KR20080098872A

KR20080098872A - Apparatus for detecting spectrum in multiple antenna system

Info

Publication number: KR20080098872A
Application number: KR1020070044244A
Authority: KR
Inventors: 김재완; 황승훈; 김종호
Original assignee: 엘지전자 주식회사
Priority date: 2007-05-07
Filing date: 2007-05-07
Publication date: 2008-11-12
Also published as: KR101409022B1

Abstract

A spectrum detecting apparatus of a multi-antenna system is provided to enable the secondary user(not having license) to reliably use the spectrum of the primary user(having license). A spectrum detecting apparatus(200) of a multi-antenna system comprises the followings: a plurality of antennas(210-1_210-N); a plurality of energy detectors(220-1_220-N) which are arranged at each of the antennas, and obtains the first decision values from the received signals passing through the plural antennas; and a detection deciding part(230) which determines whether a spectrum exists or not by using the first decision values. The energy detector comprises a band pass filter for passing signals within a certain frequency band among the received signals, a squarer for squaring the frequency band signals, an integrator for integrating the squared frequency band signals as much as observational time to output receipt energy, and a threshold deciding unit for comparing the receipt energy with a threshold value to output detection or non-detection as the first decision values.

Description

다중 안테나 시스템의 스펙트럼 검출 장치{Apparatus for detecting spectrum in multiple antenna system}Apparatus for detecting spectrum in multiple antenna system

도 1은 이동통신 시스템을 나타내는 예시도이다.1 is an exemplary diagram illustrating a mobile communication system.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 스펙트럼 검출 장치의 블록도이다.2 is a block diagram of a spectrum detection apparatus according to an embodiment of the present invention.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 검출기의 블록도이다.3 is a block diagram of an energy detector according to an embodiment of the present invention.

도 4는 하나의 안테나 시스템과 다중 안테나 시스템에 대한 시뮬레이션 결과를 보여주는 그래프이다. 4 is a graph showing simulation results for one antenna system and multiple antenna systems.

도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 스펙트럼 검출 장치의 블록도이다.5 is a block diagram of a spectrum detection apparatus according to another embodiment of the present invention.

도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 에너지 검출기의 블록도이다.6 is a block diagram of an energy detector according to another embodiment of the present invention.

**도면의 주요 부분의 부호에 대한 설명**** Description of the symbols of the main parts of the drawings **

210-1,..., 210-N: 안테나210-1, ..., 210-N: Antenna

220-1,..., 220-N: 에너지 검출기220-1, ..., 220-N: energy detector

230: 검출 결정부230: detection determination unit

310: 대역 통과 필터310: band pass filter

320: 제곱기320: squarer

330: 적분기330: integrator

340: 임계치 결정기340: threshold determiner

본 발명은 무선 통신에 관한 것으로 보다 상세하게는, 다중 안테나 시스템의 스펙트럼 검출 장치에 관한 것이다.The present invention relates to wireless communications, and more particularly, to a spectrum detection apparatus of a multiple antenna system.

현재 일상 생활에서 더욱 많은 사용이 요구되어 가는 다양한 형태의 무선 통신 기술들은 빠르게 발전되어 가고 있다. 특히 이동 통신, WLAN, 디지털 방송 및 위성통신을 비롯하여 RFID/USN(Radio Frequency IDentification/Ubiquitous Sensor Network), WiBro(Wireless Broadband) 등 무선을 이용하는 서비스가 급증하고 있다. 이렇듯 급속한 발전을 이루고 있는 무선 통신 서비스의 다양화와 이용 증가로 자원이 한정되어 있는 주파수 자원에 대한 수요는 급증하면서 그 가치는 점차 높아지고 있다. Various forms of wireless communication technologies that require more use in daily life are developing rapidly. In particular, wireless communication services such as RFID, USN (Radio Frequency IDentification / Ubiquitous Sensor Network), WiBro (Wireless Broadband), etc. are increasing rapidly. As the demand for frequency resources, which are limited in resources due to the diversification and use of wireless communication services, is increasing rapidly, its value is gradually increasing.

계속적인 전파 자원에 대한 수요 증가에 비하여 남은 스펙트럼(Spectrum)의 부족과 현재 사용중인 스펙트럼을 비효율적으로 이용하고 있는 상황이다. 따라서 이용되지 않고 있는 주파수 자원을 효율적으로 이용할 수 있는 주파수 공유기술이 대두되고 있는 실정이다. 여기서, 스펙트럼이란 가용할 수 있는 무선 자원을 말한다.Compared to the continuous increase in demand for radio resources, there is a shortage of remaining spectrum and inefficient use of the current spectrum. Therefore, the frequency sharing technology that can efficiently use the unused frequency resources is emerging. Here, the spectrum refers to available radio resources.

주파수 공유 기술은 무선 서비스의 전 분야에 걸쳐 광범위하게 응용될 수 있다. 이 중에서도 주파수가 할당되어 있지만 실제로 사용하지 않는 유휴 주파수를 감지해서 이를 효율적으로 공유하여 사용할 수 있는 CR(cognitive radio) 기술이 떠오르고 있다. CR 기술은 주변 무선 환경에 관한 다양한 정보를 인지하여 이미 다른 용도로 할당된 스펙트럼이 유휴 상태에 있음을 감지할 경우, 해당 스펙트럼의 주 사용자의 우선권을 보장하면서 유휴 상태 대역을 일시적으로 이차 사용자가 사용하기 위한 기술로서, 그 중에서도 유휴 스펙트럼 홀(Hole)을 찾는 스펙트럼 검출 기법이 중요하다. 여기서 주 사용자라 함은 스펙트럼을 사용할 수 있는 라이선스를 가지고 있는 자를 말하며, 이차 사용자라 함은 스펙트럼을 사용할 수 있는 라이선스를 가지고 있지 않은 자를 말한다. Frequency sharing technology can be widely applied in all fields of wireless service. Among them, a cognitive radio (CR) technology is emerging that can detect idle frequencies that are allocated but are not actually used and share them efficiently. When the CR technology detects a variety of information about the surrounding wireless environment and detects that a spectrum that has already been allocated for another use is in an idle state, the CR technology temporarily uses the idle band for the secondary user while ensuring the priority of the primary user of that spectrum. As a technique for doing so, a spectrum detection technique for finding an idle spectral hole is particularly important. Here, the primary user means a person who has a license to use the spectrum, and the secondary user means a person who does not have a license to use the spectrum.

다중 송수신 안테나 시스템(Multiple Input Multiple Output Antennas; 이하 MIMO)은 다중 송신 안테나와 다중 수신 안테나를 사용하여 데이터의 송수신 효율을 향상시키는 시스템을 말한다. MIMO 기술은 공간 다중화(Spatial multiplexing) 기술과 공간 다이버시티(Spatial diversity) 기술이 있다. 공간 다중화 기술은 서로 다른 데이터를 동시에 전송함으로써 시스템의 대역폭을 증가시키지 않고 고속의 데이터를 전송할 수 있다. 공간 다이버시티 기술은 다중의 송신 안테나에서 동일한 데이터를 전송하여 송신 다이버시티를 얻을 수 있다.Multiple Input Multiple Output Antennas (MIMO) refers to a system for improving data transmission and reception efficiency by using multiple transmission antennas and multiple reception antennas. MIMO technology includes a spatial multiplexing technology and a spatial diversity technology. Spatial multiplexing technology allows high speed data transmission without increasing the bandwidth of the system by simultaneously transmitting different data. Spatial diversity technology can obtain transmit diversity by transmitting the same data in multiple transmit antennas.

MIMO 기술은 크게 두 가지 목적으로 사용될 수 있다. 첫째로는 채널의 페이딩 환경으로 인한 성능 감소를 줄이기 위해 다이버시티(diversity) 이득을 높이는 목적으로 이용될 수 있다. 둘째로는 동일한 주파수 대역에서 데이터 전송율을 올리는 목적으로 이용될 수 있다. MIMO 기술은 하나의 송수신 안테나를 사용하는 SISO(Single-Input Single-Output) 기술에 견주어 주파수 대역폭을 늘리지 않으면서 더욱 많은 데이터를 보낼 수 있는 장점이 있다. 차세대 무선 통신망은 고속 데 이터 전송 속도(20Mbps(bit per second)이상)를 요구하는데 제한된 대역폭(10 ~ 20MHz)으로 이를 구현하기 위해서는 MIMO 기술이 필수적으로 사용될 것이다. MIMO technology can be used for two main purposes. First, it can be used for the purpose of increasing the diversity gain in order to reduce the performance decrease due to the fading environment of the channel. Secondly, it can be used to increase the data rate in the same frequency band. MIMO technology has the advantage of being able to send more data without increasing the frequency bandwidth compared to SISO (Single-Input Single-Output) technology using a single transmit / receive antenna. Next-generation wireless networks require high data rates (more than 20 Mbps) and MIMO technology will be essential to achieve this with limited bandwidth (10 to 20 MHz).

스펙트럼 검출 기법은 페이딩(fading)이나 쉐도윙(shadowing) 같은 채널 영향이나 간섭이 존재하는 경우에 검출 성능이 급격히 열화된다. 따라서 실제로 주 사용자의 스펙트럼이 존재하지만 해당 스펙트럼이 존재하지 않는 것으로 판단하는 경우, 그로 인해 이차 사용자는 주 사용자의 스펙트럼을 사용하게 되어 주 사용자에게 간섭을 주게 되어 통신을 방해하게 된다. 반대로, 실제로 주 사용자의 스펙트럼이 존재하지 않지만 해당 스펙트럼이 존재한다고 판정을 한 경우, 그로 인해 이차 사용자는 주 사용자의 스펙트럼을 사용하지 않을 것이므로 사용 가능한 스펙트럼을 놀리게 되어 비효율적인 동작을 하게 된다. 더구나, MIMO 시스템의 경우 독립적인 다수의 채널이 존재하고, 각각의 채널마다 페이딩 등의 채널 영향을 받아 스펙트럼 검출이 용이하지 않다. Spectrum detection techniques degrade detection performance rapidly in the presence of channel effects or interference, such as fading or shadowing. Therefore, if it is determined that the spectrum of the primary user exists but does not exist, the secondary user may use the spectrum of the primary user, thereby interfering with the main user, thereby interrupting communication. On the contrary, if it is determined that the spectrum of the primary user does not exist but the spectrum exists, the secondary user will not use the spectrum of the primary user, thus making fun of the available spectrum and inefficient operation. In addition, in the case of the MIMO system, there are a plurality of independent channels, and spectrum detection is not easy due to channel effects such as fading for each channel.

MIMO 시스템에서 효율적인 스펙트럼 검출 기법이 필요하다.There is a need for an efficient spectrum detection technique in MIMO systems.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 다중 안테나 시스템에서 스펙트럼을 검출하기 위한 장치를 제공하는 데 있다.An object of the present invention is to provide an apparatus for detecting a spectrum in a multi-antenna system.

상기의 목적을 해결하기 위한 본 발명의 일 양태에 따르면, 스펙트럼 검출 장치는 복수의 안테나; 상기 복수의 안테나 각각에 배치되고, 상기 복수의 안테나를 통과한 수신 신호들로부터 복수의 1차 결정값들을 구하는 복수의 에너지 검출 기; 및 상기 복수의 1차 결정값들을 이용하여 스펙트럼의 존재 유무를 판단하는 검출 결정부를 포함한다.According to an aspect of the present invention for solving the above object, the spectrum detection device comprises a plurality of antennas; A plurality of energy detectors disposed in each of the plurality of antennas and obtaining a plurality of first determination values from received signals passing through the plurality of antennas; And a detection determiner configured to determine whether a spectrum exists using the plurality of first decision values.

본 발명의 다른 양태에 따르면, 스펙트럼 검출 장치는 제 1 안테나; 제 2 안테나; 상기 제 1 안테나를 통과한 제1 수신신호를 받아, 상기 제1 수신신호의 에너지를 측정하여 제1 결정값을 출력하는 제1 에너지 검출기; 상기 제2 안테나를 통과한 제2 수신신호를 받아, 상기 제2 수신신호의 에너지를 측정하여 제2 결정값을 출력하는 제2 에너지 검출기; 및 상기 제1 결정값과 상기 제2 결정값을 수신하여 상기 제1 안테나와 상기 제2 안테나가 수신하는 스펙트럼 존재 유무를 판단하는 검출 결정부를 포함한다.According to another aspect of the present invention, a spectrum detection device includes a first antenna; A second antenna; A first energy detector configured to receive a first received signal passing through the first antenna, measure energy of the first received signal, and output a first determined value; A second energy detector configured to receive a second received signal passing through the second antenna, measure energy of the second received signal, and output a second determined value; And a detection determination unit configured to receive the first determination value and the second determination value and determine whether there is a spectrum present by the first antenna and the second antenna.

이하 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조 번호는 동일한 구성 요소를 나타낸다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. Like numbers refer to like elements throughout the specification.

도 1을 참조하면, 이동통신 시스템은 기지국(110, base station: BS)과 다수의 단말(120,user equipment: UE)을 포함한다. 이동통신 시스템은 음성, 패킷 데이터 등과 같은 다양한 통신 서비스를 제공하기 위해 널리 배치된다.Referring to FIG. 1, a mobile communication system includes a base station 110 (BS) and a plurality of terminals 120 (user equipment (UE)). Mobile communication systems are widely deployed to provide various communication services such as voice and packet data.

기지국(110)은 일반적으로 단말(120)과 통신하는 고정된 지점(fixed station)을 말하며, 노드-B(node-B), BTS(base transceiver system), 엑세스 포인트(access point)등 다른 용어로 불릴 수 있다.The base station 110 generally refers to a fixed station that communicates with the terminal 120, and in other terms, such as a node-B, a base transceiver system (BTS), an access point, and the like. Can be called.

단말(120)은 고정되거나 이동성을 가질 수 있으며, MS(moible station), UT(user terminal), SS(subcriber station), 무선 기기(wireless device)등 다른 용어로 불릴 수 있다. The terminal 120 may be fixed or mobile and may be referred to in other terms such as a mobile station (MS), a user terminal (UT), a subcriber station (SS), and a wireless device.

기지국(110)은 다수의 단말(120)과 통신하며, 상기 다수의 단말(120)은 주 사용자(120-1)와 이차 사용자(120-2)를 포함하며, 주 사용자(120-1)는 기지국(120)과 해당 대역의 주파수에서 통신하는 자이며, 이차 사용자(120-2)는 주 사용자(120-1)가 해당 대역의 주파수에서 통신하지 않는 경우에 유휴 상태 대역의 주파수를 일시적으로 통신하는 자이다. 이때 기지국(110)과 단말(120)은 다중 안테나 구조를 가지며, 다중 안테나 시스템의 스펙트럼 검출 장치는 기지국(110)일 수도 있고, 단말(120)일 수도 있다.The base station 110 communicates with a plurality of terminals 120, the plurality of terminals 120 including a primary user 120-1 and a secondary user 120-2, and the primary user 120-1 A user who communicates with the base station 120 at the frequency of the corresponding band, and the secondary user 120-2 temporarily communicates the frequency of the idle state band when the main user 120-1 does not communicate at the frequency of the corresponding band. I am a man. In this case, the base station 110 and the terminal 120 have a multi-antenna structure, and the spectrum detection apparatus of the multi-antenna system may be the base station 110 or the terminal 120.

도 2를 참조하면, 스펙트럼 검출 장치(200)는 안테나(210-1,..., 210-N), 에너지 검출기(220-1,..., 220-N) 및 검출 결정부(230)를 포함한다.Referring to FIG. 2, the spectrum detection apparatus 200 includes an antenna 210-1,..., 210 -N, an energy detector 220-1,..., 220 -N, and a detection determiner 230. It includes.

안테나(210-1,..., 210-N)는 외부 신호를 받는다. 여기서 외부 신호는 이동 통신 신호, 디지털 통신 신호, 위성 통신 신호등을 포함한다.Antennas 210-1, ..., 210-N receive an external signal. Here, the external signal includes a mobile communication signal, a digital communication signal, a satellite communication signal, and the like.

에너지 검출기(220-1,..., 220-N)는 안테나(210-1,..., 210-N)에 각각 배치되어, 안테나(210-1,..., 210-N)를 통과한 수신 신호로부터 스펙트럼의 존재 유무를 1차적으로 검출한다. 각 에너지 검출기(220-1,..., 220-N)의 출력을 Hⁱ ₀ 또는 Hⁱ ₁(1≤i≤N)이라 할 때, H의 윗 첨자는 에너지 검출기(220-1,..., 220-N)의 인덱스를 나타내고, 아랫 첨자의 0은 해당 대역의 스펙트럼이 존재하지 않는 경우를 나타 내고, 아랫 첨자의 1은 해당 대역의 스펙트럼이 존재하는 경우를 나타낸다. 즉, 제i 에너지 검출기의 출력 Hⁱ는 해당 대역의 스펙트럼이 존재하지 않는 경우에 미검출 Hⁱ ₀이 되고, 해당 대역의 스펙트럼이 존재하는 경우에 검출 Hⁱ ₁이 된다. The energy detectors 220-1, ..., 220-N are disposed in the antennas 210-1, ..., 210-N, respectively, to connect the antennas 210-1, ..., 210-N. The presence or absence of a spectrum is detected primarily from the received signal which passed. Each energy detector (220-1, ..., 220-N ) to output as the ⁱ H ₀ or H ₁ ⁱ (1≤i≤N), the superscript H is the energy detectors (220-1 ,. .., 220-N), the lower subscript 0 indicates that the spectrum of the band does not exist, and the lower subscript 1 indicates the case where the spectrum of the band exists. That is, the output of the i H ⁱ energy detector is a non-detection H ⁱ ₀ when the spectrum of the band does not exist, and the detection H ⁱ ₁ in the case of the spectrum of the band exists.

검출 결정부(230)는 상기 에너지 검출기(220-1,..., 220-N)로부터 얻은 1차 결과값들(H¹, H²,..., H^N)을 이용하여 스펙트럼의 존재 유무를 2차적으로 판단한다. 즉, 상기 검출 결정부(230)는 상기 에너지 검출기(220-1,..., 220-N)로부터 얻은 검출 정보(Hⁱ ₀ 또는 Hⁱ ₁)들을 조합하여 2차 검출 결정을 하게 된다. 이하에서 검출 결정부(230)의 출력으로 H^f ₀는 해당 대역의 스펙트럼이 존재하지 않는 경우를 말하며, H^f ₁은 해당 대역의 스펙트럼이 존재하는 경우를 말한다. 이때 2차 검출을 위해 다양한 알고리즘을 채용할 수 있다.The detection determiner 230 uses the first result values H ¹ , H ² ,..., H ^N obtained from the energy detectors 220-1,. Secondary judgment is made. That is, the detection determination unit 230 performs secondary detection determination by combining detection information ^Hi ₀ or ^Hi ₁ obtained from the energy detectors 220-1,..., 220 -N. Hereinafter, as an output of the detection determining unit 230, H ^f ₀ refers to a case where a spectrum of a corresponding band does not exist, and H ^f ₁ refers to a case where a spectrum of a corresponding band exists. In this case, various algorithms may be employed for the secondary detection.

일 실시예로, 상기 N개의 1차 결과값들 중 검출 Hⁱ ₁(또는 미검출 Hⁱ ₀)의 수를 기준값 K(1≤K≤N)와 비교하여 2차 검출 결정을 할 수 있다. 예를 들어, 1차 결과값들 중 Hⁱ ₁의 수가 기준값 K개 이상이면, 2차 검출은 해당 대역의 스펙트럼이 존재하는 것(H^f ₁)으로 판단한다. 또는 1차 결과값들 중 Hⁱ ₀의 수가 기준값 K개 이상이면, 2차 검출은 해당 대역의 스펙트럼이 존재하지 않는 것(H^f ₀)으로 판단한다. In one embodiment, the number of the N number of the first detected results of the H ⁱ value of ₁ (or non-detected H ⁱ ₀₎ compared to the reference value K (1≤K≤N) can be secondary detection decisions. For example, if the number of H ⁱ ₁ among the primary result values is equal to or greater than the reference value K, the secondary detection determines that there is a spectrum of the corresponding band (H ^f ₁ ). Alternatively, if the number of H ⁱ ₀ among the primary result values is K or more than the reference value K, the second detection determines that the spectrum of the corresponding band does not exist (H ^f ₀ ).

이 때 기준값 K는 요구되는 신뢰성에 따라서 변화가 가능하다. 만약 높은 신뢰성을 요구할 때는 K값을 크게 하고, 낮은 신뢰성을 요구할 때는 K값을 작게 하면 된다. 왜냐하면, 신뢰성이라 함은 미검출 확률(Miss detection probability) 과 오경보 확률(False alarm probability)이 낮은 것을 말하는데, 신뢰성이 높을수록 K값을 크게 하여 검출 확률을 높이고, 반대로 미검출 확률을 낮출 수 있기 때문이다. 여기서 미검출 확률(Miss detection probability)은 해당 주파수 대역에 스펙트럼이 존재함에도 존재하지 않는 것으로 판단하는 확률을 말한다. 오경보 확률(False alarm probability)은 해당 주파수 대역에 스펙트럼이 존재하지 않음에도 존재하는 것으로 판단하는 확률을 말한다.At this time, the reference value K can be changed depending on the required reliability. If high reliability is required, the K value may be increased, and when low reliability is required, the K value may be decreased. This is because reliability means lower miss detection probability and false alarm probability. The higher the reliability, the higher the K value, the higher the detection probability, and conversely, the lower the probability of non-detection. to be. Here, the miss detection probability refers to the probability of determining that the spectrum does not exist even though the spectrum exists in the corresponding frequency band. False alarm probability refers to the probability of determining that the spectrum exists even when there is no spectrum in the frequency band.

다른 실시예로, 상기 N개의 1차 결과값들 중에서 미검출 Hⁱ ₀의 총 수와 검출 Hⁱ ₁의 총 수를 비교하여, 그 수가 많은 쪽으로 2차 검출할 수 있다. 예를 들어, 모두 8개의 에너지 검출기가 있다고 하고, 미검출 Hⁱ ₀의 총 수는 5이고, 검출 Hⁱ ₁의 총수는 3이라 하면, 해당 대역의 스펙트럼이 존재하지 않는 것(H^f ₀)으로 판정한다. In another embodiment, the total number of undetected H ⁱ _{0 and} the total number of detected H ⁱ ₁ may be compared among the N primary result values, and the second detection may be performed in a larger number. For example, if there are eight energy detectors, and the total number of undetected H ⁱ ₀ is 5 and the total number of detected H ⁱ ₁ is 3, there is no spectrum of the corresponding band (H ^f ₀ ). Determined by

표 1은 스펙트럼의 존재 유무(H^f ₀ 또는 H^f ₁)를 결정짓는 일 예를 나타낸다. Table 1 shows an example of determining the presence (H ^f ₀ or H ^f ₁ ) of the spectrum.

제1 에너지 검출기 First energy detector 제2 에너지 검출기 Second energy detector 제3 에너지 검출기 Third energy detector 검출 결정부Detection decision unit H¹ ₀ H ¹ ₀ H² ₀ H ² ₀ H³ ₀ H ³ ₀ H^f ₀ H ^f ₀ H³ ₁ H ³ ₁ H^f ₀ H ^f ₀ H²1H ² 1 H₀ ³ H ₀ ³ H^f ₀ H ^f ₀ H³ ₁ H ³ ₁ H^f ₁ H ^f ₁ H¹ ₁ H ¹ ₁ H² ₀ H ² ₀ H³ ₀ H ³ ₀ H^f ₀ H ^f ₀ H³1H ³ 1 H^f ₁ H ^f ₁ H² ₁ H ² ₁ H³ ₀ H ³ ₀ H^f ₁ H ^f ₁ H³ ₁ H ³ ₁ H^f ₁ H ^f ₁

표 1을 살펴보면, 제1 에너지 검출기의 출력은 H¹ ₀이고, 제2 에너지 검출기의 출력은 H² ₀이고, 제3 에너지 검출기의 출력은 H³ ₁인 경우에는, 미검출 H₀의 수가 검출 H₁의 수보다 많기 때문에 검출 결정부의 출력은 H^f ₀이 된다.Referring to Table 1, when the output of the first energy detector is H ¹ ₀ , the output of the second energy detector is H ² ₀ , and the output of the third energy detector is H ³ ₁ , the number of undetected H ₀ is detected. Since it is larger than the number of H ₁ , the output of the detection decision unit becomes H ^f ₀ .

도 3을 참조하면, 에너지 검출기(300)는 대역 통과 필터(Band pass filter)(310), 제곱기(320), 적분기(330) 및 임계치 결정기(Threshold device)(340)를 포함한다. 여기서, 에너지 검출기(300)는 도 2의 에너지 검출기(220-1,.., 220-N) 각각과 대응한다. Referring to FIG. 3, the energy detector 300 includes a band pass filter 310, a squarer 320, an integrator 330, and a threshold device 340. Here, the energy detector 300 corresponds to each of the energy detectors 220-1,..., 220 -N of FIG. 2.

대역 통과 필터(310)는 수신 신호 중에서 일정한 주파수 대역에 속하는 신호를 출력한다. 즉, 일정한 주파수 대역에 속하는 중심 주파수를 선택하여 대역폭을 결정지어 준다. The band pass filter 310 outputs a signal belonging to a predetermined frequency band among the received signals. That is, the bandwidth is determined by selecting a center frequency belonging to a certain frequency band.

제곱기(320)는 상기 주파수 대역 신호를 제곱한다.Squarer 320 squares the frequency band signal.

적분기(330)는 상기 제곱기의 제곱한 주파수 대역 신호를 관측 시간만큼 적분하여 수신 에너지(E_n)를 출력한다. 예를 들면, 관측 시간은 0에서 T로 할 수 있다.The integrator 330 integrates the squared frequency band signal of the squarer by the observation time and outputs the received energy E _n . For example, the observation time can be made from 0 to T.

임계치 결정기(340)는 적분기(330)에서 출력된 수신 에너지(E_n)와 임계치(Threshold,E_C)를 비교하여 스펙트럼의 존재 유무를 판단한다. 즉 상기 수신 에너지(E_n)가 임계치(E_C)보다 작은 경우에는 해당 대역에서의 스펙트럼이 존재하지 않고(H₀), 반대로 상기 수신 에너지(E_n)가 임계치(E_C)보다 큰 경우에는 해당 대역에서의 스펙트럼이 존재한다.(H₁)Threshold value determiner 340 compares the received energy (E _n) with a threshold value (Threshold, E _C) output from the integrator 330, and determines the presence or absence of spectrum. That is, when the received energy E _n is smaller than the threshold value E _C , there is no spectrum in the corresponding band (H ₀ ), on the contrary, when the received energy E _n is larger than the threshold value E _C , There is a spectrum in that band (H ₁ )

다중 안테나 각각에 배치되는 에너지 검출기마다 임계치는 동일하게 설정될수도 있다. 또는, 각 에너지 검출기마다 임계치는 동일하지 않게 설정될 수도 있다. 임계치가 동일하지 않게 설정되는 경우 각 안테나에서 수신되는 부가 정보를 이용하여 임계치를 설정할 수 있다. 상기 각 안테나에서 수신되는 부가 정보로 파일럿 신호나 수신된 데이터 및 제어 채널 신호의 추정 정보를 사용하여 추정된 채널 정보에 따라서 채널 상태가 좋지 않은 경우 임계치를 낮추어 스펙트럼 검출 확률을 높일 수 있고, 채널 상태가 좋은 경우 임계치를 높여 스펙트럼 검출 확률을 높일 수 있다. 또는, 상기 부가 정보로 오류 검출 기법에 사용되는 ACK(Acknowledgement)/NACK(Non-Acknowledgement) 신호를 사용할 수 있다. ACK 신호가 수신되는 경우 채널 상태가 좋은 경우인 바, 임계치를 높여 스펙트럼 검출 확률을 높일 수 있다. 반대로 NACK 신호가 수신되는 경우 채널 상태가 나쁜 경우인 바, 임계치를 낮추어 스펙트럼 검출 확률을 높일 수 있다. 여기서, ACK 신호는 전송이 올바르게 수신되었음을 나타내는 신호이고, NACK 신호는 전송이 올바르게 수신되지 않았음을 나타내는 신호이다. 상기 부가 정보로 수신된 채널 품질 지시자(Channel Quality Indicator; CQI) 정보를 사용할 수 있다. CQI 정보에 따라서 채널 상태가 좋지 않은 경우 임계치를 낮추어 스펙트럼 검출 확률을 높일 수 있고, 채널 상태가 좋은 경우 임계치를 높여 스펙트럼 검출 확률을 높일 수 있다.The threshold may be equally set for each energy detector disposed in each of the multiple antennas. Alternatively, the threshold may be set not the same for each energy detector. If the thresholds are not set identically, the thresholds may be set using additional information received from each antenna. When the channel state is not good according to the estimated channel information by using the pilot signal or the received data and the estimated information of the control channel signal as additional information received from each antenna, the threshold value can be lowered to increase the probability of spectrum detection. If is good, the threshold can be increased to increase the probability of spectral detection. Alternatively, an acknowledgment (ACK) / non-acknowledgement (NACK) signal used in an error detection scheme may be used as the additional information. When the ACK signal is received, the channel condition is good, and thus the threshold detection probability can be increased by increasing the threshold. On the contrary, when the NACK signal is received, the channel condition is bad. Thus, the threshold value can be increased to increase the spectrum detection probability. Here, the ACK signal is a signal indicating that the transmission was correctly received, and the NACK signal is a signal indicating that the transmission was not correctly received. Channel Quality Indicator (CQI) information received as the additional information may be used. According to the CQI information, if the channel state is not good, the threshold may be lowered to increase the spectrum detection probability. If the channel state is good, the threshold may be increased to increase the spectrum detection probability.

도 4는 하나의 안테나 시스템과 다중 안테나 시스템에 대한 시뮬레이션 결과를 보여주는 그래프이다. 레일리(Rayleigh) 채널 상황에서 SNR(Signal-to-Noise Ratio) 10dB과 SNR 15dB일때 고정형 임계치를 갖는 하나의 안테나를 이용하는 경우와 고정형 임계치를 갖는 3개의 안테나를 이용하는 경우의 미검출 확률(Miss detection probability) 및 오경보 확률(False alarm probability)을 비교한다. 이 때 단말이 3km/h로 이동하면서 레일리(Rayleigh) 채널을 겪는 조건을 적용한다.4 is a graph showing simulation results for one antenna system and multiple antenna systems. Miss detection probability with one antenna with fixed threshold at signal-to-noise ratio (SNR) of 10dB and SNR 15dB in Rayleigh channel situation and three antennas with fixed threshold ) And False alarm probability. In this case, a condition in which the UE undergoes a Rayleigh channel while moving to 3 km / h is applied.

도 4를 참조하면, SNR 10dB인 경우보다는 SNR 15dB인 경우가 미검출 확률과 오경보 확률이 더 낮으며, 하나의 안테나의 경우보다는 다중 안테나인 경우에 미검출 확률과 오경보 확률이 더 낮다는 것을 알 수 있다. 제안된 기법에 의하면, 높은 SNR을 갖는 다중 안테나에서 정확한 검출을 하게 될 확률이 높아지게 된다. Referring to FIG. 4, it is understood that the SNR 15dB is lower than the SNR 10dB, and the probability of not detecting and false alarm is lower, and the probability of false detection and false alarm is lower in the case of multiple antennas than in the case of one antenna. Can be. According to the proposed scheme, the probability of accurate detection in multiple antennas with high SNR is increased.

도 5를 참조하면, 스펙트럼 검출 장치(500)는 안테나(210-1,..., 210-N), 에너지 검출기(520-1,..., 520-N) 및 검출 결정부(530)를 포함한다.Referring to FIG. 5, the spectrum detection apparatus 500 includes an antenna 210-1,..., 210 -N, an energy detector 520-1,..., 520 -N and a detection determination unit 530. It includes.

안테나(210-1,..., 210-N)는 외부 신호를 받는다. 에너지 검출기(520-1,..., 520-N)는 안테나(210-1,..., 210-N)를 통과한 수신 신호로부터 1차적으로 수신 에너지(E₁,..., E_n)를 구한다. 검출 결정부(530)는 N개의 수신 에너지(E₁,..., E_n)를 이용하여 스펙트럼의 존재 유무를 2차적으로 판단한다.Antennas 210-1, ..., 210-N receive an external signal. Energy detectors (520-1, ..., 520-N ) has an antenna (210-1, ..., 210-N ) received primarily from the received signal having passed through the energy (E _1, ..., E _n ) The detection determiner 530 secondly determines whether a spectrum is present using N received energy E ₁ ,..., E _n .

검출 결정부(530)에서 N개의 수신 에너지(E₁,..., E_n)를 이용하여 스펙트럼의 존재 유무를 판단하기 위해 다양한 방법이 사용될 수 있다. 일 예로, N개의 수신 에너지(E₁,..., E_n)의 평균값(E_avg)을 계산하고, 상기 평균값을 검출 결정부(530)의 평균 임계치(E`_c)와 비교하여 스펙트럼의 존재 유무를 판단하는 것이다. 즉, 상기 평균값(E_avg)이 상기 평균 임계치(E`_c)보다 작으면 해당 대역의 스펙트럼이 존재하지 않는 것(H^f ₀)으로 판단하고, 상기 평균값(E_avg)이 상기 평균 임계치(E`_c)보다 크면 해당 대역의 스펙트럼이 존재하는 것(H^f ₁)으로 판단한다. 다른 예로, N개의 수신 에너지(E₁,..., E_n)의 표준편차(σ)와 평균값(E_avg)을 구하고, 평균값을 기준으로 표준편차 값을 벗어나는 수신 에너지를 제외한다. 즉, E_avg±σ 범위의 수신 에너지를 갖는 에너지 검출기의 출력을 Q개(Q≤N)라 하면, Q개의 수신 에너지들의 평균값을 검출 결정부(530)의 평균 임계치(E`_c)와 비교하여 스펙트럼의 존재 유무를 판단하는 것이다. 다시 말하면, 상기 평균값이 상기 특정 임계치(E`_c)보다 작으면 해당 대역의 스펙트럼이 존재하지 않는 것(H^f ₀)으로 판단하고, 상기 평균값이 상기 특정 임계치(E`_c)보다 크면 해당 대역의 스펙트럼이 존재하는 것(H^f ₁)으로 판단한다. Various methods may be used by the detection determiner 530 to determine the existence of a spectrum using N received energy E ₁ ,..., E _n . For example, an average value E _avg of N received energy E ₁ ,..., E _n is calculated, and the average value is compared with an average threshold value E ′ _c of the detection determining unit 530 to determine the spectrum. It is to judge the existence. That is, when the average value E _avg is smaller than the average threshold E ′ _c , it is determined that there is no spectrum of the corresponding band (H ^f ₀ ), and the average value E _avg is the average threshold E If greater than ` _c ), it is determined that there is a spectrum of the corresponding band (H ^f ₁ ). As another example, the standard deviation (σ) and the average value (E _avg ) of the N received energy (E ₁ ,..., E _n ) are obtained, and the received energy that deviates from the standard deviation value based on the average value is excluded. That is, if La E _avg ± σ one Q output of the energy detector with the received energy in the range (Q≤N), comparing the average value of Q of the received energy to the average threshold value (E` _c) of the sensing determiner 530 Is to determine the presence of the spectrum. In other words, the average value is above a certain threshold (E` _c) is smaller than that determined by the spectrum of the band does not exist (H ^f _0), and that the mean value is greater than the predetermined threshold value (E` _c) the band It is judged that the spectrum of (H ^f ₁ ) exists.

도 6을 참조하면, 에너지 검출기(600)는 대역 통과 필터(310), 제곱기(320) 및 적분기(330)를 포함한다. 여기서, 에너지 검출기(600)는 도 5의 에너지 검출기(520-1,...520-N) 각각에 대응한다.Referring to FIG. 6, the energy detector 600 includes a band pass filter 310, a squarer 320, and an integrator 330. Here, the energy detector 600 corresponds to each of the energy detectors 520-1,... 520 -N of FIG. 5.

대역 통과 필터(310)는 수신 신호 중에서 일정한 주파수 대역에 속하는 신호를 출력하고, 제곱기(320)는 상기 주파수 대역 신호를 제곱하며, 적분기(330)는 상기 제곱기의 제곱한 주파수 대역 신호를 관측 시간만큼 적분하여 수신 에너지(E_N)를 출력한다.The band pass filter 310 outputs a signal belonging to a predetermined frequency band among the received signals, the squarer 320 squares the frequency band signal, and the integrator 330 observes the squared frequency band signal of the squarer. Integrate by time to output the received energy (E _N ).

상술한 모든 기능은 상기 기능을 수행하도록 코딩된 소프트웨어나 프로그램 코드 등에 따른 마이크로프로세서, 제어기, 마이크로제어기, ASIC(Application Specific Integrated Circuit) 등과 같은 프로세서에 의해 수행될 수 있다. 상기 코드의 설계, 개발 및 구현은 본 발명의 설명에 기초하여 당업자에게 자명하다고 할 것이다.All of the above functions may be performed by a processor such as a microprocessor, a controller, a microcontroller, an application specific integrated circuit (ASIC), or the like according to software or program code coded to perform the function. The design, development and implementation of the code will be apparent to those skilled in the art based on the description of the present invention.

이상 본 발명에 대하여 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시켜 실시할 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 따라서 상술한 실시예에 한정되지 않고, 본 발명은 이하의 특허청구범위의 범위 내의 모든 실시예들을 포함한다고 할 것이다.Although the present invention has been described above with reference to the embodiments, it will be apparent to those skilled in the art that the present invention may be modified and changed in various ways without departing from the spirit and scope of the present invention. I can understand. Therefore, the present invention is not limited to the above-described embodiment, and the present invention will include all embodiments within the scope of the following claims.

상기에서 상술한 바와 같이 본 발명에 의하면, 다중 안테나 시스템에서 스펙트럼을 효율적으로 검출할 수 있고, 다중 안테나 시스템의 신뢰도를 개선할 수 있다. 이는 이차 사용자(라이선스 없는 사용자)가 주 사용자(라이선스 사용자)의 스펙트럼을 신뢰성 있게 사용하는데 기반 기술이 될 것이다. As described above, according to the present invention, the spectrum can be efficiently detected in the multi-antenna system, and the reliability of the multi-antenna system can be improved. This will be the foundation technology for the secondary user (unlicensed user) to reliably use the spectrum of the primary user (licensed user).

Claims

다중 안테나 시스템의 스펙트럼 검출 장치에 있어서,In the spectrum detection apparatus of a multiple antenna system,

복수의 안테나; A plurality of antennas;

상기 복수의 안테나 각각에 배치되고, 상기 복수의 안테나를 통과한 수신 신호들로부터 복수의 1차 결정값들을 구하는 복수의 에너지 검출기; 및 A plurality of energy detectors disposed in each of the plurality of antennas, the plurality of energy detectors obtaining a plurality of first decision values from received signals passing through the plurality of antennas; And

상기 복수의 1차 결정값들을 이용하여 스펙트럼의 존재 유무를 판단하는 검출 결정부를 포함하는 스펙트럼 검출 장치.And a detection determiner configured to determine whether a spectrum exists using the plurality of first decision values.

제 1항에 있어서,The method of claim 1,

에너지 검출기는 Energy detectors

상기 수신 신호 중에서 일정한 주파수 대역 신호를 출력하는 대역 통과 필터;A band pass filter for outputting a constant frequency band signal among the received signals;

상기 주파수 대역 신호를 제곱하는 제곱기;A squarer for squaring the frequency band signal;

상기 제곱기의 제곱한 주파수 대역 신호를 관측 시간만큼 적분하여 수신 에너지(E_N)를 출력하는 적분기; 및An integrator that integrates the squared frequency band signal of the squarer by an observation time and outputs a received energy (E _N ); And

상기 수신 에너지(E_N)와 임계치(E_c)를 비교하여, 검출(H₁) 또는 미검출(H₀)을 1차 결정값으로 출력하는 임계치 결정기를 포함하는 것을 특징으로 하는 스펙트럼 검출 장치.And a threshold determiner that compares the received energy (E _N ) with a threshold value (E _c ) and outputs detected (H ₁ ) or undetected (H ₀ ) as a primary decision value.

제 2 항에 있어서,The method of claim 2,

상기 검출 결정부는 상기 복수의 1차 결정값들 중 상기 검출(H₁)의 수와 상기 미검출(H₀)의 수를 비교하여 스펙트럼의 존재 유무를 판단하는 스펙트럼 검출 장치.And the detection determining unit determines whether a spectrum is present by comparing the number of detections (H ₁ ) and the number of non-detection (H ₀ ) among the plurality of primary determination values.

제 2 항에 있어서, The method of claim 2,

상기 검출 결정부는 상기 복수의 1차 결정값들 중 상기 검출(H₁)의 수 또는 상기 미검출(H₀)의 수를 기준값과 비교하여 스펙트럼의 존재 유무를 판단하는 스펙트럼 검출 장치.And the detection determining unit determines whether a spectrum is present by comparing the number of detections (H ₁ ) or the number of non-detection (H ₀ ) among the plurality of primary determination values with a reference value.

제 1항에 있어서,The method of claim 1,

에너지 검출기는 Energy detectors

상기 주파수 대역 신호를 제곱하는 제곱기; 및A squarer for squaring the frequency band signal; And

상기 제곱기의 제곱한 주파수 대역 신호를 관측 시간만큼 적분하여 수신 에너지(E_N)를 1차 결정값으로 출력하는 적분기를 포함하는 것을 특징으로 하는 스펙트 럼 검출 장치.And an integrator for integrating the squared frequency band signal of the squarer by the observation time and outputting the received energy (E _N ) as a primary determination value.

제 5 항에 있어서,The method of claim 5, wherein

상기 검출 결정부는 상기 복수의 1차 결정값들의 평균값을 계산하여, 상기 평균값과 평균 임계치를 비교하여 스펙트럼의 존재 유무를 판단하는 스펙트럼 검출 장치.And the detection determining unit calculates an average value of the plurality of primary determination values, and compares the average value with an average threshold value to determine whether a spectrum exists.

제 1 안테나;A first antenna;

제 2 안테나;A second antenna;

상기 제 1 안테나를 통과한 제1 수신신호를 받아, 상기 제1 수신신호의 에너지를 측정하여 제1 결정값을 출력하는 제1 에너지 검출기;A first energy detector configured to receive a first received signal passing through the first antenna, measure energy of the first received signal, and output a first determined value;

상기 제2 안테나를 통과한 제2 수신신호를 받아, 상기 제2 수신신호의 에너지를 측정하여 제2 결정값을 출력하는 제2 에너지 검출기; 및A second energy detector configured to receive a second received signal passing through the second antenna, measure energy of the second received signal, and output a second determined value; And

상기 제1 결정값과 상기 제2 결정값을 수신하여 상기 제1 안테나와 상기 제2 안테나가 수신하는 스펙트럼 존재 유무를 판단하는 검출 결정부를 포함하는 스펙트럼 검출 장치.And a detection determination unit configured to receive the first determination value and the second determination value and determine whether a spectrum exists between the first antenna and the second antenna.