본 논문에서는 대표적인 STBC 기법인 Alamouti., Tarokh, quasi-orthogonal 방식을 OFDM 시스템에 적용하여, 셀룰러 이동통신 환경에서 각 기법간의 성능을 비교, 분석한다. 먼저 각 STBC 기법들의 부호화 방식을 고찰하고 각 알고리즘 별로 적절한 복조 알고리즘을 제시한다. OFDM 시스템 파라메타는 Wibro 시스템을 고려하여 설정하며 2bps/HB에서 4bps/Hz까지의 전송율에 대해서 STBC 기법별로 적절한 변조방식을 채택한다. 또한, 안테나별로 채널 추정이 가능하도록 주파수 영역에서 Walsh 코드를 이용하여 프리앰블을 코딩한다. 끝으로, 여러 가지 이동통신 채널 환경에서 STBC-OFDM 시스템의 전송율에 따른 성능을 시뮬레이션을 통해 비교, 분석한다.
본 논문에서는 대표적인 STBC 기법인 Alamouti., Tarokh, quasi-orthogonal 방식을 OFDM 시스템에 적용하여, 셀룰러 이동통신 환경에서 각 기법간의 성능을 비교, 분석한다. 먼저 각 STBC 기법들의 부호화 방식을 고찰하고 각 알고리즘 별로 적절한 복조 알고리즘을 제시한다. OFDM 시스템 파라메타는 Wibro 시스템을 고려하여 설정하며 2bps/HB에서 4bps/Hz까지의 전송율에 대해서 STBC 기법별로 적절한 변조방식을 채택한다. 또한, 안테나별로 채널 추정이 가능하도록 주파수 영역에서 Walsh 코드를 이용하여 프리앰블을 코딩한다. 끝으로, 여러 가지 이동통신 채널 환경에서 STBC-OFDM 시스템의 전송율에 따른 성능을 시뮬레이션을 통해 비교, 분석한다.
In this paper, we compare the performance of three representative STBC schemes, Alamouti's, Tarokh's and quasi-orthogonal schemes under cellular mobile environments when they are applied to the OFDM system. We first study the encoding algorithms of the STBC schemes along with the development of adeq...
In this paper, we compare the performance of three representative STBC schemes, Alamouti's, Tarokh's and quasi-orthogonal schemes under cellular mobile environments when they are applied to the OFDM system. We first study the encoding algorithms of the STBC schemes along with the development of adequate demodulation algorithms. The OFDM parameters are selected by considering the Wibro system and adequate modulation schemes are assigned for each STBC schemes according to the transmission rate from 2bps/Hz to 4bps/Hz. The STBC-OFDM systems employ Walsh orthogonal codes covered along the frequency domain in order to estimate the channel information for different transmit antennas. We finally compare the performance of the STBC-OFDM systems according to the transmission rate through computer simulations in various mobile channel environments.
In this paper, we compare the performance of three representative STBC schemes, Alamouti's, Tarokh's and quasi-orthogonal schemes under cellular mobile environments when they are applied to the OFDM system. We first study the encoding algorithms of the STBC schemes along with the development of adequate demodulation algorithms. The OFDM parameters are selected by considering the Wibro system and adequate modulation schemes are assigned for each STBC schemes according to the transmission rate from 2bps/Hz to 4bps/Hz. The STBC-OFDM systems employ Walsh orthogonal codes covered along the frequency domain in order to estimate the channel information for different transmit antennas. We finally compare the performance of the STBC-OFDM systems according to the transmission rate through computer simulations in various mobile channel environments.
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문제 정의
본 절에서는 STBC-OFDM의 성능을 전송율에 따라서 비교, 분석한다. 또한 단말기의 속도와 rms delay의 변화에 따른 STBC-OFDM 방식들의 성능 분석 결과도 제시한다.
가설 설정
그림 9는 수신 안테나가 두개인 경우 STBC-OFDM 방식들의 성능을 비교한 것으로 단말기의 속도는 5km/h, rms delay는 0.5us로 가정하였다. 이 경우 준 직교방식의 성능이 가장 우수하였으며, Tarokh 방식은 IO-3 BER에서 Alamouti 와 준 직교코드 방식에 비해 2.
특별한 언급이 없을 경우, 단말기의 속도는 5km/h, rms delay는 0.5us로 가정하였으며, 파일럿 심볼의 에너지는 트래픽 심볼의 에너지와 동일하게 설정하였다. 전송율에 따른 변조방식은 표 2와 같으며, 송신다이버시티를 채택하지 않은 경우의 변조방식은 Alamouti나 준 직교코드의 변조 방식과 동일하다.
제안 방법
채널 추정을 위한 프리앰블은 전송 효율의 감소를 피하기 위해 한 개의 OFDM 심볼로 구성하였으며, 전송 안테나별 채널 추정이 가능하도록 하기 위해서 주파수 영역에서 Walsh 코드를 사용하여 프리앰블을 코딩하였다. 끝으로 STBC- OFDM 시스템의 성능을 여러 가지 이동통신 환경에서 전송율에 따라 비교, 분석한다.
그러나 현재까지 STBC-OFDM 시스템의 성능에 대한 체계적인 비교, 분석이 이루어지지 않았으며, 채널 추정 오차 또한 고려되어 있지 않다. 따라서 본 논문에서는 STBC 기법을 OFDM 시스템에 적용하여 각 방식들의 성능을 채널 추정 오차를 고려하여 비교 분석한다. 먼저 OFDM 파라메타는 Wibro 시스템函을 고려하여 설정하였으며, 2bps/Hz에서 4bps/Hz까지의 전송속도 별로 적절한 변조방식을 STBC 기법에 적용한다.
채널 추정은 partitioned LMMSE 방식을 채택하였으며 partition 크기는 64로 설정하였다. 또한 연속된 두 프레임의 채널 추정값 사이에 선형 보간을 실시하여 채널 추정 성능이 향상되도록 하였다.
본 논문에서는 셀룰러 이동통신 환경에서 STBC- OFDM 방식들의 전송율에 따른 성능을 시뮬레이션을 통해 비교, 분석하였다. 먼저 rms delay가 작고 저속의 경우, 낮은 전송율에서 목표 BER이 낮을 경우는 Alamouti 방식이, 목표 BER이 높은 경우에는 Tarokh 방식이 각각 우수한 성능을 보였다.
본 절에서는 STBC-OFDM의 성능을 전송율에 따라서 비교, 분석한다. 또한 단말기의 속도와 rms delay의 변화에 따른 STBC-OFDM 방식들의 성능 분석 결과도 제시한다.
먼저 OFDM 파라메타는 Wibro 시스템函을 고려하여 설정하였으며, 2bps/Hz에서 4bps/Hz까지의 전송속도 별로 적절한 변조방식을 STBC 기법에 적용한다. 채널 추정을 위한 프리앰블은 전송 효율의 감소를 피하기 위해 한 개의 OFDM 심볼로 구성하였으며, 전송 안테나별 채널 추정이 가능하도록 하기 위해서 주파수 영역에서 Walsh 코드를 사용하여 프리앰블을 코딩하였다. 끝으로 STBC- OFDM 시스템의 성능을 여러 가지 이동통신 환경에서 전송율에 따라 비교, 분석한다.
코히어런트 복조를 위한 채널추정은 프리앰블의 코딩을 통하여 안테나별로 가능하도록 하였다. 프리앰블의 코딩은 주파수 축에서 실시되었으며, 두개의 전송안테나를 사용하는 Alamouti방식은 2x2 Walsh 코드, 네 개의 전송 안테나를 사용하는 Tarokh방식과 준 직교방식은 4x4 Walsh 코드를 사용하였다.
이론/모형
E[泞 ] =이 다 LS 방식을 이용한 송신 안테나별 채널 추정 이후 LMMSE[14] 방식을 이용하여 채널 추정 성능이 향상되도록 하였다. LMMSE 방식을 이용한 채널 추정은 다음과 같이 행렬 연산으로 나타낼 수 있다.
따라서 본 논문에서는 STBC 기법을 OFDM 시스템에 적용하여 각 방식들의 성능을 채널 추정 오차를 고려하여 비교 분석한다. 먼저 OFDM 파라메타는 Wibro 시스템函을 고려하여 설정하였으며, 2bps/Hz에서 4bps/Hz까지의 전송속도 별로 적절한 변조방식을 STBC 기법에 적용한다. 채널 추정을 위한 프리앰블은 전송 효율의 감소를 피하기 위해 한 개의 OFDM 심볼로 구성하였으며, 전송 안테나별 채널 추정이 가능하도록 하기 위해서 주파수 영역에서 Walsh 코드를 사용하여 프리앰블을 코딩하였다.
시뮬레이션 시 delay profile은 exponential 모델을 사용하였으며, 최대 상대 지연 시간은 rms delay의 4배, 전체 경로 수는 10으로 균등한 지연 시간을 갖도록 하였다. 특별한 언급이 없을 경우, 단말기의 속도는 5km/h, rms delay는 0.
전송율에 따른 변조방식은 표 2와 같으며, 송신다이버시티를 채택하지 않은 경우의 변조방식은 Alamouti나 준 직교코드의 변조 방식과 동일하다. 채널 추정은 partitioned LMMSE 방식을 채택하였으며 partition 크기는 64로 설정하였다. 또한 연속된 두 프레임의 채널 추정값 사이에 선형 보간을 실시하여 채널 추정 성능이 향상되도록 하였다.
프리앰블의 코딩은 주파수 축에서 실시되었으며, 두개의 전송안테나를 사용하는 Alamouti방식은 2x2 Walsh 코드, 네 개의 전송 안테나를 사용하는 Tarokh방식과 준 직교방식은 4x4 Walsh 코드를 사용하였다.
성능/효과
전송율이 3bps/Hz인 경우, Alamouti 방식의 성능이 가장 우수함을 알 수 있으며, Tarokh 방식의 경우 상대적으로 고차의 변조방식인 64QAM을 사용함으로써 다이버시티 이득보다 큰 성능 저하가 발생하였다. 4bps/Hz의 경우 역시 Alamouti 방식의 성능이 가장 우수하였으며, Tarokh 방식은 256QAM의 사용으로 다이버시티가 없는 경우보다 성능이 저하되었다.
먼저 rms delay가 작고 저속의 경우, 낮은 전송율에서 목표 BER이 낮을 경우는 Alamouti 방식이, 목표 BER이 높은 경우에는 Tarokh 방식이 각각 우수한 성능을 보였다. 그러나 고속의 전송율에서는 Alamouti 방식이 가장 우수한 성능을 보였으며, Tarokh 방식은 고차의 변조방식의 사용으로 인한 성능 저하가 심각하게 발생하였다. 또한, 네 개의 안테나를 사용하는 Tarokh 방식과 준 직교코드 방식은 rms delay가 크거나 단말기가 고속일 경우, 심각한 성능 저하가 발생하였으며, 채널 추정 오차에 의한 성능 저하가 Alamouti 방식에 비해 크게 발생하였다.
4개의 심볼을 이용하는 준 직교코드 방식과 8개의 심볼을 이용하는 Tarokh 방식은 심볼 간 채널 변화로 인해 심각한 성능 저하가 발생함을 알 수 있다. 두개의 심볼을 이용하는 Alamouti 방식은 나머지두 방식에 비해 상대적으로 채널 변화에 따른 성능 저하가 작게 발생하였다.
되고 있다. 따라서 STBC 기법을 OFDM 시스템에 적용한 STBC-OFDM 시스템이 4세대 이동통신 시스템의 유력한 시스템 형태가 될 가능성이 높다고 할 수 있다. 그러나 현재까지 STBC-OFDM 시스템의 성능에 대한 체계적인 비교, 분석이 이루어지지 않았으며, 채널 추정 오차 또한 고려되어 있지 않다.
준 직교방식은 복조 과정에서 발생하는 심볼간 간섭으로 인해서네 개의 안테나를 사용함에도 불구하고 Alamouti 방식에 비해서도 성능이 저하되었다. 또한 네 개의 안테나를 사용하는 경우, 두 개의 안테나를 사용하는 경우에 비해 채널 추정 오차에 의한 성능 감소가 크다는 것을 알 수 있다.
그러나 고속의 전송율에서는 Alamouti 방식이 가장 우수한 성능을 보였으며, Tarokh 방식은 고차의 변조방식의 사용으로 인한 성능 저하가 심각하게 발생하였다. 또한, 네 개의 안테나를 사용하는 Tarokh 방식과 준 직교코드 방식은 rms delay가 크거나 단말기가 고속일 경우, 심각한 성능 저하가 발생하였으며, 채널 추정 오차에 의한 성능 저하가 Alamouti 방식에 비해 크게 발생하였다. 따라서 송신 다이버시티 이득은 상대적으로 작지만 고속의 데이터 전송이 용이하고 통신 환경의 변화에 따른 성능의 변화가 작은 Alamouti 방식이 나머지 두 방식에 비해 우수하다고 할 수 있다.
비교, 분석하였다. 먼저 rms delay가 작고 저속의 경우, 낮은 전송율에서 목표 BER이 낮을 경우는 Alamouti 방식이, 목표 BER이 높은 경우에는 Tarokh 방식이 각각 우수한 성능을 보였다. 그러나 고속의 전송율에서는 Alamouti 방식이 가장 우수한 성능을 보였으며, Tarokh 방식은 고차의 변조방식의 사용으로 인한 성능 저하가 심각하게 발생하였다.
5us로 가정하였다. 이 경우 준 직교방식의 성능이 가장 우수하였으며, Tarokh 방식은 IO-3 BER에서 Alamouti 와 준 직교코드 방식에 비해 2.5dB 가량의 성능 저하를 보였다. 이는 수신 다이버시티의 증가로 송신 다이버시티의 효과가 상대적으로 감소하였기 때문이다.
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V. Tarokh., H. Jafarkhani, and A. R. Calderbank, 'Space-time block coding for wireless communication: Performance results,' IEEE J. Select. Areas Commun, vol.l7, no.3, pp.451-460. Mar. 1999
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Louis L. Scharf. Statistical signal processing : ？Detection, estimation, and time series analysis. Addison-Wesley, 1991
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