전송 효율 향상을 위한 방안들 중 Nyquist 전송 속도보다 더 빠르게 신호를 전송하는 FTN(Faster Than Nyquist) 기법이 있다. FTN 기법을 적용함으로써 필연적으로 생기는 인접 심볼에 대한 간섭으로 인해 전송률은 향상되나 성능이 열화된다. 따라서 본 논문에서는 부호화된 비트를 여러개의 밴드로 나뉘어 각 밴드에서 FTN 방식을 적용하는 다중 밴드 FTN 전송 기법을 제안한다. 제안한 다중 밴드 FTN 전송 기법은 단일 밴드 FTN 전송 기법에 비해 각 밴드에서 각각의 데이터에 할당하는 샘플 수를 증가함으로써 성능을 향상시킬 수 있다. 시뮬레이션 결과 간섭 비율 25%일 때 최적의 밴드 수를 확인하였으며, 단일 밴드 FTN 전송 기법과 성능을 비교하여 0.3dB ~ 0.5dB 성능 향상을 확인하였다.
FTN (Faster Than Nyquist) 전송 방식은 나이퀴스트 (Nyquist) 율보다 빠르게 신호를 전송할 수 있으나 필연적으로 ISI (Inter-Symbol Interference)가 발생하고 이로 인하여 송신 심볼 간 상관관계가 발생한다. 한편 터보류 채널 부호화 방식에서는 정보 프레임의 길이가 길어질수록 성능이 개선되나 정보 프레임의 길이가 길어짐에 따라 전송 지연, 복호기의 복잡도 및 복호 지연이 증가하는 문제가 있다. 본 논문에서는 FTN 전송으로 인하여 발생한 심볼 간 상관관계를 활용하여 부호어 (codeword)들 간에 상관관계를 부여하고 이를 통하여 보다 큰 정보 프레임을 사용하는 것과 같은 효과를 제공할 수 있는 기법을 제안한다. 제안하는 기법은 부호어 간 상관관계로 인하여 보다 큰 정보 프레임을 사용하는 것과 유사한 성능을 나타낼 뿐만 아니라 복호기에서는 다수의 구성 복호기 (constituent decoder)가 병렬로 연결된 구조를 갖고 있어 병렬 복호가 용이한 장점이 있다.
본 논문에서는 FTN (Faster than Nyquist) 방식을 이용한 데이터 전송기법에서 효율적으로 ISI (Inter Symbol Interference)를 제거하기 위한 기법을 제안한다. FTN 방식을 이용한 통신 시스템은 나이퀴스트 (Nyquist) 율 보다 빠르게 신호를 전송하는 방식으로 필연적으로 ISI가 발생한다. FTN 시스템에서 ISI를 제거하기 위한 여러 방안들이 제안되었으며 대표적으로 BCJR (Bahl-Cocke-Jelinek-Raviv) 알고리듬 기반의 ISI 제거 기법을 들 수 있다. 그러나 제안된 기법들은 매우 큰 구현 복잡도를 갖으며, 특히 고차 변조 기법을 사용할 경우 복잡도는 변조 차수에 따라 지수적으로 증가하는 단점이 있다. 구현복잡도를 줄이기 위하여 길쌈부호가 적용된 시스템에서 SIC (Successive Interference Cancellation) 기법을 이용하여 ISI를 제거하는 기법이 제안되었다. 본 논문에서는 반복 복호가 가능한 채널 부호화 기법과 고차 변조가 적용된 시스템에서 복호기에서 생성된 정보를 이용하여 FTN 복조를 효율적으로 수행할 수 있는 기법을 제안한다. 제안하는 기법은 기존에 제안된 기법들에 비하여 낮은 구현 복잡도를 나타낼 뿐만 아니라 우수한 ISI 추정 성능으로 인하여 주어진 신호 대 잡음비 (Signalto-Noise Ratio) 영역에서 보다 나은 비트오율 (Bit Error Rate) 성능을 나타낸다. 또한 고차 변조 기법이 적용된 시스템에서도 큰 복잡도 증가 없이 적용이 가능하다.
차세대 위성 방송 시스템에서는 빠른 전송 효율과 신뢰도 있는 통신에 대한 요구가 지속적으로 증가하고 있다. 전송 효율을 높이고 성능을 향상시키기 위해 새로운 위성 표준 인 DVB-S3 (Digital Video Broadcasting - Satellite - Third Generation) 시스템에서는 Nyquist 전송률 보다 빠르게 전송하는 FTN (Faster Than Nyquist) 방식이 대두되고 있다. 이러한 요구에 맞춰 본 논문에서는 전송 효율 향상을 위한 세 가지 방식에 대한 성능을 비교 분석하였다. 기존의 LDPC 부호기에서 고 부호화율 방식과 LDPC 복호화 과정에서 생선된 check node를 이용하여 bit node를 puncturing시켜 부호화율 증가 시키는 punctured LDPC 방식, 그리고 Nyquist 속도보다 빠르게 전송하는 FTN 방식이 고려된다. 시뮬레이션을 통해, 세 가지 방식을 동일 전송률 관점에서 성능을 비교한 결과 FTN 방식은 동일한 전송 효율을 유지하면서 성능 면에서 가장 효율적임을 확인하였다.
본 논문에서는 FTN (faster-than-Nyquist) 시스템에서 MAP (maximum a posteriori) 기법을 이용한 ISI(inter-symbol interference) 추정 기법을 제안한다. 제안하는 기법은 FTN 전송으로 인한 ISI를 제거하기 위하여 복조기에서 MAP 기법을 이용하여 복조를 수행한다. 또한 매우 큰 구현 복잡도를 갖는 MAP 기법의 단점을 보안하기 위하여 간단하게 구현 가능한 SIC (successive interference cancellation) 기법과 MAP 기법을 연동하여 낮은 복잡도를 가지면서도 우수한 성능을 나타내는 ISI 제거 기법을 제안한다. 제안하는 기법은 MAP 기법과 비교하였을 때 낮은 복잡도를 가질 뿐만 아니라 기존에 제안된 ISI 추정 기법들보다 우수한 추정 성능을 나타내는 장점이 있다.
차세대 무선 및 위성통신에서는 다양한 서비스와 함께 빠른 전송 효율, 높은 신뢰도 있는 통신을 요구하고 있으므로 본 논문에서는 전송률을 높이고 신뢰성을 향상시키는 방안 중 계층적 시공간 부호화 방식에 기반을 둔 MIMO와 FTN 기법이 통합된 새로운 전송 기법에 대한 복호 방법을 제안한다. MIMO 채널에서의 FTN 전송 기법의 간섭을 제거하기 위해 시공간 부호화 방식의 복호 방법을 BCJR 등화기와 터보 부호를 연접한 터보 등화 복호 모델을 제안하고, 시뮬레이션을 통해 기존의 터보 부호를 이용한 SISO 모델과 제안된 방식의 성능을 비교 분석하며 간섭량에 따른 성능을 분석하였다.
다중 안테나(MIMO, multi-input multi-output) 기법은 채널 용량을 증가시키기 위한 기술로써 최근 많이 연구되어 지고 있으며, DVB-T2, LTE 기술 및 802.11ac 등 방송, 이동통신 및 Wi-Fi 등 여러 분야에서 다양하게 쓰이고 있다. 그러나 다중 안테나 전송 기법은 송 수신 안테나 개수에 비례하여 채널 용량이 증가되므로, 채널 용량을 중가시키기 위해서는 많은 송 수신 안테나가 필요하다는 단점을 가지고 있다. 최근 다중 안테나 전송 기술과는 다른 방법으로 전송량을 증가시키는 기술인 FTN(faster than Nyquist) 전송 기법이 연구되고 있다. FTN 전송 기법은 동일한 대역폭에서 비트 오류 없이 정보를 전송할 수 있는 나이퀴스트(Nyquist) 심벌율보다 빠르게 심벌을 전송하는 기법으로 이론적으로 최대 20%까지 채널 용량을 증가시킬 수 있다. 그러므로 본 논문에서는 채널 용량을 증가시키기 위하여 다중 안테나 기법과 FTN 송신 기법을 연동하여 기존 다중 안테나 전송 기법의 단점을 보완하는 MIMO-FTN 전송 기법의 성능을 분석한다.
데이터 트래픽의 폭발적인 증가에 대응하기 위해 5G 이동통신에서는 주어진 주파수 대역 내에서 최대한 많은 정보를 전송할 수 있는 주파수 사용 효율 극대화를 목표로 한다. 이러한 목표를 달성하기 위한 방법 중 하나로 심볼 간 직교성을 만족시킬 수 있는 속도인 나이퀴스트율보다 더 빠르게 정보 심볼을 전송하는 FTN(Faster-Than-Nyquist) 전송기법이 대두되고 있다. FTN 전송기법에 따르면 나이퀴스트율 이상의 심볼 전송속도에 의해 생기는 ISI(Inter-Symbol Interference)를 효율적으로 극복하는 코딩 및 등화 방법에 의해 채널 용량을 증가시킬 수 있다. 본고에서는 FTN 전송기법의 기본 원리 및 전송이득을 소개하고, 현재 진행되고 있는 FTN 전송기술 동향을 살펴보고자 한다.
FTN(Faster-than-Nyquist) 전송기술은 1975년 최초 제안된[1] 이래 한 세대가 지난 최근에야 재조명되기 시작했다. 구현복잡도가 높다는 단점에도 불구하고 FTN 기술이 주목을 받고 있는 것은 그만큼 주파수 자원의 부족 문제가 심각해졌음을 의미한다. 특히, 최근 논의되고 있는 지상파 UHD(Ultra High Definition)TV 방송과 디지털라디오 방송 등 차세대 방송으로의 진화를 위한 주파수 추가 확보의 어려움을 해소하기 위한 전송효율 고도화 기술의 중요성이 어느 때보다 높아지고 있다. 본고에서는 방송 전송 시스템 분야에서 FTN 기술의 연구개발 및 표준화 동향을 소개하고, 차세대 방송 시스템에 적용하기 위한 추가적인 기술개발과 경쟁력 확보가 필요한 분야에 대해 살펴봄으로써 차세대 방송 표준이 나아갈 방향을 예측하는 데 참고가 될 정보를 제공하고자 한다.
최근 채널 효율을 향상시키기 위하여 다중안테나(MIMO, multi-input multi-output) 기술이 연구되고 있다. 다중안테나 기술은 송 수신 안테나 개수를 증가시켜 수신 성능을 향상시키고 대역 효율을 향상시키지만 송신 안테나 개수를 늘려야만 대역 효율을 증가시킬 수 있으므로 기존 방송 시스템에 적용하기에는 비용이 많이 드는 단점이 있다. 이에 본 논문은 방송 시스템에 적합한 SIMO(single-input multi-output) 시스템에 FTN(faster than Nyquist)을 적용하여 대역 효율을 증가시키고 수신 성능을 향상시키고자 한다. 또한 MRC(maximum ratio combining) 및 경판정(hard decision)을 적용하여 수신 안테나 개수에 따른 수신 성능을 컴퓨터 실험을 통하여 알아본다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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