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.
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.
Since the opening of Korean high-speed rail, KTX in 2004, the use of trains in Korea soared. Improved rail technology, as well as the speed of the train was developed. However, the development of the train speed raised new issues of Doppler effect and this effect compensation. Depending on the speed...
Since the opening of Korean high-speed rail, KTX in 2004, the use of trains in Korea soared. Improved rail technology, as well as the speed of the train was developed. However, the development of the train speed raised new issues of Doppler effect and this effect compensation. Depending on the speed of communication target, Doppler effect generates frequency shifting and this effect leads to a distortion of the signal. For this reason, the Doppler effect adversely affect the communication performance. Therefore, the Doppler effect problem must be solved for the railway wireless communication. In this paper, we present technique of compensation for the Doppler effect that occurs in high-speed railway communication and simulation result.
Since the opening of Korean high-speed rail, KTX in 2004, the use of trains in Korea soared. Improved rail technology, as well as the speed of the train was developed. However, the development of the train speed raised new issues of Doppler effect and this effect compensation. Depending on the speed of communication target, Doppler effect generates frequency shifting and this effect leads to a distortion of the signal. For this reason, the Doppler effect adversely affect the communication performance. Therefore, the Doppler effect problem must be solved for the railway wireless communication. In this paper, we present technique of compensation for the Doppler effect that occurs in high-speed railway communication and simulation result.
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문제 정의
이러한 도플러 효과로 인한 성능 열화를 극복하기 위하여, 많은 노력을 기울여 왔으며, 현재 많은 기법들이 연구 진행 중에 있다. 본 논문에서는 이러한 도플러 효과에 관한 정의 및 도플러 효과에 대한 내용과 철도 통신에서 적용될 수 있는 도플러 효과 및 이에 대한 도플러 보상기법을 소개한다.
이러한 도플러효과로 인한 통신 성능 감쇠를 위해, 본 논문에서는 등화기 필터를 이용한 보상기법을 제안하였다. 이는 도플러효과에 의한 주파수 천이로 인한 성능 열화를 등화기를 이용하여 열화 된 성능을 보상하는 방법이다.
본 논문에서는 도플러 효과에 대한 간단한 소개와, 철도 통신에서의 도플러 효과에 대한 모의 실험과 이에 보상 기법을 적용했을 때의 성능 비교를 소개하였다. 어려나라 에서 철도는 매우 유용한 교통 수단이며, 우리나라 또한 고속철도의 개통과 함께 이용자의 수가 꾸준히 늘고있는 추세이다.
어려나라 에서 철도는 매우 유용한 교통 수단이며, 우리나라 또한 고속철도의 개통과 함께 이용자의 수가 꾸준히 늘고있는 추세이다. 이렇게 발전하는 철도와 더불어 철도에서 이루어지는 통신에서의 발전 또한 꾸준히 이루어져야 하며, 정확한 정보 전송이 가능하여아 한다. 따라서 도플러 효과로 인한 통신 성능 열화는 반드시 해결해야 할 문제 중 하나이다.
제안 방법
본 논문에서의 모의실험 결과는 크게 3가지로 나눌 수 있다. 첫 번째로는 도플러 효과로 인한통신 성능 감쇠를 알아보기 위해, 이론적인 BPSK변조를 거친 BER값과 도플러 효과가 적용되지 않는 일반적인 Rayleigh 채널의 BER, 그리고 마지막으로 도플러 효과가 적용되는 채널의 BER의 3개의 채널의 BER 성능을 비교하였다. 다음의 표 1은 BER 성능 분석 모의 실험을 위한 파라미터 값이다.
위의 BER 성능 비교에 이어, 2번째 실험은 도플러 효과로 인한 주파수 천이로 인해, 변화하는 파형에 관한 실험이다. 그림 4,5,6의 그림들은 위의 BER 성능과 더불어 도플러 효과로 인한 신호 파형의 변화를 보여주는 그림이다.
마지막 3번째 실험은 LMS 기법을 이용한 보상기법을 적용하여 첫 번째 실험과 마찬가지로 이론적인 BPSK변조를 거친 BER값과 도플러 효과가 적용되지 않는 일반적인 Rayleigh 채널의 BER, 그리고 마지막으로 도플러 효과가 적용되는 채널의 BER 성능을 비교하였다. 그림 6에서 나와있는 그래프는 도플러 효과가 적용 됐을 때의 이러한 신홍 왜곡 및 통신성능의 열화를 줄이고자, 위에 설명한 LMS 필터를 이용한 보상기법을 적용하여 다시 모의실험을 한 결과이다.
이론/모형
이 때, 사용된 등화기 필터의 종류는 LMS(Least Mean Square) 필터를 사용하였다. 일반적으로 MMSE 등화기를 사용하면 가장 좋으나, 구조의 간단성과 안전성을 위해, 가장 널리 사용되는 LMS 필터를 이용하였다.
이 때, 사용된 등화기 필터의 종류는 LMS(Least Mean Square) 필터를 사용하였다. 일반적으로 MMSE 등화기를 사용하면 가장 좋으나, 구조의 간단성과 안전성을 위해, 가장 널리 사용되는 LMS 필터를 이용하였다.
성능/효과
그림 3의 그림은 위의 파라미터를 바탕으로 하여 이론적인 BPSK변조를 거친 BER값과 도플러 효과가 적용되지 않는 일반적인 Rayleigh 채널의 BER, 그리고 마지막으로 도플러 효과가 적용되는 채널의 BER의 3개의 채널의 BER 성능을 비교한 그림이다. 그래프 값을 비교해 볼 때, 도플러효과가 적요되는 채널은 이론적인 BPSK 변조 체널보다는 물론, 일반적인 Rayleigh 채널에서의 BER 성능보다도 떨어지는 것을 확인할 수 있다.
그림 6에서 나와있는 그래프는 도플러 효과가 적용 됐을 때의 이러한 신홍 왜곡 및 통신성능의 열화를 줄이고자, 위에 설명한 LMS 필터를 이용한 보상기법을 적용하여 다시 모의실험을 한 결과이다. 결과를 보면 알 수 있듯, 위의 보상기법을 적용하지 않았을 때의 BER 성능 비교보다 성능의 차이가 줄어들었음을 알 수 있다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
도플러 효과란 무엇인가?
도플러 효과란. 기지국과 같은 고정된 수신단이 아닌, 이동하는 수신단과 이에 따른 속도에 의해 주파수 변이가 일어나는 것으로, 일반적인 이동 중의 통화 등에서도 도플러 효과가 발생할 수 있다고 볼 수 있다. 그러나 이러한 사람의 걷는 속도 등의 미세한 효과는 통신에 있어서 크게 장애를 주지는 못하나, 대기권 밖에서 엄청난 속도로 움직이는 위성뿐만 아니라, 고속으로 달리는 차량 등 에서도 이러한 도플러 효과로 인한 성능 저하는 문제가 될 수 있다.
LMS 필터를 사용한 이유는 무엇인가?
이 때, 사용된 등화기 필터의 종류는 LMS(Least Mean Square) 필터를 사용하였다. 일반적으로 MMSE 등화기를 사용하면 가장 좋으나, 구조의 간단성과 안전성을 위해, 가장 널리 사용되는 LMS 필터를 이용하였다.
등화기 필터를 이용한 보상기법은 어떤 방법인가?
이러한 도플러효과로 인한 통신 성능 감쇠를 위해, 본 논문에서는 등화기 필터를 이용한 보상기법을 제안하였다. 이는 도플러효과에 의한 주파수 천이로 인한 성능 열화를 등화 기를 이용하여 열화 된 성능을 보상하는 방법이다.
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