도심 무선채널의 실측데이터를 이용한 적응 섹터 셀 시스템의 성능분석

고학림,박병훈,이종헌,Ko, Hak-Lim,Park, Byeong-Hoon,Lee, Jong-Heon 한국융합신호처리학회 2008 융합신호처리학회 논문지 (JISPS) Vol.9 No.1

본 논문에서는 섹터의 트래픽 부하를 균일하게 유지시킴으로써 기지국 시스템의 전체 용량을 효과적으로 활용하기 위한 적응섹터 씬 시스템의 성능을 실제 이동통신 채널환경에서 측정한 채널 데이터를 이용하여 분석하였다. 측정은 채널 환경이 다른 여러 지점에서 1.95GHz의 QPSK 신호를 전송하였고, 높은 건물이 많은 대도시 환경의 건물옥상에 $8{\times}4$ 배열 안테나를 설치하여 전송된 신호를 수신하였다. 또한 수신된 데이터를 분석하여 각 사용자 신호의 도달각 분산 및 시간지연 분산과 전체 사용자에 대한 공간 분포 확률을 추정하였으며, 이를 결합하여 실제의 전파 환경과 유사한 벡터 채널 모델링을 제안하였다. 우리는 제안한 공간 분포 모델링을 이용하여 적응 섹터 셀 시스템 사용 시의 호 차단율의 개선정도를 분석하였으며, 컴퓨터 모의실험 결과 적응 섹터 셀 시스템의 호 차단율이 고정 섹터 셀 시스템의 비해 크게 낮음을 알 수 있었다. 그리고 고정 섹터 셀 시스템의 경우에는 사용자 신호의 공간 분포 밀집도가 높을수록 호 차단율이 크게 증가하는데 비해, 적응 섹터 셀 시스템의 경우 호 차단율의 변화는 크지 않음을 알 수 있었다. In this paper we analyze the performance of an adaptive sector cell system, which is adopted to maintain the traffic balance between sectors and to utilize the cell resources effectively, using the data collected from real channel environments. In the data measurements, we transmitted the QPSK modulated signal with carrier frequency of 1.95GHz and received the signals using the 8x4 array antenna equipped on the top of buildings in the urban area. We analyzed the angular distribution and the delay spread of a user signal and analyzed angular distribution of mobile users in a cell using the collected data. Also, we propose the vector channel modeling using the estimated pdf(probability distribution function) of the analyzing results. Through the proposed channel modeling the improvement of the call blocking rate was analyzed when using the adaptive sector cell system, and computer simulations show that the call blocking rate of the adaptive sector cell system was much lower than that of the fixed sector cell system. Additionally, it shows that the call blocking rate increases severely in the fixed sector cell system while the difference of the call blocking rate was smaller in the adaptive sector cell system, as the user density of the spatial distribution increases.

이동 ad-hoc채널에서 빔 형성 방식의 페이딩 특성 측정

고학림,박병훈,Ko, Hak-Lim,Park, Byeong-Hoon 한국융합신호처리학회 2007 융합신호처리학회 논문지 (JISPS) Vol.8 No.4

이동 채널 환경에서 신호는 다중경로 페이딩의 영향으로 통신품질이 크게 저하된다. 지금까지 이러한 페이딩의 영향은 기지국과 이를 중심으로 움직이는 이동 단말간의 이동 채널환경에서 고려되어왔다. 그러나 텔레매틱스 등과 같은 향후의 이동통신 서비스는 기지국과 같은 인프라를 통한 통신뿐만 아니라 단말기간 이동 ad-hoc통신도 활용될 것이므로 이런 통신환경에서의 페이딩 영향을 분석하고 다이버시티 기법에 대해 연구할 필요가 있다. 본 논문에서는 두 대의 차량을 이용하여 이동 통신 채널을 측정하고, 이 데이터를 활용하여 선형 빔형성 안테나의 페이딩 성능을 분석하였다. 채널 측정은 전 방향 안테나가 장착된 이동 차량에서 2GHz 대역의 QPSK 신호를 전송하고, 선형배열 안테나가 장착된 차량을 일정 지역을 이동하면서 수신 신호를 저장하였다. 빔 형성 안테나 기법의 페이딩 성능은 전방향 안테나에 대한 페이딩 마진의 향상 정도를 분석하였으며 선택 다이버서티를 사용한 경우와 비교하였다. 측정 데이터로부터 페이딩 깊이에 따른 CDF를 분석한 결과, 빔 형성 기술을 적용하면 선택 다이버서티를 적용한 경우에 비해 페이딩 마진이 페이딩 환경에 따라 6-7dB 향상됨을 알 수 있었다. In mobile channel environments, the effect of the multi-path fading reduces the performance of the mobile communication severely. Previous studies on the effect of the multi-path fading show that, only the channel between fixed base stations and mobile terminals are considered. However, the future mobile communication service such as telematics may use the communication between moving mobile terminals, so called mobile ad-hoc communication, the studies on the channel is required for such situations. In this paper we have measured the mobile channel and analyzed the fading characteristics when using the linear array antennas. In the data measurements, we sent the QPSK modulated signal with carrier frequency of 2GHz band and received the signal using the array antennas equipped on moving vehicles. We have analyzed the fading characteristics and the effects of the fading reduction using the CDF of fading depth using data collected from two moving vehicles. The simulation results show that the beamforming technique adds 6 or 7dB to the fading margin than that of the selection diversity depending on channel environments.

수중환경에서 위치추적 시스템의 DSP 구현

고학림,임용곤,이덕환,Ko, Hak-Lim,Lim, Yong-Kon,Lee, Deok-Hwan 한국음향학회 2007 韓國音響學會誌 Vol.26 No.1

본 논문에서는 수중에서 이동체의 3차원 위치를 추정하기 위한 위치추적 시스템을 구현하였다. 본 연구에서는 네 개의 초음파 센서를 수중의 서로 다른 위치에 고정시키고, 이동중인 이동체 센서와 서로 다른 신호를 송 수신하게 함으로써 고정체와 이동체 모두에서 이동체의 3차원 위치 추적과 이동체의 원격제어를 가능하게 하였다. 또한 위치 추적 시에 Newton 알고리즘에서 매 iteration 시에 Jacobian 행렬의 norm을 추정하고, 행렬의 norm이 임계값 이상이 되어 역행렬에 의한 해가 불안정해질 때는 또 다른 초기값을 이용하여 해를 구하게 함으로써 이동체의 위치가 보다 신뢰성 있게 추정되게 하였다. 그리고 제안한 알고리즘을 이용하여 실시간 위치 추적이 가능한 위치 추적 DSP 시스템을 구현하였으며, 성능 검증을 위한 수조 실험을 수행하였다. 성능 검증결과 본 연구에서 구현한 위치 추적 시스템은 1초에 2회 이상의 속도로 오차율 5cm 이내에서 이동체의 위치를 추적함을 알 수 있었다. In this paper we have implemented a 3-D PL (Position Location) system to estimate the 3-dimensional position of a moving object in underwater environments. In this research, we let four sensors fixed in different Positions and moving sensorsto communicate with each other to find the 3-dementianal positions for both the fixed and moving objects. Using this we were also able to control the moving object remotely. When finding the position, we calculated the norm of the Jacobian matrix every iteration in the Newton algorithm. Also by using a different initial value for calculating the solution when the norm became higher than the critical value and the solution from the inverse matrix became unstable, we could find a more reliable position for the moving object. The proposed algorithm was used in implementing a DSP system capable of real-time position location. To verify the performance, experiments were done in a water tank. As a result we could see that our system could located the position of an object every 2 seconds with a error range of 5cm.

수중채널 환경에서 센서 간의 간격에 의한 수신 신호의 상관 특성 분석

고학림,이승구,김민상,조대영,김길용,박병훈,박종원,임용곤,Ko, Hak-Lim,Lee, Seung-Goo,Kim, Min-Sang,Cho, Dae-Young,Kim, Kil-Yong,Park, Byeong-Hoon,Park, Jong-Won,Lim, Yong-Gon 한국음향학회 2012 韓國音響學會誌 Vol.31 No.2

본 연구에서는 수중 채널환경에서 측정을 수행하고 측정 데이터를 분석하여 수중 채널의 공간 다이버시티 특성을 연구하였다. 측정 데이터 분석 결과 정지채널의 경우 페이딩에 의한 영향은 크지 않았으며, 서로 이격된 센서에 수신된 신호의 페이딩 특성은 송신단과 수신단의 거리에 의한 영향도 적어서 수신 센서의 간격이 반송파의 10파장 이상 이격하여야 최적의 공간 다이버시티이득을 얻을 수 있었다. 그리고 이동 채널 환경의 경우에는 센서 간의 거리가 8파장이상일 때 공간 상관계수 값이 0.3 보다 작아서 최적의 공간 다이버시티 이득을 얻을 수 있는 것으로 분석 되었다. 향후 이 연구결과를 바탕으로 수중 이동 채널 환경에서의 MIMO 채널 모델링 및 성능 분석을 할 예정이다. In this paper, we have analyzed the performance of space diversity technologies using experimental data in order to analyze the usability of space diversity techniques in underwater channel environments. After analyzing the experimental data we found out that high diversity gain should not be expected when using a stationary transmitter with a stationary receivers in swallow underwater channel. And we also find out that the distance between sensors should be at least 8 wavelengths apart to take advantage of diversity gain in underwater moving channel environments.

이동통신용 적응 섹터 셀 시스템의 성능분석

고학림(Hak-Lim Ko),이승구(Seung-Goo Lee),조대영(Dae-Young Cho),정재훈(Jae-Hoon Jung),권오현(Oh-Hyun Kwon) 호서대학교 공업기술연구소 2009 공업기술연구 논문집 Vol.28 No.1

T h is p a p e r a n a ly z e s the p erfo rm an ce o f an a d ap tiv e secto r c e ll sy stem w h ic h is adopted to m aintain the tra ffic b ala n ce b e tw een sectors and to u tilize the c e ll re so u rce s e ffe c t iv e ly . In order to a n a ly z e its p e rfo rm a n ce , w e m easu red the urban w ire le ss ch an n el. W e transm itted the m o d ulated sig n al in m a n y p la c e s , and captu red the r e c e iv e d sig n a l from 8 x 4 a rray antenna o f b a se station w h e n w e m easu red the ch an n el. T h e a n a ly sis p ro ce ss o f this stu d y is as the fo llo w in g s : F ro m that m easu red ch an n el data, w e estim ated the distribution o f D O A (D ir e c tio n o f A r r iv a l) and tim e d e la y p rorile o f each data, and tm s resu lts are u sed to determ ine the m ain sig n al paths fro m the m o b iles u sin g the p ro p o se d n on u n iform p ro b a b ility d en sity fun ction o f the an gu lar distribution o f m o b iles. F in a lly w e sim u lated the call b lo c k in g rate o f the cellu lar sy ste m u sin g each m o b ile ’s sig n a ls w h ic h is p ro ce sse d b y p a ssin g throu gh the b e am patterns o f array antenna and a n a lo g b e am fo rm er. T h e resu lts are; the c a ll b lo c k in g rate o f a d ap tiv e c e ll sector sy ste m is less than that o f fix e d ce ll s y ste m . A s the a c tiv e u ser d en sity o f sp atial distribution in creases the c a ll b lo c k in g rate in crease in the fix e d c e ll sy ste m , bu t it w a s not ch a n g e d in the ad ap tive c e ll system .

수중음향통신망을 위한 하이브리드 MAC 프로토콜 설계

박종원,고학림,조아라,윤창호,최영철,임용곤,Park, Jong-Won,Ko, Hak-Lim,Cho, A-Ra,Yun, Chang-Ho,Choi, Young-Chol,Lim, Yong-Kon 한국정보통신학회 2009 한국정보통신학회논문지 Vol.13 No.10

본 논문은 수중음향통신망을 위한 TDMA(Time Division Multiple Access) 기반의 비경쟁모드 방식의 MAC 프로토콜과 경쟁모드 방식의 MAC 프로토콜을 동시에 사용하는 하이브리드 MAC 프로토콜을 제안하고 있다. 제안된 MAC 프로토콜은 네트워크 전반적인 관리를 위한 비콘 패킷, 시간슬롯 사이의 충돌방지를 위한 Guard Period, 시간 태그(time tag)를 이용한 마스터 노드와의 전송지연 계산, 노드간 시간동기, 네트워크 진입 및 탈퇴, 노드간 통신방식 등의 기능을 제공한다. 수중음향통신망의 대표적 이동노드인 자율무인잠수정(AUV)을 대상으로 제안된 하이브리드 MAC프로토콜을 적용하였고, 제안된 MAC 프로토콜이 실제 수중음향통신망 환경에서 적용 가능함을 검증하였다. This paper deals with hybrid MAC protocol design for underwater acoustic networks. The proposed MAC protocol has the cluster structure with a master node and slave nodes, and the hybrid network structure that combines a contention free period based on TDMA(Time Division Multiple Access) with a contention period. The suggested MAC protocol has a beacon packet for supervising network, a guard period between time slots for packet collision, time tag for estimation of propagation delay with a master node, the time synchronization of nodes, entering and leaving of network, and the communication method among nodes. In this paper, we adapt the proposed hybrid MAC protocol to AUV network, that is the representative mobile device of underwater acoustic network, and verify this protocol is applicable in real underwater acoustic network environment.

반복 전송 다이버시티 기법에 따른 OFDM 기반 수중 음향 통신 시스템의 실해역 성능 분석

채광영,고학림,김민상,조용호,임태호,Chae, Kwang-Young,Ko, Hak-Lim,Kim, Min-Sang,Cho, Yong-Ho,Im, Tae-Ho 한국정보통신학회 2019 한국해양정보통신학회논문지 Vol.23 No.11

본 논문에서는 인천 덕적도 부근 해안에서 2017년 7월 5일부터 24시간 동안 채널 변화를 지속적으로 측정하였다. 수중 채널은 실시간으로 시간 축에서 변화와 주파수 축에서 변화가 발생함에 따라서 다양한 채널 환경 특성을 가지고 있으며, 다중 경로 페이딩 및 도플러 효과 등으로 인하여 수중 통신 성능저하가 발생한다. 따라서, 본 연구에서는 실해역 수중 통신 환경에서의 통신 성능 향상을 위하여 시간 및 주파수 영역에서의 반복 전송 다이버시티 기법을 적용하여 수중 채널 환경에서의 OFDM 시스템 성능 분석에 관한 연구를 수행하였다. 수집한 데이터를 이용하여 시간과 주파수 영역에서의 채널 환경 비교를 수행하였으며, 파일럿 배치 간격과 시간 및 주파수 축에서의 반복 전송 회수에 따른 BER 성능 분석을 수행하였다. In this paper, the channel change was continuously measured for 24 hours from July 5, 2017 on the coast near Deokjeok-do, Incheon. The underwater channel has various channel environment characteristics as the change in the time axis and the change in the frequency axis occurs in real time, and the underwater communication performance decreases due to the multipath fading and the Doppler effect. Therefore, in this study, we performed the OFDM system performance analysis in the underwater channel environment by applying the repetitive transmission diversity scheme in the time and frequency domain to improve the communication performance in the real-world underwater communication environment. Using the collected data, we compared the channel environment in the time and frequency domain and analyzed the BER performance according to the pilot spacing and the number of repetitive transmissions in the time and frequency axis.

반복 전송 다이버시티 기법에 따른 OFDM 기반 수중 음향 통신 시스템의 실해역 성능 분석

채광영,고학림,김민상,조용호,임태호,Chae, Kwang-Young,Ko, Hak-Lim,Kim, Min-Sang,Cho, Yong-Ho,Im, Tae-Ho 한국정보통신학회 2019 한국정보통신학회논문지 Vol.23 No.11

본 논문에서는 인천 덕적도 부근 해안에서 2017년 7월 5일부터 24시간 동안 채널 변화를 지속적으로 측정하였다. 수중 채널은 실시간으로 시간 축에서 변화와 주파수 축에서 변화가 발생함에 따라서 다양한 채널 환경 특성을 가지고 있으며, 다중 경로 페이딩 및 도플러 효과 등으로 인하여 수중 통신 성능저하가 발생한다. 따라서, 본 연구에서는 실해역 수중 통신 환경에서의 통신 성능 향상을 위하여 시간 및 주파수 영역에서의 반복 전송 다이버시티 기법을 적용하여 수중 채널 환경에서의 OFDM 시스템 성능 분석에 관한 연구를 수행하였다. 수집한 데이터를 이용하여 시간과 주파수 영역에서의 채널 환경 비교를 수행하였으며, 파일럿 배치 간격과 시간 및 주파수 축에서의 반복 전송 회수에 따른 BER 성능 분석을 수행하였다. In this paper, the channel change was continuously measured for 24 hours from July 5, 2017 on the coast near Deokjeok-do, Incheon. The underwater channel has various channel environment characteristics as the change in the time axis and the change in the frequency axis occurs in real time, and the underwater communication performance decreases due to the multipath fading and the Doppler effect. Therefore, in this study, we performed the OFDM system performance analysis in the underwater channel environment by applying the repetitive transmission diversity scheme in the time and frequency domain to improve the communication performance in the real-world underwater communication environment. Using the collected data, we compared the channel environment in the time and frequency domain and analyzed the BER performance according to the pilot spacing and the number of repetitive transmissions in the time and frequency axis.

수중 MIMO 벡터 채널 모델링 및 성능 분석

이덕환,고학림,임용곤,Lee, Deok-Hwan,Ko, Hak-Lim,Lim, Yong-Kon 한국음향학회 2007 韓國音響學會誌 Vol.26 No.8

본 논문에서는 수중 채널 환경에서 초음파 통신의 성능 및 효율을 향상시키기 위하여 MIMO(Multiple Input Multiple Output) 용 수중 벡터 채널 모델링을 연구하였으며, 이를 이용한 MIMO 기법의 성능을 분석하였다. 수중 MIMO 채널 모델링을 위하여 실해역 환경에서 측정을 수행하였으며, 측정된 데이터를 분석하여 수중 채널 환경에서의 페이딩, 도플러, 시간지연, 도달각, 수신전력 등의 파라미터 값을 추정하였고, 이를 이용한 MIMO용 수중 벡터 채널 모델링을 수행하였다. 또한 제안된 채널 모델링을 이용하여 수중 MIMO 시스템의 성능을 분석하였으며, 성능 분석 결과 수중에서 MIMO 기법을 사용하는 경우 같은 SNR에 대해 비트 에러 율이 크게 감소함을 알 수 있었다. In this paper we have studied the underwater vector channel modeling for MIMO(Multiple Input Multiple Output) to increase the performance and efficiency for ultrasound communication in underwater channel environments. Also we have analyzed the MIMO techniques using the proposed channel modeling. For underwater MIMO channel modeling. experiments were done in real channel environments and the data were analyzed to estimate parameters such as fading, Doppler, time delay, angle of arrival, and receiving power. These were used for modeling of underwater vector channel modeling for MIMO. Additionally, we have analyzed the performance of MIMO systems using our proposed channel models. As a result we could see that the BER has decreased severely with the same SNR when using the MIMO system.

해상 환경에서 객체 관심 영역 추출을 위한 영상 전처리 알고리즘 설계

송현학(Hyun-hak Song),이효찬(Hyo-chan Lee),정태건(Tae-Geon Jung),이성주(Sung-Ju Lee),고학림(Hak-lim Ko),임태호(Tae-ho Im) 한국정보통신학회 2020 한국정보통신학회 종합학술대회 논문집 Vol.24 No.1