KR100484447B1 - Transmitting/receiving apparatus and method for improving peak-to-average power ratio in an orthogonal frequency division multiplexing system - Google Patents

Transmitting/receiving apparatus and method for improving peak-to-average power ratio in an orthogonal frequency division multiplexing system Download PDF

Info

Publication number
KR100484447B1
KR100484447B1 KR10-2002-0061591A KR20020061591A KR100484447B1 KR 100484447 B1 KR100484447 B1 KR 100484447B1 KR 20020061591 A KR20020061591 A KR 20020061591A KR 100484447 B1 KR100484447 B1 KR 100484447B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
matrix
signal
papr
ifft
low pass
Prior art date
Application number
KR10-2002-0061591A
Other languages
Korean (ko)
Other versions
KR20040032455A (en
Inventor
김제우
장태련
Original Assignee
텔레시스 인코포레이티드
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 텔레시스 인코포레이티드 filed Critical 텔레시스 인코포레이티드
Priority to KR10-2002-0061591A priority Critical patent/KR100484447B1/en
Publication of KR20040032455A publication Critical patent/KR20040032455A/en
Application granted granted Critical
Publication of KR100484447B1 publication Critical patent/KR100484447B1/en

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04LTRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L27/00Modulated-carrier systems
    • H04L27/26Systems using multi-frequency codes
    • H04L27/2601Multicarrier modulation systems
    • H04L27/2614Peak power aspects
    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04LTRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L27/00Modulated-carrier systems
    • H04L27/26Systems using multi-frequency codes
    • H04L27/2601Multicarrier modulation systems
    • H04L27/2626Arrangements specific to the transmitter only
    • H04L27/2627Modulators
    • H04L27/2634Inverse fast Fourier transform [IFFT] or inverse discrete Fourier transform [IDFT] modulators in combination with other circuits for modulation
    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04LTRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L27/00Modulated-carrier systems
    • H04L27/32Carrier systems characterised by combinations of two or more of the types covered by groups H04L27/02, H04L27/10, H04L27/18 or H04L27/26
    • H04L27/34Amplitude- and phase-modulated carrier systems, e.g. quadrature-amplitude modulated carrier systems
    • H04L27/3405Modifications of the signal space to increase the efficiency of transmission, e.g. reduction of the bit error rate, bandwidth, or average power
    • H04L27/3411Modifications of the signal space to increase the efficiency of transmission, e.g. reduction of the bit error rate, bandwidth, or average power reducing the peak to average power ratio or the mean power of the constellation; Arrangements for increasing the shape gain of a signal set

Abstract

직교주파수분할다중(OFDM) 방식의 통신시스템에서 피크전력대평균전력비 (PAPR)의 특성을 개선하기 위한 장치 및 방법이 개시되어 있다. 본 발명의 실시예에 따른 "DFA OFDM 방식"에 따르면, 송신단에서는 주파수 영역의 신호에 델타 자기상관 특성을 가지는 위상 매트릭스를 곱하여 전송하고, 수신단에서는 상기 위상 매트릭스의 헤르미시안 매트릭스를 이용하여 수신 신호를 복조한다. 이러한 본 발명은 송신신호에 리던던시가 없으므로 데이터 전송속도의 손실은 없게 되며, 주파수 영역에서 델타 자기상관 특성을 가지므로 시간 영역에서는 일정한 엔벨로프를 가지게 되어, 결과적으로 PAPR 특성을 개선하는 효과를 가진다. An apparatus and method are disclosed for improving the characteristics of peak power to average power ratio (PAPR) in an orthogonal frequency division multiplex (OFDM) communication system. According to the "DFA OFDM scheme" according to an embodiment of the present invention, the transmitting end multiplies the signal in the frequency domain by a phase matrix having a delta autocorrelation characteristic, and the receiving end transmits the received signal using the Hermithian matrix of the phase matrix. Demodulate Since the present invention has no redundancy in the transmission signal, there is no loss of data transmission rate, and the delta autocorrelation characteristic in the frequency domain has a constant envelope in the time domain, resulting in an improvement in the PAPR characteristic.

Description

피크전력대평균전력비 특성의 개선을 위한 직교주파수분할다중 방식 통신시스템의 송수신 장치 및 방법 {TRANSMITTING/RECEIVING APPARATUS AND METHOD FOR IMPROVING PEAK-TO-AVERAGE POWER RATIO IN AN ORTHOGONAL FREQUENCY DIVISION MULTIPLEXING SYSTEM} Transmitting and Receiving Device and Method of Orthogonal Frequency Division Multiple Communication System for Improvement of Peak-to-Average Power Ratio Characteristics

본 발명은 직교주파수분할다중 방식의 통신 시스템에 관한 것으로, 특히 송신 신호의 피크전력 대 평균전력 비(PAPR) 특성을 개선하기 위한 장치 및 방법에 관한 것이다. BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to orthogonal frequency division multiplexing communication systems, and more particularly, to an apparatus and method for improving the peak power to average power ratio (PAPR) characteristics of a transmission signal.

정보의 활용성이 높아지면서 정보통신 기술은 급속히 발전하고 있다. 예컨대 대규모 사업체 뿐만 아니라 일반 가정에서도 기존 음성 서비스를 포함한 다양한 영상 정보의 멀티미디어 서비스는 점차 보편화 및 대중화되고 있으며, 또한 새로운 서비스에 대한 욕구는 한층 고속화 및 다양화되어 가고 있다. 이러한 소비자들의 욕구를 만족시키기 위한 고속 데이터 통신에 적합한 전송 기술로 직교주파수분할다중(orthogonal frequency division multiplexing: 이하 "OFDM"이라 칭함)방식이 제안된 바 있다. As information utilization increases, information and communication technology is rapidly developing. For example, multimedia services of various video information including existing voice services are becoming more common and popular in general homes as well as large businesses, and the desire for new services is being accelerated and diversified. Orthogonal frequency division multiplexing (hereinafter referred to as " OFDM ") has been proposed as a transmission technology suitable for high-speed data communication to satisfy the needs of consumers.

상기 OFDM 방식은 주어진 주파수 대역에서 여러 개의 부반송파들(sub-carriers)을 사용하여 고속 데이터 전송을 가능하게 하는 통신 방식으로, 고속푸우리에변환(FFT: Fast Fourier Transform)/역 고속푸우리에변환(IFFT: Inverse Fast Fourier Transform)에 의해 변조 및 복조를 행한다. 이러한 OFDM 방식은 주파수 대역의 활용도(bandwidth-efficiency)가 높고 다중경로 페이딩(multipath fading)에 강한 특성을 가진다는 장점이 있기 때문에, 디지털 텔레비전(Digital TV), 무선 랜(Wireless LAN(Local Area Network)) 등에서 채택되고 있다. The OFDM scheme is a communication scheme that enables high-speed data transmission using a plurality of sub-carriers in a given frequency band, and includes a Fast Fourier Transform (FFT) and an Inverse Fast Fourier Transform (IFFT). Modulation and demodulation are performed by Inverse Fast Fourier Transform. Since the OFDM scheme has the advantage of high bandwidth-efficiency and strong characteristics of multipath fading, digital television and wireless local area network (LAN) are used. Has been adopted.

그러나 상기 OFDM 방식은 송신 신호의 피크전력 대 평균전력 비(Peak-to-Average-Power Ratio: 이하 "PAPR"이라 칭함)가 매우 크다는 단점이 있다. 이는 주파수 영역(frequency domain)에서 제한된 크기를 가지는 신호들이 IFFT됨에 따라 시간 영역(time domain)에서는 임펄스(impulse)와 같이 높은 최대치를 가지는 신호가 생성되기 때문이다. 따라서 OFDM 방식에 따른 송신 신호가 전력 증폭기(power amplifier)와 같은 비선형 디바이스(nonlinear device)를 통과하는 경우 높은 PAPR로 인해서 신호의 왜곡이 야기된다. 특히, 송신을 위해 입력되는 신호들이 동일한 크기와 동일한 위상을 가지는 경우에 PAPR은 매우 높게 나타난다. However, the OFDM scheme has a disadvantage in that a peak-to-average-power ratio (hereinafter referred to as "PAPR") of a transmission signal is very large. This is because signals having a limited size in the frequency domain are IFFT and thus a signal having a high maximum value such as an impulse is generated in the time domain. Therefore, when a transmission signal according to the OFDM scheme passes through a nonlinear device such as a power amplifier, a high PAPR causes distortion of the signal. In particular, PAPR is very high when signals input for transmission have the same magnitude and the same phase.

따라서 OFDM 방식을 사용하는 통신시스템에서 PAPR 특성을 개선하기 위한 여러 가지 연구들이 진행되고 있다. 예를 들어, OFDM 방식을 사용하는 통신시스템에서 PAPR을 줄이는 방식으로 선택매핑 방식(Selected Mapping Method: 이하 "SLM"이라 칭함), 톤감소 방식(Tone Reduction Method), 하다마드변환(Hadamard Transform) 방식, 반송파 간섭(Carrier Interferometry: 이하 "CI"라 칭함)방식 등이 제안되었다. 여기서, 톤감소 방식과 하다마드변환 방식은 본 발명과 관련성이 적으므로 이에 대해서는 간단히 살펴보고, SLM 방식과 CI 방식은 본 발명과 관련성이 많으므로 보다 구체적으로 살펴보기로 한다. 일 예로, 상기 SLM 방식은 A. D. S. Jayalah, C. Tellambura and H. Wu, "Reduced complexity PTS and new phase sequences for SLM to reduce PAP of an OFDM signal", VTC 2000 에 기재되어 있고, 상기 CI 방식은 D. A. Wiegandt, C. A. Nassar and Z. Wu, "Overcoming peak-to-average power ratio issues in OFDM via carrier-interferometry codes", IEEE Proc. 2001 에 기재되어 있다. Therefore, various researches for improving the PAPR characteristics in the communication system using the OFDM scheme are in progress. For example, in a communication system using an OFDM scheme, a PAPR is reduced to a selected mapping method (hereinafter, referred to as "SLM"), a tone reduction method, and a Hadamard Transform method. , Carrier Interferometry (hereinafter referred to as "CI") and the like have been proposed. Here, since the tone reduction method and the Hadamard transformation method are less related to the present invention, the present invention will be briefly described. The SLM method and the CI method are related to the present invention, and thus, the present invention will be described in more detail. For example, the SLM scheme is described in ADS Jayalah, C. Tellambura and H. Wu, "Reduced complexity PTS and new phase sequences for SLM to reduce PAP of an OFDM signal", VTC 2000, and the CI scheme is DA Wiegandt. , CA Nassar and Z. Wu, "Overcoming peak-to-average power ratio issues in OFDM via carrier-interferometry codes", IEEE Proc. Described in 2001.

상기 톤감소 방식은 정해진 몇 개의 부반송파를 이용해서 의사임펄스(pseudo impulse)를 생성하고 이를 사용하여 시간 영역에서 최고 피크값을 가지는 지점의 값을 상쇄하여 PAPR을 줄이는 방식이다. 이 방식은 계산량 측면에서는 SLM법에 비해 적지만, 의사임펄스를 생성하기 위해 사용하는 부반송파의 수만큼 데이터 전송속도의 감소를 가져오게 된다. 의사임펄스가 실제 임펄스에 가까울수록 그 특성이 우수하므로, 데이터 전송속도와 PAPR 특성의 개선 정도와의 트레이드오프(Trade-off)가 존재하게 된다. The tone reduction method is a method of generating a pseudo impulse using a predetermined number of subcarriers and using this to cancel the value of the point having the highest peak value in the time domain to reduce the PAPR. Although this method is less than the SLM method in terms of computational amount, the data rate is reduced by the number of subcarriers used to generate the pseudo impulse. The closer the pseudo impulse is to the actual impulse, the better the characteristics, and thus there is a trade-off between the data rate and the improvement of the PAPR characteristic.

상기 하다마드 변환 방식은 하다마드 매트릭스(hadamard matrix)를 주파수 영역의 신호에 곱하여 전송하고, 수신 신호를 역 하다마드 매트릭스를 이용하여 복조하는 방식이다. 이 방식은 데이터 전송 속도의 손실은 없지만, PAPR의 개선 정도가 계산량에 비해 그다지 크지 않다는 단점이 있다. The Hadamard transformation method is a method of multiplying a Hadamard matrix by a signal in the frequency domain and transmitting a demodulated signal using an inverse Hadamard matrix. This method has no loss of data rate, but has the disadvantage that the improvement of PAPR is not so large compared to the calculation amount.

상기 SLM 방식은 입력 신호에 여러 가지의 위상벡터(phase vector)들을 곱하여 그 곱해진 신호중 PAPR이 가장 낮은 신호를 찾아 이를 전송하는 방식이다. 즉, 상기 SLM 방식에 따르면, 하나의 정보에는 서로 다른 U개의 위상 벡터들이 곱하여져 IFFT된 후 PAPR이 가장 낮은 신호가 선택되어 전송된다. 그러므로 상기 SLM 방식은 위상 벡터의 수가 많아질수록 성능도 비례하여 좋아지게 될 것이다. 그러나 위상 벡터를 하나 늘일 때마다 IFFT 연산도 같이 증가되고 시간 영역에서의 PAPR 계산 과정도 부가적으로 증가하게 된다. 따라서 현실적으로 무한히 많은 위상 벡터를 사용할 수 없기 때문에 원하는 성능을 내기에 적합한 위상 벡터 수로 제한해야 할 것이다. The SLM method is a method of multiplying a plurality of phase vectors by an input signal to find a signal having the lowest PAPR among the multiplied signals, and transmitting the same. That is, according to the SLM scheme, one piece of information is multiplied by different U phase vectors and IFFT, and then a signal having the lowest PAPR is selected and transmitted. Therefore, in the SLM scheme, as the number of phase vectors increases, the performance will also be proportionally improved. However, each increase of the phase vector increases the IFFT operation and additionally increases the time-domain PAPR calculation. Therefore, since infinitely many phase vectors cannot be used, it should be limited to the number of phase vectors suitable for the desired performance.

또한, 상기 SLM 방식은 송신단에서 임의의 위상 벡터를 곱한 신호를 전송하기 때문에 수신단에서 아무런 정보없이 원 신호를 추출한다는 것은 불가능하다. 따라서 송신단에서 어떠한 위상 벡터가 곱해졌다는 것을 수신단에 알려주기 위해서 송신단에서 전송하는 신호 사이에 위상 벡터에 대한 정보를 삽입해야만 한다. 위상 벡터 정보를 전송하기 위해서는 몇 개의 부반송파를 사용하여야 하는데, 위상 벡터 정보를 전송하기 위해 사용되는 부반송파로 인해서 원래의 데이터 전송 속도보다 낮은 속도로 데이터의 전송이 일어난다. 이러한 데이터 전송 속도 역시 위상 벡터를 무한히 많이 사용할 수 없는 이유 중 하나가 된다. 즉, 많은 위상 벡터를 사용하면 위상 벡터 정보를 알려주기 위하여 사용되는 부반송파의 수 역시 증가하게 되고 따라서 데이터 전송 속도의 감소도 더 커지게 된다. In addition, since the SLM scheme transmits a signal multiplied by an arbitrary phase vector, it is impossible for the receiver to extract the original signal without any information. Therefore, in order to inform the receiver that a phase vector has been multiplied at the transmitter, information about the phase vector must be inserted between signals transmitted from the transmitter. Several subcarriers must be used to transmit the phase vector information. The subcarriers used to transmit the phase vector information cause data to be transmitted at a lower rate than the original data rate. This data rate is also one of the reasons why infinitely large number of phase vectors cannot be used. In other words, the use of a large number of phase vectors increases the number of subcarriers used to inform phase vector information, thereby reducing the data transmission rate.

상기 CI 방식은 주파수 영역의 N개 입력신호들 각각을 모든 부반송파들에 할당하여 전송하는 방식이다. 입력신호를 모든 부반송파들에 할당하는 방법은 서로 직교(orthogonal)인 위상을 가지는 벡터들을 상기 입력신호에 곱하고 그 결과 벡터들을 각 부반송파에 할당함으로써 이루어진다. 이러한 CI 방식은 위상 벡터 정보와 같은 리던던시(redundancy)가 발생하지 않기 때문에, 데이터 전송 속도의 저하가 없고 일정한 엔벨로프(constant envelop)를 가지는 시간 영역의 신호를 생성할 수 있다. 이렇게 생성된 시간 영역의 신호는 저역통과 필터(low pass filter)에 의해 필터링된 후 전송된다. 그런데 일정한 엔벨로프를 가지는 신호라고 할지라도 저역통과 필터를 통과하게 되면 PAPR 특성이 현저하게 저하, 즉 PAPR이 상당하게 증가된다는 문제점이 있다. The CI method allocates each of the N input signals in the frequency domain to all subcarriers and transmits them. The method of allocating an input signal to all subcarriers is accomplished by multiplying the input signal with vectors having orthogonal phases and assigning the vectors to each subcarrier. Since the CI method does not generate redundancy such as phase vector information, a signal in a time domain having a constant envelope without a decrease in data transmission rate can be generated. The generated time domain signal is transmitted after being filtered by a low pass filter. However, even though a signal having a constant envelope, passing through the low pass filter has a problem that the PAPR characteristic is significantly reduced, that is, the PAPR is significantly increased.

따라서 본 발명의 목적은 OFDM 방식을 사용하는 통신시스템에서 전술한 종래 기술들에 비해 개선된 PAPR 특성을 제공하는 송신 장치 및 방법을 제공함에 있다. Accordingly, an object of the present invention is to provide a transmission apparatus and method for providing an improved PAPR characteristic compared to the above-described conventional techniques in a communication system using an OFDM scheme.

본 발명의 다른 목적은 OFDM 방식을 사용하는 통신시스템에서 데이터 전송 속도의 저하됨이 없이 개선된 PAPR 특성을 제공하는 송신 장치 및 방법을 제공함에 있다. Another object of the present invention is to provide a transmission apparatus and method for providing an improved PAPR characteristic without degrading a data transmission rate in a communication system using an OFDM scheme.

본 발명의 또 다른 목적은 OFDM 방식을 사용하는 통신시스템에서 간단한 계산에 의해 개선된 PAPR 특성을 제공하는 송신 장치 및 방법을 제공함에 있다. Another object of the present invention is to provide a transmission apparatus and method for providing an improved PAPR characteristic by simple calculation in a communication system using an OFDM scheme.

본 발명의 또 다른 목적은 OFDM 방식을 사용하는 통신시스템에서 전술한 종래 기술들에 비해 우수한 데이터 전송 속도, 비트에러율(BER: Bit Error Rate) 특성 및 PAPR 특성을 제공하는 송신 장치 및 방법을 제공함에 있다. It is still another object of the present invention to provide a transmission apparatus and method for providing an excellent data transmission rate, a bit error rate (BER) characteristic, and a PAPR characteristic in a communication system using an OFDM scheme as compared to the above-described conventional techniques. have.

본 발명의 또 다른 목적은 OFDM 방식을 사용하는 통신시스템에서 시간 영역의 신호가 일정한 엔벨로프를 가지도록 하고 상기 시간 영역 신호의 제로 교차를 줄이는 송신 장치 및 방법을 제공함에 있다. Another object of the present invention is to provide a transmission apparatus and method for reducing a zero crossing of a time domain signal in a time domain signal having a constant envelope in a communication system using an OFDM scheme.

본 발명의 또 다른 목적은 OFDM 방식을 사용하는 통신시스템에서 개선된 PAPR 특성을 제공하는 송신 장치에 대응하는 수신 장치 및 그 수신 장치에 의한 신호 수신 방법을 제공함에 있다. It is still another object of the present invention to provide a receiving apparatus corresponding to a transmitting apparatus providing improved PAPR characteristics in a communication system using an OFDM scheme and a signal receiving method by the receiving apparatus.

이러한 목적들을 달성하기 위한 본 발명은 (1 ×K)의 벡터 크기를 가지는 입력 신호에 대해 역고속푸우리에변환(IFFT)을 취하는 IFFT부와, 상기 IFFT부의 출력을 저역통과필터링하는 저역통과필터를 포함하는 직교주파수분할다중(OFDM) 방식 통신시스템의 송신 장치를 제안한다. The present invention for achieving the above object is to provide an IFFT unit for performing an inverse fast Fourier transform (IFFT) for the input signal having a vector size of (1 × K), and a low pass filter for low-pass filtering the output of the IFFT unit A transmission apparatus of an orthogonal frequency division multiplexing (OFDM) communication system is included.

상기 송신 장치의 제1 매트릭스 생성부는 (M×K) 크기를 가지며 M개의 각 행들이 서로 직교인 제1 매트릭스를 생성한다. 제2 매트릭스 생성부는 (M×K) 크기를 가지며 상기 제1 매트릭스의 (i)번째 행을 치환하기 위한 제2 매트릭스와, (K×K) 크기를 가지며 상기 제1 매트릭스의 (j)번째 열을 치환하기 위한 제3 매트릭스를 생성한다. 매트릭스 변환부는 상기 제1 매트릭스의 각 행들과 각 열들을 상기 제2 매트릭스와 상기 제3 매트릭스에 의해 치환하여 (M×K)개의 변환 매트릭스들을 생성한다. 신호 처리부는 상기 입력 신호를 상기 각 변환 매트릭스들에 의해 변환하여 복수의 변환 신호들을 출력하고, 상기 복수의 변환 신호들을 각각 IFFT 및 저역통과 필터링한다. 피크전력대평균전력 비(PAPR) 측정부는 상기 신호 처리부의 출력 신호들 각각의 PAPR을 측정한다. 선택부는 상기 신호 처리부의 출력 신호들중 PAPR이 가장 작은 신호에 대응하는 변환 매트릭스를 선택한다. 신호 변환부는 상기 선택된 변환 매트릭스에 의해 상기 입력 신호를 변환하고 이 변환된 입력 신호를 송신을 위해 상기 IFFT부로 제공한다. The first matrix generator of the transmitting apparatus generates a first matrix having a size of M × K and M rows are orthogonal to each other. The second matrix generator has a size (M × K) and a second matrix for replacing the (i) th row of the first matrix, and a (K × K) size (j) column of the first matrix. To generate a third matrix to substitute for. The matrix converter generates (M × K) transform matrices by replacing each row and each column of the first matrix by the second matrix and the third matrix. The signal processor converts the input signal by the respective transform matrices to output a plurality of transform signals, and IFFT and low pass filter the plurality of transform signals, respectively. The peak power to average power ratio (PAPR) measuring unit measures the PAPR of each of the output signals of the signal processor. The selector selects a transform matrix corresponding to a signal having the smallest PAPR among the output signals of the signal processor. The signal converter converts the input signal by the selected transformation matrix and provides the converted input signal to the IFFT unit for transmission.

전술한 바와 같은 내용은 당해 분야 통상의 지식을 가진 자는 후술되는 본 발명의 구체적인 설명으로 보다 잘 이해할 수 있도록 하기 위하여 본 발명의 특징들 및 기술적인 장점들을 다소 넓게 약술한 것이다. The foregoing has outlined rather broadly the features and technical advantages of the present invention in order that those skilled in the art may better understand the detailed description of the invention that follows.

본 발명의 청구범위의 주제를 형성하는 본 발명의 추가적인 특징들 및 장점들이 후술될 것이다. 당해 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 동일한 목적들을 달성하기 위하여 다른 구조들을 변경하거나 설계하는 기초로서 발명의 개시된 개념 및 구체적인 실시예가 용이하게 사용될 수도 있다는 사실을 인식하여야 한다. 당해 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 또한 발명과 균등한 구조들이 본 발명의 가장 넓은 형태의 사상 및 범위로부터 벗어나지 않는다는 사실을 인식하여야 한다. Additional features and advantages of the invention will be described hereinafter which form the subject of the claims of the invention. Those skilled in the art should recognize that the disclosed concepts and specific embodiments of the invention may be readily used as a basis for modifying or designing other structures for achieving the same purposes of the present invention. Those skilled in the art should also recognize that structures equivalent to the invention do not depart from the spirit and scope of the broadest form of the invention.

이하 본 발명의 바람직한 실시예의 상세한 설명이 첨부된 도면들을 참조하여 설명될 것이다. 도면들 중 참조번호들 및 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 참조번호들 및 부호들로 나타내고 있음에 유의해야 한다. 하기에서 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. DETAILED DESCRIPTION A detailed description of preferred embodiments of the present invention will now be described with reference to the accompanying drawings. It should be noted that reference numerals and like elements among the drawings are denoted by the same reference numerals and symbols as much as possible even though they are shown in different drawings. In the following description of the present invention, if it is determined that a detailed description of a related known function or configuration may unnecessarily obscure the subject matter of the present invention, the detailed description thereof will be omitted.

앞서서 언급한 바와 같이 OFDM 방식의 통신시스템(이하 "OFDM 시스템"이라 칭함)에서 PAPR 개선을 위한 종래 기술들이 제시되었으나, 데이터 전송속도의 감소 및 계산량의 증가 등 여러 가지 문제점들이 있었다. 이러한 종래 기술들의 문제점을 해소하기 위한 본 발명은 데이터 전송속도의 손실이 없고 또한 간단한 계산에 의해서도 양호한 PAPR 특성이 얻어지도록 하는 OFDM 송신 장치와 그에 대응하는 수신 장치, 그리고 그 장치들에 의한 신호 송수신 방법들을 제시한다. 하기에서는 이러한 본 발명의 실시예가 "DFA(Delta Frequency Autocorrelation) OFDM 방식"이라 명명될 것이다. As mentioned above, conventional techniques for improving PAPR have been proposed in an OFDM communication system (hereinafter, referred to as an "OFDM system"), but there are various problems, such as a decrease in data transmission rate and an increase in calculation amount. The present invention for solving the problems of the prior art is an OFDM transmitting device and a corresponding receiving device and a signal transmission / reception method by the devices so that a good PAPR characteristic is obtained without loss of data transmission rate and simple calculation. Present them. Hereinafter, this embodiment of the present invention will be referred to as "DFA (Delta Frequency Autocorrelation) OFDM scheme".

상기 DFA OFDM 방식에 따르면, 송신단에서는 주파수 영역의 신호에 델타 자기상관(delta autocorrelation) 특성을 가지는 위상 매트릭스(phase matrix)를 곱하여 전송하고, 수신단에서는 상기 위상 매트릭스의 헤르미시안 매트릭스(Hermitian Matrix)를 이용하여 수신 신호를 복조한다. 상기 DFA OFDM 방식은 송신신호에 리던던시(redundancy)가 없으므로 데이터 전송속도의 손실은 없게 되며, 주파수 영역에서 델타 자기상관 특성을 가지므로 시간 영역에서는 일정한 엔벨로프(constant envelop)를 가지게 되어, 결과적으로 PAPR 특성을 개선하는 효과를 가진다. 특히, 시간 영역에서 일정한 엔벨로프를 가지는 DFA OFDM의 구조로 인해 제로 교차(zero crossing)가 많이 발생할 경우 후술될 OFDM 시스템의 송신단의 LPF 통과 후 PAPR 특성이 나빠지는 영향이 있으므로, 주파수 영역에서는 시간 영역에서 제로 교차가 감소하도록 입력 신호를 변환한 후 DFA OFDM 방식을 사용하게 되면 더욱 높은 PAPR 개선도를 얻을 수 있다. According to the DFA OFDM scheme, a transmitter multiplies a signal in a frequency domain by multiplying a phase matrix having a delta autocorrelation characteristic, and a receiver uses a Hermitian matrix of the phase matrix. Demodulate the received signal. In the DFA OFDM scheme, since there is no redundancy in the transmission signal, there is no loss of data transmission rate. Since the DFA OFDM scheme has a delta autocorrelation characteristic in the frequency domain, it has a constant envelope in the time domain. Has the effect of improving. Particularly, when a large number of zero crossings occur due to the structure of DFA OFDM having a constant envelope in the time domain, the PAPR characteristic of the transmitting end of the OFDM system to be described later may be deteriorated. Higher PAPR improvement can be achieved by converting the input signal to reduce zero crossings and then using the DFA OFDM scheme.

도 1은 본 발명이 적용되는 OFDM 시스템의 송신단의 구성을 보여주는 도면이다. 1 is a diagram illustrating a configuration of a transmitting end of an OFDM system to which the present invention is applied.

상기 도 1을 참조하면, 상기 송신단은 역 고속푸우리에변환(IFFT: Inverse Fast Fourier Transform)부(이하 "IFFT"라 칭함) 101과, 저역통과필터(LPF: Low Pass Filter)들 102-1,102-2와, 승산기들 103-1,103-2와, 위상지연기 104와, 가산기 105를 포함한다. Referring to FIG. 1, the transmitting end includes an Inverse Fast Fourier Transform (IFFT) unit 101 (hereinafter referred to as “IFFT”) 101 and Low Pass Filters (LPFs) 102-1 and 102-. 2, multipliers 103-1 and 103-2, phase delay 104 and adder 105.

상기 IFFT 101로 인가되는 입력신호(Complex Input Data) 는 하기의 <수학식 1>과 같이 N개의 벡터(vector)들로 구성된다. 상기 각 벡터들은 주파수 영역에서 N개의 각 부반송파들에 할당된다. 상기 입력신호 는 미리 결정된 변조 방식에 의해 변조된 신호이다. 상기 입력신호 는 BPSK(binary phase shift keying)인 경우는 부반송파당 1비트이고, QPSK(quadrature phase shift keying)인 경우는 부반송파당 2비트이고, 16QAM(16 quadrature amplitude modulation)인 경우는 부반송파당 4비트이고, 64QAM(64 quadrature amplitude modulation)인 경우는 부반송파당 6비트이다. 상기 입력신호 의 변조 방식에 따라 데이터 전송속도의 차이가 발생하게 된다.Complex Input Data applied to IFFT 101 Is composed of N vectors as shown in Equation 1 below. Each vector is assigned to each of N subcarriers in the frequency domain. The input signal Is a signal modulated by a predetermined modulation scheme. The input signal 1 bit per subcarrier for binary phase shift keying (BPSK), 2 bits per subcarrier for quadrature phase shift keying (QPSK), 4 bits per subcarrier for 16 quadrature amplitude modulation (16QAM), and 64 QAM (64 quadrature amplitude modulation) is 6 bits per subcarrier. The input signal According to the modulation scheme of the data rate difference occurs.

상기 IFFT 101은 상기 입력신호 에 대해서 N-point IFFT를 수행함으로써 주파수 영역의 신호를 실제로 전송할 수 있는 시간 영역의 신호로 변환한다. 이러한 변환 과정은 하기의 <수학식 2>로 나타낼 수 있다.IFFT 101 is the input signal By performing an N-point IFFT on the transformed signal, the signal in the frequency domain is converted into a signal in the time domain that can be actually transmitted. This conversion process can be represented by Equation 2 below.

상기 IFFT 101에 의해 IFFT가 수행됨에 따라 높은 PAPR을 가지는 신호가 생성된다. 저역통과 필터들 102-1,102-2는 상기 IFFT 101로부터 출력되는 시간 영역 신호를 저역통과 필터링하여 출력한다. 저역통과 필터 102-1은 상기 IFFT 101로부터 출력되는 시간 영역 신호의 실수(Real) 성분을 저역통과 필터링하고, 저역통과 필터 102-2는 상기 IFFT 101로부터 출력되는 시간 영역 신호의 허수(Image) 성분을 저역통과 필터링한다. 상기 저역통과 필터링 동작은 하기 <수학식 3>으로 표현된다.As IFFT is performed by the IFFT 101, a signal having a high PAPR is generated. The low pass filters 102-1 and 102-2 perform low pass filtering on the time domain signal output from the IFFT 101. The low pass filter 102-1 performs low pass filtering on the real component of the time domain signal output from the IFFT 101, and the low pass filter 102-2 performs an imaginary component of the time domain signal output from the IFFT 101. Filter lowpass. The low pass filtering operation is represented by Equation 3 below.

상기 저역통과 필터들 102-1,102-2로부터 출력되는 신호들은 복소값을 가지기 때문에 시간 영역에서 전송할 수가 없다. 따라서 실수값을 가지는 부분과 허수값을 가지는 부분을 각각 위상차가 90도(°) 차이가 나는 반송파(carrier)에 실어서 송신할 필요가 있다. 이를 위한 구성요소들이 승산기들 103-1,103-2와, 90°위상지연기 104와, 가산기 105이다. 상기 위상지연기 104는 반송파 를 90°지연시켜 반송파 를 출력한다. 상기 승산기 103-1은 상기 저역통과 필터 102-1의 출력에 반송파 를 승산하여 출력한다. 상기 승산기 103-2는 상기 저역통과 필터 102-2의 출력에 반송파 를 승산하여 출력한다. 상기 가산기 105는 상기 승산기들 103-1,103-2의 출력들을 가산하여 하기 <수학식 5>와 같은 신호 s(t)를 송신한다. 상기 가산기 105로부터의 신호는 중간주파수(IF: Intermediate Frequency) 변환된 신호 또는 고주파수(RF: Radio Frequency) 변환된 신호일 수 있다. 상기 가산기 105로부터의 신호가 IF 신호인 경우에는 이후에 RF 변환된 후 안테나를 통해 공기중으로 송출되며, RF 신호인 경우에는 안테나를 통해 공기중으로 송출된다.Since the signals output from the low pass filters 102-1 and 102-2 have complex values, they cannot be transmitted in the time domain. Therefore, it is necessary to transmit a portion having a real value and a portion having an imaginary value on a carrier having a phase difference of 90 degrees. The components for this are multipliers 103-1, 103-2, 90 ° phase delay 104 and adder 105. The phase delay 104 is a carrier wave Delays the carrier by 90 ° Outputs The multiplier 103-1 is a carrier wave at the output of the low pass filter 102-1. Multiply and output The multiplier 103-2 is a carrier wave at the output of the low pass filter 102-2. Multiply and output The adder 105 adds the outputs of the multipliers 103-1 and 103-2 and transmits a signal s (t) as shown in Equation 5 below. The signal from the adder 105 may be an intermediate frequency (IF) converted signal or a radio frequency (RF) converted signal. If the signal from the adder 105 is an IF signal, it is then RF-converted and then sent out into the air through the antenna, and if it is an RF signal, it is sent out into the air through the antenna.

A. 본 발명의 원리 A. Principles of the Invention

본 발명에 의해 제안되는 DFA OFDM(delta frequency autocorrelation orthogonal frequency division multiplexing) 방식은 주파수 영역에서 서로 직교인(orthogonal) 벡터들을 가지는 위상 매트릭스, 소위 "U 매트릭스(matrix)"를 사용하여 입력 신호에 곱함으로써 그 신호의 자기상관(autocorrelation)이 델타 함수(delta function)가 되도록 하고, 그에 따라 시간 영역에서 일정한 엔벨로프(constant envelop)를 가지는 신호를 생성하는 방식이다. 시간 영역에서 PAPR이 낮은 신호를 생성하기 위해서는 첫째, 시간 영역에서의 신호가 일정한 엔벨로프를 가지도록 하는 방법과, 둘째, 시간 영역 신호의 제로 교차(zero crossing)가 발생하는 횟수가 작도록 하는 방법이 있다. 본 발명에서 사용하는 U 매트릭스는 주파수 영역 신호의 자기상관이 델타함수가 되도록 하여 시간 영역에서 일정한 엔벨로프를 가질 수 있도록 한다. 따라서 이러한 U 매트릭스중 시간 영역 신호의 제로 교차를 줄이는 U 매트릭스를 적용함으로써 PAPR 개선도를 더욱 높일 수 있도록 한다. 또 DFA OFDM방식은 송신신호에 리던던시(redundancy)가 발생하지 않고 , 데이터 전송속도, BER 특성 및 PAPR 개선도가 종래의 방법들에 비해 우수하다. The delta frequency autocorrelation orthogonal frequency division multiplexing (DFA OFDM) scheme proposed by the present invention multiplies an input signal by using a phase matrix, or "U matrix," having orthogonal vectors in the frequency domain. The autocorrelation of the signal is a delta function, thereby generating a signal having a constant envelope in the time domain. In order to generate a low PAPR signal in the time domain, first, a method in which the signal in the time domain has a constant envelope, and second, a method in which a zero crossing of the time domain signal occurs is small. have. The U matrix used in the present invention allows the autocorrelation of the frequency domain signal to be a delta function so as to have a constant envelope in the time domain. Therefore, the PAPR improvement can be further improved by applying a U matrix which reduces the zero crossing of the time domain signal among these U matrices. In addition, in the DFA OFDM scheme, redundancy does not occur in a transmission signal, and data transmission rate, BER characteristics, and PAPR improvement are superior to conventional methods.

B. 실시예 B. Examples

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 DFA 변환부를 포함하는 OFDM 시스템의 송신단 구성을 보여주는 도면이다. 여기서는 도 1의 저역통과필터들 102-1,102-2들이 IFFT 203의 내부에 포함되는 것으로 도시되고 있으며, 도 1의 승산기들 103-1,103-2와, 위상지연기 104와, 가산기 105는 생략하여 도시하고 있다는 사실에 유의하여야 한다. 그러므로 비록 도면상에 도시하고 있지는 않지만, 상기 도 1의 승산기들 103-1,103-2와, 위상지연기 104와, 가산기 105는 IFFT 203과 P/S 변환부 204의 사이에 접속된다는 사실은 잘 이해되어질 것이다. 상기 송신단의 출력 신호는 도 1에 도시된 송신단의 구성과 동일하게 s(t) 인 것으로 도시되고 있다. 2 is a diagram illustrating a configuration of a transmitting end of an OFDM system including a DFA converter according to an embodiment of the present invention. Here, the low pass filters 102-1 and 102-2 of FIG. 1 are shown to be included in the IFFT 203, and the multipliers 103-1 and 103-2, the phase delayer 104, and the adder 105 of FIG. 1 are omitted. It should be noted that Therefore, although not shown in the drawings, it is well understood that the multipliers 103-1, 103-2, the phase delay 104, and the adder 105 of FIG. 1 are connected between the IFFT 203 and the P / S converter 204. FIG. Will be done. The output signal of the transmitter is shown to be s (t) in the same manner as the configuration of the transmitter shown in FIG.

상기 도 2를 참조하면, 상기 송신단은 직/병렬(S/P: Serial-to-Parallel) 변환부 201과, DFA 변환부 202와, IFFT 203과, 병/직렬(P/S: Parallel-to-Serial) 변환부 204를 포함한다. 상기 S/P 변환부 201은 직렬의 입력 신호 d(j)를 병렬의 입력 신호 로 변환하여 출력한다. 상기 입력 신호 벡터 크기의 입력 신호 로 변환되어진다. 여기서, K는 입력 신호의 벡터 크기이고, T는 트랜스포즈(transpose)를 의미한다.Referring to FIG. 2, the transmitter has a serial-to-parallel (S / P) converter 201, a DFA converter 202, an IFFT 203, and a parallel / to-parallel (P / S). -Serial) conversion unit 204 is included. The S / P converter 201 inputs a serial input signal d (j) in parallel. Convert to and print it out. The input signal Is Input signal in vector size Is converted to Here, K is the vector size of the input signal, T means transpose (transpose).

상기 DFA 변환부 202는 상기 입력 신호 를 미리 주어진 U 매트릭스에 의해 DFA 변환하여 신호 벡터 b를 출력한다. 상기 U 매트릭스는 M ×K 크기를 가지며, M개의 각 행(row)들이 서로 직교인(orthogonal) 벡터들로 DFA 변환 매트릭스이다. 여기서, M은 U 매트릭스의 행의 크기이다. 상기 U 매트릭스는 하기의 <수학식 5>와 같이 M개의 행들과, K개의 열들로 이루어지는 매트릭스이며, 각 행들이 서로 직교인 하기의 <수학식 6>에 나타낸 바와 같은 예가 될 수 있다.The DFA converter 202 is the input signal The DFA transform is performed by using a given U matrix, and a signal vector b is output. The U matrix has a M × K size and is a DFA transform matrix with M rows being orthogonal vectors. Where M is the size of the rows of the U matrix. The U matrix is a matrix consisting of M rows and K columns, as shown in Equation 5 below, and may be an example as shown in Equation 6 in which each row is orthogonal to each other.

상기 <수학식 6>에서 이다.In Equation 6 above to be.

상기 입력 신호 벡터 를 상기 DFA 변환부 202에 의해 주어진 U 매트릭스로 DFA 변환하면, 하기 <수학식 7>과 같은 결과 신호 벡터 가 얻어지게 된다.The input signal vector If DFA is transformed into the U matrix given by the DFA conversion unit 202, the resulting signal vector is expressed by Equation 7 below. Is obtained.

상기 IFFT 203은 상기 신호 벡터 를 IFFT 및 저역통과 필터링하고 하기 <수학식 8>에 도시된 바와 같은 신호 c를 출력한다.The IFFT 203 is the signal vector And IFFT and lowpass filtering and output a signal c as shown in Equation (8).

상기 신호 c는 도 1에 도시된 승산기들 103-1,103-2 및 가산기 105에 의해 IF 또는 RF 대역으로 변환된 후 상기 P/S 변환부 204로 인가된다. 상기 P/S 변환부 204는 상기 인가되는 신호를 병렬/직렬 변환한 후 송신을 위한 신호 s(t)로서 출력한다. 이때 상기 P/S 변환부 204의 뒷단에는 송신에 적합한 처리를 위한 가드 삽입기(Guard Inserter) 등이 더 접속될 수 있으나, 여기서는 그 구성을 생략하여 도시하기로 한다.The signal c is converted into an IF or RF band by the multipliers 103-1, 103-2 and the adder 105 shown in FIG. 1 and then applied to the P / S converter 204. The P / S converter 204 converts the applied signal in parallel / serial and outputs the signal s (t) for transmission. In this case, a guard inserter for processing suitable for transmission may be further connected to the rear end of the P / S converter 204, but the configuration thereof will be omitted.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 OFDM 시스템의 수신단의 구성을 보여주는 도면으로, 도 2에 도시된 송신단의 구성에 대응하는 것으로 송신단에서의 처리 과정에 반대의 과정을 거쳐서 원 신호를 복원하게 된다. 3 is a diagram illustrating a configuration of a receiver of an OFDM system according to an embodiment of the present invention, which corresponds to the configuration of the transmitter illustrated in FIG. 2 and restores an original signal through a process opposite to that of the transmitter. .

상기 도 3을 참조하면, 상기 수신단은 직/병렬(S/P) 변환부 301과, FFT 302와, 역 DFA 변환부 303과, 병/직렬(P/S) 변환부 304를 포함한다. 상기 S/P 변환부 301은 수신 신호 r(t)를 입력하여 변환하고 이를 병렬의 수신 신호 로서 출력한다. 상기 FFT 302는 상기 수신 신호 에 대해 FFT를 취하고, FFT가 취해진 신호 를 출력한다. 상기 역 DFA 변환부 303은 상기 신호 에 헤르미시안 매트릭스(Hermitian matrix)를 곱하여 역 DFA 변환된 신호 를 출력한다. 여기서, 헤르미시안 매트릭스란 UUH=I의 특성을 만족하는 매트릭스 UH 를 의미하며, 미리 주어지는 값이다. 상기 P/S 변환부 304는 상기 역 DFA 변환된 신호 를 직렬의 복원 신호 로서 출력한다.Referring to FIG. 3, the receiver includes a serial / parallel (S / P) converter 301, an FFT 302, an inverse DFA converter 303, and a parallel / serial (P / S) converter 304. The S / P converter 301 inputs and receives a received signal r (t) and converts the received signal in parallel. Output as. The FFT 302 is the received signal Taking an FFT for, and taking the FFT Outputs The inverse DFA converter 303 transmits the signal. Inverse DFA converted signal by multiplying by Hermitian matrix Outputs Here, the hermithian matrix means a matrix U H satisfying the characteristics of UU H = I, and is a value given in advance. The P / S converter 304 converts the inverse DFA signal Serial restore signal Output as.

도 4는 도 2에 도시된 DFA 변환부 202로 제공되는 U 매트릭스를 생성하기 위한 블록들의 구성을 보여주는 도면이다. 이 블록들은 시간 영역 신호의 PAPR이 최소가 되도록 하는 U 매트릭스를 생성하는 동작을 위한 구성 요소들이다. 4 is a diagram illustrating a configuration of blocks for generating a U matrix provided to the DFA converter 202 illustrated in FIG. 2. These blocks are components for the operation of generating a U matrix such that the PAPR of the time domain signal is minimized.

상기 도 4를 참조하면, U 매트릭스 생성부 401은 M개의 행들과 K개의 열들로 이루어지는 (M ×K) 크기의 U 매트릭스를 생성한다. 이렇게 생성된 U 매트릭스의 각 행들은 서로 직교하는 벡터들로서, 하기의 <수학식 6>에 나타낸 바와 같은 매트릭스가 사용될 수 있다. 치환 매트릭스(permutation matrix) 생성부 402는 상기 생성된 U 매트릭스에 대한 (M×M) 치환 매트릭스 P(i)와 (K ×K) 치환 매트릭스 P(j)를 생성한다. 상기 치환 매트릭스 P(i)로는 하기의 <수학식 10>에 나타낸 바와 같은 매트릭스가 사용될 수 있고, 상기 치환 매트릭스 P(j)로는 하기의 <수학식 11>에 나타낸 바와 같은 매트릭스가 사용될 수 있다. 여기서, (i)는 매트릭스의 행들을 나타내는 변수로서 0에서 (M-1)까지의 값을 가지며, (j)는 매트릭스의 열들을 나타내는 변수로서 0에서 (K-1)까지의 값을 가진다. 매트릭스 변환부 403은 상기 생성된 U 매트릭스와 상기 치환 매트릭스들 P(i),P(j)를 입력하고, 이들을 하기의 <수학식 12>에 의해 곱함으로써 (i)번째 행과 (j)번째 열에 대응하는 변환된 매트릭스를 생성한다. 상기 치환 매트릭스 생성부 402가 M개의 치환 매트릭스 P(i)와 K개의 치환 매트릭스 P(j)를 생성하므로, 상기 매트릭스 변환부 403은 (M ×K)개의 변환 매트릭스들 U(i,j)를 생성하게 된다.Referring to FIG. 4, the U matrix generator 401 generates a U matrix having a size of (M × K) consisting of M rows and K columns. Each row of the generated U matrix is orthogonal to each other, and a matrix as shown in Equation 6 below may be used. The permutation matrix generator 402 generates a (M × M) substitution matrix P (i) and a (K × K) substitution matrix P (j) for the generated U matrix. As the substitution matrix P (i), a matrix as shown in Equation 10 may be used, and as the substitution matrix P (j), a matrix as shown in Equation 11 may be used. Here, (i) is a variable representing the rows of the matrix and has a value from 0 to (M-1), and (j) is a variable representing the columns of the matrix and has a value from 0 to (K-1). The matrix converter 403 inputs the generated U matrix and the substitution matrices P (i) and P (j), and multiplies them by Equation (12) below to obtain the (i) th row and the (j) th Create a transformed matrix that corresponds to the column. Since the substitution matrix generator 402 generates M substitution matrices P (i) and K substitution matrices P (j), the matrix converter 403 generates (M × K) conversion matrices U (i, j). Will be created.

신호처리부 404는 상기 매트릭스 변환부 403에 의해 생성되는 변환 매트릭스들을 입력하고, 이들에 대해 각각 DFA 변환, IFFT 및 저역통과 필터링하여 출력한다. 이때 입력된 변환 매트릭스에 대해 DFA 변환된 후 IFFT가 취해지면 일정한 엔벨로프를 가지는 시간 영역의 신호가 생성되게 된다. 이를 나타내면 하기의 <수학식 15> 및 <수학식 16>과 같다. PAPR 측정부 405는 상기 신호처리부 404로부터 출력되는 신호의 PAPR(i,j)을 측정한다. 이를 나타내면 하기의 <수학식 17>과 같다. Umin 선택부 406은 상기 PAPR 측정부 405에 측정되는 PAPR(i,j)중 최소가 되는 U 매트릭스를 선택하고, 이를 Umin 매트릭스로서 출력한다. 이를 나타내면 하기의 <수학식 18>과 같다.The signal processor 404 inputs the transform matrices generated by the matrix transform unit 403, and outputs the filtered matrices by DFA transform, IFFT, and low pass filtering. In this case, if the IFFT is taken after the DFA transformation on the input transformation matrix, a signal in a time domain having a constant envelope is generated. This is represented by Equations 15 and 16 below. The PAPR measuring unit 405 measures the PAPR (i, j) of the signal output from the signal processing unit 404. This is represented by Equation 17 below. The Umin selector 406 selects the U matrix that is the minimum among the PAPRs (i, j) measured by the PAPR measuring unit 405 and outputs the U matrix as the Umin matrix. This is represented by Equation 18 below.

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 Umin 매트릭스 생성 동작의 처리 흐름을 보여주는 도면이다. 이 처리 흐름은 시간 영역 신호의 PAPR이 최소가 되도록 하는 U 매트릭스를 선택하고, 이 선택된 U 매트릭스를 Umin 매트릭스로서 생성하는 동작으로서 도 4에 도시된 바와 같은 구성요소들에 의해 수행된다. 5 is a flowchart illustrating a processing flow of an Umin matrix generation operation according to an embodiment of the present invention. This processing flow is performed by the components as shown in FIG. 4 as an operation of selecting a U matrix such that the PAPR of the time domain signal is minimized and generating this selected U matrix as a Umin matrix.

상기 도 5를 참조하면, 501단계에서는 U 매트릭스를 생성하는 동작이 수행된다. 즉, 상기 501단계에서는 하기의 <수학식 9>와 같은 치환 매트릭스 P(i)가 구해지고, 또한 하기의 <수학식 10>과 같은 입력 신호 벡터인 K ×1 컬럼 벡터 a가 정해진다. 또한 상기 501단계에서는 하기의 <수학식 11> 및 <수학식 12>와 같이 또는 의 자기상관(cyclic correlation or auto-correlation) 값이 델타함수(delta function) 가 되는 M ×K 유니터리 매트릭시(unitary matrix) U가 구해진다. 여기서, 치환 매트릭스 P(i)는 상기 U 매트릭스의 (i)번째 행을 치환하기 위한 매트릭스이다.Referring to FIG. 5, in operation 501, an operation of generating a U matrix is performed. That is, in step 501, as shown in Equation 9 below. The substitution matrix P (i) is obtained, and a K × 1 column vector a which is an input signal vector as shown in Equation 10 below is determined. In addition, in step 501, as shown in Equation 11 and Equation 12, or The cyclic correlation or auto-correlation value of the delta function M × K unitary matrix U to be obtained. Here, the substitution matrix P (i) is a matrix for replacing the (i) th row of the U matrix.

502단계에서는 변수 (i),(j)가 '0'으로 초기화된다. 503단계에서는 상기 501단계에서 생성된 U 매트릭스에 상기 치환 매트릭스 P(i)와 하기의 <수학식 13>과 같은 치환 매트릭스 P(j)를 하기의 <수학식 14>와 같이 곱함으로써 (i)번째 행과 (j)번째 열에 대응하는 변환 매트릭스 U(i,j)가 출력된다. 여기서, 치환 매트릭스 P(j)는 상기 U 매트릭스의 (j)번째 행을 치환하기 위한 매트릭스이다. 또한, 상기 503단계에서는 하기의 <수학식 15>와 같이 상기 변환 매트릭스 U(i,j)를 입력신호 벡터 a에 곱함으로써 출력신호 벡터 b가 구해진다.In step 502, the variables (i) and (j) are initialized to '0'. In step 503, the substitution matrix P (i) as shown in Equation 13 below is multiplied by the substitution matrix P (i) to the U matrix generated in step 501 as shown in Equation 14 below (i) The transformation matrix U (i, j) corresponding to the first row and the (j) th column is output. Here, the substitution matrix P (j) is a matrix for replacing the (j) th row of the U matrix. In step 503, the output signal vector b is obtained by multiplying the transform matrix U (i, j) by the input signal vector a as shown in Equation 15 below.

504단계에서는 상기 출력신호 벡터 b에 대해 IFFT가 취해진다. 이를 나타낸 것이 하기의 <수학식 16>이며, IFFT가 취해진 신호 벡터는 일정한 엔벨로프를 가지는 시간 영역의 신호이다. 또한, 505단계에서는 상기 일정한 엔벨로프를 가지는 시간 영역의 신호에 대해 저역통과 필터링이 행해진다. 이를 나타낸 것이 하기의 <수학식 17>이며, 그 결과로서 신호가 출력된다.In step 504, an IFFT is taken on the output signal vector b . This is shown in Equation 16 below, and the signal vector in which the IFFT is taken is a signal in a time domain having a constant envelope. In operation 505, low pass filtering is performed on the signal in the time domain having the constant envelope. This is shown in Equation 17 below, and as a result The signal is output.

506단계에서는 상기 <수학식 18>과 같이 신호 의 PAPR이 측정되고, 변수 j가 1 증가된다. 507단계에서 상기 증가된 변수 j가 K인 것으로 판단되면 508단계로 진행하고, 그렇지 아니하면 503단계로 되돌아가 상기 503단계 내지 506단계의 동작이 반복된다. 508단계에서는 변수 i가 1 증가되고 변수 j가 0으로 초기화된다. 509단계에서 상기 증가된 변수 i가 M인 것으로 판단되면 510단계로 진행하고, 그렇지 아니하면 503단계로 되돌아가 상기 503단계 내지 508단계의 동작이 반복된다.In operation 506, the signal is expressed as in Equation 18. PAPR is measured and the variable j is increased by one. If it is determined in step 507 that the increased variable j is K, the process proceeds to step 508. Otherwise, the process returns to step 503 and the operations of steps 503 to 506 are repeated. In step 508, the variable i is incremented by 1 and the variable j is initialized to 0. If it is determined in step 509 that the increased variable i is M, the process proceeds to step 510. Otherwise, the process returns to step 503 and the operations of steps 503 to 508 are repeated.

상기 반복 동작중에 변수들 (i),(j)가 증가하게 되면 상기 치환 매트릭스의 형태가 바뀌게 된다. 예를 들어, 변수 (i)가 1이면 상기 <수학식 9>에 나타낸 치환 매트릭스는 행이 1 증가한 형태로 바뀌고, 2이면 상기 <수학식 9>에 나타낸 치환 매트릭스는 행이 2 증가한 형태로 바뀐다. 즉, 변수 (i)가 1인 경우 치환 매트릭스 P(i)의 2번째 행은 3번째 행으로 이동하고, 3번째 행은 4번째 행으로 이동하고, M번째 행은 1번째 행으로 이동하고, 1번째 행은 2번째 행으로 이동한다. 마찬가지로, 변수 (j)가 1이면 상기 <수학식 13>에 나타낸 치환 매트릭스는 열이 1 증가한 형태로 바뀌고, 2이면 상기 <수학식 13>에 나타낸 치환 매트릭스는 열이 2 증가한 형태로 바뀐다. 즉, 변수 (j)가 1인 경우 치환 매트릭스 P(j)의 2번째 열은 3번째 열로 이동하고, 3번째 열은 4번째 열로 이동하고, K번째 열은 1번째 열로 이동하고, 1번째 열은 2번째 열로 이동한다.If variables (i) and (j) increase during the repetitive operation, the shape of the substitution matrix is changed. For example, if the variable (i) is 1, the substitution matrix represented by Equation (9) is changed to the form in which the rows are increased by one, and if the variable (i) is 2, the substitution matrix represented by the formula (9) is changed to the form in which the rows are increased by two. . That is, if the variable (i) is 1, the second row of the substitution matrix P (i) moves to the third row, the third row moves to the fourth row, the Mth row moves to the first row, The first row moves to the second row. Similarly, if the variable (j) is 1, the substitution matrix represented by Equation 13 is changed to a form in which the column is increased by one, and when the variable (j) is 1, the substitution matrix represented by Equation 13 is changed to the form in which the column is increased by two. That is, if the variable (j) is 1, the second column of the substitution matrix P (j) moves to the third column, the third column moves to the fourth column, the K column moves to the first column, and the first column Moves to the second column.

510단계에서는 상기 반복 동작에 의해 생성되는 U 매트릭스들중 하기의 <수학식 19>와 같이 PAPR(i,j)가 최소가 되는 U 매트릭스가 선택되고, 이 선택된 U 매트릭스가 Umin으로서 출력된다. 이렇게 출력된 매트릭스 Umin은 도 2에 도시된 DFA 변환부 202로 제공되어 실제 입력신호 벡터 a에 대한 DFA 변환 동작시 사용된다.In operation 510, among the U matrices generated by the repetitive operation, a U matrix having a minimum PAPR (i, j) is selected as shown in Equation 19 below, and the selected U matrix is output as Umin. The output matrix Umin is provided to the DFA conversion unit 202 shown in FIG. 2 and used for the DFA conversion operation on the actual input signal vector a .

전술한 도 5의 과정을 간략하게 정리해보면 다음과 같다. 우선, U 매트릭스가 생성된다. 이때 U 매트릭스는 상기 501단계에서 설명한 바와 같이 또는 의 자기상관이 델타함수 가 되는 M ×K 유니터리 매트릭시(unitary matrix) U이다. 다음에, 시간 영역에서의 LPF 통과 후의 제로 교차를 줄여 PAPR이 가장 낮게 하는 U 매트릭스를 찾기 위해 치환 매트릭스들 P(i),P(j)에 상기 생성된 U 매트릭스가 곱해진다. 그 다음에, 상기 곱셈 결과에 대해서는 DFA 변환, IFFT 및 저역통과 필터링이 수행된다. 그 다음에, 상기 수행 결과 신호에 대해 PAPR이 측정된다. 상기한 과정들이 i=M, j=K까지 반복된 후 최소의 PAPR을 가지는 U 매트릭스 Umin이 생성된다. 이렇게 생성된 U 매트릭스 Umin는 도 2에 도시된 DFA 변환부 202로 제공된다.A brief summary of the above-described process of FIG. 5 is as follows. First, a U matrix is generated. At this time, the U matrix as described in step 501 or Autocorrelation of Delta Function Where M × K is the unitary matrix U. Subsequently, the generated U matrix is multiplied by the substitution matrices P (i), P (j) to find the U matrix having the lowest PAPR by reducing the zero crossing after the LPF passage in the time domain. Then, DFA transform, IFFT and low pass filtering are performed on the multiplication result. Then, the PAPR is measured on the performance result signal. After the above processes are repeated until i = M, j = K, a U matrix Umin having a minimum PAPR is generated. The generated U matrix Umin is provided to the DFA conversion unit 202 shown in FIG. 2.

다시 도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 송신단의 DFA 변환부 202로는 하기의 <수학식 20>과 같은 K개의 입력신호 벡터 a가 제공된다.Referring back to FIG. 2, the DFA converter 202 of the transmitter according to the embodiment of the present invention is provided with K input signal vectors a as shown in Equation 20 below.

상기 DFA 변환부 202는 미리 생성된 U 매트릭스 Umin에 의해 상기 입력신호 벡터 a를 DFA 변환하고, 출력신호 벡터 b를 출력한다. 이를 나타내면 하기의 <수학식 21>과 같다.The DFA conversion unit 202 performs DFA conversion on the input signal vector a using a previously generated U matrix Umin, and outputs an output signal vector b . This is represented by Equation 21 below.

IFFT 203은 상기 출력신호 벡터 에 대해 IFFT를 취한 후 하기의 <수학식 22>와 같이 표현되어지는 시간 영역의 신호 c를 출력한다. 이렇게 생성된 시간영역 신호는 일정한 엔벨로프를 가지며, 저역통과 필터를 통과한다고 하여도 PAPR의 증가를 최소화하게 된다.IFFT 203 is the output signal vector After taking IFFT with respect to Equation 22, the time domain signal c is expressed as shown in Equation 22 below. The generated time domain signal has a constant envelope and minimizes the increase of the PAPR even if it passes through the low pass filter.

도 6은 도 2에 도시된 DFA 변환부 202의 구체적인 구성을 보여주는 도면이다. 이 도면은 상기 DFA 변환부 202가 트랜스버설 필터(Transversal Filter) 구조로 구현된 예를 보여주고 있다. FIG. 6 is a diagram illustrating a detailed configuration of the DFA converter 202 shown in FIG. 2. This figure shows an example in which the DFA converter 202 is implemented with a transversal filter structure.

상기 도 6을 참조하면, 상기 DFA 변환부 202는 복수의 버퍼들 610과, 복수의 승산기들 620과, 가산기 630으로 구성된다. 상기 복수의 버퍼들 610은 U 매트릭스 Umin의 (i)번째 행의 각 열들 u(i,0),u(i,1), · · · u(i,K-2),u(i,K-1)을 입력하여 저장한다. 상기 복수의 승산기들 620의 각 승산기들은 제1 입력으로서 입력신호 a의 각 벡터들을 a(0),a(1),· · ·,a(K-2),a(K-1)을 입력하고, 제2 입력으로서 상기 복수의 버퍼들 610의 각 버퍼들에 저장되어 있는 U 매트릭스 Umin의 (i)번째 행의 각 열들 u(i,0),u(i,1), · · · u(i,K-2),u(i,K-1)을 입력한 후 이들 제1 입력과 제2 입력을 승산하여 출력한다. 상기 가산기 630은 상기 복수의 승산기들 620의 각 출력들을 입력하여 가산한 후 그 가산 결과를 b(i)로서 출력한다. 이와 같이 본 발명의 실시예에 따른 DFA 변환은 간단히 트랜스버설 필터 구조에 의해 구현이 가능하다. 이때 입력신호 는 필터의 탭(tap)과 같은 역할을 하며, U 매트릭스의 행 i에 따라서 b(i)가 구해지게 된다.Referring to FIG. 6, the DFA converter 202 includes a plurality of buffers 610, a plurality of multipliers 620, and an adder 630. The plurality of buffers 610 are u (i, 0), u (i, 1), ... u (i, K-2), u (i, K) of the columns of the (i) th row of the U matrix Umin. Enter -1) to save. Each of the multipliers of the plurality of multipliers 620 inputs each vector of the input signal a as a (0), a (1), ..., a (K-2), a (K-1) as a first input. And each of the columns u (i, 0), u (i, 1) of the (i) th row of the U matrix Umin stored in the buffers of the plurality of buffers 610 as a second input. After inputting (i, K-2) and u (i, K-1) , these first and second inputs are multiplied and output. The adder 630 inputs and adds outputs of the plurality of multipliers 620 and outputs the addition result as b (i) . As such, the DFA transform according to the embodiment of the present invention can be implemented simply by a transversal filter structure. Input signal Acts like a tap of the filter, and b (i) is obtained according to row i of the U matrix.

도 7은 도 6에 도시된 트랜스버설 필터로 제공되는 U 매트릭스의 엘레멘트 u(i,k)를 생성하기 위한 장치의 구성을 보여주는 도면이다. 이 도면은 U 매트릭스의 엘레멘트 u(i,k)를 생성하기 위한 장치가 CORDIC(COrdinate Rotation Digital Computer) 변환 알고리즘에 따른 하드웨어에 의해 구현된 예를 보여주고 있다. 상기 CORDIC 변환 알고리즘은 당해 분야 통상의 지식을 가진 자에게 잘 알려진 바와 같이 평면상에서 벡터들을 회전시키기 위한 시프트 및 가산 알고리즘(shift-add algorithms)의 일종이다. 따라서, 이에 대한 구체적인 설명은 생략하기로 한다.FIG. 7 is a diagram illustrating a configuration of an apparatus for generating an element u (i, k) of the U matrix provided to the transverse filter shown in FIG. 6. This figure shows an example in which an apparatus for generating an element u (i, k) of the U matrix is implemented by hardware according to a Cordinate Rotation Digital Computer (CORDIC) conversion algorithm. The CORDIC transform algorithm is a type of shift-add algorithms for rotating vectors on a plane, as is well known to those skilled in the art. Therefore, detailed description thereof will be omitted.

상기 도 7을 참조하면, 는 하기의 <수학식 23>과 같이 CORDIC 변환 의 조합으로 표현되어질 수 있다. 하기의 <수학식 23>에서, 이다.Referring to FIG. 7, Is converted to CORDIC as shown in Equation 23 below. It can be expressed as a combination of In Equation 23 below, to be.

C. 시뮬레이션 결과 C. Simulation Results

본 출원의 발명자들은 전술한 바와 같은 본 발명의 실시예에 대해 2가지 측면에서의 시뮬레이션을 행하였다. 첫 번째 시뮬레이션을 통해 도 2의 IFFT 203으로부터 출력되는 시간 영역의 신호가 일정한 엔벨로프를 가진다는 사실이 증명되었다. 이러한 사실은 하기의 도 8a 및 도 8b에 도시된 시뮬레이션 결과로부터 잘 알 수 있을 것이다. 두 번째 시뮬레이션을 통해서는 본 발명의 실시예에 따른 송신 장치에 의해 시간 영역의 신호가 저역통과 필터를 통과한다고 하더라도 PAPR이 최소화된다는 사실이 증명되었다. 이러한 사실은 하기의 도 9a 내지 도 9d, 도 10a 내지 도 10d에 도시된 시뮬레이션 결과로부터 잘 알 수 있을 것이다. 하기에서, OFDM은 종래 기술에 따른 방식을 나타내는 것이고, DFA-OFDM은 본 발명의 실시예에 따른 방식을 나타낸다. 이 시뮬레이션 결과는 M=K=N=64의 경우에 대한 결과로서, M은 U 매트릭스의 행 크기(row size)이고, K는 입력 신호 벡터 크기(vector size), N은 FFT-포인트(point) 수이다. The inventors of the present application have simulated in two aspects the embodiments of the present invention as described above. The first simulation demonstrates that the time domain signal output from IFFT 203 in FIG. 2 has a constant envelope. This can be seen from the simulation results shown in FIGS. 8A and 8B below. The second simulation proves that the PAPR is minimized even if the signal in the time domain passes through the low pass filter by the transmitting apparatus according to the embodiment of the present invention. This can be seen from the simulation results shown in FIGS. 9A to 9D and 10A to 10D below. In the following, OFDM denotes a scheme according to the prior art, and DFA-OFDM denotes a scheme according to an embodiment of the present invention. The simulation results are for M = K = N = 64, where M is the row size of the U matrix, K is the input signal vector size, and N is the FFT-point. It is a number.

도 8a 및 도 8b는 도 1에 도시된 저역통과필터(LPF) 102-1,102-2를 통과하기 이전의 종래 기술과 본 발명의 실시예에 의한 시간 영역 신호들의 파형을 대비적으로 보여주는 도면이다. 즉, IFFT에 의해 IFFT가 취해진 시간 영역 신호들의 파형을 대비적으로 보여주는 도면이다. 이때 시간 영역 신호들은 QPSK 변조된 신호들이다. 8A and 8B are contrast diagrams showing waveforms of time-domain signals according to the prior art and the embodiment of the present invention before passing through the low pass filter (LPF) 102-1 and 102-2 shown in FIG. In other words, the contrast of the waveforms of time-domain signals in which IFFT is taken by IFFT is shown. The time domain signals are QPSK modulated signals.

상기 도 8a는 도 1에 도시된 저역통과필터(LPF) 102-1,102-2를 통과하기 이전의 종래 기술에 의한 시간 영역 신호의 파형을 보여주는 도면이고, 상기 도 8b는 도 1에 도시된 저역통과필터(LPF) 102-1,102-2를 통과하기 이전의 본 발명의 실시예에 의한 시간 영역 신호의 파형을 보여주는 도면이다. 본 발명의 실시예에 따른 DFA OFDM 송신 장치를 거치게 되면 상기 도 8b에 도시된 바와 같이 시간 영역에서 일정한 엔벨로프를 가지는 신호가 출력됨을 확인할 수 있다. 그러나, 일정한 엔벨로프를 가지는 신호일지라도 저역통과필터 102-1,102-2를 통과하게 되면 PAPR이 상당히 증가하게 된다. FIG. 8A illustrates a waveform of a time domain signal according to the prior art before passing through the low pass filter (LPF) 102-1 and 102-2 shown in FIG. 1, and FIG. 8B illustrates the low pass illustrated in FIG. 1. Is a diagram showing waveforms of time domain signals according to an embodiment of the present invention prior to passing through filters (LPF) 102-1, 102-2. When passing through the DFA OFDM transmission apparatus according to an embodiment of the present invention, as shown in FIG. 8B, a signal having a constant envelope in the time domain may be output. However, even if the signal has a constant envelope, passing the low pass filter 102-1, 102-2, the PAPR is significantly increased.

도 9a 내지 도 9d는 도 1에 도시된 저역통과필터(LPF) 102-1,102-2 통과 전후의 본 발명의 실시예에 의한 PAPR 특성을 보여주는 도면이다. 9A to 9D illustrate PAPR characteristics according to an embodiment of the present invention before and after the low pass filter (LPF) 102-1 and 102-2 shown in FIG. 1.

상기 저역통과필터 102-1,102-2를 통과하기 이전의 신호는 BPSK, QPSK의 경우 PAPR이 각각 0dB 이고(도 9a, 도 9b 참조), 16QAM, 64QAM의 경우 각각 약 2.5dB와 3.8dB 정도였다(도 9c, 도 9d 참조). 그러나 상기 저역통과필터 102-1,102-2를 통과한 이후의 신호는 약 7~8dB 정도로 PAPR이 급격히 증가함을 알 수 있다(도 9a 내지 도 9d 참조). 이는 시간 영역에서 일정한 엔벨로프를 가지는 신호이지만, 저역통과필터를 통과한 이후에 PAPR 특성이 나빠지기 때문이다. 이러한 문제점은 종래 기술에 따른 CI 방식의 OFDM에서도 존재하였던 문제점이다. 본 발명의 실시예는 저역통과필터를 통과한 후의 PAPR 증가를 줄이기 위해서 시간 영역 신호의 제로교차(zero crossing) 횟수를 줄이는 것을 특징으로 한다. 즉, DFA OFDM에서는 시간 영역 신호의 제로 교차가 작은, 즉 본 발명의 실시예는 PAPR이 낮은 신호의 생성을 가능하게 하는 U 매트릭스인 Umin을 찾기 때문에 PAPR 개선도가 CI 방식보다 우수해지도록 하는 것이다. Before the low pass filter 102-1, 102-2, the signal was 0dB for BPSK and QPSK, respectively, and the PAPR was 0dB (see FIGS. 9A and 9B), and for 16QAM and 64QAM, about 2.5dB and 3.8dB, respectively. 9C, 9D). However, it can be seen that the signal after passing through the low pass filters 102-1 and 102-2 increases the PAPR rapidly by about 7 to 8 dB (see FIGS. 9A to 9D). This is because the signal has a constant envelope in the time domain, but the PAPR characteristic deteriorates after passing through the low pass filter. This problem is a problem that also existed in the OFDM of the CI method according to the prior art. An embodiment of the present invention is characterized by reducing the number of zero crossings of the time domain signal in order to reduce the PAPR increase after passing the low pass filter. That is, in DFA OFDM, since the zero crossing of the time-domain signal is small, that is, the embodiment of the present invention finds Umin, which is a U matrix enabling the generation of a low PAPR signal, so that the PAPR improvement is superior to the CI method. .

도 10a 내지 도 10d는 본 발명의 실시예에 의한 PAPR 특성이 U 매트릭스의 행과 열이 치환됨에 따라 변화됨을 보여주는 도면이다. 10A to 10D are diagrams showing that the PAPR characteristic according to an embodiment of the present invention changes as the rows and columns of the U matrix are replaced.

상기 도 10a 내지 도 10d를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따르면, i=j=0 인 경우에 PAPR 특성은 종래 기술에 따른 CI 방식에서의 PAPR 특성과 동일하다. 시뮬레이션 결과들에서 보듯이 BPSK 및 QPSK의 경우 DFA OFDM의 PAPR 개선도가 CI OFDM 방식(i=j=0경우)이나 OFDM 방식에 비해서 상당히 우수함을 알 수 있다. 하지만 16QAM, 64QAM의 경우에는 OFDM 방식에 비해서는 PAPR 개선정도가 상당히 크지만 CI OFDM 방식에 비해서는 약 0.5dB 정도의 PAPR 성능이 개선됨을 알 수 있다. 10A to 10D, according to an embodiment of the present invention, when i = j = 0, the PAPR characteristic is the same as the PAPR characteristic in the CI method according to the prior art. As shown in the simulation results, the PAPR improvement of DFA OFDM in BPSK and QPSK is considerably superior to the CI OFDM scheme (i = j = 0) or the OFDM scheme. However, in the case of 16QAM and 64QAM, the PAPR improvement is significantly higher than that of the OFDM scheme, but the PAPR performance is improved by about 0.5 dB compared to the CI OFDM scheme.

한편 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시 예에 관해 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 안되며 후술하는 특허청구의 범위뿐만 아니라 이 특허청구의 범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다. Meanwhile, in the detailed description of the present invention, specific embodiments have been described, but various modifications are possible without departing from the scope of the present invention. Therefore, the scope of the present invention should not be limited to the described embodiments, but should be determined not only by the scope of the following claims, but also by the equivalents of the claims.

상술한 바와 같이 본 발명은 DFA OFDM 방식에 따라, 송신단에서는 주파수 영역의 신호에 델타 자기상관 특성을 가지는 위상 매트릭스를 곱하여 전송하고, 수신단에서는 상기 위상 매트릭스의 헤르미시안 매트릭스를 이용하여 수신 신호를 복조한다. As described above, according to the present invention, according to the DFA OFDM scheme, a transmitter multiplies and transmits a signal in a frequency domain with a phase matrix having a delta autocorrelation property, and a receiver demodulates a received signal using a Hermithian matrix of the phase matrix. .

이러한 본 발명의 DFA OFDM 방식은 송신신호에 리던던시가 없으므로 데이터 전송속도의 손실은 없게 되며, 주파수 영역에서 델타 자기상관 특성을 가지므로 시간 영역에서는 일정한 엔벨로프를 가지게 되어, 결과적으로 PAPR 특성을 개선하는 효과를 가진다. 특히, 시간 영역에서 일정한 엔벨로프를 가지는 DFA OFDM의 구조로 인해 제로 교차가 많이 발생할 경우도 고려하여 주파수 영역에서는 시간 영역에서 제로 교차가 감소하도록 입력 신호를 변환한 후 DFA OFDM 방식을 사용하게 되면 더욱 높은 PAPR 개선도를 얻을 수 있도록 하는 효과가 있다. Since the DFA OFDM scheme of the present invention has no redundancy in the transmission signal, there is no loss of data transmission rate. Since the DFA OFDM scheme has a delta autocorrelation characteristic in the frequency domain, the DFA OFDM scheme has a constant envelope in the time domain, thereby improving the PAPR characteristic. Has In particular, considering the case where many zero crossings occur due to the structure of DFA OFDM having a constant envelope in the time domain, when the input signal is converted to reduce the zero crossing in the time domain, There is an effect to obtain a PAPR improvement.

도 1은 본 발명이 적용되는 직교주파수분할다중(OFDM) 방식 통신시스템의 송신단의 구성도. 1 is a block diagram of a transmitting end of an orthogonal frequency division multiplex (OFDM) communication system to which the present invention is applied.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 DFA 변환부를 포함하는 송신단의 구성도. 2 is a block diagram of a transmitter including a DFA converter according to an embodiment of the present invention.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 수신단의 구성도. 3 is a block diagram of a receiving end according to an embodiment of the present invention.

도 4는 도 2에 도시된 DFA 변환부로 제공되는 U 매트릭스를 생성하기 위한 블록들의 구성도. 4 is a block diagram of blocks for generating a U matrix provided to the DFA conversion unit shown in FIG.

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 U 매트릭스 생성 동작의 처리 흐름도. 5 is a process flow diagram of a U matrix generation operation in accordance with an embodiment of the present invention.

도 6은 도 2에 도시된 DFA 변환부의 구체적인 구성도. FIG. 6 is a detailed configuration diagram of the DFA conversion unit illustrated in FIG. 2. FIG.

도 7은 도 5에 도시된 트랜스버설 필터로 제공되는 U 매트릭스의 엘레멘트를 생성하기 위한 CORDIC 변환기 구성도. 7 is a schematic diagram of a CORDIC converter for generating an element of a U matrix provided to the transversal filter shown in FIG.

도 8a 및 도 8b는 도 1에 도시된 저역통과필터(LPF)를 통과하기 이전의 종래 기술과 본 발명의 실시예에 의한 시간 영역 신호들의 파형을 대비적으로 보여주는 도면. 8A and 8B show contrasts of waveforms of time domain signals according to the prior art and embodiments of the invention prior to passing through the low pass filter (LPF) shown in FIG.

도 9a 내지 도 9d는 도 1에 도시된 저역통과필터(LPF) 통과 전후의 본 발명의 실시예에 의한 PAPR 특성을 보여주는 도면. 9A to 9D are diagrams showing PAPR characteristics according to an embodiment of the present invention before and after passing a low pass filter (LPF) shown in FIG.

도 10a 내지 도 10d는 본 발명의 실시예에 의한 PAPR 특성이 U 매트릭스의 행과 열이 치환됨에 따라 변화됨을 보여주는 도면. 10A to 10D are diagrams illustrating that the PAPR characteristics change according to the substitution of rows and columns of a U matrix according to an embodiment of the present invention.

Claims (13)

(1 ×K)의 벡터 크기를 가지는 입력 신호에 대해 역고속푸우리에변환(IFFT)을 취하는 IFFT부와, 상기 IFFT부의 출력을 저역통과필터링하는 저역통과필터를 포함하는 직교주파수분할다중(OFDM) 방식 통신시스템의 송신 장치에 있어서, Orthogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM) including an IFFT unit for performing an inverse fast Fourier transform (IFFT) on an input signal having a vector size of (1 x K) and a low pass filter for low pass filtering the output of the IFFT unit. In the transmission apparatus of the system communication system, (M ×K) 크기를 가지며 M개의 각 행들이 서로 직교인 제1 매트릭스를 생성하는 제1 매트릭스 생성부와, A first matrix generator having a (M × K) size and generating a first matrix in which M rows are orthogonal to each other; (M ×M) 크기를 가지며 상기 제1 매트릭스의 (i)번째 행을 치환하기 위한 제2 매트릭스와, (K ×K) 크기를 가지며 상기 제1 매트릭스의 (j)번째 열을 치환하기 위한 제3 매트릭스를 생성하는 제2 매트릭스 생성부와, A second matrix for substituting the (i) th row of the first matrix with a size of (M × M) and a second substituting for the (j) th column of the first matrix with a size of (K × K) A second matrix generator for generating a third matrix, 상기 제1 매트릭스의 각 행들과 각 열들을 상기 제2 매트릭스와 상기 제3 매트릭스에 의해 치환하여 (M ×K)개의 변환 매트릭스들을 생성하는 매트릭스 변환부와, A matrix transform unit which generates (M × K) transform matrices by substituting each row and each column of the first matrix by the second matrix and the third matrix; 상기 입력 신호를 상기 각 변환 매트릭스들에 의해 변환하여 복수의 변환 신호들을 출력하고, 상기 복수의 변환 신호들을 각각 IFFT 및 저역통과 필터링하는 신호 처리부와, A signal processor for converting the input signal by the respective transformation matrices to output a plurality of transformed signals, and IFFT and low pass filtering the plurality of transformed signals, respectively; 상기 신호 처리부의 출력 신호들 각각의 피크전력대평균전력 비(PAPR)를 측정하는 PAPR 측정부와, A PAPR measuring unit measuring a peak power to average power ratio (PAPR) of each of the output signals of the signal processor; 상기 신호 처리부의 출력 신호들중 PAPR이 가장 작은 신호에 대응하는 변환 매트릭스를 선택하는 선택부와, A selection unit for selecting a conversion matrix corresponding to a signal having the smallest PAPR among the output signals of the signal processing unit; 상기 선택된 변환 매트릭스에 의해 상기 입력 신호를 변환하고 이 변환된 입력 신호를 송신을 위해 상기 IFFT부로 제공하는 신호 변환부를 포함함을 특징으로 하는 상기 송신 장치. And a signal converter which converts the input signal by the selected transformation matrix and provides the converted input signal to the IFFT unit for transmission. 제1항에 있어서, 상기 제1 매트릭스는 다음과 같은 매트릭스임을 특징으로 하는 상기 송신 장치. The apparatus of claim 1, wherein the first matrix is as follows. 제1항에 있어서, 상기 제2 매트릭스는 다음과 같은 매트릭스임을 특징으로 하는 상기 송신 장치. The apparatus of claim 1, wherein the second matrix is as follows. 제1항에 있어서, 상기 제3 매트릭스는 다음과 같은 매트릭스임을 특징으로 하는 상기 송신 장치. The transmitting device as claimed in claim 1, wherein the third matrix is as follows. 제1항에 있어서, 상기 신호 변환부는 트랜스버설 필터임을 특징으로 하는 상기 송신 장치. The apparatus of claim 1, wherein the signal converter is a transversal filter. (1×K)의 벡터 크기를 가지는 입력 신호에 대해 역고속푸우리에변환(IFFT)을 취하는 IFFT부와, 상기 IFFT부의 출력을 저역통과필터링하는 저역통과필터를 포함하는 직교주파수분할다중(OFDM) 방식 통신시스템의 신호 송신 방법에 있어서, Orthogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM) including an IFFT unit for performing an inverse fast Fourier transform (IFFT) on an input signal having a vector size of (1 × K) and a low pass filter for low pass filtering the output of the IFFT unit. In the signal transmission method of the system communication system, (M×K) 크기를 가지며 M개의 각 행들이 서로 직교인 제1 매트릭스를 생성하는 (a)과정과, (A) generating a first matrix having a size of (M × K) and M rows are orthogonal to each other; (M×M) 크기를 가지며 상기 제1 매트릭스의 (i)번째 행을 치환하기 위한 제2 매트릭스와, (K×K) 크기를 가지며 상기 제1 매트릭스의 (j)번째 열을 치환하기 위한 제3 매트릭스를 생성하는 (b)과정과, A second matrix for substituting (i) rows of the first matrix with a size of (M × M) and a second matrix for substituting (j) columns of the first matrix with a size of (K × K) (B) creating a matrix, 상기 제1 매트릭스의 각 행들과 각 열들을 상기 제2 매트릭스와 상기 제3 매트릭스에 의해 치환하여 (M×K)개의 변환 매트릭스들을 생성하는 (c)과정과, (C) replacing each row and each column of the first matrix by the second matrix and the third matrix to generate (M × K) transform matrices; 상기 입력 신호를 상기 각 변환 매트릭스들에 의해 변환하여 복수의 변환 신호들을 출력하고, 상기 복수의 변환 신호들을 각각 IFFT 및 저역통과 필터링하는 (d)과정과, (D) converting the input signal by the respective transformation matrices to output a plurality of transform signals, and filtering the plurality of transform signals by IFFT and low pass, respectively; 상기 (d)과정에서 처리된 신호들 각각의 피크전력대평균전력 비(PAPR)를 측정하는 (e)과정과, (E) measuring a peak power-to-average power ratio (PAPR) of each of the signals processed in step (d); 상기 (d)과정에서 처리된 신호들중 PAPR이 가장 작은 신호에 대응하는 변환 매트릭스를 선택하는 (f)과정과, (F) selecting a transform matrix corresponding to a signal having the smallest PAPR among the signals processed in step (d); 상기 선택된 변환 매트릭스에 의해 상기 입력 신호를 변환하고 이 변환된 입력 신호를 송신을 위해 상기 IFFT부로 제공하는 (g)과정을 포함함을 특징으로 하는 상기 송신 방법. And (g) converting the input signal by the selected transformation matrix and providing the converted input signal to the IFFT unit for transmission. 제6항에 있어서, 상기 제1 매트릭스는 다음과 같은 매트릭스임을 특징으로 하는 상기 송신 방법. The transmission method as claimed in claim 6, wherein the first matrix is as follows. 제6항에 있어서, 상기 제2 매트릭스는 다음과 같은 매트릭스임을 특징으로 하는 상기 송신 방법. The transmission method as claimed in claim 6, wherein the second matrix is as follows. 제6항에 있어서, 상기 제3 매트릭스는 다음과 같은 매트릭스임을 특징으로 하는 상기 송신 방법. The transmission method as claimed in claim 6, wherein the third matrix is as follows. (1 ×K)의 벡터 크기를 가지는 입력 신호에 대해 역고속푸우리에변환(IFFT)을 취하는 IFFT부와, 상기 IFFT부의 출력을 저역통과필터링하는 저역통과필터를 포함하는 직교주파수분할다중(OFDM) 방식 통신시스템의 송신기로부터의 신호를 수신하기 위한 장치에 있어서, Orthogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM) including an IFFT unit for performing an inverse fast Fourier transform (IFFT) on an input signal having a vector size of (1 x K) and a low pass filter for low pass filtering the output of the IFFT unit. An apparatus for receiving a signal from a transmitter of a system communication system, the apparatus comprising: (M ×K) 크기를 가지며 M개의 각 행들이 서로 직교인 제1 매트릭스를 생성하는 제1 매트릭스 생성부와, A first matrix generator having a (M × K) size and generating a first matrix in which M rows are orthogonal to each other; (M ×M) 크기를 가지며 상기 제1 매트릭스의 (i)번째 행을 치환하기 위한 제2 매트릭스와, (K×K) 크기를 가지며 상기 제1 매트릭스의 (j)번째 열을 치환하기 위한 제3 매트릭스를 생성하는 제2 매트릭스 생성부와, A second matrix for substituting the (i) th row of the first matrix with a size of (M × M) and a second substituting for the (j) th column of the first matrix with a size of (K × K) A second matrix generator for generating a third matrix, 상기 제1 매트릭스의 각 행들과 각 열들을 상기 제2 매트릭스와 상기 제3 매트릭스에 의해 치환하여 (M ×K)개의 변환 매트릭스들을 생성하는 매트릭스 변환부와, A matrix transform unit which generates (M × K) transform matrices by substituting each row and each column of the first matrix by the second matrix and the third matrix; 상기 입력 신호를 상기 각 변환 매트릭스들에 의해 변환하여 복수의 변환 신호들을 출력하고, 상기 복수의 변환 신호들을 각각 IFFT 및 저역통과 필터링하는 신호 처리부와, A signal processor for converting the input signal by the respective transformation matrices to output a plurality of transformed signals, and IFFT and low pass filtering the plurality of transformed signals, respectively; 상기 신호 처리부의 출력 신호들 각각의 피크전력대평균전력 비(PAPR)를 측정하는 PAPR 측정부와, A PAPR measuring unit measuring a peak power to average power ratio (PAPR) of each of the output signals of the signal processor; 상기 신호 처리부의 출력 신호들중 PAPR이 가장 작은 신호에 대응하는 변환 매트릭스를 선택하는 선택부와, A selection unit for selecting a conversion matrix corresponding to a signal having the smallest PAPR among the output signals of the signal processing unit; 수신 신호에 대해 고속푸우리에변환(FFT)을 수행하는 FFT부와, An FFT unit performing fast Fourier transform (FFT) on the received signal; 상기 FFT된 수신 신호를 상기 선택된 변환 매트릭스의 헤르미시안 매트릭스에 의해 변환하는 신호 변환부를 포함함을 특징으로 하는 상기 수신 장치. And a signal converter for converting the FFT received signal by a Hermithian matrix of the selected transform matrix. 제10항에 있어서, 상기 제1 매트릭스는 다음과 같은 매트릭스임을 특징으로 하는 상기 수신 장치. The receiving apparatus as claimed in claim 10, wherein the first matrix is as follows. 제10항에 있어서, 상기 제2 매트릭스는 다음과 같은 매트릭스임을 특징으로 하는 상기 수신 장치. The receiving device as claimed in claim 10, wherein the second matrix is as follows. 제10항에 있어서, 상기 제3 매트릭스는 다음과 같은 매트릭스임을 특징으로 하는 상기 수신 장치. The receiving device as claimed in claim 10, wherein the third matrix is as follows.
KR10-2002-0061591A 2002-10-09 2002-10-09 Transmitting/receiving apparatus and method for improving peak-to-average power ratio in an orthogonal frequency division multiplexing system KR100484447B1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR10-2002-0061591A KR100484447B1 (en) 2002-10-09 2002-10-09 Transmitting/receiving apparatus and method for improving peak-to-average power ratio in an orthogonal frequency division multiplexing system

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR10-2002-0061591A KR100484447B1 (en) 2002-10-09 2002-10-09 Transmitting/receiving apparatus and method for improving peak-to-average power ratio in an orthogonal frequency division multiplexing system

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20040032455A KR20040032455A (en) 2004-04-17
KR100484447B1 true KR100484447B1 (en) 2005-04-20

Family

ID=37332351

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR10-2002-0061591A KR100484447B1 (en) 2002-10-09 2002-10-09 Transmitting/receiving apparatus and method for improving peak-to-average power ratio in an orthogonal frequency division multiplexing system

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR100484447B1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8509324B2 (en) 2008-07-08 2013-08-13 Qualcomm Incorporated Methods and systems for reducing PAPR of an OFDM signal

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20000061445A (en) * 1999-03-26 2000-10-16 윤종용 OFDM transmission/receiving system and block encoding method therefor
KR20010069611A (en) * 2001-04-20 2001-07-25 유흥균 PAPR Reduction Method by Delay Circiuts in Multi-carrier Communication System
WO2002078211A2 (en) * 2001-03-23 2002-10-03 Qualcomm Incorporated Method and apparatus for utilizing channel state information in a wireless communication system
KR20020096833A (en) * 2001-06-19 2002-12-31 삼성전자 주식회사 Apparatus for minimizing peak to average power ratio in orthogonal frequency division multiplexing system and method thereof
KR100429528B1 (en) * 2002-01-23 2004-05-03 삼성전자주식회사 Method and apparatus for digital communications

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20000061445A (en) * 1999-03-26 2000-10-16 윤종용 OFDM transmission/receiving system and block encoding method therefor
WO2002078211A2 (en) * 2001-03-23 2002-10-03 Qualcomm Incorporated Method and apparatus for utilizing channel state information in a wireless communication system
KR20010069611A (en) * 2001-04-20 2001-07-25 유흥균 PAPR Reduction Method by Delay Circiuts in Multi-carrier Communication System
KR20020096833A (en) * 2001-06-19 2002-12-31 삼성전자 주식회사 Apparatus for minimizing peak to average power ratio in orthogonal frequency division multiplexing system and method thereof
KR100429528B1 (en) * 2002-01-23 2004-05-03 삼성전자주식회사 Method and apparatus for digital communications

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8509324B2 (en) 2008-07-08 2013-08-13 Qualcomm Incorporated Methods and systems for reducing PAPR of an OFDM signal

Also Published As

Publication number Publication date
KR20040032455A (en) 2004-04-17

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10616025B2 (en) System and method for controlling combined radio signals
US7406261B2 (en) Unified multi-carrier framework for multiple-access technologies
EP0839423B1 (en) Pulse shaping for multicarrier modulation
EP1601149B1 (en) Transmitter and transmission control method
TWI387236B (en) A multicarrier spread spectrum device using cyclic-shift orthogonal keying, transmitter, receiver, and communication system thereof
KR101273230B1 (en) Pilot signal in an FDMA communication system
TWI405429B (en) Apparatus for transmitting data using carriers and method thereof
US20060140294A1 (en) Block modulation
WO2003092197A1 (en) Apparatus and method for transmitting and receiving side information of a partial transmit sequence in an ofdm communication system
Shimodaira et al. Enhanced next generation millimeter-wave multicarrier system with generalized frequency division multiplexing
Rony et al. Performance analysis of OFDM signal using BPSK and QPSK modulation techniques
Umaria et al. Comparative analysis of BER performance of DWT based OFDM system with conventional FFT based OFDM system
KR100484447B1 (en) Transmitting/receiving apparatus and method for improving peak-to-average power ratio in an orthogonal frequency division multiplexing system
EP1604501B1 (en) Multicarrier system wherein control data is summed to information data
CN115225443B (en) Carrier cyclic shift method and cyclic shift optical filter bank multi-carrier system
Kaur et al. A study of diverse waveforms for 5G
Liu New peak-to-average power ratio reduction schemes for OFDM systems
Goyani et al. A Review-Performance comparison of conventional and wavelet-based OFDM system
WO2004109953A1 (en) A method and apparatus for a multicarrier code division multiple access system
Akila et al. Performance analysis of filter bank multicarrier system for 5G networks
Ahmed et al. Effect of carrier frequency offset on the performance of FBMC and GFDM under multipath fading channels
KR101215932B1 (en) Method of PAPR reduction for OFDM system using additive mapping sequences and apparatus for the same
Vijayarangan et al. Crest factor reduction in multicarrier transmission by low crest mapping
Wahab et al. Peak to average power ratio reduction in OFDM systems using selected mapping and statistical redistribution
JP2023102220A (en) OFDM transmitter and OFDM receiver

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20120329

Year of fee payment: 8

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20130329

Year of fee payment: 9

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20160330

Year of fee payment: 12

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20170330

Year of fee payment: 13

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20180329

Year of fee payment: 14

LAPS Lapse due to unpaid annual fee