KR101560557B1 - 인지 무선 네트워크에서 제한된 피드백을 가지는 협력적 센싱 방법 및 장치 - Google Patents

인지 무선 네트워크에서 제한된 피드백을 가지는 협력적 센싱 방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 인지 무선 네트워크에서의 협력적 센싱 장치에 관한 것으로서, 하나 이상의 차순위 사용자로부터 선순위 사용자의 신호 에너지를 센싱하여 산출한 차순위 사용자 평균 수신신호 에너지를 수신하는 통신부, 및 상기 수신한 차순위 사용자 평균 수신신호 에너지를 합산하고, 상기 합산된 차순위 사용자 평균 수신신호 에너지가 검출 임계값보다 높은지 비교함으로써 상기 선순위 사용자의 존재 여부를 판단하는 판단부를 포함하고, 상기 통신부는, 차순위 사용자 평균 수신신호 에너지가 신호 에너지 임계값 이상인 차순위 사용자로부터만 상기 차순위 사용자 평균 수신신호 에너지를 수신하는 것을 특징으로 함으로써, 차순위 사용자로부터의 선순위 사용자의 신호 에너지 피드백을 제한함으로써 채널 오버헤드를 줄일 수 있다.

Description

인지 무선 네트워크에서 제한된 피드백을 가지는 협력적 센싱 방법 및 장치{Cooperative Spectrum Sensing Method in Cognitive Radio Network with limited Feedback and Apparatus thereof}
본 발명은 인지 무선 네트워크에서의 협력적 센싱 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 차순위 사용자로부터의 선순위 사용자의 신호 에너지 피드백을 제한함으로써 채널 오버헤드를 줄이는 협력 센싱 방법 및 그 장치에 관한 것이다.
종래의 기술에서 인지 무선 네트워크의 센싱 피드백 정보량 제한 방식이 센싱 정보를 0과 1의 두 비트로 표현하는 경판정(Hard Decision) 방식이 대부분이었다. 하지만 이와 같은 피드백 제한 방식은 퓨전 센터에서 글로벌 판단을 위해 반영되는 정보량이 한정적이기 때문에 선순위 사용자 존재 유무에 대한 스펙트럼 센싱 결과가 신뢰성을 잃을 수도 있는 문제점이 있다. 또한, 퓨전 센터에서 센싱 정보 취합 방식에서 각 선순위 사용자의 피드백 정보에 가중치를 부여하는 방식의 타당성이 부족하며, 선택된 가중치가 반영된 합산 결과로 높은 검출 확률을 도출할 수 없다는 한계를 지닌다.
본 발명과 관련된 선행기술로는 '인지무선 네트워크 통신 방법 및 시스템(한국등록특허 10-1184873)' 등이 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 첫 번째 과제는 차순위 사용자로부터의 선순위 사용자의 신호 에너지 피드백을 제한함으로써 채널 오버헤드를 줄이는 협력 센싱 장치를 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 두 번째 과제는 차순위 사용자로부터의 선순위 사용자의 신호 에너지 피드백을 제한함으로써 채널 오버헤드를 줄이는 협력 센싱 방법을 제공하는 것이다.
본 발명은 상기 첫 번째 과제를 달성하기 위하여, 인지 무선 네트워크에서의 협력적 센싱 장치에 있어서, 하나 이상의 차순위 사용자로부터 선순위 사용자의 신호 에너지를 센싱하여 산출한 차순위 사용자 평균 수신신호 에너지를 수신하는 통신부; 및 상기 수신한 차순위 사용자 평균 수신신호 에너지를 합산하고, 상기 합산된 차순위 사용자 평균 수신신호 에너지가 검출 임계값보다 높은지 비교함으로써 상기 선순위 사용자의 존재 여부를 판단하는 판단부를 포함하고, 상기 통신부는, 차순위 사용자 평균 수신신호 에너지가 신호 에너지 임계값 이상인 차순위 사용자로부터만 상기 차순위 사용자 평균 수신신호 에너지를 수신하는 것을 특징으로 하는 장치를 제공한다.
본 발명의 실시예에 의하면, 상기 신호 에너지 임계값은, 선순위 사용자 검출확률 및 상기 차순위 사용자 평균 수신신호 에너지 정보량을 고려하여 산출되는 것을 특징으로 하는 장치일 수 있다.
본 발명의 실시예에 의하면, 상기 판단부는, 상기 각 차순위 사용자로부터 수신한 차순위 사용자 평균 수신신호 에너지에 상기 각 차순위 사용자에 설정된 합산 가중치를 적용하여 합산하는 것을 특징으로 하는 장치일 수 있다.
본 발명의 실시예에 의하면, 상기 합산 가중치는, 상기 각 차순위 사용자의 선순위 사용자 검출확률을 최대화시키는 가중치인 것을 특징으로 하는 장치일 수 있다.
본 발명의 실시예에 의하면, 상기 차순위 사용자로부터 수신되는 차순위 사용자 평균 수신신호 에너지는, 상기 차순위 사용자 평균 수신신호 에너지를 양자화한 것을 특징으로 하는 장치일 수 있다.
본 발명은 상기 두 번째 과제를 달성하기 위하여, 인지 무선 네트워크에서의 협력적 센싱 방법에 있어서, 하나 이상의 차순위 사용자로부터 선순위 사용자의 신호 에너지를 센싱하여 산출한 차순위 사용자 평균 수신신호 에너지를 수신하는 단계; 및 상기 수신한 차순위 사용자 평균 수신신호 에너지를 합산하고, 상기 합산된 차순위 사용자 평균 수신신호 에너지가 검출 임계값보다 높은지 비교함으로써 상기 선순위 사용자의 존재 여부를 판단하는 단계를 포함하고, 상기 선순위 사용자의 신호 에너지를 수신하는 단계는, 차순위 사용자 평균 수신신호 에너지가 신호 에너지 임계값 이상인 차순위 사용자로부터만 상기 차순위 사용자 평균 수신신호 에너지를 수신하는 것을 특징으로 하는 방법을 제공한다.
본 발명의 실시예에 의하면, 상기 선순위 사용자의 존재 여부를 판단하는 단계는, 상기 각 차순위 사용자로부터 수신한 차순위 사용자 평균 수신신호 에너지에 상기 각 차순위 사용자에 설정된 합산 가중치를 적용하여 합산하는 것을 특징으로 하는 방법일 수 있다.
본 발명에 따르면, 인지 무선 네트워크에서 차순위 사용자의 퓨전 센터로의 피드백 정보량을 크게 제한함으로써 채널 오버헤드를 극적으로 줄일 수 있다. 그리고 퓨전 센터에서 각 차순위 사용자로부터 수신한 피드백 센싱 정보를 합산 시, 검출 확률을 최대화시키는 각 차순위 사용자에 대한 가중치를 고려하기 때문에 종래의 센싱 정보 합산 방식에 비해 검출 성능이 더 뛰어나다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 협력적 센싱 장치의 블록도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 인지 무선 네트워크 시스템의 블록도이다.
도 3a는 인지 무선 네트워크의 환경을 도시한 것이고, 도 3b는 본 발명의 실시예에 따른 협력적 센싱을 도시한 것이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 협력적 센싱 방법의 흐름도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 협력적 센싱 방법의 흐름도이다.
도 6 내지 8은 본 발명의 실시예에 따른 협력적 센싱 환경 전체에서의 협력적 센싱 과정을 나타낸 흐름도이다.
도 9 내지 11은 본 발명의 실시예에 따른 협력적 센싱의 결과를 나타낸 그래프이다.
본 발명에 관한 구체적인 내용의 설명에 앞서 이해의 편의를 위해 본 발명이 해결하고자 하는 과제의 해결 방안의 개요 혹은 기술적 사상의 핵심을 우선 제시한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 인지 무선 네트워크에서의 협력적 센싱 장치는, 하나 이상의 차순위 사용자로부터 선순위 사용자의 신호 에너지를 센싱하여 산출한 차순위 사용자 평균 수신신호 에너지를 수신하는 통신부, 및 상기 수신한 차순위 사용자 평균 수신신호 에너지를 합산하고, 상기 합산된 차순위 사용자 평균 수신신호 에너지가 검출 임계값보다 높은지 비교함으로써 상기 선순위 사용자의 존재 여부를 판단하는 판단부를 포함하고, 상기 통신부는, 차순위 사용자 평균 수신신호 에너지가 신호 에너지 임계값 이상인 차순위 사용자로부터만 상기 차순위 사용자 평균 수신신호 에너지를 수신하는 것을 특징으로 한다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있는 실시 예를 상세히 설명한다. 그러나 이들 실시예는 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명의 범위가 이에 의하여 제한되지 않는다는 것은 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게 자명할 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제의 해결 방안을 명확하게 하기 위한 발명의 구성을 본 발명의 바람직한 실시예에 근거하여 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명하되, 도면의 구성요소들에 참조번호를 부여함에 있어서 동일 구성요소에 대해서는 비록 다른 도면상에 있더라도 동일 참조번호를 부여하였으며 당해 도면에 대한 설명시 필요한 경우 다른 도면의 구성요소를 인용할 수 있음을 미리 밝혀둔다. 아울러 본 발명의 바람직한 실시 예에 대한 동작 원리를 상세하게 설명함에 있어 본 발명과 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명 그리고 그 이외의 제반 사항이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우, 그 상세한 설명을 생략한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 협력적 센싱 장치의 블록도이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 협력적 센싱 장치(100)는 통신부(110) 및 판단부(120)로 구성된다. 인지 무선 네트워크에서 차순위 사용자(Secondary User)가 채널을 이용하기 위해선 지속적을 무선채널을 센싱하여 채널의 가용여부를 판단하고, 채널이 비었다고 판단된 경우 상기 채널을 사용할 수 있다. 이때, 선순위 사용자(Primary User)의 통신을 보호하기 위해 선순위 사용자에 대한 센싱의 정확도가 매우 중요하다. 상기 센싱의 정확도를 높이기 위하여 복수의 차순위 사용자를 활용한 협력적 센싱 방법이 이용된다. 상기 차순위 사용자는 2차 사용자 또는 비면허 사용자라고도 하며, 선순위 사용자는 1차 사용자 또는 면허 사용자라고도 한다.
협력적 센싱은 센싱정보를 1비트로 하여 선순위 사용자의 존재 여부를 판단하는 하드 결합(Hard Combining) 협력적 센싱과 각 차순위 사용자가 센싱한 선순위 사용자 신호 에너지를 이용하여 선순위 사용자의 존재 여부를 판단하는 소프트 결합(Soft Combining) 협력적 센싱이 있다. 본 발명의 실시예에서는 소프트 결합 협력적 센싱을 이용한다.
통신부(110)는 하나 이상의 차순위 사용자로부터 선순위 사용자의 신호 에너지를 센싱하여 산출한 차순위 사용자 평균 수신신호 에너지를 수신한다.
보다 구체적으로, 선순위 사용자의 존재 여부를 판단하기 위한 근거로 선순위 사용자의 신호 에너지를 이용하는바, 통신부(110)는 하나 이상의 차순위 사용자로부터 선순위 사용자의 신호 에너지를 센싱하여 산출한 차순위 사용자 평균 수신신호 에너지를 수신한다. 상기 차순위 사용자 평균 수신신호 에너지는 상기 차순위 사용자가 센싱을 통해 상기 선순위 사용자로부터 수신한 신호의 평균값을 의미한다. 상기 차순위 사용자는 센싱노드일 수 있다.
통신부(110)가 상기 차순위 사용자로부터 수신되는 차순위 사용자 평균 수신신호 에너지는 상기 차순위 사용자 평균 수신신호 에너지를 양자화한 것일 수 있다. 차순위 사용자 평균 수신신호 에너지를 양자화된 데이터를 수신함으로써 정보량을 줄일 수 있다.
통신부(110)는 차순위 사용자 평균 수신신호 에너지가 신호 에너지 임계값 이상인 차순위 사용자로부터만 상기 차순위 사용자 평균 수신신호 에너지를 수신한다. 다수의 차순위 사용자가 센싱한 차순위 사용자 평균 수신신호 에너지를 모두 수신하는 경우, 그 정보량에 따라 채널의 오버헤드가 증가한다. 따라서, 모든 선순위 사용자의 신호 에너지 센싱 정보를 수신하지 않고, 센싱한 차순위 사용자 평균 수신신호 에너지가 신호 에너지 임계값 이상인 차순위 사용자로부터만 상기 차순위 사용자 평균 수신신호 에너지를 수신함으로써 체널의 피드백 오버헤드를 줄일 수 있다. 상기 신호 에너지 임계값은 선순위 사용자 검출확률 및 상기 차순위 사용자 평균 수신신호 에너지 정보량을 고려하여 산출될 수 있다. 복수의 차순위 사용자의 센싱의 정확도를 평가하기 위하여, 검출확률과 오경보확률을 이용한다. 검출확률(Detection Probability, Pd)은 선순위 사용자가 있을 때, 선순위 사용자가 있다고 판단할 확률이고, 오경보확률(False Alarm Probability, Pfa)은 선순위 사용자가 없을 때, 선순위 사용자가 있다고 판단한 확률이다. 상기 검출확률을 높이기 위해선 많은 차순위 사용자 평균 수신신호 에너지 정보가 필요한바, 낮은 신호 에너지 임계값이 필요하고, 그에 따라 수신하는 차순위 사용자 평균 수신신호 에너지의 양이 많아지는바, 피드백 오버헤드가 증가한다. 즉, 검출확률과 피드백 오버헤드는 반비례 관계에 있는바, 이를 고려하여 상기 신호 에너지 임계값을 설정할 수 있다. 상기 신호 에너지 임계값은 인지 무선 네트워크 서비스를 제공하는 서비스 제공자에 의해 설정될 수 있다.
판단부(120)는 상기 수신한 차순위 사용자 평균 수신신호 에너지를 합산하고, 상기 합산된 차순위 사용자 평균 수신신호 에너지가 검출 임계값보다 높은지 비교함으로써 상기 선순위 사용자의 존재 여부를 판단한다.
보다 구체적으로, 판단부(120)는 선순위 사용자가 존재하는 여부를 판단하기 위하여, 통신부(110)가 수신한 차순위 사용자 평균 수신신호 에너지를 합산한다. 상기 합산된 사용자의 평균 수신신호 에너지가 검출 임계값보다 높은지를 비교함으로써 상기 선순위 사용자의 존재 여부를 판단한다. 상기 합산된 사용자의 평균 수신신호 에너지가 검출 임계값 이상인 경우, 선순위 사용자가 존재하는 것으로 판단하고, 상기 합산된 사용자의 평균 수신신호 에너지가 검출 임계값 미만인 경우, 선순위 사용자가 존재하지 않는 것으로 판단한다. 상기 검출 임계값은 과거 검출확률을 이용하여 산출될 수 있다.
판단부(120)는 소정의 주기 동안에 수신되는 차순위 사용자 평균 수신신호 에너지를 이용할 수 있다. 정확한 선순위 사용자의 존재유무 판단을 위하여, 일정 주기 동안 수신되는 차순위 사용자 평균 수신신호 에너지들을 이용할 수 있다. 잡음이 외부환경에 의해 커지는 것과 같이, 일시적인 네트워크 환경에 따른 오류를 방지하기 위하여, 일정 주기 동안 수신되는 차순위 사용자 평균 수신신호 에너지들을 이용함으로써 선순위 사용자의 존재유무 판단의 정확성을 높일 수 있다.
판단부(120)는 상기 각 차순위 사용자로부터 수신한 차순위 사용자 평균 수신신호 에너지에 상기 각 차순위 사용자에 설정된 합산 가중치를 적용하여 합산할 수 있다. 차순위 사용자의 평균 수신신호 에너지를 합산함에 있어서, 각 차순위 사용자의 검출의 정확도가 상이한바, 각 차순위 사용자의 검출확률을 고려할 수 있도록 합산 가중치를 적용한다. 상기 합산 가중치는 상기 각 차순위 사용자의 선순위 사용자 검출확률을 최대화시키는 가중치일 수 있다.
차순위 사용자가 센싱한 선순위 사용자의 신호 에너지를 이용하여 선순위 사용자의 존재 여부를 판단하는 구체적인 과정은 도 2에 대한 설명에서 자세히 다루도록 한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 인지 무선 네트워크 시스템의 블록도이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 인지 무선 네트워크 시스템(200)은 선순위 사용자(210), 차순위 사용자(220), 및 퓨전 센터(230)로 구성될 수 있다.
차순위 사용자(220)는 선순위 사용자(210)의 신호 에너지를 센싱하여 산출한 차순위 사용자 평균 수신신호 에너지를 퓨전 센터로 피드백한다.
보다 구체적으로, 선순위 사용자(210)의 존재 여부를 협력적 센싱을 통해 판단하기 위하여, 선순위 사용자(210)의 신호 에너지를 센싱한다. 차순위 사용자(220)가 수신하는 선순위 사용자(210)의 신호 에너지는 다음 수학식과 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112013120491027-pat00001
여기서, Ym은 m 번째 차순위 사용자가 관측한 신호 세기이다. H0과 H1은 각각 선순위 사용자가 존재하지 않는 경우와 선순위 사용자가 존재하는 경우를 의미하며, xm(n)은 m 번째 차순위 사용자 n 번째 샘플의 신호 세기이다. vm(n)는 평균이 0, 분산이 σ2인 AWGN(Addictive White Gaussian Noise)이다. α는 선순위 사용자의 송신 전력, Lm은 경로 손실 계수이고, 다음 수학식의 표준 경로 손실 모델을 따른다고 가정한다.
Figure 112013120491027-pat00002
c와 γ는 각각 경로 손실 단위 상수와 경로 손실 지수이며, Dm은 선순위 사용자와 m 번째 차순위 사용자 간 거리이다. 또한,
Figure 112013120491027-pat00003
은 선순위 사용자의 신호이다. d는 선순위 사용자가 보내는 신호 샘플, hm(n)는 선순위 사용자로부터 m 번째 차순위 사용자의 n 번째 샘플까지의 채널 계수이며, 레일리 페이딩(Rayleigh Fading) 채널 환경을 따른다고 가정한다. 그리고 서로 다른 m과 n 간의 sm(n)는 서로 독립이라고 가정한다.
그리고 다음을 정의한다. xm=[xm(1),xm(2), ... ,xm(N)]T. 여기서 N은 샘플의 수이다. 이때, m 번째 차순위 사용자의 선순위 사용자에 대한 평균 수신신호 에너지는 다음과 같이 정의할 수 있다.
Figure 112013120491027-pat00004
여기서 선순위 사용자의 송신 신호의 총 에너지는 변하지 않으며, 따라서 um은 즉각적인 채널 이득의 파워이다. 만약, 차순위 사용자의 센싱 결과, 선순위 사용자의 신호가 존재하지 않으면, Ym은 N 자유도를 가지는 집중 카이스퀘어(Central Chi-square) 분포를 따르고, 선순위 사용자의 신호가 존재하면, Ym은 비집중 카이스퀘어(Non-central Chi-square) 분포를 따른다. 이를 수식으로 나타내면 다음과 같다.
Figure 112013120491027-pat00005
Figure 112013120491027-pat00006
는 비중심성(Non-centrality) 파라미터이다.
차순위 사용자(220)는 상기 산출된 차순위 사용자 평균 수신신호 에너지가 신호 에너지 임계값 이상인 경우에만 퓨전 센터(230)로 피드백한다. 상기 신호 에너지 임계값은 선순위 사용자 검출확률 및 상기 차순위 사용자 평균 수신신호 에너지 정보량을 고려하여 산출될 수 있다. 검출확률과 피드백 오버헤드는 반비례 관계에 있는바, 이를 고려하여 상기 신호 에너지 임계값을 설정할 수 있다. 상기 신호 에너지 임계값은 인지 무선 네트워크 서비스를 제공하는 서비스 제공자에 의해 설정될 수 있다. 상기 차순위 사용자 평균 수신신호 에너지를 양자화하여 양자화된 데이터로 퓨전 센터로 피드백할 수 있다.
퓨전 센터(230)는 각 차순위 사용자(220)로부터 차순위 사용자 평균 수신신호 에너지를 수신하고, 상기 수신한 차순위 사용자 평균 수신신호 에너지에 상기 각 차순위 사용자(220)에 설정된 합산 가중치를 적용하여 합산하며, 상기 합산된 차순위 사용자 평균 수신신호 에너지가 검출 임계값보다 높은지 비교함으로써 상기 선순위 사용자(210)의 존재 여부를 판단한다.
보다 구체적으로, 퓨전 센터(230)는 차순위 사용자(220)들로 수신한 차순위 사용자 평균 수신신호 에너지를 이용하여 선순위 사용자가 존재하는지 여부를 판단한다. 이를 위하여, 상기 수신한 차순위 사용자 평균 수신신호 에너지에 상기 각 차순위 사용자(220)에 설정된 합산 가중치를 적용하여 합산한다. 차순위 사용자 평균 수신신호 에너지를 합산함에 있어서, 각 차순위 사용자의 검출의 정확도가 상이한바, 각 차순위 사용자의 검출확률을 고려할 수 있도록 합산 가중치를 적용한다. 상기 합산 가중치는 상기 각 차순위 사용자의 선순위 사용자 검출확률을 최대화시키는 가중치일 수 있다.
합산 가중치를 적용한 차순위 사용자 평균 수신신호 에너지의 합산은 다음과 같다.
Figure 112013120491027-pat00007
여기서, βm는 m 번째 차순위 사용자에 해당하는 합산 가중치 계수이다.
최종적으로 퓨전 센터는 합산 가중치가 적용된 차순위 사용자 평균 수신신호 에너지의 합산 값이 검출 임계값(λth)과 비교하여 다음과 같이, 선순위 사용자의 존재 여부를 판단한다.
Figure 112013120491027-pat00008
협력적 센싱에서 퓨전 센터의 센싱 성능은 선순위 사용자가 존재할 때(H1), 선순위 사용자를 검출하는 검출 확률(Pd)과 선순위 사용자가 존재하지 않을 때(H0), 존재한다고 판단하는 오경보 확률(Pfa)로 판단한다. 센싱 성능은 다음과 같이 도출된다.
Figure 112013120491027-pat00009
Figure 112013120491027-pat00010
여기서 Y는 퓨전 센터(230)에서 수신한 차순위 사용자 평균 수신신호 에너지에 합산 가중치를 고려한 에너지 총합, λ는 센싱 판단을 위한 검출 임계값, N은 각 차순위 사용자의 에너지 검출을 위한 샘플 수, M은 차순위 사용자 수이다. βm은 m 번째 차순위 사용자의 합산 가중치이며 다음과 같이 정규화할 수 있다.
Figure 112013120491027-pat00011
um은 m 번째 차순위 사용자의 선순위 사용자에 대한 평균 수신신호 에너지이고,
Figure 112013120491027-pat00012
이다. 그리고 검출 확률과 오경보 확률을 결합하여 아래와 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112013120491027-pat00013
여기서 합산 가중치 wm은 오경보 확률 Pfa이 고정된 환경에서 검출 확률 Pd를 최대화시키는 가중치로 선택하며 이는 다음을 만족한다.
Figure 112013120491027-pat00014
이때, M 차순위 사용자의 합산 가중치 조합 w은
Figure 112013120491027-pat00015
과 같이 나타낸다.
도 3a는 인지 무선 네트워크의 환경을 도시한 것이고, 도 3b는 본 발명의 실시예에 따른 협력적 센싱을 도시한 것이다.
인지 무선 네트워크에서 선순위 사용자의 존재여부를 판단하기 위하여, 차순위 사용자들이 선순위 순위자를 센싱하여 산출된 차순위 사용자 평균 수신신호 에너지를 퓨전 센터가 수신하고, 상기 수신된 각 차순위 사용자들의 차순위 사용자 평균 수신신호 에너지를 취합하여 검출 임계값과 비교함으로써 선순위 사용자의 존재여부를 판단한다. 본 발명의 실시예에 따른 협력적 센싱에서는 모든 차순위 사용자로부터 차순위 사용자 평균 수신신호 에너지를 수신하지 않고, 신호 에너지 임계값을 이상의 차순위 사용자 평균 수신신호 에너지를 센싱한 차순위 사용자들로부터만 차순위 사용자 평균 수신신호 에너지를 수신하여 선순위 사용자의 존재여부를 판단하는데 이용한다. 이를 통해, 채널의 오버헤드를 줄일 수 있다. 또한, 각 차순위 사용자로부터 수신한 차순위 사용자 평균 수신신호 에너지를 합산 가중치를 적용하여 합산함으로써 선순위 사용자 존재여부 판단의 정확성을 높일 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 협력적 센싱 방법의 흐름도이다.
410 단계는 하나 이상의 차순위 사용자로부터 선순위 사용자의 신호 에너지를 센싱하여 산출한 차순위 사용자 평균 수신신호 에너지를 수신하는 단계이다.
보다 구체적으로, 선순위 사용자의 존재 여부를 판단하기 위하여, 복수의 차순위 사용자가 센싱한 차순위 사용자 평균 수신신호 에너지를 이용하는 협력적 센싱을 수행한다. 이를 위하여, 차순위 사용자로부터 차순위 사용자가 센싱하여 산출한 차순위 사용자 평균 수신신호 에너지를 수신한다. 상기 차순위 사용자 평균 수신신호 에너지를 수신함에 있어서, 차순위 사용자 평균 수신신호 에너지가 신호 에너지 임계값 이상인 차순위 사용자로부터만 상기 차순위 사용자 평균 수신신호 에너지를 수신할 수 있다. 상기 신호 에너지 임계값은 선순위 사용자 검출확률 및 상기 차순위 사용자 평균 수신신호 에너지 정보량을 고려하여 산출될 수 있다. 본 단계에 대한 상세한 설명은 도 1의 통신부(110)와 도 2의 차순위 사용자(220) 및 퓨전 센터(230)에 대한 상세한 설명에 대응하는바, 도 1의 통신부(110)와 도 2의 차순위 사용자(220) 및 퓨전 센터(230)에 대한 상세한 설명으로 대신한다.
420 단계는 상기 수신한 차순위 사용자 평균 수신신호 에너지를 합산하고, 상기 합산된 차순위 사용자 평균 수신신호 에너지가 검출 임계값보다 높은지 비교함으로써 상기 선순위 사용자의 존재 여부를 판단하는 단계이다.
보다 구체적으로, 410단계에서 수신한 차순위 사용자 평균 수신신호 에너지를 합산하여 검출 임계값과 비교함으로써 상기 선순위 사용자의 존재 여부를 판단한다. 상기 차순위 사용자 평균 수신신호 에너지의 합산 값이 상기 검출 임계값 이상인 경우, 상기 선순위 사용자가 존재하는 것으로 판단하고, 상기 차순위 사용자 평균 수신신호 에너지의 합산 값이 상기 검출 임계값 미만인 경우, 상기 선순위 사용자가 존재하지 않는 것으로 판단한다. 본 단계에 대한 상세한 설명은 도 1의 판단부(120)와 도 2의 퓨전 센터(230)에 대한 상세한 설명에 대응하는바, 도 1의 판단부(120)와 도 2의 퓨전 센터(230)에 대한 상세한 설명으로 대신한다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 협력적 센싱 방법의 흐름도이다.
510 단계는 수신한 차순위 사용자 평균 수신신호 에너지에 각 차순위 사용자에 설정된 합산 가중치를 적용하여 합산하고, 합산된 차순위 사용자 평균 수신신호 에너지가 검출 임계값보다 높은지 비교함으로써 선순위 사용자의 존재 여부를 판단하는 단계이다.
보다 구체적으로, 410단계에서 수신한 차순위 사용자 평균 수신신호 에너지를 합산함에 있어서, 각 차순위 사용자에 설정된 합산 가중치를 적용함으로써, 선순위 사용자의 존재여부 판단의 정확성을 높인다. 상기 합산 가중치는 상기 각 차순위 사용자의 선순위 사용자 검출확률을 최대화시키는 가중치일 수 있다. 본 단계에 대한 상세한 설명은 도 1의 판단부(120)와 도 2의 퓨전 센터(230)에 대한 상세한 설명에 대응하는바, 도 1의 판단부(120)와 도 2의 퓨전 센터(230)에 대한 상세한 설명으로 대신한다.
도 6 내지 8은 본 발명의 실시예에 따른 협력적 센싱 환경 전체에서의 협력적 센싱 과정을 나타낸 흐름도이다.
도 6은 퓨전 센터에서 피드백 받은 센싱 정보를 합산 가중치를 고려하여 취합하는 협력적 센싱의 흐름도이다. 각 차순위 사용자에서 수신 신호 샘플을 수집하고, 상기 수신된 신호 샘플을 통해 에너지를 추정하고, 추정한 수신 신호 에너지를 양자화한 후, 양자화된 에너지 정보를 퓨전 센터로 피드백한다. 퓨전 센터에서는 피드백 받은 센싱 정보를 합산 가중치를 고려하여 취합하고, 이를 기반으로 채널 내 선순위 사용자의 존재 유무를 판단한다.
도 7은 차순위 사용자가 퓨전 센터로 피드백함에 있어서, 수신 신호 에너지가 특정 임계값 이상인 경우에만 피드백을 수행하는 협력적 센싱의 흐름도이다. 각 차순위 사용자에서 수신 신호 샘플을 수집하고, 상기 수신된 신호 샘플을 통해 에너지를 추정하고, 추정된 수신 신호 에너지가 특정 임계값 이상인 경우에만 퓨전 센터로 피드백한다. 퓨전 센터에서는 피드백 받은 센싱 정보를 합산 가중치를 고려하여 취합하고, 이를 기반으로 채널 내 선순위 사용자의 존재 유무를 판단한다.
도 8은 퓨전 센터에서 수신한 센싱 정보를 이용하여 선순위 사용자의 존재를 판단하는 과정의 흐름도이다. 각 차순위 사용자로부터 센싱 정보를 수신하고, 검출 확률을 최대화하는 합산 가중치를 결정한 후, 합산 가중치를 고려하여 수신한 센싱 정보를 합산한다. 상기 합산한 정보량과 검출 임계값을 비교하고, 합산한 정보량이 임계값 이상인 경우 선순위 사용자가 존재하는 것으로 판단하고, 합산한 정보량이 임계값 미만인 경우 선순위 사용자가 부존재하는 것으로 판단한다.
도 9 내지 11은 본 발명의 실시예에 따른 협력적 센싱의 결과를 나타낸 그래프이다.
본 발명의 실시예에 따른 협력적 센싱의 결과를 확인하기 위하여, 본 발명의 실시예에 따른 차순위 사용자 평균 수신신호 에너지가 신호 에너지 임계값 이상인 차순위 사용자로부터만 상기 차순위 사용자 평균 수신신호 에너지를 수신하는 협력적 센싱의 결과와 종래 협력적 센싱 알고리듬인 EGC(Equal Gain Combining) 협력적 센싱 알고리듬 및 MRC(Maximum Ratio Combining) 협력적 센싱 알고리듬과 비교하였다.
EGC 협력적 센싱 알고리듬과 비교한 도 9를 보면, 신호 에너지 임계값에 따라 검출확률이 달라지고, 신호 에너지 임계값을 통해 오버헤드를 줄임에도 full feedback(모든 차순위 사용자 평균 수신신호 에너지를 수신하는 경우)과 비교하여도 검출확률에서 차이가 적음을 알 수 있다. MRC 협력적 센싱 알고리듬과 비교한 도 10을 보더라도, 유사한 결과를 볼 수 있다.
도 9 내지 10과 같이, 검출확률에서 full feedback과 차이가 적음에도 불구하고, 피드백을 수행하는 센싱노드(차순위 사용자)의 수가 확연히 차이남을 알 수 있다. 피드백을 수행하는 센싱노드의 수르 대폭 감소시킬 수 있는바, 차순위 사용자 수가 많을 때, 검출 성능의 큰 저하 없이 채널 오버헤드를 줄일 수 있다.
본 발명의 실시예들은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 본 발명을 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. 상기된 하드웨어 장치는 본 발명의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.
이상과 같이 본 발명에서는 구체적인 구성 요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.
따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.
100: 협력적 센싱 장치
110: 통신부
120: 판단부
200: 인지 무선 네트워크 시스템
210: 선순위 사용자
220: 차순위 사용자
230: 퓨전 센터

Claims (11)

  1. 인지 무선 네트워크에서의 협력적 센싱 장치에 있어서,
    하나 이상의 차순위 사용자로부터 선순위 사용자의 신호 에너지를 센싱하여 산출한 차순위 사용자 평균 수신신호 에너지를 수신하는 통신부; 및
    상기 수신한 차순위 사용자 평균 수신신호 에너지를 합산하고, 상기 합산된 차순위 사용자 평균 수신신호 에너지가 검출 임계값보다 높은지 비교함으로써 상기 선순위 사용자의 존재 여부를 판단하는 판단부를 포함하고,
    상기 통신부는,
    차순위 사용자 평균 수신신호 에너지가 신호 에너지 임계값 이상인 차순위 사용자로부터만 상기 차순위 사용자 평균 수신신호 에너지를 수신하되,
    상기 신호 에너지 임계값은,
    선순위 사용자 검출확률 및 상기 차순위 사용자 평균 수신신호 에너지 정보량을 고려하여 산출되는 것을 특징으로 하는 장치.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 판단부는,
    상기 각 차순위 사용자로부터 수신한 차순위 사용자 평균 수신신호 에너지에 상기 각 차순위 사용자에 설정된 합산 가중치를 적용하여 합산하는 것을 특징으로 하는 장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 합산 가중치는,
    상기 각 차순위 사용자의 선순위 사용자 검출확률을 최대화시키는 가중치인 것을 특징으로 하는 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 차순위 사용자로부터 수신되는 차순위 사용자 평균 수신신호 에너지는,
    상기 차순위 사용자 평균 수신신호 에너지를 양자화한 것을 특징으로 하는 장치.
  6. 인지 무선 네트워크 시스템에 있어서,
    선순위 사용자의 신호 에너지를 센싱하여 산출한 차순위 사용자 평균 수신신호 에너지를 퓨전 센터로 피드백하는 하나 이상의 차순위 사용자; 및
    상기 각 차순위 사용자로부터 상기 차순위 사용자 평균 수신신호 에너지를 수신하고, 상기 수신한 차순위 사용자 평균 수신신호 에너지에 상기 각 차순위 사용자에 설정된 합산 가중치를 적용하여 합산하며, 상기 합산된 차순위 사용자 평균 수신신호 에너지가 검출 임계값보다 높은지 비교함으로써 상기 선순위 사용자의 존재 여부를 판단하는 퓨전 센터를 포함하고,
    상기 차순위 사용자는,
    차순위 사용자 평균 수신신호 에너지가 신호 에너지 임계값 이상인 경우에만 상기 퓨전 센터로 피드백하되,
    상기 신호 에너지 임계값은,
    선순위 사용자 검출확률 및 상기 차순위 사용자 평균 수신신호 에너지 정보량을 고려하여 산출되는 것을 특징으로 하는 시스템.
  7. 인지 무선 네트워크에서의 협력적 센싱 방법에 있어서,
    하나 이상의 차순위 사용자로부터 선순위 사용자의 신호 에너지를 센싱하여 산출한 차순위 사용자 평균 수신신호 에너지를 수신하는 단계; 및
    상기 수신한 차순위 사용자 평균 수신신호 에너지를 합산하고, 상기 합산된 차순위 사용자 평균 수신신호 에너지가 검출 임계값보다 높은지 비교함으로써 상기 선순위 사용자의 존재 여부를 판단하는 단계를 포함하고,
    상기 차순위 사용자 평균 수신신호 에너지를 수신하는 단계는,
    차순위 사용자 평균 수신신호 에너지가 신호 에너지 임계값 이상인 차순위 사용자로부터만 상기 차순위 사용자 평균 수신신호 에너지를 수신하되,
    상기 신호 에너지 임계값은,
    선순위 사용자 검출확률 및 상기 차순위 사용자 평균 수신신호 에너지 정보량을 고려하여 산출되는 것을 특징으로 하는 방법.
  8. 삭제
  9. 제 7 항에 있어서,
    상기 선순위 사용자의 존재 여부를 판단하는 단계는,
    상기 각 차순위 사용자로부터 수신한 차순위 사용자 평균 수신신호 에너지에 상기 각 차순위 사용자에 설정된 합산 가중치를 적용하여 합산하는 것을 특징으로 하는 방법.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 합산 가중치는,
    상기 각 차순위 사용자의 선순위 사용자 검출확률을 최대화시키는 가중치인 것을 특징으로 하는 방법.
  11. 제 7 항, 제 9 항, 및 제 10 항 중 어느 한 항의 방법을 컴퓨터에서 실행시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체.
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