KR20010069611A - 다중 반송파 통신 시스템에서 지연회로를 이용한 피크대평균 전력비(papr) 저감 방법 - Google Patents
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Abstract
다중 반송파 코드 분할 다중 접속(MC-CDMA: multicarrier code division multiple access) 시스템이나, 직교 주파수 분할 다중화(OFDM: orthogonal frequency division multiplexing) 방식은 많은 부반송파를 사용하므로써 피크대 평균 전력비(PAPR: peak to average power ratio)가 커져서 고출력 증폭기(HPA)에 큰 문제를 발생시킨다. 기존 피크대 평균 전력비(PAPR)의 감소방식은 매우 많은 계산량과 복잡한 회로구조를 가진다. 본 발명에서는 지연(Delay) 회로만을 이용한 새로운 피크대 평균 전력비(PAPR) 감소방식을 제안한다. 종래의 다중반송파 코드분할다중접속(MC-CDMA) 시스템과 달리, 각각의 부반송파 별로 들어오는 신호들에 각기 다른 정도의 지연을 갖는 지연기를 통과시킨다. 지연 회로는 신호 진폭 크기에 변화를 주지 않으나 위상변화를 일으킨다. 서로 다른 위상의 신호들을 다중반송파 변조함으로써 각각의 반송파들의 신호가 동시에 같은 위상이 되지 않게함으로써, 즉 벡타적으로 각각의 부반송파 벡터가 동위상이 되지않게 하여 합 벡타의 크기를 작게하므로써 피크대 평균 전력비(PAPR)를 감소시키는 것이다. 종전 방법에 비하여 매우 간편한 구조이며, 추가적인 연산이 필요없다. 또한 종전 피크대 평균 전력비(PAPR) 감소방식의 전단계에서 사용이 가능하며, 병용한다면 더욱 적은 계산량으로 충분한 피크대 평균 전력비(PAPR) 감소 효과를 갖는다.
Description
본 발명은 디지탈 방송 시스템과 고속의 무선 데이터 네트워크에 사용되는 직교 주파수 분할 다중화(OFDM), 또는 다중반송파 코드분할다중접속 (MC-CDMA) 방식과 같은 다중 반송파를 사용하므로써 나타나는 중요한 문제점인 피크대 평균 전력비(PAPR)를 저감시키는 방법에 관한 것이다. 일반적인 통신 시스템은 고출력 증폭기(HPA: high power amplifier)(7)와 같은 비선형 증폭기를 사용하고, 이러한 증폭기들은 고효율의 출력을 위하여 포화영역에서의 동작한다. 다중 반송파 많은 부반송파를 사용하기 때문에 높은 피크대 평균 전력비(PAPR)로 인하여 진폭변화가 커서 비선형 영역에서의 동작으로 인하여 큰 성능저하가 있을 뿐만 아니라, 부반송파 간의 혼변조나 인접채널로의 방사가 나타난다. 따라서 다중반송파 신호의 피크대 평균 전력비(PAPR)를 줄이기 위한 선행기술이 있었다. 첫번째로 부반송파로 들어가는 신호입력에 코드 워드(Codeword)로 이루어진 행렬을 사용하는 방법이다. 이러한 방법의 기본 개념은 높은 피크대 평균 전력비(PAPR)을 가지는 코드 워드를 사용하지 않는 것이다. 따라서, 낮은 피크(Peak) 값을 가지는 코드워드(Codeword)를 찾기 위한 많은 계산이 필요하고, 코드워드로 인해 발생하는 추가적인 대역폭의 요구는 스펙트럼 효율을 떨어뜨린다. 또한 부반송파가 많아지는 시스템에서는 매우 비효율적이다. 두번째 방법으로 증폭기를 통과하기 전에 클립핑(Clipping)을 사용하는 방법이 있다.
이 방법을 통해서도 피크대 평균 전력비(PAPR)를 줄일 수 있지만, 클립핑(Clipping)은 대역내 왜곡과 대역외 잡음(Inband Noise and Out of bandNoise)을 발생시킨다. 또 첫번째 방법괴과 유사하게 에러정정용 블록 코딩(Block coding)에서의 용장도(Redundancy)를 이용하여 피크대 평균 전력비(PAPR)을 줄이는 방법이 있다. 낮은 피크-투-평균 전력비(PAPR)을 갖는 블럭코드로 변화해서 피크대 평균 전력비(PAPR)을 줄이고, 에러도 정정하는 방법이다. 그러나 최적의 코드를 찾기 위하여 많은 연산이 필요하며, 정보전송 효율이 크게 저하되는 단점이 있다.
본 발명은 종래의 복잡한 설계 기술과 추가적인 회로를 줄이고 계산이 불필요하며, 또한 정보 전송효율을 전혀 변화시키지 않으면서 피크대 평균 전력비(PAPR)를 저감시키는 방법에 관한 것이다.
제안된 방식은 각각의 부반송파 브랜치(Branch)마다 서로 다른 지연이 되게 지연기(Delay Circuit)(12)를 적용하여 위상들을 서로 다르게 배치시키므로써 피크 크기가 작게 되도록하는 방식이다.
지연 회로(12)만을 사용하며 구조가 간단하고, 연산이 필요없다.
제 1 도는 본 발명에 관련된 일반적인 전체 블록 구성도
제 2 도는 본 발명의 지연 회로 방식의 블럭 구성도
※ 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
(1) 신호 매퍼(Mapper) (9) A/D 컨버터
(2) 의사잡음수열 (10) 고속 푸리에 변환(FFT)
(Pseudo Noise Sequence) (11) 신호 디매퍼(Demapper)
(3) 부반송파별 데이터 (12) 지연 회로
(4) 역고속푸리에 변환(IFFT)
(5) 덧셈기
(6) D/A 컨버터
(7) 고출력증폭기(HPA)
(8) 전송 채널
제 1도는 일반적인 다중반송파 코드분할다중접속 (MC-CDMA)시스템이다. 직렬의 데이터는 신호 매퍼(Mapper)(1)를 통하여 4진-위상변조방식(QPSK:Quadriphase-shift keying)신호로 바뀌어지고, 역고속 푸리에 변환(IFFT: Inverse Fast Fourier Transform)(4)에 의하여 다중반송파 변조된다. 이때 N은 부반송파의 갯수이며, 각 브랜치(branch)별 데이터(3)X=[X 0,X 1, …,X N-1] 로 전송되고있는 4진-위상변조방식(QPSK) 신호를 의미한다. 피크대 평균전력비(PAPR)은 식 (1)과 같이 정의된다.
이렇게 전송되는 다중반송파 시스템은 동일한 데이터가 동시에 각각의 부반송파에 보내지게 되어, 동시에 같은 위상을 가지는 경우가 발생되어진다. 따라서 이러한 경우 부반송파의 수가 증가할수록 피크대 평균전력비(PAPR)는 그 값이 비례적으로 커지게 된다. 그러므로 비선형 왜곡이 발생하게 된다. 따라서 본 발명의 방법에서는, 신호 매퍼(Mapper)(1)를 거친 후 직접 역고속푸리에 변환(IFFT)(4)으로 들어가는 것을 각각의 부반송파 별로 지연(Delay)(12)시켜서 데이터에 대한 서로 다른 위상을 갖게한다.
입력되는 신호는 신호 매퍼(Mapper)(1)를 통하여 4진-위상변조방식(QPSK) 신호로 변환되고, 사용자별 의사잡음 수열(Pseudo Noise Sequence) C(2)에 의하여 확산된다. 제 2도와 같이, 확산된 신호는 일반적인 다중반송파 시스템과 달리 각각의 부반송파별로 들어오는 신호를 역고속푸리에변환(IFFT)(4) 처리되기 전에 각기 다른 지연기(Delay Circuit)(12)을 통과한다. 지연 회로(Delay Circuit)(12)는 신호 진폭 크기에 변화를 주지 않으나 위상변화를 일으킨다. 따라서 지연 회로(12)를 거쳐 역고속푸리에변환(IFFT)(4)으로 입력되는 신호들은 크기는 동일하지만 위상이 서로 다른 성좌표(Constellation)의 변화를 갖는 신호이다. 부반송파들이 동일한 초기위상을 갖는 역고속푸리에변환(IFFT)(4) 과정에 서로 다른 위상으로 입력되는 신호들을 다중반송파 변조함으로써 각각의 반송파들의 신호가 동시에 같은 위상을가지게 하는 것을 피할 수 있게되는 것을 의미한다. 따라서 벡타적으로 각각의 부반송파 벡터가 동위상이 되지않게 하여 합 벡타의 크기를 작게하므로써 피크대 평균 전력비(PAPR)를 감소시킨다.
피크대 평균 전력비(PAPR)를 도 2와 같이 구성된 감소 시스템에서, 부반송파를 4개에서 128개까지 증가시키면서 컴퓨터 모의 실험을하여 표 1의 결과를 얻었다.
결과에서 보듯이 일반적인 다중반송파 시스템에서는 부반송파를 두배로 증가시키게 되면 3[dB]씩 피크대 평균 전력비(PAPR)가 증가된다. 그러나 본 발명의 경우, 1[dB]이하의 증가를 갖는다. 주파수 선택성 페이딩에 대처하고 고속 데이터 전송을 위하여 대개 512개나 1024개의 부반송파를 사용하므로 본 발명의 효과는 매우 크다고 판단 된다. 따라서 부반송파의 증가에 따라 기존의 다중반송파 코드분할다중접속(MC-CDMA) 시스템과 직교 주파수 분할 다중화(OFDM) 방식의 피크대 평균 전력비(PAPR)와 비교하여 상당히 저감된다. 지연의 정도를 달리하여, 지연(delay)를 1 칩(Chip) 단위, 또는 2 칩 (Chip) 단위로 크기변화를 시켰을 때에도 표1의 결과와 1 [dB] 이내의 작은 값의 차이이다.
본 발명에서는 다중반송파 코드분할다중접속(MC-CDMA) 시스템, 또는 직교 주파수 분할 다중화(OFDM) 방식의 다중 반송파 변조 시스템에서의 피크대 평균 전력비(PAPR) 저감 기술로서에서 지연 회로(Delay Circuit)(12)를 이용한 방식을 발명하였다. 제안된 발명 시스템의 피크대 평균 전력비(PAPR) 저감 방법은 간단한 구조이고, 연산을 하지 않으면서, 부반송파의 수가 증가할수록 더욱 좋은 성능을 얻을 수 있다는 것이 장점이다. 또한 종전 피크대 평균 전력비(PAPR) 감소방식의 전단계에서 사용이 가능하며, 병용한다면 더욱 적은 계산량과 적은 복잡도를 갖으면서도 충분한 피크대 평균 전력비(PAPR) 감소 효과를 갖는다.
Claims (1)
- 다중반송파 코드분할다중접속(MC-CDMA) 시스템, 또는 직교주파수 분할 다중화(OFDM)의 다중 반송파 변조시스템에서의 피크대 평균 전력비(PAPR) 저감 기술로서 ,가) 역고속푸리에 변환(IFFT) 전에, 또는 다중 반송파 변조전에 지연 회로(Delay Circuit), 또는 지연작용의 연산을 이용하여 피크대 평균 전력비(PAPR)를 감소시키는 것과,나) 종전 방식의 사전 처리 단계로 지연과정을 이용하는 방법.
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