미래 개인 휴대통신에서는 고속의 데이터 서비스를 위하여 높은 대역폭 효율을 요 구하게 된다. 무선통신 서비스를 향상시키기 위하여 코딩기법, 변조기법, 다중화기법 등의 다양한 방법이 연구되고 있다. 이중에서 특히 변조기법은 시스템의 성능을 결정하는 중요한 요소가 된다. 본 논문에서는 PSK. OQPSK, π/4 DQPSK, MSK, GMSK의 다섯가지 변조기 법에대한 BER성능을 시뮬레이션하였다. 시뮬레이션을 위한 다중경로 페이딩채널로서 3가지 서로 다른 채널을 적용하였다. 이때 시뮬레이션을 위하여 1.544Mbps의 전송속도와 1.9GHz 의 반성주파수 환경을 고려하였다. 또한 fractional 선형 등화기를 적용하여 변조방식에 따른 성능향상 정도를 비교하였다. 채널 Ⅰ, Ⅱ, Ⅲ에 대해 각각 30dB, 20dB, 10dB 정도에서 error floor현상이 발생했으며 π/4 DQPSKS가 가장 낮은 BER 특성을 보인 반면 QPSK는 가장 높은 BER을 나타냈다. 등화기를 적용했을 때는 GMSK의 성능향상이 가장 크게 나타 났다.
본 논문은 주파수 선택성 라이시안 페이딩으로 모델링되는 다중경로 페이딩 환경에서 수신되는 직교주파수분할다증 (OFDM : Orthogonal Frequency Division Multiplexing 16 QAM (Quadrature Amplitude Modulation) 신호의 오율 성능을 해석하였다. 주파수 선택성 라이시안 페이딩으로는 라이시안의 심도 (K)를 이용하여 three-path 페이딩 모델을 사용하였으며, 성능 개선을 위하여 BCH 채널 부호화 기법을 채용하였다. 수치 해석에 의해, BCH채널 부호화에 의한 오율 성능의 개선 정도와 에러정정능력에 따른 개선 효과를 확인하였다. 결과적으로 채널 부호화 기법만으로는 무선 멀티미디어 통신에서 요구되는 오율 (10-6 정도)을 얻을 수 없으므로, 새로운 성능 개선 기법을 함께 채용하여야 하겠다.
처프 확산 대역 (chirp spread spectrum: CSS) 기술은 넓은 주파수 대역에 걸쳐 데이터를 확산하는 기술로, 다중 경로 페이딩에 강인한 특성을 보인다. 이로 인해 무선 통신 분야에서 크게 주목받고 있다. 하지만 다중 경로 페이딩 환경에 따른 CSS 시스템의 성능에 대한 연구는 아직 부족한 실정이다. 본 논문에서는 다중 경로 페이딩 채널이 직접 변조 (direct modulation: DM) M진 위상 편이 방식 (M-ary phase shift keying: MPSK) 시스템에 미치는 영향에 대해 알아본다. 채널 환경은 레일레이 페이딩을 가정하고, 덧셈 꼴 백색 가우시안 잡음의 (additive white Gaussian noise: AWGN) 영향을 받은 chirp 신호의 이론적인 심볼 에러율을 (symbol error rate: SER) 구한다. 그리고 실험적인 결과를 통해 이론적인 SER이 실험적인 SER과 일치함을 확인한다.
CDMA 통신 시스템에서 적응 MMSE 수신기는 다중접속간섭을 제거하는데 사용될 수 있다. 그러나 일반적인 적응 MMSE 수신기의 구조는 빠른 페이딩 채널 환경으로 인해 실제 이동환경에는 적용이 불가능하다. 또한 다중 경로 수신 상황은 최적 탭 계수값으로의 수렴을 더욱 어렵게 한다. 본 논문에서는 CDMA 순방향 링크의 다중경로 페이딩 환경에 대해 논의해 보고 이러한 환경에서 이동국에 적용할 수 있는 적응 MMSE 레이크 수신기 구조를 제안하고 있다. 제안된 적응 MMSE 수신기는 수신 신호의 지연값과 신호의 진폭, 위상 변동과 같은 복소 채널계수값의 추정이 요구된다. 이러한 문제는 순방향 링크에 존재하는 공동 파일럿 채널을 이용함으로써 해결 가능하다. 파일럿 채널은 일반적으로 통화 채널보다 높은 송신 전력 레벨을 가지게 되므로 이를 이용할 경우 보다 정확한 채널 추정이 가능하게 된다. 게다가 레이크 구조를 사용할 경우 다중경로 페이딩 환경에서 신뢰할 수 있는 참조 신호로 사용될 수 있을 정도의 정확하고 안정된 결과를 제공하게 된다. 이러한 구조를 사용함으로써 LMS나 NLMS와 같은 일반적인 적응 알고리즘이 적응 MMSE 수신기에 적용이 가능하게 해준다.
본 논문은 STTC(Space-Time Trellis Codes)의 디버시티 이득과 부호화 이득을 그대로 유지하면서, 다중 경로 페이딩 채널 환경에서의 성능 열화에 대한 면역성을 가진 STTC CDMA시스템을 제안하였다. 제안된 시스템은 STTC시스템에 PN(Pseudo Noise) 부호의 확산, 역확산 과정을 추가하여 구성할 수 있다. 다중 경로 페이딩 채널 환경에서 제안된 시스템은 다중 경로 신호를 검출한 후, PRC(Principal Ratio Combining)를 하고 복호하는 방식을 사용하고 있다. 컴바이닝과 복호 방식에 따라 모든 신호들을 ML 복호하는 최적의 복호 방식, 각각의 수신 안테나 별로 다중 경로 신호를 단순히 합하여 복호하는 방식, 각각의 수신 안테나 별로 다중 경로 신호를 PRC한 후 복호하는 방식, 그리고, 모든 수신 신호들을 PRC한 후 복호하는 방식이 있다. 이 방식들은 복잡도에 비례하여 좋은 성능을 보이며 4가지 방식들 모두 다중 경로 페이딩 채널 환경에서 발생하는 정정할 수 없는 오류율(irreducible error rate)을 제거함을 알 수 있다.
본 논문에서는 셀룰라 CDMA 이동통신 시스팀에서 다중 경로의 페이딩 채널을 보상하기위한 레이크 수신기를 설계한다. 다중 경로 페이딩 환경에서의 임펄스 응답을 측정하기 위해 기지국에서 파일롯 채널을 통해 전송되는 short PN 부호의 부분상관함수 특성을 이용하였다. 약 10 s의 다중 경로 퍼짐을 보상하기위해 12개의 역확산 경로를 사용하였으며 보상 방법에 대한 앨고리듬을 제시하였다. 디지틀 변환되어 입력되는 수신신호를 처리하기위해 전 디지틀화된 회로를 제시하고 컴퓨터 시뮬레이션 및 타이밍 시뮬레이션에 의해 회로의 타당성을 검증한다.
이동 채널 환경에서 신호는 다중경로 페이딩의 영향으로 통신품질이 크게 저하된다. 지금까지 이러한 페이딩의 영향은 기지국과 이를 중심으로 움직이는 이동 단말간의 이동 채널환경에서 고려되어왔다. 그러나 텔레매틱스 등과 같은 향후의 이동통신 서비스는 기지국과 같은 인프라를 통한 통신뿐만 아니라 단말기간 이동 ad-hoc통신도 활용될 것이므로 이런 통신환경에서의 페이딩 영향을 분석하고 다이버시티 기법에 대해 연구할 필요가 있다. 본 논문에서는 두 대의 차량을 이용하여 이동 통신 채널을 측정하고, 이 데이터를 활용하여 선형 빔형성 안테나의 페이딩 성능을 분석하였다. 채널 측정은 전 방향 안테나가 장착된 이동 차량에서 2GHz 대역의 QPSK 신호를 전송하고, 선형배열 안테나가 장착된 차량을 일정 지역을 이동하면서 수신 신호를 저장하였다. 빔 형성 안테나 기법의 페이딩 성능은 전방향 안테나에 대한 페이딩 마진의 향상 정도를 분석하였으며 선택 다이버서티를 사용한 경우와 비교하였다. 측정 데이터로부터 페이딩 깊이에 따른 CDF를 분석한 결과, 빔 형성 기술을 적용하면 선택 다이버서티를 적용한 경우에 비해 페이딩 마진이 페이딩 환경에 따라 6-7dB 향상됨을 알 수 있었다.
일반적으로 무선 이동 채널은 협대역 스펙트럼을 갖는 복소 랜덤 프로세스로 모델링된다. 본 논문에서는 TMS320C6414 DSP칩과 XC2VP30 FPGA칩을 사용한 페이딩 신호의 실시간발생에 대해 기술한다. 여기서 제시된 시뮬레이터는 플랫 페이딩 및 주파수 선택성 페이딩 채널의 일반적인 모델로 그 대상으로 하였으며 여러 다양한 채널 왜곡 현상을 모사할 수 있도록 설계되었다. 시뮬레이터는 다음 세가지 기본적인 채널 특성을 포함한다; 레일리 페이딩, log-normal shadowing, 주파수 선택성 페이딩. DSP의 연산부담을 최소로 하면서 이동 채널의 통계 특성을 재현하기 위해 multi-rate신호처리 기법이 사용되었다. 채널 파라미터 값을 변화시키면서 많은 실험을 행하였고, 시뮬레이터에서 실시간 출력된 채널 포락선들의 각 통계 특성이 이론치와 일치됨을 확인했다.
수심이 얕은 연안에서는 다중경로에 의한 주파수 선택적인 페이딩이 수중음향통신시스템의 성능을 결정한다. 본 연구에서는 수심 약 50m이고 유효파고 0.5m, 사니질 저질인 부산인근 해역의 수중음향통신 채널의 특성과 다중반송파 음향통신시스템의 성능을 평가하였다. 송수신기 수평거리에 따른 다중경로 지연 확산과 시간영역 및 주파수 영역 페이딩 특성을 제시하고 전송률 1kbps인 5ch-4FSK 시스템의 비트 오류율을 평가하였다. 시간영역 페이딩 오류를 제거하기 위해 리드 솔로몬 코드를 적용하였다. 다중경로는 4개 이하로 구성되며 송수신기 거리가 증가하면 시간 및 주파수 영역 페이딩은 작아지며 시스템의 비트 오류율은 감소하고 600m 이상의 거리에서 비트 오류율은 약 10-4 이었다.
본 논문에서는 다중 경로 페이딩 채널에서 최대 다중 경로 지연폭이 한 비트 폭보다 큰 경우 발생할 수 있는 심볼간 간섭을 극복하기 위해 M-ary 신호 방식과 절환 신호 방식을 채용한 다중 경로 다이버시티 수신 noncoherent F나 ds / SSMA 통신 시스템의 평균 오율을 평가하였다. 시스템의 평균 오율은 가우스 근사법을 이용해 채널 파라메타와 PN 시퀀스의 길이와 같은 시스템 파라메타에 대한 식으로 표현하였고, 이러한 결과식을 이용해 M-ary FSK 시스템과 두 종류의 절환 수신기에 대한 FSK시스템의 평균 오율을 수치적으로 분석하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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