In this paper, a predistorter is presented for the orthogonal frequency division multiplxing (OFDM) systems with a transmit raised cosine (RC) pulse shaping filter and a high power amplifier (HPA). By exploiting zero-intersymbol interference (ISI) nature of the RC filter, the proposed predistorter placed before the filter only utilizes memoryless nonlinearity of the HPA, not the overall nonlinearity with memory induced by a combination of the filter and HPA. The predistirtion is realized upon fixed point iteration on OFDM symbols. Simulation results show that the proposed predisorter can be effectively employed to achieve significant performance improvement.
본 논문에서는 RF Cancellation과 Digital Cancellation을 사용하는 SSD(simultaneous single band duplex) 시스템을 설계하고 여기에서 HPA의 비선형 특성이 고려될 경우의 자기 간섭 신호 제거 성능 및 시스템의 전체적인 성능을 분석한다. 또한 일반적으로 잘 알려져 있는 전치 왜곡기를 사용하여 HPA 비선형 특성을 보상할 경우에 자기 간섭 신호 제거 성능 및 전체적인 시스템의 성능을 분석한다. 선형적인 조건에서는 Digital Cancellation에서 잔류 자기 간섭 신호 성분 약 40dB가 모두 제거 되어 좋은 성능이 나오지만 HPA 비선형 특성이 존재할 경우 이를 보상하지 않으면 자기 간섭 신호가 상대국에서 보낸 목표신호에 비하여 월등히 커지기 때문에 상대국에서 보낸 목표 신호를 수신할 수 없다. 그러나 여기에 전치 왜곡기를 사용하면 HPA 비선형성을 대부분 보완하여 상대국에서 보낸 신호를 수신할 수 있는 것을 확인하였다. 또한 전치왜곡기를 사용한다고 하더라도 HPA 비선형 특성을 완전하게 보완할 수 없기 때문에 HPA 비선형성이 증가함에 따라 Digital Cancellation의 자기 간섭 신호 감쇄 성능이 감소되는 것을 확인하였다.
In this paper, a new time-domain adaptive predistortion scheme is proposed to compensate for the nonlinearity of high power amplifiers (HPA) in OFDM systems. A complex Wiener-Hammerstein model (WHM) is adopted to describe the input-output relationship of unknown HPA with linear dynamics, and a power series model with memory (PSMWM) is used to approximate the HPA expressed by WHM. By using the PSMWM, the compensation input to HPA is calculated in a real-time manner so that the linearization from the predistorter input to the HPA output can be attained even if the nonlinear input-output relation of HPA is uncertain and changeable. In numerical example, the effectiveness of the proposed method is confirmed and compared with the identification method based on PSMWM.
최근 들어, 차세대 무선 광대역 통신 시스템의 전송 방식으로 큰 관심을 받고 있는 OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing) 시스템은 다수 반송파 전송의 특수한 형태로 볼 수 있으며 하나의 데이터열이 보다 낮은 데이터 전송률을 갖는 부반송파를 통해 전송된다. OFDM을 사용하는 중요한 이유 중 하나는 OFDM을 사용하면 주파수 선택적 페이딩이나 협대역 간섭에 대한 강건함이 증가하기 때문이다. 하지만 출력 신호의 크기가 Rayleigh 분포를 갖기 때문에 무선 통신 환경에서 SSPA (Solid State Power Amplifier)와 같은 고출력 증폭기 (High Power Amplifier; HPA)의 비선형 특성으로 인하여 단일 반송파 전송 방식보다 심각한 비선형 왜곡이 발생하게 된다. 본 논문에서는 OFDM 신호의 높은 PAPR (Peak-to-Average Power Ratio)과 HPA의 비선형성에 의한 신호의 왜곡과 스펙트럼의 확산을 방지하기 위해 canonical piecewise-linear (PWL) 모델 기반의 디지털 사전왜곡기를 제안한다. 제안된 사전왜곡기의 성능평가를 위해 AWGN (Additive White Gaussian Noise) 채널 하에서 QPSK, 16-QAM, 64-QAM 변조 방식을 이용하고, 1024-point FFT/IFFT로 구현된 OFDM 시스템에 대한 모의실험을 실시한 결과, 비트오율과 비선형성 개선측면에서 우수한 성능을 나타내었다.
OFDM 시스템뿐만 아니라 통신 시스템에서는 HPA(High Power Amplifier)의 비선형 특성을 고려하는 것이 중요하다. 본 논문에서는 OFDM통신 시스템에서 전력 효율과 대역효율을 동시에 고려한 새로운 성능 평가지수(D)를 분석한다. IBO(Input Backoff)의 크기와 부반송파 수에 따라 다른 값을 갖는 비선형 왜곡 잡음 성분(Nd)을 고려하며, 대역폭의 변화에 따른 대역 효율을 사용하여 성능 지수를 구함으로써 IBO에 대해 서로 상반관계 (tradeoff)에 있는 전력 효율과 대역 효율의 특성을 분석하였다.
QPSK (Quaternary Phase Shift Keying) will be adopted as the modulation of HRIT (High Rate Information Transmission) which is transmitted to COMS (Communication, Ocean and Meteorological Satellite) through HPA (High Power Amplifier) in ground segment. Due to the nonlinearity of HPA, IMD (Inter-Modulation Distortion) of multi-carrier signals and PAPR (Peak-to-Average Power Ratio) of modulated HRIT must be considered to estimate the output power of HPA. In this paper, we measured the PAPR to various the roll-off factor of RRC (Root Raised Cosine filter) which is filtering the modulated HRIT signal for reducing ISI (Inter-Symbol Interference) and bandwidth. It was found that the minimum PAPR is 2.78dB at 0.5 of roll-off factor for scrambled data. It's 2.78dB of P APR will be in output power selecting in COMS earth station.
최근 밀리미터파 대역을 활용하는 이동통신시스템이 제안되고 있으며, 60 GHz 대역 전력증폭기로 인해 발생하는 비선형성을 효율적으로 보상하기 위한 방법의 중요성이 증가하고 있다. 본 논문에서는 전력증폭기의 비선형성이 상대적으로 작은 구간과 큰 구간으로 구분하여 계수를 사용하는 다중계수 사전왜곡기 구조를 제안하고, 이를 60 GHz 대역 고출력 전력증폭기 FMM5715X에 적용하여 LTE 신호의 선형성 보상 성능을 평가하였다. 하드웨어 테스트베드를 활용한 성능평가를 통해, 기존 방식 대비 제안 방식은 ACLR(Adjacent Channel Leakage Ratio) 측면에서 최대 6 dB 개선됨을 보인다.
본 논문에서는 QAM 신호를 전송하는 디지털 통신 시스템에서 고출력 증폭기(HPA)의 비선형성을 보상하기 위한 메모리 있는 데이터 사전왜곡 방법을 제안한다. 메모리 없는 HPA의 비선형성을 줄이기 위해 구현된 종래의 데이터 사전왜곡 방법에 비해, 본 논문에서 제안된 방법은 신호 성상도의 비선형 왜곡(warping)을 줄여 줄 뿐만 아니라 메모리 있는 전송 펄스 형성 필터로 인해 일어나는 심볼의 군집(cluster)을 원래의 심볼로 보상한다. 본 논문에서는 사전왜곡단의 메모리 크기를 줄이기 위해 QAM 신호 성상도의 대칭성을 고려하여 modulo-4 연산을 이용한다.
5세대 이동통신 시스템에서 스펙트럼 효율을 향상시키기 위한 새로운 후보 변조기술들이 제안되고 있다. 후보 변조기술로 다중반송파 기반의 UFMC(Universal Filtered Multi-Carrier), FBMC(Filter Bank Multi-Carrier)가 큰 주목을 받고 있으며, 최근 저복잡도 처리가 가능한 W(Weighted)-OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing) 시스템 또한 주목받고 있다. 본 논문에서는 기본적인 OFDM 시스템과 함께 UFMC, FBMC, W-OFDM 시스템에 HPA(High Power Amplifier) 비선형 특성이 고려되었을 경우, 각 시스템의 스펙트럼 특성과 BER(Bit Error Rate) 특성을 종합적으로 평가하여 보다 유력한 시스템을 찾는다. 시뮬레이션 결과로, 동일한 비선형 HPA 환경에서는 UFMC, FBMC, W-OFDM 시스템이 모두 유사한 스펙트럼 특성과 BER 특성을 보이는 것을 확인할 수 있다. 이러한 이유로 비선형 HPA 환경에서는 시간영역에서 저복잡도의 Windowing 처리만을 요구하는 W-OFDM 시스템이 다른 시스템에 비하여 유리함을 확인할 수 있다.
본 논문에서는 DRT 위성 중계시스템에서 HPA의 비선형성과 상·하향링크의 전대역 재밍 및 부분 대역 재밍을 고려하여 지구국 수신기에서 요구되는 SNR값을 만족시키기 위한 각각의 상·하향링크 SNR값과 에러확률을 분석하였다 분석결과 위성 중계기 대역폭과 지구국 수신기 대역폭이 같은 경우 상향링크 JSR 10[dB] 하양링크 JSR 10[dB] 및 처리 이득 30[dB]를 기준으로 요구되는 전체 SNR 즉 (S/M)total를 10[dB] 확보하기 위하여 선형 위성 중계 시스템은 하향링크 SNR 14[dB]를 기준으로 상향링크 SNR이 14.2[dB]를 필요하여 약 6[dB] 만큼읨 손실이 있게 된다 한편 상향링크 SNR 10[dB] 상향링크 JSR 10[dB] 하향링크 JSR 10[dB] 및 처리이득 30[dB]을 고려한 전대역 재밍에서 OBO 2[dB]인 경우의 비선형 시스템이 OBO 0[dB] 인 선형 시스템보다 성능이 나빠지므로 전력개선이 필요함을 알 수 있었다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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