본 논문에서는 소프트웨어 기반의 실시간 GPS L1 수신기에 대한 블록 상관기법을 제안한다. 최근 다양한 위성항법 환경에서 보다 효율적인 항법 수신기 개발을 위하여 소프트웨어 기반의 실시간 수신기 개발이 필요하다. 실시간 소프트웨어 수신기는 입력신호 처리부, 신호획득부, 신호추적부, 항법데이터 처리부, 항법해 계산부로 구성되고 각 처리부는 해당 기능을 수행하기 위한 단위 컴포넌트로 구성된다. 이러한 소프트웨어 환경에서의 수신기 개발을 용이하게 수행하기 위한 소프트웨어 기반의 수신기를 개발함으로써 다양한 모델을 적용하거나 새로운 컴포넌트 조합으로 다양한 시뮬레이션을 수행할 수 있다는 장점을 제공하고 있다. 본 논문에서는 이러한 소프트웨어 기반의 수신기가 실시간의 성능을 나타낼 수 있는 블록 상관기법을 제안하고 이에 대한 성능을 검증하였다.
본 논문에서는, 상호작용 이동통신 사용자의 비직교 다중접속에서 강채널 사용자의 저하된 BER 성능을 향상하기 위해 음수의 상관관계 계수 B2S 사상을 제안한다. 먼저, 음수의 상관관계 계수 B2S 사상 수신기의 BER의 폐쇄형 표현식을 유도하고, 이상적인 완벽한 SIC 수신기와 양수의 상관관계 계수 수신기의 BER과 비교하여, B2S 수신기의 BER이 향상되었음을 보여준다. 또한, 이론적인 분석에 기초하여 SNR 이득을 구하여 음수의 상관관계 계수 B2S 사상 수신기의 성능 우수성을 입증한다.
GPS 수신기에서 항법을 수행하기 위해서 신호탐색, 신호추적, 데이터 동기, 데이터 복조, 측정치 생성 및 위치 계산의 과정을 거쳐야 한다. TTFF(Time To First Fix)는 이러한 시간의 합으로 수신기의 성능을 나타내는 중요 평가지수 중의 하나이다. 일반적인 수신기의 TTFF는 80~90초인 것으로 알려져 있으며, 고속으로 운동하는 항체의 경우, 빠른 TTFF를 필요로 하므로 가장 긴 시간이 소비하는 신호탐색 과정의 시간을 줄여야 한다. 본 논문에서는 고속으로 운동하는 항체에서 GPS 신호의 코드 탐색 시간을 줄이기 위하여 다중 상관기 구조를 가지는 수신기를 설계 하고자한다. 설계한 수신기는 수신된 신호의 코드위상을 여러 개의 상관기에서 동시에 탐색하도록 다중 상관기를 구성하여 코드위상 검색에 소요되는 시간을 단축시킨다. 이를 검증하기 위하여 GPS 모의 신호 발생기를 이용하여 실험을 수행하였다. GPS 신호는 IF 데이터 수집 장치로부터 수집된 신호를 이용하며, 실험 수행 결과 다중 상관기를 이용하였을 때 TTFF가 단축되는 것을 확인하였다.
본 논문에서는 일반적인 코드분할 다중화 시스템을 위해 저자가 제안하였던 유사 역상관기 (Pseudo-Decorrelator)를 변형하여 WCDMA 시스템에 적합한 원근 저항성 (near-far resistant) 수신기를 설계하고, 임펄스 채널 환경에서 성능을 분석하고 있다. 설계된 수신기에서는 판단변수 (decision statistics)에 포함되어 있는 다중사용자 간섭신호를 분석하여, 송신된 신호의 각 비트에 대응되는 상호상관 행렬을 얻게 된다. 이 상호상관 행렬을 역변환 시킨 후, 기존의 수신기에서 얻어진 판단변수에 적용한다. 이렇게 해서 수신기의 성능을 향상시킬 수 있다. 제안된 수신기는 연속해서 3비트를 받은 후에 바로 검출과정 (detection process)을 수행할 수 있다는 잇점이 있다. 임펄스 채널에서의 여러 가지 시뮬레이션을 통해서 수신기의 성능이 향상됨을 확인할 수 있었다.
GPS 환경에서 다중경로 신호는 의사거리 측정 정확도의 성능을 감소시키므로 GPS에 기반한 응용에서 위치 성능 감소로 나타나며, 이는 특히 고층 건물이 많은 도심환경 및 수면에 의한 반사가 많은 해양에서 문제가 된다. 다중경로 신호는 GPS 수신기 내부 상관기에서 상관 함수의 Early-Late 간 비대칭을 유발하므로, 본 논문에서는 Late 상관 값의 비대칭 정도를 보상하여 다중경로 오차를 제거하기 위한 가중 상관기 구조를 소프트웨어 GPS 수신기를 이용하여 구현하고, 그 성능을 평가하였다. 가중 상관기는 2개의 상관 암으로 이루어진 다중 상관기를 사용하여 상관함수의 비대칭 여부를 판단하고, 비대칭성을 감소시키기 위한 보정치를 생성한다. 이 구조는 다중 상관기에 비하여 연산 처리량 부하는 감소시키는 반면, 비슷한 다중경로 오차 제거 성능을 제공한다. 본 논문에서는 다중경로 신호 생성 블록을 포함한 GPS 신호 발생기와 가중 상관기 구조를 포함한 소프트웨어 GPS 수신기를 이용하여 다중경로 오차 제거 성능을 검증하였다. 실험을 통하여 가중 상관기가 일반 상관기와 협대역 상관기보다 더 나은 오차 제거 성능을 보임을 확인하였다.
본 논문에서는 일반적인 코드분할 다중화 시스템을 위해 저자가 제안하였던 유사 역상관기 (pseudo-decorrelator)를 변형하여 광대역 코드분할 다중화 시스템에 적합한 다중사용자 수신기를 설계하고, 레일레이 다중 경로 채널 환경에서 성능을 분석하고 있다. 설계된 수신기에서는 판단변수 (decision statistics)에 포함되어 있는 다중사용자 간섭신호를 분석하여, 송신된 신호의 각 비트에 대응되는 상호상관 행렬을 얻게 된다. 이 상호상관 행렬에 대한 일반 역행렬을 구한 후 기존의 수신기에서 얻어진 판단변수에 적용함으로써, 수신기의 성능을 향상시킬 수 있다. 제안된 수신기는 원근저항성을 가질뿐 만 아니라, 동기검출 회로가 완전하지 않아서 시간지연 오차나 위상 오차가 생기는 경우에도 기존의 수신기에 비해 좋은 성능을 보여준다.
본 논문에서는 다중전송속도를 갖는 DS-CDMA (direct sequence code division multiple access) 하향링크에서 코드의 그룹화와 그룹단위의 역상관을 이용하는 새로운 다중사용자 간섭 억압기법을 제시한다. 다중전송속도를 지원하기 위해 사용되는 OVSF (orthogonal variable spreading factor) 코드에서 모코드와 자코드 간의 상관관계를 이용하여 코드그룹화가 수행된다. 그룹단위의 역상관을 이용하여 제안된 수신기는 기존에 제안된 다른 수신기들보다 비교적 적은 연산복잡도를 가지며, 간섭을 일으키는 다른 사용자에 대한 정보(코드, 데이터, 진폭 등)가 요구되지 않는다. 컴퓨터 모의실험을 통하여 제안된 수신기는 다중경로 채널 환경에서 기존의 간섭제거방식의 수신기보다 월등한 성능향상을 제공함을 알 수 있었다.
본 논문에서는 전력선 채널에서 DS/SSMA BPSK 통신 시스템의 전형 및 하드리미팅 상관 수신기의 성능을 분석하였다. Chan의 잡음 모델을 이용하여 전력전에서 발생하는 강한 임펄스성 잡음을 배경 잡음에 대한 임펄스성 잡음의 전력 스펙트럼 밀도비 $(N_1/N_b)$, 데이터 폭에 대한 임펄스성 잡음 폭의 비(f). 임펄스성 잡음의 발생주기에 대한 임펄스 잡음 폭 (DF)등의 파라미터로 모델링하여, 각 파라미터 변화에 따른 시스템의 성능을 분석하고, 다중접속 간섭 잡음을 가우시안 근사화하여 각 수신기의 다중접속 능력을 평가하였다. 분석 결과 $N_1/N_b$가 작고 f가 1에 가까운 경우 전형 상관 수신기의 성능이 더 우수했으나, $N_1/N_b$가 증가함에 따라 하드리미팅 상관 수신기가 비트 오율 및 다중 접속 능력면에서 전형 상관 수신기보다 더 우수한 성능을 나타냈다.
이 논문에서는 페이딩이 있는 채널에서 충격성 잡음이 있을 때 부호 상관 수신기를 쓰는 DS/SSMA 시스템의 성능을 분석하였다. 좀 더 자세히 말하면, 확산 수열이 짧을 때에는 직접 계산으로, 확산 수열이 길 때에는 근사식으로 부호 상관 수신기를 쓰는 DS/SSMA 시스템의 비트 오류 발생 확률을 얻었다. 이를 통해 사용자가 한 사람일때에는 이 시스템의 성능이 신호대 잡음비의 변화에 크게 영향을 받지 않는다는 것을 보였다.
이 논문에서는 레일레이 감쇄 채널에서 타이밍 또는 위상 오류를 갖는 혼합 간섭 제거 기법을 이용한 DS/CDMA 시스템의 평균 비트 오류 확률을 분석한다. 유도한 결과를 타이밍 또는 위상 오류를 갖는 일반 상관 수신기의 평균 비트 오류 확률과 비교 분석한다. 평균 비트 오류 확률은 정규 근사법을 이용하여 유도하며, 칩 시간에 대한 타이밍 오류의 비, 위상 오류의 정도, Eb/No에 따라 혼합 간섭 제거 기법을 이용한 수신기의 성능을 분석한다. 혼합 간섭 제거 기법을 이용한 수신기의 평균 비트 오류 확률은 타이밍 또는 위상 오류에 의해 증가하나 타이밍 또는 위상 오류가 작은 경우 오류가 없는 일반 상관 수신기에 비해 성능이 크게 개선된다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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