In this dissertation work, a transmit diversity system with linear prefilters is studied. Linear prefilter in each antenna tranforms a frequency non-selective fading channel into a frequency selective fading channel. This requires an equalizer in the receiver side. In previous work, linear equalizer is investigated as an equalizer. However, the maximum likelihood sequence estimation (MLSE) equalizer provides the optimal performance over a channel in the presence of intersymbol interference (ISI). Hence, in this work the MLSE equalizer is proposed in the receiver and its performance is analyzed over a slowly time-varying Rayleigh fading channel. Based on an upper bounding technique, approximated but tight upper bound is obtained at high SNR and in the system with high degrees of diversity.
Much interest has been in the case that the number of antennas is equal to the prefilter length in previous works. Since the prefilter length determines the length of equivalent channel impulse response, by lengthening the prefilter without increasing the number of antennas nearly optimal performance can be achieved. In this case, the maximum a posteriori (MAP) equalizer is employed to feed soft-output values to a channel decoder. This gives a solution to space limitation and cost for installing multiple antennas. As the prefilter lengthenes, the proposed system approaches the optimal performance. To investigate practical usability, a simple channel esitmator, second-order Gaussian interpolator, using pilot data is introduced and the performace of the proposed system combined with the channel estimator is evaluated over various fading environments. In the performance evaluation, the following factors are consiered: pilot spacing or equivalently the number of pilots per packet, interleaver size, fading rate, and power offset for pilot data. Densely distributed pilot data give benefit for channel estimation, but its gain is not significant. For interleaver size and fading rate, the proposed system with large interleaver shows stable performance regardless of the fading rate. Although power offset for pilot data may give rise to problem of peak-to-average-power ratio (PAPR) at the RF stage, it provides significant gain for all the fading rate and the interleaver size. Finally, channel coding is applied to the proposed system and its performace is also evaluated. A significant coding gain is achieved with fast vehicle speed. Power offset for pilot data also yields an additional improvement in the coded system.
본 연구에서는 선형 프리필터 (linear prefilter)를 이용한 송신 다이버시티 시스템에 대해서 연구하였다. 선형 프리필터는 주파수 비선택적 (frequency non-selective) 페이딩 채널을 주파수 선택적 (frequency selective) 페이딩 채널로 바꾸기 때문에 수신기에서는 데이타를 복원하기 위해서 적절한 등화기 (equalizer)가 요구된다. 이전의 연구는 선형 등화기에 대해서 이루어졌다. 그러나, 심볼간 간섭 (intersymbol interference)이 존재하는 채널에서 최우 수열 추정 (maximum likelihood sequence estimation : MLSE) 등화기나 최대 사후 확률 (maximum a posteriori : MAP) 등화기가 최적의 성능을 보인다. 본 연구에서는 송신 안테나의 수와 프리필터의 길이가 같을 때, 최적의 등화기로서 MLSE 등화기의 성능을 성능 상한 기법을 이용하여 천천히 변하는 레일레이 (Rayleigh) 페이딩 채널에서 분석하였다. 이와 같이 얻어진 성능 상한은 신호대 잡음비가 커지거나, 다이버시티 차수 (diversity order)가 높아질수록 실제 성능에 가까이 근접하였다.
또한, 이전의 연구는 안테나의 수와 프리필터의 길이가 같을 경우에 집중되었는 데 비해, 본 연구에서는 안테나의 수와 프리필터의 길이가 같지 않을 경우를 고려하였다. 특히 안테나의 수보다 프리필터의 길이가 클 경우를 고려하였다. 등가 채널 모델에 의하면 프리필터를 길게 함으로써 등가 채널을 길게 할 수 있기 때문에 최적의 등화기를 사용하면 최적에 가까운 성능을 얻을 수 있다. 이 경우 최적의 등화기로써 MAP 등화기를 사용하였다. 이는 채널 부호 기술과 결합할 때 성능을 개선할 수 있기 때문이다. 본 연구에서 제안된 시스템은 안테나 수를 증가시키지 않으면서 프리필터의 길이만을 증가시킴으로써 성능을 향상시킬 수 있기 때문에 안테나 설치 비용이나 공간 제한 문제에 대한 해결 방안이 될 수 있다. 본 연구에서는 제안된 시스템의 실제 사용가능성을 조사하기 위해서 채널 추정기 (channel estimator)와 결합하여 성능을 분석하였다. 이 때, 채널 추정을 위하여 파일롯 데이타 (pilot data)가 적용된다. 성능 분석은 파일롯 데이타 수, 인터리버 (interleaver) 크기, 페이딩 채널의 변화속도, 파일롯 데이타 전력 옵셋 (power offset) 등을 고려하여 수행하였다. 파일롯 데이타에 수의 경우, 파일롯 데이타 수에 따른 성능차이가 크지 않음을 볼 수 있다. 패킷 길이와 페이딩 채널 속도의 경우, 큰 길이의 패킷의 경우 페이딩 채널의 속도에 그리 심한 영향을 받지 않는다. 파일롯 데이타에 전력 옵셋을 주는 경우 RF 전력 증폭기 (power amplifier)에 부담을 줄 수 있지만, 채널 추정기의 성능을 향상시켜서 상당한 성능 개선 효과를 얻을 수 있다. 마지막으로 채널 부호화 기술과 결합된 성능을 분석하였다. 채널 복호기는 향후 반복 등화/복호 알고리즘의 연구를 위하여 MAP 알고리즘을 이용하여 구현하였다. 페이딩 채널의 변화 속도가 느릴 경우, MAP 복호기에 입력되는 신호의 상관성 (correlation)이 높기 때문에, 이를 제거하려면 큰 크기의 인터리버 (interleaver)가 필요하다. 모의 실험결과에 의하면 채널의 변화 속도가 빠를 때, 큰 부호화 이득을 얻을 수 있다. 채널 부호와 결합된 경우에도 파일롯 데이타에 전력 옵셋을 주면 부호화 이득 뿐만아니라 추가적인 이득을 얻을 수 있다.
