본 논문에서는 DS-SS 방식의 ISO/IEC 24730-2 RTLS 모뎀을 위한 주파수 동기 알고리즘을 제시한다. 제시하는 주파수 동기 알고리즘은 주파수 동기 획득 모드와 주파수 동기 추적 모드로 구성되며, 주파수 동기 획득 모드는 각도 추정과 검증 과정의 두 단계 과정을 통해 이루어진다. 각도 추정에서는 타이밍 간격에 따라 세 가지 경우로 나누어 각도를 추정하고, 검증 과정에서는 추정된 세 각도간의 이론적인 연계성을 이용하여 각도의 모호성을 제거하여 효과적인 주파수 동기화가 이루어지도록 하였다. 이러한 방식으로 구성된 주파수 동기 알고리즘의 이론적 해석과 시뮬레이션을 통한 성능 분석을 토대로 제시한 주파수 동기 알고리즘의 타당성을 검증하였다.
본 논문에서는 억압 파일롯트를 이용하여 복소 지연 프로파일을 추정, 코히어런트 Rake 다이버시티 합성을 실현하는 동시에 얻어진 지연 프로파일의 극대점을 찾아 칩동기를 행하는 DS /CDMA 방식의 성능평가를 이동위성 채널에서 해보았다. 이를 위해 shadowed Rician 페이딩 시뮬레이터를 구성하여 그 포락선 변동특성을 조사 하였고 이론적인 오율해석을 병행하였다. 그 결과로서 Heavy shadowing인 경우 그 포락선 변동은 지상이동 통신채널의 Rayleigh 페이딩의 완만한 주기적 변동에 비해 랜덤한 특성을 가져 심각한 데이터 오류를 가져 오리라 예상할 수 있다. 또한 이론적 오율해석으로부터 DS /CDMA방식은 협대역 QPSK 방식에 비해 Average shadowing하에서 약 10 dB이상 개선되었다. 그리고 억압 파일롯트 채널을 이용한 DS /CDMA 방식은 이동위성 채널에서 파일롯트 채널대 송선전력비, $\beta$=-8dB, 복소지연 프로파일수 $N_{profile}$=32 일때 오율성능변에서 최적점을 나타내며, 이값을 이용했을 때 Light shadowing하의 오율특성은 이상적인 QPSK 오율특성과 같은 결과를 얻을 수 있었다.
CDMA 2000 1X EV.(HDR, 1XTREME, LAS-CDMA)에서는 고속데이터 전송을 위한 변조방식으로 M-ary QAM을 제안하고 있다. 그러나, M-ary QAM을 사용한 DS-CDMA 시스템은 고속 데이터 전송이 가능한 반면에 M-ary 수가 증가할수록 잡음(AWGN)과 타 사용자에 의한 다중접속간섭(MAI)의 영향이 커져 비트에러율(BER)이 증가하고 채널용량이 급격히 줄어드는 문제점이 있다. 따라서, DS-CDMA/M-ary QAM 시스템에서 많은 사용자에게 고속의 데이터 서비스를 제공하기 위해서는 잡음을 줄이거나 MAI를 경감시킬 수 있는 성능 개선 기법이 요구된다. 본 논문에서는 성능 개선 기법으로서 다단병렬간섭제거기(MPIC : Multistage Parallel Interference Canceller)와 부분 다단병렬간섭제거기(partial MPIC)를 채용한 비동기 DS-CDMA/M-ary QAM 시스템의 성능 개선을 이론적으로 분석하고 이를 검증하기 위한 컴퓨터 시뮬레이션을 수행하였다. 결과에서, MPIC와 partial MPIC를 채용함으로써 4 QAM, 16 QAM 및 64 QAM을 사용한 DS-CDMA 시스템의 BER과 채널용량이 크게 개선됨을 확인하였다. MPIC를 채용한 경우는 AWGN 채널의 BER에 근접하였다. 또한, MPIC는 partial MPIC보다 BER 성능이 우수하였으며 더 많은 채널용량 개선을 달성하였다. 그러나, MPIC는 partial MPIC 보다 계산량이 훨씬 많고 복잡한 구조를 갖기 때문에 실제 시스템 구현에 있어서 성능과 복잡도 사이에 타협(tradeoff)이 필요하다.
다중 경로 감쇄 채널 환경에서 순방향 DS-CDMA 송수신기의 성능은 사용자에 할당된 확산 수열의 특성에 따라 영향을 받는다. DS-CDMA의 수신기 비트 오류 확률 (BER) 성능은 수신단에서의 신호 대 간섭전력비 (SIR)의 함수로서, 사용자 확산 수열로 왈시 부호와 같은 직교 수열을 사용한 직교 확산 방식과 임의의 랜덤 수열로 사용한 랜덤 확산 방식에서의 수신 신호 간섭 전력은 상이한 특성을 가진다. 이 논문에서는 채널 부호를 사용하지 않은 경우와 길쌈 부호를 사용한 경우에 대해 두 시스템에서의 수신 심벌 SIR을 유도한 뒤 몬테 카를로 분석을 통해 이론적인 BER 성능을 구하고, 전산 모의 실험을 통해 이러한 분석의 타당성을 확인한다. 위상 지연이 동일한 다른 사용자 신호들로 인한 간섭 전력의 상승으로 인해 랜덤 확산 방식은 직교 확산 방식에 비해 성능이 크게 떨어진다. 경로수가 증가함에 따라 이러한 성능 차이는 감소하나 경로수가 많은 경우에도 2배 이상의 사용자 용량 차이가 발생한다.
DS/CDMA 시스템은 이동통신 시스템에서 다중경로, 고의적인 반방해 전파 및 동일대역폭을 공유하기 위한 다중 사용자에 의해 발생되는 협대역 간섭과 부가적인 백색가우시안 잡음을 제거한다. 본 논문에서는 다계층 퍼셉트론을 기반으로 한 역전파 신경망을 이용한 정합필터 채널 모델이 DS/CDMA 이동 통신 시스템에서 직접 순차 확산 스펙트럼의 협대역 간섭을 고려하면서 신호 대 잡음비와 전송 전력비에 따른 컴퓨터시뮬레이션 결과는 역전파 신경망을 이용한 정합 필터의 비트 에러율이 직접 순차 확산 스펙트럼의 RAKE 수신기의 비트 에러 율보다 적음을 입증하였다.
본 논문에서는 다양한 페이딩 채널을 모델화 할 수 있는 나카가미-m 확률밀도함수를 이용하여 이동통신 채널 환경에서 필연적으로 존재하는 페이딩 환경을 고려한 MC DS-CDMA시스템의 직 병렬 혼합 동기 획득 성능을 분석 하였다. 동기 획득 시스템은 검색모드(Search Mode)와 확인모드(Verification Mode)를 갖도록 설계하여 나카가미-m 확률밀도 함수를 이용하여 동기 획득에 필요한 신호검출확률(Probability of Detection), 탐지 실패 확률 (Probability of Miss), 및 오경보율(False Alarm Rate)을 이론적으로 유도하여 직 병렬 혼합 동기 획득 알고리즘의 평균 동기 획득 시간(MAT)를 유도하고 시뮬레이션을 통하여 검증하였다.
본 논문에서는 역방향 링크상의 전파 음영 채널에서 불완전 전력제어 및 불완전 섹터화를 고려하여 DS/CDMA 계층 셀룰라 시스템의 용량을 분석한다. 실제 시스템에서는 이론과는 달리 완전한 전력제어가 되지 않기 때문에 불완전 전력제어, 불완전 섹터화 및 처리이득, 매크로셀의 사용자 수와 같은 파라미터를 고려하여 시스템의 용량 변화를 유도하였다. 해석한 결과, 전력제어 및 섹터화가 불완전 할수록, 매크로셀과 마이크로셀의 전력비가 커질수록, 처리이득이 작을수록, 마이크로셀의 사용자 수가 감소할수록 DS/CDMA 계층 셀룰라 시스템의 용량은 감소하였다. 또한, 계층셀 구조가 단일 매크로셀 구조에 비해 1.54 배에서 3.89 배로 사용자 용량을 증가시킬 수 있음을 보였다.
본 논문에서는 불완전 동기(Imperfect Synchronization)로 인한 칩 동기 에러(timing errors)와 위상 에러(phase errors)를 고려 하여 비동기(Asynchronous) DS-CDMA 시스템의 성능을 이론적으로 분석하였다. 성능 개선 기법으로는 다단 간섭제거기 (Multistage PIC)와 부분 다단 간섭제거기(Partial Multistage PIC)를 채용하였고 칩 동기 에러와 위상 에러가 두 간섭제거기의 간섭제거능력에 미치는 영향의 정도를 정량적으로 분석하였다. 성능분석 결과로부터 칩 동기 에러와 위상 에러로 인한 1단(no cancellation)에서의 성능 열화가 각 단의 상관기 출력(decision statistic)에 영향을 줌으로써 다단 간섭제거기와 부분 다단 간섭제거기의 성능 개선폭을 감소시켰다. 그렇지만, 불완전 동기에도 불구하고 단(stage) 수가 증가할수록 두 간섭제거기 모두 강한 간섭제거능력을 보였다. 실제 시스템에서는 성능 개선과 구현상의 복잡도를 동시에 고려해야하므로 다단 간섭제거기 보다 구조가 간단하고 계산량이 적은 부분 다단 간섭제거기의 활용도가 높아질 것이 예상된다.
본 논문에서는 MAI 제거 기법으로서 다단병렬간섭제거기 (MPIC : Multistage Parallel Interference Canceller) 와 부분 다단병렬간섭제거기 (partial MPIC) 및 다치진폭계수를 이용한 MPIC를 채용한 비동기 (asynchronous) DS-CDMA/M-ary QAM 시스템의 성능 개선을 이론적으로 분석하고 이를 검증하기 위한 컴퓨터 시뮬레이션을 수행하였다.연구결과에서 MPIC, partial MPIC 및 다치진폭계수를 이용한 MPIC를 실제 시스템에 적용하여 구현할 경우 BER 성능, 채널용량 개선, 신호처리 계산량 및 하드웨어 복잡도 사이에 타협 (trade-off) 이 필요하다.
CDMA 시스템의 채널을 여러 사용자가 공유하면 수신기는 MAI 문제에 직면하고 또한 채널이 대역 제한되면 ISI를 유발한다. 두 요소는 원치 않는 성분이지만 완전히 예측할 수 없는 부가 잡음과는 다르게 이러한 요소의 시공간 구조는 이들을 추정하고 제거하는데 도움이 된다. 본 논문은 다중로를 가진 페이딩 채널에 대한 연구이며 채널 추정 부분과 수신 부분을 분리하였다. 추정 부분은 DOA와 TOA 같은 다중로 파라미터를 추정하고 수신 부분은 역상관 빔포머, 시공간 정합필터, Winer-Hopf 빔포머, 부분공간 빔포머에 대하여 평가한다. 그리고 여러 가지 추정 기술과 빔포머의 평가를 이론치와 비교하여 시뮬레이션 하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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