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인지 무선, 認知無線, Cognitive Radio, CR

무선통신 장치가 스스로 주변의 전파 환경을 인지하고, 전파 정책에 맞는 주파수를 선정하여 주파수 이용 계획을 수립하고, 가장 적합한 주파수와 전송 파라미터를 결정하여 통신하는 무선 기술.

인지 무선(CR: Cognitive Radio)은 1999년에 조셉 미톨라 3세(Joseph Mitola III)가 재구성 가능한(reconfigurable) 소프트웨어 정의 무선(SDR: Software Defined Radio) 기술을 기반으로 주파수 이용률을 높이자는 목적으로 제안한 기술이다.

이동통신 대역의 주파수 점유율(이용률)은 매우 높으나 대부분 무선통신 시스템의 주파수 점유율은 매우 낮다. 통상 상업용 주파수에서 무선통신 시스템의 평균 주파수 점유율이 15 % 이하이고, 국방 등 공공 주파수는 이보다 더욱 낮다. 특히 지역적으로 사용되지 않고 비어 있는 TV 유휴 채널(TVWS: TV White Space)이 많다.
인지 무선(CR)은 사용되지 않고 있는 채널을 무선통신 장치가 스스로 찾아서 주파수 이용률을 높이는 무선 기술이다. 이를 위해서는 비어 있는 주파수 채널을 찾는 스펙트럼 센싱(sensing) 기능 또는 지오로케이션(geolocation) DB를 사용한 주파수 관리 기능이 필요하다. 비어 있는 주파수 채널을 찾아내면 정부의 스펙트럼 정책에 맞는지 확인하고, 주파수 이용 계획을 자체 수립한 다음에 가장 적합한 주파수 채널을 선정하여 기술기준에 맞는 규격으로 통신을 한다. 통신을 하는 중에도 주기적으로 면허를 받은 사용자(면허권자)가 해당 채널을 사용하는지를 확인한다. 만일 면허권자가 나타나면 정해진 시간 내에 인지하고, 그 채널을 비워주어야 한다. Joseph Mitola III는 인지 무선(CR)에 무선통신 장치가 스스로 학습하여 주파수를 더욱 효율적으로 이용하는 개념도 포함하였다.
인지 무선(CR) 기술을 TV 유휴 채널(TVWS: TV White Space)에 적용한 표준으로 IEEE 802.22 표준과 IEEE 802.11af 무선랜 표준이 있다.
- IEEE 802.22 표준: 도심 외곽 지역에서 TVWS 대역을 활용하여 무선 인터넷 접속을 가능하게 하는 표준. 이 표준으로 구축한 망이 무선 지역 통신망(WRAN: Wireless Regional Area Network)이다. 서비스 반경이 33~100km로 넓어 광역 무선통신망이라고도 한다.
- IEEE 802.11af 무선랜 표준: 와이파이(Wi-Fi)를 TVWS 대역에 적용하기 위한 표준. 서비스 커버리지(coverage)가 2.4 또는 5 GHz 대역을 사용하는 와이파이(Wi-Fi)보다 넓어서 다양한 응용 서비스를 창출할 수 있다.

미국은 인지 무선(CR) 기술을 활용한 주파수 접속 시스템(SAS: Spectrum Access System)으로 민간 광대역 무선서비스(CBRS: Citizens Broadband Radio Service)를 3.5 GHz 대역에 제공한다. 또 6 GHz 대역에서는 자동 주파수 조정(AFC: Automatic Frequency Coordination) 기술을 도입하였다.
한편 ITU에서는 인지 무선 시스템(CRS: Cognitive Radio System)을 “전파환경 및 전파정책에 대한 정보를 스스로 수집하고, 사전에 확보한 지식을 토대로 시스템의 동작 파라미터나 프로토콜을 조정하여 통신하는 시스템이다”라고 정의하였다.

* 관련 표준
- IEEE Standard for Information Technology - Telecommunications and information exchange between systems - Specific requirements - Wireless Regional Area Networks (WRAN)-Part 22: Cognitive Wireless RAN Medium Access Control (MAC) and Physical Layer (PHY) Specifications: Policies and Procedures for Operation in the TV Bands
- IEEE 802.11af-2013 - IEEE Standard for Information technology - Telecommunications and information exchange between systems - Local and metropolitan area networks - Specific requirements - Part 11: Wireless LAN Medium Access Control (MAC) and Physical Layer (PHY) Specifications Amendment 5: Television White Spaces (TVWS) Operation
- ITU-R SM.2152 Definitions of Software Defined Radio(SDR) and Cognitive Radio System(CRS)