[논문 리뷰] Out-of-Band Radiation Comparison of GFDM, WCP-COQAM and OFDM at Equal Spectral Efficiency

Ali Bulut Üçüncü|arXiv (Cornell University)|2015. 01. 01.

PAPR reduction in OFDM참고 문헌 3인용 수 3

한 줄 요약

이 논문은 동일한 스펙트럼 효율 조건에서 GFDM, WCP-COQAM, OFDM 간의 밖주파수 대역(OOB) 방사와 캐리어 주파수 오프셋(CFO)에 대한 내성을 공정하게 비교한다. 모든 세 가지에 대해 윈도잉과 가드 심볼을 적용하여 비교를 공정하게 유지한다. 그 결과, 동일한 스펙트럼 효율 조건에서 OOB 방출은 세 가지 변조 방식 간에 거의 동일한 것으로 나타나, 억제 기술이 균일하게 적용될 경우 GFDM과 WCP-COQAM가 OFDM보다 OOB 성능에서 유의미한 이점을 가진다는 주장이 흔들림을 받는다.

ABSTRACT

GFDM and WCP-COQAM are amongst the candidate physical layer modulation formats to be used in 5G, whose claimed lower out-of-band (OOB) emissions are important with respect to cognitive radio based dynamic spectrum access solutions. In this study, we compare OFDM, GFDM and WCP-COQAM in terms of OOB emissions in a fair manner such that their spectral efficiencies are the same and OOB emission reduction techniques are applied to all of the modulation types. Analytical PSD expressions are also correlated with the simulation based OOB emission results. Maintaining the same spectral efficiency, carrier frequency offset immunities will also be compared.

연구 동기 및 목표

• OFDM, GFDM, WCP-COQAM 간의 OOB 방출을 스펙트럼 효율을 동일하게 하여 공정하게 비교하기 위해.
• OOB 억제 기술인 윈도잉과 가드 심볼 삽입을 세 변조 방식 전부에 균일하게 적용하여 공정성을 확보하기 위해.
• OOB 비교의 공정성을 검증하기 위해 동일한 스펙트럼 효율 조건에서 CFO 내성 평가를 수행하기 위해.
• 분석적 전력 스펙트럼 밀도(PSD) 표현식을 유도하고, 이를 시뮬레이션 결과와 연관지켜 OOB 방출 분석을 수행하기 위해.

제안 방법

• OFDM의 서브카리어 수를 증가시켜 GFDM 및 WCP-COQAM와 동일한 스펙트럼 효율을 확보하고, 동일한 대역폭을 유지하기 위해.
• 신호 모델에서 유도된 분석적 PSD 표현식을 사용해 OOB 방출 수준을 예측하고, 몬테카를로 시뮬레이션을 통해 검증하기 위해.
• OOB 방출 억제를 위해 OFDM, GFDM, WCP-COQAM 전부에 윈도잉과 가드 심볼 삽입을 적용하기 위해.
• 정적 COST-207 산지 지형 채널 모델을 사용하고, 채널 지식을 완전히 확보하며, 싱글탭 제로포지션 등화를 적용하여, CFO 조건 하에서 SER 대 SNR 성능을 평가하기 위해.
• GFDM의 성능 평가를 위해 매칭 필터(MF), 제로포지션(ZF), 간섭 제거(MF-DSIC) 수신기를 사용하기 위해.
• OFDM의 분석적 AWGN 성능을 시뮬레이션 결과와 비교하여 모델 및 시뮬레이션 설정의 정확성을 검증하기 위해.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 스펙트럼 효율을 동일하게 하였을 때, GFDM 또는 WCP-COQAM가 OFDM보다 유의미한 OOB 방출 이점을 가지는가?
• RQ2 스펙트럼 효율이 동일한 조건에서 윈도잉과 가드 심볼 삽입이 OFDM, GFDM, WCP-COQAM의 OOB 방출에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ3 스펙트럼 효율을 GFDM 및 WCP-COQAM와 동일하게 하기 위해 서브카리어 수를 증가시킨 OFDM의 CFO 내성은 손상되는가?
• RQ4 분석적 PSD 표현식이 시뮬레이션에서 관찰된 OOB 방출 행동을 어느 정도 정확하게 예측하는가?

주요 결과

• 스펙트럼 효율을 동일하게 하고 억제 기술을 균일하게 적용할 경우, OFDM, GFDM, WCP-COQAM의 OOB 방출은 거의 동일한 수준에 이르게 된다.
• 문헌에서 자주 언급되는 GFDM 및 WCP-COQAM의 OFDM 대비 OOB 방출 이점은, 스펙트럼 효율이 동일하고 공통된 억제 방법이 적용되는 공정한 비교 조건에서는 사라진다.
• 분석적 PSD 표현식은 시뮬레이션 결과와 매우 유사하게 나타나, 모델이 OOB 행동을 예측하는 데 정확함을 입증한다.
• 더 높은 서브카리어 수에도 불구하고, 스펙트럼 효율이 동일한 조건에서 OFDM은 GFDM 또는 WCP-COQAM보다 CFO 내성이 떨어지지 않으며, CFO로 인한 ISI 영향이 모든 방식에 동일하게 작용하기 때문이다.
• CFO 조건 하에서도 OFDM의 SER 성능은 GFDM 및 WCP-COQAM와 유사하게 유지되어 비교 프레임워크의 공정성을 확인한다.
• RRC, Dirichlet, 가우시안 등의 다양한 펄스 형태에 대해 결과가 동일하게 유지됨을 확인하여, 연구 결과가 펄스 형태 선택에 대해 강건함을 입증한다.