본 논문에서는 OFDM 기반의 4x4 MIMO 알고리즘을 설계 및 구현을 하였으며, 구현된 결과를 검증하기 위한 방법을 제시한다. 알고리즘은 MRVD와 QRM-MLD을 적용했다. Matlab과 Simulink를 이용하여 채널 추정 및 MIMO 알고리즘을 Floating-point와 Fixed-point 모델로 설계하였다. 그 다음 Modelsim을 이용하여 VHDL로 구현한다. 구현된 알고리즘의 성능 검증을 위해 설계한 Simulink 모델과 Modelsim 시뮬레이션, ISE ChipScope, 그리고 오실로스 코프로 측정한 결과를 비교하는 방법을 사용하였다. 이 방법은 시스템이 완성되지 않은 상태에서 구현된 알고리즘을 검증하는 방법이다. 검증 결과 ChipScope의 결과와 오실로스코프의 결과가 동일함을 확인하였고, 백홀 시스템에 적용이 가능함을 확인하였다.
본 논문에서는 실내 환경에서 대표적인 적응 MIMO 알고리즘들의 스펙트럼 효율을 비교, 분석한다. 먼저, MIMO 알고리즘들의 변복조 기법을 간략히 고찰하고 BPSK 와 256QAM 까지의 정방형 QAM 변조방식을 이용하여 적응 알고리즘을 구성한다. 끝으로, 실내 전파환경에서 (2$\times$2) 혹은 (4$\times$4) 안테나 어레이로 구성되는 적응 MIMO 알고리즘들의 스펙트럼 효율을 시뮬레이션을 통해 비교, 분석한다.
기존의 레이다는 RF Sub-Array 방식의 레이다 알고리즘을 적용하여 개발되어 왔고, 최근 차량용 레이다용으로 Full 디지털 방식의 Multiple-Input Multiple-Output (MIMO) 레이다 알고리즘을 적용하여 구현되고 있다. 본 논문에서는 미확보 기술인 RF Sub-Array 방식의 하드웨어에 Phased MIMO 방식을 적용한 레이다 알고리즘을 실시간 가능하도록 구현 및 검증하였다. RF Sub-Array 방식의 Phased MIMO 알고리즘 기술 확보 차원에서 FPGA 기반의 실시간 신호처리를 위한 하드웨어 구조를 제시하고 이에 대한 설계 및 시뮬레이션을 통하여 성능을 먼저 예측하였으며, 이를 통하여 FPGA 기반의 광대역 MIMO FMCW 레이더의 디지털 송수신 신호처리 하드웨어를 개발하였고 최종적으로 RF Sub-Array 방식의 Phased MIMO 레이다 알고리즘을 실시간 구현 및 검증하였다. 이를 바탕으로 향후 테라헤르츠 대역 레이다 등에 필요한 핵심 기술 확보 및 응용할 수 있을 것으로 판단된다.
Water-filling 알고리즘은 적응 MIMO 시스템의 ergodic 용량을 최대화하는 효율적인 전력 할당 방식이지만 이산 변조 지쉬discrete modulation index)를 사용하는 실제의 시스템의 경우 과도한 잉여 전력(residual power)으로 인해 스펙트럼 효율이 감소하는 단점이 있다. 본 논문에서는 water-filling 알고리즘의 잉여 전력을 효율적으로 재할당 함으로써 적응 MIMO 시스템의 스펙트럼 효율을 향상시키는 새로운 전력 할당 알고리즘을 제안한다. 알고리즘의 성능을 검증하기 위해 터보 코드가 적용된 적응 MIMO 시스템을 구성하고 다양한 환경에서 시뮬레이션을 수행한다 시뮬레이션 결과, 레일리이 페이딩 환경에서 SNR이 20dB일 때 제안된 알고리즘의 스펙트럼 효율이 기존의 water-filling 알고리즘에 비해 대략 8.9% 향상됨을 알 수 있었다.
본 논문은 MIMO OFDM 시스템에 적용 가능한 하이브리드 심볼 옵셋 추정 알고리즘을 제안한다. MIMO OFDM 시스템은 다중 송수신 안테나 시스템이므로 종래의 단일 송수신 안테나 시스템에 적용되는 알고리즘과는 다르게 다중 수신 안테나 시스템에서 사용하는 결합 기법을 고려하여 사용할 수 있다. 따라서 본 논문에서는 MIMO OFDM 시스템과 같은 다중 수신 안테나 시스템에서 적용 가능한 심볼 옵셋 추정 알고리즘을 제안하고, MIMO 시스템 환경에서 모의 실험하였으며, ISI가 심한 채널의 경우에는 제안하는 동일 이득 결합 상관 관계 알고리즘이 종래의 이른 심볼 옵셋 추정 알고리즘보다 이상적인 샘플 위치를 찾는 성능이 1.8배 우수함을 제시하였다.
무선 통신 시스템에서 재밍 공격은 통신 성능을 심각하게 저하시킬 수 있는 치명적 위협이다. 특히 반응 재밍은 송신기와 수신기가 통신할 때만 재밍할 수 있기 때문에 반응 재밍을 통해 공격 효율을 극대화할 수 있다. 본 논문에서 반응 재밍의 공격 효과를 저감시키기 위해 multi-input multi-output (MIMO) 기반의 orthogonal frequency-division multiplexing (OFDM) 통신 기술의 특징을 활용하고, 이에 기반한 반복적 채널 추정 알고리즘을 제안하였다. 실험 결과를 통해 본 논문에서 제안한 알고리즘과 기존 항재밍 알고리즘을 비교하였으며, 반응 재밍 공격이 있는 MIMO-OFDM 통신 시스템에서 제안한 알고리즘의 우수성을 입증한다.
최근 대용량 고속데이터 전송을 위해 여러 개의 송,수신 안테나를 이용하여 전송용량을 증가시킬 수 있는 MIMO(Multi-Input Multi-Output) 시스템에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 본 논문에서는 먼저 MIMO 채널을 모델링하고, MIMO 채널에서 OSUC 복호알고리즘을 이용한 ZF수신기와 MMSE 수신기를 각각 적용하여 V-BLAST 시스템의 성능을 비교분석하였다.
본 논문에서는 레일리(Rayleigh) 페이딩 채널 환경에서 MMSE-OSUC 수신기 알고리즘을 적용한 MIMO 시스템의 성능을 시뮬레이션을 통해 평가하였다. 변조 기법은 BPSK, QPSK, 16QAM, 64QAM으로 각각 나누어 시뮬레이션을 수행하였고, 프레임의 길이는 100 심볼로 설정하였다. 먼저 송신단에서 채널상태정보를 모르는 경우의 MIMO 시스템의 채널 용량을 이론적으로 산출하였다. 성능 해석 결과, 채널 용량은 채널의 함수이므로 MIMO 시스템의 채널 용량은 채널의 특성에 따라 큰 영향을 받음을 알 수 있었다. 다음으로 MIMO 채널에서의 성능 향상을 위해 MIMO 시스템에 적용되는 기술의 각 알고리즘을 분석하였다. 성능 해석 결과, MMSE-OSUC 수신기 알고리즘을 적용한 경우가 기존 ZF-OSUC 수신기 알고리즘을 적용한 경우보다 전반적으로 성능은 우수하지만, 성좌도가 큰 변조 기법을 사용할수록 그 성능 차이가 감소함을 알 수 있었다.
격자 감소 (lattice reduction) 알고리즘은 주어진 기저 벡터를 직교에 가까운 기저 벡터로 바꾸어 준다. 그중 대표적인 알고리즘으로 LLL (Lenstra, Lenstra & Lovasz) 알고리즘이 있다. 격자 감소 알고리즘을 이용하여 다중 안테나 입출력 (MIMO) 통신시스템의 선형 수신기(linear detector)의 성능을 향상 시킬 수 있다. 스피어 복호 알고리즘 (sphere decoding algorithm)은 MIMO 통신 시스템에서 사용되는 복호기중 최대 우도 복호기 (Maximum Likelihood Detector)와 비슷한 BER(bit error rate)성능을 가지고 복잡도를 줄일 수 있어서 많이 연구되어 왔다. 이때 스피어의 반지름의 설정이나 트리 검색 구조 방식 등은 복잡도에 큰 영향을 미친다. 본 논문에서는 LLL 알고리즘에 기반하여 스피어의 반지름 설정 및 트리 검색 노드 수를 제한하는 방식으로 스피어 복호 알고리즘의 복잡도를 기존 알고리즘에 비해 크게 낮추면서도 비트 오류률 (BER) 성능 열화를 최소한으로 한 알고리즘을 제안하고 전산 실험을 통해 검증한다.
고속데이터 전송이 요구되는 경우, OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing)은 다중경로에 의해 발생되는 주파수 선택성 페이딩에 쉽게 대처할 수 있다는 장점 때문에 다양한 고속 무선 통신 시스템에 채택되어왔다. 본 논문에서는 최적의 적응 비트로딩 알고리즘을 제안하고, 이를 확인하기 위해 SISO(Single Input Single Output)-OFDM 시스템에 이 알고리즘을 적용하고 고정 변조를 사용하는 SISO-OFDM과 비교 분석 하였다. 특히 다중 경로페이딩 채널에서 채널을 알고 있는 경우, MIMO(Multiple Input Multiple Output) 시스템의 적응 비트로딩을 시험하기 위해, 특이치 분해(SVD : Singular Value Decomposition)를 사용하여 MIMO 채널을 SISO 채널로 병렬 분해하여, 제안한 적응비트로딩 알고리즘을 적용하였다. 시뮬레이션 결과, 적응 비트로딩 MIMO-OFDM 시스템은 SISO-OFDM 시스템 보다 BER 성능이 우수함을 확인하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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