KR101222739B1 - 지능형 무선 인지 기술을 이용하는 무선 통신 시스템을위한 매체 접근 제어 계층에서의 통신 초기화 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 지능형 무선 인지 기술을 이용하는 무선 통신 시스템(Cognitive Radio System, CR System)을 위한 매체 접근 제어 계층(Medium Access Control, MAC)에서의 통신 초기화 방법(Initialization)에 관한 것이다. 본 발명의 통신 초기화 방법은 주파수 대역의 사용 유무를 광대역으로 감지하고 이 때 발생할 수 있는 감지 시간의 최소화 하고 기존 통신 시스템에 간섭을 미치지 않도록 한다.

　무선 인지 기술(Cognitive Radio), 매체 접근 제어(Medium Access Control), 통신 초기화(Initialization)

Description

지능형 무선 인지 기술을 이용하는 무선 통신 시스템을 위한 매체 접근 제어 계층에서의 통신 초기화 방법{INITIALIZATION PROTOCOL OF MEDIUM ACCESS CONTROL LAYER FOR COGNITIVE RADIO SYSTEMS}

도 1은 본 발명의 CR 시스템의 동작을 설명하기 위한 개략적인 망 구성도;

도 2은 본 발명의 일 실시예에 따른 CR 시스템의 통신 초기화 방법에서 RTU-1 신호의 전송 과정을 설명하기 위한 도면;

도 3는 본 발명의 일 실시예에 따른 CR 시스템의 통신 초기화 방법에서의 RTU-1 신호의 충돌을 방지하기 위한 백오프 과정을 설명하기 위한 도면;

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 CR 시스템의 통신 초기화 방법에서 단말 측에서의 채널 보고 (Channel Report) 전송 과정을 설명하기 위한 도면;

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 CR 시스템의 통신 초기화 방법에서 기지국이 주파수 대역 결정 후 RTU-2 신호를 전송하는 과정을 설명하기 위한 도면;

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 CR 시스템의 통신 초기화 방법에서 인지 신호 삽입 과정을 설명하기 위한 예시도; 그리고

도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 CR 시스템의 통신 초기화 방법을 설명하기 위한 도면이다.

본 발명은 지능형 무선 인지 기술(Cognitive Radio, CR)을 사용하는 무선 통신 시스템을 위한 매체 접근 제어(Medium Access Control, MAC) 계층에서의 통신 초기화(Initialization) 방법에 관한 것이다.

무선 통신 기술의 급격한 발전과 다양한 무선 통신 서비스의 개발은 기존 통신 시스템간의 공존 문제를 해결하기 위하여 엄격한 주파수 대역을 요구하고 있다. 그러나 현재 상업적으로 사용 가능한 거의 모든 주파수 대역이 할당됨으로 인하여 새로운 무선 플랫폼을 위한 주파수 자원이 매우 부족한 상황이 발생하고 있다. 현재의 주파수 이용 현황을 보게 되면 수 GHz 대역, 특히 낮은 주파수 대역은 사용할 수 있는 여지가 거의 없다. 이러한 주파수 부족 문제를 해결하기 위하여 최근 주파수 대역이 할당되어 있지만 실제로 사용되지 않고 비어 있는 주파수 대역을 감지해 이를 효율적으로 공유하여 사용할 수 있는 지능형 무선 인지 기술(Cognitive Radio, CR) 개념이 제시되었다.

기존의 무선 통신 시스템은 국가에서 주파수 정책에 따라 주파수 자원을 엄격하게 통제해 왔다. 따라서 사업자들은 사용할 주파수 자원을 정부로부터 승인과 할당을 받아 사용했다. 하지만 지능형 무선 인지 기술은 기존의 무선 통신 시스템과는 다르게, 주파수가 할당되어 있지만 사용하지 않는 주파수 자원을 기존 사업자의 무선 통신에 간섭이 없게 하여 이용하는 통신 시스템이다.

최근에 부족한 주파수 자원에 대한 수요가 급증하는 추세에 발맞추어 무선 인지 기술에 대한 필요성이 대두되었고, 2003년 12월에 미국 FCC(Federal Communications Commission)의 NPRM(Notice of Proposed Rule Making)에서 주파수 공용 사용 가능성이 언급된 이후 지능형 무선 인지 기술에 대한 많은 관심과 연구가 이루어지고 있다. 대표적인 예로 지능형 무선 인지 기술을 이용한 통신 플랫폼의 개발을 목적으로 IEEE 802.22 WRAN(Wireless Regional Area Networks) 표준화가 이루어지고 있다. IEEE 802.22 WRAN의 사용 대상은 미국이나 캐나다의 도시 외곽 지역이나 개발도상국이며, TV 대역에 지능형 무선 통신 기술을 사용하여 무선 통신 서비스를 제공하는 것을 목표로 한다.

위와 같이 현재 지능형 무선 인지 기술에 대한 표준화와 개발이 활성화 되고 있지만, 아직 초기 단계이기 때문에 해결해야 되는 많은 문제들이 존재하며 대부분의 구성 기술들이 아직 결정되지 않은 상황이다. 특히 본 발명에서는 지능형 무선 통신 시스템에서의 통신 초기화 과정에 대하여 기술한다.

지능형 무선 인지 기술에서 통신 초기화 과정이 중요한 이유는 지능형 무선 인지 기술이 가지는 특성에 기인한다. 지능형 무선 인지 기술을 사용하는 통신 시스템은 항상 허가된 통신 사업자의 주파수 사용 유무를 파악해야 한다. 만약 허가된 통신 사업자가 감지된다면 지능형 무선 인지 기술을 사용하는 무선 통신 시스템은 즉시 다른 사용 가능한 여분의 주파수 대역으로 옮겨야 한다. 기존의 정부의 엄격한 통제에 의하여 이루어졌던 일련의 통신 시스템은 주어진 주파수 대역 안에서의 문제만을 생각하면 되었으나 지능형 무선 인지 기술을 사용하는 무선 통신 시스 템은 사용할 수 있는 전 주파수 영역에서의 감지 기술이 무엇보다도 중요하게 되었다. 또한 지능형 무선 인지 기술을 사용하는 무선 통신 시스템 간의 주파수 감지 결과의 차이로 인한 문제점도 해결해야 하며, 가장 큰 문제인 주파수 영역의 감지 시간이 매우 길어질 가능성이 존재하게 된다. 주파수 감지 시간의 증가는 효율적인 통신을 방해하는 요인이 되기 때문에 이를 효과적으로 해결하기 위한 방법이 요구 된다.

따라서 본 발명에서는 상기한 지능형 무선 인지 기술에서의 문제점을 해결하기 위한 매체 접근 제어 계층에서의 효과적인 통신 초기화 방법을 서술한다.

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로, 본 발명의 목적은 지능형 무선 인지 기술 기반의 통신 시스템의 주파수 감지 시간을 최소화 할 수 있는 매체 접근 제어 계층에서의 통신 초기화 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 방법은, 허가 받은 주파수 대역을 통해 통신 서비스를 제공하는 허가 통신 시스템의 서비스 영역과 중첩된 서비스 영역을 가지는 무선 인지 통신 시스템에서 기지국의 통신 초기화 방법에 있어서, 통신서비스를 제공하기 위해 사용할 수 있는 주파수 대역을 감지하는 과정과, 상기 감지된 주파수 대역 중 허가 통신 시스템 또는 타 무선 인지 통신 시스템에 의해 사용되지 않는 주파수 대역을 검출하는 과정과, 상기 허가 통신 시스템 또는 타 무선 인지 통신 시스템에 의해 사용되지 않는 주파수 대역을 통해 제1 사용 대기 신호를 상기 단말들에게 전송하는 과정과, 상기 단말들로부터 상기 제 1 사용 대기 신호에 대한 응답으로 채널 보고 신호를 수신하는 과정과, 상기 채널 보고 신호에 따라 서비스를 제공할 채널을 선택하여 상기 중첩된 서비스 영역 내의 단말들에 대한 통신 서비스를 준비하는 과정을 포함한다.
본 발명의 장치는, 허가 받은 주파수 대역을 통해 통신 서비스를 제공하는 허가 통신 시스템의 서비스 영역과 중첩된 서비스 영역을 가지는 무선 인지 통신 시스템에서 통신을 초기화하는 기지국에 있어서, 통신서비스를 제공하기 위해 사용할 수 있는 주파수 대역을 감지하고, 상기 감지된 주파수 대역 중 허가 통신 시스템 또는 타 무선 인지 통신 시스템에 의해 사용되지 않는 주파수 대역을 검출하고, 채널 보고 신호에 따라 서비스를 제공할 채널을 선택하여 상기 중첩된 서비스 영역 내의 단말들에 대한 통신 서비스를 준비하는 제어기와, 상기 허가 통신 시스템 또는 타 무선 인지 통신 시스템에 의해 사용되지 않는 주파수 대역을 통해 제1 사용 대기 신호를 상기 단말들에게 전송하는 송신기와, 상기 단말들로부터 상기 제 1 사용 대기 신호에 대한 응답으로 상기 채널 보고 신호를 수신하는 수신기를 포함한다.

본 발명의 무선 인지 통신 기술 기반의 통신 시스템의 통신 초기화 방법을 설명하기에 앞서 사용될 용어들을 정리하면 다음과 같다.

CR 시스템(Cognitive Radio System): 지능형 무선 인지 기술을 사용하는 무선 통신 시스템.

허가받은 무선 통신 시스템(Primary System): 주파수 사용에 대한 권리를 합법적으로 사용할 수 있는 무선 통신 시스템.

기지국(Base Station, BS): 셀의 중앙에 위치하여 자신의 통신 영역 내에 존재하는 단말들의 통신을 서비스하는 장치.

단말(Customer Premise Equipment, CPE): 중앙의 기지국을 통하여 통신을 수행하는 사용자 또는 장치.

본 발명에서는 지능형 무선 인지 기술을 구현하기 위한 통신 시스템의 요구조건을 다음과 같이 규정한다.

1. 지능형 무선 인지 기술을 사용하는 무선 통신 시스템을 점대다(Point-to-Multi-Point)의 통신을 하는 셀룰러 통신 시스템으로 한정한다. 셀룰러 시스템은 일정한 통신 범위(Cell)를 가지는 중앙의 기지국(Base Station)이 자신의 통신 영역 안에 존재하는 각 단말들과 통신을 하는 방식이다.

2. 지능형 무선 인지 기술을 사용하는 무선 통신 시스템은 현재 사용하는 주 파수 대역에 기존의 허가된 무선 통신 시스템의 사용이 감지될 경우 즉시 현재 사용하고 있는 주파수 대역의 사용을 중지하고 다른 사용하지 않는 주파수 대역으로 전환해야 한다. 이는 무선 인지 기술을 사용하는 무선 통신 시스템의 의무 사항으로써 기존의 허가 받은 무선 통신 시스템(Primary User)에 영향을 미치지 않아야 한다.

3. 지능형 무선 인지 기술을 사용하는 무선 통신 시스템은 기존의 허가 받은 무선 통신 시스템에 영향을 주지 않기 위해 다른 무선 통신 시스템의 동작 상황을 동적으로 감지할 수 있는 기능을 가지고 있어야 한다. 주파수 사용 유무의 감지 기능을 통하여 지능형 무선 인지 기술을 사용하는 무선 통신 시스템은 자신이 아닌 다른 장치에 의한 주파수 사용이 감지되었을 경우 이를 해석하여 허가받은 무선 통신 시스템인지, 다른 지능형 무선 인지 기술을 사용하는 무선 통신 시스템인지를 결정하여 다음 동작을 결정해야 한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 통신 초기화 방법을 설명한다. 본 발명에 따른 무선 통신 시스템의 통신 초기화 방법은 매체 접근 제어(MAC) 계층에서의 통신 초기화 프로토콜로써 물리계층의 특성에 의존하지 않는다. 또한 물리계층에서 이루어져야 할 주파수 대역의 감지 방법과 감지된 신호가 어떤 통신 시스템의 신호인지를 결정하는 방법은 구체적으로 설명하지 않는다. 본 발명에서는 지능형 무선 인지 기술의 실제적인 구현을 위해 필요한 물리계층에서의 요구 사항들은 구현 가능하다고 가정한다.

이하 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 무선 인지 기술 기반은 통신 시스템 에서의 통신 초기화 방법을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 하기에서 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.

본 발명에 따른 CR 시스템의 통신 초기화 방법은 상기한 것과 같이 다른 일련의 무선 통신 시스템처럼 간단하지 않다. 이는 CR 시스템이 가지는 특성인 사용하지 않는 주파수 대역을 사용하기 때문에 허가받은 사용자가 자신이 사용하는 주파수 대역에 감지될 경우 즉시 주파수 대역을 변경해야 하기 때문이다. 설명의 편의를 위하여 5개의 서로 다른 주파수 대역을 가정하고 각 대역을 채널 1에서 5까지의 채널 인덱스로 구분한다.

도 1은 본 발명의 CR 시스템의 동작을 설명하기 위한 개략적인 망 구성도로서, CR 시스템 기지국(100)의 서비스 영역이 허가 받은 무선 통신 시스템 기지국들 (110, 120) 및 인접 CR 시스템 기지국들(130, 140)의 서비스 영역과 서로 중첩되어 있다. 상기 허가 받은 무선 통신 시스템들 (110, 120)은 각각 1번 채널과 2번 채널을 사용하고 있으며 인접 CR 시스템들 (130, 140)은 각각 3번 채널과 4번 채널을 사용하고 있다. 상기 CR 시스템 기지국 (100)의 서비스 영역 (150) 내에는 다수의 단말들(10-1 내지 10-12)이 산재해 있으며, 이들 중 일부(10-1, 10-4, 10-5, 10-8, 10-10, 10-11, 10-12)는 타 무선 통신 시스템 기지국들 (110, 120, 130, 140)의 서비스 영역과 CR 시스템 기지국 (100)의 서비스 영역(150)이 중첩되는 부분에 위치하고 있다.

상기 CR 시스템 기지국(100)과 각 단말들은 통신은 물론 주파수 대역의 감지 기능을 가지고 있다. 그러나 기지국의 감지 가능 범위는 자신이 서비스 하는 각 단말들의 주파수 사용 상황을 모두 알 수 없다. 특히 복수의 CR 시스템 사업자가 존재한다고 생각한다면 주변 단말들의 주파수 사용 상황을 인지하는데 더 큰 어려움을 가질 수 있다. 현재 서비스 되고 있는 단말이 허가된 무선 통신 시스템이나 다른 CR 시스템의 통신 범위 안에 중첩된다면, 단말은 다른 시스템에 영향을 받게 될 것이며 다른 시스템도 현재 기지국의 전파에 의해 영향을 받을 수 있다. 도 1의 예에서 CR 기지국 (100) 자체의 주파수 감지(Sensing)에서는 채널 {1, 2, 3, 4, 5}가 모두 사용 가능한 것으로 판단될 수 있다. 그러나 채널 1과 2는 허가받은 무선 통신 시스템들 (110, 120)에 의해 사용되고 있으며, 현재 CR 시스템의 기지국(100) 이 서비스하는 사용자의 일부(10-1, 10-4, 10-5)가 해당 시스템(허가받은 무선 통신 시스템)의 전파 범위 안에 들어있다. 또한 채널 3, 4는 다른 CR 시스템들(130, 140)에 의해 사용되고 있다. 이 경우 현재 CR 시스템의 기지국은 어떤 채널을 선택하여 서비스해야 하는 문제가 존재하게 된다. 이를 해결하기 위해 CR 시스템의 기지국 (100)은 단말에게 기지국이 인지한 사용 가능한 주파수 대역에 주파수 감지 요구 정보를 전송하고, 단말들(10-1 내지 10-12)로부터 수신되는 각 주파수 대역의 감지 결과를 이용하여 사용 주파수 대역을 결정하게 된다. 그러나 허가받은 무선 통신 시스템의 기지국(110, 120)이나 다른 CR 시스템 기지국 (130, 140)의 서비스 영역에 있어 특정 주파수 대역 정보를 해석할 수 없는 단말이나 전원이 꺼져 있어 응답을 할 수 없는 단말들의 경우까지 고려하여 CR 시스템의 기지국(100)에서 주파 수 대역을 선정하기 위해서는 새로운 MAC 초기화 방법이 필요하다.

CR 시스템의 기지국(100)의 전원이 켜졌을 경우와 통신 중에도 기지국은 가능한 많은 주파수 영역을 감지해야 한다. 이를 통하여 기지국은 사용 가능한 주파수 대역을 파악한다. 사용 가능한 주파수 대역을 파악한 후, CR 시스템 기지국(100)은 허가된 무선 통신 시스템(110, 120)이나 다른 CR 시스템(130, 140)이 사용하지 않는 모든 또는 일부 주파수 대역 각각의 특별한 위치에 일련의 제어 신호를 전송한다. 본 발명에서는 이 신호를 RTU(Ready to Use)-1 신호라 표시한다. RTU-1 신호는 각 주파수 대역의 대역폭에 비해 매우 작은 대역폭을 가지는 신호이며, 다른 CR 시스템들이 쉽게 감지할 수 있도록 특별한 모양의 패턴을 가질 수 있다. RTU-1 신호에는 현재 기지국의 ID(BSID)와 기지국이 감지한 결과로써 사용 가능 하다고 판단되는 주파수 대역들의 집합 정보(TFS), 그리고 RTU-1 신호를 수신할 가능성이 있는 다른 기지국들이나 단말들이 채널의 상태를 - 예를 들어 SINR(신호 대 잡음비, Signal to Interference Noise Ratio) - 알 수 있도록 하기 위한 훈련 신호(TSS)를 포함한다. 훈련 신호는 사전에 정의되어 있으며, 상기한 정보를 포함하는 RTU-1 신호를 기지국은 주기적으로 사용 가능한 전 주파수 대역들을 통해 전송한다.

도 2은 본 발명의 일 실시예에 따른 CR 시스템의 통신 초기화 방법에서 RTU-1 신호의 전송 과정을 설명하기 위한 도면으로,

CR 시스템의 기지국은 기지국에서 감지된 허가 받은 무선 통신 시스템이나 다른 CR 시스템에 의해 사용되는 주파수 대역(203, 206)을 제외한 모드 또는 일부 주파수 대역들, 즉 도 2에서 채널 1, 채널 2, 채널 4, 채널 5, 채널 7, 채널 8, 채널 9, 채널 10을 통해 RTU-1 신호를 일정 기간 동안 주기적으로 전송한다. RTU-1 신호는 수학식 1과 같이 기지국 아이디 (Base Station Identification: BSID), 훈련 주파수 집합 (Training Frequency Set: TFS), 훈련 신호 (Training Sequence Signal: TFS) 등을 포함한다.

RTU-1 = {BSID, TFS, TSS}

CR 시스템 기지국(100)은 RTU-1 신호를 주기적으로 전송하며, 이에 상응하는 단말들의 채널 보고(Channel Report)를 수신한다. 수신된 Channel Report의 정보를 통하여 다음 RTU-1 신호의 전송에 단말 측에서 허가된 무선 통신 시스템이나 다른 CR 시스템에 의한 영향이 크다고 판단되는 주파수 대역은 사용하지 않는다. RTU-1 신호의 전송과 Channel Report의 보고 주기는 CR 시스템 서비스 제공자에 의하여 결정된다.

이 때 다수의 다른 CR 시스템 사업자가 공통적으로 사용 가능한 주파수 대역들에 RTU-1 신호를 동시에 전송할 경우 충돌이 발생할 수 있으며 이로 인해 단말들이나 인접한 기지국들이 RTU-1 신호를 올바르게 해석하지 못하는 상황을 초래할 수 있다. 결과적으로 사용할 수 있는 주파수 대역임에도 불구하고 사용할 수 없는 상황이 발생할 수 있다. 이를 해결하기 위해 각 기지국은 CSMA/CA(Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance) 방법과 백오프(Banckoff) 과정을 통하여 RTU-1 신호를 전송한다. 만약 신호를 전송하기 전에 사용 가능한 대역에 RTU-1 신호를 감지할 경우 신호를 전송하지 않고 백오프를 하게 된다. 또한 이 과정 중에도 허가된 무선 통신 시스템이 감지된다면 RTU-1 신호의 전송 시도를 즉시 중지한다.

백오프 과정은 CSMA/CA와 함께 동작한다. 특정 기지국 또는 단말이 신호를 전송하기 전에 매체(주파수 대역)의 사용 유무를 감지하여 특정 레벨 이상의 에너지가 검출된다면 매체가 사용되고 있다고 판단하고 신호의 전송을 대기한다. 이때 백오프 타이머를 동작시켜 일정한 시간 뒤에 다시 신호의 전송을 시도한다.

도 3는 본 발명의 일 실시예에 따른 CR 시스템의 통신 초기화 방법에서의 RTU-1 신호의 충돌을 방지하기 위한 백오프 과정을 설명하기 위한 도면으로 CR 시스템 기지국 (100)이 신호를 전송하기 전에 사용 가능한 대역에 RTU-1 신호를 감지하면 백오프 구간(305)이 지난 후 신호 전송을 시도한다.

백오프 타이머의 대기 시간 지정 및 동작은 다양할 수 있으며 본 발명에서는 서술하지 않는다. RTU-1 신호를 수신한 단말들은 RTU-1 신호에 포함된 사용 가능한 주파수 대역 집합에 대한 정보를 알 수 있고, 기지국과의 각 주파수 대역 별 채널 상태 정보(예, SINR)를 측정할 수 있다. 이 때 RTU-1 신호를 수신한 단말들은 기지국이 전송한 각 주파수 대역들 중 단말 측에서 단말 주위의 허가 받은 무선 통신 시스템이나 다른 CR 시스템에 영향을 주지 않는 좋은 채널 상태를 가지는 복수개의 주파수 대역들을 통해 Channel Report를 기지국에 전송한다. Channel Report를 전송하는 주파수 대역들의 수는 서비스 제공자에 의하여 결정된다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 CR 시스템의 통신 초기화 방법에서 단말 측에서의 채널 보고 (Channel Report) 전송 과정을 설명하기 위한 도면으로, 기지국으로부터 사용하지 않는 주파수 대역을 통해 RTU-1 신호를 수신하면 단말은 CR 시스템 기지국에 채널 보고를 전송한다. 채널 보고 신호는 단말 측에서 감지된 허가받은 무선 통신 시스템이나 다른 CR 시스템에 의해 사용되는 주파수 대역 (405)를 피해 최적의 채널 상태 (예, SINR 상태)를 가지면서 단말 주위의 허가 받은 무선 통신 시스템이나 다른 CR 시스템에 영향을 주지 않는 복수개의 주파수 대역들을 통해 CSMA/CA 와 백오프를 사용하여 기지국에 전송된다.

도 4에서 단말은 채널 1, 채널 2, 채널 4, 채널 5, 채널 7, 채널 8, 채널 9, 및 채널 10을 통해서 RTU-1 신호를 수신하였으나, 채널 5와 채널 7은 허가받은 무선 통신 시스템이나 다른 CR 시스템에 의해 사용되는 주파수 대역이기 때문에 이들 두 채널을 제외한 채널 1, 채널 2, 채널 4, 채널 8, 채널 9, 및 채널 10을 통해 채널 보고를 CR 시스템 기지국으로 전송한다.

상기 Channel Report는 수학식 2에서 보는 바와 같이, 단말 ID, 현재 대역 채널 매트릭 (Current Band Channel Matric: CBCM), 가용하지 않은 훈련 주파수 집합 (Not Available Training Frequency Set: NA-TFS) 등을 포함한다.

Channel Report = {단말 ID, CBCM, NA-TFS}

Channel Report에 포함되는 단말 ID는 단말의 고유 식별 번호이며 단말의 위치 정보 등이 같이 포함될 수 있다. Current Band Channel Matric은 기지국으로부터 수신 받은 RTU-1 신호에 대한 각 주파수 대역들의 채널 상태 정보를 포함하는 일련의 정보를 말한다. 또한 NA-TFS는 기지국 입장에서는 사용 가능한 주파수 대역이나 단말의 위치에서는 특정한 이유(예를 들어 주변의 다른 시스템에 의해 이미 사용 중일 때)로 인하여 사용할 수 없는 주파수 대역 집합을 표시한다. 이는 기지국의 위치에서는 알 수 없으나 다른 CR 시스템 기지국의 사용으로 인한 영향이나 허가받은 무선 통신 시스템의 국지적인 사용으로 인해 영향을 주지 않도록 하기 위한 것으로 NA-TFS를 함께 전송함으로써 CR 시스템 기지국에게 단말 주위의 주파수 이용 상황을 알려줄 수 있도록 한다. NA-TFS는 사용이 불가능한 주파수 대역이 허가받은 시스템에서 사용 중인지 아니면 다른 CR 시스템에서 사용 중인지를 나타내는 정보를 포함한다.

단말들이 동시에 Channel Report를 전송할 경우 충돌이 발생할 수 있다. 이를 해결하기 위하여 본 발명에서는 CSMA/CA(Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance)와 백오프(Backoff)를 사용하는 방법을 사용하여 Channel Report를 전송한다.

상기한 바와 같이, 기지국 측에서의 RTU-1 신호의 전송과 단말 측에서의 Channel Report 전송은 CSMA/CA와 백오프를 기반으로 전송한다. 따라서 CR 시스템의 서비스 제공자는 RTU-1 신호와 Channel Report 신호의 전송을 위한 충분한 시간을 설정해야 한다. 또한 기지국 측에서 Channel Report 신호를 충분히 수신 받았다고 판단된다면 기지국은 최적의 사용할 주파수 대역을 결정할 것이다. Channel Report 신호의 수신과 관련된 사항은 신호 전송에 필요한 주기 시간과 함께 서비스 제공자에 의해 결정된다.

각 단말들로부터 Channel Report를 수신 받은 기지국은 이를 기반으로 하여 각 주파수의 사용 가능 유무와 각 단말에서 수신되는 채널 상태 정보들을 이용하여(예를 들어, SINR 정보의 평균) 가장 최적의 주파수 대역을 결정한다. 사용할 주파수 대역의 결정 방법은 본 발명의 목적이 아니므로 주파수 선택에 대한 방법은 설명하지 않는다. 일정 기간 동안의 RTU-1 신호와 Channel Report 신호의 통신을 통하여 선택한 주파수 대역을 단말들에게 알려주기 위해서 기지국은 단말들에게 선택된 주파수 정보를 전송한다.

기지국이 각 단말들의 Channel Report를 통하여 최적의 사용 가능한 주파수 대역을 결정하게 되면 기지국은 사용할 주파수 대역을 선택하여 RTU-1 신호를 전송했던 각 주파수 대역들을 통해 수학식 3과 같은 주파수 대역 정보를 전송하고 이를 통하여 통신 수행에 필요한 절차를 수행한다.

Selected Frequency = {BSID, SFS}

수학식 3에서 보는 바와 같이, 상기 선택 주파수 대역 정보는 기지국 ID (BSID)와 선택된 주파수 집합(Selected Frequency Set: SFS) 등을 포함한다.

또한 기지국이 주파수 대역의 선택을 통하여 통신을 수행하는 중에도 기지국에서 주파수를 감지하여 현재 사용 가능하다고 판단되는 주파수 대역 집합 중 해당 CR 시스템에서 선택하여 사용 중인 대역을 제외한 모든 대역에 아래에 기술된 RTU-2 신호를 주기적으로 전송한다. 이는 도 1의 예에서와 같이, 인접 CR 시스템 기지국 (130) 의 서비스 영역 내에 있으나 전원이 꺼져있는 등의 이유로 Channel Report를 전송하지 못했을 때, 기지국이 CR 시스템 (130)과 동일한 주파수 대역을 선택한 상태에서 후에 단말이 이에 대한 주파수 대역 정보를 다른 주파수 대역을 이용하여 전송할 수 있도록 하기 위함이다. 또한 후에 통신에 참여하고자 하는 단말들이 존재할 경우 과도한 주파수 영역을 감지하여야 하는 부담을 줄일 수 있도록 한다. RTU-2 신호는 RTU-1 신호에 현재 사용하고 있는 주파수 대역 정보를 포함한다.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 CR 시스템의 통신 초기화 방법에서 기지국이 주파수 대역 결정 후 RTU-2 신호를 전송하는 과정을 설명하기 위한 도면으로, RTU-2 신호 역시 다른 CR 시스템과의 충돌을 방지하기 위하여 CSMA/CA와 백오프 방법을 이용하여 주기적으로 전송한다. 또한 주파수 영역의 감지를 통하여 특정 주파수 대역에 허가받은 무선 통신 시스템이 감지될 경우 그 주파수 대역에는 즉각 RTU-2 신호의 전송을 중지하고 RTU-2 신호의 정보를 갱신한다.

도 5에서 기지국은 허가 받은 무선 통신 시스템이나 다른 CR 시스템에 의해 사용되는 주파수 대역 (503, 506)을 제외한 주파수 대역 중 RTU-1 신호에 대한 응답으로 각 단말들로부터 수신한 채널 보고(Channel Report)를 바탕으로 사용할 최적의 주파수 대역(501, 502, 504)을 선택하고, 이들 선택된 대역을 제외한 주파수 대역들, 즉 채널 5, 채널 7, 채널 8, 채널 9, 및 채널 10을 통해 주기적으로 RTU-2 신호를 전송한다. 상기 RTU-2 신호는, 수학식 4에서 보는 바와 같이, 기지국 ID (BSID), 현재 대역 리스트 (Current Band List: CBL), 훈련 주파수 집합 (TFS), 훈련 신호 (TSS) 등을 포함한다.

RTU-2 = {BSID, CBL, TFS, TSS}

이와 함께 기지국이 이용할 주파수 대역을 선택하여 실제적인 통신을 수행하게 되면 이용하는 주파수 대역의 특정한 위치에 CR 시스템이라는 것을 표시하는 인지 신호를 삽입한다. 이를 통하여 다른 CR 시스템이 주파수 영역을 감지할 때 CR 시스템이라는 것을 쉽게 인지할 수 있도록 하여 주파수 감지 시간을 줄인다.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 CR 시스템의 통신 초기화 방법에서 인지 신호 삽입 과정을 설명하기 위한 예시도로, 단말은 서비스 별 인지 신호 (605)를 참조하여 CR 시스템을 구별하게 된다.

도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 CR 시스템의 통신 초기화 방법을 설명하기 위한 도면으로, (A)구간의 경우 기지국에 의한 주파수 감지 구간을 나타내며, 이를 통해 가능한 주파수 대역들을 파악한다. (B)구간은 본 발명에서 상기한 일련의 초기화 과정을 수행하는 구간으로 기지국의 RTU-1 신호와 단말들의 Channel Report 신호의 보고를 통하여 기지국이 최적의 사용 주파수를 결정한 후 Selected Frequency 신호를 통하여 통신 수행에 필요한 준비를 끝내게 된다. (C)구간은 기지국의 제어 정보를 수신한 단말들의 동기화 과정과 대역폭 요구를 수행하며, (D)구간에서 기지국의 제어에 의한 통신을 수행하게 된다.

상기한 바와 같이, 본 발명에 따른 무선 인지 기술 기반의 통신 시스템의 초 기화 방법에서는 다른 허가된 무선 통신 시스템이나 CR 시스템과 중복되지 않는 주파수 대역을 효율적으로 선택할 수 있으며 단말의 통신 구성 전에 요구되는 과도한 주파수 감지 시간을 감소시킬 수 있다. 이는 사용 가능한 각 주파수 대역들에 CR 시스템이 제공하는 RTU-1 신호와 단말들이 자신의 통신 영역 안에 존재하는 Channel Report 신호, 그리고 통신 수행 중에도 여분의 사용 가능한 주파수 대역에 기지국이 제공하는 RTU-2 신호를 통하여 달성할 수 있다.

Claims (11)

1. 허가 받은 주파수 대역을 통해 통신 서비스를 제공하는 허가 통신 시스템의 서비스 영역과 중첩된 서비스 영역을 가지는 무선 인지 통신 시스템에서 기지국의 통신 초기화 방법에 있어서,

   통신서비스를 제공하기 위해 사용할 수 있는 주파수 대역을 감지하는 과정과,

   상기 감지된 주파수 대역 중 허가 통신 시스템 또는 타 무선 인지 통신 시스템에 의해 사용되지 않는 주파수 대역을 검출하는 과정과,

   상기 허가 통신 시스템 또는 타 무선 인지 통신 시스템에 의해 사용되지 않는 주파수 대역을 통해 제1 사용 대기 신호를 단말들에게 전송하는 과정과,

   상기 단말들로부터 상기 제 1 사용 대기 신호에 대한 응답으로 채널 보고 신호를 수신하는 과정과,

   상기 채널 보고 신호에 따라 서비스를 제공할 채널을 선택하여 상기 중첩된 서비스 영역 내의 단말들에 대한 통신 서비스를 준비하는 과정을 포함하는 기지국의 통신 초기화 방법.
2. 삭제
3. 제 1항에 있어서, 상기 제1 사용 대기 신호는 기지국 아이디 (Base Station Identification: BSID)와, 훈련 주파수 집합 (Training Frequency Set: TFS)과, 훈련 신호 (Training Sequence Signal: TSS) 중 적어도 하나를 포함함을 특징으로 하는 기지국의 통신 초기화 방법.
4. 제 3항에 있어서, 상기 채널 보고 신호는 단말의 고유 식별 번호인 단말 아이디와, 상기 제1 사용 대기 신호에 대한 각 주파수 대역들의 채널 상태를 나타내는 현재 대역 채널 매트릭과, 사용 불가능한 훈련 주파수 대역 집합에 관한 정보 중 적어도 하나를 포함함을 특징으로 하는 기지국의 통신 초기화 방법.
5. 제 1항에 있어서,

   상기 허가 통신 시스템 또는 타 무선 인지 통신 시스템에 의해 사용되지 않은 주파수 대역과 상기 서비스 제공을 위해 선택된 채널을 제외한 나머지 주파수 대역을 통해 제2사용 대기 신호를 상기 단말들에게 전송하는 과정과,

   상기 단말들로부터 상기 제 2 사용 대기 신호에 대한 응답으로 채널 보고 신호를 수신하는 과정과,

   상기 제 2 사용 대기 신호에 대한 응답으로 수신한 상기 채널 보고 신호에 따라 서비스를 제공할 채널을 선택하여 상기 중첩된 서비스 영역 내의 단말들에 대한 통신 서비스를 준비하는 과정을 더 포함하는 기지국의 통신 초기화 방법.
6. 제 5항에 있어서, 상기 제 2 사용 대기 신호는 기지국 아이디 (Base Station Identification: BSID)와, 현재 대역 리스트 (Current Band List: CBL)와, 훈련 주파수 집합 (Training Frequency Set: TFS)과, 훈련 신호 (Training Sequence Signal: TSS) 중 적어도 하나를 포함함을 특징으로 하는 기지국의 통신 초기화 방법.
7. 허가 받은 주파수 대역을 통해 통신 서비스를 제공하는 허가 통신 시스템의 서비스 영역과 중첩된 서비스 영역을 가지는 무선 인지 통신 시스템에서 통신을 초기화하는 기지국에 있어서,

   통신서비스를 제공하기 위해 사용할 수 있는 주파수 대역을 감지하고, 상기 감지된 주파수 대역 중 허가 통신 시스템 또는 타 무선 인지 통신 시스템에 의해 사용되지 않는 주파수 대역을 검출하고, 채널 보고 신호에 따라 서비스를 제공할 채널을 선택하여 상기 중첩된 서비스 영역 내의 단말들에 대한 통신 서비스를 준비하는 제어기와,

   상기 허가 통신 시스템 또는 타 무선 인지 통신 시스템에 의해 사용되지 않는 주파수 대역을 통해 제1 사용 대기 신호를 상기 단말들에게 전송하는 송신기와,

   상기 단말들로부터 상기 제 1 사용 대기 신호에 대한 응답으로 상기 채널 보고 신호를 수신하는 수신기를 포함하는 통신을 초기화하는 기지국.
8. 제 7항에 있어서, 상기 제1 사용 대기 신호는 기지국 아이디 (Base Station Identification: BSID)와, 훈련 주파수 집합 (Training Frequency Set: TFS)과, 훈련 신호 (Training Sequence Signal: TSS) 중 적어도 하나를 포함함을 특징으로 하는 통신을 초기화하는 기지국.
9. 제 8항에 있어서, 상기 채널 보고 신호는 단말의 고유 식별 번호인 단말 아이디와, 상기 제1 사용 대기 신호에 대한 각 주파수 대역들의 채널 상태를 나타내는 현재 대역 채널 매트릭과, 사용 불가능한 훈련 주파수 대역 집합에 관한 정보 중 적어도 하나를 포함함을 특징으로 하는 통신을 초기화하는 기지국.
10. 제 7항에 있어서,

    상기 송신기는 상기 허가 통신 시스템 또는 타 무선 인지 통신 시스템에 의해 사용되지 않은 주파수 대역과 상기 서비스 제공을 위해 선택된 채널을 제외한 나머지 주파수 대역을 통해 제2사용 대기 신호를 상기 단말들에게 전송하고,

    상기 수신기는 상기 단말들로부터 상기 제 2 사용 대기 신호에 대한 응답으로 채널 보고 신호를 수신하고,

    상기 제어기는 상기 제 2 사용 대기 신호에 대한 응답으로 수신한 상기 채널 보고 신호에 따라 서비스를 제공할 채널을 선택하여 상기 중첩된 서비스 영역 내의 단말들에 대한 통신 서비스를 준비함을 특징으로 하는 통신을 초기화하는 기지국.
11. 제 10항에 있어서, 상기 제 2 사용 대기 신호는 기지국 아이디 (Base Station Identification: BSID)와, 현재 대역 리스트 (Current Band List: CBL)와, 훈련 주파수 집합 (Training Frequency Set: TFS)과, 훈련 신호 (Training Sequence Signal: TSS) 중 적어도 하나를 포함함을 특징으로 하는 통신을 초기화하는 기지국.

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