Kim, Youn-Seok;Jang, Won-Mee;Kong, Yan;Nguyen, Lim
Journal of Communications and Networks
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제9권1호
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pp.50-55
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2007
We propose to apply chip interleaving and iterative detection to self-encoded multiple access (SEMA) communications. In SEMA, the spreading code is obtained from user bit information itself without using a pseudo noise code generator. The proposed scheme exploits the inherent diversity in self encoded spread spectrum signals. Chip interleaving not only increases the diversity gain, but also enhances the performance of iterative detection. We employ user-mask and interference cancellation to decouple self-encoded multiuser signals. This paper describes the proposed scheme and analyzes its performance. The analytical and simulation results show that the proposed system can achieve a 3 dB power gain and possess a diversity gain that can yield a significant performance improvement in both Rayleigh and multipath fading channels.
본 논문에서는 낮은 이득의 안테나를 갖는 해양 이동 단말을 위한 Ka 대역 해양 위성 통신 시스템 설계 즉, 물리계층 변조 및 부호화 방식 그리고 송신단 구조를 제안한다. Ka 대역을 활용하는 기존 DVB-S2 (digital video broadcasting - satellite - second generation) 서비스에 영향을 주지 않으면서, 같은 시간 같은 대역을 이용하여 저속의 위성 통신 서비스를 제공하기 위해서 광대역 확산 전송 방식을 사용하였다. 이런 초광대역 전송 방식은 간섭 영향뿐만 아니라, 이동형 해양 단말의 낮은 안테나 이득을 보상하는 역할도 한다. 그래서 변조 방식에 따라 36 dB 또는 39 dB의 확산 이득과 적응형 반복 전송을 통하여 Ka 대역의 경로 손실 및 강우 감쇄를 극복한다. 그리고 짧은 데이터 길이에도 성능 열화를 최소화하기 위하여 터보부호화 방식을 사용한다. 이를 통하여 DVB-S2 시스템에 영향을 주지 않으면서 동시에 저속의 데이터 통신을 수행할 수 있는 해양 위성 통신 시스템을 제안하다.
최근에 초고속 광대역 무선통신 전송 시스템의 수신 성능 개선을 위한 다양한 기술들이 제안되고 있다. 본 논문에서는 주파수 공간 블록 부호화된 단일 측대 파형 SC (Single Carrier) FDMA (Frequency Division Multiple Access) 전송 시스템을 제안한다. 본 논문에서 제안된 주파수 공간 블록 부호화된 단일 측대 파형 SC FDMA 전송 시스템에서는 PAM (Pulse Amplitude Modulation) 신호의 DFT (Discrete Fourier Transform) 확산에 따라 생성되는 켤레 복소수 대칭을 활용하여 주파수 공간 블록 부호를 구현한다. 이를 통해 시스템 계산 복잡도를 크게 증가시키지 않으면서 단일 측대 파형 SC FDMA 전송 시스템의 성능 개선을 위한 송신 다이버시티 이득을 획득할 수 있다. 본 논문에서 제안된 주파수 공간 블록 부호화 단일 측대 파형 SC FDMA 시스템의 신호 대 잡음 비 성능이 단일 안테나 기반의 단일 측대 파형 SC FDMA 시스템보다 $10^{-2}$ 심볼 오류율 수준에서 약 4 dB 이상 개선되는 것을 실험을 통해 확인할 수 있다.
본 논문은 환경 협력통신 시스템에서 새로운 동기 알고리즘 방법을 다양한 페이딩 채널에 적용하여 연구하였다. 기존 데이터 프레임에 확산코드를 삽입하여 효율적으로 데이터 동기를 제어하는 방식으로 연구하였다. 사용된 확산 코드는 M-시퀀스와 PN(Pseudo Noise) 시퀀스를 사용하였으며, 각 프레임에 일정 비트 시퀀스를 삽입하여, 수신된 데이터에서 사용한 확산코드를 추출하여 Correlation 연산을 취해 데이터 지연값을 확인할 수 있다. 모의실험에 있어서, 협력통신 방법은 DF (Decode-and-forward) 방식으로 실험을 하였으며, 페이딩 채널 환경은 Rayleigh, Rician, Gaussian 채널을 각각 적용하여 확산코드별로 나누어 성능을 분석했다. 또한, 본 논문의 결과는 추후 협력통신 시스템 연구에 적용할 수 있다.
고속 데이터 멀티미디어 서비스에 대한 수요가 점차 증대되면서, 한정된 무선 자원을 이용하여 통신 용량을 최대화하기 위한 연구 중 스마트 안테나에 관한 연구가 활발히 진행중이다. 현재 상용화되어 있는 IS-95 방식은 IMT-2000 표준안 중의 하나인 cdma2000의 모체가 되는 시스템으로 역방향 링크의 확산이득과 왈쉬-직교화 변조 이득(Walsh-Orthogonal Modulation Gain)을 이용하여 전송한다. 그러나 역방향 링크 전송의 경우, 사용자들로부터 전송되어 오는 신호들 간에 동기를 이루기 어려우며, 따라서 더 이상 사용자간에 직교성을 보장할 수 없다. 결국, 캐리어간에 동기 화되지 않는 MC-CDMA는 심각한 성능 저하를 초래한다. 본 논문에서 제안하는 스마트 안테나 환경에서의 MC/DS-CDMA은 역방향 링크에서 사용자간 비동기에서 초래되는 간섭을 시간 평면에서 데이터를 직접 확산으로 보상한다는 개념으로 주파수 선택적 페이딩 채널 환경에서 주파수 다이버시티 효과를 얻을 수 있었으며, 배열 안테나의 증가 없이 사용자간의 협대역 간섭량을 줄일 수 있었다.
본 논문에서는 Beyond 3G 시스템에서 연구되고 있는 OFCDM 시스템에서 터보 코드화되고 클러스터링된 신호의 주파수 다이버시티 이득을 최대화하는 것을 목적으로 한다. 즉, OFCDM시스템은 OFDM과 달리 주파수 영역확산을 하기 때문에 확산 후의 통일 심볼들을 여러 개의 안테나와 같은 안테나에 적절히 할당함으로써 통일 심볼간의 페이딩을 거친 수신 신호의 무상관 특성을 최대화함으로써 주파수 다이버시티 이득을 최대화할 수 있다. 제안된 최적의 방식은 STA-OFCDM에 비해서는 낮은 지연 확산(${\sigma}=0.02{\mu}sec$)에서 4dB 성능 향상이 있고 높은 지연 확산(${\sigma}=0.3{\mu}sec$)에서는 2.5dB가량의 성능 향상되었다. 또한 제안된 최적화 방식을 부반송파 재배열(SR: subcarrier rearrange)을 가진 STA-OFCDM과 비교하면 $10^{-3}$의 요구되는 BER에서 클러스터링에 의해 주파수 다이버시티 이득을 극대화함으로써 지연 확산과 상관없이 2dB정도의 성능 향상을 시킬 수 있었다. 또한 제안된 최적화 방식은 어떤 대역폭 확장이나 수신기로부터 송신기로의 피드백이나 기존의 클러스터링 방식에 비해 더 많은 복잡도를 요구하지 않는다.
DS-CDMA 시스템은 대역폭 효율이 매우 낮아서 고속의 데이터를 전송하는 경우 높은 확산이득을 유지하기 어렵다. 옵셋누적 확산 CDMA는 정보비트를 확산한 코드들을 옵셋을 두고 중첩하여 전송하는 방식이다. 이 시스템은 코드 위상에 옵셋이 있어도 직교성이 유지되는 코드를 필요로 한다. 직교 상보코드는 코드 그룹에 속한 코드간 상호상관함수가 항상 0이 되는 특성이 있어서 옵셋누적 확산 CDMA에 적용이 가능하다. 직교 상보코드 기반의 옵셋누적 확산 CDMA (OCC-OSS CDMA) 시스템에서는 사용자별로 직교 상보코드 그룹을 할당하며, 각 사용자 데이터는 주어진 코드로 확산되고 중첩되어 코드별로 멀티캐리어로써 전송된다. 그러나 OCC-OSS CDMA 시스템은 옵셋을 갖고 중첩된 코드가 누적되기 때문에 심볼 크기가 일정하지 않으며, 확산효율(칩 당 전송되는 정보비트 수)을 높일수록 코드의 중첩도가 높아져서 심볼 레벨의 수가 증가한다. 따라서 누적확산기 출력 심볼을 캐리어 위상으로 매핑하여 전송하는 경우 신호 성상도가 밀집되어 채널의 영향을 쉽게 받는다는 문제점이 있다. 본 논문에서는 누적확산기 출력 심볼을 일정 크기 이하로 클리핑한 후 캐리어 변조하여 전송하는 방식을 제안한다. 시뮬레이션을 통하여 제안된 방식의 비트오율 성능을 AWGN 환경에서 분석하였으며, 레벨 클리핑을 하지 않은 시스템과 비교하여 성능이 개선되는 것을 확인하였다.
다중톤 재밍이 있는 경우, 레이리 페이딩 채널상에서 MSK 혹은 QPSK 변조 방식을 사용하는 하이브리드 DS/SFH 확산 스펙트럼 시스템의 성능분석과 비교를 연구한다. 신호대 잡음비, 재머전력재 신호전력비(JSR) 그리고 기타 시스템 파라미터를 이용하여 신호대 잡음과 간섭비(SNIR)를 유도하여 Rake 수신기가 있을 때와 없을 때의 BER 성능을 분석한다. 수치 분석 결과, 재머전력재 신호전력비(JSR)가 작을 때는 MSK와 QPSK 변조 방식 사이의 성능은 별차이가 없으나, 재머전력재 신호전력비(JSR)가 커짐에 따라서 큰 성은의 차이가 나타난다. Rake 수신기가 없을 때는 DS 처리 이득이 커짐에 따라서 두 변조 방식의 성능이 약간씩 개선된다. 재머전력재 신호전력비(JSR)가 작을 때는 DS 처리이득만이 최선의 성능을 좌우하지만, 재머전력재 신호전력비(JSR)가 클 때는 BER을 최소시키는 최적의 DS처리이득이 있다. Rake 수신기가 있는 경우에는, 모든 조건에서 MSK변조방식을 사용하는 하이브리드 DS/SFH 확산 스펙트럼 시스템이 QPSK 변조 방식을 사용하는 경우보다 항재밍 성능이 강하고 더 큰 성능 개선이 있음을 보인다.
시스템의 성능은 RMS 지연확산과 도플러 주파수와 같은 채널 변수에 영향을 받는다. 이 논문은 Multi-rate MC-CDMA 시스템에서 주파수 다이버시티와 코드 간 간섭과의 관계에 대하여 연구하였다. Multi-rate MC-CDMA 시스템은 MC-CDMA 시스템보다 다양한 데이터율을 전송할 수 있는 장점이 있을 뿐 아니라, OFDMA와 다르게 주파수 다이버시티 이득을 얻음으로써 성능을 향상시킬 수 있다. 하지만, 확산코드를 사용함으로써 주파수 다이버시티 이득과 코드간 간섭간의 trade-off 관계가 있다. 그러므로 이러한 관계를 평가하여, 시스템을 효율적으로 사용함으로써 성능을 향상시킬 수 있다. 주파수 다이버시티 이득과 코드 간 간섭의 관계를 효과적으로 평가하기 위하여, 우리는 도플러 주파수와 RMS 지연확산을 변화시키며 모의실험을 수행하였고, 그 결과를 분석하였다.
본 논문에서는 IMT-2000 3GPP 규격의 비동기 역방향 링크 DS-CDMA 시스템에서 신호 구조 기반 Constant Modulus Algorithm (U)을 이용하는 적응 배열 안테나 RAKE 시스템의 성능을 평가한다. 또한, 참조 신호 기반 Least Mean Square (LMS)방식을 이용하는 배열 안테나 시스템과 비교한다. Monte Carlo 실험에서 다중경로, 경로간 감쇄지수, 확산이득 다중사용자 둥과 같은 환경 파라미터가 고려된다. 결과로부터 신호 전력을 분산시키는 다중 경로의 경우 CMA을 이용하는 적응 배열 안테나가 LMS를 이용하는 배열 안테나에 비해 더 큰 수용 용량을 얻을 수 있음을 알 수 있다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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