[논문]Clipping 구조를 개선한 OFDM 전송시스템의 PAPR 감소에 관한 연구

김완태; 조성준

doi:10.6109/jkiice.2007.11.8.1589

Clipping 구조를 개선한 OFDM 전송시스템의 PAPR 감소에 관한 연구
A Study on Reducing PAPR of OFDM Transmit System by Clipping Structural Improvement 원문보기

한국해양정보통신학회논문지 = The journal of the Korea Institute of Maritime Information & Communication Sciences, v.11 no.8, 2007년, pp.1589 - 1595

김완태 (한국항공대학교 대학원 정보통신 공학과) , 조성준 (한국항공대학교 대학원 정보통신 공학과)

초록
AI-Helper

현재의 통신 시스템은 멀티미디어 서비스를 제공하기 위하여 OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing) 방식이 주로 쓰이고 있다. 그러나 OFDM 방식은 다수의 부반송파를 사용하므로 부반송파들이 동일위상으로 더해질 때 놀아지는 PAPR(Peak-to-Average Power Ratio)이 문제가 되고 있다. PAPR의 문제는 신호가 전력증폭기와 같은 비선형 소자를 통과할 때 심각한 왜곡을 받게 되므로 전송시스템 성능이 저하된다. 본 논문에서는 PAPR 문제를 해결하기 위해 IF-Clipping 기법을 제안하고, 신호의 clipping에 의해 발생되는 신호의 왜곡을 SAW(Solace Acoustic Wave) 필터와 전력증폭기를 사용하여 제한하였다. 또한 clipping 기법 이용 후 SAW Filter와 전력증폭기를 사용하여 WiBro 시스템의 Spectrum Mask를 만족하는 이상적인 파라메터 값(PAPR, Backoff)을 찾았다.

Abstract ▼ AI-Helper

Recently many communication systems ate adapting the OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing) for multimedia data services. However, OFDM has some problems that PAPR is increased when sub-carries are summed up with same phases. This problem causes severe signal distortions while the signal is passing through non-linear system such as power amplifier resulting in performance degradation of transmission system. In this paper, we use IF-Clipping method to solve PAPR problem and the signal distortion caused by clipping is limited by use of SAW (Surface Acoustic Wave) filter and power amplifier(TWTA). And we derive the optimal parameter(PAPR, Backoff) values to meet the spectrum mask of WiBro system.

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.

문제 정의

저층} 시킨다. 따라서 PAPR 문제를 해결하는 방법으로 본 논문에서는 conventional clipping 기 법 을 간단히 구현할 수 있는 IF-Clipping 기법을 제안하였다. 시스템 시뮬레 이 션에 의해 clipping level 에 따른 PAPR 의 변화를 보면 그림 9 와 같다.
본 논문에서는 OFDM 방식을 이용하는 시스템에서발생되는 문제점 인 PAPR을 해결하기 위해 clipping 기법 에 관한 시스템 구조를 제안하고 clipping 적용에 의해발생되는 Out-of-Band 방출을 해결하기 위하여 SAW Filter와TWTA 전력증폭기를 이용하여 시스템의 PSD와 BER 그리고 전력증폭기의 Backoff 특성을 분석하였다.
복잡하다. 본 논문에서는 conventional clipp -ing 기법 M 적용하기 위해 복잡한 블록 구조대신 간단히 구현할 수 있는 구조를 제 안한다.

제안 방법

Outwf-Bmd스펙트럼 문제를 해결 한다. 그리고 전력증폭기를 이용하여 WiBro 서비스 지원을 위한 표준화문세 1]에서 제안하고 있는 Spectrum Mask를 만족하는 시스템 파라메터 값을 구한다.
본 논문에서는 IF band 에서 의 cHpping 기 법 을 제 안 하고 제안하는 clipping 기법을 이용하여 PAPR을 감소시킨 후 SAW Filter를 이용하여 clipping 으로 인해 발생 되는 Outwf-Bmd스펙트럼 문제를 해결 한다. 그리고 전력증폭기를 이용하여 WiBro 서비스 지원을 위한 표준화문세 1]에서 제안하고 있는 Spectrum Mask를 만족하는 시스템 파라메터 값을 구한다.
BER 성능을 개선할 수 있다. 본 논문에서는 QPSK mapping 전에 convolution 부호화기를 사용한다.
방식으로는 QPSK 변조방식을 적용하였다. 채널 대역폭은 10MHz로 설정하였고, 채널 환경은 AWGN(Additive W折 te Gaussian Noise) 을 고려하여 시뮬레이션을 수행하였다. 시뮬레이션의 기준은 WiBro 표준화 문서 에서 정의된 파라메터 중 표 1과 같은 수신 조건을 기준으로 convolution 부호화기, IF-Clipping, SAW Filter와 TWTA 를 적용한 후 최적의 파라메터를 찾아 표준화 문서에 정의 된 Spectrum Mask 를 만족하는 결과를 얻었다.

이론/모형

WiBro 서 비 스지 원을 위한 시스템에 convolution 부호화기를 적용하였고 cHpping 기 법으로는 위상과 진폭이 안정적이며 시스템 구조를 간단히 할 수 있는 IF-Clipping 기법을 적용하고 40dB 의 스커트 특성을 갖는 SAW Filtei를 적용하였다. WiBro 시스템에서 요구하는 수신조건인 Et/No 10.
시뮬레이션 수행은 WiBro 서비스를 위한 표준화 문서의 정의[1]에 따라 1024개의 부반송파를 적용하였고 변조 방식으로는 QPSK 변조방식을 적용하였다. 채널 대역폭은 10MHz로 설정하였고, 채널 환경은 AWGN(Additive W折 te Gaussian Noise) 을 고려하여 시뮬레이션을 수행하였다.
SAWFikei의 적용은 OFDM 신호에 clipping을 수행함에 따라 발생하는 스펙트럼의 Out-of-Band 방출 문제를 해결하기 위한 것으로서 40dB 의 스커트 특성을 가지는 필터를 적용하였다. 전력증폭기는 TWTA(Traveling-wave tube amplifiers)를 모델링하여 적용하였고 전력증폭기 모델은 다음과 같다[2].

성능/효과

적용하였다. WiBro 시스템에서 요구하는 수신조건인 Et/No 10.5dB 일때 BER 10, 을 부화화기 적용 후 8.5dB 에서 BER 1紡으로 2dB의 Eb/N0 이득을 얻을 수 있었 고 IF-Clipping 적 용으로 OFDM 시스템 에서 발생 되 는 PAPR 을 감소시킬 수 있었다.또한 clipping 적용으로 인해 발생되는 Out-of-Band 방출을 해결하기 위하여 스커트 특성이 40dB 인 SAW Filter를 이용함에 따른 PSD 의 손실을 전력증폭기를 이용하여 그림 14 에서 보는 바와 같이 0.
5 曲로 2 明의 이득을 얻을 수 있다. 또한 BER 1甘 을 만족하기 위한 기준에서 최소한의 손실을가지는 PAPRe 6 dB 라는 것을 알 수 있었다. 앞서 언급한 鸟4% 와 PAPR 파라메터를 이용하여 시스템 성 능에 손실을 주지 않도록 최적의 clipping 레벨을 결정한 후 clipping을 적 용함으로써 clipping 으로 인한 시스템의 손실을 최소화 할 수 있다.
9 曲 의 이득을 얻을 수 있었다. 또한 WiBro 서 비스 지원을 위한 시스템에서 요구하는 수신조건 보다 우수한 시스템 성능을 얻을 수 있었다.
6 dB였다. 시뮬레이션을 통해 얻어진 파라메터를 이용하여 그림 14와 같이 WiBro 시스템에서 최적화된 스펙트럼을 얻을 수 있었다.
시뮬레이션을 통해, WiBro 시스템에서 부호화기를 사용한 후 IF-CHpping 을 적용하고 SAW Filter와 전력증폭기 를 사용하여 OFDM 신호를 전송 할 경우 가장 이상적인 시스템 파라메터 값은 그림 10을 통해 얻어진 PAPR 6 dB 와 그림 13을 통해 얻어진 전력증폭기 Backoff 값 9.6 dB였다. 시뮬레이션을 통해 얻어진 파라메터를 이용하여 그림 14와 같이 WiBro 시스템에서 최적화된 스펙트럼을 얻을 수 있었다.
채널 대역폭은 10MHz로 설정하였고, 채널 환경은 AWGN(Additive W折 te Gaussian Noise) 을 고려하여 시뮬레이션을 수행하였다. 시뮬레이션의 기준은 WiBro 표준화 문서 에서 정의된 파라메터 중 표 1과 같은 수신 조건을 기준으로 convolution 부호화기, IF-Clipping, SAW Filter와 TWTA 를 적용한 후 최적의 파라메터를 찾아 표준화 문서에 정의 된 Spectrum Mask 를 만족하는 결과를 얻었다.
따라서 clipping 기법의 적용은 시스템에서 요구하는 범위에서의 적용이 필수적이다. 하지만 본 논문에서는 convolution 부호화기 를 사용함으로서 2 dB 정도의 Et/No 이득을 얻을 수 있다.그림 10은부호화기를 적용하였을 때와 적용하지 않았을 때의 PAPR6dB 와PAPR7dB 에대 하여 Et/No 에 따른 BER를 나타낸 것이다.

참고문헌 (8)

정보통신단체 표준초안 'Specifications for 23 GHz band Portable Internet Service ,' June, 2004
A.. Saleh, ''Frequency-independent and frequency dependentnonlinear models of TWr amplifiers,' IEEE Transaction on Communications, vol. 29, no. 11, Nov. 1981
X. Li and L. J. Cimini, Jr., 'Effects of clipping and filtering on the performance of OFDM,' IEEE Communications Letters, vol, 2, no. 5, May 1998
R. D. J. V. Nee, 'OFDM codes for peak-to-average power reduction and error correction,' GLOBECOM, vol. 1, pp. 740-744, 1996
H. Harada and R. Prasad, Simulation and Software Radio for Mobile Communications, Artech House, 2002
G. Ren, H. Zhang, and Y. Chang, 'A complementary clipping transform technique for the reduction of peak-to-average power ratio of OFDM system,' IEEE Transactions on Consumer Electronics, vol. 49, no. 4, pp.922-926, Nov. 2003

상세보기
N. Carson and T. A. Gulliver, 'PAPR reduction of OFDM using selected mapping, modified RA codes and clipping,' Vehicular Technology Conference, 2002, vol. 2, pp.1070 - 1073
G. Hill and M. Faulkner, 'Comparison of low complexity clipping algorithms for OFDM,' The 13th IEEE International Symposium on Personal, Indoor and Mobile Radio Communications, 2002, vol. 1, pp. 15-18

저자의 다른 논문 :

LOADING...

내보내기 구분	파일저장 인쇄 메일전송
구성항목	기본정보 상세정보 관리번호, 논문명, 저널/프로시딩명, 저자 , 발행년, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, 발행기관 관리번호, 논문명, 대등논문명, 저자 , 저널/프로시딩명, 발행기관, 발행년, 발행언어, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, ISBN, ISSN, 주제분야, 키워드, 초록(한글), 초록(영문), 저자(소속기관)
저장형식	Text(ASCII format) Excel format RefWorks Direct Export RIS format (for Reference Manager, ProCite, EndNote), Scholar's Aids, Mendeley
메일정보	받는사람 (필수) @ 보내는사람 (선택) @ 제목 내용 KISTI 검색결과 이메일 서비스
안내	총 건의 자료가 검색되었습니다. 다운받으실 자료의 인덱스를 입력하세요. (1-10,000) 검색결과의 순서대로 최대 10,000건 까지 다운로드가 가능합니다. 데이타가 많을 경우 속도가 느려질 수 있습니다.(최대 2~3분 소요) 다운로드 파일은 UTF-8 형태로 저장됩니다. 파일의 내용이 제대로 보이지 않을실 때는 웹브라우저 상단의 보기 -> 인코딩 -> 자동선택 여부를 확인하십시오. ~ Text(ASCII format) Excel format

연합인증