KR101215932B1 - 부가적 맵핑 시퀀스를 이용한 직교 주파수 분할 다중화 시스템의 최대전력 대 평균전력 비 감소 방법 및 이를 위한 장치 - Google Patents

부가적 맵핑 시퀀스를 이용한 직교 주파수 분할 다중화 시스템의 최대전력 대 평균전력 비 감소 방법 및 이를 위한 장치 Download PDF

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Abstract

직교 주파수 분할 다중화 시스템의 PAPR 감소 방법 및 이를 위한 직교 주파수 분할 다중화 시스템 통신 장치가 개시된다. 본 발명의 일실시예에 따른 직교 주파수 분할 다중화 시스템의 PAPR 감소 방법은, OFDM 심볼 시퀀스를 둘 이상의 서브블록들로 파티션하는 단계; 상기 서브블록들 각각에 대응하는 부가적 맵핑 심볼 서브블록을 생성하는 단계; 상기 서브블록들 및 상기 부가적 맵핑 심볼 서브블록을 역 고속 푸리에 변환하여 신호 서브시퀀스 및 부가적 맵핑 신호 서브시퀀스를 생성하는 단계; 상기 신호 서브시퀀스 및 부가적 맵핑 신호 서브시퀀스를 이용하여 후보 신호 시퀀스들을 생성하는 단계; 및 상기 후보 신호 시퀀스들 중 최소 PAPR에 상응하는 후보 신호 시퀀스를 선택하는 단계를 포함한다.

Description

부가적 맵핑 시퀀스를 이용한 직교 주파수 분할 다중화 시스템의 최대전력 대 평균전력 비 감소 방법 및 이를 위한 장치{Method of PAPR reduction for OFDM system using additive mapping sequences and apparatus for the same}
본 발명은 OFDM(Orthogonal Frequency-Division Multiplexing) 시스템에 관한 것으로, 특히 부가적 맵핑 시퀀스를 이용하여 간단하게 OFDM 시스템의 PAPR을 감소시킬 수 있는 PAPR 감소 방법 및 이를 위한 장치에 관한 것이다.
무선 이동통신 채널에서 OFDM(Orthogonal Frequency-Division Multiplexing)은 다중경로 페이딩 환경에서 고속의 신호를 전송하는데 효율적인 방식의 하나로 인식되어 차세대 고속 멀티미디어 통신시스템의 핵심기술로 광범위한 영역에 적용되고 있다. OFDM 시스템은 PSK(Phase Shift Keying)나 QAM(Quadrature Amplitude Modulation)으로 변조된 신호들을 여러 개의 직교 부반송파를 이용해서 전송하는 방식으로써 단일 반송파를 사용하는 시스템에 비해 다중 경로 페이딩 채널 환경에서 성능이 우수하고 주파수 이용 효율이 높으며 고속의 데이터 전송이 가능하게 한다. 다중 반송파를 사용하는 OFDM 시스템은 많은 수의 직교 부반송파에 신호를 실어서 보내는데 IFFT를 통과한 출력신호의 크기가 동일 위상일 경우 순간적으로 매우 큰 전력을 갖게 되어 높은 PAPR(Peak to Average Power Ratio)이 발생하게 된다. 이러한 큰 PAPR은 OFDM 시스템의 가장 큰 단점 중의 하나로써, 송신 증폭기의 비선형적인 특성에 의한 신호의 왜곡을 초래하여 OFDM 시스템의 성능을 감소시킨다. PAPR을 감소시키는 방법 중에 가장 널리 사용되고 있는 방법이 SLM(Selected Mapping)과 PTS(Partial Transmit Sequence) 기법이다.
SLM 기법은 동일한 입력 신호에 위상 변화를 주어 L개의 통계적으로 독립적인 심볼을 만들고 가장 낮은 PAPR을 갖는 심볼을 전송하는 방법이며, PTS 기법은 OFDM 심볼을 구성하는 전체 데이터 심볼을 중첩되지 않는 서브블럭으로 나누고 각각의 블록을 IFFT 연산을 한 후 PAPR이 최소가 되도록 각각의 블록에 가능한 모든 위상 벡터 조합을 곱한 후 각각의 서브블럭을 모두 더하여 전송하는 기법이다.
SLM 기법이나 PTS 기법은 모두 동일한 정보를 나타내는 다중 신호를 생성하고, PAPR을 최소화하는 하나를 선택하는 확률적 PAPR 감소 기법으로 볼 수 있으나, 시스템의 복잡성을 크게 증가시키고, 어떤 신호가 전송되는지를 나타내기 위한 사이드 정보(side information)를 위한 데이터 레이트 손실을 수반하는 문제가 있었다.
따라서, 보다 낮은 복잡성을 가지면서 PAPR 감소 성능이 우수한 OFDM 시스템을 위한 새로운 PAPR 감소 기법의 필요성이 절실하게 대두된다.
본 발명의 목적은 낮은 복잡도로 구현이 가능하면서도 PAPR 감소 성능이 우수한 새로운 OFDM 시스템의 PAPR 감소 방법을 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 목적은 낮은 복잡도로 구현이 가능하면서도 PAPR 감소 성능이 우수한 새로운 OFDM 시스템 통신 장치를 제공하는 것이다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 직교 주파수 분할 다중화 시스템의 PAPR 감소 방법은, OFDM 심볼 시퀀스를 둘 이상의 서브블록들로 파티션하는 단계; 상기 서브블록들 각각에 대응하는 부가적 맵핑 심볼 서브블록을 생성하는 단계; 상기 서브블록들 및 상기 부가적 맵핑 심볼 서브블록을 역 고속 푸리에 변환하여 신호 서브시퀀스 및 부가적 맵핑 신호 서브시퀀스를 생성하는 단계; 상기 신호 서브시퀀스 및 부가적 맵핑 신호 서브시퀀스를 이용하여 후보 신호 시퀀스들을 생성하는 단계; 및 상기 후보 신호 시퀀스들 중 최소 PAPR에 상응하는 후보 신호 시퀀스를 선택하는 단계를 포함한다.
이 때, 상기 후보 신호 시퀀스들을 생성하는 단계는 상기 서브블록들 각각에 대응하는 후보 신호 서브시퀀스를 생성하는 단계; 및 상기 서브블록들 전체에 대한 후보 신호 서브시퀀스들을 합하여 상기 후보 신호 시퀀스들 중 하나를 생성하는 단계를 포함할 수 있다.
이 때, 상기 후보 신호 서브시퀀스를 생성하는 단계는 선택 인자에 의해 선택된 실수 성분을 IFFT한 상기 부가적 맵핑 신호 서브시퀀스 및 허수 성분을 IFFT한 상기 부가적 맵핑 신호 서브시퀀스 중 어느 하나 이상을 이용하여, 결합된 부가적 맵핑 신호 서브시퀀스를 생성하는 단계; 상기 결합된 부가적 맵핑 신호 서브시퀀스 및 상기 신호 서브시퀀스를 시간 영역에서 선형 결합하여 선형 결합 값을 생성하는 단계; 및 상기 선형 결합 값에 회전 인자를 적용하여 상기 후보 신호 서브시퀀스를 생성하는 단계를 포함할 수 있다.
이 때, 상기 부가적 맵핑 심볼 서브블록을 생성하는 단계는 상기 서브블록에 해당하는 심볼을 컨스틸레이션 상의 다른 심볼 포인트로 맵핑하는 상기 부가적 맵핑 심볼 서브블록을 생성할 수 있다.
또한, 상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일실시예에 따른 직교 주파수 분할 다중화 시스템 통신 장치는, OFDM 심볼 시퀀스를 둘 이상의 서브블록들로 파티션하는 서브블록 파티션부; 상기 서브블록들 각각에 대응하는 부가적 맵핑 심볼 서브블록들을 생성하는 부가적 맵핑 심볼 서브블록 생성부; 상기 서브블록들 및 상기 부가적 맵핑 심볼 서브블록들을 역 고속 푸리에 변환하여 신호 서브시퀀스들 및 부가적 맵핑 신호 서브시퀀스들을 생성하는 IFFT부; 상기 신호 서브시퀀스들 및 부가적 맵핑 신호 서브시퀀스들을 이용하여 후보 신호 시퀀스들을 생성하는 후보 신호 시퀀스 생성부; 및 상기 후보 신호 시퀀스들 중 최소 PAPR에 상응하는 후보 신호 시퀀스를 선택하는 최소 PAPR 선택부를 포함한다.
이 때, 상기 후보 신호 시퀀스 생성부는 상기 서브블록들 각각에 대응하는 후보 신호 서브시퀀스들을 생성하는 후보 신호 서브시퀀스 생성부; 및 상기 서브블록들 전체에 대한 상기 후보 신호 서브시퀀스들을 합하여 상기 후보 신호 시퀀스들 중 하나를 생성하는 합산부를 포함할 수 있다.
이 때, 상기 후보 신호 서브시퀀스 생성부는 선택 인자에 의해 선택된 실수 성분을 IFFT한 상기 부가적 맵핑 신호 서브시퀀스 및 허수 성분을 IFFT한 상기 부가적 맵핑 신호 서브시퀀스 중 어느 하나 이상을 이용하여, 결합된 부가적 맵핑 신호 서브시퀀스를 생성하고, 상기 결합된 부가적 맵핑 신호 서브시퀀스 및 상기 신호 서브시퀀스를 시간 영역에서 선형 결합하여 선형 결합 값을 생성하고, 상기 선형 결합 값에 회전 인자를 적용하여 상기 후보 신호 서브시퀀스를 생성할 수 있다.
본 발명에 따르면, OFDM 심볼을 파티션한 서브블록들 각각에 대한 부가적 맵핑 심볼 서브블록을 생성하고, 서브블록들과 부가적 맵핑 심볼 서브블록을 IFFT한 후 시간 영역에서 선형 결합하여 후보 신호 시퀀스를 생성함으로써 기존의 PTS보다 적은 계산 복잡도로 우수한 PAPR 성능을 구현할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 직교 주파수 분할 다중화 시스템의 PAPR 감소 방법을 나타낸 동작 흐름도이다.
도 2는 도 1에 도시된 후보 신호 시퀀스들 생성 단계의 일 예를 나타낸 동작 흐름도이다.
도 3은 도 2에 도시된 후보 신호 서브시퀀스 생성 단계의 일 예를 나타낸 동작 흐름도이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 직교 주파수 분할 다중화 시스템 통신 장치를 나타낸 블록도이다.
도 5는 맵핑 벡터값의 변화에 따라 16진 QAM에서 서브블록 심볼 Av,k (q)이 맵핑되는 컨스틸레이션 포인트를 나타낸 도면이다.
본 발명을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다. 여기서, 반복되는 설명, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능, 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다. 본 발명의 실시형태는 당 업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 따라서, 도면에서의 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있다.
길이 Nm = Nlog2M인 바이너리 입력 시퀀스
Figure 112011031436216-pat00001
가 N개의 서브캐리어들을 가지는 OFDM 시스템에서 M진 QAM(M-QAM)이나 M진 PSK(M-PSK)의 OFDM 심볼 시퀀스
Figure 112011031436216-pat00002
로 변조된다.
OFDM 심볼 시퀀스 A는 역 고속 푸리에 변환(Inverse Fast Fourier Transform; IFFT)에 의해 OFDM 신호 시퀀스
Figure 112011031436216-pat00003
로 변환된다.
이 때, OFDM 신호 시퀀스 a와 OFDM 심볼 시퀀스 A는 하기 수학식 1을 만족한다(QH는 IFFT 행렬).
Figure 112011031436216-pat00004
(Q는 엔트리가
Figure 112011031436216-pat00005
Figure 112011031436216-pat00006
인 NxN 에르미트 행렬(Hermitian matrix)이고, QH는 Q의 에르미티언(Hermitian))
이산 시간 축에서 OFDM 신호 시퀀스 a의 PAPR은 하기 수학식 2와 같이 정의될 수 있다.
Figure 112011031436216-pat00007
(E[]는 기대값 연산자(expectation operator))
SLM이나 PTS 방식의 확률적 PAPR 감소 기법에서는 송신기가 각각 동일한 OFDM 신호 시퀀스를 나타내는 다중 후보 신호 시퀀스들(multiple alternative signal sequences)을 생성하고, PAPR이 최소인 하나를 어떤 후보 신호 시퀀스가 전송되는지를 나타내는 사이드 정보와 함께 전송한다.
SLM 기법에서 후보 심볼 시퀀스
Figure 112011031436216-pat00008
(0 ≤ u < U)는 위상 시퀀스
Figure 112011031436216-pat00009
에 의해 하기 수학식 3과 같이 정의된다.
Figure 112011031436216-pat00010
(
Figure 112011031436216-pat00011
는 성분별 곱셈(component-wise multiplication))
통상
Figure 112011031436216-pat00012
는 OFDM 심볼 시퀀스 자체를 후보 심볼 시퀀스들 중 하나로 포함시키기 위해 엘리먼트가 모두 1인 시퀀스로 설정된다.
Figure 112011031436216-pat00013
(1 ≤ u < U)는 단위 진폭(unit magnitude) 및 [0, 2π)에서 랜덤하게 분포되는 위상을 가지며, 통상적으로 곱셈 연산(multiplication operation) 없이 후보 심볼(alternative symbol)을 생성하기 위해 {+1, -1, +j, -j}에서 선택된다.
U개의 위상 시퀀스들에 대한
Figure 112011031436216-pat00014
의 PAPR이 계산되고, 가장 작은 PAPR에 해당하는 후보 심볼 시퀀스 x(u)가 선택되어 송신에 이용된다.
PTS 기법에서 OFDM 심볼 시퀀스 A는 V개의 중첩되지 않는(disjoint) 서브블럭들
Figure 112011031436216-pat00015
(
Figure 112011031436216-pat00016
,
Figure 112011031436216-pat00017
인 각각의 k에 대해 하나의 v를 제외한 모든
Figure 112011031436216-pat00018
)로 구분된다. 이 때, 하기 수학식 4와 같이 서브블럭들의 총 합은 OFDM 심볼이 된다.
Figure 112011031436216-pat00019
신호 서브시퀀스
Figure 112011031436216-pat00020
는
Figure 112011031436216-pat00021
와 같이 심볼 서브블럭 Av에 IFFT를 적용함으로써 생성되고, 생성된 신호 서브시퀀스에 W개의 요소 집합
Figure 112011031436216-pat00022
에서 선택되는 단위 진폭의 회전 인자(rotating factor)
Figure 112011031436216-pat00023
가 곱해진다.
결과적으로 얻어지는 후보 신호 시퀀스
Figure 112011031436216-pat00024
는 하기 수학식 5와 같다.
Figure 112011031436216-pat00025
동일한 PAPR에 해당하는 후보 신호 시퀀스의 중복 생성을 방지하기 위해 통상
Figure 112011031436216-pat00026
는 1로 고정되고, 1 이외의 v에 대한
Figure 112011031436216-pat00027
는 [0, 2π)에서 랜덤하게 분포될 수 있으나, 통상적으로 곱셈 연산(multiplication operation) 없이 후보 신호 시퀀스(alternative signal sequence)를 생성하기 위해 {+1, -1, +j, -j}에서 선택된다.
U개의 회전 벡터들(rotating vectors)
Figure 112011031436216-pat00028
(
Figure 112011031436216-pat00029
)에 대해,
Figure 112011031436216-pat00030
의 PAPR이 계산되고, 가장 작은 PAPR에 해당하는 후보 심볼 시퀀스 x(u)가 선택되어 송신에 이용된다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 직교 주파수 분할 다중화 시스템의 PAPR 감소 방법을 나타낸 동작 흐름도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 직교 주파수 분할 다중화 시스템의 PAPR 감소 방법은 OFDM 심볼 시퀀스를 V개의 중첩되지 않는 서브블록으로 파티션한다(S110).
이 때, V는 2 이상의 자연수일 수 있다.
Figure 112011031436216-pat00031
을 l번째 서브블록 파티셔닝 시퀀스라 하자. 만약, OFDM 심볼 시퀀스 A가
Figure 112011031436216-pat00032
Figure 112011031436216-pat00033
에 의해 V개의 중첩되지 않는 서브블록들로 파티션된다면, v번째 심볼 서브블록
Figure 112011031436216-pat00034
는 하기 수학식 6에 의해 생성된다.
Figure 112011031436216-pat00035
(v는 서브블록 인덱스, k는 0 이상 N 미만인 정수)
또한, 본 발명의 일실시예에 따른 직교 주파수 분할 다중화 시스템의 PAPR 감소 방법은 파티션된 서브블록들 각각에 대응하는 부가적 맵핑 심볼 서브블록을 생성한다(S120).
스퀘어 M진 QAM 컨스틸레이션에서, 2차원 신호 컨스틸레이션의 i번째 사분면에 속하는
Figure 112011031436216-pat00036
에 상응하는 부가적 맵핑 심볼
Figure 112011031436216-pat00037
은 하기 수학식 7과 같이 정의된다.
Figure 112011031436216-pat00038
(d는 심볼들 사이의 최소 거리, v는 서브블록 인덱스, k는 0이상 N 미만인 정수, i는 Av,k (l)이 속한 사분면의 인덱스, M은 QAM 진수, Q(i)는 i번째 사분면)
Figure 112011031436216-pat00039
에 상응하는, v번째 부가적 맵핑 심볼 서브블록은
Figure 112011031436216-pat00040
와 같이 정의된다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따른 직교 주파수 분할 다중화 시스템의 PAPR 감소 방법은 상기 서브블록들 및 상기 부가적 맵핑 심볼 서브블록을 역 고속 푸리에 변환(Inverse Fast Fourier Transform; IFFT)하여 신호 서브시퀀스 및 부가적 맵핑 신호 서브시퀀스를 생성한다(S130).
즉, 신호 서브시퀀스
Figure 112011031436216-pat00041
는
Figure 112011031436216-pat00042
를 역 고속 푸리에 변환하여 얻어지고,
Figure 112011031436216-pat00043
에 의한 v번째 서브블록의 부가적 맵핑 신호 서브시퀀스
Figure 112011031436216-pat00044
는
Figure 112011031436216-pat00045
를 역 고속 푸리에 변환하여 얻어진다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따른 직교 주파수 분할 다중화 시스템의 PAPR 감소 방법은 상기 신호 서브시퀀스 및 상기 부가적 맵핑 신호 서브시퀀스를 이용하여 후보 신호 시퀀스들을 생성한다(S140).
또한, 본 발명의 일실시예에 따른 직교 주파수 분할 다중화 시스템의 PAPR 감소 방법은 후보 신호 시퀀스들 각각에 대한 PAPR을 계산한다(S150).
단계(S150)이후, 본 발명의 일실시예에 따른 직교 주파수 분할 다중화 시스템의 PAPR 감소 방법은 최소 PAPR에 해당하는 후보 신호 시퀀스를 선택한다(S160).
또한, 본 발명의 일실시예에 따른 직교 주파수 분할 다중화 시스템의 PAPR 감소 방법은 선택된 후보 신호 시퀀스를 이용하여 송신 신호를 생성함으로써 데이터 전송을 수행한다(S170).
도 2는 도 1에 도시된 후보 신호 시퀀스들 생성 단계의 일 예를 나타낸 동작 흐름도이다.
도 2를 참조하면, 도 1에 도시된 후보 신호 시퀀스 생성 단계(S140)는 먼저 서브블록들 각각에 대응하는 후보 신호 서브시퀀스를 생성한다(S210).
또한, 도 1에 도시된 후보 신호 시퀀스 생성 단계(S140)는 상기 서브블록들 전체에 대한 상기 후보 신호 서브시퀀스들을 합하여 상기 후보 신호 시퀀스들 중 하나를 생성한다(S220).
도 3은 도 2에 도시된 후보 신호 서브시퀀스 생성 단계의 일 예를 나타낸 동작 흐름도이다.
도 3을 참조하면, 도 2에 도시된 후보 신호 서브시퀀스 생성 단계(S210)는 선택 인자에 의해 선택된 실수 성분을 IFFT한 상기 부가적 맵핑 신호 서브시퀀스 및 허수 성분을 IFFT한 상기 부가적 맵핑 신호 서브시퀀스 중 어느 하나 이상을 이용하여, 결합된 부가적 맵핑 신호 서브시퀀스를 생성한다(S310).
즉, v번째 서브블록의 결합된 부가적 맵핑 신호 서브시퀀스(mv (p))는 하기 수학식 8과 같이 정의된다.
Figure 112011031436216-pat00046
(cv i 및 cv q는 선택 인자로 각각 0 또는 1, dv,I (l)은 v번째 부가적 맵핑 심볼 서브 블록의 실수 성분을 IFFT한 부가적 맵핑 신호 서브 시퀀스, dv,Q (l)은 v번째 부가적 맵핑 심볼 서브 블록의 허수 성분을 IFFT한 부가적 맵핑 신호 서브 시퀀스)
즉, dv,I 및 Dv,I는
Figure 112011031436216-pat00047
를 만족하고, dv,Q 및 Dv,Q는
Figure 112011031436216-pat00048
를 만족한다.
또한, 도 2에 도시된 후보 신호 서브시퀀스 생성 단계(S210)는 결합된 부가적 맵핑 신호 서브시퀀스 및 신호 서브시퀀스를 시간 영역에서 합산하여 선형 결합 값을 생성한다(S320).
또한, 도 2에 도시된 후보 신호 서브시퀀스 생성 단계(S210)는 선형 결합 값에 회전 인자를 적용하여 상기 후보 신호 서브시퀀스를 생성한다(S330).
즉, v번째 서브블록의 후보 신호 서브시퀀스 xv (q)는 하기 수학식 9와 같이 정의된다.
Figure 112011031436216-pat00049
(v는 서브블록 인덱스, xv (q)는 v번째 서브블록에 해당하는 후보 신호 서브시퀀스, cv r은 회전 인자, av (l)은 v번째 신호 서브시퀀스, mv (p)는 결합된 부가적 맵핑 신호 서브시퀀스, cv i 및 cv q는 선택 인자로 각각 0 또는 1, dv,I (l)은 v번째 부가적 맵핑 심볼 서브 블록의 실수 성분을 IFFT한 부가적 맵핑 신호 서브 시퀀스, dv,Q (l)은 v번째 부가적 맵핑 심볼 서브 블록의 허수 성분을 IFFT한 부가적 맵핑 신호 서브 시퀀스)
회전 인자 cv r은 v가 1일 때는 1로 정의되고, v가 1이 아닐 때는 {+1, -1, +j, -j} 중 하나로 선택될 수 있다.
결국, l번째 서브블록 파티셔닝 시퀀스
Figure 112011031436216-pat00050
에 의해 생성된 u번째 후보 신호 시퀀스(x(u))는 하기 수학식 10과 같이 모든 서브블록들에 대한 후보 신호 서브시퀀스들을 합하여 얻어진다.
Figure 112011031436216-pat00051
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 직교 주파수 분할 다중화 시스템 통신 장치를 나타낸 블록도이다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 직교 주파수 분할 다중화 시스템 통신 장치는 서브블록 파티션부(410), 부가적 맵핑 심볼 서브블록 생성부(420), IFFT부(430), 후보 신호 시퀀스 생성부(440) 및 최소 PAPR 선택부(450)를 포함한다.
서브블록 파티션부(410)는 OFDM 심볼 시퀀스를 둘 이상의 서브블록들(A1, A2, ..., AV)로 파티션한다.
부가적 맵핑 심볼 서브블록 생성부(420)는 서브블록들(A1, A2, ..., AV) 각각에 대응하는 부가적 맵핑 심볼 서브블록들(D1, D2, ..., DV)을 생성한다.
이 때, 부가적 맵핑 심볼 서브블록 생성부(420)는 서브블록에 해당하는 심볼을 컨스틸레이션(constellation) 상의 다른 심볼 포인트로 맵핑하여 부가적 맵핑 심볼 서브블록을 생성할 수 있다. 이 때, 부가적 맵핑 심볼 서브블록 생성부(420)는 상기 수학식 7에 의하여 생성될 수 있다.
IFFT부(430)는 서브블록들(A1, A2, ..., AV) 및 부가적 맵핑 심볼 서브블록들(D1, D2, ..., DV)을 역 고속 푸리에 변환하여 신호 서브시퀀스들(a1, a2, ..., aV) 및 부가적 맵핑 신호 서브시퀀스들(d1,I+jd1,Q, d2,I+jd2,Q, ..., dV,I+jdV,Q)을 생성한다.
후보 신호 시퀀스 생성부(440)는 신호 서브시퀀스들(a1, a2, ..., aV) 및 부가적 맵핑 신호 서브시퀀스들(d1,I+jd1,Q, d2,I+jd2,Q, ..., dV,I+jdV,Q)을 이용하여 후보 신호 시퀀스들(x(u), u는 후보 신호 시퀀스 인덱스)을 생성한다.
이 때, 후보 신호 시퀀스 생성부(440)는 둘 이상의 후보 신호 서브시퀀스 생성부 및 합산부를 포함할 수 있다. 후보 신호 서브시퀀스 생성부는 서브블록들(A1, A2, ..., AV) 각각에 대응하는 후보 신호 서브시퀀스들(x1, x2, ..., xV)을 생성한다. 합산부는 후보 신호 서브시퀀스들(x1, x2, ..., xV)을 합하여 후보 신호 시퀀스(x(u))를 생성한다.
이 때, 후보 신호 서브시퀀스 생성부는 선택 인자에 의해 선택된 실수 성분을 IFFT한 부가적 맵핑 신호 서브시퀀스 및 허수 성분을 IFFT한 부가적 맵핑 신호 서브시퀀스 중 어느 하나 이상을 이용하여, 결합된 부가적 맵핑 신호 서브시퀀스를 생성하고, 결합된 부가적 맵핑 신호 서브시퀀스 및 신호 서브시퀀스를 시간 영역에서 선형 결합하여 선형 결합 값을 생성하고, 선형 결합 값에 회전 인자를 적용하여 후보 신호 서브시퀀스를 생성할 수 있다. 즉, 후보 신호 서브시퀀스 생성부는 상기 수학식 9에 의해 후보 신호 서브시퀀스를 생성할 수 있다.
최소 PAPR 선택부(450)는 후보 신호 시퀀스들 중 최소 PAPR에 상응하는 후보 신호 시퀀스를 선택한다.
이상에서 살펴본 후보 신호 시퀀스 생성은 후보 심볼 시퀀스의 컨스틸레이션 맵핑에 해당한다.
Figure 112011031436216-pat00052
이 v번째 서브블록의 q번째 후보 심볼 시퀀스라 하면 후보 심볼 시퀀스와 후보 신호 시퀀스는 하기 수학식 11과 같은 관계에 있다.
Figure 112011031436216-pat00053
도 5는 맵핑 벡터값의 변화에 따라 16진 QAM에서 서브블록 심볼 Av,k (q)이 맵핑되는 컨스틸레이션 포인트를 나타낸 도면이다.
도 5를 참조하면, 서브블록 심볼 Av,k (q)이 주어졌을 때, Xv,k (q)의 컨스틸레이션 포인트가 맵핑 벡터{cv r, cv i, cv q} 값의 변화에 따라 달라지는 것을 알 수 있다.
Xv,k (q)는 cv i에 의해 시간 축에서 반대 사분면의 동일한 위치로 맵핑되고, cv q에 의해 주파수 축에서 반대 사분면의 동일한 위치로 맵핑된다. 그리고, Xv,k (q)는 cv r에 따라 π/2의 멀티플들로 회전된다.
결과적으로 후보 심볼은 맵핑 벡터{cv r, cv i, cv q} 값에 따라 16개의 컨스틸레이션 포인트들 중 하나로 맵핑된다.
동일한 피크 파워를 갖는 후보 신호 시퀀스들이 중복 생성되는 것을 피하기 위해 c1 r은 1로 고정된다.
또한, 모든 v에 대하여 cv r이 1이고, cv i와 cv q가 동일한 경우에 각각의
Figure 112011031436216-pat00054
에서 4개의 동일한 후보 신호 시퀀스들이 생성된다. 따라서, 중첩되지 않는 서브블록들의 수가 V개이고, 서브블록 파티셔닝 시퀀스들의 수가 L일 때, 후보 신호 시퀀스들의 총 수는 하기 수학식 12와 같이 얻어질 수 있다.
Figure 112011031436216-pat00055
예를 들어, V가 2이고, L이 1이면, Utot는 64가 되고, V가 2이고, L이 2이면, Utot는 124가 된다.
후보 신호 시퀀스들의 총 수는 V가 증가함에 따라 기하급수적으로(exponentially) 증가한다.
추가로, L이 1로 고정되면 서브스크립트 l은 생략될 수 있으므로 본 명세서 상의 수학식에서 l이 생략된 경우도 있음을 밝혀 둔다.
이상에서와 같이 본 발명에 따른 직교 주파수 분할 다중화 시스템의 PAPR 감소 방법 및 이를 위한 직교 주파수 분할 다중화 시스템 통신 장치는 상기한 바와 같이 설명된 실시예들의 구성과 방법이 한정되게 적용될 수 있는 것이 아니라, 상기 실시예들은 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수도 있다.
410: 서브블록 파티션부
420: 부가적 맵핑 심볼 서브블록 생성부
430: IFFT부
440: 후보 신호 시퀀스 생성부
450: 최소 PAPR 선택부

Claims (12)

  1. OFDM 심볼 시퀀스를 둘 이상의 서브블록들로 파티션하는 단계;
    하기 수학식 1을 이용하여 상기 서브블록들 각각에 대응하는 부가적 맵핑 심볼 서브블록을 생성하는 단계;
    상기 서브블록들 및 상기 부가적 맵핑 심볼 서브블록을 역 고속 푸리에 변환하여 신호 서브시퀀스 및 부가적 맵핑 신호 서브시퀀스를 생성하는 단계;
    하기 수학식 2에 의해 상기 서브블록들 각각에 대응하는 후보 신호 서브시퀀스를 생성하는 단계;
    상기 서브블록들 전체에 대한 후보 신호 서브시퀀스들을 합하여 상기 후보 신호 시퀀스들 중 하나를 생성하는 단계; 및
    상기 후보 신호 시퀀스들 중 최소 PAPR에 상응하는 후보 신호 시퀀스를 선택하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 직교 주파수 분할 다중화 시스템의 PAPR 감소 방법.
    [수학식 1]
    Figure 112012055483316-pat00065

    (Dv,k는 부가적 맵핑 심볼 서브블록을 이루는 k번째 요소, d는 심볼들 사이의 최소 거리, v는 서브블록 인덱스, k는 0이상 N 미만인 정수, i는 Av,k (l)이 속한 사분면의 인덱스, M은 QAM 진수, Q(i)는 i번째 사분면)
    [수학식 2]
    Figure 112012055483316-pat00066

    (v는 서브블록 인덱스, xv (q)는 v번째 서브블록에 해당하는 후보 신호 서브시퀀스, cv r은 회전 인자, av (l)은 v번째 신호 서브시퀀스, mv (p)는 결합된 부가적 맵핑 신호 서브시퀀스, cv i 및 cv q는 선택 인자로 각각 0 또는 1, dv,I (l)은 v번째 부가적 맵핑 심볼 서브 블록의 실수 성분을 IFFT한 부가적 맵핑 신호 서브 시퀀스, dv,Q (l)은 v번째 부가적 맵핑 심볼 서브 블록의 허수 성분을 IFFT한 부가적 맵핑 신호 서브 시퀀스)
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 부가적 맵핑 심볼 서브블록을 생성하는 단계는
    상기 서브블록에 해당하는 심볼을 컨스틸레이션 상의 다른 심볼 포인트로 맵핑하는 상기 부가적 맵핑 심볼 서브블록을 생성하는 것을 특징으로 하는 직교 주파수 분할 다중화 시스템의 PAPR 감소 방법.
  6. 삭제
  7. OFDM 심볼 시퀀스를 둘 이상의 서브블록들로 파티션하는 서브블록 파티션부;
    하기 수학식 1을 이용하여 상기 서브블록들 각각에 대응하는 부가적 맵핑 심볼 서브블록들을 생성하는 부가적 맵핑 심볼 서브블록 생성부;
    상기 서브블록들 및 상기 부가적 맵핑 심볼 서브블록들을 역 고속 푸리에 변환하여 신호 서브시퀀스들 및 부가적 맵핑 신호 서브시퀀스들을 생성하는 IFFT부;
    하기 수학식 2에 의해 상기 서브블록들 각각에 대응하는 후보 신호 서브시퀀스를 생성하고, 상기 서브블록들 전체에 대한 후보 신호 서브시퀀스들을 합하여 상기 후보 신호 시퀀스들 각각을 생성하는 후보 신호 시퀀스 생성부; 및
    상기 후보 신호 시퀀스들 중 최소 PAPR에 상응하는 후보 신호 시퀀스를 선택하는 최소 PAPR 선택부
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 직교 주파수 분할 다중화 시스템 통신 장치.
    [수학식 1]
    Figure 112012055483316-pat00067

    (Dv,k는 부가적 맵핑 심볼 서브블록을 이루는 k번째 요소, d는 심볼들 사이의 최소 거리, v는 서브블록 인덱스, k는 0이상 N 미만인 정수, i는 Av,k (l)이 속한 사분면의 인덱스, M은 QAM 진수, Q(i)는 i번째 사분면)
    [수학식 2]
    Figure 112012055483316-pat00068

    (v는 서브블록 인덱스, xv (q)는 v번째 서브블록에 해당하는 후보 신호 서브시퀀스, cv r은 회전 인자, av (l)은 v번째 신호 서브시퀀스, mv (p)는 결합된 부가적 맵핑 신호 서브시퀀스, cv i 및 cv q는 선택 인자로 각각 0 또는 1, dv,I (l)은 v번째 부가적 맵핑 심볼 서브 블록의 실수 성분을 IFFT한 부가적 맵핑 신호 서브 시퀀스, dv,Q (l)은 v번째 부가적 맵핑 심볼 서브 블록의 허수 성분을 IFFT한 부가적 맵핑 신호 서브 시퀀스)
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 삭제
  11. 청구항 7에 있어서,
    상기 부가적 맵핑 심볼 서브블록 생성부는
    상기 서브블록에 해당하는 심볼을 컨스틸레이션 상의 다른 심볼 포인트로 맵핑하는 상기 부가적 맵핑 심볼 서브블록을 생성하는 것을 특징으로 하는 직교 주파수 분할 다중화 시스템 통신 장치.
  12. 삭제
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