KR100962115B1

KR100962115B1 - 무선인지 통신시스템에서 공동 전력제어를 위한 방법 및장치

Info

Publication number: KR100962115B1
Application number: KR1020070067850A
Authority: KR
Inventors: 샨청; 마자레세; 홍성권; 김도영; 임은택; 우정수; 김덕기; 박용호; 이현우; 이근호
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2007-07-06
Filing date: 2007-07-06
Publication date: 2010-06-10
Also published as: KR20090003992A; US8170597B2; US20090011788A1

Abstract

본 발명은 무선인지 통신시스템에서 공동 전력제어를 위한 방법 및 장치에 관한 것으로, 무선인지 시스템에서 전력제어 방법에 있어서, 적어도 하나 이상의 단말들에 대해서 채널 스케줄링과 제 1 전력제어를 수행하는 과정과, 상기 적어도 하나 이상의 단말들이 제한구역 내에 존재하는지를 확인하여, 상기 제한구역 내에 존재하는 단말들이 기존시스템으로 간섭을 일으키는지를 판단하는 과정과, 상기 제한구역 내에 있는 서비스 단말들에 할당된 전력이 최대 허용가능한 간섭레벨 이하가 되도록 전력을 할당하는 제 2 전력제어를 수행하는 과정을 포함하여, 기존시스템에 간섭을 최소화하며 주파수대역을 공유하여 사용할 수 있는 이점이 있다.

무선인지(Cognitive Radio: CR), 제한구역(Constraint Area), 전력 할당, 스케줄링, 공동 전력제어(Joint Power Control).

Description

무선인지 통신시스템에서 공동 전력제어를 위한 방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS FOR JOINTLY CONTROLLING TRANSMITT POWER IN CONGITIVE RADIO COMMUNICATION SYSTEM}

본 발명은 무선인지(Cognitive Radio: 이하 "CR"라 칭함) 시스템에서 전력제어 방법 및 장치에 관한 것으로, 특히 기존시스템(Incumbent System)과 상기 CR 시스템이 공존하는 환경에서 상기 기존시스템에 간섭을 일으키지 않으며 공동 전력제어를 수행하여 같은 주파수대역을 사용하는 방법 및 장치에 관한 것이다. 여기서, 상기 기존시스템은 이미 허가 주파수대역을 할당받아 통신 서비스를 수행하고 있는 시스템(예: TV 방송시스템)을 칭한다.

이동통신이 급속히 발전하면서 2세대, 3세대, 4세대 통신시스템이 공존하면서 이용되고 있다. 하지만, 급속히 발전해 가는 이동통신 시스템은 기존 통신시스템들 공존하기 위해, 이미 기존시스템에 할당된 주파수대역 외에 다른 주파수대역을 필요하지만 현재 거의 모든 주파수가 할당되어 사용되고 있다. 따라서, 새로운 무선통신 시스템을 구현하기 위해 수 GHz내에서 신규 주파수 할당도 어렵고 무상으로 할당된 주파수 대역은 제한되어 있어서 이종 기기 간의 주파수 간섭이 야기되고 있다. 하지만, 2 GHz 이상에서는 많은 주파수가 사용되지 않으며, 1 GHz이하의 TV 주파수에서도 부분적으로 사용이 되지않는 주파수 대역들이 있다. 이에 따라 FCC(Federal Communications Commission)에서는 이러한 주파수의 실제 사용률에 대한 연구를 진행하여, 주파수 사용 효율을 올리고자 NPRM (Notice of Proposed Rule Making)을 통하여 비어있는 주파수에 대한 중복 사용 가능성에 대한 내용을 발표하였다.

예를 들면, 이미 할당되어 사용중인 주파수중에서 실제로 사용되지 않고 비어있는 주파수(또는 채널)를 검출(sensing)하여 이를 효율적으로 공유하여 사용할 수 있는 무선인지(cognitive radio:이하 "CR"라 칭함) 시스템이 있다. 상기 CR 기술을 사용함으로써 주파수 부족 문제를 많이 완화할 수 있지만 주파수 공용으로 사용하기 위해서는 요금을 지불하고 주파수 대역을 사용하는 우선 사용자(primary user)에게 간섭을 주지 말아야 한다. 즉, 기존시스템(예: TV 방송시스템)과 CR 시스템의 공존하는 환경을 고려할 때. 기존시스템의 단말들은 원하면 언제든지 허가 주파수대역을 액세스하여 이용할 수 있다. 하지만, 상기 CR 시스템의 단말들은 상기 기존시스템에 간섭을 일으키지 않는 조건하에서 기존시스템의 주파수대역을 이용하여 통신을 할 수 있다.

상기 CR 시스템이 기존시스템과 공존하여 허가 주파수대역을 공유하여 사용하는 방법이 두 가지 있다. 첫 번째, 기존시스템에 의해 점유되지 않은 남아있는 " 이용가능한 채널들" 이용하는 것이다. 두 번째, 기존시스템으로부터 CR 시스템의 기지국 혹은 단말들이 충분히 기존시스템으로부터 멀리 떨어져 초과하는 간섭이 일어나지 않을 때, 기존시스템에 의해 점유된 채널들을 재사용하는 것이다.

첫 번째 경우, CR 시스템은 기회주의적으로 이용가능한 채널을 검출하여 사용하면 기존시스템으로 간섭을 일으키지 않는다. 예를 들면, 기존시스템에서 채널 n을 사용중이면 CR 시스템은 다른 채널를 사용하거나, 기존시스템이 채널 n을 사용하지 않는 순간을 인지하여 그때만 사용함으로써 간섭을 주지않는다. 하지만, 두 번째 경우, 기존시스템과 CR 시스템이 중첩되지 않고 독립적으로 떨어져 있어 같은 채널을 사용할 수 있지만, CR 시스템의 신호가 기존시스템의 신호가 미치는 한계선(이하 보호 구분선이라 칭함)을 넘지않도록 전력을 해줄 필요가 있다. 예를 들어, OFDMA( Orthogonal Frequency Division Multiple Access) 기반 CR 시스템에서 다중 반송파들이 다중 사용자들에게 할당되어 사용되기 때문에, 다중 사용자 단말들은 같은 OFDM 심볼을 사용할 수 있다. 이때, N개 사용자 단말들이 각각 1W 전력으로 전송한다고 할 때, 상기 기존시스템은 총 N×1 W 전력을 간섭으로 수신하게 된다.

상술한 바와 같이, CR 시스템이 기존시스템의 일정한 거리를 두고 공존하는 환경에서, 상기 기존시스템에 간섭을 일으키지 않도록 전력제어를 수행하는 방법 및 장치를 제안한다.

상기한 해결하고자 하는 과제를 위한 본 발명의 제 1 견지에 따르면, 무선인지 시스템에서 전력제어 방법에 있어서, 적어도 하나 이상의 단말들에 대해서 채널 스케줄링과 제 1 전력제어를 수행하는 과정과, 상기 적어도 하나 이상의 단말들이 제한구역 내에 존재하는지를 확인하여, 상기 제한구역 내에 존재하는 단말들이 기존시스템으로 간섭을 일으키는지를 판단하는 과정과, 상기 제한구역 내에 있는 서비스 단말들에 할당된 전력이 최대 허용가능한 간섭레벨 이하가 되도록 전력을 할당하는 제 2 전력제어를 수행하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기한 해결하고자 하는 과제를 본 발명의 제 2 견지에 따르면, 무선인지 시스템에서 전력제어 장치에 있어서, 적어도 하나 이상의 단말들에 대해서 채널 스케줄링과 제 1 전력제어를 수행하는 스케줄링부와, 상기 적어도 하나 이상의 단말들이 제한구역 내에 존재하는지를 확인하여, 상기 제한구역 내에 존재하는 단말들이 기존시스템으로 간섭을 일으키는지를 판단하는 제어부와, 상기 제한구역 내에 있는 서비스 단말들에 할당된 전력이 최대 허용가능한 간섭레벨 이하가 되도록 전력을 할당하는 제 2 전력제어를 수행하는 전력할당부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상술한 바와 같이, CR 시스템과 기존시스템이 공존하는 환경에서 공동 전력제어를 수행함으로써, 기존시스템에 간섭을 최소화하며 주파수대역을 공유하여 사용할 수 있는 이점이 있다. 그리고, 상기 기존시스템은 상기 CR 시스템으로부터 허용가능한 간섭 이하에서 서비스를 유지할 수 있다.

이하 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면을 참조와 함께 상세히 설명한다. 그리고, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단된 경우 그 상세한 설명은 생략할 것이다. 그리고 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.

삭제

이하, 본 발명은 무선인지(Cognitive Radio: CR) 시스템에서 기존시스템의 주파수대역을 사용하여 통신할 경우 상기 기존시스템으로의 간섭을 최소화하기 위한 공동 전력제어(Joint Power Control) 방법 및 장치에 대해 설명하기로 한다.

하기 도 1 내지 하기 도 4를 설명함에 있어서, TV 채널대역을 검출하여 재사용하는 OFDMA 기반의 CR 시스템을 예를 들어 설명하기로 한다. 또한, 상기 CR 시스템의 단말을 CPE(Custom Premise Equipment)로 칭한다.

도 1은 본 발명에 따른 TV 방송시스템과 CR 시스템이 일정한 거리를 두고 공존하는 환경에서의 공동 전력제어 예를 도시하고 있다.

상기 도 1을 참조하면, CR 통신시스템에서, 기지국(110, 120, 130)들은 다수의 해당 단말들과 TV 방송시스템의 채널대역을 재사용하여 통신을 한다. 상기 기지국의 커버리지 영역을 셀로 칭하기로 한다. 셀 내에 해당 단말들은 기지국과 통신 연결을 설정한다. 기지국으로부터 단말까지의 통신링크를 하향링크로 칭하고, 반대로 단말들로부터 기지국의 통신링크를 상향링크로 칭한다.

상기 CR 시스템의 장치들(예: 단말, 기지국)은 보호구역 내에서 TV 방송시스템이 점유하여 사용하는 같은 채널들로 전송할 수 없다. 상기 CR 시스템은 TV 방송시스템으로 간섭을 일으키지 않는 경우, TV 방송시스템이 사용중인 채널대역을 재사용할 수 있다.

여기서, TV 방송시스템에 점유된 같은 채널뿐만 아니라 인접채널을 통해 허용된 최대 전력으로 전송을 하기 위해서, 상기 CR 시스템의 장치들은 보호 구분선(Protected Contour)(101)으로부터 충분히 멀리 떨어져 있어야 한다. 상기 보호 구분선(101)은 상기 TV 중계국의 방송신호가 전파되는 한계선으로, 상기 CR 시스템의 장치들이 상기 보호 구분선(101)으로부터 멀리 위치하여 있을 경우 TV 방송시스템에서 사용중인 채널대역을 재사용할 수 있다.

OFDMA 기반 CR 시스템에서, 상향링크를 통해 다수 단말들은 같은 OFDM 심볼로 스케줄링되어질수 있고, 하향링크를 통해 다수 기지국들이 동시에 같은 채널로 데이터 전송을 할 수 있다. 그런 경우에, 동시에 CR 시스템의 장치(기지국들, 단말들)들이 TV 방송시스템의 보호 구분선(101) 주변에 같은 구역에 인접한다면, 그들의 간섭은 상기 보호 구분선(101)의 해당 구역으로 집중하고, 초과간섭을 일으킬 것이다. 따라서, CR 시스템에서 단말 혹은 기지국을 위한 공동 전송 전력제어가 필요해진다.

예를 들면, TV 수신장치들(140 내지 146)은 채널 N을 사용하고 있고. 그들이 보호 구분선(101)의 외곽에 위치하고 있는 기지국1(110)과 기지국2(120)도 채널 N를 재사용하고, 그러나, 상기 기지국1(110)과 상기 기지국2(120)는 보호 구분선(101) 주변에 같은 구역에 근접하고 있다고 가정한다. 상기 기지국1(110)과 상기 기지국2(120)에 따른 공동 전송 전력제어는 기존 TV 방송시스템으로 집중되는 유해 한 간섭을 회피하기 위해 필요하다(105). 그리고, 상기 기지국2(120)는 단말2-1(121) 내지 단말2-4(124)들이 동시에 OFDM 심볼 주기에 전송하도록 스케줄링할 시. TV 보호 구분선(101)의 해당 구역에 근접해 있는 단말2-1(121) 내지 단말2-4(124)에 대한 공동 전송 전력제어가 기존 TV 시스템으로 집중되는 유해한 간섭들을 회피하기 위해 필요하다(103). 상기 기지국3(130)은 TV 보호 구분선(101) 안에 위치하고 있어 채널 N으로 재사용하여 전송할 수 없다. 즉, 상기 기지국3(130)과 단말들(단말3-1 내지 단말3-3)을 위한 채널 N에 대한 공동 전송 전력제어를 수행할 필요가 없고 사용가능한 다른 채널을 사용하여야 한다.

상기 공동 전송 전력을 수행하기 위해서 TV 구분선(101) 임의의 구역에 집중되는 최대 간섭을 계산해야 하는데, 단말들/기지국들의 다른 지리적 배치, 전력할당, 안테나 방향을 고려하여 상기 최대 간섭을 계산한다는 것은 매우 복잡하다. 더욱이, 전력 감소 크기는 효율성을 보장하도록 신중히 선택되어야 한다. 여기서, 제한구역의 개념을 정의하기로 한다.

지정된 채널 N에 대해, 제한 구분선(106, 108)을 정의하며, 상기 제한 구분선(106, 108)에서 수신되는 TV 방송시스템의 신호 세기가 보호 구분선(101)에서의 신호 세기보다

dB 낮다. 여기서, 단말 그리고 기지국을 위한

값은 상기 도 1에서 보이는 것처럼 다르다. 이는 일반적으로 기지국이 보통 더 큰 전력으로 전송하기 때문에 기지국을 위한

는 단말을 위한

보다 크다. 다시 말해서, 단말 제한 구분선(108)은, CR 시스템 서비스를 받을 단말의 최대 송신 세기를 가정할 때, 상 기 TV 신호 보호 구분선(101)에서 수신될 상기 단말의 신호 세기가 상기 TV 방송시스템을 위해 제한하는 간섭 신호 세기와 같거나 작도록 상기 단말 제한 구분선(108)을 결정할 수 있다. 따라서, 동일 채널을 사용하는 인접한 단말이 없다면, 상기 TV 방송시스템으로부터 멀리 상기 단말 제한 구분선(108) 외곽에 위치한 단말은 상기 TV 신호 보호 구분선(101)을 고려하지 않고 최대 신호 세기를 송신하는 것이 가능하다. 마찬가지로, 기지국 제한 구분선(106)은, 어떤 CR 기지국이 최대 송신 세기로 신호를 송신한다고 가정할 때, 상기 TV 신호 보호 구분선(101)에서 수신되는 상기 CR 기지국의 신호 세기가 상기 TV 신호 보호 구분선에서 제한하는 간섭 신호 세기와 같거나 작도록 설정할 수 있다. 따라서, 상기 기지국 제한 구분선(106) 바깥에 위치한 기지국이 인접 기지국과 충분한 지리적 거리를 두고 있다면, 상기 기지국은 최대 송신 세기로 신호를 송신하여도 상기 TV 신호 보호 구분선(101)으로의 간섭을 고려하지 않을 수 있다.

다른 실시 예로, 도 2에서 TV 보호 구분선(206)은 상기 TV 방송 시스템의 보호를 위해 CR 시스템이 영향을 미치는 간섭 량을 규제할 최소 요구의 경계이므로, 예상치 못하는 간섭량을 고려하여 보호 마진을 둘 수 있다. 즉, 상기 TV 보호 구분선(206)을 바깥쪽으로 확장하여 보호 마진 경계선(208)을 둘 수 있다. 상기와 같이 보호 마진 경계선을 둔다면, 상기 단말 또는 기지국의 제한 구분선(201)은 보호 마진 경계선(208)을 두기 전보다 외곽으로 확장될 수 있다. 따라서 상기 TV 방송 시스템으로 주는 간섭 영향을 더 강력히 줄일 수 있다. 또 다른 실시예로써, 상기 보호 마진 경계선을 두는 것과 달리, 상기 제한 구분선(210)에 마진 값을 두어 제한 구분선(210)을 외곽으로 확장할 수도 있다.

제한구역(212)은 보호 구분선(206)과 제한 구분선(210) 사이의 구간 그리고, CR 시스템의 셀 영역(200, 201)이 교차하는 지역이다. 도 2에서 제한구역의 몇 가지 예를 도시하고 있다. 여기서, 도 2는 CR 단말 또는 기지국 중 어느 하나의 제한구역(212)을 도시하였으나, 단말과 기지국 각각에 대해서 제한 구분선과 제한구역을 표기할 수 있다.

여기서, 상기 보호 구분선(206)으로부터 CR 시스템을 위한 어떤 단말 또는 기지국까지의 최소거리를 동일채널 혹은 인접채널 전송을 위한 keep-out 거리라 칭한다. 그리고, keep-out 거리를 가진 TV 시스템 주변의 지역을 keep-out 지역(도시하지 않음)으로 칭한다. 상기 CR 시스템의 장치들이 keep-out 지역 내에 배치된다면, 기존시스템의 채널로 전송하도록 허락되어 질 수 있다. 허용된 최대 전송전력은 보호 구분선(206)으로부터 거리에 의해 결정된다.

상기 제한구역(212)은 최대 송신 세기를 고려한 제한 구분선과 상기 TV 보호 구분선 사이에서 CR 시스템을 서비스하는 구역으로 정의한다. 즉, 상기 제한구역(212)에 위치한 CR 단말 또는 기지국은 상기 TV 보호 구분선(206)으로 주는 간섭을 고려하여 송신 신호 세기를 결정해야 한다. 따라서 후술 되는 공동 전력제어는 상기 제한구역(212)내에 위치한 CR 단말 또는 기지국에 대해서 고려할 수 있다.

따라서, 상기 도 1에서 기지국1(110)의 셀(102) 안에서 단말을 위한 공동 전력제어 대상은 제한구역(108) 내에 있는 단말1-1(111), 단말1-4(114)이고. 단말1-2(112)과 단말1-3(113)는 대상에 포함되지 않는다. 기지국2의 셀(100)에서 안에서 단말을 위한 공동 전력제어 대상은 제한구역(108) 내에 있는 단말2-1(121) 내지 단말2-4(124)이고, 단말2-5(125) 내지 단말2-7(127)은 대상에서 제외된다.

기지국을 위한 공동 전력제어가 필요한 경우, 기지국1(110)과 기지국2(120)는 제한구역(106) 내에 있고, 반면 기지국3(130)은 TV 보호구역 내에 존재한다. 따라서, 기지국을 위한 공동 전력제어 대상은 기지국1(110)과 기지국2(120)이 되고, 기지국3(130)은 제외된다. 물론 상기 기지국3(130)은 상기 TV 방송 시스템과 동일 채널로 통신 또는 서비스할 수 없으며, 이에 따라서 단말3-1(131) 내지 단말3-3(133)는 채널 N에 대한 공동 전력제어를 할 필요가 없다. 기지국3(130)이 보호 경계선 내부에 위치하고 있기 때문이다. 따라서, 채널 N를 사용할 수 없다. 구현에 따라서, 또한, 기지국3은 채널 N+1과 채널 N-1 하나를 이용할 수 없다고 가정한다. 이는 인접 채널의 간섭을 주지 않도록 하기 위함이다.

요약하면, 기지국을 위한 공동 전송 전력제어는 채널 N을 사용하는 기지국들이 TV 보호 구분선(101) 외곽에 위치하며, 상기 TV 보호 구분선(101) 근처에 집중해 있는 경우에 필요하다. 마찬가지로, 단말들을 위한 공동 전송 전력제어는 다수 단말이 적어도 같은 OFDM 심볼 내에서 스케줄링되어지고, 채널 N을 사용하는 상기 단말들과 관련 기지국은 TV 보호 구분선(101)의 외곽에 모두 위치하며, 상기 TV 보호 구분선(101) 근처에 집중해 있는 경우에 필요하다.

또한, 공동 전력제어를 수행하기 위한 몇 가지 가정을 하기로 한다. 본 발명에서, 지리적 위치는 CR 시스템에서 이용가능하다고 가정한다. 상기 지리적 위치 정보는 TV 방송시스템의 보호구역의 위치, CR 시스템의 각 단말로부터 보호 구분선(101)까지 거리 등을 포함한다. 또한, 상기 CR 시스템이 각 단말로부터 보호 구분선(101)까지 경로손실을 안다고 가정한다. 따라서, CR 시스템에서는 도 2에서의 상기 제한구역(212)을 설정할 수 있으며 상기 지리적 위치 정보를 통해 상기 공동 전력제어 대상을 선택하는 것이 가능하다.

TV 방송시스템과 CR 시스템 양쪽에서 이용가능한 채널대역은 다중 연속 대역들로 분할되어 진다. 각 개별 대역을 채널로 칭하기로 한다. CR 시스템 양쪽에서 이용가능한 채널대역은 채널 1, 채널 2,...채널 n으로 표현한다. 그리고, 보호 구분선(101)은 채널마다 달라질 수 있다. 그리고, CR 시스템은 각 채널들을 다르게 그들의 장치들을 스케줄링한다. 공동 전력제어는 CR 시스템에서 동작하는 각 단일 채널에 대해 수행된다.

도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 CR 시스템에서 공동 전력제어를 수행하는 기지국 동작 흐름도를 도시하고 있다.

상기 도 3을 참조하면, 먼저 기지국은 300 단계에서 채널센싱을 수행하여 사용가능한 채널 n을 획득한다.

이후, 상기 기지국은 302 단계에서 사용가능한 채널 n에 대해 스케줄링과 전력제어를 수행한다. 예를 들어, 상기 기지국은 스케줄링 시 단말의 채널상태 및 지리적 위치를 고려하여 서비스 단말들을 선택하여 부반송파(subcarrier)와 전송전력을 할당한다. 이때, 할당된 전송전력을

이라 칭한다. 여기서, 상기

는 단말 인덱스이고, 상기

는 채널 인덱스이다.

여기서, 할당된

는 하기 <수학식 1>를 만족해야 한다. 즉, 단말

에 할당된 전력

이 최대 허용 간섭레벨보다 크면 안 된다.

여기서, 상기

은 채널 인덱스이고, 상기

은 채널

의 인접채널 인덱스로써 -M≤m≤M의 정수이다. 채널

과 상기 채널

의 인접채널 n+m을 채널 n+m로 칭하기로 한다. 이하 설명에서 채널 n에 대해 2M 개의 인접채널을 고려하여 전력제어를 수행하게 될 것이다. 여기서, 상기 인접채널의 수는 실시예에 따라서 다르게 설정할 수 있다.

상기

은 단말

와 기존시스템의 채널 n+m에 대한 보호 구분선까지 거리이고, 상기

은 기존시스템의 채널 n+m에 대한 보호 구분선에서의 최대 허용 간섭레벨이고, 상기

는 개별 단말 전력제어시 기존시스템의 간섭 보호를 위한 마진이고, 상기

은 채널 n+m으로 야기되는 간섭레벨이다. 예를 들면,

이면,

은 보호 구분선으로 향하는 동일채널 간섭(co-channel interference)이고,

이면,

은 대역외 발사(out-band emission)으로 유입되는 간섭이다. 다시 말해,

인 경우는 채널 n의 인접채널로 야기되는 간섭이다.

상기

은 경로손실(Path Loss)와 대역외 발사 인자(

)를 고려하여 하기 <수학식 2>로 계산된다. 상기 대역외 발사는 필요주파수대역(Necessary Bandwidth)의 바깥에 그 대역에 근접한 주파수 전파의 발사를 발생해 다른 통신에 방해를 주는 경우이다.

여기서, 상기

는 단말

에서 보호 구분선까지의 미리 결정된 채널모델에 따른 경로손실(Path Loss)이고,

는 대역외 방사 인자로써

이다.

이후, 상기 기지국은 304 단계에서 지리적 위치 데이터베이스로부터 기존시스템의 채널 n+m의 보호 구분선에 대한 정보를 독출하여 제한 구분선을 계산한다. 여기서, 상기 보호 구분선과 상기 제한 구분선에 의해 공동 전력제어가 수행되는 제한구역이 정해지는데 본 발명에서 상기 제한 구분선을 계산하는 상세한 절차는 다루지 않는다.

이후, 상기 기지국은 306 단계에서 상기 제한구역 안에서 채널 n를 사용하는 서비스 단말들이 동시에 스케줄링되었는지 확인하여, 상기 제한구역 내에 단말들이 동시에 채널 n으로 스케줄링되지 않을 시(상기 서비스 단말들이 제한 구역 내에 있 지 않은 경우) 상기 기지국은 314 단계로 진행한다. 예를 들면, 상기 도 1에서 단말1-3, 단말1-2, 단말2-5 내지 단말2-7은 기존시스템으로 간섭을 일으키지 않기 때문에 공동 전력제어에서 제외된다.

만약, 상기 제한구역 내에 단말들이 동시에 해당 채널로 스케줄링되었을 시(상기 서비스 단말들이 제한 구역 내에 있는 경우로 예를 들면, 상기 도 1에서 단말1-1, 단말1-4, 단말2-1 내지 단말2-4에 대해 공동 전력제어가 수행된다), 상기 기지국은 308 단계로 진행하여 기존시스템에서 채널 n, m(해당 채널 n 및 인접 채널 n+m)을 사용하는지를 확인하다. 채널 n+m이 사용되고 있지 않을 시, 상기 기지국은 314 단계로 진행한다. 이는 기존시스템에서 채널 n, m(해당 채널 n 및 인접 채널 n+m)을 사용하고 있지 않으므로, 상기 CR 시스템에서 채널 n, n+m들 사용해도 상기 기존시스템에 간섭을 일으키지 않는다.

만약, 채널 n, n+m들이 사용될 시, 상기 기지국은 310 단계로 진행하여 최대 허용 간섭레벨을 만족하는 최대 전송전력(

)을 계산한다. 상기

는 단말

와 상기 보호 구분선 사이의 거리만을 고려한 전력으로, 상기

을 사용하는 단말

는 해당 보호 구부선에 최대 간섭을 일으킨다. 상기

는 하기 <수학식 3>으로 계산된다.

여기서, 상기

는 단말

에서 보호 구분선까지의 미리 결정된 채널모델 에 따른 경로손실이고, 상기

은 기존시스템의 보호 구분선에서의 최대 허용 간섭레벨이다.

이후, 상기 기지국은 312 단계에서 새로 할당할 서비스 단말의 총 전력의 합이 최대 허용 간섭레벨을 넘지 않도록 할당할 서비스 단말의 전력을 감소시킨다. 이는 하기 <수학식 4>과 같다. 상기 302 단계에서 동시에 같은 OFDM 심볼로 전송이 이루어지는 단말이 K개라고 가정한다.

여기서, 상기

는 각 서비스 단말의 전력을 감소시켜 서비스 단말의 총 전력이 최대 허용 간섭레벨을 넘지않도록 하는 함수이고, 상기

는 k 단말에 임시로 할당된 전력이다. 그리고, 상기

은 단말

은 채널 n+m으로 야기되는 간섭레벨이다.

여기서, 상기

는 K개의 서비스 각각의 단말에 대해서 같은 양의 전력을 감소시키는 방법과, 할당된 부반송파 수에 따라서 전력을 줄이는 방법, 할당된 부반송파 수뿐만 아니라 부반송파의 재사용 상태를 고려하여 전력을 줄이는 방법이 있다.

먼저, K개의 서비스 단말에 대해서 각각 같은 양의 전력을 감소시키는 방법은 하기 <수학식 5>와 같다.

여기서, 상기

는 상기 <수학식 4>를 만족하는 단말 k의 전력이고, 상기

는 서비스 단말의 수이고, 상기

는 최대 허용 간섭레벨을 만족하는 최대 전송전력이다.

두 번째, 할당된 부반송파 수에 따라서 전력을 줄이는 방법은 하기 <수학식 6>과 같다.

여기서, 상기

는 상기 <수학식 4>를 만족하는 단말 k의 전력이고, 상기

는 최대 허용 간섭레벨을 만족하는 최대 전송전력이고, 상기

는 단말 k에 할당된 반송파 집합이고, 상기

는 단말 k에 할당된 반송파 집합의 크기이다.

마지막으로, 할당된 부반송파 수뿐만 아니라 부반송파 재사용 상태에 따라서 전력을 줄이는 방법은 하기 <수학식 7>과 같다.

여기서, 상기

는 상기 <수학식 4>를 만족하는 단말 k의 전력이고, 상기

는 단말 k에 할당된 반송파 집합이고, 상기

는 단말 k에 할당된 반송파 집합의 크기이다.

이후, 상기 기지국은 314 단계에서 전력제어에 의한

,

중 작은 전 력을 선택하여 최종 전력할당을 수행한다. 이는 하기 <수학식 8>로 나타낼 수 있다.

여기서, 상기

는 공동 전력제어에 의한 전력이고, 상기

는 스케줄링 시 채널

를 사용하는 단말

에 할당된 전력(즉, 공동 전력제어가 수행되기 전 전력), 상기

는 최대 허용 간섭을 고려하여 할당된 전력이다.

이후, 본 발명의 알고리즘을 종료한다.

도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 CR 시스템에서 공동 전력제어를 수행하는 장치도를 도시하고 있다.

상기 도 4를 참조하면, 기지국은 RF 처리부(400), OFDM 복조기(402), 제어부(404), OFDM 변조기(406), RF 처리부(408), 채널센싱부(410), 스케줄링부(412), 전력할당부(414), 제한구역 설정부(416)를 포함하여 구성된다. 상기 기지국과 별도로 단말의 위치정보, 보호 구부선 및 제한 구분선에 대한 위치정보를 데이터베이스로 저장하여 필요시 상기 기지국으로 위치정보를 제공하는 지리적 위치 데이터베이스(418)가 필요하다.

상기 RF처리기(400) 안테나를 통해 수신되는 RF(Radio Frequency)신호를 기저대역 아날로그 신호로 변환한다. 상기 OFDM 복조기(402)는 상기 RF처리기(400)로부터의 아날로그 신호를 샘플데이터로 변환하여 출력한다. 그리고, 상기 샘플데이터를 FFT(Fast Fourier Transform)하여 주파수 영역의 데이터로 변환하고, 상기 주파수 영역의 데이터에서 실제 수신하고자 하는 부반송파들의 데이터를 선택하여 출력한다. 그리고, 상기 OFDM 복조기(402)는 데이터를 미리 정해진 변조수준(MCS레벨)에 따라 복조(demodulation) 및 복호(decoding)하여 상기 제어부(404)로 출력한다.

상기 제어부(404)는 상기 OFDM 복조기(402)로부터 제공받은 정보들에 대한 해당 처리를 수행하고, 그 결과를 물리계층의 상기 OFMD 변조기(406)로 출력한다. 또한, 상기 채널센싱부(410)로부터의 신호감지 결과를 제공받아 사용가능한 주파수 대역을 결정하여 데이터 전송시 이용한다.

상기 OFMD 변조기(406)는 상기 제어부(404)로부터의 데이터를 미리 정해진 변조수준(MCS레벨)에 따라 부호 및 변조한다. 그리고, 상기 변조된 데이터를 IFFT(Inverse Fast Fourier Transform)하여 샘플데이터(OFDM 심볼)를 출력한다. 그리고, 상기 샘플데이터를 아날로그 신호로 변환하여 상기 RF 처리부(408)로 출력한다. 상기 RF처리기(408)는 상기 아날로그 신호를 RF(Radio Frequency) 신호로 변환하여 안테나를 통해 송신한다.

여기서, 상기 제어부(404)는 통신 프로토콜 처리 수행중 필요한 정보를 물리계층의 해당 구성부로 제공받거나, 물리계층의 해당 구성부로 제어신호를 발생한 다.

상기 스케줄링부(412)는 단말의 채널상태 및 지리적 위치를 고려하여 서비스 단말들을 선택하여 부반송파(subcarrier)와 전송전력을 할당한다. 즉, 상기 스케줄링부(412)는 어떤 시간 슬롯 동안에, 반송파들을 하나 혹은 다중 사용자들에 할당한다이때, 상기 반송파 할당과 스케줄링은 기지국에 결정되어 제어 메시지들을 통해 하향링크와 상향링크 양쪽 전송 이전에 단말들에 알려진다. 그리고, 지리적 위치정보는 지리적 위치 데이터베이스(418)로부터 제공받는다.

상기 전력할당부(414)는 상기 제한구역 설정부(416)로부터의 제한구역 내에 전력제어가 필요한 단말들이 있는지를 확인하여 상기 스케줄링부(412)에 의해 스케줄링된 단말들에 전력을 허용가능한 간섭레벨 이상이 되지 않도록 할당한다.

또한, 상기 전력할당부(414)는 최대 전력 최대 허용 간섭 레벨에 따라 최대 전력(

)을 계산하고, 단말의

의 총합이 최대 허용 간섭 레벨을 초과하지 않도록,단말에 대해서 각각 같은 양의 전력을 감소시키는 방법하고, 할당된 부반송파 수에 따라서 전력을 줄이는 방법, 할당된 부반송파 수뿐만 아니라 부반송파의 재사용 상태를 고려하여 전력을 줄이는 방법 등을 이용한다.

상기 제한구역 설정부(416)는 지리적 위치 데이터베이스(418)로부터 기존시스템의 채널 n+m의 보호 구분선에 대한 정보를 독출하여 제한 구분선을 계산한다. 여기서, 상기 보호 구분선과 상기 제한 구분선에 의해 공동 전력제어가 수행되는 제한구역이 결정된다. 구현에 따라서, 지리적 위치 데이터베이스(418)는 기지국 장치 중 일부로 추가되어 구성될 수 있고, 별도의 데이터베이스로 존재할 수도 있다.

상술한 바와 같이, 상기 도 3 내지 상기 도 4의 실시 예에서 기지국에서 수행되는 단말을 위한 공동 전력제어를 설명하였지만. 기지국을 위한 공동 전력제어도 단말을 위한 공동 전력제어와 동일하게 적용되어 수행될 수 있다.

삭제

한편 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시 예에 관해 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 아니 되며 후술하는 특허청구의 범위뿐만 아니라 이 특허청구의 범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

도 1은 본 발명에 따른 TV 방송시스템과 무선인지 시스템이 공존하는 환경에서의 공동 전력제어 예시도,

도 2는 본 발명에 따른 정의한 제한구역의 예시도,

도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 무선인지 시스템에서 공동 전력제어를 수행하는 흐름도 및,

도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 무선인지 시스템에서 공동 전력제어를 수행하는 장치도.

Claims

무선인지 시스템에서 전력제어 방법에 있어서,

적어도 하나 이상의 단말들에 대해서 채널 스케줄링과 제 1 전력제어를 수행하는 과정과,

상기 적어도 하나 이상의 단말들이 제한구역 내에 존재하는지를 확인하여, 상기 제한구역 내에 존재하는 단말들이 기존시스템으로 간섭을 일으키는지를 판단하는 과정과,

상기 제한구역 내에 있는 서비스 단말들에 할당된 전력이 최대 허용가능한 간섭레벨 이하가 되도록 전력을 할당하는 제 2 전력제어를 수행하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제 1항에 있어서,

상기 제한구역은 상기 기존시스템을 보호하기 위한 제 1 경계선에서 수신되는 기존시스템 신호 세기보다 기정의된 △만큼 더 낮은 기존시스템 신호 세기를 수신하는 제 2 경계선과 상기 제 1 경계선 사이 교차하는 구역으로 결정되는 특징으로 하는 방법.
제 1항에 있어서,

상기 제한구역 내에 있는 서비스 단말들은 상기 제 2 전력제어에 포함되고, 제한구역 외곽에 위치한 서비스 단말들은 상기 제 2 전력제어에 포함되지 않는 것을 특징으로 하는 방법.
제 1항에 있어서,

상기 기존시스템으로 간섭을 일으키는지를 판단하는 과정은,

상기 제한 구역 내에 상기 단말들이 동시에 채널대역을 사용하도록 스케줄링 되었는지 확인하고, 상기 기존시스템이 상기 채널대역 및 상기 채널대역의 인접 대역을 사용하고 있는지를 확인하는 것을 특징으로 하는 방법.
제 1항에 있어서,

상기 제한구역을 지리적 위치정보(gelocaiton information) 데이터 베이스로부터 정보를 제공받아 결정하는 과정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제 1항에 있어서,

상기 제한구역 내에 있는 서비스 단말들에 할당된 전력이 최대 허용가능한 간섭레벨 이하가 되도록 전력을 할당하는 과정은,

상기 제한 구역 내에 있는 서비스 단말들에 대해 각각 최대 허용 간섭레벨을 충족하는 최대 전송전력을 계산하는 과정과,

상기 제한 구역 내에 있는 서비스 단말들 각각의 상기 최대 전송전력의 총합이 상기 최대 허용 간섭레벨을 이하가 되도록 전력을 감소시켜 단말별로 전력을 계산하는 과정,

상기 제한 구역 내에 있는 서비스 단말들 각각에 대해서 상기 계산된 전력과 제 1 전력제어시 할당된 전력을 비교하여 둘 중 낮은 전력을 선택하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제 6항에 있어서,

상기 최대 전송전력의 총합이 상기 최대 허용 간섭레벨을 이하가 되도록 전력을 감소시키는 방법은,

상기 제한 구역 내에 있는 서비스 단말들 각각에 대해 동일한 양의 전력을 감소시키거나, 할당된 부반송파 수에 따라서 전력을 줄이거나, 할당된 부반송파 수뿐만 아니라 부반송파의 재사용 상태를 고려하여 전력을 줄이는 것 중 하나를 이용하는 것을 특징으로 하는 방법.
제 1항에 있어서,

상기 무선인지 시스템은 상기 기존시스템과 중첩되지 않고 독립적으로 인접해 있는 것을 특징으로 하는 방법.
무선인지 시스템에서 전력제어 장치에 있어서,

적어도 하나 이상의 단말들에 대해서 채널 스케줄링과 제 1 전력제어를 수행하는 스케줄링부와,

상기 적어도 하나 이상의 단말들이 제한구역 내에 존재하는지를 확인하여, 상기 제한구역 내에 존재하는 단말들이 기존시스템으로 간섭을 일으키는지를 판단하는 제어부와,

상기 제한구역 내에 있는 서비스 단말들에 할당된 전력이 최대 허용가능한 간섭레벨 이하가 되도록 전력을 할당하는 제 2 전력제어를 수행하는 전력할당부를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
제 9항에 있어서,

상기 제한구역은 상기 기존시스템을 보호하기 위한 제 1 경계선에서 수신되는 기존시스템 신호 세기보다 기정의된 △만큼 더 낮은 기존시스템 신호 세기를 수신하는 제 2 경계선과 상기 제 1 경계선 사이 교차하는 구역으로 결정되는 특징으로 하는 장치.

상기 서비스 단말들의 최대 송신 세기를 가정할 때, 상기 기존시스템의 다른 시스템으로부터의 한계선인 보호 구분선에 수신될 상기 서비스 단말들의 신호 세기가 상기 기존시스템을 위해 제한하는 간섭 신호 세기가 같거나 작게되는 것을 특징으로 하는 장치.
제 9항에 있어서,

상기 제한구역 내에 있는 서비스 단말들은 상기 제 2 전력제어에 포함되고, 제한구역 외곽에 위치한 서비스 단말들은 상기 제 2 전력제어에 포함되지 않는 것을 특징으로 하는 장치.
제 9항에 있어서,

상기 제어부는,

상기 제한 구역 내에 상기 서비스 단말들이 동시에 채널대역을 사용하도록 스케줄링되었는지 확인하고, 상기 기존시스템이 상기 채널대역 및 상기 채널대역의 인접대역을 사용하고 있는지를 확인하는 것을 특징으로 하는 장치.
제 9항에 있어서,

상기 제한구역을 지리적 위치정보(gelocaiton information) 데이터 베이스로부터 정보를 제공받아 결정하는 제한구역 설정부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
제 9항에 있어서,

상기 전력할당부는

상기 제한구역 내에 있는 서비스 단말들에 할당된 전력이 최대 허용가능한 간섭레벨 이하가 되도록 전력을 할당하고,

상기 제한 구역 내에 있는 서비스 단말들에 대해 각각 최대 허용 간섭레벨을 충족하는 최대 전송전력을 계산하고,

상기 제한 구역 내에 있는 서비스 단말들 각각의 상기 최대 전송전력의 총합이 상기 최대 허용 간섭레벨을 이하가 되도록 전력을 감소시켜 단말별로 전력을 계산하고,

상기 제한 구역 내에 있는 서비스 단말들 각각에 대해서 상기 계산된 전력과 제 1 전력제어시 할당된 전력을 비교하여 둘 중 낮은 전력을 선택하는 것을 특징으로 하는 장치.
제 14항에 있어서,

상기 제한 구역 내에 있는 서비스 단말들 각각에 대해 동일한 양의 전력을 감소시키거나, 할당된 부반송파 수에 따라서 전력을 줄이거나, 할당된 부반송파 수뿐만 아니라 부반송파의 재사용 상태를 고려하여 전력을 줄이는 것 중 하나를 이용하는 것을 특징으로 하는 장치.
제 9항에 있어서,

상기 무선인지 시스템은 상기 기존시스템과 중첩되지 않고 독립적으로 인접해 있는 것을 특징으로 하는 장치.
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