OFDM 통신 시스템에서 PAPR 감소를 위한 개선된 사전 스크램블링 기법

Abstract

직교 주파수 분할 다중(OFDM:Orthogonal Frequency Division Multiplexing) 시스템은 광대역의 무선 채널을 여러 개의 협대역 채널로 분할하여 보내기 때문에 주파수 선택적 채널 왜곡에 쉽게 대처할 수 있다는 장점이 있다. 또한 부반송파들의 직교성을 이용하여 다수의 디지털 변조파를 서로 겹친 형태로 보내기 때문에 주파수 이용 효율을 높일 수 있으며, 이는 유무선 채널에서의 고속 데이터 전송을 가능하게 한다. 그러나 이러한 고속 데이터 전송을 가능하게 하는 OFDM 시스템은 몇 가지 문제점을 가지고 있다. 그 중 하나가 신호의 전력이 어느 지점에서 굉장히 커짐으로써 증폭기의 비선형 특성으로 인해 신호에 왜곡이 발생하는 최대전력 대 평균전력비(PAPR:Peak-to-Average Power Ratio) 문제이다. OFDM 시스템에서는 N비트의 입력데이터가 N개의 직교 반송파를 통하여 동시에 변조되기 때문에 최대 순시 전력을 발생시킬 수 있는 불안정한 포락선을 갖게 되며 이로 인하여 송신 전력 증폭기의 효율성이 감소되어 신호의 비선형 왜곡이 발생하게 된다. 따라서 전송 신호의 최대전력 대비 평균전력의 비로 나타내어지는 PAPR이 커지게 되며, 아날로그-디지털 변환기와 디지털-아날로그 변환기의 복잡도가 증가하는 등 여러 가지 문제점이 발생하게 된다. 따라서 이러한 문제점을 해결하기 위해 PAPR 감소를 위한 여러 가지 기법들이 연구되고 있다. 본 논문에서는 PAPR을 감소시키기 위해 입력되는 데이터의 PAPR 값을 IFFT 단을 이용하여 미리 계산하고, 일정한 패턴을 이용해 데이터의 위상을 바꾸어 주는 개선된 사전 스크램블링 기법을 제안한다. 또한 개선된 사전 스크램블링(Improved Pre-Scrambling) 기법과 기존의 부분 전송 시퀀스(PTS:Partial Transmit Sequence) 기법 및 사전 스크램블링(Pre-Scrambling) 기법을 모의실험을 통하여 비교하여 개선된 사전 스크램블링 기법이 기존의 기법들보다 성능이 향상됨을 보인다.; Orthogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM) is a very attractive technique for achieving high-bit-rate wireless data transmission and high spectrum efficiency. However, one of the disadvantages of OFDM signals includes the high Peak to Average Power Ratio (PAPR) characteristic when multi-carriers are added up coherently. An OFDM signal with high PAPR causes nonlinear distortion and power penalty at the transmitter. As solutions to the PAPR problem, several techniques have been proposed. In this thesis, a PAPR reduction technique called the improved pre-scrambling scheme is proposed. This scheme consists of the following processes: First, it measures the PAPR value of the input data, and this value is compared to the previously decided threshold. If this value is larger than the previously decided threshold, the phase of the input data changes to a regular pattern. The simulation results of this thesis show that this scheme has less computational complexity and reasonable PAPR reduction capability compared to the Partial Transmit Sequence (PTS) technique. This scheme also has reasonable PAPR reduction capability compared to the pre-scrambling scheme.