KR101856764B1 - 인지 무선 네트워크에서 2차 사용자의 송수신 방법 - Google Patents

인지 무선 네트워크에서 2차 사용자의 송수신 방법 Download PDF

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Abstract

인지 무선 네트워크에서 2차 사용자의 송신기는 1차 사용자가 주파수 대역을 사용하고 있는지 확인한 후 상기 1차 사용자가 주파수 대역의 사용 여부에 따라서 오버레이 모드와 언더레이 모드 중 하나의 모드를 선택하여 패킷을 송신한다. 2차 사용자의 송신기는 선택한 모드에서 송신 전력을 결정하고, 결정한 송신 전력으로 패킷을 2차 사용자의 수신기로 송신하는데, 2차 사용자의 수신기에서 패킷의 수신 실패 시, 2차 사용자의 송신기 또는 2차 사용자의 중계기에서 해당 패킷을 재전송한다.

Description

인지 무선 네트워크에서 2차 사용자의 송수신 방법{METHOD FOR TRANSMITTING AND RECEIVING OF SECONDARY USER IN COGNITIVE RADIO NETWORK}
본 발명은 인지 무선 네트워크에서 2차 사용자의 송수신 방법에 관한 것으로, 특히 인지 무선 네트워크에서 2차 사용자의 QoS를 만족시킬 수 있는 송수신 방법에 관한 것이다.
기존의 셀룰러 네트워크에서 셀 외곽 지역에 위치한 사용자는 거리상으로 사용자에게 신호가 도달하지 못하거나 다른 셀 간의 간섭으로 인해 안정적인 통신 서비스를 제공 받기가 어려웠다. 또한, 최근 들어 스마트폰 및 스마트 패드를 사용하는 사용자가 급증함에 따라 한정된 주파수 자원의 효율적 사용에 대한 관심이 높아지고 있다.
기본적으로 협력 통신 네트워크는 송신기로만 전송했을 때 수신이 잘 안될 수 있는 음영 지역에 중계기를 통해서도 전송함으로써 셀 커버리지(Cell coverage) 를 확장시켜주는 효과를 가져온다. 또한 수신기는 중계기와 송신기 양쪽으로부터 정보를 전송 받기 때문에 정보가 전송되는 경로가 다양하게 되고 이로 인해 정보의 신뢰도가 상승되는 다이버시티 이득(Diversity gain)도 얻을 수 있다. 이러한 효과를 얻기 위한 협력 통신 네트워크의 전송 방식은 중계기가 정보를 전송하는 방식에 따라 증폭 후 전송(AF, Amplify and Forward) 방식과 디코딩 후 전송(DF, Decode and Forward)로 나뉠 수 있다.
이러한 협력 통신 네트워크의 노드들이 각각 인지 무선(cognitive radio) 통신 기능을 가지면서 2차 사용자 네트워크를 구성하게 되면 주파수 자원을 좀 더 효율적으로 사용할 수 있을 것으로 예상된다.
인지 무선 통신 기술은 기존의 단일 주파수 밴드를 사용하며 단일 프로토콜을 사용하여 무선 자원을 점유하던 무선 통신과는 달리, 주변의 환경을 탐지하고 빠르게 적용하여 지능적으로 간섭을 회피하고 그때마다 사용되지 않는 주파수 스펙트럼을 점유하여 주파수 스펙트럼 사용 효율을 극대화하는 기술이다.
일반적으로 인지 무선 통신 기술은 1차 사용자의 주파수를 활용하는 방식에 따라서 언더레이(underlay) 방식과 오버레이(overlay) 방식으로 나뉜다. 언더레이 인지 무선 통신 기술에서는 2차 사용자가 간섭 온도(interference temperature)라고 불리는 레벨 이하로 간섭을 조절한다면, 2차 사용자는 언제든지 1차 사용자의 주파수 스펙트럼에 접속할 수 있다. 즉, 2차 사용자가 간섭 온도 이하의 레벨로 1차 사용자에게 간섭을 야기한다면, 1차 사용자는 신뢰도 있는 통신을 수행할 수 있게 된다.
이러한 언더레이 인지 무선 통신 기술은 2차 사용자가 1차 사용자에게 과도한 간섭을 야기하지 않기 위해 전송 파워를 조절해가며 1차 사용자의 스펙트럼에 언제나 접속 할 수 있다.
반면, 오버레이 인지 무선 통신 기술은 1차 사용자의 주파수가 비었을 때만 2차 사용자가 기회적으로 접속할 수 있다. 따라서, 오버레이 인지 무선 통신 기술에서는 1차 사용자에게 미치는 2차 사용자의 간섭의 정도가 2차 사용자의 센싱 성능에 좌우된다. 그리고 오버레이 인지 무선 통신 기술은 언더레이 인지 무선 통신과 대조되게 간섭 채널에 대한 실시간 정보가 필요하지 않다.
인지 무선 통신 기능을 가진 2차 사용자가 협력 통신 네트워크를 구성했을 때 셀 외곽 지역에 위치하고 있는 2차 사용자들은 안정적으로 통신 서비스를 받을 수 있을 것으로 기대된다. 또한 2차 사용자 노드들이 각각 인지 무선 통신 기능을 갖고 있기 때문에 1차 사용자가 전송을 하지 않을 때 주파수를 빌려서 전송을 하게 되면 주파수 자원을 좀 더 효율적으로 사용할 수 있게 된다. 하지만 협력 통신 네트워크를 구성하고 있는 2차 사용자인 2차 송신기와 2차 중계기는 기존의 인지 무선 관점에서는 오버레이 모드로 작동하기 때문에 만약 1차 사용자가 주파수를 모두 점유하여 비어있는 주파수가 존재하지 않으면 2차 송신기와 2차 중계기는 주파수를 얻지 못하여 전송을 할 수 없게 된다. 또한, 2차 송신기에서는 센싱을 통해 1차 사용자가 점유하고 있지 않은 채널을 선택하여 전송했지만 지역적으로 다른 위치에 존재하는 2차 중계기에서는 가용채널이 존재하지 않는 경우 역시 정보를 전송 할 수 없게 된다.
이와 같이, 사용 가능한 1차 사용자의 주파수가 존재 하지 않는 경우, 2차 송신기 또는 2차 중계기가 더 이상 전송이 진행되지 못하는 문제가 발생 할 수 있다. 또한 일반적인 기존의 인지 무선 네트워크에서는 1차 사용자의 성능을 보장시킨 상태에서 2차 사용자는 정보를 전송할 수 있는 만큼만 전송하도록 하여 2차 사용자의 전송 안정성이 결여되어 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 2차 사용자의 송수신 성능을 보장할 수 있는 인지 무선 네트워크에서 2차 사용자의 송수신 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 한 실시 예에 따르면, 인지 무선 네트워크에서 2차 사용자의 송신기가 패킷을 송신하는 방법이 제공된다. 이 송신 방법은, 1차 사용자가 주파수 대역을 사용하고 있는지 확인하는 단계, 상기 1차 사용자가 상기 주파수 대역의 사용 여부에 따라서 오버레이 모드와 언더레이 모드 중 하나의 모드를 선택하는 단계, 상기 선택한 모드에서 송신 전력을 결정하는 단계, 상기 결정한 송신 전력으로 상기 패킷을 상기 2차 사용자의 수신기로 송신하는 단계, 그리고 상기 2차 사용자의 수신기의 수신 실패 시, 상기 2차 사용자의 송신기 및 상기 2차 사용자의 중계기 중 상기 2차 사용자의 수신기와 채널 상태가 더 좋은 노드에서 상기 패킷을 재전송하는 단계를 포함한다.
본 발명의 실시 예에 의하면, 2차 사용자 네트워크에 중계기를 도입하여 채널 상황 및 2차 송신기의 송신 전력에 따라 H-ARQ 방식으로 중계기가 재전송을 함에 따라 2차 사용자 네트워크의 QoS를 보장할 수 있다. 즉, 셀 외곽 지역에 위치한 2차 사용자들이 안정적인 통신 서비스를 제공받을 수 있게 된다. 또한 2차 사용자 네트워크에서 오버레이 모드와 언더레이 모드를 선택적으로 사용함으로써, 2차 사용자의 끊임없는 전송을 보장할 수 있다.
이와 같이, 2차 사용자의 송수신 성능을 보장할 수 있음에 따라서 향후 인지 무선 네트워크를 기반으로 한 상용화 등을 추진할 때 2차 사용자 네트워크의 안정성을 확보하게 되는데 있어서 큰 기여를 할 수 있을 것으로 예상된다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 인지 무선 통신 시스템을 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 인지 무선 통신 네트워크에서 2차 송신기의 주파수 대역 선택 방법을 나타낸 흐름도이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 2차 사용자가 오버레이 모드에서 데이터를 송수신하는 방법을 나타낸 도면이다.
도 4 및 도 5는 각각 본 발명의 실시 예에 따른 2차 사용자가 언더레이 모드에서 데이터를 송수신하는 방법을 나타낸 도면이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시 예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시 예에 한정되지 않는다.
그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
명세서 및 청구범위 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성 요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
이제 본 발명의 실시 예에 따른 인지 무선 네트워크에서 2차 사용자의 송수신 방법에 대하여 도면을 참고로 하여 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 인지 무선 통신 시스템을 나타낸 도면이다.
도 1을 참고하면, 인지 무선 통신 시스템은 1차 사용자 네트워크(100)와 2차 사용자 네트워크(200)를 포함할 수 있다. 1차 사용자 네트워크(100)는 송신기(110) 및 수신기(120)를 포함한다. 2차 사용자 네트워크(200) 또한 기본적으로 송신기(210) 및 수신기(220)를 포함한다. 또한 2차 사용자 네트워크(200)는 송신기(210)의 안정된 전송을 위해 1차 사용자 네트워크(100)와 2차 사용자 네트워크(200) 사이에 위치하는 중계기(230)를 더 포함한다. 이하에서는 1차 사용자 네트워크(100)의 송신기(110) 및 수신기(120)와 2차 사용자 네트워크(200)의 송신기(210) 및 수신기(220)를 보다 쉽게 구분할 수 있도록, 1차 사용자 네트워크(100)의 송신기(110) 및 수신기(120)를 각각 1차 송신기(110) 및 1차 수신기(120)라 명명하고, 2차 사용자 네트워크(200)의 송신기(210) 및 수신기(220)를 각각 2차 송신기(210) 및 2차 수신기(220)라 명명한다. 또한 중계기(230)를 2차 중계기(230)라 명명한다.
2차 중계기(230)는 2차 수신기(220)가 요구 데이터율(required data rate)을 만족하지 못했을 경우에 해당 데이터를 2차 수신기(220)로 재전송하는 역할을 수행한다. 즉, 2차 중계기(230)는 2차 송신기(210) 및 2차 수신기(220)의 QoS를 보장하기 위한 역할을 수행한다. 만약, 2차 송신기(210) 및 2차 수신기(220) 사이의 통신 링크 때문에 2차 수신기(220)의 QoS를 만족하지 못하는 경우가 발생하면, 2차 중계기(230)에서 동일한 데이터를 재전송함으로써 2차 수신기(220)의 QoS를 만족시켜 줄 수 있다.
기존의 인지 무선 통신 관련 연구에서는 1차 송신기(110) 및 1차 수신기(120)의 QoS만 보장해주는 상황에서 2차 송신기(210) 및 2차 수신기(220)의 데이터율은 데이터를 전송할 수 있는 만큼만 전송하는 이른바 최선 규칙(best effort rule) 환경에서 성능을 측정하였다. 하지만 최근 들어 2차 사용자 네트워크(200)에 대한 관심이 급증하면서 2차 사용자 네트워크(200)의 성능도 보장해 줄 필요가 있게 되었다. 아래에서는 2차 사용자 네트워크(200)의 전송 거리를 증가시키고 2차 사용자 네트워크(200)의 성능을 보장할 수 있는 2차 사용자의 송수신 방법에 대해서 설명한다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 인지 무선 통신 네트워크에서 2차 송신기의 주파수 대역 선택 방법을 나타낸 흐름도이다.
도 2를 참고하면, 2차 송신기(210)는 1차 사용자가 해당 주파수 대역을 사용하고 있는지 확인하기 위해 주파수 스펙트럼 센싱 기술을 이용하여 해당 주파수 대역을 1차 사용자가 사용하고 있는지 확인한다(S210).
2차 송신기(210)가 1차 사용자와 주파수를 공유하여 전송하는 방식으로는 언더레이 방식과 오버레이 방식이 있다.
언더레이 방식은 1차 사용자의 주파수 권리를 보장하기 위해 2차 사용자가 간섭 온도(interference temperature)라고 불리는 레벨 이하의 간섭만을 주도록 2차 송신기(210)에서 1차 수신기(120)로의 간섭 채널을 실시간으로 파악하여 2차 송신기(210)의 전력을 조절한 후 송신하는 방식이다. 즉, 언더레이 방식은 2차 송신기(210)에서 1차 수신기(220)로의 간섭 채널의 크기가 크면 1차 사용자에게 미치는 간섭의 양이 커지므로 2차 송신기(210)의 송신 전력을 작게하고 2차 송신기(210)에서 1차 수신기(220)로의 간섭 채널의 크기가 작으면 반대로 2차 송신기(210)의 송신 전력을 크게 해주는 방식이다.
오버레이 방식은 1차 사용자가 해당 주파수 대역을 사용하지 않을 경우에만 2차 송신기(210)가 해당 주파수 대역을 사용하여 데이터를 전송할 수 있는 방식이다.
2차 송신기(210)는 해당 주파수 대역을 1차 사용자가 사용하고 있는 것으로 확인되면(S220), 언더레이 모드로 데이터를 전송하는 것으로 결정한다(S230).
한편, 2차 송신기(210)는 해당 주파수 대역을 1차 사용자가 사용하고 있지 않는 것으로 확인되면(S220), 오버레이 모드로 데이터를 전송하는 것으로 결정한다(S240).
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 2차 사용자가 오버레이 모드에서 데이터를 송수신하는 방법을 나타낸 도면이다.
도 3을 참고하면, 2차 송신기(210)는 1차 사용자가 해당 주파수 대역을 사용하지 않는 경우에 오버레이 모드로 데이터 전송을 결정한다. 이 경우, 2차 송신기(210)는 센싱 에러를 고려한 송신 전력으로 신호를 지속적으로 전송할 수 있다.
2차 송신기(210)와 2차 중계기(230) 모두 센싱 에러가 났을 경우에, 1차 수신기(120)에게 간섭을 미치기 때문에 2차 송신기(210)와 2차 중계기(230) 모두의 영향을 고려하여 2차 송신기(210)와 2차 중계기(230)의 송신 전력이 결정되어야 한다. 이때, 2차 송신기(210)와 2차 중계기(230)의 성능을 공평하게 비교하기 위하여 2차 송신기(210)와 2차 중계기(230)의 송신 전력의 합은 2차 송신기(210)로만 전송했을 때의 송신 전력과 같다고 가정한다.
1차 송신기(110)가 전송을 하고 있는데도 불구하고, 2차 송신기(210)와 2차 중계기(230)가 센싱을 제대로 수행하지 못했을 경우에 1차 수신기(120)의 오수신 확률(Outage Probability) Pout,p는 수학식 1과 같이 표현될 수 있다.
[수학식 1]
Figure 112011098684966-pat00001
수학식 1에서, log 텀 안의 분모는 2차 사용자 네트워크(200)의 2차 송신기(210)와 2차 중계기(230)로부터의 간섭을 나타낸다. Ps는 2차 송신기(210)의 송신 전력을 나타내고, Pr은 2차 중계기(230)의 송신 전력을 나타낸다. hsp는 2차 송신기(210)와 1차 수신기(120) 사이의 채널 이득을 나타내며, hrp는 2차 중계기(230)와 1차 수신기(120) 사이의 채널 이득을 나타낸다. hp는 1차 송신기(110)와 1차 수신기(120)의 채널 이득을 나타내고, Pp는 1차 송신기(110)의 송신 전력을 나타내며, Rp는 1차 사용자 네트워크(100)의 요구 데이터율(Required Data rate)을 나타낸다.
기본적으로 현재 가정하고 있는 환경 안의 모든 노드들은 전송 큐(queue)를 가지고 있으며, 큐 안으로 들어오는 패킷의 확률을 도착 확률(arrival rate) λ이라 하고, 패킷이 큐 밖으로 나가서 성공적으로 목적지에 도착할 확률을 출력 확률(departure rate) μ라 한다. 또한 μ가 λ보다 커서 시간이 흘러도 큐 안에 패킷이 쌓이지 않는 상황을 큐가 안정적(stable)이라고 나타낸다.
2차 사용자 네트워크(200)가 오버레이 모드로 동작할 때의 2차 송신기(210)와 2차 중계기(230)는 송신 전력을 결정하기 위해 센싱 에러가 발생했을 시의 1차 송신기(120)의 출력 확률 μp을 계산한다(S302). 1차 송신기(110)의 출력 확률 μp 는 수학식 2를 이용하여 구해질 수 있다.
[수학식 2]
Figure 112011098684966-pat00002
수학식 2에서, 1차 송신기(110)의 출력 확률 μp는 성공적으로 패킷을 전송했을 때의 확률이므로, 이는 1차 송신기(110)의 패킷이 오수신(outage)나지 않았을 경우를 의미한다. 따라서, 1차 송신기(110)의 출력 확률 μp 는 수학식 2와 같이 표현될 수 있다.
수학식 2를 통해 2차 송신기(210)는 1차 송신기(110)의 출력 확률을 구한 후에, 센싱 에러가 난 상황에서도 1차 송신기(110)의 QoS를 보장하기 위해 수학식 3을 만족하도록 송신 전력을 결정한다(S304).
[수학식 3]
Figure 112011098684966-pat00003
이러한 방식으로, 2차 송신기(210)의 송신 전력이 결정되면, 2차 송신기(210)와 2차 중계기(230)의 송신 전력의 합은 일정하기 때문에 2차 중계기(230)의 송신 전력도 결정될 수 있다. 2차 송신기(210)는 결정된 2차 중계기(230)의 송신 전력을 2차 중계기(230)로 보고할 수 있다.
이와 같이, 2차 송신기(210) 및 2차 중계기(230)의 송신 전력이 결정되고 나서 2차 송신기(210)가 송신을 시작하더라도, 센싱 에러를 고려한 송신 전력은 센싱 에러를 고려하지 않은 경우보다 낮을 수 밖에 없다. 또한 2차 사용자 네트워크(200)에서 2차 송신기(210)와 2차 수신기(220)간 채널이 좋지 않을 경우 2차 사용자의 QoS를 만족하지 못하는 경우가 발생 할 수도 있게 된다. 이러한 문제를 해결하기 위하여 2차 사용자 네트워크(200)는 2차 송신기(210)와 2차 중계기(230) 중에서 2차 수신기(220)로의 채널이 더 좋은 링크를 통해서 2차 사용자의 QoS를 보장한다. 이때, 채널은 시간에 따라 빠르게 변하는 빠른 페이딩 채널(fast fading channel)일 수 있다.
도 3에서는 2차 송신기(210)와 2차 중계기(230) 중 2차 중계기(230)가 2차 수신기(220)로의 채널이 더 좋은 것으로 가정하였다.
일단 2차 중계기(230)에는 2차 송신기(210)로부터 패킷을 받을 수 있게 전송 큐(Queue)가 존재한다. 2차 송신기(210)가 오버레이 모드로 전송할 때 2차 송신기(210)와 2차 중계기(230)가 센싱 에러를 고려한 송신 전력으로 패킷을 전송하기 때문에 1차 사용자의 QoS는 보장해줄 수 있으며, 2차 중계기(230)를 통해서 2차 사용자의 QoS도 보장해 줄 수 있게 된다.
2차 송신기(210)는 결정한 송신 전력으로 패킷을 전송한다. 그러면, 2차 중계기(230)와 2차 수신기(220)에서 패킷을 수신한다(S308, S310).
2차 중계기(230)는 전송 큐에 패킷을 저장하고 대기한다(S312).
패킷을 수신한 2차 수신기(220)는 패킷을 복조한다(S314). 2차 수신기(220)는 복조에 성공하면(S316), 수신 성공(ACK) 신호를 브로드캐스팅하고(S318), 전송을 완료한다.
한편, 2차 수신기(220)는 복조에 실패하면(S316), 수신 실패(NACK) 신호를 브로드캐스팅한다(S320).
2차 중계기(230)는 2차 수신기(220)로부터 NACK 신호를 수신하게 되면(S322), 저장하고 있던 패킷을 2차 수신기(220)로 재전송하여(S324), 2차 수신기가 QoS를 만족할 수 있게 한다.
기본적으로 2차 사용자 네트워크(200)가 오버레이 모드로 전송하게 되면 센싱 에러를 고려하여 전송 전력을 결정하였기 때문에 1차 사용자에게 미치는 간섭이 없게 되고 그 결과 1차 사용자의 QoS에는 문제가 없다. 그러나, 센싱 성능이 100% 완벽할 수 없기 때문에, 본 발명의 실시 예와 같이, 2차 송신기(210)에서 센싱 에러까지 고려하여 2차 사용자 네트워크(200)의 송신 전력을 결정하고, 2차 수신기(220)가 복조를 제대로 성공하지 못한 경우에 2차 중계기(230)에서 패킷을 재전송해 줌으로써, 1차 사용자의 QoS를 좀 더 확실하게 보장해 줄 수 있다.
도 4 및 도 5는 각각 본 발명의 실시 예에 따른 2차 사용자가 언더레이 모드에서 데이터를 송수신하는 방법을 나타낸 도면이다.
도 4를 참고하면, 1차 사용자가 해당 주파수 대역을 사용하고 있음에도 불구하고 2차 송신기(210)는 응급상황 및 재난 상황과 같이 특별한 상황에서 1차 송신기(110)와 같이 전송을 해야 하는 경우가 발생할 수 있다. 이런 경우에, 2차 송신기(210)는 언더레이 모드로 전송을 결정하고, 최대한 1차 사용자에게 간섭을 최소화한다.
1차 수신기(210)는 사전에 적당한 양의 간섭 온도(interference temperature)를 미리 정하여 2차 송신기(210)로 전송한다(S400). 그러면, 2차 송신기(210)는 1차 수신기(210)에서 인지되는 간섭이 간섭 온도 레벨 이하가 되도록 송신 전력을 제어한다.
이때, 언더레이 모드를 사용하는 2차 송신기(210)는 2차 송신기(210)와 1차 수신기(120) 사이의 채널 이득 값과 간섭 온도를 이용하여 송신 전력을 결정한다. 송신 전력은 수학식 4와 같이 결정될 수 있다. 2차 송신기(210)의 송신 전력이 결정되면, 2차 송신기(210)와 2차 중계기(230)의 송신 전력의 합은 일정하다는 조건을 바탕으로, 2차 중계기(230)의 송신 전력도 결정될 수 있다.
[수학식 4]
Figure 112011098684966-pat00004
수학식 4는 언더레이 모드를 사용하는 2차 송신기(210)의 송신 전력을 나타낸다.
수학식 4를 보면, 2차 송신기(210)의 최대 전력(Ps,max)과 2차 송신기(210)와 1차 수신기(120) 사이의 채널 이득(hsp)의 절대값의 제곱을 곱한 값이 미리 정해둔 간섭 온도(Q)보다 작으면(S402), 2차 송신기(210)의 최대 전력(Ps,max)을 송신 전력으로 결정한다(도 5의 S502). 즉, 2차 송신기(210)의 최대 전력(Ps,max)과 2차 송신기(210)와 1차 수신기(120) 사이의 채널 이득(hsp)의 절대값의 제곱을 곱한 값이 간섭 온도(Q)보다 작으면, 2차 송신기(210)는 2차 송신기(210)의 최대 전력(Ps,max)으로 패킷을 송신해도 1차 수신기(120)에서 인지되는 간섭은 간섭 온도(Q)보다 작다. 따라서, 1차 수신기(120)에게 간섭 영향이 없다고 할 수 있다.
반면, 2차 송신기(210)의 최대 전력(Ps,max)과 채널 이득(hsp)의 절대값의 제곱을 곱한 값이 간섭 온도(Q)보다 큰 경우(S402), 최대 전력(Ps,max)으로 송신하면 1차 수신기(120)에게 간섭 온도 이상의 간섭을 미치게 되므로, 간섭 온도(Q)를 채널 이득(hsp)의 절대값의 제곱으로 나눈 값을 송신 전력으로 결정한다(S404).
이러한 방식으로 2차 송신기(210)가 송신 전력을 결정하고 나면, 결정한 송신 전력으로 패킷을 송신한다. 이때, 2차 송신기(210)의 송신 전력이 2차 송신기(210)와 1차 수신기(120) 사이의 채널 이득(hsp)에 의해서 좌우되기 때문에 채널 이득(hsp)이 좋은 경우 2차 송신기(210)의 송신 전력이 작아지므로, 2차 사용자 네트워크(200)의 QoS를 만족하기 어려울 가능성이 높다.
2차 송신기(210)와 1차 수신기(120)의 채널 이득(hsp)이 좋아서 2차 송신기(210)가 간섭 온도(Q)를 채널 이득(hsp)의 절대값의 제곱으로 나눈 값으로 패킷을 송신하면(S406), 2차 중계기(230)와 2차 수신기(220)에서 패킷을 수신한다(S408, S410). 2차 중계기(230)는 전송 큐에 패킷을 저장하고 대기한다(S412).
2차 송신기(210)로부터 패킷을 수신한 2차 수신기(220)는 패킷을 복조하고(S414), 복조에 성공하면(S416), 수신 성공(ACK) 신호를 브로드캐스팅하고(S418), 전송을 완료한다.
그러나, 2차 송신기(210)가 낮은 송신 전력으로 패킷을 전송하기 때문에 2차 수신기(220)가 한번에 수신 성공할 확률이 낮다. 2차 수신기(220)는 복조에 실패하면(S416), 수신 실패(NACK) 신호를 브로드캐스팅한다(S420).
2차 송신기(210)와 2차 중계기(220)는 2차 수신기(220)로부터 NACK 신호를 수신하게 되면(S422), 2차 송신기(210)와 2차 중계기(230) 중에서 2차 수신기(220)로의 채널이 더 좋은 링크를 통해서 이미 저장하고 있던 패킷이 2차 수신기(220)로 재전송되어(S424), 2차 수신기(220)가 QoS를 만족할 수 있게 된다.
도 4에서는 2차 송신기(210)와 2차 중계기(230) 중 2차 중계기(230)가 2차 수신기(220)로의 채널이 2차 송신기(210)보다 더 좋은 것으로 가정하였다.
한편, 도 5를 참고하면, 2차 송신기(210)와 1차 수신기(120) 사이의 채널 이득(hsp)이 좋지 않아서 2차 송신기(210)가 송신 전력으로 최대 전력(Ps,max)을 결정하면(S502), 최대 전력(Ps,max)으로 패킷을 전송한다(S504).
2차 중계기(230)와 2차 수신기(220)는 2차 송신기(210)로부터 패킷을 수신한다(S506, S508). 2차 중계기(230)는 전송 큐에 패킷을 저장하고 대기한다(S510).
2차 수신기(220)는 수신된 패킷을 복조한다. 이때, 2차 송신기(210)가 최대 전력(Ps,max)으로 패킷을 송신하기 때문에, 2차 수신기(220)에서 패킷을 제대로 복조할 확률이 높다. 하지만, 2차 송신기(210)와 2차 수신기(220) 사이의 채널 때문에 2차 수신기(220)에서 패킷을 제대로 복조하지 못할 수 있다.
2차 수신기(230)는 패킷을 복조하고(S512), 복조에 성공하면(S514), 수신 성공(ACK) 신호를 브로드캐스팅하고(S518), 전송을 완료한다.
한편, 2차 수신기(220)는 복조에 실패하면(S514), 수신 실패(NACK) 신호를 브로드캐스팅한다(S516). 그러면, 2차 송신기(210)와 2차 중계기(230)에서 2차 수신기(220)의 수신 실패(NACK) 신호를 수신할 수 있다.
2차 송신기(210)와 2차 중계기(230)는 2차 수신기(230)로부터 수신 실패(NACK) 신호를 수신하면(S520), 2차 송신기(210)와 2차 중계기(230) 중 2차 수신기(220)로의 채널이 좋은 2차 송신기(210) 또는 2차 중계기(230)가 패킷을 재전송한다. 도 5에서는 2차 송신기(210)와 2차 중계기(230) 중 2차 중계기(230)가 2차 수신기로의 채널이 2차 송신기(210)보다 더 좋은 것으로 가정하였다.
2차 중계기(230)는 2차 수신기(220)로부터 수신 성공(ACK) 신호를 수신할 때까지 패킷을 2차 수신기(230)로 재전송할 수 있다.
이러한 방식으로 2차 송신기(210)가 패킷을 전송했을 때 얻는 이득을 선택 다이버시티(selection diversity)라 하며, 좀 더 채널이 좋은 노드가 패킷을 재전송함으로써 2차 수신기(220)의 복조 확률을 높이고 전송율도 향상시킬 수 있다.
이상에서 본 발명의 실시 예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리 범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리 범위에 속하는 것이다.

Claims (9)

  1. 인지 무선 네트워크에서 2차 사용자 네트워크의 송신기가 패킷을 송신하는 방법에서,
    주파수 대역을 센싱하는 단계,
    1차 사용자 네트워크가 상기 주파수 대역을 사용하고 있으면 언더레이 모드를 선택하고, 상기 1차 사용자 네트워크가 상기 주파수 대역을 사용하고 있지 않으면 오버레이 모드를 선택하는 단계,
    상기 언더레이 모드의 경우, 상기 2차 사용자 네트워크의 송신기와 상기 1차 사용자 네트워크의 수신기 사이의 채널 이득과 기 설정된 간섭 온도를 이용하여 송신 전력을 결정하는 단계,
    상기 오버레이 모드의 경우, 상기 주파수 대역의 센싱 에러가 발생했을 시 상기 1차 사용자 네트워크의 송신기가 패킷을 성공적으로 전송할 확률을 나타내는 상기 1차 사용자 네트워크의 송신기의 출력 확률을 이용하여 송신 전력을 결정하는 단계,
    선택된 모드에서 결정된 송신 전력으로 상기 패킷을 상기 2차 사용자 네트워크의 수신기 및 상기 2차 사용자 네트워크의 중계기로 송신하는 단계, 그리고
    상기 2차 사용자 네트워크의 수신기의 수신 실패 시, 상기 2차 사용자 네트워크의 송신기 및 상기 2차 사용자 네트워크의 중계기 중 상기 2차 사용자 네트워크의 수신기와 채널 상태가 더 좋은 송신기 또는 중계기에서 상기 패킷을 재전송하는 단계
    를 포함하며,
    상기 1차 사용자 네트워크의 송신기의 출력 확률은 상기 1차 사용자 네트워크의 송신기의 QoS(Quality of Service)를 보장하도록 설정되어 있는 송신 방법.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1항에서,
    상기 채널 이득과 기 설정된 간섭 온도를 이용하여 송신 전력을 결정하는 단계는
    상기 2차 사용자 네트워크의 송신기의 최대 전력과 상기 채널 이득을 이용하여 계산된 값이 상기 간섭 온도보다 작으면, 상기 송신 전력을 상기 최대 전력으로 결정하는 단계, 그리고
    상기 계산된 값이 상기 간섭 온도 이상이면, 상기 송신 전력을 상기 간섭 온도를 상기 채널 이득의 제곱으로 나눈 값으로 결정하는 단계를 포함하는 송신 방법.
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 제1항에서,
    상기 1차 사용자 네트워크의 송신기의 출력 확률을 이용하여 상기 송신 전력을 결정하는 단계는
    상기 센싱 에러의 경우, 상기 1차 사용자 네트워크의 수신기의 오수신 확률을 계산하는 단계, 그리고
    상기 오수신 확률을 이용하여 상기 1차 사용자 네트워크의 송신기의 출력 확률을 계산하는 단계를 포함하는 송신 방법.
  9. 제1항에서,
    상기 결정된 송신 전력을 상기 2차 사용자 네트워크의 중계기로 보고하는 단계
    를 더 포함하고,
    상기 2차 사용자 네트워크의 중계기의 송신 전력은 상기 2차 사용자 네트워크의 송신기의 송신 전력을 토대로 결정되는 송신 방법.
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