본 논문에서는 수중무선통신에서 다중경로에 의해 발생하는 심볼간 간섭을 제거하기 위한 방법으로, 단일반송파 전송방식에 주파수-시간 영역 등화 기법을 결합한 주파수영역 결정궤환 등화기법에 대한 성능을 평가한다. 수중채널 모델링은 벨홉모델을 이용하였으며, 모의실험을 통해, 제안한 기법이 심볼간 간섭에 의한 신호왜곡 문제에 효율적으로 대처할 수 있는 대처할 수 있는 전송방식임을 보였다.
잡음환경이 열악하고 대역폭이 부족한 HFC 망 상향채널에서 보다 나은 대칭형 멀티미디어 서비스를 제공할 수 있는 S-DMT 방식의 상향 채널 케이블모뎀을 위한 등화기를 설계하고 그에 대한 성능을 평가하였다. 주파수 영역 등화기와 시간 영역 등화기를 설계하였고, 각 경우에 대해 AWGN, ISI, 및 임펄스 잡음 환경에서 시뮬레이션을 통해 성능을 평가하였다. 성능 평가 결과, 잡음환경에 의한 성능차이가 있으나 두 경우 모두 비교적 양호한 등화 성능을 보였으며 시간영역에서 등화기가 주파수영역 등화기보다 전 Eb/No 범위에서 약 1dB 정도 성능이 우수함을 확인하였다.
다중 반송파 변조의 일종인 OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing) 방식은 기존의 주파수 분할 다중화 기법에 각 부 채널들 사이의 직교성까지 보장함으로써 사용 주파수 효율을 극대화시킬 수 있는 방식이다. 그러나 주파수 비 선택적 다중경로 채널에서 높은 데이터 율을 갖는 OFDM 신호의 전송은 주파수 영역에서 인접 심벌간 간섭과 동일한 형태를 갖는 승산성 왜곡에 의해 영향을 받는다. 본 논문에서는 결정 궤환 시퀀스 등화기를 OFDM 시스템에 적용하여 신호를 등화하고, 등화를 통하여 주파수 영역에서의 인접 심벌간 간섭을 보상하는 방법을 제안한다. 결정 궤환 시퀀스 등화를 이용하여 최우 시퀀스 등화가 갖는 복잡도를 크게 줄이면서 주파수 오프셋이 추정될 수 있음을 설명하고 모의 실험을 통해 OFDM 시스템의 성능 개선을 보인다.
본 논문에서는 QAM (Quadrature Amplitude Modulation)을 시용하는 OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiflexing)시스템에서 비이상적인 채널에 고속으로 데이터를 전송 시 발생하는 신호의 왜곡으로부터 보다 빠르고 효율적으로 등화를 하기 위한 등화기법을 제안하였다. 일반적으로 기존 OFDM 시스템 등화기법으로 주파수 영역에 단일 탭 선형 등화기를 사용하는 방법이 많이 사용 되었다. 이 경우 실제시스템에서 채널 환경이 시간에 따라 빠르게 변하게 될 경우 채널에 의한 왜곡을 완벽하게 보상해 줄 수없다. 그러므로 본 논문에서는 주파수 영역에 단일 탭 션형 등화기를 적용하는 대신 비선형 등화기를 적용하였으며 비선행 등화기의 단점인 낮은 SNR(Signal-to-Noise Ratio)에서의 급속한 성능 저하를 보완해주기 위하여 시간영역에 선형 등화기를 병행 사용하였다. 주파수 영역의 경우 비선형 등화기를 적용함에 있어 in-phase성분과 quadrature성분으로 구성되어 있는 QAM신호가 complex 채널 통과 시 fading에 의해 왜곡된 신호도 noise에 의해 왜곡된 신호처럼 in-phase성분과 quadrature 성분의 amplitude만이 변하므로 기존의 등화기 구조에서 cross성분을 제거하였고 이로 인하여 발생할 수 있는 약간의 오차를 보상해 주기위해 시간영역 등화가와 수렴 속도가 빠르고 오차가 적은 알고리즘을 사용하여 복잡도가 줄어든 등화기 구조를 제안하였다. 시간영역의 경우 채널왜곡에 강한 Goldcode를 trauung-sequence로 보호구간에 삽입하여 매 frame 마다 등화를 행하여 주파수영역 등화기의 성능을 보완해줌으로써 기존의 등화기법과 비교하여 보다 빠르고 효율적인 등화를 수행할 수 있는 등화기법을 제안 하였다.
SC-FDMA(Single Carrier Frequency Division Multiple Access) 방식은 다중경로의 영향을 제거할 수 있는 OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing) 방식의 장점을 유지하면서 OFDM의 단점인 높은 PAPR(Peak to Average Power Ratio) 문제를 해결할 수 있어 차세대 멀티미디어용 이동통신 시스템인 3GPP LTE(3rd Generation Partnership Project Long Term Evolution)의 상향링크 전송방식으로 채택되었다. 또한 SC-FDMA 수신기는 주파수 영역에서 채널등화기를 구현함으로써 OFDM 수신기와 마찬가지로 기존의 단일반송파 방식에 비해 등화기의 복잡도를 크게 감소시킬 수 있다. 한편 주파수 영역 채널등화기와 더불어 시간영역의 판정궤환 등화기를 같이 사용하여 수신기의 성능을 향상 시킬수 있다. 이 논문에서는 예측형 판정궤환 등화기 구조를 적용하여 채널등화기의 성능을 더 향상시킬 수 있는 방법을 제안하고자 한다. 또 모의실험을 통해 제안된 방법의 성능을 확인한다.
다중경로 채널의 시변 특성은 OFDM(orthogonal frequency division multiplexing) 신호의 직교성을 파괴시키며 이는 인접 채널간 간섭(ICI: interchannel interference)을 발생시켜 도플러 주파수에 비례하는 오류를 발생시킨다. 본 논문에서는 채널 시변의 원인을 주파수 옵셋과 도플러효과로 규정하고, 주파수 옵셋을 보정하기 위해 기존의 선형보간법(LI: linear interpolation method)대신 선형위상보간법(LPI: linear phase interpolation)과 도플러효과에 의한 ICI 를 제거하기 위해 기존의 주파수영역 등화기법보다 효과적인 시간영역 등화기법을 제안한다. 제안된 기법이 주파수 옵셋이 있는 시변 다중경로 페이딩 환경에서 OFDM 시스템에 적합함을 컴퓨터 모의실험을 통해 확인한다.
우리나라의 지상파 DTV 전송 방식인 8-VSB 변조 방식은 크기에 정보를 실어서 보내기 때문에 다중경로에 의한 심벌간 간섭에 다소 취약한 단점이 있다. 이러한 문제를 해결하기 위하여 지상파 DTV 수신기에서는 판정 궤환 등화기를 사용하여 채널 등화를 수행해 왔다. 하지만 SFN(single frequency network) 환경과 같은 열악한 채널에서는 판정 오류로 인한 에러전파로 안정적인 등화를 수행하지 못한다. 본 논문에서는 이러한 문제를 해결하고자 주파수 영역에서 직접 채널의 역을 곱해서 채널등화를 수행하는 zero forcing 등화 방법을 제안한다. 이를 위해서 채널 정합 필터와 비인과 필터를 사용하여 비최소 위상(nonminimum phase) 채널을 최소 위상(minimum phase) 채널로 근사화시킴으로써 채널의 역의 안정성을 보장할 수 있게 하였다. 시뮬레이션을 통하여 SFN 채널 환경에서 제안된 주파수 영역 등화기가 기존의 판정 궤환 등화기에 비하여 안정성과 SER(symbol error rate) 측면에서 모두 향상된 성능을 얻을 수 있음을 보인다.
기존 ATSC 시스템의 시간영역 채널 추정은 많은 탭을 사용하고 복잡도가 높지만 OFDM과 같이 보호구간을 이용하여 주파수 영역 등화기를 사용하면 복잡도를 낮추면서 정확한 채널 보상이 가능하다. 본 논문은 ATSC 시스템의 프레임에 보호구간을 삽입하여 주파수 영역 채널 등화를 제안하였다. 또한 DTV수신기의 성능을 확인하기 위해 브라질 채널을 이용하여 컴퓨터 모의실험을 통해 성능을 확인하였다.
본 논문에서는 VSDL 시스템을 위한 discrete wavelet multitone (DWMT) 송수신기의 구조에 대해 기술한다. DWMT 송수신기는 코사인 변조 필터 뱅크를 사용한 트랜스 멀티플렉서, 전송 채널의 영향을 최소화하기 위한 시간 영역 등화기 및 주파수 영역 등화기 등으로 구성된다. 주파수 영역 등화기를 위해 기존의 1차원 선형 등화기법을 시간 및 부채널 축의 2차원으로 확장하여 2차원 LMS 방법으로 구현하였다. 등화기 평가 계수를 DWMT 기반 VDSL 송수신기에 적용하여 ANSI T1E1.4의 VDSL 전송 시험 선로 규격을 사용한 모의실험을 통해 성능을 확인하였다.
주파수 영역 등화 기법은 다중 반송파 시스템의 대표적 특정으로 단일 탭의 채널 등화로 인한 낮은 구현 복잡도의 장점을 갖는다. SC-FDE (single carrier frequency domain equalization) 시스템은 단일 반송파 시스템에서 주파수 영역 등화 기법을 채택하고, 지연 확산에 대한 강점을 갖기 위해 CP(cyclic prefix)를 포함한 형태의 구조를 갖는다. 단일 반송파 시스템에서 동기 및 등화기를 거친 후 잔존하는, 공통 위상 오프셋 성분을 제거해야만 한다. 공통 위상 오프셋 성분은 송수신기 간 반송파 주파수 생성 시 발생하는 성분이기 때문에 이 오프셋이 큰 경우 성능 열화의 원인이 된다. 본 논문에서는 SC-FDE 시스템에서 공통 위상 오프셋 성분을 주파수 영역에서 보정하는 기법을 제안하였다. 동기 획득 및 등화를 위한 훈련 신호는 자기 상관관계 특성이 우수한 CAZAC (constant amplitude zero autocorrelation code) 시퀀스를 채택하였다. 제안한 공통 위상 오프셋 추적 성능은 컴퓨터 모의실험을 통해 평균 제곱 오차 (mean square error, MSE) 성능을 통해 확인하였고, 그 성능이 시간 영역에서 보정하는 것과 유사한 MSE 성능을 갖는 것을 확인하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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