KR20090109052A - 인지 라디오 사용자와 기존 면허 사용자의 공존을 위한 인지적인 빔포밍 방법 및 장치 - Google Patents

인지 라디오 사용자와 기존 면허 사용자의 공존을 위한 인지적인 빔포밍 방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 인지 라디오 사용자와 기존 면허 사용자의 공존을 위한 인지적인 빔포밍 방법 및 장치에 관한 것으로, 전송하고자 하는 사용자 데이터 비트 및 제어 데이터 비트가 부호화기로 입력되어 설정된 코딩 방식으로 코딩되는 제1단계와; 상기 코딩된 출력신호가 변조기로 입력되어 설정된 변조 방식으로 신호를 변조된 후 인지 라디오 가중치 결정기로 입력되는 제2단계와; 면허 사용자 송신부에서 면허 사용자 수신부로 수신되는 채널 정보를 면허 사용자 채널 추정기에서 추정하는 제3단계와; 상기 면허 사용자 수신부의 면허 사용자 채널 추정기에서 추정된 채널 정보가 면허 사용자 송신단으로 전송되는 제4단계와; 상기 면허 사용자 송신단으로 전송된 정보가 핵심망을 통해 인지 라디오 가중치 결정기로 전송되는 제5단계와; 인지 라디오 송신부에서 인지 라디오 수신부로 수신되는 채널 정보를 인지 라디오 채널 추정기에서 추정하는 제6단계와; 상기 인지 라디오 수신부의 인지 라디오 채널 추정기에서 추정된 채널 정보가 인지 라디오 가중치 결정기로 전송되는 제7단계와; 상기 변조된 출력신호 및 인지 라디오 채널 추정기와 면허 사용자 송신단에서 전송된 정보를 인지 라디오 가중치 결정기에서 종합하여 면허 사용자에게 아무런 간섭 영향을 미치지 않는 빔 가중치 벡터를 결정하는 제8단계와; 상기 인지 라디오 송신부에서 인지 라디오 수신부로 최대의 채널 이득을 얻는 빔 가중치 벡터를 결정한 후 전송하는 제9단계를 포함한다. 따라서, 본 발명은 폐쇄루프 MIMO 전송 방식에 인지 빔포밍을 사용하는 인지 라디오 송신단에서 동일한 시간에 동일한 주파수 대역을 점유하고 있는 면허 사용자에게 어떠한 간섭 영향도 미치지 않고 인지 라디오 수신단에게 정보를 전송할 수 있으므로, 면허 혹은 비면허 대역에서 추가적인 인지 라디오 무선 통신 서비스를 가능하게 하는 효과가 있다.
인지 라디오, 빔포밍 기반 폐쇄루프, 다중 입력 다중 출력 전송

Description

인지 라디오 사용자와 기존 면허 사용자의 공존을 위한 인지적인 빔포밍 방법 및 장치{Cognitive Beamforming Apparatus and Method For Coexistence Of Cognitive Radio and Incumbent Radio}
본 발명은 인지 라디오 사용자와 기존 면허 사용자의 공존을 위한 인지적인 빔포밍 방법 및 장치에 관한 것으로, 더욱 세부적으로는 인지 라디오(CR: Cognitive Radio) 통신 시스템에서 면허 사용자에게 어떠한 간섭 영향도 미치지 않는 범위 내에서 인지 라디오 사용자에게 최대 전송률(throughput)을 제공할 수 있는 인지 라디오 사용자와 기존 면허 사용자의 공존을 위한 인지적인 빔포밍(cognitive beamforming) 방법 및 장치에 관한 것이다.
인지 라디오 시스템은 라디오 센서 등을 통해 주어진 채널 환경을 능동적으로 인지하고, 이때 인지된 환경 정보를 기반으로 학습 알고리즘(learning algorithm) 및 적응 능력(adaptation capability) 등을 이용하여 주 사용자에게 영향을 미치지 않는 범위에서 인지 라디오 사용자 자신에게 주어진 환경에 가장 적합한 전송 파라미터 및 네트워크 등을 적응적으로 제공할 수 있는 기술을 의미한다.
이러한, 인지 라디오 기술은 상황 인지적인 능력에 의해 주파수의 유휴도를 인지하여 한정된 주파수 자원을 시간, 공간, 지역에 따라 재사용할 수 있게 하므로 주파수 자원 사용 효율을 향상시킬 수 있으며, 학습 알고리즘과 적응 능력을 이용하여 주어진 환경에 능동적으로 대처가 가능하므로 인지 라디오 시스템을 사용하는 사용자에게 주어진 환경 상황에서 최대의 서비스 품질(quality of service)을 보장할 수 있는 장점이 있어 최근 차세대 무선 통신 분야에서 각광받고 있다.
인지 라디오의 연구 분야는 크게 스펙트럼 센싱, 자원관리, 무선 적응전송 기술로 구분될 수 있다. 스펙트럼 센싱 기술은 주 사용자의 시스템에 간섭 영향을 주지 않기 위해 시간, 공간, 지역적으로 유휴 주파수 대역을 인지할 수 있는 기술이고, 자원관리 기술은 인지 라디오 시스템을 위한 별도의 제어 채널이 존재하지 않는 상황에서 스펙트럼 센싱을 통해 인지된 주파수 유휴도를 기지국과 단말기간에 인식할 수 있도록 하는 프로토콜을 포함한 MAC(Medium Access Control) 기술을 의미한다.
무선 적응전송 기술은 스펙트럼 센싱을 통해 인지된 환경 정보와 별도의 채널상태 정보(channel state information)를 비롯한 간섭온도 등을 고려하여 주어진 환경에 가장 적합한 시스템 파라미터를 설정함으로써 최적의 데이터 전송을 가능하게 하는 기술을 의미한다. 따라서 완성된 인지 라디오 시스템을 구성하기 위해서는 이들 세 분야 모두에 대한 연구가 필수적이라고 할 수 있다.
그러나, 현재까지의 인지 라디오에 대한 연구는 주로 스펙트럼 센싱과 자원관리 기술 분야에서 초기적인 접근 단계의 수준에 있을 뿐만 아니라, 인지 라디오 시스템을 위한 무선 적응전송 기술에 대한 연구는 그 중요성에도 불구하고 연구 진 행 상황이 상대적으로 미비하다.
한편, 본래 빔포밍(beamforming) 기반의 폐쇄루프(closed-loop) 다중 입력 다중 출력(MIMO: Multiple Input Multiple Output, 이하 ‘MIMO’이라 칭함) 통신 시스템은 열악한 상태의 채널에서 실시간 트래픽 전송 성능 개선을 위해 제안되어졌다. 또한, 차세대 무선 통신 분야에서는 다양한 무선 통신 시스템들을 통합적으로 관리할 수 있는 계층적인 네트워크를 구성하여 전체적인 무선자원 효율을 높이면서 모든 무선 통신 시스템들에서 요구하는 서비스 품질을 만족할 수 있는 방안에 대해 긍정적으로 검토하고 있으며, 이를 ITU(International Telecommunication Union) 등의 국제 통신 협력 기구에서는 차세대 무선 통신망에서 핵심 요소로 고려되고 있다.
상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명에서는 빔포밍 기반의 폐쇄루프 MIMO 전송 방식을 사용하여 동일한 시간에 동일한 주파수 대역을 점유하고 있는 면허 사용자에게 어떠한 간섭 영향도 미치지 않으면서 인지 라디오 사용자에게는 최대의 채널 이득을 제공함으로써 추가적인 무선자원 소모없이 무선 통신 서비스를 가능하게 하는 인지 라디오 사용자와 기존 면허 사용자의 공존을 위한 인지적인 빔포밍 방법 및 장치를 제공하는데 목적이 있다.
목적을 달성하기 위한 방법으로는 전송하고자 하는 사용자 데이터 비트 및 제어 데이터 비트가 부호화기로 입력되어 설정된 코딩 방식으로 코딩되는 제1단계와; 상기 코딩된 출력신호가 변조기로 입력되어 설정된 변조 방식으로 신호를 변조된 후 인지 라디오 가중치 결정기로 입력되는 제2단계와; 면허 사용자 송신부에서 면허 사용자 수신부로 수신되는 채널 정보를 면허 사용자 채널 추정기에서 추정하는 제3단계와; 상기 면허 사용자 수신부의 면허 사용자 채널 추정기에서 추정된 채널 정보가 면허 사용자 송신단으로 전송되는 제4단계와; 상기 면허 사용자 송신단으로 전송된 정보가 핵심망을 통해 인지 라디오 가중치 결정기로 전송되는 제5단계와; 인지 라디오 송신부에서 인지 라디오 수신부로 수신되는 채널 정보를 인지 라디오 채널 추정기에서 추정하는 제6단계와; 상기 인지 라디오 수신부의 인지 라디오 채널 추정기에서 추정된 채널 정보가 인지 라디오 가중치 결정기로 전송되는 제 7단계와; 상기 변조된 출력신호 및 인지 라디오 채널 추정기와 면허 사용자 송신단에서 전송된 정보를 인지 라디오 가중치 결정기에서 종합하여 면허 사용자에게 아무런 간섭 영향을 미치지 않는 빔 가중치 벡터를 결정하는 제8단계와; 상기 인지 라디오 송신부에서 인지 라디오 수신부로 최대의 채널 이득을 얻는 빔 가중치 벡터를 결정한 후 전송하는 제9단계를 포함한다.
본 발명의 다른 특징으로서, 상기 제8단계의 면허 사용자에게 간섭의 영향을 미치지 않는 빔 가중치 벡터의 결정은
Figure 112009010060011-PAT00001
을 이용하여 결정하되, 상기
Figure 112009010060011-PAT00002
는 인지 라디오 송신 안테나로부터 면허 사용자 채널 추정기로 통하는 채널 행렬 벡터를 의미하며,
Figure 112009010060011-PAT00003
는 인지 라디오 송신 안테나에 곱해지는 빔 가중치 값을 의미하고, 여기서 M은 인지 라디오의 송신 안테나 수를 나타낸다.
본 발명의 또 다른 특징으로서, 상기 수학식
Figure 112009010060011-PAT00004
을 만족시키기 위하여 첫 번째 안테나를 위한 빔 가중치 결정은
Figure 112009010060011-PAT00005
를 만족시키는 빔 가중치 벡터를 결정하면 면허 사용자 수신부에 아무런 간섭의 영향을 주지 않으면서, 인지 라디오 수신부에게 정보를 전송한다.
본 발명의 또 다른 특징으로서, 상기 제9단계의 인지 라디오가 최대의 채널 이득을 얻기 위한 빔 가중치 벡터의 결정은
Figure 112009010060011-PAT00006
을 이용하여 결정하되, 상기
Figure 112009010060011-PAT00007
는 인지 라디오 송신 안테나로부터 인지 라디오 채널 추정기의 인지 라디오 수신 안테나로 통하는 채널 행렬 벡터를 의미하며, 상기 X는 상기 수학식을 만족시키는 빔 가중치 벡터의 집합을 의미한다.
본 발명의 또 다른 특징으로서, 상기 인지 라디오 채널 추정기와 면허 사용자 채널 추정기에서 추정된 채널 정보는 각각 되먹임 정보 결정기를 통해 되먹임 정보로 전송되며, 상기 각각의 되먹임 정보는 인지 라디오 가중치 결정기와 면허 사용자 송신단에 구비되는 되먹임 정보 해석기를 통해 해석된 후 인지 라디오 가중치 결정기로 입력된다.
목적을 달성하기 위한 구성으로는 전송하고자 하는 사용자 데이터 비트 및 제어 데이터 비트가 입력되며, 인지 라디오 수신부와 면허 사용자 송신부에서 전송되는 채널 정보를 종합하여 면허 사용자에게 아무런 간섭 영향을 미치지 않는 빔 가중치 벡터를 결정하는 인지 라디오 송신부와; 상기 인지 라디오 송신부로부터 수신되는 채널 정보를 추정하여, 인지 라디오 송신부에서 사용될 채널 정보를 전송하는 인지 라디오 수신부와; 면허 사용자 수신부로부터 수신되는 채널 정보를 상기 인지 라디오 송신부로 전송하는 면허 사용자 송신부와; 상기 면허 사용자 송신부로부터 수신되는 채널 정보를 추정하여, 인지 라디오 송신부와 면허 사용자 송신부에서 사용될 채널 정보를 전송하는 면허 사용자 수신부로 구성된다.
본 발명의 다른 특징으로서, 상기 인지 라디오 송신부는 전송하고자 하는 사 용자 데이터 비트 및 제어 데이터 비트가 입력되어 코딩되는 부호화기와, 상기 코딩된 출력신호가 입력되어 변조되는 변조기와, 면허 사용자에게 아무런 간섭 영향을 주지 않으면서 인지 라디오 사용자에게 최대의 채널 이득을 제공하도록 가중치를 결정하는 인지 라디오 가중치 결정기와, 인지 라디오 수신부로부터 신호 처리된 정보가 인지 라디오 가중치 결정기에서 해석되도록 정보를 해석하는 인지 라디오 되먹임 정보 해석기와, 다수의 안테나로 구성되는 인지 라디오 송신 안테나로 구성된다.
본 발명의 또 다른 특징으로서, 상기 인지 라디오 수신부는 인지 라디오 송신 안테나로부터 송신된 전송 신호를 수신하는 인지 라디오 수신 안테나와, 상기 수신된 신호로부터 채널 정보를 추정하는 인지 라디오 채널 추정기와, 변조기로부터 변조된 정보를 변조 이전의 정보로 복호화하는 복호화기와, 인지 라디오 가중치 결정기에서 사용될 채널 정보를 신호 처리하여 인지 라디오 되먹임 정보 해석기로 전송하는 인지 라디오 되먹임 정보 결정기로 구성된다.
본 발명의 또 다른 특징으로서, 상기 면허 사용자 송신부는 면허 사용자 수신부로 전송 신호를 송신하는 면허 사용자 송신 안테나와, 면허 사용자 수신부에서 전송되는 되먹임 정보가 면허 사용자 송신단과 인지 라디오 가중치 결정기에서 해석되도록 정보를 해석하는 면허 사용자 되먹임 정보 해석기와, 상기 면허 사용자 되먹임 정보 해석기로부터 해석된 채널 정보를 수신받는 면허 사용자 송신단과, 상기 면허 사용자 송신단의 면허 사용자 채널 정보를 인지 라디오 가중치 결정기로 전달하는 핵심망으로 구성된다.
본 발명의 또 다른 특징으로서, 상기 면허 사용자 수신부는 면허 사용자 송신 안테나로부터 송신된 전송 신호를 수신하는 면허 사용자 수신 안테나와, 상기 수신된 신호로부터 채널 정보를 추정하는 면허 사용자 채널 추정기와, 면허 사용자 송신단과 인지 라디오 가중치 결정기에서 사용될 채널 정보를 신호 처리하여 면허 사용자 되먹임 정보 해석기로 전송하는 면허 사용자 되먹임 정보 결정기로 구성된다.
상기한 바와 같이, 본 발명은 폐쇄루프 MIMO 전송 방식에 인지 빔포밍을 사용하는 인지 라디오 송신단에서 동일한 시간에 동일한 주파수 대역을 점유하고 있는 면허 사용자에게 어떠한 간섭 영향도 미치지 않고 인지 라디오 수신단에게 정보를 전송할 수 있으므로, 면허 혹은 비면허 대역에서 추가적인 인지 라디오 무선 통신 서비스를 가능하게 하는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 인지 라디오 사용자와 기존 면허 사용자의 공존을 위한 인지적 빔포밍을 수행하는 송수신단 구조를 나타낸 도면이고, 도 2는 본 발명에 따른 인지 라디오 사용자와 기존 면허 사용자의 공존을 위한 인지적인 빔포밍 방법을 나타낸 순서도이다.
이하, 도면을 참고로 구성요소를 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명의 인지 라디오 사용자와 기존 면허 사용자의 공존을 위한 인지적 빔포밍을 수행하는 송수신단 구조를 나타낸 도면으로, 폐쇄루프 다중 입력 다 중 출력(MIMI: Multiple Input Multiple Output) 전송 기반에 인지 빔포밍(Cognitive Beamforming)을 사용하는 인지 라디오(CR: Cognitive Radio) 통신 시스템에서의 인지 라디오 사용자와 기존 면허 사용자의 공존을 위한 인지적인 빔포밍 장치는 인지 라디오 송신부(100)와 인지 라디오 수신부(200), 면허 사용자 송신부(300) 및 면허 사용자 수신부(400)로 구성된다.
상기 인지 라디오 송신부(100)는 전송하고자 하는 사용자 데이터 비트 및 제어 데이터 비트가 입력되며, 인지 라디오 수신부(200)와 면허 사용자 송신부(300)에서 전송되는 채널 정보를 종합하여 면허 사용자에게 아무런 간섭 영향을 미치지 않는 빔 가중치 벡터를 결정하고, 상기 인지 라디오 수신부(200)는 인지 라디오 송신부(100)로부터 수신되는 채널 정보를 추정하여, 인지 라디오 송신부(100)에서 사용될 채널 정보를 전송하고, 상기 면허 사용자 송신부(300)는 면허 사용자 수신부(400)로부터 수신되는 채널 정보를 상기 인지 라디오 송신부(100)로 전송하고, 상기 면허 사용자 수신부(400)는 면허 사용자 송신부(300)로부터 수신되는 채널 정보를 추정하여, 인지 라디오 송신부(100)와 면허 사용자 송신부(300)에서 사용될 채널 정보를 전송한다.
상기 인지 라디오 송신부(100)는 전송하고자 하는 사용자 데이터 비트 및 제어 데이터 비트가 입력되어 코딩되는 부호화기(110)와, 상기 코딩된 출력신호가 입력되어 변조되는 변조기(120)와, 면허 사용자에게 아무런 간섭 영향을 주지 않으면서 인지 라디오 사용자에게 최대의 채널 이득을 제공하도록 되먹임된 채널 정보와 상기 데이터 정보를 종합하여 가중치를 결정하는 인지 라디오 가중치 결정기(130) 와, 인지 라디오 수신부(200)로부터 신호 처리된 정보가 인지 라디오 가중치 결정기(130)에서 해석되도록 정보를 해석하는 인지 라디오 되먹임 정보 해석기(140)와, 다수의 안테나로 구성되는 인지 라디오 송신 안테나(150)로 구성된다.
상기 인지 라디오 수신부(200)는 인지 라디오 송신 안테나(150)로부터 수신된 전송 신호를 수신하는 인지 라디오 수신 안테나(240)와, 상기 수신된 신호로부터 채널 정보를 추정하는 인지 라디오 채널 추정기(210)와, 변조기(120)로부터 변조된 정보를 변조 이전의 정보로 복호화하는 복호화기(220)와, 인지 라디오 가중치 결정기(130)에서 사용될 채널 정보를 신호 처리하여 인지 라디오 되먹임 정보 해석기(140)로 전송하는 인지 라디오 되먹임 정보 결정기(230)로 구성된다.
상기 면허 사용자 송신부(300)는 면허 사용자 수신부(400)로 전송 신호를 송신하는 면허 사용자 송신 안테나(340)와, 면허 사용자 수신부(400)에서 전송되는 되먹임 정보가 면허 사용자 송신단(320)과 인지 라디오 가중치 결정기(130)에서 해석되도록 정보를 해석하는 면허 사용자 되먹임 정보 해석기(310)와, 상기 면허 사용자 되먹임 정보 해석기(310)로부터 해석된 채널 정보를 수신받는 면허 사용자 송신단(320)과, 상기 면허 사용자 송신단(320)의 면허 사용자 채널 정보를 인지 라디오 가중치 결정기(130)로 전달하는 핵심망(330)으로 구성된다.
상기 면허 사용자 수신부(400)는 면허 사용자 송신 안테나(340)로부터 송신된 전송 신호를 수신하는 면허 사용자 수신 안테나(430)와, 상기 수신된 신호로부터 채널 정보를 추정하는 면허 사용자 채널 추정기(410)와, 면허 사용자 송신단(320)과 인지 라디오 가중치 결정기(130)에서 사용될 채널 정보를 신호 처리하여 면허 사용자 되먹임 정보 해석기(310)로 전송하는 면허 사용자 되먹임 정보 결정기(420)로 구성된다.
도 2는 본 발명의 인지 라디오 사용자와 기존 면허 사용자의 공존을 위한 인지적인 빔포밍 방법을 나타낸 순서도로서 구체적으로 살펴보면 다음과 같다.
전송하고자 하는 사용자 데이터 비트(User Data Bits) 및 제어 데이터 비트(Control Data Bits)가 발생하면, 상기 사용자 데이터 비트와 제어 데이터 비트는 부호화기(110)로 입력되어, 설정된 코딩(Coding) 방식으로 코딩시키고(S10 단계), 상기 코딩된 출력신호는 변조기(120)로 입력되어, 설정된 변조 방식으로 신호를 변조시킨 후 인지 라디오 가중치 결정기(130)로 입력시킨다(S20 단계).
상기 코딩 방식은 일반적으로 사용되는 길쌈부호화기(Convolutional Code), 터보 코드(Turbo Code), 리드솔로몬 코드(Reed-Solomon Code), LDPC(Low Density Parity-check Code) 등 중 어느 하나의 코팅 방식을 선택적으로 사용한다.
또한, 상기 변조 방식도 사용 또는 고용되는 시스템의 특성에 따라 결정되는 것으로, 상기 코딩과 변조는 본 발명을 사용하고자 하는 특정 시스템에서 사용하고 있는 변조 방식 또는 코딩 방식을 그대로 유지 가능하거나, 자유롭게 추가 및 변경이 가능하다.
상기 변조된 신호가 인지 라디오 가중치 결정기(130)로 입력되면, 면허 사용자 송신부(300)에서 면허 사용자 수신부(400)로 수신되는 신호로부터 채널 정보를 면허 사용자 채널 추정기(410)에서 추정하고(S30 단계), 상기 면허 사용자 수신부(400)의 면허 사용자 채널 추정기(410)에서 추정된 채널 정보가 면허 사용자 송 신단(320)으로 전송되며(S40 단계), 상기 면허 사용자 송신단(320)으로 전송된 정보가 핵심망(330)을 통해 인지 라디오 가중치 결정기(130)로 전송된다(S50 단계).
또한, 인지 라디오 송신부(100)에서 인지 라디오 수신부(200)로 수신되는 신호로부터 채널 정보를 인지 라디오 채널 추정기(210)에서 추정하고(S60 단계), 상기 인지 라디오 수신부(200)의 인지 라디오 채널 추정기(210)에서 추정된 채널 정보가 인지 라디오 가중치 결정기(130)로 전송된다(S70 단계).
상기 인지 라디오 채널 추정기(210)와 면허 사용자 채널 추정기(410)에서 추정된 채널 정보는 각각 되먹임 정보 결정기(230,420)를 통해 되먹임 정보로 전송되며, 상기 각각의 되먹임 정보는 인지 라디오 가중치 결정기(130)와 면허 사용자 송신단(310)에 구비되는 되먹임 정보 해석기(140,310)를 통해 해석된 후 인지 라디오 가중치 결정기(130)로 입력된다.
상기 변조된 출력신호 및 인지 라디오 채널 추정기(210)와 면허 사용자 송신단(320)에서 전송된 정보를 인지 라디오 가중치 결정기(130)에서 종합한 후 각 인지 라디오 송신 안테나(150)의 가중치(Weight Vector)를 결정하여, 변조된 신호에 상기 각 인지 라디오 송신 안테나(150)의 빔 가중치를 곱한 신호를 각 인지 라디오 송신 안테나(150)로 출력하되, 상기 빔 가중치는 인지 라디오 되먹임 정보 해석기(140)와 핵심망(330)으로부터 입력받은 정보에 따라 각 인지 라디오 송신 안테나(150)의 빔 가중치를 결정하여, 면허 사용자에게 아무런 간섭 영향을 미치지 않는 빔 가중치 벡터를 결정하게 된다(S80 단계).
상기 제8단계(S80)의 면허 사용자에게 간섭의 영향을 미치지 않는 빔 가중치 벡터의 결정은 하기의 수학식 1을 이용하여 결정하되,
Figure 112009010060011-PAT00008
는 인지 라디오 송신 안테나(150)로부터 면허 사용자 채널 추정기(410)의 면허 사용자 수신 안테나(430)로 통하는 채널 행렬 벡터를 의미하며,
Figure 112009010060011-PAT00009
는 인지 라디오 송신 안테나(150)에 곱해지는 빔 가중치 값을 의미하고, 여기서 M은 인지 라디오의 송신 안테나 수를 나타낸다.
Figure 112009010060011-PAT00010
상기 수학식 1을 만족시키기 위하여 첫 번째 안테나를 위한 빔 가중치 결정은 하기의 수학식 2를 만족시키는 빔 가중치 벡터를 결정하면 면허 사용자 수신부(400)에 아무런 간섭의 영향을 주지 않으면서, 인지 라디오 수신부(200)에게 정보를 전송한다.
Figure 112009010060011-PAT00011
상기 면허 사용자에게 아무런 간섭 영향을 미치지 않는 빔 가중치 벡터 결정 후, 상기 인지 라디오 송신부(100)에서 인지 라디오 수신부(200)로 최대의 채널 이득을 얻는 빔 가중치 벡터를 결정한 후 전송한다(S90 단계).
상기 제9단계(S90)의 인지 라디오가 최대의 채널 이득을 얻기 위한 빔 가중치 벡터의 결정은 상기 수학식 1을 만족함과 동시에, 인지 라디오가 최대의 채널 이득을 얻기 위해 하기의 수학식 3에 따라 빔 가중치 값을 결정하는데,
Figure 112009010060011-PAT00012
는 인지 라디오 송신 안테나(150)로부터 인지 라디오 채널 추정기(210)의 인지 라디오 수신 안테나(240)로 통하는 채널 행렬 벡터를 의미하며, 하기 X는 상기 수학식 1을 만족시키는 빔 가중치 벡터의 집합을 의미한다.
Figure 112009010060011-PAT00013
상기 수학식 2를 만족시키는 범위에서 인지 라디오 수신부(200)로 수신된 신호는 하기의 수학식 4와 같이 나타난다.
Figure 112009010060011-PAT00014
상기 수학식 4에서
Figure 112009010060011-PAT00015
는 인지 라디오의 전송 데이터와 면허 사용자의 전송 데이터에 의해 결정되는 정보이며, 이 정보는 인지 라디오의 빔 가중치를 결정하기 위한 참조 신호로 사용된다. 또한,
Figure 112009010060011-PAT00016
는 인지 라디오의 빔 가중치 결정을 위해 사용되는 참조 신호이다.
상기 수학식 4에 따라
Figure 112009010060011-PAT00017
와
Figure 112009010060011-PAT00018
을 채널로 간주하였을 때, 이상적인 빔 가중치 벡터를 결정한다. 이 후 참조 신호인
Figure 112009010060011-PAT00019
을 빔 가중치 벡터에 곱하여 빔 가중치 벡터를 결정한다.
따라서, 본 발명은 빔포밍 기반의 폐쇄루프 MIMO 전송 방식을 사용하여 동일한 시간에 동일한 주파수 대역을 점유하고 있는 면허 사용자에게 어떠한 간섭 영향도 미치지 않으면서 인지 라디오 사용자에게는 최대의 채널 이득을 제공함으로써 추가적인 무선자원 소모없이 인지 라디오 사용자와 기존 면허 사용자의 공존을 위한 무선 통신 서비스가 가능하다.
본 발명은 특정의 실시 예와 관련하여 도시 및 설명하였지만, 첨부된 특허청구범위에 의해 나타난 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 개조 및 변화가 가능하다는 것을 당업계에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구나 쉽게 알 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 인지 라디오 사용자와 기존 면허 사용자의 공존을 위한 인지적 빔포밍을 수행하는 송수신단 구조를 나타낸 도면.
도 2는 본 발명에 따른 인지 라디오 사용자와 기존 면허 사용자의 공존을 위한 인지적인 빔포밍 방법을 나타낸 순서도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호 설명>
100 : 인지 라디오 송신부
110 : 부호화기
120 : 변조기
130 : 인지 라디오 가중치 결정기
140 : 인지 라디오 되먹임 정보 해석기
150 : 인지 라디오 송신 안테나
200 : 인지 라디오 수신부
210 : 인지 라디오 채널 추정기
220 : 복호화기
230 : 인지 라디오 되먹임 정보 결정기
240 : 인지 라디오 수신 안테나
300 : 면허 사용자 송신부
310 : 면허 사용자 되먹임 정보 해석기
320 : 면허 사용자 송신단
330 : 핵심망
340 : 면허 사용자 송신 안테나
400 : 면허 사용자 수신부
410 : 면허 사용자 채널 추정기
420 : 면허 사용자 되먹임 정보 결정기
430 : 면허 사용자 수신 안테나

Claims (10)

  1. 폐쇄루프 다중 입력 다중 출력(MIMI: Multiple Input Multiple Output) 전송 기반에 인지 빔포밍(Cognitive Beamforming)을 사용하는 인지 라디오(CR: Cognitive Radio) 통신 시스템에서의 인지 라디오 사용자와 기존 면허 사용자의 공존을 위한 인지적인 빔포밍 방법에 있어서,
    전송하고자 하는 사용자 데이터 비트 및 제어 데이터 비트가 부호화기(110)로 입력되어 설정된 코딩 방식으로 코딩되는 제1단계(S10)와;
    상기 코딩된 출력신호가 변조기(120)로 입력되어 설정된 변조 방식으로 신호를 변조된 후 인지 라디오 가중치 결정기(130)로 입력되는 제2단계(S20)와;
    면허 사용자 송신부(300)에서 면허 사용자 수신부(400)로 수신되는 채널 정보를 면허 사용자 채널 추정기(410)에서 추정하는 제3단계(S30)와;
    상기 면허 사용자 수신부(400)의 면허 사용자 채널 추정기(410)에서 추정된 채널 정보가 면허 사용자 송신단(320)으로 전송되는 제4단계(S40)와;
    상기 면허 사용자 송신단(320)으로 전송된 정보가 핵심망(330)을 통해 인지 라디오 가중치 결정기(130)로 전송되는 제5단계(S50)와;
    인지 라디오 송신부(100)에서 인지 라디오 수신부(200)로 수신되는 채널 정보를 인지 라디오 채널 추정기(210)에서 추정하는 제6단계(S60)와;
    상기 인지 라디오 수신부(200)의 인지 라디오 채널 추정기(210)에서 추정된 채널 정보가 인지 라디오 가중치 결정기(130)로 전송되는 제7단계(S70)와;
    상기 변조된 출력신호 및 인지 라디오 채널 추정기(210)와 면허 사용자 송신단(320)에서 전송된 정보를 인지 라디오 가중치 결정기(130)에서 종합하여 면허 사용자에게 아무런 간섭 영향을 미치지 않는 빔 가중치 벡터를 결정하는 제8단계(S80)와;
    상기 인지 라디오 송신부(100)에서 인지 라디오 수신부(200)로 최대의 채널 이득을 얻는 빔 가중치 벡터를 결정한 후 전송하는 제9단계(S90)를 포함하는 것을 특징으로 하는 인지 라디오 사용자와 기존 면허 사용자의 공존을 위한 인지적인 빔포밍 방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 제8단계(S80)의 면허 사용자에게 간섭의 영향을 미치지 않는 빔 가중치 벡터의 결정은,
    Figure 112009010060011-PAT00020
    을 이용하여 결정하되,
    상기
    Figure 112009010060011-PAT00021
    는 인지 라디오 송신 안테나(150)로부터 면허 사용자 채널 추정기(410)로 통하는 채널 행렬 벡터를 의미하며,
    Figure 112009010060011-PAT00022
    는 인지 라디오 송신 안테나(150)에 곱해지는 빔 가중치 값을 의미하고, 여기서 M은 인지 라디오의 송신 안테나 수를 나타내는 것을 특징으로 하는 인지 라디오 사용자와 기존 면허 사용자의 공존을 위한 인지적인 빔포밍 방법.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 수학식
    Figure 112009010060011-PAT00023
    을 만족시키기 위하여 첫 번째 안테나를 위한 빔 가중치 결정은,
    Figure 112009010060011-PAT00024
    를 만족시키는 빔 가중치 벡터를 결정하면 면허 사용자 수신부(400)에 아무런 간섭의 영향을 주지 않으면서, 인지 라디오 수신부(200)에게 정보를 전송하는 것을 특징으로 하는 인지 라디오 사용자와 기존 면허 사용자의 공존을 위한 인지적인 빔포밍 방법.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 제9단계(S90)의 인지 라디오가 최대의 채널 이득을 얻기 위한 빔 가중치 벡터의 결정은,
    Figure 112009010060011-PAT00025
    을 이용하여 결정하되,
    상기
    Figure 112009010060011-PAT00026
    는 인지 라디오 송신 안테나(150)로부터 인지 라디오 채널 추정기(210)의 인지 라디오 수신 안테나(240)로 통하는 채널 행렬 벡터를 의미하며, 상기 X는 상기 수학식을 만족시키는 빔 가중치 벡터의 집합을 의미하는 것을 특징으로 하는 인지 라디오 사용자와 기존 면허 사용자의 공존을 위 한 인지적인 빔포밍 방법.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 인지 라디오 채널 추정기(210)와 면허 사용자 채널 추정기(410)에서 추정된 채널 정보는 각각 되먹임 정보 결정기(230,420)를 통해 되먹임 정보로 전송되며, 상기 각각의 되먹임 정보는 인지 라디오 가중치 결정기(130)와 면허 사용자 송신단(310)에 구비되는 되먹임 정보 해석기(140,310)를 통해 해석된 후 인지 라디오 가중치 결정기(130)로 입력되는 것을 특징으로 하는 인지 라디오 사용자와 기존 면허 사용자의 공존을 위한 인지적인 빔포밍 방법.
  6. 폐쇄루프 다중 입력 다중 출력(MIMI: Multiple Input Multiple Output) 전송 기반에 인지 빔포밍(Cognitive Beamforming)을 사용하는 인지 라디오(CR: Cognitive Radio) 통신 시스템에서의 인지 라디오 사용자와 기존 면허 사용자의 공존을 위한 인지적인 빔포밍 장치에 있어서,
    전송하고자 하는 사용자 데이터 비트 및 제어 데이터 비트가 입력되며, 인지 라디오 수신부(200)와 면허 사용자 송신부(300)에서 전송되는 채널 정보를 종합하여 면허 사용자에게 아무런 간섭 영향을 미치지 않는 빔 가중치 벡터를 결정하는 인지 라디오 송신부(100)와;
    상기 인지 라디오 송신부(100)로부터 수신되는 채널 정보를 추정하여, 인지 라디오 송신부(100)에서 사용될 채널 정보를 전송하는 인지 라디오 수신부(200)와;
    면허 사용자 수신부(400)로부터 수신되는 채널 정보를 상기 인지 라디오 송신부(100)로 전송하는 면허 사용자 송신부(300)와;
    상기 면허 사용자 송신부(300)로부터 수신되는 채널 정보를 추정하여, 인지 라디오 송신부(100)와 면허 사용자 송신부(300)에서 사용될 채널 정보를 전송하는 면허 사용자 수신부(400)로 구성되는 것을 특징으로 하는 인지 라디오 사용자와 기존 면허 사용자의 공존을 위한 인지적인 빔포밍 장치.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 인지 라디오 송신부(100)는 전송하고자 하는 사용자 데이터 비트 및 제어 데이터 비트가 입력되어 코딩되는 부호화기(110)와, 상기 코딩된 출력신호가 입력되어 변조되는 변조기(120)와, 면허 사용자에게 아무런 간섭 영향을 주지 않으면서 인지 라디오 사용자에게 최대의 채널 이득을 제공하도록 가중치를 결정하는 인지 라디오 가중치 결정기(130)와, 인지 라디오 수신부(200)로부터 신호 처리된 정보가 인지 라디오 가중치 결정기(130)에서 해석되도록 정보를 해석하는 인지 라디오 되먹임 정보 해석기(140)와, 다수의 안테나로 구성되는 인지 라디오 송신 안테나(150)로 구성되는 것을 특징으로 하는 인지 라디오 사용자와 기존 면허 사용자의 공존을 위한 인지적인 빔포밍 장치.
  8. 제 6항에 있어서,
    상기 인지 라디오 수신부(200)는 인지 라디오 송신 안테나(150)로부터 송신 된 전송 신호를 수신하는 인지 라디오 수신 안테나(240)와, 상기 수신된 신호로부터 채널 정보를 추정하는 인지 라디오 채널 추정기(210)와, 변조기(120)로부터 변조된 정보를 변조 이전의 정보로 복호화하는 복호화기(220)와, 인지 라디오 가중치 결정기(130)에서 사용될 채널 정보를 신호 처리하여 인지 라디오 되먹임 정보 해석기(140)로 전송하는 인지 라디오 되먹임 정보 결정기(230)로 구성되는 것을 특징으로 하는 인지 라디오 사용자와 기존 면허 사용자의 공존을 위한 인지적인 빔포밍 장치.
  9. 제 6항에 있어서,
    상기 면허 사용자 송신부(300)는 면허 사용자 수신부(400)로 전송 신호를 송신하는 면허 사용자 송신 안테나(340)와, 면허 사용자 수신부(400)에서 전송되는 되먹임 정보가 면허 사용자 송신단(320)과 인지 라디오 가중치 결정기(130)에서 해석되도록 정보를 해석하는 면허 사용자 되먹임 정보 해석기(310)와, 상기 면허 사용자 되먹임 정보 해석기(310)로부터 해석된 채널 정보를 수신받는 면허 사용자 송신단(320)과, 상기 면허 사용자 송신단(320)의 면허 사용자 채널 정보를 인지 라디오 가중치 결정기(130)로 전달하는 핵심망(330)으로 구성되는 것을 특징으로 하는 인지 라디오 사용자와 기존 면허 사용자의 공존을 위한 인지적인 빔포밍 장치.
  10. 제 6항에 있어서,
    상기 면허 사용자 수신부(400)는 면허 사용자 송신 안테나(340)로부터 송신 된 전송 신호를 수신하는 면허 사용자 수신 안테나(430)와, 상기 수신된 신호로부터 채널 정보를 추정하는 면허 사용자 채널 추정기(410)와, 면허 사용자 송신단(320)과 인지 라디오 가중치 결정기(130)에서 사용될 채널 정보를 신호 처리하여 면허 사용자 되먹임 정보 해석기(310)로 전송하는 면허 사용자 되먹임 정보 결정기(420)로 구성되는 것을 특징으로 하는 인지 라디오 사용자와 기존 면허 사용자의 공존을 위한 인지적인 빔포밍 장치.
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