인지 라디오(CR : Cognitive Radio)는 주파수 자원을 효율적으로 사용하기 위해 제안된 기술로 최근 주파수 자원의 부족 현상을 완화하기 위한 방법으로 연구 되고 있다. 인지 라디오는 주파수 정책에 따라 주파수를 할당받은 우선순위 사용자(Primary user)가 해당 주파수를 사용하고 있지 않을 때 부 사용자(Secondary user)가 빈 주파수를 검출하여 해당 주파수를 사용하는 기술이다. 부 사용자가 우선순위 사용자를 검출하는 기술인 스펙트럼 센싱은 수행하는 과정에서 다중경로 페이딩문제로 인해 성능이 낮아지는데 이를 보완하기 위해 본 논문에서는 다이버시티기법을 사용한다. 다이버시티 기술에는 시간 다이버시티, 주파수 다이버시티, 공간 다이버시티 등이 있는데 본 논문에서는 공간 다이버시티의 한 종류인 안테나 다이버시티를 적용하여 다중경로 페이딩 문제를 해소하며 스펙트럼 센싱의 성능 및 신회성이 높아짐을 모의실험의 결과를 통하여 제시한다.
상향링크 SIMO(Single Input Multiple Output) 시스템의 SC-FDMA 기법에서 공간 및 주파수 다이버시티 이득에 따른 BER(Bit Error Ratio) 성능 변화를 분석한다. 본 논문에서 분석한 주요내용은 다음과 같다. 첫째, 공간 다이버시티 컴바이닝과 주파수 다이버시티 컴바이닝을 동시에 수행할 수 있는 통합된 시스템과 공간 다이버시티 컴바이닝과 주파수 다이버시티 컴바이닝을 순서대로 수행하는 단계별 시스템이 동등한 성능을 가지는 것을 확인한다. 단계별 시스템의 주파수 다이버시티 컴바이닝 기법과 통합된 시스템의 다이버시티 컴바이닝 기법이 동일할 때, 단계별 시스템에서 주파수 다이버시티 컴바이닝보다 공간 다이버시티 컴바이닝을 선행하면서 공간 다이버시티 컴바이닝 기법을 MRC(Maximal Ratio Combining)로 하면 두 시스템의 성능이 동일함을 신호 모형화 결과를 통해 증명한다. 둘째, 신호 모형화 결과와 BER 실험 결과를 통해 공간 다이버시티 이득과 주파수 다이버시티 이득이 각각 성능에 어떤 영향을 미치는지 분석한다. 부반송파 개수가 증가함에 따라 주파수 다이버시티 이득이 증가함을 알 수 있고 이는 주파수 다이버시티 기법이 ZF(Zero Forcing)일 때의 성능과 MMSE(Minimum Mean Square Error)일 때의 성능 차이는 유지하면서 높은 SNR(Signal to Noise Ratio) 영역의 성능 향상에 영향을 미치는 것을 보인다. 그리고 수신안테나 개수의 증가는 공간 다이버시티 이득을 증가시키며 공간 다이버시티 이득의 증가는 모든 SNR 영역의 성능을 향상시키면서 주파수 다이버시티 컴바이닝이 ZF일 때와 MMSE일 때의 성능 차이를 줄이는데 영향을 미침을 보여준다. 마지막으로, 공간 다이버시티 이득이 신호 모형화 유도과정에서 어떤 영향을 미치는지 분석하여 수신안테나 개수가 6개 이상이면 주파수 다이버시티 컴바이닝을 ZF으로 했을 때의 성능이 MMSE로 했을 때의 성능을 대체할 수 있음을 확인할 수 있다.
다중반송파 변조방식의 주요한 문제점중의 하나는 도플러 천이에 의한 주파수 옵셋에 민감하다는 점이다. 주파수 옵셋은 다중반송파 변조된 신호의 주파수 중첩으로 인한 반송파간의 간섭을 야기시킨다. 그러나 채널변화에 따른 도플러 천이는 또 다른 다이버시티 이득을 제공할 수 있는 요소가 될 수 있다. 본 논문에서는 변형된 다중반송파 코드분할 다중접속(multicarrier CDMA) 시스템을 제안함으로써 다중경로 다이버시티외에 도플러 다이버시티를 이용할 수 있게 하였다. 이를 위하여 이동 무선채널을 독립적인 시간 및 주파수 페이딩 채널로 분해하고 시간 다이버시티를 이용하는 레이크 수신기를 주파수영역으로 확장하므로써 다중경로 및 도플러 다이버시티 이득을 동시에 얻을 수 있도록 하였다.
본 논문에서는 상향링크 SIMO(Single Input Multiple Output) 시스템의 SC-FDMA 기법에서 공간 및 주파수 다이버시티 컴바이닝의 연산 순서에 따른 BER(Bit Error Rate) 성능을 비교한다. 공간 및 주파수 다이버시티 컴바이닝이 동시에 존재하는 시스템일 경우, 공간 다이버시티 컴바이닝을 선행한 후 주파수 다이버시티 컴바이닝을 수행하는 시스템 성능이 그 반대의 다이버시티 컴바이닝 순서를 가진 시스템 성능보다 모든 SNR(Signal to Noise Ratio) 영역에서 더 우수함을 확인한다. 또한, 신호 모형화 결과를 통해 계산량측면에서 공간 다이버시티 컴바이닝을 선행하는 시스템이 더욱 효율적임을 확인할 수 있다.
분산할당 OFDMA 시스템에서 순환지연 다이버시티를 적용하면 주파수 다이버시티의 증가로 인해 성능의 증대를 가져온다. 그러나 분산할당 SC-FDMA 시스템에 순환지연 다이버시티를 적용하는 것은 주파수 다이버시티의 증가로 인한 성능증대 효과와 주파수 선택적 채널로 인한 성능감소 효과를 동시에 가져온다. 본 논문에서는 이 상반되는 두 가지 효과에 대해서 논하며 분산할당 SC-FDMA 시스템에서 순환지연 다이버시티를 적용하는 것이 언제 유리하고 언제 불리한지 논의한다.
본 논문에서는 시공간 다이버시티 이득을 갖는 STBC를 U 시스템에 적용하고 4차의 다이버시티 이득을 얻기 위해 주파수 반복을 하는 주파수 다이버시티를 적용함으로써 UWB OFDM의 성능을 향상시킬 수 있는 방법을 제안하였다. 그리고 컴퓨터 시뮬레이션을 통한 모의실험으로 제안 하고자하는 시스템의 주파수 다이버시티를 적용한 UWB STBC-OFDM의 성능을 분석하였다. 분석한 결과 본 논문에서 제안한 U 시스템은 송신안테나의 증가에 따라 발생하는 복잡도를 줄일 수 있으며, 2개의 송신 안테나만을 사용하고도 주파수 반복에 의한 선형적인 계산만으로 4개의 송신 안테나를 사용하는 것과 같은 성능을 얻을 수 있었다. 제안된 시스템은 일반적인 UWB OFDM과 비교하면7.1 dB, UWB STBC-OFDM과 비교하면 1.9dB의 성능이 향상되는 것으로 분석되었다.
이 논문은 순환 지연 다이버시티 OFDM 시스템의 성능을 향상시키기 위하여 주파수 다이버시티를 적용하는 알고리즘을 제안한다. OFDM 시스템에서 주파수 다이버시티 적용은 동일한 심볼을 상관관계가 없는 부반송파로 반복 전송하는 것으로 수행되며, 반복 전송 회수에 비례하여 변조 레벨을 증가시켜서 종래의 전송 시스템의 성능과 비교한다. 이 방법은 순환 지연 다이버시티 알고리즘과 같이 송신기 개수가 많아짐에 따라 수신기에서 부가적인 특별한 하드웨어가 필요하지 않다는 동일한 장점이 있게 되며, 성능 시험을 위해서 다중 송수신 안테나 환경하에서 모의 실험을 수행하였다. 제안하는 알고리즘은 종래의 순환 지연 다이버시티를 활용한 OFDM 시스템과 비교하여 저밀도 변조 레벨에서 성능 향상이 현저함을 보여준다.
본 논문은 다중 송신 안테나를 사용하는 직교 주파수 분할 다중 반송파(OFDM: orthogonal frequency division multiplexing) 시스템에서 윈도윙 기법을 이용하여 송신 다이버시티 효과를 얻는 새로운 기법을 제안한다. 제안된 기법은 윈도우 함수의 형태에 따라 송신 다이버시티 효과가 달라지며 송신 다이버시티를 최대화하기 위한 윈도우 함수의 조건을 제시한다. 제안된 기법은 윈도우 함수의 형태에 따라 순환 지연 다이버시티 (CDD: cyclic delay diversity) 기법, 직교 송신 다이버시티(OTD: orthogonal transmit diversity) 기법, 주파수 스위치 송신 다이버시티(FSTD: frequency switched transmit diversity) 기법을 일반화한 기법으로 해석될 수 있다.
본 논문은 최대우도추정(Maximum Likelihood Estimation, MLE)을 적용한 선택적 합성법(Selective Combining, SC)의 수중 주파수 다이버시티 통신성능을 평가하였다. 수중 다중경로 주파수 선택적 채널에서 수신 신호의 지연확산에 따른 상쇄 간섭 페이딩(destructive interference fading)은 수중 음향 통신 시스템의 오류 증가와 신호대잡음비(Signal to Noise Ratio, SNR)변동성에 영향을 준다. SC의 결정 값 추출을 위한 MLE 적용 해상실험에서 SC 주파수 다이버시티와 MLE-SC 주파수 다이버시티 성능을 평가하였다. SC보다 MLE-SC를 통해 추출한 결정 값을 적용한 경우 상대적으로 낮은 BER(Bit Error Rate) 특성을 확인하였다.
시스템의 성능은 RMS 지연확산과 도플러 주파수와 같은 채널 변수에 영향을 받는다. 이 논문은 Multi-rate MC-CDMA 시스템에서 주파수 다이버시티와 코드 간 간섭과의 관계에 대하여 연구하였다. Multi-rate MC-CDMA 시스템은 MC-CDMA 시스템보다 다양한 데이터율을 전송할 수 있는 장점이 있을 뿐 아니라, OFDMA와 다르게 주파수 다이버시티 이득을 얻음으로써 성능을 향상시킬 수 있다. 하지만, 확산코드를 사용함으로써 주파수 다이버시티 이득과 코드간 간섭간의 trade-off 관계가 있다. 그러므로 이러한 관계를 평가하여, 시스템을 효율적으로 사용함으로써 성능을 향상시킬 수 있다. 주파수 다이버시티 이득과 코드 간 간섭의 관계를 효과적으로 평가하기 위하여, 우리는 도플러 주파수와 RMS 지연확산을 변화시키며 모의실험을 수행하였고, 그 결과를 분석하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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