Multiple access interference cancellation for orthogonal frequency division multiple access system

Abstract

OFDMA 상향 링크에서는 서로 다른 주파수 오차를 가지는 각 사용자의 신호들이 시간 도메인에서 합쳐 수신됨으로 인해 다중 사용자 간섭이 생기게 되어 시스템의 성능이 심각하게 저하된다. 이 때 상항 링크에서는 서로 다른 주파수 오차를 가진 신호들이 합쳐지게 되고 수신단에서는 FFT 수행 전에 검출될 사용자의 주파수 오차에 따라 주파수 오차를 보정한 후 FFT를 통과하게 된다. 이 과정에서 서로 다른 주파수 오차를 갖는 신호들이 FFT를 통과하면서 사용자들 간에 직교성이 깨어지면서FFT 누설 현상에 의해 다중 사용자 간섭 발생하게 된다. 따라서 시간 도메인에서 먼저 검출된 신호를 수신한 신호에서 제거해주는 기법을 사용한다면 주파수 오차에 의한 간섭을 줄일 수 있다. 본 논문에서는 병렬형 다단 간섭 제거 기법을 OFDMA 상향 링크 시스템에 적용함으로써 효과적으로 다중 접속 간섭을 제거하였다. 특히, 병렬형 다단 간섭 제거의 단점인 복잡도 및 검출 지연을 줄이기 위해 그룹핑 방법을 사용하였으며 그룹핑을 하는 방법은 각 사용자의 주파수 오차에 따라 그룹핑을 하여 같은 그룹에 속한 사용자는 함께 검출되게 하여 복잡도 및 검출 지연을 줄여주었다. 하지만 단순 병렬형 다단 간섭 제거의 경우 잘못된 검출로 인하여 다음 단계의 간섭 제거에서 잘못된 신호가 제거 되어 수신기의 성능이 나빠지는 현상이 발생하게 된다. 따라서, 본 연구에서는 병렬형 다단 간섭 제거에서 그룹별로 weight를 정해 신호의 일정부분만 수신한 신호에서 빼어줌으로써 이러한 현상을 방지하였다. Weight을 주는 방법은 OFDMA 상향 링크에서 발생하는 다중 접속 간섭의 특성에 맞게 각 사용자의 주파수 오차 및 각 그룹의 신뢰도에 따라 정하였다. 본 알고리듬의 장점은 기존 연구와는 달리 주파수 효율을 떨어뜨리지 않으면서 블락 톤 및 인터리브드 톤 할당 방식 모두에 적용이 가능하다는 것이다. 또한 기존의 방법 중 주파수 오차를 피드백 해 주는 방법은 정수배 주파수 오차의 경우는 효율적이나 도플러에 의해 영향을 받는 소수배 주파수 오차의 경우는 비효율적이다. 제안된 간섭 제거 기술은 기지국에서 행하여짐으로 기지국의 복잡도는 단말기의 복잡도보다 극복하기 쉽다는 장점이 있으므로 단말기에서 주파수를 바꾸어 신호를 보내는 것보다 기지국에서 간섭을 제거하는 편이 시스템 운용에 효율을 줄 것이다. ;In multi-user orthogonal frequency division multiplexing (OFDM) systems, the division of different users is achieved by exploiting the orthogonality of the subcarriers. However, a well-known problem of OFDM systems is its vulnerability to synchronization errors, which introduce loss of orthogonality among the subcarriers and, hence, among the users. This problem becomes more challenging in uplink channel, where the users have different frequency offsets due to misalignment in carrier frequencies between the transmitter and the receiver, and Doppler shifts. In such a system, these offsets must be estimated and corrected. However, in an uplink scenario the perfect correction of the users’ frequency offsets can not be accomplished at the base station receiver, as in the downlink. In this thesis, we propose methods to counteract the effect of different frequency offsets of the users in a OFDMA uplink system with Rayleigh fading channel. The multiple access interference is reduced by reconstructing and removing the interfering signals. This is done by accomplishing parallel or weighted & group-wised parallel interference cancellation. Parallel processing of multiuser interference simultaneously removes from each user the interference produced by the remaining users accessing the channel. It was common to all of the conventional schemes in OFDMA uplink systems the fact that at each stage of the iteration, an attempt was made for each user to completely cancel the interference caused by all the other users. As we shall see in this paper, this is not necessarily the best philosophy. Rather, when the interference estimate is poor, it is preferable not to cancel the entire amount of estimated multiuser interference. With the above discussion in mind, this thesis presents a new parallel interference cancellation scheme that significantly reduces the degrading effect of multiuser interference but with a complexity linear in the number of users and with improved performance over the previously considered parallel interference cancellation techniques. We analyze the performance of these cancellation schemes assuming either ideal frequency offset estimates and perfect channel knowledge. A known frequency offset estimation algorithm, based on an adaptive MSE (mean square error) scheme, can be extended to a multiuser environment. Simulation results show that, with the interference cancellation it is possible to achieve performance near to that without frequency offsets at the cost of low implementation complexity increase. The results of this paper have been extended in several ways.