Orthogonal frequency division multiplexing (OFDM) is a multicarrier modulation technique
that is widely used in many communication systems due to its high data rate, high
spectral efficiency and robustness to the frequency selective channels. On the other hand,
space frequency (SF) codes can exploit both spatial and frequency diversity. To take advantage of the desirable properties of both techniques, the space frequency block coded OFDM (SFBC-OFDM) have been proposed in broadband multi-path fading environment. Unfortunately, one of the main drawbacks of OFDM-based systems is its sensitivity to phase noise (PHN) and carrier frequency offset (CFO) introduced by local oscillator (LO). The CFO can be easily estimated and compensated by using pilot signal but residual frequency offset (RFO) remains due to the estimation error. PHN and RFO in OFDM-based systems create the common phase error (CPE) and the intercarrier interference (ICI), which result in performance degradation. The CPE can be estimated by using the pilot but it is impossible to estimate and compensate completely the ICI.
First, we proposed an efficient ICI-self cancelation(ISC) scheme for single-input-singleoutput OFDM (SISO-OFDM) system with PHN and RFO. Previous ISC scheme can be reduce the ICI caused by PHN with small normalized 3dB bandwidth of power spectrum
density (PSD) without RFO. New ICI-cancellation mapping (ICM) method and reconstructed receiver are proposed in order to improved the BER performance and to get a high carrier to interference ratio (CIR) performance based on the symmetric conjugate property of the PHN ICI weighting function when there are PHN with large normalized 3dB bandwidth of PSD and RFO. Theoretical CIR is derived and compared with those of previous works. It is shown that the proposed scheme obviously decrease the ICI caused by PHN and RFO in SISO-OFDM systems.
Second, an efficient ICI reduction scheme for Alamouti SFBC-OFDM system with PHN
and RFO is proposed. First we analyze the effect of PHN and RFO for Alamouti SFBCOFDM
system. ICI power for Alamouti SFBC-OFDM is compared with that of SISO-OFDM.
From the analysis, we can see that the diversity can be used to mitigate CPE but it can not
be decay the ICI. Therefore new ISC is proposed to reduce the effect of ICI. Using the
symmetric conjugate property of the ICI weighting function of the PHN, CPE, ICI and CIR
are derived and discussed. From numerical results, it is verified that the proposed ISC scheme compensates the ICI caused by PHN and RFO and improves the CIR, BER performance.
Finally, correlative coding (CC) is considered to compensate the ICI caused by PHN and
RFO for the Alamouti SFBC-OFDM without reducing the bandwidth efficiency. The expression for the ICI power is derived and the optimal CC coefficients are obtained by minimizing the ICI power, which also maximize the CIR. Performance analysis shows that the CC is useful to efficiently improve the CIR and BER performances even in the presence of PHN and RFO.
직교 주파수 분할 다중화 접속방식 (OFDM)은 높은 주파수 효율성과 고속의 데이터 전송 및 심볼 간 간섭 (ISI)에 강인하며 주파수 선택적 페이딩을 주파수 비선택적 페이딩으로 보이게 하는 장점때문에 많은 통신 시스템에 사용되어지고 있다. 한편 주파수 공간 블럭 부호 (space
frequency block code)는 주파수와 공간 다이버시티를 얻을 수 있는 기법으로 다중 경로 패이딩 채널에서 경로 손실에 의한 성능 열화를 줄일 수 있다. 최근 이 두 기술의 장점을 취하기 위해 두 기술을 결합한 연구가 진행되고 있다.
OFDM을 기반으로 한 시스템 송신기와 수신기의 오실레이터 부정합으로 인한 위상 잡음과 반송 주파수 오차에 민감하다는 치명적인 단점을 가지고 있다. 반송 주파수 오차의 경우 파일럿 신호를 이용하여 추정할 수 있는데 추정 오류로 인하여 잔존 주파수 오차가 발생하게 된다.
이러한 위상잡음과 잔존 주파수 오차는 각 부반송파 사이의 직교성을 파괴하고 다른 반송파로부터 반송파간 간섭 (ICI)을 받게되어 성능 열화를 야기시킨다.
본 논문에서는 OFDM 기반 시스템에서 위상 잡음과 잔존 주파수 오차로 인한 ICI를 제거하기 위해 precoding 기법들을 연구하였다.
첫째로 단일 입출력 OFDM (SISO-OFDM) 시스템에서 새로운 자가 상쇄 기법 (ICI-self cancellation)과 개선된 수신단 구조를 제안하여 ICI를 효율적으로 제거하였다. 기존의 자가 상쇄 기법중 가장 좋은 성능을 보이는 대칭적 자가 상쇄 기법은 잔존 주파수 오차가 없고
3dB 대역폭이 좁은 (표준편차가 작은) 위상잡음에 대해서만 효율적인 ICI 감쇄를 나타내는 반면 제안한 방식은 3dB 대역폭이 넓은 위상 잡음 뿐만 아니라 잔존 주파수 오차가 존재할 때도 ICI를 효율적으로 제거하였다. 또한 ICI 가중 함수 (weighting function)의 대칭적 symmetric conjugate 특성을 이용하여 높은 신호 대 간섭비 (CIR) 성능을 얻을 수 있었다.
다음 Alamouti SFBC-OFDM 시스템에서 위상 잡음과 잔존 주파수 오차로 인한 ICI를 제거하는 기법을 제안하였다. 먼저 Alamouti SFBC-OFDM 시스템에서 위상 잡음과 잔존 주파수 오차가 끼치는 영향을 분석하였다. Alamouti 부호에 의해 common phase error (CPE) 영향은
감소되지만 ICI 영향은 증가되어 위상잡음의 표준 편차가 클수록 혹은 잔존 주파수 오차가 클수록 SISO-OFDM보다 성능이 열화되게 된다. 따라서 새로운 자가 상쇄 기법을 이용하여 ICI를 제거함으로써 성능을 개선하였다. 모의 실험 및 분석 결과, 제안하는 자가 상쇄 방식이
SISO-OFDM뿐만 아니라 Alamouti SFBC-OFDM 시스템에서도 효율적으로 사용될 수 있음을 확인 하였다.
마지막으로 자가 상쇄방법의 사용으로 인한 주파수 효율성 (bandwidth efficiency) 감소를 보안하기 위해 correlative coding을 사용하였다. Correlative coding을 사용한 수신 신호로 부터 ICI 전력 수식을 유도하고 ICI 전력을 줄이는 최적화된 코딩 계수를 구하였다. 성능 분석을 통하여 최적화된 correlative coding 계수가 CIR 도 증가시킴을 보이고 모의 실험 결과로 확인하였다
