KR20100103669A - 인지 라디오 환경에서 스펙트럼을 감지하는 방법, 장치 및 컴퓨터 프로그램 - Google Patents

Abstract

인지 라디오가 기회 포착식 전송을 보낼 수 있는 주파수 슬롯들을 찾기 위해, 저 해상도로써 광대역 스펙트럼이 서치되어, 낮은 신호 레벨들이나 신호 레벨이 없는 대역폭 슬라이스들을 식별하도록 한다. 식별된 대역폭 슬라이스들은 보다 높은 해상도로써 서치되고 보다 높은 해상도의 서칭 뒤에 최소 신호 레벨들을 가진 대역폭 슬라이스들로서 후보 주파수 슬라이스들이 선택되고, 가장 낮은 신호 레벨부터 가장 높은 신호 레벨까지 랭크된다. 선택된 후보 주파수 슬라이스들에 대해 그들 중 하나가 충분한 자유 스펙트럼을 가진다고 판정될 때까지 랭크 된 순서대로 스펙트럼 검출 알고리즘이 실행된다. 그런 다음, 판정된 후보 주파수 슬라이스를 통해 기회 포착식으로 전송이 보내진다. 서칭을 진행하는 중에, 간헐적 신호들이 검출되고 그들에 대한 대역이 저 해상도로써 서치되어, 그 검출된 간헐적 신호에 대한 대역이 식별된 대역폭 슬라이스인지를 판정하도록 한다.

Description

인지 라디오 환경에서 스펙트럼을 감지하는 방법, 장치 및 컴퓨터 프로그램 {Method, apparatus and computer program for sensing spectrum in a cognitive radio environment}

본 발명은 무선 네트워크 및 그러한 네트워크에서 동작하는 기기들에 관한 것으로, 특히 간섭을 피하거나 스펙트럼 사용을 관리하는 것 같은 일을 하기 위해 네트워크에서 사용하는 스펙트럼을 감지하는 것에 관한 것이다.

스펙트럼 감지는 이어서 기회 포착 방식으로 사용될 수 있는 라디오 스펙트럼 내 빈 슬롯들을 찾기 위해 인지 라디오들 (cognitive radios)에서 필요로 된다. 전통적으로 라디오 스펙트럼은 특정 대역을 특정 시스템에 엄격히 할당하는 방식에 맞춰 여러 라디오 시스템들 사이에서 나눠진다. 이러한 엄격한 할당방식은 적어도 일부 주파수 대역들 내 좀 더 융통성 있는 스펙트럼 활용으로 장차 바뀌게 될 것이다. 기본 사용자들은 계층적 네트워크들 (가령, GSM, GERAN, UTRAN 및 E-UTRAN 같은 셀룰라나 WLAN) 및 애드 호크 (ad hoc) 네트워크들 (가령, WiFi) 같이 보다 공식 (formal) 네트워크들 안에서 동작하는 사용자들이다. 이차 사용자들은 그러한 공식 네트워크들의 구조 밖에서 동작하는 사용자들이다. 혼잡한 영역들 안에서 모바일 단말들에 의해 사용될 수 있는 모든 스펙트럼은 실질적으로 일부 공식 네트워크나 다른 네트워크에 할당되기 때문에, 이차 사용자들은 기회 포착적 (opportunistic) 방식으로 기존 네트워크의 스펙트럼의 일부를 찾아 이용한다. 결과적으로 이차 사용자는 두 가지 관련 장애에 부닥칠 수 있다: 기본 사용자들을 방해해서는 안 된다는 것과, 정규 네트워크들 중 어느 것에 의해서도 현재 사용되고 있지 않은 스펙트럼의 일부를 어떻게든 찾아내야 한다는 것이다. 후자의 이유로 이차 사용자들을 일반적으로 인지 사용자들 (cognitive users)이라 부른다; 그들은 단순히 사용자들의 셀을 통제하는 어떤 액세스 노드에 의해 할당된 라디오 자원들을 사용하는 것이 아니고 스펙트럼을 인지해야 한다.

따라서 이차 사용자/인지 라디오는 공식 네트워크들의 통제 밖에서 그 자신의 전송을 위해 자유 (free) 스펙트럼 영역을 이용 또는 활용한다. " 자유 (free)"라는 것은 시간, 주파수 및 공간을 고려할 때 기본 사용자들/공식 네트워크들이 그 해당 스펙트럼 영역을 사용하고 있지 않다는 것을 의미한다. 이와 달리 소정의 일련 규정들이나 정책들 하에서 운영되는 몇몇 라디오 시스템들에 전용되는 대역이 있을 수도 있다. 어느 경우든 공통적인 요인은, 인지 라디오/이차 사용자가 자유 스펙트럼 대역을 찾도록 하기 위해 라디오 스펙트럼이 어떻게든 감지되어야 할 것이라는 점이다. 이러한 감지는 최소한 시간, 주파수 그리고 공간을 고려해야 한다.

인지 라디오는 기본 사용자를 인지하고 그것에 대해 간섭을 일으키는 일을 피할 수 있어야 한다. 인지 라디오 (cognitive radio)는 무선 (wireless) 애플리케이션이므로, 인지 라디오들은 제한된 전력 공급기를 가지며, 따라서 스펙트럼 감지시 중요한 고려사항은 전력 사용을 최소화해야 한다는 것이다. 공식 네트워크(들) 내에서 동작하는 실제 모바일 단말들이 스펙트럼 품질까지도 감지하는 인지 라디오들로서 동작할 수 있지만, 스펙트럼 감지 작업이 그런 네트워크들의 공식 구조의 완전한 바깥에서 동작하면서 기회 포착 방식에 따라 자유 라디오 자원들을 활용하는 인지 라디오들에 의해서 역시 행해질 것이라는 것은 모순되는 것이 아니다.

이론상으로 스펙트럼 감지 작업은, 개별 모바일 사용자들 각자의 전력 소비 절감을 이루기 위해 다양한 인지 사용자들 사이에 분배되어, 그 개별 사용자들에 의해 전송될 데이터량을 줄이고, 결과적으로 개별 단말들이 네트워크에서 사용되는 전체 스펙트럼을 계측하는 것과 비교할 때 각 개별 사용자가 보다 간단한 감지 기술들을 사용하는 것을 촉진하도록 할 수 있다. 공동 작업 (collaboration)의 한 가지 실질적 문제는 공동 작업 노드들의 선택, 제어 및 그에 따른 처리가, 추가적 대역폭을 차지하는 제어 시그날링 오버헤드를 재현한다는 것으로, 이는 그 공동 작업 노드들이 독자적으로 제어되어야 하기 때문이다. 따라서 모바일 단말들에 의한 스펙트럼 감지 관점에서 보다 효율적으로 대역폭을 할당함으로써 잠재적 스펙트럼 절감이 파생되게 하고, 그러한 모바일 단말들이 스펙트럼의 일부를 감지하도록 하는데 요구되는 조정 (coordination)을 통해 그러한 절감을 파생하는 것 이상을 얻는다. 이것은 특히, 누군가 숨은 노드 문제를 피하고자 다이버시티 (diversity, 부동성)를 스펙트럼 감지에 포함시키고자 할 때 특히 해당된다. 인지 네트워크에서의 협력적 스펙트럼 감지에 관한 내용은 2007년 12월 11일 "Method and Apparatus to Select Collaborating Users in Spectrum Sensing"이라는 제목으로 출원된 공동 양수인의 미국 특허 출원 번호 12/001,623에서 특히 더 상세히 볼 수 있다.

현 개발 단계에서 매우 미래 지향적인 기술에 해당하는, 스펙트럼 감지 분야의 선행 기술은 그다지 많지 않다. 여기에 세 가지가 상세히 열거된다. L. Luu와 B. Daneshard가 An Adaptive Weaver Architecture Radio With Spectrum Sensing Capabilities to Relax RF Component Requirements [2007년 4월 통신의 선택 영역에 관한 IEEE 저널 25권 제3호]에서 내놓은 첫 번째 제안에는, 조악한 (coarse) 스펙트럼 감지 방법을 포함하는 적응적 위버 (Weaver) 수신기 구조가 들어 있다. 그것은 가변적인 LO 주파수들을 사용해 이미지 리젝션 (image rejection)을 개선하는 것이다. 그러나 이미지 주파수의 신호 레벨을 계측하기 위해 간단한 전력 검출로 극히 소수의 주파수 스윕 (frequency sweep)을 행하는 것으로 보이기 때문에, 온전한 광대역 스펙트럼 감지 동작을 행할 수 있다고는 생각되지 않는다.

J. Laskar 등에 의한 Reconfigurable RFICs and Modules for Cognitive Radio [SIRF, 2006]라는 제목의 두 번째 논문은 웨이브릿 (wavelet) 변환을 수반한 조악한 (coarse) 검출 및 그 이후 아날로그 자동 상관을 이용한 정밀 (fine) 검출에 기반하는 감지 방법을 제안하고 있다. 그것은 적어도 몇몇 특성들을 가진 인지 라디오 애플리케이션들을 위한 스펙트럼 감지 작업에 원론적으로 적합할 수는 있다. 구체적인 내용은 거의 제시되지 않고 있어, 특정 인지 라디오 문제에 대해 해결가능한 솔루션을 찾는 것이 어렵다. 예를 들어, 이 논문은 검출 중인 신호들의 시간 분할 (time-division)에 대해서는 어떤 식으로든 다루고 있지 않다.

세 번째 접근 방식은 Addressing the dynamic range problem in cognitive radios [2007년7월 ICC 협회에서 출간된 Berkeley Wireless Research Center (BWRC) 하계 피서지 2007년 5월 31일]라는 제목으로 J. Yang에 의해 제안되었으며, 저해상도의 고속 아날로그-디지털 컨버터 ADC 및 상관기 (correlator)를 가지고 광대역 스펙트럼으로부터 주파수 대비 최고 진폭 피크치를 서치하는 것에 대해 제안되었다. 이때 그 제안은 역시 고속의 저해상도 ADC를 이용하는 이차 디지털 변환 전에 오리지널 신호로부터의 결과를 제거한다. 발명자들에게는 광역 신호가 그대로 완전하게 변환되지만 이 제안에 있어 이차 ADC의 동적 범위 (dynamic range)는 크게 감소된 것으로 보인다.

낮은 전력 요건과 높은 신뢰도 수준을 가지고 다양한 시점에 광대역 스펙트럼의 어디에나 위치할 수 있는 자유 영역들 (free areas)을 찾는 방법이 이 기술분야에 있어 필요로 된다.

본 발명의 일 실시예에 따른 방법은 낮은 신호 레벨을 가지거나 신호 레벨이 없는 대역폭 슬라이스들을 식별하기 위해 제1(저, lower) 해상도로 광대역 스펙트럼을 서치하는 단계, 상기 식별된 대역폭 슬라이스들을 제2(고, higher)해상도로 서치하는 단계, 및 제2해상도 서칭 후 최소 신호 레벨을 가지는 대역폭 슬라이스들을 후보 주파수 슬라이스들로서 선택하는 단계를 포함한다. 이 방법은, 상기 선택된 후보 주파수 슬라이스들 중 적어도 하나에 대해 스펙트럼 검출 알고리즘을 실행하고 그것이 충분한 자유 스펙트럼을 포함한다고 결정하는 단계, 및 결정된 후보 주파수 슬라이스를 통해 전송을 수행하는 단계를 더 포함한다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따른 장치는 조악한 전력 (coarse power) 검출기, 정교한 전력(fine power) 검출기, 스펙트럼 검출기, 프로세서 및 전송기를 포함한다. 조악한 전력 검출기는 낮은 신호 레벨을 가지거나 신호 레벨을 갖지 않는 대역폭 슬라이스들을 식별하기 위해 제1 (저) 해상도로 광대역 스펙트럼을 서치하도록 구성된다. 정교한 전력검출기는 제2 (고) 해상도로 상기 식별된 대역폭 슬라이스들을 서치하고, 그 제2해상도 서칭 후 최소 신호 레벨들을 가진 대역폭 슬라이스들을 후보 주파수 슬라이스들로서 선택하도록 구성된다. 스펙트럼 검출기는 상기 선택된 후보 주파수 슬라이스들 중 적어도 하나에 대해 스펙트럼 검출 알고리즘을 실행하도록 구성된다. 프로세서는 상기 선택된 후보 주파수 슬라이스들 중 적어도 하나가 충분한 자유 스펙트럼을 포함한다는 것을 판정하도록 구성된다. 그러면 전송기는 그 판정된 후보 주파수 슬라이스를 통해 전송을 행하도록 구성된다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 디지털 데이터 프로세서에 의해 실행되는 것으로서 전송을 위해 이용가능한 주파수 스펙트럼을 서치하도록 된 동작들을 수행하는 기계 판독가능 명령들로 된 프로그램을 수록한 컴퓨터 판독가능 메모리가 제공된다. 이 실시예에서, 그 동작들은 낮은 신호 레벨을 가지거나 신호 레벨이 없는 대역폭 슬라이스들을 식별하기 위해 제1(저) 해상도로 광대역 스펙트럼을 서치하는 동작, 상기 식별된 대역폭 슬라이스들을 제2(고)해상도로 서치하는 동작, 및 제2해상도 서칭 후 최소 신호 레벨을 가지는 대역폭 슬라이스들을 후보 주파수 슬라이스들로서 선택하는 동작을 포함한다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따른 장치는, 낮은 신호 레벨을 가지거나 신호 레벨이 없는 대역폭 슬라이스들을 식별하기 위해 제1(저) 해상도로 광대역 스펙트럼을 서치하는 제1서칭 수단, 상기 식별된 대역폭 슬라이스들을 제2(고)해상도로 서치하고, 제2해상도 서칭 후 최소 신호 레벨을 가지는 대역폭 슬라이스들을 후보 주파수 슬라이스들로서 선택하는 제2서칭 수단, 상기 선택된 후보 주파수 슬라이스들 중 적어도 하나의 스펙트럼을 검출하는 검출 수단, 상기 선택된 후보 주파수 슬라이스들 중 적어도 하나가 충분한 자유 스펙트럼을 포함한다고 판정하는 프로세싱 수단, 및 결정된 후보 주파수 슬라이스를 통해 전송을 수행하는 전송 수단을 포함한다. 특정 실시예에서, 제1서칭 수단은 조악한 검출 회로 (304)이며, 제2서칭 수단은 미세 검출 회로(306)이고, 검출 수단은 스펙트럼 검출 알고리즘을 실행하는 스펙트럼 감지 블록(308)이고, 전송 수단은 전송기(10D)이다.

본 발명의 이러한 양태들 및 다른 양태들이 아래에 보다 상세히 설명될 것이다.

이 명세서의 상기 양태들 및 기타의 양태들은 이하의 상세한 설명에서 첨부된 도면과 연계하여 파악될 때 더욱 명확하게 될 것이다.
도 1a는 인지 라디오 쌍들로서 통신하는 두 쌍의 단말들을 도시하며, 도 1b는 액세스 노드 없이 통신하는 두 개의 인지 단말들을 보인 것으로, 그 단말들 중 하나는 상세한 세부 구성요소들이 있는 것으로 개략적으로 그려지고 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따라 도 1b와 비교할 때 추가적인 세부 구성요소들을 보이는 인지 단말의 상세 블록도이다.
도 3은 도 2와 유사하지만 본 발명의 일 실시예에 따른 인지 단말의 실질적으로 더 세부적인 구성요소들을 보인 것이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 프로세스 단계들을 그린 프로세스 흐름도이다.

위에서 공식화한 문제에 대한 본 발명의 해법은 스펙트럼 감지 동작을 세 가지 주요 부분, 즉 조악한 (coarse) 광대역 스펙트럼 감지; 대역을 좁히고 그 좁혀진 대역의 전력 분석을 수행하여 후보 대역을 찾기; 및 자유 스펙트럼에 대해 선택된 후보 대역 최종 분석으로 세분하는 것이다. 이 실시예에는 긴 인터벌로 출현하는 신호들을 검출하기 위해 이면에서 지속적으로 동작하는 저전력 포락선 (envelope) 검출기 역시 있게 된다. 이때 그 포락선 검출기는 드문드문 나타나는 신호들을 검출하기 위해 필요할 때 스펙트럼 감지를 유발하는 정보를 제공한다.

이 명세서는 주변 라디오 스펙트럼을 감지하는 것과 그로부터 자유 (free) 슬롯을 어떻게 찾을 것인지에 대해 개시한다. 위에서 주지된 바와 같이, (기본 기능 이외에) 모바일 애플리케이션들에서의 주요한 요건이 전력 소비이다. 그 내용은 스펙트럼 감지 상황에서 전력 효율적이고 또 모바일 단말들에 적합한 방식으로 자유 슬롯을 찾는 것이다. 발명자들은 모바일 단말들에서의 중대한 장해가 아날로그-디지털 A/D 변환에 있다고 판단하고 있다. 속도, 해상도 및 전력 사이의 공학적 절충이, 소형 (핸드헬드) 모바일 기기들에 적합한 현재나 앞으로 예상할 수 있는 기술들을 가진 순수한 디지털 솔루션을 허락하지는 않을 것이라는 것이 현재의 국면이다. 이것은 이러한 가르침이 핸드헬드 모바일 기기들에만 국한된다는 것을 말하는 것이 아니고, 단지 핸드헬드 모바일 기기들에 대해 특히 유리하다는 것을 말하는 것이다.

본 발명의 다양한 실시예들 및 양태들을 더 상세히 설명하기에 앞서, 인지 라디오 (cognitive radio) 및 그 환경에 대한 몇 가지 일반적인 정보가 도 1a-1b에 제시된다. 도 1a는 인지 라디오 두 쌍을 보이고 있으며, 그 각각이 그들 자신의 인지 네트워크를 형성하고 있다. 액세스 노드가 개입되어 있지 않다는 것에 유의해야 한다; 단말들(1 및 2)은 그들이 발견한 자유 스펙트럼을 사용해 기회 포착 식으로 (opportunistically) 서로 직접 통신하며, 단말들(3 및 4)은 그들이 발견한 자유 스펙트럼을 사용해 같은 방식으로 직접 통신한다. 인지 라디오들의 쌍들 각각은 그들 자체 네트워크 안에서 동일한 랭크 (rank)를 가진다. 같은 랭크가 된다는 것은 블루투스 기기들에서와 같이 그들 사이에 마스터-슬레이브 관계를 배제하지만, 서로 다른 인지 라디오들은 각자 그들 사이의 동기 동작을 위해 어떤 공통의 타이밍 기준 (timing reference)을 참고할 수 있다. 또, 두 인지 네트워크 모두에서 인지 라디오들 각각은 모두 같은 랭크이고, 따라서 모두가 같은 자유 스펙트럼에 대해 경쟁관계에 있다. 네 개의 인지 라디오들 각각은, 같은 지리적 영역 안에서 스펙트럼 감지 작업 자체를 일으키는 원리를 작동시킬 수 있는 기본 사용자들을 방해하지 않는 방식으로 그 자유 스펙트럼을 사용할 책임이 있다.

도 1b는 다른 인지 단말인 단말(2)과 통신하는 도 1a의 인지 단말들 중 하나(10)의 전형적인 세부 블록도를 도시한 것이다. 블록에서 제거된 네트워크 액세스 노드(12) 또한 도시되는데, 블록 제거 표시는 이 그림이 기회 포착을 기본으로 동작하며 애드-호크 (ad-hoc)나 계층적 (hierarchical) 네트워크 프로토콜에 의해 동작하는 것이 아닌 인지 라디오들을 의미함을 분명히 하기 위한 것이다. 인지 라디오는 액세스 노드(12)와 통신할 수 있지만, 기회 포착 식 인지 네트워크 통신을 위해, 그 액세스 노드에 의해 라디오 자원들이나 자원들에 대해 경쟁하는 규정된 경쟁 시간 (contention time)이 배정되지는 않는다. 인지 라디오 단말(10)은 데이터 프로세서 (DP)(10A), 프로그램 (PROG)(10C)을 저장하는 메모리 (MEM)(10B), 및 한 개 이상의 무선 링크들(20)을 통해 다른 인지 라디오 단말(2)과 양방향 무선 통신을 하기 위한 하나 이상의 안테나들(10F) (도시되지 않음)과 연결된 알맞은 라디오 주파수 (RF) 트랜시버(10D)를 포함한다. 인지 라디오(10)는 또한, 본 발명의 실시예들로서, DP(10A)와 연결되거나 그 일부로서 애플리케이션 고유 집적 회로 (ASIC, application specific integrated circuit) 및/또는 필드 프로그래머블 게이트 어레이 (FPGA, filed programmable gated array)(10E)를 포함할 수도 있다. 단말(2) 역시 단말(10)에 대해 도시된 것과 비슷한 하드웨어를 가질 수 있다는 것을 알 수 있지만, 세부 단말(10)의 동작에 있어 단말(2)이 반드시 같은 방법으로 링크(20)에 사용되는 스펙트럼을 감지할 필요는 없다.

"접속된다", "연결된다", 또는 이들의 변형 용어들의 의미는 둘 이상의 요소들 사이에서의 직간접적인 어떤 접속 (connection)이나 연결 (coupling)을 말하며, 서로 "연결되"거나 "결합된" 두 요소들 사이에 하나 이상의 매개 요소들의 존재를 포괄한다. 요소들 간 연결이나 접속은 물리적이거나 논리적이거나 아니면 그 둘이 결합된 형식일 수 있다. 여기 사용될 때 두 요소들은 하나 이상의 와이어, 케이블 및 인쇄식 전기 접속을 이용할 뿐 아니라, 비한정적 예들로서 라디오 주파수 영역, 초고주파 영역 및 광학 (가시 및 비가시권 모두) 영역의 파장들을 포함하는 전자기 에너지 같은 전자기 에너지를 사용해 서로 "접속"되거나 "연결된다"고 간주 될 수 있다.

PROG(10C)는 DP(10A)에 의해 실행될 때, 인지 라디오 단말(10)이 위에서 설명한 것과 같은 본 발명의 전형적 실시예들에 따라 동작할 수 있도록 하는 프로그램 명령들을 포함한다고 전제된다. DP(10A) 내에 고유하게 갖춰진 것이 여러 단말들 사이의 동기를 가능하게 하는 로컬 클록으로, 이것은 일부 인지 라디오 구조들에 있어 중요한 것이다. PROG(10C)는 소프트웨어, 펌웨어 및/또는 하드웨어로 적절히 구현될 수 있다. 일반적으로, 본 발명의 전형적 실시예들은 MEM(10B)에 저장되고 단말(10)의 DP(10A)에 의해 실행가능한 소프트웨어, 또는 하드웨어 (가령, ASIC(10E) 또는 다른 펌웨어 회로), 또는 소프트웨어 및/또는 펌웨어와 단말(10)의 하드웨어가 결합된 것 (가령, FPGA(10E))에 의해 구현될 수 있다.

일반적으로, 단말(10)의 다양한 실시예들에는 모바일 단말들/스테이션들, 셀룰라 전화기들, 무선 통신 기능이 있는 PDA들 (personal digital assistants), 무선 통신 기능이 있는 휴대형 컴퓨터들 (가령, 랩 탑들), 무선 통신 기능을 가진 디지털 카메라 같은 이미지 캡처 기기들, 무선 통신 기능을 가진 게임기들, 무선 통신 기능을 가진 음악 저장 및 재생 기기들, 그리고 그러한 기능들과 센서 네트워크들이 조합을 포함하는 휴대형 유닛들이나 단말들이 포함될 수 있다.

MEM(10B)는 로컬 기술 환경에 적합한 어떤 한 종류일 수 있고, 반도체 기반 메모리 기기들, 마그네틱 메모리 기기들 및 시스템들, 광학 메모리 기기들 및 시스템들, 고정형 메모리 및 탈부착형 메모리 같이 임의의 적합한 데이터 저장 기술을 이용해 구현될 수 있다. DP(10A)는 로컬 기술 환경에 적합한 어떤 한 종류일 수 있고, 비한정적 예들로서 범용 컴퓨터, 특수용 컴퓨터 (가령, ASIC/FPGA (10E)), 마이크로프로세서, 디지털 시그널 프로세서 (DSP) 및 멀티-코어 프로세서 구조에 기반한 프로세서들 가운데 하나 이상을 포함할 수 있다.

위에서 일반적으로 서술했던 본 발명의 소정 양태들에 대해 지금부터 상세히 설명할 것이다. 본 발명의 일 실시예에서 스펙트럼 감지 동작은 세 가지 주요 부분으로 나눠질 수 있다는 것을 상기할 수 있다. 첫째가 조악한 광대역 스펙트럼 감지, 그런 다음 대역 좁히기 및 보다 정밀한 대역 전력 분석의 수행이다. 최종적으로 선택된 후보 대역이 스펙트럼 검출 알고리즘에 주어져서 주의 깊게 분석된다. 이들에 더하여, 저전력 포락선 검출기가, 긴 인터벌로 출현하고 필요할 때 스펙트럼 감지를 유발하는 정보를 제공하는 신호들을 이면에서 지속적으로 검출해 그렇게 드문드문 출현하는 신호들을 검출하도록 한다. 스펙트럼 감지 단계들이 이하에서 더 상세히 제시되겠지만, 저전력 포락선 검출 동작이 이하에 상세히 논의되는 세 단계들 전체에 걸쳐, 혹은 그 일부에서 지속적으로 동작할 것이라는 것을 기억해야 한다. 라디오 주파수 RF 포락선 검출기가 제1 및 제2단계들 (조악한 스펙트럼 감지 브랜치 및 정교한 스펙트럼 감지 브랜치 둘 모두)을 제어해 A/D 변환의 동적 범위를 줄이도록 하는데 사용될 수 있다. 그 정보는 스펙트럼 홀 (spectrum hole) 서치 프로세스를 지원하는데 사용될 수도 있다.

제1단계는 광대역 스펙트럼에 걸친 조악한 감지다. 일반적으로 이것은 낮은 레벨을 가지거나 신호 레벨이 없는 대역폭 슬라이스들을 식별하기 위해 저 해상도로 광대역 스펙트럼을 서치하는 것이라고 간주 된다. 광대역의 조악한 스펙트럼 감지는, 디지털 신호 분석 (가령, 고속 푸리에 변환 FFT이나 그와 상응하는 이산 푸리에 변환 DFT)이 결합된 고속의 저해상도 아날로그-디지털 컨버터 (ADC)를 가지고 수행될 수 있다. 이것은 검토중에 있는 완전한 스펙트럼의 스냅샷 (snapshot)을 제공하며, 저 해상도가 모바일 기기의 배터리 전력을 보존시킨다. 넓은 대역폭에 걸친 보다 높은 해상도는 매우 전력 집약적인 것이 될 것이다.

광대역 스펙트럼이라는 용어는 인지 라디오 CR이 수신할 능력이 되는 전체 주파수 대역을 의미하(거나 배제하지) 않지만, 식별되고 다른 단계들에서 아래와 같이 선택 및 판정되는 광대역 스펙트럼의 다른 부분들을 고려할 때 상대적인 용어에 해당한다. 사실상 그것은 CR이 수신할 수 있는 전체 주파수 대역이거나 그보다 적은 것일 수 있다. 예를 들어, 광대역의 범위는 다른 CR들과의 공동 작업시 결정될 수 있으며 (가령, 그 광대역을, 한 CR이 다른 CR에 비해 뒤떨어진 주파수 능력을 가질 때 그 두 CR들 모두가 수신할 수 있는 주파수대로 제한함), 그것은 개별 CR에 의해 그 CR이 동작하는 영역 내 신호 활동에 대한 지식에 기반해 자율적으로 결정될 수 있다 (가령, CR은 자신의 과거 경험이나 자신이 수신했던 정보 상, 한 도시 내 UTRAN 주파수들 같이, 이 특정 지역 내 어떤 대역폭들은 일반적으로 자유 스펙트럼을 찾는 데 있어 생산적이지 못하다는 이유로 그 대역폭들을 배제한다).

마찬가지로, 고 해상도 (higher resolution) 및 저 해상도 (lower resolution)라는 용어는 절대적인 것이기보다는 서로에 대해 상대적인 것을 말한다. 광대역 서치 시 해상도는 소정의 입도 (granularity)를 부여하는데, 더 좁은 대역 서치 시의 해상도는 상이한 입도를 부여한다. 광대역 서치의 입도가 그 보다 좁은 대역 서치의 입도보다 낮으므로, 광대역 서치는 저 해상도를 가진다.

여전히 저 해상도의 광대역 서치 안에서, 일 실시예에 있어 주파수 빈들 (frequency bins)에 따라 조악한 전력 측정이 개선될 수 있다. 주파수 빈이란 간단히 ADC에서의 샘플링 주파수 fs로부터 결정되는 광대역 스펙트럼의 슬라이스를 말한다. 예를 들어, 제1주파수 빈은 0Hz에서 fs까지라고 규정될 수 있고, 제2주파수 빈은 fs부터 2*fs까지로 규정될 수 있으며, 제3주파수 빈은 2*fs부터 3*fs까지로 규정되는 등 전체적인 광대역 스펙트럼에 대해 이런 식의 주파수 빈이 규정될 수 있다. 주파수 빈들에 의한 프로세싱은 단순히 광대역 프로세싱을 병렬화하는 간편한 방법임을 알아야 한다; 모든 주파수 빈들 전부가 광대역 스펙트럼에 걸쳐 있으므로 광대역이나 개별 빈들의 협소화 (narrowing)는 아직 존재하지 않는다. 주파수 빈들에 의한 프로세싱은 ADC에서의 주파수 샘플링으로 인한 스펙트럼 접힘 (folding) 탓에 중요한 것이 된다. 최소 (최소라는 말도 다른 주파수 빈들에 대해 상대적인 것이다) 신호 레벨을 갖거나 신호 레벨이 없는 것들을 찾기 위한 주파수 빈들의 분석은 가령 FFT 블록을 통해 구현될 수 있다. 주파수 빈들이 광대역 스펙트럼에 걸쳐있기 때문에, 주파수 빈 당 그러한 FFT는 단순히, 위에서 보다 광범위하게 기술한 저 해상도 광대역 스펙트럼 서칭의 구현이 된다는 것을 알아야 한다. 그러나, 어떤 경우들에 있어 (가령, 충분히 높은 ADC 샘플링 속도를 가진 경우), 광대역 스펙트럼을 순차적으로 샘플링하는 것에 유리하도록 주파수 빈 프로세싱을 뺄 수도 있다.

이러한 신호 프로세싱 국면에서, 광대역 스펙트럼의 대역폭 슬라이스들이라 불리는 (주파수 빈이라는 용어와의 혼돈을 피하기 위한 것이나 둘 모두 같은 개념을 내포한다) 것들이 존재하고, 각각의 대역폭 슬라이스마다 저 입도를 가지고 그 슬라이스 내에서 신호가 수준측량된다고 알려져 있다. 신호 레벨은 스펙트럼 홀들을 찾을 때 무엇이 가장 성공적이라고 간주 되느냐에 따라 다양한 방식들로 규정될 수 있다; 그것은 신호 활동 (signal activity)의 양일 수 있고, 신호 세기일 수도 있으나, 가장 적합하게는 어떤 조합이 된다; 보다 큰 세기를 가진 신호들은 스펙트럼 감지 프로세스 중 가우스 잡음 신호들의 영향을 최소화하기 위해 그 세기에 따라 가중된다 (weighted). 한 대역폭 슬라이스 안에서 가중된 신호들은 합해져서 최종 결과가 얻어진다. 이때 그 최종 결과가 그 대역폭 슬라이스에 대한 '신호 레벨'이 된다. 이러한 조악한 광대역 프로세싱 단계에서, 광대역의 크기는 보다 높은 신호 레벨을 가진 대역폭 슬라이스들 중 일부를 제거함으로써 제한되게 되는데, 이는 자유 스펙트럼을 찾는 것이 목적이기 때문이다. 따라서 다음 단계로 들어갈 때, 낮은 신호 레벨을 가지거나 신호 레벨이 없다고 식별된 대역폭 슬라이스들만을 포함하며 더 높은 신호 레벨들을 가진 슬라이스들을 추가로 검사하는 데는 추가 프로세싱 또는 배터리 전력을 쓰지 않는다.

스펙트럼 감지 프로세싱의 두 번째 단계는, 신호 레벨이 없거나 낮다고 식별된 대역폭 슬라이스들에 대한 점진적 서치이다. 더 일반화하면, 식별된 대역폭 슬라이스들은 광대역 스펙트럼을 조악하게 서치하는데 사용되었던 것보다 높은 해상도로써 서치되며, 그렇게 보다 높은 해상도의 서칭 후 후보 주파수 슬라이스들이 최소의 신호 레벨을 가진 대역폭 슬라이스들로서 선택된다. 이렇게 보다 높은 해상도 서칭은 다음에 나열된 것들을 포함하는 (한정하는 것이 아님) 여러 방법들로 수행될 수 있다:

필터 대역폭 좁히기

로컬 오실레이터 LO-주파수들 튜닝하기

ADC 해상도 높이고 대역폭 줄이기

ADC 샘플링 레이트 변경하기

FFT 파라미터들 튜닝하기

아날로그 수단에 대한 RF 간섭자들 제거하기

디지털 수단에 대한 RF 간섭자들 제거하기

이러한 서칭 기술들 전부가 도 3에 도시된 특정 블록들을 서로 다른 동작 모드들로 구성함으로써 구현될 수 있다. 이들 중 일부 (가령, 특히 필터 대역폭 협소화 및 LO 주파수들 튜닝)는 최초의 조악한 감지 단계의 결말에 존재했던 대역폭 슬라이스의 범위로부터 해당 대역을 좁히는 결과 역시 가져올 것이다. 후보 주파수 슬라이스들은 그들이 파생되었던 대역폭 슬라이스들과 동일한 대역폭을 가질 필요가 없는데, 그 이유는 일부 구현예들에서 보다 높은 신호 레벨은 대역폭 슬라이스의 경계 근처에 있을 것이고, 그러한 보다 높은 신호 레벨들을 제거하기 위해 슬라이스를 좁히는 것은 보다 좁은 슬라이스에 걸친 정 (net) 신호 레벨을 극적으로 줄일수 있을 것이기 때문이다. 이것은 스펙트럼 감지를 위해 상당히 전력 효율적인 방식이며, 따라서 소정 구현예들은 식별된 대역폭 슬라이스들의 범위를 프로세싱의 고 해상도 단계에서 좁히게 된다. 두 번째 단계는 상기 예로 든 서칭 기술들 가운데 어느 하나나 그들의 조합을 이용할 수 있다.

추가로 두 번째 단계에서, 가장 유망한 후보 주파수 슬라이스들이 선택된다. 최초의 조악한 감지 단계에서처럼, 두 번째 단계의 결말 부분에서 고려중인 전반적인 대역폭은 보다 높은 신호 레벨을 가진 슬라이스들을 제거함으로써 축소된다. 후보 주파수 슬라이스들이 선택되고 가장 낮은 것에서 (혹은 0부터) 가장 높은 것까지의 신호 레벨의 오름 차순으로 이들이 랭크된다. 그런 다음 그 후보 주파수 슬라이스들의 수는, 두 번째 단계 프로세싱 도중에 슬라이스당 범위가 좁아지든지 그렇지 않든지 여부와 무관하게, 두 번째 단계에서 고 해상도 프로세싱을 시작했던 그 선택된 대역폭 슬라이스들의 수와 비교해 줄어든다. 충분히 좁아졌을 때, 이 후보 주파수 슬라이스들을 후보 채널들이라 칭하는 것이 편리할 것이다.

이차 프로세싱 단계의 결말 부분에서 후보 주파수 슬라이스들 (채널들)의 랭크 순서가 최저 신호 레벨부터 최고 신호 레벨로 존재하게 된다. 세 번째 프로세싱 단계는 단순하다; 우선순위의 랭킹 순으로 슬라이스들에 대해, 충분히 비어있는 스펙트럼을 가졌다고 판정된 슬라이스가 발견될 때까지 스펙트럼 검출 알고리즘이 실행된다. 이 기술분야에 알려져 있고 인지 라디오 개념이 실질적 배치에 근접하게 되면서 보다 확실히 개발될 스펙트럼 감지 알고리즘이 여럿 존재하며, 이 가르침의 내용들은 소프트웨어나 하드웨어나 펌웨어나 이들의 어떤 조합으로 구현되는 어느 특정한 한 가지에 국한되지 않는다. 잘 알려진 하나의 알고리즘이 이를테면 주기정상성 특성 검출 (cyclostationary feature detection)이다. 이것은 상당히 전력 집약적인 기능이기 때문에, 핸드헬드 단말 애플리케이션에 있어서 랭크 순서가 중요하다; 여러 후보 슬라이스들의 병렬 프로세싱은 전력 면에서 너무 비효율적이라 간주 된다. 스펙트럼 결정 단계로부터 후보 주파수 슬라이스들 중 하나가 적절하다고 (즉, 그것이 충분한 자유 스펙트럼을 가졌다고) 결정 내려지면, 인지 단말은 그 정해진 후보 주파수 슬라이스를 통해 전송을 행한다.

CR에 있어 무엇이 충분한 자유 스펙트럼인지를 판정하기 위한 컷오프 (cutoff)가 정확히 어디인가가 결정되어야 한다. 인지 라디오 개발의 초기 단계에서 그 문턱치 (threshold)는, 나중에 일반적인 원리들이 정해지고 CR들로 하여금 자유 스펙트럼의 보다 적은 부분들을 활용할 수 있게 할 파인-튜닝 (fine-tuning)에 대한 더 많은 진보가 이뤄진 이후의 단계들에서 보다, 훨씬 높았었을 것이다. 어떻게 규정되든, CR이 자신의 로컬 메모리 안에 충분한 자유 스펙트럼이라고 간주 되게 하는 문턱치를 저장하는 것이 좋다. 그러면 그 결정은, 그 저장된 문턱치를 또 하나의 저전력 동작인 각 후보 슬라이스에 대한 세 번째 단계의 스펙트럼 검출 알고리즘의 출력과 비교하는 것에 따르게 된다. 저장된 문턱치는 고정 값일 수도 있고, 상이한 파라미터들의 함수 (가령, 후보 슬라이스의 사이즈, CR에서의 남은 배터리 전력 등등)일 수도 있다.

다양한 실시예들의 세부사항들이 개괄되었으므로, 도 2 및 3이 본 발명의 전형적 실시예에 대한 서로 다른 수준의 세부 내용들을 보인다. 도 2는 보다 높은 수준의 개략도이고 도 3은 보다 세부적인 개략도이다. 먼저 세 단계의 프로세싱 중에 이면에서 실행되는 포락선 검출기(202), 저 입도로 광대역 스펙트럼을 서치하고 보다 높은 신호 레벨들을 가진 대역폭 슬라이스들을 제거하는 조악한 전력 검출기(204), 및 스펙트럼 검출 알고리즘을 구현하는 스펙트럼 감지 블록(208)인 상술한 네 개의 주요 기능들을 보이는 도 2를 고려한다. 도 2에 추가된 것이 다른 블록들 각각의 튜닝 가능 파라미터들을 설정하고 또 그 블록들 간 다른 필요 정보를 전달하는 (가령, 조악한 전력 검출기(204)로부터 식별된 슬라이스들을 정교한 전력검출기(206)로 전달) 제어 블록(210)이다. 일 실시예에서 제어 블록(210)은 도 1b의 DP(10A)이다. 도 2 전체 (보통 안테나(10F) 및 될 수 있다면 전치 필터링을 제외함)는 보통 제어 블록(210)의 다른 실시예를 포함하는 ASIC(200)이다. 도 2는 기능적 다이어그램이며 그러한 기능들을 구현하는 회로들 사이에 물리적 도식을 반드시 표현하고 있지는 않다. 예를 들어, ASIC 상에서 한 블록의 회로들을 다른 블록의 회로들 사이에 배치하기 위해 공간을 보존하고, 여러 기능 블록들 사이에 개별 회로 기기들을 분담하는 것이 일반적인 일이다.

도 3은 전형적 일 실시예를 도 2보다 더 상세하게 도시한 것으로, 포락선 검출기(302), 조악한 전력 검출기(304), 정교한 전력검출기(306) 및 CR 스펙트럼 감지 블록(308)의 네 가지 주요 동작 부분들을 보인다. 조악한 전력 검출기(304) 안에 310 및 310'인 제어기들이 도시되어 있다. 안테나나 안테나들(10F)로부터 들어오는 신호는 주파수 대역들에 따라 한 개의 체인이나 여러 개의 개별 체인들 (도 3에서는 두 개의 체인들)로 공급된다. 둘 이상의 체인들은 거의 동일하지만 서로 다른 대역들 상에서 작동하므로, 여기서는 딱 하나의 체인만을 특별히 상세 설명할 것이다. 수신된 신호가 대역 통과 필터(312)에서 필터링 되고, 저잡음 증폭기(314)에서 증폭된다. 그런 다음에 신호는 도 3의 상부에서 조악한 전력 검출(304) 및 폭락선 검출 (302)을 포함하고 하부에서 정교한 전력검출(306) 및 스펙트럼 감지 블록(308)을 포함하는 두 개의 경로로 갈라진다. 이러한 전형적 실시예의 명확성을 증진시키기 위해 도 3에는 단지 주요 구성요소들만이 보여지고 있다.

조악한 전력 검출기(304)에서 신호들은 가변 이득 증폭기(316)에서 다시 증폭되고 전압 제어형 오실레이터(320)에 의해 구동되는 위상 동기 루프(322)의 출력을 이용하는 믹서(318)에서 기저대역으로 하향변환 된다(downconverted). 조악한 전력 검출기(304)는 광대역 신호를 기저대역으로 믹싱하고, 그것을 필터링한 후 그에 대해 FFT를 수행한다. 조악한 단계(304)의 블록들 대부분은 일부 특성들에 있어서 튜닝이 가능하지만 보다 이해관계를 가진 특징들을 모호하게 하는 것을 방지하기 위해 도면에서는 특별히 표시되고 있지 않다. VCO(320)의 샘플링 레이트는 관련 주파수에 맞추도록 제어기(310)에 의해 제어된다. 기저대역 신호는 ADC(324)에서 디지털로 변환되고 저대역 필터(326)를 통과하며, 샘플들이 이제 데시메이터 (decimator, 228)에 의해 인터벌 당 알맞은 수로 데시메이션되고, 그런 다음 스케일러(330)에 의해 변환된다. 스케일러는 그 샘플들이, 신호를 시간 도메인에서 주파수 도메인으로 변환하는 FFT 블록을 통과하도록 하고, FTT 분석기/전력 검출기(336)에서 신호 레벨에 대한 저 해상도 분석이 이뤄진다. 이것은 다양한 대역폭 슬라이스들에 대해 조악한 전력 검출기(304)를 통한 둘 이상의 브랜치들 사이에서 반복되며, 제어기(310 및 310')는 그러한 높은 신호 레벨을 가진 슬라이스들을 배제하고 보다 낮은 (혹은 제로인) 신호 레벨들을 정교한 전력검출기(306)를 위해 존속시킨다. 병렬 필터 뱅크들 같이, FFT/DFT와 별도의 다른 기술들이 기저대역 프로세싱 시 주파수 스펙트럼을 검출하는 것으로 알려져 있다. 그러한 대체방식 및 다른 대체방식들이 기저대역 프로세싱의 상기 전형적 일실시예에 대해 손쉽게 이뤄질 수 있으며, 이러한 가르침으로부터 벗어나지 않은 채 전반적인 라디오 주파수 아키텍처는 직접 변환, 저-중간 (low-intermediate) 주파수, 헤테로다인, 또는 이 기술 분야에서 알려진 다른 여러 RF 아키텍처들 가운데 어느 하나일 수 있다.

믹서(318) 다음에 경로가 I 및 Q 갈래들로 나눠진다. VGA(316) 및 스케일러(330)를 튜닝함으로써 신호 레벨들에 대한 주요 제어가 이뤄진다. 튜닝을 위한 정보가 ADC(324), 전력 미터(234) 및 FFT(332)로부터 수집된다. 가장 유망한 대역들에 대한 정보가 정교한 전력검출기(306)로 전달되므로, FFT 분석기(336)로부터의 제어는 그것을 나타내기 위해 정교한 전력단계(306)의 VCO(346)로 향하게 그려져 있다. 포락선 검출기(302)가 믹싱(318) 후 신호를 계측하는 것으로서 보여지고 있지만, 포락선 검출기 입력은 다른 적절한 회로 노드에 대해서도 역시 위치될 수 있을 것이다.

정교한 전력검출기(306)에서 튜닝 가능한 대역통과 필터(312)는 조악한 전력 검출기(308)에서 식별된 슬라이스들 중 하나 안의 신호 통과를 가능하게 하도록 튜닝된다. 식별된 다른 슬라이스들은 정교한 전력검출기(308)의 다른 갈래들을 통하거나 같은 갈래를 따라 순차적으로 통과된다. VCO(346), PLL(348) 및 믹서(342)는 조악한 전력 검출기(304)와 관련해 설명된 것과 유사하다. 가변 이득 증폭기(350), 튜닝 가능한 대역 저지 (bandstop) 필터(352), ADC(354), 및 튜닝 가능한 대역통과 필터(356)가 이 단계(306)에서 행해지는 정교한 전력검출을 위해 구성될 수 있고, 필터링을 통해 대역폭 슬라이스를 좁히고, VCO를 통해 신호의 주파수를 조정하고, 보다 높은 샘플 레이트들 및/또는 슬라이스의 감소 된 대역폭을 이용하는 ADC를 거쳐 해상도를 높이고, ADC(354)가 분리한 신호 경로의 한 쪽에 대한 RF 간섭자들을 제거하도록 다이내믹하게 동작 될 수 있다.

대역-필터링(312) 및 증폭(314) 다음에 정교한 전력검출기(306)는 튜닝 가능한 대역저지 필터(340)를 포함한다. 대역저지 필터는 ADC(354)의 다이내믹 영역 요건을 줄이는데 중요하다. 그것은 가장 큰 인근 블록 신호 등을 필터링하여 버리도록 튜닝 될 수 있다. 이러한 필터를 구현하는데 여러 대안들이 존재하나, 도 3에 제시된 전형적인 구현예가 본 발명을 제한하는 것은 아니다. 이제 신호는 기저대역으로 믹싱되고(342), I 및 Q 브랜치들로 나눠지고 ADC(354)에 앞서 필터링된다(344). ADC 직전에, 이전과 동일하게 ADC들의 다이내믹 영역 요건을 줄이기 위한 목적의 추가 대역저지 필터(352)가 있게 된다. 그러나 그것의 물리적 구현은 설계자가 사용할 수 있는 선택사항에 따라 대역저지 필터(340)의 구현과는 완전히 다를 수 있다. ADC(354) 다음에, 대역통과 필터(356)는 스펙트럼 감지 블록(308)을 위해 적절한 대역폭을 선택한다. 조악한 단계(304)처럼, 스케일러(364)가 데시메이터(360) 다음에 배치되나, 이 케이스에서는 믹서(362) 역시 끼워넣어 진다. 정교한 전력검출기 단계(306)로부터 최종적으로 출력되는 것은, 이러한 보다 높은 해상도 프로세싱 후 최소의 신호 세기를 보이는 후보 주파수 슬라이스들이다. 이들이 CR 스펙트럼 감지 블록(308)으로 출력되고, CR 스펙트럼 감지 블록(308)은 가장 유망한 (가장 낮은 신호 세기) 것부터 가장 가치없는 것의 랭크 순위로 충분한 자유 스펙트럼을 가졌다고 판정된 한 슬라이스가 나올 때까지 후보 슬라이스들을 차례로 분석한다. 이때 CR(10)로부터 기회 포착적 전송이 이뤄질 수 있다. 안테나(10F)를 제외하고, 도 3 역시 ASIC이나 FPGA(300)로서 구현될 수 있다.

일부 경우들에서 조악한 스펙트럼 감지 프로세스 및 정교한 스펙트럼 감지 프로세스를 서로 다른 시간 슬롯들 (시간 주기들) 안에 정렬하는 것이 가능할 수 있다. 그 경우들에서 도 3에 도시된 블록들 중 다수는 공유될 것이고, 그 경우 그렇게 공유된 블록들은 필요할 때 모드들 간 서로 다른 동작 조건들로 설정될 수 있다.

현재의 기술들을 가지고, 대부분의 신호 프로세싱 기능은 전용 하드웨어 소자들 및 소프트웨어를 통한 제어를 통해 수행될 것이라는 점이 예상된다. 그러나 이것이 본 발명을 제한하는 것은 아니며, 본 발명은 특정 하드웨어/소프트웨어/펌웨어 구성에 좌우되는 것은 아니다.

상술한 스펙트럼 감지 기술은 잠재적으로 낮은 전력 소비를 하는 스펙트럼 검출을 하는 데 나무랄 데 없는 것이 된다. 그것은 광대역 검출 및 모바일 단말들에 대해 적합하다. 이 솔루션은 A/D 변환의 해상도를 감소시키는 RF 전치-프로세싱 기능들을 효과적으로 수행할 수 있고, 시간 및 대역폭에 걸친 신호 레벨들과 관련한 전력 소비의 최적화를 가능하게 한다.

도 4는 본 발명의 한 가능한 실시예를 도시한 단일 사용자 관점의 흐름도이다. 402 블록에서 제1 또는 저 해상도를 가진 광대역 서치가 수행되고, 그 출력은 낮은 신호 레벨이나 신호 레벨이 없다고 식별된 대역폭 슬라이스들이 된다. 도 4의 전체적 프로세스가 진행되는 동안 (최소한 410 블록에서의 결정 때까지) 이면에서는 포락선 검출기에 의해 간헐적 신호들이 검출되는 블록 404 또한 있게 된다. 그 간헐적 신호들은 블록(402)으로 보내져서, 거기서 그 간헐적 신호나 신호들에 대한 한 대역으로 프레임 되고, 그 대역은 낮은 신호 레벨을 가졌거나 아예 신호 레벨이 없다고 식별되는지 그렇지 않은지의 여부가 판정된다. 406 블록은 정교한 전력 서치에 해당하며, 여기서는 이러한 정교한 전력 서치 뒤에 최소 신호 레벨들을 갖는 후보 주파수 슬라이스들을 선택하기 위해 상기 식별된 대역들이 제2 또는 고 해상도를 가지고 서치된다. 406A 블록은 그것이 어떻게 달성될 수 있는지에 대한 몇 가지 가능한 수단들을 제공하며, 이들 전체에 대해서는 위에서 상세히 설명되었다. 406 블록에서의 제2 해상도/정교한 서치로부터 출력된, 선택된 후보 대역들은 최소 신호 레벨부터 최대 신호 레벨까지의 순서로 408 블록에서 랭크되고, 410 블록에서 후보 주파수 대역들에 대한 스펙트럼 검출 알고리즘이 그 랭크된 순서대로, 그들 중 하나가 충분한 자유 스펙트럼을 가졌다는 것이 판정될 때까지 실행된다. 410 블록에서의 그러한 판정 결과로부터 이제 전송기는 412 블록에서 그 판정된 후보 주파수 슬라이스를 통해 기회 포착식으로 전송을 행한다.

일반적으로, 다양한 실시예들이 하드웨어나 특수 목적의 회로들, 소프트웨어 (컴퓨터 판독가능 매체 상에 구현되는 컴퓨터 판독가능 명령들), 로직이나 이들의 어떤 조합 형태를 통해 구현될 수 있다. 예를 들어, 시퀀스 생성기 같은 일부 양태들은 하드웨어로 구현될 수 있고, 다른 양태들은 제어기, 마이크로프로세서 또는 다른 컴퓨팅 기기에 의해 실행될 수 있는 펌웨어나 소프트웨어를 통해 구현될 수 있으나, 본 발명이 여기에 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 다양한 양태들은 도 4와 같이 블록도, 흐름도, 또는 다른 어떤 묘사적 표현을 사용해 예시 및 기술되었지만, 이렇게 여기 개시된 블록들, 장치, 시스템, 기술 또는 방법들은 비한정적 예들로서 하드웨어, 소프트웨어, 펌웨어, 특수 용도의 회로들 또는 로직, 범용 하드웨어나 제어기 또는 다른 컴퓨팅 기기들, 혹은 이들의 조합을 통해서도 구현될 수 있다는 것을 잘 알 수 있을 것이다.

본 발명의 실시예들은 집적 회로 모듈들 같은 다양한 컴포넌트들로 실시될 수 있다. 집적 회로들인 IC들의 설계는 대체로 상당히 자동화된 프로세스이다. 로직 수준의 디자인을 반도체 기판 상에서 에칭 및 형성될 준비가 된 반도체 회로 디자인으로 전환하기 위해 복잡하고도 강력한 소프트웨어 툴들이 사용될 수 있다. 도 3은 그러한 IC의 구체적인 회로 기능들을 나타낼 수 있다.

캘리포니아 마운틴 뷰의 Synopsys사 및 캘리포니아 산호세의 Cadence Design 같은 프로그램들이 잘 설정된 디자인 규칙들 및 미리 저장된 디자인 모듈들의 라이브러리들을 사용해 도체들을 자동으로 라우팅하고 컴포넌트들을 반도체 칩 상에 위치시킨다. 반도체 회로 디자인이 완료되었으면, 그 디자인 결과가 표준화된 전자 포맷으로 (가령, Opus, GDSII 등등) 반도체 제조 설비나 제조 "fab"으로 전달될 것이다.

이와 관련된 기술 분야의 숙련자들이라면, 첨부된 도면들과 함께 파악되는 상술한 내용에 비춰, 다양한 변경 및 적응 버전들이 있을 수 있다는 것을 명확히 알 수 있을 것이다. 그러나, 본 발명의 변형 버전들은 어느 것이나 모두 본 발명의 비한정적 실시예들의 범위 안에 여전히 포함될 것이다.

특정한 실시예들과 관련해 설명되었지만, 이 분야의 숙련자들이라면 상기 내용에 대한 수많은 변형 및 다양한 변경이 있을 수 있다는 것을 잘 알 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명은 그에 대한 하나 이상의 실시예들과 관련해 도시되고 기술되었지만, 이 기술분야의 숙련자들에 의해 위에서 설명되었던 본 발명의 범위 및 개념이나 이어지는 청구항들의 범위로부터 벗어남이 없이 소정의 변형이나 변경이 이뤄질 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (30)

1. 제1해상도를 가지고 광대역 스펙트럼을 서치하여 낮은 신호 레벨이나 신호 레벨이 없는 대역폭 슬라이스들을 식별하는 단계;
   상기 식별된 대역폭 슬라이스들을 상기 제1해상도보다 높은 제2해상도를 가지고 서치하고, 상기 제2해상도 서칭 뒤 최소 신호 레벨들을 가진 대역폭 슬라이스들을 후보 주파수 슬라이스들로서 선택하는 단계;
   상기 선택된 후보 주파수 슬라이스들 중 적어도 하나에 대해 스펙트럼 검출 알고리즘을 실행하고, 그것이 충분히 빈 (free) 스펙트럼을 가지고 있음을 판정하는 단계; 및
   상기 판정된 후보 주파수 슬라이스를 통해 전송을 행하는 단계를 포함함을 특징으로 하는 방법.
2. 제1항에 있어서,
   상기 제2해상도를 가지고 상기 식별된 대역폭을 서치한 후, 상기 후보 주파수 슬라이스들을 가장 낮은 신호 레벨부터 가장 높은 신호 레벨의 우선순위로 랭크하는 단계를 더 포함하고,
   상기 후보 주파수 슬라이스들 중 하나가 충분한 자유 스펙트럼을 가진다고 판정될 때까지 상기 랭크된 후보 주파수 슬라이스들에 대해 그 랭크 순서대로 상기 스펙트럼 검출 알고리즘의 실행이 이뤄짐을 특징으로 하는 방법.
3. 제1항에 있어서, 상기 식별된 대역폭 슬라이스들을 제2해상도를 가지고 서치하는 단계는, 상기 식별된 대역폭 슬라이스들 중 적어도 하나의 주파수 범위를 좁히는 단계를 포함함을 특징으로 하는 방법.
4. 제1항에 있어서, 상기 전송을 행하는 단계는 상기 판정된 후보 주파수 슬라이스를 통해 기회 포착식으로 (opportunistically) 전송을 행하는 단계를 포함함을 특징으로 하는 방법.
5. 제1항에 있어서, 상기 식별된 대역폭 슬라이스들을 상기 제2해상도를 가지고 서치하는 단계는, 필터 대역폭을 좁히는 단계; 로컬 오실레이터 주파수를 튜닝하는 단계; 상기 식별된 대역폭 슬라이스들 중 하나의 대역폭을 좁히면서 아나로그-디지털 컨버터 해상도를 높이는 단계; 아날로그-디지털 컨버터에서의 샘플링 레이트를 변경하는 단계; 고속 푸리에 변환 파라미터들을 튜닝하는 단계; 및 라디오 주파수 간섭자들 (interferers)을 제거하는 단계 중 최소한 두 가지를 포함함을 특징으로 하는 방법.
6. 제1항에 있어서, 상기 제1해상도를 가지고 광대역 스펙트럼을 서치하는 단계는 상기 제2해상도를 가지고 상기 식별된 대역폭 슬라이스들을 서치하는 것보다 빠르게 수행됨을 특징으로 하는 방법.
7. 제1항에 있어서,
   라디오 주파수 포락선 검출기를 가지고 상기 광대역 스펙트럼의 서치 및 상기 식별된 대역폭 슬라이스들의 서치의 라디오 주파수 이득 (gain)을 제어하여, 상기 서치들에서 수행된 아날로그-디지털 변환의 동적 범위 (dynamic range)를 축소하는 단계를 더 포함함을 특징으로 하는 방법.
8. 제1항에 있어서, 상기 제1해상도를 가지고 광대역 스펙트럼을 서치하는 단계는 상기 광대역 스펙트럼에 걸쳐 있는 여러 주파수 빈들 (bins)에 대해 병렬로 수행됨을 특징으로 하는 방법.
9. 제1항에 있어서,
   포락선 검출기를 가지고 간헐적 (intermittent) 신호들을 검출하고, 상기 제1해상도를 가지고 임의의 검출된 간헐적 신호에 대한 대역을 서치해 상기 검출된 간헐적 신호에 대한 대역이 식별된 대역폭 슬라이스인지를 판단하도록 하는 단계를 더 포함함을 특징으로 하는 방법.
10. 제1항에 있어서, 상기 방법은 휴대형 모바일 단말에 의해 실행됨을 특징으로 하는 방법.
11. 제1해상도를 가지고 광대역 스펙트럼을 서치하여 낮은 신호 레벨이나 신호 레벨이 없는 대역폭 슬라이스들을 식별하도록 구성된 조악한 (coarse) 전력 검출기;
    상기 식별된 대역폭 슬라이스들을 상기 제1해상도보다 높은 제2해상도를 가지고 서치하고, 상기 제2해상도 서칭 뒤 최소 신호 레벨들을 가진 대역폭 슬라이스들을 후보 주파수 슬라이스들로서 선택하도록 구성된 정교한 (fine) 전력 검출기;
    상기 선택된 후보 주파수 슬라이스들 중 적어도 하나에 대해 스펙트럼 검출 알고리즘을 실행하도록 구성된 스펙트럼 검출기;
    상기 선택된 후보 주파수 슬라이스들 중 적어도 하나가 충분히 빈 (free) 스펙트럼을 가지고 있음을 판정하도록 구성된 프로세서; 및
    상기 판정된 후보 주파수 슬라이스를 통해 전송을 행하도록 구성된 전송기를 포함함을 특징으로 하는 장치.
12. 제11항에 있어서,
    상기 프로세서는 상기 후보 주파수 슬라이스들을 가장 낮은 신호 레벨에서 가장 높은 신호 레벨의 우선순위를 가지고 랭크시키도록 구성되고,
    상기 스펙트럼 검출기는, 상기 프로세서가 상기 후보 주파수 슬라이스들 중 하나가 충분한 자유 스펙트럼을 가졌다고 판정할 때까지, 상기 랭크된 후보 주파수 슬라이스들에 대해 그 랭크 순서대로 상기 스펙트럼 검출 알고리즘을 실행하도록 구성됨을 특징으로 하는 장치.
13. 제11항에 있어서, 상기 정교한 전력 검출기는, 상기 식별된 대역폭 슬라이스들을 서치하면서, 상기 식별된 대역폭 슬라이스들 중 적어도 하나의 주파수 범위를 좁히도록 구성됨을 특징으로 하는 장치.
14. 제11항에 있어서, 상기 전송기는, 상기 판정된 후보 주파수 슬라이스를 통해 기회 포착식으로 (opportunistically) 전송을 행하도록 구성됨을 특징으로 하는 장치.
15. 제11항에 있어서, 상기 정교한 전력 검출기는, 필터 대역폭을 좁히는 단계; 로컬 오실레이터 주파수를 튜닝하는 단계; 상기 식별된 대역폭 슬라이스들 중 하나의 대역폭을 좁히면서 아나로그-디지털 컨버터 해상도를 높이는 단계; 아날로그-디지털 컨버터에서의 샘플링 레이트를 변경하는 단계; 고속 푸리에 변환 파라미터들을 튜닝하는 단계; 및 라디오 주파수 간섭자들 (interferers)을 제거하는 단계 중 최소한 두 가지에 의해, 상기 식별된 대역폭 슬라이스들을 상기 제2해상도를 가지고 서치하도록 구성됨을 특징으로 하는 장치.
16. 제11항에 있어서, 상기 조악한 전력 검출기는, 상기 제1해상도를 가지고 광대역 스펙트럼을 서치하는 것이 상기 제2해상도를 가지고 상기 식별된 대역폭 슬라이스들을 서치하는 것보다 빠르도록 구성됨을 특징으로 하는 장치.
17. 제11항에 있어서,
    상기 조악한 전력 검출기의 라디오 주파수 이득 및 상기 정교한 전력 검출기의 라디오 주파수 이득을 제어함으로써, 상기 조악한 전력 검출기 안과 상기 정교한 전력 검출기 안에서 수행되는 아날로그-디지털 변환들의 동적 범위를 줄이도록 구성된 라디오 주파수 포락선 검출기를 더 포함함을 특징으로 하는 장치.
18. 제11항에 있어서, 상기 조악한 전력 검출기는 상기 광대역 스펙트럼의 주파수 빈들 (bins)에 대해 병렬로 상기 제1해상도 서치를 수행하는 회로를 포함함을 특징으로 하는 장치.
19. 제11항에 있어서,
    간헐적 (intermittent) 신호들을 검출하도록 구성된 포락선 검출기를 더 포함하고,
    상기 조악한 전력 검출기는, 상기 제1해상도를 가지고 상기 검출된 간헐적 신호에 대한 대역을 서치해 상기 검출된 간헐적 신호에 대한 대역이 식별된 대역폭 슬라이스인지를 판단하도록 구성됨을 특징으로 하는 장치.
20. 제11항에 있어서, 상기 장치는 휴대형 모바일 단말을 포함함을 특징으로 하는 장치.
21. 제11항에 있어서, 상기 장치는 집적 회로를 포함함을 특징으로 하는 장치.
22. 디지털 데이터 프로세서에 의해 실행되어 전송에 이용가능한 주파수 대역을 위해 스펙트럼을 서치하도록 하는 액션들을 수행하도록 하는 기계 판독가능 명령들의 프로그램을 수록한 컴퓨터 판독가능 메모리에 있어서,
    상기 액션들은,
    제1해상도를 가지고 광대역 스펙트럼을 서치하여 낮은 신호 레벨이나 신호 레벨이 없는 대역폭 슬라이스들을 식별하는 단계;
    상기 식별된 대역폭 슬라이스들을 상기 제1해상도보다 높은 제2해상도를 가지고 서치하고, 상기 제2해상도 서칭 뒤 최소 신호 레벨들을 가진 대역폭 슬라이스들을 후보 주파수 슬라이스들로서 선택하는 단계;
    상기 선택된 후보 주파수 슬라이스들 중 적어도 하나에 대해 스펙트럼 검출 알고리즘을 실행하고, 그것이 충분히 빈 (free) 스펙트럼을 가지고 있음을 판정하는 단계; 및
    상기 판정된 후보 주파수 슬라이스를 통해 전송을 행하는 단계를 포함함을 특징으로 하는 컴퓨터 판독가능 메모리.
23. 제22항에 있어서,
    상기 제2해상도를 가지고 상기 식별된 대역폭을 서치한 후, 상기 후보 주파수 슬라이스들을 가장 낮은 신호 레벨부터 가장 높은 신호 레벨의 우선순위로 랭크하는 단계를 더 포함하고,
    상기 후보 주파수 슬라이스들 중 하나가 충분한 자유 스펙트럼을 가진다고 판정될 때까지 상기 랭크된 후보 주파수 슬라이스들에 대해 그 랭크 순서대로 상기 스펙트럼 검출 알고리즘의 실행이 이뤄짐을 특징으로 하는 컴퓨터 판독가능 메모리.
24. 제22항에 있어서, 상기 식별된 대역폭 슬라이스들을 제2해상도를 가지고 서치하는 단계는, 상기 식별된 대역폭 슬라이스들 중 적어도 하나의 주파수 범위를 좁히는 단계를 포함함을 특징으로 하는 컴퓨터 판독가능 메모리.
25. 제22항에 있어서,
    상기 판정된 후보 주파수 슬라이스를 통해 기회 포착식으로 (opportunistically) 전송을 행하는 단계를 더 포함함을 특징으로 하는 컴퓨터 판독가능 메모리.
26. 제22항에 있어서, 상기 식별된 대역폭 슬라이스들을 상기 제2해상도를 가지고 서치하는 단계는, 필터 대역폭을 좁히는 단계; 로컬 오실레이터 주파수를 튜닝하는 단계; 상기 식별된 대역폭 슬라이스들 중 하나의 대역폭을 좁히면서 아나로그-디지털 컨버터 해상도를 높이는 단계; 아날로그-디지털 컨버터에서의 샘플링 레이트를 변경하는 단계; 고속 푸리에 변환 파라미터들을 튜닝하는 단계; 및 라디오 주파수 간섭자들 (interferers)을 제거하는 단계 중 최소한 두 가지를 포함함을 특징으로 하는 컴퓨터 판독가능 메모리.
27. 제22항에 있어서,
    라디오 주파수 포락선 검출기를 가지고 상기 광대역 스펙트럼의 서치 및 상기 식별된 대역폭 슬라이스들의 서치의 라디오 주파수 이득 (gain)을 제어하여, 상기 서치들에서 수행된 아날로그-디지털 변환의 동적 범위 (dynamic range)를 축소하는 단계를 더 포함함을 특징으로 하는 컴퓨터 판독가능 메모리.
28. 제22항에 있어서, 상기 제1해상도를 가지고 광대역 스펙트럼을 서치하는 단계는 상기 광대역 스펙트럼에 걸쳐 있는 여러 주파수 빈들 (bins)에 대해 병렬로 수행됨을 특징으로 하는 컴퓨터 판독가능 메모리.
29. 제22항에 있어서,
    포락선 검출기를 가지고 간헐적 (intermittent) 신호들을 검출하고, 상기 제2해상도를 가지고 임의의 검출된 간헐적 신호에 대한 대역을 서치해 상기 검출된 간헐적 신호에 대한 대역이 식별된 대역폭 슬라이스인지를 판단하도록 하는 단계를 더 포함함을 특징으로 하는 컴퓨터 판독가능 메모리.
    
30. 제1해상도를 가지고 광대역 스펙트럼을 서치하여 낮은 신호 레벨이나 신호 레벨이 없는 대역폭 슬라이스들을 식별하도록 하는 제1서칭 수단;
    상기 식별된 대역폭 슬라이스들을 상기 제1해상도보다 높은 제2해상도를 가지고 서치하고, 상기 제2해상도 서칭 뒤 최소 신호 레벨들을 가진 대역폭 슬라이스들을 후보 주파수 슬라이스들로서 선택하도록 하는 제2서칭 수단;
    상기 선택된 후보 주파수 슬라이스들 중 적어도 하나의 스펙트럼을 검출하기 위한 검출 수단;
    상기 선택된 후보 주파수 슬라이스들 중 적어도 하나가 충분히 빈 (free) 스펙트럼을 가지고 있음을 판정하기 위한 프로세싱 수단; 및
    상기 판정된 후보 주파수 슬라이스를 통해 전송을 행하는 전송 수단을 포함함을 특징으로 하는 장치.
    

Images