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MB-OFDM UWB 시스템에서 초기 반송파 주파수 동기의 정확도 향상을 위한 다중 심볼 간격 추정 알고리즘
진용선(Yong-Sun Jin),박계완(Kye-Wan Park) 大韓電子工學會 2010 電子工學會論文誌 IE (Industry electronics) Vol.47 No.3
본 논문은 MB-OFDM UWB 시스템에서 양자화 잡음의 영향에 의해 저하된 초기 반송파 주파수 오프셋 추정의 정확도를 향상시키는 알고리즘을 제안한다. 일반적인 OFDM 시스템에서 반복적으로 이웃하는 프리엠블 심볼들이 초기 반송파 주파수 동기에 사용되지만, 수신부 A/D 변환기에서 발생한 양자화 잡음의 영향에 의해 주파수 오프셋 추정의 성능은 제한된다. 본 논문에서는 초기 주파수 동기를 위해 이웃하는 한 심볼 간격의 프리엠블 심볼을 사용하는 일반적 방식을 위상 모호성 (phase ambiguity)이 발생하지 않는 범위 안에서 바로 이웃하지 않는 다중 심볼 간격의 프리엠블 심볼에 기반한 방식으로 확장하여 초기 주파수 오프셋 추정의 성능을 향상시키는 다중 심볼 간격 추정 알고리즘이 제안된다. 또한 본 논문은 3-대역 도약 (hopping)하는 최대 30 개의 프리엠블 심볼이 4-비트 A/D 변환기를 통해 입력될 때 최적의 다중 심볼 간격이 ‘6’임을 구하여 제시한다. MB-OFDM UWB 시스템용 채널 환경에서의 시뮬레이션 결과, 제안된 다중 심볼 간격 추정 방식은 5 ppm 미만의 정확도로 초기 주파수 오프셋을 추정할 수 있음을 확인하였다. In this paper, we propose an algorithm to improve the precision of initial carrier-frequency offset estimation for multiband-OFDM (MB-OFDM) UWB system which is considering the quantization-noise effect. In the general OFDM system, the two adjacent and repeated preamble symbols are used for the initial carrier-frequency synchronization while the performance of the frequency-offset estimation is bounded by quantization effect generated from analog-to-digital conversion at the receiver. This paper proposes a method in which one-symbol interval between two adjacent preamble symbols for the initial frequency synchronization is extended to multiple-symbol interval between non-adjacent symbols in an extent that phase ambiguity does not occur. In this paper, we also present '6' as optimal multiple symbol interval for the MB-OFDM system with 30 preamble symbols on 3-band hopping and with 4-bit A/D conversion at the receiver. Under the channel environments for the MB-OFDM UWB system, the simulation results show that the proposed estimation algorithm can achieve the initial estimation in offset precision less than 5 ppm.
정진두(Jin-Doo Jeong),진용선(Yong-Sun Jin),정정화(Jong-Wha Chong) 대한전자공학회 2010 電子工學會論文誌 IE (Industry electronics) Vol.47 No.4
본 논문은 결정 궤환 (Decision Feedback) 기반 차동 위상 검출 방식인 DF-DPD와 DPD-RGPR의 성능이 차동 복호(Differential Decoding)를 갖는 동기 검출 (Coherent Detection) 방식의 성능에 근접한다는 것을 수치적으로 증명한다. M-ary DPSK에 대한 기존 차동 위상 검출 방식은 수신기 구조를 간단하게 만들지만, 참조 위상으로 활용되는 이전 심볼에서의 잡음성분으로 인해 열화된 수신 성능을 갖는다. 기존 차동 검출 방식의 수신 성능을 향상시키기 위해 DF-DPD, DPD-RGPR 등을 포함하는 다중 심볼 차동 검출 방식들이 제시되었다. 하지만, 이러한 방식들의 검출 성능에 대한 분석 및 비교에 대한 연구는 거의 진행되지 않았다. 그러므로, 본 논문에서는 DF-DPD와 DPD-RGPR 등의 결정 궤환 기반 차동 위상 검출 방식들의 성능을 수치적으로 분석한다. 수치적 분석 결과, 결정 궤환을 갖는 차동 위상 검출 방식들은 차동 복호를 갖는 동기 검출의 성능에 근접할 수 있으며 향상된 성능을 갖는 비동기 검출 (Noncoherent Detection)에 활용될 수 있음을 볼 수 있었다. 하드웨어 복잡도를 고려하면, 검출 길이가 증가함에 따라 복잡도가 증가하는 구조에 기반한 DF-DPD 방식보다 반복적으로 갱신되는 참조위상을 사용하는 검출 방식에 기반한 DPD-RGPR 방식이 구현에 더욱 효과적임을 알 수 있었다. This paper proposes a numerical analysis to prove that the performance of the differential phase detections (DPDs) with the decision feedback, such as the decision feedback DPD (DF-DPD) and the DPD with recursively generated phase reference (DPD-RGPR), approach the performance of the coherent detection with differential decoding. The conventional differential phase detection for M-ary DPSK can make the receiver architecture simple, while it can make the bit-error rate (BER) performance poor because of the previous noisy phase as a reference phase. To improve the BER performance of the conventional differential detection, multiple symbol differential detection methods, including DF-DPD and DPD-RGPR, have been proposed. However, the studies on the analysis and on the comparison of these methods have been little performed. Then, this paper mathematically intends to analyze and compare the performance of the DPDs with the decision feedback. The analysis results show that the DPDs with the decision feedback can have the performance equal to that of the coherent detection with differential decoding and be available for the noncoherent detection in the improved performance. Considering the hardware complexity, the DPD-RGPR with the simple detection process by using the recursively generated phase reference can be more simply implemented than the DF-DPD based on the architecture whose complexity increases according to the increasing detection length.
프리엠블 확장 사용 기반 MB-OFDMUWB용 채널 추정 방식
정진두(Jin-Doo Jeong),진용선(Yong-Sun Jin),정정화(Jong-Wha Chong) 대한전자공학회 2011 電子工學會論文誌 IE (Industry electronics) Vol.48 No.1
본 논문은 MB-OFDMUWB시스템용 초기 채널 추정의 성능을 향상시키는 방법을 제안한다. 초기 채널 추정의 성능은 채널 추정에 활용되는 프리엠블 심볼의 수가 커짐에 따라 증가된다. MB-OFDMUWB표준안은 프리엠블 형식에서 부대역 당 2개의 채널 추정용 심볼 (CE symbol : channelestimation symbol) 을 제시한다. 2개 심볼에 기반한 채널 추정의 성능은 각각 200Mbps와 480Mbps전송율에 대한 -77.5 ㏈m과 -72.5 ㏈m의 상당적으로 높은 수신 감도에서는 만족될 수 있지만, 55Mbps와 110Mbps전송율에 대한 수신 감도 -83.5 ㏈m과 -80.5 ㏈m에서 채널 추정 성능은 저하될 수 있다. 본 논문에서 제안하는 방법은 초기 채널 추정 영역을 기존 2개의 채널 추정용 심볼을 포함하여 패킷 동기 심볼 (PS symbol : packet synchronization symbol)과 프레임 동기 심볼 (FS symbol : frame synchronization symbol)로 확장함으로써 성능 향상을 얻을 수 있는 방법이다. 이 방법은 저하된 SBR에서 초기 채널 추정 성능을 향상시키고 물리 계층 헤더 (physical-layer header)에서의 오류율를 감소시킬 수 있다. 그러므로, 제안한 방법에 기반한 링크 마진의 증가는 통신 처리량을 증가시키는 효과가 있다. 초기 채널 추정에 대해 제안된 방법에 대한 시뮬레이션 결과, 단지 2개의 CE 심볼만을 사용했을 때보다 CE 심볼 포함 1개의 심볼을 확장한 4개 심볼 기반의 초기 채널 추정 방식의 성능이 10-4BER에서 약 0.7㏈만큼 향상된 성능을 가진다. In this paper, we propose a method to improve the performance of initialc hannelestimation (CE) for the multiband-OFDM (MB-OFDM) UWB. The performance of the initial CE can begenerally improved as increasing the number of the used preamble symbols. The MB-OFDM specification presents two CE symbols perbandin preamble format. The performance of CE estimation with two CE symbolsmay besatisfied inrelatively high sensitivity -77.5 and -72.5 ㏈m for 200Mbps and 480Mbps datarate, respectively, but cannot beenoughin the degraded 55Mbps and 110Mbps ensitivities suchas -83.5 and -80.5 ㏈m, respectively. A method proposed in this paper achieves the performance improvement byextending CE estimationregion to packet synchronization (PS) symbols and framesynchronization (FS) symbolsincluding two CE symbols. This canimprove the CE performance in the degraded SNR and increase the link-margin byreducing the error ratein physical-layer header. Thelink-margin improvement obtained by the proposed CE preamble caninducethe decrease oferror-rate in physical-layer header and increase of communication throughput. Simulation results for the proposed initialmethod showthat the performance is improved byabout 0.7㏈ at 10-4 bit-error-rate using'4' symbols than initial method usingonly two CE symbols.
DBO-CSS 시스템에서 성능과 복잡도의 효율성을 고려한 이중 대역 필터링 방법
정진두(Jin-Doo Jeong),진용선(Yong-Sun Jin),정정화(Jang-Wha Chong) 大韓電子工學會 2010 電子工學會論文誌 IE (Industry electronics) Vol.47 No.2
본 논문은 저대역과 고대역 신호를 번갈아 전송하는 DBO-CSS 시스템에 최적화된 이중 대역 필터링 방법을 제안한다. 전체 신호 대역을 통과시키는 기존의 채널 필터링은 이웃하는 부대역 (sub-band)의 초과 잡음이 수신되는 다른 부대역의 신호에 더해지는 문제를 발생시킨다. 본 논문에서 제안하는 이중 대역 필터령 방법은 하드웨어 복잡도의 증가 없이 기존 채널 필터링 방법에서의 성능 저하를 극복할 수 있다. 제안된 방법은 저대역과 고대역 신호가 번갈아 수신되는 DBO-CSS 신호에 대응되는 두 개의 필터에 기반하므로 이웃하는 부 대역에서의 잡음 신호를 배제할 수 있다. 시뮬레이션 결과, 제안된 방법은 기존 필터링 방법보다 약 2.5 ㏈의 성능 향상을 가질 수 있음을 볼 수 있었다. In this paper, we propose a dual-band filtering method optimized to DBO-CSS systems which are alternatively transmitted in low and high bands. The conventional channel filter which passes entire signal bandwidth causes a problem that excessive noise in neighboring sub-band is added while one of signals in two sub-bands is received. The dual-band filtering proposed in this paper can overcome the performance degradation in the conventional filtering method without increase of hardware complexity. The proposed method is based on two filters to be matched with DBO-CSS signals receiving alternatively and can exclude the undesired noise in neighboring sub-band. Simulation results for the proposed method show better performance about 2.5㏈ than the conventional one.