미래의 이동통신에서 하이브리드/통합 위성-지상 시스템의 중요성이 증가할 것으로 예상된다. 대부분의 이동통신 시스템은 지상 시스템 규격에 맞게 구성되어 있는데 이 경우 위성 시스템에 적합하게 호환성을 가지도록 하는 것이 시스템의 효율성 측면에서 매우 중요하다. 모든 4G 이동통신의 지상 시스템 규격에서는 자원을 효과적으로 사용하기 위해 수 msec 단위로 갱신이 가능한 적응형 변조 및 부호화 방식을 채택하였으나 위성 시스템의 긴 왕복지연 때문에 이러한 적응형 방식을 그대로 적용하기는 불가능하고, 단기 페이딩에 효과적으로 대응할 수 없다. 본 논문에서는 지상 시스템 규격과 최대의 호환성을 가지면서도 이동위성통신 시스템의 채널 환경에 적합한 적응형 변조 및 부호화 방식을 제시한다. 또, 단기 페이딩에 효과적으로 대응하기 위해 인터리버를 결합한 성능 시뮬레이션 결과를 비교 분석한다.
미래의 이동통신에서 하이브리드/통합 위성-지상 시스템의 중요성이 증가할 것으로 예상된다. 대부분의 이동통신 시스템은 지상 시스템 규격에 맞게 구성되어 있는데 이 경우 위성 시스템에 적합하게 호환성을 가지도록 하는 것이 시스템의 효율성 측면에서 매우 중요하다. 모든 4G 이동통신의 지상 시스템 규격에서는 자원을 효과적으로 사용하기 위해 수 msec 단위로 갱신이 가능한 적응형 변조 및 부호화 방식을 채택하였으나 위성 시스템의 긴 왕복지연 때문에 이러한 적응형 방식을 그대로 적용하기는 불가능하고, 단기 페이딩에 효과적으로 대응할 수 없다. 본 논문에서는 지상 시스템 규격과 최대의 호환성을 가지면서도 이동위성통신 시스템의 채널 환경에 적합한 적응형 변조 및 부호화 방식을 제시한다. 또, 단기 페이딩에 효과적으로 대응하기 위해 인터리버를 결합한 성능 시뮬레이션 결과를 비교 분석한다.
In future mobile networks, hybrid/integrated satellite and terrestrial systems will play an important role. Most of the mobile communication systems are focused on the terrestrial systems, in this case, compatibilities between the satellite and terrestrial systems are very important for efficiency o...
In future mobile networks, hybrid/integrated satellite and terrestrial systems will play an important role. Most of the mobile communication systems are focused on the terrestrial systems, in this case, compatibilities between the satellite and terrestrial systems are very important for efficiency of the systems. Terrestrial systems of all the 4G mobile communication adopted the adaptive modulation and coding (AMC) schemes for efficient usage of resources, and the updating interval of resource allocation in an order of msec. However, because of the long round trip delay of satellite systems, we cannot employ the same AMC scheme specified for the terrestrial system, and thus it cannot effectively counteract to short term fadings. In the paper, we propose the method to apply AMC to mobile satellite systems. In addition, in order to effectively counteract to short term fadings, we present the simulation results of the AMC combined with an interleaver.
In future mobile networks, hybrid/integrated satellite and terrestrial systems will play an important role. Most of the mobile communication systems are focused on the terrestrial systems, in this case, compatibilities between the satellite and terrestrial systems are very important for efficiency of the systems. Terrestrial systems of all the 4G mobile communication adopted the adaptive modulation and coding (AMC) schemes for efficient usage of resources, and the updating interval of resource allocation in an order of msec. However, because of the long round trip delay of satellite systems, we cannot employ the same AMC scheme specified for the terrestrial system, and thus it cannot effectively counteract to short term fadings. In the paper, we propose the method to apply AMC to mobile satellite systems. In addition, in order to effectively counteract to short term fadings, we present the simulation results of the AMC combined with an interleaver.
* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.
문제 정의
IMT-Advanced 시스템의 가장 두드러지는 특징 중의 하나는 변화하는 채널환경에 따라 대응하는 적응형 변조 및 부호화 (adaptive coding and modulation; AMC)를 활용한 적응형 전송 방식이 필수적으로 사용된다는 것이다. 따라서 본 논문에서는 LTE 규격에 바탕을 둔 이동 위성 시스템에 적합한 AMC 방식의 선정 방법을 제시한다.
본 논문에서는 LTE 규격을 기반으로 하는 이동 위성통신 시스템의 효율적인 AMC 방식들을 소개하였다. 이 AMC 방식들은 페이딩 채널의 통계적인 특성에 대한 분석과 적절한 SNR 운용 범위를 선택하고 전력을 효과적으로 조정하여 결정할 수 있다.
본 논문에서는 위성시스템에서의 AMC 성능 분석을 위하여 그림 3과 같이 QPSK 방식을 사용하는 MCS 레벨 0~9중 AWGN 채널에서의 비트 오류율 (bit error rate; BER) 성능을 살펴보았다. BER 성능이 10‑5을 만족시키는 각 MCS의 SNR을 표 1과 같이 조사하였고 QPSK 방식을 사용하는 MCS 레벨 중 부호화율이 최소인 MSC 0와 최대인 MCS 9을 선정하고 두 MCS 레벨 사이의 약 2 dB의 일정한 간격을 갖는 MCS 레벨을 3과 6로 선정하였다.
따라서 위성통신 시스템에서의 적응형 전송은 약 수백 msec 단위 이하의 빠른 페이딩에는 효과적으로 대응할 수 없다 [2]. 본 논문에서는 이러한 점을 고려하여, AMC 방식에 인터리버를 접목하여 그 성능을 분석한다.
본 장에서는 LTE 기반 위성 통신 시스템에서 효율적인 AMC 방식의 선정 방법을 제안한다. 먼저 효율적인 AMC 방식의 선정을 위하여 페이딩 채널에 대한 통계적인 분석을 한다.
먼저 효율적인 AMC 방식의 선정을 위하여 페이딩 채널에 대한 통계적인 분석을 한다. 이러한 페이딩 채널의 분석을 토대로 AMC 방식의 MCS 레벨을 선정하고 선정된 MCS 레벨의 운용 방법을 소개한다.
이 4G 의 여러 후보 중에서 주도권을 잡은 기술이 LTE-Advanced 인데 ITU-R에서는 IMT-Advanced 표준 제정을 위한 일정 및 표준 요구 사항 등을 정의하였으며, 3GPP에서는 이러한 ITU-R의 표준 일정에 맞추면서 IMT-Advanced 표준을 위한 요구 사항을 충족시키기 위한 기술 논의를 진행하고 있다 [1]. 이에 본 논문에서는 향후 IMT-Advanced 표준이 유력시 되는 3GPP LTE 기술을 기반으로 하는 이동위성통신 기술을 고려한다.
제안 방법
본 논문에서는 위성시스템에서의 AMC 성능 분석을 위하여 그림 3과 같이 QPSK 방식을 사용하는 MCS 레벨 0~9중 AWGN 채널에서의 비트 오류율 (bit error rate; BER) 성능을 살펴보았다. BER 성능이 10‑5을 만족시키는 각 MCS의 SNR을 표 1과 같이 조사하였고 QPSK 방식을 사용하는 MCS 레벨 중 부호화율이 최소인 MSC 0와 최대인 MCS 9을 선정하고 두 MCS 레벨 사이의 약 2 dB의 일정한 간격을 갖는 MCS 레벨을 3과 6로 선정하였다.
그러나, 그림 2에서 살펴본 바와 같이 1초당 안의 페이딩 기울기 값은 방식 C 및 D에서 설정한 전력 마진 이상으로 발생할 수 있다. 그러나, 3 dB 이상의 전력 마진을 상시 사용하는 것은 지나치게 비 경제적일 수 있으므로 참고문헌[4]에서 LTE 시스템의 AMC 방식과 효과적으로 결합이 가능한 블록 인터리버와 결합한 경우와 그렇지 않았을 경우의 성능을 비교하여 살펴본다.
채널은 앞 절에서 분석한 사용자 속도 3 km/h일 때의 ITU-R/B를 사용하였다. 그리고 효과적인 AMC 사용의 지표가 되는 정보어의 스펙트럼 효율(information spectral efficiency; ISE)을 살펴보기 위해 MCS 레벨별 사용률을 측정하였다.
또한 각 초당 페이딩 깊이에 따라서 결정된 MCS 레벨이 1 초안에 급격히 변화하는 페이딩에 대한 성능 저하의 보상으로써 전체적인 전력을 높여주는 방식을 C와 D로 명명하였다. 그림 2 에 제시된 바와 같이 인접한 초의 기울기 간격이 평균 3.
본 장에서는 LTE 기반 위성 통신 시스템에서 효율적인 AMC 방식의 선정 방법을 제안한다. 먼저 효율적인 AMC 방식의 선정을 위하여 페이딩 채널에 대한 통계적인 분석을 한다. 이러한 페이딩 채널의 분석을 토대로 AMC 방식의 MCS 레벨을 선정하고 선정된 MCS 레벨의 운용 방법을 소개한다.
본 장에서는 Ⅱ장에서 제시한 여러 가지 AMC 방식에 대하여 다양한 크기의 인터리버를 결합한 것과 결합하지 않은 경우에 대한 BER 성능 시뮬레이션 결과를 비교하여 제시한다.
대상 데이터
적절한 AMC 레벨의 선정을 위해서는 먼저 페이딩 채널에 대한 통계적인 분석이 선행되어야 한다. 본 논문에서는 이동위성통신 채널 모델 중 참고 문헌 [3]의 ITU-R 권고서에 IMT-2000 위성 시스템용으로 제시되어 있는 모델 중 B에서 사용자 속도가 3 km/h인 경우를 고려한다. 페이딩 채널을 분석함에 있어서 여러 가지 사항이 고려되어야 하지만 그 중 페이딩의 기울기가 AMC 방식을 설계하는데 가장 중요한 역할을 한다.
시뮬레이션에서는 LTE 규격인 [5]를 사용하였고 인터리버의 크기는 각각 120, 240, 360 및 720 msec이다. 채널은 앞 절에서 분석한 사용자 속도 3 km/h일 때의 ITU-R/B를 사용하였다.
성능/효과
이 AMC 방식들은 페이딩 채널의 통계적인 특성에 대한 분석과 적절한 SNR 운용 범위를 선택하고 전력을 효과적으로 조정하여 결정할 수 있다. 그리고 위성통신 시스템의 긴 왕복지연 특성에 의하여 AMC 갱신 시간을 초단위로 하였는데 제안한 AMC 방식들과 인터리버를 결합하여 사용함으로써 단기간의 페이딩에 효과적으로 대처할 수 있도록 하였다.
표 2의 MCS 레벨별 사용률을 비교해봤을 때 표 4와 표 5는 MCS 9의 사용률이 적고 MCS 6의 사용률이 많지만 정보어를 성공적으로 전송할 확률이 높기 때문에, 즉 BER이 상대적으로 낮기 때문에 정보어의 스펙트럼 효율성은 비슷하게 나타났다. 따라서, 방식 C와 D가 방식 A, B와 비교해서 더 좋은 성능 및 동일하거나 더 좋은 정보어의 스펙트럼 효율성을 보이는 것을 확인할 수 있다.
특히 인터리버의 크기가 클수록 성능이 더 우수하다는 것을 알 수 있다. 또한 방식 A의 MCS 6에 1 dB의 여유를 둔 방식 B가 MCS 9을 방식 A 보다는 적게 사용하고 또한 전송된 정보어가 상대적으로 적기 때문에 스펙트럼 효율은 작다는 점을 확인 수 있다.
각 표에서 제시된 스펙트럼 효율에는 BER 값이 고려되어 성공적으로 전송된 심볼들에 대한 스펙트럼 효율을 표기하였다. 인터리버를 사용할 경우 단기 페이딩에 효과적으로 대처가 가능하기 때문에, 인터리버를 사용하지 않은 방식에 비해 더 우수한 성능을 낼 수 있다는 것을 확인할 수 있다. 특히 인터리버의 크기가 클수록 성능이 더 우수하다는 것을 알 수 있다.
다음 표 4와 표 5는 그림 5의 AMC 방식들을 적용했을 때의 성능 결과이다. 표 2의 MCS 레벨별 사용률을 비교해봤을 때 표 4와 표 5는 MCS 9의 사용률이 적고 MCS 6의 사용률이 많지만 정보어를 성공적으로 전송할 확률이 높기 때문에, 즉 BER이 상대적으로 낮기 때문에 정보어의 스펙트럼 효율성은 비슷하게 나타났다. 따라서, 방식 C와 D가 방식 A, B와 비교해서 더 좋은 성능 및 동일하거나 더 좋은 정보어의 스펙트럼 효율성을 보이는 것을 확인할 수 있다.
후속연구
그림 1에서 성능 저하의 중요한 지표인 대부분의 음의 기울기 값을 갖는 페이딩 깊이는 0 ~ -3 dB일 때이고 이 때의 페이딩 깊이 변화는 0 ~ -1 dB로 나타나는 것을 알 수 있다. 그러나, 위의 기울기 값은 평균 값이므로 보다 정확한 분석을 위해서는 실제로 각 기울기들이 어떻게 변화되는지를 보다 실제적으로 관찰해 볼 필요가 있다.
또한, LTE Release 8에 기반을 두고 있는 본 연구는 향후 Release 9에 적용할 수 있는 기틀을 마련할 것으로 보인다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
3G는 어떠한 서비스를 주 목적으로 하였는가?
음성과 영상 서비스를 주 목적으로 했던 이동통신 기술인 3G에 이어 여러 서비스를 하나로 통합한 4G가 차세대 이동통신으로 주목 받고 있다. 이 4G 의 여러 후보 중에서 주도권을 잡은 기술이 LTE-Advanced 인데 ITU-R에서는 IMT-Advanced 표준 제정을 위한 일정 및 표준 요구 사항 등을 정의하였으며, 3GPP에서는 이러한 ITU-R의 표준 일정에 맞추면서 IMT-Advanced 표준을 위한 요구 사항을 충족시키기 위한 기술 논의를 진행하고 있다 [1].
IMT-Advanced 시스템의 주요 특징은 무엇인가?
그러나 위성통신 시스템은 긴 왕복 시간 지연 등의 특성들로 인해서 지상망과 다른 점이 많기 때문에 현재 지상망의 특성에 맞도록 개발된 규격을 그대로 적용하는 데에는 여러 가지 어려움이 있다. IMT-Advanced 시스템의 가장 두드러지는 특징 중의 하나는 변화하는 채널환경에 따라 대응하는 적응형 변조 및 부호화 (adaptive coding and modulation; AMC)를 활용한 적응형 전송 방식이 필수적으로 사용된다는 것이다. 따라서 본 논문에서는 LTE 규격에 바탕을 둔 이동 위성 시스템에 적합한 AMC 방식의 선정 방법을 제시한다.
참고문헌 (5)
윤영우, "LTE-Advanced 주요 표준화 동향", 한국통신학회지, 제 26권 제12호, pp. 29-35, 2009
여성문, 홍태철, 김수영, 송상섭, 안도섭, "LTE 기반 이동 위성통신 시스템에서의 효과적인 페이딩 극복을 위한 연구", 2009년도 추계학술대회, 강원도 평창, 11월 26-27일. 2009.
Recommendation ITU-R M.1225, Guidelines for Evaluation of Radio Transmission Technologies for IMT-2000.
여성문, 홍태철, 김수영, 송상섭, 안도섭, "이동 위성통신 시스템에서의 LTE 기반 AMC 방식을 위한 인터리버 설계", 한국전자공학회논문지, 제 47 권, TC편, 제 3 호, pp. 8-15, 2010
"3rd Generation Partnership Project; Technical Specification Group Radio Access Network; Evolved Unicersal Terrestral Radio Access(E-UTRA); Physical Channels and Modulation (Release 8) ", 3GPP TS 36.211 V8.3.0(2008-05).
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.