[국내논문]유럽형 디지털 지상파 방송 서비스와 스펙트럼 인지 기반 개인/휴대형 TVBD와의 간섭분석 Interference Analysis of the European Digital Terrestrial Broadcasting Service and the Personal/Portable TVBD based on Spectrum Cognition원문보기
본 논문은 TV화이트 스페이스(TV white space) 대역에서 1차 우선 사용자인 DVB-T2(Digital Video Broadcasting - Second Generation Terrestrial) 차세대 유럽형 방송 서비스와 스펙트럼 인지 기능이 탑재된 IMT-Advanced LTE 기반 개인/휴대용 TVBD(TV Band Device) 무선기기와의 공존 가능성 파악을 위해 간섭분석을 수행하였다. 이를 위해 실제 유럽에서 적용되는 DVB-T2와 TVBD 각각에 대해 방사 및 블로킹 마스크, 안테나 높이 및 이득, 전송전력 및 대역폭, 송수신 링크에 대한 채널모델을 적용하였다. 이를 기반으로 DVB-T2의 인접채널에서 동작 가능한 TVBD 사용자의 허용가능 전송전력과 개수, 간섭환률 변화량에 대한 분석을 수행하였다. 또한 스펙트럼 인지 성능에 따른 허용가능 TVBD 총 개수의 변화량에 대해서도 분석을 수행하였다.
본 논문은 TV 화이트 스페이스(TV white space) 대역에서 1차 우선 사용자인 DVB-T2(Digital Video Broadcasting - Second Generation Terrestrial) 차세대 유럽형 방송 서비스와 스펙트럼 인지 기능이 탑재된 IMT-Advanced LTE 기반 개인/휴대용 TVBD(TV Band Device) 무선기기와의 공존 가능성 파악을 위해 간섭분석을 수행하였다. 이를 위해 실제 유럽에서 적용되는 DVB-T2와 TVBD 각각에 대해 방사 및 블로킹 마스크, 안테나 높이 및 이득, 전송전력 및 대역폭, 송수신 링크에 대한 채널모델을 적용하였다. 이를 기반으로 DVB-T2의 인접채널에서 동작 가능한 TVBD 사용자의 허용가능 전송전력과 개수, 간섭환률 변화량에 대한 분석을 수행하였다. 또한 스펙트럼 인지 성능에 따른 허용가능 TVBD 총 개수의 변화량에 대해서도 분석을 수행하였다.
In this paper, we was performed the interference analysis to determine an optimal coexisting criteria for the european digital video broadcasting service (DVB-T2) and the IMT-advanced LTE based TV Band Device (TVBD). The TVBD was equipped with the spectrum cognition method. To this end, we set the v...
In this paper, we was performed the interference analysis to determine an optimal coexisting criteria for the european digital video broadcasting service (DVB-T2) and the IMT-advanced LTE based TV Band Device (TVBD). The TVBD was equipped with the spectrum cognition method. To this end, we set the various transmission parameters, that includes the emission and blocking mask, antenna height and gain, transmission power and bandwidth, channel model etc. Based on this parameters, we were calculated the allowable transmit power, the number of TVBD and the change in probability of interference for the TVBD user operating in the adjacent channels of the DVB-T2 user. Also this paper presents how many TVBD users can sharing with DVB-T2 for spectral cognition performance.
In this paper, we was performed the interference analysis to determine an optimal coexisting criteria for the european digital video broadcasting service (DVB-T2) and the IMT-advanced LTE based TV Band Device (TVBD). The TVBD was equipped with the spectrum cognition method. To this end, we set the various transmission parameters, that includes the emission and blocking mask, antenna height and gain, transmission power and bandwidth, channel model etc. Based on this parameters, we were calculated the allowable transmit power, the number of TVBD and the change in probability of interference for the TVBD user operating in the adjacent channels of the DVB-T2 user. Also this paper presents how many TVBD users can sharing with DVB-T2 for spectral cognition performance.
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문제 정의
본 논문은 TVBD의 스펙트럼 인지 실패 확률 값의 변화에 대해 허용가능 TVBD의 총 개수 변화량에 대한 분석을 추가로 수행하였다. 스펙트럼 인지 실패확률 값은 다음의 식 (7)과 같이 나타낼 수 있다.
본 논문은 차세대 유럽형 디지털 이동방송 서비스인 DVB-T2와 동일 주파수 범위 내에서 스펙트럼 인지 기능을 탑재한 TVBD와의 공존 가능성을 간섭분석을 통하여 확인하였다. 모의실험 결과에서 알 수 있듯이 스펙트럼 인지 정보를 기반으로 TVBD 사용자가 사전에 정해진 20dBm의 최대 허용가능 전송 전력을 넘지 않는 범위 내에서 DVB-T2와 상호 서비스 운용이 가능함을 파악할 수 있었다.
가설 설정
본 논문의 모의실험에서는 최대 52.8 km의 전송 커버리지를 갖는 DVB-T2 서비스 영역 내 20개의 TVBD 통신링크가 하나의 DVB-T2 수신기 위치를 중심으로 반경 1 km지역 내 임의의 지점에 위치한다고 설정하였다. 그림 5에서 가로(X)와 세로(Y) 좌표가 (0, 0)인 지점에 하나의 DVB-T2 기지국이 위치해 있으며, 이를 중심으로 It에 해당하는 TVBD 송신기가 20개의 단위로 복수의 그룹을 형성하여 Vt에 해당하는 DVB-T2 수신기 주변에 존재하고 있음을 파악할 수 있다.
제안 방법
이상적인 TV 화이트 스페이스 무선통신 서비스의 활용을 위해 정부를 비롯한 통신 서비스 및 단말업체에서 고려해야할 선결 과제는 본 대역에서 보호되어야 할 방송 서비스와 TVBD와의 효율적 운용 및 상호공존 문제 해결이다. 이에 대한 사전 연구로 본 논문에서는 고정된 TVBD 허용가능 전송전력을 규정하고 있는 미국과 다르게 TVBD 위치에 따라 허용가능 전송전력이 다양하게 설정 가능한 유럽에서의 DVB-T2 (Digital Video Broadcasting-Second Generation Terrestrial)와 TVBD와의 주파수 공존 가능성에 대한 간섭 분석을 수행하였다. 이를 위해 TV 화이트 스페이스에 존재하는 DVB-T2를 1차 면허 사용자로 지정하고, 스펙트럼 인지 기능이 장착된 TVBD를 2차 비 면허 사용자로 가정하였을 때, 몬테카를로 알고리즘 기반의 간섭분석을 수행하여 DVB-T2와 TVBD의 상호 공존 가능 여부에 대한 전파환경 분석을 수행하였다[11].
이에 대한 사전 연구로 본 논문에서는 고정된 TVBD 허용가능 전송전력을 규정하고 있는 미국과 다르게 TVBD 위치에 따라 허용가능 전송전력이 다양하게 설정 가능한 유럽에서의 DVB-T2 (Digital Video Broadcasting-Second Generation Terrestrial)와 TVBD와의 주파수 공존 가능성에 대한 간섭 분석을 수행하였다. 이를 위해 TV 화이트 스페이스에 존재하는 DVB-T2를 1차 면허 사용자로 지정하고, 스펙트럼 인지 기능이 장착된 TVBD를 2차 비 면허 사용자로 가정하였을 때, 몬테카를로 알고리즘 기반의 간섭분석을 수행하여 DVB-T2와 TVBD의 상호 공존 가능 여부에 대한 전파환경 분석을 수행하였다[11]. 이를 통해 TVBD가 존재하는 중심주파수 별 허용 가능 TVBD 수와 할당가능 전송전력 분포를 분석하였으며, 스펙트럼 인지 성능의 정확도 변화에 따른 허용가능 TVBD 총 개수 및 간섭확률 변화량에 대해 확인하였다.
이를 위해 TV 화이트 스페이스에 존재하는 DVB-T2를 1차 면허 사용자로 지정하고, 스펙트럼 인지 기능이 장착된 TVBD를 2차 비 면허 사용자로 가정하였을 때, 몬테카를로 알고리즘 기반의 간섭분석을 수행하여 DVB-T2와 TVBD의 상호 공존 가능 여부에 대한 전파환경 분석을 수행하였다[11]. 이를 통해 TVBD가 존재하는 중심주파수 별 허용 가능 TVBD 수와 할당가능 전송전력 분포를 분석하였으며, 스펙트럼 인지 성능의 정확도 변화에 따른 허용가능 TVBD 총 개수 및 간섭확률 변화량에 대해 확인하였다.
본 논문은 그림 1과 같은 간섭환경 시나리오를 설정하여 유럽 방송 서비스 대역에서의 간섭분석을 수행하였다.
첫 번째로 1차 보호 사용자인 DVB-T2와 간섭원으로 지정된 TVBD에 대한 위치 및 전송전력 크기, 주파수 대역폭, 안테나 이득, 채널모델과 같은 파라미터 설정을 수행한다. 다음으로 TVBD 동작 채널이 DVB-T2가 존재하는 전체 주파수 범위 내에 존재하도록 지정한다.
모의실험 결과에서 알 수 있듯이 스펙트럼 인지 정보를 기반으로 TVBD 사용자가 사전에 정해진 20dBm의 최대 허용가능 전송 전력을 넘지 않는 범위 내에서 DVB-T2와 상호 서비스 운용이 가능함을 파악할 수 있었다. 또한 DVB-T2에 대한 간섭영향 대비 허용가능 TVBD 총 개수 및 간섭확률의 변화량에 대해서도 분석을 수행하였다.
대상 데이터
또한 DVB-T2 송수신 링크에는 기존 방송 서비스의 간섭분석에 주로 고려되었던 ITU-R. P1546 채널모델에서 정확성을 개선한 JTG 5-6 버전 2 도심환경 채널모델을 적용하였다. JTG 5-6 버전 2 도심환경 채널 모델은 UHF 대역에서 방송 및 모바일 서비스의 상호 공존 가능성 연구를 위해 10m에서 100 km까지의 커버리지 범위 내에서 확장형 Hata 모델과 P.
이론/모형
TVBD 송수신기의 경우, 모바일 무선통신 서비스의 간섭 분석을 위해 광범위하게 적용되고 있는 확장형 Hata 채널모델을 적용하였다. 또한 DVB-T2 송수신 링크에는 기존 방송 서비스의 간섭분석에 주로 고려되었던 ITU-R.
성능/효과
다음 단계로 몬테카를로 알고리즘을 통해 반복 산출되는 개별 데이터 표본 별로 DVB-T2의 최소 수신감도보다 큰 값을 가지는 dRSS 값을 추출하게 된다. 이를 토대로 모든 채널에 대해 sRSS 값을 추출하게 되며, 사전에 정의된 스펙트럼 인지 기준 값과 추출된 sRSS 값의 비교과정을 통해 TVBD의 허용가능 채널에 대한 존재 유무를 판단하게 된다. 만약 고려되는 모든 주파수 채널에서 TVBD 동작이 허용될 수 있다면, 해당 TVBD에 대해 허용가능 최대 전송전력 값이 할당될 수 있다.
98 dBm에서 20 dBm의 범위 내에서 전송전력을 이용하고 있음을 파악할 수 있다. 또한 스펙트럼인지 실패 확률을 0%로 고정하였을 경우, 그림 11의 모의실험 결과를 통하여 547.7MHz의 중심 주파수를 가지는 TV 화이트 스페이스 대역에서 허용 가능 TVBD 개수가 가장 많이 존재하고 있음을 파악할 수 있다. 여기서 개별 주파수 대역에 허용되는 TVBD의 총 수는 그림 11에 나타낸 각각의 스토그램의 최대 값을 모두 합한 값으로 표현할 수 있으며, 사전에 설정한 TVBD 개수 20개에 근접하는 19.
7MHz의 중심 주파수를 가지는 TV 화이트 스페이스 대역에서 허용 가능 TVBD 개수가 가장 많이 존재하고 있음을 파악할 수 있다. 여기서 개별 주파수 대역에 허용되는 TVBD의 총 수는 그림 11에 나타낸 각각의 스토그램의 최대 값을 모두 합한 값으로 표현할 수 있으며, 사전에 설정한 TVBD 개수 20개에 근접하는 19.8264가 산출됨을 확인하였다.
그림 12의 모의실험 결과에서 가로축은 스펙트럼 인지 실패확률 값의 변화량을 의미하며, 왼쪽 세로축의 값은 간섭확률, 오른쪽 세로축의 값은 허용가능 TVBD의 총 개수를 의미한다. 모의실험 결과에서 알 수 있듯이 스펙트럼 인지 실패 확률이 증가할수록 간섭확률은 증가하게 되며, 허용가능 TVBD 총 개수는 감소하고 있음을 파악할 수 있다.
본 논문은 차세대 유럽형 디지털 이동방송 서비스인 DVB-T2와 동일 주파수 범위 내에서 스펙트럼 인지 기능을 탑재한 TVBD와의 공존 가능성을 간섭분석을 통하여 확인하였다. 모의실험 결과에서 알 수 있듯이 스펙트럼 인지 정보를 기반으로 TVBD 사용자가 사전에 정해진 20dBm의 최대 허용가능 전송 전력을 넘지 않는 범위 내에서 DVB-T2와 상호 서비스 운용이 가능함을 파악할 수 있었다. 또한 DVB-T2에 대한 간섭영향 대비 허용가능 TVBD 총 개수 및 간섭확률의 변화량에 대해서도 분석을 수행하였다.
후속연구
향후 본 연구에서는 미국 연방통신위원회에서 제시한 다양한 형태의 TVBD 및 여러 가지 무선통신 서비스 모델을 고려한 간섭분석을 추가로 진행 할 예정이다. 또한 TVBD 사용자가 위치하는 지형적 특성에 따라 다양한 크기의 TVBD 전송전력 할당이 가능한 유럽 ECC에서 연구되고 있는 TV 화이트 스페이스 전송규격을 고려하여 미국형과 유럽형에 대한 TV 화이트 스페이스 서비스 공존 규격에 대한 비교분석을 수행할 예정이다.
향후 본 연구에서는 미국 연방통신위원회에서 제시한 다양한 형태의 TVBD 및 여러 가지 무선통신 서비스 모델을 고려한 간섭분석을 추가로 진행 할 예정이다. 또한 TVBD 사용자가 위치하는 지형적 특성에 따라 다양한 크기의 TVBD 전송전력 할당이 가능한 유럽 ECC에서 연구되고 있는 TV 화이트 스페이스 전송규격을 고려하여 미국형과 유럽형에 대한 TV 화이트 스페이스 서비스 공존 규격에 대한 비교분석을 수행할 예정이다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
유럽통신위원회에서 TV 화이트 스페이스에 대하여 진행하고 있는 연구는 무엇인가?
미국 연방통신위원회 (FCC; Federal Communications Commission)는 2008년을 기점으로 총 세 차례에 걸쳐 공식적인 TV 화이트 스페이스 서비스 규격을 발표한 상태이다[6][7][8]. 또한 유럽에서도 2007년 12월 영국 Ofcom (Office of communications)에서의 ‘digital dividend’ 주파수 대역 발표를 시작으로 현재는 유럽통신위원회 (ECC; European Communications Commission)에서 사용자의 지역적 위치를 기준으로 다양하게 변화 가능한 TVBD 전송전력 할당 방안에 대해 기술규격 연구를 진행하고 있는 상태이다[9][10].
TV 화이트 스페이스가 주목받는 이유는 무엇인가?
전 세계적으로 디지털 TV 방송으로의 전환이 진행되고 있으며, 해당 주파수 대역인 UHF (Ultra High Frequency) 스펙트럼 영역에서 새롭게 생성 가능한 TV 화이트 스페이스 (TVWS; TV White Space)의 활용 가능성에 대해 관심이 집중되고 있다. 특히 최근에는 미국 및 유럽, 일본을 비롯한 선진국들을 중심으로 향후 주파수 자원의 부족에 대처하기 위한 핵심 주파수 자원으로서 TV 화이트 스페이스를 기반으로 하는 국제 표준화 활동 및 서비스 모델 연구가 강화되고 있음이 파악되고 있다[1][2][3][4][5].
방송 서비스와 TVBD의 효율적 운용 및 상호공존 문제 해결을 위해 본 연구가 수행한 사전연구는 무엇인가?
이상적인 TV 화이트 스페이스 무선통신 서비스의 활용을 위해 정부를 비롯한 통신 서비스 및 단말업체에서 고려해야할 선결 과제는 본 대역에서 보호되어야 할 방송 서비스와 TVBD와의 효율적 운용 및 상호공존 문제 해결이다. 이에 대한 사전 연구로 본 논문에서는 고정된 TVBD 허용가능 전송전력을 규정하고 있는 미국과 다르게 TVBD 위치에 따라 허용가능 전송전력이 다양하게 설정 가능한 유럽에서의 DVB-T2 (Digital Video Broadcasting-Second Generation Terrestrial)와 TVBD와의 주파수 공존 가능성에 대한 간섭 분석을 수행하였다. 이를 위해 TV 화이트 스페이스에 존재하는 DVB-T2를 1차 면허 사용자로 지정하고, 스펙트럼 인지 기능이 장착된 TVBD를 2차 비 면허 사용자로 가정하였을 때, 몬테카를로 알고리즘 기반의 간섭분석을 수행하여 DVB-T2와 TVBD의 상호 공존 가능 여부에 대한 전파환경 분석을 수행하였다[11].
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