OFDM 시스템에서는 시변이며 주파수 선택적인 전송 채널을 추정하기 위하여 보통 기준 심볼을 이용한다. 우선 LTE 표준의 기준 심볼 배치를 이용하여 채널을 추정할 때의 LTE OFDM 시스템 비트 오류율 성능을 분석한다. 분석결과, LTE 표준 기준 심볼 배치 경우에 도플러 시변 페이딩에는 강인하나 주파수 선택적 페이딩에 대하여는 채널 추정 오차가 크게 되어 비트 오류율 성능 열화가 발생된다. 그러므로 본 논문에서 효율적이고 우수한 채널 추정을 위하여 등간격 다이아몬드 격자 모양의 기준 심볼 배치이며 주파수 영역에서 매 4번째 부반송파 간격마다 기준 심볼을 배치하는 개선된 기준 심볼 배치 모양을 새로이 제시한다.
고전력 증폭기의 비선형성, 수신 주파수 편차 및 심볼 타이밍 편차가 모두 존재하는 실제 IEEE 802.11a 무선 LNA 시스템의 성능을 분석하였다. 이러한 시스템에서 데이터가 OFDM 변조된 후 주파수 선택적 Rayleigh 페이딩 채널을 통하여 전송될 때의 비트 오류율을 구하였다. 증폭기의 최대 출력 전력 대 평균 출력 전력비가 6dB이며 주파수 편차가 0.01이고 심볼 타이밍 편차가 2 샘플링 주기 시간인 경우에, 이 무선 LAN 시스템에서 10-5의 비트 오류율을 얻기 위하여 필요한 $E_{b}$ /$N_{o}$ 의 크기는 대략 20~24dB로 분석되었다. 이와 같은 실제 시스템과 정확한 채널 추정, 선형 증폭기, 정확한 주파수 동기 및 심볼 동기 가정의 이상적인 시스템간의 성능을 비교한 결과, 같은 크기의 비트 오류율을 얻기 위하여 이 실제 시스템에서 대략 1~3dB 정도의 $E_{b}$ /$N_{o}$ 가 더 소요된다.
OFDM 시스템에서 전송채널의 추정은 보통 파일럿 심볼을 사용하여 이루어진다. 그러나 채널 추정 에러로 인하여 비트 오류율이 증가된다. 본 논문에서는 파일럿 심볼을 사용하는 OFDM 시스템에서 신호가 주파수 선택적 Rayleigh 채널을 통하여 전송될 때 데이터의 비트 오류율을 구한다. 채널추정 에러로 인하여 정확한 채별 추정의 이상적인 경우에 비하여 실제 시스템에서 $\overline{\gamma_b}$가 대략 2.5 dB 정도 더 소요된다.
본 논문에서는 4개의 전송 안테나 시스템에서 좌표축 인터리빙된 직교 신호로 디자인(Coordinate interleaved orthogonal design: CIOD)된 시 공간 블록 부호(Space time block code: STBC)가 시간 선택적 페이딩 채널인 1차 Markov 채널을 통과하였을 때에 성능 분석을 다룬다. 채널이 준 정지 페이딩 채널(Quasi-static fading channel)일 경우 STBC-CIOD는 최대 전송률과 최대 다이버시티(Full rate full diversity: FRFD)를 만족하고, 단일 심볼 복호가 가능한(single symbol decodable: SSD) 코드이나, 시간 선택적 페이딩 환경에서는 신호간의 간섭이 생기므로 FRFD을 만족시키더라도 단일 심볼 복호를 수행하였을 때 간섭에 의한 성능 열화가 생길 것이다. 심볼 오류율(Symbol error rate: SER)의 Union bound를 신호 쌍 오류 확률(pairwise error probability)을 유도하여 구한다. 그리고 4-ary PSK 신호에 대한 모의실험을 통하여 유도된 심볼 오류율을 구하고 이를 수식으로 구한 심볼 오류율의 union bound 와 비교한다.
OFDM 시스템에서 전송채널의 추정은 보통 파일럿 심볼을 사용하여 이루어진다. 본 논문에서는 파일럿 심볼을 사용하는 PSAM 방식의 OFDM 전송 시스템에서 신호가 주파수 선택적인 시변 채널을 통하여 전송될 때 데이터의 비트 오류율을 구한다. 그러나 PSAM 채널 추정 시 에러로 인하여 비트 오류율이 증가된다. 비트 오류율 성능을 향상시키기 위하여, SFBC 안테나 다이버시티를 사용하는 OFDM 전송시스템이 사용될 수 있다. 이러한 PSAM SFBC OFDM 시스템들에서 데이터가 시간과 주파수 선택적인 페이딩 환경 하에서 전송될 때, 채널 추정 에러의 영향을 고려하여 데이터 비트 오류율 성능을 분석한다.
본 논문에서는 물리 계층 네트워크 부호화를 적용하는 릴레이의 협력 하에 두 사용자 노드가 두 전송 단계로 데이터를 교환하는 양방향 릴레이 시스템을 고려한다. 이 시스템은 첫 전송 단계에서 두 사용자가 동시에 이진위상변조 심볼을 전송하고, 릴레이 노드는 수신 신호로부터 두 사용자 정보 비트의 배타 합을 복호한 뒤 다시 재변조하여 두 번째 전송 단계에서 방송함으로써, 각 사용자가 상대방 정보를 복호하도록 한다. 이 때 시스템 성능은 나카가미-m 페이딩 채널에서의 사용자 노드가 겪는 평균 최종 심볼 오류율로 살펴보며, 이에 대한 정확한 상한을 닫힌 식으로 유도함으로써 성능을 빠르고 정확하게 제공한다. 성능 평가 결과 본 논문에서 얻은 이론적 상한은 다양한 채널 및 시스템 환경에서 모의실험 결과와 일치함을 볼 수 있다. 또한 분석 결과를 이용하면 다양한 채널 및 시스템 환경에 대한 최적 릴레이 위치와 전력 할당 값 등의 유용한 정보를 빠르게 얻을 수 있다.
본 논문은 여러 사용자가 릴레이를 통해 통신 상대방과 데이터를 교환하는 다중 사용자 다중 안테나 양방향 릴레이 시스템을 고려한다. 고려 시스템은 주파수 효율을 높이기 위해 모든 사용자 데이터를 다중 접속 단계와 방송 단계, 두 단계로만 동시에 교환하는 데, 이로 인해 발생하는 자가 간섭과 다중 사용자 간섭을 효과적으로 줄이는 방법이 필요하다. 기존 방식에서는 자가 간섭과 다중 사용자 간섭을 모두 릴레이에서 줄이는 것과는 달리 제안 방식에서는 사용자 노드에 구현 가능한 자가 간섭 소거기를 추가하고 릴레이는 자가 간섭 소거 후의 성능을 고려하여 다중 사용자 간섭을 주로 줄인다. 제안 방식의 성능은 다중접속 단계가 성능을 결정할 때의 심볼 오류율과 획득 가능한 다양성 차수를 통해 분석하고, 다양한 조건 아래 심볼 오류율과 합 전송률을 모의실험으로 얻는다. 성능 평가 결과 제안 방식이 자가 간섭 소거 기능을 분리함으로써 기존 방식보다 복잡도는 증가하지만 심볼 오류율과 합 전송률 성능을 크게 향상시킴을 볼 수 있다.
본 논문에서는 레일리 페이딩(Rayleigh fading) 채널에서 부호 심볼 크기가 Q인 리드-솔로몬(Reed-Solomon) 부호와 M-ary FSK ($M{\leq}Q$) 변조를 사용하는 주파수 도약 다중 접속(frequency-hopped multiple-access) 통신 시스템을 고려한다. 단위 시간과 단위 대역폭당 성공적으로 전송되는 평균 정보 비트의 수로 정의되는 정규화 처리량 (normalized throughput)을 최대로 하는 변조 심볼 크기(M), 주파수 슬롯 갯수, 부호율(code rate) 사이의 tradeoff를 조사한다. 잡음 제한 환경(noise-limited environment)에서는 큰 M을 사용하는 것이 정규화 처리량을 증가시키고, 간섭 제한 환경(interference-limited environment)에서는 오류 정정 기술을 사용하여 오류를 정정하거나 M을 증가 시켜 오류율을 줄이는 것 보다는 주파수 슬롯의 갯수를 증가시켜 충돌(hit)에 의한 오류를 방지하는 것이 정규화 처리량을 증가시킨다.
주파수 선택적 도플러 시변 채널 환경 하에서 파일럿 패턴에 따라 결정되는 ORDM 시스템의 비트 오류율 성능을 분석한다. 시변 채널 추정 에러로 인하여 비트 오류율 성능 열화가 발생된다. 이러한 성능 열화를 충분히 작게 하기 위하여 파일럿 심볼들은 주파수 축 상에서 5 부반송파 간격 이하로, 시간 축 상에서 6 OFDM 블록 간격 이하로 배치되어야 함을 알 수 있다.
STBC 방식에서는 여러 개의 송신 안테나를 사용함으로서 우수한 성능의 전송이 가능하다. 본 논문에서는 파일럿 심볼을 이용하여 채널을 추정하는 OFDM 시스템에 STBC 안테나 다이버시티 기법을 적용할 때의 시스템 성능을 분석한다. OFDM 전송표준 IEEE 802.16e에서 전송채널의 정보를 송신 측에 다시 보내어 STBC 시스템 성능을 더욱 향상 시키는 방식이 제시되고 있다. 한편, 파일럿 심볼을 이용하여 전송채널을 추정하는 현 시스템에서는 전송채널 추정에러로 인하여 시스템 성능이 열화 된다. 그러므로 채널추정 에러의 영향을 고려하여, 송신 신호가 다중경로 페이딩 채널을 통하여 전송될 때, 채널정보를 이용하는 STBC OFDM 시스템의 데이터 비트 오류율 성능을 분석한다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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