KR100552680B1

KR100552680B1 - 다중 안테나 ｏｆｄｍ 통신 시스템에서의 ｐａｐｒ 저감방법 및 이를 사용하는 다중 안테나 ｏｆｄｍ 통신 시스템

Info

Publication number: KR100552680B1
Application number: KR1020030009878A
Authority: KR
Inventors: 타로크바히드; 정재학; 김영수; 황찬수
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2003-02-17
Filing date: 2003-02-17
Publication date: 2006-02-20
Anticipated expiration: 2023-02-17
Also published as: JP2006518146A; EP1595350A4; US20060262714A1; CN1765075A; KR20040074325A; WO2004073224A1; EP1595350A1

Abstract

본 발명에 의한 다중 안테나 OFDM 통신 시스템에서의 PAPR 저감 방법은, 직렬 시퀀스 입력 데이터에 대해 PAPR을 저감하는 PAPR 저감 단계; 신호열을 입력받아 N 개의 다중 안테나를 통하여 전송될 N 개의 전송 심볼을 생성하는 공간-시간 부호화단계; N 개의 전송 심볼 각각의 직렬 데이터를 입력 받아 N 개의 병렬 데이터군으로 변환하는 직병렬 변환 단계; 병렬 데이터군 각각을 Ns 개의 다수의 부반송파에 할당하여 역 퓨리에 변환에 의해 변조하는 역 퓨리에 변환 단계; 역 퓨리에 변환에 의해 변조된 병렬 데이터를 직렬 데이터 심볼로 변환하는 병직렬 변환 단계; 및 직렬 데이터 심볼의 일부를 복제하여 심볼의 시작부분에 삽입함으로써, 전송될 심볼을 순환적으로 확장시키는 순환 전치 부가 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다. 따라서, 다중 안테나 OFDM 통신 시스템에서 효율적으로 PAPR을 저감할 수 있다.

Description

다중 안테나 ＯＦＤＭ 통신 시스템에서의 ＰＡＰＲ 저감 방법 및 이를 사용하는 다중 안테나 ＯＦＤＭ 통신 시스템{PAPR reduction method for multiple antenna OFDM communication systems and multiple antenna OFDM communication systems using the same method}

도 1은 일반적인 단일 안테나 OFDM 통신 시스템의 일예의 구성을 설명하기 위한 블록도이다.

도 2는 본 발명에 의한 다중 안테나 OFDM 통신 시스템에서의 PAPR 저감 방법의 바람직한 일 실시예를 설명하기 위한 플로우챠트이다.

도 3은 본 발명에 의한 PAPR 저감 방법을 사용하는 다중 안테나 OFDM 통신 시스템의 바람직한 일 실시예를 설명하기 위한 개략적인 블록도이다.

도 4는 본 발명에 의한 PAPR 저감 방법을 사용하는 다중 안테나 OFDM 통신 시스템의 바람직한 다른 실시예를 설명하기 위한 개략적인 블록도이다.

본 발명은 직교 주파수 분할 다중화 통신 시스템에 관한 것으로서, 특히 다중 안테나를 사용하는 직교 주파수 분할 다중화 통신 시스템에 관한 것이다.

다중안테나를 사용하는 가장 기본적인 목적은 송신 용량을 늘리는 일이다. 또한 직교 주파수 분할 다중화(OFDM: orthogonal frequency division multiplexing, 이하 'OFDM'이라 함)는 다수 반송파 전송의 특수한 형태로서, 주파수 선택적 페이딩(frequency selective fading)이나 협대역 간섭(narrowband interference)에 대해 강인(robust)하여, 이를 수신단에서 쉽게 극복할 수 있는 기술이다. 그래서 이 두 개의 기술이 같이 사용 될 경우에 채널 환경에 강하고 높은 채널 용량을 가지는 통신 기술을 달성할 수 있다. 그러나, OFDM은 상대적으로 큰 최고 대 평균 전력비(Peak to Average Power Ratio, 이하 'PAPR' 이라 한다)을 갖는다. PAPR이 크면 송신 증폭기의 전력효율을 감소시키므로 상대적으로 직선성이 좋은 고가의 송신 증폭기를 필요로 한다.

OFDM 심볼은 위상 천이 키잉(phase shift keying, 이하 "PSK" 라 함) 또는 직교 진폭 변조(quadrature amplitude modulation, 이하 "QAM" 이라 함)에 의해 변조된 심볼들의 역 퓨리에 변환에 의해 얻어진다.

만일

는 복소수 QAM 심볼,

는 부반송파의 수, T 는 심볼 구간,

는 반송파의 주파수라 하면, 시간 t=ts 에서 시작하는 1 OFDM 심볼 s(t) 는 다음 수학식 1과 같이 표현될 수 있다.

수학식 1은 다음과 같은 등가의 복소수 기저대역 표기법에 의해 다음 수학식 2와 같이 표현될 수 있다.

수학식 2에서 실수부와 허수부는 OFDM 심볼의 동위상(in-phase)과 직교위상(quadrature phase)에 해당하며 이로부터 최종적인 OFDM 심볼을 생성하기 위하여는 적절한 반송파 주파수를 갖는 코사인파와 사인파를 곱해야 한다.

직병렬 변환기(serial-to-parallel transformer, 100)는 역퓨리에 변환(Inverse Fast Furier Transform, IFFT)에 의한 병렬적 변조를 수행하기 위하여 직렬 입력 시퀀스를 병렬 시퀀스로 변환하여 출력한다.

IFFT 변환기(110)는, 한 블록의 입력 QAM 심볼을, 직교성을 갖는 다수의 부반송파에 실어 시간축상의 OFDM 심볼로 변환한다.

병직렬 변환기(parallel-to-serial transformer, 120)는 IFFT 변환기(110)에서 출력된 병렬 OFDM 심볼을 직렬 OFDM 심볼로 변환한다.

부반송파간 간섭을 방지하기 위하여 구비되는 순환 전치 부가기(130)는, OFDM 신호의 보호구간(guard interval)에, OFDM 심볼의 일부가 복제된 순환 전치(cyclic prefix)를 삽입하여, OFDM 심볼을 순환적으로 확장시킨다. 여기서, 보호 구간은, 심볼간 간섭을 제거하기 위하여 각 OFDM 심볼의 시작부분에 삽입되는 구간이다. 이와 같이 순환 전치가 부가된 OFDM 심볼은 주파수 변이를 거쳐 안테나(140)를 통하여 공간으로 전송되게 된다.

OFDM 통신 시스템에서 PAPR을 저감하기 위한 종래의 기법들은 단일 안테나를 사용하는 OFDM 통신 시스템에 적용되기 위한 것들이다. 그러나, 다중 안테나 OFDM 에 의한 통신 시스템에서의 PAPR을 저감시키는 것에 대한 연구는 미미한 실정이다.

따라서 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 공간-시간 부호화(STC) 기법과 최고 대 평균 전력비(PAPR) 저감 기법을 결합한 형태의 다중 안테나 OFDM 통신 시스템에서의 PAPR 저감 방법을 제공하는데 있다.

또한 본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는, 상기 PAPR 저감 방법을 사용하는 다중 안테나 OFDM 통신 시스템을 제공하는데 있다.

상기한 기술적 과제를 이루기 위하여 본 발명에 의한 다중 안테나 OFDM 통신 시스템에서의 PAPR 저감 방법은, (a) 직렬 시퀀스 입력 데이터에 대해 PAPR을 저감하는 PAPR 저감 단계; (b) 상기 신호열을 입력받아 N 개의 다중 안테나를 통하여 전송될 N 개의 전송 심볼을 생성하는 공간-시간 부호화단계; (c) 상기 N 개의 전송 심볼 각각의 직렬 데이터를 입력 받아 N 개의 병렬 데이터군으로 변환하는 직병렬 변환 단계; (d) 상기 병렬 데이터군 각각을 Ns 개의 다수의 부반송파에 할당하여 역 퓨리에 변환에 의해 변조하는 역 퓨리에 변환 단계; (e) 상기 역 퓨리에 변환에 의해 변조된 병렬 데이터를 직렬 데이터 심볼로 변환하는 병직렬 변환 단계; 및 (f) 상기 직렬 데이터 심볼의 일부를 복제하여 상기 심볼의 시작부분에 삽입함으로써, 전송될 상기 심볼을 순환적으로 확장시키는 순환 전치 부가 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한 상기한 다른 기술적 과제를 이루기 위하여 본 발명에 의한 다중 안테나 OFDM 통신 시스템은, 직렬 시퀀스 데이터를 입력받아 N개의 다중 안테나를 통하여 전송될 N 개의 전송 심볼을 생성하는 공간-시간 부호화부; 상기 N 개의 전송 심볼 각각의 직렬 데이터를 입력 받아 PAPR을 저감하여 출력하는 PAPR 저감부; 상기 PAPR이 저감된 N 개의 데이터를 N 개의 병렬 데이터군으로 변환하는 직병렬 변환부; 상기 병렬 데이터군 각각을 Ns 개의 다수의 부반송파에 할당하여 역 퓨리에 변환에 의해 변조하는 역 퓨리에 변환부; 상기 역 퓨리에 변환에 의해 변조된 병렬 데이터를 직렬 데이터 심볼로 변환하여 출력하는 병직렬 변환부; 및 병직렬 변환부로부터 출력된 직렬 데이터 심볼의 일부를 복제하여 상기 심볼의 시작부분에 삽입함으로써, 전송될 상기 심볼을 순환적으로 확장시키는 순환 전치 부가부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명에 의한 다중 안테나 OFDM 통신 시스템에서의 PAPR 저감 방법 및 이를 사용하는 다중 안테나 OFDM 통신 시스템의 구성과 동작을 첨부한 도면들을 참조하여 다음과 같이 설명한다.

광대역 OFDM 시스템의 전송 효율을 증가시키기 위한 접근 방법으로서, 기지국에서 다중 안테나가 사용되며, 다중 안테나에 의한 전송을 위하여 전송될 심볼들은 공간-시간 부호화(Space-Time Coding, 이하 'STC' 라 함) 방법에 의하여 안테나로 전송된다.

본 발명은, 다중 안테나(MIMO:Multiple Input Multiple Output)에 의한 OFDM을 구현하기 위한 어떠한 STC 방법도 PAPR을 저감시키거나 증대시키지 않는다는 점에 근거한다. 다시말해 MIMO로 구현된 OFDM의 PAPR은 단일 안테나(SISO:Single-Input Single-Output)에 의해 구현된 OFDM의 PAPR의 최소값과 최대값 사이에 존재하며, MIMO와 SISO의 PAPR 관계는 다음 수학식 3과 같다.

도 2는 본 발명에 의한 다중 안테나 OFDM 통신 시스템에서의 PAPR 저감 방법의 바람직한 일 실시예를 설명하기 위한 플로우챠트로서, PAPR 저감 단계(S100 단계), 공간-시간 부호화 단계(S102 단계), 직병렬 변환 단계(S104 단계), 역 퓨리에 변환 단계(S106 단계), 병직렬 변환 단계(S108 단계), 순환 전치 부가 단계(S110 단계)를 포함한다.

S100 단계에서는, 전방 오류 정정 부호화 및 인터리빙 등에 의해 처리되어 입력된 데이터에 대해 PAPR 저감 기법을 적용한다. PAPR을 저감하기 위하여 OFDM에 적용되는 기법은 예를 들면, 신호왜곡 기법, 부호화 기법, 스크램블링 기법 등이 있다.

PAPR을 저감하기 위한 신호 왜곡 기법으로는, 클리핑(clipping), 피크 윈도잉(peak windowing), 피크 제거(peak cancellation) 등이 있다. 클리핑은, 신호의 최대 크기를 특정 레벨로 제한시키는 비선형 왜곡 기법으로서 가장 간단한 PAPR 저감 기법이다. 피크 윈도잉은, 클리핑에 의한 대역 밖(out-of-band) 잡음을 감소시키기 위하여, 큰 크기의 신호에 비구형 윈도우를 곱하는 기법이다. 피크 제거는, 전력이 소정 임계값을 초과할 때 그 크기를 감소시키는 기법이다.

PAPR을 저감하기 위한 부호화 기법으로는, 골레이 코드(Golay code)가 있다. 부호화 기법은, 전체 OFDM 심볼 중에서 일부만이 큰 PAPR을 갖는다는 OFDM 신호의 PAPR 특성을 이용하여 PAPR을 감소시키는 것이다. 즉, 어떤 원하는 레벨 이하의 PAPR을 갖는 OFDM 심볼만을 생성하는 부호를 사용하여 PAPR을 감소시킬 수 있다. 골레이 코드는 골레이 상보 시퀀스(Golay complementary sequence)의 특성을 이용한다. 골레이 상보 시퀀스는 0 이 아닌 모든 지연 이동에 대해 두 시퀀스 사이의 자기 상관 함수의 합이 0 인 한 쌍의 시퀀스이다. 골레이 코드를 OFDM 신호의 변조에 사용하면, 상보 시퀀스의 상관 관계 성질로 인하여, PAPR의 상한값은 2 즉 3dB 로 제한된다. 따라서, 상보 부호를 OFDM 신호를 생성하기 위한 입력으로 사용하면 PAPR이 3dB를 초과하지 않게 된다. 골레이 상보 코드에 대해서는 M. J. E. Golay, "Complementary series", IRE Trans. Inform. Theory, vol. IT-7, pp. 82-87, 1961. 에 자세히 언급되어 있다. 또한, 골레이 시퀀스 및 리드 물러 코드를 사용하는 PAPR 의 부호화 기법의 실시예는, J. A. Davis and J. Jedwab, "Peak-to-mean power control and error correction for OFDM transmission using Golay sequences and Reed-Muller codes", Elec. Lett., vol. 33, pp. 267-268, 1997. 에 자세히 언급되어 있다.

PAPR을 저감하기 위한 스크램블링 기법은, 서로 다른 여러개의 스크램블링 시퀀스(scrambling sequence)로 각 OFDM 심볼을 스크램블링하고 그 결과 중 가장 작은 PAPR을 갖는 시퀀스를 선택하는 기법이다. 스크램블링 기법은, PAPR이 어떤 낮은 레벨 이하가 되도록 하는 것이 아니라, 높은 PAPR이 발생할 확률을 감소시키는 것이다.

S102 단계는, 공간-시간 부호화 단계로서, S100 단계의 PAPR 저감 결과로 출력된 신호열을 입력받아 다중 안테나를 통하여 전송될 N 개의 전송 심볼을 생성한다. 이하에서는 구체적으로 다중 안테나 OFDM을 위한 PAPR을 줄이기 위한 STC 방법을 상세히 설명한다.

단일 안테나에서 Ns 개의 OFDM 부 반송파수를 갖는 OFDM 코드중 낮은 PAPR을 가지는 코드를 찾을 수 있다. 다중안테나에 대한 STC 코드는, 시스티메틱 심볼들(systematic symbols) 및 시스티메틱 심볼들의 선형적 조합에 의한 패리티 심볼(parity symbol)들을 갖는다. 시스티메텍 심볼들은 심볼간에 독립적인 성질을 갖고 있다.

STC 요소내에서 PAPR을 증가시키지 않는 시스티메틱 심볼의 패리티 심볼은 PAPR을 증가 시키지 않는다. 예를 들어 지연 다이버시티(delay diversity), 공간-시간 트렐리스 코드, 및 공간-시간 블록 코드 등 그 어떤 STC 방법이 적용되어도 OFDM 통신 시스템의 PAPR을 증대시키지 않는다. 지연 다이버시티에 대해서는 V. tarokh, N. seshadri and A.R. Calderbank, "Space-time codes for high data rate wireless communication: performance analysis and code construction," IEEE Trans. Inform. Theory pp.744-765, Mar. 1998. 에 자세히 언급되어 있다. 또한 공간-시간 트렐리스 코드 및 공간-시간 블록 코드에 대해서는 V. tarokh, H. Jafarkhani and A.R. Calderbank, "Space-time block codes from orthogonal designs", IEEE Trans. Inform. Theory, Vol. 45, No. 5, pp.1456-1467, July 1999. 에 자세히 언급되어 있다.

또한, 입력된 시스티메틱 심볼에는, 다양한 성상도(constellation)를 사용할 수 있다. 임의 시간에 부반송파의 개수가 Ns 개이고 안테나의 개수가 N 개인 다중 안테나 OFDM 통신 시스템에 있어서, 안테나 N개에 대해서 K 개의 시공간 코드 C₁, C₂, ... ,C_K를 정의할 수있다. OFDM 심볼 중

를 만족하는 k에 대해서, 안테나 수와 같은 N개의 성상도를 갖는 심볼들 C_1,k, C_2,k, .... , C_N,k 을 정의하면,

를 만족하는 j 에 대해서 C_j,1, C_j,2, ... , C_j,K라는 K개의 시스티메틱 심볼들을 얻을 수가 있다. 이것에 대한 OFDM 심볼을 Pj 라 정의하면, 이것을 유사하게 N개의 안테나에 대하여 P₁, P₂,..., P_N의 심볼을 얻을 수가 있으며, 이들을 N개의 안테나를 통하여 동시에 전송할 수 있다.

시스티메틱 성상도 심볼을 갖는 OFDM 부호의 예로는, 2^m-PSK(Phase Shift Keying)를 위한 리드-물러 부호(Reed Muller code)의 코셋(coset)과 리드-물러 부호로부터 구축된 16-QAM 부호가 있다. 리드-물러 부호의 코셋에 대해서는 James A. Davis, and Jonathan Jedwab. "Peak-to-Mean Power Control in OFDM, Golay Complementary Sequences, and Reed-Muller Codes", IEEE Transactions on Information Theory, Vol. 45, No. 7, pp.2397-2417, November 1999. 에 자세히 언급되어 있다. 또한 리드 물러 부호로부터 구축된 16-QAM 부호에 대해서는 Cornelia Rossing and Vahid Tarokh, "A Construction of OFDM 16-QAM Sequences having Low Peak Powers", IEEE Transactions on Information Theory, Vol. 47, No. 5, pp.2091-2094, November 2001. 에 자세히 언급되어 있다. 여기서 2^m-PSK를 위한 리드-물러 코셋 코드에 의하면, PAPR이 3dB로 제한된다.

2진 위상 편이 변조(Binary Phase Shift Keying, BPSK) 신호에 대한 PAPR을 3dB 이내로 제한하는 방법은 골레이 시퀀스(Golay Sequence)가 있다. 골레이 시퀀스는 다음과 같이 정의된다. 길이 n을 갖는 임의의 두개의 골레이 보수 쌍(Golay complementary pair)을 다음의 수학식 4와 수학식 5로 정의한다.

그리고 수학식 4의 비주기 상호 관계(aperiodic autocorrelation)는 수학식 6의 Ca(u)와 같이 구할 수 있다. 이와 같이 수학식 5에 대해서도 비주기 상관 관계를 Cb(u)로 구할 수있다.

이의 비주기 상호 관계의 합 Ca(u)+Cb(u)은, u가 같을 때만 각각 골레이 보수 쌍의 전력 Px+Py 이 되는 조건을 만족하는 골레이 보수 쌍을 골레이 시퀀스라 부른다.

이러한 골레이 시퀀스는 보내고자 하는 이진 정보(binary information) c_i 의 개수를 m 이라고 하면, 길이가 2^m인 리드 물러 코드 x _i 로 만들 수 있는데, 방법은 수학식 7과 같다.

여기서

는 {1,2,...,m} 의 임의의 변이(permutation)을 나타낸다. 이 BPSK 골레이 시퀀스를 이용하여, 낮은 PAPR을 가지며 높은 성상도를 갖는 코드들이 생성될 수 있다.

2진 위상 편이 변조(Binary Phase Shift Keying, BPSK)에 대한 QPSK(Quadrature Phase Shift Keying) 성상도는 예컨대 다음 수학식 8과 같이 주어질 수 있다.

또한 BPSK 에 대한 8-QAM(Quadrature Amplitude Modulation) 성상도는 예컨대 다음 수학식 9와 같이 주어질 수 있다.

또한 수학식 8의 QPSK 에 대한 16-QAM 성상도는 다음 수학식 10와 같이 주어질 수 있다.

수학식 8과 수학식 10에 의하면, BPSK에 대한 16-QAM 성상도는 다음 수학식 11과 같이 주어질 수 있다.

또한 수학식 8의 QPSK와 수학식 10 또는 수학식 11의 16-QAM에 대한, 64-QAM 성상도는 다음 수학식 12와 같이 주어질 수 있다.

수학식 8와 수학식 11 및 수학식 12에 의하면, BPSK에 대한 64-QAM 성상도는 다음 수학식 13과 같이 주어질 수 있다.

이로부터, C₁ 과 C₂가 길이 n인 BPSK 부호를 표시한다면, C1과 C2의 QPSK 코드는 다음 수학식 14와 같이 나타낼 수 있다.

마찬가지로, C₁ , C₂, C₃ 가 길이 n인 BPSK 부호를 표시한다면, C ₁, C₂, C₃ 의 8-QAM 코드는 다음 수학식 15와 같이 나타낼 수 있다.

이와 같은 방법으로 BPSK 부호로부터 16-QAM, 64-QAM 부호도 정의할 수 있다.

S104 단계는, 직병렬 변환 단계로서, N 개의 전송 심볼 각각의 직렬 데이터를 입력 받아 N 개의 병렬 데이터군으로 변환한다. 즉, IFFT에 의한 병렬적 변조를 수행하기 위하여, S102 단계에서 STC가 수행된 PSK 또는 QAM 에 의한 직렬 입력 시퀀스를 병렬 시퀀스로 변환하여 출력한다.

S106 단계는, 병렬 데이터군 각각을 Ns 개의 다수의 부반송파에 할당하여 역 퓨리에 변환에 의해 변조한다. 즉 입력된 한 블록의 PSK 또는 QAM 심볼을, 직교성을 갖는 다수의 부반송파에 실어 시간축상의 OFDM 심볼로 변환한다.

S108 단계는, IFFT에 의해 변환된 병렬 OFDM 심볼을 직렬 OFDM 심볼로 변환한다.

S110 단계에서는, S108 단계에서 병직렬 변환된 직렬 데이터 심볼에 순환 전치를 부가한다. OFDM에서는 심볼간 간섭을 제거하기 위하여, 각 OFDM 심볼의 시작부분에 보호구간(guard interval)이 삽입된다. 보호구간의 시작 부분에 OFDM 신호의 일부가 복제된 순환전치가 삽입됨으로써, OFDM 심볼은 순환적으로 확장되고 부반송파간 간섭이 방지될 수 있다.

순환 전치가 부가된 전송 심볼은 주파수 변이를 거쳐서 N 개의 다중 안테나를 통하여 각각 전송된다(S112 단계).

도 3은 본 발명에 의한 PAPR 저감 방법을 사용하는 다중 안테나 OFDM 통신 시스템의 바람직한 일 실시예를 설명하기 위한 개략적인 블록도로서, 하나의 PAPR 저감부(250), 하나의 공간-시간 부호화부(260), N 개의 직병렬 변환 부(200), N 개의 역 퓨리에 변환부(210), N 개의 병직렬 변환부(220), N 개의 순환 전치 부가부(230) 및 N 개의 안테나(240)를 포함한다.

PAPR 저감부(250)는, S100 단계를 수행하기 위하여, 입력된 직렬 신호 시퀀스를 골레이 코드 등을 이용하여 PAPR을 저감하도록 부호화 한다. 이 때 사용되는 PAPR 저감 기법은, S100 단계에서 설명된 바와 같다.

공간-시간 부호화부(260)는, S102 단계를 수행하기 위하여, PAPR 이 저감된 직렬 신호 시퀀스들을, N 개의 안테나로 다중 전송하기 위한 N 개의 신호 시퀀스로 부호화한다. 이 때 사용되는 STC 기법은 S102 단계에서 설명된 바와 같다.

각각 N 개의 직병렬 변환 부(200), N 개의 역 퓨리에 변환부(210), N 개의 병직렬 변환부(220), N 개의 순환 전치 부가부(230) 및 N 개의 안테나(240) 통하여 전송되게 된다.

직병렬 변환기(serial-to-parallel transformer, 200)는 IFFT에 의한 병렬적 변조를 수행하기 위하여, 공간-시간 부호화부(260)에서 출력된 N 개의 PSK 또는 QAM 형식의 직렬 입력 시퀀스를 병렬 시퀀스로 각각 변환하여 출력한다.

IFFT 변환부(210)는, 한 블록의 입력 QAM 심볼을, 직교성을 갖는 다수의 부반송파에 실어 시간축상의 OFDM 신호로 변환한다.

병직렬 변환부(parallel-to-serial transformer, 220)는 IFFT 변환기에서 출력된 병렬 OFDM 신호를 직렬 OFDM 신호로 변환한다.

순환 전치 부가부(230)는, 부반송파간 간섭을 방지하기 위하여, OFDM 신호의 보호구간(guard interval)에, OFDM 신호의 일부가 복제된 순환 전치(cyclic prefix)를 삽입하여, OFDM 심볼을 순환적으로 확장시킨다. 여기서, 보호 구간은, 심볼간 간섭을 제거하기 위하여 각 OFDM 심볼의 시작부분에 삽입되는 구간이다. 이와 같이 순환 전치가 부가된 OFDM 신호는 주파수 변이를 거쳐 안테나를 통하여 전송되게 된다.

PAPR 저감부(240), 공간-시간 부호화부(250), 직병렬 변환부(200), 역 퓨리에 변환부(210), 병직렬 변환부(220), 순환 전치 부가부(230)를 포함한다.

도 4는 본 발명에 의한 PAPR 저감 방법을 사용하는 다중 안테나 OFDM 통신 시스템의 바람직한 다른 실시예를 설명하기 위한 개략적인 블록도로서, 하나의 공간-시간 부호화부(360), N 개의 PAPR 저감부(350), N 개의 직병렬 변환 부(300), N 개의 역 퓨리에 변환부(310), N 개의 병직렬 변환부(320), N 개의 순환 전치 부가부(330) 및 N 개의 안테나(340)를 포함한다.

도 4를 참조하면, 공간-시간 부호화부(360)에 의해, 입력된 직렬 신호에 대해 STC를 먼저 수행하여 N 개의 신호 시퀀스를 출력하고, 이들은 N개의 PAPR 저감부(350)에서 각각 골레이 코드등을 이용하여 PAPR을 저감하도록 부호화하여 N 개의 신호 시퀀스를 출력한다. 그리고 PAPR 저감부(350)에서 출력된 N 개의 OFDM 신호 시퀀스들은 각각 직병렬 변환 부(300), 역 퓨리에 변환부(310), 병직렬 변환부(320), 순환 전치 부가부(330) 및 안테나(340) 통하여 전송되게 된다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 의하면 다중 안테나 OFDM 통신 시스템에서 효율적으로 PAPR을 저감할 수 있다.

Claims

(a) 직렬 시퀀스 입력 데이터에 대해 PAPR을 저감하여 출력하는 PAPR 저감 단계;

(b) 상기 PAPR이 저감된 데이터를 입력받아 PAPR을 증가시키지 않으면서 N 개의 다중 안테나를 통하여 전송될 N 개의 전송 심볼을 생성하는 공간-시간 부호화단계;

(c) 상기 N 개의 전송 심볼 각각의 직렬 데이터를 입력 받아 N 개의 병렬 데이터군으로 변환하는 직병렬 변환 단계;

(d) 상기 병렬 데이터군 각각을 Ns 개의 다수의 부반송파에 할당하여 역 퓨리에 변환에 의해 변조하는 역 퓨리에 변환 단계;

(e) 상기 역 퓨리에 변환에 의해 변조된 병렬 데이터를 직렬 데이터 심볼로 변환하는 병직렬 변환 단계; 및

(f) 상기 직렬 데이터 심볼의 일부를 복제하여 상기 심볼의 시작부분에 삽입함으로써, 전송될 상기 심볼을 순환적으로 확장시키는 순환 전치 부가 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 다중 안테나 OFDM 통신 시스템에서의 PAPR 저감 방법.
제1 항에 있어서, 상기 (a) 단계는,

신호 왜곡 기법에 의하여 PAPR을 저감하는 것을 특징으로 하는 다중 안테나 OFDM 통신 시스템에서의 PAPR 저감 방법.
제1 항에 있어서, 상기 (a) 단계는,

스크램블링 기법에 의하여 PAPR을 저감하는 것을 특징으로 하는 다중 안테나 OFDM 통신 시스템에서의 PAPR 저감 방법.
제1 항에 있어서, 상기 (a) 단계는,

골레이 상보 코드에 의하여 PAPR을 저감하는 것을 특징으로 하는 다중 안테나 OFDM 통신 시스템에서의 PAPR 저감 방법.
제1 항에 있어서, 상기 (b) 단계는,

상기 (a)단계에 의해 PAPR이 저감된 데이터에 대해 2^m-PSK 를 사용하면서, 다음 수학식

에 의한 코드를 사용하는 것을 특징으로 하는 다중 안테나 OFDM 통신 시스템에서의 PAPR 저감 방법.
제1 항에 있어서, 상기 (b) 단계는,

상기 (a)단계에 의해 PAPR이 저감된 데이터에 대해 2^m-PSK 를 사용하면서, 다음 수학식

에 의한 코드를 사용하는 것을 특징으로 하는 다중 안테나 OFDM 통신 시스템에서의 PAPR 저감 방법.
제5 항에 있어서, 상기 (b) 단계는,

상기 (a)단계에 의해 PAPR이 저감된 데이터에 대해 2^m-PSK 를 사용하면서, 다음 수학식

에 의한 코드를 사용하는 것을 특징으로 하는 다중 안테나 OFDM 통신 시스템에서의 PAPR 저감 방법.
제7 항에 있어서, 상기 (b) 단계는,

상기 (a)단계에 의해 PAPR이 저감된 데이터에 대해 2^m-PSK 를 사용하면서, 다음 수학식

에 의한 코드를 사용하는 것을 특징으로 하는 다중 안테나를 사용하는 OFDM을 위한 PAPR 저감 방법.
직렬 시퀀스 입력 데이터에 대해 PAPR을 저감하여 출력하는 PAPR 저감부;

상기 PAPR이 저감된 데이터를 입력받아 PAPR을 증가시키지 않으면서 N개의 다중 안테나를 통하여 전송될 N 개의 전송 심볼을 생성하는 공간-시간 부호화부;

상기 N 개의 전송 심볼 각각의 직렬 데이터를 입력 받아 N 개의 병렬 데이터군으로 변환하는 직병렬 변환부;

상기 병렬 데이터군 각각을 Ns 개의 다수의 부반송파에 할당하여 역 퓨리에 변환에 의해 변조하는 역 퓨리에 변환부;

상기 역 퓨리에 변환에 의해 변조된 병렬 데이터를 직렬 데이터 심볼로 변환하여 출력하는 병직렬 변환부; 및

병직렬 변환부로부터 출력된 직렬 데이터 심볼의 일부를 복제하여 상기 심볼의 시작부분에 삽입함으로써, 전송될 상기 심볼을 순환적으로 확장시키는 순환 전치 부가부를 포함하는 것을 특징으로 하는 다중 안테나 OFDM 통신 시스템.
제9 항에 있어서, 상기 PAPR 저감부는,

신호 왜곡 기법에 의하여 PAPR을 저감하는 것을 특징으로 하는 다중 안테나 OFDM 통신 시스템.
제9 항에 있어서, 상기 PAPR 저감부는,

스크램블링 기법에 의하여 PAPR을 저감하는 것을 특징으로 하는 다중 안테나 OFDM 통신 시스템.
제9 항에 있어서, 상기 PAPR 저감부는,

골레이 상보 코드에 의하여 PAPR을 저감하는 것을 특징으로 하는 다중 안테나 OFDM 통신 시스템.
제9 항에 있어서, 상기 공간-시간 부호화부는,

PAPR이 저감된 데이터에 대해 2^m-PSK 를 사용하면서, 다음 수학식

에 의한 코드를 사용하는 것을 특징으로 하는 다중 안테나 OFDM 통신 시스템.
제9 항에 있어서, 상기 공간-시간 부호화부는,

PAPR이 저감된 데이터에 대해 2^m-PSK 를 사용하면서, 다음 수학식

에 의한 코드를 사용하는 것을 특징으로 하는 다중 안테나 OFDM 통신 시스템.
제13 항에 있어서, 상기 공간-시간 부호화부는,

PAPR이 저감된 데이터에 대해 2^m-PSK 를 사용하면서, 다음 수학식

에 의한 코드를 사용하는 것을 특징으로 하는 다중 안테나 OFDM 통신 시스템.
제15 항에 있어서, 상기 공간-시간 부호화부는,

PAPR이 저감된 데이터에 대해 2^m-PSK 를 사용하면서, 다음 수학식

에 의한 코드를 사용하는 것을 특징으로 하는 다중 안테나 OFDM 통신 시스템.