PAPR 감소와 효과적 채널 추정을 위한 SC-FDMA 통신 시스템의 파이럿 배치 방법 Pilot Assignment Method for the PAPR Reduction and Effective Channel Estimation in the SC-FDMA Communication System원문보기
SC-FDMA(Single Carrier-Frequency Division Multiple Access) 통신 시스템에서 채널 추정을 위한 파일럿은 CAZAC 시퀀스를 이용하여 OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing) 신호의 높은 PAPR(Peak-to-Average Power Ratio)을 낮추는 방식을 사용한다. 그런데, 채널 추정을 위한 파일럿이 블록 타입으로 전송되므로, 수신단에서 파일럿 블록 사이의 여러 OFDM 심볼들은 시간 영역에서의 보간법을 시용하여 채널 추정하여야 하므로 매우 복잡하고 처리 시간이 길어질 수 있다. 또한 심한 fast fading 채널에서는 이러한 문제점이 더욱 커진다. 한편, 효과적인 고속 채널 추정을 위하여 OFDM 심벌 단위로, 주파수 영역에서 보간법을 수행하는 comb 타입의 파일럿을 사용하게 되면 OFDM 신호의 PAPR이 다시 높아지는 문제가 발생한다. 본 논문에서는 PAPR 감소와 효과적 채널 추정이 가능한 comb 타입의 파일럿을 배치 방법을 연구하였다. 이를 위하여 CAZAC 행렬 변환된 OFDM 신호에 comb 타입의 파일럿을 배치하고, 추가로 SLM 기법을 사용하였다. 그러나 기본적인 SLM(Selected Mapping) 기법은 위상 회전에 관한 부가 정보 전송이 필요하기 때문에 대역폭의 손실을 가져온다는 단점이 있다. 따라서, 본 연구에서는 파일럿은 SLM 위상 시퀀스와 곱해지지 않으며, SLM 위상 회전 시퀀스에 따라 서로 다른 파일럿을 신호에 삽입하여, 부가 정보를 사용하지 않고 대역폭의 손실이 없는 개선형 SLM 기법을 연구하였다. 시뮬레이션 결과, 4개의 위상 회전 시퀀스를 갖는 SLM을 사용하였을 때, 파일럿 삽입으로 인해 높아진 신호의 PAPR을 원래 수준과 비슷한 성능으로 감소되는 것을 알 수 있다.
SC-FDMA(Single Carrier-Frequency Division Multiple Access) 통신 시스템에서 채널 추정을 위한 파일럿은 CAZAC 시퀀스를 이용하여 OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing) 신호의 높은 PAPR(Peak-to-Average Power Ratio)을 낮추는 방식을 사용한다. 그런데, 채널 추정을 위한 파일럿이 블록 타입으로 전송되므로, 수신단에서 파일럿 블록 사이의 여러 OFDM 심볼들은 시간 영역에서의 보간법을 시용하여 채널 추정하여야 하므로 매우 복잡하고 처리 시간이 길어질 수 있다. 또한 심한 fast fading 채널에서는 이러한 문제점이 더욱 커진다. 한편, 효과적인 고속 채널 추정을 위하여 OFDM 심벌 단위로, 주파수 영역에서 보간법을 수행하는 comb 타입의 파일럿을 사용하게 되면 OFDM 신호의 PAPR이 다시 높아지는 문제가 발생한다. 본 논문에서는 PAPR 감소와 효과적 채널 추정이 가능한 comb 타입의 파일럿을 배치 방법을 연구하였다. 이를 위하여 CAZAC 행렬 변환된 OFDM 신호에 comb 타입의 파일럿을 배치하고, 추가로 SLM 기법을 사용하였다. 그러나 기본적인 SLM(Selected Mapping) 기법은 위상 회전에 관한 부가 정보 전송이 필요하기 때문에 대역폭의 손실을 가져온다는 단점이 있다. 따라서, 본 연구에서는 파일럿은 SLM 위상 시퀀스와 곱해지지 않으며, SLM 위상 회전 시퀀스에 따라 서로 다른 파일럿을 신호에 삽입하여, 부가 정보를 사용하지 않고 대역폭의 손실이 없는 개선형 SLM 기법을 연구하였다. 시뮬레이션 결과, 4개의 위상 회전 시퀀스를 갖는 SLM을 사용하였을 때, 파일럿 삽입으로 인해 높아진 신호의 PAPR을 원래 수준과 비슷한 성능으로 감소되는 것을 알 수 있다.
PAPR of the pilot symbols can be reduced down by the CAZAC sequence in the SC-FDMA communication system. However, it is very complicated and takes quite a long time to compute the interpolation between the OFDM information symbols for the channel estimation because the pilot data are trasmitted in t...
PAPR of the pilot symbols can be reduced down by the CAZAC sequence in the SC-FDMA communication system. However, it is very complicated and takes quite a long time to compute the interpolation between the OFDM information symbols for the channel estimation because the pilot data are trasmitted in the block type. Furthermore, situation will be much more serious in the severe fading channel. Actually the pilot insertion of the comb type is much efficient and convenient for the channel estimation since the calculation of the interpolation can be made in the frequency domain symbol by symbol. But, the PAPR will be regrown when the pilot data are inserted with the information data in the comb type. So, in this paper, we like to study the PAPR reduction and comb type pilot assignment for the efficient channel estimation. Unlike the conventional SLM(selected mapping) method requiring the side information, our improved SLM method is to use the phase rotation sequence into information data without rotating phase of pilot. We use different pilot data according to the different phase rotation sequence. From the simulation result, it can be confirmed that when SLM method of 4 phase rotation sequence is used, PAPR is almost same to the block type method without pilot.
PAPR of the pilot symbols can be reduced down by the CAZAC sequence in the SC-FDMA communication system. However, it is very complicated and takes quite a long time to compute the interpolation between the OFDM information symbols for the channel estimation because the pilot data are trasmitted in the block type. Furthermore, situation will be much more serious in the severe fading channel. Actually the pilot insertion of the comb type is much efficient and convenient for the channel estimation since the calculation of the interpolation can be made in the frequency domain symbol by symbol. But, the PAPR will be regrown when the pilot data are inserted with the information data in the comb type. So, in this paper, we like to study the PAPR reduction and comb type pilot assignment for the efficient channel estimation. Unlike the conventional SLM(selected mapping) method requiring the side information, our improved SLM method is to use the phase rotation sequence into information data without rotating phase of pilot. We use different pilot data according to the different phase rotation sequence. From the simulation result, it can be confirmed that when SLM method of 4 phase rotation sequence is used, PAPR is almost same to the block type method without pilot.
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문제 정의
본 논문에서는 CAZAC 행렬 변환 기법을 통해 OFDM시스템에서 발생한 PAPR을 줄이고, Comb Type 파일럿 배치를 통해 OFDM 시스템의 채널 추정 성능을 향상시키고자 할 때 다시 증가하는 PA- PR을 SLM 기법을 이용하여 줄이는 방식을 제안한다. 일반적인 OFDM 시스템에서의 신호를 CAZAC 행렬 변환하였을 때의 PAPR 성능은 DFT를 사용할 때와 동일하다.
가설 설정
먼저, Block Type 파일럿 배치방식은 slow fading 채널이라는 가정 하에 사용된다. 따라서 decision feedback equalizer에서 또한 채널 전달 함수는 빠르게 변하지 않는다고 가정한다. 그러나, Comb Type 파일럿 채널 추정은 주파수 영역에서 채널을 추정하기 위한 알고리즘과 채널을 보간하기위한 알고리즘으로 구성되어 있다.
제안 방법
Method 1의 SLM 기법은 입력 심볼 시퀀스에 서로 다른 위상 시퀀스를 곱하여。개의 서로 다른 데이터 시퀀스를 생성한다. 그리고 심볼 시퀀스들을 IFFT하여 OFDM 신호를 생성한다. 서로 다른 위상 시퀀스가 곱해진 1/개의 신호는 각각의 PAPR을 계산하여 가장 작은 PAPR을가지는 신호를 선택하여 전송하고, 선택된 신호의 위상 시퀀스 인덱스를 부가 정보로 송신한다.
그리고 채널을 정확하게 추정하기 위해 SLM을 통과할 때 파일럿은 회전되지 않도록 위상 회전 시퀀스를 조절한 SLM 기법(Method 2)을 사용하였다. 또한 SLM 기법의 단점인 부가 정보에 의한 대역폭의 손실을 개선하기 위해서 선택된 위상 회전 시퀀스에 따라 서로 다른 파일럿을 삽입(Method 3)하여 대역폭의 손실 없이도 부가 정보를 사용한 SLM 기 법(Method 1, Method 2) 과 동일한 PAPR 성능을 같도록 하였다. 시뮬레이션을 통해 파일럿을 삽입한 CAZAC 행렬 변환된 0F- DM 시스템에 SLM 기법을 적용하였을 때 기존 시스템들에 비해 어떠한 PAPR 성능을 갖는지 비교 .
본 논문에서는 M=60개의 부 반송파를 갖는 입력심볼 시퀀스에 한 심볼을 기준으로 11, 26, 39, 54번부 반송파 위치에 £=4개의 파일럿을 배치하여 총 N(=MM)개의 부 반송파를 갖도록 구성하였다. 따라서 식 (3)의 CAZAC 변환된 입력 심볼 A는 파일럿이 삽입되어 식 (4)와 같이 표현된다.
시뮬레이션을 통해 파일럿을 삽입한 CAZAC 행렬 변환된 0F- DM 시스템에 SLM 기법을 적용하였을 때 기존 시스템들에 비해 어떠한 PAPR 성능을 갖는지 비교 . 분석하여, 파일럿을 삽입하면서 발생하는 PAPR 성능의 열화와 CAZAC과 SLM을 사용하면서 얻는 PAPR 성능의 개선 효과를 확인하였다. 또한 각 SLM 기법 Method 1, 2, 3간의 PAPR 성능의 차이를 비교 .
또한 SLM 기법의 단점인 부가 정보에 의한 대역폭의 손실을 개선하기 위해서 선택된 위상 회전 시퀀스에 따라 서로 다른 파일럿을 삽입(Method 3)하여 대역폭의 손실 없이도 부가 정보를 사용한 SLM 기 법(Method 1, Method 2) 과 동일한 PAPR 성능을 같도록 하였다. 시뮬레이션을 통해 파일럿을 삽입한 CAZAC 행렬 변환된 0F- DM 시스템에 SLM 기법을 적용하였을 때 기존 시스템들에 비해 어떠한 PAPR 성능을 갖는지 비교 . 분석하여, 파일럿을 삽입하면서 발생하는 PAPR 성능의 열화와 CAZAC과 SLM을 사용하면서 얻는 PAPR 성능의 개선 효과를 확인하였다.
이론/모형
" data-before="한다" data-ocr-fix="">한다. Fast Fading 채널에서는 Comb Type 파일럿이 Block Type 파일럿보다 우수한 채널 추정 성능을 가지므로 본 논문에서는 Comb Type 파일럿 배치 방식을 사용하였다.
이러한 파일럿 삽입으로 인한 PAPR 성능 열화를 SLM 기법 (Method 1)을 통해 개선하였다. 그리고 채널을 정확하게 추정하기 위해 SLM을 통과할 때 파일럿은 회전되지 않도록 위상 회전 시퀀스를 조절한 SLM 기법(Method 2)을 사용하였다. 또한 SLM 기법의 단점인 부가 정보에 의한 대역폭의 손실을 개선하기 위해서 선택된 위상 회전 시퀀스에 따라 서로 다른 파일럿을 삽입(Method 3)하여 대역폭의 손실 없이도 부가 정보를 사용한 SLM 기 법(Method 1, Method 2) 과 동일한 PAPR 성능을 같도록 하였다.
본 논문에서는 고속의 데이터를 전송할 때 OFDM 시스템에서 발생하는 PAPR을 저감하기 위한 CA- ZAC 행렬 변환 기법을 적용하였다. Pseudo-random 시퀀스를 적용하여 4개의 SLM branch를 사용할 경우 파일럿을 배치하기 이전의 CAZAC 행렬 변환된 OFDM 시스템과 비교하여 약 0.
그러나 fast fading 채널에서 채널을 추정하기 위해 Comb Type 배치 방식의 파일럿을 삽입하였을 경우, PAPR 성능은 열화된다. 이러한 파일럿 삽입으로 인한 PAPR 성능 열화를 SLM 기법 (Method 1)을 통해 개선하였다. 그리고 채널을 정확하게 추정하기 위해 SLM을 통과할 때 파일럿은 회전되지 않도록 위상 회전 시퀀스를 조절한 SLM 기법(Method 2)을 사용하였다.
성능/효과
Pseudo-random 시퀀스를 적용하여 4개의 SLM branch를 사용할 경우 파일럿을 배치하기 이전의 CAZAC 행렬 변환된 OFDM 시스템과 비교하여 약 0.35 dB, 8개의 SLM branch를 사용하였을 경우에는 거의 비슷한 PAPR 성능을 보였다. CAZAC 행렬 변환 기법과 SLM 기법 모두 PAPR을 저감하기 위한 기법으로 두 가지 기법을 모두 사용하였을 경우 시스템의 복잡도가 증가한다는 단점이 있으나, 파일럿을 삽입하고도 일반적인 OFDM에 비해 3 dB 이상의 개선된 성능을 보인다.
하였다. 그림을 보면〔이에서 Pseudo-random SLM을 사용할 경우 파일럿이 삽입된 CAZAC 행렬 변환된 OFDM 시스템에 비해 약 1.6 dB 정도 개선되어 파일럿 삽입 후에도 파일럿 삽입 전과 비교하여 약 035 dB 정도의 차이만을 보임을 알 수 있다.
CAZAC 행렬 변환 기법과 SLM 기법 모두 PAPR을 저감하기 위한 기법으로 두 가지 기법을 모두 사용하였을 경우 시스템의 복잡도가 증가한다는 단점이 있으나, 파일럿을 삽입하고도 일반적인 OFDM에 비해 3 dB 이상의 개선된 성능을 보인다. 또한 올바른 채널 추정을 위해서 파일럿의 위상이 회전하지 않도록 위상 회전 시퀀스를 재배치한 경우의 SLM(Method 2)을 사용하였을 경우, 그리고 Method 2에 부가 정보로 인한 대역폭의 손실을 막기 위해서 선택되는 위상 회전 시퀀스에 따라 서로 다른 파일럿을 삽입하여 부가 정보를 사용하지 않는 방식 (Method 3)을 추가하였을 경우 모두 PAPR의 성능 저하에는 거의 영향을 미치지 않음을 알 수 있었다.
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