위상 잡음과 직교 불균형이 있는 OFDM 수신 신호의 보상

Abstract

OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing) 시스템에서 직교 불균형 문제는 송수신기의 front-end에서 발생하며, 성상도에 영향을 주게 되어 BER(Bit Error Rate)을 증가시킨다. 또한, 위상 잡음은 송수신시 국부 발진기에서 발생되는 잡음으로 각 부반송파의 직교성을 깨뜨림으로써 시스템 성능을 크게 저하시킨다. 기존 방식인 PNS(Phase Noise Suppression) 알고리즘은 이러한 위상 잡음을 효과적으로 제거하는 방법이지만 직교 불균형 이동시에 적용되면 오히려 성능이 감소된다. 본 논문에서는 OFDM 시스템의 수신기에서 하향 변환 시 발생하는 직교 불균형과 위상 잡음의 영향을 분석하고, 수신기 FFT(Fast Fourier Transform) 후단에서 파일럿 심볼을 사용하여 CPE를 먼저 제거하고 직교 불균형과 위상 잡음의 성분을 검출하여 등화기의 판정 기준으로 사용하여 보상하는 방법을 제시하였다. 또, 다른 기존 방식들은 FFT 후단에서 추정하고 피드백 시키거나 프리엠블과 같은 시퀀스를 사용하는 방식이지만, 본 논문에서는 FFT 후단에서 MMSE 등화기만을 사용하여 제거하므로 기존의 방법보다 복잡도가 줄어든다. 기존의 위상 잡음 제거 방식에 ICI(Inter Carrier Interference) 제거 기능을 추가하고 직교 불균형 성분을 추출하여 MMSE(Minimum Mean Square Error) 과정 중에 적응 forgetting factor를 적용하면 성능 개선과 직교 불균형 성분의 영향이 줄어들며 성능이 개선됨을 보인다. In the OFDM system, IQ imbalance problem happens at the RF front-end of transceiver, which degrades the BER(bit error rate) performance because it affects the constellation in the received signal. Also, phase noise is generated in the local oscillator of transceivers and it destroys the orthogonality between the subcarriers. Conventional PNS algorithm is effective for phase noise suppression, but it is not useful anymore when there are jointly IQ(In-phase and Quadrature) imbalance and phase noise. Therefore, in this paper, we analyze the effect of IQ imbalance and phase noise generated in the down-conversion of the receiver. Then, we estimate and compensate the IQ imbalance and phase noise at the same time. Compared with the conventional method that IQ imbalance after IFFT is estimated and compensated in front of FFT via the feedback, this proposed method extracts and compensates effect of IQ imbalance after FFT stage. In case IQ imbalance and phase noise exist at the same time, we can decrease complexity because it is needless to use elimination of IQ imbalance in time domain and training sequences and preambles. Also, this method shows that it reduces the ICI and CPE component using adaptive forgetting factor of MMSE after FFT.