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USRP 장치를 이용한 동일대역 전이중 무선통신 연구

In-Band Full-Duplex Wireless Communication Using USRP

韓國電磁波學會論文誌 = The journal of Korean Institute of Electromagnetic Engineering and Science v.30 no.3 , 2019년, pp.229 - 235  
박하은 (한동대학교 정보통신공학과 ) ;  윤지용 ( 한동대학교 정보통신공학과 ) ;  김영식 ( 한동대학교 정보통신공학과)
초록

본 논문은 동일 대역 전이중 무선 통신 시스템의 구현에 관한 연구이다. 아날로그 RF 영역의 신호는 분리된 안테나를 이용하여 자기간섭 신호 크기를 줄이고, 디지털 영역은 SDR(Software Defined Radio)을 통해 자기간섭 신호를 제거하여 동일 대역 전이중 무선 통신 방식을 구현하였다. USRP X310 장치에 송신단의 안테나와 수신단의 안테나를 각각 사용하였으며, SDR 장치의 송수신단의 이득을 조절하여 수신단의 안테나로 들어오는 자기간섭 신호의 크기와 외부에서 수신하고자 하는 신호의 크기를 -64 dB으로 동일하게 설정하였다. 전이중 무선 통신 성능을 검증하기 위하여 소스데이터는 이미지를 사용하였으며 변조 방식은 OFDM 방식을 사용하였다. 반송파 주파수는 2.67 GHz, 대역폭은 20 MHz인 WiFi 표준 프레임을 사용하였다. 수신 신호에서 자기간섭 신호는 디지털 신호처리로 상쇄하였으며, 최대 34 dB까지 자기간섭 신호를 제거하였다. 자기간섭 신호를 제거하지 않았을 때는 OFDM 복조가 불가능하였다. 하지만 자기간섭 신호 제거량의 크기를 변화시켜가면서 BER을 측정한 결과, 자기간섭 신호를 34 dB 제거한 경우 BER이 $2.63{\times}10^{-5}$로 줄어들었고, 비터비 복호기(Viterbi decoder)를 통과한 결과, 100 Mbit data 송출량 동안 에러가 검출되지 않았다.

Abstract

The implementation of an in-band full-duplex wireless communication system is demonstrated in this study. In the analog/RF domain, the self-interference(SI) signal is reduced using a separate antenna for the transmitter and receiver paths, and most of the SI signal is canceled in the digital domain. A software defined radio(SDR) is used to implement the in-band full-duplex wireless communication system. The USRP X310 device uses transmitting and receiving antennas. By adjusting the gain of the transmitting and receiving ends of the SDR device, the magnitude of the SI signal entering the receiving antenna, and the size of the received signal from the outside, are both set to -64 dB. To verify the in-band full-duplex wireless communication performance, the source data is image and orthogonal frequency-division multiplexing is used for modulation. A WiFi standard frame with a carrier frequency of 2.67 GHz and bandwidth of 20 MHz is used. In the received signal, the SI signal is canceled by digital signal processing and the SI signal is attenuated by up to 34 dB. OFDM demodulation was impossible when the SI signal was not removed. However, the bit error rate is reduced to $2.63{\times}10^{-5}$ when the SI signal is attenuated by 34 dB, and no error is detected in the 100 Mbit data output as a result of passing through the Viterbi decoder.

주제어

#In-Band Full-Duplex   #Self-Interference Signal Cancellation   #OFDM   #SDR   #Wiener Filter  

표 / 그림 (15)

질의응답 

키워드에 따른 질의응답 제공
핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
주파수를 나누어 통신
주파수를 나누어 통신을하는 방식의 단점은 무엇이며 이를 개선 하기위해 어떤 통신 방식을 사용하여 개선을 할 수 있는가?
시간과 주파수 자원이 한정되어 있기 때문에 반이중 무선통신 방식은 비용이 많이 든다. 따라서 동일 시간과 동일 주파수를 사용하여 송수신을 함으로써 이론적으로 기존에 비해 2배의 데이터를 사용할 수 있는 전이중 무선통신(in-band full-duplex: IFD) 방식을 구현하여 한정된 주파수 자원의 부족으로 인해 발생하는 문제를 개선 할 수 있다

기존의 통신 방식은 시간 또는 주파수를 나누어 통신하는 반이중 무선통신(Half-Duplex: HD) 방식을 사용한다. 하지만 시간과 주파수 자원이 한정되어 있기 때문에 반이중 무선통신 방식은 비용이 많이 든다. 따라서 동일 시간과 동일 주파수를 사용하여 송수신을 함으로써 이론적으로 기존에 비해 2배의 데이터를 사용할 수 있는 전이중 무선통신(in-band full-duplex: IFD) 방식을 구현하여 한정된 주파수 자원의 부족으로 인해 발생하는 문제를 개선 할 수 있다[2]～[7].

위너 필터
위너 필터의 장점은?
신호와 잡음 간의 통계적인 특성을 이용하여 효과적으로 잡음을 줄일 수 있다.

위너 필터는 신호와 잡음 간의 통계적인 특성을 이용하여 효과적으로 잡음을 줄일 수 있다. 디지털 영역에서는 신호와 잡음 간의 통계적 특성을 알아내기에 용이하므로 본 논문에서는 자기간섭 신호를 제거하기 위하여 위너 필터를 사용하였다[8].

기존의 통신 방식
기존의 통신 방식은 무엇인가?
시간 또는 주파수를 나누어 통신하는 반이중 무선통신(Half-Duplex: HD) 방식을 사용한다

기존의 통신 방식은 시간 또는 주파수를 나누어 통신하는 반이중 무선통신(Half-Duplex: HD) 방식을 사용한다. 하지만 시간과 주파수 자원이 한정되어 있기 때문에 반이중 무선통신 방식은 비용이 많이 든다.

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참고문헌 (8)

  1. 1. Cisco, "Cisco visual networking index: Forecast and trends, 2017-2022 white paper", 2019. Available: https://www.cisco.com/c/en/us/solutions/collateral/service-provider/visual-networking-index-vni/white-paper-c11-741490.html. Accessed on: Nov. 1, 2018. 
  2. 2. 김선애, 장갑석, 곽병재, 이문식, 방승찬, "표준？시험인증 기술 동향-동일대역 전이중(in-band full-duplex) 방식 송수신기 기술 및 표준화 동향," TTA 저널, 155, pp. 82-92, 2014년 9월. 
  3. 3. 이지호, 장갑석, 김영식, "동일대역 전이중 통신을 위한 RF/아날로그 영역에서의 자기간섭 신호 제거 시스템 구현," 한국전자파학회논문지, 27(3), pp. 277-283, 2016년 3월. 
  4. 4. 김재훈, 곽병재, 김영식, "동일대역 전이중 방식 FRS 대역 무전기 개발," 한국전자파학회논문지, 28(10), pp. 769-778, 2017년 10월. 
  5. 5. W. Zhou, G. Villemaud, and T. Risset, "Full duplex prototype of OFDM on GNURadio and USRPs," in IEEE Radio and Wireless Symposium, Jan. 2014, pp. 217-219. 
  6. 6. 안창영, 유흥균, "RF cancellation과 digital cancellation을사용한SSD(Simultaneous Single Band Duplex) 시스템," 한국통신학회논문지, 39A(2), pp. 100-108, 2014년. 
  7. 7. 왕우완, 박현철, "동일대역 전이중 방식 통신 시스템에서 자기간섭 제거에 따른 성능 분석," 한국통신학회논문지, 41(3), pp. 331-337, 2016년 3월. 
  8. 8. A. Shamsa, S. Ghorshi, and M. Joorabchi, "Noise reduction using multi-channel FIR warped wiener filter," in 2016 13th International Multi-Conference on Systems, Signals & Devices(SSD), Leipzig, 2016, pp. 531-536. 

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