무선 통신 시스템에서 고속 데이터 전송에 효율적인 다중 반송파 시스템인 OFDM통신 시스템에서는 송수신단의 오실레이터에서 발생하는 위상잡음이 인접채널간 간섭(Inter-carrier-interference: ICI)을 야기시켜 통신 성능에 악영향을 끼친다. 본 논문에서는 ICI영향을 효과적으로 줄일 수 있는 새로운 data-conversion 형식의 ICI 제거 방법을 제안하고 위상잡음을 선형 근사화하여 위상잡음에 의해 발생하는 common phase error(CPE), ICI 그리고 carrier to interference power ratio(CIR)를 분석한다. 그리고 data-conversion 형식의 위상잡음에 의한 성능 개선 효과를 분석하기 위해서 기존의 OFDM과 비교하였다. 이때 부반송파수 64의 조건하에서 위상 잡음 분산 0.3의 QPSK변조방식과 위상 잡음 분산 0.1의 16 QAM변조방식의 경우, BER=$10^{-3}$에서 각각 0.6 ㏈, 1.5 ㏈의 SNR 이득을 가짐을 볼 수 있다. 결과적으로 ICI 제거방법을 사용하였을 때 기존의 OFDM system에 비하여 ICI에 의한 성능손실을 효과적으로 줄일 수 있다.
Nie, Yao;Feng, Chunyan;Liu, Fangfang;Guo, Caili;Zhao, Wen
KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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제11권9호
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pp.4334-4356
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2017
In orthogonal frequency-division multiplexing (OFDM) systems, phase noise introduced by the local oscillators can cause bit error rate (BER) performance degradation. To solve the phase noise problem, a novel orthogonal-polarization-based phase noise self-cancellation (OP-PNSC) scheme is proposed. First, the efficiency of canceling the phase noise of the OP-PNSC scheme in the AWGN channel is investigated. Then, the OP-PNSC scheme in the polarization-dependent loss (PDL) channel is investigated due to power imbalance caused by PDL, and a PDL pre-compensated OP-PNSC (PPC -OP-PNSC) scheme is proposed to mitigate the power imbalance caused by PDL. In addition, the performance of the PPC-OP-PNSC scheme is investigated, where the signal-to-interference-plus-noise ratio (SINR) and spectral efficiency (SE) performances are analyzed. Finally, a comparison between the OP-PNSC and polarization diversity scheme is discussed. The numerical results show that the BER and SINR performances of the OP-PNSC scheme outperform the case with the phase noise compensation and phase noise self-cancellation scheme.
본 논문에서 제안하는 새로운 유형의 상향링크 OFDM-CDMA 기법은 ZCZ(Zero Correlation Zone) 부호와 블록 확산 기법을 함께 이용하여 사용자간의 넓은 접속시간 동기오차 허용범위를 가진다. 또한, 제안하는 기법은 OFDM 신호에 보호구간을 삽입하지 않아 주파수 효율을 최대화 한다. 넓은 사용자간 접속시간 동기오차 허용범위를 가지려면 보호구간의 길이를 늘여야 하는 기존 기법과 달리, 본 논문에서 제안하는 기법은 보호구간을 삽입하지 않아도 아주 넓은 사용자간 접속시간 동기오차 허용범위를 가진다. 제안하는 보호구간이 없는 상향링크 OFDM-CDMA 기법은 다중경로 페이딩 환경에서 수신단의 역확산 과정을 통해 모든 사용자간 간섭이 사라지는 특성을 가진다. 더욱이, 제안하는 기법은 복수개의 OFDM 심볼 길이만큼의 사용자간 동기오차 환경에서도 모든 사용자간 간섭이 없다. 보호구간이 없기 때문에 자기 신호의 부반송파간 간섭은 존재하지만, 제안하는 블록 확산 방식으로 인한 블록의 첫 번째 심볼이 ISI(Inter Symbol Interference)가 없는 특성을 이용하여 간단한 SIC(Successive Interference Cancellation)를 통해 첫 번째 이후 심볼의 간섭도 효과적으로 억제할 수 있다.
본 논문에서는 IBFD(in-band full duplex)시스템에서 ADC(analog to digital converter) 효과가 고려되었을 경우의 신호 특성을 분석하고 전체적인 시스템의 성능을 평가 및 분석한다. 우선, 본 논문에서는 IBFD 시스템의 일반적인 개념에 대하여 알아본다. 그 다음 ADC 효과가 고려될 경우 ADC에 인가되는 잔류 자기간섭 신호의 크기에 따른 ADC 전후의 수신 신호 특성의 변화에 대하여 분석한다. 여기에서 1차적으로 ADC의 양자화 단계 크기가 목표 신호보다 작은 조건을 계산을 통해 파악하고 분석한다. 최종적으로 ADC 효과가 고려된 IBFD 시스템을 설계하고 성능 평가를 수행하였다. 시뮬레이션의 결과로 ADC 입력에 인가된 자기간섭 신호의 크기에 따라 양자화 단계의 크기가 목표 신호의 크기보다 작도록 ADC의 비트를 결정하여야 목표 신호에서 정보를 추출할 수 있음을 확인하였다. 또한 좋은 성능을 유지하며 효율적인 통신을 하기 위해서는 양자화 단계 크기가 대략 목표 신호 크기의 1/3보다 작아야 하는 것을 확인하였다.
본 논문은 블루투스와 다른 장치를 연결하였을 때 블루투스와의 간섭 현상에 대한 해결 방안을 제시한다. 랜덤 주파수 도약 기법은 무선랜 간섭을 고려하지 않고 블루투스 전체 채널을 이용하여 도약 패턴을 생성하는 기법이다. 제안된 적응적 주파수 도약 기법은 블루투스의 주기적인 캐리어 센싱을 통해 무선랜 간섭을 고려하여 블루투스 채널의 도약 패턴을 생성하는 기법이다. 모의실험을 통해 무선랜 간섭이 혼잡한 상황에서도 블루투스 캐리어 센싱 간격이 줄어들수록 적응적 주파수 도약 기법을 사용하면 패킷 오류율이 감소되는 것을 확인하였다. 특히 주파수 도약 기법은 적응적 주파수 도약 기법 대비 평균 패킷 오류율은 약 13%의 성능 향상이 있었다.
본 논문은 long-term evolution (LTE) 시스템과 같이 하향링크에서 orthogonal frequency division multiple access (OFDMA) 방식을 이용하고 상향링크에서 single-carrier frequency division multiple access (SC-FDMA) 방식을 이용하는 대역 내 전이중 셀룰러 시스템을 위한 반복적인 자기간섭 채널 추정 방법을 제안한다. 이 방법은 기지국이 알고 있는 하향링크 신호와 상향링크 파일럿 신호를 이용하여 대략적인 자기간섭 채널 추정치를 획득한 후, 이것에 주파수 영역에서의 평균화와 시간 영역에서의 채널 절단을 순차적으로 적용하여 채널 추정치를 정교하게 만든다. 또한 이 방법은 이러한 추정 절차를 반복적으로 수행함으로써 채널 추정치의 정확도를 더욱 향상시키며 자기간섭 채널을 획득하기 위해 별도의 무선자원을 전혀 요구하지 않는다. 시뮬레이션을 통해 제안 방법이 정확한 자기간섭 채널 길이에 대한 정보 없이도 자기간섭 채널 추정 성능을 크게 향상하여 자기간섭이 완벽히 제거된 경우에 매우 근접한 상향링크 채널 추정 성능과 SINR 성능을 달성함을 보인다.
최근 들어, 자기 간섭 제어 기술의 발달로 인하여 PHY 계층에서는 full-duplex 통신이 가능한 수준에 도달하였다. 이러한 full-duplex 통신을 지원하기 위한 다양한 MAC 계층의 기술들이 활발히 연구 중이다. 본 논문에서는 무선랜 (WLAN) 시스템에서 full-duplex 통신의 특징과 이로 인하여 발생하는 문제점들을 알아보고, 이 문제를 해결하기 위하여 제안된 다양한 MAC 프로토콜을 살펴본다. 그리고 현재 초기 단계에 있는 무선랜 시스템에서의 full-duplex 통신과 관련된 MAC 계층의 향후 연구 과제를 논의한다.
본 논문에서는 동일대역에서 동시에 다중스트림을 송수신하는 MIMO-IBFD 시스템을 제안하고 이 시스템의 기본 구조를 분석하였다. MIMO-IBFD 시스템은 기존의 IBFD 시스템보다 많은 수의 RF 영역 및 디지털 영역의 자기간섭제거 기술이 요구됨을 파악하였다. 시뮬레이션을 통하여 기본적인 $2{\times}2$ MIMO 시스템과 $2{\times}2$ MIMO-IBFD 시스템의 BER 성능 특성을 비교 분석하였다. 시뮬레이션 결과를 통해, 다단계의 RF 및 디지털 영역의 자기간섭신호 제거 기술을 사용하여 다양한 특성의 자기간섭신호를 제거하고 상대국에서 보낸 목표신호를 수신할 수 있음을 확인하였으며, 저차 변조에서는 $2{\times}2$ MIMO-IBFD 시스템은 선형조건에서 기존의 $2{\times}2$ MIMO 시스템과 유사한 성능을 낼 수 있는 것을 확인하였다. 그러나 변조의 차수가 증가할수록 성능 열화의 정도가 더욱 심해지는 것을 확인할 수 있다. 따라서 MIMO-IBFD 시스템이 고차변조를 이용하기 위해서는 더욱 높은 수준의 자기간섭제거 기술이 요구됨을 확인할 수 있다.
본 논문에서는 3GPP에서 제안한 비동기 IMT-2000 시스템의 표준안을 기초로 시스템을 구성하고, 다중경로 페이딩에 의한 수신신호 지연으로 나타나는 자기 간섭을 제거한 DS-CDMA/QPSK 시스템의 성능을 분석하였다. 또한 자기 간섭 제거를 위해 새로운 레이크 수신기를 제안하고 레일리 페이딩 채널과 라이시안 페이딩 채널에서 시스템의 성능을 수치 해석하였다. 제안된 레이크 수신기는 일반적인 레이크 수신기보다 약 1 [dB]~6 [dB]의 수신 성능 개선 효과를 얻을 수 있었으며, IMT-2000성능 개선 방법으로 매우 효과적이고, 본 연구에서 얻어진 자료는 DS-CDMA 모뎀 설계에 유용할 것으로 생각된다.
본 논문은 N 통신노드들이 다중 안테나 비재생 릴레이국의 협력으로 서로 데이터를 교환하는 다중방향 릴레이 시스템을 제안한다. 기존의 단방향 릴레이를 적용한 다중방향 통신의 경우 2N 전송 단계가 필요하나 제안하는 다중방향 릴레이 시스템은 단일 다중접속 단계와 N-1 방송 단계로 구성된 총 N 전송 단계만 필요로 한다. 특히 효율적인 방송 단계 전송을 위해 통신노드들을 쌍을 짓고 쌍이 아닌 통신노드들에게 간섭을 주지 않는 새로운 릴레이 빔형성 행렬과 통신노드 자가간섭 소거기를 제안한다. 평균 합 전송률로 성능을 평가한 결과, 제안 기법이 기존 기법의 성능을 향상시키며 그 이득은 릴레이 노드 안테나 수와 통신노드 수가 비슷할 때 더 커짐을 볼 수 있다. 이러한 제안 기법은 여러 선박간의 정보를 공유할 필요가 있는 해양 통신 환경에서 통신 거리를 확장하는 데 효과적으로 적용할 수 있을 것으로 기대된다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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