지상파방송을 위한 비균등 변조 차수 기반의 MIMO SM 기법 :Unequal Modulation Order based MIMO Spatial Multiplexing Scheme for Terrestrial Broadcasting

서재현

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자료유형: 학위논문

저자정보: 서재현 (경북대학교, 경북대학교 대학원)

지도교수: 한동석, 조호신

발행연도: 2016

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이용수3

이 논문의 연구 히스토리 (3)

2016

지상파방송을 위한 비균등 변조 차수 기반의 MIMO SM 기법

서재현 전자전기컴퓨터학부 2016.01 학위논문

2013

선부호기와 비균등 전력을 이용한 MIMO SM 기법

서재현 , 정태진 , 김호준 외 2명 한국통신학회 학술대회논문집 2013.06 학술대회자료

2012

다른 변조 차수를 위한 비균등 전력을 이용한 MIMO SM 기법

서재현 , 김흥묵 , 김홍중 외 1명 한국방송미디어공학회 학술발표대회 논문집 2012.07 학술대회자료

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최근 지상파방송 시스템은 3DTV와 UHDTV와 같은 고품질의 멀티미디어 서비스를 제공하는 수단으로 발전되어 왔다. 시청자에게 멀티미디어 서비스를 확대하기 위해서는 제한된 대역폭 내에서 스펙트럼 효율을 향상시키는 것이 가장 중요하다. 이를 위하여 이동통신에서 적용이 시작된 MIMO 기술이 지상파방송에서도 최적의 후보기술로 떠오르고 있다. 그러나 지상파방송 시스템에서는 이동통신시스템과 달리 MIMO 시스템의 성능을 결정하는 채널상태정보(CSI)를 송신기에서 수신기로부터 피드백 받을 역방향 채널이 존재하지 않는 문제가 있다. 그리고 지상파방송 시스템에서는 주어진 송신전력 범위내에서 안정된 방송을 위하여 송신 콘텐츠와 수신 지역에 따른 다양한 전송율과 커버리지의 조합이 필요하다. 이를 위해서 기존 MIMO 시스템에서 고려하지 않은 각 송신 안테나 별 서로 다른 변조 차수와 전력을 이용한 전송을 고려하여야 한다. 기존의 MIMO 시스템은 각 안테나별 전송률을 동일하게 정하고 있다.
본 논문에서는 차세대 지상파방송을 위한 유연한 전송률을 제공하고 수신 성능이 향상된 비균등 변조 차수 기반의 MIMO SM 기법을 제안한다. 제안한 기법은 2개의 송신 안테나로부터 서로 다른 차수의 신호를 고려하였다. 이를 위해서 2×2 MIMO SM 기법의 수신 성능을 개선하기 위한 비균등 전력을 적용하였다. 제안한 기법의 성능 최적화를 위해 비균등 전력 비와 전치부호기의 위상 회전 값을 도출하였다. 도출된 파라미터를 지상파 방송시스템에 적용하기 위한 컴퓨터 모의실험을 통해 기존의 SM 기법 대비 성능의 우수성을 보인다.
유럽의 방송시스템인 DVB-NGH 시스템의 성능평가를 위한 2×2 MIMO 실외 수신 채널 모델을 적용하여 성능을 평가하였다. 2×2 MIMO 시스템에서 QPSK와 16-QAM을 적용할 때 30o 의 위상을 회전시키고, QPSK 대비 16-QAM 신호의 전력을 2배로 하였다. 모의실험 결과 기존 SM 기법과 비교해 요구되는 Eb/N0가 0.2~0.4 dB 개선되었음을 알 수 있다. 또한, 동일한 전송률을 가진 MISO(Alamouti 기법) 및 SIMO 기법과 비교하였을 때에도 성능이 우수함을 보였다.

Recently, terrestrial broadcasting systems have been developed as a primary means of delivering high-quality multimedia services such as 3-dimensional television (3DTV) and ultra-high definition television (UHDTV). It is most important to improve the spectrum efficiency in a limited bandwidth in order to expand the multimedia services to viewers. Multiple-input multiple-output (MIMO) technology has emerged as the best candidate for this purpose in the terrestrial broadcasting. MIMO technology has become common in mobile communication. However, there is no feedback channel to receive the channel state information (CSI) from each receiver to optimize the performance of MIMO systems in terrestrial broadcasting unlike mobile communication. Terrestrial broadcast systems require to support flexible data rates and coverage in terms of the amount of contents and transmission power. Therefore, each antenna needs to be set a different modulation order and power to other antennas, which is not considered in conventional MIMO systems.
In this thesis, a MIMO spatial multiplexing (SM) scheme is proposed to support flexible data rates for terrestrial broadcasting with improved reception performance. The proposed MIMO SM scheme utilizes non-uniform modulation and non-uniform power between transmitting antennas. The proposed scheme is optimized for a 2×2 MIMO system that is considered for the next-generation broadcasting considering realization, the operating frequency and performance. In addition, a pre-coding technique of phase rotation between antennas has been considered to optimize the reception performance of the proposed scheme. The optimum phase rotation value and non-uniform power ratio are derived in the thesis. The superiority of the proposed scheme with derived parameters is shown over the conventional SM scheme through computer simulations.
The considered channel model is an outdoor MIMO channel used to evaluate the performance of the European digital video broadcasting?next generation handheld (DVB-NGH) standard. For a specific application of mobile broadcasting of 6 bits per cell unit (BPCU) considered in DVB-NGH, the obtained optimum 2×2 MIMO configuration was 30 degrees rotated QPSK constellation and 16-QAM constellation for two antennas separately. The power level for 16-QAM is twice that of QPSK. Simulation results show that the proposed system has an Eb/No improvement of 0.2 ~ 0.4 dB compared to the conventional SM scheme. In addition, the proposed SM scheme also shows better performance compared with the Alamouti’s multiple-input single-output (MISO) scheme and conventional single-input multiple-output (SIMO) scheme when the transmission data rate is the same.

#지상파방송 #MIMO #Spatial Multiplexing #OFDM

I. 서 론
II. 지상파방송을 위한 전송시스템
2.1 개요
2.2 OFDM 시스템 모델링
2.3 지상파방송을 위한 전송효율 증대 기법
2.4 기존의 MIMO SM 기법
Ⅲ. 제안한 비균등 변조 차수 기반 MIMO SM 기법
3.1 전치부호기의 최적 파라미터 결정
3.2 성상 간의 기하학적 최소 거리 비교
Ⅳ. 모의실험 결과 및 분석
4.1 제안한 MIMO SM 기법의 성능 평가
4.2 다중 안테나 기법과의 성능 비교
Ⅴ. 결론
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