주파수 선택적 페이딩을 통하여 무선통신에서 등화기로 결합된 다중 채널을 이용하여 성능을 평가하고 가우시간 잡음 상태와 독립적인 페이딩의 환경화에서 심볼간의 간섭과 데이터 이동 전송에서 발생되는 페이딩을 최소화하고 분산된 페이딩을 역변환하여 샘플링하고, 신호벡터의 특성을 이용하여 시뮬레이션을 통해 성능을 분석한다.
OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing) 시스템은 여러 개의 부채널을 사용함으로써 다중 경로에 강한 성능을 보인다. 하지만 인접 심볼 사이에 보호구간 사용으로 인하여 전송 효율상의 손실을 보게 된다. 본 논문에서는 BER 성능이 유지될 수 있는 상태에서 보호구간을 줄일 수 있는 방안을 제안하고자 한다. 제안된 방법은 일반적으로 사용되는 주파수 영역의 등화와 병행하여 시간 영역 등화기를 사용하여 전송 효율을 향상시킨다. 시간 영역 등화기로는 신경망 결정 궤환 등화기를 적용하여 BER 성능이 유지될 수 있는 상태에서 보호구간을 최고 30%를 줄일 수 있음과 동시에 충분한 보호구간을 사용하는 경우에도 시간 영역 등화기를 사용하지 않는 경우보다 나은 BER 성능을 나타냄을 보인다.
본 논문에서는 비선택성 페이딩과 주파수 오프셋이 함께 존재하는 채널과 마이크로파 대역의 2경로 Rummer's 채널 환경에서 적응 등화기를 채용한 OFDM 시스템의 성능을 분석하였다. 주파수 비선택성 페이딩과 주파수 오프셋이 함께 존재하는 채널에서 시스템 성능 분석 결과 주파수 오프셋의 증가에 따른 성능이 급격히 열화 됨을 알 수 있다, 그리고 시스템에서 적응 등화기를 채용한 경우에는 일정 범위 내에서 성능 향상이 이루어짐을 확인할 수 있었다.
본 논문에서는 열악한 주파수 선택적 페이딩이나 고속 페이딩 채널 환경에서 ATSC(Advanced Television System Committee) DTV 수신기의 등화 성능 향상을 위해 필터 탭을 선택적으로 사용하는 스파스(sparse) 적응 등화기 구조를 제안한다. 제안된 등화기는 채널 추정을 수행한 후 등화기 초기화를 위한 탭 계수를 찾는다. 구해진 등화기 탭의 초기화 계수에 대해 특정 임계값을 적용하여 유효한 탭을 선택하여 활성화시킨다. 그리고 활성화 된 탭만을 이용하여 채널 등화를 수행한다. 결과적으로 기존 등화기와 동일한 탭 길이를 가지고 있지만, 실제 사용하는 탭 수가 작아지므로 등화기의 단계상수를 크게 만들어 고속 페이딩(fading) 채널의 변화를 빠르게 추적할 수 있게 된다. 제안된 등화기 알고리듬의 성능 개선을 확인하기 위한 실험으로 ATSC DTV 성능 분석시 일반적으로 사용되는 브라질 채널 및 ATSC 등화 성능 요구 조건에 대해 기존의 등화기와 비교 분석하였다. 그 결과 기존의 등화기와 같은 안정성을 가지면서 빠른 수렴 속도를 가지고 고속 페이딩 채널 보상 능력의 큰 향상을 보였다.
이 논문에서는 SC-FDMA 수신기를 위한 잡음 백색화 판정궤환 등화기를 제안하였다. SC-FDMA 방식은 다중경로의 영향을 제거할 수 있는 OFDMA 방식의 장점을 유지하면서 OFDMA의 단점인 높은 PAPR 문제를 해결할 수 있는 장점을 가지고 있다. 또 SCFDMA 방식은 기본적으로 단일 반송파 전송방식이지만, 주파수 영역에서 채널 등화기를 구현함으로써 OFDMA 수신기와 마찬가지로 등화기의 복잡도를 크게 감소시킬 수 있다. 뿐만 아니라 시간 영역 신호가 디지털 변조된 복소심볼이므로 시간 영역에서 추가적으로 비선형 등화인 판정궤환 등화를 함으로써 주파수 영역의 선형 등화에 의해 잔류해 있는 심볼간 간섭을 더 제거할 수 있다. 한편 지금까지 제시된 SC-FDMA용 판정궤환 등화기는 판정기에 입력되는 신호에 포함된 잡음이 백색화되어 있지 않기 때문에 최적판정을 수행하고 있지 않다. 이 논문에서는 이러한 문제를 해결하기 위해 선형 잡음 백색화 필터를 판정기 앞에 연결하여 판정궤환 등화기의 성능을 더 향상 시킬 수 있는 방법을 제시한다. 또 컴퓨터 모의실험을 통해 기존의 등화기와 제안된 등화기의 비트 오율 성능을 비교한다.
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.
초고주파 대역에서 사용하는 소자들은 기생성분으로 인하여 주파수가 증가함에 따라 이득이 감소한다. 이러한 특성을 보상하기 위해 전자전과 같은 광대역 시스템에서는 반대의 기울기를 갖는 선형 이득 등화기가 필요하다. 본 논문에서는 18~40GHz 대역에서 사용할 수 있는 선형 이득 등화기를 설계하고 제작하였다. 설계와 제작의 오차를 줄이기 위하여 회로설계와 모멘텀 설계를 진행하였다. 구현 주파수 대역 내에서 가능한 기생성분을 최소화하기 위해 thin film 공정을 사용하였으며, 박막저항의 길이에 의한 파장 변화를 최소화하기 위해 100 ohm/square의 sheet resistance로 설계하였다. 본 선형 이득 등화기는 직렬 마이크로스트립 라인에 사분의 일 파장을 갖는 공진기를 저항으로 결합하는 구조이다. 모두 3개의 1/4 파장의 Short 공진기를 사용하였다. 제작된 선형 이득 등화기는 40GHz에서 -5dB 이상의 손실을 가졌으며, 18 ~ 40 GHz 대역에서 6dB 기울기를 나타내었다. 제작된 이득 등화기를 전자전 수신기와 같은 광대역 MMIC들이 다단으로 연결된 장치 내부에 사용한다면 주파수가 증가에 따른 이득 평탄도 악화를 감소시킬 수 있을 것이다.
필터뱅크를 기반으로 하는 이산 웨이브렛 멀티톤(DWMT) 데이터 전송 시스템은 전송 채널의 영향으로 발생하는 심벌간 및 부채널간의 간섭 잡음에 민감하다. 본 논문에서 제안한 시간 영역 등화기(TEQ)는 전송 채널 응답의 길이를 단축시키는 TEQ-S와 전송 채널의 주파수 특성을 향상시키는 TEQ-C등 2단계로 이루어져 있다. 제안한 시간영역 등화기(TEQ)를 DWMT 데이터 전송 시스템에 적용하면 많은 간섭 성분을 감소시킬 수 있어 하드웨어적으로 보다 간단한 FEQ로도 잔여 간섭 잡음을 효과적으로 제거할 수 있다.
다중 경로 페이딩 환경에서 OFDM(Orthogonal frequency Division Multiplexing)방식은 보호 구간 및 주파수영역 등화로 심벌 및 채널 간 간섭을 방지하는 특성을 가지는 반면 전송신호의 PAPR(Peak-to-Average Power Ratio)크다는 것이다. SC-FDE(Single Carrier with Frequency Domain Equalization)방식은 OFDM과 유사한 성능을 가지면서 상대적으로 PAPR이 적은 반면 등화기가 복잡하다. 본 논문에서는 SC-FDE시스템을 위한 주파수영역 비례 적응형 등화기를 제안하고, $2GHz\;{\sim}\;10GHz$ 대역의 다양한 채널모델 환경 하에서 성능을 분석함으로 802.11 및 802.16 등에 효과적으로 적용할 수 있음을 제시하였다. 아울러 동일조건의 OFDM시스템과 성능을 비교하여 수렴속도가 빠르고 단말기의 복잡도를 줄일 수 있음을 시뮬레이션을 통해 증명하였다.
한정된 주파수의 효율적인 사용을 위해 디지털 동일 채널 중계기(DOCR, Digital On-Channel Repeater)를 이용하여 SFN을 구성하는 연구가 진행되고 있다. 그러나 DOCR를 사용하는 경우에 송신기의 신호와 DOCR의 출력 신호 사이의 지연 시간 때문에 선행 고스트가 필연적으로 발생한다. 기존의 결정 궤환 등화기에서는 전방 필터가 선행 고스트를 제거하는 과정에서 잡음 증가 및 유색 잡음을 발생시켜 수신 성능의 열화가 심하게 발생한다. 본 논문에서는 동일 채널 중계기를 사용한 SFN 구성시 필연적으로 발생하는 선행 고스트로 인한 수신 성능의 감소를 줄이기 위해 이중 후방필터 구조의 결정 궤환 등화기를 사용할 것을 제안하였다. 제안된 등화기의 후방필터는 결정 값을 사용하는 결정 후방필터와 등화기의 출력값을 사용하는 비결정 후방필터로 구성되어 있다. 부가적으로 사용된 비결정 후방필터 때문에 제안된 등화기는 잡음 증가와 유색 잡음이 발생하지 않아 기존의 결정 궤한 등화기에 비교하여 수신 성능 이득이 발생한다. 따라서 제안된 등화기 구조는 ATSC DTV의 동일 채널 중계기를 이용하여 SFN을 구성할 때 커버리지의 확대에 기여할 것이다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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