Adaptive beamforming algorithm in OFDMA systems using software defined radio concept

Abstract

SDR can really be considered as an enabling technology that is applicable across a wide range of areas within the wireless industry. Orthogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM) is an efficient technique for high-speed digital transmission over severe multipath fading channels, and has been recently considered to be a promising technique for next-generation mobile communications and wireless Local Area Network (LAN) systems. For adapting OFDM scheme to the systems such as cellular communications, wireless ATM, and wireless LAN that is not used for broadcasting service, multiple access scheme is also needed likewise single carrier transmission scheme. Smart antenna helps in improving the system performance by increasing channel capacity and spectrum efficiency, extending range coverage, steering multiple beams to track many mobiles, and compensating electronically for aperture distortion. In this thesis, we analyze the multipath effect of an OFDMA system in a pedestrian -A channel model and adaptive beamforming algorithms. In the simulation settings of the thesis, the multiuser interferences intensify by multipath happened in time domain at IF. To reduce the interference, we use training symbol and orthogonal code. It is possible to detect main user at each antenna using orthogonal code. During the main user detection using code at each antenna elements, calculate the average signal amplitude in the duration of orthogonal code. After comparing the average signal amplitude, scan the signal having the maximum amplitude and weight adaptively. The computer simulation results showed that the performance of the proposed algorithm improved. ;현재 통용되고 있는 통신 기술과 서비스 표준에는 다양한 형태가 존재하고 각각은 독자적인 변조방식과 다중 접속 기술, 사용 주파수 대역을 갖는다. SDR 기술은 차세대 이동통신 및 고속 디지털 신호처리 분야를 망라한 기술로 하드웨어의 변경 없이 여러 가지 미래 기술과 표준의 통합 및 호환이 가능하므로 미래 이동통신 시스템의 구현에 있어서 핵심적인 기술로 예측된다. OFDM은 고속 데이터 전송에 효율적이며, 적응 안테나는 채널 용량을은 증가시키고 지연 확산과 다중경로 페이딩 및 인접 채널 간 간섭을 감소시킴으로 시스템의 성능을 향상시키는 기술로 각광받고 있다. 본 논문에서는 안테나에 좀 더 가까운 IF에서 소프트웨어로 제어 가능한 SDR의 개념을 사용하여 여러 명의 OFDM 사용자가 있을 경우, IF단과 baseband단을 조합하여 빔포밍 알고리즘을 적용하는 방법을 제안하였다. 제안된 방법은, 먼저 첫번째 훈련심볼 구간동안 디지털 IF를 거친 신호의 크기를 통해 사용자가 있는 안테나를 선택하여 선택된 안테나의 신호를 baseband로 내려보낸다. Baseband에서는 두번째 훈련심볼인 직교 코드를 이용하여 각 안테나의 주 사용자를 알게된다. Weighting vector를 계산하여 그 값을 다시 IF단으로 되돌려 주면, IF단에서는 두 개의 훈련 심볼을 제외한 프레임 구간동안은 baseband를 거치지 않고 IF단에서 제어할 수 있다. 이때, IF단에서 정확한 동기가 가정되어야 하며, weighting 계산은 매 프레임마다 이루어진다고 가정한다. 컴퓨터 시뮬레이션을 통해 AWGN 채널과 Pedestrian A +AWGN 채널 하에서 제안된 알고리즘의 성능 평가가 이루어졌고, 안테나 개수가 증가함에 따라 성능이 향상됨을 확인할 수 있다.