KR101152572B1 - 최적의 부사용자 수를 결정할 수 있는 인지무선 협력 스펙트럼 센싱 방법 및 융합 센터 - Google Patents

최적의 부사용자 수를 결정할 수 있는 인지무선 협력 스펙트럼 센싱 방법 및 융합 센터 Download PDF

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KR101152572B1 KR1020100136851A KR20100136851A KR101152572B1 KR 101152572 B1 KR101152572 B1 KR 101152572B1 KR 1020100136851 A KR1020100136851 A KR 1020100136851A KR 20100136851 A KR20100136851 A KR 20100136851A KR 101152572 B1 KR101152572 B1 KR 101152572B1
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Abstract

인지무선(CR) 협력 스펙트럼 센싱 방법이 제공된다. 이 방법은 소정 지역 내의 N개의 부사용자(secondary user) 각각으로부터 소정 주파수 대역에 대한 국소 스펙트럼 센싱 정보를 융합 센터(fusion center)가 수신하는 단계; 수신된 국소 스펙트럼 센싱 정보에 기초하여 상기 소정 주파수 대역을 주사용자가 사용하고 있는지를 판정하기 위한 최적의 부사용자 수를 융합 센터가 결정하는 단계; 및 상기 소정 지역 내의 최적의 부사용자 수의 부사용자들로부터 수신되는 국소 스펙트럼 센싱 정보에 기초하여 협력 스펙트럼 센싱을 수행하는 단계를 포함한다. 본 발명은 이 방법을 구현한 융합 센터도 제공한다. 따라서, 본 발명은 해당 채널 상황에서의 주사용자의 주파수가 사용중이라고 몇 명의 (K명)의 부사용자가 판명을 내려야 하는지에 대해서 찾아냄으로써 보다 효율적으로 통신할 수 있다.

Description

최적의 부사용자 수를 결정할 수 있는 인지무선 협력 스펙트럼 센싱 방법 및 융합 센터{Cognitive radio cooperative spectrum sensing method and fusion center capable of determining optimal number of secondary users}
본 발명은 국가연구개발사업의 일환으로, 과제고유번호 : "ITAC1090103100090001000100100", 연구사업명 : "대학IT연구센터 육성 지원사업", 연구과제명 : "융합단말을 위한 내장형 소프트웨어 기술 연구"에 관한 것이다.
본 발명은 무선 통신에 관한 것으로, 특히 인지 무선 협력 스펙트럼 센싱 방법 및 이를 위한 융합 센터(fusion center)에 관한 것이다.
현재의 무선통신 기술은 언제 어디서 누구와 어떤 정보든지 주고 받을 수 있는 것이 가능한 유비쿼터스 네트워크를 지향하는 방향으로 연구 및 발전을 해나가고 있다. 종래에는 이동통신 및 방송에서 전파가 이용되었지만, 이제는 교통, 의료, 과학, 치안에 이르기까지 생활 전 영역으로 확대됨에 따라 주파수 자원에 대한 요구가 급증하고 있으며, 무선통신 기술의 발전은 이러한 주파수 자원 수요의 증가를 가속화시키고 있다. 이러한 주파수 부족 문제 해결과 주파수 이용 효율 극대화를 위해 실제로 사용되지 않고 비어 있는 주파수를 찾아서 통신하는 인지무선(Cognitive Radio; CR) 기술이 주목받고 있다.
인지무선 기술은 지역과 시간에 따라 사용하지 않는 주파수를 자동으로 찾아 주변의 허가된 무선국을 보호하면서 목적하는 통신이 가능하도록 만들어 주는 기술이다. 다양한 폭으로 흩어져 있고 점유되는 시간이 계속 달라지는 유휴 스펙트럼을 찾아 그 환경에 맞는 주파수 대역폭, 출력, 변조 방식 등을 판단하여 재활용토록 함으로써 제한된 자원인 주파수의 효율성을 높일 수 있는 장점이 있다. IEEE에서는 2004년부터 텔레비전 주파수 대역의 인지무선(CR) 이용 기술 표준화 작업을 추진하고 있다.
인지무선 기술 중에서도 특히 스펙트럼 센싱 기술은 부사용자(secondary user)가 주변의 전파환경을 감지하여 주사용자(primary user)가 사용하고 있지 않은 비어있는 주파수대역을 찾아내는 기술로 CR기술의 근간을 이룬다. 스펙트럼 센싱의 방법은 정합필터(matched filter), 신호 형태 검출(signal feature detection), 에너지 검출(energy detection) 등이 있으나 그 중 전송될 신호의 형태를 모르는 경우에도 구현이 가능하고 그 복잡도와 센싱 시간을 고려할 때 에너지 검출 방법이 가장 적합하다. 하지만 부사용자 하나가 독립적으로 스펙트럼 센싱을 수행한다면 Hidden Node 문제, 쉐도우 페이딩 문제, 멀티패스 페이딩 문제 등이 발생하여 정확히 검출해내지 못하는 경우가 발생할 수 있다. 따라서 이와 같은 문제를 해결하기 위해 부사용자가 개별적으로 센싱한 결과를 융합센터(Fusion Center)에서 공유하여 스펙트럼 점유 여부를 판단하고 수행하는 협력 스펙트럼 센싱(Cooperative Spectrum Sensing) 기술이 대두되었다.
협력 스펙트럼 센싱은 여러 부사용자가 관측한 결과를 일단 융합 센터에 전송하고 융합 센터에서 이를 바탕으로 최종 판정을 내리는 연판정(soft decision)과 각 부사용자가 일차적으로 스펙트럼 사용 여부를 판단하고 그 결과를 융합센터에 전송하여 최종 판정을 내리는 경판정(hard decision)이 있다. 하지만 CR 부사용자의 연판정 개별 값을 융합센터에 보내게 되면 이로 인해 주파수 효율이 떨어지므로 경판정 협력 스펙트럼 센싱이 보다 일반적이다.
이와 같은 경판정 협력 스펙트럼 센싱에서 해당 주파수 대역이 비어있는지 사용되고 있는지를 판단하는 기준은 에너지 검출시의 문턱값(threshold) λ를 기준으로 결정된다. 즉 에너지가 λ보다 크면 그 주파수 대역이 사용되고 있음을 나타내는 1을 그리고 λ보다 작으면 사용하고 있지 않음을 나타내는 0을 전송한다. 그리고 융합센터에서는 부사용자가 보내준 CR정보인 0 혹은 1을 가지고 융합센터에서 사용하고 있는 융합 룰을 사용하여 최종 결정을 내린다.
US 2010/0248760 A1, 공개일: 2010년 9월 30일, 명칭: System and method for cooperative spectrum sensing in cognitive radio systems
[문헌 1] J.Mitola and G.Q.Maguire, "Cognitive radio: Making software radios more personal," IEEE Pers. Commun., vol.6, pp. 13-18, Aug. 1999. 이 참고문헌에서는 처음 무선 인지 기술(Cognitive Radio)을 제안했다. [문헌 2] A.Ghasemi, E.S.Sousa, "Collaborative spectrum sensing for opportunistic access in fading environments," in Proc. IEEE. Inter. Symp. Dyspan 2005, pp. 131-136, Nov. 2005. 이 참고문헌에서는 처음 협력 주파수 검출(Cooperative Spectrum Sensing)을 제안했다. [문헌 3] F. F. Digham, M. S. Alouini, et al.,"On the energy detection of unknown signals over fading channels," IEEE Transactions on Communications, vol. 55, No. 1, pp.21-24, Jan. 2007. 이 참고문헌에서는 에너지 검출 기법 사용 시 미검출 확률(miss detection Probability) 및 오경보 확률(false alarm Probability)을 수식으로 밝혔다.
본 발명은 주사용자가 소정 주파수대역을 사용하고 있다는 판정을 위한 최적의 부사용자 수를 결정할 수 있는 인지무선 협력 스펙트럼 센싱 방법을 제공함에 있다.
본 발명의 다른 목적은 이러한 방법을 구현한 융합 센터를 제공함에 있다.
본 발명에 의하면, 인지무선(cognitive radio; CR) 협력 스펙트럼 센싱(cooperative spectrum sensing) 방법이 제공된다. 이 방법은, 소정 지역 내의 N개의 부사용자(secondary user) 각각으로부터 소정 주파수 대역에 대한 국소 스펙트럼 센싱(local spectrum sensing) 정보를 융합 센터(fusion center)가 수신하는 단계; 수신된 국소 스펙트럼 센싱 정보에 기초하여 상기 소정 주파수 대역을 주사용자가 사용하고 있는지를 판정하기 위한 최적의 부사용자 수를 융합 센터가 결정하는 단계; 및 상기 소정 지역 내의 최적의 부사용자 수의 부사용자들로부터 수신되는 국소 스펙트럼 센싱 정보에 기초하여 협력 스펙트럼 센싱을 수행하는 단계를 포함한다.
상기 국소 스펙트럼 센싱 정보는, 상기 소정 주파수 대역을 상기 주사용자가 사용하고 있는지 여부를 부사용자가 판정한 판정 신호인 것이 바람직하다.
상기 최적의 부사용자 수를 융합 센터가 결정하는 단계는, 문턱값, 신호-대-잡음 비 및 시간-대역폭 곱을 제공하는 단계로서, 상기 문턱값은 상기 판정 신호를 생성하기 위한 에너지 검출의 문턱값이며, 신호-대-잡음 비는 AWGN(Additive White Gaussian Noise) 채널에서의 신호-대-잡음 비이고, 시간-대역폭 곱(time-bandwidth product)은 판정신호의 생성을 위한 측정 시간 및 상기 소정 주파수 대역의 대역폭의 곱인 단계; 상기 문턱값, 신호-대-잡음 비 및 시간-대역폭 곱과, 상기 국소 스펙트럼 센싱 정보에 기초하여, 부사용자에서의 미검출확률, 오경보 확률, 및 소정 주파수 대역 사용 확률을 계산하는 단계; 및 상기 미검출확률, 오경보 확률, 및 소정 주파수 대역 사용 확률에 기초하여, 상기 최적의 부사용자 수를 산출하는 단계를 포함하는 것이 바람직하다.
상기 최적의 부사용자 수를 산출하는 단계는, 다음의 수학식 1을 이용하여 전역 검출 에러 확률을 최소화하는 수
Figure 112010086822663-pat00001
를 계산하는 단계로서,
Figure 112010086822663-pat00002
여기서
Figure 112010086822663-pat00003
는 상기 주사용자가 상기 소정 주파수 대역을 사용하고 있을 확률이며,
Figure 112010086822663-pat00004
는 상기 주사용자가 상기 소정 주파수 대역을 사용하고 있지 않을 확률이며,
Figure 112010086822663-pat00005
은 부사용자가 상기 주사용자로부터 송신된 신호를 검출하지 못할 확률을 나타내는 부사용자의 미검출 확률이며,
Figure 112010086822663-pat00006
는 부사용자의 오경보 확률이고, N은 상기 소정 지역 내의 부사용자들의 수인 단계; 및 상기
Figure 112010086822663-pat00007
에 가장 가까운 자연수를 상기 최적의 부사용자 수로서 결정하는 단계를 포함하는 것이 바람직하다.
상기 소정 지역은 Wi-Fi 존(zone)이며 상기 융합 센터는 Wi-Fi용 액세스 포인트일 수 있다.
또한 본 발명에 의하면, 인지무선(CR) 협력 스펙트럼 센싱을 수행하는 융합 센터가 제공된다. 이 융합 센터는, 소정 지역 내의 N개의 부사용자 각각으로부터 소정 주파수 대역에 대한 국소 스펙트럼 센싱 정보를 수신하는 수신부; 상기 수신부에 연결되어, 수신된 국소 스펙트럼 센싱 정보에 기초하여 상기 소정 주파수 대역을 주사용자가 사용하고 있는지를 판정하기 위한 최적의 부사용자 수를 결정하는 부사용자 수 결정부; 및 상기 수신부에 및 상기 부사용자 수 결정부에 연결되어, 상기 부사용자 수 결정부에 의해 결정된 상기 소정 지역 내의 최적의 부사용자 수의 부사용자들로부터 수신되는 국소 스펙트럼 센싱 정보에 기초하여 협력 스펙트럼 센싱을 수행하는 협력 스펙트럼 센싱부를 포함한다.
상기 국소 스펙트럼 센싱 정보는, 상기 소정 주파수 대역을 상기 주사용자가 사용하고 있는지 여부를 부사용자가 판정한 판정 신호일 수 있다.
상기 융합 센터는, 문턱값, 신호-대-잡음 비 및 시간-대역폭 곱을 저장하는 저장부로서, 상기 문턱값은 상기 판정 신호를 생성하기 위한 에너지 검출의 문턱값이며, 신호-대-잡음 비는 AWGN(Additive White Gaussian Noise) 채널에서의 신호-대-잡음 비이고, 시간-대역폭 곱(time-bandwidth product)은 판정신호의 생성을 위한 측정 시간 및 상기 소정 주파수 대역의 대역폭의 곱인 저장부를 더 포함하며, 상기 부사용자 수 결정부는, 상기 문턱값, 신호-대-잡음 비 및 시간-대역폭 곱과, 상기 국소 스펙트럼 센싱 정보에 기초하여, 부사용자에서의 미검출확률, 오경보 확률, 및 소정 주파수 대역 사용 확률을 계산하며; 및 상기 미검출확률, 오경보 확률, 및 소정 주파수 대역 사용 확률에 기초하여, 상기 최적의 부사용자 수를 산출할 수 있다.
상기 부사용자 수 결정부는, 다음의 수학식 1을 이용하여 전역 검출 에러 확률을 최소화하는 수
Figure 112010086822663-pat00008
를 계산하며,
여기서
Figure 112010086822663-pat00010
는 상기 주사용자가 상기 소정 주파수 대역을 사용하고 있을 확률이며,
Figure 112010086822663-pat00011
는 상기 주사용자가 상기 소정 주파수 대역을 사용하고 있지 않을 확률이며,
Figure 112010086822663-pat00012
은 부사용자가 상기 주사용자로부터 송신된 신호를 검출하지 못할 확률을 나타내는 부사용자의 미검출 확률이며,
Figure 112010086822663-pat00013
는 부사용자의 오경보 확률이고, N은 상기 소정 지역 내의 부사용자들의 수이며; 상기
Figure 112010086822663-pat00014
에 가장 가까운 자연수를 상기 최적의 부사용자 수로서 결정할 수 있다.
본 발명은 IEEE 802.22 등을 포함하여 TV의 비어있는 주파수를 Wi-Fi의 데이터 전송할 때 이용할 수 있도록 제안하는 발명으로써 Wi-Fi capacity의 향상을 이룩할 수 있다. 하지만 비어 있는 주파수를 센싱하는 과정에서 더욱 명확한 신뢰성 확보를 위해 몇 명의 부사용자가 주사용자가 현재 주파수를 사용중이라 검출하였을 때 최종 결정을 내리는 것이 최적인지를 알아야한다. 따라서 본 발명은 해당 채널 상황에서의 주사용자의 주파수가 사용중이라고 몇 명의 (K명)의 부사용자가 판명을 내려야 하는지에 대해서 찾아냄으로써 보다 효율적으로 통신할 수 있다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 융합 센터를 포함하는 전체 무선 통신망을 보이는 도면으로서, TV주파수 대역을 Wi-Fi지역의 부사용자들이 사용하는 경우의 전체 무선 통신망을 개략적으로 보인다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 융합 센터의 세부구성을 보이는 도면이다.
도 3은 도 2의 융합 센터의 세부 구성을 보이는 블록도이다.
도 3은 도 3의 융합 센터의 동작을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 4는 다양한 부사용자 수의 문턱값에 따른 검출 에러 확률, 미검출 확률, 오경보 확률의 변화를 나타내는 그래프이다.
도 5는 미검출 확률 Pm의 변화에 따른 최적의 부사용자 수 문턱값 K의 변화를 나타낸 그래프이다.
이하 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 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.
일반적으로 N개의 부사용자가 가운데 K개 이상의 부사용자가 1이라는 정보를 보냈을 경우 융합 센터에서는 최종 결론을 주파수 대역이 사용되고 있다고 결정하고 그렇지 않은 경우는 주파수 대역이 사용되고 있지 않다고 결정한다.
그래서, 여러 부사용자가 주변의 전파환경을 감지하여 비어있는 스펙트럼을 찾아내는 기술인 협력 스펙트럼 센싱 기술을 이용해서 몇 명 이상의 부사용자가 주사용자가 사용중이라 검출하였을 때 최종 결정이 주사용자가 소정 주파수 대역을 사용하고 있다고 결론을 내리는 것이 성능 측면에서 최적인지를 알아내는 기술이 필요하다.
IEEE 802.22 무선 지역망(wireless regional area network)에 의하면, 주로 세 가지 요소들인 주사용자(primary user; PU), 부사용자(secondary user; SU), 및 퓨전 센터(FC)가 있다. 주사용자는 디지털/아날로그 TV 채널이며, 부사용자는 Wi-Fi 존에서 고객 댁내 장치(Custormer-premises equipment; CPE), 예컨대 스마트폰, 노트북, 넷북, PDA 등이고 퓨전 센터는 액세스 포인트(AP)이다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 융합 센터를 포함하는 전체 무선 통신망을 보이는 도면이다. 도 1에 보인 전체 무선 통신망은 주사용자(11)와 Wi-Fi 존(zone)(13)을 포함한다. 주사용자(11)는 예컨대, 2.4 GHz 를 중심으로 한 주파수 대역을 가지는 TV 신호를 사용할 수 있다. Wi-Fi 존(13)에는 N개의 부사용자들인 부사용자들 1 ~ 부사용자 N이 포함된다.
부사용자들 1~N은 주사용자(11)가 사용하는 주파수 대역이 비어있는지 아니면 사용되고 있는지를 판단한다. 판단은 에너지 검출시의 문턱값(threshold) λ를 기준으로 결정된다. 즉 검출된 에너지가 λ보다 크면 그 주파수 대역이 사용되고 있음을 나타내는 1을 그리고 λ보다 작으면 사용하고 있지 않음을 나타내는 0을 국소 스펙트럼 센싱 정보로서 생성한다. 각각의 부사용자는 이 국소 스펙트럼 센싱 정보를 융합 센터(20)에 전송한다.
융합 센터(20)는 부사용자가 보내준 국소 스펙트럼 센싱 정보를 융합센터에서 사용하고 있는 융합 룰에 사용하여 주사용자(11)가 상기 주파수 대역을 사용하고 있는지의 최종 결정을 내린다. 이러한 최종 결정을 위해서 융합 센터(20)는 Wi-Fi 존(13)에 포함된 모든 부사용자들 1~N으로부터 국소 스펙트럼 센싱 정보를 수신할 수도 있다. 이러한 스펙트럼 센싱 기술에서, 두 가지 종류의 에러가 발생하는데, 하나는 미검출 오류(miss-detection error)이고, 다른 하나는 오경보 오류(false-alarm error)이다. 이 두 가지 오류를 합친 검출 오류(detection error)를 최소화하기 위하여, 협력 스펙트럼 센싱(cooperative spectrum sensing)에서, 융합 센터(20)는 주사용자가 소정 주파수 대역을 사용한다는 최종 결정을 내리기 위하여, 주사용자가 상기 소정 주파수 대역을 사용중이라고 검출하여야 하는 최적의 부사용자 수를 결정한다.
융합 센터(15)에 의한 최적의 부사용자 수의 결정을 도 2 및 도 3을 참조하여 설명한다.
도 2는 융합 센터(15)의 내부 구성을 보이는 블록도이다. 도 2에서, 융합 센터(20)는 안테나에 연결된 송신기(21) 및 수신기(22), 송신기 및 수신기에 연결된 프로세서(24) 및 프로세서에 연결된 메모리(26)를 구비한다. 수신기(22)는 도 1에 보인 Wi-Fi 존(13) 내의 부사용자들 1~N으로부터 국소 스펙트럼 센싱 정보를 수신할 수 있다. 프로세서(24)는 수신된 국소 스펙트럼 센싱 정보 및 메모리(26)에 저장된 데이터를 이용하여 최적의 부사용자 수를 결정한다.
도 3은 도 2에 보인 융합 센터(15)의 동작을 설명하기 위한 흐름도이다. 도 2의 융합 센터(15)의 동작을 도 3의 흐름도를 참조하여 설명한다.
융합 센터(15)에서, 수신기(22)는 안테나를 통해 국소 스펙트럼 센싱 정보를 수신한다(단계 310). 국소 스펙트럼 센싱 정보는, 소정 주파수 대역을 주사용자가 사용하고 있는지 여부를 부사용자가 판정한 판정 신호인 1 또는 0의 값을 가질 수 있다. 수신기(22)는 수신된 국소 스펙트럼 센싱 정보를 프로세서(24)에 제공한다.
프로세서(24)는 수신된 국소 스펙트럼 센싱 정보에 기초하여 상기 소정 주파수 대역을 주사용자가 사용하고 있는지를 판정하기 위한 최적의 부사용자 수를 결정한다(단계 330). 메모리(26)는 프로세서(24)에 의한 최적의 부사용자 수의 결정에 이용되는 데이터를 저장한다.
최적의 부사용자수를 결정하기 위해, 프로세서(24)는, 문턱값, 신호-대-잡음 비 및 시간-대역폭 곱을 제공하는 단계를 수행한다. 이 단계에서, 문턱값은 판정 신호를 생성하기 위한 에너지 검출의 문턱값(
Figure 112010086822663-pat00015
)이며, 신호-대-잡음 비는 AWGN(Additive White Gaussian Noise) 채널에서의 신호-대-잡음 비이고, 시간-대역폭 곱(time-bandwidth product)은 판정신호의 생성을 위한 측정 시간 및 소정 주파수 대역의 대역폭의 곱이다. 그 다음, 프로세서(24)는, 문턱값, 신호-대-잡음 비 및 시간-대역폭 곱과, 국소 스펙트럼 센싱 정보에 기초하여, 부사용자에서의 미검출확률, 오경보 확률, 및 소정 주파수 대역 사용 확률을 계산하는 단계를 수행한다.
협력 스펙트럼 센싱을 이용하여 융합 센터에서 최종 미검출확률 및 최종 오경보확률을 계산할 때, OR룰이나 AND룰을 사용할 수 있다. OR룰은 부사용자 중 한 명이라도 주사용자의 신호가 존재한다고 판단하면, 융합 센터는 주사용자의 신호가 존재한다고 결정하는 융합 방법이며, AND룰은 모든 부사용자가 주사용자가 존재한다고 판단해야만 주사용자가 존재한다고 결정하는 융합 방법이다.
이 두 가지 방법은 모두 극단적인 융합 방법이므로 효율적이지 못하다. 따라서 본 출원서는 총 N개의 부사용자 가운데 K개 이상의 부사용자가 주사용자의 신호가 있다고 판단하면 최종 결정을 주사용자의 신호가 있다고 판단하는 N-중-K(K-out-of-N)룰을 사용한다. N-중-K룰은 K 값이 1이면 OR룰, K=N이면 AND룰을 포함한다.
여러 부사용자의 K-중-N 규칙(K-out-of-N rule)을 이용한 협력 주파수 검출의 경우, 전체의 미검출확률과 오경보확률은 각각의 부사용자에 대응하는 개별 미검출확률 및 오경보확률의 조합으로 다음의 수학식 1과 같이 표현될 수 있다. 도 4는 수학식 1을 그래프로 도시한 것이다.
Figure 112010086822663-pat00016
여기서
Figure 112010086822663-pat00017
는 융합 센터에서 내린 최종 결정이 미검출 에러가 되었을 확률이고,
Figure 112010086822663-pat00018
는 융합 센터의 최종 결정이 오경보 에러가 될 확률이다.
그 후, 프로세서(24)는 미검출확률, 오경보 확률, 및 소정 주파수 대역 사용 확률에 기초하여, 최적의 부사용자 수를 산출한다.
최적의 부사용자 수를 산출하기 위해, 프로세서(24)는 다음의 수학식 2를 이용하여 전역 검출 에러 확률을 최소화하는 수
Figure 112010086822663-pat00019
를 계산하는 단계를 수행한다.
Figure 112010086822663-pat00020
여기서
Figure 112010086822663-pat00021
는 상기 주사용자가 상기 소정 주파수 대역을 사용하고 있을 확률이며,
Figure 112010086822663-pat00022
는 상기 주사용자가 상기 소정 주파수 대역을 사용하고 있지 않을 확률이며,
Figure 112010086822663-pat00023
은 부사용자가 상기 주사용자로부터 송신된 신호를 검출하지 못할 확률을 나타내는 부사용자의 미검출 확률이며,
Figure 112010086822663-pat00024
는 부사용자의 오경보 확률이고, N은 상기 소정 지역 내의 부사용자들의 수이다. 그 다음, 프로세서(24)는
Figure 112010086822663-pat00025
에 가장 가까운 자연수를 최적의 부사용자 수로서 결정하는 단계를 수행한다.
협력 스펙트럼 센싱에서 중요한 것은 검출 에러를 최소화하는 것이며, 이를 최소화할 수 있는 최저의 K값을 찾는 것이 중요하다. 최종 검출에러 확률(
Figure 112010086822663-pat00026
)은 다음의 수학식 3과 같이 표현될 수 있다.
Figure 112010086822663-pat00027
위의 수학식 3에 수학식 1을 대입하면 다음의 수학식 4와 같이 된다.
Figure 112010086822663-pat00028
최종 검출에러 확률(
Figure 112010086822663-pat00029
)을 최소화하는 최적의 k 값이
Figure 112010086822663-pat00030
라고 하면, 최소값은 다음의 수학식 5에서 얻어진다.
Figure 112010086822663-pat00031
수학식 3을 수학식 4에 대입하고 정리하면, 위에서 보인 수학식 2가 얻어진다.
마지막으로, 프로세서(24)는 Wi-Fi 존(13) 내의 최적의 부사용자 수의 부사용자들로부터 수신되는 국소 스펙트럼 센싱 정보에 기초하여 협력 스펙트럼 센싱을 수행한다(단계 350).
다음의 표 1은 특정
Figure 112010086822663-pat00032
과
Figure 112010086822663-pat00033
및 소정 주파수대역의 전체 부사용자 수에 대한 최적의 부사용자 수를 보이고 있다. 표 1에서,
Figure 112010086822663-pat00034
=0.2,
Figure 112010086822663-pat00035
=0.2 및 N=15인 경우 최적의 부사용자 수의 문턱값이 8임을 알 수 있다.
Figure 112010086822663-pat00036
본 발명은 소정 지역 내에 있는 부사용자들이 주사용자에 의해 사용되지 않는 소정 주파수 대역을 이용하여 무선 통신을 할 수 있도록 하는 인지무선 기술에 사용될 수 있다. 본 발명은 IEEE 802.22에서 TV 주파수 스펙트럼의 비어있는 주파수 대역을 Wi-Fi의 데이터 전송시 이용할 수 있다.

Claims (10)

  1. 인지무선(cognitive radio; CR) 협력 스펙트럼 센싱(cooperative spectrum sensing) 방법에 있어서,
    소정 지역 내의 N개의 부사용자(secondary user) 각각으로부터 소정 주파수 대역을 주사용자가 사용하고 있는지 여부를 상기 부사용자가 각각 판정한 판정신호인 국소 스펙트럼 센싱(local spectrum sensing) 정보를 융합 센터(fusion center)가 수신하는 단계;
    수신된 국소 스펙트럼 센싱 정보에 기초하여 상기 소정 주파수 대역을 상기 주사용자가 사용하고 있는지를 판정하기 위한 최적의 부사용자 수를 융합 센터가 결정하는 단계; 및
    상기 소정 지역 내의 최적의 부사용자 수의 부사용자들로부터 수신되는 국소 스펙트럼 센싱 정보에 기초하여 협력 스펙트럼 센싱을 수행하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 인지무선 협력 스펙트럼 센싱 방법.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서, 상기 최적의 부사용자 수를 융합 센터가 결정하는 단계는,
    문턱값, 신호-대-잡음 비 및 시간-대역폭 곱을 제공하는 단계로서, 상기 문턱값은 상기 판정 신호를 생성하기 위한 에너지 검출의 문턱값이며, 신호-대-잡음 비는 AWGN(Additive White Gaussian Noise) 채널에서의 신호-대-잡음 비이고, 시간-대역폭 곱(time-bandwidth product)은 판정신호의 생성을 위한 측정 시간 및 상기 소정 주파수 대역의 대역폭의 곱인 단계;
    상기 문턱값, 신호-대-잡음 비 및 시간-대역폭 곱과, 상기 국소 스펙트럼 센싱 정보에 기초하여, 부사용자에서의 미검출확률, 오경보 확률, 및 소정 주파수 대역 사용 확률을 계산하는 단계; 및
    상기 미검출확률, 오경보 확률, 및 소정 주파수 대역 사용 확률에 기초하여, 상기 최적의 부사용자 수를 산출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 인지무선 협력 스펙트럼 센싱 방법.
  4. 제3항에 있어서, 상기 최적의 부사용자 수를 산출하는 단계는,
    다음의 수학식을 이용하여 전역 검출 에러 확률을 최소화하는 수
    Figure 112010086822663-pat00037
    를 계산하는 단계로서,
    Figure 112010086822663-pat00038

    여기서
    Figure 112010086822663-pat00039
    는 상기 주사용자가 상기 소정 주파수 대역을 사용하고 있을 확률이며,
    Figure 112010086822663-pat00040
    는 상기 주사용자가 상기 소정 주파수 대역을 사용하고 있지 않을 확률이며,
    Figure 112010086822663-pat00041
    은 부사용자가 상기 주사용자로부터 송신된 신호를 검출하지 못할 확률을 나타내는 부사용자의 미검출 확률이며,
    Figure 112010086822663-pat00042
    는 부사용자의 오경보 확률이고, N은 상기 소정 지역 내의 부사용자들의 수인 단계; 및
    상기
    Figure 112010086822663-pat00043
    에 가장 가까운 자연수를 상기 최적의 부사용자 수로서 결정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 인지무선 협력 스펙트럼 센싱 방법.
  5. 제1항에 있어서, 상기 소정 지역은 Wi-Fi 존(zone)이며 상기 융합 센터는 Wi-Fi용 액세스 포인트인 것을 특징으로 하는 인지무선 협력 스펙트럼 센싱 방법.
  6. 인지무선(CR) 협력 스펙트럼 센싱을 수행하는 융합 센터에 있어서,
    소정 지역 내의 N개의 부사용자 각각으로부터 소정 주파수 대역을 주사용자가 사용하고 있는지 여부를 상기 부사용자가 각각 판정한 판정신호인 국소 스펙트럼 센싱 정보를 수신하는 수신부;
    상기 수신부에 연결되어, 수신된 국소 스펙트럼 센싱 정보에 기초하여 상기 소정 주파수 대역을 상기 주사용자가 사용하고 있는지를 판정하기 위한 최적의 부사용자 수를 결정하는 부사용자 수 결정부; 및
    상기 수신부에 및 상기 부사용자 수 결정부에 연결되어, 상기 부사용자 수 결정부에 의해 결정된 상기 소정 지역 내의 최적의 부사용자 수의 부사용자들로부터 수신되는 국소 스펙트럼 센싱 정보에 기초하여 협력 스펙트럼 센싱을 수행하는 협력 스펙트럼 센싱부를 포함하는 융합 센터.
  7. 삭제
  8. 제6항에 있어서, 상기 융합 센터는, 문턱값, 신호-대-잡음 비 및 시간-대역폭 곱을 저장하는 저장부로서, 상기 문턱값은 상기 판정 신호를 생성하기 위한 에너지 검출의 문턱값이며, 신호-대-잡음 비는 AWGN(Additive White Gaussian Noise) 채널에서의 신호-대-잡음 비이고, 시간-대역폭 곱(time-bandwidth product)은 판정신호의 생성을 위한 측정 시간 및 상기 소정 주파수 대역의 대역폭의 곱인 저장부를 더 포함하며,
    상기 부사용자 수 결정부는,
    상기 문턱값, 신호-대-잡음 비 및 시간-대역폭 곱과, 상기 국소 스펙트럼 센싱 정보에 기초하여, 부사용자에서의 미검출확률, 오경보 확률, 및 소정 주파수 대역 사용 확률을 계산하며; 및
    상기 미검출확률, 오경보 확률, 및 소정 주파수 대역 사용 확률에 기초하여, 상기 최적의 부사용자 수를 산출하는 것을 특징으로 하는 융합 센터.
  9. 제8항에 있어서, 상기 부사용자 수 결정부는,
    다음의 수학식을 이용하여 전역 검출 에러 확률을 최소화하는 수
    Figure 112012029129314-pat00044
    를 계산하며,
    Figure 112012029129314-pat00045

    여기서
    Figure 112012029129314-pat00046
    는 상기 주사용자가 상기 소정 주파수 대역을 사용하고 있을 확률이며,
    Figure 112012029129314-pat00047
    는 상기 주사용자가 상기 소정 주파수 대역을 사용하고 있지 않을 확률이며,
    Figure 112012029129314-pat00048
    은 부사용자가 상기 주사용자로부터 송신된 신호를 검출하지 못할 확률을 나타내는 부사용자의 미검출 확률이며,
    Figure 112012029129314-pat00049
    는 부사용자의 오경보 확률이고, N은 상기 소정 지역 내의 부사용자들의 수이며;
    상기
    Figure 112012029129314-pat00050
    에 가장 가까운 자연수를 상기 최적의 부사용자 수로서 결정하는 것을 특징으로 하는 융합 센터.
  10. 제6항에 있어서, 상기 소정 지역은 Wi-Fi 존(zone)이며 상기 융합 센터는 Wi-Fi용 액세스 포인트인 것을 특징으로 하는 융합 센터.
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