KR101134399B1

KR101134399B1 - 인지 라디오 환경에서 협력적 스펙트럼 감지 방법

Info

Publication number: KR101134399B1
Application number: KR1020100106949A
Authority: KR
Inventors: 김치하; 권순목; 고재훈
Original assignee: 동명대학교산학협력단
Priority date: 2010-10-29
Filing date: 2010-10-29
Publication date: 2012-04-09
Also published as: WO2012057535A2; WO2012057535A3

Abstract

본 발명은 인지 라디오 환경에서 인지 라디오 사용자들 즉 인지 스테이션에 서로 구분되는 직교 코드를 부여하여 이 직교 코드를 가용통고 메시지로서 각 인지 라디오 사용자들로부터 동시에 수신받아서 주사용자가 감지되지 않은 서브캐리어를 감지하는 인지 라디오 환경에서 협력적 스펙트럼 감지 방법을 개시하며, 중앙 노드에서 스펙트럼 감지 데이터 전송 요청을 위한 쿼리를 각 인지 스테이션에 전송하는 단계; 상기 각 인지 스테이션들은 직교주파수분할 기법을 사용하여 상기 쿼리에 대응하여 주사용자가 사용하지 않는 서브캐리어 별로 자신에게 할당된 가용통고 메시지를 실어서 동시에 상기 중앙 노드에 전송하는 단계; 및 상기 각 인지 스테이션에서 주사용자가 사용하지 않는 상기 각 서브 캐리어 별로 전송하는 상기 가용통고 메시지가 동시에 수신되어 합쳐진 보고 데이터를 상기 중앙 노드에서 얻는 단계;를 포함함을 특징으로 한다.

Description

인지 라디오 환경에서 협력적 스펙트럼 감지 방법{Method for Cooperative Spectrum Sensing in Cognitive Radio}

본 발명은 인지 라디오 환경에서 협력적 스펙트럼 감지 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 인지 라디오 환경에서 인지 라디오 사용자들 즉 인지 스테이션에 서로 구분되는 직교 코드를 부여하여 이 직교 코드를 가용통고 메시지로서 각 인지 라디오 사용자들로부터 동시에 수신받아서 주 사용자가 감지되지 않은 서브캐리어를 감지하는 기술에 관한 것이다.

인지 라디오(cognitive radio)는 스펙트럼의 라이센스를 가진 주사용자(licensed user: LU)가 스펙트럼을 사용하지 않을 때 기회적으로 그 스펙트럼을 사용하는 기술로서, 최근의 무선 통신 발달로 인한 스펙트럼 자원 부족의 해결책으로 제시되고 있는 기술이다.

인지 라디오에서 가장 중요한 요구 사항 중 하나는, 인지 라디오 사용자의 스펙트럼 사용으로 인해 주사용자가 피해를 입어서는 안된다는 것이다.

이를 위하여 인지 라디오 사용자는 스펙트럼을 관찰하여 주사용자의 존재 여부를 확인해야 한다. 이 때 각 인지 라디오 사용자가 독립적으로 스펙트럼을 감지하면 국지적인 새도윙(shadowing)이나 페이딩(fading) 효과에 의해 정확성이 떨어질 수 있다.

그러므로 여러 인지 라디오 사용자들의 스펙트럼 감지 데이터를 취합하여 주사용자의 존재 여부를 판단하는 협력적 스펙트럼 감지(cooperative spectrum sensing) 방법이 제안되고 있다.

그러나, 일반적인 협력적인 스펙트럼 감지 방법은 인지 라디오 사용자 간의 감지 데이터 전송 시 최소한의 대역폭 및 지연 시간을 소비해야 하는 문제점이 있다.

이를 해결하기 위하여 스펙트럼 감지 데이터 전송 시 대역폭 및 지연시간을 줄이기 위해 감지 데이터의 신뢰도가 높은 경우에만 전송하는 방법이 제시된 바 있으나 이 방법은 신뢰성 판단 방법이 모호하다는 단점이 있다.

상술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명은 각 인지 라디오 사용자들이 자신의 감지 데이터를 중앙 노드에 효율적으로 전송하여 스펙트럼 감지 보고에 소요되는 대역폭 및 지연시간을 줄일 수 있는 인지 라디오 환경에서 협력적 스펙트럼 감지 방법을 제공한다.

또한, 본 발명은 인지 라디오 사용자들이 약속된 시간에 동시에 자신의 감지 데이터를 전송하고 중앙 노드는 전송된 값에서 가용 스펙트럼을 효과적으로 감지하는 인지 라디오 환경에서 협력적 스펙트럼 감지 방법을 제공한다.

또한, 본 발명은 인지 라디오 사용자들에게 서로 구분되는 가용통고 메시지를 부여하고 사용하지 않은 인지 라디오 사용자들에게는 가용통고 메시지를 회수하는 인지 라디오 환경에서 협력적 스펙트럼 감지 방법을 제공한다.

본 발명에 따른 인지 라디오 환경에서 협력적인 스펙트럼 감지 방법은, 중앙 노드에서 스펙트럼 감지 데이터 전송 요청을 위한 쿼리를 각 인지 스테이션에 전송하는 단계; 상기 각 인지 스테이션들은 직교주파수분할 기법을 사용하여 상기 쿼리에 대응하여 주사용자가 사용하지 않는 서브캐리어 별로 자신에게 할당된 가용통고 메시지를 실어서 동시에 상기 중앙 노드에 전송하는 단계; 및 상기 각 인지 스테이션에서 주사용자가 사용하지 않는 상기 각 서브 캐리어 별로 전송하는 상기 가용통고 메시지가 동시에 수신되어 합쳐진 보고 데이터를 상기 중앙 노드에서 얻는 단계;를 포함함을 특징으로 한다.

여기에서, 상기 보고 데이터를 상기 각 인지 스테이션들에 부여된 상기 가용통고 메시지와 코렐레이션 계산하여 상기 각 서브 캐리어 별 특정 인지 스테이션의 존재를 판단하는 단계를 더 포함할 수 이다.

그리고, 상기 각 인지 스테이션들에 할당되는 가용통고 메시지는 왈시(Walsh) 코드를 포함하는 직교코드 값을 갖는 것이 이용될 수 있다.

그리고 코렐리이션 계산은 상기 보고 데이터와 상기 가용통고 메시지의 겹쳐지는 자리 값을 곱한 후 이들 값을 합하는 것으로 수행될 수 있다.

그리고, 상기 각 인지 스테이션 별로 할당되는 상기 가용통고 메시지는 각 인지 스테이션 별로 다른 값으로 할당됨이 바람직하다.

그리고, 상기 각 인지 스테이션들은 상기 가용통고 메시지를 약속된 시간에 동시에 전송함이 바람직하다.

또한, 본 발명에 따른 인지 라디오 환경에서 협력적인 스펙트럼 감지 방법은, 중앙 노드에서 인지 스테이션 별로 서로 다른 값을 갖는 직교코드 값의 가용통고 메시지를 할당하는 단계; 상기 중앙 노드에서 스펙트럼 감지 데이터 전송 요청을 위한 쿼리를 각 인지 스테이션에 전송하는 단계; 상기 각 인지 스테이션들은 직교주파수분할 기법을 사용하여 상기 쿼리에 대응하여 주사용자가 사용하지 않는 서브캐리어 별로 자신에게 할당된 가용통고 메시지를 실어서 동시에 상기 중앙 노드에 전송하는 단계; 상기 각 인지 스테이션 별로 동시에 주사용자가 사용하지 않는 상기 각 서브캐리어 별로 전송하는 상기 가용통고 메시지를 상기 중앙 노드에서 수신하여 합쳐진 보고 데이터를 얻는 단계; 상기 보고 데이터를 상기 각 인지 스테이션들에 부여된 상기 가용통고 메시지와 코렐레이션 계산하여 상기 각 서브캐리어 별 특정 인지 스테이션의 존재를 판단하는 단계; 및 사용하지 않는 상기 인지 스테이션에 할당된 상기 가용통고 메시지를 회수하는 단계를 포함함을 특징으로 한다.

본 발명에 의하면 인지 라디오 사용자들이 스펙트럼 감지 데이터를 보고하는데 소요되는 대역폭 및 지연시간을 효과적으로 줄일 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 인지 라디오 환경에서 협력적인 스펙트럼 감지 방법의 바람직한 실시예를 설명하는 파형도.
도 2는 본 발명에 따른 실시예에 의한 보고 데이터와 코렐레이션 분석을 설명하는 도면.

본 발명은 인지 라디오 환경에서 협력적인 스펙트럼 감지 방법을 구현하며, 본 발명의 등록 과정에서 인지 라디오 사용자에게 할당되는 직교 코드는 가용통고(Availability Notification, 이하, 'AN'이라 함) 메시지라고 지칭한다. 중앙 노드는 인지 억세스 포인트(Cogniive Access Point, 이하 'CAP 라 함)고 지칭하며, 인지 라디오 사용자는 인지 스테이션(Cognitive Station, 이한 'CSTA'라 함)이라고 지칭한다.

본 발명의 실시를 위하여 중앙 노드에서는 가용통고 메시지 AN를 각 인지 스테이션 CSTA 별로 할당한다. 그리고 사용하지 않는 인지 스테이션 CSTA에 할당된 가용통고 메시지 AN은 회수될 수 있다.

가용통고 메시지 AN은 왈시(Walsy) 코드와 같은 직교 코드로 설정될 수 있으며, 각 인지 스테이션 CSTA 별로 유일한 서로 다른 값(AN1, AN2..)을 갖도록 설정된다.

중앙 노드 CAP는 협력적인 스펙트럼 감지를 위하여 각 인지 스테이션들에 스펙트럼 감지 데이터 전송 요청을 위한 쿼리를 전송한다.

중앙 노드 CAP에서 각 인지 스테이션들(CSTA1, CSTA2 ...)에 전송되는 쿼리(Quary)는 각 인지 스테이션들(CSTA1, CSTA2 ...)에서 중앙 노드 CAP에 스펙트럼 감지 데이터인 가용통고 메시지 AN을 송신할 약속된 시간에 대한 정보를 가질 수 있다.

중앙 노드 CAP의 쿼리에 대응하여 도 1과 같이 인지 스테이션들(CSTA1, CSTA2 ...)은 약속된 시간에 동시에 주사용자가 사용하지 않아서 자신이 사용가능한 서브캐리어들(Sub-carrier : 이하, 'SC'라 함)에 가용통고 메시지 AN을 중앙 노드 CAP에 전송한다.

여기에서, 인지 스테이션들(CSTA1, CSTA2 ...)은 쿼리를 송신한 후 일정 시간이 경과한 특정 약속 시간에 가용통고 메시지 AN을 중앙 노드 CAP로 전송하도록 구성될 수 있다.

즉, 인지 스테이션들(CSTA1, CSTA2 ...)은 주사용자가 감지되지 않은 자신이 사용가능한 스펙트럼의 서브캐리어 SC에 자신의 가용통고 메시지 AN을 전송한다.

도 1을 참조하여 보다 상세하게 설명하면, 인지 스테이션 CSTA1은 서브캐리어 SC1과 서브캐리어 SC3을 사용할 수 있기 때문에 서브캐리어 SC1 및 서브캐리어 SC3에 자신에게 할당된 가용통고 메시지 AN1을 실어서 중앙 노드 CAP로 전송하며, 인지 스테이션 TA2는 서브캐리어 SC1과 서브캐리어 SC2를 사용할 수 있기 때문에 서브캐리어 SC1 및 서브캐리어 SC2에 자신에게 할당된 가용통고 메시지 AN2를 실어서 중앙 노드 CAP로 전송한다. 즉, 인지 스테이션 SCTA1과 인지 스테이션 SCTA2는 동시에 자신에 할당된 가용통고 메시지 AN1 및 AN2를 자신이 사용가능한 스펙트럼의 서브캐리어 SC1, SC3 및 서브캐리어 SC1, SC2에 각각 실어서 중앙 노드 CAP로 전송한다.

이때 각 인지 스테이션 CSTA은 직교주파수분할(Orthogonal Frequency-division Multiplexing, OFDM) 기법으로 가용통고 메시지 AN을 중앙 노드 CAP로 전송한다. 그러므로 각 서브캐리어 SC 별 가용통고 메시지 AN1, AN2는 중앙 노드 CAP에서 중첩 수신되면서 합쳐진다.

중앙 노드 CAP는 각 서브캐리어 SC마다 합쳐진 직교 코드 값의 신호를 수신하며, 각 서브캐리어 SC마다 합쳐진 값 즉 보고 데이터에서 특정 인지 스테이션의 존재가 판단될 수 있다.

본 발명에서 특정 인지 스테이션의 존재를 판단하는 방법은 도 2를 참조하여 설명한다. 인지 스테이션 CSTA1에 할당된 가용통고 메시지 AN1의 직교 코드 값이 [1, 1, -1, -1]이고 인지 스테이션 CSTA2에 하랑된 가용통고 메시지 AN2의 직교 코드 값이 [1, -1, -1, 1]이라 가정하여 설명한다.

중앙 노드 CAP의 쿼리에 대응하여 인지 스테이션 CSTA1은 주사용자가 사용하지 않는 서브캐리어 SC1, SC3을 감지하고 감지된 서브캐리어 SC1, SC3에 가용통고 메시지인 AN1으로서 직교 코드 값[1, 1, -1, -1]을 실어서 전송하고, 인지 스테이션 CSTA1의 전송 시간과 동일한 약속된 시간에 인지 스테이션 CSTA2도 주사용자가 사용하지 않은 서브 캐리어 SC1, SC2를 감지하고 감지된 서브캐리어 SC1, SC3에 가용통고 메시지인 AN2로서 직교 코드 값[1, -1, -1, 1]을 실어서 전송한다.

인지 스테이션 CSTA1과 CSTA2는 동일한 서브캐리어 SC1에 대하여 자신에게 할당된 가용통고 메시지인 AN1과 AN2를 OFDM 기법으로 각각 전송하며, 중앙 노드 CAP는 서브캐리어 SC1에 대하여 두 개의 가용 통고 메시지 AN1과 AN2가 중첩되어 수신된다. 그 결과 두 개의 가용 통고 메시지 AN1과 AN2가 합쳐진 심볼이 생성된다. 즉, 중앙 노드 CAP가 받는 신호 즉 보고 데이터는 [1+1, 1-1, -1-1, -1+1] = [2, 0, -2, 0]가 된다.

일반적인 신호는 다른 신호와 합쳐질 경우 기존 신호의 존재 유무를 알아내기가 쉽지 않다. 그러나 본 발명은 왈시 코드(Walsh code)라는 직교 코드집합에 속하는 코드들을 각 인지 스테이션 CSTA의 가용통고 메시지로 할당하기 때문에 신호들이 합쳐진 상태에도 기존 코드를 코렐레이션 기법으로 알아낼 수 있다.

즉, 상술한 가용통고 메시지 AN₁과 AN₂도 왈쉬 코드에 속하므로 중앙 노드 CAP의 보고 데이터 [2 0 -2 0 ]으로 AN₁과 AN₂의 존재 여부를 알아낼 수 있다.

본 발명의 이해를 위하여 서브 캐리어 SC1을 주사용자가 사용하여 자신에게 할당된 가용통고 메시지 AN3[1, 1, 1, 1]를 전송하지 않은 인지 스테이션 CSTA3이 존재한다고 가정한다.

본 발명에 따른 코렐레이션 계산부에서 수행되는 코렐레이션 기법은 보고 데이터와 가용통고 메시지의 겹쳐지는 심볼을 곱해서 더한 값의 결과로 가용통고 메시지를 전송하지 않은 특정 인지 스테이션이 존재하는 것을 확인할 수 있다.

구체적으로 인지 스테이션 CSTA1의 경우 할당된 가용통고 메시지 AN1 [1, 1, -1, -1]와 보고 데이터 [2, 0, -2, 0]를 코렐레이션 연산하면 1*2 + 1*0 + (-1)*(-2) + (-1)*0 = 4란 결과를 얻는다. 그리고, 인지 스테이션 CSTA2의 경우 할당된 가용통고 메시지 AN2 [1, -1, -1, 1]과 보고 데이터 [2, 0, -2, 0]를 코렐레이션 연산하면 1*2 + (-1)*0 + (-1)*(-2) + 1*0 = 4란 결과를 얻는다. 이와 다르게 인지 스테이션 CSTA3의 경우 할당된 가용통고 메시지 AN3 [1, 1, 1, 1]과 보고 데이터 [2, 0, -2, 0]를 코렐레이션 연산하면 1*2 + 1*0 + 1*(-2) + 1*0 = 0이란 결과를 얻는다.

이와 같이 코렐레이션 연산을 실행하여 '0' 값을 얻는 인지 스테이션은 가용통고 메시지를 전송하지 않은 인지 스테이션이며, 상술한 방법에 의하여 보고 데이터로써 특정 인지 스테이션의 존재 여부가 판단될 수 있다.

본 발명에 의하면 협력적인 스펙트럼 감지를 위하여 중앙 노드 CAP의 쿼리에 대응하여 각 인지 스테이션 CSTA에서 동시에 가용통고 메시지 AN을 전송하고 그 전송된 결과로써 특정 인지 스테이션의 존재를 판단할 수 있으므로 스펙트럼 감지 데이터 전송시 필요한 대역폭과 지연시간이 최소화될 수 있다.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims

중앙 노드에서 스펙트럼 감지 데이터 전송 요청을 위한 쿼리를 각 인지 스테이션에 전송하는 단계;
상기 각 인지 스테이션들은 직교주파수분할 기법을 사용하여 상기 쿼리에 대응하여 주사용자가 사용하지 않는 서브캐리어 별로 자신에게 할당된 가용통고 메시지를 실어서 동시에 상기 중앙 노드에 전송하는 단계; 및
상기 각 인지 스테이션에서 주사용자가 사용하지 않는 상기 각 서브 캐리어 별로 전송하는 상기 가용통고 메시지가 동시에 수신되어 합쳐진 보고 데이터를 상기 중앙 노드에서 얻는 단계;를 포함하는 인지 라디오 환경에서 협력적인 스펙트럼 감지 방법.
제1항에 있어서,
상기 보고 데이터를 상기 각 인지 스테이션들에 부여된 상기 가용통고 메시지와 코렐레이션 계산하여 상기 각 서브 캐리어 별 특정 인지 스테이션의 존재를 판단하는 단계를 더 포함하는 인지 라디오 환경에서 협력적인 스펙트럼 감지 방법.
제2항에 있어서,
상기 각 인지 스테이션들에 할당되는 가용통고 메시지는 직교코드 값을 갖는 인지 라디오 환경에서 협력적인 스펙트럼 감지 방법.
제3항에 있어서,
상기 직교코드는 왈시(Walsh) 코드를 포함하는 인지 라디오 환경에서 협력적인 스펙트럼 감지 방법.
제3항 또는 제4항에 있어서,
상기 코렐레이션 계산은 상기 보고 데이터와 상기 가용통고 메시지의 겹쳐지는 자리 값을 곱한 후 이들 값을 합하는 것으로 수행되는 인지 라디오 환경에서 협력적인 스펙트럼 감지 방법.
제1항에 있어서,
상기 각 인지 스테이션 별로 할당되는 상기 가용통고 메시지는 각 인지 스테이션 별로 다른 값으로 할당되는 인지 라디오 환경에서 협력적인 스펙트럼 감지 방법.
제1항에 있어서,
상기 각 인지 스테이션들은 상기 가용통고 메시지를 약속된 시간에 동시에 전송하는 인지 라디오 환경에서 협력적인 스펙트럼 감지 방법.
중앙 노드에서 인지 스테이션 별로 서로 다른 값을 갖는 직교코드 값의 가용통고 메시지를 할당하는 단계;
상기 중앙 노드에서 스펙트럼 감지 데이터 전송 요청을 위한 쿼리를 각 인지 스테이션에 전송하는 단계;
상기 각 인지 스테이션들은 직교주파수분할 기법을 사용하여 상기 쿼리에 대응하여 주사용자가 사용하지 않는 서브캐리어 별로 자신에게 할당된 가용통고 메시지를 실어서 동시에 상기 중앙 노드에 전송하는 단계;
상기 각 인지 스테이션 별로 동시에 주사용자가 사용하지 않는 상기 각 서브캐리어 별로 전송하는 상기 가용통고 메시지를 상기 중앙 노드에서 수신하여 합쳐진 보고 데이터를 얻는 단계;
상기 보고 데이터를 상기 각 인지 스테이션들에 부여된 상기 가용통고 메시지와 코렐레이션 계산하여 상기 각 서브캐리어 별 특정 인지 스테이션의 존재를 판단하는 단계; 및
사용하지 않는 상기 인지 스테이션에 할당된 상기 가용통고 메시지를 회수하는 단계를 포함하는 인지 라디오 환경에서 협력적인 스펙트럼 감지 방법.
제8항에 있어서,
상기 직교코드는 왈시(Walsh) 코드를 포함하는 인지 라디오 환경에서 협력적인 스펙트럼 감지 방법.
제8항에 있어서,
상기 코렐레이션 계산은 상기 보고 데이터와 상기 가용통고 메시지의 겹쳐지는 자리 값을 곱한 후 이들 값을 합하는 것으로 수행되는 인지 라디오 환경에서 협력적인 스펙트럼 감지 방법.
제8항에 있어서,
상기 각 인지 스테이션들은 상기 가용통고 메시지를 약속된 시간에 동시에 전송하는 인지 라디오 환경에서 협력적인 스펙트럼 감지 방법.