KR20150095008A - 스펙트럼 센싱 방법 및 그 장치 - Google Patents

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KR20150095008A
KR20150095008A KR1020140016020A KR20140016020A KR20150095008A KR 20150095008 A KR20150095008 A KR 20150095008A KR 1020140016020 A KR1020140016020 A KR 1020140016020A KR 20140016020 A KR20140016020 A KR 20140016020A KR 20150095008 A KR20150095008 A KR 20150095008A
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spectrum sensing
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spectral sensing
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정병장
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최재익
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한국전자통신연구원
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Abstract

본 발명은 스펙트럼 센싱 방법 및 그 장치에 관한 것으로, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 다중 지향성 안테나를 이용한 스펙트럼 센싱 방법은, 스펙트럼 센싱을 수행할 지역을 적어도 하나 이상의 섹터로 분할하는 단계; 각 섹터의 신호 상태에 따라 각각의 지향성 안테나를 할당하는 단계; 및 상기 각각의 지향성 안테나를 이용해 검출대상 신호원에 대한 신호를 수신하여 스펙트럼 센싱을 수행하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 히든 노드 문제를 최소화 할 수 있다.

Description

스펙트럼 센싱 방법 및 그 장치{METHOD AND APPARATUS FOR SPECTRUM SENSING}
본 발명은 스펙트럼 센싱 방법 및 그 장치에 관한 것이다.
스펙트럼 센싱이란, 비어 있는 채널 정보를 활용하여 통신을 하기 위하여, 주변의 스펙트럼을 센싱하는 것을 의미한다. 즉, 관심 주파수 대역 내에서 기존 사용자가 현재 사용하지 않고 비어 있는 주파수 대역을 찾는 것이다.
이러한 스펙트럼 센싱에서는 히든 노드가 문제된다(hidden node problem). 히든 노드란, 스펙트럼 센싱을 수행하는 기기와 센싱을 통해 검출하고자 하는 신호원 간의 채널이 쉐도윙(shadowing), 페이딩(fading) 등의 영향을 받아 스펙트럼 센싱을 수행하는 기기에서 정상적으로 신호원을 검출할 수 없는 노드를 의미한다.
도 1은 히든 노드(hidden node)를 나타내는 도면이다.
도 1을 참조하면, 스펙트럼 센싱 기기(110)가 스펙트럼 센싱을 수행하는 경우, 쉐도윙(shadowing), 페이딩(fading) 등의 채널 영향(130)으로 인하여 검출대상 신호원(120)을 검출하지 못할 수 있다. 즉, 검출대상 신호원(120)이 히든 노드가 되어 버리는 문제가 발생할 수 있는 것이다.
이러한 히든 노드 문제의 발생으로 인지무선 (Cognitive Radio) 기술을 이용하여 비어있는 주파수 대역을 활용하기 위한 스펙트럼 센싱의 요구 조건이 대단히 높아지게 되었으며 이에 따라 이를 해결하기 위한 방법이 요구되고 있다.
본 발명은 히든 노드 문제를 최소화 할 수 있는 스펙트럼 센싱 방법 및 그 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 다중 지향성 안테나를 이용한 스펙트럼 센싱 방법은, 스펙트럼 센싱을 수행할 지역을 적어도 하나 이상의 섹터로 분할하는 단계; 각 섹터의 신호 상태에 따라 각각의 지향성 안테나를 할당하는 단계; 및 상기 각각의 지향성 안테나를 이용해 검출대상 신호원에 대한 신호를 수신하여 스펙트럼 센싱을 수행하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 다중 안테나를 이용한 스펙트럼 센싱 방법은, 복수 개의 안테나를 이용하여 안테나 어레이를 형성하는 단계; 상기 안테나 어레이를 이용하여 빔을 형성(Beamforming)하는 단계; 검출대상 신호원의 신호와 일치되는 빔의 형성 방향을 찾기 위하여 상기 빔의 형성 방향을 변화시켜 스캔하는 단계; 상기 검출대상 신호원의 신호와 상기 빔의 형성 방향이 일치되는지 여부를 판단하는 단계; 및 상기 검출대상 신호원의 신호와 상기 빔의 형성 방향이 일치되는 경우, 해당 방향에서 스펙트럼 센싱을 수행하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또다른 실시예에 따르면, 스펙트럼 센싱 방법은, 검출대상 신호원에 대한 스펙트럼 센싱을 수행하는 적어도 하나 이상의 스펙트럼 센싱 기기들의 위치 정보를 수집하는 단계; 서로 가까운 거리에 있는 스펙트럼 센싱 기기들을 그룹화하는 단계; 하나의 그룹에 속한 스펙트럼 센싱 기기들로부터 수신할 채널데이터의 양을 할당하는 단계; 각 스펙트럼 센싱 기기들로부터 할당된 채널데이터를 수신하는 단계; 및 상기 각 스펙트럼 센싱 기기로부터 수신한 상기 채널 데이터를 바탕으로 스펙트럼 센싱을 수행하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 히든 노드 문제를 최소화 할 수 있다.
도 1은 히든 노드(hidden node)를 나타내는 도면이다.
도 2는 다중 안테나를 이용한 스펙트럼 센싱 방법을 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 다중 지향성 안테나를 이용한 스펙트럼 센싱 방법을 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 다중 지향성 안테나를 이용한 스펙트럼 센싱 방법을 나타내는 순서도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 다중 안테나를 이용한 스펙트럼 센싱 방법을 나타내는 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 다중 안테나를 이용한 스펙트럼 센싱 방법의 순서도를 나타내는 도면이다.
도 7은 공간적으로 분산되어있는 무선 단말을 이용한 스펙트럼 센싱 방법을 나타내는 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따라 단말의 위치정보를 활용해 단말의 그룹화를 통한 스펙트럼 센싱 방법을 나타내는 도면이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따라 단말의 위치정보를 활용해 단말의 그룹화를 통한 스펙트럼 센싱 방법의 순서도를 나타내는 도면이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따라 스펙트럼 센싱 인프라 구조를 활용하는 스펙트럼 센싱 방법의 순서도를 나타내는 도면이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 통해 설명될 것이다. 그러나 본 발명은 여기에서 설명되는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 단지, 본 실시예들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세히 설명하기 위하여 제공되는 것이다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "간접적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
도 2는 다중 안테나를 이용한 스펙트럼 센싱 방법을 나타내는 도면이다.
다중 안테나를 이용한 스펙트럼 센싱 방법은 기지국에서 복수 개의 안테나를 이용하여 공간 다이버시티(spatial diversity)를 활용한 스펙트럼 센싱 방법이다. 도 2를 참조하면, 스펙트럼 센싱 기기(210)는 복수 개의 안테나(안테나1, 안테나2, 안테나3, …, 안테나 N)를 활용하여 N개의 신호 수신 채널(ch 1, ch 2, ch 3, …, ch N)을 사용할 수 있다. N개의 신호 수신 채널은 서로 다른 채널 특성을 가지므로, 스펙트럼 센싱 기기(210)는 각기 다른 채널의 다이버시티를 활용하여 검출대상 신호원(220)을 센싱하기 위한 스펙트럼 센싱의 성능을 향상시킬 수 있다. 즉, 다중 안테나를 이용하는 센싱 방식은 스펙트럼 센싱 기기에 다수의 안테나를 장착하고, 이에 따라 검출대상 신호원과 스펙트럼 센싱 기기 사이에 N개의 무선 채널을 확보하여 채널의 페이딩 효과를 안테나 다이버시티로 극복하여 성능을 개선하는 것이다.
본 발명에 따르면, 이러한 다중 안테나의 활용을 통하여 기지국의 스펙트럼 센싱 성능을 개선할 수 있다. 다중 안테나를 활용하여 스펙트럼 센싱을 수행하는 경우, 충분한 전원을 가질 수 있고, 크기에 따른 제한에서 비교적 자유로워 다수의 안테나를 탑재할 수 있는 기지국이 스펙트럼 센싱을 위한 모든 책임을 전담할 수 있다는 장점이 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 다중 지향성 안테나를 이용한 스펙트럼 센싱 방법을 나타내는 도면이다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 스펙트럼 센싱 기기에 다수의 지향성 안테나를 장착하고, 해당 스펙트럼 센싱 기기가 센싱 해야할 지역을 다수의 섹터로 분할할 수 있다. 그 후, 각 섹터에 대하여 각각의 지향성 안테나를 할당하여 지향성 안테나들이 서로 다른 지역의 검출대상 신호원에 대한 신호를 수신할 수 있다. 이때 스펙트럼 센싱 기기는 기지국일 수 있다.
도 3을 참조하면, 스펙트럼 센싱 기기(301)에 4 개의 지향성 안테나(안테나 1, 안테나 2, 안테나 3, 안테나 4)가 장착되어 있고, 스펙트럼 센싱 기기(301)가 센싱 해야할 지역이 4개의 섹터(Sector 1, Sector 2, Sector 3, Sector 4)로 분할되어 있다. 각 섹터에는 하나의 안테나가 할당(Sector 1 ? 안테나 1, Sector 2 ? 안테나 2, Sector 3 ? 안테나 3, Sector 4 ? 안테나 4)되어 있는데, 해당 안테나는 할당된 각 섹터에 대하여 검출대상 신호원에 대한 신호를 수신한다. 도 4를 참고하여 스펙트럼 센싱 과정을 설명한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 다중 지향성 안테나를 이용한 스펙트럼 센싱 방법을 나타내는 순서도이다.
먼저, 410 단계에서, 스펙트럼 센싱 기기는 다중 지향성 안테나를 이용한 스펙트럼 센싱 수행 시, 스펙트럼 센싱을 수행할 지역을 적어도 하나 이상의 섹터로 분할할한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면 전방향 안테나가 아닌 지향성 안테나를 사용하게 되므로, 각 지향성 안테나에 할당될 지역을 결정하기 위하여 스펙트럼 센싱을 수행할 지역을 적어도 하나 이상의 섹터로 분할할 수 있다. 특히, 스펙트럼 센싱 기기는 스펙트럼 센싱을 수행할 지역을 지향성 안테나의 개수와 동일한 수의 섹터로 분할할 수 있다. 일반적인 상황에서 하나의 섹터당 하나의 지향성 안테나가 할당될 수 있다. 다만, 스펙트럼 센싱 기기에 포함된 지향성 안테나의 수와 같은 스펙트럼 센싱 기기의 상태, 스펙트럼 센싱을 수행할 지역의 넓이와 같은 스펙트럼 센싱 기기의 주변 환경 등에 따라 분할하는 섹터의 수는 다양하게 변형 가능하다.
그 후, 420 단계에서, 스펙트럼 센싱 기기는 각 섹터의 신호 상태에 따라 각각의 지향성 안테나를 할당한다.
각 섹터에 지향성 안테나를 할당하는 방법은 스펙트럼 센싱 기기에 포함된 지향성 안테나의 수와 같은 스펙트럼 센싱 기기의 상태, 스펙트럼 센싱을 수행할 지역의 넓이와 같은 스펙트럼 센싱 기기의 주변 환경 등에 따라 다양하게 변형 가능하다. 예를 들어, 스펙트럼 센싱 기기가 스펙트럼 센싱을 수행할 지역을 지향성 안테나의 개수와 동일한 수의 섹터로 분할한 경우, 하나의 섹터에 그에 대응하는 하나의 지향성 안테나를 할당할 수 있다.
또한, 스펙트럼 센싱 기기는 채널 정보가 부족한 섹터에 보다 많은 수의 안테나를 할당할 수도 있다. 즉, 채널 데이터를 제공할 수 있는 무선 단말이 다수 존재하는 섹터에는 적은 수의 안테나를 배치하고 채널 정보가 부족한 섹터에는 다수의 안테나를 배치하는 방법 구현할 수 있다.
나아가, 430 단계에서 스펙트럼 센싱 기기는 상기 각각의 지향성 안테나를 이용해 검출대상 신호원에 대한 신호를 수신하여 스펙트럼 센싱을 수행한다.
스펙트럼 센싱 기기는, 상기 검출대상 신호원에 대한 스펙트럼 센싱을 수행하는 적어도 하나 이상의 또다른 스펙트럼 센싱 기기로부터 스펙트럼 센싱 결과 또는 상기 또다른 스펙트럼 센싱 기기가 위치한 지역에서의 채널 데이터 중 적어도 하나 이상을 수신할 수 있다. 그 후, 스펙트럼 센싱 기기는 하나 이상의 또다른 스펙트럼 센싱 기기로부터 수신한 스펙트럼 센싱 결과 또는 채널 데이터를 바탕으로 종합적인 스펙트럼 센싱 결과를 도출할 수 있다. 즉, 스펙트럼 센싱 기기에 포함된 지향성 안테나를 이용하여 수신한 신호 외에, 또다른 스펙트럼 센싱 기기가 측정한 스펙트럼 센싱 결과 또는 채널 데이터를 수신하여 보다 정확한 스펙트럼 센싱을 수행할 수 있는 것이다.
이 경우, 스펙트럼 센싱 기기는 420 단계에서 또다른 스펙트럼 센싱 기기가 적게 존재하는 섹터일수록 보다 많은 수의 안테나를 할당할 수 있다. 이는 검출대상 신호원에 대한 신호 정보가 적은 섹터에 많은 수의 안테나를 할당하여 보다 정확한 스펙트럼 센싱을 수행하기 위한 것이다.
전방향 안테나를 이용하는 경우, 안테나 다이버시티를 통하여 채널의 페이딩 특성만을 극복할 수 있는데 비하여, 본 발명의 일 실시예에 따라 지향성 안테나를 사용하는 경우, 검출대상 신호원과 스펙트럼 센싱 기기 간의 장애물로 인한 쉐도잉 특성 역시 극복 가능하고, 수신 신호의 신호 대 잡음비(Signal-to-Noise Ratio: SNR)를 직접적으로 개선할 수 있어 센싱 성능을 향상시킬 수 있다는 장점이 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 다중 안테나를 이용한 스펙트럼 센싱 방법을 나타내는 도면이다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 스펙트럼 센싱 기기는 다수의 안테나를 활용하여 안테나 어레이를 구축하고 수신 빔형성(Received Beamforming) 기법을 이용한다. 이 경우, 수신하고자 하는 신호에 대한 정보가 없는 상태이므로 수신 신호와 일치되는 빔 형성 방향을 찾기 위하여 수신 빔의 형성 방향을 랜덤하게 변화시키며 스캔한다.
도 5를 참조하면, 스펙트럼 센싱 기기(510)는 4 개의 안테나(안테나 1, 안테나 2, 안테나 3, 안테나 4)를 이용하여 안테나 어레이를 구축한다. 스펙트럼 센싱 기기(510)는 이렇게 구축한 안테나 어레이를 이용하여 검출대상 신호원으로부터 수신하는 신호와 일치되는 빔 형성 방향을 찾기 위해 수신 빔의 형성 방향을 랜덤하게 변화시키며 스캔한다. 도 6을 참고하여 스펙트럼 센싱 과정을 설명한다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 다중 안테나를 이용한 스펙트럼 센싱 방법의 순서도를 나타내는 도면이다.
먼저, 610 단계에서, 스펙트럼 센싱 기기는 복수 개의 안테나를 이용하여 안테나 어레이를 형성하고, 620 단계에서 안테나 어레이를 이용하여 빔을 형성(Beamforming)한다. 이때, 안테나 어레이 형성 방법 및 빔 형성 방법은 스펙트럼 센싱 기기에 포함된 안테나의 수와 같은 스펙트럼 센싱 기기의 상태, 스펙트럼 센싱을 수행할 지역의 넓이와 같은 스펙트럼 센싱 기기의 주변 환경 등에 따라 다양하게 변형 가능하다.
다음으로, 스펙트럼 센싱 기기는 630 단계에서 검출대상 신호원의 신호와 일치되는 빔의 형성 방향을 찾기 위하여 빔의 형성 방향을 변화시켜 스캔한다.
스캔하는 과정을 수학식으로 표현하면, 송신신호를 x, 채널 계수를 H라고 할 때, 스펙트럼 센싱 기기에서 수신되는 신호 y는 아래와 같이 표현될 수 있다.
y = Hx (수학식 1)
종래 기술에 따른 수신 빔형성 방식에서는 채널 추정 등을 통하여 H행렬을 알 수 있으므로, H의 행렬 에르미트 행렬(Hermitian matrix) H*을 곱하여 아래와 같이 수신 신호의 값을 최대화하여 수신 감도를 높인다.
Z = H* * y = H* * Hx = ||H||2 x (수학식 2)
하지만, 본 발명의 일 실시예에 따른 스펙트럼 센싱 방법에 따르면, H에 대한 정보가 없으므로, 빔의 형성 방향을 변화시켜 스캔하는 과정을 통해 H*를 임의로 생성하여 검출대상 신호원의 신호와 일치되는 빔의 형성 방향을 찾는 것이다.
이때, 수신 빔의 형성 방향은 랜덤하게 변화시키며 생성할 수도 있고 안테나 어레이를 통해서 생성 가능한 빔 방향을 균일하게 바꾸어가며 스윕(sweep)할 수도 있다.
그 후, 스펙트럼 센싱 기기는 640 단계에서 검출대상 신호원의 신호와 빔의 형성 방향이 일치되는지 여부를 판단한다. 이때, 수신하는 신호의 세기가 가장 높아지는 경우, 검출대상 신호원의 신호와 빔의 형성 방향이 일치되었다고 판단할 수 있다. 즉, 스펙트럼 센싱 기기 빔의 형성 방향을 변화시켜 스캔하는 과정 중 수신 신호의 세기가 가장 높아지는 경우, 수신 빔의 형성이 잘 이루어진 것으로 판단하는 것이다.
나아가, 스펙트럼 센싱 기기는 650 단계에서 검출대상 신호원의 신호와 빔의 형성 방향이 일치되는 경우, 해당 방향에서 스펙트럼 센싱을 수행할 수 있다. 640 단계에서 수신 신호의 세기가 가장 높아지는 경우, 수신 빔의 형성이 잘 이루어진 것으로 판단하게 되므로, 해당 수신 빔의 방향 상태에서 고정적으로 채널 데이터를 수집하는 것이다.
다중 안테나를 이용한 안테나 다이버시티를 활용하는 경우, 수동적으로 다수의 안테나 중 하나라도 채널 페이딩 환경이 좋기를 기대하는 방법인데 비하여, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 수신 빔의 형성 방향을 바꾸어가며 적극적으로 수신 신호 대 잡음비(SNR)을 향상시켜 센싱 성능을 개선할 수 있다.
또한, 도 3에 도시된 실시예와 도 5에 도시된 실시예를 비교하면 도 3에 도시된 실시예에서는 각각의 섹터에 지정된 지향성 안테나를 고정적으로 배치하는 반면, 도 5에 도시된 실시예에서는 스펙트럼 센싱 기기에 장착된 안테나 전체를 하나의 어레이로 이용한다는 점에서 차이점이 있다.
도 7은 공간적으로 분산되어있는 무선 단말을 이용한 스펙트럼 센싱 방법을 나타내는 도면이다.
공간적으로 분산되어있는 무선 단말을 이용한 스펙트럼 센싱 방법은 공간적으로 서로 떨어져 있는 스펙트럼 센싱 기기의 센싱 결과를 취합하는 협력 센싱 방식이다. 도 7을 참조하면, 주로 공간적으로 분산된 단말들(710, 720, 730, 740)이 검출대상 신호원(740)에 대한 스펙트럼 센싱을 수행하고, 단말들(710, 720, 730, 740)의 스펙트럼 센싱 결과를 기지국(700)이 취합하여 종합적인 센싱 결과를 생성할 수 있다. 즉, 단말들(710, 720, 730, 740)이 공간적으로 서로 다른 위치에 존재하고, 이에 따라 검출대상 신호원(750)과의 물리적 거리가 가깝거나 혹은 검출대상 신호원(750)과의 채널 환경이 좋은 단말이 검출대상 신호원을 검출해 낼 수 있으므로 스펙트럼 센싱의 성능을 향상 시킬 수 있다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따라 단말의 위치정보를 활용해 단말의 그룹화를 통한 스펙트럼 센싱 방법을 나타내는 도면이다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 기지국은 서로 가까운 거리에 있는 스펙트럼 센싱 기기들을 그룹화하고, 하나의 그룹에 속한 스펙트럼 센싱 기기들로부터 수신할 채널데이터의 양을 할당하며, 각 스펙트럼 센싱 기기들로부터 할당된 채널데이터를 수신하고, 각 스펙트럼 센싱 기기로부터 수신한 상기 채널 데이터를 바탕으로 스펙트럼 센싱을 수행할 수 있다. 이때 스펙트럼 센싱 기기는 단말일 수 있다.
도 8을 참조하면, 단말 1(811), 단말 2(812), 단말 3(813)이 유사한 위치에 존재하는 경우 3개의 단말(811. 812, 813)에서 얻을 수 있는 채널 데이터는 유사할 것이다. 따라서, 이러한 점을 이용하여 전송해야 할 채널 데이터를 줄일 수 있다. 즉, 단말 4(820) 위치에서의 스펙트럼 센싱을 위해서는 단말 4(820)가 100 의 채널 데이터를 기지국(800)으로 전송해야 한다면, 유사한 위치에 존재하는 3개의 단말(811. 812, 813)들을 그룹화(810)한다면, 채널 데이터의 유사성을 고려하여 각각 40 의 채널 데이터만을 기지국(800)으로 전송하여도 해당 위치에서의 스펙트럼 센싱 결과를 얻는데 충분한 데이터가 될 수 있다.
이때, 각 단말의 위치에 따른 그룹핑 방법은 단말의 위치 정보에 따라서 가변적으로 적용될 수 있으며, 그룹 내에서의 채널 데이터 전송 분배 등도 상황에 따라 다르게 적용할 수 있다. 또한, 그룹에 따라 전송하는 채널 데이터의 양 뿐만이 아니라 전달되는 채널 정보의 종류 또한 달라질 수도 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 단말의 위치에 따라 단말들을 그룹화하고, 그룹 내 단말의 수 등 그룹의 특징에 따라서 서로 차별화된 정보를 중앙 신호처리 기기로 전송할 수 있다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따라 단말의 위치정보를 활용해 단말의 그룹화를 통한 스펙트럼 센싱 방법의 순서도를 나타내는 도면이다.
먼저, 기지국은 910 단계에서, 스펙트럼 센싱 기기들의 위치 정보를 수집하여, 920 단계에서 서로 가까운 거리에 있는 스펙트럼 센싱 기기들을 그룹화 한다. 즉, 기지국은 각 스펙트럼 센싱 기기들의 위치 정보를 기반으로 스펙트럼 센싱 기기들을 그룹화하는 것이다.
그 후, 기지국은 930 단계에서 하나의 그룹에 속한 스펙트럼 센싱 기기들로부터 수신할 채널데이터의 양을 할당한다. 이때, 하나의 그룹에 속한 스펙트럼 센싱 기기의 수에 따라 수신할 채널데이터의 양을 할당할 수 있다. 하나의 그룹에 속한 스펙트럼 센싱 기기의 수가 많은 경우, 즉, 유사한 위치에 다수의 스펙트럼 센싱 기기가 존재하는 경우에는, 채널 데이터의 유사성을 고려하여 해당 그룹에 속한 하나의 스펙트럼 센싱 기기로부터 수신할 채널데이터의 양을 적게 할당하고, 유사한 위치에 적은 수의 스펙트럼 센싱 기기가 존재하는 경우에는, 해당 그룹이 위치한 지역의 충분한 채널 데이터를 얻기 위하여 하나의 스펙트럼 센싱 기기로부터 수신할 채널데이터의 양을 많이 할당할 수 있다.
나아가, 기지국은 940 단계에서 각 스펙트럼 센싱 기기들로부터 할당된 채널데이터를 수신하고, 950 단계에서 각 스펙트럼 센싱 기기로부터 수신한 상기 채널 데이터를 바탕으로 스펙트럼 센싱을 수행한다.
공간적으로 분산되어있는 무선 단말을 이용한 스펙트럼 센싱 방볍의 경우, 단말의 물리적 크기 제약 및 배터리 용량의 한계가 존재하여 단말 내 스펙트럼 센싱 기능 구현 및 이를 이용한 스펙트럼 센싱 수행을 구현하는 것이 어려울 수 있다. 하지만, 도 8과 같이 단말의 위치정보를 활용해 그룹화 하는 경우, 이러한 단점을 극복하고 스펙트럼 센싱을 수행할 수 있다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따라 스펙트럼 센싱 인프라 구조를 활용하는 스펙트럼 센싱 방법의 순서도를 나타내는 도면이다.
도 10을 참조하면, 스펙트럼 센싱을 위한 종합적 기능은 기지국(1000)에서 이루어지며, 기지국(1000)과 별도의 스펙트럼 센싱 신호 처리를 위한 기기(1101, 1102, 1103, 1104)를 설치할 수 있다. 통신을 위한 단말(1201, 1202, 1203, 1204, 1205, 1206)과 기지국(1000) 외에 별도의 센싱을 위한 센싱 기기(1101, 1102, 1103, 1104)를 공간적으로 분산시켜 배치하여 협력 센싱과 동일한 공간 다이버시티 효과를 누릴 수 있다. 즉, 각각의 단말(1201, 1202, 1203, 1204, 1205, 1206)에서 스펙트럼 센싱 기능을 수행하여 센싱 결과를 기지국으로 전달하는 것에 더해 본 발명의 일 실시예에서는 별도의 센싱을 위한 센싱 기기(1101, 1102, 1103, 1104)가 존재하여 스펙트럼 센싱 관련 역할을 수행한다.
센싱 기기(1101, 1102, 1103, 1104)는, 1)스펙트럼 센싱 기능을 탑재하고 있거나, 2)센싱 기능 없이 채널 데이터 습득을 위한 안테나 혹은 안테나+RF모듈로 구성될 수 있다. 이 경우, 센싱 기기(1101, 1102, 1103, 1104)에서 기지국(1000)으로 전달되는 정보는, 1)해당 센싱 기기(1101, 1102, 1103, 1104)의 스펙트럼 센싱 결과(센싱 기능 탑재 시), 또는 2)해당 노드 지역에서의 채널 데이터(센싱 기능 부재 시)로 구성될 수 있다.
기지국(1000)은 1)센싱 기기(1101, 1102, 1103, 1104)로부터 센싱 결과를 수신하는 경우, 각 센싱 기기(1101, 1102, 1103, 1104)의 결과를 조합하는 하드 결정 (Hard Decision)을 수행하고, 2) 센싱 기기(1101, 1102, 1103, 1104)로부터 채널 데이터를 수신하는 경우, 채널 데이터를 서로 혼합한 뒤 스펙트럼 센싱을 수행하여 종합적인 결과를 도출하는 소프트 결정(Soft Decision) 또는 각 센싱 기기(1101, 1102, 1103, 1104)의 채널 데이터에 대한 센싱을 각기 수행하여 결과를 조합하는 하드 결정 방식을 수행할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 기지국(1000)과 분산된 센싱 기기(1101, 1102, 1103, 1104) 간의 인터페이스는 유선 및 무선이 모두 고려될 수 있으며, 실내 환경에서는 하나의 사업자에 의해 인프라가 구축된다면, 큰 부담없이 유선망을 구축할 수 있다. 실외 환경과 같이 유선망 구축이 어려운 경우에는 무선망을 이용하여 센싱 기기(1101, 1102, 1103, 1104)와 기지국(1000) 간의 정보 교환이 이루어질 수 있으며, 이때 센싱 기기(1101, 1102, 1103, 1104)는 단말(1201, 1202, 1203, 1204, 1205, 1206)과 기지국(1000) 간의 통신 방식과 유사한 방식으로 기지국과 통신 인프라를 구축할 수 있다. 이로 인해 기지국(1000)은 별도의 추가적인 무선 인프라 구현에 대한 부담없이 센싱 기기(1101, 1102, 1103, 1104)의 정보를 수신할 수 있다. 즉, 기지국(1000)과 센싱 기기(1101, 1102, 1103, 1104) 간의 인터페이스는 유선 및 무선이 고려될 수 있으며, 센싱 기기(1101, 1102, 1103, 1104)의 센싱 신호처리 기능 탑재 여부에 따라서 센싱 기기(1101, 1102, 1103, 1104)는 센싱 결과 또는 수집된 채널 데이터를 기지국(1000)으로 전달할 수 있다. 한다. 기지국(1000)에서는 각 센싱 기기(1101, 1102, 1103, 1104)에서 취합된 정보를 이용하여 종합적인 스펙트럼 센싱 결과를 도출할 수 있다.
이와 같이 도 10에 도시된 본 발명의 일 실시예는 위에서 설명한 도 2 내지 도 9에 따른 실시예에 적용 가능하다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 기지국(1000)은 센싱 기기(1101, 1102, 1103, 1104)로부터 정보를 수신할 수 있어 각 단말(1201, 1202, 1203, 1204, 1205, 1206)은 스펙트럼 센싱 기능이 구현되어 있지 않거나 스펙트럼 센싱을 수행하지 않고 채널 데이터만을 기지국으로 전달할 수 있다. 따라서, 각 단말(1201, 1202, 1203, 1204, 1205, 1206)에 스펙트럼 센싱 기능을 구현하거나 각 단말(1201, 1202, 1203, 1204, 1205, 1206)이 스펙트럼 센싱 기능을 수행할 필요가 없다는 장점이 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 기지국 또는 스펙트럼 센싱 기기는 프로세서, 메모리 및 RF 유닛을 포함할 수 있다. RF 유닛은 적어도 하나 이상의 안테나와 기능적으로 연결되어 안테나를 통하여 신호를 전송 및/또는 수신할 수 있도록 설정된다. 프로세서는 RF 유닛과 기능적으로 연결되어 본 발명의 일 실시예에 따른 방법을 구현할 수 있도록 설정된다. 프로세서 및/또는 RF 유닛은 ASIC(application-specific integrated circuit), 다른 칩셋, 논리 회로 및/또는 데이터 처리 장치를 포함할 수 있다. 메모리는 ROM(read-only memory), RAM(random access memory), 플래쉬 메모리, 메모리 카드, 저장 매체 및/또는 다른 저장 장치를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 방법이 소프트웨어로 구현될 때, 상술한 방법은 상술한 기능을 수행하는 모듈(과정, 기능 등)로 구현될 수 있다. 각 모듈은 메모리에 저장되고, 프로세서에 의해 실행될 수 있다. 메모리는 프로세서 내부 또는 외부에 있을 수 있고, 잘 알려진 다양한 수단으로 프로세서와 연결될 수 있다. 기지국 또는 스펙트럼 센싱 기기는 프로세서에 구현된 통신 프로토콜 및 설정에 따라 다양한 표준을 지원하는 통신의 단말로 동작할 수도 있다.
지금까지 본 발명의 실시예들을 프로세서에 의해 수행되는 명령들로 구현되어 컴퓨터에 의해 판독 가능한 저장 매체에 저장될 수 있다. 이러한 명령들이 프로세서에 의해 실행되는 경우, 위에서 설명한 흐름도 및/또는 블록도에서 특정된 기능들/동작들을 구현하는 수단을 생성할 수 있다. 흐름도/블록도들에서의 각 블록은 본 발명의 실시예들을 구현하는 하드웨어 및/또는 소프트웨어모듈 또는 로직을 나타낼 수도 있다. 또한, 블록도들에 언급한 기능들은 도면들에서 언급한 순서를 벗어나 발생할 수도 있고, 동시에 발생할 수도 있다.
컴퓨터에 의해 판독 가능한 매체는 예를 들어, 플로피 디스크, ROM, 플래시 메모리, 디스크 드라이브 메모리, CD-ROM, 및 다른 영구 저장부와 같은 비휘발성 메모리를 포함할 수 있으나, 이에 한정되지 않고 다양한 매체가 사용 가능하다.
본 명세서와 도면에 개시된 본 발명의 실시예들은 본 발명의 기술 내용을 쉽게 설명하고 본 발명의 이해를 돕기 위해 특정 예를 제시한 것일 뿐이며, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시예들 이외에도 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형 예들이 실시 가능하다는 것은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것이다.
110: 스펙트럼 센싱 기기
120: 채널 영향
130: 검출대상 신호원

Claims (12)

  1. 다중 지향성 안테나를 이용한 스펙트럼 센싱 방법에 있어서,
    스펙트럼 센싱을 수행할 지역을 적어도 하나 이상의 섹터로 분할하는 단계;
    각 섹터의 신호 상태에 따라 각각의 지향성 안테나를 할당하는 단계; 및
    상기 각각의 지향성 안테나를 이용해 검출대상 신호원에 대한 신호를 수신하여 스펙트럼 센싱을 수행하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 스펙트럼 센싱 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    스펙트럼 센싱을 수행할 지역을 적어도 하나 이상의 섹터로 분할하는 단계는,
    상기 스펙트럼 센싱을 수행할 지역을 상기 지향성 안테나의 개수와 동일한 수의 섹터로 분할하는 것을 특징으로 하고,
    상기 각 섹터의 신호 상태에 따라 각각의 지향성 안테나를 할당하는 단계는,
    하나의 섹터에 그에 대응하는 하나의 지향성 안테나를 할당하는 것을 특징으로 하는 스펙트럼 센싱 방법
  3. 제1항에 있어서,
    상기 각 섹터의 신호 상태에 따라 각각의 지향성 안테나를 할당하는 단계는,
    채널 정보가 부족한 섹터에 보다 많은 수의 안테나를 할당하는 것을 특징으로 하는 스펙트럼 센싱 방법
  4. 제1항에 있어서,
    상기 각각의 지향성 안테나를 이용해 검출대상 신호원에 대한 신호를 수신하여 스펙트럼 센싱을 수행하는 단계는,
    상기 검출대상 신호원에 대한 스펙트럼 센싱을 수행하는 적어도 하나 이상의 또다른 스펙트럼 센싱 기기로부터 스펙트럼 센싱 결과 또는 상기 또다른 스펙트럼 센싱 기기가 위치한 지역에서의 채널 데이터 중 적어도 하나 이상을 수신하는 단계; 및
    상기 하나 이상의 또다른 스펙트럼 센싱 기기로부터 수신한 상기 스펙트럼 센싱 결과 또는 상기 채널 데이터 중 적어도 하나 이상을 바탕으로 종합적인 스펙트럼 센싱 결과를 도출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 스펙트럼 센싱 방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 각 섹터의 신호 상태에 따라 각각의 지향성 안테나를 할당하는 단계는,
    상기 스펙트럼 센싱 기기가 적게 존재하는 섹터일수록 보다 많은 수의 안테나를 할당하는 것을 특징으로 하는 스펙트럼 센싱 방법.
  6. 다중 안테나를 이용한 스펙트럼 센싱 방법에 있어서,
    복수 개의 안테나를 이용하여 안테나 어레이를 형성하는 단계;
    상기 안테나 어레이를 이용하여 빔을 형성(Beamforming)하는 단계;
    검출대상 신호원의 신호와 일치되는 빔의 형성 방향을 찾기 위하여 상기 빔의 형성 방향을 변화시켜 스캔하는 단계;
    상기 검출대상 신호원의 신호와 상기 빔의 형성 방향이 일치되는지 여부를 판단하는 단계; 및
    상기 검출대상 신호원의 신호와 상기 빔의 형성 방향이 일치되는 경우, 해당 방향에서 스펙트럼 센싱을 수행하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 스펙트럼 센싱 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 검출대상 신호원의 신호와 일치되는 빔의 형성 방향을 찾기 위하여 상기 빔의 형성 방향을 변화시켜 스캔하는 단계는,
    상기 빔의 형성 방향을 랜덤(random)하게 변화시키며 스캔하는 것을 특징으로 하는 스펙트럼 센싱 방법.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 검출대상 신호원의 신호와 일치되는 빔의 형성 방향을 찾기 위하여 상기 빔의 형성 방향을 변화시켜 스캔하는 단계는,
    상기 빔의 형성 방향을 균일하게 변화시키며 스캔하는 것을 특징으로 하는 스펙트럼 센싱 방법.
  9. 제6항에 있어서,
    상기 검출대상 신호원의 신호와 상기 빔의 형성 방향이 일치되는지 여부를 판단하는 단계는,
    수신하는 신호의 세기가 가장 높아지는 경우, 상기 검출대상 신호원의 신호와 상기 빔의 형성 방향이 일치되었다고 판단하는 것을 특징으로 하는 스펙트럼 센싱 방법.
  10. 검출대상 신호원에 대한 스펙트럼 센싱을 수행하는 적어도 하나 이상의 스펙트럼 센싱 기기들의 위치 정보를 수집하는 단계;
    서로 가까운 거리에 있는 스펙트럼 센싱 기기들을 그룹화하는 단계;
    하나의 그룹에 속한 스펙트럼 센싱 기기들로부터 수신할 채널데이터의 양을 할당하는 단계;
    각 스펙트럼 센싱 기기들로부터 할당된 채널데이터를 수신하는 단계; 및
    상기 각 스펙트럼 센싱 기기로부터 수신한 상기 채널 데이터를 바탕으로 스펙트럼 센싱을 수행하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 스펙트럼 센싱 방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 하나의 그룹에 속한 스펙트럼 센싱 기기들로부터 수신할 채널데이터의 양을 할당하는 단계는,
    상기 하나의 그룹에 속한 스펙트럼 센싱 기기의 수에 따라 수신할 채널데이터의 양을 할당하는 것을 특징으로 하는 스펙트럼 센싱 방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 하나의 그룹에 속한 스펙트럼 센싱 기기들로부터 수신할 채널데이터의 양을 할당하는 단계는,
    상기 하나의 그룹에 속한 스펙트럼 센싱 기기의 수가 많을수록 수신할 채널데이터의 양을 적게 할당하는 것을 특징으로 하는 하는 스펙트럼 센싱 방법.
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