In this thesis, the rate-t/k $(t \leq k)$ intercarrier interference (ICI) canceling schemes for single-input single-output (SISO) and multi-input multi-output (MIMO) orthogonal frequency division multiplexing (OFDM) systems in time-varying frequency selective channels are considered.
For SISO-OFDM systems, two types of ICI canceling techniques are proposed; frequency-domain coding and time-domain windowing. Based on the observation that a SISO-OFDM system with the proposed schemes can be viewed as a collection of MIMO systems, the capacity lower bound of such an OFDM system is derived. Then, codes and windows maximizing the lower bound are designed numerically. In the simulation, the proposed techniques outperform the conventional frequency- and time-domain ICI cancellation schemes, and provide considerable ICI suppression over a wide range of the Doppler frequency. The simulation results suggest using the proposed rate-2/3 techniques because it can improve the performance while causing only a minor increase in the implementation complexity. In particular, for rate one (t = k) cases, only the frequency-domain coding can mitigate ICI to some degree while time-domain windowing does not at all. Therefore, it is concluded that frequency-domain coding is somewhat better than time-domain windowing.
For MIMO-OFDM systems, two types of MIMO techniques are considered; space-frequency block codes (SFBC) obtaining a diversity and coding gain, and spatial multiplexing techniques increasing the capacity. To design a SFBC performing ICI cancellation as well as acquiring a diversity and coding gain, the bound of approximated pairwise error probability for MIMO-OFDM with a SFBC along with a receive code is derived for time-varying frequency-selective channels, and codes are designed to minimize the bound. The simulation results demonstrate that the proposed codes outperform the conventional schemes. In particular, an orthogonal SFBC (OSFBC) is proposed for practical two transmit antenna systems to get more coding gain than a SFBC scheme, and this performs the best in a wide range of the Doppler frequency. For MIMO-OFDM systems with a spatial multiplexing technique, linear tranceiver codes are introduced as the case of SISO-OFDM, and the capacity lower bound for such a MIMO-OFDM system is derived. The codes are designed to maximize the bound, and the simulation results illustrate that the same trend as SISO-OFDM systems. Specially, it is observed that the code made by extending the optimal code for SISO-OFDM can be the optimal for a MIMO-OFDM as well.
본 논문은 시간에 따라 변화하는 주파수 선택적 채널 환경에서, 단일송수신 안테나 혹은 다중송수신 안테나를 사용하는 직교주파수분할다중화 (orthogonal frequency division multiplexing, OFDM) 시스템을 위한 부호율 t/k ($t \leq k$)의 부반송파간 간섭 제거 기법을 다루었다.
단일송수신 안테나를 가지는 OFDM 시스템을 위해서는 두 가지 형태의 부반송파간 간섭 제거 기법을 제안하였고, 이는 주파수 영역에서의 부호 기법과 시간 영역에서의 윈도우 기법이다. 제안된 기법을 사용하는 경우 단일송신 안테나 OFDM 시스템이 여러 개의 다중송수신 안테나 시스템들로 표현된다는 관측에 기반하여, 이러한 다중송수신 안테나 시스템들의 용량 하한을 유도하였고, 부호와 윈도우는 이 용량 하한을 최대화하도록 수치적인 과정을 통하여 설계하였다. 모의 실험을 통한 성능 비교 결과 제안된 기법들이 기존에 제안되었던 부반송파간 간섭 제거 기법들에 비해 넓은 범위의 도플러 주파수 영역에서 높은 성능을 가지고 있음을 확인할 수 있었고, 실험 결과들을 종합해보면 약간의 수신단 복잡도 증가를 보이면서 큰 성능 이득을 보이는 제안된 2/3 부호율을 가지는 기술들이 실제적으로 사용하기 용이함을 알 수 있었다. 특히 부효율이 t/t (k = t)인 경우, 윈도우 기법이 전혀 부반송파간 간섭을 억제할 수 없는데 반해, 부호 기법은 어느 정도의 부반송파간 간섭 제거 성능을 보여주어 부호 기법이 윈도우 기법에 반해 장점을 가진다고 결론지을 수 있었다.
다중송수신 안테나를 가지는 OFDM에 대해서는 두 가지 형태의 다중송수신 안테나 관련 기술을 고려하였다. 하나는 다양성 이득과 부호 이득을 얻을 수 있도록 하는 시간-주파수 블록 부호 (space-frequency block code, SFBC)이고, 다른 하나는 채널 용량을 높일 수 있는 공간 다중화 기법이다. 다양성 이득, 부호 이득뿐만 아니라 부반송파간 간섭 제거 이득을 얻을 수 있는 SFBC를 설계하기 위해, 다중송수신 안테나 OFDM 시스템에 SFBC와 수신단 부호를 같이 적용하는 경우, 시변 주파수 선택적 채널에서의 짝별 오류 확률 (pairwise error probability)의 근사적인 상한을 유도하였고, 부호들은 이 상한을 최소화하도록 설계되었다. 모의 실험 결과, 설계된 부호들을 사용하면 기존의 기법들을 사용한 경우보다 더 낮은 비트 오류 확률 (bit error rate, BER)을 얻을 수 있음을 확인할 수 있었다. 한편, 두 개 송신안테나 시스템을 위해서는 SFBC보다 더 높은 부호 이득을 얻기 위하여 직교 SFBC가 제안되었고, 이 부호를 사용하면 두 개 송신안테나의 경우 가장 낮은 BER을 얻을 수 있었다. 공간 다중화 기술을 사용하는 다중송수신 안테나 OFDM 시스템을 위한 부호들은, 단일송수신 안테나 OFDM 시스템의 경우처럼, 이 시스템에 대하여 유도된 채널 용량 하한을 최대화하도록 설계되었다. 모의 실험 결과, 이 시스템의 성능은 단일송수신 안테나 OFDM 시스템의 결과와 같은 경향을 보임을 알 수 있었고, 단일송수신 안테나 OFDM 시스템을 위해 설계된 부호들을 직접 확장하여 부호를 구성하면 최적의 부호를 얻을 수 있음도 확인할 수 있었다.
