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802.11p 기반 차량 간 통신 환경에서 도플러 효과 극복을 위한 고성능 채널추정 방법에 관한 연구 동향 원문보기

電子工學會誌 = The journal of Korea Institute of Electronics Engineers, v.44 no.7 = no.398, 2017년, pp.36 - 46  

백승환 (한국교통대학교 정보통신공학과) ,  한승호 (한국교통대학교 정보통신공학과) ,  송창익 (한국교통대학교 정보통신로봇공학전공)

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AI 본문요약
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문제 정의

  • 본 고에서는 WAVE 물리계층의 신뢰성 향상을 위해 개발되어 온 다양한 WAVE 채널 추정 기법들의 현재와 미래에 대하여 논의한다. 또한 향 후 진화된 형태의 WAVE시스템에 적용될 수 있는 고성능 채널추정기법들을 제안하고 그 가능성을 살펴보는 것을 목표로 한다. 먼저 2장에서는 WAVE 물리계층 규격과 채널모델을 설명하고 3장에서는 빠르게 변화하는 채널을 극복하기 위해 제안되어왔던 기존 채널 추정 기법들을 분석하고 최근 새롭게 제안된 기법들과 향후 WAVE규격에 적용될 수 있는 다양한 채널추정 기술들을 소개한다.
  • 본 고에서는 WAVE 물리계층의 신뢰성 향상을 위해 개발되어 온 다양한 WAVE 채널 추정 기법들의 현재와 미래에 대하여 논의한다. 또한 향 후 진화된 형태의 WAVE시스템에 적용될 수 있는 고성능 채널추정기법들을 제안하고 그 가능성을 살펴보는 것을 목표로 한다.
  • 본 논문은 차량 통신 시스템이 요구하는 두 가지 조건 중 주로 신뢰성 향상에 중점을 두고, 그 동안 연구되어온 다양한 WAVE 채널 추정 기법들에 대하여 살펴보았다. 먼저 고속이동하는 차량 간 통신환경에서 발생할 수 있는 기존 WAVE 채널 추정방식들의 문제점을 분석하고, 이러한 문제점을 해결하기 위해 최근 제안된 advanced WAVE채널 추정기법들에 대하여 소개하였다.
  • 본 장에서는 Cohda Wireless[7]사에서 제시한 차량간 채널 환경의 실측 파라메터를 사용하여 다양한 채널추정 방식의 성능을 모의실험 한 결과를 소개한다. 본 고에서는 간략화를 위하여 여러 채널 환경 중에서도 실제적으로 의미가 있는 NLOS환경을 고려하였고 상대속도 126km/h의 도심 교차로 환경과 상대속도 252km/h의 고속도로 환경을 가정하였다.
  • 본 장에서는 기존의 WAVE채널 추정기법들이 갖는 문제점을 극복하고 고속 이동시에도 높은 데이터 복원 신뢰성을 얻을 수 있는 몇 가지 advanced 채널 추정기법들을 소개한다.

가설 설정

  • ICED를 포함한 기존의 모든 WAVE 채널 추정 기법들은 최소한 하나의 OFDM심볼 내에서는 채널이 변하지 않는다고 가정한다. 하지만, 차량 간 통신환경에서는 상대속도가 200km/h정도만 되어도 한 OFDM심볼 내에서 극심한 채널 변화를 겪기 때문에 부 반송파 간 직교성을 보장받지 못한다.
  • 본 고에서는 간략화를 위하여 여러 채널 환경 중에서도 실제적으로 의미가 있는 NLOS환경을 고려하였고 상대속도 126km/h의 도심 교차로 환경과 상대속도 252km/h의 고속도로 환경을 가정하였다. 변조방식과 코드율은 각각 QPSK와 1/2로 고정하여 사용하였으며 데이터필드의 OFDM심볼은 총 100개 즉 패킷 당 600 data bytes를 가정하였다.
  • 본 장에서는 Cohda Wireless[7]사에서 제시한 차량간 채널 환경의 실측 파라메터를 사용하여 다양한 채널추정 방식의 성능을 모의실험 한 결과를 소개한다. 본 고에서는 간략화를 위하여 여러 채널 환경 중에서도 실제적으로 의미가 있는 NLOS환경을 고려하였고 상대속도 126km/h의 도심 교차로 환경과 상대속도 252km/h의 고속도로 환경을 가정하였다. 변조방식과 코드율은 각각 QPSK와 1/2로 고정하여 사용하였으며 데이터필드의 OFDM심볼은 총 100개 즉 패킷 당 600 data bytes를 가정하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
C-ITS는 어떠한 역할을 수행하는가? 자동차 시장의 확대와 더불어 최근 자율주행 자동차 구현을 위한 핵심기술로써 차량과 무선통신기술을 융합한 C-ITS (Cooperative ITS)기술이 활발하게 연구되고 있다. C-ITS는 차량을 중심으로 형성된 통신 네트워크를 이용하여 차량 정보와 도로 환경 등을 노변장치 및 다른 차량에게 제공함으로써 협력적으로 도로 교통의 효율성을 높이는 서비스를 통칭하며 운전자의 편리성 뿐 아니라 자율주행 시 안전성을 책임지는 핵심 역할을 수행한다.
C-ITS를 위한 차량 통신 시스템에 접목되는 통신 기술들은 무엇을 만족해야 하는가? 이러한 차량 간 통신에 접목되는 통신 기술들은 높은 신뢰성과 낮은 지연 (HR/LL : High-Reliable and Low Latency) 두 가지를 동시에 만족하여야 한다. 하지만 고속으로 이동하는 차량 간 통신 환경에서는 높은 도플러효과와 다중경로지연(multipath delay)에 의한 간섭 때문에 두 가지 특성을 모두 만족시키는 것이 매우 어렵다.
높은 신뢰성과 낮은 지연을 만족하기 어려운 이유는 무엇인가? 이러한 차량 간 통신에 접목되는 통신 기술들은 높은 신뢰성과 낮은 지연 (HR/LL : High-Reliable and Low Latency) 두 가지를 동시에 만족하여야 한다. 하지만 고속으로 이동하는 차량 간 통신 환경에서는 높은 도플러효과와 다중경로지연(multipath delay)에 의한 간섭 때문에 두 가지 특성을 모두 만족시키는 것이 매우 어렵다. 특히 WAVE 수신기는 제한된 파일럿 (혹은 훈련 심볼) 자원을 이용하여 빠르게 변화하는 채널의 상태정보를 정확히 알아내어야 하는데, 차량의 이동 속도가 증가할수록 채널 변화를 정확하게 추적하기 어렵기 때문에 전체 시스템의 신뢰성이 급격히 감소될 수 있다.
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참고문헌 (7)

  1. J. A. Fernandez, K. Borries, L. Cheng, B. V. K. Vijaya Kumar, D. D. Stancil, and F. Bai, "Performance of the 802.11p Physical layer in vehicle-to-vehicle environments," IEEE Trans. Veh. Tech., vol. 61, no. 1, pp. 3-14, Jan. 2012. 

  2. Z. Zhao, X. Cheng, M. Wen, C.-X. Wang, and B. Jiao, "Channel estimation schemes for IEEE 802.11p standard," IEEE Intell. Transp. Syst. Mag., vol. 5, no. 4, pp. 38-49, 2013. 

  3. Y.K. Kim, J.M. Oh, Y.H. Shin, C. Mun, "Time and Frequency Domain Channel Estimation Scheme for IEEE 802.11p," proceeding of 2014 IEEE 17th International Conference on Intelligent Transportation Systems(ITSC), pp. 1085-1090, Oct. 8-11, 2014. Qingdao, China. 

  4. 최주영, "IEEE 802.11p 물리 계층과 매체 접근 제어 계층에 대한 연구", 학위논문(석사) 한국교통대학교 일반대학원, 2016. 

  5. 임성묵, 송창익 "IEEE 802.11p 기반 차량 간 통신 시스템에서 패킷 에러율 향상을 위한 반복적 채널 추정 기법," 한국정보기술학회 논문지, vol. 14, no. 12, pp. 79-88, Dec., 2016. 

  6. Kwak Kyungchul, Lee Sungeun, Min Hyunkee, Choi Sooyong, Hong Daesik, "New OFDM channel estimation with dual-ICI cancellation in highly mobile channel", IEEE Transactions on Wireless Communications, vol. 9, no. 10, pp. 3155-3165, 2010. 

  7. Malik Kahn, "IEEE 802.11 Regulatory SC DSRC Coexistence Tiger Team - V2V Radio Channel Models," Feb. 2014. 

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