[논문]OFDM 신호의 PAPR 감소를 위한 낮은 계산 복잡도를 갖는 PTS 기법

공민한; 송문규

OFDM 신호의 PAPR 감소를 위한 낮은 계산 복잡도를 갖는 PTS 기법
PTS Technique with Low Computational Complexity for PAPR Reduction of OFDM Signals 원문보기

電子工學會論文誌. Journal of the Institute of Electronics Engineers of Korea. TC, 통신, v.45 no.1 = no.367, 2008년, pp.8 - 13

공민한 (원광대학교 전기전자및정보공학부) , 송문규 (원광대학교 전기전자및정보공학부)

초록
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전송 신호의 높은 PAPR(Peak-to-Average Power Ratio)은 OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing)의 주된 문제점중의 하나이다. PTS(Partial Transmit Sequences) 기법은 OFDM 신호의 PAPR의 통계를 개선하는 기법이다. 그러나 PTS 기법에서 위상 가중치의 선택을 위한 계산 복잡도는 서브블록의 수에 따라 지수적으로 증가한다. 본 논문에서는 위상 가중치 값의 제한이 없고 탐색을 위해 부가적인 연산이 불필요한 탐색 알고리즘을 제안한다. 제안하는 탐색 알고리즘의 성능을 평가하기 위해 PAPR의 CCDF(Complementary Cumulative Distribution Function)와 계산 복잡도를 완전 탐색과 비교한다. 시뮬레이션을 통하여 제안한 탐색 알고리즘은 완전 탐색과 비교할 때 약간의 성능 저하를 가지고 계산 복잡도를 상당히 낮출 수 있음을 보였다.

Abstract ▼ AI-Helper

The high peak-to-average power ratio(PAPR) of the transmitted signals is one of the major drawbacks of the orthogonal frequency division multiplexing(OFDM). The partial transmit sequences(PTS) technique can improve the PAPR statistics of the OFDM signals. However, in the PTS technique, the computational complexity to select phase weighting factors increases exponentially with the number of sub-blocks. In this paper, a search algorithm that has no limit on the values of phase weighting factors and requires no additional operations for the search is presented. To evaluate the performance, the proposed search algorithm is compared with the full search algorithm in terms of the complementary cumulative distribution function(CCDF) of the PAPR and the computational complexity. It is shown through simulations that the proposed technique can achieve significant reductions in the computational complexity with little performance degradation compared with the full search algorithm.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

본 논문에서는 OFDM 신호의 PAPR 감소를 위한 PTS 기법에서 낮은 PAPR을 갖도록 하는 위상 가중치의 탐색을 위한 탐색 알고리즘을 제안하였다. 제안하는 탐색 알고리즘은 矽개의 초기 위상 가중치 벡터를 가지고 시작한다.
본 논문에서는 위상 가중치 값의 범위에 제한이 없고 탐색을 위해 부가적인 연산을 요구하지 않는 탐색 알고리즘을 제안한다. 제안하는 탐색 알고리즘은 k개의 초기 위상 가중치 벡터를 가지고 시작한다.

가설 설정

부반송파의 수는 N=256이고 각 부반송파의 변조는 QPSK 를 가정하였다. 위상 가중치의 선택 가능한 값은 (±1, +j} 즉, W=4이다.

제안 방법

또한 탐색 횟수는 서브블록의 수 G, 초기 위상 가중치 벡터 V, 그리고 최대 반복 횟수 /의 값이 결정되면 일정한 값을 갖는다. PAPR의 CCDF(Complementary Cumulative Distribution Function)와 계산 복잡도를 완전 탐색과 비교함으로써 제안하는 탐색 알고리즘의 성능을 평가한다.
제안한다. 제안하는 탐색 알고리즘은 k개의 초기 위상 가중치 벡터를 가지고 시작한다. 먼저 k개의 벡터에서 가장 낮은 PAPR을 갖도록 하는 위상 가중치를 선택한다.
제안하는 탐색 알고리즘은 원소가 모두 1인 벡터를 포함하여 랜덤하게 선택한 V개의 초기 벡터를 가지고 시작한다. 선택한 k개의 벡터에 대하여 PAPR을 계산하고, 그 중 가장 낮은 PAPR이 되도록 하는 벡터 b' 을 선택한다.
이후 선택된 위상 가중치 벡터에서 유클리드 거리가 1인 위상 가중치 벡터에 대한 탐색을 최대반복 횟수 /까지 반복한다. 제안한 탐색 알고리즘은 선택 가능한 위상 가중치 값의 범위에 제한을 두지 않고 유클리드 거리가 1인 벡터만을 탐색함으로써 탐색을 위한 부가적인 연산을 요구하지 않는다. 또한 탐색 횟수는 서브블록의 수 G, 초기 위상 가중치 벡터 V, 그리고 최대 반복 횟수 /의 값이 결정되면 일정한 값을 갖는다.
이후 선택된 위상 가중치 벡터에서 유클리드 거리가 1인 위상 가중치 벡터에 대한 탐색을 최대 반복 횟수 7까지 반복한다. 제안한 탐색 알고리즘은 선택 가능한 위상 가중치 값의 범위에 제한이 없고 유클리드 거리가 1인 벡터만을 탐색함으로써 탐색을 위한 부가적인 연산을 요구하지 않는다. 또한 탐색 횟수는 서브블록의 수 G, 초기 위상 가중치 벡터 V, 그리고 최대 반복 횟수 /의 값이 결정되면 일정한 값을 갖는다.

데이터처리

제안하는 탐색 알고리즘의 PAPR 감소 성능을 평가하기 위해 PAPR의 CCDF와 계산 복잡도를 완전 탐색과 비교한다. PAPR의 CCDF는 다음과 같이 정의된다.

성능/효과

PTS 기법의 PAPR 감소 성능은 가장 낮은 PAPR을 갖도록 하는 위상 가중치를 선택하기 위한 탐색 방법에 크게 의존한다. 가능한 위상 가중치의 조합을 모두 탐색하는 완전 탐색이 가장 우수한 PAPR 감소 성능을 갖는다. 그러나 완전 탐색의 경우 계산 복잡도는 서브블록의 수에 따라 지수적으로 증가하는 문제점이 있다.
7dB로 비슷하며, PAPR 감소가 매우 미미함을 알 수 있다. 따라서 제안한 탐색 알고리즘에서는 E2가 가장 적합한 것으로 사료된다.
이러한 경향은 그림 3에서도 확인할 수 있다. 따라서 제안한 탐색 알고리즘에서는 μ=30이 가장 적합한 것으로 사료된다.
5dB, 79dB임을 확인하였다. 또한 완전 탐색을 기준으로 G=4, 8인 경우 각각 72%의 계산 복잡도를 가지고 96.6% 그리고 0.4%의 계산 복잡도를 가지고 79.1%의 PAPR 감소를 얻을 수 있음을 확인하였다.
또한 탐색 횟수는 서브블록의 수 G, 초기 위상 가중치 벡터 V, 그리고 최대 반복 횟수 /의 값이 결정되면 일정한 값을 갖는다. 시뮬레이션을 통하여 제안하는 탐색 알고리즘은 G=4, 8, V=30, 그리고 /=2인 경우 0.1% PAPRe 각각 8.5dB, 79dB임을 확인하였다. 또한 완전 탐색을 기준으로 G=4, 8인 경우 각각 72%의 계산 복잡도를 가지고 96.
6%의 PAPR 감소를 얻을 수 있다. 완전 탐색의 계산 복잡도가 지수적으로 증가하는 G=8인 경우에는 0.4%의 계산 복잡도를 가지고 79.1%의 PAPR 감소를 얻을 수 있음을 확인하였다.
표 1에 보인 바와 같이 G=4인 경우 제안한 탐색 알고리즘은 완전 탐색을 기준으로 72%의 계산 복잡도를 가지고 96.6%의 PAPR 감소를 얻을 수 있다. 완전 탐색의 계산 복잡도가 지수적으로 증가하는 G=8인 경우에는 0.

참고문헌 (8)

R. Van Nee and R. Prasad, OFDM for Wireless Multimedia Communications, Boston, MA: Artech House, 2000
J. Heiskala and J. Terry, OFDM Wireless LANs: A Theoretical and Practical Guide, Sams, 2002
S. H. Muller and J. B. Huber, 'OFDM with Reduced Peak-to-Average Power Ratio by Optimum Combination of Partial Transmit Sequences,' Electronic Letters, vol. 33, no. 5, Feb. 1997, pp. 368-69

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Leonard J. Cimini, Jr. and Nelson R. Sollenberger, 'Peak-to-average power ratio reduction of an OFDM signal using partial transmit sequences,' IEEE Communications Letters, vol. 4, no. 3, pp. 86-88, Mar. 2000

상세보기
A. D. S. Jayalath and C. Tellambura, 'Adaptive PTS Approach for Reduction of Peak-to- Average Power Ratio of OFDM Signal,' Electronic Letters, vol. 36, no. 14, pp. 1226-28. July 2000

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Wong Sai Ho, A. S. Madhukumar, and Francois Chin, 'Peak-to-average power reduction using partial transmit sequences: a suboptimal approach based on dual layered phase sequencing,'IEEETransactions on Broadcasting, vol. 49, no. 2, pp. 225-231, Jun. 2003

상세보기
L. Yang, R. S. Chen, and K. K. Soo, 'PAPR reduction of an OFDM signal by use of PTS with low computational complexity,' IEEE Transactions on Broadcasting, vol. 52, no. 1, pp. 83-86, Mar. 2006

상세보기
C. Tellambura, 'Computation of the Continuous- Time PAR of an OFDM Signal with BPSK Subcarriers,' IEEE Communications Letters, vol. 5, no. 5, pp. 185-187, May 2001

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