KR101524890B1

KR101524890B1 - Ｏｆｄｍ 통신 네트워크에서의 피크 전력 대 평균 전력비의 적응적인 저감 방법 및 시스템

Info

Publication number: KR101524890B1
Application number: KR1020107007999A
Authority: KR
Inventors: 닝 구오; 닐 맥고완; 브래들리 존 모리스
Original assignee: 애플 인크.
Priority date: 2007-10-04
Filing date: 2008-10-03
Publication date: 2015-06-01
Also published as: CN101861720A; JP2010541431A; US8842757B2; EP2541860B1; JP5317302B2; US20130329817A1; BRPI0817599A2; BRPI0817599B1; US8331466B2; EP2541860A2; KR20100058638A; EP2541860A3; EP2206307A4; WO2009043172A1; EP2206307A1; US20090092195A1; EP2206307B1; CN101861720B

Abstract

통신 시스템에서 피크 전력 대 평균 전력비를 적응적으로 저감하는 방법 및 시스템. 에너지는 변조된 신호의 하나 이상의 피크로부터 클립핑된다. 변조된 신호는 복수의 부반송파를 포함한다. 하나 이상의 데이터 부반송파는 공지된 스케쥴링 정보에 의거한 피크 전력 대 평균 전력비 저감 사용을 위해 적응적으로 선택된다. 클립핑된 에너지는 하나 이상의 데이터 부반송파로 분배된다.

Description

ＯＦＤＭ 통신 네트워크에서의 피크 전력 대 평균 전력비의 적응적인 저감 방법 및 시스템{METHOD AND SYSTEM FOR ADAPTIVE PEAK TO AVERAGE POWER RATIO REDUCTION IN OFDM COMMUNICATION NETWORKS}

본 발명은 통상적으로 통신 시스템에서의 전력 제어를 위한 방법 및 시스템에 관한 것이고, 특히 직교 주파수 분할 다중("OFDM") 통신 시스템에서 리저빙(reserving)된 액티브 부반송파로 과잉 에너지를 적응적으로 분배함으로써 피크 전력 대 평균 전력비("PAPR")를 저감하는 방법 및 시스템에 관한 것이다.

그 신뢰성과 높은 스펙트럴 효율(spectral efficiency)로 인해 셀룰러와 퍼스널 커뮤니케이션 시스템("PCS")와 같은 무선 애플리케이션내에서 직교 주파수 분할 다중("OFDM") 기술의 사용이 지속적으로 증가하고 있다. OFDM은 멀티패스 신호(multipath signal)에 대하여 높은 허용도를 갖고, 스펙트럴적으로(spectrally) 효율적이어서 무선 통신 시스템을 위한 좋은 선택을 제공한다. 높은 스펙트럴 효율, 채널 페이딩에 대한 로버스트성(robustness), 임펄스 간섭에 대한 이뮤니티(immunity), 균일한 평균 스펙트럴 밀도(spectral density), 및 매우 강한 에코 처리 능력 등의 유리한 특성으로 인해 다양한 디지털 통신 애플리케이션에서 상당한 관심을 얻고 있다. OFDM 기술은 현재 다수의 새로운 광대역 통신 방식과 다수의 다른 무선 통신 시스템에서 사용되고 있다.

특히, OFDM은 서로 직교하는 파형을 생성하기 위한 역고속 푸리에 변환("IFFT") 및 복조 동작을 위한 고속 푸리에 변환("FFT")과 같은 디지털 시그널 프로세서("DSP") 알고리즘을 사용하는 멀티캐리어 변조의 특별한 형태이다.

그러나, OFDM에 관하여 몇가지 문제가 있다. 이러한 문제는 높은 피크 전력 대 평균 전력비("PAPR") 와 주파수 오프셋을 포함한다. 높은 PAPR은 전력 증폭기에서의 포화를 야기하여 대역 외 에너지의 방해와 부반송파 중에서의 상호 변조 프로덕트를 초래한다. 따라서, PAPR을 저감하는 것이 바람직하다. 대역 외 에미션 요구(out-of-band emissions requirement)를 만족시키기 위해 높은 PAPR 입력을 가진 전력 증폭기와 다른 구성요소는 큰 동적 범위에 있어서 양호한 선형성을 제공할 필요가 있다. 이러한 전력 요구는 전력 증폭기를 통신 시스템내에서 가장 고가의 구성 요소중 하나가 되게 한다. 또한, 높은 PAPR은 전력 증폭기 동작이 관련 모바일 스테이션에 대한 배터리 수명을 저감시키는 낮은 전력 효율을 갖는다는 것을 의미한다. 인프라스트럭쳐 증폭기(infrastructure amplifier)를 위한 높은 PAPR은 전력 손실과 열 발생을 증가시켜서 시스템 냉각 요구로 인한 배치 옵션을 제한하고, 시스템 신뢰도를 저하시킨다.

부반송파의 독립 위상은 부반송파 신호가 자주 구조적으로 조합하여 신호의 피크(peak)가 평균 전력의 N배(N은 부반송파의 수)가 되도록 할 수 있다는 것을 의미하기 때문에 OFDM 신호는 높은 PAPR을 나타낸다. 이러한 큰 피크는 상호 변조 왜곡의 양을 증가시켜서 에러율의 증가를 초래한다. 평균 신호 전력은 송신기 증폭기 이득 제한을 방지하기 위해 낮게 유지되어야 한다. PAPR을 최소화하는 것은 더 높은 평균 전력이 고정된 피크 전력을 위해 전송되게 하여 수신기에서의 전체 신호 대 잡음비를 향상시킨다. 따라서, PAPR을 저감시키거나 최소화하는 것이 바람직하다.

통상적으로, 높은 PAPR을 처리하기 위해 시스템은 선형 신호 체인(linear signal chain)을 사용한다. 신호 체인에 있어서의 모든 비선형성은 상호 변조 왜곡을 유발하여 신호 품질을 저하시킬 것이다. 특히, 전력 손실을 최소화하기 위해 증폭기가 자주 비선형으로 설계되는 송신기 RF 출력 회로를 위해 선형성 요구가 요청되고 있다.

이전의 PAPR 저감 방법은 예컨대 무왜곡 또는 액티브 콘스텔레이션 익스팬션(active constellation expansion) 등의 콘스텔레이션 셰이핑(Constellation Shaping)("CS") 및 톤 리저베이션(Tone Reservation)("TR")을 포함하는 두개의 그룹으로 분류될 수 있다. CS 방법에 의하면, 변조 콘스텔레이션(modulation constellation)이 변경되어 얻어진 PAPR이 만족된 채널 에러 기준에 의해 요구된 값보다 작아지게 된다. TR 방법에 의하면, 리저빙된 톤은 얻어진 PAPR이 만족된 채널 에러 기준에 의해 요구된 값보다 작은 값으로 할당된다. 톤 리저베이션 방법에서 아이디어는 PAPR 저감을 위해 톤의 작은 세트 또는 부반송파를 리저빙한다는 것이다. PAPR 저감량은 리저빙된 톤의 수, 주파수 벡터내에서의 위치, 및 복잡성의 양에 좌우된다. PAPR을 저감시키는 다른 방법도 가능하지만 이 다른 방법들은 신호 품질 또는 에러-벡터 크기(Error-Vector Magnitude)("EVM")에 영향을 준다. 그 하나의 방법은, 전체 기술이 참조에 의해 여기에 포함되고, 발명의 명칭이 "System and Method for Reducing Peak-to-Average Power Ratio in Orthogonal Frequency Division Multiplexing Signals using Reserved Spectrum"이고, 2007년 6월 21일에 공개된 Guo 등에 의한 미국 특허 공개 제2007/0140101호 공보에 개시되어 있다.

실제 OFDM 시스템에서는 선형성과 전력 손실에 대한 트레이드오프(tradeoff)에 있어서의 피크 클립핑의 적은 양이 PAPR을 제한하도록 허용된다. 그러나, 아웃-오브-밴드 스퍼스(out-of-band spurs)를 리갈 레벨(legal level)로 저감하는데 필요한 송신기 출력 필터는 클립핑(clipping)되는 피크 레벨을 재증가시키는 경향을 갖기 때문에 클립핑만으로는 PAPR 저감의 효과적인 방법이 되지 않는다. TR PAPR 저감의 한가지 방법은 왜곡 또는 노이즈가 모든 액티브 부반송파, 즉 유저 데이터를 전달하는 부반송파에 영향을 주는 것을 방지하면서 피크 신호를 클립핑하고, 공지의 리저빙된 부반송파로 초과 클립핑된 에너지를 분배함으로써 재증가된 신호를 제한한다. 그러나, 소정 시간에 있어서, 모든 "액티브" 또는 리저빙되지 않은 부반송파가 실제로 데이터를 전달하거나 소량의 노이즈의 추가에 의해 불리하게 영향을 받는 것은 아니다. 또한, 에너지 분배를 위해 다수의 리저빙된 부반송파를 갖는 것이 전체 PAPR의 감소를 돕는다 하더라도 그 결과는 더 적은수의 부반송파가 데이터를 전달하는데 이용될 수 있다는 것이다. 따라서, 이전 TR 방법도 잠재 시스템 용량을 감소시킨다.

따라서, 리저빙된 그리고 액티브 부반송파로 적절하게 초과 클립핑된 에너지를 분배함으로써 OFDM 통신 시스템의 피크 전력 대 평균 전력비를 저감시키는 시스템 및 방법이 요구된다.

본 발명은 직교 주파수 분할 다중 통신 시스템에서의 피크 전력 대 평균 전력비를 저감하기 위한 방법 및 시스템을 제공한다. 통상적으로, OFDM 심볼을 전달하는 신호의 피크 에너지가 클립핑되고, 이 클립핑된 에너지는 리저빙된 부반송파와 데이터를 전달하는 부반송파의 조합으로 분배된다. 클립핑된 신호는 신호의 성분, 예컨대 부반송파의 전체수, 각 변조 방식에 대한 부반송파의 양, 부반송파가 현재 데이터를 전달하는지의 여부 등에 관한 스케쥴러로부터의 공지된 정보에 의거하여 결정된 계수를 갖는 주파수 도메인에서 생성된 필터를 통해 통과한다.

본 발명의 일실시형태에 의하면, 통신 시스템에서의 피크 전력 대 평균 전력비를 적응적으로 저감하는 방법이 제공된다. 에너지는 변조된 신호의 하나 이상의 피크로부터 클립핑된다. 변조된 신호는 복수의 부반송파를 포함한다. 하나 이상의 데이터 부반송파는 공지된 스케쥴링 정보에 의거한 피크 전력 대 평균 전력비 저감 사용을 위해 적응적으로 선택된다. 클립핑된 에너지는 하나 이상의 데이터 부반송파로 적응적으로 분배된다.

본 발명의 다른 실시형태에 의하면, 통신 시스템에서의 피크 전력 대 평균 전력비를 적응적으로 저감하기 위한 시스템은 스케쥴러, 클립퍼, 및 필터를 포함한다. 스케쥴러는 피크 전력 대 평균 전력비 저감을 위해 하나 이상의 데이터 부반송파를 적응적으로 선택하도록 동작한다. 클립퍼는 변조된 신호의 하나 이상의 피크로부터 에너지를 클립핑하도록 동작한다. 변조된 신호는 복수의 부반송파를 갖는 직교 주파수 분할 다중 심볼을 포함한다. 필터는 스케쥴러와 클립퍼에 통신 가능하게 접속되어 있다. 필터는 하나 이상의 데이터 부반송파로 클립핑된 에너지를 적응적으로 분배하도록 동작한다.

첨부 도면과 관련하여 후술하는 상세한 설명을 참조함으로써 본 발명 및 이에 수반하는 장점과 특징이 용이하게 완전히 이해될 것이다.

도 1은 본 발명의 원리에 의해 주파수 도메인에서 구성된 예시적인 피크 전력 대 평균 전력비 저감 시스템의 블록도이다.
도 2는 본 발명의 원리에 의해 구성된 예시적 F-필터 응답의 그래프이다.
도 3은 볼 발명의 원리에 의해 시간 도메인에서 구성된 대체 피크 전력 대 평균 전력비("PAPR") 저감 시스템의 블록도이다.
도 4는 본 발명의 원리에 의해 구성된 예시적인 g-펑션 응답 그래프이다.

본 발명에 의한 예시적 실시형태를 상세히 설명하기 전에 직교 주파수 분할 다중("OFDM") 통신 시스템에서 리저빙된 액티브 부반송파중에 초과 클립핑된 에너지를 적응적으로 분배함으로써 피크 전력 대 평균 전력비("PAPR")를 저감하는 시스템 및 방법을 구현하는데 관련된 장치 구성 요소 및 처리 스텝의 조합으로 상기 실시형태가 우선적으로 존재한다는 것을 알린다. 따라서, 상기 시스템 및 방법 구성 요소는 여기에서 설명의 이익을 갖는 당업자에게 용이하게 명백하게 될 상세한 설명을 모호하게 하지 않도록 본 발명의 실시형태를 이해하는데 적절한 특징만을 나타내고, 도면에 있어서 종래의 심볼에 의해 적합하게 표현된다.

여기서 사용된 바와 같이, "제 1"과 "제 2", "상부"와 "저부" 등의 관련 용어는 이러한 엔터티와 요소 사이에서의 물리적 또는 논리적 관계나 순서를 필요에 따라 요구하거나 의미하지 않고 다른 엔터티와 요소로부터 하나의 엔터티와 요소를 구별하는데만 사용될 수 있다.

본 발명의 일실시형태는 OFDM 통신 시스템에서 리저빙된 액티브 부반송파로 초과 에너지를 분배함으로써 PAPR을 저감하는 방법 및 시스템을 제공한다. 통상적으로, 스케쥴러는 상이한 변조 방식을 갖는 상이한 부반송파로 유저를 할당하고, 현재의 할당을 트렉킹(tracking)한다. 이러한 정보는 견딜 수 있는 노이즈의 양뿐만 아니라 추가적인 노이즈가 견딜 수 있는 부반송파를 상호적으로 결정하는데 사용된다. 저감된 PAPR은 시스템 구성의 복잡성을 증가시키는 것뿐만 아니라 더 낮은 전력 증폭기의 사용을 허용함으로써 전체 시스템 비용을 저감시킨다. 또한, 본 발명의 실시형태는 노이즈가 시스템 성능상에 최소의 부정적 영향을 주는 경우에 초과 노이즈 영향에 대해서만 리저빙된 부반송파의 수를 감소시키고 이러한 영향을 부반송파로 한번에 분배함으로써 전체 시스템 용량을 증가시킨다.

OFDM 통신 시스템의 예는 Institute of Electrical and Electronics Engineering("IEEE") 표준 radio 802.11a, b, g, 및 n에 따라 규정된 wireless local area network("WLAN") 프로토콜(이하, "Wi-Fi"), IEEE 802.16에 따라 규정된 Wireless MAN/Fixed Broadband wireless access("BWA") 표준(이하, "WiMAX"), air interface High Speed OFDM Packet Access("HSOPA") 또는 Evolved UMTS Terrestrial Radio Access("E-UTRA")를 가진 mobile broadband 3GPP Long Term Evolution("LTE") 프로토콜, 3GPP2 Ultra Mobile Broadband("UMB") 프로토콜, digital radio systems Digital Audio Broadcasting("DAB") 프로토콜, Hybrid Digital("HD") Radio, terrestrial digital TV system Digital Video Broadcasting-Terrestrial("DVB-T"), cellular communication systems Flash-OFDM 등의 무선 프로토콜을 포함하지만 이것으로 한정되는 것은 아니다. OFDM 기술을 이용한 유선 프로토콜은 Asymmetric Digital Subscriber Line("ADSL")과 Very High Bitrate Digital Subscriber Line("VDSL") broadband access, Broadband over Power Lines("BPL")을 포함하는 Power line communication("PLC"), 및 Multimedia over Coax Alliance("MoCA") home networking을 포함한다.

OFDM 반송파의 부반송파는 Binary phase-shift keying("BPSK"), Quadrature phase-shift keying("QPSK"), Quadrature amplitude modulation("16QAM" 또는 "64QAM") 등의 다양한 변조 방식을 이용하여 변조될 수 있다.

유사한 참조 번호가 유사한 소자를 나타내는 도면을 참조하면 본 발명의 원리에 의해 구성된 피크 전력 대 평균 전력비 저감("PAPRR") 시스템이 통상적으로 "10"으로 표시되어 도 1에 도시되어 있다. PAPRR 시스템(10)은 데이터 패킷의 각 OFDM 심볼이 송신되어 변조기(14)에 의한 변조 전에 데이터를 OFDM 신호로 맵핑할 때를 결정하는 스케쥴러(12)를 포함한다. 또한, 스케쥴러(12)는 상이한 변조 방식을 가진 상이한 부반송파로 유저를 할당하고, 현재 할당을 트랙킹하고, 컨트롤러 또는 프로세서 등의 구성 유닛(16)과 상호 작용하여 부반송파가 PAPR 저감을 위해 이용 가능한지를 결정한다.

시스템 처리량은 통상적으로 스케쥴러 특성과 리저빙된 부반송파의 수의 펑션이다. 즉, Throughut = f ₁ (N _rsch , Scheduler)이다. 적은 수의 리저빙된 부반송파는 통상적으로 PAPR을 희생하여 시스템 처리량을 증가시킨다. 또한, 스케쥴러(12)는 비례항 또는 가중치 공평성(weighted fairness) 등의 몇가지 타입의 공평 메카니즘을 실행한다. 공평한 스케쥴러에 의해 OFDM 심볼은 저차 변조, 예컨대 QPSK뿐만 아니라 고차, 예컨대 64QAM에 의한 부반송파로 이루어질 수 있다.

소정 프로토콜에 대한 에러 벡터 크기(error vector magnitude, "EVM")으로 알려진 레지듀 콘스텔레이션 에러(residue constellation error, "RCE")는 각 실제 데이터 포인트로부터 이상적인 콘스텔레이션 포인트까지의 거리를 반영하는 측정값이다. RCE는 사용된 PAPRR 알고리즘, 리저빙된 부반송파의 수, 상이한 변조 방식(예컨대, 64QAM, 16QAM 등), 및 스케쥴러 특성의 펑션이다. 즉, RCE = f ₂ (Algo _PAPRR , N _rech , N _64QAM , N _16QAM , Scheduler)이다. PAPRR 알고리즘은 필요에 따라 상이한 변조상에서의 콘스텔레이션 에러의 레벨을 제어한다. 통상적으로, 더 작은 RCE를 갖기 위해 더 많은 수의 리저빙된 부반송파가 필요하다.

스케쥴러(12)는 고차 변조, 예컨대 64QAM을 가진 심볼의 수를 제한한다. 스케쥴러(12)는 부분적으로 고차 변조 및 RCE 요구를 가진 심볼의 수에 의거하여 리저빙된 부반송파의 수를 결정한다.

본 발명의 일실시형태에 의하면, 콘스텔레이션 에러와 부반송파는 주파수 도메인에서 규정된다는 것을 인식해야 한다. 스케쥴링과 대부분의 실제 프로세싱도 주파수 도메인에서 수행된다. 또한, OFDM 심볼은 주파수 도메인에서 OFDM 반송파 신호로 변조된다.

변조된 신호는 역고속 푸리에 변환("IFFT")을 통해 신호를 통과시킴으로써 시간 도메인으로 변환된다. 스위치(20)는 송신전에 PAPRR 프로세싱을 위해 OFDM 심볼을 캡쳐링하도록 동작한다. 스위치(20)가 위치(A)에 있으면 단일 OFDM 심볼은 변조기(14)를 통과한다. 이어서, 스위치(20)는 OFDM 심볼의 PAPRR 프로세싱 중에 위치(B)로 변경된다. 제 2 스위치(21)는 개방 위치에 있는 경우에 PAPRR 프로세싱이 완료될 때까지 OFDM 심볼이 송신되는 것을 방지한다.

시간 도메인에서의 OFDM 신호는 신호의 피크를 클립핑하는 클립퍼(22)를 통해 통과됨으로써 피크 전력을 제한한다. 스케쥴러(12)로부터 수신된 성능 요구에 의거하여 구성 유닛(16)은 클립퍼(22)에 의해 사용되는 클립핑 문턱값, TH _clipping 을 설정함으로써 출력에서의 목표 출력 PAPR 레벨을 규정한다. 피크로부터 클립핑된 에너지를 포함하는 신호는 고속 푸리에 변환("FFT")(24)에 의해 주파수 도메인으로 다시 변환되고, 이에 관련된 변조 방식 또는 리저빙된 부반송파 상태와 부반송파의 수에 관한 구성 유닛(16) 및 스케쥴러(12)로부터의 정보에 따라 F-필터 생성기(28)에 의해 결정된 계수를 갖는 에너지 분배 필터(26)를 통해 통과된다. 에너지 분배 필터(26)는 추가적인 노이즈를 견딜 수 있는 것으로 스케쥴러(12)가 나타내는 부반송파상에 클립핑 프로세스에 의해 생성된 노이즈 또는 왜곡을 분배한다. 필터링된 신호는 제 2 IFFT(30)에 의해 시간 도메인으로 다시 변환되고, 추가적인 반복을 위해 클립퍼(22)를 통해 다시 전달되기 전의 원래 변조된 신호로부터 필터링된 클립핑된 신호를 사실상 제거하는 감산기(32)를 통해 원래의 신호와 결합된다. 이상적으로는, 반복의 수는 무한대로 접근하지만 실제 애플리케이션은 반복의 수를 통상적으로 약 3 또는 4로 제한한다. 추가 반복은 현저하게 향상된 결과를 산출하지 않고, 통상적으로 요구되지 않는다.

구성 유닛(16)은 반복의 수가 고정되었는지 변경 가능한지를 선택하고, 재증가 컨트롤 팩터(σ)를 결정하고, PAPRR 사용을 위해 이용 가능한 리소스의 최대량 및 최소량, 예컨대 WiMAX에 있어서 전체 부반송파의 수를 규정한다. 재증가 컨트롤 팩터(σ)는 클립핑후에 피크의 재증가를 제어하는데 사용되고, PAPRR 프로세스의 수행을 최적화한다. 재증가 컨트롤 팩터는 이하 더 상세히 논의된다. 또한, 구성 유닛(16)은 특정 변조 방식에 의해 변조된 부반송파의 량에 따라 PAPRR 목적을 위해 리저빙된 서브채널의 량(N_rsch)을 결정하는 리소스 리저베이션 펑션 f _RR ()를 규정한다. 즉, N _rsch = f _RR (N _64QAM , N _16QAM , N _QPSK )이다. 구성 유닛(16)은 부반송파상에 유저 데이터를 스제쥴링하는데 이 펑션을 사용하는 스케쥴러(12)와 리소스 리저베이션 펑션을 통신한다.

예컨대, 64QAM 변조만을 사용하는 WiMAX 통신 시스템의 가상적인 경우에 있어서, PAPR을 위해 리저빙된 부반송파의 수는 간단히 64QAM 변조된 부반송파를 갖는 전체 서브 채널의 수의 펑션이 될 수 있다. 따라서,

따라서, 시스템이 64QAM 변조에 의해 두개의 N _64QAM 서브 채널보다 적게 갖는 경우에는 리저빙된 서브 채널이 필요하지 않다. 시스템이 64QAM 변조에 의해 2개 내지 4개의 N _64QAM 서브 채널을 갖는 경우에는 하나의 리저빙된 서브 채널이 필요하다.

표 1은 몇가지 변조 방식을 사용하는 WiMAX 통신 시스템의 더 복잡한 예를 나타낸다. 이 예에 있어서, 리저빙된 부반송파의 수는 룩-업 테이블(look-up table)의 형태로 저장될 수 있다.

표 1 : 상이한 변조 방식을 위해 필요한 리저빙된 서브 채널의 수

따라서, 표 1에 나타낸 예에 따라 하나의 리저빙된 서브 채널에 의하면 상기 시스템은 4개의 QPSK 서브 채널, 6개의 16QAM 서브 채널, 및 5개의 64QAM 서브 채널까지 지원할 수 있고, 여전히 소망하는 PAPR 목표를 만족한다.

또한, 구성 유닛(16)은 RCE 또는 신호 품질 요구에 의거하여 에너지 분배 펑션 f _ED ()를 규정한다. 에너지 분배 펑션은 파일롯상의 웨이트의 벡터(F), 리저빙된 부반송파, 및 F = f _ED (RCE _64QAM , RCE _16QAM , RCE _PQSK )에 따라 상이한 순서로 변조된 데이터 부반송파를 결정한다.

스케쥴러(12)는 상이한 변조 순서로 할당된 특정 부반송파뿐만 아니라 스케쥴링중에 상이한 변조 순서로 할당된 부반송파 품질의 기록을 유지한다. 상이한 변조 순서로 할당된 리소스량의 조합이나 분배에 의거하여 스케쥴러(12)는 리소스의 단위, 예컨대 특정 서브 채널이 PAPRR 목적을 위해 리저빙되어야 하는지를 결정한다. 스케쥴러(12)는 변조된 PAPR과 리저빙된 부반송파의 맵핑을 F-필터 생성기(28)로 통신한다.

F-필터 생성기(28)는 구성 유닛(16)으로부터 에너지 분배 펑션 f _ED ()와 재증가 컨트롤 팩터(σ)를, 그리고 스케쥴러(12)로부터 각 OFDM 심볼에 대한 부반송파 맵핑을 얻는다. F-필터 생성기(28)는 에너지 분배 펑션 f _ED (), 재증가 컨트롤 팩터(σ), 및 부반송파 맵핑을 사용하여 각 OFDM 심볼에 대한 에너지 분배 필터(26)를 구축하기 위한 계수를 생성한다.

본 발명의 일실시형태는 각 변조 방식을 위해 각각 k ₁ , k ₂ , …, k _L 부반송파를 갖는 OFDM 심볼내에 L 변조 방식이 존재하는 것으로 가정함으로써 F-필터 계수를 산출한다.

방식 i의 부반송파 평균 에너지는 E _i 로 나타내고, 여기서 i = 1, 2, …, L이다. 첫번째 방식에 대한 i번째 방식에 의한 부반송파의 파워 부스트비(power boost ratio)는 dE _j 를 요구하고, j = 1, 2, …, L이다.

i번째 방식에 의한 부반송파의 세트는 SCS _i 로 나타낸다. K 방식은 대부분의 손실없이 PAPR 저감을 위해 사용되고, 변조 방식 1은 최고차를 갖는다. 각 방식은 각각 k ₁ , k ₂ , …, k _L 부반송파를 갖는다. 각 변조 방식의 잔여 콘스텔레이션 에러 요구(Residual Constellation Error requirement)는 RCE ₁ , RCE ₂ , …, RCE _K 로 각각 나타내고, 다음과 같이 규정된다.

Eclip _i 는 방식 i의 부반송파상의 평균 클립핑 간섭 에너지를 나타내고, i = 1, 2, …, K이다. RCE 비는 dRCEj로 나타내고, j = 2, …, K, 이고, 다음 식에 의해 결정될 수 있다.

이하의 계산을 수행한다:

Eclip ₁ = 1이다.

F-필터 계수 F = {F _i ｜i = 0, …, N-1}는 F _i 를 찾음으로써,

그리고 결과를 노말라이징(normalizing)함으로써 결정된다.

재증가 컨트롤 팩터(σ)는 가장 적은수의 반복을 사용하여 요구되는 신호 품질을 가진 최저 PAPR에 도달하는데 사용된다. 클립핑된 신호가 FFT(24)에 의해 주파수 도메인으로 변환되고, 에너지 분배 필터(26), IFFT(30), 및 감산기(32)를 통해 통과하면 해제가 불완전하여 사실상 피크가 재증가하는 피크 진폭을 푸시업하는 경향을 갖는다. 재증가 컨트롤 팩터는 PAPR 목표에 도달하기 위해 얼마나 신속하게, 즉 얼마나 다수의 반복이 요구되는지를 결정하는 "어그레시브니스 팩터(aggressiveness factor)"로 보여질 수 있다. 재증가 컨트롤 팩터(σ)의 값은 0과 1 사이이고, 계수를 스케일링(scaling)하는데 사용된다. 적절한 σ를 사용함으로써 소망하는 PAPR에 도달하는데 적은 반복이 요구된다. 재증가 컨트롤 팩터(σ)는 리저빙된 부반송파의 수(N _rsch ), 상이한 변조 순서(위치뿐만 아니라 수에 있어서도)에 있어서의 부반송파의 조합, 반복 순서(i _ite ), 및 신호 품질 요구에 의거하여 결정된다. 즉, σ(i _ite ) = (N _rsch , i _ite , N _64QAM , N _16QAM , N _QPSK )이다. 따라서, 재증가 팩터는 송신된 신호에 적합하도록 변경될 수 있다.

도 2를 참조하여 예시적인 에너지 분배 필터(26)를 설명한다. 에너지 분배 필터(26)는 F-필터 계수를 가진 주파수 도메인 필터이다. 에너지 분배 필터(26)는 RCE 요구를 만족시키기 위해 에너지 분배 펑션에 따라 부반송파상에 OFDM 심볼의 피크로부터 클립핑된 에너지를 스프레딩(spreading)한다. 도 2에 도시된 필터를 참조하면, 예시적 필터에 대하여 기본적으로 4개 레벨의 계수가 있다는 것을 주목해야 한다. 최고 레벨(34)은 거의 19의 계수를 가짐으로써 이 계수에 의해 표시된 부반송파에 대부분의 클립핑된 에너지를 분배한다. 제 2 레벨(36)은 거의 10의 계수를 갖고, 제 3 레벨(38)은 거의 1.5의 계수를 갖는다. 따라서, 피크 OFDM 신호로부터 클립핑된 초과 에너지는 계수 웨이트에 비례하여 반송파 스펙트럼을 교차하여 분배된다. 밴드 에지 근방의 부반송파는 0의 계수, 즉 레벨 40을 가짐으로써 이 부반송파에 초과 노이즈가 분배되는 것을 방지한다.

이제 도 3을 참조하면 PAPRR 시스템(42)이 클립핑된 OFDM 신호의 실제 필터링을 시간 도메인에서 수행하는 본 발명의 대체 실시형태가 제공된다. 이전 실시형태에서와 마찬가지로 스케쥴러(12)는 데이터 패킷의 각 OFDM 심볼이 송신될 때를 결정하고, 변조기(14)에 의한 변조전에 OFDM 신호상으로 데이터를 맵핑한다. 스케쥴러(12)는 구성 유닛(16)과 상호 작용하여 PAPR 저감을 위해 부반송파가 이용 가능한지를 결정한다. 변조된 신호는 역고속 푸리에 변환("IFFT")(18)을 통해 신호를 통과시킴으로써 시간 도메인으로 변환된다. 스위치(20)는 송신 전에 PAPRR 프로세싱을 위해 OFDM 심볼을 캡쳐링하도록 동작한다. 스위치(20)가 위치(A)에 있으면 단일 OFDM 신호는 변조기(14)를 통해 통과된다. 스위치(20)는 OFDM 심볼의 PAPRR 프로세싱 중에 위치(B)로 변경된다. OFDM 신호는 시간 도메인에서 신호의 피크를 클립핑하는 클립퍼(22)를 통해 통과함으로써 피크 전력이 제한된다. 제 2 스위치(21)는 개방 위치에 있는 경우에 PAPRR 프로세싱의 모든 반복이 완료될 때까지 OFDM 신호가 송신되는 것을 방지한다.

스케쥴러(12)로부터 수신된 성능 요구에 의거하여 구성 유닛(16)은 클립퍼(22)에 의해 사용되는 클립핑 문턱값 TH _clipping 을 설정함으로써 출력에서의 목표 출력 PAPR 레벨을 규정한다. 이 실시형태에 있어서, 에너지 분배 필터(26)는 여전히 부반송파의 수 및 그 관련 변조 방식에 관한 구성 유닛(16)과 스케쥴러(12)로부터의 정보에 의거하여 F-필터 생성기(28)에 의해 주파수 도메인에서 결정된 계수를 갖지만 에너지 분배 필터(26)는 IFFT(44)에 의해 시간 도메인에서 클립핑된 신호로 필터링을 적용하는 g-펑션 필터(46)로 변환된다. 상기 예와 마찬가지로 필터링된 신호는 감산기(32)를 통해 원래 신호와 조합되고, 구성 유닛(16)에 의해 결정된 반복 수만큼 프로세스가 반복된다. 도 4는 보완 g-펑션 필터로 변환된 도 2의 예시적 F-필터를 나타낸다.

본 발명의 적응 PAPRR 프로세스는 이전 PAPRR 방법보다 더 높은 처리량을 제공하기 때문에 시스템 용량을 증가시킨다. 또한, 본 발명은 이정 방법에 비해 더 나은 PAPR 저감 성능을 제공하고, 신호 품질, 예컨대 RCE 등의 엄격한 제어를 유지하면서 시스템 로딩에 있어서의 변화에 적합하게 될 수 있다. F-필터 계수의 온라인 생성은 PAPRR 프로세스의 복잡성을 크게 증가시키지 않고 유연한 구성을 가능하게 한다.

본 발명은 하드웨어, 소프트웨어, 또는 하드웨어와 소프트웨어의 조합으로 실현될 수 있다. 여기서 설명한 방법을 수행하기 위해 이루어진 모든 종류의 컴퓨팅 시스템 또는 장치는 여기서 설명한 기능을 수행하기에 적합하게 된다.

하드웨어와 소프트웨어의 통상의 조합은 로딩 및 실행시에 컴퓨터 시스템을 제어하여 여기서 설명하는 방법을 수행하는 저장 매체에 저장된 하나 이상의 프로세싱 요소와 컴퓨터 프로그램을 구비한 범용 또는 특화된 컴퓨터 시스템이 될 수 있다. 또한, 본 발명은 여기서 설명한 방법을 구현할 수 있는 모든 특징을 포함하고, 컴퓨팅 시스템에 로딩되는 경우에 이러한 방법을 수행할 수 있는 컴퓨터 프로그램 제품에 포함될 수 있다. 저장 매체는 모든 활성 또는 비활성 저장 장치를 의미한다.

본 명세서에서의 컴퓨터 프로그램 또는 애플리케이션은 정보 처리 능력을 가진 시스템이 특정 기능을 직접 또는 차후에, 또는 a) 다른 언어, 코드 또는 노테이션(notation)으로의 변환, b) 상이한 물질 형태로의 재생산 이 두가지 모두 수행하도록 하는 것을 의도한 명령 세트의 모든 언어, 코드 또는 노테이션에 있어서의 모든 표현을 의미한다.

또한, 상기와 반대로 언급되지 않으면 모든 첨부 도면은 비례적으로 도시되지 않았다는 것을 주목해야 한다. 특히, 본 발명은 그 본질적인 특성이나 사상으로부터 벗어나지 않고 다른 특정 형태로 구현될 수 있고, 따라서, 본 발명의 범위를 나타내는 것으로서 이전 설명보다는 이하의 청구항이 기준이 되어야 한다.

Claims

통신 시스템에서의 피크 전력 대 평균 전력비의 적응적인 저감 방법으로서 -상기 통신 시스템은 직교 주파수 분할 다중(OFDM) 심볼들의 시퀀스를 전송하고, 상기 OFDM 심볼들 각각은 복수의 부반송파를 포함함 -,
현재 OFDM 심볼에 대한 현재 맵(map)을 특정하는 정보를 수신하는 단계 - 상기 현재 맵은 변조 방식(modulation scheme)들 각각에 할당된 부반송파들의 서브 세트들을 특정하고, 상기 변조 방식들 각각은 상이한 변조 차수를 가짐 -;
클립핑된 신호를 획득하기 위해 클립핑 임계값에 기초하여 상기 현재 OFDM 심볼에 대응하는 변조된 신호를 클립핑하는 단계;
적어도 상기 현재 맵에 기초하여 필터에 대한 계수들을 계산하는 단계;
필터링된 신호를 획득하기 위해 상기 필터를 상기 클립핑된 신호에 적용하는 단계; 및
수정된 신호를 얻기 위해 상기 변조된 신호에서 상기 필터링된 신호를 감산하는 단계
를 포함하는 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 클립핑하는 단계, 상기 적용하는 단계 및 상기 감산하는 단계를 한 번 이상 추가적으로 반복하는 단계를 더 포함하고,
상기 추가적인 반복의 각각은 이전의 반복에서의 상기 수정된 신호에 대해 수행되는, 방법.
제 1 항에 있어서, 상기 수신하는 단계, 상기 클립핑하는 단계, 상기 계산하는 단계, 상기 적용하는 단계 및 상기 감산하는 단계는 상기 현재 맵의 대응되는 업데이트에 기초하여 상기 OFDM 심볼들 각각에 대해 수행되는, 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 복수의 부반송파는 데이터 부반송파들 및 하나 이상의 리저빙된 부반송파를 포함하고, 상기 계수들은 상기 클립핑된 신호의 에너지가 상기 데이터 부반송파들 및 상기 하나 이상의 리저빙된 부반송파로 분배되도록 계산되는,방법.
제 1 항에 있어서,
통신 장치들을 상기 복수의 부반송파 중 데이터 부반송파들에 할당하는 단계; 및
상기 변조된 신호를 얻기 위해 상기 현재 OFDM 심볼을 변환하는 단계
를 더 포함하는 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 필터를 적용하는 것은 필터링된 스펙트럼을 획득하기 위해 주파수 도메인에서 수행되고,
상기 필터링된 신호는 상기 필터링된 스펙트럼의 역변환이고,
상기 수정된 신호는 상기 변조된 신호의 피크 전력 대 평균 전력비보다 작은 피크 전력 대 평균 전력비를 갖는, 방법.
제 6 항에 있어서,
상기 필터의 계수들은 상기 주파수 도메인에서 구성되고,
상기 필터는 상기 부반송파들 각각에 대한 계수를 포함하는, 방법.
삭제
제 1 항에 있어서,
상기 필터의 계수들은 상기 현재 맵 및 상기 변조 차수들 각각에 대해 특정된 잔여 위치 에러 값들(specified residual constellation error values)에 기초하여 계산되는, 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 필터를 적용하는 것은 g-펑션을 이용하여 시간 도메인에서 수행되고,
상기 필터의 g-펑션은 상기 계산된 계수들의 역퓨리에 변환에 의해 결정되고,
상기 수정된 신호는 상기 변조된 신호의 피크 전력 대 평균 전력비보다 작은 피크 전력 대 평균 전력비를 갖는, 방법.
삭제
삭제
통신 시스템에서의 피크 전력 대 평균 전력비의 적응적인 저감 시스템으로서 - 상기 통신 시스템은 직교 주파수 분할 다중(OFDM) 심볼들의 시퀀스를 전송하고, 상기 OFDM 심볼들 각각은 복수의 부반송파를 포함함 -,
현재 OFDM 심볼에 대한 현재 맵(map)을 생성하도록 구성되는 스케쥴러 - 상기 현재 맵은 변조 방식들 각각에 할당된 부반송파들의 서브 세트들을 특정하고, 상기 변조 방식들 각각은 상이한 변조 차수를 가짐 -;
클립핑된 신호를 획득하기 위해 클립핑 임계값에 기초하여 상기 현재 OFDM 심볼에 대응하는 변조된 신호를 클립핑하도록 구성되는 클립퍼;
적어도 상기 현재 맵에 기초하여 필터에 대한 계수들을 계산하도록 구성되는 필터 생성기;
상기 스케쥴러 및 상기 클립퍼에 통신 가능하게 접속되고, 필터링된 신호를 획득하기 위해 상기 필터를 상기 클립핑된 신호에 적용하도록 구성되는 필터 유닛; 및
수정된 신호를 얻기 위해 상기 변조된 신호에서 상기 필터링된 신호를 감산하도록 구성되는 감산 유닛
을 포함하는 시스템.
제 13 항에 있어서,
상기 복수의 부반송파는 데이터 부반송파들 및 하나 이상의 리저빙된 부반송파를 포함하고, 상기 계수들은 상기 클립핑된 신호의 에너지가 상기 데이터 부반송파들 및 상기 하나 이상의 리저빙된 부반송파로 분배되도록 계산되는, 시스템.
제 13 항에 있어서,
상기 스케쥴러는,
통신 장치들을 상기 복수의 부반송파 중 데이터 부반송파들에 할당하고,
상기 변조된 신호를 얻기 위해 상기 현재 OFDM 심볼을 변환하도록 더 구성되는, 시스템.
제 13 항에 있어서,
상기 필터 유닛은 필터링된 스펙트럼을 획득하기 위해 상기 클립핑된 신호에 대한 필터링을 주파수 도메인에서 수행하도록 구성되고,
상기 필터링된 신호는 상기 필터링된 스펙트럼의 역변환이고,
상기 수정된 신호는 상기 변조된 신호의 피크 전력 대 평균 전력비보다 작은 피크 전력 대 평균 전력비를 갖는, 시스템.
제 13 항에 있어서,
상기 필터 생성기는 상기 현재 맵 및 상기 변조 차수들 각각에 대해 특정된 잔여 위치 에러 값들에 기초하여 상기 계수들을 계산하도록 구성되는, 시스템.
삭제
제 15 항에 있어서,
상기 필터 유닛은 g-펑션을 이용하여 상기 필터를 시간 도메인에서 적용하도록 구성되고,
상기 g-펑션은 상기 계산된 계수들의 역퓨리에 변환에 의해 결정되고,
상기 수정된 신호는 상기 변조된 신호의 피크 전력 대 평균 전력비보다 작은 피크 전력 대 평균 전력비를 갖는, 시스템.
삭제