OFDM 통신 시스템에서 PAPR 감소를 위한 부분 사전 스크램블링 기법

Abstract

OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing) 시스템은 하나의 데이터열이 보다 낮은 데이터 전송률을 갖는 다수의 부반송파를 통해 전송 하므로서 고속 통신에 매우 좋은 방식이다. 하지만 시간 영역에서 OFDM 신호는 독립적으로 변조된 많은 부반송파들로 구성되므로 이들이 동위상으로 신호가 합쳐질 때 신호의 진폭이 증가하여 PAPR(Peak-to-Average Power Ratio)이 증가된다. SLM(Selected Mapping)이나 PTS(Partial Transmit Sequence)등의 스크램블링기법은 위상 회전을 통해 정보 신호의 왜곡 없이 효과적으로 PAPR을 저감 할 수 있다는 장점을 가지고 있으나 여러 개의 IFFT의 사용과 위상 가중치 선택을 위한 계산으로 시스템의 복잡도가 지수적으로 증가하고 전송 지연으로 인한 실시간 전송이 어렵고, 부가 정보가 많이 필요하다는 단점을 가지고 있다. 따라서 본 논문에서는 PAPR의 감소와 시스템의 복잡도 감소를 위해 상관기를 사용하여 데이터 시퀀스의 PAPR값을 부분적으로 미리 분석하고 이를 기반으로 위상의 변화를 주는 부분 사전-스크램블링 기법을 제안한다. 부분 사전-스크램블링 기법은 SLM이나 PTS등의 스크램블링기법과 달리 PAPR 값을 미리 분석해서 IFFT 앞단에서 위상변화를 주기 때문에 IFFT를 여러 번 사용할 필요가 없어서 궤한적 시간 지연이 발생하지 않고 연산속도가 개선된다. 그리고 IFFT 숫자가 적으므로 계산 복잡도가 적고 기존의 사전 스크램블링 기법보다 상관기 증가로 인한 시스템 복잡도는 증가하지만 데이터 시퀸스를 부분적으로 분석해서 위상변화를 주기 때문에 부반송파의 수가 증가하게 되어도 상관기의 계산량과 복잡도가 증가하지 않는다. 하지만, 부분 사전-스크램블링기법은 부 반송파의 수가 증가 할수록 상관기가 부 블록 수 만큼 증가하고 부가정보(side information)가 부 블록 수만큼 증가하는 단점을 가지고 있다. 이러한 단점을 개선하기 위한 개선된 부분 사전 스크램블링 기법도 제안 한다. 개선된 부분 사전-스크램블링 기법은 한개의 상관기를 사용하므로써 상관기의 수를 감소시키고 반전 시켜주는 부 블록의 위치를 고정하므로써 위상에 대한 부가정보 없이 PAPR값을 감소할 수 있다. 시뮬레이션 결과를 통하여 본 논문에서 제안한 알고리즘들의 성능을 기존의 스크램블링 기법과 비교 본 결과 PAPR 감소효과를 보이면서 계산 복잡도를 감소할 수 있다.