WPAN 간섭원에 의한 MIMO-OFDM WLAN의 성능 열화 분석을 위한 실시간 주파수 간섭 분석 시스템

윤현구(Hyungoo Yoon),박진수(Jin-Soo Park),장병준(Byung-Jun Jang) 한국전자파학회 2016 한국전자파학회논문지 Vol.27 No.1

본 논문에서는 WPAN(Wireless Personal Area Network) 주파수 간섭원에 의한 MIMO(Multi Input Multi Output)-OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing) WLAN(Wireless Local Area Network)의 성능 열화를 분석하기 위해 LabVIEW 와 USRP (Universal Software Radio Peripheral)를 이용한 실시간 주파수 간섭 분석 시스템을 제안하였다. 제안한 시스템은 간섭원과 피간섭원을 각각 소프트웨어로 구현하고, USRP와 연결하여 실제 시스템과 유사한 2.4 GHz 대역의 송신신호를 발생시킨 후, 피간섭원의 수신과정에 잡음신호 및 간섭신호와 결합하여, 주파수 공동사용에 따른 MIMO 시스템의 BER (Bit Error Rate)을 분석하는 방식이다. 분석 결과, 이론값과 거의 일치하는 결과를 보여 제안한 시스템의 타당성을 입증하였다. In this paper, we have proposed the frequency interference analysis system using both LabVIEW and Universal Software Radio Peripheral(USRP) for performance degradation analysis of Multi Input Multi Output-Orthogonal Frequency Division Multiplexing(MIMO-OFDM) Wireless Local Area Network(WLAN) due to Wireless Local Area Network(WPAN) interferer. The proposed system consists of three part, i.e., victim, channel, and interferer. Both victim and interferer are implemented by LaBVIEW and a USRP board. Then interfering signal and additive white Gaussian noise are combined with the wanted signals of a victim. Measured Bit Error Rate(BER) at the victim receiver is compared with theoretical BER according to various signal to interference plus noise power ratio (SINR) values. Measured and theoretical BER curves show good agreement.

국내 RFID/USN 대역에서 PHY/MAC 계층을 모두 고려한 주파수 공동사용 분석 방법

윤현구(Hyungoo Yoon),장병준(Byung-Jun Jang) 한국전자파학회 2013 한국전자파학회논문지 Vol.24 No.1

본 논문에서는 PHY 계층에서의 간섭 전력을 수학적으로 모델링하고, 이를 MAC 계층의 DTMC(Discrete Time Markov Chain) 모델과 결합한 주파수 공동사용 분석 방법을 제안하였다. 그리고 제안한 방법을 국내 RFID/USN 대역에서 수동형 RFID와 USN 간의 주파수 공동사용을 위한 이격 거리 분석에 적용하였다. 국내 RFID/USN에서 채널 20 미만일 경우에는 4 W의 고출력 RFID가 사용하므로 USN과 주파수를 공동사용하기 어려우나, 채널 20 이상은 출력 200 mW로 최소 보호 영역 반경 300 m가 확보되면 RFID 리더 간섭에 따른 USN의 성능 감소가 1 % 미만으로 공동사용이 가능함을 확인하였다. In this paper, we have proposed the interference analysis method which uses both an interference probability model at the PHY layer of RFID system and the DTMC model at the MAC layer of USN system. Using the proposed method, we have performed sharing analysis between passive RFID and USN systems at the Korean RFID/USN frequency bands. If 1 % performance degradation of USN system is allowed, RFID and USN systems can share the frequency bands where channel number is greater or equal to 20 on condition that radius of protection area is greater than 300 m.

PHY/MAC 계층을 모두 고려한 RFID Gen-2 시스템의 간섭 분석

윤현구(Hyungoo Yoon),최선웅(Sunwoong Choi),장병준(Byung-Jun Jang) 한국전자파학회 2010 한국전자파학회논문지 Vol.21 No.7

본 논문에서는 리더간 간섭이 EPCglobal Generation-2(Gen-2) RFID(Radio Frequency Identification) 시스템의 성능에 미치는 영향을 물리 계층과 MAC 계층을 모두 고려하여 분석하였다. 이를 위해 기존의 태그 충돌만을 고려한 Gen-2 프로토콜 성능 분석 연구에 리더간 간섭을 추가하여, 실제 UHF RFID 시스템 운용 상황과 유사한 환경에서 성능을 분석할 수 있는 모델을 제안하였다. 제안한 모델은 DTMC(Discrete Time Markov Chain) 모델에 다른 리더에 의해 발생하는 리더간 간섭 확률을 결합한 것으로, 간섭 리더의 수에 따른 QSR(Query Success Rate)와 TIS(Tag Identification Speed)의 변화를 정량적으로 분석할 수 있다. 시뮬레이션을 검증하기 위하여 이론치와 비교한 결과, 100개 이상의 태그를 갖는 경우 이론치와 차이를 보이지 않았다. 분석 결과, EPCglobal Gen-2 프로토콜에서 간섭 리더 1기당 TIS가 10 tags/sec씩 감소되는 것을 확인하였다. This paper investigates the performance of EPCglobal Generation-2(Gen-2) radio frequency identification(RFID) protocol under reader-to-reader interfering environments. We establish a modified discrete-time Markov chain(DTMC) model for the Gen-2 and accordingly obtain quantitative results of query success rate(QSR) and tag identification speed (TIS). Extensive simulations validate our theoretical analysis and demonstrate that the number of tags over 100 has little impact on the performance. TIS linearly decreases by 10 tags/sec/reader as the number of interfering readers increases. Our model for Gen-2 protocol is also useful to study the performance of other RFID protocols.

국내 RFID/USN 주파수 대역의 Duty Cycle 기술기준 하에서 LoRa 기기의 성능 분석

윤현구(Hyungoo Yoon),엄중선(Jungsun Um),장병준(Byung-Jun Jang) 한국전자파학회 2017 한국전자파학회논문지 Vol.28 No.2

본 논문에서는 국내 RFID/USN 주파수 대역의 Duty Cycle 기술기준 하에서 광역 IoT 망의 하나인 LoRa 기기의 성능분석 결과를 제시하고, LoRa 기술의 활성화를 위해 기술기준 개정이 필요함을 제안한다. 무선기기는 국가별로 전파법 및 무선설비규칙을 준수하여야 하므로 나라별로 기술기준이 다를 경우 그 성능에 차이가 있을 수 있다. 따라서 향후 IoT 기술의 발전을 위해서는 국내 기술기준에 따른 LoRa 기술의 성능의 한계를 아는 것은 매우 중요하다. 분석 결과, 국내 RFID/USN 주파수 대역의 Duty cycle 기술기준인 0.4초 이내로 데이터 송신을 마치도록 한 규정에 따라 단일 LoRa 기기의 성능이 크게 제한됨을 알 수 있었다. 이에 따라 LoRa IoT 망의 활성화를 위해서는 EU와 유사하도록 국내 Duty Cycle 기술기준을 개정할 필요가 있다고 판단된다. In this paper, we have shown the performance analysis results of the LoRa low power wide area network under duty cycle local regulation in Korean RFID/USN frequency band. Especially, we analyzed uplink throughput and data transmission time of a single LoRa end device. From the analysis results, duty cycle regulation, in which a data transmission should be ended within 0.4 second, limits the performance of LoRa network. Therefore, it is necessary to revise Korea"s duty cycle regulation referencing EU regulation in order to assess LoRa network in Korea.

주파수 간섭의 이해, 분석 방법, Sub-GHz 주파수대역 적용 사례

윤현구(Hyungoo Yoon),장병준(Byung-Jun Jang) 한국전자파학회 2021 한국전자파학회논문지 Vol.32 No.1

무선기기의 급속한 확산과 광대역화 추세로 인해 증가하는 주파수 수요 요구에 적절히 대응하기 위해서는 주파수 스펙트럼을 효율적으로 사용하는 것이 매우 중요하다. 하지만 모든 무선기기는 자유공간에 전파를 방사하므로 타 무선기기에 주파수 간섭을 줄 수 있으며, 이러한 주파수 간섭에 대한 막연한 두려움으로 타 무선기기의 사용을 배제한다면 주파수 스펙트럼의 효율적인 사용은 요원하다. 따라서 주파수 간섭을 정량적으로 분석하여 합리적인 주파수 간섭 대책을 세우는 것이 매우 중요하다. 이에 본 논문에서는 무선기기에서 발생하는 주파수 간섭을 총간섭전력의 개념으로 설명할 수 있음을 보인다. 하지만 실제의 경우, 다양한 이유로 이러한 접근법의 한계가 있음을 주파수간섭 이슈가 많은 Sub-GHz 대역의 면허대역과 비면허대역에서 주파수간섭을 고려한 실제 주파수 할당 사례를 통해 설명한다. Utilizing the frequency spectrum efficiently is critical to properly respond to increasing frequency demands owing to the rapid spread of wireless devices and the latest broadband technology trends. However, because all wireless devices emit radio waves into air, frequency interference with other wireless devices can be caused. If the use of these wireless devices is restricted owing to uncertain fears of such frequency interference, efficient utilization of the frequency spectrum becomes difficult. Therefore, it is crucial to quantitatively analyze frequency interference and establish a reasonable countermeasure against it. Therefore, this study shows that the frequency interference generated by wireless devices can be explained in terms of total interference power. However, practically, this approach is limited for various reasons. These shortcomings are discussed herein through an actual frequency allocation case considering frequency interference in the licensed and unlicensed bands of the sub-GHz band, in which several frequency interference issues are faced.

908.5~914 ㎒ 대역에서 RFID와 USN 시스템의 주파수 공유 조건에 관한 연구

윤현구(Hyungoo Yoon),강민수(Min-Soo Kang),장병준(Byung-Jun Jang) 한국전자파학회 2008 한국전자파학회논문지 Vol.19 No.6

본 논문에서는 908.5~914 ㎒ 대역을 RFID와 USN 시스템이 공유하기 위한 간섭 분석 결과를 제시한다. 먼저, 평균 간섭 전력은 통계적인 간섭 분석 모델을 사용하여 이론값과 시뮬레이션 값을 각각 구하고 이를 비교ㆍ검증하였다. 그리고 간섭원의 수, 최소 이격 거리에 따른 고출력 및 저출력 RFID 시스템과 USN 시스템 간의 간섭 전력의 누적 확률 분포를 시뮬레이션 하였다. 시뮬레이션 결과, 저출력 RFID 시스템 1개와 다수의 USN node가 서로 보호 영역을 1 m 이상으로 유지할 경우, 상호 최대 허용 간섭 레벨을 만족할 확률은 95 %로 계산되었다. 향후 간섭에 의한 시스템 throughput 등과 같은 추가적인 간섭 영향에 대한 검토가 추가된다면 908.5~914 ㎒ 주파수 대역 공유를 위한 기초 연구로 본 연구의 결과가 활용되리라 기대된다. In this paper, we present interference power distribution results when radio frequency identification(RFID) and ubiquitous sensor network(USN) systems share the 908.5~914 ㎒ frequency bands. Average interference powers are obtained by simulation and statistical analysis, respectively. Simulation results are then verified by statistical analysis. According to the number of interferers and the diameter of the protection area, the cumulative density functions(CDFs) of interference power are simulated under the various conditions. From the simulation results, the probability that both USN and RFID systems meet the required maximal interference power levels is 95 % on condition that there are 1 low powered RFID reader and several USN nodes and that the minimum distance between a RFID reader and an USN node is greater than 1 m. Our results can be used as an basic research for coexistence analysis of RFID and USN systems in the 908.5~914 ㎒ frequency bands.

2개의 안테나 소자를 갖는 Time-Modulated Array와 하나의 USRP를 이용한 실시간 방향탐지 시스템의 구현

이상준(Sangjoon Lee),윤현구(Hyungoo Yoon),추호성(Hosung Choo),장병준(Byung-Jun Jang) 한국전자파학회 2017 한국전자파학회논문지 Vol.28 No.4

본 연구에서는 TMA(Time-Modulated Array)와 USRP(Universal Software Radio Peripheral)를 이용하여 2.4 GHz 대역에서 동작하는 실시간 방향탐지 시스템을 구현하였다. 구현된 시스템은 2개의 상용 모노폴 안테나, 자체 제작한 스위치 보드, 그리고 하나의 USRP로만 구성되며, LabVIEW로 연동하여 실시간으로 특정 신호원의 입사 각도를 탐지할 수 있었다. 구현결과, 30°의 범위 내에서 최대 4°의 오차 이내로 방향탐지가 가능함을 확인하였다. 제안한 시스템은 기존의 다중수신기를 갖는 방향탐지 시스템에 비해 하드웨어 구성이 간단할 뿐만 아니라, 주엽과 첫 번째 부엽 신호의 크기만을 이용하는 간단한 계산으로 방향탐지가 가능하다는 장점이 있다. In this paper, we implemented a real-time 2.4 GHz direction finding system using a time-modulated array(TMA) and an Universal Software Radio Peripheral(USRP). Our system consists of two commercial monopole antennas, self-designed switch board, and an USRP, and it is controlled using LabVIEW program in real-time. From measured results, it is verified that our system can exactly detect the incident angle within 4 degree in the range of 30 degree. Our direction finding system has advantages of a simple hardware architecture than conventional one with multiple receivers, and a simple algorithm only by using a main lobe and a first side-lobe of switching frequency.

차세대 철도통합무선망을 위한 주파수 소요량 계산방법

정민우(Minwoo Jeong),윤현구(Hyungoo Yoon),박덕규(Duk-kyu Park),김경희(Kyung-Hee Kim),이숙진(Sukjin Lee) 한국철도학회 2013 한국철도학회논문집 Vol.16 No.6

Pilot 채널을 이용한 WCDMA 기지국의 최대 전기장 강도 예측

이영수(Yeong-Su Lee),윤현구(Hyungoo Yoon),장병준(Byung-Jun Jang) 한국전자파학회 2011 한국전자파학회논문지 Vol.22 No.10

본 논문에서는 코드 영역에서의 pilot 채널의 전기장 강도를 측정하여 WCDMA 기지국에서 방사되는 전기장 강도의 최대값을 예측하였다. 사용된 방법의 타당성을 제시하기 위하여 자체 제작한 시험 기지국에서 광선 추적 법을 이용한 이론값과 전체 대역에 대한 전기장 강도 측정 결과와 비교하여 90 % 이상 일치함을 확인하였다. 그리고 실제 운용 중인 기지국을 대상으로 채널 전체에 대한 전기장 강도 측정 결과를 논문에서 제안한 방법으로 예측한 결과와 비교하였다. 비교한 결과, pilot 채널을 이용하면 최대 트래픽 상태의 전기장 강도를 예측할 수 있음을 확인하였다. 본 측정방법은 국내 무선국 전기장 강도 검사에 효과적으로 적용될 수 있다. In this paper, we predict a maximum electric field strength of WCDMA base station using a pilot channel in a code domain. In order to verify the feasibility of our method, we compare our predicted value on a self-designed test base station with a general electric field strength measurement value at a full-traffic load condition and with a calculated value by a ray-tracing technique. Predicted results show above 90 % agreement with the general measurement and calculation values. We also show that our prediction method can be applied to electric field measurement on a real operating base station. Therefore, it is concluded that our prediction method be an effective method to measure a maximum electric field strength in a base station inspection test.

비면허 기기 간 주파수 공동사용을 위한 MAC 계층 기반의 간섭 분석 및 간섭 완화 정책

장병준(Byung-Jun Jang),최선웅(Sunwoong Choi),윤현구(Hyungoo Yoon) 한국전자파학회 2013 한국전자파학회논문지 Vol.24 No.8

이기종 비면허 기기들이 동일한 주파수 대역을 공동으로 사용하기 위해서는 상호 간 주파수 간섭을 최소화할 수 있는 정책적 배려가 필요하다. 이 때 비면허 기기 간 주파수 간섭의 영향은 분석 계층에 따라 그 결과가 달라질 수 있으므로 정확한 주파수 간섭 분석이 관련 정책을 만들기 전에 선행되어야 한다. 본 논문에서는 현재 주파수 간섭 이슈가 활발히 논의되고 있는 2.4 ㎓ ISM 대역을 공동 사용하고 있는 WLAN과 WPAN 시스템 간의 주파수 간섭 영향을 물리 계층과 MAC 계층에서 각각 분석하였다. 분석 결과, 물리 계층보다는 MAC 계층을 고려한 주파수 간섭 분석이 간섭실험 결과에 더 근접함을 확인하였다. 이를 바탕으로 향후 비면허 기기 간 주파수 공동 사용을 위해 MAC 계층에서의 새로운 공동 사용 조건 등 간섭 완화 정책을 제안하였다. In order for unlicensed devices to co-exist on the same frequency band, the frequency interference mitigation policy is necessary. Because the effects of frequency interference between unlicensed devices may vary depending on the analysis layer, exact interference analysis must be proceeded before making any related spectrum policy. In this paper, a frequency interference between WLAN and WPAN systems that operate at 2.4 ㎓ ISM band were analyzed in the physical layer and MAC layer, respectively. From the results, we confirmed that the interference analysis in MAC layer is closer to the measured results. Based on these investigations, we suggest a new co-existence criterion for unlicensed devices in MAC layer.