KR20100108496A

KR20100108496A - Channel selecting apparatus and method in a cognitive radio system

Info

Publication number: KR20100108496A
Application number: KR1020090066998A
Authority: KR
Inventors: 조준호; 이제민; 홍대식; 노고산
Original assignee: 엘지전자 주식회사; 연세대학교 산학협력단
Priority date: 2009-03-29
Filing date: 2009-07-22
Publication date: 2010-10-07
Also published as: KR101571899B1

Abstract

PURPOSE: A device and a method for selecting a channel in a cognitive radio system are provided to sense a frequency spectrum, thereby increasing an information transmitting rate of the secondary user. CONSTITUTION: State information about channels allocated to the primary user is received. A channel selection probability value is determined from the state information. A spectrum to be sensed is selected using the channel selection probability value. Information is transmitted through a channel for sensing the spectrum.

Description

Channel selecting apparatus and method in a cognitive radio system

본 발명은 일차 사용자 단말에는 허가되었으나 이차 사용자 단말에는 허가되지 않은 무선자원 중 유휴자원을 이차 사용자 단말이 인지하여 사용하는 인지 무선 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a cognitive radio system in which a secondary user terminal recognizes and uses an idle resource among radio resources that are granted to a primary user terminal but not to a secondary user terminal.

전파 자원은 한정된 국가의 무형자산으로서 무선장치의 사용이 급증하면서 이에 따른 전파 자원의 가치가 점점 높아지고 있다. 특히, 이동통신, 무선랜(WLAN), 디지털 방송, 및 위성통신을 비롯하여 RFID/USN(radio frequency identification/ubiquitous sensor network), UWB(ultra wide band) 통신, 및 WiBro(wireless broadband) 등과 같이 무선을 이용하는 서비스가 급증하면서 한정된 전파 자원에 대한 수요가 지속적으로 증가하고 있다.Radio resources are intangible assets in limited countries, and the value of radio resources is increasing due to the rapid increase in the use of wireless devices. In particular, mobile communications, wireless LAN (WLAN), digital broadcasting, and satellite communications, including radio frequency identification / ubiquitous sensor network (RFD / USN), ultra wide band (UWB) communications, and wireless broadband (WIB) As the services used increase rapidly, the demand for limited radio resources continues to increase.

이와 같이 중요한 전파 자원을 효율적으로 이용하기 위하여 미국을 비롯한 선진 국가에서는 국가적인 차원에서 기술을 개발하고, 이를 토대로 전파 정책을 수립하기 위한 활동이 활발하게 진행되고 있다.In order to efficiently use these important radio resources, activities are being actively developed in the United States and other developed countries to develop technologies at the national level and establish radio wave policies based on them.

종래의 전파 정책이 정부가 정책을 세우고 이를 관리하는 명령과 통 제(command and control) 위주였다면, 향후의 전파 정책은 개방 스펙트럼(open spectrum) 정책으로 전환될 것으로 예측되고 있다.If the existing propagation policy was based on the command and control of the government to formulate and manage the policy, the future propagation policy is expected to be converted into an open spectrum policy.

이와 관련하여, 인지 무선(cognitive radio; CR) 기술은 스펙트럼 이용 효율을 향상시키기 위하여 SDR(software defined radio) 기술을 발전시킨 개념으로 "Joseph Mitola III"에 의해서 최초 제안되었다. 지금까지 일부 분야에서 제안된 RFID의 LBT(listen before talk)나 무선랜(WLAN)에서의 DFS(dynamic frequency selection) 등은 초보적인 수준의 인지 무선(cognitive radio)에 해당되나, 이를 체계적으로 정립한 것은 "Mitola III"가 학위논문을 완성하면서 이루어졌다.In this regard, cognitive radio (CR) technology was first proposed by "Joseph Mitola III" as a concept of developing a software defined radio (SDR) technology to improve spectrum utilization efficiency. Until now, the proposed LBT (listen before talk) of RFID and DFS (dynamic frequency selection) in WLAN have been the basic level of cognitive radio. This was done when "Mitola III" completed the dissertation.

인지 무선 기술은 무선 단말이 주변의 통신환경에 대한 학습과 적응을 통해 자동으로 최적의 통신을 수행하는 지능형 무선 기술이라고 할 수 있다.Cognitive radio technology can be said to be an intelligent radio technology that the wireless terminal automatically performs optimal communication through learning and adaptation to the surrounding communication environment.

일차 사용자(primary user; PU)는 무선 자원의 해당 스펙트럼에 대한 인가(license)를 가지고 있고, 해당 스펙트럼의 사용시 우선권을 갖는다. 일차 사용자(primary user; PU)에 의한 무선자원의 점유는 공간적, 시간적 차원에서 동적으로 발생한다. The primary user (PU) has licenses for the corresponding spectrum of radio resources and has priority when using that spectrum. Occupation of radio resources by primary users (PUs) occurs dynamically in spatial and temporal dimensions.

이때, 인지 무선 기술은 이차 사용자가 스펙트럼 센싱(spectrum sensing)을 통해 일차 사용자에 의해 사용되지 않는 빈 자원을 찾아내어 사용하는 스펙트럼 오버레이(spectrum overlay) 접속방식을 가능하게 한다.At this time, the cognitive radio technology enables a spectrum overlay access method in which a secondary user finds and uses an empty resource not used by the primary user through spectrum sensing.

스펙트럼 오버레이를 통해서 이차 사용자(secondary user)는 기존에는 불가능했던 일차 사용자의 스펙트럼을 사용할 수 있게 되었다.Spectrum overlay allows secondary users to use the spectrum of a primary user that was previously impossible.

그러나, 이차 사용자는 상기 무선 자원에 대해 허가되지 않은 사용자이므 로, 일차 사용자가 사용하지 않는 스펙트럼만을 찾아내어 사용해야 하고, 데이터를 전송하는 중에도 일차 사용자가 당해 스펙트럼을 사용하고자 하는 경우에는 스펙트럼 사용을 양보하여야 한다. 이러한 이유로 이차 사용자는 주기적으로 해당 스펙트럼에 대해서 센싱을 하여야 한다. However, since the secondary user is not an authorized user of the radio resource, only the spectrum not used by the primary user should be found and used, and if the primary user wants to use the spectrum even while transmitting data, the use of the spectrum is concessioned. shall. For this reason, the secondary user should periodically sense the spectrum.

또한, 인가 스펙트럼(licensed spectrum)이 단일 채널(single channel)일 경우에는 해당 채널에 대해서만 센싱 및 전송 동작을 반복하면 되지만, 상기 인가 스팩트럼이 다중 채널(multiple channel)인 경우에는 스펙트럼 센싱을 하는데 있어서, 채널을 먼저 선택해야하는 문제점이 있다. 따라서, 효과적인 센싱 방법을 사용하는 것이 중요하다. In addition, when the licensed spectrum (single channel) is a single channel (single channel), the sensing and transmission operations only need to be repeated for the corresponding channel, but when the applied spectrum is a multiple channel (spectral sensing), There is a problem that the channel must be selected first. Therefore, it is important to use an effective sensing method.

또한 인가 스펙트럼이 다중 채널인 경우 하드웨어의 복잡도 등과 같은 문제로 한 번에 여러 개의 채널에 대해서 스펙트럼 센싱을 하기가 어렵다는 문제점이 있다.In addition, when the applied spectrum is a multi-channel, there is a problem that it is difficult to perform spectral sensing for several channels at once due to problems such as complexity of hardware.

이와 같이 인가된 스펙트럼이 다중 채널인 경우, 각 채널을 순차적으로 선택한 후, 상기 채널을 순차적으로 센싱한다. 이와 같이 순차적인 순서에 의해서 센싱하는 방법을 주기적 센싱(periodic sensing)이라고 하며, 이 기술은 Qianchuan Zhao, S. Geirhofer, L. Tong. and B. M. Sadler. "Opportunistic spectrum access via periodic channel sensing", IEEE Trans. Signal Process., vol. 56, no. 2, Feb. 2008에 나타나있다.When the applied spectrum is a multi-channel, each channel is sequentially selected and then the channels are sequentially sensed. This method of sensing in a sequential order is called periodic sensing, and this technique is described by Qianchuan Zhao, S. Geirhofer, L. Tong. and B. M. Sadler. "Opportunistic spectrum access via periodic channel sensing", IEEE Trans. Signal Process., Vol. 56, no. 2, Feb. Appear in 2008.

도 1은 종래 기술에 따른 인지 무선 시스템을 나타낸 예시도이다.1 is an exemplary view showing a cognitive radio system according to the prior art.

도 2는 도 1에 도시된 이차 사용자의 단말이 순차적으로 채널을 센싱하는 방 법을 나타낸 예시도이다.FIG. 2 is an exemplary diagram illustrating a method of sequentially sensing a channel by a terminal of a secondary user illustrated in FIG. 1.

도 1을 참조하면, 일차 사용자의 단말(11)과 이차 사용자의 단말(15)과 기지국(21)이 나타나 있다.Referring to FIG. 1, a terminal 11 of a primary user, a terminal 15 of a secondary user, and a base station 21 are illustrated.

상기 일차 사용자의 단말(11)은 상기 기지국(21)의 무선 자원에 대해 인가(licensed)되어 있으며, 상기 이차 사용자의 단말(15)은 이차 사용자의 기지국(25)에 대해서는 인가가 되어있지만, 일차 사용자의 무산자원에 대해서는 인가되지 않은 단말이다.The terminal 11 of the primary user is licensed for the radio resource of the base station 21, and the terminal 15 of the secondary user is authorized to the base station 25 of the secondary user, but The terminal is not authorized for the user's obsolescence resource.

다만, 1차 사용자 단말과 2차 사용자 단말은 동일 주파수 자원을 사용할 수 있으며, 따라서 도 1에서와 같이 셀이 중첩되어 있다.However, the primary user terminal and the secondary user terminal may use the same frequency resources, so that the cells are overlapped as shown in FIG.

도 2를 참조하면, 상기 일차 사용자의 단말(11)과 상기 기지국(21) 간의 무선 자원이 나타나 있다.Referring to FIG. 2, a radio resource between the primary user terminal 11 and the base station 21 is shown.

도시된 무선 자원에서 가로축은 시간 축이며, 세로축은 주파수 축이다. 세로축으로 다수의 채널이 존재한다. 상기 일차 사용자의 단말(11)과 상기 기지국(21)은 첫 번째 채널을 통하여 데이터를 송수신한다.In the illustrated radio resource, the horizontal axis is the time axis and the vertical axis is the frequency axis. There are a number of channels along the vertical axis. The primary user terminal 11 and the base station 21 transmit and receive data through the first channel.

이때, 상기 이차 사용자의 단말(12)은 상기 무선 자원에서 빈 영역을 찾기 위해 센싱을 수행한다.In this case, the secondary user terminal 12 performs sensing to find a free area in the radio resource.

이때, 도시된 n_P는 상기 이차 사용자의 단말(12)에 의한 센싱 주기를 나타내고, n_D는 센싱 시간을 나타내고, n_T는 데이터의 전송 시간을 나타낸다.In this case, n _P denotes a sensing period by the terminal 12 of the secondary user, n _D denotes a sensing time, and n _T denotes a transmission time of data.

도시된 바와 같이, 상기 이차 사용자의 단말(12)은 상기 무선 자원을 순차적 으로 센싱한다. 예를 들어, 상기 이차 사용자의 단말(12)은 상기 무선 자원에서 첫 번째 채널(채널 0)을 센싱하고, 이어서 두 번째 채널(채널 1)을 센싱하고, 이어서 세 번째 채널(채널 2)를 센싱한다.As shown, the terminal 12 of the secondary user sequentially senses the radio resource. For example, the terminal 12 of the secondary user senses the first channel (channel 0) in the radio resource, then senses the second channel (channel 1), and then senses the third channel (channel 2). do.

이때, 도시된 바와 같이 상기 일차 사용자의 단말(11)과 상기 기지국(21)은 첫 번째 채널을 통하여 데이터를 송수신하므로, 상기 이차 사용자의 단말(12)은 상기 센싱을 통해 상기 두 번째 채널, 세 번째 채널, 그리고 네 번째 채널이 빈 영역임을 인지한다. In this case, since the first user terminal 11 and the base station 21 transmit and receive data through the first channel, the second user terminal 12 receives the second channel, three through the sensing. Note that the fourth channel and the fourth channel are empty areas.

한편, 도 3은 종래 기술에 따른 순차적 센싱 방법의 문제점을 나타낸 예시도이다.On the other hand, Figure 3 is an exemplary view showing a problem of the sequential sensing method according to the prior art.

도 3을 참조하여 알 수 있는 바와 같이 순차적인 센싱 방법은 일차 사용자의 스펙트럼을 센싱하는데 소요되는 시간이 많다는 문제점이 있었고 또한 일차 사용자에게 복수의 채널이 할당되어 있는 경우 채널간의 트래픽 점유의 불규칙성이 반영되지 못한다는 문제점이 있었다. As can be seen with reference to FIG. 3, the sequential sensing method has a problem in that it takes a long time to sense the spectrum of the primary user, and also reflects irregularities in traffic occupancy between channels when a plurality of channels are allocated to the primary user. There was a problem that can not be.

즉, 상기 일차 사용자의 단말(11)이 도시된 바와 같이 일차 사용자 단말에 할당된 채널을 랜덤하게 사용할 경우, 상기 이차 사용자의 단말(12)은 빈 영역을 센싱하는데 어려움이 따른다.That is, when the terminal 11 of the primary user randomly uses a channel allocated to the primary user terminal as illustrated, the terminal 12 of the secondary user has difficulty in sensing an empty area.

또한 이차 사용자가 일차 사용자의 무선자원을 사용하는 중에 일차 사용자가 당해 무선자원을 사용하려 하는 경우, 이차 사용자에게 우선권이 없기 때문에 다른 무선 자원을 사용하기 위해 스펙트럼 센싱이 필요하여 이차 사용자의 데이터 전송률이 낮아진다는 문제점이 있었다.In addition, if the secondary user tries to use the radio resource while the secondary user is using the radio resource of the primary user, spectrum sensing is required to use another radio resource because the secondary user has no priority and thus the data rate of the secondary user is reduced. There was a problem of being lowered.

따라서, 본 발명의 목적은 스펙트럼 센싱을 보다 효율적으로 수행하고, 그 수행시간을 단축하는데 있다.Accordingly, an object of the present invention is to perform spectrum sensing more efficiently and to shorten the execution time thereof.

즉, 본 발명은 이러한 인지 무선기술과 관련하여 스펙트럼을 효율적으로 센싱하고, 선택하는 방법과 장치에 대해서 제안하고자 한다.That is, the present invention proposes a method and apparatus for efficiently sensing and selecting a spectrum in relation to such a cognitive radio technology.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 사용되고 있지 않은 주파수 스펙트럼을 센싱하고 선택하는데 있어서 일차 사용자 채널의 상태정보를 이용하여 선택확률을 결정하고, 이를 통해서 전송 채널을 확률적으로 선택하는 인지 무선 시스템의 채널 선택방법 및 장치를 제공한다.In order to achieve the above object, the present invention uses the state information of the primary user channel in the sensing and selection of the unused frequency spectrum to determine the selection probability, through which the cognitive radio to select the transmission channel probabilistic Provided are a channel selection method and apparatus of a system.

상기 방법은 일차 사용자에 할당된 복수의 채널에 대한 상태정보를 수신하는 단계, 상기 상태정보로부터 채널 선택 확률값을 결정하는 단계, 상기 채널 확률값을 이용하여 센싱할 스펙트럼을 선택하는 단계, 상기 선택된 스펙트럼을 센싱하고, 상기 스펙트럼 센싱한 채널을 통해서 정보를 전송하는 단계를 포함한다The method may include receiving state information on a plurality of channels assigned to a primary user, determining a channel selection probability value from the state information, selecting a spectrum to be sensed using the channel probability value, and selecting the selected spectrum. Sensing and transmitting information through the spectrum sensed channel

또한 상기 장치는 일차 사용자에 할당된 복수의 채널에 대한 상태정보를 수신하는 수신기, 상기 상태정보로부터 채널 선택 확률값을 결정하는 계산기, 상기 채널 확률값을 이용하여 센싱할 스펙트럼을 선택하는 제어기, 상기 선택된 스펙트럼을 센싱하고, 상기 스펙트럼 센싱한 채널을 통해서 정보를 전송하는 전송기를 포함한다.The apparatus may further include a receiver for receiving state information on a plurality of channels assigned to a primary user, a calculator for determining a channel selection probability value from the state information, a controller for selecting a spectrum to be sensed using the channel probability value, and the selected spectrum. And a transmitter for transmitting information through the spectrum sensed channel.

본 발명은 일차 사용자의 주파수 스펙트럼을 센싱하는데 있어서 순차적인 방법이 아닌, 일차 사용자의 채널 상태정보에 따른 채널선택 확률값에 따라서 주파수 스펙트럼을 센싱하여, 종래 기술에 따른 주파수 센싱 및 선택에 비해서 무선자원 이용의 효율성이 증대되었으며, 이차 사용자의 정보 전송률을 향상시키는 효과가 있다.The present invention senses the frequency spectrum according to the channel selection probability value according to the channel state information of the primary user, rather than the sequential method of sensing the frequency spectrum of the primary user, and uses radio resources as compared to the frequency sensing and selection according to the prior art. The efficiency of the service is increased, and the information transmission rate of the secondary user is improved.

이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다. 우선 각 도면의 절차도에서 각각의 절차에 참조부호를 부가하거나 도면에서 구성 요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 절차 및 구성요소에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한 하기 설명에서는 많은 구체적인 특정 사항들이 나타나고 있는데, 이는 본 발명에 대해 보다 전반적인 이해를 돕고자 제공된 것일 뿐, 이러한 특정 사항들 없이도 본 발명이 실시될 수 있음은 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게는 자명하다고 할 것이다. 그리고 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings, preferred embodiments of the present invention will be described in detail the present invention. First of all, in adding reference numerals to the respective procedures or adding reference numerals to the components in the drawings of the drawings, only the same procedures and components have the same reference numerals as much as possible even though they are shown in different drawings. It should be noted that In addition, many specific details appear in the following description, which is provided to help a more general understanding of the present invention, and the present invention may be practiced without these specific matters to those skilled in the art. Will be self-explanatory. In the following description of the present invention, if it is determined that a detailed description of a related known function or configuration may unnecessarily obscure the subject matter of the present invention, the detailed description thereof will be omitted.

이하의 기술은 CDMA(code division multiple access), FDMA(frequency division multiple access), TDMA(time division multiple access), OFDMA(orthogonal frequency division multiple access), SC-FDMA(single carrier frequency division multiple access) 등과 같은 다양한 무선 통신 시스템에 사용될 수 있다. CDMA는 UTRA(Universal Terrestrial Radio Access)나 CDMA2000과 같은 무선 기술(radio technology)로 구현될 수 있다. TDMA는 GSM(Global System for Mobile communications)/GPRS(General Packet Radio Service)/EDGE(Enhanced Data Rates for GSM Evolution)와 같은 무선 기술로 구현될 수 있다. OFDMA는 IEEE 802.11 (Wi-Fi), IEEE 802.16 (WiMAX), IEEE 802-20, E-UTRA(Evolved UTRA) 등과 같은 무선 기술로 구현될 수 있다. UTRA는 UMTS(Universal Mobile Telecommunications System)의 일부이다. 3GPP(3rd Generation Partnership Project) LTE(long term evolution)은 E-UTRA를 사용하는 E-UMTS(Evolved UMTS)의 일부로써, 하향링크에서 OFDMA를 채용하고 상향링크에서 SC-FDMA를 채용한다. LTE-A(LTE-Advanced)는 LTE의 진화이다.The following techniques include code division multiple access (CDMA), frequency division multiple access (FDMA), time division multiple access (TDMA), orthogonal frequency division multiple access (OFDMA), single carrier frequency division multiple access (SC-FDMA), and the like. It can be used in various wireless communication systems. CDMA may be implemented with a radio technology such as Universal Terrestrial Radio Access (UTRA) or CDMA2000. TDMA may be implemented with wireless technologies such as Global System for Mobile communications (GSM) / General Packet Radio Service (GPRS) / Enhanced Data Rates for GSM Evolution (EDGE). OFDMA may be implemented in a wireless technology such as IEEE 802.11 (Wi-Fi), IEEE 802.16 (WiMAX), IEEE 802-20, Evolved UTRA (E-UTRA). UTRA is part of the Universal Mobile Telecommunications System (UMTS). 3rd Generation Partnership Project (3GPP) long term evolution (LTE) is part of an Evolved UMTS (E-UMTS) using E-UTRA, and employs OFDMA in downlink and SC-FDMA in uplink. LTE-Advanced (LTE-A) is an evolution of LTE.

첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 4(a)는 본 발명에 따른 무선 인지 시스템을 나타낸 구성도이다.Figure 4 (a) is a block diagram showing a wireless recognition system according to the present invention.

도 4(a)를 참조하면, 하나 이상의 일차 사용자의 단말(101, 102)과 이차 사용자의 단말(105)과 하나 이상의 기지국(210, 220)이 나타나 있다.Referring to FIG. 4A, one or more primary user terminals 101 and 102, a secondary user terminal 105, and one or more base stations 210 and 220 are shown.

상기 일차 사용자의 단말(101, 102)과 상기 이차 사용자의 단말(105)은 고정되거나 이동성을 가질 수 있으며, UE(User Equipment), MS(mobile station), UT(user terminal), SS(subscriber station), 무선기기(wireless device), PDA(personal digital assistant), 무선 모뎀(wireless modem), 휴대기기(handheld device) 등 다른 용어로 불릴 수 있다. 기지국(base station, BS)은 일반적으로 단 말과 통신하는 고정된 지점(fixed station)을 말하며, eNB(evolved-NodeB), BTS(Base Transceiver System), 액세스 포인트(Access Point) 등 다른 용어로 불릴 수 있다.Terminals 101 and 102 of the primary user and the terminal 105 of the secondary user may be fixed or mobile, and may include a user equipment (UE), a mobile station (MS), a user terminal (UT), and a subscriber station (SS). ), A wireless device, a personal digital assistant, a wireless modem, a handheld device, and the like. A base station (BS) generally refers to a fixed station that communicates with a terminal, and may be called by other terms such as an evolved-NodeB (eNB), a base transceiver system (BTS), and an access point. Can be.

상기 하나 이상의 기지국(210, 220)은 도시된 제어기(230) 의해서 제어된다. 상기 하나 이상의 기지국(210, 220)은 3GPP에 따르는 Node B, 또는 3GPP LTE에 의한 e-Node B, 혹은 IEEE 802.16에 의한 기지국일 수 있다. 마찬가지로, 상기 제어기(230) 역시 3GPP에 따르는 RNC(Radio Network Controller)일 수 있다.The one or more base stations 210, 220 are controlled by the illustrated controller 230. The one or more base stations 210 and 220 may be Node Bs based on 3GPP, e-Node Bs based on 3GPP LTE, or base stations based on IEEE 802.16. Similarly, the controller 230 may also be a Radio Network Controller (RNC) compliant with 3GPP.

또는 상기 제어기(230)는 망의 종단에 위치하여 외부망과 연결되는 서빙 게이트웨이(Serving Gateway; 이하 S-GW로 약칭) 그리고 상기 단말의 이동성을 관장하는 이동관리개체(Mobility Management Entity; 이하 MME로 약칭)일 수 있다.Alternatively, the controller 230 is a serving gateway (hereinafter referred to as S-GW) connected to an external network located at an end of a network and a mobility management entity (hereinafter referred to as MME) that manages mobility of the terminal. Abbreviated).

또는, 상기 제어기(230)는 IEEE 802.16에 의한 제어기일 수 있다.Alternatively, the controller 230 may be a controller based on IEEE 802.16.

상기 일차 사용자의 단말(101)은 상기 기지국(210)의 무선 자원에 대해 인가(licensed)되어 있으며, 상기 이차 사용자의 단말(102)은 인가되지 않은 단말이다.The terminal 101 of the primary user is licensed for the radio resource of the base station 210, and the terminal 102 of the secondary user is an unauthorized terminal.

도 4(b)는 본 발명의 일 실시 예로서 일차 사용자에 인가된 채널과 스펙트럼을 도시한 것이다.4 (b) illustrates a channel and spectrum applied to a primary user as an embodiment of the present invention.

도 4(b)에 나타난 바와 같이, 상기 일차 사용자의 단말(101)과 상기 기지국(210)에 인가되는 스펙트럼은

개의 채널로 구성되어 있으며 각 채널의 대역폭은

이며 심볼 주기는

라고 가정한다. 또한,

개의 채널은 일차 사용자에 게 인가되어 있다.As shown in Figure 4 (b), the spectrum applied to the terminal 101 and the base station 210 of the primary user is

Channels, each of which has a bandwidth of

And the symbol period is

Assume that Also,

Channels are licensed to the primary user.

도시된 n_P는 상기 이차 사용자의 단말(102)에 의한 센싱 주기를 나타내고, n_D는 센싱 시간을 나타내고, n_t는 데이터의 전송 시간을 나타낸다.The illustrated n _P denotes a sensing period according to the terminal 102, the second user, n _D denotes a sensing time, _t n denotes the transmission time of the data.

상기 일차 사용자의 단말(101)과 상기 기지국(210)은 도시된 바와 같이 랜덤하게 채널을 사용한다.The primary user terminal 101 and the base station 210 randomly use the channel as shown.

이와 같은 상황에서, 상기 이차 사용자의 단말(105)는 상기 무선 자원에서 빈 영역을 찾기 위하여 상기 무선 자원을 스캐닝한다.In such a situation, the secondary user terminal 105 scans the radio resource to find a free area in the radio resource.

도 5는 본 발명의 일 실시 예로서 센싱 채널 선택 확률값에 따른 전송채널 선택 및 센싱 방법에 관한 절차도이다.5 is a flowchart illustrating a transport channel selection and sensing method based on a sensing channel selection probability value according to an embodiment of the present invention.

도 5에서 이차 사용자 단말은 일차 사용자에 할당된 채널에 대한 센싱 채널 선택 확률값을 얻는다(S510). 각 채널에 대한 센싱 채널 선택 확률값이 얻어진 경우, 이차 사용자의 단말은 상기 얻어진 센싱 채널 확률값을 통해서 이차 사용자의 데이터를 전송할 채널을 선택하고(S520), 선택된 채널에 대해서 스펙트럼 센싱을 수행한다(S530). 스펙트럼 센싱을 통해서 일차 사용자(PU : primary user) 단말의 신호가 존재여부를 판단(S540)하여 일차 사용자 단말의 신호가 존재하는 경우에는 해당 프레임에서는 신호를 전송하지 않고, 프레임 카운터를 증가(S590)시켜서 다시 전송할 채널을 선택한다(S520). 반면, 일차 사용자 단말의 신호가 존재하지 않는 경우에는 신호 전송을 시작하고(S560), 전송 중에 마지막 프레임에 해당하는 경우에는 절차를 종료(S580)하고, 마지막 프레임이 아닌 경우에는 프레임 카운터를 증 가(S590)시키고 다시 전송할 채널을 선택한다(S520). In FIG. 5, the secondary user terminal obtains a sensing channel selection probability value for the channel allocated to the primary user (S510). When a sensing channel selection probability value for each channel is obtained, the terminal of the secondary user selects a channel to transmit data of the secondary user through the obtained sensing channel probability value (S520) and performs spectrum sensing on the selected channel (S530). . Through the spectrum sensing, it is determined whether a signal of a primary user (PU) terminal is present (S540), and when a signal of the primary user terminal is present, a signal is not transmitted in the corresponding frame and the frame counter is incremented (S590). Select a channel to be transmitted again (S520). On the other hand, if there is no signal from the primary user terminal, the signal transmission starts (S560), if the last frame during the transmission is terminated (S580), and if it is not the last frame, the frame counter is increased. In operation S 590, a channel to be transmitted is selected again.

한편, 도 5의 일차 사용자에게 할당된 채널에 대한 센싱 채널 선택 확률값을 얻는 과정(S510)은 다음과 같은 절차를 통해서 얻어질 수 있다.Meanwhile, a process of obtaining a sensing channel selection probability value for a channel allocated to the primary user of FIG. 5 (S510) may be obtained through the following procedure.

도 6은 본 발명의 일 실시 예로서 이차 사용자 단말이 일차 사용자의 채널에 대한 센싱 채널 선택확률값을 계산하는 방법에 관한 절차도이다.6 is a flowchart illustrating a method of calculating a sensing channel selection probability value for a channel of a primary user by a secondary user terminal according to an embodiment of the present invention.

도 6에 도시되어 있듯이, 이차 사용자는 일차 사용자의 상태정보 등을 수집하고(S511), 이를 이용하여 각 채널별 센싱 채널 선택 확률을 계산(S512)한다. 계산을 통해서 각 채널별 센싱 채널 선택 확률값이 얻어진 경우에는 확률계산 과정을 종료(S513)한다. 일차 사용자의 상태정보를 수집하는 단계에 있어서, 본 발명에서는 하나의 실시 예로서 순차적인 센싱방법(periodic sensing)을 통해서 일차 사용자의 상태정보(

,

)를 획득할 수 있을 것이다.As illustrated in FIG. 6, the secondary user collects state information of the primary user and the like (S511) and calculates a sensing channel selection probability for each channel using the S511 (S512). If the sensing channel selection probability value for each channel is obtained through the calculation, the probability calculation process is terminated (S513). In the step of collecting the state information of the primary user, in the present invention, the state information of the primary user through a sequential sensing method (periodic sensing)

,

) Will be obtained.

도 6에서와 같은 과정이 필요한 이유는, 일반적으로 일차 사용자의 트래픽은 채널별로 균일하지 않고, 이러한 환경에서 이차 사용자의 전송률은 센싱 및 전송을 위해 어떤 채널을 선택하는가에 따라 크게 달라지므로 이차 사용자의 전송률은 센싱 및 전송을 위해 해당 채널이 어떻게 결정되느냐에 따라 영향을 받기 때문이다. 본 발명에서는 일 실시 예로서 일차 사용자에게 총

개의 채널이 할당되어 있다고 가정한다. 효과적인 센싱 채널 선택을 위하여 전송을 개시하기 전에,

개의 채널에 대하여

번째 채널을 선택할 확률로서 최적화된

을 정해준다. 이에 근거하여 일단 전송이 시작되면 각 슬롯마다 몇 번째 채널에 대해서 센싱을 할 것인지 결정한다.The reason why the process as shown in FIG. 6 is required is that, in general, the traffic of the primary user is not uniform for each channel, and in this environment, the transmission rate of the secondary user varies greatly depending on which channel is selected for sensing and transmission. This is because the rate is influenced by how the channel is determined for sensing and transmission. In one embodiment of the present invention,

Assume that four channels are allocated. Before initiating transmission for effective sensing channel selection,

About channels

Optimized as the probability of selecting the second channel

Decide on Based on this, once transmission is started, the number of channels for each slot is determined.

먼저, 발명의 일 실시 예로서 순차적인 방법을 통해서 획득된 일차 사용자의 상태정보(

,

)로부터

번째 채널이 일차 사용자의 단말에 의해서 사용되지 않을 확률 다음의 수학식 1을 통해서 구한다.First, the state information of the primary user obtained through the sequential method as an embodiment of the invention (

,

)from

The probability that the first channel is not used by the terminal of the primary user is obtained through Equation 1 below.

상기 수학식 1에서 일차 사용자의

번째 채널이 사용되지 않고 있는 유휴 상태일 확률인

는

번째 채널에 대해서 일차 사용자의 정보, 즉 트래픽이 해당 채널을 통해서 처리요청 되도록 도착하는 비율

과 해당 채널에서 처리요청된 정보가 처리되는 비율인 서비스율

을 통해서 구할 수 있다.Equation 1 of the primary user

Is the probability that the first channel is idle,

Is

The first user's information about the first channel, that is, the rate at which traffic arrives to be processed through that channel.

And the rate at which the requested information is processed by the channel

You can get it through

다음으로

번째 채널에서 이차 사용자의 단말이 데이터를 전송하는 동안에 일차 사용자의 단말이 데이터 전송을 시작하여 두 사용자의 전송 데이터 간에 충돌이 일어날 확률인

는 다음의 수학식 2를 이용하여 구할 수 있다.to the next

While the second user's terminal is transmitting data in the first channel, the probability that a collision occurs between the transmission data of the two users is initiated by the terminal of the first user.

Can be obtained using Equation 2 below.

상기 수학식 2에서

,

는 각각 트래픽이 해당 채널을 통해서 처리요청 되도록 도착하는 비율, 한번의 센싱 주기에 해당하는 시간으로서 센싱하는 시간과 데이터를 전송하는 시간을 합한 시간, 센싱하는 시간을 나타낸다.In Equation 2

,

Each represents the rate at which traffic arrives to be processed through the corresponding channel, the time corresponding to one sensing period, and the sum of the sensing time and the data transmitting time, and the sensing time.

상기 수학식 1과 수학식 2를 이용하여 각 채널이 선택되었을 때의 정보 전송률을 구할 수 있으며, 구체적인 방법은 다음의 수학식 3에 의한다.Using the equations (1) and (2), the information transmission rate when each channel is selected can be obtained. A detailed method is given by Equation 3 below.

상기 수학식 3에서

은 각 채널에 대한 정규화된 유효 전송률을 나타내고,

은 해당 채널이 사용되고 있지 않을 확률,

은 이차 사용자가 데이터 전송을 수행하는 동안 일차 사용자가 데이터 전송을 수행하지 않아 두 사용자 간에 충돌이 일어나지 않을 확률을 각각 나타낸다.In Equation 3

Represents the normalized effective bit rate for each channel,

Is the probability that the channel is not in use,

Denotes the probability that the primary user does not perform the data transmission while the secondary user performs the data transmission, so that no collision occurs between the two users.

각 채널에 대한 정규화된 유효 전송률(

)이 얻어진 경우,

번째 채널이 선택되었을 때, 이차 사용자 단말이 전송한 데이터가 처리되어 전송될 수 있는 확률인

과

의 곱에 대한 총합이 최대값을 갖는 경우를 다음의 수학 식 4를 통해서 얻을 수 있다.Normalized effective bit rate for each channel (

) Is obtained,

When the second channel is selected, the probability that the data transmitted by the secondary user terminal can be processed and transmitted

and

The sum of the products of may have the maximum value through Equation 4 below.

상기 수학식 4에서

는 센싱 채널 선택 확률에 대한

차원 벡터를 나타내며 센싱 채널 선택 확률

은 각각의 이차 사용자의 정규화된 유효 전송률인

과 센싱 채널 선택 확률의 곱

을 모두 합한 값이 최대가 되도록 센싱 채널 선택 확률의 곱

을 결정하는 선형 계획 문제를 해결함으로써 구해질 수 있다.In Equation 4

For sensing channel selection probability

Sensing channel selection probability, representing a dimensional vector

Is the normalized effective bit rate of each secondary user

Times the sensing channel selection probability

Product of the sensing channel selection probabilities so that the sum of all

Can be found by solving the linear planning problem.

다만, 이러한 경우에도 해당 센싱 채널 선택 확률

과 해당 채널에서의 일차사용자와의 충돌확률

의 곱은 해당 채널의 문턱값

을 넘어서는 안되며, 총

개의 채널에 대한 각각의 센싱 채널 선택 확률의 합은 1이 되어야 한다.However, even in such a case, the corresponding sensing channel selection probability

Probability of collision with the primary user

The product of is the threshold of the channel

Should not exceed, the gun

The sum of the respective sensing channel selection probabilities for the two channels should be one.

상기 수학식 4를 통해서 각 채널에 대한 채널 선택 확률

이 구해지는 경우 다음의 수학식 5를 통해서 신호를 전송한다.Channel selection probability for each channel through Equation 4

If is obtained, the signal is transmitted through the following equation (5).

수학식 5에 따른 발명의 일 실시 예에서는 센싱을 수행할 채널을 랜덤변수

라고 하고 상기 확률 질량 함수(PMF : probability mass function)를 기반으로 하여 채널을 선택한다.According to an embodiment of the present invention according to Equation 5, a random variable is a channel to be sensed.

The channel is selected based on the probability mass function (PMF).

즉, 상기 수학식 5를 통해서 채널 선택확률을 구하여 정보를 전송한다. That is, the channel selection probability is obtained through Equation 5 to transmit information.

상기 수학식 1에 의해서 선택된 채널에 대해서 센싱하여, 센싱 결과 해당 채널의 슬롯을 일차 사용자가 사용 중인 경우에는 해당 슬롯의 전송을 중지시킨다. 반대로, 센싱 결과 일차 사용자가 없다고 판단되면 해당 슬롯을 통해서 데이터를 전송시킨다. By sensing the channel selected by Equation 1, if the primary user is using the slot of the channel as a result of the sensing, the transmission of the slot is stopped. On the contrary, if it is determined that there is no primary user, data is transmitted through the corresponding slot.

본 발명의 상기 제시된 방법을 사용하여 실제 트래픽 모델을 통해 최적의

와 그에 따른 정보 처리량(throughput) 및 충돌 가능성을 시뮬레이션을 통해서 구하였다. 각 채널의 대역폭은 1MHz 이며, n_D= 10 sample , n_P= 100 sample 로 가정하였다. 또한, 모든 채널에 대하여 동일한 문턱값(

)을 갖는 것으로 가정하였다.Optimal through real traffic model using the above presented method of the present invention

In addition, the information throughput and the possibility of collision were obtained through simulation. The bandwidth of each channel is 1MHz and it is assumed that n _D = 10 sample and n _P = 100 sample. In addition, the same threshold for all channels (

Is assumed to have

또한 트래픽 파라미터는 모든 채널에 대하여 동일하지 않다는 것을 가정한 다. 즉,

이면

과

이 성립한다고 가정하였다. 비록

과

이 결정론적인 값이지만 트래픽 파라미터의 비 동일성을 나타내기 위해, 각각의 구현 값들을 무작위로 발생시키도록 시뮬레이션 하였다.

과

의 평균값은 각각 2kpkts/s 와 4kpkts/s 를 유지하되 실제 발생시킬 때에는

의 표준편차를 가지는 표준분포를 따라서 무작위로 발생시킨다.

값을 변화시킴으로써 채널간 트래픽 파라미터의 변동성을 실험할 수 있다. It is also assumed that the traffic parameters are not the same for all channels. In other words,

Back side

and

Assume this holds true. Although

and

Although this is a deterministic value, in order to show the non-identity of traffic parameters, we simulated randomly generating each implementation value.

and

The average value of is maintained at 2kpkts / s and 4kpkts / s, respectively.

Randomly occurs along a standard distribution with a standard deviation of.

By varying the values, you can experiment with the variability of the inter-channel traffic parameters.

본 발명에서 제안하는 방법에 대한 성능 비교를 위해서 기존의 순차적 센싱 방법을 통해서 도출되는 결과를 같이 나타내었다. 기존 방식은 매 프레임(frame) 마다 순차적으로 증가시키며 채널을 센싱하는 방식으로, 모든 채널에 대하여 동일한 센싱 확률을 나타낸다. 즉,

번째 채널에 대한 센싱 확률은

으로 모두 동일하다. 그 대신, 센싱 히스토리(sensing history)를 유지하며 전송시에 어떤 채널을 선택할 것인지에 대하여 최적화 과정을 거치도록 설계하였다.In order to compare the performance of the method proposed in the present invention, the results obtained through the conventional sequential sensing method are shown. The conventional method is a method of sensing a channel sequentially increasing every frame and displaying the same sensing probability for all channels. In other words,

The sensing probability for the first channel

All are the same. Instead, it is designed to maintain the sensing history and to optimize which channel to select during transmission.

상기 도 6은 일차 사용자와 이차 사용자가 사용하는 채널의 수가 같은 경우를 가정한 것이다. 즉, 일차 사용자와 이차 사용자가 같은 시스템 체계를 사용하는 경우를 가정한 것인데, 본 발명에서의 인지 시스템은 일차 사용자와 이차 사용자가 동종의 시스템을 이용하는 경우뿐만 아니라, 이종의 시스템을 사용하는 경우에도 가능하다.6 assumes the same number of channels used by the primary user and the secondary user. That is, it is assumed that the primary system and the secondary user use the same system system. In the present invention, the cognitive system uses not only the primary system and the secondary user but also the heterogeneous system. It is possible.

나아가서 일차 사용자 단말이 사용하는 시스템이 WCDMA에 해당하는데 반해, 이차 사용자 단말이 사용하는 시스템이 LTE에 해당하여 각각 통신을 수행하는데 있어서 사용하는 채널 수 등이 다른 경우를 상정할 수 있다.Furthermore, while the system used by the primary user terminal corresponds to WCDMA, it may be assumed that the system used by the secondary user terminal corresponds to LTE, and the number of channels used to perform communication is different.

도 7은 본 발명의 일 실시 예로서 일차 사용자와 이차 사용자의 시스템이 다른 경우 일차 사용자의 채널에 대한 센싱 채널 선택확률값을 계산하는 방법에 관한 절차도이다.7 is a flowchart illustrating a method of calculating a sensing channel selection probability value for a channel of a primary user when a system of a primary user and a secondary user is different according to an embodiment of the present invention.

도 7에 도시되어 있듯이, 이차 사용자는 일차 사용자의 주파수 정보와 대역폭 정보를 포함하고 있는 상태정보 등을 수집하고(S521), 먼저 일차 사용자의 채널정보를 통해서 이차 사용자와 일차 사용자의 주파수 사용 설정을 동기화(S522)하고, 채널 상태정보를 이용하여 각 채널별 센싱 채널 선택 확률을 계산(S523)한다. 계산을 통해서 각 채널별 센싱 채널 선택 확률값이 얻어진 경우에는 확률계산 과정을 종료(S524)한다. 일차 사용자의 상태정보를 수집하는 단계에 있어서는, 본 발명에서는 하나의 실시 예로서 순차적인 센싱방법(periodic sensing)을 통해서 일차 사용자의 상태정보를 획득할 수 있을 것이다.As illustrated in FIG. 7, the secondary user collects state information including frequency information and bandwidth information of the primary user (S521), and first sets frequency usage settings of the secondary user and the primary user through channel information of the primary user. In operation S522, the sensing channel selection probability for each channel is calculated using the channel state information in operation S523. If a sensing channel selection probability value for each channel is obtained through the calculation, the probability calculation process is terminated (S524). In the step of collecting the status information of the primary user, in the present invention, the status information of the primary user may be obtained through sequential sensing.

도 8은 본 발명에 있어서 일차 사용자의 상태정보를 획득하여, 이에 기초하여 확률적으로 계산된 값을 통하여 센싱할 주파수를 선택하는 방법의 일 예를 나타낸 것이다.8 illustrates an example of a method of acquiring state information of a primary user and selecting a frequency to be sensed based on a probabilistic calculated value based on the state information of the primary user.

도 8에서 나타나 있듯이, 본 발명에서는 공지기술과 같이 순차적인 스펙트럼 센싱을 하는 것이 아니라, 공지기술인 순차적 센싱이 가지고 있는 문제점인 채널간의 트래픽 점유의 불규칙성이 반영되지 못하는 것을 보완하기 위해 일차 사용자에 게 인가된 복수의 채널에 대한 상태정보를 통해 얻어진 채널 선택 확률값을 이용하여 스펙트럼 센싱을 수행한다. 본 도면에서는 하나의 실시 예로서 채널3, 채널2, 채널2, 채널0, 채널1, 채널3, 채널2의 순서로 스펙트럼 센싱이 이루어지고 있는 것을 나타내고 있다.As shown in FIG. 8, the present invention is not applied to sequential spectrum sensing as in the prior art, but is applied to the primary user in order to compensate for not reflecting irregularities in traffic occupancy between channels, which is a problem with sequential sensing known in the art. Spectrum sensing is performed using channel selection probability values obtained through state information on the plurality of channels. In this drawing, spectrum sensing is performed in the order of channel 3, channel 2, channel 2, channel 0, channel 1, channel 3, and channel 2 as one embodiment.

이차 사용자는 도2에서 나타나 있는 것처럼 슬롯화 된 전송(slotted transmission)을 한다. 이차 사용자끼리는 동일한 시스템이므로 단말 간 동기화가 가능하기 때문이다. 즉, 센싱과 전송은 모든 채널에서 동기화되어 있으며, 이차 사용자는 센싱을 한 후 일차 사용자의 신호가 없다고 판단되는 경우에만 데이터를 전송하며, 이 경우에도 이차 사용자의 데이터 전송이 일차 사용자의 전송에 간섭을 줄 확률은 일정 문턱값인

이내로 제한된다. 상기와 같이 일차 사용자에게 할당된 채널에 대해서 센싱 채널 선택 확률값에 근거한 채널 센싱 및 선택은 다음과 같은 절차를 통해서 수행될 수 있다.Secondary users make slotted transmissions as shown in FIG. Because secondary users are the same system, it is possible to synchronize between terminals. That is, sensing and transmission are synchronized in all channels, and after sensing, the secondary user transmits data only when it is determined that there is no signal from the primary user, and in this case, the secondary user's data transmission interferes with the primary user's transmission. The probability of giving

It is limited within. As described above, channel sensing and selection based on a sensing channel selection probability value for a channel allocated to the primary user may be performed through the following procedure.

도 9은 문턱값의 증가에 따른 표준화시킨 이차 사용자 메시지의 성공적 처리 비율(normalized effective throughput)의 평균값을 나타낸 것으로서 트래픽 파라미터(traffic parameter)에 변화를 주었을 때, 각각 종래기술과 본 발명의 효과의 차이를 나타낸 것이다.9 shows the average value of the normalized effective throughput of the normalized secondary user message according to the increase of the threshold value. When the traffic parameter is changed, the difference between the effects of the prior art and the present invention is shown. It is shown.

도 9은 공지기술과의 비교를 위해 채널 개수는

으로 고정하였을때 기존의 순차적 센싱 방법을 본 발명에서 제안하는 방법과 동시에 나타낸 것이다. 이 결과를 통해 다음과 같은 결과를 관찰할 수 있었다.9 is the number of channels for comparison with the known art

When fixed to the conventional sequential sensing method is shown simultaneously with the method proposed in the present invention. From these results, the following results were observed.

첫째, 센싱 방식에 관계 없이 문턱값을 증가시킬수록 표준화시킨 정보의 성공적 처리 비율(normalized effective throughput)이 증가한다는 것을 알 수 있다. 이와 같은 이유는 간섭 제약 조건을 완화시킴으로써 이차 사용자 입장에서는 더 많은 채널 접근 기회를 얻을 수 있기 때문이다. 문턱값(

)을 충분히 증가시킴에 따라 문턱값(

)이 0.7보다 큰 구간에서는 표준화시킨 정보의 성공적 처리 비율(normalized effective throughput)이 포화상태가 되는 것을 관찰할 수 있는데, 이는 더 이상 간섭 제약 조건이 실질적으로 제약하지 않는다는 것을 의미한다.First, it can be seen that the normalized effective throughput of standardized information increases as the threshold increases regardless of the sensing method. The reason for this is that by mitigating interference constraints, more channel access opportunities are available to the secondary user. Threshold (

As you increase the threshold

We can observe that the normalized effective throughput of the normalized information becomes saturated in the interval of greater than 0.7, which means that the interference constraint is no longer substantially limited.

둘째, 본 발명에서 제안하는 방식에 의한 표준화시킨 정보의 성공적 처리 비율(normalized effective throughput)이 기존의 순차적 센싱 방식에 비해 더 높은 것을 관찰할 수 있다. 이유는 기존 방식이 모든 채널에 동일한 확률로 센싱을 하는 반면 제안된 방식이 채널 별로 차별적으로 센싱을 하기 때문이다. 물론 기존 방식에서는 센싱 히스토리(sensing history)를 이용한 전송시 최적화된 선택의 개념이 들어가지만 최적의 센싱 기회를 얻을 수가 없기 때문에 전송률 손실이 있게 된다.Second, it can be observed that the normalized effective throughput of the information standardized by the method proposed by the present invention is higher than that of the conventional sequential sensing method. The reason is that the conventional method senses all channels with equal probability, while the proposed method senses differently for each channel. Of course, in the conventional method, the concept of optimized selection is included in the transmission using the sensing history, but there is a transmission rate loss because the optimal sensing opportunity cannot be obtained.

셋째, 트래픽 파라미터의 변동성(표준편차로 반영)이 커질수록 표준화시킨 정보의 성공적 처리 비율(normalized effective throughput)이 커지는 결과가 관측되었다. 이 현상은 채널 간 트래픽 파라미터의 격차가 커질수록 좋은 채널은 더 좋아지고 나쁜 채널은 더 나빠지는 상황에서 좋은 채널에 대해 더 자주 센싱 및 전송을 하게 되어 일종의 채널 선택 다양성을 얻게 되어 평균적인 전송률이 높아진다는 원리로 설명 될 수 있다.Third, as the variability (reflected as the standard deviation) of the traffic parameter increases, the normalized effective throughput of the normalized information increases. This phenomenon means that as the gap between the traffic parameters between channels becomes larger, the good channel gets better and the bad channel gets worse, so that the more frequent sensing and transmission of the good channel results in some sort of channel selection, resulting in higher average rates. Can be explained by principle.

도 10는 문턱값의 증가에 따른 일차 사용자의 정보에 대한 충돌 확률을 나타낸 것으로서 트래픽 파라미터(traffic parameter)에 변화를 주었을 때 각각 종래기술과 본 발명의 효과의 차이를 나타낸 것이다.FIG. 10 shows the probability of collision for the information of the primary user according to the increase of the threshold value, and shows the difference between the effects of the prior art and the present invention when the traffic parameter is changed.

도 10를 통해서 본 발명에서 제안된 방식이 기존의 순차적 센싱 방식에 비해 항상 낮은 평균적 충돌 확률을 나타내는 것을 알 수 있다. 또한, 두 방식을 통틀어서 알 수 있는 사실은, 문턱값(

)이 커질수록, 즉 간섭 제약이 작아질수록, 충돌 확률이 증가한다는 것을 알 수 있었다. 또한, 문턱값(

)이 어느 이상으로 커지면 상한 임계점에 도달한다는 사실도 확인할 수 있었다.It can be seen from FIG. 10 that the method proposed in the present invention always shows a lower average collision probability than the conventional sequential sensing method. Also, the fact that both methods are known is that the threshold (

Larger, i.e., the smaller the interference constraint, the higher the probability of collision. Also, the threshold (

We could also see that the upper limit is reached when the) becomes larger.

도 11은 채널 수의 증가에 따른 표준화시킨 이차 사용자 정보의 성공적 처리 비율(normalized effective throughput)의 평균값을 나타낸 것으로서 트래픽 파라미터(traffic parameter)에 변화를 주었을 때, 각각 종래기술과 본 발명의 효과의 차이를 나타낸 것이다.FIG. 11 shows the average value of normalized effective throughput of the secondary user information normalized as the number of channels increases. When the traffic parameter is changed, the difference between the effects of the prior art and the present invention is shown. It is shown.

마찬가지로 도 11에서도 본 발명에서 제안된 방법과 기존의 순차적 센싱방법에 의한 결과를 동시에 나타내었으며. 문턱값(

)은 0.04 로 고정시켰다. 이 결과를 통해서 두 방식 모두 표준화시킨 정보의 성공적 처리 비율(normalized effective throughput)은 채널 개수에 따라 증가한다는 것을 확인할 수 있었다. 이 현상은 전송 가능한 채널이 많아질수록 그 중에 더 좋은 채널이 발생할 확률도 커지게 되고 그것을 선택하게 되면 전송률이 높아진다는 원리로 설명될 수 있다. 이 러한 선택이득(selection gain)에 의해 전체 정보의 처리량이 증가하게 되는 것이다. 또한, 본 시뮬레이션을 통해서도 본 발명에서 제안하는 방식이 기존의 순차적 센싱 방식보다 더 높은 정보처리 성능을 나타내는 것을 알 수 있었다.Likewise, in FIG. 11, the results of the proposed method and the conventional sequential sensing method are simultaneously shown. Threshold (

) Was fixed at 0.04. This result shows that the normalized effective throughput of the information standardized in both methods increases with the number of channels. This phenomenon can be explained by the principle that the more channels that can be transmitted, the greater the probability of generating a better channel among them, and the higher the transmission rate when the channel is selected. This selection gain increases the throughput of the entire information. In addition, it can be seen from the simulation that the method proposed by the present invention exhibits higher information processing performance than the conventional sequential sensing method.

도 12은 채널 수의 증가에 따른 일차 사용자의 정보에 대한 충돌 확률을 나타낸 것으로서 트래픽 파라미터(traffic parameter)에 변화를 주었을 때 각각 종래기술과 본 발명의 효과의 차이를 나타낸 것이다.FIG. 12 shows the collision probability for the information of the primary user as the number of channels increases, and shows the difference between the effects of the prior art and the present invention when the traffic parameter is changed.

도 12에서 관찰할 수 있는 특이한 점은 기존의 순차적 센싱 방식에 의할 경우 채널 수가 증가할수록 평균적인 충돌 확률이 증가하는 반면 본 발명에서 제안하는 방식의 경우 채널 수가 증가할수록 평균적인 충돌 확률이 감소한다는 것이었다. 이것은 채널 수가 증가하면, 이차 사용자의 패킷(packet)은 채널 선택을 통해 충돌을 피할 수 있는 기회를 얻기 때문에 일차 사용자와의 충돌을 피하기가 쉬워지기 때문이다.The unusual thing to be observed in FIG. 12 is that the average collision probability increases as the number of channels increases according to the conventional sequential sensing method, whereas the average collision probability decreases as the number of channels increases according to the present invention. Was. This is because, as the number of channels increases, the secondary user's packets make it easier to avoid collisions with the primary user because channel selection gives them the opportunity to avoid collisions.

이상에서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 예시적으로 설명하였으나, 본 발명의 범위는 이와 같은 특정 실시 예에만 한정되는 것은 아니므로, 본 발명은 본 발명의 사상 및 특허청구범위에 기재된 범주 내에서 다양한 형태로 수정, 변경, 또는 개선 될 수 있을 것이다. 예를 들어, 순차적인 센싱방법을 통해서 일차 사용자의 상태정보를 획득하는 방법 이외에 다른 임의적인 방법을 통해서 일차 사용자의 상태정보를 얻거나, 미리 데이터를 받아서 상태정보를 얻는 방법도 가능할 것이다. 또한 일차 사용자와 이차 사용자의 시스템이 다른 경우에 있어서도 채널의 수를 확인, 일차 사용자와 이차 사용자의 주파수 사용 설정 동기화를 통한 이종 시스템간 의 인지 시스템도 가능할 것이다.In the above described exemplary embodiments of the present invention by way of example, but the scope of the present invention is not limited only to these specific embodiments, the present invention in various forms within the scope of the spirit and claims of the present invention It may be modified, changed, or improved. For example, in addition to obtaining state information of the primary user through a sequential sensing method, it may be possible to obtain state information of the primary user through other arbitrary methods, or obtain data in advance by receiving data. In addition, even if the system of the primary user and the secondary user is different, it will be possible to identify the number of channels, and the cognitive system between the heterogeneous systems by synchronizing the frequency setting of the primary user and the secondary user.

도 2는 도 1에 도시된 이차 사용자의 단말이 순차적으로 채널을 센싱하는 방법을 나타낸 예시도이다.FIG. 2 is an exemplary diagram illustrating a method of sequentially sensing a channel by a terminal of a secondary user illustrated in FIG. 1.

도 3은 종래 기술에 따른 순차적 센싱 방법의 문제점을 나타낸 예시도이다.3 is an exemplary view showing a problem of the sequential sensing method according to the prior art.

도 9은 공지기술과의 비교를 위해 채널 개수는

으로 고정하였을때 기존의 순차적 센싱 방법을 본 발명에서 제안하는 방법과 동시에 나타낸 것이다.9 is the number of channels for comparison with the known art

When fixed to the conventional sequential sensing method is shown simultaneously with the method proposed in the present invention.

Claims

Receiving status information on a plurality of channels assigned to the primary user;

Determining a channel selection probability value from the state information;

Selecting a spectrum to be sensed using the channel probability value;

And sensing information on the selected spectrum and transmitting information through the spectrum sensed channel.

The method of claim 1, wherein the state information further includes channel usage traffic information of a primary user.

3. The method of claim 2, wherein the channel usage traffic information includes the arrival rate and processing rate of primary user packets for each channel.

The channel selection method of claim 1 or 2, wherein the state information is acquired by sequentially performing spectrum sensing for each channel.

The channel of the cognitive radio system according to claim 2, wherein the channel usage traffic information is an average value of the traffic volume until the transmission of information of a secondary user until the channel usage traffic information is received over time. How to choose.

The method of claim 1, wherein the channel selection probability value is calculated using the state information of the primary user, and the information transmission and throughput of the secondary user are maximized in a state in which the amount of interference for the primary user is limited to a predetermined threshold or less. A channel selection method of a cognitive radio system.

The method according to claim 6, wherein the interference amount is a product of a probability of collision between a primary user signal and a secondary user signal when the corresponding channel is selected and an individual channel selection probability.

And prerequisites

,

Determined by

silver,

Of channels

The probability of selecting the second channel,

Probability of collision between primary user information and secondary user information in the first channel, and

A channel selection method of a cognitive radio system, characterized in that it means a threshold that will not collide in the first channel.

7. The method of claim 6, wherein the channel selection probability value is equal to a normalized effective data rate.

The following formula adds the product of the first channel selection probability to the maximum for all channels

and

,

Determined by

silver

Of channel

Normalized bitrate on the first channel,

Of channels

The probability of selecting the second channel,

Threshold that will not collide in the first channel,

Is the normalized effective bit rate,

Is a M-dimensional vector for sensing channel selection.

The method of claim 8, wherein

Of channel

Normalized bitrate on the first channel

The channel selection method of the cognitive radio system, characterized in that the multiplied by the probability multiplied by the probability that the channel is idle and the probability that it will not collide with the signal of the primary user when the secondary user signal is transmitted to the channel.

10. The method of claim 9, wherein the probability of not colliding with the signal of the primary user when the secondary user signal is transmitted to the corresponding channel is expressed by

Determined by

,

The channel selection method of the cognitive radio system, characterized in that each means a sensing period and a sensing time within the sensing period.

The channel selection of the cognitive radio system according to claim 1, wherein when the selected spectrum is sensed and information is transmitted through the spectrum sensed channel, the selected spectrum is selected using the channel selection probability. Way.

12. The method of claim 11, wherein the selected second user's spectrum is sensed, and according to the result, the second user's signal is transmitted when there is no signal of the first user, and the second user's signal is transmitted when there is a signal of the primary user. A channel selection method of a cognitive radio system, characterized in that it does not transmit.

A receiver for receiving status information on a plurality of channels assigned to the primary user;

A calculator for determining a channel selection probability value from the state information;

A controller for selecting a spectrum to be sensed using the channel probability value;

And a transmitter for sensing the selected spectrum and transmitting information through the spectrum sensed channel.

14. The apparatus of claim 13, wherein the receiver receives state information further comprising channel usage traffic information of the primary user.

The method of claim 13, wherein the channel selection probability value determined by the calculator is calculated using the state information of the primary user, and the information transmission and processing rate of the secondary user in a state in which the amount of interference for the primary user is limited to a predetermined threshold or less. Channel selector of the cognitive radio system, characterized in that to maximize the.