다중반송파 OFDM 통신시스템의 위상잡음특성
Phase Noise Characteristics of Multi-Carrier OFDM Communication System
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초록
본 논문에서는 국부발진기에서 발생하는 위상잡음이 다중반송파 OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing) 통신시스템 성능에 미치는 영향에 대해 연구하였다. 국부 발진기로는 통신시스템에 주로 사용되는 PLL(Phase Locked Loop) 주파수 합성기를 고려하여 위상잡음을 분석하였고, OFDM 통신시스템의 정확한분석을 위해 위상 잡음의 2차항을 고려한 비선형 근사방법을 이용하였다. 해석적 방법에 의한 BER 성능분석 결과와 QPSK와 16-QAM 변조를 사용하는 OFDM 통신시스템의 시뮬레이션 결과가 동일함을 보였다. 성능평가척도로 위상잡음이 있을 때의 SNR을 구하였고, 위상잡음 분산값이 각각 0.005, 0.008, 그리고 0.012 일 때, BER=10-4을 만족하기 위한 SNR은 위상 잡음이 없을 때에 비해 QPSK 변조방식에서는 약 0.6dB, 1.0dB 그리고 1.7dB, 16QAM 변조방식에서는 약 1.9dB, 3.2dB, 그리고 6.7dB 정도의 손실이 발생함을 확인하였다. 또한 QPSK-OFDM 통신시스템에서는 위상잡음 분산이 0.03 이상이 되면 Error Floor가 생겨서 BER 성능이 악화된다.
Abstract
We analyze the characteristics of phase noise in the OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing) communication system. PLL (phase locked-loop) frequency synthesizer is considered as the local oscillator. A novel nonlinear approximation analysis is suggested for more detailed analysis of the phase noise. It is shown that BER analysis result by the analytical method is quite similar to the simulation result when QPSK and 16-QAM modulation are used in the OFDM communication system. SNR including the phase noise is used for the performance measure. When PLL has the phase noise of 0.005, 0.008, and 0.012 respectively, there are power penalties of about 0.6dB, 1.0dB and 1.7dB in QPSK scheme and about 1.9dB, 3.2dB, and 6.7dB in 16QAM scheme than the OFDM communication system without the phase noise at the level of BER=10-4 in AWNG channel. Furthermore, BER performance of QPSKOFDM communication system seriously degrades owing to the error floor, if the phase noise variance becomes greater than 0.03.