KR100666689B1 - 위상 회전과 선택적 매핑 방식을 이용한 실시간 피크대평균전력 감소 방법 및 이를 이용하는 데이터 송신 시스템 - Google Patents

Abstract

직교 주파수 분할 다중화(Orthogonal Frequency Division Multiplexing; 이하 OFDM이라고 함.)통신 시스템에서 많은 부반송파로 인하여 발생되는 높은 피크 전력 대 평균 전력 비(Peak-to-Average Power Ratio; 이하 PAPR이라고 함.)를 감소시켜서, 고출력 전력증폭기(high power amplifier; 이하 HPA이라고 함)에서 비선형 왜곡을 피하여 고품질 신호 전송 및 고효율 전력증폭을 하기 위한 방법이 개시된다. 본 발명에 사용된 위상 회전 신호는 전송 데이터에 0°부터 360°까지의 다양한 위상회전을 준다. 그러므로 본 발명은 전송 데이터에 0° 혹은 180°의 2가지 위상 회전만주는 기존의 SLM의 방식에 비해 시스템의 복잡도는 동일하며 PAPR감소에 있어서 더욱더 우수한 성능을 보여준다. 본 발명을 이용하면 비선형 HPA을 더 고효율로 사용할 수 있으며, 비선형 왜곡에 영향을 줄일 수 있어서 고품질 OFDM 신호 전송이 가능하다. 또한, 부가정보 손실에 따른 정보 손실이 없고 PAPR 저감을 위한 계산시간 소모가 없는 실시간 처리가 가능하기 때문에 다른 PAPR 저감기법보다 효과적이어서 OFDM을 기반으로하는 통신, 방송 시스템에 적합하다.

Description

위상 회전과 선택적 매핑 방식을 이용한 실시간 피크대 평균전력 감소 방법 및 이를 이용하는 데이터 송신 시스템{Real-time PAPR reduction method by the combination of phase rotation and selective mapping and system for transmitting data using the same}

도 1은 본 발명에 따른 새로운 SLM 방법의 OFDM 송신기를 보여주기 위한 블록도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

110 : 데이터 맵핑(mapping)부 120 : 직/병렬 변환부

130 : 데이터 복사부 140 : 곱셈기

150 : 위상회전신호 발생부 170 : 역고속푸리에 변환부

180 : 최소 PAPR 선택부

본 발명은 위상 회전과 선택적 매핑 방식을 이용한 실시간 피크대 평균전력 감소 방법 및 이를 수행하기 위한 시스템에 관한 것으로, 특히 직교 주파수 분할 다중화(Orthogonal Frequency Division Multiplexing; 이하 OFDM이라함)통신 시스템에서 많은 부반송파로 인하여 발생되는 높은 피크 전력 대 평균 전력 비(Peak-to-Average Power Ratio; 이하 PAPR이라함)를 감소시켜서, 고출력 전력증폭기(high power amplifier; 이하 HPA이라고 함)에서 비선형 왜곡을 피하여 고품질 신호 전송 및 고효율 전력증폭을 하기 위한 위상 회전과 선택적 매핑 방식을 이용한 실시간 피크대 평균전력 감소 방법 및 이를 수행하기 위한 시스템에 관한 것이다.

일반적으로, OFDM 시스템은 통신 및 방송에도 널리 사용되는 유용한 시스템으로, OFDM 시스템에서 서브 채널의 스펙트럼은 상호 직교성을 유지하면서 서로 중첩되어 있어 스펙트럼 효율이 좋고, OFDM 변복조가 역 고속 푸리에 변환(Inverse Fast Fourier Transform; 이하 IFFT라함)와 고속 푸리에 변환(Fast Fourier Transform; 이하 FFT라 함)에 의해 구현되기 때문에 변·복조부의 효율적인 디지털 구현이 가능하고, 주파수 선택적 페이딩이나 협대역 간섭에 대한 강건해 현재 유럽 디지털 방송의 전송과 IEEE 802.11a 및 IEEE 802.16a 와 b 등 대용량 무선 통신 시스템의 규격으로 채택되어 있는 고속의 데이터 전송에 효과적인 기술이다.

이러한 장점을 가진 OFDM 기술은 높은 PAPR을 갖는 가장 큰 단점이 있다. OFDM은 많은 반송파들을 이용하여 데이터를 전송하므로 최종 OFDM 신호는 진폭의 크기가 각 반송파의 진폭 크기의 합이 되어 진폭의 변화 폭이 심하며, 각 반송파들의 위상이 일치한다면 매우 큰 값을 가지게 된다.

따라서 고출력전력증폭기(high-power amplifier; 이하 HPA이라고 함)의 선형 동작 범위를 벗어나게 되고 HPA를 통과한 신호는 왜곡이 발생된다. 따라서 이런 신호의 왜곡을 줄이기 위해서 HPA의 동작점을 하향 조정하게 되는데 이를 백-오프(Back-off)라 한다. 백-오프(Back-off)의 값이 커질수록 전력 소모 또한 커지게 되어 증폭기의 효율이 매우 나빠진다. 따라서 높은 PAPR을 갖는 신호는 선형 증폭기의 효율을 나쁘게 하며, 비선형 증폭기에서는 동작점을 비선형 영역에 위치하게 하여 비선형 왜곡이 되며, 반송파들 간의 상호 변조와 스펙트럼 방사를 일으킨다.

이러한 PAPR을 감소시키기 위한 여러 가지 기술 중 기본적인 것으로는 신호의 왜곡을 피하기 위하여 전력 증폭기의 선형 영역을 넓혀서 모든 신호들이 선형적으로 동작하도록 하거나, 비선형 증폭기에서 백-오프(back-off)를 하여 선형 영역에서 동작하게 하는 것이 있으나, 이런 경우 전력 효율이 나빠지고, 구현시 비용이 증가하는 단점이 있으므로, 비선형 왜곡을 막기 위한 PAPR을 감소시키는 방법은 고품질 고효율의 OFDM 통신 시스템을 위하여 매우 중요하므로, 다양한 방안이 도출되고 있는 실정이다.

통상적으로 PAPR을 감소시키는 방법으로 클리핑(Clipping), 블록 코딩(Block Coding), 위상(Phase)조정 방법이 있다. 먼저, 클리핑 방법은 신호의 크기가 정해진 값보다 크면 강제로 그 크기를 잘라내는 방법으로서 간단하면서 효과적으로 PAPR을 감소시키는 방법이나 비선형 연산으로 인해 대역 내(in-band) 왜곡이 발생하여 BER 성능이 나빠지고, 대역 밖(out-band) 클리핑 잡음을 발생시켜 인접 채널 간섭이 발생한다.

블록코딩 방법은 여분의 반송파에 신호의 PAPR이 낮아지도록 코딩기법을 부가하여 전송한다. 이 기술은 오류 정정 기능뿐만 아니라 신호의 왜곡 없이 PAPR을 감소시킬 수 있지만 스펙트럼 효율이 매우 나빠지고, 룩업 테이블(look-up table)이나 생성 매트릭스(generation matrix)의 크기가 커져 매우 복잡하고 계산량이 많다.

마지막으로, 위상 조정 방식으로 부분전송시퀀스(Partial Transmit Sequence, 이하 PTS라 함)와 선택적 매핑(Selective Mapping, 이하 SLM이라 함)이 있다. PTS는 SLM과 동일한 장점을 갖고 있을 뿐만 아니라 비선형 왜곡없이 PAPR을 줄이는 가장 효과적이고 융통성 있는 방법으로 알려져 있다. SLM은 길이 N-log₂M의 동일한 데이터에 M개의 통계적으로 독립적인 N-log₂M길이의 위상회전 신호를 곱해서 그 중 가장 낮은 PAPR을 가지는 시퀀스를 전송하는 방식이다. M개의 IFFT 과정이 필요한 반면, PAPR을 상당히 낮출 수 있고 반송파 수에 무관하게 적용이 가능한 장점이 있다. 이 두 가지 방법은 스펙트럼 왜곡이 없고, 효과적으로 PAPR을 저감할 수 있으며, 변조방식에 관계없이 적용 가능하다.

그러나, 위상 회전을 이용하는 기존의 선택적 매핑(Selective Mapping, 이하 SLM이라고 함)에서는 PAPR을 줄이기 위해 전송데이터의 위상회전을 위한 신호를 1또는 -1의 2가지 위상 회전 신호만을 사용하여 전송 데이터에 0° 혹은 180°의 회전만을 주게 되어 계산시간이 증가하게 됨으로서 실시간 처리가 어려워 효율적이지 못한 문제점이 있었다.

본 발명은 상기의 문제점을 해소하기 위하여 발명된 것으로, 직교주파수변조다중화(OFDM) 방식을 사용하는 통신시스템에서 신호를 왜곡시키지 않고 피크전력 대 평균전력비(PAPR)를 효과적으로 감소시키기 위하여 전송 데이터의 위상을 회전시키기 위해 전송 데이터에 0°부터 360°까지의 다양한 위상회전을 줌으로서 계산시간을 획기적으로 감소시켜 실시간으로 처리가 가능하도록 함으로서 PAPR을 효율적으로 감소시키며, 블록 코딩의 최대 약점으로 지적되는 코드율(code rate) 또는 대역 효율(bandwidth efficiency)을 대폭적으로 개선시키는 PAPR을 감소시킴과 동시에 PTS의 송신단에서의 처리시간 지연 문제를 해결하는 PAPR을 감소시키는 위상 회전과 선택적 매핑 방식을 이용한 실시간 피크대 평균전력 감소 방법을 제공하는 데 제 1 목적이 있다.

본 발명의 제 2 목적은 상기의 실시간 피크대 평균전력 감소 방법을 구현하기 위한 시스템을 제공하는 것이다.

이와 같은 제 1 목적을 달성하기 위한 본 발명은,

OFDM 변조할 데이터(D)를 변조레벨에 맞추어 맵핑한 다음, 상기 맵핑된 신호는 직/병렬 변환하여 순차적으로 데이터(D)를 N-log₂M(N은 역 고속 푸리에 변환시의 포인트의 수, M은 브렌치의 수이며 N-log₂M은 양수임)개로 병렬 변환하여 출력시키는 단계;

출력된 데이터를 M배 복사하고, 복사된 데이터중 최초에 출력된 데이터(D1)를 제외한 나머지 데이터를 순차적으로 0°부터 360°까지 다양한 범위의 위상회전신호와 곱셈 연산하는 단계;

곱셈 연산된 데이터에 위상회전신호 패턴정보(Side information)를 포함시킨 다음 역 고속 푸리에 변환(OFDM)시키는 단계; 및

역 고속 푸리에 변환된 신호를 선택하여 전송하되, 피크 전력 대 평균 전력 비(PAPR)의 임계치를 설정하여, 상기 최초 데이터(D1)에서 설정된 임계치보다 낮은 PAPR이 발생하면, 나머지 데이터에서 상기 PAPR을 찾는 탐색을 종료하며, 마지막 데이터까지 상기 임계치보다 낮은 PAPR가 발생되지 않을 경우 가장 낮은 PAPR을 갖는 데이터의 심볼을 전송하는 단계를 포함한다.

또한, 상기한 제 2 목적을 수행하기 위한 본 발명은,

OFDM 변조할 데이터를 입력받아 변조레벨에 맞추어 맵핑(mapping)하기 위한 데이터맵핑부(110);

데이터 맵핑부(110)의 출력측에 접속되어 맵핑된 입력데이터를 순차적으로 N-log₂M(N은 역 고속 푸리에 변환시의 포인트의 수, M은 브렌치의 수이며 N-log₂M은 양수임)개로 병렬 변환하여 출력시키기 위한 직/병렬 변환부(120);

직/병렬 변환부(120)의 출력측에 접속되어 N-log₂M개로 입력된 데이터를 일정 배율인 M배로 복사하여 출력시키기 위한 데이터 복사부(130);

데이터 복사부(130)의 출력측에 병렬로 접속되며, 직/병렬변환부(120)에서 N-log₂M 개로 병렬 변환되어 데이터 복사부(130)를 통하여 각각 일정배율인 M배로 출력된 다수의 데이터와 0°부터 360°까지 다양한 범위의 위상회전신호를 각각 곱셈연산하기 위한 접속된 다수의 곱셈부(140a~140n);

각각의 곱셈부(140a~140n)의 출력단중 최상위에 곱셈부(140a)를 제외한 나머지 곱셈부(140b~140n)에 각각 접속되어 곱셈부(140b~140n)에 입력되는 데이터에 적합한 0°부터 360°까지 다양한 범위의 위상회전신호를 입력시키도록 형성되는 위상회전신호 발생부(150a~150n);

다수의 곱셈부(140)의 출력측에 각각 접속되어 정보 데이터와 위상회전 신호가 곱해진 신호를 역고속푸리에 변환하고, 병/직렬 변환하여 시간 영역의 파형을 출력하기 위한 다수의 역 고속 푸리에 변환부(IFFT)(170a~170n); 및

다수의 역 고속 푸리에 변환부(IFFT)(170a~170n)의 출력측에 접속되어 역 푸리에 변환된 데이터의 PAPR의 임계치를 설정하고, 설정된 임계치에 상기 최상위에 곱셈부(140a)에 입력된 데이터에서 설정된 임계치보다 낮은 PAPR이 발생하면, 나머지 데이터에서 PAPR을 찾는 탐색을 종료하며, 마지막 데이터까지 상기 임계치보다 낮은 PAPR가 발생되지 않을 경우 가장 낮은 PAPR을 갖는 데이터의 심볼을 전송하는 제어를 수행하기 위한 최소 PAPR 선택부(180)를 포함한다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다.

첨부된 도 1은 본 발명에 따른 새로운 SLM 방법으로 구현된 OFDM 송신기를 보여주기 위한 블록도이다.

본 발명은 새로운 SLM 방법으로 PAPR을 감소시키는 방법으로, 다수의 브렌치로 전송한 데이터에 각 브렌치마다 서로 다른 규칙으로 발생된 0°부터 360°의 위상 회전 범위를 갖는 다양한 위상회전신호를 곱하여 역 고속 푸리에 변환(IFFT)처리함으로 PAPR을 실시간으로 감소시키게 된다.

또한, 본 발명에 따르면, 중래의 SLM방식보다 연산량을 감소시키기 위하여 PAPR이 감소된 신호를 선택하여 전송하는 경우에, 전송신호를 선택함에 있어서 PAPR의 임계치를 설정하여, 이 임계치보다 낮은 PAPR이 발생하면 나머지 브렌치를 처리하지 않고, 탐색과정을 종료하고 다음 데이터 심볼을 처리하며 마지막 브렌치까지 설정된 PAPR의 임계치보다 낮은 PAPR이 나오지 않을 경우 그중 가장 낮은 PAPR을 갖는 브렌치의 심볼을 전송하는 것이다.

도 1은 새로운 SLM 방법의 OFDM 송신기로서, OFDM 변조할 데이터를 입력받아 변조레벨에 맞추어 맵핑(mapping)하기 위한 데이터맵핑부(110)의 출력측에 맵핑된 입력데이터를 순차적으로 N-log₂M개로 병렬 변환하여 출력시키기 위한 직/병렬 변환부(120)가 접속된다. 여기서 N은 역 고속 푸리에 변환(IFFT)시의 포인트(point)이고, M은 브렌치의 개수이며, N-log₂M은 양수이다.

직/병렬 변환부(120)의 출력측에는 N-log₂M개로 입력된 데이터를 일정 배율인 M배로 복사하여 출력시키기 위한 데이터 복사부(130)가 접속된다. 데이터 복사부(130)의 출력측에는 직/병렬변환부(120)에서 N-log₂M개로 병렬변환되어 데이터 복사부(130)를 통하여 각각 일정배율인 M배로 출력된 다수의 데이터와 위상회전신호 발생부(150)에서 발생된 0°부터 360°까지 다양한 범위의 위상회전신호를 각각 곱셈연산하기 위한 병렬로 접속된 다수의 곱셈부(140a~140n)가 형성된다. 이때, 상기 각각의 곱셈부(140a~140n)에서는 데이터 복사부(130)에서 순차적으로 출력된 다수의 데이터와 위상회전신호 발생부(150)에서 발생된 0°부터 360°까지 다양한 범위의 위상회전신호를 곱셈연산하게 되는 데, 데이터 복사부(130)에서 입력되는 전체 데이터중 맨 위의 브렌치의 데이터 즉, 최상위에 곱셈부(140a)에 입력되는 데이터는 위상회전신호 발생부(150)에서 발생된 위상회전신호와 곱셈 연산하지 않음으로 위상회전 시키지 않고, 두 번째 브랜치의 데이터부터 마지막 브렌치의 데이터 즉, 최상위에 곱셈부(140a)에 입력되는 데이터를 제외한 나머지 곱셈부(140b~140n)에 입력되는 데이터는 위상회전신호 발생부(150)에서 각 브렌치에 따른 규칙들에 의해 발생된 각 N-log₂M개의 위상회전신호와 곱셈연산을 수행 하도록 구성된다.

즉, 다수의 곱셈부(140)중 데이터 복사부(130)에서 입력되는 전체 데이터중 맨 위의 브렌치의 데이터를 입력받는 곱셈부(140a)는 위상회전신호 발생부(150)와 접속되지 않는다.

다수의 곱셈부(140)의 출력측에는 정보 데이터와 위상회전 신호가 곱해진 신호를 역고속푸리에 변환하고, 병/직렬 변환하여 시간 영역의 파형을 출력하기 위한 다수의 역 고속 푸리에 변환부(IFFT)(170a~170n)가 각각 접속되고, 다수의 역 고속 푸리에 변환부(IFFT)(170a~170n)의 출력측에는 역 푸리에 변환된 데이터의 PAPR의 임계치를 설정하고, 설정된 임계치에 따른 제어를 수행하기 위한 최소 PAPR 선택부(180)가 형성된다.

이와 같이 구성된 도 1은 본 발명에 따른 새로운 SLM 방법으로 구현된 OFDM 송신기의 상세한 동작을 설명하면 다음과 같다.

OFDM 변조할 데이터는 맵핑(mapping)부(110)에 입력되어 변조레벨에 맞추어 맵핑된다. 맵핑된 신호는 직/병렬 변환부(Serial to parallel converter)(120)에 의해 순차적으로 입력 데이터 D가 N-log₂M개로 병렬 변환하여 출력된다.

직/병렬 변환부(120)에서 출력된 다수의 신호는 데이터 복사부(130)에서 M배 복사되어 순차적으로 병렬로 접속된 다수의 곱셈부(140a~140n)의 최상의 브렌치(최초로 데이터를 입력받는 곳)로부터 최하위 브렌치(마지막으로 데이터를 입력받는 곳)로 이동된다. 최상위에 곱셈부(140a)에 입력되는 데이터는 위상회전신호 발생부(150)에서 발생된 위상회전신호와 곱셈 연산하지 않고, 곱셈부(140a)의 출력측에 접속된 역 고속 푸리에 변환부(IFFT)(170a)에 이동된다.

여기서, 곰셈부(140a)의 최상위 브렌치에 위상회전 신호를 곱하지 않는 이유는, 경우에 따라서 데이터에 위상 회전신호를 곱하지 않은 그대로의 신호가 위상 회전 신호를 곱한 신호들에 비해 낮은 PAPR을 갖는 경우가 있기 때문이다.

그리고, 최상위의 브랜치를 제외한 두 번째 브랜치의 데이터부터 마지막 브렌치의 데이터 즉, 최상위에 곱셈부(140a)에 입력되는 데이터를 제외한 나머지 곱셈부(140b~140n)에 입력되는 데이터는 위상회전신호 발생부(150)에서 각 브렌치에 따른 규칙들에 의해 발생된 각 N-log₂M개의 위상회전신호와 곱셈연산을 수행 한다.

하는 데, 본 발명에 사용된 위상회전신호는 0°부터 360°까지 다양한 범위의 위상신호들이기 때문에 0°와 180°두가지만을 사용하는 경우에 비해 종래의 SLM보다 좋은 PAPR 저감 효과가 있다.

위상회전신호 발생부(150)에서 각 브렌치별 위상회전신호를 발생하는 패턴은 다음 <식 1>과 같다.

<식1>

여기서, B는 각 브렌치의 번호이며, 상술한 바와 같이 첫 번째 브렌치는 위상회전 신호를 곱하지 않으므로 B는 (2,3, ... ,M)의 범위를 갖는다. k는 부반송파의 번호이며 (1,2, ... ,N)의 범위를 갖고 있다. N는 OFDM시스템의 부 반송파의 개수이다. 예를 들어

는 3번째 브렌치의 2번째 부반송파에 곱해지는 위상회전 신호이다. 위와 같은 패턴으로 발생한 위상회전신호는 0°부터 360°까지의 범위를 가지며 각 브렌치는 브렌치 번호에 의한 고유한 위상회전신호를 사용한다. 본 발명을 적용한 전송데이터 심볼은 기존의 SLM방법을 적용한 전송 데이터 심볼에 비해 평균 2dB가 적은 PAPR을 갖는다.

최상위에 곱셈부(140a)에 입력되는 데이터를 제외한 나머지 곱셈부(140b~140n)에 입력되는 데이터와 위상회전신호 발생부(150)에서 각 브렌치에 따른 규칙들에 의해 발생된 각 N-log₂M개의 위상회전신호와 곱셈연산을 수행 한다.

하고 난 다음, 곱해진 신호에 수신측에서의 원신호 복원을 위하여 사용되는 위상회전신호 패턴정보(Side information; 이하 SI라 함)를 담은 데이터 log₂M bit를 추가하여 데이터 심볼의 길이는 N이 된다. SI를 전송신호에 포함하여 전송하기 때문에 수신기에서 그 정보를 이용하여 원신호의 위상복원을 수행할 수 있다.

다수의 곱셈부(140a~140n)의 출력측에 각각 접속된 다수의 역고속푸리에 변환부(170a~170n)는 정보 데이터와 위상회전 신호가 곱해진 신호를 역고속푸리에 변환하고, 병/직렬 변환하여 시간 영역의 파형을 출력한다. 다수의 역고속푸리에 변환부(170a~170n)에서 출력된 신호는 최소 PAPR 선택부(180)에 입력된다. 최소 PAPR 선택부(180)에서는 임계PAPR을 만족하는 전송신호를 선택하는 제어를 수행하는 데, 전송신호를 선택함에 있어서 PAPR의 임계치를 설정하여, 첫 번째 브렌치부터 M번째 브랜치까지 PAPR을 계산하게 된다.

종래의 SLM방식에서는 첫 번째 브렌치를 제외한 모든 나머지 브렌치에 위상회전신호를 일단 곱한뒤 첫 번째 브렌치부터 M번째 브렌치까지의 모든 데이터 심볼의 PAPR을 계산하고 이중 PAPR이 가장 낮은 PAPR을 갖는 데이터 심볼을 전송한다. 그러나 본 발명에 사용된 방식은 다음과 같다. 첫 번째 브렌치의 위상회전신호를 곱하지 않은 데이터 심볼의 PAPR을 계산하여 임계치보다 낮으면 이를 전송신호를 선택하고, 두 번째 브렌치부터 마지막 브렌치까지의 복사된 데이터는 버린다. 만약 첫 번째 브렌치의 데이터 심볼이 임계 PAPR보다 높으면 첫 번째 브렌치의 데이터 심볼을 전송 데이터로 선택하지 않는다. 그리고 두 번째 브렌치의 데이터 심볼에 위상신호를 곱한뒤 임계 PAPR과 비교를 해본뒤 임계 PAPR보다 낮으면 이 데이터 심볼을 전송데이터로 선택한다. 3번째 브렌치부터의 데이터 심볼에 대한 PAPR 비교는 하지 않는다. 만약 두 번째 브렌치의 데이터 심볼의 PAPR이 임계 PAPR보다 높으면 3번째 브렌치의 데이터 심볼을 가지고 위의 방식데로 PAPR 비교를 실시한다. 최악의 경우, M번째 브렌치까지 데이터 심볼의 PAPR을 비교하게 되는데 만일 M번째 브렌치의 데이터 심볼의 PAPR이 임계 PAPR 보다 낮으면 이를 전송 신호로 선택하여 전송하면 되지만, 그렇지 않다면 첫 번째 브렌치부터 M번째 브렌치 까지의 모든 데이터 심볼중에서 가장 낮은 PAPR을 갖는 데이터 심볼을 전송 데이터로 선택하게 된다.

이는 기존의 SLM 방식과 PTS 방식에 비해 연산량이 많이 적어지는 이점이 있다. 그러므로 기존 SLM 방식과 PTS 방식을 사용한 OFDM 시스템보다 보다 빠른 전송을 할수 있다.

본 발명에 따른 방법을 채용한 OFDM 통신 시스템에서 PAPR을 감소시키기 위한 송신 장치에서는 순차적으로 입력되는 데이터를 병렬로 변환하는 직/병렬 변환부에서 변환한 다음 여러 개의 브렌치로 전달받은 병렬데이터에 각 브렌치마다 서로 다른 규칙으로 발생된 위상회전신호를 발생하여 전달받은 병렬데이터에 각각 곱하게 된다. 위상회전신호는 0°부터 360°의 범위를 갖는 다양한 신호가 사용된다. 기존 SLM에서 0°와 180°두가지의 위상회전신호만 사용되는 것과는 달리 본 발명에서는 0°부터 360°의 범위를 갖는 다양한 신호가 사용되기 때문에 기존 SLM에 비해 더욱 더 향상된 PAPR 저감의 성능을 얻을 수 있다.

그 후 위상회전신호가 곱해진 신호를 역 고속 푸리에 변환부(170)로 전달해서 OFDM 변조시키고, 신호를 선택하여 전송하게 되는데, 전송신호를 선택함에 있어서 PAPR의 임계치를 설정하여, 이 임계치보다 낮은 PAPR이 발생하면 나머지 브렌치를 처리하지 않고, 탐색과정을 종료하고 다음 데이터 심볼을 처리하며 마지막 브렌치까지 임계치보다 낮은 PAPR이 나오지 않을 경우 그중 가장 낮은 PAPR을 갖는 브렌치의 심볼을 전송한다. 이는 기존의 SLM방식보다 연산량이 적은 이점이 있다.

본 발명에 따른 다양한 위상회전신호를 적용하는 개선된 SLM(selected mapping)방식은 직교주파수분할다중화(OFDM) 통신시스템에서 다중 반송파 사용으로 인한 가장 큰 문제점인 높은 PAPR을 효율적으로 줄일 수 있어서, 고출력 증폭기 (HPA:High power amplifier)의 전력효율을 증가시킬수 있으며 또한 비선형 왜곡을 방지할 수 있어서 고품질 통신이 가능하다. 즉, 본 발명에서는 위상회전 신호가 각 브렌치마다 특정한 패턴으로 발생하여 전송데이터의 PAPR을 경감시키는 데, OFDM 통신 시스템에서 SLM 방식처럼 각각의 브렌치로 입력되는 데이터에 서로 다른 규칙으로 발생된 위상회전신호를 곱하여 전송함으로써 PAPR을 저감하는 것이다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 다양한 위상회전신호를 적용하는 개선된 SLM(selected mapping)방식은 직교주파수분할다중화(OFDM) 통신시스템에서 다중 반송파 사용으로 인한 가장 큰 문제점인 높은 PAPR을 효율적으로 줄일 수 있어서, 고출력 증폭기 (HPA:High power amplifier)의 전력효율을 증가시킬수 있으며 또한 비선형 왜곡을 방지할 수 있어서 고품질 통신이 가능하다. 또한 SLM 방식의 형태를 이용하므써 여러 개의 복사형정보를 병렬처리를 수행함으로써, PTS(Partial transmit sequences) 방식 등의 문제점인 처리지연시간이 발생하지 않으며 기존의 SLM 방식보다 적은 연산량이 필요로 하기 때문에 기존의 SLM 방식보다 전송속도를 빠르게 할수 있다.

그러므로, 본 발명을 이용하면 비선형 HPA을 더 고효율로 사용할 수 있으며, 비선형 왜곡에 영향을 줄일 수 있어서 고품질 OFDM 신호 전송이 가능하다. 적은 연산량으로 PAPR 저감을 위한 계산시간 소모가 없는 실시간 처리가 가능하기 때문에 다른 PAPR 저감기법보다 효과적이어서 OFDM을 기반으로하는 통신, 방송 시스템에 적합하다.

이상에서 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하였으나, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니며 본 발명의 기술적 사상의 범위내에서 당업자에 의해 그 개량이나 변형이 가능하다.

Claims (4)

1. ⅰ)OFDM 변조할 데이터(D)를 변조레벨에 맞추어 맵핑한 다음, 상기 맵핑된 신호는 직/병렬 변환하여 순차적으로 상기 데이터(D)를 N-log₂M(N은 역 고속 푸리에 변환시의 포인트의 수, M은 브렌치의 수이며 N-log₂M은 양수임)개로 병렬 변환하여 출력시키는 단계;

   ⅱ)상기 ⅰ단계에서 출력된 데이터를 M배 복사하고, 복사된 데이터중 최초에 출력된 데이터(D1)를 제외한 나머지 데이터를 순차적으로 0°부터 360°까지 다양한 범위의 위상회전신호와 곱셈 연산하는 단계;

   ⅲ)상기 ⅱ 단계에서 곱셈 연산된 데이터에 위상회전신호 패턴정보(Side information)를 포함시킨 다음 역 고속 푸리에 변환(OFDM)시키는 단계; 및

   ⅳ)상기 ⅳ단계에서 역 고속 푸리에 변환된 신호를 선택하여 전송하되, 피크 전력 대 평균 전력 비(PAPR)의 임계치를 설정하여, 상기 ⅱ단계에서의 상기 최초 데이터(D1)에서 설정된 임계치보다 낮은 PAPR이 발생하면, 나머지 데이터에서 상기 PAPR을 찾는 탐색을 종료하며, 마지막 데이터까지 상기 임계치보다 낮은 PAPR가 발생되지 않을 경우 가장 낮은 PAPR을 갖는 데이터 심볼을 전송하는 단계를 포함하는 위상 회전과 선택적 매핑 방식을 이용한 실시간 피크대 평균전력 감소 방법.
2. 제 1항에 있어서, 상기 ⅲ단계의 상기 위상회전신호 패턴 정보는 수신단에서 원신호를 복원하기 위하여 사용되는 log₂M bit를 갖는 데이터임을 특징으로 하는 위상 회전과 선택적 매핑 방식을 이용한 실시간 피크대 평균전력 감소 방법.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 ⅳ단계는 상기 ⅱ단계에서의 상기 위상회전신호를 곱하지 않은 최초 데이터(D1)의 PAPR을 계산하여 설정된 임계치보다 낮은 PAPR이 발생하면 이를 전송신호를 선택하고 나머지의 데이터를 연산하지 않는 단계; 상기 ⅱ단계에서의 최초 데이터(D1)의 PAPR값이 상기 임계치보다 높으면, 순차적으로 두 번째부터 마지막까지 입력된 데이터 심볼에 상기 위상회전신호를 곱한 뒤 상기 임계치와 비교를 해본 다음 상기 임계치보다 낮은 데이터 심볼을 전송데이터로 선택하고 선택된 데이터 이후의 데이터는 연산하지 않는 단계; 상기 ⅱ단계에서 마지막까지 입력된 데이터 심볼이 상기 임계치 보다 높으면 첫 번째 데이터 심볼부터 M번째 데이터 심볼까지의 모든 데이터 심볼중에서 가장 낮은 PAPR을 갖는 데이터 심볼을 전송 데이터로 선택하는 단계를 포함함을 특징으로 하는 위상 회전과 선택적 매핑 방식을 이용한 실시간 피크대 평균전력 감소 방법.
4. OFDM 변조할 데이터를 입력받아 변조레벨에 맞추어 맵핑(mapping)하기 위한 데이터맵핑부(110);

   상기 데이터 맵핑부(110)의 출력측에 접속되어 맵핑된 입력데이터를 순차적으로 N-log₂M(N은 역 고속 푸리에 변환시의 포인트의 수, M은 브렌치의 수이며 N-log₂M은 양수임)개로 병렬 변환하여 출력시키기 위한 직/병렬 변환부(120);

   상기 직/병렬 변환부(120)의 출력측에 접속되어 N-log₂M개로 입력된 데이터를 일정 배율인 M배로 복사하여 출력시키기 위한 데이터 복사부(130);

   상기 데이터 복사부(130)의 출력측에 병렬로 접속되며, 상기 직/병렬변환부(120)에서 N-log₂M 개로 병렬 변환되어 데이터 복사부(130)를 통하여 각각 일정배율인 M배로 출력된 다수의 데이터와 0°부터 360°까지 다양한 범위의 위상회전신호를 각각 곱셈연산하기 위한 접속된 다수의 곱셈부(140a~140n);

   상기 각각의 곱셈부(140a~140n)의 출력단중 최상위에 곱셈부(140a)를 제외한 나머지 곱셈부(140b~140n)에 각각 접속되어 상기 곱셈부(140b~140n)에 입력되는 데이터에 적합한 0°부터 360°까지 다양한 범위의 위상회전신호를 입력시키도록 형성되는 위상회전신호 발생부(150a~150n);

   상기 다수의 곱셈부(140)의 출력측에 각각 접속되어 정보 데이터와 위상회전 신호가 곱해진 신호를 역고속푸리에 변환하고, 병/직렬 변환하여 시간 영역의 파형을 출력하기 위한 다수의 역 고속 푸리에 변환부(IFFT)(170a~170n); 및

   상기 다수의 역 고속 푸리에 변환부(IFFT)(170a~170n)의 출력측에 접속되어 역 푸리에 변환된 데이터의 PAPR의 임계치를 설정하고, 설정된 임계치에 상기 최상위에 곱셈부(140a)에 입력된 데이터에서 상기 설정된 임계치보다 낮은 PAPR이 발생하면, 나머지 데이터에서 상기 PAPR을 찾는 탐색을 종료하며, 마지막 데이터까지 상기 임계치보다 낮은 PAPR가 발생되지 않을 경우 가장 낮은 PAPR을 갖는 데이터의 심볼을 전송하는 제어를 수행하기 위한 최소 PAPR 선택부(180)를 포함하는 위상 회전과 선택적 매핑 방식을 이용한 실시간 피크대 평균전력 감소 방법을 이용한 데이터 송신 시스템.

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