OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing) 방식은 무선채널에서 고속으로 데이터 전송을 하고자 할 경우 다중경로에 의해 발생하는 심각한 주파수 선택적 페이딩 채널에 쉽게 대처할 수 있는 장점이 있어 다양한 고속 무선 통신시스템의 전송방식으로 채택되었다. 본 논문에서는 최근에 제안된 선형 시ㆍ공간 블록 코드와 OFDM 시스템을 결합한 선형 STBC-OFDM 시스템과 STBC-OFDM 시스템을 MIMO(Multi-Input Multi-Output) 채널 환경에서 성능 분석을 하였고 공간 다중화와 다이버시티 이득에 대한 성능을 연구하였다. 선형 시ㆍ공간 블록 코드는 송신 다이버시티와 총간 다중화를 위해 사용할 수 있을 뿐만 아니라, 그에 따른 공간 다이버시티와 시간 다이버시티 효과를 얻을 수 있다. 또한 OFDM과 결합함으로써 주파수 다이버시티 효과도 얻을 수 있다. 제안된 방식의 성능이 우수함을 보이기 위하여 모의 실험을 통하여 그 결과를 STBC-OFDM과 비교 분석한다.
본 논문에서는 여러 STBC 기법들을 OFDM 시스템에 적용하여 STBC-OFDM 시스템을 설계하고 레일라이 페이딩 환경에서 채널추정 오차를 고려하여 각 시스템의 성능을 비교, 분석한다 먼저, 대표적인 STBC 방식들에 대한 시공간 부호화와 복조 알고리즘을 고찰한다. 또한, 이동통신 환경을 고려하여 OFDM 파라메타를 설정하고 전송율에 따라 QPSK, 8PSK, 16QAM, 64QAM, 256QAM 등의 변조방식을 선택할 수 있도록 STBC-OFDM 시스템을 설계하며 STBC-OFDM 시스템의 데이터 복조기와 채널 추정기의 구조를 제시한다. 끝으로, 레일라이 환경에서 전송율과 수신 안테나의 수에 따른 STBC-OFDM 시스템의 성능을 시뮬레이션을 통해 비교, 분석한다.
본 논문에서는 4세대 이동통신시스템의 핵심 기술인 Space-Time Block Code (STBC)를 OFDM 시스템에 적용하고 주파수 선택적 레일라이 페이딩 환경에서 각 방식의 성능을 시뮬레이션을 통해서 비교, 분석한다. 먼저 주요 STBC 방식들의 신호 모델과 각 방식별로 복조과정을 유도한다. 또한, 이동통신 환경을 고려하여 OFDM 시스템 파라메타를 설정하고 2bps/Hz에서 4bps/Hz 까지의 전송율에 대해 STBC 방식별로 적절한 변조방식을 설정하여 각각의 전송속도에 대해 STBC-OFDM 방식들의 성능을 컴퓨터 시뮬레이션을 통해 비교, 분석한다. 이 밖에, 각 STBC-OFDM 방식들이 동일한 변조방식을 사용할 경우에 대해서도 성능을 비교, 분석한다.
우리는 레일리 페이딩 채널에서 다중 전송 안테나를 사용한 전송 방식을 택한 Alamouti 방식의 전송쌍 에러 확률(Pairwise error probability)을 사용해서 시스템의 성능을 분석해 보았다. 데이터는 시공간 블록 코딩을 사용해서 전송 안테나에 n 개의 배열로 전송되어졌다. 각각의 수신안테나의 수신 신호는 채널의 상태에 따라 변형된 n개의 송신 신호들의 선형결합으로 수신된다. 최대 가능도 복호 알고리즘(Maximum likelihood decoding algorithm)은 신호를 다시 재결합하는 간단한 방법을 사용하였다. 이러한 방식은 시공간 블록코드의 직교적인 성질을 이용한 것이고, 수신기에서의 수신신호가 선형결합이라는 것을 바탕으로 한 것이다. 모의실험을 통해서 시공간 블록 코딩을 사용하고, 다중 안테나를 사용한 시스템에서 우리가 분석한 결과를 확인했다.
KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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제5권7호
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pp.1293-1310
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2011
A simple modification of well known Low Energy Adaptive Clustering Hierarchy (LEACH) protocol is proposed to exploit cooperative diversity. Instead of selecting a single cluster-head, we propose M cluster-heads in each cluster to obtain a diversity of order M. The cluster-heads gather data from all the sensor nodes within the cluster using same technique as LEACH. Cluster-heads transmit gathered data cooperatively towards the destination or higher order cluster-head. We propose a code combining based cooperative diversity protocol which is similar to coded cooperation that maximizes the performance of the proposed cooperative LEACH protocol. The implementation of the proposed cooperative strategy is analyzed. We develop the upper bounds on bit error rate (BER) and frame error rate (FER) for our proposal. Space time block codes (STBC) are also a suitable candidate for our proposal. In this paper, we argue that the STBC performs worse than the code combining cooperation.
Multiple-input multiple-output (MIMO) systems can achieve the increasing of performances by using an adaptive power allocation. The related previous work limited the transmit antenna number because orthogonal space-time block codes (OSTBCs) yield full transmit rate only for two transmit antennas. We extend a robust system under imperfect channel estimation for four transmission antennas with maintaining a full transmission rate.
There are a few core technologies to enable high-performance $4^{th}$ generation (4G) broadband wireless communication system. A multiple input multiple output (MIMO) provides high-rate transmission through expended channels by multiple array antennas in both sender and receiver side. Also orthogonal frequency division multiplexing (OFDM) is well-known as the most appropriate technique for high data rate transmission such as Mobile WiMAX and WLAN. Efficient decrease of inter-carrier interference (ISI) and inter-carrier interference (ICI) are the reasons for why OFDM is suitable for high-performance transmission, 4G mobile communication. In this paper, we mainly focus on two of objects, combination between MIMO and OFDM, and OFDM channel simulator using Ray-tracing algorithm. The results of this paper can be used implementation of a Wireless Software Platform for 4G Mobile Communication Systems.
본 논문에서는 고속 무선 데이터 전송에서 높은 데이터 전송의 신뢰성을 얻기 위해 MIMO(multi-input multi-output) 기술 중 하나인 시공간 블록 코드(STBC: space-time block codes)와 채널코딩 중 하나인 컨볼루션 코드(convolution code)를 연계한 시스템을 제안한다. 또한 이 시스템은 전송한 데이터를 복원하며 높은 시스템 이득을 가지기 위해 수정된 비터비 알고리즘을 사용한다. 제안한 시스템은 시공간 블록 코드와 컨볼루션 코드를 연계하였기 때문에 시스템의 복잡도는 다소 높지만 STBC의 최대 다이버시티 이득과 컨볼루션 코드의 높은 부호화 이득을 동시에 얻을 수 있는 큰 장점이 있다. 수정된 비터비 알고리즘은 기존의 비터비 알고리즘과 달리 브랜치 매트릭스를 구하기 위해 해밍 거리를 사용하지 않고 수신 심볼과 레퍼런스 심볼 사이의 유클리디안 거리를 사용한다. 제안한 시스템을 시뮬레이션 한 결과 기존의 시스템보다 7.5 dB(STBC 2Tx-2Rx $BER=10^{-3}$ )의 성능이 향상됨을 확인 할 수 있었다. 이 결과를 통해 STBC와 컨볼루션 코드를 연계할 때 본 논문에서 제안한 알고리즘을 사용하면 향상된 전송 신뢰성과 전송 효율로 데이터를 전송 할 수 있다.
소스 코딩을 통해 얻어지는 대다수의 멀티미디어 데이터 정보는 여러 등급의 다른 비트에러민감도를 가지고 있다. 그러므로 효율적인 시스템 구현을 위해서는 데이터 고유의 비트에러민감도에 따라 서로 다른 수준의 에러 방지를 제공해야 한다. 이 논문에서는 다중안테나 (multiple-in multiple-out : MIMO) 기반의 OFDM시스템에서 효과적인 멀티미디어 정보를 전송하기 위한 차등 에러 방지 기법(Unequal error protection : UEP)을 제안한다. 차등의 에러 방지를 제공하는 시공간 코딩 기법을 설명하고 그 성능을 평가한다. MIMO 기법과 BICM (Bit-interleaved coded modulations) 기술은 보통 RCPC (Rate compatible punctured convolutional codes) 기법과 연계되어 구동된다. 이때 다중안테나 채널 이퀄라이저와 채널코딩 사이에 터보디코딩 기법을 적용하여 최상의 성능을 얻을 수 있는데 기존의 시스템에서는 동일한 에러방지기법(Equal Error Protection : EEP)을 사용하고 있다. 이 논문에서는 이런 시스템 구조에서 보통 사용되는 동일 에러 방지 기법(EEP)와 비교하여 차등 에러방지 기법(UEP)를 사용함으로써 얻을 수 있는 이득을 사용되는 전송파워와 채널밴드 측면에서 설명한다. 특히 제안된 알고리즘을 둘 또는 세 개의 전송 안테나와 두 개의 수신안테나를 갖는 다중안테나 시스템에 적용하고 8PSK 신호를 이용하여 플랫 페이딩 채널에서 성능을 평가하였다.
본 논문에서는 새로운 2레벨 탐색 스피어 디코딩 알고리즘과 그 하드웨어 구조를 제안한다. 제안된 알고리즘은 심볼검출 시에 성능향상에 영향을 줄 수 있는 유용한 후보군이 이전 단계에서 버려지는 것을 피하기 위해서, 2 레벨 트리탐색을 동시에 수행한다. 시뮬레이션 결과, 제안된 알고리즘이 BER 측면에서 기존의 알고리즘보다 성능이 우수함을 확인할 수 있었다. 제안된 하드웨어 구조는 낮은 복잡도와 고정된 throughput을 갖는 구조로써 BPSK, QPSK, 16-QAM, 64-QAM의 변조방식을 지원한다. 하드웨어 측면에서 큰 복잡도를 갖는 정렬 블럭은 다른 블럭과 하드웨어를 공유함으로써 면적을 감소시켰고, 제안된 하드웨어 구조는 기존의 구조들과 비교했을 때 면적이 감소되고 성능이 향상됨을 확인하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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