Cognitive Radio Applications for Wireless Backhaul and Access in Next-Generation Small Cell Networks

Abstract

오늘날 무선 데이터 트래픽은 폭발적으로 증가하고 있으며, 계속해서 커져갈 것으로 예측된다. 대역폭 집약적인 응용기술과 서비스 요구의 빠른 성장세에 대응하기 위해서는 셀의 트래픽 용량을 증가시키고 스펙트럼 효율성을 향상시키는 무선 접속 기술이 필요해지고 있다. 무선 인지 기술과 소형 셀의 설치가 차세대 셀룰라 망의 트래픽 요구의 증가를 다루기 위한 해결책이다. 게다가, 소형 셀에 접목시킨 무선 인지 기술은 스펙트럼 효용성을 증가시킬 뿐만 아니라, 위상 공간의 유연성도 제공한다. 이러한 이유로 이 논문에서는 두 가지의 다른 관점으로 모델링하고 분석한 무선 인지 시스템의 활용성에 대해 연구한다. 그 하나의 관점이 큐잉 이론의 관점이며, 다른 하나는 정보 이론적인 관점이다. 2장에서는 무선 인지 기술과 캐리어 결합 기술을 동시에 사용할 수 있는 AMCA라는 새로운 기술을 소개하고 큐잉 이론적 측면에서 해석한다. 기존 M/M/1 큐잉 해석을 기반으로 한 일차 사용자의 큐와 이차 사용자의 큐 사이의 상호작용의 해석으로 AMCA를 분석할 수 없다. 이차 사용자가 사용하는 스펙트럼과 무선 인지 기술로 얻은 스펙트럼을 동시에 사용하는 AMCA를 분석하기 위해서는 큐잉 이론의 벌크 서비스 개념을 도입한다. AMCA 기술은 소형 셀 망의 무선 백홀과 엑세스를 위한 무선 인지 캐리어 결합의 기술을 가능하게 해줄 수 있음을 보여준다. 3장에서는 일차 시스템과 이차 시스템으로 구성된 무선 인지 릴레이 망을 위한 크로스 레이어 협력적 전략에 대해서 알아본다. 특히, 송신단에서의 다양한 채널 상태 정보의 시나리오에서 통신 효율성을 증가시킬 수 있는 중첩 코딩 기술을 사용한다. 중첩 코딩 기술을 사용하는 무선 인지 릴레이 망은 시스템의 큐를 빨리 비울 수 있어 이차 사용자의 전송 기회가 많아지고, 더 높은 안정적 전송량을 얻을 수 있음을 보여준다. 4장과 5장에서는 무선 인지 망에서 멀티캐스팅 채널과 다중 접속 채널 시스템을 정보 이론적인 관점에서 분석해 본다. 4장에서는 무선 인지 시스템에서 다중 접속 일차 사용자들의 아웃티지 성능을 보호하면서 이차 사용자의 아웃티지 확률을 최소화하는 자원 할당 문제에 중점을 둔다. 이차 사용자가 일차 사용자의 신호를 릴레이 해줌으로 전송 기회를 얻을 수 있는 모델이다. 특히 이차 사용자가 어느 일차 사용자를 도와주는 것이 더 이득을 얻을 수 있을지 아웃티지 확률 관점에서 분석한다. 5장에서는 Shannon의 채널 용량 기반으로 한 데이터율 관점으로 다중 접속 채널과 멀티캐스팅 채널의 자원 할당을 위한 성능 분석에 대해 연구한다. 중첩 코딩 기술을 사용해 두 개의 서로 다른 데이터를 전송하며, 최적의 파워 할당과 전송 시간을 모델링한다. 위와 같은 다양한 무선 인지 시스템에서의 연구 결과들을 통하여, 본 논문은 무선 인지 기술이 차세대 소형 셀 망에서 유연한 스펙트럼 운용뿐만 아니라 망의 채널 용량도 증가시킬 수 있는 전도유망한 기술이 되기를 기대해 본다.