KR20140057921A - 입력신호의 성김 정보를 이용한 동적 압축 센싱의 신호 압축 장치 및 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 입력신호를 출력하고, 이와 동시에 상기 입력신호에 기초한 선형측정 기준신호를 생성 및 출력하는 신호 입력부와, 상기 선형측정 기준신호를 입력받아, 상기 선형측정 기준신호에 따라 가변적으로 선형측정 행렬값을 생성하는 선형변형부와, 상기 생성된 선형측정 행렬값에 기초하여 상기 입력신호에 대한 압축신호를 출력하는 신호압축부와, 상기 압축신호를 복원하고, 상기 입력신호의 스펙트럼 센싱을 수행하는 신호처리부를 포함하는 동적 압축 센싱의 신호 압축 장치 및 방법에 관한 것으로서, 입력신호의 성김(sparsity) 정보를 이용함으로써 압축 센싱의 신호 압축 효율을 높이고 신호 복구의 성능을 향상시킬 수 있고, 이와 아울러 입력신호의 성김(sparsity) 정보에 적합한 압축행렬을 사용하여 신호 압축을 수행함으로써 압축 센싱의 압축 효율을 높이고 신호 복구 성능을 개선할 수 있다.

Description

입력신호의 성김 정보를 이용한 동적 압축 센싱의 신호 압축 장치 및 방법{Active Compressive Sensing Apparatus and Method for using sparsity information of input signal}
본 발명은 동적 압축 센싱의 신호 압축 장치 및 방법에 관한 것으로서, 압축 센싱의 신호 압축 과정에서 입력신호의 성김(sparsity) 정보를 습득하여 신호 압축연산에 동적으로 활용하는 동적 압축 센싱의 신호 압축 장치 및 방법에 관한 것이다.
기존의 신호처리 기술분야에서는 Shannon-Nyquist 샘플링 이론에 근거하여 신호의 샘플링시 신호 최고주파수의 2배 이상으로 샘플링을 하면 신호 성분을 다시 정확하게 복구할 수 있었으며 이에 따라 샘플링 주파수는 항상 신호 최고주파수의 2배 이상으로 사용되어 왔다. 하지만, 근래에 들어 압축 센싱(Compressive Sensing)이라는 새로운 이론을 통하여 샘플링 주파수를 신호 최고주파수의 2배 이하로 하더라도 신호의 원래 성분을 손실 없이 복구할 수 있음이 확인되었다.
압축 센싱 이론은 신호의 성김(sparsity)에 기초한다. 어떤 신호를 임의의 도메인에서 관측하는 경우 신호의 성분이 대다수가 0이 되고 소수의 성분만이 0이 아닌 성분을 갖게 되는데 이러한 신호를 희소(sparse) 신호라고 칭하며, 이때 0이 아닌 성분을 갖는 신호의 수를 성김(sparsity)이라 한다.
일례로 시간축에서 연속적인 정현파 신호는 대부분의 성분이 0이 아닌 값을 갖지만, 이를 주파수축에서 관찰할 경우 특정 주파수에서만 0이 아닌 값을 가지고 나머지 대부분의 주파수 성분은 0의 값을 가지게 된다. 압축 센싱 이론은 이와 같은 희소 신호에 대하여 아주 적은 선형 측정만으로도 원래 신호를 손실 없이 복구해낼 수 있다는 것이 그 핵심이론이다.
압축 센싱을 수행하기 위한 입력 희소(sparse) 신호를 x라고 하고, 이때 x의 길이는 N, 희소 신호 x의 성김(sparsity), 즉 특정 도메인에서의 0이 아닌 성분의 수를 K라고 할 때의 선형 측정식은 수학식 (1)과 같다.
Figure pat00001
(1)
여기서 A는 M x N의 크기를 갖는 행렬이고 M는 N보다 작은 값을 가지며 선형 측정의 결과값 y의 길이는 M이 된다. 여기서 M/N이 신호의 압축률이 되며 가능한 M을 최소한의 값으로 줄여야 압축 센싱의 효율이 좋아지게 된다. 한편, 압축 센싱에 있어서 압축된 신호 y를 이용하여 원래의 신호인 x를 복구하기 위한 조건이 M, N 및 sparsity K에 대하여 일반적으로 수학식 (2)와 같이 정의된다.
Figure pat00002
(2)
따라서, 압축 센싱에 있어서 압축된 데이터 y로부터 원래 신호 x를 손실없이 복구하기 위해서는 M값이 수학식 (2)를 만족시켜야 한다. 동시에 압축 효율을 최대로 달성하기 위해서는 M값을 가능한 작은 값으로 설정하여야 하므로 압축 센싱에서 신호의 정상 복구 및 압축 효율 개선을 위해서는 M값은 수학식 (2)를 만족시키는 최소값이 되어야 한다.
한편, 기존의 압축 센싱 방식은 입력 신호 x의 sparsity 정보를 알 수 없기 때문에 일반적으로 고정된 행렬 A를 이용하여 압축 센싱을 수행하였다. 도 1은 종래의 압축 센싱 방식의 신호 압축 과정의 일례를 도시한 것이다. 도 1을 참조하면, 신호입력부(10)로부터 전달된 입력신호 x는 신호압축부(20)에서 A행렬과의 연산을 통하여 출력신호 y로 변환되어 신호처리부(30)로 전달된다. 이러한 종래의 방식의 경우 입력 신호 x의 sparsity와 관계없이 A행렬이 고정적으로 사전정의되어있고 M값이 고정값으로 수학식 (2)를 만족시키지 못하여 신호의 정상 복구에 실패하거나 필요이상으로 큰 M값을 사용하여 신호의 압축 효율이 떨어진다.
본 발명의 목적은 입력신호의 성김(sparsity) 정보를 이용하여 능동적으로 입력신호를 처리함으로써, 압축 센싱 신호 처리의 효율 및 성능을 향상시키는 동적 압축 센싱의 신호 압축 장치 및 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 일실시예에 따른 동적 압축 센싱의 신호 압축 장치는, 입력신호를 출력하고, 이와 동시에 상기 입력신호에 기초한 선형측정 기준신호를 생성 및 출력하는 신호 입력부; 상기 선형측정 기준신호를 입력받아, 상기 선형측정 기준신호에 따라 가변적으로 선형측정 행렬값을 생성하는 선형변형부; 및 상기 생성된 선형측정 행렬값에 기초하여 상기 입력신호에 대한 압축신호를 출력하는 신호압축부를 포함한다.
상기 신호입력부는 수신신호세기(RSSI)를 측정하는 RSSI 측정부를 구비한 RF 수신부일 수 있다.
상기 RF 수신부는 입력 RF 아날로그 신호의 시간 및 주파수 영역에서 상기 성김(sparsity) 정보를 추정할 수 있다.
상기 RF 수신부는 상기 수신신호세기(RSSI)를 이용하여 성김(sparsity) 정보를 추정할 수 있다.
상기 RSSI 측정부는 상기 입력신호의 스펙트럼 점유율에 비례하여 상기 수신신호세기(RSSI)를 출력할 수 있다.
상기 RF 수신부는 상기 수신신호세기(RSSI)에 반비례하여 상기 성김(sparsity) 정보를 추정할 수 있다.
상기 선형변형부는 상기 RF수신부로부터 상기 수신신호세기를 수신하여 상기 선형측정 행렬값을 결정할 수 있다.
상기 신호압축부는 아날로그 입력신호를 디지털 입력신호로 변환하는 A/D 변환부를 구비한 AIC(Analog-to-Information Convertor)부일 수 있다.
상기 선형변형부는 미리 설정된 코드북 또는 룩업 테이블을 이용하여 상기 수신신호의 세기(RSSI)의 구간 값에 대응되는 상기 선형측정 행렬값을 결정하는 것이 바람직하다.
상기 동적 압축 센싱의 신호 압축 장치는 상기 압축신호를 복원하고, 상기 입력신호의 스펙트럼 센싱을 수행하는 신호처리부를 더 포함하는 것이 바람직하다.
본 발명의 일실시예에 따른 동적 압축 센싱의 신호 압축 방법은, 입력신호를 출력하고, 이와 동시에 상기 입력신호에 기초한 선형측정 기준신호를 생성하는 신호입력 단계; 상기 선형측정 기준신호를 입력받아, 상기 선형측정 기준신호에 따라 가변적으로 선형측정 행렬값을 생성하는 선형행렬 생성단계; 상기 생성된 선형측정 행렬값에 기초하여 상기 입력신호에 대한 압축신호를 출력하는 신호압축 단계; 및 상기 압축신호를 복원하고, 상기 입력신호의 스펙트럼 센싱을 수행하는 신호처리단계를 포함한다.
상기 신호입력 단계에서는 수신신호세기(RSSI)를 측정하고, 상기 수신신호의 세기(RSSI)를 이용하여 상기 성김(sparsity) 정보를 추정할 수 있다.
상기 신호압축 단계에서는 상기 수신신호세기(RSSI)에 기초하여 상기 선형측정 행렬값을 결정할 수 있다.
상기 신호압축 단계에서는 미리 설정된 코드북 또는 룩업 테이블을 이용하여 상기 수신신호세기(RSSI)의 구간 값에 대응되는 상기 선형측정 행렬값을 결정하는 것이 바람직하다.
본 발명의 일실시예에 따른 동적 압축 센싱의 신호 압축 장치는, 입력신호를 출력하는 신호 입력부; 상기 입력신호를 입력받아 선형측정 기준신호를 추정하여 가변적으로 선형측정 행렬값을 생성하고, 상기 생성된 선형측정 행렬값에 기초하여 상기 입력신호에 대한 압축신호를 출력하는 압축 센싱부; 및 상기 압축신호를 복원하고, 상기 입력신호의 스펙트럼 센싱을 수행하는 신호처리부를 포함한다.
상기 신호 입력부는 RF 수신부이고, 상기 압축 센싱부는 수신신호의 세기(RSSI)를 측정하여 상기 입력신호를 성김 정보를 추정하는 RSSI 측정부와, 상기 성김 정보를 이용하여 상기 선형측정 행렬값을 결정하는 선형측정 행렬 결정부와, 상기 결정된 선형측정 행렬값을 이용하여 상기 입력신호의 압축신호를 생성 및 출력하는 신호압축부를 포함할 수 있다.
상기 신호 입력부는 RF 수신부이고, 상기 압축 센싱부는, 상기 입력신호의 스펙트럼 점유상태를 추정하는 점유상태 추정부와, 상기 추정된 스펙트럼 점유상태를 이용하여 상기 선형측정 행렬의 크기 및 성분를 가변적으로 결정하는 선형측정 행렬 결정부와, 상기 결정된 선형측정 행렬값을 이용하여 상기 입력신호의 압축신호를 생성 및 출력하는 신호압축부를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따른 동적 압축 센싱의 신호 압축 장치 및 방법은 입력신호의 성김(sparsity) 정보를 이용함으로써 압축 센싱의 신호 압축 효율을 높이고 신호 복구의 성능을 향상 시킬 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명의 실시예들에 따른 동적 압축 센싱의 신호 압축 장치 및 방법은 입력신호의 성김(sparsity) 정보에 적합한 압축행렬을 사용하여 신호 압축을 수행함으로써 압축 센싱의 압축 효율을 높이고 신호 복구 성능을 개선할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 종래의 압축 센싱의 신호 압축 장치의 개념도이고,
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 동적 압축 센싱의 신호 압축 장치의 개념도이고,
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 외부에서 성김(sparisty) 정보를 수신하여 동적 압축 센싱을 수행하는 인지 무선 시스템의 스펙트럼 센싱 개념도이고,
도 4는 수신신호세기(Received Signal Strength Indication, RSSI)와 스펙트럼 점유율에 관한 예시도이고,
도 5는 RSSI와 신호의 성김(sparsity)의 관계 증명을 위한 시뮬레이션 결과도이고,
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 동적 압축 센싱의 신호 압축 장치의 개념도이고,
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 신호압축 과정에서 성김(sparisty) 정보를 추정하여 동적 압축 센싱을 수행하는 인지 무선 시스템의 스펙트럼 센싱 개념도이고,
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 신호압축 과정에서 성김(sparisty) 정보를 추정하여 동적 압축 센싱을 수행하는 다른 인지 무선 시스템의 스펙트럼 센싱 개념도이고,
도 9는 본 발명의 일실시예에 따른 동적 압축 센싱의 신호 압축 방법의 순서도이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 우선 각 도면의 구성 요소들에 참조 부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략하며, 단수로 기재된 용어도 복수의 개념을 포함할 수 있다. 또한, 이하에서 본 발명의 바람직한 실시예를 설명할 것이나, 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정하거나 제한되지 않고 당업자에 의해 변형되어 다양하게 실시될 수 있음은 물론이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 동적 압축 센싱의 신호 압축 장치의 개념도이고, 도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 외부에서 성김(sparisty) 정보를 수신하여 동적 압축 센싱을 수행하는 인지 무선 시스템의 스펙트럼 센싱 개념도이고, 도 4는 수신신호세기(Received Signal Strength Indication, RSSI)와 스펙트럼 점유율에 관한 예시도이고, 도 5는 RSSI와 신호의 성김(sparsity)의 관계 증명을 위한 시뮬레이션 결과도이고, 도 9는 본 발명의 일실시예에 따른 동적 압축 센싱의 신호 압축 방법의 순서도이다.
이하, 도 2 내지 도 5 및 도 9를 참조하여 본 발명의 일실시예에 따른 동적 압축 센싱의 신호 압축 장치 및 방법을 설명한다.
우선, 입력신호의 성김(sparsity) 정보를 습득하는 과정에 있어서 외부로부터 입력신호에 대한 성김(sparsity) 정보를 수신하는 방법과 압축 센싱 과정에서 자체적으로 입력신호의 성김(sparsity) 정보를 추정하는 방법이 있다. 입력신호의 성김(sparsity) 정보를 외부로부터 수신하여 신호 압축에 활용하는 구조의 일례가 도 2에 도시되어 있다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 동적 압축 센싱의 신호 압축 장치는 입력신호를 출력하고, 이와 동시에 상기 입력신호에 기초한 선형측정 기준신호를 생성 및 출력하는 신호입력부(110)와, 상기 선형측정 기준신호를 입력받아, 상기 선형측정 기준신호에 따라 가변적으로 선형측정 행렬값을 생성하는 선형변형부(130)와, 상기 생성된 선형측정 행렬값에 기초하여 상기 입력신호에 대한 압축신호를 출력하는 신호압축부(120)와, 상기 동적 압축 센싱의 신호 압축 장치는 상기 압축신호를 복원하고, 상기 입력신호의 스펙트럼 센싱을 수행하는 신호처리부(140)를 포함하여, 입력신호의 성김(sparsity) 정보를 습득하여 이를 입력신호 압축에 동적으로 활용한다. 이하, 본 일실시예에서는 이해를 돕기 위하여 선형변형부(130)를 A 결정부(130)라 칭한다.
신호입력부(110)는 압축을 위한 입력신호 x를 신호압축부(120)에 제공함과 동시에 입력신호의 성김(sparsity) 정보를 별도의 A결정부(130)에 전달한다.(S110) 이때 A결정부(130)는 신호압축부(120) 내부에 존재할 수도 있다. A결정부(130)는 전달받은 입력신호의 성김(sparsity) 정보를 활용하여 신호 압축을 위한 A행렬을 결정하여 신호압축부(120)에 전달한다. 신호압축부(120)는 신호입력부(110)로부터 수신받은 입력신호 x에 대하여 A결정부(130)로부터 수신받은 A행렬 정보를 이용하여 신호압축을 수행하며 압축된 출력신호 y를 신호처리부(140)로 전달한다.(S130)
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 동적 압축 센싱의 신호 압축 방식을 입력신호 수신측에서 입력신호의 성김(sparisty) 정보를 수신하여 신호 압축을 수행하는 방식을 인지 무선 시스템의 스펙트럼 센싱 과정에 적용한 일례를 도시한 것이다.
이러한 경우, RF수신부(210)는 안테나(211)를 통하여 스펙트럼 센싱을 위한 RF채널 데이터를 수신하고 수신된 RF 아날로그 신호를 기저대역 신호로 변환하여 신호압축부(220)로 전달하며 아날로그 신호를 수신하는 과정에서 RF수신부(210) 자체적으로 신호의 시간 및 주파수 상에서의 성김(sparsity) 정보를 대략적으로 추정할 수 있다.(S110) 성김(sparsity) 정보의 추정 일례로, RF수신부(210) 내의 RSSI 측정부(212)에서 신호의 수신신호의 세기(Received Signal Strength Indication, RSSI) 정보를 활용하여 입력신호의 성김(sparsity) 정보를 추정할 수 있다.
RSSI는 수신신호의 평균적인 세기를 측정하는 척도로 주파수 상에서 신호의 스펙트럼 점유율이 높은 경우 RSSI가 커지고 스펙트럼이 희소한(sparse) 경우에는 RSSI가 작아지는 경향이 있다. 도 4는 이러한 현상을 개념적으로 도시한 것으로, RSSI와 스펙트럼 점유율과의 관계를 예시한 것이다.
스펙트럼 점유율이 높은 경우 다수의 채널들이 사용되고 있으므로 평균 RSSI값은 높아지게 되고, 스펙트럼 점유율이 낮은 경우 평균 RSSI값은 낮아지게 된다.
도 5는 RSSI와 입력신호의 성김(sparsity) 정보와의 관계 증명을 위한 시뮬레이션 결과를 도시한 것이다. 구체적으로, 38개의 주파수 채널에 대하여 신호의 존재 확률이 0~1사이의 균등분포, 신호의 세기가 0~1사이 균등분포 할 때의 RSSI와 성김(sparsity) 정보의 관계를 시뮬레이션하여 그래프로 나타낸 것이다. 도 5에 도시된 바와 같이, 입력신호의 RSSI와 성김(sparsity)은 전반적으로 반비례하는 관계를 가짐을 확인할 수 있다.
도 5의 시뮬레이션 결과에 기초한 본 실시예에 따른 인지 무선 시스템의 스펙트럼 센싱에 활용은 RF수신부(210)로부터 RSSI정보를 수신하여 RSSI정보를 기준으로 A행렬을 결정하여 신호압축을 수행하는 방법이다. RF수신부(210)에서 수신된 채널 데이터는 AIC (Analog-to-Information Convertor)부(220) 내의 A/D (Analog-to-Digital) 변환부(221)로 전달되고, 측정된 RSSI정보는 AIC부(220) 내부에 구성되거나 혹은 외부에 구성된 A결정부(230)로 전달된다. A결정부(230)에서는 전달받은 RSSI정보에 기반하여 해당 채널 데이터에 적합한 A행렬을 결정하고 결정된 A행렬과 관련된 정보를 A/D변환부로 전달한다. 본 실시예에서는 A결정부(230)가 AIC부(220) 외부에 구성하였으나, AIC부(220) 내부에 구성되는 것도 가능하다. 이와 같은, A결정부(230)의 위치가 본 발명의 사상을 제한하는 것은 아니다.
이때, 도 2 및 도 3에 따른 동적 압축 센싱의 신호 압축 장치는 성김(sparsity) 정보를 이용한 A 행렬 결정과정에 있어서 수신되는 성김(sparsity) 정보에 따라 A행렬을 매번 계산하는 것이 아니라 성김(sparsity) 정보와 그에 적합한 A행렬을 코드북(codebook) 또는 룩업 테이블(lookup table) 형태로 구성하여 입력된 성김(sparsity) 정보에 따라 메모리에 저장되어있는 A행렬 중 가장 적합한 행렬을 신호 압축에 사용하는 구조를 활용하여 구현을 단순화 할 수 있다. 예를 들어, 도 3에 도시된 것과 같은 구조에서 입력신호의 RSSI 값을 사용하는 경우 RSSI 값이 a이하이면 A1행렬사용, a이상 b이하이면 A2행렬사용과 같이 정의하여 사용하면 구현 용이성을 높일 수 있다. 여기서, b > a 이다.
AIC부(220) 내의 A/D변환부(221)에서는 RF수신부(210)로부터 전달받은 수신채널 데이터 x와 A결정부(230)로부터 결정된 A행렬에 대하여 수학식 (1)과 같은 압축 센싱의 연산을 수행하게 된다. 그리고 그 결과값인 데이터 y를 신호처리부(240)에 전달하게 되며 이때의 신호처리부(240)는 압축 신호 복원, 스펙트럼 센싱 등의 과정을 수행하게 된다. 한편, 이와 같이 압축 센싱을 A/D과정에서 적용하는 경우를 AIC라고 하며, 이러한 방법을 통해 기존 A/D의 구현 및 가격 부담을 획기적으로 낮출 수 있다.
이하에서는, 도 6 내지 도 8을 참조하여 본 발명의 다른 실시예인 신호압축 과정에서 자체적으로 압축 행렬을 결정하는 동적 압축 센싱의 신호 압축 장치를 설명한다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 동적 압축 센싱의 신호 압축 장치의 개념도이고, 도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 신호압축 과정에서 성김(sparisty) 정보를 추정하여 동적 압축 센싱을 수행하는 인지 무선 시스템의 스펙트럼 센싱 개념도이고, 도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 신호압축 과정에서 성김(sparisty) 정보를 추정하여 동적 압축 센싱을 수행하는 다른 인지 무선 시스템의 스펙트럼 센싱 개념도이다.
도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명의 다른 실시예에 따른 동적 압축 센싱의 신호 압축 장치는 입력신호를 출력하는 신호 입력부(310)와, 상기 입력신호를 입력받아 선형측정 기준신호를 추정하여 가변적으로 선형측정 행렬값을 생성하고, 상기 생성된 선형측정 행렬값에 기초하여 상기 입력신호에 대한 압축신호를 출력하는 압축센싱부(320)와, 상기 압축신호를 복원하고, 상기 입력신호의 스펙트럼 센싱을 수행하는 신호처리부(330)를 포함한다.
도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명의 다른 실시예에 따른 동적 압축 센싱의 신호 압축 장치는 압축 센싱 과정에서 자체적으로 입력신호의 성김(sparsity) 정보를 추정한다. 전술한 도 2에 도시된 발명의 일실시예에 따른 동적 압축 센싱의 신호 압축 장치와는 다르게, 발명의 다른 실시예에 따른 동적 압축 센싱의 신호 압축 장치는 신호입력부(310)에서는 입력신호 x만을 압축센싱부로 전달하며, 압축센싱부(320)에서 전달받은 입력신호 x에 대하여 자체적으로 성김(sparsity) 정보를 추정하고 이에 적합한 A행렬을 결정하여 수학식 (1)과 같은 신호압축 과정을 수행한 뒤 압축된 출력신호 y를 신호처리부(330)로 전달한다.
도 7은 도 6에 도시된 신호압축 과정에서 자체적으로 압축 행렬을 결정하는압축 센싱 방법은 인지 무선 시스템의 스펙트럼 센싱에 활용한 경우 하나의 실시예를 도시한 것이다. 안테나(411)를 거쳐 RF수신부(410)로부터 수신된 아날로그 채널 데이터는 A/D 변환부(412)를 통하여 A/D를 거치면서 디지털 채널 데이터로 변환되어 압축센싱부(420)로 전달된다. 압축센싱부(420)는 주어진 디지털 채널 데이터 x에 대하여 RSSI 측정부(421)를 통하여 RSSI값을 측정하여 입력신호의 성김(sparsity) 정보를 추정하고, 이를 바탕으로 A결정부(422)는 그에 적합한 A행렬을 결정한다. 신호압축부(423)에서는 상기 결정된 A행렬을 이용하여 신호 압축이 이루어지고 압축된 신호 y는 신호처리부(430)로 전달되어 압축 신호 복원, 스펙트럼 센싱 등의 과정을 거치게 된다.
도 8은 도 7에 도시된 압축 센싱의 신호 압축 장치와 같은 활용예에 있어서 압축 센싱 과정에서 RSSI 정보를 추정하는 것뿐만이 아니라 스펙트럼 점유상태를 추정할 수 있는 실시예를 도시한 것이다.
도 8을 참조하면, 안테나(511)를 거쳐 RF수신부(510)로부터 수신된 아날로그 채널 데이터는 A/D 변환부(512)를 통하여 A/D를 거치면서 디지털 채널 데이터로 변환되어 압축센싱부(520)로 전달된다. 압축센싱부(520)는 주어진 디지털 채널 데이터 x에 대하여 점유상태 추정부(521)를 통하여 RSSI 값을 측정하여 입력신호의 성김(sparsity) 정보뿐만 아니라 스펙트럼 점유상태를 추정하고, 이를 바탕으로 A결정부(522)는 그에 적합한 A행렬을 결정한다. 신호압축부(523)에서는 상기 결정된 A행렬을 이용하여 신호 압축이 이루어지고 압축된 신호 y는 신호처리부(530)로 전달되어 압축 신호 복원, 스펙트럼 센싱 등의 과정을 거치게 된다.
도 8의 압축 센싱의 신호 압축 장치에서와 같이 압축센싱부(520)에서 스펙트럼 점유상태를 추정할 수 있어 스펙트럼의 어느 부분이 점유되어있는지 사전에 알 수 있으므로 단순 A행렬의 크기뿐 아니라 A행렬의 성분까지도 이에 맞추어 동적으로 변경할 수 있다. 반면에, 전술한 도 7에 도시된 압축 센싱의 신호 압축 장치에서 RSSI를 통하여 스펙트럼 점유율을 추정하는 경우, 입력신호의 성김(sparsity) 정보만을 추정하고 스펙트럼의 어느 부분이 점유되어있는지에 대한 정보는 알 수 없어 A 행렬의 크기 정도만 결정할 수 있다.
결론적으로, 도 6 및 도 7과 같이 A/D 변환 이후에 압축 센싱을 적용하는 경우 신호처리과정에서의 연산량을 획기적으로 줄일 수 있다는 장점을 갖는다. 이와 같은 압축 센싱 방식의 신호 압축 과정에 있어서 입력신호의 성김(sparsity) 정보를 사전에 습득하여 활용함으로써 압축 센싱의 효율 및 성능이 개선될 수 있다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 인지 무선 시스템의 스펙트럼 센싱 기술에 대하여 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정, 변경 및 치환이 가능할 것이다. 따라서 본 발명에 개시된 실시예 및 첨부된 도면들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예 및 첨부된 도면에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 다양한 압축 센싱 과정 및 응용 분야를 포함하는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다. 또한, 특허청구범위에서 명시적인 인용 관계가 있지 않은 청구항들을 결합하여 실시예를 구성하거나 출원 후의 보정에 의해 새로운 청구항으로 포함시킬 수 있다.
신호입력부:110,310 신호압축부: 120,423,523
A결정부:130,422,522 신호처리부:140,240,430,530
안테나:411,511 RF수신부:210,410,510
A/D변환부:412,512 RSSI 측정부:421
점유상태 추정부:521 압축센싱부:420,520

Claims (20)

  1. 입력신호를 출력하고, 이와 동시에 상기 입력신호에 기초한 선형측정 기준신호를 생성 및 출력하는 신호 입력부;
    상기 선형측정 기준신호를 입력받아, 상기 선형측정 기준신호에 따라 가변적으로 선형측정 행렬값을 생성하는 선형변형부; 및
    상기 생성된 선형측정 행렬값에 기초하여 상기 입력신호에 대한 압축신호를 출력하는 신호압축부;
    상기 압축신호를 복원하고, 상기 입력신호의 스펙트럼 센싱을 수행하는 신호처리부;
    를 포함하는 동적 압축 센싱의 신호 압축 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 선형측정 기준신호는 상기 입력신호의 성김(sparsity) 정보인 것을 특징으로 하는 동적 압축 센싱의 신호 압축 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 신호입력부는 수신신호세기(RSSI)를 측정하는 RSSI 측정부를 구비한 RF 수신부인 것을 특징으로 하는 동적 압축 센싱의 신호 압축 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 RF 수신부는 상기 수신신호세기(RSSI)를 이용하여 성김(sparsity) 정보를 추정하는 것을 특징으로 하는 동적 압축 센싱의 신호 압축 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 RSSI 측정부는 상기 입력신호의 스펙트럼 점유율에 비례하여 상기 수신신호세기(RSSI)를 출력하는 것을 특징으로 하는 동적 압축 센싱의 신호 압축 장치.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 RF 수신부는 상기 수신신호세기(RSSI)에 반비례하여 상기 성김(sparsity) 정보를 추정하는 것을 특징으로 하는 동적 압축 센싱의 신호 압축 장치.
  7. 제3항에 있어서,
    상기 선형변형부는 상기 RF수신부로부터 상기 수신신호세기를 수신하여 상기 선형측정 행렬값을 결정하는 것을 특징으로 하는 동적 압축 센싱의 신호 압축 장치.
  8. 제2항 또는 제3항에 있어서,
    상기 신호압축부는 아날로그 입력신호를 디지털 입력신호로 변환하는 A/D 변환부를 구비한 AIC(Analog-to-Information Convertor) 부인 것을 특징으로 하는 동적 압축 센싱의 신호 압축 장치.
  9. 제3항에 있어서,
    상기 선형변형부는 미리 설정된 코드북 또는 룩업 테이블을 이용하여 상기 수신신호의 세기(RSSI)의 구간 값에 대응되는 상기 선형측정 행렬값을 결정하는 것을 특징으로 하는 동적 압축 센싱의 신호 압축 장치.
  10. 입력신호를 출력하고, 이와 동시에 상기 입력신호에 기초한 선형측정 기준신호를 생성하는 신호입력 단계;
    상기 선형측정 기준신호를 입력받아, 상기 선형측정 기준신호에 따라 가변적으로 선형측정 행렬값을 생성하는 선형행렬 생성단계;
    상기 생성된 선형측정 행렬값에 기초하여 상기 입력신호에 대한 압축신호를 출력하는 신호압축 단계; 및
    상기 압축신호를 복원하고, 상기 입력신호의 스펙트럼 센싱을 수행하는 신호처리단계;
    를 포함하는 동적 압축 센싱의 신호 압축 방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 선형측정 기준신호는 상기 입력신호의 성김(sparsity) 정보인 것을 특징으로 하는 동적 압축 센싱의 신호 압축 방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 신호입력 단계에서는 수신신호세기(RSSI)를 측정하고, 상기 수신신호의 세기(RSSI)를 이용하여 상기 성김(sparsity) 정보를 추정하는 것을 특징으로 하는 동적 압축 센싱의 신호 압축 방법.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 수신신호세기(RSSI)는 상기 입력신호의 스펙트럼 점유율에 비례하여 수신신호의 세기를 출력하는 것을 특징으로 하는 동적 압축 센싱의 신호 압축 방법.
  14. 제12항에 있어서,
    상기 성김(sparsity) 정보는 상기 수신신호세기(RSSI)에 반비례하여 추정되는 것을 특징으로 하는 동적 압축 센싱의 신호 압축 방법.
  15. 제12항에 있어서,
    상기 신호압축 단계에서는 상기 수신신호세기(RSSI)에 기초하여 상기 선형측정 행렬값을 결정하는 것을 특징으로 하는 동적 압축 센싱의 신호 압축 방법.
  16. 제12항에 있어서,
    상기 신호압축 단계에서는 미리 설정된 코드북 또는 룩업 테이블을 이용하여 상기 수신신호세기(RSSI)의 구간 값에 대응되는 상기 선형측정 행렬값을 결정하는 것을 특징으로 하는 동적 압축 센싱의 신호 압축 방법.
  17. 입력신호를 출력하는 신호 입력부;
    상기 입력신호를 입력받아 선형측정 기준신호를 추정하여 가변적으로 선형측정 행렬값을 생성하고, 상기 생성된 선형측정 행렬값에 기초하여 상기 입력신호에 대한 압축신호를 출력하는 신호변형부; 및
    상기 압축신호를 복원하고, 상기 입력신호의 스펙트럼 센싱을 수행하는 신호처리부
    를 포함하는 동적 압축 센싱 신호의 신호 압축 장치.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 선형측정 기준신호는 상기 입력신호의 성김(sparsity) 정보인 것을 특징으로 하는 동적 압축 센싱 신호의 신호 압축 장치.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 신호 입력부는 RF 수신부이고,
    상기 신호변형부는 수신신호의 세기(RSSI)를 측정하여 상기 입력신호를 성김 정보를 추정하는 RSSI 측정부와,
    상기 성김 정보를 이용하여 상기 선형측정 행렬값을 결정하는 선형측정 행렬 결정부와,
    상기 결정된 선형측정 행렬값을 이용하여 상기 입력신호의 압축신호를 생성 및 출력하는 신호압축부를 포함하는 것을 특징으로 하는 동적 압축 센싱의 신호 압축 장치.
  20. 제19항에 있어서,
    상기 신호 입력부는 RF 수신부이고,
    상기 신호변형부는,
    상기 입력신호의 스펙트럼 점유상태를 추정하는 점유상태 추정부와,
    상기 추정된 스펙트럼 점유상태를 이용하여 상기 선형측정 행렬의 크기 및 성분를 가변적으로 결정하는 선형측정 행렬 결정부와,
    상기 결정된 선형측정 행렬값을 이용하여 상기 입력신호의 압축신호를 생성 및 출력하는 신호압축부를 포함하는 것을 특징으로 하는 동적 압축 센싱의 신호 압축 장치.
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