KR20080007047A - 무선 인식 환경에서 숨겨진 인컴번트 시스템을 탐지하기위한 시그널링 방법 및 상기 방법에 채용되는 채널 분할방법 - Google Patents

무선 인식 환경에서 숨겨진 인컴번트 시스템을 탐지하기위한 시그널링 방법 및 상기 방법에 채용되는 채널 분할방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 무선 인지(Cognitive Radio; CR) 환경에서 CR 기지국 및 CR 단말기 간의 시그널링 방법 및 상기 시그널링 방법에 채용되는 채널 분할 방법에 관한 것이다. 본 발명에 따른 무선 인지(Cognitive Radio; CR) 환경의 CR 단말기에서 수행되는 시그널링 방법은, CR 기지국과 통신을 수행하는 소정의 채널에서 인컴번트(incumbent)의 채널 이용(channel usage)을 감지하는 단계; 상기 CR 기지국과의 통신을 위한 아웃밴드 채널을 센싱하는 단계; 상기 CR 기지국에서 선정된(predetermined) 주기(period)에 따라 상기 아웃밴드(outband) 채널로 브로드캐스트(broadcasting)되는 명시적 아웃밴드 신호(Explicit Outband Signal; EOS)를 수신하는 단계; 및 상기 채널에 대한 센싱 리포트 신호를 상기 CR 기지국으로 전송하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
IEEE 802.22, WRAN, 무선 인식, 인컴번트, 간섭

Description

무선 인식 환경에서 숨겨진 인컴번트 시스템을 탐지하기 위한 시그널링 방법 및 상기 방법에 채용되는 채널 분할 방법{SIGNALLING METHOD OF DETECTING HIDDEN INCUMBENT SYSTEM IN COGNITIVE RADIO ENVIRONMENT AND CHANNEL FRACTIONING METHOD USED TO ENABLE THE METHOD}
도 1은 본 발명이 적용되는 무선 인지 환경에서 숨겨진 인컴번트 시스템을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 CR 기지국이 명시적 아웃밴드 신호를 전송하는 과정을 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 CR 기지국이 명시적 아웃밴드 신호를 순차적으로 브로드캐스트하고 이를 CR 단말기가 수신하는 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 4a는 본 발명에 따른 명시적 아웃밴드 신호가 포함되는 프레임 구조의 일례를 도시한 도면이다.
도 4b는 본 발명의 일실시예에 따라 CR 기지국과 하나 이상의 CR 단말기 간에 전송되는 센싱 리포트 신호와 수신 확인 신호의 전송 방식을 설명하는 도면이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따라 인접한(adjacent) 하나 이상의 CR 기지국 이 복수 개의 송신기를 이용하여 CR 단말기로 명시적 아웃밴드 신호를 브로드캐스트하는 방식을 설명하는 도면이다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따라 인접한 하나 이상의 CR 기지국이 하나의 송신기를 이용하여 CR 단말기로 명시적 아웃밴드 신호를 브로드캐스트하는 방식을 설명하는 도면이다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따라 하나의 가용 채널에 대해 명시적 아웃밴드 신호가 전송되는 영역 및 데이터 전송을 위한 영역으로 분할한 채널 구조를 도시한 도면이다.
도 8은 CR 기지국이 본 발명에 따른 채널 분할 방법을 이용하여 인컴번트 시스템을 탐지하고, CR 단말기에게 새로운 채널을 할당하는 방법을 도시한 흐름도이다.
도 9는 본 발명에 다른 채널 분할 방법이 적용된 무선 인지 환경에서 CR 단말기의 동작 방법의 일례를 도시한 흐름도이다.
본 발명은 무선 인지(Cognitive Radio; CR) 환경에서 CR 기지국 및 CR 단말기 간의 시그널링 방법 및 상기 시그널링 방법에 채용되는 채널 분할 방법에 관한 것이다. 더욱 상세하게는, 본 발명은 무선 인지 환경에서 CR 기지국이 인컴번트(incumbent) 시스템의 존재를 알 수 없는 경우, 인컴번트 시스템의 간섭으로 인 해 CR 단말기와 CR 기지국 간의 통신 장애는 물론 인컴번트 시스템의 사용자에게 미치는 간섭을 해결하기 위한 CR 기지국과 CR 단말기 간의 시그널링 방법 및 상기 시그널링 방법에 채용되는 채널 분할 방법에 관한 것이다.
무선 인식(CR) 기술은 주변 환경에 따라 운영 중인 시스템이 이용하는 주파수 사용 대역을 조정하는 것으로 주파수 감지(frequency detection)와 동적인 주파수 변경, 허가된 시스템에 대한 간섭 회피(Detection And Avoidance; DAA)와 공존, 동일 CR 시스템과의 간섭 회피와 공존 등 주파수를 지능적으로 사용할 수 있는 정책과 기술 방법론을 포함한다. 주파수 자원의 공용을 통해 한정된 주파수 자원을 효율적으로 사용할 수 있도록 하기 위해, 기존의 허가된 무선 통신 시스템에 대해서는 새로운 기술적 요구를 하지 않지만 CR 기술을 사용하는 통신 시스템은 자원의 감지 능력, 인지 능력, 적응성을 가지고 있어야 한다.
IEEE 802.22 WRAN(Wireless Regional Area Network) 작업 그룹(Working Group; WG)은 CR 기술을 기반으로 비인가 시스템이 TV 방송 서비스에 할당된 스펙트럼을 사용할 수 있는 PHY 및 MAC 계층 인터페이스에 대한 표준을 제정 중이다. IEEE 802.22의 MAC 프로토콜은 인컴번트(incumbent) 시스템과의 공존을 목적으로 TV 브로드캐스트, 무선 마이크로폰 등의 기존 서비스에 미치는 간섭(interference)을 피하기 위해서, 인컴번트 시스템이 이용하는 스펙트럼의 사용을 감지하는 경우 CR 기지국(base station)이 동적으로 CR 단말기의 전력 또는 현재 이용 중인 채널을 변경하도록 한다.
이하 도 1을 참조하여 무선 인지(CR) 환경에서 숨겨진 인컴번트 시스템의 일 례를 설명한다.
도 1은 본 발명이 적용되는 무선 인지 환경에서 숨겨진 인컴번트 시스템을 설명하기 위한 도면이다. CR 기지국(100)은 채널 X를 이용하여 CR 단말기(101,102,103)에게 서비스를 제공하고 있다. 이 경우 인접 부근에서 인컴번트 시스템(104)이 채널 X 를 이용하여 인컴번트 단말기(106,107)로 서비스를 시작할 수 있다. 도 1에 도시된 인컴번트 시스템(104)는 공중파 TV 시스템으로 예시되어 있다. 일반적인 인컴번트 시스템(104)의 경우 서비스를 제공하는 시간 스케쥴(schedule)이 정해져 있으나, 긴급 방송 등의 경우와 같이 스케쥴링되지 않은 시간 대에 통신 서비스를 제공하는 경우가 발생할 수 있다. 이 경우, CR 기지국(100)은 인컴번트 시스템(104)의 신호 범위를 벗어난 영역에 존재하기 때문에 인컴번트 시스템(104)의 존재를 알 수 없다. 따라서 CR 기지국(100)은 계속해서 채널 X를 이용하여 CR 단말기(101,102,103)에게 서비스를 제공하고, CR 기지국(100)과 인컴번트 시스템(104)의 신호가 중첩된 영역 내에 존재하는 인컴번트 단말기(107)는 CR 기지국(100)으로 인해 간섭(interference)을 받게 된다. 또한, 중첩된 영역 내에 있는 CR 단말기(102)는 인컴번트 시스템(104)의 강한(strong) 신호로 인해 CR 기지국(100)으로 인컴번트 시스템(104)의 채널 점유 상황을 알릴 수 없게 된다. 이러한 상황에서 CR　기지국(100)이 인컴번트 시스템(104)을 인지할 수 없게 되는데, 이러한 인컴번트 시스템(104)을 숨겨진(hidden) 인컴번트 시스템이라고 한다.
도 1에 도시된 예와 같이, CR 기지국(100)이 인컴번트 시스템(104)이 사용 중인 채널로 CR 단말기(101,102,103)에게 서비스 하는 것을 중지하기 위해서 CR 단말기(101,102,103)가 CR 기지국(100)으로 자신이 센싱(sensing)한 채널 정보와 간섭을 받고 있는 채널에 대한 정보를 전송하는 방법이 요구된다.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 무선 인지(CR) 환경에서 CR 기지국이 현재 서비스하고 있는 채널을 이용하는 숨겨진 인컴번트 시스템을 알 수 있도록 하는 것을 그 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 CR 기지국이 숨겨진 인컴번트 시스템을 알 수 있도록 하고 이를 통해 탐지 및 회피(DAA)가 신속하게 수행될 수 있도록 함으로써, 무선 인지(CR) 환경에서 인컴번트 시스템에 주는 영향을 최소화하는 것을 그 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 무선 인지 환경에서 인컴번트 시스템을 탐지한 CR단말기가 CR 기지국으로 전송한 센싱 리포트 신호에 대해 CR 기지국에서 확인 응답을 수행하도록 함으로써, CR 단말기가 센싱 리포트 신호를 재전송하는 횟수를 최소화하는 것을 그 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 인접한 둘 이상의 CR 기지국에서 명시적 아웃밴드 신호(Explicit Outband Signal; EOS)를 브로드캐스트하는 경우 발생할 수 있는 충돌(collision)을 최소화하되, 특히 둘 이상의 CR 기지국 간에 스케쥴링 데이터를 전송할 수 없는 경우, 즉 인접 CR 기지국 간에 통신이 불가능한 경우에도 EOS의 충돌을 최소화할 수 있도록 하는 것을 그 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 하나의 채널에서 EOS 전송 대역과 데이터 전송 대역을 분할하는 채널 분할 방법을 통해 채널의 대역폭 효율을 극대화하는 것을 그 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 CR 기지국이 EOS를 브로드캐스트하는 경우, 해당 채널을 사용하는 다른 시스템이 감지되면 해당 채널로의 EOS 전송을 중지하고 다른 채널로 EOS를 전송하는 방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 데이터 전송을 위한 채널을 찾는 CR 단말기가 채널 내 전체 대역을 사용할 수 있는 채널을 찾지 못했을 경우 채널 분할을 이용하여 데이터 통신을 수행할 수 있도록 하는 것을 그 목적으로 한다.
상술한 종래 기술의 문제점을 해결하고 상술한 본 발명의 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따른 무선 인지(Cognitive Radio; CR) 환경의 CR 단말기에서 수행되는 시그널링 방법은, CR 기지국과 통신을 수행하는 소정의 채널에서 인컴번트(incumbent)의 채널 이용(channel usage)을 감지하는 단계; 상기 CR 기지국과의 통신을 위한 아웃밴드 채널을 센싱하는 단계; 상기 CR 기지국에서 선정된(predetermined) 주기(period)에 따라 상기 아웃밴드(outband) 채널로 브로드캐스트(broadcasting)되는 명시적 아웃밴드 신호(Explicit Outband Signal; EOS)를 수신하는 단계; 및 상기 채널에 대한 센싱 리포트 신호를 상기 CR 기지국으로 전송하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 또 다른 특징에 따른 무선 인지 환경에서 CR 기지국 및 하 나 이상의 CR 단말기 간에 수행되는 시그널링 방법은, CR 기지국에서 하나 이상의 아웃밴드 채널을 통해 명시적 아웃밴드 신호(EOS)를 상기 CR 단말기로 브로드캐스트하는 단계; 상기 아웃밴드 채널에 대한 다른 시스템의 채널 점유를 탐지하는 단계; 상기 다른 시스템이 인컴번트 시스템인지 판단하는 단계; 및 상기 다른 시스템이 인컴번트 시스템인 경우 상기 EOS 브로드캐스트를 중지하고, 가용 채널을 탐색하여 상기 아웃밴드 채널을 상기 탐색된 가용 채널로 변경하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 명세서는 무선 인지(CR) 환경, 특히 IEEE 802.22 WRAN WG에서 표준화 작업이 진행되고 있는 무선 인지 기술을 중심으로 설명하고 있지만, 이는 본 발명이 적용될 수 있는 분야를 설명하기 위한 예일 뿐, 본 발명의 범위가 이에 제한되는 것은 아니다.
본 명세서에서 사용되는 용어를 간단히 정의하면 아래와 같다.
(1) CR 기지국: 무선 인지 환경에서 통신 서비스를 제공하는 기지국(base station).
(2) CR 단말기: CR 기지국으로부터 통신 서비스를 제공 받는 단말기.
(3) 인컴번트(incumbent) 시스템: 해당 채널을 점유하여 서비스하고 있는 시스템으로서 CR 환경에서 동작하는 시스템에 비해 해당 채널에 대한 우선 순위를 가진 시스템.
(4) 인컴번트 단말기: 인컴번트 시스템의 서비스를 제공 받는 단말기.
(5) 아웃밴드 채널(Outband Channel): 인컴번트 시스템 또는 CR 시스템이 사 용하고 있지 아니한 채널.
(6) 숨겨진(hidden) 인컴번트 시스템: CR 기지국이 인컴번트 시스템의 등장을 모르는 상황에서 CR 사용자에게 간섭을 주는 인컴번트 시스템.
이하 본 발명의 바람직한 실시예의 상세한 설명이 첨부된 도면들을 참조하여 설명한다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 CR 기지국이 명시적 아웃밴드 신호를 전송하는 과정을 도시한 도면이다.
도 2를 참조하면, CR 기지국은 인컴번트 시스템이 사용하고 있는 채널 4(204)를 제외한, 채널 5(202) 및 채널 6(203)과 같은 아웃밴드 채널을 이용하여 선정된(predetermined) 주기에 따라 사용 중인 채널1(200) 및 채널3(201)에 대한 정보(EOS)를 브로드캐스트(206, 207)한다. 이 상황에서, 숨겨진 인컴번트 시스템이 채널 3(201)을 이용하는 경우에는, 채널 3(201)을 이용하던 CR 단말기는 숨겨진 인컴번트 시스템으로 인한 간섭으로 CR 기지국으로부터 전송되는 하향링크(downlink) 신호를 수신할 수 없게 되고(205), CR 단말기는 CR 기지국과 통신하기 위해서 다른 가용 채널을 센싱(sensing)한다. 해당 CR 단말기는 다른 채널을 센싱하는 도중에 아웃밴드 신호를 받으면(207) 해당 채널을 사용할 수 있음을 인지하고 상기 채널의 상향링크(uplink)로 인컴번트 시스템이 채널 3(201)을 이용하고 있음을 알린다(208).
상기 EOS의 프레임 구조는 종래의 물리계층(PHY)와 MAC 계층의 프레임 구조를 따를 수 있는데, 이는 CR 단말기에 특별히 설계된 프로토콜 또는 물리계층(PHY) 모듈을 요구하지 않아도 브로드캐스트 되는 EOS를 검출할 수 있도록 하기 위함이다. CR 기지국은 이러한 숨겨진 인컴번트 시스템이 갑자기 CR 단말기가 사용하는 채널을 점유하는 상황을 대비하기 위해, 데이터 서비스에 이용되는 채널을 제외한 다른 가용 채널로 선정된 주기에 따라 EOS를 브로드캐스트하고, CR 단말기는 상기 선정된 주기(아웃밴드 시그널링 주기)에 따라서 CR 기지국의 신호를 검출할 수 있다. 이러한 아웃밴드 시그널링 주기는 인컴번트 시스템의 요구 검출 시간(requisite detection time)에 따라서 결정될 수 있는데, 요구 검출 시간은 인컴번트 시스템이 갑자기 CR 단말기가 사용 중인 채널을 이용하는 경우 인컴번트 시스템에 간섭을 일으키지 않으면서 CR 단말기가 다른 채널로 이동하는데 요구되는 시간 정보로 정의될 수 있다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 CR 기지국이 명시적 아웃밴드 신호를 순차적으로 브로드캐스트하고 이를 CR 단말기가 수신하는 과정을 설명하기 위한 도면이다. 도 3을 참조하면, CR 기지국이 이용 가능한 아웃밴드 채널 A(301), B(302), C(303), D(304)로 선정된(predetermined) 아웃밴드 시그널링 주기(305) 내에서 순차적으로(sequentially) 명시적 아웃밴드 신호(EOS)를 브로드캐스트한다. 인컴번트 시스템의 간섭 등을 이유로, CR 단말기가 CR 기지국이 서비스하는 채널 X의 신호를 수신할 수 없는 경우, CR 단말기는 CR 기지국의 신호를 검출하기 위해서 다른 채널을 센싱한다. CR 단말기가 채널을 센싱하는 도중에 채널 A를 통해 브로드캐스트된 EOS를 수신하지 못했지만(도면부호 306), 채널 B에서 CR 기지국의 EOS를 검출하면(도면부호 307) 해당 EOS가 담고 있는 현재 서비스하는 채널 식별자(ID)를 인 식할 수 있다. 또한 CR 단말기는 사용하던 채널 X가 인컴번트 시스템의 채널 점유로 인해 CR 기지국과의 통신이 불가능한 상황인 경우, 이러한 인컴번트 시스템의 채널 점유를 CR 기지국에 리포트한다. 상기 리포트를 위해 CR 단말기는 아웃밴드 브로드캐스트 신호의 상향링크(uplink) 자원(resource)을 이용하여 상기 리포트 정보를 담은 센싱 리포트 신호를 CR 기지국으로 전송한다. 이로 인해 CR 기지국은 숨겨진(hidden) 인컴번트 시스템의 채널 점유를 알 수 있게 되고, 현재 서비스 중인 채널X를 다른 이용 가능한 채널로 변경한다.
도 4a는 본 발명에 따른 명시적 아웃밴드 신호(EOS)가 포함되는 아웃밴드 브로드캐스트 신호의 프레임 구조의 일례를 도시한 도면이다. 도 4a를 참조하면, 아웃밴드 브로드캐스트 신호는 상술한 바와 같이 종래 널리 이용되고 있는 직교 주파수 분할 다중 접속(Orthogonal Frequency Division Multiple Access; OFDMA)의 프레임 구조를 가질 수 있다. OFDMA 프레임은 슈퍼프레임 체크 헤더(Superframe Control Header; SCH)(400), 프레임 체크 헤더(Frame Check Header; FCH)(401), 하나의 OFDMA 프레임 내에서 사용자 별 하향링크의 자원 할당 부분을 나타내는 하향링크 맵(DL-MAP)(402), 하나의 OFDMA 프레임 내에서 사용자 별 상향링크 자원 할당 부분을 나타내는 상향링크 맵(Up-Link MAP)(403), 사용자 별로 수신되는 실제 데이터를 담고 있는 하향링크 버스트(Down-Link Burst)(404), 사용자 별로 실제 데이터를 송신하는 상향링크 버스트(Up-Link Burst)(405)로 구성된다.
도 4a에 도시된 아웃밴드 브로드캐스트 신호의 구조는 CR 기지국과 CR 단말기가 실제 서비스를 위해 전송하는 물리계층(PHY)과 MAC 계층의 프레임 구조와 동 일하다. 특히, SCH(401)에는 전송되는 프레임이 실제 데이터 전송을 위한 MAC 프레임인지, 아웃밴드 브로드캐스트를 위한 MAC 프레임인지를 나타내는 비트 정보를 할당한다. DL-Burst(405)에는 현재 이용 중인 서비스 채널과 이용 가능한 서비스 채널에 대한 정보가 포함된다. CR 기지국의 신호를 수신할 수 없어서 다른 채널의 센싱을 시도한 CR 단말기가 아웃밴드 브로드캐스트 신호를 검출한 경우, CR 단말기는 UL-Burst(406)을 이용하여 CR 기지국으로 센싱 리포트 신호를 전송한다. 상기 센싱 리포트 신호는 현재 서비스 채널을 통해서는 통신이 불가능하다는 정보가 포함될 수 있고, CR 단말기에서 인컴번트 시스템의 신호를 검출할 수 있는 경우에는 상기 서비스 채널이 인컴번트 시스템에 의해서 사용 중이라는 정보를 더 포함할 수 있다. 또한 CR 단말기에서 측정된 채널에 대한 다양한 정보를 추가적으로 포함할 수 있다.
도 4a에 도시된 것과 같이, 선정된 아웃밴드 시그널링 주기(413)에 따라 소정의 아웃밴드 브로드캐스트 시그널링 전송 시간(412) 내에 k개의 프레임이 전송될 수 있고, 각 프레임은 프레임 전송시간(411)을 갖는다. K 개의 프레임을 전송하는 기술적 의미에 대해서는 후술한다.
도 4b는 본 발명의 일실시예에 따라 CR 기지국과 하나 이상의 CR 단말기 간에 전송되는 센싱 리포트 신호와 수신 확인 신호의 전송 방식을 설명하는 도면이다. 하나의 CR 시스템 내에 4개의 CR 단말기(CR CRE 1 내지 4)가 위치하고 CR 기지국은 CR 단말기로 첫 번째 아웃밴드 브로드캐스트 신호를 전송한다. CR 단말기(CR CRE 2 및 3)은 첫 번째 아웃밴드 브로드캐스트 신호를 수신하여 현재 서비스 중인 채널이 인컴번트 시스템에 의해 사용 중임을 상향링크를 통해 CR 기지국에 보고한다. 두 번째 아웃밴드 브로드캐스트 신호를 수신한 CR 단말기(CR CRE 1 및 4) 또한 현재 서비스 중인 채널이 인컴번트 시스템에 의해 사용 중임을 상향링크를 통해 CR 기지국에 보고한다. 첫 번째 아웃밴드 브로드캐스트 신호의 상향 링크를 통해 CR 단말기(CR CRE 2)의 센싱 리포트 신호를 수신한 CR 기지국은 이에 대한 수신 확인 신호(CRE2 ACK)를 두 번째 아웃밴드 브로드캐스트 신호의 하향 링크를 통해 전송하고, 상기 수신 확인 신호(CRE2 ACK)를 수신한 CR 단말기(CR CRE2)는 더 이상 센싱 리포트 신호를 전송하지 않고 현재 서비스 중인 채널을 다른 채널로 변경한다. CR 단말기(CR CRE3)은 자신이 전송한 센싱 리포트 신호에 대한 수신 확인 신호가 아니므로, 다시 두 번째 아웃밴드 브로드캐스트 신호의 상향 링크를 통해 상기 센싱 리포트 신호를 재전송(re-report) 한다. 세 번째 아웃밴드 브로드캐스트 신호의 하향 링크를 통해 전송된 수신 확인 신호(CRE3 ACK)(451)를 수신한 CR 단말기(CR CRE 3)는 CR 단말기(CR CRE2)와 동일하게 다른 채널로 채널 변경을 수행하고, 두 번째 프레임의 상향 링크를 통해 센싱 리포트 신호를 전송한 CR 단말기(CR CRE 1 및 4)는 상술한 CR 단말기(CR CRE 2 및 3)과 동일한 재전송 동작을 수행한다(452 및 453). 네 번째 아웃밴드 브로드캐스트 신호를 수신한 CR 단말기(CR CRE 1)는 상향 링크를 통해 전송된 수신 확인 신호(CRE4 ACK)(454)가 자신이 전송한 센싱 리포트 신호(453)에 대한 ACK가 아니므로 다시 센싱 리포트 신호(455)를 재전송한다. 이러한 방법으로 CR 기지국의 수신 확인 신호(ACK) 전송을 통한 센싱 리포트 신호의 전송/재전송 이 수행된다.
통상 CR 기지국은 어떠한 CR 단말기가 센싱 리포트 신호를 전송할 것인지 미리 알 수 없고, 이로 인해 센싱 리포트 신호를 전송하는 CR 단말기에게 상향링크를 미리 할당할 수 없다. 따라서, 둘 이상의 CR 기지국이 숨겨진 인컴번트 시스템에 대한 리포트 정보를 포함하는 센싱 리포트 신호를 CR 기지국으로 전송하는 경우 충돌(collision)이 발생할 수 있다. 이러한 충돌을 최소화하여 CR 기지국의 센싱 리포트 신호 수신율을 높이기 위해서, 도 4a에 도시된 것과 같이 아웃밴드 시그널링 주기(413) 동안에 최대 k개의 프레임을 아웃밴드 브로드캐스트 전송시간(412)동안 송수신한다. 프레임의 SCH(401)에 k의 정보를 담아 아웃밴드 브로드캐스트 신호를 전송하고 다음 번 하향링크에는 CR 기지국이 수신에 성공한 센싱 리포트 신호에 대한 수신 확인 신호를 전송함으로써, 그 다음 번 상향링크를 통해서는 수신하지 못한 센싱 리포트 신호만 재전송하도록 한다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따라 인접한(adjacent) 하나 이상의 CR 기지국이 복수 개의 송신기를 이용하여 CR 단말기로 명시적 아웃밴드 신호를 브로드캐스트하는 방식을 설명하는 도면이다. 도 5에는 인접하는 둘 이상의 CR 기지국이 아웃밴드 브로드캐스트 신호를 전송할 때 발생할 수 있는 충돌을 회피하기 위해 복수 개의 통신 송신기를 이용하여 EOS를 전송하는 방식의 일례가 도시되어 있다.
인접한(adjacent) 둘 이상의 CR 기지국이 다수의 명시적 아웃밴드 신호(EOS) 전송 시 전송된 EOS 간에 충돌이 발생할 수 있다. 이 경우 각각의 CR 기지국은 서로 EOS 브로드캐스트에 대한 아웃밴드 시그널링 스케쥴링 데이터를 주고 받아 서로 다른 시간에 EOS를 전송하면 상기 충돌을 피할 수 있다. 다만, 인접한 둘 이상의 CR 기지국이 상호 통신이 불가능한 상황에 처한 경우, 이러한 스케쥴링 데이터를 서로 주고 받을 수 없게 되므로 EOS 충돌이 불가피하다는 문제가 발생한다. 이러한 경우에는 인접한 둘 이상의 CR 기지국 간에 충돌을 피하기 위해서 미리 정의된(predetermined) 아웃밴드 시그널링 주기(500) 내에서 임의의 타임 슬롯(time slot)을 선택하여 아웃밴드 브로드캐스트 시그널링 전송시간 동안 EOS를 전송한다. 하나의 아웃밴드 브로드캐스트 신호 주기(500) 내에서 CR 기지국 1 및 2가 하나 이상의 채널(채널 A 내지 C)을 통해 전송하는 아웃밴드 브로드캐스트 신호를 CR 기지국 1 또는 2에 포함된 복수 개의 송신기를 이용하여 동시에 모든 아웃밴드 채널(채널 A 내지 C)로 아웃밴드 브로드캐스트 신호를 전송한다(501 내지 504). CR 기지국 1 및 2는 아웃밴드 시그널링 주기(500) 마다 타임 슬롯을 랜덤(random)하게 선택하고, 선택된 타입 슬롯에서 모든 아웃밴드 채널로 EOS를 동시에 전송하는 것이 가능하다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따라 인접한 하나 이상의 CR 기지국이 하나의 송신기를 이용하여 CR 단말기로 명시적 아웃밴드 신호를 브로드캐스트하는 방식을 설명하는 도면이다. 도 6에는 인접하는 둘 이상의 CR 기지국이 아웃밴드 브로드캐스트 신호를 전송할 때 발생할 수 있는 충돌을 회피하기 위해 하나의 통신 송신기를 이용하여 EOS를 전송하는 방식의 일례가 도시되어 있다.
도 5에서 설명한 것과 유사하게, 인접한 둘 이상의 CR 기지국 간에 충돌을 피하기 위해서, 미리 정의된(predetermined) 아웃밴드 시그널링 주기(600) 내에서 한 개의 통신 송신기를 이용하여 채널 별로 다른 타임 슬롯을 선택하여 순차적으로 EOS를 전송한다(601, 602). 상기 EOS는 아웃밴드 브로드캐스트 시그널링 전송시간 동안 전송된다. CR기지국 1 및 2는 다음 번 아웃밴드 시그널링 주기에 채널을 랜덤하게 선택하여 타임 슬롯 마다 하나의 채널에 대한 EOS를 전송한다(603, 604).
도 7은 본 발명의 일실시예에 따라 하나의 가용 채널에 대해 명시적 아웃밴드 신호가 전송되는 영역 및 데이터 전송을 위한 영역으로 분할한 채널 구조를 도시한 도면이다. 도 7을 참조하면, 전체 채널의 가용 대역 중 미리 정의된(predetermined) 일부의 대역 위치와 대역폭만을 사용하여 아웃밴드 채널로 CR 단말기로 EOS를 전송하고, 나머지 채널 자원은 데이터 전송에 이용할 수 있는 채널 분할 방식이 도시되어 있다.
CR 기지국이 아웃밴드 채널X(700)를 통해 EOS를 전송하는 경우 사용하는 주파수 대역(701)이 있고, 그 채널의 나머지 부분(702)을 다른 CR 단말기가 데이터 전송에 사용할 수 있다. CR 기지국은 EOS를 전송할 때 상대적으로 작은 대역폭(704)을 갖는 EOS 주파수 대역(701)만을 사용하고, 동일 채널 내의 간섭을 방지하기 위한 가드 밴드(703)를 두며, 나머지 채널 부분(702)을 다른 CR 단말기에서 데이터 전송에 이용함으로써, 채널 자원의 이용 효율을 높일 수 있다. CR 기지국은 채널의 일부분(701)을 EOS를 전송할 수 있는 주파수 대역으로 미리 정의하고, 이 부분에만 아웃밴드 시그널링을 사용할 수 있도록 한다.
도 8은 CR 기지국이 본 발명에 따른 채널 분할 방법을 이용하여 인컴번트 시스템을 탐지하고, CR 단말기에게 새로운 채널을 할당하는 방법을 도시한 흐름도이다. 도 8을 참조하면, 본 발명에 따른 CR 기지국이 EOS를 브로드캐스트하는 채널 에 대해 인컴번트 시스템의 채널 점유를 감지하거나 CR 단말기로부터 인컴번트 시스템의 채널 점유를 리포트 받은 경우, 해당 채널을 통한 EOS 브로드캐스트를 중지하고 다른 가용 채널을 탐색하여 EOS를 브로드캐스트하는 절차가 도시되어 있다.
우선, 도 7을 참조하여 설명한 것과 같이, CR 기지국은 채널 X의 EOS 주파수 대역을 통해 EOS를 브로드캐스트한다(단계 800). 상기 채널 X에 대해 다른 시스템의 채널 점유를 탐지하거나 CR 단말기로부터 인컴번트 시스템의 채널 점유를 리포트 받았는지 여부를 판단한다(단계 801). 단계 801에서, 상기 채널 X에 대해 다른 시스템의 채널 점유를 탐지하거나CR 단말기로부터 인컴번트 시스템의 채널 점유를 리포트 받은 경우에는 상기 다른 시스템이 인컴번트 시스템인지 여부를 다시 판단한다(단계 802).
무선 인지(CR) 환경에서 인컴번트 시스템은 해당 CR 채널 리소스 이용에 대해 가장 높은 우선순위를 가지므로, 상기 채널 X에 대한 다른 시스템의 채널 점유가 인컴번트 시스템에 의한 것인 경우 CR 기지국은 채널 X를 통한 EOS 전송을 바로 중단하여 인컴번트 시스템에 간섭을 초래하지 않도록 하여야 한다. 따라서, 단계 802에서 다른 시스템이 인컴번트 시스템인지 여부를 판단하고, 인컴번트 시스템인 경우라면 채널 X를 통한 EOS 전송을 바로 중지하며, 상기 다른 시스템이 인컴번트 시스템이 아니라면 다른 가용 채널을 찾을 때까지 EOS를 채널 X의 EOS 주파수 대역을 통해 전송할 수 있다. 단계 802는 물리계층(PHY)에서 수행되는 채널 센싱을 통해 수행될 수 있는데, PHY에서 수행되는 채널 센싱 방법은 크게 (1) 에너지 디텍션(energy detection)과 (2) fine/feature 센싱의 두 단계로 구성된다. 또한, 스 펙트럴 코릴레이션 센싱(spectral correlation sensing) 방식도 상기 다른 시스템이 인컴번트 시스템인지 여부를 판단하는데 이용될 수 있다. 상술한 (1) 에너지 디텍션은 다른 시스템으로부터 전송된 신호의 RSSI(Received Signal Strength Indicator) 측정과 멀티 레졸루션(multi resolution) 스펙트럼 센싱 방식을 이용할 수 있고, (2) fine/feature 센싱은 fine energy-based 디텍션, 신호 feature 디텍션, cyclostationary feature 디텍션 등을 이용할 수 있다. PHY를 통해 수행된 상기 채널 센싱을 통해 MAC 계층에서는 상기 다른 시스템이 인컴번트 시스템인지 여부를 판단할 수 있다.
단계 802의 판단 결과, 상기 다른 시스템이 인컴번트 시스템인 경우, CR 기지국은 채널 X로의 EOS 브로드캐스트를 중지하고(단계 803), 다른 가용 채널을 탐색하며(804), 가용 채널이 탐색되었는지 판단하여(단계 805) 가용 채널이 탐색된 경우에는 채널 X를 새로운 가용 채널로 변경한다(단계 809). 단계 802의 판단 결과, 상기 다른 시스템이 인컴번트 시스템이 아닌 경우, 일례로 다른 CR 시스템이 상기 채널 X의 데이터 전송 주파수 대역을 이용하고 있는 경우에는 다른 가용 채널을 탐색하고(806), 가용 채널이 탐색되었는지 판단하여(단계 807) 가용 채널이 탐색된 경우에는 채널 X를 통해 전송되는 EOS 브로드캐스드를 중지한 후(단계 808) 채널 X를 새로운 가용 채널로 변경한다(단계 809).
도 9는 본 발명에 다른 채널 분할 방법이 적용된 무선 인지 환경에서 CR 단말기의 동작 방법의 일례를 도시한 흐름도이다. 도 9를 참조하면, 데이터 전송을 위해 가용 채널을 탐색하는 CR 기지국이 전체 대역이 사용 가능한 채널을 찾지 못 했을 경우, 다른 CR 기지국에 의해 도 7을 참조하여 설명한 EOS 주파수 대역만 사용되고 있는 채널을 탐색하여 나머지 대역을 데이터 전송 주파수 대역으로 이용하고, 이후 해당 채널의 EOS 주파수 대역이 사용 가능한 경우 전체 대역을 사용하여 데이터 송수신을 수행하는 방법이 도시되어 있다.
CR 기지국은 데이터 전송을 위해 이용할 수 있는 채널을 찾는다(단계 900). 탐색된 채널 중 가용 주파수 대역이 상기 채널의 전체 대역인지 여부를 판단하고(단계 901), 탐색된 채널을 전부 다 사용할 수 있는 경우에는 해당 채널을 사용한다(단계 902). 단계 901의 판단 결과, 채널 전부를 사용할 수 없는 경우, 일례로 전체 채널에서 아웃밴드 브로드캐스트 시그널링 전송시간 동안 사용하는 대역(BWEOS)을 뺀 나머지 채널만 사용하는 것이 가능한 경우에는 해당 채널에서 데이터 전송을 위해 남겨진 데이터 전송 주파수 대역(전체 채널의 대역폭이 6MHz인 경우 6- BWEOS )을 사용한다(단계 904). 이후 해당 채널의 아웃밴드 브로드캐스트 전송 시간 동안 사용하는 대역(BWEOS)이 사용 가능한지 여부를 판단하고(단계 905), 사용 가능한 경우에는 해당 채널의 전체 대역을 사용하여 데이터를 송수신한다(단계 906).
이상과 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.
또한, 본 명세서에는 본 발명의 특징을 IEEE 802.22 WRAN WG에서 논의되는 무선 인지 기술을 중심으로 설명하였지만, 본 발명은 IEEE 802.22 WRAN 이외의 방식을 채택하는 전체적인 무선 인지 환경에서도 널리 적용될 수 있다.
본 발명에 따르면, 무선 인지 기술에서 인컴번트 시스템의 채널 점유를 CR 기지국이 인식하지 못하는 경우에도 CR 기지국으로 인해 인컴번트 단말기에 미치는 간섭을 최소화 할 수 있고, 인컴번트 시스템의 간섭 때문에 통신이 불가능한 CR 단말기가 시암리스한 통신 서비스를 제공 받을 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, CR 기지국이 CR 단말기로 명시적 아웃밴드 신호를 브로드캐스트할 때 센싱 리포트 신호를 성공적으로 수신하였다는 수신 확인 신호를 포함시킴으로써, 다수의 CR 단말기로부터 전송되는 센싱 리포트 신호의 충돌 확률을 줄이고, 정확한 채널 정보를 획득하는 데 소요되는 시간을 줄일 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 인접한 둘 이상의 CR 기지국이 다수의 명시적 아웃밴드 신호를 전송하는 경우, 각각의 CR 기지국 간에 아웃밴드 시그널링 스케줄링을 조정하지 못하더라도 인접한 둘 이상의 CR 기지국 간에 EOS 충돌 확률을 최소화하고, 이를 통해 CR 단말기의 EOS 수신율을 높일 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 하나의 채널 중 일부 주파수 대역을 EOS를 전송하는데 사용하고, 나머지 주파수 대역은 데이터 전송에 이용할 수 있으므로 채널 이용 효율을 극대화할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, CR 기지국이 채널 분할 방식을 이용하여 아웃밴드 브로드캐스트 시그널링 전송시간 내에서만 EOS송신 및 CR 단말기로부터 센싱 리포트 신호를 수신하고, 나머지 주파수 대역은 데이터 전송을 위해 사용할 수 있으므로 채널 자원을 효율적으로 사용할 수 있다.

Claims (21)

  1. 무선 인지(Cognitive Radio; CR) 환경의 CR 기지국에서 수행되는 시그널링 방법에 있어서,
    선정된(predetermined) 주기(period)에 따라 하나 이상의 아웃밴드(outband) 채널로 명시적 아웃밴드 신호(Explicit Outband Signal; EOS)를 브로드캐스트(broadcasting) 하는 단계;
    소정의 채널을 통해 통신하는 CR 단말기로부터 상기 채널을 이용하는 인컴번트(incumbent) 시스템에 대한 센싱 리포트 신호(sensing report signal)를 수신하는 단계; 및
    상기 CR 단말기의 상기 채널을 상기 아웃밴드 채널로 스위칭하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 CR 기지국의 시그널링 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 선정된 주기는 상기 인컴번트 시스템의 요구 검출 시간(requisite detection time)에 따라 결정되는 것을 특징으로 하는 CR 기지국의 시그널링 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 무선 인지 환경은 직교 주파수 분할 다중화 억세스(Orthogonal Frequency Division Multiplexing Access; OFDMA) 방식의 프레임(frame)을 송수신 하고,
    상기 EOS는 상기 프레임의 하향링크를 통하여 상기 CR 단말기로 전송되고, 상기 센싱 리포트 신호는 상기 프레임의 상향링크를 통하여 상기 CR 기지국으로 전송되는 것임을 특징으로 하는 CR 기지국의 시그널링 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 EOS 및 상기 센싱 리포트 신호(sensing report signal)는 아웃밴드 브로드캐스트 시그널링 전송시간 동안 상기 채널의 EOS 주파수 대역을 통하여 송수신되는 것을 특징으로 하는 CR 기지국의 시그널링 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 CR 단말기의 상기 채널을 상기 아웃밴드 채널로 스위칭하는 상기 단계는,
    상기 채널을 통한 상기 EOS 전송을 중지하는 단계; 및
    사용 가능한 상기 아웃밴드 채널을 탐색하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 CR 기지국의 시그널링 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 센싱 리포트 신호(sensing report signal)에 대한 수신 확인(acknowledgement) 신호를 상기 CR 단말기로 전송하는 단계
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 CR 기지국의 시그널링 방법.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 무선 인지 환경은 직교 주파수 분할 다중화 억세스(Orthogonal Frequency Division Multiplexing Access; OFDMA) 방식의 프레임(frame)을 송수신하고,
    상기 EOS 및 상기 수신 확인 신호는 상기 프레임의 하향링크를 통하여 상기 CR 단말기로 전송되고, 상기 센싱 리포트 신호는 상기 프레임의 상향링크를 통하여 상기 CR 기지국으로 전송되는 것임을 특징으로 하는 CR 기지국의 시그널링 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 수신 확인 신호는 상기 선정된 주기 내에 전송되는 k 개의 프레임을 통해 전송되고, 상기 k는 상기 프레임의 슈퍼프레임 체크 헤더(Superframe Check Header; SCH)에 포함되는 것을 특징으로 하는 CR 기지국의 시그널링 방법.
  9. 제6항에 있어서,
    상기 수신 확인 신호는 상기 센싱 리포트 신호를 전송한 상기 CR 단말기 식별 정보를 더 포함하고, 상기 수신 확인 신호를 수신하지 못한 상기 CR 단말기는 상기 센싱 리포트 신호를 상기 CR 기지국으로 재전송하는 것을 특징으로 하는 CR 기지국의 시그널링 방법.
  10. 무선 인지(Cognitive Radio; CR) 환경의 CR 단말기에서 수행되는 시그널링 방법에 있어서,
    CR 기지국과 통신을 수행하는 소정의 채널에서 인컴번트(incumbent)의 채널 이용(channel usage)을 감지하는 단계;
    상기 CR 기지국과의 통신을 위한 아웃밴드 채널을 센싱하는 단계;
    상기 CR 기지국에서 선정된(predetermined) 주기(period)에 따라 상기 아웃밴드(outband) 채널로 브로드캐스트(broadcasting)되는 명시적 아웃밴드 신호(Explicit Outband Signal; EOS)를 수신하는 단계;
    상기 채널에 대한 센싱 리포트 신호를 상기 CR 기지국으로 전송하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 CR 단말기의 시그널링 방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 센싱 리포트 신호는 상기 채널을 사용할 수 없다는 정보를 포함하는 것을 특징으로 하는 CR 단말기의 시그널링 방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 센싱 리포트 신호는 상기 채널이 상기 인컴번트에 의해 사용 중이라는 정보 또는 상기 CR 단말기에서 측정한 상기 채널 정보를 포함하는 것을 특징으로 하는 CR 단말기의 시그널링 방법.
  13. 제10항에 있어서,
    상기 선정된 주기는 상기 인컴번트의 요구 검출 시간(requisite detection time)에 따라 결정되는 것을 특징으로 하는 CR 단말기의 시그널링 방법.
  14. 제10항에 있어서,
    상기 무선 인지 환경은 직교 주파수 분할 다중화 억세스(Orthogonal Frequency Division Multiplexing Access; OFDMA) 방식의 프레임(frame)을 송수신하고,
    상기 EOS는 상기 프레임의 하향링크를 통하여 상기 CR 단말기로 전송되고, 상기 센싱 리포트 신호는 상기 프레임의 상향링크를 통하여 상기 CR 기지국으로 전송되는 것임을 특징으로 하는 CR 단말기의 시그널링 방법
  15. 제10항에 있어서,
    상기 센싱 리포트 신호(sensing report signal)에 대한 수신 확인(acknowledgement) 신호를 상기 CR 기지국으로부터 수신하는 단계
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 CR 단말기의 시그널링 방법.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 수신 확인 신호는 상기 센싱 리포트 신호를 전송한 상기 CR 단말기 식 별 정보를 더 포함하고,
    상기 수신 확인 신호를 수신하지 못한 경우, 상기 센싱 리포트 신호를 상기 CR 기지국으로 재전송하는 단계
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 CR 단말기의 시그널링 방법.
  17. 무선 인지 환경에서 CR 기지국 및 하나 이상의 CR 단말기 간에 수행되는 시그널링 방법에 있어서,
    CR 기지국에서 하나 이상의 아웃밴드 채널을 통해 명시적 아웃밴드 신호(EOS)를 상기 CR 단말기로 브로드캐스트하는 단계;
    상기 아웃밴드 채널에 대한 다른 시스템의 채널 점유를 탐지하는 단계;
    상기 다른 시스템이 인컴번트 시스템인지 판단하는 단계; 및
    상기 다른 시스템이 인컴번트 시스템인 경우 상기 EOS 브로드캐스트를 중지하고, 가용 채널을 탐색하여 상기 아웃밴드 채널을 상기 탐색된 가용 채널로 변경하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 시그널링 방법.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 다른 시스템이 인컴번트 시스템이 아닌 경우, 상기 가용 채널이 탐색된 후 상기 채널을 통한 상기 EOS 브로드캐스트를 중지하는 단계
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 시그널링 방법.
  19. 제17항에 있어서,
    상기 EOS를 상기 CR 단말기로 브로드캐스트하는 상기 단계는,
    선정된(predetermined) 아웃밴드 시그널링 주기 내에서 하나 이상의 타임 슬롯을 선택하는 단계; 및
    상기 선택된 타임 슬롯에서 둘 이상의 송신기를 통해 둘 이상의 아웃밴드 채널로 상기 EOS를 브로드캐스트 하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 시그널링 방법.
  20. 제17항에 있어서,
    상기 EOS를 상기 CR 단말기로 브로드캐스트하는 상기 단계는,
    선정된(predetermined) 아웃밴드 시그널링 주기 내에서 하나 이상의 타임 슬롯을 선택하는 단계;
    아웃밴드 브로드캐스트 시그널링 전송시간 동안 상기 선택된 타임 슬롯에서 하나의 송신기를 통해 둘 이상의 아웃밴드 채널로 상기 EOS를 순차적으로(sequentially) 브로드캐스트 하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 시그널링 방법.
  21. 제17항에 있어서,
    상기 시그널링 방법은 IEEE 802.22 WRAN에 적용되는 것을 특징으로 하는 시 그널링 방법.
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