본 논문에서는 UWB (Ultra WideBand) 시스템에 대한 성능 요구 조건을 미국연방통신위원회(FCC: Federal Communications Commission)에서 규정한 주파수 대역(3.1∼10.6GHz)에서 분석하였다. 실제 무선 통신 시스템의 설계를 위해서는 각 통신 시스템의 표준으로부터 시스템의 성능 요구 조건을 산출하는 것이 일반적이다. 그러나, UWB (Ultra WideBand) 시스템은 아직 표준이 정해져 있지 않다. 따라서 근거리 무선통신시스템(Indoor Communication Systems)의 분석 방법을 근간으로 하여 새로운 시스템 성능을 분석하여 각각의 시스템 파라미터를 도출하였다. 아울러 국내의 법규에 의한 성능을 도출하여 FCC에서 제시한 조건과의 차이를 비교하였다
본 논문은 UWB(Ultra Wide-band) 통신 시스템에서 효과적인 신호 검출 알고리즘을 제안한다. UWB 통신 시스템은 차세대 통신 시스템으로 각광 받고 있는 기술로써, 매우 낮은 파워의 송신 신호를 사용한다. 그로 인해 잡음 및 다중 경로 환경하에서 신호 검출 알고리즘이 시스템 성능에 매우 중요한 부분으로 작용한다. 제안된 알고리즘은 신호 검출 성능을 높이기 위해, 신호의 정확한 위치를 잡는 Tracking과정에서 사용되는 DLL 구조를 활용하여 보다 세밀한 신호 탐색이 가능하다. 실험 결과 신호 위치를 기준으로 신호길이의 1/3 내에서 신호를 검출할 확률이 AWGN 15dB 이하에서 30% 정도 높아짐을 확인하였다.
We treat the problem of channel estimation and interference cancellation in multiuser ultra-wide-band (UWB) communication systems over multipath fading channels. The UWB system under consideration employs a random time-hopping impulse radio format. We develop a channel estimation method based on linear weighted algorithm. An iterative channel estimation and interference cancellation scheme is proposed to successively improve the receiver performance. We also consider systems employing multiple transmit and/or receive antennas. For systems with multiple receive antennas, we develop a diversity receiver for the wellseparated antennas. For systems with multiple transmit antennas, we propose to make use of Alamouti’s space-time transmission scheme, and develop the corresponding channel estimation and interference cancellation receiver techniques. Simulation results are provided to demonstrate the performance of various UWB receiver techniques developed in this paper.
초광대역(Ultra-WideBand) 시스템은 1nsec 이하의 매우 짧은 펄스폭을 갖는 가우시안 모노펄스를 이용하여 전송한다. 따라서, 전송 신호는 매우 낮은 전력의 수 GHz에 이르는 초광대역 스펙트럼을 갖게 되며, 기존의 통신 시스템에 거의 간섭을 미치지 않는 것으로 알려져 있다. 반송파를 사용하지 않는 초광대역 시스템에서 다중 경로 전파의 충돌은 일반적인 무선 통신시스템과는 매우 다르다. 이 논문은 다중 경로 채널하에서 BPSK, QPSK, 16-QAM 변복조 기술들을 적용한 초광대역 시스템을 컴퓨터 시뮬레이션을 이용하여 BER(Bit Error Rate) 성능을 비교 분석하고자 한다.
본 논문에서는 다중 안테나 (Multiple-Antenna)를 적용한 초광대역 무선통신 (UWB: Ultra Wide-Band) 시스템에서 이중 이진 터보 부호의 성능을 보인다. 본 논문에서는 PPM-TH (Pulse Position Modulation-Time Hopping) 방식과 PAM-DS (Pulse Amplitude Modulation-Direct Sequence) 방식의 UWB 시스템을 모두 고려하였으며, 다중 안테나 기술로 시공간 블록 부호 (STBC : Space Time Block Code) 송신 다이버시티와 수신 다이버시티 기술을 적용하였다. 그리고 이진 터보 부호에 비해서 부호어 사이의 최소 거리 (Minimum Distance)가 길어서 복호 성능이 좋으며 처리량 (Throughput)이 높아서 복호 처리 시간이 짧은 장점을 가지고 있는 이진 이중 터보 부호를 적용하였다. 본 논문의 결과는 UWB 시스템을 구현하는데 적용될 수 있다.
UWB(Ultra Wide Band)는 차세대 무선통신 기술로 무선 디지털펄스라고도 한다. GHz대의 주파수를 사용하면서도 초당 수천~수백만 회의 저출력 펄스로 이루어진 것이 큰 특징이다[1]. 기존 무선통신 기술의 양대 축인 IEEE 802.11과 블루투스 등에 비해 속도와 전력소모 등에서 월등히 앞서고 있으며, SoC(System on a Chip)의 저전력 구현에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. OFDM은 크게 FFT(Fast Fourier Transform) 블록, Interpolation /decimation 필터 블록, 비터비 블록, 변복조 블록, 등화기 블록 등으로 구성된다. 고속 시스템에서는 대역효율성이 우수한 OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing) 방식을 사용하고 있으며, OFDM 전송방식은 직렬로 입력되는 데이터 열을 병렬 데이터 열로 변환한 후에 부반송파에 실어 전송하는 방식이다. 이와 같은 병렬화와 부반송파를 곱하는 동작은 IFFT와 FFT로 구현이 가능한데, FFT 블록의 구현 비용과 전력소모를 줄이는 것이 핵심사항이라고 할 수 있다. 기존논문에서는 OFDM용 FFT 구조로 단일버터플라이연산자 구조, 파이프라인 구조, 병렬구조 등의 여러 구조가 제안되었다[2]. 본 논문에서는 Radix-8 FFT 알고리즘 기반의 New partial Arithmetic 저전력 FFT 구조를 제안하였다. 제안한 New partial Arithmetic 저전력 FFT구조는 곱셈기 대신 병렬 가산기를 이용 하여 지금까지 사용되는 FFT 구조보다 전력소모를 줄일 수 있음을 보였다.
본 논문에서는 임펄스 라디오 기반의 D-ATR UWB (Differential-Average Transmitted Reference Ultra Wide Band) 시스템을 제안한다. 기존의 TR (Transmitted Reference), ATR (Average TR) 등의 TR-UWB 시스템은 송신기에서 참조 신호를 추가로 전송하므로 데이터 전송률이 절반으로 감소하는 문제점을 가지고 있다. 이러한 단점을 극복하기 위해 제안된 시스템의 송신기는 일반적인 D-TR (Differential-TR) 시스템과 같이 차동부호 방식을 사용한다. 또한, 제안된 D-ATR 시스템의 수신기는 일반적인 ATR 시스템과 유사하게 시스템의 비트오율 성능을 향상시키기 위해 수신된 참조 신호들을 재귀적으로 평균 취하여 자기상관에 사용되는 참조 템플릿의 신호대잡음비를 향상시킬 수 있는 구조로 설계된다. IEEE 802.15.4a UWB 다중경로 채널 모델에서 모의실험 결과, 제안된 D-ATR 시스템은 일반적인 D-TR 시스템에 비해 비트오율 성능이 크게 향상되는 것을 확인하였다.
본 논문에서는 다중 사용자 간섭이 존재하는 환경에서 초광대역 (UWB: Ultra Wide Band) 기반의 전술이동통신 시스템의 성능을 분석하고 모의 실험을 통해 성능을 검증하였다. 본 논문에서 고려한 시스템은 채널에서 발생하는 오류를 정정하기 위해 이중 이진 터보 부호를 채널 부호로 채택한 시스템이다. 무선 채널은 수정된 SV (Saleh and Valenzuela) 모델로 모델링되었다. 또한 시스템 성능을 향상시키기 위해 시공간 블록 부호화 (STBC: Space Time Block Coding) 개념을 적용하였다. 시스템 성능은 비트 오류 확률 측면에서 분석되었다. 모의 실험 결과, 이중 이진 터보 부호로 부호화된 UWB 기반의 전술이동통신 시스템은 다중 사용자 간섭이 존재하는 환경에서 적절한 부호화 및 복호화 복잡도를 가지면서도 상당한 부호화 이득을 가질 수 있는 것을 확인하였다. 또한 고정된 부호화율에서 UWB 기반의 전술이동통신 시스템의 비트 오류 확률 성능은 반복 복호 횟수를 증가시킴에 따라 향상되는 것을 확인하였다. 그리고 이중 이진 터보 부호는 요구되는 비트 오류 확률을 유지하면서 동시 사용자 수를 증가시키는데 매우 효과적임이 검증되었다.
통신 시스템의 무선성능 요구조건 분석은 시스템의 성능을 예측하는 중요한 지표이다. 아직 표준안이 제정되지 않은 UWB(Ultra Wide Band) 시스템은 명확한 시스템 성능 요구조건을 유도하기 어렵다. 또한, 기존의 UWB 시스템과 멀티밴드 UWB 시스템의 무선성능 요구조건 분석에는 차이점이 있다. 이러한 차이점을 본 논문을 통해 분석하였으며, 이를 바탕으로 도출한 멀티밴드 UWB 시스템의 성능 요구조건을 본 논문에 기술하였다. 멀티밴드 UWB 시스템은 Sub-Band의 수에 따라 Throughput, 송신 최대 전력, 수신감도 등이 변화하는 것을 관찰할 수 있었다. 또한, 멀티패스의 영향으로 PRF(Pulse Repetition Frequency)를 변경하면 Link Margin은 증가하여 멀티패스 에너지 손실(Multi-path Energy Loss)에 대한 보상으로 멀티패스 마진(Multi-path Link Margin)이 발생하는 것을 알 수 있었으며 멀티패스 마진에 따라 수신신호 감도 및 간섭신호에 대한 저항성이 변화하는 것을 모의실험을 통하여 분석하였다.
Journal of information and communication convergence engineering
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제9권6호
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pp.652-656
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2011
In this paper, a transmitter-based multipath processing and inter-channel interference (ICI) cancellation scheme for a ultra-wideband (UWB) spatial multiplexing (SM) multiple input multiple output (MIMO) system is presented. It consists of taps delayed lines and zero-forcing (ZF) filters in the transmitter and correlators in the receiver. For a UWB SM MIMO system with N transmit antennas, M receive antennas, and Q resolvable multipath components, the BER performance of a linear transmit ZF scheme is analyzed in a log-normal fading channel and also compared with that of a receiver-based ICI rejection approach. It is found that when M ${\leq}$ N, the transmit ZF processing approach outperforms the ZF receiver while making the mobile units low-cost and low-power.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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