KR20100080720A - ＯＦＤＭ 신호의 ＰＡＰＲ 감소를 위한 Ｂｌｉｎｄ ＳＬＭ 방법 - Google Patents

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KR20100080720A
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sequence
phase
papr
blind slm
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노종선
신동준
주현승
허석중
전현배
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서울대학교산학협력단
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    • H04L27/26—Systems using multi-frequency codes
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Abstract

본 발명은 직교 주파수 분할 다중 반송파(Orthogonal Frequency Division Multiplexing, OFDM) 시스템에서 송신단의 전송 신호의 최대 전력 대 평균 전력 비율(Peak to Average Power Ratio, PAPR)을 감소시키기 위하여 데이터 시퀀스를 위상 시퀀스에 의해 위상 변화하여
Figure 112009000105638-PAT00001
개의 독립적인 대안의 심볼 시퀀스를 생성하고 그 중 가장 작은 최대 전력 대 평균 전력 비율(Peak to Average Power Ratio, PAPR)을 갖는 심볼 시퀀스를 전송하는 선택사상기법에 있어서, 상기 송신단이 위상 시퀀스로 m-sequence를 사용하고 수신단이 최대 우도(Maximum Likelihood, ML) 탐색기를 사용하여 상기 송신단에서 사용한 위상 시퀀스를 구별하며, 상기 송신단에서 상기 m-sequence에 의해 생성된
Figure 112009000105638-PAT00002
개의 대안의 직교 주파수 분할 다중 반송파 심볼 시퀀스 중 가장 작은 최대 전력 대 평균 전력 비율을 가지는 심볼 시퀀스를 선택하는 제 1 단계; 상기 송신단에서
Figure 112009000105638-PAT00003
개의 대안의 직교 주파수 분할 다중 반송파 심볼 시퀀스를
Figure 112009000105638-PAT00004
개의 구간으로 분할하는 제 2 단계; 및 상기 제 1 단계에서 각 대안의 직교 주파수 분할 다중 반송파 심볼 시퀀스마다 사용된 m-sequence에 따라서 구간별 위상을 회전시키는 제 3 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
SLM; blind SLM; OFDM; PAPR

Description

ＯＦＤＭ 신호의 ＰＡＰＲ 감소를 위한 Ｂｌｉｎｄ ＳＬＭ 방법{METHOD FOR BLIND SLM FOR PAPR REDUCTION OF OFDM SIGNALS}
본 발명은 OFDM 신호의 PAPR 감소를 위한 적은 연산량을 가지는 Blind SLM 방법에 관한 것으로서, 구체적으로 위상 시퀀스로 m-sequence를 사용하고, 송신단에서 사용된 위상 시퀀스를 수신단이 파악하기 위하여 연산량이 적은 최대 우도(ML: Maximum Likelihood) 탐색기를 사용함으로써, 복호 복잡도를 줄이고 BER 성능 열화를 최소화할 수 있는 OFDM 신호의 PAPR 감소를 위한 적은 연산량을 가지는 Blind SLM 방법에 관한 것이다.
직교 주파수 분할 다중 반송파(OFDM: Orthogonal Frequency Division Multiplexing)는 다중 경로 페이딩(multipath fading) 채널에서 효과적인 전송 방법으로 알려져 있다. 또한 OFDM은 여러 개의 부반송파(subcarrier)를 사용함으로써 데이터 전송률을 높일 수 있어 채널 용량이 극대화되는 장점을 갖는다. 하지만 OFDM 시스템은 송신단의 전송 신호의 최대 전력 대 평균 전력 비율(PAPR: Peak to Average Power Ratio)이 큰 문제점이 있었다. 이러한 PAPR의 범위는 부반송파의 수에 비례하여 증가하는데, OFDM 신호는 이러한 PAPR 특성 때문에 고전력 증폭 기(HPA: High Power Amplifier)로 인한 비선형 특성을 가지게 되어 대역내 왜곡(in-band distortion)과 대역외 방사(Out of band radiation)가 발생하는 문제점이 있었다.
한편, 이와 같은 OFDM 시스템의 PAPR을 감소시키기 위하여 선택사상기법(SLM: Selected Mapping)이 사용되어 왔다. SLM은 데이터 시퀀스로부터
Figure 112009000105638-PAT00005
개의 독립적인 심볼을 만들고 그 중 가장 작은 PAPR을 갖는 심볼을 전송하는 방법이다. 이때,
Figure 112009000105638-PAT00006
개의 심볼들은 동일한 데이터를 위상 시퀀스에 의해 위상 변화한 벡터이다.
그러나, SLM은 송신단에서 사용된 위상 시퀀스를 찾기 위해 수신단으로 부가정보(SI: Side Information)를 보내야 하는 문제점이 있었다. 즉, SLM에서는 수신단에서 원래의 OFDM 심볼을 찾을 수 있도록 하기 위하여 송신단에서 사용된 위상 시퀀스의 부가정보(SI: Side Information)를 수신단으로 보내야 한다. 그런데, 이러한 부가 정보는 전송 효율을 감소시키는 원인이 될 뿐만 아니라, 잘못된 부가정보를 전송할 경우 비트 오류율(BER: Bit Error Rate) 성능에 중대한 영향을 미치는 문제점이 있었다. 따라서 부가 정보를 보내지 않고도 송신단에서 사용된 위상 시퀀스를 찾을 수 있는 blind SLM 방법이 제안되어 왔다. 이하에서는, 종래의 blind SLM 방법에 대하여 설명하도록 한다.
Figure 112009000105638-PAT00007
개의 부반송파를 사용하는 OFDM 시스템에서의 입력 심볼 시퀀스
Figure 112009000105638-PAT00008
에 대하여 이산 OFDM 신호는 수학식 1과 같이 표현된다.
Figure 112009000105638-PAT00009
여기서
Figure 112009000105638-PAT00010
은
Figure 112009000105638-PAT00011
번째 부반송파의 입력 데이터를 나타내고,
Figure 112009000105638-PAT00012
은 부반송파의 수를 나타낸다. 이때, 각 데이터는 정해진 성상도
Figure 112009000105638-PAT00013
에 존재한다.
한편, SLM기법은
Figure 112009000105638-PAT00014
개의 위상 시퀀스를 사용하며 이는 수학식 2와 같이 주어진다.
Figure 112009000105638-PAT00015
여기서
Figure 112009000105638-PAT00016
이고
Figure 112009000105638-PAT00017
이다. 임의의 두 벡터
Figure 112009000105638-PAT00018
와
Figure 112009000105638-PAT00019
의 곱벡터를
Figure 112009000105638-PAT00020
라 할 때, 데이터 벡터
Figure 112009000105638-PAT00021
에 대해서 가장 작은 PAPR을 가지는 시퀀스는
Figure 112009000105638-PAT00022
으로 정의한다. 이때
Figure 112009000105638-PAT00023
는 OFDM 심볼이 가장 작은 PAPR을 가지게 하는 위상 시퀀스를 나타낸다.
한편, 종래의 blind SLM에서는 수신단에 부가정보를 보내지 않기 위하여 위상 시퀀스가 다음과 같은 조건을 만족하여야 한다.
1) 데이터 심볼
Figure 112009000105638-PAT00024
은 주어진 심볼 성상도
Figure 112009000105638-PAT00025
로 제한된다.
2) 위상 시퀀스
Figure 112009000105638-PAT00026
는 정해져 있고 송신단과 수신단에서 사전에 알고 있어야 한다.
3)
Figure 112009000105638-PAT00027
와
Figure 112009000105638-PAT00028
는
Figure 112009000105638-PAT00029
일 때 충분히 달라야 한다.
상기 조건을 만족하기 위해서는 모든
Figure 112009000105638-PAT00030
과
Figure 112009000105638-PAT00031
에 대하여
Figure 112009000105638-PAT00032
이어야 한다. 따라서 이러한 조건을 만족하는
Figure 112009000105638-PAT00033
를 선택해야 한다.
한편, 종래의 blind SLM기법은 M-PSK 또는 M-QAM복호기를 사용하지 않으며 어떤 위상 시퀀스의 사용 여부에도 상관없는 새로운 준 최적 ML 복호기를 사용하였다. 만일
Figure 112009000105638-PAT00034
와
Figure 112009000105638-PAT00035
사이에 Hamming Distance가 충분히 클 경우 ML 복호기는 매우 좋은 성능을 나타내게 된다.
한편, 주파수 영역의 수신된 심볼
Figure 112009000105638-PAT00036
은 수학식 3과 같이 표현된다.
Figure 112009000105638-PAT00037
여기서
Figure 112009000105638-PAT00038
은
Figure 112009000105638-PAT00039
번째 부반송파에 대한 페이딩 채널의 주파수 응답이고
Figure 112009000105638-PAT00040
은
Figure 112009000105638-PAT00041
번째 부반송파의 Gaussian 백색 잡음(AWGN: Additive White Gaussian Noise) 샘플을 나타낸다. 송신단에서 PAPR을 줄이기 위해 사용된 위상 시퀀스의 부가 정보
Figure 112009000105638-PAT00042
는 알려지지 않지만 준 최적 ML 복호기는 결정 메트릭(decision metric)을 사용하여 데이터 시퀀스를 복호화할 수 있다.
준 최적 ML 복호기의 메트릭은 수학식 4와 같이 표현된다.
Figure 112009000105638-PAT00043
종래의 blind SLM 기법에서 데이터 시퀀스의 복호화는 수학식 4에 의해 위상 시퀀스 탐색과 동시에 이루어진다. 복호 심볼은
Figure 112009000105638-PAT00044
을
Figure 112009000105638-PAT00045
만큼 위상 회전한 후 이와 가장 가까운 성상도
Figure 112009000105638-PAT00046
상의 점
Figure 112009000105638-PAT00047
으로 결정된다. 이러한 hard decision을 각 부반송파마다 수행하여 하나의 데이터 시퀀스를 결정한다. 또한 이것을 위상 시퀀스
Figure 112009000105638-PAT00048
에 대하여
Figure 112009000105638-PAT00049
번 반복한다.
따라서, 수학식 4를 통해 데이터 시퀀스를 복호화하기 위해서는 복호 곱셈 연산을 총
Figure 112009000105638-PAT00050
번 수행해야 하므로 복호 복잡도가 증가하는 문제점이 있었다. 여기서
Figure 112009000105638-PAT00051
는 송신단의 변조 방식에 따라 결정된다. 따라서, 종래의 blind SLM 방법에서 사용된 준 최적 ML 복호기는 복잡도가 너무 크기 때문에 구현이 어렵다.
본 발명은 상기와 같은 종래의 blind SLM의 문제점을 해결하기 위하여 제시된 것으로서, 본 발명의 목적은 복호 복잡도를 줄이고 비트 오류율(BER: Bit Error Rate) 성능 열화를 최소화하는 OFDM 신호의 PAPR 감소를 위한 적은 연산량을 가지는 Blind SLM 방법을 제공하는 것이다. 구체적으로, 본 발명은, 위상 시퀀스로 m-sequence를 사용하고, 송신단에서 사용된 위상 시퀀스를 수신단에서 파악하기 위하여 연산량이 적은 최대 우도(ML: Maximum Likelihood) 탐색기를 사용하며, 송신단이 부가정보를 OFDM 심볼 시퀀스에 실어 수신단에 전송하기 위하여 구간 분할과 위상 회전을 사용함으로써 복호 복잡도를 줄이고 BER 성능 열화를 최소화할 수 있는 OFDM 신호의 PAPR 감소를 위한 적은 연산량을 가지는 Blind SLM 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 OFDM 신호의 PAPR 감소를 위한 적은 연산량을 가지는 Blind SLM 방법은, OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing, 직교 주파수 분할 다중 반송파) 시스템에서 송신단의 전송 신호의 PAPR(Peak to Average Power Ratio, 최대 전력 대 평균 전력 비율)을 감소시키기 위하여, 데이터 시퀀스를 위상 시퀀스에 의해 위상 변화하여
Figure 112009000105638-PAT00052
개의 독립적인 대안의 심볼 시퀀스를 생성하고 그 중 가장 작은 PAPR을 갖는 심볼 시퀀스를 전송하는 SLM(Selected Mapping, 선택사상기법)에 있어서, 송신단이 위상 시퀀스로 m-sequence를 사용하고 수신단이 ML(Maximum Likelihood, 최대 우도) 탐색기를 사용하여 송신단에서 사용한 위상 시퀀스를 구별하는 OFDM 신호의 PAPR 감소를 위한 적은 연산량을 가지는 Blind SLM 방법으로서, 송신단에서 m-sequence에 의해 생성된
Figure 112009000105638-PAT00053
개의 대안의 OFDM 심볼 시퀀스 중 가장 작은 PAPR을 가지는 심볼 시퀀스를 선택하는 제 1 단계, 송신단에서 선택된 심볼 시퀀스에 사용된 m-sequence를 수신단에서 구별하도록, 제 1 단계에서
Figure 112009000105638-PAT00054
개의 대안의 OFDM 심볼 시퀀스를
Figure 112009000105638-PAT00055
개의 구간으로 분할하는 제 2 단계 및 제 1 단계에서 각 대안의 OFDM 심볼 시퀀스마다 사용된 m-sequence에 따라서 수정 Sylvester Hadamard 행렬의 행을 규칙으로 구간별 위상을 회전시키는 제 3 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, m-sequence가,
Figure 112009000105638-PAT00056
,
Figure 112009000105638-PAT00057
,
Figure 112009000105638-PAT00058
로 표현되도록 한다. 또한, 제 3 단계에서, OFDM 심볼 시퀀스의 구간마다
Figure 112009000105638-PAT00059
을 곱하여 위상을 회전시키고,
Figure 112009000105638-PAT00060
의 조건을 만족하여
Figure 112009000105638-PAT00061
에 해당하는 구간은 위상을 회전하지 아니하고
Figure 112009000105638-PAT00062
에 해당하는 구간은
Figure 112009000105638-PAT00063
만큼 위상을 회전하도록 한다. 이때, 각 OFDM 심볼 시퀀스의 회전 여부를 나타내는
Figure 112009000105638-PAT00064
값이
Figure 112009000105638-PAT00065
행렬에 의해 결정되고,
Figure 112009000105638-PAT00066
와
Figure 112009000105638-PAT00067
이
Figure 112009000105638-PAT00068
로 표현되는 Sylvester Hadamard 행렬에서 1의 원소를 0으로 대체하고 -1의 원소를 1로 대체하여 생성되도록 한다. 더욱 바람직하게는, 제 3 단계 이후에는, ML 탐색기가,
Figure 112009000105638-PAT00069
의 각 행마다
Figure 112009000105638-PAT00070
개의 원소에 의해 결정되는 구간 메트릭 값을 구하여 전체
Figure 112009000105638-PAT00071
개의 구간 메트릭 값을 산출하는 제 4 단계 및 ML 탐색기가,
Figure 112009000105638-PAT00072
개의 구간 메트릭 값 중 최소값을 송신단이 사용한 위상 시퀀스로 결정하는 제 5 단계를 더 포함하도록 한다. 이때, 제 4 단계에서, 각 구간 메트릭 값은
Figure 112009000105638-PAT00073
에 의해 산출되고,
Figure 112009000105638-PAT00074
는 구간의 번호로
Figure 112009000105638-PAT00075
의 조건을 만족하고
Figure 112009000105638-PAT00076
는
Figure 112009000105638-PAT00077
의
Figure 112009000105638-PAT00078
행
Figure 112009000105638-PAT00079
열의 원소를 나타내도록 하고, 제 5 단계에서,
Figure 112009000105638-PAT00080
의 행에 따른 구간 메트릭 값의 합이 최소값을 가지는
Figure 112009000105638-PAT00081
는
Figure 112009000105638-PAT00082
에 의해 결정되도록 한다.
이상 설명한 바대로, 본 발명에 따른 OFDM 신호의 PAPR 감소를 위한 적은 연산량을 가지는 Blind SLM 방법은, 복호 복잡도를 크게 낮추고 BER 성능 열화를 최 소화하면서 종래의 blind SLM과 동일한 수준의 PAPR 감소 성능을 갖는 현저한 효과가 있다.
이하에서는, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 장점, 특징 및 바람직한 실시예에 대하여 상세히 설명하도록 한다.
본 발명에 따른 blind SLM 방법은 종래의 blind SLM 방법과 같이 위상 시퀀스로 랜덤 위상 시퀀스를 사용하지 않고,
Figure 112009000105638-PAT00083
과
Figure 112009000105638-PAT00084
을 가지는 m-sequence,
Figure 112009000105638-PAT00085
를 사용한다. m-sequence는 SLM에서 최적화된 위상 시퀀스 중 하나이다.
본 발명에 따른 blind SLM 방법은 가장 작은 PAPR을 가지는 m-sequence를 구별해 내기 위해 부가정보를 OFDM 심볼 시퀀스에 포함시키기 위하여 위상 회전과 구간 분할을 이용한다. 이를 통해 PAPR에 이용된 위상시퀀스
Figure 112009000105638-PAT00086
를 구별할 수 있다.
먼저 종래의 SLM 기법과 달리 m-sequence에 의해 셍성된
Figure 112009000105638-PAT00087
개의 대안의 OFDM 심볼 시퀀스의 구간을
Figure 112009000105638-PAT00088
개로 분할한다. 다음으로, 어떤 m-sequence가 사용되었느냐에 따라 대안의 OFDM 심볼 시퀀스의 구간마다 수정 Sylvester Hadamard 행렬의 행을 규칙으로
Figure 112009000105638-PAT00089
을 곱하여 위상을 회전시킨다. 여기서
Figure 112009000105638-PAT00090
이고
Figure 112009000105638-PAT00091
에 해당하는 구간은 위상 회전이 없음을 나타내고
Figure 112009000105638-PAT00092
에 해당하는 구간은
Figure 112009000105638-PAT00093
만큼 위상을 회전시킴을 나타낸다.
한편, m-sequence는 단지 0과 π만을 가질 수 있기 때문에 종래의 blind SLM의 조건에 따라 수신단에서 어떤 m-sequence를 사용하였는지 구분할 수가 없다. 따라서, 선택된 m-sequence에 따라 구간별로
Figure 112009000105638-PAT00094
의 위상 회전을 하게 되면 마치 Hamming distance가 최대인 두 개의 성상도를 사용한 효과를 갖게 되어 다른 m-sequence를 사용한 심볼 시퀀스와 구분을 지어줄 수 있다.
OFDM 심볼 시퀀스 내에
Figure 112009000105638-PAT00095
개의 구간들의 위상 회전 여부를 나타내는
Figure 112009000105638-PAT00096
값을 결정하기 위하여 Sylvester Hadamard 행렬을 수정하여 이용한다. Sylvester Hadamard 행렬은 수학식 5와 같이 정의된다.
Figure 112009000105638-PAT00097
여기서
Figure 112009000105638-PAT00098
이다. 이러한 Sylvester Hadamard 행렬에서 1의 원소를 가지는 부분은 모두 0으로 -1의 원소를 가지는 부분은 1로 대체한 수정 Sylvester Hadamard 행렬
Figure 112009000105638-PAT00099
을 정의하여 이용한다.
본 발명에 따른 blind SLM 방법은
Figure 112009000105638-PAT00100
개의 구간을 나누므로 수정 Sylvester Hadamard 행렬로
Figure 112009000105638-PAT00101
를 사용해야 한다. 하지만
Figure 112009000105638-PAT00102
는
Figure 112009000105638-PAT00103
개의 심볼 시퀀스의 절반 밖에 표현할 수 없기 때문에 나머지 절반은
Figure 112009000105638-PAT00104
를 이용하여 나타 내도록 한다. 따라서,
Figure 112009000105638-PAT00105
수정 Sylvester Hadamard 행렬
Figure 112009000105638-PAT00106
와
Figure 112009000105638-PAT00107
로 이루어진
Figure 112009000105638-PAT00108
행렬
Figure 112009000105638-PAT00109
의 한 행에 의해
Figure 112009000105638-PAT00110
개의 구간에
Figure 112009000105638-PAT00111
값이 결정되고 이것은 각 심볼 시퀀스의 구간별 위상 회전 여부를 나타낸다.
행렬
Figure 112009000105638-PAT00112
의 한 행에 의해 결정된 심볼 시퀀스의 위상 회전은, 다른 하나의 행에 의해 결정된 다른 심볼 시퀀스의 위상 회전 부분과 절반 이상 다르게 하는 효과를 가지게 해서 Hamming Distance를 최대화시키는 효과를 갖는다. 이러한 효과로 인해 사용된 m-sequence를 나타내는
Figure 112009000105638-PAT00113
검색이 거의 실패하지 않게 된다.
도 1은
Figure 112009000105638-PAT00114
이고
Figure 112009000105638-PAT00115
와
Figure 112009000105638-PAT00116
일 때의 구간 분할과
Figure 112009000105638-PAT00117
의 위상 회전에 대한 예를 도시한 도이다. 도 1에서 Ⅰ은 행렬
Figure 112009000105638-PAT00118
의 원소에 의해
Figure 112009000105638-PAT00119
인 구간을 나타내고 위상 회전을 시키지 않은 원래의 성상도를 사용한다. 또한, Ⅱ는 행렬
Figure 112009000105638-PAT00120
의 원소에 의해
Figure 112009000105638-PAT00121
인 구간을 의미하고
Figure 112009000105638-PAT00122
의 위상 회전을 시킨 성상도를 사용한다.
한편, 본 발명에 따른 blind SLM 방법은 최대 우도(ML: Maximum Likelihood) 탐색기를 사용한다. 도 2는 본 발명에 따른 blind SLM 방법에서 ML 탐색기를 이용하여 복호화하는 과정을 나타낸 도이다. 수신단에서는 ML 탐색기를 이용하여 선택된 m-sequence를 부가정보 없이 찾을 수 있다. ML 탐색기의 각 구간 메트릭은 수학 식 6과 같이 표현한다.
Figure 112009000105638-PAT00123
여기서
Figure 112009000105638-PAT00124
는 구간의 번호로서
Figure 112009000105638-PAT00125
의 조건을 만족하고,
Figure 112009000105638-PAT00126
는
Figure 112009000105638-PAT00127
의 조건을 만족하는데
Figure 112009000105638-PAT00128
일 경우 기존의 성상도를 사용한 것을 나타내며
Figure 112009000105638-PAT00129
일 경우
Figure 112009000105638-PAT00130
만큼 위상 회전된 성상도를 사용한 것을 나타낸다. 또한, 각 구간의 부반송파 범위는
Figure 112009000105638-PAT00131
이다. 수학식 6을 이용해서 각 구간마다
Figure 112009000105638-PAT00132
와
Figure 112009000105638-PAT00133
을 계산하여 전체
Figure 112009000105638-PAT00134
개의 구간 메트릭 값을 결정할 수 있다.
각 구간에 사용된 성상도는 새롭게 정의한
Figure 112009000105638-PAT00135
행렬
Figure 112009000105638-PAT00136
의 한 행에 의해 결정되어 있기 때문에 사용된 행을 찾는 것은 사용된 위상 시퀀스를 찾는 것과 같게 된다.
사용된 행을 찾기 위해서는 각 행마다
Figure 112009000105638-PAT00137
개의 원소에 의해 결정되는
Figure 112009000105638-PAT00138
개의
Figure 112009000105638-PAT00139
값을 더하여
Figure 112009000105638-PAT00140
개의 메트릭 값을 구한다. 여기서
Figure 112009000105638-PAT00141
는
Figure 112009000105638-PAT00142
의
Figure 112009000105638-PAT00143
행
Figure 112009000105638-PAT00144
열의 원소를 나타낸다.
ML 탐색기는 이렇게 얻은
Figure 112009000105638-PAT00145
개의 메트릭 값 중 최소값을 선택한다. 그러므로 ML 탐색기는 사용한 위상 시퀀스를 가리키는
Figure 112009000105638-PAT00146
를 수학식 7과 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112009000105638-PAT00147
ML 탐색기는 AGWN 채널에서 선택된 m-sequence의 탐색 실패가 거의 발생하지 않는다. 따라서 비트 오류율(BER: Bit Error Rate) 성능 열화도 발생하지 않는다. 또한, 종래의 blind SLM의 복호기가
Figure 112009000105638-PAT00148
의 복잡도에 가지는 것에 비해서 ML 탐색기는 단지
Figure 112009000105638-PAT00149
의 추가적인 연산만을 필요로 한다. 따라서 M-PSK 또는 M-QAM의 복호기의 연산까지 고려하면 전체 복잡도는
Figure 112009000105638-PAT00150
으로 감소된다.
본 발명에 따른 방법의 계산 복잡도 감소 비율(DCRR: Decoding Complexity Reduction Ratio)은 수학식 8과 같이 표현된다.
Figure 112009000105638-PAT00151
표 1은 종래의 blind SLM 방법과 본 발명에 따른 blind SLM 방법의 복잡도를 비교한 것으로, 표 1에 나타난 바와 같이
Figure 112009000105638-PAT00152
가 커질수록 복잡도 감소 비율(DCRR)이 증가함을 확인할 수 있다.
U=4 U=8 U=16
기존의 blind SLM 4qN 8qN 16qN
본 발명에 따른 blind SLM 3qN 3qN 3qN
DCRR 25% 62.5% 81.25%
도 3 내지 도 5는 종래의 blind SLM 방법과 본 발명에 따른 blind SLM 방법의 성능을 비교한 모의실험 결과를 나타낸 도이다.
모의실험은 QPSK의 변조를 하고 부반송파의 수가
Figure 112009000105638-PAT00153
와
Figure 112009000105638-PAT00154
인 OFDM 시스템에서 수행하였으며, 고전력 증폭기(HPA: High Power Amplifier)는 고려하지 않았고 Gaussian 백색 잡음(AWGN: Additive White Gaussian Noise) 채널에 대해서 실험하였다. 또한, 과표본은 하지 않았고 108개의 이진 데이터에 대하여 비트 오류율(BER: Bit Error Rate)을 살펴보았다. 본 발명에 따른 blind SLM 방법의 탐색 알고리즘으로는 수학식 6과 수학식 7을 사용하였으며, ML 탐색기를 이용한 blind SLM 방법의 BER 성능과 PAPR 성능을 종래의 blind SLM 기법과 비교하였다.
먼저, 도 3은 부반송파의 수가
Figure 112009000105638-PAT00155
이고
Figure 112009000105638-PAT00156
인 경우 본 발명에 따른 blind SLM 방법과 종래의 blind SLM 방법의 BER 성능을 비교한 도이다. 도 3을 참조하면 본 발명에 따른 blind SLM 방법이 종래의 blind SLM 기법에 비하여 BER 성능이 다소 좋으며 3dB 이상의 SNR부터는 QPSK의 BER과 차이가 나지 않음을 알 수 있다. 또한,
Figure 112009000105638-PAT00157
가 증가할수록 종래의 blind SLM 방법과 본 발명에 따른 blind SLM 방법 모두 낮은 SNR에서 BER 성능이 떨어짐을 알 수 있다. 이는 두 방법 모두
Figure 112009000105638-PAT00158
가 증가하면 결정 메트릭 중 선택해야 하는 값이 많아지므로 선택된 위상 시퀀스의 탐색 성공 확률이 떨어지기 때문이다. 하지만
Figure 112009000105638-PAT00159
가 증가하더라도 3dB 이상의 SNR에서는 BER 성능의 열화가 나타나지 않는다.
또한, 도 4는 부반송파의 수가
Figure 112009000105638-PAT00160
이고
Figure 112009000105638-PAT00161
인 경우 본 발명에 따른 blind SLM 방법과 종래의 blind SLM 방법의 BER 성능을 비교한 도이다. 도 4를 참조하면
Figure 112009000105638-PAT00162
이 커지면 낮은 SNR 영역에서도 BER 성능 열화가 거의 나타나지 않음을 알 수 있다. 이는
Figure 112009000105638-PAT00163
이 커지면 살펴볼 수 있는 데이터 심볼이 증가해서 결정 메트릭의 값에 차이가 커지기 때문에 탐색 실패가 나타나지 않기 때문이다.
또한, 도 5는 부반송파의 수가
Figure 112009000105638-PAT00164
이고
Figure 112009000105638-PAT00165
인 경우 본 발명에 따른 blind SLM 방법과 종래의 blind SLM 방법의 PAPR CCDF를 비교한 도로서, 일반적인 최적화된 위상 시퀀스를 이용한 SLM과도 함께 비교하였다. 도 5에 도시한 바와 같이 본 발명에 따른 blind SLM 방법은 종래의 blind SLM 방법과 동일한 수준으로 최대 전력 대 평균 전력 비율(PAPR: Peak to Average Power Ratio)을 감소시킴을 알 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시예가 특정 용어들을 사용하여 기술되어 왔지만, 그러한 기술은 오로지 설명을 하기 위한 것이며, 다음의 청구범위의 기술적 사상 및 범위로부터 이탈되지 않고서 여러가지 변경 및 변화가 가해질 수 있는 것으로 이해되어져야 한다.
도 1은
Figure 112009000105638-PAT00204
이고
Figure 112009000105638-PAT00205
와
Figure 112009000105638-PAT00206
일 때의 구간 분할과
Figure 112009000105638-PAT00207
의 위상 회전에 대한 예를 도시한 도이다.
도 2는 본 발명에 따른 blind SLM 방법에서 ML 탐색기를 이용하여 복호화하는 과정을 나타낸 도이다.
도 3은 부반송파의 수가
Figure 112009000105638-PAT00208
이고
Figure 112009000105638-PAT00209
인 경우 본 발명에 따른 blind SLM 방법과 종래의 blind SLM 방법의 BER 성능을 비교한 도이다.
도 4는 부반송파의 수가
Figure 112009000105638-PAT00210
이고
Figure 112009000105638-PAT00211
인 경우 본 발명에 따른 blind SLM 방법과 종래의 blind SLM 방법의 BER 성능을 비교한 도이다.
도 5는 부반송파의 수가
Figure 112009000105638-PAT00212
이고
Figure 112009000105638-PAT00213
인 경우 본 발명에 따른 blind SLM 방법과 종래의 blind SLM 방법의 PAPR CCDF를 비교한 도이다.

Claims (7)

  1. 직교 주파수 분할 다중 반송파(Orthogonal Frequency Division Multiplexing, OFDM) 시스템에서 송신단의 전송 신호의 최대 전력 대 평균 전력 비율(Peak to Average Power Ratio, PAPR)을 감소시키기 위하여 데이터 시퀀스를 위상 시퀀스에 의해 위상 변화하여
    Figure 112009000105638-PAT00166
    개의 독립적인 대안의 심볼 시퀀스를 생성하고 그 중 가장 작은 최대 전력 대 평균 전력 비율(Peak to Average Power Ratio, PAPR)을 갖는 심볼 시퀀스를 전송하는 선택사상기법에 있어서,
    상기 송신단이 위상 시퀀스로 m-sequence를 사용하고 수신단이 최대 우도(Maximum Likelihood, ML) 탐색기를 사용하여 상기 송신단에서 사용한 위상 시퀀스를 구별하며,
    상기 송신단에서 상기 m-sequence에 의해 생성된
    Figure 112009000105638-PAT00167
    개의 대안의 직교 주파수 분할 다중 반송파 심볼 시퀀스 중 가장 작은 최대 전력 대 평균 전력 비율을 가지는 심볼 시퀀스를 선택하는 제 1 단계;
    상기 송신단에서
    Figure 112009000105638-PAT00168
    개의 대안의 직교 주파수 분할 다중 반송파 심볼 시퀀스를
    Figure 112009000105638-PAT00169
    개의 구간으로 분할하는 제 2 단계; 및
    상기 제 1 단계에서 각 대안의 직교 주파수 분할 다중 반송파 심볼 시퀀스마다 사용된 m-sequence에 따라서 구간별 위상을 회전시키는 제 3 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 OFDM 신호의 PAPR 감소를 위한 Blind SLM 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 m-sequence가,
    Figure 112009000105638-PAT00170
    ,
    Figure 112009000105638-PAT00171
    ,
    Figure 112009000105638-PAT00172
    로 표현되며,
    상기
    Figure 112009000105638-PAT00173
    은 부반송파의 개수인 것을 특징으로 하는 OFDM 신호의 PAPR 감소를 위한 Blind SLM 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 3 단계에서,
    상기 직교 주파수 분할 다중 반송파 심볼 시퀀스의 구간마다
    Figure 112009000105638-PAT00174
    을 곱하여 위상을 회전시키고,
    Figure 112009000105638-PAT00175
    의 조건을 만족하여
    Figure 112009000105638-PAT00176
    에 해당하는 구간은 위상을 회전하지 아니하고
    Figure 112009000105638-PAT00177
    에 해당하는 구간은
    Figure 112009000105638-PAT00178
    만큼 위상을 회전하는 것을 특징으로 하는 OFDM 신호의 PAPR 감소를 위한 Blind SLM 방법.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 각 직교 주파수 분할 다중 반송파 심볼 시퀀스의 회전 여부를 나타내는
    Figure 112009000105638-PAT00179
    값이
    Figure 112009000105638-PAT00180
    행렬에 의해 결정되고, 상기
    Figure 112009000105638-PAT00181
    와 상기
    Figure 112009000105638-PAT00182
    이
    Figure 112009000105638-PAT00183
    로 표현되는 Sylvester Hadamard 행렬에서 1의 원소를 0으로 대체하고 -1의 원소를 1로 대체하여 생성되는 것을 특징으로 하는 OFDM 신호의 PAPR 감소를 위한 Blind SLM 방법.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 제 3 단계 이후에,
    상기 최대 우도 탐색기가, 상기
    Figure 112009000105638-PAT00184
    의 각 행마다
    Figure 112009000105638-PAT00185
    개의 원소에 의해 결정되는 구간 메트릭 값을 구하여 전체
    Figure 112009000105638-PAT00186
    개의 구간 메트릭 값을 산출하는 제 4 단계; 및
    상기 ML 탐색기가, 상기
    Figure 112009000105638-PAT00187
    의 행에 따른 구간 메트릭의 합이 최소값을 가지는
    Figure 112009000105638-PAT00188
    에 따라 상기 송신단이 사용한 위상 시퀀스로 결정하는 제 5 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 OFDM 신호의 PAPR 감소를 위한 Blind SLM 방법.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 제 4 단계에서,
    상기 각 구간 메트릭 값이,
    Figure 112009000105638-PAT00189
    에 의해 산출되고,
    상기
    Figure 112009000105638-PAT00190
    는 구간의 번호로
    Figure 112009000105638-PAT00191
    의 조건을 만족하고,
    상기
    Figure 112009000105638-PAT00192
    는 상기
    Figure 112009000105638-PAT00193
    의
    Figure 112009000105638-PAT00194
    행
    Figure 112009000105638-PAT00195
    열의 원소를 나타내며,
    상기
    Figure 112009000105638-PAT00196
    은
    Figure 112009000105638-PAT00197
    번째 부반송파의 입력 데이터이고,
    상기
    Figure 112009000105638-PAT00198
    은
    Figure 112009000105638-PAT00199
    번째 부반송파에 대한 페이딩 채널의 주파수 응답이며,
    상기
    Figure 112009000105638-PAT00200
    은 주파수 영역의 수신된 심볼인 것을 특징으로 하는 OFDM 신호의 PAPR 감소를 위한 Blind SLM 방법.
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 제 5 단계에서,
    상기
    Figure 112009000105638-PAT00201
    의 행에 따른 구간 메트릭의 합이 최소값을 가지는
    Figure 112009000105638-PAT00202
    가,
    Figure 112009000105638-PAT00203
    에 의해 결정되는 것을 특징으로 하는 OFDM 신호의 PAPR 감소를 위한 Blind SLM 방법.
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