OFDM 통신 시스템에서 폐 루프 위상잡음에 의한 부반송파 간 간섭에 대한 영향 분석여기

구지훈,윤하영 대한전자공학회 2018 전자공학회논문지 Vol.55 No.2

This paper shows the analysis and derivations of inter-carrier interference (ICI) caused by closed-loop phase noise on OFDM communication system. The closed loop phase is composed of carrier frequency offset and common phase noise. For realistic result, the closed-loop phase noise is measured using a commercial RF IC. Moreover, the effect of measured phase noise was analyzed in terms of CPE and CFO, respectively, and the SNR degradation due to CPE and CFO were analyzed for OFDM communication system. As a result of the analysis, it is shown that ICI by phase noise is larger by 12.3dB in a general WLAN system than that by a residual frequency offset for a received signal having a 20MHz bandwidth, 5dB SNR and 1 degree phase noise. Also, the maximum phase noise and residual frequency offset for the 10-3 BER are plotted by comparing the analyzed ICI components to the required SNR for each modulation order of IEEE802.11ax. 본 논문에서는 OFDM 통신 시스템에서 폐루프 위상잡음에 의한 부반송파간 간섭을 분석하였다. 폐루프 위상잡음은 반송파 주파수 오프셋과 공통위상잡음으로 분류하여 각각 그 영향이 분석되었다. 현실적인 실험 및 분석 결과를 위해 폐루프 위상 잡음은 5GHz 대역을 사용하는 상용 RF IC를 이용하여 측정하였다. 또한 측정된 위상 잡음의 영향을 공통위상잡음과 반송파 주파수 오프셋로 분석하였으며, 그 둘에 의한 SNR 저하를 OFDM 통신 시스템기반으로 분석 하였다. 분석 결과 통해서 20MHz 대역폭, 5dB SNR과 1˚ 위상잡음을 갖는 수신 신호에 대해서 공통위상잡음에 의한 부반송파간간섭이 잔존주파수 오프셋에 의한 성분보다 12.3dB만큼 큰 것을 보여주었다. 또, 분석된 부반송파간간섭 성분들을 IEEE802.11ax의 변조차수별 필요 SNR과 비교하여 10-3 BER을 만족하기 위한 최대 위상잡음 및 잔여주파수오프셋을 도식화 하였다.

유전체 공진기의 직접결합에 의한 K-Band 저위상잡음 발진기 설계

임은재(Eun-Jae Lim),한건희(Geon-Hee Han),이영철(Young-Chul Rhee) 한국전자통신학회 2014 한국전자통신학회 논문지 Vol.9 No.1

본 논문에서는 직접결합에 의한 저 위상잡음 유전체 공진기 설계를 위하여, 고유전율의 유전체 공진기와 마이크로스트립선로 사이의 결합계수에 대해 분석하였으며, 고유전율로 인한 Q값의 보완을 위한 병렬궤환 회로적용한 유전체 공진 발진기의 위상잡음을 분석하였다. 유전체 공진기의 위상잡음 분석과 결합계수의 분석을 통하여 고안정 유전체 공진 발진기를 최적화 설계한 결과 20.25GHz 유전체 공진 발진기의 εr = 30인 유전체 공진기를 사용한 경우 결합계수가 약 3.6의 값을 나타낼 때 20.25GHz에서 위상잡음은 –84.3dBc/Hz@1KHz를 나타냄을 확인하였다. 본 연구의 결과로 K-Band 에서도 주파수 체배 방식에 의한 위상잡음 손실을 방지하는 직접결합 설계 방안을 제시하였다. In this paper, we analysed coupling coefficient between dielectric resonator of high dielectric constant and microstrip line to design for low phase noise dielectric resonator by direct coupling. Also we analysed phase noise of dielectric resonance oscillator with parallel feedback circuit to complement Q by high dielectric constant. We obtained a result from high-stability dielectric oscillator which is optimum designed through analysis of dielectric resonance oscillator phase noise and coupling coefficient. The result is that the phase noise was –83.3dBc/Hz@1KHz at 20.25GHz when we used about 3.6 coupling coefficient and εr = 30 dielectric resonator of 20.25GHz dielectric resonance oscillator. As a result, we suggested the direct-connect design method by frequency multiplication mode to prevent phase noise loss at K-Band.

OFDM 기반의 60GHz WLAN을 위한 위상잡음 해석과 위상잡음 억제 알고리즘

김한경,안경승,백흥기,Kim Han-Kyong,Ahn Kyung-Seung,Baik Heung-Ki 한국통신학회 2005 韓國通信學會論文誌 Vol.30 No.12C

본 논문은 4세대 무선 통신방식의 하나인 OFDM 기반의 60GHz 무선 랜에서의 위상잡음의 영향에 관하여 논한다. 60 GHz 주파수 대역은 광대역 전송이 가능할 뿐만 아니라 산소에 의한 전파의 흡수감쇄가 크다는 특성 때문에 주파수 재활용에 대한 실내 무선환경에서의 무선 링크를 밀집시킬 수 있다는 장점이 있다. 그러나 낮은 주파수의 국부 발진기를 체배하거나 높은 주파수의 국부 발진기를 사용하는 경우, 발진기의 비이상적인 특성으로 인해 발생하는 위상잡음은 다중 반송파 시스템에서 공통위상 회전과 부반송파간 간섭의 원인이 된다. 이는 위상 변화에 민감한 OFDM 기반의 무선전송 시스템에 심각한 성능 저하를 발생시키는 원인이 되므로 반드시 해결해야 하는 문제이다. 본 논문에서는 시스템 구현이 용이한 위상잡음 억제 알고리듬을 OFDM 기반의 60 GHz 무선 랜 시스템에 적용하고 이에 따른 성능을 SER 측면에서 분석하였다. 60GHz 대역에서 발생하는 위상잡음 환경에서 위상잡음 억제 알고리듬을 적용한 경우, 그렇지 않은 경우에 비해 16-QAM, 64-QAM에서 각각 6dB, 7.5dB 정도의 SER 성능 향상을 보였다. We investigate the OFDM-based wireless LAN systems operating in the 60 GHz frequency band as part of the fourth-generation (4G) systems. The 60 GHz band is of much interest since this is the band in which a massive amount of spectral space has been allocated worldwide for dense wireless local communications. This paper gives an overview of 60 GHz bandchannel characteristics and an effect on phase noise. The performance of OFDM system is severely degraded by the local oscillator phase noise, which causes both common phase error and inter-carrier interference. In this paper, we apply phase noise suppression (PNS) algorithm that is easy for implementation to OFDM based 60 GHz wireless LAM system and analyze the SER performance. In case of using the PNS algorithm, SER performance is improved about 6dB, 7.5dB, respectively in 16, 64-QAM.

위상고정루프를 이용한 낮은 위상 잡음 특성을 갖는 발진기 설계 및 제작

박창현(Chang-Hyun Park),김장구(Jang-Gu Kim),최병하(Byung-Ha choi) 한국항해항만학회 2006 한국항해항만학회지 Vol.30 No.10

In this paper, we designed VCO(voltage controlled oscillator} that is composed of a dielectric resonator and a varactor diode, and the PLDRO(phase locked dielectric resonator oscillator} that is combined with the sampling phase detector and loop filter. The results at 12.05 GHz show the output power is 13.54 dEm frequency tuning range approximately +/- 7.5 MHz, and power variation over the tuning range less than 0.2 dE, respectively. The phase noise which effects on bits error rate in digital communication is obtained with -114.5 dEc/Hz at 100 kHz offset from carrier, and The second harmonic suppression is less than -41.49 dEc. These measured results are found to be more improved than those of VCO without adopting PLL, and the phase noise and power variation performance characteristics show the better performances than those of conventional PLL. 본 논문에서는 부성저항 특성을 갖는 발진기 이론을 적용하여 직렬 궤환형 유전체 공진 발전기를 구성하고 바랙터 다이오드를 삽입하여 전압 제어 유전체 공진 발진기를 제작한 후, 샘플링 위상 비교기와 루프 필터를 결합한 PLL방식을 도입하여 고안정 주파수 발생기인 위상고정 유전체 공진형 발진기를 설계 및 제작하였다 설계 제작한 PLDRO는 주파수 12.05 GHz에서 13.54 dBm의 출력 전력을 얻었으며, 이때의 주파수 가변 동조 범위는 중심 주파수에서 약 ±7.6Mhz 이며, 전력 평탄도는 0.2 dBm으로서 매우 우수한 선형 특성 결과를 얻었다. 또한 데이터 전송시 오율특성에 상당한 영향을 미치는 위상 잡음은 반송파로부터 100 kHz 떨어진 offset 지점에서 -114.5 dBc/Hz을 얻었다 고조파 억압 특성은 2 차 고조파에서 -41.49 dBc 이하의 특성을 나타내었다. 이러한 특성은 위상고정을 하기 전의 전압 제어 발진기보다 더욱 향상된 특성을 보였으며, 종전의 PLDRO보다 위상 잡음과 전력 평탄도변을 개선시킬 수가 있었다.

CMOS 링발진기의 전원 잡음에 의한 위상잡음과 Jitter 연구

박세훈,Park Se-Hoon 한국정보통신학회 2006 한국정보통신학회논문지 Vol.10 No.2

전원 잡음에 의한 링발진기의 위상잡음과 jitter의 모델을 제시하고 시뮬레이션을 수행하여 모델의 타당성을 확인하였다. 링발진기의 전원 잡음은 협대역 위상변조에 의해 중심 주파수 양측면에 잡음 주파수만큼 간격을 두고 출력 잡음 신호가 나타나는 위상잡음으로 나타났다. 또한 전원 잡음에 의한 jitter의 선형 모델을 제시하였고, 시뮬레이션에 의해 jitter가 잡음 진폭의 크기에 비례하여 발생하는 것을 확인하였다. Models for the phase noise and jitter of the ring oscillator with the power supply noise are suggested and verified by simulations. The power supply noise is converted into the phase-noise by the narrow band phase modulation. The phase-noise appears as sideband frequencies apart from the center frequency of the ring oscillator as much as the frequency of the power supply noise. A jitter model describing the linear relation of jitter with the amplitude of the power supply noise is suggested and verified by simulation.

OFDM 통신시스템에서의 위상잡음의 비선형 특성분석

이현석,유흥균 충북대학교 컴퓨터정보통신 연구소 2002 컴퓨터정보통신연구 Vol.10 No.2

본 논문에서는 국부발진기에서 발생하는 위상잡음이 다중반송파 OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing) 통신시스템 성능에 미치는 영향에 대해 연구하였다. 국부 발진기로는 통신 시스템에 주로 사용되는 PLL(Phase Locked Loop) 주파수 합성기를 고려하여 위상잡음을 분석하였고, OFDM 통신시스템의 정확한 분석을 위해 위상 잡음의 2차항을 고려한 비선형 근사방법을 이용하였다. 해석적 방법에 의한 BER 성능분석 결과와 QPSK와 16QAM변조를 사용하는 OFDM 통신시스템의 시뮬레이션 결과가 동일함을 보였다. 성능평가 척도로 위상잡음이 있을 때의 SNR을 구하였고, 위상잡음 분산값이 각각 0.005, 0.008, 그리고 0.012 일 때, BER=10^(-4)을 만족하기 위한 SNR은 위상 잡음이 없을 때에 비해 QPSK 변조방식에서는 약0.6dB, 1.0dB, 그리고 1.7dB, 16QAM 변조방식에서는 약 1.9dB, 3.2dB, 그리고 6.7dB 정도의 손실이 발생함을 확인하였다. 또한 QPSK-OFDM 통신 시스템에서는 위상잡음 분산이 0.02 이상이 되면 Error Floor가 생겨서 BER 성능이 악화된다. Effects of phase noise generated in the local oscillator on the OFDM communication system are studied and analyzed when the commercial components of the PLL are used for more practical analysis. For the detailed analysis of OFDM system, we present a novel approach of the nonlinear approximation including the second order term of phase noise. Analytical BER results closely matches with the simulation results of the OFDM communication system employing QPSK and 16QAM modulation. SNR with phase noise is found for the performance evaluation. It can be shown that SNR to meet the BER= 10^(-4) in AWNG channel experiences the power penalty by about 0.6dB, 1.0dB and 1.7dB in QPSK scheme and about 1.9dB, 3.2dB and 6.7dB in 16QAM scheme than the OFDM communication system without the phase noise. Also, BER performance of QPSK-OFDM communication system is considerably degraded because of the BER error floor if the phase noise variance becomes greater than 0.02.

상관형 위상비교 방향 탐지의 고도차에 대한 방위각 오차분석

김영호,임중수,채규수,김기출 한국융합학회 2015 한국융합학회논문지 Vol.6 No.5

본 논문에서는 상관형 위상비교(correlative interferometer) 방향탐지의 방위각 오차에 대해서 기술하였 다. 상관형 위상비교 방식은 잡음이 없는 이상적인 환경에서 계산한 위상과 잡음이 있는 실제 환경에서 측정한 위상 을 상호 비교하여 상관계수가 가장 큰 방위각을 전파 발신기의 방향으로 추정하는 방식이다. 5개의 안테나를 원형으 로 배치하는 원형 배열안테나(circular array antenna)를 이용하여 각 안테나 사이의 상관함수를 유도하여 잡음에 의한 방향탐지 오차를 유도하였다. 이 방법은 잡음에 대한 방탐오차가 매우 작고, 특히 전파 발사체와 방향탐지 장 치의 고도 차이가 큰 경우에도 방향탐지 오차가 작은 것으로 나타났다. In this paper, we present an azimuth error analysis for the correlative interferometer direction finding. The correlative interferometer is a direction finding method that compares the theoretical and measured phase differences. The direction of the radio transmitter can be estimated by obtaining the maximum correlation between two data sets. We used a 5-element circular array antennas arranged in a circle. To derive the correlation function between antenna elements, we assume that the incident plane wave arrives from a certain angle and the phase difference of each antenna can be derived by comparing with the reference. The suggested direction finding gives a relatively accurate result even if the radio transmitter is located in the higher altitude.

위상잠금 열영상 현미경의 온도분해능 분석

김기석,이계승,김건희,허환,김동익,장기수,Kim, Ghiseok,Lee, Kye-Sung,Kim, Geon-Hee,Hur, Hwan,Kim, Dong-Ik,Chang, Ki Soo 한국비파괴검사학회 2015 한국비파괴검사학회지 Vol.15 No.1

본 연구에서는 기존의 열영상 측정 장치에 비해 위상잠금기법을 채용한 열영상 측정 장치의 온도분해능이 얼마나 향상될 수 있는지를 평가하기 위해 흑체시스템과 마이크로 레지스터 시편을 이용한 실험을 수행하여 개선된 온도분해능을 확인하였다. 일반적으로 적외선 열영상 측정 장치의 노이즈 수준 또는 온도분해능은 연속적으로 측정된 열영상의 픽셀별 온도의 평균과 각각의 측정값의 편차에 대한 제곱의 평균으로 정의되는 잡음등가온도차(noise equivalent temperature difference, NETD)라는 척도를 이용하여 평가되고 있다. 하지만 위상잠금 열영상 기법을 적용하면 더욱 편리한 방법을 이용할 수 있는데 이는 측정된 열영상 신호의 위상과는 무관한 온도의 진폭에 관한 정보를 이용하는 것이다. 연구결과를 통해 알 수 있듯이, 위상잠금 기법을 적용하게 되면 측정된 신호의 온도분해능 성능을 보여주는 잡음등가온도차가 크게 향상되었으며 이는 위상잠금기법이 내부적으로 수행하는 평균화 작업과 필터링 기능 때문인 것으로 판단되고 있다. In this study, we analyzed and showed the enhanced thermal resolution of a lock-in infrared thermography system by employing a blackbody system and micro-register sample. The noise level or thermal resolution of an infrared camera system is usually expressed by a noise equivalent temperature difference (NETD), which is the mean square of the deviation of the different values measured for one pixel from its mean values obtained in successive measurements. However, for lock-in thermography, a more convenient quantity in the phase-independent temperature modulation amplitude can be acquired. On the basis of results, it was observed that the NETD or thermal resolution of the lock-in thermography system was significantly enhanced, which we consider to have been caused by the averaging and filtering effects of the lock-in technique.

간단한 2차원 오실레이터의 임펄스열 응답에 관한 3가지 위상편이 모델의 평가

전만영,Jeon, Man-Young 한국전자통신학회 2014 한국전자통신학회 논문지 Vol.9 No.8

본 연구에서는 시간영역 위상잡음 이론의 기초가 되는 기존 3가지 위상편이 모델의 모델링 정확도를 평가한다. 평가를 위해 간단한 2차원 오실레이터의 위상편이 임펄스열 응답을 이 3가지 위상편이 모델이 얼마나 정확하게 모델링 하는지를 조사한다. 평가 결과, 5가지 임펄스열 입력에 대해서 오실레이터의 위상편이 임펄스열 응답을 가장 정확하게 반영하는 모델은 Kaertner 모델이었고 가장 부정확하게 모델링하는 모델은 PP 모델이었다. This study evaluates the modeling accuracy of the existing three phase shift models on which the time domain oscillator phase noise theories are based. For the evaluation, this study investigates how accurately the three models can model the phase shift impulse train response of a simple planar oscillator. Evaluation result reveals that Kaertner model most accurately reflects the oscillator's phase shift impulse train responses for five different impulse train inputs, whereas PP model exhibited the worst performance in modeling the phase shift impulse train responses.

위상잠금 열영상 현미경의 온도분해능 분석

김기석(Ghiseok Kim),이계승(Kye-Sung Lee),김건희(Geon-Hee Kim),허환(Hwan Hur),김동익(Dong-Ik Kim),장기수(Ki Soo Chang) 한국비파괴검사학회 2015 한국비파괴검사학회지 Vol.35 No.1

본 연구에서는 기존의 열영상 측정 장치에 비해 위상잠금기법을 채용한 열영상 측정 장치의 온도분해능이 얼마나 향상될 수 있는지를 평가하기 위해 흑체시스템과 마이크로 레지스터 시편을 이용한 실험을 수행하여 개선된 온도분해능을 확인하였다. 일반적으로 적외선 열영상 측정 장치의 노이즈 수준 또는 온도분해능은 연속적으로 측정된 열영상의 픽셀별 온도의 평균과 각각의 측정값의 편차에 대한 제곱의 평균으로 정의되는 잡음등가온도차(noise equivalent temperature difference, NETD)라는 척도를 이용하여 평가되고 있다. 하지만 위상잠금 열영상 기법을 적용하면 더욱 편리한 방법을 이용할 수 있는데 이는 측정된 열영상 신호의 위상과는 무관한 온도의 진폭에 관한 정보를 이용하는 것이다. 연구결과를 통해 알 수 있듯이, 위상잠금 기법을 적용하게 되면 측정된 신호의 온도분해능 성능을 보여주는 잡음등가온도차가 크게 향상되었으며 이는 위상잠금기법이 내부적으로 수행하는 평균화 작업과 필터링 기능 때문인 것으로 판단되고 있다. In this study, we analyzed and showed the enhanced thermal resolution of a lock-in infrared thermography system by employing a blackbody system and micro-register sample. The noise level or thermal resolution of an infrared camera system is usually expressed by a noise equivalent temperature difference (NETD), which is the mean square of the deviation of the different values measured for one pixel from its mean values obtained in successive measurements. However, for lock-in thermography, a more convenient quantity in the phase-independent temperature modulation amplitude can be acquired. On the basis of results, it was observed that the NETD or thermal resolution of the lock-in thermography system was significantly enhanced, which we consider to have been caused by the averaging and filtering effects of the lock-in technique.