주기정상적 신호를 위한 압축성감지 기술의 위성통신 링크상 인지무선 기법에의 적용

국문 초록 (Abstract)

본 연구에서는 위성통신 링크의 주파수 효율을 극대화하기 위한 인지무선 통신 시스템을 설계하고자 한다. 이러한 연구 목표를 달성하기 위해 인지 무선, 압축성 감지, 그리고 주기정상적 신호 처리 기법을 확장하여 융합하는 것을 연구의 주제로 삼는다.
기존의 실용적인 무선 인지 기법에 관한 연구는 단일 밴드 내에서의 신호의 존재유무만 판단하는 지상파 이동 통신용 연구가 주류이며 해당 주파수 이용 방식에 따라 오버레이, 언더레이, 인터위빙 세 종류로 나뉜다. 주로 연구되는 인터위빙 방식에서는 스펙트럼 센싱 기법을 이용하여 우선 사용자가 해당 주파수 대역을 사용하고 있는지 여부를 판단하고, 사용되고 있지 않다고 판단 될 때 주파수 대역을 2차 사용자에게 할당하게 된다.
이와 달리 본 연구에서는 여러 밴드 내에서 신호의 존재 유무에 대해 경성 결정이 아닌 신뢰도라는 연성 출력을 만든다. 이 신뢰도를 이용하여 여러 밴드에 걸쳐 오버레이, 언더레이, 인터위빙을 적응적으로 하게 되며 이는 기존의 단일한 밴드에서 분리된 세 가지 인지 무선 기법의 접근법을 융합한다는 점에서 차별성을 갖는다.
또한 기존의 광대역에서의 스펙트럼 감지 기법은 광대역을 여러 개의 협대역으로 나누는 방법으로 연구가 진행되어 왔는데, 한 밴드용으로 개발된 인지 무선 기법을 여러 주파수 밴드가 있는 문제로 직접 확장하면 복잡도가 매우 높은 시스템이 얻어진다. 본 연구에서는 이의 해결을 위해 압축성 감지 기법을 도입하여 낮은 복잡도를 갖는 시스템을 만든다.
현재까지 알려진 대부분의 압축성 감지 기법들은 이산시간 신호모델을 다루고 있으나 광대역 스펙트럼 감지를 위해서는 아날로그 압축성 감지가 필요하다. 이러한 연속시간 신호모델에서의 압축성 감지에 관한 연구는 현재까지 Eldar의 아날로그 압축성 감지에 대한 연구결과가 거의 유일하다. Eldar가 제안한 아날로그 압축성 감지 기법은 광대역의 관측 주파수 대역에서 특정 주파수대역 내에 기존 사용자의 신호가 존재 하는지의 유무를 경성 결정으로 판단한다. 앞서 설명하였듯 이를 인지 무선 기법에 적용할 경우 인터위빙 용도로만 사용할 수 있어, 상황에 따라 오버레이와 언더레이를 수행하는 적응적 인지 무선 용도로는 사용이 불가능하다. 또 다른 문제점은 디지털 변조된 위성 신호가 갖는 높은 수준의 주파수 대역 상관성인 주기정상성을 이용하지 않는다는 것이다. 때문에 Eldar의 기법으로는 이 주파수 대역 구조를 이용하여 감지 성능을 높일 수 있는 여지가 없다.
이와 달리 본 연구에서는 여러 밴드 내에서 신호의 존재 유무에 대해 경성 결정이 아닌 연성 결정을 내리며, 또한 디지털 변조 신호의 주기정상성을 이용하여 감지 성능의 향상을 꾀한다는 점에서 큰 차이점을 갖는다. 가장 차별되는 차이점은 일견 성김성이 낮아 보이는 광대역의 위성 통신 신호들을 디지털 변조 신호의 주기정상성을 이용하는 적절한 변환을 통하여 숨겨진 화이트 스페이스들가 드러나게 함으로써 성김성이 높은 신호로 바꾸어 기존의 압축성 감지 기법의 적용을 가능하게 한다는 점이다.
주기정상적 신호처리에 관한 연구는 주기정상성 특성 검출 기법과 주기적 위너 필터링 기법 등의 기술로 발전해 왔으며 이 결과들이 이미 널리 알려져 있다. 최근에는 이것이 정보이론 분야에도 적용되어 주기적 워터 필링 기술이 개발되기에 이르렀다. 주기적 워터 필링은 디지털 변조된 신호가 주기정상성을 띤다는 점에 착안하여 적절한 변형 후 숨겨진 화이트 스페이스를 드러나게 하여 이 주파수 영역에 인지 무선 시스템을 오버레이하는 획기적인 아이디어이다. 그러나 기존의 주기정상적 신호의 검출, 추정, 주기적 워터 필링 기법들은 주로 단일 밴드 내에서 하나 또는 소수의 주기정상적 신호가 존재할 때 이를 수신하여 처리하는 기법이었다.
기존의 연구와 달리 본 연구에서는 먼저 신호의 검출과 관련하여서 소프트출력을 이용한 신호 존재 유무검출 방법을 개발하여 그 출력이 신뢰도라는 소프트출력 형태로 나타나도록 한다. 또한 기존의 주기적 워터 필링이 주기정상적 신호가 주파수 대역에 존재할 경우 화이트 스페이스상에 오버레이하는 기법이라면 본 연구에서는 소프트 출력에 바탕하여 오버레이, 언더레이, 인터위빙을 적응적으로 수행한다는 차이점이 있다.
특히 기존의 주기적 워터 필링이, 존재하는 간섭 신호의 주파수 영역 상관도를 이미 정확하게 안다는 가정에서 출발한 반면 본 연구에서는 광대역에서 신호의 존재 여부와 함께 주기정상성을 검출하는데 있어 압축성 감지 기법을 이용한다는 차별성이 있다.