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초록
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주파수 공유대역에서 가용 주파수 자원을 인지하여 효과적으로 공유하고 활용하기 위해서 데이터베이스 접속을 통한 무선환경 인지 기술과 광대역 스펙트럼 센싱을 통한 무선환경 인지 기술 개발이 필요하다. 본 논문에서는 IETF (Internet Engineering Task Force) PAWS (Protocol to Access White Space database) 표준 프로토콜 기반으로 개발한 TVWS (TV White Space) 데이터베이스 접속 프로토콜 구현 기술을 제시하고, TVWS에 적합한 MWC (Modulated Wideband Converter) 구조를 이용한 광대역 압축 스펙트럼 센싱 기술을 제안한다. 제안된 TVWS 데이터베이스 접속 프로토콜 구현 기술은 TVBD (TV Band Device)와 TVWS 데이터베이스에 탑재되어 실환경 테스트를 통해 안정적으로 동작함을 보인다. 본 연구에서 제안된 광대역 압축 스펙트럼 센싱 방식은 잡음 분산 추정 오차에 무관하게 일정 수준의 오경보 확률을 유지할 뿐만 아니라 95% 이상의 높은 검출 성능을 보인다. 또한, 본 논문에서는 미국 FCC와 유럽 ETSI에서 최근 마련한 TVWS 데이터베이스 정책을 분석하고, IETF에서 현재 마련 중인 화이트 스페이스 데이터베이스 접속 프로토콜에 관해 기술한다.

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Cognitive radio (CR) technology based on geo-location database access approach and/or wideband spectrum sensing approach is absolutely vital in order to recognize available frequency bands in white spaces (WSs), and efficiently utilize shared spectrums. This paper presents a new structure for the TV...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 본 장에서는 TVWS 데이터베이스 접속 프로토콜이 실제 TVBD와 TVWS 데이터베이스 서버에 탑재되어 정상적으로 동작하는지 여부를 검증한다. 또한, 제안한 신호 검출 알고리즘이 신호 검출 확률과 오경보율 측면에서 기존 신호 검출 알고리즘 대비 성능 개선 효과가 있는지 여부를 모의 실험을 통해 살펴보고자 한다.
  • 또한, TVWS 데이터베이스 접속을 통한 무선환경 인지를 위해 요구되는 TVWS 데이터베이스 접속 프로토콜 구현 기술을 제안한다. 본 논문에서는 TVBD 또는 TVBD 네트워크가 화이트 스페이스 정보를 TVWS 데이터베이스로부터 안전하고 정확하게 전달받아 TVBD 네트워크를 효율적으로 활용할 수 있도록 미국 FCC와 ETSI (European Telecommunications Standards Institute)에서 최근 발표한 TVWS 데이터베이스 규정과 IETF (Internet Engineering Task Force)에서 현재 진행 중인 화이트 스페이스 데이터베이스 접속 프로토콜에 대해서도 기술해 두었다[13-15,22].
  • 본 논문에서는 미국 FCC와 유럽 ETSI에서 최근 마련한 TVWS 데이터베이스 규정을 분석하고, IETF에서 현재 마련 중인 화이트 스페이스 데이터베이스 접속 프로토콜을 살펴보았다. 이에 대한 분석을 통해, IETF PAWS 표준 프로토콜 기반의 TVWS 데이터베이스 접속 프로토콜 구현 기술을 제안하였다.
  • 그중에서도 MWC (Modulated Wideband Convertor) 구조를 이용한 광대역 압축 스펙트럼 센싱 방식은 실제 하드웨어 구현 및 검증까지 완료되어 주목을 받고 있다16]. 본 논문에서는 이러한 MWC 구조 기반의 광대역 압축 스펙트럼 센싱 방식에 있어서 잡음 추정 오차에 강건한 신호 검출 방법을 제안한다. 또한, TVWS 데이터베이스 접속을 통한 무선환경 인지를 위해 요구되는 TVWS 데이터베이스 접속 프로토콜 구현 기술을 제안한다.
  • 주파수 공유대역을 안정적으로 운용하기 위해 최근 활발하게 연구, 개발되고 있는 광대역 무선환경 인지 기술로는 데이터베이스 접속을 통한 스펙트럼 인지 기술과 광대역 스펙트럼 센싱을 통한 인지 기술이 있다. 본 장에서는 IETF PAWS 표준 프로토콜을 기반으로 개발한 TVWS 데이터베이스 접속 프로토콜 구현 기술에 대해 설명하고, 광대역 스펙트럼 신호 검출을 효율적으로 수행하기 위한 광대역 신호 검출 알고리즘을 제안한다.
  • 본 장에서는 TVBD가 TV 채널 중 특정 지역에서 시간적 또는 공간적으로 사용하지 않고 비어 있는 채널인 TVWS 정보를 TVWS 데이터베이스로부터 안전하고 정확하게 전달받아 TVBD 네트워크를 효율적으로 활용할 수 있도록 최근 마련된 각국의 TVWS 데이터베이스 정책 방안에 관해 살펴보고자 한다.
  • 본 장에서는 TVWS 데이터베이스 접속 프로토콜이 실제 TVBD와 TVWS 데이터베이스 서버에 탑재되어 정상적으로 동작하는지 여부를 검증한다. 또한, 제안한 신호 검출 알고리즘이 신호 검출 확률과 오경보율 측면에서 기존 신호 검출 알고리즘 대비 성능 개선 효과가 있는지 여부를 모의 실험을 통해 살펴보고자 한다.
  • 본 절에서는 TVWS 데이터베이스 접속 프로토콜 기술이 정상적으로 구현되어 동작하는지 여부를 실험을 통해 살펴보기로 한다. TVBD가 요청 메시지를 전송하고 TVWS 데이터베이스로부터 정상적인 응답 메시지를 수신하는지 여부를 확인하기 위해 TVBD와 TVWS 데이터베이스 각각에서 메시지 생성과 해석기능이 정상적으로 동작하는지 여부를 중심으로 검증한다.
  • 본 논문에서는 미국 FCC와 유럽 ETSI에서 최근 마련한 TVWS 데이터베이스 규정을 분석하고, IETF에서 현재 마련 중인 화이트 스페이스 데이터베이스 접속 프로토콜을 살펴보았다. 이에 대한 분석을 통해, IETF PAWS 표준 프로토콜 기반의 TVWS 데이터베이스 접속 프로토콜 구현 기술을 제안하였다. TV 대역에서 1차 사용자를 안전하게 보호하면서 동시에 TVBD가 사용 가능한 가용 채널을 획득한 후, 해당 정보를 TVBD와 TVWS 데이터베이스간에 표준화된 절차에 의해서 안정적으로 주고받는 것을 실험을 통해 확인하였다.

가설 설정

  • 둘째, TVWS 데이터베이스와 통신하기 위한 방법을 표준화한다. 셋째, 정의된 데이터베이스 통신 방법으로 전달될 데이터 형식을 표준화한다. 넷째, 데이터베이스 발견 메커니즘, 데이터베이스 접속 방법, 요청/응답 형식 등이 적절한 보안 기능을 가지도록 한다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
주파수 자원의 부족 문제가 대두되고 있는 원인은? 최근 무선 통신 시장의 성장과 무선 데이터 사용량의 폭증으로 인해 주파수 자원의 부족 문제가 심각하게 대두되고 있다. 한정된 주파수 자원을 효율적으로 활용하기 위한 주파수 이용 정책 패러다임의 변화는 전 세계적으로 일어나고 있으며, 이에 따른 기술적, 정책적 방안 마련이 활발하게 추진되고 있다[1-4].
TVWS 데이터베이스 접속 프로토콜 기술의 목적은 무엇인가? 그림 2는 TVWS 데이터베이스 접속 프로토콜 개념도를 나타낸다. TVWS 데이터베이스 접속 프로토콜 기술은 TVBD 와 TV 채널 정보를 관리하는 TVWS 데이터베이스간의 정보 교환을 목적으로 하며 그림 2와 같이 TVBD 클라이언트와 TVWS 데이터베이스 Sever에 각각 구현되어 통신이 이루어진다. TVWS 데이터베이스와 TVBD가 서로간에 필요한 정보를 표준화된 절차에 의해 주고 받기 위해서 IETF에서 2011년 6월에 화이트 스페이스 데이터베이스 접속 프로토콜 작업 그룹을 생성하였다.
IETF에서 PAWS 표준화 작업을 추진한 목적은? IETF에서 PAWS 표준화 작업을 추진한 목적은 크게 다음 네 가지로 요약할 수 있다. 첫째, TVWS 데이터베이스를 발견하기 위한 메커니즘을 표준화한다. 둘째, TVWS 데이터베이스와 통신하기 위한 방법을 표준화한다. 셋째, 정의된 데이터베이스 통신 방법으로 전달될 데이터 형식을 표준화한다. 넷째, 데이터베이스 발견 메커니즘, 데이터베이스 접속 방법, 요청/응답 형식 등이 적절한 보안 기능을 가지도록 한다.
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참고문헌 (23)

  1. PCAST, Traditional practice of clearing government-held spectrum of federal users and auctioning it for commercial use is not sustainable, PCAST final report, Jul. 2012. 

  2. FCC, "Further Notice of Proposed Rulemaking," FCC 14-49, Apr. 2014. 

  3. OFCOM, "The future role of spectrum sharing for mobile and wireless data services: Licensed sharing, Wi-Fi, and dynamic spectrum access," Statement, Apr. 2014. 

  4. S. Haykin, "Cognitive radio: Brainempowered wireless communications," IEEE J. Sel. Area. Commun., vol. 23, no. 2, pp. 201-220, Feb. 2005. 

  5. K. G. Shin, H. Kim, A. W. Min, and A. Kumar, "Cognitive radios for dynamic spectrum access: From concept to reality," IEEE Wirel. Commun., vol. 17, no. 6, pp. 64-74, Dec. 2010. 

  6. W. Ni and I. B. Collings, "A new adaptive small-cell architecture," IEEE J. Sel. Area. Commun., vol. 31, no. 5, pp. 829-839, May 2013. 

  7. H. Elsawy, E. Hossain, and D. I. Kim, "Hetnets with cognitive small cells: User offloading and distributed channel access techniques," IEEE Commun., Mag., vol. 51, no. 6, pp. 28-36, Jun. 2013. 

  8. J. S. Park, K. K. Kang, S. Y. Lee, S. W. Baek, and S. J. Yoo, "Optimal price and auction period decision method based on auction game theory for spectrum allocation in cognitive radio networks," J. KICS, vol. 38A, no. 11, pp. 944-954, Nov. 2013. 

  9. K. H. Lee, J. K. Choi, and S. J. Yoo, "The coexistence solution using transmission schedule and user's position information in cognitive radio networks," J. KICS, vol. 37B, no. 3, pp. 189-203, Mar. 2012. 

  10. K. M. Kang, J. C. Park, S. I. Cho, B. J. Jeong, Y. J. Kim, H. J. Lim, and G. H. Im, "Deployment and coverage of cognitive radio networks in TV white space," IEEE Commun. Mag., vol. 50, no. 12, pp. 88-94, Dec. 2012. 

  11. J. van de Beek, J. Riihijarvi, A. Achtzehn, and P. Mahonen, "TV white space in Europe," IEEE Trans. Mob. Comput., vol. 11, no. 2, pp. 178-188, Feb. 2012. 

  12. D. W. Yun, H. M. Chang, and W. C. Lee, "A study on experiment of transmission power assignment for indoor TVWS wireless communication system," J. KICS, vol. 38, no. 10, pp. 851-860, Oct. 2013. 

  13. FCC, "Third memorandum opinion and order, in the matter of unlicensed operation in the TV broadcast bands, additional spectrum for unlicensed devices below 900 MHz and in the 3 GHz band," FCC 12-36, Apr. 2012. 

  14. ETSI, "White space devices (WSD); wireless access systems operating in the 470 MHz to 790 MHz TV broadcast band; harmonized EN covering the essential requirements of article 3.2 of the R&TTE directive," ETSI EN 301 598 v1.1.1, Apr. 2014. 

  15. ECC, Technical and operational requirements for the operation of white space devices under geo-location approach, ECC Report 186, Jan. 2013. 

  16. M. Mishali and Y. C. Eldar, "From theory to practice: Sub-Nyquist sampling of sparse wideband analog signals," IEEE J. Sel. Topics Signal Process., vol. 4, pp. 375-391, Apr. 2010. 

  17. R. Choe and Y. S. Byun, "Or-rule based cooperative spectrum sensing scheme considering reporting error in cognitive radio networks," J. KICS, vol. 39A, no. 1, pp. 19-27, Jan. 2014. 

  18. V. Petrini and H. R. Karimi, "TV white space databases: Algorithms for the calculation of maximum permitted radiated power levels," in Proc. IEEE Int. Symp. Dynamic Spectrum Access Netw. (DYSPAN), pp. 552-560, Oct. 2012. 

  19. D. L. Donoho, "Compressed sensing," IEEE Trans. Inform. Theory, vol. 52, no. 4, pp. 1289-1306, Apr. 2006. 

  20. E. J. Candes, J. Romberg, and T. Tao, "Robust uncertainty principles: Exact signal reconstruction from highly incomplete frequency information," IEEE Trans. Inf. Theory, vol. 52, pp. 489-509, Feb. 2006. 

  21. H. Jung, K. Kim, and Y. Shin, "Cooperative Bayesian compressed spectrum sensing for correlated signals in cognitive radio networks," J. KICS, vol. 38, no. 9, pp. 765-774, Sept. 2013. 

  22. IETF, "Protocol to access white-space (PAWS) database draft-ietf-paws-protocol -19," Draft standard, Sept. 2014. 

  23. M. Mishali and Y. C. Eldar, "Blind multiband signal reconstruction: Compressed sensing for analog signals," IEEE Trans. Sig. Process., vol. 57, no. 3, pp. 993-1009, Mar. 2009. 

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