한국형 고속철도인 KTX가 2004년 개통된 이후, 우리나라에서도 철도의 이용도가 급증했다. 개선되는 철도 기술과 함께, 예전에 비해 열차의 속도 또한 빠르게 발전하였다. 그러나 이러한 열차속도의 발전은 철도 통신에 있어서 열차 속도 증가로 인한 도플러 효과와 이에 대한 보상이라는 새로운 이슈를 제기하였다. 이러한 도플러 효과는 통신하는 대상의 속도에 따라 주파수 변이를 일으키며, 이는 신호의 왜곡으로 이어져, 통신성능에 좋지 않은 영향을 미칠 수 있다. 따라서, 이러한 도플러 효과에 대한 문제는 철도 무선 통신에 있어서, 반드시 해결해야 할 문제이다. 본 논문에서는 앞으로 발생할 고속의 철도 통신에서 발생하는 도플러 효과와 발생하는 도플러 효과에 대한 보상기법 및 이에 대한 모의실험 결과를 소개하고자 한다.
하천 및 강등의 유속 측정을 위한 레이다에서는 수면에서 반사 또는 산란되는 전자파로부터 도플러 주파수를 추정함으로서 이에 대응하는 유속 정보를 추출하게 된다. 그러나 수면으로부터 수신되는 전자파 신호들의 도플러 스펙트럼은 측정 환경 및 기상 상태에 따라 매우 다른 형태를 나타낼 수 있다. 따라서 이러한 다양한 도플러 스펙트럼들의 존재로 인하여 레이다 센서에서의 유속정보 추출 알고리즘의 정확도 및 신뢰성에 심각한 문제가 발생할 수 있다. 따라서 본 논문에서는 수면으로부터 수신되는 매우 다양한 도플러 신호 스펙트럼을 적절하게 모의 구현할 수 있는 도플러 스펙트럼 모델을 제안하였다.
고속열차와 같은 이동체는 높은 도플러 주파수 천이가 발생하고, 이에 따라 높은 캐리어 주파수 옵셋이 생겨서 이를 보상하지 않으면 통신 성능의 열화를 가져온다. OFDMA 방식의 다중 단말 접속 방식에서 기지국이 상향링크 주파수 옵셋을 보상하기 위해서 복잡한 하드웨어가 필요하다. 본 논문은 기지국의 부담을 줄이고, 간단하게 주파수 옵셋 추정 및 보상을 하기 위한 방법을 제안한다. 제안한 방법은 주파수 옵셋 보상을 위해 하드웨어로 단말은 추가로 곱셈기 하나만 필요하여, 기지국 직접 보상에 비해서 많은 하드웨어를 감소시킬 수 있다. 제안한 방법은 밀리미터 통신 기반 고속철도 통신 시스템 환경에서 시뮬레이션을 수행하였다. 시뮬레이션을 통해서 제안한 방법이 5G 이동통신의 요구사항인 500 km/h 속도의 높은 도플러 주파수 천이 상황에서도 효과적으로 동작함을 확인 하였다.
수중에서 초음파변환자가 이동하면서 정지하고 있는 물체를 탐지하는 경우, 도플러(Doppler)효과에 의해 생기는 반사파의 주파수 편이 때문에 수신감도가 저하하게 된다. 이를 막기 위한 방법으로 본 연구에서는 기존의 주파수 가변형 초음파변환자의 기계임피던스 가변용 압전층에 새로이 설계 제작한 유속감지형 가변콘덴서를 부착함으로써, 변환자의 이동속도에 따라 공진주파수가 자동적으로 추종하는 수중 초음파변환자를 제안하고, 그 특성을 조사하였다. 그 결과, $1{\sim}10^m/_s$의 속도범위에서 이론 계산치와 실험치는 비교적 좋은 일치를 나타내어, 도플러 효과에 의한 수신감도의 저하를 막을 수 있음이 확인되었다.
본 연구에서는 원형평판의 경계조건을 일부분은 고정단으로 일부분은 자유단 으로 구성하여 자유단각 .alpha.(Fig.4 참조)를 0˚, 30˚, 60˚, 90˚, 120˚, 150˚, 180˚로 변화시킴에 따른 진동모드를 시간평균 홀로그래픽 간섭계(time-average holographic interferometry)를 이용해 분석하고 자유단의 변화에 따른 고유진동수의 비를 비교하였고, 레이저 도플러 유속계(LDV)를 변형한 레이저 도플러 진동계(laser doppler vibrometer)로 원형평판의 진동변위와 시간평균 홀로그래픽 간섭계로 구한 진 동변위를 비교하였다.
원격탐지를 목적으로 하는 레이다 시스템에서는 일반적으로 도플러 필터뱅크를 적용하여 목표물 반사 신호들의 스펙트럼을 분석함으로서 반사 신호의 크기 및 속도정보 등을 얻게 된다. 이러한 스펙트럼 추정방법은 오래 전부터 널리 이용되고 있는 FFT(Fast Fourier Transform) 기법을 이용한 것으로 대부분의 레이다 시스템에서 채택하고 있는 방식이다. 그러나 레이다 시스템에서의 목표물 반사 신호 획득시간이 현저히 짧은 경우, 즉 고속으로 이동하는 항공기용 시스템이나 매우 빠른 목표물들의 즉각적인 탐지가 목적인 시스템에서는 기존 FFT 스펙트럼 추정방식으로는 높은 도플러 주파수 해상도를 얻을 수 없기 때문에 정확도가 현저히 떨어질 수 있다. 따라서 본 논문에서는 이러한 문제점을 극복하기 위하여 해상도 문제가 발생하지 않는 파라메터 추정방식인 AR 스펙트럼 추정 방법에 대하여 고찰하였다.
주파수 오차는 송 수신기내의 발진기의 오차와 송수신기의 이동속도에 의한 도플러 효과(doppler effect)로 인해 발생하는데 이러한 오차는 수신신호의 위상을 변화시켜 수신기의 성능을 떨어뜨리는 주요 요인 중 하나이다. 따라서 주파수 오차의 정밀한 추정 및 보상은 송 수신기의 필수적인 요소이다. 본 논문은 이러한 주파수 오차를 부분 상관을 이용하여 추정하는 새로운 방식을 제안하는데, 기존 방식에 비해 낮은 복잡도를 가진다. 또한 제안하는 방식은 주파수 추정 정확성의 손실 없이 주파수 오차 보상 범위의 조절이 가능하여 넓은 주파수 오차가 존재하는 시스템에 적합하다. 제안 방식의 검증을 위해 컴퓨터 모의실험 결과를 수행하고, 기존의 기법과 비교 분석하여 성능 및 복잡도에 이득이 있음을 보인다.
A Laser Doppler Vibrometer (LDV) based on the heterodyne method was developed using He-Ne laser as a light source. The heterodyne method was employed to eliminate the ambiguity in the direction of the motion. The frequency shifted object beam (40 MHz) by a Bragg cell was focused on the surface of the moving target and the Doppler shifted reflected beam was combined at the fast photodetector to produce frequency modulated signal centered at 40 MHz. The signal from the detector was amplified, filtered and downconverted to intermediate frequency centered at 5 MHz. The voltage output that was proportional to the velocity of the moving surface was obtained using PLL. This LDV can be used to measure the resonant frequency of the electric equipments such as circuit breakers and bushings, of which resonant frequencies are changed when they are damaged.
반도체 레이저 광원의 되먹임 효과를 이용하여 레이저 도플러 속도계를 구현하였다. 움직이는 물체의 표면에 조사된 레이저광이 산란될 때 산란광은 물체의 속도에 비례한 도플러 변이를 일으킨다. 산란광의 일부를 레이저 공진기 내부로 입사키면 공진기 안에서는 발진광과 입사된 산란광이 혼합되어 두 개 광 사이의 차주파수로 레이저 전류가 변조되는 원리를 이용한 것이다. 본 실험에서는 원형 회전체에 레이저를 조사할 때 발생하는 산란광을 사용하여 회전 속도와 도플러 편이 주파수와의 관계를 비교하였다. 또한 회전면에 대한 레이저 입사 각도에 따른 도플러 주파수의 변화를 관찰하였다. 이로부터 도플러 주파수와 회전체 각속도 사이의 비례 관계 및 측정광의 입사 각도와의 선형성을 확인하였다.
In this paper, we propose the efficient Doppler removal method using map-based partial-time common intermediate frequency removal technique. In the proposed algorithm, the 2-stage carrier removal process was used. First, the component of common intermediate frequency is removed. Next the component of Doppler was removed with averaging and approximation. For the evaluation of the proposed algorithm, The real-time software GPS L1 C/A-code receiver was implemented. When the proposed algorithms are used, 12 tracking channels with 3 track arm(early, prompt, late) is operated real-time on PC using a Intel Pentium-III 1.0GHz CPU. Also, the requirement of memory was less than 2Mbytes. The real-time software GNSS receiver using the proposed algorithms provides the navigation solution with below 10 meter rms error. Especially, in spited of using the various approximations for implementing the algorithms, the high sensitivity capability (able to track the weak signal with -159dBm) was achieved.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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