차세대 무선통신에서는 다양한 서비스, 높은 신뢰도와 함께 빠른 전송속도를 요구한다. 이러한 요구를 만족시키기 위해서 시공간 격자부호와 터보 부호기를 결합시키는 계층적 시공간 부호기를 사용하였다. 계층적 시공간 부호기에서는 내부 부호와 외부 부호의 두 부호를 연속적으로 연접 시키는 방식이다. 내부 부호로는 DVB-RCS NG 시스템에서 표준으로 제안된 터보 Pi 부호를 사용하고, 외부 부호로는 Blum에 의해 제안된 시공간 격자 부호를 사용한다. 또한 효율적으로 두 부호기를 연접시키기 위하여 인터리버 기법을 사용한다. 그리고 기존의 복호 방법은 시공간 격자 부호와 터보 복호기 내부에서만 반복 복호를 하지만, 본 논문에서는 BCJR 복호기와 함께 전체 반복을 통하여 성능을 향상시키는 방안을 제시하고 시뮬레이션 하였다. 시뮬레이션 결과 본 논문에서 제시하는 효율적인 연접 방식을 이용하면 일반적인 연접 방식에 비하여 약 1.3~1.5dB의 성능이 향상되었다.
본 논문은 외부 부호로 DVB-S2 시스템에서 표준으로 제안된 LDPC 부호와 내부 부호로는 시공간 격자 부호를 사용하는 터보등화 방식의 MIMO 시스템을 제안한다. 시공간 격자 부호와 LDPC 복호기를 연접시킨 계층적 시공간 부호기는 duo-binary 터보 복호기와 연접시킨 터보 등화 방식과는 달리 LDPC 복호기의 내부에서만 반복 복호를 시행하여 성능이 저하되는 문제점을 가지고 있다. 이를 해결하기 위해 시공간 격자 부호화 방식을 BCJR 복호기를 적용하여 LDPC 복호기가 전체 반복을 통하여 성능을 향상시키는 방안을 제시하고 시뮬레이션 하였다. 시뮬레이션 결과 본 논문에서 제시하는 효율적인 연접 방식을 이용하면 기존 연판정 기반의 LDPC와 시공간 격자 부호를 연접하는 방식에 비하여 약 0.6 dB의 성능이 향상되었다.
수중통신에서는 다중경로로 인해 심벌간의 상호간섭이 발생하여 시스템의 성능을 저하시킨다. 최근 수중 통신시스템에서는 이러한 열악한 채널환경을 극복하고 전송률을 향상시키기 위하여 등화기 및 채널 부호화와 시공간 부호화 방식의 효율적인 연접 구조가 수중통신에서 MIMO시스템으로 응용되어 연구되고 있다. 수중 MIMO 환경에서 시공간 부호화 방식 중에서는 시공간 블록 부호화 방식과 시공간 격자 부호화 방식이 있으며, 시공간 격자 부호화 방식이 등화기 및 채널 부호화 방식에 최적이다. 따라서 본 논문에서는 다중경로 채널 환경에서 효율적인 전송을 위해 터보 Pi 부호화기를 외부부호로 사용하고, MIMO시스템에서 전송 다이버시티와 부호화이득을 동시에 가지는 시공간 격자부호를 내부부호로 구성한다. 그리고 심볼간 상호 간섭 제거를 위해 Zero Forcing 등화기법을 사용하여 수중채널에서의 시뮬레이션을 통해 성능을 확인하였다.
초직교 시공간 격자 부호(Super-Orthogonal Space-Time Trellis Codes; SOSTTC)는 직교 행렬의 집합을 확장하여 부호율의 손실 없이 부호 이득과 다이버시티 이득을 동시에 얻는 방법이다. SOSTTC에서 신호 집합 확장은 부호 행렬의 첫째 열을 회전시킴으로써 이루어진다. 기존에 사용된 회전각은 성능 개선보다 신호 성좌의 확장을 피하기 위한 목적으로 선택되었다. 본 논문에서는 고속 레일리 페이딩 채널에서 SOSTTC의 성능을 개선하기 위해 적당한 회전각을 선택하기 위한 설계 요건을 만들었다. 또한, 적당한 회전각을 사용하여 개선된 SOSTTC를 설계하였다. 그리고 모의실험을 통하여 본 논문에서 설계된 SOSTTC가 기존의 SOSTTC 보다 BER 성능 면에서 더 뛰어남을 입증하였다.
채널 부호의 균일 오율에 대한 연구는 부가성백색가우시안 채널에 대해 국한되어 연구되어 왔으며, 기하학적 균일성으로 불려왔다. 본 논문에서는 전송 채널과 수신기를 완전히 묘사해주는 확률밀도함수를 직접 다루어 균일 오율 특성을 다중 송수신안테나가 사용되는 시공간 부호로 확장한다. 또한 빠른 페이딩 채널에서 곱거리 스펙트럼를 고려한 기하학적 균일 시공간 부호 설계 과정을 보여준다. 균일 오율 특성으로 부호 검색의 복잡도가 현격히 감소하고, 이런 복잡도 감소는 높은 상태 수를 갖는 시공간 격사상 부호에 대해서도 최적의 부호 검색을 가능하게 한다. 모의 실험을 통해 새로 설계된 부호가 다른 알려진 부호들에 비해 빠른 페이딩 채널에서 더 좋은 성능을 가지는 것을 확인한다.
차세대 무선 및 위성통신에서는 다양한 서비스와 함께 빠른 전송 효율, 높은 신뢰도 있는 통신을 요구하고 있으므로 본 논문에서는 전송률을 높이고 신뢰성을 향상시키는 방안 중 계층적 시공간 부호화 방식에 기반을 둔 MIMO와 FTN 기법이 통합된 새로운 전송 기법에 대한 복호 방법을 제안한다. MIMO 채널에서의 FTN 전송 기법의 간섭을 제거하기 위해 시공간 부호화 방식의 복호 방법을 BCJR 등화기와 터보 부호를 연접한 터보 등화 복호 모델을 제안하고, 시뮬레이션을 통해 기존의 터보 부호를 이용한 SISO 모델과 제안된 방식의 성능을 비교 분석하며 간섭량에 따른 성능을 분석하였다.
본 논문에서는 개선된 초직교 시공간 블록 부호(Super-Orthogonal Space-Time Block Code; SOSTBC)에 적용되는 비트 인터리브 된 부호화 변조(Bit-Interleaved Coded Modulation; BICM)를 제안하였다. 이 시스템은 초직교 시공간 격자 부호(Super-Orthogonal Space-Time Trellis Code; SOSTTC)와 비슷한 복잡도로 더 높은 부호 다이버시티를 얻을 수 있다. 이는 개선된 SOSTBC를 사용함으로써 비트 다이버시티가 SOSTBC의 최대 다이버시티까지 이를 수 있기 때문이다. 반면 Jafarkhani 등이 제안한 SOSTBC를 사용하는 BICM은 비트 다이버시티가 항상 1이 되기 때문에 SOSTTC 보다 높은 부호 다이버시티를 얻기 어렵다.
본 논문에서는 두 개의 송·수신 센서 사이의 위상 오차를 보상하기 위해 터보 등화 기반의 MIMO 수중 통신의 효율적인 복호기 구조를 제시하였다. 시공간 부호화 시스템에서는 다중 송·수신기 사이의 위상 차이는 완벽하다고 가정하였으나, 본 논문에서는 MIMO 수중 통신 환경에서 서로 다른 송·수신기 사이의 위상 오류에 영향을 분석하였다. 그 결과 오류 성능이 심각하게 감소하게 됨을 알 수 있었으며, 오류 성능 영향을 최소화하기 위해 도착 시간 차이를 보상한 DD 위상 추적 방식 기반의 위상 보상 알고리즘을 제안하였다. 본 논문은 MIMO 수중 통신 환경에서의 위상 오류에 영향을 분석하고, 그 영향을 최소화 할 수중 채널 모델에 대한 보상 알고리즘을 제안하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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