[논문 리뷰] Coexistence between Communication and Radar Systems - A Survey

Mina Labib, Vuk Marojevic외 3명|arXiv (Cornell University)|2017. 09. 25.

Radar Systems and Signal Processing참고 문헌 16인용 수 3

한 줄 요약

이 종합적 서베이는 레이더와 무선 통신 시스템 간의 공존을 가능하게 하는 스펙트럼 공유 기술에 대한 포괄적인 분석을 제시하며, 인지 무선, 웨이브폼 설계, 공동 최적화 방법에 중점을 둔다. 간섭 관리와 적응형 자원 할당을 통해 공존이 가능함을 입증하며, MIMO 레이더 및 OFDM 기반 시스템 분야에서 레이더 성능을 유지하면서 스펙트럼 효율성을 향상시킨 주요 성과가 있다.

ABSTRACT

Data traffic demand in cellular networks has been tremendously growing and has led to creating congested RF environment. Accordingly, innovative approaches for spectrum sharing have been proposed and implemented to accommodate several systems within the same frequency band. Spectrum sharing between radar and communication systems is one of the important research and development areas. In this paper, we present the fundamental spectrum sharing concepts and technologies, then we provide an updated and comprehensive survey of spectrum sharing techniques that have been developed to enable some of the wireless communication systems to coexist in the same band as radar systems.

연구 동기 및 목표

• 셀룰러 네트워크의 데이터 트래픽 증가로 인한 증가하는 RF 스펙트럼 혼잡 문제를 해결하기 위해.
• 스펙트럼 효율성을 향상시키기 위해 레이더 및 통신 시스템 간의 스펙트럼 공유를 조사하기 위해.
• 공존을 위한 고급 기술인 인지 무선, 웨이브폼 설계, 공동 최적화 기법을 조사하고 분석하기 위해.
• 레이더 시스템 성능을 떨어뜨리지 않고도 공존이 가능한지 평가하기 위해.
• 공유 대역(예: CBRS 및 U-NII)에서의 현재 규정 및 레이더 시스템에 대한 종합적 개요 제공하기 위해.

제안 방법

• 공유 대역(예: CBRS, U-NII)의 레이더 시스템을 분류하고 그 규제 프레임워크를 분석하기 위해.
• 인지 무선, 스펙트럼 감지, 동적 액세스 프로토콜을 포함한 스펙트럼 공유 기술을 조사하기 위해.
• MIMO 레이더-통신 시스템에서 제로포싱 예측기법과 노른스페이스 프로젝션을 통해 간섭을 완화하기 위해.
• 간섭을 최소화하기 위해 SNR 기반 워터필링 및 상호정보량 기준을 사용한 웨이브폼 설계 전략을 제안하기 위해.
• 다중목표 최적화 및 OFDM 서브캐리어 할당을 이용한 레이더 및 통신 시스템의 공동 최적화를 구현하기 위해.
• MIMO 환경에서 공채널 간섭을 최소화하기 위해 협업형 전송 및 수신 beamforming을 도입하기 위해.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 레이더 및 통신 시스템이 유해 간섭을 일으키지 않도록 동일한 주파수 대역에서 어떻게 공존할 수 있는가?
• RQ2 기존 레이더 시스템과 현대 통신 네트워크 간의 스펙트럼 공유를 가능하게 하는 데 있어 핵심 기술적 과제는 무엇인가?
• RQ3 인지 무선 및 동적 스펙트럼 액세스는 공유 대역에서 스펙트럼 효율성을 얼마나 향상시킬 수 있는가?
• RQ4 MIMO 레이더 및 다중 사용자 통신 시스템을 어떻게 공동으로 최적화하여 간섭을 완화할 수 있는가?
• RQ5 웨이브폼 설계 및 beamforming은 레이더 탐지 성능을 유지하면서 공존을 가능하게 하는 데 어떤 역할을 하는가?

주요 결과

• 레이더 및 통신 시스템 간의 스펙트럼 공유가 가능하며, 특히 통신 시스템이 간섭을 피하도록 적응된 경우 더욱 그렇다.
• 제로포싱 예측기법과 노른스페이스 프로젝션 기법은 정확한 채널 상태 정보가 확보된 경우 통신 수신기에서의 간섭을 효과적으로 억제한다.
• SNR 워터필링 및 상호정보량 기준을 기반으로 한 웨이브폼 설계는 레이더 성능을 유지하면서도 공존하는 통신 시스템에 대한 간섭을 감소시킨다.
• OFDM 기반 공동 설계를 통해 서브캐리어 할당을 동시에 최적화함으로써 레이더 탐지 성능과 통신 대역폭을 극대화할 수 있다.
• MIMO 시스템에서 전송 및 수신 beam의 공동 최적화는 공채널 간섭을 크게 감소시키고 신호-간섭-plus노이즈비(SINR)를 향상시킨다.
• 대역폭을 동적으로 조정하는 다중모드 레이더 시스템은 레이더 활동이 적은 기간 동안 통신을 위해 대역폭을 확보함으로써 효율적인 스펙트럼 공유를 가능하게 한다.