메모리 스케쥴링 기법을 이용한 IFFT/FFT기반 Mobile WiMax 기저대역 프로세서 구현

Title
메모리 스케쥴링 기법을 이용한 IFFT/FFT기반 Mobile WiMax 기저대역 프로세서 구현
Authors
이승열
Keywords
메모리스케쥴링기법을이용한ifftfft기반mobilewimax기저대역프로세서구현
Issue Date
2011
Publisher
인하대학교
Abstract
Mobile WiMax는 언제 어디서나 이동 중에도 다양한 단말기를 통하여 높은 전송 속도의 무선 인터넷 접속이 필요한 응용분야를 위해 2005년도에 국제 표준화 회의에서 IEEE802.16.e로 최종 승인된 통신방식이다. Mobile WiMax 매체 접근 방식의 대표적인 특징은 다중 사용자 지원을 위한 duplexing방식으로 time division duplexing (TDD)을 사용하며 효율적인 단말기와 기지국간 통신을 위해 2:1 또는 3:1의 비대칭의 상향 링크와 하향 링크의 구성을 지원하고 있다. 또한, 이동 환경 하에서 고속 데이터 통신을 위해, 변복조와 다중 접속을 위한 물리계층으로 Orthogonal Frequency Division Multiple Access (OFDMA)방식을 사용하며, 안정적인 데이터 복호를 위한 길쌈 부호화 및 터보코드를 이용한 채널 부호화와 부 채널 할당을 지원하고 있다. Mobile WiMax의 기저대역 프로세서의 효율적인 구현을 위해서는 TDD방식의 매체 접근 방식에 의해 제한된 시간 내에 상향링크와 하향링크의 변복조를 수행하여야 하며, 고속 데이터 전송을 위해 1024 Fast Fourier Transform (FFT) 연산을 할 수 있도록 설계하여야 한다는 점이다. 이와 함께 부 채널 할당과 채널 부호화를 위한 연산이 필요하게 되며, 이를 위해 각 블록들은 서로 다른 동작 주파수를 사용하게 되고 많은 메모리의 사용을 요구한다. 그러므로 이동성을 고려한 mobile WiMax의 기저대역 프로세서를 위해서는 하드웨어 복잡도를 고려한 설계와 하드웨어 MAC 및 메모리 운영방법이 매우 중요하다. 본 논문에서는 메모리의 사용량을 줄이기 위한 메모리 스케쥴링 기법을 제안하였고, mobile WiMax에서 많은 복잡도를 갖는 inverse fast fourier transform (IFFT)와 FFT를 동시에 처리하며 효과적인 인접대역 신호를 제거를 위한 자원공유를 이용한 over-sampling IFFT/FFT를 제안하고, mobile WiMax를 위한 하드웨어 MAC 구조를 제안하고자 한다. 제안된 메모리 공유기법과 IFFT/FFT, 하드웨어 MAC을 이용한 mobile WiMax 기저대역 프로세서는 xilinx virtex-5 LX330와 LX220의 FPGA로 구현이 되었다. 제안하는 방법을 이용하여 구현된 mobile WiMax의 하드웨어 복잡도는 사용하지 않았을 때와 비교하였을 때와 비교하여 11.9%가 감소하였고, 메모리 사용량은 27.1% 감소하였으며, MAC기능과 기저대역 프로세서의 제어를 위한 호스트 프로세서와 무선 데이터 송수신을 위한 RF와의 연동을 통하여 이동성 및 무선 전송 거리에 대한 필드 테스트를 진행하여, 시속 60km/h와 전송 거리 2~5km이상을 만족하는 성능을 확인하였다.
Description
요 약 ⅰ Abstract ⅱi Figure 목차 x Table 목차 xvi Ⅰ. 서 론 1 Ⅱ. Mobile WiMax 시스템 물리계층 사양 2.1 물리계층 사양 및 프레임 구조 3 2.1.1 OFDMA 슬롯 정의 6 2.1.2 하향링크 부 프레임에서 데이터 매핑 방법 7 2.1.3 상향링크 부 프레임에서 데이터 매핑 방법 8 2.2 OFDMA 심볼 구조 9 2.2.1 프리앰블 구조 9 2.2.2 하향링크 심볼 구조 10 2.2.3 상향링크 심볼 구조 11 2.2.4 레인징 제어 채널 12 2.2.4.1 초기/핸드오버 레인징 12 2.2.4.2 주기적 레인징과 대역폭 요구 레인징 13 2.2.4.3 레인징 코드 14 2.3 채널 부호화 15 2.3.1 난수화 블록 구조 15 2.3.2 길쌈 부호화기 구조 16 2.3.3 길쌈 터보 부호화기 구조 17 2.3.4 스크램블러 구조 18 2.3.5 변조기의 구조 19 Ⅲ. Mobile WiMax 기저대역 설계 3.1 부 채널 할당기 설계 21 3.1.1 하향 링크 부 채널 할당 복호기 설계 21 3.1.2 상향 링크 부 채널 할당 부호기 설계 24 3.2 채널 복호화 설계 26 3.2.1 길쌈 복호화기 설계 26 3.2.1.1 길쌈 복호를 위한 비터비 알고리즘 26 3.2.1.2 상태 매트릭 블록 27 3.2.1.3 합-비교-선택 블록 29 3.2.1.4 경로 매트릭 정규화 블록 31 3.2.1.5 경로 역추적 블록 31 3.2.1.6 tail biting 32 3.2.2 길쌈 터보 복호화기 설계 33 3.2.2.1 복호 알고리즘 33 3.2.2.2 순방향 상태 메트릭 유도 34 3.2.2.3 역방향 상태 메트릭 유도 36 3.2.2.4 가지 메트릭 유도 37 3.2.2.5 δ의 정의 40 3.2.2.6 min log MAP 알고리즘 41 3.3 자원공유를 이용한 over-sampling IFFT/FFT 제안 44 3.3.1 자원공유를 이용한 over-sampling IFFT/FFT의 필요성 44 3.3.2. 복잡도와 연산량 감소를 위한 over-sampling IFFT/FFT 47 3.3.2.1 복잡도와 연산량 감소를 위한 IFFT 알고리즘 및 구조 47 3.3.2.2 복잡도와 연산량 감소를 위한 FFT 알고리즘 및 구조 52 3.3.2.3 제안하는 IFFT/FFT의 복잡도와 연산량 비교 56 3.3.3. 자원공유를 이용한 TIR23SDF기반의 IFFT/FFT 57 3.3.3.1 TIR23SDF의 알고리즘과 아키텍쳐 57 3.3.3.2 TIR23SDF를 위한 제어 신호 61 3.3.3.3 TIR23SDF의 자원공유를 위한 연산기 구조 64 3.3.4. 자원공유를 이용한 over-sampling IFFT/FFT 구조 66 3.3.5. 제안한 IFFT/FFT 구조의 복잡도와 연산량 비교 67 3.4 Mobile WiMax 시스템의 메모리 감소 기법 제안 68 3.4.1. 상향링크에서 메모리 감소를 위한 변조 부호화 기법 69 3.4.2. 하향링크의 동기부에서 메모리 감소기법 72 3.4.3. 하향링크에서 프레임 메모리 감소기법 77 3.5. 하향링크 동기부 설계 79 3.5.1. 시간 동기부 설계 80 3.5.1.1 coarse 시간 동기를 위한 성능 분석 80 3.5.1.2 fine 시간 동기를 위한 성능 분석 83 3.5.2. 셀 탐색기 성능 분석 및 설계 85 3.5.3. 반송파 주파수 옵셋 측정기 설계 89
URI
http://dspace.inha.ac.kr/handle/10505/22679
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College of Engineering(공과대학) > Electronic Engineering (전자공학) > Theses(전자공학 석박사 학위논문)
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