A Noncoherent UWB Communication System for Low Power Applications

Yang, Suck-Chel,Park, Jung-Wan,Moon, Yong,Lee, Won-Cheol,Shin, Yo-An The Institute of Electronics and Information Engin 2004 Journal of semiconductor technology and science Vol.4 No.3

In this paper, we propose a noncoherent On-Off Keying (OOK) Ultra Wide Band (UWB) system based on power detection with noise power calibration for low power applications. The proposed UWB system achieves good bit error rate performance which is favorably comparable to that of the system using the ideal adaptive threshold, while maintaining simple receiver structure, In addition, low power Analog Front-End (AFE) blocks for the proposed noncoherent UWB transceiver are proposed and verified using CMOS technology. Simulation results on the pulse generator, delay time generator and 1-bit Analog-to-Digital (AID) converter show feasibility of the proposed UWB AFE system.

OFDM 시스템에서 PAPR 감소를 위한 피크 신호 관찰 기반의 적응적 SLM 기법

양석철,신요안,Yang, Suck-Chel,Shin, Yo-An 한국통신학회 2007 韓國通信學會論文誌 Vol.32 No.12c

본 논문에서는 OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing) 시스템에서 전송 신호의 PAPR(Peak-to-Average Power Ratio)을 효과적으로 감소시키기 위한 피크 신호 관찰 기반의 적응적 SLM (Adaptive Selective Mapping; ASLM) 기법을 제안한다. 제안 기법은 기존 SLM 방법에서의 복잡도 문제를 개선하기 위해, 매 OFDM 심벌마다 IFFT (Inverse Fast Fourier Transform) 결과에 대한 피크 신호 조정, 피크 조정된 신호의 FFT 결과와 원래 OFDM 심벌간의 부반송파별 전력차 비교를 통한 직교 부호 선택, 선택된 직교 부호만을 이용한 전형적인 SLM 과정의 3단계로 구성된다. 모의실험 결과, 제안된 ASLM 기법은 우수한 PAPR 감소 성능을 유지하면서도 기존 SLM 방법에 비해 훨씬 적은 IFFT 연산 및 PAPR 계산 횟수를 요구함을 확인하였다. In this paper, we propose ASLM (Adaptive Selective Mapping; ASLM) scheme based on peak observation for PAPR (Peak-to-Average Power Ratio) reduction of OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing) signals. The proposed scheme is composed of three steps: peak scaling, sequence selection, and SLM procedures. In the first step, the peak signal samples in the IFFT (Inverse Fast Fourier Transform) outputs of the original input sequence are scaled down. In the second step, the sub-carrier positions where the power difference between the original input sequence and the FFT output of the scaled signal is large, are identified. Then, the phase sequences having the maximum number of phase-reversed sequence words only for these positions are selected. Finally, the generic SLM procedure is performed by using only the selected phase sequences for the original input sequence. Simulation results show that the proposed scheme significantly reduces the complexity in terms of IFFT and PAPR calculation than the conventional SLM, while maintaining the PAPR reduction performance.

OFDM 신호의 PAPR 감소를 위한 SLM-PRSC 결합 기법

양석철,한승우,신요안,Yang, Suck-Chel,Han, Seung-Woo,Shin, Yo-An 한국통신학회 2007 韓國通信學會論文誌 Vol.32 No.6c

In order to improve PAPR (Peak-to-Average Power Ratio) reduction performance of the conventional SLM (Selective Mapping) for OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing) signals, we propose an effective SLM-PRSC (PAPR Reduction Sub-Carrier) hybrid scheme. In the proposed scheme, after performing the SLM for the frequency domain OFDM symbol excluding pre-determined PRSC positions, the SLM-PRSC hybrid sequence with the lowest PAPR generated by adding the time domain PRSC sequence to the results of the SLM, is selected as the transmitted OFDM signal. Since the identical PRSC sequences generated a priori are repeatedly used for every OFDM symbol, excessive IFFT (inverse Fast Fourier Transform) calculation is avoided. Simulation results show that the proposed scheme significantly improves the PAPR reduction performance of the conventional SLM, while avoiding excessive increase of IFFT calculation and the overhead for the SLM. 본 논문에서는 OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing) 신호의 PAPR (Peak-to-Average Power Ratio) 감소를 위한 기존 SLM (SeLective Mapping) 방식의 성능을 개선하는 효과적인 SLM-PRSC 결합 기법을 제안한다. 제안 기법에서는 지정된 PRSC (PAPR Reduction Sub-Carrier) 위치를 제외한 주파수 영역 OFDM 심벌에 대해 SLM을 수행한 후, 그 결과들을 시간 영역 PRSC 시퀀스들과 결합하여 가장 낮은 PAPR을 갖는 SLM-PRSC 결합 시퀀스를 최종 OFDM 심벌로 결정하게 된다. 특히 매 OFDM 심벌마다 미리 준비된 동일한 시간 영역 PRSC 시퀀스를 이용하게 되어 IFFT (Inverse Fast Fourier Transform) 연산 횟수의 증가를 방지할 수 있을 뿐만 아니라, 선택된 주파수 영역 PRSC 심벌은 SLM용 오버헤드로 사용 가능하다. 모의실험 결과, 제안된 SLM-PRSC 결합 기법은 기존의 SLM 방식과 비교하여 과도한 IFFT 연산 횟수의 증가와 별도의 오버헤드가 요구되지 않음에도 불구하고 PAPR 감소 성능을 크게 향상 시킬 수 있음을 확인하였다.

MB-OFDM UWB 시스템을 위한 반송파 및 샘플링 주파수 오프셋 결합 추정 기법

조창훈,양석철,신요안,Cho, Chang-Hoon,Yang, Suck-Chel,Shin, Yo-An 한국통신학회 2005 韓國通信學會論文誌 Vol.30 No.10C

In this paper, we propose and evaluate joint carrier and sampling frequency offset estimation schemes based on the channel estimation sequences in PLCP (Physical Layer Convergence Procedure) preamble for the proper and effcient synchronization of the MB-OFDM WB (Multi-Band Orthogonal Frequency Division Multiplexing Ultra Wide Band) systems which have recently drawn explosive attention for future W-PAN (Wireless Personal Area Network) applications. In the joint estimation schemes, we first estimate the sampling frequency offset, and then estimate the carrier frequency offset using the estimated sampling frequency offset. Moreover, to improve the reliability of the estimated offset values, each process uses a combination scheme based on weighting factors. Simulation results using IEEE 802.15 Task Group 3a UWB channel models reveal that the estimation scheme using the simple weighting factors based on easily-measurable received signal power of each sub-channel shows favorably comparable performance to the ideal scheme using the weighting factors based on the perfectly-estimated frequency response of the channel. 본 논문에서는 향후 초고속 W-PAN(Wireless Personal Area Network)을 위한 유력한 전송 기술로서 각광받고 있는 MB-OFDM UWB(Multi-Band Orthogonal Frequency Division Multiplexing Ultra Wide Band) 시스템의 동기화를 위한 효과적인 반송파 및 샘플링 주파수 오프셋 결합 추정 기법을 제시하고 성능을 평가하였다. 이를 위해 PLCP(Physical Layer Convergence Procedure) 프리앰블 내의 채널 추정 시퀀스를 이용하고 MB-OFDM UWB 시스템 기술 규격 및 주파수 운용 방식을 고려하였으며, 반송파와 샘플링 주파수 오프셋을 결합 추정하는 방법으로서 먼저 샘플링 주파수 오프셋을 추정하고 추정된 샘플링 주파수 오프셋을 이용하여 반송파 주파수 오프셋을 추정하는 방식을 적용하였다. 또한 추정된 오프셋 값들의 신뢰도 향상을 위해 각 과정에서 가중치 기반의 주파수 오프셋 추정 기법을 사용하였다. IEEE 802.15 Task Group 3a에서 제공하는 4가지 UWB 실내 채널 모델을 이용한 모의실험 결과, 각 부채널에서의 수신 신호 평균 전력을 반영하는 제안된 간단한 형태의 가중치 기반 추정 기법의 성능이 채널의 주파수 응답을 사용하여 완벽한 채널 추정을 필요로 하는 이상적인 방법에 비해 훨씬 낮은 복잡도로 유사한 성능을 얻을 수 있음을 확인 하였다.

비동기식 초광대역 시스템을 위한 고속 신호 동기획득 기법

김재운,양석철,최성수,신요안,Kim Jae-Woon,Yang Suck-Chel,Choi Sung-Soo,Shin Yo-An 한국통신학회 2006 韓國通信學會論文誌 Vol.31 No.4c

이 논문에서는 다중경로 채널 환경에서 비동기식(Noncoherent) 초광대역(Ultra Wide Band) 무선통신 시스템의 고속 고신뢰 신호 동기획득을 위해, 저자들이 동기식(Coherent) 초광대역 시스템을 위해 제안하였던 TSS-LS (Two-Step Search scheme with Linear search based Second step). 기법을 비동기식 초광대역 시스템에 확장 적용하는 방안을 제안한다. 간단한 에너지 윈도우 뱅크를 사용하는 제안된 비동기식 TSS-LS 기법은 고속의 동기획득을 위해 두 단계의 서로 다른 문턱값과 탐색창을 적용하게 된다. 더욱이 다중경로 채널의 실효 지연 확산 범위에서의 시작 지점을 정확히 찾고 비동기식 초광대역 변복조와 연동했을 때 신뢰성 있는 비트오율(Bit Error Rate) 성능을 얻기 위해 두 번째 단계에서 선형 알고리즘을 적용한다. IEEE 802.15.3a의 다중경로 채널 모형을 이용한 모의실험 결과, 일반적인 탐색 기법보다 제안된 기법의 평균 동기획득 소요 시간이 큰 폭으로 단축됨을 확인할 수 있었다. 또한, 신호 동기획득 과정과 연동된 비트오율 성능 평가에서 신호대잡음비가 높을 때 이상적인 동기획득의 경우에 필적하는 매우 우수한 성능을 보임을 확인할 수 있었다. In this Paper, we propose to extend the TSS-LS(Two-Step Search scheme with Linear search based Second step) scheme which was already proposed by the authors for coherent UWB(Ultra Wide Band) systems, to rapid and reliable acquisition of noncoherent UWB systems in multipath channels. The proposed noncoherent TSS-LS employing simple energy window banks utilizes two different thresholds and search windows to achieve fast acquisition. Furthermore, the linear search is adopted for the second step in the proposed scheme to correctly find the starting point in the range of effective delay spread of the multipath channels, and to obtain reliable BER(Bit Error Rate) performance of the noncoherent UWB systems. Simulation results with multipath channel models by IEEE 802.15.3a show that the proposed two-step search scheme can achieve significant reduction of the required mean acquisition time as compared to general search schemes. ]n addition, the proposed scheme achieves quite good BER performance for large signal-to-noise ratios, which is favorably comparable to the case of ideal perfect timing.

실내 무선 환경에서 프레임 및 탐색 단위 구간에 따른 UWB 신호 동기 획득 알고리즘의 성능 분석

오종옥,양석철,신요안,Oh jong ok,Yang Suck chel,An Yo Shin 한국통신학회 2004 韓國通信學會論文誌 Vol.29 No.12C

In this paper, we analyze the performance of linear search and bit reversal search algorithms based on the single-dwell serial search for rapid UWB (Ultra Wide Band) signal acquisition in typical indoor wireless channel environments. Simulation results according to bin spacing and frame interval in IEEE 802.15 Task Group 3a UWB indoor wireless channels show that bit reversal search algorithm achieves much smaller normalized mean acquisition time than linear search algorithm. In particular, it is found that the normalized mean acquisition time of the bit reversal search according to the range of searching termination interval closely matches the ideal case. In addition, we observe that the acquisition performance of bit reversal search algorithm becomes much better as bin spacing gets finer. 본 논문에서는 전형적인 실내 무선 채널 환경에서 초광대역 (Ultra Wide Band; UWB) 신호의 고속 동기 획득을 위한 Single-Dwell 연속 통기 탐색 기반의 Linear 탐색 알고리즘 및 Bit Reversal 탐색 알고리즘에 대한 성능분석을 수행하였다. IEEE 802.15 Task Group 3a UWB 실내 무선 채널 환경에서 프레임 구간 및 탐색 단위 구간 등의 변화에 따른 모의실험 결과. Linear 탐색 알고리즘보다 Bit Reversal 탐색 알고리즘이 정규화된 평균 동기 획득 소요 시간에 대해 단연 우수함을 확인하였으며, 탐색 종료 구간의 범위 변화에 따른 정규화된 평균 동기 획득 소요 시간이 이상적인 경우와 거의 일치함을 확인하였다. 특히, Bit Reversal 탐색 알고리즘의 경우 탐색 단위 구간이 세밀할수록 동일한 소요 시간에 대해 더욱 정확한 동기 획득 성능을 얻음을 확인할 수 있었다.

고속 고신뢰의 UWB 신호 동기획득을 위한 향상된 두 단계 탐색 기법

김재운,양석철,신요안,Kim, Jae-Woon,Yang, Suck-Chel,Shin, Yo-An 한국통신학회 2005 韓國通信學會論文誌 Vol.30 No.12C

본 논문에서는 다중경로 채널 환경의 초광대역 (Ultra Wide Band; UWB) 시스템에서 고속 고신뢰의 동기획득을 위한 향상된 두 단계 신호 탐색 기법인 TSS-LS(Two-Step Search scheme with the Linear search based Second step) 를 제안한다. 제안된 TSS-LS는 기존에 본 저자들이 제안하였던 TSS-BS (Two-Step Search scheme with the Bit reversal search based Second step)와 견줄만한 매우 빠른 동기획득 성능을 달성할 수 있도록 Single-Dwell 연속 동기탐색 기법에 기초하고 있으며 두 개의 다른 임계값과 탐색창을 적용한다. 반면, 제안된 TSS-LS는 UWB 시스템에서 통기획득의 고신뢰성을 보장하기 위해 두번째 단계에서 Bit Reversal 탐색 알고리즘을 사용하는 TSS-BS와는 달리 Linear 탐색 알고리즘을 적용하게 된다. IEEE 802.15.3a의 UWB 다중경로 채별 환경에서의 모의실험 결과, 일반적인 탐색 기법보다 본 논문에서 제안된 두 단계 탐색 기법의 정규화된 평균 동기획득 소요 시간이 큰 폭으로 향상됨을 확인할 수 있었다. 특히, 신호 동기획득 과정과 연동된 비트오율 성능 평가에서 제안된 TSS-LS 기법의 경우 높은 신호대 잡음비에 대해 이상적인 성능에 필적하는 매우 우수한 성능을 보임을 확인할 수 있었다. In this paper, we propose an enhanced two-step search scheme for rapid and reliable signal acquisition in UWB systems under multipath channels. The proposed TSS-LS (Two-Step Search scheme with the Linear search based Second step) achieves rapid acquisition performance comparable to the conventional TSS-BS (Two-Step Search scheme with the Bit reversal search based Second step) already proposed by the authors, based on the single-dwell search with two-step thresholds and search windows. However, unlike the TSS-BS which employs the bit reversal search in the second step, the proposed TSS-LS utilizes the linear search in the second step to improve the reliability of signal acquisition. Simulation results with multipath channel models by IEEE 802.15.3a show that the two-step search schemes for the UWB signal acquisition can achieve sig nificant reduction of the required mean acquisition time as compared to general search schemes. In addition, we observe that the proposed TSS-LS achieves quite good bit error rate performance for large signal-to-noise ratios, which is favorably comparable to the case of ideal perfect timing.

V-BLAST OFDM 시스템을 위한 그룹화된 부채널 기반의 간단한 형태의 비트 할당 기법

박대진,양석철,김종원,유명식,이원철,신요안,Park Dae-Jin,Yang Suck-Chel,Kim Jong-Won,Yoo Myung-Sik,Lee Won-Cheol,Shin Yo-An 한국통신학회 2006 韓國通信學會論文誌 Vol.31 No.7C

본 논문에서는 V-BLAST(Vertical-Bell labs LAyered Space-Time) 검출기를 사용하는 MIMO-OFDM(Multi Input Multi Output-Orthogonal Frequency Division Multiplexing) 시스템에서, 그룹화된 부채널 기반의 간단한 형태의 비트 할당 기법인 SBA-GS(Simplified Bit Allocation based on Grouped Sub-channels)를 제안한다. 2차원 Water Pouring 원리에 기반하여 MIMO-OFDM 시스템 수신단에서 각 부채널별 비트수 및 전력을 결정하여 궤환하는 일반적인 ABPA(Adaptive Bit and Power Allocation)은 비트오율 측면에서 최적의 성능을 보이지만, 수신단에서 송신단으로의 많은 양의 궤환 정보를 필요로 하고 시스템이 복잡하다는 단점을 가진다. 이러한 단점을 보완하기 위해, 상태가 우수한 각 부채널에 동일한 수의 비트를 할당하여 송신단에서 수신단으로의 궤환 정보량과 시스템 복잡도를 감소시킨 SBA가 제안된 바 있다. 본 논문에서 제안하는 SBA-GS 는 부채널들을 그룹화한 뒤 각 그룹별 부채널들의 펑균 신호대잡음비를 구하여 동일한 변조 방식을 적용하는 SBA를 수행한다. 다양한 차세대 이동통신 채널 환경에서의 모의실험 결과, 지연 확산이 작은 다중 경로 채널의 경우에서는 궤환 정보량을 크게 감소하면서도 SBA와 유사한 결과를 얻을 수 있었 으며, 지연확산이 큰 채널 환경에서는 부채널 그룹화에 따른 BER 성능 열화가 상대적으로 증가하였지만 궤환 정보량 감소와의 절충 관계를 감안할 때 실제 시스템 구현시 고려될 수 있는 우수한 결과를 보임을 확인하였다. In this paper, we present a bit allocation scheme based on grouped sub-channels for MIMO-OFDM (Multiple Input Multiple Output-Orthogonal Frequency Division Multiplexing) systems using V-BLAST (Vertical-Bell laboratories LAyered Space-Time) detector. A fully adaptive modulation and coding scheme may provide optimal performance in the MIMO-OFDM systems, however it requires excessive feedback information. Instead, SBA (Simplified Bit Allocation) scheme for reduction of feedback overhead, which applies the same modulation and coding to all the good sub-channels, may be considered. The proposed scheme in this paper named SBA-GS (Simplified Bit Allocation based on Grouped Sub-channels) groups sub-channels and assigns the same modulation and coding to the set of selected sub-channel groups. Simulation results show that the proposed scheme achieves comparable bit error rate performance of the conventional SBA scheme, while significantly reducing the feedback overhead in multipath channels with small delay spreads.