이동 멀티미디어 서비스를 위한 통신 시스템에서 고속으로 데이터를 송신하고 수신함에 따라 발생하는 인접 심벌간의 간섭(Inter Symbol Interference : ISI) 왜곡을 줄이기 위한 방식으로 직교 주파수 분할 다중화(Orthogonal Frequency Division Multiplexing : OFDM) 방식에 대한 연구가 활발하게 진행되고 있다. 고속 무선 LAN이 표준방식으로 채택한 OFDM 방식이 부 반송파의 수가 많아짐에 따라 변복조부를 실제 시스템으로 구현하기가 어려운 단점이 있었다. 그러므로 본 논문에서는 파이프라인 방식을 이용해서 변복조부를 설계하여 많은 수의 버터플라이(Butterfly) 연산자를 감소시켰다. 또한 고속의 처리속도를 만족시키기 위해서 64 포인트를 처리하는 버터플라이 구조를 각각 32 포인트씩 병렬처리 하도록 구성하였다.
OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing) 전송방식은 4G LTE (Long Term Evoluation)와 Wi-Fi와 같은 무선 통신 시스템에서 주파수 선택적 페이딩 환경을 극복할 수 있는 변조 방식으로 활용되고 있다. OFDM 심벌은 여러 개의 협대역 부반송파들로 이루어져 있어, OFDM 방식은 블록 단위 전송방식이라 할 수 있다. 즉, 마지막 OFDM 심벌까지 모두 채워서 프레임을 구성해야 한다. 따라서, 전송하고자 하는 정보량에 따라서 마지막 OFDM 심볼이 정보 비트들보다 OFDM 심볼을 채우기 위한 패딩 비트로 채워지는 경우가 있다. 이는 전송하고자 하는 데이터 양이 적은 경우에 심각한 스루풋 저하를 초래한다. 따라서 이와 같은 비효율성을 해결하기 위하여, DFT(Discrete Fourier Transform)의 성질을 이용한 효율적 패딩 기법을 제안하였다. 제안 방식에서는 마지막 OFDM 심볼에서 사용되는 데이터 부반송파의 개수에 따라서 OFDM 심볼의 길이를 조절한다. 그리고, 제안된 방식에 따른 성능 향상이 전송 방식 및 데이터 길이에 따라서 20%까지 될 수 있음을 수치적으로 확인하였다.
본 논문에서는 광대역 무선 통신에서 직교 주파수 분할 다중화 방식의 적응 변조 기법(적응 OFDM)을 소개한다. 또한, 향상된 성능의 채별 예측 방식을 이용하여 고속 이동 환경에서 적응 OFDM 시스템 성능을 향상시킨다. 주파수 선택적 페이딩 환경에서 적응 OFDM 방식은 고속 데이터 전송의 신뢰도를 향상시킨다. 하지만, 이 방식은 보다 좋은 성능을 위해 전송단과 수신단간의 정확한 채널 정보를 요구한다. 고속의 이동성을 갖는 실외 환경에서 적응 OFDM 시스템들은 수신단으로부터 전송된 채별 정보를 필요로 한다. 하지만, 이 경우 전송단에서는 지연된 채널 정보를 갖게 된다. 더구나, 고속 이동 환경에서 채별 충격 응답은 매우 빠르게 변한다. 따라서, 전송시 적응 OFDM 시스템에 이미 오래된 채널 정보를 사용할 경우 시스템 성능은 저하된다. 이러한 문제를 해결하기 위해 본 논문에서는 향상된 성능의 채널 예측기를 갖는 적응 OFDM 방식을 제안한다. 제안한 방식의 적응 OFDM은 적은 계산량으로 고속의 비트 할당을 가능케하며 향상된 성능의 채별 예측기를 이용함으로써 채널 지연의 영향을 완화시켜 적응 OFDM 시스템의 성능이 오래된 채널 정보에도 밀 민감하게 한다. 다양한 모의 실험의 성능 결과를 통해 제안한 방식의 우수한 성능을 볼 수 있다.
높은 PAPR을 갖는 직교 주파수 분할 다중 접속 신호는 비선형 왜곡을 발생시키거나, 송신기의 전력 증폭기의 효율을 나쁘게 한다. 그래서 비선형 왜곡을 줄이기 위한 상호 변조 왜곡 저감 기법이 제안되었다. IMD 저감 기법은 비선형 왜곡에 대하여 PAPR 저감 기법보다 비트 오차율 작게 한다. 하지만 IMD 저감 기법의 결정 기준은 주파수 영역에서 이루어지기 때문에 송신기에 FFT가 추가되어 시스템 복잡도가 증가하고, IMD 연산의 복잡한 계산 과정과, 이에 따른 처리시간이 증가하는 문제가 있다. 그러므로 본 논문에서는 이러한 기존의 IMD 저감 기법의 복잡도와 계산량 저감하기 위한 새로운 방식의 IMD 저감 방식을 제안한다. 또한 본 논문에서는 제안된 방식을 PTS 방식의 OFDM 통신 시스템에 적용하여 기존의 기법과 복잡도와 계산량을 비교한다. 제안된 기법은 PAPR처럼 시간영역에서 IMD의 전력량을 계산하므로 송신기에서 시스템의 복잡도와 계산량을 크게 줄일 수 있다. 또한 새로운 기법은 기존 방식과 BER 성능 면에서 차이를 보이지 않는다.
IEEE 802.11a 무선 랜 규격을 만족하는 RF 송수신기를 모듈의 형태로 제작하고 성능을 평가하였다. 주파수 변환 방식은 520MHz의 중간 주파수를 갖는 헤테로다인 구조를 채택하였다. 측정 결과 수신기는 잡음지수 5dB, 최대 이득 70dB, 그리고 61dB의 넓은 입력 동작 범위를 얻었다. 또한 중간 주파수 대역의 채널 선정 필터는 SAW 필터를 채용하여 채널간의 간섭 잡음을 최소화하였다. 송신기는 규격에 정의된 정격 출력을 만족하는 동시에 34dBm의 출력 P1dB를 가져 낮은 대역, 중간 대역에 대해 각각 18dB, 11dB의 출력 여유분을 보유함으로써 직교 주파수 분할 다중(OFDM) 변조방식의 큰 평균대비 최고 출력 비율에 대응하였다.
본 논문에서는 고속 광대역의 정보신호를 다중경로 페이딩 환경에서 효율적으로 전송하기 위하여 M-ary QAM(Quadrature Amplitude Modulation) 신호와 OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing : 직교 주파수 분할 다중화) 전송방식을 사용할 때, 반송파의 주파수 \ulcorner셋이 발생하는 동기오차가 수신시스템에 미치는 영향과 이에 따른 OFDM-16QAM 및 OFDM-64QAM의 수신 SER(Symbol Error Rate) 성능을 분석하였다. 분석 결과, OFDM 전송시스템에서 반송파의 주파수 \ulcorner셋에 의한 인접 부채널간 간섭은 부반송파의 개수에 비례하여 크게 증가하였고, 높은 신호대 잡음전력비에서도 SER 성능에 error floor가 발생하였다. 즉, OFDM-64QAM의 경우, OFDM-16QAM보다 주파수 \ulcorner셋에 의한 SER 성능열화가 커서 정규화된 반송파의 주파수 \ulcorner셋이 0.011일 때 SER=1$\times$10-7에서 error floor가 발생하였다. 따라서, 본 연구를 통해 OFDM-16QAM과 OFDM-64QAM 시스템에서 요구 SER 성능을 만족하기 위해 허용 가능한 최대 주파수 \ulcorner셋을 결정할 수 있다.
이 논문에서는 직교 주파수분할 다중화(orthogonal frequency division multiplexing: OFDM) 수신기에서 수신 신호를 과표본화(oversampling)하여 성능을 개선하는 방법을 제안한다. 수신된 OFDM 신호를 복조하는 것은 각 부반송파에 해당하는 정현파 성분의 진폭과 위상을 추출하는 것과 동일하다. OFDM 수신신호를 과표본화 하면 주파수 영역에서 진폭은 동일하고 위상만 다른 신호를 과표본화율만큼 중복해서 얻을 수 있다. 이 성질을 이용하여 과표본화율만큼 신호대잡음비를 개선할 수 있다. 이 논문에서는 과표본화율이 정수인 경우만 가능하던 기존의 과표본화 방법을 일반적인 비정수로 확장하고 그에 적합한 수신기 구조를 제안하고자 한다. 또 모의실험을 통해 비이상적인 대역제한 필터를 사용하는 수신기의 성능을 비교함으로써 제안한 방식의 타당성을 보인다.
직교 주파수 분할 다중 접속 (OFDMA) 방식을 사용하는 중계 시스템에서는 기지국, 중계기, 사용자에게 어떤 주파수를 할당하느냐에 따라 성능이 달라질 수 있다. 본 논문에서는 OFDMA 중계 시스템에서 인접셀 간섭과 네트워크 코딩을 고려하여 주파수를 할당하는 기법을 제안한다. 네트워크 코딩을 사용하는 구간에서는 중계기가 기지국과 사용자에게 네트워크 코딩을 이용하여 동시에 전송할 수 있는 환경을 고려한다. OFDMA 중계 시스템에서 하향 링크와 상향 링크 및 네트워크 코딩으로 동작하는 구간을 나누고, 각 구간별로 기지국, 중계기, 사용자가 이용하는 주파수를 인접셀 간섭을 고려하여 할당해준다. 제안하는 주파수 할당 기법에 대해서 시뮬레이션을 통해 성능 평가를 수행한다.
본 논문에서는 인천 덕적도 부근 해안에서 2017년 7월 5일부터 24시간 동안 채널 변화를 지속적으로 측정하였다. 수중 채널은 실시간으로 시간 축에서 변화와 주파수 축에서 변화가 발생함에 따라서 다양한 채널 환경 특성을 가지고 있으며, 다중 경로 페이딩 및 도플러 효과 등으로 인하여 수중 통신 성능저하가 발생한다. 따라서, 본 연구에서는 실해역 수중 통신 환경에서의 통신 성능 향상을 위하여 시간 및 주파수 영역에서의 반복 전송 다이버시티 기법을 적용하여 수중 채널 환경에서의 OFDM 시스템 성능 분석에 관한 연구를 수행하였다. 수집한 데이터를 이용하여 시간과 주파수 영역에서의 채널 환경 비교를 수행하였으며, 파일럿 배치 간격과 시간 및 주파수 축에서의 반복 전송 회수에 따른 BER 성능 분석을 수행하였다.
최근에 실내 커버리지 확장 및 광대역 데이터 서비스를 위한 가정용 기지국인 펨토셀에 대한 연구가 활발하다. 펨토셀이 배치될 때, 기존에 있던 네트워크 상황 속에서 다양한 기술적인 문제들을 발생 시킬 수 있다. 본 논문에서는 OFDMA 시스템에서 펨토 - 매크로셀 간의 간섭 완화에 대하여 연구하였고, 동적인 하향링크 자원 관리 방법을 제안하였다. 펨토셀의 전송 파워를 매크로셀로부터 오는 신호의 세기에 기반을 두어서 선택하는 방법과 펨토셀 에게 할당 할 부반송파를 동적으로 관리하는 방식을 제안하였다. 이러한 방법으로 펨토셀과 매크로셀 사용자와의 간섭을 줄일 수 있다. 제안하는 방법은 수용율을 비롯한 여러 평가 지표로 성능을 검증하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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