현재 상용화되고 있는 무선 LAN(IEEE802 11b)과 블루투스는 ISM 2.4GHz 대역을 동시에 사용하기 때문에 주파수 간섭이 불가피하고, 무선 LAN과 블루투스간 주파수 간섭 현상으로 인해 성능저하가 발생하고 있다. 본 논문에서는 주파수 간섭 현상에 따른 통신기기들간의 오류발생을 최소화하기 위하여 블루투스와 무선 LAN등 근거리 통신시스템들간의 상호간섭에 대한 영향 및 블루투스와 무선 LAN, 가정용 전자제품 등에 관한 주파수 간섭 문제에 대한 특징을 분석하여 억제방안을 제시하고자 한다.
이 논문에서는 기존에 운용되고 있는 5 GHz 대역의 무선통신 시스템과 무선 랜 시스템간의 전파 간섭 특성을 이해하기 위하여 실내 환경에서 간섭 실험을 수행하여 5 GHz 대역의 주파수 특성을 분석하였다. 신호 발생기에 의해 생성된 간섭 신호를 5 CHz 무선 랜 통신 시스템에 주사하여 주파수 간섭특성을 측정하였으며 전파 간섭의 주요간섭 요소로는 간섭원 주파수의 수신 레벨 이격, 간섭원 주파수 펄스의 주기 및 폭 이격 이다. 마지막으로 측정 시스템인 5 CHz 대역 무선 랜의 신뢰도를 확인하기 위하여 가변적인 데이터 전송률과 패킷 크기에 따른 전송률을 측정하였다. 이러한 측정 요소들을 측정하고자 하는 주파수 대역에서 패킷 손실률과 수신 레벨을 측정하여 간섭요인에 의한 특성을 분석하였다.
차세데 홈네트워크 환경하에서는 다양한 데이터 통신 무선기기들이 홈/오피스에서 공존할 것이다. 예를들어 무선랜, 블루투스(Bluetooth), 지그비(Zigbee), 무선 USB, UWB(Ultra Wideband) 등이 함께 주파수를 공유하게 될 것이며, 특히 ISM 대역은 서비스, 산업, 의료용 등으로 다양한 응용이 가느하기 때문에 전파 간섭이 예상된다. 본 논문에서는 IEEE 802.11b 무선랜(WLAN)과 IEEE 802.15.4 저전력 저속 무선팬(WPAN) 무선기기에 대하여 간섭실험을 하였으며 두 무선기기가 상호 공존할 수 있는 공유 조건에 대해 분석하였다. 무선랜(WLAN)과 무선팬(WPAN)의 주파수 대역이 완전히 오버랩된 경우 간섭 레벨과 무선팬의 패킷 전송 횟수를 변화 시켜 상호간의 간섭 영향 저도를 측정하고 상호 무선기기간의 간섭 결과를 바탕으로 상호 무선기기간의 주파수 공유 조건을 제시하고자 한다.
본 논문에서는 이기종 네트워크를 구성하는 대표 무선접속 기술인 WiMAX, CDMA, 무선랜 간의 주파수 공유 분석을 수행하였다. 3가지 접속기술은 각기 다른 주파수 대역을 사용하지만 대역외 방사특성으로 인해 타 무선접속 기술에 간섭을 일으킬 수 있다. 따라서 간섭 허용기준을 만족하기 위한 최소 인접채널 간섭률을 산출하고 이를 바탕으로 간섭/피간섭 시스템간의 최소 주파수 이격(보호대역)을 산출하였다. 분석 결과 WiMAX와 무선랜 간에는 적어도 20 MHz의 보호대역, WiMAX와 CDMA시스템 간에는 적어도 15 MHz의 보호대역이 필요함을 확인하였다.
아나로그 무선통신계와 디지털 무선통신계가 각기 동일 무선주파수대의 인접 주파수를 사용함에 의한 통신방식간 간섭이 존재하는 경우에 이들 두 무선통신계가 공존하기 위한 최적조건을 구할 것을 목적으로 하여 디지탈계의 대표적 방식인 위상변조(PSK) 무선신호가 아나로그계의 대표적 방식인 주파수변조(FM)무선신호에 미치는 통신방식간 간접(동일 채널 간섭 및 인접 채널 간섭)의 영향을 해석했다. 해석방법으로는 가우스성 잡음과 간섭신호에 의해 검파기의 출력단에 나타나는 출력기서대역 간접잡음(output baseband interference noise)의 근사식을 유도하여 FM신호의 최고 채널(top channel)에서의 신호 대 간접잡음 전력비(SNR:Signal-to Noise Ratio)의 수치계싼을 행했다. 얻어진 결과는 반송파 대 간접파 전력비(CIR:Carrier-to-Interferer Ratio). 반송파 대 잡음전력비(CNR:Carrier-to-Noise Ratio)및 정규화 반송파 주파수차(normalized carrier frequency separation)의 함수로서 그래프로 나타냈고 각각에 대한 검토를 행했다. 본 연구의 결과로부터 디지탈 PSK채널에 의한 통신 방식간 간섭을 받는 아나로그 FM채널에 대한 최적 또는 적당한 운용조건(주파수 간격, 대역폭, 전력 등)의 예측이 가능하다.
실내.외 환경에서 무선을 이용하여 데이터를 송수신하는 무선 LAN(Local Area Network)은 고속성과 이동성의 우수성으로 인하여 관심이 고조되고 있고, ETSI에 의한 HIPERLAN/2 와 IEEE 802.11 가 5㎓ 주파수대역에서 표준화되었고 개발 중이다. 본 논문에서는 향후 서비스 예정인 802.11a 무선랜간 간섭을 최소화시키기 위해 셀간 거리를 얼마나 이격 시켜야 되는지에 대하여 다룬다. 먼저 표준화 내용을 바탕으로 802.11a 무선랜의 C/I 비에 따른 성능평가를 수행하였고, 거리에 따른 처리율(throughput)을 시뮬레이션 하였다. 그리고 동일한 주파수를 사용하는 동일 셀에 의한 간섭의 영향을 보기 위하여 최악을 시나리오를 가정하여, 셀간 거리에 따른 무선랜의 성능의 변화를 보았고, 간섭을 최소화시키기 위해 최소한의 이격거리를 제안하였다.
무선랜 (WLAN)과 지그비 (Zigbee)는 동일한 2.4GHz대의 비면허 주파수 대역(ISM-Band)을 사용하기 때문에 네트워크 간의 주파수 간섭이 발생한다. 더욱이 지그비의 경우 무선랜의 채널과 중첩되지 않는 채널은 단 두 개 채널에 불과하기 때문에 무선랜의 주파수 간섭을 받을 경우 통신 지연 시간의 증가가 불가피 하다. 이에 본 논문에서는 지그비와 무선랜 간의 주파수 간섭으로 인해 발생하는 통신 지연 시간 최소화를 위한 빠른 채널 변경 알고리즘을 제안한다. 이와 더불어 제안 알고리즘의 성능 분석을 위해 모의실험을 수행하였고, 그 결과 제안 알고리즘의 통신 지연 시간이 감소됨을 확인하였다.
UWB 무선기술은 초광대역 특성에 의한 높은 전송속도와 기존의 무선장치들과 상호 간섭영향 없이 주파수를 공유하여 사용할 수 있다는 장점 때문에 새로운 방식의 근거리 무선통신 기술로 급부상되고 있다. 특히 IEEE802.15.3에서 UWB 무선기술을 WPAN으로 사용하기 위한 표준화 작업이 진행되고 있어 현재 가장 널리 사용되고 있는 IEEE802.11 및 Bluetooth 장치와 향후 실내 환경에서 공존할 가능성이 매우 높아지고 있으며 이에 따른 장치 상호간 간섭영향 평가가 요구되고 있다. 본 논문에서는 2.4 GHz 대역 IEEE 802.11b 무선랜 장치를 사용하는 실내 환경에서 UWB 무선장치가 공존할 경우 무선랜 장치의 Packet Failure Rate 및 Throughput 측정을 통해 UWB 신호가 무선랜 장치에 미치는 간섭영향을 분석하였다.
본 논문은 블루투스와 다른 장치를 연결하였을 때 블루투스와의 간섭 현상에 대한 해결 방안을 제시한다. 랜덤 주파수 도약 기법은 무선랜 간섭을 고려하지 않고 블루투스 전체 채널을 이용하여 도약 패턴을 생성하는 기법이다. 제안된 적응적 주파수 도약 기법은 블루투스의 주기적인 캐리어 센싱을 통해 무선랜 간섭을 고려하여 블루투스 채널의 도약 패턴을 생성하는 기법이다. 모의실험을 통해 무선랜 간섭이 혼잡한 상황에서도 블루투스 캐리어 센싱 간격이 줄어들수록 적응적 주파수 도약 기법을 사용하면 패킷 오류율이 감소되는 것을 확인하였다. 특히 주파수 도약 기법은 적응적 주파수 도약 기법 대비 평균 패킷 오류율은 약 13%의 성능 향상이 있었다.
최근 스마트폰의 등장에 따른 무선 트래픽 증가에 효율적으로 대처하기 위해서는 능동적인 주파수 정책이 필요하다. 이에 이동통신 주파수 소요량 예측과 함께 미래에 요구되는 무선 LAN 주파수 소요량을 예측할 필요가 있다. 미래에 요구되는 무선 LAN의 주파수 소요량은 미래의 무선 LAN 트래픽을 예측하고, 이를 무선 LAN의 시스템 효율로 나눔으로써 계산된다. 본 논문에서는 기존에 전통적인 무선 LAN 트래픽 예측법과 함께 이동통신으로부터 offloading하는 스마트폰 트래픽을 고려한 새로운 무선 LAN 트래픽 예측법을 제안하였다. 또한, AP의 증가에 따른 주파수 간섭 효과를 통계적으로 모델링하여 무선 LAN의 시스템 효율 계산 시 적용함으로써 실제 환경에 근접한 무선 LAN 주파수 소요량을 예측할 수 있도록 하였다. 예측된 주파수 소요량을 바탕으로 미래의 무선 LAN 활성화에 대비하여 AP간 간섭을 최소화할 수 있는 정책 방향을 제안하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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