DAB(Digital Audio Broadcasting)는 기존 아날로 그 방식 AM과 FM 라디오 방송의 한계와 문제점을 극복하고 CD 수준 음질의 오디오를 포함한 다양한 멀티미디어 서비스를 제공하는 차세대 라디오 방송이다. DAB는 전송 주파수 대역에 따라 기존의 FM/AM 대역과 다른 새로운 대역을 사용하는 Out-of-Band 방식과 기존의 FM/AM 대역을 사용하는 In-Band 방식으로 분류할 수 있다. Out-of-Band 방식으로는 유럽의 Eureka-147과 일본의 협대역 ISDB-T(Integrated Services Digital Broadcasting-Terrestrial) 방식이 있으며, In-Band 방식은 미국의 USADR(USA Digital Radio)사와 LDR(Lucent Digital Radio)사가 개발하고 있는 IBOC(In-Band On Channel) 방식과 국내 한국전자통신연구원(ETRI)에서 개발 중인 IBAC(In-Band Adjacent Channel) 방식이 있다. 본 고에서는 DAB의 전송 주파수 대역에 따른 방식별 특성을 고찰하고 유럽, 일본, 미국과 국내에서 상용화 서비스 또는 개발되고 있는 DAB 시스템의 기술동향을 분석 한다.
본 논문에서는 지상망 디지털 오디오방송(DAB) 시스템의 출현 배경과 미국 내에서 DAB 시스템의 개발과 성능시험 평가를 위한 NAB, NRSC, EIA, FCC, NASA, Lewis 연구소, 카나다 CRC의 활동상을 소개한다. 구체적으로는 미국에서 개발 중에 있는 USA Digital Radio사, Amati Communications사와 Kintel Technologies사의 FM In-Band On-Channel(IBOC)방식, AT&T사의 FM In-Band Adjacent-Channel(IBAC)방식과 USA Digital Radio사의 AM IBOC 방식의 원리와 특성, 핵심기술, 개발현황, 성능시험 결과와 각 방식의 장단점을 비교 분석하며 또한 미국의 In-Band 방식과 유럽의 Eureka 147 New-Band 방식을 비교 분석한다.
본 논문에서는 디지털라디오와 관련하여 동일계열 기술인 DRM과 DRM+ 전송방식을 기반으로 AM과 FM의 디지털방송 추진의 가능성과 필요성을 제시한다. 주파수 활용에서 IN-BAND와 OUT-OF-BAND 양쪽 모두 이용이 가능한 DRM+의 특징을 이용하여 FM밴드와 인접한 LOW-VHF 대역 TV채널 5번과 6번 주파수를 OUT-OF-BAND방식으로 디지털라디오방송을 추진할 때 기존 FM방송 신호와 충돌과 혼신이 없고, 새로운 라디오영역으로 확보 가능하며, 우수한 신호전달 능력이 있는지 확인하고자 하였다. 특히 IN-BAND방식 Hybrid 모드에서 SFN을 이용한 다수의 송신기 사용이 어려운 문제점을 언급하였다. 그와 반대로 DRM+에 의한 OUT-OF-BAND 방식은 다수의 송신기 배치가 가능하며, 기존 FM송신기 및 안테나와 콤바인이 쉽고, 사업자별로 출력지정과 권역설정이 자유로우며, AM/FM 통합 디지털라디오 제작과 보급에 유리하여 디지털라디오 추진에 적합한 방안이 될 수 있음을 제안하였다.
대역 분할 부호화(Sub-Band Coding: SBC)방식은 계층적 피라미드(hierarchical pyramid) 구조를 갖고 있어 움직임 예측 시 상위 계층에서는 전체적인 이동특성을 추정하고 하위 계층에서는 국부적인 세부 이동 특성을 추정할 수가 있어 실제 동영상 움직임 보상 성능이 매우 우수하다. 이와 같은 계층적 이동보상피라미드를 이용한 기존의 저대역(low-band) 이동보상 피라미드 방식에는 다음 두 가지 문제점들로 인해 매우 심각한 화질 저하가 발생한다. 첫째는 저대역 이동보상 피라미드의 각 계층에서 양자화기가 포함된 부호화기를 사용할 경우 하위 계층의 재생 영상일수록 상위 계층에서 누적된 양자화 오차(quantization error)들을 그대로 포함하기 때문에 연속된 영상에서의 정확한 이동 보상이 어렵게 된다. 둘째는 피라미드의 계층적 구조 모순으로 상위 계층예서 잘못된 움직임 추정(motion estimation)은 하위 계층으로 진행될수록 막대한 성능 저하의 원인이 된다. 본 논문에서는 우선 대역분할 부호화 방식을 이용한 대역별 계층적 이동보상에 대한 수학적 분석을 하였으며, 이를 바탕으로 제안되었던 통과 대역(pass-band) 이동보상 피라미드 방식이 누적된 양자화 오차 요인이 제거됨으로서 기존의 저대역 이동보상 피라미드에 비해 성능이 우수하다는 것을 이론적으로 분석하여 이를 증명하였다. 또한 계층적 이동보상 피라미드에서 매우 중요한 최고 계층의 초기 이동벡터 추정을 위하여 에지 패턴 분류를 이용한 이동벡터 추정 방식을 새로이 제안하였으며, 실험 결과 성능의 우수함이 입증되었다.
Software Defined Radio(SDR)에서는 ADC를 안테나 가까이에 위치시키는 것을 목표로 하고 있다. 하지만 실제 RF 대역의 신호를 ADC를 이용해 디지털화 하는 방법은 아직 어렵다. 그래서 RF 대역의 신호를 IF 대역으로 하향 변환 후 샘플링을 하는 방법이 연구되고 있다. 이런 방법의 하나로, Sub-Sampling 방식은 발진기 없이 RF 대역의 신호를 IF로 변환할 수 있는 방법이다. Sub-Sampling 방법을 이용한다면 2개 이상의 밴드를 하향 변환할 수 있지만, RF 필터의 성능으로 인해 하향 변환된 신호간에 간섭이 작용할 수 있어 성능을 저하시킨다. 본 논문에서는 time division multiplexing(TDM) 방식을 이용해 2개 이상의 신호를 시간적으로 분리시킴으로써 RF 필터의 좋지 않은 성능으로 인해 발생할 수 있는 신호간 간섭을 피할 수 있는 방법을 제안한다. 이 방식은 샘플앤홀더에서 두 신호에 대한 시간적 분리와 Sub-Sampling을 동시에 구현함으로써 하드웨어적인 큰 변화 없이 신호를 수신할 수 있다.
다중채널 신호처리 알고리즘은 사용 주파수 대역의 가변성, 효율적인 전송전력 할당, 서로 다른 전송률과 대역을 요구하는 서비스 형태를 충족시키기 위한 가변 주파수 대역 변환을 요구한다. 다중채널 시스템의 다중 반송파 신호에 대하여 역다중화/다중화화를 통한 주파수 대역 재할당의 방식에는 개별채널 방식, 다단트리 방식, 블록 방식이 있다. 본 논문에서는 다중 반송파 신호의 채널 대역을 가변할 수 있는 향상된 개별채널 처리 알고리즘을 제안한다. 제안된 알고리즘은 CIC 필터(cascaded integrator comb filter)와 half-band필터를 이용해 데시메이션(decimation)과 인터폴레이션(inter-polaration)을 수행하며, FIR low-pass필터를 통해 다중 반송파 신호에서 각 부채널을 필터링 (filtering)하여 채널 대역을 재할당한다. 전산모의 실험을 통해 역다중화와 다중화에 의해 가변 채널 대역의 변환이 효율적으로 이루어지는 것을 확인하였다.
본 논문에서는 Non-transparent 모드 MMR 시스템의 성능을 분석한다. Non-transparent MMR 시스템은 Single-frame(in band)와 Multi-frame(out band) 두 가지의 전송 방식을 갖는데 모드에 따라 프레임 구조가 다르기 때문에 그에 따른 성능 또한 달라질 수 있다. 성능 분석은 각 모드에 따른 지연, 프레임의 효율, RS (Relay Station) 를 사용한 최대 홉 수로 나타냈다. 지연과 프레임 효율의 경우 BS (Base Station) 의 커버리지와 RS의 커버리지의 비율 값, RS의 개수를 변화시키면서 성능을 분석한다. 그리고 분석을 위해 BS, MS (Mobile Station), 그리고 RS 간의 채널 간섭은 없고 각각의 커버리지는 원으로 가정한다. 결과를 통해 single-frame 방식이 multi-frame 방식보다 효율적임을 알 수 있다. 향후 IEEE802.16j MMR 환경뿐만 아니라 차세대 이동통신망에서 릴레이를 사용하여 휴대 인터넷 서비스 지역과, 셀룰러 망을 넓히는데 있어 참고할 만한 가이드라인이 될 수 있을 것이다.
본 논문에서는 UHF (ultra high frequency) 대역에서 협대역 통신 시스템을 설계할 경우 필연적으로 겪게 되는 주파수 옵셋 (offset)의 영향을 감쇄시킬 수 있는 dual-band FSK (frequency shift keying) 변조 방식을 제안한다. 협대역 통신 시스템의 경우 광대역 통신 시스템에 비하여 주파수 옵셋에 의한 성능 열화가 상대적으로 큰 단점이 있으며 이로 인하여 버스트 모드 (burst mode)로 동작하는 협대역 통신 시스템의 경우 신호 검출 및 초기 동기 획득이 용이치 않은 문제가 있다. 본 논문에서 제안하는 dual-band FSK 변복조 방식은 버스트 모드 협대역 통신 시스템에서 초기 주파수 옵셋이 큰 경우에도 안정적으로 동작할 뿐만 아니라 주파수 다이버시티 (frequency diversity)를 얻을 수 있어 통신 시스템의 높은 신뢰도가 요구되는 긴급 통신망 설계 등에 활용될 수 있다.
본 논문에서는 발진부 귀환경로에 스위칭소자를 이용하여 최소의 소자을 사용한 소형화된 새로운 방식의 이동통신 단말기용 듀얼대역 VCO(Voltage Control Oscillator)를 제안하였다. VCO에 공진기의 Q(Quality factor)값을 정확히 모델링하기 위하여 공진기를 등가 모델하고, 이론 수치 해석하여 최적의 공진기를 설계하였다. 본 논문에서 제안된 방식을 적용하여 GSM(Global System for Mobile), DCS(Digital Cordless System) 대역의 동작 주파수를 갖는 듀얼대역 전압제어 발진기를 설계하였으며, 논문의 객관성을 입증하기 위해 제작 및 실험을 통하여 새로 제안된 방식의 듀얼대역 전압제어 발진기의 실용화가 가능함을 확인하였고, 앞으로 차세대 이동통신 기기의 고주파 부품 등에 응용될 수 있을 것이다.
본 논문에서는 무선 ATM 망에서 VBR(Variable Bit Rate) 트래픽의 QoS(Quality of Service)를 보장하고 무선 채널의 효율성을 극대화 할 수 있는 새로운 동적 슬롯 할당 알고리즘인 NDSA(Neural Dynamic Slot Assignment)를 제안한다. 제안된 알고리즘에서는 ATM 셀 헤더 부분의 GFC(Generic Flow Control) 필드 상에 단말기의 버퍼 상태와 셀 발생률 변화를 부호화 하여 piggybacking 하는 in-band 방식을 채택하였으며 다음 프레임에 할당할 슬롯의 갯수를 기존 방식과는 달리 신경회로망을 이용하여 유동적으로 조절하여 할당함으로써 단말기의 셀 손실이나 지연에 대한 QoS를 보장하고 채널 이용 효율을 높일 수 있었다. 제안된 알고리즘은 BONeS tool을 이용한 시뮬레이션을 통하여 기존의 방식과 비교 분석한 결과 그 정당성을 확인하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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