본 논문은 최근 표준화(IEEE802.15.3a)가 진행중인 Ultra Wideband(UWB) 시스템에서 현재 제안된 방식인 DS-CDMA 방식과 OFDM 방식을 혼합한 형태인 MC-CDMA 방식을 UWB 시스템에 적용하고, 그 성능을 평가한다. DS-CDMA 방식은 다중경로 성분을 검출하기 위해 많은 Rak Finger들이 필요하기 때문에 시스템의 복잡도가 증가하고 OFDM 방식은 주파수 호평을 끈 상태에서 방사 전력이 FCC에서 규정을 만족하지 못한다. 따라서 두 시스템의 혼합 형태인 MC-CDMA 방식이 시스템의 복잡도는 D5-CDMA 보다 간단하면서 주파수 선택적 페이딩 채널에서 좋은 성능을 발휘하고 OFDM 방식보다 넓은 대역폭을 사용함으로써 스펙트럼당 방사 전력이 낮아진다. MC-CDMA 방식을 수식적으로 분석하고 DS-CDMA, OFDM 방식과 시뮬레이션을 통해 성능을 비교하였다.
이 논문에서는 주파수 선택적 시변 채널환경에서 시분할 듀플렉싱(TDD) 기반의 적응 직교 주파수 분할 다중 접속 시스템(OFDM)에 적합한 최적의 부대역-프레임 크기와 모드 변환점 결정 기법을 제안하고 이를 분석하였다. 목표 BER을 만족시키면서, 주파수 선택성과 사용자의 이동성과 모드 변환 정보에 의한 시그널링 오버헤드를 고려한 스펙트럼 효율을 최대화하는 관점에서 최적화된 모드 변환점 및 이에 따른 부대역과 프레임 크기를 구하는 방법을 제시하였다. 이를 위해 부대역-프레임 크기가 고정값으로 주어진 상황에서, 목표 BER을 만족하면서 스펙트럼 효율이 최대화되는 모드 변환점을 찾은 후에, 다음으로 여러 후보군 중에서 스펙트럼 효율을 최대화시키는 부대역-프레임 크기가 결정될 수 있도록 하였다. 모의 실험 결과를 통해서 제안한 방식이 스펙트럼 효율과 BER 관점에서 기존의 방식보다 성능이 뛰어남을 보여준다.
본 논문에서는 공간 다중화 방식과 적응형 빔 형성 기법을 결합한 다중 안테나 시스템에 대한 하향 링크 성능이 다루어진다. 이 결합 기법은 IEEE 802.16e 표준에 기반한 한국형 직교 주파수 분할 다중 접속 표준인 와이브로 시스템에 적용되었다. 성능 분석은 고정 소수점 모의실험 테스트 장비 및 컴퓨터 모의실험을 사용하여 수행되었다. 실험결과는 와이브로 시스템에 다중 입출력과 적응형 빔형성 기법이 결합되어 적용될 경우 기존의 단순한 다중 입출력 방식만 사용할 때보다 프레임 에러율 1%를 기준으로 QPSK에 대해서는 3dB, 16QAM에 대해서는 2.5dB의 신호 대 잡음비 이득을 제공함이 밝혀졌다. 고정 소수점 모의실험 테스트 장비 구현과 이를 이용한 실험을 통해, 다중 입출력과 적응형 빔형성의 결합 기법이 와이브로 기지국에 적용 가능함을 보여주였다.
무선 네트워크 사용자가 폭발적으로 증가하구 서비스 종류들이 다양해짐에 따라 고 전송률 및 사용자의 QoS(Quality of Service) 보장에 대한 요구가 강화되고 있는 현실이다. 본 논문에서는 이를 위한 해결 방안으로 직교 주파수 분할 다원 접속 시스템 상에서 사용자 QoS 요구사항의 만족을 고려한 주파수 자원 할당 기법을 제안한다. 즉, 본 논문에서는 시간 분할 다원 접속 시스템에서 지연에 민감한 사용자의 QoS 만족을 위하여 송신 기지국과 각각의 사용자들 사이의 통계적인 채널 특성과 더불어 사용자마다의 실시간 큐잉 분석을 고려한 M-LWDF(Modified-Largest Weighted Delay First)를 기반 한 자원할당 기반의 RR(Round Robin) 및 K&H(Knopp&Humblet) 결합 스케줄링을 제안하며, 이를 통해 전체적인 시스템의 전송률 향상과 지연에 민감한 서비스를 요구하는 사용자의 QoS를 만족시킬 수 있다는 점을 확인한다. 또한 제안한 기법을 OFDMA (Orthogonal Frequency Division Multiple Access) 시스템에 적용하여 최적의 부 캐리어 할당을 통한 사용자 스케쥴링을 수행한다. 본 논문에서 제안된 기법의 성능을 분석하기 위하여 물리계층의 채널 특성으로부터 구해진 실효 링크 계층 용량을 고려하여 모의실험을 수행하였다.
본 논문의 part-I에서는 연속 및 분산의 두 가지 부채널 구조에 대해 부채널 상에서의 SNR분포를 라이스 분포로 모델링하고 이의 통계적 속성을 살펴보았다. 이번 Part에서는 직교 주파수분할 다중접속 시스템의 하향링크 전송을 위해 두 라이스 파라미터를 CQI정보로 이용하는 일반화된 2단계 자원할당 알고리즘을 제시하고 각 부채널 구조에 대해 시스템의 평균 주파수 효율 성능을 분석한다. 연속 부채널 구조의 경우 부채널 대역폭은 시스템 설계의 핵심적인 파라마터로서 이에 따른 주파수 효율 성능의 변화에 초점을 두고 분석을 수행하였다. 수치적인 분석결과에 의하면 연속 부채널 구조에서 부채널 대역폭이 채널 coherence 대역폭보다 작은 경우 정상적인 다중 사용자 이득(multiuser diversity gain)을 얻을 수 있으나 부채널의 대역폭이 채널 coherence 대역폭보다 커지면서 이득은 점차 줄어든다.
본 논문에서는 부분적 채널 피드백 정보를 이용하는 다중사용자 직교 주파수 분할다중화 시스템의 하향링크 전송성능을 고려한다. 특히, 두 종류의 부분적 채널 정보 궤환 방식을 고려하는데 첫째는 부반송파 당 1비트의 정보만을 이용하는 1비트(1bit per sub-carrier) 궤환 방법과 선택적으로 채널정보를 궤환하는 선택적 궤환(selective feedback) 방법을 비교 분석한다. 사용자당 주어진 피드백 비트 수에 대한 절대적인 비교 분석은 매우 어려우므로 대신에 각 방법에서의 설계 파라미터에 따른 성능 곡선을 분석함으로써 실제 시스템에의 적용에 필요한 정보를 제공하고자 한다.
본 논문에서는 제로포싱 빔형성 (ZFBF)을 이용한 Multiuser MIMO-OFDM 시스템에서 각 사용자의 주어진 요구정보량을 만족시키면서 총송신전력을 최소화하기 위한 부반송파 할당방법을 제안한다. 최적 방법의 복잡도는 부반송파의 수에 지수적으로 비례하여 증가하기 때문에 복잡도를 줄이기 위한 부최적 방법을 제안한다. 부최적 방법에서는 사용자 그룹의 채널간 직교도가 클수록 유효채널이득이 증가하는 특성을 이용하여 채널간 직교도가 큰 사용자 그룹을 할당함으로써 송신전력을 최소화한다. 모의실험 결과에서 제안한 부최적 방법이 복잡도를 현저히 감소시키면서 총 송신전력의 측면에서는 최적화된 방법과 유사한 성능을 가진다는 것을 보인다.
Part-I과 II를 포함하는 본 연구에서는 하향링크 직교 주파수분할 다중접속(OFDMA) 방식을 위한 실제적인 동적 채널할당 방법에 대해 논의한다. OFDMA 시스템은 채널의 상태정보 궤환을 위한 상향링크에서의 오버헤드를 줄이기 위해 부반송파들의 집합을 하나의 부채널로 정의하고 이를 채널의 상태정보 궤환, 사용자 다중화 및 전력/부호화율 할당의 단위로 사용하는데 본 논문(part-I)에서는 부채널의 일반화된 형태로 연속구조와 분산구조를 정의하고 이들 각 부채널구조의 통계적 특성을 살펴본다. 특히, 각 구조에 대해 부채널상에서의 신호대 잡음비(SNR) 분포를 라이스 분포로 모델링함으로써 각 부채널의 채널 상태를 채널이득의 순시 평균 및 분산의 1, 2차 모멘트로 나타내고 주어진 다중경로 채널 모델에 대해 이 두 파라미터 값의 확률 분포를 유도한다. 본 논문의 결과는 part-II에서 라이스 모델링에 기초한 일반화된 동적자원할당 알고리즘을 제시하고 성능분석을 수행하는데 사용된다.
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.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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