Spectrum Considerations

 

 

 

주파수와 관련된 내용들

 

1. Spectrum Considerations

• 주파수는 공공재의 자원이라 국가가 관리함
• 관리 대상
  • Carrier 주파수
  • Signal Power (신호 세기)
  • Multiple Access Scheme (다중 접속 스키마)
    • TDMA, FDMA, CDMA
• 미국은 FCC(Federal Communications Commision)에서 관리 (우리나라는 KC, Korea Certification Corporation)

 

Spectrum의 종류

• Dynamic Spectrum Access (DSA)
  • 최근 사용되는 기법
  • 주파수를 효율적으로 활용하기 위해 동적(Dynamic)으로 관리/할당함
  • 안 쓰고 있는 주파수 대역이 있다면, 이를 끌어와서 사용하는 것
  • Cognitive Radio 사용; 스펙트럼 환경을 인지하여 통신 가능한 주파수를 알아서 찾아내는 것
• Industrial, Scientific, and Medical(ISM) bands
  • 사용 허가 받지 않고 누구나 사용 가능 (스펙트럼 관련 규율만 따른다면)
  • 사용 예시: WiFi, Bluetooth, Internet of Things

 

2-1. Propagation Modes (전파 방법)

 

1) Ground-Wave Propagation (지상파 전파, GW)

• 파장이 짧은, 주파수가 높은 전파를 사용
• 지상의 지표면을 따라서 전파를 쏨
• 예시) AM 라디오

2MHz -> 3MHz, 지상파

 

2) Sky-wave Propagation (공중파 전파, SW)

• 상대적으로 파장이 긴, 주파수가 낮은 전파 사용
• 전리층에 반사(Reflection)되어 더 넓은 지역에 도달하도록 하는 전파
• 예시) 아마추어 라디오, CB 라디오

2MHz -> 3MHz, 공중파

 

3) Line-of-Sight(LOS) propagation (가시거리 전파)

• 대부분의 이동통신은 LOS임
• 말 그대로 "가시거리" 안에서 전파를 날리는거
  • 위성통신(Satellite Communication) - 30MHz 이상
  • 지상통신(Ground Communication) - 굴절로 인해서 갈 수 있는 거리까지만
• Refraction(굴절): 대기로 인해 microwave가 휘는 현상

가시거리 전파

 

2-2. Five Basic Propagation Mechanisms

1) Free-space propagation (자유공간 신호손실)

• 장애물이 있어서 그런 게 아니라, 거리가 멀어질수록 신호가 약해짐
• 수신기는 그 줄어든 신호를 받더라도 그걸 다 복구해낼 수 있어야 함
  • 그런 의미에서 수신기의 역할이 매우 중요

 

2) Transmission

• 물체를 뚫고 갈 경우 발생
• 모서리에서는 굴절 발생

 

장애물로 인해 아래 3가지가 가능

3) Reflections (반사)

• 큰 물체에 부딪혔을 때 반사됨

4) Diffraction (회절)

• 큰 물체의 가장자리에 의해 휘어지는 것

5) Scattering (산란)

• 물체를 만나서 나눠지는 것

 

 

 

3. LOS Wireless Transmission Impairments (손상)

1) Attenuation (감쇠)

• 신호세기는 거리에 따라 약해진다 (당연한 이야기)
  • 5G나 4G의 세기를 측정했을 때 약하게 잡히는 이유는 멀리 있기 때문에 어쩔 수 없는거임 (당연한 이야기)

 

2) Free Space Loss (자유공간 손실)

• 주파수, 거리와 비례함
  • 주파수가 높을수록, 거리가 늘어날수록 잃는게 많음
  • 밑에 그래프에서도 확인 가능

FSL을 결정하는건 사실상 (fd)^2

• 실제 환경들
  • 거리에 반비례해서 신호가 줄어듦, 근데 이런저런 장애물이 있는 환경에서는 더 빨리 감세
  • 일정 거리가 넘어가면 신호의 세기가 로그의 형식으로 줄어듦

 

3) Noise (잡음)

노이즈: 기존의 전파 외의 방해되는 잡음

노이즈의 종류

• Thermal Noise (열잡음): 전자의 열적 불규칙 운동에 의해 발생되며, 백색잡음이라고도 함
• Intermodulation Noise (상호변조 잡음): 다른 주파수가 섞이면서 생기는 잡음
• Crosstalk (누화): 2개의 주파수 대역폭이 중첩되어 서로 간섭을 일으켜 잡음이 발생하는 현상
• Impulse Noise (임펄스 잡음): 갑작스러운 고에너지 신호의 짧은 폭발적 발생으로 인해 발생하는 노이즈

EXPRESSION E_b/N₀

E_b : 비트당 신호에너지

N₀: Hz당 잡음전력밀도

쉽게 잡음대비 신호세기라고 생각하면 될듯

• BER(Bit Error Rate) 와의 관계; Eb/N0↑, BER↓
• R(bit rate) 가 증가 할 경우, transmitted signal power(분자)가 같이 증가해야 함
• 전송 속도가 빨라도 신호 품질이 좋으면 송/수신이 잘됨

비례관계 볼 것

 

4) Atmospheric Absorption (대기흡수)

• 대기에 있는 물체들에 의해 노이즈가 생기는 경우

5) Multipath (다중경로)

• 하나의 신호가 여러개로 나뉘고, 순서도 다르게 들어와서 판단하기 어려움
  • 순서가 다르게 들어오는거: intersymbol interference
• 복원하기 어렵다 (LOS Wireless Transmission Impairments중 가장 까다로움)

 

6) Refraction (굴절)

• 대기를 통해 굴절