KR20090077622A

KR20090077622A - 인지 무선 통신 시스템의 주파수 스펙트럼 공유 최적화방법

Info

Publication number: KR20090077622A
Application number: KR1020080003681A
Authority: KR
Inventors: 정방철; 손규호; 성단근; 정송
Original assignee: 한국과학기술원
Priority date: 2008-01-11
Filing date: 2008-01-11
Publication date: 2009-07-15
Also published as: KR100980677B1

Abstract

특정 주파수 대역을 사용하는 메인(1차) 시스템 및 상기 메인(1차) 시스템이 사용하는 상기 특정 주파수 대역을 기회주의적으로 함께 사용하는 보조(2차) 시스템으로 구성되는 인지 무선 통신(Cognitive Radio) 시스템의 주파수 스펙트럼 분배 최적화 방법은, 상기 보조(2차) 시스템의 송신단이 사용할 수 있는 최대 송신 전력을 설정하는 단계, 상기 보조(2차) 시스템의 송신단에서 상기 메인(1차) 시스템의 수신단으로 전송되는 각 서브캐리어에 의해서 발생하는 간섭에 대하여, 상기 메인(1차) 시스템이 허용할 수 있는 최대 간섭량를 설정하는 단계; 및 상기 설정된 최대 송신 전력 및 최대 간섭량을 고려하여 상기 보조(2차) 시스템이 사용할 수 있는 최적 전력량을 결정하는 단계를 포함하여 구성된다.

인지 무선, 주파수 스펙트럼, 라이센스 밴드, OFDM

Description

인지 무선 통신 시스템의 주파수 스펙트럼 공유 최적화 방법 {Optimization Method of Frequency Spectrum Sharing in Cognitive Radio Systems}

본 발명은 인지 무선(Cognitive Radio) 통신 시스템의 주파수 스펙트럼 공유 최적화 방법에 관한 것으로서, 보다 자세하게는 특정 주파수 대역을 사용하는 메인(1차) 시스템 및 상기 메인(1차) 시스템이 사용하는 상기 특정 주파수 대역을 기회주의적(opportunistically)으로 함께 사용하는 보조(2차) 시스템으로 구성되는 인지 무선 통신 시스템의 주파수 스펙트럼 공유 최적화 방법에 관한 것이다.

통신 기술의 발달과 함께 무선 이동 통신, 무선 인터넷 기술들이 등장하고, 그에 따른 다양한 응용서비스(어플리케이션)들이 개발되었다. 급속도로 발전하는 통신 기술은 이제 이동 멀티미디어 환경을 구축해 나가고 있으며, 보다 넓은 대역의 주파수 스펙트럼이 필요하게 되었다. 하지만, 주파수 스펙트럼은 제한된 자원이기 때문에 무한정 스펙트럼을 확장할 수 있는 없는 한계를 가지고 있다. 따라서, 주파수 대역의 할당, 허가, 및 관리에 관한 것은 주로 정부에서 주관하고 있으며, 라이센스를 발급받은 사업자만이 사용 권한을 가지게 된다. .

그런데, 이렇게 사용 권한이 허가된 주파수 스펙트럼의 상당수가 아예 사용 되지 않거나, 매우 미미한 수준으로 사용되고 있다. 즉, 주파수 스펙트럼이 매우 비효율적으로 사용되고 있는 실정이다. 따라서, 주파수 스펙트럼의 비효율적인 사용이 매우 중요한 이슈가 되었다. 한편, 효율적인 주파수 스펙트럼의 관리를 위해서 미국 연방 통신 위원회(FCC, Federal Communication Commission, 이하 FCC라고 함)는 세컨더리 마켓 이니셔티브(Secondary Market Initiative: 보조적 시장 제안)에서 주파수 대역의 사용에 있어서 특정 주파수 대역에 대하여 정부로부터 사용 허가를 받지 않은 제3자가 타인이 허가 받은 주파수 대역을 사용할 수 있도록 사용 라이센스를 공유하는 방안을 제안하였다. 이 제안은 스펙트럼 사용의 효율성을 높이기 위해서 동적인 스펙트럼 사용 라이센스 발급에 관한 개념을 소개하고 있는데, 동적인 스펙트럼 라이센스 발급을 위해서는 인지 무선(Cognitive Radio) 통신 방식을 요구한다.

인지 무선 통신은 주변의 통신 환경을 인식할 수 있는 유동적 첨단 무선 통신 시스템이다. 인지 무선 통신 시스템은 현재 사용되지 않는 주파수 대역을 감지하여 라이센스를 갖고 있지 않은 시스템이 현재 사용되지 않는 라이센스 대역을 사용할 수 있도록 해주거나, 라이센스를 가진 시스템이 면허 대역을 사용하고 있는 중이라고 할 지라도 메인(1차) 시스템과 함께 면허 대역을 공유하여 사용할 수 있도록 해준다.

하지만, 면허(license)를 가지고 있는 메인(1차) 시스템과 면허 대역을 공유하여 사용할 경우에는 면허를 가지고 있지 않은 보조적 시스템(2차 사용자)은 반드시 메인(1차) 시스템의 사용을 방해하지 않는 조건에서 면허 대역을 사용하여야 하 기 때문에, 면허 대역의 사용에 있어서 그 우선권이 메인 시스템 보다 후순위로 되는 언더레이 모드(underlay mode) 에서 작동하게 된다. 여기서, 보조(2차) 시스템이 면허 대역을 사용함으로써 발생하는 간섭을 메인(1차) 시스템의 수신부에서 어느 정도 허용할 수 있는가의 정도를 나타내는 척도로서 간섭 온도(interference temperature)라는 개념이 도입된다.

한편, 이와 관련하여 인지 무선 시스템에서 최적의 간섭 온도 결정에 관한 몇몇 연구들이 있었다. 예를 들면, Devroye et al.(N. Devroye, P. Mitran, and V. Tarokh, “Achievable rates in cognitive raido channels”, IEEE J. Sel. Areas Commun., vol. 43, no. 6, pp. 19861992, June 1997)의 연구에서는 인지 무선 통신 시스템의 하나의 모델을 제시하고 여기서 얻어 낼 수 있는 최대 전송률을 도출해 냈지만, 보조(2차) 시스템 사용자가 반드시 메인(1차) 시스템에서 전송되는 모든 메시지를 알고 있어야 한다는 이상적인 가정을 전제로 하고 있었기 때문에, 실제 통신 시스템에서는 적용되기 어렵다는 한계가 있었다. Srinivasa와 Jafar(S. Srinivasa and S.A. Jafar “The Throughput potential of cognitive radio:a theoretical perspective”, IEEE Commun. Mag., vol.45, no.5, pp.7379, May 2006)의 연구에서도 Devroye et al.의 연구와 비슷한 인지 무선 통신 모델을 제안했으나, 역시 현실적으로 적용하기 어려운 점이 있었다.

한편, Popovski(P. Popovski, H. Yomo, K. Nishimori and R. D. Taranto, “Rate adaptation for cognitive radio under interference from primary spectrum user”, Submitted to IEEE J. Sel. Areas Commun., Mar. 2007)의 연구에서는 보 조(2차) 시스템의 수신부가 메인(1차) 시스템의 전송률 및 수신 전력에 따라서 메인 시스템의 신호를 기회주의적으로 디코딩하는 전송률 적응 기술(rate adaptation technique)을 제안하였다. 이러한 기술에 따르면, 보조(2차) 시스템의 성능이 향상될 수 있다. 하지만, 이러한 기술은, 보조(2차) 시스템의 수신부가 메인(1차) 시스템의 송신부의 전송률 및 채널 이득을 반드시 알고 있어야 하기 때문에, 실제로 구현하기에는 시스템의 복잡도가 너무나 증가해 버린다는 단점이 있었다.

그 뒤로, Ghasemi와 Sousa(A. Ghasemi and E. S. Sousa, “Fundamental limits of spectrumsharing in fading environments”, IEEE Trans. On Wireless Communications, vol.6, nol.2, pp.649658, Feb. 2007)의 연구에서는 주파수 페이딩 환경에서 주파수 대역 라이센스를 가지고 있는 수신단에서의 수신 전력의 제한 조건을 이용하여 보조(2차) 시스템의 용량을 분석하였다. 이 연구에서는, 주파수 대역 라이센스를 가지고 있는 수신단에서의 수신 전력은 제한되어 있지만, 전송 전력은 무제한이라는 가정에서 이루어졌다. 이 연구는 수신 전력의 제한 조건 아래에서의 페이딩 채널 용량의 최대값을 도출했다는데 의의가 있었다. 하지만, 실제로는 전송 전력이 하드웨어의 성능이나 안전 기준에 따라서 제한이 된다는 점에서, 역시 실제 시스템으로 구현하는 데에는 부족한 점이 있었다.

즉, 인지 무선 통신에 관한 종래의 연구들이 모두 실제에는 적용되기 어려운 매우 이상적인 가정을 전제로 하고 있으며, 매우 복잡한 시스템 구성을 요한다는 점에서 실제 통신 시스템에 적용되기에는 상당히 무리가 있었다.

차세대 무선 이동통신은 거의 대부분 직교주파수분할다중화(OFDM : Orthogonal Frequency Division Multiplexing) 방식을 취하고 있다. 왜냐하면, 직교주파수분할다중화 방식은 다중경로 페이딩에 강하며, 자원 할당에 있어서 유연성이 뛰어나기 때문이다. 따라서, 인지 무선 통신 시스템의 메인(1차) 시스템과 보조(2차) 시스템은 물리계층으로서 모두 직교주파수분할다중화 방식을 취한다. 하지만, 지금까지는 직교주파수분할다중화 방식을 취하는 인지 무선 통신 시스템에 있어서 보조(2차) 시스템의 채널 용량 이득의 최적화에 대한 실제적인 방안이 전무한 상태였다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해서 도출된 것으로서, 다중 반송파(multicarrier) 인지 무선(cognitive radio) 통신 시스템에 있어서 주파수 스펙트럼을 최적화하여 공유하는 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 일 실시예에 따르면, 특정 주파수 대역을 사용하는 제1 시스템 및 상기 제1 시스템이 사용하는 상기 특정 주파수 대역을 기회주의적으로 함께 사용하는 제2 시스템으로 구성되는 인지 무선 통신(Cognitive Radio) 시스템의 주파수 스펙트럼 공유 최적화 방법은, 상기 제2 시스템의 송신단이 사용할 수 있는 최대 송신 전력을 설정하는 단계; 상기 제2 시스템의 송신단에서 상기 제1 시스템의 수신단으로 전송되는 각 부반송파에 의해서 발생하는 간섭에 대하여, 상기 제1 시스템이 허용할 수 있는 최대 간섭량를 설 정하는 단계; 및 상기 설정된 최대 송신 전력 및 최대 간섭량을 고려하여 상기 제2 시스템이 사용할 수 있는 최적 전력량을 결정하는 단계를 포함하여 구성된다.

바람직하게는, 상기 제2 시스템이 사용할 수 있는 최적 전력량을 결정하는 단계는,

상기 제1 시스템의 송신단에서 상기 제2 시스템의 수신단으로 향하는 채널 이득을

, 상기 제2 시스템의 송신단에서 상기 제2 시스템의 수신단으로 향하는 채널 이득을

, 각 부반송파

에 대하여 상기 제1 시스템의 송신단 및 상기 제2 시스템의 송신단에 할당되는 전력을 각각

,

라고 하고, 상기 각 부반송파

에서의 잡음을

, 상기 제1 시스템의 대역폭을

라고 할 때,, 상기 보조(2차) 시스템의 채널 용량을 나타내는 수식

이 최대가 되도록

가 결정된다.

보다 바람직하게는, 상기 최대 송신 전력을 설정하는 단계는, 상기 제2 시스템의 사용자에게 허용될 수 있는 최대 송신 전력을

라고 할 때 상기

, 및

는 수식

을 만족한다.

보다 바람직하게는, 상기 최대 간섭량을 설정하는 단계는, 상기 제2 시스템의 송신단에서 상기 제1 시스템의 수신단으로 향하는 채널 이득을

라고 하고, 상기 최대 간섭량을

라고 할 때, 상기 각 부반송파에 대하여 제1 시스템이 받는 간섭량

의 최고치는 수식

을 만족한다.

보다 바람직하게는, 연산자

를

로 정의할 때,

는 상기 수식

에 대한 음이 아닌 라그랑주 멀티플라이어이고, 함수

가 0이 되도록 결정되며, 상기

는 각 부반송파

에 대하여, 수식

으로 표현되는 워터필링(water filling) 방식에 의해서 결정된다.

본 발명의 또 다른 실시예에 의하면, 상기 최대 간섭량을 설정하는 단계는, 상기 제2 시스템의 송신단에서 상기 제1 시스템의 수신단으로 향하는 채널 이득을

라고 하고, 상기 최대 간섭량을

의 평균값은 수식

을 만족한다.

보다 바람직하게는, 연산자

를

로 정의할 때,

는 상기 수식

과 결합된 음이 아닌 라그랑주 멀티플라이어이고,

는 상기 수식

에 대한 음이 아닌 라그랑주 멀티플라이어이며, 상기

와

는 각각 식

및

이 만족될 수 있도록 결정되며, 상기

는 각 부반송파

에 대하여, 수식

상기와 같은 구성을 갖는 본 발명에 따르면, 아래와 같은 효과가 있다.

본 발명의 실시 예에 따른 주파수 스펙트럼 공유 최적화 방법에 의하면, 할당된 주파수 대역을 두 개 이상의 시스템이 최적화 하여 공유하며 쓸 수 있기 때문에 효율적이고 효과적인 주파수 대역 사용을 도모할 수 있다.

또한, 모든 부반송파에 단순히 동일한 전력을 배분하는 경우보다 높은 채널 용량을 얻을 수 있으며, 동적인 에너지 배분이 가능하게 된다.

도1은 본 발명의 실시예에 따른 주파수 스펙트럼의 최적화된 공유 방법에 있어서 인지 무선 통신 시스템(100)의 개략적인 구성을 보여주는 개념도이다.

도1을 참고하면, 인지 무선 통신 시스템(100)은 메인(1차) 시스템(110)과 보조(2차) 시스템(120)을 포함하며, 상기 메인(1차) 시스템(110)은 메인(1차) 송신부(111) 및 메인(1차) 수신부(112)로 구성되고, 상기 보조(2차) 시스템(120)은 보조(2차) 송신부(121) 및 보조(2차) 수신부(122)로 구성된다. 상기 메인(1차) 시스템(110)과 보조(2차) 시스템(120)은 동일한 주파수 대역을 사용하는 OFDM 기반의 다중 반송파 시스템이다.

한편, 부반송파

에 의해서 송신부

에서 수신부

로 전달될 때의 채널 이득을

라고 정의하며, 송신부

의 부반송파

에 할당되는 전력을

라고 정의한다. 본 발명의 실시예에서는, 보조(2차) 송신부(121)에서 보조(2차) 수신부(122) 및 메인(1차) 수신부(112)로 향하는 주파수 선택적 페이딩 채널의 채널 이득인

및

은 각각 보조(2차) 송신부(121)에 완전히 알려져 있다고 가정한다. 보조(2차) 시스템(120)에 전력이 할당되기 전, 보조(2차) 시스템(120)의 동작에 상관없이 메인(1차) 시스템(110)에 우선적으로 전력이 할당된다. 따라서, 보조(2차) 시스템(120)은 메인(1차) 시스템(110)의 간섭 정도인

를 측정할 수 있게 된다. 보조(2차) 시스템(120)은 메인(1차) 시스템(110)의 메인(1차) 송신부(111)로부터 메인(1차) 수신부(112)로 향하는 이득인

에 대한 정보를 가지 고 있을 필요는 없다.

한편, 상호 시스템 채널 이득인

을 측정하기 위해서는 보조(2차) 송신부(121)가 주기적으로 메인 수신부(112)의 역방향 링크 송신(reverse link transmission)을 감지하거나, 또는 주파수 밴드의 라이센스 보유자 또는 상기 주파수 밴드의 관리자가 채널 정보를 보조(2차) 송신부(121)에 알려주어야 한다.

하지만, 실제로 이러한 방식을 고속 페이딩(fast fading) 환경에서 적용하는 것은 쉬운 일이 아니다. 따라서, 본 발명의 실시예에서는 상기와 같은 다중 반송파 인지 무선 통신 시스템에 있어서 높은 성능을 낼 수 있는 기회주의적 언더레이 통신 방법(opportunistic underlay communication)을 제공한다.

보조(2차) 시스템(120)에 허용될 수 있는 최대 전력값 및 보조(2차) 시스템에 의해서 발생되는 간섭량에 대하여 메인 시스템(110)이 허용할 수 있는 최대 간섭량의 범위 내에서 보조(2차) 시스템의 채널 용량이 최대가 되면 가장 최적의 주파수 스펙트럼의 공유가 이루어졌다고 볼 수 있다. 따라서, 본 발명의 실시예에서는, 보조(2차) 시스템(120)에 허용될 수 있는 최대 전력값 및 보조(2차) 시스템에 의해서 발생되는 간섭량에 대하여 메인 시스템(110)이 허용할 수 있는 최대 간섭량을 고려하여, 보조(2차) 시스템의 채널 용량이 최대가 되는 보조(2차) 송신부(121)의 전력값을 결정하게 된다.

메인 시스템(110)이 사용하는 주파수 대역와 같은 대역 내에서 보조(2차) 시스템(120)의 채널 용량을 최대화 하기 위한 수식을 나타내면 아래와 같다.

[수식1]

여기서,

이며,

는 부반송파

에서의 잡음 전력,

는 시스템의 대역폭,

는 부반송파의 총 개수를 각각 나타낸다.

도2는 본 발명의 실시예에 따른 주파수 스펙트럼 공유 최적화 방법을 나타내는 흐름도이다. 도2를 참조하면, 먼저 인지 무선 통신 시스템(100)에 있어서 보조(2차) 시스템(120)의 보조(2차) 송신부(121)가 사용할 수 있는 최대 송신 전력을 설정한다(S210).

이는 보조(2차) 송신부(121)의 송신 전력(transmit-power) 조건으로서, 모든 부반송파에 할당되는 전력의 총합은 보조(2차) 시스템 사용자의 송신 전력으로 할당된 최대 전력인

이내이어야 한다는 것이다. 식으로 나타내면 아래와 같다.

[수식2]

송신 전력 조건(transmit-power constraint)

그리고, 상기 보조(2차) 송신부(121)에서 상기 메인 수신부(112)로 전송되는 각 부반송파에 의해서 발생하는 간섭에 대하여 메인 시스템(110)이 허용할 수 있는 최대 간섭량을 설정한다(S220).

이는 메인 시스템(110)의 메인 수신부(112)에서의 간섭 전력(interference- power) 조건으로서, 보조(2차) 시스템(120)에 의해서 발생되는 간섭은 특정 임계치 이하이어야 한다는 것이다. 한편, 간섭 전력 조건으로서 여기서는 두 가지 종류의 간섭 조건이 있는데, 그 중 하나는 최대 간섭 전력(peak interference-power)이며, 나머지 하나는 평균 간섭 전력(average interference-power)이다. 이를 식으로 나타내면 아래와 같다.

[수식3]

최대 간섭 전력(peak interference-power) 조건

[수식4]

평균 간섭 전력(average interference-power) 조건

여기서

는 메인 시스템(110)이 그 수신단인 메인 수신부(112)에서 수용할 수 있는 간섭 온도의 최대 허용치를 나타내며, 이는 보조(2차) 송신부(121)에 알려져 있는 것으로 가정한다.

그리고, 상기 설정된 최대 송신 전력 및 최대 간섭량을 고려하여 상기 보조(2차) 시스템이 사용할 수 있는 최적 전력량을 결정한다(S230).

이하에서는 최적화된 전력 배분 방식에 있어서 최적 전력량을 결정하는 단계에 대하여 보다 자세하게 설명한다. 설명의 편의를 위해서 복잡한 수식은 다음과 같이 간단하게 표시하기로 한다. 예를 들면,

,

는

로 표시하며,

는 생략하여 표시한다.

먼저, 본 발명의 첫번째 실시예는 간섭 전력 조건 중 최대 간섭 전력 조건을 적용하여 보조(2차) 시스템에서의 채널 용량을 최대화한다.

[수식5]

[총 전력 조건, 수식6]

[최대 간섭 전력 조건, 수식7]

수식 5를 목적함수로 하고 수식 6, 수식 7을 제약 조건들로 가지는 최적화 문제는 목적함수가 볼록함수이고 제약 조건들이 모두 볼록 집합이기 때문에, 유일한 일반해가 존재한다. 한편, 서브 채널

에서부터

에 대한 최대로 허용 가능한 전송 전력에 대한 제한 조건을 나타내는 [수식7]의 피크 간섭 전력 조건이 전통적인 워터필링(water filling) 해법과 결합되어 최적화된 전력 분배 정책

를 구할 수 있게 된다. 이러한 해법을 ‘제한된 조건 부 워터필링’(constrained water filling)이라고 부른다.

[수식8]

여기서, 위 수식은 다음과 같은 함수를 의미한다.

[수식9]

한편,

는 상기 [총 전력 조건, 수식6]에 대한 음이 아닌 라그랑주 멀티플라이어이며, 함수

가 0이 되도록 결정된다.

도3(a) 및 도3(b)는, ‘전통적인 워티필링(classical water filling)’ 방식과 ‘제한된 조건부 워터필링(constrained water filling)’방식을 각각 나타내는 그래프이다.

도3(b)를 참조하면, 각 부채널에 대하여 허용 가능한 최대 전송 전력이 점선 의 사각 기둥으로 나타나 있다. 상기 [수식8]에 대한 해는, 초기 워터 레벨

에서 시작하여

가 0보다 크거나 작게 될 경우

를 조금씩 증가시키거나 감소시켜서 최적의 해의 도달 때까지 반복적으로 구배법(gradient method)를 수행하여 얻을 수 있다.

이하에서는, 최대 간섭 전력 조건을 평균 간섭 전력 조건으로 바꾸어 보조(2차) 시스템에서의 채널 용량을 최대화하는 본 발명의 두번째 실시예에 대하여 설명하도록 한다. 두번째 실시예 역시 목적함수인 [수식 10]이 볼록함수이고, 제약조건들인 [수식 11,12] 모두가 볼록 집합이기 때움에 유일한 일반해를 가진다. 이를 수식으로 나타내면 아래와 같다.

[수식10]

[총 전력 조건, 수식11]

[평균 간섭 전력 조건, 수식12]

상기 [수식10]에 대한 최적화된 전력 분배 정책

는 아래의 ‘수정된 워터필링(modified water filling)’에 의해서 구할 수 있다.

[수식13]

위 수식은 다음과 같은 함수를 의미하는 것이다.

[수식14]

한편,

와

는 각각 상기 [총 전력 조건, 수식11] 및 [평균 간섭 전력 조건, 수식12]에 결합된 음이 아닌 라그랑주 멀티플라이어이다. 총 전력 조건과 평균 간섭 전력 조건 중 어느 것에 의하여 제약을 받는지에 따라 아래의 세 가지 경우의 해가 존재할 수 있다.

첫번째로, 총 전력 조건만이 적용되는 경우는

이고

이 되므로,

이 되며,

는 총 전력 조건의 수식([수식11])의 좌우변이 동일하게 되도록 결정되므로

이 된다. 즉, ‘전통적인 워터필링(classical water filling)’의 경우와 같은 해가 구해진다.

두번째로, 평균 간섭 전력 조건만이 적용되는 경우에는

,

이 되므로,

이 되며,

는 평균 간섭 전력 조건의 수식([수식12])의 좌우변이 동일하게 되도록 결정되므로

이 된다. 이것을 별도의 변수를 사용하여 좀더 간단하게 표시하면,

라고 할 때,

라고 할 수 있으 며,

는

를 만족할 수 있도록 결정된다. 이와 같이 평균 간섭 전력 조건만을 적용하는 경우도 ‘전통적인 워터필링(classical water filling)’의 방식와 마찬가지로 해를 구하게 된다.

세번째는, 총 전력 조건 및 평균 간섭 전력 조건 모두가 적용되는 경우이다. 이 경우,

,

이며,

이며,

와

는 각각 식

및

이 만족될 수 있도록 결정된다.

이로써, 보조(2차) 시스템에서 사용할 수 있는 최대 전력값을 구할 수 있으며, 주파수 스펙트럼을 메인 시스템과 최적화하여 공유할 수 있다.

본 발명은 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로서 구현하는 것이 가능하다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 컴퓨터 시스템에 의하여 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록장치를 포함한다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체의 예로는 ROM, RAM, COROM, 자기 테이프, 플로피 디스크, 광 데이터 저장 장치 등이 있으며, 또한 캐리어 웨이브(예를 들어 인터넷을 통한 전송)의 형태로 구현되는 것도 포함한다. 또한 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체 는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어, 분산 방식으로 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드가 저장되고 실행될 수 있다.

이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.

도1은 본 발명의 실시예에 따른 예시적인 시스템을 나타내는 개념도이다.

도2는 본 발명의 실시예에 따른 방법을 나타낸 흐름도이다.

도3은 waterfilling 방식을 나타내는 도면이다.

Claims

특정 주파수 대역을 사용하는 제1 시스템 및 상기 제1 시스템이 사용하는 상기 특정 주파수 대역을 기회주의적으로 함께 사용하는 제2 시스템으로 구성되는 인지 무선 통신(Cognitive Radio) 시스템의 주파수 스펙트럼 공유 최적화 방법에 있어서,

상기 제2 시스템의 송신단이 사용할 수 있는 최대 송신 전력을 설정하는 단계;

상기 제2 시스템의 송신단에서 상기 제1 시스템의 수신단으로 전송되는 각 부반송파에 의해서 발생하는 간섭에 대하여, 상기 제1 시스템이 허용할 수 있는 최대 간섭량를 설정하는 단계; 및

상기 설정된 최대 송신 전력 및 최대 간섭량을 고려하여 상기 제2 시스템이 사용할 수 있는 최적 전력량을 결정하는 단계를 포함하는

인지 무선 통신 시스템의 주파수 스펙트럼 공유 최적화 방법.
제1항에 있어서

상기 제2 시스템이 사용할 수 있는 최적 전력량을 결정하는 단계는,

상기 제1 시스템의 송신단에서 상기 제2 시스템의 수신단으로 향하는 채널 이득을
, 상기 제2 시스템의 송신단에서 상기 제2 시스템의 수신단으로 향하는 채널 이득을
, 각 부반송파
에 대하여 상기 제1 시스템의 송신단 및 상기 제2 시스템의 송신단에 할당되는 전력을 각각
,
라고 하고, 상기 각 부반송파
에서의 잡음을
, 상기 제1 시스템의 대역폭을
라고 할 때,

상기 제2 시스템의 채널 용량을 나타내는 아래의 수식이 최대가 되도록
가 결정되는 것을 특징으로 하는

인지 무선 통신 시스템의 주파수 스펙트럼 공유 최적화 방법.
제2항에 있어서,

상기 최대 송신 전력을 설정하는 단계는,

상기 제2 시스템의 사용자에게 허용될 수 있는 최대 송신 전력을
라고 할 때 상기
, 및
는 아래의 수식을 만족하는 것을 특징으로 하는

인지 무선 통신 시스템의 주파수 스펙트럼 공유 최적화 방법.
제3항에 있어서,

상기 최대 간섭량을 설정하는 단계는,

상기 제2 시스템의 송신단에서 상기 제1 시스템의 수신단으로 향하는 채널 이득을
라고 하고, 상기 최대 간섭량을
라고 할 때, 상기 각 부반송파에 대하여 제1 시스템이 받는 간섭량
의 최고치는 아래의 식을 만족하는 것을 특징으로 하는

인지 무선 통신 시스템의 주파수 스펙트럼 공유 최적화 방법.
제4항에 있어서,

연산자
를
로 정의할 때,

는 상기 수식
에 대한 음이 아닌 라그랑주 멀티플라이어이 고, 함수
가 0이 되도록 결정되며,

상기
는 각 부반송파
에 대하여, 아래와 같은 수식으로 표현되는 워터필링(water filling) 방식에 의해서 결정되는 것을 특징으로 하는

인지 무선 통신 시스템의 주파수 스펙트럼 공유 최적화 방법.
제3항에 있어서,

상기 최대 간섭량을 설정하는 단계는,

상기 제2 시스템의 송신단에서 상기 제1 시스템의 수신단으로 향하는 채널 이득을
라고 하고, 상기 최대 간섭량을
라고 할 때, 상기 각 부반송파에 대하여 제1 시스템이 받는 간섭량
의 평균값은 아래의 식을 만족하는 것을 특징으로 하는

인지 무선 통신 시스템의 주파수 스펙트럼 공유 최적화 방법.
제6항에 있어서,

연산자
를
로 정의할 때,

는 상기 수식
과 결합된 음이 아닌 라그랑주 멀티플라이어이고,

는 상기 수식
에 대한 음이 아닌 라그랑주 멀티플라이어이며,

상기
와
는 각각 식
및
이 만족될 수 있도록 결정되며,

상기
는 각 부반송파
에 대하여, 아래와 같은 수식으로 표현되는 워터필링(water filling) 방식에 의해서 결정되는 것을 특징으로 하는

인지 무선 통신 시스템의 주파수 스펙트럼 공유 최적화 방법.
제1항 내지 제7항의 방법을 컴퓨터 상에서 수행할 수 있도록 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로 구현된 프로그램을 저장한 저장매체.