KR20110090305A - 무선 인지 통신망에서 위성과의 협력 망 관리 방법 - Google Patents

무선 인지 통신망에서 위성과의 협력 망 관리 방법 Download PDF

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Abstract

무선 인지 통신망에서 위성과의 협력 망 관리 방법이 개시된다. 위성과 무선 인지 시스템의 협력 망관리 방법은 무선 인지 시스템 사용자 간 상호 정보를 공유할 수 있게 됨으로써 무선 자원의 할당을 최적화하는 효율적인 자원 관리 방법을 통해 무선 인지 시스템의 전송 품질 및 성능을 향상시킨다.

Description

무선 인지 통신망에서 위성과의 협력 망 관리 방법{Method for managing cooperative network in cognitive radio network assisted satellite}
본 발명은 무선 인지 기술(Cognitive Radio) 기반의 무선 통신 시스템에 관한 것으로, 특히 무선 인지 통신 시스템을 위한 위성 통신을 이용한 협력 망 관리 방법에 관한 것이다.
현재 대부분의 통신 시스템은 허가된 고정 대역을 이용하여 통신을 한다. 하지만, 스펙트럼 사용에 있어서 주파수별, 시간적 변동이 크기 때문에 스펙트럼의 비효율성을 야기한다. 이런 비효율적인 스펙트럼 사용의 문제점을 해결하기 위해 제안된 시스템이 무선 인지 시스템이다.
이런 무선 인지 시스템은 현재의 급증하는 스펙트럼 수요 추세에 발맞추어 스펙트럼을 효율적으로 공유할 수 있는 대안으로 제시되고 있다.
2003년 12월에 FCC(Federal Communications Commission)의 NPRM(Notice of Proposed Rule Making)에서 주파수 공용 사용 가능성이 언급된 이후 이를 현실적인 시스템으로 개발하려는 노력이 IEEE802.22이라는 표준화 기구를 탄생시켰다.
현재 무선 인지 기술(Cognitive Radio)에 대한 표준화와 개발이 활성화 되고 있지만, 아직 초기 단계이기 때문에 해결해야 되는 많은 문제들이 산재 되어 있고 아직 구성 기술들이 구체적으로 결정되지 않았다.
특히 무선 인지 시스템의 작동에 있어, 무선 인지 시스템은 주사용자의 성능에 영향을 미치지 않도록 동작하여야 하기 때문에 무선 인지 사용자의 정보를 공유하지 않는 시스템에서는 무선 인지 시스템 사용자의 상황에 따라서 전송 품질을 보장할 수 없는 경우가 생긴다. 뿐만 아니라, 무선 인지 시스템의 사용자가 늘어날수록 주 사용자에게 미치는 간섭 외에도 무선 인지 사용자간의 간섭 또한 증가하기 때문에 시스템 성능을 저하시킬 수 있다.
본 발명은 무선 인지 시스템의 사용자간 상호 정보를 공유할 수 있는 무선 인지 시스템과 위성과의 협력 망관리 방법을 제공한다.
또한 본 발명은 위성과 무선 인지 시스템의 협력 망관리 방법을 제공하여 무선 인지 시스템 사용자 간 상호 정보를 공유할 수 있게 됨으로써 무선 자원의 할당을 최적화하는 효율적인 자원 관리 방법을 통해 무선 인지 시스템의 전송 품질 및 성능을 향상시킨다.
본 발명의 일실시예에 따른 무선 인지 통신망에서 위성과의 협력 망 관리 방법은 무선 인지 시스템의 무선 자원 할당을 위하여 위성 통신과의 협력 망 관리를 통해 무선 인지 사용자의 정보를 이용하는 무선 자원 할당을 최적화시키는 방식으로 상기 무선 인지 사용자의 센싱 및 위치 정보를 이용하여 송신 전력 및 사용 채널을 할당한다.
본 발명의 일 측면에서, 상기 무선 인지 사용자의 센싱 정보 및 위치 정보를 무선 인지 송신기와 위성이 직접 통신하여 상기 무선 인지 사용자의 정보를 상호 공유할 수 있다.
또한 본 발명의 일 측면에서 상기 무선 인지 사용자의 센싱 및 위치 정보를 이용하여 무선 인지 사용자의 송신 전력을 할당할 수 있다.
또한 본 발명의 일 측면에서 상기 무선 인지 사용자의 센싱 및 위치 정보를 이용하여 무선 인지 사용자의 사용 채널을 할당할 수 있다.
또한 본 발명의 일 측면에서 상기 사용자의 센싱 및 위치 정보를 갱신하는 단계와, 사용자별 가능한 출력 파워를 계산하는 단계와, 상기 계산된 출력 파워가 최대 출력 파워를 초과하는지 여부를 판단하는 단계와, 상기 계산된 출력 파워가 최대 출력 파워를 초과하는 경우, 상기 출력 파워를 최대 출력 파워로 설정하는 단계와, 상기 최대 출력 파워가 간섭 임계값을 넘는지 여부를 판단하는 단계 및 상기 최대 출력 파워가 상기 간섭 임계값을 넘는 경우, 워터 필링 방법으로 가능한 출력 파워를 계산하는 단계 및 상기 계산된 출력 파워를 할당하는 단계를 포함할 수 있다.
또한 본 발명의 일 측면에서 상기 무선 인지 송신기는 각 무선 인지 사용자의 센싱 및 위치 정보를 위성으로의 상향 링크를 통해 상기 위성으로 전달할 수 있다.
또한 본 발명의 일 측면에서 상기 위성은 상기 무선 인지 사용자의 센싱 및 위치 정보를 이용하여 상기 각 무선 인지 사용자가 사용할 수 있는 최대로 가능한 송신 전력을 계산할 수 있다.
또한 본 발명의 일 측면에서 사용자의 출력 파워 및 할당 채널을 갱신하는 단계와, 기존 무선 인지 사용자와 비교 대상 무선 인지 사용자의 채널이 동일한지 여부를 판단하는 단계와, 상기 채널이 동일하지 않은 경우, 상기 사용자간의 간섭을 계산하는 단계와, 상기 계산된 간섭 레벨이 최대 허용 가능한 동일 채널 간섭 레벨보다 낮은지 여부를 판단하는 단계와, 상기 동일 채널 간섭 레벨보다 낮은 경우, 상기 기존 무선 인지 사용자의 채널과 동일한 채널로 재할당하는 단계를 포함할 수 있다.
또한 본 발명의 일 측면에서 모든 무선 인지 사용자에 대한 채널 재할당이 완료되었는지 확인하는 단계를 더 포함할 수 있다.
또한 본 발명의 일 측면에서 상기 모든 무선 인지 사용자에 대한 채널 재할당이 완료되었는지 확인하는 단계는 상기 기존 무선 인지 사용자와 비교 대상 무선 인지 사용자의 채널이 동일한 경우 또는 상기 계산된 상기 동일 채널 간섭 레벨보다 낮지 않은 경우, 상기 모든 무선 인지 사용자에 대한 채널 재할당이 완료되었는지 확인할 수 있다.
본 발명에 따르면, 무선 인지 사용자 상호 정보를 모르는 방식과는 달리, 무선 인지 사용자의 센싱 및 거리 정보를 이용하여 이러한 정보를 바탕으로 출력 파워, 채널 할당을 통해 필요한 채널의 수, 블로킹 가능성(blocking probability)을 감소시켜 좀 더 많은 무선 인지 시스템의 사용자를 수용할 수 있다.
또한 본 발명에 따르면, 무선 인지 사용자가 사용 가능한 출력 파워를 예측, 할당함으로써 무선 인지 시스템의 성능을 향상 시키는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 협력 망 관리 방법이 적용될 무선 인지 통신 시스템의 일례를 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 무선 인지 사용자의 센싱 및 위치 정보를 이용한 파워 할당 과정을 설명하기 위한 순서도이다.
도 3은 본 발명에 따른 무선 인지 사용자의 센싱 및 위치 정보를 이용한 채널 할당 과정을 설명하기 위한 순서도이다.
도 4는 본 발명 중 위성 통신과의 협력 망 관리 방식과 무선 인지 사용자간 상호 정보를 공유하지 않는 무선 인지 시스템의 블로킹 가능성 성능 비교를 나타내는 그래프이다.
본 발명에 따른 협력 망 관리는 무선 인지 시스템의 사용자가 각각의 자원 할당에 필요한 정보를 상호 공유하여 이를 자원할당에 이용할 수 있게 되는 것이다.
본 발명에 따른 비협력 망 관리는 무선 인지 시스템의 사용자가 각각의 자원 할당에 필요한 정보를 공유하지 않고 자원할당을 수행하는 것이다.
본 발명에서 센싱 정보는 무선 인지 시스템 사용자의 채널 주파수, 송신 전력 등의 센싱과 관련된 정보이다.
본 발명에서 위치 정보는 무선 인지 시스템 사용자와 무선 인지 시스템 송신기의 위치에 관한 정보이다.
본 발명에서 무선 인지 시스템 송신기는 무선 인지 시스템 수신기와도 통신할 수 있고 위성과도 직접적으로 통신할 수 있는 상, 하향 링크를 가진 무선 인지 시스템이다.
본 발명에서 주사용자는 기존 시스템의 사업자 기지국에 할당되어 있는 허가된 스펙트럼의 사용자이다.
본 발명은 무선 인지 기술의 무선 환경에서 위성과의 협력 망 관리 기능을 제공하기 위하여 하기와 같은 사항을 고려한다.
첫째, 무선 인지 기술의 무선 환경은 기존의 휴대인터넷, CDMA 망, 무선 인터넷 등과 같이 주파수 자원이 사업자 별로 할당되어 있는 것이 아니라, 기존 다른 통신 시스템의 사업자 기지국에게 할당 되어 있는 주파수 자원을 공유해야 된다.
둘째, 무선 인지 기술의 무선 환경에서 무선 인지 송신기와 위성간 정보 교환을 위한 특별한 제어 채널 없이 직접적으로 정보를 교환 할 수 있어야 한다. 따라서, 적어도 하나의 상향·하향 링크 또는 채널에 동기화를 맞춰서 정보 메시지를 전송할 수 있어야 한다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 위성 통신과 무선 인지 통신 시스템의 협력 망 관리 방법을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도1 은 위성(101)과 무선 인지 시스템의 협력 망 관리가 적용될 시스템 모델을 나타내고 있다.
도 1을 참조하면, 무선 인지 시스템의 사용자(104)와 주사용자(105)는 위성의 통신 영역내에서 공존한다. 여기서, 음영으로 표시된 타원 부분(103)은 무선 인지 시스템의 통신 영역을 나타내고 점선으로 표시된 타원 부분(102)은 위성의 통신 영역을 나타낸다. 각각의 무선 인지 시스템의 송신기(107)는 위성과 직접 센싱 정보 및 위치 데이터(106)를 주고 받을 수 있는 상, 하향 링크(108)를 가진다.
도 2는 협력 망 관리에서의 무선 인지 사용자의 센싱 및 위치 정보를 이용한 송신 전력 할당 과정을 설명하기 위한 순서도이다.
도 2를 참조하면, 무선 인지 시스템에서는 수학식 1과 같이 무선 인지 사용자의 할당되는 송신 전력이 무선 인지 사용자의 최대 송신 전력을 넘지 않아야 한다.
[수학식 1]
Figure pat00001
또한 무선 인지 시스템에서는 수학식 2와 같이 무선 인지 사용자로 인해 주사용자가 받는 간섭이 주사용자의 간섭 임계값을 넘지 말아야 한다.
[수학식 2]
Figure pat00002
그렇기 때문에 각각의 무선 인지 사용자의 송신 전력을 주사용자의 간섭 임계값을 넘지 않는 범위에서 효율적이게 할당하는 것이 중요하다. 이런 간섭 제한은 다음과 같이 나타낼 수 있다.
본 발명에서 제안한 협력 망 관리 방법에서는 위성 통신을 이용하여 무선 인지 사용자간 서로의 정보를 공유할 수 있게 됨으로써 무선 인지 사용자로 인해 주사용자가 받는 간섭을 최소화 시킬 수 있도록 송신 전력을 할당할 수 있다.
먼저 무선 인지 송신기는 각 무선 인지 사용자의 센싱 및 위치 정보(201)를 위성으로의 상향 링크를 통해 위성으로 전달한다.
그러면 상기 위성에서는 이 정보를 이용하여 각 무선 인지 사용자가 사용할 수 있는 최대로 가능한 송신 전력을 계산한다(202).
상기 위성은 상기 계산된 송신 전력의 값이 무선 인지 시스템에 맞는지 확인한다(203).
이 계산된 송신 가능 전력이 무선 인지 사용자가 사용할 수 있는 최대 송신 전력보다 크면 계산된 송신 가능 전력이 아니라 최대 송신 전력으로 송신하게 무선 인지 사용자의 송신 전력을 할당한다(204).
상기 최대 송신 전력보다 작으면 계산된 송신 가능 전력으로 송신하게 송신 전력을 할당한다. 이러한 과정 후, 이렇게 할당된 송신 전력으로부터 주사용자에게 미치는 간섭 레벨을 예측한다(205). 이 간섭 레벨이 주사용자가 허용할 수 있는 간섭 임계값보다 크면, 워터 필링 방법에 의해 송신 전력을 재계산하여 재할당 한다(206).
워터 필링 방법은 수학식 3과 같이 나타낼 수 있다.
[수학식 3]
Figure pat00003
그리고 간섭 레벨이 간섭 임계값보다 작으면 할당된 송신 전력을 유지한다(207). 이러한 과정이 끝났으면, 송신 전력 할당 과정을 종료한다. 이렇게 정해진 송신 전력을 위성의 하향 링크를 통해 각각의 무선 인지 송신기로 보내 송신 전력을 할당한다.
도 3은 협력 망 관리에서의 무선 인지 사용자의 센싱 및 위치 정보를 이용한 채널 할당 과정을 설명하기 위한 순서도이다.
도 3을 참조하면, 송신 전력 할당 과정이 끝나면 위성은 모든 무선 인지 사용자의 할당된 송신 파워와 채널을 무선 인지 송신기의 상향 링크를 통해 갱신한다(301). 이 갱신된 정보를 이용하여 각 무선 인지 사용자와 채널이 다른 무선 인지 사용자를 찾은 후(302), 채널이 다른 무선 인지 사용자 사이의 간섭을 계산한다(303). 그 후 이 간섭 레벨이 무선 인지 시스템의 제한 조건을 만족하는지 검사한다(305). 만약 이 간섭 레벨이 동일 채널 간섭(CII: Co-channel interference) 레벨 보다 낮으면 둘 다 같은 채널로 재할당하고(306), 높다면 자신의 채널을 유지한다. 이러한 과정을 모든 무선 인지 시스템 사용자에게 적용할 때까지 반복한다(304).
이러한 채널 할당은 무선 인지 사용자의 정보를 상호 공유하지 않는 시스템보다 유효 주파수 재사용율을 낮출 수 있고, 블로킹 가능성(blocking probability)을 줄일 수 있는 이점이 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 방법들은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 본 발명을 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다.
이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.
그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
101: 위성
102: 위성의 통신 영역
103: 무선 인지 시스템의 통신 영역
104: 무선 인지 시스템의 사용자
105: 주사용자
106: 센싱 정보/위치
107: 무선 인지 시스템
108: 상, 하향 링크

Claims (10)

  1. 무선 인지 시스템의 무선 자원 할당을 위하여 위성 통신과의 협력 망 관리를 통해 무선 인지 사용자의 정보를 이용하는 무선 자원 할당을 최적화시키는 방식으로 상기 무선 인지 사용자의 센싱 및 위치 정보를 이용하여 송신 전력 및 사용 채널을 할당하는, 협력 망 관리 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 무선 인지 사용자의 센싱 정보 및 위치 정보를 무선 인지 송신기와 위성이 직접 통신하여 상기 무선 인지 사용자의 정보를 상호 공유하는, 협력 망 관리 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 무선 인지 사용자의 센싱 및 위치 정보를 이용하여 무선 인지 사용자의 송신 전력을 할당하는, 협력 망 관리 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 무선 인지 사용자의 센싱 및 위치 정보를 이용하여 무선 인지 사용자의 사용 채널을 할당하는, 협력 망 관리 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 사용자의 센싱 및 위치 정보를 갱신하는 단계;
    사용자별 가능한 출력 파워를 계산하는 단계;
    상기 계산된 출력 파워가 최대 출력 파워를 초과하는지 여부를 판단하는 단계;
    상기 계산된 출력 파워가 최대 출력 파워를 초과하는 경우, 상기 출력 파워를 최대 출력 파워로 설정하는 단계;
    상기 최대 출력 파워가 간섭 임계값을 넘는지 여부를 판단하는 단계; 및
    상기 최대 출력 파워가 상기 간섭 임계값을 넘는 경우, 워터 필링 방법으로 가능한 출력 파워를 계산하는 단계; 및
    상기 계산된 출력 파워를 할당하는 단계
    를 포함하는, 협력망 관리 방법.
  6. 제2항에 있어서,
    상기 무선 인지 송신기는,
    각 무선 인지 사용자의 센싱 및 위치 정보를 위성으로의 상향 링크를 통해 상기 위성으로 전달하는, 협력망 관리 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 위성은,
    상기 무선 인지 사용자의 센싱 및 위치 정보를 이용하여 상기 각 무선 인지 사용자가 사용할 수 있는 최대로 가능한 송신 전력을 계산하는, 협력망 관리 방법.
  8. 제1항에 있어서,
    사용자의 출력 파워 및 할당 채널을 갱신하는 단계;
    기존 무선 인지 사용자와 비교 대상 무선 인지 사용자의 채널이 동일한지 여부를 판단하는 단계;
    상기 채널이 동일하지 않은 경우, 상기 사용자간의 간섭을 계산하는 단계;
    상기 계산된 간섭 레벨이 최대 허용 가능한 동일 채널 간섭 레벨보다 낮은지 여부를 판단하는 단계;
    상기 동일 채널 간섭 레벨보다 낮은 경우, 상기 기존 무선 인지 사용자의 채널과 동일한 채널로 재할당하는 단계
    를 포함하는, 협력망 관리 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    모든 무선 인지 사용자에 대한 채널 재할당이 완료되었는지 확인하는 단계를 더 포함하는, 협력망 관리 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 모든 무선 인지 사용자에 대한 채널 재할당이 완료되었는지 확인하는 단계는,
    상기 기존 무선 인지 사용자와 비교 대상 무선 인지 사용자의 채널이 동일한 경우 또는 상기 계산된 상기 동일 채널 간섭 레벨보다 낮지 않은 경우, 상기 모든 무선 인지 사용자에 대한 채널 재할당이 완료되었는지 확인하는, 협력망 관리 방법.
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