KR20110105035A - 하이브리드 주파수 시간 도약 코드를 이용하는 초광대역 인지무선 다중 피코넷 시스템의 동작 방법 및 이를 지원하는 장치 - Google Patents

하이브리드 주파수 시간 도약 코드를 이용하는 초광대역 인지무선 다중 피코넷 시스템의 동작 방법 및 이를 지원하는 장치 Download PDF

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KR20110105035A
KR20110105035A KR1020100024044A KR20100024044A KR20110105035A KR 20110105035 A KR20110105035 A KR 20110105035A KR 1020100024044 A KR1020100024044 A KR 1020100024044A KR 20100024044 A KR20100024044 A KR 20100024044A KR 20110105035 A KR20110105035 A KR 20110105035A
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Abstract

Hybrid FTH Code를 이용하는 CR-UWB 다중 피코넷 시스템의 동작 방법 및 이를 지원하는 장치가 제공된다. 상기 방법은 가입된 피코넷과 Hybrid FTH 코드(Hybrid Frequency Time Hopping Code)를 동기화 하고, 상기 Hybrid FTH 코드를 기반으로 주파수 밴드를 탐색하고, 상기 피코넷이 사용하는 주파수 밴드를 주 사용자가 사용 중이면, 인접한 타 피코넷의 주파수 밴드로 교환하는 것을 포함한다. 상기 Hybrid FTH 코드는, 주파수 도약 코드 및 시간 도약 코드를 포함하고, 상기 시간 도약 코드는 상기 주파수 도약 코드를 구성하는 원소 각각에 매핑(mapping)된다.

Description

하이브리드 주파수 시간 도약 코드를 이용하는 초광대역 인지무선 다중 피코넷 시스템의 동작 방법 및 이를 지원하는 장치 {METHOD FOR OPERATION OF COGNITIVE RADIO ULTRA WIDE BAND MULTI PICONET SYSTEM USING HYBRID FREQUENCY TIME HOPPING CODE AND APPARATUS SUPPORTING THE METHOD}
본 발명은 무선 통신에 관한 것으로, 보다 상세하게는 하이브리드 주파수-시간 도약 코드(Hybrid Frequency Time Hopping Code, Hybrid FTH Code)를 이용하는 초광대역 인지무선(Cognitive Radio Ultra Wide Band, CR-UWB) 다중 피코넷(Multi Piconet) 시스템의 동작 방법 및 이를 지원하는 장치에 관한 것이다.
CR-UWB는 인지 무선(Cognitive Radio, CR)의 응용 기술로 최근에 관련 연구가 매우 활발히 이루어지고 있는 분야이다. 전통적인 CR은 사용하지 않고 비어 있는 주파수 대역을 인지(Cognition)한 후 빈 대역(White Space)을 점유하여 사용하는 오버레이(Overlay) 기법을 사용하나, CR-UWB는 FCC(Federal Communication Commission) 에서 제시하는 Part 15 Limit(1MHz 당 -41.25dBm 이하로 방사)의 준수와 UWB의 전통적인 언더레이(Underlay) 방법을 기본으로 함과 동시에, 위의 두 방법을 혼합한 형태의 Overlay+Underlay 방법도 최근에 많이 연구되고 있다.
CR-UWB 시스템의 다중접속기법은 TH(Time Hopping), MB-OFDM(Multi Band OFDM), DS-SS(Direct Sequence Spread-Spectrum), MB-FG(Multi Band Frequency Hopping) 등 여러 가지 기법이 있으며 이에 따른 인지 방법 및 주사용자 간섭 회피 기법 또한 다르다. MB-FH 다중 접속 기법을 사용할 경우 Band-Dropping 방법이 사용되는데 다중 대역(multi band) 내에 주 사용자의 신호가 감지 되면 이 해당대역을 사용하지 않는 방법이다. MB-OFDM의 경우는 Subcarrier nulling 방법을 사용하게 되는데 이 방식은 해당 subcarrier에 우선 사용자 신호가 존재할 때 이의 subcarrier에 신호를 전송하지 않는 방법이다. TH 방식의 경우 스펙트럼 성형(spectrum shaping)을 통해 5GHz 대역의 IEEE 802.11a와 WiMAX와 같은 우선 사용자 시스템에 대한 간섭을 완화시키거나 제거할 수 있다. TH 방식을 사용하는 CR-UWB 시스템의 경우 스펙트럼 성형을 통하여 주 사용자와의 간섭을 회피 하더라도 FCC Part 15 Limit에 의해 매우 낮은 전송전력을 사용 할 수 밖에 없으며 이로 인한 전송거리 제약 및 고품질의 서비스를 위한 SNR 유지에 어려움이 있다. TH CR-UWB 시스템은 다수의 사용자들이 시간 도약 기법의 다중 접속이 가능한 시스템으로 PPM(Pulse Position Modulation) 변조 방식이 이용되며, 다중 사용자를 고려한 송수신 신호는 아래 수학식 1 및 수학식 2와 같으며, 송수신 신호의 시간대역 그래프는 도 1과 같다.
Figure pat00001
Figure pat00002
수학식 1은 TH CR-UWB 시스템의 송신 신호이며
Figure pat00003
는 펄스를,
Figure pat00004
는 하나의 binary symbol을 전송하는데 필요한 펄스의 수이다. 하나의 binary symbol을 전송하기에 필요한 time duration
Figure pat00005
는
Figure pat00006
가 된다.
Figure pat00007
는 시간 도약 코드를 나타낸다. 수학식 2는 수신 신호이며, 여기서
Figure pat00008
는 다중 사용자 수를 나타내며
Figure pat00009
는 AWGN(Addictive White Gaussian Noise)을 나타낸다.
종래기술의 코드는 수학식 1과 같은 Time Hopping 방식을 사용하며 시간 도약 시퀀스 생성은 아래 수학식 3과 같다.
Figure pat00010
여기서
Figure pat00011
는 사용자를,
Figure pat00012
는 시간을 나타내며
Figure pat00013
는 소수(prime)이다.
Figure pat00014
시간에
Figure pat00015
사용자의 시간 도약 코드는 수학식 4의 원소 중의 하나이다. 또한
Figure pat00016
임을 만족한다.
Figure pat00017
종래기술의 코드는
Figure pat00018
만큼의 코드 길이를 갖는다. 시간 도약 코드의 수학식3의 주기적인 상호 상관 관계(코드 사용자 간 비동기 상황에서 발생되는 시간 슬롯 충돌 특성)를 보면 한번의
Figure pat00019
(시간 슬롯의 이동)일 경우에만 두 개의 코드워드 사이에
Figure pat00020
번의 충돌이 발생하며(모든 코드 워드가 충돌이 발생), 다른 모든 경우에서는 완벽한 직교성을 가지고 있다. 즉 한번의 모든 코드 워드 충돌이 발생하는 경우를 제외한 나머지 모든 경우에서는 충돌이 발생하지 않는다. 그러나 한번 모든 코드 워드 충돌이 발생하는 경우라도 모든 코드 워드의 전송 데이터가 손실되므로 FEC(Forward Error Correction)를 통한 복구가 불가능하며, 이로 인한 ARQ(Automatic Repeat Request) 재전송이 필요하며 이는 전송속도 저하로 이어질 수 있다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 Hybrid FTH Code를 이용하는 CR-UWB 다중 피코넷 시스템의 동작 방법 및 장치를 제공하는데 있다.
본 발명의 일 양태에 있어서 Hybrid FTH Code를 이용하는 CR-UWB 다중 피코넷 시스템의 동작 방법이 제공된다. 상기 방법은 가입된 피코넷과 Hybrid FTH 코드(Hybrid Frequency Time Hopping Code)를 동기화 하고, 상기 Hybrid FTH 코드를 기반으로 주파수 밴드를 탐색하고, 상기 피코넷이 사용하는 주파수 밴드를 주 사용자가 사용중이면, 인접한 타 피코넷의 주파수 밴드로 교환하는 것을 포함하되, 상기 Hybrid FTH 코드는, 주파수 도약 코드 및 시간 도약 코드를 포함하고, 상기 시간 도약 코드는 상기 주파수 도약 코드를 구성하는 원소 각각에 매핑(mapping)되는 것을 특징으로 한다. 상기 주파수 밴드를 탐색하는 것은 상기 주파수 도약 코드를 재구성하고, 피코넷 엣지를 탐색하는 것을 포함할 수 있다. 상기 주파수 도약 코드 재구성은 상기 가입된 피코넷을 통한 주 사용자의 사용 주파수 밴드를 제외한 나머지 주파수 밴드로 주파수 도약 코드를 재구성하는 것일 수 있다. 상기 주파수 도약 코드 및 상기 시간 도약 코드는 갈로아 필드(Galois Field)를 기반으로 생성되는 것일 수 있다. 상기 시간 도약 코드
Figure pat00021
는
Figure pat00022
이고,
Figure pat00023
는 갈로아 필드로부터 생성된 행렬,
Figure pat00024
는 상기
Figure pat00025
의 원소,
Figure pat00026
는 소수(prime),
Figure pat00027
,
Figure pat00028
,
Figure pat00029
,
Figure pat00030
일 수 있다. 상기 주파수 도약 코드
Figure pat00031
는
Figure pat00032
이고, 상기
Figure pat00033
는,
Figure pat00034
이며,
Figure pat00035
는 상기 갈로아 필드로부터 생성된 행렬,
Figure pat00036
는 상기
Figure pat00037
의 원소,
Figure pat00038
는 소수,
Figure pat00039
,
Figure pat00040
,
Figure pat00041
,
Figure pat00042
일 수 있다.
본 발명의 또 다른 양태에 있어서, Hybrid FTH 코드를 이용하는 CR-UWB 다중 피코넷 시스템의 동작을 지원하는 장치가 제공된다. 상기 장치는 신호를 수신하는 수신부, 신호를 송신하는 송신부, 데이터를 처리하는 프로세서 및 메모리부를 포함하되, 상기 프로세서는, 가입된 피코넷과 Hybrid FTH 코드를 동기화 하고, 상기 Hybrid FTH 코드를 기반으로 주파수 밴드를 탐색하고, 상기 피코넷이 사용하는 주파수 밴드를 주 사용자가 사용 중이면, 인접한 타 피코넷의 주파수 밴드로 교환하는 것을 수행하고, 상기 Hybrid FTH 코드는, 주파수 도약 코드 및 시간 도약 코드를 포함하되, 상기 시간 도약 코드는 상기 주파수 도약 코드를 구성하는 원소 각각에 매핑되는 것을 특징으로 한다. 상기 송신부는 상기 신호를 송수신하는 RF 유닛, Hybrid FTH 코드 발생기(Generator) 및 상기 데이터를 코드화 하고, 상기 신호를 디코딩하는 연산부를 포함할 수 있으며, 상기 Hybrid FTH 코드 발생기는 주파수 도약 코드 발생기 및 시간 도약 코드 발생기를 포함할 수 있다. 상기 프로세서는 상기 연산부에 상기 데이터를 입력시키는 것을 특징으로 할 수 있다. 상기 주파수 도약 코드 발생기는 시드 매트릭스(seed matrix) 생성부 및 주파수 도약 코드 매트릭스 생성부를 포함할 수 있다. 상기 시간 도약 코드 발생기는 시드 매트릭스 생성부 및 시간 도약 코드 매트릭스 생성부를 포함할 수 있다. 상기 수신부는 상기 신호를 송수신하는 RF 유닛, Hybrid FTH 코드 발생기, 상기 데이터를 코드화 하고, 상기 신호를 디코딩하는 연산부, 상기 코드화된 신호로부터 도약 패턴을 추출하는 동기 추출기 및 사용 주파수 밴드를 사용하는 주 사용자를 탐지하는 주 사용자 탐지부를 포함할 수 있으며 상기 Hybrid FTH 코드 발생기는 주파수 도약 코드 발생기 및 시간 도약 코드 발생기를 포함할 수 있다. 상기 주파수 도약 코드 발생기는 시드 매트릭스 생성부 및 주파수 도약 코드 매트릭스 생성부를 포함할 수 있다. 상기 시간 도약 코드 발생기는 시드 매트릭스 생성부 및 시간 도약 코드 매트릭스 생성부를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에서 사용되는 시간 도약 시퀀스
Figure pat00043
, 주파수 도약 시퀀스
Figure pat00044
를 모두 적용한 Hybrid FTH(Frequency Time Hopping) 시스템은 다중 CR-UWB 피코넷 시스템을 구성 할 수 있으며, 피코넷간 주파수 도약 코드 교환 기법으로 CR-UWB 사용자와 주 사용자(incumbent user)간의 간섭 문제도 해결할 수 있다.
Figure pat00045
도 1은 TH CR-UWB 시스템의 송신 신호의 시간대역 그래프이다.
도 2는 시간 도약 코드(Time Hopping Code)를 생성하는 단계를 나타낸 흐름도이다.
도 3 및 도 4는 주파수 도약 코드(Frequency Hopping Code)를 생성하는 단계를 나타낸 흐름도이다.
도 5는 시간 도약 코드[203], 주파수 도약 코드가[1423] 일때 Pulse Train을 시간축을 따라 도시화 한 그래프이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른
Figure pat00046
일 때 Hybrid FTH(Frequency Time Hopping) 코드와 피코넷과의 관계를 나타내는 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 다중 피코넷 구조와 주파수 밴드 교환 과정을 나타내는 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 Hybrid FTH 코드를 이용한 CR-UWB 다중 피코넷 시스템의 동작 방법을 나타내는 블록도이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 피코넷 엣지에 위치한 단말의 작동 상태를 나타내는 도면이다.
도 10 및 도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 Hybrid FTH 코드를 이용한 CR-UWB 다중 피코넷 시스템의 동작 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 Hybrid FTH 코드를 이용한 CR-UWB 다중 피코넷 시스템의 동작을 지원하는 장치를 나타내는 블록도이다.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 Hybrid FTH 코드를 이용한 CR-UWB 다중 피코넷 시스템의 동작을 지원하는 장치의 송신부를 나타내는 블록도이다.
도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 Hybrid FTH 코드를 이용한 CR-UWB 다중 피코넷 시스템의 동작을 지원하는 장치의 수신부를 나타내는 블록도이다.
도 15는 본 발명의 일 실시예에 따른 Hybrid FTH 코드를 이용한 CR-UWB 다중 피코넷 시스템의 동작을 지원하는 장치의 송신부 동작 시퀀스(Sequence)를 나타내는 블록도이다.
도 16은 본 발명의 일 실시예에 따른 Hybrid FTH 코드를 이용한 CR-UWB 다중 피코넷 시스템의 동작을 지원하는 장치의 수신부 동작 시퀀스(Sequence)를 나타내는 블록도이다.
이하에서는 본 발명의 실시예를 도면을 참조하여 설명한다.
도 2는 시간 도약 코드(Time Hopping Code)를 생성하는 단계를 나타낸 흐름도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 시간 도약 코드는 행렬
Figure pat00047
로 아래 수학식 5 내지 8에 의해 생성 된다.
Figure pat00048
Figure pat00049
Figure pat00050
Figure pat00051
수학식 5 내지 7은 시드 행렬(Seed Matrix)를 생성하는 단계(S11)로 도 2의 S11a, S11b, 및 S11c와 각각 매칭된다. 수학식 8은 시드 행렬을 이용하여 시간 도약 코드 매트릭스를 생성하는 단계(S12)이다.
여기서 수학식 5 및 6의
Figure pat00052
는 Galois Field를 나타내며,
Figure pat00053
는 소수(prime),
Figure pat00054
는
Figure pat00055
의 primitive elements 원소 중
Figure pat00056
파워승 형태로 만들 수 있는 가장 작은 원소로 이 역시 prime이고,
Figure pat00057
는 파워승을 나타낸다. 파워승 형태로 만들 수 있는 가장 작은 원소
Figure pat00058
는 표 1과 같을 수 있다.
Figure pat00059
Figure pat00060
Figure pat00061
Figure pat00062
3 2 19 2
5 3 23 5
7 3 29 2
11 2 31 3
13 2 37 2
17 3 53 2

이러한 primitive elements의 파워승으로 나타낸 집합의 원소인
Figure pat00063
역시
Figure pat00064
의 원소이다. 단,
Figure pat00065
는
Figure pat00066
의 결과값을 올림차순으로 정리한 집합이다.
Figure pat00067
파워승 형태로 나타낸 각각의 결과값을 올림차순으로 정리한 후 각각의 원소에
Figure pat00068
를 밑으로 하는 로그를 취하면 시드 행렬(Seed Matrix)
Figure pat00069
를 얻을 수 있다. 이 행렬
Figure pat00070
를 가지고 행렬
Figure pat00071
를 만든 후 수학식 8과 같이 하면 최종의 시간 도약 코드 행렬
Figure pat00072
를 발생시킬 수 있다. 단,
Figure pat00073
는 행렬
Figure pat00074
에서 홀수 번째 항으로 이루어진 행렬을 말하며,
Figure pat00075
는 짝수 번째 항으로 이루어진 행렬을 나타낸다. 위에서 제시한 식을 가지고
Figure pat00076
의 경우를 예를 들어 시간 도약 코드
Figure pat00077
를 발생 시키는 과정은 수학식 9 내지 13과 같다.
Figure pat00078
Figure pat00079
Figure pat00080
Figure pat00081
Figure pat00082
도 3 및 도 4는 주파수 도약 코드(Frequency)를 생성하는 단계를 나타낸 흐름도이다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 주파수 도약 코드는 행렬
Figure pat00083
로 아래 수학식 14 내지 18에 의해서 생성 된다.
Figure pat00084
Figure pat00085
Figure pat00086
Figure pat00087
Figure pat00088
수학식 14내지 16은 시드 행렬을 생성하는 단계(S21)로 도 3의 S21a, S21b 및 S21c와 매칭된다. 수학식 17 및 18은 시드 행렬을 사용하여 주파수 도약 코드 매트릭스를 생성하는 단계)로 도 3 및 도 4의 S22와 매칭된다.
상기 수학식 1 행렬
Figure pat00089
는 다중 피코넷 구조를 위한 도약 시퀀스(hopping sequence)를 나타낸 것으로 수학식 17의 행렬
Figure pat00090
를 시계 방향으로 90도 회전 시킨 것이며,
Figure pat00091
의 경우를 예를 들어 주파수 도약 코드
Figure pat00092
를 발생시키는 과정은 아래 수학식 19 내지 24와 같다.
Figure pat00093
Figure pat00094
Figure pat00095
Figure pat00097
Figure pat00098
Figure pat00099
수학식 25의
Figure pat00100
는
Figure pat00101
의 상황에서 20개의 다중 대역을 도약 할 수 있는 주파수 도약 코드의 한 예를 보여주고 있다. 단,
Figure pat00102
는 시계방향으로 90도 회전을 나타내며 행렬 내 원소값은
Figure pat00103
에서
Figure pat00104
으로 위치만 바뀔 뿐 동일하다.
도 5는 시간 도약 코드[203], 주파수 도약 코드가[1423] 일때 Pulse Train을 시간축을 따라 도시화 한 그래프이다.
도 5를 참조하면 주파수 도약 코드에 따라 해당 시간대에 사용하는 주파수 밴드가 band#1, #4, #3, #2로 배열되어 있으며, 해당 밴드 내에 신호가 측정되는 시간대도 시간 도약 코드에 따라 일정하게 나타남을 알 수 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른
Figure pat00105
일 때 Hybrid FTH(Frequency Time Hopping) 코드와 피코넷과의 관계를 나타내는 도면이다.
도 6을 참조하면, 행렬
Figure pat00106
의 행(row) 원소는 시간에 따라 도약하는 주파수 밴드(band) 번호를 가리킨다. 도약 패턴에 의해 다수의 CR-UWB 피코넷을 구성 할 수 있다. 시간 도약 코드
Figure pat00107
는 CR-UWB 사용자들은 주파수 도약 코드
Figure pat00108
에 의해 특정 시간동안 그 주파수 밴드를 사용하며 주파수 밴드에 머무는 시간에 다시 시간 도약 코드
Figure pat00109
에 의해 사용자가 나누어진다. 다시 말해 피코넷은 주파수 도약 코드
Figure pat00110
에 의해 구별 할 수 있으며 각 피코넷의 CR-UWB 사용자들은 시간 도약 코드
Figure pat00111
로 구별된다. 따라서 서로 다른 피코넷 사용자들은 동일한 시간 도약 코드
Figure pat00112
를 사용하지만 주파수가 달라 서로 간섭을 일으키지 않는다. 아래 수학식 26은 특정 피코넷의 특정 CR-UWB 사용자의 FTH 코드화 신호를 보여준다.
Figure pat00113
상술한 바와 같이 구성 된 CR-UWB 피코넷에 주 사용자 신호가 인지 되게 되면 그 바로 즉시 해당 밴드를 사용하지 않음과 동시에 주 사용자 신호가 인지 되지 않는 인접 CR-UWB 피코넷의 해당 밴드의 주파수 도약 코드 원소를 서로 교환한다. 이하에서 주파수 도약 코드 원소를 교환하는 주파수 밴드 교환 과정을 도 7과 함께 상술한다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 다중 피코넷 구조와 주파수 밴드 교환 과정을 나타내는 도면이다.
도 7을 참조하면 1번 피코넷(Piconet #1.)에 주파수 밴드 5(Frequency band #5.)를 사용하는 주 사용자가 인지 된다면 주파수 밴드 5가 인지 되지 않는 다른 이웃 6번 피코넷(Piconet #6.) 주파수 밴드 14와 1번 피코넷의 주파수 밴드 5를 서로 교환 한다. 이 과정에서 1번 피코넷을 관장하는 코디네이터(coordinator)와 6번 피코넷을 관장하는 코디네이터 사이의 relay 전송 역할은 각각의 피코넷 엣지(edge) 부분의 사용자 간의 통신으로 이루어 질 수 있으며 코디네이터가 고정일 경우 유선 네트워크를 통하여 이루어질 수 있다. 밴드 교환을 요청하는 단말은 통상 가입된 피코넷 내의 코디네이터를 통해 밴드 교환을 요청하지만, 피코넷의 엣지에 위치 한 경우 현재 가입된 피코넷의 코디네이터를 통하지 않고 자신이 직접 타 피코넷의 코디네이터와 통신을 통하여 밴드 교환을 요청 할 수 있다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 Hybrid FTH 코드를 이용한 CR-UWB 다중 피코넷 시스템의 동작 방법을 나타내는 블록도이다.
도 8을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 Hybrid FTH 코드를 이용한 다중 피코넷 시스템의 동작 방법은 코드 동기화 단계(S100), 밴드 탐색 단계(S200), 밴드 교환 단계(S300)를 포함한다.
코드 동기화 단계(S100)는 주파수 도약 코드를 동기화 하는 것(S110) 및 시간 도약 코드를 동기화 하는 것(S120)을 포함한다. 주파수 도약 코드 동기화(S110)는 셀(피코넷) 내 CR-UWB AP(Access Point)의 주파수 도약 패턴을 분석(S111)하고, 수신 신호의 패턴에 의해 주파수 도약 코드를 선택(S112)하고, 주파수 도약 코드 동기를 획득(S113)함으로써 코드 동기화가 가능하다. 상기 CR-UWB AP는 피코넷을 관장하는 코디네이터뿐 아니라, 피코넷에 가입된 모든 사용자 단말이 될 수 있다. 시간 도약 코드 동기화(S120)는 셀(피코넷) 내 CR-UWB 사용자 시간 도약 패턴을 분석(S121)하고, 사용 가능한 시간 도약 코드를 선택(S122)하고, 시간 도약 코드 동기를 획득(S123)함으로써 시간 도약 코드 동기화가 가능하다.
밴드 탐색 단계(S200)는 코드를 재구성 하는 단계(S220)와 코드 확인 단계(S230) 및 엣지 탐색 단계(S210)를 포함한다. 코드 재구성 단계(S220)는 현재의 피코넷에서 사용하는 주파수 도약 코드에 할당 된 다중 밴드 중 주 사용자가 사용하는 밴드를 제외하고 남은 밴드(사용 가능한 밴드)로 주파수 도약 코드를 다시 구성 하는 단계이다. 인지 무선(Cognitive Radio, CR)은 무선 자원을 주 사용자에게 우선적으로 할당해주는 기술이므로 주 사용자가 아닌 사용자는 주 사용자가 CR이 사용하고 있는 주파수 밴드를 사용하면 항시 이를 비워주어야 한다. 이 때 CR이 제공하는 서비스를 사용하고 있는 사용자에게 지속적으로 끊김이 없는 서비스를 제공하기 위하여, 현재 사용하고 있는 주파수 밴드 이외에도 잉여의 주파수 밴드를 파악하고 있어야 한다. 이를 위해 각각의 사용자가 비어 있는 주파수 밴드에 따라 주파수 도약 코드를 재구성 하여 타 피코넷에서 밴드를 교환하고자 하는 경우 즉시 사용 가능한 밴드에 관한 정보를 제공하고 끊김 없는 서비스 제공이 가능할 수 있다.
엣지 탐색 단계(S210)는 피코넷의 엣지(edge)에 위치한 단말이 인접한 타 피코넷의 주파수 도약 패턴을 분석하고 수집하는 과정이다. 단말은 수신 신호의 파워를 통해 자신이 피코넷의 엣지에 존재하는지를 판단하고(S211), 엣지에 존재하면 인접 피코넷의 주파수 도약 패턴을 분석한다(S212). 이하에서는 도 9를 참조하여 보다 상세하게 설명한다.
도 9는 피코넷 엣지에 위치한 단말의 작동 상태를 나타내는 도면이다.
도 9를 참조하면, 인접 피코넷과의 밴드 교환시 밴드 교환을 요청한 단말이 속한 피코넷의 코디네이터(coordinator)와 인접 타 피코넷의 코디네이터와의 통신 연결의 위해 피코넷의 엣지(edge)에 위치한 단말의 중계가 필요하므로 인접 타 피코넷의 주파수 도약 패턴을 주기적으로 분석하고 수집하고 있어야 한다. 따라서, 주 사용자 탐색 단계를 통해 현재 밴드를 그대로 사용하여 신호를 송신하는 경우이든 밴드를 교환하여 신호를 송수신하는 경우이든 항상 인접 타 피코넷의 주파수 도약 패턴을 분석하고 수집하는 작업이 필요하다. 도 9상에 다중 피코넷은 피코넷1 내지 4 및 피코넷6으로(1000, 2000, 3000, 4000 및 6000) 구성되어 있다. 각 피코넷에는 코디네이터(1001, 2001, 3001, 4001, 6001)가 하나씩 존재한다. 피코넷1(1000)을 참조하면 단말2(1002)는 피코넷1의 엣지에 존재하면서 피코넷2(2000)과 접해있고, 단말3(1003)는 피코넷1(1000)의 엣지에 존재하면서 피코넷4(4000)에 접해있다. 따라서 단말2(1002)는 피코넷2(2000)의 주파수 도약 패턴을 분석하고 수집하며, 단말3(1004)는 피코넷4(4000)의 주파수 도약 패턴을 분석하고 수집한다. 피코넷2 내지 4 및 피코넷 6(2000, 3000, 4000, 6000)의 엣지에 존재하는 단말들(2002, 3002, 4002, 5002, 5003, 5004) 역시 인접한 피코넷에 대해 상술한 단말2(1002)와 단말4(1004)와 같은 단계를 수행한다.
도 8을 참조하면, 코드 확인 단계(S230)는 주파수 재구성 단계(S220)을 통해 재구성된 주파수 도약 코드가 완전한 주파수 코드인지 확인을 하는 단계이다. 여기서 완전한 주파수 코드인지 여부는 해당 피코넷에 할당 된 밴드의 수만큼 주파수 도약 코드 원소가 구비되어있는지 여부를 확인함을 통해 판단이 가능하다. 주파수 코드가 완전함은 해당 피코넷에 할당된 주파수 도약 코드 중 특정 밴드를 주 사용자가 사용중이지 않아 모든 주파수 밴드가 잉여의 상태가 있음을 말한다. 따라서, 상기의 경우에 사용자는 바로 데이터 송수신 단계(S400)로 접어들게 된다.
주파수 도약 코드가 완전하지 않다는 의미는 특정 밴드를 주사용자가 사용하고 있는 것이다. 이 경우에는 사용 할 수 없는 특정 밴드를 대체할 다른 밴드를 찾아 완전한 주파수 도약 코드를 완성하기 위해서 밴드 교환 단계(S300)에 접어든다.
밴드 교환 단계(S300)는 사용자가 사용하는 주파수 밴드에 주 사용자의 접속 여부가 확인된 경우 다른 주파수 밴드를 사용하기 위해 인접한 타 피코넷의 주파수 밴드로 교환하는 단계이다. 주파수 밴드를 교환하고자 하는 경우 사용자는 자신이 가입한 코디네이터에게 인접한 피코넷 정보를 송신하고(S310) 상기 코디네이터로부터 상기 인접한 피코넷에 관한 정보를 요청한다(S320). 인접한 피코넷에 관한 정보를 수집한 상기 사용자 단말은 교환이 가능한 주파수 밴드를 찾는다(S330). 교환이 가능한 경우 주파수 밴드를 교환하고(S341), 불가능한 경우 기존의 주파수 밴드만으로 주파수 도약 코드를 구성하여(S342) 데이터를 송수신한다(S400).
Hybrid FTH 코드를 사용하는 CR-UWB 다중 피코넷 시스템에서 각 피코넷은 동일한 시간 도약 코드
Figure pat00114
를 사용하지만 각기 다른 주파수 밴드를 사용하기 때문에 서로 간섭을 일으키지 않는다. 따라서, 사용자가 속해있는 피코넷에 해당 밴드를 사용할 수 없다 하더라도, 인접 피코넷에 동일 시간에 사용 가능한 밴드(인접 피코넷 상에 주 사용자가 사용하고 있지 않은 밴드)가 존재하는 경우 현재 밴드를 인접 피코넷의 사용 가능한 밴드로 교환하여 송수신할 경우 간섭 없이 정상적인 동작이 가능하다.
도 10 및 도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 Hybrid FTH 코드를 이용한 CR-UWB 다중 피코넷 시스템의 동작 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 10 및 도 11을 참조하면, 도 10 및 도 11에 도시된 각 과정은 상기 도 8의 각 단계에 해당되는 논리적 흐름으로 상술한 과정과 동일하다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 Hybrid FTH 코드를 이용한 CR-UWB 다중 피코넷 시스템의 동작을 지원하는 장치를 나타내는 블록도이다.
도 12를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 장치는 프로세서(100; Processor), 송신부(200), 수신부(300), 메모리(400; Memory)를 포함한다. 프로세서(100)는 수신부(200)를 통해 수신된 데이터를 처리한다. 프로세서(100)는 수신 신호의 주파수 도약 패턴 및 시간 도약 패턴을 분석하고 이를 동기화 시킨다. 상기의 수신 신호는 해당 피코넷에서 신호뿐만 아니라 인접 타 피코넷에서의 신호를 포함할 수 있다. 프로세서(100)는 가입한 피코넷과 코드를 동기화 하고, 주파수 밴드를 탐색한다. 주파수 밴드를 탐색하는 단계에서, 할당된 다중 주파수 밴드 중 주 사용자가 사용중인 주파수 밴드를 탐색하고, 상기 주파수 밴드 중 주 사용자가 사용하지 않는 주파수 밴드들을 모아 주파수 도약 코드로 재구성하며, 이를 메모리(400)에 저장하고. 또한, 현재 밴드를 주 사용자가 사용하고 있는지 판단하여 사용중이면 다른 피코넷 중 사용 가능한 밴드를 찾아 밴드를 교환한다. 즉, 송신부(200)의 연산부(230)에서 데이터를 코드화 할 때 필요한 코드 정보를 변경하여 알려준다. 메모리(400)는 프로세서(100)에서 동기화 시킨 주파수 또는 시간 도약 코드 및 재구성한 주파수 코드를 저장한다. 송신부(200) 및 수신부(300)는 이하에서 후술한다.
도 13 및 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 Hybrid FTH 코드를 이용한 CR-UWB 다중 피코넷 시스템의 동작을 지원하는 장치의 송신부(200) 및 수신부(300)를 나타내는 블록도이다.
도 13과 14를 참조하면 본 발명의 송신부(200) 및 수신부(300)는 RF 유닛(210, 310; RF Unit), Hybrid FTH Code 발생기(220, 320; Hybrid Frequency-Time Hopping Code Generator) 및 연산부(230, 330)를 포함한다. RF 유닛(210, 310)은 피코넷을 형성하는 다른 단말에서 전송하는 신호를 수신하거나 다른 단말로 신호를 송신하는 기능을 수행한다. Hybrid FTH Code 발생기(220, 320)는 시간 도약 코드 발생기(221, 321; Time Hopping Code Generator) 및 주파수 도약 코드 발생기(222, 322; Frequency Hoping Code Generator)를 포함한다. 시간 도약 코드 발생기(221, 321)는 시드 매트릭스(Seed Matrix)
Figure pat00115
생성부와 시간 도약 코드 매트릭스(Time Hopping Code Matrix)
Figure pat00116
생성부를 포함하고, 주파수 도약 코드 발생기(222, 322)는 시드 매트릭스
Figure pat00117
생성부와 주파수 도약 코드 매트릭스(Frequency Hopping Code Matrix)
Figure pat00118
생성부를 포함한다. 상기 매트릭스
Figure pat00119
의 생성 과정 및 구조는 수학식 5 내지 25를 참조한다. 연산부(230, 330)는 도약 코드를 이용하여 RF 유닛이 송신할 데이터를 코드화(encode)하거나 RF 유닛이 수신한 신호를 도약 코드를 이용하여 디코딩(decode)하고 프로세서(100)가 처리할 수 있는 데이터를 추출하는 기능을 수행한다. 수신부(300)는 추가적으로 주사용자 탐지 모듈(340; incumbent user sensing module) 및 동기 추출부(350; synchronism extractor)를 더 포함할 수 있다. 송신부(200) 및 수신부(300)의 동작은 이하 도 15 및 도 16을 참조한다.
도 15는 본 발명의 일 실시예에 따른 Hybrid FTH 코드를 이용한 CR-UWB 다중 피코넷 시스템의 동작을 지원하는 장치의 송신부(200) 동작 시퀀스(Sequence)를 나타내는 블록도이다.
도 15를 참조하면 송신부(200)는 RF 유닛(210), Hybrid FTH Code 발생기(220) 및 연산부(230)를 포함한다. Hybrid FTH Code 발생기(220)는 Time Hopping Code 발생기(221)와 Frequency Hopping Code 발생기(222)를 포함한다. 연산부(230)는 클락(Clock) 발생기, 펄스위치변조기(Pulse Position Modulation, PPM), 위상 천이기(Phase Shifter) 및 펄스 발생기 등을 포함한다. 전송하고자 하는 데이터인
Figure pat00120
는 프로세서(100)으로부터 제공되는데, 이는 코드 발생기 및 연산부의 각 구성 요소들을 거쳐 송신 신호
Figure pat00121
로 코드화 된다(상기 송신 신호를 구성하는 문자 변수는 상기 수학식 26을 참조). RF 유닛은 연산부와 코드 발생기를 통해 생성된 상기 송신 신호를 피코넷에 가입된 다른 장치로 전송한다.
도 16은 본 발명의 일 실시예에 따른 Hybrid FTH 코드를 이용한 CR-UWB 다중 피코넷 시스템의 동작을 지원하는 장치의 수신부(300)의 동작 시퀀스(Sequence)를 나타내는 블록도이다.
도 16을 참조하면 수신부(300)는 상술한 송신 신호를 수신하여 데이터
Figure pat00122
를 추출하는 기능을 수행한다. 수신부(300)는 송신부(200)와 마찬가지로 RF 유닛(310), Hybrid FTH Code 발생기(320) 및 연산부(330)를 포함하고, 주 사용자 탐지 모듈(340), 동기 추출기(350)를 더 포함한다. RF 유닛(310)은 신호
Figure pat00123
를 수신한다. 동기 추출기(350)는 수신 신호로부터 동기화에 관한 정보를 추출한다.
연산부(330)는 클락 발생기, 펄스위치변조기, 위상 천이기, 펄스 발생기(pulse generator), 적분기(integrator) 및 컴패레이터(comparator) 등을 포함한다. 연산부(330)는 프로세서(100)에서 처리 할 수 있는 데이터
Figure pat00124
를 코드화 된 수신 신호
Figure pat00125
로부터 디코딩하는 절차를 수행한다. 상기 디코딩 절차는 연산부에서 수행되며 절차는 도면을 참고한다. 주 사용자 탐지 모듈(350)은 사용자가 가입되어 있는 피코넷에 할당된 밴드를 사용하고 있거나 혹은 사용을 시작할 주 사용자의 존재 여부를 판단하며 이에 관한 정보를 프로세서(100)에 전달한다.
이상, 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 상세히 기술하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에 있어서 통상의 지식을 가진 사람이라면, 첨부된 청구 범위에 정의된 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 본 발명을 여러 가지로 변형 또는, 변경하여 실시할 수 있음을 알 수 있을 것이다. 상기 실시예들은 단지 기술적인 사상으로 이해되어야 하며, 이에 한정되는 것으로 해석되어서는 안된다. 따라서, 본 발명의 범위는 세부 실시예에 의해 한정되지 아니하고, 청구 범위에 의해서 결정되며, 본 발명의 앞으로의 실시예들의 변경은 본 발명의 기술을 벗어날 수 없을 것이다.

Claims (14)

  1. CR-UWB (Coginitive Radio Ultra Wide Band) 다중 피코넷 시스템(Multi-Piconet System)이 동작하는 방법에 있어서,
    가입된 피코넷과 Hybrid FTH 코드(Hybrid Frequency Time Hopping Code)를 동기화 하고,
    상기 Hybird FTH 코드를 기반으로 주파수 밴드를 탐색 하고,
    상기 피코넷이 사용하는 주파수 밴드를 주사용자가 사용 중이면 인접한 타 피코넷의 주파수 밴드로 교환 하는 것을 포함하되,
    상기 Hybrid FTH 코드는 주파수 도약 코드(Frequency Hopping Code)와 시간 도약 코드(Time Hopping Code)를 포함하고,
    상기 시간 도약 코드는 상기 주파수 도약 코드를 구성하는 원소 각각에 매핑(mapping)되는 것을 특징으로 하는 방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 주파수 밴드를 탐색하는 것은,
    상기 주파수 도약 코드를 재구성하고,
    피코넷 엣지(edge)를 탐색하는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  3. 제 2항에 있어서, 상기 주파수 도약 코드를 재구성하는 것은,
    상기 가입된 피코넷을 통한 주 사용자의 사용 주파수 밴드를 제외한 나머지 주파수 밴드로 주파수 도약 코드를 재구성하는 것을 특징으로 하는 방법.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 주파수 도약 코드 및 상기 시간 도약 코드는 갈로아 필드(Galois Field)를 기반으로 생성되는 것을 특징으로 하는 방법.
  5. 제 4항에 있어서, 상기 시간 도약 코드는,
    Figure pat00126
    인 것을 특징으로 하는 방법. 단,
    Figure pat00127
    는 상기 갈로아 필드로부터 생성된 행렬,
    Figure pat00128
    는 상기
    Figure pat00129
    의 원소,
    Figure pat00130
    는 소수(prime),
    Figure pat00131
    ,
    Figure pat00132
    ,
    Figure pat00133
    ,
    Figure pat00134
    이다.
  6. 제 4항에 있어서, 상기 주파수 도약 코드는,
    Figure pat00135
    이고,
    상기
    Figure pat00136
    는,
    Figure pat00137
    인 것을 특징으로 하는 방법. 단,
    Figure pat00138
    는 상기 갈로아 필드로부터 생성된 행렬,
    Figure pat00139
    는 상기
    Figure pat00140
    의 원소,
    Figure pat00141
    는 소수,
    Figure pat00142
    ,
    Figure pat00143
    ,
    Figure pat00144
    ,
    Figure pat00145
    이다.
  7. CR-UWB 다중 피코넷 시스템의 동작을 지원하는 장치에 있어서,
    무선 신호를 수신하는 수신부;
    무선 신호를 송신하는 송신부;및
    상기 수신부 및 상기 송신부와 연결되고, CR-UWB 다중 피코넷 시스템의 동작을 수행하는 프로세서; 를 포함하되,
    상기 프로세서는,
    가입된 피코넷과 Hybrid FTH 코드를 동기화하고,
    상기 Hybrid FTH 코드를 기반으로 주파수 밴드를 탐색하고,
    상기 피코넷이 사용하는 주파수 밴드를 주 사용자가 사용 중이면 인접한 타 피코넷의 주파수 밴드로 교환하는 것을 수행하고,
    상기 Hybrid FTH 코드는 주파수 도약 코드(Frequency Hopping Code)와 시간 도약 코드(Time Hopping Code)를 포함하되,
    상기 시간 도약 코드는 상기 주파수 도약 코드를 구성하는 원소 각각에 매핑되는 것을 특징으로 하는 장치.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 송신부는,
    상기 무선 신호를 송수신하는 RF 유닛;
    Hybrid FTH 코드 발생기(Generator); 및
    전송할 데이터를 코드화하는 연산부를 포함하되,
    상기 Hybrid FTH 코드 발생기는 주파수 도약 코드 발생기 및 시간 도약 코드 발생기를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  9. 제 7항에 있어서,
    상기 프로세서는 상기 연산부에 전송할 데이터를 입력시키는 것을 특징으로 하는 장치.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 주파수 도약 코드 발생기는 시드 매트릭스(Seed Matrix) 생성부 및 주파수 도약 코드 매트릭스 생성부를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  11. 제 8항에 있어서,
    상기 시간 도약 코드 발생기는 시드 매트릭스 생성부 및 주파수 도약 코드 매트릭스 생성부를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  12. 제 7항에 있어서,
    상기 수신부는,
    상기 신호를 송수신하는 RF 유닛;
    Hybrid FTH 코드 발생기(Generator);
    상기 신호를 디코딩하는 연산부;
    상기 신호로부터 도약 패턴을 추출하는 동기 추출기; 및
    사용 주파수 밴드를 사용하는 주 사용자를 탐지하는 주 사용자 탐지부를 포함하되,
    상기 Hybrid FTH 코드 발생기는 주파수 도약 코드 발생기 및 시간 도약 코드 발생기를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  13. 제 12항에 있어서,
    상기 주파수 도약 코드 발생기는 시드 매트릭스 생성부 및 주파수 도약 코드 매트릭스 생성부를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  14. 제 12항에 있어서,
    상기 시간 도약 코드 발생기는 시드 매트릭스 생성부 및 시간 도약 코드 매트릭스 생성부를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112534920A (zh) * 2018-06-22 2021-03-19 弗劳恩霍夫应用研究促进协会 经由分层组织的信道接入图案的信道接入

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