KR101397326B1

KR101397326B1 - 무선 통신시스템의 스펙트럼 검출방법

Info

Publication number: KR101397326B1
Application number: KR1020070040503A
Authority: KR
Inventors: 김재완; 김재명; 손성환
Original assignee: 인하대학교 산학협력단; 엘지전자 주식회사
Priority date: 2007-04-25
Filing date: 2007-04-25
Publication date: 2014-05-20
Also published as: KR20080095685A

Abstract

무선 통신시스템의 스펙트럼 검출방법을 개시한다. 상기 스펙트럼 검출방법은 다수의 스펙트럼 센싱 결과를 획득하는 단계, 상기 다수의 스펙트럼 센싱 결과에 각각마다 가중치를 부여하는 단계 및 상기 가중치가 부여된 스펙트럼 센싱 결과를 통합하여 협력 스펙트럼 검출결과를 생성하는 단계를 포함한다. 다수의 스펙트럼 센싱 결과에 가중치를 적용하여 통합함으로써 각 사용자에게 영향을 미치는 페이딩 효과를 최소화하여 스펙트럼 검출결과의 신뢰성을 높일 수 있다.

Description

무선 통신시스템의 스펙트럼 검출방법{Method for detecting spectrum in wireless communication system}

도 1은 무선 통신시스템을 도시한 예시도이다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 스펙트럼 검출 시스템을 도시한 블록도이다.

도 3은 일 실시예에 따른 스펙트럼 센싱부를 도시한 블록도이다.

도 4는 다른 실시예에 따른 스펙트럼 센싱부를 도시한 블록도이다.

도 5는 또 다른 실시예에 따른 스펙트럼 센싱부를 도시한 블록도이다.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 가중치 설정부를 도시한 블록도이다.

도 7은 AWGN 환경에서 스펙트럼 검출결과의 일 실시예를 도시한 그래프이다.

도 8은 AWGN 환경에서 스펙트럼 검출결과의 다른 실시예를 도시한 그래프이다.

도 9는 Rayleigh 환경에서 스펙트럼 검출결과의 일 실시예를 도시한 그래프이다.

도 10은 Rayleigh 환경에서 스펙트럼 검출결과의 다른 실시예를 도시한 그래프이다.

도 11은 본 발명의 다른 실시예에 따른 스펙트럼 검출장치를 도시한 블록도이다.

** 도면의 주요부분의 부호에 대한 설명 **

210 : 스펙트럼 센싱부

220 : 가중치 부여부

230 : 가중치 설정부

240 : 협력 검출부

본 발명은 스펙트럼 검출방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 무선 통신시스템에서 다수의 스펙트럼 센싱 결과에 가중치를 적용하여 스펙트럼 검출의 신뢰성을 높일 수 있는 스펙트럼 검출방법에 관한 것이다.

제한된 주파수 자원을 이용하여 고품질, 고용량의 데이터를 전송하기 위하여 다양한 무선 통신 시스템이 개발되고 있다. 제 2세대라 불리는 CDMA(Code Division Multiple Access) 무선 통신 시스템을 지나서 IMT-2000(International Mobile Telecommunication-2000)이라는 제 3세대 무선 통신 시스템이 사용되고 있다. 또한, Wibro(Wireless Broadband Internet)와 같은 차세대 무선 통신 시스템이 개발되고 있다.

다양하게 발전하고 있는 무선 통신 시스템 간에는 기술적으로 동일한 주파수 대역을 사용하기에 어려움이 있어, 각 무선 통신 시스템은 서로 다른 주파수 대역을 할당받아 사용하고 있다. 음성통신 및 데이터 통신에 적합한 거의 대부분의 주파수 대역은 할당되어 있는 상태로서, 새로이 개발되고 있는 무선 통신 시스템에 할당할 주파수 대역이 부족한 실정이다.

그러나 주파수 대역이 무선 통신 시스템에 할당되어 있지만 지역적, 시간적으로 사용되고 있지 않는 주파수 대역이 존재하게 된다. 이러한 주파수 대역을 효율적으로 이용할 수 있는 방법으로 무선 인지(Cognitive Radio, CR) 기술이 있다. 무선 인지는 원래의 우선 사용자(primary user)에게 간섭을 주지 않고 비어있는 주파수 대역을 인지하여 사용하는 기술이다.

무선 인지의 주요 기술 중의 하나로 스펙트럼 센싱(spectrum sensing) 기술이 있다. 스펙트럼 센싱은 우선 사용자의 주파수 사용 현황을 인지하는 것이다. 스펙트럼 센싱 방식으로 주파수별 신호의 크기에 따라 신호의 존재 유무를 감지하는 방식이 있다. 이러한 스펙트럼 센싱 방식은 신호의 정확한 에너지를 검출할 수 없고 신호의 종류를 판별할 수 없는 단점이 있다. 스펙트럼 센싱 방식으로 사용자 신호에 그와 같은 신호를 정합하여 사용자 신호를 검출하는 방식이 있다. 이러한 스펙트럼 센싱 방식은 사용자 신호의 검출을 위하여 모든 신호에 대한 정보를 미리 알고 있어야 하기 때문에 다양한 환경에서의 신호를 검출할 수 없는 단점이 있다. 스펙트럼 센싱 방식으로 신호들이 가지는 주기적인 성질을 이용하여 신호의 형태를 검출하는 방식이 있다. 이러한 스펙트럼 센싱 방식은 수신된 신호를 자기상 관(autocorrelation)하여 신호를 검출하는 방식으로 간섭신호에 대하여 우수한 검출 성능을 가진다.

다양한 스펙트럼 센싱 방식으로 다수의 단말이 검출한 스펙트럼 센싱 결과를 상호 공유하고 종합하여 해당 지역의 주파수 사용 현황을 보다 신뢰성 있게 판별할 수 있는 방법이 요구되고 있다.

본 발명의 목적은 다수의 스펙트럼 센싱 결과에 가중치를 적용하여 스펙트럼 검출의 신뢰성을 높일 수 있는 무선 통신시스템의 스펙트럼 검출방법에 관한 것이다.

본 발명의 일 양태에 따른 무선 통신시스템의 스펙트럼 검출방법은 다수의 스펙트럼 센싱 결과를 획득하고, 상기 다수의 스펙트럼 센싱 결과에 각각마다 가중치를 부여하며, 상기 가중치가 부여된 스펙트럼 센싱 결과를 통합하여 협력 스펙트럼 검출결과를 생성한다.

본 발명의 다른 양태에 따른 무선 통신시스템의 스펙트럼 검출방법은 제1 스펙트럼 센싱 결과를 획득하고, 제2 스펙트럼 센싱 결과를 획득하고, 상기 제1 스펙트럼 센싱 결과에 제1 가중치를 부여하고, 상기 제2 스펙트럼 센싱 결과에 제2 가중치를 부여하며, 상기 제1 가중치가 부여된 상기 제1 스펙트럼 센싱 결과와 상기 제2 가중치가 부여된 상기 제2 스펙트럼 센싱 결과를 하나의 스펙트럼 검출결과로 생성한다.

이하, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세히 설명하기 위하여, 이 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조로 설명하기로 한다.

도 1은 무선 통신시스템을 도시한 예시도이다.

도 1을 참조하면, 무선 통신시스템은 기지국(100, base station; BS)과 단말(110, user equipment; UE)을 포함한다. 무선 통신시스템은 음성, 패킷 데이터 등과 같은 다양한 통신 서비스를 제공하기 위해 널리 배치된다. 기지국(100)은 일반적으로 단말(110)과 통신하는 고정된 지점(fixed station)을 말하며, 노드-B(node-B), BTS(base transceiver system), 액세스 포인트(access point) 등 다른 용어(terminology)로 불릴 수 있다. 단말(110)은 고정되거나 이동성을 가질 수 있으며, MS(mobile station), UT(user terminal), SS(subscriber station), 무선기기(wireless device) 등 다른 용어로 불릴 수 있다.

기지국(100)에서 단말(110)로의 통신을 하향링크(downlink)라 한다. 단말(110)에서 기지국으로의 통신을 상향링크(uplink)라 한다. 상향링크 및 하향링크는 특정 주파수 대역을 사용하여 이루어질 수 있다. 특정 주파수 대역은 무선 통신시스템이 할당받은 전용 주파수 대역의 일부 주파수 대역일 수 있다. 전용 주파수 대역은 무선 통신시스템의 사업자가 정부 또는 해당 지역의 전파관리관청으로부터 사용허가를 받은 주파수 대역일 수 있다.

상향링크 및 하향링크는 변동하는 주파수 대역을 사용하여 이루어질 수 있다. 변동하는 주파수 대역은 무선 통신시스템이 할당받지 않은 주파수 대역일 수 있다. 즉, 무선 통신시스템은 다른 무선 통신시스템이 할당받은 주파수 대역을 사용할 수 있다. 이때, 무선 통신시스템은 다른 무선 통신시스템의 통신에 영향을 주지 않는 조건으로 사용되고 있지 않는 주파수 대역을 사용한다.

단말(110)은 스펙트럼 센싱(spectrum sensing)을 통하여 시간적 또는 공간적으로 사용되고 있지 않는 주파수 대역을 확인할 수 있다. 스펙트럼은 연속되는 주파수 영역에서의 단편(segment)으로, 부반송파(subcarrier), 서브밴드(subband), 채널(channel) 등으로 불릴 수 있다. 단말(110)은 다수의 주파수 대역을 동시에 검출할 수 있다. 단말(110)은 사용되고 있는 주파수 대역의 폭을 측정할 수 있다. 단말(110)은 주파수 대역을 사용하는 신호의 통신 모드를 판별할 수 있다. 단말(110)은 수신되는 신호의 특성 및 채널품질(channel quality)을 측정할 수 있다.

기지국(100)은 단말(110)로부터 스펙트럼 센싱 결과를 수신한다. 기지국(100)은 다수의 단말(110)로부터 수신되는 스펙트럼 센싱 결과로부터 사용되고 있는 주파수 대역과 사용되고 있지 않은 주파수 대역을 확인할 수 있다. 기지국(100)은 다수의 단말(110)로부터 수신되는 스펙트럼 센싱 결과를 통합하여 최종 스펙트럼 검출결과를 구할 수 있다. 기지국(100)은 최종 스펙트럼 검출결과를 이용하여 단말(110)에게 할당할 무선자원을 스케줄링할 수 있다.

이상, 단말(110)을 무선통신에 있어서 단말(UE)로 가정하여 설명하였으나 이는 제한이 아니며, 단말(110)은 무선통신용 단말뿐만 아니라 아마추어 무선(HAM radio)의 개인통신장비, 양방향 TV와 같은 방송용 송수신 장치, 선박 및 항공기의 통신장비, 위성통신장비 등이 될 수 있다.

도 2를 참조하면, 스펙트럼 검출 시스템은 단말(110)과 기지국(100)을 포함한다. 단말(110)은 기지국(100)과 통신하는 다수(n)의 단말(110-1,...,110-n)을 포함한다. 단말(110)은 스펙트럼 센싱부(210)를 포함한다. 스펙트럼 센싱부(210)는 스펙트럼 센싱(spectrum sensing)을 통하여 수신되는 신호에 대한 스펙트럼 센싱 결과를 생성한다. 스펙트럼 센싱부(210)에서의 스펙트럼 센싱 결과의 생성에 대하여는 후술한다. 스펙트럼 센싱 결과는 기지국(100)으로 전송된다.

기지국(100)은 다수의 단말(110-1,...,110-n)로부터 전송되는 스펙트럼 센싱 결과를 통합하는 스펙트럼 검출장치 및 무선자원을 할당하는 스케줄러(250)를 포함한다. 스펙트럼 검출장치는 가중치 부여부(220), 가중치 설정부(230) 및 협력검출부(240)를 포함한다.

가중치 부여부(220)는 수신한 스펙트럼 센싱 결과에 가중치를 부여한다. 가중치는 다수의 스펙트럼 센싱 결과 각각에 부여될 수 있다. 가중치 설정부(230)는 첫 번째 가중치를 1로 설정하고, 두 번째 가중치는 첫 번째 검출 결과를 토대로 하여 그 가중치를 재설정할 수 있다. 단말(110)로부터의 스펙트럼 센싱 결과는 사용되고 있는 주파수 대역에 대하여 '0', 사용되고 있지 않은 주파수 대역에 대하여 '1'로 수신될 수 있다.

협력검출부(240)는 가중치가 부여된 스펙트럼 센싱 결과를 통합하여 하나의 협력 스펙트럼 검출결과를 생성한다. 다수의 단말(110-1,...,110-n)로부터의 다수의 스펙트럼 센싱 결과는 하나의 협력 스펙트럼 검출결과로 통합된다.

다수의 단말(110-1,...,110-n)의 스펙트럼 센싱 결과의 통합방법은 수학식 1이 적용될 수 있다.

수학식 1은 오아(OR) 규칙으로, 다수(m)의 스펙트럼 센싱 결과 중 적어도 어느 하나의 스펙트럼 센싱 결과가 '1'이면 협력 스펙트럼 검출결과를 '1'로 생성한다.

다수의 단말(110-1,...,110-n)의 스펙트럼 센싱 결과의 통합방법은 수학식 2가 적용될 수 있다.

수학식 2는 앤드(AND) 규칙으로, 다수(m)의 스펙트럼 검출결과 중 적어도 어느 하나의 스펙트럼 센싱 결과가 '0'이면 협력 스펙트럼 검출결과를 '0'으로 생성한다.

다수의 단말(110-1,...,110-n)의 스펙트럼 센싱 결과의 통합방법은 수학식 3이 적용될 수 있다.

수학식 3은 과반수의 규칙으로, 다수(m)의 스펙트럼 센싱 결과 중 과반수가 '1'이면 협력 스펙트럼 검출결과를 '1'로 생성하고, 과반수가 '0'이면 협력 스펙트럼 검출결과를 '0'으로 생성한다. 여기서,

은 n번째 노드의 스펙트럼 센싱 결과를 나타내고 m은 스펙트럼 센싱 결과를 전송하여 협력 스펙트럼 검출결과를 생성하는데 협력하는 단말(110)의 수를 나타낸다.

오아(OR) 규칙은 사용 중인 주파수 대역을 검출할 확률은 높으나 잘못 검출할 확률 역시 높다. 앤드(AND) 규칙은 사용 중인 주파수 대역을 검출할 확률은 높지 않지만 잘못 검출할 확률 역시 높지 않다. 위의 수학식은 각 단말(110)이 스펙트럼 센싱 결과를 '0'과 '1'로 이산적으로 생성하여 전송하는 것으로 나타내었으나, 이는 제한이 아니며 통상적으로 단말(110)은 스펙트럼 센싱 결과를 강도레벨로 생성하여 전송할 수 있다. 기지국(100)은 강도레벨로 수신되는 스펙트럼 센싱 결과를 오아(OR), 앤드(AND), 과반수의 규칙 등을 적용하여 협력 스펙트럼 검출결과를 생성할 수 있다.

스케줄러(250)는 협력 스펙트럼 검출결과로부터 사용되고 있지 않은 주파수 대역에 대한 정보를 획득한다. 스케줄러(250)는 사용되고 있지 않은 주파수 대역을 다수의 단말(110-1,...,110-n)에 할당할 수 있는 무선자원으로 확보한다. 스케줄러(250)는 확보한 무선자원을 통신을 요구하는 단말(110)에 할당한다.

가중치 부여부(220), 가중치 설정부(230), 협력검출부(240)를 포함하는 스펙트럼 검출장치는 기지국(100)의 일부인 것으로 설명하였으나, 이는 제한이 아니며 스펙트럼 검출장치는 단말(110)의 일부가 될 수도 있다.

도 3을 참조하면, 스펙트럼 센싱부(210)는 FFT(fast Fourier transform)부(310), 평균부(320), 에너지 검출부(330) 및 검출판단부(340)를 포함한다. FFT부(310)는 수신신호의 시간영역의 데이터를 주파수 영역의 데이터로 변환한다. 평균부(320)는 주파수 영역의 데이터를 평균하여 잡음을 제거한다. 에너지 검출부(330)는 수신신호의 에너지를 검출한다. 에너지 검출부(330)는 수신신호를 검출시간동안 적분하여 에너지를 검출할 수 있다. 검출판단부(340)는 스펙트럼 센싱 결과를 생성한다. 이를 위해 검출판단부(340)는 검출된 수신신호의 에너지를 임계치와 비교한다. 수신신호의 에너지가 임계치보다 높은 경우 검출판단부(340)는 수신신호의 주파수 대역이 사용되고 있는 주파수 대역임을 판단한다. 수신신호의 에너지가 임계치보다 낮은 경우 검출판단부(340)는 수신신호의 주파수 대역이 사용되고 있지 않은 주파수 대역임을 판단한다. 임계치는 사전에 결정된 것일 수 있다. 임계치는 신호의 특성, 무선환경의 상태 등에 따라 결정될 수 있다. 스펙트럼 센싱 결과는 기지국(100)으로 전송된다. 스펙트럼 센싱부(210)는 단말(110)의 일부일 수 있다. 스펙트럼 센싱부(210)는 기지국(100)의 일부일 수도 있다.

도 4를 참조하면, 스펙트럼 센싱부(210)는 신호합성부(410), 신호추정부(420), 적분부(430) 및 신호검출부(440)를 포함한다. 신호합성부(410)는 수신신호에 추정신호를 곱한다. 추정신호는 신호추정부(420)에 의하여 생성된다. 신호추정부(420)는 다양한 형태의 신호를 저장한다. 신호추정부(420)는 저장하고 있는 신호 중에서 수신신호와 동일한 신호를 추정하여 신호합성부(410)로 제공한다. 적분부(430)는 수신신호와 추정신호가 곱해진 신호를 적분한다. 신호검출부(440)는 적분된 신호를 임계치와 비교하여 스펙트럼 센싱 결과를 생성한다. 임계치는 사전에 설정된 것일 수 있다. 스펙트럼 센싱 결과는 기지국(100)으로 전송된다. 스펙트럼 센싱부(210)는 단말(110)의 일부일 수 있다. 스펙트럼 센싱부(210)는 기지국(100)의 일부일 수도 있다.

도 5를 참조하면, 스펙트럼 센싱부(210)는 순환천이부(510), 대역통과필터(520), 자기상관부(530) 및 신호검출부(540)를 포함한다. 순환천이부(510)는 수신신호에 매개변수를 곱하여 두 신호로 순환천이한다. 매개변수는 순환천이되는 주기를 나타내는 순환주파수 α가 포함되는

와

가 될 수 있다. 대역통과필터(520)는 순환천이된 신호를 관측 대역폭에 해당하는 신호만을 통과시킨다. 자기상관부(530)는 순환천이된 두 신호 중 하나의 신호를 공액 복소화시켜 두 신호를 상관시킨다. 신호검출부(540)는 상관된 신호를 임계치와 비교하여 스펙트럼 센싱 결과를 생성한다. 임계치는 사전에 설정된 것일 수 있다. 스펙트럼 센싱 결과는 기지국(100)으로 전송된다. 스펙트럼 센싱부(210)는 단말(110)의 일부일 수 있다. 스펙트럼 센싱부(210)는 기지국(100)의 일부일 수도 있다.

도 6을 참조하면, 가중치 설정부(230)는 독립 확률추정부(610), 협력 확률추정부(620) 및 가중치 산출부(630)를 포함한다. 독립 확률추정부(610)는 각 단말(110)의 추정검출확률(

)을 생성한다. 협력 확률추정부(620)는 스펙트럼 센싱 결과를 전송하는 단말(110)들의 평균검출확률(

)을 생성한다. 가중치 산출부(630)는 이전 검출시의 가중치, 각 단말(110)의 추정검출확률(

) 및 단말(110)들의 평균검출확률(

)을 이용하여 가중치를 갱신한다. 가중치를 갱신하는 과정은 수학식 4를 적용할 수 있다.

여기서,

은 검출횟수 n번째의 스펙트럼 센싱 결과에 대한 가중치,

은 검출횟수 n+1번째의 스펙트럼 센싱 결과에 대한 가중치,

은 N개의 단말(110) 중 i번째 단말(110)의 검출횟수 n번째의 추정검출확률이며,

은 N개 의 단말(110)의 검출횟수 n번째의 평균검출확률이다. 각 추정검출확률(

)이 평균검출확률(

)보다 작은 경우 가중치는 이전의 가중치보다 작아지게 된다. 추정검출확률(

)이 평균검출확률(

)보다 큰 경우 가중치는 이전의 가중치보다 커지게 된다.

평균검출확률(

)은 수학식 5를 적용할 수 있다.

여기서, N은 단말(110)의 수를 나타낸다.

는 확률적인 방법으로 구할 수 있다. 일반적으로 레일리(Rayleigh) 분포를 갖는 채널에서의 에너지 검출방식의

는 수학식 6으로 구할 수 있다.

여기서, λ는 에너지 검출 방식의 임계치,

은 평균 신호대 잡음비를 나타낸다. m은 검출시의 심볼주기와 대역폭의 곱으로 나타낸다. 이와 같은 방법을 사용할 때 레일리 페이딩 채널을 겪는 경우 단말(110)은 쉽게 각자의 추정검출확률을 구할 수 있는 장점이 있다. 그러나 단말(110)은 다수의 계산을 수행해야 하고, 적 합하지 않은 채널환경이 적용되었을 때 추정검출확률에 오류가 발생할 수 있는 단점이 있다.

수학식 6을 간략화하여

을 수학식 7로 구할 수 있다.

여기서,

는 다수의 단말(110-1,...,110-n) 중 i번째 단말(110)의 스펙트럼 센싱 결과로써 '1' 또는 '0'의 값을 갖는다.

는 협력 검출을 사용하였을 경우의 최종의 협력 스펙트럼 검출결과로 '1' 또는 '0'의 값을 갖는다. 전체의 검출 확률의 빈도가 높았음에도 불구하고 특정 단말(110)이 검출이 되지 않을 경우 그 검출 확률은 낮아지고 전반적으로 그 가중치 역시 낮아지게 된다. 협력 스펙트럼 검출이 다수 횟수 진행될수록 특정 단말(110)의 검출확률은 점점 증가하며 그에 따라 가중치의 신뢰성도 증가한다.

도 7을 참조하면, AWGN(Additive White Gaussian Noise) 환경에서 단말(110)이 1개(N=1)일 때의 스펙트럼 검출, 단말(110)이 3개(N=3)일 때의 가중치를 적용하지 않은 일반 협력 스펙트럼 검출 및 단말(110)이 3개(N=3)일 때의 가중치를 적용한 협력 스펙트럼 검출에 대한 검출결과을 나타낸다. 하나의 단말(110)만이 독립적으로 스펙트럼을 검출하는 경우보다 가중치를 적용한 협력 스펙트럼 검출이 더 좋 은 결과를 나타낸다. 가중치를 적용하지 않은 일반 협력 스펙트럼 검출보다 가중치를 적용한 협력 스펙트럼 검출이 더 좋은 결과를 나타낸다. 즉, 가중치를 적용한 협력 스펙트럼 검출이 가장 좋은 결과를 나타낸다. 가중치를 적용한 협력 스펙트럼 검출에서는 검출 횟수가 적은 경우(n=2)보다 검출 횟수가 많은 경우(n=4)가 더 좋은 결과를 나타낸다. 즉, 가중치를 적용한 협력 스펙트럼 검출은 검출 횟수가 증가할수록 좋은 결과를 나타내게 된다.

도 8을 참조하면, AWGN 환경에서 단말(110)이 3개(N=3), 8개(N=8)일 때의 가중치를 적용하지 않은 일반 협력 스펙트럼 검출, 가중치를 적용한 협력 스펙트럼 검출의 검출결과를 나타낸다. 가중치를 적용하지 않은 일반 협력 스펙트럼 검출에서는 단말(110)이 3개인 경우(N=3)보다 단말(110)이 8개인 경우(N=8)가 더 좋은 검출결과를 나타낸다. 가중치를 적용한 협력 스펙트럼 검출에서는 단말(110)이 3인 경우(N=3)보다 단말(110)이 8개인 경우(N=8)가 더 좋은 검출결과를 나타낸다. 단말(110)의 수가 3개일 때, 가중치를 적용한 협력 스펙트럼 검출이 가중치를 적용하지 않은 일반 협력 스펙트럼 검출보다 더 좋은 검출결과를 나타낸다. 단말(110)의 수가 8개(N=8)일 때, 가중치를 적용한 협력 스펙트럼 검출이 가중치를 적용하지 않은 일반 협력 스펙트럼 검출보다 더 좋은 검출결과를 나타낸다. 즉, 협력 스펙트럼 검출결과는 협력하는 단말(110)의 수가 증가할수록 좋아진다. 단말(110)의 수가 같은 경우에는 가중치를 적용한 협력 스펙트럼 검출이 가중치를 적용하지 않은 일반 협력 스펙트럼 검출보다 더 좋은 검출결과를 나타낸다.

도 9는 레일리(Rayleigh) 환경에서 스펙트럼 검출결과의 일 실시예를 도시한 그래프이다.

도 9를 참조하면, 레일리(Rayleigh) 환경에서 단말(110)이 1개(N=1)일 때의 스펙트럼 검출, 단말(110)이 3개(N=3)일 때의 가중치를 적용하지 않은 일반 협력 스펙트럼 검출 및 단말(110)이 3개(N=3)일 때의 가중치를 적용한 협력 스펙트럼 검출에 대한 검출결과을 나타낸다. 하나의 단말(110)만이 독립적으로 스펙트럼을 검출하는 경우보다 가중치를 적용한 협력 스펙트럼 검출이 더 좋은 결과를 나타낸다. 가중치를 적용하지 않은 일반 협력 스펙트럼 검출보다 가중치를 적용한 협력 스펙트럼 검출이 더 좋은 결과를 나타낸다. 즉, 가중치를 적용한 협력 스펙트럼 검출이 가장 좋은 결과를 나타낸다. 가중치를 적용한 협력 스펙트럼 검출에서는 검출 횟수가 적은 경우(n=2)보다 검출 횟수가 많은 경우(n=4)가 더 좋은 결과를 나타낸다. 즉, 가중치를 적용한 협력 스펙트럼 검출은 검출 횟수가 증가할수록 좋은 결과를 나타내게 된다.

도 10은 레일리(Rayleigh) 환경에서 스펙트럼 검출결과의 다른 실시예를 도시한 그래프이다.

도 10을 참조하면, 레일리(Rayleigh) 환경에서 단말(110)이 3개(N=3), 8개(N=8)일 때의 가중치를 적용하지 않은 일반 협력 스펙트럼 검출, 가중치를 적용한 협력 스펙트럼 검출의 검출결과를 나타낸다. 가중치를 적용하지 않은 일반 협력 스펙트럼 검출에서는 단말(110)이 3개인 경우(N=3)보다 단말(110)이 8개인 경 우(N=8)가 더 좋은 검출결과를 나타낸다. 가중치를 적용한 협력 스펙트럼 검출에서는 단말(110)이 3인 경우(N=3)보다 단말(110)이 8개인 경우(N=8)가 더 좋은 검출결과를 나타낸다. 단말(110)의 수가 3개일 때, 가중치를 적용한 협력 스펙트럼 검출이 가중치를 적용하지 않은 일반 협력 스펙트럼 검출보다 더 좋은 검출결과를 나타낸다. 단말(110)의 수가 8개(N=8)일 때, 가중치를 적용한 협력 스펙트럼 검출이 가중치를 적용하지 않은 일반 협력 스펙트럼 검출보다 더 좋은 검출결과를 나타낸다. 즉, 협력 스펙트럼 검출결과는 협력하는 단말(110)의 수가 증가할수록 좋아진다. 단말(110)의 수가 같은 경우에는 가중치를 적용한 협력 스펙트럼 검출이 가중치를 적용하지 않은 일반 협력 스펙트럼 검출보다 더 좋은 검출결과를 나타낸다. 이때, 레일리(Rayleigh) 환경에서 가중치를 적용한 협력 스펙트럼 검출이 AWGN 환경에서 가중치를 적용한 협력 스펙트럼 검출보다 더 좋은 검출결과를 나타낸다.

도 11을 참조하면, 스펙트럼 검출장치는 안테나(710), 스펙트럼 센싱부(720), 가중치 부여부(730), 가중치 설정부(740) 및 협력검출부(750)를 포함한다. 스펙트럼 검출장치는 검출한 스펙트럼 검출결과에 따라 무선자원을 할당하는 스케줄러(760)를 더 포함할 수 있다.

안테나(710)는 다수의 안테나(710-1, ...,710-n)로 마련될 수 있다. 다수의 안테나(710-1, ...,710-n)는 동일한 신호를 공간적 및 시간적으로 차이를 두고 수신할 수 있다. 또한, 다수의 안테나(710-1, ...,710-n)는 대역통과필터를 이용하여 상이한 신호를 구분하여 수신할 수도 있다.

스펙트럼 센싱부(720)는 다수의 안테나(710-1, ...,710-n)에 연결되는 다수의 스펙트럼 센싱부(720-1, ...,720-n)로 마련될 수 있다. 각 스펙트럼 센싱부(720-1, ...,720-n 중 어느 하나)는 자신과 연결된 안테나(710-1, ...,710-n 중 어느 하나)로부터 수신되는 신호에 대한 스펙트럼 센싱(spectrum sensing) 결과를 생성한다. 스펙트럼 센싱부(720)는 도 3 내지 도 5에서 설명한 바와 같이 마련될 수 있다.

가중치 부여부(730)는 스펙트럼 센싱 결과에 가중치를 부여한다. 가중치는 다수의 스펙트럼 센싱 결과 각각에 부여될 수 있다. 가중치 설정부(740)는 첫 번째 가중치를 1로 설정하고, 두 번째 가중치는 첫 번째 검출 결과를 토대로 하여 그 가중치를 재설정할 수 있다. 가중치 설정부(740)는 도 6에서 설명한 바와 같이 마련될 수 있다.

협력검출부(750)는 가중치가 부여된 스펙트럼 센싱 결과를 통합하여 하나의 협력 스펙트럼 검출결과를 생성한다. 협력검출부(750)는 도 2에서 설명한 수학식 1 내지 수학식 3을 적용할 수 있다. 스케줄러(760)는 협력 스펙트럼 검출결과로부터 사용되고 있지 않은 주파수 대역에 대한 정보를 획득한다. 스케줄러(760)는 사용되고 있지 않은 주파수 대역을 통신을 위한 무선자원으로 할당한다. 이러한 스펙트럼 검출장치는 다수의 안테나를 가지는 단말(110) 및/또는 기지국(100)의 일부가 될 수 있다.

본 발명은 하드웨어, 소프트웨어 또는 이들의 조합으로 구현될 수 있다. 하 드웨어 구현에 있어, 상술한 기능을 수행하기 위해 디자인된 ASIC(application specific integrated circuit), DSP(digital signal processing), PLD(programmable logic device), FPGA(field programmable gate array), 프로세서, 제어기, 마이크로 프로세서, 다른 전자 유닛 또는 이들의 조합으로 구현될 수 있다. 소프트웨어 구현에 있어, 상술한 기능을 수행하는 모듈로 구현될 수 있다. 소프트웨어는 메모리 유닛에 저장될 수 있고, 프로세서에 의해 실행된다. 메모리 유닛이나 프로세서는 당업자에게 잘 알려진 다양한 수단을 채용할 수 있다.

이상, 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 상세히 기술하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에 있어서 통상의 지식을 가진 사람이라면, 첨부된 청구 범위에 정의된 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 본 발명을 여러 가지로 변형 또는, 변경하여 실시할 수 있음을 알 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 앞으로의 실시예들의 변경은 본 발명의 기술을 벗어날 수 없을 것이다.

다수의 스펙트럼 센싱 결과에 가중치를 적용하여 통합함으로써 각 사용자에게 영향을 미치는 페이딩 효과를 최소화하여 스펙트럼 검출결과의 신뢰성을 높일 수 있다.

Claims

무선 통신시스템의 스펙트럼 검출방법에 있어서,

다수의 스펙트럼 센싱 결과를 획득하는 단계;

상기 다수의 스펙트럼 센싱 결과에 각각마다 가중치를 부여하는 단계; 및

상기 가중치가 부여된 스펙트럼 센싱 결과를 통합하여 협력 스펙트럼 검출결과를 생성하는 단계를 포함하되,

상기 가중치는 상기 협력 스펙트럼 검출결과를 생성할 때마다 갱신되는 것이며,

상기 다수의 스펙트럼 센싱 결과는 다수의 단말로부터 전송되며,

상기 가중치는 수학식
에 의하여 갱신되되,
은 검출횟수 n번째의 스펙트럼 센싱 결과의 가중치,
은 검출횟수 n+1번째의 스펙트럼 센싱 결과의 가중치,
은 상기 다수의 단말 중 i번째 단말의 검출횟수 n번째의 추정검출확률이며,
은 상기 다수의 단말의 검출횟수 n번째의 평균검출확률인 것을 특징으로 하는 스펙트럼 검출방법.
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무선 통신시스템의 스펙트럼 검출 장치에 있어서,

다수의 스펙트럼 센싱 결과에 각각마다 가중치를 부여하는 가중치 부여부; 및

상기 가중치가 부여된 스펙트럼 센싱 결과를 통합하여 협력 스펙트럼 검출결과를 생성하는 가중치 설정부를 포함하되,

상기 가중치 부여부는 상기 협력 스펙트럼 검출결과를 생성할 때마다 상기 가중치를 갱신하는 것이며,

상기 다수의 스펙트럼 센싱 결과는 다수의 단말로부터 전송되며,

상기 가중치는 수학식
에 의하여 갱신되되,
은 검출횟수 n번째의 스펙트럼 센싱 결과의 가중치,
은 검출횟수 n+1번째의 스펙트럼 센싱 결과의 가중치,
은 상기 다수의 단말 중 i번째 단말의 검출횟수 n번째의 추정검출확률이며,
은 상기 다수의 단말의 검출횟수 n번째의 평균검출확률인 것을 특징으로 하는 스펙트럼 검출 장치.
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