KR20080010907A - 동적으로 주파수 자원을 할당하는 장치 및 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 동적으로 주파수 자원을 사용하는 통신 장치 및 통신 방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로, 동적으로 주파수 할당이 가능한 이동 단말 및 통신 방법에 관한 것이다.
본 발명에 따른 이동 단말은, 상술한 목적을 달성하기 위해, 동적으로 주파수 할당이 가능한 이동 단말에 있어서, 특정한 주파수 정책 및 사용자(User)에 의해 선택된 서비스에 기초하여 주파수 대역을 검색하고, 검색된 주파수 대역 중 특정한 주파수 대역을 선택하는 인지 엔진; 및 상기 선택된 주파수 대역에 대한 설정을 수행하는 기반(platform) 블록과, 상기 기반 블록의 설정에 따라 특정한 프로토콜에 의한 데이터 처리를 수행하는 적어도 하나의 요소(component) 블록을 포함하는 통신 시스템 블록을 포함하는 통신 모듈을 포함하여 이루어진다.
인지 무선, CR, 플렛폼, platform, 컴포넌트, component

Description

동적으로 주파수 자원을 할당하는 장치 및 방법{Apparatus and method of allocating radio resource dynamically}
도 1은 고정된 대역폭의 통신 방법에서의 무선 자원의 사용을 나타내는 도면이다.
도 2는 기지국의 서비스 대역이 일정한 상태에서 단말이 사용하는 대역폭이 가변인 경우에서의 무선 자원의 사용을 나타내는 도면이다.
도 3은 CR 기법의 특징을 일부 수용한 가변 대역폭의 통신 방법의 무선 자원의 사용 방법을 나타낸다.
도 4는 CR 단말이 무선 자원을 검색하여 사용하는 방법을 나타내는 도면이다.
도 5a는 본 실시예에 따르는 CR 통신 장치의 일례를 나타내는 블록도이다.
도 5b는 본 실시예에 따르는 CR 통신 장치의 또 다른 일례를 나타내는 블록도이다.
도 6은 본 실시예에 따르는 CR 통신 장치에 포함되는 CR 처리 모듈 구조를 나타내는 블록도의 일례이다.
도 7a는 본 실시예에 따르는 CR 통신 장치에 포함되는 통신 시스템 블록의 일례를 나타내는 블록도이다.
도 7b는 본 실시예에 따르는 CR 통신 장치에 포함되는 통신 시스템 블록의 또 다른 일례를 나타내는 블록도이다.
도 8a는 본 실시예에 따르는 인지 학습 방법의 일례를 설명하는 도면이다.
도 8b는 본 실시예에 따르는 인지 학습 방법의 또 다른 일례를 설명하는 도면이다.
도 9는 CR 통신 장치가 처리해야 할 데이터량에 따라 기반 MAC/PHY가 결정하는 주파수의 대역폭을 표시한 도면이다.
도 10은 CR 통신 장치에서 수행하는 채널 설정의 개념을 나타내는 도면이다.
도 11은 사용자 밀도가 서로 다른 지역에서 사용되는 주파수 대역을 나타내는 도면이다.
본 발명은 동적으로 주파수 자원을 사용하는 통신 장치 및 통신 방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로, 동적으로 주파수 할당이 가능한 이동 단말 및 통신 방법에 관한 것이다.
현재 서비스중인 무선 통신 서비스들은 고정된 대역폭을 사용하여 데이터 송신 및 수신을 수행한다. 특히 이동통신 시스템의 경우, 특정 대역에 할당받은 자원과 셀(cell) 간 주파수 배치를 통해서 최대의 성능을 얻고자 하는 방식을 사용한다. 고정된 대역을 이용하여 신호를 송수신하는 기법은, 변하지 않는 주파수 영역 을 통해 구현된다. 즉, 현재 사용하고 있는 시스템 규격에 맞추면서 더 높은 서비스 질(예를 들어, 쓰르풋(throughput), 사용자의 인원수)을 지원하려면 보통은 셀 구조를 더 잘게 쪼개거나, 기존 시스템 규격을 수요에 따라서 확장하고 새로운 인프라 구조(infrastructure)를 설치하는 방식을 취한다.
지금까지 주파수 자원을 사용하는 방식은, 고정된 대역폭(fixed bandwidth)을 기반으로 하는 기법과 가변 대역폭(scalable bandwidth)을 기반으로 하는 기법으로 구분된다.
상기 고정된 대역폭(fixed bandwidth)을 기반으로 하는 기법을 사용하는 시스템은, 서비스의 규격을 정할 때, 특정한 대역에 적절하고 다양한 송신/수신 기법들을 적용하여 규격을 만든다. 또한, 고정된 대역을 기초로 서비스를 제공하며, 규격에 대한 변화를 부여하기 위해서는 서비스 시스템 전체에 대한 변경을 해야하는 특징이 있다.
반면, 상술한 가변 대역폭(scalable bandwidth)을 기반으로 하는 기법은, 다양한 대역폭 옵션을 선택적으로 적용하는 기법으로서, 최근 주류를 이루고 있다. 상기 가변 대역폭을 기반으로 하는 규격은 상기 고정된 대역폭(fixed bandwidth)의 경우보다 대역폭의 변화와 서비스의 질에 대한 제어가 보다 용이하다. 그러나, 상술한 가변 대역폭을 기반으로 하는 경우에도 실제 서비스가 제공되는 상황에서는 상술한 고정된 대역폭의 시스템과 동일하게 동작한다. 정리하면, 상술한 가변 대역폭을 기반으로 하는 기법을 통해 주파수 대역이 넓어지거나 좁아지더라도 사용되는 기술이 바뀌지 않는 장점을 얻을 수 있다. 또한, 주파수 대역이 변하더라도 사용되 는 기술이 바뀌지 않으므로, 하드웨어의 복잡성을 증가시키지 않고도 서비스의 질을 변화시킬 수 있다.
상술한 종래의 기법에 대비되는 새로운 기법이 인지 무선(cognitive radio: CR) 기법이다. 상기 인지 무선(이하 'CR 기법'이라 칭함) 기법은 1999년 Mitola가 제시한 기법으로, 주파수 대역을 효율적으로 사용하고자 하는 의도에서 제안되었다. 상기 CR 기법은 기본적으로 소프트웨어적으로 정의된 라디오(software defined radio: SDR)를 기반으로 구현된다. 상기 CR 기법은 주파수 대역을 검색(scan)하여 사용되지 않는 스펙트럼으로 선택하고 기본 통신 대역으로 설정할 수 있다. 즉, 스펙트럼 센싱을 수행할 수 있다. 또한, 상기 CR 기법은 검색된 서비스 종류에 따라서 SDR 양식(architecture)에 변형을 가하여, 서비스 종류를 변화시키거나 서비스의 질을 변화시키는 것을 스스로 판단해서 결정할 수 있다.
현재 다양한 무선 서비스들이 제공된다는 사실과 CR 기법이 추구하는 기본 개념을 고려해보면, 향후 무선 단말은 하나의 융합된 형태가 될 것이다. 즉, 향후 무선 단말은 상기 CR 기법에 따라 운용될 것으로 예상된다. 상기 CR 기법은 현재 IEEE 802.22에서 TV 대역을 공유해 WRAN(Wireless Regional Area Network) 서비스를 제공하기 위한 기법으로 채용되었다.
상술한 CR 기법의 특징 중 일부는, ISM(Industrial Scientific Medical) 밴드를 사용하는 일부 통신 규격의 특징과 동일하다. 즉, 상기 ISM 밴드 등을 이용하여 통신을 수행하는 일부 규격에서는 공존(coexistence)이라는 이름으로 주파수 대역 인식과 무선 자원의 충돌을 방지시키는 프로토콜을 제공한다. 상기 공존 역시 주파수 감지를 통해 다양한 무선 자원을 사용하는 것으로, 상기 CR 기법의 특징과 중첩하는 부분이 존재한다.
주파수 관리 기법에 따른 통신 방식을 구분하면, 상술한 고정된 대역폭(fixed-bandwidth)의 통신 방식과, 가변 대역폭(scalable-bandwidth)의 통신 방식과, CR 기법의 통신 방식으로 나눌 수 있다. 이하, 각각의 방식에 따른 통신 방법을 설명한다.
우선, 고정된 대역폭의 통신 방식을 설명한다.
도 1은 고정된 대역폭의 통신 방법에서의 무선 자원의 사용을 나타내는 도면이다. 현재 이동통신 시스템(CDMA 및 GSM 등)이나 무선랜(IEEE 802.11 및 HiperLAN 등), 무선 PAN(IEEE 802.15)과 같은 서비스는 초기 표준화 단계에서 정해진 대역폭을 이용해서 서비스를 제공한다. 이 대역폭은 정부로부터 주파수 사용허가를 받거나 혹은 공개된 대역 중 일부이다. 고정된 대역폭의 통신 방식의 특징은, 시간에 따른 주파수 대역폭의 증가나 감소가 없다는 것이다. 즉, 고정된 대역폭 내에서의 서비스는 그 대역폭에 대하여 최적화된다. 즉, 현재 트래픽(traffic)의 양의 관계없이 이미 정해진 대역폭(bandwidth)을 계속 사용한다.
이하, 가변 대역폭(scalable-bandwidth)의 통신 방식을 설명한다.
가변 대역폭을 사용하는 서비스는 두 가지 형태로 나뉠 수 있다. 첫 번째 형태는, 기지국의 서비스 대역이 일정한 상태에서 단말이 사용하는 대역폭이 가변인 경우이다. 두 번째 형태는, 기지국이 사용하는 대역폭과 단말이 사용한 대역폭이 모두 가변인 경우이다.
상술한 첫 번째 형태의 일례는 도 2와 같다. 도 2의 일례는 OFDM을 사용하는 IEEE 802.16 또는 IEEE 802.20 규격일 수 있다. 또한, 도 2의 일례는 3GPP LTE(Long Term Evolution)와 같은 서비스일 수도 있으며, CDMA 방식에서는 채널을 묶어서 단말에 할당하는 방식인 EV-DO(Evolution Data Only) 또는 EV-DV(Evolution Data and Voice)일 수도 있다. 도 2의 일례는 기지국이 사용하는 총 대역폭이 정해지고, 단말이 사용하는 대역폭은 해당 기지국으로부터 특정 대역폭을 할당받는다. 단말은 할당받은 대역폭을 통해 서비스를 제공받는다. 기지국이 사용하는 대역폭의 경우, 시스템 설치 시에 정해진다.
이하, 상기 CR 기법의 특징을 일부 수용한 가변 대역폭의 통신 방법을 설명한다. 도 3은 CR 기법의 특징을 일부 수용한 가변 대역폭의 통신 방법의 무선 자원의 사용 방법을 나타낸다. 도 3에 도시된 바와 같이, 기지국이 서비스하는 대역폭은 시간에 따라 변화할 수 있다. 도 3의 일례는 IEEE 802.22 규격일 수 있다. 상기 IEEE 802.22 규격은 상기 CR 기법의 특징을 수용하면서 발생한 서비스 모델이다. 즉, 각 시간별로 사용가능한 주파수 대역을 감지하고 기지국이 가능한 대역폭 내에서 자신의 서비스를 확장한다. 결과적으로, IEEE 802.22 규격의 단말은 변화하는 대역폭을 모두 수용할 수 있어야 한다. IEEE 802.22 규격에서는 TV 대역을 공유하면서 WRAN(Wireless Regional Area Network) 서비스를 제공하는데, 서비스 단위는 서비스 단위는 다른 서비스에서 사용되지 않는 채널들로 구성되며 채널의 병합/분할을 기본으로 한다. 즉, 기지국이 사용되지 않는 TV 채널을 파악한 경우, 이 채널을 WRAN 서비스에 사용한다. 또한, 규격에서 제시한 범위 내에서 TV 채널이 연속적 으로 사용가능하다면, 이 채널들을 묶어서 하나의 대역으로 사용하며 이때 전체를 이용한 서비스를 제공할 수 있다. 또한, 단말은 기지국의 이러한 채널 상황을 모두 파악하고 마찬가지로 자신의 수신 능력을 늘려야 한다.
이하, CR 기법을 설명한다. CR 기법은 특정한 주파수 관리 기법에 제한되지 않는 것을 특징으로 한다. 즉, CR 기법은 현재 스펙트럼(즉, 주파수 자원)을 보다 효율적으로 사용하기 위해서 단말의 구성이 주파수 자원에 따라 변화하는 특징을 갖는다. 도 4는 주파수 자원 중에서 사용되지 않은 곳이 있을 경우, CR 기법에 따른 단말(이하 'CR 단말'이라 칭함)이 어떻게 무선 자원을 사용하는지를 나타낸다. 도 4에 도시된 바와 같이, CR 단말은 자유롭게 스펙트럼을 검사하고 선택한다. 즉, CR 단말은 자유롭게 스펙트럼을 관찰하고, 401 내지 405의 무선 자원이 사용되지 않고 있음을 인지할 수 있다. 만약, 401 및 402 영역을 통해 종래의 서비스가 제공되고 있다면 상기 401 및 402 영역을 통해 제공되는 서비스를 수신할 수 있다. 또한, 상기 401 및 402 영역을 통해 새로운 서비스를 창조(creation)할 수도 있다. 상기 401 및 402의 무선 자원을 더 이상 사용할 수 없다면, 이를 인식한 CR 단말은 403의 무선 자원을 통해 서비스를 제공받거나 새로운 서비스를 제공한다. 또한, 403의 무선 자원이 더 이상 사용 불가능한 경우에는, 406의 무선 자원을 선택하여 지속적으로 서비스를 제공받거나 제공할 수 있다.
상기 CR 단말은, 관찰하고자 하는 스펙트럼 대역이 있고, 그 대역에서 사용되지 않는 영역이 발견되면, 그 영역 내에서 CR 기법을 통해 제공되는 통신서비스를 제공받는다. 물론 제공되는 서비스는, 고정된 대역폭에 의한 서비스가 될 수도 있고, 가변 대역폭에 의한 서비스가 될 수 있다. CR 기법의 특징은, 기존 서비스와 달리 사용하는 주파수 자원이 시간에 따라서 변화하므로 이를 관리하기 위한 규격(즉, 프로토콜) 및 주파수 자원에 대한 학습 과정이 필요하다는 것이다. 현재 CR 기법의 특징을 갖는 표준안의 일례는 IEEE 802.22 WRAN 시스템이 있다.
상기 CR 기법은 종래의 기법에 비해 주파수 대역을 자유롭게 사용하는 특징이 있다. 가변 대역폭의 통신 방법은 시간에 따라 대역폭이 변하기는 하지만, 통신 시스템에서 사용 가능한 대역폭을 미리 설정하고, 미리 설정된 대역폭 내에서 대역폭의 크기에 변화를 주면 통신을 수행한다. 그러나 CR 기법의 경우, 미리 설정된 제약이 없이 자유롭게 주파수 대역을 검색한다. 또한, 검색 결과 사용할 수 있는 대역이 발견되면, 이를 통해 서비스를 제공받거나 서비스를 창조하는 특징이 있다.
상술한 고정된 대역폭(fixed bandwidth)의 기법과 가변 대역폭(scalable bandwidth)의 기법을 사용하는 종래의 통신 규격은 다음과 같은 문제가 있다.
현재의 시스템은 향후 소비자들의 요구가 발생하면 수정이 필요하다. 즉, 소비자들의 요구사항을 받아들이기 위해서는 새로운 표준의 창출과 새로운 시스템의 배출이 필요하다. 달리 표현하면, 종래의 시스템은 소비자의 욕구에 따라서 항상 규격이 변화하여야 한다. 하지만, 하나의 서비스 안에서 소비자들이 원하는 형태의 서비스를 완벽히 제공하기가 어렵기 때문에 여러 종류의 서비스들이 난립하게 되고, 이로 인해 스펙트럼 효율은 감소한다. 특히, 사용자의 한정된 요구가 있는 경우, 스펙트럼 사용은 지역적/시간적으로 변화하게 된다. 즉, 이러한 한정된 요구가 있는 경우 비효율적인 스펙트럼 사용이 문제된다. 따라서, 변화하는 사용자의 욕구 를 충족하고 다양한 통신 기법들을 수용하기 위해서는 무선 단말들은 CR 기반으로 진화할 것이다.
그러나 이러한 CR 기법을 위한 대역 사용 기법 및 통신 기법이 제시되지 못하고 있다. 현재의 논의는, 기존의 무선 시스템의 형태를 그대로 수용하는 SDR 단말에 주파수 환경에 대한 인지/결정을 수행하는 재구성요소에 중점을 두고 있다. 하지만 이러한 CR 동작 시나리오는 모든 무선 단말을 하나로 통합하는 효과는 있으나, 변화하는 사용자의 요구를 충분히 소화하고 스펙트럼을 효율적으로 사용하는 방향으로의 진화는 고려하지 못하는 문제가 있다.
본 발명은 상술한 종래 기술의 문제를 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 유휴 스펙트럼을 활용할 수 있는 통신 방법 및 통신 장치를 제안하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은, 사용자의 요구에 효율적으로 대응하는 주파수 활용 기법 및 통신 장치를 제안하는 것이다.
발명의 개요
본 발명에 따른 이동 단말은, 상술한 목적을 달성하기 위해, 특정한 주파수 정책 및 사용자(User)에 의해 선택된 서비스에 기초하여 주파수 대역을 검색하고, 검색된 주파수 대역 중 특정한 주파수 대역을 선택하는 인지 엔진; 및 상기 선택된 주파수 대역에 대한 설정을 수행하는 기반(platform) 블록과, 상기 기반 블록의 설정에 따라 특정한 프로토콜에 의한 데이터 처리를 수행하는 적어도 하나의 요소(component) 블록을 포함하는 통신 시스템 블록을 포함하여 이루어진다.
상기 이동 단말은, CR 기법에 기초하는 것이 바람직하다.
또한, 특정한 주파수 정책을 획득하는 정책을 더 포함하는 것이 바람직하다. 또한, 상기 기반 블록은 스펙트럼 센싱과 스펙트럼 설정을 수행하는 것이 바람직하다.
상기 요소 블록은, 특정한 통신 규격에 상응하는 것이 바람직하다.
상기 요소 블록은 상기 기반 블록의 제어에 의해 통신을 수행하는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 통신 방법은, 동적으로 주파수 할당이 가능한 송신 단의 서비스 송수신 방법에 있어서, 특정한 주파수 정책 및 사용자에 의해 선택된 서비스에 기초하여 주파수 대역을 검색하는 단계; 상기 검색 결과에 따라 상기 송신 단이 사용할 주파수 대역을 결정하고, 상기 결정된 주파수 대역에 대한 설정을 수행하는 기반(platform) 블록을 위한 연결을 수행하는 단계; 및 상기 결정된 주파수 대역을 통해 서비스를 송수신하는 적어도 하나의 요소(component) 블록을 위한 연결을 수행하는 단계를 포함한다.
발명의 일 실시예
본 발명의 일 실시예는 CR 기법을 기반으로 하는 단말과 이를 지원하는 기지국간의 통신 규격의 기본 구조를 제안한다. 종래의 통신 규격은, 그 통신 시스템 전체를 하나의 규격으로 정의하였기 때문에, 소비자의 수요 또는 기업의 정책 변화에 의한 시스템 변형이 규격 정의로 이어지는 문제가 있었다. 즉, 수요나 정책의 변화에 따라 새로운 시스템을 설치해야 하는 문제가 있었다.
본 발명의 일 실시예는 이러한 수요나 정책의 변화에도 규격이 변하지 않아도 되는 CR 기법에 관한 내용을 제안한다. 즉, 수요나 정책의 변화에 따른 주파수 대역, 즉 스펙트럼의 변화에 영향을 받지 않는 통신 기법을 제안한다.
본 발명의 일 실시예는, 차세대 통신 단말 및 시스템이 가지는 기본 구조를 제안하고, 차세대 통신 규격이 가져야 할 기본구조 및 주파수 사용 방법을 제안한다.
이하, 본 실시예가 제안하는 CR 기반의 통신 장치(예를 들어, 단말 및 기지국)의 하드웨어 구조를 설명한다.
CR 기반의 통신 장치는 기존의 단말과 달리, RF(Radio frequency) 프로세싱 블록을 제외한 나머지 블록을 디지털화하여 소프트웨어를 기반으로 동작한다. 도 5a는 CR 기반의 통신 장치의 일례를 나타내는 블록도이다. 즉, CR 기반의 통신 장치는 자유롭게 주파수 대역을 검색하여 특정한 주파수 대역으로부터 서비스를 제공받거나 서비스를 창조하기 때문에, 전체 주파수 대역 중 일부 대역을 필터링하는 필터링 모듈(501)을 필요로 할 수 있다. 상기 필터링 모듈(501)은 상기 CR 기반의 통신 장치의 일반적인 동작을 제어하는 별도의 제어부(미도시) 또는 CR 처리 모듈(CR processing module)(503)을 통해 제어되는 밴드패스 필터(Bandpass filter) 등을 통해 구현될 수 있다. 상기 밴드패스 필터는 특정한 주파수 대역을 가변적으로 필터링할 수 있다. 상기 필터링 모듈(501)로부터 필터링된 아날로그 신호는 A/D(Analog to Digital) 변환 모듈(502)에 의해 디지털 신호로 변환된다. 상기 A/D 변환 모듈(502)의 출력은 CR 처리 모듈(503)로 입력된다. 상기 CR 처리 모듈(503)은 이하에서 설명한 다양한 주파수 제어 기법에 따라 데이터 처리를 수행한다. 상기 CR 처리 모듈(503)은 소프트웨어로 구현되고, 필요에 따라 특정한 무선 규격에 관한 모듈을 로딩(loading)하여 의도하는 CR 처리를 수행한다. 즉, CR 기반의 통신 장치는 상기 SDR을 기반으로 한다.
다만, 도 5a의 통신 장치를 구현하는데 어려움이 있을 수 있다. 따라서, 도 5b와 같은 CR 기반의 통신 장치를 통하여 CR 기법을 수행할 수도 있다. 현재의 기술 수준으로는, 무선 채널로부터 수신되는 무선 신호를 한번에 기저 대역(baseband) 신호로 변환하기 어려움이 있으며, 광대역 처리가 어려울 수 있기 때문에 믹서(Mixer)를 통한 기저대역 변환과 또 다른 필터를 필요로 하고 있다. 도시된 바와 같이, 도 5b의 CR 기반의 통신 장치는 무선 주파수 수신 모듈(511)을 통해 RF 신호를 수신한다. 상기 RF 신호는 다운 믹싱(down mixing) 모듈(512)에 의해 중간 대역 주파수(IF) 신호로 변환되고, 필터링 모듈(513)에 의해 필터링 된다. 즉, 상기 필터링 모듈(513)의 출력 신호는 CR 통신 장치가 사용하려는 주파수 대역으로부터 획득한 신호이다. 상기 필터링 모듈(513)의 출력은 상기 A/D 변환 모듈(502)에 입력되고, 상기 A/D 변환 모듈(502)의 출력은, 상기 CR 처리 모듈(503)에 입력된다. 상기 다운믹싱(downmixing) 모듈(512)은 기저 대역으로 신호를 다운 믹싱할 수도 있으며, 이렇게 다운 믹싱된 신호는 필터링 후 디지털 신호로 변환되어 상기 CR 처리 모듈(503)에 입력될 수 있다.
이하, 도 6을 참조하여 상기 CR 처리 모듈(503)의 구조와 구체적인 동작을 설명한다. 상기 CR 처리 모듈(503)은 소프트웨어에 의해 구현되므로, 도 6의 도면은 CR 처리 모듈의 소프트웨어 구조를 설명한다.
도 6에 도시된 바와 같이, CR 처리 모듈의 소프트웨어 구조는 통신 시스템 블록(601), 인지 엔진(Cognitive Engine)(602), 정책 엔진(Policy Engine)(603)을 포함하여 이루어진다.
상기 통신 시스템 블록(601)은, CR 통신 장치에서 통신 신호를 처리하는 소프트웨어 모듈로서, 실제 통신을 위한 데이터 처리를 수행한다. 즉, 종래에 제안된 통신 규격 또는 새롭게 제안될 다양한 통신 규격을 이용하여, 상기 A/D 변환 모듈(502)에 의해 디지털 신호로 변환된 신호에 대한 데이터 처리를 수행한다. 상기 통신 시스템 블록(601)은 이하에서 설명할 기반 MAC/PHY 및 요소 MAC/PHY를 포함한다. 상기 기반 MAC/PHY에 포함되는 요소 MAC/PHY는 상기 인지 엔진(602)에 의해 선택될 수 있다. 즉, 상기 인지 엔진(602)이 주파수 대역을 검색하고, 검색 결과에 의해 선택된 특정한 대역을 통해 통신을 하기로 결정한 경우, 복수의 특정한 통신 시스템 블록들 중 어느 하나를 로딩하여 통신을 수행할 수 있다. 상기 통신 시스템 블록(601)은 실제 통신을 위한 데이터 처리를 수행하므로 각 계층(PHY, MAC 등의 계층)에 따라 구분되는 데이터 처리를 수행하는 것이 바람직하다.
도시된 통신 시스템 블록(601)은 응용(Application) 계층, 트랜스포트(Transport) 계층, 네트워크(Network) 계층, MAC/LINK 계층, PHY 계층을 포함한다. 상기 응응 계층은, 최상위에서 사용자(user)와 가장 가까이 위치하고 있으며, 데이터 통신의 응용에 관련된 일반적인 서비스를 제공한다. 주요 기능으로는 파일 전송, 전자우편, 원격로그인, 망 관리, 스프레드 시트, 워드 프로세싱 등이 있다. 상기 트랜스포트 계층은 통신을 하는 두 사용자의 종단 사이에 end to end communication을 담당하는 계층으로, 다시 말하면 송신지에서 수신지까지 데이터가 에러 없이 끊기지 않고 신뢰성있는 데이터를 전송할 수 있도록 하는 기능을 제공한다. 즉, 사용자간의 연결 설정, 전송 유지 및 연결의 해제, 흐름제어, 에러제어, 순서제어 등을 제공한다. 네트워크 계층은 서로 다른 장소에 위치한 두 시스템간의 연결성과 경로 선택을 제공한다. 즉, 송신지에서 수신지까지 패킷을 라우트하게 되는데, 라우팅 프로토콜이 서로 연결된 네트워크를 통한 최적의 경로를 선택하며, 네트워크 계층의 프로토콜은 선택된 경로를 따라 정보를 보낸다.
주요 기능으로 통신 선로를 확립하기 위한 주소 결정, 경로 선택, 데이터 전송 및 중계 기능이 있다.
상술한 응용 계층, 트랜스포트 계층, 네트워크 계층의 기능은 하나의 계층에 포함되어 구현될 수 있다. 즉, 상기 응용 계층, 트랜스포트 계층, 네트워크 계층을 포함하는 하나의 상위 계층이 존재할 수 있다.
상기 MAC 계층은 물리적 링크를 통한 신뢰성 있는 데이터 전송을 위해 사용되고, 상기 Link 계층은 특정한 통신 장치 간에 특정한 서비스를 통해 통신을 수행하는 경우, 각 통신 장치 간의 연결 정보(connection information)를 유지하기 사용된다. 또한, 상기 PHY 계층은 통신장치 간에 물리적인 매체를 통하여 연결을 확립하는 기능을 수행한다. 상기 MAC 계층 및 Link 계층은 이하에서 설명되는 기반 MAC에 의해 구현되고, 상기 PHY 계층은 이하에서 설명되는 기반 PHY에 의해 구현된 다.
상기 정책 엔진(603)은 주파수 정책에 대한 관리를 수행한다. 상기 주파수 정책은, 어느 대역이 검색이 가능하고 어느 대역이 검색이 불가능한지 등과 관한 정보, 특정한 대역에 어떠한 서비스가 제공되는지에 관한 정보, 특정한 대역에서 어떠한 신호 세기(power)로 통신을 수행할 수 있는지 에 관한 정보 등을 포함하는 정보로서, 상기 인지 엔진(602)이 검색할 수 있는 주파수 대역에 대한 각종 제어정보를 의미한다. CR 기법의 기본 개념은 자유롭게 주파수 대역을 검색하고 그에 따라 서비스를 수신 및 창조하는 것이므로, 통신 장치가 위치하는 지역 또는 국가의 주파수 정책에 대한 정보가 필요하다. 상기 정책 엔진(603)은, 정책 도메인(policy domain)(604)으로부터 특정한 주파수 대역이 관찰 가능한지 여부, 사용할 수 있는지 여부, 각 주파수 대역을 통해 제공하거나 창조할 수 있는 서비스 등에 관한 정보를 획득한다. 상기 정책 엔진(603)은 상기 정책 도메인(604)으로부터 획득한 정보를 기초로, 상기 통신 시스템 블록(601), 인지 엔진(602) 등의 동작을 제어할 수 있다. 예를 들어, 상기 인지 엔진(602)에 의해 특정한 주파수 대역으로 데이터 통신을 제공하되 송신 전력을 증가시켜 전송하려는 경우, 지역 또는 국가의 주파수 정책에 반할 수 있는 문제가 있으므로, 상기 정책 엔진(603)으로부터 제어를 받아 송신 전력을 결정하여 통신을 수행하는 것이 바람직하다.
상기 인지 엔진(602)은, 순시적인 주파수 대역의 변화를 추적하여 적절한 대응을 수행한다. 즉, 상기 인지 엔진(602)은 현재 스펙트럼, 즉 주파수 대역의 사용현황과 상기 정책 엔진(603)이 제공하는 정보에 따라서 어떤 대역을 통해 어떤 서 비스를 수행할 것인가를 결정하고 상기 통신 시스템 블록(601)에 대한 최적화 및 통신 프로토콜에 대한 제어를 수행한다.
상기 인지 엔진(602)은, CR 통신 장치의 사용자의 특정한 요구를 사용자 도메인(605)로부터 획득하고, 무선 채널에서 획득한 디지털 신호를 외부 환경 및 RF 채널(606)에 대한 검색(scan)을 수행할 수 있다. 이러한 검색을 통해 특정한 서비스를 제공받기로 결정하는 경우에도, 상기 정책 엔진(603) 등의 제어를 받을 수 있다. 상기 인지 엔진(602)에 의해 특정한 통신 시스템 블록(601)이 선택되고 상기 인지 엔진(602)에 의해 특정한 설정(configuration)이 적용될 수 있으며, 상기 외부 환경 및 RF 채널(606)에 대한 데이터 처리가 수행될 수 있다. 상기 통신 시스템 블록(601)의 동작에 있어서도 주파수 정책에 따른 정책 엔진(603)의 제어가 수행될 수 있다.
만약, 상기 통신 시스템 블록(601)이 주파수 대역의 변화를 수용할 수 있는프로토콜을 수용하고 있다면, 상기 인지 엔진(602)은 상기 통신 시스템 블록(601)에 대한 특정한 설정(configuration)을 통하여 변화하는 주파수 대역의 환경에 맞는 통신을 수행할 수 있다. 만약, 상기 통신 시스템 블록(601)이 변화하는 주파수 대역을 수용할 수 없다면 상기 인지 엔진(602)이 상기 통신 시스템 블록(601)에 대한 설정을 제어할 수 없기 때문에, 상기 인지 엔진(602)은 특정한 통신 시스템 블록(601)을 선택하는 기능만을 수행하게 된다. 즉, 상기 CR 통신 장치는 종래의 규격들 중 하나를 선택하여 사용하는 것이 되므로, 결국 멀티 모드(multi-mode) 서비스를 지원하는 동작을 수행하는 것이 된다.
이하, 상기 통신 시스템 블록(601)의 구조를 구체적으로 설명한다. 상술한 바와 같이, 상기 통신 시스템 블록(601)은 복수 개 구비되고 상기 인지 엔진(602)에 의해 선택될 수 있다. 이 경우, 본 실시예는 통신 시스템 블록을 하나의 기반(platform) 블록과 상기 하나의 기반(platform)에 포함되는 다수의 요소(component) 블록으로 구분할 것을 제안한다.
도 7a는 본 실시예에 따른 통신 시스템 블록의 일례이다. 도시된 바와 같이, 통신 시스템 블록(601)의 MAC과 PHY 블록은, 기반(Platform) MAC과 기반(Platform) PHY 블록을 포함한다. 상기 기반(Platform) MAC은 복수의 개의 요소 MAC(component MAC 1, 2, 3)을 포함한다. 또한, 상기 기반(Platform) PHY는 복수의 개의 요소PHY(component PHY 1, 2, 3)를 포함한다.
통신 시스템 모듈이 변화하는 주파수 대역을 지원하기 위해서는, 기존처럼 전체를 규정하는 단일 프로토콜을 구성하는 것은 바람직하지 않다. 특정한 서비스를 실제로 지원하는 프로토콜은 개개의 요소(component) MAC 또는 PHY를 통해 정의하고, 각각의 요소를 관리하는 기반 MAC 또는 기반 PHY를 별도로 정의하는 것이 바람직하다. 즉, MAC과 PHY를 지원하는 기반 MAC 및 기반 PHY의 규격을 정의하고, 각 기반 규격 내에서 수용 가능한 요소(component) 형태의 규격을 만든다.
상기 기반 MAC/PHY(Platform MAC/PHY)는 통신 시스템을 구현하기 위한 기본적인 프로토콜 및 인터페이스를 제공한다. 즉, 상기 인지 엔진(602)이 특정한 주파수를 검색하고 서비스를 선택하면 이러한 정보는, 상기 기반 MAC/PHY(Platform MAC/PHY)에 전달된다.
상기 기반 MAC/PHY는 상기 인지 엔진(602)이 결정한 대역에서 어떠한 통신 규격을 통해 통신을 수행할지를 결정한다. 즉, 상기 기반 MAC/PHY는 복수의 요소 MAC/PHY 중 어느 하나를 선택한다. 이 경우, 요소 MAC/PHY는 특정한 대역에 국한된 프로토콜 및 인터페이스를 제공할 수 있다. 이 경우, 인지 엔진(602)이 결정한 대역에서 통신이 수행되도록 하는 설정은 상기 기반 MAC/PHY에 의해 정해질 수 있다. 즉, 상기 기반 MAC/PHY는 CR 기법에 따른 통신을 하기 위한 통신 구조를 지원하는 주체이며, 상기 요소 MAC/PHY는 실제 통신을 위한 데이터 처리 등을 수행하는 주체이다.
도 7b는 본 실시예에 따른 통신 시스템 블록의 또 다른 일례이다. 본 실시예에 따른 통신 시스템 블록은, 도 7a과 같이, 하나의 상위 계층과 그에 따른 기반 MAC/PHY를 포함할 수도 있고, 복수의 상위 계층(제1, 제2, 제3 상위 계층)과 기반 MAC/PHY를 포함할 수 있다. 본 실시예에 따른 이동 단말은 다양한 개수의 서비스를 제공할 수 있으므로, 제공되는 서비스에 따라 복소의 상위 계층을 포함할 수 있다.
도 6, 도 7a 및 도 7b을 참조하여, CR 단말의 구체적 동작의 일례는 다음과 같다. 예를 들어, 우선 CR 단말을 사용하는 사용자는 3GPP 이동 통신 서비스와 무선 랜(WLAN) 서비스를 동시에 제공받을 것을 선택할 수 있다. 사용자의 이러한 선택은 사용자 도메인(605)을 통해 상기 인지 엔진(602)에 제공된다. 상기 인지 엔진(602)은 상기 정책 엔진(603)의 제어에 의해 국가나 지역의 주파수 정책에 기초하여 주파수 대역을 검색하고, 상기 CR 단말이 위치하는 지역에서 3GPP 이동 통신 서비스와 무선 랜(WLAN) 서비스를 발견한다. 이 경우, 상기 인지 엔진(602)은 이러 한 정보를 상기 기반 MAC/PHY(Platform MAC/PHY)에 전달한다. 상기 기반 MAC/PHY는 종래의 3GPP 이동 통신 서비스를 위한 프로토콜 및 인터페이스를 처리하는 요소 MAC/PHY(component MAC/PHY)와, 종래의 WLAN 서비스를 위한 프로토콜 및 무선 인터페이스를 처리하는 요소 MAC/PHY를 로딩한다. 상기 기반 MAC/PHY는 상기 인지 엔진(602)이 발견한 주파수 대역을 통하여 3GPP 및 WLAN 서비스를 제공할 수 있도록 주파수 설정을 수행한다. 이러한 일련의 동작을 통해 사용자는 3GPP 이동 통신 서비스와 무선 랜(WLAN) 서비스를 함께 제공받는다.
본 실시예는 CR 통신 장치가 디지털 신호를 처리하는데 있어서 도 7과 같은 규격 모델을 제안한다. 상술한 내용을 통해 기반 MAC/PHY 및 요소 MAC/PHY의 특징을 알 수 있다.
기반 MAC/PHY(Platform MAC/PHY)는, 요소 MAC/PHY(component MAC/PHY)가 포함하는 기능에 따라 상징적인 프로토콜과 구체적인 프로토콜로 그 성격이 구분될 수 있다.
만약, 각각의 요소 MAC/PHY들이 주파수 대역을 검색하고 특정한 대역을 선택하는 스펙트럼 센싱(spectrum sensing)을 독자적으로 수행하고, 센싱된 스펙트럼에 따라 인터페이스를 정의하는 경우, 상기 기반 MAC/PHY는 상징적인 프로토콜로 동작한다. 즉, 각각의 요소 MAC/PHY가 CR 기법을 지원하는 경우에는 상기 기반 MAC/PHY는 상기 인지 엔진(602)으로부터 전달되는 데이터를 상기 요소 MAC/PHY에 전달하는 등의 기본적인 제어만을 수행한다.
만약, 각각의 요소 MAC/PHY가 CR 기법을 지원하지 않는 경우, 즉 CR 통신 장 치들과 통신하여 변화하는 주파수 환경, 즉 시간에 따라 변화하는 주파수 대역의 사용현황을 인지하고 판단하기 위한 기능이 없는 경우에, 상기 기반 MAC/PHY는 구체적인 프로토콜로 동작한다. 상기 기반 MAC/PHY가 구체적인 프로토콜로서 동작하는 경우, 요소 MAC/PHY는 실제 서비스를 제공받거나 제공하는 인터페이스를 제공한다. 또한, 기반 MAC/PHY는 이러한 실제 서비스를 제공하는 요소 MAC/PHY를 위한 운영 기반(platform)으로서 동작한다. 즉, 구체적인 프로토콜로서의 기반 MAC/PHY는 CR 통신 장치들과 통신하여 주파수 대역의 환경을 인지하고 판단하는 스펙트럼 센싱 기능을 수행하고, 센싱된 스펙트럼에 대한 설정(configuration)을 수행한다. 예를 들어, 특정한 주파수 대역에 특정한 제어 채널을 설정하고, 상기 제어 채널에 의해 지시되는 특정한 데이터 채널들을 설정할 수 있다. 상기 기반 MAC/PHY에 의해 설정된 스펙트럼(예를 들어, 특정한 데이터 채널)을 이용하여, 상기 요소 MAC/PHY가 서비스를 수신할 수 있다.
한편, 요소 MAC/PHY는 사용자가 원하는 특정한 서비스, 예를 들어 WLAN, 휴대이동통신, WPAN, GPS, TV, 라디오 등과 같은 무선 서비스에 해당하는 인터페이스를 제공한다. 상기 요소 MAC/PHY는 CR 통신 장치에 수신된 디지털 데이터를 특정한 통신 규격(예를 들어, WLAN, 3GPP, WPAN, GPS, TV 등)에 따라 데이터 처리를 할 수 있으며, 이를 통해 특정한 무선 서비스에 해당하는 인터페이스를 제공할 수 있다. 상기 요소 MAC/PHY의 다양한 인터페이스(예를 들어, WLAN, 3GPP, WPAN, GPS, TV에 상응하는 인터페이스)는 상기 기반 MAC/PHY 제어 하에 자유로이 선택된다.
상술한 바와 같이, 상기 기반 MAC/PHY는 상기 요소 MAC/PHY를 위한 스펙트럼 센싱 및 스펙트럼 설정을 수행한다. 즉, 상기 기반 MAC/PHY는 주파수 대역을 검색하고 주파수 대역을 분석하는 스펙트럼 센싱 및 센싱 결과에 따라 주파수에 대한 설정을 수행하는 스펙트럼 설정할 수 있다. 상기 요소 MAC/PHY는 실제 서비스의 제공 및 창조에 관한 역할을 수행한다.
이하, 상술한 기반 MAC/PHY(Platform MAC/PHY)의 스펙트럼 센싱 및 스펙트럼 설정의 구체적 방법을 설명한다. 상기 기반 MAC/PHY는 다음 4가지 동작을 수행한다. 상기 기반 MAC/PHY는 상기 인지 엔진(602)과 함께 인지 학습(cognitive learning)을 수행한다. 또한, 두 번째로, 상기 기반 MAC/PHY는 동적 서비스 스펙트럼(dynamic service spectrum) 제어를 수행한다. 또한, 세 번째로, 상기 기반 MAC/PHY는 채널 설정(channel configuration)을 수행한다. 또한, 네 번째로, 요소 MAC/PHY를 위한 페이로드 관리(payload management for component MAC/PHY)를 수행한다.
우선, 기반 MAC/PHY의 인지 학습(cognitive learning)에 관하여 설명한다.
인지 학습(cognitive learning)은 CR 기법의 통신에서 중요한 부분으로, 주파수 대역 상에서 사용되고 있는 주파수 영역과 사용되지 않는 부분을 가려내고, 어떠한 프로토콜이 어느 스펙트럼에 사용되고 있는지를 알아내는 절차이다. 상기 인지 학습을 수행하기 위해서는, CR 통신 장치가 주파수 대역을 관찰하고 이를 판단하며 이에 대한 정보를 다른 CR 통신 장치에 알려주는 것이 바람직하다. 예를 들어, CR 단말과 CR 기지국의 통신이 문제되는 경우에 CR 단말만이 독자적으로 주파수 대역을 관찰한다면 관찰할 수 있는 주파수의 대역에 한계(거리에 따른 신호감 쇄, processing capacity 등에 의한 한계)가 있을 것이다. 또한, CR 기지국만이 독자적으로 주파수 대역을 관찰하더라도 모든 주파수 대역을 관찰할 수 있는 것은 아닐 것이다. 따라서, CR 단말과 CR 기지국은 주파수 대역을 관찰한 결과를 서로 공유할 수 있다. 즉, 상기 인지 학습은, 각 CR 단말이 스스로 판단하는 지역 학습(local learning)과 전체 네트워크 상에서 여러 CR 단말이 제공하는 정보를 기반으로 하는 분산 학습(distributed learning)으로 구분할 수 있다.
도 8a는 CR 단말과 CR 기지국을 포함하는 네트워크 상에서의 인지 학습 방법에 관한 도면이다. 도시된 바와 같이, CR 단말과 CR 기지국의 기반 PHY/MAC은 서로 간의 서비스 전달을 위해 연결을 설정한다(S801). 즉, CR 단말이 기지국에 접근하려면 스스로 스펙트럼을 관찰하여 기지국의 기반 MAC/PHY가 보내는 신호를 알아낸다. 그런 다음 그 기지국에 접속하여 그 외의 서비스 파라미터들을 알아낸다. 다만, S801의 단계는 S802 또는 S803 단계 이후에 수행될 수 있다. S802는 지역 학습 단계이다. 각 CR 단말 및 CR 기지국은 검색 가능한 주파수 대역(스펙트럼)을 관찰하고, 어떠한 주파수 대역에 어떠한 서비스가 존재하는지를 판단한다. S803은 분산 학습 단계이다. 각 CR 단말 및 CR 기지국은 지역 학습 단계를 통해 어떠한 주파수 대역을 통해 서비스를 제공받을 수 있는지 또는 어떠한 주파수 대역이 비어 있는지 등에 관한 정보를 교환할 수 있다. S803 단계를 통해, 단말이 자체적으로 관찰한 스펙트럼 정보를 기지국에 전달하여, 기지국이 종합적인 스펙트럼에 대한 정보를 정리할 수 있도록 한다. S801 내지 S803의 단계를 통해 기반 MAC/PHY 간의 연결이 설정되었다면, 제공되는 서비스에 따른 요소 MAC/PHY를 결정하고 결정된 요소 MAC/PHY를 로딩하여 요소 MAC/PHY 간의 연결을 설정한다(S804). 이후 CR 단말은 특정 서비스의 요소 MAC/PHY에 접속하여 해당 서비스를 받으면서 기반 MAC/PHY와의 통신은 계속 수행한다.
CR 단말에서 상기 인지 학습은 이하에서 설명하는 순서로 동작할 수 있다. 우선, 무선 채널로부터 수신되는 정보를 기반 MAC/PHY에서 획득하고, 이러한 수신 신호에 대한 정보를 상기 인지 엔진(602)에 전달한다. 상기 인지 엔진(602)은 정책 엔진(603) 등의 제어를 받아 주파수 대역에 대한 검색 결과 및 어떠한 서비스가 가능한지 정보를 기반 MAC/PHY에 전달한다. 상기 기반 MAC/PHY는 인지 학습을 마무리하고, 상기 인지 엔진(602)에 피드백 정보를 주고, 요소 MAC/PHY를 로딩하여 실제 서비스를 제공받을 수 있다. 즉 인지 학습은, 상기 인지 엔진(602)과 기반 MAC/PHY에 의해 함께 수행되고, 수행 결과에 따라 실제 제공되는 요소 MAC/PHY들을 정할 수 있으며, 정해진 요소 MAC/PHY들에 대한 파라미터 설정도 가능해진다.
도 8b는 CR 단말과 종래의 기지국을 포함하는 네트워크 상에서의 인지 학습 방법에 관한 도면이다. 도 8b의 경우에는, 기지국에서 CR 기법을 지원하지 않기 때문에, CR 단말은 지역 학습 및 분산 학습을 수행할 필요 없다. 상기 기반 MAC/PHY는 기지국과 통신할 수 있는 요소 MAC/PHY를 로딩하고, 각 요소 MAC/PHY에 대한 설정을 수행한 후, 서비스를 제공받는다(S804).
이하, 상기 기반 MAC/PHY의 동적 서비스 스펙트럼(dynamic service spectrum) 제어에 관하여 설명한다.
상기 기반 MAC/PHY는 인지 학습을 통한 스펙트럼을 결정한 후, CR 통신 장치 들이 어떻게 스펙트럼을 설정할지를 설정한다. 즉, 상기 기반 MAC/PHY는 주파수 대역 분석 결과와 제공되는 서비스와 관련된 요소 MAC/PHY들의 개수, 및 전체 트래픽의 양을 기초로 필요한 주파수 대역폭을 동적(dynamic)으로 결정한다.
도 9는 CR 통신 장치가 처리해야 할 데이터량에 따라 기반 MAC/PHY가 결정하는 주파수의 대역폭을 표시한 도면이다.
종래의 통신 기법의 경우, 주파수 대역에 제한이 있었기 때문에, 정해진 주파수 자원을 모두 사용한 이후에 계속하여 서비스의 요구가 증가하는 경우 제공되는 서비스의 질(예를 들어, QoS)을 감소시켰다.
그러나, 상기 기반 MAC/PHY는 주파수 대역을 자유롭게 검색하여 원하는 서비스를 발견하고 사용되지 않는 주파수 대역을 이용하는 CR 기법에 기초한다. 따라서, 트래픽의 증가에 따라 주파수 대역폭을 자유롭게 조절할 수 있다. 즉, CR 통신 장치에 있어서 대역폭은 순간적인 대여/대출의 관계를 형성한다. 따라서, 보다 많은 트래픽을 처리해야 하는 경우, 많은 주파수 자원을 사용하도록 동적 할당을 수행할 수 있다. 또한, 트래픽의 양이 줄어들면, 그에 따라서 사용되는 대역폭을 감소시킬 수 있다. 상기 기반 MAC/PHY는 전체적인 트래픽의 양과 스펙트럼 상황에 따라서 주파수 대역폭을 조절한다. 따라서, 국가나 지역의 주파수 정책에 반하지 않으면서 사용 가능한 주파수 대역이 충분한 경우, 모든 트래픽을 처리할 수 있는 최대의 대역 폭까지 주파수 대역을 증가시킬 수 있다. 또한, 상기 기반 MAC/PHY는 전체적인 트래픽의 양, 채널의 상황, 필요로 하는 서비스의 종류에 따라서 사용되는 주파수 대역을 재설정할 수도 있다. 한편, 하나의 CR 기지국에 여러 CR 단말이 통 신하는 경우, 무선 단말이 사용하는 주파수 대역이 출동하는 문제가 발생할 수 있다. CR 통신 장치는, 다른 CR 통신 장치와 충돌없이 주파수 대역을 사용하기 위한 공존(coexistence)를 위하여 특정한 주파수 대역을 서로 공유하는 프로토콜을 제공하는 것이 바람직하다.
도 9에 도시된 바와 같이, 트래픽이 증가하는 경우 CR 통신 장치는 상술한 인지 학습을 통해 주파수 대역을 관찰하고 사용할 대역 및 서비스를 결정할 수 있다. 이 경우, 상기 기반 MAC/PHY는 인지 학습을 통한 주파수 대역의 관찰 결과 및 서비스에 이용되는 요소 MAC/PHY의 개수와 증가하는 트래픽의 양에 기초하여 더 넓은 주파수 대역을 통해 각각의 요소 MAC/PHY가 통신을 수행하도록 설정할 수 있다. CR 기법의 특성상, 지역이나 국가의 주파수 정책에 반하지 않는 한 주파수 대역에 제한이 없으므로 처리해야 하는 트래픽을 넓은 주파수 대역을 통해 처리하는 이점이 있다.
이하. 상기 기반 MAC/PHY의 채널 설정(channel configuration)에 관하여 설명한다.
CR 통신 장치의 기반 MAC/PHY는 다른 CR 통신 장치와의 통신을 위해 제어 채널과 기본 데이터 채널을 설정하는 것이 바람직하다. 이하, 이러한 채널 설정의 일례로서 CR 기지국의 기반 MAC/PHY가 설정하는 제어 채널(control channel)과 기본 데이터 채널(Basic data channel)을 설명한다.
상기 제어 채널(control channel)은 CR 통신 장치가 사용하게 될 대역폭과 각 대역폭들에 대한 서비스의 종류를 정의한다. 상기 제어 채널은 복수의 CR 단말 의 기반 MAC/PHY와 기지국의 기반 MAC/PHY 간의 연결에 사용된다. 상기 기본 데이터 채널(Basic data channel)은 기본적인 데이터 채널 역할과 제어 채널의 역할을 함께 갖는 채널을 말한다.
도 10은 CR 통신 장치에서 수행하는 채널 설정의 개념을 나타내는 도면이다. 도 10의 제어 채널(904)은 기반 MAC/PHY가 사용할 주파수 자원의 양, 즉 스펙트럼의 양에 관한 정보를 제공한다. 또한, 도 10의 제어 채널(904)은 복수의 데이터 채널들(901 내지 906)의 채널에 관한 정보를 제공한다. 즉, 상기 CR 기지국과 통신하는 CR 단말의 기반 MAC/PHY는 상기 제어 채널(904)을 통해 상기 CR 기지국의 기반 MAC/PHY와 연결을 설정한다. 이러한 연결을 통해 CR 단말은, 어떠한 주파수 대역에서 통신할 수 있고, 이러한 주파수 대역에서는 어떠한 서비스가 제공되는지를 알 수 있다. 또한, 상기 제어 채널(904)은 CR 단말이 각 채널에 어떤 식으로 접근해야 하는가에 대한 정보를 담고 있다. 상기 제어 채널(904)은 CR 통신 장치가 주파수 대역을 검색한 결과에 따라 결정되는 것이 바람직하다.
도 10의 기본 데이터 채널(Basic data channel)(903)은 제어 채널(904)에 포함될 수 있는 정보를 포함할 수 있다. 즉, 기본 데이터 채널(903)은 제어 채널로부터 확장된 채널일 수 있다. 예를 들어, CR 기지국이 광범위한 대역을 통해 서비스를 제공해야 하는 경우 상기 제어 채널(904)을 통해 모든 제어 정보를 전송하지 못하는 문제가 발생할 수 있다. 이 경우, 상기 기본 데이터 채널(903)은 제어 채널(903)의 역할을 일부 수행할 수 있다. 또한, 기본 데이터 채널(903)은 기타 확장 데이터 채널(901, 902, 905, 906) 등과 같이 데이터 채널의 역할을 수행할 수도 있 다. 상기 기본 데이터 채널(903)을 통해 제공되는 서비스는 통신 규격에 의해 필수적으로 제공되어야하는 서비스(mandatory service)일 수 있다.
도 10에 도시된 바와 같이, CR 기법은 특정한 주파수 대역에 국한되지 않으므로 시간의 변화에 따라 채널이 사용하는 주파수 대역이 변하는 특징이 있다. 도 10의 경우, 901, 902, 903, 905, 906의 데이터 채널이 서로 다른 요소 MAC/PHY에 의해 사용된다. 즉, 특정한 서비스 중 제1 서비스는 901 및 905의 채널을 통해 제2 요소 MAC/PHY(component 2 MAC/PHY)에 의해 제공된다. 또한, 특정한 서비스 중 제2 서비스는 902 채널을 통해 제3 요소 MAC/PHY(component 1 MAC/PHY)에 의해 제공된다. 또한, 특정한 서비스 중 제3 서비스는 903 채널을 통해 제1 요소 MAC/PHY에 의해, 특정한 서비스 중 제4 서비스는 906 채널을 통해 제4 요소 MAC/PHY에 의해 제공된다. 도시된 바와 같이, 기반 MAC/PHY의 설정에 따라 각각의 서비스는 서로 인접하는 주파수 대역을 통해 제공될 수도 있고, 서로 분리된 주파수 대역을 통해 제공될 수 있다. 마찬가지로, 기반 MAC/PHY의 설정에 따라, 하나의 요소 MAC/PHY는 서로 인접하는 주파수 대역을 통해 통신할 수도 있고, 분산된 주파수 대역을 통해 통신할 수도 있다.
이하, 상기 기반 MAC/PHY의 페이로드 관리(payload management for component MAC/PHY)를 설명한다.
상술한 바와 같이, 기반 MAC/PHY가 사용할 스펙트럼의 양을 결정하면, 이는 도 10의 904 채널과 같은 제어 채널(control channel)을 통해서 모든 단말이 알 수 있도록 규격화되어 방송된다. 이 방송 데이터를 통해서 CR 단말들은 자신이 원하는 서비스를 해당 기지국으로부터 수용한다.
CR 단말은 요소 MAC/PHY를 통해 실제로 서비스를 제공받는다, 즉, CR 단말의 요소 MAC/PHY는 서비스를 위한 인터페이스를 제공한다. 상기 요소 MAC/PHY는 독자적인 전송 신호 규격, 즉 RF 신호 규격을 갖추는지 여부에 따라 두 가지 방식으로 구분된다. 하나는 요소 MAC/PHY의 물리적 전송 신호 규격을 기반 MAC/PHY의 규격에 따르게 하고 내부의 페이로드 구조(payload structure)만 요소 MAC/PHY로 구현하는 방식이고, 나머지 하나는 요소 MAC/PHY의 물리적 전송 신호 규격을 독립적으로 정하는 것이다. 첫 번째 방식은 종속적 요소 MAC/PHY 정의 방법이고, 두 번째 방식은 독립적 요소 MAC/PHY 정의 방법이다.
이하, 종속적 요소 MAC/PHY 정의 방법을 설명한다. 이 경우, 요소 MAC/PHY의 물리 신호에 관한 규격은, 기반 MAC/PHY의 규격을 따라서 결정되기 때문에 단말의 요소 MAC/PHY는 각 서비스에 따라서 개별적인 물리적인 동기화나 가상 기지국 검색 등의 과정을 거치지 않고 바로 서비스에 접근 가능해진다. 다만, 서비스의 규격에 따라서 정해지는 상/하향 링크의 전송 체인에 대한 정의가 따로 존재하고, 지원되는 트래픽의 종류에 따라 서로 다른 QoS(Quality of Service)를 제공해줄 수 있는 접근 구조(access structure)를 제공해주는 종속적인 요소 MAC/PHY가 정의되는 것이 바람직하다. 전송 체인은 상위 계층(예를 들어, MAC 계층의 상위에 존재한 계층)에서 전달되는 패킷에 대한 순서로서, 물리적인 신호로 전송되기 전까지 의미를 갖는다. 전송 체인의 일례는, 재전송, scheduling, channel coding, Hybrid ARQ, MIMO, fragmentation 등이 있다. 전송 체인에 따라 전달되는 패킷의 QoS는 패킷을 전달하는 형식이나 구조에 따라 결정되는데, 각 Qos는 프로토콜의 종류에 따라 구분될 수 있다. 예를 들어, WLAN의 경우 실시간 전송이 지원되지 않지만, IEEE 802.16e의 경우 실시간 전송이 지원된다. 따라서 상술한 바와 같이, 지원되는 트래픽의 종류에 따라 서로 다른 QoS(Quality of Service)를 제공해줄 수 있는 접근 구조를 제공해 주는 것이 바람직하다.
이하, 독립적 요소 MAC/PHY 정의 방법을 설명한다. 이 경우, 기반 MAC/PHY에 의해 사용되는 주파수 대역이 결정된 후, 제어 채널에 특정 대역에 대해서 특정 서비스가 사용중임을 표기한다. 예를 들어, 도 10의 904 채널을 통해 901 내지 906 대역에 특정한 서비스가 제공됨을 알린다. 각각의 대역에 접속하여 서비스를 제공받기 위한 물리적 전송 신호 규격은 각 요소 MAC/PHY에서 정의된다. 즉, 제어 채널로부터 각 대역에 대한 정보를 제공하는 동작은 기반 MAC/PHY에서 수행되고, 나머지 동작은 요소 MAC/PHY에서 수행되는 방법이다. 이 방법은 현재 존재하는 다양한 무선 통신 기기를 그대로 수용가능하기 때문에 선호될 것이다. 이 경우, 각 요소 MAC/PHY는 종래의 제한된 대역폭(예를 들어, 종래의 CDMA 통시 규격에서 사용하는 특정한 대역폭)에 대한 인터페이스를 제공하므로, 기반 MAC/PHY는 각 요소 MAC/PHY가 접속해야하는 채널에 관한 정보를 제공해야 한다. 즉, 기반 MAC/PHY는 제어 채널(예를 들어, 도 10의 904 채널)과 반드시 정의되어야 하는 데이터 채널(예를 들어, 904 채널에 포함되는 데이터 채널 또는 903의 채널)에 대해서 인터페이스를 정의하고, 확장된 대역(예를 들어, 도 10의 901, 902, 905, 906의 채널)에 대해서는 특정한 요소 MAC/PHY를 사용할 것으로 지시해주어야 한다.
상술한 기반 MAC/PHY(platform MAC/PHY)의 개념은, 인구 밀도가 상이한 지역에 서비스를 제공하는 통신 사업자에게 유리하게 활용될 수 있다. 즉, 상술한 바와 같이 트래픽의 양에 따라 서비스를 제공하는 방법뿐만 아니라, 서비스가 제공되는 지역에 따라 서로 다른 서비스를 제공해줄 수 있다. 예를 들어, 시골 지역과 도시 지역간에는 사용자의 밀도가 다르므로, 이를 감안하여 새로운 서비스 경쟁 모드가 가능하다.
도 11은 사용자 밀도가 서로 다른 지역에서 사용되는 주파수 대역을 나타내는 도면이다. 도면에서 provider 1 및 provider 2는 시장의 지배적인 사업자이다. CR 기법에 의하면, CR 단말들을 위한 특정 서비스를 제공하는 대역에서 서로 다른 사업자가 공존할 수 있다. 이 경우에, 시장의 지배적인 사업자는 사용자 밀도가 높은 지역과 낮은 지역 모두에서 서비스를 제공하기 위해 모든 지역에 CR 통신 장치를 설치할 수 있다. 그러나, 일반적인 사업자는 비록 사용자 밀도가 높은 지역과 낮은 지역 모두에서 서비스를 제공하고 싶더라도, 모든 지역에 CR 통신 장치를 설치하기 어렵다. 이 경우, 일반적인 사업자는 사용자 밀도가 높은 지역에서는 해당 사업자 만의 CR 통신 장치(예를 들어, CR 기지국)를 설치하고 사용자 밀도가 낮은 지역에서는 지배적 사업자의 CR 통신 장치를 통해 서비스를 제공할 수 있다. 특히 다른 사업자끼리는 CR 기법을 통해 동일한 대역을 공유하면서, 필요치 않은 대역에 대해서는 대여를 통해서 다른 사업자에게 비용을 청구할 수 있다. 또한, 특정 사업자가 서비스할 수 있는 대역을 더 쓰기 위하여 다른 사업자로부터 주파수 대역을 빌려오는 방안도 가능하다.
본 발명은 본 발명의 정신 및 필수적 특징을 벗어나지 않는 범위에서 다른 특정한 형태로 구체화될 수 있음은 당업자에게 자명하다. 따라서, 상기의 상세한 설명은 모든 면에서 제한적으로 해석되어서는 아니되고 예시적인 것으로 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 첨부된 청구항의 합리적 해석에 의해 결정되어야 하고, 본 발명의 등가적 범위 내에서의 모든 변경은 본 발명의 범위에 포함된다.
본 발명에 의하면 다음과 같은 효과를 얻을 수 있다. 우선, 유휴 스펙트럼을 효율적으로 사용할 수 있다. 또한, 사업자 간 할당된 스펙트럼을 공유할 수 있다
본 발명은 CR단말에 대한 포괄적 MAC/PHY 형식을 정의한다. 본 발명에 따르면, CR 통신 장치에서 사용 가능한 서비스 종류를 기반(platform) 형식의 MAC/PHY에 구현하므로, 다양한 QoS(Quality of Service)를 제공해줄 수 있다. 본 발명에 따르면, 버스트 트래픽(Burst traffic)에 대해서 사용자 간 QoS 감소 방식보다는, 사용자가 느끼는 채널의 병목을 없앨 수 있다.
본 발명은, 스스로 진화할 수 있는 표준 규격의 형태를 제시한다. 본 발명은, CR 단말에게 현재의 무선통신뿐만 아니라 미래의 통신 기법에 대한 포괄적인 틀을 제공한다.

Claims (18)

  1. 동적으로 주파수 할당이 가능한 이동 단말에 있어서,
    특정한 주파수 정책 및 사용자(User)에 의해 선택된 서비스에 기초하여 주파수 대역을 검색하고, 검색된 주파수 대역 중 특정한 주파수 대역을 선택하는 인지 엔진; 및
    상기 선택된 주파수 대역에 대한 설정을 수행하는 기반(platform) 블록과, 상기 기반 블록의 설정에 따라 특정한 프로토콜에 의한 데이터 처리를 수행하는 적어도 하나의 요소(component) 블록을 포함하는 통신 시스템 블록
    을 포함하여 이루어지는 동적으로 주파수 할당이 가능한 이동 단말.
  2. 제1항에 있어서,
    무선 채널로부터 수신되는 무선 신호의 주파수 대역을 변경하는 무선 신호 처리 모듈; 및
    상기 변경된 주파수 대역으로부터 수신되는 아날로그 신호를 디지털 신호로 변경하는 A/D (Analog to Digital) 변환 모듈
    을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 동적으로 주파수 할당이 가능한 이동 단말.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 이동 단말이 위치하는 지역의 주파수 정책을 획득하고, 상기 인지 엔진을 위한 주파수 정책을 관리하는 정책 엔진
    을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 동적으로 주파수 할당이 가능한 이동 단말.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 기반 블록은, 상기 주파수 대역 검색 및 선택을 위한 정보를 상기 인지 모듈에 제공하는 것을 특징으로 하는
    동적으로 주파수 할당이 가능한 이동 단말.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 기반 블록은, 상기 선택된 주파수 대역 중 상기 이동 단말이 사용하는 스펙트럼의 크기를 결정하는 것을 특징으로 하는
    동적으로 주파수 할당이 가능한 이동 단말.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 기반 블록은, 처리해야 하는 트래픽의 양에 따라 상기 스펙트럼의 크기를 결정하는 것을 특징으로 하는
    동적으로 주파수 할당이 가능한 이동 단말.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 기반 블록은, 특정한 제어 채널을 통해 기지국에 포함되는 기반 블록과 연결을 설정하는 것을 특징으로 하는
    동적으로 주파수 할당이 가능한 이동 단말.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 제어 채널은, 서비스를 송수신하는 적어도 하나의 데이터 채널에 관한 정보를 포함하는 것을 특징으로 하는
    동적으로 주파수 할당이 가능한 이동 단말.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 요소(component) 블록은, 상기 데이터 채널을 통해 송수신되는 상기 서비스를 처리하는 것을 특징으로 하는
    동적으로 주파수 할당이 가능한 이동 단말.
  10. 동적으로 주파수 할당이 가능한 송신 단의 서비스 송수신 방법에 있어서,
    특정한 주파수 정책 및 사용자에 의해 선택된 서비스에 기초하여 주파수 대역을 검색하는 단계;
    상기 검색 결과에 따라 상기 송신 단이 사용할 주파수 대역을 결정하고, 상기 결정된 주파수 대역에 대한 설정을 수행하는 기반(platform) 블록을 위한 연결 을 수행하는 단계; 및
    상기 결정된 주파수 대역을 통해 서비스를 송수신하는 적어도 하나의 요소(component) 블록을 위한 연결을 수행하는 단계
    를 포함하여 이루어지는 동적으로 주파수 할당이 가능한 송신 단의 서비스 송수신 방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 송신 단이 위치하는 지역의 주파수 정책을 획득하는 단계
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 동적으로 주파수 할당이 가능한 송신 단의 서비스 송수신 방법.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 주파수 대역을 검색한 결과를 수신 단으로 전송하는 단계
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 동적으로 주파수 할당이 가능한 송신 단의 서비스 송수신 방법.
  13. 제10항에 있어서,
    상기 주파수 대역을 검색하는 단계는,
    사용 가능한 주파수 대역을 검색하고, 특정한 주파수 대역을 통해 제공되는 서비스가 존재하는지 여부를 판단하는 단계인 것을
    특징으로 하는 동적으로 주파수 할당이 가능한 송신 단의 서비스 송수신 방법.
  14. 제10항에 있어서,
    상기 기반 블록을 위한 연결을 수행하는 단계는,
    상기 송신 단의 기반 블록과 수신 단의 기반 블록 간의 연결을 수행하는 단계
    인 것을
    특징으로 하는 동적으로 주파수 할당이 가능한 송신 단의 서비스 송수신 방법.
  15. 제10항에 있어서,
    상기 결정된 주파수 대역은, 트래픽의 크기에 따라 결정되는 것을
    특징으로 하는 동적으로 주파수 할당이 가능한 송신 단의 서비스 송수신 방법.
  16. 제10항에 있어서,
    상기 기반 블록을 위한 연결을 수행하는 단계는,
    특정한 제어 채널을 통해 수행되는 것을
    특징으로 하는 동적으로 주파수 할당이 가능한 송신 단의 서비스 송수신 방 법.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 제어 채널은, 적어도 하나의 데이터 채널에 관한 정보를 포함하는 것을
    특징으로 하는 동적으로 주파수 할당이 가능한 송신 단의 서비스 송수신 방법.
  18. 제10항에 있어서,
    상기 요소 블록을 위한 연결을 수행하는 단계는,
    특정한 제어 채널을 통해 지시되는 데이터 채널을 통해 수행되는 것을
    특징으로 하는 동적으로 주파수 할당이 가능한 송신 단의 서비스 송수신 방법.
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