PAPR 감소를 위한 톤 예약 확산 부호 방식의 톤 배치 기법

Abstract

OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing) 시스템은 IEEE 802.11a 와 ETSI BRAN’S HYPERLAN 2 표준, 그리고 유럽의 디지털 TV 방송의 표준 방식인 DAB와 DVB-T에 채택되었다. OFDM 시스템은 광대역의 무선 채널을 여러 개의 협대역 채널로 분할하여 데이터를 전송하기 때문에 주파수 선택적 페이딩 환경에 강하고 보호 구간(guard interval)을 삽입함으로써 인접신호간 간섭을 제거하기도 용이하다. 또한 부반송파(subcarrier)들의 직교성(orthogonality)을 이용하여 데이터를 서로 겹친 형태로 전송할 수 있어서 주파수 이용 효율을 높일 수 있다. 그러나 OFDM 시스템은 다중 반송파를 이용하기 때문에 각 반송파들이 동위상으로 합쳐져 높은 PAPR(Peak to Average Power Ratio)이 발생한다. 높은 PAPR은 비선형 증폭기를 통과하게 되면 신호가 감쇠되어 왜곡되는 문제점이 발생한다. 또한 A/D, D/A 컨버터에서 높은 PAPR로 인해 SQNR(Signal to Quantization Noise Ratio)이 저하된다. 그래서 높은 PAPR을 저감시키기 위한 다양한 기법들이 제안되어 왔다. 그 중에서 톤 예약 기법은 클리핑 기법에서 발생하는 BER 성능 열화가 없으며 선택적 사상기법과 부분 전송열 기법에서 사용되는 추가 정보(side information) 전송 없이 PAPR을 감소시킬 수 있다. 본 논문에서는 OFDM에서 톤 예약 기법을 기반으로 PAPR을 감소시키는 톤 배치를 찾고 PAPR 감소가 톤 배치에 따라 다름을 보인다. 톤 배치는 톤을 연속적으로 배치하는 연속 배열과 톤 사이를 최대 이격 거리로 배치한 분산 배열을 사용한다. 전체 부반송파 수가 적을수록 분산 배열이 연속 배열보다 PAPR 감소 능력이 우수하며 전체 부반송파 수가 많을수록 연속 배열이 분산 배열보다 PAPR 감소 능력이 우수하다. 또한 톤 예약 기법에 확산 부호 방식을 결합하여 기존의 톤 예약 기법보다 PAPR 감소 능력을 향상시킬 수 있음을 보인다. 확산 부호 기법은 영상처리에서 주로 사용되는 DCT(Discrete Cosine Transform) 변환을 적용하였다. 톤 예약 기법에 확산 부호 방식을 결합한 톤 예약 확산 부호 방식에서 톤 배치에 따라 PAPR 감소 성능과 BER 성능 차이를 분석한다. 톤 예약 확산 부호 방식은 톤 예약 기법의 PAPR 감소 능력을 향상시킬 수 있으며 전체 부반송파 수에 따른 톤 배치를 통해 PAPR 감소 성능을 향상시킬 수 있다. 비선형 증폭기가 사용된 OFDM 시스템에서 톤 예약 확산 부호 방식은 PAPR 감소와 더불어 BER 성능이 향상된다. 마지막으로 레일레이 페이딩(Rayleigh fading) 환경에서 톤 배치에 따라 BER 성능을 비교하여 페이딩 환경에서도 부반송파 수에 따라 연속 배열과 분산 배열의 BER 성능 차이가 발생함을 보인다.