[논문]전송 효율 향상을 위한 다중 밴드 FTN 기법 연구

서정현; 백창욱; 정지원

doi:10.17661/jkiiect.2018.11.3.235

전송 효율 향상을 위한 다중 밴드 FTN 기법 연구
A Study on Multiband FTN Method for Improving Throughput Efficiency 원문보기

한국정보전자통신기술학회논문지 = Journal of Korea institute of information, electronics, and communication technology, v.11 no.3, 2018년, pp.235 - 240

서정현 (한국해 양대학교 전파공학과) , 백창욱 (한국해 양대학교 전파공학과) , 정지원

초록
AI-Helper

전송 효율 향상을 위한 방안들 중 Nyquist 전송 속도보다 더 빠르게 신호를 전송하는 FTN(Faster Than Nyquist) 기법이 있다. FTN 기법을 적용함으로써 필연적으로 생기는 인접 심볼에 대한 간섭으로 인해 전송률은 향상되나 성능이 열화된다. 따라서 본 논문에서는 부호화된 비트를 여러개의 밴드로 나뉘어 각 밴드에서 FTN 방식을 적용하는 다중 밴드 FTN 전송 기법을 제안한다. 제안한 다중 밴드 FTN 전송 기법은 단일 밴드 FTN 전송 기법에 비해 각 밴드에서 각각의 데이터에 할당하는 샘플 수를 증가함으로써 성능을 향상시킬 수 있다. 시뮬레이션 결과 간섭 비율 25%일 때 최적의 밴드 수를 확인하였으며, 단일 밴드 FTN 전송 기법과 성능을 비교하여 0.3dB ~ 0.5dB 성능 향상을 확인하였다.

Abstract ▼ AI-Helper

FTN method which transmits signals faster the Nyquist rate is representative method for improving throughput efficiency sacrificed performance due to inter-symbol interference. To compensate performance loss, in this paper, we propose a multiband FTN method which split the coded bits into several bands and transmits signals applying FTN method. As coded bits are being assigned different bands, number of samples per bit of each band is increased, it induced performance improvement by noise averaging effect. In the simulations, compared the performance of single band FTN method and multiband FTN method when the interference rate is 25%. The results of simulation show the performance of proposed method is better than that of single band FTN one by 0.3dB~0.5dB.

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

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문제 정의

FTN 기법을 적용하여 전송 효율을 향상시키기 위해 간섭 비율을 증가시키지만 이는 인접 채널간의 간섭을야기하여 성능 감소를 초래한다. 따라서 본 논문에서는 단일 밴드 FTN 전송 기법 적용으로 인한 간섭을 최소화하기 위해 부호화된 비트를 여러 밴드에 나누어 할당하며, 각 밴드에서 샘플 수의 증가로 간섭을 최소화 하여 성능을 향상 시키는 다중 밴드 FTN 전송 기법을 제안한다.
[5]에서는 시공간격자 부호를 적용하였으나 전송률의 손실을 가져오며, [6] 에서는 W-ZF 기법을 적용하여 성능과 전송률의 향상을 가져오나 여전히 단일 밴드 FTN 전송 기법과의 성능 차이가 발생한다. 따라서 본 논문에서는 단일 밴드 FTN 전송 기법과의 성능 차이를 줄일 수 있는 방법으로 다중 밴드와 FTN 전송 기법을 결합한 다중 밴드 FTN 전송 기법을 제안한다.

제안 방법

AWGN 환경에서 각 밴드에서의 FTN 간섭 비율 r′=25%로 설정하여 총 데이터 개수 106개에 대한 시뮬레이션을 통해 단일 밴드 FTN 전송 기법과 다중 밴드 FTN 전송기법의 성능을 분석하였다.
논문 [6]에서는 MIMO-FTN 전송 기법에 대한 효율적인 복호 방식으로 인접 채널간의 간섭을 제거하기 위해 계층적 시공간 부호화 방식을 적용하여 복호기에서 제거하는 방안과 W-ZF (Weighted-ZeroForcing)을 적용하여 각 송신 안테나로부터 전송되는 신호를 분리하고 FTN으로 발생되는 간섭량을 BCJR(Bahl, Cocke, Jelinek and Raviv)[8] 복호기를 통하여 제거하는 방안을 제안하였으나 이 또한 성능은 개선할 수 있으나 각 채널간의 채널 추정이 정확해야 하며 여전히 SISO-FTN 전송 기법보다는 성능 개선이 되지 않으며, 시공간 부호화기법의 적용으로 인하여 전송 효율적인 측면에서는 개선되지 않는다. 그러므로 본 논문에서는 5G와 같은 massive 이동 통신망에서 간섭, 다중 경로 등에 취약한 MIMO-FTN 전송 기법이 아닌 여러 개의 밴드를 사용하여 선택적 주파수 페이딩 채널 환경에서 효율적인 다중 밴드 방식[9, 10]을 FTN과 함께 사용한 다중 밴드 FTN 전송 기법을 제안한다. 다중 밴드 전송 기법은 부호화된 비트를 밴드에 균일하게 나누어 할당된 각 밴드의 서로 다른 주파수를 이용하여 전송한다.
다중 밴드 전송 기법은 부호화된 비트를 밴드에 균일하게 나누어 할당된 각 밴드의 서로 다른 주파수를 이용하여 전송한다. 본 논문에서는 시뮬레이션을 통해 다중 밴드 FTN 전송 기법에서 밴드 수를 증가시켰을 때의 최적의 밴드 수를 찾고, 단일 밴드 FTN 전송기법과 다중 밴드 FTN 전송 기법의 성능을 비교하여 분석하였다
본 논문에서는 한정된 대역폭에서 전송 효율 향상을 위해 FTN 기법과 부호화된 비트를 여러 개의 밴드로 나누어 할당된 각 밴드의 서로 다른 주파수를 이용하여 전송하는 다중 밴드 전송 기법을 결합한 다중 밴드 FTN 전송 기법을 제안하였다. Nyquist 속도보다 빠르게 신호를 전송하는 기존 FTN 기법은 간섭 비율을 증가시켜 전송률 향상을 가져오나 이는 인접 심볼 간의 간섭을 야기하여 성능이 열화된다.
Nyquist 속도보다 빠르게 신호를 전송하는 기존 FTN 기법은 간섭 비율을 증가시켜 전송률 향상을 가져오나 이는 인접 심볼 간의 간섭을 야기하여 성능이 열화된다. 제안한 다중 밴드 FTN 전송 기법은 인접 심볼 간의 간섭을 줄이기 위해 다중 밴드 FTN 전송 기법의 비트 당 샘플 수를 단일 밴드 FTN 전송 기법에서의 비트당 샘플의 수에 밴드 수 N_B만큼 비례하여 증가시켰다. AWGN 환경에서 각 밴드에서의 FTN 간섭 비율 r′=25%로 설정하여 총 데이터 개수 10⁶개에 대한 시뮬레이션을 통해 단일 밴드 FTN 전송 기법과 다중 밴드 FTN 전송기법의 성능을 분석하였다.

대상 데이터

본 논문에서 시뮬레이션은 일반적인 AWGN 채널만이 존재할 때의 환경을 고려하였다. Ⅱ장에서 제안한 다중 밴드 FTN 전송 기법과 단일 밴드 FTN 전송 기법을 간섭 비율 25%로 설정하여 성능을 비교하였으며, N_B의 증가에 따른 성능을 확인하였다.

데이터처리

본 논문에서 시뮬레이션은 일반적인 AWGN 채널만이 존재할 때의 환경을 고려하였다. Ⅱ장에서 제안한 다중 밴드 FTN 전송 기법과 단일 밴드 FTN 전송 기법을 간섭 비율 25%로 설정하여 성능을 비교하였으며, N_B의 증가에 따른 성능을 확인하였다. 시뮬레이션 파라메타는 아래의 표 1과 같다

성능/효과

106개의총 데이터 개수에서 오류율 10-4에서 살펴보면 NB=1인 단일 밴드 FTN 전송 기법의 성능보다 NB>1인 다중 밴드FTN 전송 기법의 성능이 더 우수함을 확인 할 수 있다.
표 2는 밴드의 수 NB에 따른 성능을 나타낸 표이다. N_B=1인 단일 밴드 FTN 전송과 비교하여 N_B=2, 3일 때 성능이 0.3dB 향상되었고, N_B=4일 때 0.4dB, N_B=4, 5일 때 0.5dB 성능 향상됨을 확인 할 수 있다. 또한, N_B의 값이 계속 증가함에 따라 성능이 향상되나 N_B=5이상 일 때부터 성능 향상은 없음을 확인하였다.
또한, N_B=1인 단일 밴드 FTN 전송 기법의 성능보다 밴드의 수 N_B가 증가할수록 성능이 향상되지만 N_B=5일 때부터 N_B의 증가에 따라 오류의 수는 줄어들지만 성능향상의 폭은 없음을 확인하였다. 따라서 간섭 비율 r′=25%인 다중 밴드 FTN 전송 기법에서의 최적의 밴드 수 N_B=5임을 확인하였다.
따라서 간섭 비율r′=25%인 다중 밴드 FTN 전송 기법에서 최적의 밴드 수는 NB=5임을 확인 할 수 있다.
5dB 향상됨을 확인하였다. 또한, N_B=1인 단일 밴드 FTN 전송 기법의 성능보다 밴드의 수 N_B가 증가할수록 성능이 향상되지만 N_B=5일 때부터 N_B의 증가에 따라 오류의 수는 줄어들지만 성능향상의 폭은 없음을 확인하였다. 따라서 간섭 비율 r′=25%인 다중 밴드 FTN 전송 기법에서의 최적의 밴드 수 N_B=5임을 확인하였다.
5dB 성능 향상됨을 확인 할 수 있다. 또한, N_B의 값이 계속 증가함에 따라 성능이 향상되나 N_B=5이상 일 때부터 성능 향상은 없음을 확인하였다. 따라서 간섭 비율r′=25%인 다중 밴드 FTN 전송 기법에서 최적의 밴드 수는 N_B=5임을 확인 할 수 있다.
시뮬레이션 결과 N_B=1일 때보다 N_B의 개수가 늘어남에 따라 성능이 향상됨을 확인 할 수 있었다. 10⁶개의총 데이터 개수에서 오류율 10^-4에서 살펴보면 N_B=1인 단일 밴드 FTN 전송 기법의 성능보다 N_B>1인 다중 밴드FTN 전송 기법의 성능이 더 우수함을 확인 할 수 있다.
시뮬레이션 결과 오류율 10^-4에서 성능을 비교하였을 때 N_B=1인 단일 밴드 FTN 전송 기법의 성능과 N_B=2,3인 다중 밴드 FTN 전송 기법의 성능 차는 약 0.3dB, N_B=4일 때 약 0.4dB, N_B=4, 5일 때 약 0.5dB로 밴드의 수N_B가 증가함에 따라 인접 심볼 간의 간섭이 줄어져 다중 밴드 FTN 전송 기법의 성능이 단일 밴드 FTN 전송기법의 성능보다 약 0.3dB~0.5dB 향상됨을 확인하였다. 또한, N_B=1인 단일 밴드 FTN 전송 기법의 성능보다 밴드의 수 N_B가 증가할수록 성능이 향상되지만 N_B=5일 때부터 N_B의 증가에 따라 오류의 수는 줄어들지만 성능향상의 폭은 없음을 확인하였다.
이러한 FTN 기법은 1975년 미국의 Bell Labs에서 최초 제안되었으나, 당시 기술력으로는 수신부 구현이 불가능하여 크게 주목 받지 못하다가 21세기에 이르러서야 재조명 받기 시작했다. 이는 차세대 무선통신에서 주어진 채널 대역폭에 대해 전송 효율을 향상시키기 위해 사용되었으며, 기존 Nyquist 속도보다 빠르게 신호를 전송하여 동일한 채널 대역폭에서 전송 효율을 극대화 할 수 있다. 다른 방안으로는 여러 개의 송수신 안테나를 이용하여 SISO(Single Input Single Output)방식보다 전송률 향상을 극대화 할 수 있는 MIMO(Multiple Input Multiple Output)방식을 이용하여 MIMO 방식과FTN 방식을 결합한 MIMO-FTN 송수신 방법이 있다[5-7].

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	FTN 기법이란 무엇인가?	제한된 대역폭에서 전송 효율을 향상시키기 위해 Nyquist 속도보다 빠르게 신호를 전송하는 FTN 기법이 있다. FTN 기법을 적용하여 전송 효율을 향상시키기 위해 간섭 비율을 증가시키지만 이는 인접 채널간의 간섭을야기하여 성능 감소를 초래한다.
	FTN 기법은 무엇을 위해 사용되었는가?	이러한 FTN 기법은 1975년 미국의 Bell Labs에서 최초 제안되었으나, 당시 기술력으로는 수신부 구현이 불가능하여 크게 주목 받지 못하다가 21세기에 이르러서야 재조명 받기 시작했다. 이는 차세대 무선통신에서 주어진 채널 대역폭에 대해 전송 효율을 향상시키기 위해 사용되었으며, 기존 Nyquist 속도보다 빠르게 신호를 전송하여 동일한 채널 대역폭에서 전송 효율을 극대화 할 수 있다. 다른 방안으로는 여러 개의 송수신 안테나를 이용하여 SISO(Single Input Single Output)방식보다 전송률 향상을 극대화 할 수 있는 MIMO(Multiple Input Multiple Output)방식을 이용하여 MIMO 방식과FTN 방식을 결합한 MIMO-FTN 송수신 방법이 있다[5-7].
	차세대 DVB-S3 및 지상파 방송의 표준안인FOBTV의 표준안으로 어떤 방안이 대두되고 있는가?	DVB-S2(Digital Video Broadcasting) 기반 위성통신에서는 전송률 향상을 위한 많은 방안들 중 가장 대표적인 복호 속도를 개선시켜 전송률을 향상시키는 방안은 이미 과포화 상태에 있다. 그러므로 기존의 복호속도를 개선시켜 전송률을 높이는 방안 보다는 Nyquist 전송 속도보다 더 빠르게 전송하는 FTN방식[3]을 이용한 방안이 차세대 DVB-S3 및 지상파 방송의 표준안인FOBTV(Future of Broadcast Television)의 표준안으로 대두 되고 있다[4]. 이러한 FTN 기법은 1975년 미국의 Bell Labs에서 최초 제안되었으나, 당시 기술력으로는 수신부 구현이 불가능하여 크게 주목 받지 못하다가 21세기에 이르러서야 재조명 받기 시작했다.

참고문헌 (10)

L. M. Hwang, B. J. Lee, B. G. Yeo, J. P. Cho, and K. S. Kim, "Link Relay H-ARQ mode for Throughput improvement in a Satellite Communication network." The Journal of The Institute of Internet, Broadcasting and Communication, vol. 16, no. 1, pp. 121-127, 2016. DOI:https://doi.org/10.7236/JIIBC.2016.16.1.121

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R. G. Gallager, "Low-density parity - check codes," IRE Transactions on information theory, vol. 8, no. 1, pp. 21-28, Jan. 1962.

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J. E. Mazo, "Faster-than-Nyquist signaling," The Bell System Technical Journal, vol. 54, no. 8, pp. 1451-1462, Oct. 1975.

상세보기
M. El Hefnawy, and H. Taoka, "Overview of Faster-Than-Nyquist for Future Mobile Communication Systems," In Proceeding 77th IEEE Vehicular Technology Conference, pp. 1-5, Dresden, Germany, Jun. 2013.
M. Yuhas, Y. Feng, and J. Bajcsy, "On the Capacity of Faster-than-Nyquist MIMO Transmission with CSI at the Receiver," IEEE Globecom Workshops, pp. 1-6, Dec. 2015.
C. U. Baek, G. W. Park and J. W. Jung, " An Efficient Receiver Structure for Faster-than-Nyquist Signal in MIMO System ," Journal of Communications, vol. 12, no. 5, pp. 285-290, May. 2017.
Y. M. Kim, P. P. Shang, and S. Y. Kim, "Estimation of soft decision channel gain for coded MIMO system," The Journal of the Korean Institute of Communication Sciences, vol. 36, no. 6, pp. 577-586, Jun. 2011.

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J. B. Anderson, A. Prlja and F. Rusek, "New reduced state space BCJR algorithms for the ISI channel," in Proceeding 2009 IEEE International Symposium on Information Theory, Seoul, Korea, pp. 889-893, 2009.
H. Esmaiel and D. Jiang, "Review article: Multicarrier communication for underwater acoustic channel," International Journal of Communications, Network and System Sciences, vol.6, pp.361-376, Aug. 2013.

상세보기
P. A. van Walree, E. Sangfelt, and G. Leus, "Multicarrier spread spectrum for Covert Acoustic Communications," In Proceeding of MTS/IEEE OCEANS, Quebec City, QC, Canada, pp. 1-8, Sep. 2008.

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표제어: PCR

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용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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