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협대역 간섭신호 대응을 위한 SC-FDE 전송 구조 설계
Design of SC-FDE Transmission Structure to Cope with Narrow Band Interference 원문보기

한국정보통신학회논문지 = Journal of the Korea Institute of Information and Communication Engineering, v.22 no.5, 2018년, pp.787 - 793  

주소영 (Department of Information and Communication Engineering, Hanbat National University) ,  조성미 (Department of Information and Communication Engineering, Hanbat National University) ,  황찬호 (Agency for Defense Development) ,  정의림 (Department of Information and Communication Engineering, Hanbat National University)

초록
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본 논문은 협대역 간섭신호에 대응하기 위한 새로운 SC-FDE 구조를 제안한다. 기존의 SC-FDE구조는 협대역 간섭신호가 발생했을 시 채널 추정이 어려워지고, 그로 인해 데이터 복원이 어려운 상황이 발생한다. 이러한 문제를 해결하기 위해 본 논문에서는 큰 전력의 협대역 간섭신호가 발생했을 때에도 주파수영역 채널추정이 가능한 새로운 SC-FDE 프레임 구조를 제안한다. 구체적으로 기존방식은 시간영역 채널추정을 먼저 수행한 후 푸리에변환을 통해 주파수 영역 채널을 추정하지만 본 논문은 곧바로 수신신호에서 주파수영역에서 채널추정이 가능하도록 새로운 SC-FDE의 구조를 제안하며 제안하는 구조의 성능 향상은 컴퓨터 모의실험을 통해 검증하였다. 모의실험 결과 재머의 크기가 수신신호의 크기와 동일한 환경에서 제안하는 방식은 재머가 없는 경우 대비 약 2 dB 이내의 손실로 수신이 가능하지만 기존의 방식은 통신이 불가능 하다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

In this paper, we propose a new single carrier - frequency domain equalization (SC-FDE) structure to cope with narrow band interference. In the conventional SC-FDE structure, when a high-power narrow band interference exists, channel estimation and data recovery is difficult. To relieve from this pr...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 본 논문에서는 새로운 SC-FDE 전송구조와 수신기 구조를 제안하였다. 제안방식은 시간영역 채널추정을 통하지 않고 곧바로 주파수영역 채널을 추정할 수 있도록 설계되었으며 협대역 재머 혹은 간섭이 있는 환경에서도 채널 추정이 가능함을 확인하였다.
  • 이와 같은 약점을 극복하기 위해 본 논문에서는 SC-FDE 방식으로 통신하는 상황에서 협대역 재머가 존재할 때에도 안정적인 수신이 가능하도록 새로운 전송 프레임 구조를 제안한다. 제안하는 방법은 재머 제거를 위해 특별한 알고리즘을 사용하는 것이 아니라 프레임 구조를 바꾸고 이에 따른 수신구조를 제시하는데 이 수신구조가 자연스럽게 협대역 재머 제거 기능을 수행하여 재머가 있든 없든 안정적인 수신을 돕는 것이 특징이다.

가설 설정

  • MMSE 등화를 위해서는 잡음의 분산을 추정해야 하지만 본 논문에서는 이를 알고 있다고 가정한다. 마지막으로 채널 보상이 된 시간 영역 수신신호는 IDFT (inverse discrete Fourier transform)을 통해 다음과 같이 얻는다.
  • 6]μs이다. 각 경로는 Rayleigh 분포를 따르며 이동속도는 60km/h로 가정하였다 [12]. 모의실험 결과에 따르면 기존의 방식은 여전히 제대로 데이터 복원을 수행하지 못하며, 재머가 있을 때와 없을 때 제안방식을 BER=1E-3을 기준으로 관찰하면, 확산이득이 1일 때와 4일 때, 성능열화가 각각 10dB, 2dB로 관찰되었다.
  • CP를 제거한 송신신호를 x(n), n=0, ···, NFFT-1이라고 정의하고 이의 수신신호를 y(n), n=0, ···, NFFT-1이라고 정의하자. 또한 채널을 인과적이라 가정하고 길이를 Lh라고 가정하며 전송 블록 내에서는 고정된 값이라고 가정한다. 이 경우 채널 임펄스 응답을 h(n), n=0, ···,Lh-1라고하면 수신신호는 다음과 같다.
  • 그림5는 AWGN 환경에서 재머의 유무 및 확산이득에 따라 제안하는 구조와 기존의 SC-FDE구조의 BER 성능을 나타낸다. 본 모의실험에서 JSR (jammer to signal ratio)는 0dB를 가정하였다. 시간영역 채널추정에 기반한 기존 방식은 SNR이 높아도 재머에 의해 제대로 데이터 복원이 이루어지지 않는 것을 확인할 수 있고, 제안하는 SC-FDE구조는 재머가 존재하지 않을 때 보다는 약 2dB가량 성능이 저하되지만 기존의 SC-FDE구조와 비교했을 때 BER 성능이 많이 개선되는 것을 확인할 수 있다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
다중경로 페이딩 환경에서 상용 및 군용 통신에서 널리 사용되는 전송방식은 무엇인가? 다중경로 페이딩 환경에서 상용 및 군용 통신에서 널리 사용되는 전송방식은 OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing)과 SC-FDE (Single Carrier Frequency Domain Equalization)이다[1][2]. 두 방식 모두 다중 경로 지연이 존재하는 채널 환경에서 주파수 영역에서 채널등화를 수행할 수 있는 방식이다[2].
OFDM은 셀룰라 시스템의 하향링크로 사용되고 있고 SC-FDE는 상향링크로 사용되는 이유는? 두 방식 모두 다중 경로 지연이 존재하는 채널 환경에서 주파수 영역에서 채널등화를 수행할 수 있는 방식이다[2]. OFDM은 SC-FDE에 비해 높은 피크 대 평균 전력비 (PAPR : Peak-to Average Power Ratio)를 갖기 때문에 전력증폭기에 부담을 준다는 문제와 반송파 주파수 오프셋에 민감한 단점이 있으며[3] SC-FDE는 여러 사용자가 동시에 접속할 때 주파수를 나눠 다중 접속을 구현하면 OFDM처럼 PAPR이 증가하는 문제가 있다. 이러한 이유로 OFDM은 셀룰라 시스템의 하향링크로 사용되고 있고 SC-FDE는 상향링크로 사용되고 있다[4].
OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing)과 SC-FDE의 특징은? 다중경로 페이딩 환경에서 상용 및 군용 통신에서 널리 사용되는 전송방식은 OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing)과 SC-FDE (Single Carrier Frequency Domain Equalization)이다[1][2]. 두 방식 모두 다중 경로 지연이 존재하는 채널 환경에서 주파수 영역에서 채널등화를 수행할 수 있는 방식이다[2]. OFDM은 SC-FDE에 비해 높은 피크 대 평균 전력비 (PAPR : Peak-to Average Power Ratio)를 갖기 때문에 전력증폭기에 부담을 준다는 문제와 반송파 주파수 오프셋에 민감한 단점이 있으며[3] SC-FDE는 여러 사용자가 동시에 접속할 때 주파수를 나눠 다중 접속을 구현하면 OFDM처럼 PAPR이 증가하는 문제가 있다.
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참고문헌 (12)

  1. A. Czylwik, "Comparison between adaptive OFDM and single carrier modulation with frequency domain equalization," IEEE Vehicular Technology Conference, vol. 2, pp. 865-869, May 1997. 

  2. T. Hwang and Y. Li, "A bandwidth efficient block transmission with frequency-domain equalization.", IEEE 6th CAS Symposium Emerging Technologies, vol. 2, pp.433-436, June 2004. 

  3. P. Yang, Y. Xiao, and Y. L. Guan, "Single-carrier SM-MIMO: A promising design for broadband large-scale antenna systems," IEEE Communications Surveys & Tutorials, vol. 18, no. 3, pp. 1687-1716, Feb. 2016. 

  4. H. S. Eshwaraiah, and A. Chockalingam, "SC-FDMA for multiuser communication on the downlink," 2013 Fifth International Conference on Communication Systems and Networks (COMSNETS), pp. 1-7, Feb. 2013. 

  5. H. Zhu, C. Fang, Y. Liu, C. Chen, M. Li, and X Shen, "You can jam but you cannot hide: defecding against jamming attacks for geo-location database driven spectrum sharing," IEEE J. Sel. Areas Commun., vol. 34, no. 10, pp. 2723-2737, Oct. 2016. 

  6. C. Shahriar et al., "PHY-layer resiliency in OFDM communications: A tutorial," IEEE Communications Surveys & Tutorials, vol. 17, no. 1, pp. 292-314, Mar. 2015. 

  7. D. Falconer, S. L. Ariyavisitakul, A. Benyamin-Seeyar, and B. Eidson, "Frequency domain equalization for single-carrier broadband wireless systems," IEEE Commun. Magazine, vol.40, no.4, pp.58-66, Apr. 2002. 

  8. S. Haykin, Adaptive Filter Theory, 4th edition, New Jersey, Prentice Hall, 2002. 

  9. M. Bansal and L. Shricastava, "Performance Analysis of Wireless Mobile Adhoc Network with Different Types of Antennas," HSST, ISSN : 2508-9080, vol.3, no.1, pp. 33-44, Mar. 2017. 

  10. E. -R. Jeong, H. H. Won, K. J. Yang, and B. S. Ahn, "A new multi-beam MVDR technique for removing interference signals in array antenna based GPS receivers, " Journal of the Korea Institute of Information and Communication Engineering, vol. 21, no. 3, pp. 491-498, Mar. 2017. 

  11. J. Li, K. Liu, S. Lin, and K. Abdel-Ghaffar, "Algebraic quasi-cyclic LDPC codes: Construction, low error-floor, large girth and a reduced-complexity decoding scheme," IEEE Trans. Commun., vol. 62, no. 8, pp. 2626-2637, Aug. 2014. 

  12. J. Berger, "L-Band Channel Modeling," IEEE/AIAA Integrated Communication, Navigation, & Surveillance Conference, Altimore, MD, pp. 1-3, May 2006. 

저자의 다른 논문 :

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