KR20100045245A

KR20100045245A - Ｐａｐｒ 감소 디지털 통신 시스템 및 방법

Info

Publication number: KR20100045245A
Application number: KR1020080104345A
Authority: KR
Inventors: 심재훈
Original assignee: 엘지노텔 주식회사
Priority date: 2008-10-23
Filing date: 2008-10-23
Publication date: 2010-05-03

Abstract

본 발명은 대용량 데이터의 전송을 위해 발생하는 송신 신호의 PAPR(Peak-to-Average Ratio)을 감소 시킬 수 있는 디지털 통신 시스템 및 방법에 관한 것이다. 이 통신 시스템 및 방법은, 제어신호를 형성하고, 다수의 트래픽 신호를 형성하고, 상기 다수의 트래픽 신호를 합성하여 트래픽 합성신호를 형성하고, 상기 트래픽 합성신호의 위상 반전 신호를 형성하고, 상기 제어신호와 상기 트래픽 합성신호를 합성한 합성신호의 PAPR(Peak to Average Ratio)값을 추출하고, 상기 추출된 PAPR값에 의거하여 스위치 동작 신호를 형성하고, 상기 스위치 동작 신호에 따라 상기 위상 반전 신호를 출력하고, 상기 위상 반전 신호 입력시 상기 합성신호에서 트래픽 신호 성분을 제거하여 출력하며, 상기 트래픽 신호 제거부의 출력신호를 송신한다.

디지털 통신 시스템, PAPR, 위상 반전

Description

ＰＡＰＲ 감소 디지털 통신 시스템 및 방법{DIGITAL COMMUNICATION SYSTEM AND METHOD FOR REDUCING PEAK-TO-AVERAGE RATIO}

본 발명은 디지털 통신 시스템 및 방법에 관한 것으로, 특히 대용량 데이터의 전송을 위해 발생하는 송신 신호의 PAPR(Peak-to-Average Ratio)을 감소 시킬 수 있는 디지털 통신 시스템 및 방법에 관한 것이다.

도 1은 일반적인 디지털 통신 시스템을 보이는 블록도이다. 일반적으로, 디지털 통신 시스템(100)은 각 채널부(110, 120)에서 송신하고자 하는 데이터에 대해서 채널 코딩을 수행한다. 채널 코딩은 무선 채널 전송에 따른 오류 발생을 고려하여 데이터의 유실을 최소화하고 디지털 통신 시스템 외부의 수신기(미도시)에서 오류 발생에 대한 인식 및 발생 오류에 대한 자체 보정을 할 수 있도록 한다. 이렇게 채널 코딩된 디지털 데이터들은 합성부(130)에서 합성(multiplexing or summing) 과정을 거쳐 하나의 합성신호를 형성한다. 기저 대역의 합성신호는 DAC(Digital-to- Analog Converter)(140)를 통하여 아날로그 신호로 변환된다. 기저 대역의 신호에서 아날로그 신호로 변환된 합성신호는 송신부(150)에서 송신 주파수 대역으로 업 컨버젼(up-conversion) 되고, 증폭기(amplifier)를 거치면서 대전력 증폭되어 안테나를 통하여 디지털 통신 시스템 외부의 수신기(미도시)로 방사되게 된다.

도 2a는 디지털 통신 시스템에서 다수의 채널 코딩된 신호들을 보이는 예시도이고, 도 2b는 도 2a의 다수의 채널 코딩 신호의 합성(multiplexing or summing)후의 신호 특성을 보이는 예시도이다.

다수의 채널 코딩된 신호를 합성하는 경우, 평균 전력(Average Power)의 증가분보다 첨두치 전력(Peak Power)의 증가분이 더 크게 나타난다. 이러한 최대 첨두치 신호의 발생 확률은 상대적으로 낮게 분포되지만, 송신 신호에 대한 왜곡 없이 수신기로의 전달을 위해서는 첨두치 신호에 대해서 왜곡 없이 송신기를 통과하여야 하므로, 고용량의 RF 컨버터(Radio Frequency converter), 증폭기(Power Amplifier) 및 필터(filter) 등의 RF 소자들이 필요하게 되므로 시스템 비용을 증가시키는 문제점이 있다.

본 발명은 대용량 데이터의 전송을 위해 발생하는 송신 신호의 PAPR(Peak-to-Average Ratio)을 감소 시킬 수 있는 디지털 통신 시스템 및 방법을 제공한다.

본 발명의 디지털 통신 시스템은, 제어신호를 형성하는 컨트롤 채널부; 다수의 트래픽 신호를 형성하는 다수의 트래픽 채널부; 상기 다수의 트래픽 신호를 합성하여 트래픽 합성신호를 형성하는 트래픽 합성부; 상기 트래픽 합성신호의 위상 반전 신호를 형성하는 위상 반전부; 상기 제어신호와 상기 트래픽 합성신호를 합성 한 합성신호의 PAPR(Peak to Average Ratio)값을 추출하고, 상기 추출된 PAPR값에 의거하여 스위치 동작 신호를 형성하는 PAPR 계산부; 상기 스위치 동작 신호에 따라 상기 위상 반전 신호를 출력하는 스위칭부; 상기 위상 반전 신호 입력시 상기 합성신호에서 트래픽 신호 성분을 제거하여 출력하는 트래픽 신호 제거부; 및 상기 트래픽 신호 제거부의 출력신호를 송신하는 송신부를 포함한다.

또한 본 발명의 디지털 통신 방법은, a) 상기 다수의 트래픽 신호를 합성시에 트래픽 합성신호의 위상 반전 신호를 형성하는 단계; b) 제어신호와 상기 트래픽 합성신호를 합성하여 출력하는 단계; c) 상기 합성신호의 PAPR(Peak to Average Ratio)값을 추출하고, 추출된 PAPR값에 의거하여 스위치 동작 신호를 형성하는 단계; d) 상기 스위치 동작 신호에 대응하여 상기 위상 반전 신호를 출력하는 단계; 및 e) 상기 위상 반전 신호에 대응하여 상기 합성신호에서 트래픽 신호 성분을 제거하여 송신하는 단계를 포함한다.

본 발명은 디지털 통신 시스템에서 높은 값의 PAPR 특성을 갖는 송신신호에 대해 데이터의 유실없이 PAPR 값을 특정 값 이하로 유지할 수 있도록 하여, 시스템의 저가화, 소형화 및 고효율화가 가능하다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대해 상세히 설명한다. 그러나, 본 발명의 권리범위는 하기한 바람직한 실시예에 한정되는 것은 아니다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 디지털 통신 시스템을 보이는 블록도이다.

디지털 통신 시스템(300)은 컨트롤 채널부(311), 트래픽 채널부(312), 트래픽 합성부(313), 위상반전부(314), PAPR 계산부(315), 스위칭부(316), 트래픽 신호 제거부(317), 송신부(318), 수신부(319) 및 재전송 관리부(320)를 포함한다.

디지털 통신 시스템(300)은 제어 및 기준 신호 전송을 위한 제어신호를 형성하는 컨트롤 채널부(control channel unit)(311) 및 다수 사용자들에게 개별 할당되어 다수의 트래픽 신호를 형성하는 다수의 트래픽 채널부(traffic channel unit)(312)를 포함한다.

트래픽 합성부(313)는 다수의 트래픽 신호를 합성하여 트래픽 합성신호를 형성한다. 합성 과정후 트래픽 합성신호는 동일한 또 하나의 신호가 복제되어 하나의 합성신호는 위상반전부(314)로 출력되고, 또 다른 합성신호는 PAPR 계산부(315)로 출력된다.

위상 반전부(314)는 트래픽 합성신호의 위상을 180˚ 반전시켜 위상 반전 신호를 형성한다.

PAPR 계산부(315)는 제어신호와 트래픽 합성신호를 입력 받아 합성신호를 형성하고, 합성신호의 PAPR(Peak to Average Ratio)값을 추출한다. 또한, PAPR 계산부(314)는 추출된 PAPR값이 특정값 이상이면 송신 신호의 시간 동기에 맞추어 시간 구간을 결정하고, 결정된 시간 구간에 따라 스위치 온(on)/오프(off) 제어를 위한 스위치 동작 신호를 형성한다.

스위칭부(316)는 스위치 동작 신호를 입력 받아 위상 반전 신호를 트래픽 신호 제거부(317)에 전달한다.

트래픽 신호 제거부(317)는 추출된 PAPR값이 특정값 이하이면(스위치 오프 동작 신호 형성됨) 합성신호를 그대로 출력하고, 추출된 PAPR값이 특정값 이상이면(스위치 온 동작 신호 형성됨) 합성신호에서 위상 반전 신호에 따른 트래픽 신호 성분을 제거하여 출력한다.

송신부(318)는 트래픽 신호 제거부(317)의 출력신호를 입력 받아 외부로 송신한다. 예를 들어, 송신부(318)는 트래픽 신호 제거부(317)의 출력신호를 입력 받아 아날로그 신호로 변환하기 위한 DAC(Digital to Analog Converter)(미도시), 아날로그 신호를 송신 주파수 대역으로 변환하기 위한 업 컨버젼부(Up-Conversion Unit)(미도시) 및 신호 증폭을 위한 증폭부(Amplification Unit)(미도시)를 포함한다.

즉, 컨트롤 채널부(311)에서 출력되는 제어신호와 트래픽 채널부(312)에서 출력되는 트래픽 신호가 합성(multiplexing or summing)되어 송신부로 전송되던 기존의 방식과는 달리 본 발명에서는 우선 다수의 트래픽 신호들만을 합성한 후, 합성된 트래픽 신호는 송신 경로에서 제어신호와 다시 합성하고, 또 다른 합성된 트래픽 신호는 위상 반전부(314)를 거치면서 180°위상 변환되어 스위칭부(316)로 인가된다.

외부의 수신기(미도시)는 디지털 통신 시스템(300)에서 수신된 데이터에 대해서 FEC(Forward Error Correction) 등과 같은 에러(error)의 감지 및 복원의 절차를 수행하게 되며, 이를 통해서도 복원되지 않는 유실된 데이터에 대한 오류 발생 정보를 형성한다.

수신부(319)는 오류 발생 정보를 수신하여 재전송 정보를 형성한다. 예를 들어, 수신부(319)는 오류 발생 정보를 수신하여 디지털 통신 시스템(300)에서 처리 가능한 주파수 대역으로 변환하기 위한 다운 컨버젼부(Down Conversion Unit)(미도시), 아날로그 신호인 주파수 변환된 오류 발생 정보를 디지털 신호로 변환하기 위한 ADC(Analog to Digital Converter)(미도시) 및 디지털 신호를 디코딩(decoding) 하여 재전송 정보를 형성하기 위한 디코더(decoder)(미도시)를 포함한다.

재전송 관리부(320)는 재전송 정보를 입력 받아 오류가 발생한 트래픽 채널부(312)의 트래픽 신호만을 재전송하기 위한 재전송 신호를 형성한다. 따라서, 불필요한 트래픽 신호의 재전송을 방지하여 시스템의 효율성을 향상시킬 수 있다. 그리고, PAPR 값이 특정값 이상이 될 확률은 상당히 낮으므로 데이터 유실 및 재 전송 또한 상대적으로 적다. 그러므로 상대적으로 발생 확률이 낮은 특정 PAPR값 이상의 데이터의 전송을 위해서 필요한 대용량 및 높은 가격의 송신부를 사용하는 종래의 방식에서 PAPR 값을 낮게 유지할 수 있도록 하여 소용량 및 낮은 가격의 송신부(318) 구성이 가능하게 된다.

본 발명에 따른 디지털 통신 방법에 따르면, 컨트롤 채널부(311)는 제어신호를 형성한다. 그리고, 다수의 트래픽 채널부(312)는 각 트래픽 채널부(312)에 대응하는 트래픽 신호를 형성한다.

트래픽 합성부(313)는 상기 다수의 트래픽 신호를 합성하여 트래픽 합성신호를 형성하고, 위상반전부(314)는 트래픽 합성신호의 위상이 180˚ 변환된 위상 반전 신호를 형성한다. 한편, PAPR 계산부(315)는 제어신호와 트래픽 합성신호를 입 력 받아 합성신호를 형성하고, 합성신호의 PAPR값을 추출하며, 추출된 PAPR값이 특정값 이상일 경우 스위치 동작 신호를 형성한다. 스위칭부(316)는 스위치 동작 신호를 입력 받아 위상 반전 신호를 출력한다.

트래픽 신호 제거부(317)는 PAPR값이 특정값보다 작을 경우 합성신호 출력하고, PAPR값이 특정값보다 클 경우 합성신호에서 트래픽 신호 성분이 제거된 신호를 출력한다. 송신부(318)는 합성신호 또는 합성신호에서 트래픽 신호 성분이 제거된 신호를 외부로 송신한다.

상기 송신된 출력신호중, 유실된 데이터 정보를 포함하는 오류 발생 정보를 수신하여 재전송 정보를 형성하고, 재전송 관리부(320)는 재전송 정보를 입력 받아 유실된 데이터를 포함하는 트래픽 신호만을 재전송한다.

도 4는 본 발명의 실시예에 따라 CDMA 통신 시스템의 적용예를 도시한 도면이다. 본 발명을 코드 분할 특성을 이용하는 CDMA 통신 시스템에 적용할 경우 PAPR 값이 높게 나타나는 시간 구간에 대해 트래픽 신호의 위상 반전된 신호를 인가하여 줌으로써, PAPR 값을 감소시키는 동작을 수행할 수 있다. 특히, 데이터 오류 발생에 대하여 오류가 발생된 데이터에 대하여서만 재전송을 하므로써 데이터의 유실을 방지할 수 있고 효율성을 향상시킬 수 있게 된다.

본 발명이 속하는 기술분야의 당업자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 설정하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시 예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명 보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가 개념으로부터 도출되는 모든 설정 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

도 1은 일반적인 디지털 통신 시스템을 보이는 블록도.

도 2a는 디지털 통신 시스템에서 다수의 채널 코딩된 신호들을 보이는 예시도.

도 2b는 도 2a의 다수의 채널 코딩 신호의 합성(multiplexing or summing)후의 신호 특성을 보이는 예시도.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 디지털 통신 시스템을 보이는 블록도.

도 4는 본 발명의 실시예에 따라 CDMA 통신 시스템의 적용례를 도시한 도면.

Claims

디지털 통신 시스템에 있어서,

제어신호를 형성하는 컨트롤 채널부;

다수의 트래픽 신호를 형성하는 다수의 트래픽 채널부;

상기 다수의 트래픽 신호를 합성하여 트래픽 합성신호를 형성하는 트래픽 합성부;

상기 트래픽 합성신호의 위상 반전 신호를 형성하는 위상 반전부;

상기 제어신호와 상기 트래픽 합성신호를 합성한 합성신호의 PAPR(Peak to Average Ratio)값을 추출하고, 상기 추출된 PAPR값에 의거하여 스위치 동작 신호를 형성하는 PAPR 계산부;

상기 스위치 동작 신호에 따라 상기 위상 반전 신호를 출력하는 스위칭부;

상기 위상 반전 신호 입력시 상기 합성신호에서 트래픽 신호 성분을 제거하여 출력하는 트래픽 신호 제거부; 및

상기 트래픽 신호 제거부의 출력신호를 송신하는 송신부를 포함하는, 디지털 통신 시스템.
제1항에 있어서,

상기 송신된 출력신호중 유실된 데이터 정보를 포함하는 오류 발생 정보로부터 재전송 정보를 형성하는 수신부; 및

상기 수신부로부터 상기 재전송 정보를 입력 받아 유실된 데이터를 포함하는 트래픽 신호만을 재전송하기 위한 재전송 관리부를 더 포함하는, 디지털 통신 시스템.
제2항에 있어서,

상기 수신부는,

상기 오류 발생 정보를 수신하여 디지털 통신 시스템에서 처리 가능한 주파수 대역으로 변환하기 위한 다운 컨버젼부;

상기 주파수 변환된 오류 발생 정보를 디지털 신호로 변환하기 위한 ADC(Analog to Digital Converter); 및

상기 디지털 신호를 디코딩(decoding) 하여 상기 재전송 정보를 형성하기 위한 디코더(decoder)를 포함하는, 디지털 통신 시스템.
제1항에 있어서,

상기 송신부는,

상기 트래픽 신호 제거부의 출력신호를 입력 받아 아날로그 신호로 변환하기 위한 DAC(Digital to Analog Converter);

상기 아날로그 신호를 송신 주파수 대역으로 변환하기 위한 업 컨버젼부; 및

상기 주파수 변환된 아날로그 신호의 증폭을 위한 증폭부를 포함하는, 디지털 통신 시스템.
제1항에 있어서,

상기 PAPR 계산부는,

상기 합성신호의 시간 동기에 맞추어 시간 구간을 결정하고, 결정된 시간 구간에 따라 스위치 온 또는 오프 제어를 위한 상기 스위치 동작 신호를 형성하는, 디지털 통신 시스템.
디지털 통신 방법에 있어서,

a) 상기 다수의 트래픽 신호 합성시에 트래픽 합성신호의 위상 반전 신호를 형성하는 단계;

b) 제어신호와 상기 트래픽 합성신호를 합성하여 출력하는 단계;

c) 상기 합성신호의 PAPR(Peak to Average Ratio)값을 추출하고, 추출된 PAPR값에 의거하여 스위치 동작 신호를 형성하는 단계;

d) 상기 스위치 동작 신호에 대응하여 상기 위상 반전 신호를 출력하는 단계; 및

e) 상기 위상 반전 신호에 대응하여 상기 합성신호에서 트래픽 신호 성분을 제거하여 송신하는 단계를 포함하는, 디지털 통신 방법.
제6항에 있어서,

상기 수신부로부터 재전송 정보를 입력 받아 유실된 데이터를 포함하는 트래 픽 신호만을 재전송하는 단계를 더 포함하는, 디지털 통신 방법.