As the high capacity demands driven by wireless Internet and multimedia applications grow extremely, many researches on combining multi-input multi-output (MIMO) system with orthogonal frequency division multiplexing (OFDM) (MIMO- OFDM) have been studied. There are two kinds of approaches to make use of spatial diversity offered by MIMO system, which are Space-time codes (STC) and Bell Labs Layered Space-Time Architecture (BLAST).
Since OFDM performs well in presence of inter-symbol interference (ISI), it is suitable for supporting wideband transmission and also well known for its spectral efficiency. However, it has some disadvantages compared to single carrier modulation. One of the major disadvantages of OFDM is its sensitivity to frequency offset.
This thesis studies the effect of frequency offset on the BER performance of various MIMO-OFDM systems. Two transmit diversity schemes using Space-time block codes (STBC) for OFDM, space-time OFDM (ST-OFDM) and space-frequency OFDM (SF-OFDM) are considered and compared to maximal ratio combining scheme for OFDM (MRC-OFDM). The BER performance of Space-time block coded transmit diversity with OFDM system due to frequency offset is further degraded than that of MRC receive diversity with OFDM system. The performance degradation of Vertical-BLAST (V-BLAST) with zero-forcing criteria to frequency selective fading channel (ZF VBLAST-OFDM) caused by frequency offset is larger than that of zero-forcing linear detector with OFDM (ZF-OFDM). Also, the combining system of STBC and V-BLAST with OFDM (STBC-VBLAST-OFDM) is considered and the performance degradation due to carrier frequency offset is shown.
증가하는 무선 인터넷과 멀티미디어 서비스의 수요를 충족시키기 위한 광대역 무선 통신에 대한 연구가 활발하게 이루어지고 있다. OFDM 은 다중 채널 환경에서 시간 지연의 영향을 효율적으로 극복할 수 있고 높은 스펙트럼 효율성을 가지므로 광대역 전송을 위한 주요한 기술로 채택되고 있다. 또한 최근에는 신호의 링크 성능을 개선하고 채널 용량을 증대시킬 수 있는 다중안테나 시스템이 주목을 받고 있는데 이와 관련된 연구는 크게 다중의 송신안테나에서 채널 부호화 기법을 적용하고자 하는 시공간 부호화에 대한 연구와 성능과 복잡성을 고려하여 적합한 신호처리 기술을 적용함으로써 전송 용량을 높이고자 하는 연구로 나눌 수 있다. 그러므로 광대역에서 전송 용량을 증가시키면서 성능을 개선하기 위해 이러한 다중안테나 시스템과 OFDM을 결합하는 연구가 진행되고 있다.
주파수 오차가 있을 때 단일 반송파 시스템의 경우 수신 SNR 만이 감소되는 것에 반해, OFDM은 인접 반송파로부터 발생하는 ICI에도 영향을 받기 때문에 주파수 오차에 민감하다는 단점을 가지게 된다. 본 논문에서는 이 점에 착안하여 MIMO-OFDM 시스템에서 주파수 오차가 있을 때 성능이 얼마나 줄어드는가 하는 것을 분석한다.
우선 다중의 송신 안테나와 OFDM을 결합한 시스템을 고려한다. 유도한 식과 모의 실험 결과는 연속적인 OFDM 심볼에 대해 시공간 블록 부호화를 적용한 송신 다이버시티 시스템이 수신 다이버시티 시스템보다 주파수 오차에 민감하다는 것을 보여준다.
다음으로 다중의 송수신 안테나에서 비선형 검파를 적용하는 BLAST 방법 중 비교적 구현이 간단한 V-BLAST 과 OFDM 을 결합한 시스템을 고려한다. V-BLAST 는 수신신호의 신호 대 잡음비를 고려하여 순차적인 신호 복원을 하므로 선형검파의 경우보다 성능이 향상되지만 첫번째 신호복원 과정에서 생기는 에러가 마지막 검파과정까지 영향을 미치게 된다. 따라서 주파수 오차가 있을 때 V-BLAST 와 OFDM 을 결합한 시스템이 선형 검파를 사용하는 경우보다 성능 저하가 크다.
마지막으로 다중의 송수신 시스템에서 시공간 블록 부호를 V-BLAST 와 결합하여 OFDM 을 적용한 시스템을 고려한다. 이 시스템은 Alamouti 부호를 사용함으로써 사용하지 않을 때에 비해 독립적인 신호의 수가 절반으로 줄어들게 되므로 에러가 전달되는 경로수가 줄어들 뿐만 아니라 다이버시티 이득도 얻게된다. 그 결과 주파수 오차가 있을 때 시공간 부호를 V-BLAST 와 결합한 시스템의 성능 저하는 시공간 부호화를 결합하지 않는 경우보다 줄어들고 따라서 선형 시스템과의 성능 차이도 작다.
