본 논문에서는 디지털 M/W 전송 채널을 비선택성 레일리 페이딩 채널로 모델링하고 직교 주파수 분할 다중화(OFDM ; Orthogonal Frequency Division Multiplexing) 기법을 적용한 디지털 M/W 전송 시스템의 전력 스펙트럼 크기를 시뮬레이션을 통해 분석하였다. 성능 분석 결과, AWGN 환경에서는 고정된 대역폭 내에서 전력 스펙트럼 크기에 큰 널링(ing)이 발생하지 않음을 알 수 있었다. 그리고 비선택성 레일리 페이딩 채널 환경에서는 AWGN 환경보다 전력 스펙트럼 크기가 상대적으로 작아짐을 알 수 있었고, 게다가 반송파 주파수와 이동 차량 속도가 높아지면(도플러 주파수가 커지면) 전력 스펙트럼 크기가 더욱 더 작아짐을 알 수 있었다.
전력선통신은 스마트그리드 기반의 서비스가 제공될 수 있는 네트워크를 위한 미래지향적 기술이다. 전력선통신 채널의 주파수 선택적 페이딩이 있는 환경에서, 직교주파수분할다중화 기술은 신뢰성 있는 통신을 제공한다. 본 논문에서는 직교주파수분할다중화 기반의 전력선통신 시스템에서 은닉학습신호를 이용한 주파수사용효율이 높은 기법을 제안한다. 은닉학습신호를 사용하면 채널 추정용 주파수를 따로 소모하지 않고도 채널 추정이 가능하고, 이는 데이터와의 간섭을 줄일 수 있는 학습신호에 할당된 파워를 이용해서 해결할 수 있다. 컴퓨터 시뮬레이션을 통해 제안한 기법이 기존의 기법들에 비해 저전압 및 중전압 송전 라인에서 높은 성취 가능한 데이터 율을 보여준다.
코드 분할 다중 접속 기법은 주파수 선택적 페이딩과 다중 경로 페이딩에 강인할 뿐만 아니라 주파수 재사용 효율이 좋으므로 수중 환경에서의 유망한 매체 접속 제어 기법으로 많은 연구가 진행되고 있다. 본 논문에서는 시변 수중 음향 채널에서 코드 분할 다중 접속 방식의 폐루프 전력 제어 기법을 설계한다. 본 기법에서는 싱크 노드가 센서 노드로부터 수신한 패킷의 수신 전력을 바탕으로 시변하는 상향 링크를 분석하고 각 센서 노드의 경로 손실의 크기를 포함한 제어 패킷을 센서 노드로 전송한다. 센서 노드는 이를 바탕으로 전력 제어를 수행함으로써 시변 수중 채널에서 효율적인 전력 제어가 가능하다.
본 논문에서는 다중 반송파 코드 분할 다중 접속 (MC-CDMA: multicarrier code division multiple access) 방식의 주파수 효율을 분석한다. 먼저, 코드 분할 다중화에 사용되는 부반송파 개수와 사용 중인 코드 개수 (부하율), 주파수 영역 채널 계수에 따른 MC-CDMA 방식의 주파수 효율에 대한 일반식을 유도한다. 또한, 전체 부반송파를 여러 개의 그룹으로 분할하여 다중화 복잡도를 줄일 수 있는 다양한 MC-CDMA 전송 방식들의 주파수 효율에 대한 일반식도 유도한다. 이를 통하여, 다중 경로 개수에 따른 채널의 주파수 선택도와 다이버시티 간의 상관관계를 정립하고, 이를 바탕으로 다이버시티를 최대로 얻기 위한 최소의 코드 길이와 최적 부반송파 할당 방법을 도출함으로써, 최소의 길이를 갖는 코드들을 사용하여 주파수 효율을 최대화 할 수 있는 시스템 구조를 제시한다. 모의실험 환경에서의 수치적인 분석을 통하여, 다양한 시스템 구조에 따른 주파수 효율의 특성을 분석하며, 주파수 효율에 결정적인 영향을 주는 시스템 구성 방법과 파라미터들을 도출한다. 마지막으로, 주어진 채널 환경에서 MC-CDMA 방식과 직교 주파수 분할 다중화 (OFDM: orthogonal frequency division multiplexing) 방식의 주파수 효율을 비교함으로써 상호관계를 설정한다.
본 논문에서는 주파수 인터리빙이 적용된 다중 반송파-부호 분할 다중 접속 (MC-CDMA: Multicarrier code division multiple access)에서 파일럿 채별 기반의 새로운 채별 추정 기법을 제안한다. 주파수 차원에서 칩 인터리빙 (CI: chip interleaving)된 MC-CDMA 시스템은 일반적인 심별 인터리빙을 적용한 시스템보다 더 큰 주파수 다이버시티 이득을 얻을 수 있는 장점을 가진다. 그러나 CI-MC-CDMA에서는 채널의 상관 대역 내에서 파일럿 채널과 데이터는 서로 직교하지 않으므로 일반적인 파일럿 채널 기반의 채널 추정 기법 (PCCE: pilot channel-based channel estimation)은 사용이 불가능하다. 제안된 채널 추정 기법은 두 개의 연속된 부반송파에서 데이터와 파일럿 채널이 서로 직교성을 유지하도록 시스템 구조를 변경하여 파일럿 채널을 사용하여 적은 연산량으로 정확한 채널 추정을 가능하게 한다.
차량 간 통신을 위한 직교 주파수 분할 다중화 (OFDM: Orthogonal Frequency Division Multiplexing)기반 WAVE (Wireless Access for Vehicular Environment) 시스템의 물리계층 표준은 기존에 정지환경을 기반으로 표준화된 IEEE802.11a 무선랜 (WLAN: Wireless Local Area Network)의 물리계층 표준을 따르는 것으로 되어 있다. 따라서 이동환경에 기반한 WAVE 시스템에서 단순한 등화방식을 적용할 경우 빠른 페이딩의 영향으로 인하여 프레임 초기 채널특성과 말기 채널특성의 변화가 초래되어 시스템의 수신 성능이 저하되게 되고, 특히 고차 변조방식에서는 더욱 문제가 된다. 따라서 본 논문에서는 WAVE 시스템의 64-직교진폭변조 (QAM: Quadrature Amplitude Modulation)과 같은 고차 변조에서 채널 등화성능을 향상시키는 방식에 대해 연구하였다. 훈련 심볼을 이용하는 기존의 채널추정방식을 기반으로 하되 WAVE 채널처럼 빠르게 변화하는 채널특성을 추적하기 위해 일정한 주기 마다 미드엠블을 삽입하는 전송구조를 제안하였다. 또한 미드엠블 사이의 심벌들의 채널 변화는 다양한 보간법을 적용한 등화 알고리듬을 제안하였다.
기존의 채널간간섭 자기소거법에서는 표본화창의 길이를 직교 주파수분할다중화의 심볼 길이와 동일하게 정하였다. 이로 인하여 각 부채널의 간섭계수를 구하기 위한 복소연산량이 급격이 증가된다. 이러한 문제점을 해결하기 위하여 본 논문에서는 채널간간섭 자기소거법에서 나타나는 간섭계수에 대한 근사식을 제시한다. 또한, 제시된 근사식을 기반으로 표본화창의 길이를 제한시킬 때 간섭계수의 평균자승오차와 복소연산량을 분석하였다. 그 결과, 제시된 근사식은 원식에 비하여 평균자승오차 면에서 0.01% 미만의 오차를 가지는 것으로 나타났다. 이에 비하여 부채널의 수가 1024인 경우 간섭계수 계산을 위한 연산량은 98% 이상 감소되는 것을 확인하였다. 따라서 제시된 근사식은 자기소거 능력은 거의 변화시키지 않으면서도 연산량을 현저히 감소시킬 수 있으므로 채널간간섭 자기소거법 알고리즘 개발에 유용하게 활용될 수 있을 것으로 기대된다.
본 논문에서는 인천 덕적도 부근 해안에서 2017년 7월 5일부터 24시간 동안 채널 변화를 지속적으로 측정하였다. 수중 채널은 실시간으로 시간 축에서 변화와 주파수 축에서 변화가 발생함에 따라서 다양한 채널 환경 특성을 가지고 있으며, 다중 경로 페이딩 및 도플러 효과 등으로 인하여 수중 통신 성능저하가 발생한다. 따라서, 본 연구에서는 실해역 수중 통신 환경에서의 통신 성능 향상을 위하여 시간 및 주파수 영역에서의 반복 전송 다이버시티 기법을 적용하여 수중 채널 환경에서의 OFDM 시스템 성능 분석에 관한 연구를 수행하였다. 수집한 데이터를 이용하여 시간과 주파수 영역에서의 채널 환경 비교를 수행하였으며, 파일럿 배치 간격과 시간 및 주파수 축에서의 반복 전송 회수에 따른 BER 성능 분석을 수행하였다.
본 논문에서는 저밀도 패리티 체크 (LDPC) 부호 기반인 직교 주파수 분할 다중 접속 시스템의 상향 전송에서의 반복 수신기법에 대하여 제안한다. 파일럿 심볼에 대한 위너 (Wiener) 필터링 기법을 적용하여 보다 효율적인 초기 채널 추정 성능을 이끌어 내며 위너 필터링 기법에 대한 복잡도를 감소하기 위해 채널의 변화 정도를 채널 상관 관계 값을 기준으로 몇 개의 구간으로 구분하여 미리 정한 위너 필터 계수 중에서 알맞은 위너 필터 계수를 정한다. 이를 바탕으로 저밀로 패리티 체크 부호의 복호 후의 결과를 활용하여 채널을 재추정하며 이 때의 채널 추정 오류에 대한 분산을 계산하여 데이터 심볼과 파일럿 심볼의 최대화율 결합을 이끌어낸다. 결합된 채널 추정 값을 통해 채널의 상관 관계를 다시 추정하며 그 결과에 따라 적절한 필터 계수를 선택한다. 모의 실험을 통하여 제안된 반복 수신기의 성능이 파일럿만을 활용하는 수신기에 비하여 우수한 성능을 나타내는 것을 확인한다.
이 논문에서는 광대역 부호분할다중접속방식 시스템의 순방향 연결의 다중경로 레일레이 감쇄 채널에서 주파수 및 부호 동기 오차에 따른 오류확률을 구하였다. 채널 오류확률은 이론적으로 구하고, 정보 오류확률은 모의실험으로 확인하였다. 부호 및 주파수 동기 오차에 따른 성능 떨어짐을 길쌈부호와 터보부호 두 부호화 구조에 따라 연구하였다. 결과에 따르면, 두 부호화 방식은 비슷한 성능 떨어짐을 겪는다. Tc/4의 부호 동기 오차에서 1dB성능이 떨어지고, 50 Hz의 주파수 동기 오차에서는 0.5dB 성능이 떨어진다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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