무선 통신 시스템의 전력 모델을 이용한 비트당 최소 에너지

최재훈(Jae-Hoon Choi),조병각(Byung Gak Jo),백광훈(Gwang Hoon Baek),유흥균(Heung-Gyoon Ryu) 한국전자파학회 2011 한국전자파학회논문지 Vol.22 No.12

본 논문은 RF power model과 주파수 대역의 특성을 이용한 비트 당 에너지와 전송량과의 관계를 시스템 대역폭의 변화에 따라 분석한 논문이다. 기존에 제안된 RF power model은 각각의 디바이스의 소모 전력을 수식적으로 표현한 것이다. 이 전력 모델에 고려된 요소는 시스템의 전송 대역과 PAR, 데이터 전송량, 변조 레벨, 전송, 전송 거리 등이다. 본 논문에서는 이러한 영향을 고려하여 RF power model과 주파수 대역의 특성을 이용한 비트당 에너지와 전송량의 관계를 시스템 대역폭의 변화에 따라 분석하였다. Shannon capacity 공식과 신호의 SNR에 대한 식, 그리고 RF power model의 소모 전력을 이용하여 해당 주파수에서의 소모 전력을 구하고, Gbps급 데이터 속도에 따른 비트 당 에너지의 최소 값을 찾기 위한 시뮬레이션을 진행하였다. In this paper, we analyze the relationship between energy per bit and the data rate with the variation of the system bandwidth. A existing power model is mathematical model to express power consumption of each device. In this paper, we have to investigate the system level energy model for the RF front-end of a wireless transceiver. Also, the effects of the signal bandwidth, PAR, date rate, modulation level, transmission distance, specific attenuation of frequency band, and the signal center frequency on the RF front-end energy consumption and system capacity are considered. Eventually, we analyze the relationship between energy per bit and the data rate with the variation of the system bandwidth so that we simulate the minimum energy per bit in the several Gbps data rate using Shannon capacity theory.

무선 간섭 제거 중계기에서 적응형 위상 잡음 보상기 연구

정해성(Haeseong Jeong),백광훈(Gwang Hoon Baek),유흥균(Heung-Gyoon Ryu) 한국전자파학회 2011 한국전자파학회논문지 Vol.22 No.4

본 논문에서는 위상 잡음 분석과 성능 평가를 통한 OFDM 기반의 새로운 무선 간섭 제거 중계기를 제안한다. 최근 무선 중계기에 관련된 많은 연구가 진행되고 있다. 이전의 연구는 단지 궤환 신호를 제거하는 알고리즘에 관한 것이었다. 하지만, 무선 중계기 시스템에서는 up/down 컨버터에 위상 잡음의 영향이 존재한다. 무선 중계기 시스템에서 위상 잡음의 영향이 있게 되면 시스템 성능은 매우 열화될 것이다. 따라서, 무선 중계기 시스템에서는 위상 잡음을 효과적으로 제거할 수 있는 위상 잡음 보상기가 필요하다. 따라서, 본 논문에서는 위상 잡음의 영향을 효과적으로 제거할 수 있는 OFDM 기반의 적응형 위상 잡음 보상기를 제안한다. 간섭을 효과적으로 제거하기 위해서, 무선 중계기 시스템에 적응형 위상 잡음 보상기를 적용한다. 본 논문에서 제안하는 적응형 위상 잡음 보상기를 통해서 위상 잡음의 영향을 효과적으로 제거한다. 또한, OFDM 기반 무선 중계기 시스템에서 발생되는 위상 잡음의 영향을 분석한다. 변조 방식이 4QAM이고 위상 잡음의 전력이 ?15 ㏈c, 위상 잡음의 cutoff 주파수가 100 ㎑인 경우에, 제안된 알고리즘의 BER 성능은 10<SUP>-4</SUP>에서 적응형 등화기를 사용하고 위상 잡음 보상기를 사용하지 않은 경우보다 4 ㏈ 정도 더 좋다. In this paper, we study a novel wireless interference cancellation system(ICS) repeater based on OFDM system with phase noise analysis and performance evaluation. Recently, there were many researches about wireless repeater. The previous study is just considering the feedback channel cancellation algorithm. But, in wireless repeater system, the phase noise effect can exist at up and down converter of wireless repeater. In wireless repeater system, if there are phase noise effects, the performance of system will get worse. So, the phase noise compensator is needed in wireless repeater. Therefore, we propose adaptive phase noise compensator based on OFDM system in order to effectively cancel phase noise. In order to cancel interference, we adapt adaptive phase noise compensator in wireless repeater system. The adaptive phase noise compensator compensates phase noise effect. Therefore, in this paper, we analyze phase noise of wireless repeater based on OFDM system. In this paper, when phase noise power is ?15 ㏈c and phase noise cutoff frequency is 100 ㎑ at 4QAM, the BER performance of propose algorithm is better about 4 ㏈ than with adaptive equalizer and without phase noise compensator at 10<SUP>-4</SUP>.

재밍 채널에서 고속 통신을 위한 주파수 도약 SC-FDMA 통신 시스템의 성능 분석과 보상

김장수(Jangsu Kim),조병각(Byung Gak Jo),백광훈(Gwang Hoon Baek),유흥균(Heung-Gyoon Ryu) 한국전자파학회 2009 한국전자파학회논문지 Vol.20 No.6

OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing) 시스템은 고속의 데이터 전송에 유리한 통신 방식이다. 하지만 OFDM 시스템은 높은 PAPR(Peak to Average Power Ratio)이 문제이다. PAPR 저감을 위한 방법으로 DFT(Discrete Fourier Transform)-spread 방식의 SC-FDMA(Single-Carrier Frequency Division Multiple Access) 기술이 제안되었으며, 큰 관심을 받고 있다. 본 논문에서는 재머나 의도적인 간섭에 취약한 OFDM 방식의 단점을 보안하기 위해 스펙트럼 확산 방식 중 하나인 FH(Frequency Hopping) 방식을 도입하였고, 부분 대역 재밍과 톤 재밍이 있는 채널 환경에서 FH 방식의 SC-FDMA 시스템의 성능을 비교 분석한다. 그리고, SC-FDMA 방식은 ICI(Inter sub-Carrier Interference)에 민감한데, 특히 주파수 오프셋이나 위상 잡음에 의해 발생하는 ICI는 시스템 성능을 열화시킨다. 본 논문에서는 DFT-spread OFDM을 기반으로 하는 SC-FDMA 기술에 PNFS(Phase Noise and Frequency offset Suppression) 알고리즘을 적용한 등화기를 사용하여 위상 잡음이나 주파수 오프셋 등에 의해 발생하는 ICI의 영향을 분석하고, 보상한다. 컴퓨터 시뮬레이션을 통하여 성능 개선을 확인하였다. FH system is very robust to the jamming interference. OFDM system is very good for the high speed communication system. But, it has high PAPR. SC-FDMA system based on DFT-spread OFDM was proposed to reduce high PAPR. Therefore, in this paper, we like to introduce the FH system into SC-FDMA system, which can be best solution to the jamming hostile environment and for the high power efficiency. Also, OFDM is very sensitive to ICI. Especially, ICI generated by frequency offset and phase noise breaks the orthogonality among sub-carriers, which seriously degrades the system performance. We analyze the performance of the FH SC-FDMA system in the PBJ and MTJ channel. In this paper, the ICI effects caused by phase noise, frequency offset and Doppler effects are analyzed and we like to propose the PNFS algorithm in the equalizer to compensate the ICI influences. Through the computer simulations, we can confirm the performance improvement.

수신기 포함 폐루프 전치왜곡기 설계와 성능 평가

복준영(Junyeong Bok),조병각(Byung Gak Jo),백광훈(Gwang Hoon Baek),유흥균(Heung-Gyoon Ryu) 한국통신학회 2012 韓國通信學會論文誌 Vol.37 No.10C

고전력 증폭기의 비선형 특성은 통신 시스템의 성능을 저하시키는 주요한 요인이다. 일반적인 전치왜곡기는 고전력 증폭기의 비선형 문제를 효과적으로 보상가능 하다. 그러나 고속 데이터 전송 시에 발생되는 메모리 효과는 보상하지 못하는 문제점이 있다. 메모리 효과를 효과적으로 보상하기 위해서 송신 단에서 다양한 적응형 전치왜곡기 방식이 제안되었다. 위성 통신 시스템에서는 기존의 적응형 전치왜곡기를 사용하기 위해서는 위성에 적응형 회로를 설계해야 되는 부담이 있다. 본 논문에서는 메모리 효과를 가진 고전력 증폭기의 비선형 문제를 보상하기 위해서 수신기 포함 폐루프 전치왜곡기를 제안한다. 제안한 시스템은 위성에서 전치왜곡기를 사용하지 않고 지상국에서만 전치왜곡기를 사용함으로써 위성의 복잡도와 설계비용을 낮출 수 있을 것으로 예상된다. The receiver performance is degraded by nonlinear memory problem in communication system. The pre-distorter techniques are an effective technique to compensate for the nonlinear distortion of the HPA without memory effects. However, memory effect of HPA can no longer be ignored when data signal is transmitted in high speed. Many adaptive pre-distorter schemes have been studied to compensate for memory effect problem of HPA in transmitter. The complexity and cost of satellite will increase when using adaptive pre-distorter in satellite communication system. In this paper, we propose receiver feedback closed loop pre-distortion technique in order to compensate for nonlinear problem of HPA with memory problem. The purpose of this paper is to reduce complexity and cost of satellite design by using only pre-distorter at terrestrial station.

톤 제어 방식의 CI/OFDM 통신 시스템 설계와 IMD 저감을 이용한 BER 성능 향상

김선애(SeonAe Kim),이일진(Il-Jin Lee),백광훈(Gwang Hoon Baek),유흥균(Heung-Gyoon Ryu) 한국통신학회 2009 韓國通信學會論文誌 Vol.34 No.5C

OFDM(orthogonal frequency division multiplexing)은 높은 데이터 전송률과 고속의 데이터 전송에 매우 효과적인 시스템이다. 그러나 높은 PAPR(peak to average power ratio) 때문에 송신기의 비선형 HPA(high power amplifier)에서 비선형 왜곡이 되어 통신성능이 매우 나빠진다. 본 논문에서는 통신 성능을 개선하기 위하여 비선형 왜곡에 의한 IMD(inter-modulation distortion)를 저감 기법을 기반으로 하는 톤 제어 방식의 CI/OFDM (tone-controlled carrier interferometry orthogonal frequency division multiplexing)을 제안한다. 톤 제어 방식의 CI/OFDM 시스템은 CI/OFDM 시스템의 각 데이터 심볼마다 추가로 컨트롤 톤을 삽입하여 비선형의 영향을 미치는 PAPR과 IMD를 감소시켜 비선형에 보다 잘 대처할 수 있는 방법이다. 그러므로, PAPR 저감을 기반으로 한 기존의 방법보다 BER(bit error rate) 성능을 더 향상시킴을 보인다. OFDM(orthogonal frequency division multiplexing) is very effective forhigh data rate transmission system. However, communication performance becomes worse because of nonlinear distortion resulting from the PAPR. In this paper, we like to propose a tone-controlled CI/OFDM system including the IMD (inter-modulation distortion) reduction method in order to improve the BER performance. In this tone-controlled CI/OFDM system, control tone is additionally inserted in each data symbol of CI/OFDM system to make the CI/OFDM lower the PAPR and robust to nonlinear distortion. So, tone-controlled CI/OFDM using the IMD reduction method shows better BER (bit error rate) performance than methods based on PAPR reduction.

HPA의 비선형 위상 왜곡을 고려한 타입기반 군 지연 등화기

김용국(Yongguk Kim),조병각(Byung Gak Jo),백광훈(Gwang Hoon Baek),유흥균(Heung-Gyoon Ryu) 한국통신학회 2012 韓國通信學會論文誌 Vol.37 No.10C

본 논문에서는 비선형 전력증폭기(PA:power amplifier)의 AM/PM 비선형 왜곡특성을 포함하는 군 지연을 보상하는 새로운 등화기를 제안한다. 군 지연 특성은 각 주파수 성분에 따라 서로 다르게 나타나는 상수가 아닌 비선형 시간지연이다. 전력증폭기에서 발생되는 AM/PM 특성으로 인한 위상 왜곡 현상은 군 지연을 증가시키는 주요한 요인이다. 이러한 군 지연 왜곡으로 신호 성상도에서 신호는 퍼지면서 회전하게 된다. 위와 같은 문제점을 고려하여 각 주파수 성분에 따라 다르게 나타나는 비선형 시간지연을 정적인 군지연으로 구분하고, PA의 AM/PM 특성인 입력신호 크기에 따라서 위상 천이가 다르게 발생하는 것을 동적인 군 지연으로 구분한다. 정적인 군 지연은 주파수 영역에서 Type-Based 방법으로 위상 왜곡을 추정 및 보상하고 동적인 군 지연은 시간영역에서 위상회전을 보상한다. 제안된 군 지연 보상기법으로 전력증폭기의 AM/PM 특성을 포함한 군 지연 특성을 충분히 보상할 수 있음을 확인하였다. In this paper, we propose a novel equalizer to compensate for the group delay including AM/PM nonlinear distortion characteristics by the nonlinear power amplifier (PA). The group delay characteristic is a nonlinear non-constant time delay that appears differently depending on each frequency component. The phase distortion by AM/PM characteristics arising from the power amplifier is a major factor to increase group delay. By the group delay distortion, the signal in the constellation expands and is rotated. Considering the problem mentioned above, the nonlinear time delay that appears differently depending on each frequency component is classified as a static group delay and AM/PM characteristic of PA, the different phase transitions depending on the size of input signal as a dynamic group delay. Static group delay estimates and compensate for phase distortions in the frequency domain with type-based method and dynamic group delay compensates for phase rotation in the time domain. We confirmed that the group delay compensation techniques were enough to compensate the group delay characteristics including AM/PM characteristics of the power amplifier.

PTS 방식의 OFDM 통신 시스템에서 IMD 저감 기법의 복잡도와 계산량 저감

김선애(SeonAe Kim),이일진(Il-Jin Lee),백광훈(Gwang Hoon Baek),유흥균(Heung-Gyoon Ryu) 한국통신학회 2009 韓國通信學會論文誌 Vol.34 No.8

낮은 계산 복잡도를 갖는 Linear Prediction 기반의 SNR 추정 기법

김선애(Seon Ae Kim),조병각(Byung Gak Jo),백광훈(Gwang Hoon Baek),유흥균(Heung-Gyoon Ryu) 한국전자파학회 2009 한국전자파학회논문지 Vol.20 No.12

채널의 상태가 시간에 따라 수시로 변하는 전송 환경에서 수신된 신호에 대한 잡음 비를 추정하는 것이 중요하다. 대부분의 SNR 추정기는 MF(Matched Filter) 후 수신된 샘플로 추정이 이루어진다. 하지만 이런 기법들은 무선 통신에서 채널의 상태에 민감한 특성을 갖는다. 하지만 수신기의 front-end에서 모아진 데이터들을 이용하는 선형 예측(LP: Linear Prediction) 기법을 기반으로 하는 신호 대 잡음 비 추정 알고리즘은 이에 비해 안정된 성능을 보인다. 본 논문에서는 LP 기반의 SNR 추정기를 소개하고, 기존의 LP 기법 기반으로 하는 SNR 추정 알고리즘의 계산 복잡도를 줄이기 위한 새로운 기법을 제안한다. 본 논문에서 제안하는 알고리즘은 Linear Prediction 오차를 구하는 과정에서 순방향 오차와 그 conjugate 값을 이용하여 SNR 추정 과정을 보다 간단하게한다. It is very important to estimate the Signal to Noise Ratio(SNR) of received signal in time varying channel state. Most SNR estimation techniques derive the SNR estimates solely from the samples of the received signal after the matched filter. In the severe distorted wireless channel, the performance of these estimators become unstable and degraded. LP-based SNR estimator which can operate on data samples collected at the front-end of a receiver shows more stable performance than other SNR estimator. In this paper, we study an efficient SNR estimation algorithm based on LP and propose a new estimation method to decrease the computation complexity. Proposed algorithm accomplishes the SNR estimation process efficiently because it uses the forward prediction error and its conjugate value during the linear prediction error update. Via the computer simulation, the performance of this proposed estimation method is compared and discussed with other conventional SNR estimators in digital communication channels.