Journal of the Institute of Electronics Engineers of Korea TC (대한전자공학회논문지TC)

The Institute of Electronics and Information Engineers (대한전자공학회)
권호 표지

Adaptive OFDM System Employing a New SNR Estimation Method

새로운 SNR 추정방법을 이용한 적응 OFDM 시스템

  • Kim Myung-Ik (Dept. of Electronics and Information Engineering, Korea Univ.) ;
  • Ahn Sang-Sik (Dept. of Electronics and Information Engineering, Korea Univ.)
  • 김명익 (고려대학교 전자및정보공학부) ;
  • 안상식 (고려대학교 전자및정보공학부)
  • Published : 2006.03.01
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Abstract

OFDM (Orthogonal frequency Division Multiplexing) systems convert serial data stream to N parallel data streams and modulate them to N orthogonal subcarriers. Thus spectrum utilization efficiency of the OFDM systems are high and high-speed data transmission is possible. However, with the OFDM systems using the same modulation method at all subcarriers, the error probability is dominated by the subcarriers which experience deep fades. Therefore, in order to enhance the performance of the system adaptive modulation is required, with which the modulation methods of the subcarriers are determined according to the estimated SNRs. The IEEE 802.11a system selects various transmission speed between 6 and 54 Mbps according to the modulation mode. There are three typical methods for SNR estimation: Direct estimation method uses the frequency domain symbols to estimate SNR directly by minimizing MSE (Mean Square Error), EVM method utilizes the distance between the demodulated constellation points and received complex values, and the method utilizing the Viterbi algorithm uses the cumulative minimum distance in decoding process to estimate the SNR indirectly. Through comparison analyses of three methods we propose a new SNR estimation method, which employs both the EVM method and the Viterbi algorithm. Finally, we perform extensive computer simulations to confirm the performance improvement of the proposed adaptive OFDM systems on the basis of IEEE 802.11a.

OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing) 시스템은 직렬로 입력되는 데이터 열을 N개 (부반송파의 수)의 병렬 데이터 열로 변환하여 서로 다른 주파수를 가지는 N개의 직교 부반송파로 변조시켜서 동시에 전송하기 때문에 스펙트럼 효율이 높으며 고속의 데이터 전송이 가능하다. 그러나, 모든 부반송파에 대해 같은 변조 방식을 이용하는 OFDM 시스템의 경우 심하게 페이딩 된 부채널의 비트오류율 (BER: Bit Error Rate)에 의해서 전체 시스템의 비트오류율이 결정되는 문제점을 안고 있다. 이 문제를 해결하여 시스템의 성능을 향상시키기 위해서는 부채널 마다의 SNR (Signal to Noise power Ratio)을 추정하고 그 크기에 따라 부반송파의 변조 방식을 가변적으로 결정하는 적응 변조가 필요하다. 실제로 IEEE 802.11a의 경우 변조 방식에 따라 $6\sim54$ Mbps의 전송 속도를 가진다. SNR을 추정하기 위한 대표적인 방식인, 주파수 영역의 심볼을 이용하여 MSE (Mean Square Error)를 최소화하는 방법을 이용하는 직접추정 방식과 성상도상에서 수신된 복소값과 추정한 심볼값 사이의 RMS 에러를 이용하는 방식, 그리고 Viterbi 복호 과정에서 누적된 최소 거리 (Cumulative Minimum Distance)를 이용하는 방식에 대해서 비교 분석하고, 이를 통해 EVM 방식과 Viterbi 복호과정을 병행해서 사용하는 새로운 SNR 추정방법을 제안하며 이를 이용한 부반송파 적응 OFDM 시스템을 제안한다. 마지막으로, IEEE 802.11a의 기준에 근거하여 새로운 적응 OFDM 시스템의 성능향상을 확인하기 위하여 컴퓨터 시뮬레이션을 수행하였다.

Keywords

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