KR20030040330A - Apparatus and method for the effective papr(peak-to-average power ratio) reduction of ofdm(orthogonal frequency division multiplexing) communication signal by the specified dummy sequence insertion - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 직교 주파수 분할 다중화(Orthogonal Frequency Division Multiplexing : OFDM, 이하 OFDM이라 함) 통신 시스템에서의 문제점인 높은 피크 전력 대비 평균전력(Peak-to-Average Power Ratio, 이하 PAPR이라 함.)값의 감소에 관한 것이다. 병렬로 입력되는 데이터에 추가로, 일정한 상보 시퀀스(complementary sequence), 또는 그 데이터들의 특성과 관련된 상관시퀀스, 또는 모두 1이거나 0인 시퀀스로 대체하거나 플리핑(flipping) 방식을 통해 생성된 더미 시퀀스(dummy sequence)를 부가하여 OFDM 신호의 PAPR을 감소시킨다. 이 더미 시퀀스는 리던던트 부반송파에 입력된다. 이러한 방법을 더미 시퀀스 삽입(DSI : dummy sequence insertion, 이하 DSI이라 함) 방법이라 부르기로 한다.The present invention reduces the peak-to-average power ratio (PAPR), which is a problem in Orthogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM) communication system. It is about. In addition to the data input in parallel, a dummy sequence generated by a constant complementary sequence, a correlation sequence related to the characteristics of the data, or a sequence of all 1s or 0s, or by flipping add a dummy sequence to reduce the PAPR of the OFDM signal. This dummy sequence is input to a redundant subcarrier. This method will be referred to as a dummy sequence insertion (DSI) method.
OFDM은 서브 채널의 스펙트럼은 상호 직교성을 유지하면서 서로 중첩되어 있어 스펙트럼 효율이 좋고, OFDM 변복조가 역 고속 푸리에 변환(Inverse Fast Fourier Transform; IFFT, 이하 IFFT라 함)와 고속 푸리에 변환(Fast Fourier Transform; FFT, 이하 FFT라 함)에 의해 구현되기 때문에 변 ·복조부의 효율적인 디지털 구현이 가능하고, 주파수 선택적 페이딩이나 협대역 간섭에 대한 강건해 현재 유럽 디지털 방송의 전송과 IEEE 802.11a 및 IEEE 802.16a 와 b 등 대용량 무선 통신 시스템의 규격으로 채택되어 있는 고속의 데이터 전송에 효과적인 기술이다.OFDM has good spectral efficiency because the spectrums of subchannels overlap each other while maintaining mutual orthogonality. FFT (hereinafter referred to as FFT) enables efficient digital implementation of the modulation and demodulation unit, and is robust against frequency-selective fading or narrowband interference. It is an effective technology for high speed data transmission, which is adopted as a standard for high capacity wireless communication systems.
OFDM은 이러한 장점에도 불구하고 높은 PAPR을 갖는 가장 큰 단점이 있다. OFDM은 많은 반송파들을 이용하여 데이터를 전송하므로 최종 OFDM 신호는 진폭의 크기가 각 반송파의 진폭 크기의 합이 되어 진폭의 변화 폭이 심하며, 각 반송파들의 위상이 일치한다면 매우 큰 값을 가지게 된다. 따라서 고출력전력증폭기(high-power amplifier, 이하 HPA이라고 함)의 선형 동작 범위를 벗어나게 되고 HPA를 통과한 신호는 왜곡이 발생된다. 따라서 이런 신호의 왜곡을 줄이기 위해서 HPA의 동작점을 하향 조정하게 되는데 이를 Back-off라 한다. Back-off의 값이 커질수록 전력 소모 또한 커지게 되어 증폭기의 효율이 매우 나빠진다. 따라서, 높은 PAPR을 갖는 신호는 선형 증폭기의 효율을 나쁘게 하며, 비선형 증폭기에서는 동작점을 비선형 영역에 위치하게 하여 비선형 왜곡이 되며, 반송파들간의 상호 변조와 스펙트럼 방사를 일으킨다.Despite these advantages, OFDM has the biggest disadvantage with high PAPR. Since OFDM transmits data using a large number of carriers, the final OFDM signal has a large amplitude variation because the amplitude is the sum of the amplitudes of the respective carriers, and if the phases of the carriers coincide, they have a very large value. Therefore, the linear operating range of a high-power amplifier (hereinafter referred to as HPA) is out of range, and the signal passing through the HPA causes distortion. Therefore, to reduce the distortion of these signals, the operating point of HPA is adjusted downward. This is called back-off. The higher the back-off value, the greater the power consumption, resulting in a very poor amplifier efficiency. Therefore, a signal with a high PAPR degrades the efficiency of the linear amplifier, and in the nonlinear amplifier, the operating point is located in the nonlinear region, resulting in nonlinear distortion, causing intermodulation and spectral emission between carriers.
PAPR을 낮추기 위한 여러 가지 기술 중 기본적인 것으로서 신호의 왜곡을 피하기 위하여 전력 증폭기의 선형 영역을 넓혀서 모든 신호들이 선형적으로 동작하도록 하거나, 비선형 증폭기에서 back-off를 하여 선형 영역에서 동작하게 하는 것이 있으나, 이런 경우 전력 효율이 나빠지고 가격이 비싸지므로 비선형 왜곡을 막기 위한 PAPR 감소는 OFDM 통신 시스템 연구에서 매우 중요하며 여러 가지 방법과 방안이 연구되고 있다.The basic technique of lowering the PAPR is to widen the linear range of the power amplifier so that all signals operate linearly, or back-off the nonlinear amplifier to operate in the linear region to avoid signal distortion. In this case, the power efficiency is low and the price is high. Therefore, PAPR reduction to prevent nonlinear distortion is very important in the research of OFDM communication system, and various methods and methods have been studied.
통상적으로 PAPR을 감소시키는 방법으로 클리핑(Clipping), 블록 코딩(BlockCoding), 위상(Phase) 조정 방법이 있다.Typically, there are clipping, block coding, and phase adjustment methods to reduce the PAPR.
클리핑 방법은 신호의 크기가 정해진 값보다 크면 강제로 그 크기를 정해진 값으로 잘라내는 방법으로 간단하면서 효과적으로 PAPR을 감소시키는 방법이나 비선형 연산으로 인해 대역 내(in-band) 왜곡이 발생하여 BER 성능이 나빠지고, 대역 밖(out-band) 클리핑 잡음을 발생시켜 인접 채널 간섭이 발생한다.Clipping method is a method of forcibly cutting the size to a fixed value when the signal size is larger than the predetermined value. It is a simple and effective method to reduce the PAPR or in-band distortion due to nonlinear operation. It worsens and generates out-band clipping noise, resulting in adjacent channel interference.
블록코딩 방법은 여분의 반송파에 신호의 PAPR이 낮아지도록 코딩기법을 부가하여 전송한다. 이 기술은 오류 정정 기능뿐만 아니라 신호의 왜곡없이 PAPR을 감소시킬 수 있지만 스펙트럼 효율이 매우 나빠지고, 룩업 테이블(look-up table)이나 생성 매트릭스(generation matrix)의 크기가 커져 매우 복잡하고 계산량이 많다.In the block coding method, a coding technique is added to the extra carrier so that the PAPR of the signal is lowered and transmitted. This technique can reduce PAPR without distortion, as well as error correction, but with very poor spectral efficiency, large look-up tables and generation matrices, which are very complex and computational. .
위상회전 방식으로 부분전송시퀀스(Partial Transmit Sequence, 이하 PTS라함)과 선택적 매핑(Selective Mapping, 이하 SLM이라 함)이 있다. PTS는 SLM과 동일한 장점을 갖고 있을 뿐만 아니라 비선형 왜곡없이 PAPR을 줄이는 가장 효과적이고 융통성 있는 방법으로 알려져 있다. SLM은 길이 N의 동일한 데이터에 M개의 통계적으로 독립적인 N 길이의 시퀀스를 곱해서 그 중 가장 낮은 PAPR을 가지는 시퀀스를 전송하는 방식이다. M개의 IFFT 과정이 필요한 반면, PAPR을 상당히 낮출 수 있고 반송파 수에 무관하게 적용이 가능한 장점이 있다.There are a partial transmission sequence (hereinafter referred to as PTS) and selective mapping (hereinafter referred to as SLM) in a phase rotation method. PTS not only has the same advantages as SLM, but is also known as the most effective and flexible way of reducing PAPR without nonlinear distortion. SLM multiplies M statistically independent N length sequences by the same data of length N and transmits the sequence having the lowest PAPR among them. While M IFFT processes are required, PAPR can be considerably lowered and can be applied regardless of the number of carriers.
위의 두 가지 방법은 스펙트럼 왜곡이 없고, 효과적으로 PAPR을 저감할 수 있으며, 변조방식에 관계없이 적용 가능하다. 그러나 data를 복원하기 위해서 회전 인자(rotation factors)에 대한 부가 정보를 수신기에 전송해야 하는 문제점을 가지고 있다. 이 부가 정보를 별도의 채널에 보내주면 통신 방식에 복잡해지고, 동일 채널에 보내주되 에러가 발생하면 그때의 OFDM 심볼의 정보는 모두 에러가 발생되어 훼손당할 수 있는 매우 불리한 단점이 있다.The above two methods have no spectral distortion, can effectively reduce the PAPR, and can be applied regardless of the modulation method. However, there is a problem in that additional information on rotation factors must be transmitted to the receiver in order to recover data. Sending this additional information to a separate channel complicates the communication scheme, and if an error occurs, all of the information of the OFDM symbol at that time may cause an error and be damaged.
이하 본 발명은 직교주파수변조다중화(OFDM) 방식을 사용하는 통신시스템에서 신호를 왜곡시키지 않고 피크전력 대 평균전력 비(PAPR)를 효과적으로 감소시키기 위한 장치 및 방법에 관한 것이다. 본 발명은 더미시퀀스 삽입(DSI : dummy sequence insertion) 기법으로서 직교주파수분할다중화(OFDM) 통신시스템에서 다중 반송파 사용으로 인한 가장 큰 문제점인 높은 PAPR을 효율적으로 줄이는 것이다. PAPR을 낮추면, HPA의 전력효율을 증가시킬 수 있으며 또한 비선형 왜곡을 방지할 수 있어서 고품질 통신이 가능하다. 이 방법은 신호의 왜곡이 발생하지 않고 변조 방식의 종류와 부반송파의 수에 관계없이 적용가능하다.The present invention relates to an apparatus and method for effectively reducing peak-to-average power ratio (PAPR) without distorting a signal in a communication system using an orthogonal frequency modulation multiplexing (OFDM) scheme. The present invention is to efficiently reduce the high PAPR, which is the biggest problem due to the use of multiple carriers in an orthogonal frequency division multiplexing (OFDM) communication system as a dummy sequence insertion (DSI) technique. Lowering the PAPR increases the power efficiency of the HPA and prevents nonlinear distortion, resulting in high quality communications. This method can be applied regardless of the type of modulation scheme and the number of subcarriers without distortion of the signal.
또한 본 발명의 다른 목적은 블록 코딩의 최대 약점으로 지적되는 코드율(code rate) 또는 대역 효율(bandwidth efficiency)을 대폭적으로 개선시키는 PAPR을 감소시키는 장치 및 방법을 제공함에 있다.It is another object of the present invention to provide an apparatus and method for reducing PAPR that significantly improves code rate or bandwidth efficiency, which is pointed out as the biggest weakness of block coding.
본 발명은 더미 시퀀스를 삽입하여 PAPR을 감소시키는 장치 및 방법을 제공함에 있어, 더미 시퀀스로 상보 시퀀스(complementary sequence)를 사용하거나 상관 값(correlation value)를 사용하거나 0과 1을 사용하는 것이다. 이 더미시퀀스는 송신단에서 오로지 PAPR을 줄이는 데에만 사용되고 수신단에서는 그대로 제거된다. PTS나 SLM처럼 부가정보로 사용되지 않으므로 에러가 발생되어도 상관없다.The present invention provides an apparatus and method for reducing a PAPR by inserting a dummy sequence, using a complementary sequence, a correlation value, or using 0 and 1 as a dummy sequence. This dummy sequence is only used to reduce the PAPR at the transmitter and is removed at the receiver. Since it is not used as additional information like PTS or SLM, an error may occur.
본 발명의 또 다른 목적은 모든 입력 신호에 대하여 PAPR을 저감 기법을 적용하지 않고, 대부분의 낮은 PAPR을 가지는 신호는 바로 전송하고, 어느 이상의 높은 PAPR을 가지는 신호에 대해만 PAPR 저감 기법을 적응적으로 적용하는 임계치(threshold) 기법을 이용하는 장치 및 방법을 사용함에 있다.Another object of the present invention is to apply a PAPR reduction technique for all input signals, to transmit a signal having most low PAPR directly, and to adaptively apply a PAPR reduction technique only to a signal having more than one high PAPR. The present invention relates to an apparatus and a method using a threshold technique applied.
상기한 목적을 달성하기 위하여, OFDM 통신 시스템에서 더미 시퀀스 삽입부(dummy sequence insertion)에서 정해진 형태의 더미 시퀀스를 삽입하여 IFFT부로 전달해서 OFDM 변조시키고, 그 다음 PAPR 비교기에서 PAPR을 검사하여 낮은 PAPR의 OFDM 신호이면 전송하고 반대로 아직 높은 PAPR이면 피드백(feedback) 정보를 보내서 준비된 다른 더미 시퀀스(dummy sequence)를 삽입하여 PAPR을 감소시킨다. 이때 상보 시퀀스(complementary sequence)를 더미 시퀀스(dummy sequence)로 사용하는 경우에는 상기 더미 시퀀스 삽입부에서 미리 정해진 다른 상보 시퀀스를 삽입한다. 다음으로 더미 시퀀스(dummy sequence)로 사용하는 것은 입력 데이터와의 연관성을 이용하는 상관 시퀀스(correlation sequence), 모두 0으로 이뤄진 시퀀스 그리고 모두 1로 이뤄진 시퀀스가 있다. 상보 시퀀스(complementary sequence)의 더미 시퀀스(dummy sequence)를 삽입하는 방법은 PAPR을 낮추기 위하여 준비된 다른 상보시퀀스를 한꺼번에 대치하는 방법을 사용한다. 나머지의 경우에는 더미 시퀀스의 상위비트부터 하나씩 반전시켜서 PAPR이 낮아지는가를 확인하여 낮아지는 방향으로 더미 시퀀스 비트를 결정해나가는 플립핑(flipping) 방법으로 더미시퀀스를 삽입함을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, in the OFDM communication system, a dummy sequence of a predetermined type is inserted in a dummy sequence insertion unit, transferred to an IFFT unit, and then modulated by OFDM. On the contrary, if it is still a high PAPR, feedback information is transmitted to insert another dummy sequence prepared to reduce the PAPR. In this case, when a complementary sequence is used as a dummy sequence, another predetermined complementary sequence is inserted by the dummy sequence inserting unit. Next, the dummy sequence includes a correlation sequence that uses association with input data, a sequence of all zeros, and a sequence of all ones. The method of inserting a dummy sequence of the complementary sequence uses a method of replacing different complementary sequences prepared in order to lower the PAPR. In the other case, the dummy sequence is inserted by a flipping method in which the upper bits of the dummy sequence are inverted one by one to check whether the PAPR is lowered and determine the dummy sequence bits in the lower direction.
직교주파수 분할다중화(OFDM) 통신시스템에서 피크전력 대 평균전력 비(PAPR: Peak-to-Average Power Ratio)를 감소시켜 송신한 신호를 수신하는 장치에 있어서, 송신기로부터 전달받은 데이터를 병렬로 변환하는 직/병렬 변환부로부터 전달받은 병렬 데이터를 입력으로 고속푸리에 변환하는 고속푸리에 변환부와, 상기 고속푸리에 변환부로부터 전달받은 데이터를 입력으로 리던던트 서브케리어에 전송된 더미 시퀀스를 제거하는 더미시퀀스 제거부와 더미 시퀀스가 제거 된 데이터를 데이터 복원부에서 복원된 데이터를 직렬로 변환하는 병/직렬 변환부로 전달하는 더미 시퀀스 제거부를 포함함을 특징으로 한다.In an apparatus for receiving a signal transmitted by reducing the peak-to-average power ratio (PAPR) in an Orthogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM) communication system, the data received from the transmitter is converted in parallel. A fast Fourier transform unit for fast Fourier transforming the parallel data received from the serial / parallel converter as an input, and a dummy sequence removal unit for removing the dummy sequence transmitted to the redundant subcarrier with the data received from the fast Fourier transform unit as an input And a dummy sequence remover for transferring the data from which the dummy sequence has been removed to a parallel / serial converter for serially converting the data restored by the data restorer.
제 1 도는 더미 시퀀스 삽입 (DSI:dummy sequence insertion) 방법의 OFDM 송신기 블록 구성도.1 is a block diagram of an OFDM transmitter block of a dummy sequence insertion (DSI) method.
제 2 도는 더미 시퀀스가 상보시퀀스(complementary sequence)일 때 DSI 방법의 데이터 구성도.2 is a data diagram of a DSI method when a dummy sequence is a complementary sequence.
제 3 도는 더미 시퀀스가 상관시퀀스(correlation sequence)일 때 DSI 방법의 구성도.3 is a schematic diagram of a DSI method when the dummy sequence is a correlation sequence.
제 4 도는 L=56, M=8인 경우 DSI 방법이 적용된 경우와 아닌 경우의 CCDF 성능 분석도.4 is a CCDF performance analysis diagram when L = 56 and M = 8, with and without DSI method.
제 5 도는 L=48, M=16인 경우 DSI 방법이 적용된 경우와 아닌 경우의 CCDF 성능 분석도.5 is a CCDF performance analysis diagram when L = 48 and M = 16 with and without DSI method.
제 6 도는 L=48, M=16이고, 상보 시퀀스를 사용하는 경우 임계값에 따른 CCDF 성능 분석도.FIG. 6 shows CCDF performance analysis according to threshold values when L = 48, M = 16 and complementary sequences.
제 7 도는 L=48, H=16이고, 상보 시퀀스를 사용하는 경우 PAPR 임계치에 따른 반복 탐색 횟수.7 is L = 48, H = 16, and the number of repetitive searches according to a PAPR threshold when using a complementary sequence.
제 8 도는 AWGN(Additive White Gaussian Noise) 채널에서 BER 성능.8 shows BER performance in Additive White Gaussian Noise (AWGN) channel.
이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 하기의 설명에서는 본 발명에 따른 동작을 이해하는데 필요한 부분만이 설명되며 그 이외 부분의 설명은 본 발명의 요지를 흩트리지 않도록 생략될 것이라는 것을 유의하여야 한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. It should be noted that in the following description, only parts necessary for understanding the operation according to the present invention will be described, and descriptions of other parts will be omitted so as not to distract from the gist of the present invention.
본 발명은 더미시퀀스 삽입(DSI : dummy sequence insertion)기법으로 직교주파수분할다중화(OFDM) 통신시스템에서 다중 반송파 사용으로 인한 가장 큰 문제점인 높은 PAPR을 효율적으로 줄이는 것이다. PAPR을 낮추면, HPA의 전력효율을 증가시킬수 있으며 또한 비선형 왜곡을 방지할 수 있어서 고품질 통신이 가능하다. 이 방법은 신호의 왜곡이 발생하지 않고 변조 방식의 종류와 부반송파의 수에 관계없이 적용 가능하다. OFDM 통신 시스템에서, 병렬로 입력되는 데이터에 일정한 상보 시퀀스(complementary sequence), 또는 그 데이터들의 특성과 관련된 상관시퀀스, 또는 모두 1이거나 0인 시퀀스를 추가하여 전송함으로써 첨두 전력(peakpower)을 저감하는 것이다.The present invention efficiently reduces the high PAPR, which is the biggest problem due to the use of multiple carriers in an Orthogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM) communication system by using a dummy sequence insertion (DSI) technique. Lowering PAPR can increase HPA's power efficiency and prevent non-linear distortions, enabling high quality communications. This method can be applied regardless of the type of modulation scheme and the number of subcarriers without distortion of the signal. In an OFDM communication system, peak power is reduced by adding and transmitting a constant complementary sequence, a correlation sequence related to characteristics of the data, or a sequence of all 1s or 0s to data input in parallel. .
상기한 목적을 달성하기 위하여, OFDM 통신 시스템에서 PAPR을 감소시키기 위한 송신 장치에 있어서, 순차적으로 입력되는 데이터를 병렬로 변환하는 직/병렬 변환부로부터 전달받은 병렬데이터에 추가적으로, 더미 시퀀스 삽입부(dummy sequence insertion)에서 정해진 형태의 더미 시퀀스를 삽입하여 IFFT부로 전달해서 OFDM 변조시키고, 그 다음 PAPR 비교기에서 PAPR을 검사하여 낮은 PAPR의 OFDM 신호이면 전송하고 반대로 아직 높은 PAPR이면 피드백(feedback) 정보를 보내서 준비된 다른 더미 시퀀스(dummy sequence)를 삽입하여 PAPR을 감소시킨다. 이때 상보 시퀀스(complementary sequence)를 더미 시퀀스(dummy sequence)로 사용하는 경우에는 상기 더미 시퀀스 삽입부에서 미리 정해진 다른 상보 시퀀스를 삽입한다. 다음으로 더미 시퀀스(dummy sequence)로 사용하는 것은 입력 데이터와의 연관성을 이용하는 상관 시퀀스(correlation sequence), 모두 0으로 이뤄진 시퀀스 그리고 모두 1로 이뤄진 시퀀스가 있다. 상보 시퀀스(complementary sequence)의 더미 시퀀스(dummy sequence)를 삽입하는 방법은 PAPR을 낮추기 위하여 준비된 다른 상보시퀀스를 한꺼번에 대치하는 방법을 사용한다. 나머지의 경우에는 더미 시퀀스의 상위 비트부터 하나씩 반전시켜서 PAPR이 낮아지는가를 확인하여 낮아지는 방향으로 더미 시퀀스 비트를 결정해나가는 플립핑(flipping) 방법으로 더미시퀀스를 삽입한다.In order to achieve the above object, in the transmission apparatus for reducing the PAPR in the OFDM communication system, in addition to the parallel data received from the serial / parallel conversion unit for converting sequentially input data in parallel, the dummy sequence insertion unit ( In the dummy sequence insertion, a dummy sequence of a predetermined type is inserted and transmitted to the IFFT unit for OFDM modulation. Then, the PAPR comparator checks the PAPR and transmits the low PAPR OFDM signal. Reduce the PAPR by inserting another prepared dummy sequence. In this case, when a complementary sequence is used as a dummy sequence, another predetermined complementary sequence is inserted by the dummy sequence inserting unit. Next, the dummy sequence includes a correlation sequence that uses association with input data, a sequence of all zeros, and a sequence of all ones. The method of inserting a dummy sequence of the complementary sequence uses a method of replacing different complementary sequences prepared in order to lower the PAPR. In the other case, the dummy sequence is inserted by a flipping method in which the upper bits of the dummy sequence are inverted one by one to check whether the PAPR is lowered and the dummy sequence bits are determined in the lower direction.
제 1도는 본 발명의 실시에 따른 OFDM 시스템에서 더미시퀀스 삽입(DSI : dummy sequence insertion)기법의 송신기 블럭 구성도를 나타낸 것이다. DSI 방식의 송신기는 직/병렬 변환부와 더미 시퀀스 삽입부와 역 고속푸리에 변환부(IFFT)와 병/직렬 변환부와 PAPR 비교기들로 구성된다. 상기 직/병렬 변환부에서 출력된 신호는 더미 시퀀스 삽입부에서 정해진 리던던트 서브 케리어수에 알맞은 길이의 더미 시퀀스가 전송 데이터에 삽입되게 된다.1 is a block diagram illustrating a transmitter block of a dummy sequence insertion (DSI) technique in an OFDM system according to an embodiment of the present invention. The DSI transmitter includes a serial / parallel converter, a dummy sequence inserter, an inverse fast Fourier transform (IFFT), a parallel / serial converter, and a PAPR comparator. In the signal output from the serial / parallel converter, a dummy sequence having a length corresponding to the number of redundant subcarriers determined by the dummy sequence inserter is inserted into the transmission data.
본 발명에서는 병렬로 입력되는 데이터에 추가로, 일정한 상보 시퀀스(complementary sequence), 또는 그 데이터들의 특성과 관련된 상관시퀀스, 또는 모두 1이거나 0인 시퀀스를 초기 더미 시퀀스(dummy sequence)로 부가하여 OFDM 신호의 PAPR을 감소시킨다. 또한 PAPR 임계치 비교기를 사용함으로써 역 고속 푸리에 (Inverse Fast Fourier Transform, 이하 IFFT라고 함.) 변환부 출력 신호의 PAPR을 측정하여 시스템에서 설정된 PAPR의 임계치보다 낮으면 바로 송신하고, 반대로 PAPR의 임계치보다 높으면 더미 시퀀스 삽입부로 궤환시켜 낮은 PAPR을 갖는 시퀀스를 삽입하여 전송함으로써 계산량을 줄일 수 있다. 이 방식에서 PAPR 비교기에서 기준 PAPR보다 높은 경우 더미 시퀀스 삽입부로 궤환하여 다른 더미시퀀스를 삽입하게 되는데 이때 사용되는 방식을 두 가지로 나누어 본다. 첫 번째는 미리 정해진 시퀀스를 차례로 삽입하여 사용하는 방법 1과 플립핑 방식을 사용하여 새로운 시퀀스를 생성하는 방법 2로 나뉜다.In the present invention, in addition to the data input in parallel, the OFDM signal by adding a constant complementary sequence, or a correlation sequence related to the characteristics of the data, or a sequence of all 1s or 0s as an initial dummy sequence Decreases the PAPR. In addition, by using the PAPR threshold comparator, the Inverse Fast Fourier Transform (IFFT) is used to measure the PAPR of the output signal of the transformer and transmit it immediately when it is lower than the threshold of the PAPR set in the system. The amount of computation can be reduced by feedback to the dummy sequence inserter to insert and transmit a sequence having a low PAPR. In this method, when the PAPR comparator is higher than the reference PAPR, it is fed back to the dummy sequence inserter to insert another dummy sequence. The method used at this time is divided into two types. The first is divided into Method 1 of inserting and using a predetermined sequence in sequence and Method 2 of generating a new sequence using a flipping method.
도면에서 제시한 제 2도, 제 3도는 더미 시퀀스 삽입부후의 전송 데이터 블록도이다. 그중 상기 제 2도는 상보 시퀀스(complementary sequence)를 사용할 경우의 데이터 블록도로 길이가 M인 상보시퀀스가 삽입된다. 그리고 상기 제 3도는 상관 값(correlation value)을 사용할 경우의 데이터 블록도이다. 제 3도에서 보여주는 것과 같이 상관 값 사용 시 데이터 블록도이다. 그리고 상관 값은 더미 시퀀스 수만큼 데이터를 블록으로 나눈 후 각각의 블록 첫 번째 값의 역을 취한 값을 첫 번째 더미시퀀스로 사용하게 된다.2 and 3 are block diagrams of the transmission data after the dummy sequence insertion unit. In FIG. 2, a complementary sequence of length M is inserted into a data block diagram when a complementary sequence is used. 3 is a data block diagram when a correlation value is used. As shown in Figure 3, it is a data block diagram when using correlation values. The correlation value is to divide the data by the number of dummy sequences into blocks and then use the inverse of the first value of each block as the first dummy sequence.
본 발명은 종래의 PTS, SLM 방식과 다르게 부가 정보를 전송하지 않는다. 즉, 더미 시퀀스로 부가된 정보는 단지 PAPR 저감만을 위해 사용된다.The present invention does not transmit additional information unlike the conventional PTS and SLM schemes. That is, the information added to the dummy sequence is used only for PAPR reduction.
기존 블록 코딩의 경우 코드 레이트(code rate)는 가능한 위상 k의 수가 1+log2 N이다. 따라서 코드레이트는 다음과 같다.For conventional block coding, the code rate is 1 + log 2 N of possible phase k. Therefore, the code rate is
[수학식 1][Equation 1]
본 발명의 전송 효율은 다음 수학식 1과 같이 항상 고정된 값이다.The transmission efficiency of the present invention is always a fixed value as shown in Equation 1 below.
[수학식 2][Equation 2]
L은 전송 데이터 수, M은 PAPR 저감을 위한 더미 시퀀스의 크기이다. 따라서 블록코딩의 전송 비해 전송 효율이 증가되었다. 또한 계산량의 차이에 있어서 상기 PTS의 경우 V개의 서브블록(subblock)으로 나뉠 때 2V-1의 반복적인 계산을 통해서 가장 작은 PAPR을 가질 때 전송하지만, 본 발명의 경우 제 7도를 참고하여 보면 최대 반복횟수가 M으로 계산량이 현저히 줄어듦을 알 수 있다.L is the number of transmitted data, M is the size of the dummy sequence for PAPR reduction. Therefore, transmission efficiency is increased compared to transmission of block coding. In addition, the PTS transmits when the PTS has the smallest PAPR through repetitive calculation of 2 V-1 when the PTS is divided into V subblocks. However, the present invention refers to FIG. The maximum number of iterations is M, which shows that the amount of computation is significantly reduced.
따라서 본 발명의 수신단의 구조는 종래의 PTS, SLM 및 블록코딩처럼 부가정보를 복조하여 원래 정보를 복원하는데 사용하지 않아 수신단의 구조가 훨씬 단순해진다. 또한 부가정보 오류에 따른 전송 데이터 오류의 발생을 방지할 수 있다.Therefore, the structure of the receiver of the present invention is much simpler since the structure of the receiver is not used to recover the original information by demodulating the additional information as in the conventional PTS, SLM, and block coding. In addition, it is possible to prevent the transmission data error caused by the additional information error.
제 4도는 L=56, M=8인 경우 더미(dummy) 시퀀스를 삽입하여 본 발명으로 PAPR 저감한 경우와 그렇지 않은 경우의 CCDF 성능 분석도 이다.4 is a diagram illustrating CCDF performance analysis when PAPR is reduced according to the present invention by inserting a dummy sequence when L = 56 and M = 8, and when not.
제 5도는 L=48, M=16인 경우 더미(dummy) 시퀀스를 삽입하는 경우와 아닌 경우의 CCDF 성능 분석도 이다.FIG. 5 is a diagram illustrating CCDF performance analysis when a dummy sequence is inserted or not when L = 48 and M = 16.
제 6도는 L=48, M=16이고, 상보 시퀀스를 사용하는 경우 임계값에 따른 CCDF 성능 분석도이다.FIG. 6 is a diagram of CCDF performance analysis according to a threshold value when L = 48 and M = 16 and complementary sequences are used.
제 7도는 L=48, M=16이고, 상보 시퀀스를 사용하는 경우 PAPR 임계치에 따른 반복 탐색 횟수를 보여준다.7 shows L = 48 and M = 16, and shows the number of repetitive searches according to the PAPR threshold when using a complementary sequence.
제 8도는 AWGN 채널에서의 BER 성능을 보여준다.8 shows the BER performance in the AWGN channel.
상기와 같이 본 발명은 더미시퀀스 삽입(DSI : dummy sequence insertion)기법으로 직교주파수분할다중화(OFDM) 통신시스템에서 다중 반송파 사용으로 인한 가장 큰 문제점인 높은 PAPR을 효율적으로 줄이는 것이다. PAPR을 낮추면, HPA의 전력효율을 증가시킬 수 있으며 또한 비선형 왜곡을 방지할 수 있어서 고품질 통신이 가능하다. 이 방법은 신호의 왜곡이 발생하지 않고 변조 방식의 종류와 부반송파의 수에 관계없이 적용 가능하다. 부분적으로 PAPR 저감효율이 낮아지는 단점이 있지만 블록 코딩에 비해 우수한 전송 효율을 가진다. 전송하지 않는 하부 밴드들을 단순히 제로패딩(zero padding)하지 않고 더미 시퀀스를 삽입하므로 효과적인 PAPR저감 성능을 얻을 수 있다. 임계치(threshold) 기법을 적용하여 대부분의 낮은 PAPR을 가지는 신호는 바로 전송하고 높은 PAPR을 가지는 신호에 대하여 PAPR 저감 기법을 적용하므로 처리시간을 단축할 수 있다. 마지막으로 부가 정보를 추가하여 전송하지 않으므로 수신기에서 부가 정보 오류에 따른 성능 저하를 방지 할 수 있다.As described above, the present invention is to efficiently reduce the high PAPR, which is the biggest problem due to the use of multiple carriers in an orthogonal frequency division multiplexing (OFDM) communication system by a dummy sequence insertion (DSI) technique. Lowering the PAPR increases the power efficiency of the HPA and prevents nonlinear distortion, resulting in high quality communications. This method can be applied regardless of the type of modulation scheme and the number of subcarriers without distortion of the signal. In part, the PAPR reduction efficiency is lowered, but the transmission efficiency is superior to block coding. By inserting the dummy sequence without simply zero padding the untransmitted lower bands, an effective PAPR reduction performance can be obtained. By applying a threshold technique, a signal having a low PAPR is transmitted immediately and a PAPR reduction technique is applied to a signal having a high PAPR, thereby reducing processing time. Finally, since additional information is not added and transmitted, the receiver can prevent performance degradation due to additional information error.
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