본 논문은 Solar Cell을 응용하여 통신기능과 함께 전원공급이 가능한 배터리 없는 가시광 통신용 수신기를 제안한다. 기존 포토다이오드(PD : Photo Diode)를 적용한 가시광 통신용 수신기는 수신신호 처리를 위한 PD 드라이버와 신호 처리부를 동작시키기 위하여 별도의 전원 회로와 배터리가 필요하다. 따라서, 체적 및 비용의 증가가 불가피하여 가시광 통신의 큰 문제점으로 대두되고 있다. 하지만 제안회로는 PD를 Solar Cell로 대체하여 기존의 신호를 수신함과 동시에 Solar Cell의 광전효과를 통해 생성된 전력을 사용하여 별도의 부가회로 없이 전원 공급이 가능하며 무선통신 기술의 새로운 패러다임을 제시한다. 제안된 회로의 타당성 검증을 위해 Solar Cell을 응용한 시작품을 제작하여 실험 결과를 제시한다.
현재 국가별로 진행되고 있는 가입자 접속의 고속화 전략은 각 나라의 통신환경 및 서비스 수요에 따라 다양하게 추진되고 있다. 그러나 선로의 종류에 따라 구분하여 보면, 기존의 동선 전화선로를 이용하는 ‘ xDSL 접속’과 새로운 광섬유 선로를 이용하는 ‘광 가입자 접속,’ 그리고 무선주파수를 이용하는 ‘광대역 무선 접속(BWLL)’ 등 세 가지 형태로 구분할 수 있다. 본 고는 이러한 초고속 가입자 접속기술 중 xDSL기술의 개발현황과 표준화 진행을 분석하여 우리나라의 통신환경에 맞는 기술 방향을 제시하고자 한다.
현재 이동통신망에서 요구되는 많은 통신량을 수용하기 위해서 새로운 주파수 대역을 사용하는 5G New RAT(: Radio Access Technology) 에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 하지만, 이러한 새로운 New RAT 기술이 이동통신에 적용되었을 때에 이를 유선 이동통신망에서 수용할 수 있을지에 대해서는 제대로 연구된 바가 없다. 따라서, 본 연구에서는 이러한 New RAT 기술을 RoF(: Radio over Fiber) 기술로 이동통신망의 Fronthaul에서 수용이 가능한지에 대한 연구를 진행하였다. 본 연구에서는 New RAT 의 기술로 밀리미터파 통신기술, 테라헤르츠파 통신기술, 무선 광통신 기술 등을 고려하고, 이들 각각에 대한 RoF 기술의 응용 가능성을 연구하였다. 연구의 결론을 요약하면, 10 년 이내의 범위에서 세 가지 New RAT 기술 중에 밀리미터파 통신기술에 대해서만 RoF 수용성을 고려하면 되는 것으로 판단되며, 빔포밍을 사용하는 경우에는 밀리미터파 통신기술의 요구 전송 대역폭이 너무 많아 Fronthaul 에서 RoF 기술로도 수용이 쉽지 않은 것으로 결론이 내려졌다.
ICT기술 확산과 더불어 효율적인 정보 운용을 위해 다양한 프로토콜의 근거리 무선통신기술이 적용되고 있다. 하지만 근거리 무선통신의 제한사항으로 인하여 주파수 혼선 및 창고형 공장 등 주파수 환경이 좋지 않은 곳에서 통신이 원활하지 못하다. 이에 대한 대안이 필요한 시점에 LED 기술의 발달과 빠른 보급을 통한 인프라 확충으로 LED 기반 가시광 통신이 대안으로 주목되고 넒은 분야에 확산되고 있다. 또한 신재생에너지 활성화에 맞춰 태양광 패널 또한 빠른 보급으로 인프라가 확충되어 있다. 이러한 상황에서 PD를 활용한 가시광 통신은 PD의 수신각도 및 주변 환경의 빛으로 인해 LoS가 확보되고 주변의 빛에 영향이 적은 초근거리 환경에서 제한적으로 적용되어 왔다. 이를 해결하고자 현재 인프라가 확충되어 있는 LED 조명과 수신 면적이 넓은 태양광 패널을 이용하여 가시광 통신을 구현하였으며, 주변 환경 빛에서도 정확한 데이터를 복원을 위한 회로를 제안하였다. 본 연구결과를 통해 태양광 패널을 수신부로 하는 가시광 통신 연구의 기반 자료로 활용 되어 가시광 통신이 더욱 넓게 응용될 것으로 기대한다.
무선광통신은 RF보다 고속도 대용량 정보전송이 가능하며, 높은 안테나이득을 얻을 수 있다. 그러나, 무선광통신에서 사용하는 대기채널은 흡수 교란 산란 등의 현상이 문제되고 있다. 이 현상들은 광무선통신시스템의 성능을 제한한다. 본 논문은 그 중에서 교란의 현상을 줄이기 위해 교란강도측정기와 광무선LAN을 제작하고, (2,1,6) 길쌈부호기와 비터비복호기를 사용하여 통신성능을 개선한 다음, 이를 실험적으로 확인하였다. 또한, 산란이 광무선통신시스템의 성능에 미치는 영향을 알아보기 위해 각 기상조건과 상, 하향링크에 따른 지구국안데나 직경을 수치해석하여 그 결과를 제시하였다.
기존의 LED (Light Emitting Diode)를 이용한 가시광 통신방식은 주로 수 m 의 짧은 전송거리와 수백 Mb/s 이하의 낮은 전송속도를 보여왔다. 이를 타개하기 위하여 본 논문에서는 MIMO (Multiple-Input Multiple-Output) 기술을 가시광 통신에 적용하고자 하는 연구를 수행하였다. 빛은 RF 주파수와는 물리적 특성이 다르기 때문에 기존의 RF 주파수에서 사용되던 MIMO 기술의 이론을 그대로 가시광 통신에 적용하기는 힘들다. 따라서, 본 논문에서는 렌즈를 이용하여 물리적으로 광신호를 분리하고, 이미지 센서를 수신기로 사용하여 MIMO 기술을 구현하는 방식을 채택하였다. 본 논문에서는 상용 이미지센서를 이용하여 채널당 200 bit/s의 전송속도 및 전송거리 10.5 m의 장거리 $2{\times}2$ MIMO LED 무선 가시광 통신 실험을 구현하였다.
본 논문에서는 LED 기반 VLC 통신시스템의 기술동향 및 국제표준인 IEEE 802.15.7의 PHY 기술을 분석하였다. 또한, PHY I mode의 세부기술을 분석하고 RS 부호 및 블록 인터리버를 설계함으로써 시스템의 복잡도 분석 및 가시광 무선채널 환경에서의 수신 성능을 분석하였다. 결과에 의하면, Single mode로 운영되는 PHY I의 경우, 짧은 메시지 전송이라는 환경에 비해 시스템 설계의 복잡도가 크다는 것을 확인할 수 있었고, 다중경로 가시광 채널환경에서는 1.5dB의 수신 SNR이 추가적으로 요구됨을 확인할 수 있었다.
현재 무선 인터넷 시장이 급속도로 발전하고 있고 여러 가지 콘텐츠 및 전자 거래 서비스가 유선상에서 제공하는 것처럼 서비스를 제공하고 있다. 국내에서는 휴대폰을 중심으로 각종 서비스들이 제공되고 있는 실정이다. 그러나 휴대폰은 유선상의 PC와 성능을 비교하면 절대적인 열세에 있다. 다시 말해서, 유선의 서비스처럼 안전한 보안을 바탕으로 제공하는 서비스가 아니라 하드웨어 성능의 열세로 인한 안전하지 못한 서비스이다. 이를 보완하기 위해 단말기 사양에 맞는 표준안들이 국제 포럼에서 계속해서 제정 중에 있으며 효과적인 보안통신을 위한 여러 연구들이 진행 중에 있다. 무선용 인증서를 사용하여 안전한 암호화 통신을 위한 연구로 무선 공개키 기반구조(WPKI :Wireless Public Key Infrastructure)가 있다. 본고에서는 이에 대해서 살펴보고 또, 무선용 프로토콜인 WAP포럼의 WAP(Wireless Application Protocol), Microsoft사의 ME(Mobile Explore) 그리고 일본 도코모사의 i-mode 중에서 가장 국제적으로 통용되어 쓰이고 있는 WAP에 대해서 살펴본다. 또한 현재 암호화 통신에서 사용되는 암호학적 안전성에 대해 논하고 안전한 무선 암호화 통신을 가로막는 요인과 해결 방안에 대해 논의한다.
무선 통신 기술이 방대한 양의 데이터를 빠른 속도로 높은 정확도와 안전성을 보장하여 전송하는 방식에 초점을 맞추어 발전하면서 기존의 무선 주파수(RF, Radio Frequency)를 이용한 무선 통신 기술의 대안으로 가시광 통신(VLC, Visible Light Communication) 기술의 연구개발이 가속화되었다. RF 무선 통신의 전파 스펙트럼이 더욱 혼잡해지고, 대역폭에 대한 수요가 지속적으로 증가함에 따라 규제되지 않은 대역폭을 사용할 수 있는 VLC가 해결책으로 제시되고 있다. 하지만, VLC 채널은 LOS(Line of Sight) 전파 특성으로 중간자 공격(MITM, Man-In-The-Middle)에 취약하고 도청과 재밍 공격에 쉽게 노출될 수 있다는 문제점이 있다. 이러한 VLC 채널에 대한 공격은 통신 링크 및 데이터의 기밀성, 무결성 및 가용성을 훼손하고, 데이터 재전송률이 높아져 스루풋이 감소하고 전력 소모량이 증가하여 데이터 전송 효율성이 낮아지는 문제점이 있다. 본 연구에서는 취약한 VLC 채널을 모델링하여 악의적인 재머에 의한 공격 영향과 통신 취약성을 분석한다.
본 논문에서는 가시광 통신 시스템에서 디밍 제어를 위한 Zero Reduction Code (ZRC)의 다양한 부호화율 및 채널 조건에서 성능 분석을 진행함으로써, ZRC 부호의 특성 일반화 고찰을 목표로 한다. 이를 위해 무선 광 통신 시스템의 LOS (Line-Of-Sight)와 NLOS (Non-LOS) 채널의 특성을 설명하고, (5, 4), (6, 5), (7, 6)ZRC 부호화율에서 디밍 과 BER (Bit Error Rate)측면에서 모의실험을 통해 성능 분석을 진행하였다. 모의실험 결과, 3가지 타입의 부호화율에서 디밍 성능은 비슷하지만, NLOS 채널 환경에서 RMS (Root Mean Square) 지연 확산 값이 증가 될수록 상대적으로 높은 부호화율의 ZRC코드가 좋은 BER성능을 달성하는 것을 확인 하였다. 따라서 향후 가시광 통신시스템에서 ZRC를 이용한 디밍 제어 기술을 설계할 때 본 연구에서 분석한 결과를 통해 채널 상태에 따른 부호화율을 결정하는데 도움이 될 것으로 예상된다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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