In this paper, the loss of energy detection compared with optimal sensing caused by neglecting signal correlation due to multipath fading is considered. The loss factor or relative performance of energy detection compared with optimal sensing is analyzed using Pitman's asymptotic relative efficiency (ARE) which is defined as the ratio of the required number of samples of one detector to that of the other to yield the same detection performance in large sample scheme. Under the assumption of L-tap finite impulse response (FIR) channel with zero-mean independent and identically distributed (i.i.d.) tap coefficients, it is shown that the loss factor of the energy detection relative to optimal sensing is no larger than 1/2 in large delay spread case (i.e., strong correlation); under the same signal power condition the required number of samples for energy detection neglecting the signal correlation is no more than twice of that required for optimal sensing exploiting the signal correlation fully.
최근 다양한 무선 통신 기술과 장비의 등장으로 인하여 무선 통신에 대한 수요가 급격히 증가하고 있다. 이는 곧 한정되어 있는 주파수 자원에 대한 부족을 초래하여 이를 보다 효율적으로 사용하고자 하는 요구들이 증가하고 있다. 이러한 방법 중 가장 활발히 연구되고 있는 것 중 하나는 인지 통신에 대한 것으로, 차 순위 사용자는 특정 시간이나 공간상에서 사용되지 않는 주파수 자원을 스스로 탐지하여 우선 순위 사용자에게 피해를 주지 않는 범위에서 적절히 자신들끼리 통신을 수행하여 주파수 효율성을 높이는 것이다. 이와 같은 환경에서 차 순위 사용자는 우선 순위 사용자의 채널 사용 여부를 확인하기 위해서 채널을 센싱하고 그 결과에 따라 자신의 사용 여부를 결정한다. 특히 인지 통신 환경에서 차 순위 사용자는 우선 순위 사용자의 신호특성을 모르는 경우가 많기 때문에 이러한 환경에 적합한 에너지 검파기가 주로 사용된다. 하지만 센싱 과정에서의 에러는 차순위 사용자가 주 사용자가 사용하는 채널을 사용한다거나 주 사용자가 사용하지 않는 채널을 사용한다고 판단하여 차 순위 사용자의 데이터 전송을 하지 않는 등의 문제를 발생시킨다. 따라서 차 순위 사용자의 스펙트럼 센서 성능은 우선 순위 사용자와 차 순위 사용자의 스루풋에 많은 영향을 미치게 되므로 주어진 시스템 환경에서 스펙트럼 센서의 성능을 높이는 것은 매우 중요한 문제이다. 본 논문에서는 이와 같은 인지 통신 환경에서 센싱 성능을 높이기 위한 차 순위 사용자의 스펙트럼 센싱 방식을 제안하고자 한다. 제안된 기술은 기존의 에너지 검파 기술과 동일한 환경에서 더 우수한 센싱 성능을 보이므로 인지 통신 표준 규격인 802.22 시스템 등 기존 에너지 검파 방식을 사용하는 모든 인지 통신 시스템에 적용 가능하다.
인지 통신 환경에서 센싱하고자 하는 신호의 상관관계를 이용하여 스펙트럼 센싱 성능을 높이는 방법에 관한 것으로 주 사용자의 신호를 센싱하는 센서의 성능에 따라 전체 시스템의 스루풋이 큰 영향을 받는 인지 통신의 성능을 향상시킬 수 있는 장점이 있다. 특히 인지 통신 시스템의 프레임 중 센싱 구간이 고정되어 있는 경우, 제안한 방식을 사용하면 기존에 사용되던 일반적인 에너지 검파기에 비해 false alarm 확률이나 miss detection 확률을 줄일 수 있어 주 사용자에게 간섭을 덜 미칠 뿐 아니라 시스템 스루풋도 향상 시킬 수 있다. 또한 인지 통신 시스템의 프레임 중 센싱 구간을 가변적으로 조절할 수 있는 경우, 제안한 검파기를 사용하면 일반적인 에너지 검파기보다 저은 수의 센싱 샘플을 가지고도 같은 성능을 보일 수 있으므로 차 순위 사용자의 데이터 전송구간이 늘어나 스루풋을 향상 시킬 수 있다는 장점이 있다.
