KR20080054953A

KR20080054953A - 통신 시스템에서 데이터 송신 방법 및 장치

Info

Publication number: KR20080054953A
Application number: KR1020060127699A
Authority: KR
Inventors: 코야준; 한승희; 이주현
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2006-12-14
Filing date: 2006-12-14
Publication date: 2008-06-19

Abstract

본 발명은 직교 주파수 분할 다중(OFDM: Orthogonal Frequency Division Multiplexing)/직교 주파수 분할 다중 접속(OFDMA: Orthogonal Frequency Division Multiple Access) 방식을 적용한 통신 시스템에서 데이터 송신 방법 및 장치를 제안한다. 이를 위해 본 발명은, 통신 시스템에서 데이터 송신 방법에 있어서, 송신기가 수신기로 송신할 데이터를 소정 변조 방식에 상응하여 변조하는 과정과, 상기 변조된 데이터를 최적화하여 상기 송신할 데이터의 피크대 평균 전력비(PAPR: Peak to Average Power Ratio)를 감소시키는 과정과, 상기 최소 피크대 평균 전력비를 갖는 데이터를 선택하고, 상기 선택한 데이터의 피크대 평균 전력비를 재감소시킨 후 상기 재감소된 데이터를 상기 수신기로 송신하는 과정을 포함한다.

피크대 평균 전력비(Peak to Average Power Ratio), 성상도 확장, 선택적 회전(Selective Rotation), 상호 감소 최적화(Coordinate Descent Optimization)

Description

통신 시스템에서 데이터 송신 방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS FOR TRANSMITTING DATA IN COMMUNICATION SYSTEM}

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 통신 시스템에서 송신기의 구조를 개략적으로 도시한 도면.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 통신 시스템에서 송신기의 성상도 매핑을 도시한 도면.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 통신 시스템에서 SLM 방식을 이용하는 송신기의 구조를 개략적으로 도시한 도면.

본 발명은 통신 시스템에 관한 것으로, 특히 직교 주파수 분할 다중(OFDM: Orthogonal Frequency Division Multiplexing, 이하 'OFDM'이라 칭하기로 함)/직교 주파수 분할 다중 접속(OFDMA: Orthogonal Frequency Division Multiple Access, 이하 'OFDMA'이라 칭하기로 함) 방식을 적용한 통신 시스템(이하 'OFDM/OFDMA 통신 시스템'이라 칭하기로 함)에서 데이터 송신 방법 및 장치를 제안한다.

상기 OFDM/OFDMA 통신 시스템은 높은 주파수 효율, 고속 퓨리에 변환(fast Fourier transform)을 이용한 효율적인 송신기 구조, 간단한 수신기 구조등의 장점을 가져 차세대 이통통신 시스템을 위한 다중 접속 방식으로 활발한 연구가 진행되고 있다. 하지만 상기 OFDM/OFDMA 통신 시스템은 단일 반송파를 사용하는 통신 시스템과 비교 하였을 때 피크대 평균 전력비(PAPR: Peak to Average Power Ratio, 이하 'PAPR'이라 칭하기로 함)가 높다는 단점이 있다. 다시 말해, 상기 OFDM 통신 시스템은 다중 반송파(multi carrier) 통신 시스템으로서 다수의 서브캐리어(subcarrier)들을 사용하기 때문에 단일 반송파를 사용하는 통신 시스템에 비해 PAPR이 크다. 그에 따라, OFDM/OFDMA 통신 시스템의 전송 신호는 증폭기(amplifier)와 같은 비선형 소자의 특성에 크게 영향을 받게 되는 단점이 있다. 상기 OFDM/OFDMA 통신 시스템의 전송 신호의 PAPR을 줄이기 위하여 많은 연구가 진행되었다. 상기 PAPR을 감소시키기 위한 방식으로는 클리핑(clipping) 방식과, 블록 코딩(block coding) 방식과, 위상 회전 방식 등이 존재한다.

우선, 상기 클리핑 방식은 신호의 크기가 미리 설정되어 있는 설정 크기를 초과할 경우 상기 설정 크기를 초과하는 크기의 신호를 상기 설정 크기에 상응하게 잘라내어 PAPR을 감소시키는 방식이다. 상기 클리핑 방식은, 상기 설정 크기를 초과하는 신호를 설정 크기에 상응하게 단순히 잘라내면 되므로 구현에 있어 간단하다는 장점을 가지지만, 비선형 연산으로 인한 대역 내(in-band) 왜곡이 발생하여 비트 에러 레이트(BER: Bit Error Rate, 이하 'BER'이라 칭하기로 함)가 증가되고, 대역 외(out-band) 클리핑 잡음으로 인해 인접한 채널들 간에 간섭이 발생하는 문 제점이 있다.

상기 블록 코딩 방식은 전체 서브캐리어 신호들의 PAPR을 감소시키기 위해 리던던시(redundancy) 서브캐리어에 코딩 방식을 적용하는 방식이다. 상기 블록 코딩 방식은, 상기 코딩 방식을 적용함에 따라 에러 정정 능력을 가질 뿐만 아니라 신호의 왜곡 없이 PAPR을 감소시킬 수 있다는 장점을 가진다. 그러나, 전체 서브캐리어들의 개수가 많을 경우에 대한 효율적인 방식이 존재하지 않는다는 문제점이 있다.

상기 위상 회전 방식은, 다중 신호 표현 (multiple signal representation) 기법으로도 불리며, 부분 전송 시퀀스(PTS: Partial Transmit Sequence, 이하 'PTS'라 칭하기로 함) 방식과 선택적 매핑(SLM: SeLective Mapping, 이하 'SLM'이라 칭하기로 함) 방식, 그리고 인터리빙(Interleaving) 방식으로 분류할 수 있다. 상기 PTS 방식은 길이 N의 데이터 블록(data block)을 M개의 서브 블록(sub-block)들로 분할하여, 상기 M개의 서브 블록들 각각을 L+P-포인트(point) 역이산 퓨리에 변환(IDFT: Inverse Discrete Fourier Transform, 이하 'IDFT'라 칭하기로 함)을 하고, 상기 L+P-포인트 IDFT된 M개의 서브 블록들 각각에 PAPR을 최소화하도록 하는 위상 파라미터(parameter)를 각각 곱한 후 합산하여 전송하는 방식이다.

상기 SLM 방식은 랜덤 벡터(random vector)를 데이터 프레임에 곱하여 상기 PTS 방식과 같이 최소의 PAPR을 갖는 랜덤 벡터를 선택하는 방식이다. 다시 말해, SLM 방식은, 길이 N의 동일한 입력 데이터 프레임에 M개의 랜덤 벡터인 랜덤 시퀀스를 하나씩 곱한 후, 가장 작은 PAPR을 갖는 시퀀스를 선택하여 수신기로 전송하 는 방식이다.

한편, 상기 인터리빙 방식은, 높은 상관 값을 갖는 OFDM 신호들을 IDFT 전에 다수의 인터리버를 이용하여 다수의 신호들을 발생시킨 후, 그 중에서 가장 작은 상관 값을 갖는 시퀀스, 즉 PAPR이 가장 작은 시퀀스를 선택하여 수신기로 전송하는 방식이다.

이와 같이 일반적인 위상 회전 방식에서 상기 SLM 방식과 인터리빙 방식은, OFDM/OFDMA 통신 시스템의 IDFT 이전에 입력 데이터의 위상 변환 또는 인터리빙을 통해 다수의 심벌을 발생시킨 후 최소의 PAPR을 갖는 OFDM 심벌을 선택하여 수신기로 전송한다. 이때, 상기 수신기는 수신되는 데이터, 즉 최소의 PAPR을 갖는 OFDM 심벌에 사용된 랜덤 벡터 또는 인터리버의 정보를 필수적으로 수신하여야 하며, 그에 따라 송신기는 상기 정보를 상기 수신기로 전송하여야 한다. 그러나, 상기 정보는 송신기가 전송하는 데이터의 부가 정보로서 상기 부가 정보를 수신기로 전송할 경우 오버헤드(overhead)를 초래하는 문제점 있으며, 그에 따라 OFDM/OFDMA 통신 시스템의 전송 효율을 저하시키는 문제점이 있다.

이렇게 OFDM/OFDMA 통신 시스템에서 PAPR을 최소화하는 다양한 방식들이 제안되었으나, 전술한 바와 같이 인접한 채널들 간에 간섭이 발생하고, 시스템의 복잡도가 증가하며, 시스템의 전송 효율을 저하시키는 문제점이 있다.

따라서, 본 발명의 목적은 통신 시스템에서 데이터 송신 방법 및 장치를 제 공함에 있다.

또한, 본 발명은 OFDM/OFDMA 통신 시스템에서 데이터 송신 방법 및 장치를 제공함에 있다.

아울러, 본 발명은 OFDM/OFDMA 통신 시스템에서 PAPR을 최소화하여 데이터를 송신하는 방법 및 장치를 제공함에 있다.

상기한 목적들을 달성하기 위한 본 발명의 방법은, 통신 시스템에서 데이터 송신 방법에 있어서, 송신기가 수신기로 송신할 데이터를 소정 변조 방식에 상응하여 변조하는 과정과, 상기 변조된 데이터를 최적화하여 상기 송신할 데이터의 피크대 평균 전력비(PAPR: Peak to Average Power Ratio)를 감소시키는 과정과, 상기 최소 피크대 평균 전력비를 갖는 데이터를 선택하고, 상기 선택한 데이터의 피크대 평균 전력비를 재감소시킨 후 상기 재감소된 데이터를 상기 수신기로 송신하는 과정을 포함한다.

상기한 목적들을 달성하기 위한 본 발명의 장치는, 통신 시스템에서 데이터 송신 장치에 있어서, 수신기로 송신할 데이터를 소정 변조 방식에 상응하여 변조하는 변조부와, 상기 변조된 데이터를 최적화하여 상기 송신할 데이터의 피크대 평균 전력비(PAPR: Peak to Average Power Ratio)를 감소시키는 제1감소부와, 상기 최소 피크대 평균 전력비를 갖는 데이터를 선택하는 선택부와, 상기 선택한 데이터의 피크대 평균 전력비를 재감소시키는 제2감소부를 포함하는 송신기를 구비하며, 상기 송신기는 재감소된 데이터를 상기 수신기로 송신한다.

이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 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.

본 발명은, 통신 시스템, 일예로 직교 주파수 분할 다중(OFDM: Orthogonal Frequency Division Multiplexing, 이하 'OFDM'이라 칭하기로 함)/직교 주파수 분할 다중 접속(OFDMA: Orthogonal Frequency Division Multiple Access, 이하 'OFDMA'이라 칭하기로 함) 방식을 적용한 통신 시스템(이하 'OFDM/OFDMA 통신 시스템'이라 칭하기로 함)에서 데이터 송신 방법 및 장치를 제안한다. 여기서, 후술할 본 발명의 실시예에서는 OFDM/OFDMA 통신 시스템을 일예로 하여 설명하지만, 본 발명에서 제안하는 데이터 송신 방법 및 장치는 다른 통신 시스템들에도 적용될 수 있다.

또한, 본 발명은 OFDM/OFDMA 통신 시스템에서 송신기, 일예로 기지국(BS: Base Station, 이하 'BS'라 칭하기로 함)이 통신 서비스를 제공받는 수신기, 일예로 이동 단말기(MS: Mobile Station, 이하 'MS'라 칭하기로 함)로 데이터를 송신하는 방법 및 장치를 제안한다. 후술할 본 발명의 실시예에서는 OFDM/OFDMA 통신 시스템에서 BS가 MS로 데이터를 송신할 경우 피크대 평균 전력비(PAPR: Peak to Average Power Ratio, 이하 'PAPR'이라 칭하기로 함)를 최소화하여 데이터를 송신하는 방법 및 장치를 제안한다. 이때, 본 발명은, 송신기가 수신기로 전송할 데이 터 심벌을 통신 환경 및 통신 시스템에 상응하여 설정된 변조 방식에 상응한 성상도(constellation)에 매핑한 후, 성상도 확장(constellation extension) 방식을 통해 PAPR을 감소시켜 데이터를 수신기로 송신하고 추가적인 PAPR 감소를 위하여 별도의 PAPR 감소 기법을 적용한다. 그러면 여기서, 도 1을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 통신 시스템에서 송신기의 구조를 구체적으로 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 통신 시스템에서 송신기의 구조를 개략적으로 도시한 도면이다.

도 1을 참조하면, 상기 송신기는, 수신기로 송신할 직렬 형태의 데이터 스트림을 병렬 형태의 데이터 스트림으로 변환하는 직렬/병렬(S/P: Serial-to-Parallel, 이하 'S/P'라 칭하기로 함) 변환부(101)와, 통신 환경 및 통신 시스템에 상응하여 설정된 변조 방식을 통해 상기 S/P 변환부(101)의 출력 데이터를 변조하는 변조부(103)와, PAPR 감소 알고리즘을 통해 상기 변조부(103)의 출력 데이터의 PAPR을 감소시킨 후 PAPR이 최소인 데이터를 출력하는 PAPR 감소부(105)와, 상기 PAPR 감소부(105)의 출력 데이터를 역고속 푸리에 변환(IFFT: Inverse Fast Fourier Transform, 이하 'IFFT'라 칭하기로 함)하는 IFFT부(107)와, IFFT된 병렬 형태의 데이터를 직렬 형태의 데이터로 변환하는 병렬/직렬(P/S: Parallel-to-Serial, 이하'P/S'라 칭하기로 함) 변환부(109)와, 상기 P/S 변환부(109)로부터 출력되는 디지털 데이터를 아날로그 데이터로 변환하는 디지털/아날로그(D/A: Digital-to-Analog, 이하 'D/A'라 칭하기로 함) 변환부(111), 및 상기 아날로그 데이터를 증폭한 후 채널을 통해 수신기로 송신하는 증폭부(113)를 포함한다.

여기서, 상기 송신기의 변조부(103)는 전술한 바와 같이 설정된 변조 방식에 상응하여 성상도에 매핑하며, 이때 상기 PAPR 감소부(105)가 PAPR을 감소시킬 수 있도록 성상도 확장 방식을 이용한다. 그러면 여기서 도 2를 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 송신기의 성상도 매핑을 보다 구체적으로 설명하기로 한다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 통신 시스템에서 송신기의 성상도 매핑을 도시한 도면이다. 여기서, 도 2는 송신기가 16QAM(QAM: Quadrature Amplitude Modulation, 이하 'QAM'이라 칭하기로 함) 방식을 이용하여 성상도 매핑을 도시한 도면이다.

도 2를 참조하면, 상기 송신기는, 16QAM 방식에 상응하여 각 인접한 심벌 간에는 그레이 매핑(Gray Mapping) 방식과 같이 1비트만 상이하도록 설정하여 데이터를 매핑한다(200). 이때, 상기 송신기는 앞서 설명한 바와 같이 PAPR을 감소시키기 위해 16QAM 방식에 상응한 성상도 확장 방식을 이용하여 데이터 심벌을 매핑한다(250). 여기서, 16개의 데이터 포인트 중에서 내부의 4개 데이터 포인트를 제외한 나머지 데이터 포인트는 성상도 포인트가 2개씩 존재한다. 예를 들어, 상기 성상도 방식을 이용한 매핑(250)에서 데이터 포인트(D_k)가 '15', 즉 '1111'을 의미하는 성상도 포인트는 X_k ⁰(-3-3j)와 X_k ¹(-3+5j)와 같이 쌍으로 존재한다. 이렇게 동일한 데이터 심벌을 의미하는 성상도 포인트가 쌍으로 존재함에 따라, 하나의 데이터 포인트, 즉 하나의 데이터 심벌은 해당 성상도 포인트 쌍에 매핑되며, 그에 따라 성상도가 확장된 형태가 된다.

상기 송신기는 성상도 확장 방식을 이용한 매핑(250)을 통해 PAPR을 최소화할 수 있으며, 성상도 확장이 이루어진 서브캐리어의 개수와 인덱스의 집합을 각각 K와

로 나타내고

,

라고 정의하면, 성상도에 매핑된 포인트들의 최소 피크 전력은 하기 수학식 1과 같이 나타낼 수 있다.

상기 수학식 1에서

은 시간 영역 신호의 최대값을 의미하고, N은 서브캐리어의 총 개수를 의미하고, n은 서브캐리어의 인덱스를 의미한다.

이때, 상기 송신기가 성상도 확장 방식을 이용함에 따라, 성상도 포인트 쌍 X_k ⁰와 X_k ¹을 통해 하기 수학식 2와 같이 Y_k, Z_k를 나타낼 수 있다.

상기 수학식 2에서 Y_k는 성상도 포인트 쌍, 즉 X_k ⁰와 X_k ¹의 중간 성상도 포인트를 의미하고, Z_k는 성상도 포인트 쌍, 즉 X_k ⁰와 X_k ¹간 차의 중간 성상도 포인트를 의미한다.

그러면, 상기 수학식 2의 X_k ⁰, X_k ¹, Y_k, Z_k를 통해 하기 수학식 3 및 수학식 4와 같이 정의할 수 있다.

상기 수학식 3에서 c_n은 성상도 확장이 이루어 지지 않은 서브캐리어의 심볼과 성상도 확장이 이루어진 심볼의 Y_k에 의한 시간 영역의 신호를 의미하고, d_nk는 Z_k에 의한 시간 영역의 신호를 의미한다.

그러면, 상기 수학식 1에 나타낸 최소 피크 전력은 하기 수학식 5와 같이 나 타낼 수 있다.

상기 수학식 5에서 s는 '1'또는 '-1'로 가변하는 부호 벡터(sign vector)를 의미하고, s_k는 상기 s에 포함된 임의 인덱스 k의 성상도 포인트의 부호 벡터값을 의미, 즉

를 만족한다. 여기서, s₁, s₂, …, s_K는 랜덤 값들이다.

이때, 상기 수학식 5의

이 통신 환경 및 통신 시스템에 상응하여 설정된 임계값 λ 이상일 확률을 이용한 상기 임계값 λ는 하기 수학식 6을 만족하도록 선택할 수 있다.

상기 수학식 6에서 포인트의 전력

이 임계값 λ 이상일 경우를 A_n ^λ이라고 하면, Pr(A_n ^λ)은 A_n ^λ이 발생할 확률을 의미한다. 이때, 인덱스 1 의 성상도 포인트의 부호 벡터값이 s₁=1이라고 가정하면, 차선 부호 벡터(suboptimal sign vector) s^*는 하기 수학식 7과 같이 순차적으로 얻을 수 있다.

상기 수학식 7에서의 차선 부호 벡터 s^*는 상기 수학식 5에 나타낸 최소 피크 전력이 상기 임계값 λ보다 항상 작은 조건을 만족한다.

이때, 상기 수학식 7에서 사용되는 조건부 확률의 계산이 어려우므로 상기 조건부 확률에 대한 상위 영역(upper bound)

을 하기 수학식 8과 같이 나타낼 수 있다.

상기 수학식 8에서 U_n(λ)는 상기 Pr(A_n ^λ)의 상위 영역을 의미한다. 그러면 상기 상기 상위 영역에서의 확률에 상응한 차선 부호 벡터는 하기 수학식 9와 같이 나타낼 수 있다.

여기서, 상기 수학식 9는

을 만족한다. 그에 따라, 상기 수학식 7에 나타낸 차선 부호 벡터 s^*는 하기 수학식 10과 같이 나타낼 수 있다.

이때, 체르노프(Chernoff) 영역을 적용한 상위 영역

은 하기 수학식 11과 같이 나타낼 수 있다.

상기 수학식 11에서

이고,

이며,

이다.

전술한 바와 같이 수학식 2, 수학식 10, 수학식 11을 통해 최적화된 데이터 심벌 X_k ^*는 하기 수학식 12와 같이 나타낼 수 있다.

상기 수학식 12에서 k가 l에 속하는 경우 상기 l은 I에서 k의 인덱스를 의미하며, 상기 최적화된 데이터 심벌 X_k ^*의 피크 전력은 2λ^*2보다 작게 된다.

이렇게 본 발명의 실시예에 따른 통신 시스템에서 송신기는, 전술한 바와 같이 수신기로 송신할 데이터를 최적화하고, 상기 최적화된 데이터 심벌 X_k ^*의 피크 전력이 감소됨으로써 상기 수신기로 송신할 데이터의 PAPR을 감소시킨다. 또한, 상기 송신기는, 수학식 3 및 수학식 4에 나타낸 바와 같은 데이터 심벌을 선택적 회전(SR: Selective Rotation, 이하 'SR'이라 칭하기로 함) 방식을 이용하여 PAPR을 감소시킨다. 다시 말해, 상기 송신기는 데이터 심벌에 회전 각(rotation angle) θ에 대해 상기 수학식 1의

은 하기 수학식 13과 같이 나타낼 수 있다.

상기 수학식 13을 이용하여 상기 수학식 3 및 수학식 4에서

는

로 나타낼 수 있다. 이때, 상기 수학식 3 및 수학식 4의 c_n 및 d_nk가 각각 상이한 회전 각, 다시 말해 θ₀=0을 갖는

에 상응하여 산출되면, 최적의 부호 벡터로부터 상기 수학식 7에서 설명한 바와 같이 상기 회전 각에 상응하는 차선 부호 벡터

를 산출한다. 이렇게 SR 방식을 통해 차선 부호 벡터

를 산출하고 상기 산출한 차선 부호 벡터들 중에서 가장 PAPR을 감소시킬 수 있는 차선 부호 벡터를 선택하여 사용함으로써 PAPR을 추가적으로 감소시킨다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 통신 시스템에서 송신기는, 상호 감소 최적화(CDO: Coordinate Descent Optimization, 이하 'CDO'라 칭하기로 함) 방식을 이용하여 PAPR을 감소시킨다. 이를 위해 하기 수학식 14에 나타낸 바와 같이 CDO 함수 f(s)를 정의한다.

상기 수학식 14에서 f_n(s)는 하기 수학식 15와 같이 나타낼 수 있다.

여기서, 상기 송신기는 CDO 함수 값을 감소시킴으로써 PAPR을 감소시킨다. 상기 부호 벡터 s의 성분중 한번에 1개씩만 변화 가능하다고 가정하고 성분

의 부호를 변화시키는 경우 상기 수학식 15의 값의 변화는 하기 수학식 16과 같이 나타낼 수 있다.

상기 수학식 16에서

이다. 상기 수학식 14, 수학식 15, 및 수학식 16을 이용하여 CDO 함수 f(s)의 변화값은 하기 수학식 17과 같이 나타낼 수 있다.

상기 수학식 17에서 성상도 포인트의 인덱스는 하기 수학식 18과 같이 나타낼 수 있다.

상기 수학식 18에서

이며, 상기 ε은 통신 환경 및 통신 시스템에 상응하여 설정된 임계값이다. 이때, 송신기는

와 같이 부호 벡터를 업데이트 함으로써 CDO 함수 f(s)의 값을 감소시킴으로써 PAPR을 감소시킨다.

이렇게 본 발명의 실시예에 따른 통신 시스템에서 송신기는 수학식 1내지 12에서 설명한 바와 같이 최적화된 데이터 심벌의 피크 전력을 산출하여 PAPR을 감소시키고, 또한 SL 방식 및 CDO 방식을 이용하여 PAPR을 감소시켜 PAPR을 최소화 함으로써 통신 시스템의 성능을 향상시키고 시스템의 복잡도를 감소시킨다. 그러면 여기서 도 3을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 통신 시스템에서 선택적 매핑(SLM: SeLective Mapping, 이하 'SLM'이라 칭하기로 함) 방식을 이용하는 송신기 의 구조를 설명하기로 한다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 통신 시스템에서 SLM 방식을 이용하는 송신기의 구조를 개략적으로 도시한 도면이다.

도 3을 참조하면, 상기 송신기는, 수신기로 송신할 직렬 형태의 데이터 스트림을 병렬 형태의 데이터 스트림으로 변환하는 S/P 변환부(301)와, 수신기로 송신할 데이터의 PAPR을 최소화하여 송신하도록 전술한 바와 같은 PAPR 감소 방식을 적용하기 위해 상기 S/P 변환부(301)의 출력 데이터를 다중 신호 후보로 설정하는 설정부(303)와, 상기 통신 환경 및 통신 시스템에 상응하여 설정된 변조 방식을 통해 상기 설정부(303)의 출력 데이터를 변조하는 변조부(305)와, 상기 변조부(305)로부터 출력된 데이터의 PAPR을 감소시키는 PAPR 감소부(307)와, 상기 PAPR 감소부(307)의 출력 데이터에서 최소 PAPR을 갖는 데이터를 선택하는 선택부(309)와, 전술한 바와 같이 SL 방식과 CDO 방식을 이용하여 상기 선택부(309)로부터 출력된 데이터의 PAPR을 감소시키는 SL/CDO 처리부(311)와, 상기 SL/CDO 처리부(311)의 출력 데이터를 IFFT하는 IFFT부(313)와, 상기 IFFT부(313)로부터 출력되는 병렬 형태의 데이터를 직렬 형태의 데이터로 변환하는 P/S 변환부(315)와, 상기 P/S 변환부(315)로부터 출력되는 디지털 데이터를 아날로그 데이터로 변환하는D/A 변환부(317), 및 상기 아날로그 데이터를 증폭한 후 채널을 통해 수신기로 송신하는 증폭부(319)를 포함한다.

이때, 상기 송신기의 변조부(305)는 도 2에서 설명한 바와 같이 데이터 심벌을 변조 방식에 상응하여 성상도에 매핑하며, 이때 PAPR 감소를 위해 성상도 확장 방식을 이용하여 매핑한다. 그런 다음, 상기 PAPR 감소부(307)는 수학식 1 내지 수학식 12에서 설명한 바와 같이 최적화된 데이터 심벌의 피크 전력을 산출하여 PAPR을 감소시킨다. 이렇게 PAPR이 감소된 데이터 심벌에서 상기 선택기(309)는 최소 PAPR을 갖는 데이터 심벌을 선택하여 SR 및 CDO 처리부(311)로 출력하며, 상기 SR 및 CDO 처리부(311)는 SL 방식과 CDO 방식을 이용하여 선택기(309)로부터 전송된 데이터 심벌의 PAPR을 감소시킨다.

전술한 바와 같이 본 발명의 실시예에 따른 통신 시스템에서 송신기는 성상도 확장 방식을 이용하여 성상도에 데이터 심벌을 매핑한 후, 상기 매핑된 데이터 심벌을 최적화하여 PAPR을 감소시키고, PAPR이 감소된 데이터 심벌 중 최소 PAPR을 갖는 데이터 심벌을 선택하고, 상기 SL 방식과 CDO 방식을 이용하여 상기 선택한 데이터 심벌의 PAPR을 재감소시켜 수신기로 데이터를 송신한다. 즉, 본 발명의 실시예에 따른 통신 시스템에서 송신기는 수신기로 송신할 데이터의 PAPR을 최소화하여 상기 송신기로 송신한다.

한편 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시예에 관해 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 안되며 후술하는 특허청구의 범위뿐만 아니라 이 특허청구의 범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

상술한 바와 같은 본 발명은, 통신 시스템에서 송신기가 수신기로 송신할 데이터의 PAPR을 최소화하여 상기 수신기로 송신함으로써, 통신 시스템의 전송 효율을 증가시키며 시스템의 성능을 향상시키며, 시스템의 복잡도를 감소시킬 수 있다.

Claims

통신 시스템에서 데이터 송신 방법에 있어서,

송신기가 수신기로 송신할 데이터를 소정 변조 방식에 상응하여 변조하는 과정과,

상기 변조된 데이터를 최적화하여 상기 송신할 데이터의 피크대 평균 전력비(PAPR: Peak to Average Power Ratio)를 감소시키는 과정과,

상기 최소 피크대 평균 전력비를 갖는 데이터를 선택하고, 상기 선택한 데이터의 피크대 평균 전력비를 재감소시킨 후 상기 재감소된 데이터를 상기 수신기로 송신하는 과정을 포함하는 데이터 송신 방법.
제1항에 있어서,

상기 변조된 데이터를 최적화하는 과정은, 상기 변조된 데이터의 심벌들을 성상도 확장(constellation extension) 방식을 통해 성상도에 매핑하여 상기 데이터의 심벌들을 최적화하는 것을 특징으로 하는 데이터 송신 방법.
제2항에 있어서,

상기 성상도 확장 방식은, 하나의 데이터 심벌을 동일한 데이터 심벌을 의미 하는 해당 성상도 포인트 쌍에 매핑하는 것을 특징으로 하는 데이터 송신 방법.
제2항에 있어서,

상기 데이터의 심벌들을 최적화하는 과정은, 상기 성상도에 매핑된 포인트의 피크 전력을 산출하고, 상기 산출한 피크 전력을 최소화하는 부호 벡터(sign vector)를 설정하는 것을 특징으로 하는 데이터 송신 방법.
제4항에 있어서,

상기 데이터의 심벌들을 최적화하는 과정은, 상기 성상도에 매핑된 포인트의 전력을 산출하고, 상기 산출한 포인트의 전력과 미리 설정된 임계값을 비교하고, 상기 비교 결과에 상응하여 상기 부호 벡터를 차선 부호 벡터(suboptimal sign vector)로 설정하는 것을 특징으로 하는 데이터 송신 방법.
제5항에 있어서,

상기 차선 부호 벡터를 설정하는 과정은, 상기 산출한 포인트의 전력이 상기 임계값 이상일 확률을 최소화하도록 설정하여 상기 부호 벡터에 의해 최소화된 피크 전력이 상기 임계값보다 작은 값을 갖도록 하는 것을 특징으로 하는 데이터 송 신 방법.
제4항에 있어서,

상기 차선 부호 벡터를 설정하는 과정은, 상기 임계값 상위 영역(upper bound)에서 상기 성상도에 매핑된 포인트의 전력을 산출하고, 상기 산출한 포인트의 전력과 미리 설정된 임계값을 비교하고, 상기 비교 결과에 상응하여 상기 부호 벡터를 차선 부호 벡터(suboptimal sign vector)로 설정하는 것을 특징으로 하는 데이터 송신 방법.
제7항에 있어서,

상기 차선 부호 벡터를 설정하는 과정은, 상기 산출한 포인트의 전력이 상기 임계값 이상일 확률을 최소화하도록 설정하고, 체르노프(Chernoff) 영역을 적용한 상위 영역에서 최적화된 데이터의 피크 전력이 상기 임계값보다 작은 값을 갖도록 하는 것을 특징으로 하는 데이터 송신 방법.
제4항에 있어서,

상기 선택한 데이터의 피크대 평균 전력비를 재감소시키는 과정은, 상기 선 택한 데이터의 심벌을 선택적 회전(SR: Selective Rotation) 방식을 이용하여 피크대 평균 전력비를 감소시키는 것을 특징으로 하는 데이터 송신 방법.
제9항에 있어서,

상기 선택적 회전 방식은, 상기 성상도에 매핑된 포인트의 상이한 회전 각(rotation angle)에 상응하여 상기 부호 벡터를 차선 부호 벡터(suboptimal sign vector)로 설정하는 것을 특징으로 하는 데이터 송신 방법.
제10항에 있어서,

상기 선택한 데이터의 피크대 평균 전력비를 재감소시키는 과정은, 상기 설정한 차선 부호 벡터에서 최소 피크대 평균 전력비를 갖도록 하는 차선 부호 벡터를 선택하는 것을 특징으로 하는 데이터 송신 방법.
제4항에 있어서,

상기 선택한 데이터의 피크대 평균 전력비를 재감소시키는 과정은, 상기 선택한 데이터의 심벌을 상호 감소 최적화(CDO: Coordinate Descent Optimization) 방식을 이용하여 피크대 평균 전력비를 감소시키는 것을 특징으로 하는 데이터 송 신 방법.
제12항에 있어서,

상기 상호 감소 최적화 방식은, 상기 성상도에 매핑된 포인트의 전력을 산출하고, 상기 산출한 포인트의 전력을 감소시키도록 부호 벡터의 부호를 스위칭하는 것을 특징으로 하는 데이터 송신 방법.
통신 시스템에서 데이터 송신 장치에 있어서,

수신기로 송신할 데이터를 소정 변조 방식에 상응하여 변조하는 변조부와,

상기 변조된 데이터를 최적화하여 상기 송신할 데이터의 피크대 평균 전력비(PAPR: Peak to Average Power Ratio)를 감소시키는 제1감소부와,

상기 최소 피크대 평균 전력비를 갖는 데이터를 선택하는 선택부와,

상기 선택한 데이터의 피크대 평균 전력비를 재감소시키는 제2감소부를 포함하는 송신기를 구비하며,

상기 송신기는 재감소된 데이터를 상기 수신기로 송신하는 데이터 송신 장치.
제14항에 있어서,

상기 송신기는, 상기 변조된 데이터의 심벌들을 성상도 확장(constellation extension) 방식을 통해 성상도에 매핑하여 상기 데이터의 심벌들을 최적화하는 것을 특징으로 하는 데이터 송신 장치.
제15항에 있어서,

상기 성상도 확장 방식은, 하나의 데이터 심벌을 동일한 데이터 심벌을 의미하는 해당 성상도 포인트 쌍에 매핑하는 것을 특징으로 하는 데이터 송신 장치.
제14항에 있어서,

상기 송신기는, 상기 성상도에 매핑된 포인트의 피크 전력을 산출하고, 상기 산출한 피크 전력을 최소화하는 부호 벡터(sign vector)를 설정하는 것을 특징으로 하는 데이터 송신 장치.
제17항에 있어서,

상기 송신기는, 상기 성상도에 매핑된 포인트의 전력을 산출하고, 상기 산출한 포인트의 전력과 미리 설정된 임계값을 비교하고, 상기 비교 결과에 상응하여 상기 부호 벡터를 차선 부호 벡터(suboptimal sign vector)로 설정하는 것을 특징으로 하는 데이터 송신 장치.
제18항에 있어서,

상기 송신기는, 상기 산출한 포인트의 전력이 상기 임계값 이상일 확률을 최소화하도록 설정하여 상기 부호 벡터에 의해 최소화된 피크 전력이 상기 임계값보다 작은 값을 갖도록 하는 것을 특징으로 하는 데이터 송신 장치.
제17항에 있어서,

상기 송신기는, 상기 임계값 상위 영역(upper bound)에서 상기 성상도에 매핑된 포인트의 전력을 산출하고, 상기 산출한 포인트의 전력과 미리 설정된 임계값을 비교하고, 상기 비교 결과에 상응하여 상기 부호 벡터를 차선 부호 벡터(suboptimal sign vector)로 설정하는 것을 특징으로 하는 데이터 송신 장치.
제20항에 있어서,

상기 송신기는, 상기 산출한 포인트의 전력이 상기 임계값 이상일 확률을 최소화하도록 설정하고, 체르노프(Chernoff) 영역을 적용한 상위 영역에서 최적화된 데이터의 피크 전력이 상기 임계값보다 작은 값을 갖도록 하는 것을 특징으로 하는 데이터 송신 장치.
제17항에 있어서,

상기 송신기는, 상기 선택한 데이터의 심벌을 선택적 회전(SR: Selective Rotation) 방식을 이용하여 피크대 평균 전력비를 재감소시키는 것을 특징으로 하는 데이터 송신 장치.
제22항에 있어서,

상기 선택적 회전 방식은, 상기 성상도에 매핑된 포인트의 상이한 회전 각(rotation angle)에 상응하여 상기 부호 벡터를 차선 부호 벡터(suboptimal sign vector)로 설정하는 것을 특징으로 하는 데이터 송신 장치.
제23항에 있어서,

상기 선택한 데이터의 피크대 평균 전력비를 재감소시키는 과정은, 상기 설정한 차선 부호 벡터에서 최소 피크대 평균 전력비를 갖도록 하는 차선 부호 벡터를 선택하는 것을 특징으로 하는 데이터 송신 방법.
제17항에 있어서,

상기 송신기는, 상기 선택한 데이터의 심벌을 상호 감소 최적화(CDO: Coordinate Descent Optimization) 방식을 이용하여 피크대 평균 전력비를 재감소시키는 것을 특징으로 하는 데이터 송신 장치.
제25항에 있어서,

상기 상호 감소 최적화 방식은, 상기 성상도에 매핑된 포인트의 전력을 산출하고, 상기 산출한 포인트의 전력을 감소시키도록 부호 벡터의 부호를 스위칭하는 것을 특징으로 하는 데이터 송신 장치.