본 논문에서는 정진폭 신호 특성을 갖는 기존의 정진폭 부호화된 다중 부호 이진 직교 (CACB: Constant Amplitude Coded Multicode Biorthogonal) 변조의 구조를 유지하면서 대역폭 효율을 증가시킴으로써 전송률을 높일 수 있는 방식을 제안한다. 높은 대역폭 효율을 얻기 위한 방식으로는 기존에 제안되었던 직교위상-직교위상 변조($Q^2$PSK: Quadrature-Quadrature Phase Shift Keying), 그리고 정진폭 직교위상-직교위상 변조 (CA-$Q^2$PSK: Constant Amplitude-$Q^2$PSK) 방식을 이용한다. 먼저 가장 간단한 결합 방식인 CACB-$Q^2$PSK 방식을 제안한다. 이 방식은 대역폭 효율은 증가하지만 정진폭 특성을 얻을 수는 없기 때문에 정진폭 특성을 유지하기 위한 새로운 첫 번째 CACB-CA-$Q^2$PSK (CACB-CA-$Q^2$PSK II) 변조 방식을 제안한다. 그러나 이 방식은 정진폭을 얻기 위해 여분의 부호화 과정이 필요하므로 대역폭 효율이 낭비되는 단점이 있다. 마지막으로 대역폭 효율을 감소시키지 않는 새로운 두 번째 CACB-CA-$Q^2$PSK (CACB-CA-$Q^2$PSK II) 변조 방식을 제안한다. 컴퓨터 모의실험을 통해 제안된 시스템의 성능을 평가함으로서 제안된 CACB-CA-$Q^2$PSK II 변조 방식의 효율성을 보이도록 한다.
디지털 이동통신용 변조방식으로 $GQ^2PSK$(Gaussian-filtered Quadrature Phase Shift Keying)을 제안하였다. $GQ^2PSK$ 변조방식은 디지털 데이터를 가우시안 필터로 대역을 제안하고, 위상이 쌍방향 직교인 두개의 데이터 성형 펄스와 두개의 반송파가 각기 직교가 되는 $Q^2PSK$ 방식으로 대역이 제한된 디지털 신호를 변조하는 것이다. 그 결과 기존의 GMSK, QPSK나 OQPSK 변조방식에 비해 신호공간을 더욱 효율적으로 사용하고, 전송 속도도 개선시킬 수 있다. 디지털 이동통신에 적합하도록 가우시안 필터로 대역이 $GQ^2PSK$ 변조방식의 위상오차에 대한 비트 오율성능은 신호대 잡음비가 O[dB]인 경우 $Q^2PSK$ 방식에 비해 1.4[dB] 정도 열화되지만, 전력효율 면에서 GMSK 방식과 등가이며, 전송효율이 1.5배로 개선됨을 시물레이션을 통하여 확인하였다.
본 논문에서는 2차원 결합 가우시안 Q-함수(Two-dimensional joint Gaussian Q-function)를 이용하여 AWGN(Additive White Gaussian Noise) 환경에서 M-PSK(M-ary Phase Shift Keying) 신호의 I/Q 위상 불균형(Phase unbalance) 존재 시 수치 적분이 필요 없는 정확하고 일반화된 closed-form 형태의 비트 오류율(Bit Error Rate) 표현을 유도한다. 새롭게 유도된 표현은 평균 BER 뿐만 아니라 k-번째 비트의 BER에 대하여도 일반화된 식으로 되어 있어 다양한 환경으로의 적용이 용이하여 M-PSK를 적용하는 많은 디지털 통신 시스템에서 복조 시 발생할 수 있는 I/Q 위상 불균형에 의한 시스템 성능 변화에 대하여 정확한 이론적 성능 기준을 제공할 것으로 기대된다.
MSK보다 스펙트럼의 부엽 억제 특성이 우수한 GMSK를 직교 다중화한 quadrature multiplexed GMSK (QM-GMSK)는 quadrature-quadrature PSK($Q^2PSK$)나 quadrature MSK(QMSK)에 비해 보다 주엽의 폭은 다소 넓지만 부엽이 크게 억제되므로 실제 스펙트럼 효율이 상대적으로 더 높다. QM-GMSK에서 기저대역 기본 펄스를 반파장 정현파의 제곱으로 근사화시키면 QM-GMSK 변조에서 필요한 가우시안 저역통과필터(GLPF)를 사용하지 않고 송신기를 구현할 수 있어서 구조가 간단해지는데, 이것이 offset-$Q^2PSK$($OQ^2PSK$)이다. $OQ^2PSK$는 별도의 필터 사용이 요구되지 않으면서 QM-GMSK와 유사한 스펙트럼 특성을 갖는 장점이 있다. 본 논문에서는 $OQ^2PSK$에서 심볼 길이보다 긴 RC(raised-cosine) 또는 SRC(squared raised-cosine) 펄스를 사용하여 중첩 펄스정형함으로써 $OQ^2PSK$보다 스펙트럼 특성을 개선시킨 기법을 제안한다. 제안된 방식을 사용하면 더욱 부엽의 크기가 억제된 스펙트럼 특성을 얻을 수 있으면서 비트오율 성능이 $OQ^2PSK$와 대등한 결과가 얻어지는 것을 확인하였다.
본 논문에서는 $Q^2PSK$ 변$\cdot$복조 시스템을 대상으로, 가우시안 잡음이 존재하는 2경로 레일레이 페이딩 채널에서 수신 시스템의 비트 오율 성능을 분석하였다. 폐이딩 채널을 통과하면서 왜곡된 신호에 의한 성능 저하와 이 왜곡된 신호에서 복원된 반송파를 사용함으로써 발생되는 비동기 복조에 의한 성능 저하를 개선하기 위하여 적응 LMS알고리즘을 사용하는 TDL등화기를 사용하였다. 적응 등화기를 사용한 결과, SNR이 12dB일때, 페이딩이 존재할 경우에는 $83.7\%$, 반송파 위상 오차가 존재할 경우에는 $89.3\%$, 그리고 폐이딩과 반송파 위상오차가 같이 존재할 경우에는 $60.4\%$의 수신 성능 개선이 있음을 확인하였다.
The energy efficiency and bandwidth efficiency are two important criterion in designing a modulation scheme Especially the constant envelope property must be considered as in the non-linear channel tht exit, for example in the nonlinear amplifiers for satellite repeater. The Q$^{2}$AM(Quadrature Quadrature Amplitude Modulation) is a new modulation scheme which combines the Q$^{2}$PSK(Quadrature Quadrature Phase Shift Keying) scheme which increases the signal space dimension and the QAM scheme which increases the bandwidth efficiency using the multi-level signal. The Q$^{2}$AM scheme has by far superior spectrum efficiency compared with the existing modulation schemes. Applying this scheme in the non-linear communication system increses the bandwidth efficiency but cannot envelop property. In this paper, a new system architecture is suggested which satisfies the large spectrum efficiency and constant envelope property by implementing the linear block coding prior to the Q$^{2}$AM modulation. the system has improved in performance by gaining the constant envelope and the additional coding gain. We able to observe the performance improvement of the suggested system(at BER=10$^{-5}$ ) of 4.4 dB for the 16-QAM and 0.7 dB for the Q$^{2}$PSK under the exact spectrum efficiency.
다중부호 배직교 부호 변조(Multi-code biorthogonal code keying: MBCK)는 배직교(biorthogonal) 부호화기의 출력 코드워드를 합산하여 전송함으로 전송 신호의 크기가 일정하지 않기 때문에 고선형 증폭기의 사용을 요구한다. MBCK의 전송 신호의 크기를 일정하게 유지하도록 만드는 부호화 방안이 제안되어 있는데, 정 진폭 부호화에 사용된 잉여 비트들은 수신기에서 비트오율 성능 개선을 위해 사용될 수 있다. 본 논문에서는 정 진폭 부호화된 MBCK(MBCK with Constant Amplitude Coding:CA-MBCK)의 대역폭 효율을 개선시키기 위해 CA-MBCK와 쌍직교위상변조(Quadrature-Quadrature Phase Shift Keying:$Q^{2}PSK$)를 결합하는 방안을 제안한다. 제안된 시스템은 출력 신호의 크기를 일정하게 유지하며 백색 가우시안 잡음 환경에서 CA-MBCK와 동일한 비트오율 성능을 보이면서도 대역폭 효율은 개선되었다. 또한 CA-MBCK에서 정 진폭 부호화에 사용된 잉여 비트를 이용한 에러정정 알고리즘을 제안된 시스템에 적용하여 비트오율 성능이 개선됨을 모의실험을 통해 제시한다.
A multi-code biorthogonal code keying (MBCK) system consists of multiple waveform coding blocks, and the sum of output codewords is transmitted. Drawback of MBCK is that it requires amplifier with high linearity because its output symbol is multi-level. MBCK with constant amplitude precoding block (CA-MBCK) has been proposed, which guarantees sum of orthogonal codes to have constant amplitude. The precoding block in CA-MBCK is a redundant waveform coder whose input bits are generated by processing the information bits. Redundant bits of constant amplitude coded CA-MBCK are not only used to make constant amplitude signal but also used to improve the BER performance at the receiver. In this paper, we proposed a transmission scheme which combines CA-MBCK with $Q^2PSK$ modulation to improve bandwidth efficiency of CA-MBCK and also uses chip interleaving to maintain a constant amplitude feature of CA-MBCK. bandwidth efficiency of a proposed transmission scheme is increased fourfold. And the BER performance of the scheme is same as that of CA-MBCK.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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