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문제 정의
- 본 절에서는 BPSK 시스템의 레이다 및 통신 간섭에 대한 영향을 분석한다. 먼저, 그림 4에는 통신 간섭에 따른 영향을 도시하였다.
- 또한 전체 네트워크 수준에서의 간섭 영향 분석 및 통신 수용량 측면의 연구도 수행되고 있다[5],[6]. 이러한 연구와 더불어 본 논문에서는 통합군의 동일 대역 무기 체계 간의 상호 운용을 위한 간섭 분석을 위해 군 통신 시스템을 확산과 비확산으로 분류하여, 이에 대한 아군의 인접 레이다 간섭 및 통신 간섭 영향을 분석한다. 2장에서는 피간섭원 및 간섭원 모델을 만든다.
제안 방법
- BPSK와 CDMA의 주파수 대역은 군의 무전기 주파수를 사용하였으며, 두 시스템의 성능 비교를 위해 그림 3에는 BPSK와 CDMA의 EbN0에 따른 BER을 도시하였다.
- 간섭 영향 시뮬레이션은 먼저 피간섭 시스템인 BPSK와 CDMA를 구현한 후 여기에 여러 종류의 통신 및 레이다 간섭을 각각 생성하여 이에 대한 피간섭원의 BER 성능 변화를 분석하여 이루어진다. 첫째로, 2장의 모델에 따라 EbN0(Energy per Bit to Noise power spectral density ratio)에 해당되는 피간섭 통신 링크를 형성한다.
- 군 통신 시스템을 확산 코드 및 비확산 코드 통신으로 나누어 여러 변조 방식의 간섭에 대한 영향을 평가한다. 확산 코드의 대표 변조 방식으로 CDMA(Code Division Multiple Access), 비확산 코드의 대표 변조 방식으로 BPSK(Binary Phase Shift Keying)를 선정하여 통신 시스템 모델을 만들고, 이 두 시스템에 대한 간섭으로 군에서 사용하는 대표적인 여러 변조 방식의 통신 간섭 모델을 만든다.
- 간섭 시뮬레이션에 사용한 피간섭원의 파라미터들은 표 1에 정리하였다. 두 시스템은 각각 확산 코드와 비확산 코드를 대표하므로 이에 따른 영향 비교를 위해 전송 율은 동일하게 하고, 확산 계수에 따라 채널 대역이 64배가 되도록 하였다.
- 레이다 간섭은 연속파인 협대역 CW(Continuous Wave)와 광대역 LFM(Linear Frequency Modulation), FMCW(Frequency Modulated Continuous Wave)를 모델링하였다. CW는 연속파 신호이며, 주파수 축에서 톤 신호로 나타난다.
- 최근 현대전의 네트워크 중심의 통합 무기 체계에서 군 무선 전파 통신 시스템 상호 간의 간섭 영향이 점차 심각해지고 있다. 본 논문에서는 군 통신 시스템을 확산 코드와 비확산 코드 시스템으로 분류하여 모델링하고, 군의 다양한 통신 변조 간섭과 간섭원과 피간섭원의 대역 중첩비에 따른 간섭영향을 모의시험을 통하여 분석하였다. 간섭 영향 분석 결과 인접 간섭원의 변조 방식과 중첩 대역폭에 따라 피간섭 수신기의 성능에 크게 영향을 미치는 것을 확인하였으며, 특히 동일한 INR에 대하여 확산 방식이 비확산 변조 방식에 비하여 BER 성능이 우수한 것으로 나타났다.
- 둘째로, 피간섭 수신단에 각 종류의 간섭 신호를 생성하되, 잡음 대비 간섭 전력인 INR을 점진적으로 증가시킨다. 이에 따라 피간섭원의 EbN0 열화에 의한 BER 변화를 도시하여 간섭 영향을 분석한다.
- 통신 및 레이다 간섭 신호의 시뮬레이션 파라미터는 표 2에 정리하였다. 피간섭원 시스템인 BPSK와 CDMA 각 시스템에 대하여 통신 간섭 4종류, 레이다 간섭 3종류의 간섭을 인가하였고, 간섭원의 대역은 모두 피간섭원의 대역 내에 위치하도록 신호를 생성하였다.
- 광대역 통신 시스템인 CDMA의 경우에는 간섭 신호와 대역이 일부분만 중첩되는 경우가 발생하므로, 간섭원의 대역 중첩에 따른 영향을 추가적으로 모의 시험하여 그림 8에 도시하였다. 피간섭원의 대역을 100 %로 했을 때, 이 중 일부분의 대역이 간섭원과 중첩되는 경우, 피간섭원의 대역폭 1.6 MHz가 간섭원의 대역과 각각 100 %, 75%, 50 %, 25 % 중첩되도록 시뮬레이션하였다. 간섭 변조 방식은 광대역 LFM을 사용하였다.
- 군 통신 시스템을 확산 코드 및 비확산 코드 통신으로 나누어 여러 변조 방식의 간섭에 대한 영향을 평가한다. 확산 코드의 대표 변조 방식으로 CDMA(Code Division Multiple Access), 비확산 코드의 대표 변조 방식으로 BPSK(Binary Phase Shift Keying)를 선정하여 통신 시스템 모델을 만들고, 이 두 시스템에 대한 간섭으로 군에서 사용하는 대표적인 여러 변조 방식의 통신 간섭 모델을 만든다. 간섭 시나리오를 그림 1에 도시하였다.
대상 데이터
- 통신 간섭은 주파수 확산을 통해 상대적으로 광대역을 갖는 CDMA와 협대역의 AM, FM, BPSK 신호를 사용하였다.
이론/모형
- 6 MHz가 간섭원의 대역과 각각 100 %, 75%, 50 %, 25 % 중첩되도록 시뮬레이션하였다. 간섭 변조 방식은 광대역 LFM을 사용하였다.
성능/효과
- 본 논문에서는 군 통신 시스템을 확산 코드와 비확산 코드 시스템으로 분류하여 모델링하고, 군의 다양한 통신 변조 간섭과 간섭원과 피간섭원의 대역 중첩비에 따른 간섭영향을 모의시험을 통하여 분석하였다. 간섭 영향 분석 결과 인접 간섭원의 변조 방식과 중첩 대역폭에 따라 피간섭 수신기의 성능에 크게 영향을 미치는 것을 확인하였으며, 특히 동일한 INR에 대하여 확산 방식이 비확산 변조 방식에 비하여 BER 성능이 우수한 것으로 나타났다. 따라서 무선 전파 통신 방식에 따른 상호 간섭 영향을 고려하여 군 전파 간섭 보호 기준을 설정해야 함을 알 수 있다.
- 이는 군에서 일반적으로 CDMA 채널의 BER 요구조건으로 통용되는 BER=10-6을 만족하는 EbN0에 약 10 dB의 마진을 준 것이다[9]. 간섭이 인가될 때, BER=10-6로 악화되는 INR(Interference to Noise Ratio)을 정리하여 간섭의 종류에 따른 시스템의 민감도를 평가할 수 있으며, 해당 INR이 시스템에 마진으로 준 10 dB만큼의 잡음을 증가시켰음을 알 수 있다. 둘째로, 피간섭 수신단에 각 종류의 간섭 신호를 생성하되, 잡음 대비 간섭 전력인 INR을 점진적으로 증가시킨다.
- 약 -3 dB의 INR이 인가되었을 때 BER=10-6이 되었고, 이 지점을 기점으로 성능이 크게 악화되었다. 레이다 간섭에 대해서는 협대역 간섭인 CW에 대해 매우 강한 내구성을 보였으며, 광대역 간섭 신호인 LFM에 대해서는 통신 품질이 민감하게 저하되었다.
- BPSK에 비해 상대적으로 광대역 신호인 CDMA의 경우, FM, BPSK, CDMA의 통신 간섭에 대해서 서로 비슷한 간섭 영향을 받았다. 약 -3 dB의 INR이 인가되었을 때 BER=10-6이 되었고, 이 지점을 기점으로 성능이 크게 악화되었다. 레이다 간섭에 대해서는 협대역 간섭인 CW에 대해 매우 강한 내구성을 보였으며, 광대역 간섭 신호인 LFM에 대해서는 통신 품질이 민감하게 저하되었다.
- 피간섭원의 통신 방식에 따라 각 변조 방식에 대해 상이한 민감도를 가짐을 알 수 있었다. 이를 정리한 표 3은 간섭이 해당 피간섭원에 주어졌을 때, BER이 10—6이 되는 INR(Interference to Noise Ratio)을 의미하며, 간섭이 표 3의 INR 만큼 인가되면 잡음 전력이 10 dB 증가한 효과와 동등함을 나타낸다.
- 간섭원의 변조 방식에 따라 서로 다른 민감도를 가지며, 성능이 악화되는 것을 볼 수 있다. 협대역 통신 특성상 신호가 특정 주파수에 밀집되어 있는 AM 간섭에 대해 매우 작은 신호인 INR=-20 dB에도 민감하게 반응하였으며, 광대역 간섭인 CDMA에 대해서는 상대적으로 적은 영향을 받았다.
- 그림 5에는 동일 대역의 레이다 간섭이 존재하였을 때 BER 성능 변화 곡선이다. 협대역 통신인 BPSK는 같은 협대역인 CW에 대해 민감하게 반응하였으며, 주파수가 넓은 대역에 분포하고 있으며, 많은 스퓨리어스 성분을 갖는 LFM에 대해서는 강한 내성을 가졌다. 한편, FMCW는 LFM과 CW의 속성을 동시에 내포하고 있으므로 중간 정도의 영향을 보였다.
후속연구
- 향후 실제 전장 환경에서 다중경로의 페이딩 현상을 고려한 간섭 영향 분석이 필요하며, 통합 군 무기 체계의 상호 운용을 위한 간섭 억제 기법에 대한 연구가 계속되어야 할 것이다. 본 논문에서 제시한 간섭 영향 분석 결과는 향후 군 무기 체계 간 상호 운용을 위한 간섭 보호 기준 정립에 활용될 수 있을 것으로 기대한다.
- 향후 실제 전장 환경에서 다중경로의 페이딩 현상을 고려한 간섭 영향 분석이 필요하며, 통합 군 무기 체계의 상호 운용을 위한 간섭 억제 기법에 대한 연구가 계속되어야 할 것이다. 본 논문에서 제시한 간섭 영향 분석 결과는 향후 군 무기 체계 간 상호 운용을 위한 간섭 보호 기준 정립에 활용될 수 있을 것으로 기대한다.
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