KR20070068554A - 이동통신 시스템에서 평균전력대비 피크 전력 감소 장치 및방법 - Google Patents

Abstract

이동통신 시스템에서 클리핑(clipping)시 발생되는 고주파 성분을 줄이기 위한 장치 및 방법에 관한 것으로서, 실제 신호를 지트랜스폼(z-transform)시켜 일정 샘플간격마다 평균을 취하여 상기 제 1 신호를 출력하는 과정과, 시간반전(Time Reverse)을 이용하여 상기 제 1 신호에서 발생한 지연을 보상하는 과정과, 상기 지연 보상된 제 1 신호를 다시 일정 샘플간격마다 평균을 취하여 제 2 신호를 출력하는 과정과, 상기 시간반전을 이용하여 상기 제 2 신호에서 발생한 지연을 보상하는 과정을 포함하여, 신호의 전,후 데이터 정보에 바탕을 두어 예측한 평균 신호 파형을 생성하여 클리핑을 수행함으로써, 고주파수 성분의 발생을 줄일 수 있다.

CFR(Crest Factor Reduction), 클리핑(Clippingr), 고주파성분, FIR필터(Finite Impulse Response)

Description

이동통신 시스템에서 평균전력대비 피크 전력 감소 장치 및 방법{CREST FACTOR REDUCTION APPARATUS AND METHOD IN COMMUNICATION SYSTEM}

도 1은 종래 기술에 따른 이동통신 시스템에서 신호의 평균전력대비 피크전력을 감소시키기 위한 신호의 파형을 도시하는 도면,

도 2는 본 발명에 따른 이동통신 시스템에서 신호의 평균전력대비 피크전력을 감소시키기 위한 신호 파형을 생성하는 장치를 도시하는 도면,

도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 이동통신 시스템에서 신호의 평균전력대비 피크전력을 감소시키기 위한 신호 파형을 생성하는 절차를 도시하는 도면, 및

도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 이동통신 시스템에서 신호의 전후 데이터를 예측하여 생성된 신호의 파형을 도시하는 도면.

본 발명은 이동통신 시스템에 관한 것으로서, 특히 상기 이동통신 시스템의 기지국에서 사용되는 RF 전력증폭기(RF AMP: Radio Freauency AMPlifier)에 영향을 주는 신호의 평균전력대비 피크전력을 감소시키기 위한 장치 및 방법에 관한 것이다.

통상적으로, CDMA(Code Division Multiple Access)및 WCDMA(Wideband Code Division Multiple Access)를 사용하는 이동통신 시스템의 기지국에서 RF 전력증폭기는 신호의 평균전력대비 피크전력(Peak to Average Power Ratio: PAPR 또는 Crest Factor: CF)으로 인해 수명이 줄어드는 문제점을 가진다.

따라서, 상기 RF 전력증폭기를 효율적으로 사용하기 위해 상기 평균전력대비 피크전력을 감소시키기 위한 방법들에 대해 많은 연구가 진행되고 있다.

종래에는 상기 평균전력대비 피크전력을 감소시키기 위해 클리핑(Clipping) 기법이 대표적으로 사용되고 있다. 상기 종래의 클리핑 기법은, 상기 RF 전력증폭기에 미리 정한 일정 임계레벨(Threshold level)을 넘는 신호가 입력되면, 도 1에 도시된 바와 같이, 가우시안(Gaussian) 파형을 이용하여 상기 임계 레벨을 넘는 신호를 잘라내는 방법을 사용하고 있다.

상기 가우시안 파형을 이용하여 상기 임계레벨을 넘는 신호를 클리핑할 경우, 고주파 성분이 발생하게 된다. 이에 따라, 상기 고주파 성분을 제거하기 위해 저주파대역 통과필터(LPF: Low Pass Filter)를 이용하는데, 상기 저주파대역 통과필터는 상기 고주파 성분을 제거하지만, 상기 임계값을 넘는 CF 성분을 다시 발생시킬 수 있다.

따라서, 상기 종래의 가우시안 파형을 이용한 클리핑 기법은 저주파대역 통과필터를 수행한 결과가 피크 코드 영역 오류(PCDE: Peak Code Domain Error), 오 류 벡터 크기(EVM: Error vector Magnitude), 및 인접 누출비(ACLR: Adjacent Channel Leakage power Ratio) 등과 같은 미리 지정한 허용오차를 넘지 않을 때까지 여러 번 반복하여 수행해야한다.

상술한 바와 같이, 상기 가우시안 파형을 이용하여 임계레벨을 넘는 신호를 잘라내는 클리핑 기법은, 고주파 성분을 발생시키기 때문에 입력신호에 대한 왜곡현상을 발생하여 비트 에러율(Bit Error Rate: 이하 'BER'이라 칭한다.)을 증가시킨다. 또한, 상기 클리핑과 저주파 대역 필터의 각 단계 구현을 위해 주파수 체배기(Multiplier)와 같은 FPGA(Filed Programmable Gate Array)의 자원이 많이 필요하게 되어 처리 속도가 느리고 구현 비용이 비싸다는 문제점이 있다.

따라서, 본 발명의 목적은 이동통신 시스템에서 신호의 전후 시그널 정보를 이용하여 입력신호에 대한 왜곡이 없이 평균전력대비 피크전력을 감소시키기 위한 장치 및 방법을 제공함에 있다.

본 발명의 다른 목적은 이동통신 시스템에서 평균전력대비 피크전력 감소시 발생되는 고주파 성분을 최소화시킬 수 있는 신호 파형을 생성하기 위한 장치 및 방법을 제공함에 있다.

상기 목적들을 달성하기 위한 본 발명의 제 1견지에 따르면, 이동통신 시스템에서 클리핑(clipping)시 발생되는 고주파 성분을 줄이기 위한 방법은, 실제 신호를 지트랜스폼(z-transform)시켜 일정 샘플간격마다 평균을 취하여 상기 제 1 신 호를 출력하는 과정과, 시간반전(Time Reverse)를 이용하여 상기 제 1 신호에서 발생한 지연을 보상하는 과정과, 상기 지연 보상된 제 1 신호를 다시 일정 샘플간격마다 평균을 취하여 제 2 신호를 출력하는 과정과, 상기 시간반전을 이용하여 상기 제 2 신호에서 발생한 지연을 보상하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 목적들을 달성하기 위한 본 발명의 제 2견지에 따르면, 이동통신 시스템에서 클리핑(clipping)시 발생하는 고주파 성분을 줄이기 위한 장치는, 지트랜스폼된 신호를 미리 지정된 일정 샘플간격마다 평균을 취하여 제 1 신호를 출력하는 제 1 평균 유한 응답 필터(Average Finite Impulse Response Filter)와, 시간 반전(Time Reverse)을 이용하여 상기 제 1 신호에서 발생한 지연을 보상하는 제 1 지연 보상부와, 상기 제 1 지연 보상부에서 지연 보상된 신호를 미리 지정된 일정 샘플간격마다 평균을 취하여 제 2 신호를 출력하는 제 2 평균 유한응답 필터와, 상기 시간 반전을 이용하여 상기 제 2 신호의 지연을 보상하는 제 2 지연 보상부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

이하 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면의 참조와 함께 상세히 설명한다. 그리고, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단된 경우 그 상세한 설명은 생략한다.

이하 본 발명은, 이동통신 시스템에서 고주파성분의 발생을 최소화시키는 신 호 파형을 생성하여 입력신호에 대한 왜곡이 없이 신호의 평균전력대비 피크전력을 감소시키기 위한 방법에 대해 설명할 것이다.

도 2는 본 발명에 따른 이동통신 시스템에서 신호의 평균전력대비 피크전력을 감소시키기 위한 신호 파형을 생성하는 장치를 도시하고 있다.

상기 도 2를 참조하면, 제 1 평균 유한 응답(Average Finite Impulse Response) 필터(203)는 복수의 지연 탭과 가산부로 구성된다. 일반적으로, 유한 응답 필터는 입력되는 신호들을 상기 복수 개의 지연 탭의 가중치와 곱한 후, 가산부를 통해 하나의 값으로 출력하고, 미리 지정된 일정 샘플만큼 출력을 지연시키는 역할을 한다. 본 발명에서는, 입력되는 신호의 평균화된 신호를 출력하기 위하여 모든 지연 탭의 계수를 1로 정한 평균 유한 응답 필터를 사용한다. 상기 제 1 평균 유한 응답 필터(203)는 입력되는 신호 X(z)(201)에 대해 일정한 샘플간격 동안의 평균을 취한 후, 상기 평균을 취한 신호를 상기 일정 샘플만큼 지연시켜 출력하는 기능을 수행한다. 즉, 평균화 효과에 의해 채널간 간섭 및 잡음 성분이 감소하게 되어 신호대 잡음비가 개선된 신호 X(z)H(z)(205)를 출력한다. 여기서, 상기 입력되는 신호 X(z)는 실제 신호 x(n)을 지트랜스폼(z-transform)한 신호이다.

제 1지연 보상부(207)는 시간 반전(Time Reverse)을 이용하여 상기 제 1평균 유한 필터(203)에서 출력된 신호에서 발생한 지연을 보상하는 기능을 수행한다. 다시 말해, 입력되는 현재 시그널 포인트(signal point)의 전, 후 시그널 포인트 정보를 이용하여 상기 제 1 평균 유한 필터(203)에서 발생되는 신호X(z)H(z)(205)의 지연을 방지하기 위한 연산을 수행하여 X(1/z)H(1/z)(209)을 출력한다. 상기 제 1 지연 보상부(207)는 실시간 구현이 가능하도록 콘볼루션(convolution) 연산을 구현하는 FPGA의 자원에 맞게 최소화하여 구현된다.

제 2평균 유한 응답 필터(211)는 상기 제 1평균 유한 응답 필터(203)와 같이 계수가 1인 지연 탭과 가산기로 구성하여 상기 제 1지연 보상부(207)에서 출력된 신호 X(1/z)H(1/z)(209)를 다시 필터링 시켜 상기 일정한 샘플간격 동안의 평균을 취한 후, 상기 평균을 취한 신호를 상기 일정한 샘플만큼 지연시켜 출력하는 기능을 수행한다. 즉, 상기 제 2 평균 유한 응답 필터의 평균화 효과에 의해 채널간 간섭 및 잡음 성분이 감소하게 되어 신호대 잡음비가 개선된 신호 X(1/z)H(1/z)H(z)(213)를 출력한다.

제 2지연 보상부(215)는 시간 반전(Time Reverse)을 이용하여 상기 제 2평균 유한 필터(211)에서 출력된 신호에서 발생한 지연을 보상하는 기능을 수행한다. 즉, 상기 제 2평균 유한 응답 필터(211)에서 출력된 신호 X(1/z)H(1/z)H(z)(213)의 지연을 보상하기 위한 연산을 수행하여 신호 X(z)H(1/z)H(z)(217)를 출력한다. 상기 제 2지연 보상부(207)는 실시간 구현이 가능하도록 콘볼루션(convolution) 연산을 구현하는 FPGA의 자원에 맞게 최소화하여 구현된다.

이때, 상기 신호가 z=e^jw이면, 상기 제 2지연 보상부에서 출력된 신호는 X(e^jw)|H(e^jw)|²으로 변화된다. 따라서, 위상 성분이 |H(e^jw)|²과 같이 절대값에 제곱으로 모두 없어지게 된다.

도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 이동통신 시스템에서 신호의 평균전력대비 피크전력을 감소시키기 위한 신호 파형을 생성하는 절차를 도시하고 있다.

상기 도 3을 참조하면, 먼저 이동통신 시스템의 기지국은 301단계에서 실제 신호를 지트랜스폼(Z-trsnsform)을 수행한다.

이후, 상기 기지국은 303단계로 진행하여 상기 지트랜스폼된 신호를 지연 탭의 계수가 1인 평균 유한 응답(Average Finite Impulse Response) 필터에 통과시켜 미리 정해진 일정 샘플간격 동안 상기 지트랜스폼된 신호의 평균 신호를 구하여 출력한다. 다시 말해, 실제 신호 x(n)을 X(z)로 지트랜스폼 시킨 후, 상기 신호 X(z)를 상기 평균 유한 필터에 통과시켜 X(z)H(z)신호를 출력한다.

이후, 상기 기지국은 305단계로 진행하여 상기 지트랜스폼된 입력 신호가 평균 유한 응답 필터의 일정 샘플 수만큼 지연되어 출력되는 것을 보상하기 위한 연산을 수행한다. 다시 말해, 시간 반전(Time Reverse)을 이용하여 상기 출력된 신호 X(z)H(z)를 X(1/z)H(1/z)로 변환하는 연산을 수행한다.

상기 신호의 지연이 보상되면, 상기 기지국은 307단계로 진행하여 상기 신호 X(1/z)H(1/z)를 상기 평균 유한 응답 필터에 다시 통과시켜 상기 미리 정해진 일정 샘플간격마다 평균화된 신호 X(1/z)H(1/z)H(z)를 출력한다.

상기 평균화된 신호 X(1/z)H(1/z)H(z)가 출력되면, 상기 기지국은 309단계로 진행하여 상기 평균 유한 응답 필터에 입력된 상기 신호 X(1/z)H(1/z)H(z)가 상기 평균 유한 응답 필터의 지연 탭 수만큼 지연되어 출력되는 것을 보상하기 위한 연산을 다시 수행한다. 즉, 상기 시간 반전을 이용하여 신호 X(1/z)H(1/z)H(z)를 X(z)H(z)H(1/z)로 변환시키기 위한 연산을 수행한다.

이후, 상기 기지국은 311단계로 진행하여 신호의 평균전력대비 피크전력을 감소시키기 위한 신호 파형이 생성된 것을 확인하고 상기 기지국은 본 알고리즘을 종료한다.

도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 이동통신 시스템에서 신호의 전후 데이터를 예측하여 생성된 신호의 파형을 도시하고 있다. 이하 설명에서 가로축은 시간을 나타내고, 세로축은 주파수를 나타낸다.

상기 도 4는 10 개의 지연 탭을 가진 평균 유한 응답 필터를 사용하여 입력된 신호의 전후 데이터 정보에 바탕을 두어 생성한 신호 파형을 나타낸다.

상기 도 4를 참조하면, 실선은 실제 입력신호를 나타내고, 파선은 상기 실제 신호를 상기 평균 유한 응답 필터를 통과시킨 경우에 5 samples만큼 지연된 신호를 나타낸다. 그리고, 실선은 상기 평균 유한 응답 필터에서 출력되는 신호의 지연을 방지하기 위한 연산을 수행하여 출력된 신호를 나타낸다.

이와 같이, 상기 본 발명에 따라 입력신호와 유사한 입력신호의 평균화된 신호 파형을 생성하여 클리핑 과정에 적용하면, 종래 기술에서 가우시안(Gaussian) 신호 파형의 사용으로 발생되는 고주파수 성분을 줄일 수 있다.

한편 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시 예에 관해 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 아니 되며 후술하는 특허청구의 범위뿐만 아니라 이 특허청구의 범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

상술한 바와 같이, CDMA 또는 WCDMA를 사용하는 이동통신 시스템에서 RF 전력증폭기(Radio Frequency AMP)의 효율적인 이용을 위하여 입력되는 신호의 전,후 데이터 정보에 바탕을 두어 예측한 평균 신호 파형을 구하여, 클리핑을 수행함으로써 고주파수 성분의 발생을 줄일 수 있다.

Claims (5)

1. 이동통신 시스템에서 클리핑(clipping)시 발생되는 고주파 성분을 줄이기 위한 방법에 있어서,

   실제 신호를 지트랜스폼(z-transform)시켜 일정 샘플간격마다 평균을 취하여 상기 제 1 신호를 출력하는 과정과,

   시간반전(Time Reverse)을 이용하여 상기 제 1 신호에서 발생한 지연을 보상하는 과정과,

   상기 지연 보상된 제 1 신호를 다시 일정 샘플간격마다 평균을 취하여 제 2 신호를 출력하는 과정과,

   상기 시간반전을 이용하여 상기 제 2 신호에서 발생한 지연을 보상하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 일정샘플 간격마다 취하는 신호의 평균은,

   계수가 1인 복수의 지연 탭으로 구성된 평균 유한 응답 필터(Average Finite Impulse Response Filter)를 이용하여 획득하는 것을 특징으로 하는 방법.
3. 상기 제 1항에 있어서,

   상기 지연보상된 제 2 신호를 이용하여 클리핑을 수행하는 과정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
4. 이동통신 시스템에서 클리핑(clipping)시 발생하는 고주파 성분을 줄이기 위한 장치에 있어서,

   지트랜스폼된 신호를 미리 지정된 일정 샘플간격마다 평균을 취하여 제 1 신호를 출력하는 제 1 평균 유한 응답 필터(Average Finite Impulse Response Filter)와,

   시간 반전(Time Reverse)을 이용하여 상기 제 1 신호에서 발생한 지연을 보상하는 제 1 지연 보상부와,

   상기 제 1 지연 보상부에서 지연 보상된 신호를 미리 지정된 일정 샘플간격마다 평균을 취하여 제 2 신호를 출력하는 제 2 평균 유한응답 필터와,

   상기 시간 반전을 이용하여 상기 제 2 신호의 지연을 보상하는 제 2 지연 보상부를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
5. 제 4항에 있어서,

   상기 평균 유한응답 필터는,

   계수가 1인 복수의 지연 탭으로 구성된 것을 특징으로 하는 장치.

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