안테나 교환 다이버시티를 사용하는 적응변조 시스템의 성능

Abstract

안테나 교환 다이버시티 방식(switched diversity)은 무선 채널에서 발생하는 페이딩(fading)효과를 줄일 수 있는 기술로 선택 다이버시티 방식보다 성능은 다소 떨어지지만, 시스템의 안테나 개수와 상관없이 1개의 RF 회로만 사용한다는 장점 때문에 널리 사용되고 있는 기술이다. 이에 비해 적응 변조는 페이딩 채널의 변동성을 활용하여 주파수 자원을 효율적으로 사용할 수 있는 기술이다. 본 논문에서는 안테나 교환 방식과 적응 변조 기능을 가진 시스템을 제안하고 평균 비트 전송 속도가 최대가 되는 안테나 교환 임계값을 유도하며, 안테나 다이버시티를 사용하지 않는 시스템과 선택 다이버시티를 사용하는 시스템을 비교 대상으로 하여 제안한 시스템의 성능을 심볼 당 평균 전송 비트 수, 송신 중단 확률, 평균 BER 값을 통해 비교하였다. 분석 결과 제안한 방식은 심볼 당 평균 2비트를 전송할 때 안테나 다이버시티를 사용하지 않는 시스템에 비해 2dB정도의 수신 SNR 성능 향상을 보였고, 선택 다이버시티를 사용하는 시스템에 비해 0.5dB정도의 수신 SNR 성능 저하를 보였다. 그리고 수신 SNR이 높을 때는 제안한 방식이 갖는 송신 중단 확률이 선택 다이버시티를 사용하는 시스템에 비해 다소 높게 나타났지만, 수신 SNR이 낮을 때는 거의 대등한 송신 중단 확률을 갖는 것을 알 수 있었다. 또한 이동 무선 통신에 널리 사용되고 있는 대역 확산 시스템에 제안한 기술을 적용하여 이와 동일한 방법으로 성능을 분석하였다. 마지막으로 수신기에서 추정한 채널 정보를 송신기로 전달하는 궤환 채널(feedback channel)이 가지는 전송 지연이 시스템의 평균 BER에 주는 영향에 대하여 분석해 보았으며, 최대 도플러 주파수에 대해 정규화한 전송 지연의 값이 0.01 이하가 되면 평균 BER에 변화가 없음을 알 수 있었다.

Antenna switched diversity technique mitigates the effect of fading. Although its performance is a little inferior to the selection diversity, it is widely used due to its advantage that only one RF circuit is required for its operation without regard to the number of antennas. In comparison with this, adaptive modulation techniques improve the utilization of the spectrum resource through exploiting the channel fading. In this thesis work, we present an application of switched antenna diversity to a conventional adaptive modulation system, derive its optimal antenna switching threshold to maximize the average transmission bit rate, and analyze its performance by comparing with no diversity system and selection diversity system in terms of spectral efficiency, the outage probability, and average BER. The performance analysis shows that the proposed scheme with two receiver antennas achieves a signal to noise (SNR) gain of about 2 dB over the adaptive modulation scheme with a single antenna. This scheme suffers from a small SNR loss of 0.5 dB compared with the selection diversity based adaptive modulation system when the average number of bits per symbol is targeted to be 2. Furthermore, the proposed scheme yields as almost high the probability of no transmission as the selection diversity based system for the case of low average SNR, although the former yields a little higher probability of no transmission than the latter for the case of high average SNR. Also, we apply this techniques to a spread spectrum system and analyze its performance in the same manner. Finally we examined the impact of the feedback delay associated with conveying the channel state information over the feedback channel from the receiver to the transmitter on the average bit error rate (BER) performance and found that it is not significant when the time delay normalized by the maximum Doppler frequency is less than 0.01.