본 논문에서는 industrial, scientific, medical (ISM) 대역의 효율적인 운용을 위해 간섭시나리오와 monte-carlo method 기반의 간섭분석 methodology를 제안하였다. 간섭시나리오는 거리와 밀도에 따른 시나리오로 구분되며, 희생원을 victim receiver (Vr), 간섭원을 interfering transmitter (It)로 정의한다. 간섭분석 시뮬레이션은 Vr의 간섭허용치를 만족하는 It의 간섭유효구간을 통해 얻어지는 유효간섭영역 내에서 It의 분포밀도에 따른 간섭 확률을 도출하게 된다. 제안된 간섭시나리오를 적용하여 2.4GHz ISM 대역에서 사용되는 대표적 무선설비인 WLAN (Vr)과 bluetooth (It)의 시뮬레이션 결과 간섭유효구간은 60~400m 이며, WLAN은 유효간섭영역에 존재하는 6개의 bluetooth와 간섭허용치를 만족하는 범위 내에서 운용될 수 있음을 확인하였다. 또한, 같은 조건에서 frequency hopping (FH) 통신방식을 사용하는 bluetooth에 cognitive radio(CR) 기술 기반의 listen before talk (LBT) 방식을 적용시 간섭 확률은 크게 감소하였다. 컴퓨터 시뮬레이션은 european radiocommunications office (ERO)에서 monte-carlo method를 기반으로 개발한 spectrum engineering advanced monte carlo analysis tool (SEAMCAT)을 사용하였다.
본 논문에서는 industrial, scientific, medical (ISM) 대역의 효율적인 운용을 위해 간섭시나리오와 monte-carlo method 기반의 간섭분석 methodology를 제안하였다. 간섭시나리오는 거리와 밀도에 따른 시나리오로 구분되며, 희생원을 victim receiver (Vr), 간섭원을 interfering transmitter (It)로 정의한다. 간섭분석 시뮬레이션은 Vr의 간섭허용치를 만족하는 It의 간섭유효구간을 통해 얻어지는 유효간섭영역 내에서 It의 분포밀도에 따른 간섭 확률을 도출하게 된다. 제안된 간섭시나리오를 적용하여 2.4GHz ISM 대역에서 사용되는 대표적 무선설비인 WLAN (Vr)과 bluetooth (It)의 시뮬레이션 결과 간섭유효구간은 60~400m 이며, WLAN은 유효간섭영역에 존재하는 6개의 bluetooth와 간섭허용치를 만족하는 범위 내에서 운용될 수 있음을 확인하였다. 또한, 같은 조건에서 frequency hopping (FH) 통신방식을 사용하는 bluetooth에 cognitive radio(CR) 기술 기반의 listen before talk (LBT) 방식을 적용시 간섭 확률은 크게 감소하였다. 컴퓨터 시뮬레이션은 european radiocommunications office (ERO)에서 monte-carlo method를 기반으로 개발한 spectrum engineering advanced monte carlo analysis tool (SEAMCAT)을 사용하였다.
In this paper, we proposed the methodology of interference analysis based on monte-carlo method for effective use of Industrial, Scientific, Medical (ISM) band. The interference scenario is divided according to the distance and density. The simulation of interference analysis evaluates the interfere...
In this paper, we proposed the methodology of interference analysis based on monte-carlo method for effective use of Industrial, Scientific, Medical (ISM) band. The interference scenario is divided according to the distance and density. The simulation of interference analysis evaluates the interference probability according to distribution density of Interfering Transmitters (It) in the Secure Interference Area (SIA). The SIA is gained from the Interference Efficiency Range that satisfied to Interference Permissible Range of Victim Receiver (Vr). Simulation result that apply the proposed interference scenario to the WLAN and bluetooth, Interference Permissible Range was 60~400m. And the WLAN was acceptable within interference permissible range to six bluetooth that exist in the SIA. In the same condition, when applied Listen Before Talk (LBT) based on Cognitive Radio (CR) to the bluetooth using Frequency Hopping (FH), interference probability was decreased sharply. The Spectrum Engineering Advanced Monte Carlo Analysis Tool (SEAMCAT) that has been developed based on the monte-carlo method by European Radio-communications Office (ERO) were used to the interference simulation.
In this paper, we proposed the methodology of interference analysis based on monte-carlo method for effective use of Industrial, Scientific, Medical (ISM) band. The interference scenario is divided according to the distance and density. The simulation of interference analysis evaluates the interference probability according to distribution density of Interfering Transmitters (It) in the Secure Interference Area (SIA). The SIA is gained from the Interference Efficiency Range that satisfied to Interference Permissible Range of Victim Receiver (Vr). Simulation result that apply the proposed interference scenario to the WLAN and bluetooth, Interference Permissible Range was 60~400m. And the WLAN was acceptable within interference permissible range to six bluetooth that exist in the SIA. In the same condition, when applied Listen Before Talk (LBT) based on Cognitive Radio (CR) to the bluetooth using Frequency Hopping (FH), interference probability was decreased sharply. The Spectrum Engineering Advanced Monte Carlo Analysis Tool (SEAMCAT) that has been developed based on the monte-carlo method by European Radio-communications Office (ERO) were used to the interference simulation.
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문제 정의
ISM 대역의 효율적인 운용을 위해서는 간섭분석을 통한 보다 구체적인 규제와 정리가 요구된다. 따라서 본 논문에서는 monte-carlo method 기반의 간섭분석 methodology를 제안하였으며, 제안된 간섭분석 시나리오 및 간섭량 측정 방법은 다양한 전파응용설비 및 무선기기의 사용과 개발이 급증하고 있는 ISM 대역에 대하여 간섭회피 및 효율적인 주파수 이용방안을 제시하기 위한 참고 자료로써 유용하게 활용될 것이다. 또한, 국내 ISM 대역의 상황에 적합한 구체적 규제 정책 수립에 기여할 것으로 예상된다.
가설 설정
11b, bluetooth는 class 1(100mW)의 규격을 따르며, WLAN을 Vr, bluetooth를 It로 설정하였다. 간섭환경에서 WLAN은 항상 1번 채널인 2,412MHz를 점유하고 있는 상태를 가정하였으며, FH 방식을 사용하는 bluetooth는 79개의 채널을 일정한 확률로 hopping 하도록 설정하였다. 전파모델은 extended hata-SRD (Short Range Device) 모델의urban, indoor 환경을 가정하였고, 시뮬레이션은 간섭원인 중 가장 큰 영향을 미치는 unwanted emission에 의한 간섭만을 다룬다[11].
간섭환경에서 WLAN은 항상 1번 채널인 2,412MHz를 점유하고 있는 상태를 가정하였으며, FH 방식을 사용하는 bluetooth는 79개의 채널을 일정한 확률로 hopping 하도록 설정하였다. 전파모델은 extended hata-SRD (Short Range Device) 모델의urban, indoor 환경을 가정하였고, 시뮬레이션은 간섭원인 중 가장 큰 영향을 미치는 unwanted emission에 의한 간섭만을 다룬다[11].
제안 방법
4GHz ISM 대역에서 사용되는 WLAN과 bluetooth의 주요 파라미터 및 방사마스크 특성을 나타낸다. 간섭분석 시뮬레이션에 적용된 WLAN은 IEEE 802.11b, bluetooth는 class 1(100mW)의 규격을 따르며, WLAN을 Vr, bluetooth를 It로 설정하였다. 간섭환경에서 WLAN은 항상 1번 채널인 2,412MHz를 점유하고 있는 상태를 가정하였으며, FH 방식을 사용하는 bluetooth는 79개의 채널을 일정한 확률로 hopping 하도록 설정하였다.
거리시나리오는 앞의 link budget에 의해 계산된 Wt와 It의 cell radius를 이용하여 최대 서비스 반경에 각각 Vr와 Wr를 위치시키고 Vr와 It 사이의 거리 D를 변경하여 간섭률이 0%인 지점부터 Vr의 간섭허용치를 만족하는 구간을 확인한다. 이 구간을 간섭유효구간이라 정의한다.
본 논문에서는 간섭분석을 통한 ISM 대역의 효율적인 운용을 위해 간섭시나리오와 MC 방식의 간섭분석 methodology를 제안하였으며, 제안된 간섭 시나리오를 적용하여 2.4GHz ISM 대역에서 사용되는 WLAN (IEEE 802.11b)과 bluetooth (IEEE 802.15.1)의 간섭영향을 분석하였다. 컴퓨터 시뮬레이션은 european radiocommunications office (ERO)에서 개발한 spectrum engineering advanced monte carlo analysis tool (SEAMCAT)을 사용하였다.
본 절에서는 2.4GHz ISM 대역을 사용하는 대표적인 무선설비인 WLAN과 bluetooth를 예로 앞에서 제안된 간섭 시나리오를 구성하고, 간섭 시뮬레이션을 통해 간섭영향을 확인한다.
이론/모형
1)의 간섭영향을 분석하였다. 컴퓨터 시뮬레이션은 european radiocommunications office (ERO)에서 개발한 spectrum engineering advanced monte carlo analysis tool (SEAMCAT)을 사용하였다.
성능/효과
48㎓ 주파수 대역은 ISM주파수 대역으로 지정이 되어있으며, 제 3지역인 국내에서도 이 주파수 대역을 ISM대역으로 사용하고 있다. 2.4GHz ISM 대역은 그림 3에 나타낸 바와 같이 다양한 무선설비 및 전파응용설비가 공존하는 대역으로 ISM 대역 가운데 그 수요와 이용이 가장 활발하다. 특히, WLAN과 bluetooth는 home network의 핵심기술로 컴퓨팅 환경에서 함께 사용되는 경우가 급증함에 따른 간섭문제가 심각하다.
LBT 방식이 적용된 bluetooth는 WLAN이 점유 중인 22MHz 채널 대역폭의 1번 채널을 hopping 영역에서 제외시킨다. 시뮬레이션 결과 co-channel 간섭이 제거됨에 따라 간섭확률이 현저히 낮아진 것을 확인할 수 있다. 다양한 무선설비가 공존하는 ISM 대역에서 CR 기술의 적용은 채널용량의 증가와 이기종간의 간섭을 방지하기 위한 좋은 대안이 될 것이다.
후속연구
따라서 본 논문에서는 monte-carlo method 기반의 간섭분석 methodology를 제안하였으며, 제안된 간섭분석 시나리오 및 간섭량 측정 방법은 다양한 전파응용설비 및 무선기기의 사용과 개발이 급증하고 있는 ISM 대역에 대하여 간섭회피 및 효율적인 주파수 이용방안을 제시하기 위한 참고 자료로써 유용하게 활용될 것이다. 또한, 국내 ISM 대역의 상황에 적합한 구체적 규제 정책 수립에 기여할 것으로 예상된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
ISM 대역을 기반으로 동작하는 무선기기는 무엇이 있는가?
ISM 대역은 비면허로 일정한 출력의 규제만 지키면 자유롭게 사용할 수 있다는 장점으로 인하여 기존의 설비 및 기기는 물론이고, 전 세계적으로 새롭게 대두되는 다양한 전파응용설비 및 무선설비들의 상당수가 이 대역을 대상으로 개발 및 운영되고 있다. ISM 대역을 기반으로 동작하는 무선기기들 (WLAN, Bluetooth, ZigBee, Digital Cordless Phone 등)은 자체적으로 전파간섭을 최소화하거나 회피할 수 있는 알고리즘을 가지고 있으므로 동종기기 간 간섭문제는 크게 대두되지 않으나 이기종간의 전파간섭 및 혼신문제는 시스템의 안정성을 열화 시킬 수 있는 요인이 될 수 있다. 따라서 효과적인 ISM 대역의 운용을 위해서는 간섭분석을 통한 보다 구체적인 규제 및 정리가 반드시 필요하다[3].
ISM 대역의 장점은?
ISM 대역은 비면허로 일정한 출력의 규제만 지키면 자유롭게 사용할 수 있다는 장점으로 인하여 기존의 설비 및 기기는 물론이고, 전 세계적으로 새롭게 대두되는 다양한 전파응용설비 및 무선설비들의 상당수가 이 대역을 대상으로 개발 및 운영되고 있다. ISM 대역을 기반으로 동작하는 무선기기들 (WLAN, Bluetooth, ZigBee, Digital Cordless Phone 등)은 자체적으로 전파간섭을 최소화하거나 회피할 수 있는 알고리즘을 가지고 있으므로 동종기기 간 간섭문제는 크게 대두되지 않으나 이기종간의 전파간섭 및 혼신문제는 시스템의 안정성을 열화 시킬 수 있는 요인이 될 수 있다.
minimum coupling loss 방식의 단점은 무엇인가?
MCL 방식은 시스템 파라미터와 전파모델을 통해서 시스템이 간섭의 영향을 전혀 받지 않고 동작하기 위해 떨어져야 하는 최소한의 거리를 계산한다. 그러나 MCL 방식은 송수신기의 활동률 (activity factor)을 무시하고 일정한 크기의 송수신 신호가 계속 수신되는 worst case를 가정하므로 실제 적용하기에는 불필요하게 엄격한 이격 거리가 계산 된다. 또한 한 개의 간섭원만 모델링이 가능하기 때문에 여러 상황을 적용하기 어렵다. E-MCL 방식은 MCL 방식을 개선한 것으로 간섭원이 원형 셀에 균등하게 분포하는 링크 가용성 (link availability)을 고려하면서 이격거리와 간섭확률을 계산한다.
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