Frequency-Domain Envelope Fluctuation Metric and Its Applications to Multiple Signaling and Tone Reservation Schemes in OFDM Systems
OFDM 시스템에서 주파수 영역 진폭 변동 메트릭과 다중 시그널링 및 톤 예약 기법에의 응용
- 주제(키워드) OFDM , Envelope fluctuation , Frequency-domain metric
- 발행기관 부산대학교
- 지도교수 김석찬
- 발행년 2018
- 학위수여년월 2018. 8
- 학위명 박사
- 학과 및 전공 대학원 전기전자컴퓨터공학과-전자공학전공
- 세부전공 통신시스템
- 논문 페이지 92
- 실제URI http://www.dcollection.net/handler/pusan/000000136598
- 본문언어 영어
- 저작권 부산대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.
Abstract/초록/요약
Orthogonal frequency division multiplexing (OFDM) is regarded as de facto standard for wideband data communications in various channel environments due to its robustness against multipath fading and high bandwidth efficiency. Many wireline and wireless communication systems have adapted OFDM as their transmission technology, and its superior performance have been verified through international standards such as IEEE 802.11, digital video broadcasting (DVB), and 3GPP long term evolution (LTE). However, the main drawback of OFDM is the large envelope fluctuations compared to the single carrier transmission due to the parallel transmission of data using a number of subcarriers. The large envelope fluctuations cause the nonlinear distortion in transmission signal and reduce seriously the efficiency of power amplifier, so the various schemes to reduce the envelope fluctuations have been studied in literatures. In this dissertation, we propose a new metric representing the envelope fluctuations in OFDM signals, and it is applied to various envelope fluctuation reduction schemes. Unlike the conventional time-domain metrics, the proposed envelope fluctuation metric is represented in the frequency-domain and is not affected by oversampling factor. Based on this frequency-domain metric, we propose the new multiple signaling and tone reservation schemes to enhance envelope fluctuation reduction performance and computational complexity. In multiple signaling scheme, we propose the frequency-domain SLM scheme with low-computational complexity and the new PTS scheme that does not degraded even in non-contiguous subchannel allocation of OFDMA uplink systems. In the tone reservation scheme, we propose a low-complexity optimization algorithm using the frequency-domain metric. By analyzing the envelope fluctuation reduction and bit error rate through computer simulation, we show that the proposed frequency domain schemes outperform the conventional time domain techniques.
moreAbstract/초록/요약
직교 주파수 분할 다중화(OFDM)는 다중 경로 페이딩에 강하고 대역폭 효율이 높아 다양한 채널 환경에서 광대역 데이터 통신을 위한 사실상의 표준으로 여겨지고 있다. 많은 유무선 통신 시스템에서 OFDM 방식이 전송 규격으로 채택되었으며, IEEE 802.11, DVB, 3GPP LTE 등의 국제 표준을 통해 그 성능의 우수성이 입증되었다. 하지만 OFDM 은 다수의 부반송파를 통해 데이터를 병렬로 전송하기 때문에 단일 반송파 방식에 비해 진폭 변동이 크다는 단점이 있다. 이는 송신 신호에 왜곡을 일으키고 전력 증폭기의 효율을 크게 떨어트리므로, OFDM 신호의 진폭 변동을 줄이기 위해 다양한 기법들이 연구되어 왔다. 이 논문에서는 OFDM 신호의 진폭 변동을 나타내는 새로운 메트릭을 제안하고, 이를 여러 진폭 변동 저감 기법들에 적용한다. 제안하는 진폭 변동 메트릭은 기존의 시간 영역 메트릭들과 달리 주파수 영역에서 표현되며 오버샘플링의 영향을 받지 않는다. 이 주파수 영역 메트릭을 바탕으로 다중 시그널링 기법과 톤 예약 기법에서 진폭 변동 저감 성능과 계산 복잡도를 개선하는 주파수 영역 알고리즘들을 제시한다. 다중 시그널링 기법에서는 낮은 계산 복잡도를 가지는 주파수 영역 SLM 기법과 OFDMA 시스템의 비연속 부채널 할당에서 성능 열화를 일으키지 않는 새로운 PTS 기법을 제안한다. 또한 톤 예약 기법에서는 주파수 영역 메트릭을 이용한 낮은 복잡도의 최적화 알고리즘을 제시한다. 모의실험을 통해 진폭 변동 저감 및 비트오류율 성능을 분석하여, 제안하는 주파수 영역 기법들이 기존 시간 영역 기법들보다 우수함을 보인다.
more목차
1 Introduction 1
1.1 Overview of OFDM 1
1.1.1 History of OFDM 1
1.1.2 Principle of OFDM 3
1.2 Envelope Fluctuations in OFDM signals 4
1.3 Overview of the Dissertation 6
2 System Model 8
2.1 OFDM Systems 8
2.1.1 QAM Mapper 8
2.1.2 OFDM Modulator 9
2.1.3 HPA Model 11
2.2 Envelope Fluctuation Metrics 14
2.2.1 PAPR 14
2.2.2 Cubic Metric 15
2.3 Nonlinear Distortions 17
2.4 Summary 19
3 Frequency-Domain Envelope Fluctuation Metrics 20
3.1 Introduction 20
3.2 Frequency-Domain RCM 20
3.2.1 Continuous-time RCM 20
3.2.2 Discrete-time RCM 21
3.3 Approxiamtion of RCM 24
3.3.1 Quadratic Metric 24
3.3.2 Relationship Between RQM and RCM 25
3.4 Summary 26
4 Frequency-Domain SLM Scheme 27
4.1 Introduction 27
4.1.1 Multiple Signaling 27
4.1.2 SLM Scheme 28
4.1.3 Related Works 29
4.2 Time-Domain SLM 31
4.2.1 Time-Domain SLM Using Conversion Vectors 31
4.2.2 Time-Domain SLM Using Perfect Sequences 32
4.3 Frequency-Domain SLM 34
4.3.1 Phase Sequence Design 36
4.3.2 Low Complexity Frequency-Domain SLM 38
4.3.3 Complexity Analysis 39
4.4 Simulation results 40
4.5 Summary 45
5 PTS Scheme in OFDMA Uplink Systems 46
5.1 Introduction 46
5.1.1 PTS Schemes 46
5.1.2 Related Works 48
5.2 New PTS for OFDMA Uplink Systems 50
5.2.1 PTS in OFDMA Uplink Systems 50
5.2.2 Problem of Conventional PTS 51
5.2.3 New Phase Rotations 53
5.3 Simulation Results 54
5.4 Summary 56
6 Frequency-Domain TR Scheme 57
6.1 Introduction 57
6.2 Related Works 58
6.3 Time-Domain TR 59
6.3.1 Time-Domain QM Reduction 59
6.3.2 Time-Domain CM Reduction 61
6.4 Frequency-Domain TR 62
6.4.1 Optimization Problem 62
6.4.2 Computational Complexity 64
6.5 Simulation Results 64
6.6 Summary 67
7 Concluding Remark 68
A Continuous-Time Cubic Metric in Terms of Frequency-Domain ACF 70
B Statistical Properties of Frequency-Domain Sequence 72
C Time-Domain TR Schemes with Frequency-Domain Variables 73
D Convexity of Frequency-Domain Metrics 76
Bibliography 77
Abstract in Korean 85
List of Publication 86
