KR20170111253A - 스펙트럼 공유 무선 인지 네트워크에서의 다중 홉 전송 기법 - Google Patents

스펙트럼 공유 무선 인지 네트워크에서의 다중 홉 전송 기법 Download PDF

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Abstract

다중 홉 전송 기법 및 그 장치는 1차 사용자의 주파수 대역을 차량간 통신을 위해 재사용하는 스펙트럼 공유 무선 인지 네트워크에 관한 것으로, 2차 사용자인 차량이 1차 사용자에서의 간섭량이 일정 값 이하가 되고 2차 사용자 네트워크의 불능확률이 일정값 이하가 되도록 전력을 조절한다.

Description

스펙트럼 공유 무선 인지 네트워크에서의 다중 홉 전송 기법{MULTI-HOP TRANSMISSION IN SPECTRUM SHARING COGNITIVE RADIO NETWORKS}
본 발명은 스펙트럼 공유 무선 인지 네트워크에서의 다중 홉 전송 기법에 관한 것이다.
무선 인지 네트워크(cognitive radio network)는 한정된 자원인 채널 대역폭의 사용을 효과적으로 할 수 있게 도와주기 때문에 최근에 활발히 연구되고 있다. 이러한 무선 인지 네트워크에는 스펙트럼 센싱(spectrum sensing) 무선 인지 네트워크와 스펙트럼 공유(spectrum sharing) 무선 인지 네트워크가 있는데, 그 중 스펙트럼 센싱 무선 인지 네트워크에서는 1차 사용자(primary user)가 사용하지 않는 스펙트럼을 2차 사용자(secondary user)가 감지하여 사용하고, 스펙트럼 공유 무선 인지 네트워크에서는 1차 사용자가 허용할 수 있는 간섭 이내에서 2차 사용자가 1차 사용자의 스펙트럼을 동시에 사용한다.
스펙트럼 공유 무선 인지 네트워크에 관한 연구는 많이 진행되었지만 다수의 1차 송신기들이 존재하는 환경에서의 다중 홉 전송 기법에 관한 연구는 미흡하다.
[1]에서는 1차 송신기 및 수신기가 존재하는 스펙트럼 공유 무선 인지 네트워크에서의 중계 전송 기법에 관한 연구가 진행되었다. 하지만 다수의 1차 송신기들이 존재할 경우 각 2차 사용자에서 다중 간섭 신호가 들어오기 때문에 이러한 다중 간섭 신호를 고려한 새로운 다중 홉 전송 기법이 필요하다.
[1] W. Xu, J. Zhang, P. Zhang, and C. Tellambura, "Outage probability of decode-and-forward cognitive relay in presence of primary user's interference,"IEEE Commun. Lett., vol. 16, no. 8, pp. 1252-1255, Aug. 2012.
한국공개특허 제10-2010-0135604호 한국등록특허 제10-1589102호
J. Lee, H. Wang, J. G. Andrews, and D. Hong, "Outage probability of cognitive relay networks with interference constraints," IEEE Trans. Wireless Commun., vol. 10, pp. 390-396, Feb. 2011. W. Xu, J. Zhang, P. Zhang, and C. Tellambura, "Outage probability of decode-and-forward cognitive relay in presence of primary user?s interference," IEEE Commun. Lett., vol. 16, no. 8, pp. 1252-1255, Aug. 2012.
본 발명의 목적은, 다수의 1차 송신기가 존재하는 스펙트럼 공유 무선 인지 네트워크에서 각 2차 사용자가 다중 간섭 신호를 고려하여 전력을 조절하는 다중 홉 전송 기법을 제시하고자 함에 있다.
상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 실시예에 따른 스펙트럼 공유 무선 인지 네트워크에서의 다중 홉 전송 기법은, 1차 사용자의 주파수 대역을 차량간 통신을 위해 재사용하는 스펙트럼 공유 무선 인지 네트워크에 관한 것으로, 2차 사용자인 차량이 1차 사용자에서의 간섭량이 일정 값 이하가 되고 2차 사용자 네트워크의 불능확률이 일정값 이하가 되도록 전력을 조절한다.
본 발명에 따르면 각 2차 사용자가 다중 간섭 신호의 영향을 고려하여 1차 사용자의 주파수 대역을 재사용함으로써 주파수 이득을 얻음과 동시에 2차 사용자 네트워크의 불능확률을 일정값으로 제한할 수 있기 때문에 1차 및 2차 사용자 네트워크의 QoS를 보장하는 효과를 기대할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 스펙트럼 공유 무선 인지 네트워크에서의 다중 홉 전송 기법을 설명하기 위한 도면.
이하, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세히 설명하기 위하여, 본 발명의 가장 바람직한 실시예를 첨부 도면을 참조하여 설명하기로 한다. 우선 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 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 생략한다.
본 발명에서는 도 1과 같은 스펙트럼 공유 무선 인지 네트워크를 가정한다. 1차 사용자 네트워크에는 L개의 송신기(PS)와 하나의 수신기(PD)가 존재하고, 2차 사용자 네트워크에는 K+1개의 사용자(T)가 존재한다고 가정한다.
또한, 2차 사용자 네트워크의 최대 전송전력을 조절하기 위한 중앙 처리 장치가 존재한다. 1차 수신기는 M개의 안테나를 가지고 있고 나머지 사용자들은 한 개의 안테나를 가지고 있다고 가정한다.
각 2차 사용자는 인접한 2차 사용자와의 채널과 2차 수신기와의 채널에 대한 정보를 정확하게 알고 있다고 가정한다. 스펙트럼 공유 방식 무선 인지 네트워크이므로 1차 송신기들의 신호 전송은 각 2차 사용자에게 간섭으로, 2차 사용자들의 신호 전송은 1차 기지국에게 간섭으로 작용한다.
또한, 2차 사용자들의 신호전송은 T0부터 Tk까지 K개의 단계에 동안 이루어지며 각 2차 사용자들은 복호후재전송 방식을 이용하여 홉간 전송을 한다.
도 1은 다중 사용자 중계 네트워크에서의 중계기 할당 예시이다.
k번째 단계에서는 Tk -1이 Tk로 신호를 전송하게 되며 이때 Tk가 받는 수신 신호는 수학식 1과 같이 모델링 할 수 있다
Figure pat00001
여기서 hi,j는 i와 j사이의 채널계수, Pi는 i의 전송전력, xi는 i의 전송신호이며 ni는 평균이 0이고 분산이 N0인 i에서의 가우시안 잡음이다.
수학식 1로부터 Tk에서의 수신 신호대간섭잡음비는 수학식 2와 같이 나타낼 수 있다
Figure pat00002
스펙트럼 공유방식에서는 2차 사용자의 전송전력은 PD에서의 최대 허용 간섭량
Figure pat00003
와 각 사용자의 최대 전송전력 Pmax에 의해 제한을 받는다.
이에 따른 Tk -1의 전송전력은 다음과 같이 나타낼 수 있다.
Figure pat00004
2차 사용자 네트워크의 불능은 T0와 Tk사이의 상호정보량이 목표 전송률 R보다 작을 경우 발생하게 된다.
불능확률을 구하기 위해 먼저 Tk - 1와 Tk사이의 상호정보량을 구하면 수학식 4와 같다.
Figure pat00005
각 2차 사용자는 복호후재전송을 이용하기 때문에 T0와 Tk사이의 상호정보량은 수학식 5와 같이 구할 수 있다
Figure pat00006
불능의 정의에 따라 2차 사용자 네트워크의 불능 확률을 구하면 수학식 6과 같다.
Figure pat00007
여기서
Figure pat00008
는
Figure pat00009
의 누적분포함수를 나타낸다. 따라서
Figure pat00010
의 누적분포함수를 구함으로써 2차 네트워크의 불능확률을 구할 수 있고 이는 각 2차 사용자간 채널과 2차 사용자와 1차 사용자 사이의 채널에 대한 평균 채널정보를 이용하여 구할 수 있다.
본 발명에서의 신호 전송은 다음과 같이 이루어진다. 먼저 중앙 처리 장치가 각 2차 사용자간 채널과 2차 사용자와 1차 사용자 사이의 채널에 대한 평균 채널정보를 이용하여 수학식 6과 같이 2차 사용자 네트워크의 불능 확률 Pout을 계산한다.
중앙 처리 장치는 불능 확률이 목표 불능확률
Figure pat00011
이하가 되도록 최대 전송 전력 Pmax 값을 구하고 이를 각 2차 사용자들에게 알려준다.
이 후 신호 전송은 K 단계 동안 이루어지게 되며, k단계에서는 2차 사용자 Tk-1이 Pmax값과 1차 수신기와의 채널정보, 최대 허용 간섭량
Figure pat00012
를 바탕으로 하여 수학식 3과 같이 전송 전력을 조절하여 Tk로 신호를 전송하고, Tk는 수신된 신호를 복호한다.
이상에서 본 발명에 따른 바람직한 실시예에 대해 설명하였으나, 다양한 형태로 변형이 가능하며, 본 기술분야에서 통상의 지식을 가진자라면 본 발명의 특허청구범위를 벗어남이 없이 다양한 변형예 및 수정예를 실시할 수 있을 것으로 이해된다.

Claims (1)

1차 사용자의 주파수 대역을 차량간 통신을 위해 재사용하는 스펙트럼 공유 무선 인지 네트워크에 관한 것으로, 2차 사용자인 차량이 1차 사용자에서의 간섭량이 일정 값 이하가 되고 2차 사용자 네트워크의 불능확률이 일정값 이하가 되도록 전력을 조절하는 것을 특징으로 하는 다중 홉 전송 기법.
KR1020160036275A 2016-03-25 2016-03-25 스펙트럼 공유 무선 인지 네트워크에서의 다중 홉 전송 기법 KR20170111253A (ko)

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