Kim, Jae-Kwon;Heath Jr. Robert W.;Powers Edward J.
Journal of Communications and Networks
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제9권1호
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pp.75-83
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2007
Orthogonal frequency division multiplexing (OFDM) systems with multiple transmit antennas can exploit space-time block coding on each subchannel for reliable data transmission. Spacetime coded OFDM systems, however, are very sensitive to time variant channels because the channels need to be static over multiple OFDM symbol periods. In this paper, we propose to mitigate the channel variations in the frequency domain using a linear filter in the frequency domain that exploits the sparse structure of the system matrix in the frequency domain. Our approach has reduced complexity compared with alternative approaches based on time domain block-linear filters. Simulation results demonstrate that our proposed frequency domain block-linear filter reduces computational complexity by more than a factor of ten at the cost of small performance degradation, compared with a time domain block-linear filter.
It is well known that an OFDM receiver is vulnerable to synchronization errors. Despite fine estimations used in the initial acquisition, there are still residual synchronization errors. Though these errors are very small, they severely degrade the bit error rate (BER) performance. In this paper, we propose a residual error elimination scheme for the digital OFDM baseband receiver aiming to improve the overall BER performance. Three improvements on existing schemes are made: a pilot-aided recursive algorithm for joint estimation of the residual carrier frequency and sampling time offsets; a delay-based timing error correction technique, which smoothly adjusts the incoming data stream without resampling disturbance; and a decision-directed channel gain update algorithm based on recursive least-squares criterion, which offers faster convergence and smaller error than the least-mean-squares algorithms. Simulation results show that the proposed scheme works well in the multipath channel, and its performance is close to that of an OFDM system with perfect synchronization parameters.
This study proposes a novel low-complexity algorithm for computing inverse fast Fourier transform (IFFT)/fast Fourier transform (FFT) operations in binary phase shift keying-modulated orthogonal frequency division multiplexing (OFDM) communication systems without requiring any twiddle factor multiplications. The peak-to-average power ratio (PAPR) reduction capacity of an efficient PAPR reduction technique, that is, H-SLM method, is evaluated using the proposed IFFT algorithm without any complex multiplications, and the impact of oversampling factor for the accurate calculation of PAPR is analyzed. The power spectral density of an OFDM signal generated using the proposed multiplierless IFFT algorithm is also examined. Moreover, the bit-error-rate performance of the H-SLM technique with the proposed IFFT/FFT algorithm is compared with the classical methods. Simulation results show that the proposed IFFT/FFT algorithm used in the H-SLM method requires no complex multiplications, thereby minimizing power consumption as well as the area of IFFT/FFT processors used in OFDM communication systems.
Three synchronization issues, i.e., phase, frequency, and symbol time, have to be properly controlled to achieve distributed beamforming gain. In this paper, the impacts of synchronization errors in distributed beamforming are analyzed for both single-carrier and OFDM systems. When the channel is constant over a symbol duration, the performance degradation due to phase offset is the same for both single-carrier and OFDM systems. For symbol timing offset in OFDM systems, high frequency subcarriers are more susceptible as compared to low frequency ones. Frequency offset is critical in OFDM systems since it leads to interference from the other subcarriers as well as power loss in the desired signal.
Peak power reduction techniques in orthogonal frequency division multiplexing (OFDM) has been an important subject for many researchers for over 20 years. In this letter, we propose a side-information-free technique that is based on the concept of random variable (RV) transformation. The suggested method transforms RVs into other RVs, aiming to reshape the constellation that will consequently produce OFDM symbols with a reduced peak-to-average power ratio. The proposed method has no limitation on the mapping type or the mapping order and has no significant effect on the bit error rate performance compared to other methods presented in the literature. Additionally, the computational complexity does not increase.
OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing) 시스템에서 SLM (Selected Mapping)은 전송신호의 왜곡 없이 PAPR (Peak-to-Average Power Ratio)을 효율적으로 줄일 수 있는 기법이다. 하지만, 충분한 후보 OFDM 신호를 생성하기 위해서는 많은 양의 IFFT (Inverse Fast Fourier Transform) 연산을 필요로 하고, 이는 SLM 기법을 매우 복잡하게 만든다. 따라서 본 논문에서는 첫 번째 후보 OFDM 신호를 변환하여 나머지 IFFT 연산들을 대체하는 새로운 SLM 기법을 제안한다. 제안된 기법은 기존의 SLM 기법과 비교하여 거의 같은 PAPR 저감 성능을 보임과 동시에 계산 복잡도는 크게 감소 시킬 수 있다.
본 논문에서는 MIMO 시스템에서 제안된 SVR-MMSE 검출기법을 MIMO-OFDM 시스템으로 확장, 적용하고 주파수 선택적인 채널에서 성능을 분석한다. 우선 전형적인 MIMO-OFDM 시스템에 대해서 설명하고 이 시스템에서 constant modulus 신호의 검출기법에 대하여 설명을 한다. 기존의 검출 기법인 Zero Forcing, Minimum Mean Square Error 기법과 제안된 SVR-MMSE 검출의 성능을 비교해 보고, Jakes 채널 모델을 사용하여 지연확산을 가지는 다중 경로 페이딩 채널에서 도플러 주파수가 변화함에 따라 검출 기법의 성능을 알아본다. 본 논문에서 제안된 SVR-MMSE를 이용한 MIMO-OFDM 시스템에서의 검출 성능 모의실험 결과, 제안된 알고리즘이 이 시스템에서 우수한 성능을 지니고 있음을 보여주고 있다.
본 논문에서는 주파수 재사용률이 1인 OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing) 기반의 셀룰러 시스템을 위한 가상 스마트 안테나 개념을 소개한다. OFDM 기반의 셀룰러 시스템은 다중경로 채별에 강건한 장점이 있으나, 셀 경계에서 인접 셀에 의한 셀 간 간섭이 큰 단점이 있다. 본 논문예서는 다수의 기지국으로부터 수신되는 OFDM 신호의 심볼 타이밍 오프셋 추정 기법을 유도하고 준정칙 페이딩 채널에서 이러한 심볼 타이밍 오프셋에 의하여 형성된 조정백터(steering vector)을 이용한 가상 스마트 안테나 기반의 셀 간 간섭 제거 기법을 제안한다.
본 논문에서는 상호협력 STBC-OFDM 시스템에서 다른 반송파 주파수 옵셋(CFO) 존재시 이를 극복할 수 있는 반복적 반송파간 간섭(ICI) 제거 기법을 제안한다. 상호협력 STBC-OFDM 시스템에서 존재하는 다른 CFO는 수신 신호에서 위상차를 발생하여 STBC 복호 과정에서 잡음 증가 현상을 가져온다. 이러한 잡음 증가 효과에 따른 성능 감소는 본 논문에서 제안된 ML 기반의 반복적 ICI 제거 기법을 사용하여 효과적으로 감소시킬 수 있음을 보인다. 모의실험을 통하여 제안된 반복적 ICI 제거 기법이 특히 FFT 크기가 크고 CFO 값이 큰 STBC-OFDM 시스템에서 ICI의 영향을 감소하는데 효과적으로 사용될 수 있음을 확인한다.
In the future, satellite communication systems, such as ISDB in Japan and DVB in Europe, are required to support higher transmission date rate for providing multimedia services including HDTV, high rate data communication etc. Considering the effectiveness of OFDM technique in efficient usage of frequency bandwidth and its robustness to the multi-path fading, several OFDM based standards have been proposed for satellite communication. However, the problem of high Peak to Average Power Ratio is one of the main obstacles for the implementation of OFDM based system. Many PAPR reduction schemes have been proposed for OFDM systems. Among these, the partial transmit sequences (PTS) is attractive as they obtain better PAPR property by modifying OFDM signals without distortion. In this paper, considering the complexity issue, we present a simplified minimum maximum (minimax) criterion and Sub-Optimal PTS algorithm to optimize the phase factor. This algorithm can be dynamically made tradeoff`f between performance and complexity on demand. In addition, we integrate guided scrambling (GS) with this method. Simulation in multiple antenna based OFDM system proves that the proposed Hybrid schemes can get much more PAPR reduction and do not require transmission of side information (SI). Thus it is helpful when implementing OFDM technique in satellite communication system.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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