결합된 DCT/DST 사전부호화 OFDM 시스템의 PAPR 분석

Abstract

OFDM (orthogonal frequency division multiplexing)은 고속의 데이터열을 다수의 직교 부반송파를 이용하여 저속의 병렬 데이터열로 전송하는 방식으로 다중 경로에 의해 발생하는 주파수 선택적 페이딩 채널에서 단일 반송파 변조보다 좋은 성능을 가지고, 주파수 효율에서 매우 우수한 특성이 있다. 또한, FFT를 사용하여 간단히 구현이 가능하며 간단한 등화기로 등화가 가능하게 해준다. 그러나 OFDM 시스템은 다중 반송파를 이용하기 때문에 각각의 부반송파가 동위상으로 더해지는 경우 시간 영역 신호에서 높은 PAPR (peak to average power ratio)을 가진다는 단점이 있다. 즉 높은 PAPR은 송신단에 비선형 증폭기를 거치게 되면 신호가 왜곡되고 증폭기의 효율이 크게 감소된다. 이러한 PAPR 문제를 해결하기 위한 방법의 하나인 부호화 기법에서 Hadamard를 이용한 사전부호화는 PAPR성능을 향상시키면서 전력 증가와 부가정보 전송이 필요 없다. 이에 따라 DCT(discrete cosine transform) 사전부호화를 통한 OFDM 시스템이 나오게 되었는데, 이 기법은 음성, 영상처리나 신호처리에 쓰이는 DCT의 에너지 집중 특성을 이용하여 PAPR을 감소시킨다. 이에 본 논문에서는 기존에 알려진 DCT 사전부호화를 통한 OFDM 시스템에서 응용하여 DCT와 DST(discrete sine transform)를 결합한 사전부호화 OFDM 시스템을 제안한다. 이 기법에서는 DCT와 마찬가지로 신호의 평균 에너지가 많은 부분을 비교적 적은 변환계수의 성분으로 퍼지는 에너지 집중 특성을 갖는DST를 이용한다. 하지만 DCT와 DST의 에너지 집중 특성은 서로 다른 변환 계수를 가지는데 서로 다른 에너지 집중 특성을 결합하기 위하여 OFDM 신호를 실수부와 허수부로 나누어서 각자 DCT와 DST를 적용시켜준 뒤 복소 신호로 합하게 된다. 이와 같은 과정으로 DCT와 DST를 결합한 사전부호화 OFDM 시스템은 기존의 DCT 사전부호화 기법보다 PAPR 성능을 향상시킨다. 이렇게 제안된 기법은 간단한 구현으로 복잡도가 낮고 PAPR 성능 향상을 크게 얻을 수 있으므로 간단한 OFDM 시스템 구현에 매우 적합하다.