Journal of the Institute of Electronics Engineers of Korea TC (대한전자공학회논문지TC)

The Institute of Electronics and Information Engineers (대한전자공학회)
권호 표지

Performance of OFDM using Beam-switching and Space-Time coding in Wireless Personal Area Network

무선 개인 영역망 환경에서 빔 스위칭과 시공간부호를 적용한 OFDM 전송방식의 성능

  • 윤석현 (단국대학교 전자전기공학부)
  • Received : 2010.04.05
  • Accepted : 2010.07.14
  • Published : 2010.07.25
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Abstract

In this paper, we consider the orthogonal frequency division multiplexing (OFDM) based transmission incoorperating with beam-switching and space-time coding. Specifically, we consider three configurations; (1) the beamforming technique, (2) the spatial diversity technique and (3) their combination and evaluate the performance in wireless personal area network (WPAN) environment. For the beam-forming technique, we consider the beam-switching which is performed at RF front-end with a pre-defined set of beams and for the space-time coding, we consider the Alamauti scheme with antenna selection. For the combined scheme, we divide the antennas used into two group to generate two independent beams and apply the two-antenna Alamauti scheme over the two beams. For these three configurations, performance is evaluated in terms of the SNR gain.

본 연구에서는 무선 개인 영역망 (WPAN, wireless personal area network) 환경에서 OFDM기반 전송을 위한 빔 스위칭 기술과 시공간부호 기술을 고려한다. 특히, 빔포밍 방법과 시공간부호를 이용한 공간 다이버시티 방식 그리고 이 둘을 결합한 빔포밍 기반 시공간 부호화 방식에 대한 성능 평가를 수행한다. 빔 포밍의 경우 RF단에서 빔포밍을 수행하는 Front-end 방식만을 고려하며 따라서 미리 정해진 코드북을 이용하는 블록 빔스위칭 방식에 대한 성능평가를 수행한다. 시공간부호를 이용한 공간 다이버시티 방식의 경우, 여러 개의 안테나 중 SNR 이득이 가장 큰 2개의 안테나를 선택하여 Alamauti 방식을 적용하는 안테나 선택 시공간부호 방식을 가정하여 성능평가를 수행한다. 빔포밍 기반 시공간부호화 방식에 대해서는 전체 안테나를 인접한 두 개의 안테나 그룹으로 나누고 각각의 안테나 그룹에 대해 독립적인 빔스위칭을 적용하는 방식을 고려하며 송수신단의 대칭성을 고려하여 수신단에서도 2개의 수신 안테나 그룹만을 사용하는 시스템만을 고려한다. 이 세가지 방식에 대한 성능 평가결과 시공간 부호화를 추가로 적용할 때 추가적인 이득이 얻어질 수 있음을 알 수 있었다.

Keywords

Acknowledgement

Supported by : 단국대학교

References

  1. M. Lei, C. S. Choi, R. Funada, H. Harada, and S. Kato, "Throughput Comparison of Multi-Gbps WPAN (IEEE 802.15.3c) PHY Layer Designs under Non-Linear 60-GHz Power Amplifier", Proc.of PIMRC 2007, pp.1-5, Athens, Greece, Sep. 2007.
  2. P. Smulder, "Exploiting the 60GHz Band for Local Wireless Multimedia Access: Prospects and Future Directions", IEEE Communications Magazine, Vol.40,issue1, pp.140-147, Jan. 2002. https://doi.org/10.1109/35.978061
  3. J.H. Winters, "Smart Antennas for Wireless Systems", IEEE Personal Communications, Vol.5, issue1,pp.23-27, Feb. 1998. https://doi.org/10.1109/98.656155
  4. M. Budsabathon, Y. Hara and S. Hara, "Optimum Beamforming for Pre-FFT OFDM Adaptive Antenna Array", IEEE Trans. on Vehicular Technology, Vol.53, No.4, pp.945-955, July 2004. https://doi.org/10.1109/TVT.2004.830939
  5. S. Zhou and G.B. Giannakis, "Optimal Transmitter Eigen-Beamforming and Space Time Block Coding Based on Channel Mean Feedback", IEEE Trans. on Signal Processing, Vol.50, No.10, pp.2599-2613, Oct. 2002. https://doi.org/10.1109/TSP.2002.803355
  6. G. J. Foschini, "Layered Space-time Architecture for Wireless Communication in a Fading Environment When Using Multi-Element Antennas", Bell Labs Tech. Jrnl, Vol.1-2, 1996, 41-59
  7. P. W. Wolniansky, G. J. Foschini, G. D. Golden and R. A. Valenzuela, "V-BAST: An Architecture for Realizing Very High Data Rate over the Rich-Scattering Wireless Channel", Proc. of URSI Intl Symposium on Signal, Systems and Electronics Conference, pp.295-300, NY, 1998.
  8. S. M. Alamouti, "A simple transmitter diversity scheme for wireless communications," IEEE J. Select. Areas Commun., vol.16, pp.1451-1458, Oct. 1998. https://doi.org/10.1109/49.730453
  9. V. Tarokh, N. Seshadri, and A. R. Calderbank, "Space-time codes for high data rate wireless communication: Performance analysis and code construction," IEEE Trans. Inform. Theory, vol.44, no.2, pp.744-765, Mar. 1998. https://doi.org/10.1109/18.661517
  10. S. A. Jafar and A. Goldsmith, "On optimality of beamforming for multiple antenna systems with imperfect feedback," in Proc. of ISIT 2001, pp.321-321, Washington,DC, June 2001.
  11. S.A. Jafar, S. Vishwanath and A. Goldsmith, "Channel Capacity and Beamforming for Multiple Transmit and Receive Antennas with Covariance Feedback", Proc. of ICC 2001, pp.2266-2270, Jun 2001 Helsinki, Finland
  12. C. Liu, E. Skafidas, T.S. Pollock and R.J. Evans, "Angle of Arrival Extended S-V Model for the 60 GHz Wireless Desktop Channel", Proc. of PIMRC 2006, pp.1-6, Sept. 2006.
  13. IEEE P802.15 Working Group, IEEE 802.15-07-0584-00: IEEE 802.15.3c Channel Modeling Sub-committee Report, March 2007.
  14. J.R. Foerster, M. Pendergrass and A.F. Molisch, "Channel Model for Ultrawideband Personal Area Networks", IEEE Wireless Communications, Vol.10 ,No.6, pp.14-21, Dec. 2003. https://doi.org/10.1109/MWC.2003.1265848
  15. IEEE P802.15 Working Group, IEEE P802.15-08-0355-00-003c, May 2008.
  16. M. Lampe, H. Rohling and J. Eichinger "PER-Prediction for Link Adaptation in OFDM Systems" 7th International OFDM Workshop, Sep. 2002, Hamburg, Germany.
  17. Y. Blankenship, P. Sartori, B. Classon and K. Baum. "Link Error Prediction Methods for Multicarrier Systems" Proc. of VTC 2004 Fall, Los Angeles, 2004.
  18. S. Yoon and S. Lee, "A Detection Algorithm for Multi-Input Multi-Output (MIMO) Transmission using Poly-Diagonalization and Trellis Decoding", IEEE Journalon Selected Areasin Communications, Vol.26, No.8, pp.993-1002, Aug. 2008. https://doi.org/10.1109/JSAC.2008.080815