전력 증폭기의 선형화를 위한 Canonical Piecewise-Linear 모델 기반의 디지털 사전왜곡기

서만중(Manjung Seo),심희성(Heesung Shim),임성빈(Sungbin Im),홍승모(Seungmo Hong) 대한전자공학회 2010 電子工學會論文誌-TC (Telecommunications) Vol.47 No.2

최근 들어, 차세대 무선 광대역 통신 시스템의 전송 방식으로 큰 관심을 받고 있는 OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing) 시스템은 다수 반송파 전송의 특수한 형태로 볼 수 있으며 하나의 데이터열이 보다 낮은 데이터 전송률을 갖는 부반송파를 통해 전송된다. OFDM을 사용하는 중요한 이유 중 하나는 OFDM을 사용하면 주파수 선택적 페이딩이나 협대역간섭에 대한 강건함이 증가하기 때문이다. 하지만 출력 신호의 크기가 Rayleigh 분포를 갖기 때문에 무선 통신 환경에서 SSPA (Solid State Power Amplifier)와 같은 고출력 증폭기 (High Power Amplifier; HPA)의 비선형 특성으로 인하여 단일 반송파 전송 방식보다 심각한 비선형 왜곡이 발생하게 된다. 본 논문에서는 OFDM 신호의 높은 PAPR (Peak-to-Average Power Ratio)과 HPA의 비선형성에 의한 신호의 왜곡과 스펙트럼의 확산을 방지하기 위해 canonical piecewise-linear (PWL) 모델 기반의 디지털 사전왜곡기를 제안한다. 제안된 사전왜곡기의 성능평가를 위해 AWGN (Additive White Gaussian Noise) 채널 하에서 QPSK, 16-QAM, 64-QAM 변조 방식을 이용하고, 1024-point FFT/IFFT로 구현된 OFDM 시스템에 대한 모의실험을 실시한 결과, 비트오율과 비선형성 개선측면에서 우수한 성능을 나타내었다. Recently, there has been much interest in orthogonal frequency division multiplexing (OFDM) for next generation wireless wideband communication systems. OFDM is a special case of multicarrier transmission, where a single data stream is transmitted over a number of lower-rate subcarriers. One of the main reasons to use OFDM is to increase robustness against frequency-selective fading or narrowband interference. However, in the radio systems it is also important to distortion introduced by high power amplifiers (HPA’s) such as solid state power amplifier (SSPA) considered in this paper. Since the signal amplitude of the OFDM system is Rayleigh-distributed, the performance of the OFDM system is significantly degraded by the nonlinearity of the HPA in the OFDM transmitter. In this paper, we propose a canonical piecewise-linear (PWL) model based digital predistorter to prevent signal distortion and spectral re-growth due to the high peak-to-average power ratio (PAPR) of OFDM signal and the nonlinearity of HPA’s. Computer simulation on an OFDM system under additive white Gaussian noise (AWGN) channels with QPSK, 16-QAM and 64-QAM modulation schemes and modulator/demodulator implemented with 1024-point FFT/IFFT, demonstrate that the proposed predistorter achieves significant performance improvement by effectively compensating for the nonlinearity introduced by the SSPA.

WCDMA 무선 중계기에서 파일럿 간섭제거 기법의 성능평가

김선호(Sunho Kim),심희성(Heesung Shim),임성빈(Sungbin Im) 대한전자공학회 2009 電子工學會論文誌-TC (Telecommunications) Vol.46 No.6

WCDMA 시스템에서는 네트워크 영역의 결정, 셀 인식, 동기화, 채널 추정, 신호 타이밍 포착 및 추적을 위해 파일럿 채널을 사용한다. 이동통신 서비스 수요의 증가로 인해 도심의 WCDMA 망 환경 하에서 단일한 무선 중계기는 다수의 인접 기지국으로부터 파일럿 신호를 수신하지만 각각의 기지국에서 송신하는 파일럿 채널을 구분하지 못하기에 파일럿 간섭 현상이 나타난다. 이러한 파일럿 간섭은 단말기에서의 잦은 핸드오프로 인한 수신 감도의 저하, 전송 효율 및 통화 품질의 저하, 채널용량의 감소와 불필요한 전력 소모 증가 등의 원인이 된다. 따라서 본 논문에서는 적응 추정 알고리즘인 NLMS 기법을 이용해서 WCDMA 무선 중계기에 적용 가능한 파일럿 간섭 제거 기법을 제안한다. 제안된 기법을 적용하여 각각 링크 레벨에서와 네트워크 레벨 에서 모의실험을 수행하여 무선 중계기 시스템에서의 성능 향상을 평가하였다. 그 결과 링크 레벨 관점에서의 BER 성능 향상과 네트워크 레벨 관점에서 시스템의 콜 드랍 확률의 향상을 각각 확인하였다. In the wideband code division access (WCDMA) systems, a pilot channel is used to determine WCDMA network coverage, cell identification, synchronization, timing acquisition and tracking, user-set handoff, channel estimation, and so on. A wireless repeater, which is deployed in the urban area for the WCDMA system to meet the growing demand on wireless communication services, has the possibility to receive several pilot signals from a large number of base stations, however, cannot distinguish its service base station’s signal among them. This pilot interference results in frequent handoffs in the user equipment, which degrades the radio reception, transmission efficiency, quality of service, and channel capacity and increases the unwanted power consumption. In this paper, thus, we propose a pilot pollution interference cancellation scheme using one of the adaptive estimation algorithms, normalized least mean square (NLMS), which is applicable to a wireless repeater. We carried out link-level and network-level computer simulations to evaluate the performance of the proposed scheme in a wireless repeater. The simulation results verify the bit error rate (BER) improvement in the link level and the call drop probability improvement in the network level.

정규 구간선형 모델과 볼테라 모델을 기반한 Super-RENS 시스템 모델링 및 등화

서만중(Manjung Seo),심희성(Heesung Shim),임성빈(Sungbin Im) 대한전자공학회 2010 電子工學會論文誌-TC (Telecommunications) Vol.47 No.2

신뢰성 있는 채널 모델은 다양한 데이터 검출 알고리즘의 개발과 성능 평가에 중요한 척도가 되므로 정확한 모델링이 요구된다. 본 논문에서는 Super-RENS (Super-Resolution Near-field Structure) 시스템의 비선형 모델링을 위해 정규 구간선형 모델 (canonical piecewise-linear; PWL)과 2차 볼테라 (second-order Volterra) 모델을 적용하고자 한다. 또한 이를 바탕으로 비선형 심볼간 간섭 (Inter-Symbol Interference; ISI)을 제거하기 위해 새로운 비선형 등화기를 제안한다. Super-RENS 디스크로부터 획득한 RF 신호 샘플들을 사용하여 모의실험을 수행한 결과, Super-RENS 시스템의 비선형 모델링을 위해 정규 구간선형 모델과 2차 볼테라 모델이 유용하게 활용될 수 있다는 가능성을 확인하였고, 제안된 비선형 등화기의 성능은 비트오율 측면에서 등화기가 없는 경우보다 우수한 성능을 나타내었다. A correct and accurate model of optical data storage systems is very important in development and performance evaluation of various data detection algorithms. In this paper, we present an nonlinear modeling scheme of a super-resolution near-field structure (Super-RENS) read-out signal using the canonical piecewise-linear (PWL) and the second-order Volterra models. Nonlinear equalizers may be developed on the basis of the information obtained from this nonlinear modeling. To mitigate the nonlinear inter-symbol interference (ISI), we proposed a new nonlinear equalizer for Super-RENS discs. Its validity is tested with the RF signal samples obtained from a Super-RENS disc. The experiment results verified the possibility that the canonical PWL and the second-order Volterra models can be utilized for nonlinear modeling of Super-RENS systems. The proposed equalizers are superior to the one without equalization in terms of bit error rate (BER).

OFDM polar transmitter를 위한 windowed-sinc 함수 기반의 PAPR 감소기법의 성능평가

서만중(Manjung Seo),심희성(Heesung Shim),임성빈(Sungbin Im) 大韓電子工學會 2010 電子工學會論文誌-TC (Telecommunications) Vol.47 No.1

Polar transmitter는 현재 GSM (Global System for Mobile Communications), EDGE (Enhanced Data Rates for GSM Evolution), GPRS (General Packet Radio Service) 등과 같은 협대역 통신 방식에만 주로 적용되고 있다. 본 논문에서는 polar transmitter를 OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing)과 같은 광대역 통신방식에 적용하기 위해 OFDM 통신시스템이 가지고 있는 높은 PAPR (Peak-to-Average Power Ratio)을 감소시킬 수 있는 windowed-sinc 함수 기반의 PAPR 감소기법을 제안한다. 이 방법은 기존의 피크 윈도잉 (peak windowing) 기법에서 매우 인접한 여러 개의 피크들 또는 주변 신호에 비해 상대적으로 큰 피크에 의해 발생하는 과도한 신호 왜곡 효과를 완화시킨다. 다양한 윈도우 형태와 길이를 적용하여 비트오율 (Bit Error Rate; BER)과 오차 벡터 크기 (Error Vector Magnitude; EVM)를 측정한 결과, 제안된 기법은 기존의 피크 윈도잉 기법과 유사한 스펙트럼 성능을 가지면서 비트오율의 향상 및 PAPR 감소 성능이 우수함을 나타내었다. The polar transmitter is applied to the narrowband communication systems such as GSM (Global System for Mobile Communications), EDGE (Enhanced Data Rates for GSM Evolution), and GPRS (General Packet Radio Service). To apply polar transmitter for the wideband communication like OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing) where the high PAPR (Peak-to-Average Power Ratio) problem occurs, this paper proposes a windowed-sinc function based PAPR reduction scheme. The proposed algorithm mitigates the effect of excessive suppression due to successive peaks or relatively high peaks of the signal. The BER (Bit Error Rate) and EVM (Error Vector Magnitude) performances are measured for various window types and lengths. The simulation results demonstrate that the proposed algorithm achieves significant improvement in terms of BER and PAPR reduction performance with similar spectrum performance to the conventional peak windowing scheme.

OFDM polar transmitter에서 피크 윈도잉 기반의 PAPR 감소기법의 성능평가

서만중(Manjung Seo),심희성(Heesung Shim),임성빈(Sungbin Im),정재호(Jaeho Jung),이광천(Kwangchun Lee) 대한전자공학회 2008 電子工學會論文誌-TC (Telecommunications) Vol.45 No.12

차세대 무선 통신 시스템은 멀티밴드/멀티모드 동작이 가능한 RF 송수신기를 필요로 하고 있다. Polar transmitter는 효율적인 switched-mode RF 전력증폭기를 사용함으로써 높은 효율성을 얻을 수 있기 때문에 EDGE (Enhanced Data Rates for GSM Evolution), WCDMA (Wideband Code Division Multiple Access) 및 WLAN (Wireless Local Area Network)과 같이 고속의 데이터 전송율을 지원하는 시스템에 적합한 것으로 알려져 있다. 본 논문에서는 수신단의 구조에 변화를 주지 않으며 또한 추가적인 정보의 전송이 필요 없이 기존 수신기를 그대로 사용할 수 있는 PAPR (Peak-to-Average Power Ratio) 감소기법을 OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing) polar transmitter에 적용하여 그 성능을 평가하였다. 이 방법은 polar 변조된 신호에 대하여 피크 윈도잉을 사용한 것으로 다양한 윈도우 형태와 길이를 적용하여 비트오율 (Bit Error rate; BER)과 오차 벡터 크기 (Error Vector Magnitude; EVM)를 측정하였다. 모의실험 결과, 제안된 기법은 효율적인 PAPR 감소와 더불어 클리핑으로 인한 대역외 왜곡 (out-of-band distortion)이 감소함을 관측하였다. Next generation wireless communication systems require RF transceivers that enable multiband/multimode operations. Polar transmitters are known as good candidates for high data rate systems such as EDGE (Enhanced Data Rates for GSM Evolution), WCDMA (Wideband Code Division Multiple Access), and WLAN (Wireless Local Area Network) because they can obtain high efficiency by using efficient switched-mode RF power amplifiers. In this paper, we investigate the performance of a simple peak windowing scheme for the OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing) polar transmitter, which requires no change of a receiver structure or no additional information transmission. The approach we employed is to apply the peak windowing scheme to the amplitude modulated signals of the polar transmitter to reduce the PAPR (Peak-to-Average Power Ratio). The BER (Bit Error Rate) and EVM (Error Vector Magnitude) performances are measured for various window types and lengths. The simulation results demonstrate that the proposed algorithm mitigates out-of-band distortion introduced by clipping along with PAPR reduction.

Canonical PWL 모델 기반의 디지털 사전왜곡기를 이용한 OFDM 시스템의 비선형 왜곡 보상

서만중(Manjung Seo),심희성(Heesung Shim),임성빈(Sungbin Im),정재호(Jaeho Jung),이광천(Kwangchun Lee) 한국통신학회 2010 韓國通信學會論文誌 Vol.35 No.1