KR101385677B1 - 무선 네트워크에서 채널 스위칭을 제어하는 장치 및 방법 - Google Patents

무선 네트워크에서 채널 스위칭을 제어하는 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 WRAN에서 채널 충돌을 회피하기 위한 장치 및 방법을 제공한다. WRAN의 기지국(BS)을 시간(t)에서 제 1 채널로부터 제 2 채널로 스위칭하기 위한 매체 접속 제어기(MAC)가 제공된다. MAC은 랜덤 지연 시간만큼 시간(t)에 관해 상기 스위칭을 지연하기 위한 스위치 시간 지연 회로를 포함한다.

Description

무선 네트워크에서 채널 스위칭을 제어하는 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR CONTROLLING CHANNEL SWITCHING IN WIRELESS NETWORKS}
관련 출원에 대한 상호 참조
본 발명은 2006년 1월 11일 미국 특허청에 "METHOD FOR CHANNEL SWITCH AND INTER BASE STATION COMMUNICATION IN WIRELESS REGIONAL AREA NETWORK"라는 제목으로 발명자 GAO, Wen 등에 의해 출원된 미국 가출원 일련 번호 60/757,998호에 관한 우선권을 주장한다.
본 발명은 무선 네트워크, 특히 WRAN(wireless regional area network: 무선 광역 네트워크)에서 채널 스위칭을 제어하기 위한 방법 및 장치에 관한 것이다.
광대역 통신 접속에 대한 수요가 증가하고 있다. 그러한 접속은 일부 경우에 제공하기가 어렵다. 예컨대, 세계에서 인구가 희박한 시골 및 서비스가 제공되지 않는 지역은 유선(wire-line) 방송 접속을 지원하기 위한 유선 인프라스트럭처(infrastructure)가 부족하다. IEEE(Institute of Electrical and Electronics Engineers) WRAN 작업 그룹은 무선 방송 접속에 대한 늘어나는 수요를 충족시키기 위해 무선 네트워크에 대한 표준 규격(specification)(802.22로 지정된)을 제안한다. IEEE 802.22 WRAN 규격은 통상 허가받은 사용자용으로 예약된 무선 주파수(RF) 방송 대역들 내에서 동작하도록 구성된 WRAN 시스템을 설명한다. RF 방송 대역에서의 허가받은 사용자의 일 예는 텔레비전 방송국이다.
채널 스위칭은 WRAN에 대한 중요한 능력이다. WRAN 송수신기 노드들은 방송 대역들에서 허가받은 점유중인 서비스들과의 간섭을 회피하기 위해 동작 채널들을 스위칭한다. WRAN 노드들은, 점유중인 사용이 검출될 때 노드가 통신 링크를 확립한 채널과 같은 제 1 채널로부터 제 2 채널로 스위칭할 수 있다.
WRAN 채널 스위칭에 대한 또다른 이유는 WRAN 통신 링크 상의 서비스의 품질(QoS: quality of service)을 유지하는 것이다. 링크 품질은 날씨, 전기적 간섭, 손상된 장비 및 다른 인자들과 같은 인자들로 인해 떨어질 수 있다. 링크 품질이 떨어질 때에는, 링크 품질을 유지하기 위해, WRAN 시스템이 가끔 상이한 채널로 변경하는 것이 바람직하게 된다. 채널 스위칭은 제 1 채널의 품질이 떨어진다면, 제 2의 상이한 채널 상에 새로운 통신 링크를 확립하기 위한 옵션을 지원한다.
채널 스위칭을 위한 또다른 이유는 주파수 호핑(FH: frequency hopping)이라고 알려진 확산 스펙트럼 통신 기술을 이용하는 것이다. 주파수 호핑은 WRAN이 점유중인 것과의 간섭을 회피할 수 있는 또다른 방식이다. 주파수 호핑 WRAN 시스템은 복수의 상이한 주파수에 걸친 시간 영역에서 통신이 이루어지게 한다. 복수의 주파수 각각은 소량의 시간 동안에만 사용된다.
점유중인 것에는 상대적으로 좁은 주파수 대역들이 할당된다. 점유중인 것은 통상 WRAN 통신을 무시하기에 충분히 높은 전력에서 송신할 권리를 가진다. 그러므로, 점유중인 것에 영향을 미치는 주어진 채널 상에서 WRAN에 의해 야기된 임의의 간섭은 일시적이다. WRAN으로부터의 임의의 간섭은 점유중인 것에 의해 무시되는 경향이 있다. 동시에, 점유중인 것은 주파수 호핑 WRAN국에 의해 사용된 주파수 중 하나만을 무시한다. 그러므로, WRAN 송신의 일 부분만이 허가받은 채널 상에서 도달하는 점유중인 것에 의해 교란된다.
WRAN에 대한 한 가지 채널 스위칭 과제는 채널들을 스위칭할 때, 다른 WRAN과의 채널 충돌을 회피하는 것이다. 2개 이상의 WRAN국이 동시에 스위칭을 위해 동일한 제 2 채널을 선택하면, WRAN국들 사이의 충돌이 일어날 수 있다. 그러므로, WRAN 시스템에서 채널 충돌을 회피하기 위해 채널 스위칭을 제어하기 위한 장치 및 방법이 필요하다.
본 발명의 실시예는 WRAN에서 채널 스위칭을 제어하기 위한 방법, 장치 및 시스템을 제공한다.
본 발명의 완전한 이해는 이어지는 상세한 설명에 관계된 첨부 도면에 개시되어 있다.
도 1은 본 발명의 실시예를 전개하기에 적합한 WRAN 시스템의 일 예를 도시하는 도면.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 WRAN 셀의 일 예를 도시하는 도면.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 BS의 블록도.
도 4는 WRAN 스위칭 문제를 예시하는 도면.
도 5는 채널 충돌을 회피하기 위한 종래의 방법의 단계들을 예시하는 흐름도.
도 6은 도 2와 도 3에 예시된 것과 같은 본 발명의 실시예의 더 상세한 블록도.
도 7은 채널 충돌을 회피하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 방법 단계들을 예시하는 흐름도.
본 명세서의 목적상, 본 명세서에서 한정된 것과 같은 다음 용어들이 사용된다.
"기지국(BS: base station)"이라는 용어는 적어도 1개의 고객 댁내 장비(CPE: Customer Premised Equipment) 세트의 연결, 관리 및 제어를 제공하는 장비 세트를 가리킨다.
"고객 댁내 장비(CPE)"라는 용어는 WRAN 가입자와 BS 사이의 연결성을 제공하는 장치를 가리킨다.
WRAN을 참조할 때, "셀(cell)"이라는 용어가 적어도 1개의 BS를 포함하는 것으로서 정의된다.
"노드"라는 용어는 네트워크 관련된 기능을 제공하는 네트워크 요소들의 그룹을 가리킨다. 예컨대, 기지국은 WRAN의 1개의 노드를 포함한다. CPE는 WRAN의 1개의 노드를 포함한다.
"무선(radio)"이라는 용어는 광의 주파수 아래에 있는 주파수로 전자기파를 변조에 의한 신호의 무선 송신을 가리킨다.
"인지 무선(cognitive radio)"이라는 용어는 무선 주파수(RF) 스펙트럼의 적어도 특별한 부분이 현재 사용중인지를 검출하도록 설계된 무선 송신기-수신기(송수신기)를 가리킨다.
"채널"이라는 용어는 송신기와 수신기 사이의 통신을 위한 지정된 주파수 또는 지정된 주파수 대역을 가리킨다. 특정 채널은 다수의 방식으로 표시된다. 채널 번호는 매체 접속 제어기(MAC)에 의해 사용된 확립된 채널 번호를 나타낸다. 일부 실시예에서, 채널 번호는 물리적인 채널을 가리킨다. 본 발명의 다른 실시예에서, 채널 번호는 논리적인 채널을 표시한다. 한 가지 표현 방식에서의 채널 번호는 송신국과 수신국에서 하드웨어와 소프트웨어에 의해 다양한 다른 표현 방식으로 맵핑될 수 있다.
"다운스트림(downstream)"이라는 용어는 BS로부터 CPE까지의 방향을 가리킨다. "업스트림(upstream)"이라는 용어는 CPE로부터 BS까지의 방향을 가리킨다.
"정보"라는 용어는 관심 있는 시스템의 상태를 가리킨다.
"메시지"라는 용어는 메시지 포맷에 따라 유형화되고 조직된 정보를 가리킨다.
도 1 WRAN
도 1은 도 2, 도 3 및 도 6에 예시된 것과 같은 본 발명의 다양한 실시예를 전개하기에 적합한 무선 네트워크의 일 예(10)를 예시한다. 도 1은 네트워크(10) 하지만 본 발명의 다양한 실시예를 전개하기에 적합한 많은 가능한 네트워크 구성 중 일 예를 예시한다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 무선 네트워크(10)는 WRAN을 포함한다. WRAN에 관한 일반적인 규격은, 예컨대 "IEEE P802.22/D0.1, Draft Standard for Wireless Regional Area Networks Part 22: Cognitive Wireless RAN Medium Access Control(MAC) and Physical Unit(PHY) specifications: Policies and procedures for operation in the TV Bands"에서 설명되고 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 네트워크(10)은 일반적으로 제안된 초안(draft) IEEE 802.22 규격에 따라 구성된다. IEEE 802.22 규격의 현재 초안에 설명되지 않은 본 발명의 다른 실시예가 예측된다. 이들 실시예는 미래의 802.22 규격에서 설명되거나 설명되지 않을 수 있다. 802.22 규격에 관계없이, WRAN(10)은 적어도 1개의 셀(26)을 포함한다. 셀(26)은 적어도 1개의 기지국(BS)(100)을 포함한다. BS(100)는 통상 적어도 1개의 고객 댁내 장비(CPE)(18)와 연관된다. 통상적으로, 셀(26)은 적어도 1개의 BS(100)와 적어도 1개의 CPE(18)를 포함한다. 도 1에 예시된 WRAN(10)의 예는 복수의 셀(26과 26a 내지 26d)을 포함한다. 복수의 CPE(18)는 각각 셀(26과 26a 내지 26d)을 포함한다. 셀(26)의 BS(100)와 같은 적어도 1개의 BS는 백본(BB: backbone) 네트워크(211)에 결합된다. BB 네트워크(211)는 종래의 유선 광대역 서비스를 포함한다. BS(100)는 CPE(18)와 BS(100)를 결합하는 무선 링크를 통해, 그리고 BS(100)와 BB 네트워크(211)를 결합하는 유선 링크를 통해, CPE(18)를 BB 네트워크(211)에 결합한다.
본 발명의 일부 실시예에서는, 각 셀(26)의 서비스 도달 범위가 BS(100)로부터 송신된 신호가 주어진 최소 신호대 잡음비(SNR)를 지닌 연관된 CPE에 의해 수신 될 수 있는 지점까지 연장한다. 본 발명의 일부 실시예에서는, 일부 셀(26)의 서비스 도달 범위가 도 1에 예시된 것과 같은 다른 셀(26)의 서비스 도달 범위와 중복된다.
통상적인 셀(26)은 복수의 연관된 CPE(18)와 1개의 BS(100)를 포함한다. 도 1에 예시된 셀(26), 기지국(100) 및 CPE(18)의 개수는 이러한 가능하게 하는 규격에서 예시의 편리함 및 토론의 용이함을 위해 선택된다. 실제 상황에서는 WRAN(10)의 셀(26), BS(100) 및 CPE(18)의 개수가 변하게 된다. 본 발명은 임의의 특정 개수의 셀(26), BS(100) 또는 CPE(18)를 포함하는 WRAN에 국한되지 않는다.
본 발명의 전개에 적합한 네트워크의 대안적인 구성예는, 2개 이상의 WRAN(10)을 포함하는 WRAN 시스템들 포함한다. 그러한 경우 WRAN(10)의 시스템은 이상적으로는 채널의 점유중인 사용자와의 간섭을 회피하면서 통신 채널 상에서 서로 간섭하는 것을 회피한다.
도 2 셀( CELL )
도 2는 도 1에 예시된 일반적인 타입의 WRAN(10)의 예시적인 셀(26)을 그림으로 나타낸 도면이다. 셀(26)은 적어도 1개의 BS(100)와, CPE(18) 및 CPE(18a)와 같은 적어도 1개의 CPE를 포함한다. 도 2에 예시된 예시적인 셀(26)은 BS(100)와 복수의 CPE(18)를 포함한다. BS(100)는 적어도 1개의 송신 안테나와, 송수신기 안테나(203)로 표시된 적어도 1개의 수신 안테나를 포함한다. 2가지 예시적인 기지국 송수신기 안테나(203, 204)가 도 2에 예시되어 있다. 본 발명은 어떤 특정 개수의 기지국 안테나에 국한되지 않는다. 송수신기 안테나(203)는 송신기 및 수신기(송수 신기)(244)에 결합된다. BS(100)는 인지 무선 송수신기(245)에 결합된 스펙트럼 감지기 안테나(205)를 또한 포함한다.
BS(100)는 또한 BS 제어기(288)와 백본 인터페이스(214)를 포함한다. 백본 인터페이스(214)는 적어도 1개의 백본 네트워크를 BS 제어기(288)에 결합한다. 도 2는 백본 네트워크의 2가지 예를 예시한다. 백본 네트워크의 첫 번째 예는 인터넷(211)으로의 종래의 유선 연결(wire-line connection)(210)을 포함한다. 백본 네트워크의 두 번째 예는 통신 위성(212)으로의 위성 통신 링크(237)를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에서, BS(100)는 위성 방송 네트워크(212)와 같은 적어도 1개의 백본 네트워크에 의해 운반된 광대역 서비스의 무선 연장을, 위성(212) 방송 서비스가 CPE(18)로 직접 연장하지 않는 지리적 구역에 있는 사용자에게 제공한다. 예시적인 일 실시예에 따르면, BS(100)의 백본 인터페이스(214)는 무선 백본 네트워크와 유선 백본 네트워크 사이의 인터페이스를 포함한다. 본 발명의 구현에 적합한 유선 백본 네트워크의 다른 예에는 케이블 네트워크, 광섬유 네트워크, 공중 전화망 등이 포함된다.
BS 제어기(288)는 셀(26)의 적어도 1개의 CPE(19)와 통신하도록 송수신기(244)의 동작을 제어하기 위해 송수신기(244)와 결합된다. 그러므로, 250과 같은 적어도 1개의 통신 링크가 211과 같은 적어도 1개의 백본 네트워크와 셀(26)의 적어도 1개의 CPE(18) 사이에 확립된다. 본 발명의 예시적인 일 실시예에서, 기지국(100)과 복수의 CPE(18)는 한 포인트 대 다수 포인트(a point-to-multipoint) 네트워크 구성으로 배치된다. 이 예에서 BS(100)는 1개의 포인트를 포함하고, 복수의 CPE(18)가 다수의 포인트를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에서, WRAN(10)의 BS(100)의 송수신기(244)는 54㎒와 862㎒ 사이의 UHF/VHF TV 대역 상에서 동작한다. 본 발명의 다른 실시예에 따르면, WRAN(10)의 BS(100)는 CPE(18)와 통신하기 위해 다른 텔레비전 대역을 이용한다. 본 발명의 일부 실시예에서는, WRAN(10)의 BS(100)가 CPE와의 통신을 위한 가드(guard) 대역에 의존한다. WRAN(10) 또는 BS(100)가 동작하는 채널 및 주파수에 관계없이, 이상적인 WRAN(10)은 허가받은 사용자와 같은 점유자에 의해 임의의 통신 채널의 사용과의 간섭을 회피한다.
CPE(18a)는 CPE 송수신기(280)에 결합된 적어도 1개의 CPE 송신/수신 안테나(216)를 포함한다. CPE 제어기(299)는 송수신기(280)에 결합된다. CPE 제어기(299)는 또한 사용자 애플리케이션 유닛(241)에 결합된다. 사용자 애플리케이션 유닛(241)은, 예컨대 개인용 컴퓨터(242) 및 연관된 하드웨어 및 소프트웨어를 포함한다. CPE 제어기(299)는 사용자 애플리케이션 유닛(241)과 송수신기(280) 사이에 결합되어, 사용자 애플리케이션 유닛(241)과 BS(100)의 적어도 1개의 백본 네트워크 사이에 통신 링크(250)를 제공한다.
BS(100)는 공중파(air) 통신 링크(250)를 통해, CPE(18a)와 같은 CPE와 통신한다. 204와 같은 적어도 1개의 BS 안테나와 CPE 안테나(216) 사이에 링크(250)가 확립된다. CPE(18)와 BS(100) 사이의 유사한 통신 링크가 점선(251, 252, 253, 254, 255, 256)에 의해 표시되어 있다.
본 발명의 일 실시예에서, BS(100)는 예컨대 CPE(18a)로의 다운링크 송신을 방송한다. 본 발명의 일 실시예에서, BS(100) 다운링크 송신은 셀(26)을 포함하는 모든 CPE(18, 18a)에 의해 수신된다. 일 실시예에서, CPE(18)로부터 BS(100)로의 단일 업 링크가 셀(26)의 복수의 CPE에 의해 공유된다. 일부 실시예에서, 업링크 채널은 다수의 접속 채널을 포함한다. 본 발명의 일 실시예에서, 각각의 BS(100)는 특정된 서비스 품질(QoS) 요구사항에 따른 접속을 허용함으로써 그것의 업링크 송신을 제어한다.
본 발명의 일 실시예에서, CPE(18a)의 제어기(299)는 매체 접속 제어기(MAC)를 포함한다. 일부 실시예에서, 제어기(299)는 종래의 다중 접속 방법을 이용하여, 다수의 CPE와 BS(100) 사이에서 통신 링크로의 접속을, 다른 CPE와 공유한다.
본 발명의 다양한 실시예에 따라, BS(100)와 CPE(18)에서 사용하기에 적합한 매체 접속 제어를 위한 종래의 3가지 방법은 주파수-분할 다중 접속(FDMA), 시분할 다중 접속(TDMA), 및 코드-분할 다중 접속(CDMA)이다. FDMA 실시예에서는, 매체가 채널이라고 하는 스펙트럼의 부분들로 분할된다. TDMA 실시예에서는, 매체로의 접속이 시간 슬롯을 포함하는 부분들로 분할된다. CDMA 실시예에서는, 매체가 코드들로 분할되어, 그러한 코드들을 통해 할당된 노드들이 매체의 동일한 채널을 공유할 수 있게 된다.
본 발명의 일 실시예는 직교 주파수 분할 다중 접속(OFDMA: Orthogonal Frequency Division Multiple Access) 기술을 이용한다. 본 발명의 OFDMA 실시예에서는, 매체가 시간-주파수 공간으로 구분된다. 이는 CPE를 OFDM 신호 인덱스와 OFDM 서브-캐리어 인덱스 모두를 따라 할당함으로써 달성된다. 이 실시예에서, BS(100)는 셀(26)의 다른 CPE의 것들에 직교한 채로 유지되는 서브-캐리어를 사용하여 심벌(symbol)을 송신한다. 본 발명의 일부 실시예는, 예컨대 높은 속도의 애플리케이션을 지원하기 위해, 2개 이상의 서브-캐리어를 하나의 CPE에 할당한다.
본 발명의 다른 실시예는 대안적인 다중 접속 장치 및 방식을 포함한다. 본 발명의 일부 실시예는 스펙트럼을 부분들로 나누기 위해 적어도 2개의 다중 접속 방식의 조합을 이용하는 것이 계획된다. 본 발명의 다양한 실시예에 의해 이용된 접속 방식에 관계없이, 본 발명은 채널을 스위칭할 때 채널 충돌을 회피하기 위한 시스템 및 방법을 제공한다.
본 발명의 일부 실시예에 따르면, BS(100)는 선택적으로 스펙트럼 감지기 안테나(205)를 포함한다. 스펙트럼 감지기(205)는 스펙트럼 관리 모듈(260)에 결합된다. 본 발명의 일 실시예에서, 스펙트럼 관리 모듈(260)(도 3에서도 260으로 예시되어 있다)은 인지 무선 시스템(도 3에서는 245로 가장 잘 예시되어 있다)을 포함한다. 본 발명의 일 실시예에서, CPE(18a)는 셀(26)의 BS(100)에 대한 분배된 스펙트럼 감지 능력을 제공한다. 이 실시예에서, CPE(18)에는 스펙트럼 감지기 안테나와 스펙트럼 관리자가 같은 방식으로 BS(100)에 구비된다.
그러한 일 실시예에서, CPE는 로컬 스펙트럼 측정을 수행하도록 구성된다. CPE(18)는 로컬 측정 결과를 BS(100)에 보고한다. BS(100)는 CPE(18)로부터 데이터를 수집한다. BS(100)는 CPE와 CPE 자체의 BS(100) 측정 결과로부터 수집한 정보에 기초하여 RF 스펙트럼의 감지된 부분들에 점유자(예컨대, 허가받은 사용자)가 존재하는지를 결정한다.
일상적인 BS와는 달리, 도 2의 BS(100)는 또한 랜덤 지연 회로(RDC)(659)(도 6에서는 또한 659로 예시됨)를 포함한다. 본 발명의 일 실시예에서, 랜덤 지연 회로(659)는 BS 제어기(288)의 일부를 포함한다. 본 발명의 대안적인 일 실시예에서, 지연 회로(659)는 송수신기(244)의 일부를 포함한다. 도 2에 예시된 BS(100)의 기능들의 다양한 특정 하드웨어 및 소프트웨어 구현예가 가능하다는 점이 이해되어야 한다. 그러므로, 랜덤 지연 회로(659)는 BS(100)의 매우 다양한 하드웨어 및 소프트웨어 성분들로 구성 가능하다. 랜덤 지연 회로(659)가 연관되는 하드웨어에 관계없이, 회로(659)는 BS(100)가 제 1 채널로부터 제 2 채널로 스위칭할 때, 제 2 채널 상에서의 충돌을 회피한다.
WRAN(10)의 각각의 BS(100)와 각각의 CPE(18)는 WRAN(10)의 각각의 노드를 포함한다. 본 발명의 일 실시예에서, 모든 노드는 고정된 노드이다. 본 발명의 대안적인 실시예에 따르면, 네트워크(100)의 적어도 1개의 노드는 이동성을 지닌 것이다.
도 2에 예시된 실시예에 따르면, CPE(18)를 대응하는 BS(100)에 결합시키는 무선 송신 매체는 공중파(air)를 포함한다. 하지만, 본 발명은 공중파 매체에서의 애플리케이션에 국한되지 않는다. 무선 네트워크 노드의 노드들 사이의 통신 신호의 전파를 위한 다른 매체가 가능하다. 예컨대, 공기 외의 기체들 및 공간과 같은 진공에 가까운 것을 통해서뿐만 아니라 물과 같은 액체 매체를 통해 신호를 전파하는 것이 알려져 있다.
네트워크(10)의 셀(26)에서의 신호가 전파되는 매체에 관계없이, 셀(26)의 각 노드는 그 셀(26)의 적어도 1개의 다른 노드와 매체로의 접속을 공유한다. 따라서 본 발명의 실시예는 매체로의 접속을 네트워크(10)의 셀(26)의 노드들과 공유하기 위한 프로토콜 및 회로를 포함한다.
도 3 기지국(100)
도 3은 도 1과 도 2에 예시된 것과 같은 BS(100)의 높은 레벨의 블록도이다. 도 3은 본 발명의 OSI-RM(Open Systems Interconnection Reference Model) 표현에 따른 BS(100)를 도시한다. BS(100)는 모듈(306)과 같은 적어도 1개의 PHY/MAC(physical-medium access control interface) 모듈을 포함한다. 본 발명의 다른 실시예는 도 3에 예시된 것과 같은 복수의 PHY/MAC 모듈(예컨대, 302, 304, 306)을 포함한다.
PHY/MAC 모듈(302, 304, 306)은 매체 접속 제어 유닛{MAC(310, 311, 312)}과 물리적 유닛{PHY(320, 321, 322)}을 포함한다. PHY/MAC 유닛(306)의 MAC(312)의 예는 인지 매체 접속 제어기(CMAC: cognitive medium access controller)(312)를 포함한다. CMAC 유닛(312)은 제어기(288)와 같은 송수신기 제어기를 포함한다. MAC(312)의 송수신기 제어기(288)는 BS(100)의 채널 스위칭을 제어하기 위해 PHY 유닛(322)의 송수신기(244)에 결합된다.
PHY 유닛(322)은 송수신기(244)를 포함한다. 본 발명의 실시예들에 따르면, PHY 유닛(322)은 또한 CPE(18)와의 통신을 위해 BS(100)에 의해 사용된 RF 스펙트럼의 부분들을 포함하는 공중파 송신 매체로의 종래의 전기적, 기계적, 및 절차적인 인터페이스(미도시)를 포함한다. PHY 유닛(322)의 일 예는, 무선 주파수(RF) 안 테나(204)에 결합된 송수신기(244)를 포함한다. 송수신기(244)는 공중파 매체를 통해 BS(100) 안테나(204)와 도 2의 안테나(216)와 같은 CPE(18) 안테나 사이의 통신 링크(예컨대, 도 2에서 250으로 예시된)에 걸쳐 비트들을 송신한다.
PHY 유닛(322)과 MAC 유닛(312)은 함께 BS(100)의 매체 접속 제어 기능들과 물리적인 성분들 사이의 인터페이스를 한정한다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, PHY/MAC 모듈(306)은 초안 IEEE 802.22 표준 규격을 따른다. PHY/MAC 유닛(306)의 예는 BS(100)와 CPE(18) 사이의 통신 링크를 확립한다(도 2에 가장 잘 예시되어 있음). 본 발명의 일부 실시예에 따르면, 적어도 1개의 PHY/MAC 모듈(302, 304, 306)은 또한 기지국간 통신을 제공하기 위해, BS(100)와 제 2 BS(도 4에 그 예가 예시됨) 사이의 통신을 확립한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, BS(100)는 백본 네트워크 인터페이스(388)를 또한 포함한다. 백본 네트워크(388)는 브릿지 유닛(333)과 프로토콜 유닛(330)을 포함한다. 브릿지 유닛(333)과 프로토콜 유닛(330)은 BS(100)와 유선 또는 다른 무선 네트워크 사이의 인터페이스를 한정한다. 한편, BS(100)의 예의 PHY/MAC 유닛(306)은, 백본 네트워크 인터페이스 유닛(388)을 통해, CPE(18)와 백본 네트워크를 결합시킨다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, CMAC 유닛(312)은 BS(100)의 스위칭과 채널 선택을 제어하기 위해, PHY 유닛(322)의 송수신기(244)에 결합된 제어기(288)를 포함한다. 송수신기(244)는 안테나(204)에 결합된다. CPE 안테나(예컨대, 도 2의 18a)와 BS(100) 안테나(204) 사이에 공중파 매체를 통해 통신 링크(예컨대, 도 2에 예시된 250)가 확립된다. 그러므로, BS(100)는 CPE(18)에 대한 백본 네트워크로의 접속을 제공한다. 제어기(288)는 랜덤 지연 회로(659)를 포함한다. 본 발명의 일부 실시예에 따르면, 랜덤 지연 회로(659)는 랜덤 대기 타이머(445)와 난수 발생기(447)를 포함한다. 제어기(288)의 구성과 동작은 도 6에 관하여 더 상세히 논의된다.
도 3은 토론의 용이함을 위해, 3개의 PHY/MAC 모듈(302, 304, 306)을 예시한다. 하지만, 점선으로 표시된 것처럼, 본 발명은 BS(100)에서 PHY/MAC 모듈의 개수에 관하여 제한되지 않는다. 도 3에 예시되는 것보다 더 많거나 더 적은 개수의 PHY/MAC 모듈을 포함하는 본 발명의 실시예가 가능하다. BS(100)의 추가 실시예들은 BS 수요가 증가함에 따라 PHY/MAC 모듈을 추가하도록 구성 가능하다. 그러므로, 도 3에 예시된 BS(100)의 아키텍처는 본 발명의 일부 실시예에 따라 크기조정 가능하다(scalable).
본 발명의 일 실시예에 따르면, PHY(322)는 추가로 인지 무선 송수신기(245로 별도로 예시된)를 통합한다. 본 발명의 일부 실시예에 따르면, CMAC(312)가 인지 무선(CR)(245)과 협력하여 인지 무선 MAC(CMAC)(312)을 포함한다. CR(245)은 무선 주파수 스펙트럼의 적어도 일 부분을 감지하도록 구성된다. CR(245)에 의해 이용된 스펙트럼 감지 기술의 일 예는 반송파 감지이다. 하지만, 본 발명은 특별한 스펙트럼 감지 기술에 의존하지 않는다. 다른 스펙트럼 감지 기술이 본 발명에서 사용하기에 적합하다. CMAC 실시예에서 CR(245)은 BS(100)로 하여금 채널 점유, 링크 품질 및 RF 스펙트럼에 관련된 다른 채널 파라미터와 같은 통신 채널 상태를 결 정할 수 있게 한다.
본 발명의 일부 실시예에서, CMAC(312)은 CR(245)에 의해 제공된 스펙트럼 정보에 기초한 송수신기(244)를 제어하도록 구성된다 감지된 채널 상태에 응답하여, CMAC(312)는 송수신기(244)를 RF 스펙트럼의 부분들(예컨대, 채널들)로 (또는 부분들로부터) 스위칭한다. 스위칭을 하는 한 가지 이유는 RF 스펙트럼의 허가를 받은 점유 사용자들과의 간섭을 회피하기 위한 것이다.
본 발명의 일부 CMAC 실시예는 유니캐스트(단일 CPE에 어드레스 지정됨), 멀티캐스트(CPE들의 하나의 그룹에 어드레스 지정됨), 및 방송(셀의 모든 CPE에 어드레스 지정됨) 서비스를 지원한다. 특히, 스펙트럼 측정 활동을 할 수 있는 일부 실시예에 있어서는, 멀티캐스트 관리 연결이 이용된다. 본 발명의 일부 실시예는 구현될 클러스터링(clustering) 알고리즘과 공유될 측정 부하를 제공한다. 이들 알고리즘은 파는 사람(vendor)과 애플리케이션에 따라 변한다.
다양한 CMAC 실시예가 BB 네트워크(388)로의 접속을 위해 CPE 사이의 회선 쟁탈(contention)을 제어하는 접속 방식의 조합을 구현한다. 동시에, CMAC(312)는 각 CPE 애플리케이션에 대해 적절한 대역폭을 제공한다. CMAC(312)는 이를 4개의 상이한 타입의 업스트림 스케줄링 메커니즘 중 적어도 1개를 통해 달성한다. 일부 CMAC 실시예에서, 이들 메커니즘은 요청되지 않은(unsolicited) 대역폭 수여(grant), 폴링(polling), 및 회선 쟁탈 절차 중 적어도 1개를 사용하여 구현된다. BS(100)와 CMAC(312)의 일부 실시예는 BB 네트워크(388)로의 접속을 단순화하기 위해 폴링을 이용한다.
폴링은 CPE가 확정 기반의(deterministic basis) 서비스를 수신하는 것을 보장한다. 예컨대, 음성 및 비디오와 같은 실시간 애플리케이션은, 균일한 기반의(uniform basis) 서비스를 선호한다. 다른 때는 이들 애플리케이션이 매우 타이트하게 제어된 스케줄을 선호한다. 이와는 대조적으로, 데이터 애플리케이션은 통상 음성 및 비디오 애플리케이션보다 더 지연에 관대하다. 따라서 회선 쟁탈 기술은 통상 데이터 애플리케이션에서 사용된다. 이는 CPE의 개별 폴링을 회피한다. 회선 쟁탈은 자원을 보존한다는 추가 장점을 가진다. 본 발명의 일부 실시예는 오랜 시간 기간 동안 활동하지 않은 폴링 CPE를 회피한다. 본 발명의 일부 CMAC(312) 실시예는 필요가 생길 때 연결을 동적으로 생성, 삭제 및 변경한다.
스펙트럼 관리자
본 발명의 일 실시예에 따르면, SM(260)은 WRAN(10)에 스펙트럼 관리 능력을 제공한다. 스펙트럼 관리자(260)는 본 발명의 인지 무선(CR) MAC(CMAC) 실시예를 지원한다. 본 발명의 일부 실시예에 따르면, SM(260)은 프로그래밍 가능한 로직 디바이스에 의해 구현된다. SM(260)을 구현하기 위한 다른 하드웨어 및 소프트웨어 디바이스가 예측된다. 그러므로, 본 발명은 SM(260)의 임의의 특정 하드웨어 또는 소프트웨어 구현에 의존하지 않는다.
본 발명의 일부 실시예에서, SM(260)은 인지 무선(245)에 결합되고, 안테나(205)와 같은 감지기를 포함한다. 본 발명의 통상적인 실시예에 있어서, 안테나(205)는 BS(100)에 물리적으로 근접하게 위치한다. 따라서, 스펙트럼 안테나(205)는 BS(100)에 가까운 곳에서 스펙트럼의 파라미터들과 동작 환경을 감지한 다. CR(245)은 안테나(205)에 의해 감지되고 제공된 정보에 기초한 스펙트럼 파라미터 변화를 분석한다. 안테나(205)에 의해 감지되고 SM(260)에 의해 처리된(프로세서는 도시되지 않음) 파라미터들의 예에는, 몇 가지 예를 들면 무선 주파수 스펙트럼 활동, 무선 주파수 스펙트럼 내의 간섭 레벨, CPE 행동, 및 WRAN 상태 정보를 포함하는 그룹으로부터 선택된 파라미터들이 있다.
본 발명의 일 실시예에서, BS(100)의 스펙트럼 관리자(260)는 후보 채널 목록(360)을 유지한다. 본 발명의 일 실시예에서, 후보 채널 목록(360)은 메모리(또한 360으로 표현됨)에 저장된다. 후보 채널 목록(360)을 저장하기 위한 적당한 메모리 장치에는 종래의 랜덤 액세스 메모리(RAM) 타입이 포함되지만 이것에 국한되지는 않는다. 본 발명의 다른 실시예에서, 후보 채널 목록(360)은 채널 목록 정보를 저장하고 갱신하기에 적당한 다른 저장 매체를 포함한다.
후보 채널 목록의 예는 BS(100) 스위칭을 위해 이용 가능한 채널[CHselsect](347)과 같은 적어도 1개의 주파수를 포함한다. 일 실시예에서, 후보 채널 목록(360)은, 적어도 부분적으로 전술한 바와 같은 감지된 스펙트럼 파라미터들에 기초하여 컴파일된다. 본 발명의 일 실시예에서, SM(260)은 높은, 중간인, 및 낮은 선호도 중 하나를 BS(100)의 채널 후보 목록(360)을 포함하는 적어도 1개의 후보 채널에 연관시킨다.
본 발명의 일부 실시예에서, 예컨대 정부(Goverment)에 의해 제공된 지리적인 스펙트럼 상태 정보(GSSI: geographical spectrum state information)가 정보를 SM(260)에 제공한다. SM(260)은 후보 채널 목록(360)을 컴파일하기 위해 GSSI 정보 를 사용한다. 그러한 경우, GSSI는 BS(100)에 의한 동적인 주파수 선택(DFS: dynamic frequency selection)을 위해 입력 정보의 적어도 일부를 제공한다. 본 발명의 일 실시예에서, GSSI는 백본 인터페이스(388)를 통해 베이스 노드(100)에 의해 얻어진다. 본 발명의 다른 실시예에서, BS(100)는 예컨대 안테나(204)와 송수신기(244)에 의해 제공된 공중파 통신 링크를 통해 GSSI를 수신한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, WRAN(10)의 적어도 1개의 BS(100)는 GPS(global positioning system) 수신기(미도시)를 포함한다. GPS 수신기는 BS(100)의 지리적인 위치를 결정하도록 구성된다. GPS 수신기에 의해 결정된 BS(100) 위치 정보는 BS(100)에 의해 중앙집중형 서버에 보내진다. 적당한 중앙집중형 서버는, 예컨대 미국에서의 연방 통신 위원회(FCC: Federal Communications Commission)에 의해 관리된 서버를 포함한다. 중앙집중형 서버는 BS(100)의 영역에서 TV가 점유하지 않은 채널에 대한 정보를 BS(100)에 제공함으로써 응답한다. 그러한 일 실시예에서, 후보 채널 목록(360)은 적어도 부분적으로는 BS(100) 위치 정보를 보내는 것에 응답하여, BS(100)에 의해 수신된 정보에 기초한다.
본 발명의 대안적인 실시예는 WRAN(10)의 셀(26)의 적어도 1개의 CPE(18)에 의한 로컬 스펙트럼 감지에 기초하여 구현된다. 로컬 스펙트럼 감지 실시예에서, CPE(18)는 CPE에 이용 가능한 채널을 감지하도록 구성된 적어도 1개의 로컬 스펙트럼 감지기를 포함한다. 본 발명의 일부 실시예에 따르면, BS(100)는 후보 채널 목록(360)을 포함하는 채널을 결정하기 위해, GPS의 다양한 조합, CPE에 의한 로컬 스펙트럼 감지, 및 다른 접근을 이용한다.
본 발명의 실시예에서, 스펙트럼 관리자(260)는 또한 감지기(205)에 의해 감지된 파라미터에 관해 사용자 특정된 스펙트럼 분석 알고리즘을 수행하기 위해, 인지 무선(245)에 결합된 프로세서(미도시)를 포함한다. 예컨대, 본 발명의 일 실시예에서 SM(260)은 감지된 파라미터에 기초한 간섭 상황(예컨대, 점유자 또는 다른 802.22 셀들이 있는)을 검출하도록 구성된다. 그러한 경우, SM(260)은 간섭 상황의 검출을 표시하기 위해 MAC(312)에 신호를 제공한다. MAC(312)은 충돌하는 상황을 해결하기 위해 BS(100)에 의한 적절한 행동을 개시한다.
일부 경우, BS(100)에 대한 적절한 행동은 채널 스위치를 수행하는 것이다. BS(100)가 통신을 확립하고 BS(100)에 의해 현재 사용중인 채널을 본 명세서에서는 현재 동작중인 채널(Cop: current operating channel)이라고 부른다. 그러므로, 제 1 채널은 본 발명의 일부 실시예에서 현재 동작중인 채널을 포함한다. 제 2 채널은 BS(100)가 스위칭하고자 하는 채널이다. 그러므로, 제 2 채널은 본 발명의 일부 실시예에서 후보 채널 [CHselect]을 포함한다.
본 발명의 실시예는 현재 동작중인 채널의 점유자가 사용하는 것과의 간섭을 회피하도록 스위칭용 채널을 선택하기 위한 동적 주파수 선택(DFS) 기술을 이용한다. DFS 기술은 동작중인 채널에서의 채널 상태에 응답하여 대안적인 채널 [CHselect]을 선택한다. 일부 경우, 감지된 파라미터는 동작중인 채널 상에서의 점유자의 도착을 표시한다. 그러한 경우, SM은 BS(100)의 동작을 위해 새로운 채널 [CHselect]을 선택함으로써, 그러한 변화에 동적으로 응답한다.
본 발명의 일부 실시예는 채널 충돌 회피를 위한 주파수 호핑을 지원한다. 주파수-호핑은 복수의 주파수 채널 중에서 무선 주파수 캐리어를 스위칭함으로써, 무선 주파수 신호들을 송신하는 방법이다. 주파수 호핑은, 예컨대 대역 내 침묵 기간(in-band quiet period)을 회피하기 위해 이용된다. 주파수 호핑에 대한 또다른 애플리케이션은 음성 트래픽과 같은 일정한 트래픽 타입에 더 나은 서비스의 품질(QoS)을 제공하는 것이다. 본 발명은 이들 다른 주파수 호핑 애플리케이션 각각에서 사용하기에 적합하다.
채널을 스위칭하기 위해(즉, 주파수 호핑), SM(260)은 채널 선택 기준에 기초하여 CHselect를 선택한다. 채널 선택 기준에는 BS와 연관된 CPE의 개수, BS로부터의 평균 CPE 범위, 및 이용 가능한 채널 상의 트래픽 타입이 포함되지만 이들에 국한되지는 않는다. SM(260)에 응답하여, MAC(312)은 MAC(312)의 송수신기 제어기(288)를 통해 BS(100)에 대한 채널 스위치를 개시한다. 예시적인 스위칭 동작의 한 단계에 따르면, MAC(312)은 제어기(288)를 통해 송수신기(244)에 CHselect를 제공한다.
본 발명의 하나의 주파수 호핑 실시예에 따르면, BS(100)는 CPE와의 통신을 위해 적어도 2개의 채널을 유지한다. 제 1 채널은 동작중인 채널(Cop)을 포함한다. 제 2 채널은 후보 채널(Cca)을 포함한다. BS(100)는 동작중인 채널(Cop) 상에서 동작한다. 하지만, BS(100)는 그것이 동작중인 채널(Cop)을 감지할 때, 후보 채널(Cca)로 스위칭한다. 본 발명의 일부 실시예에서, BS(100)는 또한 감지 동작 동안 동작중인 채널(Cop)의 이웃하는 채널들을 감지한다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, BS(100)가 그것의 현재 동작중인 채널(Cop)을 감지하기를 원할 때, BS(100) 는 채널 스위치와 감지 메시지(CSS)를 연관된 CPE(18)에 보낸다.
BS(100)는 데이터를 CPE로 송신하고 다른 시그널링 동작을 위해 후보 채널(Cca)로 스위칭한다. 동시에, BS(100)는 동작중인 채널(Cop)을 감지한다. Cop를 감지한 후, Cop에서 동작중인 어떠한 점유자나 다른 BS가 없다면, BS(100)는 동작중인 채널(Cop)에 다시 스위칭한다. 하지만, BS(100) 및 다른 BS(미도시)는 일부 상황에서 동일한 채널(Cop)로 주파수 호핑할 수 있다. 예컨대 BS(100)와 또다른 BS 주파수는 2개의 BS가 충돌을 검출할 수 있기 전에, 동일한 Cop로 호핑할 수 있다. 그러한 경우, 채널(Cop) 상에서는 충돌이 일어난다. 본 발명의 실시예에 따르면, CMAC(312)의 제어기(288)는 이러한 타입의 충돌 문제를 회피한다.
서브유닛( SUBUNITS ) 330, 333
도 3에 예시된 것처럼, MAC(310, 311, 312) 중 적어도 1개는 백본 인터페이스(388)에 의해 적어도 1개의 백본 네트워크에 결합된다. 백본 인터페이스(388)는 BS(100)의 더 높은 레벨의 유닛(330, 333)을 포함한다. BS(100)의 백본 인터페이스(388)에 의해 2개 이상의 네트워크 유닛 기술이 지원 가능하다. 본 발명의 실시예에 따르면, BS(100)의 적어도 1개의 더 높은 레벨 유닛이 인터넷 프로토콜(IP) 통신 링크를 구현한다. 그러므로 본 발명의 일부 실시예에 따르면, 백본 인터페이스(388)가 BS(100)를 인터넷에 결합한다. 본 발명의 일 실시예에서, 백본 인터페이스(388)가 이더넷 케이블에 의해 인터넷 서비스 제공자(ISP) 백본 네트워크에 결합된다. 그러한 식으로, CPE(18)(도 1과 도 2에서 예시된)에 의해 인터넷(111)에 접속하기 위한 인터넷 서비스가 BS(100)에 의해 제공된다.
본 발명의 다른 실시예에서는, 백본 인터페이스(388)가 백본 인터페이스(388)와 위성 송수신기 장비에 의해 확립된 위성 통신 링크를 통해 {예컨대, 도 2의 위성(212)}에 무선으로 BS(100)를 결합한다. 백본 인터페이스(388)를 포함하는 송신 매체의 다른 실시예에는 광섬유 결합 및 마이크로웨이브 포인트 투 포인트 송신 장치에 의한 결합이 포함되지만 이들에 국한되는 것은 아니다.
채널 충돌 회피
도 4는 충돌 시나리오를 예시하기 위한 기지국인 BS(401)와 BS(402)의 2가지 예를 도시한다. 제 1 BS(401)와 제 2 BS(402)는 각각의 시간선(410, 420) 상에 표시된 시간에 아래 설명된 행동을 수행한다. 시간선(410, 420)에 있어서, 화살표의 방향으로 시간(t)이 진행된다.
BS(410)에 대한 동적 주파수 호핑(DHF) 동작 기간은 표지(421, 422) 사이의 시간선(410)을 따라 표시된 제 1 시간 기간을 포함한다. BS(401)에 대한 제 2 DFH 동작 기간은 표지(422)와 표지(423) 사이에 표시된다. BS(402)에 대한 DFH 동작 기간의 예는 표지(451)와 표지(452) 사이의 시간선(420)을 따라 표시된 제 1 BS(402) 시간 기간을 포함한다. BS(402)에 대한 제 2 DFH 동작 기간은 표지(452)와 표지(453) 사이에 표시된다.
시간선(410)의 시작에서, BS(401)는 채널(표시되지 않음) 상에서 동작한다. 431로 표시된 시간에, BS(401)는 채널 A가 이용 가능함을 확인한다. 시간(421)에, BS(401)는 채널 A 상에서의 동작을 개시한다. 동시에 BS(401)는 채널 A 상에서 동작하고, BS(402)는 n이 단일 채널 증분(increment)이고 N이 감지될 채널의 개수인 채널([0, A-n], [A+n, N])을 감지한다. 시간선(420)의 시작에서, BS(402)는 예컨대 채널 X(도시되지 않음) 상에서 동작한다. 441로 표시된 시간에서, BS(402)는 상이한 채널인 채널 D가 이용 가능하다는 것을 확인한다. 451의 시간에서는, BS(402)가 채널 D 상의 동작을 개시한다. BS(402)가 채널 D 상에서 동작하는데 반해, BS(402)는 채널([0, D-n], [D+n, N]) 상에서 감지한다.
BS(401)는 시간(433)에서 채널 C의 이용도를 검출한다. BS(402)는 시간(442)에서 채널 C의 이용도를 검출한다. 도 4에 예시된 것처럼, BS(401)의 채널 C 유효 시간은 BS(402)의 채널 C 유효 시간에 시간상으로 가깝다. 이 경우, BS(401)와 BS(402)가 그것들의 다음 DFH 동작 기간(각각 422, 452)에서 사용될 채널 C를 각각 독립적으로 선택하게 되는 것이 가능하다. BS(401)와 BS(402)의 DFH 동작 기간은 서로 중복된다. BS(401)와 BS(402) 모두 그것들의 중복된 DFH 동작 기간에서 채널 C로 호핑한다면, 채널 C 상의 충돌이 일어난다. 채널-사용 충돌이 일어나는 것은, BS(401)나 BS(402) 어느 것도 다른 것에 의해 선택된 주파수에 대하여 알지 못한다는 사실로 인한 것이다. 통상적으로, 그러한 채널-사용 정보는 오직 잠재적인 충돌 채널이 실제로 사용중일 때, 인지 무선에 의해 검출된다.
이러한 충돌 문제에 대한 한 가지 제안된 해결책이 도 5에 예시되어 있다. 이 해결책은 동적 채널 선택(DFS) 통보를 통해 채널 정보를 송신하고 수신하는 것에 의존한다. DFS 통보는 선택된 채널을 다른 BS와 WRAN에 통지하기 위해, WRAN의 스위칭 BS로부터 WRAN의 다른 BS에 송신되어야 한다. 도 5는 동작을 위해 주파수를 선택하고 새로운 채널로 스위칭하기 위해, WRAN 시스템의 제 1 BS에 대한 방법의 일 예를 예시한다. 이 방법은 단계(501)에서 제 1 BS의 정상적인 동작에서 시작한다. 제 1 BS는 단계(503)에서 예시된 것처럼 다음 호핑 주파수를 선택한다.
제 1 BS는 그것의 선택된 다음 주파수를, 단계(505)에서 또다른 WRAN의 BS와 같은 다른 BS에 통보한다. 통보는 먼저 본 발명의 일부 실시예에서 제 1 BS가 다른 WRAN에 메시지를 송신함으로써 이루어진다. 단계(505)에서 통보를 송신한 후, 단계(507, 513)에 예시된 것처럼, 제 1 BS가 미리 결정된 지연 기간을 기다린다. 본 발명의 일 실시예에서, 고정된 지연 기간이 대기 단계(507) 동안 지연 타이머에 의해 카운트된다. 지연 타이머가 고정된 지연을 카운트하는 동안, 제 1 BS가 다른 WRAN 국들의 BS와 같은 다음 BS로부터 채널 통보의 충돌을 듣게 된다. 지연 타이머가 단계(513)에서 제 1 BS에 의해 수신된 통보의 충돌이 없는 채로 시간 종료되면, 제 1 BS가 단계(515)에서 예시된 것처럼, 선택된 다음 채널로 호핑(스위칭)할 준비가 된다. 그러한 경우, 이 방법은 단계(517)에서 종료된다.
제 1 BS가 제 1 BS에 의해 선택된 동일한 다음 주파수를 통보하는 제 2 BS로부터의 DFS 통보를 수신하면, 단계(509)에서 충돌이 검출된다. 양 BS가 호핑을 위해 동일한 주파수를 선택하였으므로, 양 BS가 그것들의 통보된 주파수로 호핑한다면 충돌이 존재하게 된다.
그러한 경우, 이 방법은 단계(511)로 진행한다. 단계(511)에서는 제 1 BS가 그것 자체의 DFS 통보 타임스탬프(timestamp)를 제 2 BS의 DFS 통보의 타임스탬프와 비교한다. 제 2 BS 타임스탬프가 제 1 BS 타임스탬프보다 나중에 오는 것이면, 제 1 BS가 대기 기간이 만료된 후 다음 DFS 동작 기간에 그것의 선택된 다음 주파 수로 진행한다. 제 2 BS 타임스탬프가 제 1 BS 타임스탬프보다 더 일찍 나오는 것이라면, 제 1 BS가 단계(503)로 되돌아가 호핑을 위해 상이한 다음 주파수를 선택한다. 그 다음, 이 방법은 새롭게 선택된 다음 주파수에 대해 반복된다.
도 5에 예시된 방법은 결점을 가진다. 이 방법의 성공적인 이용은 각각의 다른 것들의 DFS 통보를 신뢰할 수 있게 수신 및 디코딩하도록 이웃하는 BS에 의존한다. 때때로, 상태가 DFS 통보의 송신 및 수신의 신뢰성과의 간섭이 일어난다. 그렇게 되는 경우 제 1 BS와 제 2 BS 사이의 충돌이 한 채널 상에서 일어나는 것이 가능하다. 그러므로, BS 사이의 메시지 송신에 의존하지 않고 그러한 충돌 문제를 회피하는 시스템 및 방법이 바람직하다.
채널 충돌 문제에 대한 해결책
전술한 채널 충돌 문제에 대한 해결책이 본 발명의 실시예에 따른 장치에 의해 제공된다. 이들 실시예는 도 6에 추가로 예시된다. 본 발명의 실시예는 채널 충돌을 회피하기 위해, BS 사이의 메시지 송신 및 수신에 의존하지 않는다. 도 6은 도 2와 도 3에 예시된 본 발명의 추가 세부 사항을 예시한다. 도 3에 관해 전술한 바와 같이, 도 6은 적어도 1개의 WRAN(10)을 포함하는 본 발명의 실시예를 예시한다. WRAN(10)은 적어도 1개의 셀을 포함한다. 하나의 셀은 적어도 1개의 BS(100)를 포함한다. BS(100)는 적어도 1개의 백본 네트워크(388)에 결합된 적어도 1개의 PHY/MAC 모듈(306)을 포함한다. PHY/MAC 모듈(306)은 적어도 1개의 CPE(도 2에 가장 잘 예시됨)와의 공중파 인터페이스를 통해 통신하기 위해, 적어도 1개의 송신/수신 안테나(204)에 또한 결합된다. 본 발명의 실시예에 따르면, PHY/MAC 모 듈(306)은 다른 WRAN 셀의 다른 BS와 통신하도록 구성된다.
PHY/MAC 모듈(306)은 적어도 1개의 PHY 유닛(322)을 포함한다. PHY 유닛(322)은 적어도 1개의 RF 송수신기 안테나(204)에 결합된 적어도 1개의 송수신기(244)를 포함한다. PHY 유닛(322)의 송수신기(244)는 아날로그 섹션(614)과 디지털 기저대역 섹션(616)을 포함한다. 송수신기(244)는 공중파와 같은 무선 통신 매체를 통해 무선 주파수 스펙트럼의 적어도 일부 상에서 무선 주파수 신호들을 송신 및 수신하도록 동작 가능하다. 아날로그 유닛(614)은 통상적인 무선 주파수 송수신기 프론트 엔드를 포함한다. 예컨대, 아날로그 유닛(614)은 안테나(204)를 통해 송신 및 수신된 RF 캐리어 신호들에 대한 신호 증폭기, 변조기 및 복조기와 같은 종래의 프론트 엔드 회로들을 제공한다.
본 발명의 일 실시예에서, 아날로그 유닛(614)은 양 방향(full-duplex) 모드에서 무선 신호를 송신 및 수신하도록 동작 가능하다. 본 발명의 대안적인 일 실시예에서, 아날로그 유닛(614)은 송신 채널 상에서 송신하고 수신 채널 상에서 수신하도록 동작 가능하다. 그러한 실시예에서, 송신하고 수신하는 채널들은 상이한 채널들이다.
송수신기 244 - 수신 모드
신호는, 예컨대 CPE(18)(도 2에 예시됨)로부터 BS(100)로 송신된다. 도 6에 예시된 것처럼, 수신 모드에서 BS(100)는 CPE로부터 신호를 수신하고 백본 네트워크(388)에 수신된 신호에서 표현된 정보를 제공한다. 이를 달성하기 위해, 송수신기(244)는 안테나(204)로부터 변조된 RF 신호를 수신한다. 이 송수신기(244)는 하 향 변환된(down converted) 아날로그 신호를 기저-대역 유닛(616)에 제공한다. 기저-대역 유닛(616)은 아날로그 유닛(614)으로부터 하향 변환된 아날로그 신호를 수신하고, 그 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환한다.
본 발명의 OFDM 구현예에 따르면, 송수신기(244)는 OFDM 신호를 수신한다. 시간 영역 신호는 그 시간 영역 신호를, 하위-채널 데이터가 추출되고 QAM 값들이 디코딩되는 주파수 영역 신호로 변환하기 위해, 송수신기(244)의 고속 푸리에 변환기(미도시)에 의해 처리된다.
본 발명의 일 실시예에서, 기저-대역 유닛(616)은 아날로그 유닛(614)으로부터 단일 입력 기저-대역 신호를 수신한다. 기저-대역 유닛(616)은 아날로그 신호를 디지털 신호로 전환한다. 기저-대역 유닛(616)은 통상적으로 기저 대역 프로세서(미도시)를 포함한다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 기저 대역 프로세서는 출력(605)에서 단일 비트 스트림을 CMAC(312)에 제공하기 위해, 복수의 하위-대역 입력 디지털 기저-대역 신호로서 단일 입력 디지털 기저-대역 신호를 처리한다. 본 발명의 일 실시예에서, 기저-대역 유닛(616)은 디지털 필터(미도시)를 포함한다. 디지털 필터는 디지털 기저-대역 신호를 하위-대역 디지털 기저 대역 신호들로 분리한다. 기저-대역 유닛(616)의 출력(605)은 CMAC 유닛(312)에 결합된다. CMAC 유닛(312)은 그 신호들을 백본 인터페이스(388)에 제공한다.
송신 동작
도 6에 예시된 실시예에서, CMAC 유닛(312)은 송수신기 제어기(288)를 포함한다. 송신 동작 동안, 디지털 기저-대역 유닛(616)이 CMAC 유닛(312)으로부터 출 력 통신 비트 스트림을 수신한다. 기저-대역 유닛(616)은 그 통신 비트 스트림을 인코딩한다. 기저-대역 유닛(616)은 디지털 기저-대역 신호를 송수신기(244) 아날로그 섹션(614)에 제공한다.
PHY 유닛(322)과 송수신기(244)의 다양한 실시예는 종래의 직교 주파수 분할 다중화(OFDM) 기술을 구현한다. 이들 실시예에서, 디지털 기저-대역 유닛(616)은 복수의 하위-채널에서 CMAC(312)에 의해 제공된 디지털 데이터를 인코딩하도록 구성된다. 본 발명의 일 실시예에서, 하위채널들은 IEEE 802.22 WRAN 규격에서 정의된 하위-채널들을 포함한다. 본 발명의 일 실시예에서, PHY(322)는 또한 종래의 직교 진폭 변조(QAM)에 대해 구성된 변조기(미도시)를 포함한다. 그러한 경우 진폭 및 위상은 함께 인코딩된 데이터를 나타낸다.
일 실시예에서, CMAC(312) 하위-채널 데이터는 시간 영역 신호에서 하위-채널 데이터를 조합하기 위해 PHY(322)의 역 고속 푸리에 변환 유닛(미도시)에 의해 처리된다. 시간 영역 신호는 각 하위-채널의 하위-채널 스페이싱(spacing)이나 대역폭들의 합과 실질적으로 같은 주파수 대역폭을 커버한다. 이후 이 시간 영역 신호는 BS(100)의 동작 주파수(Cop) 상에서 안테나(204)에 의해 송신된다.
본 발명의 일 실시예에서, CMAC(312)는 송수신기(244)에 의해 현재 동작 중인 채널로부터 다음 채널로 스위칭하는 것을 개시한다. 본 발명의 실시예에 따르면, 송수신기(244)의 혼합기가, 채널을 스위칭하도록 CMAC(312)에 의해 제공된 신호들에 응답하여 조정된다.
인지 MAC
본 발명의 일 실시예에 따르면, PHY/MAC 모듈(306)의 MAC(312)은 인지 MAC(CMAC) 유닛을 포함한다. 본 발명의 일부 실시예에 따르면, CMAC 유닛(312)이 인지 무선(245)에 결합된다. 본 발명의 다른 실시예에서는, PHY(322)의 송수신기(244)가 인지 무선 송수신기를 포함한다. 도 3에 관해 위에서 논의된 것처럼, CR(245)은 본 발명의 일 실시예에서 스펙트럼 관리자를 포함한다. 도 3과 도 6에 예시된 실시예에서, CR(245)은 후보 채널 목록(360)을 유지한다.
CMAC 유닛(312)은 송수신기(244)의 채널 스위칭을 제어하기 위해 PHY(322)의 송수신기(244)에 결합된 송수신기 제어기(288)를 포함한다. 본 발명의 일 실시예에서, 송수신기 제어기(288)는 랜덤 지연 회로(RDC)(659)를 포함한다. 본 발명의 일 실시예에서, RDC(659)는 랜덤 대기 타이머(445), 난수 발생기(447) 및 프로세서(603)를 포함한다.
동작 예에서, CR(245)은 RF 스펙트럼의 부분들을 감지한다. CR(245)이 BS(100)의 현재 동작중인 채널(Cop)에서 점유중인 사용자 또는 다른 WRAN BS를 검출하면, BS(100)는 후보 채널 목록(360)으로부터 채널(CHselect)(347)을 선택한다. 본 발명의 일부 실시예에 따르면, CHselect(347)는 채널 후보 목록(360)을 포함하는 채널의 목록으로부터 랜덤하게 선택된다. 본 발명의 대안적인 실시예에 따르면, CHselect(347)는 스펙트럼 관리자(260)(도 3에서 가장 잘 예시됨)의 프로세서에 의해 실행된 사용자 정의된 선택 알고리즘에 기초하여 선택된다.
CHselect(347)가 선택되는 방법에 관계없이, CHselect 선택시, RDC(659)는 랜덤 대기 시간(tRwait)을 결정한다. 본 발명의 일 실시예에서, RDC(659)는 난수 발생기(RNG)(447)를 포함한다. 그 경우, RDC(659)의 프로세서(603)가 난수 발생기(447)에 의해 제공된 난수에 기초하여 tRwait를 결정한다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, CMAC는 RNG(447)에 의해 제공된 난수와, 추가로 최소 대기 시간[tmin]에 기초해서 tRwait를 결정한다. 본 발명의 일 실시예에서, [tmin]은 채널 스위치 통보가 BS(100)로부터 그것의 연관된 CPE로 송신될 시간으로 결정된다.
본 발명의 다른 실시예에서, CMAC(312)는 RNG(447)에 의해 발생된 난수와 최대 대기 시간[tmax]에 기초하여 tRwait를 결정한다. 본 발명의 일부 실시예에서, 프로세서(603)는 RNG(447)에 의해 발생되고, 또한 [tmin]과 [tmax]에 의해 정의된 창 내에 있도록 선택된 된 난수에 기초하여 tRwait를 선택한다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, RDC(659)는 타이머(445)의 만료 시간으로서의 tRwait를 가지고 대기 타이머인 RWT(445)를 시작한다.
BS(100)가 CHselect로 스위칭하기 전에, 인지 무선(245)이 채널 후보 목록(360)의 마지막 갱신 후 도착하는 다른 WRAN 시스템들로부터의 신호와 점유중인 신호에 대해 CHselect를 감지한다. 채널 CHselect가 tRwait의 만료시 여전히 휴지 상태/이용 가능한 상태에 있다면, 제어기(288)는 신호를 송수신기(244)에 제공하여 Cop로부터 CHselect로 채널을 변경한다. 하지만, CR(245)이 CHselect에서의 다른 WRAN 시스템이나 점유중인 신호들을 검출하게 되면, CMAC(312)이 후보 채널 목록(360)(또는 이전 Cop가 점유자에 의해 점유되지 않는다면 그 이전의 Cop)으로부터 또다른 채널인 CHselect를 선택한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, CMAC(312)은 아날로그 유닛(614)과 기저-대역 유닛(616)의 특징을 조정하기 위한 제어 신호를 제공하여, 송수신기(244)를 제 1 채널로부터 제 2 채널로 스위칭한다. 예컨대, 아날로그 회로(614)의 중심 주파수와 대역폭 및 디지털 기저-대역 유닛(616)의 특징은 CMAC(312)에 의해 조정되어, 동작중인 채널(Cop)로부터 선택된 채널(CHselect)로 스위칭한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, CMAC(312)은 IEEE 802.11 표준에 따라 매체 접속 제어기에 의해 예증된 종래의 기능들을 구현하는 회로들을 포함한다. 하지만, 종래의 매체 접속 제어기와는 대조적으로, 본 발명의 CMAC(312)는 본 발명의 다양한 실시예를 구현하는 송수신기 제어기(288)를 포함한다. 제어기(288)는 랜덤 지연 회로(659)를 포함한다. 랜덤 지연 회로(659)는 난수 발생기(447), 프로세서(603) 및 타이머(445)를 포함한다. 제어기(288)는 BS(100)가 제 1 채널로부터 제 2 채널로 스위칭할 때 채널 충돌을 회피한다.
본 발명의 일 실시예는 DFS 통보를 송신 또는 수신할 필요없이, 충돌을 회피한다. 본 발명의 이러한 실시예에 따른 방법이 도 7의 흐름도에서 예시된다. 도 7에 예시된 실시예에 따른 방법은 이웃하는 기지국으로의 채널 변경을 통보할 필요없이, 채널 충돌을 회피한다. 이 방법의 단계들은 다음과 같다. 단계(701)에서 WRAN(10)의 BS(100)는 동작중인 채널(Cop)에서 동작한다. 단계(702)에서, 스펙트럼 관리자를 포함하는 인지 무선이 동작중인 채널을 감지하여 채널 스위칭 기준이 충족되는지를 결정한다. 채널 스위치 기준의 일 예는 동작중인 채널(Cop) 상의 점유자의 감지된 도착이다. 점유자의 도착이 동작중인 채널 상에서 감지되면, BS(100)는 단계(704)에서 스위칭을 위한 새로운 주파수 (CH select) 주파수를 선택한다.
단계(705)에서는, 랜덤 지연 시간이 발생된다. 본 발명의 일 실시예에서, 랜덤 지연 시간을 발생시키는 단계는 난수를 발생시키는 단계에 의해 수행된다. 본 발명의 방법의 일 실시예에서, 단계(705)에서의 랜덤 지연 시간은 난수 발생기에 의해 발생된 난수에 기초한다. BS(100)는 단계(706)에서 랜덤 지연 시간의 만료를 기다린다. 본 발명의 일 실시예에서, 대기 단계(706) 동안, 선택된 채널이 랜덤 지연 시간의 만료에 의해 여전히 이용가능한지를 결정하기 위해 선택된 채널(CHselect)을 감지하는 단계를 개시한다.
본 발명의 일 실시예에서, 대기 단계는 지연 타이머를 설정하는 단계에 의해 수행된다. BS(100)는 단계(706)에서 표시된 것처럼, 단계(711)에 표시된 것과 같이 랜덤 지연 타이머가 시간 종료되기를 기다린다. 선택된 채널(CHselect)이 사용중이라면, BS(100)는 단계(709)의 실행을 종료하고, 스위칭을 위한 새로운 주파수를 선택하기 위해 단계(704)로 넘어간다. 단계(706, 707, 708)가 새로운 주파수에 대해 반복된다.
본 발명의 일 실시예에서, BS(100)는 선택된 채널이 여전히 이용 가능한지를 결정하기 위해, 선택된 채널(CHselect)을 감지한다. 본 발명의 일 실시예에서, BS(100)는 동작 중인 채널(Cop) 상에서 통신하는 단계를 수행함과 동시에 BS(100) 는 감지 단계를 수행한다. 본 발명의 대안적인 일 실시예에서, BS(100)는 랜덤 대기 타이머가 시간 종료되기 전의 시간에서 선택된 채널(CHselect)을 감지한다. 선택된 채널(CHselect)이 사용 중이라면, BS(100)는 단계(704)로 건너가 스위칭을 위한 새로운 주파수를 선택한다. 단계(706, 707, 708)가 새롭게 선택된 주파수에 대해 반복된다.
단계(707)에서 선택된 채널(CHselect)이 감지되고 점유되지 않은 것으로 결정된다면, BS(100)는 랜덤 대기 타이머가 시간 종료될 때 선택된 채널로 스위칭하고 프로세스는 단계(713)에서 종료된다. 본 발명의 시스템에서 각각의 WRAN이 스위칭 지연을 제공하기 위해 난수를 발생시키기 때문에, 동시에 동일한 채널로 2개의 BS가 스위칭할 가능성은 무시 가능하다. 그러므로, 감지 단계(707) 동안 더 긴 랜덤 지연 시간을 지닌 BS가 더 짧은 랜덤 지연 시간을 지닌 BS의 존재를 검출하기 쉽다.
본 발명의 일 실시예에서, BS(100)는 랜덤 대기 타이머가 시간 종료된 후 시간에서 선택된 채널(CHselect)을 감지한다. 대안적인 일 실시예에서, BS(100)는 동작중인 채널(Cop) 상에서의 CHselect의 선택을 공시한다.
전술한 본 발명의 실시예는 하드웨어 요소와 소프트웨어 요소의 조합으로서 구현될 수 있다. 당업자에게는 특별한 동작 요구조건과 환경에 맞추기 위한 다양한 다른 수정예와 변경예가 분명해지므로, 본 발명은 본 개시물의 목적상 선택된 예들에 국한되는 것으로 간주되지 않고, 본 발명의 실제 사상과 범주로부터 벗어난 것을 만들어내지 않는 모든 변경예와 수정예를 포함한다. 이렇게 설명된 본 발명에 대해 본 특허 명세서에 의해 보호받고자 하는 것은 이후 첨부된 청구항에 나타나 있다.
전술한 바와 같이, 본 발명은 무선 네트워크, 특히 WRAN에서 채널 스위칭을 제어하는 것이 필요한 분야에 이용 가능하다.

Claims (25)

  1. 매체 접속 제어기(medium access controller; MAC)를 포함하는 무선 통신 네트워크(wireless communication network)의 노드에서 송수신기의 제 1 채널로부터 제 2 채널로의 스위칭 동작을 지연시키기 위해 사용되는 랜덤 지연 회로(random delay circuit; RDC)에 있어서,
    난수(random number)를 제공하기 위한 난수 발생기; 및
    상기 난수에 기초한 랜덤 지연 시간(trwait)이 제공되는 대기 타이머를 포함하고,
    상기 랜덤 지연 시간(trwait)은 상기 송수신기에 상기 제 1 채널로부터 상기 제 2 채널로 스위칭하는 지연 스위칭 시간을 제공하기 위해 사용되고,
    상기 송수신기는 WRAN(wireless regional area network)의 기지국(BS)의 일부이고,
    상기 기지국은 상기 랜덤 지연 시간(trwait)만큼 지연된 시간 이후에 이용가능한 채널들을 감지하고,
    상기 송수신기는 상기 제 2 채널이 상기 이용가능한 채널들에 포함되는 경우에만 상기 제 1 채널로부터 상기 제 2 채널로 스위칭하는, 랜덤 지연 회로.
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  10. 제 1항에 있어서,
    상기 랜덤 지연 시간(trwait)은 상기 난수에 기초하여 최대 대기 시간(tmax)과 최소 대기 시간(tmin) 사이의 범위에 포함되는,
    랜덤 지연 회로.
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