본 논문에서는 MCNS(Multimedia Cable N$\xi$twork System)의 DOCSIS(Data Over Cable Service Interface S Specification) 표준안의 물리계층을 지원하는 비대칭형 기저대역 모댐 ASIC 칩의 아키텍쳐와 설계에 대해 기술한다. 구현한 모뎀 칩은 크게 QPSK/16-QAM 방식의 상향 스트림용 송신부와 64/256-QAM 방식의 하향 스트림용 수신부로 구성되어 있으며, 심볼 타이밍 복구회로, 반송파 복구회로. MMA(Multi Modulus Algorithm)와 LMS(Least Mean Square) 알고리즘을 적용한 결정 궤환 구조의 블라인드 등화기를 포함한다. 구현한 모뎀 칩은 64/256-QAM 변복조 방식에서 각각 48Mbps, 64Mbps의 데이터 전송률을 지원하고, 심볼 전송률은 기존의 QAM 수신기들보다 빠른 8MBaud를 갖는다. 구현한 칩은 $0.35\mu\textrm{m}$ 표준 셀(Standard Cell) 라이브러리를 사용하여 논리합성을 수행하였으며, 총 게이트 수는 약 29만 게이트이며, 현재 ASIC 칩으후 제작중이다.
본 논문에서는 두 개의 공간 스트림을 갖는 multiple-input multiple-output 시스템을 위한 modified maximum-likelihood 심볼 검파 알고리즘 기반의 저 복잡도 고 성능의 심볼 검파기의 구조를 제시하고 이를 구현한 결과를 보인다. 제안하는 심볼 검파기에서는 비용함수 계산 과정에서의 각 심볼 별로 병렬적으로 계산되던 곱셈 연산을 멀티 사이클 기반의 점증적인 덧셈 연산으로 대체하였다. 또한 양자화 과정을 파이프 라인 구조를 적용하여 성상의 범위에 따라 단계적으로 수행할 수 있게 구현하였다. 그 결과 제안하는 심볼 검파기는 256 QAM과 같이 복잡한 변조 방식을 지원하면서도 하드웨어 복잡도가 낮다. 양자화 과정의 파이프 라인을 재구성함으로써 여러 변조 방식과 안테나 환경에서의 심볼 검파를 유연하게 지원한다. 설계된 심볼 검파기는 $0.11-{\mu}m$ CMOS 공정의 라이브러리를 사용하여 최대 478 MHz의 동작주파수에서 38.7K의 논리 게이트로 구현되어 16 QAM에서 166Mbps, 64 QAM에서 80 Mbps의 처리량을 달성한다.
Gardner 알고리즘 PAM 통신 방식에서 대표적인 NDD (Non-Decision Directed) 심볼동기방식으로 사용되고 있으나, Multi-level PAM의 경우 패턴 노이즈가 증가하는 단점이 있으며 이를 보상하기 위해서는 진처리 필터를 이용하여 타이밍 지터를 감소시킬수 있다는 것이 알려져 왔다. 본 논문에서는 완전 디지털 256-QAM 복조기의 심볼 동기회로에서 채널의 rolloff 값이 낮은 값으로 대역 제한된 경우, 타이밍 지터의 양을 줄이고 PLL의 locking을 개선시키기 위해 전처리 필터를 사용한 NDD 알고리즘의 통계적 특성을 분석하고 이를 컴퓨터 시뮬레이션으로 검증하고 전처리 필터의 최적 파라미터 값을 도출한다.
본 논문에서는 Alamouti[1], Tarokh[14], Xia[11]에 의해 도입된 직교 시공간 부호를 포함한 임의의 선형 직교 시공간 블록 부호에 대해, 느린 레일라이 페이딩 채널(slow Rayleigh fading channel)의 쌍간 오율(pairwise error probability)의 정확한 표현이 2개의 전송된 부호어 행렬(codeword matrices) 사이의 부호어 심볼 거리(codeword symbol distance)가 아니라, 2개의 메시지 벡터(messgae vector) 사이의 메시지 심볼 거리(message symbol distance)의 식으로 유도된다. 1차원 성분의 심볼 오율을 이용하여, 선형 직교 시공간 부호의 심볼 오율의 정확한 폐형의 표현이 QPSK, 16-QAM, 64-QAM과 256-QAM에 대해 유도된다.
본 논문에서는 실내 환경에서 대표적인 적응 MIMO 알고리즘들의 스펙트럼 효율을 비교, 분석한다. 먼저, MIMO 알고리즘들의 변복조 기법을 간략히 고찰하고 BPSK 와 256QAM 까지의 정방형 QAM 변조방식을 이용하여 적응 알고리즘을 구성한다. 끝으로, 실내 전파환경에서 (2$\times$2) 혹은 (4$\times$4) 안테나 어레이로 구성되는 적응 MIMO 알고리즘들의 스펙트럼 효율을 시뮬레이션을 통해 비교, 분석한다.
이 논문에서는 신호점 매칭 오차(constellation-matched error: CME)와 비 신호점 매칭 오차(non-constellation-matched error: non-CME)를 선형 결합한 오차 신호 기반의 블라인드 등화 알고리즘을 제안한다. 새로운 오차 신호는 초기 수렴을 달성하기 위한 non-CME 항과 출력 신호의 심볼간 간섭(intersymbol interference: ISI) 성능을 개선하기 위한 CME 항을 포함하도록 설계되었고, 결합 인자를 통해 두 오차 항을 제어한다. 오차 항을 제어하여 등화 단계에 적합한 오차 신호를 발생함으로써 기존 알고리즘에 비해 수렴 속도와 심볼간 간섭 제거 성능을 개선하였다. 다중경로 채널에 잡음을 부가한 조건하에서 이루어진 64-QAM과 256-QAM 신호에 대한 모의실험에서 제안 방법이 CMA와 CMA+DD 동시 등화에 비해 우수한 것으로 나타났다.
본 논문에서는 High-Order QAM(Quandrature Amplitude Modulation)을 적용하는 모뎀에서 강인하고 넓은 범위의 주파수 포착 범위를 가지는 극성판단(Polarity Decision) 반송파 동기용 PD(Phase Detector) 알고리즘을 제안하고 이에 대한 평균 출력특성(S-curve)과 분산특성을 수학적으로 유도하여 기존의 DD(Decision Directed)방식과 비교 분석한다. 기존의 DD 방식의 선형영역은 256 QAM의 경우 $3.5^{\circ}{\sim}3.5^{\circ}$ 이었으나 제안한 알고리즘의 선형영역은 ${\gamma}-17.9$에서 $36^{\circ}{\sim}36^{\circ}$ 의 넓은 구간을 가진다. 또한 기존의 DD 방식에서는 256 QAM의 주파수 오프셋 포착 성능이 ${\pm}10\;KHz$ 이하였다. 이는 아날로그 front-end 회로에서 주파수 오프셋이 일반적으로 ${\pm}100\;KHz$ 정도까지 줄어들 수 잇는 것을 감안하면 AFC(Automatic Frequency Control) 또는 반송파 복구를 위한 보조적인 위상검출회로가 필요하게 됨을 의미한다. 그러나 제안된 극성판단 반송파 동기 알고리즘을 사용하면 보조적인 회로의 도움없이 SNR = 30 dB에서 최대 ${\pm}300\;KHz$의 주파수 오프셋까지도 포착 가능하다.
본 논문에서는 무선 멀티미디어 통신 시스템 환경에서 고속의 전송데이터를 전송할 시스템을 이루기 위해 적응변조 방식을 적용한 Truncated Type-II Hybrid ARQ 방식과 부호화 기법을 제안하였다. 여기서, 나카가미 페이딩 채널 환경으로 적응변조방식을 해석하였다. 적응변조 시스템은 나카가미 페이딩 지수에 따라서 변조 레벨과 심볼율을 제어할 수 있다. Eb/No가 높거나 나카가미 페이딩 지수 m이 높을 경우 이 시스템은 높은 변조 레벨과 높은 심볼율을 선택하여 전송 효율을 증가시키는데 목적이 있다. 이와 반대로, Eb/No가 낮을 경우, 전송 성능 감소를 막기 위해 낮은 변조 레벨과 낮은 심볼율을 선택한다. 변조 방법으로는 QPSK, 16QAM, 64QAM, 256QAM 방식을 채용하였다. Truncated Type-II Hybrid ARQ 기법에 의한 적응변조 방식은 실시간 처리 및 고 신뢰도가 요구되는 무선 멀티미디어 통신 시스템에 적용이 가능하리라 판단된다.
본 논문에서는 이동 통신 시스템에서 고속의 전송데이터를 전송할 시스템을 이루기 위해 적응변조 방식을 적용한 Truncated Type-II Hybrid ARQ 방식을 제안했다. 여기서, 나카가미 페이딩 채널 환경으로 적응변조 방식을 해석하였다. 적응변조 시스템은 나카가미 페이딩 지수에 따라서 변조 레벨과 심볼율을 제어할 수 있다. E$_{b}$ /N$_{0}$가 높거나 나카가미 페이딩 지수 m이 높을 경우 이 시스템은 높은 변조 레벨과 높은 심볼율을 선택하여 전송 효율을 증가시키는데 목적이 있다. 이와 반대로, E$_{b}$ /N$_{0}$rk 낮을 경우, 전송 성능 감소를 막기 위해 낮은 변조 레벨과 낮은 심볼율을 선택한다. 변조 방법으로는 QPSK(Quadrature Phase Shift Keying), 16 QAM(Quadrature Amplitude Modulation), 64 QAM, 256 QAM을 채용하였다. Trucated Type-II Hybrid ARQ 기법에 의한 적응변조 방식은 실시간(delay-limited)처리 및 고신뢰도가 요구되는 이동 통신 및 무선데이터 통신 시스템에 적용이 가능하리라 판단된다.단된다.
본 논문에서는 여러 STBC 기법들을 OFDM 시스템에 적용하여 STBC-OFDM 시스템을 설계하고 레일라이 페이딩 환경에서 채널추정 오차를 고려하여 각 시스템의 성능을 비교, 분석한다 먼저, 대표적인 STBC 방식들에 대한 시공간 부호화와 복조 알고리즘을 고찰한다. 또한, 이동통신 환경을 고려하여 OFDM 파라메타를 설정하고 전송율에 따라 QPSK, 8PSK, 16QAM, 64QAM, 256QAM 등의 변조방식을 선택할 수 있도록 STBC-OFDM 시스템을 설계하며 STBC-OFDM 시스템의 데이터 복조기와 채널 추정기의 구조를 제시한다. 끝으로, 레일라이 환경에서 전송율과 수신 안테나의 수에 따른 STBC-OFDM 시스템의 성능을 시뮬레이션을 통해 비교, 분석한다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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