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수신신호의 비정수배 과표본화를 이용한 OFDM 수신기의 성능 개선
Performance Improvement of OFDM Receivers by Using Rational Oversampling of the Received Signals 원문보기

디지털콘텐츠학회 논문지 = Journal of Digital Contents Society, v.10 no.2, 2009년, pp.189 - 198  

이영수 (충북대학교 전자공학과) ,  서보석 (충북대학교 전자공학과 컴퓨터정보통신연구소)

초록
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이 논문에서는 직교 주파수분할 다중화(orthogonal frequency division multiplexing: OFDM) 수신기에서 수신 신호를 과표본화(oversampling)하여 성능을 개선하는 방법을 제안한다. 수신된 OFDM 신호를 복조하는 것은 각 부반송파에 해당하는 정현파 성분의 진폭과 위상을 추출하는 것과 동일하다. OFDM 수신신호를 과표본화 하면 주파수 영역에서 진폭은 동일하고 위상만 다른 신호를 과표본화율만큼 중복해서 얻을 수 있다. 이 성질을 이용하여 과표본화율만큼 신호대잡음비를 개선할 수 있다. 이 논문에서는 과표본화율이 정수인 경우만 가능하던 기존의 과표본화 방법을 일반적인 비정수로 확장하고 그에 적합한 수신기 구조를 제안하고자 한다. 또 모의실험을 통해 비이상적인 대역제한 필터를 사용하는 수신기의 성능을 비교함으로써 제안한 방식의 타당성을 보인다.

Abstract ▼ AI-Helper 아이콘AI-Helper

In this paper, we propose a method to improve the performance of orthogonal frequency division multiplexing (OFDM) receivers by using oversampling the received signals. Demodulation of the received OFDM signals is to detect the amplitude and phase components of the subcarriers. From the oversampled ...

주제어

#oversampling   #rational oversampling   #OFDM receiver  

AI 본문요약
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* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.

문제 정의

  • 이 논문에서는 OFDM 수신기의 SNR 성능을 개선하기 위한 과표본화 방법에서 과표본화율을 기존의 정수에서 유리수로 확장하고 동일한 과표본화율에 대해 여러 가지의 OFDM 수신기 구조를 제시하였다. 또 과표본화 수신기의 응용으로 대역제한 필터를 간단하게 설계하고 이에 따른 SNR 저하를 과표본화 방법을 통해 보상하는 방법을 제시하였다.
  • 수신신호를 과표본화하여 처리하는 기존의 O FDM 수신기에서는 과표본화율 R이 정수인 경우만 가능했다. 이 논문에서는 과표본화율을 정수가 아닌 유리수(rational number)까지 확장하고자 한다.
  • 이 논문에서는 과표본화율을 정수에서 실수로 확장하여 일반화하고자 한다. 또 동일한 표본화율에서 다양한 수신기의 구조를 제시한다.
  • 이 논문에서는 대역제한 디지털 필터의 복잡도를 줄이는 대신 과표본화 방법을 통해 유입된 잡음을 제거하는 방법을 제시한다. 즉 대역제한 필터로 작은 차수의 필터를 사용하고 유입된 부가적인 잡음은 과표본화를 통해 제거한다.

가설 설정

  • 5 로 동일하고 N=64일 때 B 에 따른 FFT의 복소곱셈 연산의 수를 비교한 것이다. F FT 크기가 2의 거듭제곱이 아닌 경우 FFT 연산은 radix-3 알고리듬과 radix-k 알고리듬을 이용하여 구현하는 것으로 가정하였다[6][7]. 과표본화율이 증가 할수록 SNR 이득도 증가하지만 FFT 계산량 또한 크게 증가함을 알 수 있다.
  • 이 식은 N개의 데이터를 IDFT한 것이며 [그림 1]과 같이 IFFT를 이용하여 구현한다. 보통 실제 데이터를 전송하기 위해 사용하는 부반송파의 수는 FFT의 크기 N보다 작지만 이 논문에서는 같다고 가정한다. 이렇게 만든 x(n)에 인접 OFDM 심볼로부터의 간섭을 방지하기 위한 보호구간을 삽입한다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
심볼 전송률의 정수배 과표본화 OFDM 수신기에서 정수배 과표본화는 무엇인가? 심볼 전송률의 정수배 과표본화 OFDM 수신기는 [그림 2]의 구조를 갖는다. 여기서 정수배 과표본화란 수신기에서 기저대역 신호를 A/D 변환할 때 표본화 주파수를 본래 표본화 주파수 보다 R(R은 정수)배 만큼 올리는 것을 말한다. 정수배 과표본화 OFDM 시스템은 [4]에서 제시하였다.
OFDM 시스템이 널리 이용되고 있는 분야는 무엇인가? 뿐만 아니라 부반송파의 대역이 서로 겹쳐 있기 때문에 대역효율이 높다. 이와 같은 장점 때문에 OFDM 시스템은 디지털 비디오 방송(digital video broadcasting: DVB), 디지털 오디오 방송(digital audio broadcasting: DAB), 무선 LAN(local area network), 휴대인터넷(Wibro)과 같은 방송 및 통신시스템에 널리 이용되고 있다[1][2].
OFDM 시스템이 채널 등화기를 쉽고 간단하게 설계할 수 있는 이유는 무엇인가? 직교 주파수분할 다중화(orthogonal frequency division multiplexing: OFDM) 시스템은 광대역 무선 전송 시스템에서 큰 문제가 되고 있는 심볼간간섭(intersymbol interference: ISI)을 보호 구간(guard interval)을 이용하여 효과적으로 제거 할 수 있다. 또 각 부반송파가 차지하는 채널이 협대역이기 때문에 채널 등화기를 쉽고 간단하게 설계할 수 있다. 뿐만 아니라 부반송파의 대역이 서로 겹쳐 있기 때문에 대역효율이 높다.
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참고문헌 (11)

  1. A. Koike, S. Matsumoto, and H. Kokubun, "Personal Mobile DTV Cellular Phone Terminal Developed for Digital Terrestrial Broadcasting With Internet Services," Proc. IEEE Vol. 94, Jan. 2006, pp. 281-288. 

    상세보기 crossref

  2. Kyung-Taek Lee, Yong-Suk Park, Se-Ho Park Jong-ho Paik and Jong-Soo Seo, "Development of Portable T-DMB Receiver for Data Services," IEEE Trans. Consumer Electronics, Vol. 53, Feb. 2007, pp. 17-22. 

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  3. B. Chen, and H. Wang, "Blind OFDM Carrier Frequency Offset Estimation Via Oversampling," Proc. Asilomar Confer. on Signals Systems and Computers, Vol. 2, Nov. 2001, pp. 1465？1469. 

  4. 김용운, "직교 주파수분할 다중화 시스템에서 고표본화를 이용한 신호 대 잡음비 최적화 방법 및 장치," 대한민국 특허, 등록번호 10-0605109, 2006년 7월 19일. 

  5. R. Hleiss, P. Duhamel, and M. Charbit, "Oversampled OFDM Systems," Proc. International Conference on DSP, Vol. 1, July 1997, pp. 329？332. 

  6. Y. Suzuki, S. Toshio, and K. Kido, "A New FFT Algorithm of Radix 3, 6, and 12," IEEE Trans. Acoustics, Speech and Signal processing, Vol. 34, Apr. 1986, pp. 380？383. 

    상세보기 crossref

  7. R. Stasinski, "Radix-K FFT's Using K-point Convolutions," IEEE Trans. on Signal Processing, vol. 42, no. 4, pp. 743?750, Apr. 1994. 

    상세보기 crossref

  8. IEEE Std. 802.11a, "Wireless LAN Medium Access Control (MAC) and Physical Layer (PHY) Specifications: High-speed Physical Layer in the 5 GHz Band, " IEEE, 1999. 

  9. J.J. van de Beek, O. Edfors, M. Sandell, S.K. Wilson, and P.O. Borjesson, "On Channel Estimation in OFDM Systems," Proc. Vehicular Technology Conference, Vol. 2, July 1995, pp. 815-819. 

  10. J. G. Proakis, Digital Communications 2nd ed., McGrawHill, 1989. 

  11. IEEE 802.11-03/940r4(2004), Wireless LANs TGn Channel Models 

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