Abstract
In this paper, Phase noise is analyzed and a novel approach of the nonlinear approximation including second order term of phase noise is presented to analyze and quantize system performance. As results, in QPSK-OFDM system, when PLL loop bandwidth is 5.0 Hz, 1.0 kHB, 0.5 kHz respectively, there are about 0.6 dB, 1.0 dB, 1.7 dB SNR penalties at BER=10$\^$-4/ compared with system without phase noise in AWGN channel. In 16QAM modulation, there are about 1.9 dB, 3.2 dB, 6.7 dB SNR penalties at BER=10$\^$-4/ respectively. At QPSK-OFDM system, comparing the previous linear approximation method with our proposed nonlinear approximation method, there is similar BER performance at phase noise variance lower than 0.02, but certain difference occurs as variance increases more than 0.02. Furthermore, analytical BER results closely match with simulation results in the OFDM system employing QPSK and 16qAM modulation. And, BER performance of QPSK-OFDM system is considerably degraded because of the BER error floor if the phase noise variance becomes larger than 0.03.
본 연구에서는 위상 잡음이 OFDM통신 시스템 성능에 미치는 영향에 대해 연구하였다. OFDM통신 시스템의 정확한 분석을 위해 위상 잡음의 2차항을 고려한 비선형 근사 방법을 이용하여 위상 잡음으로 인해 나타나는 현상들을 보다 정확하게 분석하고 정량화 하였다. 분석결과 QPSK-OFDM통신 시스템에서 PLL주파수 합성기의 루프 대역을 5.0 kHz, 1.0 Hlz와 0.5 KHz로 각각 설정했을 때 위상 잡음으로 인해 발생하는 성능 저하 수치를 위상 잡음이 없는 이상적인 경우 AWGN 환경에서의 BER성능과 비교해 보면 BER=$10^{-4}$를 만족하기 위해 약0.6 dB, 1.0 dB와 1.7 dB 정도의 SNR손실이 발생한다. 16QAM 변조방식을 사용한 경우에는 루프 대역이 각각 5 kHz, 1.0 kHz, 그리고 0.5 kHz일 때에 약 1.9dB, 3.2dB, 그리고 6.7dB의 SNR 손실이 발생하게 된다. 기존 선형 근사화 기법과 본 연구에서 QPSK 변조방식을 사용하였을 경우 분산의 크기가 0.02까지는 두 곡선이 거의 비슷한 성능을 보이지만, 0.02 이상 분산 간이 더 커지게 되면 기존 연구와 본 연구 사이에 차이가 발생하게 된다. 또한 해석적 방법에 의한 BER성능 분석결과와 QPSK와 16QAM 변조를 사용하는 OFDM통신 시스템의 시뮬레이션 결과가 동일함을 보인다. 아울러 QPSK-OFDM 통신 시스템 에서 위상 잡음 분산이 0.03 이상이 되면 에러 floor가 생겨서 BER 성능이 악화된다.
