KR101407253B1 - Method for clipping peak in wireless communication system - Google Patents

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KR101407253B1 KR1020120094262A KR20120094262A KR101407253B1 KR 101407253 B1 KR101407253 B1 KR 101407253B1 KR 1020120094262 A KR1020120094262 A KR 1020120094262A KR 20120094262 A KR20120094262 A KR 20120094262A KR 101407253 B1 KR101407253 B1 KR 101407253B1
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Abstract

본 발명은 무선통신 시스템에서 피크 클리핑 방법에 관한 것으로서, 무선통신 시스템에서 송신신호의 크기가 기준값을 초과하는 경우 송신신호의 확률분포를 기반으로 양자화한 후 양자화단계에 대응되는 감쇄이득을 이득감쇄 테이블에서 선택하여 송신신호에 곱함으로써 송신신호를 클리핑하여 송신신호의 이득을 조정하고 고출력 전력 증폭기의 비선형 왜곡을 줄여 효율적으로 사용할 수 있도록 할 뿐만 아니라 송신신호의 클리핑을 위한 연산량을 감소시킬 수 있다. The present invention relates to a peak clipping method in a wireless communication system, and more particularly, to a peak clipping method in a wireless communication system, which quantizes based on a probability distribution of a transmission signal when a magnitude of a transmission signal exceeds a reference value, So that the transmission signal is clipped to adjust the gain of the transmission signal, the nonlinear distortion of the high output power amplifier can be reduced and used efficiently, and the amount of computation for clipping of the transmission signal can be reduced.

Description

무선통신 시스템에서 피크 클리핑 방법{METHOD FOR CLIPPING PEAK IN WIRELESS COMMUNICATION SYSTEM}METHOD FOR CLIPPING PEAK IN WIRELESS COMMUNICATION SYSTEM FIELD OF THE INVENTION [0001]

본 발명은 무선통신 시스템에서 피크 클리핑 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 무선통신 시스템에서 송신신호의 크기가 기준값을 초과하는 경우 송신신호의 확률분포를 기반으로 한 양자화된 클리핑 레벨을 결정하여 송신신호를 클리핑함으로써 송신신호의 신호이득을 조정하는 무선통신 시스템에서 피크 클리핑 방법에 관한 것이다.
The present invention relates to a peak clipping method in a wireless communication system, and more particularly, to a method and apparatus for determining a quantized clipping level based on a probability distribution of a transmission signal when a size of a transmission signal exceeds a reference value in a wireless communication system, To a peak clipping method in a wireless communication system that adjusts the signal gain of a transmission signal.

무선통신 시스템에서 신호의 대역폭이 증가한 광대역 신호의 경우 피크대 평균전력비(Crest Factor 또는 Peak to Average Power Ratio: CF 또는 PAPR)가 매우 커지게 된다. 이런 피크대 평균전력비는 기지국 또는 단말기의 출력측의 고출력 증폭기(High Power Amplifier: HPA)의 효율과 밀접한 관련이 있다. In a wireless communication system, a peak-to-average power ratio (Crest Factor or Peak to Average Power Ratio: CF or PAPR) becomes very large in the case of a broadband signal in which the bandwidth of the signal is increased. This peak-to-average power ratio is closely related to the efficiency of the High Power Amplifier (HPA) at the output of the base station or terminal.

고출력 증폭기의 설계 기준이 신호의 평균전력보다 피크 전력에 달려 있으므로 평균전력이 동일한 경우 피크 전력이 낮을수록 고출력 증폭기의 부하가 작아져서 보다 효율적인 증폭기의 설계가 가능하다. Since the design criterion of the high-power amplifier depends on the peak power rather than the average power of the signal, when the average power is the same, the lower the peak power, the smaller the load of the high-power amplifier.

또한, 무선통신 시스템에서 높은 피크대 평균전력비로 인하여 전송신호가 고출력 전력 증폭기(High Power Amplifier)의 선형 동작 범위를 벗어나게 되어 상기 시스템 성능이 저하되는 문제점이 있다.Also, in a wireless communication system, a transmission signal deviates from a linear operation range of a high power amplifier due to a high peak-to-average power ratio, thereby deteriorating the system performance.

따라서, 무선통신 시스템은 피크대 평균전력을 감시키기 위한 연구가 진행되고 있으며, 일반적으로 이를 크레스트 팩터 감소(Crest Factor Reduction: CFR) 기술이라고 하며, 현실적으로 구현이 가능한 디지털 도메인(Digital Domain)에서 구현되는 실정이다. Therefore, in order to reduce the peak-to-average power of a wireless communication system, studies are underway. Generally, this is called a Crest Factor Reduction (CFR) technique and is implemented in a digital domain It is true.

관련 선행기술로는 대한민국 공개특허 10-2008-0070147호(2008.07.30.) "무선통신 시스템에서 피크 전력 대 평균 전력비를 감소시키기 위한 장치 및 방법"이 있다.
Related prior art is Korean Patent Laid-Open No. 10-2008-0070147 (July 30, 2008) entitled " Apparatus and Method for Reducing Peak Power to Average Power Ratio in a Wireless Communication System ".

본 발명은 무선통신 시스템에서 송신신호의 크기가 기준값을 초과하는 경우 송신신호의 확률분포를 기반으로 한 양자화된 클리핑 레벨을 결정하여 송신신호를 클리핑 함으로써 송신신호의 신호이득을 조정하는 무선통신 시스템에서 피크 클리핑 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
The present invention relates to a wireless communication system for adjusting a signal gain of a transmission signal by determining a quantized clipping level based on a probability distribution of a transmission signal and clipping a transmission signal when the size of a transmission signal exceeds a reference value in a wireless communication system The present invention provides a peak clipping method.

본 발명의 일 측면에 따른 무선통신 시스템에서 피크 클리핑 방법은 고출력 전력증폭기를 통해 송신될 송신신호의 크기가 기준값을 초과하는가 비교하여 송신신호의 크기가 기준값을 초과하는 경우 송신신호에 대한 감쇄이득을 선택하는 단계; 및 송신신호에 감쇄이득을 적용하여 송신신호를 클리핑 하는 단계;를 포함하되, 감쇄이득을 선택하는 단계는 송신신호에 대해 신호크기 확률분포에 따른 양자화를 수행하여 양자화단계를 선택하는 단계; 및 이득감쇄 테이블에서 양자화단계에 대응되는 감쇄이득을 선택하는 단계를 포함하며, 양자화단계를 선택하는 단계는 송신신호와 동일한 확률을 갖는 신호크기 확률분포를 기반으로 근사화시켜 양자화단계를 선택하는 것을 특징으로 한다.
A peak clipping method in a wireless communication system according to an aspect of the present invention compares a magnitude of a transmission signal to be transmitted through a high power amplifier with a reference value, Selecting; And a step of clipping the transmission signal by applying an attenuation gain to the transmission signal, wherein the step of selecting the attenuation gain comprises: quantizing the transmission signal by a signal magnitude probability distribution to select a quantization step; And selecting an attenuation gain corresponding to a quantization step in a gain attenuation table, wherein the step of selecting a quantization step is a step of selecting a quantization step by approximating based on a signal magnitude probability distribution having the same probability as a transmission signal .

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본 발명은 무선통신 시스템에서 송신신호의 크기가 기준값을 초과하는 경우 송신신호의 확률분포를 기반으로 양자화한 후 양자화단계에 대응되는 감쇄이득을 이득감쇄 테이블에서 선택하여 송신신호에 곱함으로써 송신신호를 클리핑 함으로써 송신신호의 이득을 조정하여 고출력 전력 증폭기의 비선형 왜곡을 줄여 효율적으로 사용할 수 있도록 할 뿐만 아니라 송신신호의 클리핑을 위한 연산량을 감소시킬 수 있다.
In a wireless communication system, when a size of a transmission signal exceeds a reference value, the wireless communication system quantizes based on a probability distribution of a transmission signal, selects an attenuation gain corresponding to the quantization step from a gain attenuation table, multiplies the transmission signal, By clipping, the gain of the transmission signal can be adjusted to reduce the nonlinear distortion of the high-output power amplifier so as to be efficiently used, and the amount of computation for clipping of the transmission signal can be reduced.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선통신 시스템에서 피크 클리핑 장치를 나타낸 블록구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시에에 따른 무선통신 시스템에서 피크 클리핑 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선통신 시스템에서 송신신호에 대한 신호크기 확률분포를 나타낸 그래프이다. 1 is a block diagram illustrating a peak clipping apparatus in a wireless communication system according to an embodiment of the present invention.
2 is a flowchart for explaining a peak clipping method in a wireless communication system according to an embodiment of the present invention.
3 is a graph illustrating a signal magnitude probability distribution for a transmission signal in a wireless communication system according to an embodiment of the present invention.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 무선통신 시스템에서 피크 클리핑 방법의 일 실시예를 설명한다. 이 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다. 또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로, 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.Hereinafter, an embodiment of a peak clipping method in a wireless communication system according to the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. In this process, the thicknesses of the lines and the sizes of the components shown in the drawings may be exaggerated for clarity and convenience of explanation. In addition, the terms described below are defined in consideration of the functions of the present invention, which may vary depending on the intention or custom of the user, the operator. Therefore, definitions of these terms should be made based on the contents throughout this specification.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선통신 시스템에서 피크 클리핑 장치를 나타낸 블록구성도이다. 1 is a block diagram illustrating a peak clipping apparatus in a wireless communication system according to an embodiment of the present invention.

도 1에 도시된 바와 같이 무선통신 시스템에서 피크 클리핑 장치는 초과검출기(10), 제어기(20) 및 신호이득 조정기(30)를 포함한다. 1, a peak clipping apparatus in a wireless communication system includes an excess detector 10, a controller 20 and a signal gain adjuster 30. [

초과검출기(10)는 고출력 전력 증폭기(미도시)를 통해 송신될 송신신호의 크기가 기준값을 초과하는가 판단한다. The excess detector 10 determines whether the magnitude of the transmission signal to be transmitted through the high output power amplifier (not shown) exceeds the reference value.

제어기(20)는 초과검출기(10)에서 기준값을 초과한 것으로 판단된 경우 송신신호에 대해 신호크기 확률분포에 따른 양자화를 수행하여 양자화단계를 산출한 후 이득감쇄 테이블(40)에서 양자화단계에 대응되는 감쇄이득을 선택한다. When it is determined that the excess detector 10 has exceeded the reference value, the controller 20 quantizes the transmission signal according to the signal magnitude probability distribution to calculate the quantization step, and then the gain attenuation table 40 corresponds to the quantization step Lt; / RTI >

이때 신호크기 확률분포는 송신신호와 동일한 확률을 갖는 신호크기 확률분포를 미리 도출하여 표준화된 전력값에 의해 클리핑(clipping)할 수 있도록 한다. At this time, the signal magnitude probability distribution can be derived by previously deriving a signal magnitude probability distribution having the same probability as that of the transmission signal and clipping it by the standardized power value.

신호이득 조정기(30)는 제어기(20)에서 선택된 감쇄이득을 송신신호에 곱하여 송신신호를 클리핑하여 출력한다. The signal gain adjuster 30 multiplies the transmission signal by the selected attenuation gain in the controller 20, clipping the transmission signal, and outputs the result.

이와 같이 송신신호의 크기가 기준값을 초과하는 경우 신호크기 확률분포를 기반으로 양자화하여 양자화단계에 대응되는 감쇄이득을 이득감쇄 테이블에서 선택하여 송신신호의 이득을 클리핑함으로써 고출력 전력 증폭기의 선형구간에 포함될 수 있도록 하고 전력 증폭기의 효율을 높일 수 있을 뿐만 아니라 클리핑을 위한 연산량을 감소시킬 수 있다.
When the magnitude of the transmission signal exceeds the reference value, quantization is performed on the basis of the signal magnitude probability distribution, and the attenuation gain corresponding to the quantization step is selected from the gain attenuation table and the gain of the transmission signal is clipped to be included in the linear section of the high- Not only increase the efficiency of the power amplifier but also reduce the amount of computation for clipping.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 무선통신 시스템에서 피크 클리핑 방법을 설명하기 위한 흐름도이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선통신 시스템에서 송신신호에 대한 신호크기 확률분포를 나타낸 그래프이다. FIG. 2 is a flow chart for explaining a peak clipping method in a wireless communication system according to an embodiment of the present invention, and FIG. 3 is a graph illustrating a signal magnitude probability distribution for a transmission signal in a wireless communication system according to an embodiment of the present invention. Graph.

도 2에 도시된 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 무선통신 시스템에서 피크 클리핑 방법은 먼저, 안테나(미도시)를 통해 송신될 송신신호(Sn)의 크기에 대해 초과검출기(10)에서 송신신호(Sn)가 고출력 전력 증폭기(미도시)의 선형구간에 포함될 수 있도록 송신신호의 크기(

Figure 112012069224763-pat00001
)와 기준값(
Figure 112012069224763-pat00002
)을 비교하여 송신신호의 크기(
Figure 112012069224763-pat00003
)가 기준값(
Figure 112012069224763-pat00004
)을 초과하는가 판단한다(S10). 2, a peak clipping method in a wireless communication system according to an exemplary embodiment of the present invention first detects a peak value of a transmission signal S n to be transmitted through an antenna (not shown) The magnitude of the transmission signal S n is set so that the transmission signal S n can be included in the linear section of the high output power amplifier (not shown)
Figure 112012069224763-pat00001
) And the reference value
Figure 112012069224763-pat00002
) To determine the size of the transmitted signal (
Figure 112012069224763-pat00003
) Is the reference value
Figure 112012069224763-pat00004
) (S10).

이때 기준값(

Figure 112012069224763-pat00005
)은 수학식1과 고출력 전력 증폭기의 선형구간에 포함될 수 있는 최대전력이 초과하는가 판단한다. 이때 PAPR은 고출력 전력 증폭기의 성능에 따라 선택될 수 있다. At this time,
Figure 112012069224763-pat00005
) Determines whether or not the maximum power that can be included in the linear interval of Equation (1) and the high power amplifier is exceeded. At this time, the PAPR can be selected according to the performance of the high output power amplifier.

Figure 112012069224763-pat00006
Figure 112012069224763-pat00006

여기서 PAPR≥1이다.Where PAPR? 1.

이렇게 초과검출기(10)에서 판단한 결과 송신신호의 크기(

Figure 112012069224763-pat00007
)가 기준값(
Figure 112012069224763-pat00008
)을 초과하는 경우 제어기(20)에서 송신신호에 대해 신호크기 확률분포에 따른 양자화를 수행하여 양자화단계를 선택한다(S20). 이때 송신신호(Sn)의 크기(
Figure 112012069224763-pat00009
)가 기준값(
Figure 112012069224763-pat00010
)을 초과하지 않은 경우에는 송신신호(Sn)를 그대로 출력한다. As a result of the determination by the excess detector 10,
Figure 112012069224763-pat00007
) Is the reference value
Figure 112012069224763-pat00008
), The controller 20 quantizes the transmission signal according to the signal magnitude probability distribution to select the quantization step (S20). At this time, the size of the transmission signal S n
Figure 112012069224763-pat00009
) Is the reference value
Figure 112012069224763-pat00010
), The transmission signal S n is output as it is.

시스템을 운용하기 이전에 송신신호의 전력과 송신신호의 평균전력의 비율에 해당하는 표준화된 신호크기

Figure 112012069224763-pat00011
의 확률 분포에 의하여 생성되는 도 3에 도시된 실시 예와 같은 신호크기 확률분포를 계산하여 저장장치에 기록한다. Before operating the system, the standardized signal size corresponding to the ratio of the power of the transmitted signal to the average power of the transmitted signal
Figure 112012069224763-pat00011
The signal size probability distribution of the embodiment shown in FIG. 3 generated by the probability distribution of the signal size probability distribution is calculated and recorded in the storage device.

양자화는 사전에 송신신호(Sn)와 동일한 확률을 갖는 신호크기 확률분포를 기반으로 수학식 2와 같이 송신신호의 크기(

Figure 112012069224763-pat00012
)에 따른 분포상태에 따라 다수의 β값으로 세분화하여 근사화시켜 양자화를 수행한다. 즉, βk와 βk+1 간의에 동일한 확률 분포를 갖도록 βk을 도출한다. 여기서 k=1,...,M이다. The quantization is performed on the basis of the signal magnitude probability distribution having the same probability as the transmission signal S n in advance,
Figure 112012069224763-pat00012
), And quantization is carried out by approximating them into a plurality of values. That is, β k is derived to have the same probability distribution between β k and β k + 1 . Where k = 1, ..., M.

이때 β는 1보다 같거나 큰 값이다.At this time, β is equal to or greater than 1.

Figure 112012069224763-pat00013
Figure 112012069224763-pat00013

여기서

Figure 112012069224763-pat00014
는 신호 크기 X가 a와 b 사이에 있을 확률을 의미한다.here
Figure 112012069224763-pat00014
Means the probability that the signal size X is between a and b.

이후 송신신호에 대해 수학식 3과 같이 송신신호의 크기(

Figure 112012069224763-pat00015
)와 기준값(
Figure 112012069224763-pat00016
)을 비교하여 초과한 정도에 따라 양자화단계(βk)를 선택한다. Then, for the transmission signal, the size of the transmission signal (
Figure 112012069224763-pat00015
) And the reference value
Figure 112012069224763-pat00016
), And selects the quantization step ( k ) according to the exceeding degree.

Figure 112012069224763-pat00017
Figure 112012069224763-pat00017

여기서

Figure 112012069224763-pat00018
은 인자 범위 1≤k≤M에서 함수 f(·)를 최소화하는 인자 k를 구하는 수식이다. here
Figure 112012069224763-pat00018
Is a formula for obtaining a factor k that minimizes the function f (·) in the range 1≤k≤M.

이렇게 송신신호의 크기(

Figure 112012069224763-pat00019
)가 기준값(
Figure 112012069224763-pat00020
)을 초과한 정도에 따라 양자화단계(βk)가 선택되면 수학식 4와 같이 이득감쇄 테이블(40)에서 양자화단계(βk)에 대응되는 감쇄이득을 선택한다(S30). In this way,
Figure 112012069224763-pat00019
) Is the reference value
Figure 112012069224763-pat00020
) And when the quantization step (β k) is selected according to the degree of attenuation exceeds a selected gain corresponding to the quantization step (β k) in gain attenuation table 40 as shown in Equation (4) to (S30).

Figure 112012069224763-pat00021
Figure 112012069224763-pat00021

선택된 감쇄이득은 이득신호 조정기(30)에서 곱하기 연산에 의해 송신신호(Sn)의 신호이득을 조정하여 피크신호가 클리핑된 신호(Zn)로 출력된다(S40)(S50). The selected attenuation gain is adjusted by multiplying the signal gain of the transmission signal S n by the gain signal adjuster 30 so that the peak signal is output as the clipped signal Z n (S40) (S50).

이와 같이 본 발명에 의한 무선통신 시스템에서 피크 클리핑 방법에 따르면, 무선통신 시스템에서 송신신호의 크기가 기준값을 초과하는 경우 양자화단계에 대응되는 감쇄이득을 이득감쇄 테이블에서 선택하여 송신신호에 곱함으로써 송신신호를 클리핑하여 송신신호의 이득을 조정하고 고출력 전력 증폭기의 비선형 왜곡을 줄여 효율적으로 사용할 수 있도록 할 뿐만 아니라 송신신호의 클리핑을 위한 연산량을 감소시킬 수 있다.
As described above, according to the peak clipping method in the wireless communication system according to the present invention, when the magnitude of the transmission signal exceeds the reference value in the wireless communication system, the attenuation gain corresponding to the quantization step is selected from the gain attenuation table, Clipping the signal to adjust the gain of the transmission signal and to reduce the nonlinear distortion of the high output power amplifier so as to use it efficiently, as well as reduce the amount of computation for clipping the transmission signal.

본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 하여 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 기술적 보호범위는 아래의 특허청구범위에 의해서 정하여져야 할 것이다.
While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it will be understood by those of ordinary skill in the art that various changes in form and details may be made therein without departing from the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims. I will understand. Accordingly, the technical scope of the present invention should be defined by the following claims.

10 : 초과검출기
20 : 제어기
30 : 신호이득 조정기
40 : 이득감쇄 테이블10: excess detector
20:
30: Signal Gain Regulator
40: Gain attenuation table

Claims (3)

고출력 전력증폭기를 통해 송신될 송신신호의 크기가 기준값을 초과하는가 비교하여 상기 송신신호의 크기가 상기 기준값을 초과하는 경우 상기 송신신호에 대한 감쇄이득을 선택하는 단계; 및
상기 송신신호에 상기 감쇄이득을 적용하여 상기 송신신호를 클리핑하는 단계;를 포함하되,
상기 감쇄이득을 선택하는 단계는 상기 송신신호에 대해 신호크기 확률분포에 따른 양자화를 수행하여 양자화단계를 선택하는 단계; 및 이득감쇄 테이블에서 상기 양자화단계에 대응되는 상기 감쇄이득을 선택하는 단계를 포함하며,
상기 양자화단계를 선택하는 단계는 송신신호와 동일한 확률을 갖는 신호크기 확률분포를 기반으로 근사화시켜 상기 양자화단계를 선택하는 것을 특징으로 하는 무선통신 시스템에서 피크 클리핑 방법. Selecting an attenuation gain for the transmission signal when the magnitude of the transmission signal to be transmitted through the high output power amplifier exceeds a reference value and the magnitude of the transmission signal exceeds the reference value; And
And clipping the transmission signal by applying the attenuation gain to the transmission signal,
Wherein the selecting of the attenuation gain comprises: quantizing the transmission signal with a signal magnitude probability distribution to select a quantization step; And selecting the attenuation gain corresponding to the quantization step in a gain attenuation table,
Wherein the step of selecting the quantization step approximates the signal magnitude distribution having the same probability as the transmission signal and selects the quantization step. 삭제delete 삭제delete
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