주파수 자원은 국가의 소중한 무형 자산으로써 무선 통신의 발전과 함께 주파수 자원의 가치가 더욱 커지고 있다. 과거에는 석유, 철강, 가스 및 석탄등이 국가의 중요한 자원이었으나 21세기의 정보화 사회에서는 주파수 자원이 그에 못지 않게 소중한 자산으로 인식되고 있다. 우리나라의 무선 통신 기술은 아날로그 세대인 1980년대까지는 매우 제한적으로 사용되었으나 1990년대 CDMA(Code Division Multiple Access) 이동 통신의 상용화 이후 비약적으로 발전하여 현재는 유비쿼터스 정보화 사회를 눈앞에 두고 있다. 그런데 유비쿼터스 정보화 사회에서는 주파수자원의 수요가 공급에 비하여 매우 많기 때문에 주파수 부족 현상이 심각하게 대두된다. 그러나 실제로 분배된 주파수의 이용 효율을 측정해보면 이의 이용효율이 평균적으로 30% 이하로 나타나고 있다([그림 1] 참조). 따라서 이용되지 않고 있는 주파수 자원을 효율적으로 이용할 수 있는 공유 기술을 개발하여 이를 이용한다면 주파수 자원의 부족 현상을 해결하는데 크게 기여할 것이다. 본 고 에서는 이와 같이 분배된 자원 중에서 사용효율이 낮거나 사용되지 않는 주파수 자원의 이용효율을 획기적으로 높이기 위한 기술로서 최근 각광을 받고 있는 CR(Cognitive Radio) 기술의 동향 및 응용에 대하여 기술한다.

CR은 사용자 환경의 실시간 조건에 따라 무선 파형을 적응시킴으로써 주파수 스펙트럼을 유연하고, 효율적이며, 신뢰성 있게 활용하는 지능적인 무선통신 방식을 의미한다. 한편, 무선 채널의 다양한 특성에 따라 시간 및 주파수 영역에서 자원의 동적 할당이 가능한 OFDMA 방식은 CR 시스템에 잘 부합되는 방식이라 할 수 있다. 본 고에서는 무선 환경에서 주파수 효율을 증대시키기 위해 OFDMA 기반 적응 전송 방식의 기술 동향을 살펴보고, 사용자 환경에 좀 더 지능적으로 대처하는 CR 시스템을 구현하기 위한 재구성 가능한 OFDMA 전송 플랫폼을 소개한다.

한정된 자원인 주파수 자원을 보다 효율적으로 사용하고자 시간적/공간적으로 주파수를 공유하는 기술 개발이 가속화되고 있다. 본 논문에서는 대표적인 주파수 공유 기술 중 하나인 Cognitive Radio에서 두뇌 역할을 하는 인지 알고리즘과 필요한 데이터베이스 종류 및 특성을 알아보고, 이들이 이용되는 Cognitive Engine을 구현한 예를 보였다. Cognitive Radio 관련 기술은 아직 연구 초기 단계이기 때문에 Cognitive Radio에 최적인 데이터베이스, 알고리즘, 엔진을 제시 하지는 못했지만 관련 기술 개발 방향을 제시하고 개발 시 고려사항들에 대해 설명하였다.

전파 자원은 국가의 무형 자산으로서 자원이 한정되어 있는 반면에 이에 대한 수요가 급증하면서 전파 자원의 가치가 점점 높아지고 있다. 특히 국내의 경우 IT839 전략으로 추진 중인 WiBro(Wireless Broadband), DMB(Digital Multimedia Broadcasting), Home Network, Telematics(Telecommunication Informatics), WCDMA(Wide Code Division Multiple Access), RFID/USN(Radio Frequency Identification/Ubiquitous Sensor Network) 등 무선 주파수를 이용하는 새로운 서비스가 증가하면서 주파수 자원에 대한 중요성은 더욱 강조되고 있다. 종래의 전파 정책이 정부가 정책을 세우고 이를 관리하는 Command-and-Control 위주였다면, 향후의 전파 정책은 OpYN1020en Spectrum 정책으로 전환될 것으로 전망된다. 본 고에서는 전파 자원의 효율적인 이용을 도모하는 일반적인 CR(Cognitive Radio) 기술에 대하여 언급하고, 이를 이동성이 없는 고정 환경에 적용하기 위한 IEEE 802.22 WRAN 시스템의 물리계층 전송 규격 사양, 프레임구조 및 현재 논의되고 있는 기술에 대하여 논의한다.

주파수 자원을 효율적으로 사용할 수 있는 CR(Cognitive Radio)기술의 응용으로 IEEE 802.22 WRAN(Wire-less Regional Area Network) WG에서는 이와 관련하여 활발히 표준화가 진행되고 있다. 기본적으로 WRAN 시스템은 100 km의 광역 셀(wide area cell)을 기반으로 하며 ADSL급(1.5 Mbps Downstream, 384 kbps Upstream) 데이터 전송 속도를 목표로 하고 있으며, 54 MHz에서 746 MHz 대역을 CR 기술로 임의적으로 전송 대역을 선택해서 전송하는 시스템이다. 또한 MAC(Medium Access Control) 계층 관점에서는 기존의 IEEE 802.16 MAC 계층의 OFDMA기반 데이터 전송 방식과 QoS 보존 방식, 대역폭 요청 방식을 기반으로 표준화가 진행되고 있으며, 이에 추가하여 CR 고유 기능인 채널 탐색 기능, 기 사용자(incumbent user) 보호 기능, 자기 공존(self coexistence) 기능등이 중요하게 논의되고 있으며, WRAN 고유 기능인 채널 결합(channel bonding) 및 채널 부분 사용(fractional bandwidth usage)에 대한 표준화가 진행되고 있다. 본 논문에서는 이와 관련하여 CR 기술의 적용 관점에서 중요시 고려되는 프레임 구조, IU 보호 기능, 상호 공존 기술들에 대해 중점적으로 논의 할 것이며, 결론에서는 추후 표준화 방향에 대해 언급할 것이다.

본 논문에서는 시공간 블록 코드, 폐회로 송신 다이버시티, V-BLAST 등 대표적인 다중 안테나 기법의 성능을 IEEE 802.22 시스템 환경에서 비교, 분석한다. 먼저, 각 다중 안테나 기법의 복조 알고리즘을 고찰하고 전송 속도에 따라 QPSK, 16 QAM, 64 QAM의 변조 방식을 채택하는 MIMO-OFDM 시스템을 구성한다. IEEE 802.22 시스템의 사용 주파수 대역이 주로 V/UHF 대역이며 또한, 기지국 수신 신호의 angular spread가 매우 작기 때문에 송신 안테나들로부터 전송된 신호 사이에 비교적 큰 코릴레이션이 존재하게 된다. 따라서, 본 논문에서는 송신 안테나사이의 코릴레이션이 존재하는 환경에서 송신 안테나가 두 개인 경우에 대해서만 MIMO-OFDM 시스템의 성능을 비교, 분석한다.