정적 스펙트럼 관리 방식 아래에서 스펙트럼의 낮은 이용 효율을 개선하기 위하여 다양한 종류의 동적 스펙트럼 접속 방식이 제안되어 왔다. 동적 스펙트럼 접속 방식 중 하나인 myopic 방식은 즉각적인 처리율을 최대로 하는 방식으로 복잡하지 않고 단순하면서도 효율적인 것이 장점이다. 본 논문에서는 myopic 방식의 매체 접속 지연 시간의 분포를 포화 트래픽 환경에서 분석하고, 이를 이용하여 포화 상태가 아닌 정상 상태에서의 시스템 지연 시간을 구한다. 이러한 분석 방법과 결과는 이차 사용자의 실시간 트래픽에 대한 지연 성능 보장을 위한 자료로 사용될 수 있다.
미래의 고속 및 광대역 서비스에 대한 수요 증가로, 부족한 스펙트럼을 효율적으로 사용할 수 있는 스펙트럼 관리(spectrum management) 방법의 중요성이 대두되고 있다. 또한, 트래픽 폭증 및 멀티미디어 제공 등 서비스 확대에 대응할 수 있는 유연한 스펙트럼 접속(spectrum access) 기술, 공유(sharing)에 대한 필요성도 증대되고 있다. 이러한 중요성 및 필요성에 기인해, 효율적으로 스펙트럼을 공유할 수 있는 방법으로 언더레이, 오버레이 방식 등이 제안되었고, UWB 및 인지무선(cognitive radio)과 같은 공유 기술 등이 발전하게 되었다. 본 고에서는 효율적 주파수 이용을 위한 스펙트럼 관리 방법 및 주파수 공유 기술로 기존의 주파수 대역에서 충분히 낮은 출력으로 전파를 송출하는 언더레이 방식, 기회주의적인 오버레이 동적접속 기술, 면허권자인 1차 우선 사용자(primary user)와 2차 면허권자(secondary user) 간의 동적접속 기술에 대한 국내 외 기술동향을 상세히 소개하고자 한다.
동적 스펙트럼 접속 방식에서 각 이차사용자는 자신의 성능을 높이기 위하여 채널의 상태를 추적하여 채널이 사용되지 않을 가능성이 가장 높은 채널을 선택하게 된다. 다수의 이차사용자가 동일한 동적 스펙트럼 접속 방식에 따라 동작한다면, 대부분의 이차사용자는 비슷한 결과의 채널 상태 추적 정보를 얻게 된다. 이로 인해 각 이차사용자가 동일한 채널을 선택할 가능성이 높아지고, 이차사용자 사이의 충돌이 발생할 가능성이 높아진다. 본 논문은 이러한 이차사용자 사이의 충돌을 줄이기 위하여 다른 이차사용자의 신뢰 벡터를 추적하여 그 결과를 채널 선택에 이용하는 동적 스펙트럼 접속 방식을 제안한다. 시뮬레이션 결과는 본 논문에서 제안한 방식이 다른 이차사용자를 고려하지 않는 방식에 비해 성능이 더 나아진다는 것을 보여준다.
본 논문은 동일한 확률적 특성을 갖는 두 개의 독립된 채널이 있는 환경에서 동적 스펙트럼 접속 방식의 성능을 수학적으로 분석한다. 여기서 고려하는 동적 스펙트럼 접속 방식은 다음과 같다. 첫 번째 방식은 전송에 성공한 경우 동일한 채널을 다시 센싱하고, 실패한 경우 다른 채널을 센싱하는 방식이다. 두 번째 방식은 전송에 실패한 경우 동일한 채널을 다시 센싱하고, 성공한 경우 다른 채널을 센싱하는 방식이다. 본 논문은 두 번째 방식에서 이차 사용자의 시스템 처리율과 일차 사용자와의 겹침 확률을 3차원 임베디드 마르코프 체인을 이용하여 수학적으로 분석한다. 또한, 두 방식의 성능을 수학적 분석과 시뮬레이션을 통해 비교한다.
이동통신관련 산업이 발전함에 따라 전파 자원의 수요가 급증하여 스펙트럼의 경제적 가치는 계속적으로 높아지고 있다. 따라서 기존의 명령과 통제에 의한 정부의 일방적인 주파수 할당 방식에서 벗어나 시장원리를 도입함으로써 주파수의 활용을 극대할 필요성이 제기 되고 있다. 나라마다 조금씩의 차이는 있지만 주요 내용은 스펙트럼을 거래 가능한 재화로 취급하여 시장원리에 따라 스펙트럼을 관리하려는 것과 스펙트럼 접속 에티켓(etiquette)을 바탕으로 모두가 스펙트럼을 공유하는 관리 방식이 그것이다. 본 원고는 이러한 정책 흐름의 변화 과정 속에서 현재 국내외 주파수 정책의 최신 동향을 살펴보고 이를 분류하고 필요한 정책적, 기술적 과제를 살펴봄으로써 동적 스펙트럼 관리 기술 및 비즈니스 모델 개발의 가이드라인을 제공하고자 한다.
최근 주파수 자원에 대한 수요가 급증하면서 효율적으로 이용하기 위한 정책적 기술적 개선이 요구되고 있다. 기존까지의 정부 주도적인 명령과 통제 방식은 감소되고 시장 경제 원리를 도입한 시장 기반 방식과 주파수를 공유하여 다수의 이용자가 사용할 수 있도록 하는 공유 방식이 증가되고 있으며, 지능형 SDR 개념인 CR 기술이 등장하게 되었다. 본 논문에서는 스펙트럼 관리 현황과 문제점을 살펴보고, 차세대 융합통신 환경에 적합한 스펙트럼 관리 모델과 핵심 이슈들을 소개하였다. 또한 Beyond IMT - Advanced를 지향하는 CRS에서 제공되어야 할 것으로 전망되는 동적 스펙트럼 할당, 통합 무선자원 관리, 동적 스펙트럼 접속 등과 같은 스펙트럼 및 무선 자원의 효율적 이용방식에 관한 표준화와 기술 동향에 대하여 기술하고자 한다.
본 논문은 주파수 공동사용 체계를 기반으로 군 전술 통신망 환경에서 동적 스펙트럼 접속 실현이 가능한 인지엔진 플랫폼을 제안하였다. 현재의 군 전술 무선통신 체계는 동종 및 이종의 군 전술 무선통신의 효과적 운용을 위한 추가 주파수 확보 및 무기체계 무선망 간의 상호공존 방안에 대한 필요성이 빠르게 증가하고 있는 실정이다. 본 논문은 추가 주파수 확보 방안으로 미국 및 유럽을 중심으로 활발한 연구개발이 진행되고 있는 주파수 공동사용에 대한 정책 및 연구개발 추진현황에 대해 살펴보았다. 또한, 동적 스펙트럼 접속(DSA: Dynamic Spectrum Access)을 위한 군 전술 무선통신분야의 핵심 기술인 인지엔진 기술개발 현황에 대해서도 소개하였다. 이를 통하여 본 논문은 최신 트랜드 흐름을 고려하여 향후 군 전술 무선통신에서 추가 주파수 확보 및 동적 스펙트럼 접속의 실현, 무기체계 무선망 간 상호공존이 가능한 주파수 공동사용 기반의 인지엔진 플랫폼 구조에 대해 제안하였다.
많은 무선 스마트 단말의 보급으로 무선 데이터 트래픽이 폭발적으로 증가해 왔고, 이로 인한 주파수 자원의 부족은 피할 수 없는 문제가 되었다. 본 과제에서는 획득한 인지정보를 기반으로 하여 다중 라디오 환경에서 주파수 스펙트럼 감지, 동적 스펙트럼 할당, 다중 라디오 선택 및 다중화, 최적 자원 할당, 적응형 전송 기술을 개발하였고, 이 기술들의 개발로 추가적인 주파수 사용 없이 주파수 사용 효율을 최대화함으로써 네트워크 성능 향상을 이끌어 내었다. 본 기술은 고유 주파수 대역 접속, 공통 주파수 대역 접속, 고유/공통 주파수 대역 동시 접속의 경우로 나누어 개발되었다. 개발된 기술은 사용자의 QoS(Quality of Service)를 만족하는 동시에 네트워크 성능 향상을 이끌어낼 수 있음을 모의실험을 통해 검증하였다. 따라서 본 연구의 결과는 4G뿐만 아니라, 5G에서 핵심적인 기술 개발의 중요한 역할을 담당할 것이며, 앞으로도 추가적인 연구가 필요하다.
선형 증폭단, ADC 그리고 디지털 신호 처리기로 이루어진 디지털 광대역 마이크로파 수신기는 시스템의 감도와 동적 범위로 성능 평가를 해석할 수 있다. 시스템의 감도와 동적 범위는 시스템의 이득, 3차 상호변조적과 ADC 특성으로 결정되어지며 선형 증폭단의 설계 방법 또한 중요한 영향을 미친다. 그리고 수신기로 입력되는 두 신호의 주파수가 인접한 경우 디지털 신호 처리기는 두 신호를 분리할 수 있어야 한다. 본 논문에서는 증폭단의 이득을 변화시켜 동적 범위를 측정한 다음, 가장 적절한 감도와 동적 범위를 선택할 수 있는 이득 값을 결정하고, 인접한 두 신호의 분리를 위해 고해상도 스펙트럼 추정법을 사용하였다.
동적 스펙트럼 접속 방식 중 하나인 myopic 방식은 즉각적인 처리율을 최대로 하는 방식으로 복잡하지 않고 단순하면서도 효율적인 것이 장점이다. myopic 방식의 단점은 이차 사용자가 많아짐에 따라 이차 사용자간의 충돌로 인해 효율성이 나빠질 수 있다는 것이다. 모든 이차 사용자들이 다른 이차 사용자를 고려하지 않고 자신의 처리율을 최대로 하는 채널을 선택한다면, 대부분의 이차 사용자들이 동일한 채널을 선택하여 전송을 시도할 것이기 때문에 이차 사용자간의 충돌이 많아질 것이다. 이 문제를 해결하기 위해 myopic/CA 방식이 제안되었다. 이 방식에서 이차 사용자는 자신의 성능을 최대로 하는 하나의 채널을 선택하는 것이 아니라, 자신에게 유리한 다수의 후보 채널을 선택하여 그 중 하나의 채널을 임의로 선택하여 전송하는 방식이다. 본 논문에서는 네트워크 환경에 따라 후보 채널의 수를 몇 개로 정하는 것이 전체 네트워크의 성능을 최대로 높일 수 있는지 분석한다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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