KR101115525B1 - Ｔｖ 화이트 스페이스 인지 통신 시스템용 재귀 이산 퓨리에 변환 기반 다중 해상도 스펙트럼 센싱 기법 - Google Patents

Ｔｖ 화이트 스페이스 인지 통신 시스템용 재귀 이산 퓨리에 변환 기반 다중 해상도 스펙트럼 센싱 기법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 TV 화이트 스페이스(white space)와 같이 광대역의 주파수 대역에서 주 사용자가 해당 주파수 대역을 점유하지 않은 시간을 검출하여 사용하는 인지통신(Cognitive Radio; 이하, CR이라함) 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 제한된 연산량으로 높은 주파수 해상도의 재귀 이산 퓨리에 변환(Recursive Discrete Fourier Transform; 이하, RDFT라 함)기반 다중 해상도 스펙트럼 센싱(Spectrum Sensing) 방안에 관한 것이다.
이를 위해 본 발명의 주파수 스펙트럼 센싱 방법은 수신된 신호의 주파수 간격(해상도)을 설정된 주파수 간격으로 분할하고, 분할된 주파수 간격에 대한 신호 전력을 측정하는 제 1단계, 측정한 상기 주파수 대역의 신호 전력의 크기가 설정된 문턱값 이하인지 판단하는 제 2단계, 측정한 상기 신호 전력의 크기가 상기 문턱값 이하이면, 수신된 상기 신호의 주파수 간격은 측정한 상기 신호 전력의 크기에 따라 재분할하고, 재분할된 주파수 간격에 대한 신호 전력을 재측정하는 제 3단계를 포함한다.
RDFT, STFT, 인지 통신, 전력 검출, 특징 검출

Description

ＴＶ 화이트 스페이스 인지 통신 시스템용 재귀 이산 퓨리에 변환 기반 다중 해상도 스펙트럼 센싱 기법{A Multi-Resolution Spectrum Sensing Technique Based on Recursive Discrete Fourier Transform for Cognitive Systems in TV White Space}
본 발명은 TV 화이트 스페이스(white space)와 같이 광대역의 주파수 대역에서 주 사용자가 해당 주파수 대역을 점유하지 않은 시간을 검출하여 사용하는 인지통신(Cognitive Radio; 이하, CR이라함) 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 제한된 연산량으로 높은 주파수 해상도의 재귀 이산 퓨리에 변환(Recursive Discrete Fourier Transform; 이하, RDFT라 함)기반 다중 해상도 스펙트럼 센싱(Spectrum Sensing) 방안에 관한 것이다.
일반적으로, 무선 통신 시스템은 고속 및 양질의 품질을 가지는 서비스를 사용자들에게 제공하기 위해 발전되가고 있는 추세이다. 이와 같이, 상기 무선 통신 시스템의 기술이 발전하는데 있어서 한정된 자원, 예컨대 주파수 자원, 시간 자원 및 코드 자원 등은 상기 무선 통신 시스템 발전의 저해 요인으로 작용한다. 즉, 현재 상업적으로 사용 가능한 거의 모든 주파수 자원이 기존 무선 통신 시스템에 할 당되어 있음으로 인해 새롭게 개발되는 무선 통신 시스템이 주파수 자원을 할당받기는 어려운게 현실이다.
이러한 주파수 자원 문제를 해결하기 위해 제안된 기술이 무선 인지(이하,'CR'이라 칭함) 기술이다. 상기 CR 기술은 특정 무선 통신 시스템을 위해 주파수 대역이 할당되어 있지만, 상기 특정 무선 통신 시스템에서 사용되지 않고 있는 주파수 대역을 다른 무선 통신 시스템이 감지하고, 감지된 주파수 대역을 사용하는 기술이다. 이러한 CR 기술은 차세대 무선 통신 시스템에 접목되어 활용될 수 있는 기술로서 중요한 가치를 지니고 있다.
종래의 인지 통신(CR) 시스템을 위한 스펙트럼 센싱 기법은 특정 시간에 특정 주파수 대역의 신호 전력을 측정하여 신호의 유무를 판별하는 전력검출(Energy Detection) 기법, 변조된 신호에 내재되어 있는 신호의 주기성을 활용하여 신호의 유무를 판별하는 특징검출(Feature Detection), 그리고 TV 대역과 같이 주 사용자(license user)의 신호의 특징을 알고 있는 경우에 주 사용자 신호의 파일럿 신호 등을 검출하여 주 사용자의 주파수 점유 유무를 판별하는 스펙트럼 센싱기법 등으로 구분된다.
특히, 전력검출 기법은 긴 신호에 대하여 시간에 따른 주파수를 분석하기 위하여 단시간 퓨리에 변환(Short-time Fourier Transform;이하, STFT라 함) 기법을 활용해 왔다. OFDM 시스템 기반의 CR인 경우, 모뎀부에 포함된 고속 퓨리에 변환(Fast Fourier Transform;이하, FFT라 함) 장치에서 고속으로 스펙트럼 센싱을 수행한다.
종래의 STFT 기반 혹은 FFT 기반 스펙트럼 추정기법은 길이가 긴 신호 x[n]를 작은 길이의 블록으로 나누어 이산 퓨리에 변환(Discrete Fourier Tranform; 이하, DFT라함)을 수행한다. STFT에서 입력 신호를 길이가 N인 신호 블록으로 나누는 경우에 m번째 블록 신호는 하기 수학식 1과 같이 표현된다.
Figure 112009081630641-pat00001
수학식 1의 δ는 두 블록 사이에 중첩되는 샘플의 수를 나타낸다. 수학식 1로부터 m번째 신호 블록의 STFT는 하기 수학식 2와 같이 계산된다.
Figure 112009081630641-pat00002
수학식 2의
Figure 112009081630641-pat00003
는 길이가 N인 윈도우 함수를 나타낸다.
STFT 기반 스펙트럼 추정 방식은 일단 특정 DFT 크기 N이 선택되면 모든 주파수에 대해 동일한 DFT 크기를 적용되며, 표본화 주파수가
Figure 112009081630641-pat00004
인 경우에 주파수간 간격
Figure 112009081630641-pat00005
도 동일하게 설정된다. 이러한 이유로 DFT 크기 N이 증가 할수록 주파수 해상도가 증가하여 인접하는 주파수를 정밀하게 분리할 수 있지만, 연산의 복잡도가 증가하는 단점이 있다. 상기 DFT의 연산량을 줄이기 위하여 고안된 방 식이 FFT이다. FFT는 블록 크기 N을
Figure 112009081630641-pat00006
(여기서 q는 양의 정수)으로 설정한 DFT의 특수한 경우로 연산량을 크게 줄일 수 있지만, 블록 크기 N을 선정할 시
Figure 112009081630641-pat00007
조건에 따라 선택할 수 있는 폭이 좁기 때문에, 원하는 신호의 주파수를 정확히 알고 있다 하더라고 이 신호를 검출할 수 있는 주파수 해상도를 맞추기 어렵기 때문에 주파수 누설(Frequency Leakage)이 발생하는 문제가 있다.
도 1은 광대역 주파수 센싱을 위한 종래의 다중 해상도 스펙트럼 센싱(Multi-resolution Spectrum Sensing) 기법의 흐름도를 도시한 것이며, 도 2는 각 단계의 스펙트럼 센싱 방식을 도시하고 있다.
광대역의 주파수 대역을 센싱하기 위해서는 매우 큰 크기의 DFT/FFT 크기가 필요하기 때문에 연산의 복잡도가 매우 크다. 따라서 광대역의 주파수 대역을 센싱하기 위한 다중 해상도 스펙트럼 센싱 기법은 작은 DFT/FFT 크기로 수행하는 대략적인 센싱 단계, 보다 큰 크기의 DFT/FFT로 수행되는 정밀한 센싱 단계의 두 단계로 구성하여 대략적인 센싱 단계에서 신호가 센싱될 경우에만 정밀단계로 진행하여 연산량을 줄이는 방식이 사용된다. 대략적인 센싱 단계는 센싱 하고자하는 전체 주파수 대역 B에 대하여
Figure 112009081630641-pat00008
크기의 FFT를 이용하여 센싱한다. 이러한 경우에 주파수 해상도는
Figure 112009081630641-pat00009
이다. 대략적인 주파수 센싱 단계에서 낮은 해상도
Figure 112009081630641-pat00010
로 센싱을 수행하고 각 센싱 주파수의 신호전력
Figure 112009081630641-pat00011
가 특정 문턱값 Tth보다
Figure 112009081630641-pat00012
인 총 센싱 주파수의 확률 Pe를 계산한다. Pe가 기 설정된 p보다 큰 경우에 해당 전체 대역이 면허 사용자가 채널을 점유하고 있다고 판단할 수 있으며, Pe=0인 경우에는 전 채널이 비었다고 볼 수 있다. 따라서 이 두 경우에는 정밀 센싱 단계를 진행해야할 필요가 없다. Pe가 0보다 크고, p보다 작은 경우에는 일부 주파수 대역이 면허 사용자에 의하여 비사용중으로 판단할 수 있다. 면허 사용자가 이용 중으로 판단되는 대역을 보다 상세하게 탐색하기 위하여 FFT 크기를
Figure 112009081630641-pat00013
로 증가 시킨 후 전 대역에 걸쳐 정밀탐색 단계를 수행한다. 도 2에 보이는 바와 같이 정밀 센싱 단계에서는 주파수 해상도가
Figure 112009081630641-pat00014
이며
Figure 112009081630641-pat00015
이며,
Figure 112009081630641-pat00016
개의 모든 센싱 주파수에 대해서 연산을 수행한다. 정밀 센싱 단계는 정밀한 탐색을 위해서는 주파수 해상도를 증가시켜야 하며, 결과적으로 FFT 크기가 증가하여 연산량이 큰 단점이 있다.
상기 정밀 센싱 단계에서 사용되는 FFT 기반의 스펙트럼 센싱 기법의 연산량은 줄이고 불필요한 특정 주파수 대역에서는 연산블럭을 제거함으로써 연산량을 줄일 수 있는 Sparse-FFT 기반 센싱 기법을 제안하였다. 종래의 DFT/FFT 기반 센싱 기법은 수학식 2에서 센싱 주파수 인덱스 k가
Figure 112009081630641-pat00017
개 이므로 N개의 주파수에 대한 센싱을 수행하는 반면, Sparse-FFT 기반 센싱 기법은 총
Figure 112009081630641-pat00018
개의 센싱 주파수 중 실제 센싱해야할 V개의 주파수에 대해서만 연산을 수행하면 되므로 연산량을 줄일 수 있다. 도 2의 정밀 스펙트럼 센싱 단계에서 검은색으로 채워진 센싱 주파수에 대해서만 연산이 수행된다. 하지만, 상기 Sparse-FFT 기반의 센싱 기법도 스펙트럼 센싱의 정밀도를 나타내는 주파수 해상도는 주파수간 간격
Figure 112009081630641-pat00019
에 의해 결정되며, 모든 센싱 주파수에 동일한 해상도가 적용되기 때문에 특정 주파수 대역의 주파수 해상도의 정밀도를 높이기 위해서는 DFT/FFT 크기 N이 증가하여 전체적인 연산량이 증가한다.
상술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 과제는 종래 다중 해상도 스펙트럼 센싱 기술은 센싱 주파수 성분에 관계없이 DFT 크기가 고정되므로 주파수 해상도를 높이기 위해서는 매우 큰 크기의 DFT/FFT 크기가 요구되어 연산 복잡도가 높은 문제가 있다. 이에 본 발명에서는 제한된 센싱 주파수 수 조건에서 각 센싱 주파수성분에 대해 주파수해상도를 적절히 맞춤 조정하여 스펙트럼 센싱의 정밀도를 높이고 연산량을 줄이데 그 목적이 있다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 주파수 스펙트럼 센싱 방법은 수신된 신호의 주파수 간격(해상도)을 설정된 주파수 간격으로 분할하고, 분할된 주파수 간격에 대한 신호 전력을 측정하는 제 1단계, 측정한 상기 주파수 대역의 신호 전력의 크기가 설정된 문턱값 이하인지 판단하는 제 2단계, 측정한 상기 신호 전력의 크기가 상기 문턱값 이하이면, 수신된 상기 신호의 주파수 간격은 측정한 상기 신호 전력의 크기에 따라 재분할하고, 재분할된 주파수 간격에 대한 신호 전력을 재측정하는 제 3단계를 포함한다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 주파수 스펙트럼 센싱 장치는 수신된 신호의 주파수 간격(해상도)을 설정된 주파수 간격으로 분할하고, 분할된 주파수 간격에 대한 신호 전력을 측정하는 제1측정부, 측정한 상기 신호 전력의 크기가 상기 문턱값 이하이면, 수신된 상기 신호의 주파수 간격은 측정한 상기 신호 전력 의 크기에 따라 재분할하도록 지시하는 제어부, 측정부는 분할된 주파수 간격에 대한 신호 전력을 재측정한다.
본 발명에 따르면, RDFT 기반 다중 해상도 스펙트럼 센싱 기법은 실시간 처리가 가능하며 각 주파수 성분별로 바람직한 주파수/시간 해상도를 갖도록 DFT 크기를 맞춤 설정함으로써 스펙트럼누설(spectral leakage)을 줄이면서 제한된 연산량 조건 하에서 스펙트럼 센싱의 정밀도를 높일 수 있는 장점이 있다.
또한, 본 발명은 주파수 대역이 광대역인 경우에 연산량을 줄이기 위해서 RDFT를 기반으로 대략적인 스펙트럼 센싱 후, 정밀 스펙트럼 센싱을 수행하는 다중 해상도 스펙트럼 기법을 수행한다. 따라서 정밀 스텍트럼 센싱 과정에서는 주파수 간격을 임의로 조절하는 RDFT 기반의 다중 해상도 기법을 적용하여 적은 연산량으로 빠르게 스펙트럼을 센싱할 수 있는 효과가 있다. 특히, 군용 및 비상/응급용 주파수 대역과 같이 탐색해야할 주파수 대역 내에 주 사용자가 사용하지 않더라도 인지 통신 사용자가 사용할 수 없도록 보호된 대역이 혼재된 경우에 본 발명은 더 뛰어난 효과를 가진다.
전술한, 그리고 추가적인 본 발명의 양상들은 첨부된 도면을 참조하여 설명되는 바람직한 실시 예들을 통하여 더욱 명백해질 것이다. 이하에서는 본 발명의 이러한 실시 예를 통해 당업자가 용이하게 이해하고 재현할 수 있도록 상세히 설명하기로 한다.
이하, 수학식을 이용하여 본 발명의 동작원리를 상세히 설명한다.
본 발명은 인지통신의 스펙트럼 센싱 과정에서 에너지 검출 방식의 스펙트럼 센싱 기술에서 사용되는 DFT/FFT의 단점인 주파수 누설 및 개별적인 주파수 해상도 설정이 불가능한 단점을 해결하기 위하여 RDFT 방식을 이용하여 광대역의 주파수 대역에 대해 다중 해상도 주파수 스펙트럼 센싱을 수행한다. 이하 먼저 RDFT에 대해 알아보기로 한다.
길이가 긴 신호 x[n]에 대해 연속하는 N 샘플을 묶어 하나의 블록으로 구성하고 각 블록이 인접하는 블록과 (n-1)개 샘플만큼 중첩되는 경우에 m번째 블록의 N 포인트 DFT는 다음과 같이 표현된다. m+1번째 블록의 DFT는 이전 m번째 블록과 (N-1)개 샘플이 중첩되므로 수학식 3과 같이 이전 블록에 대한 DFT로부터 재귀적, 즉 RDFT으로 계산될 수 있다.
Figure 112009081630641-pat00020
수학식 3과 같이 연속적인 블록의 DFT를 수행하기 위하여 이전 블록의 DFT 결과를 이용하는 방식을 RDFT 알고리즘이라 칭한다.
수학식 3의 RDFT는 되먹임(feed-back) 회로를 이용하여 이전의 계산 결과로부터 현재의 DFT 계산을 수행할 수 있는 실시간 온라인 처리가 가능하다. 상기 수학식 3의 RDFT는 수학식 2의 DFT 결과와 같이 각 주파수에 대해 동일한 주파수 해상도를 갖는다. 이러한 RDFT 구조에서 각 주파수 성분 k별로 다른 주파수 해상도를 가질 수 있는 방식이 제안되었다.
RDFT 알고리듬은 STFT에 비하여 다음과 같은 다양한 장점을 갖는다. 첫째 RDFT는 순차적으로 입력되는 데이터에 대해 실시간으로 구현될 수 있다. 둘째, 주파수 별로 DFT를 수행할 수 있기 때문에 일부 관심있는 주파수만을 선택하여 병렬처리할 수 있다. 셋째로 각 주파수 성분별로 다른 DFT 크기를 설정할 수 있다.
일반적으로, 스펙트럼을 구하기 전에 그 신호의 주파수를 미리 알 수 없기 때문에, 임의로 설정된 DFT 크기가 단일 주파수로 구성된 신호 주기의 배수가 되 않을 경우에 DFT 결과에 스펙트럼 누설이 발생한다. 다수의 주파수 성분으로 구성된 신호의 경우에 모든 주파수를 미리 알고 있더라도 스펙트럼 전력누설을 제거하기 위해서는 모든 주파수의 공배수로 DFT 크기를 설정해야 하지만, 이는 현실적으로 불가능하다. 반면, 본 발명에서는 검출 대상 주파수를 알고 있는 경우에 각 주파수 성분의 DFT 크기를 개별적으로 설정하여 스펙트럼 누설을 줄일 수 있을 뿐만 아니라 각 주파수성분에 대한 주파수/시간 해상도를 맞춤 조정할 수 있다.
본 발명에서 기술된 다중 해상도 스펙트럼 센싱 기법은 각 주파수 성분에 대해 바람직한 주파수 해상도에 따라 DFT 크기를 개별적으로 맞춤 설정한다. 즉, 광대역의 수신신호로부터 센싱해야할 V개의 주파수 성분 중v번째 주파수가
Figure 112009081630641-pat00021
이고 각 주파수는
Figure 112009081630641-pat00022
를 만족하며 각 주파수 성분에 대해 요구되는 주파수 해상도가
Figure 112009081630641-pat00023
라 가정하면, 각 주파수 성분에 대한 DFT 크기는 다음 수식과 같이 계산될 수 있다.
Figure 112009081630641-pat00024
여기서 함수 <X> 는 X에 가장 가까운 정수를 의미하고,
Figure 112009081630641-pat00025
은 샘플링 주기를 나타낸다. 또한, 각 주파수 성분에 해당하는 DFT의 주파수 인덱스는 다음과 같이 계산된다.
Figure 112009081630641-pat00026
여기서
Figure 112009081630641-pat00027
은 v번째 주파수에 대한 기본 주파수(Fundamental Frequency)이다.
바람직한 주파수 해상도는 최소한 두 인접 신호의 주파수 이하인
Figure 112009081630641-pat00028
으로 설정된다. 대략적인 스펙트럼 센싱 시 센싱 알고리즘을 단순화하기 위하여 바람직한 주파수 해상도는 모든 센싱 주파수가 동일한 해상도를 지니도록
Figure 112009081630641-pat00029
로 설정된다. 반면, 정밀 스펙트럼 센싱에서의 바람직한 주파수 해상도는 대략적인 스펙트럼 센싱 시 추정된 각 센싱 주파수의 신호전 력을 기반으로 계산된다.
상기 수학식 4와 5에서 각 주파수 성분에 대한 DFT의 크기와 주파수 인덱스가 결정되면 수학식 2의 RDFT 알고리듬에 따라 다음과 같이 DFT 시퀀스가 갱신된다.
Figure 112009081630641-pat00030
여기서 x[n]은 가장 최근에 RDFT 프로세서에 입력된 샘플을 의미한다. 각 센싱 주파수의 해상도는
Figure 112009081630641-pat00031
로 계산된다. 수학식 6은 수학식 3과 달리 각 센싱 주파수 인덱스 별로 주파수 해상도
Figure 112009081630641-pat00033
를 설정할 수 있다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 재귀 이산 푸리에 변환 기반 다중 해상도 주파수 검출 장치의 구성을 간략하게 보인 블록도이다.
도 3에서 도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 다중 해상도 주파수 검출 장치는 다수개의 소자(110a~110n)를 구비한 외부 지연부, 다수개의 RDFT 처리장치(120a~120n) 및 해상도 제어부(130)를 포함한다.
다수개의 소자(110a~110n)를 구비한 외부 지연부는 입력되는 신호를 이동 레지스터(shift resister)를 통하여 NMAX개 저장하고, 해상도 제어부에서 계산된 검출대상 주파수의 DFT 크기에 해당하는 시간동안 지연하여 RDFT 처리장치(120a~120n) 로 출력한다. 이동 레지스터는 다음 신호가 입력되면 순차적으로 갱신되며, NMAX개의 이동 레지스터는 모든 RDFT 처리장치가 공유하여 사용한다.
또한, 외부 지연부는 모든 RDFT 처리장치가 공유하므로 하나만 필요하며 외부 지연부 지연소자의 개수는 해상도 제어부에서 계산된 검출 대상 주파수의DFT의 크기들 중 가장 큰 값(NMAX)과 같고, 최대 DFT의 크기는 각 외부 지연부의 사용량을 결정한다.
다수개의 RDFT 처리장치(120a~120n)는 외부 지연부(110a~110n)의 출력 중 해상도 제어부(130)의 제어신호에 따라 v번째 검출 대상 주파수의 해당 지연된 입력을 선택하여 현재 입력되는 신호(x[n]) 및 이전 블록 kv번째 주파수 인덱스의 DFT값(Xm(kv))을 기반으로 재귀 이산 푸리에 변환을 통해 개별적으로 주파수/시간 해상도를 조정한다.
RDFT 처리장치(120a~120n)는 개별적으로 해상도 제어부(130)의 제어신호에 따라 외부 지연부의 지연된 입력신호 중 택일하여 출력하는 멀티플렉서(121), 이전 블록 DFT 결과를 피드백(feedback)하여 한 샘플 시간 지연 후 출력하는 지연부(122), 멀티플렉서(121)의 출력값과 현재 입력 신호의 주파수성분값의 차를 구한 후 지연부(123)의 이전 블록 kv번째 주파수 인덱스의 DFT결과를 가산하여 출력하는 가산기(123) 및 가산기(123)의 출력값과 이산시간주파수 성분값(
Figure 112009081630641-pat00034
)를 곱하여 현재 블록 kv번째 주파수 인덱스의 DFT 결과로 갱신하여 출력하는 곱셈기(124)를 포함한다.
또한, 설정된 기준 주파수/시간 해상도값은 검출 대상 주파수 신호의 기준 주파수 해상도와 시간 해상도를 트레이드 오프(trade-off)를 고려하여 설정하며, 이때 설정된 기준 주파수 해상도값은 인접 주파수와 구별하기 위해서 인접 주파수간 간격 (
Figure 112009081630641-pat00035
) 이상으로 설정한다.
도 4는 본 발명의 광대역 스펙트럼 센싱을 위한 RDFT 기반 다중해상도 스펙트럼 센싱기법의 흐름도이며, 도 5는 RDFT 기반 다중 해상도 스펙트럼 센싱기법의 각 단계에 따른 센싱 주파수의 배치 예를 도시한 것이다. 이하, 도 4와 도 5를 참조하여 본 발명의 구성을 상세히 설명한다.
도 4를 참조하면, V개의 센싱 주파수를 고려할 경우에 본 발명은 종래의 기술과 같이 두 단계로 구성된다. 대략적인 스펙트럼 센싱 단계에서는 동일한 해상도를 지닌 센싱 주파수를 배치한다. 따라서 센싱 주파수의 해상도는
Figure 112009081630641-pat00036
이다. 이때, 주파수 대역 정보 데이터베이스로부터 주 사용자가 대역을 점유하고 있지 않더라도 CR 사용자가 점유할 수 없는 군사용 주파수나 긴급/비상 주파수 대역의 경우에는 센싱 주파수를 할당하지 않을 수 있다. 이러한 경우에 센싱 주파수의 수를 줄여 연산량을 줄일 수 있다. 이와 같은 정보는 주파수 대역 정보 데이터베이스로부터 해당 정보를 수신한다.
두 번째 단계로 대략적인 스펙트럼 센싱의 결과를 기반으로 문턱값(Tth)보다 신호전력(Ev)가 큰 대역에 대하여 정밀한 주파수 센싱을 수행한다. 종래의 기술과 다르게 FFT 혹은 Sparse-FFT 대신에 RDFT를 적용하며, 각 센싱 주파수의 위치 및 주파수 간격(해상도)은 첫 번째 단계에서 계산된 신호전력을 기반으로 할당된다. 대략적인 스펙트럼 센싱 과정에서 추정된 신호전력 Ev은 인접 주파수 사이의 간격이 넓기 때문에 인접 센싱 주파수의 신호전력을 이용하여 보간된 전력을 이용하는 것이 바람직하다.
즉, 본 발명의 인지 통신 시스템에서, 주파수 스펙트럼 센싱 장치는 수신된 신호의 주파수 간격(해상도)을 설정된 주파수 간격으로 분할하고, 분할된 주파수 간격에 대한 신호 전력을 측정하는 측정부와 측정한 신호 전력의 크기가 상기 문턱값 이하이면, 수신된 신호의 주파수 간격은 측정한 상기 신호 전력의 크기에 따라 재분할하도록 지시하는 제어부를 포함한다. 측정부는 재분할된 주파수 간격에 대한 신호 전력을 재측정한다. 제어부는 도 3에 도시되어 있는 구성들을 포함한다.
도 5는 정밀 스펙트럼 센싱 시 센싱 주파수의 배치를 예로써 보여준다. 도 5에서 먼저 주파수 대역 데이터베이스를 통하여 군사용 주파수 대역 등 사용할 수 없는 대역을 제거 한 후, 대략적인 주파수 센싱 과정에서 검출된 면허 사용자의 신호가 존재할 가능성이 높은 대역에 대해 V개의 센싱 주파수를 배치한다. 기본적인 주파수 배치 기준은 전술한 바와 같이 추정된 신호전력을 기반으로 신호전력이 높은 경우에 주파수 배치 간격을 좁게하며, 신호전력이 낮은 경우에 넓게 배치하여 제한된 센싱 주파수(제한된 연산량) 수 V을 효율적으로 이용하여 정밀한 주파수 탐색을 수행한다.
본 발명을 통하여 광대역의 주파수 대역을 센싱할 경우에 각 센싱 주파수의 주파수 해상도를 자유로이 조절할 수 있기 때문에 종래의 DFT/FFT 혹은 Sparse-FFT 기반의 스펙트럼 센싱 기법에 비하여 적은 수의 센싱 주파수를 이용하더라도 높은 정밀도의 센싱이 가능하다. 예를 들어, 본 발명의 센싱 주파수가 V=20이고, 주파수 대역폭이 100MHz이며, 최소 주파수 해상도가 100kHz인 경우에, 동일 수준의 해상도를 얻기 위해서는 FFT/Sparse-FFT의 블록 크기 N이 128이어야 한다.
이제까지 본 발명에 대하여 그 바람직한 실시예들을 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.
도 1은 광대역 주파수 센싱을 위한 종래의 다중 해상도 스펙트럼 센싱 기법의 흐름도이며,
도 2는 종래의 다중 해상도 스펙트럼 센싱 기법의 대략적인 스펙트럼 센싱 단계와 정밀 스펙트럼 센싱 단계의 센싱 주파수 배치를 도시한 개념도이며,
도 3은 본 발명의 일실시 예에 따른 재귀 이산 푸리에 변환 기반 다중 해상도 주파수 검출 장치의 구성을 간략하게 도시한 도면이며,
도 4는 본 발명에 따른 광대역 주파수 센싱을 위한 RDFT 기반 다중 해상도 스펙트럼 센싱 기법의 흐름도이며,
도 5는 본 발명에 따른 RDFT 기반 다중 해상도 스펙트럼 센싱 기법의 대략적인 스펙트럼 센싱 단계와 정밀 스펙트럼 센싱 단계의 센싱 주파수 배치 예를 도시한 개념도이다.

Claims (10)

  1. 인지 통신 시스템에서, 주파수 스펙트럼 센싱 방법에 있어서,
    수신된 신호의 주파수 간격(해상도)을 설정된 주파수 간격으로 분할하고, 분할된 주파수 간격에 대한 신호 전력을 측정하는 측정 단계;
    측정한 상기 주파수 대역의 신호 전력의 크기와 설정된 문턱값을 비교하는 비교 단계;
    측정한 상기 신호 전력의 크기가 상기 문턱값 이하이면, 수신된 상기 신호의 주파수 간격은 측정한 상기 신호 전력의 크기에 따라 재분할하고, 재분할된 주파수 간격에 대한 신호 전력을 재측정하는 재측정 단계;를 포함하며,
    상기 재측정 단계는,
    재분할된 주파수 간격별로 생성한 중심 주파수들과 각 중심주파수의 이산 퓨리에 변환(DFT) 크기, 주파수 인덱스를 개별적으로 설정하여 저장하는 단계;
    현재 입력되는 신호, 이산 푸리에 변환의 크기만큼 지연되어 입력된 신호 및 이전 블록에서 계산한 DFT 결과를 기반하여 현재 블록의 DFT를 계산하는 단계를 포함함을 특징으로 하는 주파수 스펙트럼 센싱 방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    측정한 상기 신호 전력의 크기와 재분할된 상기 신호의 주파수 간격은 반비례함을 특징으로 하는 주파수 스펙트럼 센싱 방법.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 제 1항에 있어서, 상기 DFT를 계산하는 단계는,
    선택되는 해당 중심 주파수의 이산 푸리에 변환의 크기만큼 지연되어 입력된 신호와 현재 입력된 신호의 차를 구한 후 해당 중심 주파수의 이전 DFT 결과를 가산하여 출력하는 단계;
    상기 출력한 값과 해당 검출 주파수의 이산시간 주파수 계수값을 곱하여 현재 블록 해당 주파수 인덱스의 DFT 결과를 갱신하여 출력하는 단계를 포함함을 특징으로 하는 주파수 스텍트럼 센싱 방법.
  7. 제 2항에 있어서, 상기 중심 주파수의 주파수 간격은,
    최소한 인접하는 두 주파수 성분을 구별하기 위해 해당 중심 주파수와 해당 중심 주파수와 인접한 다른 중심 주파수의 간격 이상으로 설정하는 것을 특징으로 하는 주파수 스펙트럼 센싱 방법.
  8. 인지 통신 시스템에서, 주파수 스펙트럼 센싱 장치에 있어서,수신된 신호의 주파수 간격(해상도)을 설정된 주파수 간격으로 분할하고, 분할된 주파수 간격에 대한 신호 전력을 측정하는 제1측정부
    측정한 상기 신호 전력의 크기가 문턱값 이하이면, 수신된 상기 신호의 주파수 간격은 측정한 상기 신호 전력의 크기에 따라 재분할하도록 지시하는 제어부
    재분할된 상기 주파수 간격에 대한 신호 전력을 재측정하는 제2 측정부를 포함하며,
    상기 제어부는,
    현재 입력되는 신호, 이산 푸리에 변환의 크기만큼 지연되어 입력된 신호, 그리고 이전 블록에서 계산된 이산 푸리에 변환 값을 기반으로 재귀 이산 푸리에 변환을 통해 각 주파수마다 개별적으로 주파수/시간 해상도를 조정하는 다수개의 재귀 이산 푸리에 변환 처리수단을 포함함을 특징으로 하는 주파수 스펙트럼 센싱 장치.
  9. 제 8항에 있어서, 상기 제어부는,
    검출 대상 주파수와 중심 주파수 해상도를 기반으로 각 주파수 성분의 이산 푸리에 변환의 크기 및 해당 주파수 인덱스를 계산하여 재귀 이산 푸리에 변환 처리수단에 제공하는 해상도 제어수단을 포함함을 특징으로 하는 주파수 스펙트럼 센싱 장치.
  10. 제 9항에 있어서, 상기 재귀 이산 푸리에 변환 처리 수단은,
    상기 해상도 제어수단의 제어 신호에 따라 검출 대상 주파수의 DFT 크기에 해당하는 시간동안 지연하여 출력하는 멀티플렉서;
    상기 이전 블록의 DFT 결과를 피드백하여 일정시간 지연 후 출력하는 지연수단 ;
    상기 멀티플렉서의 출력값과 현재 입력 신호의 주파수 성분값의 차를 구한 후 상기 지연수단의 이전 블록 해당 주파수 인덱스의 DFT 결과를 가산하여 출력하는 가산기;
    상기 가산기의 출력값과 이산시간 주파수 성분값을 곱하여 현재 블록 해당 주파수 인덱스의 DFT 결과로 갱신하여 출력하는 곱셈기를 포함하는 것을 특징으로 하는 주파수 스펙트럼 센싱 장치.
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