KR100865376B1 - 직교 주파수 분할 다중화 신호 생성 장치 및 방법 - Google Patents

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Abstract

직교 주파수 분할 다중화 신호 생성 장치가 개시된다.
직교 주파수 분할 다중화 신호 생성 장치는 복수의 디지털 변조 심볼에 복수의 디지털 변조 심볼의 일부를 첨부하여 확장된 심볼 열을 생성하고, 확장된 심볼열을 이용하여 복수의 디지털 변조 심볼에 각각 대응하는 복수의 가중치를 계산한다. 다음 복수의 디지털 변조 심볼에 복수의 가중치를 각각 적용하여 복수의 가중 심볼을 생성하고, 복수의 가중 심볼에 가중치에 따른 평균 전력의 변화를 보상하여 복수의 보상된 심볼을 생성한다. 이후 복수의 보상된 심볼에 푸리에 변환과 푸리에 역변환을 적용하여 시간 영역의 신호를 생성함으로써, 직교 주파수 분할 다중화 신호의 첨두 전력 대 평균 전력 비가 감소된다.
Figure R1020070042509
OFDM, PAPR, 심볼, 가중

Description

직교 주파수 분할 다중화 신호 생성 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR CREATING OTHORGONAL FREQUENCY DIVISION MULTIPLEXING SIGNAL}
도 1은 OFDM 신호 생성 장치의 구성도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 OFDM 신호 생성 장치의 구성도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 OFDM 신호 생성 장치의 구성도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 OFDM 신호 생성 방법을 도시한 순서도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 심볼 검색부가 가중치를 계산하는 방법을 도시한 순서도이다.
본 발명은 직교 주파수 분할 다중화(Orthogonal Frequency Division Multiplexing, OFDM) 통신 시스템에 관한 것이다. 특히 본 발명은 OFDM 통신 시스템에서 송신신호의 첨두 전력 대 평균 전력비(Peak-to-Average Power Ratio, PAPR)의 특성을 개선하기 위한 장치 및 방법에 관한 것이다.
정보의 활용도가 높아지면서 정보 통신기술 급속히 발전하고 있다. 기존 음성 서비스를 포함한 영상정보의 멀티미디어 서비스에 대한 사용자 요구가 증대되고 있으며, 이러한 서비스 사용자의 요구를 만족시키기 위한 고속 데이터 전송기술로 최근 가장 받고 있는 기술이 직교 주파수 분할 다중화(Orthogonal Frequency Division Multiplexing, OFDM), 다중 입력 다중 출력(Multi Input Multi Output) OFDM, 및 직교 주파수 분할 다중 접속(Orthogonal Frequency Division Multiple Access, OFDMA) 기술이다.
OFDM 방식은 주어진 주파수 대역에서 상호 직교성울 갖는 다수의 부반송파들(sub-carriers)을 사용하여 다중경로를 갖는 채널 환경에서 고속 데이터 전송을 가능하게 하는 통신 방식으로, 고속 푸리에 변환(Fast Fourier Transform, FFT) 및 고속 푸리에 역변환(Inverse Fast Fourier Transform, IFFT)을 이용하여 신호의 전송 및 수신을 행한다.
이러한 OFDM 방식은 주파수 대역의 활용도(bandwidth-efficiency)가 높고 다중경로 페이딩(multipath fading)에 강하기 때문에, 4 세대 이동통신 시스템(4G), 지상파 디지털 텔레비전(Digital TV), 무선랜(Wireless Local Area Network, Wireless LAN) 등에서 채택되고 있다.
그러나 OFDM 방식은 송신신호의 첨두 전력 대 평균 전력 비(Peak-to-Average Power Ratio, PAPR)가 크다는 단점이 있다. 이는 주파수 영역(frequency domain)에서 제한된 크기를 가지는 신호들이 IFFT 됨에 따라 시간 영역(time domain)에서는 높은 최대치를 가지는 신호가 생성되기 때문이다. 따라서 OFDM 방식에 따른 송신 신호가 고전력증폭기(High Power Amplifier, HPA)와 같은 비선형 소자(nonlinear device)를 통과하는 경우 높은 PAPR로 인해서 신호가 왜곡되는 문제점이 있다. 특 히, 송신을 위해 입력되는 신호들이 동일한 크기와 동일한 위상을 가지는 경우에 PAPR이 매우 높게 나타난다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 OFDM 통신 시스템에서 부가 정보의 전송에 따른 대역 효율의 감쇄 없이 PAPR을 감소시키는 장치 및 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 실시예에 따른 신호 생성 방법은 복수의 디지털 변조 심볼에 복수의 디지털 변조 심볼의 일부를 첨부하여 확장된 심볼 열을 생성하는 단계, 확장된 심볼 열을 이용하여 복수의 디지털 변조 심볼에 각각 대응하는 복수의 가중치를 계산하는 단계, 복수의 디지털 변조 심볼에 복수의 가중치를 각각 적용하여 복수의 가중 심볼을 생성하는 단계, 복수의 가중 심볼에 가중치에 따른 평균 전력의 변화를 보상하여 복수의 보상된 심볼을 생성하는 단계, 및 복수의 보상된 심볼에 푸리에 변환과 푸리에 역변환을 적용하여 시간 영역의 신호를 생성하는 단계를 포함한다.
이때 확장된 심볼 열을 생성하는 단계는 확장된 심볼 열이 2n 개의 심볼로 구성되도록 복수의 디지털 변조 심볼을 확장하는 단계를 포함한다.
또한 이때 복수의 가중치를 계산하는 단계는 확장된 심볼 열에 고속 푸리에 변환과 고속 푸리에 역변환을 적용하여 복수의 디지털 변조 심볼에 각각 대응하는 복수의 변환 샘플을 생성하는 단계와, 복수의 변환 샘플들 중 절대값이 기준치 이상인 샘플에 대한 가중치를 계산하는 단계를 포함한다.
또한 이때 복수의 가중 심볼을 생성하는 단계는 샘플에 대응하는 디지털 변조 심볼에 샘플에 대한 가중치를 적용하여 가중 심볼을 생성하는 단계를 포함한다.
또한 이때 복수의 보상된 심볼을 생성하는 단계는 복수의 디지털 변조 심볼에 복수의 가중치를 각각 적용함으로써 감쇄된 평균 전력을 복수의 가중치를 바탕으로 보상하는 단계를 포함한다.
또한 이때 시간 영역의 신호를 생성하는 단계는 복수의 보상된 심볼을 이산 푸리에 변환하여 복수의 샘플로 구성되는 주파수 영역의 신호를 생성하는 단계, 주파수 영역의 신호의 각 샘플에 부반송파를 할당하여 부반송파 할당 신호를 생성하는 단계, 부반송파 할당 신호를 고속 푸리에 역변환하여 시간 영역의 신호를 생성하는 단계, 및 시간 영역의 신호에 보호구간을 삽입하는 단계를 포함한다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 신호 생성 방법은 복수의 디지털 변조 심볼을 이용하여 2n 개의 심볼로 구성되는 확장된 심볼 열을 생성하는 단계, 확장된 심볼 열에 고속 푸리에 변환을 적용하여 복수의 디지털 변조 심볼에 각각 대응하는 복수의 가중치를 계산하는 단계, 복수의 디지털 변조 심볼에 복수의 가중치를 각각 적용하여 복수의 가중 심볼을 생성하는 단계, 복수의 가중 심볼에 푸리에 변환과 푸리에 역변환을 적용하여 시간 영역의 신호를 생성하는 단계를 포함한다.
이때 복수의 가중치를 계산하는 단계는 확장된 심볼 열을 고속 푸리에 변환 하여 복수의 푸리에 변환 샘플을 생성하는 단계, 복수의 푸리에 변환 샘플을 고속 푸리에 역변환하여 복수의 푸리에 역변환 샘플을 생성하는 단계, 복수의 푸리에 역변환 샘플을 간축하여 복수의 디지털 변조 심볼에 각각 대응하는 복수의 간축 샘플을 생성하는 단계, 복수의 간축 샘플 각각의 절대값을 계산하여 복수의 간축 샘플에 각각 대응하는 복수의 절대값을 생성하는 단계, 및 복수의 절대값을 바탕으로 복수의 디지털 변조 심볼에 각각 대응하는 복수의 가중치를 구성 인자로 하는 가중치 벡터를 생성하는 단계를 포함한다.
또한 이때 가중치 벡터를 생성하는 단계는 복수의 절대값의 각각을 기준치와 비교하여 기준치에 따라 복수의 가중치의 각각을 계산하는 단계를 포함한다.
또한 이때 복수의 가중 심볼을 생성하는 단계는 복수의 디지털 변조 심볼에 가중 벡터를 적용하여 복수의 가중 심볼을 생성하는 단계를 포함한다.
또한 이때 시간 영역의 신호를 생성하는 단계는 복수의 가중 심볼을 이산 푸리에 변환하여 복수의 샘플로 구성되는 주파수 영역의 신호를 생성하는 단계, 주파수 영역의 신호의 각 샘플에 부반송파를 할당하여 부반송파 할당 신호를 생성하는 단계, 부반송파 할당 신호를 고속 푸리에 역변환하여 시간 영역의 신호를 생성하는 단계, 및 시간 영역의 신호에 보호구간을 삽입하는 단계를 포함한다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 신호 생성 장치는 심볼 패딩부, 심볼 검색부, 심볼 가중부, 및 전력 보상부를 포함한다. 심볼 패딩부는 복수의 디지털 변조 심볼을 입력 받아 복수의 디지털 변조 심볼에 복수의 디지털 변조 심볼의 일부를 첨부하여 확장된 심볼 열을 출력한다. 심볼 검색부는 확장된 심볼 열을 입력 받아 고속 푸리에 변환과 고속 푸리에 역변환을 이용하여 복수의 디지털 변조 심볼에 각각 대응하는 복수의 가중치를 출력한다. 심볼 가중부는 복수의 디지털 변조 심볼을 입력 받아 복수의 디지털 변조 심볼에 심볼 검색부가 검색한 복수의 가중치를 적용하여 복수의 가중 심볼을 출력한다. 전력 보상부는 복수의 가중 심볼을 입력 받아 복수의 가중치에 따른 전력의 변화를 보상하여 전력 보상 신호를 출력한다.
이때 심볼 검색부는 푸리에 변환 연산부, 샘플 패딩부, 푸리에 역변환 연산부, 간축 처리부, 절대값 계산부, 및 가중치 계산부를 포함한다. 푸리에 변환 연산부는 확장된 심볼 열을 입력 받아 확장된 심볼 열을 고속 푸리에 변환하여 복수의 푸리에 변환 샘플을 출력한다. 샘플 패딩부는 복수의 푸리에 변환 샘플을 입력 받아 복수의 푸리에 변환 샘플에 복수의 0의 샘플을 첨가하여 확장된 샘플 열을 출력한다. 푸리에 역변환 연산부는 확장된 샘플 열을 입력 받아 확장된 샘플 열을 고속 푸리에 역변환하여 복수의 푸리에 역변환 샘플을 출력한다. 간축 처리부는 복수의 푸리에 역변환 샘플을 입력 받아 복수의 푸리에 역변환 샘플을 간축하여 복수의 디지털 변조 심볼에 각각 대응하는 복수의 간축 샘플을 출력한다. 절대값 계산부는 복수의 간축 샘플을 입력 받아 복수의 간축 샘플 각각의 절대값을 계산하여 복수의 간축 샘플에 각각 대응하는 복수의 절대값을 출력한다. 가중치 계신부는 복수의 절대값을 입력 받아 복수의 절대값을 바탕으로 복수의 디지털 변조 심볼에 각각 대응하는 복수의 가중치를 출력한다.
또한 이때 신호 생성 장치는 이산 푸리에 변환 연산부, 부반송파 할당부, 고속 푸리에 역변환 연산부, 및 보호구간 삽입부를 더 포함한다. 이산 푸리에 변환 연산부는 전력 보상 신호를 입력 받아 전력 보상 신호를 이산 푸리에 변환하여 주파수 영역의 신호를 출력한다. 부반송파 할당부는 주파수 영역의 신호를 입력 받아 주파수 영역의 신호에 대해 부반송파 할당 과정을 통해 부반송파 할당 신호를 출력한다. 고속 푸리에 역변환 연산부는 부반송파 할당 신호를 입력 받아 부반송파 할당 신호를 고속 푸리에 역변환하여 시간 영역의 신호를 출력한다. 보호구간 삽입부는 시간 영역의 신호를 입력 받아 시간 영역의 신호에 보호구간을 삽입하여 보호구간 삽입 신호를 출력한다.
아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 "…부", "…기", "모듈", "블록" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
이제 본 발명의 실시예에 따른 직교 주파수 분할 다중화(Orthogonal Frequency Division Multiplexing, OFDM) 심볼을 생성하는 장치 및 방법에 대하여 도면을 참고로 하여 상세하게 설명한다.
다음은 도 1을 참고하여 OFDM 신호를 생성하는 장치에 대해 설명한다.
도 1은 OFDM 신호 생성 장치의 구성도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, OFDM 신호 생성 장치는 디지털 변조부(101), 직렬-병렬 변환부(103), 이산 푸리에 변환(Discrete Fourier Transform, DFT) 연산부(105), 부반송파 할당부(107), 고속 푸리에 역변환(Inverse Fast Fourier Transform, IFFT) 연산부(109), 병렬-직렬 변환부(111), 및 보호구간 삽입부(113)를 포함한다.
디지털 변조부(101)는 소스 비트 데이터(source bit data)를 입력 받아 M 개의 심볼열로 구성된 디지털 변조 신호를 출력한다. 디지털 변조부(101)는 소스 비트 데이터를 위상 편이 방식(Phase Shift Keying, PSK) 또는 직교 진폭 변조(Quadrature Amplitude Modulation, QAM)를 통해 M 개의 심볼열로 구성되는 M-ary PSK 신호 또는 M-ary QAM 신호로 변조한다.
직렬-병렬 변환부(103)는 디지털 변조 신호를 직렬로 입력 받아 병렬로 출력한다.
DFT 연산부(105)는 M개의 심볼열로 구성되는 디지털 변조 신호를 입력 받아 이산 푸리에 변환(Discrete Fourier Transform, DFT)을 수행하여 M 개의 샘플열을 출력한다.
부반송파 할당부(107)는 M 개의 샘플열을 입력 받아 N 개의 심볼열을 출력한 다. 부반송파 할당부(107)는 M 개의 샘플열에 N-M 개의 '0'을 삽입하여 N 개의 샘플열을 출력한다.
IFFT 연산부(109)는 N개의 샘플열을 입력 받아 고속 푸리에 역변환(Inverse Fast Fourier Transform, IFFT)을 수행하여 N 개의 심볼열을 출력한다.
병렬-직렬 변환부(111)는 N 개의 심볼열을 병렬로 입력 받아 직렬로 출력한다.
보호구간 삽입부(113)는 N 개의 심볼열에 보호구간을 삽입하여 전송한다.
다음은 도 2를 참고하여 본 발명의 실시예에 따른 OFDM 신호을 생성하는 장치에 대해 설명한다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 OFDM 신호 생성 장치의 구성도이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 OFDM 신호 생성 장치는 디지털 변조부(201), 직렬-병력 변환부(203), 심볼 검색부(205), 심볼 가중부(207), DFT 연산부(209), 부반송파 할당부(211), IFFT 연산부(213), 병렬-직렬 변환부(215), 및 보호구간 삽입부(217)를 포함한다.
디지털 변조부(201)는 소스 비트 데이터(source bit data)를 입력 받아 디지털 변조를 수행하여 변조 심볼 열(x)을 출력한다. 변조 심볼 열(x)은 M 개의 심볼(symbols)로 구성되고, 수학식 1을 따른다.
Figure 112007032929376-pat00001
이때 디지털 변조부(201)는 소스 비트 데이터를 위상 편이 방식(Phase Shift Keying, PSK) 또는 직교 진폭 변조(Quadrature Amplitude Modulation, QAM)를 통해 M 개의 심볼열로 구성되는 M-ary PSK 신호 또는 M-ary QAM 신호로 변조할 수 있다.
직렬-병렬 변환부(203)는 변조 심볼 열(x)을 직렬로 입력 받아 병렬로 출력한다.
심볼 검색부(205)는 DFT 연산부(205a), 샘플 패딩부(205b), 이산 푸리에 역변환(Inverse Discrete Fourier Transform, IDFT) 연산부(205c), 간축(decimation) 처리부(205d), 절대값 계산부(205e), 및 가중치 계산부(205f)를 포함한다.
DFT 연산부(205a)는 직렬-병렬 변환부(203)로부터 변조 심볼 열(x)을 입력 받아 이산 푸리에 변환(Discrete Fourier Transform, DFT)을 수행하여 DFT 신호 열(Y)를 출력한다. DFT 신호 열(Y)는 M 개의 샘플(samples)로 구성되고, 수학식 2를 따른다.
Figure 112007032929376-pat00002
샘플 패딩부(205b)는 DFT 연산부(205)로부터 DFT 신호 열(Y)를 입력 받아 샘플 패딩 신호 열(Y')를 출력한다. 샘플 패딩 신호 열(Y')는 2*M 개의 샘플(samples)로 구성되고, 수학식 3을 따른다.
Figure 112007032929376-pat00003
수학식 3에 따라, 샘플 패딩부(205b)는 DFT 신호 열(Y)의 M 개의 샘플들 사이에 M 개의 '0'을 패딩(padding)하여 샘플 패딩 신호 열(Y')를 출력한다.
IDFT 연산부(205c)는 샘플 추가 신호 열(Y')를 입력 받아 이산 푸리에 역변환(Inverse Discrete Fourier Transform, IDFT)을 수행하여 IDFT 신호 열(z)를 출력한다. IDFT 신호 열(z)는 2*M 개의 샘플(samples)로 구성되고, 수학식 4를 따른다.
Figure 112007032929376-pat00004
간축 처리부(205d)는 IDFT 신호 열(z)를 입력 받아 간축(decimation) 과정을 수행하여 간축 신호 열(d)를 출력한다. 간축 신호 열(d)는 M 개의 샘플(samples)로 구성되고, 수학식 5를 따른다.
Figure 112007032929376-pat00005
절대값 계산부(205e)는 간축 신호 열(d)에 대한 절대값 벡터(v)를 계산하여 출력한다. 이때 절대값 벡터(v)은 M 개의 인자로 구성되고, 수학식 6을 따른다.
Figure 112007032929376-pat00006
이때 수학식 6에서, 'abs()'는 입력값의 절대값을 출력하는 연산자이다.
가중치 계산부(205f)는 절대값 벡터(v)를 바탕으로 가중 벡터(w)를 계산하여 출력한다. 가중 벡터(w)는 M 개의 인자로 구성되는 벡터이고, 각 구성 인자는 수학식 7을 따른다.
Figure 112007032929376-pat00007
이때 수학식 7에서, threshold는 기준치에 해당하는 임계값을 의미하고, α는 임의의 정수이다.
심볼 가중부(207)는 직렬-병렬 변환부(203)로부터 변조 심볼 열(x)을 입력 받고, 변조 심볼 열(x)에 가중치를 적용하여 심볼 가중 신호(x')를 출력한다. 이때 심볼 가중부(207)는 변조 심볼 열(x)에 가중 벡터(w)를 적용하여 심볼 가중 신호(x')를 출력한다. 심볼 가중 신호(x')는 M 개의 심볼(symbols)로 구성되고, 수학식 8을 따른다.
Figure 112007032929376-pat00008
수학식 8에 따라, 심볼 가중부(207)는 변조 심볼 열(x) 중 PAPR 문제를 일으킬 것으로 예상되는 심볼의 위상과 진폭을 가중하여 송신 전력을 감쇄시킨다.
DFT 연산부(209)는 심볼 가중 신호(x')를 입력 받아 이산 푸리에 변환(DFT) 연산을 수행하여 DFT 출력 신호를 출력한다. DFT 출력 신호는 M 개의 샘플(samples)로 구성되는 주파수 영역의 신호이다.
부반송파 할당부(211)는 DFT 출력 신호를 입력 받아 부반송파 할당 신호를 출력한다. 부반송파 할당 신호는 N 개의 샘플(samples)로 구성되고, N은 수학식 9를 따른다.
Figure 112007032929376-pat00009
수학식 9와 같이, N은 M보다 크거나 M과 같은 2의 승수이다. 부반송파 할당부(211)는 M 개의 샘플에 N-M 개의 '0'을 삽입하여 N 개의 샘플로 만들고, N 개의 샘플에 대해 부반송파 할당 절차를 수행할 수 있다.
IFFT 연산부(213)는 부반송파 할당 신호를 입력 받아 고속 푸리에 역변환(Inverse Fourier Transform, IFFT) 연산을 수행하여 IFFT 출력 신호를 출력한다. IFFT 출력 신호는 N 개의 샘플로 구성되는 시간 영역의 신호이다.
병렬-직렬 변환부(215)는 IFFT 출력 신호를 병렬로 입력 받아 직렬로 출력한다.
보호구간 삽입부(217)는 IFFT 출력 신호를 입력 받아 IFFT 출력 신호에 보호구간을 삽입하여 보호구간 삽입 신호를 출력한다. 이때 보호구간 삽입부(217)는 보 호구간에 Cyclic Prefix(CP)를 삽입할 수 있다.
다음은 도 3을 참고하여 본 발명의 실시예에 따른 OFDM 신호를 생성하는 장치를 설명한다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 OFDM 신호 생성 장치의 구성도이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 OFDM 신호 생성 장치는 디지털 변조부(301), 직렬-병렬 변환부(303), 심볼 패딩부(305), 심볼 검색부(307), 심볼 가중부(309), 전력 보상부(311), DFT 연산부(313), 부반송파 할당부(315), IFFT 연산부(317), 병렬-직렬 변환부(319), 및 보호구간 삽입부(321)를 포함한다.
디지털 변조부(301)는 소스 비트 데이터(source bit data)를 입력 받아 디지털 변조를 수행하여 변조 심볼 열(sequence)(x)를 출력한다. 변조 심볼 열(x)은 M 개의 심볼(symbols)로 구성되고, 각 심볼은 위상과 진폭을 가진다. 변조 심볼 열(x)는 수학식 10을 따른다.
Figure 112007032929376-pat00010
이때 디지털 변조부(301)는 소스 비트 데이터를 위상 편이 방식(Phase Shift Keying, PSK) 또는 직교 진폭 변조(Quadrature Amplitude Modulation, QAM)를 통해 M 개의 심볼 열로 구성되는 M-ary PSK 신호 또는 M-ary QAM 신호로 변조할 수 있다.
직렬-병렬 변환부(303)는 변조 심볼 열(x)을 직렬로 입력 받아 병렬로 출력 한다.
심볼 패딩부(305)는 변조 심볼 열(x)을 입력 받아 순환 심볼 패딩(circular symbol padding) 과정을 거쳐 패딩 심볼 열(y)을 출력한다. 패딩 심볼 열(y)은 L 개의 심볼로 구성되고, 수학식 11을 따른다.
Figure 112007032929376-pat00011
심볼 검색부(307)는 고속 푸리에 변환(Fast Fourier Transform, FFT) 연산부(307a), 샘플 패딩부(307b), 고속 푸리에 역변환(Inverse Fast Fourier Transform, IFFT)(307c), 간축 처리부(307d), 절대값 계산부(307e), 및 가중치 계산부(307f)를 포함한다.
FFT 연산부(305a)는 패딩 심볼 열(y)을 입력 받아 고속 푸리에 변환(Fast Fourier Transform, FFT)을 수행하여 FFT 신호 열(Y)을 출력한다. FFT 신호 열(Y)은 L 개의 샘플(samples)로 구성되고, 수학식 12를 따른다.
Figure 112007032929376-pat00012
샘플 패딩부(307b)는 FFT 신호 열(Y)을 입력 받아 샘플 패딩 신호 열(Y')을 출력한다. 샘플 패딩 신호 열(Y')은 2*L 개의 샘플(samples)로 구성되고, 수학식 13을 따른다.
Figure 112007032929376-pat00013
IFFT 연산부(307c)는 샘플 패딩 신호 열(Y')을 입력 받아 고속 푸리에 역변환(Inverse Fast Fourier Transform, IFFT)을 수행하여 IFFT 신호 열(z)을 출력한다. IFFT 신호 열(z)은 2*L 개의 샘플(samples)로 구성되고, 수학식 14를 따른다.
Figure 112007032929376-pat00014
간축 처리부(306d)는 IFFT 신호 열(z)을 입력 받아 간축(decimation) 과정을 수행하여 간축 신호 열(d)를 출력한다. 간축 신호 열(d)은 M 개의 샘플(samples)로 구성되고, 수학식 15를 따른다.
Figure 112007032929376-pat00015
절대값 계산부(307e)는 간축 신호 열(d)에 대한 절대값 벡터(v)를 계산하여 출력한다. 이때 절대값 벡터(v)은 M 개의 인자로 구성되고, 수학식 16을 따른다.
Figure 112007032929376-pat00016
이때 수학식 16에서, 'abs()'는 입력값의 절대값을 출력하는 연산자이다.
가중치 계산부(307f)는 절대값 벡터(v)를 바탕으로 가중 벡터(w)를 계산하여 출력한다. 가중 벡터(w)는 M 개의 인자로 구성되는 벡터이고, 각 구성 인자는 수학식 17을 따른다.
Figure 112007032929376-pat00017
이때 수학식 17에서, threshold는 기준치에 해당하는 임계값을 의미하고, α는 임의의 정수이다.
심볼 가중부(309)는 직렬-병렬 변환부(303)로부터 변조 심볼 열(x)을 입력 받고, 변조 심볼 열(x)에 가중치를 적용하여 심볼 가중 신호(x')를 출력한다. 이때 심볼 가중부(309)는 변조 심볼 열(x)에 가중 벡터(w)를 적용하여 심볼 가중 신호(x')를 출력한다. 심볼 가중 신호(x')는 M 개의 심볼(symbols)로 구성되고, 수학식 18을 따른다.
Figure 112007032929376-pat00018
수학식 18에 따라, 심볼 가중부(309)는 변조 심볼 열(x) 중 PAPR 문제를 일으킬 것으로 예상되는 심볼의 위상과 진폭을 가중하여 송신 전력을 감쇄시킨다.
전력 보상부(311)는 심볼 가중 신호(x')를 입력 받아 송신 전력을 보상하여 전력 보상 신호(x")를 출력한다. 전력 보상부(311)는 심볼 가중부(309)의 심볼 가중에 따른 평균 전력의 감쇄를 보상한다. 전력 보상 신호(x")는 M 개의 심볼로 구성되고, 수학식 19를 따른다.
Figure 112007032929376-pat00019
DFT 연산부(313)는 전력 보상 신호(x")를 입력 받아 이산 푸리에 변환(DFT) 연산을 수행하여 DFT 출력 신호를 출력한다. DFT 출력 신호는 M 개의 샘플(samples)로 구성되는 주파수 영역의 신호이다.
부반송파 할당부(315)는 DFT 출력 신호를 입력 받아 부반송파 할당 신호를 출력한다. 부반송파 할당 신호는 N 개의 샘플(samples)로 구성되고, N은 수학식 20을 따른다.
Figure 112007032929376-pat00020
수학식 20과 같이, N은 M보다 크거나 M과 같은 2의 승수이다. 부반송파 할당 부(315)는 M 개의 샘플에 N-M 개의 '0'을 삽입하여 N 개의 샘플로 만들고, N 개의 샘플에 대해 부반송파 할당 절차를 수행할 수 있다.
IFFT 연산부(317)는 부반송파 할당 신호를 입력 받아 고속 푸리에 역변환(Inverse Fourier Transform, IFFT) 연산을 수행하여 IFFT 출력 신호를 출력한다. IFFT 출력 신호는 N 개의 샘플로 구성되는 시간 영역의 신호이다.
병렬-직렬 변환부(319)는 IFFT 출력 신호를 병렬로 입력 받아 직렬로 출력한다.
보호구간 삽입부(321)는 IFFT 출력 신호를 입력 받아 IFFT 출력 신호에 보호구간을 삽입하여 보호구간 삽입 신호를 출력한다. 이때 보호구간 삽입부(321)는 보호구간에 Cyclic Prefix(CP)를 삽입할 수 있다.
다음은 도 4와 도 5를 참고하여 본 발명의 실시예에 따른 OFDM 신호 생성 방법을 설명한다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 OFDM 신호 생성 방법을 도시한 순서도이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 먼저 직렬-병렬 변환부(303)는 디지털 변조부(301)로부터 복수의 디지털 변조 심볼로 구성되는 변조 심볼 열(sequence)을 직렬로 입력 받아 병렬로 변환하여 출력한다(S100). 이때 변조 심볼 열은 M 개의 심볼로 구성된다.
다음 심볼 패딩부(305)는 변조 심볼 열을 이용하여 변조 심볼 열의 심볼 개수가 확장된 패딩 심볼 열을 출력한다(S110). 심볼 패딩부(305)는 패딩 심볼 열의 심볼 개수가 변조 심볼 열의 심볼 개수보다 크거나 같은 2의 승수에 해당하는 L 개 가 되도록 변조 심볼 열을 확장한다. 심볼 패딩부(305)는 순환 심볼 패딩(circular symbol padding) 과정을 통해 변조 심볼 열을 확장할 수 있다. 이때 순환 심볼 패딩 과정은 변조 심볼 열을 구성하는 복수의 변조 심볼 중 앞부분의 일부를 변조 심볼 열의 뒷부분에 붙이는 과정이다.
이후 심볼 검색부(307)는 패딩 심볼 열을 이용하여 변조 심볼 열의 각 변조 심볼에 대응하는 가중치를 계산하여 출력한다(S120).
이하에서는 도 5를 참고하여 심볼 검색부(307)가 가중치를 계산하는 단계를 자세히 설명한다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 심볼 검색부가 가중치를 계산하는 방법을 도시한 순서도이다.
도 5에 도시된 바와 같이, 먼저 심볼 검색부(307)의 FFT 연산부(307a)는 패딩 심볼 열에 대해 고속 푸리에 변환(Fast Fourier Transform, FFT)을 수행하여 FFT 신호 열을 생성한다(S121). FFT 신호 열은 L 개의 샘플로 구성된다.
다음 심볼 검색부(307)의 샘플 패딩부(307b)는 FFT 신호 열을 이용하여 FFT 신호 열의 샘플 개수가 확장된 샘플 패딩 신호 열을 생성한다(S122). 샘플 패딩부(307b)는 FFT 신호 열의 각 샘플 사이에 '0'을 첨가하여 샘플 패딩 신호 열을 생성한다. 샘플 패딩 신호 열은 2*L 개의 샘플로 구성된다.
이후 심볼 검색부(307)의 IFFT 연산부(307c)는 샘플 패딩 신호 열에 대해 고속 푸리에 역변환(Inverse Fast Fourier Transform, IFFT)을 수행하여 IFFT 신호 열을 생성한다(S123). IFFT 신호 열은 2*L 개의 샘플로 구성된다.
다음 심볼 검색부(307)의 간축 처리부(307d)는 IFFT 신호 열에 대해 간축(decimation) 과정을 수행하여 간축 신호 열을 생성한다(S124). 간축 신호 열은 M 개의 샘플로 구성된다.
이후 심볼 검색부(307)의 절대값 계산부(307e)는 간축 신호 열의 각 샘플에 대한 절대값을 계산하여 절대값 벡터를 생성한다(S125). 절대값 벡터는 M 개의 인자로 구성된다.
다음 심볼 검색부(307)의 가중치 계산부(307f)는 절대값 벡터를 이용하여 변조 심볼 열에 대응하는 가중 벡터를 생성한다(S126). 가중 벡터는 M 개의 인자로 구성되고, 가중 벡터는 구성하는 M 개의 인자는 변조 심볼 열의 M 개의 심볼에 각각 대응한다.
다시 도 4를 참고하여 본 발명의 실시예에 따른 OFDM 신호 생성 방법을 설명한다.
다음 심볼 가중부(309)는 변조 심볼 열에 가중 벡터를 적용하여 심볼 가중 신호를 생성한다(S130). 심볼 가중 신호는 M 개의 심볼로 구성된다.
이후 전력 보상부(311)는 심볼 가중 신호의 송신 전력을 보상하여 전력 보상 신호를 생성한다(S140). 전력 보상부(311)는 변조 심볼 열에 적용된 가중 벡터에 따른 평균 전력의 감쇄를 보상한다. 전력 보상 신호는 M 개의 심볼로 구성된다.
다음 DFT 연산부(313)는 전력 보상 신호에 대해 이산 푸리에 변환(DFT)을 수행하여 DFT 출력 신호를 생성한다(S150). DFT 출력 신호는 M 개의 샘플로 구성되는 주파수 영역의 신호이다.
이후 부반송파 할당부(315)는 DFT 출력 신호의 각 샘플에 대해 부반송파를 할당하여 부반송파 할당 신호를 생성한다(S160). 부반송파 할당 신호는 M 보다 크거나 같은 2의 승수에 해당하는 N 개의 샘플로 구성된다.
다음 IFFT 연산부(317)는 부반송파 할당 신호에 대해 고속 푸리에 역변환(IFFT)를 수행하여 IFFT 출력 신호를 생성한다(S170). IFFT 출력 신호는 N 개의 샘플로 구성되는 시간 영역의 신호이다.
이후 병렬-직렬 변환부(319)는 IFFT 출력 신호를 병렬로 입력 받아 직렬로 변환하여 출력한다(S180).
다음 보호구간 삽입부(321)는 IFFT 출력 신호에 보호구간을 삽입하여 보호구간 삽입 신호를 생성한다.
본 발명의 실시예는 이상에서 설명한 장치 및/또는 방법을 통해서만 구현이 되는 것은 아니며, 본 발명의 실시예의 구성에 대응하는 기능을 실현하기 위한 프로그램, 그 프로그램이 기록된 기록 매체 등을 통해 구현될 수도 있으며, 이러한 구현은 앞서 설명한 실시예의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야의 전문가라면 쉽게 구현할 수 있는 것이다.
이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
본 발명에 따른 OFDM 통신 시스템에서 PAPR 저감을 위한 장치는 변조 심볼에 가중치를 적용하여 PAPR 저감 효과를 제공하고, 또한 FFT 및 IFFT 연산을 수행하므로 연산 처리에 있어서 복잡도가 감소되는 효과를 제공한다.

Claims (12)

  1. 복수의 디지털 변조 심볼에 상기 복수의 디지털 변조 심볼의 일부를 첨부하여 확장된 심볼 열을 생성하는 단계;
    상기 확장된 심볼 열을 이용하여 상기 복수의 디지털 변조 심볼에 각각 대응하는 복수의 가중치를 계산하는 단계;
    상기 복수의 디지털 변조 심볼에 상기 복수의 가중치를 각각 적용하여 복수의 가중 심볼을 생성하는 단계;
    상기 복수의 가중 심볼에 상기 가중치에 따른 평균 전력의 변화를 보상하여 복수의 보상된 심볼을 생성하는 단계;
    상기 복수의 보상된 심볼을 이산 푸리에 변환하여 복수의 샘플로 구성되는 주파수 영역의 신호를 생성하는 단계;
    상기 주파수 영역의 신호의 각 샘플에 부반송파를 할당하여 부반송파 할당 신호를 생성하는 단계; 및
    상기 부반송파 할당 신호를 고속 푸리에 역변환하여 시간 영역의 신호를 생성하는 단계를 포함하는 신호 생성 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 확장된 심볼 열을 생성하는 단계는
    상기 확장된 심볼 열이 2n 개의 심볼로 구성되도록 상기 복수의 디지털 변조 심볼을 확장하는 단계를 포함하는 신호 생성 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 복수의 가중치를 계산하는 단계는
    상기 확장된 심볼 열에 고속 푸리에 변환과 고속 푸리에 역변환을 적용하여 상기 복수의 디지털 변조 심볼에 각각 대응하는 복수의 변환 샘플을 생성하는 단계와,
    상기 복수의 변환 샘플들 중 절대값이 기준치 이상인 샘플에 대한 가중치를 계산하는 단계를 포함하는 신호 생성 방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 복수의 가중 심볼을 생성하는 단계는
    상기 샘플에 대응하는 디지털 변조 심볼에 상기 샘플에 대한 가중치를 적용하여 가중 심볼을 생성하는 단계를 포함하는 신호 생성 방법.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 복수의 보상된 심볼을 생성하는 단계는
    상기 복수의 디지털 변조 심볼에 상기 복수의 가중치를 각각 적용함으로써 감쇄된 평균 전력을 상기 복수의 가중치를 바탕으로 보상하는 단계를 포함하는 신호 생성 방법.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 시간 영역의 신호에 보호구간을 삽입하는 단계를 더 포함하는 신호 생성 방법.
  7. 복수의 디지털 변조 심볼을 이용하여 2n 개의 심볼로 구성되는 확장된 심볼 열을 생성하는 단계;
    상기 확장된 심볼 열에 고속 푸리에 변환을 적용하여 상기 복수의 디지털 변조 심볼에 각각 대응하는 복수의 가중치를 계산하는 단계;
    상기 복수의 디지털 변조 심볼에 상기 복수의 가중치를 각각 적용하여 복수의 가중 심볼을 생성하는 단계;
    상기 복수의 가중 심볼을 이산 푸리에 변환하여 복수의 샘플로 구성되는 주파수 영역의 신호를 생성하는 단계;
    상기 주파수 영역의 신호의 각 샘플에 부반송파를 할당하여 부반송파 할당 신호를 생성하는 단계; 및
    상기 부반송파 할당 신호를 고속 푸리에 역변환하여 시간 영역의 신호를 생성하는 단계를 포함하는 신호 생성 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 복수의 가중치를 계산하는 단계는
    상기 확장된 심볼 열을 고속 푸리에 변환하여 복수의 푸리에 변환 샘플을 생성하는 단계;
    상기 복수의 푸리에 변환 샘플을 고속 푸리에 역변환하여 복수의 푸리에 역변환 샘플을 생성하는 단계;
    상기 복수의 푸리에 역변환 샘플을 간축하여 상기 복수의 디지털 변조 심볼에 각각 대응하는 복수의 간축 샘플을 생성하는 단계;
    상기 복수의 간축 샘플 각각의 절대값을 계산하여 상기 복수의 간축 샘플에 각각 대응하는 복수의 절대값을 생성하는 단계; 및
    상기 복수의 절대값을 바탕으로 상기 복수의 디지털 변조 심볼에 각각 대응하는 복수의 가중치를 구성 인자로 하는 가중치 벡터를 생성하는 단계를 포함하는 신호 생성 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 가중치 벡터를 생성하는 단계는
    상기 복수의 절대값의 각각을 기준치와 비교하여 상기 기준치에 따라 상기 복수의 가중치의 각각을 계산하는 단계를 포함하는 신호 생성 방법.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 복수의 가중 심볼을 생성하는 단계는
    상기 복수의 디지털 변조 심볼에 상기 가중 벡터를 적용하여 상기 복수의 가중 심볼을 생성하는 단계를 포함하는 신호 생성 방법.
  11. 제7항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 시간 영역의 신호에 보호구간을 삽입하는 단계를 더 포함하는 신호 생성 방법.
  12. 삭제
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