Develop physical layer analysis algorithm for OFDMA signal based IEEE 802.16e

IEEE 802.16e 기반 OFDMA 물리층 분석 알고리즘 연구

Abstract

We describe and anlayzes the methodology and implementation results of H / W configuration and signal characteristics analysis algorithm for analyzing equipment for analyzing OFDMA physical layer based on 802.16e. Recently, demand for signal analysis of instruments that analyze these signals with the development of digital communication signals is rapidly increasing. Accordingly, it is necessary to develop signal analysis equipment capable of analyzing characteristics of a broadband communication signal using a wideband digital signal processing module. In this paper, we have studied the basic theory of OFDMA in order to devise a device capable of analyzing characterisitcs of broadband communication signals. Second, the structure of OFDMA transmitter/receiver was examined. Third, a wideband digitizer was implemented. we design Wimax signal analysis algorithm based on OFDMA among broadband communication methods and propose Wimax physical layer analysis S/W implementation through I, Q signals. The IF downconverter used the receiver module and the LO generation module of the spectrum analyzer. Quantitative analysis result is obtained through the algorithm of Wimax signal analysis by I, Q data.

802.16e에 기반한 OFDMA 물리층 분석을 위한 분석 장비 개발에 있어, 하드웨어 구성 및 신호 특성 분석 알고리즘에 관한 방법론에 대해 기술하고 구현결과를 분석한다. 최근 디지털 통신 신호의 발달과 함께 이를 분석하는 계측기의 신호분석에 대한 수요도 빠르게 증가하고 있다. 신호분석에 대한 수요의 급속한 증가에 따라 광대역 디지털 신호처리 모듈을 이용한 광대역통신 신호 특성 분석이 가능한 신호분석 장비를 개발하는 것이 필요하다. 본 논문에서는 광대역통신 신호 특성 분석이 가능한 장비를 고안하기 위하여 첫째, OFDMA의 기본이론을 학습하고, 둘째 OFDMA 송/수신기 구조를 검토하였으며 셋째, 광대역 디지타이져를 구현하였다. 광대역 통신기법 중 OFDMA에 기반한 Wimax 신호분석 알고리즘을 설계하여 I, Q신호를 통한 Wimax 물리층 분석 SW구현을 제안하였다. IF다운 컨버터는 스펙트럼 분석기의 수신 모듈 및 LO발생 모듈을 이용하였으며, I, Q 데이터에 의한 WiMAX 신호분석 알고리즘을 통해 정량적 분석결과를 도출 하였다.

Fig. 1. OFDMA frame structure on TDD mode

Fig. 2. Block diagram of OFDMA transmitter

Fig. 3. ISI with no cyclic prefix

Fig. 4. ISI with cyclic prefix

Fig. 5. OFDMA channel structure

Fig. 6. Block diagram of Transmitter and Receiver

Fig. 7. Block diagram of Digitizer H/W

Fig. 8. Block diagram of Digitizer Core

Fig. 9. Constellation diagram and EVM for QPSK signal

Fig. 10. Result for moving average

Fig. 11. Searching the symbol start point on OFDMA

Fig. 12. Result for extracting reference level

Fig. 13. Searching for symbol timing

Fig. 14. Result for FFT calculation

Fig. 15. Result for FFT Shift

Fig. 16. Value of amplitude compensation

Fig. 17. Value of phase compensation

Fig. 18. Before amplitude and phase compensation

Fig. 19. After amplitude and phase compensation

Fig. 20. EVM vs. Sub-carrier

Fig. 21. EVM vs. Symbol

Fig. 22. Test Block Diagram

Fig. 23. Test result for algorithm

Fig. 24. Test result with K Company VSA S/W

Table 1. Comparison for test result