In this thesis work, we implement a software high frequency (HF) channel simulator to study the channel characteristics of the voice band HF radio link. Using this HF channel simulator, we also study the HF channel estimation problem used in maximum likelihood sequence estimator (MLSE) for synchronous serial data transmission over the voice band HF channel. The software HF channel simulator is implemented based on the tapped delay line model of HF channel whose tap gain coefficients have complex Gaussian statistics. Additive noise processes are modeled as Gaussian noise and log-normal impulsive noise with Poisson arrival statistics. Dominant ionospheric propagation parameters chosen to simulate HF channel characteristics are Doppler shift, Doppler spread, multipath delay, multipath spread and signal-to-noise ratio (SNR).
Next, for the HF channel estimation study, we obtain the sampled impulse response of a time-varying HF channel using variations of the Kalman algorithm and a simple estimation algorithm based on the least mean square (LMS) algorithm. MLSE detection of eight-phase DPSK HF modem signal is assumed for use with these channel estimation algorithms.
Simulation results on HF channel characteristics show that multipath distortions yield selective fading nulls within a 3 kHz HF voice band frequency range. The average number of fading nulls increases as the multipath delay increases. However, severe channel distortion may result from Doppler shift and Doppler spread. It is found that most of the time-varying HF channel distortions are introduced due to the Doppler shift and Doppler spread.
From the results of the channel estimation study, the steady state MSE performance of the modified Kalman estimator is slightly better than that of the simple estimator, but the convergence rate of the modified Kalman estimator is slower than that of the simple estimator. So there exists a trade-off between the uses of the two algorithms, suitable channel estimation algorithm must be chosen according to the computational complexity, convergence rate, and final MSE.
본 논문은 단파대역에서의 time varying HF 채널에 대한 특성을 연구하기위해 software 채널 simulator 를 구성하고 computer simulation 을 통해 채널특성 조사해보았다. 또한 time varying 채널로 인한 modem 수신기단의 성능저하를 개선하기위한 방법인 Viterbi detector를 사용할 경우 필수적으로 요구되는 저널 estimation 에 대해서도 software 채널 simulator 를 이용하여 computer simulation 을 통한 성능분석을 실시하였다.
채널 simulator 구현에 사용된 채널 model 은 complex tapped delay line 채널을 사용하였으며, time varying complex tap gain 에 대한 통계적 특성은 complex Gaussian 분포함수를 갖는 것을 사용하였다. Noise sourse 는 complex Gaussian noise 및 lognormal 분포함수를 갖는 pulse noise 2가지를 사용하였다.
Simulation 에 사용된 채널 parameter 로는 multipath 에 의한 multipath delay 및 multipath spread 와 채널의 time variation 에 의한 doppler shift 및 doppler spread 이며 Gaussian noise 및 pulse noise 가 존재할 때의 S/N ratio 등을 사용하였다. 다음으로, HF 채널 estimation 연구를 위해 Kalman algorithm 을 몇가지 ?凰쨌? 변형한 방법과 LMS algorithm 에 바탕을 둔 2가지 방법을 사용하였다. Estimation에 사용된 data transmission system model 은 8-phase DPSK HF modem 구조를 사용하였다. 채널 simulation 결과 multipath 에 의한 fading null 이 생겼으며 multipath 양이 증가함에 따라 fading null 수가 증가하고 fading depth 도 깊어짐을 알수있었다. 그러나 매우심한 채널왜곡은 전리층의 시간변화 때문에 발생되는 Doppler shift 및 Doppler spread 에 의해 생겨났다. 즉 time varying HF 채널에서 왜곡을 일으키는 대부분의 원인은 Doppler shift 및 Doppler spread 때문에 생긴다는 것을 computer simulation 결과로 부터 알 수 있었다.
Channel estimation 의 연구결과를 보면 modified Kalman estimator 는 steady state 에서의 MSE performance 는 simple estimator 보다 좋았으나 convergence rate 는 simple estimator 보다 느리다는 것을 알 수 있었다.
이와 같은 연구결과로 부터 알 수 있는 바와 같이 두개의 algorithm 을 사용하는 데 trade-off 가 있기 때문에 computational complexity 나 convergence rate 및 final MSE 등을 고려하여 적당한 channel estimation algorithm 을 선택하는 것이 필요하다.
