디지털 통신 PSK,MSK,OFDM,SS(대역확산) 통신의 배경 개념

PSK의 문제점과 저감 방안

BPSK , QPSK

큰 위상변화 -> 고주파성분 발생

OQPSK

180도 위상변화는 없지만 SIDELOBE가 큼

LPF로 감소 -> 위상변화점에서 진폭변화 유발 -> 비선형 특성회로 통과시 범위밖 주파수 성분 재발생

I,Q채널 신호의 시간차 주어 위상변화를 90도로 제한 -> 변조신호의 진폭변화가 QPSK보다 작게 됨

위상변화를 더 줄이면 대역외 스펙트럼 특성을 더 좋게 만들수있음

MSK 등장(Minimum shift keying)

M-ary 변조

반송파의 상태가 M개가 되도록 하는 변조방식

이때 필요한 비트수는 log2M이상의 정수가 됨

만일 log2M이 정수K라면 M=2^K의 관계를 만족

SYMBOL의 RATE RS와 BIT RATE RB 사이의 관계 , RS=RB/K 비트구간 TB와 심볼구간 TS사이와의 관계,

TS=KTB

심볼길이가 길어지면 -> 대역폭은 작게하수있음

M-ARY변조는 BINNARY변조에 비해 -

Gray code를 이용한 level conversion

gray code규칙 : 인접code간 서로 다른 bit수는 1개임

gray 토드를 이용한 이유

인접한 심볼은 서로 다른 bit개수가 적을수록 주어진 symbol error probability에 대해 BER이 작아짐

Level converter에서 gray code 규칙을 따라 신호진폭을 결정하면, 한개의 심볼에러에 대해 1bit만 error이고 나머지 bit는 error가 아님

MFSK의 BER심볼 스테이트가 들너날수록 대역폭이 늘어나면서 BER성능도 증가하지만 -.1.6dB를 넘지 못함

M-ary PSK (MPSK)

MPSK 신호의 출현

in-phase및 qradrautre  성분으로 분해하여 표현하면

대역폭과 성능

MPSK신호의 대역폭은 BPSK에 비해서 1/K배 B=2/TS=2/KTB

M(또는 K) -> 대역폭 효율 상승 , 신호간 위상차 하락 => 복조 에러 상승

QAM(Quadrature Amplitude Modulation)

Quadrature Amplitude Modulation(QAM) 또는 Amplitude phase keying(APK)

2K bit로 수겅된 symbol에 따라 2^2k개의 symbol 상태를 carrier의 진폭과 위상으로 구별

QAM에서는 심볼 길이다.

OFDM

:Orthogaonal Frequencyy Division Multiplexing

배경

: 모바일 인터넷, 멀티미디어 서비스의 급속한 증가로 고속데이터 전송이 요구됨

single carrier system으로 고속데이터 전송시 channel delay가 확산되어 ISI가 불가피

적용기술

:전송에 앞서 고속데이터를 여러 개의 병렬 저속데이터로 나누는 MULTI-CARRIER 전송기법을 사용하여 ISI를 줄임

OFDM은 subcarrier들의 spectrum을 overlap시킬 수 있는 multicarrier modulation(MCM)의 특별한 경우임

OFDM 

심볼 하나의 OFDM 신호에 포함된 4개의 subcarrier

각각의 캐리어는 T초 구간 동안 정수개의 사이클을 가지며 subcarrier와는 정확히 한 사이클 차이가 난다.

구형파 pulse의 spectrum은 1/T의 모든 정수배 주파수에서 0

subcarrier spectrum이 zero crossing 하는 곳에서 다른 subcarrier spectrum이최대값이 되도록 하면 ICI발생 회피 가능

OFDM신호의 표현

subcarrier들이 서로 직교하며, 간섭을 주지 않음

ISI를 해결하기 위해 guard interval을 둠 symbol data를 각각 subcarrier로 QPSK,16-QAM,64-QAM coherent demodulator

OFDM의 장단점과 활용

장점 멀티패스와 내로우-밴드 inter ference에 강함

SFN(single Frequency Network) 구성이 가능

복잡한 channel Equalizer와 pulse samping filter가 필요없어 수신기복잡도가 줄어듬

FFT/IFFT 신호처리를 이용해 상대적으로 쉽게 구현가능

단점 Frequency offset과 phase noise에 민감

PAPR(peak-to-average power)이 상대적으로 커서 rf증폭기에서의 전력효율은 떨어짐

Spread Spectrum(대역 확산,ss)통신의 배경

고전적 통신시스템에서의 Trade-off

무선통신시 에너지효율과 대역폭효율 동시달성이 쉽지 않음

역발상의 효과

신호전력을 최소요구대역보다 광대역으로 확산시키되, 특정코드를 알면 다시 협대역으로 복원시키는 방법을 적용

보안성 부여 가능 : 군통신에서 적극 활용

Multi-Path fading에 의한 왜곡 및 간섭에도 강함

동일한 대역을 복수의 사용자가 통신할수 있는 다중접속(multiple access)이 가능

=>code DIVISON multiple Access(CDMA)

대역확산통신의 조건

정보전송에 요구되는 최소한의 대역폭보다 넓은 대역폭을 사용

Minimum bandwidth

일반적으로 10배~수천배 이상의 대역폭을 사용

정보데이터와 독립적인 부호열에의해 대역이 확산되는 시스템

PN(pseudoo-randomNoise)code Spreading code

PN code를 모르면 잡음으로 존재

송신기에서 사용한 부호열을 수신기에서 사용하여 역확산이 수행됨

확산이득

대역확산 처리이득(processing gain)

원신호 대역이 PN code에 의해 얼마나 넓게 spectrum이 확산될수 있는지 나타내는 파라미터

점유 대역폭이 확산됨에 따라 얻어진 s/n 이득

확산율

하나의 정보 비트(심볼)을 전송하기 위해 사용되는 chip의 개수를 말함

높은 확산율은 복원 가능성이 더 좋지만, 대신에 더 넓은 대역폭이 요구됨

processing Gain과 통상적인 의미는 같지만, 실제시스템에서는 확산율보다 약간 더 낮음

ss통신의 종류

direct-sequence (ds)

신호원에 pseudo-random code를 multiplying하여 ss수행

Frequeny hopping (Fh)

fast hopping 한 비트에 여러 주파수대 사용, 주파수공격에 강함

slow hopping 한 주파수에 여러 비트사용, 주파수 공격에 취약

time-hopping (TH)

심볼구간을 여러개 TIME-slot으로 분할하고, 심볼의 길이를 하나의 time-slot길이로 축소하여 여러개 슬롯중 하나에 실어 전송

time-slot hopping pattern은 PN code로 결정

ds/ss - BPSK 수신

송신기와 수신기 사이의 거리로 인하여 수신기에는 송신신호가 타우 만큼 지연되어 입력

동기를 맞춘상태에서도 단말기 이동등으로인해 전송지연이 변할수있으므로 코드추적을 지속해야함

symbol timing recovery와 캐리어 리커버리

수신기에서는 적분구간을 비트구간에 정확히 맞춰야함

즉 i번째 비트의 시작시간 수신신호에서 찾아야하며, 이를 심볼 타이밍 리커버리라 함