[논문]802.11ah 기반 비면허 무선기기와 LTE 단말기 간 공존 분석

이일규; 박연규

doi:10.6109/jkiice.2017.21.11.2015

초록
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최근, 사물인터넷이 초연결사회에 다가서는 발판으로 많은 관심을 받으면서 비면허 대역을 사용하는 비면허 무선기기의 수가 증가하고 있다. 따라서 본 논문은 효율적인 주파수 사용을 위해서 900 MHz 대역에서 802.11ah 기반 비면허 무선기기가 주면허 무선기기인 LTE 단말기(UE, User Equipment)에 미치는 전파 간섭 영향을 분석하였다. 간섭 분석 방법으로는 최소결합손실(Minimum Coupling Loss) 방법과 몬테카를로(Monte Carlo) 방법을 사용했다. 최악의 상황을 가정한 최소결합손실 방법으로 단일 간섭원일 때 희생원에 간섭이 없음을 보장하기 위한 간섭원과 희생원 사이의 최소이격거리는 약 22 m로 계산되었고, 통계 기법을 기반으로 한 몬테카를로 방법을 통해 희생원의 셀 반경 내에서 간섭 확률 5% 이하를 만족하는 최대 간섭원의 수는 약 3000개로 산출됐다. 본 논문에서 제시한 간섭 분석 방법 및 결과는 향후 비면허 무선기기와 주면허 무선기기의 공유 방안으로 유용하게 활용될 것으로 기대된다.

Abstract ▼ AI-Helper

Recently, a lot of attention is fallen to IoT(Internet of Things) for hyper-connected society and the number of unlicensed wireless device has been increasing. Thus, this paper analyzed the impact of unlicensed wireless device on the basis of 802.11ah on licensed LTE user equipment in 900 MHz freque...

Recently, a lot of attention is fallen to IoT(Internet of Things) for hyper-connected society and the number of unlicensed wireless device has been increasing. Thus, this paper analyzed the impact of unlicensed wireless device on the basis of 802.11ah on licensed LTE user equipment in 900 MHz frequency band for efficient frequency use. As the interference analysis method, Minimum Coupling Loss (MCL) method and Monte Carlo (MC) method were used. In case of one interferer, minimum separation distance between interferer and victim was calculated as about 22 m through the MCL method under the assumption of the worst case. The maximum number of interferer to meet the interference probability of 5% below within a cell radius of the victim was computed as about 3000 by using MC method based on statistical technique. The analysis method and results in this paper are expected to be used for the coexistence between unlicensed wireless device and licensed wireless device.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

본 논문에서 사물인터넷 기기와 LTE 단말기의 공존을 위한 이격거리와 LTE 단말기 주변에서 5% 이하의 간섭 확률을 만족하면서 사용 가능한 사물인터넷 기기의 수를 제안함으로써 두 서비스가 공존할 수 있는 방안을 제시하였다. 제시된 간섭 분석 방법 및 결과는 비면허 대역을 사용하는 사물인터넷 기기의 폭발적인 증가에 대비해 주면허 대역과 비면허 대역을 사용하는 기존 서비스와 신규 서비스 간 공존 방안에 유용하게 활용될 것으로 보인다.
본 논문에서는 Wi-Fi HaLow 기반의 사물인터넷 기기가 900 MHz 주파수 대역의 LTE 하향 링크에 미치는 간섭 영향을 분석하였다. 분석 방법으로 최소결합 손실(Minimum Coupling Loss) 방법과 몬테카를로(Monte Carlo) 방법을 사용했다.
본 논문은 900 MHz 주파수 대역에서 동작하는 Wi-Fi HaLow 기반의 사물인터넷 기기가 KT의 LTE 하 향링크에 미치는 전파 간섭 영향을 분석하였다. 최악의 상황을 가정한 최소결합손실 방법으로는 자유공간 전파모델을 적용하여 Wi-Fi HaLow 기반의 사물인터넷 기기가 LTE UE에 간섭이 없음을 보장하는 최소 이격 거리가 약 22.

제안 방법

900 MHz 주파수 대역에서 운용되는 Wi-Fi HaLow 기반의 STA(STAtion)가 LTE UE(User Equipment)에 미치는 전파 간섭 영향을 분석하기 위해 Wi-Fi HaLow 시스템을 간섭 링크로, LTE 하향 링크 시스템을 희생 링크로 설정하였으며 그림 1에 나타내었다.
SEAMCAT에서 설정한 간섭 시나리오를 그림 5에 묘사했다. 실제 운용 시나리오를 고려하여 LTE UE를 기준으로 시뮬레이션 반경을 100 m, 200 m, 300 m, 400 m 로 증가시키면서 20000번의 이벤트 중 간섭이 없는 경우가 1000번 이하인 경우 즉, 유럽우 편전기통신주관청회의(CEPT) 산하 전자통신위원회 (ECC)에서 제시하고 있는 간섭 확률 5% 이하를 만족하면서 사용 가능한 간섭원의 수를 산출하여 표 5에 요약하였다[10].
실제 환경을 고려한 간섭 분석을 위해 매 이벤트마다 LTE UE를 eNB의 셀 반경 430 m 내에 무작위로 배치하였고 정확한 분석을 위해 이벤트 수를 20000번으로 설정하였다. SEAMCAT에서 설정한 간섭 시나리오를 그림 5에 묘사했다.
SEAMCAT(Spectrum Engineering Advanced Monte Carlo Analysis Tool)은 유럽에서 주로 사용되는 몬테카를로 기반의 간섭 분석 시뮬레이션으로 다양한 무선 통신 시나리오를 구성하고 서비스별 특성 파라미터를 입력하여 실환경에 가까운 분석 결과를 제공한다. 전파 환경에서 신호는 시간에 따라 변하기 때문에 그림 4와 같이 각 이벤트마다 독립적으로 dRSS(desired Received Signal Strength)와 iRSS(interfering Received Signal Strength)를 산출하여 그 비율에 따라 간섭의 유무를 평가한다[9].
분석 방법으로 최소결합 손실(Minimum Coupling Loss) 방법과 몬테카를로(Monte Carlo) 방법을 사용했다. 최소결합손실 방법으로는 단일 간섭원으로부터 희생원을 보호하기 위한 최소 이격거리를 계산하였고, 몬테카를로 방법으로는 희생원을 기준으로 일정한 반경 내에서 간섭 확률 5% 이하를 만족하면서 사용 가능한 최대 간섭원의 수를 도출하였다[3].

대상 데이터

그림에서 보듯이 LTE 하향 링크 대역에 가장 인접한 1 MHz 대역폭의 6번 채널이 LTE 하향 링크에 지배적인 영향을 미칠 것으로 예상된다. 따라서 Wi-Fi HaLow의 대역폭을 1 MHz로, 중심주파수를 945.7 MHz로 선정하고 간섭 분석을 수행하였다.
6 GHz 주파수 대역에서 10 MHz 혹은 20 MHz 대역폭으로 LTE 하향 링크를 서비스하고 있다[5]. 본 연구에서는 802.11ah의 동작 주파수와 인접한 KT의 900 MHz 주파수 대역의 LTE 하향 링크를 희생원으로 선정 하였다. 아래 표 1은 희생링크의 송신기인 기지국(eNB)의 특성을 나타내고, 표 2는 희생링크의 수신기인 단말기(UE)의 특성을 나타낸다.
확률 통계 기반의 몬테카를로 방법으로는 LTE UE를 기준으로 시뮬레이션 반경을 100 m 씩 증가시키면서 시뮬레이션 반경 내에서 간섭 확률 5 % 이하를 만족하면서 사용 가능한 최대 간섭원의 수를 산출하였다. 시뮬레이션 반경이 100 m, 200 m, 300 m, 400 m 일 때, 각각 250개, 800개, 2000개, 3000개의 간섭원의 수가 얻어졌다.

데이터처리

27 m로 계산되었다. 확률 통계 기반의 몬테카를로 방법으로는 LTE UE를 기준으로 시뮬레이션 반경을 100 m 씩 증가시키면서 시뮬레이션 반경 내에서 간섭 확률 5 % 이하를 만족하면서 사용 가능한 최대 간섭원의 수를 산출하였다. 시뮬레이션 반경이 100 m, 200 m, 300 m, 400 m 일 때, 각각 250개, 800개, 2000개, 3000개의 간섭원의 수가 얻어졌다.

이론/모형

본 논문에서는 Wi-Fi HaLow 기반의 사물인터넷 기기가 900 MHz 주파수 대역의 LTE 하향 링크에 미치는 간섭 영향을 분석하였다. 분석 방법으로 최소결합 손실(Minimum Coupling Loss) 방법과 몬테카를로(Monte Carlo) 방법을 사용했다. 최소결합손실 방법으로는 단일 간섭원으로부터 희생원을 보호하기 위한 최소 이격거리를 계산하였고, 몬테카를로 방법으로는 희생원을 기준으로 일정한 반경 내에서 간섭 확률 5% 이하를 만족하면서 사용 가능한 최대 간섭원의 수를 도출하였다[3].

성능/효과

간섭 확률 5% 이하를 만족시키기 위해서는 시뮬레이션 반경이 100 m일 때는 250개, 200 m일 때는 800개, 300 m일 때는 2000개, 400 m일 때는 3000개까지 간섭원을 사용할 수 있음을 확인하였다.
본 논문은 900 MHz 주파수 대역에서 동작하는 Wi-Fi HaLow 기반의 사물인터넷 기기가 KT의 LTE 하 향링크에 미치는 전파 간섭 영향을 분석하였다. 최악의 상황을 가정한 최소결합손실 방법으로는 자유공간 전파모델을 적용하여 Wi-Fi HaLow 기반의 사물인터넷 기기가 LTE UE에 간섭이 없음을 보장하는 최소 이격 거리가 약 22.27 m로 계산되었다. 확률 통계 기반의 몬테카를로 방법으로는 LTE UE를 기준으로 시뮬레이션 반경을 100 m 씩 증가시키면서 시뮬레이션 반경 내에서 간섭 확률 5 % 이하를 만족하면서 사용 가능한 최대 간섭원의 수를 산출하였다.

후속연구

제시된 간섭 분석 방법 및 결과는 비면허 대역을 사용하는 사물인터넷 기기의 폭발적인 증가에 대비해 주면허 대역과 비면허 대역을 사용하는 기존 서비스와 신규 서비스 간 공존 방안에 유용하게 활용될 것으로 보인다. 또한, 연구결과는 국가 스펙트럼 관리 등 전파정책 마련 시 도움이 될 것으로 기대된다.
본 논문에서 사물인터넷 기기와 LTE 단말기의 공존을 위한 이격거리와 LTE 단말기 주변에서 5% 이하의 간섭 확률을 만족하면서 사용 가능한 사물인터넷 기기의 수를 제안함으로써 두 서비스가 공존할 수 있는 방안을 제시하였다. 제시된 간섭 분석 방법 및 결과는 비면허 대역을 사용하는 사물인터넷 기기의 폭발적인 증가에 대비해 주면허 대역과 비면허 대역을 사용하는 기존 서비스와 신규 서비스 간 공존 방안에 유용하게 활용될 것으로 보인다. 또한, 연구결과는 국가 스펙트럼 관리 등 전파정책 마련 시 도움이 될 것으로 기대된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	본 연구에서 사용한 간섭 분석 방법은 무엇인가?	11ah 기반 비면허 무선기기가 주면허 무선기기인 LTE 단말기(UE, User Equipment)에 미치는 전파 간섭 영향을 분석하였다. 간섭 분석 방법으로는 최소결합손실(Minimum Coupling Loss) 방법과 몬테카를로(Monte Carlo) 방법을 사용했다. 최악의 상황을 가정한 최소결합손실 방법으로 단일 간섭원일 때 희생원에 간섭이 없음을 보장하기 위한 간섭원과 희생원 사이의 최소이격거리는 약 22 m로 계산되었고, 통계 기법을 기반으로 한 몬테카를로 방법을 통해 희생원의 셀 반경 내에서 간섭 확률 5% 이하를 만족하는 최대 간섭원의 수는 약 3000개로 산출됐다.
	사물인터넷이란 무엇을 의미하는가?	4차 산업혁명은 정보통신기술(ICT, Information ＆ Communication Technology)이 다양한 산업들과 결합하여 새로운 제품 또는 서비스를 창출하는 것을 말하며 핵심 동력으로 사물인터넷에 대한 관심이 폭발적으로 증가하고 있다. 최근 큰 주목을 받고 있는 사물인터넷은 모든 사물들이 유무선 네트워크를 통해 상호 연결되어 센서로부터 수집되는 정보들을 공유 및 활용하는 인프라를 의미한다[1].
	사물인터넷에서 사용하고 있는 무선통신기술에는 무엇이 있는가?	현재 국내에서는 냉장고, 에어컨, 세탁기와 같은 다양한 가정용 전자제품부터 지능형 CCTV, 진동센서, 화재 감지 센서 등을 설치한 스마트 건설 현장에까지 사물인터넷이 적용되고 있다. 이들은 네트워크에 접속하기 위하여 다양한 무선통신기술을 사용하는데 대표적인 예로 Wi-Fi(Wireless Fidelity), Z-wave, LoRa(Long Range), Zigbee, Bluetooth가 있다. 최근 Wi-Fi Alliance 는 900 MHz 주파수 대역에서 동작하는 Wi-Fi HaLow를 발표했다.

참고문헌 (10)

B. I. Jang, and C. S. Kim, "A Study on the Security Technology for the Internet of Things," Journal of Security Engineering, vol. 11, no. 5, pp. 429-438, Oct. 2014.

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Gartner, Inc. Gartner says 8.4 billion connected "things" will be in 2017, up 31 percent from 2016 [Internet]. Available: http://www.gartner.com/newsroom/id/3598917.
ECC, "Adjacent band co-existence of SRD in the band 863-870 MHz in light of the LTE usage below 862 MHz," CEPT, ECC Report 207, 2014.
3GPP TS 36.104, Base Station (BS) radio transmission and reception, 3GPP, Sophia Antipolis, France, 2017.
D. J. Kim, and K. S. Chung, "Study on coexitence through interference evaluation between 2.1 GHz band and adjacent band for LTE-Advanced service," Journal of the Korea Institute of Information and Communication Engineering, vol. 18, no. 1, pp. 32-41, Jan. 2014.

원문보기 상세보기
ETSI Std. TR 103 245, Technical characteristics and spectrum requirements of wideband SRDs with advanced spectrum sharing capability for operation in the UHF 870-876MHz and 915-921MHz frequency bands, ETSI, 2014.
ECC, "A comparison of the minimum coupling loss method, enhanced minimum coupling loss method, and the monte-carlo simulation," CEPT, ERC Report 101, 1999.
ITU-R SM.2028-1, Monte Carlo simulation methodology for the use iin sharing and compatibility studies between different radio services or systems, ITU, 2002.
ECC, "SEAMCAT Handbook Edition2," CEPT, ECC Report 252, 2016.
I. K. Cho, T. Y. Kim, J. W. Jang, K. D. Jang, and G. W. Moon, "Analysis on Compatibility between wireless headset and WiFi in ISM bands," Journal of the Korea Institute of Information and Communication Engineering, vol. 19, no. 2, pp. 272-278, Feb. 2015.

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