KR20120017865A - Distributed dynamic spectrum access method for avoidance of co-channel interference in mobile cellular networks and frequency allocation system in mobile cellular networks using the same - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 이동 셀룰러망에서 동일채널 간 간섭 회피를 위한 분산 동적 스펙트럼 접근 방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 무선인지 기술을 보유한 각 이동기지국에서 동일 채널 간 간섭을 회피하기 위해 채널을 동적으로 할당하는 방법에 관한 것이다.
The present invention relates to a distributed dynamic spectrum approach for avoiding co-channel interference in a mobile cellular network. More specifically, the present invention relates to a method for dynamically allocating a channel to avoid inter-channel interference in each mobile base station having a radio recognition technology. It is about a method.
최근 들어 분산 환경을 지원하기 위해 기지국의 이동성이 요구됨에 따라, 이동 셀룰러 네트워크(Mobile Cellular Network; MCN)에 대한 연구가 많은 관심을 받고 있다. MCN은 이동기지국(Mobile Base Station; MBS)으로 구성된 셀룰러망을 의미한다.Recently, as mobility of a base station is required to support a distributed environment, research on a mobile cellular network (MCN) has received much attention. MCN refers to a cellular network composed of a mobile base station (MBS).
특히, 군 영역에서 네트워크 중심전(Network Centric Warfare) 개념이 부각되면서 MBS와 유사한 개념인 노드의 이동성에 대한 관심이 증가하고 있다. 특히, 이동간 지속적인 통신을 제공하기 위한 Warfighter Information Network-Tactical(WIN-T)와 같은 이동 노드를 구현하기 위한 연구가 진행 중에 있다.In particular, as the concept of Network Centric Warfare has emerged in the military area, interest in the mobility of nodes, which is similar to MBS, has increased. In particular, research is being conducted to implement mobile nodes such as Warfighter Information Network-Tactical (WIN-T) for providing continuous communication between mobiles.
MCN은 제한된 스펙트럼 내에서 스펙트럼을 지역적으로 재사용한다. 고정된 토폴로지에는 고정 스펙트럼 할당 기법이 적용되지만, 이는 빈번한 동일채널 간 간섭(CCI)을 초래하므로 MCN과 같은 동적 토폴로지에는 적합하지 않다. MCNs reuse spectrum locally within a limited spectrum. Fixed spectrum allocation schemes are applied to fixed topologies, but they are not suitable for dynamic topologies such as MCN, as they cause frequent co-channel interference (CCI).
또한, 전장 환경에서는 신속하고 동적인 망 토폴로지 구축이 필수적이므로 타 기지국과 스펙트럼 정보를 협상하기가 어렵기 때문에 협상에 드는 소요시간 감소가 필수적이므로 중앙 집중형 스펙트럼 관리는 한계가 있다. In addition, in the battlefield environment, it is necessary to establish a fast and dynamic network topology, and thus it is difficult to negotiate spectrum information with other base stations. Therefore, it is necessary to reduce the time required for negotiation. Therefore, centralized spectrum management is limited.
한편, 무선 인지 기술(CR) 기반 동적 스펙트럼 접근 기법(DSA)은 스펙트럼 부족 문제를 해결하고 동적이며 분산적인 스펙트럼 할당 능력으로 인해 최근 많은 연구자들의 관심을 받고 있다.
On the other hand, wireless recognition technology (CR) -based dynamic spectrum approach (DSA) has recently attracted the attention of many researchers because of the problem of spectrum shortage and dynamic and distributed spectrum allocation ability.
따라서, 본 발명의 목적은 동적 분산 방식의 스펙트럼 할당 관리를 통해 동일 채널 간 간섭이 발생한 이동기지국 간 연속적인 스펙트럼 변경 횟수를 감소하기 위한 것이다. Accordingly, an object of the present invention is to reduce the number of consecutive spectrum changes between mobile base stations in which interference between co-channels is generated through spectrum allocation management in a dynamic distribution scheme.
상기 목적은 이동 셀룰러망에서 동일채널 간 간섭 회피를 위한 분산 동적 스펙트럼 접근 방법에 있어서, (a) 각 이동기지국에 이격 거리가 크고 직교하는 서로 다른 스펙트럼 우선순위 순열을 할당하는 단계; 및 (b) 상기 각 이동기지국에서 상기 할당된 스펙트럼 우선순위 순열을 이용하여 주파수를 할당하고 동일 채널 간섭 발생 시 상기 할당된 스펙트럼 우선순위 순열에 기초하여 주파수를 변경하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 이동 셀룰러망에서 동일채널 간 간섭 회피를 위한 분산 동적 스펙트럼 접근 방법에 의해 달성될 수 있다.The above object is a distributed dynamic spectrum approach for co-channel interference avoidance in a mobile cellular network, comprising the steps of: (a) allocating different spectral priority permutations with large orthogonal separation distances to each mobile base station; And (b) assigning a frequency at each mobile base station using the assigned spectrum priority permutation and changing the frequency based on the assigned spectrum priority permutation when co-channel interference occurs. It can be achieved by a distributed dynamic spectrum approach for co-channel interference avoidance in mobile cellular networks.
또한, 상기 (b) 단계는, 상기 각 이동기지국에서 상기 할당된 스펙트럼 우선순위 순열의 첫번째 요소에 해당하는 주파수를 본인의 주파수로 할당하는 단계; 각 이동기지국에서 무선 인지 기능을 이용하여 이동 셀룰러망에 할당된 전체 할당 주파수를 센싱하는 단계; 센싱 결과 현재 할당된 주파수의 동일 채널 간 간섭이 탐지된 경우 현재 주변에서 사용하지 않는 가용 할당 주파수 후보 집합을 구성하는 단계; 및 상기 스펙트럼 우선순위 순열에 기초하여 상기 가용 할당 주파수 후보 집합 내에서 변경할 주파수를 선택하고, 상기 선택한 주파수로 변경하는 단계를 포함한다.In addition, the step (b) may include assigning a frequency corresponding to the first element of the assigned spectrum priority permutation as its own frequency at each mobile base station; Sensing, at each mobile base station, an entire allocated frequency allocated to the mobile cellular network using a radio recognition function; Constructing a set of available allocated frequency candidates that are not currently used in the vicinity when sensing results in co-channel interference of the currently allocated frequency as a result of sensing; And selecting a frequency to change within the available assigned frequency candidate set based on the spectral priority permutation and changing to the selected frequency.
또한, 상기 변경할 주파수를 선택하는 단계는 N번째 연속적 동일 채널 간 간섭이 발생한 경우 상기 스펙트럼 우선순위 순열에서 N번째 요소를 최우선순위로 하는 N번째 우선순위목록을 구성하는 단계; 및 상기 N번째 우선순위목록에 기초하여 상기 가용 할당 주파수 후보 집합에서 가장 우선순위가 높은 주파수를 변경할 주파수로 선택하는 단계를 포함한다.The selecting of the frequency to change may include: constructing an Nth priority list having the Nth element as the highest priority in the spectrum priority sequence when Nth consecutive inter-channel interference occurs; And selecting a frequency having the highest priority in the available allocation frequency candidate set as a frequency to be changed based on the Nth priority list.
그리고, 상기 스펙트럼 우선순위 순열은 할당 주파수의 식별자들로 구성되며, 라틴 정방행렬을 이용하여 생성될 수 있다.The spectral priority permutation is composed of identifiers of assigned frequencies and can be generated using a Latin square matrix.
한편, 상기 N번째 우선순위목록은 하기식에 의해 생성된다.On the other hand, the N-th priority list is generated by the following equation.
(여기서, i는 이동기지국의 식별자, PSi(n)은 이동지기국 i의 스펙트럼 우선순위 순열의 n번째 요소, PLn은 n번째 요소를 기준으로 하여 주파수 크기에 따라 정렬한 우선순위목록, n=1,2,..., NFA, NFA는 NFA는 할당 주파수의 개수를 의미한다.)Where i is the identifier of the mobile base station, PS i (n) is the nth element of the spectral priority permutation of the mobile station i, PL n is the priority list sorted according to the frequency magnitude on the basis of the nth element, n = 1, 2, ..., NFA, NFA, NFA means the number of assigned frequencies.)
한편, 상기 목적은 본 발명에 따라, 이동 셀룰러 분산망의 주파수 할당시스템에 있어서, 이격 거리가 크고 직교하는 서로 다른 스펙트럼 우선순위 순열 중 하나를 할당받고, 상기 할당된 스펙트럼 우선순위 순열을 이용하여 주파수를 할당하고 동일 채널 간섭 발생 시 상기 할당된 스펙트럼 우선순위 순열에 기초하여 주파수를 변경하는 이동기지국을 포함하는 것을 특징으로 하는 이동 셀룰러 분산망의 주파수 할당 시스템에 의해서도 달성될 수 있다. Meanwhile, according to the present invention, in the frequency allocation system of a mobile cellular distributed network, one of different spectral priority permutations having a large separation distance and orthogonality is allocated, and the frequency is allocated using the assigned spectral priority permutation. It can also be achieved by the frequency allocation system of a mobile cellular distribution network, characterized in that it comprises a mobile base station for assigning a and changing the frequency based on the assigned spectrum priority permutation when the same channel interference occurs.
여기서, 상기 이동 셀룰러 분산망의 주파수 할당 시스템은 이격 거리가 크고 직교하는 상기 서로 다른 스펙트럼 우선순위 순열을 생성하여 상기 이동기지국 각각에 할당하는 순열생성부를 더 포함할 수 있다.The frequency allocation system of the mobile cellular distribution network may further include a permutation generator for generating the different spectral priority permutations having a large separation distance and orthogonal to each other and assigning them to each of the mobile base stations.
또한, 상기 이동기지국은, 무선 인지 기능을 이용하여 이동 셀룰러망에 할당된 전체 할당 주파수를 센싱하는 무선인지부로서, 센싱 결과 현재 할당된 주파수의 동일 채널 간 간섭이 탐지된 경우 현재 주변에서 사용하지 않는 가용 할당 주파수 후보 목록을 구성하는 가용주파수목록생성부를 포함하는 상기 무선인지부; 및 상기 스펙트럼 우선순위 순열에 기초하여 상기 가용 할당 주파수 후보 집합 내에서 변경할 주파수를 선택하고, 상기 선택한 주파수로 변경하는 주파수선택/변경부를 포함할 수 있다.The mobile base station is a wireless recognition unit that senses the entire allocated frequency allocated to the mobile cellular network using a radio recognition function. The radio recognizer including an available frequency list generator for constituting an available allocated frequency candidate list; And a frequency selection / changing unit for selecting a frequency to be changed within the available allocation frequency candidate set based on the spectrum priority permutation and changing the frequency to the selected frequency.
그리고, 상기 주파수선택/변경부는 N번째 연속적 동일 채널간 간섭이 발생한 경우 상기 스펙트럼 우선순위 순열에서 N번째 요소를 최우선순위로 하는 N번째 우선순위목록을 구성하는 우선순위목록생성부를 포함하고, 상기 N번째 우선순위목록에 기초하여 상기 가용 할당 주파수 후보 집합에서 가장 우선순위가 높은 주파수를 변경할 주파수로 선택할 수 있다. The frequency selector / changer may include a priority list generator configured to configure an Nth priority list having the Nth element as the highest priority in the spectrum priority sequence when Nth consecutive inter-channel interference occurs. Based on the first priority list, a frequency having the highest priority among the available allocation frequency candidate sets may be selected as a frequency to change.
여기서, 상기 스펙트럼 우선순위 순열은 할당 주파수의 식별자들로 구성되며, 라틴 정방행렬을 이용하여 생성될 수 있다.
Here, the spectral priority permutation is composed of identifiers of assigned frequencies and may be generated using a Latin square matrix.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 동적 분산 방식의 스펙트럼 할당 관리를 통해 동일 채널 간 간섭이 발생한 이동기지국 간 연속적인 스펙트럼 변경 횟수를 감소할 수 있다.
As described above, according to the present invention, the number of consecutive spectrum changes between mobile base stations in which interference between co-channels is generated can be reduced through spectrum allocation management in a dynamic distribution scheme.
도 1은 본 발명의 가정에 따른 이동기지국으로 구성된 이동 셀룰러 망의 예를 도시한 것이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 이동 셀룰러망에서 동일채널 간 간섭 회피를 위한 분산 동적 스펙트럼 접근 방법의 개념을 간략히 도시한 흐름도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따라 생성한 스펙트럼 우선순위 순열 할당의 예를 도시한 것이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 이동 셀룰러 분산망의 주파수 할당시스템에서 이동기지국의 구성을 간략히 도시한 것이다.
도 5는 도 4의 주파수 할당시스템에 의한 주파수 할당방법의 흐름도이다.
도 6은 도 3에 따른 스펙트럼 우선순위 행렬을 할당받은 각 이동기지국에서 간섭이 발생한 경우의 주파수 할당 및 변경의 예를 도시한 것이다.
도 7은 동일 채널 간 간섭을 겪는 이동기지국 개수의 변화에 따른 연속적인 FA 변경 횟수를 나타낸다.
도 8은 전체 할당 주파수의 개수에 따른 FA 변경 횟수를 평가한 결과를 나타낸 그래프이다.
도 9는 가용 FA 후보의 크기에 따른 FA 변경 횟수를 나타낸다.1 illustrates an example of a mobile cellular network composed of mobile base stations in accordance with the assumptions of the present invention.
2 is a flowchart schematically illustrating a concept of a distributed dynamic spectrum approach for avoiding co-channel interference in a mobile cellular network according to an embodiment of the present invention.
3 shows an example of spectral priority permutation assignment created in accordance with an embodiment of the present invention.
4 is a diagram schematically illustrating a configuration of a mobile base station in a frequency allocation system of a mobile cellular distributed network according to an embodiment of the present invention.
5 is a flowchart illustrating a frequency allocation method using the frequency allocation system of FIG. 4.
FIG. 6 shows an example of frequency allocation and change when interference occurs in each mobile base station to which the spectrum priority matrix according to FIG. 3 is allocated.
7 shows the number of consecutive FA changes according to the change in the number of mobile base stations experiencing inter-channel interference.
8 is a graph illustrating a result of evaluating the number of FA changes according to the number of all allocated frequencies.
9 shows the number of FA changes according to the size of available FA candidates.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 구체적인 실시예들에 대해 설명하기로 한다. Hereinafter, specific embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
본 발명은 이동기지국 간 통신이 제한되는 이동기지국 및 이동엑세스포인트(이하, 이동기지국으로 통칭함)로 구성된 분산망을 전제로 한다. 이동기지국들이 임의로 배치되어 있으며, 이동기지국의 이동성으로 인해 MCN 토폴로지는 유동적으로 변하며, 모든 MBS들의 셀 크기와 속한 단말들의 수는 같은 것으로 가정한다. 본 발명에서는 단말이 아닌 이동기지국이 할당받는 FA(frequency allocation)의 할당 및 변경을 고려한다.The present invention presupposes a distributed network composed of a mobile base station and a mobile access point (hereinafter, collectively referred to as a mobile base station) in which communication between mobile base stations is restricted. Mobile base stations are arbitrarily arranged, and due to the mobility of the mobile base station, the MCN topology changes fluidly, and it is assumed that the cell size of all MBSs and the number of terminals belong to the same. In the present invention, the allocation and change of frequency allocation (FA) assigned to a mobile base station rather than a terminal is considered.
본 발명에서는 이동기지국이 완전히 분산된 네트워크를 구성하기 때문에 그들이 사용하거나 변경하는 스펙트럼 리소스와 같은 제어 메시지를 교환하지 않는다. 따라서 동일채널 간 간섭(CCI)이 발생한 이동기지국들이 동일한 FA로 변경을 수행하여 동일채널 간 간섭이 연속적으로 발생할 수 있다. 이러한 가정으로 인해 본 발명에서 제안하는 기법은 정보 교환 비용이 발생하지 않고, 이동단말기 간 통신이 불가능한 환경에서 효과를 갖는다. In the present invention, since mobile base stations constitute a completely distributed network, they do not exchange control messages such as spectrum resources that they use or change. Accordingly, mobile base stations having CCIs may change to the same FA so that inter-channel interferences may occur continuously. Due to these assumptions, the scheme proposed by the present invention does not incur information exchange cost and has an effect in an environment where communication between mobile terminals is impossible.
본 발명에서 이동기지국은 다수의 동일 크기의 FA들을 갖는다. 각 FA는 고유 식별 번호를 가지며 하나 또는 그 이상의 이동기지국에 할당된다. 모든 이동기지국은 모든 FA의 고유 식별 번호에 대한 정보를 알고 있다. In the present invention, the mobile base station has a plurality of FAs of the same size. Each FA has a unique identification number and is assigned to one or more mobile base stations. Every mobile base station knows the information about the unique identification number of every FA.
또한, 각 이동기지국은 무선인지(CR) 센싱 기능을 보유하여 동일채널 간 간섭의 발생 여부를 판단할 수 있으며, 전체 FA의 타 이동기지국에 의한 점유 여부를 알 수 있다. In addition, each mobile base station may have a radio sensing (CR) sensing function to determine whether interference between co-channels has occurred, and whether the mobile station can be occupied by other mobile base stations of the entire FA.
도 1은 전술한 가정에 따른 이동기지국으로 구성된 이동 셀룰러 망의 예를 도시한 것이다. 도 1에서 원 안의 점은 이동기지국을 나타내며 원은 각 이동기지국의 전송 범위이다. 화살표는 각 이동기지국의 이동방향 및 속도를 나타낸다. 괄호 밖의 숫자는 각 이동기지국의 식별자이며, 괄호 안의 숫자는 각 이동기지국에 할당된 할당 주파수(Frequency Allocation; FA) 식별자이다. Figure 1 shows an example of a mobile cellular network composed of mobile base stations according to the above assumptions. In Fig. 1, the points in the circle represent mobile base stations and the circle is the transmission range of each mobile base station. Arrows indicate the movement direction and speed of each mobile base station. The numbers outside the parentheses are identifiers of each mobile base station, and the numbers in parentheses are the frequency allocation (FA) identifiers assigned to each mobile base station.
도 1에서 이동기지국1과 3은 동일한 주파수를 할당받았으며, 그 전송범위가 일부 겹치기 때문에 간섭이 발생한다. 그러나, 서로 제어 신호를 교환하지 않는 환경이기 때문에 임의로 채널을 변경할 경우 다시 간섭이 발생할 가능성이 큰 것이다.In FIG. 1,
본 발명은 이동기지국 간 제어 메시지를 교환하지 않고 이동기지국들이 무선인지 센싱 기능을 갖는 환경에서 동일 채널 간 간섭에 의한 연속적인 FA 변경을 억제하는 기법을 제안한다.The present invention proposes a technique for suppressing continuous FA change due to co-channel interference in an environment in which mobile base stations have a radiocognitive sensing function without exchanging control messages between mobile base stations.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 이동 셀룰러망에서 동일채널 간 간섭 회피를 위한 분산 동적 스펙트럼 접근 방법의 개념을 간략히 도시한 흐름도이다.2 is a flowchart schematically illustrating a concept of a distributed dynamic spectrum approach for avoiding co-channel interference in a mobile cellular network according to an embodiment of the present invention.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 동일채널 간 간섭 회피를 위한 분산 동적 스펙트럼 접근방법은 크게 두 단계로 구성되며, 이하 구체적으로 설명한다.
As shown in FIG. 2, the distributed dynamic spectrum approach for avoiding co-channel interference according to the present embodiment has two steps, which will be described in detail below.
스펙트럼 우선순위 순열 생성 및 할당Create and assign spectral priority permutations
우선, 모든 이동기지국은 초기 배치 이전에 서로 다른 스펙트럼 우선순위 순열을 할당받는다(S10). 스펙트럼 우선순위 순열은 동일 채널 간 간섭이 발생한 이동기지국 간 동일 할당 주파수로 변경할 확률을 낮추어 연속적 할당 주파수 변경 횟수를 줄이기 위해, 각 이동기지국이 서로 다른 기준에 기반을 두어 변경할 할당 주파수를 선택하게 하는 기능을 갖는다. First, all mobile base stations are assigned different spectral priority permutations prior to initial deployment (S10). Spectrum priority permutation allows each mobile station to select the allocation frequency to be changed based on different criteria to reduce the number of consecutive allocation frequency changes by reducing the probability of changing to the same allocation frequency among mobile base stations where interference between the same channels has occurred. Has
일반적인 이동기지국 i(MBSi)의 스펙트럼 우선순위 순열 PSi 는 할당 주파수의 고유 식별자들로 구성되며, 순열 간에 직교하며 이격 거리가 최대가 되도록 하는 기법(예, 라틴 정방행렬(Latin Square) RNS(Residue Number System), 또는 CFFH(Collision-Free Frequency Hopping) 등)을 이용하여 생성된다.The spectral priority permutation PSi of a typical mobile base station i (MBSi) consists of unique identifiers of assigned frequencies, and is a technique that is orthogonal between permutations and maximizes the separation distance (e.g., Latin Square Matrix RNS (Residue Number) System) or CFFH (Collision-Free Frequency Hopping).
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따라 생성한 스펙트럼 우선순위 순열 할당의 예를 도시한 것이다. 도 3에서는 이동기지국이 4개, 할당 주파수가 4개인 것을 가정하고, 순열 간에 직교하며 이격 거리가 최대가 되도록 4×4 라틴 정방행렬을 생성하였다. 라틴 정방행렬의 각 행은 각 이동기지국의 스펙트럼 우선순위 순열의 역할을 하게 된다. 첫번째 행의 순열(PS1)은 이동기지국1에 할당되고, 두번째 행의 순열(PS2)은 이동기지국2, 세번째 행의 순열(PS3)은 이동기지국3, 네번째 행의 순열(PS4)은 이동기지국4에 할당되는 방식이다.3 shows an example of spectral priority permutation assignment created in accordance with an embodiment of the present invention. In FIG. 3, assuming 4 mobile base stations and 4 assigned frequencies, a 4 × 4 Latin square matrix was generated so that the permutations are orthogonal and have a maximum separation distance. Each row of the Latin square matrix serves as a spectral priority permutation of each mobile station. The permutation PS1 of the first row is assigned to
여기서, PSi는 이동기지국i(MBSi)의 스펙트럼 우선순위 순열을 의미하며(여기서, i=1,2,3,... NMBS, NMBS는 이동 셀룰러망에서 이동기지국의 개수를 의미함), PSi와 PSj는 서로 직교한다(여기서, i, j=1,2,3,... NMBS , i≠j임). PSi와 PSj의 n번째 요소를 PSi(n) 및 PSj(n)으로 명명하며, n=1,2,3,...NFA이고, NFA는 FA의 주파수 총 개수를 의미한다. PSi(m)과 PSi(n)의 거리는 i,n,m에 대해 가능한 한 멀게 한다(여기서, m ≠n임).
Where PSi is the spectral priority permutation of mobile base station i (MBSi) (where i = 1,2,3, ... N MBS , N MBS is the number of mobile base stations in the mobile cellular network) , PSi and PSj are orthogonal to each other, where i, j = 1,2,3, ... N MBS , i ≠ j. The n th element of PSi and PSj is named PSi (n) and PSj (n), where n = 1,2,3, ... N FA , and N FA means the total number of frequencies of FA. The distance between PSi (m) and PSi (n) is as far as possible for i, n, m (where m ≠ n).
할당 주파수 선택 및 변경Select and change allocation frequency
스펙트럼 우선순위 순열을 할당받은 이동기지국은 이에 기초하여 할당주파수를 선택한다(S20).The mobile base station assigned the spectrum priority permutation selects an assigned frequency based on this (S20).
본 발명에 따른 이동기지국의 주파수 할당시스템 및 그 할당방법에 대해서는 도 4 및 도 5를 참조한다. 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 이동 셀룰러 분산망의 주파수 할당시스템에서 이동기지국의 구성을 간략히 도시한 것이다.4 and 5 for a frequency allocation system and a method of allocating the mobile base station according to the present invention. 4 is a diagram schematically illustrating a configuration of a mobile base station in a frequency allocation system of a mobile cellular distributed network according to an embodiment of the present invention.
본 실시예에 따른 이동 셀룰러 분산망의 주파수 할당시스템은 이동 셀룰러 분산망에 존재하는 복수의 이동기지국과, 스펙트럼 우선순위 순열을 생성하여 할당하는 순열생성부(미도시)를 포함한다. 각 이동기지국(100)은 도 4에 도시된 바와 같이, 무선인지부(10), 가용주파수목록생성부(11), 주파수선택/변경부(20), 및 우선순위목록생성부(21)를 포함한다.The frequency allocation system of the mobile cellular distributed network according to the present embodiment includes a plurality of mobile base stations existing in the mobile cellular distributed network, and a permutation generator (not shown) for generating and assigning a spectrum priority permutation. As shown in FIG. 4, each
무선인지부(10)는 무선인지(CR) 센싱 기능 통해 이동 셀룰러망에 할당된 전체 할당 주파수를 센싱하는 것으로, 동일채널 간 간섭의 발생 여부를 판단할 수 있으며, 전체 FA의 타 이동기지국에 의한 점유 여부를 알 수 있다.The
가용주파수목록생성부(11)는 동일채널 간 간섭 발생 시 무선 인지 기능을 통해 가용(즉, 점유되지 않은) 할당 주파수 후보 집합(Ci)를 생성한다.The available
이러한 동일 채널 간 간섭이 발생한 이동기지국들은 모두 가용 할당 주파수 후보 집합 내에 있는 주파수로 변경하려 할 것이다. 본 발명의 주파수선택/변경부(20)는 각 이동기지국이 다른 이동기지국이 선택할 가능성이 적은 주파수로 변경하게 해 준다. Mobile base stations that experience such co-channel interference will all attempt to change to frequencies within the set of available assigned frequency candidates. The frequency selecting / changing
주파수선택/변경부(20)는 스펙트럼 우선순위 목록에 기초하여 변경할 FA를 선택한다. 우선순위목록생성부(21)는 현재 동일 채널 간 간섭이 연속하여 N번째 발생한 경우 스펙트럼 우선순위 순열의 n번째 요소를 기준으로 생성한 스펙트럼 우선순위 목록을 생성한다. 이때, 주파수선택/변경부(20)는 n번째 연속적인 FA 변경을 위해 우선순위 목록에 기초하여 FA를 선택한다. The frequency selecting / changing
도 5는 도 4의 주파수 할당시스템에 의한 주파수 할당방법의 흐름도이다.5 is a flowchart illustrating a frequency allocation method using the frequency allocation system of FIG. 4.
도 5를 참조하면, 처음 n=1로 설정되며(S21), 지속적으로 무선인지 센싱 기능을 통해 동일 채널 간 간섭이 발생하는지 여부를 센싱한다(S22, S23).Referring to FIG. 5, initially n = 1 is set (S21), and whether the interference between the same channels is continuously generated through a wireless recognition sensing function (S22 and S23).
만약, 동일 채널 간 간섭이 발생하면(S23), 무선인지 기능을 통해 현재 가용한 주파수 목록을 생성한다(S24).If interference between the same channel occurs (S23), a list of currently available frequencies is generated through a wireless recognition function (S24).
주파수선택/변경부(20)는 스펙트럼 우선순위 순열에 기초하여 가용한 주파수 목록에서 변경할 주파수를 선택하여 해당 주파수로 변경한다(S25, S26).The frequency selecting / changing
이동기지국i가 n번째 연속적인 주파수 변경을 하고자 한다고 가정할 때, 우선순위목록생성부(21)는 PSi의 n번째 요소, PSi(n)를 기준으로 생성한 i번째 스펙트럼 우선순위 목록을 생성한다. 주파수선택/변경부(20)는 n번째 우선순위 목록, 즉 PLn i를 기반으로 FA를 선택한다. Assuming that the mobile station i a to the n-th successive frequency changes, the priority
PL n i 는 아래 식 1과 같이 구할 수 있다. PL n i can be obtained as in
위 수학식 1에서 PLn i의 가장 왼쪽 요소가 가장 우선순위가 높고, 가장 오른쪽에 있는 요소가 가장 우선순위가 낮은 것을 의미한다. 이동기지국 i는 PLn i를 기준으로 Ci의 원소 중 우선순위가 가장 높은 FA를 선택한다. 즉, 이동기지국i는 Ci에서 우선 PSi(n)를 찾고, 만약 없다면, PSi(n)+1을 찾는 방식으로 FA를 선택한다. 따라서, 이동기지국i는 Ci에서 PSi(n)로부터 우선순위가 가장 근접한 FA로 변경하게 된다.In
이때, 모든 이동기지국들은 같은 수의 단말과 셀 크기를 갖는다고 하였으므로, 동적 스펙트럼 접근 기법(DSA)에 의한 FA 할당에 있어서 동일한 공정성과 우선순위를 갖는다. 따라서 동일채널 간 간섭을 주고 받는 모든 이동기지국들이 FA 변경을 수행한다. 그로 인해 이동단말기i가 변경한 FA에서 연속적 동일채널 간 간섭을 겪을 경우, n+1번째 연속적인 FA 변경을 시도하며, PSi(n+1)과 PL(n+1) i를 기반으로 FA를 선택한다. 변경한 FA에서 연속적인 동일채널 간 간섭이 발생하지 않을 경우, PSi(1)로 돌아가며 이후에 동일채널 간 간섭이 발생할 경우 사용한다.In this case, since all mobile base stations have the same number of terminals and cell sizes, they have the same fairness and priority in FA allocation by the dynamic spectrum access technique (DSA). Therefore, all mobile base stations that exchange and receive co-channel interference perform FA change. Therefore, if there is continuous inter-channel interference in the FA changed by the mobile terminal i, the n + 1th consecutive FA change is attempted and based on the PS i (n + 1) and PL (n + 1) i Select. If there is no continuous co-channel interference in the changed FA, it returns to PS i (1) and is used when there is co-channel interference afterwards.
도 6은 도 3에 따른 스펙트럼 우선순위 행렬을 할당받은 각 이동기지국에서 간섭이 발생한 경우의 주파수 할당 및 변경의 예를 도시한 것이다.FIG. 6 shows an example of frequency allocation and change when interference occurs in each mobile base station to which the spectrum priority matrix according to FIG. 3 is allocated.
PS1과 PS2는 각각 이동기지국1과 2가 할당받은 스펙트럼 우선순위 순열을 의미하고, C1과 C2는 동일 채널 간 간섭이 발생한 경우 이동기지국1과 2가 센싱한 가용 주파수 목록을 나타내며, PL1 1과 PL1 2는 각각 이동기지국 1과 2에서 생성한 우선순위목록을 의미한다.PS 1 and PS 2 represent the spectral priority permutations assigned to
첫번째 동일 채널간 간섭이 발생한 경우 이동기지국1에서는 스펙트럼 우선순위 순열에서 첫번째 요소인 ③을 기준으로, ③을 최우선으로 하는 첫번째 우선순위 목록을 생성한다. 우선순위는 ③,④,①,② 순으로 정렬된다.When the first co-channel interference occurs, the
이동기지국1은 ③,④,①,② 순으로 이들이 가용주파수목록에 포함되어 있는지 확인하고, 우선순위목록의 3번째 요소인 ①을 할당 주파수로 선택하여 주파수 변경을 시도한다.
반면, 이동기지국2에서는 스펙트럼 우선순위 순열에서 첫번째 요소인 ④를 기준으로, ④를 최우선으로 하는 첫번째 우선순위 목록을 생성한다. 우선순위는 ,④,①,②, ③순으로 정렬된다.
이동기지국1은 ④,①,②,③순으로 이들이 가용주파수목록에 포함되어 있는지 확인하고, 우선순위목록의 3번째 요소인 ④를 할당 주파수로 선택하여 주파수 변경을 시도한다.The
각 이동기지국에 할당된 스펙트럼 우선순위 순열이 서로 직교하기 때문에 반복하여 동일 채널 간 간섭이 발생할 가능성이 적어진다.
Since the spectrum priority permutations assigned to each mobile base station are orthogonal to each other, the likelihood of repeated interchannel interference is reduced.
실험결과Experiment result
아래 표는 본 실험에 적용된 파라미터를 나타낸다.The table below shows the parameters applied in this experiment.
첫번째 파라미터는 동일한 주파수를 사용하는 이동기지국의 개수를 의미하며, 세번째 파라미터는 동일채널 간섭을 겪는 이동기지국들 주변에 가용 가능한 주파수의 개수를 의미한다.The first parameter refers to the number of mobile base stations using the same frequency, and the third parameter refers to the number of frequencies available around the mobile base stations experiencing co-channel interference.
본 실험은 동일 채널 간 간섭을 주고 받는 이동기지국의 수, 각 이동기지국 주변에 점유된 FA 수의 변화에 따른 평균 FA 변경 횟수를 평가한다. 비교평가대상은 종래 무선인지 기반의 임의 변경 방법과 비교하는 것으로 한다.This experiment evaluates the average number of FA changes according to the change in the number of mobile base stations interfering with the same channel and the number of FAs occupied around each mobile base station. The comparative evaluation targets are to be compared with the conventional wireless recognition based random change method.
도 7은 동일 채널 간 간섭을 겪는 이동기지국 개수의 변화에 따른 연속적인 FA 변경 횟수를 나타낸다. 동그라미 점은 본 발명에 따른 방법을 나타내며, 네모 점은 무선인지 기반의 임의 변경 방법을 나타낸다. 스펙트럼 우선순위 순열은 Latin square를 사용하여 임의 할당한다.7 shows the number of consecutive FA changes according to the change in the number of mobile base stations experiencing inter-channel interference. Circle points represent the method according to the invention, and square points represent the random change method based on wireless cognition. Spectrum priority permutations are randomly assigned using Latin square.
도 7을 통해, 동일 채널 간 간섭을 주고 받는 이동기지국의 개수가 증가함에 따라 FA 변경 횟수가 역시 증가함을 알 수 있다. 이는 가용 FA 수가 작아지고, 동일 FA로 변경하는 기지국이 존재할 확률이 증가하기 때문이다. Referring to FIG. 7, it can be seen that the number of FA changes also increases as the number of mobile base stations interfering with the same channel increases. This is because the number of available FAs decreases and the probability that there is a base station changing to the same FA increases.
본 발명에 따른 방법은 무선인지 기반 임의 변경 기법과 비교하여, 동일 채널 간 간섭을 주고 받는 이동기지국의 수가 동일할 때, 항상 좋은 성능(즉, 적은 FA 변경 횟수)을 보이며, 대략 15% 정도 낮은 FA 변경 횟수를 나타낸다. 특히, 동일 채널 간 간섭을 주고 받는 이동기지국의 수가 클수록, 종래 기법과 더 큰 차이를 보인다. 스펙트럼 우선순위 순열을 이격 거리가 큰 순열들로 고정 할당할 경우, 더욱 향상된 성능이 예상된다. The method according to the present invention always shows good performance (i.e., fewer FA changes) when the number of mobile base stations interfering with the same channel is equal to that of the radio-based random change scheme, and is approximately 15% lower. Indicates the number of FA changes. In particular, the greater the number of mobile base stations that communicate with each other over the same channel, the greater the difference from the conventional scheme. Better performance is expected when the spectral priority permutation is fixedly assigned to permutations with large separation distances.
도 8은 전체 할당 주파수의 개수에 따른 FA 변경 횟수를 평가한 결과를 나타낸 그래프이다. 전체 FA의 개수가 증가할수록 가용 FA 후보 집합이 증가하고, 이동기지국이 동일한 주파수를 선택할 가능성이 적어지기 때문에 FA 변경횟수가 감소한다. 본 발명은 종래의 임의 할당 방법에 비해 평균 16% 정도 낮은 FA 변경횟수를 보인다. FA 의 개수가 증가할수록 그 차이가 감소할 것으로 예상되며, 이는 본 발명이 스펙트럼 리소스가 제한된 환경에 적용될 때 좋은 성능을 보인다는 것을 의미한다. 오늘날과 같이 스펙트럼이 제한되어 가는 환경에서 효과적인 기술로 평가된다.8 is a graph illustrating a result of evaluating the number of FA changes according to the number of all allocated frequencies. As the total number of FAs increases, the set of available FA candidates increases and the number of FA changes decreases because the mobile station is less likely to select the same frequency. The present invention shows an FA change count of about 16% lower than that of the conventional random allocation method. As the number of FAs increases, the difference is expected to decrease, which means that the present invention shows good performance when applied to an environment with limited spectral resources. It is evaluated as an effective technology in today's spectrum-limited environment.
도 9는 가용 FA 후보의 크기에 따른 FA 변경 횟수를 나타낸다. 도 9를 참조하면, 가용 FA 개수가 증가할수록 FA 변경횟수가 감소한다. 평균적으로 본 발명에 따른 방법이 종래 임의의 주파수 할당 방법에 비해 18% 정도 FA 변경 횟수가 적다. 도 9에서 알 수 있듯이, 본 발명은 전체 FA의 개수가 충분함에도 불구하고 가용 FA 후보의 크기에 매우 민감하다는 점을 알 수 있다. 따라서, 본 발명은 가용 FA 개수가 클수록 종래 임의의 주파수 할당방법에 비해 더 좋은 성능을 보인다는 것을 알 수 있다.9 shows the number of FA changes according to the size of available FA candidates. Referring to FIG. 9, the number of FA changes decreases as the number of available FAs increases. On average, the method according to the present invention has fewer FA changes by 18% than any conventional frequency allocation method. As can be seen in Figure 9, it can be seen that the present invention is very sensitive to the size of the available FA candidates despite the sufficient number of total FAs. Therefore, the present invention shows that the larger the number of available FAs, the better the performance compared to any conventional frequency allocation method.
전술한 실시예에서는 스펙트럼 우선순위 순열을 생성하는 방법으로 라틴 정방행렬을 예로 하였지만 각 순열이 직교하는 다양한 방법이 적용될 수 있음은 물론이다. In the above-described embodiment, a Latin square matrix is used as a method of generating spectral priority permutations, but various methods of orthogonal permutations may be applied.
비록 본 발명의 몇몇 실시예들이 도시되고 설명되었지만, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 당업자라면 본 발명의 원칙이나 정신에서 벗어나지 않으면서 본 실시예를 변형할 수 있음을 알 수 있을 것이다. 발명의 범위는 첨부된 청구항과 그 균등물에 의해 정해질 것이다.
Although several embodiments of the present invention have been shown and described, those skilled in the art will appreciate that various modifications may be made without departing from the principles and spirit of the invention . It is intended that the scope of the invention be defined by the claims appended hereto and their equivalents.
100: 이동기지국 10: 무선인지부
11: 가용주파수목록생성부 20: 주파수선택/할당부
21: 우선순위목록생성부100: mobile base station 10: wireless recognition unit
11: Available frequency list generation unit 20: Frequency selection / allocation unit
21: priority list generator
Claims (10)
(a) 각 이동기지국에 이격 거리가 크고 직교하는 서로 다른 스펙트럼 우선순위 순열을 할당하는 단계; 및
(b) 상기 각 이동기지국에서 상기 할당된 스펙트럼 우선순위 순열을 이용하여 주파수를 할당하고 동일 채널 간섭 발생 시 상기 할당된 스펙트럼 우선순위 순열에 기초하여 주파수를 변경하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 이동 셀룰러망에서 동일채널 간 간섭 회피를 위한 분산 동적 스펙트럼 접근 방법.
A distributed dynamic spectrum approach for avoiding co-channel interference in a mobile cellular network,
(a) allocating different spectral priority permutations of greater orthogonal distance to each mobile base station; And
(b) assigning a frequency at each mobile base station using the assigned spectrum priority permutation and changing the frequency based on the assigned spectrum priority permutation when co-channel interference occurs. Distributed Dynamic Spectrum Approach to Avoid Interchannel Interference in Cellular Networks.
상기 (b) 단계는, 상기 각 이동기지국에서 상기 할당된 스펙트럼 우선순위 순열의 첫번째 요소에 해당하는 주파수를 본인의 주파수로 할당하는 단계;
상기 각 이동기지국에서 무선 인지 기능을 이용하여 이동 셀룰러망에 할당된 전체 할당 주파수를 센싱하는 단계;
센싱 결과 현재 할당된 주파수의 동일 채널 간 간섭이 탐지된 경우 현재 주변에서 사용하지 않는 가용 할당 주파수 후보 집합을 생성하는 단계; 및
상기 스펙트럼 우선순위 순열에 기초하여 상기 가용 할당 주파수 후보 집합 내에서 변경할 주파수를 선택하고, 상기 선택한 주파수로 변경하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 이동 셀룰러망에서 동일채널 간 간섭 회피를 위한 분산 동적 스펙트럼 접근 방법.
The method of claim 1,
The step (b) may include: assigning, at each mobile base station, a frequency corresponding to the first element of the allocated spectrum priority permutation as its own frequency;
Sensing, at each mobile base station, an entire allocated frequency allocated to a mobile cellular network using a radio recognition function;
Generating a set of available allocated frequency candidates that are not currently used in the vicinity when the inter-channel interference of the currently allocated frequency is detected as a result of the sensing; And
Selecting a frequency to be changed within the available allocation frequency candidate set based on the spectral priority permutation and changing the frequency to the selected frequency, wherein the distributed dynamic spectrum for avoiding co-channel interference in a mobile cellular network is included. Approach.
상기 변경할 주파수를 선택하는 단계는
N번째 연속적 동일 채널 간 간섭이 발생한 경우 상기 스펙트럼 우선순위 순열에서 N번째 요소를 최우선순위로 하는 N번째 우선순위목록을 생성하는 단계; 및
상기 N번째 우선순위목록에 기초하여 상기 가용 할당 주파수 후보 집합에서 가장 우선순위가 높은 주파수를 변경할 주파수로 선택하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 이동 셀룰러망에서 동일채널 간 간섭 회피를 위한 분산 동적 스펙트럼 접근 방법.
The method of claim 2,
The step of selecting the frequency to change
Generating an N-th priority list having the N-th element as the highest priority in the spectral priority permutation when N-th consecutive inter-channel interference occurs; And
A distributed dynamic spectrum for avoiding co-channel interference in a mobile cellular network, comprising selecting a frequency having the highest priority in the available allocation frequency candidate set as a frequency to be changed based on the Nth priority list. Approach.
상기 스펙트럼 우선순위 순열은 할당 주파수의 식별자들로 구성되며, 라틴 정방행렬, RNS(Residue Number System), 및 CFFH(Collision-Free Frequency Hopping) 중 하나를 이용하여 생성되는 것을 특징으로 하는 이동 셀룰러망에서 동일채널 간 간섭 회피를 위한 분산 동적 스펙트럼 접근 방법.
The method of claim 3,
The spectral priority permutation is composed of identifiers of assigned frequencies and is generated using one of a Latin square matrix, a Residue Number System (RNS), and a Collision-Free Frequency Hopping (CFFH). Distributed Dynamic Spectrum Approach to Avoid Interchannel Interference.
상기 N번째 우선순위목록은 하기식에 의해 생성되는 것을 특징으로 하는 이동 셀룰러망에서 동일채널 간 간섭 회피를 위한 분산 동적 스펙트럼 접근 방법.
(여기서, i는 이동기지국의 식별자, PSi(n)은 이동지기국 i의 스펙트럼 우선순위 순열의 n번째 요소, PLn은 n번째 요소를 기준으로 하여 주파수 크기에 따라 정렬한 우선순위목록, n=1,2,..., NFA, NFA는 NFA는 할당 주파수의 개수를 의미한다.)
The method of claim 4, wherein
The Nth priority list is generated by the following equation. The distributed dynamic spectrum approach for avoiding co-channel interference in a mobile cellular network.
Where i is the identifier of the mobile base station, PS i (n) is the nth element of the spectral priority permutation of the mobile station i, PL n is the priority list sorted according to the frequency magnitude on the basis of the nth element, n = 1, 2, ..., NFA, NFA, NFA means the number of assigned frequencies.)
이격 거리가 크고 직교하는 서로 다른 스펙트럼 우선순위 순열 중 하나를 할당받고, 상기 할당된 스펙트럼 우선순위 순열을 이용하여 주파수를 할당하고 동일 채널 간섭 발생 시 상기 할당된 스펙트럼 우선순위 순열에 기초하여 주파수를 변경하는 이동기지국을 포함하는 것을 특징으로 하는 이동 셀룰러 분산망의 주파수 할당 시스템.
In the frequency allocation system of mobile cellular distribution network,
Is assigned one of different spectral priority permutations having a large and orthogonal separation distance, assigns a frequency using the assigned spectral priority permutation, and changes frequency based on the assigned spectral priority permutation when co-channel interference occurs. And a mobile base station for transmitting the frequency allocation system of the mobile cellular distribution network.
상기 이동 셀룰러 분산망의 주파수 할당 시스템은 이격 거리가 크고 직교하는 상기 서로 다른 스펙트럼 우선순위 순열을 생성하여 상기 이동기지국 각각에 할당하는 순열생성부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이동 셀룰러 분산망의 주파수 할당시스템.
The method of claim 6,
The frequency allocation system of the mobile cellular distribution network further includes a permutation generation unit generating the different spectral priority permutations having a large distance and orthogonal to each other and assigning them to each of the mobile base stations. system.
상기 이동기지국은,
무선 인지 기능을 이용하여 이동 셀룰러망에 할당된 전체 할당 주파수를 센싱하는 무선인지부로서, 센싱 결과 현재 할당된 주파수의 동일 채널 간 간섭이 탐지된 경우 현재 주변에서 사용하지 않는 가용 할당 주파수 후보 목록을 생성하는 가용주파수목록생성부를 포함하는 상기 무선인지부; 및
상기 스펙트럼 우선순위 순열에 기초하여 상기 가용 할당 주파수 후보 집합 내에서 변경할 주파수를 선택하고, 상기 선택한 주파수로 변경하는 주파수선택/변경부를 포함하는 것을 특징으로 하는 이동 셀룰러 분산망의 주파수 할당시스템.
The method according to claim 6 or 7,
The mobile base station,
A wireless recognition unit that senses the entire allocated frequency allocated to the mobile cellular network using the wireless recognition function. When sensing detects interference between the same channels of the currently allocated frequency, the wireless allocation function is used to select a list of available allocated frequency candidates that are not currently used in the vicinity. The radio recognizer including an available frequency list generator for generating; And
And a frequency selecting / changing unit for selecting a frequency to be changed within the available allocation frequency candidate set based on the spectral priority permutation and changing the frequency to the selected frequency.
상기 주파수선택/변경부는 N번째 연속적 동일 채널간 간섭이 발생한 경우 상기 스펙트럼 우선순위 순열에서 N번째 요소를 최우선순위로 하는 N번째 우선순위목록을 생성하는 우선순위목록생성부를 포함하고, 상기 N번째 우선순위목록에 기초하여 상기 가용 할당 주파수 후보 집합에서 가장 우선순위가 높은 주파수를 변경할 주파수로 선택하는 것을 특징으로 하는 이동 셀룰러 분산망의 주파수 할당시스템.
The method of claim 8,
The frequency selector / changer includes a priority list generator for generating an Nth priority list having the Nth element as the highest priority in the spectrum priority sequence when Nth consecutive inter-channel interference occurs. And selecting a frequency having a highest priority among the available allocation frequency candidate sets as a frequency to be changed based on a rank list.
상기 스펙트럼 우선순위 순열은 할당 주파수의 식별자들로 구성되며, 라틴 정방행렬(Latin Square), RNS(Residue Number System), 및 CFFH(Collision-Free Frequency Hopping) 중 하나를 이용하여 생성되는 것을 특징으로 하는 이동 셀룰러 분산망의 주파수 할당시스템.The method according to claim 6 or 7,
The spectral priority permutation is composed of identifiers of assigned frequencies and is generated using one of a Latin square, a Residue Number System (RNS), and a collision-free frequency hopping (CFFH). Frequency Allocation System for Mobile Cellular Distribution Networks.
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