초록 ▼

아날로그 회로는 설계의 복장성과 높은 민감성 등의 문제로 복잡한 기능을 수행하기에 적절하지 않은 것으로 인식되었으나, 채널복호기를 아날로그 회로로 구현할 수 있고, 이 때 매우 빠른 처리 속도, 낮은 전력 소모 등의 장점으로 기존의 디지털 회로를 이용한 구현 보다 더 초고속 통신에 적합함을 보였다. 따라서 이 과제의 목표는 아날로그 회로로 채널 복호기/MIMO 검파기를 구현할 때 필요한, 단순하지만 성능이 우수한 확률 알고리즘을 연구하고, 적합한 알고리즘을 제안하는데 있다. 또한 이러한 확률 알고리즘을 기반으로 하여 반복 채널복호기

아날로그 회로는 설계의 복장성과 높은 민감성 등의 문제로 복잡한 기능을 수행하기에 적절하지 않은 것으로 인식되었으나, 채널복호기를 아날로그 회로로 구현할 수 있고, 이 때 매우 빠른 처리 속도, 낮은 전력 소모 등의 장점으로 기존의 디지털 회로를 이용한 구현 보다 더 초고속 통신에 적합함을 보였다. 따라서 이 과제의 목표는 아날로그 회로로 채널 복호기/MIMO 검파기를 구현할 때 필요한, 단순하지만 성능이 우수한 확률 알고리즘을 연구하고, 적합한 알고리즘을 제안하는데 있다. 또한 이러한 확률 알고리즘을 기반으로 하여 반복 채널복호기 및 MIMO 검파기를 설계하고 이를 아날로그 회로로 구현할 수 있음을 보인다.

MIMO 검파와 관련하여 이 과제의 목표는 수신기의 높은 복잡도를 요구하는 MIMO 검파 시스템에서 병렬구조의 아날로그 회로에 확률 알고리즘을 적용하여, 안테나 수가 제한되는 MIMO 검파 구현의 한계를 극복하고자 하는 것이다. 이에 우리는 Markov chain Monte Carlo (MCMC) 의 Gibbs sampling 기법을 이용한 확률 알고리즘의 MIMO 검파기에 아날로그 floating gate 비교기를 도입하여 디지털의 일부를 아날로그로 구현하였다.

이에 따라 디지털 section에서는 해당 심볼의 목표 분포 확률을 이용하여 각 비교기의 threshold 값을 설정하고, 아날로그 section에서는 floating gate 비교기를 이용함에 따라 threshold 값에 아날로그 회로 잡음이 더해지며, 균일한 임의의 숫자 생성을 이용한 입력 전압과 threshold 값을 비교하여 비교기의 출력값을 도출한다. 이러한 출력값을 이용하여 Gibbs sampling의 샘플의 값이 결정되는 동작 루틴을 갖는다. 그리고 실수부와 허수부의 각 비교기는 0 ~ 1V 사이의 균일한 임의의 숫자로 설정된 입력전압과 threshold 값을 비교하게 되는데, 이 때 threshold 값이 문제가 된다. 디지털의 경우는 threshold 값이 잡음이 없는 단순한 V_k 값이지만, 아날로그의 경우 threshold 값에 아날로그 회로 잡음이 추가되어 threshold가 흔들리게 된다 (수식) . 따라서 흔들리는 threshold에 따라 아날로그가 디지털보다 더 좋지 않은 성능을 내게 되지만, 아날로그의 구현상 이점을 활용할 수 있다. 이 연구에서는 아날로그가 성능이 좋지 않더라도, 많은 수의 floating gate 비교기를 병렬화하여 아날로그 회로를 구성하게 되면 많은 수의 샘플들을 동시에 계산할 수 있다는 점에 주목하여 아날로그의 성능 저하를 극복하고자 하였다.

이 연구에서는 4 × 4 MIMO 모델에서 MCMC Gibbs sampling을 확률 알고리즘으로 적용 시, 디지털의 경우 반복과 적재되는 샘플 수를 각각 40개, 10개로 하고, 아날로그의 경우 각각 1500개, 1500개로 달리하여 신호에 잡음 비 (SNR) 에 따른 비트 오류율을 비교 하였다. 이 때 아날로그 회로 잡음은 평균이 0V이고, 표준편차가 1.99 × 10^-2V 인 Gaussian 분포를 따른다고 가정하였다. 이에 따른 실험 결과를 통해 아날로그 회로 잡음이 존재할지라도 아날로그가 디지털보다 성능이 더 좋은 것을 확인 할 수 있다. 이 결과만으로도 확률 알고리즘을 이용하는 MIMO 검파기에서 아날로그의 사용이 의미 있음을 단적으로 확인할 수 있다. 다만 이 실험은 아날로그의 scope이 제한적이기 때문에 병렬화하여 비교기를 구성하더라도 한계가 있다. 이와 같은 연구 결과를 토대로 MIMO 검파를 위한 아날로그 비교기 기반 Gibbs sampling 기술 보고서를 작성하였다.

이외에 기타 연구로는 많은 안테나 소자를 요하는 MIMO 환경에서 저복잡도를 위한 다사용자 precoding 관련 논문과 macro diversity를 활용하기 위한 분산 빔형성의 전력 할당 관련 논문이 국제 저널에 제출하였다.

( 출처 : Ⅰ. 연구결과 요약문 3p )

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 목차 ... 2
• Ⅰ. 연구결과 요약문 ... 3
• Ⅱ. 연구내용 및 결과 ... 4
• 1. 연구과제의 개요 ... 4
• 2. 국내외 기술개발 현황 ... 4
• 3. 연구수행 내용 및 결과 ... 4
• 4. 목표 달성도 및 관련 분야에의 기여도 ... 6
• 5. 연구결과의 활용계획 ... 6
• 6. 연구과정에서 수집한 해외과학기술정보 ... 6
• Ⅲ. 연구성과 ... 7
• 끝페이지 ... 7