MIMO-OFDM 시스템을 위한 효율적인 파이프라인 FFT 프로세서의 설계

이상민(Sangmin Lee),정윤호(Yunho Jung),김재석(Jaeseok Kim) 한국통신학회 2007 韓國通信學會論文誌 Vol.32 No.10C

본 논문에서는 송수신 안테나가 각각 4개인 MIMO-OFDM 시스템을 위한 효율적인 FFT 프로세서 구조를 제안한다. MIMO-OFDM 시스템의 기본은 다중 데이터 패스의 전송이므로 기존의 SISO-OFDM 시스템의 FFT 프로세서를 MIMO-OFDM 시스템에 그대로 적용하면 하드웨어 복잡도가 데이터 패스의 수에 선형적으로 증가하게 된다. 따라서 MIMO-OFDM 시스템에 맞도록 저면적의 다채널 FFT 프로세서가 요구된다. 제안된 FFT 프로세서는 다채널 MDC구조를 갖기 때문에 MIMO-OFDM 시스템의 다중 데이터 패스를 효과적으로 처리할 수 있으며, mixed radix 기법을 통한 효율적인 radix 분해를 이용하여 비단순 승산의 수를 감소시켰다. 제안된 구조를 갖는 FFT 프로세서는 HDL을 사용하여 설계된 후 0.18㎛ CMOS 셀 라이브러리를 이용하여 설계되었다. 논리합성 결과, 4채널 radix-4 Multipath Delay Commutator (R4MDC) FFT 프로세서와 비교시 약 25%의 하드웨어가 감소함을 확인하였다. FFT 프로세서는 전체 MIMO-OFDM 시스템에서 약 30% 정도를 차지하는 커다란 블록이기 때문에, 제안된 FFT프로세서는 MIMO-OFDM 시스템의 하드웨어 복잡도를 감소시키는데 큰 공헌을 할 수 있다. This paper proposes an area-efficient pipeline FFT processor for MIMO-OFDM systems with four transmitting and four receiving antennas. Since the MIMO-OFDM system transmits multiple data streams, the complexity for the MIMO-OFDM system with a single-channel FFT processor increases linearly with the increase of the number of transmit channels. The proposed FFT processor is based on multi-channel structure, and therefore it can efficiently support multiple data streams. With the mixed radix algorithm, the number of non-trivial multiplications of the proposed FFT processor is decreased. The proposed FFT processor is synthesized with CMOS 0.18㎛ process and reduces the logic gates by 25% over a 4-channel Radix-4 multi-path delay commutator (R4MDC) FFT processor. Since the MIMO-OFDM FFT processor is one of the largest modules in the systems, the proposed FFT processor will be a vast contribution improvement to the low complexity design of MIMO-OFDM systems.

MIMO-OFDM 시스템에서 다중사용자 다이버시티 기술의 성능분석

장기(Ke Zhang),서희종(Hee-Jong Suh) 한국전자통신학회 2019 한국전자통신학회 논문지 Vol.14 No.6

본 논문에서는 OFDM과 MIMO 기술의 응용을 기술하고, 이 기술이 고속인 무선이동통신에 적합함을 설명하 였다. OFDM 변조기, 복조기와 MIMO-OFDM 시스템을 블록화하여 설명하였다. MIMO-OFDM 시스템에서 다이버시티 기술을 연구하고 성능을 분석하였다. 이 성능분석을 위해서 모의실험을 하였다. In this paper, we introduce the combination of OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing) and MIMO(Multiple-Input Multiple-Output) technology, and explain that this combination seems to be very preferable when designing very high-rate wireless mobile systems. The application of OFDM, with the block diagrams of an OFDM modulator and demodulator and a MIMO-OFDM system, are described. The several diversities are studied at the receiver, analyzed the performances of diversity in OFDM-MIMO system and simulated results.

주파수 선택적 페이딩 채널에서 반송파 간섭 부호를 이용한 고성능 MIMO-OFDM 시스템의 성능분석

서완우,정연호,Seo Wan-woo,Chung Yeon-ho 한국정보통신학회 2005 한국정보통신학회논문지 Vol.9 No.8

MIMO (Multiple put Multiple Output) 시스템은 공간적으로 분리된 안테나를 이용하여 공간 다이버시티 이득을 제공하는 고성능, 고용량의 광대역 무선 접속 기술이다. 본 논문에서는 주파수 다이버시티의 이득을 제공하는 다중 반송파 부호 기술인 반송파 간섭 부호 (Carrier Interferometry Code)를 MIMO-OFDM 시스템에 적용하여 성능을 추가적으로 개선하는 반송파 간섭 부호 기반의 MIMO-OFDM 시스템을 제안한다. SPW 시뮬레이션 플랫폼을 이용한 시뮬레이션 분석 결과에 의하면 주파수 선택적 페이딩 채널 환경에서 기존의 MIMO-OFDM 시스템 보다 반송파 간섭 부호를 적용한 MIMO-OFDM 시스템의 성능이 높은 채널 지연 환경에서도 약 4dB까지 개선됨을 알 수 있었다. MIMO system takes advantage of the spatial diversity obtained by spatially separated antennas for high- performance and high-capacity broadband wireless access. In this paper, we propose Carrier Interferometry coded MIMO-OFDM system (MIMO-CI/OFDM) which provides frequency and spatial diversity. One combined diversity gains featly improve the performance of OFDM systems. To perform a performance analysis, we have used SPW platform that provides an easy tool to analyze the performance. The results show that the performance of MIMO-CI/OFDM shows an approximately 4dB gain over the MIMO-OFDM even in highly frequency selective fading channels.

MIMO-OFDM 시스템에서 간략화된 PAR 감쇄 기법

송형규,국형준,Song Hyoung-Kyu,Kook Hyung-Joon 한국통신학회 2005 韓國通信學會論文誌 Vol.30 No.12C

MIMO-OFDM 시스템은 차세대 무선 통신 시스템의 성능을 높일 수 있는 효과적인 기술로 고려되어 지고 있다. 이러한 이유로 본 논문에서는 고속 통신에 용이한 VBLAST가 적용된 OFDM 시스템을 고려하였다. OFDM 전송 방식은 고속의 전송률 및 페이딩 극복 특성이 우수한 반면에 높은 PAR 특성으로 인한 문제점을 가지고 있다. 이러한 문제점은 IFFT 수행시 동일 위상의 확률적인 가산으로 인해 시간 축에서 peak power가 발생되기 때문이다. 현재까지 이러한 문제점을 해결하기 위하여 다양한 PAR 감쇄 기법들이 개발되었고, 그 중 스크램블링 기법이 가장 대표적인 방식으로 사용되어진다. 기존적 스크램블링 방식은 단일 안테나 시스템에 적합하도록 설계되어 있어 다중안테나 시스템에 적용할 경우 매우 복잡한 처리과정을 야기한다. 본 논문에서는 스크램블링 방식 중 구현의 용의성을 고려한 방법인 SLM 방식을 이용하여 MIMO-OFDM 시스템에서의 효율적인 PAR 감쇄 기법을 제안한다. 제안된 기법은 사이드 정보를 매우 정확하게 검출해 낼 수 있어 전체적인 시스템의 성능에 향상을 가져온다. A combining of MIMO signal processing with OFDM is regarded as a promising solution of enhancing the performance of next generation wireless system. Therefore, in this paper, an OFDM-based wireless system employing layered space-time architecture is considered for a high-rate transmission. In the MIMO-OFDM system, we evaluate the PAR performance using the SLM approaches. The investigated SLM scheme for MIMO-OFDM signals selects the transmitted sequence with lowest average PAR over all transmitting antennas and retrieves the side information very accurately at the expense of a slight degradation of the PAR performance. The low probability of false side information can improve the overall detection performance of the MIMO-OFDM system with erroneous side information compared to the ordinary SLM approache, respectively. Also, we provide closed form of the average BER performance in MIMO-OFDM system using analytic approach.

MIMO-OFDM에서 PAPR 저감 및 사전 왜곡기에 의한 HPA의 전력 효율 개선

NGO THI THU TRANG,한태영,김남 한국콘텐츠학회 2005 한국콘텐츠학회논문지 Vol.5 No.1

In this paper, we evaluate the peak-to-average power ratio (PAPR) performance in a space-time block code (STBC) multi-input multi-output orthogonal frequency division multiplexing (MIMO-OFDM) system using selected mapping (SLM) and partial transmit sequences (PTS) approaches. SLM and PTS methods are used to decrease the nonlinear distortion and to improve the power efficiency of the nonlinear high power amplifier(HPA) in the MIMO-OFDM system. In simulation result, when compared with the existing MIMO-OFDM system using QPSK, the PTS method reduces the PAPR about 5 dB while the SLM method can reduce about 3.5 dB. Also, we find the BER performance of the MIMO-OFDM system with and without the predistorter in front of the HPA. When the predistorter is used, the input back-off (IBO) of 4 dB is required in the PTS method, and IBO of 6 dB in the SLM method to closely conform to the linear amplifier. If the method of improving the PAPR is not used, the value of IBO of 8 dB is required. 본 논문에서는 SLM(selective mapping)과 PTS(partial transmit sequence) 방식을 이용한 STBC MIMO-OFDM(space-time block code multi-input multi-output orthorgonal frequency division multiplexing) 시스템의 PAPR(peak-to-average power ratio) 성능을 분석한다. MIMO-OFDM 시스템에서 SLM과 PTS 방식은 비선형왜곡을 줄이고 비선형 HPA(high power amplifier)의 전력효율을 개선하기위해 사용된다. 시뮬레이션 결과에서는 QPSK를 사용한 기존의 MIMO-OFDM 시스템과 비교하였을때, SLM의 PAPR이 3.5dB 정도 줄어드는 동안 PTS는 5dB 정도 감소되는 결과를 볼 수 있다. 또한, HPA의 앞단에 사전왜곡기의 유무에 따른 MIMO-OFDM 시스템의 BER 성능을 분석해 본 결과 사전 왜곡기를 사용하였을 때 선형 증폭기에 근접하기 위해서 SLM 방식에서 6dB IBO(input backoff)가 요구되고 PTS 방식에서는 4dB가 요구됨을 확인하였다. PAPR을 개선하는 방식을 사용하지 않으면 8dB의 IBO가 필요하다.

다중 사용자 환경에서 빔 형성기와 결합된 Space-Time decoder을 가진 MIMO-OFDM 시스템의 성능

김찬규,Kim Chan-Kyu 한국통신학회 2006 韓國通信學會論文誌 Vol.31 No.8A

이 논문에서는 다중 사용자 환경에서 MIMO(Multi-Input Multi-Out)-OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing)시스템의 성능 향상을 위해 빔 형성기와 결합된 space-time decoder를 가진 새로운 시스템 구조와 이 구조에 적합한 적응 빔 형성기법을 제안한다. MIMO-OFDM시스템에서 Nr 개의 안테나를 가진 수신기에 송신안테나 수(Nt)와 동일한 수의 빔 형성기를 설치함으로서 이 빔 형성기에 의해 CCI(cochannel interference)가 제거된 Nt개의 신호들이 출력되고 출력된 신호들은 space-time decoding 되어 diversity 이득을 얻을 수 있다. 따라서 CCI가 있는 다중 사용자 환경에서 제안된 MIMO-OFDM 시스템의 성능은 크게 향상된다. MIMO-OFDM 시스템에 제안된 적응 빔 형성기법과 결합된 S-T coding기법을 적용할 경우 수렴특성과 성능 개선 효과를 모의 실험을 통하여 확인한다. In this paper, the new technique combining beamforming with space-time coding is proposed for an orthogonal frequency division multiplexing(OFDM) system with multi-input multi-output(MIMO). When MIMO-OFDM system is employing Nt(the number of transmitterantenna) beamfomers and one S-T decoder at Nr receiver antennas, Nt signals removed CCI are outputted at the beamformer and then diversity gain can be got through space-time decoding. As the proposed technique can reduce cochannel interference and get diversity gain in the multi-user environment, the performance of MIMO-OFDM system is very improved. BER performance improvement and convergence behavior of the proposed approach are investigated through computer simulation by applying it to MIMO-OFDM system in the multi-user environment.

MIMO-OFDM 시스템에서 Modified ICA를 이용한 채널 추정 기법

김종득,변윤식,Kim Jong-Deuk,Byun Youn-Shik 한국통신학회 2006 韓國通信學會論文誌 Vol.31 No.5a

If channel coefficients errors exist in MIMO-OFDM systems, the performance degradation of systems will occurs. In order to improve the performance of MIMO-OFDM systems, the technique of obtaining accurate channel estimation in multipath fading channel is necessary. In this paper, we introduce and propose new channel estimation-modified ICA algorithm. Simulation results shows from BER and SER curves which compare the proposed algorithm under time-varying Rayleigh fading with perfect known channel. The result of channel estimation by the proposed algorithm in this simulation, it shows that PDF(amplitude of channel) are close to the case with perfect known channel at the receiver with respect to uncoded QPSK/16-QAM/64-QAM modulation. Also, we can see that BER and SER curves are very close to the case with perfect known channel. Therefore, we see that the proposed algorithm have a good performance in MIMO-OFDM systems. MIMO-OFDM 방식에서 추정된 채널 계수에 추정 오차가 있다면, 시스템의 성능 저하가 발생하게 된다. MIMO-OFDM 방식의 성능을 향상시키기 위해서는 무엇보다도 다중 경로 페이딩 환경에서 정확하게 채널을 추정 할 수 있는 기술이 필요하다. 본 논문에서는 다중 경로 시변 페이딩 채널하에서의 modified ICA (Independent Component Analysis)을 이용하여 수신된 신호로부터 각 송신 안테나의 송신 신호를 분리한 후, 채널을 추정하여 검파하는 새로운 채널 추정 방식인 Modified ICA 알고리즘을 소개하고, 제안하고자 한다. 본 논문에서 제안된 Modified ICA를 이용한 MIMO-OFDM 시스템에서의 채널 추정에 대한 모의실험 결과, perfect hewn channel 대해 Uncoded QPSK,16-QAM, 64-QAM의 SER과 BER 성능 비교 곡선이 매우 근접함을 알 수 있다. 따라서 제안된 알고리즘이 MIMO-OFDM 시스템에서 우수한 성능을 지니고 있음을 보여 주고 있다.

MIMO-OFDM 시스템에서 Constant Modulus 신호의 SVR-MMSE 검출 성능 분석

신철민,서명석,양청해,곽경섭,Shin, Chul-Min,Seo, Myoung-Seok,Yang, Qing-Hai,Kwak, Kyung-Sup 한국통신학회 2006 韓國通信學會論文誌 Vol.31 No.12A

본 논문에서는 MIMO 시스템에서 제안된 SVR-MMSE 검출기법을 MIMO-OFDM 시스템으로 확장, 적용하고 주파수 선택적인 채널에서 성능을 분석한다. 우선 전형적인 MIMO-OFDM 시스템에 대해서 설명하고 이 시스템에서 constant modulus 신호의 검출기법에 대하여 설명을 한다. 기존의 검출 기법인 Zero Forcing, Minimum Mean Square Error 기법과 제안된 SVR-MMSE 검출의 성능을 비교해 보고, Jakes 채널 모델을 사용하여 지연확산을 가지는 다중 경로 페이딩 채널에서 도플러 주파수가 변화함에 따라 검출 기법의 성능을 알아본다. 본 논문에서 제안된 SVR-MMSE를 이용한 MIMO-OFDM 시스템에서의 검출 성능 모의실험 결과, 제안된 알고리즘이 이 시스템에서 우수한 성능을 지니고 있음을 보여주고 있다. In this paper, we extend SVR-MMSE detection scheme which is proposed in MIMO system to MIMO-OFDM system, and evaluate performance of the system in frequency selective fading channel. First of all, we explain about typical MIMO-OFDM system and detection scheme of constant modulus signals in this system. And compare proposed SVR-MMSE with Zero Forcing, Minimum Mean Square Error which is conventional detection scheme. we identify that the performance of the proposed system is shown different by varying doppler frequency in frequency selective fading channel using jakes channel model. The result of detection performance by the proposed SVR-MMSE in this simulation, it shows that proposed algorithm have a good performance in MIMO-OFDM systems.

MIMO-OFDM 수신기의 성능 열화 분석 및 고속 이동환경에서의 성능 향상을 위한 저복잡도 HIC 간섭제거 기법

강승원,김규현,장경희,Kang, Seung-Won,Kim, Kyoo-Hyun,Chang, Kyung-Hi 한국통신학회 2007 韓國通信學會論文誌 Vol.32 No.2C

다중 안테나 기술의 공간 다중화 방식은 다수의 송신 안테나가 서로 다른 데이터를 전송함으로써 시스템의 동일한 대역폭을 이용하여 높은 데이터 전송률을 제공하는 기술로서, 심볼간 간섭 (ISI : Inter-Symbol Interference)과 주파수 선택적 페이딩 (Frequency Selective Fading)에 강인한 OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing)과 함께 사용된다. 하지만, OFDM은 고속 이동환경에서 서브 캐리어간의 직교성이 유지되지 않아 서브캐리어간의 간섭 (ICI : Inter-Carrier Interference)으로 인하여 시스템의 성능 열화가 발생한다. 본 논문에서는 ICI와 다중 안테나간의 상관도에 의한 CAI (Co-Antenna Interference)의 발생 원인과 그에 따른 성능 열화를 해석적으로 분석하고, 고속 이동환경에서 MIMO-OFDM 수신기의 QoS를 만족시키기 위한 ICI의 제거 방법으로 저복잡도의 HIC와 데이터 전송률을 저하시키지 않는 CIR (Channel Impuse Response) 추정 방법을 제안한다. 그리고 SCM-E Sub-urban Macro MIMO 채널에서의 모의 실험을 통해, ICI와 CAI에 의한 성능 열화 분석 결과와 모의 실험 결과가 일치하는 것을 검증하고, 고속 이동환경에서 HIC를 적용한 MIMO-OFDM 시스템의 성능이 향상되는 것을 보인다. Spatial Multiplexing techniques, which is a kind of Multiple antenna techniques, provide high data transmission rate by transmitting independent data at different transmit antenna with the same spectral resource. OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing) is applied to MIMO (Multiple-Input Multiple-Output) system to combat ISI (Inter-Symbol Interference) and frequency selective fading channel, which degrade MIMO system performance. But, orthogonality between subcarriers of OFDM can't be guaranteed under high-mobility condition. As a result, severe performance degradation due to ICI is induced. In this paper, both ICI and CAI (Co-Antenna Interference) which occurs due to correlation between multiple antennas, and performance degradation due to both ICI and CAI are analyzed. In addition to the proposed CIR (Channel Impulse Response) estimation method for avoiding loss in data transmission rate, HIC (Hybrid Interference Cancellation) approach for guaranteeing QoS of MIMO-OFDM receiver is proposed. We observe the results on analytical performance degradation due to both ICI & CAI are coincide with the simulation results and performance improvement due to HIC are also verified by simulation under SCM-E Sub-urban Macro MIMO channel.

MB-OFDM UWB 신호 간섭하에서 SFBC/SFTC-OFDM 시스템들의 성능 비교

김경석,송창근,Kim, Kyung-Seok,Song, Chang-Kun 한국통신학회 2006 韓國通信學會論文誌 Vol.31 No.10A

고속 데이터 전송을 위하여, 송수신단에 다중 안테나를 사용함으로써 독립적인 페이딩 채널을 다수개 형성하여 다이버시티 이득과 코딩 이득을 동시에 얻는 MIMO(Multiple-Input Multiple-Output) 방식에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 하지만 아직 UWB(Ultra Wide Band) 시스템과의 간섭에 대한 분석은 이루어지고 있지 않다. 이에 본 논문에서는 공간 다이버시티 특성을 가진 블록 코드를 OFDM 시스템에 적용하여, MIMO-OFDM 수신기에 인접한 UWB 기기로부터 SFBC(Space Frequency Block Code)-OFDM 시스템과 SFTC(Space Frequency Trellis Code)-OFDM 시스템에 .미치는 간섭 영향을 MIMO 채널 환경에서 성능을 분석하였다. 시뮬레이션 결과 SFTC-OFDM 시스템이 MB(Multi Band)-OFDM UWB 간섭에 대해 SFBC-OFDM 시스템보다 더 강인한 성능을 보여주었다. Research about the mode of MIMO that can get a coding benefit at the same time with a diversity benefit using a multiple antenna at the fading channel for a high-speed data transmission have been processed actively But the analysis about the interference of UWB system comes not to consist yet. So this paper analyzed the performance of the interference of UWB system to SFBC-OFDM and SFTC-OFDM system that applied a space block code which has a space diversity characteristic to OFDM system at MIMO channel. We shelved the performance that SFTC-OFDM system is robuster than SFBC-OFDM system under MB-OFDM UWB Interference.