Skip to main content
SUPERVISOR
حمید سعیدی سورک (استاد مشاور) محمدجواد امیدی (استاد راهنما)
 
STUDENT
Javad Mohammadi siahboomi
جواد محمدی سیاه بومی

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی برق و کامپیوتر
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1389

TITLE

Computational complexity reduction of CFO compensation in SC-FDMA system
In the recent decade the multi-carrier modulation is considered by wireless system designers due to its high data rate and resistance against multipath fading effects. Orthogonal frequency division multiplexing (OFDM) is widely known and is the most commonly used multi-carrier modulation scheme in many communication standards. Also, OFDM is generalized for use in multi-user systems and is called orthogonal frequency division multiple access (OFDMA). Two important applications of OFDMA are in WiMAX and LTE uplink. Despite the advantages, OFDMA systems have two major challenges. First is high peek to average power ratio (PAPR), that results in coverage reduction and non-linear signal amplification that decrease bandwidth efficiency. High PAPR requires high-power amplifier with very large dynamic range, which results in increased system cost. By adding a discrete Fourier transform (DFT) pre-coder to OFDMA transmitter, PAPR will be reduced significantly. The amount of PAPR in this scheme, which is called single carrier frequency division multiple access (SC-FDMA), depends on subcarrier allocation scheme. In the interleaved allocation scheme, uniformly distributed subcarriers in the available bandwidth are assigned to each user, and this results in the least amount of PAPR. Therefore in the LTE uplink the SC-FDMA is used to improve power characteristics. The second challenge of OFDMA based systems is sensitivity to carrier frequency offsets (CFO). The CFO is caused by instability of local oscillators and Doppler effect. Due to synchronization errors in time-varying channels, it is not possible to remove CFO completely. The effect of CFO on OFDM signal is the interference between subcarriers. In uplink transmission the CFO causes interference between different user subcarriers called multiple access interference (MAI), which significantly reduces system performance. There are several proposed techniques to compensate CFO effects in OFDMA and SC-FDMA systems and their common challenge is high computational complexity. This thesis is focused on CFO problems in SC-FDMA systems and comparison of different CFO compensation techniques. An interleaved SC-FDMA system, that has highest frequency diversity and lowest PAPR compared to other allocation schemes, is considered and a new low complexity technique is proposed to compensate CFO. The proposed scheme compensates CFO by the goal of maximizing the average signal to interference power ratio (SIR). It shows better performance compared to other techniques with comparable complexity. To further improve performance, a simple algorithm is proposed to remove MAI after CFO compensation. The proposed technique provides a suitable performance with very low complexity. Also despite other methods, this technique shows good stability in systems with imperfect power control. Keywords: SC-FDMA system; carrier frequency offset; CFO compensation; inter carrier interference; multiple access interference; interference cancellation algorithms.
مدولاسیون چند حاملی بدلیل مقاومت در برابر پدیده چند مسیرگی کانال بیسیم و تامین نرخ ارسال بالا در دهه‌ی اخیر مورد توجه طراحان سیستم‌های بیسیم قرار گرفته‌ است. مدولاسیون OFDM معروفترین و پر کاربرد ترین مدولاسیون چندحاملی است و امروزه شاهد استفاده از این مدولاسیون در بسیاری از استاندارد‌های مخابراتی هستیم. همچنین این مدولاسیون برای استفاده در سیستم‌های چندکاربره تعمیم یافته است که با نام OFDMA شناخته‌ می‌شود. از مهمترین کاربرد‌هایOFDMA می‌توان به استاندارد WiMAX و ارسال فروسویLTE اشاره کرد. در کنار تمام مزیت‌ها، سیستم‌های مبتنی بر OFDM همواره با دو چالش روبرو بوده‌اند. مسئله اول بالا بودن نسبت توان قله به توان متوسط سیگنال (PAPR) است. این مسئله بویژه در ارسال فراسو باعث کاهش سطح پوشش سلول، تقویت غیر خطی سیگنال و در نتیجه کاهش بازدهی پهنای باند می‌شود. همچنین PAPR بالا لازم می‌دارد در فرستنده‌ها از تقویت‌های گران قیمت با رنج دینامیکی بالا استفاده شود. اضافه شدن یک پیش کدگذار تبدیل فوریه گسسته به سیستم OFDMA میزان PAPR را به شدت کاهش می‌دهد. طرح حاصل SC-FDMA نام داشته و میزان PAPR در آن به نحوه‌ی اختصاص منابع به کاربران وابسته بوده و در تخصیص درهمنهی شده به حداقل می‌رسد.به همین جهت در ارسال فراسویLTE برای بهبود مشخصه‌های توانی سیگنال از SC-FDMA استفاده می‌شود. مشکل دوم سیستم‌های مبتنی بر OFDMA حساسیت به انحراف‌های فرکانسییا CFO است. CFO بر اثر عدم انطباق اسیلاتور‌های گیرنده و فرستنده و همچنین اثر داپلر ایجاد شده و امکان حذف کامل به علت خطا‌های همزمانسازی در کانال‌های متغیر با زمان وجود ندارد. اثر CFO در سیگنال‌ OFDM به صورت تداخل بین زیرحامل‌ها ظاهر می‌شود. این مسئله بویژه در ارسال فراسو به علت تفاوت انحراف‌های فرکانسی کاربران مختلف موجب تداخل‌های بین کاربری شده و عملکرد سیستم را به شدت تحت تاثیر قرار می‌دهد. روش‌های مختلفی برای جبران CFO در سیستم‌هایOFDMA و SC-FDMA پیشنهاد شده است که مشکل مشترک آنها پیچیدگی محاسباتی بسیار بالا است. در این پایان نامه بر مسئله انحراف‌ فرکانسی در سیستم SC-FDMA تمرکز شده و انواع روش‌های جبران CFO معرفی و با یکدیگر مقایسه شده‌اند. سپس سیستم SC-FDMA با تخصیص درهمنهی که دارای پایین ترین PAPR و بالاترین چندگانگی فرکانسی است مد نظر قرار گرفته و روشی برای جبران انحراف فرکانسی در این سیستم پیشنهاد شده است. روش ارائه شده جبران انحراف فرکانسی را با هدف بیشینه کردن نسبت متوسط توان سیگنال به متوسط توان تداخل یا SIR انجام می‌دهد. همچنین برای بهبود کارایی روش، یک الگوریتم ساده برای حذف تداخل بین کاربری پیشنهاد شده است. تکنیک پیشنهادی کارایی مناسب را با پیچیدگی محاسباتی بسیار پایین فراهم کرده است. همچنین این روش علیرغم اکثر روش‌های جبران انحراف فرکانسی در سیستم‌های فاقد کنترل توان پایداری نسبتا خوبی دارد. کلمات کلیدی: سیستم SC-FDMA، انحراف فرکانسی، تصحیح انحراف فرکانسی، تداخل بین کاربری و بین حاملی، الگوریتم‌های حذف تداخل

ارتقاء امنیت وب با وف بومی