지금 이 순간

1. 개요

2. 모바일 서비스의 트렌드

  - 4G 대비 1000배 빠른, 개인당 1Gbps급 전송속도와 수 msec 이하의 서비스 지연 시간 을 특징으로 하는 차세대 이동통신 기술임

2. 모바일 서비스의 트렌드

  가. 트래픽 양 증가

     - 최근 멀티미디어 및 소셜네트워크 서비스 등에 대한 수요가 폭발적으로 증가

     - 모바일 트래픽 양이 엄청난 속도로 늘어나고 있으며, IoT(Internet of Things, 사물인터넷)의 등장으로 Things의 숫자도 계속적으로 증가하고 있기 때문에 트래픽 양은 더욱 더 폭발적으로 증가할 것으로 예상됨

  나. 디바이스 수 증가

     - 인터넷에 연결된 모바일 디바이스들과 사물들의 숫자가 폭발적으로 증가할 것으로 예상됨

  다. 클라우드 의존성 증가

     - 클라우드 컴퓨팅 시스템에 대한 사용자 수요의 증가에 따라 PC시대에서 모바일 클라우드 컴퓨팅 시대로의 전이가 더욱 가속화 될 것으로 예상

     - 5G 모바일 서비스는 대부분 모바일 클라우드 컴퓨팅 시스템을 기반으로 사용자에게 필요한 서비스를 제공하는 모습으로 변화하게 될 것으로 예상됨

  라. 다양한 모바일 융합서비스 등장

     - 증강현실/가상현실, 초고정밀 위치기반 서비스, 홀로그램 서비스, 스마트 헬스케어 서비스 등 다양한 모바일 융합 서비스들이 등장

3. 5G 핵심 성능 파라미터

  - 5G 이동통신 시스템은 기본적으로 위에서 언급한 네 가지 주요 메가트렌드들 (트래픽 증가, 디바이스수 증가, 클라우드 컴퓨팅 의존성 증가, 다양한 5G기반 융합서비스 등장)을 필수적으로 고려하여 설계

  - 이러한 사항들을 고려하여 최근 다양한 나라와 회사들에서 5G 이동통신 시스템을 위한 기본 성능지표들에 대해서 제안(Vision 제시)

  - ITU-R (International Telecommunication Union – Radiocommunication Sector) WP (Working Party) 5D에서는 이러한 제안들을 기반으로 현재까지 총 8개의 핵심 성능지표 후보를 도출

ITU-R에서는 4G를 IMT-A로 지칭

http://www.netmanias.com/ko/?m=view&id=blog&no=7262

4. 4G와 5G 비교

  - ITU-R WP 5D 21차 회의, 2015년 2월 종료

http://www.netmanias.com/ko/?m=view&id=blog&no=7262

5. 향후 계획

 - 5G 시스템의 최소 성능 요구사항이 제시되고 이를 만족시키는 5G 시스템 규격에 대한 제안은 2017년 말 시작될 예정

 - 제안된 5G 시스템의 평가 및 규격 작업을 통해 최종 규격은 2020년 말 발표될 예정

1. 개요

2. 무선통신에서의 다이버시티 기법의 사용 이유

3. 다이버시티 종류

  가. Frequency diversity

  나. Space diversity

  다. Polarization diversity

  라. 각 다이버시티(지향성 Diversity)

  마. Time diversity

  바. Site diversity

4. 합성수신법

  가. 선택합성법

  나. 등이득합성법  

  다. 최대비 합성법

  라. 스위치 결합방법

5. 맺음말

1. 개요

 - 무선통신에서 전파가 전파되는 경로 상의 매질 변동 등에 의해 수신 전계강도가 불규칙하게 변동되는 현상을 페이딩이라고 함

 - 페이딩은 고정통신과 이동통신, 아날로그와 디지털통신, 사용주파수대 등에 따라 여러 형태로 나타나게 되느데, 이러한 페이딩의 방지대책으로 사용되는 것이 다이버시티 기법임

2. 무선통신에서의 다이버시티 기법의 사용 이유

  - VHF대역 통신(직접파와 반사파)의 주매체인 대류권층에서 발생하는 덕트형 페이딩과 산란형 페이딩 등을 방지하기 위함

  - HF대역 통신(전리층 반사파 이용)의 주매체인 전리층에서 발생하는 간섭성 페이딩, 선택성 페이딩 등을 방지하기 위함

  - 이동통신에서 이동국의 움직임에 따라 발생하는 페이딩을 방지하기 위함  

  - 다중 경로에 의한 시간지연, 송신점의 거리에 따른 지연 등을 수신점에서 다이버시티를 이용하여 수신한 후 합성에 의해 신뢰성있는 전송을 가능하게 함

  - 편파를 달리하여 송신한 후 수신측에서 편파다이버시티로 수신하여 주파수 효율을 높임

  - 공간 다중화 기법을 이용한 송신과 공간 다이버시티로 수신하여 전송용량 증대

3. 다이버시티 종류

  가. Frequency diversity

     - 서로 다른 두 주파수의 경우 심한 페이딩의 상태가 동시에는 일어나지 않는 점을 이용한 것

     - 주파수에 따라서 전리층과 같은 반사물질에서 반사되어 수신기에 도달하는 시간이나, 반사되는 위치의 차이가 있으므로 두개의 주파수로 동일 신호를 전송하여 수신기에서 합성시키는 방법

     - 장점: 이동체 등과 같이 공간이 좁은 곳에서도 사용이 가능

     - 단점: 2개 이상의 주파수가 필요

<2012년 제2회 정보통신기술사 기출문제 해설, 김기남 공학원> 

  나. Space diversity

      - 동일 전파를 서로 충분히 떨어진 두 지점에서 수신하면 수신 전계강도의 페이딩 상태가 다르므로 두 개의 수신 출력을 적당히 합성하거나 선택하여 페이딩의 영향을 경감시킬 수 있음

      -  M/W에서는 6~23m 정도가 자장 적당하며 위상지연에 대한 대책이 있어야 함(Equalisation)

<2012년 제2회 정보통신기술사 기출문제 해설, 김기남 공학원>

  다. Polarization diversity

      - 전파의 수직편파와 수평편파에 따라 페이딩을 받는 방식이 다르므로 수평편파용과 수직편파용의 두개의 안테나를 설치하여 그 출력을 합성함으로써 페이딩을 방지하도록 한 방식임

      - 단파 전파는 전리층에서 반사할 때 지구자계의 영향으로 타원편파가 되며, 마이크로파에서는 빗방울을 통과하면서 편파면이 회전하게 됨

      - 또한 이동통신에서는 지형, 건물 등에서 산란되면서 편파면이 흐트러지게 됨

<2012년 제2회 정보통신기술사 기출문제 해설, 김기남 공학원>

  라. 각 다이버시티(지향성 Diversity)

      - 수신안테나의 각도를 다양하게 구성하거나 다른 지향성의 안테나를 사용하여 그 출력을 선택하거나 합성함

  마. Time diversity

      - 수신국 혹은 송신국이 이동한다는 것을 전제로 한 것으로 그 특성은 공간다이버시티에 대응함

      - 동일정보를 약간의 시간 간격을 두고 중복 송출하고 수신측에서는 이를 일정 시간의 지연후에 비교하여 사용하는 방법

      - 상관관계가 충분히 낮은 시간간격으로 재전송하여 수신레벨이 높은 쪽을 선택하는 방식으로 전송용량을 희생하는 대신에 신뢰도를 높힐 수 있음

  바. Site diversity

      - 수신 안테나의 설치장소가 다르면 수신 전계의 페이딩이나 강우감쇠의 발생 시간, 크기, 빈도 등이 달라지는 것을 이용하는 방식임

      - 2개 이상의 수신소 또는 송신소의 장소를 달리하여 설치하고, 각 전파로의 수신 출력을 합성 또는 절체하여 그 영향을 경감시키는 것으로 위성통신 지구국이 대표적임

4. 합성수신법

  - 다이버시티 Branch로부터 페이딩의 영향을 받은 각각의 신호를 합성하기 위하여 여러가지 방식이 제안되어 있음

  가. 선택합성법

     - 어느 주어진 시간에 서로 다른 Branch에서 수신된 모든 신호를 비교하여 가장 좋은 신호를 선택하는 방식임 

  나. 등이득합성법  

     - 각가의 Branch 신호를 같은 위상으로 만든 후 결합하는 방법

     - 각 신호의 위상을 맞추는 것이 어려움

  다. 최대비 합성법

     - 각 신호를 가장 좋은 비율로 결합하는 방법

     - 그 비율을 결정하기 위한 구조가 필요하며 , 구조가 복잡해진다

  라. 스위치 결합방법

     - 하나의 신호를 선택하고 있다가 수신파워가 일정 수준(Threshold level)보다 작아지면 다른 신호를 선택하는 방법

     - 수신파워를 측정할 수 있는 수신회로가 필요, 구조가 간단하고 실제 적용이 용이

5. 맺음말

  - 마이크로파통신이나 원거리 고정국 간의 단파통신, 이동통신 등에서 페이딩에 대한 방지대책으로 다이버시티 수신방식이 활용되고 있음

  - 4G 핵심기술 중에 하나인 MIMO 기술은 다중 송신안테나와 다중 수신안테나를 이용하여 페이딩 영향을 감소시키고, 데이터 전송효율을 향상시키는 기술임

<참조>

2012년 제2회 정보통신기술사 기출문제 해설, 김기남 공학원

http://egloos.zum.com/laminaz/v/4291905

위성통신에서의 전파는 자유공간손실 외에 지구를 둘러싼 대기층 및 전리층과 강우에 의하여 영향을 받는다. 이에 대한 제반 영향을 설명하고 그 대책에 대하여 설명하시오

1. 전파의 창

2. 위성통신의 전파특성 영향 요인

3. 위성통신에서 강우 감쇠 보상기법

4. 결론

1. 전파의 창

 - 위성통신에서 수백 MHz 이하의 낮은 주파수대에서는 우주 잡음의 증가, 전리층에서의 감쇠와 신틸레이션의 영향이 크고, 10GHz 이상의 높은 주파수대에서는 대기가스나 강우 등에 의한 감쇠 및 이들 매질에서의 열잡음 등이 문제가 됨

 - 따라서 이들의 영향이 비교적 적은 300MHz~10GHz의 주파수 영역을 전파의 창이라 하여 이 주파수 대역에서 위성통신을 주로 행함

 - 실제의 위성통신에서 1~10GHz의 주파수 대역이 가장 많이 이용됨

2. 위성통신의 전파특성 영향 요인

 가. 대기의 영향

     - 대기에서는 흡수감쇠,  대기굴절율, 대기잡음에 의해 영향을 받음

      1) 흡수 감쇠

         - 전자파가 대기 중을 통과할 때 대기 중의 산소, 수증기, 안개와 구름 및 눈, 자유전자 등에 의해 흡수되거나 산란

         - 이 중에서 위성통신 대역에서는 수증기와 산소에 의한 감쇠의 영향이 크므로 수증기 , 산소에 의한 감쇠를 대기 감쇠라고 함

         - 수증기에 의한 대기 흡수 손실은 21GHz에서, 산소에 의한 흡수 손실은 60GHz에서 최대값을 가지며, 안테나의 지향 앙각이 작을수록 전파 경로가 길어져 손실이 커짐

      2) 대기 굴절율

         - 대기 굴절율은 지상에서의 높이에 비례하여 증가하므로 대기층을 통과하는 전자파에 대하여 오목렌즈와 같은 작용을 하여 전자파 발산 감쇠(De-focussing attenuation)를 가져옴

         - 또한 대기 불안정에 의한 대기 굴절율의 불규칙 변동은 전자파의 산란 작용을 일으키고, 도달하는 전자파의 진폭 및 위상을 불규칙하게 만드는 감쇠를 확산감쇠(Diffusive attenuation)이라고 함    

         - 대기 굴절율의 불규칙한 변동은 대기 신틸레이션 페이딩을 발생시킴

     3) 대기 잡음

         - 대기 가스가 전자파를 흡수하여 재방사함, 열잡음의 방사원으로 작용

 나. 강우의 영향

      - 강우 감쇠, 강우 잡음등으로 부터 영향을 받음

      - 3GHz 이하의 주파수에서는 강우에 의한 흡수 손실이나 잡음의 영향을 무시할 수 있으나, 3GHz 이상에서는 급격히 증가하여 18GHz 이상에서는 다른 요인에 의한 감쇠값보다 강우감쇠 값이 더 커짐 

      1) 강우감쇠

        - 강우 중인 공간을 전파하는 전파는 빗방울에 의한 흡수와 산란때문에 감쇠를 받음

      2) 강우잡음

        - 대기 가스와 마찬가지로 빗방울에 의한 전자파의 흡수 감소는 열잡음으로 지구국에 영향을 끼침

 다. 전리층의 영향

      - 비교적 낮은 주파수에서 전리층의 영향을 많이 받음

      1) 전리층 scintillation

         - 전파가 전리권을 통과할 때 전자밀도의 변동에 의하여 진폭, 위상, 편차 상태 등이 짧은 주기로 불규칙하게 변동하는 현상 

      2) 패러데이 회전

         - 전파가 전리권을 통과할 때 편파면이 회전하게 되는데 이것을 패러데이 회전이라 함

      3) 전리층에 의한 감쇠

         - 전리층의 임계 주파수에 가깝거나 낮은 주파수대의 전파는 전리권 내에서 흡수

      4) 전파 도래각의 변동

         - 대규모의 전자밀도 교란이 생긴 경우 발생

 라. 지상무선국과의 관계

    - 위성통신에 사용되는 주파수는 지상 무선중계국의 주파수와 공용되는 것이 많아 양자 사이의 간섭이 문제가 되는 경우 발생

3. 위성통신에서 강우감쇠 보상 대책

   - 위성 통신용으로 1~10GHz 주파수 대역이 주로 사용되어 왔으나, 최근 통화량의 증가로 10GHz 이상의 주파수 대역을 많이 사용하고 있음

  - 강우감쇠는 시스템의 사용주파수 대역이 높아짐에 따라 그 피해가 심각해짐, 이를 보상하기 위한 대책이 필요

 가. 고정 보상 기법

    - 강우 감쇠를 보상하기 위해서 여분의 지구국, 위성, 주파수 대역 등을 고정적으로 마련하여 할당해 놓은 방식

   - 강우 감쇠는 연중 발생률이 낮기 때문에 비효율적임

    1) 지역 다이버시티

       - 강우가 한정된 지역에서 발생한다는 점을 이용

       - 2개 이상의 지구국을 설치하여 감쇠량이 적은 지구국을 이용하여 통신하는 방식

    2) 주파수 다이버시티

       - 주파수가 커질수록 감쇠가 커진다는 점을 이용하여 강우 손실시 낮은 주파수대로 전송하는 기법

    3) 전력제어 기법

       - 강우 감쇠 시 그 값을 보상하기 위해 송신전력량을 증가시켜 수신 전력량을 일정하게 유지시키는 기법

 나. 적응형 보상 기법

    - 고정보상기법의 비효율성을 개선한 최근의 보상기법

    - 강우로 인하여 손실이 심해지면 효율적인 기법으로 전환하여 사용하는 기법

    1) 적응형 Data Rate 기법

       - 감쇠 정도에 따라 데이터 양을 줄이고, 줄어든 양만큼 리던던시로 채워 전송하여 강우로 인한 신호 감쇠를 보상하는 기법

       - 데이터 량이 변하므로 복조기 구조 복잡

    2) 적응형 부/복호 방식

       - 감쇠 정도에 따라 부/복호 방식을 적절하게 할당

    3) 적응현 변/복조 방식

       - 강우 감쇠 미 발생 시 8-PSK 변조기법 사용, 강우 감쇠 시 QPSK, BPSK 기법 사용

    4) 적응형 다원접속 방식

       - 시스템 타임슬롯을 강우감쇠를 겪고 있는 사용자에게 더 할당하는 방식

4. 결론

  - 적응형 전송기법은 고주파수 대역을 사용하는 시스템에서 매우 경제적이고 효율적인 보상기법임

  - 위성통신 시스템에서 사용주파수 대역이 점점 증가되는 추세로 볼 때 연구가 필요한 중요한 기술임

<참조>

http://rtocare.tistory.com/174