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KR102385995B1 - 신호 왜곡 저감 장치 및 방법 - Google Patents

신호 왜곡 저감 장치 및 방법 Download PDF

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KR102385995B1
KR102385995B1 KR1020170166149A KR20170166149A KR102385995B1 KR 102385995 B1 KR102385995 B1 KR 102385995B1 KR 1020170166149 A KR1020170166149 A KR 1020170166149A KR 20170166149 A KR20170166149 A KR 20170166149A KR 102385995 B1 KR102385995 B1 KR 102385995B1
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Abstract

신호 왜곡 저감 장치 및 방법이 개시된다. 본 발명의 일실시예에 따른 신호 왜곡 저감 장치는 직교 주파수 분할 다중화(Orthogonal Frequency Division Multiplexing, OFDM) 신호를 입력 받는 신호 입력부; 상기 OFDM 신호에 선택적 사상 기법(Selective Mapping, SLM)을 이용하여 가장 낮은 첨두 전력 대 평균 전력비(Peak-to-Average-Power-Ratio, PAPR)를 갖는 OFDM 심볼을 선택하는 심볼 선택부; 선택된 OFDM 심볼의 위상 변경 시퀀스에 관한 정보를 포함하는 사이드 정보를 생성하는 사이드 정보 생성부 및 상기 선택된 OFDM 심볼에 상기 사이드 정보를 추가하여 송신하는 신호 송신부를 포함한다.

Description

신호 왜곡 저감 장치 및 방법 {APPARATUS AND METHOD FOR REDUCING SIGNAL DISTORTION}
본 발명은 전이중 통신 기술에 관한 것으로, 보다 상세하게는 전이중 통신에서 발생하는 신호 왜곡을 저감하는 기술에 관한 것이다.
일반적인 통신 시스템은 기지국과 단말이 상하향 링크를 이용하여 통신하는 경우, 주파수 또는 시간을 분할하여 상하향 신호 사이의 간섭 발생을 방지한다.
이 때, 주파수를 분할하는 상하향 통신은 FDD (Frequency Division Duplex)라 하고, 시간을 분할하는 상하향통신은 TDD (Time Division Duplex)라 한다.
FDD 또는 TDD는 상하향 신호를 송신하므로 주파수 이용효율이 감소할 수 있다. 그러나, 상하향 동시 전송 방식인 전이중(Full Duplex) 통신 방식은 주파수 이용효율이 감소하는 단점을 극복할 수 있다. 전이중 통신 방식은 주파수 또는 시간을 분할하여 송신하는 방식이 아니므로 주파수 효율을 효과적으로 향상시킬 수 있다.
그러나, 전이중 통신 방식은 자기신호를 전송함과 동시에 송신단의 신호를 수신하는 과정에서 자기신호가 간섭으로 인가되는 제약사항이 발생할 수 있다. 따라서, 전이중 통신 방식은 수신단이 송신단에서 전송한 신호를 효과적으로 검출하기 위해 피드백 되어 들어오는 자기신호를 효과적으로 모델링하고 제거해주는 절차가 필요하다.
또한, 상기 자기신호는 동일한 시스템의 송신안테나에서 고출력 증폭기 (High Power Amplifier, HPA)를 통해 증폭되어 인가되므로 원하는 수신신호에 비해 매우 높은 전력을 갖고 있다. 게다가, 자기간섭신호가 OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing)신호인 경우, 시간 영역 OFDM 신호는 독립적으로 변조된 부반송파들로 구성되므로 이들이 동위상으로 더해질 때 큰 크기의 신호가 발생하여 높은 첨두 전력 대 평균전력비(Peak-to-Average-Power-Ratio, PAPR)가 나타난다.
따라서, 전이중 통신 방식은 효과적인 자기간섭신호의 모델링을 위해 PAPR을 제거해 주는 절차가 필요하다.
한편, 한국공개특허 제 10-2015-0119263 호“풀-듀플렉스 통신에서 간섭을 관리하는 방법 및 장치”는 풀-듀플렉스 모드에서 동작하는 제 1 무선 디바이스로부터 의도된 신호를 수신하고, 제 1 무선 디바이스와 통신하는 제 2 무선 디바이스로부터 간섭 신호를 수신하며, 그리고 수신된 의도된 신호의 매트릭스를 간섭 신호와 연관된 공간로 투영함으로써 간섭 신호에 의해 야기된 신호의 간섭을 감소시키는 장치 및 방법에 관하여 개시하고 있다.
본 발명은 전이중 통신 시스템에서 직교 주파수 분할 다중화(Orthogonal Frequency Division Multiplexing, OFDM) 송신 신호의 신호 왜곡을 저감하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 OFDM 신호의 IFFT 과정에서 발생하는 첨두 전력 대 평균 전력비(Peak-to-Average-Power-Ratio, PAPR)을 저감하여 신호 왜곡을 저감하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 효과적으로 PAPR을 저감하기 위하여 선택적 사상 기법(Selective Mapping, SLM)에 필요한 사이드 정보의 크기를 감소시키는 것을 목적으로 한다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일실시예에 따른 신호 왜곡 저감 장치는 직교 주파수 분할 다중화(Orthogonal Frequency Division Multiplexing, OFDM) 신호를 입력 받는 신호 입력부; 상기 OFDM 신호에 선택적 사상 기법(Selective Mapping, SLM)을 이용하여 가장 낮은 첨두 전력 대 평균 전력비(Peak-to-Average-Power-Ratio, PAPR)를 갖는 OFDM 심볼을 선택하는 심볼 선택부; 선택된 OFDM 심볼의 위상 변경 시퀀스에 관한 정보를 포함하는 사이드 정보를 생성하는 사이드 정보 생성부 및 상기 선택된 OFDM 심볼에 상기 사이드 정보를 추가하여 출력하는 신호 출력부를 포함한다.
이 때, 상기 신호 출력부는 상기 선택된 OFDM 심볼의 물리적 연결 채널(PHYical Link Channel, PLC) 프레임의 메시지 블록에 상기 사이드 정보를 추가할 수 있다.
이 때, 상기 신호 출력부는 상기 사이드 정보가 포함된 OFDM 심볼을 먼저 송신한 후, 상기 사이드 정보에 상응하는 OFDM 심볼을 출력할 수 있다.
이 때, 상기 신호 입력부는 상기 OFDM 신호를 적어도 두 개의 OFDM 신호 그룹으로 나누어 출력할 수 있다.
이 때, 상기 심볼 선택부는 상기 적어도 두 개의 OFDM 신호 그룹 별로 상기 SLM을 이용하여 OFDM 심볼 그룹을 생성할 수 있다.
이 때, 상기 심볼 선택부는 상기 적어도 두 개의 OFDM 심볼 그룹에 포함된 OFDM 심볼들 간의 평균 PAPR을 계산하여, 가장 낮은 평균 PAPR을 갖는 OFDM 심볼을 선택할 수 있다.
이 때, 상기 심볼 선택부는 상기 적어도 두 개의 OFDM 심볼 그룹에 포함된 동일한 위상 변경 시퀀스를 이용하여 생성된 OFDM 심볼들 간의 평균 PAPR을 계산할 수 있다.
또한, 상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일실시예에 따른 신호 왜곡 저감 방법은 신호 왜곡 저감 장치를 이용하는 신호 왜곡 저감 방법에 있어서, 직교 주파수 분할 다중화(Orthogonal Frequency Division Multiplexing, OFDM) 신호를 입력 받는 단계; 상기 OFDM 신호에 선택적 사상 기법(Selective Mapping, SLM)을 이용하여 가장 낮은 첨두 전력 대 평균 전력비(Peak-to-Average-Power-Ratio, PAPR)를 갖는 OFDM 심볼을 선택하는 단계; 선택된 OFDM 심볼의 위상 변경 시퀀스에 관한 정보를 포함하는 사이드 정보를 생성하는 단계 및 상기 선택된 OFDM 심볼에 상기 사이드 정보를 추가하여 출력하는 단계를 포함한다.
이 때, 상기 출력하는 단계는 상기 선택된 OFDM 심볼의 물리적 연결 채널(PHYical Link Channel, PLC) 프레임의 메시지 블록에 상기 사이드 정보를 추가할 수 있다.
이 때, 상기 출력하는 단계는 상기 사이드 정보가 포함된 OFDM 심볼을 먼저 송신한 후, 상기 사이드 정보에 상응하는 OFDM 심볼을 출력할 수 있다.
이 때, 상기 입력 받는 단계는 상기 OFDM 신호를 적어도 두 개의 OFDM 신호 그룹으로 나누어 출력할 수 있다.
이 때, 상기 선택하는 단계는 상기 적어도 두 개의 OFDM 신호 그룹 별로 상기 SLM을 이용하여 OFDM 심볼 그룹을 생성할 수 있다.
이 때, 상기 선택하는 단계는 상기 적어도 두 개의 OFDM 심볼 그룹에 포함된 OFDM 심볼들 간의 평균 PAPR을 계산하여, 가장 낮은 평균 PAPR을 갖는 OFDM 심볼을 선택할 수 있다.
이 때, 상기 선택하는 단계는 상기 적어도 두 개의 OFDM 심볼 그룹에 포함된 동일한 위상 변경 시퀀스를 이용하여 생성된 OFDM 심볼들 간의 평균 PAPR을 계산할 수 있다.
본 발명은 전이중 통신 시스템에서 직교 주파수 분할 다중화(Orthogonal Frequency Division Multiplexing, OFDM) 송신 신호의 신호 왜곡을 저감할 수 있다.
또한, 본 발명은 OFDM 신호의 IFFT 과정에서 발생하는 첨두 전력 대 평균 전력비(Peak-to-Average-Power-Ratio, PAPR)을 저감하여 신호 왜곡을 저감할 수 있다.
또한, 본 발명은 효과적으로 PAPR을 저감하기 위하여 선택적 사상 기법(Selective Mapping, SLM)에 필요한 사이드 정보의 크기를 감소시킬 수 있다.
도 1은 주파수 분할과 시간 분할 상하향 통신 방식을 나타낸 도면이다.
도 2는 OFDM 신호의 부반송파 중첩현상을 나타낸 도면이다.
도 3은 OFDM 신호의 부반송파 중첩현상을 나타낸 그래프이다.
도 4은 본 발명의 일실시예에 따른 전이중 통신 장치를 나타낸 블록도이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 신호 왜곡 저감 장치를 나타낸 블록도이다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 선택적 사상 기법을 나타낸 도면이다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 선택적 사상 기법을 이용하여 선택된 OFDM 심볼의 구성을 나타낸 도면이다.
도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 DOCSIS 3.1 시스템의 OFDM 채널 구조를 나타낸 도면이다.
도 9은 본 발명의 일실시예에 따른 DOCSIS 3.1 시스템의 OFDM 채널에 포함되는 PLC 프레임을 나타낸 도면이다.
도 10은 본 발명의 일실시예에 따른 DOCSIS 3.1 시스템의 메시지 블록을 나타낸 도면이다.
도 11은 본 발명의 일실시예에 따른 사이드 정보의 크기를 감소시키기 위한 선택적 사상 기법을 나타낸 도면이다.
도 12는 본 발명의 일실시예에 따른 사이드 정보의 크기를 감소시키기 위한 선택적 사상 기법을 이용하여 선택된 OFDM 심볼의 구성을 나타낸 도면이다.
도 13은 본 발명의 일실시예에 따른 신호 왜곡 저감 방법을 나타낸 동작흐름도이다.
도 14는 본 발명의 일실시예에 따른 사이드 정보의 크기를 감소시키기 위한 신호 왜곡 저감 방법을 나타낸 동작흐름도이다.
본 발명을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다. 여기서, 반복되는 설명, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능, 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다. 본 발명의 실시형태는 당 업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 따라서, 도면에서의 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 1은 주파수 분할과 시간 분할 상하향 통신 방식을 나타낸 도면이다.
도 1을 참조하면, 주파수 분할(Frequency Division Duplex, FDD)과 시간 분할(Time Division Duplex, TDD) 상하향 통신 방식을 나타낸 것을 알 수 있다.
그러나, 주파수 또는 시간을 분할하여 상하향 신호를 송신하므로 주파수 이용효율이 감소하게 된다. 따라서 이와 같은 단점을 극복하기 위해 상하향 동시 전송 방식인 전이중(Full Duplex) 통신 방식이 필요하다.
도 2 및 도 3은 OFDM 신호의 부반송파 중첩현상을 나타낸 도면과 그래프이다.
도 2를 참조하면, OFDM 신호의 부반송파 중첩현상을 나타낸 것을 알 수 있다.
각각 직렬로 입력된 데이터(Input Data)는 부반송파의 개수만큼 병렬로 변환되는 것을 알 수 있다. 병렬로 변환된 데이터 심벌은 시간영역에서의 길이가 부반송파의 개수의 배수만큼 확장되는 것을 알 수 있다. 이 때, 데이터 심벌은 부반송파들의 중첩으로 인한 첨두 전력(peak power)의 증가로 높은 첨두 전력 대 평균전력비(Peak-to-Average-Power-Ratio, PAPR)가 발생하는 것을 알 수 있다.
도 3을 참조하면, OFDM 신호의 부반송파의 개수에 대한 PAPR의 제곱근을 나타낸 것을 알 수 있다.
첨두 전력(peak power)은 여러개의 신호가 동일한 위상으로 더해지면서, 평균 전력(average power) 대비 부반송파수의 개수만큼의 배수값이 되는 것을 알 수 있다. 이 때, 동일한 부반송파는 동일한 초기 위상으로 변조된 것을 알 수 있다.
도 4은 본 발명의 일실시예에 따른 전이중 통신 장치를 나타낸 블록도이다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 OFDM 기반의 전이중 통신 장치(100)는 변조부(110), IFFT 부(120), DAC 부(130), 송신부(140), 제1 ADC 부(150), 제2 ADC 부(160), 간섭 신호 추정부(170), FFT 부(180) 및 복조부(190)를 포함한다.
변조부(110)는 신호를 생성하여 변조할 수 있다.
IFFT 부(120)는 변조된 신호를 역 고속 푸리에 변환(Inverse Fast Fourier Transform, IFFT)을 수행할 수 있다.
DAC 부(130)는 IFFT 된 신호를 디지털-아날로그 변환을 수행할 수 있다.
송신부(140)는 아날로그 변환된 상향 송신 신호를 전송단을 통해 기지국 또는 다른 단말 장치에 송신할 수 있다.
이 때, 송신부(140)는 고출력 증폭기(High Power Amplifier, HPA)를 이용하여 송신 신호를 증폭할 수 있다.
이 때, HPA에 의해 증폭된 송신 신호는 수신 신호에 비해 매우 높은 전력을 가질 수 있다.
이 때, 전이중 통신 장치(100)는 전송하는 송신 신호의 송신주파수와 수신하는 수신 신호의 수신주파수가 동일한 경우, 송신 신호와 수신 신호가 서로 더해질 때 수신단에서 자기간섭이 발생할 수 있다.
자기간섭신호는 HPA를 통과한 고출력의 신호일 수 있다.
그러나, 수신 신호는 상대적으로 원거리에서 송출되어 수신된 저전력의 신호일 수 있다.
따라서, 자기간섭신호가 OFDM 신호인 경우, 시간 영역의 OFDM 신호는 독립적으로 변조된 부반송파들로 구성될 수 있고, 부반송파들이 동위상으로 더해질 때 큰 크기의 신호가 발생하여 높은 첨두 전력 대 평균전력비(Peak-to-Average-Power-Ratio, PAPR)가 발생할 수 있다.
따라서, 높은 전력을 갖는 자기간섭신호는 높은 PAPR을 갖게 된다면, 전이중 통신 장치(100)의 ADC 부에서 발생하는 양자화 잡음이 매우 높아질 수 있다.
제1 ADC 부(150)는 송신 신호의 아날로그-디지털 변환을 수행할 수 있다.
제2 ADC 부(160)는 수신 신호의 아날로그-디지털 변환을 수행할 수 있다.
간섭 신호 추정부(170)는 디지털 변환된 송신 신호와 수신 신호로부터 자기간섭신호를 추정할 수 있다.
이 때, 간섭 신호 추정부(170)는 수신 신호에서 추정된 자기간섭신호를 제거할 수 있다.
FFT 부(180)는 자기간섭신호가 제거된 수신 신호의 고속 푸리에 변환(Fast Fourier Transform, FFT)을 수행할 수 있다.
복조부(190)는 FFT 된 수신 신호를 복조할 수 있다.
이 때, 본 발명의 일실시예에 따른 신호 왜곡 저감 장치는 전이중 통신 장치와 연결되어 IFFT 과정에서 발생하는 PAPR을 저감할 수도 있고, IFFT 부(120)에 포함되어 PAPR을 직접 저감할 수도 있다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 신호 왜곡 저감 장치를 나타낸 블록도이다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 신호 왜곡 저감 장치는 신호 입력부(10), 정보 생성부(30) 및 신호 출력부(40)를 포함한다.
신호 입력부(10)는 직교 주파수 분할 다중화(Orthogonal Frequency Division Multiplexing, OFDM) 신호를 입력 받을 수 있다.
심볼 선택부(20)는 OFDM 신호에 선택적 사상 기법(Selective Mapping, SLM)을 이용하여 가장 낮은 첨두 전력 대 평균 전력비(Peak-to-Average-Power-Ratio, PAPR)를 갖는 OFDM 심볼을 선택할 수 있다.
이 때, 심볼 선택부(20)는 자기간섭신호가 X인 경우, IFFT 된 자기간섭신호의 출력은 수학식 1과 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112017121354132-pat00001
이 때,
Figure 112017121354132-pat00002
은 i번째 OFDM 심볼의 n번째 샘플을 나타낼 수 있다. N개의 샘플로 구성된 i번째 OFDM 심볼은 수학식 2와 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112017121354132-pat00003
이 때, 심볼 선택부(20)는 수학식 3을 이용하여 OFDM 신호의 PAPR을 계산할 수 있다.
Figure 112017121354132-pat00004
수학식 3에서,
Figure 112017121354132-pat00005
는 i번째 OFDM 심볼의 최대 첨두 전력(envelope power)을 나타낸 것을 알 수 있다.
Figure 112017121354132-pat00006
는 평균 전력(Average power)을 나타낸 것을 알 수 있다. 부반송파의 수가 N인 경우 OFDM 심볼이 가질 수 있는 최대의 PAPR은 N이 될 수 있다. 한편, 신호 왜곡 저감 성능의 지표는 CCDF(Complementary Cumulative Distribution Function)가 사용될 수 있고, 수학식 4와 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112017121354132-pat00007
수학식 4에서, x를 신호의 PAPR로 설정하고,
Figure 112017121354132-pat00008
를 PAPR의 임계치로 설정할 때, PAPR의 CCDF 는 PAPR이 임계치 보다 클 확률에 상응할 수 있다.
이 때, 심볼 선택부(20)는 선택적 사상 기법(Selective Mapping, SLM)을 이용신호의 PAPR을 저감할 수 있다.
이 때, 심볼 선택부(20)는 OFDM 신호를 주파수 영역에서 시간축 영역으로 변경하는 IFFT 를 수행하기 이전에, 주파수 영역 신호에 복수개의 위상 변경 시퀀스를 곱한 뒤 IFFT를 수행하여 PAPR를 계산할 수 있다.
이 때, 심볼 선택부(20)는 수학식 5와 같이, V개의 위상 변경 벡터를 포함하는 위상 변경 시퀀스를 입력 받은 OFDM 신호에 곱할 수 있다.
Figure 112017121354132-pat00009
수학식 5에서 v번째 시퀀스인
Figure 112017121354132-pat00010
는 수학식 6과 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112017121354132-pat00011
이 때, 심볼 선택부(20)는 수학식 7과 같이, 위상 변경 시퀀스가 적용된 신호를 출력할 수 있다.
Figure 112017121354132-pat00012
이 때, 심볼 선택부(20)는 위상 변경 시퀀스가 적용된 신호에 IFFT를 수행할 수 있다.
이 때, 심볼 선택부(20)는 IFFT가 수행된 신호에 PAPR을 계산할 수 있다.
이 때, 심볼 선택부(20)는 수학식 8과 같이, PAPR이 가장 낮은 OFDM 심볼을 선택할 수 있다.
Figure 112017121354132-pat00013
수학식 8에서,
Figure 112017121354132-pat00014
는 i번째 OFDM 심볼에 대한 V개의 독립적인 OFDM 심볼들 중 가장 낮은 PAPR을 가진 심볼의 인덱스이다. 따라서, OFDM 심볼은
Figure 112017121354132-pat00015
와 같이 나타낼 수 있다.
정보 생성부(30)는 선택된 OFDM 심볼의 위상 변경 시퀀스에 관한 정보를 포함하는 사이드 정보를 생성할 수 있다.
수신단은 수신 신호를 복원하기 위해서, 선택된 모든 OFDM 신호에 대한 위상 변경시퀀스
Figure 112017121354132-pat00016
에 대한 사이드 정보가 필요하다.
이 때, 정보 생성부(30)는 선택된 OFDM 심볼 별로 전송해야 하는 사이드 정보의 비트수가
Figure 112017121354132-pat00017
인 사이드 정보를 생성할 수 있다.
신호 출력부(40)는 선택된 OFDM 심볼에 사이드 정보를 추가하여 출력할 수 있다.
이 때, 신호 출력부(40)는 상기 선택된 OFDM 심볼의 물리적 연결 채널(PHYical Link Channel, PLC) 프레임의 메시지 블록에 사이드 정보를 추가할 수 있다.
이 때, 신호 출력부(40)는 사이드 정보가 포함된 OFDM 심볼을 먼저 송신한 후, 사이드 정보에 상응하는 OFDM 심볼을 출력할 수 있다.
이 때, 신호 출력부(40)는 사이드 정보가 포함된 OFDM 심볼은 PAPR 제거 기법을 적용하지 않고, 해당 심볼에 사이드 정보를 포함시킬 수 있다.
또한, 신호 입력부(10)는 입력 받은 OFDM 신호를 적어도 두 개의 OFDM 신호 그룹으로 나누어 출력할 수 있다.
이 때, 신호 입력부(10)는 송신해야 하는 OFDM 심볼이 기설정된 개수 이상인 경우거나 한 프레임의 길이가 매우 긴 OFDM 심볼로 구성된 경우, 적어도 두 개의 OFDM 신호 그룹으로 나누어 출력할 수 있다.
이 때, 심볼 선택부(20)는 적어도 두 개의 OFDM 신호 그룹 별로 SLM을 이용하여 OFDM 심볼 그룹을 생성할 수 있다.
이 때, 심볼 선택부(20)는 적어도 두 개의 OFDM 심볼 그룹에 포함된 동일한 위상 변경 시퀀스를 이용하여 생성된 OFDM 심볼들 간의 평균 PAPR을 계산할 수 있다.
이 때, 심볼 선택부(20)는 적어도 두 개의 OFDM 심볼 그룹에 포함된 OFDM 심볼들 간의 평균 PAPR을 계산하여, 가장 낮은 평균 PAPR을 갖는 OFDM 심볼을 선택할 수 있다.
따라서, 하나의 프레임이 K개의 OFDM 심볼로 구성된다면 총
Figure 112017121354132-pat00018
비트가 요구될 수 있다. 이 때, PAPR 헤더 내에 사이드 정보를 전송할 수 있는 충분한 여유 대역이 있는 경우, 모든 사이드 정보를 전송하는 것이 가장 우수한 PAPR을 달성할 수 있다. 반면, 충분한 여유대역이 없는 경우, 사이드 정보에 요구되는 비트수를 줄이는 것이 더 효과적인 방법이 될 수 있다.
이 때, 심볼 선택부(20)는 수학식 9와 같이, 가장 낮은 평균 PAPR 을 갖는 OFDM 심볼을 선택할 수 있다.
Figure 112017121354132-pat00019
정보 생성부(30)는 선택된 OFDM 심볼의 위상 변경 시퀀스에 관한 정보를 포함하는 사이드 정보를 생성할 수 있다.
수신단은 수신 신호를 복원하기 위해서, 선택된 모든 OFDM 신호에 대한 위상 변경시퀀스
Figure 112017121354132-pat00020
에 대한 사이드 정보가 필요하다.
이 때, 정보 생성부(30)는 선택된 OFDM 심볼 별로 전송해야 하는 사이드 정보의 비트수가
Figure 112017121354132-pat00021
인 사이드 정보를 생성할 수 있다.
신호 출력부(40)는 선택된 OFDM 심볼에 사이드 정보를 추가하여 출력할 수 있다.
이 때, 신호 출력부(40)는 상기 선택된 OFDM 심볼의 물리적 연결 채널(PHYical Link Channel, PLC) 프레임의 메시지 블록에 사이드 정보를 추가할 수 있다.
이 때, 신호 출력부(40)는 사이드 정보가 포함된 OFDM 심볼을 먼저 송신한 후, 사이드 정보에 상응하는 OFDM 심볼을 출력할 수 있다.
이 때, 신호 출력부(40)는 사이드 정보가 포함된 OFDM 심볼은 PAPR 제거 기법을 적용하지 않고, 해당 심볼에 사이드 정보를 포함시킬 수 있다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 선택적 사상 기법을 나타낸 도면이다.
도 6을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 선택적 사상 기법을 이용하여 가장 낮은 PAPR을 갖는 OFDM 심볼을 선택하는 것을 알 수 있다.
먼저, 선택적 사상 기법은 OFDM 신호
Figure 112017121354132-pat00022
를 입력 받아 위상 변경 시퀀스
Figure 112017121354132-pat00023
에 곱하여 주파수 영역의 신호를 시간 영역의 신호로 위상을 변환하는 것을 알 수 있다.
이 때, OFDM 심볼은 위상 변경 시퀀스 별로 위상이 변환된 신호에 IFFT를 수행하여 생성되는 것을 알 수 있다.
이 때, PAPR 계산은 OFDM 심볼들 별로 계산되는 것을 알 수 있다.
이 때, OFDM 심볼 선택은 PAPR을 비교하여 가장 낮은 PAPR을 갖는 OFDM 심볼을 선택하여 송신단을 통해 선택된 OFDM 심볼
Figure 112017121354132-pat00024
을 송신하는 것을 알 수 있다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 선택적 사상 기법을 이용하여 선택된 OFDM 심볼의 구성을 나타낸 도면이다.
도 7을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 선택적 사상 기법을 이용하여 선택된 OFDM 심볼의 구성을 나타낸 것을 알 수 있다.
OFDM 심볼은 PAPR 헤더(51, 53)와 PAPR 프레임(52)으로 구성될 수 있다.
PAPR 헤더(51, 53)는 1개 또는 2개의 OFDM 심볼에 상응할 수 있다.
이 때, PAPR 헤더(51, 53)는 사이드 정보를 포함할 수 있고, PAPR 저감 기법은 적용되지 않을 수 있다.
PAPR 프레임(52)은 K 개의 OFDM 심볼들로 구성될 수 있고, PAPR 저감 기법이 적용될 수 있다.
이 때, 사이드 정보는 총 K개의 OFDM 심볼이 전송되는 경우,
Figure 112017121354132-pat00025
Figure 112017121354132-pat00026
비트가 필요할 수 있다.
도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 DOCSIS 3.1 시스템의 OFDM 채널 구조를 나타낸 도면이다. 도 9은 본 발명의 일실시예에 따른 DOCSIS 3.1 시스템의 OFDM 채널에 포함되는 PLC 프레임을 나타낸 도면이다. 도 10은 본 발명의 일실시예에 따른 DOCSIS 3.1 시스템의 메시지 블록을 나타낸 도면이다.
도 8을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 DOCSIS 3.1 시스템의 OFDM 채널 구조를 나타낸 것을 알 수 있다.
도 8에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 DOCSIS 3.1 시스템의 OFDM 채널 구조는 물리 연결 채널(PHY Link Channel, PLC)를 포함하는 것을 알 수 있다.
도 9를 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 DOCSIS 3.1 시스템의 OFDM 채널에 포함되는 PLC 프레임을 나타낸 것을 알 수 있다.
이 때, PLC 프레임의 메시지 블록에 사이드 정보가 포함되는 것을 알 수 있다.
즉, PLC 프레임의 특정 부분에 PAPR 관련 MB(Message Block)를 추가할 수 있다.
PLC 프레임에 새로운 MB를 추가하는 경우, 도 10을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 DOCSIS 3.1 시스템의 메시지 블록은 새로운 MB를 추가할 수 있도록 Future Use Message Block이 정의될 수 있다.
따라서, 해당 MB에 PAPR 관련 시그널링을 추가할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 사이드 정보를 추가하기 위한 메시지 블록에 포함되는 정보는 표 1과 같이 기재할 수 있다.
Field Size Value Description
Message Block Type 4 bits 5
R 3 bits 0 Reserved
Message Body Size 9 bits 64 The length of the Message Body field specified in octets.
PAPR 제거 관련
Message Body		 512 bits TBD TBD
CRC 3 bytes CRC-24-D
또한, 표 1에 기재된 PAPR 제거 관련 Message Body 필드는 표 2와 같이 세부적으로 기재할 수 있다.
Field Size Value Description
PAPR ON 1 bits PAPR on/off selection
PAPR Mode 7 bits 0-SLM
1-PTS
2-TBD
(others)		 PAPR Mode
PAPR reduction value 63bytes 0-503 PAPR Reduction Value
이 때, 표 2에 기재된 Message Body 의 일 예는 사용자에 의해 변경될 수도 있다.
도 11은 본 발명의 일실시예에 따른 사이드 정보의 크기를 감소시키기 위한 선택적 사상 기법을 나타낸 도면이다.
도 11을 참조하면, 사이드 정보의 크기를 감소시키기 위한 선택적 사상 기법을 나타낸 것을 알 수 있다.
이를 위하여, 선택적 사상 기법은 입력 받은 OFDM 신호를 적어도 두 개의 OFDM 신호 그룹으로 나누어 출력하는 것을 알 수 있다.
이 때, 적어도 두 개의 OFDM 심볼 그룹은 적어도 두 개의 OFDM 신호 그룹 별로 위상 변경 시퀀스를 적용하고, IFFT를 수행하여 생성되는 것을 알 수 있다.
이 때, 가장 낮은 평균 PAPR을 갖는 OFDM 심볼은 적어도 두 개의 OFDM 심볼 그룹에 포함된 OFDM 심볼들 간의 평균 PAPR을 계산하여 선택되는 것을 알 수 있다.
이 때, 가장 낮은 평균 PAPR을 갖는 OFDM 심볼은 적어도 두 개의 OFDM 심볼 그룹에 포함된 동일한 위상 변경 시퀀스를 이용하여 생성된 OFDM 심볼들 간의 평균 PAPR을 계산하여 선택되는 것을 알 수 있다.
도 12는 본 발명의 일실시예에 따른 사이드 정보의 크기를 감소시키기 위한 선택적 사상 기법을 이용하여 선택된 OFDM 심볼의 구성을 나타낸 도면이다.
도 12를 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 사이드 정보의 크기를 감소시키기 위한 선택적 사상 기법을 이용하여 선택된 OFDM 심볼의 구성을 나타낸 것을 알 수 있다.
OFDM 심볼은 PAPR 헤더(51, 53)와 PAPR 프레임(52)으로 구성될 수 있다.
PAPR 헤더(61)는 1개 또는 2개의 OFDM 심볼에 상응할 수 있다.
이 때, PAPR 헤더(61)는 사이드 정보를 포함할 수 있고, PAPR 저감 기법은 적용되지 않을 수 있다.
PAPR 프레임(62)은 g 개의 OFDM 심볼들로 구성될 수 있고, PAPR 저감 기법이 적용될 수 있다.
이 때, 사이드 정보는 총 K개의 OFDM 심볼이 전송되는 경우,
Figure 112017121354132-pat00027
비트가 필요할 수 있다.
이 때, G개의 OFDM 심볼에 요구되는 사이드 정보의 비트수는
Figure 112017121354132-pat00028
이다.
Figure 112017121354132-pat00029
인 경우, PAPR 제거 기법에서 요구되는 사이드 정보의 비트수가
Figure 112017121354132-pat00030
것에 비하면 낮은 수치이다. 전체 프레임 길이가 K 인 경우,
Figure 112017121354132-pat00031
라 하면 하나의 프레임의 PAPR 제거 기법에 대한 사이드 정보 비트는
Figure 112017121354132-pat00032
가 된다. 반면 일반적인 PAPR 제거 기법에서 요구하는 사이드 정보 비트는
Figure 112017121354132-pat00033
이다.
도 13은 본 발명의 일실시예에 따른 신호 왜곡 저감 방법을 나타낸 동작흐름도이다.
도 13을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 신호 왜곡 저감 방법은 먼저 신호를 입력 받을 수 있다(S210).
즉, 단계(S210)는 직교 주파수 분할 다중화(Orthogonal Frequency Division Multiplexing, OFDM) 신호를 입력 받을 수 있다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따른 신호 왜곡 저감 방법은 IFFT를 수행할 수 있다(S220).
즉, 단계(S220)는 먼저 수학식 5와 같이, V개의 위상 변경 벡터를 포함하는 위상 변경 시퀀스를 입력 받은 OFDM 신호에 곱할 수 있다.
이 때, 단계(S220)는 수학식 7과 같이, 위상 변경 시퀀스가 적용된 신호를 출력할 수 있다.
이 때, 단계(S220)는 위상 변경 시퀀스가 적용된 신호에 IFFT를 수행할 수 있다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따른 신호 왜곡 저감 방법은 PAPR을 계산할 수 있다(S230).
즉, 단계(S230)는 수학식 3을 이용하여 IFFT가 수행된 신호의 PAPR을 계산할 수 있다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따른 신호 왜곡 저감 방법은 OFDM 심볼을 선택할 수 있다(S240).
즉, 단계(S240)는 수학식 8과 같이, PAPR이 가장 낮은 OFDM 심볼을 선택할 수 있다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따른 신호 왜곡 저감 방법은 신호를 출력할 수 있다(S250).
즉, 단계(S250)는 먼저 선택된 OFDM 심볼의 위상 변경 시퀀스에 관한 정보를 포함하는 사이드 정보를 생성할 수 있다.
수신단은 수신 신호를 복원하기 위해서, 선택된 모든 OFDM 신호에 대한 위상 변경시퀀스
Figure 112017121354132-pat00034
에 대한 사이드 정보가 필요하다.
이 때, 단계(S250)는 선택된 OFDM 심볼에 사이드 정보를 추가하여 출력할 수 있다.
이 때, 단계(S250)는 상기 선택된 OFDM 심볼의 물리적 연결 채널(PHYical Link Channel, PLC) 프레임의 메시지 블록에 사이드 정보를 추가할 수 있다.
이 때, 단계(S250)는 사이드 정보가 포함된 OFDM 심볼을 먼저 송신한 후, 사이드 정보에 상응하는 OFDM 심볼을 출력할 수 있다.
이 때, 단계(S250)는 사이드 정보가 포함된 OFDM 심볼은 PAPR 제거 기법을 적용하지 않고, 해당 심볼에 사이드 정보를 포함시킬 수 있다.
도 14는 본 발명의 일실시예에 따른 OFDM 신호 그룹에 대한 신호 왜곡 저감 방법을 나타낸 동작흐름도이다.
도 14를 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 신호 왜곡 저감 방법은 먼저 신호를 입력 받을 수 있다(S310).
즉, 단계(S310)는 직교 주파수 분할 다중화(Orthogonal Frequency Division Multiplexing, OFDM) 신호를 입력 받을 수 있다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따른 신호 왜곡 저감 방법은 OFDM 심볼 그룹을 설정할 수 있다(S320).
즉, 단계(S320)는 입력 받은 OFDM 신호를 적어도 두 개의 OFDM 신호 그룹으로 나누어 출력할 수 있다.
이 때, 단계(S320)는 송신해야 하는 OFDM 심볼이 기설정된 개수 이상인 경우거나 한 프레임의 길이가 매우 긴 OFDM 심볼로 구성된 경우, 적어도 두 개의 OFDM 신호 그룹으로 나누어 출력할 수 있다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따른 신호 왜곡 저감 방법은 IFFT를 수행할 수 있다(S330).
즉, 단계(S330)는 먼저 수학식 5와 같이, V개의 위상 변경 벡터를 포함하는 위상 변경 시퀀스를 입력 받은 OFDM 신호 그룹에 포함된 신호 별로 곱할 수 있다.
이 때, 단계(S330)는 수학식 7과 같이, 위상 변경 시퀀스가 적용된 신호를 출력할 수 있다.
이 때, 단계(S330)는 위상 변경 시퀀스가 적용된 신호에 IFFT를 수행할 수 있다.
이 때, 단계(S330)는 적어도 두 개의 OFDM 신호 그룹 별로 IFF를 수행하여 OFDM 심볼 그룹을 생성할 수 있다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따른 신호 왜곡 저감 방법은 평균 PAPR을 계산할 수 있다(S340).
즉, 단계(S340)는 수학식 3을 이용하여 IFFT가 수행된 신호의 PAPR을 계산할 수 있다.
이 때, 단계(S340)는 적어도 두 개의 OFDM 심볼 그룹에 포함된 동일한 위상 변경 시퀀스를 이용하여 생성된 OFDM 심볼들 간의 평균 PAPR을 계산할 수 있다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따른 신호 왜곡 저감 방법은 OFDM 심볼을 선택할 수 있다(S350).
즉, 단계(S350)는 적어도 두 개의 OFDM 심볼 그룹에 포함된 OFDM 심볼들 간의 평균 PAPR을 계산하여, 가장 낮은 평균 PAPR을 갖는 OFDM 심볼을 선택할 수 있다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따른 신호 왜곡 저감 방법은 신호를 출력할 수 있다(S360).
즉, 단계(S360)는 먼저 선택된 OFDM 심볼의 위상 변경 시퀀스에 관한 정보를 포함하는 사이드 정보를 생성할 수 있다.
수신단은 수신 신호를 복원하기 위해서, 선택된 모든 OFDM 신호에 대한 위상 변경시퀀스
Figure 112017121354132-pat00035
에 대한 사이드 정보가 필요하다.
이 때, 단계(S360)는 선택된 OFDM 심볼에 사이드 정보를 추가하여 출력할 수 있다.
이 때, 단계(S360)는 상기 선택된 OFDM 심볼의 물리적 연결 채널(PHYical Link Channel, PLC) 프레임의 메시지 블록에 사이드 정보를 추가할 수 있다.
이 때, 단계(S360)는 사이드 정보가 포함된 OFDM 심볼을 먼저 송신한 후, 사이드 정보에 상응하는 OFDM 심볼을 출력할 수 있다.
이 때, 단계(S360)는 사이드 정보가 포함된 OFDM 심볼은 PAPR 제거 기법을 적용하지 않고, 해당 심볼에 사이드 정보를 포함시킬 수 있다.
이상에서와 같이 본 발명에 따른 신호 왜곡 저감 장치 및 방법은 상기한 바와 같이 설명된 실시예들의 구성과 방법이 한정되게 적용될 수 있는 것이 아니라, 상기 실시예들은 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수도 있다.
10: 신호 입력부 20: IFFT 수행부
30: PARR 계산부 40: 심볼 선택부
100: 전이중 통신 장치 110: 변조부
120: IFFT 부 130: DAC 부
140: 송신부 150: 제1 ADC 부
160: 제2 ADC 부 170: 간섭 신호 추정부
180: FFT 부 190: 복조부

Claims (14)

  1. 직교 주파수 분할 다중화(Orthogonal Frequency Division Multiplexing, OFDM) 신호를 입력 받는 신호 입력부;
    상기 OFDM 신호에 선택적 사상 기법(Selective Mapping, SLM)을 이용하여 가장 낮은 첨두 전력 대 평균 전력비(Peak-to-Average-Power-Ratio, PAPR)를 갖는 OFDM 심볼을 선택하는 심볼 선택부;
    선택된 OFDM 심볼의 위상 변경 시퀀스에 관한 정보를 포함하는 사이드 정보를 생성하는 정보 생성부; 및
    상기 선택된 OFDM 심볼에 상기 사이드 정보를 추가하여 출력하는 신호 출력부;
    를 포함하고,
    상기 심볼 선택부는
    V개의 위상 변경 벡터를 포함하는 위상 변경 시퀀스를 상기 입력 받은 OFDM 신호에 곱하여 위상 변경 시퀀스를 적용하고,
    상기 정보 생성부는
    상기 선택된 OFDM 심볼 별로 전송해야 하는 사이드 정보의 비트수가, 상기 V개를 이용한 log2V 인 사이드 정보를 생성하고,
    상기 신호 출력부는
    상기 선택된 OFDM 심볼의 물리적 연결 채널(PHYical Link Channel, PLC) 프레임의 메시지 블록에 상기 사이드 정보를 추가하고,
    상기 메시지 블록은
    메시지 바디 필드에 상기 PAPR의 제거 기법의 적용 여부, 상기 PAPR의 제거 기법에 관한 정보 및 상기 PAPR의 제거 값에 관한 정보를 포함하는 것을 특징으로 하는 신호 왜곡 저감 장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 신호 입력부는
    상기 OFDM 신호를 적어도 두 개의 OFDM 신호 그룹으로 나누어 출력하는 것을 특징으로 하는 신호 왜곡 저감 장치.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 심볼 선택부는
    상기 적어도 두 개의 OFDM 신호 그룹 별로 상기 SLM을 이용하여 OFDM 심볼 그룹을 생성하는 것을 특징으로 하는 신호 왜곡 저감 장치.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 심볼 선택부는
    상기 적어도 두 개의 OFDM 심볼 그룹에 포함된 OFDM 심볼들 간의 평균 PAPR을 계산하여, 가장 낮은 평균 PAPR을 갖는 OFDM 심볼을 선택하는 것을 특징으로 하는 신호 왜곡 저감 장치.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 심볼 선택부는
    상기 적어도 두 개의 OFDM 심볼 그룹에 포함된 동일한 위상 변경 시퀀스를 이용하여 생성된 OFDM 심볼들 간의 평균 PAPR을 계산하는 것을 특징으로 하는 신호 왜곡 저감 장치.
  8. 신호 왜곡 저감 장치를 이용하는 신호 왜곡 저감 방법에 있어서,
    직교 주파수 분할 다중화(Orthogonal Frequency Division Multiplexing, OFDM) 신호를 입력 받는 단계;
    상기 OFDM 신호에 선택적 사상 기법(Selective Mapping, SLM)을 이용하여 가장 낮은 첨두 전력 대 평균 전력비(Peak-to-Average-Power-Ratio, PAPR)를 갖는 OFDM 심볼을 선택하는 단계;
    선택된 OFDM 심볼의 위상 변경 시퀀스에 관한 정보를 포함하는 사이드 정보를 생성하는 단계; 및
    상기 선택된 OFDM 심볼에 상기 사이드 정보를 추가하여 출력하는 단계;
    를 포함하고,
    상기 OFDM 심볼을 선택하는 단계는
    V개의 위상 변경 벡터를 포함하는 위상 변경 시퀀스를 상기 입력 받은 OFDM 신호에 곱하여 위상 변경 시퀀스를 적용하고,
    상기 사이드 정보를 생성하는 단계는
    상기 선택된 OFDM 심볼 별로 전송해야 하는 사이드 정보의 비트수가, 상기 V개를 이용한 log2V 인 사이드 정보를 생성하고,
    상기 출력하는 단계는
    상기 선택된 OFDM 심볼의 물리적 연결 채널(PHYical Link Channel, PLC) 프레임의 메시지 블록에 상기 사이드 정보를 추가하고,
    상기 메시지 블록은
    메시지 바디 필드에 상기 PAPR의 제거 기법의 적용 여부, 상기 PAPR의 제거 기법에 관한 정보 및 상기 PAPR의 제거 값에 관한 정보를 포함하는 것을 특징으로 하는 신호 왜곡 저감 방법.
  9. 삭제
  10. 삭제
  11. 청구항 8에 있어서,
    상기 입력 받는 단계는
    상기 OFDM 신호를 적어도 두 개의 OFDM 신호 그룹으로 나누어 출력하는 것을 특징으로 하는 신호 왜곡 저감 방법.
  12. 청구항 11에 있어서,
    상기 선택하는 단계는
    상기 적어도 두 개의 OFDM 신호 그룹 별로 상기 SLM을 이용하여 OFDM 심볼 그룹을 생성하는 것을 특징으로 하는 신호 왜곡 저감 방법.
  13. 청구항 12에 있어서,
    상기 선택하는 단계는
    상기 적어도 두 개의 OFDM 심볼 그룹에 포함된 OFDM 심볼들 간의 평균 PAPR을 계산하여, 가장 낮은 평균 PAPR을 갖는 OFDM 심볼을 선택하는 것을 특징으로 하는 신호 왜곡 저감 방법.
  14. 청구항 13에 있어서,
    상기 선택하는 단계는
    상기 적어도 두 개의 OFDM 심볼 그룹에 포함된 동일한 위상 변경 시퀀스를 이용하여 생성된 OFDM 심볼들 간의 평균 PAPR을 계산하는 것을 특징으로 하는 신호 왜곡 저감 방법.
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