KR101003503B1 - Apparatus and Method for wideband spectrum sensing - Google Patents

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Abstract

본 발명은 광대역 스펙트럼 센싱 시스템 및 그 방법에 관한 것으로서, 중심 주파수의 변경에 따라 필터링되는 주파수 대역이 변경하여, 각기 상이한 주파수 대역의 신호를 BPF에서 필터링하고, 샘플링 주파수를 변경하여 기저대역에서 중첩되는 하위 주파수 대역들의 개수 또는 범위가 변경되도록 함으로써 주파수 대역에 속하는 복수의 하위 주파수 대역들이 기저대역에서 상호 중첩되도록 각 BPF로부터의 신호를 ADC에서 샘플링하여 변환하며, 샘플링 주파수 및 필터링 주파수 대역을 서정하고 변환된 신호의 중첩된 하위 주파수로부터 사용중인 하위 주파수 대역을 검출하는 DSP 블록을 포함한다. 이에 의해, 넓은 주파수 대역을 먼저 탐색하고 사용중인 하위 주파수 대역이 포함된 주파수 대역에 대해서만 다단계에 걸쳐 탐색을 수행함으로써, 고속으로 스펙트럼을 센싱할 수 있다. BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a wideband spectrum sensing system and method thereof, wherein a frequency band to be filtered is changed according to a change of a center frequency, so that signals of different frequency bands are filtered at a BPF, and a sampling frequency is changed to overlap at a baseband. By changing the number or range of the lower frequency bands, a signal from each BPF is sampled and converted by the ADC so that a plurality of lower frequency bands belonging to the frequency band overlap each other in the baseband, and the sampling frequency and filtering frequency bands are determined and converted. And a DSP block for detecting a lower frequency band in use from the superimposed lower frequencies of the signal. As a result, the spectrum can be sensed at high speed by first searching a wide frequency band and performing a multi-stage search for only the frequency band including the lower frequency band in use.

광대역, 스펙트럼, 센싱, Coarse search, Fine Search, 샘플링, Aliasing Broadband, Spectrum, Sensing, Coarse search, Fine Search, Sampling, Aliasing

Description

광대역 스펙트럼 센싱 시스템 및 방법{Apparatus and Method for wideband spectrum sensing}Apparatus and Method for wideband spectrum sensing

본 발명은 광대역 스펙트럼 센싱 시스템 및 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 광대역 주파수 대역에서 하위 주파수 대역의 사용여부를 보다 신속하게 검색할 수 있도록 하는 광대역 스펙트럼 센싱 시스템 및 방법에 관한 것이다. The present invention relates to a wideband spectrum sensing system and method, and more particularly, to a wideband spectrum sensing system and method for enabling a faster search for use of a lower frequency band in a wideband frequency band.

본 발명은 정보통신부 및 정보통신연구진흥원의 이동통신 무선접속방식의 환경 적응형 자율제어 기술 연구의 일환으로 수행한 연구로부터 도출된 것이다[과제관리번호: 2008-F-007-01, 과제명: 이동통신 무선접속방식의 환경 적응형 자율제어 기술 연구].The present invention is derived from the research conducted as part of the research on the environment-adaptable autonomous control technology of the mobile communication wireless access method of the Ministry of Information and Communication and the Ministry of Information and Communication Research. A Study on Environment-Adaptive Autonomous Control Technology of Mobile Communication Wireless Access Method].

최근 무선 통신 기술이 다양한 형태로 급속이 발전함에 따라, 각 서비스마다 주파수 대역이 할당되어 사용할 수 있는 주파수 대역이 찾기가 어렵다. 특히 낮은 주파수 대역을 사용할 수 있는 여지가 거의 없다. 이러한 문제점을 해결하기 위해, 이미 특정 서비스에 할당되어 있지만 실제로 사용되지 않는 주파수를 지역과 시간에 따라 자동으로 찾아 주변의 허가된 무선국을 보호하면서 목적하는 통신이 가능하도록 만들어 주는 기술인 무선인지 라디오 기술(Cognitive Radio; CR)이 제 안되어 있다. 이러한 무선인지 라디오 기술은, 다양한 폭으로 흩어져 있고 점유되는 시간이 계속 달라지는 유휴 스펙트럼을 찾아 그 환경에 맞는 주파수 대역폭, 출력, 변조 방식 등을 판단하여 재활용토록 함으로써 제한된 자원인 주파수의 효율성을 높일 수 있는 장점이 있다. Recently, as wireless communication technology rapidly develops in various forms, it is difficult to find a frequency band that can be used by assigning a frequency band to each service. In particular, there is little room for using low frequency bands. To solve this problem, radio-cognitive radio technology, which is a technology that automatically finds frequencies that are already assigned to a specific service but is not actually used according to region and time, protects authorized radio stations around it and makes the desired communication possible. Cognitive Radio (CR) is proposed. This wireless cognitive radio technology can improve the efficiency of the limited resource frequency by finding an idle spectrum that is scattered in various widths and occupied time continuously, and determining and recycling the frequency bandwidth, output, and modulation method appropriate to the environment. There is an advantage.

이러한 무선인지 라디오 기술을 사용하여, 무선통신 시스템이 주변 채널 및 주파수 상황을 인지하고 이에 맞는 최적의 통신 파라미터를 설정하여 통신을 할 경우, 무선통신 시스템은 기존의 시스템과는 달리 채널 및 주파수 상황을 인지할 수 있는 장치를 구비하여야 한다. 실제로 800MHz 방송 주파수 대역의 이용 효율을 높이기 위하여 제안된 IEEE802.22 규격의 WRAN (Wireless Radio Area Network) 수신기의 경우 기 할당된 방송 주파수 대역을 공유하기 위해서 스펙트럼 센싱 기능이 구현되어, 주 사용자인 방송 시스템에 간섭신호가 되지 않는 범위 내에서 부 사용자로서 주파수를 사용할 수 있도록 하였다. When using a wireless cognitive radio technology, the wireless communication system recognizes the surrounding channel and frequency conditions and sets the optimum communication parameters according to the wireless communication system, unlike the existing system, the wireless communication system can detect the channel and frequency conditions. It must have a recognizable device. In fact, the WRAN (Wireless Radio Area Network) receiver of the IEEE802.22 standard proposed to increase the efficiency of using the 800 MHz broadcasting frequency band has a spectrum sensing function implemented to share the allocated broadcasting frequency band. The frequency can be used as a secondary user within a range that does not become an interference signal.

따라서, 스펙트럼 센싱 기능은, 하나 또는 두 개의 주파수 대역이 아닌 무선인지 시스템이 사용할 수 있는 모든 주파수 대역을 감지할 수 있는 능력이 지원되어야 한다. 그리고 비어있는 주파수 대역을 사용하고 있을 때 우선 사용자의 해당 주파수 점유 시에는 이에 대한 간섭을 주지 않기 위해 사용 중에도 이를 지속적으로 감시하는 기능이 필요하다. Thus, the spectrum sensing function must be supported with the ability to detect all frequency bands that the system can use, rather than one or two frequency bands. When using an empty frequency band, first of all, the user needs to continuously monitor it even when it is in use so as not to interfere with the frequency.

그런데, 이러한 간섭 회피 기반의 스펙트럼 센싱 방법은 주로 800MHz 이하 방송 주파수 대역 공유를 목적으로 하기 때문에, 광대역 스펙트럼 센싱에 필요한 고속 탐색 방법에는 적합하지 않다. 예를 들어, 인지접속 라디오 원리가 이동통신 대역을 포함하는 5GHz 이하 주파수 대역에서 사용되어야 한다면, 수신기는 WRAN에 비해 훨씬 넓은 광대역 스펙트럼 센싱이 필요한데, 기존의 방법들은 고속 탐색보다는 검출 확률을 높여서 주 사용자의 시스템이 부 사용자에 의해 발생된 간섭신호에 의해 성능이 저하되지 않는 방향으로 주로 연구되었다. However, the interference avoidance based spectrum sensing method is mainly suitable for sharing a broadcast frequency band below 800 MHz, and thus is not suitable for the fast search method required for wideband spectrum sensing. For example, if the cognitive access radio principle is to be used in the sub-5 GHz frequency band including the mobile communication band, the receiver requires much wider spectrum sensing than the WRAN. Conventional methods increase the probability of detection rather than high-speed search, thereby increasing the main user. The system is mainly studied in such a way that the performance is not degraded by the interference signal generated by the secondary user.

따라서, 감지를 하고자 하는 주파수 대역이 증가할 경우 다중 채널의 확보는 용이하나, 다중채널의 확보를 위한 전체적인 스펙트럼 감지 과정에서 시간상의 소모가 늘어나는 문제점이 발생하므로, 효율적인 시스템의 개발이 필요한 실정이다. Therefore, if the frequency band to be detected increases, it is easy to secure multiple channels, but since the problem of time consumption increases during the overall spectrum detection process for securing multiple channels, the development of an efficient system is required.

본 발명의 목적은, 광대역 주파수 대역에서 하위 주파수 대역의 사용여부를 보다 신속하게 검색할 수 있도록 하는 광대역 스펙트럼 센싱 시스템 및 방법을 제공하는 것이다. SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a wideband spectrum sensing system and method for enabling a faster search for use of a lower frequency band in a wideband frequency band.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 각기 상이한 주파수 대역의 신호를 필터링하며, 중심 주파수의 변경에 따라 필터링되는 주파수 대역이 변경되는 적어도 하나의 BPF; 기저대역에서 중첩되는 하위 주파수 대역들의 개수 또는 범위가 변경되도록 샘플링 주파수를 변경하여 앨리어싱 현상을 발생시킴으로써, 상기 주파수 대역에 속하는 복수의 하위 주파수 대역들이 기저대역에서 상호 중첩되도록 상기 BPF로부터의 신호를 변환하는 적어도 하나의 ADC; 및 상기 ADC의 샘플링 주파수를 조절하고, 상기 BPF의 중심 주파수를 변경하여, 중첩된 상기 복수의 하위 주파수 대역들로부터 사용중인 하위 주파수 대역을 검출하는 DSP블록을 포함한다. The present invention for achieving the above object, at least one BPF for filtering signals of different frequency bands, the frequency band is filtered according to the change of the center frequency; By changing the sampling frequency so that the number or range of overlapping lower frequency bands in the baseband is changed to generate an aliasing phenomenon, the signal from the BPF is converted so that a plurality of lower frequency bands belonging to the frequency band overlap each other in the baseband. At least one ADC; And a DSP block for adjusting a sampling frequency of the ADC and changing a center frequency of the BPF to detect a lower frequency band in use from the plurality of overlapping lower frequency bands.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 입력신호의 복수의 주파수 대역을 각각 밴드 패스 필터링하는 단계; 앨리어싱 현상에 의해 기저대역에서 상기 각 주파수 대역에 포함되는 복수의 하위 주파수 대역들이 상호 중첩되도록, 필터링된 신호를 상기 각 주파수 대역을 상기 입력신호의 주파수보다 낮은 샘플링 주파수로 샘플링하는 단계; 상기 샘플링 후, 중첩된 하위 주파수 대역들에 사용중인 하위 주파수 대역이 포함되어 있는지를 검색하는 단계; 및 상기 주파수 대역에 사용중인 하위 주파수 대역이 포함되었다고 판단되면, 상기 주파수 대역에 대해, 중첩되는 하위 주파수 대역들의 개수가 변경되도록 샘플링 주파수를 변경하여 샘플링하고, 상기 사용중인 하위 주파수 대역을 검출하는 단계;를 포함한다. The present invention for achieving the above object, the band pass filtering of each frequency band of the input signal; Sampling each of the frequency bands at a sampling frequency lower than a frequency of the input signal so that a plurality of lower frequency bands included in each of the frequency bands overlap each other in a baseband due to an aliasing phenomenon; After the sampling, searching whether the overlapping lower frequency bands include a lower frequency band in use; And when the lower frequency band being used is included in the frequency band, changing and sampling a sampling frequency such that the number of overlapping lower frequency bands is changed, and detecting the lower frequency band being used. It includes;

본 광대역 스펙트럼 센싱 시스템 및 방법에서는, 비교적 넓은 범위의 주파수 대역을 1차 검색하여 주파수 대역내에 사용중인 하위 주파수 대역이 포함되어 있는지 여부를 검출하고, 사용중인 하위 주파수 대역이 포함된 주파수 대역을 샘플링 주파수를 변경하면서 2차 검색하여 사용중인 하위 주파수 대역을 검출한다. 이에 따라, 넓은 주파수 대역을 먼저 탐색하고 사용중인 하위 주파수 대역이 포함된 주파수 대역에 대해서만 다단계에 걸쳐 탐색을 수행함으로써, 고속으로 스펙트럼을 센싱할 수 있다. In the present broadband spectrum sensing system and method, a first search of a relatively wide range of frequency bands detects whether a lower frequency band in use is included in a frequency band, and samples a frequency band including a lower frequency band in use. 2nd search while detecting the lower frequency band in use. Accordingly, the spectrum can be sensed at high speed by first searching a wide frequency band and performing a multi-stage search only for the frequency band including the lower frequency band in use.

이하, 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다. Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

본 광대역 스펙트럼 센싱 장치는, 앨리어싱(aliasing)에 의한 신호 겹침을 이용하여 넓은 주파수 대역의 신호를 센싱하고, 신호가 감지된 주파수 대역의 샘플링 주파수를 높여 겹쳐지는 주파수 대역을 감소시키면서 신호를 센싱함으로써, 하위 주파수 대역의 사용여부를 신속하게 센싱할 수 있도록 한다. 여기서, 하위 주파수 대역이란, 넓은 주파수 대역에 포함되는 주파수 대역으로서, 넓은 주파수 대역보다 좁은 범위의 주파수 대역을 말한다. The broadband spectrum sensing device senses a signal of a wide frequency band by using signal overlap due to aliasing, and increases a sampling frequency of a frequency band where a signal is detected to sense a signal while reducing an overlapping frequency band, Allows quick sensing of the use of lower frequency bands. Here, the lower frequency band is a frequency band included in the wide frequency band, and means a frequency band in a narrower range than the wide frequency band.

도 1은 본 발명에 따른 광대역 스펙트럼 센싱 시스템의 구성블럭도이다. 1 is a block diagram of a broadband spectrum sensing system according to the present invention.

본 광대역 스펙트럼 센싱 시스템은, BPS(Band Pass Sampling) 기반의 디지털 RF로서, 아날로그 RF회로에 비하여 회로가 간단하고 샘플링 주파수를 조정하여 원하는 신호 대역에 쉽게 접근할 수 있어 미래 이동통신 시스템에 사용될 SDR(Software Defined Radio)에 적합하며, 다수의 RF 모듈(10a,10b...10m)과, 각 RF 모듈(10a,10b...10m)로부터의 신호를 처리하여 사용중인 주파수 대역을 센싱하는 DSP(Digital Signal Processing) 블록(5)을 포함한다. This Broadband Spectrum Sensing System is a BPS (Band Pass Sampling) based digital RF, which is simpler than analog RF circuits and adjusts sampling frequency to easily access desired signal band. It is suitable for Software Defined Radio, and it processes DSP from multiple RF modules 10a, 10b ... 10m and DSPs that sense the frequency band in use by processing signals from each RF module 10a, 10b ... 10m. Digital Signal Processing) block 5.

각 RF 모듈(10a,10b...10m)은, 안테나(11), BPF(13)(Band Pass Filter), 증폭기(15), ADC(17)(Analog to Digital Converter)를 포함하며, 도시하지 아니하였으나, 안테나(11)와 ADC(17) 사이에 아날로그 RF회로가 존재하여 안테나(11)로 입력된 신호가 일차적으로 주파수 이동될 수 있다.Each RF module 10a, 10b ... 10m includes an antenna 11, a BPF 13 (Band Pass Filter), an amplifier 15, and an ADC 17 (Analog to Digital Converter), not shown. However, an analog RF circuit exists between the antenna 11 and the ADC 17, so that a signal input to the antenna 11 may be first frequency shifted.

BPF(13)는 중심 주파수(fc) 및 주파수 대역의 가변이 가능한 튜너블(Tunable) BPF(13)이나, 본 발명의 BPF(13)는 필터링할 대역폭(B)이 미리 설정된 상태에서 중심 주파수(fc)만 가변한다. 물론, BPF(13)의 대역폭(B)을 변경할 수도 있다. 각 RF 모듈(10a,10b...10m)의 BPF(13)는 상호 상이한 중심 주파수로 설정될 수 있으며, 이 경우, 각 RF 모듈(10a,10b...10m)의 BPF(13)는 상이한 주파수 대역을 필터링하게 된다. The BPF 13 is a tunable BPF 13 capable of varying the center frequency f c and a frequency band, but the BPF 13 of the present invention has a center frequency with a predetermined bandwidth B to be filtered. Only (f c ) is variable. Of course, the bandwidth B of the BPF 13 can also be changed. The BPFs 13 of each RF module 10a, 10b ... 10m may be set to different center frequencies, in which case the BPFs 13 of each RF module 10a, 10b ... 10m are different. It will filter the frequency band.

예를 들어, RF 모듈(10a,10b...10m)이 M개인 경우, 각 RF 모듈(10a,10b...10m)을 제1RF 모듈, 제2RF 모듈...제MRF 모듈이라 하면, 도 2에 도시 된 바와 같이, 제1RF 모듈의 BPF(13)는 중심 주파수 fc1를 중심으로 일정한 대역폭인 B만큼을 필터링하고, 제2RF 모듈의 BPF(13)는 중심 주파수 fc2를 중심으로 B 대역폭만큼을 필터링하고, 제MRF 모듈의 BPF(13)는 중심 주파수 fcM를 중심으로 B 대역폭만큼을 필터링한다. 만약, RF 모듈의 수가 M/2개이고, B 대역폭만큼씩 분할된 주파수 대역이 M개 라면, 각 RF 모듈의 BPF가 주파수 대역을 2개씩 필터링하여 모든 주파수 대역을 필터링하도록 할 수 있다. 이렇게 RF 모듈의 수에 따라 필터링하는 주파수 대역의 수 및 대역폭을 조절할 수 있다. For example, in the case where there are M RF modules 10a, 10b ... 10m, if each RF module 10a, 10b ... 10m is a first RF module, a second RF module ... MRF module, As shown in Fig. 2, the BPF 13 of the first RF module filters by a constant bandwidth B around the center frequency f c1 , and the BPF 13 of the second RF module has a B bandwidth around the center frequency f c2 . As much as possible, the BPF 13 of the MRF module filters as much as the B bandwidth around the center frequency f cM . If the number of RF modules is M / 2 and there are M frequency bands divided by B bandwidths, the BPF of each RF module may filter two frequency bands to filter all frequency bands. In this way, the number and bandwidth of frequency bands to be filtered can be adjusted according to the number of RF modules.

증폭기(15)는, BPF(13)에서 필터링된 신호를 ADC(17) 입력 레벨에 맞도록 증폭시킨다. The amplifier 15 amplifies the signal filtered by the BPF 13 to match the input level of the ADC 17.

ADC(17)는 증폭기(15)로부터의 신호를 샘플링 주파수(fS)를 사용하여 디지털 신호로 변환하여 DSP 블록(5)으로 입력하며, DSP 블록(5)으로부터의 제어에 따라 샘플링 주파수(fS)의 변경이 가능하다. The ADC 17 converts the signal from the amplifier 15 into a digital signal using the sampling frequency f S and inputs it to the DSP block 5, and under the control from the DSP block 5, the sampling frequency f S ) can be changed.

본 BPS 기반의 디지털 RF 수신기는 ADC(17)에서 샘플링시, 입력신호의 주파수보다 더 낮은 샘플링 주파수로 신호를 샘플링하여, 고의적으로 앨리어싱(aliasing)을 발생시켜 기저대역 근처로 원하는 신호의 스펙트럼을 이동시킨다. 이때, 고의로 발생시킨 앨리어싱에 의해 원래의 신호 대역이 겹쳐지지 않도록 하기 위하여 샘플링 주파수 선택 및 방법에 대해 기존에 개발된 다양한 알고리즘을 사용할 수 있으며, 앨리어싱에 의해 다른 주파수 대역의 신호와 겹치지 않도록 하기 위 하여 적절한 필터들이 사용되어야 한다. 그러나, 이러한 기술들은 본 발명의 요지와는 무관한 기술이므로, 상세한 설명은 생략하기로 한다. This BPS-based digital RF receiver, when sampling from the ADC 17, samples the signal at a sampling frequency lower than the frequency of the input signal, intentionally causing aliasing to move the spectrum of the desired signal near the baseband. Let's do it. In this case, various algorithms previously developed for the sampling frequency selection and method may be used to prevent the original signal band from overlapping due to intentional aliasing, and to avoid overlapping with signals of other frequency bands by aliasing. Appropriate filters should be used. However, since these techniques are not related to the gist of the present invention, the detailed description will be omitted.

이렇게 신호의 주파수보다 더 낮은 샘플링 주파수로 신호를 샘플링하는 경우, 시간 축에서의 샘플링은 주파수 축에서 샘플링 주파수 간격으로 임펄스 트레인(Impulse Train)이 형성되고, 원래의 신호 스펙트럼이 임펄스 트레인과 컨볼루션되어 앨리어싱이 나타나게 된다. 원래 디지털 RF 회로에서는 앨리어싱이 발생하면 안 되나, 본 발명에서는 사용중인 주파수 대역을 신속히 감지하기 위해 앨리어싱 효과를 이용한다. When sampling a signal at a sampling frequency lower than the frequency of the signal, sampling on the time axis forms an impulse train at sampling frequency intervals on the frequency axis, and the original signal spectrum is convolved with the impulse train. Aliasing will appear. Although aliasing should not occur in the original digital RF circuit, the present invention uses the aliasing effect to quickly detect the frequency band in use.

일반적으로 샘플링 주파수를 낮추게 되면, 도 3a에 도시된 바와 같이, 임펄스 트레인의 간격이 좁아지게 되고, 이에 따라, 해당 주파수 대역에 포함되는 여러 개의 하위 주파수 대역이 기저대역 근처에 중첩되어 나타나게 된다. 반대로, 샘플링 주파수를 높이면, 도 3b에 도시된 바와 같이, 임펄스 트레인의 간격이 넓어지고, 이에 따라, 기저대역 근처에서 중첩되는 하위 주파수 대역의 개수가 적어진다. 이렇게 샘플링 주파수의 변화에 따라 중첩되는 하위 주파수 대역의 개수가 변경되는 원리를 스펙트럼 센싱에 이용할 수 있다. In general, when the sampling frequency is lowered, as shown in FIG. 3A, an interval between impulse trains is narrowed, and thus, several lower frequency bands included in the corresponding frequency band appear to overlap the baseband. Conversely, increasing the sampling frequency increases the spacing of the impulse trains, as shown in FIG. 3B, thereby reducing the number of lower frequency bands that overlap near the baseband. As such, the principle of changing the number of overlapping lower frequency bands according to the change of the sampling frequency may be used for spectrum sensing.

DSP 블록(5)에서는 ADC(17)에서 샘플링된 디지털 신호를 입력받아 넓은 주파수 대역에서 신호를 센싱하는 1차 검색(Coarse Search)과, 1차 검색을 수행한 주파수 대역에 포함되는 하위 주파수 대역들에서 신호를 센싱하는 2차 검색(Fine Search)을 수행한다. The DSP block 5 receives a digital signal sampled by the ADC 17 and performs a primary search for sensing a signal in a wide frequency band and lower frequency bands included in a frequency band in which the primary search is performed. Performs a second search (Sine Search) to sense the signal.

1차 검색에서는, ADC(17)의 샘플링 주파수를 낮추어 기저대역 근처에서 중첩 된 하위 주파수 대역들의 수가 많아지도록 하고, 다수의 중첩된 하위 주파수 대역들에서 신호가 검출되는지 여부를 판단한다. 이러한 1차 검색은 다수의 중첩된 하위 주파수 대역들에 각각 스펙트럼 센싱 블록을 사용하는 것과 동일한 효과를 갖는다. In the first search, the sampling frequency of the ADC 17 is lowered to increase the number of overlapping lower frequency bands near the baseband, and it is determined whether a signal is detected in a plurality of overlapping lower frequency bands. This first search has the same effect as using a spectral sensing block for each of the plurality of overlapping lower frequency bands.

1차 검색에서 사용된 넓은 주파수 대역에서 신호가 검출되지 아니하면, BPF(13)의 중심 주파수를 변경하여 다른 넓은 주파수 대역에서 1차 검색을 수행한다. If no signal is detected in the wide frequency band used in the first search, the center frequency of the BPF 13 is changed to perform the first search in the other wide frequency band.

1차 검색에서 신호가 검출되면, ADC(17)의 샘플링 주파수를 높여 2차 검색을 수행한다. 2차 검색에서는 샘플링 주파수를 높인 상태에서 중첩된 하위 주파수 대역들의 개수가 적어져 보다 정밀한 센싱이 가능하므로, 스펙트럼 센싱의 해상도를 높일 수 있게 된다. 2차 검색은 샘플링 주파수를 높여가면서 신호가 검출되는 하위 주파수 대역을 파악할 수 있을 때까지 반복적으로 수행된다. When a signal is detected in the primary search, the sampling frequency of the ADC 17 is raised to perform the secondary search. In the second search, since the number of the overlapped lower frequency bands is reduced in a state where the sampling frequency is increased, more precise sensing is possible, and thus the resolution of spectrum sensing can be increased. The secondary search is repeatedly performed until the sampling frequency can be identified and the lower frequency band where the signal is detected can be identified.

여기서, 1차 및 2차 검색에서 샘플링 주파수를 결정하는 방법은 다양한 방법이 사용될 수 있으며, BPS 알고리즘을 알고 있는 당업자라면 선행 기술을 이용하여 실제 적용될 규격에 맞추어 샘플링 주파수를 쉽게 결정할 수 있을 것이므로, 샘플링 주파수 결정하는 방법에 대해서는 별도의 설명을 생략하기로 한다. Here, a variety of methods may be used for determining the sampling frequency in the first and second searches, and a person skilled in the art who knows the BPS algorithm may easily determine the sampling frequency in accordance with a specification to be actually applied using the prior art. The description of the frequency determination method will be omitted.

이러한 구성에 의한 광대역 스펙트럼 센싱 시스템에서 각 스펙트럼의 사용유무를 검출하기 위해서는 다양한 방식으로 신호를 검출하는 방식을 사용할 수 있으며, 후술할 실시예에서는 에너지 검출방식의 센싱 알고리즘을 사용하는 경우를 예로 들어, 도 4를 참조하여 1차 검색 과정과 2차 검색 과정을 설명한다. In order to detect the use of each spectrum in the broadband spectrum sensing system having such a configuration, a method of detecting a signal may be used in various ways. In an embodiment to be described below, an energy sensing sensing algorithm is used as an example. A first search process and a second search process will be described with reference to FIG. 4.

먼저, DSP 블록(5)에서는 각 RF 모듈(10a,10b...10m)에 대해 스펙트럼 센싱에 사용할 것인지, 데이터 통신에 사용할 것인지 여부를 결정한다(S400). 이때, 통신 초기 광대역 스펙트럼 센싱 과정이라면, 스펙트럼 센싱에 소요되는 시간을 단축시키기 위해, DSP 블록(5)은 모든 RF 모듈(10a,10b...10m)을 스펙트럼 센싱에 사용하는 것으로 결정할 수 있다. 그러나 이미 임의의 주파수 대역을 통해 데이터 통신이 이루어지고 있는 경우, DSP 블록(5)은 각 RF 모듈(10a,10b...10m) 중 일부만을 스펙트럼 센싱에 사용하도록 할 수 있다. First, the DSP block 5 determines whether each RF module 10a, 10b ... 10m is used for spectrum sensing or data communication (S400). At this time, in the initial broadband spectrum sensing process, in order to reduce the time required for spectrum sensing, the DSP block 5 may determine to use all the RF modules 10a, 10b... 10m for spectrum sensing. However, if data communication is already performed through an arbitrary frequency band, the DSP block 5 may use only a part of each RF module 10a, 10b ... 10m for spectrum sensing.

스펙트럼 센싱에 사용될 RF 모듈(10a,10b...10m)이 결정되면, DSP 블록(5)은 ADC(17)에서 샘플링할 샘플링 주파수를 결정하며, 1차 검색이므로, 일정 개수 이상의 주파수 대역이 기저대역 근처에서 겹치도록 샘플링 주파수를 낮게 설정한다(S410). 그리고 DSP 블록(5)은 선택된 각 RF 모듈(10a,10b...10m)의 BPF(13)에서 필터링할 중심 주파수를 결정한다(S420). 이때, DSP 블록(5)은 미리 설정된 BPF(13)에서 필터링할 대역폭을 고려하여 각 RF 모듈(10a,10b...10m)의 BPF(13)에서 필터링하는 중심 주파수를 결정한다. Once the RF modules 10a, 10b ... 10m to be used for spectrum sensing are determined, the DSP block 5 determines the sampling frequency to be sampled by the ADC 17, and since it is a primary search, more than a certain number of frequency bands are based. The sampling frequency is set low so as to overlap in the vicinity of the band (S410). The DSP block 5 determines a center frequency to be filtered by the BPF 13 of each selected RF module 10a, 10b ... 10m (S420). At this time, the DSP block 5 determines the center frequency filtered by the BPF 13 of each RF module 10a, 10b ... 10m in consideration of the bandwidth to be filtered by the preset BPF 13.

그런 다음, 1차 검색을 실시한다(S430). 1차 검색에서는 미리 설정된 넓은 주파수 대역에 대해 기저대역에서 중첩된 하위 주파수 대역들에서 에너지를 검출한다. 중첩된 하위 주파수 대역들에서 미리 설정된 임계값 이상의 에너지가 검출되지 않는 경우에는 해당 주파수 대역에서는 사용중인 주파수 대역이 없다고 볼 수 있다(S440-N). 따라서, DSP 블록(5)은 S420 단계로 되돌아가 BPF(13)의 중심 주파수를 변경하여 다른 주파수 대역에 대해 에너지를 검출하거나, 다른 RF 모듈로부터 처리된 신호의 에너지를 검출한다. Then, the first search is performed (S430). The first search detects energy in the lower frequency bands superimposed in the baseband for a preset wide frequency band. When no energy above a predetermined threshold is detected in the overlapping lower frequency bands, it may be considered that no frequency band is in use in the corresponding frequency band (S440-N). Accordingly, the DSP block 5 returns to step S420 to change the center frequency of the BPF 13 to detect energy for another frequency band or to detect energy of a processed signal from another RF module.

만약, 1차 검색에서 1.1GHz, 1.2GHz, 1.3GHz, 1.4GHz의 하위 주파수 대역들이 중첩되고, 중첩된 하위 주파수 대역들에서 임계값 이상의 에너지가 검출되면, 해당 하위 주파수 대역들 중 사용중인 주파수 대역이 있는 것이므로(S440-Y), 2차 검색을 실시한다. If, in the first search, lower frequency bands of 1.1 GHz, 1.2 GHz, 1.3 GHz, and 1.4 GHz overlap, and energy above a threshold is detected in the overlapping lower frequency bands, the frequency band in use among the lower frequency bands is used. (S440-Y), the secondary search is performed.

2차 검색에서는, DSP 블록(5)은 샘플링 주파수를 높여 중첩되는 주파수 대역의 개수를 감소시킨 다음, 해당 중첩된 주파수 대역들에 대해 에너지를 검출한다(S450). 예를 들어, 2차 검색에서 1.1GHz, 1.3GHz의 주파수 대역들이 상호 중첩되도록 샘플링 주파수를 높인 경우, 에너지가 미리 설정된 임계값 이상이 아니면, 두 하위 주파수 대역 중에는 사용중인 주파수 대역이 포함되지 아니한 것으로 판단된다. 그러면, 1.2GHz와 1.4GHz 주파수 대역 중 하나가 사용중이므로, DSP 블록(5)은 S450 단계로 되돌아가 샘플링 주파수를 높여 둘 중 하나만 선택하여 에너지를 검출한다(S460-N). 둘 중 하나의 주파수 대역이 사용중이라고 검출되면, 샘플링 주파수를 조절하여 해당 주파수 대역에서 사용중인 채널이 어디인지도 탐색할 수 있다. In the second search, the DSP block 5 increases the sampling frequency to reduce the number of overlapping frequency bands, and then detects energy for the corresponding overlapping frequency bands (S450). For example, if the sampling frequency is increased so that the frequency bands of 1.1 GHz and 1.3 GHz overlap each other in the second search, the two lower frequency bands do not include the frequency band in use unless the energy is above a preset threshold. Judging. Then, since one of the 1.2 GHz and 1.4 GHz frequency bands is in use, the DSP block 5 returns to step S450 to increase the sampling frequency to select only one of the two to detect energy (S460-N). When one of the two frequency bands is detected in use, the sampling frequency may be adjusted to search for a channel being used in the corresponding frequency band.

사용중인 주파수 대역이나 채널이 검출되면(S460-Y), 사용중인 주파수 대역이나 채널을 피하여 사용할 수 있는 주파수 대역으로 통신을 수행할 수 있다. 이에 따라, DSP 블록(5)은 각 RF 모듈(10a,10b...10m) 중 통신에 사용할 RF 모듈과 스펙트럼 센싱에 사용할 RF 모듈을 선택한다(S470). 그런 다음, 통신용으로 선택된 RF 모듈의 BPF(13)의 중심주파수와 대역폭을 통신용으로 선택된 주파수 대역에 부합되도록 설정하고, ADC(17)의 샘플링 주파수를 결정한다. 그리고 스펙트럼 센싱용으로 선택된 RF 모듈에 대해서는 스펙트럼 센싱이 가능하도록 BPF(13)의 중심주파수와 ADC(17)의 샘플링 주파수를 결정한다(S480). 그런 다음, 통신용으로 선택된 RF 모듈에서는 통신을 수행하고, 스펙트럼 센싱용으로 선택된 RF 모듈에서는 스펙트럼 센싱을 수행한다(S490).When the frequency band or channel being used is detected (S460-Y), communication can be performed in a frequency band that can be used to avoid the frequency band or channel being used. Accordingly, the DSP block 5 selects an RF module to be used for communication and an RF module to be used for spectrum sensing among the respective RF modules 10a, 10b ... 10m (S470). Then, the center frequency and bandwidth of the BPF 13 of the RF module selected for communication are set to match the frequency band selected for communication, and the sampling frequency of the ADC 17 is determined. For the RF module selected for spectrum sensing, the center frequency of the BPF 13 and the sampling frequency of the ADC 17 are determined to enable spectrum sensing (S480). Then, the RF module selected for communication performs communication, and the RF module selected for spectrum sensing performs spectrum sensing (S490).

이와 같이, 본 발명의 광대역 스펙트럼 센싱 시스템에서는, 샘플링 주파수를 낮게 하여 일정 주파수 대역에 대해 신호를 검출하고, 신호가 검출된 주파수 대역의 샘플링 주파수를 증가시키면서 신호를 검출함으로써, 사용중인 하위 주파수 대역을 파악할 수 있다.As described above, in the broadband spectrum sensing system of the present invention, the lower frequency band in use is detected by lowering the sampling frequency to detect a signal for a predetermined frequency band and detecting the signal while increasing the sampling frequency of the frequency band in which the signal is detected. I can figure it out.

이상에서 설명한 본 발명은 첨부된 도면 및 상세한 설명의 실시예에 의해 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경할 수 있다는 것은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 당업자에게 있어 명백하다 할 것이다. The present invention described above is not limited to the embodiments of the accompanying drawings and the detailed description, and it is understood that various substitutions, modifications, and changes can be made without departing from the technical spirit of the present invention. It will be apparent to those skilled in the art.

도 1은 본 발명에 따른 광대역 스펙트럼 센싱 시스템의 구성블럭도, 1 is a block diagram of a broadband spectrum sensing system according to the present invention;

도 2는 도 1의 광대역 스펙트럼 센싱 시스템에서 각 RF 모듈에서 센싱하는 주파수 대역을 보인 개념도, 2 is a conceptual diagram illustrating a frequency band sensed by each RF module in the wideband spectrum sensing system of FIG.

도 3a는 도 1의 광대역 스펙트럼 센싱 시스템에서 샘플링 주파수가 낮을 때의 주파수 대역의 중첩을 보인 그래프, 3A is a graph illustrating overlapping of frequency bands when a sampling frequency is low in the broadband spectrum sensing system of FIG. 1;

도 3b는 도 1의 광대역 스펙트럼 센싱 시스템에서 샘플링 주파수가 높을 때의 주파수 대역의 중첩을 보인 그래프, FIG. 3B is a graph showing overlapping of frequency bands when the sampling frequency is high in the wideband spectrum sensing system of FIG. 1;

도 4는 본 발명에 따른 광대역 스펙트럼 센싱 시스템에서 스펙트럼 센싱을 하는 과정을 나타낸 흐름도이다. 4 is a flowchart illustrating a process of performing spectrum sensing in a broadband spectrum sensing system according to the present invention.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *Explanation of symbols on the main parts of the drawings

5 : DSP 블록 10a,10b...10m : RF 모듈 5: DSP block 10a, 10b ... 10m: RF module

11 : 안테나 13 : BPF 11: antenna 13: BPF

15 : 증폭기 17 : ADC 15 amplifier 17 ADC

Claims (10)

각기 상이한 주파수 대역의 신호를 필터링하며, 중심 주파수의 변경에 따라 필터링되는 주파수 대역이 변경되는 적어도 하나의 BPF; At least one BPF for filtering signals of different frequency bands, the frequency band being filtered according to a change in the center frequency; 기저대역에서 중첩되는 하위 주파수 대역들의 개수 또는 범위가 변경되도록 샘플링 주파수를 변경하여 앨리어싱 현상을 발생시킴으로써, By changing the sampling frequency so as to change the number or range of overlapping lower frequency bands in the baseband, an aliasing phenomenon occurs. 상기 주파수 대역에 속하는 복수의 하위 주파수 대역들이 기저대역에서 상호 중첩되도록 상기 BPF로부터의 신호를 변환하는 적어도 하나의 ADC; 및 At least one ADC for converting a signal from the BPF such that a plurality of lower frequency bands belonging to the frequency band overlap each other in a baseband; And 상기 ADC의 샘플링 주파수를 조절하고, 상기 BPF의 중심 주파수를 변경하여, 상기 주파수 대역에서, 중첩되는 상기 복수의 하위 주파수 대역들로부터 사용중인 하위 주파수 대역을 검출하는 DSP블록을 포함하는 광대역 스펙트럼 센싱시스템.A wideband spectrum sensing system including a DSP block for adjusting a sampling frequency of the ADC and changing a center frequency of the BPF to detect a lower frequency band in use from the plurality of overlapping lower frequency bands in the frequency band; . 제 1 항에 있어서, The method of claim 1, 상기 DSP 블록은, 중첩된 상기 복수의 하위 주파수 대역들의 에너지가 미리 설정된 임계값 이상이면, 상기 주파수 대역에 상기 사용중인 하위 주파수 대역이 포함된 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 광대역 스펙트럼 센싱 시스템.And if the energy of the plurality of overlapping lower frequency bands is greater than or equal to a preset threshold, the DSP block determines that the lower frequency band in use is included in the frequency band. 제 1 항에 있어서, The method of claim 1, 상기 DSP 블록은, 상기 주파수 대역에 사용중인 하위 주파수 대역이 포함되 지 아니하였다고 판단되면, 상기 BPF의 중심 주파수를 변경하여 다른 주파수 대역을 탐색하는 것을 특징으로 하는 광대역 스펙트럼 센싱 시스템. And if it is determined that the lower frequency band being used is not included in the frequency band, the DSP block searches for another frequency band by changing the center frequency of the BPF. 제 1 항에 있어서, The method of claim 1, 상기 DSP 블록은, 상기 신호의 주파수보다 더 낮은 샘플링 주파수로 샘플링 되도록 상기 ADC의 샘플링 주파수를 설정하여, 중첩된 상기 복수의 하위 주파수 대역들로부터 상기 사용중인 하위 주파수 대역을 1차 검출하고, The DSP block sets the sampling frequency of the ADC to be sampled at a sampling frequency lower than the frequency of the signal, thereby primarily detecting the lower frequency band in use from the plurality of overlapping lower frequency bands, 상기 1차 검출에서 상기 주파수 대역에 사용중인 하위 주파수 대역이 포함되었다고 판단되면, 중첩되는 하위 주파수 대역의 수가 감소되도록 상기 ADC의 샘플링 주파수를 상승시켜 중첩되는 하위 주파수 대역들로부터 상기 사용중인 하위 주파수 대역을 2차 검출하는 것을 특징으로 하는 광대역 스펙트럼 센싱 시스템. If it is determined in the first detection that the lower frequency band in use is included in the frequency band, the sampling frequency of the ADC is increased to reduce the number of overlapping lower frequency bands so that the lower frequency band in use from the overlapping lower frequency bands is increased. Broadband spectrum sensing system, characterized in that for detecting the second. 제 4 항에 있어서, The method of claim 4, wherein 상기 DSP 블록은, 상기 2차 검출 시, 상기 하위 주파수 대역들 내에 상기 사용중인 하위 주파수 대역이 포함되지 아니한 경우, 상기 주파수 대역내의 타 하위 주파수 대역이 기저대역에서 중첩되도록 상기 ADC의 샘플링 주파수를 변경하는 것을 특징으로 하는 광대역 스펙트럼 센싱 시스템. The DSP block may change the sampling frequency of the ADC such that other lower frequency bands in the frequency band overlap in the baseband when the lower frequency bands are not included in the lower frequency bands when the second detection is performed. Broadband spectrum sensing system, characterized in that. 복수의 주파수 대역의 입력신호를 대역별 각각 밴드 패스 필터링하는 단계; Band-pass filtering the input signals of the plurality of frequency bands for each band; 앨리어싱 현상에 의해 기저대역에서 상기 각 주파수 대역에 포함되는 복수의 하위 주파수 대역들이 상호 중첩되도록, By the aliasing phenomenon, a plurality of lower frequency bands included in each frequency band in the baseband overlap each other. 필터링된 신호를 상기 각 주파수 대역을 상기 입력신호의 주파수보다 낮은 샘플링 주파수로 샘플링하는 단계; Sampling each of the frequency bands at a sampling frequency lower than a frequency of the input signal; 상기 샘플링 후, 중첩된 하위 주파수 대역들에 사용중인 하위 주파수 대역이 포함되어 있는지를 검색하는 단계; 및After the sampling, searching whether the overlapping lower frequency bands include a lower frequency band in use; And 상기 주파수 대역에 사용중인 하위 주파수 대역이 포함되었다고 판단되면, 상기 주파수 대역에 대해, 중첩되는 하위 주파수 대역들의 개수가 변경되도록 샘플링 주파수를 변경하여 샘플링하고, 상기 사용중인 하위 주파수 대역을 검출하는 단계;를 포함하는 광대역 스펙트럼 센싱 방법. If it is determined that the lower frequency band being used is included in the frequency band, changing and sampling a sampling frequency such that the number of overlapping lower frequency bands is changed, and detecting the lower frequency band being used; Broadband spectrum sensing method comprising a. 제 6 항에 있어서, The method of claim 6, 상기 검색단계는, The search step, 중첩된 상기 하위 주파수 대역들의 에너지를 검출하고, 그 에너지가 미리 설정된 임계값 이상이면, 상기 하위 주파수 대역에 사용중인 하위 주파수 대역이 포함되어 있다고 판단하는 것을 특징으로 하는 광대역 스펙트럼 센싱 방법. Detecting the energy of the overlapping lower frequency bands and determining that the lower frequency band in use is included in the lower frequency band when the energy of the overlapping lower frequency bands is greater than or equal to a preset threshold; 제 6 항에 있어서, The method of claim 6, 상기 주파수 대역에 사용중인 하위 주파수 대역이 포함되지 않았다고 판단되면, 상기 밴드패스 필터링 시의 주파수 대역을 변경하여 필터링하고, 상기 샘플링주파수로 샘플링 후, 상기 사용중인 하위 주파수 대역을 포함하는지 여부를 검출하는 단계를 더 포함하는 광대역 스펙트럼 센싱 방법.If it is determined that the lower frequency band being used is not included in the frequency band, the frequency band at the time of the bandpass filtering is changed and filtered, and after sampling at the sampling frequency, whether or not the lower frequency band is used is detected. The broadband spectrum sensing method further comprising the step. 제 6 항에 있어서, The method of claim 6, 상기 하위 주파수 대역 검출단계는, 중첩되는 상기 하위 주파수 대역의 수가 감소하도록, 상기 샘플링 단계의 상기 샘플링 주파수보다 높은 샘플링 주파수로 샘플링하여, 중첩된 하위 주파수 대역들로부터 상기 사용중인 하위 주파수 대역을 2차 탐색하는 것을 특징으로 하는 광대역 스펙트럼 센싱 방법.In the lower frequency band detecting step, the sampling is performed at a sampling frequency higher than the sampling frequency in the sampling step so that the number of the overlapping lower frequency bands is decreased. Broadband spectrum sensing method characterized in that the search. 제 9 항에 있어서, The method of claim 9, 상기 2차 탐색 시, 상기 하위 주파수 대역들에 상기 사용중인 하위 주파수 대역이 포함되지 아니한 경우, 상기 주파수 대역내의 타 하위 주파수 대역이 기저대역에 대하여, 샘플링 주파수를 변경하여 상기 타 하위 주파수 대역이 중첩되도록 샘플링하여 상기 사용중인 하위 주파수 대역을 탐색하는 것을 특징으로 하는 광대역 스펙트럼 센싱 방법. In the second search, when the lower frequency bands being used are not included in the lower frequency bands, the other lower frequency bands overlap with the other lower frequency bands in the frequency band by changing the sampling frequency. And sampling to find the lower frequency band in use.
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논문,Cognitive Radio 기반의 Spectrum Sensing을 위한 MAC기능 구현

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