KR100958322B1 - 직교 주파수 분할 다중 통신 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 직교 주파수 분할 다중 기술을 개시한다. 즉, 본 발명의 실시예에 따른 직교 주파수 분할 다중 통신 방법은 다중 반송파 변조시, PAPR을 감소시키는 톤 삽입 기법에서 나타나는 계산량을 개선하기 위해 유전자 알고리즘을 도입하여 PAPR을 최소로 발생할 수 있는 삽입 톤을 결정하고, 이에 기결정된 개체를 통해 얻어진 삽입 톤 정보를 전송코자 하는 OFDM 신호에 삽입함으로써, PAPR을 최소화하고 동시에 기존의 톤 삽입 기법에서 드러난 전송전력 증가를 감소시킬 수 있도록 한 것이다.
PAPR, 삽입 톤 정보, 세대 수, 개체 수

Description

직교 주파수 분할 다중 통신 방법{Orthogonal Frequency Division Multiplexing Communication Method}
본 발명은 직교 주파수 분할 다중 기술에 관한 것으로, 특히 다중 반송파 변조시, PAPR을 감소시키는 톤 삽입 기법에서 나타나는 계산량을 개선하기 위해 유전자 알고리즘을 도입하여 PAPR을 최소로 발생할 수 있는 삽입 톤을 결정하는 직교 주파수 분할 다중 방법에 관한 것이다.
OFDM 방식의 통신 시스템은 심벌(symbol) 주기가 짧은 고속 데이터 전송시 단일 반송파(single carrier)방식을 사용하게 될 경우, 심벌간 간섭(intersymbol interference)으로 인한 왜곡과 수신단의 등화기(equalizer)의 복잡도를 해결하기 위한 대안으로 제안된 통신 장치이다.
OFDM 방식은 멀티-캐리어(Multi-Carrier)를 사용하여 데이터를 전송하는 방식으로 직렬로 입력되는 심벌(Symbol)열을 병렬 변환하여 이들 각각을 상호 직교성을 갖는 다수의 서브 캐리어(sub-carrier)로 변조 전송하는 멀티캐리어 변조(MCM : Multi Carrier Modulation) 방식 중 하나라 하겠다.
다수의 직교하는 서브 캐리어를 중첩시키는 OFDM 방식은 1970년대부터 발전하기 시작하였으나, 멀티 캐리어들간의 직교 변조 구현 난이성 문제로 실제 시스템 적용에 한계가 있었다.
그러나, OFDM 방식을 사용하는 변복조는 DFT(Discrete Fourier Transform)를 이용하여 효율적으로 처리 가능함을 Weinstein 등이 1971년에 발표하면서부터 급속히 발전했다.
또한, OFDM 방식은 보호구간(guard interval)의 사용과 순환 접두(cyclic prefix) 보호구간 삽입 방식이 알려지면서 다중경로 및 지연 확산(delay spread)에 대한 시스템의 부정적 영향을 더욱 감소시키게 되었다.
이로써, 현재의 OFDM 방식은 디지털 오디오 방송(Digital Audio Broadcasting: DAB)과 디지털 텔레비젼, 무선 근거리 통신망(WLAN: Wireless Local Area Network) 및 무선 비동기 전송 모드(WATM: Wireless Asynchronous Transfer Mode)의 디지털 전송 기술에 광범위하게 적용되어지고 있다.
또한, OFDM 방식은 하드웨어적인 복잡도(Complexity)로 인하여 널리 사용되지 못하다가 고속 푸리에 변환(FFT: Fast Fourier Transform, "FFT"로도 칭함)과 역 고속 푸리에 변환(IFFT: Inverse Fast Fourier Transform, "IFFT"로도 칭함)을 포함한 각종 디지털 신호 처리 기술이 발전함으로써 더욱 발전해 가고 있다.
OFDM 방식은 종래의 주파수 분할 다중(FDM; Frequency Division Multiplexing) 방식과 비슷하나 무엇보다도 다수개의 서브 캐리어간의 직교 성(Orthogonality)을 유지하며 전송함으로 고속 데이터 전송시 최적의 전송 효율을 얻을 수 있는 특징이 있다.
또한, OFDM 방식은 주파수 사용 효율이 좋고 다중 경로 페이딩(multi-path fading)에 강한 특성이 있어 고속 데이터 전송시 최적의 전송 효율을 얻을 수 있다.
그리고, OFDM 방식은 주파수 스펙트럼을 중첩하여 사용하므로 주파수 사용이 효율적이고, 주파수 선택적 페이딩(frequency selective fading)에 강하며, 다중경로 페이딩에 강하고, 보호구간을 이용하여 심벌간 간섭(ISI: Inter Symbol Interference) 영향을 줄일 수 있다.
한편, OFDM 방식은 하드웨어적으로 등화기 구조를 간단하게 설계하는 것이 가능하며, 임펄스(impulse)성 잡음에 강하다는 장점을 가지고 있어 통신 시스템 구현에 적극 활용되고 있는 추세이다.
최근, OFDM 방식과 같은 다중 반송파 전송 방식은 주파수 선택 페이딩 채널에 대해 강인한 특성과 고속 전송이 가능함에 따라 4세대 이동통신의 핵심 전송 기술로 인식되고 있지만, 시간영역 상에서 다수의 부 반송파의 합으로 인하여 높은 PAPR을 발생시킨다.
이러한 높은 PAPR 문제는 고전력 증폭기(High Power Amplifier; HPA)에서 넓은 폭의 동작 범위를 요구하여 결국 전력 소비 및 송수신기 구성 비용이 상승하게 되는 문제점을 초래하기 때문에 효과적으로 PAPR을 감소시키기 위한 신호처리 기법이 요구되고 있다.
현재 PAPR을 감소시키는 기법 중 하나인 Clipping 기법은 임계치를 초과하는 최대 신호를 잘라내어 PAPR을 줄이는 기법으로 구현 방법은 간단하나, 신호의 왜곡이 발생하여 비트에러율(Bit Error Rate; BER)의 성능 저하를 초래하는 단점이 있다.
또한, 주파수 및 시간 영역에서 다수의 위상 시퀀스를 추가적으로 곱하여 PAPR을 줄이는 SLM (SeLective Mapping) 기법과 PTS (Partial Transmit Sequence) 기법은 최적의 위상 시퀀스를 결정하는데 있어 많은 계산량을 요구하고 전송시 위상 시퀀스 정보를 동시에 전송해야 함으로 전송률 저하의 문제점이 있다.
한편, 종래의 톤 삽입(Tone Injection)기법은 임의의 톤이 이동할 성상도를 확장하여 PAPR을 감소시키는 기법으로 추가적인 오버헤드는 없으나 성상도를 확장시킬 톤의 수 및 확장 방향 수에 따라 최적의 PAPR을 유도하는 삽입 톤을 결정하기 위해 탐색 또는 표출되어지는 계산량이 기하 급수적으로 증가하는 문제점이 존재한다.
또한, 종래의 톤 삽입 기법은 임의의 톤이 성상도의 확장 영역 상에 기설정된 확장 방향으로 이동함으로 인한 전송신호 전력이 증가하는 문제점도 있다.
즉, 종래의 톤 삽입 기법은 PAPR을 저감시키기 위해 제시된 기법이긴 하지만 PAPR을 저감시키는데 따른 여러 부수적인 문제점을 가지고 있어, PAPR을 감소시키기 위한 신호처리 기법으로 간주하기에는 다소 적합하지 않다.
본 발명의 직교 주파수 분할 다중 통신 방법은 앞서 본 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 다중 반송파 변조시, PAPR을 감소시키는 톤 삽입 기법에서 나타나는 계산량을 개선하기 위해 유전자 알고리즘을 도입하여 PAPR을 최소로 발생할 수 있는 삽입 톤을 결정함으로써, PAPR을 최소화하고 동시에 기존의 톤 삽입 기법에서 드러난 계산량 증가 및 전송전력에 대한 증가를 최대한 감소시키기 위함이다.
상기의 과제를 달성하기 위한 본 발명은 다음과 같은 구성을 포함한다.
본 발명의 직교 주파수 분할 다중 통신 방법은, 다중 반송파를 변조하는 직교 주파수 분할 다중 통신 방법으로, 톤 위치 정보와 등가 위치 정보를 결합하여 삽입 톤 정보를 생성시키고, 상기 삽입 톤 정보를 기설정된 개체 수만큼 양산하여 하나의 개체군을 형성시키는 제 1 단계; 상기 개체군 내 포함된 각 개체에 대한 PAPR과 전송신호 전력 증가분을 구하여 적합도를 계산하는 제 2 단계; 상기 적합도 연산을 통해 얻어진 다수의 개체로부터 선택된 부모 개체를 기설정된 교배 또는 돌연변이 메커니즘에 적용하여 자손 개체를 생성한 후, 상기 개체군 내 포함된 개체를 상기 자손 개체로 대체시키는 제 3 단계; 상기 자손 개체로 대체된 횟수와 기설정된 세대 수와 일치하는지 여부를 판단하여, 불일치시 상기 제 2, 3 단계를 반복 적으로 실시하는 제 4 단계; 및 상기 제 4 단계를 통해 추출된 개체들 중 최적의 적합도를 가진 개체를 결정하는 제 5 단계;를 포함한다.
본 발명의 직교 주파수 분할 다중 통신 방법은 다중 반송파 변조시, PAPR을 감소시키는 톤 삽입 기법에서 전역 탐색으로 인해 나타나는 계산량을 개선하기 위해 유전자 알고리즘을 도입하여 PAPR을 최소로 발생할 수 있는 삽입 톤을 결정함으로써, PAPR을 최소화하고 동시에 기존의 톤 삽입 기법에서 드러난 전송전력 증가를 감소시키는 효과를 준다.
[실시예]
이하, 본 발명의 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 직교 주파수 분할 다중 통신 방법을 도시한 개략적 순서도이다.
도시된 직교 주파수 분할 다중 통신 방법은 다중 반송파 변조시, PAPR을 감소시키는 톤 삽입 기법에서 나타나는 계산량을 위해 유전자 알고리즘을 도입하여 PAPR을 최소로 발생할 수 있는 삽입 톤을 결정하는 통신 방법이다.
먼저, 직교 주파수 분할 다중 통신 방법은 삽입 톤 정보를 기설정된 개체 수 만큼 양산한 후, 각 개체에 대한 PAPR(Peak to Average Power Ratio)과 전송신호 전력 증가분을 구하여 적합도를 계산한다(S1, S2).
직교 주파수 분할 다중 통신 방법은 적합도 연산을 통해 얻어진 부모 개체를 교배 또는 돌연변이시켜 자손 개체를 생성한 후, 기 형성된 개체를 자손 개체로 대체시킨다(S3).
또한, 직교 주파수 분할 다중 통신 방법은 자손 개체로 대체된 횟수를 기설정된 세대 수 만큼 S2, S3를 반복 실시하여 최적의 적합도를 가진 개체를 최종 결정한다(S4, S5).
도 2는 도 1의 S1에서 제시된 객체화된 삽입 톤 정보를 일 실예로 보여주는 도면으로, 2진 데이터 포맷 형태를 갖는 삽입 톤 정보와 이와 관련된 톤 삽입 성상도를 나타내고 있다.
즉, 일 실예로 도 2에서 나타난 삽입 톤 정보는 2개의 톤을 삽입한다고 가정할 때, k1과 k2가 각각 첫번째와 세번째의 톤 위치를 갖고 그에 따른 등가 확장 방향이 동쪽과 남동쪽으로 각각 1번과 5번에 대응하며 톤 삽입 결과에 따른 성상도에 나타난다.
또한, 삽입 톤 정보는 64개의 부반송파를 사용하고 8방향의 확장 방향을 사용시, 2개의 톤 k1과 k2가 각각의 6비트의 톤 위치 정보와 3비트의 등가 위치 정보로 이루어진 하나의 개체로 표현될 수 있다.
도 3은 도 1을 좀 더 구체적으로 설명하기 위해 제시한 세부적 순서도이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 직교 주파수 분할 다중 통신 방법은 PAPR을 감소시키기 위해 선택된 기법 중 하나인 톤 삽입 기법(하기에서 설명될 바와 같이, 다수의 반송파에 대한 위치 정보가 하나 이상의 톤을 변경시킨 톤 삽입 성상도와 매칭하도록 조정되는 방식)에서 나타나는 계산량 증가와 전송전력의 증가에 대한 문제점을 유전자 알고리즘을 접목시켜 해결함으로써, PAPR을 최소화하고 동시에 계산량 및 전송전력을 감소시키는 통신 방법이다.
또한, 본 실시예에서 수행되는 직교 주파수 분할 다중 통신 방법은 하나 이상 변경된 톤에 대한 정보값을 2진 데이터 포맷의 형태로 나타낸 톤 위치 정보와 등가 위치 정보를 결합시킨 삽입 톤 정보를 개체화하고, 이에 표출된 개체를 유전자 알고리즘에 적용함으로써, 삽입 톤의 수가 증가하더라도 비트 사이즈만이 증가할 뿐 계산량과는 무관하게 PAPR을 최적으로 감소시킬 수 있는 삽입 톤을 결정코자 하는 통신 방법이다.
본 실시예에 따른 직교 주파수 분할 다중 통신 방법은 제 1 처리로 톤 위치 정보와 등가 위치 정보를 결합하여 삽입 톤 정보를 생성시키고, 삽입 톤 정보를 기설정된 개체 수만큼 양산하여 하나의 개체군을 형성시킨다(S1', S2').
즉, 본 실시예에 따른 직교 주파수 분할 다중 통신 방법은 톤 위치 정보를 구함에 있어 부반송파와 삽입할 톤 수를 [수학식 1]에 삽입하여 A 비트값을 갖는 톤 위치 정보를 얻으며, 등가 위치 정보를 구함에 있어 삽입할 톤 수를 [수학식 2]에 삽입하여 B 비트값을 갖는 등가 위치 정보를 얻는다.
한편, 본 실시예에 따른 직교 주파수 분할 다중 통신 방법은 [수학식 1]과 [수학식 2]를 통해 연산된 각 톤 위치 정보와 등가 위치 정보를 합산함에 따라 삽입 톤 정보를 구한다.
다시 말해, 본 실시예에 따른 직교 주파수 분할 다중 통신 방법은 디지털 신호를 다수의 부반송파에 실어 전송할 경우, 동 위상에서 부반송파 간의 합으로 인해 책정된 PAPR(최대전력 대 평균전력 비 : Peak to Average Power Ratio)을 최대한 줄일 수 있도록 하나 이상의 톤을 위치 변경시킨 톤 삽입 성상도를 생성하고, 전송하고자 하는 다수의 부반송파를 톤 삽입 성상도에 나타낼 수 있는 삽입 톤 정보를 [수학식 1]과 [수학식 2]를 통해 얻어진 2진 데이터 포맷 형태로 설정한다.
Figure 112008073368324-pat00001
N : 부반송파 갯수, K : 삽입할 톤 수
Figure 112008073368324-pat00002
N : 부반송파 갯수, K : 삽입할 톤 수, S : 등가위치 갯수
여기서, 톤 위치 정보는 전송하고자 하는 다수의 반송파를 하나 이상의 톤을 위치 변경시킨 톤 삽입 성상도에 나타내기 위하여 각 부반송파에 대한 진폭과 위상 을 가리키는 위치 정보를 2진 데이터 포맷 형태로 설정한 정보값이다.
또한, 등가 위치 정보는 전송하고자 하는 다수의 반송파를 하나 이상의 톤을 위치 변경시킨 톤 삽입 성상도의 확장 영역에 나타내기 위하여 각 부반송파에 대한 확장 방향을 가리키는 위치 정보를 2진 데이터 포맷 형태로 설정한 정보값이다.
직교 주파수 분할 다중 통신 방법은 톤 삽입 기법에 유전자 알고리즘을 접목시키기 위하여 유전자 알고리즘에 필요한 유전자 파라미터를 미리 설정한다.
즉, 유전자 파리미터는 삽입 톤 정보를 나타내는 개체를 정한 갯수(일명 : "개체 수"), 다수의 개체 중 선택된 복수개(한 쌍)의 부모 개체를 교배하거나 돌연변이화하여 자손 개체를 생성시키는 교배 또는 돌연변이 메커니즘 및 부모 개체를 자손 개체로 반복하여 대체시키는 세대 교체 수(일명 : "세대 수")를 미리 설정한다. 상기 교배 또는 돌연변이 메커니즘에 사용되는 세부적인 설정 역시 유전자 파라미터로 설정될 수 있다.
따라서, 본 발명의 실시예에 따른 직교 주파수 분할 다중 통신 방법은 2진 데이터 포맷 형태를 갖는 삽입 톤 정보를 유전자 알고리즘에 적용하기 위하여 기설정된 유전자 파리미터 중 하나인 개체 수 만큼 삽입 톤 정보를 양산하여 하나의 개체군을 형성시킨다.
그리고 제 2 처리로 유전자 알고리즘에 적용되는 개체군 내 포함된 각 개체에 대한 PAPR 적합도 fi,g minPAPR을 [수학식 3]을 통해 구하고, 전송신호 전력 증가분 적합도 fi,g minpower를 [수학식 4]를 통해 구하여 최적의 적합도 함수[수학식 5]에 적용하여 해당 개체의 적합도를 얻는다(S3').
Figure 112008073368324-pat00003
TH_PAPR : 이상적인 최대 전력 대 평균 전력비, PAPR(i,g) : g 세대 과정의 개체 i 를 이용하여 계산된 최대 전력 대 평균 전력비, i : 개체에 대한 수, g : 세대 수
[수학식 3]에 대한 부가 설명으로, PAPR 적합도 fi,g minPAPR는 개체 i가 가지고 있는 톤 삽입 신호를 통해 원래의 신호가 가지고 있는 부반송파를 확장된 방향으로 위치 조정함에 따라 PAPR이 감소되는 정도를 일반화하여 나타낸 것으로, g 세대 과정의 개체 i가 PAPR 최소화의 목적에 대한 적합 정도를 수치적으로 알 수 있다.
Figure 112008073368324-pat00004
P(i,g) : g 세대 과정의 개체 i를 이용했을 때 유발하는 전송신호 전력 증가 분, max(PowerIncrease) : 삽입 톤 개수에 따라 발생 가능한 최대 전송신호 전력 증가분
[수학식 4]에 대한 부가 설명으로, 전송신호 전력 증가분 적합도 fi,g minpower는 PAPR을 감소시키기 위해 톤 삽입 성상도를 확장시켜 다수의 부반송파를 확장된 방향으로 위치 조정함에 따라 전송신호 전력 증가분이 PowerIncrease이 커지게 되는데, [수학식 4]는 최대 전송신호 전력 증가분에 대한 g 세대 과정의 개체 i를 이용할 경우의 전송신호 전력 증가분의 정도를 얻기 위한 것이다.
Figure 112008073368324-pat00005
W1 : PAPR 적합도에 대한 가중치, W2 : 전력 증가분 적합도에 대한 가중치, W1fi,g minPAPR : g 세대 과정의 개체 i에 대한 PAPR 가중 적합도, W2fi,g minpower : g 세대 과정의 개체 i에 대한 전력 증가분 가중 적합도, Wk 의 합 : 각 Wk를 합한 값은 1 임.
[수학식 5]에 대한 부가 설명으로, 최적의 적합도 함수 fi,g total는 PAPR 적합도에 제 1 가중치 W1 를 곱한 PAPR 가중 적합도와 전송신호 전력 증가분 적합도에 제 2 가중치 W2 를 곱한 전력 증가분 가중 적합도를 합산 연산하여 얻을 수 있다.
최적의 적합도 함수 fi,g total는 PAPR의 적합도에 대한 제 1 가중치 W1 와 전송신호 전력 증가분 적합도에 대한 제 2 가중치 W2 를 비례 설정함으로써 PAPR 가중 적합도와 전력 증가분 가중 적합도를 최적화 목적 용도에 따라 균형적으로 배분한 최적값이다. 해당 최적의 적합도 함수 fi,g total를 통해 g 세대 과정의 개체 i 에 대해 PAPR 감소와 전송전력증가를 동시에 고려한 경우의 적합도를 얻을 수 있다.
그리고 제 3 처리로 상기 적합도 연산을 통해 얻어진 다수의 개체로부터 선택된 부모 개체를 기설정된 교배 또는 돌연변이 메커니즘에 적용하여 자손 개체를 생성한 후, 개체군 내 포함된 개체를 자손 개체로 대체시킨다(S4', S5', S6').
다시 말해, 상기 제 2 처리를 통해 얻어진 최적의 적합도 함수 fi,g total를 이용하여 적합도가 각각 구해진 개체군 내의 개체를 유전자 알고리즘에서 부모 개체를 선택하는 방식으로 널리 알려져 있는 룰렛 휠 또는 토너먼트 랭킹를 포함하는 개체 선택 방식 중 하나에 적용하여 복수 개의 부모 개체를 선택하는 과정을 포함한다.
상기 룰렛 휠 방식은 적합도가 높은 개체(우성)가 좀 더 넒은 면적을 차지하도록 하고 적합도가 낮은 개체(열성)는 비교적 좁은 면적을 차지하게 되는 룰렛 게임과 동일한 형태인 것으로, 랜덤 선택시 넒은 면적을 가지고 있는 우성 개체를 확 률적으로 높은 빈도로 선택하게 되는 방식이다.
상기 토너먼트 랭킹 방식은 개체군 내에서 임의의 개체 2개를 선택한 후, 둘 중 적합도가 큰 개체를 부모세대로 선택하는 방법으로, 세대를 거듭하면 할수록 보다 적합도가 우수한 개체가 결정되어지는 방식이다.
또한, 상기와 같은 룰렛 휠 방식 또는 토너먼트 랭킹 방식 중 하나에 의해 선택된 복수(한 쌍)의 부모 개체를 기설정된 유전자 파라미터에 속하는 교배 메커니즘 또는 돌연변이 메커니즘에 적용하여 적어도 하나 이상의 자손 개체를 생성한다.
교배 메커니즘은 교배 확률에 따라 교배를 수행할 것인지 아닌지를 결정한다. 만약, 교배 수행시 2진 데이터 포맷을 갖는 개체 쌍 간의 자리 바꿈으로 이루어지게 되며 자리 바꿈은 개체 내의 고정적인 임의 개수의 포인트를 설정한 후, 동일 위치상에서 수행된다.
돌연변의 메커니즘은 생성된 자손 개체에서 일정 확률에 따라 자손 개체 내의 2진 데이터 하나가 반전을 일으키는 것으로, 0의 데이터가 1로, 1의 데이터가 0으로 바뀌게 된다.
결국, 본 발명 실시예에 따른 직교 주파수 분할 다중 통신 방법은 개체군 내 포함된 각 개체를 기생성된 자손 개체로 대체함에 있어, 자손 개체를 개체군에 포함된 개체 수만큼 대체 생성시킨다.
그리고, 제 4 처리로 자손 개체로 대체된 횟수와 유전자 파라미터 중 하나인 기설정된 세대 수와 일치하는지 여부를 판단하여 불일치시 제 2, 3 처리를 반복적 으로 실시하며, 제 2, 3 처리 반복 실행시 기설정된 세대 수를 개체군 내 포함된 개체 수보다 작게 설정함에 유의한다(S7').
제 2, 3 처리 반복 실행시 기설정된 세대 수를 개체군 내 포함된 개체 수보다 작게 설정하는 것에 관하여서는 도 4를 통해 좀 더 구체적으로 논의하기로 한다.
그리고, 제 5 처리로 제 4 처리를 통해 최종적으로 얻어진 개체들 중 최적의 적합도를 가진 개체를 결정한다(S8').
그리고, 제 6 처리로 기결정된 개체를 통해 얻어진 삽입 톤 정보를 전송코자 하는 OFDM 신호에 삽입하여 전송한다(S9').
도 4는 직교 주파수 분할 다중 통신 방법에 따른 성능 평가 그래프를 도시한 도면이다.
도 4를 참조하면, 직교 주파수 분할 다중 통신 방법은 톤 삽입 기법과 유전자 알고리즘을 접목시켜 PAPR과 계산량을 최소로 발생할 수 있는 톤 삽입 성상도를 결정함에 따라 전송코자 디지털 신호에 대하여 QAM 변조를 실시하는 통신 방법으로 도4에서 나타나는 CCDF(Complementary Cumulative Distribute Function)를 통해 각 유형별(4가지 형태 : 톤 삽입 기법, 개체 수20-세대 수5, 개체 수20-세대 수20, 개체 수60-세대 수 5) 로 PAPR 감소치를 확인할 수 있다.
여기서, Original로 표시된 일반적인 다중 반송파 전송 방식의 PAPR는 각 유형별로 나타난 PAPR 감소치와 혁혁한 차이를 보이므로 수치적인 기재는 배제시킨 다.
도 4의 성능 평가 그래프는 CCDF를 보여주기 위한 하나의 모의 실험으로써 64개의 부반송파를 16-QAM 변조 방식에 적용하고 오버 샘플링을 하지 않은 총 10,000개의 직교 주파수 분할 변조(OFDM) 심볼을 이용하며, 60%의 교배 확률과 0.2 %의 돌연변이 확률이 발생되도록 설정한다.
즉, 도 4의 성능 평가 그래프는 1개의 톤을 삽입했을 때의 실험 결과 인 것으로 다양한 개체군 크기와 세대 수에 따른 각각의 실험 결과를 나타내고 있다.
도 4의 성능 평가 그래프를 통해 알 수 있는 바와 같이, 본 그래프는 20개의 개체로 이루어진 개체군과 60개의 개체로 이루어진 개체군을 비교했을 경우 0.3dB 정도의 성능 차이를 보이고 있으며, 60개의 개체로 이루어진 개체군과 톤 삽입 기법과 비교했을 경우엔 약 0.1dB의 성능 차이를 보이고 있다.
[표 1]는 종래의 톤 삽입 기법과 본 발명의 직교 주파수 분할 다중 통신 방법이 적용된 서로 다른 형태의 3가지 샘플을 모의 실험하여 PAPR 감소치와 계산량을 구한 것이다.
성능 분석 기존의 톤 삽입 기법 직교 주파수 분할 다중 통신 방법
개체수 : 20 세대수 : 5 개체수 : 20 세대수 : 20 개체수 : 60 세대수 : 5
PAPR 감소치 2.4dB 2.0dB 2.1dB 2.3dB
계산량 512 100 400 300
이를 통해, 세대 수가 큰 것보다 개체 수가 클 경우, PAPR 감소와 계산량 측면에서 본 최적화 성능이 더욱 우수함을 알 수 있다.
따라서, 기존의 톤 삽입 기법은 추가적인 정보 전송없이도 다중 반송파 변조시 PAPR을 감소시킬 수 있으나, PAPR 감소를 위해 다수의 톤을 사용하게 되면 계산량을 급격하게 증가하는 문제점이 있어 적용이 어려웠다. 하지만 본 실시예에서는 이를 해결하기 위하여 유전자 알고리즘을 적용함에 따라 계산량과 PAPR 감소치를 유동적으로 조절할 수 있어 최적의 PAPR 감소치를 나타내면서 기존의 톤 삽입 기법에서 나타나는 계산량 대비 약 40% 정도를 줄일 수 있음을 알 수 있다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 직교 주파수 분할 다중 통신 방법을 도시한 개략적 순서도이다.
도 2는 도 1의 S1에서 제시된 객체화된 삽입 톤 정보를 일 실예로 보여주는 도면이다.
도 3은 도 1을 좀 더 구체적으로 설명하기 위해 제시한 세부적 순서도이다.
도 4는 직교 주파수 분할 다중 통신 방법에 따른 성능 평가 그래프를 도시한 도면이다.

Claims (10)

  1. 다중 반송파를 변조하는 직교 주파수 분할 다중 통신 방법으로,
    톤 위치 정보와 톤 위치에 따라 미리 설정된 방식으로 성상도를 확장시킨 등가 위치 정보를 결합하여 삽입 톤 정보를 생성시키고, 상기 삽입 톤 정보를 기설정된 개체 수만큼 양산하여 하나의 개체군을 형성시키는 제 1 단계;
    상기 개체군 내 포함된 각 개체에 대한 PAPR(최대전력 대 평균전력 비 : Peak to Average Power Ratio)과 전송신호 전력 증가분을 구하여 적합도를 계산하는 제 2 단계;
    상기 적합도 연산을 통해 얻어진 다수의 개체로부터 선택된 부모 개체를 기설정된 교배 또는 돌연변이 메커니즘에 적용하여 자손 개체를 생성한 후, 상기 개체군 내 포함된 개체를 상기 자손 개체로 대체시키는 제 3 단계;
    상기 자손 개체로 대체된 횟수와 기설정된 세대 수와 일치하는지 여부를 판단하여, 불일치시 상기 제 2, 3 단계를 반복적으로 실시하는 제 4 단계; 및
    상기 제 4 단계를 통해 추출된 개체들 중 최적의 적합도를 가진 개체를 결정하는 제 5 단계;를 포함하는 직교 주파수 분할 다중 통신 방법.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 제 1 단계는,
    부반송파와 삽입할 톤 수를 이용하여 A 비트값을 갖는 톤 위치 정보와 B 비트값을 갖는 등가 위치 정보를 산출 결합하여 상기 삽입 톤 정보를 생성하며, 상기 A 비트값은
    Figure 112008073368324-pat00006
    , 상기 B 비트값은
    Figure 112008073368324-pat00007
    을 통해 구하는 단계;를 더 포함하고,
    상기 N은 부반송파 갯수, K는 삽입할 톤 수, S는 확장 가능한 등가위치 수인 것을 특징으로 하는 직교 주파수 분할 다중 통신 방법.
  3. 청구항 2에 있어서, 상기 제 1 단계는,
    상기 삽입 톤 정보를 2진 데이터 포맷 형태를 갖는 개체로 설정하는 단계;인 것을 특징으로 하는 직교 주파수 분할 다중 통신 방법.
  4. 청구항 1에 있어서, 상기 제 2 단계는,
    상기 PAPR 적합도를
    Figure 112010001079057-pat00008
    로부터 구하고, 상기 전송신호 전력 증가분 적합도를
    Figure 112010001079057-pat00009
    로부터 구하는 단계;를 더 포함하는 직교 주파수 분할 다중 통신 방법.
    여기서, TH_PAPR는 이상적인 최대 전력 대 평균 전력비를 나타내고, i와 g는 각각 개체 수와 세대 수를 나타내며, PAPR(i,g)는 g 세대 과정의 개체 i 를 이용하여 계산된 최대 전력 대 평균 전력비를 나타낸다. 또한 P(i,g)는 g 세대 과정의 개체 i를 이용했을 때 유발하는 전송신호 전력 증가분을 나타내고, max(PowerIncrease)는 삽입 톤 개수에 따라 발생 가능한 최대 전송신호 전력 증가분을 나타낸다.
  5. 청구항 4에 있어서, 상기 제 2 단계는,
    상기 PAPR 적합도에 제 1 가중치 W1 를 곱한 PAPR 가중 적합도와 상기 전송신호 전력 증가분 적합도에 제 2 가중치 W2 를 곱한 전력 증가분 가중 적합도를 합산 연산하여 최적값을 얻는 단계;를 더 포함하는 직교 주파수 분할 다중 통신 방법.
  6. 청구항 5에 있어서, 상기 제 2 단계는,
    상기 PAPR의 적합도에 대한 제 1 가중치 W1 와 상기 전송신호 전력 증가분 적합도에 대한 제 2 가중치 W2 를 비례 설정하는 단계;를 더 포함하는 직교 주파수 분할 다중 통신 방법.
  7. 청구항 1에 있어서, 제 3 단계는,
    상기 적합도 연산을 통해 얻어진 다수의 개체를 룰렛 휠 또는 토너먼트 랭킹를 포함하는 개체 선택 방식 중 하나에 적용하여 복수 개의 부모 개체를 선택하는 단계;를 더 포함하는 직교 주파수 분할 다중 통신 방법.
  8. 청구항 1에 있어서, 상기 제 3 단계는,
    상기 자손 개체를 상기 개체군에 포함된 개체 수만큼 대체 생성하는 단계;를 더 포함하는 직교 주파수 분할 다중 통신 방법.
  9. 청구항 1에 있어서, 상기 제 4 단계는,
    기설정된 세대 수를 상기 개체군 내 포함된 개체 수보다 작게 설정하는 단계;를 더 포함하는 직교 주파수 분할 다중 통신 방법.
  10. 청구항 1에 있어서, 상기 제 5 단계 이후의 제 6 단계는,
    상기 제 5 단계에서 결정된 개체를 통해 얻어진 삽입 톤 정보를 전송코자 하는 OFDM 신호에 삽입하는 단계;를 더 포함하는 직교 주파수 분할 다중 통신 방법.
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