서, Y(k)는 수신 신호의 주파수 표본들이며 이 값을 에너지 추정부(514)에서 제곱화하고 평균화하면 신호의 에너지를 추정할 수 있다. 이렇게 얻어진 수신신호의 에너지가 임계치 비교부(515)에서 제 1 임계값과 비교되어 신호의 존재 유무가 밝혀질 수 있다. 미리 정의된 제 1 임계값이 T이고 추정된 에너지값이 E라고 하면 신호의 존재는 [수학식 2]와 같이 결정된다. Here, Y (k) is frequency samples of the received signal, and when the value is squared and averaged by the energy estimator 514, the energy of the signal may be estimated. The energy of the received signal thus obtained is compared with the first threshold value in the threshold comparison unit 515 to determine the presence of the signal. If the first predefined threshold value is T and the estimated energy value is E, then the presence of the signal is determined as shown in [Equation 2].

E > T : 신호 존재함E> T: Signal present

E < T : 신호가 존재하지 않음E <T: no signal present

미리 정의된 제 1 임계값 T는 제어부(524)에 의해 적절하게 바뀌어 질 수 있다. 추정 에너지 E가 제 1 임계값 T보다 작으면 신호의 부재 정보가 제어부(524)로 알려 지게 되고 우선사용자가 존재하지 않음이 선언된다. 그러나 만약 추정 에너지 값이 제 1 임계값 보다 크게 되면 우선사용자의 세부 유형을 구분하기 위해 강화된 제 2 에너지 검출 모듈(520)의 알고리즘이 시작된다.The predefined first threshold value T may be appropriately changed by the controller 524. If the estimated energy E is less than the first threshold T, the absence information of the signal is known to the controller 524, and the first user is declared that no user exists. However, if the estimated energy value is greater than the first threshold, the algorithm of the enhanced second energy detection module 520 is first started to distinguish the detailed type of user.

제 2 에너지 검출 모듈(520)은 슬라이딩 윈도우부(521), 전력비 계산부(522), 우선사용자 식별부(523), 제어부(524)를 포함한다.The second energy detection module 520 includes a sliding window unit 521, a power ratio calculator 522, a priority user identification unit 523, and a control unit 524.

슬라이딩 윈도우부(521)는 제 1 윈도우 크기로 전체 주파수 도메인을 지나가면서 각 윈도우 마다 제곱화된 주파수 값들을 이용하여 전력을 측정하고 저장한다.The sliding window unit 521 measures and stores power using frequency values squared for each window while passing through the entire frequency domain with the first window size.

즉, 특정한 윈도우의 크기로 전체 주파수 도메인을 지나가면서 각 윈도우마다 제곱화된 주파수 값들을 이용하여 전력을 측정하고 저장한다.That is, the power is measured and stored using the frequency values squared for each window while passing the entire frequency domain with a specific window size.

그 과정을 일반화하면 [수학식 3]과 같이 나타낼 수 있다.If the process is generalized, it can be expressed as [Equation 3].

Figure 112008011788940-pat00002
Figure 112008011788940-pat00002

여기서 τ는 주파수 값들의 지연이며 K는 윈도우의 크기이다. Where τ is the delay of the frequency values and K is the size of the window.

다음으로, 전력비 계산부(522)는 상기 제 1 윈도우 크기를 가진 각 윈도우의 최대 전력 대 평균 전력의 비를 계산한다. 윈도우를 이동시켜 가며 윈도우별 평균 전력을 구하고 그 중 최대 전력값을 구해서 상기 평균 전력과의 비를 계산한다.Next, the power ratio calculator 522 calculates a ratio of the maximum power to the average power of each window having the first window size. As the window is moved, the average power for each window is obtained, and the maximum power value is obtained, and the ratio with the average power is calculated.

또한, 우선사용자 식별부(523)는 상기 최대 전력 대 평균 전력의 비를 제 2 임계값과 비교하여 우선사용자 신호의 유형을 식별한다.Further, the priority user identification unit 523 identifies the type of the priority user signal by comparing the ratio of maximum power to average power with a second threshold.

그리고, 제어부(524)는 상기 제 2 에너지 검출 모듈은 상기 제 1 임계값, 제 2 임계값, 제 1 윈도우 크기 중 적어도 하나 이상을 결정하고 조절한다.The controller 524 determines and adjusts at least one of the first threshold value, the second threshold value, and the first window size by the second energy detection module.

도 6a 및 도 6b는 본 발명에 따른 우선사용자 신호의 유형을 구분해 내는 강화된 에너지 검출방법이 도시된 순서도이다.6A and 6B are flowcharts illustrating an enhanced energy detection method for identifying types of priority user signals according to the present invention.

구체적으로 도 6a는 수신신호의 에너지를 추정하여 우선사용자의 유무를 판별하는 과정이 도시된 순서도이며, 도 6b는 최대 전력 대 평균 전력의 비를 사용하여 우선사용자 신호의 종류를 식별하는 방법이 도시된 순서도이다.In detail, FIG. 6A is a flowchart illustrating a process of determining the presence or absence of a priority user by estimating the energy of a received signal, and FIG. 6B illustrates a method of identifying a type of a priority user signal using a ratio of maximum power to average power. Is a flow chart.

즉, 본 발명에 따른 강화된 에너지 검출 방법은 크게 2단계로 이루어진다.In other words, the enhanced energy detection method according to the present invention consists of two steps.

먼저, 제 1 단계는 수신신호의 에너지를 제 1 임계값과 비교하여 신호의 존재 유무를 식별하는 단계이다. 이 과정은 기존의 종래의 방법을 사용할 수 있다.First, the first step is to compare the energy of the received signal with the first threshold to identify the presence or absence of the signal. This process can use existing conventional methods.

제 1 단계의 일 실시예를 들면 다음과 같다. An example of the first step is as follows.

먼저 주파수 대역을 필터링하여 관심있는 주파수 영역을 선택하고(S10), A/D변환(S20)을 거친후, 시간 영역의 신호를 주파수 영역의 신호로 변환한다(S30). First, a frequency band of interest is selected by filtering a frequency band (S10), and after the A / D conversion (S20), a signal in the time domain is converted into a signal in the frequency domain (S30).

이 경우 FFT를 사용하여 주파수 영역의 신호로 변환할 수 있다.In this case, the FFT can be used to convert a signal in the frequency domain.

다음으로 수신신호의 에너지를 계산하고(S40), 수신신호의 에너지가 소정의 제 1 임계값(T)과 비교하여(S50) 상기 제 1 임계값(T)보다 큰 경우에는 우선사용자가 존재한다고 판별하며(S60), 만약 그렇지 않은 경우에는 우선사용자가 부존 재(S70)한다고 판별한다.Next, when the energy of the received signal is calculated (S40), and the energy of the received signal is greater than the first threshold value T (S50), the first user is present. If it is not (S60), if not, the user first determines that the absence (S70).

상기와 같은 제 1 단계가 종료되면, 우선사용자 신호가 어떤 유형인지 식별하는 제 2 단계로 진행한다.When the above first step is completed, the first step proceeds to the second step of identifying what type of user signal is.

도 6b를 참조하면, 첫 번째 과정은 슬라이딩 윈도우 단계(S110)이며 슬라이딩 윈도우는 특정한 윈도우의 크기로 전체 주파수 도메인을 지나가면서 각 윈도우마다 제곱화된 주파수 값들을 이용하여 전력을 측정하고 저장하는 역할을 한다.Referring to FIG. 6B, the first process is a sliding window step (S110), and the sliding window measures power and stores power using frequency values squared for each window while passing through the entire frequency domain with a specific window size. do.

도 7은 ATSC 디지털TV(DTV) 신호의 전력 스펙트럼 밀도(PSD)의 예가 도시된 그래프이며, 도 8은 무선 마이크 신호(WMP)의 전력 스펙트럼 밀도(PSD)의 예가 도시된 그래프이다.7 is a graph showing an example of a power spectral density (PSD) of an ATSC digital TV (DTV) signal, and FIG. 8 is a graph illustrating an example of a power spectral density (PSD) of a wireless microphone signal (WMP).

본 발명에서 각 우선사용자들과 잡음의 종류를 구분하는 기준으로 최대 전력 대 평균 전력 비(MMPR)를 사용한다. 우선사용자 신호의 예로 사용한 디지털TV(DTV)와 무선마이크(WMP)의 전력 스펙트럼 밀도(PSD) 그래프가 도 7과 도 8에 각각 도시되어 있다. 도 7에 있는 DTV신호의 전력스펙트럼밀도 그래프에서 가장 큰 전력 레벨을 가지고 뾰족하게 나와있는 선이 파일럿(pilot)인데 이 파일럿(pilot)은 도 8의 무선마이크 신호의 최대 전력(Peak Power)보다 항상 높다. In the present invention, the maximum power to average power ratio (MMPR) is used as a criterion for distinguishing each priority user and the type of noise. First, a power spectral density (PSD) graph of a digital TV (DTV) and a wireless microphone (WMP) used as an example of a user signal is shown in FIGS. 7 and 8, respectively. In the power spectrum density graph of the DTV signal of FIG. 7, the sharpest line with the highest power level is a pilot, which is always higher than the peak power of the wireless microphone signal of FIG. 8. high.

또한 도 7,8에 도시된 바와 같이 대역폭 6MHz를 기준으로 평균 전력을 구해보면 넓은 대역에 분포된 DTV신호의 평균이 협 대역인 무선마이크 신호의 평균보다 더 높게 나온다. 이렇게 구한 두 값으로 최대 전력 대 평균 전력의 비를 측정해보면 신호의 종류에 따라 특정한 값을 지니게 된다. 상기 예에서는 도 7,8의 그래프를 보았을 때, 좁은 대역에 분포하는 무선마이크의 평균 전력 값이 최대 전력 값에 비해 상당히 낮기 때문에 무선마이크의 MMPR값이 DTV의 값보다 더 크다는 사실을 알 수 있다. 잡음의 MMPR값은 당연히 상기 두 신호의 값보다 작을 것이다. 7,8, when the average power is calculated based on the bandwidth of 6MHz, the average of the DTV signals distributed in the wide band is higher than the average of the narrow band wireless microphone signal. When the ratio of the maximum power to the average power is measured using these two values, it has a specific value depending on the type of signal. In the example of FIG. 7, 8, it can be seen that the MMPR value of the wireless microphone is larger than that of the DTV because the average power value of the wireless microphones distributed in the narrow band is considerably lower than the maximum power value. . The MMPR value of noise will naturally be less than the values of the two signals.

이런 식으로 주파수 도메인 상의 최대 전력과 평균 전력의 비율(MMPR)을 측정하여 저장해두고 우선사용자 신호의 종류를 구분하는 기준으로 사용하는 것이 본 발명의 가장 큰 핵심이 된다. In this way, the ratio of the maximum power and the average power (MMPR) in the frequency domain is measured and stored and used as a criterion for distinguishing the types of user signals.

다시 도 6b를 참조하면, 최대 전력 대 평균 전력 비 (MMPR) 값을 구하기 위해 우선 각 슬라이딩 윈도우의 전력 값을 비교해서 최대 전력치를 얻는다(S120). 또한 이 단계에서 동시에 전력의 평균값도 계산(S130)하면 두 개의 값을 가지고 간단한 계산을 통해 최대 전력 대 평균 전력 비(MMPR)를 구할 수 있다(S140). 이 과정들은 윈도우의 크기 내에서 값을 계산하기 때문에 윈도우의 크기에 따라 다른 결과를 나타낼 수 있다. 따라서 상황에 따른 적절한 윈도우의 크기 설정이 필요하다.Referring to FIG. 6B again, in order to obtain a maximum power-to-average power ratio (MMPR), first, power values of respective sliding windows are compared to obtain a maximum power value (S120). In addition, in this step, if the average value of the power is also calculated at the same time (S130), the maximum power-to-average power ratio (MMPR) can be obtained through simple calculation with two values (S140). These processes calculate values within the size of the window, and therefore may produce different results depending on the size of the window. Therefore, it is necessary to set the appropriate window size according to the situation.

최대 전력 대 평균 전력 비(MMPR)를 이용해서 신호의 종류를 판단하는 단계(S160,S180)로 넘어간다. 이 단계는 제어부(524)를 통해 미리 저장된 임계치 비교부(515) 또는 우선 사용자 식별부(523)에 의해 수행된다.In step S160 and S180, the signal type is determined using the maximum power to average power ratio MMPR. This step is performed by the threshold comparison unit 515 or first user identification unit 523 stored in advance through the control unit 524.

본 발명에서는 상기 최대 전력 대 평균 전력 비를 제 2 임계값과 비교하여 우선사용자를 식별하는데, 상기 제 2 임계값은 구별하고자하는 우선사용자의 수에 따라 하나 이상의 임계값으로 구성된다.The present invention identifies the preferred user by comparing the maximum power to average power ratio with a second threshold, wherein the second threshold consists of one or more thresholds according to the number of preferred users to distinguish.

도 6b를 참조하면 T1(S160)은 무선마이크의 임계값이고, T2(S180)는 DTV의 임계값이며 무선마이크의 MMPR이 더 크기 때문에 무선마이크의 임계값을 먼저 비교해 보고 임계값보다 크다면 신호의 종류는 무선마이크로 선언된다(S150). Referring to FIG. 6B, since T1 (S160) is a threshold of a wireless microphone, T2 (S180) is a threshold of a DTV, and the MMPR of the wireless microphone is larger, the threshold of the wireless microphone is first compared and the signal is greater than the threshold. The type of is declared as a wireless microphone (S150).

그보다 작다면 DTV의 임계값을 비교하는 단계로 넘어가며 DTV신호로 결정(S170)하거나 DTV의 임계값 보다도 작다면 잡음으로 판명되어 우선사용자가 없음을 선언(S190)하게 된다.If it is smaller than that, the process proceeds to the step of comparing the threshold value of the DTV, and is determined as a DTV signal (S170). If it is smaller than the threshold value of the DTV, the noise is determined to be the first user (S190).

도 9는 본 발명에 따른 강화된 에너지 검출기 및 검출방법을 사용했을 경우 무선마이크 신호를 검출하는 실시예가 도시된 도이다. 9 is a diagram illustrating an embodiment of detecting a wireless microphone signal when the enhanced energy detector and the detection method according to the present invention are used.

도 9를 참조하면, 윈도우 크기 10KHz, 검출 평균 시간 0.015 ms, 무선마이크 신호의 임계값 T1=5 일 때 AWGN(Additive White Gaussian Noise)과 페이딩(fading) 채널환경 하 에서 무선마이크 신호를 검출하는 강화된 에너지 검출기의 검출 확률이 나타나 있다. 도 7의 아래 표에 표시된 Pd 와 Pf는 각각 올바른 검출 확률과 오검출 확률(false alarm)을 나타내며 오검출 확률은 무선 마이크 신호가 아닌 DTV신호를 검출한 경우를 나타내기 위해 도시하였다. 도 9에는 AWGN 채널 환경 하에서 기존의 에너지 검출기의 올바른 검출 확률도 도시되어 있는데 같은 AWGN 채널 환경의 강화된 에너지 검출기 그래프에서 90% 검출 확률(Pd = 0.9)의 경우와 비교해보면, 강화된 에너지 검출기가 신호 대 잡음비율(SNR)이 2dB 정도 개선된 성능으로 신호를 검출 할 수 있음을 그래프를 통해 알 수 있다.Referring to FIG. 9, when the window size is 10 KHz, the average detection time is 0.015 ms, and the threshold value T1 of the wireless microphone signal is T1 = 5, the wireless microphone signal is enhanced in the AWGN and fading channel environments. The detection probability of the energy detector is shown. Pd and Pf shown in the following table of FIG. 7 indicate a correct detection probability and a false alarm probability, respectively, and a false detection probability is shown to indicate a case where a DTV signal is detected instead of a wireless microphone signal. Figure 9 also shows the correct detection probability of a conventional energy detector in an AWGN channel environment. Compared to the 90% detection probability (Pd = 0.9) in the enhanced energy detector graph of the same AWGN channel environment, the enhanced energy detector is shown in FIG. The graph shows that the signal-to-noise ratio (SNR) can detect signals with 2dB improvement in performance.

도 10은 본 발명에 따른 강화된 에너지 검출기 및 검출방법을 사용했을 경우 DTV 신호를 검출하는 실시예가 도시된 도이다.10 is a diagram illustrating an embodiment of detecting a DTV signal when the enhanced energy detector and the detection method according to the present invention are used.

도 10을 참조하면, 윈도우 크기 10KHz, 검출 평균 시간 0.015 ms, 무선 마이크 신호의 임계값 T1=5, DTV 신호의 임계값 T2=2.8 일 때 AWGN(Additive White Gaussian Noise)과 패이딩(fading) 채널환경 하 에서 DTV 신호를 검출하는 강화된 에너지 검출기의 검출 확률이 나타나 있다. 도 10에 도시되어 있듯이 DTV 신호 검출의 경우 신호 대 잡음 비(SNR)가 -20dB 부터 -9dB까지 일 때 무선마이크를 검출하는 명백한 오검출 확률을 나타낸다. 또한 AWGN 환경에서 기존의 에너지 검출기와 비교했을 때 90% 검출 확률(Pd = 0.9)의 경우 값을 비교해보면 강화된 에너지 검출기가 10dB정도 낮은 성능을 나타냄을 볼 수 있다. 이것은 신호가 약해질수록 무선마이크의 최대 전력 대 평균 전력 비(MMPR)의 값도 낮아 지게 되어 DTV 신호의 검출 범위에서 무선마이크가 검출되기 때문으로 추정된다. 또 검출 성능의 하락은 두개의 신호를 검출 하기 위해 임계치 비교를 두 번 해야 하는 비용으로 인한 성능 감쇠로 여겨 질 수 있다. 이 문제를 해결하는 방안으로 윈도우 크기 조절, 검출의 평균 시간 변경을 제안 할 수 있다.Referring to FIG. 10, an additive white Gaussian noise (AWGN) and a fading channel when a window size of 10 KHz, an average detection time of 0.015 ms, a threshold value T1 of a wireless microphone signal and a threshold value T2 of a DTV signal are T2 = 2.8. The detection probability of the enhanced energy detector detecting the DTV signal under the environment is shown. As shown in FIG. 10, in the case of DTV signal detection, an apparent false detection probability of detecting a wireless microphone is shown when the signal-to-noise ratio (SNR) is from -20 dB to -9 dB. In addition, the 90% detection probability (Pd = 0.9) compared with the conventional energy detector in AWGN environment shows that the enhanced energy detector shows a performance of about 10dB lower. This is presumably because the weaker the signal, the lower the maximum power-to-average power ratio (MMPR) of the wireless microphone and the wireless microphone is detected in the detection range of the DTV signal. Degradation of detection performance can also be seen as a performance attenuation due to the cost of having to make two threshold comparisons to detect two signals. As a solution to this problem, we can propose to change the average time of window resizing and detection.

도 11은 본 발명에 따른 강화된 에너지 검출기 및 검출방법을 사용할 경우 윈도우 크기에 따른 무선 마이크 검출의 성능이 비교된 그래프이다.11 is a graph comparing the performance of the wireless microphone detection according to the window size when using the enhanced energy detector and the detection method according to the present invention.

도 11을 참조하면, AWGN 채널 환경에서 검출 평균시간 0.015ms, 무선마이크 임계치 T1=5 일 때 윈도우 크기가 2KHz부터 50KHz까지 변화 됨에 따른 검출 성능을 그래프로 도시하고 있다. 윈도우 크기가 작을 때 가장 좋은 성능을 지니며 90% 검출 확률(Pd = 0.9)의 경우 가장 작은 2KHz일 때가 50KHz일 때 보다 10dB 정도의 성능이 향상됨을 관찰 할 수 있다. 제안된 검출기를 사용할 때 적절한 윈도우 크기를 선택이 필요하다.Referring to FIG. 11, a graph shows detection performance as the window size changes from 2KHz to 50KHz when the detection time is 0.015ms and the wireless microphone threshold T1 = 5 in the AWGN channel environment. It has the best performance when the window size is small, and the 90% detection probability (Pd = 0.9) is 10dB better than the 50KHz at the smallest 2KHz. When using the proposed detector, it is necessary to select the appropriate window size.

도 12는 본 발명에 따른 강화된 에너지 검출기 및 검출방법을 사용할 경우 검출 평균 시간에 따른 무선마이크 검출의 성능이 비교된 그래프이다.12 is a graph comparing the performance of the wireless microphone detection according to the detection average time when using the enhanced energy detector and the detection method according to the present invention.

도 12를 참조하면, AWGN 채널 환경에서 윈도우 크기가 10KHz, 무선마이크 임계치 T1=5 일 때 평균 검출 시간이 0.015ms 부터 0.15ms 까지 변화 됨에 따른 검출 성능을 그래프로 도시하고 있다. 평균 시간이 클수록 좋은 성능을 나타냄을 쉽게 알 수 있으며, 90% 검출 확률(Pd = 0.9)의 경우 평균시간이 가장 큰 0.15ms일 때가 0.015ms일 때 보다 10dB 정도의 성능이 향상됨을 관찰 할 수 있다. 따라서 검출 평균 시간 클수록 스펙트럼 센싱의 성능을 향상시키지만 전체 처리 시간이 길어지는 트레이드 오프(trade-off)를 만들기 때문에 적절한 선택이 필요하다.Referring to FIG. 12, a graph shows detection performance as the average detection time varies from 0.015 ms to 0.15 ms when the window size is 10 KHz and the wireless microphone threshold T1 = 5 in the AWGN channel environment. It is easy to see that the larger the average time, the better the performance.In the case of 90% detection probability (Pd = 0.9), it can be observed that the performance of about 10dB is improved when the average time is 0.15ms, which is the largest. . Therefore, a larger average detection time improves the performance of spectral sensing, but requires appropriate selection because it makes a trade-off in which the overall processing time is longer.

본 발명은 하드웨어, 소프트웨어 또는 이들의 조합으로 구현될 수 있다. 하드웨어 구현에 있어, 상술한 기능을 수행하기 위해 디자인된 ASIC(application specific integrated circuit), DSP(digital signal processing), PLD(programmable logic device), FPGA(field programmable gate array), 프로세서, 제어기, 마이크로 프로세서, 다른 전자 유닛 또는 이들의 조합으로 구현될 수 있다. 소프트웨어 구현에 있어, 상술한 기능을 수행하는 모듈로 구현될 수 있다. 소프트웨어는 메모리 유닛에 저장될 수 있고, 프로세서에 의해 실행된다. 메모리 유닛이나 프로세서는 당업자에게 잘 알려진 다양한 수단을 채용할 수 있다.The invention can be implemented in hardware, software or a combination thereof. In hardware implementation, an application specific integrated circuit (ASIC), a digital signal processing (DSP), a programmable logic device (PLD), a field programmable gate array (FPGA), a processor, a controller, and a microprocessor are designed to perform the above functions. , Other electronic units, or a combination thereof. In the software implementation, the module may be implemented as a module that performs the above-described function. The software may be stored in a memory unit and executed by a processor. The memory unit or processor may employ various means well known to those skilled in the art.

이상과 같이 본 발명에 의한 우선사용자 신호의 유형을 구분해 내는 강화된 에너지 검출기 및 검출방법을 예시된 도면을 참조로 설명하였으나, 본 명세서에 개시된 실시예와 도면에 의해 본 발명은 한정되지 않고, 기술사상이 보호되는 범위 이내에서 응용될 수 있다. As described above, an enhanced energy detector and a detection method for distinguishing types of priority user signals according to the present invention have been described with reference to the illustrated drawings, but the present invention is not limited to the embodiments and drawings disclosed herein. The technology can be applied within the scope of protection.

도 1은 IEEE 802.22의 서비스 개요가 도시된 도이다.1 is a diagram illustrating a service outline of IEEE 802.22.

도 2는 스펙트럼 검출 방식 중 정합필터를 이용한 방법을 도시된 블록도이다.2 is a block diagram illustrating a method using a matched filter among spectrum detection methods.

도 3은 스펙트럼 검출 방식 중 Cyclostationary 검출 방법을 도시된 블록도이다.3 is a block diagram illustrating a cyclostationary detection method among spectral detection methods.

도 4는 스펙트럼 검출 방식 중 에너지 검출을 이용한 방법을 도시된 블록도 이다. 4 is a block diagram illustrating a method using energy detection among spectral detection methods.

도 5는 본 발명에 따른 우선사용자 신호의 유형을 구분해 내는 강화된 에너지 검출기의 구성이 도시된 블록도이다.5 is a block diagram showing the configuration of an enhanced energy detector for distinguishing types of preferred user signals in accordance with the present invention.

도 6a 및 도 6b는 본 발명에 따른 우선사용자 신호의 유형을 구분해 내는 강화된 에너지 검출방법이 도시된 순서도이다.6A and 6B are flowcharts illustrating an enhanced energy detection method for identifying types of priority user signals according to the present invention.

도 7은 ATSC 디지털TV(DTV) 신호의 전력 스펙트럼 밀도(PSD)의 예가 도시된 그래프이다.7 is a graph illustrating an example of a power spectral density (PSD) of an ATSC digital TV (DTV) signal.

도 8은 무선 마이크 신호(WMP)의 전력 스펙트럼 밀도(PSD)의 예가 도시된 그래프이다.8 is a graph illustrating an example of a power spectral density PSD of a wireless microphone signal WMP.

도 9는 본 발명에 따른 강화된 에너지 검출기 및 검출방법을 이용하여 무선마이크(WMP)신호를 검출했을 때 성능이 도시된 그래프이다.9 is a graph showing the performance when detecting a wireless microphone (WMP) signal using the enhanced energy detector and detection method according to the present invention.

도 10은 본 발명에 따른 강화된 에너지 검출기 및 검출방법을 이용하여 DTV 신호를 검출했을 때 성능이 도시된 그래프이다.10 is a graph showing the performance when detecting the DTV signal using the enhanced energy detector and detection method according to the present invention.

도 11은 본 발명에 따른 강화된 에너지 검출기 및 검출방법을 사용할 경우 윈도우 크기에 따른 무선마이크(WMP) 검출의 성능이 비교된 그래프이다.11 is a graph comparing the performance of the wireless microphone (WMP) detection according to the window size when using the enhanced energy detector and the detection method according to the present invention.

도 12는 본 발명에 따른 강화된 에너지 검출기 및 검출방법을 사용할 경우 검출 평균 시간에 따른 무선마이크(WMP) 검출의 성능이 비교된 그래프이다.12 is a graph comparing the performance of wireless microphone (WMP) detection according to the average detection time when using the enhanced energy detector and the detection method according to the present invention.

<도면의 주요 부분에 관한 부호의 설명><Explanation of symbols on main parts of the drawings>

510: 제 1 에너지 검출 모듈 511: 대역통과필터510: first energy detection module 511: bandpass filter

512: A/D 변환기 513: 주파수 영역 변환부512: A / D converter 513: frequency domain conversion unit

514: 에너지 추정부 515: 임계치 비교부514: energy estimating unit 515: threshold comparison unit

520: 제 2 에너지 검출 모듈 521: 슬라이딩 윈도우부520: second energy detection module 521: sliding window portion

522: 전력비 계산부 523: 우선 사용자 식별부522: power ratio calculation unit 523: first user identification unit

524: 제어부524: control unit

Claims (11)

수신신호의 에너지를 제 1 임계값과 비교하여 신호의 존재 유무를 식별하는 제 1 에너지 검출 모듈; 및A first energy detection module for comparing the energy of the received signal with a first threshold to identify the presence or absence of a signal; And 상기 수신신호의 에너지가 제 1 임계값보다 큰 경우 제 1 윈도우 크기로 전체 주파수 도메인을 지나가면서 각 윈도우 마다 제곱화된 주파수 값들을 이용하여 전력을 측정하여 최대 전력 대 평균 전력의 비를 이용하여 우선사용자 신호의 종류를 식별하는 제 2 에너지 검출 모듈을 포함하는 우선사용자 신호의 유형을 구분해 내는 강화된 에너지 검출기.When the energy of the received signal is greater than the first threshold value, the power is measured using frequency values squared for each window while passing through the entire frequency domain with the first window size, and using the ratio of maximum power to average power, An enhanced energy detector for identifying the type of preferred user signal comprising a second energy detection module for identifying the type of user signal. 청구항 1에 있어서, 상기 제 1 에너지 검출 모듈은 The method of claim 1, wherein the first energy detection module 관심있는 스펙트럼을 추출하기 위한 대역통과필터;A bandpass filter for extracting the spectrum of interest; 상기 대역통과필터의 출력을 디지털 신호로 변환하기 위한 A/D 변환부;An A / D converter for converting the output of the band pass filter into a digital signal; 상기 A/D 변환부의 출력을 주파수 영역 신호로 변환하는 주파수 영역 변환부;A frequency domain converter for converting the output of the A / D converter into a frequency domain signal; 상기 주파수 영역 변환부 출력을 제곱하고 평균화하여 수신신호의 에너지를 추정하는 에너지 추정부; 및An energy estimator for estimating the energy of a received signal by squaring and averaging the output of the frequency domain transform unit; And 상기 수신신호의 에너지를 제 1 임계값과 비교하는 임계치 비교부를 포함하는 것을 특징으로 하는 우선사용자 신호의 유형을 구분해 내는 강화된 에너지 검출 기.And a threshold comparison unit for comparing the energy of the received signal with a first threshold value. 청구항 2에 있어서, The method according to claim 2, 상기 주파수 영역 변환부는 FFT(Fast Fourier Tramsform)를 이용하여 주파수 영역 신호로 변환하는 것을 특징으로 하는 우선사용자 신호의 유형을 구분해 내는 강화된 에너지 검출기.And the frequency domain converter converts the type of the preferred user signal into a frequency domain signal using fast fourier tramsform (FFT). 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서, 상기 제 2 에너지 검출 모듈은The method according to claim 1 or 2, wherein the second energy detection module 제 1 윈도우 크기로 전체 주파수 도메인을 지나가면서 각 윈도우 마다 제곱화된 주파수 값들을 이용하여 전력을 측정하고 저장하는 슬라이딩 윈도우부;A sliding window unit for measuring and storing power using frequency values squared for each window while passing the entire frequency domain in a first window size; 상기 제 1 윈도우 크기를 가진 각 윈도우의 최대 전력 대 평균 전력의 비를 계산하는 전력비 계산부; 및A power ratio calculator configured to calculate a ratio of the maximum power to the average power of each window having the first window size; And 상기 최대 전력 대 평균 전력의 비를 제 2 임계값과 비교하여 우선사용자 신호의 유형을 식별하는 우선사용자 식별부를 포함하는 것을 특징으로 하는 우선사용자 신호의 유형을 구분해 내는 강화된 에너지 검출기.And a priority user identifier for identifying a type of a priority user signal by comparing the ratio of maximum power to average power to a second threshold value. 청구항 4에 있어서,The method according to claim 4, 상기 제 2 에너지 검출 모듈은 상기 제 1 임계값, 제 2 임계값, 제 1 윈도우 크기 중 적어도 하나 이상을 결정하는 제어부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 우선사용자 신호의 유형을 구분해 내는 강화된 에너지 검출기.The second energy detection module further includes a control unit for determining at least one or more of the first threshold value, the second threshold value, and the first window size. Detector. 청구항 4에 있어서,The method according to claim 4, 상기 우선사용자 식별부는 우선사용자 신호가 무선마이크 신호인지 디지털 TV 신호인지 식별하는 것을 특징으로 하는 우선사용자 신호의 유형을 구분해 내는 강화된 에너지 검출기.And the priority user identification unit identifies a type of the priority user signal, wherein the priority user signal is a wireless microphone signal or a digital TV signal. 수신신호의 에너지를 제 1 임계값과 비교하여 신호의 존재 유무를 식별하는 제 1 단계; 및A first step of identifying the presence or absence of the signal by comparing the energy of the received signal with a first threshold value; And 상기 수신신호의 에너지가 제 1 임계값보다 큰 경우 제 1 윈도우 크기로 전체 주파수 도메인을 지나가면서 각 윈도우 마다 제곱화된 주파수 값들을 이용하여 전력을 측정하여 최대 전력 대 평균 전력의 비를 이용하여 우선사용자 신호의 종류를 식별하는 제 2 단계를 포함하는 우선사용자 신호의 유형을 구분해 내는 강화된 에너지 검출방법.When the energy of the received signal is greater than the first threshold value, the power is measured using frequency values squared for each window while passing through the entire frequency domain with the first window size, and using the ratio of maximum power to average power, An enhanced energy detection method for identifying types of preferred user signals comprising a second step of identifying types of user signals. 청구항 7에 있어서, 상기 제 1 단계는The method of claim 7, wherein the first step is 관심있는 스펙트럼을 추출하기 위하여 주파수 대역을 필터링하는 제 1 과정;A first process of filtering the frequency band to extract a spectrum of interest; 상기 제 1 과정에서 필터링된 신호를 나이퀴스트율에 의해 표본화하는 제 2 과정;A second step of sampling the signal filtered in the first step by a Nyquist rate; 상기 제 2 과정에서 표본화된 시간 영역의 신호를 주파수 영역의 신호로 변환하는 제 3 과정;A third process of converting a signal of a time domain sampled in the second process into a signal of a frequency domain; 상기 주파수 영역 신호의 표본화된 주파수를 제곱하고 평균화하여 수신신호의 에너지를 계산하는 제 4 과정; 및A fourth step of calculating an energy of a received signal by squaring and averaging a sampled frequency of the frequency domain signal; And 상기 수신신호의 에너지를 제 1 임계값과 비교하여 신호의 존재 유무를 식별하는 제 5 과정을 포함하여 이루어지는 우선사용자 신호의 유형을 구분해 내는 강화된 에너지 검출방법.And a fifth process of identifying the presence or absence of a signal by comparing the energy of the received signal with a first threshold value to identify the type of the preferred user signal. 청구항 8에 있어서,The method according to claim 8, 상기 제 3 과정은 FFT(Fast Fourier Tramsform)를 이용하여 주파수 영역 신호로 변환하는 것을 특징으로 하는 우선사용자 신호의 유형을 구분해 내는 강화된 에너지 검출방법.The third step is an enhanced energy detection method for distinguishing the type of the preferred user signal, characterized in that the conversion to the frequency domain signal using the Fast Fourier Tramsform (FFT). 청구항 7 또는 청구항 8에 있어서,The method according to claim 7 or 8, 상기 제 2 단계는 제 1 윈도우 크기로 전체 주파수 도메인을 지나가면서 각 윈도우 마다 제곱화된 주파수 값들을 이용하여 전력을 측정하고 저장하는 제 1 과정;The second step includes a first step of measuring and storing power using frequency values squared for each window while passing the entire frequency domain in a first window size; 상기 제 1 윈도우 크기를 가진 각 윈도우의 최대 전력 대 평균 전력의 비를 계산하는 제 2 과정;Calculating a ratio of the maximum power to the average power of each window having the first window size; 상기 최대 전력 대 평균 전력의 비를 제 2 임계값과 비교하여 우선사용자 신호의 유형을 식별하는 제 3 과정을 포함하여 이루어지는 우선사용자 신호의 유형을 구분해 내는 강화된 에너지 검출방법.And a third step of identifying the type of the preferred user signal by comparing the ratio of the maximum power to the average power to a second threshold value. 청구항 10에 있어서,The method according to claim 10, 상기 제 2 단계의 제 3 과정은 우선사용자 신호가 무선마이크 신호인지 디지털 TV 신호인지 식별하는 것을 특징으로 하는 우선사용자 신호의 유형을 구분해 내는 강화된 에너지 검출방법.The third step of the second step is to identify the type of priority user signal, characterized in that identifying the priority user signal is a wireless microphone signal or a digital TV signal.
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