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

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Analysis of BER According to Spatial and Frequency Diversity Gain in Uplink SC-FDMA with SIMO Systems

상향링크 SIMO 시스템에서 공간 및 주파수 다이버시티 이득에 따른 SC-FDMA의 BER 성능 분석

  • Lee, Jin-Hui (Yeungnam University Dept. of Information Communications Engineering) ;
  • Choi, Kwonhue (Yeungnam University Dept. of Information Communications Engineering)
  • Received : 2014.06.13
  • Accepted : 2014.08.27
  • Published : 2014.09.30
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Abstract

We investigate BER (Bit Error Ratio) performance according to the gain of spatial and frequency diversities in uplink SC-FDMA of SIMO (Single Input Multiple Output) systems. The main results of the analysis in this paper are as follows. First, we prove that performance of integrated system for considering spatial and frequency diversity combining in parallel is equivalent with the performance of sequential system for performing diversity combining in sequence. By signal modeling, it is demonstrated that the performances of both systems are the same when the frequency diversity combining technique of the sequential system is equal to diversity combining technique of the integrated system, and spatial diversity combining technique of the sequential system is performed as MRC in advance of frequency diversity combining. Secondly, it is found that effect on the BER performance is different according to the gain of spatial and frequency diversities, respectively. The frequency diversity gain increases by increasing the number of subcarrier. It might affect the performance improvement of high SNR(Signal to Noise Ratio) while it maintains gap between performances of ZF(Zero Forcing) and MMSE(Minimum Mean Square Error) in frequency diversity combining schemes. Also, spatial diversity gain increases as the number of receiving antennas increases. It means that it can reduce performance gap between ZF and MMSE in frequency diversity combining schemes by increasing the number of receiving antennas. In addition, it might affect the performance improvement of the whole SNR. Finally, through the analysis of performance according to the spatial diversity gain, the performance of ZF in frequency diversity combining is equal to the MMSE if the number of receiving antennas is 6 or more.

상향링크 SIMO(Single Input Multiple Output) 시스템의 SC-FDMA 기법에서 공간 및 주파수 다이버시티 이득에 따른 BER(Bit Error Ratio) 성능 변화를 분석한다. 본 논문에서 분석한 주요내용은 다음과 같다. 첫째, 공간 다이버시티 컴바이닝과 주파수 다이버시티 컴바이닝을 동시에 수행할 수 있는 통합된 시스템과 공간 다이버시티 컴바이닝과 주파수 다이버시티 컴바이닝을 순서대로 수행하는 단계별 시스템이 동등한 성능을 가지는 것을 확인한다. 단계별 시스템의 주파수 다이버시티 컴바이닝 기법과 통합된 시스템의 다이버시티 컴바이닝 기법이 동일할 때, 단계별 시스템에서 주파수 다이버시티 컴바이닝보다 공간 다이버시티 컴바이닝을 선행하면서 공간 다이버시티 컴바이닝 기법을 MRC(Maximal Ratio Combining)로 하면 두 시스템의 성능이 동일함을 신호 모형화 결과를 통해 증명한다. 둘째, 신호 모형화 결과와 BER 실험 결과를 통해 공간 다이버시티 이득과 주파수 다이버시티 이득이 각각 성능에 어떤 영향을 미치는지 분석한다. 부반송파 개수가 증가함에 따라 주파수 다이버시티 이득이 증가함을 알 수 있고 이는 주파수 다이버시티 기법이 ZF(Zero Forcing)일 때의 성능과 MMSE(Minimum Mean Square Error)일 때의 성능 차이는 유지하면서 높은 SNR(Signal to Noise Ratio) 영역의 성능 향상에 영향을 미치는 것을 보인다. 그리고 수신안테나 개수의 증가는 공간 다이버시티 이득을 증가시키며 공간 다이버시티 이득의 증가는 모든 SNR 영역의 성능을 향상시키면서 주파수 다이버시티 컴바이닝이 ZF일 때와 MMSE일 때의 성능 차이를 줄이는데 영향을 미침을 보여준다. 마지막으로, 공간 다이버시티 이득이 신호 모형화 유도과정에서 어떤 영향을 미치는지 분석하여 수신안테나 개수가 6개 이상이면 주파수 다이버시티 컴바이닝을 ZF으로 했을 때의 성능이 MMSE로 했을 때의 성능을 대체할 수 있음을 확인할 수 있다.

Keywords

References

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