VLSI for wireless communication Chap. 1 Communication Concepts: Circuit Design

1.1.2 Communication Systems 1.1 Introduction - Overview 기본적으로 여기서 다룰 통신 시스템은 이동통신에 대한 주제이기 때문에 다음과 같은 상황에 따른 신호의 변화에 대해서 생각 해야한다. 또한 이러한 변화에 대한 설명이 1장의 주요내용이 됨을 밝힌다. - 이동성 - 통신 환경 - multipath propagation 위의 요인들로 인한 신호의 오염은 모두 서로 연관을 맺고 있고 수학적인 모델/예측이 힘들기 때문에 최종적인 수신기의 front end에서의 경계조건을 규정하는 기술에 대한 내용이 이 책의 최종 목표가 될 것이다. 1.1.1 Standards 1.1.2 Communication Systems source modulator Back end channel Front end demodulator Tx Rx

1.2 Overview of Modulation Schemes - Overview 변조(modulation)방식은 일반적으로 통신 시스템의 성능에 영향을 준다. 여기서 성능이라는 것은 수신기의 BER, SNR, message bandwidth등을 일컫는다. 또한, 복조(demodulation)에서는 coherent demodulation만을 생각하기로 하자. 즉, 수신기에서 캐리어의 위상정보를 알고있다는 전제를 바탕으로 한다. 그래서 전체적인 시스템의 복잡도가 증가한다고 볼 수 있는데 이는 PLL 과 추가적인 동기회로를 필요로 한다. Binary Frequency Shift Keying (BFSK) Binary Phase-Shift Keying (BPSK) Quadrature Phase-Shift Keying (QPSK) Offset Quadrature Phase-Shift Keying (OQPSK) Minimum Shift Keying (MSK) (각각의 방식에 따른 MOD/DEM의 block diagram, 동작은 교과서 참고.)

1.2 Overview of Modulation Schemes - PSK/ FSK

1.2 Overview of Modulation Schemes - PSK/ FSK ( Cont. ) < PSK : phase shift keying > 이상적인 channel의 경우, PSK 파형은 constant envelope을 가진다. < FSK: frequency shift keying > 일반적인 digital frequency modulation에서 사용되는 방법은 크게 2가지로 나누게 된다. FSK와 CPFSK(continuous-phase FSK)가 그것이다. FSK의 경우에는 디지털 데이터에 대해서 여러 개의 oscillator을 사용하고, CPFSK의 경우에는 한 개의 oscillator를 사용하는 대신에 frequency modulator를 이용해서 캐리어 신호를 만들어 낸다는 것이 일반적인 구현이라 할 수 있다. FSK의 두가지 방식 모두 주의할 점은 각 symbol의 주파수가 orthogonal하게끔 맞추어져야 한다는 것이다. 특별히 Binary CPFSK를 MSK라고 한다.

1.2 Overview of Modulation Schemes - BFSK Logic “0” Logic “1” f 왼쪽의 과정에서 알 수 있듯이 BFSK신호는 두개의 keyed freq.에 의해서 캐리어 신호가 만들어지고 각각의 i/q 성분들은 power spectrum을 구하기 위한 것이다. 또한, 각 로직을 나타내는 freq.의 간격이 송신 대역으로 사용 된다. (2f_d) 이와같은 방식에서 중요한 것은 각 keyed freq.의 orthogonality를 만족 시켜야 원활한 복조가 가능해 진다는 것이다.

1.2 Overview of Modulation Schemes - BPSK 왼쪽의 과정에서 알 수 있듯이 BPSK의 경우에는 power spectrum에 캐리어의 impulse 성분이 없기 때문에 FSK와 비교했을 때, power의 효율성이 더욱 좋은 이점이 있다. 그러나 FSK의 경우, 여러 개의 캐리어를 사용하는 반면, PSK에서는 한 개의 캐리어를 사용한다. 이것은 다시 말해서 baseband신호에서 FSK는 unipole신호를, PSK는 bipolar신호를 사용해야 됨을 의미한다. BPSK의 신호 파형은 급격한 phase의 변화때문에 큰 대역폭을 필요로 한다는 단점이 있다.

1.2 Overview of Modulation Schemes - QPSK / OQPSK QPSK는 두개의 비트로 이루어진 데이터 전송에 초점을 맞춘 변조 방식이다. 한 개의 캐리어와 두개의 로직을 갖는 신호에 대해서 i/q성분을 따로 변조하는 방법을 사용하기 때문에 채널에서는 총 4개의 상태를 갖는 신호가 전송된다. 실제 통신 환경에서 channel이 이상적이지 않고 제한된 대역을 갖는다면 좀 더 변화된 변조 방식을 사용할 수도 있다. 만약 QPSK신호의 대역이 통신 채널 대역폭과 비슷해 진다면 분명 신호의 왜곡이 심할 수 있다. 이것은 PSK의 최대 단점인 급격한 위상 변화 때문에 순간적으로 큰 대역의 신호가 전송될 수 있기 때문이다. 그래서 고안된 방법이 전송 전에 1비트 만큼의 시간 지연을 주는 방법이다. (OQPSK) -> 대역 ½만큼 감소 I Q 00 01 10 11

1.2 Overview of Modulation Schemes - MSK 기본적으로 MSK변조 방식은 quadrature 캐리어를 사용하는 PSK방식과 각 I/Q 채널에서 FSK변조를 한번 더 하게 된다.(CPFSK) 이것을 PSK방식의 급격한 위상변화에 의한 대역증가를 없애고 2비트 symbol전송에서 연속적인 위상을 갖게 하는 이점을 갖는다.

1.2 Overview of Modulation Schemes - MSK (참고)

< Channel Description > - 1.3, 1.4 1.3절과 1.4절에서는 일반적인 통신이 이루어지는 매계(channel)에 대한 설명을 다룬다. 앞서 전제된 이동통신이 아닌 모든 통신 channel의 일반적인 특성을 1.3절에서 다루고 다음과 같다. - additive white Gaussian noise - finite channel bandwidth 또한 1.4절에서는 이동통신의 channel 특징에 대해서 다루고 다음과 같다. - path 환경 - path loss - multipath fading 1.5,6,7절에서는 위의 특징들을 좀 더 자세히 알아본다.

1.3 Classical Channel 1.3.1 Additive White Gaussian Noise