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Summary

CONTENTS

목차

제1장 서론 49

제1절 연구의 목적 51

제2절 연구의 필요성 51

제3절 연구의 범위 52

제4절 보고서의 목적 및 구성 53

제2장 연구수행방법 55

제1절 연구 추진 체계 57

제3장 연구수행결과 59

제1절 스펙트럼 공학 핵심 기술 연구 61

1. 개요 61

2. 스펙트럼 공학 툴 개발 및 간섭 분석 연구 62

3. 메쉬 네트워크 환경에서의 전파간섭 및 간섭감소기술 92

4. 소출력 무선기기간 주파수 공유방안 연구 101

5. 방송주파수 공유를 위한 간섭분석 툴 개발 106

제2절 전파특성 연구 111

1. 개요 111

2. VHF/UHF 대역 전파특성 측정결과 112

3. 광대역 채널측정 시스템 개발 118

4. M/W 대역 전파특성 측정 및 분석결과 122

5. 밀리미터파 대역 전파특성 측정 및 결과 128

6. 3D 전파모델 시뮬레이터 개발 132

제3절 위성/지상 통신망 주파수 공유 및 기술기준 연구 139

1. 개요 139

2. 위성/지상업무 간섭 영향 연구 140

3. 인접국간 무선 지상통신망 혼신 조정 방안 연구 163

4. WRC-07 대비 국제표준화 및 기술기준 연구 173

제4절 간이무선국 주파수 초협대역 기술 개발 179

1. VHF 대역 간이무선국 주파수 초협대역 기술 개발 179

2. UFF 대역 디지털 LMR 용 주파수 초협대역 기술 개발 194

제5절 밀리미터파 이용 기술 개발 209

1. 개요 209

2. 40 GHz 대역 P-to-P 송수신기 시스템 개발 211

3. 60 GHz WPAN 송수신기 시스템 개발 230

제6절 전파활용기술 기술전략 및 산업분석 연구 254

1. 개요 254

2. 분배대상 주파수의 기술경제성 연구 257

3. 핵심 주파수 대역 동향 분석 267

4. 시장 관점의 전파자원 활용 기술 개발전략 수립 277

제4장 결론 285

참고문헌 291

약어표 301

연구결과물 목록 307

(표 3-1-1) 공공통신과 RFID 간섭 분석 결과 I 70

(표 3-1-2) 공공통신과 RFID 간섭 분석 결과 II 70

(표 3-1-3) 거리에 따른 간섭 확률 72

(표 3-1-4) 간섭원 밀도에 따른 간섭 확률 73

(표 3-1-5) 거리에 따른 간섭 확률 74

(표 3-1-6) 지역별 아마추어(간섭원) 밀도 74

(표 3-1-7) 아마추어(간섭원) 밀도에 따른 간섭 확률 74

(표 3-1-8) 수입차량 현황(~2003) 74

(표 3-1-9) 향후 수입차량 현황 및 예상 간섭원 밀도 75

(표 3-1-10) 간섭원(RKE)밀도에 따른 간섭 확률 76

(표 3-1-11) 간섭원(아마추어)밀도에 따른 간섭 확률 76

(표 3-1-12) 각 체배주파수에서 IMT-2000과 간섭분석 81

(표 3-1-13) 근거리 레이다 밀도에 따른 전파 천문 수신 신호 크기 85

(표 3-1-14) 거리별 사각지대 검지기가 차량검지기에 미치는 간섭확률 86

(표 3-1-15) 사각지대 검지기가 차량검지기에 미치는 간섭확률 87

(표 3-1-16) 이용방안에 따른 대역폭, Duty Factor 별 방사전력(mW) 104

(표 3-2-1) 교외 NWA LOS 환경의 제안된 파라미터 113

(표 3-2-2) 도심 FWA/교외 LOS 환경의 제안된 파라미터 114

(표 3-2-3) DTV 측정결과 분석 117

(표 3-2-4) MIMO 광대역 채널 측정시스템 제원 118

(표 3-2-5) M/W 광대역 전파특성 측정시스템 주요 규격 120

(표 3-2-6) 환경별 지연프로파일 측정 결과 125

(표 3-2-7) 밀리미터파 대역 전파특성 측정시스템 설계 129

(표 3-2-8) 환경별 경로손실 지수의 측정결과 130

(표 3-2-9) 환경별 경로손실 감쇠지수(n)의 분포 131

(표 3-3-1) 위성지구국 특성 파라미터 148

(표 3-3-2) 지상무선국 특성 파라미터 148

(표 3-3-3) 지상 시스템 보호를 위한 전력속밀도 마스크 176

(표 3-3-4) 우주/지상업무의 공유를 위한 방법론 177

(표 3-4-1) APCO Project 25 시스템 성능 요구 사항 180

(표 3-4-2) VHF 대역용 RF 모듈 송신부 성능 요구 사항 181

(표 3-4-3) VHF 대역용 RF 모듈 수신부 성능 요구 사항 182

(표 3-4-4) VHF 대역용 RF 모듈 주파수 합성부 성능 요구 사항 183

(표 3-4-5) VHF 대역용 DSP 모듈 성능 요구 사항 183

(표 3-4-6) VHF 대역용 DSP 모듈 및 RF 모듈의 인터페이스 188

(표 3-4-7) VHF 대역용 CFL ASIC 측정 결과 191

(표 3-4-8) VHF 대역 간이무선국용 초협대역 무전기 성능 측정 결과 192

(표 3-4-9) TETRA 시스템 성능 요구 사항 195

(표 3-4-10) UHF 대역용 RF 모듈 송신부 성능 요구 사항 196

(표 3-4-11) UHF 대역용 RF 모듈 수신부 성능 요구 사항 196

(표 3-4-12) UHF 대역용 주파수 합성부 성능 요구 사항 197

(표 3-4-13) UHF 대역용 DSP 모듈 성능 요구 사항 198

(표 3-4-14) UHF 대역용 무전기 인터페이스 203

(표 3-4-15) UHF 대역용 CFL ASIC 측정 결과 205

(표 3-4-16) 송신 인접 채널 전력 특성 208

(표 3-5-1) 40 GHz 송수신기 시스템의 일반 요구사항 212

(표 3-5-2) 송신부의 일반적인 요구사항 214

(표 3-5-3) 송신부 측정결과 218

(표 3-5-4) 수신부의 일반적인 요구사항 218

(표 3-5-5) 수신부 측정결과 222

(표 3-5-6) LO 모듈의 일반적인 요구사항 222

(표 3-5-7) LO 모듈 측정결과 225

(표 3-5-8) 안테나 모듈의 일반적인 요구사항 225

(표 3-5-9) 안테나 모듈 측정결과 227

(표 3-5-10) 40 GHz Test-bed 시스템 요구사항 228

(표 3-5-11) 40 GHz Test-bed 시스템의 시험 결과 229

(표 3-5-12) 수동 부품 설계에 적용되는 기판 특성 비교 230

(표 3-5-13) 60GHz 송수신 시스템의 일반 요구사항 232

(표 3-5-14) Baseband와의 인터페이스 234

(표 3-5-15) Single ended up mixer 설계 및 측정 결과 요약 237

(표 3-5-16) Single balanced up mixer 설계 및 측정 결과 요약 238

(표 3-5-17) CMOS driver amp 설계 및 측정 결과 요약 239

(표 3-5-18) CMOS LNA 설계 및 측정 결과 요약 240

(표 3-5-19) CMOS down mixer 설계 및 측정 결과 요약 241

(표 3-5-20) CMOS VCO 설계 및 측정 결과 요약 242

(표 3-5-21) CMOS 수신칩의 설계 및 측정 결과 요약 243

(표 3-5-22) CMOS 송신칩의 설계 및 측정 결과 요약 244

(표 3-5-23) 슬롯 결합 LTCC 도파관 필터의 제작 결과 요약 247

(표 3-5-24) 60 GHz Test-bed 시스템 요구사항 250

(표 3-5-25) 60 GHz Test-bed 시스템의 설계 규격 251

(표 3-6-1) 24 GHz 관련 시장 전망 259

(표 3-6-2) 24 GHz 사용 주파수의 경제적 가치 259

(표 3-6-3) 국내 MICS 판매대수 전망 261

(표 3-6-4) 국내 MICS 매출액 261

(표 3-6-5) MICS 부가가치 유발 전망 262

(표 3-6-6) MICS 연관산업 생산유발 전망 262

(표 3-6-7) 국내 이용 장비 개요 263

(표 3-6-8) 국내외 센서용 UWB 시장 전망 264

(표 3-6-9) 지하철 무선영상전송장치 생산 전망 (역사당 1억원 가정) 266

(표 3-6-10) 여러 가지 시나리오 하의 파급효과 266

(표 3-6-11) 영국의 UHF 대역의 채널 번호와 주파수 269

(표 3-6-12) 일본의 여유대역 이용방안 270

(표 3-6-13) 국내 방송주파수 분배 및 사용 현황 271

(표 3-6-14) 미국의 2.5 GHz 대역 이용계획 273

(표 3-6-15) 일본의 2.5 GHz 대역 이용계획 274

(표 3-6-16) 영국의 2.5 GHz 대역 이용계획 275

(표 3-6-17) 국내 2.5 GHz 대역 이용현황 275

(표 3-6-18) 1.7 GHz 분배용 서비스 추천 282

(그림 2-1-1) 총괄 연구개발 체계 58

(그림 3-1-1) 스펙트럼 공학 툴 전체 구성도 63

(그림 3-1-2) 툴을 이용한 간섭 분석 예 65

(그림 3-1-3) RFID 관련 주파수 현황 66

(그림 3-1-4) RFID 주파수 현황 67

(그림 3-1-5) 공공통신의 주파수 현황 67

(그림 3-1-6) 공공통신과 RFID 주파수 공유 현황 68

(그림 3-1-7) 공공통신과 RFID 간섭분석 시나리오 I 68

(그림 3-1-8) 공공통신과 RFID 간섭분석 시나리오 II 69

(그림 3-1-9) 아마추어 무선과 RFID 간섭분석 시나리오 I 71

(그림 3-1-10) 아마추어 무선과 RFID 간섭분석 시나리오 II 72

(그림 3-1-11) 아마추어 무선과 RFID 간섭분석 시나리오 III 73

(그림 3-1-12) RFID와 RKE 간섭 분석 시나리오 I 75

(그림 3-1-13) RFID와 RKE 간섭 분석 시나리오 II 76

(그림 3-1-14) 음성 서비스에 대한 소요 대역폭 산출 파라미터 및 결과 77

(그림 3-1-15) DCP 소요대역폭 산출 결과 78

(그림 3-1-16) IMT-2000과 DCP용 채널 배치 79

(그림 3-1-17) IMT-2000과 DECT의 스펙트럼 마스크(low band) 80

(그림 3-1-18) DCP용 주파수 채널 배치 82

(그림 3-1-19) UWB 통신시스템의 주파수 분배 현황 84

(그림 3-1-20) 24 GHz 대역 주파수 분배 현황 85

(그림 3-1-21/3-2-21) 차량검지기와 사각지대 검지기간 간섭 분석 시나리오 86

(그림 3-1-22) 사각지대 검지기에 수신되는 간섭신호 레벨 87

(그림 3-1-23) 자동문과 차량 검지기간 간섭 분석 시나리오 88

(그림 3-1-24) 자동문과 사각지대 검지기간 간섭 분석 시나리오 89

(그림 3-1-25) MICS가 기상원조 서비스에 미치는 간섭분석 시나리오 90

(그림 3-1-26) 무선 노드에서의 송수신 파라미터 94

(그림 3-1-27) 메쉬 네트워크에서의 간섭 95

(그림 3-1-28) 노드들 간의 절대적인 지리적 정보를 활용한 간섭량 측정 및 동시 전송 여부 결정 기법 96

(그림 3-1-29) 게이트웨이 노드에서의 전송 방법 98

(그림 3-1-30) 트래픽 변화에 대한 전송율 100

(그림 3-1-31) 캐리어 센싱 범위에 대한 전송율 100

(그림 3-1-32) 이용방안에 따른 방사전력(mW) 104

(그림 3-1-33) 이용방안에 따른 간섭확률 104

(그림 3-1-34) 실험 구성도 105

(그림 3-1-35) 실험결과 106

(그림 3-1-36) 방송주파수 공유를 위한 간섭분석 툴 구성도 107

(그림 3-1-37) 방송주파수 공유를 위한 간섭분석 툴 주화면 108

(그림 3-1-38) TV 채널별 가용 영역 분석 109

(그림 3-1-39) 임의 영역 분석 109

(그림 3-1-40) 무선국 정보 관리를 위한 입력창 110

(그림 3-1-41) WRAN 시스템과 DTV 시스템간 간섭분석 예 110

(그림 3-2-1) 교외 NWA LOS 환경에서 측정 결과 113

(그림 3-2-2) 도심 FWA/교외 LOS 환경에서 측정 결과 114

(그림 3-2-3) 측정지역 115

(그림 3-2-4) 가시거리 및 비가시거리 영역의 측정결과 115

(그림 3-2-5) 여의도지역 DTV 측정 117

(그림 3-2-6) MIMO 광대역 채널 측정시스템 블록도 119

(그림 3-2-7) 채널 임펄스 응답 측정 결과 119

(그림 3-2-8) M/W 광대역 전파특성 측정시스템 121

(그림 3-2-9) 실험실내 짧은 거리에서의 지연확산 측정 샘플 121

(그림 3-2-10) 4X4 안테나를 이용한 16 경로의 지연확산 특성 측정결과 예 122

(그림 3-2-11) 가로수에 의한 감쇠특성 123

(그림 3-2-12) Two-Ray 모델+측면 반사파 124

(그림 3-2-13) 도로양쪽에 건물이 존재할 경우 밀집율에 따른 전파특성 비교 124

(그림 3-2-14) 중소도시지역 전파특성 측정 125

(그림 3-2-15) M/W 대역 지연확산 특성 측정결과 126

(그림 3-2-16) 부도심 환경 RMS 지연확산의 분석결과 127

(그림 3-2-17) 도심, 부도심 지역의 거리별 지연확산의 평균 127

(그림 3-2-18) 도심, 부도심 지역의 거리별 지연확산의 표준편차 128

(그림 3-2-19) 밀리미터파 대역 자동 측정 시스템 129

(그림 3-2-20) 환경별 수신전력 측정 결과(- : 자유공간의 경로손실) 130

(그림 3-2-21) 사무실 환경의 측정결과 132

(그림 3-2-22) 실내 환경에서 시뮬레이션 결과 133

(그림 3-2-23) 시뮬레이션에 의한 다중경로 지연파 134

(그림 3-2-24) 실외 환경에서 시뮬레이션 결과 135

(그림 3-2-25) 전파분석 시뮬레이터 구성도 136

(그림 3-2-26) 전파특성분석 시뮬레이터 초기화면 136

(그림 3-2-27) 인접 기지국에 의한 상호 전파간섭 분석 137

(그림 3-2-28) 인접 기지국간 전파간섭의 3차원 결과 137

(그림 3-3-1) 위성망과 지상망간 가능한 간섭모드 140

(그림 3-3-2) 위성망과 지상망간 반송파 전력 기법 143

(그림 3-3-3) 평균 대역폭에 대한 상대 전력밀도 146

(그림 3-3-4) 위성지구국과 지상망간 기준 안테나 패턴 149

(그림 3-3-5) 고도, 앙각에 따른 간섭 시나리오와 시나리오에 따른 포인팅 각(θ)의 변화 151

(그림 3-3-6) 지상무선국의 앙각, 방위각에 따른 축-이탈 각(γ) 151

(그림 3-3-7) 지상무선국의 방위각에 따른 간섭량 및 통신이격거리(앙각 0˚, 동일고도) 152

(그림 3-3-8) 지상무선국 고도 및 앙각에 따른 통신 이격거리(권고 ITU-R F.699) 154

(그림 3-3-9) 지상무선국 고도 및 앙각에 따른 통신 이격거리(권고 ITU-R F.1245) 156

(그림 3-3-10/3-3-11) 위성망에 의한 지상망 간섭분석 S/W 주요 기능 158

(그림 3-3-11) 우주국으로부터 지상망 간섭분석 결과 159

(그림 3-3-12) 전력속밀도 초과여부 분석 결과(간섭 우주국(JCSAT-1), 지상망 좌표(36.12, 126.08) 161

(그림 3-3-13) 지구국으로부터 지상망 간섭분석 결과 162

(그림 3-3-14) APT Wireless Forum 구성 172

(그림 3-3-15) 2 500 - 2 690 MHz 대역의 업무 분배 및 이용 현황 174

(그림 3-4-1) APCO Project 25 시스템 구성도 179

(그림 3-4-2) VHF 대역용 디지털 초협대역 무전기 구성도 180

(그림 3-4-3) 출력 전력에 따른 Emission Mask 182

(그림 3-4-4) VHF 대역용 RF 모듈 송신부 구성도 184

(그림 3-4-5) VHF 대역용 RF 모듈 수신부 구성도 185

(그림 3-4-6) VHF 대역용 RF 모듈 주파수 합성부 구성도 186

(그림 3-4-7/7) VHF 대역용 디지털 무전기 음성 신호 흐름도 187

(그림 3-4-8) VHF 대역용 DSP 모듈 블록 구성도 187

(그림 3-4-9) VHF 대역용 무전기 인터페이스 구성도 188

(그림 3-4-10) 제작된 VHF 대역용 CFL ASIC 190

(그림 3-4-11) VHF 대역용 CFL ASIC 성능 검증용 회로 구성도 190

(그림 3-4-12) 입력신호에 따른 VHF 대역용 CFL ASIC 측정 결과 190

(그림 3-4-13) VHF 대역용 DSP 모듈간 Loop back 구성도 191

(그림 3-4-14) VHF대역용 DSP 모듈의 성상도 192

(그림 3-4-15) VHF대역용 무전기 외형, DSP 모듈 및 RF 모듈 193

(그림 3-4-16) TETRA 시스템 구성도 194

(그림 3-4-17) UHF 대역 디지털 LMR 용 초협대역 무전기 구성도 195

(그림 3-4-18) UHF 대역용 RF 모듈 송신부 구성도 199

(그림 3-4-19) UHF 대역용 RF 모듈 수신부 구성도 200

(그림 3-4-20) UHF 대역용 RF 모듈 주파수합성부 구성도 200

(그림 3-4-21) UHF 대역용 디지털 무전기 음성 신호 흐름도 201

(그림 3-4-22) UHF대역용 DSP 모듈 블록 구조도 202

(그림 3-4-23) UHF 대역용 무전기 인터페이스 구성도 203

(그림 3-4-24) UHF 대역용 CFL ASIC 205

(그림 3-4-25) UHF 대역용 CFL ASIC 성능 검증용 회로 구성도 205

(그림 3-4-26) 입력신호에 따른 UHF 대역용 CFL ASIC 측정 결과 205

(그림 3-4-27) 제작된 RF 모듈 및 DSP 모듈 206

(그림 3-4-28) DSP 모듈 출력 파형 및 Loop back 후 성상도 207

(그림 3-4-29) UHF용 무전기 성능 테스트 환경 207

(그림 3-4-30) UHF대역 디지털 무전기 송신 특성 208

(그림 3-4-31) 입력 전력에 따른 Rx 성상도 특성 208

(그림 3-5-1) 60 GHz 밀리미터파 WPAN 시스템의 응용 210

(그림 3-5-2) 40 GHz 밀리미터파 시스템 구성도 211

(그림 3-5-3) 40 GHz 송수신 시스템의 세부구조도 213

(그림 3-5-4) 밀리미터파 송수신기 모듈 단면도 214

(그림 3-5-5) 송신경로 블록도 및 시뮬레이션 결과 215

(그림 3-5-6) LTCC를 이용한 송신기 모듈 단면도 216

(그림 3-5-7) LTCC를 이용한 Front-end 모듈 단면도 216

(그림 3-5-8) 송신부 출력 전력과 이득 217

(그림 3-5-9) 송신부 제작 사진 218

(그림 3-5-10) 수신경로 블록도 및 시뮬레이션 결과 219

(그림 3-5-11) LTCC를 이용한 수신기 모듈 단면도 220

(그림 3-5-12) 수신기의 입력 주파수에 따른 출력 잡음지수 특성 221

(그림 3-5-13) 수신부 제작 사진 221

(그림 3-5-14) LO 모듈의 상세도 223

(그림 3-5-15) LO 모듈 전체 링크 버짓 223

(그림 3-5-16) LO 모듈 고조파 특성 시뮬레이션 결과 224

(그림 3-5-17) LO 모듈 제작 사진 224

(그림 3-5-18) V-type connector 및 WR22로 급전한 배열 안테나의 구조 226

(그림 3-5-19) Microstrp line-to WR22 천이 구조 226

(그림 3-5-20) 안테나 모듈 제작 사진 227

(그림 3-5-21) 40 GHz Test-bed 시스템 구조 228

(그림 3-5-22) 40 GHz Test-bed 시스템 시험 장면 229

(그림 3-5-23) WPAN용 Usage Model 233

(그림 3-5-24) 60GHz 송수신 시스템의 인터페이스 구성도 234

(그림 3-5-25) 60 GHz 통합 시스템의 블록도 235

(그림 3-5-26) CMOS single ended up mixer의 회로도 및 제작 사진 237

(그림 3-5-27) CMOS single balanced up mixer의 회로도 및 제작 사진 238

(그림 3-5-28) CMOS driver amp의 회로도 및 제작 사진 239

(그림 3-5-29) CMOS LNA의 회로도 및 제작 사진 240

(그림 3-5-30) CMOS down mixer의 회로도 및 제작 사진 241

(그림 3-5-31) CMOS VCO의 회로도 및 제작 사진 242

(그림 3-5-32) CMOS 수신칩의 제작 사진 243

(그림 3-5-33) CMOS 송신칩의 제작 사진 244

(그림 3-5-34) 제작된 CMOS die 사진 245

(그림 3-5-35) 제작된 안테나 246

(그림 3-5-36) 안테나의 복사 패턴 246

(그림 3-5-37) 슬롯 결합 LTCC 도파관 필터의 구조 및 제작 사진 247

(그림 3-5-38) 통합 모듈의 단면도 248

(그림 3-5-39) 제작된 송신부 및 수신부통합 모듈 248

(그림 3-5-40) 통합 모듈을 검증하기 위한 측정 set up 249

(그림 3-5-41) 1Gsps 급 Tx data 249

(그림 3-5-42) 1Gsps 급 Rx data 250

(그림 3-5-43) 60 GHz Test-bed 시스템 구조 251

(그림 3-5-44) 60 GHz Test-bed 시스템 측정 set up 252

(그림 3-5-45) 1.485Gbps Tx 영상 data 253

(그림 3-5-46) 1.485Gbps Rx 영상 data 253

(그림 3-6-1) 전파자원의 수요 급증 255

(그림 3-6-2) 주파수 관리 정책의 조화 256

(그림 3-6-3) 24 GHz 대역 수요제기 산업 분야 258

(그림 3-6-4) MICS 용 주파수 수요 기기 260

(그림 3-6-5) 센서용 UWB의 응용 부문 262

(그림 3-6-6) 지하철 무선영상전송시스템 개요 265

(그림 3-6-7) 주요국의 방송용 주파수 분배 현황 267

(그림 3-6-8) 미국, 700 MHz 대역 계획 수정본(상업용) 268

(그림 3-6-9) 미래 시장니즈에 기반한 주파수 분배방법론 281