[논문]직교 주파수 분할 다중화 신호의 최대전력 대 평균전력의 비 감소를 위한 크기 및 위상 변이 선택 사상 기법

전현배; 김기훈; 노종선; 신동준

직교 주파수 분할 다중화 신호의 최대전력 대 평균전력의 비 감소를 위한 크기 및 위상 변이 선택 사상 기법
Amplitude and Phase Variant SLM Scheme for PAPR Reduction in QAM Modulated OFDM Signals 원문보기

한국통신학회논문지. The Journal of Korea Information and Communications Society. 통신이론 및 시스템, v.35 no.2C, 2010년, pp.203 - 209

전현배 (서울대학교 전기.컴퓨터공학부 및 뉴미디어통신 연구소) , 김기훈 (서울대학교 전기.컴퓨터공학부 및 뉴미디어통신 연구소) , 노종선 (서울대학교 전기.컴퓨터공학부 및 뉴미디어통신 연구소) , 신동준 (한양대학교 전자통신컴퓨터공학부)

초록
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본 논문에서는 크기 및 위상 변이 선택사상 기법(amplitude and phase variant SLM)을 제안한다. 이 기법은 직교 진폭 변조(quadrature amplitude modulation; QAM)로 변조된 직교 주파수 분할 다중화(orthogonal frequency division multiplexing; OFDM)신호에서 최대전력 대 평균전력의 비(peak to average power ratio; PAPR)를 감소시킨다. 주파수 영역에서 QAM 심볼들의 위상만을 회전시키는 기존의 SLM과 비교하였을 때에 제안된 기법은 QAM 심볼들로 대응되기 전의 이진 데이터의 특정 위치에 이진 시퀀스를 곱해줌으로써 QAM 심볼에 대응 시에 위상은 물론 크기까지 변화시켜준다. 모의실험 결과는 제안된 기법이 QAM 변조된 OFDM 신호들에 대하여 기존의 SLM 보다 PAPR 감소 성능이 더 좋다는 것을 보여준다.

Abstract ▼ AI-Helper

In this paper, we propose a new selected mapping (SLM) scheme for reducing peak to average power ratio (PAPR) of orthogonal frequency division multiplexing (OFDM) signals modulated with quadrature amplitude modulation (QAM), called amplitude and phase variant SLM (APSLM). Contrary to the conventional SLM which rotates the phases of QAM symbols in the frequency domain, the proposed scheme changes the magnitudes as well as the phases of QAM symbols by applying binary sequences to the binary data sequence before mapped to QAM symbols. Simulation results show that the proposed scheme has better PAPR reduction performance than the conventional SLM scheme for the QAM modulated OFDM signals, especially for the small number of subcarriers.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

수식 (10)으로부터, cov(F"), p3)) 를 0으로 만들기 위하여 가능한 剧思'甲区")|勺를 1에 가깝게 만들어야 한다. 본 논문에서는 16-QAM과 64-QAM의 경우에 대해서, APSLM의 후보 심볼 시퀀스의 평균 심볼 전력의 공분산을 분석해보겠다. 그림 1은 APSLM에서 Gray 사상을 사용하는 경우의 16-QAM 성상도의 예를 보여준다 만약 S= {0, 1, 2, 3}을 사용하고 SC=0 이며 /* , )이 — 1인 경우 &번째 입력 심볼에 대해 모든 비4 력 심볼들은 심볼 전력에 따라。1 = 0.
본 논문에서는 QAM 변조된 OFDM 신호에 대하여 PAPR을 감소시킬 수 있는 새로운 SLM 기법을 제안하였다. 제안된 기법은 후보 OFDM 신호 시퀀스들을 상호 독립적이게 만들기 위해, 이진 형식의 입력 심볼 시퀀스에 이진 위상 시퀀스를 적용하여 위상뿐만 아니라 크기까지 변화시킨다.
본 논문에서는 좋은 SLM 기법을 위한 위상 시퀀스의 조건을 살펴보고 후보 신호 시퀀스들의 독립성과 그들의 평균 심볼 전력의 공분산과의 관계를 분석한다. 이러한 결과를 기초로, 크기 및 위상변이 SLM(amplitude and phase variant SLM; APSLM)이라는 새로운 기법을 제안한다.

가설 설정

IFFT 이후에 얻어진 OFDM 신호 시퀀스는 큰 7V에 대해 중심 극한 이론(central limit theorem) 에의해 복소수 가우시안 분포로 가정된다. 그러므로 두 개의 후보 OFDM 신호들의 공분산 값 0은 이들의 상호 독립을 의미한다.
이후 전개되는 내용에서는 M-QAM으로 변조된 OFDM 심볼 시퀀스의 평균 심볼 전력은 1로 평준화 된다고 가정한다.
두 개의 후보 심볼 시퀀스의 평균 심볼 전력의 공분산을 비교하기 위하여, S의 선택에 따른 APSLM의 두 가지 경우를 소개한다. 즉, Type-Ie S= {0, 2, 3, 5} 이고 S°= {1, 4} 인 경우이고 Type-II 는 S= {0, 1, 2, 3, 4, 5} 이고 SC=0 인 경우를 가정한다. 应=64인 경우에 대해서 (13)과 같은 방법으로 계산하면, Type-I의 경우는 평균 심볼 전력의 공분산이 2.

제안 방법

APSLM과 기존의 SLM에 대해 두 후보 심볼 시퀀스의 평균 심볼 전력의 공분산을 비교하고 U=8 인 경우에 대해 그들의 PAPR 감소 성능을 비교한다. 이진 시퀀스 는 순환 Hadamard 행렬의 행을 이용하여 생성하였고 [8], a = 0인 경우는 입력심볼 시퀀스를 그대로 사용하였다.
Gray 사상을 고려한다. 두 개의 후보 심볼 시퀀스의 평균 심볼 전력의 공분산을 비교하기 위하여, S의 선택에 따른 APSLM의 두 가지 경우를 소개한다. 즉, Type-Ie S= {0, 2, 3, 5} 이고 S°= {1, 4} 인 경우이고 Type-II 는 S= {0, 1, 2, 3, 4, 5} 이고 SC=0 인 경우를 가정한다.
83X10T이고 Type-II에 대해서는 L13X10-3이 됨을 알 수 있다. 따라서, Type-I에서의 두 후보 심볼 시퀀스의 평균 심볼 전력의 공분산은 Type-Ⅱ의 것보다 작다 위의 두 경우의 PAPR 감소 성능은 다음 절에서 실험을 통하여 비교하였다.
이 부분에서는, APSLM이라 불리는 새로운 SLM 기법을 제안한다. S={j0, i1, .
분석한다. 이러한 결과를 기초로, 크기 및 위상변이 SLM(amplitude and phase variant SLM; APSLM)이라는 새로운 기법을 제안한다. 이 기법은 입력 이진 신호의 미리 정해진 비트 위치에 이진 시퀀스를 곱함으로써 후보 심볼 시퀀스를 생성한다.
하지만 높은 차수의 결합 누적율을 계산하기는 쉽지 않기 때문에, 후보 OFDM 신호 시퀀스들의 독립성 검사를 위해서는 4 차까지만의 결합 누적율을 고려하기로 한다. 이러한 결합 누적율의 조건에 기반하여 모든 후보 OFDM 신호간의 2차와 4차의 결합 누적율을 0에 가깝도록 하는 새로운 SLM 기법을 제안한다. 실험을 통해서 후보 OFDM 신호 시퀀스 간의 4차 결합 누적율이감소할수록 PAPR 감소 성능은 증가 한다는 것을 보인다.
제안된 기법은 후보 OFDM 신호 시퀀스들을 상호 독립적이게 만들기 위해, 이진 형식의 입력 심볼 시퀀스에 이진 위상 시퀀스를 적용하여 위상뿐만 아니라 크기까지 변화시킨다. 제안된 기법은 기존의 SLM과 비교할 때 계산 복잡도나 추가 정보를 증가 시키지 않는다. 모의실험 결과는 기존의 SLM 기법보다 제안된 기법의 PAPR 감소 성능이 더 좋다는 것을 보여준다.
제안하였다. 제안된 기법은 후보 OFDM 신호 시퀀스들을 상호 독립적이게 만들기 위해, 이진 형식의 입력 심볼 시퀀스에 이진 위상 시퀀스를 적용하여 위상뿐만 아니라 크기까지 변화시킨다. 제안된 기법은 기존의 SLM과 비교할 때 계산 복잡도나 추가 정보를 증가 시키지 않는다.

이론/모형

이진 시퀀스 는 순환 Hadamard 행렬의 행을 이용하여 생성하였고 [8], a = 0인 경우는 입력심볼 시퀀스를 그대로 사용하였다.

성능/효과

(3)의 이론적인 CCDF 결과와 비교하기 위하여 과표본 계수는 1 로 설정하였다. 기존의 SLM의 성능이 제안한 방법보다 성능이 열화됨을 알 수 있^, 제안한 방법과 기존의 SLM의 성능 차이는 7V이 증가할수록 감소한다. APSLM의 PAPR 감소 성능은 0=64에 대하여 Type-I이 Type-II보다 좋은 성능을 보이고 있다 따라서, PAPR 감소 성능은 그림 3에서의 공분산의 경향과 일치함을 알 수 있다.
알 수 있다. 따라서, SLM의 부가 정보가 정확히 수신된다면, 제안된 방법에서 BER 성능 열화는 없다. 또한, APSLMe 이진 연산으로 후보 신호를 생성하기 때문에 기존의 SLM과 비교하였을 때 계산 복잡도나 추가 정보의 크기를 증가 시키지 않는다.
제안된 기법은 기존의 SLM과 비교할 때 계산 복잡도나 추가 정보를 증가 시키지 않는다. 모의실험 결과는 기존의 SLM 기법보다 제안된 기법의 PAPR 감소 성능이 더 좋다는 것을 보여준다. 이는 이론적인 성능에 근접하게 된다.
이러한 결합 누적율의 조건에 기반하여 모든 후보 OFDM 신호간의 2차와 4차의 결합 누적율을 0에 가깝도록 하는 새로운 SLM 기법을 제안한다. 실험을 통해서 후보 OFDM 신호 시퀀스 간의 4차 결합 누적율이감소할수록 PAPR 감소 성능은 증가 한다는 것을 보인다. 일반적으로 a번째 후보 심볼 시퀀스 X(u) 의 k번째 심볼은 아래와 같다
이는 이론적인 성능에 근접하게 된다. 제안된 기법의 PAPR 감소 성능의 개선은 QAM 변조된 OFDM 신호에 대해 U가 커질수록 7V이 감소할수록 증가한다.

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