넓은 동적 범위와 고속 샘플링률로 신호를 양자화하면서 실시간으로 광대역 DDC를 수행하는 일은 시간 소모가 크기때문에 주로 하드웨어인 FPGA나 ASIC에서 구현이 되어 왔다. 실시간 광대역 소프트웨어 DDC는 신호 환경이 바뀌어도 유연하게 대처할 수 있으며, 재사용이 가능하다. 또한, 하드웨어보다 가격이 저렴한 장점을 가지고 있다. 본 논문에서는 광대역 DDC를 소프트웨어 기반으로 고속의 병렬처리 구조로 설계하여, 실시간으로 저장 가능한 시스템 설계에 대해 연구하였다. 마지막으로 신호를 실시간으로 수신하기 위한 핑퐁버퍼링 기법과 고속신호처리를 위한 CUDA를 적용하여 신호처리 규격을 만족하는 광대역 DDC 설계 과정을 검증하였다.
배의 방사 소음을 이용하여 배를 탐지하는 데는 협대역 톤을 추정하는 방법과 광대역 신호에 내포된 주기성 신호를 추정하는 방법이 있다. 그 중에서 광대역 신호에 내포된 주기성 신호를 추정하는 방법을 데몬 신호 처리법이라고 한다. 본 논문에서는 데몬 처리를 위해서 압출 센싱 기법을 자기 상관기 필터 뱅크에 적용한 기법을 제안한다. 그리고 합성된 신호와 실제 신호를 바탕으로 기존 방법들과 비교하여 기본 주파수 신호를 우수하게 추정할 뿐만 아니라 기존 방법에 비해서 짧은 신호 길이를 사용해도 우수한 성분 추정 성능을 할 수 있음을 보인다.
광대역 신호는 16 kHz로 표본화되어 50-7000 Hz로 밴드 제한된 신호를 말하며, 전화대역 음성 신호에 비해서 높은 자연성(naturalness)과 명료성(intelligibility)을 가진다. 이런 특징으로 광대역 부호화기는 화상회의, 디지털 AM 방송 및 고음질 음성통신 등에 사용될 수 있다. 본 논문에서는 가변대역 특징을 갖는 광대역 음성 오디오 부호화기를 제안하였다. 제안된 부호화기는 대역분한 구조를 가진다. 저주파 대역은 전화대역 음성 부호화기로 많이 사용되고 있는 8 kbit/s ITU-T G.729나 보다 높은 전송률로 오디오 신호까지 처리할 수 있는 11.8 kbit/s ITU-T G.729 Annex E로 부호화한다. 고주파 대역은 청각 모델을 기반으로 한 파라미터 부호화 방법으로 부호화한다. 제안된 고주파 대역 부호화는 감마톤 필터뱅크(gammatone filterbank)를 이용하여 입력신호를 임계대역으로 분할한 후, 각각의 임계대역 신호를 양자화한다. 저주파 대역 부호화기와 고주파 대역 부호화기는 서로 독립되어 있으므로, 복호화기에서는 채널 조건에 따라 전화대역 합성신호와 광대역 합성신호를 선택할 수 있는 특징이 있다. 성능 평가 결과, 제안된 부호화기는 낮은 전송률과 짧은 지연 시간으로 음성과 오디오 신호 모두에 대해 ITU-T G.722.1 24 kbit/s와 동등한 음질을 제공한다는 것을 확인하였다.
본 연구에서는 최소 자승 에러 최소화(MMSE: Minimum Mean Square Error) 선형 적응 등화기를 이용하여 실내 무선 광대역 고속 신호전송 특성 개선의 기초연구로서, 먼저 16-QAM 시스템에 채용할 경우의 성능을 컴퓨터 시뮬레이션을 통새 분석하였으며, 또한 실제적으로 실내 비가시거리 조건에서 원형편파 안테나를 이용하여 측정한 광대역 신호에도 적용하여 광대역 무선채널 특성 개선을 시도하였다. 그 결과 MMSE 등화기를 채용한 경우가 등화기를 채용하지 않은 통산의 16-QAM에 비해 $10^{-2}$를 기준으로 약 6dB, $10^{-3}$을 기준으로 13dB 정도의 성능 개선을 가져왔으며, 실내 비가시거리 조건에서 측정한 광대역 신호에 적용결과 상당한 대역내 편차특성 개선이 있었으며, 또한, 편파 다이버시티 기법을 함께 접목함으로 보다 효과적으로 광대역 채널특성 및 페이딩을 개설할 수 있었다.
협대역 음성부호화기에 비해 훨씬 우수한 합성음의 음질을 보이는 광대역 음성부호화기는 상대적으로 높은 전송률을 가져서 협대역 음성부호화기에 비해 사용범위가 제한되었다. 광대역 음성부호화기에서 이러한 전송 속도를 협대역 음성부호화기와 비슷한 수준으로 낮출 수 있다면, 보다 나은 음질의 음성 통신 시스템을 구현할 수 있을 것이다. 본 논문에서는 16㎑로 샘플링 된 입력 음성신호를 동일한 대역폭을 갖는 두부대역으로 분리하여, 저대역 부호화에는 유럽의 이동통신 표준안인 GSM-EFR 협대역 음성부호화기를 적용하고, 고대역 부호화에는 웨이브렛 변환을 이용하여 고안한 부대역 음성부화기를 적용한 광대역 음성부화기를 제안하였다. 제안한 음성부호화기는 저대역 신호와 고대역 신호의 부호화에 각각 12.2 kbps, 6.7 kbps의 전송 속도를 할당하여 18.9 kbps의 전송속도를 가지며, 합성음의 음질은 56 kbps의 전송속도를 갖는 G.722음성부호화기의 합성음과 비슷한 음질을 유지하였다.
본 논문에서는 대역분할 광대역 음성 부호화기의 구조와 음질 향상을 위한 새로운 고대역 구조를 제안한다. 대역분할 방식에 의해 광대역 음성은 저대역 ($O\~4kHz$) 음성과 고대역 ($4\~8kHz$) 음성으로 나뉘어 지고 각각 G.729E와 MLT(Modulated Lapped Transform) 여기모델을 적용하여 서로 독립된 방식으로 부호화한다. 4kbps의 낮은 전송률로 부호화되는 고대역에서는 MLT 여기모델을 효율적으로 이용하기 위하여 유 무성음을 구별하였고 유성음에 대해서는 저대역 피치주기를 이용한 MLT peak picking 방법을 적용하였다. 즉, MLT 변환된 여기신호는 주기적인 피크를 갖는 주기신호로 나타나며 이때의 피크값을 추출하여 양자화하여 전송한다. 무성음에 대해서는 에너지 값에 따라 비트를 달리 적용하고, 선형예측 스펙트럴 응답이 가중된 MLT 벡터 양자화 방법을 적용하였다. 제안된 15.8kbps 광대역 음성 부호화기의 성능평가는 주관적인 음질평가로 선호도 테스트를 수행하였다.
배의 방사 소음을 이용하여 배를 탐지하는 데는 협대역 톤을 추정하는 방법과 광대역 신호에 내포된 주기성 신호를 추정하는 방법이 있다. 그 중에서 광대역 신호에 내포된 주기성 신호를 추정하는 방법을 데몬 신호 처리법이라고 한다. 본 논문에서는 데몬 처리를 위해서 자기 상관기를 적용한 필터 뱅크를 기법을 제안한다. 그리고 합성된 신호와 실제 신호를 바탕으로 기존 방법들과 비교하여 기본 주파수 신호를 우수하게 추정할 뿐만 아니라 여러 고차 하모닉 성분들도 잘 추정하여 기본 주파수 추정의 신뢰성도 높일 수 있음을 보인다.
본 논문에서는 GaN HEMT를 이용하여 Jamming용 System에 사용될 수 있는 고효율 및 고출력 특성을 가지는 광대역 Amplifier를 제작하였다. Jamming System에서 핵심이 되는 Amplifier는 넓은 범위의 주파수에서 통상적으로 사용되는 출력 신호에 비해 보다 높은 출력의 신호를 구현하는 것이 중요하다. 본 논문에서는 GaN HEMT에 안정적인 전원 공급을 위한 음 전원 Bias 제어 회로와 Sequence 회로 및 온도에 따른 Gain 보상 회로를 구현하였으며, 500~2500MHz의 광대역에서 동작하면서 50W 이상의 출력을 낼 수 있도록 설계하였다. 출력 전력이 향상과 안정적인 동작을 위해 Main 출력 단은 60Watt 급의 GaN HEMT 소자와 광대역 Coupler를 이용하여 Balanced Structure로 설계하였다. 제작된 광대역 Amplifier는 30V 단일 전원에서 동작하도록 설계되었고, 크기는 140*90mm이다. 동작주파수 대역(500~2500MHz)에서 Small Signal Gain 63dB와 Gain Flatness ${\pm}$2dB, -10dB 이하의 Input Return Loss를 가진다. CW(Continuous Wave) Signal을 이용하여 측정하였으며, 50Watt 이상의 Saturation Power에서 최대 45%, 최소 28% 정도의 효율 특성을 보였다.
본 논문에서는 고주파 계측장비의 RF 수신단에 응용 가능한 광대역 주파수 혼합기를 다이오드를 이용한 단일 평형형으로 설계, 제작하였다. 광대역의 특성을 만족시키기 위하여 등평면 도파관(coplanar waveguide) 과 슬롯라인(slotline)의 신호천이률 이용한 평판형의 발룬(balun)을 이용하여 LO선호를 다이오드에 작은 손 실을 갖고 인가시켰다. 그리고 LO 신호에 대한 격리도를 향상시키기 위해 RF단과 IF단은 방향성 결합기를 이용하여 구성하였다. 제작된 광대역 주파수 혼합기의 측정결과 9 kHz-2.6 GHz의 광대역 RF선호에 대해 변환손실(conversion loss)이 30.5-31.17 dB의 값으로 그 평탄도가 1 dB 이내로 나타났고 LO 선호에 대해 30 dB 이상의 격리도(isolation)첼 나타내였다.
본 논문에서는 실내에서의 다중경로파에 의한 페이딩 경감 효과 및 고속전송의 가능성을 조사하기 위해 LOS(Line-of-Sight)영역에서 주파수소인법에 의한 광대역 신호를 측정 해석하였다. 측정에는 수직편파, 수평편파 및 원형편파의 무지향성 안테나를 사용하여 각각의 페이딩 정감효과와 광대역 신호에 대한 대역내 진폭편차특성을 비교 검토하였다. 그 결과 가시거리환경에서 원영편파틀 사용하면 기수회 반사에 의한 다중경로파를 억제 수신할 수가 있어서, 주파수 대역내의 광대역의 진폭 변동특성을 크게 개선할 수 있음올 알게 되었디. 또한 다이버 시티 방식은 송신측에 원형편파를, 수신측에는 수식 및 수평편파 안테나를 설치하여 편파다이버시티 수선을 행하는 것이 가장 효과적인 방법임을 알 수 있었다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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