KR101542659B1 - 스펙트럼 센싱을 통한 일차 사용자의 신호 존재 여부를 결정하는 방법 및 스펙트럼 센싱 장치 - Google Patents

스펙트럼 센싱을 통한 일차 사용자의 신호 존재 여부를 결정하는 방법 및 스펙트럼 센싱 장치 Download PDF

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Abstract

스펙트럼 센싱을 통한 일차 사용자의 신호 존재 여부를 결정하는 방법은 스펙트럼 센싱 구간을 동일한 크기를 갖는 복수 개의 서브 구간으로 구분하는 단계, 복수 개의 서브 구간에 대해 에너지 검파를 수행하는 단계 및 각 서브 구간에 대한 일차 사용자의 신호 유무 및 각 서브 구간에 대한 검정 통계량을 기준으로 스펙트럼 센싱 구간에 일차 사용자의 신호가 존재하는지 여부를 결정하는 단계를 포함한다.

Description

스펙트럼 센싱을 통한 일차 사용자의 신호 존재 여부를 결정하는 방법 및 스펙트럼 센싱 장치{DETERMINING METHOD FOR PRESENCE OF PRIMARY USER'S SIGNAL USING SPECTRUM SENSING AND SPECTRUM SENSING APPARATUS}
이하 설명하는 기술은 스펙트럼 센싱을 통해 일차 사용자의 신호가 존재하는지 여부를 결정하는 방법 및 이 방법을 사용하는 스펙트럼 센싱 장치에 관한 것이다.
동적 스펙트럼 할당에 기반한 인지무선 통신은 (cognitive radio: CR) 주파수 자원 부족 문제에 대한 해결책 중 하나로 크게 주목받고 있다. 인지무선 통신 시스템은 일차 사용자에게 할당된 스펙트럼 대역에서, 일차 사용자의 신호가 존재하지 않을 때 이차 사용자가 해당 스펙트럼 대역에서 통신을 수행한다. 따라서 일차 사용자의 존재를 정확하게 검출하기 위한 스펙트럼 센싱 기법은 인지무선 통신 시스템에 있어서 매우 중요한 요소이다.
대표적인 스펙트럼 센싱 기법은 에너지 검파 기법이 (energy detection)있다. 에너지 검파 기법은 구현이 간단하고, 일차 사용자의 신호에 대한 사전 정보를 필요로 하지 않는다는 장점을 가진다.
스펙트럼 센싱 기법들은 대부분 센싱 구간 동안 일차 사용자의 신호가 존재하거나 존재하지 않는 두 가지 경우만을 가정한 상황에서 연구되었다.
한국공개특허 제2013-0008065호 한국공개특허 제2010-0037786호
그러나 실제 인지무선통신 시스템에서는 센싱 구간 동안 일차 사용자의 신호가 임의로 중간에 들어오거나 나가는 일차 사용자의 트래픽이 발생할 수 있다. 이와 같은 트래픽 발생은 종래 스펙트럼 센싱 방법의 성능을 떨어뜨린다.
이하 설명하는 기술은 스펙트럼 센싱 구간을 복수 개로 구분하여 복수의 구간에 대한 일차 사용자의 신호의 존재 여부 및 검정 통계량을 이용하여 일차 사용자의 신호 존재 여부를 결정하고자 한다.
이하 설명하는 기술의 해결과제는 이상에서 언급된 것들에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 해결과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 과제를 해결하기 위한 스펙트럼 센싱을 통한 일차 사용자의 신호 존재 여부를 결정하는 방법은 스펙트럼 센싱 구간을 동일한 크기를 갖는 복수 개의 서브 구간으로 구분하는 단계, 복수 개의 서브 구간에 대해 에너지 검파를 수행하는 단계 및 각 서브 구간에 대한 일차 사용자의 신호 유무 및 각 서브 구간에 대한 검정 통계량을 기준으로 스펙트럼 센싱 구간에 일차 사용자의 신호가 존재하는지 여부를 결정하는 단계를 포함한다.
복수 개의 서브 구간은 센싱하는 시간을 기준으로 순서에 따라 서브 구간 1부터 서브 구간 N까지로 구분될 수 있다.
서브 구간이 N개인 경우, 결정하는 단계는 서브 구간 N에 일차 사용자의 신호가 없다면 스펙트럼 센싱 구간에는 일차 사용자의 신호가 없는 것으로 결정하고, 서브 구간 N에 일차 사용자의 신호가 있다면 스펙트럼 센싱 구간에는 일차 사용자의 신호가 있는 것으로 결정할 수 있다.
서브 구간 1 및 서브 구간 N에 모두 일차 사용자의 신호가 있는 경우, 서브 구간 1의 검정 통계량(T1)과 서브 구간 N의 검정 통계량(TN)을 비교하여 T1이 TN보다 크다면 스펙트럼 구간에는 일차 사용자의 신호가 없는 것으로 결정하고, T1이 TN 이하이면 스펙트럼 센싱 구간에는 일차 사용자의 신호가 있는 것으로 결정할 수 있다.
서브 구간이 2개인 경우, 결정하는 단계는 서브 구간 2에 일차 사용자의 신호가 없다면 스펙트럼 센싱 구간에는 일차 사용자의 신호가 없는 것으로 결정하고, 서브 구간 2에 일차 사용자의 신호가 있다면 스펙트럼 센싱 구간에는 일차 사용자의 신호가 있는 것으로 결정할 수 있다.
서브 구간 1 및 서브 구간 2에 모두 일차 사용자의 신호가 있는 경우, 서브 구간 1의 검정 통계량(T1)과 서브 구간 2의 검정 통계량(T2)을 비교하여 T1이 T2보다 크다면 스펙트럼 구간에는 일차 사용자의 신호가 없는 것으로 결정하고, T1이 T2 이하이면 스펙트럼 센싱 구간에는 일차 사용자의 신호가 있는 것으로 결정할 수 있다.
본 발명의 다른 측면에서 스펙트럼 센싱 장치는 수신기 또는 기지국은 동일한 크기를 갖는 복수 개의 서브 구간으로 구분되는 스펙트럼 센싱 구간에 대하여 각 서브 구간에 대한 일차 사용자의 신호 유무 및 각 서브 구간에 대한 검정 통계량을 기준으로 스펙트럼 센싱 구간에 일차 사용자의 신호가 존재하는지 여부를 결정한다.
서브 구간이 N개인 경우, 수신기 또는 기지국은 서브 구간 N에 일차 사용자의 신호가 없다면 스펙트럼 센싱 구간에는 일차 사용자의 신호가 없는 것으로 결정하고, 서브 구간 N에 일차 사용자의 신호가 있다면 스펙트럼 센싱 구간에는 일차 사용자의 신호가 있는 것으로 결정할 수 있다.
수신기 또는 기지국은 서브 구간 1 및 서브 구간 N에 모두 일차 사용자의 신호가 있는 경우, 서브 구간 1의 검정 통계량(T1)과 서브 구간 N의 검정 통계량(TN)을 비교하여 T1이 TN보다 크다면 스펙트럼 구간에는 일차 사용자의 신호가 없는 것으로 결정하고, T 1이 TN 이하이면 스펙트럼 센싱 구간에는 일차 사용자의 신호가 있는 것으로 결정할 수 있다.
이하 설명하는 기술은 일차 사용자의 신호가 해당 스펙트럼에 임의로 들어오거나 나가는 현실적인 환경에서도 효과적으로 스펙트럼 센싱을 수행할 수 있다.
이하 설명하는 기술의 효과는 이상에서 언급된 것들에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 효과들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 스펙트럼 센싱을 통한 일차 사용자의 신호 존재 여부를 결정하는 방법에 대한 순서도의 예이다.
도 2는 스펙트럼 센싱 구간을 2개로 구분한 경우에 대한 일차 사용자의 트래픽 유형의 예이다.
도 3은 인지무선통신 시스템의 구성을 도시한 예이다.
도 4는 종래 기술과 본 발명에 따른 검파 확률에 대한 실험 결과의 예이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
제1, 제2, A, B 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 해당 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않으며, 단지 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.
본 명세서에서 사용되는 용어에서 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 해석되지 않는 한 복수의 표현을 포함하는 것으로 이해되어야 하고, "포함한다" 등의 용어는 설시된 특징, 개수, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 의미하는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 개수, 단계 동작 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
도면에 대한 상세한 설명을 하기에 앞서, 본 명세서에서의 구성부들에 대한 구분은 각 구성부가 담당하는 주기능 별로 구분한 것에 불과함을 명확히 하고자 한다. 즉, 이하에서 설명할 2개 이상의 구성부가 하나의 구성부로 합쳐지거나 또는 하나의 구성부가 보다 세분화된 기능별로 2개 이상으로 분화되어 구비될 수도 있다. 그리고 이하에서 설명할 구성부 각각은 자신이 담당하는 주기능 이외에도 다른 구성부가 담당하는 기능 중 일부 또는 전부의 기능을 추가적으로 수행할 수도 있으며, 구성부 각각이 담당하는 주기능 중 일부 기능이 다른 구성부에 의해 전담되어 수행될 수도 있음은 물론이다. 따라서, 본 명세서를 통해 설명되는 각 구성부들의 존재 여부는 기능적으로 해석되어야 할 것이며, 이러한 이유로 본 발명의 스펙트럼 센싱 장치(300)에 따른 구성부들의 구성은 본 발명의 목적을 달성할 수 있는 한도 내에서 도 3과는 상이해질 수 있음을 명확히 밝혀둔다.
또, 방법 또는 동작 방법을 수행함에 있어서, 상기 방법을 이루는 각 과정들은 문맥상 명백하게 특정 순서를 기재하지 않은 이상 명기된 순서와 다르게 일어날 수 있다. 즉, 각 과정들은 명기된 순서와 동일하게 일어날 수도 있고 실질적으로 동시에 수행될 수도 있으며 반대의 순서대로 수행될 수도 있다.
스펙트럼 센싱 구간에 일차 사용자의 신호가 임의로 변경되는 상황에서 스펙트럼 센싱 장치에서 수신되는 신호는 아래의 수학식 1 및 수학식 2와 같이 표현할 수 있다. H0는 스펙트럼 센싱 구간 이후에 일차 사용자의 신호가 존재하지 않는 경우이고, H1은 스펙트럼 센싱 구간 이후에 일차 사용자의 신호가 존재하는 경우이다.
Figure 112013066735735-pat00001
Figure 112013066735735-pat00002
여기서,
Figure 112013066735735-pat00003
은 관측 샘플 수,
Figure 112013066735735-pat00004
는 평균이 0인 송신된 일차 사용자의 신호 샘플이고,
Figure 112013066735735-pat00005
는 수신신호 샘플,
Figure 112013066735735-pat00006
는 평균이 0이고, 분산이
Figure 112013066735735-pat00007
인 덧셈꼴 백색 가우시안 잡음 샘플이다 (additive white Gaussian noise: AWGN).
H0은 일차 사용자의 신호가 샘플
Figure 112013066735735-pat00008
와 샘플
Figure 112013066735735-pat00009
사이에서 임의로 사라지는 상황이고, H1은 일차 사용자의 신호가 샘플
Figure 112013066735735-pat00010
과 샘플
Figure 112013066735735-pat00011
에서 임의로 나타나는 상황이다.
수학식 1 및 2에서,
Figure 112013066735735-pat00012
이면 센싱 구간 동안 일차 사용자의 신호가 존재하지 않는 경우를,
Figure 112013066735735-pat00013
이면 센싱 구간 동안 일차 사용자의 신호가 존재하는 경우를 각각 나타내며 이는 기존 스펙트럼 센싱 기법에서 가정한 신호 모형과 동일한 것이다.
수학식 1 및 수학식 2에서도 알 수 있듯이 일차 사용자의 트래픽이 존재하는 상황에 대한 모델링은 일차 사용자가 떠나거나 (departure), 도착하는 (arrival) 두 가지 상황이 존재한다. 한편 일차 사용자 신호의 출입은 한 번만 발생하는 것으로 가정한다.
도 1은 스펙트럼 센싱을 통한 일차 사용자의 신호 존재 여부를 결정하는 방법(100)에 대한 순서도의 예이다.
스펙트럼 센싱을 통한 일차 사용자의 신호 존재 여부를 결정하는 방법은 스펙트럼 센싱 구간을 동일한 크기를 갖는 복수 개의 서브 구간으로 구분하는 단계(110), 복수 개의 서브 구간에 대해 에너지 검파를 수행하는 단계(120) 및 각 서브 구간에 대한 일차 사용자의 신호 유무 및 각 서브 구간에 대한 검정 통계량을 기준으로 스펙트럼 센싱 구간에 일차 사용자의 신호가 존재하는지 여부를 결정하는 단계(130 내지 160)를 포함한다. 상기 각 단계는 스펙트럼 센싱 장치에서 수행된다.
복수 개의 서브 구간은 센싱하는 시간을 기준으로 순서에 따라 서브 구간 1부터 서브 구간 N까지로 구분된다. 여기서 N은 2 이상의 자연수이다.
먼저 서브 구간 1에 일차 사용자의 신호가 존재하는지 여부를 판단하고(130), 서브 구간 1에 일차 사용자의 신호가 없다면, 서브 구간 N에 일차 사용자의 신호가 존재하는 여부를 판단한다(140). 서브 구간 N에도 일차 사용자의 신호가 없다면, 스펙트럼 센싱 구간에는 일차 사용자의 신호가 없다고 결정한다. 만약 서브 구간 N에 일차 사용자의 신호가 있다면, 스펙트럼 센싱 구간에는 일차 사용자의 신호가 있다고 결정한다.
서브 구간 1에 일차 사용자의 신호가 있다면, 서브 구간 N에 일차 사용자의 신호가 존재하는지 여부를 판단한다(150). 판단 결과 서브 구간 N에 일차 사용자의 신호가 없다면 스펙트럼 센싱 구간에는 일차 사용자의 신호가 없다고 판단한다. 만약 서브 구간 N에 일차 사용자의 신호가 있다면, 서브 구간 1의 검정 통계량(T1)과 서브 구간 N의 검정 통계량(TN)의 크기를 비교한다(160). (T1) > (TN)이라면 일차 사용자의 신호가 없다고 결정하고, (T1) ≤ (TN)이라면 일차 사용자의 신호가 있다고 결정한다.
도 1에서는 서브 구간 1에 일차 사용자의 신호가 존재하는지 여부를 먼저 판단하였으나, 다른 방법도 가능하다. 즉, 서브 구간 N에 일차 사용자의 신호가 존재하는지 여부를 먼저 판단하면 더 단계를 줄일 수도 있다. N개의 서브 구간을 갖는 경우 결정하는 단계는 서브 구간 N에 일차 사용자의 신호가 없다면 스펙트럼 센싱 구간에는 일차 사용자의 신호가 없는 것으로 결정할 수 있다. 한편 서브 구간 N에 일차 사용자의 신호가 있다면 스펙트럼 센싱 구간에는 일차 사용자의 신호가 있는 것으로 결정할 수 있다.
서브 구간 1 및 서브 구간 N에 모두 일차 사용자의 신호가 있는 경우에는 서브 구간 1 및 서브 구간 N에 대한 에너지 검파의 검정 통계량을 이용하여 일차 사용자 신호의 존재 여부를 결정할 수 있다.
구체적으로 서브 구간 1의 검정 통계량(T1)과 서브 구간 N의 검정 통계량(TN)을 비교하여 T1이 TN보다 크다면 스펙트럼 구간에는 일차 사용자의 신호가 없는 것으로 결정할 수 있다. 또한 T1이 TN보다 작다면 스펙트럼 센싱 구간에는 일차 사용자의 신호가 있는 것으로 결정할 수 있다. 나아가 T1과 TN이 같은 값이라면 스펙트럼 센싱 구간에 일차 사용자의 신호가 존재하는 것으로 결정하는 것이 바람직 할 것이다. 검정통계량은 {T1, ...., TN}이 존재할 것이다.
스펙트럼 센싱 구간을 2 개의 서브 구간을 구분한 경우에 대해 설명하기로 한다. 먼저 관측 샘플 수
Figure 112013066735735-pat00014
을 (
Figure 112013066735735-pat00015
은 짝수)
Figure 112013066735735-pat00016
개의 관측 샘플로 이루어진 2개의 서브 구간으로 구분한다. 각 서브 구간에서 에너지 검파 기법을 이용하여 각 서브 구간의 검정 통계량을 구하고, 일차 사용자 신호의 유무를 판단한다.
이때, 각 서브 구간은 기존 에너지 검파 기법과 같이 서브 구간 내의 수신 신호의 에너지를 측정하고 이를 검정 통계량으로 이용하며, 잡음만 존재하는 경우의 에너지를 문턱값으로 설정하여 스펙트럼 센싱을 수행한다.
도 2는 스펙트럼 센싱 구간을 2개로 구분한 경우에 대한 일차 사용자의 트래픽 유형의 예이다. 일차 사용자 트래픽이 존재하는 경우와 존재하지 않는 모든 경우는 6가지 경우가 가능하다.
도 2(a)와 같이 서브 구간 1 및 서브 구간 2에 일차 사용자의 신호가 없는 경우, 즉, 서브 구간 1은 H0 이고 서브 구간 2도 H0인 경우에는 일차 사용자의 신호가 존재하지 않는 것으로 결정한다.
도 2(b)와 같이 서브 구간 1은 H0이고 서브 구간 2는 H1인 경우에는 일차 사용자의 신호가 중간에 도착한 것이므로, 일차 사용자의 신호가 존재하는 것으로 결정한다. 도 2(c)와 같이 서브 구간 1은 H1이고 서브 구간 2는 H0인 경우에는 일차 사용자의 신호가 중간에 떠난 것이므로, 일차 사용자의 신호가 존재하지 않는 것으로 결정한다.
도 2(e) 및 도 2(f)와 같이 서브 구간 1은 H1 이고 서브 구간 2도 H1인 경우에는 각 서브 구간에 대한 검정 통계량을 비교한다. 아래의 수학식 3과 같이 결정할 수 있다.
Figure 112013066735735-pat00017
여기서, T1은 서브 구간 1의 검정 통계량이고, T2은 서브 구간 2의 검정 통계량이다.
서브 구간 1의 검정 통계량(T1)과 서브 구간 2의 검정 통계량(T2)을 비교하여 T1이 T2보다 크다면 도 2(e)와 같이 스펙트럼 구간에는 일차 사용자의 신호가 없는 것으로 결정하고, T1이 T2 이하이면 도 2(f)와 같이 스펙트럼 센싱 구간에는 일차 사용자의 신호가 있는 것으로 결정할 수 있다. 또한, 도 2(d)와 같이 서브 구간 1은 H1이고 서브 구간 2도 H1인 경우에는 일차 사용자의 신호가 있는 것으로 결정한다. 이는 스펙트럼 센싱 구간에서 일차 사용자의 신호가 떠나거나 도착하는 횟수가 한 번이라고 가정하였기 때문이다.
도 3은 인지무선통신 시스템의 구성을 도시한 예이다.
도 3을 참조하면, 이차 사용자 시스템(300)은 이차 사용자 기지국(310) 및 이차 사용자 단말(PU, 320)을 포함하며, 일차 사용자 시스템(200)은 일차 사용자 기지국(210) 및 일차 사용자 단말(220)을 포함한다.
이차 사용자 시스템(300)은 일차 사용자 시스템(200)에 할당된 주파수 자원 중 일부 또는 전부를 인지 무선 기술을 이용하여 사용 가능한 주파수 자원으로 인지할 수 있다. 그리고, 이차 사용자 시스템(300)에 속하는 이차 사용자 기지국(310) 및 이차 사용자 단말(SU, 320)은 인지된 사용 가능한 주파수 자원을 이용하여 서로 데이터를 송/수신할 수 있다.
이때, 일차 사용자 시스템(200)과 이차 사용자 시스템(300)이 동일한 주파수 자원을 사용하는 경우, 일차 사용자 시스템(200)과 이차 사용자 시스템(300) 사이에서 충돌이 발생할 수 있다. 그러나, 일차 사용자 시스템(200)이 이차 사용자 시스템(300)보다 일차 사용자 시스템(200)에 할당된 주파수 자원에 대하여 우선 권한을 갖는다.
따라서, 이차 사용자 시스템(300)은 일차 사용자 시스템(200)의 통신 동작을 방해하지 않는다는 제한을 가지고 일차 사용자 시스템(200)에 할당된 주파수 자원 중 일부 또는 전부를 사용할 수 있다. 결국, 이차 사용자 기지국(310) 및 이차 사용자 단말(320)은 일차 사용자 시스템(200)의 신호를 센싱하고, 센싱 결과를 기초로 데이터 통신을 수행할 수 있다. 예를 들어, 일차 사용자 시스템(200)의 신호가 존재하지 않거나, 이차 사용자 기지국(310) 및 이차 사용자 단말(320)의 데이터 통신으로 인해 일차 사용자 시스템(200)에서 발생하는 간섭이 특정 수준 이하인 경우, 이차 사용자 기지국(310) 및 이차 사용자 단말(320)은 일차 사용자 시스템(200)에 할당된 주파수 자원 중 일부 또는 전부를 사용할 수 있다.
스펙트럼 센싱 장치는 이차 사용자 단말(320) 및 이차 기지국(310)을 포함한다. 단말(320) 또는 기지국(310)은 동일한 크기를 갖는 복수 개의 서브 구간으로 구분되는 스펙트럼 센싱 구간에 대하여 각 서브 구간에 대한 일차 사용자의 신호 유무 및 각 서브 구간에 대한 검정 통계량을 기준으로 스펙트럼 센싱 구간에 일차 사용자의 신호가 존재하는지 여부를 결정할 수 있다. 이차 사용자가 사용하는 단말(320)이 스펙트럼 센싱을 독자적으로 수행할 수도 있고, 이차 사용자 단말(320)과 통신하는 기지국(310)이 수행할 수도 있고, 협력적으로 스펙트럼 센싱을 수행할 수도 있다. 스펙트럼 센싱에 대해 마련될 표준에 따라 다양한 방식이 가능할 것이다.
스펙트럼 센싱 결과를 분석하는 방법은 전술한 스펙트럼 센싱을 통한 일차 사용자의 신호 존재 여부를 결정하는 방법과 동일하다. 복수 개의 서브 구간은 센싱하는 시간을 기준으로 순서에 따라 서브 구간 1부터 서브 구간 N까지로 구분된다.
단말(320) 또는 기지국(310)은 서브 구간 N에 일차 사용자의 신호가 없다면 스펙트럼 센싱 구간에는 일차 사용자의 신호가 없는 것으로 결정하고, 서브 구간 N에 일차 사용자의 신호가 있다면 스펙트럼 센싱 구간에는 일차 사용자의 신호가 있는 것으로 결정한다.
서브 구간 1 및 서브 구간 N에 모두 일차 사용자의 신호가 있는 경우, 단말(320) 또는 기지국(310)은 서브 구간 1의 검정 통계량(T1)과 서브 구간 N의 검정 통계량(TN)을 비교하여 T1이 TN보다 크다면 스펙트럼 구간에는 일차 사용자의 신호가 없는 것으로 결정하고, T1이 TN 이하이면 스펙트럼 센싱 구간에는 일차 사용자의 신호가 있는 것으로 결정한다.
이하 본 발명에서 제안한 스펙트럼 센싱의 결정 방법에 대한 효과를 검증한 실험을 설명하고자 한다.
성능 확인을 위한 실험은 신호 대 잡음비에 (signal-to-noise ratio: SNR) 따른 검파 확률 (detection probability) 성능을 비교한다. 관측 샘플 수는 N = 200으로 설정하였으며, 오경보 확률은 (false alarm probability) Pf α = 0.05 인 경우를 고려한다. 모의실험에서 SNR은
Figure 112013066735735-pat00018
으로 정의되며, 여기서
Figure 112013066735735-pat00019
과
Figure 112013066735735-pat00020
은 각각 PU 신호와 잡음의 분산을 나타낸다.
검파 확률은 Pr(H1|H1)로 정의되고, 센싱 구간 내에 임의로 도착한 신호에 대한 검파가 1차 사용자의 간섭을 막는 데에 중요하다. 이에 실제 모의실험에서는 H1 상황에서 제안한 결정 법칙을 이용하였을 때의 검파 확률 성능을 확인한다. H1 상황에서는 일차 사용자의 신호가 센싱 구간 내 임의로 도착하게 되며, 도착하는 시간은 J1으로 모델링되고 이는 센싱 구간 내에 균일한 (uniform) 분포를 가진다고 가정한다.
종래의 스펙트럼 센싱의 결정 법칙은 에너지 검파의 경우 센싱 구간 내의 수신 신호의 에너지를 측정하여 이를 검정 통계량으로 사용한다. 이후 검정 통계량을 오경보 확률에 따른 문턱값과 비교하여 검정통계량이 문턱값 보다 큰 경우 H1으로 판단하고, 작은 경우에는 H0로 판단한다.
도 4는 종래 기술(Conventional)과 본 발명(Proposed)에 따른 검파 확률에 대한 실험 결과의 예이다. 도 4는 신호 대 잡음비(SNR)에 따른 검파 확률(Pd)을 보여준다. 도 4를 살펴보면, 본 발명에 따른 결정 방법은 동일한 신호 대 잡음비에서 종래의 결정 법칙 보다 우수한 검파 확률 성능을 나타냄을 확인할 수 있다. 본 발명은 스펙트럼 센싱 구간을 나누어 각각 에너지 검파를 수행하는 방식으로 복잡도가 높지 않고, 종래 기술과 비교하여 향상된 검파 확률 성능을 보여주는 것을 알 수 있다.
본 실시예 및 본 명세서에 첨부된 도면은 본 발명에 포함되는 기술적 사상의 일부를 명확하게 나타내고 있는 것에 불과하며, 본 발명의 명세서 및 도면에 포함된 기술적 사상의 범위 내에서 당업자가 용이하게 유추할 수 있는 변형 예와 구체적인 실시예는 모두 본 발명의 권리범위에 포함되는 것이 자명하다고 할 것이다.
200 : 일차 사용자 시스템 210 : 일차 사용자 기지국
220 : 일차 사용자 단말 300 : 이차 사용자 시스템
310 : 이차 사용자 기지국 320 : 이차 사용자 단말

Claims (11)

  1. 인지무선통신 시스템에서 스펙트럼 센싱을 통한 일차 사용자의 신호 존재 여부를 결정하는 방법에 있어서,
    스펙트럼 센싱 구간을 시간 순서에 따라 동일한 크기를 갖는 복수 개의 서브 구간으로 구분하는 단계;
    상기 복수 개의 서브 구간에 대해 에너지 검파를 수행하는 단계; 및
    상기 복수 개의 서브 구간 중 마지막 서브 구간에 대한 일차 사용자의 신호 유무 또는 상기 복수 개의 서브 구간 중 첫 번째 서브 구간 및 상기 마지막 서브 구간의 검정 통계량의 크기를 기준으로 상기 스펙트럼 센싱 구간에 일차 사용자의 신호가 존재하는지 여부를 결정하는 단계를 포함하는 스펙트럼 센싱을 통한 일차 사용자의 신호 존재 여부를 결정하는 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 복수 개의 서브 구간은 센싱하는 시간을 기준으로 순서에 따라 서브 구간 1부터 서브 구간 N까지로 구분되는 스펙트럼 센싱을 통한 일차 사용자의 신호 존재 여부를 결정하는 방법. (여기서 N은 자연수임)
  3. 제2항에 있어서,
    상기 결정하는 단계는
    상기 서브 구간 N에 일차 사용자의 신호가 없다면 상기 스펙트럼 센싱 구간에는 일차 사용자의 신호가 없는 것으로 결정하고,
    상기 서브 구간 N에 일차 사용자의 신호가 있다면 상기 스펙트럼 센싱 구간에는 일차 사용자의 신호가 있는 것으로 결정하는 스펙트럼 센싱을 통한 일차 사용자의 신호 존재 여부를 결정하는 방법.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 서브 구간 1 및 상기 서브 구간 N에 모두 일차 사용자의 신호가 있는 경우,
    상기 서브 구간 1의 검정 통계량(T1)과 상기 서브 구간 N의 검정 통계량(TN)을 비교하여 상기 T1이 TN보다 크다면 상기 스펙트럼 센싱 구간에는 일차 사용자의 신호가 없는 것으로 결정하고,
    상기 T1이 TN 이하이면 상기 스펙트럼 센싱 구간에는 일차 사용자의 신호가 있는 것으로 결정하는 스펙트럼 센싱을 통한 일차 사용자의 신호 존재 여부를 결정하는 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 복수 개의 서브 구간은 센싱하는 시간을 기준으로 순서에 따라 서브 구간 1 및 서브 구간 2를 포함하는 스펙트럼 센싱을 통한 일차 사용자의 신호 존재 여부를 결정하는 방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 결정하는 단계는
    상기 서브 구간 2에 일차 사용자의 신호가 없다면 상기 스펙트럼 센싱 구간에는 일차 사용자의 신호가 없는 것으로 결정하고,
    상기 서브 구간 2에 일차 사용자의 신호가 있다면 상기 스펙트럼 센싱 구간에는 일차 사용자의 신호가 있는 것으로 결정하는 스펙트럼 센싱을 통한 일차 사용자의 신호 존재 여부를 결정하는 방법.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 서브 구간 1 및 상기 서브 구간 2에 모두 일차 사용자의 신호가 있는 경우,
    상기 서브 구간 1의 검정 통계량(T1)과 상기 서브 구간 2의 검정 통계량(T2)을 비교하여 상기 T1이 T2보다 크다면 상기 스펙트럼 센싱 구간에는 일차 사용자의 신호가 없는 것으로 결정하고,
    상기 T1이 T2 이하이면 상기 스펙트럼 센싱 구간에는 일차 사용자의 신호가 있는 것으로 결정하는 스펙트럼 센싱을 통한 일차 사용자의 신호 존재 여부를 결정하는 방법.
  8. 이차 사용자 단말 및 이차 기지국을 포함하는 스펙트럼 센싱 장치에 있어서,
    상기 단말 또는 상기 기지국은 시간 순서에 따라 동일한 크기를 갖는 복수 개의 서브 구간으로 구분되는 스펙트럼 센싱 구간에 대하여 상기 복수 개의 서브 구간 중 마지막 서브 구간에 대한 일차 사용자의 신호 유무 또는 상기 복수 개의 서브 구간 중 첫 번째 서브 구간 및 상기 마지막 서브 구간의 검정 통계량의 크기를 기준으로 상기 스펙트럼 센싱 구간에 일차 사용자의 신호가 존재하는지 여부를 결정하는 스펙트럼 센싱 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 복수 개의 서브 구간은 센싱하는 시간을 기준으로 순서에 따라 서브 구간 1부터 서브 구간 N까지로 구분되는 스펙트럼 센싱 장치. (여기서 N은 자연수임)
  10. 제9항에 있어서,
    상기 단말 또는 상기 기지국은
    상기 서브 구간 N에 일차 사용자의 신호가 없다면 상기 스펙트럼 센싱 구간에는 일차 사용자의 신호가 없는 것으로 결정하고,
    상기 서브 구간 N에 일차 사용자의 신호가 있다면 상기 스펙트럼 센싱 구간에는 일차 사용자의 신호가 있는 것으로 결정하는 스펙트럼 센싱 장치.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 단말 또는 상기 기지국은
    상기 서브 구간 1 및 상기 서브 구간 N에 모두 일차 사용자의 신호가 있는 경우,
    상기 서브 구간 1의 검정 통계량(T1)과 상기 서브 구간 N의 검정 통계량(TN)을 비교하여 상기 T1이 TN보다 크다면 상기 스펙트럼 센싱 구간에는 일차 사용자의 신호가 없는 것으로 결정하고,
    상기 T1이 TN 이하이면 상기 스펙트럼 센싱 구간에는 일차 사용자의 신호가 있는 것으로 결정하는 스펙트럼 센싱 장치.

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