셀룰러 환경에서 전송 효율을 향상시키기 위하여 일반적으로 사용되는 다중 안테나 (multiple-input multiple-output: MIMO) 시스템은 공간 다중화 (spatial multiplexing: SM) 기법과 공간 다이버시티 (spatial diversity) 기법으로 구분된다. 이러한 MIMO 시스템은 셀룰러 환경에서 단말기가 셀 경계로 이동할수록 인접 셀로부터 오는 간섭 신호의 영향을 받게 되어 심각한 성능 열화를 겪게 된다. 따라서 MIMO 시스템의 전송 효율을 증대시키기 위하여 채널 환경에 적합한 송신 기법과 함께 셀 경계에서의 인접 셀 간섭을 효과적으로 제거할 수 있는 수신 기법의 활용은 매우 중요하다. 본 논문에서는 $M_T$개의 송신 안테나와 $M_R$개의 수신 안테나를 갖는 하향 링크 MIMO 시스템의 전송 효율 증대를 위하여 채널 환경에 따라 공간 다중화 및 공간 다이버시티를 이용한 적응적 송신 방법을 사용하곡 공간 다이버시티가 적용될 경우 MRC (maximal ratio combining) 기법과 ISD (intercell spatial demultiplexing) 기법을 적응적으로 사용하기 위한 선택 기준과, 적응적인 송수신 방식 적용시의 성능 이득을 산출한다. 단말기가 기지국 근처에 위치하여 높은 SIR (signal-to-interference ratio)을 가질 경우에는 공간 다중화를 이용한 송신 기법과 함께 SD (spatial demultiplexing) 수신 기법을 사용하고, 셀 경계와 같이 낮은 SIR을 가질 경우에는 공간 다이버시티를 이용한 송신 기법과 함께 기존의 MRC 수신 방식과 $M_R-1$개의 인접 셀 간섭 신호 성분들을 제거할 수 있는 ISD 수신 방식을 적응적으로 사용함으로써 시스템 전송 효율을 향상시킬 수 있는 방안을 제시한다. 제안한 송수신 방식의 성능을 검증하기 위하여 $M_R{\times}M_T$ MIMO 시스템에서 각각의 송수신 방식에 따른 수신 신호의 유효 신호 대 간섭 비의 확률 밀도 함수를 유도하곡 이를 활용하여 평균 유효 신호 대 간섭 비와 전송 효율을 산출하며, 모의실험 결과와의 비교를 통해 검증한다.
최근, 모바일 기술 및 GPS 기술의 발전으로 인하여 다양한 위치 기반 서비스가 크게 각광을 받고 있다. 이에 따라 본 논문에서는 모바일 기기를 사용하여 목적지에 도착할 수 있는 다양한 버스 노선 정보를 손쉽게 제공할 수 있는 모바일 대중교통 정보 시스템 ACE-BIS(A Cost-Effective Bus Information System)를 제안한다. 높은 통신비용과 서버의 과부하를 초래하는 기존의 교통 정보 시스템과는 달리, ACE-BIS는 모바일 기기 내에 저장된 버스 정류장 및 노선 데이타를 이용해 휴리스틱 알고리즘을 수행함으로써 목적지까지의 노선 정보 및 예상 소요 시간을 사용자에게 제공한다. 또한 별도의 통신비용을 부담하려는 사용자에게는 서버와의 통신을 통해 버스의 현재 위치 및 도로 체증 상황 등의 실시간 교통 정보를 반영한 좀 더 정확한 경로 정보를 제공한다. 아울러, 서버 내에서 관리되는 실시간 교통 정보를 이용하여 미래 시점의 경로 정보에 대한 서비스도 제공한다. 현실 세계의 특성을 반영한 가상 데이타를 대상으로 다양한 실험을 수행함으로써 제안된 시스템의 정확성과 효율성을 검증한다.
현재 우리는 보이지 않지만 다양한 주파수대의 전파가 세상을 주도하는 시대에 살고 있다. 무선 모바일 통신의 시대로 빠르게 변화하고 있는 지금 안테나(특히, 소형 패치 안테나)의 중요성은 높아져 가고 있다. 본 논문에서는 핸드폰 같은 기기를 통해 DMB, GPS 기능을 가능하게 하는 소형 패치안테나를 제작한다. 설계 제작된 패치안테나의 주요한 특징 및 기여도는 다음과 같다. 첫째, 패치안테나는 HFSS를 이용하여 설계하고 세라믹 소재로 안테나를 제작하였다. 둘째, 네트워크 분석기와 챔버를 이용해 제작된 안테나의 성능테스트 단계를 거쳐 안테나를 소형화하고 수신 이득을 높여 더 많은 소형기기에 접목시킬 수 있도록 하였다.
본 논문에서는 셀룰라 이동 통신시스템에서 BSC와 MSC 사이에 AAL 2를 적용하기 위한 시뮬레이션 모델을 제안하였다. 짧은 길이의 패킷을 처리하기 위해 프레임 구조와 이를 하나 또는 그 이상의 ATM 셀에 다중화 시키는 방식 등을 제시하였으며, 또한, 패킷화된 음성과 저속의 비트율을 갖는 데이터가 혼합된 트래픽을 사용하여 통계적 다중화의 효율 (AR), 전송 지연 특성, 채널전송효율 등을 해석하였다. 시뮬레이션 결과, AAL 2 다중화를 하지 않는 경우, 최대 수용 가능한 가입자 수가 최대 47 가입자이었으나, 다중화를 하는 경우, 최대 가입자 수는 Non-Overlapping 방식에서는 70, Overlapping 방식에서는 110이었다. 그러므로, Overlapping 방식을 적용한 layered 셀 방식이 Non-Overlapping 방식보다 더 효율적임을 알 수 있었다. 그리고, 대역폭이 2 Mbps인 셀룰라 이동 통신시스템의 경우 최적의 전송 버퍼 크기는 4 ATM 셀이 된다는 것을 알았다.
본 논문에서는 TDD-OFDMA (Time Division Duplex-Orthogonal Frequency Division Multiple Access) 기반의 차세대 셀룰러 이동통신 시스템을 구성하는 다수의 기지국과 이동국으로부터 발생하는 간섭을 계산하여 육상고정 시스템과의 주파수 공유 분석을 수행하였다. 기존의 A-MCL에 제시된 간섭 평가 방법을 TDD-OFDMA 방식으로 동작하는 다수의 이동국과 기지국이 존재하는 간섭 시나리오에 적합하게 확장하였으며, 이를 통해 섹터 당 평균 이동국 수와 기지국 간의 간격 및 육상 고정 시스템 안테나의 주빔 방향에 따른 공유 분석을 수행하였다. 분석 결과를 통해 섹터 당 평균 20명의 사용자를 동시에 서비스하는 경우에 기준 간섭치를 만족하는 기지국간 거리는 5.8km이고 이때 육상 고정 시스템으로부터 가장 인접해 있는 기지국까지의 거리는 2.5km임을 관찰할 수 있었다. 또한 육상 고정 시스템 안테나의 수평 방향에 따른 간섭전력의 변화량은 25dB 정도이며, 약 40 %에 해당하는 방향에서 간섭전력이 최대 허용 간섭전력 보다 작은 사실을 확인할 수 있었다.
CDMA 시스템에서 기지국 용량과 배치는 외부간섭 이동단말 (out-of-cell mobile stations) 에 의한 상향 간섭에 크게 영향을 받는다. 외부간섭 이동단말로부터 전파감쇄의 정확한 예측은 주어진 서비스 품질 (QOS)를 충족시키기 위하여 필요한 장비를 최소화하는 시스템 설계에 필수적이다. 정확하지 않은 예측은 더 많은 기지국의 설치를 요구하는 시스템 설계를 하게 한다. 예측 정확도에 따른 필요 장비의 수를 정량화하기 위하여, 본 논문은 고속도로나 도심거리 (street canyon)와 같은 LOS (line of sight) 지역에서의 시스템 설계 요소에 대하여 살펴본다.
본 논문에서는 이종네트워크에서 펨토셀의 전력제어 기법을 게임이론을 이용해 정의한다. 저전력으로 고품질의 통신환경을 제공하는 펨토셀은 여러 장점으로 인해 최근 이슈화 되고 있지만 다수의 펨토셀 사용은 매크로셀과의 같은 채널을 사용함으로 인한 많은 량의 간섭으로 작용한다. 게임이론의 적용을 위해 셀룰러 네트워크의 기지국 및 사용자를 게임을 하는 플레이어로 설정하고 서로에게 미치는 간섭 영향을 전력 효용함수로 모델링 하였다. 또한 최적의 전력을 사용하여 시뮬레이션을 통한 저전력 사용, 간섭량 감소 그리고 시스템 전체 성능 향상을 확인하였다.
본 논문에서는 orthogonal frequency-division multiple-access 스마트 안테나 시스템을 위한 효율적인 도래각 추정 기반의 적응 빔 형성 알고리즘을 제안한다. 제안된 알고리즘은 추정된 도래각 정보를 이용하여 원하는 신호의 방향으로 주 빔 (main beam)을 형성하는 반면, 간섭 신호의 방향에는 null을 형성함으로써 간섭 신호를 효율적으로 제거한다. 또한, 다중 경로 신호에 대한 빔 형성 출력들을 효율적으로 결합함으로써 공간 다이버시티 이득을 얻을 수 있다. 제안된 알고리즘의 효율성을 입증하기 위해 셀룰러 이동통신 환경에서 WiBro 시스템을 목표 시스템 (target system)으로 설정하여 알고리즘의 성능을 분석하고 least-sqaures 빔 형성 알고리즘과 성능을 비교한다.
적응배열 안테나는 CDMA 이동통신 시스템의 용량을 증가시킬 수 있는 가장 유망한 기법 중의 하나이다. 본 논문에서는 각도 추정오차가 있는 경우 적응 배열 안테나를 사용한 비동기식 W-CDMA 시스템의 용량을 상향링크 및 하향링크에서 분석하였다. 결과로부터, 용량은 각도 추정 오차에 의하여 감소함을 알 수 있었다. 구체적으로, 9소자 적응배열 안테나에서 5도의 오차가 있는 경우 용량은 상향링크에서 5.2% 하향링크에서 11.6% 감소됨을 관찰할 수 있었다. 또한 본 논문에서는 환경이 다른 채널에서 용량의 비교도 수행하였다. 그러나 전력 제어로 인하여 라이스 지수의 증가가 거의 용량에 영향을 주지 않는다는 것을 알 수 있었다.
나카가미 페이딩과 가우스 잡음이 함께 존재하는 환경과 가우스 잡음과 나카가미 페이딩 및 대수정규 shadowing이 함께 존재하는 환경의 두가지 환경하에서 동일채널 간섭확률을 구하였다. 잡음과 나카가미 페이딩이 함께 존재하는 환경하에서의 동일채널 간섭확률은 이런 해석에 의해 구하였으며 잡음과 나카가미 페이딩 및 shadowing이 존재하는 환경하에서의 동일채널 간섭확률은 컴퓨터 시뮬레이션에 의해 구하였다. 그리고 각 경우에 대한 스펙트럼 효율을 검토하였다. 결과로부터 동일채널간섭확률은 주파수재사용 거리가 작은 경우는 잡음, noise, shadowing의 영향이 복합적으로 나타나지만 주파수재사용 거리가 커질수록 path loss의 증가로 인하여 간섭과 전력이 감소되어 희망파의 페이딩 심도와 잡음에 의해 좌우된다는 것을 알 수 있었다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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