무선 센서 네트워크는 관심 지역에 많은 에너지 자율적인 마이크로 센서들로 분포되어 구성된다. 각각의 노드들은 에너지 공급에 제한을 가지며 싱크 노드와 통신하는데 필요한 정보들을 발생 시킨다. 이러한 네트워크에서의 기본 동작은 기지국(base station)으로 데이터를 취합하고 전송하는 것이다. 무선 센서 네트워크의 응용분야 중에서 환경 감시를 위한 센서 노드의 유선 설비는 기반 시설이 수반 되어야 하므로 설치가 어렵고 번거로우며 많은 비용이 들기에 설치 측면과 비용 측면에서 장점이 있는 무선 센서 네트워크의 도입이 요구된다. 본 논문에서는 이러한 무선 센서 네트워크를 이용하여 환경 모니터링 시스템을 구현해 보았으며, 네트워크 구성에 사용된 센서 노드는 저비용, 저전력에 근거해 자체 제작한 로온도, 습도, 조도의 데이터를 수집할 수 있도록 설계 하였으며, 베이스 노드와 호스트간은 시리얼 통신 및 USB 통신을 통하여 데이터를 전송할 수 있도록 하였다.
본 논문에서는 기존의 기지국과 W-CDMA 시스템을 상호 연동하기 위한 SDR(Software Defined Radio) 기반의 멀티 밴드 디지털 IF 모듈 구현에 대해 소개한다. 하드웨어 플랫폼상에 테스트 및 시험 검증하기 위해서 크게 광대역 ADC, DAC, FPGA로 구성하였으며, FPGA 내에 디지털 필터 및 NCO 등의 응용 소프트웨어는 VHDL로 코딩하였다. 디지털 필터는 FPGA의 허용 자원을 고려하여 인터폴레이션 및 데시메이션을 위한 폴리페이즈 필터 뱅크로 구현하였다. 또한 송신단에서는 이미지 성분을 제거하기 위해 2단의 DCQM(Digital Complex Quadrature Modulation)을 적용하였으며, 이때 적용되는 NCO(Numerically Controlled Oscillator)는 1/4주기의 LUT를 사용하여 설계하였다. 수신단에서는 IF 단에 SAW 필터를 사용하지 않기 때문에 W-CDMA의 블록커 규약에 준하면서 근접 채널을 제거하기 위한 고출력의 감쇄 특성을 갖는 필터를 설계하였다. 본 논문에서는 컴퓨터 시뮬레이션 결과와 스펙트럼 분석기를 통해 측정된 결과를 비교 분석하였으며 이에 대한 디지털 IF 모듈의 성능을 검증하였다.
본 논문에서는 기존의 기지국과 W-CDMA 시스템을 상호 연동하기 위한 SDR(Software Defined Radio) 기반의 멀티 밴드 디지털 IF 모듈 구현에 대해 소개한다. 하드웨어 플랫폼상에 테스트 및 시험 검증하기 위해서 크게 광대역 ADC, DAC, FPGA로 구성하였으며, FPGA 내에 디지털 필터 및 NCO등의 응용 소프트웨어는 VHDL로 코딩하였다. 디지털 필터는 FPGA의 허용 자원을 고려하여 인터폴레이션 및 데시메이션을 위한 폴리페이즈 필터 뱅크로 구현하였다. 또한 송신단에서는 이미지 성분을 제거하기 위해 2단의 DCQM(Digital Complex Quadrature Modulation)을 적용하였으며, 이때 적용되는 NCO (Numerically Controlled Oscillator)는 1/4주기의 LUT를 사용하여 설계하였다. 수신단에서는 IF 단에 SAW필터를 사용하지 않기 때문에 W-CDMA의 블록커 규약에 준하면서 근접 채널을 제거하기 위한 고출력의 감쇄 특성을 갖는 필터를 설계하였다. 본 논문에서는 컴퓨터 시뮬레이션 결과와 스펙트럼 분석기를 통해 측정된 결과를 비교 분석하였으며 이에 대한 디지털 IF 모듈의 성능을 검증하였다.
본 논문에서는 셀룰라 CDMA 이동통신 시스팀에서 다중 경로의 페이딩 채널을 보상하기위한 레이크 수신기를 설계한다. 다중 경로 페이딩 환경에서의 임펄스 응답을 측정하기 위해 기지국에서 파일롯 채널을 통해 전송되는 short PN 부호의 부분상관함수 특성을 이용하였다. 약 10 s의 다중 경로 퍼짐을 보상하기위해 12개의 역확산 경로를 사용하였으며 보상 방법에 대한 앨고리듬을 제시하였다. 디지틀 변환되어 입력되는 수신신호를 처리하기위해 전 디지틀화된 회로를 제시하고 컴퓨터 시뮬레이션 및 타이밍 시뮬레이션에 의해 회로의 타당성을 검증한다.
순방향 빔형성은 무선 인터넷, VOD(Video-On-Demand), 멀티미디어 서비스 등이 요구되는 최근의 이동통신시스템에서 아주 중요하다. 본 논문은 스마트 안테나 시스템의 순방향 빔형성 구현에 있어서 간과되어서는 안될 필수 고려사항들을 언급하고 이의 성능을 분석한다. 본 논문에서 고려된 사항으로는 캘리브레이션 방법 및 절차, 보조 파일럿 채널의 개념과 그에 따른 단말기 수신 성능, 기지국 HPA전력 할당, 순방향/역방향 처리율 비교 등으로 이는 순방향 빔형성 구현에 있어서 반드시 알고 설계해야 하는 항목이다.
최근 높은 성능을 갖춘 스마트 모바일 기기가 널리 보급되고 활발하게 사용되면서 다양한 지능적인 서비스에 대한 요구도 증대되고 있으며 그 가능성도 높아지고 있다. 하지만 이동 통신망의 통신 트래픽 과부하 문제는 해결해야 하는 문제점들 중 하나이다. 단말 간 직접 통신(D2D)은 기지국과 같은 기반 시설과의 트래픽을 분산시킬 수 있는 기술로 주목받고 있다. 본 논문에서는 스마트 에이전트 시스템을 통한 D2D 기반의 협력 프로토콜을 위해 에이전트의 기능을 효율적으로 기술할 수 있는 서비스 온톨로지를 설계한다. 제안한 서비스 온톨로지는 요구되는 서비스를 실시간의 상황에 따라 적합한 모바일 기기에 바인딩할 수 있는 근거가 됨으로써 기기 간의 효율적인 협력을 가능케 한다.
RF 중계기의 증폭율은 궤환되어 재수신되는 중계기의 출력 신호에 의해 제한된다. 따라서 궤환되어 재수신되는 간섭 신호를 제거하기 위한 간섭제거용 중계기가 개발되었다. 간섭제거 중계기는 중계기의 출력 신호를 기준신호로 이용하여 증폭 후 재수신되는 궤환 신호의 진폭 및 위상을 추정하여 제거한다. 하지만 간섭신호의 추정 및 제거 알고리즘의 연산량이 매우 많아 고속의 신호처리를 위한 하드웨어의 비용이 증가한다. 더욱이 간섭제거 중계기는 기지국으로부터 수신되는 다중 경로 신호에 의한 중계기 신호의 SINR 저하와 복수개의 기지국에 의한 파일롯 오염 문제를 해결할 수 없다. 따라서 본 연구에서는 스위칭 빔 구조의 스마트 안테나를 구현함으로써 앞에 언급한 문제를 해결하였다. 즉, 본 연구에서는 RF단의 추가 없이 중계기용 스마트 안테나 시스템을 구현하였으며, 저가의 마이크로 프로세서를 이용하여 기지국 방향을 추정하면서도 궤환되어 재수신되는 간섭 신호를 제거함으로써, 스마트 안테나의 적용에 의한 중계기 가격과 크기의 증가를 최소화 하였다. 우리는 제안된 시스템의 성능 검증을 위하여 중계기의 출력 SINR에 대한 증폭율과 중계기의 입력 SINR 대비 간섭 제거 후의 출력 SINR에 대한 성능 비교를 수행하였으며, 성능 비교 결과 같은 중계기의 출력 SINR에 대해 본 연구에서 제안한 스마트 안테나 구조를 중계기에 적용하는 경우 증폭율이 간섭제거 중계기에 비해 약 23dB 증가하였으며, 간섭 제거에 의한 출력 SINR은 약 6dB 증가함을 알 수 있었다.
IEEE 802.16e 시스템은 가변 비트율로 생성되는 묵음 삭제(Silence suppression) 지원 VoIP 트래픽 서비스의 QoS 제공을 위해, ErtPS(Extended real-time Polling Service) 상향링크 스케줄링 알고리즘을 제안하였다. VoIP 서비스는 묵음을 삭제할 경우에 사용자에게 연결상태라는 것을 알리기 위해, 수신자의 청각에 편안한 잡음을 재생시키는 CNG(Comfort Noise Generation) 모드를 지원해야 한다. CNG 모드의 비음성 구간에서는 음성 구간에 비해 긴 패킷 전송 간격에 따라 낮은 전송률로 데이터를 생성한다. 따라서, 주기적으로 데이터 패킷을 생성하는 서비스 플로우를 위해 설계된 ErtPS 알고리즘을 음성 구간과는 다른 주기로 데이터를 생성하는 비음성 구간에 적용할 경우, 상향 링크의 자원이 비효율적으로 사용된다. 이에 본 논문에서는 CNG 지원 VoIP 트래픽에 대한 비음성 구간에서의 효율적인 자원 활용을 위해,개선된 ErtPS 방안을 제안하였다. 제안 방안에서는 사용자가 기지국에게 자신의 음성 상태의 변화를 알리면, 기지국은 사용자의 각 음성 상태에 따라 해당 주기로 대역폭을 할당한다. 이를 위해, 제안 방안에서는 802.16e 시스템에서 주기적으로 채널의 품질정보를 기지국에 전달하기 위해 사용되는 상향 링크 부채널인 CQI(Cannel Quality Information) 채널을 활용하였다. OPNET 시뮬레이터를 사용하여 제안 방안의 성능을 평가해 보았으며, ErtPS와 비교하여 상향 링크의 대역폭 활용과 패킷 전송 지연 면에서 성능이 향상되었음을 확인하였다.
본 논문에서는 CDMA 기지국에 선형 어레이 안테나를 적용하고자 할 경우, beamforming(BF) 성능과 관련된 두 가지 주요지표인 주 빔 폭의 좁은 정도를 지칭하는 direction selectivity와 사용자 신호의 방향추정 정확도가 BF의 SINR(Signal to interference and noise ratio) 성능에 미치는 영향과 이들 상호간의 관련성을 해석적으로 유도하였으며, 이를 수신 동작 시뮬레이션을 통하여 확인하였다. BF에 내포된 사용자 방향추정 기능과 간섭 사용자 신호 억제기능에 대하여 이들의 오차가 SINR에 미치는 영향을 구분하여 알아보기 위한 목적으로 방향추정 기능만을 포함한 steering BF 알고리즘과 간섭 사용자 전력을 최소화시키는 기능이 포함된 MVDR(Minimum variance distortionless response) BF 알고리즘을 대상으로 해석 및 동작 시뮬레이션을 수행하였다. 이 과정에 BF 알고리즘의 방향추정 기능에 직접적으로 오차를 유발하는 전파의 공간적 scattering 현상에 대한 모델을 새로이 제시하여 적용하도록 하였다. 본 연구의 결과, 종래의 군사적 목적의 BF와는 달리 셀룰러 CDMA 기지국에 array 안테나를 적용하고자 할 경우는 direction selectivity 및 사용자 방향추정 정확도를 향상시키고자 하는 것이 구현의 경제성 및 오차요인들에 대한 robustness 측면에서는 적합하지 않다는 것을 확인하였다. 이러한 특성은 BF 성능열화에는 크게 영향을 주지 않으면서 복잡도를 최소화하고 오차요인에 대한 robustness 특성을 갖는 경제적인 BF 알고리즘의 구현을 가능케 하여주는 중요한 사실이다. 이에 본 연구에서 제시한 해석의 결과는 셀룰러 CDMA기지국에 대한 BF 알고리즘 개발 및 적용의 설계지표로서 의미가 크다하겠다.
OFDMA 시스템에서 단말기는 기지국과 같이 최소 1개부터 최대일 때 부채널 전부를 사용할 수 있지만 단말기의 송신전력은 기지국보다 낮게 설계되기 때문에 부채널 전부를 사용할 수 있는 거리(FLR : full loading range)의 제한이 생기고 FLR 외부에 위치한 단말은 기존의 개방루프 전력제어 방식을 사용할 수 없는 문제가 발생한다. 본 논문에서는 OFDMA 시 스템의 ranging 정보를 이용하여 단말기의 위치를 파악하고 단말기의 위치에 따라서 사용가능한 부채널수를 제한하고 PCG(power concentration gain)를 인가하는 방식을 제안하였다. 시뮬레이션을 통한 실험 결과에서 제안된 방식은 단말기의 위치에 따라서 상향링크 무선자원의 최적 활용을 가능하게 하며 FLR 외부에서 개방루프 전력 제어가 별도의 하드웨어 없이 가능함을 확인하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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