Research and Investment

* 본 포스트는 K-MOOC 온라인 강좌에서 고려대학교 고영채 교수님의 강좌인 이동통신공학을 듣고 정리한 내용입니다. 자세한 내용들은 해당 강좌를 참고해주시고, 저작권에 문제가 된다면 말씀해주세요. 바로 글을 내리도록 하겠습니다.

http://www.kmooc.kr/courses/course-v1:KoreaUnivK+ku_eng_001+2020_A07/about 

Channel Models

receiver는 신호를 수신했을 때 scattering, diffraction, reflection의 3가지 요소에 의해 하나의 신호가 아닌, 여러 개의 신호를 수신함. 게다가, 만약 수신자가 계속 움직이고 있다면(mobility 존재) 주변에 있는 환경은 계속해서 변화되어서(Scattering, diffraction, reflection에 의해) 수신된 신호의 세기가 계속해서 달라짐

scattering(산란) : 어떤 매질을 직선 경로로 통과하는 빛, 소리 등의 복사가 하나 이상의 국부적 불균일성에 의해 경로를 벗어나는 현상

diffraction(회절) : 음파나 전파 또는 광파 등이 장애물이나 좁은 틈을 통과할 때, 파동이 그 뒤편까지 전파하는 현상

reflection(반사) : 파동이 다른 두 매질의 경계에서 방향을 바꿔 진행하는 물리 현상

통신공학에서는 이렇게 변화하는 특성들을 wireless channel이라 하여 black box 모델로서 표현

Digital Communications(디지털 통신)

Signal Power

Instantaneous power : 순간에 측정한 파워, 매 시간에 따라 변함

Average power : 시간적으로 average를 취한 power

Mathematical Model of Wireless channels

신호를 받았을 때(r(t)) AWGN을 제거하고, f에 대한 역함수를 취하면 s(t)를 그대로 복원할 수 있지 않을까?

우리의 목적은 무선 채널 모델인 f 함수를 알아내는 것이며, f라는 함수를 알아내는 것이 채널을 예측하는 과정.

채널 모델 Categorization

평균 전력(Average Power)에 따른 채널 모델 상황

Instantaneous Power에 따른 채널 모델 상황

Delay Spread : 무선 전파의 다중경로(Multipath)환경에서 각각 다른 경로를 거치게 된, 첫 번째 수신된 전파와 그 다음 반사되어 오는 수신전파 사이에 지연된 시간

scattering, diffraction, reflection이 있는 환경에서, 신호를 하나 보냈음에도 수신단에서는 N개의 서로 다른 delay를 가진 여러 개의 신호(t, t-τ1, t-τ2...)를 받을 것임

Doppler Spread : 도플러 효과(어떤 파동의 파동원과 관찰자의 상대 속도에 따라 진동수와 파장이 바뀌는 현상) 등에 의해서 주파수 변동/퍼짐/늘려짐을 겪게되는 현상

즉, mobility가 존재하는 node의 속도에 비례해서 변이가 일어남

Average Power와 Instantaneous Power가 모두 고려된 상황에서의 Received Signal Power 그림

궁극적인 목표.

Large scale fading model : average power에 대한 채널 모델

즉, path loss와 shadowing을 모델링하는 것

Small scale fading model : Instantaneous power에 대한 채널 모델

주파수 성분마다 다른 영향을 받느냐에 따라 frequency flat이냐 frequency selective냐를 볼 것이고 추가로 fast fading이나 slow fading이냐를 볼 것인데, 이들을 고려한 모델링.

즉, 받은 신호의 주파수 성분, 다시 말해 주파수대역 마다 다른 영향을 받는다면 frequency selective fading이라고 말을 하고 같은 영향을 받는다면 frequency flat fading이라고 함

* 본 포스트는 K-MOOC 온라인 강좌에서 고려대학교 고영채 교수님의 강좌인 이동통신공학을 듣고 정리한 내용입니다. 자세한 내용들은 해당 강좌를 참고해주시고, 저작권에 문제가 된다면 말씀해주세요. 바로 글을 내리도록 하겠습니다.

http://www.kmooc.kr/courses/course-v1:KoreaUnivK+ku_eng_001+2020_A07/about 

Power Efficiency

주어진 전력에서 얼마나 효율적인 통신을 할 수 있을까?

즉, BER(Bit Error Rate) 또는 SER(Symbol Error Rate)라 하는 성능적인 측면에서 어떤 주어진 전력을 가지고 어떠한 통신을 하는 것이 더 효율적인가를 나타내는 지표

안테나 종류

Isotropic : 마치 구처럼 모든 방향으로 방사

omni-directional : 본인 위치를 통해 평면의 360도로 커버하고 그 아래로까지 전달

Directional : 어떤 특정한 방향성으로만 전달

Omni-directional 안테나에 쓰인 파워를 directional 안테나에서 사용하는 각도만큼, 각도의 배수만큼, 파워를 증가시킬 수 있음.

Path-loss : 경로 감쇄, 거리에 따른 파워의 감소

Free space에서 송신 전력과 거리간의 관계는 아래 식과 같음

SNR(Signal-to-Noise Ratio)

SNR : 수신된 신호 전력과 잡음 전력의 비율

bit의 error에 대한 쉬운 예시.

내가 얼마만큼 목소리를 크게 냈는가(신호의 세기, 송신 파워)와 주변 사람들의 목소리(Noise)의 비율에 따라 달라짐

BPSK의 Bit Error Rate, 즉  bit가 얼마나 오류가 날 것인가를 확률적으로 계산해보면 아래 수식과 같으며, SNR에 대한 BER을 그래프로 그려보면 아래 그림과 같음, 여기서 γ(gamma)를 SNR이라고 함

M-ary QAM에서의 Symbol Error Rate

어제 테니스를 많이 쳐서인가, 오늘은 상당히 몸이 피곤하다.

그래도 애들과의 달리기 약속을 지키러 9시에 운동장으로 간다.

5분 10초 정도의 페이스로 뛰겠다 얘기를 하고,

천천히 달리는데 몸이 무거워서인가 5분 30초 정도의 속도가 나온다.

거친 숨 없이 잘 달리는 것을 보니 천천히 속도를 올려도 될 것으로 판단,

5바퀴 이후부터 속도를 올린다.

마지막은 거의 4분 30초? 정도의 페이스로 뛰면서 최종 20분 30초로 마무리.

이번 달리기는 뒷심이 좋았다.

월요일.

오늘은 달리는 날이다.

스피드 훈련의 방식을 좀 더 강화해서

내가 15바퀴를 4분 30~40초 페이스로 뛰면,

그 속도에 맞춰 애들이 10바퀴 이상 뛰는 방향으로 바꿔본다.

3바퀴까지는몸풀며 천천히 달리고..

본격적으로 시작. 4분 40초까지 속도를 올려본다.

관혁이가 그래도 7바퀴까지는 따라 붙고 한 텀을 쉰다.

애들이 번갈아 가면서 붙어서 나도 힘을 좀 내보고...

15바퀴까지 그래도 끝까지 뛰어본다.

29분 02초. 

5km 4분 30~40초 사이가 힘들다.

매주 월요일.

이런식으로 꾸준히 스피드 훈련을 하면 다시 빨라지려나.

그나저나 예전에 비해 애들의 체력이 상당히 좋아졌다.

관혁 11바퀴 / 범수 10바퀴 흠..

저번 주 일요일에 부산에서 10km를 뛴 후,

그동안 비가 와서 제대로 뛰지는 못하다가

오랜만에 운동장을 달린다.

4분 30초대로 뛰겠다는 목표로 시작해보지만

역시나 아버지의 페매때와는 달리 숨이 더 벅차다.

4km까지 4분 40초대.

다시금 18분 언더로 들어가봐야겠다.

거리도 늘리면서..

월/수 달리기로 바꾼 첫 주,

오늘도 비가 조금씩 계속 내렸다.

운동장을 뛸 것인가, 학교 주변을 뛸 것인가 고민을 하다가

헬스장을 한 번 가보기로 했다.

코로나 이전에는 헬스장에서 상당히 자주 뛰었지만,

폐쇄된 이후로 대부분 운동장에서 달렸고 최근에 다시 개방을 했지만 가진 않았었다.

헬스장은 근장 학생이 오후 10시까지 지키고 있었고 마스크를 쓰고 이용하라고 돼있었다.

마스크를 쓰고 런닝머신에 올라 달리다보니 숨이 정말 차고

숨을 쉴 때마다 마스크가 얼굴에 붙어 속도를 높이기가 어려웠다.

시속 12로 4km 정도를 뛰고 관둘정도였다.

왜 대부분 기구운동만 하는지 이해가 간다.

오히려 유산소 운동을 통해 자가 면역력을 최대한 길러

코로나를 예방하는 방향이 가장 바람직하다고 보는데, 

이런 식으로 운영되는 것이 맞는 것인가? 의문이 든다.

오늘은 오전부터 엄청난 바람과 함께 비가 온다.

원래 화/목을 달렸지만

월/수로 달리는 일정을 변경, 운동장으로 나선다.

(테니스를 화/목을 치다보니 달리기에 집중이 안된다. 즉, 스피드 훈련을 위해 일정을 변경했다.)

비가 꽤 와서 운동장 노면이 상당히 젖어 많이 미끄럽다.

언덕 훈련을 할까, 학교 주변을 돌아다닐까 고민을 하다가

일단 아파트 쪽 새로 생긴 길로 달려본다.

운동장만 뺑뺑이 돌다가 주변을 달려서인가?

그래도 재미있어 한다.

학교 주변을 돌면서 높은 언덕을 위주로 뛰며 4km 넘게 달린다.

애들도 곧잘 따라오는 것을 보니 가끔은 학교 주변을 달리며 훈련하는 방법도 섞으면 좋을 듯 하다.

물론 오늘처럼 천천히 뛰는 것은 지양해야겠지..

주말.

약 5~6년? 만에 부산에서 마군단 사람들을 만났다.

마라톤의 힘인가? 다들 여전히 젊으시다.

오전에 점심 전 10km를 뛰기로 하고...

매번 4km 훈련 밖에 안해서 10km 까지 버틸 수 있을까?

라는 걱정과 함께 달려 나간다.

애들이랑 뛸 때는 내가 이끌었지만,

오늘은 아버지의 페메 도움을 받는다.

역시 엄청나게 도움이 되면서, 

6km 까지 버티고..

시계를 볼 틈도 없이 남은 거리를 정신력으로 버텨본다.

최종 기록은 10km 45분 40초..

45분 언더는 아니지만 평소 훈련에 비하면 정말 빨랐다.

이렇게 한 번 숨통이 트면 다음 훈련에는 훨씬 편하니

스피드 훈련 전략으로 다시금 되돌아가야겠다.

거리도 좀 더 늘리면서