직교진폭 변조 (QAM)은 현재 유무선 통신 시스템에서 널리 사용되고 있다. 본 논문에서는 정방형 QAM, TQAM, ${\Theta}$-QAM을 포함하는 일반화된 TQAM을 제안한다. 따라서, 다른 QAM 계열에 비교해서 임의의 일반 삼각형 격자 구조를 갖는 이 일반화된 TQAM은 신호점 배치에서 다양한 구조를 제공한다. 변조 지수 M 의 일반화된 TQAM에 대한 BER을 정확한 closed-form 수식으로 유도하며 이 수식을 이용하여 최적의 신호점 배치 방안을 제시한다. 마지막으로, 이 유도한 수식 결과에 대해 컴퓨터 시뮬레이션을 통해 비교 검증한다.
직교 진폭 변조 (QAM)은 현재 유무선 통신 시스템에서 널리 사용되고 있다. 본 논문에서는 정방형 QAM, TQAM, ${\Theta}$-QAM을 포함하는 일반화된 TQAM을 제안한다. 따라서, 다른 QAM 계열에 비교해서 임의의 일반 삼각형 격자 구조를 갖는 이 일반화된 TQAM은 신호점 배치에서 다양한 구조를 제공한다. 변조 지수 M 의 일반화된 TQAM에 대한 BER을 정확한 closed-form 수식으로 유도하며 이 수식을 이용하여 최적의 신호점 배치 방안을 제시한다. 마지막으로, 이 유도한 수식 결과에 대해 컴퓨터 시뮬레이션을 통해 비교 검증한다.
Quadrature Amplitude Modulation (QAM) is widely used in contemporary wired and wireless communications systems. In this paper, I propose a generalized triangular quadrature amplitude modulation (gTQAM) that includes the square quadrature amplitude modulation (SQAM), TQAM, and ${\Theta}$-Q...
Quadrature Amplitude Modulation (QAM) is widely used in contemporary wired and wireless communications systems. In this paper, I propose a generalized triangular quadrature amplitude modulation (gTQAM) that includes the square quadrature amplitude modulation (SQAM), TQAM, and ${\Theta}$-QAM as special cases. Therefore, the proposed gTQAM forming a lattice of arbitrary triangles provides a versatile structure in signal constellations compared to other QAM schemes. For M-ary gTQAM, I derive an exact closed-form expression for the bit error rate (BER), and present the optimal signal constellations for given SNR values from the derived BER expression. Finally, I validate the derived BER results through computer simulations.
Quadrature Amplitude Modulation (QAM) is widely used in contemporary wired and wireless communications systems. In this paper, I propose a generalized triangular quadrature amplitude modulation (gTQAM) that includes the square quadrature amplitude modulation (SQAM), TQAM, and ${\Theta}$-QAM as special cases. Therefore, the proposed gTQAM forming a lattice of arbitrary triangles provides a versatile structure in signal constellations compared to other QAM schemes. For M-ary gTQAM, I derive an exact closed-form expression for the bit error rate (BER), and present the optimal signal constellations for given SNR values from the derived BER expression. Finally, I validate the derived BER results through computer simulations.
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문제 정의
본 연구에서는 구현이 다소 복잡한 non-uniform QAM을 제외하고 uniform QAM에 속하며 널리 알려진 정방형 QAM, TQAM, θ-QAM 등의 QAM 계열의 전송 기법을 하나로 대표하는 기법으로 통합하고 이를 통해서 uniform QAM 계열에 대한 최적의 BER 성능 결과를 얻고자 한다.
가설 설정
여기에서, θ 는 인접한 세 신호점 사이의 각도를 나타내며 r 은 세 신호점으로 이루어진 임의의 삼각형에서 가로 거리 2d - 세로 높이 h 와의 상대적인 비율을 의미한다. 그리고, 각각의 심볼 Sm,n에 대한 비트 할당 방식은 일반적으로 많이 사용되고 있는 그레이 비트 코딩이라고 가정한다.
제안 방법
따라서, 이 일반화된 TQAM은 두 개의 파라미터를 존재하게 되며 인접한 세 신호점 배치는 임의의 삼각형 구조를 갖는다. 그리고, 변조 지수 M 의 일반화된 TQAM에 대한 BER을 정확한 closed-form 수식으로 유도한다. 마지막으로, 이 유도된 BER 수식은 컴퓨터 시뮬레이션을 통해 비교 검증하며 타당한지를 확인한다.
본 논문에서는 QAM 계열을 모두 포함할 수 있는 일반화된 TQAM을 제안하였고 비트 오류 확률을 널리 알려진 1-D 및 2-D Gaussian Q-함수로 구성된 closed-form 수식으로 유도하였다. 그래서, 이 유도한 수식은 기준에 알려진 정방형 QAM, TQAM, θ-QAM에 대한 비트 오류 확률도 한꺼번에 나타낼 수 있다.
성능/효과
그래서, 이 유도한 수식은 기준에 알려진 정방형 QAM, TQAM, θ-QAM에 대한 비트 오류 확률도 한꺼번에 나타낼 수 있다. 그리고, 본 논문에서 유도한 최적 파라미터의 일반화된 TQAM의 형태는 신호대 잡음비가 커짐에 따라 변조 지수 M 의 값에 관계없이 정방형 QAM에서 (정삼각형) TQAM로 됨을 보였다.
예를 들어, 약 2⋅10-2 BER 초과에서는 파라미터 (θ = π/2, r =1)로 설정하고 약 2⋅10-2 BER 이하에서는 파라미터 #로 설정해서 일반화된 gTQAM을 운용한다면 기존 하나의 변조 기법만을 운용하는 것보다 개선된 전송 이득을 얻게 된다. 따라서, 전송 기법에서 고정된 신호점 배치를 갖는 정방형 QAM보다는 수신된 SNR에 따라 신호점 배치를 변경 가능한 일반화된 TQAM을 이용함으로 개선된 BER 성능을 얻을 수 있다. 향후에 이 일반화된 TQAM에 보다 적합한 소스 및 채널 코딩 등의 연구가 필요로 한다.
그리고, 인접한 신호점 사이의 유클리드 거리에 따라 uniform QAM과 non-uniform QAM 계열로 나눌 수 있다. 최초로 실용화된 QAM은 바이너리 데이터 전송에 효과적이며 상대적으로 낮은 송수신 복잡도를 갖는 uniform QAM이었다. 그런데, 음성, 정지 및 동영상 등의 멀티미디어 데이터 전송의 경우에는 다소 복잡한 non-uniform 신호점 배치를 갖는 계층적 (hierarchical) QAM이 보다 효율적이라고 알려져 있고 최근에는 다양하게 적용되고 있다[5].
후속연구
향후에 일반화된 TQAM에서는 본 연구에서 다룬 그레이 비트 코딩 이외의 보다 향상된 비트 할당 기법에 대한 연구가 요구되고 있다. 또한, 이 전송 기법에 효율적인 소스 코딩 및 채널 코딩에 대한 연구가 추가로 필요로 한다.
본 연구에서는 구현이 다소 복잡한 non-uniform QAM을 제외하고 uniform QAM에 속하며 널리 알려진 정방형 QAM, TQAM, θ-QAM 등의 QAM 계열의 전송 기법을 하나로 대표하는 기법으로 통합하고 이를 통해서 uniform QAM 계열에 대한 최적의 BER 성능 결과를 얻고자 한다. 이에 따라, 본 연구에서 제시하는 일반화된 TQAM 기법은 앞서 논의한 다양한 QAM 기법들을 하나로 통합하는 모델로 제공될 수 있다. 따라서, 이 일반화된 TQAM은 두 개의 파라미터를 존재하게 되며 인접한 세 신호점 배치는 임의의 삼각형 구조를 갖는다.
따라서, 전송 기법에서 고정된 신호점 배치를 갖는 정방형 QAM보다는 수신된 SNR에 따라 신호점 배치를 변경 가능한 일반화된 TQAM을 이용함으로 개선된 BER 성능을 얻을 수 있다. 향후에 이 일반화된 TQAM에 보다 적합한 소스 및 채널 코딩 등의 연구가 필요로 한다.
향후에 일반화된 TQAM에서는 본 연구에서 다룬 그레이 비트 코딩 이외의 보다 향상된 비트 할당 기법에 대한 연구가 요구되고 있다. 또한, 이 전송 기법에 효율적인 소스 코딩 및 채널 코딩에 대한 연구가 추가로 필요로 한다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
직교 진폭 변조가 사용되는 예로 무엇이 있는가?
일반적으로 고속 데이터 전송용 변조 기법으로는 직교 진폭 변조 (QAM)가 널리 사용되고 있다. 예를 들어, 3GPP, LTE/LTE-A, WiMAX, DVB-T2, DVB-S2 등의 통신 시스템에서 QAM을 다양하게 선택하고 있다[1-3].
직교 진폭 변조는 어디에 사용되고 있는가?
직교 진폭 변조 (QAM)은 현재 유무선 통신 시스템에서 널리 사용되고 있다. 본 논문에서는 정방형 QAM, TQAM, ${\Theta}$-QAM을 포함하는 일반화된 TQAM을 제안한다.
QAM은 인접한 신호점 사이의 배치 방안에 따라 무엇으로 나누어지는가?
이 QAM은 인접한 신호점 사이의 배치 방안에 따라 정방형 QAM, TQAM, θ-QAM, CQAM 등으로 나누어 진다[4]. 그리고, 인접한 신호점 사이의 유클리드 거리에 따라 uniform QAM과 non-uniform QAM 계열로 나눌 수 있다.
참고문헌 (10)
ETSI TS, 3GPP TS 36.211 v9.1.0 (2009-09): "Physical Channels and Modulation (Release 9)"
M. Zhang and S. Kim, "Performance enhancement by scaling soft bit information of APSK," J. KICS, vol. 38, no. 10, pp. 858-866, Oct. 2013.
I. Kang, Y. Kim, J. Seo, H. Kim, and H. Kim, "Performance analysis of a bit mapper of the dual-polarized MIMO DVB-T2 system," J. KICS, vol. 38, no. 9, pp. 817-825, Sept. 2012.
K. N. Pappi, A. S. Lioumpas, and G. K. Karagiannidis, " $\theta$ -QAM: A parametric quadrature amplitude modulation family and its performance in AWGN and fading channels," IEEE Trans. Commun., vol. 58, no. 4, pp. 1014-1019, Apr. 2010.
S. Lee, J. Kim, J. Lee, S. Yun, and J. Ahn. "Transmission performance analysis for terrestrial digital broadcast systems according to Hierarchical Modulation Factor( $\alpha$ )," J. KICS, vol. 37, no. 9, pp. 728-737, Sept. 2012.
K. Cho and D. Yoon, "On the general BER expression of one-and two-dimensional amplitude modulations," IEEE Trans. Commun., vol. 50, no. 7, pp. 1074-1080, Jul. 2002.
J. Lee, D. Yoon, and K. Hyun, "Exact and general expression for the error probability of arbitrary two-dimensional signaling with I/Q amplitude and phase unbalances," IEICE Trans. Commun., vol. E89-B, no. 12, pp. 3356-3362, Dec. 2006.
M. Abramowitz and I. A. Stegun, Handbook of Mathematical Functions with Formulas, Graphs, and Mathematical Tables, National Bureau of Standards Applied Mathematics Series: U.S. Department of Commerce, 1982.
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