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    2. 네트워크 기출문제

OFDM

개념
OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing)   -하나의 정보를 여러 개의 반송파(subcarrier)로 분할하고, 분할된 반송파 간의 간격을 최소로 하기 위해 직교성을 부가하여 다중화시키는 변조기술

I. 차세대 이동통신의 핵심기술, 직교주파수분할다중화 OFDM 개요

 가. OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing)의 정의

  -하나의 정보를 여러 개의 반송파(subcarrier)로 분할하고, 분할된 반송파 간의 간격을 최소로 하기 위해 직교성을 부가하여 다중화시키는 변조기술

 

 나. 이동통신 주파수 변조방식의 변천 과정.

1세대

2세대

3세대

4세대

FDM

TDM, CDM

CDM

OFDM

 

 다. OFDM의 특징

  - 병렬 데이터 전송과 다중 캐리어, n개의 부채널을 변복조하기 위해 DFT(불연속 퓨리에변환) 알고리즘 이용

  - Orthogonality (직교성): 반송파간의 성분 분리를 위한 직교성 부여로 전송효율 증대

  - FDM의 GB(Guard Band)를 두지 않음

  - 주파수 이용 효율이 높고, 멀티패스에 의한 ISI (Inter Symbol Interference; 심볼간 간섭)에 강해 고속 데이터 전송에 적합

 

II. OFDM의 핵심기술 및 전송 방식

 가. OFDM의 핵심기술

기술 요소

내 용

FFT

  • Fast Fourier Transform
  • OFDM의 변/복조시 부반송파 계산의 연산 횟수를 감소시켜 고속 신호처리 구현

MIMO-OFDM 기법

  • 기존의 방식에서 부가적인 대역폭의 증가 없이 부호화, 공간·주파수 전송 효율 향상
  • WLAN, WPAN 환경에 적합

Smart Antenna

  • Adaptive array antennas: 사용자의 환경 변화에 따라 원하는 신호를 최대화하고 간섭신호를 최소화하도록 원하는 신호의 방향으로 빔을 형성

하향/상향링크 동기화 기법

  • 상향링크에서는 초기 동기를 위해 단말기가 기지국의 신호를 수신하여 시간 동기와 주파수동기화 및 셀 탐색을 수행
  • 이러한 과정을 통하여 획득된 동기 정보 및 전력제어 정보는 하향링크 채널을 통하여 각 이동국에 전송되며, 각 이동국은 보상정보에 따라 시간 및 주파수를 보상

링크적응 (LinkAdaptation) 기법

  • 시간에 따라 변하는 채널과 전송환경에 적응적으로 변조방식과 코딩율을 변화하여 전송률과 주파수 효율을 증가시킬 수 있는 기술

PAR 감쇄 기법

  • Peak-to-Avarage Power Ratio(최대전력 대 평균전력 비)
  • 다수의 부반송파 분리에 따른 주파수 민감성 문제와 더불어 최대의 장애 요인으로 PAR를 감소시키기 위해 많은 기법이 제안

고속 시변 채널 의 추정 및 등화 기법

  • 고속의 이동환경에서는 한 OFDM 심볼 내에서도 채널이 변화하게 되어 부채널간 간섭을 발생, 성능열화를 방지하기 위해서는 강건한 채널 추정 연구
 

 나. OFDM의 전송방식

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  1) 다수의 부반송파(subcarrier)를 통하여 들어오는 bits정보를 다수 그룹으로 나누어 보내는 방식.

  2) 병렬로 처리되는 부반송파(subcarriers) 때문에 하나의 시그널의 심볼주기 (symbol duration)가 그 만큼 늘어남.

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  3) 기저 대역의 data들을 QAM신호 변조 후 이 신호들을 수식적인 가상 반송파에 분할하여 실어주고 이들을 동시에 전송 함으로써 전송 효율을 높임.

  4) 다수의 부반송파가 만든 QAM신호들은 IFFT (inverse fast fourier tramsform) 과정을 거치면서 결합 됨.

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III. OFDM 방식과 결합되어 사용되는 다중접속 방식의 종류

 가.  OFDM 결합 다중 접속 방식

구분

설명

OFDM/TDMA

  • 각 사용자에게 시간 슬롯이 할당되고 할당된 시간동안 각 사용자는 전체 부채널을 모두 사용한다. 즉, 한 사용자가 전체 대역폭을 모두 사용
  • 무선 LAN과 같이 독립적인 Cell 환경하에서 작은 크기의 FFT를 사용하는 경우에 유리함
  • 사용 例) 802.11a

OFDM/FDMA (OFDMA)

  • 한 사용자가 모든 유효 부반송파를 독점하는 것이 아니라, 여러 사용자가 가능한 유효 부반송파의 집합을 서로 분할하여 사용
  • 즉, 시간 및 주파수 영역에서 2차원적으로 자원을 할당 부반송파들의 일부 집단을 하나의 집합으로 하여 구성하며, 이를 두고 부채널(Subchannel)이라고 함 
  • OFDMA는 매우 유연한 다원접속 방식임

OFDM/CDMA (MC-CDMA)

  • 각 사용자에게 고유의 확산부호 할당, 모든 사용자가 모든 시간과 부채널을 함께 사용토록 함
  • 다른 사용자와의 구별을 위해 직교 또는 이와 유사한 확산부호를 사용

 

 나. 각 방식별 비교 그림

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IV. OFDM의 이점 및 활용분야

 가. OFDM의 이점

구분

설명

주파수 효율

  • 부채널을 주파수상에서 중첩으로 겹치게 하는 등 주파수 대역 효율이 매우 좋음

이동통신에서 주로 문제가 되는 다중경로 페이딩에 강건

이동수신시 도플러 효과에 강건

  • 송수신 양단 사이에 상대적 이동이 있게 되면 도플러 천이 효과가 발생됨

협대역 간섭에 강함

  • 협대역 간섭이 일부 부반송파에만 영향을 줌
  • 다중경로에 의한 주파수 선택적 페이딩의 극복이 용이

고속 구현이 용이

  • FFT를 이용하여 고속의 신호처리 가능

복잡한 등화기를 필요하지 않고, 임펄스 잡음에 강함

  • OFDM은 복잡한 등화기가 필요로 하지 않는 대신에 다수의 부반송파를 복조하기 위해 사용되는 FFT에 의해 그 복잡도가 결정 됨.
  • 그러나, 복잡도는 단일 반송파 변조 방식에 비해 크게 감소
  • FFT 및 단일 탭 등화기 (간단한 채널 등화 방식) 사용
  • 각 부채널에서 간단한 단일탭 등화기를 사용하여 채널의 왜곡을 보상

이동통신 셀 간 간섭이 없고, 자원할당이 용이함

  • 부 반송파 간에 직교성이 유지되므로 셀 간 간섭이 거의 없음.

 

 나. OFDM의 활용분야

분야

내 용

Wireless LAN

  • IEEE 802.11a의 경우 높은 전송속도를 얻기 위해 52개의 부반송파(sub-carrier)를 갖는 OFDM 변조 방식을 채택함으로써 등화가 간단하며 다중경로 간섭에 대해 강건한 장점을 갖도록 함.
  • 54Mbps 이상의 속도를 내는 802.11a, g, n에서 OFDM 채택

Wireless MAN

  • 멀티미디어 서비스에 대한 요구의 증가는 수Km이내의 옥내나 중소 사업장에 대한 광대역 액세스 수요를 증가시켰으며 유선에 비해 저렴하게 유지될 수 있는 광대역 무선 액세스 기술인 BWA가 주목을 받게 되었고, OFDM 전송기술을 채택함.

Digital Broadc-asting

(DMB / DAB)

  • 영상 신호는 음성 신호에 비해 정보의 양이 현격히 많으므로, 한정된 주파수 대역에서 많은 데이터 비트를 전송하기 위해 OFDM 방식을 사용함.
  • 현재 지상파 디지털 라디오 방송 시스템은 유럽식, 미국식, 일본식이 있으며 모두 OFDM을 채용하고 있음. OFDM은 서로 다른 송신기에서 보내진 동일한 신호가 시간지연을 두고 수신되더라도 간섭을 주지 않으므로 여러 개의 방송국이 같은 주파수 망을 이용해 방송하는 SFN(Single Frequency Network)의 구현이 가능함.

ADSL/

VDSL

  • 전화선을 이용하는 ADSL(Asymmetric Digital Subscriber Line)은 DMT(DiscreteMulti Tone) 방식을 사용하여 데이터를 전송함. DMT는 OFDM과 동일하며 유선채널에 필요한 추가적인 기능을 포함하고 있음.
  • VDSL(Very high rate DSL)은 ADSL보다 고속의 데이터 전송을 위한 방식으로 부반송파간 직교성 유지를 위한 Cyclic Prefix외에 상향과 하향 스트림 간의 직교성을 유지하기 위한 Cyclic Suffix를 첨가하여 선로간 혼신을 방지하게 함.

4세대 이동통신

  • LTE, WiMAX 모두 OFDMA 활용

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

V. OFDM 및 관련 무선 기술의 전망

  • 한정된 주파수라는 무선의 본질적 한계를 개선하여 현재의 유선 네트웍 수준까지 전송속도 향상이 가능할 것으로 전망
  • 무선 Broadband 네트웍 환경 구현을 위한 가장 유력한 기술이므로 고속환경 및 인접 셀 경계에서의 성능 열화 현상과 같은 개선과제도 적극적으로 개선될 전망
  • 무선통신의 고속화에 따라 거의 모든 Wireless Broadband 기술이 OFDM 중심으로 이전할 것으로 전망됨
  • 상용화된 주요 무선기술인 Wi-Fi, Wibro, 4G Mobile, DMB 모두 OFDM으로 일원화되는 추세에 따라 향후 Seamless Network 구현시 신호처리 관련 단말 단가 절감 가능

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