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인지 무선

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목차

1. 개요

인지 무선(Cognitive Radio)은 1998년 제안된 개념으로, 무선 자원과 통신 환경에 따라 통신 매개변수를 자동으로 조정하여 최적의 무선 자원과 서비스를 제공하는 기술이다. 이는 소프트웨어 정의 무선의 확장으로, 스펙트럼의 비효율적인 사용 문제를 해결하고, 사용되지 않는 주파수 대역을 효율적으로 활용하는 데 중점을 둔다. 주요 기술로는 스펙트럼 감지, 스펙트럼 관리, 스펙트럼 공유, 스펙트럼 이동, 전력 제어 등이 있으며, 지능형 안테나와 비교하여 주파수 대역 공유에 특화되어 있다. 인지 무선은 완전 인지 무선과 스펙트럼 감지 인지 무선으로 분류되며, 허가 대역 및 비허가 대역에서 모두 사용될 수 있다. 응급 통신, 5G/6G 이동통신, 스마트 팩토리, 의료 분야, 무선 센서 네트워크 등 다양한 분야에 적용 가능하며, 시뮬레이션을 통해 성능을 분석한다. 향후 인공지능과 결합하여 더욱 발전할 것으로 예상되나, 스펙트럼 감지 정확도 향상, 간섭 최소화, 법규 정비 등 기술적, 제도적 과제를 해결해야 한다.

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인지 무선
지도 정보
기본 정보
분야무선 통신
특징소프트웨어 정의 무선 기반
통신 환경 인지 및 적응
주파수 자원 효율성 증대
주요 기능주파수 탐지
스펙트럼 센싱
주파수 할당
전송 전력 제어
통신 방식 변경
기술적 특징
구현 방식소프트웨어 기반 구현
하드웨어 재구성 가능
주요 기술기계 학습
인공지능
신호 처리
네트워크 이론
적용 분야무선 네트워크
사물 인터넷
스마트 시티
재난 통신
군사 통신
동작 원리
주요 단계주파수 스펙트럼 감지
사용 가능한 주파수 대역 식별
통신 파라미터 최적화
통신 수행
환경 변화에 따른 실시간 적응
발전 과정
개념 발전1999년 조셉 미톨라 3세에 의해 처음 제안
소프트웨어 정의 무선 기술 발전과 함께 발전
연구 동향기계 학습 기반 지능형 인지 기능 강화 연구
스펙트럼 공유 기술 발전
무선 통신 시스템의 효율성 및 유연성 향상
관련 용어
관련 기술소프트웨어 정의 무선
동적 스펙트럼 접근
주파수 공유
인지 라디오 네트워크
추가 정보
참고 자료코토뱅크

2. 역사

인지 무선 기술은 1998년 스톡홀름에 있는 KTH 왕립 공과대학에서 조셉 미톨라 3세(Joseph Mitola III)가 처음 제안했고, 1999년 미톨라와 제럴드 큐. 매과이어 주니어(Gerald Q. Maguire, Jr.)가 논문으로 발표했다.[1] 미톨라는 인지 무선을 다음과 같이 설명했다.

> 무선 개인용 디지털 보조기기(PDA) 및 관련 네트워크가 무선 자원과 관련 컴퓨터 간 통신에 대해 충분히 지능적으로 사용 환경에 따른 사용자 통신 요구를 감지하고 해당 요구에 가장 적합한 무선 자원과 서비스를 제공하는 시점입니다.[1]

인지 무선은 소프트웨어 정의 무선(SDR)이 발전해야 할 목표로 여겨진다. 즉, 네트워크 및 사용자 요구에 따라 통신 매개변수를 자동으로 조정하는 완전히 재구성 가능한 무선 송수신기이다.

기존 규제는 아날로그 모델을 기반으로 만들어져 인지 무선에 최적화되지 않았다. 전 세계 규제 기관(미국의 미국 연방 통신 위원회(FCC), 영국의 Ofcom 등)과 여러 독립적인 측정 결과, 대부분의 무선 주파수 스펙트럼이 비효율적으로 사용되고 있음이 밝혀졌다.[2] 전 세계 대부분 지역에서 셀룰러 네트워크 대역은 과부하 상태인 반면, 다른 주파수 대역(군사용, 아마추어 무선, 호출 주파수 등)은 충분히 활용되지 않고 있다. 여러 국가에서 수행된 독립적인 연구들은 이러한 관찰 결과를 확인했으며, 스펙트럼 활용도는 시간과 장소에 따라 달라진다는 결론을 내렸다.

또한, 고정된 스펙트럼 할당으로 인해 특정 서비스에 할당된 주파수는 거의 사용되지 않더라도, 무허가 사용자가 허가된 서비스에 간섭을 일으키지 않는 경우에도 사용할 수 없다. 전 세계 규제 기관은 허가된 사용자에게 간섭을 일으키지 않는 경우 허가되지 않은 사용자가 허가된 대역을 사용하도록 허용할지를 검토해 왔다. 이러한 노력은 인지 무선 연구의 초점을 동적 스펙트럼 접근으로 이끌었다.

최초의 인지 무선 무선 지역 통신망 표준인 IEEE 802.22는 IEEE 802 LAN/MAN 표준 위원회(LMSC)에 의해 개발[3]되었고 2011년에 발표되었다. 이 표준은 스펙트럼 인식을 위해 지리 위치 정보와 스펙트럼 감지를 사용한다. 지리 위치 정보는 해당 지역의 허가된 송신기 데이터베이스와 결합하여 인지 무선 네트워크가 사용할 수 있는 채널을 식별한다. 스펙트럼 감지는 스펙트럼을 관찰하고 점유된 채널을 식별한다. IEEE 802.22는 특정 위치에서 사용되지 않는 주파수 또는 시간 조각을 활용하도록 설계되었다. 이 백색 공간은 지리적으로 특정 지역에서 사용되지 않는 TV 채널이다. 그러나 인지 무선은 항상 동일한 미사용 공간을 점유할 수는 없다. 스펙트럼 가용성이 변경됨에 따라 네트워크는 허가된 전송에 대한 간섭을 방지하기 위해 적응한다.[4]

3. 주요 기술

인지 무선은 주변 환경을 감지하고, 통신 환경 변화에 동적으로 적응하기 위해 다음과 같은 주요 기술을 사용한다.


  • 스펙트럼 감지 (Spectrum Sensing): 주 사용자(primary user)의 신호를 감지하여 빈 주파수 대역을 찾는다.
  • 스펙트럼 관리 (Spectrum Management): 사용 가능한 주파수 대역 중 최적의 대역을 선택한다.
  • 스펙트럼 공유 (Spectrum Sharing): 여러 사용자가 동일한 주파수 대역을 효율적으로 공유한다.
  • 스펙트럼 이동 (Spectrum Mobility): 통신 중 더 나은 주파수 대역으로 끊김 없이 이동한다.
  • 전력 제어 (Power Control): 주 사용자와의 간섭을 최소화하면서 2차 사용자(secondary user)의 통신 품질을 최대화한다.


인지 무선은 운영자의 명령에 따라 파형, 프로토콜, 작동 주파수 및 네트워킹과 같은 무선 시스템 매개변수를 구성할 수 있다. 이를 통해 통신 환경에서 자율적인 장치로 기능하며, 접속하는 네트워크 및 다른 인지 무선과 환경 정보를 교환한다. 또한, 자체 성능을 지속적으로 모니터링하여 RF 환경, 채널 상태, 링크 성능 등을 판별하고, 사용자 요구 사항, 운영 제한 및 규제 제약의 적절한 조합에 따라 필요한 서비스 품질을 제공하도록 무선 장치의 설정을 조정한다.

일부 "스마트 라디오"는 무선 메시 네트워크(협력 다이버시티를 사용하여 두 노드 간 메시지 경로를 동적으로 변경), 인지 무선(경로 상의 두 연속 노드 간 메시지에 사용되는 주파수 대역을 동적으로 변경), 소프트웨어 정의 무선(두 연속 노드 간 메시지에 사용되는 프로토콜을 동적으로 변경)을 결합한다.

초기에는 인지 무선이 소프트웨어 정의 무선의 확장으로 여겨졌지만, 대부분의 연구는 스펙트럼 감지 인지 무선(특히 텔레비전 대역에서)에 집중되어 있다. 직교 주파수 분할 다중 접속(OFDMA)을 사용하여 사용 가능한 RF 대역을 적응적으로 채우는 스펙트럼 풀링 시스템이 제안되기도 한다.

인지 무선은 인지 네트워크로 진화하고 있으며, 인지 네트워크는 인지 무선 네트워크를 지능적으로 구성하는 것이다.
인지 무선(CR)과 지능형 안테나(IA) 비교

비교 항목인지 무선 (CR)지능형 안테나 (IA)
주요 목표개방형 주파수 대역 공유주변 공간 재사용
간섭 처리주파수 대역 감지에 의한 회피공간 프리코딩/포스트 코딩에 의한 제거
주요 비용주파수 대역 감지 및 다중 대역 RF다중 또는 협력 안테나 어레이
어려운 알고리즘주파수 대역 관리 기술지능형 공간 빔 형성/코딩 기술
적용 기술인지 소프트웨어 무선일반화된 더티 페이퍼 코딩 및 Wyner-Ziv 코딩
기본 접근 방식직교 변조셀룰러 기반 소형 셀
경쟁 기술더 넓은 대역폭 활용을 위한 초광대역더 높은 공간 재사용을 위한 다중 섹터링 (3, 6, 9 등)
요약인지 주파수 대역 공유 기술지능형 주파수 대역 재사용 기술

[30]

협력 MIMO (CO-MIMO)는 인지 무선과 지능형 안테나 두 기술을 결합한다.[30]

3. 1. 스펙트럼 감지 (Spectrum Sensing)

인지 무선 네트워크에서 빈 스펙트럼(주파수 대역)을 감지하는 것은 중요한 요구 사항이다. 주 사용자를 감지하는 것이 빈 스펙트럼을 감지하는 가장 효율적인 방법이며, 스펙트럼 감지 기술은 다음 세 가지 범주로 분류할 수 있다.[16][17]

  • 송신기 감지: 인지 무선은 특정 스펙트럼에 주 송신기의 신호가 국부적으로 존재하는지 여부를 판단할 수 있어야 한다. 송신기 감지에는 여러 가지 제안된 방법이 있다.
  • 매칭 필터 감지
  • 에너지 감지: 수신 신호 전력을 측정하여 신호의 존재/부재를 감지하는 스펙트럼 감지 방법이다.[19] 이 방법은 구현이 쉽지만, 잡음 분산 정보가 필요하다. 잡음 전력에 대한 불완전한 지식은 SNR 벽 현상을 초래할 수 있다.[20][21]
  • 순시정상 특징 감지: 대부분의 인공 통신 신호가 순시정상 동작을 나타내기 때문에 고안된 스펙트럼 감지 알고리즘이다.[22] 잡음 신호는 순시정상 동작을 나타내지 않으므로, 이 검출기는 잡음 분산 불확실성에 강하다. 주 신호의 CSD(Cyclostationary Feature Detection)에 의해 얻어진 0이 아닌 값을 비교한다.[23]
  • 광대역 스펙트럼 감지: 일반적으로 수백 MHz 또는 수 GHz의 큰 스펙트럼 대역폭에 대한 스펙트럼 감지를 의미한다. 압축 감지 및 서브 나이퀴스트 샘플링과 같은 혁신적인 기술이 필요하다.[24]
  • 협력 감지: 여러 인지 무선 사용자의 정보를 통합하여 주 사용자 감지를 수행하는 스펙트럼 감지 방법이다.[25] 협력 감지 노드의 수를 늘리면 오탐 확률이 감소한다.[15]
  • 간섭 기반 감지

3. 2. 스펙트럼 관리 (Spectrum Management)

인지 무선은 사용자 통신 요구를 충족하기 위해 사용 가능한 주파수 대역 중 최상의 스펙트럼 대역을 확보한다. 인지 무선은 서비스 품질 요구 사항을 충족하기 위해 사용 가능한 모든 대역 중 최상의 스펙트럼 대역을 결정해야 한다.[16] 따라서 인지 무선에는 스펙트럼 관리 기능이 필요하며, 다음과 같이 분류된다.

  • 스펙트럼 분석: 사용 가능한 주파수 대역의 특성을 분석한다.
  • 스펙트럼 결정: 통신 품질, 간섭 등을 고려하여 최적의 주파수 대역을 결정한다.[26][27]


스펙트럼 관리 기능의 실제 구현은 다양한 기술적 및 법적 요구 사항을 충족해야 하므로 복잡하고 다면적인 문제이다. 다른 사용자를 감지하기 위한 적절한 감지 임계값을 선택하는 것과 같은 기술적 문제와 국제(ITU 무선 규정) 및 국가(통신법) 법률에서 정한 무선 스펙트럼 접근 규칙 및 규정을 준수해야 하는 법적 문제가 있다. 다른 서비스 및 네트워크에 대한 해로운 간섭을 줄이기 위해 동적 스펙트럼 할당 및 간섭 관리를 위한 인공 지능 기반 알고리즘은 6G를 향한 핵심 기술이 될 것이며, 이는 무선 전파 스펙트럼의 관리 및 규제에 대한 더 큰 유연성을 제공할 것이다.[28][29]

3. 3. 스펙트럼 공유 (Spectrum Sharing)

여러 사용자가 동일한 주파수 대역을 효율적으로 공유하는 기술이다. 스펙트럼 공유 방식은 다음과 같이 분류할 수 있다.

  • 데이터베이스 기반 공유: TV White Space 데이터베이스 등을 활용하여 주파수 사용 정보를 공유하고, 간섭을 최소화한다.
  • 감지 기반 공유: 스펙트럼 감지 결과를 바탕으로 주 사용자가 없을 때 주파수를 공유한다.
  • 간섭 기반 감지
  • 널 공간 기반 CR: 여러 개의 안테나를 이용하여 주 사용자의 널 공간(null space)을 감지하고, 널 공간 내에서 전송하여 간섭을 줄인다.
  • 스펙트럼 관리: 다른(주) 사용자에게 과도한 간섭을 일으키지 않으면서 사용자 통신 요구 사항을 충족하기 위해 최상의 사용 가능한 스펙트럼을 확보한다. 인지 무선은 서비스 품질 요구 사항을 충족하기 위해 사용 가능한 모든 대역 중 최상의 스펙트럼 대역을 결정해야 한다. 스펙트럼 관리 기능은 다음과 같이 분류된다.
  • 스펙트럼 분석
  • 스펙트럼 의사결정[26][27]
  • 스펙트럼 공유: 주파수 대역을 공정하게 할당하는 방법을 제공한다. 빈 주파수 대역을 이용할 때의 큰 과제 중 하나는 주파수 대역의 공유이며, 기존 시스템의 매체 접근 제어(MAC)와 유사한 문제로 간주할 수 있다.

3. 4. 스펙트럼 이동 (Spectrum Mobility)

인지 무선 사용자가 통신 중 더 나은 주파수 대역을 발견하면 통신을 중단하지 않고 주파수를 변경하는 과정이다. 인지 무선 네트워크는 무선 단말이 사용 가능한 최적의 대역에서 동작함으로써 양호한 주파수 대역으로 이동할 때도 원활한 통신을 수행하는 요구 사항을 충족하면서 동적인 방식으로 주파수 대역을 사용하는 것을 목표로 한다.[56]

3. 5. 전력 제어 (Power Control)

전력 제어(Power control영어)[16][17]는 주 사용자를 보호하기 위한 간섭 전력 제약 조건 하에서 2차 사용자의 용량을 극대화하기 위해 스펙트럼 공유 CR 시스템에 일반적으로 사용된다.[18] 즉, 주 사용자와의 간섭을 최소화하면서, 2차 사용자의 통신 품질을 최대화하기 위해 전송 전력을 조절하는 기술이다.

3. 6. 지능형 안테나 (Intelligent Antenna)와의 비교

지능형 안테나(또는 스마트 안테나)는 공간 빔 형성 및 공간 코딩을 사용하여 간섭을 제거하는 안테나 기술이다. 하지만 복잡한 통신 환경에 적용하기 위해 지능형 다중 또는 협력 안테나 어레이로 확장하는 응용 프로그램이 등장하고 있다. 반면에 인지 무선은 사용자 단말기가 일부 주파수 대역이 사용 중인지 감지하여 이웃 사용자와 주파수 대역을 공유할 수 있도록 한다. 다음 표는 두 기술을 비교한 것이다.[30]

비교 항목인지 무선 (CR)지능형 안테나 (IA)
주요 목표개방형 주파수 대역 공유주변 공간 재사용
간섭 처리주파수 대역 감지에 의한 회피공간 프리코딩/포스트 코딩에 의한 제거
주요 비용주파수 대역 감지 및 다중 대역 RF다중 또는 협력 안테나 어레이
어려운 알고리즘주파수 대역 관리 기술지능형 공간 빔 형성/코딩 기술
적용 기술인지 소프트웨어 무선일반화된 더티 페이퍼 코딩 및 Wyner-Ziv 코딩
기본 접근 방식직교 변조셀룰러 기반 소형 셀
경쟁 기술더 넓은 대역폭 활용을 위한 초광대역더 높은 공간 재사용을 위한 다중 섹터링 (3, 6, 9 등)
요약인지 주파수 대역 공유 기술지능형 주파수 대역 재사용 기술



현대의 많은 전송 시나리오에서 보여지듯이 두 기술 모두 결합될 수 있다.[30] 협력 MIMO (CO-MIMO)는 두 기술을 결합한다.

4. 종류

인지 무선은 크게 송수신 매개변수에 따른 분류와 사용 가능한 스펙트럼 대역에 따른 분류 두 가지로 나눌 수 있다.
송수신 매개변수에 따른 분류는 다음과 같다:


  • 전 인지 무선 (Full Cognitive Radio) (Mitola 무선): 무선 노드(또는 네트워크)에서 관찰 가능한 모든 매개변수를 고려한다.[5]
  • 스펙트럼 감지 인지 무선 (Spectrum-Sensing Cognitive Radio): 무선 주파수 스펙트럼만 고려한다.

사용 가능한 스펙트럼 대역에 따른 분류는 다음과 같다.

  • 면허 대역 인지 무선 (Licensed-Band Cognitive Radio): 면허 사용자에게 할당된 대역(U-NII 대역 또는 ISM 대역과 같은 무면허 대역 제외)을 사용할 수 있다. IEEE 802.22 작업 그룹은 사용되지 않는 TV 채널(TV 화이트 스페이스라고도 함)에서 작동하는 무선 지역 통신망(WRAN)에 대한 표준을 개발하고 있다.[6][7]
  • 무면허 대역 인지 무선 (Unlicensed-Band Cognitive Radio): 무선 주파수(RF) 스펙트럼의 무면허 부분만 사용할 수 있다. IEEE 802.15 작업 그룹 2 사양[8]에 설명되어 있으며, IEEE 802.11 및 블루투스의 공존에 중점을 둔다.


그 외에도 다음과 같은 스펙트럼 공유 방식들이 존재한다:

  • 스펙트럼 이동성(Spectrum mobility): 인지 무선 사용자가 작동 주파수를 변경하는 프로세스이다. 인지 무선 네트워크는 무선 단말기가 사용 가능한 최적의 주파수 대역에서 작동할 수 있도록 하여 더 나은 스펙트럼으로 전환하는 동안 원활한 통신 요구 사항을 유지함으로써 스펙트럼을 동적으로 사용하는 것을 목표로 한다.
  • 스펙트럼 공유(Spectrum sharing)[9]: 인지 무선 사용자가 면허 대역 사용자의 스펙트럼 대역을 공유할 수 있도록 허용한다. 단, 인지 무선 사용자는 면허 대역 사용자에게 미치는 간섭이 특정 임계값 이하로 유지되도록 송신 전력을 제한해야 한다.
  • 감지 기반 스펙트럼 공유(Sensing-based Spectrum sharing)[10]: 인지 무선 사용자는 먼저 면허 사용자에게 할당된 스펙트럼을 수신하여 면허 사용자의 상태를 감지한다. 감지 결과를 바탕으로 전송 전략을 결정하는데, 면허 사용자가 대역을 사용하지 않는 경우 해당 대역을 통해 전송하고, 사용하는 경우 송신 전력을 제한하여 면허 사용자와 스펙트럼 대역을 공유한다.
  • 데이터베이스 기반 스펙트럼 공유(Database-enabled Spectrum Sharing)[11][12][13]: 인지 무선 사용자는 공유 스펙트럼에 대한 접근 권한을 허용 또는 거부받기 전에 화이트 스페이스 데이터베이스에 접근해야 한다.

4. 1. 사용 주파수 대역에 따른 분류

인지 무선은 사용 주파수 대역에 따라 다음과 같이 분류할 수 있다.

  • '''허가 대역 인지 무선''': 허가된 주파수 대역을 사용하는 인지 무선이다. IEEE 802.22 작업반은 사용되지 않는 TV 채널을 이용한 무선 지역 네트워크(WRAN)에 관한 표준을 제정하고 있다.[52]
  • '''비허가 대역 인지 무선''': 주파수 스펙트럼의 비허가 대역을 사용한다. IEEE 802.15 태스크 그룹 2는 블루투스와 IEEE 802.11의 공존에 초점을 맞춘 사양을 개발했다.[53]

4. 2. 고려하는 매개변수에 따른 분류

인지 무선은 고려하는 매개변수에 따라 다음과 같이 분류할 수 있다.

  • 전 인지 무선 (Full Cognitive Radio): 미톨라 무선라고도 하며, 무선 노드 또는 네트워크에서 관찰 가능한 모든 매개변수를 고려한다.[5]
  • 스펙트럼 감지 인지 무선 (Spectrum-Sensing Cognitive Radio): 주파수 스펙트럼만 고려한다.


사용 가능한 스펙트럼 대역에 따라서도 다음과 같이 분류할 수 있다.

  • 면허 대역 인지 무선 (Licensed-Band Cognitive Radio): 면허 사용자에게 할당된 대역을 사용하며, IEEE 802.22 작업 그룹에서 사용되지 않는 TV 채널 (화이트 스페이스)을 활용하는 무선 지역 통신망(WRAN) 표준을 개발하고 있다.[6][7]
  • 무면허 대역 인지 무선 (Unlicensed-Band Cognitive Radio): 무선 주파수 스펙트럼의 무면허 부분만 사용하며, IEEE 802.15 작업 그룹 2에서 IEEE 802.11 및 블루투스 공존에 중점을 둔 사양을 개발하였다.[8]

5. 응용 분야

인지 무선 기술은 다음과 같은 다양한 분야에 응용될 수 있다.


  • 동적 스펙트럼 접근(DSA): 인지 무선 네트워크는 동적 스펙트럼 접근(DSA)을 실행하는 데 활용될 수 있다.[34][35]
  • 군사 작전: 화학, 생물학, 방사능, 핵 공격 감지 및 조사, 지휘 통제, 전투 피해 평가 정보 획득, 전장 감시, 정보 지원 및 표적 지정과 같은 군사 작전에 응용될 수 있다.[36]

5. 1. 재난/공공 안전 통신

인지 무선은 공백 채널(white space)을 활용하여 응급 및 공공 안전 통신에 활용될 수 있다.[32][33] 특히 재난 상황에서 통신망이 끊겼을 때, 인지 무선 기술을 활용하여 주변의 가용 주파수를 탐색하고 임시 통신망을 구축할 수 있다. 이는 구조 및 구호 활동에 필수적인 통신 수단을 제공하여, 신속하고 효율적인 대응을 가능하게 한다.

5. 2. 5G/6G 이동통신

인지 무선은 5G/6G 이동통신에서 주파수 부족 문제를 해결하고 통신 용량을 늘리는 데 기여할 수 있다. 인지 무선은 주변 환경을 감지하고, 사용자의 개입 없이 FCC 규정을 준수하면서 사용자의 통신 요구에 맞춰 스스로 적응할 수 있다. 인지 무선은 사용 중인 주파수를 지능적으로 감지하여 다른 사용자의 통신을 방해하지 않고 일시적으로 해당 주파수를 사용할 수 있게 해준다.[31]

5. 3. 스마트 팩토리

인지 무선 기술은 스마트 팩토리 환경에서 무선 통신망을 구축하고 데이터를 효율적으로 전송하는 데 활용될 수 있다.

5. 4. 의료 분야

인지 무선은 환자의 혈당 수치, 혈압, 혈중 산소량 및 심전도(ECG) 등의 중요한 정보를 의사에게 즉시 알리는 데 도움이 되는 유비쿼터스 환자 모니터링에 사용될 수 있는 의료 바디 에어리어 네트워크(Medical Body Area Networks) 구축에도 도움이 되는 것으로 입증되었다.[23] 이는 감염 위험을 줄이고 환자의 이동성을 높이는 추가적인 이점을 제공한다.

5. 5. 무선 센서 네트워크

인지 무선은 기본 및 보조 대기열을 사용하여 지연 없이 최소 전력 소비로 패킷을 전달할 수 있는 무선 센서 네트워크에도 실용적이다.[37] 이는 무선 센서 네트워크에서 에너지 효율적인 통신 및 데이터 전송에 활용될 수 있음을 시사한다.

6. 시뮬레이션

모델링 및 시뮬레이션은 주어진 환경의 인지 무선 네트워크에서 복잡한 동작을 시뮬레이션할 수 있는 유일한 패러다임이다. OPNET, NetSim, MATLAB 및 ns2와 같은 네트워크 시뮬레이터를 사용하여 인지 무선 네트워크를 시뮬레이션할 수 있다. '''CogNS'''[38]는 인지 무선 네트워크를 위한 오픈소스 NS2 기반 시뮬레이션 프레임워크이다. 네트워크 시뮬레이터를 사용하는 연구 분야는 다음과 같다.

# 스펙트럼 감지 및 주파수 사용자 탐지

# 스펙트럼 할당

# 스펙트럼 사용량 측정 및/또는 모델링[39][40]

# 스펙트럼 활용 효율[39][40]

ns-3 또한 CR 시뮬레이션을 위한 실행 가능한 옵션이다.[41] ns-3는 Atheros WiFi 장치와 같은 상용 하드웨어의 도움을 받아 CR 네트워크를 에뮬레이션하고 실험하는 데에도 사용할 수 있다.[41]

7. 미래 전망

인지 무선 기술은 주파수 부족 문제를 해결하고 무선 통신 기술 발전에 기여할 핵심 기술로 주목받고 있다. 특히, 6G 이동통신에서는 인공지능 기반의 스펙트럼 관리 기술과 결합하여 더욱 지능적이고 효율적인 주파수 사용이 가능해질 것으로 예상된다.

일부 "스마트 라디오" 제안은 무선 메시 네트워크와 소프트웨어 정의 라디오를 결합하여, 메시지 경로 및 사용되는 프로토콜을 동적으로 변경한다.

대한민국은 인지 무선 기술 선도 국가로 도약하기 위해 기술 개발 및 표준화 노력을 지속하고 있으며, 관련 산업 생태계 조성에도 힘쓰고 있다.

7. 1. 과제

미국 연방통신위원회(FCC)는 무면허 주파수 대역이 다양한 무선 기기와 서비스를 수용하는 데 성공함에 따라 무면허 사용을 위한 추가 주파수 대역 개방을 고려하고 있다. 반면, 허가 대역은 고정된 주파수 할당으로 인해 활용률이 저조하다. 인지 무선(CR) 기술은 기존 사용자에게 간섭을 일으키지 않고 비효율적으로 사용되는 허가 대역을 활용할 가능성이 있다. FCC는 무면허 무선 기기가 TV 방송 대역에서 작동할 수 있도록 하는 규칙 제정을 위한 제안 공고를 발표했다.[42]

2004년 11월에 구성된 IEEE 802.22 작업 그룹은 TV 서비스에 할당된 주파수 스펙트럼에서 무면허 기기 작동을 위한 무선 지역 통신망(CR 감지를 기반으로 함)의 무선 인터페이스 표준을 정의하는 임무를 맡고 있다.[42] IEEE 802.22는 기존 서비스 간섭을 피하기 위해 필수적인 TV 화이트 스페이스 데이터베이스에 대한 인터페이스를 정의했다.[43]

주파수 스펙트럼 위치 정보 데이터베이스는 수신기 복잡성과 간섭 확률을 줄이는 데 도움이 되지만, 데이터베이스가 주파수 스펙트럼 활용의 세분화된 정량화를 포착할 수 없고 실시간으로 업데이트되지 않기 때문에 스펙트럼 활용 효율이 낮아지는 단점이 있다. 협업 감지 및 인공 지능 기반의 분산형 스펙트럼 관리가 향후 스펙트럼 활용 효율과 간섭 완화 사이의 균형을 개선하는 데 기여할 수 있다.[44]

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