KR20090118043A - 사이클로스테이셔너리티를 사용하여 신호를 감지하기 위한 장치 및 방법 - Google Patents

사이클로스테이셔너리티를 사용하여 신호를 감지하기 위한 장치 및 방법 Download PDF

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KR20090118043A
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Abstract

WRAN(Wireless Regional Area Network) 수신기는 다수의 채널 중 한 채널을 통해 무선 네트워크와 통신하기 위한 송수신기와, 다수의 채널 중 ATSC 신호가 검출되지 않은 채널들을 포함하는 지원된 채널 목록을 형성하는데 사용하기 위한 ATSC(Advanced Television Systems Committee) 신호 검출기를 포함한다. 이 ATSC 신호 검출기는 수신된 신호가 점유중인 ATSC 방송 신호인지를 결정하기 위해 수신된 신호의 적어도 하나의 사이클로스테이셔너리 특성을 계산한다.

Description

사이클로스테이셔너리티를 사용하여 신호를 감지하기 위한 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR SENSING A SIGNAL USING CYCLOSTATIONARITY}
본 발명은 일반적으로 통신 시스템들에 관한 것으로, 더 구체적으로는 지상파(terrestrial) 방송, 셀룰러(cellular), Wi-Fi(Wireless-Fidelity), 위성 등과 같은 무선 시스템들에 관한 것이다.
WRAN(Wireless Regional Area Network) 시스템은 IEEE 802.22 표준 그룹에서 연구되고 있다. WRAN 시스템은 비간섭(non-interfering)을 기초로 하여, 주요 목표로 도시 및 도시 외곽 영역에 서비스를 제공하는 광대역 액세스 기술들의 성능 레벨과 유사한 성능 레벨들로 지방 및 원격 영역들과 낮은 인구 밀도의 서비스가 충분하지 못한 시장들을 다루기 위해, TV 스펙트럼에서 미사용 텔레비전(TV) 방송 채널들을 사용하도록 의도된다. 또한, WRAN 시스템은 스펙트럼이 이용 가능한 인구 밀도가 높은 영역에 서비스를 제공하기 위해 크기 조정도 할 수 있다. WRAN 시스템의 한 가지 목적이 TV 방송들과 간섭하지 않는 것이므로, 중요한 절차는 WRAN(WRAN 영역)이 제공되는 영역에 존재하는 허가 받은 TV 신호들을 튼튼하게 그리고 정확하 게 감지하는 것이다.
미국에서는, TV 스펙트럼이 현재 NTSC(National Television Systems Committee) 방송 신호와 공존하는 ATSC(Advanced Television Systems Committee) 방송 신호를 포함한다. ATSC 방송 신호들은 또한 디지털 TV(DTV) 신호들이라 한다. 현재, NTSC 송신은 2009년 중단되고, 2009년에는 TV 스펙트럼이 ATSC 방송 신호들만을 포함하게 된다.
위에서 주목된 것처럼, WRAM 시스템의 한 가지 목표가 특별한 WRAN 영역에 존재하는 TV 신호들과 간섭하지 않는 것이기 때문에, WRAN 시스템에서 ATSC 방송을 검출할 수 있는 것이 중요하다. ATSC 신호를 검출하는 한 가지 공지된 방법은 ATSC 신호의 한 부분인 작은 파일럿 신호를 찾는 것이다. 그러한 검출기는 간단하고 ATSC 파일럿 신호를 추출하기 위해 매우 좁은 대역폭 필터를 구비한 위상 동기 루프(phase lock-loop)를 포함한다. WRAM 시스템에서, 이 방법은 ATSC 검출기가 추출된 ATSC 파일럿 신호를 제공하는지를 간단히 확인하여 방송 채널이 현재 사용중인지를 확인하는 쉬운 방법을 제공한다. 불행하게도, 이 방법은, 특히 매우 낮은 신호대 잡음비(SNR) 환경에서는 정확하지 않을 수 있다. 실제로, 파일럿 반송파 위치에서 스펙트럼 성분을 가지는 대역에 존재하는 간섭 신호가 존재한다면 ATSC 신호의 잘못된 검출이 일어날 수 있다.
본 발명자는 점유중인 방송 신호가 사이클로스테이셔너리(cyclostationary) 특성을 가진다면, 이들 사이클로스테이셔너리 특성이 매우 낮은 신호대 잡음비(SNR) 환경에서 신호 또는 스펙트럼 감지를 수행하기 위해 검출기에 의해 사용될 수 있다는 점을 관찰하였다. 그러므로, 본 발명의 원리들에 따라, 장치는 다수의 채널 중 하나를 통해 무선 네트워크와 통신하기 위한 송수신기와, 채널들 중 하나에서 점유중인 신호를 검출하기 위한 검출기를 포함하고, 이 경우 검출은 점유중인 신호의 적어도 하나의 주기적 특성의 함수로서 수행된다.
본 발명의 대안적인 일 실시예에서, 송수신기는 WRAN 송수신기이고, 신호 검출기는 수신된 신호가 점유중인 ATSC 방송 신호인지를 결정하기 위한 수신된 신호의 적어도 하나의 사이클로스테이셔너리 특성을 계산한다. 예시적으로, 이러한 사이클로스테이셔너리 특성은 신호의 반송파 주파수 또는 신호의 심벌 레이트(rate)이다.
위의 내용에 비추어, 그리고 상세한 설명을 읽음으로써 분명해지는 것처럼, 다른 실시예들과 특징들이 또한 가능하고 이들은 본 발명의 원리들 내에 있다.
도 1은 텔레비전(TV) 채널들을 열거하는 표 1을 도시하는 도면.
도 2와 도 3은 ATSC DTV 신호에 관한 포맷을 도시하는 도면.
도 4는 종래 기술의 ATSC 필드 동기 검출기를 도시하는 도면.
도 5는 본 발명의 개념을 이해하는데 사용하기 위한 신호 모델을 예시하는 도면.
도 6은 본 발명의 원리들에 따른 예시적인 WRAN 시스템을 도시하는 도면.
도 7은 도 6의 WRAN 시스템에서 사용하기 위한 본 발명의 원리들에 따른 예시적인 흐름도를 도시하는 도면.
도 8은 본 발명의 원리들에 따른 또 다른 예시적인 흐름도.
도 9는 본 발명의 원리들에 따른 예시적인 신호 검출기를 도시하는 도면.
본 발명의 개념 외에, 도면에 도시된 요소들은 공지되어 있고, 상세히 설명되지 않는다. 또한, 텔레비전 방송, 수신기, 및 비디오 인코딩에 친숙해 있다고 가정되고, 그러한 내용은 본 명세서에서는 상세히 설명되지 않는다. 예컨대, 본 발명의 개념 외에 NTSC(National Television Systems Committee), PAL(Phase Alternating Lines), SECAM(SEquential Couleur Avec Memoire), ATSC(Advanced Television Systems Committee)와 같은 TV 표준들에 관한 현재의 그리고 제안된 권고안(recommendation)들과, IEEE 802.16, 802.11h 등과 같은 네트워킹과의 친숙성이 가정된다. ATSC 방송 신호들에 대한 추가 정보는 후속하는 ATSC 표준들, 즉 디지털 텔레비전 표준(A/53), Revision C, including Amendment No.1 and Corrigendum No.1 Doc. A/53C와, Recommended Practice : Guide to the Use of the ATSC Digital Television Standard(A/54)에서 찾을 수 있다. 마찬가지로, 본 발명의 개념 외에, 8-VSB(eight-level vestigial sideband), QAM(Quadrature Amplitude Modulation), OFDM(orthogonal frequency division multiplexing), 또는 코딩된 OFDM(COFDM)과 같은 송신 개념과, RF(radio-frequency) 프론트-엔드(front-end)와 같은 수신기 성분들, 또는 저잡음 블록, 튜너, 복조기, 상관기, 누설 적분기(leak integrator), 및 제곱기(squarer)와 같은 수신기 섹션이 가정된다. 유사하게, 본 발명의 개념 외에, 운송 비트 스트림들을 발생시키기 위한 포맷팅 및 인코딩 방법들{MPEG(Moving Picture Expert Group)-2 시스템 표준(ISO/IEC 13818-1)과 같은}이 공지되어 있고, 본 명세서에서는 설명되지 않는다. 본 발명의 개념은 종래의 프로그래밍 기술들을 사용하여 구현될 수 있음이 또한 주목되어야하며, 이 기술들은, 따라서 본 명세서에서 설명되지 않는다. 마지막으로, 도면의 동일한 번호들은 유사한 요소들을 나타낸다.
VHF(very high frequency)와 UHF(Ultra high frequency) 대역에서의 TV 채널들의 목록을 제공하는 도 1의 표 1에는 미국에서의 TV 스펙트럼이 도시되어 있다. 각각의 TV 채널의 경우, 할당된 주파수 대역의 대응하는 낮은 에지가 도시되어 있다. 예컨대, TV 채널 2번은 54㎒에서 시작하고, TV 채널 37번은 608㎒에서 시작하며, TV 채널 68번은 794㎒에서 시작하는 식이다. 관련 분야에 알려진 것처럼, 각각의 TV 채널, 즉 대역은 6㎒의 대역폭을 점유한다. 따라서, TV 채널 2번은 54㎒ 내지 60㎒의 주파수 스펙트럼(또는 범위)을 커버하고, TV 채널 37번은 608㎒ 내지 614㎒의 대역을 커버하며, TV 채널 68번은 794㎒ 내지 800㎒의 대역을 커버하는 식이다. 이러한 설명의 상황에서, TV 방송 신호는 "광대역(wideband)" 신호이다. 앞에서 주목된 것처럼, WRAN 시스템은 TV 스펙트럼에서 미사용 텔레비전(TV) 방송 채널들을 사용한다. 이러한 점에서, WRAN 시스템은 그것에 의한 사용을 위해 실제로 이용 가능한 TV 스펙트럼의 부분을 결정하기 위해, 이들 TV 채널 중 어느 것이 실제로 WRAN 영역에서 사용중인지(또는 점유중인지)를 결정하기 위해 "채널 감지(channel sensing)"를 수행한다.
이 예에서는, 각 TV 채널이 대응하는 ATSC 방송 신호와 연관된다고 가정된다. ATSC 방송 신호는 또한 본 명세서에서 디지털 TV(DTV) 신호라고 한다. ATSC 신호의 포맷은 도 2와 도 3에 도시되어 있다. DTV 데이터는 8-VSB(vestigial sideband)를 사용하여 변조되고 데이터 세그먼트들로 송신된다. ATSC 데이터 세그먼트는 도 2에 도시되어 있다. ATSC 데이터 세그먼트는 832개의 심벌, 즉 데이터 세그먼트 동기(sync)를 위한 4개의 심벌과 828개의 데이터 심벌로 이루어진다. 도 2로부터 관찰될 수 있는 것처럼, 데이터 세그먼트 동기는 각각의 데이터 세그먼트의 시작에서 삽입되고, 2진수인 1001 패턴을 나타내는 2-레벨(binary) 4개의 심벌 시퀀스이며, 이 시퀀스는 8-VSB 심벌로 환산하여 [5 -5 -5 5]에 대응한다. 다수의 데이터 세그먼트(313개의 세그먼트)는 총 260,416개의 심벌(832 ×313)을 포함하는 ATSC 데이터 필드를 포함한다. 하나의 데이터 필드에서의 제 1 데이터 세그먼트를 필드 동기 세그먼트라고 한다. 이 필드 동기 세그먼트의 구조는 도 3에 도시되어 있고, 도 3에서는 각각의 심벌이 데이터의 1개의 비트(2-레벨의)를 나타낸다. 필드 동기 세그먼트에서는, 511개의 비트의 의사-랜덤 시퀀스(PN511)가 데이터 세그먼트 동기 바로 다음에 온다. PN511 시퀀스 다음에는, 함께 연달아 연결된 63개의 비트의 3개의 동일한 의사 랜덤 시퀀스(PN63)가 존재하고, 이 경우 제 2 PN63 시퀀스는 2개의 데이터 필드마다 반전된다.
데이터 세그먼트 동기와 필드 동기는 ATSC 방송 신호에 관한 서명 신호들을 나타낸다. 예컨대, 수신된 신호에서의 데이터 세그먼트 동기 패턴의 검출은, ATSC 방송 신호로서 수신된 신호를 식별하기 위해 사용될 수 있다. 이와 같이, 매우 낮은 신호대 잡음(SNR) 환경에서 ATSC 방송 신호들을 검출하는 정확도를 향상시키기 위해, ATSC DTV 신호 내에 삽입된 데이터 세그먼트 동기 심벌들과 필드 동기 심벌들은, 잘못된 경보 확률을 감소시키면서 검출 확률을 향상시키기 위해 이용될 수 있다. 도 4는 종래 기술의 필드 동기 검출기를 보여준다. 도 4의 필드 동기 검출기는 하향 변환기(55), 매칭된 필터(60), 요소(65), 및 피크(peak) 검출기(70)를 포함한다. 하향 변환기(55)는 수신된 신호(54)를 아날로그 영역 또는 디지털 영역에서의 기저대역(baseband)으로 하향 변환된다(그 신호는, 예컨대 10.762㎒의 공칭 심벌 레이트 또는 그 심벌 레이트의 2배의 심벌 레이트에서 디지털 샘플들로서 존재한다). 그 결과 기저대역 신호(56)가 매칭된 필터(60)에 인가된다. 그 결과 기저대역 신호(56)는 수신된 신호가 ATSC 방송 신호인지를 식별하기 위해 2진 시퀀스, 즉 전술한 PN511 또는 PN511에다 PN63을 더한 것에 매칭된다. 예컨대, Y0는 4개의 심벌 세그먼트 동기 시퀀스를, Y1은 PN511 시퀀스를, Y2는 PN63 시퀀스를, 그리고 Y3은 63개의 0(zero)인 값의 심벌들을 지닌 시퀀스를 표시한다. 이후, 시퀀스 Z=[Y0,Y1,Y2,Y3,Y2]는 이들 시퀀스의 연결(concatenation)을 나타낸다. Y3(모두 0인 시퀀스)가 사용되는 이유는 중간의 PN63 시퀀스가 2개의 필드마다 반전되기 때문이다. 분명히, Z=[Y0,Y1],Z=[Y0,Y1,Y2] 또는 Z=[Y0,Y1,Y3,Y3,Y2] 등과 같은 다른 형태의 시퀀스(Z)도 ATSC DTV 신호를 검출하기 위해 사용될 수 있다. 그러므로, 매 칭된 필터(60)는 2진 시퀀스(Z)에 매칭된 필터인데, 즉 필터의 임펄스 응답은 Z가 [z(1),z(2),...z(n)]로서 표시된다면 [z(n),z(n-1),...Z(1)]이다. 샘플링 레이트가 심벌 레이트의 2배라면 Z 시퀀스는 [z(1),0,z(2),0,z(3),...,0,z(n)]으로서 수정되고, 이 경우 값이 0인 심벌이 Z 시퀀스에서 심벌들 사이에 삽입된다. 매칭된 필터(60) 다음에는 신호의 크기(65)가 취해진다{또는 더 쉽게, 제곱된 크기가 I2+Q2으로서 취해지고, 여기서 I와 Q는 각각 매칭된 필터(60)로부터의 신호의 동위상 성분과 직교 성분이다}. 이 크기 값(66)은 피크(peak) 검출기(70)에 인가되고, 이 피크 검출기(70)는 현저한 피크가 존재하는지를 결정한다. 현저한 피크가 존재한다면, ATSC 방송 신호가 존재한다고 가정되고, 피크 검출기(70)는 신호(71)를 통해 ATSC 방송 신호의 존재를 가리킨다.
전술한 서명-기반의 검출기 접근과는 대조적으로, 점유 방송 신호가 사이클로스테이셔너리 특성을 가진다면, 이들 사이클로스테이셔너리 특성이 매우 낮은 신호대 잡음비(SNR) 환경에서 검출기 성능을 더 향상시키기 위해 검출기에 의해 사용될 수 있다는 점을 관찰하였다. 그러므로, 본 발명의 원리들에 따르면, 장치는 다수의 채널 중 한 채널을 통해 무선 네트워크와 통신하기 위한 송수신기와, 채널들 중 한 채널에서의 점유 신호를 검출하기 위한 검출기를 포함하고, 이 경우 검출은 점유 신호의 적어도 하나의 주기적 특성의 함수로서 수행된다.
본 발명의 개념을 설명하기 전에, 사이클로스테이셔너리티에 대한 일부 수학적 계산이 재검토된다(또한, 예컨대 G.K.Yeung과 W.A.Gardner "Search-Efficient Methods of Detection of Cyclostationary Signals," IEEE Transactions on Signal Processing, Vol.44,No.5, May 1996을 보라). 복소값(complex-valued) 시간열(series)인 x(t)의 순환 자기상관은
Figure 112009053083024-PCT00001
에 의해 정의되고, 이 수학식은 x(t)의 지연곱에 포함될 수 있는 주파수 α를 지닌 임의의 가산성(additive) 사인파 성분의 푸리에 계수로서 해석될 수 있다.
Figure 112009053083024-PCT00002
는 주어진 고조파 또는 순환 주파수인 α에 관한 순환 자기상관 함수라고도 한다. 순환 스펙트럼이라고도 알려져 있는 스펙트럼 상관 함수는, 수학식 1의 순환 자기상관을 푸리에 변환함으로써 얻어질 수 있다. 특히, 주어진 순환 주파수 α에 관한 x(t)의 순환 스펙트럼은
Figure 112009053083024-PCT00003
이다. 이는 순환 비너 관계(cyclic Wiener relation)(예컨대, W.A.Gardner, Statistical Spectral Analysis: A nonprobabilistic Theory. Englewood Cliffs, NJ: Prentice-Hall, 1987를 보라)라고 한다. α= 0인 축중한(degenerate) 경우, 수학식 1과 수학식 2의 좌측 항(left term)은 각각 종래의 자기상관 함수와 전력 스펙트럼 밀도가 된다. 신호 분석에서의 수학식 1과 수학식 2의 측정은 순환 스펙트럼 분석이라고 하는 것을 구성한다. 이 주제의 포괄적인 이론상 논법은 W.A.Gardner, "Measurement of Spectral Correlationa,"IEEE Transactions on Acoustics, Speech, and Signal Processing, Vol. ASSP-34, No.5, October 1986에서 이용 가능하다. 순환 자기상관을 계산하기 위해, x(t)의 시변 유한 평균 순환 자기상관은
Figure 112009053083024-PCT00004
으로서 정의된다. 가장 유용한 신호와 잡음 모델들을 위해 수학식 3은 충분히 긴 적분 시간(Δt) 동안 수학식 1에 주어진 순환 자기상관의 신뢰할 수 있는 평가치, 즉
Figure 112009053083024-PCT00005
을 만들어낸다. 그러므로, 점 방식의(pointwise) 극한(t와 τ에서의)으로서, 수학식 4는 간단히 수학식 1의 정의이다. 순환 스펙트럼을 계산하기 위한 2개의 흔하게 사용된 방법이 존재하고, 이들은 협의에 있어서 같다. 순환 스펙트럼은 다음
Figure 112009053083024-PCT00006
에 의해 설명된 연산들로부터 얻을 수 있다는 것을 볼 수 있고, 여기서는 중심 주파수(ν)와 근사 대역폭(Δf)을 지닌 x(t)의 협대역 통과 성분의 복소 엔벌로 프(envelope)이다. 이는 때때로 단기(short-time) 푸리에 변환이라고 부르는데, 즉
Figure 112009053083024-PCT00007
이다.
Figure 112009053083024-PCT00008
는 스펙트럼 성분들의 스펙트럼 평활 곱들의 극한에 의해 주어진다는 것도 볼 수 있다. 즉,
Figure 112009053083024-PCT00009
로 주어지고, 여기서
Figure 112009053083024-PCT00010
는 1/Δf가 Δt로 대체된 수학식 6에 의해 정의된다. 수학식 5와 수학식 7의 디지털 구현예는 수학식 6의 슬라이딩-윈도우(sliding-window) 복소 푸리에 변환의 이산-시간 대응부(counterpart) 또는 이산-주파수 대응부를 계산하기 위한 FFT 알고리즘의 사용에 기초한다. 이산-주파수 대응부에 관해, 이산-주파수 평활(smoothing) 방법은
Figure 112009053083024-PCT00011
로 주어지고, 여기서
Figure 112009053083024-PCT00012
이다. 수학식 9는 슬라이딩 DFT(Discrete Fourier Transform)의 하향 변환된 출력을 나타내고, 여기서 Δf=MFs는 스펙트럼 평활 구간의 폭이며, Fs=1/NTs는 주파수 샘플링 증분(increment)이고, Ts는 시간-샘플링 증분이며, N은 데이터 세그먼트(Δt)에서의 시간 샘플들의 개수이고, 여기서 Δt=(N-1) T s 이다.
이산-시간 대응부에 관해서는, 이산-시간 평균 방법이
Figure 112009053083024-PCT00013
에 의해 주어지고, 여기서 다시
Figure 112009053083024-PCT00014
는 슬라이딩 DFT의 하향 변환된 출력이며, Δt=([1+M-1/K]N-1)T s 는 총 데이터 세그먼트의 길이이고, Δf=1/(N-1)T s 는 스펙트럼 해상도, N은 길이가 1/Δf인 데이터 세그먼트 각각에서의 시간 샘플들의 개수이다.
이제 기저대역 신호인 x(t)의 동위상 성분을 유도하기 위한 신호 모델을 예시하는 도 5를 참조한다. 기저대역 신호인 x(t)는 x(t)와 2cos(2πfct)를 곱하는 곱셈기(90)에 인가된다. 그 결과 출력 신호는 곱셈기(90)로부터의 신호를 필터링하고, 출력 신호인 xL(t)를 제공하는 저역 필터(95)에 인가된다. 하지만, 위상 오프셋(θ)으로 인해, 저역 필터(95)의 출력은 동위상 성분과 직교 위상 성분 모두를 포함하는데, 즉
Figure 112009053083024-PCT00015
이다. 본 발명의 원리들에 따르면, α=1/T 0에서의 순환 스펙트럼은 스펙트럼 감지를 행하기 위해 이용될 수 있다.
이제 본 발명의 원리들을 통합하는 WRAN 시스템(200)을 도시하는 도 6을 참조한다. WRAN 시스템(200)은 지리적 영역(WRAN 영역)(도 6에는 도시되지 않음)에 서비스를 제공한다. 개괄적인 말로, WRAN 시스템은 하나 이상의 CPE(customer premise equipment)(250)와 통신하는 적어도 하나의 기지국(BS: base station)(205)을 포함한다. CPE는 정지해 있는 것일 수 있다. CPE(250)와 BS(205)는 무선 종점들을 나타낸다. CPE(250)는 프로세서-기반의 시스템이고, 도 6에서 점선으로 된 상자들의 형태로 도시된 프로세서(290)와 메모리(295)로 나타난 하나 이상의 프로세서 및 연관된 메모리를 포함한다. 이러한 상황에서, 컴퓨터 프로그램들, 즉 소프트웨어는 프로세서(290)에 의한 실행을 위해 메모리(295)에 저장된다. 이 프로세서(290)는 하나 이상의 저장된 프로그램 제어 프로세서들을 나타내고, 이들은 송수신기 기능 전용일 필요는 없는데, 즉 프로세서(290)는 또한 CPE(250)의 다른 기능들을 제어할 수 있다. 메모리(295)는 RAM(random-access memory), ROM(read-only memory) 등과 같은 임의의 저장 디바이스를 나타내고, 이들은 CPE(250)의 내부 및/또는 외부에 있을 수 있으며, 필요에 따라 휘발성 및/또는 비휘발성이다. 안테나(210,255)를 통해 BS(205)와 CPE(250) 사이 통신의 물리적인 층 은, 송수신기(285)를 통한 예시적으로 OFDM-기반의 것이고 화살표(211)로 나타나 있다. WRAN 네트워크에 들어가기 위해, CPE(250)는 먼저 BS(205)와 "연결(associate)"하려고 시도한다. 이 시도 동안, CPE(250)는 제어 채널(도시되지 않음)을 통해 BS(205)로 CPE(250)의 능력에 대한 정보를 송수신기(285)를 통해 송신한다. 보고된 능력은, 예컨대 최소 및 최대 송신 전력과, 송신 및 수신을 위한 지원된 또는 이용 가능한 채널 목록을 포함한다. 이 점에 관해서는, CPE(250)가 어느 TV 채널들이 WRAN 영역에서 사용중이지 않은지를 결정하기 위해 본 발명의 원리들에 따른 "채널 감지"를 수행한다. WRAN 통신들에서 사용하기 위한 그 결과 이용 가능한 채널 목록이 이후 BS(205)에 제공된다. 이 BS(205)는 CPE(250)가 BS(205)와의 연결을 허용하는지를 결정하기 위해 전술한 보고된 정보를 사용한다.
이제 본 발명의 원리들에 따른 채널 감지를 수행하는데 사용하기 위한 예시적인 흐름도가 도시되어 있는 도 7을 참조한다. 도 7의 흐름도는 모든 채널을 통해 또는 CPE(250)가 가능한 사용을 위해 선택되는 채널들을 통해서만 CPE(250)에 의해 수행될 수 있다. 바람직하게, 채널에서 점유 신호들을 검출하기 위해, CPE(250)는 검출 기간 동안 그 채널에서의 송신을 중단해야 한다. 이 점에 관해서는, BS(205)가 제어 메시지(도시되지 않음)를 CPE(250)에 보냄으로써 조용한 구간을 스케줄링할 수 있다. 단계(305)에서는, CPE(250)가 채널을 선택한다. 이 예에서, 채널은 도 1의 표 1에 도시된 TV 채널들 중 하나인 것으로 가정되지만, 본 발명의 개념은 그것에 국한되지 않고 다른 대역폭을 가지는 다른 채널에 적용된다. 단계(310)에서, CPE(250)는 점유 신호의 존재를 확인하기 위해 선택된 채널을 스캐닝한다. 특히, CPE(250)는 수신된 신호가 점유 ATSC 방송 신호(아래에 더 설명됨)인지를 결정하기 위해 수신된 신호의 적어도 하나의 사이클로스테이셔너리 특성을 계산한다. 어떠한 점유 신호도 검출되지 않는다면, 단계(315)에서 CPE(250)는 선택된 채널을 이용 가능한 채널 목록(주파수 사용 지도라고도 함)에서 WRAN 시스템에 의해 사용하기 위해 이용 가능한 것으로 표시한다. 하지만, 점유 신호가 검출되면, 단계(320)에서 CPE(250)는 선택된 채널을 WRAN 시스템에 의해 사용하기 위해 이용 가능하지 않은 것으로 표시한다. 본 명세서에서 사용된 것처럼, 주파수 사용 지도는 간단히, 예컨대 도 6의 메모리(295)에 저장된 데이터 구조이고, 이 메모리(295)는 하나 이상의 채널 또는 그러한 채널의 부분들을 도 6의 WRAN 시스템에서 사용하기에 이용 가능하거나 가능하지 않은 것으로 식별한다. 채널을 이용 가능하거나 이용 가능하지 않은 것으로 표시하는 것은 여러 방식으로 행해질 수 있다는 것이 주목되어야 한다. 예컨대, 이용 가능한 채널 목록은 오직 이용 가능한 채널을 열거할 수 있어, 다른 채널들은 이용 가능하지 않은 것으로 효과적으로 표시한다. 유사하게, 이용 가능한 채널 목록은 오직 이용 가능하지 않은 채널들을 표시할 수 있어, 다른 채널들을 이용 가능한 것으로 효과적으로 표시한다.
도 7의 수행 단계(310)를 위한 예시적인 흐름도가 도 8에 도시되어 있다. 단계(355)에서는, CPE(250)가 신호인 x[n]를 만들어내기 위해 선택된 채널에서 신호를 하향 변환한다. CPE(250)는 또한 신호인 y[n]을 만들어내기 위해 하향 변환된 신호의 저역 통과 필터링을 수행한다. 단계(365)에서, CPE(250)는 y[n]의 적어도 하나의 사이클로스테이셔너리 특성인 T를 계산한다(아래에 설명됨). 단계(370)에 서, CPE(250)는 계산된 사이클로스테이셔너리 특성(T)과 실험적으로 결정될 수 있는 임계값을 비교한다. 계산된 사이클로스테이셔너리 특성(T)이 임계값보다 크다면, ATSC 방송 신호가 존재한다고 가정된다. 하지만, 계산된 사이클로스테이셔너리 특성(T)이 임계값 이하라면, ATSC 방송 신호가 존재하지 않는다고 가정된다.
전술한 바와 같이, 단계(365)에서는 CPE(250)가 수신된 신호의 사이클로스테이셔너리 특성(T)을 계산한다. 이 예시적인 실시예에서, CPE(250)는 ATSC 방송 신호인 점유 신호를 찾기 위해 스펙트럼 감지를 수행한다. 위에서 주목된 것처럼, ATSC 방송 신호에 관해, α=1/T 0에서의 순환 스펙트럼이 스펙트럼 감지를 하기 위해 이용되고, 여기서 T 0는 ATSC 신호의 심벌 레이트이다. 본 발명의 또 다른 실시예에서는, 순환 스펙트럼이 ATSC 신호의 반송파 주파수일 수 있다. 기본적으로 수신된 신호로부터 사이클로스테이셔너리 특성을 추출하는 2가지 방식이 존재한다. 하나는 순환 자기상관 함수를 계산하는 것이고, 나머지 하나는 순환 스펙트럼을 계산하는 것이다.
순환 자기상관 함수를 계산함으로써 사이클로스테이셔너리 특성을 추출하기 위해서는, 전술한 W.A.Gardner의 참조 문헌, 즉 "Measurement of Spectral Correlation", IEEE Transactions on Acoustics, Speech, and Signal Processing, Vol.ASSP-34,No.5,October 1986을 사용할 수 있는데, 즉
Figure 112009053083024-PCT00016
이다. τ축에서
Figure 112009053083024-PCT00017
의 더 많은 샘플을 얻기 위해서는, y[n]에 대한 보간법을 수행하는 것이 필수적일 수 있다. 순환 자기상관 함수를 계산하기 위한 다른 방법들(본 명세서에서는 설명되지 않음)이 존재할 수 있음이 주목되어야 한다. 수학식 12에 관하여, α=1/T 0에서의 순환 스펙트럼이 스펙트럼 감지를 수행하기 위해 이용될 수 있으므로, 순환 자기상관 시퀀스가 순환 주파수
Figure 112009053083024-PCT00018
에 있는 것으로 가정되고(α는 이 범위에서 이산적임), 이들이
Figure 112009053083024-PCT00019
로 표시된다고 가정될 수 있으며, 여기서
Figure 112009053083024-PCT00020
이고, T s는 샘플링 간격이다. 주파수 오프셋이 존재한다면, α=1/T 0 둘레의 여러 순환 주파수에서 순환 스펙트럼을 계산하는 것이 필수적일 수 있다는 것 또한 주목되어야 한다.
순환 자기상관 함수로부터 사이클로스테이셔너리 특성(T)을 결정하는 것에 관해, 후속하는 내용은 도 8의 단계(365)에서 사용될 수 있는 결정 통계의 일부 예시적인 예이다.
Figure 112009053083024-PCT00021
이는 시퀀스
Figure 112009053083024-PCT00022
의 최대 절대값이다.
Figure 112009053083024-PCT00023
이는 길이가 W인 창(window)을 통해 시퀀스인
Figure 112009053083024-PCT00024
의 절대값의 최대합이다.
Figure 112009053083024-PCT00025
이는 순환 주파수인 α를 통한 순환 자기상관 시퀀스의 최대 평균이다.
Figure 112009053083024-PCT00026
이는 순환 주파수인 α를 통한 순환 자기상관 시퀀스의 최대 분산이다. 전술한 바와 같이, 일단 T에 관한 값이 도 8의 단계(365)에서 결정되면, T에 관한 그 결과값은 점유 신호가 선택된 채널에 존재하는지를 결정하기 위한 임계값{도 8의 단계(370)}과 비교된다.
이제 순환 스펙트럼의 계산에 의한 사이클로스테이셔너리 특성의 추출을 논의하면, 수학식 8이나 수학식 10이 이 계산을 위해 사용될 수 있다{아래에 수학식 13과 수학식 15로 다시 쓰여짐}.
Figure 112009053083024-PCT00027
여기서,
Figure 112009053083024-PCT00028
Figure 112009053083024-PCT00029
순환 스펙트럼을 계산하는 다른 방법들(본 명세서에는 설명되지 않음)이 존재할 수 있다는 점이 주목되어야 한다. 앞에서처럼, 스펙트럼 감지를 행하기 위해 α=1/T 0에서 순환 스펙트럼이 이용되고, α=1/T 0 둘레의 여러 순환 주파수들에서 순환 스펙트럼을 계산하는 것이 필수적일 수 있기 때문에, 순환 스펙트럼인
Figure 112009053083024-PCT00030
의 이산 샘플들이 존재한다고 가정될 수 있으며, 이 경우
Figure 112009053083024-PCT00031
이고, 1/T 0 - δ≤α≤1/T 0 + δ이다(α는 이 범위에서 이산적임).
순환 스펙트럼의 계산으로부터 사이클로스테이셔너리 특성(T)을 결정하는 것에 관해, 전술한 것과 유사한 결정 통계가 도 8의 단계(365)에서 사용될 수 있다. 즉,
Figure 112009053083024-PCT00032
Figure 112009053083024-PCT00033
Figure 112009053083024-PCT00034
Figure 112009053083024-PCT00035
앞서 설명된 것처럼, 일단 T에 관한 값이 도 8의 단계(365)에서 결정되면, T 에 관한 그 결과값은 선택된 채널에 점유 신호가 존재하는지를 결정하기 위한 임계값{도 8의 단계(370)}과 비교된다.
간략하게 도 9를 참조하면, CPE(250)에서 사용하기 위한 수신기(405)의 예시적인 부분이 도시되어 있다{예컨대, 송수신기(285)의 부분으로서}. 본 발명의 개념에 관련된 수신기(405)의 부분만이 도시되어 있다. 도 9에 도시된 요소들은 일반적으로 도 8의 흐름도에 관한 단계들의 설명에 대응한다. 이와 같이, 도 9에 도시된 요소들은 하드웨어, 소프트웨어, 또는 하드웨어와 소프트웨어의 조합으로 구현될 수 있다. 이 점에서, 수신기(405)는 프로세서-기반의 시스템이고, 도 9에서 점선으로 된 상자의 형태로 도시되어 있는 프로세서(590)와 메모리(595)에 의해 나타난 것처럼 하나 이상의 프로세서 및 연관된 메모리를 포함한다. 프로세서(590)와 메모리(595)는 도 6의 프로세서(290) 및 메모리(295)에 추가된 것이거나 도 6의 프로세서(290) 및 메모리(295)와 동일한 것일 수 있다는 점이 주목되어야 한다. 수신기(405)는 곱셈기(505), 저역 필터(510), 적어도 하나의 사이클로스테이셔너리 특성을 계산하기 위한 요소(525) 및 임계값 비교기(530)를 포함한다. 간단하게 하기 위해, AGC(automatic gain control) 요소, 처리가 디지털 영역에서 이루어진다면 ADC(analog-to-digital converter), 및 추가 필터링과 같은 일부 요소들은 도 9에 도시되어 있지 않다. 본 발명의 개념 외에, 이들 요소는 당업자에게 바로 분명해진다. 또한, 당업자라면 처리 중 일부가 필요하다면 복잡한 신호 경로들을 수반할 수 있다는 것을 인지하게 된다.
전술한 흐름도의 상황에서, 각각의 선택된 채널에 관해, 수신된 신호(504)가 존재할 수 있다. 곱셈기(505)는 수신된 신호인 r[n]를 하향 변환하고, 이 경우 현재 선택된 채널의 함수로서 반송파 주파수(fc)가 선택된다(예컨대, 도 1을 보라). 하향 변환된 신호는 저역 필터(510)에 의해 저역 필터링되어 기저대역 신호인 y[n]을 만들어낸다. 요소(525)는 전술한 바와 같이 y[n]에 관한 적어도 하나의 사이클로스테이셔너리 특성을 계산한다. 임계 비교기(530)는 점유 신호가 존재하는지를 결정하기 위해 임계값과 T에 관한 값을 비교하고, 그 결과들을 신호(531)를 통해 제공한다.
전술한 바와 같이, 점유 신호의 사이클로스테이셔너리 특성들을 사용하여 높은 신뢰도로 낮은 신호대잡음 환경에서 ATSC DTV 신호들의 존재를 검출하는 것이 가능하다. 하지만, 본 발명의 개념은 그것에 국한되지 않고, 사이클로스테이셔너리 특성들을 가지는 임의의 신호를 검출하는 것에도 적용 가능하다. 예컨대, 본 발명의 개념은, 예컨대 DVB-T(Digital Video Broadcasting-Terrestrial)에서 사용된 것과 같은 OFDM 타입 신호들의 검출에 적용 가능하다. 나아가, 본 발명의 개념은, 에너지 검출 등과 같은 신호의 존재를 검출하기 위한 다른 기술들과 조합될 수 있다. 비록 본 발명의 개념이 도 6의 CPE(250)의 상황에서 설명되었지만 본 발명은 그것에 제한되지 않고, 예컨대 채널 감지를 수행할 수 있는 BS(205)의 수신기에도 적용한다는 점이 또한 주목되어야 한다. 나아가, 본 발명의 개념은 WRAN 시스템에 국한되지 않고, 채널, 또는 스펙트럼 감지를 수행하는 임의의 수신기에 적용될 수 있다.
위의 내용에 비추어, 전술한 내용은 단지 본 발명의 원리들을 예시하는 것이고, 따라서 비록 본 명세서에서 명백히 도시되지 않지만, 당업자라면 본 발명의 원리들을 구현하고 본 발명의 사상과 범주 내에 있는 많은 대안적인 장치들을 고안할 수 있게 되리라는 것을 알게 된다. 예컨대, 비록 분리된 기능 요소들의 상황에서 예시되지만, 이들 기능 요소들은 하나 이상의 집적 회로(IC)에서 구현될 수 있다. 유사하게, 비록 분리된 요소로서 도시되지만, 요소들 중 임의의 것 또는 요소들 전부(예컨대, 도 9의)는, 예컨대 도 7과 도 8에 도시된 하나 이상의 단계에 대응하는 연관된 소프트웨어를 실행하는 디지털 신호 프로세서와 같은 저장된 프로그램-제어된 프로세서에서 구현될 수 있다. 나아가, 본 발명의 원리들은 위성, Wi-Fi, 셀룰러 등과 같은 다른 타입의 통신 시스템들에 적용 가능하다. 실제로, 본 발명의 개념은 또한 정지 수신기 또는 이동 수신기에 적용 가능하다. 그러므로, 이러한 예시적인 실시예들에 다수의 수정이 가해질 수 있고, 첨부된 청구항에 의해 정의된 바와 같은 본 발명의 사상과 범주로부터 벗어나지 않으면서 다른 장치가 고안될 수 있다는 점이 이해되어야 한다.
전술한 바와 같이, 본 발명은 지상파 방송, 셀룰러, Wi-Fi, 위성 등과 같은 무선 통신 시스템 분야에 이용 가능하다.

Claims (25)

  1. 무선 종점에서 사용하기 위한 방법으로서,
    다수의 채널 중 하나를 선택하는 단계와,
    선택된 채널에서 점유 신호의 존재를 검출하기 위해, 점유 신호를 나타내는 적어도 하나의 주기적 특성으로부터 선택된 채널에 대한 신호의 사이클로스테이셔너리(cyclostationary) 특성을 결정하는 단계를
    포함하는, 무선 종점에서 사용하기 위한 방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 주기적 특성은 점유 신호의 심벌 레이트(symbol rate)인, 무선 종점에서 사용하기 위한 방법.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 점유 신호는 ATSC(Advanced Television Systems Committed) 신호인, 무선 종점에서 사용하기 위한 방법.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 주기적 특성은 점유 신호의 반송파(carrier) 주파수인, 무선 종점에서 사용하기 위한 방법.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 결정하는 단계는
    신호를 기저대역 신호로 하향 변환하는 단계,
    기저대역 신호의 사이클로스테이셔너리 특성을 결정하는 단계, 및
    선택된 채널 상의 점유 신호의 존재를 검출하기 위해, 임계값과 결정된 사이클로스테이셔너리 특성을 비교하는 단계를
    포함하는, 무선 종점에서 사용하기 위한 방법.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 하향 변환하는 단계는
    신호를 하향 변환된 신호로 하향 변환하는 단계와,
    상기 기저대역 신호를 제공하기 위해 하향 변환된 신호를 저역 필터링하는 하는 단계를
    포함하는, 무선 종점에서 사용하기 위한 방법.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 결정하는 단계는 순환 자기상관 함수(cyclic autocorrelation function)의 계산에 의해 사이클로스테이셔너리 특성을 결정하는 단계를 포함하는, 무선 종점에서 사용하기 위한 방법.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 사이클로스테이셔너리 특성은 파라미터(T)로 표시되는데, T는
    Figure 112009053083024-PCT00036
    인, 무선 종점에서 사용하기 위한 방법.
  9. 제 7항에 있어서,
    상기 사이클로스테이셔너리 특성은 파라미터(T)로 표시되는데, T는
    Figure 112009053083024-PCT00037
    인, 무선 종점에서 사용하기 위한 방법.
  10. 제 7항에 있어서,
    상기 사이클로스테이셔너리 특성은 파라미터(T)로 표시되는데, T는
    Figure 112009053083024-PCT00038
    인, 무선 종점에서 사용하기 위한 방법.
  11. 제 7항에 있어서,
    상기 사이클로스테이셔너리 특성은 파라미터(T)로 표시되는데, T는
    Figure 112009053083024-PCT00039
    인, 무선 종점에서 사용하기 위한 방법.
  12. 제 1항에 있어서,
    상기 결정하는 단계는 순환 스펙트럼의 계산에 의해 상기 사이클로스테이셔너리 특성을 결정하는 단계를 포함하는, 무선 종점에서 사용하기 위한 방법.
  13. 제 12항에 있어서,
    상기 사이클로스테이셔너리 특성은 파라미터(T)로 표시되는데, T는
    Figure 112009053083024-PCT00040
    인, 무선 종점에서 사용하기 위한 방법.
  14. 제 12항에 있어서,
    상기 사이클로스테이셔너리 특성은 파라미터(T)로 표시되는데, T는
    Figure 112009053083024-PCT00041
    인, 무선 종점에서 사용하기 위한 방법.
  15. 제 12항에 있어서,
    상기 사이클로스테이셔너리 특성은 파라미터(T)로 표시되는데, T는
    Figure 112009053083024-PCT00042
    인, 무선 종점에서 사용하기 위한 방법.
  16. 제 12항에 있어서,
    상기 사이클로스테이셔너리 특성은 파라미터(T)로 표시되는데, T는
    Figure 112009053083024-PCT00043
    인, 무선 종점에서 사용하기 위한 방법.
  17. 제 1항에 있어서,
    어떠한 점유 채널도 존재하지 않는다면, 선택된 채널이 사용하기 위해 이용 가능하다는 것을 가리키기 위해 이용 가능한 채널 목록을 표시하는(marking) 단계를 더 포함하는, 무선 종점에서 사용하기 위한 방법.
  18. 장치로서,
    선택된 채널로부터 기저대역 신호를 제공하기 위한 하향 변환기와,
    프로세서로서, 선택된 채널 상의 점유 신호의 존재를 검출하기 위해, 점유 신호를 나타내는 적어도 하나의 주기적 특성으로부터 기저대역 신호의 사이클로스테이셔너리 특성을 결정하는데 사용하기 위한 프로세서를
    포함하는, 장치.
  19. 제 18항에 있어서,
    상기 주기적 특성은 점유 신호의 심벌 레이트인, 장치.
  20. 제 19항에 있어서,
    상기 점유 신호는 ATSC(Advanced Television Systems Committed) 신호인, 장치.
  21. 제 18항에 있어서,
    상기 주기적 특성은 점유 신호의 반송파 주파수인, 장치.
  22. 제 18항에 있어서,
    상기 하향 변환기에 결합되고, 기저대역 신호를 제공하는 저역 필터를 더 포함하고,
    상기 프로세서는 상기 기저대역 신호로부터 사이클로스테이셔너리 특성을 결정하며, 선택된 채널 상의 점유 신호의 존재를 결정하기 위해, 결정된 사이클로스테이셔너리 특성을 임계값과 비교하는, 장치.
  23. 제 18항에 있어서,
    상기 프로세서는 순환 자기상관 함수의 계산에 의해 사이클로스테이셔너리 특성을 결정하는, 장치.
  24. 제 18항에 있어서,
    상기 프로세서는 순환 스펙트럼의 계산에 의해 사이클로스테이셔너리 특성을 결정하는, 장치.
  25. 제 18항에 있어서,
    어떠한 점유 채널도 존재하지 않는다면, 선택된 채널이 사용하기 위해 이용 가능하다는 것을 가리키기 위해 이용 가능한 채널 목록을 저장하는 메모리를 더 포함하는, 장치.
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