Application of an antenna array to FBMC/OQAM system

Abstract

FBMC/OQAM은 높은 주파수 효율성과 주파수 확산에 강인한 특징을 가지고 있기 때문에 OFDM의 효과적인 대안책이다. 하지만, FBMC/OQAM은 주기적 전치 부호 (cyclic prefix)가 없기 때문에 특히, 다중 경로가 넓게 퍼진 상황에서, 다중 경로 간섭에 영향을 많이 받는 단점이 있다. 비록 MIMO나 등화기 (equalizer)와 같은 기존 기술들이 다중 경로 페이딩에 대항할 수 있지만, 각 부반송파가 평탄 페이딩 (flat fading)이 아니라면 이러한 기술들은 효과적으로 다중 경로 간섭을 해결해주지 못한다. 본 논문에서는 극심한 주파수 선택적 다중 경로들에 있어 빔패턴을 형성하여 다중 경로 간섭을 없앨 수 있는 FMBC/OQAM 시스템에 적용할 수 있는 수신 안테나 어레이의 절차를 제시한다. 제안하는 어레이 시스템의 성능은 각 부반송파가 극심한 주파수 선택적 페이딩을 겪는 것을 특징으로 하는 3GPP의 확장된 전형적인 도시 환경 (ETU: Extended Typical Urban) 모델에서 비트 에러 오율로써 증명하였다. 또한 다양한 컴퓨터 시뮬레이션을 통해, 제안하는 안테나 어레이 시스템은, N이 각 부 어레이의 안테나 개수, Δθ 가 도착하는 인접 경로간의 차이일 때, Δθ = 15°, 10°, 5°인 상황에서, N=10, 16, 22이면 완벽하게 다중 경로 간섭을 없애주는 것을 확인하였다. 추가로, 제안하는 어레이 시스템은 다중 경로 간섭이 성공적으로 제거되면, N에 비례하는 신호 대 잡음 비의 이득을 제공해 준다.; Filter bank multicarrier with offset quadrature amplitude modulation (FBMC/OQAM) is an attractive alternative to orthogonal frequency division multiplexing, as it yields a higher spectral efficiency and robustness to frequency dispersion. However, FBMC/OQAM suffers from multipath interference owing to the absence of a cyclic prefix, especially in the signal environments of widely spread multipaths. Although conventional techniques such as multiple-input multiple-output or equalization can combat multipath fading, these techniques do not effectively resolve the multipath interference unless each subcarrier channel can be assumed to be of a flat fading. This thesis presents a systematic procedure of applying a receive antenna array to FBMC/OQAM systems that removes the multipath interferences using a nicely-shaped beam pattern for each of the multipaths associated with a severe frequency selectivity. The performance of the proposed array system has been demonstrated in terms of its bit error rate in the adverse multipath-spread environment of the Extended Typical Urban model of the 3rd Generation Partnership Project, in which each subcarrier channel suffers from a severe frequency-selective fading. Using various computer simulations, it was found that the proposed array system can completely resolve multipath interferences with an array of N = 10, 16, and 22 when Δθ = 15°, 10°, and 5°, respectively, where N and Δθ denote the number of antennas in each subarray and the interpath direction of arrival difference, respectively. In addition, the proposed array system also provides a signal-to-noise ratio gain that is proportional to N, once the multipath interferences are successfully resolved.