본 논문에서, 실내 다중 경로 무선 채널에서 초광대역(UWB: ultra wide band) 시스템을 위한 레이크 수신기의 성능을 분석한다. 펄스 위치-시간 도약(PPM-TH: pulse position modulation-time hopping) 신호가 고려되었다. 그리고 또한 이상적인 레이크, 선택적 레이크, 부분적 레이크 수신기 등의 세 종류의 레이크 수신기를 고려한다. 실내 채널은 IEEE 802.15.SG3a에서 UWB 채널 모델로 제안한 수정된 SV (Saleh and Valenzuela) 모델로 모델링하였다.
가시광 무선통신은 차세대 조명으로 주목받고 있는 LED(light emitting diode)조명 기술과 무선통신 기술을 융합한 그린 IT 기술이다. 즉, 실내 가정 또는 사무실 환경에서 조명 고유의 기능을 그대로 유지하면서 무선통신을 가능하게 하여야 한다. 가시광 무선통신은 LED 조명이 있는 곳에서는 항상 통신이 가능하여, 병원이나 항공기내와 같이 기존 무선통신에 제약을 받는 환경에서도 통신이 가능한 기술이다. 또한, 실내 LED 조명을 이용함으로써 국소 지역에 특정 서비스를 제공하여 보안성을 높일 수 있다. 가시광 무선통신은 조명산업과의 연계를 통해 통신뿐만 아니라 기존의 조명과, 디스플레이 분야에서 새로운 가치를 창출할 수 있다. 본 고에서는 친환경, 에너지 절감형 반도체 광원을 이용한 LED조명에 대한 실내의 조도 분포와 가시광 무선통신의 채널 연구에 필요한 항목을 제시한다.
본 논문에서는 실내 환경에서 TH-PPM UWB를 이용한 위치인식 기법의 성능을 분석하였다. 실험 환경은 AWGN 및 IEEE 802.15.3a 채널을 사용하였고, 위치인식 기법으로 TDOA를 적용하여 분석하였다. UWB 기반의 위치인식 기술은 실내에서 cm 레벨의 높은 정밀도를 가진다. 모의실험을 통하여 TH-PPM UWB 위치인식 기법의 채널 영향에 대한 오류 확률 및 위치인식 성능에 대해 분석하였고, 제안된 기법의 유용성을 확인하였다.
야간 운전시 전조등의 밝기 변동에 대한 운전자의 인식 연구를 위하여 먼저 실내 실험실을 설계 및 구축하고 전조등의 순간적인 밝기 변동과 피험자의 뇌파 측정을 위한 시스템을 구축하였다. 실내 실험실의 설계를 위해 야간 운전시 전조등에 의한 운전자의 순응휘도를 먼저 결정한 후, 순응휘도를 바탕으로 실내 실험실의 바닥면, 수직벽, 측벽 등의 반사율을 계산하고, 실내 실험실의 수직벽 상에 출현할 장애물의 크기와 밝기를 계산하였다. 또한 피험자의 뇌파 측정을 위해서는 32개의 뇌파 측정 채널과 1개의 트리거 채널을 지니고 있는 WEEG-32를 사용하였고, 전조등의 순간적인 전압 변동을 위해서는 HP 6032-A를 사용하였다. 또한 HP 6032-A와 WEEG-32를 제어하기 위한 콘트롤러를 제작하였고 본 실험에 들어가기 전 예비실험을 행하여 실험 시간, 피험자 휴식 시간, 구체적 실험 순서, 전조등의 전압변화 패턴, 장애물 경로 등을 결정하였다.
본 논문에서는 실내 환경에서 LED(Light Emitting Diode)를 이용한 가시광 통신(VLC : Visible Light Communication) 채널의 특성을 모델링 및 분석하였다. LED에서 방사된 광 입자(Photon)의 일부는 직접(LOS : Line Of Sight) 또는 반사(NLOS : None Line Of Sight)의 경로를 거쳐서 PD(PhotoDiode)에 도달하며, 이것은 수신 부에서 시간 지연(delay profile)과 감쇠(attenuation)를 가진 다중 수신 신호 특성을 나타낸다. 가로, 세로, 높이의 크기가 20*8*2.3m로 가정된 실내 환경에서 2개의 LED와 3개의 PD를 사용하여, 각 PD에서 직접파, 반사파에 의한 채널 특성을 컴퓨터 모의실험하고 분석하였다. 채널 모델별 특성은 BPSK 기반의 통신 모의실험을 통하여 그 유용성을 입증하였다.
IPS 측위는 실내의 특정 위치의 무선 신호 정보를 수집하여 radio map을 구성하고 측위 시점에 구성된 정보와 수집된 무선 정보를 비교하여 현재 위치를 판단한다. 비교방법은 핑거프린트, 삼각 측량법 등의 알고리즘을 활용하며 최근에는 wifi 신호와 다른 신호를 혼합하여 계산하거나 다중 비교 방식을 사용하여 정확도를 높이는 측위 방법도 개발되었다. 앞서 언급한 측위방법은 비교적 정확한 실내 위치를 판단하지만 구축된 radio map정보와 측위 시점에서 수집된 신호 정보가 상이할 경우 측위 정확도는 크게 하락한다. 구축 시점과 측위 시점의 무선 신호에 차이가 발생하는 이유는 신호 발생 기기의 고장, 장애물 발생, 채널 간섭 현상 등이다. 특히 채널 간섭은 구축된 신호 영역 내에 동일 채널 및 인접 채널을 가지는 AP 및 테더링 기기 등이 신규로 설치되었을 때 측위에 영향을 주는 신호잡음 현상이다. 본 논문에서는 앞서 언급한 문제점을 해결하기 위해 신호 잡음에 강인한 IPS용 라디오맵에 대하여 제안한다. 제안하는 radio map 설계 방법은 측위 시점에 신호잡음이 발생하였을 때 이 정보를 수집하여 기존 radio map에 반영하여 정확도를 유지하는 방법이다. 이 방법을 적용할 경우 신호잡음에 능동적으로 대처하여 IPS 측위의 정확도를 높일 수 있을 것으로 사료된다.
본 논문에서는 유비쿼터스 네트워킹을 위한 초고속 근거리 무선 전송기술로서 각광받고 있는 초광대역(Ultra Wideband : UWB) 통신 기술을 분석하고 실내 근거리 다중접속 환경 및 페이딩 환경에서의 시스템 성능을 분석하였다. 다중접속 간섭 환경은 UWB 시스템의 전송율과 간섭 수에 따른 시스템 성능을 분석하고, 페이딩 채널은 기존에 발표되었던 UWB 전파 실험을 통한 데이터를 바탕으로 Nakagami-m분포 모델을 이용하여 페이딩 지수 m에 따른 다양한 채널 환경을 고려하였다.
본 논문은 compressive sampling (CS)을 활용한 Ulta-WideBand 채널 측정 및 모델링 기법을 제안한다. 기존에 실내 위치측위 기술 중 제안 UWB채널 측정 기법은 UWB 신호의 주파수 도메인에서의 sparsity 특성을 활용하여, 적은 복잡도로 합리적인 성능을 낼 수 있다. 게다가, 본 논문에서는 노이즈 환경에서 성능을 향상 시키기 위해 CS 기법에서 신호 복원기법을 위한 최적화기법으로 soft thresholding method를 제안한다. UWB시스템에서의 실내 위치추정 기법 성능 분석을 위해 실 측정 데이터를 활용하여, 제안한 채널 측정 및 모델링 기법의 성능을 위치 측정 오차, bandwidth, CS 압축률 등 다양한 조건하에 거리 오차값을 분석한다.
본 논문에서는 향후 유비쿼터스 센서 네트워크 응용 등에 적합하도록 간단한 송수신기 구조를 유지하면서, 실제 데이터를 전송하기 전에 Noise Power Calibration 및 Noise Power Windowing 방법을 통해 잡음의 영향을 고려하여 적응적인 임계값을 결정하고 이를 이용하여 전력검출 (Power Detection)을 수행하여 성능을 향상하는 임펄스 라디오 (Impulse Radio) 형태의 Noncoherent OOK (On-Off Keying) UWB (Ultra Wide Band) 시스템을 제시하고, 전형적인 UWB 실내 무선 채널 모델에서의 성능을 분석하였다. 모의실험 결과 AWGN (Additive White Gaussian Noise) 채널에서는 Noise Power Calibration 모드를 위한 슬롯수의 증가에 따라 이상적인 Ideal Adaptive Threshold를 사용하는 경우께 근접하는 우수한 성능을 보임을 확인할 수 있었고, 반면 데이터 전송률의 큰 감소를 감수해야 하는 Noise Power Windowing 방법에 의한 성능 개선은 두드러지게 나타나지 않음을 알 수 있었다. 더욱이 IEEE 802.15 Task Group 3a UWB 실내 채널 모델을 이용한 모의실험 결과, Noise Power Calibration 모드가 적용된 Noncoherent OOK UWB 시스템의 성능이 Ideal Adaptive Threshold의 경우와 비트오율 성능이 매우 근접하며, 펄스 반복 전송의 회수의 증가에 따라 비트오율 성능이 향상됨을 확인 할 수 있었다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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