초록

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이 논문에서는 동일채널 간섭이 존재하는 채널 환경에서 OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing) 시스템의 수신 다이버시티 결합 방법을 제시한다. 제시된 방법에서는 각 수신 안테나로부터의 수신 신호를 주파수 영역에서 부반송파 단위로 결합하며, 잡음과 간섭 전력을 고려한 MRC(Maximum Ratio Combining)를 적용한다. 잡음과 간섭 전력은 채널의 제한된 지연확산에 기인하는 주파수 대역에서의 상관특성(coherency)을 이용하여 인접한 몇 개의 부채널에 대해 잡음과 간섭 전력의 평균을 취함으로써 더 정확한 추정치를 얻는다. IEEE 802.11a 무선 LAN 규격에서 모의실험 결과 제안방법은 기존 방시에 비해 SNR을 2-4 dB 개선하였으며, 정확하게 SINR을 추정한 경우에 대해 1 dB 이내로 접근하는 결과를 나타내었다.

이 논문에서는 동일채널 간섭이 존재하는 채널 환경에서 OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing) 시스템의 수신 다이버시티 결합 방법을 제시한다. 제시된 방법에서는 각 수신 안테나로부터의 수신 신호를 주파수 영역에서 부반송파 단위로 결합하며, 잡음과 간섭 전력을 고려한 MRC(Maximum Ratio Combining)를 적용한다. 잡음과 간섭 전력은 채널의 제한된 지연확산에 기인하는 주파수 대역에서의 상관특성(coherency)을 이용하여 인접한 몇 개의 부채널에 대해 잡음과 간섭 전력의 평균을 취함으로써 더 정확한 추정치를 얻는다. IEEE 802.11a 무선 LAN 규격에서 모의실험 결과 제안방법은 기존 방시에 비해 SNR을 2-4 dB 개선하였으며, 정확하게 SINR을 추정한 경우에 대해 1 dB 이내로 접근하는 결과를 나타내었다.

AI 본문요약

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• 연구 주제
• 연구 방법
• 연구 결과

문제 정의

• 이 논문에서는 동일채널 간섭이 존재하는 채널에서 OFDM 시스템을 위한 부반송파 기반 다이버시티 결합 방법을 유도하고 이에 필요한 간섭전력(잡음전력 포함)을 추정하는 방법을 제시하였다. 모의실험 결과 제안 방법은 2-4dB의 SNR 이득을 얻을 수 있었으며, 이상적인 경우에 대해 IdB 이내로 접근하는 결과를 나타내었다.
• 이 논문에서는 부반송파 기반 MRC를 사용하는 OFDM 시스템에서 각 안테나로부터의 수신 신호가 서로 다른 SINR을 나타낼 때 수신신호를 결합하기 위한 MRC 방법을 유도하고, 간단하게 SINR을 추정할 수 있는 방법을 제시하고자 한다. 수신기에 유입되는 희망신호 (desired signal) 와 간섭신호는 제한된 지연 확산 시간을 가지는 채널을 통해 수신되므로 상관 대역폭(coherence bandwidth) 이내에서는 큰 상관성을 가진다.

가설 설정

• 추정한 채널을 다시 SINR 추정에 이용하고, 이 두 추정치로부터 각 지로신호에 대한 가중치를 구하고 MRC를 수행한다. 이 논문에서는 1개의 송신 안테나와 2개의 수신 안테나를 사용하는 시스템으로 한정하였으며, 주파수 및 심볼 동기는 정확하게 포착하였다고 가정한다.
• X(k)는 송신된 훈련 데이터를, N_m(k)는 잡음과 간섭신호의 합을 나타낸다. 이 논문에서는 채널 이득과 SINR을 추정하기 위해 프리앰블에 포함된 훈련신호만을 이용하는 것으로 가정한다. 채널 추정에 사용되는 훈련신호가 여러 개의 OFDM 심볼로 구성되어 있는 경우 Y_m(k)는 해당 심볼에 대해 평균을 취한 값이다.

제안 방법

• 수신기 구조는 그림 1과 같다. 먼저 각 안테나로부터의 지로 (branch) 신호를 FFT(Fast Fourier Transform)하고 훈련 신호열을 이용하여 주파수 영역에서 채널 이득을 추정한다. 추정한 채널을 다시 SINR 추정에 이용하고, 이 두 추정치로부터 각 지로신호에 대한 가중치를 구하고 MRC를 수행한다.
• 수신기에 유입되는 희망신호 (desired signal) 와 간섭신호는 제한된 지연 확산 시간을 가지는 채널을 통해 수신되므로 상관 대역폭(coherence bandwidth) 이내에서는 큰 상관성을 가진다. 이 점에 착안해서 제안 방법에서는 일단 각 부채널에 대해 SINR을구하고 이 값을 상관 대역폭 이내의 주변 부채널에서 평균을 취하여 더 정확한 SINR을 추정한다.
• 먼저 각 안테나로부터의 지로 (branch) 신호를 FFT(Fast Fourier Transform)하고 훈련 신호열을 이용하여 주파수 영역에서 채널 이득을 추정한다. 추정한 채널을 다시 SINR 추정에 이용하고, 이 두 추정치로부터 각 지로신호에 대한 가중치를 구하고 MRC를 수행한다. 이 논문에서는 1개의 송신 안테나와 2개의 수신 안테나를 사용하는 시스템으로 한정하였으며, 주파수 및 심볼 동기는 정확하게 포착하였다고 가정한다.
• 채널은 rms(root mean square) 지연확산이 50ns이고 전력이 지수함수적으로 감소하는 레일라이 (Rayleigh) 페이딩 채널 모델을 적용하였다. 패킷오율 (packet error rate. PER) 을 구하기 위해 전송패킷의 길이는 1000바이드가 되도록 구성하였다.

대상 데이터

• 11a 무-선 LAN 시스템 규격 [5] 에 대해 모의실험을 하였다. 모의실험에서는 다양한 전송률 중에서 54Mb/s 전송모드만을 이용하였으며. 채널은 rms(root mean square) 지연확산이 50ns이고 전력이 지수함수적으로 감소하는 레일라이 (Rayleigh) 페이딩 채널 모델을 적용하였다.

데이터처리

• 제안한 다이버시티 결합방법의 성능을 평가하기 위해 IEEE 802.11a 무-선 LAN 시스템 규격 [5] 에 대해 모의실험을 하였다. 모의실험에서는 다양한 전송률 중에서 54Mb/s 전송모드만을 이용하였으며.

이론/모형

• ✼는 공액을 나타낸다. 이 논문에서는 다음 식과 같이 ZF(Zero Forcing) 방법을 적용하여 채널을 추정한다.
• 모의실험에서는 다양한 전송률 중에서 54Mb/s 전송모드만을 이용하였으며. 채널은 rms(root mean square) 지연확산이 50ns이고 전력이 지수함수적으로 감소하는 레일라이 (Rayleigh) 페이딩 채널 모델을 적용하였다. 패킷오율 (packet error rate.

성능/효과

• 방법을 제시하였다. 모의실험 결과 제안 방법은 2-4dB의 SNR 이득을 얻을 수 있었으며, 이상적인 경우에 대해 IdB 이내로 접근하는 결과를 나타내었다. 제안방법은 기존 부반송파 기반 MRC 기법에 비해 간섭전력을 추정하기 위해 몇 개의 부채널에 대해 평균을 취하는 부분만 추가하면 되므로 하드웨어의 복잡도를 크게 증가시키지 않는다.
• 모의실험 결과 제안 방법은 2-4dB의 SNR 이득을 얻을 수 있었으며, 이상적인 경우에 대해 IdB 이내로 접근하는 결과를 나타내었다. 제안방법은 기존 부반송파 기반 MRC 기법에 비해 간섭전력을 추정하기 위해 몇 개의 부채널에 대해 평균을 취하는 부분만 추가하면 되므로 하드웨어의 복잡도를 크게 증가시키지 않는다.
• 그림에서 채널을 알고 있는 경우 SINR의 추정치를 이용한 결과가 이미 알고 있는 값을 이용한 이상적인 경우와 거의 성능이 동일함을 볼 수 있다. 채널을 추정하는 경우에도 이에 미치지는 못하지만 SINR 차를 이용하지 않은 경우에 비해 PER 성능이 월등이 좋으며 SINR을 알고 있는 경우에는 약 0.5dB 이내로 접근하는 것을 볼 수 있다.

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이 논문을 인용한 문헌

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