KR101125688B1

KR101125688B1 - Ｏｆｄｍａ 기반 인지 무선 시스템에서의 채널 결합 형태의 전송 프레임 구성 방법

Info

Publication number: KR101125688B1
Application number: KR1020100028906A
Authority: KR
Inventors: 강법주
Original assignee: 동국대학교 경주캠퍼스 산학협력단
Priority date: 2010-03-31
Filing date: 2010-03-31
Publication date: 2012-03-27
Also published as: KR20110109261A

Abstract

센싱하고자 하는 센싱 채널에 일치하는 부 반송파들에 대해서만 센싱 타임 동안 데이터를 전송하지 않는 방법으로 전송 프레임을 구성하여 처리량을 향상시키는 방법이 제공된다. CR 기기의 송신단에서 결합할 채널 수에 따라 전체 채널 센싱 대역폭을 결정한다. 결합될 센싱 채널들의 센싱 순서를 결정하고 어느 한 센싱 채널에 일치하는 부 반송파들을 정렬한다. 센싱 기간 구성 시에 해당 센싱 채널에 따라 주파수 영역 상에서 데이터를 전송하지 않는 부 반송파들을 설정하기 위하여, 센싱 채널당 데이터를 전송하지 않는 부 반송파 시작 번호 및 끝 번호를 결정한다. 시간 영역 상에서 데이터를 전송하지 않는 OFDM 심벌들을 센싱 채널에 따라 설정하기 위하여, 센싱 채널당 센싱 타임에 해당하는 OFDM 심벌 시작 번호 및 끝 번호를 결정한다. 상기 센싱 채널들에 대하여 상기 단계들을 순차적으로 반복 수행하여 전송 프레임을 구성한다.

Description

ＯＦＤＭＡ 기반 인지 무선 시스템에서의 채널 결합 형태의 전송 프레임 구성 방법{Composition method of transmission frame of channel bonding type in OFDMA cognitive radio system}

본 발명은 인지 무선 시스템에 관한 것으로, 더 상세하게는 OFDMA 기반 인지 무선 시스템에서 스펙트럼 센싱 기술 및 전송 프레임 구성에 해당하는 분야로써 채널 결합(channel bonding) 형태의 인지 무선 사용자가 사용 중인 주파수 대역에 면허 사용자의 출현 여부에 대한 확인을 위해 스펙트럼 센싱으로 수행하기 위하여 데이터 전송 휴지 기간(quiet period)인 센싱 기간 배치 등을 포함한 전송 프레임을 구성하는 방법에 관한 것이다.

현재 표준화가 진행중인 IEEE 802.22 WRAN을 포함한 기존의 인지 무선시스템에서는 채널결합형태의 경우 신호검출기가 센싱하고자 하는 채널에 상관없이 결합된 채널들에 일치하는 모든 부 반송파들에 대하여 센싱 타임 동안에 데이터를 전송하지 않는 형태로 전송프레임을 구성한다.

도 1은 기존의 센싱 기간 구성에 관한 방안으로써 3개의 주파수 채널들이 결합된 경우로 센싱 기간 구성에서 데이터를 전송하지 않는 부분은 주파수 영역 상으로는 3개의 결합된 채널들에 해당하는 전체 부 반송파들을 포함하고 시간 영역 상으로는 3개의 결합된 채널들에 일치하는 센싱 타임들의 합으로 구성되어 있다. 도 2의 상세 전송 프레임 구조는 센싱 기간(210), 센싱 대역(220), 및 데이터 전송 기간(230)으로 구성된다. 인지 무선 가입자가 면허 사용자의 면허 대역을 사용하기 위해서는 스펙트럼 센싱을 통하여 통신 중에 센싱 요구 사항에 부합하도록 사용 중인 면허 대역에 면허 사용자가 출현하였는 지의 여부를 먼저 확인하여야만 한다. 인지 무선 사용자가 통신 중에 면허 사용자가 사용 대역에 출현하였는 지의 여부를 먼저 확인하기 위해서는 통신 데이터를 전송하지 않는 전송 휴지 기간(quiet period)으로써 센싱 타임(210) 및 센싱 대역(220)이 필요하다. 종래 기술에서는 도 1과 같이 주파수 영역 상으로 센싱 대역(220)을 설정함에 있어 결합한 채널들에 일치하는 모든 부 반송파들을 센싱 대역(220)으로 설정하고 통신 데이터를 전송하지 않음으로써 처리량(throughput)을 감소시키는 결과를 초래하고 있다. 도 2의 경우 인지 무선 가입자의 처리량(throughput) 다음 수학식 1로 구해진다.

여기서, η는 인지 무선 가입자의 처리량, T는 전송 프레임 길이, N은 결합 채널 수, 및 K는 센싱 기간이다.

종래 기술에서는 주파수 영역 상으로 센싱 대역을 설정함에 있어 결합한 채널들에 해당하는 모든 부 반송파들을 센싱 대역으로 설정하여, 즉 전송 휴지 기간에 결합된 전체 채널들에 통신 데이터를 전송하지 않음으로써 처리량을 감소시키는 결과를 초래하였다.

본 발명은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 신호 검출기가 센싱하고자 하는 센싱 채널에 일치하는 부 반송파들에 대해서만 센싱 타임 동안 데이터를 전송하지 않는 방법으로 전송 프레임을 구성하여 처리량을 향상시키는 방법을 제공함에 그 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 OFDMA 기반 인지 무선 시스템에서의 채널 결합 형태의 전송 프레임 구성 방법은 (i) CR 기기의 송신단에서 결합할 채널 수에 따라 전체 채널 센싱 대역폭을 결정하는 단계; (ii) 결합될 센싱 채널들의 센싱 순서를 결정하고 어느 한 센싱 채널에 일치하는 부 반송파들을 정렬하는 단계; (iii) 센싱 기간 구성 시에 해당 센싱 채널에 따라 주파수 영역 상에서 데이터를 전송하지 않는 부 반송파들을 설정하기 위하여, 센싱 채널당 데이터를 전송하지 않는 부 반송파 시작 번호 및 끝 번호를 결정하는 단계; (iv) 시간 영역 상에서 데이터를 전송하지 않는 OFDM 심벌들을 센싱 채널에 따라 설정하기 위하여, 센싱 채널당 센싱 타임에 해당하는 OFDM 심벌 시작 번호 및 끝 번호를 결정하는 단계; 및 (v) 상기 센싱 채널들에 대하여 단계 (iii) 및 (iv)을 순차적으로 반복 수행하여 전송 프레임을 구성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에서는 스펙트럼 센서에서 센싱하는 센싱 채널에 해당하는 부 반송파들에 대해서만 신호 검출 시간(센싱 타임) 동안에 데이터를 전송하지 않고 다른 결합된 채널들에는 데이터를 전송함으로써 기존의 방법보다 처리량을 개선한다.

도 1은 종래의 인지 무선 시스템에서의 전송 프레임 구성도이고,
도 2는 본 발명의 실시예에서 정의하는 CR 기기들에게 센싱 기간 위치 정보를 알려주는 과정을 설명하는 흐름도이고,
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 인지 무선 시스템의 전송 프레임 구성도이고,
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 OFDMA 기반 인지 무선 시스템에서 채널 결합형태의 전송 프레임을 구성하는 방법을 설명하는 흐름도이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

본 발명의 특징은 채널 결합 방식(channel bonding scheme)의 OFDMA (Orthogonal Frequency Division Multiple Access) 인지 무선 시스템에서 센싱 기간(sensing duration) 배치 등을 포함한 전송 프레임을 구성하는데 있다. 본 발명에서 사용한 센싱 기간은 기존의 발명에서 사용한 전송 휴지 기간과 동일한 의미이다. 인지 무선 시스템에서 채널 결합 방식은 인지 무선 사용자가 데이터 전송속도를 높이고자 할 때 여러 개의 빈 채널들을 결합하는 방법이다. 면허 사용자의 채널 사용율에 따라 인지 무선 사용자의 결합 채널 수를 용이하게 증가하거나 감소할 수 있는 다중 접속 방식은 OFDMA 방식이다. 상기 OFDMA 방식의 채널 결합은 결합 채널 수의 증가 및 감소에 따라 고속 푸리에 변환(Fast Fourier Transform; 이하 'FFT'라 함) 크기를 크게 하거나 작게 함으로써 용이하게 구현이 가능하다.

도 2는 본 발명의 실시예에서 정의하는 CR(Cognitive Radio: 인지 무선) 기기들에게 센싱 기간 위치 정보를 알려주는 과정을 설명하는 흐름도로서 OFDMA 인지 무선 시스템에서 센싱 기간(sensing duration) 위치를 결정하고 면허 사용자 신호를 검출하기 위하여 CR 기기들에게 센싱 기간 위치 정보를 알려주는 절차도이다. 도 2에서 서로 인접하는 빈 채널 수와 데이터 율에 따라 결합 채널 수 결정(100) 과정은 인지 무선 시스템의 중앙 센서 노드에서 인접하는 빈 채널들과 CR기기에서 요구하는 서비스 데이터 율에 따라 채널 결합할 결합 채널 수를 결정하는 과정이다. 그리고 결합 채널 수에 의한 FFT 크기 결정(110)은 OFDM 변조에서 결합할 채널 수가 2배 내지 3배로 증가함에 따라 부 반송파 수들을 2배 내지 3배로 증가하는 형태로 FFT 크기를 결정하는 과정이다. 결합 채널 번호와 센싱 타임(sensing time)에 의해 센싱 기간(sensing duration) 위치 결정 과정(120)은 본 발명과 관련된 부분으로 센싱 기간 위치 정보는 부 반송파(subcarrier) 번호와 OFDM 심벌 번호로 구성된다. 센싱 타임은 면허 사용자 신호 검출에 있어 요구하는 센싱 성능을 만족하는 조건 하에 면허 사용자 신호를 검출하는데 걸리는 시간으로서 도 3에서 OFDM 심벌수로 표현된다.

도 3은 본 발명에 따른 인지 무선 가입자의 전송 프레임(300) 구조로써 시간 영역 상의 센싱 타임(310)은 면허 사용자 신호검출의 센싱 성능을 만족하도록 신호검출타임으로 설정한다. 그렇지만 도 3의 주파수 영역 상의 센싱 대역(320)은 도 1의 전체 센싱 대역(220)과 다르게 구성하고 있다. 도 3의 센싱 대역(320)에서 주파수 영역 상으로 화살표는 데이터가 실린 부 반송파들의 표시로써 데이터들이 전송되는 경우이고 빈 공간인 경우는 부 반송파들에 데이터들이 전송되지 않는 경우이다.

예를 들면 TV 대역을 활용하는 인지 무선 시스템의 경우 면허 사용자인 디지털 TV의 채널 대역 폭이 6MHz이다. 따라서 6MHz를 하나의 채널 센싱 대역으로 설정하여 스펙트럼 센싱을 수행하게 된다. 도 3과 같이 3개의 채널이 결합된 경우 채널 센싱 대역이 18MHz가 아니라 6MHz이므로 도 2처럼 6MHz인 하나의 채널을 센싱하는데, 18MHz에 해당하는 모든 부 반송파들에 데이터를 전송하지 않는 것이 아니라 도 3의 경우는 6MHz에 해당하는 부 반송파들에게만 데이터를 전송하지 않게 된다.

도 3과 도 1의 중요한 차이점은 도 1은 센싱 기간에 채널 결합된 전체 센싱 대역에 해당하는 모든 반송파들에 데이터를 전송하지 않는다는 것이고 도 3에서 채널 n의 경우 채널 n의 센싱 타임, ST_n 동안에 데이터를 전송하지 않고 채널 n+1과 채널 n+2의 센싱 타임, ST_n+1+ ST_n+2 동안에는 데이터를 전송한다. 동일한 방법으로 채널 n+1의 경우 채널 n+1의 센싱 타임, ST_n+1에 데이터를 전송하지 않고 채널 n과 채널 n+2의 센싱 타임 ST_n+ ST_n+2 동안에는 데이터를 전송하고, 채널 n+2의 경우 채널 n+2의 센싱 타임, ST_n+2에 데이터를 전송하지 않고 채널 n과 채널 n+1의 센싱 타임 ST_n+ ST_n+1 동안에는 데이터를 전송한다.

OFDMA 통신에서 타이밍 에러와 주파수 에러가 크게 발생하는 채널인 경우, 도 3에서 시간 영역 상으로 타이밍 에러를 보상하기 위한 센싱 타임의 보호 구간(데이터를 전송하지 않는 추가적인 OFDM 심벌들), 그리고 주파수 영역 상으로 주파수 에러를 보호하기 위한 센싱 채널 대역의 보호구간(데이터를 전송하지 않는 추가적인 부 반송파들)를 설정하는 것이 바람직하다.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 OFDMA 기반 인지 무선 시스템에서의 채널 결합 형태의 전송 프레임을 구성하는 방법을 설명하는 흐름도이다. 도 4에서 결합 채널 수에 따른 전체 채널 센싱 대역 폭 결정(400) 과정은 CR 기기의 송신단에서 채널 결합할 채널 수에 의해 전체 채널 센싱 대역폭을 결정하는 단계이고 결합 채널들에서 센싱 채널 순서 결정 및 센싱 채널에 해당하는 부 반송파 정렬(410) 과정은 채널 결합될 센싱 채널들의 센싱 순서를 결정하고 어느 한 센싱 채널에 일치하는 부 반송파들을 정렬하는 과정이다. 센싱 채널당 데이터를 전송하지 않는 부 반송파 시작 번호 및 끝 번호 결정(420) 과정은 도 3과 같이 센싱 기간 구성에 있어 해당 센싱 채널에 따라 주파수 영역 상에서 데이터를 전송하지 않는 부 반송파들을 설정하는 것이고 센싱 채널당 센싱 타임에 해당하는 OFDM 심벌 시작 번호 및 끝 번호 결정(430) 과정은 시간 영역 상에서 데이터를 전송하지 않는 OFDM 심벌들을 센싱 채널에 따라 설정하는 것이다. 단계 (440)에서, 결합 채널 수 N를 1 만큼 감소시켜(N=N-1), N이 0이 될 때까지 N개의 센싱 채널들에 대하여 센싱 채널당 데이터를 전송하지 않는 부 반송파 시작 번호 및 끝 번호 결정(420) 과정과 센싱 채널당 센싱 타임에 해당하는 OFDM 심벌 시작 번호 및 끝 번호 결정(430) 과정 등을 N번 반복으로 시행함으로써 최종적으로 전송 프레임 구성(450) 과정을 완료하게 된다.

Claims

(i) CR(Cognitive Radio: 인지 무선) 기기의 송신단에서 결합할 채널 수에 따라 전체 채널 센싱 대역폭을 결정하는 단계;
(ii) 결합될 센싱 채널들의 센싱 순서를 결정하고 어느 한 센싱 채널에 일치하는 부 반송파들을 정렬하는 단계;
(iii) 센싱 기간 구성 시에 해당 센싱 채널에 따라 주파수 영역 상에서 데이터를 전송하지 않는 부 반송파들을 설정하기 위하여, 센싱 채널당 데이터를 전송하지 않는 부 반송파 시작 번호 및 끝 번호를 결정하는 단계;
(iv) 시간 영역 상에서 데이터를 전송하지 않는 OFDM 심벌들을 센싱 채널에 따라 설정하기 위하여, 센싱 채널당 센싱 타임에 해당하는 OFDM 심벌 시작 번호 및 끝 번호를 결정하는 단계; 및
(v) 상기 센싱 채널들에 대하여 단계 (iii) 및 (iv)을 순차적으로 반복 수행하여 전송 프레임을 구성하는 단계를 포함하는 OFDMA 기반 인지 무선 시스템에서의 채널 결합 형태의 전송 프레임 구성 방법.
제1 항에 있어서, 단계 (iii)과 (iv)에서, 상기 센싱 기간은 면허 사용자 신호검출의 센싱 성능을 만족하도록 설정한 신호 검출 시간인 시간 영역 상의 센싱 타임, 그리고 주파수 영역 상으로 데이터가 실리지 않는 부 반송파 영역 및 데이터가 실리는 부 반송파 영역으로 구분 설정된 센싱 대역을 포함하는 OFDMA 기반 인지 무선 시스템에서의 채널 결합 형태의 전송 프레임 구성 방법.
제2 항에 있어서, OFDMA 통신에서 타이밍 에러와 주파수 에러가 크게 발생하는 채널인 경우, 상기 센싱 시간은 시간 영역 상으로 타이밍 에러를 보상하기 위한 센싱 타임의 보호 구간(데이터를 전송하지 않는 추가적인 OFDM 심벌들), 그리고 주파수 영역 상으로 주파수 에러를 보호하기 위한 센싱 채널 대역의 보호구간(데이터를 전송하지 않는 추가적인 부 반송파들)를 더 포함하는 OFDMA 기반 인지 무선 시스템에서의 채널 결합 형태의 전송 프레임 구성 방법.
제1 항에 있어서, 상기 센싱 채널이 채널 n의 경우 상기 채널 n의 센싱 타임(ST_n) 동안에 데이터를 전송하지 않고 채널 n+1과 채널 n+2의 센싱 타임 ST_n+1+ ST_n+2 동안에는 상기 데이터를 전송하고,
상기 센싱 채널이 상기 채널 n+1의 경우 상기 채널 n+1의 센싱 타임 ST_n+1에 상기 데이터를 전송하지 않고 상기 채널 n과 채널 n+2의 센싱 타임 ST_n+ ST_n+2 동안에는 상기 데이터를 전송하고,
상기 센싱 채널이 상기 채널 n+2의 경우 상기 채널 n+2의 센싱 타임 ST_n+2에 상기 데이터를 전송하지 않고 채널 n과 채널 n+1의 센싱 타임 ST_n+ ST_n+1 동안에는 상기 데이터를 전송하는 OFDMA 기반 인지 무선 시스템에서의 채널 결합 형태의 전송 프레임 구성 방법.
제1 항에 있어서, 상기 센싱 채널당 데이터를 전송하지 않는 상기 부 반송파 시작 번호 및 끝 번호에 대한 정보, 그리고 상기 OFDM 심벌 시작 번호 및 끝 번호에 대한 정보를 프레임 헤더로 상기 CR 기기(스펙트럼 센서)들에게 전송하여 협력 채널 센싱을 수행하게 하는 OFDMA 기반 인지 무선 시스템에서의 채널 결합 형태의 전송 프레임 구성 방법.
제1 항에 있어서, 인지 무선 가입자의 처리량은
다음 수학식:

에 의해 구해지며, 상기 η는 인지 무선 가입자의 처리량, 상기 T는 전송 프레임 길이, 상기 N은 결합 채널 수, 및 상기 K는 센싱 기간인 OFDMA 기반 인지 무선 시스템에서의 채널 결합 형태의 전송 프레임 구성 방법.