KR102179659B1 - 폴라 부호가 적용된 ofdm 통신 시스템의 송신 장치 및 그의 papr 감소 방법 - Google Patents

폴라 부호가 적용된 ofdm 통신 시스템의 송신 장치 및 그의 papr 감소 방법 Download PDF

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Abstract

폴라 부호가 적용된 OFDM 통신 시스템의 송신 장치 및 그의 PAPR 감소 방법이 제시된다. 본 발명에서 제안하는 폴라 부호가 적용된 OFDM 통신 시스템의 송신 장치의 PAPR 감소 방법은 복수의 서로 다른 동결 데이터 블록의 집합을 정의하는 단계, 복수의 서로 다른 동결 데이터 블록의 집합 각각에 대하여 같은 정보를 포함하지만 서로 다른 형태를 가진 복수의 OFDM 신호를 생성하는 단계 및 서로 다른 형태를 가진 복수의 OFDM 신호에 대하여 최소의 PAPR을 갖는 신호를 선택하고 선택적 사상 기법(Selective mapping; SLM)을 이용하여 전송하는 단계를 포함한다.

Description

폴라 부호가 적용된 OFDM 통신 시스템의 송신 장치 및 그의 PAPR 감소 방법{Apparatus and method for PAPR reduction in polar-coded OFDM communication systems}
본 발명은 폴라 부호가 적용된 OFDM 통신 시스템의 송신 장치 및 그의 PAPR 감소 방법에 관한 것이다.
직교 주파수 분할(Orthogonal frequency division multiplexing; OFDM)는 다양한 무선/이동통신 시스템에 전통적으로 적용되어 온 파형에 관한 기법이다. 최근 5G NR 표준에서도 CP-OFDM이 채택/적용되고 있다. 여기서, 높은 첨두 전력 대 평균 전력비(Peak-to-average power ratio; PAPR) 특성이 주요 결점 및 문제점이 된다.
저비용 전력 증폭기의 비선형 특성으로 인한 PAPR을 감소시키는 기법이 중요하다. 5G mMTC 시나리오에서 저비용 단말을 고려하고, 예를 들어 LPWA(low-power wide area) 애플리케이션의 저비용 단말 및 소형기지국에 장착된 저비용 전력 증폭기를 이용할 수 있다.
OFDM 시스템의 PAPR 감소를 위한 기법으로는 선택적 사상 기법이 있다. 선택적 사상 기법은 같은 정보를 갖지만 다른 형태의 신호를 다수 생성 후 최소의 PAPR을 갖는 신호를 전송한다. 주요 특징으로는 어떤 신호를 전송 했는지에 대한 부가 정보 전송 시 전송률의 저하가 발생하고, 부가 정보를 전송하지 않을 시에 전송률 저하를 방지 가능하지만, 수신단에서 어떤 신호를 전송했는지 잘못 검출하는 경우에는 에러율의 열화가 발생할 수 있다. 또한, 일반적인 OFDM 시스템의 송수신단 대비 높은 복잡도의 연산을 소모한다. 채널 부호를 활용한 기존 선택적 사상 기법이 제안되었으나 최근 5G NR eMBB 표준의 제어 채널에 대하여 규격으로 정해진 폴라 부호를 활용한 기법에 관한 기술은 존재하지 않는다.
도 1은 종래기술에 따른 폴라 부호가 적용된 OFDM 시스템의 송신단 구조를 나타내는 도면이다.
종래기술에 따른 폴라 부호가 적용된 OFDM 시스템의 송신단은 CRC 부호화기(110), 동결 비트 삽입부(120), 폴라 부호화기(130), 변조기(140) 및 IDFT(150)를 포함한다.
도 1을 참조하면, 길이가
Figure 112019004220305-pat00001
인 이진 데이터 블록(
Figure 112019004220305-pat00002
)을 나타내었다. 부호화 과정은 다음과 같다.
Figure 112019004220305-pat00003
CRC 부호화기(110)는
Figure 112019004220305-pat00004
개의 CRC 비트를 생성 후 이진 데이터 블록에 첨가함으로써 비동결 데이터 블록
Figure 112019004220305-pat00005
를 생성한다. 여기서, A는 비동결 데이터 전송을 위한 부채널의 인덱스 집합이고, Ac는 동결 데이터 전송을 위한 부채널의 인덱스 집합이다.
동결 데이터 블록
Figure 112019004220305-pat00006
(120)을 삽입함으로써 폴라 부호화기의 입력 블록
Figure 112019004220305-pat00007
를 생성한다.
Figure 112019004220305-pat00008
폴라 부호화기(130)는 폴라 부호의 블록 길이가
Figure 112019004220305-pat00009
이고, 채널 분극 현상을 발생시키는 분극 행렬은
Figure 112019004220305-pat00010
로 나타낼 수 있고, 여기서 Arikan의 커널 행렬은
Figure 112019004220305-pat00011
이다.
연산
Figure 112019004220305-pat00012
는 행렬
Figure 112019004220305-pat00013
에 대하여 Kronecker power 연산을
Figure 112019004220305-pat00014
번 수행함을 의미한다. 인덱스 집합 A와 Ac에 대하여 인덱스에 대응되는 행으로 구성된 부분 행렬을 각각
Figure 112019004220305-pat00015
와
Figure 112019004220305-pat00016
로써 표기한다. 폴라 부호화를 통하여 부호어
Figure 112019004220305-pat00017
를 생성할 수 있다. 이때, 적용된 채널 부호의 부호율은
Figure 112019004220305-pat00018
이 된다.
변조기(140)의
Figure 112019004220305-pat00019
의 변조차수에 대한 부반송파 수는
Figure 112019004220305-pat00020
이고, 폴라 부호어는 변조기에 의하여 주파수 영역 심볼 블록
Figure 112019004220305-pat00021
로 변조된다. 이때 주파수-도메인 심볼 블로의 길이는
Figure 112019004220305-pat00022
이다.
IDFT(150)를 통한 OFDM 변조 과정은 심볼 주기는
Figure 112019004220305-pat00023
이고, 부반송파 간격은
Figure 112019004220305-pat00024
이다. OFDM 신호의 복소 기저대역은 다음과 같이 나타낼 수 있다:
Figure 112019004220305-pat00025
.
오버샘플링 된 시간 영역 신호는
Figure 112019004220305-pat00026
이고, 오버샘플링 개수는
Figure 112019004220305-pat00027
이다.
Figure 112019004220305-pat00028
번째 샘플은 다음과 같이 나타낼 수 있다:
Figure 112019004220305-pat00029
.
Figure 112019004220305-pat00030
개의 샘플은
Figure 112019004220305-pat00031
개의 제로 패딩과
Figure 112019004220305-pat00032
-포인트의 역 이산 푸리에 변환(Inverse Fourier transform; IDFT) 를 통하여 구할 수 있다. OFDM 신호
Figure 112019004220305-pat00033
에 대한 PAPR은 다음과 같다:
Figure 112019004220305-pat00034
.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 OFDM이 적용된 이동통신 시스템에서 높은 PAPR 문제를 해결하기 위해 폴라 부호가 적용된 OFDM 시스템에서 비동결 데이터 블록을 다르게 설정함으로써 확률적으로 다른 PAPR을 갖는 OFDM 신호를 생성하고, 비동결 데이터 블록을 다르게 설정하는 방법에 기초하여 최소의 PAPR을 갖는 신호를 선택적으로 전송하는 선택적 사상 방법 및 장치를 제공하는데 있다.
일 측면에 있어서, 본 발명에서 제안하는 폴라 부호가 적용된 OFDM 통신 시스템의 송신 장치의 PAPR 감소 방법은 복수의 서로 다른 동결 데이터 블록의 집합을 정의하는 단계, 복수의 서로 다른 동결 데이터 블록의 집합 각각에 대하여 같은 정보를 포함하지만 서로 다른 형태를 가진 복수의 OFDM 신호를 생성하는 단계 및 서로 다른 형태를 가진 복수의 OFDM 신호에 대하여 최소의 PAPR을 갖는 신호를 선택하고 선택적 사상 기법(Selective mapping; SLM)을 이용하여 전송하는 단계를 포함한다.
복수의 서로 다른 동결 데이터 블록의 집합 각각에 대하여 같은 정보를 포함하지만 서로 다른 형태를 가진 복수의 OFDM 신호를 생성하는 단계는 비동결 데이터 블록에 서로 다른 동결 데이터 블록을 삽입하여 폴로 부호화 진행 시 서로 다른 부호어를 생성하고, 폴라 부호어에 대하여 변조를 수행함으로써 복수의 서로 다른 주파수 영역 심볼 블록을 생성하고, OFDM 변조를 수행함으로써 복수의 서로 다른 OFDM 신호를 생성한다.
이때 서로 다른 형태를 가진 복수의 OFDM 신호에 대하여 최소의 PAPR을 갖는 신호를 선택하고 선택적 사상 기법(Selective mapping; SLM)을 이용하여 전송하는 단계는 서로 다른 형태를 가진 복수의 OFDM 신호에 대하여 OFDM 복조 과정을 수행하는 단계, 복수의 서로 다른 동결 데이터 블록에 대하여 폴라 복호를 반복적으로 수행하거나, 복수의 병렬 복호기를 이용하여 정보어를 복호화하는 단계 및 최고 신뢰도를 갖는 복호 결과에 해당하는 신호를 전송하고, 해당 복호 결과를 출력하는 단계를 포함한다.
또 다른 실시예에 따르면, 복수의 서로 다른 동결 데이터 블록의 집합 각각에 대하여 같은 정보를 포함하지만 서로 다른 형태를 가진 복수의 OFDM 신호를 생성하는 단계는 비동결 데이터 블록에 영벡터로 설정된 동결 데이터 블록을 삽입하여 부호화함으로써 폴라 부호어를 생성하고, 폴라 부호어에 시퀀스를 스크램블링함으로써 서로 다른 복수의 부호어를 생성하고, 생성된 부호어는 변조기와 OFDM 변조기를 이용하여 서로 다른 복수의 OFDM 신호로 변환된다.
이때 서로 다른 형태를 가진 복수의 OFDM 신호에 대하여 최소의 PAPR을 갖는 신호를 선택하고 선택적 사상 기법(Selective mapping; SLM)을 이용하여 전송하는 단계는 서로 다른 형태를 가진 복수의 OFDM 신호에 대하여 OFDM 복조 과정을 수행하는 단계, OFDM 복조 과정을 통해 생성된 복수의 서로 다른 시퀀스에 대하여 디스크램블링을 반복적으로 수행하거나, 또는 복수의 디스크램블러를 이용하여 부호어를 복호화하는 단계, 복호화된 부호어에 대하여 복수의 폴라 복호를 반복적으로 수행하거나, 복수의 병렬 복호기를 이용하여 정보어를 복호화하는 단계 및 최고 신뢰도를 갖는 복호 결과에 해당하는 신호를 전송하고, 해당 복호 결과를 출력하는 단계를 포함한다.
또 다른 일 측면에 있어서, 본 발명에서 제안하는 폴라 부호가 적용된 OFDM 통신 시스템의 송신 장치는 복수의 서로 다른 동결 데이터 블록의 집합을 정의하는 동결 데이터 블록 집합 생성부, 복수의 서로 다른 동결 데이터 블록의 집합 각각에 대하여 같은 정보를 포함하지만 서로 다른 형태를 가진 복수의 OFDM 신호를 생성하는 OFDM 신호 생성부 및 서로 다른 형태를 가진 복수의 OFDM 신호에 대하여 최소의 PAPR을 갖는 신호를 선택하고 선택적 사상 기법(Selective mapping; SLM)을 이용하여 전송하는 SLM 신호 선택부를 포함한다.
OFDM 신호 생성부는 동결 데이터 블록 집합 생성부의 서로 다른 동결 비트 블록에 의해 폴로 부호화 진행 시 서로 다른 부호어를 생성하고, 폴라 부호어에 대하여 변조를 수행함으로써 복수의 서로 다른 주파수 영역 심볼 블록을 생성하고, OFDM 변조를 수행함으로써 복수의 서로 다른 OFDM 신호를 생성한다.
이때, SLM 신호 선택부는 서로 다른 형태를 가진 복수의 OFDM 신호에 대하여 OFDM 복조 과정을 수행하고, 복수의 서로 다른 동결 데이터 블록에 대하여 폴라 복호를 반복적으로 수행하거나, 복수의 병렬 복호기를 이용하여 정보어를 복호화하고, 최고 신뢰도를 갖는 복호 결과에 해당하는 신호를 전송하고, 해당 복호 결과를 출력한다.
또 다른 실시예에 따르면, OFDM 신호 생성부는 비동결 데이터 블록에 영벡터로 설정된 동결 데이터 블록을 삽입하여 부호화함으로써 폴라 부호어를 생성하고, 폴라 부호어에 시퀀스를 스크램블링함으로써 서로 다른 복수의 부호어를 생성하고, 생성된 부호어를 변조기와 OFDM 변조기를 이용하여 서로 다른 복수의 OFDM 신호로 변환한다.
이때, SLM 신호 선택부는 서로 다른 형태를 가진 복수의 OFDM 신호에 대하여 OFDM 복조 과정을 수행하고, OFDM 복조 과정을 통해 생성된 복수의 서로 다른 시퀀스에 대하여 디스크램블링을 반복적으로 수행하거나, 또는 복수의 디스크램블러를 이용하여 부호어를 복호화하고, 복호화된 부호어에 대하여 복수의 폴라 복호를 반복적으로 수행하거나, 복수의 병렬 복호기를 이용하여 정보어를 복호화하고, 최고 신뢰도를 갖는 복호 결과에 해당하는 신호를 전송하고, 해당 복호 결과를 출력한다.
본 발명의 실시예들에 따르면 폴라 부호가 적용된 OFDM 시스템의 PAPR를 감소시킬 수 있고, 어떤 OFDM 신호가 전송 되었는지에 대한 부가 정보를 전송하지 않음으로써 전송률을 저하시키지 않는다. 또한, 다수의 OFDM 신호를 생성하는데 필요한 송신 복잡도 및 송신 장치 수를 크게 증가시키지 않을 수 있고, 5G 표준의 제어 채널에 규격으로서 정의된 폴라 부호를 활용하여 OFDM이 갖는 높은 PAPR 문제를 해결할 수 있다.
도 1은 종래기술에 따른 폴라 부호가 적용된 OFDM 시스템의 송신단 구조를 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 선택적 사상 기법을 이용하는 폴라 부호가 적용된 OFDM 시스템의 송신단 구조를 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 선택적 사상 기법을 이용하는 폴라 부호가 적용된 OFDM 시스템의 송신단 구조를 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 폴라 부호가 적용된 OFDM 통신 시스템의 PAPR를 감소시키기 위한 송신 방법의 흐름도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 선택적 사상 기법을 이용하여 전송하는 과정을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 선택적 사상 기법을 이용하여 전송하는 과정을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 선택적 사상 기법의 PAPR 감소 효과 평가 결과를 나타내는 그래프이다.
본 발명에서는 폴라 부호를 활용한 선택적 사상 기법을 제안 및 발명함으로써 폴라 부호가 적용된 OFDM 시스템에서의 높은 PAPR 문제를 해결하고자 한다. 본 발명의 실시예에 따르면, 폴라 부호가 적용된 OFDM 시스템에서 비동결 데이터 블록을 다르게 설정함으로써 확률적으로 다른 PAPR을 갖는 OFDM 신호를 생성할 수 있다. 제안하는 시스템의 송신 장치는 비동결 데이터 블록을 다르게 설정하는 방법에 기반하여 최소의 PAPR을 갖는 신호를 선택적으로 전송하는 선택적 사상 기법을 이용한다. 다시 말해, 확률적으로 다른 PAPR을 갖는 다수의 OFDM 신호를 생성하는 선택적 사상 기법에 폴라 코딩 기술이 활용되고, 제안하는 기법을 활용하여 폴라 부호가 적용된 OFDM 시스템의 PAPR 감소 효과를 기대할 수 있다. 또한, 어떤 OFDM 신호가 전송 되었는지에 대한 부가 정보를 전송하지 않음으로써 전송률의 저하가 없고, 다수의 OFDM 신호를 생성하는데 필요한 송신 복잡도 및 송신 장치 수를 크게 증가시키지 않는다. 이하, 본 발명의 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 선택적 사상 기법을 이용하는 폴라 부호가 적용된 OFDM 시스템의 송신단 구조를 나타내는 도면이다.
제안하는 선택적 사상 기법을 이용하는 폴라 부호가 적용된 OFDM 시스템의 송신단 구조는 동결 데이터 블록 집합 생성부(210), OFDM 신호 생성부(220), SLM 신호 선택부(230)를 포함한다.
동결 데이터 블록 집합 생성부(210)는 CRC 부호화기(211) 및 복수의 동결 비트 삽입부(212, ..., 213)를 포함한다. 동결 데이터 블록 집합 생성부(210)는 복수의 서로 다른 동결 데이터 블록의 집합을 정의한다.
본 발명의 실시예에 따르면, CRC 부호화기(211)를 통해 전달된 입력은 복수의 동결 비트 삽입부(212, ..., 213)를 통해
Figure 112019004220305-pat00035
개의 서로 다른 동결 데이터 블록의 집합
Figure 112019004220305-pat00036
을 정의한다. 일반적으로 0번째 동결 데이터 블록의 경우 영벡터로 설정 가능 하다(
Figure 112019004220305-pat00037
).
Figure 112019004220305-pat00038
개의 동결 데이터 블록의 경우 무작위로 설정 가능하다. 동결 데이터 블록의 집합은 송수신단이 서로 공유하고 있는 정보이다.
OFDM 신호 생성부(220)는 복수의 폴라 부호화기(221, ..., 222), 복수의 변조기(223, ..., 224) 및 복수의 IDFT(225, ..., 226)를 포함한다.
OFDM 신호 생성부(220)는 복수의 서로 다른 동결 데이터 블록의 집합 각각에 대하여 같은 정보를 포함하지만 서로 다른 형태를 가진 복수의 OFDM 신호를 생성한다.
비동결 데이터 블록
Figure 112019004220305-pat00039
에 서로 다른 동결 데이터 블록을 삽입 후 복수의 폴라 부호화기(221, ..., 222)를 통해 폴로 부호화 진행 시 서로 다른 부호어
Figure 112019004220305-pat00040
가 생성된다. 복수의 변조기(223, ..., 224)를 통해 폴라 부호어
Figure 112019004220305-pat00041
에 대하여 변조를 수행함으로써
Figure 112019004220305-pat00042
개의 서로 다른 주파수 영역 심볼 블록
Figure 112019004220305-pat00043
을 생성한다. 그리고, 복수의 IDFT(225, ..., 226)를 통해 OFDM 변조를 수행함으로써
Figure 112019004220305-pat00044
개의 서로 다른 OFDM 신호
Figure 112019004220305-pat00045
를 생성한다.
SLM 신호 선택부(230)는 서로 다른 형태를 가진 복수의 OFDM 신호에 대하여 최소의 PAPR을 갖는 신호를 선택하고 선택적 사상 기법(Selective mapping; SLM)을 이용하여 전송한다.
본 발명의 실시예에 따르면, 서로 다른
Figure 112019004220305-pat00046
개의 OFDM 신호에 대하여 최소의 PAPR을 갖는 신호
Figure 112019004220305-pat00047
를 선택하여 전송할 수 있다. 선택된 신호는
Figure 112019004220305-pat00048
로 결정되는 인덱스
Figure 112019004220305-pat00049
에 대하여
Figure 112019004220305-pat00050
로써 표현 가능하다.
본 발명의 일 실시예에 따른 SLM 기법은 기존 OFDM 시스템의 송신 과정을
Figure 112019004220305-pat00051
번 반복하여 수행하거나,
Figure 112019004220305-pat00052
개의 동결 비트 삽입기, 폴라 부호화기, 변조기, OFDM 변조기를 병렬적으로 동작 시킴으로써 실시될 수 있다.
또한, SLM 기법은 어떤 OFDM 신호가 전송되었는지에 대한 부가 정보를 활용하지 않기 때문에 수신단에서는 다음의 과정을 통하여 송신 신호를 복원할 수 있다.
먼저, 수신 신호에 대하여 OFDM 복조, 복조 과정을 수행하고,
Figure 112019004220305-pat00053
개의 서로 다른 동결 데이터 블록
Figure 112019004220305-pat00054
에 대하여 폴라 복호를 반복적으로 수행하거나,
Figure 112019004220305-pat00055
개의 병렬 복호기를 이용하여 정보어를 복호화 할 수 있다. 이후, 가장 신뢰도 높은 복호 결과에 대응되는 신호가 전송되었다고 검출한 후 해당 복호 결과를 출력할 수 있다.
도 3은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 선택적 사상 기법을 이용하는 폴라 부호가 적용된 OFDM 시스템의 송신단 구조를 나타내는 도면이다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따른 선택적 사상 기법을 이용하는 폴라 부호가 적용된 OFDM 시스템의 송신단 구조는 동결 데이터 블록 집합 생성부(310), OFDM 신호 생성부(320), SLM 신호 선택부(330)를 포함한다.
동결 데이터 블록 집합 생성부(310)는 CRC 부호화기(311) 및 동결 비트 삽입부(312)를 포함한다.
OFDM 신호 생성부(320)는 폴라 부호화기(321), 복수의 스크램블러(322, ..., 323), 복수의 변조기(324, ..., 325) 및 복수의 IDFT(326, ..., 327)를 포함한다.
OFDM 신호 생성부(220)는 복수의 서로 다른 동결 데이터 블록의 집합 각각에 대하여 같은 정보를 포함하지만 서로 다른 형태를 가진 복수의 OFDM 신호를 생성한다.
폴라 부호화기(321)를 통해 SLM 신호의 인덱스
Figure 112019004220305-pat00056
에 대하여 다음의 식에 따라 시퀀스
Figure 112019004220305-pat00057
를 정의할 수 있다:
Figure 112019004220305-pat00058
식 1
여기서
Figure 112019004220305-pat00059
으로 설정 가능하기 때문에
Figure 112019004220305-pat00060
이다.
Figure 112019004220305-pat00061
번째 폴라 부호어는 다음 식과 같이 등가적으로 표현할 수 있다:
Figure 112019004220305-pat00062
Figure 112019004220305-pat00063
Figure 112019004220305-pat00064
식 2
식 2의 표현은
Figure 112019004220305-pat00065
번째 부호어
Figure 112019004220305-pat00066
가 0 번째 부호어
Figure 112019004220305-pat00067
에
Figure 112019004220305-pat00068
를 스크램블링함으로써 생성될 수 있음을 의미한다. 식 2에 의하여 도 2의 SLM 송신단 구조를 효율적으로 변환하면 도 3과 같이 나타낼 수 있다.
비동결 데이터 블록
Figure 112019004220305-pat00069
에 영벡터로 설정된 동결 데이터 블록
Figure 112019004220305-pat00070
을 삽입 후 부호화함으로써 폴라 부호어
Figure 112019004220305-pat00071
를 생성할 수 있다.
복수의 스크램블러(322, ..., 323)를 통해 폴라 부호어
Figure 112019004220305-pat00072
에 식 1로 구해진 시퀀스
Figure 112019004220305-pat00073
,
Figure 112019004220305-pat00074
를 스크램블링함으로써 서로 다른
Figure 112019004220305-pat00075
개의 부호어
Figure 112019004220305-pat00076
를 생성할 수 있다. 생성된
Figure 112019004220305-pat00077
는 복수의 변조기(324, ..., 325)와 복수의 IDFT(326, ..., 327)를 이용하여 서로 다른
Figure 112019004220305-pat00078
개의 OFDM 신호
Figure 112019004220305-pat00079
로 변환된다.
SLM 신호 선택부(330)는 서로 다른
Figure 112019004220305-pat00080
개의 OFDM 신호에 대하여 최소의 PAPR을 갖는 신호
Figure 112019004220305-pat00081
를 선택하여 전송한다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따른 SLM 기법은 스크램블링, 변조, OFDM 변조 과정을
Figure 112019004220305-pat00082
번 반복하여 수행하거나,
Figure 112019004220305-pat00083
개의 스크램블러, 변조기, OFDM 변조기를 병렬적으로 동작 시킴으로써 실시될 수 있다.
제안하는 SLM 기법은 어떤 OFDM 신호가 전송되었는지에 대한 부가 정보를 활용하지 않기 때문에 수신단에서는 다음의 과정을 통하여 송신 신호를 복원할 수 있다:
먼저, 수신 신호에 대하여 OFDM 복조, 복조 과정을 수행하고,
Figure 112019004220305-pat00084
개의 서로 다른 시퀀스
Figure 112019004220305-pat00085
에 대하여 디스크램블링을 반복적으로 수행하거나,
Figure 112019004220305-pat00086
개의 디스크램블러를 이용하여 부호어를 복호화 할 수 있다.
Figure 112019004220305-pat00087
번의 폴라 복호를 반복적으로 수행하거나,
Figure 112019004220305-pat00088
개의 병렬 복호기를 이용하여 정보어를 복호화 할 수 있다. 이후, 가장 신뢰도 높은 복호 결과에 대응되는 신호가 전송되었다고 검출한 후 해당 복호 결과를 출력할 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 폴라 부호가 적용된 OFDM 통신 시스템의 PAPR를 감소시키기 위한 송신 방법의 흐름도이다.
제안하는 폴라 부호가 적용된 OFDM 통신 시스템의 PAPR를 감소시키기 위한 송신 방법은 복수의 서로 다른 동결 데이터 블록의 집합을 정의하는 단계(410), 복수의 서로 다른 동결 데이터 블록의 집합 각각에 대하여 같은 정보를 포함하지만 서로 다른 형태를 가진 복수의 OFDM 신호를 생성하는 단계(420) 및 서로 다른 형태를 가진 복수의 OFDM 신호에 대하여 최소의 PAPR을 갖는 신호를 선택하고 선택적 사상 기법(Selective mapping; SLM)을 이용하여 전송하는 단계(430)를 포함할 수 있다.
단계(410)에서, 복수의 서로 다른 동결 데이터 블록의 집합을 정의한다.
단계(420)에서 복수의 서로 다른 동결 데이터 블록의 집합 각각에 대하여 같은 정보를 포함하지만 서로 다른 형태를 가진 복수의 OFDM 신호를 생성한다. 아래에서 본 발명의 실시예에 따른 선택적 사상 기법을 이용하여 전송하는 과정을 더욱 상세히 설명한다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 선택적 사상 기법을 이용하여 전송하는 과정을 설명하기 위한 흐름도이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 단계(420)에서 비동결 데이터 블록에 서로 다른 동결 데이터 블록을 삽입하여 폴로 부호화 진행 시 서로 다른 부호어를 생성한다. 폴라 부호어에 대하여 변조를 수행함으로써 복수의 서로 다른 주파수 영역 심볼 블록을 생성하고, OFDM 변조를 수행함으로써 복수의 서로 다른 OFDM 신호를 생성한다.
이때, 단계(430)에서 서로 다른 형태를 가진 복수의 OFDM 신호에 대하여 최소의 PAPR을 갖는 신호를 선택하고 선택적 사상 기법(Selective mapping; SLM)을 이용하여 전송한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 단계(430)는 서로 다른 형태를 가진 복수의 OFDM 신호에 대하여 OFDM 복조 과정을 수행하는 단계(510), 복수의 서로 다른 동결 데이터 블록에 대하여 폴라 복호를 반복적으로 수행하거나, 복수의 병렬 복호기를 이용하여 정보어를 복호화하는 단계(520) 및 최고 신뢰도를 갖는 복호 결과에 해당하는 신호를 전송하고, 해당 복호 결과를 출력하는 단계(530)를 포함할 수 있다.
도 2에서 설명한 바와 같이 SLM 신호 선택부(230)를 통해 서로 다른 형태를 가진 복수의 OFDM 신호에 대하여 최소의 PAPR을 갖는 신호를 선택하고 선택적 사상 기법(Selective mapping; SLM)을 이용하여 전송한다.
본 발명의 실시예에 따르면, 서로 다른
Figure 112019004220305-pat00089
개의 OFDM 신호에 대하여 최소의 PAPR을 갖는 신호
Figure 112019004220305-pat00090
를 선택하여 전송할 수 있다. 선택된 신호는
Figure 112019004220305-pat00091
로 결정되는 인덱스
Figure 112019004220305-pat00092
에 대하여
Figure 112019004220305-pat00093
로써 표현 가능하다.
본 발명의 일 실시예에 따른 SLM 기법은 기존 OFDM 시스템의 송신 과정을
Figure 112019004220305-pat00094
번 반복하여 수행하거나,
Figure 112019004220305-pat00095
개의 동결 비트 삽입기, 폴라 부호화기, 변조기, OFDM 변조기를 병렬적으로 동작 시킴으로써 실시될 수 있다.
또한, SLM 기법은 어떤 OFDM 신호가 전송되었는지에 대한 부가 정보를 활용하지 않기 때문에 수신단에서는 다음의 과정을 통하여 송신 신호를 복원할 수 있다.
먼저, 수신 신호에 대하여 OFDM 복조, 복조 과정을 수행하고,
Figure 112019004220305-pat00096
개의 서로 다른 동결 데이터 블록
Figure 112019004220305-pat00097
에 대하여 폴라 복호를 반복적으로 수행하거나,
Figure 112019004220305-pat00098
개의 병렬 복호기를 이용하여 정보어를 복호화 할 수 있다. 이후, 가장 신뢰도 높은 복호 결과에 대응되는 신호가 전송되었다고 검출한 후 해당 복호 결과를 출력할 수 있다.
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 선택적 사상 기법을 이용하여 전송하는 과정을 설명하기 위한 흐름도이다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따른 단계(420)에서 비동결 데이터 블록에 영벡터로 설정된 동결 데이터 블록을 삽입하여 부호화함으로써 폴라 부호어를 생성한다. 폴라 부호어에 시퀀스를 스크램블링함으로써 서로 다른 복수의 부호어를 생성하고, 생성된 부호어는 변조기와 OFDM 변조기를 이용하여 서로 다른 복수의 OFDM 신호로 변환된다.
이때, 단계(430)에서 서로 다른 형태를 가진 복수의 OFDM 신호에 대하여 최소의 PAPR을 갖는 신호를 선택하고 선택적 사상 기법(Selective mapping; SLM)을 이용하여 전송한다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따른 단계(430)는 서로 다른 형태를 가진 복수의 OFDM 신호에 대하여 OFDM 복조 과정을 수행하는 단계(610), OFDM 복조 과정을 통해 생성된 복수의 서로 다른 시퀀스에 대하여 디스크램블링을 반복적으로 수행하거나, 또는 복수의 디스크램블러를 이용하여 부호어를 복호화하는 단계(620), 복호화된 부호어에 대하여 복수의 폴라 복호를 반복적으로 수행하거나, 복수의 병렬 복호기를 이용하여 정보어를 복호화하는 단계(630) 및 최고 신뢰도를 갖는 복호 결과에 해당하는 신호를 전송하고, 해당 복호 결과를 출력하는 단계(640)를 포함할 수 있다.
도 3에서 설명한 바와 같이 SLM 신호 선택부(330)를 통해 서로 다른
Figure 112019004220305-pat00099
개의 OFDM 신호에 대하여 최소의 PAPR을 갖는 신호
Figure 112019004220305-pat00100
를 선택하여 전송한다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따른 SLM 기법은 스크램블링, 변조, OFDM 변조 과정을
Figure 112019004220305-pat00101
번 반복하여 수행하거나,
Figure 112019004220305-pat00102
개의 스크램블러, 변조기, OFDM 변조기를 병렬적으로 동작 시킴으로써 실시될 수 있다.
제안하는 SLM 기법은 어떤 OFDM 신호가 전송되었는지에 대한 부가 정보를 활용하지 않기 때문에 수신단에서는 다음의 과정을 통하여 송신 신호를 복원할 수 있다:
먼저, 수신 신호에 대하여 OFDM 복조, 복조 과정을 수행하고,
Figure 112019004220305-pat00103
개의 서로 다른 시퀀스
Figure 112019004220305-pat00104
에 대하여 디스크램블링을 반복적으로 수행하거나,
Figure 112019004220305-pat00105
개의 디스크램블러를 이용하여 부호어를 복호화 할 수 있다.
Figure 112019004220305-pat00106
번의 폴라 복호를 반복적으로 수행하거나,
Figure 112019004220305-pat00107
개의 병렬 복호기를 이용하여 정보어를 복호화 할 수 있다. 이후, 가장 신뢰도 높은 복호 결과에 대응되는 신호가 전송되었다고 검출한 후 해당 복호 결과를 출력할 수 있다.
기존 발명에서는 위상을 다르게 적용하거나, 서로 다른 스크램블링을 적용하는 등의 접근을 통하여 선택적 사상 기법을 고려하였으나, 제안하는 폴라 부호가 적용된 OFDM 통신 시스템의 송신 장치 및 그의 PAPR 감소 방법은 폴라 부호의 특성을 활용하여 확률적으로 다른 PAPR을 갖는 OFDM 신호를 생성하는 새로운 접근을 이용한다. 이와 같은 폴라 부호를 활용한 새로운 선택적 사상 기법을 통해 폴라 부호화 과정에서 삽입되는 비동결 데이터 블록을 이용하여 서로 다른 PAPR을 갖는 OFDM 신호를 생성하는 방법을 제안한다.
따라서, 장착된 전력 증폭기의 비선형 특성으로 인해 PAPR 감소 기법이 중요하므로 OFDM을 활용하는 통신 단말에 발명된 기술 적용 가능하다. 특히 다음의 이동통신 시나리오 및 애플리케이션에 적용되는 저비용 단말에 본 발명의 기술이 적용되어 부가 가치를 창출할 수 있을 것으로 기대된다: 5G mMTC 시나리오에서 고려하는 저비용 단말, LPWA (low-power wide area) 애플리케이션의 저비용 단말, 저비용 전력 증폭기를 활용하는 소형기지국.
본 발명의 실시예에 따르면, 5G 표준의 제어 채널에 규격으로서 정의된 폴라 부호를 활용하여 OFDM이 갖는 높은 PAPR 문제를 해결할 수 있다. 또한, 5G 표준의 제어 채널에 규격으로서 정의된 폴라 부호를 활용하여 5G 표준에서 고려하는 파형인 OFDM이 갖는 높은 PAPR 문제를 해결한다는 관점에서 5G 이동통신 시스템의 단말에 적용할 수 있다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 선택적 사상 기법의 PAPR 감소 효과 평가 결과를 나타내는 그래프이다.
제안하는 SLM 기법은 어떠한 부가 정보도 활용하지 않기 때문에 전송률 저하가 발생되지 않는다. 또한,
Figure 112019004220305-pat00108
개의 서로 다른 PAPR을 갖는 OFDM 신호를 생성한 후 최소의 PAPR을 갖는 신호를 확률적으로 선택하여 전송하기 때문에 PAPR 감소시킬 수 있다. 또한, 단일 폴라 부호화기를 이용하여 한 번의 부호화 과정을 수행할 경우, 송신단의 장치 비용 절감 및 구동 효율을 향상시킬 수 있다.
표 1은본 발명의 실시예에 따른 PAPR 감소 효과를 검증하기 위한 실험 환경을 나타낸 표이다.
<표 1>
Figure 112019004220305-pat00109
도 7을 참조하면, PAPR에 대한 CCDF(Complementary cumulative distribution function)를 관찰함으로써 제안된 SLM 기법의 PAPR 감소 효과를 확인 할 수 있다. 기존 OFDM 시스템(
Figure 112019004220305-pat00110
) 대비 제안된 SLM 기법(
Figure 112019004220305-pat00111
) 적용 시 특정 PAPR을 가질 확률이 낮아짐을 확인할 수 있다.
이상에서 설명된 장치는 하드웨어 구성요소, 소프트웨어 구성요소, 및/또는 하드웨어 구성요소 및 소프트웨어 구성요소의 조합으로 구현될 수 있다. 예를 들어, 실시예들에서 설명된 장치 및 구성요소는, 예를 들어, 프로세서, 콘트롤러, ALU(arithmetic logic unit), 디지털 신호 프로세서(digital signal processor), 마이크로컴퓨터, FPA(field programmable array), PLU(programmable logic unit), 마이크로프로세서, 또는 명령(instruction)을 실행하고 응답할 수 있는 다른 어떠한 장치와 같이, 하나 이상의 범용 컴퓨터 또는 특수 목적 컴퓨터를 이용하여 구현될 수 있다. 처리 장치는 운영 체제(OS) 및 상기 운영 체제 상에서 수행되는 하나 이상의 소프트웨어 애플리케이션을 수행할 수 있다.　 또한, 처리 장치는 소프트웨어의 실행에 응답하여, 데이터를 접근, 저장, 조작, 처리 및 생성할 수도 있다.　 이해의 편의를 위하여, 처리 장치는 하나가 사용되는 것으로 설명된 경우도 있지만, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는, 처리 장치가 복수 개의 처리 요소(processing element) 및/또는 복수 유형의 처리 요소를 포함할 수 있음을 알 수 있다.　 예를 들어, 처리 장치는 복수 개의 프로세서 또는 하나의 프로세서 및 하나의 콘트롤러를 포함할 수 있다.　 또한, 병렬 프로세서(parallel processor)와 같은, 다른 처리 구성(processing configuration)도 가능하다.
소프트웨어는 컴퓨터 프로그램(computer program), 코드(code), 명령(instruction), 또는 이들 중 하나 이상의 조합을 포함할 수 있으며, 원하는 대로 동작하도록 처리 장치를 구성하거나 독립적으로 또는 결합적으로(collectively) 처리 장치를 명령할 수 있다.　 소프트웨어 및/또는 데이터는, 처리 장치에 의하여 해석되거나 처리 장치에 명령 또는 데이터를 제공하기 위하여, 어떤 유형의 기계, 구성요소(component), 물리적 장치, 가상 장치(virtual equipment), 컴퓨터 저장 매체 또는 장치에 구체화(embody)될 수 있다.　 소프트웨어는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템 상에 분산되어서, 분산된 방법으로 저장되거나 실행될 수도 있다. 소프트웨어 및 데이터는 하나 이상의 컴퓨터 판독 가능 기록 매체에 저장될 수 있다.
실시예에 따른 방법은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다.　 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다.　 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 실시예를 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다.　 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다.　 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다.　
이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.　 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.
그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 특허청구범위의 범위에 속한다.

Claims (10)

  1. 복수의 서로 다른 동결 데이터 블록의 집합을 정의하는 단계;
    복수의 서로 다른 동결 데이터 블록의 집합 각각에 대하여 같은 정보를 포함하지만 서로 다른 형태를 가진 복수의 OFDM 신호를 생성하는 단계; 및
    서로 다른 형태를 가진 복수의 OFDM 신호에 대하여 최소의 PAPR을 갖는 신호를 선택하고 선택적 사상 기법(Selective mapping; SLM)을 이용하여 전송하는 단계
    를 포함하고,
    복수의 서로 다른 동결 데이터 블록의 집합 각각에 대하여 같은 정보를 포함하지만 서로 다른 형태를 가진 복수의 OFDM 신호를 생성하는 단계는,
    비동결 데이터 블록에 서로 다른 동결 데이터 블록을 삽입하여 폴로 부호화 진행 시 서로 다른 부호어를 생성하고, 폴라 부호어에 대하여 변조를 수행함으로써 복수의 서로 다른 주파수 영역 심볼 블록을 생성하고, OFDM 변조를 수행함으로써 폴라 부호어의 특성을 활용하여 확률적으로 다른 PAPR을 갖는 복수의 서로 다른 OFDM 신호를 생성하고,
    상기 선택적 사상 기법은 전송률의 저하를 막고, OFDM 신호를 생성하는데 필요한 송신 복잡도 및 송신 장치 수를 증가시키지 않기 위해 어떠한 OFDM 신호가 전송되었는지에 관한 부가 정보를 활용하지 않고 수신단에서 송신 신호를 복원하는
    OFDM 통신 시스템 송신 장치의 PAPR 감소 방법.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    서로 다른 형태를 가진 복수의 OFDM 신호에 대하여 최소의 PAPR을 갖는 신호를 선택하고 선택적 사상 기법(Selective mapping; SLM)을 이용하여 전송하는 단계는,
    서로 다른 형태를 가진 복수의 OFDM 신호에 대하여 OFDM 복조 과정을 수행하는 단계;
    복수의 서로 다른 동결 데이터 블록에 대하여 폴라 복호를 반복적으로 수행하거나, 복수의 병렬 복호기를 이용하여 정보어를 복호화하는 단계; 및
    최고 신뢰도를 갖는 복호 결과에 해당하는 신호를 전송하고, 해당 복호 결과를 출력하는 단계
    를 포함하는 OFDM 통신 시스템 송신 장치의 PAPR 감소 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    복수의 서로 다른 동결 데이터 블록의 집합 각각에 대하여 같은 정보를 포함하지만 서로 다른 형태를 가진 복수의 OFDM 신호를 생성하는 단계는,
    비동결 데이터 블록에 영벡터로 설정된 동결 데이터 블록을 삽입하여 부호화함으로써 폴라 부호어를 생성하고, 폴라 부호어에 시퀀스를 스크램블링함으로써 서로 다른 복수의 부호어를 생성하고, 생성된 부호어는 변조기와 OFDM 변조기를 이용하여 서로 다른 복수의 OFDM 신호로 변환되는
    OFDM 통신 시스템 송신 장치의 PAPR 감소 방법.
  5. 제4항에 있어서,
    서로 다른 형태를 가진 복수의 OFDM 신호에 대하여 최소의 PAPR을 갖는 신호를 선택하고 선택적 사상 기법(Selective mapping; SLM)을 이용하여 전송하는 단계는,
    서로 다른 형태를 가진 복수의 OFDM 신호에 대하여 OFDM 복조 과정을 수행하는 단계;
    OFDM 복조 과정을 통해 생성된 복수의 서로 다른 시퀀스에 대하여 디스크램블링을 반복적으로 수행하거나, 또는 복수의 디스크램블러를 이용하여 부호어를 복호화하는 단계;
    복호화된 부호어에 대하여 복수의 폴라 복호를 반복적으로 수행하거나, 복수의 병렬 복호기를 이용하여 정보어를 복호화하는 단계; 및
    최고 신뢰도를 갖는 복호 결과에 해당하는 신호를 전송하고, 해당 복호 결과를 출력하는 단계
    를 포함하는 OFDM 통신 시스템 송신 장치의 PAPR 감소 방법.
  6. 복수의 서로 다른 동결 데이터 블록의 집합을 정의하는 동결 데이터 블록 집합 생성부;
    복수의 서로 다른 동결 데이터 블록의 집합 각각에 대하여 같은 정보를 포함하지만 서로 다른 형태를 가진 복수의 OFDM 신호를 생성하는 OFDM 신호 생성부; 및
    서로 다른 형태를 가진 복수의 OFDM 신호에 대하여 최소의 PAPR을 갖는 신호를 선택하고 선택적 사상 기법(Selective mapping; SLM)을 이용하여 전송하는 SLM 신호 선택부
    를 포함하고,
    OFDM 신호 생성부는,
    비동결 데이터 블록에 서로 다른 동결 데이터 블록을 삽입하여 폴로 부호화 진행 시 서로 다른 부호어를 생성하고, 폴라 부호어에 대하여 변조를 수행함으로써 복수의 서로 다른 주파수 영역 심볼 블록을 생성하고, OFDM 변조를 수행함으로써 폴라 부호어의 특성을 활용하여 확률적으로 다른 PAPR을 갖는 복수의 서로 다른 OFDM 신호를 생성하고,
    상기 선택적 사상 기법은 전송률의 저하를 막고, OFDM 신호를 생성하는데 필요한 송신 복잡도 및 송신 장치 수를 증가시키지 않기 위해 어떠한 OFDM 신호가 전송되었는지에 관한 부가 정보를 활용하지 않고 수신단에서 송신 신호를 복원하는
    OFDM 통신 시스템 송신 장치의 PAPR 감소 장치.
  7. 삭제
  8. 제6항에 있어서,
    SLM 신호 선택부는,
    서로 다른 형태를 가진 복수의 OFDM 신호에 대하여 OFDM 복조 과정을 수행하고;
    복수의 서로 다른 동결 데이터 블록에 대하여 폴라 복호를 반복적으로 수행하거나, 복수의 병렬 복호기를 이용하여 정보어를 복호화하고;
    최고 신뢰도를 갖는 복호 결과에 해당하는 신호를 전송하고, 해당 복호 결과를 출력하는
    OFDM 통신 시스템 송신 장치의 PAPR 감소 장치.
  9. 제6항에 있어서,
    OFDM 신호 생성부는,
    비동결 데이터 블록에 영벡터로 설정된 동결 데이터 블록을 삽입하여 부호화함으로써 폴라 부호어를 생성하고, 폴라 부호어에 시퀀스를 스크램블링함으로써 서로 다른 복수의 부호어를 생성하고, 생성된 부호어를 변조기와 OFDM 변조기를 이용하여 서로 다른 복수의 OFDM 신호로 변환하는
    OFDM 통신 시스템 송신 장치의 PAPR 감소 장치.
  10. 제9항에 있어서,
    SLM 신호 선택부는,
    서로 다른 형태를 가진 복수의 OFDM 신호에 대하여 OFDM 복조 과정을 수행하고;
    OFDM 복조 과정을 통해 생성된 복수의 서로 다른 시퀀스에 대하여 디스크램블링을 반복적으로 수행하거나, 또는 복수의 디스크램블러를 이용하여 부호어를 복호화하고;
    복호화된 부호어에 대하여 복수의 폴라 복호를 반복적으로 수행하거나, 복수의 병렬 복호기를 이용하여 정보어를 복호화하고;
    최고 신뢰도를 갖는 복호 결과에 해당하는 신호를 전송하고, 해당 복호 결과를 출력하는
    OFDM 통신 시스템 송신 장치의 PAPR 감소 장치.
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3GPP R1-1717690
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