[인지 기반 D2D 융합시스템 기술1] 인지기반 무선네트워크
[인지 기반 D2D 융합시스템 기술2] 위치기반 D2D 시스템

스마트폰을 비롯한 각종 통신기기가 급증하면서 무선 주파수 자원 고갈 문제가 심화되고 있다.
이에 따라 이 같은 문제를 해결하기 위한 기술로 유휴주파수를 활용하는 인지 기반 융합 무선기술이 관심을 받고 있다. 이번 글에서는 인지 기반 D2D 융합시스템 기술에 대해 알아본다.

ICT 융복합 기술개발이 활성화되면서 무선 주파수 자원의 고갈 문제가 심각하게 대두되고 있다.
특히 방송·통신 융합시스템으로 인한 데이터 트래픽의 폭발적인 증가와 더불어 주파수 고갈과 비효율적인 주파수 사용 문제가 부각되고 있다. 

이를 해결하기 위해 유휴 주파수를 합리적으로 활용할 수 있는 인지(intelligence) 기반 융합 무선기술[1]이 주목받고 있다.

인지 기반 융합 무선 네트워크 환경은 다양한 단말기를 통해 자신의 위치정보를 기반으로 D2D(Device to Device) 그룹을 형성하여 보다 증가된 시스템 용량과 간섭(interference) 신호의 발생을 적절하게 제어하는 데 기여하고 있다.
특히 D2D 시스템은 디바이스 간 거리가 전체 시스템의 성능을 결정할 수도 있다.

따라서 적정한 거리를 유지하여 고속의 정보전송과 아울러 시스템에서 사용하는 공통대역의 간섭신호 발생을 적절하게 통제함으로써 전체 시스템의 성능을 유지할 수 있을 것이다. 

이를 위해 D2D 시스템 설계 시 다음과 같은 점을 고려할 필요가 있다. 이를 통해 D2D 네트워크 내 각 디바이스 간에 발생할 수 있는 간섭신호를 최소화할 수 있을 것이다.

•‌사용자의 이동상황에 따라(즉, 사용자 단말기(device)의 상대적인 위치에 따라) 신속하게 D2D 그룹을 형성할 수 있도록 사용자의 이동성 패턴 추적기술이 필요하다.
•‌적절한 D2D 그룹 구성을 위한 조건을 만족하면 새로운 그룹을 구성하여 그룹 내에서 D2D 통신이 가능하도록 권한을 부여할 수 있는 Ad-Hoc 시스템 기술이 필요하다.
•‌D2D 네트워크는 개별 사용자의 위치정보를 관리하고 해당 단말기로 하여금 지역에 특정적인 D2D그룹을 구성하여 그룹 내 디바이스 간 통신시 다른 디바이스의 간섭 영향을 최소화할 수 있는 기술이 필요하다.
•‌다중 안테나(multi-antenna)를 이용한 빔 포밍(beam forming) 및 공간 다중화(spatial multiplexing) 기술을 적용하여 전력효율을 향상시키고 시스템 용량을 증대시킬 수 있는 기술이 필요하다.

 

인지 기반 무선 네트워크의 특징

1. 인지 기반 무선 시스템의 개념
인지 기반 융합 무선기술의 개념은 Mitola에 의해 1991년에 SDR(Software Defined Radio) 개념으로부터 시작되어 1998년에 이르러 오늘날의 인지 무선 개념이 정립되었다. 이들 두 가지에 대한 이론적인 개념을 간단히 요약하면 다음과 같다.

•‌SDR : 다양한 종류의 무선 디바이스와 프로토콜을 지원하고 디지털 신호처리(DSP: Digital Signal Processor) 기술이나 범용 마이크로프로세서 상에서 동작되는 소프트웨어를 통해 제공되는 다양한 무선주파수(RF: Radio Frequency) 대역을 지원한다.
•‌인지 기반 무선기술: 통신환경을 인지하고 적응적으로 무선링크를 재구성할 수 있는 인지능력을 가진 지능형 무선기술로서 SDR의 소프트웨어 무선 플랫폼 상에서 구현될 수 있다[2]

일반적인 무선 네트워킹 기술과 비교하여 인지 기반 무선기술은 인공지능 기능과 동적인 스펙트럼 접근(Dynamic spectrum access) 응용과 같은 특별한 특징을 갖는다.
인지 기반 무선 시스템의 특징을 그림 1에 나타낸다.

그림 1. 인지 기반 무선 시스템의 특징

2. 인지 기반 무선기술 표준화동향
인지 기반 융합 무선기술을 위한 표준화는 IEEE 802.22와 ECMA-International의 개인휴대기기 표준이 국제표준화를 주도하고 있다. 

이들은 하부구조를 기반으로 하는 네트워크(Infra-Structure Based)와 하부구조가 필요 없는 네트워크(Infra-structureless Structure)로 구분할 수 있다. 

IEEE 802.22 표준은 고정형기기를 이용하여 도시 외각 지역에서의 서비스를 지향하고 있으며, ECMA-International 산업표준은 고정형기기와 개인휴대기기의 혼합형 네트워크를 통해 홈 네트워크(home network) 서비스를 지향하고 있다.
이들 특징을 간단히 요약하면 다음과 같다.

•‌2008년 4월 IEEE 802.22에서는 광대역 무선 인터넷 서비스에 인지 무선 기술을 적용하여 54~862MHz 사이의 TV주파수 대역에서 WRAN 서비스를 제공할 수 있는 표준을 발표하였다. 이를 통해 하부구조 기반의 네트워크 서비스를 지향하고 있다.
•‌2009년 12월 ECMA-International에서는 개인/휴대기기를 위한 인지 무선 표준을 발표하였다. 이를 통해 하부구조가 필요 없는 네트워크의 결합형인 혼합형 서비스를 지향하고 있다.
•‌2009년 2월 FCC는 간섭현상을 방지하기 위한 기술조건, 기존 서비스 이용자를 간섭으로부터 보호하기위한 규제사항, 유휴주파수의 데이터베이스에 대한 규정 등을 포함한 TV 유휴주파수기기 관련 기술규정을 제정한바 있다.[3]

박세환 박사 한국과학기술정보연구원 ReSEAT프로그램 전문연구위원

정리 : 김혜숙 기자 (atided@hellot.net)