본 논문에서는 ITS(Intelligent Transport System)의 DSRC(Dedicated Short Range Communication) 통신을 위한 노변 기지국용 원형 편파 패치 배열 안테나를 제안하였다. DSRC 노변 기지국용 안테나가 다중 경로로부터 반사된 신호를 효율적으로 수신하기 위해 원형 편파로 동작하도록 설계하였다. 제안된 안테나는 마이크로스트립 패치와 급전 선로로 구성되었으며, 급전부의 슬롯 부근에 슬릿을 삽입하여 원형 편파를 발생시켰다. DSRC 노변 기지국용 안테나에 요구되는 이득 값을 만족시키기 위해 $2{\times}2$ 배열 구조로 설계하였다. 측정된 임피던스 대역폭과 축비 대역폭은 5.795~5.855 GHz의 DSRC 통신 대역을 모두 만족하였다. 제안된 안테나의 수직 반치각과 수평반치각은 약 $43^{\circ}$이며, 약 11.21 dBi의 이득 특성을 보였다.
최근 국내에서도 교통정보시스템의 보급 및 개발이 확산되고 일부 서비스가 시범사업을 거쳐 상용화되면서 활용도가 높은 DSRC에 대한 관심이 높아졌으며 노변기지국과 차량 설치장비용 안테나가 연구되고 있다. 차량용 안테나의 경우 크기의 소형화가 요구되어 단일패치를 이용하였으나 대부분의 경우 소형화로 인하여 성능의 저하가 있었다. 또한, 기존에 연구되고 있는 안테나는 배열을 이용하여 성능을 높이는 방법이 일부 사용되고 있으나 배열을 사용하는 경우 안테나의 크기가 커지는 단점이 있다. 그러므로 본 논문에서는 DSRC의 OBU에서 사용할 수 있는 소형이며 제작이 용이한 단순한 구조의 CPW 급전을 이용한 마이크로스트립 패치 안테나를 설계 하였다.
본 논문에서는 GPS(Global positioning System)-Bluetooth-DSRC(Dedicated short range communication) 대역의 신호를 동시에 수신할 수 있는 차량용 이중편파 다중대역 안테나를 적층형으로 설계하였다. 안테나는 다층 구조(Multi-Layer)이고, 유전율이 4.4이고, 두께가 1.6mm 인 FR4-epoxy 기판을 사용하였다. GPS와 DSRC 대역은 원형편파(Circular Polarization) 특성을 가지고, 블루투스 대역은 선형편파(Linear Polarization) 특성을 가지며, 이들 안테나는 단일 프루브 급전하였다. 안테나는 Ansys HFSS v11로 시뮬레이션 하였고, 측정결과와 비교하면서 크기가 $67mm{\times}67mm{\times}4.8mm$인 안테나를 설계하였다. 최적 설계된 안테나는 -10dB 대역폭이 각 대역에서 82MHz, 127MHz, 862MHz로 측정되었고, GPS 및 DSRC 대역의 3dB 축비 대역폭은 12MHz와 112MHz로 시뮬레이션 되었다. 이 결과는 시스템이 요구하는 사양을 만족하고 있음을 확인하였다.
ITS의 다양한 서비스를 위한 5.8GHz 주파수 대역에서의 무선 통신 시스템의 설치는 상호간의 간섭을 발생시키며, 그 대표적인 경우로서 이종 통신 시스템인 DSRC 시스템과 ECT 시스템의 주파수 공유는 상호간의 간섭으로 인하여 양쪽 또는 한쪽 시스템이 통신 오류나 통신 방해를 받게 된다. 이에 대한 해결책으로 차단벽(Shield Plate), 안테나 지향성(Antenna Directionality), 전력 제어(Power Control)의 이용 등이 제안되고 있으나, 이것은 원하는 사용자와 간섭원의 위치에 대한 정보를 RSU에서 가지고 있지 않으므로, 완전한 해결책이 괼 수 없다. 그러므로, 본 논문에서는 원하는 사용자에 대해서는 상대적으로 높은 이득을 취하고, 간섭원의 방향으로는 null을 형성하는 적응 배열 안테나를 DSRC, ECT 시스템의 상,하향 링크에 적용함으로써, 두 시스템에 미치는 간섭의 영향이 약 20dB 감쇄된 것을 BER 성능을 통해 보인다.
본 논문에서는 자동차용 내비게이션(navigation) 단말기에 내장된 DSRC 방식의 5.8GHz 대역 무선통신을 위한 패치 안테나를 설계하고 제작하였다. 폭이 좁고 긴 구조적 특징을 갖는 내비게이션 단말기의 상단면에 장착될 수 있도록 기존에 사용되어왔던 단일 반파장 마이크로스트립 패치안테나를 소형화하였고 배열하였다. 또한 배열을 통해 주행차선 안쪽으로 빔폭을 제한하였고, 소형화에 따른 이득저하를 보상하였다. 제안된 안테나를 시뮬레이션 함으로써 타당성을 검증하였으며, 제작된 안테나는 $18{\times}40{\times}0.8mm^3$ 크기를 갖고, 4dB 축비대역폭이 40MHz인 원형편파특성을 나타낸다. 또한, 6.2dBi 이득과 자동차 진행차선의 횡단면 방향으로 약 70도의 빔 폭이 측정되었다.
DSRC 교통정보시스템은 노변기지국과 차량에 장착된 하이패스 단말기와의 통신을 이용한 구간 검지기로서 도로 교통정보를 수집하여 운전자에게 신뢰성 높은 교통정보를 제공하고 있다. 이에 국토교통부는 DSRC 교통정보시스템을 ITS 성능평가 대상으로 고시하였으며, 전국고속도로, 국도 및 지자체에 설치된 DSRC 교통정보시스템에 대한 성능평가를 실시하고 있다. 현재 DSRC 교통정보시스템은 장비 이상에 따른 고장수리 및 제어기부에 대한 상태확인 등 단순점검 위주로 관리되고 있어 노변기지국의 통신영역, 안테나 방향, 전파세기 등에 관한 세부적인 운영·유지관리 기준이 필요하다. 본 연구는 노변기지국별 상이하게 운영되었던 DSRC 교통정보시스템에 대한 최적의 품질관리기준을 마련하는 것에 목적이 있다. 품질관리 기준안으로 노변기지국의 통신영역 및 통신출력을 포함하고 안테나의 방향, 설치 높이, 각도 등 물리적인 설치 기준과 다양한 도로 유형별, 환경별 설치 지침을 제시하였다. 제시한 품질관리 기준안은 이동식 DSRC 기지국을 이용하여 설치 기준의 타당성을 검증하였다.
본 논문은 ISO TC-204 WG-15에서 표준화를 다루고 있는 DSRC 물리 계층에서의 성능 분석 및 향상에 관해 다루었다 .. DSRC는 노변(RSU)←차량(OBE)간 거리가 100m 이하인 단거리 무선통신이며, 값싸고 저렴한 변조기 술이 요구되는데, 국내에서는 PSK. FSK. ASK 중에서 ASK가 표준 변조 방식으로 시스템이 개발되고 있다 본 논문은 개발 초기 단계에 있는 DSRC 물리계층 시스템의 라이시안 페이딩 채널하의 변조 방식별 성능 분석을 통하여 ASK 방식의 타당성 및 성능 한계성을 검증하고 아울러 성능향상을 위한 등화기 및 안테나 다이버시티 기법을 제시하고 이에 따른 성능 향상 효과를 시율레이션을 통하여 보여준다.
본 논문에서는 자동요금 징수 시스템(ETCS : Electronic Toll Collection System)의 RSE와 OBU 간의 RF link설계와 도로의 폭과 진행 방향 길이에서 적절한 통신 영역을 얻기 위해 요구되는 안테나의 빔 패턴 특성을 분석하였다. 이 과정은 능동형 DSRC를 기반으로 하는 ITS 서비스의 시스템 요구 규격을 결정하기 앞서 수행되어져야 하며, ETCS 기지국 설계 및 구축에서 가장 기본적이고 중요한 기술적 분석을 위하여 고찰하였다.
본 논문에서는 ITS 응용을 위한 Alamouti 기법을 이용한 효과적인 차량 검출 성능을 분석하였다. 차량 검출은 DSRC (Dedicated Short Range Communication) 기반의 하이패스 환경에서 실험하였다. 시스템 성능으로는 비트 에러 확률로 실험 결과 값에 대하여 분석하였으며, 실험환경은 진입차량의 속도를 60km/h로 가정하여 DSRC 기반의 변조방식인 ASK 기법 을 적용하여 실험하였다. 또한 적용된 채널은 Rician 채널을 적용하여 LOS (Line of Sight)환경을 고려하며 실험을 하였다. 또한 사용된 반송파 주파수는 일본 DSRC 시스템 하향링크를 참고하여 5.8GHz를 적용하였다. 실험결과로 안테나가 2개일 경우와 Alamouti 기법을 적용할 때의 검출성능을 각각 나타내었으며, Alamouti 기법을 적용할 때 성능이 보다 개선되었음을 본 실험을 통해 알 수 있었다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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