KR101103638B1 - 인지 무선 통신을 위한 시스템 및 스펙트럼 센서 - Google Patents

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Abstract

개시된 기술은 인지 무선 통신을 위한 시스템 및 스펙트럼 센서에 관한 것이다. 실시예들 중에서, 인지 무선 통신(Cognitive Radio)을 위한 시스템은 서로 독립적으로 무선 신호를 수신할 수 있도록 설치 공간에 분산 배치되고, 스펙트럼 센싱을 통하여 1차 사용자(Primary User: 이하, PU)의 출현 여부를 판단하기 위한 정보를 생성하는 복수의 스펙트럼 센서들; 및 상기 복수의 스펙트럼 센서들과 네트워크로 연결되고, 상기 복수의 스펙트럼 센서들로부터 상기 정보를 수집하는 수집 센터를 포함한다.

Description

인지 무선 통신을 위한 시스템 및 스펙트럼 센서{SYSTEM AND SPECTRUM SENSOR FOR COGNITIVE RADIO}
개시된 기술은 인지 무선 통신을 위한 시스템 및 스펙트럼 센서에 관한 것이다.
인지 무선 통신(Cognitive Radio)은 주파수 자원 이용의 효율성을 향상시키기 위해서 제안된 SDR(Software Defined Radio) 개념의 진보된 형태로, 전파 환경을 측정하여 측정된 전파 환경에 적합하게 무선 기기의 운용 파라미터를 설정하여 동작하는 무선 통신 기술이다. 인지 무선 기술은 많은 종류의 무선 기기에서 사용 가능한 기술로서 관련 기술 개발이 진행 중이며, IEEE 802.22 작업 그룹에서는 WRAN(wireless regional area network)에 응용하여 표준화를 진행 중이다.
인지 무선 통신 기술이 적용된 환경에서는, 스펙트럼 자원을 센싱하고, 관리하며, 공유하는 것이 가능하다. 예컨대, 인지 무선 통신 환경에서는 1차 사용자의 비사용 주파수 스펙트럼을 찾아서 1차 사용자가 사용하지 않는 시간에 2차 사용자가 해당 스펙트럼 구간을 이용하도록 할 수 있다. 이 때, 스펙트럼 센싱은 스펙트럼 공간이라고 불리는, 사용되지 않는 주파수 스펙트럼 구간을 찾아내는 기술로 인지 무선 통신 시스템을 구현하는데 기본적이고 필수적인 기술이다.
개시된 기술이 이루고자 하는 기술적 과제는 인지 무선 통신을 위한 시스템 및 스펙트럼 센서를 제공하는 데 있다.
상기의 기술적 과제를 이루기 위해 개시된 기술의 제1 측면은 서로 독립적으로 무선 신호를 수신할 수 있도록 설치 공간에 분산 배치되고, 스펙트럼 센싱을 통하여 1차 사용자(Primary User: 이하, PU)의 출현 여부를 판단하기 위한 정보를 생성하는 복수의 스펙트럼 센서들; 및 상기 복수의 스펙트럼 센서들과 네트워크로 연결되고, 상기 복수의 스펙트럼 센서들로부터 상기 정보를 수집하는 수집 센터를 포함하는 인지 무선 통신(Cognitive Radio)을 위한 시스템을 제공한다.
상기의 기술적 과제를 이루기 위해 개시된 기술의 제2 측면은 스펙트럼 센싱을 통하여 1차 사용자(Primary User: 이하, PU)의 출현 여부를 판단하기 위한 정보를 생성하는 정보생성부; 및 상기 정보생성부에서 생성된 정보를 수집 센터에 송신하는 송신부를 포함하고, 지능형 교통 시스템(Intelligent Transport System: 이하, ITS) 기간 구조물 상에 분산 배치되고, 상기 수집 센터와 ITS 네트워크를 통하여 통신 가능한 인지 무선 통신(Cognitive Radio)을 위한 스펙트럼 센서를 제공한다.
상기의 기술적 과제를 이루기 위해 개시된 기술의 제3 측면은 서로 독립적으로 무선 신호를 수신할 수 있도록 설치 공간에 분산 배치되고 스펙트럼 센싱을 통하여 PU의 출현 여부를 판단하기 위한 정보를 생성하는 복수의 스펙트럼 센서들로부터 통신 네트워크를 통하여 상기 정보를 수집하는 정보수집부; 및 상기 수집된 정보들을 기초로 상기 PU가 무선 스펙트럼을 점유하고 있는지 여부를 판단하는 판단부를 포함하는 인지 무선 통신을 위한 수집 센터를 제공한다.
개시된 기술의 실시 예들은 다음의 장점들을 포함하는 효과를 가질 수 있다. 다만, 개시된 기술의 실시 예들이 이를 전부 포함하여야 한다는 의미는 아니므로, 개시된 기술의 권리범위는 이에 의하여 제한되는 것으로 이해되어서는 아니 될 것이다.
개시된 기술의 인지 무선 통신 시스템에 따르면, 1차 사용자(Primary User)의 스펙트럼의 센싱 성능을 향상시킬 수 있으며, 센싱 결과의 신뢰성이 향상된다는 장점이 있다. 또한, 개시된 기술의 일 실시예에 따라, 지능형 교통 시스템의 인프라를 이용하여 인지 무선 통신 시스템을 구축하는 경우, 스펙트럼 센서 간의 소정의 이격 거리를 유지할 수 있으며, 저렴한 비용으로 시스템을 구축할 수 있다는 장점이 있다.
개시된 기술의 다른 일 실시예에 따르면, 1차 사용자와 2차 사용자의 거리를 고려하여 2차 사용자의 스펙트럼 이용 가능 여부를 판단할 수 있다. 따라서, 보다 효율적인 무선 자원 이용이 가능하다는 장점이 있다. 또한, 다른 일 실시예에 따르면, 스펙트럼 센서의 에너지 소비 효율을 증가시킬 수 있다.
도 1은 개시된 기술의 일 실시예에 따른 인지 무선 통신을 위한 시스템을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 도 1의 스펙트럼 센서를 설명하기 위한 블록도이다.
도 3은 임계 값에 따른 오경보 확률을 나타낸 그래프이다.
도 4는 도 1의 수집 센터를 설명하기 위한 블록도이다.
도 5는 스펙트럼 센서의 개수 및 수집 장치에서 판정 방식에 따른 인지 무선 통신 시스템의 스펙트럼 센싱 성능을 나타낸 그래프이다.
도 6은 PU와 스펙트럼 센서 간의 거리에 따른 센싱 성능을 나타낸 그래프이다.
도 7은 PU와 SU의 거리에 따라 PU의 스펙트럼 영역을 사용할 수 있다는 정보를 달리 제공하는 실시 예를 설명하기 위한 도면이다.
개시된 기술에 관한 설명은 구조적 내지 기능적 설명을 위한 실시예에 불과하므로, 개시된 기술의 권리범위는 본문에 설명된 실시예에 의하여 제한되는 것으로 해석되어서는 아니 된다. 즉, 실시예는 다양한 변경이 가능하고 여러 가지 형태를 가질 수 있으므로 개시된 기술의 권리범위는 기술적 사상을 실현할 수 있는 균등물들을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
한편, 본 출원에서 서술되는 용어의 의미는 다음과 같이 이해되어야 할 것이다.
“제1”, “제2” 등의 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하기 위한 것으로 이들 용어들에 의해 권리범위가 한정되어서는 아니 된다. 예를 들어, 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결될 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 한편, 구성요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 "~사이에"와 "바로 ~사이에" 또는 "~에 이웃하는"과 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함하는 것으로 이해되어야 하고, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 설시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
각 단계들은 문맥상 명백하게 특정 순서를 기재하지 않은 이상 명기된 순서와 다르게 일어날 수 있다. 즉, 각 단계들은 명기된 순서와 동일하게 일어날 수도 있고 실질적으로 동시에 수행될 수도 있으며 반대의 순서대로 수행될 수도 있다.
여기서 사용되는 모든 용어들은 다르게 정의되지 않는 한, 개시된 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미를 지니는 것으로 해석될 수 없다.
도 1은 개시된 기술의 일 실시예에 따른 인지 무선 통신을 위한 시스템을 설명하기 위한 도면이다. 도 1을 참고하면, 인지 무선 통신 시스템(100)은 1차 사용자(Primary User: 이하, PU)의 출현 여부를 판단하기 위한 센싱 정보를 수집하는 수집 센터(110)와, 하나의 수집 센터(110)가 상기 센싱 정보를 수집하는 설치 공간 내에 분산 배치되는 복수의 스펙트럼 센서(120)들을 포함한다.
수집 센터(110)는 복수의 스펙트럼 센서(120)들과 유무선 네트워크로 연결되어 스펙트럼 센서(120)들로부터 상기 센싱 정보를 수집한다. 인지 무선 통신 시스템은 무선 자원을 효율적으로 사용하기 위하여 상기 수집된 센싱 정보를 기초로 PU의 출현 여부, 즉 PU가 자신의 스펙트럼을 점유하고 있는지 여부를 판단한다. 이때, 인지 무선 통신 시스템은 하나의 센서로부터 수집된 스펙트럼 센싱 정보를 기초로 PU가 자신의 스펙트럼을 점유하고 있는지 여부를 판단할 수도 있으나, 본 발명에서는 스펙트럼 센싱 성능 및 센싱 결과의 신뢰도 향상을 위하여 복수의 스펙트럼 센서들로부터 복수의 센싱 정보들을 수집하고, 이를 기초로 PU가 자신의 스펙트럼을 점유하고 있는지 여부를 판단한다.
스펙트럼 센서(120)는 PU로부터 신호를 수신하여 PU의 스펙트럼 센싱을 수행하며, 스펙트럼 센싱 결과를 기초로 PU의 출현 여부를 판단하기 위한 센싱 정보를 생성한다. 스펙트럼 센서(120)들의 효율적인 전력 소비를 위하여, 일 실시예에 따라, 스펙트럼 센서(120)들은 2차 사용자(Secondary User: 이하, SU)의 스펙트럼 센싱 명령이 있는 경우, 스펙트럼 센싱을 수행할 수 있다. SU의 스펙트럼 센싱 명령은 일례로, SU로부터 직접 스펙트럼 센서(120)로 전송될 수 있으며, 다른 일례로, 수집 센터가 상기 센싱 명령을 전송 받아 스펙트럼 센서(120)에 센싱 명령을 내릴 수도 있다.
복수의 스펙트럼 센서(120)들은 소정의 설치 공간 내에 소정의 거리 이상의 이격 거리를 유지하며 분산 배치 된다. 스펙트럼 센서(120)들은 상호 간에 소정의 거리 이상의 이격 거리를 유지함으로써 각 스펙트럼 센서(120) 간의 상관 관계를 낮출 수 있다. 본 실시예와 같이 복수의 스펙트럼 센서(120)가 사용되는 협력 센싱의 경우, 각 스펙트럼 센서(120)간의 상관 관계를 최소하여 각 스펙트럼 센서(120)에 수신되는 신호가 독립적이 되도록 유지하면, 협력 센싱의 성능이 향상될 수 있다.
스펙트럼 센서(120)들을 상호간에 소정의 이격 거리가 유지되도록 설치하기 위해서는 별도의 인프라 구축이 필요한데, 이때, 지능형 교통 시스템 (Intelligent Transport System: 이하, ITS) 인프라를 이용하면, 새로운 인프라를 구축하기 위한 시간, 비용 등이 절감될 수 있다.
도 1은 일 실시예에 따라, 스펙트럼 센서(120)들을 ITS 기간 구조물 상에 설치하여 분산 배치한 모습을 나타내고 있다. 이 경우, 수집 장치(110) 또한 ITS 인프라 상에 설치되고, ITS 네트워크를 이용하여 스펙트럼 센서(120)로부터 센싱 정보를 수집할 수 있다. ITS는 전자, 정보, 통신, 제어 등의 기술을 교통 체계에 접목시킨 지능형 교통 시스템으로, 도로상에 차량의 특성, 속도 등의 교통 정보를 감지할 수 있는 장치를 설치하여 수집된 교통 정보를 기초로 교통상황을 분석하고 관리할 수 있도록 하는 기술을 포함한다. 교통 정보를 수집하거나 제공하는 장치인 ITS 기간 구조물들은 상호간에 유무선 ITS 네트워크로 연결되어 정보를 주고 받을 수 있다. ITS 기간 구조물은 예컨대, 교통 신호등, CCTV, 도로변 노변장치 등을 포함할 수 있다. ITS 네트워크는 광 케이블로 구축되어 있을 수 있으며, 광 케이블은 오류와 감쇄가 없는 완벽한 채널이라고 가정한다.
도 1은 ITS 기간 구조물 중에서도 일례로 교통 신호등 상에 스펙트럼 센서(120)들을 설치된 경우를 나타낸 것이며, 교통 신호등이 교차로에 위치한 경우, 상기 교차로에 있는 복수의 교통 신호등 중 어느 하나의 교통 신호등에만 스펙트럼 센서(120)가 설치되도록 하여 효율적으로 인지 무선 통신 시스템(100)을 구축할 수 있다.
도 2는 도 1의 스펙트럼 센서를 설명하기 위한 블록도이다. 도 2를 참조하면, 스펙트럼 센서(120)는 수신부(210), 정보생성부(220) 및 송신부(230)를 포함한다. 수신부(210)는 PU로부터 무선 신호를 수신한다. 정보생성부(220)는 수신부(210)에서 수신한 무선 신호를 기초로 PU의 출현 여부를 판단하기 위한 센싱 정보를 생성한다. 송신부(230)는 정보생성부(220)에서 생성된 센싱 정보를 수집 센터(110)에 송신한다.
정보생성부(210)에서 생성되는 센싱 정보는 예컨대, 스펙트럼 센서(120)가 PU로부터 수신한 신호의 세기 또는 상기 신호의 세기가 미리 설정된 임계 값보다 큰지 여부 등을 포함할 수 있다. 후자의 경우를 예를 들어 설명하면, 센싱 정보는 수신된 신호의 세기가 임계 값보다 큰 경우 '1'을, 임계 값보다 작은 경우 '0'을 포함하고 있을 수 있다. 이때, '1'은 또한, PU의 스펙트럼 구간이 사용되고 있음(또는 사용되는 것으로 검출되었음)을 의미할 수도 있으며, 이와 반대로, '0'은 PU의 스펙트럼 구간이 사용되고 있지 않음(또는 사용되지 않는 것으로 검출되었음)을 의미할 수도 있다. 이러한 각 스펙트럼 센서(120)가 PU의 스펙트럼 구간 사용 여부에 대하여 판단한 상기의 센싱 정보는 LD(Local Decision)라고 한다.
상기 임계 값은 예컨대, 실험 데이터를 기초로 결정되거나 또는 확률 이론에 따라 시스템 설계자 등이 원하는 확률을 가지는 값으로 계산될 수 있다. 본 실시 예에서는 일례로, 상수 오경보율(CFAR: Constant False Alarm Rate) 알고리즘에 따라 임계 값을 결정하였다. 상수 오경보율을 구하는 방법은 다음과 같다.
PU가 주파수 스펙트럼을 점유 중인
Figure 112010000203381-pat00001
셀의 경우와 점유하고 있지 않은
Figure 112010000203381-pat00002
셀의 경우, n=1, 2, …, N 번째 센서로 수신된 신호
Figure 112010000203381-pat00003
는 각각 하기의 수학식 1 및 수학식 2와 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112010000203381-pat00004
Figure 112010000203381-pat00005
여기서 h(k)는 무선 채널의 충격 응답이고, s(k)는 PU에서 송신된 송신 신호이고,
Figure 112010000203381-pat00006
는 컨벌루션 (Convolution) 연산을 나타낸다. 그리고 n(k)는 평균이 0 이고 분산이
Figure 112010000203381-pat00007
인 부가 백색 가우시안 잡음 (AWGN: Additive White Gaussian Noise)를 나타낸다. 수신 무선 채널을 가우시안 채널로 가정하면
Figure 112010000203381-pat00008
셀과
Figure 112010000203381-pat00009
셀의 확률 밀도 함수 (PDF : Probability Density Function)는 각각 하기의 수학식 3 및 수학식 4와 같이 표현할 수 있다.
Figure 112010000203381-pat00010
Figure 112010000203381-pat00011
여기서
Figure 112010000203381-pat00012
는 PU 신호의 평균값이다. 각 스펙트럼 센서(120)로 수신된 PU 송신 신호를 기초로 LD가 결정된 후, 이 결과들은 수집 센터(110)에 전달되어 PU의 스펙트럼 점유 여부를 판단(Global Decision: 이하, GD)하는데 사용된다. 수집 센터(110)에서 GD에 사용되는 신호는 수학식 5와 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112010000203381-pat00013
여기서
Figure 112010000203381-pat00014
은 LD 결과이며, GD는 예를 들어, AND 방식을 따를 경우,
Figure 112010000203381-pat00015
의 값이 N인 경우, OR 방식을 따를 경우
Figure 112010000203381-pat00016
의 값이 1 이상인 경우, Majority 방식을 따를 경우
Figure 112010000203381-pat00017
의 값이
Figure 112010000203381-pat00018
보다 큰 경우 PU가 스펙트럼을 점유하고 있다고 판단한다.
Figure 112010000203381-pat00019
셀과
Figure 112010000203381-pat00020
셀에서의
Figure 112010000203381-pat00021
의 PDF는 각각 수학식 6 및 수학식 7과 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112010000203381-pat00022
Figure 112010000203381-pat00023
여기서
Figure 112010000203381-pat00024
와
Figure 112010000203381-pat00025
은 각각
Figure 112010000203381-pat00026
의 평균과 분산이다.
PU가 주파수 스펙트럼을 사용 중인 경우, PU를 검출할 확률 (Detection Probability)은 수학식 8과 같이 계산할 수 있다.
Figure 112010000203381-pat00027
여기서
Figure 112010000203381-pat00028
는 임계 값을 나타낸다. 수학식 8에서
Figure 112010000203381-pat00029
로 치환하면, 수학식 9와 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112010000203381-pat00030
여기서 Q(·)는 Q 함수를 나타낸다.
따라서, PU가 주파수를 사용하지 않는 경우, 오경보 확률 (False Alarm Probability)은 수학식 10과 같이 계산할 수 있다.
Figure 112010000203381-pat00031
수학식 10에서
Figure 112010000203381-pat00032
로 치환하면, 수학식 11과 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112010000203381-pat00033
시스템 설계자 등은 수학식 10 또는 수학식 11의 수식을 이용하여 원하는 오경보 확률을 가지는 임계 값을 구할 수 있다.
도 3은 임계 값에 따른 오경보 확률을 나타낸 그래프이다. 도 3의 그래프는 수학식 10 또는 11의 오경보 확률을 임계 값의 변화에 따라 도시한 것으로 시스템 설계자 등은 도 3의 그래프를 이용하여 원하는 오경보 확률을 가지는 임계 값을 결정할 수 있다.
도 4는 도 1의 수집 센터를 설명하기 위한 블록도이다. 도 4를 참조하면, 수집 센터(110)는 정보수집부(410) 및 판단부(420)를 포함한다.
정보수집부(410)는 각각의 스펙트럼 센서(120)로부터 PU의 출현 여부를 판단하기 위한 센싱 정보를 수집한다.
판단부(420)는 상기 수집된 센싱 정보들을 기초로 PU가 무선 스펙트럼을 점유하고 있는지 여부를 판단한다. 일례로, 판단부(420)는 센싱 정보에 포함된 상기 '1' 또는 '0' 값들을 모두 더하여, 더한 결과가 전체 센싱 정보를 수집한 스펙트럼 센서(120)의 개수의 과반수인 경우 PU가 자신의 스펙트럼을 점유하고 있다고 판단할 수 있다. 이러한 방식을 다수결(Majority) 방식이라고 한다. 다른 일례로, AND 방식 또는 OR 방식이 사용될 수 있는데, AND 방식은 모든 스펙트럼의 센싱 정보가 '1' 인 경우 PU가 자신의 스펙트럼을 점유하고 있다고 판단하는 방식이며 OR 방식은 하나의 센싱 정보라도 '1' 이라면 PU가 자신의 스펙트럼을 점유하고 있다고 판단하는 방식이다.
도 5는 스펙트럼 센서의 개수 및 수집 장치에서 판정 방식에 따른 인지 무선 통신 시스템의 스펙트럼 센싱 성능을 나타낸 그래프이다. 여기서, 오경보 확률은 5%로 설정하였다. OR 방식의 경우, 모든 센싱 정보가 '0'인 경우에만 PU가 스펙트럼을 점유하고 있지 않다고 판단하므로, 스펙트럼 센서(120)의 개수가 증가할수록 스펙트럼 센싱 성능이 향상되는 것을 확인할 수 있다. 이와 반대로 AND 방식은 모든 센싱 정보가 '1'인 경우에만 PU가 스펙트럼을 점유하고 있다고 판단하므로, 스펙트럼 센서(120)의 개수가 증가할수록 스펙트럼 센싱 성능이 감소하는 것을 확인할 수 있다. Majority 방식의 경우, 신호 대 잡음 비(SNR: Signal to Noise Ratio)가 약 3dB 이하에서는 스펙트럼 센서(120) 개수가 증가할수록 센싱 성능이 감소하지만 약 3dB 이상에서는 스펙트럼 센서(120) 개수가 증가할수록 센싱 성능이 향상한다.
한편, 도 5의 그래프를 참조하면, 스펙트럼 센서(120)의 개수가 일정 수준 이상이 되면 센싱 성능은 수집 센터(110)의 판정 방식에 따른 차이는 존재하지만, 스펙트럼 센서(120)의 개수와는 거의 무관한 것을 볼 수 있다. 도 5의 그래프에서 확인할 수 있듯이, 스펙트럼 센서(120)의 개수는 일정 수준 이상이 되면 센싱 성능과 거의 무관하기 때문에, 일 실시예에 따른 수집 센터(110)는 설치되어 있는 복수의 스펙트럼 센서(120)들 중에서도 소정의 개수만큼의 스펙트럼 센서(120)들 만을 선택하여 사용할 수 있다. 특히, 수집 센터(110)가 수신 채널 품질이 우수한 스펙트럼 센서(120)들을 선택하여 사용하면 센싱 성능을 향상시킬 수 있다는 효과가 있다.
스펙트럼 센서 선택을 위하여, 스펙트럼 센서(120)는 센서 선택용 정보를 생성하고, 생성된 센서 선택용 정보를 수집 센터(110)에 제공할 수 있다. 상기 센서 선택용 정보는, 일례로, 해당하는 스펙트럼 센서(120)의 수신 채널 품질에 대한 정보를 포함할 수 있으며, 수신 채널 품질에 대한 정보는 예컨대, 수신 신호 세기(RSSI: Received Signal Strength Indication), 수신 신호의 신호 대 잡음 비(SNR: Signal to Noise Ratio), 신호 대 간섭 및 잡음 비(SINR: Signal to Interference plus Noise Ratio)등을 포함할 수 있다. SNR은 PU가 주기적으로 사용하는 pilot 신호 또는 training sequence 정보를 스펙트럼 센서(120)가 수신하여 수신 신호의 SNR을 계산하는 방식으로 구해질 수 있다.
센서 선택용 정보를 센싱 정보와 함께 제공받은 수집 센터(110)는 센서 선택용 정보를 기초로 복수의 스펙트럼 센서(120)들 중 미리 설정된 개수의 스펙트럼 센서들을 선택한다. 일 실시예에 따라, 수집 센터(110)는 수신 채널 품질(예를 들어, SNR)이 우수한 순서로 상기 미리 설정된 개수만큼 스펙트럼 센서를 선택할 수 있다. 수집 센터(110)는 상기 선택된 스펙트럼 센서들로부터 수집되는 센싱 정보들만을 기초로 PU의 스펙트럼 점유 여부를 판단한다.
다시 도4를 참조하면, 수집 센터(110)는 PU가 자신의 스펙트럼을 점유하고 있는지에 대하여 판단한 결과에 따라 SU에게 PU의 스펙트럼 영역을 사용할 수 있는지에 대한 정보를 제공하는 제공부(430)를 더 포함할 수 있다.
일 실시예에 따라, 수집 센터(110)가 PU가 스펙트럼을 점유하고 있다고 판단한 경우에는, 해당 셀 내의 모든 SU에게 PU의 스펙트럼 영역을 사용할 수 없다는 정보를 제공하며, PU가 스펙트럼을 점유하고 있지 않다고 판단한 경우에는, 해당 셀 내의 모든 SU에게 PU의 스펙트럼 영역을 사용할 수 있다는 정보를 제공할 수 있다.
다른 일 실시예에 따르면, 스펙트럼 사용 효율을 향상시키기 위하여 수집 센터(110)는 각 스펙트럼 센서(120)로부터 수집된 센싱 정보를 개별적으로 고려하여, SU의 해당 셀 내 위치에 따라 PU의 스펙트럼 영역을 사용할 수 있는지에 대한 정보를 다르게 제공할 수도 있다. 예컨대, 수집 센터(110)는 PU와 SU의 거리 이격을 고려하여 PU로부터 거리가 충분히 먼 곳에 위치하는 SU에게는 PU가 스펙트럼을 점유하고 있다고 하더라도 PU의 스펙트럼 영역을 사용할 수 있다는 정보를 제공할 수 있다.
도 6은 PU와 스펙트럼 센서 간의 거리에 따른 센싱 성능을 나타낸 그래프이다. 여기서 오경보 확률은 5%로 설정하였으며, 신호 대 잡음 비는 0dB인 경우이다. 도 6의 그래프를 참조하면, PU로부터 스펙트럼 센서(120)까지의 거리가 길어질수록 PU로부터 수신되는 수신 신호의 에너지가 작아져서 스펙트럼 센서(120)가 PU의 스펙트럼을 센싱할 확률이 작아짐을 알 수 있다. 따라서, PU가 존재하는 셀 내에 있는 SU라 하더라도, PU로부터의 거리가 충분히 멀다면 PU의 스펙트럼 영역을 사용해도 문제가 되지 않는다.
도 7은 PU와 SU의 거리에 따라 PU의 스펙트럼 영역을 사용할 수 있다는 정보를 달리 제공하는 실시 예를 설명하기 위한 도면이다. 예컨대, 하나의 수집 센터(110)에 의하여 PU의 스펙트럼 점유 여부를 결정하는 소정의 전체 셀 영역(710)은 다시 복수의 작은 셀 영역(720)으로 나누어질 수 있다. 도 7의 경우, 19개의 작은 셀 영역(720)이 존재하고, 작은 셀의 반경은 1km라고 가정한다. 예를 들어 설명하면, 수집 센터(110)는 OR 방식에 의하여 PU의 위치와 근접한 제1 셀 영역(720a), 제2 셀 영역(720b), 제3 셀 영역(720c) 및 제4 셀 영역(720d)에 위치한 스펙트럼 센서들로부터 스펙트럼이 센싱 되었다는 센싱 정보를 수집하면, 전체 셀 영역(710)에 대하여 PU가 스펙트럼을 점유하고 있다고 판단한다. 그러나, SU의 거리가 PU로부터 충분히 떨어진 경우에는 PU의 스펙트럼 영역을 사용하여도 되기 때문에, 일례로, 수집 센터(110)는 스펙트럼이 센싱된 작은 셀 영역(720a, 720b, 720c, 720d)들 이외의 15개의 작은 셀에 위치한 SU에게는 PU의 스펙트럼 영역을 사용할 수 있다는 정보를 제공할 수 있다. 다른 일례로, 수집 센터(110)는 스펙트럼이 센싱된 작은 셀 영역(720a, 720b, 720c, 720d)정보를 기초로 PU의 위치를 추정하고, 추정된 PU의 위치에서 소정의 임계 거리(예를 들어, 4km) 이상 떨어진 작은 셀 영역(720e, 720f, 720g, 720h, 720i, 720j)에 위치한 SU에게 PU의 스펙트럼 영역을 사용할 수 있다는 정보를 제공할 수 있다. PU의 위치는 일례로, 스펙트럼이 센싱된 작은 셀 영역(720a, 720b, 720c, 720d)들의 중점(740)에 위치한다고 추정될 수 있다.
스펙트럼 센서(120)는 수집 센터(110)가 각각의 센싱 정보를 제공한 스펙트럼 센서(120) 또는 스펙트럼 센서(120)가 위치한 작은 셀 영역(720)들을 식별할 수 있도록, 일례로, 센싱 정보에 스펙트럼 센서 식별자(또는 작은 셀 식별자)를 부가하여 제공할 수 있으며, 다른 일례로, Transmitter Identity(TxID) 또는 직교(orthogonal) 부호를 이용하여 각각의 센싱 정보를 식별할 수 있도록 할 수 있다. 직교 부호의 예로는, PN 부호, Gold 부호, Walsh 부호, Ternary 부호 등이 있다. 또한, 이 경우 센서 식별자 또는 사용되는 부호에 대한 정보는 수집 센터(110)에 미리 저장되어 각 센싱 정보를 제공한 스펙트럼 센서(120) 또는 스펙트럼 센서(120)가 위치한 작은 셀 영역(720)을 식별할 수 있도록 한다.
이러한 개시된 기술인 시스템 및 장치는 이해를 돕기 위하여 도면에 도시된 실시 예를 참고로 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상적 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 개시된 기술의 진정한 기술적 보호범위는 첨부된 특허청구범위에 의해 정해져야 할 것이다.

Claims (18)

  1. 서로 독립적으로 무선 신호를 수신할 수 있도록 설치 공간에 분산 배치되고, 스펙트럼 센싱을 통하여 1차 사용자(Primary User: 이하, PU)의 출현 여부를 판단하기 위한 정보를 생성하는 복수의 스펙트럼 센서들; 및
    상기 복수의 스펙트럼 센서들과 네트워크로 연결되고, 상기 복수의 스펙트럼 센서들로부터 상기 정보를 수집하는 수집 센터를 포함하되,
    상기 스펙트럼 센서들 각각은, 지능형 교통 시스템(Intelligent Transport System: 이하, ITS) 기간 구조물 상에 설치되어 분산 배치되고,
    상기 네트워크는 상기 ITS 기간 구조물 사이를 연결하는 ITS 네트워크를 포함하는 인지 무선 통신(Cognitive Radio)을 위한 시스템.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서, 상기 수집 센터는,
    상기 복수의 스펙트럼 센서들로부터 수집되는 상기 PU의 출현 여부를 판단하기 위한 정보들을 기초로 상기 PU의 스펙트럼 점유 여부를 판단하는 인지 무선 통신을 위한 시스템.
  4. 제3항에 있어서, 상기 수집 센터는,
    상기 복수의 스펙트럼 센서들로부터 수집되는 상기 PU의 출현 여부를 판단하기 위한 정보들을 AND 방식, OR 방식 또는 Majority 방식으로 통합하여 상기 PU의 스펙트럼 점유 여부를 판단하는 인지 무선 통신을 위한 시스템.
  5. 제1항에 있어서, 상기 스펙트럼 센서 각각은,
    상기 PU로부터 무선 신호를 수신하는 수신부;
    상기 수신된 무선 신호의 세기 및 상기 무선 신호의 세기가 미리 설정된 임계 값보다 큰지 여부 중 적어도 하나를 포함하는 PU의 출현 여부를 판단하기 위한 정보를 생성하는 정보생성부; 및
    상기 정보생성부에서 생성된 정보를 상기 수집 센터에 송신하는 송신부를 포함하는 인지 무선 통신을 위한 시스템.
  6. 제1항에 있어서, 상기 수집 센터는,
    상기 각각의 스펙트럼 센서로부터 상기 PU의 출현 여부를 판단하기 위한 정보를 수집하는 정보수집부; 및
    상기 수집된 정보들을 기초로 상기 PU가 무선 스펙트럼을 점유하고 있는지 여부를 판단하는 판단부를 포함하는 인지 무선 통신을 위한 시스템.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 ITS 기간 구조물은, 교통 신호등을 포함하며,
    상기 교통 신호등이 교차로에 있는 경우, 상기 교차로에 있는 복수의 교통 신호등 중 어느 하나의 신호등에만 상기 스펙트럼 센서가 설치되는 인지 무선 통신을 위한 시스템.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 스펙트럼 센서는 센서 선택용 정보를 생성하여 상기 수집 센터에 제공하고,
    상기 수집 센터는 상기 센서 선택용 정보를 기초로 상기 복수의 스펙트럼 센서들 중 미리 설정된 개수의 스펙트럼 센서들을 선택하고, 상기 선택된 스펙트럼 센서들로부터 수집되는 상기 PU의 출현 여부를 판단하기 위한 정보들만을 기초로 상기 PU의 스펙트럼 점유 여부를 판단하는 인지 무선 통신을 위한 시스템.
  9. 제8항에 있어서, 상기 센서 선택용 정보는,
    해당하는 스펙트럼 센서의 수신 채널 품질에 대한 정보를 포함하는 인지 무선 통신을 위한 시스템.
  10. 제9항에 있어서, 상기 수집 센터는,
    상기 수신 채널 품질이 우수한 순서로 상기 미리 설정된 개수만큼 스펙트럼 센서를 선택하는 인지 무선 통신을 위한 시스템.
  11. 제9항에 있어서, 상기 수신 채널 품질에 대한 정보는,
    수신 신호 세기(RSSI: Received Signal Strength Indication), 수신 신호의 신호 대 잡음 비(SNR: Signal to Noise Ratio) 및 신호 대 간섭 및 잡음 비(SINR: Signal to Interference plus Noise Ratio) 중 적어도 하나의 정보를 포함하는 인지 무선 통신을 위한 시스템.
  12. 제1항에 있어서, 상기 복수의 스펙트럼 센서들은.
    2차 사용자(Secondary User: 이하, SU)의 스펙트럼 센싱 명령이 있는 경우, 상기 스펙트럼 센싱을 하는 인지 무선 통신을 위한 시스템.
  13. 제1항에 있어서, 상기 수집 센터는,
    상기 PU의 출현 여부를 판단하기 위한 정보들을 제공하는 스펙트럼 센서들을 식별하여, 상기 PU가 위치하는 지역을 추정하는 인지 무선 통신을 위한 시스템.
  14. 제3항에 있어서, 상기 수집 센터는,
    상기 PU의 스펙트럼 점유 여부를 기초로 2차 사용자(Secondary User: 이하, SU)에게 상기 PU의 스펙트럼 영역을 사용할 수 있는지에 대한 정보를 제공하는 인지 무선 통신을 위한 시스템.
  15. 제14항에 있어서, 상기 수집 센터는,
    상기 PU의 출현 여부를 판단하기 위한 정보들을 제공하는 스펙트럼 센서를 식별하여, 상기 SU 중에서 일부 SU에게는 상기 PU의 스펙트럼 영역을 사용할 수 있다는 정보를 제공하고, 다른 일부 SU에게는 상기 PU의 스펙트럼 영역을 사용할 수 없다는 정보를 제공하는 인지 무선 통신을 위한 시스템.
  16. 제14항에 있어서, 상기 수집 센터는,
    상기 PU가 스펙트럼을 점유하고 있다고 판단한 경우에도 상기 PU와 미리 설정된 임계 거리 이상의 거리가 떨어진 2차 사용자(Secondary User: 이하, SU)에게는 상기 PU의 스펙트럼 영역을 사용할 수 있다는 정보를 제공하는 인지 무선 통신을 위한 시스템.
  17. 스펙트럼 센싱을 통하여 1차 사용자(Primary User: 이하, PU)의 출현 여부를 판단하기 위한 정보를 생성하는 정보생성부; 및
    상기 정보생성부에서 생성된 정보를 수집 센터에 송신하는 송신부를 포함하고,
    지능형 교통 시스템(Intelligent Transport System: 이하, ITS) 기간 구조물 상에 분산 배치되고, 상기 수집 센터와 ITS 네트워크를 통하여 통신 가능한 인지 무선 통신(Cognitive Radio)을 위한 스펙트럼 센서.
  18. 서로 독립적으로 무선 신호를 수신할 수 있도록 설치 공간에 분산 배치되고 스펙트럼 센싱을 통하여 PU의 출현 여부를 판단하기 위한 정보를 생성하는 복수의 스펙트럼 센서들로부터 통신 네트워크를 통하여 상기 정보를 수집하는 정보수집부; 및
    상기 수집된 정보들을 기초로 상기 PU가 무선 스펙트럼을 점유하고 있는지 여부를 판단하는 판단부를 포함하되,
    상기 스펙트럼 센서들 각각은, 지능형 교통 시스템(Intelligent Transport System: 이하, ITS) 기간 구조물 상에 설치되어 분산 배치되고,
    상기 네트워크는 상기 ITS 기간 구조물 사이를 연결하는 ITS 네트워크를 포함하는 인지 무선 통신(Cognitive Radio)을 위한 시스템.
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