A Study on the Performance Improvement of Turbo Coded OFDM Systems Considering Frequency Offset

주파수 오프셋을 고려한 Tued OFDM 시스템의 성능 개선에 관한 연구

In this paper, it is analyzed theoretically that the performance degradation, caused by carrier frequency offset, in an OFDM/M-ary PSK system. Then, when Turbo coding is adopted to an OFDM/M-ary PSK system, the degree of performance enhancement is evaluated. Finally, the maximum frequency offset is calculated to satisfy the BER performance required in a Turbo coded OFDM/M-ary PSK system. As results of analysis, it is shown that the more the number of M-ary is, the worse the BER performance is. Moreover, 7dB, 9dB, and 17dB of $E_b/N_o$ are required in QPSK, 8PSK and 16PSK systems, respectively in order to satisfy the error performance, $BER=10^{-3}$ for voice communication. If $E_b/N_o$ are 10㏈ and 15㏈, the frequency offset should be below 0.05 and 0.075, respectively, for voice communication. When Turbo coding is adopted to an OFDM/M-ary PSK system, the less the number of M-ary is, the greater the performance enhancement of Turbo coding is. If the number of a M-ary system of the system is below 16, it is found that required $E_b/N_o$ is about 8dB to satisfy $BER=10^{-5}$ Moreover, in the system the Turbo coding scheme, voice communication is available with greatly low$E_b/N_o$, and 8dB of $E_b/N_o$ is enough for data communication regardless of the permission range of frequency offset.

본 논문에서는 우선 반송파 주파수 오프셋이 OFDM/M-ary PSK 시스템에 미치는 성능 열 화를 분석하기 위해 오율식을 유도하였다. 그리고 Turbo 부호화 기법을 OFDM/M-ary PSK 시스템에 적용하여 성능 개선 정도를 평가하였다 최종적으로 Turbo Coded OFDM/M-ary PSK 시스템에서 요구하는 BER 성능을 만족시키기 위해 허용 가능한 최대 주파수 오프셋을 결정하였다. 성능 해석 결과 ary수가 커질수록 BER 성능이 열화됨을 알 수 있었고, 음성 서비스의 QoS (Quality of Service) 조건인 BER : $10^{-3}$을 만족시키려면 QPSK, 8PSK, 16PSK 변조 방식의 경우, 각각 약 7 dB, 9 dB, 17 dB의 $E_b/N_o$가 요구됨을 알 수 있었다 그리고 $E_b/N_o$/가 10 dB와 15 dB인 경우, $BER=10^{-3}$ 을 달성하기 위해서는 주파수 오프셋을 각각 0.05, 0075 이하로 유지해야 함을 알 수 있었다. 한편, OFDM/M-ary PSK시스템에 Turbo부호를 적용하면 ary수가 낮을수록 Turbo 부호의 성능 개선 효과가 크게 나타남을 알 수 있었다 그리고 16 ary이하의 PSK 변조 방식에 Turbo 부호화 기법을 적용한 경우, 데이터 서비스의 005 조건인 $BER=10^{-5}$을 만족시키려 면 약 8 dB 이하의 $E_b/N_o$가 요구됨을 알 수 있었다. 또한 Turbo 부호화 기법을 적용하면 매우 낮은 $E_b/N_o$ 값으로 음성 서비스를 충분히 지원할 수 있음을 알 수 있었고, 데이터 서비스는 주파수 오프셋 허용치에 관계없이 약 8 dB 정도의 $E_b/N_o$로 충분히 지원할 수 있음을 알 수 있었다.