DFT 확산 방식의 OFDM 통신 시스템에서 위상잡음과 직교 불균형 보상

Abstract

DFT(Discrete Fourier Transform) 확산 방식의 OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing) 통신 시스템은 PAPR(Peak-to-Average Power Ratio) 저감에 매우 효과적인 시스템이며, 3GPP LTE(<TEX>$3^{rd}$</TEX> Generation Partnership Project Long Term Evolution)의 상향 링크에 SC-FDMA(Single Carrier-Frequency Division Multiple Access)에 사용된다. SC-FDMA는 일반적으로 OFDM 시스템보다 위상잡음과 직교 불균형으로 인한 ICI(Inter-Carrier Interference)에서 더 성능 열화가 발생하며, 등화기에 심각한 영향을 미친다. 그러므로 본 논문에서는 상향 링크에서 신호 전송 시 발생하는 위상잡음과 직교 불균형(IQ Imbalance: In-phase/Quadrature Imbalance), 그리고 전력 증폭기(HPA: High Power Amplifier)의 백-오프 특성에 따른 영향을 분석하고, ICI 성분을 제거할 수 있는 효과적인 등화 알고리듬을 제시한다. 제안된 등화기는 FDE(Frequency Domain Equalizer) 방식을 기반으로 설계하였으며, 기존의 PNS(Phase Noise Suppression) 알고리듬을 FDE에 사용될 수 있도록 수정하고 개선하여 위상 잡음과 직교 불균형으로 인한 ICI를 보상한다. 시뮬레이션 결과를 통하여 back-off 5.5 dB 상태에서 위상 잡음 <TEX>$0.06\;rad^2$</TEX>, 위상 에러 5도, 진폭 에러 0.005인 경우, 위상 잡음과 직교 불균형을 보상하여 SNR=14 dB 정도에서 <TEX>$BER=10^{-4}$</TEX>의 성능을 만족할 수 있다. DFT-spread OFDM(Discrete Fourier Transform-Spread Orthogonal Frequency Division Multiplexing) is very effective for solving the PAPR(Peak-to-Average Power Ratio) problem. Therefore, the SC-FDMA(Single Carrier-Frequency Division Multiple Access) which is basically same to the DFT spread OFDM was adopted as the uplink standard of the 3GPP LTE (<TEX>$3^{rd}$</TEX> Generation Partnership Project Long Term Evolution). Unlike the ordinary OFDM system, the SC-FDMA using DFT spreading method is vulnerable to the ICI(Inter-Carrier Interference) problem caused by the phase noise and IQ(In-phase/Quadrature) imbalance and effected FDE(Frequency Domain Equalizer). In this paper, the ICI effects from the phase noise and IQ imbalance which can be problems in uplink transmission are analyzed according the back-off level of HPA. Next, we propose the equalizer algorithm to remove the ICI effects. This proposed equalizer based on the FDE can be considered as up-graded and improved version of PNS(Phase Noise Suppression) algorithm. This proposed equalizer effectively compensates the ICI resulting from the phase noise and IQ imbalance. Finally, through the computer simulation, it can be shown that about SNR=14 dB is required for the <TEX>$BER=10^{-4}$</TEX> after ICI compensation when the back-off is 4.5 dB, <TEX>$\varepsilon=0.005$</TEX>, <TEX>$\phi=5^{\circ}$</TEX>, and <TEX>$pn=0.06\;rad^2$</TEX>.