OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing) 시스템은 고속의 무선 데이터 전송이 가능한 기술이다. 하지만 OFDM과 같은 다중 반송파 시스템은 비선형 왜곡에 매우 민감하다. OFDM 시스템에서는 심볼들을 다중 반송파를 이용하여 변조 후 더하여 전송함으로써 전송 신호 진폭의 변화가 매우 심하다. 이러한 신호 진폭의 변화와 송신기 내에 사용되는 고출력 증폭기 (High Power Amplifier; HPA)의 비선형 특성으로 인해 심각한 비선형 왜곡을 겪게 된다. 본 논문에서는 OFDM 시스템의 높은 PAPR (Peak-to-Average Power Ratio)과 HPA에 의한 비선형 왜곡을 보상하기 위해 CPWL (Canonical Piecewise-Linear) 모델 기반의 새로운 디지털 사전왜곡기를 제안한다. 모의실험을 통하여 새로운 사전왜곡 기법의 성능을 TD (Total Degradation)와 비트오율 (Bit Error Ratio; BER) 측면에서 평가한 결과, HPA에 의해 발생하는 비선형 왜곡을 효과적으로 보상함으로써, 우수한 성능 향상이 있음을 확인하였다.
모노펄스 레이더에 대한 효과적인 재밍은 전파를 왜곡시키는 것이다. 그 중 대표적인 전파왜곡 기법은 두 개의 송신기를 이용하는 크로스 아이 기법이다. 크로스 아이 기법은 모노펄스 레이더의 구현 구조에 관계없이 각도를 기만할 수 있지만, 충분한 각도기만 효과를 갖기 위해서는 두 송신기의 위상 및 진폭 정확도가 확보되어야 한다. 이러한 위상 및 진폭 정확도는 전파왜곡 시스템을 구현하는데 있어서 핵심적인 요구 성능 파라미터이고, 목표로 하는 각도 오차에 따라 그 요구값이 달라진다. 본 논문에서는 목표하는 각도 오차에 따라 필요한 최소 위상차 및 진폭비를 수식으로 유도하고 그 결과를 분석한다.
OFDM은 다수 반송파 전송(multicarrier transmission)의 특수한 형태로 볼 수 있으며 고속의 하나의 데이터열이 보다 낮은 데이터 전송률을 갖는 부반송파를 통해 전송된다. OFDM기술은 OFDM 반송파의 HPA에 의해 생긴 비선형 왜곡에 대해 민감하게 반응하여 반송파간 간섭이 발생하는 단점이 있다. 본 논문에서 그 단점의 영향을 최소화하기 위해 고출력증폭기의 왜곡성분을 해석한 후, 그 왜곡 성분을 보상하는 전치왜곡기의 구조를 진폭부분과 위상부분을 분리하여 비선형 왜곡을 제거하는 사전 왜곡제거기방식을 제안하였다. 제안한 사전 왜곡제거기를 사용하여 OFDM시스템을 시뮬레이션하여 제안한 사전 왜곡제거기를 사용함으로 고출력 증폭기로 인한 비선형 왜곡성분이 보상됨을 보았으며, 기존에 제안된 사전 왜곡제거기들을 사용하 여 시뮬레이션한 결과와 비교하여 논문에서 제안한 사전 왜곡제거기의 성능을 검증하였다.
차세대 초고속 무선 전송을 위한 OFDM (orthogonal frequency division multiplexing) 방식에서는 전송 신호의 진폭이 큰 PAPR (peak-to-average power ratio)을 갖게 되어 송신기에서 사용되는 고출력 증폭기의 비선형성에 의해 큰 왜곡을 받게 된다. 이러한 왜곡의 보상을 위하여 우리는 고정점 반복 (fixed point iteration)에 기반한 사전왜곡기 (predistorter)를 제안하였으나, 이는 고출력 증폭기의 특성이 변화하지 않는다는 가정에서 구현되었다. 본 논문에서는 구간 선형 근사에 기반하여 고출력 증폭기의 시변 특성을 추종하는 새로운 기법과 이렇게 근사된 고출력 증폭기 특성을 이용하는 적응적인 고정점 반복 사전왜곡기의 구현을 제안한다. 모의실험 결과, 제안된 고출력 증폭기 근사 방법은 랜덤한 증폭기 특성 변화를 매우 효과적으로 추종하며 이러한 근사 결과를 이용한 고정점 반복 사전왜곡기는 우수한 성능을 보임을 확인하였다.
전력선 신호는 다양한 원인으로 인하여 이상 현상을 보일 수 있다. 대표적인 이상 현상으로는 일시적인 진폭의 증가 혹은 감소(swell/sag), 클립핑에 따른 진폭의 일시적인 평탄화(flat top), 고조파 왜곡(harmonic distortion) 등이다. 고품질의 전력 신호를 위하여는 이러한 이상 현상의 검출 및 대응이 필요하다. 본 연구에서는 변곡점 검출법을 활용하여 전력선 신호의 이상 현상을 검출한다. 변곡점은 국부적인 최대값/최소값 그리고 기울기가 변하는 지점으로 정의된다. 전력선 신호는 정현파이기 때문에 최대값과 최소값 부근에서 변곡점이 존재하며 이상 현상이 발생하는 곳에서 추가적인 변곡점이 발생한다. 본 연구에서는 대상 신호에서 검출된 변곡점과 정상 신호의 변곡점을 비교하여 이상 현상을 판단한다. 아울러 비용함수를 정의하여 이상 현상이 발생하는 시점을 추정한다. 컴퓨터 모의실험으로 다양한 이상 현상에 대한 제안된 방법의 유용성을 검증한다. 일시적인 진폭의 증가/감소의 경우, 변곡점의 위치는 정상 신호와 동일하며, 변곡점에서의 진폭에서만 차이가 발생한다. 고조파 왜곡이나 평탄화된 진폭의 경우 추가적인 변곡점이 발생하여 비용함수가 큰 값을 보인다. 이러한 이상 현상 간의 차이를 이용하여 이상 현상을 분류할 수 있다.
본 논문에서는 OFDM 기반의 WLAN을 지원하는 Digital IF 단을 설계하고 시뮬레이션을 통해서 시스템 성능을 조사한다. 이를 위해서 ADC 샘플률, NCO 주파수 및 데시메이션률 결정과정을 보이고 주워진 데시메이션률을 얻기 위한 CIC필터 및 MHBF 설계과정을 제시한다. 데시메이션 과정에서 발생되는 진폭왜곡 보상을 위해 시스템 복잡도를 최소화하면서 요구성능을 만족시키는 ISOP 필터 및 FIR 필터를 설계하는 과정을 제시한다. 최종적으로 설계된 DDC 블록에 대해서 BER 관점으로 성능을 조사한 후 이론적인 변복조 시스템과의 성능 차이를 보인다.
차세대 이동통신 시스템을 위해 활발히 연구되고 있는 MC-CDMA 방식은 OFDM과 DS-CDMA의 장점을 결합하여 심벌간 간섭과 페이딩에 강하고 IFFT/FFT를 이용하여 효과적으로 변조/복조부를 구현할 수 있다는 장점을 갖는다. 하지만, 송신 신호가 다중 레벨 진폭 특성을 갖기 때문에 손신기에서 사용되는 고출력 증폭기의 포화 특성으로 인해 심각한 비선형 왜곡이 발생한다. 본 논문에서는 OFDM에서 이러한 비선형 왜곡의 보상을 위해 우리가 제안한 고정점 반복 기반의 사전왜곡기를 MC-CDMA 시스템에 적용하고, 이의 우수한 성능을 부가성 백색 가우시안 잡음 채널에서 64-FFT/IFFT을 이용하여 변조 및 복조를 수행하는 MC-CDMA 시스템에 대한 모의실험을 통해 확인하였다.
최근 들어 무선 ATM, 무선 LAN 및 디지털 지상 방송 시스템 등을 위한 고속 전송 방식으로 큰 관심을 받고 있는 OFDM (orthogonal frequency division multiplexing) 방식은 다중 직교 부반송파를 이용하여 신호를 전송함으로써 전송 신호 진폭의 변화가 매우 심하여 고출력 증폭기의 비선형 특성으로 인한 심각한 왜곡이 발생된다. 본 논문에서는 이러한 비선형 왜곡의 보상을 위한 기저대역 사전왜곡기 (baseband predistorter)를 실제 구현할 때 계산 복잡도를 크게 감소할 수 있는 효율적인 구조를 제안하였다. 또한, 이러한 구조에 기반하여 수십 Mbps급 고속 무선 ATM 등에 사용 가능한 사전왜곡기를 VHDL을 이용하여 설계하고 ASIC화를 위하여 Synopsys tool을 통해 합성하였으며 실제 Altera FPGA에 구현하여 이의 성능을 검증하였다.
M채널 NPR(Near-Perfect Reconstruction) pseudo-QMF(Quadrature Mirror Filter) 뱅크의 설계는 일반적으로 SF(Spectral Factorization) 접근 방식을 혼합하여 많이 사용하며, 분리와 합성 필터들은 프로토타입 저역통과 필터(prototype lowpass filter : p-LPF)를 코사인 변조하여 사용한다. 그러나 이 방식은 $2M^{-th}$ 대역 필터 $G(z)=z^{-(N-1)}H(z^{-1})H(z)$의 SF 방식에 의해 p-LPF H(z)을 설계하기 때문에 p-LPF가 선형위상을 갖지 못할 뿐만 아니라 진폭왜곡이 최적화되지도 않았다. 따라서 대부분의 방법들이 재생 진폭왜곡 보다는 중첩상쇄왜곡을 줄이기 위한 p-LPF 설계를 제안하였다. 본 논문에서는 NPR pseudo-QMF 뱅크 구현에 필요한 p-LPF 설계를 위해 폐쇄형전달함수를 갖는 선형위상의 Maxflat(maximally flat) FIR 필터를 이용하는 새로운 방식을 제안하였다. 또한 폐쇄형주파수함수를 이용하여 $2M^{-th}$ 대역 필터 $G(z)=H^2(z)$로 표현되는 2M개 채널들의 전체진폭응답이 단일응답을 갖도록 p-LPF H(z)을 최적화하는 방법이 제안되었다. 실험 결과 시스템 최대진폭 왜곡이 $3.5{\times}10^{-4}\;({\simeq}-70dB)$보다 적고 각 분리 및 합성 필터들의 저지대역 감쇠가 -100dB 이상의 매우 뛰어난 NPR pseudo-QMF 뱅크 설계가 가능함이 증명되었다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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