KR20070043603A - 비정밀 검출 모듈용 시스템, 방법 및 장치 - Google Patents

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Abstract

입력 무선 주파수(Radio Frequency: RF) 신호로부터 하나 또는 그 이상의 신호 형식을 식별하는 비정밀 검출 모듈(coarse sensing module)을 제공하는 시스템, 방법 및 장치가 개시된다. 본 발명의 비정밀 검출 모듈은, 복수의 웨이블릿 펄스(wavelet pulse)를 제공하는 웨이블릿 파형 생성기 및 상관 신호를 생성하기 위해 입력 신호와 웨이블릿 펄스를 결합하는 승산기를 포함할 수 있다. 상기 비정밀 검출 모듈은 승산기로부터 생성된 상관 신호를 수신하고, 상기 상관 신호를 적분하여 상관값을 결정하는 적분기, 및 상기 적분기와 통신하여 상기 상관값의 적어도 일부를 기초로 이용가능한 스펙트럼 구역을 결정하는 스펙트럼 인식 모듈을 더 포함할 수 있다. 더하여, 상기 스펙트럼 인식 모듈은 스펙트럼 사용 데이터베이스로부터 정보를 이용하여 이용가능한 스펙트럼 구간을 결정할 수 있으며, 상기 스펙트럼 사용 데이터베이스는 하나 또는 그 이상의 알려진 신호 형식에 관련된 정보를 포함한다.
무선 주파수(RF), 스펙트럼, 상관(correlation), 검출(detecting, sensing)

Description

비정밀 검출 모듈용 시스템, 방법 및 장치{SYSTEMS, METHODS, AND APPARATUSES FOR COARSE-SENSING MODULES}
도 1은 인지 무선 시스템의 일례를 도시한 기능적 블록도이다.
도 2는 도 1의 인지 무선 시스템의 동작을 예시적으로 도시한 순서도이다.
도 3은 본 발명의 일실시형태에 따른 웨이블릿(wavelet) 펄스폭 및 웨이블릿 펄스 주파수 사이의 상충관계(trade-off)를 도시한 도면이다.
도 4a는 본 발명의 일실시형태에 따른 다중 해상도 스펙트럼 검출(Multi-Resolution Spectrum Sensing: MRSS)의 실시예를 도시한 블록도이다.
도 4b는 본 발명의 일실시형태에 따른 가변 해상도 제어의 일례를 도시한 도면이다.
도 5a는 투톤(two-tone) 신호의 파형도이며, 도 5b는 본 발명의 일실시형태에 따라 MRSS 실시에 의해 검출된 해당 스펙트럼을 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 일실시형태에 따른 일련의 웨이블릿 펄스를 도시한 파형도이다.
도 7a는 본 발명의 일실시형태에 따른 I-Q 사인 캐리어의 I 성분을 도시한 파형도이며, 도 7b는 Q 성분을 도시한 파형도이다.
도 8a는 본 발명의 일실시형태에 따라 I-Q 사인 캐리어의 I 성분을 갖는 웨 이블릿 생성기로부터 얻은 변조된 웨이블릿 펄스를 도시한 도면이다.
도 8b는 본 발명의 일실시형태에 따라 I-Q 사인 캐리어의 Q 성분을 갖는 웨이블릿 생성기로부터 얻은 변조된 웨이블릿 펄스를 도시한 도면이다.
도 9a는 본 발명의 일실시형태에 따른 I-Q 사인 캐리어의 I 성분을 갖는 입력 신호에 대한 상관 출력 신호를 도시한 파형도이다.
도 9b는 본 발명의 일실시형태에 따른 I-Q 사인 캐리어의 Q 성분을 갖는 입력 신호에 대한 상관 출력 신호를 도시한 파형도이다.
도 10a는 본 발명의 일실시형태에 따라 소정 구간 내에서 웨이블릿 파형의 I 성분을 갖는 상관값에 대해 적분기 및 아날로그-디지털 변환기를 통과한 샘플값을 도시한 도면이다.
도 10b는 본 발명의 일실시형태에 따라 소정 구간 내에서 웨이블릿 파형의 Q 성분을 갖는 상관값에 대해 적분기 및 아날로그-디지털 변환기를 통과한 샘플값을 도시한 도면이다.
도 11은 본 발명의 일실시형태에 따른 MAC 모듈 내에서 스펙트럼 인식 모듈에 의해 검출된 스펙트럼 형상의 일례를 도시한 도면이다.
도 12 내지 도 17은 본 발명의 일실시형태에 따른 MRSS 실시에 의해 검출된 다양한 신호 포맷의 시뮬레이션을 도시한 도면이다.
도 18은 본 발명의 일실시형태에 따른 비정밀 검출 모듈의 일례를 도시한 회로도이다.
도 19는 본 발명의 일실시형태에 따른 AAC 기능을 이용한 정밀 검출 기법의 일례를 도시한 기능적 블록도이다.
도 20a는 본 발명의 일실시형태에 따라 프리앰블이 따르는 데이터 OFDM 심볼의 일례를 도시한 도면이다.
도 20b는 본 발명의 일실시형태에 따라 AAC 실시에 의해 검출된 입력 IEEE802.11a 신호의 스펙트럼을 도시한 도면이다.
도 21a는 본 발명의 일실시형태에 따른 IEEE802.11a 입력 신호를 도시한 도면이며, 도 21b는 본 발명의 일실시형태에 따른 지연된 IEEE802.11a 입력 신호를 도시한 도면이다.
도 22는 본 발명의 일실시형태에 따른 입력 신호와 지연된 신호 사이의 상관을 도시한 파형도이다.
도 23은 본 발명의 일실시형태에 따른 적분기에 의해 생성된 파형의 파형도이다.
도 24는 본 발명의 일실시형태에 따른 주파수 반응 무선 프론트엔드(frequency-agile radio front-end)에 대한 설정예를 도시한 도면이다.
본 발명은 일반적으로 무선 통신에 관한 것이며, 더욱 상세하게는 입력되는 무선 주파수(Radio Frequency: RF) 사용을 결정하기 위한 시스템, 방법 및 장치이 다.
미국을 비롯한 많은 나라들에서, 연방 통신 위원회(Federal Communication Commission: FCC)와 같은 조정 기구가 개인뿐만 아니라 기업 및 지방, 주정부와 같은 기관들의 통신 수요를 충족시키기 위해 무선 스펙트럼의 사용을 조정하고 할당하고 있다. 특히, FCC는 상업적 사용 또는 공공의 사용을 위해 기관 및 개인들("인가자(licensees)")에게 다수의 스펙트럼 구간(segment)을 인가하고 있다. 이 인가자들은 소정의 기간동안 특정 지역에서 각각 인가받은 스펙트럼 구간을 사용할 수 있는 배타적인 권리를 갖는다. 이러한 인가된 스펙트럼 구간은 다른 소스로부터의 간섭을 배제하고 감소시키기 위해 필수적인 것으로 간주된다. 그러나, 특정 스펙트럼 구간이 특정 시간에 특정 위치에서 사용되지 않는다면("가용 스펙트럼(available spectrum)"), 다른 장치가 통신을 위해 이 가용 스펙트럼을 사용할 수 있어야 한다. 이러한 가용 스펙트럼의 사용은 무선 스펙트럼 또는 그 일부의 더욱 효율적인 사용을 가능하게 할 것이다.
가용 스펙트럼의 결정에 대한 종래의 스펙트럼 검출 기술들은 다음과 같은 적어도 두가지 이유의 제약을 갖는다: (1) 종래의 스펙트럼 검출 기술들은 복잡한 신호 포맷에서 동작하지 않거나 (2) 과도한 하드웨어 성능 및/또는 연산 파워의 소모를 필요로 한다. 예를 들어, 비-코히어런트(non-coherent) 에너지 검출기가 협대역(narrow-band) 입력 신호에 대해 고속 푸리에 변환(Fast Fourier Transform: FFT)의 연산을 수행하는 스펙트럼 검출 기술이 알려져 있다. FFT는 협대역 입력 신호의 스펙트럼 성분을 제공하며, 유효한(meaningful) 수신 신호를 검출하기 위해 기설정된 임계레벨과 상기 스펙트럼 성분을 비교한다. 더욱이, 에너지 검출기는 변조된 신호, 잡음 및 간섭 신호를 구별하지 않는다. 따라서, 확산 스펙트럼 신호, 주파수 호핑 및 자동 캐리어 변조와 같이 복잡한 신호 포맷에 대해서는 동작하지 않는다.
다른 예로서, 변조된 신호, 사인파 캐리어, 주기 펄스 트레인, 반복 호핑 패턴, 주기적인 프리픽스(prefix)와 같은 주기적 특성을 이용한 스펙트럼 검출 기술과 같은 주기적 정상 특성(cyclo-stationary feature) 검출 기술이 알려져 있다. 변조 형식, 심볼 레이트(symbol rate), 및 간섭의 존재와 같은 신호의 고유한 특성을 검출하기 위해 스펙트럼 상관함수(spectrum correlation function)가 연산된다. 검출 범위와 주파수 해상도는 서로 상충관계(trade-off)에 있으므로, 광대역의 입력 신호 스펙트럼에 대해 검출 해상도를 향상시키기 위해서는 디지털 시스템을 업그레이드하는 것이 유일한 방법이다. 그러나, 디지털 시스템의 업그레이드는 과도한 하드웨어 성능 및 연산 파워의 소모를 요구한다. 더욱이, 하드웨어의 교체없이는 검출 해상도의 변경이 불가능하다.
따라서, 하드웨어 및 파워 소모를 최소화 하면서, 스펙트럼 사용을 결정하기 위한 비정밀 검출 모듈이 당 기술분야에 요구되고 있다.
본 발명은 전술한 기술적 요구를 충족시키기 위해 제안된 것으로, 그 목적은 하드웨어 및 파워 소모를 최소화 하면서, 입력되는 무선 주파수(RF) 신호를 검사하 여 주파수 사용을 결정하기 위한 비정밀 검출 모듈(coarse sensing module)용 시스템 방법 및 장치를 제공하는데 있다.
본 발명의 일실시형태는, 간섭자(interferer)가 존재할 수 있는 환경에서 입력 무선 주파수(RF) 신호를 검사하기 위해 동작하는 비정밀 검출 모듈(coarse sensing module)을 제공한다. 따라서, 상기 비정밀 검출 모듈은 스펙트럼 점유의 초기 결정을 제공할 수 있다. 예를 들어, 상기 비정밀 검출 모듈은 IS-95, WCDMA, EDGE, GSM, Wi-Fi, Wi-MAX, Zigbee, Bluetooth, 디지털 TV(ATSC, DVB) 등을 포함하는 다양한 최근의 무선 표준을 이용한 통신에 관련된 스펙트럼 점유를 검출할 수 있다.
다양한 무선 장치 또는 시스템에서 상기 비정밀 검출 모듈이 사용될 수 있으나, 상기 비정밀 검출 모듈은 인지 무선(cognitive radios)의 일부로서 포함될 수 있다. 본 명세서에서 기재된 바와 같이, 다른 대체물이 동일하게 사용될 수 있다고 하더라도, 상기 비정밀 검출 모듈은 다중 해상도 스펙트럼 검출(Multi-Resolution Spectrum Sensing: MRSS)로 알려진 다중 해상도 검출 특성을 수행할 수 있다.
본 발명의 다른 실시형태는, 무선 주파수(RF) 스펙트럼 검출 시스템을 제공한다. 상기 시스템은, 복수의 웨이블릿 펄스를 제공하는 웨이블릿 파형 생성기, 상관 신호를 생성하기 위해 입력 신호와 상기 웨이블릿 펄스를 결합하는 승산기, 상기 생성된 상관 신호를 수신하고 상기 상관 신호를 적분하여 상관값을 결정하는 적 분기, 및 상기 적분기와 통신하며 상기 상관값의 적어도 일부를 기초로한 이용가능한 스펙트럼 구간을 결정하는 스펙트럼 인식 모듈을 포함한다.
본 발명의 일관점에 따르면, 복수의 웨이블릿 펄스가 변조될 수 있다. 상기 변조된 웨이블릿 펄스는 사인 캐리어 신호 및 포락선 신호로 형성될 수 있으며, 상기 포락선 신호는 적어도 일부에서 웨이블릿 펄스의 폭 및 형상을 결정한다. 본 발명의 다른 관점에 따르면, 상기 웨이블릿 펄스에 관련된 캐리어 주파수, 폭 및 형상 중 적어도 하나는 재설정 될 수 있다. 더하여, 입력 신호를 증폭하는 증폭기는 드라이버 증폭기(driver amplifier)를 더 포함할 수 있다. 본 발명의 또 다른 관점에 따르면, 상기 상관값은 디지털화 된다. 본 발명의 또 다른 관점에 따르면, 스펙트럼 인식 모듈은 스펙트럼 사용 데이터베이스에서 적어도 일부를 기초로한 이용하가능한 스펙트럼을 결정한다. 상기 스펙트럼 사용 데이터베이스는 하나 또는 그 이상의 알려진 신호 형식과 관련된 정보를 포함한다.
본 발명의 또 다른 실시형태는, 무선 주파수(RF) 스펙트럼 사용을 결정하는 방법을 제공한다. 상기 방법은 복수의 웨이블릿 펄스를 생성하는 단계, 상관 신호를 생성하기 위해 입력 신호와 상기 웨이블릿 펄스를 결합하는 단계, 상기 상관 신호를 적분하여 상관값을 연산하는 단계, 및 상기 상관값의 적어도 일부에 기초하여 이용가능한 스펙트럼 구간을 결정하는 단계를 포함한다.
본 발명의 일관점에 따르면, 복수의 웨이블릿 펄스를 생성하는 단계는 적어도 하나의 가우시안 웨이블릿 펄스(Gaussian wavelet pulse) 및 해닝 웨이블릿 펄스(Hanning wavelet pulse)로부터 선택된 복수의 웨이블릿 펄스를 포함할 수 있다. 본 발명의 다른 관점에 따르면, 복수의 웨이블릿 펄스를 생성하는 단계는 사인 캐리어 신호 및 포락선 신호를 포함하는 복수의 변조 웨이블릿 펄스(modulated wavelet pulse)를 생성하는 단계를 포함할 수 있다. 본 발명의 또 다른 관점에 따르면, 상기 포락선 신호는 상기 웨이블릿 펄스의 폭 및 형상의 적어도 일부를 결정한다. 더하여, 상기 방법은 상기 웨이블릿 펄스에 관련된 캐리어 주파수, 폭 및 형상 중 적어도 하나를 재설정하는 단계를 더 포함할 수 있다. 본 발명의 또 다른 관점에 따르면, 입력 신호와 상기 웨이블릿 펄스를 결합하는 단계는 상기 입력 신호와 상기 웨이블릿 펄스를 승산하는 단계를 포함할 수 있다. 본 발명의 또 다른 관점에 따르면, 입력 신호와 상기 웨이블릿 펄스를 결합하는 단계는 드라이버 증폭기에 의해 증폭된 입력 신호와 상기 웨이블릿 펄스를 결합하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 관점에 따르면, 상기 벙법은 상기 상관값을 디지털화하는 단계를 더 포함할 수 있으며, 이 때 이용가능한 스펙트럼을 결정하는 단계는 디지털화된 상관값의 적어도 일부에 기초한 이용가능한 스펙트럼 구간을 결정하는 단계를 포함할 수 있다. 본 발명의 또 다른 관점에 따르면, 이용가능한 스펙트럼 구간을 결정하는 단계는 상기 상관값 및 스펙트럼 사용 데이터베이스의 적어도 일부에 기초한 이용가능한 스펙트럼을 결정하는 단계를 포함할 수 있으며, 상기 스펙트럼 사용 데이터베이스는 하나 또는 그 이상의 알려진 신호 형식에 관련된 정보를 포함한다. 상기 스펙트럼 사용 데이터베이스는 원격 스테이션(remote station)으로부터 전송된 정보에 기초하여 업데이트 될 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시형태는, 무선 주파수(RF) 스펙트럼 검출 장치를 제공한다. 상기 장치는 입력 신호를 수신하는 안테나, 복수의 웨이블릿 펄스를 제공하는 웨이블릿 생성기, 상관 신호를 생성하기 위해 수신된 입력 신호와 웨이블릿 펄스를 결합하는 승산기, 및 상관값을 생성하기 위해 상기 상관 신호를 적분하는 적분기를 포함한다.
본 발명의 일관점에서, 상기 웨이블릿 생성기는 국부 발진기 및 포락선 신호의 생성기를 포함할 수 있으며, 상기 포락선 신호는 상기 웨이블릿 펄스의 폭 및 형상을 결정할 수 있다. 본 발명의 다른 관점에 따르면, 상기 웨이블릿 생성기는 I-Q 변환 웨이블릿 펄스를 생성하도록 동작할 수 있다. 본 발명의 또 다른 관점에 따르면, 하나 또는 그 이상의 임계값보다 큰 상기 상관값은 스펙트럼 점유의 표시를 제공하도록 동작할 수 있다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 더욱 상세하게 설명할 것이나, 본 발명의 모든 실시형태가 설명되지는 않는다. 즉, 본 발명은 다수의 다른 형태로 실시될 수 있으며 여기에 설명되는 실시형태로 한정되어서는 안된다. 여기에 개시되는 내용들이 출원의 법적인 요구사항을 충족시키기 위해 실시형태가 제공되는 것이다. 동일한 참조부호는 동일한 구성요소를 나타내는 것이다.
본 발명의 실시형태들은 제한된 스펙트럼 리소스를 이용하기 위한 인지 무선(cognitive radio) 시스템, 방법 및 장치에 관한 것이다. 인지 무선은, 복수의 이동 통신 프로토콜 및 표준을 포함하는 넓은 주파수 범위에 대한 협정적 인(negotiated) 또는 기회적인(opportunistic) 스펙트럼 공유를 허용할 수 있다. 본 발명에 따르면, 인지 무선의 실시형태들은 무선 스펙트럼의 사용 구간을 양호하게 검출할 수 있으며, 다른 인가된 사용자들 사이의 통신에 대한 간섭없이 신속하게 일시적으로 사용되지 않는 스펙트럼 구간을 사용하게 할 수 있다. 이러한 인지 무선의 사용은 서로 공존하는 다양한 이종의 무선 네트워크들(예를 들어 다른 통신 프로토콜, 주파수 등을 사용하는)을 허용할 수 있다. 이들 무선 네트워크는 셀룰러 네트워크, 무선 개인 영역 네트워크(PAN), 무선 로컬 영역 네트워크(LAN) 및 무선 메트로 영역 네트워크(MAN)을 포함할 수 있다. 또한, 이 무선 네트워크들은 디지털 TV 네트워크를 포함하는 텔레비전 네트워크와 공존할 수 있다. 당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자들에게 알려진 다른 형식의 네트워크들이 본 발명에 따라 사용될 수 있다.
A. 인지 무선의 시스템 개요
도 1은 본 발명의 일실시형태에 따른 인지 무선 시스템의 일례를 도시한 기능적 블록도이다. 특히 도 1은 안테나(116), 송신/수신 스위치(114), 무선 프론트엔드(108), 아날로드 광대역 스펙트럼 검출 모듈(102), 아날로그-디지털 변환기(118), 신호처리 모듈(126), 및 매체 접근 제어(Medium Access Control: MAC) 모듈(124)을 포함하는 인지 무선(100)을 도시한다.
도 1 및 도 2의 플로우차트를 함께 참조하면, 인지 무선 시스템이 동작하는 동안, 무선 주파수(RF) 입력 신호가 안테나(116)에 의해 수신될 수 있다. 본 발명 의 일실시형태에서, 상기 안테나(116)는 수 MHz에서 수백 GHz 범위의 넓은 주파수 대역에서 동작할 수 있는 광대역 안테나일 수 있다. 안테나(116)에 의해 수신된 입력 신호는 송신/수신 스위치(114)를 통해 아날로그 광대역 스펙트럼 검출 모듈(102)에 전달되거나 제공될 수 있다(도 2의 블록(202)). 스펙트럼 검출 모듈(102)은 하나 또는 두 개의 비정밀 검출 모듈(104) 및 정밀 검출 모듈(106)을 포함할 수 있다. 상기 명칭에 나타난 바와 같이, 상기 비정밀 검출 모듈(coarse sensing module)(104)은 의심(suspicious) 스펙트럼 구간(예를 들어, 사용될 가능성이 있는 스펙트럼 구간)의 존재 또는 출현을 검출할 수 있으며, 상기 정밀 검출 모듈(106)은 특정 신호 형식 및/또는 사용된 변조 기법을 결정하기 위해 상기 검출된 의심 스펙트럼 구간을 상세히 검사하거나 분석할 수 있다.
비정밀 검출 모듈(104)는 수신된 입력 신호에 대한 스펙트럼 점유(occupancy)를 우선적으로 결정할 수 있다(도 2의 블록(204)). 스펙트럼 점유 정보는 아날로그-디지털(A/D) 변환기(118)에 의해 아날로그 형태에서 디지털 형태로 변환될 수 있다. 본 발명의 일실시형태에서, 상기 아날로그-디지털 변환기(118)는 저속 아날로그-디지털 변환기일 수 있다. 상기 아날로그-디지털 변환기(118)에 의해 제공되는 디지털 스펙트럼 점유 정보는 매체 접근 제어(MAC) 모듈(124) 내부의 스펙트럼 인식 모듈(120)에 의해 수신될 수 있다. 상기 스펙트럼 인식 모듈(120)은, 하나 또는 그 이상의 스펙트럼 구간이 현재 사용중이거나 다른 장치에 의해 점유되었는지를 인식하기 위해 상기 디지털 스펙트럼 점유 정보에 대한 한가지 또는 그 이상의 연산을 수행할 수 있다. 상기 스펙트럼 인식 모듈(120)은 하드웨어, 소 프트웨어 또는 이들이 결합된 형태에서 동작할 수 있다.
일부 실시예에서, 인식된 스펙트럼 구간에 기초하여, 상기 MAC 모듈(!24)은 스펙트럼 점유의 더욱 정밀한 조사를 요청할 수 있다(도 2의 블록(206)). 이 경우에, 상기 정밀 검출 모듈(106)은 특정 신호 형식을 식별하기 위해 동작하거나 및/또는 스펙트럼 점유의 적어도 일부 내에 사용된 변조 기법을 식별하기 위해 동작할 수 있다(도 2의 블록(208)). 신호 형식 및/또는 변조 기법을 식별하는 정보는 아날로그-디지털 변환기(118)에 의해 디지털화가 되고, 스펙트럼 인식 모듈(120)에 제공될 수 있다. 신호 형식 및/또는 변조 기법에 대한 정보는, 검출된 의심 스펙트럼 구간 내에서 간섭자에 의한 영향을 결정하는데 필수적일 수 있다.
본 발명의 일실시형태에 따르면, 스펙트럼 인식 모듈(120)은 이용할 수 있는(예를 들어 점유되지 않거나 안전한) 스펙트럼 슬롯을 결정하기 위해(도 2의 블록(212)), 스펙트럼 사용 데이터베이스를 이용하여 비정밀 검출 모듈(104) 및/또는 정밀 검출 모듈(106)으로부터 정보를 비교할 수 있다(도 2의 블록(210)). 스펙트럼 사용 데이터베이스는 알려진 신호 형식, 변조 기법 및 결합 주파수(associated frequency)에 관련된 정보를 포함할 수 있다. 유사하게, 상기 스펙트럼 사용 데이터베이스는, 비정밀 검출 모듈(104) 및/또는 정밀 검출 모듈(106)으로부터의 정보가 하나 또는 그 이상의 점유 스펙트럼을 나타내는지를 결정하기 위한 하나 또는 그 이상의 임계값을 포함한다. 본 발명의 일실시형태에 따르면, 상기 스펙트럼 사용 데이터베이스는, 기지국 또는 다른 무선국으로부터 주기적인 브로드캐스트, 제거가능한 정보 저장(예를 들어, 제거가능한 칩, 메모리 등) 및 인터넷 저장소 들(Internet repositories)을 포함하는 외부 소스로부터 수신되는 정보에 따라 업데이트 될 수 있다. 또한, 상기 스펙트럼 사용 데이터베이스는, 시도 및 에러, 테스트, 설정, 통계 연산 등을 포함하는 적응형 학습 기술(adaptive learning technique)에 따라 내부적으로 업데이트 될 수 있다.
상기 스펙트럼 인식 모듈(120)에 의해 결정된 검출 결과는 MAC 모듈(124)의 제어기(예를 들어 스펙트럼 할당 모듈)에 보고될 수 있으며 특정 스펙트럼 사용을 위한 허가가 요청될 수 있다(도 2의 블록(214)). 상기 제어기로부터 승인이 되면, MAC 모듈(124)의 재설정 블록이 신호 처리 모듈(126)을 통해 무선 프론트엔드(108)로 재설정 정보를 제공할 수 있다(도 2의 블록(218)). 본 발명의 일실시형태에서, 상기 무선 프론트엔드(108)는 다른 주파수에서 동작할 수 있도록 재설정될 수 있으며("주파수 반응(frequency-agile)"), 이 때, 특정 주파수 또는 주파수들은 인지 무선(100)에 의한 통신에 사용되기 위해 선택된 스펙트럼 구간에 의존할 수 있다. 상기 주파수 반응 프론트엔드(108)에 관해, 신호 처리 모듈(126)는 적응형 변조 및 간섭 경감 기술을 이용하여 인지 무선(100)의 성능을 향상시킬 수 있다. 본 발명의 일실시형태에서, 상기 신호 처리 모듈(126)은 물리 계층 신호 처리 블록(physical layer signal processing block) 일 수 있다.
본 발명의 범위 내에서 인지 무선(100)에 대한 많은 변형이 이루어질 수 있다. 다른 실시형태에서, 안테나(116)는 적어도 두 개의 안테나들로 이루어질 수 있다. 제1 안테나는 무선 프론트엔드(108)용으로 제공될 수 있으며, 제2 안테나는 스펙트럼 검출 모듈(102)용으로 제공될 수 있다. 이 실시형태에 따르면, 적어도 두 개의 안테나를 사용하는 것은 라디오 프론트엔드(108)와 스펙트럼 검출 모듈(102) 사이의 송신/수신 스위치(114)의 필요성을 제거할 수 있다. 그러나, 본 발명의 다른 실시형태에서는, 송신/수신 스위치(114)가 무선 프론트엔드(108)의 송신기(110) 및 수신기(112) 사이에 여전히 필요할 수도 있다. 더하여, 스펙트럼 검출 모듈(102), 아날로그-디지털 변환기(118) 및 MAC 모듈(124)은, 무선 프론트엔드(108)와 신호 처리 모듈(126)이 동작하지 않거나 동작대기 상태에 있더라도 동작상태를 유지할 수 있다. 이를 통해, 인지 무선(100)의 스펙트럼 점유 결정을 계속 가능하게 하면서 인지 무선(100)의 파워 소모를 감소시킬 수 있다.
이상에서 인지 무선(100)에 대해 일반적으로 설명하였으며, 이하에서는 인지 무선의 각 구성요소의 동작이 더욱 상세하게 기술될 것이다.
B. 스펙트럼 검출 요소
도 1을 참조하면, 스펙트럼 검출 모듈(102)은 본 발명의 일실시형태에 따라 비정밀 검출 모듈(104) 및 정밀 검출 모듈(106)을 포함할 수 있다. 그러나, 본 발명의 다른 실시형태는 필요에 따라 스펙트럼 검출 모듈(102) 또는 비정밀 검출 모듈(104) 중 하나만 사용할 수도 있다. 더하여, 스펙트럼 검출 모듈(102)은 예로든 인지 무선(100)의 구성요소로 설명하였으나, 이러한 스펙트럼 검출 모듈(102)은 다른 장치에 실장될 수 있으며, 다른 애플리케이션에서 이용가능한 스펙트럼을 결정하기 위한 효과적인 방안으로써 이용될 수 있다. 이러한 다른 애플리케이션은 무선 개인 영역 네트워크(PAN), 무선 로컬 영역 네트워크(LAN), 무선 전화, 셀룰러 폰, 디지털 텔레비전, 이동식 텔레비젼 및 위성 위치확인 시스템(GPS)을 포함할 수 있다.
도 1의 스펙트럼 검출 모듈(102)을 참조하면, 이 스펙트럼 검출 모듈(102)은 비정밀 검출 모듈(104) 및 정밀 검출 모듈(106)을 포함할 수 있으며, 이 들은 MAC 모듈(124)에 의한 스펙트럼 검출의 정확도를 향상시키기 위해 함께 사용될 수 있다. 더하여, 본 발명의 일실시형태에 따르면, 상기 스펙트럼 검출 모듈(102)은 몇가지 특성을 제공하는 아날로그 영역에서 실행될 수 있다. 예를 들어, 아날로그 영역에서 실행된 이러한 스펙트럼 검출 모듈(102)은 광대역의 주파수 범위, 낮은 파워 소모 및 낮은 하드웨어 복잡도로 신속한 검출을 가능하게 할 수 있다. 스펙트럼 검출 모듈(102)의 비정밀 검출 모듈(104) 및 정밀 검출 모듈(106)이 하기에 더욱 상세하게 설명될 것이다.
1. 비정밀 검출 모듈
본 발명의 일실시형태에 따르면, 비정밀 검출 모듈(104)은 다중 해상도 스펙트럼 검출(Multi-Resolution Spectrum Sensing(MRSS))로 알려진 다중 해상도 검출 특성을 제공하는데에 웨이블릿 변환(wavelet transform)을 사용할 수 있다. 비정밀 검출 모듈(104)를 이용한 MRSS의 사용은 하드웨어의 부담을 증가시키지 않고 유연한 검출 해상도를 가능하게 한다.
MRSS와 함께, 웨이블릿 변환은 시변동 신호(time-variant signal)와 웨이블릿 변환에 대한 베이시스(basis)(예를 들어, 웨이블릿 펄스)로서 적용되는 함수 사이의 상관관계(correlation)을 결정하기 위해 주어진 시변동 신호에 적용될 수 있 다. 이렇게 결정된 상관관계는 웨이블릿 변환 계수로 알려져 있으며, 이는 본 발명의 일실시형태에 따른 아날로그 형태에서 결정될 수 있다. MRSS와 함께 사용된 웨이블릿 변환에 대한 베이시스로 적용된 상기 웨이블릿 펄스는, MAC 모듈(124)를 통해 변경되거나 설정될 수 있다. 특히, 웨이블릿 변환에 대한 웨이블릿 펄스는 대역폭, 캐리어 주파수, 및/또는 주기가 변동될 수 있다. 웨이블릿 펄스의 폭, 캐리어 주파수, 및/또는 주기의 변동에 의해, 주어진 신호에 대한 웨이블릿 변환 계수를 통해 제공되는 스펙트럼 정보는 가변(scalable) 해상도 또는 다중 해상도로 표현될 수 있다. 예를 들어, 소정 시간간격 동안 유지한 후 웨이블릿 펄스폭 및/또는 캐리어 주파수를 변동함으로써, 웨이블릿 변환 계수는 본 발명의 일실시형태에 따른 시변동 신호의 스펙트럼 정보의 분석을 제공할 수 있다. 유사하게, 웨이블릿 펄스의 형상은 본 발명의 일실시형태에 따라 설정될 수 있다.
a. 웨이블릿 펄스 선택
이하, MRSS에서 사용되기 위한 웨이블릿 펄스 및 특히 웨이블릿 펄스의 폭과 캐리어 주파수의 적절한 선택에 대해 더욱 상세하게 설명될 것이다. 도 3은 적절한 웨이블릿 펄스를 선택할 때 고려될 수 있는 웨이블릿 펄스폭(Wt)(302)과 웨이블릿 펄스 주파수(Wf)("해상도 대역폭"이라고도 함)(304)의 상충관계(tradeoff)를 도시한다. 즉, 웨이블릿 펄스폭(302)가 증가함에 따라, 웨이블릿 펄스 주파수(304)는 일반적으로 감소한다. 도 3에 도시된 바와 같이, 웨이블릿 펄스폭(302)는 웨이블릿 펄스 주파수(304)와 반비례할 수 있다.
본 발명의 일실시형태에 따르면, 불확실성 부등식(uncertainty inequality) 이 웨이블릿 펄스폭(Wt)(302)과 해상도 주파수(Wf)(304)의 선택에 적용될 수 있다. 일반적으로, 불확실성 부등식은 웨이블릿 펄스의 특정 형식에 대한 웨이블릿 펄스폭(Wt)(302)과 해상도 대역폭(Wf)(304)의 범위(bound)를 제공한다. 불확실성 부등식은, 웨이블릿 펄스폭(Wt)(302)와 해상도 대역폭(Wf)(304)의 곱이 0.5보다 크거나 동일한 경우(즉, Wt*Wf≥0.5)에 사용될 수 있다. 웨이블릿 펄스가 가우시안 웨이블릿 펄스(Gaussian wavelet pulse)인 경우에 등호가 성립할 수 있다. 따라서, 가우시안 웨이블릿 펄스에 대해, 웨이블릿 펄스폭(Wt)(302)과 해상도 주파수(Wf)(304)는 불확실성 부등식에 따라 그 곱이 0.5가 되도록 웨이블릿 변환에 사용되는데 선택될 수 있다.
본 실시형태에서는 가우시안 웨이블릿 펄스에 대해 설명하고 있으나, Hanning, Harr, Reverse Bior, Meyer, DMeyer, Maxican hat, Morlet, Complex Gaussian, Shannon, Frequency B-Spline, 및 Complex Morlet 웨이블릿 패밀리를 포함하는 다른 형태의 웨이블릿 펄스가 사용될 수 있다.
b. MRSS 실행을 위한 블록도
도 4a는 비정밀 검출 모듈(104)을 포함하는 다중 해상도 스펙트럼 검출 실행의 일례에 대한 블록도를 도시한다. 특히, 비정밀 검출 모듈은 안테나(116)으로부터 시변동(time-variant) RF 입력 신호(x(t))를 수신할 수 있다. 본 발명의 일실시형태에 따르면, 이 RF 입력 신호(x(t))는 비정밀 검출 모듈(104)에 제공되기 이전에 증폭기(402)에 의해 증폭될 수 있다. 예를 들어, 상기 증폭기(402)는 넓은 주파수 범위에 대해 일정한 이득을 제공하도록 동작하는 드라이버 증폭기(driver amplifier)일 수 있다.
도 4a의 비정밀 검출 모듈(104)을 참조하면, 상기 비정밀 검출 모듈(104)은 아날로그 웨이블릿 파형 생성기(404), 아날로그 승산기(406), 아날로그 적분기(408) 및 타이밍 클록(410)을 포함할 수 있다. 상기 타이밍 클록(410)은 웨이블릿 생성기(404) 및 아날로그 적분기(408)에 의해 사용되는 타이밍 신호를 제공한다. 아날로그 상관값(analog correlation value)이 아날로그 적분기(408)의 출력에서 제공되며, 차례로 아날로그-디지털 변환기(ADC)(118)로 제공된다. 본 발명의 일실시형태에서, 상기 아날로그-디지털 변환기(118)는 저속 아날로그-디지털 변환기일 수 있다. 아날로그-디지털 변환기(118)에서 출력되는 디지털화된 상관값은 매체 접근 제어(MAC) 모듈(124)로 제공될 수 있다.
계속 도 4a를 참조하면, 비정밀 검출 모듈(104)의 웨이블릿 생성기(404)는 일련의 변조 웨이블릿 펄스(a chain of modulated wavelet pulse)(w(t))를 생성하기 위해 변조되는 일련의 웨이블릿 펄스(v(t))를 생성하도록 동작할 수 있다. 예를 들어, 일련의 웨이블릿 펄스(v(t))는 소정의 국부 발진 주파수를 갖는 I 및 Q 사인 캐리어(I- and Q- sinusoidal carrier)(fLO(t))를 이용하여 변조될 수 있다. I- 및 Q- 사인 캐리어(fLO(t))를 이용할 경우, I 성분 신호와 Q 성분 신호는 크기가 동일하고 위상이 90도 차이가 난다. 이어, 웨이블릿 생성기(404)에 의한 일련의 변조 웨이블릿 펄스(w(t)) 출력은, 아날로그 적분기(408)으로 입력되는 아날로그 상관 출력 신호(z(t))를 생성하기 위해, 아날로그 승산기(406)에 의해 시변동 입력 신 호(x(t))과 승산되거나 결합된다. 상기 아날로그 적분기(408)은 아날로그 상관값(y(t))를 결정하고 출력한다.
상기 아날로그 적분기(408)에서 출력되는 아날로그 상관값(y(t))은 전술한 펄스폭 및 해상도 대역폭에 기초한 소정 스펙트럼 폭을 갖는 웨이블릿 펄스(v(t))와 관련된다. 다시 도 4a의 비정밀 검출 모듈(104)을 참조하면, 웨이블릿 펄스(v(t))는 변조 웨이블릿 펄스(w(t))를 생성하기 위해 I 및 Q 사인 캐리어(fLO(t))를 이용하여 변조된다. 이어 I 및 Q 사인 캐리어(fLO(t))의 국부발진 주파수는 제거되거나 조정될 수 있다. I 및 Q 사인 캐리어(fLO(t))를 제거함으로써, 시변동 입력 신호(x(t)) 내에서의 파워 크기 및 주파수 값이 스펙트럼 범위, 특히 가변 해상도(scalable resolution)를 제공하는 관심 스펙트럼 범위에서의 아날로그 상관값(y(t)) 내에서 검출될 수 있다.
예를 들어, 좁은 웨이블릿 펄스(v(t))와 큰 사이즈의 튜닝 스텝을 갖는 국부발진 주파수(fLO(t))를 적용함으로써, 본 발명의 일실시형태에 따른 MRSS의 실행은 신속하고 대략적인(sparse) 방식으로 매우 넓은 스펙트럼 범위를 검사할 수 있다. 이와 반대로, 넓은 웨이블릿 펄스(v(t))와 정밀하게 조정된 국부발진 주파수(fLO(t))를 이용함으로써 매우 정밀한 스펙트럼 조사가 실현될 수 있다. 더욱이, 본 발명의 일실시형태에 따르면, 이 MRSS 실행은 윈도우 신호(예를 들어, 변조 웨이블릿 펄스(w(t)))의 대역통과 필터링 효과에 의해 이미지 제거를 위한 수동필터 를 필요로 하지 않을 수 있다. 마찬가지로, 높은 파워를 소모하는 디지털 하드웨어 부담을 포함하는 이러한 MRSS 실행의 하드웨어 부담이 최소화될 수 있다. 도 4b는 웨이블릿 펄스(W(ω))를 사용한 주파수 영역에서 가변 해상도 제어의 일례를 도시한다. 특히, 도 4b는, 입력 신호(X(ω))가 다양한 출력 상관값(Y(ω))의 가변 해상도 제어를 획득하기 위해 다양한 해상도 대역폭을 갖는 웨이블릿 펄스(W(ω))와 승산될 수 있음을 도시한다.
도 4a를 참조하면, 아날로그 상관값(y(t))이 아날로그 적분기(408)에 의해 생성되면, 아날로그 계수값들(analog coefficient values)(y(t))의 크기가 아날로그-디지털 변환기(118)에 의해 디지털화되고 MAC 모듈(124)에 제공될 수 있다. 더욱 상세하게, 웨이블릿 파형의 I 및 Q 성분 각각에 관련된 아날로그 계수값들(y(t))의 결과가 아날로그-디지털 변환기(118)에 의해 디지털화될 수 있으며, 그 크기가 MAC 모듈(124)에 의해 기록된다. 상기 크기가 소정의 임계값보다 크면, MAC 모듈(124) 내의 스펙트럼 인식 모듈(120)을 이용한 기법은 본 발명의 일실시형태에 따른 유효 간섭자 수신(meaningful interferer reception)(예를 들어, 특정의 검출된 스펙트럼 점유)을 결정할 수 있다.
c. MRSS 실행의 시뮬레이션
이하, 본 발명의 일실시형태에 따른 다중 해상도 스펙트럼 검출(MRSS) 실행에 대해 몇가지 컴퓨터 시뮬레이션을 이용하여 기술될 것이다. 특히, 컴퓨터 시뮬레이션은 각 톤(tone)이 동일한 크기와 서로 다른 주파수를 갖도록 설정된 투톤(two-tone) 신호(x(t))를 이용하여 수행되었다. 서로 다른 주파수 및 위상을 갖 는 두톤 신호의 합은
Figure 112006067666753-PAT00001
으로 표현될 수 있다. 도 5a는 투톤 신호(x(t))의 파형을 도시하며, 도 5b는 본 발명의 일실시형태에 따른 MRSS 실행에 의해 검출된 해당 스펙트럼을 도시한다.
시뮬레이션된 MRSS 실행의 일례에 따르면, 시뮬레이션된 MRSS 실행에 대한 해닝(Hanning) 윈도우 함수(예를 들어, Wt*Wf=0.513)가, 웨이블릿 펄스(v(t))의 웨이블릿 펄스폭(Wt) 및 해상도 대역폭(Wf)의 선택을 한정하는 웨이블릿 윈도우 함소로서 선택되었다. 실제 실행에 있어 상대적으로 간단하기 때문에 이 시뮬레이션에서 해닝 윈도우 함수가 사용되었다. 전술한 Wt*Wf=0.513의 불확실성 부등식은 다음과 같은 해닝 웨이블릿 펄스에 대한 웨이블릿 펄스폭(Wt)(302) 및 해상도 대역폭(Wf)(304)의 연산으로부터 유도될 수 있다.
Figure 112006067666753-PAT00002
Figure 112006067666753-PAT00003
도 6은 일련의 웨이블릿 펄스(v(t))의 일례의 파형을 도시한다. 따라서, 본 발명의 일실시형태에서, 일련의 변조 웨이블릿 펄스(w(t))는, 일련의 웨이블릿 펄스(v(t))를 포함하는 윈도우 신호를 이용하여 I 및 Q 사인 캐리어(fLO(t))를 변조함으로써 웨이블릿 생성기(404)로부터 얻을 수 있다. 특히, 상기 변조 웨이블릿 펄스(w(t))는,
Figure 112006067666753-PAT00004
및
Figure 112006067666753-PAT00005
에 의해 얻을 수 있다. 도 7a는 I-Q 사인 캐리어(fLO(t))의 I 성분 파형을 도시하며, 도 7b는 I-Q 사인 캐리어(fLO(t))의 Q 성분 파형을 도시한다. 도 8a는 I-Q 사인 캐리어(fLO(t))의 I 성분을 이용하여 웨이블릿 생성기(404)로부터 얻은 변조 웨이블릿 펄스(w(t))를 도시한다. 마찬가지로, 도 8b는 I-Q 사인 캐리어(fLO(t))의 Q 성분을 이용하여 웨이블릿 생성기(404)로부터 얻은 변조 웨이블릿 펄스(w(t))를 도시한다.
이어 도 9a 및 9b에 도시된 바와 같이, 각각의 변조 웨이블릿 펄스(w(t))는, 아날로그 상관 출력 신호(z(t))를 생성하기 위해 아날로그 승산기(406)에 의해 시변동 신호 (x(t))와 승산된다. 특히, 도 9a는 I-Q 사인 캐리어(fLO(t))의 I 성분을 이용한 입력 신호(x(t))에 대한 상관 출력 신호(z(t))의 파형을 도시한 것이며, 도 9b는 I-Q 사인 캐리어(fLO(t))의 Q 성분을 이용한 입력 신호(x(t))에 대한 상관 출력 신호(z(t))의 파형을 도시한 것이다. 이어, 도 9a 및 9b에 도시된 결과 파형은, 웨이블릿 파형(w(t))의 I 및 Q 성분을 갖는 입력 신호(x(t))의 상관값(y(t))을 얻기 위해 아날로그 적분기(408)에 의해 적분된다.
이어, 상관값(y(t))은 아날로그 적분기(408)에 의해 적분되고 아날로그-디지털 변환기(118)에 의해 샘플링될 수 있다. 도 10a는, 소정 구간 내에서 웨이블릿 파형(w(t))의 I 성분을 갖는 상관값(y(t))에 대해 아날로그-디지털 변환기(118)가 제공하는 샘플링값(yI)을 나타낸다. 도 10b는, 소정 구간 내에서 웨이블릿 파형(w(t))의 Q 성분을 갖는 상관값(y(t))에 대해 아날로그-디지털 변환기(118)가 제공하는 샘플링값(yQ)을 나타낸다. 이어, 본 발명의 일실시형태에 따르면, MAC 모듈(124) 및 그 내부의 스펙트럼 인식 모듈(120)은,
Figure 112006067666753-PAT00006
과 같이, 상기 샘플링값들(yI, yQ)에 대한 제곱근을 취함으로써 상기 샘플링값의 크기를 연산한다. MAC 모듈(124) 내의 스펙트럼 인식 모듈(120)에 의해 검출된 스펙트럼 형상이 도 11에 도시된다. 도 11에 도시된 바와 같이, 검출된 스펙트럼 형상은 도 5b에 도시된 예측된 스펙트럼과 일치하며, 이는 예측된 스펙트럼의 검출 및 인식이 양호하게 이루어졌음을 나타낸다.
도 12 내지 17은 본 발명의 다양한 실시형태에 따른 MRSS 실행에 의해 검출된 다양한 신호 포맷을 도시한다. 이 신호 포맷들은 GSM, EDGE, 무선 마이크로폰(FM), ATDC(VSB), 3G 셀룰러-WCDMA, IEEE802.11a-WLAN(OFDM)을 포함한다. 특히, 도 12a는 GSM 신호의 스펙트럼을 도시하며, 도 12b는 그에 상응하는 검출 신호 스펙트럼을 도시한다. 마찬가지로, 도 13a는 EDGE 신호의 스펙트럼을 도시하며, 도 13b는 그에 상응하는 검출 신호 스펙트럼을 도시한다. 도 14a는 무선 마이크로폰(FM)의 신호 스펙트럼을 도시하며, 도 14b는 그에 상응하는 검출 신호 스펙트럼을 도시한다. 도 15a는 ATDC(VSB) 신호의 스펙트럼을 도시하며, 도 15b는 그에 상응하는 검출 신호 스펙트럼을 도시한다. 도 16a는 3G 셀룰러(WCDMA) 신호의 스펙트럼을 도시하며, 도 16b는 그에 상응하는 검출 신호 스펙트럼을 도시한다. 도 17a는 IEEE802.11a-WLAN(OFDM) 신호의 스펙트럼을 도시하며, 도 17b는 그에 상응하는 검출 신호 스펙트럼을 도시한다. 당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는, 본 발명의 실시형태들에 따른 MRSS 실행에 의해 다른 신호 포맷도 검출될 수 있다는 것을 잘 알 수 있을 것이다.
d. 비정밀 검출 블록의 회로도
도 4에 도시된 비정밀 검출 모듈(104)의 일례가 도 18에 회로도로서 도시된다. 더욱 상세하게, 도 18은 웨이블릿 생성기(454), 승산기(456a, 456b) 및 적분 기(458a, 458b)를 도시한다. 상기 웨이블릿 생성기(454)는 웨이블릿 펄스 생성기(460), 국부 발진기(LO)(462), 위상 시프터(464)(예를 들어, 90°위상 시프터), 및 승산기(466a, 466b)를 포함한다. 상기 웨이블릿 펄스 생성기(460)는 웨이블릿 펄스(v(t))의 폭 및/또는 형상을 결정하는 포락선 신호(envelope signal)을 제공한다. 승산기(466a)를 이용하여, I 성분 변조 웨이블릿 펄스(w(t))를 생성하기 위해 국부 발진기(462)에 의해 제공되는 국부 발진 주파수의 I 성분과 웨이블릿 펄스(v(t))가 승산된다. 유사하게 승산기(466b)를 이용하여, Q 성분 변조 웨이블릿 펄스(w(t))를 생성하기 위해 위상 시프터(464)에 의해 90°시프트된 국부 발진 주파수의 Q 성분과 웨이블릿 펄스(v(t))가 승산된다.
이어, 변조 웨이블릿 펄스(w(t))의 I 성분 및 Q 성분은 각각의 상관 출력 신호(zI(t), zQ(t))를 생성하기 위해 승산기(456a, 456b)에 의해 각각 승산된다. 이어, 상기 상관 출력 신호(zI(t), zQ(t))는, 각각의 상관값(yI(t), yQ(t))을 생성하기 위해 적분기(458a, 458b)에 의해 각각 적분된다. 도 18은 특정 실시형태를 도시하고 있으나, 당 기술분야에서 통산의 지식을 가진 자는 도 18에 도시된 회로의 변형이 가능하다는 것을 잘 알 수 있을 것이다.
2. 정밀 검출 모듈
본 발명의 일실시형태에 따르면, 도 1의 정밀 검출 모듈(106)은 예측되는 변조 포맷 또는 프레임 구조에 따라 고유한 입력 신호의 주기적 특성을 인식하도록 동작할 수 있다. 이 주기적 특성은, 사인 캐리어, 주기적 펄스 트레인, 주기적 프리픽스(cyclic prefix) 및 프리앰블을 포함할 수 있다. 더욱 상세하게, 상기 정밀 검출 모듈(106)은 입력 신호의 이러한 주기적 특성을 인식하기 위한 하나 또는 그 이상의 상관 함수를 실행할 수 있다. 인식된 입력 신호는, IS-95, WCDMA, EDGE, GSM, Wi-Fi, Wi-MAX, Zigbee, Bluetooth, 디지털 TV(ATSC, DVB) 등을 포함하는 다양한 최근의 무선 표준에서 적용되는 다양한 정밀 신호 포맷(sophisticated signal format)을 포함할 수 있다.
본 발명의 일실시형태에 따르면, 정밀 검출 모듈(106)에서 실행되는 상관함수는 아날로그 자동 상관(Analof Auto-Correlation(AAC)) 함수일 수 있다. 상기 AAC 함수는 두 신호의 유사도(즉 상관) 크기를 도출할 수 있다. 즉, 동일함 파형 사이의 상관은 최대값을 생성한다. 그러나, 근본적인 원 데이터(underlying original data)가 무작위 값을 가지므로 데이터 변조된 파형은 무작위의 특성을 갖기 때문에, 주기적 신호 파형 및 데이터 변조 신호 파형 사이의 상관은 무시될 수 있다. 대신, 주어진 신호의 주기적 특성(예를 들어, 변조 포맷 또는 프레임 구조)은, 특정 신호 형식에 대한 표시(signature)로서 AAC 함수에 의해 사용될 수 있는 높은 상관을 갖는다. 정밀 검출 모듈(106)에서 AAC 함수에 의해 식별되는 특정 신호 형식은 간섭 효과를 경감하기 위해 신호 처리 모듈(126)으로 제공될 수 있다.
a. AAC 실행의 블록도
도 19는 본 발명의 일실시형태에 따른 AAC 함수를 이용한 정밀 검출 모듈(106)의 일례를 도시한 기능적 블록도이다. 특히, 상기 정말 검출 모듈(106)은 아날로그 지연 모듈(502), 아날로그 승산기(504), 아날로그 적분기(506), 및 비교기(508)을 포함한다. 정밀 검출 모듈(106)의 출력에서 제공되는 아날로그 상관값은 아날로그-디지털 변환기(118)에 의해 디지털화 될 수 있다. 본 발명의 일실시형태에 따르면, 상기 아날로그 디지털 변환기(118)는 저속 아날로그-디지털 변환기일 수 있다.
도 19의 정밀 검출 모듈(106)을 참조하면, 안테나(116)로부터의 입력 RF 신호(x(t))는 아날로그 지연 모듈(502)에 의해 소정 지연값(Td) 만큼 지연된다. 아날로그 지연 블록(502)에 의해 제공되는 상기 지연값(Td)는 기설정될 수 있으며, 각 주기적 신호 포맷에 대해 고유한 것일 수 있다. 예를 들어, IEEE802.11a-WLAN(OFDM) 신호는 제1 지연값(Td1)과 연관될 수 있고, 3G-셀룰러(WCDMA) 신호는 상기 제1 지연값(Td1)과 다른 제2 지연값(Td2)와 연관될 수 있다.
원 입력 신호(x(t))와 그에 대한 지연 신호(x(t-Td)) 사이의 아날로그 상관은, 상관 신호를 생성하기 위해 상기 아날로그 승산기(504)를 이용하여 상기 두 신호-원 입력 신호(x(t))와 그에 대한 지연 신호(x(t-Td))-를 승산하거나 결함함으로써 수행될 수 있다. 이어, 상관 신호는 상관값을 생성하기 위해 아날로그 적분기(506)을 이용하여 적분된다. 본 발명의 일실시형태에 따르면, 상기 아날로그 적분기(506)는 슬라이딩-윈도우 적분기(sliding-window integrator)일 수 있다. 상기 적분기(506)으로부터의 상관값이 소정의 임계값보다 더 큰 것으로 상기 비교 기(508)에 의해 결정되면, 원 입력 신호에 대한 특정 신호 형식이 MAC 모듈(124)의 스펙트럼 인식 모듈(120)에 의해 식별될 수 있다. 본 발명의 일실시형태에 따르면, 상기 임계값은 각 신호 형식에 대해 기설정될 수 있다. 이러한 신호 형식은 IS-95, WCDMA, EDGE, GSM, Wi-Fi, Wi-MAX, Zigbee, Bluetooth, 디지털 TV(ATSC, DVB) 등을 포함할 수 있다.
도 19에 도시된 AAC 실행의 일례는 아날로그 영역에서 모든 신호를 처리하므로, 실시간 작동뿐만 아니라 낮은 파워 소모를 가능하게 할 수 있다. 지연(Td) 및 그에 따른 입력신호의 상관을 적용함으로써, 임의의 알려진 기준 신호를 필요로 하지 않으면서 블라인드 검출(blind detection)이 가능하다. 이러한 블라인드 검출은, 기준 신호 복구를 위한 하드웨어 부담 및/또는 파워 소모를 현저하게 감소시킬 수 있다. 더욱이, 본 발명의 일실시형태에 따르면, 도 19의 AAC 실행은 전술한 MRSS와 결합하여 제공될 때 스펙트럼 검출 성능을 향상시킬 수 있다. 특히, MRSS 실행이 의심(suspicious) 간섭 신호의 수신을 검출하면, AAC 실행은 신호를 검사하고 그 표시(signature)에 기초하여 특정 신호 형식을 식별할 수 있다.
b. AAC 실행의 시뮬레이션
본 발명의 일실시형태에 따르면, 도 19의 AAC 실행은 다양한 신호 형식에 대해 시뮬레이션 될 수 있다. 예를 들어, IEEE802.11a-OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing) 신호는 프레임 구조의 시작에 항상 동기화된 프리앰블을 가질 수 있다. 본 발명의 일실시형태에 따라 AAC 실행을 이용하여 검출된 IEEE802.11a 입력 신호의 스펙트럼을 도시한 도 20a 및 도 20b에 나타난 바와 같이, 프리앰블(551)은 데이터 OFDM 심볼(552)에 이어 나타날 수 있다.
도 21a는 입력 IEEE802.11a 신호(x(t))를 도시하며, 도 21b는 지연된 IEEE802.11a 신호(x(t-Td))를 도시한다. 도 22는 승산기(504)의 출력에서 제공되는, 원 입력 신호(x(t))와 지연된 신호(x(t-Td)) 사이의 상관 파형을 도시한다. 도 22에 도시된 상관 파형은 프리앰블(551)에 대해 지속적인 양의 값(554)을 가질 수 있다. 도 23에 도시된 것과 같이, 적분기(506)의 결과는 IEEE802.11a 프레임 구조 내에서 프리앰블(551) 위치에 대해 피크(602, 604)를 가질 수 있다. 한편, 변조된 데이터 심볼(552)에 대한 상관은 무작위 값(556)을 갖는다. 이 무작위 값은 아날로그 적분기(506)에 의해 적분된 후 무시될 수 있다. 비교기(508)를 이용하여 기설정된 임계값(Vth)과 도 23에 도시된 결과 파형을 비교함으로써, 도 19의 AAC 실행은 IEEE802.11a-OFDM 신호의 수신을 결정할 수 있다.
도 19를 참조하여 기술된 AAC 실행은 다른 변형이 가능하다. 다른 실시형태에서, 임계값(vth)에 대한 비교가 비교기(508)에 의해 수행되기 이전에 적분기(506)의 출력은 아날로그-디지털 변환기(118)에 의해 디지털화 될 수 있다. 본 발명의 일실시형태에서 아날로그-디지털 변환기(118)는 비정밀 검출 모듈(104)와 정밀 검출 모듈(106) 사이에 공유될 수 있으나, 다른 실시형태에서는 비정밀 검출 모듈(104) 및 정밀 검출 모듈(106) 모두에 대해 분리된 아날로그-디지털 변환기가 제공될 수 있다. 유사하게, 정밀 검출 모듈(106)의 승산기(504) 및 적분기(506)는, 비정밀 검출 모듈(104) 내의 승산기(406) 및 적분기(408)과 동일하거나 구별되는 것일 수 있다. 당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형이 가능할 것이다.
C. 신호 처리 블록
도 1을 참조하면, 신호 처리 모듈(126)이 개시된다. 본 발명의 일실시형태에 따르면 상기 신호 처리 모듈(126)은 물리 계층 블록일 수 있다. 상기 신호 처리 모듈(126)은 하나 또는 그 이상의 변조 및 복조를 포함하는 기저대역 처리를 제공할 수 있다. 또한, 상기 신호 처리 모듈(126)은, 임의의 식별된 간섭자 신호에 기초하여 간섭 경감을 제공할 수 있다. 더하여, 신호 처리 모듈(126)은, 이용가능한 스펙트럼의 적어도 일부에 기초하여 송신기(110) 및/또는 수신기(112)를 포함하는 무선 프론트엔드를 재설정하도록 동작할 수 있다. 예를 들어, 신호 처리 블록은 송신기(110)에 대한 전송 파워 제어를 조정할 수 있으며, 특정 주파수 범위 내에서 동작하도록 수신기(112)에 대한 필터를 튜닝할 수 있다. 당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는, 필요 또는 요구에 따라 다른 기저대역 처리 기법이 신호 처리 모듈(126)에 의해 제공될 수 있음을 이미 알 수 있을 것이다.
D. 주파수 반응(frequency-agile) 무선 프론트 엔드
도 24는 본 발명의 일실시형태에 따른 주파수 반응 무선 프론트엔드(108)에 대한 구조의 일례를 도시한다. 특히, 무선 프론트엔드(108)의 수신부는 하나 또는 그 이상의 가변 필터(tunable filter)(702), 광대역 수신기(704), 및 하나 또는 그이상의 저역 통과 필터(706)을 포함할 수 있다. 본 발명의 일실시형태에 따르면, 상기 가변 필터(702)는 웨이블릿 생성기 및 승산기를 포함할 수 있다. 상기 광대역 수신기(704)는 하나 또는 그이상의 주파수 스테이지(frequency stage) 및 필요에 따라 하나 또는 그 이상의 다운컨버터(down converter)를 포함할 수 있다. 더하여, 무선 프론트엔드(108)의 송신부는, 하나 또는 그 이상의 저역 통과 필터(708), 광대역 송신기(710) 및 하나 또는 그 이상의 파워 증폭기(712)를 포함할 수 있다. 또한, 상기 광대역 송신기(710)는 하나 또는 그 이상의 주파수 스테이지 및 필요에 따라 하나 또는 그 이상의 업컨버터(upconverter)를 포함할 수 있다. 더하여, 상기 광대역 수신기(704) 및 광대역 송신기(710)는 가변 신호 생성기(tunable signal generator)(714)와 통신할 수 있다. 당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는, 상기 주파수 반응 프론트엔드(108)의 구성요소가 본 발명의 범위 내에서 변경될 수 있음을 알 수 있을 것이다.
도 1 및 2에 대해 기술된 바와 같이, MAC 모듈(124)은, 안전한(예를 들어, 점유되지 않거나 간섭이 없는) 인지 무선(100) 링크를 위해 이용가능한 스펙트럼을 할당하익 위해 스펙트럼 검출 모듈(102)로부터의 디지털화된 데이터(예를 들어, 아날로그-디지털 변환기(118)을 통해)를 처리한다. 더하여, MAC 모듈(124)은, 할당된 주파수에서 최적의 무선 링크를 위해 무선 프론트엔드(108)으로 재설정 제어 신호를 제공한다. 이어, 무선 프론트엔드(108)는 주파수 반응 동작(frequency agile operation)에 따라 동작 RF 주파수를 상응하는 주파수 값으로 변경한다. 더욱 상세 하게는, 가변 필터(702) 및 가변 신호 생성기(714) 중 하나 또는 둘 모두는 상응하는 주파수 영역 내에서 신호를 선택하기 위해 그 동작 주파수를 변경할 수 있다. 한편, MAC 모듈(124)의 제어 정보에 기초하여, 물리 신호 처리 모듈(126)은 적응형 변조 및 간섭 경감 기법을 이용하여 링크 성능을 향상시킬 수 있다.
전술한 설명 및 첨부 도면에 나타난 기술을 이용하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 명세서에 기재된 본 발명에 대한 다양한 변형 및 다른 실시형태를 고안할 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명은 개시된 특정 실시형태에 한정되는 것이 아니며, 변형 또는 다른 실시형태도 첨부된 특허청구범위의 범위 내에 포함되는 것으로 이해되어야 한다. 본 명세서에 사용된 특정 용어는 단지 일반적이고 기술적인 의미로 사용된 것이며 한정을 위한 것이 아니다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면 하드웨어 및 파워 소모를 최소화 하면서, 입력되는 무선 주파수(RF) 신호를 검사하여 주파수 사용을 결정할 수 있다.

Claims (22)

  1. 복수의 웨이블릿 펄스를 제공하는 웨이블릿 파형 생성기;
    상기 웨이블릿 펄스와 입력 신호를 결합하여 상관 신호를 생성하는 승산기;
    상기 상관 신호를 수신하며 상기 상관 신호를 적분하여 상관값을 결정하는 적분기; 및
    상기 적분기와 통신하며, 상기 상관값의 적어도 일부에 기초하여 이용가능한 스펙트럼 구간을 결정하는 스펙트럼 인식 모듈
    을 포함하는 RF 스펙트럼 검출 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 웨이블릿 펄스는 변조되는 것을 특징으로 하는 RF 스펙트럼 검출 시스템.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 복수의 변조된 웨이블릿 펄스는 사인 캐리어 신호 및 포락선 신호를 포함하며, 상기 포락선 신호는 상기 웨이블릿 펄스의 폭 및 형상의 적어도 일부를 결정하는 것을 특징으로 하는 RF 스펙트럼 검출 시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 웨이블릿 펄스에 관련된 캐리어 주파수, 폭 및 형상 중 적어도 하나는 재설정 되는 것을 특징으로 하는 RF 스펙트럼 검출 시스템.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 입력 신호를 증폭하는 드라이버 증폭기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 RF 스펙트럼 검출 시스템.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 상관값은 디지털화 되는 것을 특징으로 하는 RF 스펙트럼 검출 시스템.
  7. 제1항에 있어서, 상기 스펙트럼 인식 모듈은
    스펙트럼 사용 데이터베이스의 적어도 일부에 기초하여 이용가능한 스펙트럼을 결정하며, 상기 스펙트럼 사용 데이터베이스는 하나 또는 그 이상의 알려진 신호 형식에 관련된 정보를 포함하는 것을 특징으로 하는 RF 스펙트럼 검출 시스템.
  8. 복수의 웨이블릿 펄스를 생성하는 단계;
    상기 에이블릿 펄스와 입력 신호를 결합하여 상관 신호를 생성하는 단계;
    상기 상관신호를 적분하여 상관값을 연산하는 단계; 및
    상기 상관값의 적어도 일부에 기초하여 이용가능한 스펙트럼 구간을 결정하는 단계
    를 포함하는 RF 스펙트럼 사용을 결정하는 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 복수의 웨이블릿 펄스를 생성하는 단계는, 가우시안(Gaussian) 웨이블릿 펄스 및 해닝(Hanning) 웨이블릿 펄스 중 적어도 하나로부터 선택된 복수의 웨이블릿 펄스를 생성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 RF 스펙트럼 사용을 결정하는 방법.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 복수의 웨이블릿 펄스를 생성하는 단계는, 복수의 변조된 웨이블릿 펄스를 생성하는 단계를 포함하며, 상기 복수의 변조된 웨이블릿 펄스는 사인 캐리어 신호 및 포락선 신호를 포함하는 것을 특징으로 하는 RF 스펙트럼 사용을 결정하는 방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 포락선 신호는 상기 웨이블릿 펄스의 폭 및 형상의 적어도 일부를 결정하는 것을 특징으로 하는 RF 스펙트럼 사용을 결정하는 방법.
  12. 제8항에 있어서,
    상기 웨이블릿 펄스에 관련된 캐리어 주파수, 폭 및 형상 중 적어도 하나를 재설정하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 RF 스펙트럼 사용을 결정하는 방법.
  13. 제8항에 있어서,
    상기 상관 신호를 생성하는 단계는, 상기 웨이블릿 펄스와 상기 입력 신호를 승산하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 RF 스펙트럼 사용을 결정하는 방법.
  14. 제8항에 있어서,
    상기 상관 신호를 생성하는 단계는, 드라이버 증폭기에 의해 증폭된 입력 신호와 상기 에이브릿 펄스를 결합하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 RF 스펙트럼 사용을 결정하는 방법.
  15. 제8항에 있어서,
    상기 상관값을 디지털화 하는 단계를 더 포함하며, 상기 이용가능한 스펙트럼 구간을 결정하는 단계는 상기 디지털화된 상관값의 적어도 일부에 기초한 이용가능한 스펙트럼 구간을 결정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 RF 스펙트럼 사용을 결정하는 방법.
  16. 제8항에 있어서,
    상기 이용가능한 스펙트럼 구간을 결정하는 단계는, 상기 상관값 및 스펙트 럼 사용 데이터베이스의 적어도 일부에 기초하여 상기 이용가능한 스펙트럼을 결정하는 단계를 더 포함하며, 상기 스펙트럼 사용 데이터베이스는 하나 또는 그 이상의 알려진 신호 형식에 관련된 정보를 포함하는 것을 특징으로 하는 RF 스펙트럼 사용을 결정하는 방법.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 스펙트럼 사용 데이터베이스는 원격 스테이션으로부터 전송된 신호에 기초하여 업데이트 되는 것을 특징으로 하는 RF 스펙트럼 사용을 결정하는 방법.
  18. 입력 신호를 수신하는 안테나;
    복수의 웨이블릿 펄스를 제공하는 웨이블릿 생성기;
    상기 입력시호와 상기 웨이블릿 펄스를 결합하여 상관 신호를 생성하는 승산기; 및
    상기 상관 신호를 적분하여 상관값을 연산하는 적분기
    를 포함하는 RF 스펙트럼 검출 장치.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 웨이블릿 생성기는 국부 발진기 및 포락선 신호를 생성하기 위한 생성기를 포함하는 것을 특징으로 하는 RF 스펙트럼 검출 장치.
  20. 제19항에 있어서,
    상기 포락선 신호는 웨이브릿 펄스의 폭 및 형상을 결정하는 것을 특징으로 하는 RF 스펙트럼 검출 장치.
  21. 제18항에 있어서,
    상기 웨이블릿 생성가기는 I-Q 변조된 웨이블릿 펄스를 생성하도록 동작하는 것을 특징으로 하는 RF 스펙트럼 검출 장치.
  22. 제18항에 있어서,
    하나 또는 적어도 하나의 임계값보다 큰 상기 상관값은 스펙트럼 점유의 지시를 제공하도록 동작하는 것을 특징으로 하는 RF 스펙트럼 검출 장치.
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