KR20120139747A - 복수 무선망들 간에 스펙트럼 공유를 위한 시스템 및 방법 - Google Patents

복수 무선망들 간에 스펙트럼 공유를 위한 시스템 및 방법 Download PDF

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KR20120139747A
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Abstract

시간적, 지리적 및 주파수적으로 중첩하는 스펙트럼이 하나를 초과하는 망에 할당된다. 망들은 망들의 전송들 간에 충돌을 피하기 위하여 스펙트럼 공유 제어데이터에 따라 스펙트럼 공유를 채용함으로써 스펙트럼을 공유한다.

Description

복수 무선망들 간에 스펙트럼 공유를 위한 시스템 및 방법{SYSTEM AND METHOD FOR SPECTRUM SHARING AMONG PLURAL WIRELESS RADIO NETWORKS}
본 발명은 무선통신 기반시설(infrastructure)에 관한 것으로서, 특히 하나의 망 또는 무선장치의 그룹보다 많은 망 또는 그룹에 의한 무선통신을 위한 스펙트럼의 동시 사용을 용이하게 하기 위한 시스템과 방법에 관한 것이다.
무선망들과 시스템들은 점차적으로 대중화되고 있는 중이다. 그러나, 무선통신은 지리적 영역 내에서 신뢰성이 있는 통신을 위해 사용될 수 있는 가용, 비간섭 스펙트럼(available, interference free spectrum)이 적기 때문에 제약을 받고 있다.
비간섭 스펙트럼의 이용도와 신뢰성을 향상시키기 위하여, 관리기관(예컨대, 미국에서 연방통신위원회(FCC))에 의해 통제되는 절차들이 스펙트럼을 할당하고 또한 사용하기 위해 개발되었다. 예컨대, 미국에서 면허 스펙트럼(licensed spectrum)과 무면허 스펙트럼(unlicensed spectrum)을 포함하는, 두 개의 일반적인 범주의 스펙트럼이 있다. 면허 스펙트럼에 관해서, FCC는 일차 스펙트럼시장에서 위원회 인가자에게 스펙트럼을 면허한다. 다른 당사자들에 의한 사용을 위해 위원회 인가자가 스펙트럼을 전대(재임대)하기 위해 이차 시장이 존재한다. 몇몇 협소한 예외(예컨대, 정부 우선권)를 제외하고는, 면허된 스펙트럼은 대응하는 위원회 인가자와 소정의 전대자들에 대해 배타적으로 보장된다.
무면허 스펙트럼은 면허없이 또한 사실상 소정의 당사자에 의해 사용될 수 있지만, 스펙트럼에 규제가 가해질 수 있다. 예시적인 무면허 스펙트럼은 산업, 과학 및 의료(ISM) 대역들과 정보 기반시설(UNⅡ) 대역들을 포함한다. 이들 대역들은, 사용자들이 소정의 규제에 동의한다면 모든 사용자들에게 개방된다. 미국에서, 이들 규제들은 FCC 파트(Part) 15로 공지되어 있다. 통상적으로, 이들 대역들은 전자 레인지, 무선전화, 저전력 무선 원격제어기 및 유사한 장치들에 사용되어 왔다. 최근에, IEEE 802.1(WiFi로 공지)의 출현으로, 이들 대역들은 지점-대-지점(point-to-point)과 지점-대-다지점(point-to-multipoint) 응용뿐만 아니라, 컴퓨터 통신과 이동 데이터 통신 활동을 위해 매우 인기가 있게 되고 있다. 이들 응용들의 장치들과 사용자들의 숫자가 증가하기 때문에, 무면허 ISM 및 UNⅡ 스펙트럼 대역들은 매우 혼잡하게 되어 가고 있다.
다른 무면허 스펙트럼은 아날로그 텔레비전(TV) 방송에서 디지털 TV 방송으로의 전환에 의해 자유롭게 되는 스펙트럼을 포함한다. 이 전환은 무면허 무선시스템들에 의한 사용을 위한 자유로운 스펙트럼 채널을 가져 이동통신과 인터넷 액세스와 같은 다양한 서비스들을 제공한다. 가용 스펙트럼 대역들은 통상적으로 TV 화이트 스페이스(white space)라 부르는데, 보호 주파수대(guard bands)와 채널 2와 채널 51 사이의 비사용 TV 채널(54 MHz 내지 698 MHz에 대응)로 구성된다.
디지털 TV 방송과 무선 마이크로폰 시스템과 같은 다른 인컴번트(incumbent) 시스템들과의 간섭을 피하기 위하여, 무선시스템의 통신활동에 사용될 수 있는 가용 채널들의 채널 맵을 등록하고 또한 수신하기 위해 TV 화이트 스페이스를 사용하는 무선장치(TV 화이트 스페이스 장치 또는 TVBDs로 불림)가 필요하다. 현재 규제는 이들 무선시스템들이 매 24시간마다 등록하는 것을 필요로 한다. 또한 이동 무선장치에 대해서, 만일 무선장치가 새로운 장소로 이동하면, 새로운 등록이 필요하다. 상이한 유형들의 무선장치에 대한 전송전력 한계(transmitted power limits)와 같은 무선장치들에 대한 다른 규제들이 존재한다. TV 화이트 스페이스의 규제에 관한 추가적 정보는 2008년 11월 4일 채택되어 2008년 11월 14일에 발표된, FCC 08-260, Second Report and Order and Memorandum Opinion and Order에서 찾아볼 수 있고, 이의 내용 전체는 여기에서 참조로 통합된다. 비슷한 제안들이 미국 이외의 다른 곳에 만들어졌다. 예컨대, 영국의 Ofcom은 2009년 2월 16일에 발간된, "Digital-Dividend:Cognitive-Access Consultation on License-Exempting Cognitive Devices Using Interleaved Spectrum"에서 인지무선(cognitive radios)에 의해 소정 스펙트럼에 대한 액세스를 기술하였다.
면허 스펙트럼을 효율적으로 사용하기 위하여, 인가자에 의해 전개되는 망은 스펙트럼 공유기술(또한 주파수 공유기술로도 불림)을 사용할 수 있다. 대부분의 스펙트럼 공유기술은 무선장치의 작동 프로토콜의 물리적 계층 또는 미디어 액세스 제어(media access control:MAC) 층에 포함된다. 예시적 유형들의 스펙트럼 공유는 주파수 분할 듀플렉스(FDD)와 시분할 듀플렉스(TDD)를 포함한다. 스펙트럼 공유에 대한 보다 특정한 예시적 표준들은 코드분할 다중 액세스(CDMA)와 직교 주파수분할 변조(OFDM)을 포함한다.
스펙트럼 공유를 사용할 수 있는 예시적인 망은 이동통신서비스 제공자에 의해 전개되는 망이다. 망에서 개별적인 무선장치(예컨대, 이동전화와 다른 지원되는 클라이언트 장치)는 망 호스트 장치에 의해 할당되는 "코드(codes)"들을 공유하는 상이한 스펙트럼을 사용하여 스펙트럼을 "공유"할 수 있다. 무선장치가 무선통신에 채용되는 데이터 및/또는 주파수대역들을 전송하고 수신할 수 있을 때 코드들이 통제된다.
개별적인 망들에 대해 스펙트럼 공유가 성공적으로 사용되어 왔지만, 스펙트럼 자원들의 통신용량을 증가시키기 위하여 스펙트럼 할당을 개선할 필요가 여전히 있다. 본 발명은, 각 망에 대해 할당된 스펙트럼이 시간적으로, 지리적으로 또한 주파수적으로 중첩되는 하나를 초과하는 망에 스펙트럼을 할당하는 것을 기술한다. 이외에도, 망들은 망들 간에, 그리고 망들 내 개별적인 무선장치들 간에 충돌을 피하기 위하여 제어 매카니즘에 따른 스펙트럼 공유를 채용함으로써 스펙트럼을 공유한다. 스펙트럼 공유는 확립된 스펙트럼 공유 프로토콜들에 의존할 수 있는데, 이 경우에 공통의 제어 매카니즘은 관련된 망들 간에 스펙트럼 공유 코드들의 분산을 수반할 수 있다. 스펙트럼 공유 프로토콜들은 간섭으로서 처리될 수 있는 시간적 및 공간적 충돌을 피하기 위하여 스펙트럼 공유 코드들을 사용한다. 그러므로, 기술하는 스펙트럼 공유 기술들 하에서, 중첩하는 스펙트럼을 사용하는 다양한 시스템들이 서로 간에 간섭을 피할 수 있다.
본 발명의 한 특징에 따라, 각각의 망이, 한 유닛으로서 또한 무선장치들의 그룹에 대한 스펙트럼 할당에 따라 관리되는 다수의 무선장치들을 포함하게 되는, 망들이 스펙트럼을 공유하게 조정하는 방법은, 망들 중 하나로부터 스펙트럼 할당요청을 수신하는 단계와; 망들 중 다른 망에 할당된 스펙트럼과 시간적, 주파수적 및 장소적으로 중첩하는 가용 스펙트럼에 상기 스펙트럼 할당요청을 부합시키는 단계와; 그리고 부합된 스펙트럼을 사용하는 무선통신과 함께 망들 중 상기 다른 하나의 무선통신을 동시에 수행하기 위해 상기 요청망(requesting network)에 의해 사용되는 스펙트럼 공유 제어데이터를 포함하는 스펙트럼 할당을 생성하고 또한 스펙트럼 할당을 요청망에 전송하는 단계를 포함한다.
본 발명의 다른 특징에 따라, 각각의 망이, 한 유닛으로서 또한 무선장치들의 그룹에 대한 스펙트럼 할당에 따라 관리되는 다수의 무선장치들을 포함하게 되는, 다수의 무선망들을 가지는 환경에서 무선통신을 수행하는 방법은, 요청망 내 무선장치들의 적어도 하나의 지원되는 스펙트럼 공유 프로토콜의 식별을 포함하는 스펙트럼 요청을 망들 중 하나에서 스펙트럼 관리시스템으로 전송하는 단계와; 그리고 스펙트럼 관리시스템에서부터 스펙트럼 할당을 수신하는 단계를 포함하고, 상기 스펙트럼 할당에 규정된 스펙트럼은 망들 중 다른 것에 할당된 스펙트럼과 시간적, 주파수적 및 장소적으로 중첩하고, 또한 스펙트럼 할당은 망들 중 상기 다른 것의 무선통신과 함께 무선통신을 동시에 수생하기 위해 요청망이 사용하는 스펙트럼 공유 제어데이터를 포함한다.
이들 및 다른 특징들은 다음에 오는 상세한 설명한 첨부도면들을 참조함으로써 명확하게 될 것이다. 상세한 설명과 도면에서, 본 발명의 특정 실시예들이, 본 발명의 원리들을 채용될 수 있는 방식들 중 몇몇을 나타내는 것으로 상세히 기술되지만, 본 발명의 이 범위에 제한되지 않는 것으로 이해해야 한다. 차라리, 본 발명은 첨부된 청구항들의 범위 내에 들어가는 모든 변경안들과, 수정안들과 등가안들을 포함한다.
한 실시예와 관련해 기술하고 및/또는 도시한 특징들은 또 다른 실시예들에서 및/또는 조합하여 또는 다른 실시예들의 특징들 대신에 동일한 방식 또는 유사한 방식으로 사용할 수 있다.
본 발명에 따라, 중첩하는 스펙트럼을 사용하는 다양한 시스템들이 서로 간에 간섭을 피할 수 있다.
도 1은 다수의 무선통신망들과 예시적 통신시스템의 무선장치들에 의한 스펙트럼 사용을 감독하기 위한 예시적 스펙트럼 관리시스템을 포함하는 예시적 통신시스템의 개략도.
도 2는 도 1의 예시적 통신시스템의 요소들에 의해 수행되는 기능적 동작을 나타내는 예시적 흐름도.
도면들을 참조하여 실시예들을 기술하게 되는데, 도면 전체를 통해 같은 요소들에는 같은 참조번호가 사용된다. 도면들은 반드시 크기 조절을 할 필요가 없다는 것을 알 것이다.
A(1). 무선통신 상황(Wireless Communications Context)
기술된 시스템들과 방법들의 특징은 스펙트럼을 사용할 수 있는 무선장치들의 유형들과는 별개이다. 이와 같이, 시스템들과 방법들은 무선통신을 위한 소정의 작동적 상황(operational context)에서 적용될 수 있고, 또한 무선통신들은 명확히 단일방향 신호 전송(예컨대, 응답없이 장치에 의한 수신을 위한 신호의 방송)을 포함하고 또한 장치들이 신호들의 교환을 행하는 양방향 통신을 포함한다. 방법들과 시스템들은 단순한 및/또는 지능 인지 무선장치(intelligent cognitive radio devices)에 적용될 수 있다. 방법들과 시스템들은 고정 장소 및/또는 이동무선장치들에 적용될 수 있다. 방법들과 시스템들은 면허 및/또는 무면혀 스펙트럼에 적용될 수 있다. 게다가, 방법들과 시스템들은 변조방법, 고조파 고려사항(harmonic consideration), 무선장치들이 사용하는 주파수 대역 또는 채널들, 전송되는 데이터 또는 정보의 유형, 무선장치들이 어떻게 정보를 수신하는지, 및 다른 유사한 통신 고려사항들에 특정되지 않는다. 그러므로, 시스템들과 방법들은 소정의 적절한 환경에서 응용을 가진다.
화이트 스페이스(예컨대, TV 화이트 스페이스)와 관련된 스펙트럼을 관리하는 경우에, 인컴번트 무선시스템을 포함하는, 스펙트럼에 대해 우선권(priority)을 가지는 무선시스템들은 화이트 스페이스 장치(WSDs)들과 같은 이차 스펙트럼 사용자에 대해 우월한 스펙트럼 사용권리를 가진다. 이차 무선시스템은 우선권(또는 일차) 무선시스템들이 사용하는 스펙트럼으로 인터리브되는(interleaved) 스펙트럼을 사용할 수 있다. 이러한 스펙트럼 사용과 할당을 관리하는 등록시스템(registration system)이 2009년 4월 14일자로 출원된 미국특허출원 제12/423,094호에 기술되어 있고, 이는 기재 내용 전체는 여기에서 참조로 통합된다. 이 등록시스템은 아래에서 상세히 기술되는 스펙트럼 관리시스템과 결합되거나 또는 관리시스템으로 그의 행동을 조정할 수 있다.
기술된 개념들은, 면허 스펙트럼의 할당을 포함하여, 다른 작동적 시나리오에 적용될 수 있다. 한 가지 작동적 시나리오는, 스펙트럼 중개 또는 교환을 통해 면허 소유자들이 이용할 수 있도록 된 가용 스펙트럼에 스펙트럼에 대한 요청들 또는 응찰이 부합되게 되는 시스템을 포함한다. 이 작동적 상황에서 스펙트럼 사용과 할당을 관리하는 시스템이 2008년 3월 5일에 출원된 미국특허출원 제12/042,543호에 기술되어 있고, 이의 기재 내용 전체는 여기에서 참조로 통합된다. 이 예시적인 상황에서, 스펙트럼 사용자는 아래에서 상세히 기술하는 바와 같이, 스펙트럼 인증(spectrum certificate)을 승인받을 수 있거나 또는 지리, 주파수, 스펙트럼 마스크(spectral mask), 시간, 전력한계, 및 스펙트럼 공유 제어데이터와 같은, 통신-관련 정보에 관하여 사용될 수 있는 스펙트럼을 명시하는 다른 데이터 객체를 승인받을 수 있다.
A(2).망
많은 기술적 자원들이 통신 매카니즘에 의해 작동적으로 연결되는 장치들의 그룹으로서 망을 기술한다. 본 발명의 목적을 위해, 용어 "망(network)"은 매우 엄밀하게 사용되게 된다. 본 발명의 목적을 위해, "망"은 하나의 유닛으로서 또한 무선장치들의 그룹에 대한 스펙트럼 할당에 따라 관리되는 무선장치들의 그룹이 되게 된다. 망 내 장치들은 단일 도메인(domain)에 속할 수 있거나(또는 속하지 않을 수 있고), 또는 공유보안정책(shared security policy) 또는 다른 속성들을 가질 수 있다(또는 가지지 않을 수 있다). 그러나, 개별적인 망을 형성하는 장치들은 망의 스펙트럼 할당에 의해 통제되고 또한 이 스펙트럼 할당은 망에 대해 고유한 스펙트럼 공유(예컨대, "공유 코드(sharing codes)")에 대한 제어 값들을 가진다. 하나의 망이 사용하는 스펙트럼 공유 제어 값들은, 다른 망이 장소, 시간 및 주파수에 관해서 중첩하는 스펙트럼에 대한 다른 스펙트럼 제어 값들을 사용할 수 있다 하더라도, 다른 망으로부터의 장치들에 의해 사용되지 않게 된다.
B. 통신 시스템
먼저 도 1을 참조하면, 예시적인 통신 시스템(10)이 도시되어 있다. 도시되고 또한 기술된 통신 시스템(10)은 아래에서 상세히 설명하는 기술들과 장치들의 장점을 가질 수 있는 대표 요소들을 포함한다. 따라서, 도 1의 도시한 통신 시스템(10)의 형상은 설명의 목적이고, 또한 도시된 형상과 다를 수 있다.
시스템(10)은 통신 기반시설(16)을 통해 망(14)들과 통신하는 스펙트럼 관리시스템(12)을 포함할 수 있다. 통신 기반시설(16)은 예컨대 인터넷일 수 있거나, 또는 다른 방식으로 구현될 수 있다.
B(1). 스펙트럼 관리시스템
스펙트럼 관리시스템(12)은 컴퓨터 애플리케이션(예컨대, 소프트웨어 프로그램)을 실행할 수 있는 컴퓨터-기반 시스템일 수 있다. 스펙트럼 관리시스템(12)은 스펙트럼 할당기능(18)을 실행하도록 구성될 수 있다. 스펙트럼 관리시스템(12)은 스펙트럼 이용성(availability)에 관한 데이터를 저장하고 또한 스펙트럼 할당기능(18)에 의해 사용되는 스펙트럼 데이터베이스(20)를 저장할 수 있다. 도시한 실시예에서, 스펙트럼 할당기능(18)과 스펙트럼 데이터베이스(20)는 스펙트럼 관리시스템(12)에서 공통적으로 호스트이다. 스펙트럼 할당기능(18) 및/또는 스펙트럼 데이터베이스(20)는 보다 분산된 방식으로 호스트가 될 수 있다는 것을 이해하게 될 것이다.
스펙트럼 관리시스템(12)은 스펙트럼 사용 결정(spectrum usage determination)을 만들고 및/또는 망(14)들 중 하나 이상에 스펙트럼 할당을 제공하는 임무를 한다. 스펙트럼 할당은 WSD의 망인 경우에 채널 맵들의 형식일 수 있거나 또는 면허 스펙트럼에 의존하는 무선망의 경우에 스펙트럼 인증의 형식일 수 있다.
표시한 바와 같이, 스펙트럼 관리시스템(12)은 컴퓨터기술로 구현될 수 있다. 한 실시예에서, 스펙트럼 할당기능(18)은 하나 이상의 컴퓨터 프로그램(예컨대, 실행 가능한 코드의 모음을 포함하는 하나 이상의 소프트웨어 애플리케이션)으로 실시된다. 컴퓨터 프로그램(들) 및/또는 데이터베이스(20)는 자기, 광의 형태인 메모리 또는 전자 저장장치(예컨대, 하드디스크, 광디스크, 플래시 메모리 등)과 같은 컴퓨터 판독가능 매체에 저장될 수 있다.
기능(18)을 실행하기 위하여, 시스템(12)은 특정된 논리 루틴(들)을 수행하는 명령들을 실행하는데 사용되는 하나 이상의 프로세서(22)를 포함할 수 있다. 이외에도, 시스템(12)은 데이터, 논리 루틴 명령들, 컴퓨터 프로그램들, 파일들, 운영시스템 명령들 등을 저장하기 위한 메모리(24)를 가질 수 있다. 도시된 바와 같이, 기능(18)과 데이터베이스(20)는 메모리(24)에 의해 저장될 수 있다. 메모리(24)는 휘발성 및 비-휘발성 메모리 요소들과 같은 여러 장치들을 포함할 수 있다. 따라서, 메모리(24)는 예컨대 시스템 메모리로서 작동하는 무작위 액세스 메모리(RAM), 판독전용 메모리(ROM), 하드디스크, 플로피디스크, 광디스크(예컨대, CD 및 DVD), 테이프, 플래시 장치 및/또는 다른 메모리요소와, 이에 더해 관련장치들, 플레이어 및/또는 메모리 장치용 판독기를 포함할 수 있다. 프로세서(22)와 메모리(24)의 요소들은 로컬 인터페이스(26)를 사용하여 연결될 수 있다. 로컬 인터페이스는 예컨대 제어버스를 수반하는 데이터버스, 망 또는 다른 서브시스템일 수 있다.
시스템(12)은 하나 이상의 통신 인터페이스(30)뿐만 아니라 다양한 비디오 및 입력/출력(I/O) 인터페이스(28)를 가질 수 있다. 인터페이스(28)는 시스템(12)을, 디스플레이(32), 키보드(34), 마우스(36), 및 다른 입력 및/또는 출력장치들과 같은 다양한 주변장치에 작동적으로 연결시키는데 사용된다. 통신 인터페이스(30)는 예컨대 모뎀 및/또는 망 인터페이스 카드를 포함할 수 있다. 통신 인터페이스(30)는 시스템(12)이 데이터 신호들, 음성 신호들, 비디오 신호들 및 이와 같은 신호들을, 통신 기반시설(16)을 통해 망(14)의 부품을 포함하여, 다른 장치들로 및 장치들로부터 전송하고 또한 수신할 수 있게 한다.
메모리(24)는 기초적인 사용자 인터페이스 특징을 제공할 뿐만 아니라, 시스템(12) 내 자원들의 할당과 사용을 제어하기 위해 프로세서(22)에 의해 실행되는 운영시스템(38)을 저장할 수 있다. 특별히, 운영시스템(38)은 메모리(24)의 할당과 사용을 제어하고, 프로세서(22)에 의해 실행되고 있는 다양한 애플리케이션들에 전용되는 프로세서(22)의 처리시간을 제어하고 그리고 주변장치들을 제어하고, 뿐만 아니라 다른 기능의 실행을 제어한다. 이 방식에서, 운영시스템(38)은 본 기술분야의 당업자에게 일반적으로 알려져 있듯이, 기능(18)과 같은 애플리케이션들이 종속하는 기초로서 역할한다. 운영시스템(38)은 또한, 시스템(12)용 그래픽 사용자 인터페이스(GUI)의 형상들과 같은, 사용자에게 제시되는 사용자 인터페이스 완경의 대부분을 제어할 수 있다.
한 실시예에서, 시스템(12)은 아래에서 기술하는 스펙트럼 관리기능을 호스트하도록 기능(18)을 실행하는 서버로서 구성될 수 있다. 스펙트럼 관리기능은, 사용자가 무선통신을 위해 스펙트럼을 사용할 수 있도록, 자격이 있는 사용자들에게 스펙트럼 사용 결정들을 제공하는 것을 포함한다.
스펙트럼 관리 시스템에 의해 관리되는 스펙트럼이 TV 화이트 스페이스를 포함하는 실시예에서, 시스템(12)은 상기에서 언급한 FCC Report and Order에 따라, 미국 밖에서 찾아 볼 수 있는 유사한 규정들에 따라 구성되고, 및/또는 상기에서 언급한 미국특허출원 제12/423,094호에 따라 구현되는 등록시스템으로서 역할할 수 있다. 이 실시예에서, 데이터베이스(20)에 포함되는 정보는 장소, 윤곽(contour), 액세스 또는 사용자 규칙(예컨대, 전송전력한계), 및 무면허 스펙트럼에 관련되는 다른 관련데이터를 기술할 수 있다.
시스템(12)이 대응하는 위원회 인가자 및/또는 무선통신을 위한 스펙트럼을 찾는 다른 당사자들에 의한 사용을 위한 면허 스펙트럼을 관리하는 경우에, 데이터베이스(20)는 위치, 시간 이용성, 주파수 또는 스펙트럼 마스크, 스펙트럼에 의해 지원되는 망 애플리케이션의 유형들, 및 스펙트럼의 사용에 관한 소정의 다른 관련 데이터에 관하여 가용 면허 스펙트럼을 기술하는 정보를 포함할 수 있다.
B(2). 망 구성
도시하고 기술한 망(14)들은 아래에서 상세히 기술하는 기술들 및 장치들의 장점을 취할 수 있는 대표 요소들을 포함하는 것으로 이해해야 한다. 따라서, 도 1의 도시된 망(14)의 형상은 기술의 목적을 위한 것이고, 도시된 형상과는 다를 수 있다.
도시한 실시예에서, 다수의 망(14)들이 도시되어 있고 또한 망(14a 내지 14n)들로 표시되어 있다. 제1망(14a)의 요소들이 도시되어 있다. 다른 망(14)들은 제1망(14a)의 요소들에 기술된 기능을 가지는 요소들을 포함한다는 면에서 비슷한 구조를 가질 수 있다. 예컨대, 망들 각각은 관리 에이전트(40)와 다수의 무선장치(42)들을 포함할 수 있다. 제1망(14a)에 대한 무선장치(42)들은 무선장치(42a 내지 42n)으로 표시되어 있다. 관리 에이전트(40)는 무선장치(42)들 중 하나의 일부를 형성하거나 또는 개별적인 망 관리장치일 수 있다. 또한, 각 무선장치(42) 제어기와 관리 에이전트(40)는 다음 장에서 아주 상세하게 기술하는 각각의 논리 기능들을 수행할 수 있다. 따라서, 무선장치(42)의 제어기들 및/또는 관리 에이전트(40)는 예컨대, 논리적 명령들(예컨대, 코드의 형태로 논리적 기능을 실시하는 소프트웨어 프로그램)을 실행하는 프로세서와 그리고 논리적 명령들과 관련 데이터를 저장하는 메모리와 같은 컴퓨팅 기술을 사용하여 구현될 수 있다.
C. 스펙트럼 관리
도 2를 참조하면, 스펙트럼 관리시스템(12)으로 망(14)을 등록하고 또한 망(14)에 스펙트럼 할당을 제공하기 위해 망(14)들과 스펙트럼 관리시스템(12) 중 하나에 의해 취해지는 논리적 및 기능적 동작들이 도시되어 있다. 스펙트럼 관리시스템(12)의 동작들은 스펙트럼 할당기능(18)을 실행함으로써 수행될 수 있고 또한 망(14)의 동작들은 관리 에이전트(40)에 의해 실행되는 대응하는 프로그램을 실행함으로써 수행될 수 있다. 그러므로, 도 2의 흐름도는 관리 에이전트(40)로 표시되는 바와 같이 스펙트럼 관리시스템(12)과 망(14)에 의해 각각 수행되는 대응하는 방법들의 단계들을 나타내는 것으로 생각할 수 있다. 비록 도 2가 기능적 블록들을 실행하는 특정 순서를 보여준다고 하더라도, 블록들 실행하는 순서는 도시된 순서에 대해 변경될 수 있다. 또한, 연속으로 도시된 두 개 이상의 블록들은 동시에 또는 부분적 동시성으로 실행될 수 있다. 소정의 블록들은 또한 생략될 수 있다.
한 실시예에서, 관리 에이전트(40)와 스펙트럼 관리시스템(12) 간의 기술된 상호작용들은 통신 기반시설(16)을 통해 적절한 메시지를 전송함으로써 수행될 수 있다.
기능적 흐름은 블록(44)에서 시작할 수 있는데, 여기서 관리 에이전트(40)는 망(14) 내 무선장치(42)들의 작동 능력을 결정한다. 이 정보는 미리 취득하여 관리 에이전트(40)에 의해 유지되는 데이터베이스에 저장될 수 있었거나, 또는 하나 이상의 관련 무선장치(42)들을 폴링(polling)함으로써 확인될 수 있다. 정보는 무선장치(42)에 의해 지원되는 스펙트럼 공유 능력들과 프로토콜들을 포함할 수 있다. 예컨대, 무선장치(42)는 CDMA, OFDM, 및/또는 몇몇 다른 프로토콜을 사용하여 동작할 수 있다. 가능한 출력 전력 동작레벨(possible output power operating level), 가능한 동작 주파수들과 같은 다른 무선장치 특징들을 확인할 수 있다.
물리적 무전장치 특징들 이외에, 동작 특징들의 예들은, 통신 애플리케이션의 유형 또는 망(14)이 배치되는 목적, 원하는 처리량, 데이터 패킷 충돌에 대한 허용 레벨 등을 포함한다. 다른 정보는 망(14)에 의해 커버되는 지리적 영역에 관해서 망(14)의 위치와 그리고 망(14) 동작이 유지될 필요가 있는 시간주기를 포함할 수 있다.
다음에, 블록(46)에서, 관리 에이전트(40)는 스펙트럼 할당에 대한 요청을 스펙트럼 관리시스템(12)에 전송한다. 요청은, 망이 배치되는 애플리케이션과, 원하는 처리 능력과, 그리고 데이터 패킷 충돌에 대한 공차(허용정도)와 같은 소정의 다른 관련 변수들 중에서, 스펙트럼이 필요한 시간주기와, 망이 배치되는 영역의 지리적 식별과, 그리고 스펙트럼 공유 능력(예컨대, 지원되는 스펙트럼 공유 프로토콜들)를 포함하는, 블록(44)에서 결정되었던 망(14)에 대한 정보를 포함할 수 있다. 만일 망의 무선장치(42)가 TVDB들이라면, 스펙트럼 할당에 대한 요청은 채널 맵 요청의 형태일 수 있고 또한 망(14)의 스펙트럼 공유 능력들을 더 포함할 수 있다.
스펙트럼 할당에 대한 요청은 블록(48)에서 스펙트럼 관리시스템이 수신할 수 있고 또한 블록(50)에서 처리될 수 있다. 스펙트럼 할당 요청의 처리는, 장소, 시간, 애플리케이션 지원, 및 처리용량에 관해서 망(14)의 필요성을 충족하는 가용 스펙트럼에 원하는 스펙트럼 필요성을 부합시키는(mating) 것을 포함할 수 있다. 다른 망(14)은 이미 부합된 스펙트럼에 대한 스펙트럼 할당 또는 부합하는 스펙트럼과 중첩하는 스펙트럼 할당을 가질 수 있고 및/또는 다른 망(14)은 미래에 부합하는 스펙트럼과 중첩하는 방식으로 부합될 수 있다. 스펙트럼은 시간, 장소 및 주파수에서 몇몇 공용성의 면에서 "중첩"될 수 있다.
스펙트럼 이용성은, 망(14)에 할당되지 않은 또는 망(14)들 간에 공유되지 않을 수 있는 스펙트럼에 대해 스펙트럼 데이터베이스(20)를 탐색함으로써 결정될 수 있다. 한 실시예에서, 할당을 위한 면허 스펙트럼은, 여분의 스펙트럼 용량을 가지는 위원회 인가자로부터 얻을 수 있다. 위원회 인가자로부터의 스펙트럼은 스펙트럼에 대한 이차 시장에서부터 얻을 수 있거나 또는 인가자로부터 스펙트럼 관리시스템(12)에 이용될 수 있도록 만들어질 수 있다. 스펙트런의 다른 소오스는 가용 화이트 스페이스 스펙트럼을 포함한다. 한 해결책에서, 하나 이상의 TV 화이트 스페이스가, 기술한 스펙트럼 공유 기술을 사용하여 할당을 위해 유보될 수 있다. 다른 해결책에서, 저전력 텔레비젼 방송국의 스펙트럼을 사용할 수 있다. 한 실시예에서, 요청망(14)들은 스펙트럼 할당에 대해 비용을 지불할 수 있고 또한 스펙트럼을 이용 가능하게 만든 소정의 인가자는 보상받을 수 있다. 그러나, 스펙트럼 할당에 대한 비용 지불 및/또는 스펙트럼을 이용 가능하게 만든 것에 대한 보상은, 기술한 스펙트럼 공유 기술을 사용할 필요가 없다.
두 개 이상의 망(14)들이 중첩하는 스펙트럼에 부합되는 상황에서, 망(14)들 각각은 부합하는 스펙트럼을 사용하도록 허용될 수 있고, 또한 블록(52)에서, 스펙트럼 관리시스템(12)은 부합된 스펙트럼에 대응하는 스펙트럼 할당을 요청망 관리 에이전트(40)로 전송할 수 있다. 중첩하는 스펙트럼에 부합하는 망(14)들 간의 간섭을 극소화하기 위하여, 망(14)들 각각은 스펙트럼에 대해 상이한 스펙트럼 공유 제어데이터가 할당될 수 있다. 예컨대, 망(14a)과 망(14b)들 둘 다에, 시간, 장소, 및 주파수의 면에서 적어도 다소의 공통성을 가지는 스펙트럼이 할당되었다면, 망(14a)은 제1세트의 스펙트럼 공유 코드들이 할당될 수 있고 또한 망(14b)에는 제1세트의 스펙트럼 공유 코드들 내 스펙트럼 공유 코드들과 상이한 제2세트의 스펙트럼 공유 코드들이 할당될 수 있다.
따라서, 스펙트럼 할당은, 망(14)이 할당된 스펙트럼을 사용하도록 하고 또한 망(14)이 다른 망(14)과 망(14)의 외부에 있는 다른 무선장치들의 통신과 간섭하는 것을 제어하는 데이터를 포함할 수 있다. 한 실시예에서, 스펙트럼 할당은 망(14)을 결속시켜 단지 스펙트럼 할당에 따른 스펙트럼과 또한 망(14)이 사용하도록 권리를 받은 소정의 다른 스펙트럼(예컨대, 스펙트럼에 대해 망(14)이 위원회 인가자이거나 또는 무면허 스펙트럼)을 사용하도록 한다. 이를 위해, 스펙트럼 할당은 다음의 것들 중 하나 이상을 포함하는 하나 이상의 통신 규준(criteria)들을 명시하는 소프트웨어 데이터 객체의 형식일 수 있다: 스펙트럼 공유 제어데이터(예컨대, 중첩하는 스펙트럼에 대해 다른 망(14)에 할당되지 않지 않은 하나 이상의 스펙트럼공유 코드들); 스펙트럼 할당이 유효한 시간 윈도우; 주파수대역, 스펙트럼 마스크, 또는 다른 주파수 식별정보(예컨대, 중심 주파수 및 채널 폭); 전송전력한계; 스펙트럼 할당이 유효한 영역의 지리적 식별; 등.
화이트 스페이스(예컨대, TV 화이트 스페이스)에 의존하는 망의 경우에, 스펙트럼 할당은 다른 형식을 취한다. 예컨대, 이 상황에서 스펙트럼 할당은, 채널 맵에서 망(14)에 이용 가능한 것으로 식별되는 하나 이상의 채널들에 대한 스펙트럼 공유 제어데이터(예컨대, 스펙트럼 공유 코드들)에 채널 맵을 형식일 수 있다.
한 실시예에서, 스펙트럼 관리시스템(12)은, 망 특징들에 따라 망(14)들을 조직화된 방식으로 그룹화하는 방식으로 중첩하는 스펙트럼을 두 개 이상의 망(14)들이 공유할 수 있도록 하는 각각의 스펙트럼 공유 제어데이터와 중첩 스펙트럼을 할당하도록 구성된다. 한 실시예에서, 스펙트럼 할당들은, 중첩 스펙트럼의 블록을 공유하는 망(14)들이 동일한 스펙트럼 공유 프로토콜을 사용하여 동작하도록 이루어질 수 있다. 스펙트럼 공유를 위해 망들을 그룹화하는데 사용될 수 있는 다른 특징들은 무선장치(42)들의 유형들과, 망들의 통신 애플리케이션들의 유형들과, 망들의 전송전력 고려사항들, 등을 포함한다. 이 방식에서, 스펙트럼 관리시스템(12)은 스펙트럼 할당에서 스펙트럼 공유 기술과 스펙트럼 공유 제어데이터를, 중첩 스펙트럼을 공유한다는 고려하에서 망(14)들 모드에서 "가장 적은(least)" 가능성(capable) 무선장치의 능력들로 정규화할 수 있다. 이 해결책은 또한, 상이한 대역들 및/또는 다양한 위원회 인가자들로부터의 스펙트럼이 교환가능한 방식으로 처리될 수 있도록 한다. 비록 이 해결책이 관련 규제 제약 하에서 통신 효율을 극대화할 수 없다 하더라도, 이 해결책은 관리가 가능하고 또한 다양한 무선장치 유형들에 의해 사용될 수 있다.
한 실시예에서, 다수의 스펙트럼의 풀(pool)들이 확립될 수 있다. 각 풀은 상이한 유형들의 무선장치 능력들을 지원하는데 사용될 수 있다. 그런 다음, 스펙트럼은, 풀로부터 스펙트럼을 사용하는 모든 무선장치(42)들이 무선장치들의 공통 작동 능력들에 의해 "공존할 수 있도록(coexist)" 망(14)들 간에 할당될 수 있다. 다수의 스펙트럼 풀들의 사용은, 다양한 능력들을 가지는 무선장치들에 스펙트럼을 할당하는데 조력할 수 있는 한편, 중첩 스펙트럼을 공유하는 무선장치들 간에 상기에서 기술한 정규화(normalization)를 유지하는데 조력할 수 있다. 스펙트럼 풀들 각각은, 각각의 망들 간에 간섭을 피하기 위하여 충분히 유사한 형태로 스펙트럼을 사용하는 무선장치들에 개별적으로 할당될 수 있다. 예컨대, 방송 망과 이-방향 망 사이에서, 또는 FDD에 의존하는 망과 TDD에 의존하는 망 사이에서 공유 사용을 위해 중첩 스펙트럼을 할당하는 것은 비실용적일 수 있다. 대신에, 망들은 범주화될 수 있고(categorized) 또한 각 망은 망 범주에 대응하는 스펙트럼 풀로부터 스펙트럼이 할당될 수 있다. 이 실시예에서, 풀과 관련된 각 망은, 망들 간에 최소 간섭을 가지거나 또는 간섭을 가지지 않는 풀과 관련되는 소정의 다른 망과 스펙트럼을 공유하는 능력을 가지게 된다. 이 방식에서, 망이 하나보다 많은 풀로부터 스펙트럼을 사용할 수 있게 되는 것도 가능하다. 기술한 기술들 하에서, 망(14) 내 무선장치(42)들은, 망(14)에 할당된 스펙트럼에 대한 소정의 적용 가능한 소프트웨어 규정된 무선(SDR) 규칙 또는 규정 하에서 동작하도록 인증될 수 있지만, 그러나, 설명한 기술들 하에서 할당되는 스펙트럼을 사용하여 동작하도록 개별적인 무선장치(42)에 수정이 없거나 또는 최소 수정이 있다.
스펙트럼을 공유하는 망(14)들은 스펙트럼을 동등하게 공유할 필요가 없다. 시분할 "슬롯들"(Time division "slots"), 주파수분할 "슬롯들", 또는 다른 스펙트럼 공유 "슬롯들"이 중첩 스펙트럼을 공유하는 망(14)들 간에 균등하게 분할될 수 있거나 또는 중첩 스펙트럼을 공유하는 망(14)들 간에 불균등하게 분할될 수 있다. 예컨대, 만일 스펙트럼을 공유하는 두 개의 망(14)들이 있고 또한 스펙트럼에 대해 10개의 가용 스펙트럼 공유 코드들이 있다면, 망들 중 하나는 다섯 개를 초과하는 공유 코드들이 할당될 수 있고 또한 다른 망에는 다섯 개 미만의 공유 코드들이 할당될 수 있다. 한 실시예에서, 망(14)에 할당된 코드들의 개수는, 망(14)에 대해 필요한 처리량에 관련될 수 있다. 다른 실시예에서, 각 망(14)에 할당된 공유 코드들의 숫자는 망(14)들의 처리량 필요에 따라 다를 수 있다. 또한, 가용 코드들 모두가 할당될 필요가 없다. 할당되지 않은 공유 코드들은 미래의 요청망 또는 현존하는 망에 의해 요청되는 추가적인 용량을 유보될 수 있다. 이외에도, (상호변조(intermodulation)과 고조파(harmonic) 문제를 포함하는)대역 외 방출(out-of-band emissions)은 스펙트럼 관리시스템(12)에 의해 망(14)에 할당되는 확산 코드들(spreading codes)을 사용하여 제어될 수 있다.
공유된 스펙트럼을 분할하는 다른 방식들을 채용할 수 있다. 예컨대, 몇몇 스펙트럼 공유 코드들은 다른 것들보다 바람직하게 만들어질 수 있다. 예컨대, 보다 바람직한 코드들은 완벽한(completely) 직교 코드들을 포함할 수 있고 또한 덜 바람직하지 못한 코드들은 예컨대 거의(almost) 직교 코드들을 포함한다. 데이터 충돌에 약한 망(14)의 완벽한 직교 코드들을 수신할 수 있고 또한 데이터 충돌에 강한 망(14)은 완벽한 직교 코드들과, 거의 직교 코드들과, 또는 완벽한 직교와 거의 직교 코드들의 혼합을 수신할 수 있다.
치안관련자(public safety personnel)(예컨대, 응급구조사(emergency responders)) 또는 다른 우선권 사용자에 의해 할당된 스펙트럼이 사용되거나 또는 미래에 사용될 수 있는 경우에, 바람직한 스펙트럼 공유 코드들은 대응하는 정부조직 또는 사용자에 의해 운영되는 망을 위해 유보될 수 있다. 이외에도, 스펙트럼 할당은, 새롭게 요청하는 망을 수용하거나 또는 현존하는 망에 의한 스펙트럼 사용을 제어하기 위해 완전하게 또는 부분적으로 취소되거나, 또는 수정될 수 있다.
도면들을 계속 참조하면, 블록(52)에서 스펙트럼 관리시스템에 의해 전송되는 스펙트럼 할당은 블록(54)에서 요청망 관리 에이전트(40)에 의해 수신될 수 있다. 그런 다음, 블록(56)에서, 망 관리 에이전트(40)는 망(14) 내 무선장치(42)들이 수신된 스펙트럼 할당에 따라 동작하도록 구성할 수 있다. 구성되면, 무선장치(42)들은 무선통신을 수행할 수 있다.
잘 알 수 있듯이, 다수의 망(14)들이 망(14)들 간에 최소 인터페이스로 동시 무선통신들을 위해 중첩 스펙트럼을 사용할 수 있도록 스펙트럼 공유 제어데이터를 분산시키기 위한 집중화된 권한을 스펙트럼 관리시스템(12)이 제공한다. 기술한 기술들 하에서 다수의 망들의 다양한 동작 규준들과 규제 제약들이 충족될 수 있고, 또한 이들 기술들은 상업적 애플리케이션과 관용 애플리케이션의 혼합을 지원하는데 사용될 수 있다.
E. 결론
비록 소정의 실시예들이 도시되고 또한 기술되었다 하더라도, 첨부된 청구항들의 범위 내에 들어가는 등가안들과 수정안들이 이 명세서의 이해를 통해 본 기술분야의 당업자에게 이루어질 수 있다는 것을 이해해야 한다.

Claims (16)

  1. 하나의 유닛으로서 또한 무선장치들의 그룹에 대한 스펙트럼 할당에 따라 관리되는 다수의 무선장치들을 각각 포함하는 망들이 스펙트럼을 공유하도록 조정하는 방법에 있어서, 방법은:
    망들 중 하나로부터 스펙트럼 할당 요청을 수신하는 단계와;
    망들 중 다른 하나에 할당된 스펙트럼과 시간적으로, 주파수적으로 또한 장소적으로 중첩하는 가용 스펙트럼에 상기 스펙트럼 할당 요청을 부합시키는 단계와; 그리고
    상기 부합된 스펙트럼을 사용하는 무선통신과 함께 망들 중 상기 다른 하나의 무선통신을 동시에 수행하기 위해 요청망에 의해 사용되는 스펙트럼 공유 제어데이터를 포함하는 스펙트럼 할당을 발생하고 또한 스펙트럼 할당을 요청망에 전송하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 스펙트럼 공유 제어데이터는 주파수분할 듀플렉스(FDD) 또는 시분할 듀플렉스(TDD) 스펙트럼 공유 프로토콜 중 하나에 대한 스펙트럼 공유 코드들인 것을 특징으로 하는 방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 스펙트럼 공유 제어데이터는, 공유된 스펙트럼이 상기 요청망과 망들 중 상기 다른 하나 간에 불균등하게 분할되도록 할당되는 것을 특징으로 하는 방법.
  4. 제3항에 있어서, 상기 공유된 스펙트럼은 망들의 상대 처리량 필요성에 의해 분할되는 것을 특징으로 하는 방법.
  5. 제3항에 있어서, 상기 공유된 스펙트럼은 망들의 상대 우선권에 의해 분할되는 것을 특징으로 하는 방법.
  6. 제1항에 있어서, 상기 스펙트럼 할당은 스펙트럼 화이트 스페이스의 채널 맵을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  7. 제1항에 있어서, 상기 스펙트럼 할당은 인가자에 의해 정부 엔티티로부터 면허되고 또한 인가자에 의해 공유를 위해 이용가능하도록 만들어지는 스펙트럼을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  8. 제1항에 있어서, 상기 부합된 스펙트럼은 다수의 스펙트럼 풀들 중 하나로부터 오는 것이고, 그리고 각 풀이 망들 간에 최소 간섭 또는 비간섭으로 풀과 관련된 소정의 다른 망과 스펙트럼을 공유하는 능력을 가지도록 각 풀이 다수의 망들과 관련되는 것을 특징으로 하는 방법.
  9. 하나의 유닛으로서 또한 무선장치들의 그룹에 대한 스펙트럼 할당에 따라 관리되는 다수의 무선장치들을 각각 포함하는 다수의 무선망들을 가지는 환경에서 무선통신을 수행하는 방법에 있어서, 방법은:
    요청망의 무선장치들의 적어도 하나의 지원되는 스펙트럼 공유 프로토콜의 식별을 포함하는 스펙트럼 요청을 망들 중 하나에서 스펙트럼 관리시스템으로 전송하는 단계와; 그리고
    스펙트럼 관리시스템으로부터 스펙트럼 할당을 수신하는 단계를 포함하고, 스펙트럼 할당에서 규정된 스펙트럼은 시간적, 주파수적 및 장소적으로 망들 중 다른 하나에 할당된 스펙트럼과 중첩하고, 그리고 스펙트럼 할당은 망들 중 상기 다른 하나의 무선통신과 함께 무선통신을 동시에 수행하기 위해 상기 요청망에 의해 사용되는 스펙트럼 공유 제어데이터를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  10. 제9항에 있어서, 상기 스펙트럼 공유 제어데이터는 주파수분할 듀플렉스(FDD) 또는 시분할 듀플렉스(TDD) 스펙트럼 공유 프로토콜 중 하나에 대한 스펙트럼 공유 코드들인 것을 특징으로 하는 방법.
  11. 제9항에 있어서, 스펙트럼 공유 제어데이터는, 공유된 스펙트럼이 상기 요청망과 망들 중 상기 다른 하나 간에 불균등하게 분할되도록 할당되는 것을 특징으로 하는 방법.
  12. 제11항에 있어서, 상기 공유된 스펙트럼은 망들의 상대 처리량 필요성에 의해 분할되는 것을 특징으로 하는 방법.
  13. 제11항에 있어서, 상기 공유된 스펙트럼은 망들의 상대 우선권에 의해 분할되는 것을 특징으로 하는 방법.
  14. 제9항에 있어서, 상기 스펙트럼 할당은 스펙트럼 화이트 스페이스의 채널 맵을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  15. 제9항에 있어서, 상기 스펙트럼 할당은 인가자에 의해 정부 엔티티로부터 면허되고 또한 인가자에 의해 공유를 위해 이용가능하도록 만들어지는 스펙트럼을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  16. 제9항에 있어서, 상기 부합된 스펙트럼은 다수의 스펙트럼 풀들 중 하나로부터 오는 것이고, 그리고 각 풀이 망들 간에 최소 간섭 또는 비간섭으로 풀과 관련된 소정의 다른 망과 스펙트럼을 공유하는 능력을 가지도록 각 풀이 다수의 망들과 관련되는 것을 특징으로 하는 방법.
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