MAI와 ISI를 발생하는 다중로 채널 왜곡은 CDMA시스템의 용량을 제한하는 두 가지 중요한 요소이며 전통적인 CDMA시스템은 원근 문제를 무시하거나 전력제어로 이를 제한하였다. 다중 사용자 검출과 시공간 처리는 MAJ와 ISI를 제거하는 강력한 두 개의 방법이다. 본 논문에서는 DS-CDMA 시스템의 용량을 증대시키고 통화 품질을 향상시키기 위해 기존에 사용하던 빔 형성과 추정 알고리듬을 시공간 영역으로 확장하여 연구하였다. 시뮬레이션 결과, 여러 가지 빔포머의 성능은 다중사용자 빔포머인 역상관 빔포머를 상한으로 하여 부분 공간 기반 빔포머, 최소 분산 빔포머, 전통적인 빔포머 순으로 우수하게 평가되었다. 특히 부분 공간 기반 빔포머는 최소 분산 빔포머에 비해 약 5㏈정도 우수한 성능을 보였으며. 전통적인 빔포머로는 원근 문제를 해결할 수 없음을 확인하였다.
본 연구에서는 최적 빔포머 (optimal beamformer)를 이용하여, 높은 지향특성을 갖는 라우드스피커 어레이를 구성하였다. 센서 어레이 시스템에 널리 적용되는 빔포밍 방법은 상반성 (reciprocity)의 원리에 의하여 라우드스피커 시스템에도 적용이 가능하다. 음원의 개수 및 배치 간격과 같은 최적 빔포머의 설계 변수와 지향성과의 관계를 살펴보고, 잡음 증폭을 억제하기 위해 적용되는 안정화 계수 (stability factor)도 유용한 설계 변수로 활용하였다. 또한 라우드스피커 자체가 갖는 지향성과 반사와 산란 등을 고려하여 빔포머를 최적화하는 방법을 제안하였고, 이 방법을 통해 예측치와 실제 시스템과의 차이를 줄였다. 실행 예제로 실제 어레이 시스템을 구성하고, 모의 실험과 실제 측정을 수행하여 성능을 확인하였다.
CDMA 시스템의 채널을 여러 사용자가 공유하면 수신기는 MAI 문제에 직면하고 또한 채널이 대역 제한되면 ISI를 유발한다. 두 요소는 원치 않는 성분이지만 완전히 예측할 수 없는 부가 잡음과는 다르게 이러한 요소의 시공간 구조는 이들을 추정하고 제거하는데 도움이 된다. 본 논문은 다중로를 가진 페이딩 채널에 대한 연구이며 채널 추정 부분과 수신 부분을 분리하였다. 추정 부분은 DOA와 TOA 같은 다중로 파라미터를 추정하고 수신 부분은 역상관 빔포머, 시공간 정합필터, Winer-Hopf 빔포머, 부분공간 빔포머에 대하여 평가한다. 그리고 여러 가지 추정 기술과 빔포머의 평가를 이론치와 비교하여 시뮬레이션 하였다.
CDMA 시스템의 채널을 여러 사용자가 공유하면 수신기는 MAI 문제에 직면하고 또한 다중로 시나리오는 ISI를 유발한다. 두 요소는 원치 않는 성분이지만 완전히 예측할 수 없는 부가 잡음과는 다르게 이러한 요소의 시공간 구조는 이들을 추정하고 제거하는데 도움이 된다. 본 논문은 다중로를 가진 페이딩 채널에 대한 연구이며 채널 추정 부분과 수신 부분을 분리하였다. 추정 부분은 DOA와 TOA 같은 다중로 파라미터를 추정하고 수신 부분은 역상관 빔포머, 시공간 정합필터, Winer-Hopf 빔포머에 대하여 평가한다. 여러 가지 추정 기술과 빔포머의 평가를 이론치와 비교하여 시뮬레이션 하였다.
시공간 빔포밍 기술은 기존의 배열 안테나가 공간만의 처리를 해온 것에 대하여 이를 시간 영역으로까지 확장하여 특정한 방향에서 특정한 시간에 도착하는 다중경로는 증폭하고 다른 다중경로는 제거하는 것을 의미한다. 본 논문은 배열 안테나를 가진 DS-CDMA에서 시스템 파라미터 부정합이 존재할 때, 시공간 빔 형성기의 성능에 대하여 연구하였다. 시뮬레이션 결과, 부정합이 존재할 때 전통적인 빔포머가 상대적으로 강인함을 보였지만 원근 문제는 해결할 수 없었으며, 실제의 추정 결과를 적용했을 때는 MUSIC 시공간 빔포머가 가장 우수한 성능을 보였다.
본 논문에서는 초음파 응용 영상 기술의 다양한 임상 진단 응용이 가능한 파이프라인 회로 구성 방식을 가지는 빔포밍 프런트 엔드 플랫폼을 개발한다. 하드웨어 설계에서는 전력, 통합수준 및 복제 가능성이 중요한 확장 가능한 애플리케이션은 물론 압축 애플리케이션을 대상으로 한다. 펌웨어 디자인으로는 차세대 고수준의 합성 도구인 Vivado HLS 툴을 사용하여 최대의 생산성 향상으로 설계 생산성을 가속화하는 새로운 IP 및 시스템 중심 설계 환경 구축을 통하여 최적의 FPGA 병렬 처리 수준을 달성 하도록 구현하였다. 설계된 디지털 빔포머는 향후 시스템 사양의 재구성이나 변경시 적절한 수정 및 보완이 가능하고, 임의의 이미지 영역을 생성할 수 있는 스캔 데이터의 고속 관리 기능을 지원한다.
초음파진단기는 실시간으로 손쉽고 안전하게 환자의 병변을 관찰할 수 있는 등의 다양한 장점으로 인해 병원, 의원 등의 의료현장에서 널리 활용되고 있다. 이 초음파진단기 신호처리 블록 중 하나인 빔포머는 초음파진단기 영상의 화질을 결정하는 부분 중 하나이다. 초음파진단기 기술의 발전과 더불어 이 빔포머와 관련된 기술들도 장기간 많은 발전을 이루어 왔는데, 이 기술들 중 하나의 주요 방법인 합성구경영상법(Synthetic Aperture Imaging method, SAI)은 프로브를 통해 수신한 신호가 운반해 온 환자로부터의 정보를 최대로 활용하기 위한 방법으로, 1990년대 경 최초로 초음파진단기에 도입된 이래 획기적 화질 향상에 기여해 왔고, 수십년동안 다양한 형태의 발전을 거쳐왔다. 이 논문에서는 이러한 진화과정을 살펴보고, 이 기술의 미래의 발전 방향을 예상해 본다.
본 논문에서는 65nm CMOS 기술을 사용하여 구축된 위상 배열 단일 채널 송수신기 빔포머 IC를 기술하였다. 이 IC는 8~16GHz 주파수를 출력하며 레이더 및 위성 통신을 위한 X/Ku-band 대역을 대상으로 한다. 일반적인 빔포밍 시스템 상에서 IC의 각 신호 경로에는 저잡음 증폭기(LNA), 전력 증폭기(PA), 위상 천이기(PS) 및 가변 이득 증폭기(VGA)가 포함되어 있어 빔 조정 및 테이퍼링 제어에 필수적인 위상 및 이득 조정이 가능하다. 테스트 결과에 따르면 위상 보상 VGA는 0.25dB 간격으로 15dB의 이득 범위와 0.27dB의 RMS 이득 오류를 제공한다. 능동 벡터 변조기 위상 천이기는 2.8125° 간격으로 360° 위상 범위와 3.5°의 RMS 위상 오류를 제공한다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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