The Journal of Korean Institute of Communications and Information Sciences (한국통신학회논문지)

The Korean Institute of Commucations and Information Sciences (한국통신학회)
권호 표지

An Enhanced Frequency Synchronization Algorithm for 3GPP LTE FDD/TDD Dual Mode Downlink Receiver

3GPP LTE FDD/TDD 듀얼 모드 하향 링크 수신기를 위한 개선된 주파수 동기 알고리즘

  • 심명준 (성균관대학교 정보통신공학부 통신시스템 연구실) ;
  • 장준희 (성균관대학교 정보통신공학부 통신시스템 연구실) ;
  • 최형진 (성균관대학교 정보통신공학부 통신시스템 연구실)
  • Published : 2010.01.31
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Abstract

In this paper, we propose a coarse and fine frequency synchronization method which is suitable for the 3GPP(3rd Generation Partnership Project) LTE(Long Term Evolution) FDD(Frequency Division Duplexing) / TDD(Time Division Duplexing) dual mode system. In general, PSS(Primary Synchronization Signal) correlation based estimation method and CP(Cyclic Prefix) correlation based tracking loop are applied for coarse and fine frequency synchronization in 3GPP LTE OFDMA(Orthogonal Frequency Division Multiple Access) system, respectively. However, the conventional coarse frequency synchronization method has performance degradation caused by fading channel and squaring loss. Also, the conventional fine frequency synchronization method cannot guarantee stable operation in TDD mode because of signal power difference between uplink and downlink subframe. Therefore, in this paper, we propose enhanced coarse and fine frequency synchronization methods which can estimate more accurately in multi-path fading channel and high speed channel environments and has stable operation for TDD frame structure, respectively. By computer simulation, we show that the proposed methods outperform the conventional methods, and verify that the proposed frequency synchronization method can guarantee stable operation in 3GPP LTE FDD/TDD dual mode downlink receiver.

본 논문에서는 3GPP(3rd Generation Partnership Project) LTE(Long Term Evolution) FDD(Frequency Division Duplexing) / TDD(Time Division Duplexing) 듀얼 모드 하향 링크 수신기를 위한 주파수 동기 알고리즘을 제안한다. 일반적으로 3GPP LTE OFDMA(Orthogonal Frequency Division Multiple Access) 시스템에서의 대략적 주파수 동기는 PSS(Primary Synchronization Signal)를 이용한 상관 방식이 적용되며, 미세 주파수 동기는 OFDMA 심볼의 보호 구간(CP: Cyclic Prefix) 상관 방식이 적용된다. 그러나 기존의 대략적 주파수 동기 알고리즘들은 페이딩 환경에서 상관 패턴의 열화와 잡음의 제곱으로 인한 SNR(Signal to Noise Ratio) 손실로 충분한 성능 이득을 얻지 못한다. 또한 주파수 분할을 통하여 양방향 송수신되는 FDD 모드와 달리 TDD 모드에서는 상향링크 구간과 하향링크 구간이 시분할로 전송되기 때문에 TDD 모드에서 기존 미세 주파수 동기 알고리즘은 상향링크와 하향링크의 신호 전력의 차이로 인해 안정적인 동작을 수행할 수 없다. 따라서 본 논문에서는 기존 방식의 문제점을 분석하고, 이를 기반으로 3GPP LTE FDD 모드뿐 아니라, TDD 모드에서도 안정적인 동작이 가능한 주파수 동기 알고리즘을 제안하였다. 다양한 환경에서의 컴퓨터 모의실험을 통해 제안된 주파수 동기 알고리즘은 기존 방식들에 비해 우수한 성능을 보이며, 3GPP LTE FDD/TDD 듀얼 모드 하향 링크 수신기에서 안정적인 동작이 가능함을 입증하였다.

Keywords

References

  1. 3GPP WG1, "TS 36.211 V8.7.0: Evolved universal terrestrial radio access (E-UTRA); Physical channel and modulation," www.3gpp.org, 2009.
  2. J. Armstrong, "Analysis of New and Existing Methods of Reducing Intercarrier Interference Due to Carrier Frequency Offset in OFDM," IEEE Trans. Comm., Vol.42, pp.2908-2914, 1994. https://doi.org/10.1109/26.328961
  3. 3GPP WG1, "TS 36.104 V8.6.0: Evolved universal terrestrial radio access (E-UTRA); Base Station (BS) radio transmission and reception," www.3gpp.org, 2009.
  4. H. Nogami, T. Nagashima, "A Frequency and Timing Period Acquisition Technique for OFDM Systems," Proc. PIMRC'95, pp. 1010-1015, 1995.
  5. Y.H You, J.H Paik, C.H Park, M.C Ju, K.W Kwon, and J.W Cho, "Low-complexity Coarse Frequency-offset Synchronization for OFDM Applications," IEEE ICC 2001, Vol.8, pp. 2494-2498, 2001.
  6. D. Makrakis and P.T Mathiopoulos, "Optimal Decoding in Fading Channels: A Combined Envelope, Multiple Differential and Coherent Detection Approach", in Proc. GLOBECOM'89, Dallas, TX, pp.1551-1557, Nov. 1989.
  7. D. Makrakis, P. T Mathiopoulos, and D. P Bouras, "Optimal decoding of coded PSK and QAM signals in correlated fast fading channels and AWGN: A combined envelope, multiple differential and coherent approach," IEEE Trans. Commun., Vol.42, pp.63-75, Jan. 1994. https://doi.org/10.1109/26.275302
  8. J.J van de Beek, M. Sandell and P.O Borjesson, "On Synchronization in OFDM Systems Using the Cyclic Prefix," Proc. of RVK, pp.663-667, 1996.