이동형 지구국과 5G 서비스의 양립을 위한 인접채널 간섭분석 및 완화 기술 :

김현기

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자료유형: 학위논문

저자정보: 김현기 (한밭대학교, 한밭대학교 대학원)

발행연도: 2020

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이 논문의 연구 히스토리 (2)

2020

이동형 지구국과 5G 서비스의 양립을 위한 인접채널 간섭분석 및 완화 기술

김현기 전자공학과 2020.01 학위논문

2019

항공 이동형 지구국과 5세대 이동통신 간의 양립성 평가를 위한 간섭분석

김현기 , 조연기 , 조한신 한국전자파학회논문지 2019.09 학술저널

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본 논문에서는 이동형 지구국 (Earth Station in Motion, ESIM)과 5G 서비스의 양립성 평가를 위해 인접채널 간섭분석을 수행하는 내용을 다룬다. ESIM은 선박, 항공기 등에 무선 서비스를 제공하기 위한 기술로, 27.5-29.5 GHz 대역에서의 운용이 고려되고 있다. 차세대 이동통신 5G는 2020년까지 상용화를 목표로 하고 있으며, 24.25-27.5 GHz 대역에서의 서비스가 유력시 되고 있다. 이 시스템들의 주파수 대역은 매우 인접해 있기 때문에, 간섭신호로 인해 시스템 장애가 발생할 수 있다. 따라서 본 논문은 ESIM과 5G 간의 인접채널의 양립성을 확인하기 위해 간섭분석을 수행했다. 5G와 타 시스템간의 간섭분석을 위해 개발된 이기종 네트워크 IMT-2020을 실제 도심지역과 가장 유사한 형태로 구현하였고, 이 과정에서 5G의 핵심 기술인 3차원 빔포밍을 적용시켰다. ESIM은 다양한 환경에서 운용되기 때문에, 운용 환경에 따라 각기 다른 간섭 시나리오를 분석에 적용하였다. 간섭분석간 최악의 간섭상황을 가정하는 최소 결합손실 (Minimum Coupling Loss, MCL) 방법과 확률 통계적인 요소를 결합하여 현실적인 간섭분석이 가능한 Monte Carlo (MC) 방법을 적용하였다. ESIM이 5G 서비스에 주는 간섭을 줄이기 위해, ESIM의 cyclic prefix OFDM (CP-OFDM)과 Windowed-OFDM을 설계하여 전력스펙트럼밀도 및 Frequency Dependent Rejection (FDR)의 수학식을 유도했다. 이 OFDM 파형들을 ESIM의 측정된 송신 스펙트럼과 비교하였을 때, 간섭이 완화되는 효과를 확인하였다. 간섭분석 결과로는 최소 이격거리 및 주파수 이격을 통해 수치적으로 나타냈다. 간섭이 가장 강한 최악의 상황에서 해상 ESIM과 5G는 48.2 km의 이격거리가 보장되어야 두 시스템의 공유가 가능하였다. 또한, 두 시스템 간 이격거리를 1 km로 제한하였을 때, 측정된 신호의 경우 최대 57.2 MHz의 보호대역이 필요하였다. 또한, throughput loss를 통해 ESIM에 의해 5G 시스템의 성능이 저하되는 정도를 확인하였다. 항공 ESIM의 경우 일반 항공기의 운항 고도를 고려하였을 때, 최악의 간섭상황을 고려했음에도 5G 시스템이 수신하는 간섭전력은 허용 가능한 수치로 나타났다. 본 논문에서 제시한 결과는 두 시스템의 공존을 위한 기술적 자료로 활용이 가능할 것이다.

In this thesis, we deal with the adjacent channel interference analysis to evaluate compatibility between earth station in motion (ESIM) and 5G service. ESIM is a technology for providing wireless services to ships and aircraft, and is considered to operate at 27.5-29.5 GHz. The next-generation mobile communication service, 5G, is planned to be commercialized by 2020, and is expected to operate at 24.25-27.5 GHz. These systems can experience interference because both the frequency bands are adjacent. Therefore, we carried out interference analysis to confirm compatibility between these wireless systems. IMT-2020, a heterogeneous network developed for interference analysis with other systems, implemented most similar to the actual urban area. In this process, 3D beamforming was applied to the IMT-2020 network. The minimum coupling loss (MCL) method, which assumes the worst case, and the Monte Carlo (MC) method, which allows realistic interference analysis by combining probability and statistical factors, was applied to the interference analysis. In order to reduce the received interference of 5G systems, cyclic prefix OFDM (CP-OFDM) and Windowed-OFDM were designed, and the mathmatical expression of power spectral density (PSD) and frequency dependent rejection (FDR) was derived. When these OFDM waveforms were compared to the measured transmit spectrum of the ESIM, we identified the effect of interference mitigation. The results of the interference analysis are presented numerically through the minimum separation distance and frequency separation. In the worst case scenario with the strongest interference, maritime ESIM and 5G needed a separation distance of 48.2 km to ensure coexistence between the two systems. In addition, when the separation distance is 1 km, the guard band of 57.2 MHz was required for the measured signal. Through the throughput loss, we confirmed numerically the degradation of the performance of 5G systems. In the case of aeronautical ESIM, the interference is acceptable to 5G system, given the operational altitude of the general aircraft. The results of this study can be used as technical data for the coexistence of two wireless systems.

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