RF 충전 후방산란 CR 네트워크에서 2차 시스템의 전송 성능 향상 방안 (An Approach to Improve Achievable Secondary Throughput for RF-powered Backscatter Cognitive Radio Networks)

서지정보

· 발행기관 : 한국통신학회
· 수록지 정보 : 한국통신학회논문지 / 44권 / 9호 / 1702 ~ 1712페이지
· 저자명 : 오선애, 김진영, 김동인, 신요안

초록

본 논문에서는 RF 충전 인지 라디오 (Cognitive Radio; CR) 네트워크에서 2차 송신단말 (Secondary Transmitter; ST)의 전송 성능을 개선하기 위해 주변에 존재하는 RF 신호를 반사하여 정보를 전송하는 주변 후방산란 통신 (Ambient Backscatter Communications; AmBC) 기술의 활용방안을 고려하였다. ST는 에너지 수집과마찬가지로 점유된 1차 (Primary) 채널에 접근하여 주변 후방산란을 수행하며, 수신 신호를 흡수해야 하는 에너지수집과 달리 안테나에서 수신한 에너지를 반사하는 방식으로 데이터 비트를 전달한다. 따라서 효율적으로 에너지를 충전하기 위해 본 논문에서는 점유된 채널을 검출하였을 때 ST가 확률 기반으로 에너지 수집과 주변 후방산란중에서 한 개의 모드를 선택하여 수행하는 방안을 고려한다. 추가적인 에너지 공급원을 고려하지 않기 때문에 1차채널이 비어 있으면 ST는 수집한 에너지를 사용하여 데이터를 전송하게 된다. 이와 같이 동작하는 ST가 달성 가능한 전송 성능과 후방산란 성능을 도출하기 위해 각 동작 모드를 지원하는 에너지 상태가 발생할 확률이 필요하게 되며, 본 논문에서는 레벨독립 유사출생사멸 (Quasi-Birth-and-Death; QBD) 과정에 기반하여 에너지의 상태 변화를 제공할 수 있는 모델을 구축하였으며, 간략하여 에너지 축적 모델이라고 명명하였다. 또한 2차 시스템의 성능을 한층 더 향상시키기 위해 ST가 보유한 에너지의 레벨을 고려하여 모드 선택 확률을 유연하게 제어하는 방안을 제안하였으며, 레벨종속 QBD 기반 에너지 축적 모델을 구축하여 에너지 상태의 정상확률을 도출하였다.
Monte-Carlo 모의실험을 통해 에너지 축적 모델로부터 산출한 에너지 상태의 정상확률을 검증 및 분석하였으며, 레벨독립 방안과 레벨종속 방안을 통해 ST가 달성 가능한 성능을 비교 및 분석하였다.

영어초록

To improve the achievable throughput, we consider the application of the ambient backscatter communications with which the secondary transmitter (ST) can transmit information using a negligible amount of energy. In RF-powered backscatter cognitive radio networks, the ST can charge energy by absorbing the primary signal and can also convey data bits by reflecting the energy received at the antenna. In this paper, to support efficient energy replenishment, we assume the operation mode, i.e., energy harvesting or ambient backscattering, is stochastically selected by the controller when the primary channel is detected as busy. Without additional energy supply, the ST transmits data using the harvested energy when the primary channel becomes idle. Therefore, the residual energy at the battery will change with an operation mode, and we derive the transmission and backscatter throughputs considering the available energy. Then, we develop a level-independent quasi-birth-and-death (QBD) process based energy accumulation model to derive the stationary probabilities of energy states. To achieve further improvements on the secondary throughput, we propose an energy level-dependent scheme so that the ST can flexibly control the selection probability at each energy state, and build a level-dependent QBD based energy accumulation model. Finally, Monte-Carlo simulation is performed to validate the stationary probabilities of energy states and to compare the achievable secondary throughputs between level-independent and level-dependent schemes.

참고자료

· 없음