이 논문에서는 OFDM Modem의 심볼 타이밍 옵셋 동기화 블록에 대한 저면적 구조를 제안한다. 심볼 타이밍 동기화 블록에서의 곱셈연산을 디지털 필터 구조의 개념을 도입하여 저면적 구조를 유도하였다. 즉 곱셈연산을 CSD(Canonic Signed Digit) 방식과 CSS(Common Sub-expression Sharing) 방식의 덧셈기를 사용한 구조를 제안하였다. 제안 구조에 대한 Verilog-HDL 코딩과 합성을 통하여 $0.264mm^2$로 구현하였으며, 이는 기존 구조의 $0.723mm^2$와 비교하여 63.54%의 구현 면적 감소를 달성하였다. 따라서 제안된 구조는 OFDM 시스템의 심볼 타이밍 동기화기에 효율적으로 사용 될 수 있을 것이다.
IEEE 802.11a WLAN(Wireless Local Area Network)의 동기 알고리즘은 짧은 훈련심볼, 긴 훈련 심볼 그리고 파일롯을 이용하는 세가지 단계를 거쳐야 되는데 실제구현상에서는 두 가지의 문제점을 가지고 있다. 첫째는 긴 훈련 심볼 및 파일롯을 이용하는 동기 과정이 복잡하다. 둘째로 긴 훈련 심볼 영역에서는 짧은 훈련 심볼에서 구해진 오프셋 정정 계수만을 이용한 보상이 이루어지기 때문에 긴 훈련 심볼 영역에서 구한 등화기 계수를 완전히 신뢰 할 수가 없고 이러한 불안정한 영역에서 등화기 계수를 구하게 된다면 성능에 악영향을 미치게 된다. 특히, 시스템의 데이터 영역이 54 Mbps 전송이 가능한 구조로 이루어져 있고 데이터 길이가 최대인 경우에 시스템의 성능열화가 가장 심하게 나타난다. 본 논문에서는 이러한 동기단에서의 구현상의 복잡성과 구조적인 오류의 문제점을 해결할 수 있는 새로운 알고리즘을 제안하고 컴퓨터 시뮬레이션을 통해 이를 확인 한다.
DTV수신기에서 송신신호를 완벽하게 복원하기 위해서는 채널의 영향으로 인해 파일롯의 위치가 바뀌고 위상이 틀어지는 것을 보상해주는 반송파 주파수 동기와 샘플링 클락 주파수와의 위상오차로 인해 발생하는 샘플링 타이밍 오차를 보상하는 심볼 타이밍 동기가 모두 획득되어야 한다. 심볼 타이밍 동기부는 일반적으로 다중레벨을 가지는 신호에 사용되는 가드너(Gardner)방법을 사용한다. 가드너 방법은 매 심볼마다 타이밍 에러성분을 추출하므로 다중경로 채널에서 타이밍동기를 추적하면서 유지하는데 유리한 방식이다. 본 논문에서는 가드너 방법에서 에러를 검출하기 위해 사용되는 가드너 타이밍 에러 검출기(Timing Error Detector)가 수신파워레벨이 기준 파워레벨에서 크게 벗어날 경우 동기를 획득할 수 없는 문제점을 해결하기 위해 1단계로 가드너 타이밍 에러 검출기 블록 앞에 수신파워레벨을 계산하여 보정하는 블록을 추가하여 수신파워레벨을 보정한다. 2단계로 반송파 주파수동기와 심볼타이밍동기에 사용되는 PLL(Phase Locked Loop)회로의 빠른 동기 획득과 동기 획득 후 지터량을 줄이기 위하여 루프필터의 출력 값의 평균을 이용하여 옵셋량을 추정하여 추정된 옵셋의 변화율에 따라 단계적 대역폭을 가지는 적응적인 루프필터를 반송파 주파수 동기 회로와 심볼 타이밍동기 회로에 적용함으로써 최적의 동기성능을 얻는다.
CMMB(China Multimedia Mobile Broadcasting)는 중국에서 개발된 이동 방송 시스템이다. CMMB는 시간 동기와 주파수 동기를 획득하기 위해 프레임에 포함된 두 개의 동기 신호와 OFDM 심볼을 이용한다. 이는 OFDM 심볼의 연속파일럿과 분산 파일럿을 이용하는 기존의 이동 방송시스템과 달리 CMMB를 위한 특화된 동기 알고리듬이 필요하다. 이에 본 논문은 CMMB의 프레임 구조에 적합한 시간 동기 알고리듬에 대하여 연구하였다. 제안 알고리듬은 CMMB의 동기신호를 이용하여 상관값을 구한 후 1차와 2차로 나누어 경계값을 초과 하는 값을 검색하여 프레임의 시작점으로 추정한다. 제안된 알고리듬은 컴퓨터 시뮬레이션으로 검증하였으며 다중 경로 상황에서도 우수한 성능을 보인다.
ATSC 지상파 DTV 시스템에서 심볼 타이밍 동기 성능 개선을 위한 알고리즘을 제안한다. 일반적으로 심볼 타이밍 동기를 위해 사용되는 가드너 방법은 다중 경로 페이딩 환경에서 성능이 좋지만 지터에 의해 성능 열화가 발생한다. 지터량는 루프 필터 대역폭이 작을수록 작아지지만, 수렴속도는 느려지게 된다. 수렴속도는 빠르면서 수렴 후 지터량를 감소시키기 위해 일정시간마다 루프필터의 출력 값을 평균하고 이 평균값을 이용하여 옵셋량을 추정한 후 추정된 옵셋의 변화율에 따라 루프 필터의 대역폭을 줄여 지터의 크기를 줄이는 알고리즘을 제안한다.
본 논문에서는 IEEE 802.11a의 OPDM 시스템에서 짧은 훈련신호(Short Preamble)의 I(inphase)와 Q(quadrature) 성분의 부호만을 사용한 심볼동기 기법을 제시한다. 이 심블동기 기법에서는 짧은 훈련신호를 2배의 Nyquist 속도로 표본화하고 자기상관(autocorrelation)과 상호상관(cross-correlation)을 모두 적용한다. 이 동기기법의 장점은 짬은 훈련신호 동안에 수신신호의 ACG(automatic gain control)를 병행할 수 있고 그 구현회로도 복잡하지 않다는 것이다. 무선채널의 다중경로, 송수신기의 편차주파수, 그리고 잡음에 대한 모의실험을 통하여 제시된 심볼동기 기법의 성능을 검증한다.
본 논문은 CDMA 셀룰라 역방향 접속 시스템의 성능개선을 위하여 이중직교 신호에 대한 다중심볼 검파방식을 제안하고, 이에 대한 성능해석과 컴퓨터 모의실험을 수행한다. 이 방식은 기존의 심볼단위 비동기 검파대신 복잡도를 줄인 근사 MLSE에 의해 다중심볼로 구성된 복조 데이터와 채널을 동시에 예측한다. 이 방식은 또한 주어진 심볼의 워드수 M에 대해 관측하는 다중심볼 길이 N을 적절히 선택할 때 채널의 예측이 없이도 이상적인 동기검파 방식에 근접한 오류성능을 얻게 해준다. 특히 매우 의미 있는 사항은 이 방식을 CDMA 역방향 접속 시스템에 적용할 때 요구되는 평균 비트당 신호대 잡은 전력비 ${\gamma}_{b}$를 약 1.4dB정도 줄일 수 있어 38% 정도의 용량이 증가된다.
본 논문에서는 주파수 도약 방식 시스템에 적합한 비트 동기 방식을 제안한다. 제안한 비트 동기 방식은 에러 심볼 검출기를 고안하여 이를 기존의 디지털 루프 필터와 결합한 ADPLL 방식이다. 제안된 비트 동기방식은 홉류트 잡음과 임펄스 잡음 등과 같은 잡음 구간에서는 비트 추적을 억제함으로써 디지털 루프 필터의 성능을 향상시키고, 주파수 도약 시스템에서의 동기 확률을 개선시켰다. 모의 실험 결과, 제안한 비트 동기 방식이 기존의 방식에 비해서 더욱 개선된 성능을 보여줌을 입증하였다.
IEEE 802.15.4a에 제안된 IR-UWB (Impulse Radio Ultra Wideband) 시스템의 경우 패킷 방식으로 동작하며 하나의 패킷은 SYNC 심볼 (symbol)과 SFD (Start of Frame Delimiter) 심볼로 이루어진 프리앰블, 헤더 및 데이터부로 구성된다. 성공적인 패킷 수신을 위해서는 프리앰블을 이용한 초기 동기 획득과 SFD 검출이 필수적이다. IEEE 802.15.4a IR-UWB 시스템의 경우 SFD 패턴은 8개의 심볼로 구성되어 있으며 SYNC 패턴의 길이에 비하여 매우 짧아 정상적으로 초기 동기를 획득한 경우에도 SFD 패턴 검출에 실패하여 해당 패킷에 대한 복조를 수행하지 못하는 경우가 발생한다. 본 논문에서는 초기 동기 획득 이후 잉여 SYNC 심볼들 중 일부를 활용하여 IEEE 802.15.4a에 제안된 IR-UWB 시스템의 SFD 검출 성능을 개선하는 방안을 제안한다.
본 논문에서는 멀티패스 채널의 지연프로필이나 채널에 부가되는 잡음에 영향을 받지 않으면서 정확한 GI검출 성능을 보이는 간단한 구조의 수정차분방식의 동기검출 방식에 있어서 동기 검출점에서의 S/N비율과 동기점 검출성능과의 관계를 보여준다. 컴퓨터 시뮬레이션에서는 또 IEEE802.11a 표준의 OFDM 프레임을 사용하고 쇼트와 롱 트레이닝의 4심볼을 심볼 동기타이밍 검출에 사용한다. 수신 OFDM신호위상이 1심볼내에서 ${\pi}/2$이내로 일어나는 최소위상채널은 물론 ${\pi}$까지 회전하는 비최소위상 채널에서도 수정차분방식은 채널에 부가되는 잡음전력의 크기에 관계없이 OFDM신호의 1샘풀간격 이내의 오차로 타이밍을 검출해내는 성능을 보인다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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