차세대 양방향데이터방송 (BIFS: BInary Format for Scenes) 서비스에서는 하향링크(downlink) 데이터 전송률에 상응하는 높은 상향링크(uplink) 데이터 전송률이 요구되고 있다. 이에 무선 전송 채널의 한정된 자원 환경 속에서 상향링크 전송용량 증대를 위한 주파수 효율성 제고 기술의 필요성이 대두되고 있다. 본 논문에서는 차세대 양방향데이터방송을 위한 다중 모바일(mobile) 사용자의 클러스터(cluster) 기반 상향링크 협동 다이버시티(cooperative diversity) 기법을 제안한다. 제안된 기법은 하나의 단일 안테나(single antenna) 방송 기지국과 다수의 단일 안테나 모바일 사용자가 있는 상향링크 시분할다중접속 (TDMA: Time Division Multiple Access) 시스템에서 데이터 지연허용(delay-tolerant)에 따라 클러스터를 구성하고 제곱 다이버시티 차수(square diversity order)의 협동 프로토콜(cooperative protocol)을 통해 높은 공간다이버시티 이득(spatial diversity gain)을 얻는다. 또한, 비대칭(asymmetric) 무선 채널 환경에서 공정성(fairness)을 보장한다.
다중 안테나 통신시스템은 서비스 및 채널 환경의 특성에 따라 송수신 다이버시티 기법, 공간 다중화 기법과 빔형성 기법 등을 이용하여 링크의 신뢰성 혹은 시스템 용량을 증가시킨다. 이러한 다중 안테나 통신 시스템은 공간 채널 환경에 민감한 특징을 갖는다. 다이버시티 기법의 경우, 각 링크 간 채널 상관도가 낮을수록 성능이 향상된다. 하지만, 실제 채널 환경은 안테나 간의 상관관계가 많이 존재하며, 이상적인 경우와 실제 성능의 차이가 클 수 있다. 이와 반대로 빔형성 기법의 경우, 채널 상관도가 높은 LoS (Line-of-Sight) 환경에서 가장 좋은 성능을 나타낸다. 이와 같은 공간 채널의 특성을 활용한 공간채널 적응전송기법을 사용할 경우, 최소한의 링크 성능을 유지하며, 전체적인 시스템 성능을 보장할 수 있게 된다. 본 논문에서는 채널의 이러한 특성을 이용하여 링크의 신뢰성이 요구되는 시스템에서 공간 채널 상관도에 따른 다이버시티 기법과 빔형성 기법 간의 적응 송 수신을 통한 성능 향상 방안을 제시한다.
잔향챔버내에 모드 스터러가 회전하는 조건에서 $2{\times}2$ MIMO 시스템에 대한 다중경로 페이딩에 대한 공간 코릴레이션을 구한다. 잔향 챔버내에서 $2{\times}2$ MIMO 시스템에 기초한 다중경로 환경에 대한 공간 상관도를 계산한다. 이 방식은 안테나 다이버시티 시스템에서 다이버시티 이득에 대한 가능성을 정량화하는데 이용할 수 있다.
본 논문에서는 신호의 반 파장 간격으로 안테나 소자를 배치한 빔형성 시스템에서 다이버시티 이득을 얻을 수 있는 빔형성 알고리즘을 제안한다. 제안된 알고리즘은 수신 신호 공간을 스팬(span)하는 고유 벡터들을 이용하여 빔형성 한다. 본 논문에서는 채널 추정을 위한 최적의 고유 공간 차수를 정하기 위한 기준도 제안한다. 제안된 알고리즘을 적용한 빔형성 시스템은 기존의 빔형성 시스템과는 달리 각 퍼짐이 증가함에 따라 다이버시티 이득을 얻어 그 성능이 개선된다. 본 논문은 제안된 알고리즘의 설명과 함께 다양한 컴퓨터 시뮬레이션을 통한 제안 알고리즘의 성능 분석을 제공한다.
선택적 협력 공간 다중화 기술은 단일 안테나를 갖는 소스 노드, 다수의 중계기와 다중 안테나를 갖는 도착 노드가 있는 환경에서 공간 다중화 이득과 추가적인 선택적 다이버시티를 동시에 얻을 수 있다. 그러나 이 방법은 특정 중계기에서 전달된 심볼이 경로 손실에 의해 손실될 수 있는 단점이 있다. 본 논문에서는 이러한 단점을 보완하고 비트 오류율 성능을 향상시키기 위해 전체 중계기 중에서 고정된 수의 중계기를 선택하는 대신 주어진 데이터 전송률 이상의 채널 용량을 갖는 중계기를 기회적으로 선택하고 협력 단계에서 신호를 전달할 때 선택된 중계기와 수신단 사이의 채널을 고려하여 공간 다중화 전송 모드와 공간 다이버시티 전송 모드 중 하나를 결정하는 방법을 제안한다. 제안된 방법은 기존의 방법에 비해 추가적인 공간 다이버시티 이득을 얻음으로써 낮은 SNR 영역에서 약 1.5~2dB의 이득을 얻을 수 있다.
셀룰러 환경에서 전송 효율을 향상시키기 위하여 일반적으로 사용되는 다중 안테나 (multiple-input multiple-output: MIMO) 시스템은 공간 다중화 (spatial multiplexing: SM) 기법과 공간 다이버시티 (spatial diversity) 기법으로 구분된다. 이러한 MIMO 시스템은 셀룰러 환경에서 단말기가 셀 경계로 이동할수록 인접 셀로부터 오는 간섭 신호의 영향을 받게 되어 심각한 성능 열화를 겪게 된다. 따라서 MIMO 시스템의 전송 효율을 증대시키기 위하여 채널 환경에 적합한 송신 기법과 함께 셀 경계에서의 인접 셀 간섭을 효과적으로 제거할 수 있는 수신 기법의 활용은 매우 중요하다. 본 논문에서는 $M_T$개의 송신 안테나와 $M_R$개의 수신 안테나를 갖는 하향 링크 MIMO 시스템의 전송 효율 증대를 위하여 채널 환경에 따라 공간 다중화 및 공간 다이버시티를 이용한 적응적 송신 방법을 사용하곡 공간 다이버시티가 적용될 경우 MRC (maximal ratio combining) 기법과 ISD (intercell spatial demultiplexing) 기법을 적응적으로 사용하기 위한 선택 기준과, 적응적인 송수신 방식 적용시의 성능 이득을 산출한다. 단말기가 기지국 근처에 위치하여 높은 SIR (signal-to-interference ratio)을 가질 경우에는 공간 다중화를 이용한 송신 기법과 함께 SD (spatial demultiplexing) 수신 기법을 사용하고, 셀 경계와 같이 낮은 SIR을 가질 경우에는 공간 다이버시티를 이용한 송신 기법과 함께 기존의 MRC 수신 방식과 $M_R-1$개의 인접 셀 간섭 신호 성분들을 제거할 수 있는 ISD 수신 방식을 적응적으로 사용함으로써 시스템 전송 효율을 향상시킬 수 있는 방안을 제시한다. 제안한 송수신 방식의 성능을 검증하기 위하여 $M_R{\times}M_T$ MIMO 시스템에서 각각의 송수신 방식에 따른 수신 신호의 유효 신호 대 간섭 비의 확률 밀도 함수를 유도하곡 이를 활용하여 평균 유효 신호 대 간섭 비와 전송 효율을 산출하며, 모의실험 결과와의 비교를 통해 검증한다.
무선채널환경에서의 하향 방향 링크 상에서 페이딩 효과에 효과적으로 대처하고 고품질의 수신신호를 위하여 시간, 주파수 및 공간 영역 상에서의 여러 형태의 독립적인 다이버시티를 임의로 발생하기 위한 방안이 연구 되어왔다. 특히 3GPP 지상시스템에서 사용되는 개방형 전송 다이버시티 기법중 하나인 STTD( Space-Time Transmit Diversity)는 시공간 블록코드를 기반으로 하고 있으며, 본 논문에서는 이를 IMT-2000용 위성시스템의 순방향링크에 적용하여 이에 대한 결과를 고찰한다. 위성시스템의 순방향채널은 위성의 앙각에 의하여 라이시안 팩터 성분이 결정되며, 다수의 가시 위성군을 통하여 다이버시티효과를 발생시킴으로써 성능을 향상시킬 수 있다. 본 논문에서는 현재까지 상세한 규격작업이 이루어지고 있지 않은 IMT-2000용 위성시스템 상에서 두개의 가시위성을 통한 STTD 적용시 우수한 수신성능을 확인하였다.
본 논문에서는 다중경로가 무수히 많은 환경에서 다중안테나를 이용하여 고속의 데이터 전송률을 달성하기 위한 초광대역(UWB: Ultra-Wideband) 시스템의 성능 향상에 대해 연구한다. 다중 수신안테나가 제공하는 공간다이버시티와 RAKE 수신기가 제공하는 시간 다이버시티가 2PAM(Binary Pulse Amplitude Modulation) TH(Time Hopping) UWB 통신 시스템의 성능에 미치는 영향을 분석한다. 시뮬레이션 결과를 통해 다중수신안테나의 수가 증가함에 따라 TH-UWB 시스템의 BER(Bit Error Rate) 성능이 크게 향상됨을 보인다. 또한 SRAKE(Selective RAKE)에 의해 선택되는 다중경로 성분의 수가 증가할수록 시스템의 성능이 더욱 향상 됨을 확인한다.
본 논문에서는 부사용자들의 공간 다이버시티를 이용한 협력 스펙트럼 센싱 기법을 제안한다. 우리의 기법에서는 부사용자가 다른 부사용자들로부터 신호를 받아 주사용자의 존재 여부에 대한 측정을 한다. 우리는 모의 실험 결과를 통해 부사용자의 수가 증가할수록 발견 실패 확률의 다이버시티 오더가 증가함을 알 수 있다.
본 논문에서는 인지무선 통신의 스펙트럼 센싱을 위해 PU와 CR 사용자의 수신단 사이에 릴레이를 적용하여 가상의 공간 다이버시티이득(Spatial Diversity Gain)을 얻는 협력 릴레이 센싱 모델 중 여러개의 single hop AF 릴레이를 사용하는 기존 시스템 모델의 센싱 성능을 올리고자, 릴레이의 채널 상태에 따라 릴레이의 사용 유무를 선택함으로써 신뢰도 높은 다이버시티 이득을 얻는 모델을 제안하였다. 이는 Hidden terminal 환경이나, 또는 음영지역에 위치한 릴레이의 불분명한 정보를 줄임으로써 최적의 다이버시티를 얻을 수 있게 된다. 신호 검출 확률을 보임으로써 센싱 성능 향상을 보인다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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