This contribution focuses on the maximum likelihood (ML) noncoherent synchronization of multi-antenna transceivers working in faded environments and employing ultra-wideband impulse radio (UWB-IR) transmit technology. In particular, the Cramer-Rao bound (CRB) is derived for the general case of multiple input multiple output (MIMO) UWB-IR systems and used to compare the ultimate performance of three basic transmit schemes, thereinafter referred to as single input multiple output (SIMO), MIMO equal signaling (MIMO-ES), and MIMO orthogonal signaling (MIMO-OS) ones. Thus, the noncoherent ML synchronizer is developed for the better performing transmit scheme (i.e., the SIMO one) and its performance is evaluated under both signal acquisition and tracking operating conditions. The performance gain in the synchronization of UWB- IR signals arising by the utilization of the multi-antenna technology is also evaluated.
Challenges in cognitive radio and tactical communications include recognizing anonymously received signals and estimating parameters in a blind or semi-blind manner. In this paper, we examine this issue for orthogonal frequency division multiplexing (OFDM) signaling. There are several parameters in OFDM signaling, and the blind receiver must extract and consider the synchronization issue. We assume that the blind receiver is aware of modulation type, OFDM, and not aware of chip duration and the length of cyclic prefix. First, we present new criteria based on kurtosis to estimate these parameters and compare their performance at different levels of additive white Gaussian noise with methods based on correlation, kurtosis, maximum likelihood, and matched filter. Then, we perform synchronization and estimate the start time based on these criteria and several new criteria in two steps: fine and coarse synchronization. Finally, in a more practical setup, we present the idea of jointly estimating the mentioned parameters and the signal start time as coarse synchronization. We compare different criteria and show that one of the proposed criteria has the highest efficiency.
디지틀 통신에서 매우 중요한 문제인 비트 동기화(bit synchronization)를 기저대역(baseband)의 PAM 신호에 대하여 weighted least square 추정 기법과 등가인 Gauss-Markov 추정 기법을 연구하였다. 백색 가우시안 확류분포를 갖는 잡음하에서, 천이 위상(Transition phase)과 데이터 레벨의 추정을 2차원적으로 동시에 수행하여 수신단에서 완전한 신호를 복원하는, 검파기 포함형의 비트 동기화기(synchronizer) 실현에 관한 연구를 수행하였다. 컴퓨터 시물레이션으로 실현성을 확인하였으며, 기존의 대표적 비트 동기화 방식인 maximum likelihood 추정 이론에 근거한 DTTL(digital data transition tracking loop)와 그리고 minimum likelihood 추정 기법에 근거한 방식과의 추정 오차성능을 비교 평가하였다.
Ultra-wideband (UWB) 시스템의 동기화에 대한 이제까지의 연구에서는 참조 신호와 다중경로 성분들 중 어느 한 성분과의 위상을 맞추는 것을 동기화라 정의하고 빠르게 동기화하는 기법에 대하여 연구하였다. 그러나 다중경로 성분들은 서로 다른 전력을 갖기 때문에, 동기화 이후 과정들에서, 낮은 전력을 갖는 다중경로 성분에서 동기화가 될 경우에는 좋지 않은 성능을 가지며, 높은 전력을 갖는 다중경로 성분에서 동기화 할 경우에는 좋은 성능을 갖는다. 일반적으로 첫 번째 다중경로 성분이 가장 큰 전력을 가지며, 따라서 첫 번째 다중경로 성분에서 동기화함으로서 동기화 이후 과정들의 성능을 향상시킬 수 있다. 본 논문에서는 첫 번째 다중경로 성분과 참조 신호의 위상이 맞았을 때를 동기화라 새롭게 정의하고, 최대 우도 (maximum-likelihood: ML) 방법을 이용하여 UWB 다중경로 채널에서 첫 번째 다중경로 성분을 찾기 위한 최적 결정 법칙을 유도하였으며, 동시에 이에 바탕을 둔 준 최적 결정 법칙을 제안하였다. 모의실험을 통해, 새로운 동기화의 정의에 따라 동기화하였을 때, 그렇지 않을 때보다 좋은 복조 성능을 갖는 것을 확인할 수 있었으며, 본 논문에서 제안된 최적 및 준 최적 결정 법칙은 기존 결정 법칙과 비교할 때 월등한 성능을 갖는 것을 확인할 수 있었다.
본 논문에서는 5G NR 시스템을 위한 동기 신호를 이용한 cell ID 검출 방법에 대한 성능을 비교하였다. 5G NR(fifth-generation new radio) 시스템의 송신기는 SS/PBCH (synchronization signal/physical broadcast channel) 블록을 송신하며, 수신기는 수신된 SS/PBCH 블록을 이용하여 주파수 및 타이밍 오프셋 (frequency and timing offset)을 추정 할 수 있으며, cell ID (cell identity)는 PSS (primary synchronization signal)와 SSS (secondary synchronization signal)를 통해 검출할 수 있다. 본 논문에서는 cell ID 를 검출할 수 있는 방법으로서 2-stage 디코딩 방법과 결합 최대우도 결정 규칙 (joint maximum-likelihood decision rule: joint ML) 디코딩 방법을 사용하였다. Joint ML 디코딩 방법은 2-stage 디코딩 방법에 비해 더 좋은 검출 성능을 보이지만, 복잡도 측면에서는 2-stage 디코딩 방법이 joint ML 디코딩 방법에 비해 더 낮은 복잡도를 갖는 것을 확인하였다.
본 논문에서는 백색 가우스 잡음 Co-channel 간섭이 존재하는 채널에서의 2진 펄스 진폭변조 통신 시스템에서 주기적으로 삽입되는 프레임 동기 문제를 다루었다. Co-channel 간섭이 존재함으로서 발생되는 Correlation Rule의 성능 저하를 보이고 백색 가우스 잡음과 Co-channel 간섭이 존재하는 채널에서의 최대 프레임 동기 공식을 유도하였다. 최대 추정 동기 공식은 신호 에너지에 있어 Correlation Rule 보다 약 1dB 정도의 성능 향상을 보였다. 특히, 신호대잡음비가 0dB 이상일 경우 최대 추정 동기 공식은 최대 2dB 정도의 성능향상을 보였다.
DMT 방식의 송·수신기는 파일롯 채널의 페이즈 정보를 이용하여 샘플동기를 맞추게 된다. 파일롯 채널의 페이즈 값은 심볼 단위로 행해지는 FFT 결과에서 구할 수 있으므로, 심볼동기를 샘플동기 이전에 맞추어 주어야 한다. DMT VDSL시스템의 경우, 심볼 내의 반복되는 구간사이의 상관성을 통해서 심볼동기를 구할 수 있게 된다. 수신신호의 부호를 기본으로한 최우도 추정함수를 사용하여 심볼동기를 구하는 기법에 대해 제안하였으며, Tx 윈도우에 의해, 심볼동기의 추정값이 잡음에 민감해지는 것을 막기위해 가중합을 적용한 추정 방법을 제안하였다. 송·수신기 사이에 샘플링 클럭 옵셋이 존재할 경우, 샘플동기를 위해 디지털 영역에서 샘플링 클럭 옵셋을 보정해주는 기법을 제안하였다.
Kim, Hyunki;Song, Kiseok;Roh, Taehwan;Yoo, Hoi-Jun
JSTS:Journal of Semiconductor Technology and Science
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제16권4호
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pp.436-442
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2016
An electroencephalogram (EEG)-connectome processor to monitor and diagnose mental health is proposed. From 19-channel EEG signals, the proposed processor determines whether the mental state is healthy or unhealthy by extracting significant features from EEG signals and classifying them. Connectome approach is adopted for the best diagnosis accuracy, and synchronization likelihood (SL) is chosen as the connectome feature. Before computing SL, reconstruction optimizer (ReOpt) block compensates some parameters, resulting in improved accuracy. During SL calculation, a sparse matrix inscription (SMI) scheme is proposed to reduce the memory size to 1/24. From the calculated SL information, a small world feature extractor (SWFE) reduces the memory size to 1/29. Finally, using SLs or small word features, radial basis function (RBF) kernel-based support vector machine (SVM) diagnoses user's mental health condition. For RBF kernels, look-up-tables (LUTs) are used to replace the floating-point operations, decreasing the required operation by 54%. Consequently, The EEG-connectome processor improves the diagnosis accuracy from 89% to 95% in Alzheimer's disease case. The proposed processor occupies $3.8mm^2$ and consumes 1.71 mW with $0.18{\mu}m$ CMOS technology.
OFDM(orthogonal frequency division multiplexing) 시스템은 시간 동기 및 주파수 옵셋 추정 오차에 따라 시스템 성능이 좌우된다. 본 논문에서는, OFDM을 기반으로 한 디지털 비디오 방송(digital video broadcasting) 시스템을 위한 향상된 정수배 주파수 옵셋 추정 방법을 제안한다. 제안된 정수배 주파수 옵셋 추정기는 기존의 ML 추정기에 다단계 추정 방법을 적용하여 개선한 방법이다. 실험 결과를 통해, 제안된 주파수 옵셋 추정 방법이 기존의 ML 추정기에 비해 적은 연산량으로 향상된 주파수 옵셋 추정 성능을 가진다.
위성 기반 측위 시스템은 위치 기반 기술의 핵심 기술로서, CDMA 시스템을 사용한다. CDMA 시스템에서 원활한 위치 측위를 하기 위해서는 확산 부호의 정확한 동기가 이루어져야 한다. 본 논문은 확산 부호의 동기 기법 가운데 부호 추적 기법에 초점을 맞춘다. 특히 다중 경로 환경에서 기존의 부호 추적 기법인 DLL 방법은 적합하지 않다. 본 논문은 수신 신호에서 다중 경로 신호를 축출하여 이를 부호 추적 기법에 사용하는 방법을 제안한다. Spirent simulator를 이용하여 제안 기법을 검증하고 성능 평가를 보인다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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