RF 충전 후방산란 인지 라디오 네트워크를 위한 QBD 기반 에너지 모델

Abstract

본 논문에서는 RF 충전 인지 라디오 (Cognitive Radio; CR) 네트워크에서 2차 송신단말 (Secondary Transmitter; ST)의 성능을 개선하기 위해 주변 Primary 신호를 반사하여 정보를 전송하는 주변 후방산란 통신(Ambient Backscatter Communications; AmBC) 기술의 활용방안을 고려하였다. 주변 후방산란은 에너지 수집과 마찬가지로 주사용자 (Primary User; PU)가 사용하는 채널에 접근하여 안테나에서 수신한 에너지를 반사하는 방식으로 정보를 전달한다. Primary 신호를 흡수하여 에너지를 효율적으로 수집하는 동시에 후방산란을 활용하여 데이터 전송 성능을 개선하기 위해, 본 논문에서 ST는 PU가 사용하고 있는 채널에 접근하여 에너지 수집과 후방산란을 순차적으로 수행한다. 추가적인 에너지 공급원을 고려하지 않았기 때문에 ST는 충분한 양의 에너지를 수집 하여야만 채널이 비어 있는 동안에 데이터 전송이 가능하게 된다. 따라서 ST가 보유한 에너지는 이와 같은 동작모드에 따라 변하며, 본 논문에서는 에너지 상태 변화를 제공할 수 있는 유사출생사멸 (Quasi-Birth-and-Death; QBD) 과정 기반 에너지 모델을 구축하였다. 에너지 모델로부터 에너지 수집만 가능한 에너지 고갈 상태와 데이터 전송이 불가한 에너지 부족 상태가 발생할 정상확률을 각각 도출하였다. 이를 기반으로 ST의 후방산란 성능과 전송 성능을 도출하였으며, Monte-Carlo 모의실험을 통해 검증 및 분석하였다.