상향링크 SIMO 시스템에서 공간 및 주파수 다이버시티 컴바이닝 순서에 따른 SC-FDMA 성능 분석

Abstract

We investigate BER performance according to the order of spatial and frequency diversity combining in uplink SC-FDMA of SIMO systems. It is found that frequency diversity combining (FDC) after spatial diversity combining (SDC) is better than the reverse order combing in all SNR (Signal to Noise Ratio) range. Also, it is shown that FDC after SDC requires less computational complexity than the reverse order combining. ※ 본 연구는 2014년도 정부(교육부)의 재원으로 한국연구재단의 기초연구사업 지원을 받아 수행된 것임 (2012R1A1A4A01015628) ※ 본 논문은 교육부 및 한국연구재단의 BK21 플러스 사업 (ICT기반 스마트기기 창의인재양성 사업팀)으로 지원된 연구임 (관리번호 21466) First Author : Yeungnam University Dept. of Information Communications Engineering, jinh37@ynu.ac.kr, 학생회원 ° Corresponding Author : Yeungnam University Dept. of Information Communications Engineering, gonew@ynu.ac.kr, 종신회원 논문번호:KICS2014-11-460, Received November 17, 2014; Revised January 28, 2015; Accepted March 9, 2015 I. 서 론 다중 수신안테나 시스템에 접목된 SC-FDMA (Single Carrier Frequency Division Multiplexing Access)는 수신안테나에 의한 공간 다이버시티 이득 과 DFT, IDFT 연산에 의한 주파수 다이버시티 이득 을 가진다 . MIMO (Multiple Input Multiple Output) 환경에서주파수 다이버시티를 활용하여 성능 을 분석한 연구가 있었으며 , 특히, 신호의 성능을 향 상시키기 위해 두 개 이상의 다이버시티 이득을 활용 한 연구들이 진행되어 왔다 . 참고문헌 [5]에서는 단계별 시스템의 공간 다이버 시티 컴바이닝 (Spatial Diversity Combining: SDC) 연산과 주파수 다이버시티 컴바이닝 (Frequency Diversity Combining: FDC) 연산에 각각 MRC 논문 / 상향링크 SIMO 시스템에서 공간 및 주파수 다이버시티 컴바이닝 순서에 따른 SC-FDMA 성능 분석 433 그림 1. 공간 다이버시티 컴바이닝과 주파수 다이버시티 컴바이닝이 존재할 때, 수신기 구조 Fig. 1. Receiver structure using spatial diversity combining and frequency diversity combining 그림 2. FDC 후 SDC를 수행한 수신기 구조 Fig. 2. Receiver structure performing SDC after FDC (Maximal Ratio Combining)와 MMSE (Minimum Mean Square Error)를 적용했을 때 최대의 성능을 가 지는 것을 확인했으며, 수신안테나 개수가 대략 6개 이상이면, 모든 SNR 영역에서 FDC 연산을 ZF (Zero Forcing)으로 했을 때의 성능이 MMSE로 했을 때의 성능을 대체할 수 있음을 분석하였다. 하지만, 다중 다이버시티 컴바이닝이 존재하는 환경에서 SDC와 FDC의 순서에 따른 시스템의 BER 성능을 분석하고 있지 않다. 즉, SDC 선행 후 FDC 수행 시스템 에 적 용한 다이버시티 컴바이닝 순서가 BER 성능을 향상 시키기 위한 가장 최적의 방법인지 확신할 수 없다. 그렇기 때문에 참고문헌 [5]와 동일한 환경에서 시스 템의 다이버시티 컴바이닝 순서에 따른 성능도 함께 분석하여 어떤 다이버시티 컴바이닝 순서를 가지는 시스템이 가장 최고의 성능을 가지는지 확인해볼 필 요가 있다. 본 논문에서는 상향링크 SIMO (Single Input Multiple Output) 시스템에서 공간 다이버시티 이득과 주파수 다이버시티 이득이 동시에 존재할 때, 다이버 시티 컴바이닝 순서가 SDC 선행 후 FDC 수행 시스 템 의 다이버시티 컴바이닝 순서와 반대인 시스템의 신호 처리 과정을 수식화하고, 계산량을 최소로 하면 서 성능을 최대로 하는 다이버시티 컴바이닝 순서는 SDC 선행 후 FDC 수행 시스템의 다이버시티 컴바 이닝 순서임을 결과로 도출한다. 본 논문의 구성은 다음과 같다. II절에서는 SDC 선행 후 FDC 수행 시스템 에서 다이버시티 컴바이 닝 순서를 바꾼 시스템의 신호 모형화를 반영한다. III 절에서는 시스템 모형화 결과와 BER 실험결과를 통 해 다이버시티 컴바이닝 순서에 따른 BER 성능을 분 석하고, SDC 선행 후 FDC 수행 시스템 의 다이버시 티 컴바이닝 순서가 BER 성능을 최대화하는 다이버 시티 컴바이닝 순서임을 확인한다. II. FDC를 선행하고 SDC를 수행하는 단계별 시스템 모형화 참고문헌 [5]에서는 단계별 시스템의 다이버시티 컴바이닝을 그림 1과 같이 SDC, FDC 순으로 가정하 고 시스템 모형화를 수행하였다. 본 논문에서는 단계 별 시스템의 다이버시티 컴바이닝 순서에 따른 성능 비교를 하기 위해서 먼저, 다이버시티 컴바이닝 순서 를 그림 1의 다이버시티 컴바이닝 순서와 반대인 그 림 2와 같이 설정하고 시스템을 모형화한다. 본 논문 에서 그림 1과 같이 SDC 선행 후 FDC 수행 시스템 을 S/F 시스템으로 표기하고, 그림 2와 같은 FDC 선 The Journal of Korean Institute of Communications and Information Sciences '15-03 Vol.40 No.03 434   