본 논문에서는 정합필터 기반의 IEEE 802.15.4a chirp spread spectrum (CSS)을 위한 새로운 주파수 오프셋 추정 알고리즘을 제안한다. 기존의 주파수 오프셋 추정 알고리즘은 연속되는 동일한 심볼 간의 차등 위상을 계산함으로서 주파수 오프셋을 추정하였다. 하지만 CSS는 긴 십볼 구간과 가드 구간을 포함하고 있어 기존의 방법으로 주파수 오프셋을 추정하였을 경우 위상 모호성이 발생한다. 특히 정합필터 기반 수신기 구조에서 위상 모호성을 해결하지 않는다면 주파수 오프셋에 의한 정현파 간섭 현상으로 정합필터의 성능이 감소하게 된다. 따라서 본 논문에서는 위상 모호성을 해결하기 위해 정수부와 소수부 주파수 오프셋 추정을 분할화 하여 주파수 오프셋을 추정하는 새로운 알고리즘을 제안한다. 제안하는 알고리즘은 sub-chirp 간 정합필터 결과의 차등 위상을 계산 한 결과와 기존의 심볼 간 차등 위상 정보를 이용하여 정수부 주파수 오프셋을 추정하여 위상 모호성을 제거 한 후, 심볼 간 차등위상 정보를 통하여 소수부 주파수 오프셋을 추정한다. 시뮬레이션 결과 제안하는 알고리즘은 정수부 주파수 오프셋 추정을 통해 위상 모호성 문제를 해결할 수 있음을 확인하였고 위상 모호성 이 발생하지 않는 경우에서도 기존의 알고리즘과 거의 통일한 성능을 보임을 확인하였다.
대역확산 통신에서의 동기는 수신 PN (Pseudo Noise) 부호의 위상오프셋과 수신기의 PN부호 발생기의 확산부호와의 위상오프셋을 동일하게 하는 것과 동일하므로, PN부호의 위상오프셋을 안다는 것은 매우 중요하다. 본 논문은 PN 부호의 위상오프셋 계산, 오류검출 방법과 이를 이용한 동기 방법을 제안한다. 한 주기의 PN부호가 수신되면, 수신 부호의 위상오프셋과 오류검출은 계산되며, 계산된 위상오프셋 값을 이용하여 수신기의 PN 부호 발생기의 쉬프트 레지스터 상태를 초기화함으로써 동기를 쉽게 이룰 수 있다. 제안된 방법의 평균 초기동기 시간은 해석적으로 구해지며, 비교적 높은 SNR에서는 매우 빠른 동기를 이룸을 알 수 있다.
MC-CDMA(Multi-Carrier Code Division Multiple Access) 시스템에서 전송 신호의 피크 전력 대 평균 전력(Peak-to-Average Power: PAP)율을 낮추는 방안을 제시한다. 확산 코드에 의해 결정된 각 부 캐리어의 위상 오프셋은 전송 신호의 복소 포락선 형성에 영향을 주게 되어 전송 신호의 PAP 율을 결정하게 된다. 따라서 각 부 캐리어의 위상 오프셋을 적절히 조정함으로써 PAP율을 낮출수 있다. 본 논문에서는 PAP 율을 감소시키는 부 캐리어 위상 오프셋 코드의 한 예를 제시하며, 모의 실험을 통하여 전송신호의 크기 분포 특성과 PAP 율의 감소를 확인한다.
본 논문은 정수론에 기반하여, PN (Pseudo Noise) 확산부호를 포함한 이원부호의 위상오프셋 오류검출방법을 제안한다. 부호분할다원접속 (code division multiple access : CDMA) 이동 통신 시스템에서는 확산부호의 위상오프셋을 인용하여, 각 기지국을 구분하고 있으므로 위상오프셋을 안다는 것은 매우 중요하다. 부호의 주기가 길지 않을 경우는 한 부호와 이전된 부호 사이의 위상 오프셋은 두 부호를 비교하여 구할 수 있지만, 부호의 주기가 길어지면 이러한 방법으로는 어려움이 따른다. 제안된 방법의 오류검출실패확률 식을 유도하고 시뮬레이션 결과를 이용하여 검증한다. 그리고 회고 구현 방법에 관하여서도 논하며, 간단한 회로로 구현할 수 있음을 보인다.
Code division multiple access (CDMA) 이동 통신 시스템에서는 각 기지국을 동일 확산 부호의 위상 오프셋(phase offset)을 이용하여 구분하고 있으므로, 이 시스템에서 확산부호의 위상 오프셋을 안다는 것은 매우 중요하다. 부호의 주기가 길지 않을 경우는 한 부호와 이전된 부호 사이의 위상 오프셋은 두 부호를 비교하여 구할 수 있지만, 부호의 주기가 길어지면 이러한 방법으로는 어려움이 따른다. 본 논문은 정수론에 근거한 이원부호의 위상 오프셋 계산 방법을 제안한다. 본 논문에서 중심적 역할을 하는 누산함수를 정의하고, 그들의 관계를 규명한다. 이러한 정수론적 접근 방법에 의하여 유도된 결과들을 이용하여 이원부호의 위상 오프셋 계산이 매우 쉽게 이루어짐을 보인다. CDMA (code diviision multiple access) 이동 통신에의 응용과 위상 오프셋 산출 회로 구현도 논의된다.
주파수 영역 등화 기법은 다중 반송파 시스템의 대표적 특정으로 단일 탭의 채널 등화로 인한 낮은 구현 복잡도의 장점을 갖는다. SC-FDE (single carrier frequency domain equalization) 시스템은 단일 반송파 시스템에서 주파수 영역 등화 기법을 채택하고, 지연 확산에 대한 강점을 갖기 위해 CP(cyclic prefix)를 포함한 형태의 구조를 갖는다. 단일 반송파 시스템에서 동기 및 등화기를 거친 후 잔존하는, 공통 위상 오프셋 성분을 제거해야만 한다. 공통 위상 오프셋 성분은 송수신기 간 반송파 주파수 생성 시 발생하는 성분이기 때문에 이 오프셋이 큰 경우 성능 열화의 원인이 된다. 본 논문에서는 SC-FDE 시스템에서 공통 위상 오프셋 성분을 주파수 영역에서 보정하는 기법을 제안하였다. 동기 획득 및 등화를 위한 훈련 신호는 자기 상관관계 특성이 우수한 CAZAC (constant amplitude zero autocorrelation code) 시퀀스를 채택하였다. 제안한 공통 위상 오프셋 추적 성능은 컴퓨터 모의실험을 통해 평균 제곱 오차 (mean square error, MSE) 성능을 통해 확인하였고, 그 성능이 시간 영역에서 보정하는 것과 유사한 MSE 성능을 갖는 것을 확인하였다.
올-디지털 위상 고정 루프에 사용되는 고해상도 위상-디지털 변환기 설계에 있어서, 위상-주파수 검출기와 시간-디지털 변환기로 이루어진 위상-디지털 변환기에 활용될 수 있는 간단한 구조의 아비터 기반 위상 결정 회로를 제안한다. 제안한 위상 결정 회로는 기존에 개발된 위상 결정 회로보다 적은 전력소모와 보다 작은 입력-출력 지연 시간을 가지면서도 두 펄스 사이의 매우 작은 위상 차이도 구별할 수 있다. 제안한 위상 결정 회로는 130um CMOS 공정을 사용하여 구현되었고, 트랜지스터 레벨에서 시뮬레이션으로 검증되었다. 제안한 위상 결정 회로를 이용한 오프셋과 데드존이 없는 5비트의 위상-디지털 변환기도 검증되었다. 또한 배수주기 고정 문제가 없고 위상 오프셋이 매우 적은 지연 고정 루프를 제안하였다. 제안한 지연 고정 루프는 위상-디지털 변환기의 해상도를 PVT 변화에 무관하게 항상 원하는 대로 정확히 고정시키는 용도로 활용된다.
본 논문에서는 B-WLL 상향링크 수신기용 심볼 및 위상 동기 회로를 설계하였다. B-WLL 상향링크는 버스트 전송 방식이고, 변조 방식은 QPSK를 사용한다. 본 연구에서는 심볼율을 2.5 Msymbol/sec로 가정하였고, 디지털 Up/Down Converter를 이용한 IF 대역은 20 [MH]를 사용하였다. 수신필터는 25 탭, 7 비트 계수를 가지는 FIR 필터로 설계하였다. 심볼 타이밍 복구 회로는 Gardner 알고리즘을 이용하여 설계하였으며, 반송파 복구는 결정 지향 알고리즘을 이용하여 설계하였다. 설계된 알고리즘은 VHDL로 코딩되어 FPGA에 구현되었다. 실험에 사용된 FPGA는 ALTERA사의 APEX20KE 시리즈의 60만 게이트 FPGA이다. 구현된 복조기의 성능을 평가하기 위하여 모의실험 결과와 구현 결과를 비교하여 제시하였다. 그 결과로 주파수 오프셋과 위상 오프셋이 있는 경우에도 심볼 타이밍 복구 회로는 잘 동작을 하였으며, 주파수 오프셋이 심볼율의 0.12%까지 위상 동기회로가 잘 동작하였다.
본 논문에서는 OFDM 시스템에서 주파수 오프셋을 측정하는 방법을 제안하였다. 주파수 오프셋 fractional part를 알기 위해서는 동일하게 반복되는 패턴의 위상차를 측정하면 되는데, OFDM 시스템의 전치순환(cyclic prefix)나 훈련심볼의 반복특성을 이용하면 효과적인 주파수 오프셋의 측정이 가능하다. 두 방법 모두 낮은 SNR 상황에서 주파수 오프셋을 측정하면 잡음의 영향으로 측정 오차가 발생하는데, 반복 패턴의 부호가 바뀌는 구조의 훈련심볼을 이용해 측정한 주파수 오프셋과 전치순환을 이용해 측정한 주파수 오프셋의 평균을 취하면 주파수 오프셋을 더 정확하게 측정하는 것이 가능하다. 이렇게 반복 패턴의 부호가 바뀌는 훈련심볼로는 IEEE 802.16m IMT-advanced WiMax의 primary advanced preamble (PA-preamble)이 있다. 본 논문에서는 IEEE 802.16m 시스템에서 부호가 바뀌며 반복되는 훈련심볼과 전치순환을 모두 이용해 주파수 오프셋을 정확하게 측정하는 방법을 제시하였다.
본 논문에서는 five-port 접합을 이용한 RF 수신기를 위한 새로운 동시 DC 오프셋 제거와 I/Q 신호 재생 알고리즘을 제안한다. 제안한 방법에서는 단일주파수 CW 신호를 사용하는데, 제안한 방법이 반송파 위상 오프셋에 상관없이 사용할 수 있도록 한다. 또한 제안한 방법은 추가적인 DC 오프셋 제거 기능이 필요 없고, I/Q 재생 파라미터 추정시간을 크게 줄인다. 제안한 방법에서는 변조방식에 상관이 없는 단일주파수 CW 신호를 사용하므로, five-port 접합을 이용한 RF 수신기가 위상편이변조 (PSK) 뿐 만 아니라, 연속위상변조 (CPM)와 직교주파수다중분할 (OFDM)에도 사용될 수 있다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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