이동통신에서 다중경로에 의한 페이딩 현상은 시스템의 성능에 영향을 주는 큰 원인 중의 하나이다. 이런 페이딩 채널에서의 성능저하를 개선하기 위하여 많은 연구가 진행되고 있다. 채널 페이딩을 추정하여 보상하는 방식에서는 파일럿 심벌을 이용하는 PSAM(pilot symbol assisted modulation) 방식이 널리 이용되고 있으며 TCM(trellis-coded modulation)은 전송 대역폭의 증가 없이 철저한 부호화 이득을 얻을 수 있는 부호화와 변조 과정이 결합된 전송 기술이다. 본 논문에서는 주파수 비선택적 레일리 페이딩 채널에서 PSAM과 TCM을 사용하는 PSA-TC-8PSK의 성능을 분석하였다. 페이딩의 추정을 위한 보간 방법에는 오차의 분산을 최소화하는 Wiener 필터를 사용하였으며 필터의 탭수, 파일럿 심벌 주기, 도플러 주파수가 성능에 미치는 영향을 분석하였다. 또한 완전 디지털 방식의 구현이 가능한 심벌 타이밍 복구 회로를 구성하여 심벌 타이밍 에러가 전체 성능에 미치는 영향을 분석하였다.
주파수 비선택적 Rayleigh 페이딩 채널에서 준 최적 빔 형성과 페이딩 상관이 폐루프 송신 안테나 다이버시티(CTD) 시스템에 주는 영향을 분석하였다. 이동국에서 채널을 완벽하게 예측하는 것은 빠르게 변하는 채널의 페이딩으로 매우 어렵기 때문에 각각의 송신 안테나에 불완전한 가중치를 곱하게 된다. 이 불완전한 가중치는 준 최적의 빔을 형성하게 되고, CTD 시스템의 성능을 저하시킨다. 무선 채널의 페이딩 상관 역시 다이버시티 이득을 감소시키는 하나의 요소이다. CTD 시스템의 비트오율을 채널 예측 에러, 채널 상관계수, 궤환지연, 그리고 페이딩 지수의 함수로 해석적으로 유도하였다. 해석 결과 채널 예측에러가 채널상관보다 시스템성능에 더 많은 영향을 주는 것을 알 수 있었다.
본 논문에서는 64-QAM 디지털 무선중계 장치에 적용할 목적으로 주파수 선택적 페이딩 책 중의 하나인 아날로그 기울기 등화기의 이론적 모델, 구현 및 성능을 제시하였다. 또한 주파수 선택적 페이딩에 대해 기저대역 의 채널 모델링을 통해 I 및 Q 채 널의 상호간섭을 분석 하였고, 이 를 근거로 IF 대역에서 아날로그 기울기 등화기 구현을 위한 방법을 유도하였다. 페이딩을 받은 채널에 대해 기울기 등화기의 적용 유무에 따라 시간 및 주파수 영역에서 각각 신호의 영향을 살펴보았다. 그리고 무선중계 장치의 성능을 나타내는 시그너쳐(signature)를 통해 비트 오율 $10^{-3}$ 기준으로 신호 대역폭의 가장자리에서 약 6.2 dB 개선됨을 보였다.
기존의 PN 부호 초기동기 장치는 AWGN 채널에 이상적으로 설계되었으므로 주파수 선택적 레일리 페이딩 채널에서는 이상적인 구조가 아니다. 따라서 본 논문에서는 자동 임계치 제어(Automatic Threshold Control: ATC) 알고리즘을 적용한 디지틀 정합 필터링(DMF)을 기반으로 하여 직접 시퀀스 대역확산(DSSS) 방식에서의 PN 부호 초기동기 장치를 제안하고, 검출확률(PD)과 오류 경보확률(PFA)에 대한 성능을 분석하였다. 초기동기를 위한 탐색 기법은 직렬탐색기법을 고려하였으며, 성능평가를 위한 두 가지 확률은 도플러 주파수, 샘플링 주기, 평균 초기동기 시간 및 PN 칩율 등을 고려하여 주파수 선택적 레일리 페이딩 채널환경에서 유도하고 분석하였다. DMF를 기반으로 한 초기동기 시스템 모델은 시뮬레이션을 결과로부터 ATC 알고리즘을 채택한 모델이 기존의 일정 임계치 시스템보다 성능이 우수하다는 결론을 보였다.
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.
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.
MIMO-OFDM 기술은 시 공간만이 아니라 주파수 영역을 활용할 수 있기 때문에 기존의 시 공간 MIMO 시스템을 유연하게 확장하여 OFDM에 적용시킬 수 있다. 무선 이동 통신에서 발생되는 페이딩은 이동체의 속도, 전송 주파수, 수신 안테나 및 주위 자연 환경에 의해 발생한다. 또한, 무선 이동 통신 채널에 가장 심각하게 나타나는 현상인 다중 경로 페이딩은 각각 다른 지연 시간에 의해 주파수 선택적 페이딩이 발생하게 되며, 이때 ISI로 인해 무선 이동 통신 채널의 성능을 저하시키게 되며, 데이터 전송 속도에 제약을 준다. OFDM은 심벌 사이에 채널의 지연 확산보다 긴 보호 구간을 삽입하여 ISI를 제거할 수 있다. 그러나 대역폭 등의 문제로 일반적으로 보호 구간은 심벌 주기의 1/4 정도로 설정하며, 따라서 다중경로의 채널 지연이 보다 심각해질 경우, 보호 구간 만으로는 ISI을 모두 제거할 수 없다 이 경우 채널에서의 전송시간 지연에 의한 왜곡은 등화기를 사용하여 보상해 주어야 하며, 특히 데이터 전송 속도가 고속이 될수록 등화기의 사용이 절대적으로 필요하게 된다. 본 논문에서는 MIMO-OFDM 시스템에서 사전 등화를 이용한 BER 성능을 분석하였다.
페이딩 채널에서 공간-시간 트렐리스 부호화된 OFDM 시스템을 제안하고, 시간 영역에서 제안된 principal ratio combining(PRC)와 일반화된 PRC(GPRC)의 수식을 이론적으로 주파수 영역에서 새롭게 분석한다. 시간 영역에서와 마찬가지로 GPRC 기법은 ML 및 PRC 기법을 분할하여 성능과 수신기 복잡도 간의 유연한 tradeoff를 활용할 수 있다. M진 PSK 변조 방식을 이용하는 컴퓨터 시뮬레이션을 통해 주파수 플랫 및 주파수 선택적 페이딩에서 성능을 검증한다. 또한, 세 가지 수신 기법간의 수신기 복잡도와 시뮬레이션 시간을 비교 검토한다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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