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PAPR 성능 개선을 위한 새로운 신호 처리 기법
A New Signal Processing Technique for Improving PAPR performance 원문보기

한국방송공학회 2010년도 추계학술대회, 2010 Nov. 13, 2010년, pp.211 - 213  

엄승식 (고려대학교) ,  고영채 (고려대학교)

초록
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본 논문에서는 직교 주파수 다중화 (OFDM) 신호의 새로운 peak to average power ratio (PAPR) 감쇄 기법을 제안한다. 제안 기법은 시간영역에서 OFDM 심볼의 동상 (in-phase) 성분 및 직교 (quadrature) 성분을 회전시키고 재조합한다. 제안 기법은 기존의 partial transmit sequence (PTS) 기법과 비교하여 계산량을 현저히 줄일 수 있는 장점이 있었음에도 모의 실험을 통해 얻어진 PAPR의 complementary cumulative distribution function (CCDF)는 PTS와 비교할 때 거의 같은 성능을 보였다. 더욱이 제안된 기법은 additive white Gaussian (AWGN) 채널 및 다중 경로 페이딩 채널 (multi-path fading channel)에서 일반적인 OFDM 신호를 전송할 때와 거의 같은 BER (bit error rate) 성능을 보였다.

AI 본문요약
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문제 정의

  • 이 중 PTS 기법은 같은 복잡도에서 SLM 보다 약간 더 좋은 성능을 보이는 것으로 알려져 있다[3]. 따라서 본 논문에서는 제안 기법과 PTS 기법의 성능 및 복잡도를 비교하도록 하겠다.
  • 본 기법은 같은 정보를 가지는 다수의 OFDM 심볼을 생성하여 그중 가장 작은 PAPR을 가지는 심볼을 전송하는 기법이다. 기존에 잘 알려진 PTS 기법 또한 여러 종류의 OFDM 심볼을 생성하는 방식을 이용하지만 다수의 IFFT 처리가 필요하기 때문에 하드웨어 복잡도가 높은 단점이 있다.

가설 설정

  • 그림 3은 제안하는 기법에서 BER 성능의 열하가 없음을 보여주고 있다. 다중 경로 페이딩 채널은 충분한 길이인 30개의 채널 응답을 가지며 각각은 복소 가우시안 분포를 가지고 채널의 총 전력이 단위 전력 (unit power)을 가지는 것을 가정하였다.
  • 그림 2 에서 제안하는 기법과 PTS 기법의 PAPR 성능을 CCDF를 통하여 나타내었다. 본 모의 실험에서 1,000,000개의 심볼을 생성하였으며 부반송파의 수로 N = 256, 부반송파 매핑 기법으로 QPSK(quadrature phase shift keying), 생성할 심볼의 수로 Ns = 8 그리고 4배의 over-sampling을 가정하였다. 그리고 많은 모의 실험을 통하여 위상 변화량인 Θ를 Θ = #로 설정하고 직교 성분의 순환 이동량인 m을 매 심볼을 구할 때 마다 초기 값을 1로 하여 2의 지수 승 형태로 증가시킬 때 PAPR 성능이 우수하다는 것을 확인하였다.
  • 제안 기법과 PTS 기법의 성능을 동일한 조건에서 비교하기 위해서 동일한 개수의 심볼을 탐색한다는 것을 가정하였다. 따라서 Ns가 같기 때문에 여러 OFDM 심볼에 대한 첨두치 전력을 구하는 복잡도는 동일하다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
PTS 기법은 어떻게 PAPR의 개선을 얻어낼 수 있는가? 제안 기법과 PTS 기법 모두 신호 처리를 통해서 다수의 전송될 OFDM 심볼을 생성하여 그 중 가장 작은 PAPR을 갖는 심볼을 전송하는 방식이다. 먼저 PTS 기법에서는 데이터 블록을 여러 개의 부블록으로 나누어 각각 inverse fast fourier transform (IFFT)한 결과를 여러 가지 방식으로 위상을 변경하고 더하여 다양한 OFDM 심볼을 얻어내고 이 심볼들 중에서 PAPR이 가장 낮은 심볼을 전송함으로 PAPR의 개선을 얻어낼 수 있다. 제안 기법은 송신단에서 IFFT 이후의 시간 영역의 신호를 직접적으로 이용하여 신호 처리를 한다.
본 연구에서 제시한 직교 주파수 다중화 신호의 새로운 PAPR 감쇄 기법은 어떻게 동상 성분 및 직교 성분을 재조합하는가? 제안 기법은 송신단에서 IFFT 이후의 시간 영역의 신호를 직접적으로 이용하여 신호 처리를 한다. 시간 영역의 OFDM 심볼을 모든 시간 샘플에 대하여 동일한 위상만큼 회전 시킨 후 직교 성분만을 순환 이동 (circular shift) 하여 동상 성분 및 직교 성분을 재조합한다. 이러한 위상 회전과 직교 성분만의 순환 이동을 반복하는 방법으로 전송될 OFDM 심볼의 다양한 형태를 얻어낼 수 있다.
SLM과 PTS 기법의 핵심 아이디어는 무엇인가? 직교 주파수 다중화 (OFDM) 신호의 peak to average power ratio (PAPR) 감쇄 문제에 대한 많은 연구들이 있었다. 여러 가지 신호 처리 기법 중에서 selected mapping (SLM) [1]과 partial transmit sequence (PTS) [2]가 대표적으로 알려진 방법인데 다수의 OFDM 심볼을 생성하여 이 중 가장 작은 PAPR을 가진 심볼을 전송하는 것이 이 기법들의 핵심적인 아이디어이다. 이 중 PTS 기법은 같은 복잡도에서 SLM 보다 약간 더 좋은 성능을 보이는 것으로 알려져 있다[3].
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