Adaptive OSIC-SD 시스템을 통한 SD 복호기 복잡도 개선

셰를리 포루투갈(Sherlie Portugal),윤길상(Gil-sang Yoon),서창우(Chang-woo Seo),황인태(In-tae Hwang) 大韓電子工學會 2011 電子工學會論文誌-TC (Telecommunications) Vol.48 No.3

SD(Sphere Decoding)는 페이딩 환경에서 ML(Maximum Likelihood)성능을 만족하지만 채널환경이 나빠질수록 매우 복잡도가 증가하는 단점이 있다. 본 논문에서는 이러한 특징을 같은 기존 SD를 개선하고자 기존의 ML성능을 유지 시키면서 복잡도를 줄이기 위한 방안으로 부분적으로 OSIC(Ordered Successive Interference Cancellation)를 결합하는 시스템을 제안하다. 또한, SNR(신호 대 잡음비: Signal to Noise Ratio)에 따라서 복잡도 및 비트오류율(BER : Bit Error Rate)의 성능이 최적으로 동작하는 복호기를 적응적으로 사용 Adaptive OSIC-SD 알고리즘 제안한다. 모의실험 결과, 제안된 시스템의 비트오류율은 기존의 SD와 거의 비슷한 성능을 보이면서, 일정하고 더 낮은 복잡도를 보이는 것을 확인할 수 있었다. Sphere Decoding (SD) is a decoding technique able to achieve the Maximum Likelihood (ML) performance in fading environments; nevertheless, the main disadvantage of this technique is its high complexity, especially in poor channel conditions. In this paper, we present an adaptive hybrid algorithm which reduces the conventional Sphere Decoder’s complexity and keeps the ML performance. The system called Adaptive OSIC-SD modifies its operation based on Signal to Noise Ratio (SNR) information and achieves an optimal performance in terms of Bit Error Rate (BER) and complexity. Through simulations, we probe that the proposed system maintains almost the same bit error rate performance of the conventional SD, and exhibits a lower, quasi-constant complexity.

AMC와 MIMO 선택 기법이 결합된 통신 시스템의 설계 및 성능 분석

셰를리(Sherlie Portugal),황인태(Intae Hwang),이정환(Jeonghwan Lee),윤길상(Gilsang Yoon),조인식(Insik Cho),서창우(Changwoo Seo) 大韓電子工學會 2010 電子工學會論文誌-TC (Telecommunications) Vol.47 No.3

본 논문은 AMC(Adaptive Modulation and Coding)와 MIMO(Multiple Input Multiple Output)를 결합하여 전송률 및 전송신뢰도 향상을 가져오는 통신 시스템을 구현한다. 또한 Precoding과 Antenna Subset Selection을 효율적으로 적용하고 MIMO 선택 기법을 결합하여, 최종적으로 AMC와 MIMO 선택 기법이 결합된 통신 시스템을 설계하고 성능을 분석한다. 모의 실험환경은 안테나 간 상관성이 존재하지 않는 주파수 비 선택적 레일리 페이딩 채널을 고려하였으며, 확산인자는 16을 적용하였다. 그 외의 여러 모의 실험 환경은 HSDPA(High Speed Downlink Packet Access) 표준에 근거하여 구성하도록 노력하였다. 본 논문에서 제안한 “AMC와 MIMO 선택 기법이 결합된 시스템”은 기존의 “AMC와 각 MIMO의 결합 시스템들”보다 높은 전송률을 보여주었으며, 열악한 채널 환경에서도 안정적인 전송률을 확보해 주었다. 제안된 시스템은 약 8㏈에서 최대 전송률을 나타내었으며, 제안된 시스템과 동일한 최대 전송률을 갖는 기존의 “AMC와 D-STTD 4×2 결합 시스템”과 비교하였을 때 약 6㏈ 정도 먼저 최대 전송률을 나타냈다. 또한 최대 전송률에 이르기 전까지 거의 모든 SNR(Signal to Noise Ratio) 구간에서 기존의 시스템보다 약 2배 정도 높은 전송률을 보였다. 구체적으로 SNR이 -6㏈인 지점에서 기존의 시스템은 약 2.5Mbps의 전송률을 나타냈으며, 제안된 시스템은 그 2배가 넘는 약 6.4Mbps의 전송률을 나타냈다. 또한 SNR이 2㏈인 지점에서는 각각 약 7.5Mbps와 15.3Mbps의 전송률을 나타내어 역시 2배에 가까운 차이가 나는 것을 확인할 수 있었다. 제안된 시스템은 AMC 기법을 사용하는 주 목적인 전송률의 향상에 크게 기여하였으며, 특히 평균 전송률의 향상에 효과적임을 확인하였다. This paper proposes a combination system of Adaptive Modulation and Coding (AMC) and Multiple Input Multiple Output (MIMO), which improves the throughput and has a better reliability. In addition, the system includes Precoding, Antenna Subset Selection and MIMO Mode Selection scheme. Finally, we make a performance analysis of the proposed system. The principal environmental parameters for the simulation experiment consist of a frequency non-selective rayleigh fading channel and a Spreading Factor (SF) of 16. Other parameters may be included in order to fulfill the requirements of the HSDPA Standard. The proposed system has a higher throughput and more reliability than the conventional system, which does not include MIMO Mode Selection scheme, Precoding or Antenna Subset Selection. According to the simulation results, the proposed system reaches the maximum throughput at 8㏈, presenting an improvement of 6㏈ and twice higher throughput, respect to the conventional system. Specifically, at the point of -6㏈, the conventional system reaches 2.5Mbps, while the proposed system reaches 6.4Mbps at the same SNR. Also, at the point of 2㏈, each system reaches 7.5Mbps (conventional system) and 15.3Mbps (proposed system), with near twice the difference. According to the results exposed above, we can conclude that the system proposed in this paper has, as the greatest contribution, the improvement of the throughput, especially, the average throughput.

프리앰블을 이용한 새로운 SNR 추정 알고리즘 기반의 AMC 기법의 전송률 성능 분석

서창우(Chang-woo Seo),셰를리 포루투갈(Sherlie Portugal),황인태(In-tae Hwang) 大韓電子工學會 2011 電子工學會論文誌-TC (Telecommunications) Vol.48 No.4

이동통신이 발전해 감으로써 사용자들은 점점 더 높은 데이터율과 신뢰성이 높은 통신 시스템을 요구하고 있다. 최근에는 이러한 사용자 요구에 부합하기 위해 MIMO(Multiple Input Multiple Out)와 OFDM(Orthogonal Frequency Division multiplexing)의 장점을 모두 활용하는 MIMO-OFDM에 기반을 둔 시스템 개발이 활발히 이루어지고 있다. 또한, 빠른 무선채널 환경에 대응하여 높은 전송률 및 양질의 데이터를 만족하기 위해서 채널 상태에 따라서 적응적으로 변조, 코딩, 부 반송 파수 및 파워 할당을 달리하는 시스템 등이 결합되고 있다. 이러한 피드백 기반 시스템은 얼마나 정확히 채널에 대한 상태 정보(CSI : Channel State Information)를 지연 없이 송신기에 전달하느냐에 따라서 시스템 전체 성능이 향상 될 수 있고 저하될 수 있다. 본 논문에서는 송?수신단에서 서로 알고 있는 프리앰블(Preamble)을 이용하여 채널 추정과정 없이 정확한 SNR(신호 대 잡음비: Signal to Noise Ratio) 추정이 가능한 알고리즘을 제안하고 기존의 프리앰블 기반 SNR 추정 알고리즘들과 여러 가지 평가방법을 통해 성능을 비교 분석하였다. 또한, IEEE 802.11n 시스템에서 각 알고리즘에 의해 추정된 SNR을 피드백 기반으로 AMC를 적용해보았다. 여러 채널에서 각 알고리즘의 성능을 분석 해 본 결과, 제안된 알고리즘 기반으로 AMC 기법을 적용하였을 때 모든 채널에 대해서 가장 높은 전송률을 보임을 확인하였다. The fast growing of the number of users requires the development of reliable communication systems able to provide higher data rates. In order to meet those requirements, techniques such as Multiple Input Multiple Out (MIMO) and Orthogonal Frequency Division multiplexing (OFDM) have been developed in the recent years. In order to combine the benefits of both techniques, the research activity is currently focused on MIMO-OFDM systems. In addition, for a fast wireless channel environment, the data rate and reliability can be optimized by setting the modulation and coding adaptively according to the channel conditions; and using sub-carrier frequency, and power allocation techniques. Depending on how accurate the feedback-based system obtain the channel state information (CSI) and feed it back to the transmitter without delay, the overall system performance would be poor or optimal. In this paper, we propose a Signal to Noise Ratio (SNR) estimation algorithm where the preamble is known for both sides of the transciever. Through simulations made over several channel environments, we prove that our proposed SNR estimation algorithm is more accurate compared with the traditional SNR estimation. Also, We applied AMC on several channel environments using the parameters of IEEE 802.11n, and compared the Throughput performance when using each of the different SNR Estimation Algorithms. The results obtained in the simulation confirm that the proposed algorithm produces the highest Throughput performance.

프리앰블을 이용한 새로운 SNR 추정 알고리즘 제안 및 성능 분석

서창우(Chang-woo Seo),윤길상(Gil-sang Yoon),셰를리 포루투갈(Sherlie Portugal),황인태(In-tae Hwang) 大韓電子工學會 2011 電子工學會論文誌-TC (Telecommunications) Vol.48 No.3

이동통신이 발전해 감으로써 사용자들은 점점 더 높은 데이터율과 신뢰성이 높은 통신 시스템을 요구하고 있다. 최근에는 이러한 사용자 요구에 부합하기 위해 MIMO(Multiple Input Multiple Out)와 OFDM(Orthogonal Frequency Division multiplexing)의 장점을 모두 활용하는 MIMO-OFDM에 기반을 둔 시스템 개발이 활발히 이루어지고 있다. 또한, 빠른 무선채널 환경에 대응하여 높은 전송률 및 양질의 데이터를 만족하기 위해서 채널 상태에 따라서 적응적으로 변조, 코딩, 부 반송파수 및 파워 할당을 달리하는 시스템 등이 결합되고 있다 . 이러한 피드백 기반 시스템은 얼마나 정확히 채널에 대한 상태정보(CSI : Channel State Information)를 지연 없이 송신기에 전달하느냐에 따라서 시스템 전체 성능이 향상 될 수 있고 저하될 수 있다. 본 논문에서는 송 · 수신단에서 서로 알고 있는 프리앰블(Preamble)을 이용하여 채널 추정과정 없이 정확한 SNR(신호 대 잡음비: Signal to Noise Ratio) 추정이 가능한 알고리즘을 제안한다. 여러 채널 환경에서 수행한 모의 실험결과, 제안 알고리즘은 기존의 프리앰블 기반 SNR 추정 알고리즘들 보다 가장 정확하게 SNR을 추정하는 것을 확인할 수 있었다. The fast growing of the number of users requires the development of reliable communication systems able to provide higher data rates. In order to meet those requirements, techniques such as Multiple Input Multiple Out (MIMO) and Orthogonal Frequency Division multiplexing (OFDM) have been developed in the recent years. In order to combine the benefits of both techniques, the research activity is currently focused on MIMO-OFDM systems. In addition, for a fast wireless channel environment, the data rate and reliability can be optimized by setting the modulation and coding adaptively according to the channel conditions; and using sub-carrier frequency, and power allocation techniques. Depending on how accurate the feedback-based system obtain the channel state information (CSI) and feed it back to the transmitter without delay, the overall system performance would be poor or optimal. In this paper, we propose a Signal to Noise Ratio (SNR) estimation algorithm where the preamble is known for both sides of the transciever. Through simulations made over several channel environments, we prove that our proposed SNR estimation algorithm is more accurate compared with the traditional SNR estimation.