KR101632267B1 - Ｐ２ｐ통신을 위한 ｏｆｄｍ기반 동적 주파수 할당방법 - Google Patents

Abstract

본 발명의 P2P통신을 위한 OFDM기반 동적 주파수 할당 방법에서는 무선통신체계의 P2P(Point to Point)통신링크에서 단말간 주파수 사용합의를 위해, 전체 주파수 대역을 다수의 OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing) 주채널(10)과 부채널(20)로 나누고, 주채널(10)의 ID와 부채널(20)의 점유상태를 비트열로 표현하며, 부채널(20)의 점유상태를 바탕으로 운용모드를 결정한 다음, 기본 주파수 사용 패턴을 바탕으로 중심 주파수를 이동하면서 채널을 운용하고, 유휴채널 정보를 교환하기 위하여 부채널 단위로 제어채널을 사용해 송신기로 전송함으로써 전체 운용주파수 대역이 OFDM 주채널 대역폭 단위로 나누어지고, 각각의 주채널(10)을 다시 부채널(20)로 나누어서 부채널 단위로 주파수를 관리할 수 있다. 특히, 부사용자는 주사용자의 사용여부를 부채널 단위로 주기적으로 센싱함으로써 통신채널로 유휴 부채널이 할당되어 통신채널을 지속적으로 유지하여 운용할 수 있는 특징을 갖는다.

Description

Ｐ２Ｐ통신을 위한 ＯＦＤＭ기반 동적 주파수 할당방법{A Dynamic Spectrum Access Technique based on OFDM for P2P Communication}

본 발명은 무선통신체계의 동적 주파수 할당방법에 관한 것으로, 특히 P2P(Point to Point) 통신링크에 적용이 가능한 OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing)기술 기반의 동적 주파수 할당기술에 관한 것이다.

일반적으로 동적 주파수 할당기술(DSA; Dynamic Spectrum Access 또는 Dynamic Spectrum Allocation)은 무선통신체계에 대한 수요 증가에 따른 주파수 고갈 문제를 해결하기 위해 주파수 이용효율을 향상시키기 위한 대표적 기술이다.

이를 이용한 인지무선 기술의 응용시스템은 주로 특정 주파수 사용을 허가받은 주 사용자(Primary User)와 허가받지 않은 부 사용자(Secondary User)로 구성되며, 부 사용자는 주 사용자가 사용하지 않는 주파수를 탐지하여 사용할 수 있다고 가정함으로써 현재 많은 연구가 진행되고 있다.

국내등록특허 10-1400236(2014년05월21일)

하지만, 동적주파수 할당기술의 실제적인 구현방법과 주파수 이용효율 증가의 구체적인 방안에 대한 개발은 현재에도 미비한 상황이다.

이에 상기와 같은 점을 감안한 본 발명은 전체 가용대역 내에 유휴대역 채널특성에 적합하도록 동적으로 부채널을 억압한 형태의 OFDM 신호를 만들어 캐리어를 할당하고, P2P구간에서 상호간 데이터 교환 및 설정을 간단한 방식으로 구현함으로써 실질적 구현성이 보장됨과 더불어 부사용자 간 유휴채널의 공유를 위하여 부채널 기반 제어채널 전송방식이 가능한 P2P통신을 위한 OFDM기반 동적 주파수 할당 방법의 제공에 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 P2P통신을 위한 OFDM기반 동적 주파수 할당 방법은 무선통신체계의 P2P(Point to Point)통신링크에 접속된 수신 및 송신 단말간 주파수 사용합의를 위해, 전체 주파수 대역을 다수의 OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing)주채널과 부채널로 나누는 단계; 상기 주채널의 ID와 상기 부채널의 점유상태를 비트열로 표현하는 단계; 상기 부채널의 점유상태를 바탕으로 운용모드를 결정하는 단계; 기본 주파수 사용 패턴을 바탕으로 중심 주파수를 이동하면서 채널을 운용하는 단계; 유휴채널 정보를 교환하기 위하여 부채널 단위로 제어채널을 사용하고, 송신기에 전송하는 단계;로 구현되는 것을 특징으로 한다.

상기 전체 주파수 대역을 다수의 OFDM 주채널과 부채널로 나누는 단계는 각각의 주채널이 다수의 부채널로 이루어지고 주채널과 부채널은 서로 다른 중심주파수를 가지는 단계를 포함한다.

상기 주채널의 ID와 부채널의 점유상태를 비트열로 표현하는 단계는 주채널의 ID를 중심 주파수의 색인을 이진화하여 표현하고 해당되는 ID의 주채널에 포함된 부채널의 점유상태는 점유여부에 따라 1 또는 0으로 표현하는 단계를 포함한다.

상기 부채널의 점유상태를 바탕으로 운용모드를 결정하는 단계는 부채널 점유상태를 나타내는 비트열을 반전시켜 얻는 단계를 포함한다.

상기 기본 주파수 사용 패턴을 바탕으로 중심 주파수를 이동하면서 채널을 운용하는 단계는 비트열로 표현되는 부채널 운용모드에서 기본세트를 정하고, 기본세트를 비트 시프트(bit shift)하여 중심주파수 이동세트를 얻는 단계를 포함하며, 상기 기본세트를 비트 시프트(bit shift)하여 중심주파수 이동세트를 얻는 단계는 기본세트에서의 한 비트의 시프트는 주채널의 중심 주파수가 부채널의 대역폭만큼 이동하는 단계를 포함한다.

상기 유휴채널 정보를 교환하기 위하여 부채널 단위로 제어채널을 사용하는 단계는 수신기가 자신과 송신기의 센싱 정보를 바탕으로 송신기와의 일대일 데이터 통신에 활용할 채널을 선정하여 해당 채널 정보를 제어채널을 통해 송신기에 전송하는 단계를 포함한다.

이러한 본 발명은 동적 주파수 할당기술을 실제적인 구현방법을 제시하고, 부채널 단위로 주파수를 관리함으로써 주파수를 효율적으로 운용할 수 있다.

또한, 본 발명은 OFDM의 부채널 기반 제어채널 전송방식을 이용하여 부사용자 간 유휴채널 공유를 할 경우 OFDM의 주채널을 이용하여 유휴채널을 공유하는 방식 대비 최소한의 주파수 자원을 이용하여 효율적으로 주파수를 사용하는 장점이 있다.

도 1은 본 발명에 따른 P2P통신을 위한 OFDM기반 동적 주파수 할당 방법의 순서도이고, 도 2는 본 발명에 따른 OFDM 주채널과 부채널로 이루어지는 전체 주파수 대역의 예이며, 도 3은 본 발명에 따른 주채널과 부채널 점유상태의 표현방법의 예이고, 도 4는 본 발명에 따른 4개의 부채널이 하나의 주채널을 이룰 때의 부채널 센싱특성을 바탕으로 한 부채널 사용모드 결정의 예이며, 도 5는 도 4에 의한 주파수 운용 기본세트와 파생되는 중심 주파수 이동세트의 예이고, 도 6은 도 4에 의한 제어채널을 통한 유휴 부채널 정보 전송의 예이다.

이하 본 발명의 실시예를 첨부된 예시도면을 참조로 상세히 설명하며, 이러한 실시예는 일례로서 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으므로, 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.

도 1은 본 발명에 따른 P2P통신을 위한 OFDM기반 동적 주파수 할당 방법의 순서도를 나타낸다. 이하 설명되는 동적 주파수 할당 제어는 무선통신 체계에서 P2P(Point to Point)통신링크에 접속된 단말을 통해 구현되고, 단말은 수신기와 자신과 연계된 송신기이므로, 특정한 단말로 한정되지 않는다.

도시된 바와 같이, P2P통신을 위한 OFDM기반 동적 주파수 할당 방법은 S10의 전체 주파수 대역을 다수의 OFDM 주채널과 부채널로 나누는 단계, S20의 주채널의 ID와 부채널의 점유상태를 비트열로 표현하는 단계, S30의 기본 주파수 사용 패턴을 바탕으로 중심 주파수를 이동하면서 채널을 운용하는 단계, S40의 부채널의 점유상태를 바탕으로 운용모드를 결정하는 단계, S50의 유휴채널 정보를 교환하기 위하여 부채널 단위로 제어채널을 사용하는 단계, S60의 송신기에 전송하는 단계로 구성된다.

이와 같이, P2P통신을 위한 OFDM기반 동적 주파수 할당 방법에서는 전체 운용주파수 대역을 OFDM 주채널 대역폭 단위로 나누고, 각각의 주채널을 다시 부채널로 나누어서 부채널 단위로 주파수를 관리하며, 부사용자(Secondary User)는 주사용자(Primary User)의 사용여부를 부채널 단위로 주기적으로 센싱하고, 유휴 부채널을 통신채널로 할당하여 통신채널을 지속적으로 유지하여 운용이 이루어질 수 있다.

한편, 도 2내지 6은 본 발명에 따른 P2P통신을 위한 OFDM기반 동적 주파수 할당 방법의 실시예로서, 이하, 도 2내지 6을 참조로 실시예를 상세히 설명한다.

구체적으로, S10의 전체 주파수 대역을 다수의 OFDM 주채널과 부채널로 나누는 과정은 도 2를 통해 예시된다. 도시된 바와 같이, 전체 주파수 대역을 다수의 OFDM 주채널(10)과 부채널(20)로 나눔으로써 각각의 주채널(10)이 다수의 부채널(20)로 이루어지고, 주채널(10)과 부채널(20)은 서로 다른 중심주파수를 가지게 된다. 일례로, 전체 주파수 대역을

개의 OFDM 주채널(10)로 나누어 운용하며, 각 주채널(10)의 중심주파수 집합은 수학식1로 표현된다.

수학식1 :

각각의 주채널(10)은

개의 OFDM 부채널(20)로 나누어 운용하며, 각 부채널(20)의 중심 주파수 집합은 수학식2로 표현된다.

수학식2 :

주채널(10)과 부채널(20)의 주파수 대역폭은 각각

과

으로 표현한다.

구체적으로, S20의 주채널의 ID와 부채널의 점유상태를 비트열로 표현하는 과정은 도 3을 통해 예시된다. 도시된 바와 같이, 중심 주파수 색인을 이진화한 방법으로 표현하며, 주채널 ID는 비트열 A,B를 다음 수학식3으로 표현한다.

수학식3 :

,

,

,

은 할당된 비트 수이다.

이로부터, 주채널(10)의 ID를 중심 주파수 색인의 이진화 표현하고, 해당되는 ID의 주채널(10)에 포함된 부채널(20)의 점유상태는 점유여부에 따라 1 또는 0으로 표현된다.

그러므로, 특정한 ID의 주채널(10)에 속한 부채널(20)의 점유상태가 비트열로 표현된다. 이 경우, 1은 해당하는 위치의 부채널(20)이 주사용자에 의해 사용되고 있음을 뜻하며, 0은 주사용자가 사용하지 않음을 의미한다.

구체적으로, S30의 기본 주파수 사용 패턴을 바탕으로 중심 주파수를 이동하면서 채널을 운용하는 과정은 도 4를 통해 예시된다. 도시된 바와 같이,

일 때 부채널(20)의 점유상태를 바탕으로 부채널(20)을 어떻게 운용하는지에 대한 예를 나타낸다.

에서, 부채널 사용모드를 나타내는 비트열

은 부채널 점유상태를 나타내는

을 반전(inversion)시켜 얻을 수 있다. 이 때, 주채널의 중심주파수를 이동하지 않고 운용할 수 있는 비트열은 수학식4로 표현된다.

수학식4 :

는 '기본세트'로 정의된다.

이어, 기본세트를 바탕으로 주채널(10)의 중심주파수를 이동하여 운용하는 '중심주파수 이동세트'인

은 수학식5로 표현된다.

수학식5 :

여기서,

의 원소들은 기본세트

의 원소들을 비트 시프트(bit shift)하여 얻어질 수 있으며, 한 비트의 시프트는 주채널(10)의 중심 주파수가 부채널(20)의 대역폭인

MHz만큼 이동함을 의미한다.

그러므로, 부채널 사용모드

과

은 기본세트에 속해있는

에서 중심주파수를 각각

MHz,

MHz,

MHz 만큼 이동하여 운용한다. 같은 방식으로

과

는 기본세트에 속해있는

에서 중심주파수를 각각

MHz,

MHz 만큼 이동하여 운용한다. 그리고,

은

에서 중심주파수를

MHz 만큼 이동하여 운용하고,

는

에서 중심주파수를

MHz 만큼 이동하여 운용한다.

이러한 비트 시프트(bit shift)는 기본세트와 그로부터 파생되는 중심주파수 이동세트를 도식화한 도 5로 예시된다. 이는, 비트열로 표현되는 부채널 운용모드에서 기본세트를 정하고, 기본세트를 비트 시프트(bit shift)하여 중심주파수 이동세트를 얻은 결과이다. 이때, 기본세트에서의 한 비트의 시프트는 주채널(10)의 중심 주파수가 부채널(20)의 대역폭만큼 이동된다.

구체적으로, S40의 부채널의 점유상태를 바탕으로 운용모드를 결정하는 과정은 부채널 점유상태를 나타내는 비트열을 반전(inversion)시켜줌으로써 구현된다.

구체적으로, S50의 유휴채널 정보를 교환하기 위하여 부채널 단위로 제어채널을 사용하는 과정은 수신기가 자신과 송신기의 센싱 정보를 바탕으로 송신기와의 일대일 데이터 통신에 활용할 채널을 선정함으로써 해당 채널 정보를 송신기에 전송하는 제어채널이 선정된다.

구체적으로, S60의 송신기 전송 과정은 부사용자 송신기(30-1)는 센싱한 채널 환경을 바탕으로 전체 주파수 대역의 유휴 부채널 정보를 제어채널을 통해 부사용자 수신기(30-2)에 전송한다. 이에 수신기는 자신과 송신기의 센싱 정보를 바탕으로 송신기와의 일대일 데이터 통신에 활용할 채널을 선정하여 비트열

와

를 마찬가지로 제어채널을 통해 송신기에 전송한다. 이 때 부사용자 송신기(30-1)는 주사용자에게 줄 수 있는 간섭을 최소화하기 위하여, 또한 최소한의 주파수 자원을 사용하기 위하여 제어채널을 OFDM의 부채널 단위로 사용한다.

이와 같은 제어채널 선정과 송신기전송은 도 6을 통해 예시되고, 이는 제어채널 전송방식이

인 경우의 예를 나타낸다. 도시된 바와 같이,

의 제어채널 전송방식에서, 부사용자 송신기(30-1)는 주채널

, 부채널 모드

의 제어채널을 사용하여 유휴 부채널 정보를 전송한다. 부사용자 수신기(30-2)는 송신기로부터 받은 유휴 부채널 정보와 자신의 유휴 부채널 정보를 이용하여 일대일 데이터 통신에 사용할 채널을 나타내는

를 송신기에 전송한다. 이후 부사용자 송수신기(30-1,30-2)는 채널

을 이용하여 데이터 통신을 수행한다.

전술된 바와 같이, 본 실시예에 따른 P2P통신을 위한 OFDM기반 동적 주파수 할당 방법에서는 무선통신체계의 P2P(Point to Point)통신링크에서 단말간 주파수 사용합의를 위해, 전체 주파수 대역을 다수의 OFDM 주채널(10)과 부채널(20)로 나누고, 주채널(10)의 ID와 부채널(20)의 점유상태를 비트열로 표현하며, 부채널(20)의 점유상태를 바탕으로 운용모드를 결정한 다음, 기본 주파수 사용 패턴을 바탕으로 중심 주파수를 이동하면서 채널을 운용하고, 유휴채널 정보를 교환하기 위하여 부채널 단위로 제어채널을 사용해 송신기로 전송함으로써 전체 운용주파수 대역이 OFDM 주채널 대역폭 단위로 나누어지고, 각각의 주채널(10)을 다시 부채널(20)로 나누어서 부채널 단위로 주파수를 관리할 수 있다. 특히, 부사용자는 주사용자의 사용여부를 부채널 단위로 주기적으로 센싱함으로써 통신채널로 유휴 부채널이 할당되어 통신채널을 지속적으로 유지하여 운용할 수 있다.

10 : 주채널 20 : 부채널
30-1 : 부사용자 송신기 30-2 : 부사용자 수신기

Claims (7)

1. 무선통신체계의 P2P(Point to Point)통신링크에서, 전체 주파수 대역을 다수의 OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing)주채널과 부채널로 나누는 나눔단계;
   상기 주채널의 ID와 상기 부채널의 점유상태를 비트열로 표현하는 표현단계;
   상기 부채널의 점유상태를 바탕으로 운용모드를 결정하는 결정단계;
   기본 주파수 사용 패턴을 바탕으로 중심 주파수를 이동하면서 채널을 운용하는 운용단계;
   유휴채널 정보를 교환하기 위하여 부채널 단위로 제어채널을 사용하고, 송신기에 전송하는 사용단계;
   로 구현되는 것을 특징으로 하는 P2P통신을 위한 OFDM기반 동적 주파수 할당 방법.
   
2. 청구항 1에 있어서, 상기 나눔단계는 상기 주채널의 각각이 상기 부채널을 다수로 하여 이루어지고, 상기 주채널과 상기 부채널은 서로 다른 중심주파수를 가지도록 하는 것을 특징으로 하는 P2P통신을 위한 OFDM기반 동적 주파수 할당 방법.
   
   
3. 청구항 1에 있어서, 상기 표현단계는 상기 주채널의 ID가 갖는 중심 주파수의 색인을 이진화하여 표현하고, 해당되는 ID의 주채널에 포함된 부채널의 점유상태는 점유여부에 따라 1 또는 0으로 표현되도록 하는 것을 특징으로 하는 P2P통신을 위한 OFDM기반 동적 주파수 할당 방법.
   
4. 청구항 1에 있어서, 상기 결정단계는 부채널 점유상태를 나타내는 비트열을 반전시켜 운용모드가 얻어지는 것을 특징으로 하는 P2P통신을 위한 OFDM기반 동적 주파수 할당 방법.
   
5. 청구항 1에 있어서, 상기 운용단계는 비트열로 표현되는 부채널 운용모드에서 기본세트를 정하고, 기본세트를 비트 시프트(bit shift)하여 중심주파수 이동세트 얻어 채널 운용이 이루어지는 것을 특징으로 하는 P2P통신을 위한 OFDM기반 동적 주파수 할당 방법.
   
6. 청구항 5에 있어서, 상기 비트 시프트는 상기 기본세트에서의 임의의 수 만큼의 비트 시프트로 이루어지고, 상기 비트시프트의 한 비트는 상기 주채널의 중심 주파수가 상기 부채널의 대역폭만큼 이동하는 것을 특징으로 하는 P2P통신을 위한 OFDM기반 동적 주파수 할당 방법.
   
7. 청구항 1에 있어서, 상기 사용단계는 수신기가 자신과 송신기의 센싱 정보를 바탕으로 송신기와의 일대일 데이터 통신에 활용할 채널을 선정하여 해당 채널 정보를 상기 제어채널을 통해 송신기에 전송하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 P2P통신을 위한 OFDM기반 동적 주파수 할당 방법.

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