Journal of information and communication convergence engineering
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제2권1호
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pp.1-4
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2004
In this paper, We analyzes how a synchronization error affects receiving system when using OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing) transmission method in wireless LAN channel environment in which we can efficiently transmit wide-band information data. As a performance improvement method, performance distortion can be improved by applying convolution coding. As a result, in OFDM system, we could see that the higher a frequency offset is, the worse performance will be, and we could see that there was performance improvement by applying convolution coding in OFDM system in order to reach (BER=$10^{-3}$). However, when we use 64QAM (64Quadrature Amplitude Modulation), there was a huge influence between carriers by frequency offset at 0.05, 0.1.
밀리미터파 통신 기술의 주목할 만한 발전에도 불구하고, 60GHz Wi-Fi는 여전히 광범위한 적용 범위의 제한으로 인해 아직 널리 보급되지 않았다. 종래에는 높은 주파수에서 발생하는 신호 감쇄를 극복하기 위해 빔포밍 기술 도입이 필수적이지만 모든 방향으로의 빔 형성 범위를 유지하면서 빠른 빔 적응을 달성하기에는 어려움이 있었다. 또한 이와 동시에 멀티-기가비트의 높은 데이터 속도를 지원하는 것은 거의 불가능했다. 본 연구 에서는 60GHz 밀리미터파 통신 시스템에서 발생하는 이러한 문제를 해결하기 위한 전체적인 시스템 설계하고 구현하였다. 구현 손실을 최소화하면서 6.72 Gbps 코딩 처리량을 가능하게 하는 향상된 설계 LDPC 디코더를 소개하며, 향상된 위상 추적 알고리즘은 16 QAM 변조 및 LDPC 코드 속도 3/4의 경우 1 % 패킷 에러율에서 3.2 dB 성능 이득을 보장하여 높은 주파수의 빔포밍을 수행하는 도중에도 높은 데이터 전송율을 달성할 수 있다.
본 논문에서는 우수한 OIP3(ouput intercept point) 특성을 가지는 평형전력증폭단을 설계하고 이를 적용하여 K-band 상향변환기를 설계 및 제작하였다. 상향변환기의 구성은 전력 증폭기단, 국부발진신호 제거필터, 주파수혼합기및 IF단으로 구성하였으며 RF 경로의 동작 유무를 판단하기 위한 국부 루프 경로와 출력 전력을 감시하기 위한 감시 단자로 구성하여 소요되는 전력을 예측하였다. K-대역 MMIC를 이용하여 평형전력증폭단을 제작하였으며 전력 예측값에 의하여 상향변환기를 설계 제작하였다. 설계된 상향변환기의 이득은 $40\pm$2dB, PldB는 29dBm의 특성을 가지며, OIP3는 37.25dBm의 높은 특성이 나타내었다. 특히 전력증폭단의 MMIC를 조정하여 30dB이상의 이득을 제어하였다. 본 논문에서 제작한 상향변환기는 PTP 및 PTMP용 트랜시버에 사용할 수 있으며, QAM 및 QPSK 변조방식을 이용하는 디지털 통신 시스템 및 BWA(Broad Wireless System)에도 적용할 수 있다.
본 논문에서는 고차 MIMO 시스템을 위한 저 복잡도의 병렬 구형 검출 알고리즘을 제안하였다. 제안된 알고리즘에서는 정적 가지치기와 가변 가능한 다수의 노드연산기에 의한 동적 가지치기 기법을 통해서 종래의 Fixed-complexity sphere decoder(FSD) 알고리즘 대비 더 낮은 복잡도를 갖게 되며, quasi-maximum likelihood 검출 성능을 보인다. 알고리즘과 함께 제안된 노드연산기 또한, 기존 구형검출기의 순차적 연산 구조를 갖는 노드 연산을 고정된 복잡도를 갖도록 제안하여 하드웨어 구현의 용이성을 제공한다. 16QAM 복조를 하는 고차 MIMO 무선통신의 몬테카를로 모의실험을 통해서, 종래의 저 복잡도를 갖는 FSD 알고리즘 대비, 제안된 알고리즘이 평균적으로 단 6.3%의 검출 시간이 증가되면서 평균 55% 탐색노드가 감소하여 연산 복잡도가 낮아지는 것을 보여주었다.
본 논문에서는 CCITT에서 권고하고 있는 저속 및 중속 모뎀의 동작 원리를 파악하고 전화채널의 특성을 조사한 후에 변조신호를 판별하기 위한 세가지 종류의 식별 알고리즘을 제안하고, 그 성능을 컴퓨터 시뮬레이션을 통하여 분석하였다. 이상적인 채널인 경우에는 위상차와 peak 값, 신호 성좌점 등과 같은 변조신호의 특성을 활용하면 FSK, PSK, QAM 방식등을 어느 정도 식별할 수 있었다. 특히 상관함수를 이용하면 FSK 방식의 종류까지도 정확하게 검출할 수 있었다. 또한 변조신호가 전화채널이나 잡음채널을 통하여 수신될 때는 진폭 및 지인 왜곡이 클수록, 가우시안 잡음이 많이 섞일 수록 위상차와 peak값, 신호 성좌설을 이용한 식별 알고리즘의 성능이 급격히 저하되나 상관함수를 이용한 모뎀 형태의 식별 알고리즘은 다른 방식보다 전화채널의 특성과 가우시안 잡음등에 덜 민감하여 그 성능이 매우 우월함을 알 수 있었다.
본 논문에서는 위성 중계기의 비선형 특성을 포함한 군 지연 및 이득 변동 특성을 감안하여 OFDM 기반 위성통신 시스템에 반송파 간섭 OFDM 및 채널 부호화를 적용하여 성능을 비교함으로써 개선 효과를 분석하였다. 일반적인 OFDM을 적용하는 경우와 반송파 간섭 OFDM을 적용하는 경우를 부가 백색 가우시안 잡음 환경에서 중계기의 특성과 지정된 입력 backoff 상태에 따른 BER 성능을 비교하여 성능 개선 정도를 제시하였다. 36 MHz 대역폭의 중계기 채널에 120 Mps 전송률의 정보를 16 QAM을 사용하여 전송하는 경우에 대하여 중계기의 특성이 이상적인 경우와 최악 조건의 경우로 나누어 모의실험을 적용하였다. 모의실험 결과를 통하여 중계기 내의 성능 열화에 상대적으로 심각한 영향을 미치는 군 지연과 비선형 특성에 대한 반송파 간섭 OFDM과 채널 부호화에 의한 개선 정도가 두드러지게 나타남을 알 수 있었다. 또한, 최악의 조건으로 근접할수록 적용한 채널 부호화에 의한 개선보다 반송파 간섭 OFDM에 의한 개선 효과가 더욱 커짐을 확인할 수 있었다.
OFDM 통신방식은 주파수 선택적 페이딩 채널에서 무선 고속 데이터 전송에 적합한 통신방식이다. 그러나 송신단에서의 PAPR의 발생으로 전력증폭기에서 비선형 왜곡이 발생한다. 따라서 본 논문에서는 이 문제를 해결하기 위하여 SLM 방식과 PTS 방식을 결합한 SLM-PTS 결합방식을 제안하였다. 제안한 결합방식은 기존의 PAPR 저감기법에 비하여 시스템의 복잡도는 다소 증가하지만 PAPR 감소측면에서 높은 효율을 보임을 확인하였다. 또한, SLM, PTS 방식 및 SLM-PTS 결합방식에 대하여 16-QAM 변조를 사용한 경우와 반송파 수를 증가시킨 경우에 대한 시뮬레이션 결과, SLM-PTS 결합방식이 M, L=4, D=128, 256인 경우 BER 10-3 을 기준으로 약 3.5 dB의 PAPR 저감효과가 있었다.
시공간 부호(space-time coding)는 무선통신 시스템의 성능 개선을 위한 효율적인 송신 다이버시티를 위해 설계된 부호화 방식이다. 이러한 시공간 부호를 이용한 송신 다이버시티의 경우 수신기에서는 각 송신 안테나에 대응되는 채널을 추정하는 것이 필수적이다. 본 논문에서는 이러한 시공간 부호를 이용하는 OFDM 시스템에서 삼각다항식에 기반한 채널 추정 기법을 제안한다. 제안한 채널 추정 방법은 주어진 채널의 지연확산에 대해 기존의 방법 보다 계산의 복잡도 면에서 효율적이다 즉, QAM 변조방식의 경우 FFT 크기가 128일 때, 기존의 방법은 significant tap caching으로 J=7을 고려하면 TU, HT, BV 채널 각각에 대해 요구되는 복소곱의 수는 9852로 동일한 반면에 제안한 방법은 TU, HT, BU 채널 각각에 대해 2560, 7680, 3584의 복소곱을 요구한다. 제안한 방법은 최대 지연 확산이 작을수록 BER 성능과 계산의 복잡도의 개선을 동시에 가져온다. 부가적으로 채널의 지연 확산을 정확히 알지 못하는 경우에 대해 최대 지연 확산 추정을 위한 방법의 성능을 분석한다. 채널 추정 기법의 성능은 다양한 무선 채널에 대해 컴퓨터 시뮬레이션에 의해 BER을 통해 분석한다.
본 논문에서는 본 논문의 제1부에서 다룬 디지털 통신시스템인 ASK, QAM, CPSK, DPSK, FSK 및 MSK 시스템이 가우스성잡음 및 임펄스성잡음만이 아니라 페이딩으로부터 영향을 받았을 때의 오율에 관한 식을 유도하여 반송파 전력대 잡음전력의 비(CNR), 임펄스지수 및 임펄스성 잡음전력 대 가우스서 잡음전력 비 뿐만 아니라 페이딩 지수 등을 함수로 하여 각각의 시스템의 성능을 구하고 이를 비교하였다. 해석결과, 제1부의 결과와는 달리 신호가 강한 페이딩을 받았을 때는 임펄스성 잡음의 영향보다 가우스성잡음의 영향이 크다는 것을 알 수 있었고 시스템의 비교에서는 약한 페이딩에서나 강한 페이딩 모두에 있어서 위상변조시스템의 성능이 가장 양호하다는 것을 확인할 수 있었다.
본 논문에서는 OFDM (Orthogonal Frequency-Division Multiplexing)방식을 적용하는 ITS (Intelligent Traffic System) 시스템에서 페이딩 채널을 보상하기 위한 새로운 기법을 제안한다. 기존의 방법과는 달리 파일럿 채널을 이용한 채널 보상 회로에 나눗셈이 없고 간단한 구조의 성능을 저하시키기 않은 알고리즘을 제안하여 회로의 동작 속도와 크기에서 이점을 얻는다. 또한 제안한 회로는 빠른(fast) 페이딩에서 생긴 왜곡을 먼저 보상하고 채널과 심벌의 간섭을 단일 탭 등화기로 제거하여 이중 채널 보상 효과를 얻는다. 모든 알고리즘은 디지털 시스템 구현에 적합하게 제시되고 검증된다. 본 논문의 채널 보상 방법으로 하드웨어 구현 시 사이즈가 20%감소하며. 16-QAM (16-Quadrature Amplitude Modulation)방식의 ITS모뎀에 적용 시 SNR (Signal-to-Noise Rate)이 l0dB 이하에서 3dB정도 BER (Bit Error Rate)이 개선된 결과를 얻었다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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