실내무선전파환경에서의 원형편파 전파를 고려한 수정된 UWB 채널 모델

Abstract

오늘날 이동 무선통신을 사용하는 사용자들의 기술적인 수요는 동영상 전송과 같은 초고속 멀티미디어 데이터 전송을 하기까지에 이르렀다. 하지만 기존의 협대역 다중접속 방식은 고속 멀티미디어 데이터 전송을 하기에 한계가 있기 때문에 최근 무선채널을 통한 고속 데이터 전송의 필요성이 요구되고 있다. 특히 초광대역 통신이라고 불리는 UWB 기술은 이미 미국을 비롯한 많은 나라에서 연구되고 있어 전반적인 무선통신분야, 전자기기에 이르기까지 광범위하게 적용될 것으로 예상된다. UWB는 기존의 통신기술과 현저히 다른 기술로 저전력(1mW 이하), 광대역을 사용하며 오늘날의 무선 LAN 시스템보다 속도가 빠르고 비용이 저렴하며 다수의 사용자를 지원할 수 있을 것으로 기대되고 있다.[1] 하지만 UWB 시스템은 방사전력 제한을 두고 있기 때문에 실질적인 활용범위가 주로 근거리 실내 무선통신 분야라는 점에서 한계가 있다. 실내 무선 환경에서는 벽, 천장, 바닥 그리고 실내에 위치한 장애물 등에 의한 다중경로 페이딩 영향으로 초고속 실내 무선통신 서비스를 제공하는데 어려움이 있는데 이러한 실내 다중경로 성분에 의한 페이딩을 경감시키는 여러 가지 방법 중에서 본 논문은 실내 UWB통신에서 성능 개선을 위한 방법으로 원형편파 안테나를 제시한다. 원형편파를 이용하면, 상대적으로 긴 지연을 갖는 강한 다중경로 성분을 효과적으로 제거하여 수신 신호의 RMS 지연 감소, 페이딩 경감 및 신호강도 개선효과 등을 얻을 수 있다. 따라서 UWB대역 주파수의 실제 측정을 통해 가시거리 환경(LOS) 및 비가시거리 환경(NLOS)에서 원형 편파를 이용하면 직선 편파에 비해 어느정도 페이딩 경감 효과가 나타나는지 알아본 뒤, 새로운 UWB 채널모델을 수정 정립하기 위하여 매트랩 시뮬레이션으로 UWB 채널모델 모의실험을 수행하였다. 이로부터 기존의 UWB 채널모델 파라미터를 새로이 수정하였고, 수정된 채널 파라미터를 UWB 시스템에 적용하여 성능 개선을 시도하였다. 그 결과, 원형편파를 UWB 시스템에 적용하면 시스템 성능이 개선됨을 확인하였으며 또한 새로이 수정된 UWB 채널모델의 타당성도 확인되었다. 본 논문은 제2장에서 UWB 주파수가 수직, 수평, 원형편파 안테나를 통해 전파될 때의 특징을 측정을 통해 알아보고 제3장에서 UWB 신호에 대한 이해와 스펙트럼에 따른 UWB 주파수 사용 범위에 대해 설명한다. 그리고 제4장에서 새로운 채널 모델 설정을 위해 주요 파라미터를 추출한 뒤 제5장에서 새로운 모델의 전파 특성을 그래프 결과로 보인다. 마지막으로 제6장에서 실내 UWB통신에서 원형편파 안테나를 적용하였을 때 달라지는 파라미터를 설정하여 그 성능을 매트랩 시뮬레이션으로 평가하고 향후과제에 대해서 살펴보았다.

A baseband multiple access method has limitation for multimedia high speed data transmission. Ultra broadband based high speed access method like UWB has attracted by the need for recently multimedia data transmission using wireless channel. Recently UWB technology has widely adopted by telecommunication and electronic equipment, because it has been researched by America and various countries. Owing to UWB system share frequency with traditional telecommunication system, it has been limited radiant power(under -41.25dBm/MHz) to reduce coherent existing RF communication system. So normal commercial UWB equipment can be produced for a short distance and used in indoor environments. To make sure a high quality communication, however, the indoor radio channel has many obstacles like a multipath pading from people or a physical barrier. In this thesis, we propose to use the circular polarization in the UWB system for reducing fading caused by multipath components. The circular polarization wave transmission significantly mitigates the multipath fading caused by reflections because the energies of odd-bounce reflected waves do not appear at the receiver. we compared the result of measurement with three kinds of polarization which are virtical, horizontal, circular polarization at 5.7GHz frequency in the LOS and NLOS environments. As the result of analysis, the circular polarization have better anti-fading effect than the other polarization in the LOS environments and the vertical-horizontal polarization diversity in the NLOS environments. From these foundation we could renew UWB channel parameters which was standardized by IEEE 802.15. SG3a in 2003. Finally we simulated the BER performance of each channel medels in indoor radio communications. As a results, in case of LOS environments we could ensure that the performance of circular polarization wave for the UWB system is more excellent than the other polarization waves and the polarization diversity.