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 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 가지 고 있지만, 실제 사용하는 탭 수가 작아지므로 등화기의 단계상수를 크게 만들어 고속 페이딩 채널의 변화를 빠르게 추적할 수 있게 된다. 제안된 등화기 알고리듬의 성능 개선을 확인하기 위한 실험으로 ATSC DTV 성능분석 시 일반적으로 사용되는 브라질 채널 및 ATSC등화 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.
본 논문에서는 단거리 M/W 전송장비에서 사용 가능한 10Mbps 급 OFDM/QPSK 시스템을 제안하였다. OFDM 변조 신호는 two-ray 다중경로 페이딩의 영향을 받는다. 채널 모델은 Rummler가 제안한 마이크로파 대역의 two-ray 채널 모델을 사용하였다. 수신단에서는 다중 경로 채널에 따른 성능 왜곽을 보상하기 위해 여분의 Training Sequence 또는 Pilot 심볼 없이 등화를 행할 수 있는 Blind 적응 등화기를 채택하였다. OFDM 시스템에 따른 두 가지의 등화기, Pre-FFT 적응 등화기와 주파수 적응 등화기 및 두 개의 등화기를 결합한 병행 적응 등화기를 각각 시스템에 도입하여 성좌도와 SER 성능 곡선을 통해 성능 개선 정도를 분석하였다. 분서결과로부터 주파수 적응 등화기와 Pre-FFT 적응 등화기의 각각의 특성을 확인할 수 있었으며, 또한 병행 적응 등화기의 도입에 따른 시스템 개선 정도를 확인할 수 있었다.
PC-BLRNN을 이용한 무선 비동기 전송 채널 등화기가 본 논문에서 제안되었다. BLRNN은 쌍선형 다항식에 기초한 것으로 MLPNN 형태의 신경망보다 비선형 시스템의 모델링에 탁월한 성능을 보여왔으므로, 매우 비선형적이고 시계열적 특성을 가지는 무선 비동기 전송 채널 등화기에 이용될 수 있다. PC-BLRNN 등화기가 QPSK 신호에 대해 C-DFE, C-MLPNN 등화기 등과 실험적으로 비교되었는데 그 결과, 기존의 등화기들 보다 제안된 PC-BLRNN 등화기가 MSE와 BER의 성능에서 모두 매우 향상된 결과를 보여주었다.
본 논문은 디지털 통신 채널의 등화를 위한 자력 RBF 신경망 등화기를 제안한다. RBF 신경망을 이용한 등화기에서, 이상적인 채널 상태인 RBF 센터를 정확하고 빠르게 추정하는 것이 가장 중요하다. 그러나, 기존의 RBF 등화기는 채널 상태의 개수를 사전에 알아야 하며, 많은 수의 센터가 필요하다는 단점을 지니므로 실제 통신 시스템에 이용되지 않는다. 본 논문에서 제안하는 자력 RBF 신경망 등화기는 등화에 필요한 RBF 센터를 새로운 추가 기준과 제거 기준에 의해 등화기로 입력되는 신호 중에서 스스로 선택하기 때문에 채널 상태의 개수에 대한 사전 정보 없이도 등화가 가능하다. 또한 제안된 등화기는 LMS 알고리즘과 클러스터링을 이용하는 훈련 과정을 통해 기존 RBF 등화기보다 적은 센터만으로도 등화가 가능한 장점을 갖는다. 선형 및 비선형 채널과 표준 전화 채널에서, 제안한 등화기와 최적 Bayesian 등화기의 BER 성능, 심볼결정 경계, 센터 수 등을 비교하였다. 그 결과 제안한 등화기는 Bayesian 등화기와 거의 동일한 성능을 나타냄을 알 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.
SC-FDMA(Single Carrier Frequency Division Multiple Access) 방식은 다중경로의 영향을 제거할 수 있는 OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing) 방식의 장점을 유지하면서 OFDM의 단점인 높은 PAPR(Peak to Average Power Ratio) 문제를 해결할 수 있어 차세대 멀티미디어용 이동통신 시스템인 3GPP LTE(3rd Generation Partnership Project Long Term Evolution)의 상향링크 전송방식으로 채택되었다. 또한 SC-FDMA 수신기는 주파수 영역에서 채널등화기를 구현함으로써 OFDM 수신기와 마찬가지로 기존의 단일반송파 방식에 비해 등화기의 복잡도를 크게 감소시킬 수 있다. 한편 주파수 영역 채널등화기와 더불어 시간영역의 판정궤환 등화기를 같이 사용하여 수신기의 성능을 향상 시킬수 있다. 이 논문에서는 예측형 판정궤환 등화기 구조를 적용하여 채널등화기의 성능을 더 향상시킬 수 있는 방법을 제안하고자 한다. 또 모의실험을 통해 제안된 방법의 성능을 확인한다.
통신 채널에서 블라인드 채널 등화는 훈련신호나 채널의 사전 정보가 필요하지 않기 때문에 전송 효율을 높일 수 있는 매우 중요한 문제이다. 선형 예측 오차 방법은 블라인드 등화기의 차수 추정 오차에 대하여 강인하며 적응 알고리듬을 이용하여 효율적으로 구현할 수 있는 장점이 있다. 시스템 지연은 등화기의 성능에 많은 영향을 끼치지만 기존의 one-step 선형 예측은 등화기의 임의의 시스템 지연에 대해서는 구현할 수 없는 단점이 있다. 순방향 선형 예측과 역방향 선형 예측은 각각 시스템 지연이 0과 최대인 블라인드 등화와 관련이 있다. 그러나 Multistep 예측은 임의의 시스템 지연을 갖는 블라인드 등화기를 구현할 수 있는 장점이 있다. 본 논문에서는 최적의 시스템 지연을 구한 후 RLS 알고리듬과 LMS 알고리듬을 이용한 multistep 선형 예측을 이용한 블라인드 채널 등화기를 제안하였다. 그리고 기존의 알고리듬들과 본 논문에서 제안한 알고리듬의 성능을 모의실험을 통하여 기존의 알고리듬들과 비교·평가하였다.
본 논문에서는 DCS 1800 시스템에서 수신단의 성능을 개선시킬 수 있는 새로운 연판정 출력 등화 기법과 등화기 구조를 제안한다. 먼저 최적 연판정 출력 알고리듬(OSA : Optimum Soft-output Algorithm)의 계산량을 크게 줄이면서도 준최적의 성능을 유지하는 간략화된 최대 사후 확률 검파 기법을 제안한다. 그리고 부정확한 채널 추정값을 보정 할 수 있는 채널 추정 방식을 사용하고, 적응 채널추정 기법과 효율적으로 결합시킬 수 있는 새로운 등화기 구조를 노말 버스트의 특징을 이용하여 설계한다. 성능의 실험은 JTC 채널 모델을 이용하여 이루어졌으며, 본 논문에서 제안한 간략화된 최대 사후 확률 검파 연판정 출력 등화 알고리듬은 적은 계산량에도 불구하고, 기존의 최적 OSA의 비슷한 성능을 유지한다. 또한, 경판정 출력 비터비 등화 알고리듬에 비해서는 3~7dB의 성능 이득을 가지며, 간략화된 연판정 출력 비터비 등화 기법에 비해서는 0.5~3dB까지의 성능 이득을 나타낸다. 또한 채널의 변화 속도가 빠른 경우, 제안된 양방향 등화 구조는 기존의 순방향만을 이용하는 등화 구조에 비하여 커다란 성능 이득을 가진다. 즉, 기존의 순방향만을 이 淪求\ulcorner등화 구조를 사용한 등화기는 오차 성능의 정체 현상을 나타내지만, 양방향 등화 구조를 사용한 등화기는 오차 성능의 정체 현상을 보이지 않음을 확인할 수 있다.
본 논문에서는 이전에 개발된 신경회로망 채널 등화기에서 볼 수 있었던 구조의 복잡성 및 많은 학습시간의 소요 등과 같은 단점을 극복하고자 퍼지-ARTMAP 신경망을 이용하여 채널 등화기를 구성하였다. 제안된 퍼지-ARTMAP 채널 등화기는 다른 형태의 신경망을 이용한 등화기에서는 찾아 볼 수 없는 빠르고 쉬운 학습 능력을 갖고 있다. 즉, 등화기 구성에 필요한 파라미터의 수가 적으며 지역적 최소값에 빠질 우려 없이 각 계층간의 초기 연결강도를 지정할 수 있을 뿐만 아니라 기존의 학습된 데이터를 재학습시킬 필요 없이 새로운 데이터를 단순히 추가 학습시킬 수 있는 장점 등을 가지고 있다. 본 연구의 시뮬레이션 과정에서는 선형채널에서 발생된 가우시안 잡음을 동반한 이진 신호를 대상으로 퍼지-ARTMAP 채널 등화기의 성능을 LMS 기반의 선형 등화기 및 MLP와 RBF 신경망 등화기와 비교하였으며 퍼지-ARTMAP 등화기가 상대적으로 간단한 구조와 빠른 처리속도를 가짐은 물론 선형등화기로 해결하지 못했던 비선형 문제들도 해결할 수 있음을 보였다.
광대역 무선 통신 시스템에서는 주파수 선택적 다중경로 페이딩 채널상에서 발생하는 인접 심볼간의 간섭에 의한 성능 열화를 극복하기 위해서 채널 등화 기술의 도입이 필연적이다. 그러나, 데이터 전송률이 증가함에 따라 채널 등화에 필요한 훈련열의 길이가 늘어나고, 이로 인한 오버헤드를 감소하기 위해서는 보다 수렴률이 높은 적응 알고리즘이 요구된다. 본 논문에서는 주파수 영역의 적응 여파 기법 중의 하나인 자기 직교환 방식의 결정궤환 등화기를 고려한다. 이 채널 등화기에서는 적응 알고리즘으로 DCT-LMS (discrete cosine transform least mean square) 알고리즘을 채택함으로써 수렴률과 MSE (mean square error) 성능을 향상시켜 결과적으로 광대역 무선통신에서 요구되는 훈련열에 따른 오버헤드를 감소시킬 수 있게 된다. 시뮬레이션을 통해 주파수 선택적 다중경로 페이딩 채널에서의 제안된 채널 등화 기법에 대한 성능을 분석한다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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