Ka 밴드 위성시스템은 기존의 주파수 대역에 비해 강우 페이딩에 의한 신호감쇠가 심각하므로 이에 대한 효과적인 보상방안이 절실히 요구된다. 본 논문에서는 채널환경에 따라 변조모드를 적절하게 전환하는 적응 변조 시스템을 새롭게 설계하고 동시에 우수한 성능의 동기 알고리즘을 제안한다. 변조방식은 M-ary PSK 방식을 기본으로 하고 수신기는 TDMA 버스트 모드를 가정하였으며 위성 중계기 모델은 무궁화 3호 위성을 모델로 사용한다. 적응변조방식을 사용함으로서 BER 성능과 평균 스펙트럼 효율의 요구조건을 동시에 만족시킬 수 있으며 이것은 기존의 고정변조방식으로는 현실적으로 구현이 불가능하다.
본 논문에서는 바다 표면에서 전파의 페이딩 현상을 해석하는데 필요한 bistatic coherent reflectivity를 Monte-Carlo/모멘트 법과 physical optics(PO) 모델을 이용하여 비교하고 계산하였다. 모멘트 법 계산을 위해서 우선 Gaussian 형태로 불규칙한 바다 표면을 생성하였다. 풍속과 유의 파고 등에 대한 태안 앞바다에서의 실제 측정 데이터를 사용하여 이 표면을 생성하였으며, 두 변수간의 관계식을 유도함으로써 측정하기 쉬운 변수인 풍속에 의해 바다 표면 상태를 예측할 수 있는 모델을 만들었다. 평면에서의 결과를 비교함으로써 모멘트 법 모델을 검증하였고, 거친 표면의 경우에 비교적 정확한 수치 해석 방법인 Monte-Carlo/모멘트 법과 간단히 계산이 가능한 이론식인 PO 모델을 비교함으로써 거친 표면에서 PO 모델의 적용 가능한 조건을 찾아내었으며, 전파 경로 해석법을 이용하여 실제 전파의 페이딩 현상을 해석할 때에 사용되는 PO 모델의 유효성을 검증하였다.
본 논문에서는 디지틀 이동 통신 시스템의 열악한 페이딩 채널에 적합한 변복조 반식중의 하나인${\pi}$/4-shift QPSK 성능을 논하고, 그 성능 개선을 위한 새로운 TCM(trellis-coded modulation)을 적응하여 trellis-부호화된${\pi}$/8-shift 8SPSK 방식을 제안 한다. 기존의 ${\pi}$/4-shift QPSK변조 방식에 TCM의 도입은 요구된 대역폭과 송신 전력과 전송을 그대로 유지하면서 부호화와 변조를 일체화함으로서 부호화 이득(coding gain)을 얻을 수 있다. 이동 통신 채널에서 trellis-부호화된 ${\pi}$/8-shift 8PSK방식의 시스템 성능을 추정하기 위해서, 가산 백색 가우시안 잡음과 레일레이 페이딩 현상이 존재하는 채널에서, 차량속도 변화에 따른 도플러 효과에 의한 페이딩율이 10Hz와 30Hz인 두 경우에 대해 시스템을 모델링한다. Trellis-부호화된${\pi}$/8-shift 8PSK에 대한 부호화 이득은 비트 에러 확률을 적용하여 분석하고, 기본 시스템과 새롭게 모델링 되어진 시스템의 개선된 성능을 비교하기 위해, TCM의 상태수를 4,8,16으로 선정하여 비교 구현해 본 결과, 상태수가 커질수록 더 좋은 성능을 나타내고, 기존의 ${\pi}$/4-shift QPSK보다 trellis-부호된 ${\pi}$/8-shift 8PSK는 가산 백색 가우시안 잡음채널에서는 3~4dB의 부호화 이득을 얻고, 레일레이 페이티 채널하에서 3~16dB정도의 부호화 이득을 얻음을 알 수 있다.
일반적으로 CDMA 시스템의 해석에서 시스템의 대역폭에 관계없이 한 칩 구간 내에 일정한 평균 전력을 갖는 한 개의 다중 경로 성분만을 고려하고 있다. 그러나 본 논문에서는 고정된 채널 모델에서 시스템의 대역폭에 따라 한 칩 구간 내의 다중 경로 성분들의 수를 달리하고, 이 다중경로 성분들에 자기 상관 함수의 기울기와 상대적인 위상을 고려하여 페이딩의 영향을 해석하였다. 이러한 페이딩이 시스템에 미치는 영향을 알아보기 위해 출력 신호의 통계적 분포를 나타내는 출력 신호의 확률 밀도 함수를 구하였다, 그리고 이 출력 신호에 대한 조건부 에러 확률을 이용하여 사용자 수에 대한 평균 에러 확률을 유도하였다. 광대역 다중 경로 채널 모델로 실측 채널 모델인 JTC 채널 모델을 사용하고, 시스템의 성능 개선을 위해 MRC 레이크 수신기를 사용하였다. 그리고 W-CDMA 시스템의 대역폭에 따른 성능을 공정하게 비교하기 위해 사용자 수를 성능비교의 파라미터로 설정하고 동일한 주파수 대역폭 내에서 hybrid FDMA/CDMA 시스템을 가정하여 비교하였다. 모의 실험의 결과로부터 이용 가능한 많은 다중 경로 성분이 존재할 때 고정된 채널 모델에서 시스템의 분해능이 좋을수록 성능이 우수함을 알 수 있었다.
본 논문에서는 안테나 배열을 사용하는 통신시스템을 위한 일반화된 벡터 채널 모델을 제안한다. 제안된 채널 모델에서는 실제적인 채널에서 발생할 수 있는 경로 감쇄, 전파 음영(shadowing)의 시간-공간적인 변화, 다중경로 페이딩, 도플러현상, 국지적인 산란체(scatterer)들의 공간적인 분포와 지배적인 원격 산란체들에 의한 지연 확산을 고려한다. 실제적인 채널 환경을 반영하기 위하여 이산 경로 모델을 사용하며, 각각의 이산 경로 신호는 독립적인 전파 음영과 페이딩, 도플러 영향을 받으며, 서로 다른 입사각을 가지고 안테나 배열에 수신된다. 제안된 모델을 바탕으로 수신되는 신호들에 대한 시간-공간적인 상관값에 대한 관계식을 유도하고, 공간 채널 시뮬레이터를 구성한다. 이론적인 상관값과 시뮬레이터를 통하여 얻은 결과를 비교함으로써 시뮬레이터의 유효성을 검증하고, 구성된 시뮬레이터를 사용하여 다양한 채널 환경하에서의 채널 특성의 변화를 분석한다.
본 논문에서는 컨벌루션 부호와 비터비 복호와 단일 탭 등화기를 적용하여 OFDM 시스템의 성능을 분석하였다. DMRS(Digital Microwave Radio System)는 룸머 페이딩 채널로 모델화 된다. 시뮬레이션 결과 룸머 페이딩 채널 환경 하에서 채널 부호를 채용한 시스템이 채널 부호를 채용하지 않은 시스템보다 BER 10 $^3$에서16QAM인 경우 감쇠 상수 0.1~0.2인 경우 3.6~10.5dB 개선됨을 알 수 있었고, 64QAM인 경우 감쇠상수 0.1인 경우 19.7dB 개선됨을 알 수 있었고, 감쇠상수 0.2인 경우 10.5dB가 요구되어졌다. 연판정일 경우 16QAM 인 경우 감쇠 상수 0.1~0.2인 경우 2~2.9dB 개선됨을 알 수 있었고, 64QAM인 경우 3.3~7.8dB 개선됨을 알 수 있었다. 등화기를 채용한 경우는 13dB 이상일 경우부터 성능 개선 폭이 점점 증가하였다.
본 논문에서는 광범위한 이동통신채널환경에 적용할 수 있는 나카가미-m 페이딩 채널로 다중경로 페이딩 채널을 모델화하고, 수신신호와 수신기 내의 PLL(Phase Locked Loop)에서 발생된 참조신호와의 위상차를 위상에러로 가정하고 이러한 에러를 보정하기 위해 PLL을 이용한 새로운 RAKE수신기를 제안하였으며, 제안된 수신기로부터, RAKE수신기의 브랜치수 L, MIP(Multipath Intensity Profile)의 지수감소율 δ, PLL의 이득 γ/sub n/에 따른 DS/SS(Direct Sequence/spread Spectrum) 시스템의 성능을 분석하였다. 그 결과, 제안된 RAKE수신기의 L이 증가되고, 5가 감소할수록 시스템의 성능이 개선되었으며 또한 PLL이득이 30㏈가 되었을 때 위상이 일치하게 되어 완전동기된 시스템과 동일한 성능을 나타냈다. 따라서 제안된 RAKE수신기로 위상에러를 보정할 수 있고, 수신기 내의 PLL에서 요구되는 이득의 상한이 30㏈임을 입증하였다.
본 논문은 레일레이 페이딩 채널 환경에서 IMT-2000 파일럿 심볼 구조의 W-CDMA 시스템 역방향 링크의 채널 추정에 관한 RLS 적응형 알고리즘 성능을 WMSA(K=1,3)와 Constant gain 방식의 성능과 비교 분석하였다. 본 논문의 모델은 IMT-2000 시스템 규격의 W-CDMA 채널 구조, 변조 및 파일럿 패턴을 이용하였다. 파일럿 심볼 위치의 채널추정은 RLS 적응형 알고리즘을 이용하고 데이터 심볼 위치의 채널 보상은 선형보간으로 수행하였다. RLS 적응형 알고리즘 성능은 저속 페이딩에서 WMSA(K=1,3) 성능과 유사하지만 Constant gain 알고리즘 성능보다는 약간 우수하다. 도플러 주파수 320㎐, BER=2.0×10/sup -2/에서 RLS 적응형 알고리즘 성능이 WMSA(K=1)과 Constant gain 성능에 비해 4㏈의 성능 우위를 보여주고 있으며, WMSA(K=3)의 성능과는 커다란 차이를 보여준다. 따라서 페이딩이 고속화 될수록 RLS 알고리즘 의 성능이 전반적으로 WMSA(K=1,3)와 Constant gain 알고리즘 성능보다 우수함을 확인하였다.
본 논문은 레일라이 페이딩과 로그노말 새도우잉에 의한 영향뿐 아니라 도심지역에 혼재해 있는 인공잡음을 고려하여 이동 무선 채널파 전파특성을 분석하였다. 잡음의 존재 여부가 이동 무선 시스템에 어떠한 영향을 미치는가에 대해서 기존의 모델링과 outage 확률값을 비교하였다. 도심지역의 효과적인 무선 전파의 분석올 위해서 페이딩과 새도우잉 그리고 잡음을 복합적으로 고려하였다. N=O.OOOOOI인 조건에서 잡음을 고려하지 않은 경우 outage 확률값은 $5.624\times10^{-6}$, 페이딩만을 고려한 경우는 $3.1976\timeslO^{-4}$, 잡음을 고려한 모텔에서는 $6.0\times10^{-3}$ 을 나타냈다. 잡음올 무시한 채널 모델령과 해석은 시스템의 성능평가에 상당한 오류를 야기될 수 있음올 밝혔다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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