KR101712427B1 - 애드혹 인지 무선 네트워크에서 클러스터 그룹의 헤드 노드와 멤버 노드 간의 공통 채널 설정 방법 및 이를 위한 시스템 - Google Patents

애드혹 인지 무선 네트워크에서 클러스터 그룹의 헤드 노드와 멤버 노드 간의 공통 채널 설정 방법 및 이를 위한 시스템 Download PDF

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Abstract

애드혹 인지 무선 네트워크에서 클러스터 그룹의 헤드 노드와 멤버 노드 간의 공통 채널 설정 방법 및 이를 이용하는 시스템이 제공된다. 공통 채널 설정 방법은, 헤드 노드가 특정 패턴을 가지는 시스템 활성화 신호를 OFDM 심볼(이하, 'SA 패턴 신호의 OFDM 심볼'이라 함)로 변환하여 복수의 채널로 전송하는 단계와, 멤버 노드가 복수의 채널을 통해 SA 패턴 신호의 OFDM 심볼을 수신하는 단계와, 멤버 노드가 SA 패턴 신호의 OFDM 심볼을 고속 퓨리에 변환하여 SA 패턴 신호를 출력하는 단계와, 출력된 SA 패턴 신호로부터 각도 시퀀스를 추정하고, 추정된 각도 시퀀스로부터 각도 차 시퀀스 패턴을 추정하는 단계와, 추정된 각도 차 시퀀스 패턴의 자기 상관 함수와 멤버 노드에 기설정된 자기 상관 함수 간의 일치도를 이용하여, SA 패턴 신호를 전송한 채널을 인지하는 단계를 포함한다.

Description

애드혹 인지 무선 네트워크에서 클러스터 그룹의 헤드 노드와 멤버 노드 간의 공통 채널 설정 방법 및 이를 위한 시스템{Method for setting common channel in between head node and member nodes for Ad-hoc Cognitive Radio Networks and system for the same}
본 발명은 애드혹 인지 무선 네트워크에서 클러스터 그룹의 헤드 노드와 멤버 노드 간의 공통 채널 설정 방법 및 이를 이용하는 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, OFDM 기반의 패턴 신호를 이용하여 공통 채널을 설정하는 애드혹 인지 무선 네트워크에서 클러스터 그룹의 헤드 노드와 멤버 노드 간의 공통 채널 설정 방법 및 이를 이용하는 시스템에 관한 것이다.
무선시스템 구성에 있어서 제한된 주파수를 효율적으로 사용하기 위해 주 사용자에게 할당된 주파수 대역에서 주 사용자가 사용하지 않는 주파수 대역을 부 사용자가 사용할 수 있는 기술이 각광받고 있다. 이를 위한 기술로서, 동적 스펙트럼 접근(DSA: Dynamic Spectrum Access) 및 인지무선(CR: Cognitive Radio) 기술이 있다.
DSA 및 CR 기술을 이용하는 네트워크에서 복수 개의 멤버 노드들이 하나의 클러스터 그룹을 형성할 때, 클러스터 내의 헤드 노드는 멤버 노드들이 사용할 공통 채널을 결정하고, 멤버 노드들은 결정된 공통 채널의 동기화를 수행하여 데이터 전송이 가능하게 하는 절차를 수행하여야 한다.
기존에는 공통 채널을 설정하는 과정 동안, 헤드 노드가 멤버 노드들이 감지할 수 있게 미리 결정해놓은 시스템 활성화(SA: System Activation) 메시지를 사용가능한 각 채널에 순차적으로 전송하고, 멤버 노드는 사용가능한 채널 중 한 개를 선정하여 SA 메시지를 감지하면 이에 응답함으로써 공통 채널을 설정한다. 따라서, 기존의 방식으로 공통 채널을 설정하는 초기 랑데부 과정은 채널 설정하는데 오랜 시간을 필요로 한다.
국내 등록특허 제10-0768588호(2007.10.12. 등록) 국내 등록특허 제10-1519946호(2015.05.07. 등록)
전술한 문제점을 해결하기 위하여 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 헤드 노드와 멤버 노드들이 사용가능한 채널을 센싱한 이후, 서로의 채널 리스트를 교환하면서 공통 채널을 설정함으로써 많은 시간이 소요되는 문제점을 해결하기 위한 클러스터 그룹의 헤드 노드와 멤버 노드 간의 공통 채널 설정 방법 및 이를 이용하는 시스템을 제시하는데 있다.
또한, 본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는, 헤드 노드가 공통 채널을 결정하는 과정에 있어서 OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplex) 기술 기반의 멀티 캐리어 동작과 결합하여 신속히 공통 채널 설정 과정을 수행할 수 있는 클러스터 그룹의 헤드 노드와 멤버 노드 간의 공통 채널 설정 방법 및 이를 이용하는 시스템을 제시하는 데 있다.
본 발명의 해결과제는 이상에서 언급된 것들에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 해결과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
전술한 기술적 과제를 해결하기 위한 수단으로서, 본 발명의 실시 예에 따르면, 애드혹 인지 무선 네트워크에서 클러스터 그룹의 헤드 노드와 멤버 노드 간의 공통 채널 설정 방법은, 상기 헤드 노드가 특정 패턴을 가지는 SA 신호를 OFDM 심볼(이하, 'SA 패턴 신호의 OFDM 심볼'이라 함)로 변환하여 복수의 채널로 전송하는 단계; 상기 멤버 노드가 상기 복수의 채널을 통해 상기 SA 패턴 신호의 OFDM 심볼을 수신하는 단계; 상기 멤버 노드가 상기 SA 패턴 신호의 OFDM 심볼을 고속 퓨리에 변환하여 상기 SA 패턴 신호를 출력하는 단계; 상기 출력된 SA 패턴 신호로부터 각도 시퀀스를 추정하고, 상기 추정된 각도 시퀀스로부터 각도 차 시퀀스 패턴을 추정하는 단계; 및 상기 추정된 각도 차 시퀀스 패턴의 자기 상관 함수와 상기 멤버 노드에 기설정된 자기 상관 함수 간의 일치도를 이용하여, 상기 SA 패턴 신호를 전송한 채널을 인지하는 단계;를 포함할 수 있다.
상기 헤드 노드는 상기 SA 패턴 신호의 OFDM 심볼을 설정된 횟수만큼 반복 전송하며, 상기 각도 차 시퀀스 패턴을 추정하는 단계는, 상기 설정된 횟수만큼 출력된 SA 패턴 신호들의 각도를 채널 별로 추정하는 단계; 상기 채널 별로 상기 설정된 횟수만큼 추정된 상기 각도들의 평균을 산출하는 단계; 및 상기 산출된 각 채널 별 각도의 평균으로부터 상기 각도 차 시퀀스 패턴을 추정하는 단계;를 포함할 수 있다.
상기 각도 차 시퀀스 패턴을 추정하는 단계는, 반복 전송된 i번째 OFDM 심볼과, 반복 전송된 (i+1)번째 OFDM 심볼의 상관 일치값을 상기 출력되는 SA 패턴 신호로부터 산출하는 단계; 상기 산출된 상관 일치값과 기설정된 경계 임계값을 비교하여 경계 심볼을 판단하는 단계; 및 상기 판단된 경계 심볼을 이용하여 상기 OFDM 심볼들의 경계 동기화를 수행하는 단계;를 더 포함하며, 상기 각도를 채널 별로 추정하는 단계는, 상기 판단된 경계 심볼에 해당하는 SA 패턴 신호를 제외한 나머지 SA 패턴 신호들의 각도를 추정할 수 있다.
상기 OFDM 심볼들의 경계 동기화를 수행하는 단계는, 상기 판단된 경계 심볼과 상기 판단된 경계 심볼의 이전 심볼 간의 상관 관계값을 구하는 단계; 상기 판단된 경계 심볼과 상기 판단된 경계 심볼의 이후 심볼 간의 상관 관계값을 구하는 단계; 및 상기 구해진 두 상관 관계값들 중 사전에 설정된 동기화 임계값보다 작은 상관 관계값을 가지는 심볼의 위치를 조정하여 심볼 경계를 동기화하는 단계;를 포함할 수 있다.
상기 인지하는 단계는, 상기 추정된 각도 차 시퀀스 패턴의 자기 상관 함수와 상기 멤버 노드에 기설정된 자기 상관 함수 간의 일치도를 산출하는 단계; 상기 산출된 일치도와 일치 임계값을 비교하여 상기 SA 패턴 신호를 전송한 채널을 인지하는 단계;를 포함할 수 있다.
상기 일치도를 산출하는 단계는, 곱 기반의 유사성 일치 방법(Product-based Similarity Matching Method) 및 평균제곱오차 기반의 유사성 일치 방법(Mean Square Error-based Similarity Matching Method) 중 하나를 이용하여 상기 일치도를 산출할 수 있다.
상기 브로드캐스팅하는 단계는, 상기 헤드 노드가 스펙트럼 센싱을 수행하여 사용가능한 채널들을 확인하는 단계; 상기 확인된 채널들의 서브 캐리어들을 비활성화 룰에 기초하여 활성화하거나 비활성화하는 단계; 사전에 결정된 패턴 신호 시퀀스를 상기 활성화된 서브 캐리어들에 실어 역 고속 퓨리에 변환 및 패러랠 시리얼 변환하여 상기 SA 패턴 신호의 OFDM 심볼을 생성하는 단계; 및 상기 생성된 SA 패턴 신호의 OFDM 심볼을 브로드캐스팅하는 단계;를 포함할 수 있다.
상기 활성화하거나 비활성화하는 단계는, 상기 확인된 채널들 중 주 사용자가 사용 중인 채널의 서브 캐리어들을 비활성화는 단계; 상기 확인된 채널들의 경계에 있는 서브 캐리어들을 비활성화하는 단계; 및 상기 비활성화된 서브 캐리어들을 제외한 나머지 서브 캐리어들을 활성화하는 단계;를 포함할 수 있다.
상기 SA 패턴 신호는 상기 활성화된 서브 캐리어들에 실리는 상기 패턴 신호 시퀀스의 패턴 신호들과 상기 비활성화된 서브 캐리어들에 주입되는 널(null) 값을 포함할 수 있다.
한편, 본 발명의 다른 실시 예에 따르면, 애드혹 인지 무선 네트워크에서 클러스터 그룹의 초기 랑데부를 위한 시스템은, 특정 패턴을 가지는 SA 신호를 OFDM 심볼(이하, 'SA 패턴 신호의 OFDM 심볼'이라 함)로 변환하여 복수의 채널로 전송하는 헤드 노드; 및 상기 복수의 채널을 통해 상기 SA 패턴 신호의 OFDM 심볼을 수신하면, 상기 수신된 OFDM 심볼을 고속 퓨리에 변환하여 상기 SA 패턴 신호를 출력하고, 상기 출력된 SA 패턴 신호로부터 각도 시퀀스와 각도 차 시퀀스 패턴을 추정하며, 상기 추정된 각도 차 시퀀스 패턴의 자기 상관 함수와 상기 멤버 노드에 기설정된 자기 상관 함수 간의 일치도로부터 상기 SA 패턴 신호를 전송한 채널을 인지하는 멤버 노드;를 포함할 수 있다.
상기 헤드 노드는 상기 SA 패턴 신호를 포함하는 동일한 OFDM 심볼을 설정된 횟수만큼 반복 전송하며, 상기 멤버 노드는, 상기 수신된 OFDM 심볼을 고속 퓨리에 변환하여 상기 SA 패턴 신호를 출력하는 고속 퓨리에 변환부; 및 상기 설정된 횟수만큼 출력된 SA 패턴 신호들의 각도를 채널 별로 추정하고, 상기 설정된 횟수만큼 추정된 상기 각도들의 평균을 산출한 후, 상기 산출된 각 채널 별 각도의 평균으로부터 상기 각도 차 시퀀스 패턴을 추정하는 각도 차 패턴 추정부;를 포함할 수 있다.
상기 멤버 노드는, 반복 전송된 i번째 OFDM 심볼과, 반복 전송된 (i+1)번째 OFDM 심볼의 상관 일치값을 상기 출력되는 SA 패턴 신호로부터 산출하고, 상기 산출된 상관 일치값과 기설정된 경계 임계값을 비교하여 경계 심볼을 판단하고, 상기 판단된 경계 심볼을 이용하여 상기 OFDM 심볼들의 경계 동기화를 수행하는 동기화부;를 더 포함하며, 상기 각도 차 패턴 추정부는, 상기 판단된 경계 심볼에 해당하는 SA 패턴 신호를 제외한 나머지 SA 패턴 신호들의 각도를 추정할 수 있다.
상기 동기화부는, 상기 판단된 경계 심볼과 상기 판단된 경계 심볼의 이전 심볼 간의 상관 관계값을 구하고, 상기 판단된 경계 심볼과 상기 판단된 경계 심볼의 이후 심볼 간의 상관 관계값을 구하며, 상기 구해진 두 상관 관계값들 중 사전에 설정된 동기화 임계값보다 작은 상관 관계값을 가지는 심볼의 위치를 조정하여 심볼 경계를 동기화할 수 있다.
상기 멤버 노드는, 상기 추정된 각도 차 시퀀스 패턴의 자기 상관 함수와 상기 멤버 노드에 기설정된 자기 상관 함수 간의 일치도를 산출하는 상관기; 및 상기 산출된 일치도와 일치 임계값을 비교하여 상기 SA 패턴 신호를 전송한 채널을 인지하는 채널 인지부;를 포함할 수 있다.
상기 헤드 노드는, 스펙트럼 센싱을 수행하여 사용가능한 채널들을 확인하는 채널 센싱부; 상기 확인된 채널들의 서브 캐리어들을 비활성화 룰에 기초하여 활성화하거나 비활성화하는 서브 캐리어 비활성화기; 및 사전에 결정된 패턴 신호 시퀀스를 상기 활성화된 서브 캐리어들에 실어 역 고속 퓨리에 변환 및 패러랠 시리얼 변환하여 상기 SA 패턴 신호의 OFDM 심볼을 생성하는 OFDM부;를 포함할 수 있다.
본 발명에 따르면, 헤드 노드와 멤버 노드들은 각자의 채널 리스트를 교환하기 이전에 공통 채널 설정을 위한 패턴 신호를 OFDM 심볼을 이용하여 송수신함으로써 공통 채널 설정에 소요되는 시간을 단축시킬 수 있다. 특히, 헤드 노드는 다중 채널 OFDM 기술 기반의 패턴 신호 전송을 이용하여 다중 채널로 SA 패턴 신호를 발생시키고, 멤버 노드는 멀티캐리어 별 패턴 상관관계를 이용하여 신호 전송 채널을 탐지할 수 있으므로, 랑데부 단계를 신속히 수행하여 결과적으로 공통 채널 설정 시간을 단축시킬 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 클러스터 그룹 내의 헤드 노드와 멤버 노드들의 관계에 있어서, 멤버 노드들은 SA 패턴 신호의 패턴 특징을 쉽게 발견할 수 있고, 동기화 또한 신속하게 할 수 있으므로, 별도의 초기 동기화 작업을 필요로 하지 않는다.
또한, 본 발명에 따르면, 클러스터 별로 다른 패턴의 신호 특징을 사용함으로써 클러스터들 간의 차별화를 둘 수 있으며, 멤버 노드는 복수 개의 클러스터들 사이에서 가입하고 싶은 클러스터를 쉽게 인지할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 패턴 신호 전송 단계와 데이터 전송 단계에서는 오직 서브캐리어의 대역폭만 다를 뿐, 패턴 신호 전송과 데이터 전송 단계의 구조는 같으므로, 보다 단순하고 신속하게 공통 채널 설정의 초기화 및 데이터 전송을 수행할 수 있다.
본 발명의 효과는 이상에서 언급된 것들에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 효과들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 클러스터 기반의 애드혹 인지 무선 네트워크 토폴로지를 도시한 도면,
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 애드혹 인지 무선 네트워크에서 클러스터 그룹의 헤드 노드와 멤버 노드 간의 공통 채널 설정 방법을 설명하기 위한 흐름도,
도 3은 도 2에 도시된 S210단계를 보다 자세히 설명하기 위한 흐름도,
도 4는 헤드 노드가 스펙트럼 센싱을 수행한 결과를 보여주는 도면,
도 5는 도 4에서 확인된 각 채널의 서브 캐리어 중 활성화된 서브 캐리어와 비활성화된 서브 캐리어의 일 예를 보여주는 도면,
도 6은 도 4에서 확인된 각 채널의 서브 캐리어 중 활성화된 서브 캐리어와 비활성화된 서브 캐리어의 다른 예를 보여주는 도면,
도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 특정 패턴을 가지는 패턴 신호 시퀀스의 일 예를 도시한 도면,
도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 패턴 신호들과 0을 서브 캐리어들에 실어 OFDM 심볼을 생성하는 일 예를 보여주는 도면,
도 9는 헤드 노드와 멤버 노드 간에 동기화가 없을 경우, OFDM 심볼과 중복된 OFDM 심볼에 대해 멤버 노드가 OFDM 디코딩을 수행하는 과정을 보여주는 도면,
도 10은 서브 캐리어로 전송되는 하나의 OFDM 심볼이 Q(Q
Figure 112016073000933-pat00001
)번 반복 전송되고, 그 사이에 멤버 노드가 OFDM 디코딩을 수행하는 과정을 보여주는 도면,
도 11은 도 2의 S240단계를 보다 자세히 설명하기 위한 흐름도,
도 12는 i번째 SA 패턴 신호의 OFDM 심볼과 (i+1)번째 SA 패턴 신호의 OFDM 심볼의 OFDM 디코딩 결과를 보여주는 도면,
도 13은 S1130을 보다 자세히 설명하기 위한 흐름도,
도 14는 본 발명의 실시 예에 따른 멤버 노드가 심볼 경계 동기화를 하는 일 예를 보여주는 도면,
도 15는 도 7의 패턴 신호 형태의
Figure 112016073000933-pat00002
의 값들을 보여주는 도면,
도 16은 채널 당 하나의 활성화된 서브 캐리어를 이용하여 패턴 신호를 전송하는 일 예를 보여주는 도면,
도 17은 채널 당 다수의 활성화된 서브 캐리어를 이용하여 패턴 신호를 전송하는 일 예를 보여주는 도면,
도 18은 S250단계를 설명하기 위한 흐름도,
도 19는 본 발명의 실시 예에 따른 시스템 활성화를 위한 랑데부 기간을 도시한 도면, 그리고,
도 20 및 도 21은 본 발명의 실시 예에 따른 애드혹 인지 무선 네트워크에서 OFDM 전송 방식을 이용하는 헤드 노드와 멤버 노드를 도시한 블록도이다.
이상의 본 발명의 목적들, 다른 목적들, 특징들 및 이점들은 첨부된 도면과 관련된 이하의 바람직한 실시예들을 통해서 쉽게 이해될 것이다. 그러나 본 발명은 여기서 설명되는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예들은 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고, 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다.
본 명세서에서 제1, 제2 등의 용어가 구성요소들을 기술하기 위해서 사용된 경우, 이들 구성요소들이 이 같은 용어들에 의해서 한정되어서는 안 된다. 이들 용어들은 단지 어느 구성요소를 다른 구성요소와 구별시키기 위해서 사용되었을 뿐이다. 여기에 설명되고 예시되는 실시예들은 그것의 상보적인 실시예들도 포함한다.
또한, 명시적인 언급이 없더라도, 어떤 엘리먼트(또는 구성요소)가 구현됨에 있어서 특별한 언급이 없다면, 그 엘리먼트(또는 구성요소)는 소프트웨어, 하드웨어, 또는 소프트웨어 및 하드웨어 어떤 형태로도 구현될 수 있을 것이다.
또한, 본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하도록 한다. 아래의 특정 실시예들을 기술하는데 있어서, 여러 가지의 특정적인 내용들은 발명을 더 구체적으로 설명하고 이해를 돕기 위해 작성되었다. 하지만 본 발명을 이해할 수 있을 정도로 이 분야의 지식을 갖고 있는 독자는 이러한 여러 가지의 특정적인 내용들이 없어도 사용될 수 있다는 것을 인지할 수 있다. 어떤 경우에는, 발명을 기술하는 데 있어서 흔히 알려졌으면서 발명과 크게 관련 없는 부분들은 본 발명을 설명하는 데 있어 별 이유 없이 혼돈이 오는 것을 막기 위해 기술하지 않음을 미리 언급해 둔다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예에 따른 부 사용자 클러스터 그룹의 공통 채널 설정 방법과 그에 대한 시스템을 상세하게 설명한다.
도 1은 클러스터 기반의 애드혹 인지 무선 네트워크 토폴로지를 도시한 도면이다.
도 1을 참조하면, 애드혹 인지 무선 네트워크에 형성된 클러스터 그룹(즉, 부 사용자 그룹, 100)은 클러스터 헤드 노드(이하, '헤드 노드'라 한다, 101)와 복수 개의 멤버 노드들(102~107)을 포함한다.
제1 및 제2주 사용자들(110, 120)은 각각 지역적, 시간적으로 사용가능하도록 사전에 설정된 주 사용자 통신 범위(111, 121)를 갖는다. 클러스터 그룹(100)의 간섭 범위(108) 내에는 제1주 사용자(110)와 제2주 사용자(120)가 존재한다.
헤드 노드(101)는 애드혹 인지 무선 네트워크에서 클러스터 그룹(100)의 초기 랑데부 과정을 시작하는 노드이다.
클러스터 그룹(100)의 일부 멤버 노드들(102~105)은 제1 및 제2주 사용자(110, 120) 시스템의 주 사용자 신호 감지 범위(112, 122) 안에 위치한다. 따라서, 일부 멤버 노드들(102~105)은 제1주 사용자(110) 또는 제2주 사용자(120)의 신호를 감지할 수 있다. 만약 클러스터 그룹(100) 내의 노드들(101~107)이 제1 및 제2주 사용자 채널을 사용할 경우, 클러스터 그룹(100)의 간섭 범위(108) 내에 제1 및 제2주 사용자(110, 120)가 위치하게 되어 제1 및 제2주 사용자(110, 120)에게 해로운 간섭을 줄 수 있게 된다.
헤드 노드(101)와 멤버 노드들(102~107)은 각각 스펙트럼 센싱을 수행하고, 스펙트럼 센싱 결과를 통해 서로 다른 사용가능 한 채널의 목록을 가질 수 있다. 따라서, 헤드 노드(101)와 멤버 노드들(102~107)은 제1 및 제2주 사용자들(110, 120)에게 해로운 간섭을 주지 않으면서 직접 통신가능한 범위 내에서 공통으로 사용가능 한 채널을 선정하게 된다.
본 발명의 실시 예에서는 애드혹 인지 무선 네트워크에 있어서 헤드 노드(101)와 멤버 노드들(102~107)이 각각 주변 채널 상황을 센싱한 후, 센싱한 정보를 이용하여 그룹 애드 혹 통신을 위한 공통 채널을 설정할 때, OFDM 기술 기반의 멀티 캐리어 동작기술과 공통 채널 패턴 감지 기술을 이용하여 신속하고 신뢰성 있는 공통 채널을 설정할 수 있다.
이 때, 헤드 노드(101)와 멤버 노드들(102~107)은 센싱된 채널 리스트를 초기에 교환하지 않고, 헤드 노드(101)가 서브 캐리어를 이용해 패턴 신호를 먼저 전송한 후, 멤버 노드들(102~107)이 패턴 신호로부터 각도 차 패턴을 인지하여 가장 일치하는 채널을 통해 멤버 노드들(102~107)의 채널 리스트를 전송한다. 헤드 노드는 수신된 채널 리스트를 분석하여 공통 채널을 설정할 수 있다. 이로써, 공통 채널 설정에 소요되는 시간을 크게 단축시킬 수 있다. 특히, 하나의 채널에 활성화된 서브 캐리어들이 복수 개인 경우, 공통 채널 설정에 소요되는 시간을 더 단축시킬 수 있다.
공통 채널을 설정하는 과정은 크게 시스템 활성화 랑데부 기간, 보고 기간 및 데이터 전송구간으로 이루어 진다. 이하에서는 도 2 내지 도 19를 참조하여 본 발명의 실시 예에 따른 시스템 활성화 랑데부 기간과 보고 기간에 대해 자세히 설명한다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 애드혹 인지 무선 네트워크에서 클러스터 그룹의 헤드 노드와 멤버 노드 간의 공통 채널 설정 방법을 설명하기 위한 흐름도이다. 도 2에서 참조할 헤드 노드와 멤버 노드는 도 1에서 설명한 헤드 노드(101)와 멤버 노드들(102~107) 중 하나일 수 있으며, 멤버 노드들(102~107)은 도 2 내지 도 19를 참조하여 설명할 과정(또는 동작)을 동일하게 수행한다.
도 2를 참조하면, 헤드 노드는 사전에 결정된 특정 패턴을 가지는 SA 신호를 OFDM 심볼로 변환하여 전송할 수 있다(S210).
도 3은 도 2에 도시된 S210단계를 보다 자세히 설명하기 위한 흐름도로서, 헤드 노드의 동작과 관련된다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 헤드 노드는 스펙트럼 센싱을 수행하여 주변 채널을 확인할 수 있다(S310). S310단계에서 헤드 노드가 스펙트럼 센싱을 수행하면 도 4와 같이 주변 채널이 센싱될 수 있다.
도 4는 헤드 노드가 스펙트럼 센싱을 수행한 결과를 보여주는 도면이다.
도 4를 참조하면, 스펙트럼 센싱의 결과, 헤드 노드가 사용가능한 해당 대역폭의 총 채널 개수는 4개이고, 그 중 주 사용자가 사용하고 있는 채널은 채널3(ch3)임을 알 수 있다. 헤드 노드와 멤버 노드들은 채널 기반 스펙트럼 센싱을 수행하여 도 4와 같이 클러스터 그룹이 속한 지역에서 사용가능한 채널 리스트를 얻을 수 있다. 헤드 노드는 주지된 기술에 의해 주 사용자 채널을 인지할 수 있다.
초기 랑데부 기간 동안, 하나의 채널은 M(M≥1)개의 서브 캐리어를 갖는다. 따라서, 랑데부 기간 동안 사용되는 서브 캐리어의 총 개수는 {(채널의 수) × M} 으로 나타낼 수 있다. 무선 인지 시스템 설정 시 각 채널의 경계에는 하나의 서브 캐리어가 위치하도록 함으로써 하나의 채널에는 (M-1)개의 서브 캐리어가 존재할 수 있다.
다시 도 3을 참조하면, 헤드 노드는 S310단계에서 확인된 채널들의 서브 캐리어들을 비활성화 룰에 기초하여 선택적으로 활성화하거나 비활성화할 수 있다(S320).
S320단계에서, 헤드 노드는 확인된 채널들 중 주 사용자가 사용 중인 채널의 서브 캐리어들을 비활성화하고, 확인된 채널들의 경계에 있는 서브 캐리어들(Boundary Subcarriers)을 비활성화할 수 있다. 그리고, 헤드 노드는 비활성화된 서브 캐리어들을 제외한 나머지 서브 캐리어들을 활성화할 수 있다.
이는, 주 사용자의 채널에 속하는 서브 캐리어들을 헤드 노드가 사용하게 되면, 주 사용자의 네트워크 시스템에 해로운 간섭을 줄 수 있으므로 이를 피하기 위해 비활성화한다. 또한, 채널 경계에 있는 서브 캐리어들은 다른 채널의 SA 패턴 신호 및 주 사용자의 채널에 주는 간섭을 줄이기 위해 비활성화할 수 있다.
도 5는 도 4에서 확인된 각 채널의 서브 캐리어 중 활성화된 서브 캐리어와 비활성화된 서브 캐리어의 일 예를 보여주는 도면이다.
도 5를 참조하면, 각 채널(ch1~ch4) 당 서브 캐리어는 2개(M=2)이고, 채널 경계에 있는 서브 캐리어들(511, 521, 531, 541)과, 주 사용자의 채널(ch3)에 속하는 서브 캐리어(532)는 비활성화된다. 여기서, 비활성화된 서브 캐리어들 중 채널의 경계에 위치하여 비활성화된 경계 서브 캐리어는 NB로 표시한다. 따라서, 도 5a의 경우, 3의 예는 M = 2, NB = 1이다.
도 6은 도 4에서 확인된 각 채널의 서브 캐리어 중 활성화된 서브 캐리어와 비활성화된 서브 캐리어의 다른 예를 보여주는 도면이다.
도 6을 참조하면, 각 채널(ch1~ch4) 당 서브 캐리어는 5개(M=5)이고, 각 채널(ch1~ch4)에서 활성화된 서브 캐리어는 2개이고, 비활성화된 서브 캐리어는 3개이다. 또한, ch1에서 비활성화된 3개의 서브 캐리어(611, 612, 615) 중, 비활성화된 경계 서브 캐리어(NB)는 2개(611, 612)이다.
다시 도 3을 참조하면, 헤드 노드는 사전에 결정된 패턴 신호 시퀀스(
Figure 112016073000933-pat00003
: 클러스터 i의 Pattern Signal Sequence)를 발생할 수 있다(S330). 패턴 신호 시퀀스는 도 7에서와 같이 특정 패턴을 가지며 사전에 결정되어 헤드 노드에 설정될 수 있다. 멤버 노드는 패턴 신호 시퀀스로부터 각 패턴 신호의 각도를 추정하고, 추정된 각도들로부터 각도 차 시퀀스와 각도 차 시퀀스 패턴을 추정할 수 있다. 각도는 신호 감쇠에 강한 특징을 가지고 있으며, 본 발명의 실시 예에서 사용하는 OFDM 시스템에서 시간 지연(time delay)의 결과는 단순히 위상 변화(phase shift)로 나타나기에 각도 차이를 패턴 특징으로 사용할 수 있다.
멤버 노드가 각도 차 시퀀스를 추정하는 데 있어서, 멤버 노드가 속하는 클러스터 i의 패턴 신호 시퀀스는 [수학식 1]과 같이 정의할 수 있다.
Figure 112016073000933-pat00004
[수학식 1]에서, i는 클러스터 그룹 내 헤드 노드의 인덱스, 즉, 부 사용자 그룹을 구분하는 값, ck는 k번째 패턴 신호, L은 패턴 신호 길이(즉, 패턴 신호의 개수)이다. 각각의 패턴 신호 값인 ck는 [수학식 2]와 같이 정의할 수 있다.
Figure 112016073000933-pat00005
[수학식 2]에서 ak와 bk는 단순한 실수값으로서, ak는 실수 부분이고, bk는 허수 부분의 실수값이다. ak와 bk는 다른 변수로 바뀌어도 무방하다.
도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 특정 패턴을 가지는 패턴 신호 시퀀스의 일 예를 도시한 도면으로서, 랑데부 프로토콜의 동작 폭의 패턴 신호 시퀀스에 대한 멀티 폭 OFDM 시스템을 나타낸다.
도 7을 참조하면, 헤드 노드에 설정된 패턴 신호 시퀀스는 {c1, c2, c3, c4}={(-1-i), (1+i), (1-i), (-1+i)}이고, 패턴 신호 길이(L)는 4인 특정한 패턴을 갖는다. 본 발명에서는, 이러한 패턴 신호 시퀀스(또는 패턴 신호들)를 애드혹 인지 무선 네트워크에서 SA 패턴 신호로 사용할 수 있다. 또한, SA 패턴 신호(또는, 패턴 신호 시퀀스)는 멤버 노드가 신속히 OFDM 심볼을 전송한 채널을 확인하고 동기화를 수행할 수 있도록 설계된 패턴을 사용할 수 있다. 본 발명의 실시 예에서는 SA 신호와 패턴 신호 시퀀스 또는 패턴 신호 또는 SA 패턴 신호가 동일한 신호를 의미할 수 있으며, 설명의 편의를 위해 혼용될 수도 있다.
다시 도 3을 참조하면, 헤드 노드는 S320단계에서 활성화된 서브 캐리어들에 패턴 신호 시퀀스를 실어 OFDM 기반의 OFDM 심볼을 생성할 수 있다(S340). S340단계에서, 헤드 노드는 활성화된 서브 캐리어들에는 패턴 신호들을 싣고, 비활성화된 서브 캐리어들에는 널(null)값 또는 '0'을 실은 후, 서브 캐리어들을 역 고속 퓨리에 변환 및 패러랠 시리얼 변환하여 SA 패턴 신호의 OFDM 심볼을 생성할 수 있다. 따라서, 각 채널이 가지고 있는 활성화된 모든 서브 캐리어들에 의해 패턴 신호들이 전송될 수 있다.
도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 패턴 신호들과 0을 서브 캐리어들에 실어 OFDM 심볼을 생성하는 일 예를 보여주는 도면이다.
도 8을 참조하면, 각 채널(ch1, ch2, ch3, …)의 서브 캐리어들은 패턴 신호 시퀀스를 이루는 패턴 신호들과 0을 실은 상태에서 N-point 역 고속 푸리에 변환(IFFT: Inverse Fast Fourier Transform)된 후, Parallel to Serial Converting되어 SA 패턴 신호의 OFDM 심볼로 생성될 수 있다. 이러한 동작은 클러스터 그룹의 헤드 노드에서 이루어질 수 있다. SA 패턴 신호의 OFDM 심볼을 수신한 멤버 노드는 이 OFDM 심볼을 디코딩(해독)하여 SA 패턴 일치를 수행할 수 있다.
다시 도 3을 참조하면, 헤드 노드는 S340단계에서 생성된 SA 패턴 신호의 OFDM 심볼들을 OFDM 전송 방식에 기초하여 브로드캐스팅할 수 있다(S350).
S210단계에서, 헤드 노드는 SA 패턴 신호의 OFDM 심볼을 도 19에 도시된 바와 같이 설정된 횟수(Q)만큼 반복 전송할 수 있다.
이상 도 3 내지 도 8을 참조하여, 헤드 노드가 SA 패턴 신호의 OFDM 심볼을 생성하여 전송하는 헤드 노드의 S210단계에 대해 설명하였다.
이하에서는, 도 2의 S220단계 내지 S250단계에 해당하는 멤버 노드의 동작을 도 2, 도 9 내지 도 19를 참조하여 설명한다.
도 2를 참조하면, 멤버 노드는 S210단계에서 전송된 SA 패턴 신호 OFDM 심볼을 수신할 수 있다(S220).
멤버 노드는 S220단계에서 수신된 OFDM 심볼을 OFDM 수신 방식에 기초하여 Serial to Paraller Converting 및 고속 푸리에 변환(FFT)할 수 있다(S230). 이로써 S230단계에서는 특정 패턴을 가지는 SA 패턴 신호가 출력될 수 있다.
멤버 노드는 출력되는 SA 패턴 신호를 디코딩하여 SA 패턴 신호에 포함된 패턴 신호들의 각도(AQi)와 각도 차 시퀀스(ADQi) 패턴을 추정할 수 있다(S240). S240단계는 크게 심볼 경계 검출 및 동기화와, 자기 상관 함수의 일치율 비교 및 채널 인지로 구분될 수 있다.
먼저, 심볼 경계 검출 및 동기화에 대해 설명한다.
본 발명의 실시 예에 있어서, 멤버 노드가 각도 차 패턴을 정확히 추정하기 위해서는 OFDM 심볼들 중 정확한 심볼 경계 검출을 필요로 한다. OFDM 심볼을 멤버 노드가 디코딩하는 과정에 있어서, 심볼 시간 동기화를 하지 않으면, 패턴 값을 올바르게 복호하지 못 하고, 실제와는 다른 각도 차 패턴을 도출할 수 있다. 기존의 OFDM 시스템에서 동기화는 미리 결정 된 동기화 패턴을 전체 서브 캐리어를 이용하여 구현 가능하지만, 이는 인지 무선 네트워크 환경에서는 적용할 수 없다. 이는, 활성화된 서브 캐리어 조합은 시간과 이웃의 주 사용자 시스템 상태에 따라 동적으로 변하기 때문이다.
따라서, 본 발명의 실시 예에서는 헤드 노드와 멤버 노드 간에 SA 패턴 신호의 OFDM 심볼을 전송하고, 디코딩하는 과정에 있어서 사전에 OFDM 심볼 시간 동기화가 없었다고 가정한다.
도 9는 헤드 노드와 멤버 노드 간에 동기화가 없을 경우, OFDM 심볼(900)과 중복된 OFDM 심볼(901)에 대해 멤버 노드가 OFDM 디코딩을 수행하는 과정을 보여주는 도면이다.
헤드 노드는 S210단계에서, 도 9에서 생성한 SA 패턴 신호의 OFDM 심볼을 연속하여 전송할 수 있다. 즉, 헤드 노드는 처음 전송하는 패턴 신호와 중복되는 패턴 신호를 한 번 더 전송할 수 있다. 헤드 노드가 동일한 OFDM 심볼을 2회 반복 전송하는 경우, 멤버 노드들(MN1, MN2)이 디코딩(902, 903)을 수행할 때 고속 푸리에 변환을 하여도, 본 발명에서 사용하는 패턴은 각도 차를 이용하므로 시간 차이에 의한 지연효과의 결과는 단순히 패턴 신호의 일정한 위상 변화만 발생시킬 뿐 패턴 신호의 각도 차에는 영향을 끼치지 않는다.
따라서, 도 9에서와 같이 디코딩된 패턴 신호 시퀀스(즉, 디코딩된 OFDM 심볼)의 경계가 헤드 노드에서 전송될 때의 경계와 일치하지 않더라도 각도 차 패턴을 사용하는 패턴 검출에는 영향을 미치지 않을 수 있다.
그러나, 헤드 노드가 동일한 OFDM 심볼을 3회 이상 반복 전송하는 경우에는 패턴 신호의 각도(또는 각도 차 패턴)를 추정하는데 영향을 미칠 수 있다.
도 10은 서브 캐리어로 전송되는 하나의 OFDM 심볼이 Q(Q≥3)번 반복 전송되고, 그 사이에 멤버 노드가 OFDM 디코딩(1100, 1101)을 수행하는 과정을 보여주는 도면이다.
도 10을 참조하면, 헤드 노드는 i번째 OFDM 심볼을 3회 이상 연속 전송하고, (i+1)번째 OFDM 심볼을 3회 이상 연속 전송하였다. 멤버 노드가 디코딩을 수행한 결과, i번째 OFDM 심볼들 중 마지막으로 수신된 마지막 심볼(1002)과 (i+1)번째 OFDM 심볼들 중 처음으로 수신된 처음 심볼(1003) 부분에서 디코딩(1004)을 하면, 멤버 노드에 미리 설정된 각도 차 패턴과 다른 결과가 나오게 된다.
이러한 문제를 해결하기 위해, 본 발명의 실시 예에서 멤버 노드는 심볼 경계 검출 절차를 수행할 수 있다.
도 11은 도 2의 S240단계를 보다 자세히 설명하기 위한 흐름도이다.
도 11을 참조하면, 멤버 노드는 S230단계에서 출력되는 SA 패턴 신호로부터 n번 반복 전송된 i번째 OFDM 심볼과, n번 반복 전송된 (i+1)번째 OFDM 심볼의 상관 일치값을 산출할 수 있다(S1110). 멤버 노드는 각 OFDM 심볼에 대한 자기 상관 함수를 이용하여 자기 상관 값을 산출한 후, x번째와 y번째 OFDM 심볼의 상관 일치값을 산출할 수 있다. 자기 상관 함수는 사전에 정의되어 있으며, 자기 상관값과 상관 일치값은 주지된 방식으로 산출될 수 있다.
또한, S1110단계에서, 멤버 노드는 서로 이웃하는 OFDM 심볼간의 상관 일치값을 산출하므로, 예를 들어, 동일한 i번째 OFDM 심볼들 중 처음과 두번째로 전송된 OFDM 심볼들(도 11에서 1st OFDM 심볼과 2nd OFDM 심볼)은 거의 일치하는 상관 일치값을 가질 수 있다.
상관 일치값이 산출되면, 멤버 노드는 이웃하는 두 OFDM 심볼들의 상관 일치값과 기설정된 경계 임계값을 비교하여 경계 심볼을 판단할 수 있다(S1120).
도 12는 i번째 SA 패턴 신호의 OFDM 심볼과 (i+1)번째 SA 패턴 신호의 OFDM 심볼의 OFDM 디코딩 결과를 보여주는 도면이다.
도 12를 참조하면, i번째 OFDM 심볼과 (i+1)번째 OFDM 심볼은 모두 n회씩 반복 전송된 심볼 시퀀스를 갖는다. 멤버 노드가 n회씩 수신한 i번째 OFDM 심볼과 (i+1)번째 OFDM 심볼을 디코딩한 결과, 각도에 대한 심볼 시퀀스는 위상 변화가 나타난다. 도 12와 같이 디코딩된 심볼 시퀀스에서, S1120단계는 [수학식 3]을 이용하여 경계 심볼을 판단할 수 있다.
Figure 112016073000933-pat00006
도 12 및 [수학식 3]을 참조하면, Rn,n -1은 n번째와 (n-1)번째 OFDM 심볼의 상관 일치값이고, Rn,n +1은 n번째와 (n+1)번째 OFDM 심볼의 상관 일치값이고, Rn - 1,n -2는 (n-1)번째와 (n-2)번째 OFDM 심볼의 상관 일치값이며, Rn + 1,n +2는 (n+1)번째와 (n+2)번째 OFDM 심볼의 상관 일치값이다. Rt는 상관 일치값과 비교할 경계 임계값으로서 사전에 설정되어 있다. [수학식 3]에 의해, 멤버 노드는 Rn에 해당하는 심볼(즉, i번째 OFDM 심볼 중 n번째로 반복전송되어 디코딩된 심볼)이 경계에 위치한 OFDM 심볼인 것으로 판단할 수 있다.
S1120단계에서, 멤버 노드는 디코딩된 n번째 OFDM 심볼이 [수학식 3]을 만족하는 경우, n번째 OFDM 심볼을 경계 심볼로 판단할 수 있다.
다시 도 11을 참조하면, 멤버 노드는 S1120단계에서 판단된 경계 심볼을 이용하여 OFDM 심볼들의 경계 동기화를 수행할 수 있다(S1130).
도 13은 S1130을 보다 자세히 설명하기 위한 흐름도이다.
도 13을 참조하면, 멤버 노드는 경계 심볼을 찾으면, 경계 심볼과 경계 심볼 이전에 수신된 이전 심볼과의 상관 관계값, 그리고, 경계 심볼과 경계 심볼 이후에 수신된 이후 심볼과의 상관 관계값을 산출할 수 있다(S1310, S1320).
그리고, 멤버 노드는 각 상관 관계값들과 사전에 설정된 동기화 임계값을 비교하여, 비교 결과에 따라 심볼 경계 동기화를 수행할 수 있다(S1330). 자세히 설명하면, 멤버 노드는 동기화 임계값보다 상관 관계값이 작은 경우, 해당 OFDM 심볼의 위치를 조정할 수 있다. 상관 관계값이 임계값보다 작다는 것은 경계 심볼이 해당 위치에 알맞지 않다는 것을 의미하므로, 심볼 위치를 조정하여 헤드 노드와 멤버 노드간의 동기화를 이룰 수 있다.
멤버 노드는 두 개의 상관 관계값들 중 어느 하나에서 동기화 임계값보다 큰 상관 관계값이 나올 때까지 이를 수행하여 심볼 경계 동기화를 수행할 수 있다.
도 14는 본 발명의 실시 예에 따른 멤버 노드가 심볼 경계 동기화를 하는 일 예를 보여주는 도면이다.
도 14를 참조하면, 식별번호 '1401, 1402'는 동기화 임계값보다 낮은 상관 관계값을 갖는 OFDM 심볼이고, '1403'은 동기화 임계값보다 높은 상관 관계값을 갖는 OFDM 심볼을 나타낸다. i번째 OFDM 심볼들 중 n번째로 수신된 OFDM 심볼이 경계로 검출되었으며, i번째 OFDM 심볼들 중 n번째로 수신된 OFDM 심볼은 'd'만큼 위치가 조정되었다. 또한, 'd'만큼 위치 조정 후, n번째 OFDM 심볼과 (n-1)번째 OFDM 심볼의 상관 관계값과, (n+1)번째 OFDM 심볼과 n번째 OFDM 심볼의 상관 관계값 모두 동기화 임계값보다 작으므로, n번째로 수신된 OFDM 심볼은 'e'만큼 위치가 조정된다. 또한, 'e'만큼 위치 조정 후, (n+1)번째 OFDM 심볼과 n번째 OFDM 심볼의 상관 관계값이 동기화 임계값보다 크므로, 멤버 노드는 n번째 OFDM 심볼의 동기화가 완료되었다고 판단할 수 있다.
다시 도 11을 참조하면, 멤버 노드는 S230단계에서 설정된 횟수만큼 반복 출력된 SA 패턴 신호에 포함된 패턴 신호들의 각도를 채널 별로 추정할 수 있다(S1140). 헤드 노드는 동일한 패턴 신호의 OFDM 심볼을 정해진 횟수만큼 반복 전송하므로, S1140단계에서, 멤버 노드는 동일한 OFDM 심볼이 수신된 횟수만큼의 각도를 추정할 수 있다. 도 14의 경우, 멤버 노드는 (n-2)번째~ (n+2)번째 패턴 신호들의 각도를 각각 추정한다.
[수학식 1]과 같은 패턴 신호 시퀀스가 헤드 노드로부터 수신된 경우, 멤버 노드는 [수학식 4]를 이용하여 각 패턴 신호의 각도를 추정할 수 있다.
Figure 112016073000933-pat00007
[수학식 4]에서 AQi는 클러스터 i의 멤버 노드에서 수신된 OFDM 심볼에 포함된 패턴 신호의 각도 시퀀스, ∠c1은 패턴 신호 c1의 각도, L은 패턴 신호 길이이다. [수학식 4]에서 c1을 포함하는 OFDM 심볼이 3회 반복수신되었다면, 멤버 노드는 c1의 각도를 3회 추정한다. 이는, 동일한 채널에서 동일한 패턴 신호의 OFDM 심볼이 반복 수신된 횟수만큼 각도를 추정하기 때문이다.
멤버 노드는 패턴 신호(PS)를 각도로 변환할 때, 도 14에 도시된 x축 즉, 실수 축을 기준으로 반 시계 방향으로 각도를 계산하며, 이 때 각도의 범위는 [-∏, +∏]로 설정할 수 있다.
각 패턴 신호의 각도가 추정되면, 멤버 노드는 각 채널마다 동일한 서브 캐리어로 전송된 패턴 신호의 각도들의 평균을 산출할 수 있다(S1150). 이 때, 경계 심볼에 해당하는 패턴 신호의 각도는 제한다. 따라서, 도 14의 경우, 동일한 패턴 신호의 OFDM 심볼이 3회 반복 수신되었다면, 멤버 노드는 (n-1)번째 패턴 신호의 각도와 (n-2)번째 패턴 신호의 각도의 평균을 i번째 패턴 신호의 각도로 정할 수 있다. 또한, 멤버 노드는 n번째 패턴 신호의 각도, (n+1)번째 패턴 신호의 각도, 그리고, (n+2)번째 패턴 신호의 각도의 평균을 (i+1)번째 패턴 신호의 각도로 정할 수 있다.
각도의 평균이 산출되면, 멤버 노드는 채널 별 패턴 신호의 각도 평균으로부터 각도 차 시퀀스 패턴을 추정할 수 있다(S1160).
S1160단계를 자세히 설명하면, [수학식 2]에 의해 패턴 신호의 각도가 산출된 경우, 멤버 노드는 [수학식 5]를 이용하여 각도 차 시퀀스(ADQi)를 추정할 수 있다.
Figure 112016073000933-pat00008
Figure 112016073000933-pat00009
[수학식 4]에서, PL -1은 CL과 CL-1의 각도 차를 의미한다. [수학식 4]와 같은 각도 시퀀스로부터 각도 차 시퀀스를 추정하는 방식은, 사용가능 한 채널 중 활성화된 서브 캐리어의 개수에 의존할 수 있다. 만약, 사용가능 한 각 채널 안에 하나의 활성화된 서브 캐리어만 있는 경우, 각도 차 시퀀스는 [수학식 5]와 같이 정의될 수 있다. 이에 대한 예시로서, 도 15는 도 7의 패턴 신호 형태의
Figure 112016073000933-pat00010
의 값들을 보여주는 도면이다.
도 15를 참조하면, 패턴 신호 (-1-i)의 각도는 -135도, (1+i)의 각도는 45도, (1-i)의 각도는 -45도, (-1+i)의 각도는 135도이다. 따라서, (-1-i)와 (1+i)의 각도 차는 180도, (1+i)와 (1-i)의 각도 차는 -90도, (-1+i)와 (1-i)의 각도 차는 180도로 추정된다. 즉, 멤버 노드는 도 7과 같은 패턴 신호 시퀀스(즉, SA 패턴 신호들)의 OFDM 심볼을 디코딩하여, 도 15와 같은 각도 시퀀스 및 각도 차 시퀀스를 추정할 수 있다.
상기의 과정에 의해 각도 차 시퀀스 패턴이 추정되면, 멤버 노드는 추정된 각도 차 시퀀스를 각도 차 시퀀스 패턴으로 사용하여, 공통 채널 설정에 사용할 수 있다.
도 16 및 도 17은 패턴 신호 시퀀스를 각 패턴 신호에 해당하는 각도로 변환한 후 각도 차 시퀀스를 추정하여 하나의 각도 차 시퀀스 패턴을 만드는 예를 보여주는 도면이다.
도 16은 채널 당 하나의 활성화된 서브 캐리어를 이용하여 패턴 신호를 전송하는 일 예를 보여주는 도면이다.
도 16을 참조하면, 헤드 노드는 사용가능한 각 채널에 활성화된 서브 캐리어가 하나일 경우, 채널마다 하나의 캐리어를 통해 패턴 신호를 OFDM 방식으로 전송할 수 있다. 예를 들어, 헤드 노드는 ch1의 경우, 하나의 서브 캐리어로 c1, c2, c3, …, c8을 순차적으로 전송하고, ch2의 경우에도 하나의 서브 캐리어로 c1, c2, c3, …, c8을 순차적으로 전송한다.
멤버 노드는 수신된 OFDM 심볼을 디코딩하면서, 각 패턴 신호의 각도 ∠c1, ∠c2, ∠c3, …, ∠c8을 추정하고, 추정된 각도로부터 각도 차를 산출할 수 있다. 멤버 노드는 산출된 각도 차를 조합하여 각도 차 시퀀스 패턴을 추정한다. 도 16에 도시된 하나의 '패턴 사이클'은 ch1에 대한 각도 차 시퀀스 패턴 사이클이며, ch2에 대한 '패턴 사이클'의 각도 차 시퀀스 패턴도 전송 도중 노이즈의 영향에 따라 동일하거나 거의 유사할 것이다.
도 17은 채널 당 다수의 활성화된 서브 캐리어를 이용하여 패턴 신호를 전송하는 일 예를 보여주는 도면이다.
도 17을 참조하면, 헤드 노드는 각 채널마다 활성화된 서브 캐리어가 다수일 경우, 다수의 서브 캐리어들을 이용하여 패턴 신호를 OFDM 방식으로 전송할 수 있다. 도 17의 경우, M = 3, NB = 1인 경우에 패턴 신호를 전송하고 있다.
본 발명의 실시 예에 따르면, 채널당 두 개 이상의 활성화 서브 캐리어를 이용하여 패턴 신호를 전송하는 방식은 도 8이외에도 유사한 방법으로 다양하게 구현될 수 있다. 따라서, 본 발명의 실시 예에 따르면, 도 7 및 도 8에서도 알 수 있듯이, 멤버 노드가 각도 차 시퀀스 패턴을 생성하는 데 있어서 하나의 서브 캐리어에 대한 각도 차 시퀀스 뿐만 아니라 복수 개의 서브 캐리어에 대한 각도 차 시퀀스도 사용할 수 있음을 알 수 있다.
다시 도 2를 참조하면, 멤버 노드는 추정된 각도 차 시퀀스 패턴의 자기 상관 함수와 멤버 노드에 기설정된 자기 상관 함수의 일치도를 이용하여, SA 패턴 신호의 패턴(즉, ADQi의 패턴)이 가장 일치한 서브 캐리어를 인지하고, 인지된 서브 캐리어가 소속된 채널을 SA 패턴 신호를 전송한 채널(즉, 멤버 노드가 SA 패턴 신호의 OFDM 심볼을 수신한 채널)로서 인지할 수 있다(S250).
도 18은 S250단계를 설명하기 위한 흐름도이다.
도 18을 참조하면, 멤버 노드는 S240단계에서 추정된 각도 차 시퀀스 패턴의 자기 상관 함수와 멤버 노드에 기설정된 자기 상관 함수 간의 일치도를 산출할 수 있다(S1810). S1810단계에서, 멤버 노드는 곱 기반의 유사성 일치 방법(Product-based Similarity Matching Method) 및 평균제곱오차 기반의 유사성 일치 방법(Mean Square Error-based Similarity Matching Method) 중 하나를 이용하여 상기 일치도를 산출할 수 있다.
멤버 노드는 S1810단계에서 산출된 일치도와 사전에 설정된 일치 임계값을 비교하여, SA 패턴 신호를 전송한 채널을 인지할 수 있다(S1820).
먼저, 곱 기반의 유사성 일치 방법을 사용하는 경우에 대해 설명한다. 곱 기반의 유사성 일치 방법은 [수학식 6]과 같이 정의된다.
Figure 112016073000933-pat00011
[수학식 6]에서, i는 클러스터 그룹 중 i번째 멤버 노드, j는 헤드 노드가 OFDM 심볼을 전송한 j번째 채널, t는 시간, T는 자기상관 샘플 수를 의미한다. 또한,
Figure 112016073000933-pat00012
는 시간 t에서 i번째 멤버 노드가 채널 j에서 관찰한 각도 차 시퀀스 패턴의 자기상관값(Autocorrelation)이고,
Figure 112016073000933-pat00013
는 i번째 멤버 노드에 미리 설정한 각도 차 시퀀스 패턴의 자기상관값이고,
Figure 112016073000933-pat00014
는
Figure 112016073000933-pat00015
과
Figure 112016073000933-pat00016
의 일치도이다.
멤버 노드는, 일치도가 사전에 결정된 제1일치 임계값보다 크면, 두 각도 차 시퀀스 패턴의 일치율이 높다는 것을 의미하므로, 채널 j를 통해 SA 패턴 신호가 전송되었다고 인지할 수 있다.
다음, 평균제곱오차 기반의 유사성 일치 방법을 사용하는 경우에 대해 설명한다. 평균제곱오차 기반의 유사성 일치 방법은 [수학식 7]과 같이 정의된다.
Figure 112016073000933-pat00017
[수학식 7]에서
Figure 112016073000933-pat00018
는
Figure 112016073000933-pat00019
과
Figure 112016073000933-pat00020
의 일치도이며, 그 외는 [수학식 6]에서 설명한 것과 동일하다. 멤버 노드는 일치도가 사전에 결정된 제2일치 임계값보다 작으면, 두 각도 차 시퀀스 패턴의 일치율이 높다는 것을 의미하므로, 채널 j를 통해 SA 패턴 신호가 전송되었다고 인지할 수 있다.
멤버 노드는 SA 패턴 신호를 전송한 채널이 인지되면, 채널 j 다음 채널인 채널 k에 대해서는 일치도 산출을 생략하고, 랑데부 기간을 마칠 수 있다. 따라서, 멤버 노드는 채널 인지에 성공하면, 다음 보고 기간으로 넘어간다.
도 19는 본 발명의 실시 예에 따른 시스템 활성화를 위한 랑데부 기간을 도시한 도면이다.
도 19를 참조하면, 애드혹 인지 무선 네트워크에서 클러스터 그룹은 시스템 활성 랑데부 기간, 보고 기간 및 데이터 전송의 절차를 수행할 수 있다.
도 19에서 'cn1'은 임의의 채널에 활성화된 서브 캐리어가 복수 개인 경우, n번째 서브 캐리어에 실린 패턴 신호를 의미한다.
'반복되는 패턴 전송'은 멤버 노드가 보다 정확히 SA 패턴 신호의 OFDM 심볼을 수신하도록 설정된 횟수만큼 패턴이 반복 전송되는 것을 의미한다.
'멤버 노드로부터 보고 감지 대기'는 헤드 노드가 서브 캐리어를 통해 SA 패턴 신호를 모두 전송하면, 바로 멤버 노드로부터 보고 메시지를 수신하기 위한 감지 모드로 대기하는 것을 의미한다. 따라서, 멤버 노드가 OFDM 심볼을 수신하여 각도 차 시퀀스 패턴을 인식하기까지의 시간도 랑데부 기간에 속할 수 있다.
상술한 심볼 경계 동기화 및 상관 일치 방법을 이용해 SA 패턴 신호가 송수신된 채널이 인지되면 보고 기간으로 넘어간다. 즉, S210단계 내지 S250단계에 의해 모든 멤버 노드들의 채널 인지가 완료되면, 헤드 노드와 멤버 노드들은 보고 기간으로 넘어갈 수 있다.
보고 기간 동안 헤드 노드는 활성화된 서브 캐리어들을 이용하여 보고 시작(Reporting Start) 메시지를 전송할 수 있다.
또한, 멤버 노드들은 각각 SA 패턴 신호의 패턴이 일치된 서브 캐리어들 중 하나를 선택하여 메시지를 확인할 수 있다. 이때, 멤버 노드가 다수의 서브 캐리어들 중에서 한 개를 선택할 확률은 (1/전체 서브 캐리어 개수)이다. 선택한 서브 캐리어에서 보고 시작(Reporting Start) 메시지를 수신한 경우, 멤버 노드들은 자신의 사용가능한 채널 리스트를 포함한 채널 보고(Channel Report) 메시지를 위에서 선택한 서브 캐리어로 헤드 노드에게 전송하여 응답할 수 있다.
이러한 과정에 의해, 헤드 노드는 멤버 노드들의 응답에 기초하여 데이터 채널을 한 개 이상 결정할 수 있다. 또한, 헤드 노드는 채널 보고(Channel Report) 메시지를 수신한 모든 서브 캐리어에 채널 결정(Channel Decision) 메시지를 전송할 수 있다. 이로써, 부 사용자 그룹인 클러스터 그룹에서 사용할 공통 채널이 설정되고, 헤드 노드와 멤버 노드들은 공통 채널을 이용하여 데이터 전송을 할 수 있다.
데이터 전송 단계로 진입하면, 부 사용자 그룹은 일반적인 데이터 전송에 대해 오직 선택된 채널, 즉, 공통 채널에서만 작동한다. 데이터 전송을 위해서는 한 개의 또는 복수 개의 채널이 사용될 수 있다. 새로운 멤버 노드들의 합류를 허락하기 위해서, 헤드 노드는 주기적으로 초기 랑데부 과정을 수행할 수 있다. 주기적인 초기 랑데부 과정은 헤드 노드의 사용가능한 채널에 의해 수행되거나, 또는, 최근에 사용된 데이터 채널에 의해 수행될 수도 있다.
도 20은 본 발명의 실시 예에 따른 애드혹 인지 무선 네트워크에서 클러스터 그룹의 헤드 노드(2000)를 도시한 블록도이다.
도 20을 참조하면, OFDM 전송 방식을 이용하는 헤드 노드(2000)는 주 사용자 채널 센싱부(2010), 비활성화 룰 메이커(2020), 서브 캐리어 비활성화기(2030), 패턴 발생기(2040), 제1스위치(2050), 제2스위치(2060), N-point IFFT부(2070), P/S 컨버터(Parallel to Serial Converter)(2080), 샘플 인터벌 컨트롤러(2090), D/A 컨버터(2100), 캐리어 주파수 컨트롤러(2110), 승산기(2120), 모듈레이터(2130) 및 S/P 컨버터(Serial to Parallel to Converter)(2140)를 포함할 수 있다.
먼저, 헤드 노드(2000)와 멤버 노드(3000)가 공통 채널 설정을 하는 랑데부 기간의 동작에 대해 설명한다. 랑데부 기간은 도 1 내지 도 19를 참조하여 자세히 설명하였으므로, 헤드 노드(2000)와 멤버 노드(3000)의 구체적인 설명은 생략한다.
채널 센싱부(2010)는 스펙트럼 센싱을 수행하여 사용가능한 하나 이상의 채널을 확인할 수 있다. 채널 센싱부(2010)는 센싱 결과로부터 주 사용자의 채널과 그 외의 채널을 확인할 수 있다.
비활성화 룰 메이커(2020)는 확인된 채널들 중 주 사용자가 사용 중인 채널의 서브 캐리어들과, 확인된 채널들의 경계에 있는 서브 캐리어들을 비활성화하고, 비활성화된 서브 캐리어들을 제외한 나머지 서브 캐리어들을 활성화하는 룰을 조작자에 의해 만들 수 있다.
서브 캐리어 비활성화기(2030)는 비활성화 룰 메이커(2020)의 룰에 기초하여, 확인된 채널들의 서브 캐리어들을 도 5 또는 도 6에 도시된 바와 같이 비활성화거나 활성화할 수 있다.
패턴 발생기(2040)는 [수학식 1]을 참조하여 설명한 패턴 신호들을 시퀀스 형태로 발생할 수 있다. 패턴 발생기(2040)는 멤버 노드(3000)가 신속하게 OFDM 심볼이 전송된 채널을 확인하고 동기화를 수행할 수 있도록 사전에 설계된 패턴 신호들을 발생할 수 있다.
제1 제2스위치(2050, 2060)는 랑데부 기간 동안에는 서브 캐리어 비활성화기(2030) 및 패턴 발생기(2040)와 스위칭 온되어 서브 캐리어(SC) 및 패턴 신호 시퀀스(PSQi)가 N-point IFFT부(2070)로 입력되는 경로를 제공할 수 있다. 데이터 전송 구간에는 S/P 컨버터(2140)와 스위칭 온되어 데이터가 N-point IFFT부(2070)로 입력되도록 한다.
OFDM부로 적용된 N-point IFFT부(2070)와 P/S 컨버터(2080)는 사전에 결정된 패턴 신호 시퀀스를 활성화된 서브 캐리어들에 실어 역 고속 퓨리에 변환한 후 P/S 변환하여 SA 패턴 신호의 OFDM 심볼을 생성할 수 있다. N-point IFFT부(2050)로는 도 8을 참조하여 설명한 것처럼, 각 서브 캐리어에 패턴 신호가 실려 입력될 수 있다. 비활성화된 서브 캐리어에는 null값 즉, 0이 실리며, 활성화된 서브 캐리어에는 각 패턴 신호가 실린다.
P/S 컨버터(2080)는 병렬로 입력되는 패턴 신호와 0이 실린 서브 캐리어들을 직렬 형태로 변환할 수 있다. 즉, OFDM 심볼에 포함된 SA 패턴 신호는 패턴 신호와 0을 포함하며, 이하에서는 P/S 컨버터(2080)로부터 출력되는 신호를 SA 패턴 신호 OFDM 심볼이라 한다.
샘플 인터벌 컨트롤러(2090)는 랑데부 기간 동안 SA 패턴 신호 OFDM 심볼이 사용하는 샘플 인터벌과, 데이터 전송 구간 동안 데이터가 사용하는 샘플 인터벌을 조절해 줄 수 있다.
D/A 컨버터(2100)는 직렬로 변환된 SA 패턴 신호 OFDM 심볼을 아날로그 신호로 변환한다.
캐리어 주파수 컨트롤러(2110)는 랑데부 기간 동안 SA 패턴 신호 OFDM 심볼이 사용하는 센터 주파수(fc)와, 데이터 전송 구간 동안 데이터가 사용하는 센터 주파수(fc)를 조절해 줄 수 있다.
아날로그로 변환된 서브 캐리어들은 캐리어 주파수 컨트롤러(2110)에서 조절된 주파수로 승산기(2120)에서 승산되어 클러스터 그룹 내로 브로드캐스팅될 수 있다.
클러스터 그룹 내에 위치한 멤버 노드들 중 적어도 하나의 멤버 노드(3000)는 헤드 노드(2000)에 의해 브로드캐스팅된 OFDM 심볼을 수신할 수 있다. 멤버 노드(3000)가 랑데부 기간 동안 공통 채널 설정을 위한 채널을 추정하여 랑데부 기간이 완료되면, 헤드 노드(2000)와 멤버 노드(3000)는 상술한 보고 기간으로 넘어가 여러 메시지를 송수신하여 공통 채널을 설정할 수 있다.
보고 기간이 완료되어 데이터 전송 구간으로 넘어가면, 모듈레이터(2130)는 전송할 데이터를 입력받아 변조한다.
S/P 컨버터(2140)는 변조된 데이터를 직렬에서 병렬 신호로 변환한다.
N-point IFFT부(2050)와 P/S 컨버터(2060)는 데이터를 IFFT 및 직렬 변환하여 OFDM 심볼을 생성한다.
샘플 인터벌 컨트롤러(2090)는 데이터가 사용할 샘플 인터벌을 조절하고, D/A 컨버터(2100)는 샘플 인터벌이 조절된 데이터를 아날로그 신호로 변환한다.
승산기(2120)는 캐리어 주파수 컨트롤러(2110)에서 조절된 센터 주파수와 데이터를 승산하여 브로드캐스팅한다.
이하에서는 도 21를 참조하여 랑데부 기간 동안 멤버 노드(3000)의 동작에 대해 설명한다.
도 21은 본 발명의 실시 예에 따른 애드혹 인지 무선 네트워크에서 OFDM 전송 방식을 이용하는 멤버 노드(3000)를 도시한 블록도이다.
도 21을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 멤버 노드(3000)는 캐리어 주파수 컨트롤러(3210), 승산기(3220), 저역통과필터(LPF: Low Pass Filter)(3230), 샘플링 레이트 컨트롤러(3240), A/D 컨버터(3250), S/P 컨버터(3260), N-point FFT부(3270), 제3스위치(3280), 제4스위치(3290), 동기화부(3300), 각도 차 패턴 추정부(3310), 상관기(3320), SA 채널 인지부(3330), P/S 컨버터(3340) 및 디모듈레이터(3350)를 포함할 수 있다.
먼저, 헤드 노드(200)와 멤버 노드(3000)가 공통 채널을 설정하는 랑데부 기간의 동작에 대해 설명한다.
캐리어 주파수 컨트롤러(3210)는 랑데부 기간 동안 SA 패턴 신호 OFDM 심볼을 수신할 센터 주파수(fc)와, 데이터 전송 구간 동안 데이터를 수신할 센터 주파수(fc)를 조절해 줄 수 있다.
승산기(3220)는 센터 주파수와 SA 패턴 신호 OFDM 심볼을 승산하여 LPF(3230)로 출력한다.
LPF(3230)는 SA 패턴 신호 OFDM 심볼의 잡음을 제거한다.
샘플링 레이트 컨트롤러(3240)는 SA 패턴 신호 OFDM 심볼의 샘플 인터벌을 조절한다.
A/D 컨버터(3250)는 잡음이 제거된 SA 패턴 신호 OFDM 심볼을 샘플 인터벌을 참조하여 디지털 신호로 변환한다.
S/P 컨버터(3260)는 디지털 신호로 변환된 SA 패턴 신호 OFDM 심볼을 병렬 신호로 변환한다.
N-point FFT부(3270)는 병렬 형태의 SA 패턴 신호 OFDM 심볼을 고속 푸리에 변환하여 SA 패턴 신호를 출력할 수 있다.
제3 및 제4스위치(3280, 3290)는 랑데부 기간 동안 동기화부(3300)와 스위칭 온 되어, SA 패턴 신호를 동기화부(3300)로 전송할 경로를 제공할 수 있다.
동기화부(3300)는 SA 패턴 신호로부터 반복 전송된 i번째 OFDM 심볼과, 반복 전송된 (i+1)번째 OFDM 심볼의 상관 일치값을 산출하고, 산출된 상관 일치값과 기설정된 경계 임계값을 비교하여 경계 심볼을 판단할 수 있다.
그리고, 동기화부(3300)는 판단된 경계 심볼과 판단된 경계 심볼의 이전 심볼 간의 상관 관계값을 구하고, 판단된 경계 심볼과 판단된 경계 심볼의 이후 심볼 간의 상관 관계값을 구하며, 구해진 두 상관 관계값들 중 사전에 설정된 동기화 임계값보다 작은 상관 관계값을 가지는 심볼의 위치를 조정하여 심볼 경계를 동기화할 수 있다. 이러한 동기화부(3300)는 도 9 내지 도 14, 그리고, [수학식 3]을 참조하여 설명하였다.
각도 차 패턴 추정부(3310)는 S1140단계 내지 S1160단계와 [수학식 4] 및 [수학식 5]를 참조하여 설명한 것처럼, 설정된 횟수만큼 출력된 SA 패턴 신호들의 각도를 채널 별로 추정하고, 설정된 횟수만큼 추정된 각도들의 평균을 산출한 후, 산출된 각 채널 별 각도의 평균으로부터 각도 차 시퀀스 패턴을 추정할 수 있다.
이 때, 각도 차 패턴 추정부(3310)는 판단된 경계 심볼에 해당하는 패턴 신호를 제외한 나머지 패턴 신호들의 각도를 추정할 수 있다. 이로써, 각도 차 패턴 추정부(3310)는 도 19에 도시된 것처럼, 동일한 채널의 동일한 서브 캐리어에 실린 각 패턴 신호가 설정된 횟수만큼 OFDM 심볼로 반복전송된 경우, 경계에 해당하는 심볼은 제외한 나머지 OFDM 심볼의 패턴 신호들에 대한 각도를 추정한다.
상관기(3320)는 추정된 각도 차 시퀀스 패턴의 자기 상관 함수와 멤버 노드에 기설정된 자기 상관 함수 간의 일치도를 산출하는 [수학식 6] 또는 [수학식 7] 중 하나를 이용하여 산출할 수 있다.
SA 채널 인지부(3330)는 산출된 일치도와 기설정된 일치 임계값을 비교하여, SA 패턴 신호를 전송한 채널을 인지할 수 있다. SA 채널 인지부(3330)는 [수학식 6]에 의해 산출된 일치도가 사전에 결정된 제1일치 임계값보다 크면, 채널 j를 통해 SA 패턴 신호가 전송되었다고 인지할 수 있다. 또한, SA 채널 인지부(3330)는 [수학식 7]에 의해 산출된 일치도가 사전에 결정된 제2일치 임계값보다 작으면, 채널 j를 통해 SA 패턴 신호가 전송되었다고 인지할 수 있다.
이로써, SA 패턴 신호가 전송된 채널이 인지되면, 랑데부 기간을 마칠 수 있다. 따라서, 멤버 노드(3000)는 채널 인지에 성공하면, 보고 기간으로 넘어간다. 보고 기간 동안 헤드 노드(2000)와 멤버 노드(3000)는 상술한 보고 메시지들을 송수신하여 공통 채널 설정을 수행하고, 데이터 전송을 개시할 수 있다.
P/S 컨버터(3340)는 데이터 전송 구간 동안 전송된 데이터를 직렬 신호로 변환한다. 데이터는 멤버 노드(3000)에 수신되어 디코딩되는 과정의 설명은 일반적인 기술이므로 생략한다.
디모듈레이터(3350)는 직렬 신호의 데이터를 미모듈레이팅한다.
이로써, OFDM 전송 방식에 기초하여 보다 단순하고 식소하게 공통 채널을 설정하고, 그 이후 데이터를 송수신하여 보다 단순하고 신속하게 공통 채널 설정의 초기화 및 데이터 전송을 수행할 수 있다
상기와 같이 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
2000: 헤드 노드 2010: 주 사용자 채널 센싱부
2020: 비활성화 룰 메이커 2030: 서브 캐리어 비활성화기
2040: 패턴 발생기 2050: 제1스위치
2060: 제2스위치 2070: N-point IFFT부
2080: P/S 컨버터 2090: 샘플 인터벌 컨트롤러
2100: D/A 컨버터 2110: 캐리어 주파수 컨트롤러
2120: 승산기 2130: 모듈레이터
2140: S/P 컨버터

Claims (16)

  1. 애드혹 인지 무선 네트워크에서 클러스터 그룹의 헤드 노드와 멤버 노드 간의 공통 채널 설정 방법에 있어서,
    상기 헤드 노드가 특정 패턴을 가지는 시스템 활성화(SA: System Activation) 신호를 OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing]) 심볼(이하, 'SA 패턴 신호의 OFDM 심볼'이라 함)로 변환하여 동시에 복수의 채널로 설정된 횟수만큼 반복 전송하는 단계;
    상기 멤버 노드가 상기 복수의 채널을 통해 상기 SA 패턴 신호의 OFDM 심볼을 수신하는 단계;
    상기 멤버 노드가 상기 SA 패턴 신호의 OFDM 심볼을 고속 퓨리에 변환하여 상기 SA 패턴 신호를 출력하는 단계;
    상기 출력된 SA 패턴 신호로부터 각도 시퀀스를 추정하고, 상기 추정된 각도 시퀀스로부터 각도 차 시퀀스 패턴을 추정하는 단계;
    상기 추정된 각도 차 시퀀스 패턴의 자기 상관 함수와 상기 멤버 노드에 기설정된 자기 상관 함수 간의 일치도를 이용하여, 상기 SA 패턴 신호를 전송한 채널을 인지하는 단계;
    상기 멤버 노드가 상기 인지된 채널을 통해, 상기 멤버 노드가 스펙트럼 센싱을 수행하여 획득한 사용가능한 채널 리스트를 상기 헤드 노드에게 전송하는 단계;
    상기 헤드 노드가 상기 채널 리스트를 분석하여 공통 채널을 설정하는 단계; 및
    상기 설정된 공통 채널을 통해 상기 헤드 노드와 상기 멤버 노드가 데이터 전송을 수행하는 단계;를 포함하며,
    상기 복수의 채널로 설정된 횟수만큼 반복 전송하는 단계는,
    상기 헤드 노드가 스펙트럼 센싱을 수행하여 사용가능한 채널들을 확인하는 단계;
    상기 확인된 채널들의 서브 캐리어들을 비활성화 룰에 기초하여 활성화하거나 비활성화하는 단계;
    상기 특정 패턴을 갖는 패턴 신호 시퀀스를 상기 활성화된 서브 캐리어들에 실어 역 고속 퓨리에 변환 및 패러랠 시리얼 변환하여 상기 SA 패턴 신호의 OFDM 심볼을 생성하는 단계; 및
    상기 생성된 SA 패턴 신호의 OFDM 심볼을 반복적으로 브로드캐스팅하는 단계;를 포함하며,
    상기 패턴 신호 시퀀스는 복수 개의 패턴 신호들을 포함하고, 하나의 상기 패턴 신호 시퀀스는 하나의 패턴 사이클로서 반복적으로 브로드캐스팅되며, 상기 하나의 패턴 사이클 동안 상기 패턴 신호들도 반복적으로 브로드캐스팅되는 것을 특징으로 하는 클러스터 그룹의 헤드 노드와 멤버 노드 간의 공통 채널 설정 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 각도 차 시퀀스 패턴을 추정하는 단계는,
    상기 설정된 횟수만큼 출력된 SA 패턴 신호들의 각도를 채널 별로 추정하는 단계;
    상기 채널 별로 상기 설정된 횟수만큼 추정된 상기 각도들의 평균을 산출하는 단계; 및
    상기 산출된 각 채널 별 각도의 평균으로부터 상기 각도 차 시퀀스 패턴을 추정하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 클러스터 그룹의 헤드 노드와 멤버 노드 간의 공통 채널 설정 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 각도 차 시퀀스 패턴을 추정하는 단계는,
    반복 전송된 i번째 OFDM 심볼과, 반복 전송된 (i+1)번째 OFDM 심볼의 상관 일치값을 상기 출력되는 SA 패턴 신호로부터 산출하는 단계;
    상기 산출된 상관 일치값과 기설정된 경계 임계값을 비교하여 경계 심볼을 판단하는 단계; 및
    상기 판단된 경계 심볼을 이용하여 상기 OFDM 심볼들의 경계 동기화를 수행하는 단계;를 더 포함하며,
    상기 각도를 채널 별로 추정하는 단계는,
    상기 판단된 경계 심볼에 해당하는 SA 패턴 신호를 제외한 나머지 SA 패턴 신호들의 각도를 추정하는 것을 특징으로 하는 클러스터 그룹의 헤드 노드와 멤버 노드 간의 공통 채널 설정 방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 OFDM 심볼들의 경계 동기화를 수행하는 단계는,
    상기 판단된 경계 심볼과 상기 판단된 경계 심볼의 이전 심볼 간의 상관 관계값을 구하는 단계;
    상기 판단된 경계 심볼과 상기 판단된 경계 심볼의 이후 심볼 간의 상관 관계값을 구하는 단계; 및
    상기 구해진 두 상관 관계값들 중 사전에 설정된 동기화 임계값보다 작은 상관 관계값을 가지는 심볼의 위치를 조정하여 심볼 경계를 동기화하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 클러스터 그룹의 헤드 노드와 멤버 노드 간의 공통 채널 설정 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 인지하는 단계는,
    상기 추정된 각도 차 시퀀스 패턴의 자기 상관 함수와 상기 멤버 노드에 기설정된 자기 상관 함수 간의 일치도를 산출하는 단계; 및
    상기 산출된 일치도와 일치 임계값을 비교하여 상기 SA 패턴 신호를 전송한 채널을 인지하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 클러스터 그룹의 헤드 노드와 멤버 노드 간의 공통 채널 설정 방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 일치도를 산출하는 단계는,
    곱 기반의 유사성 일치 방법(Product-based Similarity Matching Method) 및 평균제곱오차 기반의 유사성 일치 방법(Mean Square Error-based Similarity Matching Method) 중 하나를 이용하여 상기 일치도를 산출하는 것을 특징으로 하는 클러스터 그룹의 헤드 노드와 멤버 노드 간의 공통 채널 설정 방법.
  7. 삭제
  8. 제1항에 있어서,
    상기 활성화하거나 비활성화하는 단계는,
    상기 확인된 채널들 중 주 사용자가 사용 중인 채널의 서브 캐리어들을 비활성화는 단계;
    상기 확인된 채널들의 경계에 있는 서브 캐리어들을 비활성화하는 단계; 및
    상기 비활성화된 서브 캐리어들을 제외한 나머지 서브 캐리어들을 활성화하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 클러스터 그룹의 헤드 노드와 멤버 노드 간의 공통 채널 설정 방법.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 SA 패턴 신호는 상기 활성화된 서브 캐리어들에 실리는 상기 패턴 신호 시퀀스의 패턴 신호들과 상기 비활성화된 서브 캐리어들에 주입되는 널(null) 값을 포함하는 것을 특징으로 하는 클러스터 그룹의 헤드 노드와 멤버 노드 간의 공통 채널 설정 방법.
  10. 애드혹 인지 무선 네트워크에서 클러스터 그룹의 초기 랑데부를 위한 시스템에 있어서,
    특정 패턴을 가지는 시스템 활성화(SA: System Activation) 신호를 OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing]) 심볼(이하, 'SA 패턴 신호의 OFDM 심볼'이라 함)로 변환하여 동시에 복수의 채널로 설정된 횟수만큼 반복 전송하는 헤드 노드; 및
    상기 복수의 채널을 통해 상기 SA 패턴 신호의 OFDM 심볼을 수신하면, 상기 수신된 OFDM 심볼을 고속 퓨리에 변환하여 상기 SA 패턴 신호를 출력하고, 상기 출력된 SA 패턴 신호로부터 각도 시퀀스와 각도 차 시퀀스 패턴을 추정하며, 상기 추정된 각도 차 시퀀스 패턴의 자기 상관 함수와 멤버 노드에 기설정된 자기 상관 함수 간의 일치도로부터 상기 SA 패턴 신호를 전송한 채널을 인지하며, 상기 인지된 채널을 통해, 스펙트럼 센싱을 수행하여 획득한 사용가능한 채널 리스트를 상기 헤드 노드에게 전송하는 멤버 노드;를 포함하고,
    상기 헤드 노드는 상기 멤버 노드로부터 수신한 상기 채널 리스트를 분석하여 공통 채널을 설정하고, 상기 설정된 공통 채널을 통해 상기 헤드 노드와 상기 멤버 노드가 데이터 전송을 수행하며,
    상기 헤드 노드는,
    상기 스펙트럼 센싱을 수행하여 사용가능한 채널들을 확인하는 채널 센싱부;
    상기 확인된 채널들의 서브 캐리어들을 비활성화 룰에 기초하여 활성화하거나 비활성화하는 서브 캐리어 비활성화기; 및
    상기 특정 패턴을 갖는 패턴 신호 시퀀스를 상기 활성화된 서브 캐리어들에 실어 역 고속 퓨리에 변환 및 패러랠 시리얼 변환하여 상기 SA 패턴 신호의 OFDM 심볼을 생성하는 OFDM부;를 포함하고,
    상기 패턴 신호 시퀀스는 복수 개의 패턴 신호들을 포함하고, 하나의 상기 패턴 신호 시퀀스는 하나의 패턴 사이클로서 반복적으로 전송되며, 상기 하나의 패턴 사이클 동안 상기 패턴 신호들도 반복적으로 전송되는 클러스터 그룹의 초기 랑데부를 위한 시스템.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 멤버 노드는,
    상기 수신된 OFDM 심볼을 고속 퓨리에 변환하여 상기 SA 패턴 신호를 출력하는 고속 퓨리에 변환부; 및
    상기 설정된 횟수만큼 출력된 SA 패턴 신호들의 각도를 채널 별로 추정하고, 상기 설정된 횟수만큼 추정된 상기 각도들의 평균을 산출한 후, 상기 산출된 각 채널 별 각도의 평균으로부터 상기 각도 차 시퀀스 패턴을 추정하는 각도 차 패턴 추정부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 클러스터 그룹의 초기 랑데부를 위한 시스템.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 멤버 노드는,
    반복 전송된 i번째 OFDM 심볼과, 반복 전송된 (i+1)번째 OFDM 심볼의 상관 일치값을 상기 출력되는 SA 패턴 신호로부터 산출하고, 상기 산출된 상관 일치값과 기설정된 경계 임계값을 비교하여 경계 심볼을 판단하고, 상기 판단된 경계 심볼을 이용하여 상기 OFDM 심볼들의 경계 동기화를 수행하는 동기화부;를 더 포함하며,
    상기 각도 차 패턴 추정부는,
    상기 판단된 경계 심볼에 해당하는 SA 패턴 신호를 제외한 나머지 SA 패턴 신호들의 각도를 추정하는 것을 특징으로 하는 클러스터 그룹의 초기 랑데부를 위한 시스템.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 동기화부는,
    상기 판단된 경계 심볼과 상기 판단된 경계 심볼의 이전 심볼 간의 상관 관계값을 구하고, 상기 판단된 경계 심볼과 상기 판단된 경계 심볼의 이후 심볼 간의 상관 관계값을 구하며, 상기 구해진 두 상관 관계값들 중 사전에 설정된 동기화 임계값보다 작은 상관 관계값을 가지는 심볼의 위치를 조정하여 심볼 경계를 동기화하는 것을 특징으로 하는 클러스터 그룹의 초기 랑데부를 위한 시스템.
  14. 제11항에 있어서,
    상기 멤버 노드는,
    상기 추정된 각도 차 시퀀스 패턴의 자기 상관 함수와 상기 멤버 노드에 기설정된 자기 상관 함수 간의 일치도를 산출하는 상관기; 및
    상기 산출된 일치도와 일치 임계값을 비교하여 상기 SA 패턴 신호를 전송한 채널을 인지하는 채널 인지부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 클러스터 그룹의 초기 랑데부를 위한 시스템.
  15. 삭제
  16. 제10항에 있어서,
    상기 서브 캐리어 비활성화기는,
    상기 확인된 채널들 중 주 사용자가 사용 중인 채널의 서브 캐리어들과, 상기 확인된 채널들의 경계에 있는 서브 캐리어들을 비활성화하고, 상기 비활성화된 서브 캐리어들을 제외한 나머지 서브 캐리어들을 활성화하는 것을 특징으로 하는 클러스터 그룹의 초기 랑데부를 위한 시스템.
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