본 논문에서는 X밴드 위성통신을 위해 권고되는 4D-8PSK-TCM(Four Dimensional 8-ary Phase Shift Keying Trellis Coded Modulation) 시스템을 비선형 HPA(High Power Amplifier)와 전치왜곡기를 고려하여 설계하고, 스펙트럼, BER(Bit Error Rate) 성능을 평가 및 분석한다. 위성통신에서는 한정적인 전력으로 인해 전력을 가장 많이 소모하는 HPA의 동작점을 결정하는 비선형 특성 분석이 매우 중요하다. 본 논문에서는 2, 2.25 bits/channel-symbol의 효율을 갖는 4D-8PSK-TCM 시스템을 설계하였다. 시뮬레이션 결과로, 낮은 PAPR(Peak to Average Power Ratio) 특성과, 스펙트럼의 점유 대역폭을 기준으로 SRRC(Square Root Raised Cosine) 필터의 Roll-off 값은 0.35가 효율적이며, 전치왜곡기를 사용하지 않을 경우 HPA에서 약 15~20 dB의 OBO(Output Back-Off)가 요구되며, 전치왜곡기를 사용할 경우 약 1 dB 내외의 OBO가 요구됨을 확인하였다.
본 논문에서는 트렐리스 부호화된 MDPSK-OFDM의 차동검파에서 BER(bit error rate) 성능을 향상시키기 위해 다중 위상 검파를 수행한다. 제안된 비터비 디코더는 다중 위상차를 가지 메트릭으로 사용하는 슬라이딩 방식의 다중 위상 검출 방식이며 이러한 가지 메트릭을 사용하는 비터비 알고리듬을 제안한다. 본 논문에서 제안한 다중 위상 검출을 이용한 MDPSK-OFDM은 대역폭과 전력의 효율성을 감소시키지 않고 같은 SNR에서 BER 성능을 향상시킬 수 있다는 것을 보여준다. 또한 제안된 디코더 방식과 알고리듬은 다중 반송파뿐만 아니라 전통적인 단일 반송파 변조에도 사용됨 수 있다.
본 연구를 통하여 동일 대역폭 효율하에서 해밍거리를 이용하여 복호를 하는 기존의 콘볼루션 부호보다 유클리드 거리를 이용하여 복호를 하는 트랠리스 부호화 변조기법의 성능이 우수함을 확인하고 이를 바탕으로 기존의 콘볼루션 복호기보다 더 우수한 TCM 복호기 칩을 개발하였다. 본 논문에서는 TCM 복호기를 하드웨어로 구현하기 위하여 우선 현재 사용중인 콘볼루션 부호와 트랠리스 부호화 변조기법(TCM)의 송수신기 부분을 각각 C-언어로 경판정 방식의 해밍거리를 이용한 콘볼루션 부호보다는 유클리드 거리를 이용한 TCM 기법이 적용되었을 때 성능이 더 우수하다는 깃을 확인하였다. 이 결과를 바탕으로 연판정 방식을 이용하고 구속장이 3, 5, 7인 TCM 복호기 칩을 AHDL 언어를 이용하여 설계하였다. 그리고 Altera사의 MAX+plus II version 8.2 장비를 이용하여 설계된 TCM 복호기 칩이 올바르게 동작하는지를 검증하였다.
페이딩 채널에 적합하도록 설계된 TCM은 채널으이 페이딩 상관을 없애는 이상적인 인터리버를 사용한다는 가정하에 설계된방식으로, 저속 페이딩 채널에서 유한 크기의 인터리버를 사용할 수 경우에 페이딩을 잘 분산시킬 수 없기 때문에 부호화 변조 시스템의 성능이 급격히 떨어진다. 이런한 성능 저하를 개선하기 위하여 송신 안테나의 사전 스위칭에 의하여 인터리빙 효과를 얻을 수 있는 방식을 제안하였으며, 이러한 방식의 성능 개선을 해석과 시뮬레이션에 의하여 보여 준다. 결고를 보면 느린 페이딩 환경에서 상당한 성능 개선이 있었으며, 페이딩이 빨라지면 기존의 방식과 같은 성능을 갖는다.
본 논문에서는 페이딩 채널에서 16-QAM 통신 방식의 BER을 개선하는 방법을 제안하고자 한다. 페이딩에 의한 BER 성능 열화를 극복하기위하여 대역폭 확장없이 우수한 코딩 이득을 얻을 수 있는 트렐리스 부호 변조방식을 16-QAM에 적용하였다. 또한 이동통신 환경의 주요 성능 열화 요인인 연집오류를 극복하기위해 인터리빙/디인터리빙기법을 연구되고 있는 시스템에 적용하였다. 특히, 비대칭적 신호점 분포를 적용하여 컴퓨터 시뮬레이션한 결과 $10^{-4}$ 근처에서 약 1dB의 성능 개선을 가져왔다.
본 논문에서는 무선 협대역 채널에서 다이버시티 수신 알고리즘을 제안하였다. 수신 알고리즘은 통계학분야에서 Maximum-Likelihood Sequence Estimation의 근사 추정치를 계산하는데 활용되는 Expectation-Maximization(EM) 알고리즘을 기본으로 유도하였다. 알고리즘의 특성은 파일럿 심볼을 이용하여 반복적으로 블록 디코딩을 수행하며 시뮬레이션 결과를 기존의 파일럿 심볼을 이용하는 방식(PSI)에 비교하여 매우 우수한 성능을 보였다. 수신 알고리즘의 성능은 컴퓨터 시뮬레이션을 이용하여 검증하였으며 다양한 차수의 다이버시티 수신단과 Trellis Coded Modulation (TCM)을 이용한 시스템에 알고리즘을 적용하였다.
본 논문에서는 초고속 위성 방송 서비스를 위한 DVB 및 ISDB 시스템에 적용되는 채널 부호화 방식의 성능 분석과 VHDL 모델 링을 하였다. 또한 구현을 위한 다양한 부호화율(R=2/3, 5/6, 8/9 TC-8PSK)을 가지는 부호화기의 최적 설계 파라미터를 제시하였고, 이를 기반으로 VHDL 모델링을 하였다. VHDL 시뮬레이션을 통해 복호기의 하드웨어 동작의 유효성을 검증하였으며, 복호기 인터페이서를 설계하였다.
고차변조방식을 사용하는 광대역 시스템은 무선채널환경의 변화뿐만 아니라 baseband 신호가 RF 장비를 통과하면서 발생할 수 있는 평탄도(Ripple) 특성 변화에 민감하다. 따라서 평탄도 특성 변화를 최소화 할 수 있는 설계와 RF 튜닝이 필요하지만 시스템 구현이 어렵고 많은 시간이 소요된다. 본 논문에서는 baseband 신호가 RF 송수신 장비를 거치면서 왜곡되는 고정적인 평탄도 특성을 분석하여 보상 필터의 계수(Coefficient) 값을 추출하고 수신부에서 보상 필터로 보상을 하는 기능을 256TCM(Trellis Coded Modulation) 방식으로 구현하였다. 또한 시스템에 적용하여 시험한 결과 RF 송수신 장비의 평탄도 특성이 좋지 않은 주파수대역에서 디지털 보상필터를 적용하여 SNR 및 수신감도의 개선이 있음을 확인하였다.
본 논푼에서는 주파수 선택적 레일리 페이딩 채널에서 16 QAM-TCM의 BER 성능을 개선하는 방법을 제시한다. 주파수 선택적 페이딩 환경에서는 ISI 등, 페이딩에 의한 성능열화가 극히 심하므로 이에 대한 보상 방안으로 가우시안 보상기법을 이용한 다중 파일롯 심별에 의한 보상 방법을 제안하였다. 또한 대역폭 확장 없이 우수한 부호화 이득을 얻을 수 있는 트렐리스 부호화 방법을 적용하였으며 연집 에러를 방지하고자 비트 리버설 블럭 인터리벙 기법을 개선하여 적용하였다. 컴퓨터 시율레이션 결과 주파수 선택적 레일리 페이 딩 환경에서 기존의 PSAM 방법을 적용한 것보다 우수한 성능 개선 효과를 확인 할 수 있었다
본 논문에서는 비정형 궤도를 따라 이동하며 통신하는 비행체들 간의 데이터 전송 신뢰성을 보장하기 위해 다이버시티 TCM(trellis coded modulation) 코드를 연접한 연접 다이버시티 시스템을 제안하고 그 성능을 분석한 후 제안한 시스템을 설계하였다. 제안한 시스템은 다이버시티 TCM 코드를 연접하였기 때문에 부호화 이득 및 대역 활용의 효율성이 높을 뿐만 아니라 데이터 전송 신뢰성 또한 높다. 이러한 특성은 컴퓨터 시뮬레이션을 통해 확인할 수 있는데 제안한 시스템의 비트 오율 성능(BER)을 시뮬레이션 하여 TCM 코드와 비교해 본 결과 BER $10^{-2}$에서 약 11dB 우수 하고 최대 다이버시티 이득을 갖는 시공간 블록코드와 비교한 결과 BER $10^{-3}$에서 약 10dB 우수하다. 또한 다이버시티 이득과 코딩 이득을 갖는 시공간 트렐리스 코드와 비교하였을 경우에는 최대 약 1.5dB 우수함을 확인할 수 있다. 마지막으로 제안한 시스템을 HDL(hardware description language)로 구현하여 그 동작을 확인해 본 결과 그 동작의 결과가 적합함을 확인하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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