저전력 변조 방식은 근거리 통신 시스템에서 전력 효율을 높이기 위하여 필요한 요소이다. 본 논문은 저전력 변조를 위해 제안된 PSSK(Phase Silence Shift Keying), PSPM(Phase Shift Position Modulation), QAPM(Quadrature Amplitude Position Modulation) 방식들을 주파수 측에서의 mapping을 통하여 OFDM 전송을 하고 그 성능을 분석한다. PSSK, PSPM과 QAPM 변조 방식은 기존의 PSK, QAM 변조 방식에 비하여 대역 효율은 떨어지지만, 전송효율을 높인 변조 방식으로 PPM 방식을 이용하여 신호의 주기를 나누고, PSK 혹은 QAM 심볼을 배치한다. 이렇게 배치함으로써 심볼 주기 이외의 구간은 0을 배치할 수 있게 되고 그에 따라 전력 효율을 높이는 방식이다. PPM 방식을 이용한 변조 방식은 PSK보다 높은 전력 효율과 FSK보다 높은 대역 효율을 얻을 수 있으며, 전체적인 성능은 FSK와 PSK의 사이에 위치하게 된다. OFDM 전송 방식은 기존의 단일 반송파 전송 방식보다 대역 효율을 높일 수 있다. 이 논문에서는 PSSK와 PSPM, QAPM과 같은 저전력 변조 방식을 OFDM 방식에 적용하기 위한 주파수축에서의 부반송파 mapping 방식을 제안한다. 또한, 제안된 mapping을 통하여 전송하였을 때의 BER 성능과 단일 반송파 전송을 통한 BER 성능을 비교하며, 기존의 방식과의 PAPR 성능을 비교한다.
저전력 변조 방식은 근거리 통신 시스템에서 전력 효율을 높이기 위하여 필요한 요소이다. 본 논문은 저전력 변조를 위해 제안된 PSSK(Phase Silence Shift Keying), PSPM(Phase Shift Position Modulation), QAPM(Quadrature Amplitude Position Modulation) 방식들을 주파수 측에서의 mapping을 통하여 OFDM 전송을 하고 그 성능을 분석한다. PSSK, PSPM과 QAPM 변조 방식은 기존의 PSK, QAM 변조 방식에 비하여 대역 효율은 떨어지지만, 전송효율을 높인 변조 방식으로 PPM 방식을 이용하여 신호의 주기를 나누고, PSK 혹은 QAM 심볼을 배치한다. 이렇게 배치함으로써 심볼 주기 이외의 구간은 0을 배치할 수 있게 되고 그에 따라 전력 효율을 높이는 방식이다. PPM 방식을 이용한 변조 방식은 PSK보다 높은 전력 효율과 FSK보다 높은 대역 효율을 얻을 수 있으며, 전체적인 성능은 FSK와 PSK의 사이에 위치하게 된다. OFDM 전송 방식은 기존의 단일 반송파 전송 방식보다 대역 효율을 높일 수 있다. 이 논문에서는 PSSK와 PSPM, QAPM과 같은 저전력 변조 방식을 OFDM 방식에 적용하기 위한 주파수축에서의 부반송파 mapping 방식을 제안한다. 또한, 제안된 mapping을 통하여 전송하였을 때의 BER 성능과 단일 반송파 전송을 통한 BER 성능을 비교하며, 기존의 방식과의 PAPR 성능을 비교한다.
The low power consumption modulation is required for short range communication. In this paper, we analyze performance of low power consumption modulation scheme such as PSPM, PSSK and QAPM using OFDM transmission in AWGN channel. A PSPM, PSSK and QAPM modulation scheme are decrease in bandwidth effi...
The low power consumption modulation is required for short range communication. In this paper, we analyze performance of low power consumption modulation scheme such as PSPM, PSSK and QAPM using OFDM transmission in AWGN channel. A PSPM, PSSK and QAPM modulation scheme are decrease in bandwidth efficiency but improved power efficiency than existing PSK and QAM. These modulation schemes can achieve power efficiency because every symbol of modulations has a zero-envelope period like PPM techniques. The OFDM system is high bandwidth efficiency than single carrier system. In this paper, we are propose the frequency domain mapping method for OFDM transmission using low power consumption modulation method. Also, we compare low power OFDM communication system regard to BER performance, throughput and PAPR.
The low power consumption modulation is required for short range communication. In this paper, we analyze performance of low power consumption modulation scheme such as PSPM, PSSK and QAPM using OFDM transmission in AWGN channel. A PSPM, PSSK and QAPM modulation scheme are decrease in bandwidth efficiency but improved power efficiency than existing PSK and QAM. These modulation schemes can achieve power efficiency because every symbol of modulations has a zero-envelope period like PPM techniques. The OFDM system is high bandwidth efficiency than single carrier system. In this paper, we are propose the frequency domain mapping method for OFDM transmission using low power consumption modulation method. Also, we compare low power OFDM communication system regard to BER performance, throughput and PAPR.
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문제 정의
5～5 dB까지 향상된다. 이 논문에서는 PSPM, PSSK와 QAPM 변조를 다중 반송파 전송 방식인 OFDM으로 전송하기 위한 주파수축 mapping 방식을 제안하고 성능을 분석한다. OFDM 전송 방식은 고속의 데이터 전송에 유리하며 전송 효율을 올릴 수 있는 장점이 있다.
제안 방법
그림 9은 심볼을 mapping 하기 위해 사용한 주파수축 mapping 방식을 나타내고 있다. PSSK와 PSPM, QAPM 방식은 PPM을 이용한 시간 축에서의 심볼 mapping 방식을 사용하였으나, 본 논문에서는 이 변조 방식들을 OFDM 전송하기 위하여 위의 그림과 같이 데이터 심볼과 제로 심볼을 이용하여 배치하는 방식을 사용하였다. 이러한 방식을 사용하게 된 이유는 OFDM 변조된 신호를 시간 축에서 PPM 변조를 통하여 배치할 경우, 64개의 subcarrier를 활용하기 위해서는 6개의 64PPM의 변조가 필요해지게 된다.
11a 포맷에 맞춰 진행되었으며, throughput을 시뮬레이션하기 위하여 1초에 250,000 심볼을 전송하였다. Throughput은 전송된 심볼에서 에러 심볼을 제외한 유효 심볼을 이용하여 측정하였다. 또한, 본 논문에서는 AWGN 채널과 ITUR의 Pedestrian A model과 Vehicular A model을 사용 하여 BER과 Throughput 성능을 비교하였다.
그림 8는 PSPM과 PSSK, QAPM을 OFDM 방식으로 전송하기 위해 사용한 시스템 블록 구성도이다. 기본적인 OFDM의 구성도와 동일하게 구성되며, 신호 구간 내에 심볼의 위치를 배치하는 방식을 OFDM에 적용하기 위하여 주파수 축에서의 mapping 방식을 사용하였다.
OFDM 변조된 신호를 시간축에서 PPM 방식을 통하여 mapping하는 방식은 전송 효율을 심각하게 떨어뜨리게 된다. 따라서, PPM 방식을 적용한 PSPM, PSSK, QAPM 변조 들을 시간축 mapping이 아닌 주파수 축에서의 부반송파 mapping을 통하여 전송하는 방식을 이용하였으며, 단일 반송파 전송시의 성능과 비교했다.
또한, PPM 방식으로 주파수 mapping이 PAPR에 어떤 영향을 미치는지를 확인하기 위하여 PAPR을 시뮬레이션 하였다. 그림 14는 각 변조들의 PAPR을 측정한 결과이다.
Throughput은 전송된 심볼에서 에러 심볼을 제외한 유효 심볼을 이용하여 측정하였다. 또한, 본 논문에서는 AWGN 채널과 ITUR의 Pedestrian A model과 Vehicular A model을 사용 하여 BER과 Throughput 성능을 비교하였다.
본 논문에서는 OFDM 전송 방식을 이용하여 저전력 변조 방식인 PSPM, PSSK와 QAPM의 성능을 분석하며, 본 논문의 구성은 다음과 같다. Ⅱ장에서는 저전력 변조 방식들에 대해 서술하고, Ⅲ장에서는 OFDM 전송 모델에 대해 정의한다.
본 논문은 저전력 변조 방식인 PSPM, PSSK, QAPM 변조를 OFDM 방식으로 전송하였을 때의 BER 과 throughput, PAPR 성능을 다중 경로 채널에서 분석하였다. AWGN 채널에서의 BER 성능은 PSPM이 PSSK에 비하여 5～6 dB 향상되었으며, PSSK 변조 방식이 PSK에 비하여 5～6 dB 향상되어 단일 반송파 전송 방식과 동일한 성능을 나타냈다.
제안하는 PSPM 변조 방식은 PSK 신호를 서로 직교하는 4개의 심볼로 전송하는 방식으로 기존의 PSK 방식에 PPM 방식을 적용시켜 심볼의 위치를 결정한다. 그림 1은 16PSPM의 constellation에서 보듯이 16PSPM은 4진 정보를 4개의 QPSK를 직교하여 전송한다.
이론/모형
VehA 모델은 매우 긴 지연을 가지며 페이딩이 심한 모델이다. 채널의 보상은 FDE(Frequency Domain Equalizer)를 이용하여 채널을 그대로 역으로 나누어주는 방식을 이용했다.
성능/효과
5 dB 정도 BER이 향상되었으며, 이는 단일 반송파의 결과와 일치한다. 또한, 그림 10(b)의 결과와 같이 32-ary 변조의 AWGN 결과에서도 마찬가지로 OFDM 전송 방식으로 전송한 BER 결과와 단일 반송파를 이용한 BER 결과가 일치하는 것을 볼 수 있다.
본 논문은 저전력 변조 방식인 PSPM, PSSK, QAPM 변조를 OFDM 방식으로 전송하였을 때의 BER 과 throughput, PAPR 성능을 다중 경로 채널에서 분석하였다. AWGN 채널에서의 BER 성능은 PSPM이 PSSK에 비하여 5～6 dB 향상되었으며, PSSK 변조 방식이 PSK에 비하여 5～6 dB 향상되어 단일 반송파 전송 방식과 동일한 성능을 나타냈다. AWGN 채널에서의 throughput 역시 PSSK와 QAPM이 PSK, QAM의 절반, PSPM은 1/4의 전송량을 나타내어 단일 반송파 방식과 동일한 특성을 지니고 있음을 알 수 있다.
이는 AWGN 채널에서의 단일 반송파 시뮬레이션 결과와 일치한다. QAPM의 시뮬레이션 결과, 역시 PSSK에 비하여 0.5 dB 정도 BER이 향상되었으며, 이는 단일 반송파의 결과와 일치한다. 또한, 그림 10(b)의 결과와 같이 32-ary 변조의 AWGN 결과에서도 마찬가지로 OFDM 전송 방식으로 전송한 BER 결과와 단일 반송파를 이용한 BER 결과가 일치하는 것을 볼 수 있다.
Ⅱ장에서는 저전력 변조 방식들에 대해 서술하고, Ⅲ장에서는 OFDM 전송 모델에 대해 정의한다. 그리고 Ⅳ장의 시뮬레이션을 통하여 BER 특성과 PAPR 성능, 그리고 Throughput 성능을 AWGN 채널과 multi-path 채널에서 단일 반송파 시스템과 각각 비교하며, Ⅴ장에서 결론을 맺는다.
이는 채널의 변화에 큰 영향을 받지 않기 때문이다. 또한 QAPM 역시 PSSK와 동일한 대역 효율을 가지지만 BER 성능과 낮은 SNR에서의 throughput 성능이 뛰어난 것을 알 수 있다. 이러한 특성은 어느 정도의 낮은 전력 소모를 요구하는 동시에 높은 전송 효율이 필요한 시스템에 효율적으로 이용될 수 있을 것이다.
32PSPM 변조의 Vehicular A 모델의 경우 32PSSK의 AWGN보다 더 뛰어난 결과를 나타낸다. 또한, 16-ary에서의 결과와는 달리 Vehicular A 채널 모델에서 32PSSK와 32QAPM의 BER의 결과는 4 dB 정도 QAPM이 더 뛰어난 것을 알 수 있다. 이는 AWGN 채널에서 QAPM의 BER 성 능이 4 dB 이상 더 뛰어나기 때문이며, equalizer에 대한 보상은 동일하게 일어나는 것을 확인할 수 있다.
다중 경로 채널의 성능은 이러한 AWFGN 채널의 특성과 동일하다. 주파수 채널의 페이딩이 심한 vehicular A 모델은 pedestrian A 모델에 비교하였을 때 BER, throughput 성능이 모두 열화되었으며, PSPM은 대역 효율에 비례하여 PSSK와 QAPM의 절반으로 떨어지지만, 낮은 SNR 조건에서도 높은 BER 성능과 throughput 성능을 보인다. 이는 채널의 변화에 큰 영향을 받지 않기 때문이다.
후속연구
또한 QAPM 역시 PSSK와 동일한 대역 효율을 가지지만 BER 성능과 낮은 SNR에서의 throughput 성능이 뛰어난 것을 알 수 있다. 이러한 특성은 어느 정도의 낮은 전력 소모를 요구하는 동시에 높은 전송 효율이 필요한 시스템에 효율적으로 이용될 수 있을 것이다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
근거리 저전력 통신 시스템 중에서 갖장 활발하게 연구가 진행 중인 것은 무엇인가?
최근 통신 기기의 소형화와 홈 네트워킹 시스템에 대한 관심이 늘어감에 따라 근거리 고속 통신 방식과 저전력 통신 방식에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. WPAN(Wireless Personal Area Networks)과 WBAN(Wireless Body Area Networks) 시스템은 그 중에서 가장 활발하게 연구가 진행 중인 근거리 저전력 통신 시스템이다. WPAN 시스템은 근거리 고속 통신 시스템과 Bluetooth, Zigbee 등을 이용한 센서 네트워크 통신 시스템으로 나눌 수 있다.
저전력 통신 방식을 위한 연구 중 FSK, PPM, PWM 방식들의 단점은 무엇인가
저전력 통신 방식을 위한 연구로는 FSK와 PPM, PWM 방식을 이용하여 연구되어 왔다[1],[2] . 이러한 변조 방식들은 전력 효율은 높으나 대역 효율이 낮다는 단점을 가지고 있다. 또한, FH/DS/TH를 이용한 스펙트럼 확산 방식을 이용하여 전송하기 때문에 대역 효율은 더더욱 떨어지게 된다[3] . 이러한 단점을 개선하고, 저전력 특성을 유지하며 대역 효율을 개선하기 위해 PSSK 계열의 변조 방식이 제안되었다[4] .
OFDM 전송 방식의 장점은 무엇인가?
PPM 방식을 이용한 변조 방식은 PSK보다 높은 전력 효율과 FSK보다 높은 대역 효율을 얻을 수 있으며, 전체적인 성능은 FSK와 PSK의 사이에 위치하게 된다. OFDM 전송 방식은 기존의 단일 반송파 전송 방식보다 대역 효율을 높일 수 있다. 이 논문에서는 PSSK와 PSPM, QAPM과 같은 저전력 변조 방식을 OFDM 방식에 적용하기 위한 주파수축에서의 부반송파 mapping 방식을 제안한다.
참고문헌 (8)
Changbo Long, Sasank Reddy, Sudhaker Pamarti, Lei He, and Tanay Karnik, "Power-efficient pulse width modulation DC/DC converters with zero voltage switching control", in Proc. Low Power Electronics and Design, ISLPED'06., pp. 326-329, Oct. 2006.
S. H Cho, A. P. Chadrakasan, "A 6.5- GHz energy efficient BFSK modulator for wireless sensor applications", IEEE J. Solid-State Circuit, vol. 39, pp. 731-739, May 2004.
D. K. Kim, H. S. Lee, "Phase-silence-shift-keying for power-efficient modulator," IEICE Trans. Commun., vol. E92-B, no. 6, Jun. 2009.
J. Y. Oh, J. H. Kim, and H. S. Lee, "PSSK modulation scheme for high data rate implantable medical device", IEEE. Trans. Inf. Technol. Biomed., Nov. 2009.
J. H. Choi, H. G Ryu, "A QAPM(Quadrature Amplitude Position Modulation) for low power consumption communication", in Proc. ISWPC 2011, Feb. 2011.
최재훈, 유흥균, "고전력 효율 QAPM 변조 방식과 성능 평가", 한국통신학회지, 11-02, 36(2), pp. 103-113, 2011년 2월.
3GPP TSGR1-01-0030, "Further results on CPICH interference cancellation as a means for increasing DL capacity", Intel Corporation, Jan. 2001.
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