KR100637710B1 - Method for reducing peak to average power ratio and calculating complexity in orthogonal frequency division multiplexing system - Google Patents

Method for reducing peak to average power ratio and calculating complexity in orthogonal frequency division multiplexing system Download PDF

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Abstract

A method for reducing peak to average power ratio(PAPR) and/or calculating complexity in orthogonal frequency division multiplexing(OFDM) carrier communication system is provided to decrease inverse fast Fourier transform(IFFT) operation complexity while maintaining the same PAPR reducing performance in comparison with the selective mapping of partial tones. In a method for reducing peak to average power ratio(PAPR) and/or calculating complexity in orthogonal frequency division multiplexing carrier communication system, an input symbol sequence is multiplied with the U number of circulation Hadamard phase sequence and generates the U number of symbol sequence which are independent of each other. The U number of symbol sequence is performed by IFFT and the OFDM signals are generated. The signal having the lowest PAPR is selected among the OFDM signals and transmits the signal.

Description

최대전력 대 평균전력비 및/또는 연산량 감소를 위한 선택사상기법의 직교 주파수 분할 다중 반송파 통신 방법{METHOD FOR REDUCING PEAK TO AVERAGE POWER RATIO AND CALCULATING COMPLEXITY IN ORTHOGONAL FREQUENCY DIVISION MULTIPLEXING SYSTEM}METHODO FOR REDUCING PEAK TO AVERAGE POWER RATIO AND CALCULATING COMPLEXITY IN ORTHOGONAL FREQUENCY DIVISION MULTIPLEXING SYSTEM}

도 1은 일반적인 선택사상기법에서의 데이터 처리 과정을 개략적으로 나타내는 블록도이다.1 is a block diagram schematically illustrating a data processing process in a general selective projection method.

도 2는 본 발명에서 이용되는, m-시퀀스를 이용하여 N×N 순환 Hadamard 행렬 H N 을 생성하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.FIG. 2 is a diagram for explaining a method of generating an N × N cyclic Hadamard matrix H N using m-sequence used in the present invention.

도 3은 선택사상기법에서 각각의 위상 시퀀스에 따른 PAPR 감소 성능을 비교하는 도면이다.FIG. 3 is a diagram comparing PAPR reduction performance according to each phase sequence in the selective projection method.

도 4는 IFFT 연산량을 줄이기 위해서 본 발명에서 새로이 제안된 선택사상기법의 데이터 처리 과정을 개략적으로 나타내는 블록도이다.FIG. 4 is a block diagram schematically illustrating a data processing procedure of the selective thinking method newly proposed in the present invention to reduce the amount of IFFT computation.

도 5는 본 발명에서 새로이 제안된 선택사상기법에서의, 중간 단계에서 위상 시퀀스를 신호와 곱하는 과정을 설명하기 위한 도면이다.FIG. 5 is a view for explaining a process of multiplying a phase sequence with a signal in an intermediate step in the new selection method according to the present invention.

도 6은 본 발명에서 제안된 선택사상기법과 종래기술의 선택사상기법의 성능을 비교하는 도면이다.6 is a view comparing the performance of the selection method and the conventional selection method proposed in the present invention.

본 발명은 직교 주파수 분할 다중 반송파 통신(OFDM: Orthogonal Frequency Division Multiplexing) 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 최대전력 대 평균전력비 저감을 위하여 개선된 선택사상 기법을 적용한 OFDM 통신 방법에 관한 것이다.The present invention relates to an Orthogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM) system, and more particularly, to an OFDM communication method employing an improved selection technique for reducing the maximum power to average power ratio.

무선 이동 통신 환경에서 멀티미디어 데이터를 실시간으로 전송할 수 있도록 하기 위해 100Mbps 이상의 고속 데이터 전송 시스템의 필요성이 강조되면서, 직교 주파수 분할 다중 반송파(orthogonal frequency division multiplexing 이하 OFDM이라 함) 시스템이 관심의 초점으로 부상하고 있다.With the emphasis on the need for high-speed data transmission systems of 100 Mbps or more to enable real-time transmission of multimedia data in wireless mobile communication environments, orthogonal frequency division multiplexing (OFDM) systems have emerged as the focus of attention. have.

OFDM 시스템은 디지털 오디오 방송(DAB: digital audio broadcasting), 디지털 비디오 방송(DVB: digital video broadcasting), IEEE 802.11 무선 LAN(local area network), IEEE 802.16 W-MAN(wireless metropolitan area network) 시스템의 표준으로 채택되어 현재 널리 사용되고 있다. 특히 국내의 경우 향후 서비스 실시 예정인 휴대용 인터넷에 OFDM 시스템이 표준 전송방식으로 채택되어 적용될 전망이다.The OFDM system is a standard for digital audio broadcasting (DAB), digital video broadcasting (DVB), IEEE 802.11 local area network (LAN), and IEEE 802.16 wireless metropolitan area network (W-MAN) system. Adopted and widely used now. In particular, in Korea, the OFDM system is expected to be adopted as a standard transmission method for the portable Internet, which will be implemented in the future.

OFDM 시스템의 기본 원리는, 사용하는 주파수 대역을 다수의 부채널(sub-channel)로 나눈 후, 각 채널에 해당하는 부반송파(sub-carrier)에 병렬로 데이터를 실어서 전송하는 것이다. 다수의 부채널을 사용한 신호 처리를 위해, 송신단에 서는 역 고속 푸리에 변환(inverse fast Fourier transform 이하 IFFT라 함)을 이용하고, 수신단에서는 고속 푸리에 변환(fast Fourier transform 이하 FFT라 함)을 이용함으로써 고속 데이터 전송 시스템을 구현한다.The basic principle of an OFDM system is to divide a frequency band to be used into a plurality of sub-channels, and then load and transmit data in parallel on sub-carriers corresponding to each channel. For signal processing using multiple subchannels, the transmitter uses inverse fast Fourier transform (IFFT) and the receiver uses fast Fourier transform (FFT). Implement a data transfer system.

OFDM 시스템은 부반송파들 사이의 간격이 심볼 주기 T의 역수 값에 대한 정수배가 되도록 하여 부반송파간의 직교성을 유지함으로 부반송파간의 간섭을 발생시키지 않는다. 또한 부반송파들이 직교함으로써 주파수 효율을 최대화 할 수 있는 장점도 가진다. OFDM 시스템은 부채널의 수에 비례하여 신호의 전송 주기가 증가하며, 주파수 스펙트럼은 각각의 부반송파들의 합으로 나타나게 된다.The OFDM system maintains orthogonality between subcarriers such that the spacing between subcarriers is an integer multiple of the inverse value of the symbol period T so as not to cause interference between subcarriers. In addition, since subcarriers are orthogonal, frequency efficiency can be maximized. In an OFDM system, a transmission period of a signal increases in proportion to the number of subchannels, and a frequency spectrum is represented as a sum of respective subcarriers.

OFDM 시스템은 다수의 부반송파를 이용하여 신호를 전송하므로 각 부채널을 평탄한 페이딩 채널(flat fading channel)로 만들어 주파수 선택적 페이딩(frequency selective fading) 환경에서 좋은 성능을 나타내며, 보호 구간(GI: guard interval)을 사용하여 인접 심볼간의 간섭(ISI: inter symbol interference)을 제거한다.The OFDM system transmits a signal using a plurality of subcarriers, thereby making each subchannel a flat fading channel and showing good performance in a frequency selective fading environment, and guard interval (GI). To remove inter symbol interference (ISI).

OFDM 시스템의 송신 신호는 각 부채널 신호의 합으로 이루어지는데, 부채널 신호가 동위상을 갖는 경우 순시 파워가 매우 커질 수 있는 우려가 있다. OFDM 신호 a t , 0≤tT의 최대 순시 파워 대 평균 파워 비(peak to average power ratio 이하 PAPR이라 함)는 수학식 1과 같이 정의된다.The transmission signal of the OFDM system consists of the sum of the respective subchannel signals, and there is a concern that the instantaneous power may be very large when the subchannel signals have in-phase. The maximum instantaneous power-to-average power ratio (hereinafter referred to as PAPR) of the OFDM signal a t and 0 ≦ t < T is defined as Equation 1 below.

[수학식 1][Equation 1]

Figure 112005506840226-pat00001
Figure 112005506840226-pat00001

수학식 1에서 E[x]는 x의 기대 값(expected value)을 의미하고, T는 심볼의 주기이다. OFDM 시스템은 단일 반송파(single carrier) 변조방식에 비해 최대 N배까지 큰 PAPR을 가질 수 있다. PAPR이 큰 경우 고전력 증폭기(high power amplifier 이하 HPA)에서 비선형 왜곡을 발생시킨다.In Equation 1, E [x] means an expected value of x, and T is a period of a symbol. An OFDM system may have a PAPR up to N times larger than a single carrier modulation scheme. If the PAPR is large, nonlinear distortion occurs in a high power amplifier (HPA).

이러한 비선형 왜곡을 줄이기 위하여, 높은 전력에서도 선형성을 유지하는 고급의 HPA를 사용하는 경우에는, 기지국 장비 및 단말기의 생산 비용이 증가하고 시스템의 효율이 저하된다는 문제점이 발생된다.In order to reduce such nonlinear distortion, when using a high-quality HPA that maintains linearity even at high power, there is a problem that the production cost of the base station equipment and the terminal increases and the efficiency of the system is lowered.

따라서 OFDM 시스템에서의 PAPR 문제를 해결하기 위해 블록부호 기법(coding), 클리핑 기법(clipping), 스크램블링 기법(scrambling) 등이 제안되었다. 블록부호기법은 작은 PAPR을 갖는 부호어(codeword)로 입력 데이터를 부호화하는 방법이고, 클리핑 기법은 HPA의 입력 전에 미리 설정한 임계 값으로 최대 출력을 제한하여 PAPR을 줄이는 방법이다.Therefore, in order to solve the PAPR problem in the OFDM system, block coding (coding), clipping (clipping), scrambling (scrambling), etc. have been proposed. The block coding method is a method of encoding input data with a codeword having a small PAPR, and the clipping method is a method of reducing PAPR by limiting the maximum output to a threshold set in advance before the input of the HPA.

클리핑 기법은 OFDM 신호에 왜곡을 가함으로써, 할당된 주파수 대역 밖의 파워(out of band radiation)를 증가 시키고, 주파수 대역내의 파워 스펙트럼의 왜곡을 일으킨다. 주파수 대역 밖의 파워가 증가하면 인접 채널에 간섭을 일으키고, 주파수 대역 내의 파워 스펙트럼이 왜곡되면 비트 오류 확률(BER: bit error rate) 성능이 나빠진다.The clipping technique adds distortion to the OFDM signal, thereby increasing power out of the assigned frequency band and causing distortion of the power spectrum within the frequency band. Increasing the power outside the frequency band interferes with adjacent channels, and if the power spectrum within the frequency band is distorted, the bit error rate (BER) performance deteriorates.

블록부호기법의 경우는 신호에 왜곡을 가하지 않고 PAPR을 일정 값 이하로 유지하지만, 부호화율(coding rate)을 저하한다는 단점을 가지고 있다.The block coding technique maintains the PAPR below a certain value without adding distortion to the signal, but has a disadvantage of lowering a coding rate.

스크램블링 기법에는 선택사상(selective mapping)기법과 부분전송시퀀스기법(partial transmit sequence, 이하 'PTS' 라 함)이 있다. 선택사상기법과 PTS는 블록부호기법과 클리핑기법의 단점을 해결하기 위해서 제안된 방법으로서, 부가적인 심볼(redundant symbol)을 최소로 사용하면서도 송신 신호를 왜곡하지 않고 PAPR을 줄이는 방법이다.The scrambling technique includes a selective mapping technique and a partial transmit sequence technique (hereinafter, referred to as 'PTS'). The selective thinking method and the PTS are proposed to solve the disadvantages of the block coding method and the clipping method. The method is a method of reducing PAPR without distorting a transmission signal while minimizing additional symbols.

여기서, PTS에서는 수학식 2와 같이 입력 심볼 시퀀스 A를 겹치지 않는 V개의 부심볼 시퀀스(sub-symbol sequence) A v , 1≤vV로 나눈다.In the PTS, as shown in Equation 2, the input symbol sequence A is divided into non-overlapping V sub-symbol sequences A v and 1 ≦ vV.

[수학식 2][Equation 2]

Figure 112005506840226-pat00002
Figure 112005506840226-pat00002

각각의 부심볼 시퀀스들을 IFFT하여 신호를 생성하고, 각 신호에 해당 위상인자 r v (rotating factor)를 곱하고 나서 신호들을 모두 더한다. PTS를 사용하여 전송되는 OFDM 신호 a 는 수학식 3과 같이 표현된다.IFFT each subsymbol sequence to generate a signal, multiply each signal by its phase factor r v (rotating factor), and then add all the signals together. The OFDM signal a transmitted using the PTS is represented by Equation 3 below.

[수학식 3][Equation 3]

Figure 112005506840226-pat00003
Figure 112005506840226-pat00003

이 때 위상 인자 r v 를 변경 하면서 OFDM 신호 a의 PAPR이 최소가 되도록 한 다. 위상 인자 r v 는 곱셈 시 복소수 계산을 쉽게 하도록 일반적으로 ±1과 ±j값을 사용한다. 여기서

Figure 112005506840226-pat00022
이다.In this case, the PAPR of the OFDM signal a is minimized while changing the phase factor r v . The phase factor r v generally uses ± 1 and ± j values to make complex calculations easier when multiplying. here
Figure 112005506840226-pat00022
to be.

송신기는 a의 PAPR이 최소가 되도록 하는 위상 인자의 색인을 전송한다. 수신기는 수신한 색인을 사용하여 입력 심볼 시퀀스 A를 구한다. PTS는 선택사상기법에 비하여 IFFT 연산량이 적다는 장점이 있지만, 색인 전송을 위해서 선택사상기법보다 비교적 많은 심볼을 사용한다는 단점이 있다.The transmitter transmits an index of the phase factor a that of a PAPR is minimized. The receiver uses the received index to find the input symbol sequence A. PTS has the advantage that the amount of IFFT operation is smaller than that of the selection method, but it has a disadvantage of using more symbols than the selection method for index transmission.

선택사상기법은 입력 심볼 시퀀스를 위상 시퀀스들과 각각 곱하여 통계적으로 서로 독립인 심볼 시퀀스를 생성하고, 이 심볼 시퀀스들 중에서 가장 낮은 PAPR을 갖는 시퀀스를 선택하여 전송한다. 여기서 심볼 시퀀스의 PAPR이란 심볼 시퀀스를 IFFT하여 생성한 OFDM신호의 PAPR을 의미한다. 선택사상기법에서의 PAPR 감소 성능은 위상 시퀀스의 생성 방법에 따라 많은 차이가 있다는 것이 알려져 있다.The selective thinking method multiplies the input symbol sequence with each of the phase sequences to generate a statistically independent symbol sequence, and selects and transmits the lowest PAPR sequence among the symbol sequences. Here, the PAPR of a symbol sequence means a PAPR of an OFDM signal generated by IFFTing a symbol sequence. It is known that the PAPR reduction performance in the selective phase method varies greatly depending on the generation method of the phase sequence.

현재까지는 최적의 위상 시퀀스가 가져야 할 조건에 관하여 명확한 기준이 알려져 있지는 않으나, 모의실험 결과로부터 균등한 확률 분포(uniform distribution)를 가지고 불규칙(random)하게 생성된 위상 시퀀스가 가장 좋은 PAPR감소 성능을 가진다고 알려져 있다. 그러나 불규칙하게 형성시킨 위상 시퀀스란, 말 그대로 불규칙(random)한 것이므로, 이를 명확히 정의하기가 곤란하다는 문제가 있다. 즉, 위상 시퀀스는 송신단과 수신단에서 이를 이용한 신호의 코딩 및 디코딩이 가능하도록 일정한 포맷으로 정의되어 있어야 실제 통신 시스템에서의 응용이 가능한 것이기 때문이다.To date, no clear criteria are known regarding the conditions that an optimal phase sequence should have, but a randomly generated phase sequence with uniform distribution from the simulation results has the best PAPR reduction performance. Known. However, since the irregularly formed phase sequence is literally random, there is a problem that it is difficult to clearly define it. That is, the phase sequence must be defined in a certain format to enable coding and decoding of signals using the transmitting and receiving terminals so that the phase sequence can be used in an actual communication system.

또한, 선택사상기법의 또 다른 단점은 위상 시퀀스의 수만큼 IFFT를 수행해야 한다는 것이다. IFFT 연산량은 반송파의 수가 증가함에 따라 NlogN에 비례하여 증가함으로 반송파의 수가 많은 OFDM 시스템에 선택사상기법을 적용하기 위해서는 IFFT 연산량을 더욱 줄일 수 있는 방안을 찾는 것이 매우 중요하다.In addition, another disadvantage of the selective thinking method is that the IFFT must be performed by the number of phase sequences. Since the amount of IFFT computations increases in proportion to N log N as the number of carriers increases, it is very important to find a way to further reduce the amount of IFFT computations in order to apply the selective thinking method to an OFDM system having a large number of carriers.

본 발명은 상술한 문제점들을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 제1 목적은 선택사상기법에서 최적의 위상 시퀀스가 가져야 할 명확한 기준을 제시하고, 이 기준을 만족하는 위상 시퀀스를 구조적이며 간단히 생성하여 선택사상기법에 적용함으로써, PAPR 감소 성능을 이론적인 한계값(theoretical limit)에 도달 하도록 하는 것이다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and the first object of the present invention is to present a clear reference that an optimal phase sequence should have in the selective phase method, and to construct and select a phase sequence satisfying the criterion structurally and simply. By applying the mapping technique, the PAPR reduction performance is reached to reach the theoretical limit.

본 발명의 제2 목적은 기존의 선택사상기법과 비교하여 동일한 PAPR 감소 성능을 유지하면서도, IFFT 연산량을 감소시킬 수 있는 새로운 선택사상기법을 제안하는 것이다.A second object of the present invention is to propose a new selective thinking method that can reduce the amount of IFFT calculations while maintaining the same PAPR reduction performance as compared to the existing selective thinking method.

이와 같은 목적을 달성하기 위한, 본 발명의 제1 특징에 의한 OFDM 통신 방법은, (a) 입력 심볼 시퀀스를 U개의 순환 Hadamard 위상 시퀀스와 각각 곱하여 통계적으로 서로 독립인 U개의 심볼 시퀀스를 생성하는 단계; (b) 상기 U개의 심볼 시퀀스를 각각 IFFT하여 OFDM 신호들을 생성하는 단계; 및 (c) 상기 OFDM 신호들 중에서 가장 낮은 PAPR을 갖는 신호를 선택하여 전송하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, the OFDM communication method according to the first aspect of the present invention comprises the steps of: (a) generating U symbol sequences statistically independent of each other by multiplying an input symbol sequence with each of U cyclic Hadamard phase sequences; ; (b) IFFT each of the U symbol sequences to generate OFDM signals; And (c) selecting and transmitting a signal having the lowest PAPR among the OFDM signals.

본 발명의 제2 특징에 의한 OFDM 통신 방법은, (a) 1단계에서 n 단계까지의 IFFT 과정 중, 입력 심볼 시퀀스에 대하여 1단계부터 k(k〈n)단계까지의 IFFT를 수행하는 단계; (b) k단계까지 수행된 출력 신호

Figure 112005506840226-pat00023
U개의 위상 시퀀스 P u , 1≤uU를 각각 곱하여 U개의 신호
Figure 112005506840226-pat00024
를 생성하는 단계; (c) 상기 U개의 신호
Figure 112005506840226-pat00025
에 대하여, 나머지 n-k단계의 IFFT 연산을 각각 수행 하여 OFDM 신호들을 생성하는 단계; 및 (d) 상기 OFDM 신호들 중에서 가장 낮은 PAPR을 갖는 신호를 선택하여 전송하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.According to an aspect of the present invention, there is provided an OFDM communication method comprising: (a) performing an IFFT of steps 1 to k (k &lt; n) on an input symbol sequence during an IFFT process from steps 1 to n; (b) output signal performed up to step k
Figure 112005506840226-pat00023
U signals by multiplying U phase sequences P u and 1≤ uU , respectively
Figure 112005506840226-pat00024
Generating a; (c) the U signals
Figure 112005506840226-pat00025
For each of the remaining n - k steps of IFFT operation to generate OFDM signals; And (d) selecting and transmitting a signal having the lowest PAPR among the OFDM signals.

여기서, 바람직하게는, 상기 OFDM 신호들 중에서 가장 낮은 PAPR을 갖는 신호를 선택하여 전송하는 단계 이전에, 위상 시퀀스의 색인

Figure 112005506840226-pat00026
을 전송하기 위해서,
Figure 112005506840226-pat00027
의 IFFT 신호
Figure 112005506840226-pat00028
를 메모리에 저장해 두고, 상기 메모리에 저장된 색인 신호
Figure 112005506840226-pat00029
를 상기 입력 데이터 심볼 시퀀스
Figure 112005506840226-pat00030
를 IFFT한 신호에 더해서 보내는 단계를 더 포함하도록 하여 부가 계산량 증가를 피할 수 있다.Here, preferably, before the step of selecting and transmitting the signal having the lowest PAPR among the OFDM signals, the index of the phase sequence
Figure 112005506840226-pat00026
In order to send
Figure 112005506840226-pat00027
IFFT signal
Figure 112005506840226-pat00028
Is stored in the memory, the index signal stored in the memory
Figure 112005506840226-pat00029
The input data symbol sequence
Figure 112005506840226-pat00030
In addition to the IFFT signal, the step of sending an additional calculation can be avoided.

또한, 필요에 따라서, 상기 (b) 단계의 상기 U개의 위상 시퀀스 P u 는, 길이가 N인 위상 시퀀스를 2 n - k 개의 블록으로 나누고, 같은 블록 내에 있는 원소는 같은 값을 갖게 하기 위해서 길이가 2 n - k 인 시퀀스 R u , 1≤uU를 생성하고 R u 의 원소를 2 k 번 반복하여 생성된 것을 사용함이 PAPR 감소 효과를 위해 바람직하다.Further, the above, the step (b), if necessary U of the phase sequence P u is the phase sequence of length N 2 n - divided into k blocks, the length in order to have the same values as elements in the same block the 2 n - is preferred for the sequence k R u, 1≤ u ≤ generate U and using the generated repeat elements of R u 2 k times the PAPR reducing effect.

위에서, 순환 Hadamard 시퀀스를 사용하여 상기 시퀀스 R u 를 생성하는 경우 에 PAPR 감소 효과를 더욱 향상시킬 수 있다.In the above, when generating the sequence R u using the cyclic Hadamard sequence, it is possible to further improve the PAPR reduction effect.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described in detail a preferred embodiment according to the present invention.

도 1은 일반적인 선택사상기법에서 데이터의 처리과정을 나타낸 개략도이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 선택사상기법에서는 입력 심볼 시퀀스를 미리 정해진 U개의 위상 시퀀스(P1, P2, ..., PU)와 각각 곱하여 통계적으로 서로 독립인 시퀀스 U개(A, A2, ..., AU)를 생성한다. 그리고 나서, 각각의 심볼 시퀀스를 IFFT하여 OFDM 신호들(a1, a2, ..., aU)을 생성 한 후, 이 신호들 중에서 가장 낮은 PAPR을 갖는 신호를 선택하여 전송한다.1 is a schematic diagram showing a process of data processing in a general selective thinking method. As shown in FIG. 1, in the selective thinking method, an input symbol sequence is multiplied by a predetermined U phase sequence P 1 , P 2 ,..., And P U , respectively, and U sequences (A, A 2 , ..., A U ) Then, each symbol sequence is IFFT to generate OFDM signals a 1 , a 2 ,..., A U , and then the signal having the lowest PAPR is selected and transmitted.

위상 시퀀스의 원소(element)는 송신 파워를 보존하고, 입력 심볼 시퀀스와 위상 시퀀스 곱셈 시 복소수 계산을 쉽게 하도록 일반적으로 ±1과 ±j값을 사용한다.The elements of the phase sequence typically use ± 1 and ± j values to conserve transmission power and to facilitate complex calculations when multiplying the input symbol sequence with the phase sequence.

수신기에서는 수신된 신호를 FFT 변환하여, 입력 심볼 시퀀스와 위상 시퀀스가 곱해진 시퀀스를 생성한다. 이 때 수신기가 송신기에서 사용한 위상 시퀀스 정보를 알면 위상 시퀀스가 곱해지기 전의 입력 심볼 시퀀스(원래 송신하고자 했던 입력 심볼 시퀀스)를 찾아낼 수 있다. 일반적으로 송신기에서 사용할 위상 시퀀스들은 미리 정해져 있으므로, 위상 시퀀스의 내용이 수신기에게 알려져 있다고 하면, 송신기는 위상 시퀀스의 색인 (index)을 전송하면 된다. 위상 시퀀스의 색인은 매우 중요한 정보이므로 오류를 검출하거나 정정하기 위해서 부호화 한다.The receiver performs FFT transform on the received signal to generate a sequence of multiplying the input symbol sequence and the phase sequence. At this time, if the receiver knows the phase sequence information used by the transmitter, it can find the input symbol sequence (input symbol sequence originally intended to be transmitted) before the phase sequence is multiplied. In general, the phase sequences to be used in the transmitter are predetermined, so if the contents of the phase sequence are known to the receiver, the transmitter may transmit an index of the phase sequence. Since the index of the phase sequence is very important information, it is encoded to detect or correct an error.

선택사상기법에서 위상 시퀀스의 수가 많아지면 PAPR도 함께 감소하지만, 위상 시퀀스의 증가 정도에 비해 PAPR의 감소 정도는 점점 줄어드는 포화 효과(saturation effect)가 존재한다. 송수신기의 IFFT 연산량 복잡도(computational complexity)와 부가 정보량은 위상 시퀀스의 수에 비례하여 증가한다.In the selection method, the number of phase sequences decreases as well as the PAPR, but there is a saturation effect in which the decrease of the PAPR decreases gradually compared to the increase in the phase sequence. The IFFT computational complexity and the amount of additional information in the transceiver increase in proportion to the number of phase sequences.

상술한 바와 같이, 선택사상기법에서 같은 수의 위상 시퀀스를 사용한 경우, PAPR 감소 성능은 위상 시퀀스의 생성 방법에 따라 큰 차이를 보인다. 본 발명자는 통신 시스템에 적용 시 명확한 정의가 가능하고, 효과적인 PAPR 감소 성능을 보다 효율적으로 얻도록 하기 위해, 다음과 같은 위상 시퀀스 생성 방법을 제안한다.As described above, when the same number of phase sequences are used in the selection method, the PAPR reduction performance shows a large difference depending on the generation method of the phase sequence. The present inventors propose a phase sequence generation method as follows to enable a clear definition when applied to a communication system and to obtain an effective PAPR reduction performance more efficiently.

위상 시퀀스가 다음 같은 두 조건을 만족하는 경우 선택사상기법에서의 PAPR감소 성능은 이론적인 한계 값에 근접한다. 첫 번째로 위상 시퀀스들은 서로 직교하여야 한다. 두 번째 조건은 각각의 위상 시퀀스에는 주기성이 존재하지 않아야 한다. 이하에서는 이러한 조건을 만족하도록 본 발명자에 의하여 제안된 위상 시퀀스 생성 방법을 설명한다.When the phase sequence satisfies the following two conditions, the PAPR reduction performance in the selection method approach is close to the theoretical limit value. First, the phase sequences should be orthogonal to each other. The second condition is that there should be no periodicity in each phase sequence. Hereinafter, a method of generating a phase sequence proposed by the present inventor to satisfy such a condition will be described.

도 2에서는 본 발명에서 제안되는 위상 시퀀스 생성을 위해 사용되는 순환 Hadamard 행렬을 예시적으로 나타낸다. 도시된, 크기가 N×N인 Hadamard 행렬 H N 은 +1과 -1을 행렬의 원소로 가지면서,

Figure 112005506840226-pat00031
을 만족하는 N×N 정방 행렬이다. 여기서 I N 은 크기가 N×N인 항등 행렬을 말한다. 순환 Hadamard 행렬은 첫 행과 첫 열을 제외 하고, 나머지 (N-1)×(N-1) 행렬의 행들이 서로 순환 이동으로 얻어지는 행렬이다.2 exemplarily shows a cyclic Hadamard matrix used for generating a phase sequence proposed in the present invention. The illustrated Hadamard matrix H N of size N × N has +1 and -1 as elements of the matrix,
Figure 112005506840226-pat00031
Is an N × N square matrix that satisfies. Where I N is an identity matrix of size N × N. The cyclic Hadamard matrix is a matrix obtained by cyclic movement of the rows of the remaining ( N- 1) × ( N- 1) matrices except the first row and the first column.

여기서, 상기 도 2에 예시된 순환 Hadamard 행렬의 생성 방법을 설명하면, 예를 들어, 첫 행과 열을 1로 하고, 나머지 (N-1)×(N-1)행렬은 길이가 N-1인 m-시퀀스를 순환 이동하여 생성할 수 있다.Here, a method of generating the cyclic Hadamard matrix illustrated in FIG. 2 will be described. For example, the first row and the column are 1, and the remaining ( N -1) × ( N -1) matrices have a length of N -1. Phosphorus m-sequences can be generated by circular movement.

여기서, m-시퀀스는 이동 레지스터(shift register)를 사용하여 생성하며, m-시퀀스를 순환 이동하면 또 다른 m-시퀀스가 된다는 성질을 가지고 있다. m-시퀀스는 유사 불규칙한 성질을 가지고 있고 이상적인 자기상관 값을 가지고 있으므로, m-시퀀스를 순환 이동한 후 맨 앞에 1을 추가하여 만든 순환 Hadamard 행렬의 N-1개의 행들은 서로 직교하는 성질을 갖고 있다. 또한 m-시퀀스는 균형(balance)성을 가지고 있으므로 모든 원소의 값이 1인 첫 번째 행과도 직교한다.Here, the m-sequence is generated by using a shift register, and the m-sequence has a property of being cyclically shifted to another m-sequence. Since m-sequences have pseudo-irregular properties and ideal autocorrelation values, the N -1 rows of a cyclic Hadamard matrix created by adding 1 to the front after circularly moving the m-sequence are orthogonal to each other. . The m-sequence is also balanced, so it is orthogonal to the first row where all elements have a value of 1.

본 발명자는 이러한 성질을 이용하여, 순환 Hadamard 행렬의 행을 위상 시퀀스로 사용할 경우에 명확한 정의가 가능하면서도 우수한 PAPR 감소 효과를 얻을 수 있다는 점을 관측하였고, 이를 '순환 Hadamard 위상 시퀀스' 라고 정의하였다.Using this property, the present inventors observed that when a row of a cyclic Hadamard matrix is used as a phase sequence, an excellent PAPR reduction effect can be obtained while defining a cyclic Hadamard phase sequence.

이러한 N×N 순환 Hadamard 행렬에서 위상 시퀀스로 사용될 U개의 행을 선택할 때, 우선 항상 모든 원소의 값이 1인 첫 번째 행을 선택하고, 나머지 U-1개는 N-1개의 행중에서 선택한다. 순환 Hadamard 행렬에서 U개의 행을 선택할 때 N-1개의 선택 방법에 따라서는 성능의 차이가 없기 때문에, 일반적으로는 첫 번째 행부터 U번까지의 행을 선택하면 된다.When selecting the U rows to be used as the phase sequence in the N × N cyclic Hadamard matrix, the first row is always selected first, and the remaining U −1 are selected from the N −1 rows. When selecting U rows in a cyclic Hadamard matrix, there is no difference in performance depending on the N- 1 selection methods. Therefore, the first to U rows are generally selected.

또한, Hadamard 행렬에는 순환 Hadamard 행렬이외에도, Sylvester Hadamard 행렬이 존재하는데, 본 발명자는 Sylvester Hadamard 행렬에 대해서도 이를 위상 시퀀스에 적용할 수 있는지에 대한 가능성을 다음과 같이 조사하였다.In addition to the cyclic Hadamard matrix, the Hadamard matrix also has a Sylvester Hadamard matrix. The inventors investigated the possibility of applying the same to the phase sequence for the Sylvester Hadamard matrix as follows.

크기가 N×N인 Sylvester Hadamard 행렬 H N 은 수학식 4를 이용하여 다음과 같이 생성 할 수 있다.Sylvester Hadamard matrix H N of size N × N can be generated as follows using Equation 4.

[수학식 4][Equation 4]

Figure 112005506840226-pat00004
Figure 112005506840226-pat00004

수학식 4를 이용하면 H 2를 이용하여 H 4를 생성 할 수 있고, H 4를 이용하여 H 8를 생성 할 수 있다. 이를 반복적으로 수행하면 H N를 생성 할 수 있다. 2×2 Sylvester Hadamard 행렬은 수학식 5와 같이 주어진다.Using the equation (4) it is possible to generate H 4 by using H 2, it is possible to generate H 8 using H 4. This can be done repeatedly to generate H N. The 2 × 2 Sylvester Hadamard matrix is given by Equation 5.

[수학식 5][Equation 5]

Figure 112005506840226-pat00005
Figure 112005506840226-pat00005

본 발명자는 이러한 Sylvester Hadamard 행렬의 행을 위상 시퀀스로 사용할 경우를 'Sylvester Hadamard 위상 시퀀스' 라고 정의하였다. Sylvester Hadamard 행렬에서 위상 시퀀스로 사용하기 위하여 U개의 행을 선택할 때, 항상 모든 원소의 값이 1인 첫 번째 행을 선택하고 나머지 U-1개는 N-1개의 행중에서 선택하였다.The inventor defined the case of using the Sylvester Hadamard matrix as a phase sequence as a 'Sylvester Hadamard phase sequence'. When selecting U rows for use as a phase sequence in the Sylvester Hadamard matrix, the first row with all elements of 1 is always selected, and the remaining U -1s are selected from N -1 rows.

본 발명자의 시험 결과에 따르면, Sylvester Hadamard 행렬은 행마다 다른 주기를 갖기 때문에 U-1개 행의 선택 방법에 따라 PAPR의 감소 성능의 차이를 보였다. 또한, 모든 경우에 있어서 순환 Hadamard 행렬보다는 PAPR의 감소 성능이 좋지 않음이 관측되었다.According to the test results of the present inventors, since the Sylvester Hadamard matrix has a different period for each row, there was a difference in the reduction performance of the PAPR according to the U- 1 row selection method. Also, in all cases it was observed that the reduction performance of the PAPR is worse than the cyclic Hadamard matrix.

도 3에서는 선택사상기법에서 여러 가지 위상 시퀀스 선택 방법에 따른 PAPR 감소 성능에 대한 시험 결과를 비교하였다. 도 3에서, 불규칙(도 3에서는 Binary Random 및 Quaternary Random) 위상 시퀀스란, 종래에 제안된 바와 같이 균등한 확률 분포를 가지고 불규칙(random)하게 생성한 시퀀스를 의미한다. 2진 불규칙 위상 시퀀스(Binary Random)의 원소는 ±1의 값을 가지고 4진 불규칙 위상 시퀀스(Quaternary Random)의 원소는 ±1과 ±j 값을 갖는다.3 compares the test results for the PAPR reduction performance according to various phase sequence selection methods in the selection method. In FIG. 3, an irregular (binary random and quaternary random phase sequence in FIG. 3) refers to a randomly generated sequence having an equal probability distribution as proposed in the related art. The elements of the binary random phase sequence have values of ± 1 and the elements of the binary random phase sequence have values of ± 1 and ± j .

상기 도 3의 시험 결과는, Sylvester Hadamard 행렬과 순환(Cyclic) Hadamard 행렬에 대하여, U개의 행을 선택할 때 첫 번째부터 U번까지의 행을 선택한 경우를 서로 비교한 것이다. 여기서 이론적인 한계(Theoretical limit)란 선택사상기법을 적용할 경우 이론적으로 얻을 수 있는 최적 값을 나타낸다.The test results of FIG. 3 compare the cases in which the first to U rows are selected when U rows are selected for the Sylvester Hadamard matrix and the cyclic Hadamard matrix. Theoretical limit is the optimal value that can be theoretically obtained when the selective thinking method is applied.

도시된 바와 같이, 선택사상기법에서 2진 불규칙 시퀀스, 4진 불규칙 시퀀스, 순환 Hadamard 시퀀스를 위상 시퀀스로 사용할 경우 0.1dB 이내에서 PAPR 감소를 얻을 수 있어, 거의 이론적인 한계치에 근사하는 정도의 PAPR 감소 효과를 달성한다. 하지만 Sylvester Hadamard 시퀀스를 위상 시퀀스로 사용한 경우, PAPR 감소 성능이 현저히 열화됨을 볼 수 있는데 이는 Sylvester Hadamard 위상 시퀀스의 경우 위상 시퀀스 간에 직교성은 만족하지만 주기성을 갖기 때문으로 파악된다.As shown, when using the Binary Irregular Sequence, the Quaternary Irregular Sequence, and the Cyclic Hadamard Sequence as the Phase Sequence, the PAPR reduction can be achieved within 0.1 dB, which is almost equivalent to the theoretical limit. Achieve effect. However, when the Sylvester Hadamard sequence is used as the phase sequence, the PAPR reduction performance is remarkably degraded because the orthogonality between the phase sequences is satisfactory, but the periodicity is observed in the Sylvester Hadamard phase sequence.

따라서 본 발명에서 제안된 순환 Hadamard 위상 시퀀스는 명확한 정의가 가능하며, 구조적이고 비교적 간단한 방법으로 생성 가능하고, PAPR 감소 성능 또한 이론적인 한계치에 근사한 정도이므로 선택사상기법에서 최적의 위상 시퀀스라 할 수 있다.Therefore, the cyclic Hadamard phase sequence proposed in the present invention can be clearly defined, can be generated by a structural and relatively simple method, and the PAPR reduction performance is close to the theoretical limit. .

또한, 이하에서는 본 발명의 제2 목적인 IFFT 연산량을 감소시킬 수 있는 선 택사상기법에 관하여 설명한다.In addition, hereinafter, a description will be given of the selective thinker method that can reduce the amount of IFFT calculation, which is the second object of the present invention.

도 4는 본 발명에서 제안하는 선택사상기법의 데이터 처리 과정을 설명하기 위한 개략도이다. 길이가 N=2 n 인 데이터에 대한 IFFT 과정을 살펴보면 n개의 단계로 이루어지는 것을 알 수 있다. 일반적으로, 각 단계에서는 N번의 덧셈 연산과 N/2번의 곱셈 연산을 수행 한 후, 다음 단계로 넘어 간다.4 is a schematic diagram for explaining a data processing process of the selective thinking method proposed by the present invention. Looking at the IFFT process for data of length N = 2 n , it can be seen that there are n steps. In general, each step performs N addition operations and N / 2 multiplication operations, and then proceeds to the next step.

도 1에 도시된 바와 같이, 종래기술의 선택사상기법에서는 위상 시퀀스를 곱한 후에 그 각각의 결과에 대하여 모두 IFFT를 수행한다. 그러나 본 발명에서 제안된 선택사상기법에서는 IFFT를 두 부분으로 나눈다. 첫 번째 부분은 IFFT의 1번째 단계부터 k번째 단계이다. 두 번째 부분은 IFFT의 k번째 단계부터 n번째 단계에 해당 된다. 종래기술과 달리, 본 발명의 선택사상기법에서는 도 4에 도시된 바와 같이, k번째 단계까지 IFFT 과정이 진행된 데이터에 대해 위상 시퀀스를 곱하여 IFFT 연산량을 감소시킨다.As shown in Fig. 1, in the prior art selective projection method, IFFT is performed on each result after multiplying a phase sequence. However, in the selective thinking method proposed in the present invention, the IFFT is divided into two parts. The first part is from the first to kth stages of the IFFT. The second part corresponds to the k th to n th steps of the IFFT. Unlike the prior art, in the selective thinking method of the present invention, as shown in FIG. 4, the IFFT calculation amount is reduced by multiplying a phase sequence with respect to the data having undergone the IFFT process up to the k-th step.

도 5에서는 이러한 본 발명의 IFFT 과정을 보다 상세히 도시한다. 도시된 바와 같이, 본 발명에서 제안된 선택사상기법에서는, k번째 단계의 신호

Figure 112005506840226-pat00032
U개의 위상 시퀀스 P u , 1≤uU를 곱한 후 나머지 n-k단계의 IFFT연산을 수행한다.Figure 5 illustrates in more detail the IFFT process of the present invention. As shown, in the selective projection method proposed in the present invention, the signal of the k- th step
Figure 112005506840226-pat00032
The remainder multiplied by the phase sequence of U P u, 1≤ u ≤ U n - performs an IFFT operation in step k.

일반적인 선택사상기법에서 수신기가 송신기에서 사용한 위상 시퀀스를 알면 원래의 입력 심볼 시퀀스를 찾아낼 수 있다. 미리 정해진 U개의 위상 시퀀스 내용이 수신기에게 알려져 있다고 하면, 송신기는 위상 시퀀스의 색인(index)을 전송하면 된다. 색인 전송을 위해서 입력 심볼의 일부를 색인 심볼로 사용한다. 따라서 입력 심볼 시퀀스 A는 수학식 6과 같이 입력 데이터 심볼 시퀀스

Figure 112005506840226-pat00033
와 색인 심볼 시퀀스
Figure 112005506840226-pat00034
의 합으로 표시 될 수 있다.In the general selection method, when the receiver knows the phase sequence used by the transmitter, the original input symbol sequence can be found. If the contents of the predetermined U phase sequence are known to the receiver, the transmitter may transmit an index of the phase sequence. Part of the input symbol is used as an index symbol for index transmission. Therefore, the input symbol sequence A is the input data symbol sequence as shown in Equation (6).
Figure 112005506840226-pat00033
And index symbol sequences
Figure 112005506840226-pat00034
Can be represented as the sum of

[수학식 6][Equation 6]

Figure 112005506840226-pat00006
Figure 112005506840226-pat00006

M-PSK(phase shift keying) 또는 M-QAM(quadrature amplitude modulation) 신호 성좌를 사용한 OFDM 시스템에서, U개의 위상 시퀀스를 사용하고, 부호화율 R로 색인을 부호화 하면

Figure 112005506840226-pat00035
개의 심볼이 색인 전송을 위해서 필요하다. 따라서 입력 데이터 심볼 시퀀스
Figure 112005506840226-pat00036
의 원소 중
Figure 112005506840226-pat00037
개의 값은 0이고, 색인 심볼 시퀀스
Figure 112005506840226-pat00038
의 원소 중
Figure 112005506840226-pat00039
개의 값은 0이다. In an OFDM system using M -PSK (phase shift keying) or M -QAM (quadrature amplitude modulation) signal constellations, using U phase sequences and encoding the index at code rate R
Figure 112005506840226-pat00035
Symbols are needed for index transmission. Thus the input data symbol sequence
Figure 112005506840226-pat00036
Of elements in
Figure 112005506840226-pat00037
Values are 0, index symbol sequence
Figure 112005506840226-pat00038
Of elements in
Figure 112005506840226-pat00039
Values are 0.

색인 심볼 시퀀스

Figure 112005506840226-pat00040
의 IFFT 신호
Figure 112005506840226-pat00041
를 메모리에 저장해 두면 색인 전송을 위한 부가적인 계산량이 늘어나는 것을 방지 할 수 있다. 메모리에 저장된 색인 신호
Figure 112005506840226-pat00042
는 입력 데이터 심볼 시퀀스
Figure 112005506840226-pat00043
를 IFFT 한 신호에 더해서 보내진다. 이와 같은 색인 신호를 감안하면, 본 발명에서 제안된 선택사상기법은 수학식 7과 같이 표현할 수 있다.Index symbol sequence
Figure 112005506840226-pat00040
IFFT signal
Figure 112005506840226-pat00041
Can be stored in memory to avoid additional computation for index transfer. Index signal stored in memory
Figure 112005506840226-pat00042
Input data symbol sequence
Figure 112005506840226-pat00043
Is sent in addition to the IFFT signal. In view of such an index signal, the selective thinking method proposed in the present invention can be expressed as Equation (7).

[수학식 7][Equation 7]

Figure 112005506840226-pat00007
Figure 112005506840226-pat00007

수학식 7에서

Figure 112005506840226-pat00044
i번째 단계에서 j번째 단계까지의 IFFT 행렬을 나타내고
Figure 112005506840226-pat00045
는 대각 성분이 P u 인 대각 행렬을 나타낸다.In equation (7)
Figure 112005506840226-pat00044
Represents the IFFT matrix from step i to j
Figure 112005506840226-pat00045
Denotes a diagonal matrix whose diagonal component is P u .

이하에서는 본 발명에서 제안된 선택사상기법과, 종래기술의 선택사상기법의 IFFT 연산량을 비교한다. 본 발명에서 제안된 선택사상기법은 k번째 단계까지의 연산 결과를 공통으로 이용하고 n-k단계의 연산만 새로 수행하면 되므로 종래기술의 방법보다 IFFT 연산량을 감소시킬 수 있다. 종래의 선택사상기법의 IFFT 연산량은 수학식 8과 같다.Hereinafter, the IFFT calculation amount of the selective thinking method proposed in the present invention and the selective thinking method of the related art are compared. Selected mapping scheme proposed in the present invention by using the operation results by the k-th stage and a common n - may reduce the IFFT computation amount than prior art methods since you perform a new operation only in k steps. The IFFT calculation amount of the conventional selective thinking method is expressed by Equation 8.

[수학식 8][Equation 8]

Figure 112005506840226-pat00008
Figure 112005506840226-pat00008

여기서 N=2 n 는 IFFT의 크기이며, U는 위상 시퀀스의 개수, n mul 은 복소수 곱셈 연산 횟수, n add 은 복소수 덧셈 연산 횟수를 의미한다.Where N = 2 n is the size of the IFFT, U is the number of phase sequences, n mul is the number of complex multiplication operations, and n add is the number of complex addition operations.

그에 비하여, 새로 제안된 선택사상기법에서 U개의 위상 시퀀스를 사용한 경우 IFFT 연산량은 수학식 9와 같다.In contrast, when U phase sequences are used in the newly proposed selection method, the IFFT calculation amount is expressed by Equation (9).

[수학식 9][Equation 9]

Figure 112005506840226-pat00046
Figure 112005506840226-pat00046

그러므로 본 발명에서 제안된 방법의 IFFT 연산량 감소 이득 (CCRG: computational complexity reduction gain)은 수학식 10과 같다.Therefore, the IFFT computational complexity reduction gain (CCRG) of the proposed method is expressed by Equation 10.

[수학식 10][Equation 10]

Figure 112005506840226-pat00047
Figure 112005506840226-pat00047

수학식 10을 이용하여 IFFT 연산량 감소 이득을 계산하면 표 1과 같다.Using the equation (10) to calculate the IFFT calculation gain reduction is shown in Table 1.

[표 1]TABLE 1

Figure 112005506840226-pat00011
Figure 112005506840226-pat00011

표 1로부터, 본 발명의 선택사상기법에서 IFFT 연산량 감소 이득은, NU가 커짐에 따라, n-k는 작아짐에 따라 증가함을 볼 수 있다.From Table 1, it can be seen that the IFFT calculation amount reduction gain in the selective thinking method of the present invention increases as n - k decreases as N and U increase.

새로 제안된 방법은 위상 시퀀스 곱셈 단계 kn에 가까워질수록(즉, n-k가 작아 질수록) IFFT 연산량 감소 이득이 증가 하나, 이때, PAPR의 감소 성능의 열화가 발생하기 때문에 적정한 곱셈 단계를 선정하는 것이 매우 중요하다.The newly proposed method increases the IFFT computation reduction gain as the phase sequence multiplication step k approaches n (i.e., n - k becomes smaller), but at this time, the deterioration performance of the PAPR decreases. It is very important to choose.

예를 들면, 제안된 선택사상기법에서 IFFT의 크기가 256인 경우는 n-k가 6일 때, IFFT의 크기가 2048인 경우는 n-k가 5일 때, 기존의 선택사상기법과 비교하여 거의 동일한 PAPR 감소 성능을 나타낸다.For example, in the proposed selection method, when the size of the IFFT is 256, n - k is 6, and when the size of the IFFT is 2048, when n - k is 5, Almost identical PAPR reduction performance.

크기가 N=2 n 인 IFFT를 수행하는 경우, 크기가 N인 IFFT는 크기가 N/2인 2개 의 IFFT를 이용하여 계산하고, 크기가 N/2인 IFFT는 다시 크기가 N/4인 2개의 IFFT를 이용하여 계산한다. 이 형태가 반복적으로 이루어지면 k번째 단계에서 IFFT 변환은 2 n - k 개의 블록으로 나누어지는데, 이 때 각각의 블록은 길이가 N/2 n - k =2 k 인 IFFT에 해당된다.When performing an IFFT size of N = 2 n, the size N of the IFFT size of N / 2 of the two is calculated using the IFFT of size N / 2 of the IFFT are again size N / 4 in Calculate using two IFFTs. If this form is repeated, the IFFT transform is divided into 2 n - k blocks in the k- th step, where each block corresponds to an IFFT of N / 2 n - k = 2 k .

이를 감안할 때, 제안된 선택사상기법에서 PAPR 감소 성능을 최대화하기 위해서는 길이가 N인 위상 시퀀스를 2 n - k 개의 블록으로 나누고, 같은 블록 내에 있는 위상 시퀀스의 원소는 같은 값을 갖도록 하는 것이 바람직하다. 이를 위해서는 길이가 2 n - k 인 시퀀스 R u , 1≤uU의 원소를 2 k 번 반복하여, 위상 시퀀스 P u 를 수학식 11과 같이 생성한다.In consideration of this, in order to maximize the PAPR reduction performance in the proposed selection method, it is preferable to divide the length N phase sequence into 2 n - k blocks and to make the elements of the phase sequence within the same block have the same value. . To this end, an element of a sequence R u having a length of 2 n - k and 1 ≦ uU is repeated 2 k times to generate a phase sequence P u as shown in Equation (11).

[수학식 11][Equation 11]

Figure 112005506840226-pat00012
Figure 112005506840226-pat00012

예를 들어, n=6, k=3, 그리고 R u ={+1-1+1+1-1+1-1-1}이라고 하면, P u 는 {+1+1+1+1+1+1+1+1-1-1-1-1-1-1-1-1L-1-1-1-1-1-1-1-1}이 된다. 제안된 선택사상기법에서 R u 을 위에서 설명한 순환 Hadamard 시퀀스로 할 경우 PAPR 감소성능이 최대가 되도록 할 수 있다.For example, if n = 6, k = 3, and R u = {+ 1-1 + 1 + 1-1 + 1-1-1}, then P u is {+ 1 + 1 + 1 + 1 + 1 + 1 + 1 + 1-1-1-1-1-1-1-1-1L-1-1-1-1-1-1-1-1}. In the proposed selection method, when R u is the cyclic Hadamard sequence described above, the PAPR reduction performance can be maximized.

도 6은 본 발명에서 제안된 선택사상 기법과 종래기술의 선택사상 기법의 성능을 비교 하는 도면이다. 도 6에 도시된 결과는, IFFT의 크기가 N=2048이고, 16-QAM 변조를 사용한 OFDM 시스템의 경우에 대한 시험 결과로서, 본 발명에서 제안된 선택사상기법('New SLM OFDM' 으로 표시됨)이 기존 선택사상기법( 'Conventional SLM OFDM' 으로 표시됨)과 비교하여 거의 동일한 수준의 PAPR 감소 성능을 나타냄을 보여 준다.6 is a view comparing the performance of the selection idea technique proposed in the present invention and the conventional selection technique. The result shown in FIG. 6 is a test result for the case of the OFDM system using the 16-QAM modulation where the size of the IFFT is N = 2048, and is proposed in the present invention (denoted as 'New SLM OFDM'). Compared to the conventional selective thinking method (denoted 'Conventional SLM OFDM'), it shows almost the same level of PAPR reduction performance.

상기 도 6의 그래프는 OFDM 시스템의 PAPR이 기준 값 PAPR0보다 클 확률을 나타낸다. 예를 들어, 선택사상기법을 적용하지 않은 원래의 OFDM 시스템의 경우 PAPR이 12.2dB을 넘을 확률이 10-4이고, 4개의 위상 시퀀스(U=4)를 사용하여 선택사상기법을 적용한 경우, PAPR이 10dB를 넘을 확률이 10-4로, 10-4에서 2.2dB의 PAPR 감소 효과를 얻었다.The graph of FIG. 6 shows the probability that the PAPR of the OFDM system is greater than the reference value PAPR0. For example, in the original OFDM system without the selection method, the probability of PAPR exceeding 12.2 dB is 10 -4 , and when the selection method is applied using four phase sequences (U = 4), the PAPR The probability of exceeding this 10 dB is 10 -4 , and a PAPR reduction effect of 2.2 dB is obtained at 10 -4 .

한편, 표 1로부터, 위상 시퀀스의 수를 4(U=4)에서 16(U=16)으로 증가시킴에 따라, 새로 제안된 선택사상기법의 IFFT 연산량이 기존 선택사상기법의 IFFT 연산량보다 40.9%에서 51.1%까지 감소함을 알 수 있다.On the other hand, from Table 1, as the number of phase sequences is increased from 4 (U = 4) to 16 (U = 16), the amount of IFFT computation of the newly proposed selective thinking method is 40.9% higher than that of the existing selective thinking method. It can be seen that the decrease is up to 51.1%.

본 발명에 의한 직교 주파수 분할 다중 반송파 통신 방법 및 장치는 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 다양한 형태로 변형, 응용 가능하며 상기 바람직한 실시예에 한정되지 않는다. 또한, 상기 실시예와 도면은 발명의 내용을 상세히 설명하기 위한 목적일 뿐, 발명의 기술적 사상의 범위를 한정하고자 하는 목적이 아니며, 이상에서 설명한 본 발명은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하므로 상기 실시예 및 첨부된 도면에 한정되는 것은 아님은 물론이며, 후술하는 청구범위뿐만이 아니라 청구범위와 균등 범위를 포함하여 판단되어야 한다.Orthogonal frequency division multiple carrier communication method and apparatus according to the present invention can be modified and applied in various forms within the scope of the technical idea of the present invention and is not limited to the above preferred embodiment. In addition, the embodiments and drawings are merely for the purpose of describing the contents of the invention in detail, and are not intended to limit the scope of the technical idea of the invention, the present invention described above is common knowledge in the technical field to which the present invention belongs As those skilled in the art can have various substitutions, modifications, and changes without departing from the spirit and scope of the present invention, it is not limited to the embodiments and the accompanying drawings. And should be judged to include equality.

본 발명에서 제안된 순환 Hadamard 시퀀스를 이용한 선택사상기법을 사용하여, PAPR 감소를 최대화하면서도, 명확한 정의가 가능하고, 보다 구조적이며 간단한 방법으로 위상 시퀀스를 얻을 수 있는 직교 주파수 분할 다중 반송파 통신 방법 및 장치의 구현이 가능하다.Orthogonal Frequency Division Multicarrier Communication Method and Apparatus Using the Selective Decision Method Using Cyclic Hadamard Sequence Proposed in the Present Invention, Maximizing PAPR Reduction and Obtaining a Phase Sequence in a More Structured and Simpler Way It is possible to implement.

또한, 본 발명에 의하여 PAPR 감소 성능을 기존과 동일하게 유지하면서도 기존의 선택사상기법보다 IFFT 연산량이 매우 적은 새로운 선택사상기법을 구현할 수 있게 되므로, 휴대용 인터넷 등과 같이 반송파의 수가 매우 큰 OFDM 시스템에도 널리 활용할 수 있게 된다.In addition, the present invention enables the implementation of a new selective quadrature method with a very small IFFT calculation amount compared to the conventional selective quadrature method while maintaining the PAPR reduction performance as it is, and thus is widely used in an OFDM system having a large number of carriers such as the portable Internet. You can use it.

Claims (5)

(a) 입력 심볼 시퀀스를 U개의 순환 Hadamard 위상 시퀀스와 각각 곱하여 통계적으로 서로 독립인 U개의 심볼 시퀀스를 생성하는 단계;(a) multiplying the input symbol sequence with each of the U circular Hadamard phase sequences to produce U symbol sequences that are statistically independent of each other; (b) 상기 U개의 심볼 시퀀스를 각각 IFFT하여 OFDM 신호들을 생성하는 단계; 및(b) IFFT each of the U symbol sequences to generate OFDM signals; And (c) 상기 OFDM 신호들 중에서 가장 낮은 PAPR을 갖는 신호를 선택하여 전송하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 OFDM 통신 방법.(c) selecting and transmitting a signal having the lowest PAPR among the OFDM signals. (a) 1단계에서 n 단계까지의 IFFT 과정 중, 입력 심볼 시퀀스에 대하여 1단계부터 k(k〈n)단계까지의 IFFT를 수행하는 단계;(a) performing an IFFT from steps 1 to k (k &lt; n) on an input symbol sequence in an IFFT process from steps 1 to n; (b) k단계까지 수행된 출력 신호
Figure 112005506840226-pat00048
U개의 위상 시퀀스 P u , 1≤uU를 각각 곱하여 U개의 신호
Figure 112005506840226-pat00049
를 생성하는 단계;
(b) output signal performed up to step k
Figure 112005506840226-pat00048
U signals by multiplying U phase sequences P u and 1≤ uU , respectively
Figure 112005506840226-pat00049
Generating a;
(c) 상기 U개의 신호
Figure 112005506840226-pat00050
에 대하여, 나머지 n-k단계의 IFFT 연산을 각각 수행 하여 OFDM 신호들을 생성하는 단계; 및
(c) the U signals
Figure 112005506840226-pat00050
For each of the remaining n - k steps of IFFT operation to generate OFDM signals; And
(d) 상기 OFDM 신호들 중에서 가장 낮은 PAPR을 갖는 신호를 선택하여 전송하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 OFDM 통신 방법.(d) selecting and transmitting a signal having the lowest PAPR among the OFDM signals.
제1항 또는 제2항에 있어서,The method according to claim 1 or 2, 상기 OFDM 신호들 중에서 가장 낮은 PAPR을 갖는 신호를 선택하여 전송하는 단계 이전에,Before selecting and transmitting the signal having the lowest PAPR among the OFDM signals, 위상 시퀀스의 색인
Figure 112005506840226-pat00051
을 전송하기 위해서,
Figure 112005506840226-pat00052
의 IFFT 신호
Figure 112005506840226-pat00053
를 메모리에 저장해 두고, 상기 메모리에 저장된 색인 신호
Figure 112005506840226-pat00054
를 상기 입력 데이터 심볼 시퀀스
Figure 112005506840226-pat00055
를 IFFT한 신호에 더해서 보내는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 OFDM 통신 방법.
The index of the phase sequence
Figure 112005506840226-pat00051
In order to send
Figure 112005506840226-pat00052
IFFT signal
Figure 112005506840226-pat00053
Is stored in the memory, the index signal stored in the memory
Figure 112005506840226-pat00054
The input data symbol sequence
Figure 112005506840226-pat00055
And transmitting the signal to the IFFT signal.
제2항에 있어서,The method of claim 2, 상기 (b) 단계의 상기 U개의 위상 시퀀스 P u 는,The U phase sequence P u of step (b) is 길이가 N인 위상 시퀀스를 2 n - k 개의 블록으로 나누고, 같은 블록 내에 있는 원소는 같은 값을 갖게 하기 위해서 길이가 2 n - k 인 시퀀스 R u , 1≤uU를 생성하고 R u 의 원소를 2 k 번 반복하여 생성된 것임을 특징으로 하는 OFDM 통신 방법.A length of a phase sequence N 2 n-divided into k blocks, the elements in the same block has a length of 2 n to have the same value, - generating a sequence of k R u, 1≤ u U, and the u R OFDM communication method characterized in that the generated by repeating the element 2 k times. 제4항에 있어서,The method of claim 4, wherein 순환 Hadamard 시퀀스를 사용하여 상기 시퀀스 R u 를 생성하는 것을 특징으로 하는 OFDM 통신 방법.And generate the sequence R u using a cyclic Hadamard sequence.
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