KR20020005346A - 수신 전력지연 모델을 이용한 무선 ｏｆｄｍ 시스템의성능분석 장치 - Google Patents

Abstract

현재 고속 무선통신을 위한 표준으로 각광받고 있는 OFDM 방식의 이동통신 시스템의 성능분석을 위해서는 다양한 PDP (Power Delay Profile) 형태에 따른 BER (Bit Error Rate) 의 변화 정도를 고찰하는 것이 필수적이다. 그러나 이러한 실험을 다양하게 여러 가지 환경에서 신뢰성 있게 실시하기 위해서는 많은 시간과 경비가 소요된다. 따라서 본 발명에서는 채널상태에 따라 매우 다양한 형태를 보이는 PDP의 peak 형태, 기울기, 감쇠정도, echo group 등을 모델 파라메터로 조정할수 있도록 하였으며 이러한 파라메터의 조정에 따른 즉 새로운 채널 환경에 따른 OFDM system의 BER 성능분석이 가능하도록 하였다. 발명장치는 16-QAM 또는 64 QAM 변조방식의 OFDM 통신 시스템 및 Rayleigh , Rician 채널을 선택할 수 있도록 하였다. 본 장치를 이용함으로서 기존의 제한적인 실측 데이터 모델을 확장하여 다양한 모델을 적용함으로서 좀 더 완전한 성능평가가 이루어질 수 있도록 하였으므로 시스템의 설계 및 제작, 성능시험 등의 목적으로 폭넓게 활용될 수 있을 것이다.

Description

수신 전력지연 모델을 이용한 무선 ＯＦＤＭ 시스템의 성능분석 장치{The performance analyzer for orthogonal frequency multiplexing (OFDM) systems based on the power delay profiles of wireless communication channels}

고속 데이터 전송을 위한 새로운 무선통신 시스템으로 OFDM 방식이 선호되고 있으나 지금까지 채널이 다중 경로 전송, 페이딩, 그리고 도플러 천이의 영향을 받는 경우 BER에 대한 수학적인 접근은 매우 어렵고 분석이 실질적이지 않으며 한정된 변조구조에 국한되어 있었다. 또한 전송채널에 대한 세부적인 특성분석은 매우 미흡하였다. 그러므로 OFDM 시스템에서의 다양한 채널특성에 따른 구체적인 시스템 성능정도에 대한 분석이 매우 중요한 문제이다.

OFDM 시스템에서의 다양한 채널특성에 따른 구체적인 시스템 성능정도에 대한 분석이 매우 중요한 문제이다. 모의 실험장치를 통하여 사전에 실험실 연구단계에서 채널특성에 따른 시스템의 성능정도를 정확히 분류하고 체계적으로 분석할 수 있다면 실질적인 시스템 구현을 위한 설계 및 성능분석에 많은 도움이 될 수 있다. 본 발명에서는 광대역 통신 채널의 특성을 표시하는 PDP(Power Delay Profile)의 Peak, Echo 그리고 다른 불규칙적인 변화들을 수용할 수 있는 모델링 기법을 이용하여 통신채널의 불규칙의 변화를 분석하고 이를 바탕으로 각기 다른 PDP 형태에 따른 BER의 변화에 대한 분석이 가능하도록 하였다.

도 1은 OFDM 시스템 성능분석 장치 블럭도

도 2는 PDP의 길이 변화에 따른 모델

도 3은 PDP 의 길이 변화에 따른 BER 성능분석 결과

도 4는 PDP의 첨두치 위치에 따른 모델

도 5는 PDP의 첨두치 위치에 따른 BER 성능분석 결과

본 발명에서의 모의 실험 장치 기본 구조는 그림 1과 같으며 입력 데이터는 변·복조부, S/P converter 그리고 IFFT를 수행 후 다중 경로 채널로 전송 되며 채널을 통한 신호는 수신단에서 송신단의 역의 과정인 FFT, P/S converter 그리고 복조부를 통하여 최종 수신되게 되며 시스템의 BER은 입력 데이터와 최종 수신된 신호의 비교로 측정된다.

그림 1 OFDM 방식의 무선통신 채널 모의 분석장치

1. OFDM 개요

OFDM 통신 시스템은 다중 반송파 방식으로 데이터를 여러개의 부채널을 통하여 동시에 데이터를 전송하는 방식으로 부채널 각각의 직교성을 이용하여 채널을 중첩시킴으로써 주파수 대역의 효율성을 볼 수 있으며 정보 전송의 효율성을 증진시킬 수 있다. 변조부를 통하여 발생된 데이터는 S/P(Serial to Parallel) 변환기와 IFFT(Inverse Fast Fourier Transform)과정을 통하여 전송 채널로 전송되며 채널을 통한 신호는 수신부에서 FFT(Fast Fourier Transform), P/S 변환기 그리고 복조부를 통하여 수신하게된다.

2. 변·복조부

변·복조부는 16-QAM 및 64-QAM 방식을 선택 적용할수 있도록 하였으며 OFDM 통신 시스템의 변조부와 복조부는 동기 되었다는 가정 하에 반송파 위상의 지터는 고려하지 않았다.

3. 전송 채널

JTC에서 권고하고 있는 무선 채널 모델은 광대역 신호의 전송 특성을 모의 실험 하기 위해 실측 데이터를 기준으로 개발되었다. 이 모델은 무선 채널을 복소 가우시안이며, complex Gaussian wide-sense stationary uncorrelated scattering channel 로 가정하였다. 환경에 따라서 채널 경로가 다르므로 수신기에 도달하는 신호간에 서로 다른 시간 지연이 나타나며 이들의 진폭 또한 서로 다르게 되고 도플러 스펙트럼 역시 변하게 된다. JTC모델은 실측 데이터를 기준으로 제안되었으며 최근에는 실내와 실외 무선 환경의 광대역 특성을 표현하기 위한 표준 모델로 제시되고 있다. 또한 각 환경마다 3개의 다중파 채널 즉, 채널 A, 채널 B, 채널 C로 구분하였다. 채널 A는 가장 빈번히 발생하며 지연 확산이 작은 채널이고, 채널 B는 자주 발생되며 중간 정도의 지연 확산 값을 갖는 채널이다. 그리고 채널 C는 매우 드물게 발생하며 지연 확산이 매우 큰 채널의 경우이다.

JTC모델의 PDP로부터 다음과 같이 Main profile와 Echo profile를 포함하는 채널 변수를 다음과 같이 4가지로 설정하여 각각 본 발명장치를 이용하여 시스템 성능 분석을 할수 있도록 하였다.

(1) Main profile의 길이

(2) Peak의 위치

(3) Echo profile의 감쇠

(4) Echo profile의 지연시간

4. BER 측정

시스템의 BER은 입력 데이터와 채널을 통하여 페이딩의 영향을 받은 데이터간의 비교로 측정된다. 전형적인 BER 측정은 Monte Carlo 방법인 전송된 비트 수와 비트 에러의 수의 비교로 측정된다. 그리고 실험의 통계적인 명확성을 위해 최소 1/BER 이상의 많은 데이터를 요구하며 논문에서는 10⁶개의 입력 데이터를 기반으로 측정하였다. 또한 제시된 시스템의 BER은 100번의 모의 실험을 통한 평균치의 값으로 제시되었다.

5. 본 발명장치를 이용한 분석 예

1) PDP 의 main profile 길이에 따른 성능분석

Main profile의 길이는 명확하게 정의된 바가 없기 때문에 JTC 모델에서 정의된 채널에 따른 평균 전력의 분포를 나타낸 다름과 같은 식을 기준으로 모델 파라메터를 설정하였으며 Dynamic range를 20[dB]로 설정하였다.

여기서 τ는 지연 시간을 의미하며 τ_d는 감쇠 상수로 JTC 모델에 따라 부여된 상수이다. 본 발명에서의 모델 파라메터의 설정은 그림 2와 같으며 감쇠 상수는 JTC 모델에서 설정된60[㎱]을 기준으로 200[㎱], 500[㎱]로 변경하여 설정하였다. 그림 3은 설정된 모델을 통하여 모의 실험된 결과로서 PDP의 Main profile의 길이와 시스템의 BER은 반비례의 관계가 있음을 알 수 있으며 PDP의 감쇠 상수가 커져서 Main profile의 길이가 길어짐에 따라 전송된 신호의 시간 분산이 증가하여 ISI(Inter Symbol Interference)의 상대적으로 증가하기 때문에 BER이 증가함을 알 수 있다.

2) Peak의 위치에 따른 성능분석

Main profile에서 Peak 위치는 정규화된 수신 전력의 최대값이 0[dB]인 위치로 설정하였으며 실험 모델은 Main profile의 길이에 따른 시스템의 성능평가에 적용된 모델과 동일한 감쇠 상수가 60[㎱]인 실내 거주지 환경을 모델로 설정하였다. 그림 4 에서 보는 바와 같이 Peak 위치는 0[㎱]부터 50[㎱] 단계로 250[㎱]까지 적용하여 모의 실험을 하였다. 본 발명 장치를 이용한 실험 결과는 그림 5에서 보는 것처럼Peak 위치가 우측으로 이동함에 따라, 즉 Peak 위치의 지연 시간이 길어짐에 따라 미세한 BER의 증가가 있음을 알 수 있다. 그림 5의 결과는E _b /N ₀를 5, 10, 15, 20, 30[dB]로 각각 바꾸면서 측정한 결과이다.

고속 데이터 전송을 위한 새로운 무선통신 시스템으로 OFDM 방식이 선호되고 있으나 지금까지 전송채널에 대한 세부적인 특성분석은 매우 미흡하였다. 그러므로 OFDM 시스템에서의 다양한 채널특성에 따른 구체적인 시스템 성능정도에 대한 분석이 매우 중요한 문제이다. 모의실험을 통하여 사전에 실험실 연구단계에서 채널특성에 따른 시스템의 성능정도를 정확히 분류하고 체계적으로 분석할 수 있다면 실질적인 시스템 구현을 위한 설계 및 성능분석에 많은 도움이 될 수 있다. 그러므로 본 발명에서는 전송채널의 특성에 따른 OFDM 시스템의 성능을 구체적으로 평가할 수 있는 모의실험 장치를 개발하였다. 파라메터 modelling 방식으로 PDP model 변화에 따른 시스템 평가를 가능하게 함으로서 수시로 변화하는 이동통신 채널에 따른 시스템의 성능 열화정도를 어떠한 채널 환경 하에서도 분석할 수 있게끔 하였다.다.

Claims (1)

1. OFDM 무선통신 시스템에서의 다양한 채널특성에 따른 PDP(power delay profile) 의 특성 및 파라메터 모델링 기법을 이용한 구체적인 시스템 성능(bit error rate) 분석 장치.