KR101558066B1

KR101558066B1 - 애드-혹을 이용한 인지 무선 통신 방법 및 인지 무선 통신 시스템

Info

Publication number: KR101558066B1
Application number: KR1020130167862A
Authority: KR
Inventors: 정국현; 박영식; 김진영
Original assignee: 광운대학교 산학협력단
Priority date: 2013-12-30
Filing date: 2013-12-30
Publication date: 2015-10-07
Also published as: KR20150078477A

Abstract

본 발명은 애드-혹 네트워크를 이용한 인지 무선 통신 방법 및 인지 무선 통신 시스템에 관한 것이다.
이를 위해 본 발명은, 1차 사용자에 할당된 채널에 대한 스펙트럼을 센싱하는 스펙트럼 센싱 유닛; 상기 스펙트럼 센싱 결과에 기초하여 상기 1차 사용자의 트래픽이 존재하는지 여부를 판별하는 컨트롤러; 및 상기 1차 사용자의 트래픽 존재 여부 정보를 전송하는 트랜스미터; 를 포함하는 복수의 슬레이브 단말과, 상기 복수의 슬레이브 단말로부터 상기 트래픽 존재 여부 정보를 수신하는 통신 유닛; 및 상기 수신된 트래픽 존재 여부 정보를 수집하고, 수집된 복수의 트래픽 존재 여부 정보에 기초하여 상기 1차 사용자의 채널 사용 여부를 판별하며, 상기 판별된 채널 사용 여부를 상기 통신 유닛을 통해 상기 복수의 슬레이브 단말에 전송하는 컨트롤러; 를 포함하는 마스터 단말을 포함하되, 상기 마스터 단말 및 슬레이브 단말은 상기 채널에 대한 비허가의 2차 사용자 단말인 것을 특징으로 하는 애드-혹을 이용한 인지 무선 통신 시스템을 제공한다.

Description

애드-혹을 이용한 인지 무선 통신 방법 및 인지 무선 통신 시스템{A METHOD FOR COGNITIVE RADIO COMMUNICATION USING AD-HOC NETWORK AND A SYSTEM FOR COGNITIVE RADIO COMMUNICATION USING THE SAME}

본 발명은 애드-혹 네트워크를 이용한 인지 무선 통신 방법 및 인지 무선 통신 시스템에 관한 것이다.

이동통신, 디지털 멀티미디어 방송(Digital Multimedia Broadcasting : DMB) 뿐만 아니라, 유비쿼터스 센서 네트워크(Ubiquitous Sensor Network : USN), 텔레매틱스, 홈 네트워크 등을 이용한 유비쿼터스 시대에는 전파도 유비쿼터스하게 이용됨에 따라 유한한 자원인 전파의 활용에 변화가 요구되고 있다. 따라서, 독점적으로 사용하던 전파의 효율성을 높이는 방법으로 전파의 유연한 이용(Flexible Use)이라는 새로운 개념의 시스템에 대한 연구가 진행되어 왔다.

인지 무선(Cognitive Radio, CR)은 허가(lincense)를 받은 1차 사용자(Primary User, PU)에 의해 실제로 사용되지 않고 비어 있는 주파수 자원을 감지해서 이를 비허가(unlicense)의 2차 사용자(Secondary User, SU)게 효율적으로 공유하기 위한 기술이다. 1차 사용자는 주파수 자원의 해당 스펙트럼에 대한 사용의 우선권을 갖지만, 1차 사용자가 해당 스펙트럼을 일시적으로 사용하지 않는 경우가 종종 발생할 수 있다. 이처럼 비어있는 주파수 자원을 사용하지 않고 그대로 두면 비효율적이기에, 2차 사용자는 스펙트럼 센싱을 통해 비어있는 주파수를 찾아내고 이를 시용할 수 있다. 하지만 현재의 기술로는 매우 넓은 주파수 대역의 검출기능을 가진 검출기를 만드는데 한계가 있고 이것을 구현하는데 어려움이 있다.

본 발명은 복수의 단말을 이용하여 넓은 주파수에 대한 효율적인 인지 무선 통신 방법을 제공하기 위한 목적을 가지고 있다.

또한, 본 발명은 복수의 2차 사용자 단말이 수행한 스펙트럼 센싱 결과를 효율적으로 공유하기 위한 목적을 가지고 있다.

또한, 본 발명은 다수의 2차 사용자 단말이 스펙트럼 센싱 결과를 공유할 때, 데이터 압축을 통해 데이터 전송 시간을 단축시키고 오류를 줄이기 위한 목적을 가지고 있다.

상기와 같은 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 실시예에 따른 애드-혹을 이용한 인지 무선 통신 시스템은, 1차 사용자에 할당된 채널에 대한 스펙트럼을 센싱하는 스펙트럼 센싱 유닛; 상기 스펙트럼 센싱 결과에 기초하여 상기 1차 사용자의 트래픽이 존재하는지 여부를 판별하는 컨트롤러; 및 상기 1차 사용자의 트래픽 존재 여부 정보를 전송하는 트랜스미터; 를 포함하는 복수의 슬레이브 단말과, 상기 복수의 슬레이브 단말로부터 상기 트래픽 존재 여부 정보를 수신하는 통신 유닛; 및 상기 수신된 트래픽 존재 여부 정보를 수집하고, 수집된 복수의 트래픽 존재 여부 정보에 기초하여 상기 1차 사용자의 채널 사용 여부를 판별하며, 상기 판별된 채널 사용 여부를 상기 통신 유닛을 통해 상기 복수의 슬레이브 단말에 전송하는 컨트롤러; 를 포함하는 마스터 단말을 포함하되, 상기 마스터 단말 및 슬레이브 단말은 상기 채널에 대한 비허가의 2차 사용자 단말인 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 애드-혹을 이용한 인지 무선 통신 방법은, 복수의 슬레이브 단말로부터 1차 사용자의 트래픽 존재 여부 정보를 수신하는 단계, 상기 1차 사용자는 특정 채널에 대한 허가 사용자이고, 상기 슬레이브 사용자는 상기 특정 채널에 대한 비허가 사용자이며, 상기 트래픽 존재 여부 정보는 해당 슬레이브 단말의 스펙트럼 센싱 결과에 기초하여 생성됨; 상기 수신된 트래픽 존재 여부 정보를 수집하는 단계; 상기 수집된 복수의 트래픽 존재 여부 정보에 기초하여 상기 1차 사용자의 채널 사용 여부를 판별하는 단계; 및 상기 판별된 채널 사용 여부를 상기 복수의 슬레이브 단말에 전송하는 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 애드-혹을 이용한 인지 무선 통신 단말은, 복수의 슬레이브 단말로부터 1차 사용자의 트래픽 존재 여부 정보를 수신하는 통신 유닛, 상기 1차 사용자는 특정 채널에 대한 허가 사용자이고, 상기 슬레이브 사용자는 상기 특정 채널에 대한 비허가 사용자이며, 상기 트래픽 존재 여부 정보는 해당 슬레이브 단말의 스펙트럼 센싱 결과에 기초하여 생성됨; 및 상기 수신된 트래픽 존재 여부 정보를 수집하고, 상기 수집된 복수의 트래픽 존재 여부 정보에 기초하여 상기 1차 사용자의 채널 사용 여부를 판별하며, 상기 판별된 채널 사용 여부를 상기 통신 유닛을 통해 상기 복수의 슬레이브 단말에 전송하는 컨트롤러; 를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 복수의 2차 사용자 단말이 수행한 스펙트럼 센싱 결과를 수집하여 1차 사용자의 채널 사용 여부를 판별함으로, 넓은 주파수 범위에 대한 스펙트럼 센싱의 정확도를 높이고 효율적인 인지 무선 통신을 수행할 수 있다.

또한, 본 발명의 다른 실시예에 따르면 1차 사용자 단말과 2차 사용자 단말 간의 위치 정보 및 이를 통해 추정된 거리값에 기초하여 일정 수준을 만족하지 못하는 2차 사용자의 스펙트럼 센싱 결과를 필터링할 수 있으며, 인지 무선 통신의 정확성을 높일 수 있다.

또한, 본 발명의 다른 실시예에 따르면 압축센싱을 이용함으로 넓은 주파수 대역의 신호에 대해 효율적인 스펙트럼 센싱을 수행할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 애드-혹을 이용한 인지 무선 통신 시스템을 나타낸 구성도.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 슬레이브 단말의 인지 무선 통신 방법을 나타낸 순서도.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 마스터 단말의 인지 무선 통신 방법을 나타낸 순서도.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 1차 사용자 및 2차 사용자 단말의 위치 정보 획득 방법을 나타낸 도면.
도 5는 1차 사용자 및 2차 사용자 단말의 위치 정보를 이용한 인지 무선 통신 방법을 나타낸 순서도.
도 6은 1차 사용자 및 2차 사용자 단말의 위치 정보를 이용한 인지 무선 통신 결과의 예시를 나타낸 도면.

본 명세서에서 사용되는 용어는 본 발명에서의 기능을 고려하면서 가능한 현재 널리 사용되는 일반적인 용어를 선택하였으나, 이는 당 분야에 종사하는 기술자의 의도, 관례 또는 새로운 기술의 출현 등에 따라 달라질 수 있다. 또한 특정 경우는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있으며, 이 경우 해당되는 발명의 설명 부분에서 그 의미를 기재할 것이다. 따라서 본 명세서에서 사용되는 용어는, 단순한 용어의 명칭이 아닌 그 용어가 가진 실질적인 의미와 본 명세서의 전반에 걸친 내용을 토대로 해석되어야 함을 밝혀두고자 한다.

본 발명에서 단말(User Equipment, UE)은 고정형 또는 이동형의 달말단 기기를 통칭하는 것으로써, MS(Mobile Station), UT(User Terminal), SS(Subscriber Station) 등의 다른 용어를 포함하는 것으로 가정한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 애드-혹을 이용한 인지 무선 통신 시스템을 나타낸 구성도이다. 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 인지 무선 통신 시스템은 1차 사용자 단말(100)과 적어도 하나의 2차 사용자 단말(200a, 200b, 200c, 200_M)을 포함한다.

상기 1차 사용자는 특정 주파수 대역에 대한 허가(license)를 받은 사용자이며, 2차 사용자는 비허가(unlicense)의 사용자이다. 도 1의 시스템은 비허가 사용자가 개별적으로 스펙트럼 센싱을 수행한 정보를 상호간에 공유할 수 있는 클러스터(Cluster) 구조의 네트워크라고 가정한다.

본 발명의 실시예에 따르면, 복수의 2차 사용자 단말 중 선택된 어느 하나의 단말이 마스터 단말(200_M)이 될 수 있으며, 나머지 2차 사용자 단말은 슬레이브 단말(200a, 200b, 200c)이 될 수 있다. 각 2차 사용자 단말은 1차 사용자의 신호를 수신하여 채널상태를 판단하고, 마스터 단말(200_M)은 각각의 슬레이브 단말(200a, 200b, 200c)로부터 센싱 결과를 전달받아서 최종적으로 해당 스펙트럼에서 1차 사용자의 채널 사용 여부를 판단한다.

본 발명의 실시예에서 1차 사용자 단말(100) 및 2차 사용자 단말(200a, 200b, 200c, 200_M)은 스마트폰, PDA(Personal Digital Assistant), 태블릿 PC 등 통신 가능한 다양한 장치들을 포함할 수 있으며, 이에 한정하지 않는다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 슬레이브 단말의 인지 무선 통신 방법을 나타낸 순서도이다. 도 2에 도시된 각 단계는 슬레이브 단말의 컨트롤러에 의해 제어될 수 있다.

전술한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따르면 복수의 2차 사용자 단말 중 특정 단말이 마스터 단말로 설정될 수 있으며, 마스터 단말이 아닌 나머지 2차 사용자 단말은 슬레이브 단말로 설정된다. 도 2에의 각 단계는 슬레이브 단말에 의해 수행되는 것으로 기술되지만, 실시예에 따라 마스터 단말을 포함한 모든 2차 사용자 단말이 동일한 단계를 수행할 수 있다.

먼저, 슬레이브 단말은 1차 사용자에 할당된 채널에 대한 스펙트럼 센싱을 수행한다(S110). 슬레이브 단말은 별도의 스펙트럼 센싱 유닛을 구비할 수 있으며, 스펙트럼 센싱을 수행할 채널 정보를 미리 획득할 수 있다. 또한, 1차 사용자에게 복수의 채널이 할당될 경우, 해당 채널들에 대한 상태 정보를 미리 수신할 수 있다. 이러한 상태 정보에는 1차 사용자의 채널 사용 트래픽 정보가 포함될 수 있다.

다음으로, 슬레이브 단말은 스펙트럼 센싱 결과에 기초하여 1차 사용자의 트래픽이 존재하는지 여부를 판별한다(S120). 본 발명의 실시예에 따르면, k번째 슬레이브 단말은 스펙트럼 센싱 결과를 미리 정해진 임계값

와 비교하여 트래픽 존재 여부 D[k]를 다음과 같이 구할 수 있다.

여기서, Ｅ[k]는 슬레이브 단말의 수신 신호 에너지, Ｈ는 관계 함수. k는 슬레이브 단말의 인덱스.

본 발명의 실시예에서, 상기 함수 Ｈ는 정의역의 값이 0보다 크거나 같으면 1을 반환하고, 정의역의 값이 0보다 작으면 0을 반환한다. 따라서, 슬레이브 단말은 스펙트럼 센싱 신호 에너지가 임계값보다 크거나 같으면 "Ｄ[k]=1" 즉, 1차 사용자의 트래픽이 존재하는 것으로 판단하고, 스펙트럼 센싱 신호 에너지가 임계값보다 작으면 "Ｄ[k]=0" 즉, 1차 사용자의 트래픽이 존재하지 않는 것으로 판단한다.

다음으로, 슬레이브 단말은 S120단계에서 판별된 1차 사용자의 트래픽 존재 여부 정보(Ｄ[k])를 전송한다(S130). 슬레이브 단말은 구비된 트랜스미터를 이용하여, 상기 트래픽 존재 여부 정보를 마스터 단말로 전달할 수 있다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 마스터 단말의 인지 무선 통신 방법을 나타낸 순서도이다. 도 3에 도시된 각 단계는 마스터 단말의 컨트롤러에 의해 제어될 수 있다.

먼저, 마스터 단말은 복수의 슬레이브 단말로부터 트래픽 존재 여부 정보를 수신한다(S210). 마스터 단말은 통신 유닛을 이용하여 복수의 슬레이브 단말과 통신을 수행할 수 있으며, 각각의 슬레이브 단말로부터 트래픽 존재 여부 정보를 수신한다.

다음으로, 마스터 단말은 수신된 트래픽 존재 여부 정보를 수집한다(S220). 마스터 단말은 수집된 복수의 트래픽 존재 여부 정보에 기초하여 1차 사용자의 채널 사용 여부를 판별한다(S230). 본 발명의 일 실시예에 따르면, 마스터 단말은 수집된 복수의 트래픽 존재 여부 정보 중 트래픽이 존재함을 나타내는 정보(Ｄ[k]=1)가 기 설정된 비율 이상일 경우, 1차 사용자가 채널 사용중인 것으로 판단할 수 있다. 이를테면, 마스터 단말은 기 설정된 비율을 50%로 설정하고, Ｄ[k]=1이 상기 50% 이상일 경우 1차 사용자가 채널 사용중인 것으로 판단할 수 있다. 다만, 본 발명은 이에 한정하지 않으며, 기 설정된 비율은 다양하게 설정 가능하다.

다음으로, 마스터 단말은 판별된 채널 사용 여부 정보를 통신 유닛을 통해 복수의 슬레이브 단말에 전송한다(S240). 각 슬레이브 단말은 마스터 단말로부터 수신한 1차 사용자의 채널 사용 여부 정보에 기초하여 인지 무선 통신을 수행할 수 있다. 즉, 마스터 단말이 전송한 채널 사용 여부 정보가 1차 사용자의 채널 사용을 나타낼 경우, 각 슬레이브 단말은 해당 채널을 사용하지 않고 기 설정된 시간 동안 스펙트럼 센싱 또한 수행하지 않을 수 있다. 그러나 마스터 단말이 전송한 채널 사용 여부 정보가 1차 사용자의 채널 미사용을 나타낼 경우, 각 슬레이브 단말은 해당 채널을 사용할 수 있다. 이때, 마스터 단말 및 슬레이브 단말을 포함한 복수의 2차 사용자 단말 중 어떠한 단말이 해당 채널을 사용할지는 마스터 단말의 스케쥴링에 기초하여 결정될 수 있다.

이와 같이 본 발명의 실시예에 따르면, 복수의 2차 사용자 단말 중 선택된 마스터 단말이 1차 사용자의 채널 사용 여부를 판단하고, 각 2차 사용자 단말의 인지 무선 통신을 스케쥴링 할 수 있다. 따라서, 본 발명의 실시예에 따르면 1차 사용자에 대한 스펙트럼 센싱의 정확도를 높이고, 효율적인 인지 무선 통신을 수행할 수 있다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 1차 사용자 및 2차 사용자 단말의 위치 정보 획득 방법을 나타낸 도면이다. 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 마스터 단말이 1차 사용자의 채널 사용 여부를 판별할 때, 각 사용자 단말의 위치 정보를 이용할 수 있다.

1차 사용자 단말 및 2차 사용자 단말의 위치 정보는 다양한 방법으로 수집할 수 있는데, 일 실시예에 따르면 복수의 AP(Access Point, AP)를 이용한 위치 측위 방식이 사용될 수 있다. 즉, 각 단말은 복수의 AP(300a, 300b, 300c, 300d)로부터 수신한 신호의 수신 강도를 이용하여 위치 정보를 획득할 수 있다. 기 설정된 위치에 있는 각 AP는 전방향으로 주기적으로 신호를 송신할 수 있으며, 각 단말은 수신된 신호에 포함된 정보를 이용하여 해당 신호가 어떠한 AP가 송신한 것인지 판별할 수 있다. 해당 단말은 이와 같이 복수의 AP로부터 신호를 수신하고, 3각 측량방법 등 다양한 기법을 이용하여 해당 단말의 위치 정보를 수집할 수 있다.

다른 실시예에 따르면, 1차 사용자 단말의 위치는 복수의 2차 사용자 단말의 위치 정보에 기초하여 획득할 수 있다. 스펙트럼 센싱을 수행하는 각 2차 사용자 단말이 1차 사용자의 트래픽 존재 여부 정보(Ｄ[k])를 전송할 때, 이를 수신하는 마스터 단말은 다음과 같이 1차 사용자 단말의 위치 정보(X_U1, Y_U1)를 추정할 수 있다.

여기서, x_k, y_k는 2차 사용자 단말의 x축, y축 좌표, N은 Ｄ[k]=1을 만족하는 2차 사용자의 총 수.

이와 같이 1차 사용자 단말 및 2차 사용자 단말의 위치 정보를 획득하게 되면, 1차 사용자 단말과 각 2차 사용자 단말 간의 거리를 추정할 수 있다. 본 발명의 실시예에 따르면, 1차 사용자 단말과 2차 사용자 단말(또는, 슬레이브 단말) 간의 추정된 거리를 기초로 하여 1차 사용자의 채널 사용 여부를 판별할 수 있다.

도 5는 1차 사용자 및 2차 사용자 단말의 위치 정보를 이용한 인지 무선 통신 방법을 나타낸 순서도이다. 도 5의 각 단계는 마스터 단말의 컨트롤러에 의해 제어될 수 있다.

먼저, 마스터 단말은 복수의 슬레이브 단말로부터 트래픽 존재 여부 정보 및 스펙트럼 센싱 수신신호강도 정보를 획득한다(S310). 즉, 슬레이브 단말은 스펙트럼 센싱 수행시 획득한 수신신호강도 정보(RSSI)를 전송할 수 있으며, 마스터 단말은 이를 추가적으로 획득할 수 있다.

다음으로, 마스터 단말은 복수의 2차 사용자 단말의 위치 정보를 수집한다(S320). 도 4를 참조로 설명한 바와 같이, 각각의 2차 사용자 단말은 해당 단말의 위치 정보를 획득할 수 있으며, 마스터 단말은 각 2차 사용자 단말의 위치 정보를 수집한다.

다음으로, 마스터 단말은 수집된 위치 정보에 기초하여, 1차 사용자의 단말과 슬레이브 단말 간의 거리를 추정한다(S330). 상기 거리 추정은 각 1차 사용자 단말 및 2차 사용자 단말이 2차원 상의 공간에 있다고 가정하고 수행될 수 있으며, 각 사용자 단말이 3차원 상의 공간에 있다고 가정하고 수행될 수도 있다.

다음으로, 마스터 단말은 상기 추정된 거리를 기반으로 한 예측 수신신호강도를 획득한다(S340). 상기 예측 수신신호강도는 해당 슬레이브 단말이 1차 사용자 단말과 상기 추정된 거리만큼 떨어진 상태에서 해당 1차 사용자 단말의 신호를 수신하였을 때 기대되는 수신신호강도의 예측값이다.

상기 슬레이브 단말의 예측 수신신호강도(P_r2)는 다음과 같은 식으로 구할 수 있다.

여기서, P_r1은 1차 사용자의 송신 신호전력, c는 전파속도, d는 노드간 거리, f는 사용전파 주파수, η는 전력손실지수.

다음으로, 마스터 단말은 S310 단계에서 획득한 스펙트럼 센싱 수신신호강도 정보와 상기 예측 수신신호강도(P_r2)를 비교한다(S350). 즉, 마스터 단말은 스펙트럼 센싱을 통한 수신신호강도가 예측 수신신호강도보다 기 설정된 값 이상 큰지 여부를 판별한다. 2차 사용자의 스펙트럼 센싱 과정에서는 다양한 노이즈로 인해 잘못된 센싱 결과가 유추될 수 있다. 본 발명의 실시예에 따르면 마스터 단말은 스펙트럼 센싱 수신신호강도가 예측 수신신호강도 보다 일정 값 이상 크지 않을 경우, 해당 슬레이브 단말이 수신한 신호는 노이즈 신호이거나 실제 1차 사용자 단말보다 더 먼 곳에서 송신된 신호임을 알 수 있다.

따라서, 본 발명의 마스터 단말은 S350 단계에서 비교한 결과에 기초하여 1차 사용자의 채널 사용 여부를 판별할 수 있다(S360). 즉, 스펙트럼 센싱을 통한 수신신호강도가 예측 수신신호강도보다 기 설정된 값 이상 클 경우, 마스터 단말은 해당 슬레이브 단말이 송신한 트래픽 존재 여부 정보를 신뢰할 수 있으며 해당 트래픽 존재 여부 정보를 반영할 수 있다(S362). 그러나, 스펙트럼 센싱을 통한 수신신호강도가 예측 수신신호강도보다 기 설정된 값 이상 크지 않을 경우, 마스터 단말은 해당 슬레이브 단말이 송신한 트래픽 존재 여부 정보를 신뢰할 수 없으며 해당 트래픽 존재 여부 정보를 반영하지 않는다(S364).

다음으로, 마스터 단말은 수집된 트래픽 존재 여부 정보에 기초하여 1차 사용자의 채널 사용 여부를 판별한다(S370). 이때, 마스터 단말은 S360 단계에서 반영하기로 결정한 트래픽 존재 여부 정보만을 이용하여 상기 1차 사용자의 채널 사용 여부를 판별할 수 있다. 도 3의 S230단계에서 설명한 바와 같이, 마스터 단말은 S360 단계에서 반영하기로 결정된 트래픽 존재 여부 정보 중 트래픽이 존재함을 나타내는 정보(Ｄ[k]=1)가 기 설정된 비율 이상일 경우, 1차 사용자가 채널 사용중인 것으로 판단할 수 있다. 다만, 본 발명은 이에 한정하지 않으며, 기 설정된 비율은 다양하게 설정 가능함은 전술한 바와 같다.

이와 같이, 본 발명의 마스터 단말은 1차 사용자 및 2차 사용자 단말의 위치 관계를 이용하여 일정 수준 이하의 개별 스펙트럼 센싱 결과를 필터링함으로, 더욱 정확한 스펙트럼 센싱 결과를 도출할 수 있다.

다음으로, 마스터 단말은 판별된 채널 사용 여부를 복수의 슬레이브 단말에 전송한다(S380). 이에 대한 구체적인 실시예는 도 3의 S240 단계에서 상술한 바와 같다.

도 6은 1차 사용자 및 2차 사용자 단말의 위치 정보를 이용한 인지 무선 통신 결과의 예시를 나타낸 도면이다. 도 6의 실시예에서 도 4 및 도 5의 실시예와 동일하거나 상응하는 부분은 구체적인 설명을 생략하도록 한다.

도시된 바와 같이 마스터 단말(200_M)은 1차 사용자 단말(100) 및 각 슬레이브 단말(200a~200e)의 위치 정보를 획득할 수 있으며, 이를 기초로 하여 1차 사용자 단말(100)과 각 슬레이브 단말(200a~200e) 간의 거리를 추정할 수 있다.

각각의 슬레이브 단말(200a~200e)은 스펙트럼 센싱을 통해 1차 사용자의 트래픽 존재 여부를 센싱하지만, 1차 사용자와의 거리가 멀수록 2차 사용자의 센싱 능력은 떨어질 수 있다. 그러면 도 6에 도시된 바와 같이, 1차 사용자가 채널을 사용중임에도 불구하고, 1차 사용자로부터 멀리 떨어진 일부 슬레이브 단말들(200c, 200d, 200e)은 1차 사용자의 트래픽이 없는 것(Traffic info=0)으로 판별할 수 있다. 그러나 본 발명의 마스터 단말(200_M)은 해당 슬레이브 단말(200c, 200d, 200e)의 스펙트럼 센싱 수신신호강도가 기준치를 만족하지 못할 경우 해당 슬레이브 단말(200c, 200d, 200e)의 트래픽 존재 여부 정보(Traffic info=0)를 제외하고, 조건을 만족하는 다른 슬레이브 단말들(200a, 200b)의 트래픽 존재 여부 정보(Traffic info=1)만을 이용하여 1차 사용자의 채널 사용 여부를 판별할 수 있다. 따라서, 일부 슬레이브 단말(200c, 200d, 200e)에서 스펙트럼 센싱의 오류가 있을 경우에도, 본 발명의 마스터 단말(200_M)은 정확한 스펙트럼 센싱 결과를 도출할 수 있다.

이하, 본 발명의 다른 실시예에 따라 압축센싱을 이용하여 1차 사용자의 트래픽을 판단하는 방법에 대해 설명하도록 한다.

압축 센싱이란 Ｍ개의 스파스(sparse)한 정보를 갖는 길이 Ｎ의 원 신호에 대해 Ｋ개의 선형측정 샘플링을 수행함으로, 데이터를 압축하는 방법을 말한다(이때, Ｍ<Ｋ<Ｎ). 즉, 본 발명에 따르면 1차 사용자에 대한 스펙트럼 센싱을 수행할 때, 나이퀴스트 주파수 이하의 샘플링 레이트로 압축 센싱을 수행할 수 있다.

압축센싱 인코더에서 원본 신호를 압축센싱하는 방법은 다음 수식을 통해 표현할 수 있다.

여기서 Ｘ는 길이가 Ｎ인 원본 신호이며, Φ는 원본 신호에서 스파스 신호를 측정하기 위한 Ｋ×Ｎ 크기의 측정행렬이다. Ｙ는 측정행렬 Φ와 원본 신호 Ｘ를 곱하여 나온 압축센싱된 신호로써, Ｋ의 길이를 갖는다. 여기서 Ｋ는 Ｎ보다 작은 값을 가지며, 신호 압축률은 Ｋ/Ｎ이 된다. 본 발명에 따르면 원본 신호의 압축센싱에 이용되는 샘플링 레이트는 나이퀴스트 주파수 이하인 것을 특징으로 한다.

압축센싱에서 선형측정이란 원 신호 Ｘ에 선형측정 행렬 Φ를 곱하여 측정벡터 Ｙ를 얻는 것을 의미한다. 본 발명의 슬레이브 단말이 스펙트럼 센싱을 수행한 신호는 어떤 특정한 신호 공간으로 변형시키면 대부분의 값이 0을 갖고, Ｍ개의 0이 아닌 값을 갖는 스파스 신호가 될 수 있다. 이때, 상기 수학식 4는 다음과 같이 표현될 수 있다.

즉, 신호 Ｘ가 직접적으로 스파스 데이터를 갖는 신호가 아닐 때에는 선형 변형 과정을 거쳐 스파스 신호로 바꾸어줄 수 있다. 상기 수학식 5에서 Ｔ는 역이 존재하는 Ｎ×Ｎ 선형 변형 행렬이고, 이것은 측정 신호와 스파스 신호 s와의 관계를 나타낸다.

한편, 압축센싱 디코더에서는 압축센싱 된 신호 Ｙ를 이용하여 원 신호 Ｘ를 복원할 수 있다. 그러나 주어진 신호 Ｙ에 대해 하나 이상의 솔루션 Ｘ가 존재하기 때문에 일반적인 방법으로 신호 Ｘ는 신호 Ｙ로부터 완벽히 복원될 수 없다. 따라서 신호 Ｙ는 다음 수식과 같이 감지행렬 F의 일부열로 선형 결합된 형태로 표현될 수 있다. 이 경우 미지수의 개수는 수학식의 개수보다 작거나 같게 된다.

수학식 6에서 Ｔ는 s의 지원 영역으로 [1, Ｎ]⊃Ｔ이며,

를 만족한다. Ｆ_i는 감지행렬 Ｆ의 i번째 열을 표현하며, Ｆ_T는 감지행렬 Ｆ의 Ｋ×Ｍ 크기의 부분 행렬로 Ｔ의 색인에 해당하는 열로 구성된다. Ｓ_T는 Ｋ×1 크기의 벡터로 s의 0이 아닌 원소로만 구성된다. 수학식 6은 M-sparse 벡터를 완벽하게 복원하기 위하여

를 만족하는 Ｔ에 대해 유일한 해를 가지고 있어야 한다. RIP(Restricted Isometry Property)는 임의의 Ｔ에 대해 수학식 6이 유일한 해를 가지기 위한 감지행렬 Ｆ의 충분조건이고 다음의 식으로 표현될 수 있다.

만약 감지행렬 Ｆ가 수학식 7을 만족하면, 감지행렬 Ｆ는 RIP를 가진다고 말할 수 있다. 이때 압축센싱 기술을 이용하면, RIP를 가진 감지행렬 Ｆ를 이용하여 신호 Ｙ로부터 M-spase 신호 Ｘ를 완벽히 복원할 수 있다.

본 발명의 실시예에 따르면, 이러한 압축센싱 기술을 인지 무선 시스템에 적용할 수 있다. 인지 무선 시스템에서 1차 사용자들은 스파스한 특성을 보이므로 압축센싱 기술이 적용될 수 있다. 1차 사용자의 주파수 사용 여부를 판별하기 위해서는 많은 수의 2차 사용자가 필요하고, 넓은 주파수 대역의 스펙트럼 센싱을 수행해야 한다. 만약 하나의 인지 무선 사용자가 기존의 감지하던 주파수 대역보다 넓은 주파수 대역을 감지한다면 이것은 더 많은 샘플을 요구하게 되고, 이로 인해 많은 오류가 발생할 수 있다. 따라서, 본 발명의 실시예에 따르면 압축센싱을 통해 스파스한 특성의 샘플만을 사용하게 되므로, 기존보다 훨씬 적은 수의 샘플을 이용하여 넓은 주파수 대역을 감지할 수 있게 된다.

이상에서는 본 발명을 구체적인 실시예를 통하여 설명하였으나, 당업자라면 본 발명의 취지 및 범위를 벗어나지 않고 수정, 변경을 할 수 있다. 따라서 본 발명의 상세한 설명 및 실시예로부터 본 발명이 속하는 기술분야에 속한 사람이 용이하게 유추할 수 있는 것은 본 발명의 권리범위에 속하는 것으로 해석된다.

100 : 1차 사용자 단말 200_M : 마스터 단말
200a, 200b, 200c : 슬레이브 단말
300a, 300b, 300c, 300d : AP

Claims

1차 사용자에 할당된 채널에 대한 스펙트럼을 센싱하는 스펙트럼 센싱 유닛;
상기 스펙트럼 센싱 결과에 기초하여 상기 1차 사용자의 트래픽이 존재하는지 여부를 판별하는 컨트롤러; 및
상기 1차 사용자의 트래픽 존재 여부 정보를 전송하는 트랜스미터;
를 포함하는 복수의 슬레이브 단말과,
상기 복수의 슬레이브 단말로부터 상기 트래픽 존재 여부 정보를 수신하는 통신 유닛; 및
상기 수신된 트래픽 존재 여부 정보를 수집하고, 수집된 복수의 트래픽 존재 여부 정보에 기초하여 상기 1차 사용자의 채널 사용 여부를 판별하며, 상기 판별된 채널 사용 여부 정보를 상기 통신 유닛을 통해 상기 복수의 슬레이브 단말에 전송하는 컨트롤러;
를 포함하는 마스터 단말을 포함하되,
상기 마스터 단말 및 슬레이브 단말은 상기 채널에 대한 비허가의 2차 사용자 단말이며,
상기 마스터 단말의 통신 유닛은 상기 슬레이브 단말의 스펙트럼 센싱 수신신호강도 정보를 더 획득하고,
상기 마스터 단말의 컨트롤러는,
상기 복수의 2차 사용자 단말의 위치 정보를 수집하고, 수집된 위치 정보에 기초하여 상기 1차 사용자 단말과 상기 각 슬레이브 단말 간의 거리를 추정하고, 상기 추정된 거리를 기반으로 결정된 예측 수신신호강도와 해당 슬레이브 단말의 스펙트럼 센싱 수신신호강도를 비교한 결과에 기초하여 상기 1차 사용자의 채널 사용 여부를 판별하고,
상기 슬레이브 단말을 포함하는 각 2차 사용자 단말에서 판별된 상기 1차 사용자의 트래픽 존재 여부 정보를 Ｄ[k]라 하고, 상기 2차 사용자 단말의 위치 정보를 x_k, y_k, 상기 Ｄ[k]=1을 만족하는 2차 사용자의 총 수를 N이라 할 때, 상기 1차 사용자 단말의 위치 정보 X_U1, Y_U1은 다음 수식을 통해 획득되는 것을 특징으로 하는 애드-혹을 이용한 인지 무선 통신 시스템.

제 1항에 있어서,
상기 마스터 단말은 복수의 상기 2차 사용자 단말 중 선택된 단말인 것을 특징으로 하는 애드-혹을 이용한 인지 무선 통신 시스템.

제 2항에 있어서,
상기 마스터 단말은 상기 복수의 2차 사용자 중 상기 1차 사용자 단말에 가장 가까운 거리에 있는 단말인 것을 특징으로 하는 애드-혹을 이용한 인지 무선 통신 시스템.

제 1항에 있어서,
상기 마스터 단말의 컨트롤러는,
상기 수집된 복수의 트래픽 존재 여부 정보 중 트래픽이 존재함을 나타내는 정보가 기 설정된 비율 이상일 경우, 상기 1 차 사용자가 채널 사용중인 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 애드-혹을 이용한 인지 무선 통신 시스템.

삭제

제 1항에 있어서,
상기 마스터 단말의 컨트롤러는,
상기 스펙트럼 센싱 수신신호강도가 상기 예측 수신신호강도 보다 기 설정된 값 이상 크지 않을 경우, 해당 슬레이브 단말로부터 수신한 트래픽 존재 여부 정보를 상기 1차 사용자의 채널 사용 여부의 판별에 사용하지 않는 것을 특징으로 하는 애드-혹을 이용한 인지 무선 통신 시스템.

제 1항에 있어서,
상기 스펙트럼 센싱 유닛은,
나이퀴스트 주파수 이하의 샘플링 레이트로 압축 센싱을 수행하는 것을 특징으로 하는 애드-혹을 이용한 인지 무선 통신 시스템.

복수의 슬레이브 단말로부터 1차 사용자의 트래픽 존재 여부 정보를 수신하는 단계, 상기 1차 사용자는 특정 채널에 대한 허가 사용자이고, 상기 슬레이브 단말은 상기 특정 채널에 대한 비허가의 2차 사용자 단말이며, 상기 트래픽 존재 여부 정보는 해당 슬레이브 단말의 스펙트럼 센싱 결과에 기초하여 생성됨;
상기 수신된 트래픽 존재 여부 정보를 수집하는 단계;
상기 수집된 복수의 트래픽 존재 여부 정보에 기초하여 상기 1차 사용자의 채널 사용 여부를 판별하는 단계; 및
상기 판별된 채널 사용 여부 정보를 상기 복수의 슬레이브 단말에 전송하는 단계;를 포함하되,
상기 슬레이브 단말의 스펙트럼 센싱 수신신호강도 정보를 획득하는 단계;
비허가의 복수의 2차 사용자 단말의 위치 정보를 수집하는 단계; 및
수집된 위치 정보에 기초하여 상기 1차 사용자의 단말과 각 슬레이브 단말 간의 거리를 추정하는 단계;를 더 포함하고,
상기 판별하는 단계는, 상기 추정된 거리를 기반으로 한 예측 수신신호강도와 해당 슬레이브 단말의 스펙트럼 센싱 수신신호강도를 비교한 결과에 기초하여 상기 1차 사용자의 채널 사용 여부를 판별하고,
상기 슬레이브 단말을 포함하는 각 2차 사용자 단말에서 판별된 상기 1차 사용자의 트래픽 존재 여부 정보를 Ｄ[k]라 하고, 상기 2차 사용자 단말의 위치 정보를 x_k, y_k, 상기 Ｄ[k]=1을 만족하는 2차 사용자의 총 수를 N이라 할 때, 상기 1차 사용자 단말의 위치 정보 X_U1, Y_U1은 다음 수식을 통해 획득되는 것을 특징으로 하는 애드-혹을 이용한 인지 무선 통신 방법.

제 8항에 있어서,
상기 판별하는 단계는,
상기 수집된 복수의 트래픽 존재 여부 정보 중 트래픽이 존재함을 나타내는 정보가 기 설정된 비율 이상일 경우, 상기 1 차 사용자가 채널 사용중인 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 애드-혹을 이용한 인지 무선 통신 방법.

삭제

제 8항에 있어서,
상기 판별하는 단계는,
상기 스펙트럼 센싱 수신신호강도가 상기 예측 수신신호강도 보다 기 설정된 값 이상 크지 않을 경우, 해당 슬레이브 단말로부터 수신한 트래픽 존재 여부 정보를 상기 1차 사용자의 채널 사용 여부의 판별에 사용하지 않는 것을 특징으로 하는 애드-혹을 이용한 인지 무선 통신 방법.

복수의 슬레이브 단말로부터 1차 사용자의 트래픽 존재 여부 정보를 수신하는 통신 유닛, 상기 1차 사용자는 특정 채널에 대한 허가 사용자이고, 상기 슬레이브 단말은 상기 특정 채널에 대한 비허가의 2차 사용자 단말이며, 상기 트래픽 존재 여부 정보는 해당 슬레이브 단말의 스펙트럼 센싱 결과에 기초하여 생성됨; 및
상기 수신된 트래픽 존재 여부 정보를 수집하고, 상기 수집된 복수의 트래픽 존재 여부 정보에 기초하여 상기 1차 사용자의 채널 사용 여부를 판별하며, 상기 판별된 채널 사용 여부 정보를 상기 통신 유닛을 통해 상기 복수의 슬레이브 단말에 전송하는 컨트롤러;
를 포함하되,
상기 통신 유닛은 상기 슬레이브 단말의 스펙트럼 센싱 수신신호강도 정보를 더 획득하고,
상기 컨트롤러는,
상기 복수의 2차 사용자 단말의 위치 정보를 수집하고, 수집된 위치 정보에 기초하여 상기 1차 사용자 단말과 상기 각 슬레이브 단말 간의 거리를 추정하고, 상기 추정된 거리를 기반으로 결정된 예측 수신신호강도와 해당 슬레이브 단말의 스펙트럼 센싱 수신신호강도를 비교한 결과에 기초하여 상기 1차 사용자의 채널 사용 여부를 판별하고,
상기 슬레이브 단말을 포함하는 각 2차 사용자 단말에서 판별된 상기 1차 사용자의 트래픽 존재 여부 정보를 Ｄ[k]라 하고, 상기 2차 사용자 단말의 위치 정보를 x_k, y_k, 상기 Ｄ[k]=1을 만족하는 2차 사용자의 총 수를 N이라 할 때, 상기 1차 사용자 단말의 위치 정보 X_U1, Y_U1은 다음 수식을 통해 획득되는 것을 특징으로 하는 애드-혹을 이용한 인지 무선 통신 단말.

제 12항에 있어서,
상기 컨트롤러는,
상기 수집된 복수의 트래픽 존재 여부 정보 중 트래픽이 존재함을 나타내는 정보가 기 설정된 비율 이상일 경우, 상기 1 차 사용자가 채널 사용중인 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 애드-혹을 이용한 인지 무선 통신 단말.

삭제

제 12항에 있어서,
상기 컨트롤러는,
상기 스펙트럼 센싱 수신신호강도가 상기 예측 수신신호강도 보다 기 설정된 값 이상 크지 않을 경우, 해당 슬레이브 단말로부터 수신한 트래픽 존재 여부 정보를 상기 1차 사용자의 채널 사용 여부의 판별에 사용하지 않는 것을 특징으로 하는 애드-혹을 이용한 인지 무선 통신 단말.