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무선인지 시스템을 위한 수신기 중심 스펙트럼 센싱 기술
Receiver-Centric Spectrum Sensing for Cognitive Radio Systems 원문보기

電子工學會論文誌. Journal of the Institute of Electronics Engineers of Korea. TC, 통신, v.48 no.2 = no.404, 2011년, pp.43 - 48  

신오순 (숭실대학교 정보통신전자공학부)

초록
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무선인지(cognitive radio) 시스템은 특정 대역에 면허권을 갖는 주사용자(primary user)의 유휴 스펙트럼을 부사용자(secondary user)가 기회적으로 사용하는 것을 허용하는 것으로 주파수 부족 문제의 해결책으로 부각되고 있다. 특히, 스펙트럼 센싱(spectrum sensing) 기술은 특정 스펙트럼을 사용하고자 하는 부사용자가 주변에서 해당 스펙트럼을 사용 중인 주사용자를 검출하는 것으로 무선인지 시스템의 핵심을 이룬다. 기존의 스펙트럼 센싱 기술은 부사용자가 주사용자 송신기를 센싱하지만 부사용자가 주사용자 수신기를 센싱할 수 있다면 주사용자에 미치는 간섭을 최소화하고 스펙트럼 사용 효율을 최대화할 수 있다. 본 논문에서는 수신기 중심(receiver-centric) 스펙트럼 센싱 기술을 제안하고 성능 분석을 통해 기존의 송신기 중심스펙트럼 센싱 기술에 비해 주파수 효율 측면에서 성능 개선이 있음을 검증한다.

Abstract ▼ AI-Helper 아이콘AI-Helper

Cognitive radio is accepted as an effective and promising approach for resolving the spectrum scarcity problem by allowing secondary users to borrow unused spectrum from primary users. A method of identifying busy and empty spectrum at the given time and space, which is called spectrum sensing, cons...

주제어

#cognitive radio   #spectrum sensing   #receiver-centric   #spectral efficiency  

AI 본문요약
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* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.

문제 정의

  • 본 논문에서는 간섭온도 모델에 의존하지 않고 스펙트럼 센싱 기술을 이용하여 부사용자가 직접 주사용자 수신기에 미치는 간섭을 측정하여 주파수 사용 여부를 결정하는 수신기 중심 스펙트럼 센싱 방법을 제안한다. 수신기 중심 스펙트럼 센싱은 부사용자가 주사용자의 수신기로부터 방사되는 신호를 센싱하여 이를 기준으로 스펙트럼 사용 여부를 결정하는 방식이다.
  • 본 논문에서는 무선인지 시스템에서 수신기 중심 스펙트럼 센싱 기술을 제안하였다. 제안한 센싱 기술은 주사용자 수신기의 비컨 신호를 센싱하여 주사용자 수신기에 미치는 간섭을 추정할 수 있어 기존의 송신기 중심 센싱 기술에 비해 보다 정확하게 주변의 스펙트럼 환경을 인지하는 것을 가능하게 한다.
  • 수신기 중심 스펙트럼 센싱을 위해서는 주사용자의 수신기가 송신기와 동일한 주파수에 신호를 송신하는 것이 필요하다. 여기에서는 두 가지 시나리오에 대해서 수신기 중심 스펙트럼 센싱을 구현하는 구체적인 방안을 제시한다.

가설 설정

  • 주사용자의 송신 전력은 Pp, 부사용자의 송신 전력은 Ps로 설정하고, 반경 Rp와 Rs는 원의 가장자리에서의 신호대잡음비가 γb가 되도록 설정된다. 각 노드간 채널은 거리에 따른 경로손실과 레일리(Rayleigh) 페이딩을 겪는 것으로 가정한다.
  • 그림 2는 수신기 중심 센싱을 구현하기 위해 비컨 신호를 주기적으로 삽입한 주사용자 신호의 프레임 구조를 나타낸다. 비컨 신호의 송신전력 Pb는 미리 정해진 고정 값으로 부사용자는 이를 알고 있다고 가정한다.
  • 수신기 중심 스펙트럼 센싱의 이득 분석을 위해 III장에서 제시한 시나리오 2에 대해서 그림 3과 같은 시스템 모델을 고려한다. 주사용자 수신기와 부사용자 송신기의 위치는 주사용자 송신기를 중심으로 하는 반경 Rp의 영역 내에서 균일하게 분포한다고 가정하고, 부사용자 수신기는 부사용자 송신기를 중심으로 하는 반경 Rs의 영역 내에서 균일하게 분포한다고 가정한다. 주사용자의 송신 전력은 Pp, 부사용자의 송신 전력은 Ps로 설정하고, 반경 Rp와 Rs는 원의 가장자리에서의 신호대잡음비가 γb가 되도록 설정된다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
스펙트럼 센싱 기술에는 어떤 방법이 있는가? 대표적인 스펙트럼 센싱 기술로는 에너지 검출(energy detection), 정합 필터(matched filter), 신호특성 검출(signal feature detection) 방법이 있다[4]. 특히, 에너지 검출 방법은 특정 대역에서 수신신호의 에너지 레벨을 추정하고 이를 임계치(threshold)와 비교하여 해당주파수 대역에서 신호의 존재 유무를 검출하는 방법으로 가장 구현이 간단하고 실용성이 큰 기술이다.
무선인지(cognitive radio) 시스템이란 무엇인가? 무선인지(cognitive radio) 시스템은 특정 대역에 면허권을 갖는 주사용자(primary user)의 유휴 스펙트럼을 부사용자(secondary user)가 기회적으로 사용하는 것을 허용하는 것으로 주파수 부족 문제의 해결책으로 부각되고 있다. 특히, 스펙트럼 센싱(spectrum sensing) 기술은 특정 스펙트럼을 사용하고자 하는 부사용자가 주변에서 해당 스펙트럼을 사용 중인 주사용자를 검출하는 것으로 무선인지 시스템의 핵심을 이룬다.
무선 인지 기술에서 스펙트럼 센싱의 정확도가 중요한 이유는 무엇인가? 스펙트럼 센싱(spectrum sensing) 기술은 부사용자(secondary user)가 주변의 전파 환경을 감지하여 비어있는 스펙트럼을 찾아내는 기술로 무선인지 통신의 근간을 이루는 기술이다. 스펙트럼 센싱이 부정확하면 이미 해당 주파수를 사용 중인 주사용자(primary user)에 간섭을 미칠 수도 있고, 특정 주파수가 실제로 비어 있음에도 불구하고 사용하지 못할 수 있다. 따라서 무선 인지 기술에서 추구하는 타 기기에 미치는 간섭을 최소화하고 주파수 이용 효율을 제고하기 위한 목적을 달성하기 위해서는 신속하고 정확한 센싱이 필수적이다.
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참고문헌 (6)

  1. FCC Spectrum Policy Task Force, "Report of the spectrum efficiency working group," ET Docket No. 02-115, Nov. 2002. 

  2. S. Haykin, "Cognitive radio: Brain-empowered wireless communications," IEEE J. Select. Areas Commun., vol. 23, no. 2, pp. 210-220, Feb. 2005. 

  3. E. Hossain, D. Niyato, and Z. Han, Dynamic Spectrum Access and Management in Cognitive Radio Networks. Cambridge Univ. Press, 2009. 

  4. W. Y. Lee and I. F. Akyildiz, "Optimal spectrum sensing framework for cognitive radio networks," IEEE Trans. Wireless Commun., vol. 7, no. 7, pp. 3845-3857, July 2008. 

  5. FCC, "Establishment of interference temperature metric to quantify and manage interference and to expand available unlicensed operation in certain fixed mobile and satellite frequency bands," ET Docket No. 03-289, Nov. 2003. 

  6. T. Clancy, "Formalizing the interference temperature model," Wireless Commun. & Mobile Computing, vol. 7, no. 9, pp. 1077-1086, Nov. 2007 

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