In this paper, I propose a novel orthogonal space-time-frequency block code for orthogonal frequency division multiplexing (STFBCOFDM) systems using Alamouti scheme with two transmit antennas. In the proposed code, Alamouti code is applied over two successive OFDM symbols and neighboring subcarriers simultaneously with a scaling factor in order to enhance the system performance over time varying or frequency selective fading channel. The performance of the proposed system is also analyzed in spatially uncorrelated time-varying multipath Rayleigh-fading channels. The analytic results involve a single finite-range integral, which can be easily computed numerically. The analytic results, which closely matches the numerical results, show that the proposed system outperforms STBC-OFDM in time-varying channels and SFBC-OFDM in frequency-selective fading channels.
알라모티 부호를 이용한 OFDM 시스템은 시간축으로 부호를 적용하는 STBC-OFDM과 주파수축으로 부호를 적용하는 SFBC-OFDM 크게 두 가지 기법이 있다. 두 가지 기법은 부호의 직교성을 이용하여 수신단에서 간단한 복호가 가능하지만, 각각 시간 선택적 페이딩 환경과 주파수 선택적 페이딩 환경에 취약한 단점을 가지고 있다. 실제 무선 채널이 시간 선택적 페이딩과 주파수 선택적 페이딩을 시간 또는 장소, 속도 등에 따라 랜덤하게 겪는다는 점을 감안해 볼 때, STBC-OFDM이나 SFBC-OFDM만을 사용하는 기존 시스템은 채널에 따라 성능이 급격하게 저하될 수 있는 취약한 점이 있다.
본 논문에서는 이와 같은 문제를 해결하기 위해 새로운 시간-공간-주파수 코드를 제안한다. 제안하는 기법은 알라모티 부호를 시간축과 주파수축에 동시에 적용한다. 반복되는 신호에 대해서는 일정한 $\frac{1}{\radic2}$을 곱해주어 코드의 직교성을 유지한다. 제안하는 기법은 부호의 직교성을 이용하여 간단한 복호가 가능하고, 곱해지는 값의 영향으로 더 적은 송신 파워를 필요로 하며, 시간 선택적 페이딩과 주파수 선택적 페이딩의 영향에 의한 간섭 또한 STBC-OFDM의 절반만을 받는다. 하지만 시간축과 주파수축에 동시에 신호를 반복하기 때문에 부호율은 기존 기법에 비해 더 낮은 단점 또한 존재한다. 이어서 본 논문에서는 제안하는 기법의 성능을 수학적으로 분석하였다. 시간 선택적 페이딩과 주파수 선택적 페이딩에 대한 효과를 고려하고, 제안하는 기법의 부호율과 송신 파워를 고려하여 최종적인 성능을 수식적으로 정리하였다. 실험을 통해 수식적으로 분석한 기법의 성능이 실험 결과와 일치함을 확인하였다.
제안하는 기법의 성능을 살펴보기 위해 크게 3가지 실험 환경에서 기존 기법인 STBC-OFDM, SFBC-OFDM과 비교하였다. 우선 페이딩의 영향에 의한 간섭이 없는 환경에서 실험을 하여 제안하는 기법의 부호율 감소가 성능에 미치는 영향을 살펴보았다. 그 결과 제안하는 기법의 부호율 감소에 의한 성능 저하와 더 적은 송신 파워를 필요로 하기 때문에 얻을 수 있는 SNR 이득이 서로 상쇄되면서 제안하는 기법이 기존 기법과 거의 비슷한 성능을 보인다는 것을 확인하였다. 또한 제안하는 기법은 시간 선택적 페이딩 환경에서는 STBC-OFDM보다 주파수 선택적 페이딩 환경에서는 SFBC-OFDM보다 더 좋은 성능을 보였다. 이는 곧 STBC-OFDM 또는 SFBC-OFDM만을 사용하는 기존 시스템에 제안하는 기법을 적용하는 경우, 시간 선택적 페이딩과 주파수 선택적 페이딩의 영향을 더 적게 받는 다는 것을 의미한다.
