Recently, orthogonal frequency division multiplexing (OFDM) technique is widely used in wireless communication systems due to advantages such as high bandwidth efficiency and robustness to frequency selective fading. However, OFDM is very sensitive to synchronization offsets such as time offset and frequency offset. The frequency offset is caused by the difference of local oscillator between transmitter and receiver and Doppler spread. The synchronization offsets introduces inter-carrier interference(ICI) and inter-symbol interference(ISI), and ICI and ISI lead to severe system performance degradation. Therefore, in OFDM based cellular wireless communication systems such as the mobile WiMAX, precise time and frequency synchronization and cell search is required.
In this thesis, we derive the effect of the time and frequency offset and study downlink and uplink synchronization algorithm for mobile WiMAX system. During the initial synchronization process, the cell search and the integral carrier frequency offset(CFO) estimation require large computational complexity. Therefore, we propose an efficient method to reduce the computational complexity of the synchronization process without performance degradation.
We implement mobile WiMAX system to evaluate synchronization process. We show the performance of downlink and uplink synchronization. The simulation result shows that propose method can reduce the computational complexity without performance degradation.
OFDM(orthogonal frequency division multiplexing) 기술은 높은 자원의 효율성과 주파수 선택적 채널에 강하다는 장점 때문에 무선통신 시스템에서 널리 사용되고 있다. 그러나 OFDM 기술은 시간 옵셋과 주파수 옵셋과 같은 동기 오차에 매우 민감하다는 단점이 있다. 주파수 옵셋은 송신부와 수신부 오실레이터의 클락 차이와 이동에 의한 도플러 효과에 의해 발생하고 시간 옵셋은 송신부와 수신부의 샘플링 클락 옵셋에 의해 발생한다. 이러한 동기 오차는 ICI(Inter-Carrier InterferenceI) and ISI(Inter-Symbol Interference)를 발생시키고 ICI와 ISI는 심각한 성능 저하를 유도한다. 그러므로 mobile WiMAX와 같은 OFDM기반의 셀룰러 무선통신 시스템에서는 정확한 시간과 주파수 동기를 획득해야 할 뿐만 아니라 cell에 대한 정보를 구하기 위한 cell search도 함께 수행 해야 한다.
본 논문에서는 시간 옵셋과 주파수 옵셋이 성능에 끼치는 영향에 대해 분석하고 mobile WiMAX 시스템의 하향 링크와 상향 링크 동기 방법에 대해 연구한다. 기존 알고리즘을 이용한 제안된 mobile WiMAX의 초기 동기 과정 중 cell search와 정수배 주파수 옵셋 측정 블락이 대부분의 계산량을 차지하는 문제점이 있다. 그러므로 본 논문에서는 전체적인 동기 블락의 계산량을 줄이기 위해 cell search와 정수배 주파수 옵셋 측정 블락의 계산량을 줄이는 방법을 제안한다. 제안된 방법은 CINR(Carrier to Interference and Noise Ratio) 기반의 cell search와 정수배 주파수 옵셋 측정 방법으로 성능 저하 없이 계산량을 감소할 수 있다.
또한 ranging이라고 불리는 mobile WiMAX 상향링크 동기 과정에 대해 설명한다. 기지국에서 ranging코드를 찾고 시간 옵셋을 측정하는 효율적인 구조를 설명하고 ranging코드를 찾기 위한 threshold를 false alarm 확률로 접근하는 방법에 대해 유도한다.
하향 및 상향 링크 동기 성능을 측정하기 위해 c언어 기반의 mobile WiMAX 시스템 시뮬레이터를 구현하였다. 시뮬레이션 결과를 통해 CINR 기반의 cell search와 정수배 주파수 옵셋 측정 방법이 성능 저하 없이 계산량을 줄일 수 있음을 확인할 수 있고, ranging 코드를 찾기 위해 설정한 false alarm확률 기반의 threshold가 적절히 동작하는 것을 확인할 수 있다.
