KR20120056644A - 직교주파수분할다중화 신호 검출 방법 및 장치 - Google Patents

Abstract

단일 채널 수신기를 이용하여 단일 채널 OFDM 및 채널 본딩된 OFDM 신호까지 검출할 수 있는 방법을 제공한다. 본 발명에 따른 단일 채널 수신기를 이용한 OFDM 신호 검출 방법은 단일 채널 수신 RF(Radio Frequency) 체인을 통해 센싱 데이터를 수신하고, 상기 센싱 데이터의 사이클로스테이셔너리(cyclostationary) 특성을 획득하고, 상기 센싱 데이터의 사이클로스테이셔너리 특성을 기반으로 신호의 존재 여부를 판단하고, 신호가 존재한다고 판단되는 경우 사이클로스테이셔너리 특성으로부터 신호의 종류를 판단하고, 신호가 존재한다고 판단되는 경우 사이클로스테이셔너리 특성으로부터 신호의 채널 본딩 여부를 판단하고, 및 신호의 종류가 채널수에 따라 FFT 사이즈가 가변하는 경우라면 스펙트럼 추정을 통해 채널 본딩 여부를 판단하는 것을 포함한다.

Description

직교주파수분할다중화 신호 검출 방법 및 장치{Method and apparatus for detecting Orthogonal Frequency Division Multiplexing signal}

본 발명은 무선 통신에 관한 것으로, 보다 상세하게는 OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing) 신호 검출 방법에 관한 것이다.

무선 통신 시스템의 급격한 발전과 다양한 무선 통신 서비스의 개발은 기존 통신 시스템간의 공존 문제를 해결하기 위하여 엄격한 주파수 대역을 요구하고 있다. 그러나 현재 상업적으로 사용 가능한 거의 모든 주파수 대역이 할당됨으로 인하여 새로운 무선 플랫폼을 위한 주파수 자원이 매우 부족한 상황이 발생하고 있다. 현재의 주파수 이용 현황을 보게 되면 수 GHz 이하 대역, 특히 낮은 주파수 대역은 사용할 수 있는 여지가 거의 없다. 이러한 주파수 부족 문제를 해결하기 위하여 최근 주파수 대역이 할당되어 있지만 실제로 사용되지 않고 비어 있는 주파수 대역을 감지해 이를 효율적으로 공유하여 사용할 수 있는 지능형 무선 인지 기술(Cognitive Radio, CR) 개념이 제시되었다.

기존의 무선 통신 시스템은 국가에서 주파수 정책에 따라 주파수 자원을 엄격하게 통제해 왔다. 따라서 사업자들은 사용할 주파수 자원을 정부로부터 승인과 할당을 받아 사용했다. 하지만 지능형 무선 인지 기술은 기존의 무선 통신 시스템과는 다르게, 주파수가 할당되어 있지만 사용하지 않는 주파수 자원을 기존 사업자의 무선 통신에 간섭이 없게 하여 이용하는 통신 시스템이다.

최근에 부족한 주파수 자원에 대한 수요가 급증하는 추세에 발맞추어 무선 인지 기술에 대한 필요성이 대두되었고, 2003년 12월에 미국 FCC(Federal Communications Commission)의 NPRM(Notice of Proposed Rule Making)에서 주파수 공용 사용 가능성이 언급된 이후 지능형 무선 인지 기술에 대한 많은 관심과 연구가 이루어지고 있다. 대표적인 예로 지능형 무선 인지 기술을 이용한 통신 플랫폼의 개발을 목적으로 IEEE 802.22 WRAN(Wireless Regional Area Networks) 표준화가 이루어지고 있다. IEEE 802.22 WRAN의 사용 대상은 미국이나 캐나다의 도시 외곽 지역이나 개발도상국이며, 사용하지 않는 TV 대역에 지능형 무선 통신 기술을 사용하여 무선 통신 서비스를 제공하는 것을 목표로 한다.

위와 같이 현재 무선 인지 기술에 대한 표준화와 개발이 활성화되고 있지만, 아직 초기 단계이기 때문에 해결해야 되는 많은 문제들이 존재하며 대부분의 구성 기술들이 아직 결정되지 않은 상황이다.

한편 무선 인지 기술은 다중 채널에 대한 무선 채널 관리와 분배 및 간섭 검출 기술로서 향후 차세대 무선 통신과 연동하여 상호 보완적으로 사용될 가능성이 크다. 예를 들어서, 셀룰러 환경에서 발생하는 음영 지역이나 셀의 크기를 키워야 하는 시골 지역 등에서 CR 기술은 주파수 간섭을 일으키지 않고 효과적으로 고속 데이터를 전송할 수 있는 좋은 대안 기술이 될 것이다.

한편, 현재 표준화가 진행중인 IEEE 802.22, ECMA 392, IEEE 802.11af와 같은 인지 무선 시스템은 OFDM 방식을 사용하고 있으며, 데이터 전송률 향상을 위해 채널 본딩(channel bonding)을 지원하도록 하고 있다. 종래의 IEEE 802.11 OFDM 시스템에서는 단일 채널 시스템이 채널 본딩 여부를 알 수 있도록 추가로 부가 정보를 전송하였다.

추가로 부가 정보를 전송하는 방식은 데이터 전송효율을 떨어뜨리고, 채널 본딩 여부에 대한 판단 등으로 통신 모듈의 네트워크 초기 접속 속도를 떨어뜨린다. 이러한 문제점을 해결하기 위하여 신호 처리 알고리즘을 이용하여 부가 정보 없이 신호의 검출, 신호의 종류, 채널 본딩 여부를 파악할 수 있도록 하는 OFDM 신호 검출 방법에 대한 고려가 필요하다.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 무선 통신 시스템에서 OFDM 신호의 검출 방법 및 이를 지원하는 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 일양태에 따르면, 단일 채널 수신기를 이용한 OFDM 신호 검출 방법은 단일 채널 수신 RF(Radio Frequency) 체인을 통해 센싱 데이터를 수신하고, 상기 센싱 데이터의 사이클로스테이셔너리(cyclostationary) 특성을 획득하고, 및 상기 센싱 데이터의 사이클로스테이셔너리 특성을 기반으로 신호의 존재 여부를 판단하는 것을 포함한다.

상기 신호의 존재 여부를 판단하는 것은 상기 센싱 데이터의 사이클로스테이셔너리 특성과 기지의 OFDM 신호의 파라미터로부터 얻어진 상기 기지의 OFDM 신호의 사이클로스테이셔너리 특성으로부터 구한 임계값과 비교하여 판단할 수 있다.

상기 신호의 존재 여부를 판단하여 상기 신호가 존재하면, 상기 센싱 데이터의 사이클로스테이셔너리 특성과 기지의 OFDM 신호의 사이클로스테이셔너리 특성을 비교하여 상기 신호의 종류를 판단하는 것을 더 포함할 수 있다.

상기 신호의 존재 여부를 판단하여 상기 신호가 존재하면, 상기 센싱 데이터의 사이클로스테이셔너리 특성과 기지의 OFDM 신호의 사이클로스테이셔너리 특성을 비교하여 상기 신호의 채널의 본딩 여부를 판단하는 것을 더 포함할 수 있다.

상기 센싱 데이터를 기반으로 스펙트럼을 추정하고, 상기 추정된 스펙트럼으로부터 상기 수신된 신호의 채널 본딩 여부를 판단하는 것을 더 포함할 수 있다.

상기 추정된 스펙트럼으로부터 상기 수신된 신호의 채널 본딩 여부를 판단하는 것은, 상기 추정된 스펙트럼상에 나타나는 보호대역(guard band)에 의한 특징을 기지의 OFDM 신호의 보호 대역과 비교하여 판단할 수 있다

본 발명의 다른 양태에 있어서, 단일 채널 수신기를 이용하여 OFDM 신호를 검출하는 무선장치는, 무선 신호를 수신하고 관심 주파수 대역을 센싱하는 단일채널 센싱 수신 RF부, 상기 무선 신호를 디지털 신호로 변환하는 A/D 변환부, 상기 디지털 신호의 사이클로스테이셔너리 특성을 구하는 사이클로스테이셔너리 특성 연산부, 및 상기 디지털 신호의 사이크로스테이셔너리 특성을 기반으로 상기 무선 신호의 종류를 판단하는 신호 검출 및 종류 판단부 그리고 채널 본딩 판단부를 포함한다.

상기 무선장치는 상기 디지털 신호를 기반으로 스펙트럼을 추정하는 스펙트럼 추정부, 상기 추정된 스펙트럼을 기반으로 보호 대역의 대역폭을 추정하는 보호 대역 추정부, 및 상기 보호 대역 추정부에서 추정된 상기 보호 대역의 대역폭 및 상기 신호 검출 및 종류 판단부에서 판단된 상기 무선신호의 종류를 기반으로 채널의 본딩 여부를 판단하는 채널 본딩 판단부를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 다른 일양태에 있어서, 본 발명에 따른 무선장치는 무선 신호를 수신하는 송수신부 및 상기 송수신부와 기능적으로 연결되고, 신호 검출을 수행하는 프로세서를 포함하되, 상기 송수신부는 단일 채널 수신 RF(Radio Frequency) 체인을 통해 센싱 데이터를 수신하고, 상기 프로세서는 상기 센싱 데이터의 사이클로스테이셔너리(cyclostationary) 특성을 획득하고, 및 상기 센싱 데이터의 사이클로스테이셔너리 특성을 기반으로 신호의 존재 여부를 판단하도록 설정된다.

상기 프로세서는 상기 센싱 데이터의 사이클로스테이셔너리 특성과 기지의 OFDM 신호의 파라미터로부터 얻어진 상기 기지의 OFDM 신호의 사이클로스테이셔너리 특성을 비교하여 판단하도록 설정될 수 있다.

상기 프로세서는 상기 신호의 존재 여부를 판단하여 상기 신호가 존재하면,

상기 센싱 데이터의 사이클로스테이셔너리 특성과 기지의 OFDM 신호의 사이클로스테이셔너리 특성을 비교하여 상기 신호의 종류를 판단하는 것을 더 포함하도록 설정될 수 있다.

상기 프로세서는 상기 신호의 존재 여부를 판단하여 상기 신호가 존재하면,

상기 센싱 데이터의 사이클로스테이셔너리 특성과 기지의 OFDM 신호의 사이클로스테이셔너리 특성을 비교하여 상기 신호의 종류 및 채널 본딩 여부를 판단하는 것을 더 포함하도록 설정될 수 있다.

상기 프로세서는, 상기 센싱 데이터를 기반으로 스펙트럼을 추정하고, 상기 추정된 스펙트럼으로부터 상기 수신한 신호의 채널 본딩 여부를 판단하는 것을 더 포함하도록 설정될 수 있다.

상기 프로세서가 상기 추정된 스펙트럼으로부터 상기 신호를 수신한 채널의 본딩 여부를 판단하는 것은, 상기 추정된 스펙트럼의 보호대역(guard band)에 의한 특징을 기지의 OFDM 신호의 보호 대역과 비교하여 판단할 수 있다.

부가 정보 전송을 제거할 수 있으므로 데이터 전송률 향상을 꾀할 수 있으며, 센싱 모듈로부터 채널 본딩 여부에 대한 정보를 얻으므로 통신 모듈의 네트웍 초기 접속이 빠르게 수행될 수 있다.

도 1은 인지 무선 시스템에서의 사이클로스테이셔너리 특성을 이용한 신호 검출 과정의 일례이다
도 2는 본 발명이 적용될 수 있는 인지 무선 시스템 환경을 개략적으로 나타낸 것이다.
도 3은 본 발명이 구현될 수 있는 무선 장치의 OFDM 신호 검출 단계를 블록화하여 나타낸 것이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예가 구현되는 무선장치를 나타낸 블록도이다.

이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대하여 상세히 설명한다.

이하에서 센싱은 어느 주파수 대역에 다른 사용자의 신호가 있는지, 다시 말해서관심 주파수 대역에서 동작하는 다른 사용자의 존재 여부를 알기 위하여 관심 주파수 대역에서 신호를 검출하는 것을 지칭한다.

센싱은 단말에 의해 수행될 수 있으며, 단말은 UE(user equipment), MS(mobile station), MT(mobile terminal), 휴대용 기기, 인터페이스 카드 등과 같은 다른 명칭으로 불릴 수 있다. 단말은 다양한 무선 통신 관련 표준에 정의된 방식에 따라 관심 주파수 대역을 이용한 무선 통신이 가능한 무선장치이다. 무선 장치가 무선 통신을 위해 사용되는 프로토콜 및 채널 접근 방식은 본 발명의 범위를 벗어난 것으로서, 본 발명의 기술적 사상은 무선 장치의 채널 접근 방법 및 무선 통신을 위한 프로토콜 및 프레임 구조, 변조 및 코딩 방법 등에 의해 제한되지 아니한다. 일례로 단말은 IEEE 802.11af, IEEE 802.22, 또는 ECMA 392 표준을 만족하는 MAC(medium access control) 및 PHY(wireless-medium physical layer) 인터페이스를 포함하는 임의의 기능 매체일 수 있다.

또한, 관심대역에서 센싱의 대상이 되는 신호의 종류 또한 다양할 수 있다. 센싱대상 신호는 관심대역에서 동작하는 다른 무선 통신 시스템의 무선 장치에 의해 전송되는 신호이거나, 센싱 단말과 동일한 유형의 무선 통신 시스템의 단말 일 수 있다. 센싱 단말이 검출하고자 하는 신호가 어느 무선 장치에 의해 전송되는 것인지 여부에 의해 본 발명의 기술적 범위가 제한되지 않는다. 검출 대상 신호는 OFDM 방식으로 전송되는 신호로서 본딩된 채널을 통해 전송되는 신호일 수 있다.

경우에 따라서, 일정 주파수 대역은 해당 대역을 이용하는 것에 대한 허가를 받은 무선장치만이 사용할 수 있다. 이러한 주파수 대역에서 해당 주파수 대역의 사용권한이 있는 유저 또는 무선 장치는 인컴번트 유저(incumbent user), 주 사용자(primary user), 허가된 장치(licenced device) 등으로 다양하게 불리 수 있다. 이하에서는 이를 통칭하여 제1 사용자라 한다.

한정된 주파수 자원을 효율적으로 사용하기 위하여, 특정한 제1 사용자들을 위한 특정 주파수 대역이라 하여도 그 특정 주파수 대역이 제1 사용자들에 의해 사용되지 아니하는 경우, 해당 주파수 대역을 다른 무선 장치/무선 통신 시스템이 사용할 수 있도록 하는 것이 바람직하다. 비인가 유저가 해당 대역을 사용하기 위해서는 제1 사용자가 해당 주파수 대역을 사용하고 있는지 여부를 위한 센싱하는 것이 선행되어야 한다. 또한 해당 주파수 대역에서 제1 사용자의 신호가 검출되지 아니하여 비인가 유저가 해당 주파수 대역을 사용하고 있는 경우에도, 제1 사용자가 비인가 유저가 사용중인 주파수 대역을 다시 사용하고자 할 수 있으므로 주기적으로 해당 주파수 대역에서 제1 사용자의 신호가 검출되는지 센싱하는 것이 필요하다.

해당 주파수 대역을 사용하기 전에 선행하는 센싱 과정에서 해당 주파수 대역에 제1 사용자의 신호가 검출되는 경우, 다른 주파수 대역을 사용하여야 한다. 또한, 해당 주파수 대역에서 제1 사용자의 신호가 검출되지 아니하여 해당 주파수 대역의 사용을 시작하였다 하여도 센싱 결과 제1 사용자의 신호가 검출되면 해당 주파수 대역의 사용을 중단하여야 한다.

신호 검출 기술은 주파수 스펙트럼 환경을 검출하여 주파수 사용 현황을 감지하고, 관심 대역을 사용하는 1차 사용자에게 간섭 영향을 발생시키지 않기 위한 핵심적인 주파수 자원 공유 기술이다. 스펙트럼 센싱 기술은 송신기 검출 방식, 수신기 검출 방식 그리고 간섭 검출 방식으로 나눌 수 있다. 일반적으로 가장 많이 사용되는 센싱 방식인 송신기 검출 방법은 관심대역을 사용하고자 하는 비인가 유저가 1차 사용자의 송신 신호를 지역적인 관측을 통해 독립적으로 신호를 검출한다. 송신기 검출 방식은 정합필터 검출 방식, 에너지 검출 방식, 사이클로스테이션너리(cyclostationary) 검출 방식 등이 있다.

사이클로스테이션너리 검출 방식은 관심대역에서 각 1차 사용자의 전송 신호의 구별되는 특성을 신호검출에 이용하는 방식이다. 일반적으로 1차 사용자의 변조 신호는 고유의 주기성을 갖는 성분을 포함하고 있다. 일례로, 단일 반송파 시스템인 경우 고유의 주기를 갖는 정현파 성분을 포함하고, UWB(Ultra Wideband) 시스템의 경우에는 펄스 열(pluse train), 대역 확산 시스템의 경우에는 확산 부호(spreading code) 또는 호핑 시퀀스(hopping sequence), OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing) 시스템의 경우에는 CP(Cyclic Prefix)와 같은 고유의 주기성을 갖는 성분을 포함한다. CP는 시스템에 따라 보호간격(Guard Interval, GI) 등의 다른 명칭으로 불릴 수 있다.

이러한 주기적인 성분들은 전형적으로 수신기에서 반송파 위상, 펄스 타이밍, 다중 경로 도착 등의 파라미터 추정을 위해 의도적으로 사용된다. 따라서 전송 데이터는 스테이션너리(staionary) 랜덤 프로세스(random process) 성격을 가지고 있다 하여도, 변조된 신호는 그 평균과 자기상관(autocorrelation) 함수 등이 통계적으로 주기성을 갖게 되므로 사이클로스테이셔너리한 특성을 나타내게 된다.

일반적으로 스테이셔너리 랜덤 프로세스의 신호 분석을 위해서는 자기상관 함수와 전력 스펙트럼 밀도(power spectral density) 함수를 이용하게 되지만, 이러한 사이클로스테이셔너리 신호는 그 주기적인 특성으로 인해 주파수 성분간의 상관성이 존재하게 되어 스펙트럴 상관 함수(spectral correlation function)를 이용할 수 있다.

도 1은 인지 무선 시스템에서의 스펙트럴 상관 함수를 이용한 스펙트럼 상관 기반의 신호 검출 과정의 일례를 나타내고 있다.

사이클로스테이셔너리 검출 방식은 수신된 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하고 싸이클릭 자기 상관 함수(cyclic autocorrelation function) 혹은 스펙트럼 상관 함수(spectral correlation function) 등을 이용한 신호의 상관성을 구하여 평균 임계치 이상이면 제1 사용자의 신호가 스펙트럼을 사용하고 있다고 판단하게 된다. FFT단에서 샘플의 수 N이 증가할수록 스펙트럼 분해능(spectrum resolution)이 세밀해져 주파수 해상도가 우수해지므로 상대적으로 낮은 SNR의 신호 및 협대역 신호의 인지가 가능하다.

또한 싸이클로스테이셔너리 특성을 계산할 때 평균 시간 T를 길게 하여 잡음 성분의 상쇄를 통해 잡음 전력의 레벨을 낮출 수 있기 때문에 해당 채널에서의 신호대 잡음비(SNR)이 향상되는 장점이 있다. 다만 실제 인지 무선 시스템의 사용에서는 빈 주파수 대역을 인지 무선 시스템이 사용하고 있을 때, 1차 사용자가 스펙트럼을 사용하기 위해 나타나는 경우 인지 무선 사용자는 소정의 시간 안에 스펙트럼을 비워줘야 하므로 상관 함수를 구하기 위한 T의 시간을 제약 없이 길게 할 수는 없다.

스펙트럼 상관 함수 측면에서 살펴보면 변조된 1차 사용자 신호의 시간 관련 파라미터에 해당하는 위상 및 주파수 정보는 그대로 보존되고, 변조 방식에 따라서도, 예를 들면 BPSK(Binary Phase Shift Keying)와 QPSK(Quadrature Phase Shift Keying)의 경우 동일한 PSD(Power Spectral Density)를 갖는 반면에 각각의 스펙트럼 상관 함수는 확실히 구분됨으로, 스펙트럼 상의 높은 자기 상관성을 제공하는 독특한 고유의 스펙트럼 상관 함수 형태를 지니게 된다. 반면에 잡음 성분 및 간섭 신호의 경우에는 사이클로스테이셔너리 특성을 가지지 않기 때문에 매우 낮은 상관값으로 나타나게 된다.

결과적으로 스펙트럼 상관을 이용한 신호 인지를 통해 마지막으로 출력되는 정보는 사용자 채널 내에 존재하는 1차 사용자 신호의 수, 1차 사용자 시스템의 신호 변조 방식, 1차 사용자 시스템의 심볼 전송률, 1차 사용자 채널 내 간섭 신호의 유무 등의 특징을 알아낼 수 있다.

도 2는 본 발명이 적용될 수 있는 인지 무선 시스템 환경을 개략적으로 나타낸 것이다.

도 2의 IEEE 802.11af 시스템, ECMA 392 시스템은 OFDM 신호를 한 개의 채널에서 두 개 이상의 채널로 확장시키는 채널 본딩을 지원하는 시스템의 일례로서, 본 발명은 이에 한정되지 아니한다. 다시 말해서, 채널 본딩을 지원하는 OFDM 시스템이라면 그 구체적인 통신 프로토콜, 무선 프레임의 구조 등에 의해 제한되지 아니하고 본 발명의 실시예가 적용될 수 있다.

본 발명이 제안하는 OFDM 신호 검출 방법에 따르면, 도 2와 같이 채널 본딩을 지원하는 OFDM 시스템에서 단말이 신호를 단일 채널 수신 모듈을 통하여 수신할 때, 스텍트럼 센싱 알고리즘을 이용하여 수신한 신호의 종류 및 채널 본딩 여부를 파악할 수 있다.

이하, 도 3을 참조하여 본 발명을 자세히 설명하면 다음과 같다.

도 3은 본 발명이 구현될 수 있는 무선 장치의 OFDM 신호 검출 단계를 블록화하여 나타낸 것이다.

본 발명이 구현될 수 있는 무선 장치는 단일 채널 센싱 수신 RF부, A/D 변환부, 사이클로스테이셔너리 특성 연산부, 신호 검출 및 종류 판단부 및 채널 본딩부를 포함한다. 이에 더하여 스펙트럼 추정부 및 보호대역 추정부를 더 포함할 수 있다.

본 발명은 IEEE 802.11a 시스템과 같이 단일 채널 시스템이 채널 본딩 여부를 파악할 수 있도록 전송하는 부가 정보를 이용하여 채널 본딩 여부를 알아내는 것이 아니라, 채널 본딩 여부를 나타내는 부가 정보 없이 단일 채널 수신기로부터 얻은 데이터를 알고리즘을 통해 신호 검출 및 신호의 종류 구별 그리고 채널의 본딩 여부까지 파악할 수 있도록 한다.

본 발명의 실시예가 구현되는 무선장치는 단일채널 센싱 수신 RF부를 통하여 OFDM 신호를 수신한다.

수신된 OFDM 신호는 A/D 변환부를 거쳐 디지털 신호로 변환된다. 사이클로스테이셔너리 특성 연산부는 OFDM 신호의 싸이클릭 자기 상관 함수(cyclic autocorrelation function, CAF) 혹은 스펙트럼 상관 함수(spectral correlation function, SCF) 등으로부터 신호 검출 및 종류 분류를 위해 특성값을 계산한다.

신호 검출 및 종류 판단부는 계산된 특성값을 기반으로 신호의 존재 유무 및 신호의 종류를 파악한다. 예를 들어 CAF로 계산되는 사이클로스테이셔너리 특성은 CP가 포함된 OFDM 한 심볼의 주기로 나타나므로, 샘플링 주파수 Fs, FFT 사이즈(size), CP의 비(ratio)에 따라 다르게 나타난다. 만약 다양한 CR 시스템이 각각 다른 Fs, FFT 사이즈, CP 비(cyclic prefix ratio)를 갖는다면 다른 사이클로스테이셔너리 특성을 나타내므로 이를 통해 신호 구분이 가능하다.

복수의 채널을 통해 OFDM 신호를 전송하는 채널 본딩 방법은 채널 개수에 따라 FFT 사이즈를 증가시켜 부반송파 간격을 유지하는 방법과 본딩되는 채널의 개수와 상관없이 FFT 사이즈를 고정시켜 부반송파의 간격이 변하는 방법 두가지로 나뉠 수 있다.

먼저 본딩된 채널의 개수와 상관없이 항상 같은 FFT 사이즈를 유지하는 경우를 가정하여 본 발명의 실시예를 설명한다. 이러한 예로 IEEE 802.11af 시스템의 신호를 들 수 있다. IEEE 802.11af 시스템의 OFDM 신호에서 FFT 사이즈가 64이고 CP 비는 1/4, Fs=5MHz, 단일 채널 수신기의 샘플링 주파수가 f_s = 48/7MHz라 할 때 CP를 포함한 OFDM 한 심볼의 길이는 수식 1과 같이 계산될 수 있다.

IEEE 802.11af 시스템에서 CP(이를 달리 표현하면 GI라 할 수 있다.)의 반복 특성에 따라 OFDM 한 심볼 주기로 주기성이 나타난다. 따라서 첫번째 사이클릭 주파수(cyclic frequency)는 수식 2와 같이 계산될 수 있다. 이후 다음 사이클릭 주파수는 α₁의 정수배에서 나타난다.

이 신호를 2채널 본딩 하는 경우 FFT 사이즈는 고정되어 변함이 없으나, Fs=10MHz로 증가한다. 센싱 모듈이 1채널 수신 모듈이라 할 때 A/D 변환부의 샘플링 주파수가 48/7MHz라 하면 CP를 포함한 OFDM 한 심볼의 크기를 계산하면 수식 3과 같다.

채널이 한 채널에서 두 채널로 2배 증가하였지만 FFT 사이즈는 변함이 없으므로 샘플링된 OFDM심볼의 샘플 수는 1 채널에서 계산된 것과 비교할 때 반으로 줄어든 것을 확인할 수 있다. CP의 반복 특성에 따라 OFDM 한 심볼 주기로 주기성이 나타나므로 첫번째 사이클릭 주파수는 수식 4와 같이 계산되며 이의 정수배에서 사이클로스테이셔너리 특성이 나타난다.

결과적으로 IEEE 802.11af와 같이 본딩된 채널의 개수와 상관없이 FFT size가 고정인 경우 본딩된 채널의 개수가 늘어나면 그에 비례하여 사이클릭 주파수가 증가한다는 것을 알 수 있다. 따라서 단일 채널 센싱 수신기로 수신된 신호의 사이클로스테이셔너리 특성만으로 신호의 검출, 신호 종류 및 본딩된 채널의 개수까지 파악할 수 있다.

이하에서는 상술한 예와 달리, 본딩된 채널의 개수에 비례하여 FFT 사이즈가 증가된 신호를 단일 채널 수신기로 데이터를 수신한 경우를 가정한다. 앞서 설명한 본딩된 채널의 개수와 상관없이 FFT 사이즈가 고정인 경우와 FFT 사이즈를 제외한 다른 조건은 동일하다고 가정하고, 2채널 본딩의 경우를 가정하여 설명한다.

2채널의 경우 대역폭 10MHz, 128 FFT 사이즈를 가지므로 CP를 포함한 한 OFDM 심볼의 크기는 수식 5와 같이 계산될 수 있다.

수식에서와 같이 채널 대역폭이 두 배로 늘어나더라도 FFT 사이즈가 그에 비례하여 증가하므로 심볼 주기에는 변화가 없다. 따라서 이로부터 계산된 사이클릭 주파수 또한 같은 값을 갖는다. 이는 결과적으로 IEEE 802.11af 신호의 경우 본딩된 채널 개수와 상관없이 센싱 모듈의 A/D 변환 샘플링 주파수 48/7MHz로 샘플링한 경우를 가정한다면 항상 α=62.5KHz 에서 사이클로스테이셔너리 특성을 나타내는 것을 의미한다. 이런 경우에는 신호의 종류는 구분할 수 있지만 채널 본딩의 여부는 구분할 수 없다.

따라서 이런 경우 채널 본딩 여부를 판단할 수 있는 다른 방법을 함께 이용해야 하는데 채널 본딩 신호의 스펙트럼 특성상 널(null) 신호가 실리는 보호 대역(guard band)의 대역폭 다르므로 이 정보를 파악하는 스펙트럼 추정 블록을 포함될 수 있다.

앞서 설명한 것과 같이 OFDM 신호의 경우 본딩된 채널 개수와 상관없이 FFT 사이즈가 고정인 경우에는 사이클로스테이셔너리 특성을 나타내는 사이클릭 주파수로부터 본딩 여부를 판단할 수 있다. 그러나 본딩된 채널의 개수에 따라 FFT 사이즈가 증가하는 경우에는 신호의 종류만 파악할 수 있을 뿐 채널의 본딩 여부는 판단할 수 없다.

이러한 경우 채널의 본딩 여부는 스펙트럼 추정을 통해 판단될 수 있다. 예를 들어 IEEE 802.11af 신호와 같이 대역폭이 5MHz인 1 채널 신호인 경우에는 데이터가 4MHz의 대역을 점유하고 있으므로 양쪽 0.5MHz씩 보호 대역을 가지지만 2 채널 본딩을 하는 경우에는 10MHz 대역폭에 데이터가 8MHz 대역을 점유하고 있으므로 양쪽 1MHz씩 보호 대역을 둔다. 따라서, 스펙트럼 추정을 통해 보호 대역의 대역폭에 따라 몇 개의 채널이 본딩된 것인지 판단할 수 있다. 일례로 상술한 예에서 보호대역의 대역폭이 0.5MHz면 1채널, 1MHz면 2채널, 2MHz면 4채널이 본딩된 것으로 판단할 수 있다.

신호 검출 및 종류 판단부에서는 사이클로스테이셔너리 특성으로부터 신호 검출을 위한 특성값을 계산하고 이를 이용하여 신호의 존재 유무 판단 및 신호의 종류를 파악할 수 있다. 만약 FFT 사이즈가 고정인 경우에는 사이클로스테이셔너리 특성으로부터 본딩된 채널의 개수까지 파악할 수 있지만 FFT 사이즈가 본딩 채널 개수에 따라 변하는 경우로 신호의 종류가 결정되면 신호의 종류와 본딩된 채널의 개수에 따라 보호 대역의 대역폭이 달라지므로 채널 본딩 판단부는 스펙트럼 추정 결과와의 기지의 스펙트럼 비교를 통해 본딩된 채널 개수를 판단할 수 있다.

도 4는 본 발명의 일 실시예가 구현되는 무선장치를 나타낸 블록도이다.

무선장치(400)는 프로세서(410), 메모리(420) 및 송수신기(430)를 포함한다. 송수신기(430)는 OFDM 신호를 송신/수신하고, 채널에서 신호를 센싱한다. 프로세서(410)는 송수신기(430)와 기능적으로 연결되어, 송수신기를 통해 수신한 OFDM 신호를 도 3과 함께 설명한 과정을 거쳐 신호의 검출, 신호 종류 및 채널의 본딩 여부를 판단할 수 있도록 설정된다. 무선장치는 프로세서(410)에 구현된 무선 통신 프로토콜 및 설정에 따라 IEEE 802.11af의 스테이션 또는 ECMA 392 표준을 지원하는 인지 무선 통신의 무선장치로 동작할 수 있다.

프로세서(410) 및/또는 송수신기(430)는 ASIC(application-specific integrated circuit), 다른 칩셋, 논리 회로 및/또는 데이터 처리 장치를 포함할 수 있다. 메모리(420)는 ROM(read-only memory), RAM(random access memory), 플래쉬 메모리, 메모리 카드, 저장 매체 및/또는 다른 저장 장치를 포함할 수 있다. 실시예가 소프트웨어로 구현될 때, 상술한 기법은 상술한 기능을 수행하는 모듈(과정, 기능 등)로 구현될 수 있다. 모듈은 메모리(420)에 저장되고, 프로세서(410)에 의해 실행될 수 있다. 메모리(420)는 프로세서(410) 내부 또는 외부에 있을 수 있고, 잘 알려진 다양한 수단으로 프로세서(410)와 연결될 수 있다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 채널 본딩 OFDM 신호 검출 방법은 신호의 검출과 신호 종류 및 채널의 본딩 정보를 파악할 수 있다. 종래의 IEEE 802.11a OFDM 시스템에서와 같이 데이터 송수신 모듈에서 채널 본딩 여부를 파악할 수 있도록 송신하는 부가 정보 없이도 신호 검출 및 채널 본딩 정보 파악이 가능하다. 이에 따라 부가 정보 전송을 제거할 수 있어 데이터 전송률을 향상시킬 수 있으며, 센싱 모듈로부터 채널 본딩에 대한 정보를 얻으므로 통신 모듈의 네트웍 초기 접속이 빠르게 수행될 수 있다.

상술한 실시예들은 다양한 양태의 예시들을 포함한다. 다양한 양태들을 나타내기 위한 모든 가능한 조합을 기술할 수는 없지만, 해당 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자는 다른 조합이 가능함을 인식할 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명은 이하의 특허청구범위 내에 속하는 모든 다른 교체, 수정 및 변경을 포함한다고 할 것이다.

Claims (14)

1. 단일 채널 수신기를 이용한 OFDM 신호 검출 방법에 있어서,
   단일 채널 수신 RF(Radio Frequency) 체인을 통해 센싱 데이터를 수신하고,
   상기 센싱 데이터의 사이클로스테이셔너리(cyclostationary) 특성을 획득하고, 및
   상기 센싱 데이터의 사이클로스테이셔너리 특성을 기반으로 신호의 존재 여부를 판단하는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
2. 제1 항에 있어서,
   상기 신호의 존재 여부를 판단하는 것은 상기 센싱 데이터의 사이클로스테이셔너리 특성과 기지의 OFDM 신호의 파라미터로부터 얻어진 상기 기지의 OFDM 신호의 사이클로스테이셔너리 특성을 비교하여 판단하는 것을 특징으로 하는 방법.
3. 제1 항에 있어서,
   상기 신호의 존재 여부를 판단하여 상기 신호가 존재하면,
   상기 센싱 데이터의 사이클로스테이셔너리 특성과 기지의 OFDM 신호의 사이클로스테이셔너리 특성을 비교하여 상기 신호의 종류를 판단하는 것을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
4. 제1 항에 있어서,
   상기 신호의 존재 여부를 판단하여 상기 신호가 존재하면,
   상기 센싱 데이터의 사이클로스테이셔너리 특성과 기지의 OFDM 신호의 사이클로스테이셔너리 특성을 비교하여 상기 신호의 본딩 채널 개수를 판단하는 것을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
5. 제1 항에 있어서,
   상기 센싱 데이터를 기반으로 스펙트럼을 추정하고,
   상기 추정된 스펙트럼으로부터 상기 신호를 수신한 채널의 본딩 여부를 판단하는 것을 더 포함하는 방법.
6. 제5 항에 있어서,
   상기 추정된 스펙트럼으로부터 상기 신호를 수신한 채널의 본딩 여부를 판단하는 것은,
   상기 추정된 스펙트럼상에 나타나는 보호대역(guard band)에 의한 특징을 기지의 OFDM 신호의 보호 대역과 비교하여 판단하는 것을 특징으로 하는 방법.
7. 단일 채널 수신기를 이용하여 OFDM 신호를 검출하는 무선장치에 있어서,
   상기 무선장치는, 무선 신호를 수신하고 관심 주파수 대역을 센싱하는 단일채널 센싱 수신 RF부;
   상기 무선 신호를 디지털 신호로 변환하는 A/D 변환부;
   상기 디지털 신호의 사이클로스테이셔너리 특성을 구하는 사이클로스테이셔너리 특성 연산부;
   상기 디지털 신호의 사이크로스테이셔너리 특성을 기반으로 상기 무선 신호의 종류를 판단하는 신호 검출 및 종류 판단부; 및
   상기 신호 검출 및 종류 판단부에서 판단된 상기 무선신호의 종류를 기반으로 채널의 본딩 여부를 판단하는 채널 본딩 판단부;를 포함하는 것을 특징으로 무선장치.
8. 제7 항에 있어서,
   상기 무선장치는 상기 디지털 신호를 기반으로 스펙트럼을 추정하는 스펙트럼 추정부; 및
   상기 추정된 스펙트럼을 기반으로 보호대역의 대역폭을 추정하는 보호대역 추정부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 무선장치.
9. 무선 신호를 수신하는 송수신부; 및
   상기 송수신부와 기능적으로 연결되고, 신호 검출을 수행하는 프로세서를 포함하되,
   상기 송수신부는 단일 채널 수신 RF(Radio Frequency) 체인을 통해 센싱 데이터를 수신하고,
   상기 프로세서는 상기 센싱 데이터의 사이클로스테이셔너리(cyclostationary) 특성을 획득하고, 및
   상기 센싱 데이터의 사이클로스테이셔너리 특성을 기반으로 신호의 존재 여부를 판단하도록 설정되는 것을 특징으로 하는 무선장치.
10. 제9 항에 있어서,
    상기 프로세서가 상기 신호의 존재 여부를 판단하는 것은, 상기 센싱 데이터의 사이클로스테이셔너리 특성과 기지의 OFDM 신호의 파라미터로부터 얻어진 상기 기지의 OFDM 신호의 사이클로스테이셔너리 특성을 비교하여 판단하는 것을 특징으로 하는 무선장치.
11. 제9 항에 있어서,
    상기 프로세서는 상기 신호의 존재 여부를 판단하여 상기 신호가 존재하면,
    상기 센싱 데이터의 사이클로스테이셔너리 특성과 기지의 OFDM 신호의 사이클로스테이셔너리 특성을 비교하여 상기 신호의 종류를 판단하는 것을 더 포함하도록 설정된 것을 특징으로 하는 무선장치.
12. 제9 항에 있어서,
    상기 프로세서는 상기 신호의 존재 여부를 판단하여 상기 신호가 존재하면,
    상기 센싱 데이터의 사이클로스테이셔너리 특성과 기지의 OFDM 신호의 사이클로스테이셔너리 특성을 비교하여 상기 신호의 채널 본딩 여부를 판단하는 것을 더 포함하도록 설정된 것을 특징으로 하는 무선장치.
13. 제9 항에 있어서,
    상기 프로세서는, 상기 센싱 데이터를 기반으로 스펙트럼을 추정하고,
    상기 추정된 스펙트럼으로부터 상기 신호를 수신한 채널의 본딩 여부를 판단하는 것을 더 포함하도록 설정된 무선장치.
14. 제13 항에 있어서,
    상기 프로세서가 상기 추정된 스펙트럼으로부터 상기 신호를 수신한 채널의 본딩 여부를 판단하는 것은,
    상기 추정된 스펙트럼에 주기적으로 나타나는 보호대역(guard band)에 의한 특징을 기지의 OFDM 신호의 보호 대역과 비교하여 판단하는 것을 특징으로 하는 무선장치.

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