IB-DFE를 적용한 SC-FDMA 시스템의 성능 비교 분석 = Performance comparison and analysis of SC-FDMA systems employing IB-DFE

국문 초록 (Abstract)

SC-FDMA는 차세대 이동 통신 방식으로 각광 받고 있는 3GPP-LTE 시스템의 상향링크에 채택된 통신 방식으로 OFDM에 준하는 성능을 제공하고 비슷한 복잡도를 가지며, 신호의 PAPR이 OFDM에 비해 낮고, 사용자 간의 주파수 자원 할당을 보다 효율적으로 수행할 수 있다는 장점을 갖는다. 또한, SC-FDMA는 OFDM과 마찬가지로 등화기를 FD-LE로 간단하게 구현할 수 있다. 그러나 이렇게 구현된 FD-LE는 잡음 증폭 문제로 인해, FF 필터는 주파수 영역에서 구현하고 FB 필터는 시간 영역에서 구현한 Hybrid-DFE보다 성능이 열악하다. 최근에 FB 필터의 구현 및 처리 과정이 복잡한 Hybrid-DFE의 단점을 보완하고 FD-LE보다 우수한 성능을 얻기 위해 여러 가지 IB-DFE 알고리즘들이 제안되었다. 본 논문에서는 우선 3GPP-LTE 상향링크 시스템과 SC-FDMA에 대하여 설명하고 가장 큰 장점인 PAPR 특성을 실험을 통해 확인한다. 그리고 FD-LE와 여러 가지 IB-DFE 알고리즘을 3GPP-LTE 상향링크 시스템에 적용하고, 등화기의 계수를 비교하여 IB-DFE 알고리즘의 잡음 증폭 억제 능력을 확인하며, 비트 오류율을 계산하여 그 성능을 비교 분석한다. 또한, 3GPP-LTE 상향링크 시스템에서 제안한 기준 신호를 사용하여 채널 추정을 수행하고 그 오차가 IB-DFE의 성능에 미치는 영향에 대해서 알아본다. 마지막으로 IB-DFE 알고리즘의 계산량을 분석하여 설계자가 요구되는 서비스 품질에 따라 적절한 알고리즘을 선택하고 반복 횟수를 결정하는 기준을 제시한다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

SC-FDMA is employed in the 3GPP-LTE standard as the uplink transmission scheme. SC-FDMA has several advantages as follows; lower PAPR of signal than OFDM, flexible bandwidth allocation, a simple equalizer such as FD-LE. But FD-LE has inferior performance because of noise enhancement problem to Hybrid-DFE composed of a frequency-domain feedforward filter and a time-domain feedback filter. Recently, IB-DFE has been proposed to overcome the disadvantage of implementation and processing complexity of the Hybrid-DFE and to obtain superior performance to FD-LE. In this paper, we give an overview of 3GPP-LTE uplink system based on SC-FDMA, and compare PAPR of SC-FDMA with that of ODFM. Next, we estimate the channel response in the frequency domain by using a reference signal proposed in 3GPP-LTE uplink system, and investigate effects of channel estimation errors on performance of IB-DFEs. Also, we apply several equalization algorithms including IB-DFEs to 3GPP-LTE uplink system, and compare coefficients of each equalizer to confirm the ability of anti - noise enhancement of IB-DFE, and investigate the performance of IB-DFEs by calculating BER. Finally, by analyzing computational complexity of IB-DFEs, we present some criteria to choose appropriate algorithm and to decide the number of iterative processes.

목차 (Table of Contents)

• 1. 서론
• 2. Single-Carrier FDMA 시스템
• 2.1. 3GPP-LTE 상향링크 시스템
• 2.1.1. 프레임 구조 및 물리 자원
• 2.1.2. 기저 대역 신호 생성
• 2.2. SC-FDMA 시스템의 송수신 과정
• 2.3. OFDM 신호와 SC-FDMA 신호의 PAPR 비교
• 3. 채널 추정
• 3.1. 3GPP-LTE 상향링크 시스템의 기준 신호
• 3.1.1. CAZAC 신호
• 3.1.2. 기준 신호의 특성 실험
• 3.2. 주파수 영역 채널 추정 기법
• 3.2.1. Maximum Likelihood 추정 기법
• 3.2.2. Minimum Mean Squared Error 추정 기법
• 3.3. ML 추정 방식과 MMSE 추정 방식의 성능 비교
• 4. 채널 등화
• 4.1. 주파수 영역 선형 등화 기법
• 4.1.1. Zero-Forcing 등화 기법
• 4.1.2. Minimum Mean Squared Error 등화 기법
• 4.2. Iterative Block - Decision Feedback Equalization
• 4.2.1. Zero-Forcing 기반의 IB-DFE
• 4.2.2. Minimum Mean Squared Error 기반의 IB-DFE
• 4.3. 등화기의 계수 비교
• 5. 실험 및 검증
• 5.1. 채널 추정 오차의 영향
• 5.2. 반복 처리 횟수 증가에 의한 성능 변화
• 5.3. 도플러 주파수에 의한 성능 변화
• 5.4. IB-DFE의 복잡도 비교
• 6. 결론
• 7. 참고문헌
• ABSTRACT
• 감사의 글