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논문 상세정보

비면허기기 간 실시간 주파수간섭 분석 테스트베드 구현

Test-Bed Implementation for Real-Time Frequency Interference Analysis between Unlicensed Devices

초록

본 논문에서는 2.4 GHz 대역에서 동작하는 Wi-Fi나 Zigbee 등 비면허기기 간 주파수간섭을 실시간으로 분석할 수 있는 테스트베드를 제안하였다. 제안된 테스트베드는 피간섭원과 간섭원의 RF부는 범용 SDR 보드인 Universal Software Radio Peripheral(USRP)로 구현하고, 모뎀은 $Labview^{TM}$를 이용하여 프로그램하여 구현하였다. 따라서 주파수간섭과 관련된 동작 주파수, 출력전력, 모뎀 파라미터 등을 손쉽게 변경할 수 있어 다양한 주파수간섭 환경을 손쉽게 모델링할 수 있을 뿐만 아니라, 주파수간섭에 따른 물리계층의 Bit Error Rate(BER) 열화 특성을 실시간으로 파악할 수 있는 장점이 있다. 테스트베드의 검증을 위해 피간섭원으로 IEEE 802.15.4를, 간섭원으로 IEEE 802.11b를 구현하여 실시간으로 주파수간섭 영향을 측정하고, 이를 이론 및 MATLAB/Simulink 시뮬레이션 결과와 비교하여 1 dB 이내로 일치함을 확인하였다.

Abstract

In this paper, we suggested a real-time test-bed for analyzing frequency interference between 2.4 GHz unlicensed devices, such as WiFi, Zigbee, etc. Owing to versatile programming capability of Universal Software Radio Peripheral(USRP) and $Labview^{TM}$, frequency interference environments can be easily modeled. Therefore, performance degradation effects due to various parameters of interferer and victim receiver can be analyzed intuitively. For verification, we showed a frequency interference scenario, which consists of IEEE 802.15.4 as a victim and IEEE 802.11b as a interferer. Measured Bit Error Rate(BER) results showed good agreement with theory and simulation results.

질의응답 

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핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
비면허 기기 간 주파수간섭 영향
비면허 기기 간 주파수간섭 영향을 정량적으로 분석하는 것이 왜 중요한가?
합리적인 주파수 할당 등 전파정책이나 무선 LAN(WLAN: Wireless Local Area Network)이나 무선 PAN(WPAN: Wireless Personal Area Network) 등의 비면허 무선통신 규격의 표준화를 위해서 매우 중요하다

하지만, 우선권이 없는 비면허 기기들이 주파수를 공동 사용하는 경우 주파수간섭이 발생한다. 따라서 비면허 기기 간 주파수간섭 영향을 정량적으로 분석하는 것은 합리적인 주파수 할당 등 전파정책이나 무선 LAN(WLAN: Wireless Local Area Network)이나 무선 PAN(WPAN: Wireless Personal Area Network) 등의 비면허 무선통신 규격의 표준화를 위해서 매우 중요하다[1].

실제 상용 시스템
HW 기반의 주파수간섭 분석을 위해 이용되는 실제 상용 시스템의 단점은 무엇인가?
모뎀의 내장 소프트웨어 및 파라미터 변경이 어려워 BER과 같은 직관적인 주파수간섭 결과를 얻기 어렵다

실제 RF 환경에서 주파수간섭의 영향을 분석하기 위한 HW 기반의 주파수간섭 분석을 위해서는 실제 상용 시스템을 이용하거나 계측기를 이용하여야 한다. 하지만, 실제 상용 시스템의 경우, 모뎀의 내장 소프트웨어 및 파라미터 변경이 어려워 BER과 같은 직관적인 주파수간섭 결과를 얻기 어렵다. 한편, 계측기를 이용하는 경우에는 실제 주파수간섭 환경을 구현하는 것이 용이하나, 비용이 많이 드는 단점이 있다.

Monte Carlo(MC) 기반의 물리 계층 시뮬레이터
Monte Carlo(MC) 기반의 물리 계층 시뮬레이터의 특징은 무엇인가?
주파수간섭 환경이나 모뎀 파라미터의 변화에 따른 BER의 변화를 확인할 수 있으나, 컴퓨터 시뮬레이션 결과이므로 실제 RF 환경에서 주파수간섭의 영향을 담지 못하는 한계가 있다

다음으로 Monte Carlo(MC) 기반의 물리 계층 시뮬레이터가 있다. 이 시뮬레이터는 주파수간섭 환경이나 모뎀 파라미터의 변화에 따른 BER의 변화를 확인할 수 있으나, 컴퓨터 시뮬레이션 결과이므로 실제 RF 환경에서 주파수간섭의 영향을 담지 못하는 한계가 있다[3].

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참고문헌 (6)

  1. 장병준, 최선웅, 윤현구, "비면허 기기 간 주파수 공동사용을 위한 MAC 계층 기반의 간섭 분석 및 간섭 완화 정책", 한국전자파학회논문지, 24(8), pp. 841-848, 2013년 8월. 
  2. http://www.seamcat.org 
  3. 장병준, 최선웅, 윤현구, "IEEE 802.15.4 MAC 계층 기반의 이기종 비면허 기기 간 주파수간섭 회피 방법", 한국전자파학회논문지, 25(1), pp. 76-82, 2014년 1월. 
  4. 김재명, 손성환, 장성진, 정봉민, 정원식, 조재범 "USRP를 이용한 CR emulated test-bed 구현", 한국통신학회지(정보와통신), 27(8), pp. 37-42, 2010년 7월. 
  5. 박대현, 김영식, "USRP와 GNU Radio를 이용한 IEEE 802.15.4 물리 계층 소프트웨어 라디오 시스템 구현", 한국전자파학회논문지, 21(11), pp. 1214-1219, 2010년 11월. 
  6. Ruihui Di, Senlin Peng, Steve Taylor, and Yu Morton, "USRP-based GNSS and interference signal generator and playback system", IEEE Position Location and Navigation Symposium(PLANS) 2012 IEEE/ON, pp. 470-488, Apr. 2012. 

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