KR20080101023A - 광대역 무선통신 시스템에서 타일 구조 기반의 최대전력 대평균전력 감소 장치 및 방법 - Google Patents

광대역 무선통신 시스템에서 타일 구조 기반의 최대전력 대평균전력 감소 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 광대역 무선통신 시스템에 관한 것으로, OFDMA(Orthogonal Frequency Division Multiple Access) 심벌을 제공받아 부반송파별 위상 조절을 통해 서로 다른 PAPR(Peak to Average Power Ratio)을 갖는 다수의 OFDMA 심벌들을 생성하는 조절기와, 시간축에서 연속하는 다수의 OFDMA 심벌들 각각으로부터 생성된 서로 다른 PAPR을 갖는 다수의 OFDMA 심벌들의 피크(Peak)치를 수집하고, 동일 패턴으로 위상 조절된 OFDMA 심벌들을 묶은 다수의 심벌군들 각각의 최대 피크치를 확인하는 확인기와, 최소의 최대 피크치를 갖는 심벌군을 송신하는 송신기를 포함하여, 부가정보 및 신호왜곡 없이 송신신호의 PAPR을 감소시킬 수 있다.
Figure P1020070047182
직교 주파수 분할 다중 접속(OFDMA : Orthogonal Frequency Division Multiple Access), 최대전력 대 평균전력비(PAPR : Peak to Average Power Ratio), 타일 구조(Tile Structure)

Description

광대역 무선통신 시스템에서 타일 구조 기반의 최대전력 대 평균전력 감소 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR REDUCING PEAK TO AVERAGE POWER RATIO BASED ON TILE STRUCTURE IN BROADBAND WIRELESS COMMUNICATION SYSTEM}
도 1은 일반적인 광대역 무선통신 시스템에서 타일(Tile) 구조의 예를 도시하는 도면,
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 광대역 무선통신 시스템에서 송신단의 블록 구성을 도시하는 도면,
도 3은 본 발명의 제1실시 예에 따른 광대역 무선통신 시스템에서 PAPR(Peak to Average Power Ratio) 조절기의 블록 구성을 도시하는 도면,
도 4는 본 발명의 제2실시 예에 따른 광대역 무선통신 시스템에서 PAPR 조절기의 블록 구성을 도시하는 도면,
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 광대역 무선통신 시스템에서 송신단의 PAPR 감소 절차를 도시하는 도면,
도 6은 본 발명의 제1실시 예에 따른 광대역 무선통신 시스템에서 송신단의 PAPR 조절 절차를 도시하는 도면,
도 7은 본 발명의 제2실시 예에 따른 광대역 무선통신 시스템에서 송신단의 PAPR 조절 절차를 도시하는 도면,
도 8은 본 발명에 따른 PAPR 감소 기법의 성능을 도시하는 도면.
본 발명은 광대역 무선통신 시스템에 관한 것으로, 특히 광대역 무선통신 시스템에서 최대전력 대 평균전력(Peak to Average Power Ratio, 이하 'PAPR'이라 칭함) 감소를 위한 장치 및 방법에 관한 것이다.
직교 주파수 분할 다중 접속(Orthogonal Frequency Division Multiple Access, 이하 'OFDMA'라 칭함) 전송방식은 다중 반송파(Multicarrier) 전송방식의 일종으로, 부반송파간 주파수 스펙트럼 상의 직교성을 이용하여 주파수 효용성을 향상시킨 전송방식이다. 상기 OFDMA 전송방식은 다중경로 페이딩(Multipath Fading)이 존재하는 이동통신 환경에서 우수한 성능을 발휘하여 지상파 디지털 TV(TeleVision), 디지털 음성 방송, 무선 LAN(Local Access Network) 등 다양한 분야에서 사용되고 있으며, 차세대 무선통신 시스템에서도 유력한 후보로 고려되고 있다.
하지만, 상기 OFDMA 전송방식은 많은 수의 반송파들이 결합됨으로 인해 매우 높은 PAPR을 보이는 문제점이 있다. 상기 높은 PAPR은 송신단의 최종단에 위치하는 고출력 증폭기(Power Amplifier)의 효율을 낮아지게 하고, 증폭기의 동작점을 비선 형 영역에 들어서게 하여 다수의 반송파들 간 상호변조와 스펙트럼 특성을 왜곡시키게 된다. 더욱이, 한정된 배터리 전력을 사용하고, 상대적으로 선형특성이 우수한 고가의 증폭기를 사용하지 못하는 단말에게 있어서, 상기 높은 PAPR은 심각한 문제로 작용한다.
따라서, 상기 PAPR을 감소시키기 위한 연구가 이미 선행되었으며, 다양한 기법들이 제안되어 있다. 예를 들어, 상기 PAPR을 감소시키기 위해 제안된 기법은 Clipping & Filtering 기법, SLM(SeLected Mapping) 기법, PTS(Partial Transmit Sequence) 기법, Tone Reservation 기법 등이 있다.
상기 Clipping & Filtering 기법은 시간영역 OFDMA 심벌에서 일정 값 이상의 신호을 잘라내고, 이로 인해 발생하는 정해진 대역 외의 신호를 필터링하여 PAPR을 감소시키는 기법이다. 상기 SLM 기법 및 상기 PTS 기법은 각 부반송파에 매핑되는 신호들의 위상을 조절하여 시간영역 OFDMA 심벌의 PAPR을 감소시키는 기법이다. 단, 상기 SLM 기법은 주파수영역에서 위상을 조절하고, 상기 PTS 기법은 시간영역에서 위상을 조절한다. 그리고, 상기 Tone Reservation 기법은 일부 부반송파에 더미(Dummy) 심벌을 매핑하여 OFDMA 심벌의 PAPR을 감소시키는 기법이다.
하지만, 상기 Clipping & Filtering 기법을 사용하는 경우, 신호의 왜곡 가능성이 존재하며, 상기 Tone Reservation 기법을 사용하는 경우, 더미 심벌로 인한 송신신호 전력 증가 및 효과가 제한되어 있다는 단점이 있다. 또한, 상기 SLM 기법 및 PTS 기법을 사용하는 경우, 조절된 위상 정보 교환을 위한 오버헤드(Overhead)가 발생하는 문제점이 있다. 더욱이, 상기 조절된 위상 정보에 오류가 발생한다면, OFDMA 심벌 전체가 손실될 수 있다. 따라서, OFDMA 방식의 광대역 무선통신 시스템에서 부가정보로 인한 오버헤드 없이 효과적으로 PAPR을 감소시키기 위한 대안이 필요하다.
따라서, 본 발명의 목적은 광대역 무선통신 시스템에서 부가정보 및 신호 왜곡 없이 최대전력 대 평균전력비(Peak to Average Power Ratio, 이하 'PAPR'이라 칭함)를 감소시키기 위한 장치 및 방법을 제공함에 있다.
본 발명의 다른 목적은 광대역 무선통신 시스템에서 채널추정 단위로 위상을 조절하여 PAPR을 감소시키기 위한 장치 및 방법을 제공함에 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제 1 견지에 따르면, 광대역 무선통신 시스템에서 송신단 장치는, OFDMA(Orthogonal Frequency Division Multiple Access) 심벌을 제공받아 부반송파별 위상 조절을 통해 서로 다른 PAPR을 갖는 다수의 OFDMA 심벌들을 생성하는 조절기와, 시간축에서 연속하는 다수의 OFDMA 심벌들 각각으로부터 생성된 서로 다른 PAPR을 갖는 다수의 OFDMA 심벌들의 피크(Peak)치를 수집하고, 동일 패턴으로 위상 조절된 OFDMA 심벌들을 묶은 다수의 심벌군들 각각의 최대 피크치를 확인하는 확인기와, 최소의 최대 피크치를 갖는 심벌군을 송신하는 송신기를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제 2 견지에 따르면, 광대역 무선통신 시스템에서 송신단의 신호 송신 방법은, 부반송파별 위상 조절을 통해 하나의 OFDMA 심벌로부터 서로 다른 PAPR을 갖는 다수의 OFDMA 심벌들을 생성하는 과정과, 시간축에서 연속하는 다수의 OFDMA 심벌들 각각으로부터 생성된 서로 다른 PAPR을 갖는 다수의 OFDMA 심벌들의 피크치를 수집하는 과정과, 동일 패턴으로 위상 조절된 OFDMA 심벌들을 묶은 다수의 심벌군들 각각의 최대 피크치를 확인하는 과정과, 최소의 최대 피크치를 갖는 심벌군을 송신하는 과정을 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 직교 주파수 분할 다중 접속(Orthogonal Frequency Division Multiple Access, 이하 'OFDMA'라 칭함) 방식의 광대역 무선통신 시스템에서 부가정보 및 신호왜곡 없이 최대전력 대 평균전력비(Peak to Average Power Ratio, 이하 'PAPR'이라 칭함)를 감소시키기 위한 기술에 대해 설명한다.
상기 OFDMA 방식의 광대역 무선통신 시스템에서 수신단은 송신단과의 채널을 추정하여 채널 왜곡을 보상한다. 이때, 상기 수신단은 일정 주파수 영역과 일정 시 간 영역으로 이루어진 타일(Tile) 단위로 채널추정을 수행한다. 예를 들어, 상기 타일의 구조는 도 1에 도시된 바와 같다. 상기 도 1에 도시된 바와 같이, 타일은 데이터 심벌들과 파일럿 심벌들을 포함하고 있으며, 수신단은 하나의 타일 내에 포함된 파일럿 심벌들을 이용하여 채널을 추정하고, 해당 타일에 포함된 모든 톤(Tone)들은 동일한 채널로 간주한다.
즉, 송신단이 타일 단위로 위상을 임의 조절하여 송신하더라도, 수신단은 채널추정을 통해 부가 정보 없이 위상 변화를 알아낼 수 있다. 다시 말해, 타일 내의 파일럿 심벌들과 데이터 심벌들의 위상이 동일하게 변화하면, 수신단은 파일럿 심벌을 통해 위상 변화 정보를 측정하고, 측정 결과를 데이터 심벌에 적용하여 위상 변화를 보상한다. 따라서, 본 발명은 타일 단위로 위상을 조절함으로써 OFDMA 심벌의 PAPR을 감소시키는 기법을 제안한다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 광대역 무선통신 시스템에서 송신단의 블록 구성을 도시하고 있다.
상기 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 송신단은 변조기(210), 부반송파 매핑기(220), M개의 PAPR 조절기들(230-1 내지 230-M), 송신심벌 결정기(240), 버퍼(250), RF(Radio Frequency) 송신기(260)를 포함하여 구성된다. 여기서, 상기 M은 하나의 타일에 포함되는 OFDMA 심벌 개수이다.
상기 변조기(210)는 입력되는 비트열을 변조하여 복소 심벌(Complex Symbol)로 변환한다. 상기 부반송파 매핑기(220)는 상기 변조기(210)로부터 제공되는 복소 심벌들을 부반송파에 매핑하여 주파수영역 OFDMA 심벌을 생성한다. 상기 변조기(210)로부터의 출력은 상기 도 1에 도시된 바와 같은 주파수축으로 나열된 심벌들이다.
상기 M개의 PAPR 조절기들(230-1 내지 230-M)은 동일한 타일 내에 포함되는 M개의 주파수영역 OFDMA 심벌들을 제공받아 K가지의 서로 다른 PAPR을 갖는 M×K개의 시간영역 OFDMA 심벌들을 생성한다. 여기서, PAPR 조절기를 M개로 도시한 것은 동일 타일 내에 포함되는 M개의 OFDMA 심벌들에 대해 동일하게 위상 조절됨을 나타내기 위함이다. 따라서, 실제 구성하는 경우, 하나의 PAPR 조절기를 이용하여 M개의 주파수영역 OFDMA 심벌에 대해 순차적으로 K가지의 서로 다른 PAPR을 갖는 시간영역 OFDMA 심벌들을 생성할 수 있다. 상기 다수의 PAPR 조절기들(230-1 내지 230-M)은 실시 예에 따라 다양하게 구성될 수 있으며, 본 발명은 이하 도 3 및 이하 도 4를 참조하여 2가지 실시 예를 상세히 설명한다.
상기 송신심벌 결정기(240)는 상기 다수의 PAPR 조절기들(230-1 내지 230-M)에서 생성된 M×K개의 시간영역 OFDMA 심벌들 각각의 피크치를 수집하고, 동일 패턴으로 위상 조절된 M개의 심벌들을 묶은 K개의 OFDMA 심벌군들 중 최소의 최대 피크(Peak)치를 갖는 OFDMA 심벌군을 송신심벌로 결정한다.
상기 버퍼(250)는 상기 M개의 PAPR 조절기들(203-1 내지 203-M)에서 M×K개의 시간영역 OFDMA 심벌들을 저장하며, 상기 송신심벌 결정기(240)에 의해 선택된 OFDMA 심벌들을 상기 RF 송신기(260)로 출력한다. 상기 RF 송신기(260)는 상기 버퍼(250)로부터 제공되는 OFDMA 심벌들을 RF대역 신호로 변환 및 증폭하여 안테나를 통해 송신한다.
도 3은 본 발명의 제1실시 예에 따른 광대역 무선통신 시스템에서 PAPR 조절기의 블록 구성을 도시하고 있다. 상기 도 3은 주파수영역에서 위상을 조절하는 PAPR 조절기의 블록 구성을 도시하고 있다.
상기 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 PAPR 조절기(230-m)는 U개의 곱셈기들(302-1 내지 302-U), U개의 IFFT(Inverse Fast Fourier Transform) 연산기들(304-1 내지 304-U), U개의 피크 검출기들(306-1 내지 306-U)을 포함하여 구성된다. 그리고, 상기 송신심벌 결정기(240)는 U개의 최대값 확인기들(332-1 내지 332-U), 최소 피크 심벌군 선택기(334)를 포함하여 구성된다. 여기서, 상기 U는 사용 가능한 위상 시퀀스(Phase Sequence) 개수이며, 상기 도 2를 참조한 설명에 기재된 K에 해당하는 값이다.
상기 U개의 곱셈기들(302-1 내지 302-U) 각각은 제공되는 주파수영역 OFDMA 심벌에 대응되는 위상 시퀀스 B(u)를 곱한다. 하나의 위상 시퀀스에 포함된 원소 개수는 부반송파 수와 동일하며, 동일 타일 대역에 포함된 원소들은 동일한 값을 갖는다.
상기 U개의 IFFT 연산기들(304-1 내지 304-U) 각각은 IFFT 연산을 통해 대응되는 곱셈기로부터 제공되는 위상 시퀀스가 곱해진 OFDMA 심벌을 시간영역 OFDMA 심벌로 변환한다. 상기 U개의 피크 검출기들(306-1 내지 306-U) 각각은 대응되는 IFFT 연산기로부터 제공되는 시간영역 OFDMA 심벌의 피크치를 검출한다.
상기 U개의 최대값 확인기들(332-1 내지 332-U) 각각은 다수의 PAPR 조절기들(230-1 내지 230-M)로부터 대응되는 위상 시퀀스가 곱해진 M개의 시간영역 OFDMA 심벌들 각각의 피크치를 제공받아 최대 피크치를 확인한다. 예를 들어, 1번째 최대값 확인기(332-1)는 M개의 PAPR 조절기들(230-1 내지 230-M)로부터 1번째 위상 시퀀스 B(1)와 곱해진 M개의 OFDMA 심벌들을 제공받아 최대 피크치를 확인한다.
상기 최소 피크 심벌군 선택기(334)는 상기 U개의 최대값 확인기들(332-1 내지 332-U)로부터 제공되는 심벌군들 각각의 최대 피크치들 중 최소값을 확인하고, 상기 최소값과 대응되는 OFDMA 심벌군을 송신심벌로 선택한다. 여기서, 상기 OFDMA 심벌군들은 대응되는 IFFT 연산기로부터 출력된 후 버퍼에 저장되며, 상기 최소 피크 심벌군 선택기(334)에 의해 선택되면 출력되어 송신된다.
도 4는 본 발명의 제2실시 예에 따른 광대역 무선통신 시스템에서 PAPR 조절기의 블록 구성을 도시하고 있다. 상기 도 4는 시간영역에서 위상을 조절하는 PAPR 조절기의 블록 구성을 도시하고 있다.
상기 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 PAPR 조절기(230-m)는 부블록 분할기(402), L개의 IFFT 연산기들(404-1 내지 404-L), L×T개의 곱셈기들(406-11 내지 406-TL), T개의 합산기들(408-1 내지 408-T), T개의 피크 검출기들(410-1 내지 410-T)을 포함하여 구성된다. 그리고, 상기 송신심벌 결정기(240)는 T개의 최대값 확인기들(432-1 내지 432-T), 최소 피크 심벌군 선택기(434)를 포함하여 구성된다. 여기서, 상기 L은 하나의 OFDMA 심벌로부터 생성되는 부블록의 개수이다. 그리고, 상기 T는 사용가능한 위상 인자(Phase Factor) 조합의 개수로, 하나의 위상 인자 조합은 L개의 부블록들 각각에 대한 위상 인자값들을 포함한다. 또한, 상기 T는 상기 도 2를 참조한 설명에 기재된 K에 해당하는 값이다.
상기 부블록 분할기(402)는 제공되는 주파수영역 OFDMA 심벌을 L개의 부블록들로 분할하여 대응되는 IFFT 연산기로 출력한다. 이때, 하나의 타일에 포함된 모든 부반송파들은 같은 부블록에 포함되어야 한다. 예를 들어, 상기 도 1과 같이 3개의 타일을 포함하는 24개의 부반송파들로 OFDMA 심벌이 구성되는 경우, 상기 부블록 분할기(401)는 3개의 블록으로 신호를 분할하고, 3개의 블록들 각각의 비어있는 부반송파들을 널(Null)값으로 하여 상기 L개의 IFFT 연산기들(404-1 내지 404-L)로 출력할 수 있다.
상기 L개의 IFFT 연산기들(404-1 내지 404-L) 각각은 IFFT 연산을 통해 상기 부블록 분할기(402)로부터 제공되는 분할된 주파수영역 OFDMA 심벌을 시간영역 OFDMA 심벌로 변환한다. 이때, 상기 L개의 IFFT 연산기들(404-1 내지 404-L) 각각으로부터 출력되는 시간영역 OFDMA 심벌은 일부 부반송파의 신호만을 포함한다.
상기 L×T개의 곱셈기들(406-11 내지 406-TL)은 상기 L개의 IFFT 연산기들(404-1 내지 404-L)로부터 제공되는 시간영역 OFDMA 심벌에 L개의 위상 인자들(bt1 내지 btL, t=1,2,…,T) 각각을 곱한다. 즉, L개의 곱셈기들(406-t1 내지 406- tL)이 하나의 집합이며, 상기 L개의 곱셈기들(406-t1 내지 406-tL) 각각은 대응되는 IFFT 연산기로부터 제공되는 분할된 시간영역 OFDMA 심벌에 해당 위상값을 곱한다. 그리고, 하나의 집합은 하나의 합산기와 대응되며, 동일 집합에 포함되는 상기 L개의 곱셈기들(406-t1 내지 406-tL)은 동일한 합산기로 결과를 제공한다.
상기 T개의 합산기들(408-1 내지 408-T) 각각은 하나의 위상 인자 조합과 곱해진 분할된 시간영역 OFDMA 심벌들을 합산하여 완성된 시간영역 OFDMA 심벌을 생성한다. 즉, 상기 T개의 합산기들(408-1 내지 408-T) 각각으로부터 출력되는 시간영역 OFDMA 심벌들은 서로 다른 PAPR을 갖는다. 상기 T개의 피크 검출기들(410-1 내지 410-T) 각각은 대응되는 합산기로부터 제공되는 시간영역 OFDMA 심벌의 피크치를 검출한다.
상기 T개의 최대값 확인기들(432-1 내지 432-T) 각각은 다수의 PAPR 조절기들(230-1 내지 230-M)로부터 대응되는 위상 인자가 곱해진 M개의 시간영역 OFDMA 심벌들 각각의 피크치를 제공받아 최대 피크치를 확인한다. 예를 들어, 1번째 최대값 확인기(432-1)는 M개의 PAPR 조절기들(230-1 내지 230-M)로부터 1번째 위상 인자 조합(b11 내지 b1L)과 곱해진 M개의 OFDMA 심벌들을 제공받아 최대 피크치를 확인한다.
상기 최소 피크 심벌군 선택기(434)는 상기 T개의 최대값 확인기들(432-1 내지 432-T)로부터 제공되는 심벌군들 각각의 최대 피크치들 중 최소값을 확인하고, 상기 최소값과 대응되는 OFDMA 심벌군을 송신심벌로 선택한다. 여기서, 상기 OFDMA 심벌군들은 대응되는 IFFT 연산기로부터 출력된 후 버퍼에 저장되며, 상기 최소 피크 심벌군 선택기(434)에 의해 선택되면 출력되어 송신된다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 광대역 무선통신 시스템에서 송신단의 PAPR 감소 절차를 도시하고 있다.
상기 도 5를 참조하면, 상기 송신단은 501단계에서 복조된 심벌들을 부반송파에 매핑하여 주파수영역 OFDMA 심벌을 생성한다.
이후, 상기 송신단은 503단계로 진행하여 동일 타일에 포함되는 OFDMA 심벌군을 타일 단위로 위상 조절하여 서로 다른 최대 피크치를 갖는 다수의 OFDMA 심벌군들을 생성한다. 다시 말해, 상기 송신단은 하나의 OFDMA 심벌로부터 서로 다른 PAPR을 갖는 다수의 OFDMA 심벌들을 생성하는 과정을 동일 타일에 포함되는 다수의 OFDMA 심벌들에 대해 반복한 후, 동일 패턴으로 위상 조절된 OFDMA 심벌들을 묶어 다수의 OFDMA 심벌군들을 생성한다.
상기 다수의 OFDMA 심벌군들을 생성한 후, 상기 송신단은 505단계로 진행하여 상기 OFDMA 심벌군들 각각의 최대 피크치를 확인한다.
상기 OFDMA 심벌군들 각각의 최대 피크치를 확인한 후, 상기 송신단은 507단계로 진행하여 최소의 최대 피크치를 갖는 OFDMA 심벌군을 확인한다. 이때, 상기 최소의 최대 피크치를 갖는 OFDMA 심벌군이 확인될 때까지, 모든 OFDMA 심벌군은 버퍼에 저장되어 있어야한다.
이어, 상기 송신단은 507단계로 진행하여 확인된 OFDMA 심벌군을 송신한다.
도 6은 본 발명의 제1실시 예에 따른 광대역 무선통신 시스템에서 송신단의 PAPR 조절 절차를 도시하고 있다. 상기 도 6은 주파수영역에서 위상을 변화시켜 PAPR을 조절하는 절차를 도시하고 있다.
상기 도 6을 참조하면, 상기 송신단은 601단계에서 n번째 OFDMA 심벌이 타일의 시작 심벌인지 확인한다.
상기 n번째 OFDMA 심벌이 타일의 시작 심벌이면, 상기 송신단은 603단계로 진행하여 n번째 주파수영역 OFDMA 심벌에 U개의 위상 시퀀스들 각각을 곱하여 U개의 서로 다른 주파수영역 OFDMA 심벌들을 생성한다.
이어, 상기 송신단은 605단계로 진행하여 IFFT 연산을 통해 상기 U개의 주파수영역 OFDMA 심벌들을 U개의 시간영역 OFDMA 심벌들로 변환한다. 여기서, 상기 U개의 시간영역 OFDMA 심벌들은 서로 다른 PAPR을 갖는다.
상기 n번째 OFDMA 심벌로부터 서로 다른 PAPR을 갖는 U개의 OFDMA 심벌들을 생성한 후, 상기 송신단은 607단계로 진행하여 동일 타일 내의 모든 OFDMA 심벌들을 처리하였는지 확인한다.
만일, 상기 n번째 OFDMA 심벌과 동일 타일에 포함되는 OFDMA 심벌이 남아있으면, 상기 송신단은 609단계로 진행하여 n을 1 증가시킨 후, 상기 603단계로 되돌아간다. 이때, 상기 n번째 OFDMA 심벌로부터 생성된 U개의 OFDMA 심벌들 중 하나의 OFDMA 심벌은 타일 내의 모든 심벌들에 대한 PAPR 조절 및 선택 후에 송신되므로, 상기 U개의 OFDMA 심벌들은 모두 버퍼에 저장된다.
반면, 상기 n번째 OFDMA 심벌과 동일 타일에 포함되는 OFDMA 심벌이 남아있지 않으면, 상기 송신단은 본 절차를 종료한다.
도 7은 본 발명의 제2실시 예에 따른 광대역 무선통신 시스템에서 송신단의 PAPR 조절 절차를 도시하고 있다. 상기 도 7은 시간영역에서 위상을 변화시켜 PAPR을 조절하는 절차를 도시하고 있다.
상기 도 7을 참조하면, 상기 송신단은 701단계에서 n번째 OFDMA 심벌이 타일의 시작 심벌인지 확인한다.
상기 n번째 OFDMA 심벌이 타일의 시작 심벌이면, 상기 송신단은 703단계로 진행하여 n번째 주파수영역 OFDMA 심벌을 주파수축에서 다수의 부블록들로 분할한다. 이때, 하나의 타일에 포함된 모든 부반송파들은 같은 부블록에 포함되어야 한다. 이하 설명의 편의를 위해 상기 OFDMA 심벌이 L개로 분할되었다고 가정한다.
상기 n번째 OFDMA 심벌을 L개의 부블록들로 분할한 후, 상기 송신단은 705단계로 진행하여 IFFT 연산을 통해 분할된 주파수영역 OFDMA 심벌들을 각각을 분할된 시간영역 OFDMA 심벌들로 변환한다.
상기 시간영역 OFDMA 심벌들로 변환한 후, 상기 송신단은 707단계로 진행하여 분할된 시간영역 OFDMA 심벌들에 T개의 위상 인자 조합들 각각을 곱하고, 분할된 시간영역 OFDMA 심벌들을 합산한다. 즉, 상기 송신단은 서로 다른 PAPR을 갖는 T개의 시간영역 OFDMA 심벌들을 생성한다.
상기 n번째 OFDMA 심벌로부터 서로 다른 PAPR을 갖는 T개의 OFDMA 심벌들을 생성한 후, 상기 송신단은 709단계로 진행하여 동일 타일 내의 모든 OFDMA 심벌들을 처리하였는지 확인한다.
만일, 상기 n번째 OFDMA 심벌과 동일 타일에 포함되는 OFDMA 심벌이 남아있으면, 상기 송신단은 711단계로 진행하여 n을 1 증가시킨 후, 상기 703단계로 되돌아간다. 이때, 상기 n번째 OFDMA 심벌로부터 생성된 T개의 OFDMA 심벌들 중 하나의 OFDMA 심벌은 타일 내의 모든 심벌들에 대한 PAPR 조절 및 선택 후에 송신되므로, 상기 T개의 OFDMA 심벌들은 모두 버퍼에 저장된다.
반면, 상기 n번째 OFDMA 심벌과 동일 타일에 포함되는 OFDMA 심벌이 남아있지 않으면, 상기 송신단은 본 절차를 종료한다.
상기 도면들을 참조하여 설명한 송신단의 구성 및 동작 절차에서, 상기 송신단은 생성된 OFDMA 심벌들을 모두 저장해두었다가 송신심벌이 결정되면 저장된 OFDMA 심벌들을 송신한다. 이와 같은 방식은, 송신단이 다수의 OFDMA 심벌들을 위한 충분한 저장공간을 확보하는 경우에 실시 가능하다. 하지만, 충분한 저장공간이 확보되지 않는 경우, 상기 송신단은 생성된 OFDMA 심벌들의 피크치를 이용하여 PAPR을 최소로하는 위상 조절 패턴을 확인하고, 확인된 위상 조절 패턴을 이용하여 송신심벌을 새로이 생성할 수도 있다.
이를 송신단의 구성 측면에서 살펴보면, 최소의 최대 피크치를 갖는 심벌군에 적용된 위상 조절 패턴을 확인하고, 확인된 패턴에 따라 송신할 OFDMA 심벌들을 재생성하여 송신하도록 제어하는 제어기가 구비되어야한다. 그리고, 송신단의 동작 절차 측면에서 살펴보면, 최소의 최대 피크치를 갖는 심벌군에 적용된 위상 조절 패턴을 확인하고, 확인된 패턴에 따라 송신할 OFDMA 심벌들을 재생성하는 절차가 필요하다.
도 8은 본 발명에 따른 PAPR 감소 기법의 성능을 도시하고 있다. 상기 도 8은 본 발명에 따른 PAPR 감소 기법을 적용한 시스템의 모의 실험 결과를 도시하고 있다. 상기 모의 실험에서, 총 부반송파 개수는 2048개, 사용 부반송파 개수는 1920개, 제 1 실시 예에서의 위상 시퀀스 개수는 8개, 제 2 실시 예에서의 부블록 개수는 6개로 설정하였다.
상기 도 8의 (a) 및 (b)는 각각 본 발명의 제1실시 예 및 제2실시 예에 따른 PAPR 기법을 적용한 시스템에서 각 PAPR에 따른 CCDF(Complementary Cumulative Distribution Function)를 도시하고 있다. 여기서, 상기 CCDF는 기준 PAPR보다 높은 PAPR이 나타날 확률을 의미하는 것으로, 가로축은 기준 PAPR, 세로축은 확률 값을 의미한다. 상기 도 8의 (a) 및 (b)를 참조하면, 본 발명을 적용한 경우, 기준 PAPR이 높아질수록 기준 초과 PAPR 발생 확률이 낮아지는 것을 확인할 수 있다. 더욱이, 클리핑 확률 10-6인 PAPR의 문턱치를 1∼2 dB 정도 감소시킬 수 있음이 확인된다.
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, 광대역 무선통신 시스템에서 채널추정 단위로 위상을 변화하여 송신신호의 최대전력 대 평균전력비(Peak to Average Power Ratio, 이하 'PAPR'이라 칭함)를 조절함으로써, 부가정보 및 신호왜곡 없이 송신신호의 PAPR을 감소시킬 수 있다.

Claims (14)

  1. 광대역 무선통신 시스템에서 송신단 장치에 있어서,
    OFDMA(Orthogonal Frequency Division Multiple Access) 심벌을 제공받아 부반송파별 위상 조절을 통해 서로 다른 PAPR(Peak to Average Power Ratio)을 갖는 다수의 OFDMA 심벌들을 생성하는 조절기와,
    시간축에서 연속하는 다수의 OFDMA 심벌들 각각으로부터 생성된 서로 다른 PAPR을 갖는 다수의 OFDMA 심벌들의 피크(Peak)치를 수집하고, 동일 패턴으로 위상 조절된 OFDMA 심벌들을 묶은 다수의 심벌군들 각각의 최대 피크치를 확인하는 확인기와,
    최소의 최대 피크치를 갖는 심벌군을 송신하는 송신기를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 조절기는, 동일 채널추정 단위 내의 부반송파들에 대해 동일한 위상 변화를 적용하는것을 특징으로 하는 장치.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 확인기는, 시간축에서 동일 채널추정 단위에 포함되는 OFDMA 심벌들을 대상으로 심벌군의 최대 피크치를 확인하는 것을 특징으로 하는 장치.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 조절기는,
    주파수영역 OFDMA 심벌에 위상 시퀀스(Phase Sequence)를 곱하는 곱셈기와,
    IFFT(Inverse Fast Fourier Transform) 연산을 통해 상기 곱셈기로부터 제공되는 주파수영역 OFDMA 심벌을 시간영역 OFDMA 심벌로 변환하는 연산기와,
    상기 연산기로부터 제공되는 시간영역 OFDMA 심벌의 피크치를 검출하는 검출기를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  5. 제 3항에 있어서,
    상기 조절기는,
    주파수영역 OFDMA 심벌을 하나의 채널추정 단위가 동일 부블록에 포함되도록 다수의 부블록들로 분할하는 분할기와,
    IFFT 연산을 통해 분할된 주파수영역 OFDMA 심벌들 각각을 분할된 시간영역 OFDMA 심벌들로 변환하는 연산기와,
    상기 분할된 시간영역 OFDMA 심벌들에 위상 인자(Phase Factor)를 곱하는 다 수의 곱셈기들과,
    상기 다수의 곱셈기들로부터 제공되는 분할된 시간영역 OFDMA 심벌들을 합산하여 하나의 시간영역 OFDMA 심벌을 생성하는 합산기와,
    상기 합산기로부터 제공되는 시간영역 OFDMA 심벌의 피크치를 검출하는 검출기를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  6. 제 1항에 있어서,
    최소의 최대 피크치를 갖는 심벌군을 송신심벌로 선택하는 선택기와,
    상기 조절기에서 생성된 OFDMA 심벌들을 저장하며, 상기 선택기에 의해 선택된 OFDMA 심벌군을 상기 송신기로 출력하는 버퍼를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  7. 제 1항에 있어서,
    최소의 최대 피크치를 갖는 심벌군에 적용된 위상 조절 패턴을 확인하고, 확인된 패턴에 따라 송신할 OFDMA 심벌들을 재생성 및 송신하도록 제어하는 제어기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  8. 광대역 무선통신 시스템에서 송신단의 신호 송신 방법에 있어서,
    부반송파별 위상 조절을 통해 하나의 OFDMA(Orthogonal Frequency Division Multiple Access) 심벌로부터 서로 다른 PAPR(Peak to Average Power Ratio)을 갖는 다수의 OFDMA 심벌들을 생성하는 과정과,
    시간축에서 연속하는 다수의 OFDMA 심벌들 각각으로부터 생성된 서로 다른 PAPR을 갖는 다수의 OFDMA 심벌들의 피크(Peak)치를 수집하는 과정과,
    동일 패턴으로 위상 조절된 OFDMA 심벌들을 묶은 다수의 심벌군들 각각의 최대 피크치를 확인하는 과정과,
    최소의 최대 피크치를 갖는 심벌군을 송신하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  9. 제 8항에 있어서,
    상기 위상 조절은, 동일 채널추정 단위 내의 부반송파들에 대해 동일한 변화 크기로 적용되는 것을 특징으로 하는 방법.
  10. 제 9항에 있어서,
    시간축에서 연속하는 다수의 OFDMA 심벌들은, 시간축에서 동일 채널추정 단위에 포함되는 OFDMA 심벌들인 것을 특징으로 하는 방법.
  11. 제 10항에 있어서,
    상기 서로 다른 PAPR을 갖는 다수의 OFDMA 심벌들을 생성하는 과정은,
    주파수영역 OFDMA 심벌에 위상 시퀀스(Phase Sequence)를 곱하는 과정과,
    IFFT(Inverse Fast Fourier Transform) 연산을 통해 상기 위상 시퀀스가 곱해진 주파수영역 OFDMA 심벌을 시간영역 OFDMA 심벌로 변환하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  12. 제 10항에 있어서,
    상기 서로 다른 PAPR을 갖는 다수의 OFDMA 심벌들을 생성하는 과정은,
    주파수영역 OFDMA 심벌을 하나의 채널추정 단위가 동일 부블록에 포함되도록 다수의 부블록들로 분할하는 과정과,
    IFFT 연산을 통해 분할된 주파수영역 OFDMA 심벌들 각각을 분할된 시간영역 OFDMA 심벌들로 변환하는 과정과,
    상기 분할된 시간영역 OFDMA 심벌들에 위상 인자(Phase Factor)를 곱하는 과정과,
    위상 인자가 곱해진 분할된 시간영역 OFDMA 심벌들을 합산하여 하나의 시간영역 OFDMA 심벌을 생성하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  13. 제 8항에 있어서,
    시간축에서 연속하는 다수의 OFDMA 심벌들 각각으로부터 생성된 서로 다른 PAPR을 갖는 다수의 OFDMA 심벌들을 모두 저장하는 과정과,
    송신 심벌군이 선택된 후, 저장된 OFDMA 심벌들 중 선택된 심벌군에 포함되는 OFDMA 심벌들을 선택하는 과정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  14. 제 8항에 있어서,
    최소의 최대 피크치를 갖는 심벌군에 적용된 위상 조절 패턴을 확인하는 과정과,
    확인된 패턴에 따라 송신할 OFDMA 심벌들을 재생성하는 과정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
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