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최대 전력 대 평균 전력 제어 방법 및 장치 document_id A220623014967

분류
의약학
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문맥 (context)
본 발명은 PAPR 제어를 위한 장치 및 방법에 관한 것으로써, 보다 상세하게는, OFDM 방식을 적용한 통신 시스템에서 PAPR 특성을 향상시킬 수 있는 방법 및 장치에 관한 것이다. 직교 주파수 분할 다중화(Orthogonal Frequency Division Multiplexing; 이하 'OFDM') 방식은 주파수 선택적 (frequency-selective) 감쇄(fading) 현상을 보이는 채널에 대해, 주파수 영역(frequency domain)에서 신호처리를 수행함으로써 평탄 감쇄(flat-fading)가 일어나도록 하여, 보다 효율적으로 통신을 수행하도록 하는 방식이다. 상기와 같은 장점으로 인해, OFDM 은 많은 무선통신 시스템에 적용되고 있다. 한편, OFDM 시스템에서는 최대 전력 대 첨두전력 비(Peak to Average Power Ratio; 이하 'PAPR')가 문제된다. 즉, PAPR 이 크면, 최대 전력에 해당하는 신호를 증폭하기 위해, 선형 구간이 큰 전력 증폭기(Power Amplifier)가 필요하다. 그러나, 선형 구간이 큰 전력증폭기를 제작하기 위해서는 비용이 많이 소모되고, 선형구간이 작은 전력증폭기를 사용하게 되면, 비선형 구간에서 증폭된 신호가 왜곡(distortion)되는 문제점 이 있다. 상기와 같은 PAPR 을 개선시키기 위해 다양한 방법들이 제안되었는데, OFDM 신호 생성에 변형을 가하는 방법의 예로서, SC-FDMA, offset DFT-S-OFDM, precoded DFT-S-OFDM 가 있다. 상기 신호 생성 방법들은 주파수 영역에서 부 반송파에 데이터를 맵핑하기 전에 DFT 를 통해서 전송 데이터 벡터를 분산시키고, 그 후에 부반송파에 맵핑함으로써 전송 신호의 PAPR 특성을 개선한다. 상기 신호 생성에 변형을 가하는 방법들은 DFT 변환을 통해서 신호를 분산시킨다는 공통점을 가진다. 즉, 최종 전송 신호에 대해 IDFT 가 수행되므로, 이를 이용하여 최대 전력을 가지는 신호들의 전력을 상쇄하여 최종 전송 신호의 전력 변화량(variation)을 감소시킬 수 있다. 도 1 은 SC-FDMA 방법에 따른 OFDM 신호 생성 장치를 나타낸 일실시예 구성도이다. 도 1 을 참조하면, 직/병렬 변환부(11)는 직렬로 입력된 데이터 심볼을 병렬 신호로 변환시킨다. 그리고, 신호 분산부(12)는 병렬로 전환된 데이터 심볼에 대해, OFDM 신호를 생성하기 전에, 이산 푸리에 변환(Discrete Fourier Transform; 이하 'DFT') 행렬을 이용하여 주파수 영역에서 분산(despreading)을 수행한다. 수학식 1 은 DFT 행렬을 이용하여 병렬 신호를 분산하는 방법을 나타낸 것이다. 수학식 1 에서, N 은 OFDM 신호가 가지는 부반송파의 개수, 는 데이터 심볼 벡터, 는 주파수 영역에서 데이터가 분산된 벡터, 는 시간영역에서 전송되는 OFDM 심볼 벡터를 의미한다. 한편, 는 데이터 심볼을 분산시키기 위해 사용된 의 DFT 행렬이다. 부반송파 맵핑부(13)는 상기와 같이 분산된 벡터 를 부반송파 할당 패턴을 이용하여 부반송파에 맵핑한다. 역 이산 푸리에 변환부(Inverse Descrete Fourier Transform; 이하 'IDFT')(14)는 상기 부반송파에 맵핑된 신호를 시간 영역 신호로 변환한다. 수학식 2 는 역 이산 푸리에 변환을 나타낸 것이다. 수학식 2 에서, 는 주파수 영역의 신호를 시간 영역으로 변환하기 위해 사용된 DFT 행렬이고, 는 IDFT 에 의해 생성된 시간 영역 신호이다. 병/직렬 변환부(15)는 시간영역으로 변환된 병렬 신호를 직렬 신호로 변환하고, 순환전치(cyclic prefix) 삽입부(16)에서는 OFDM 심볼간 간섭을 피하기 위해 순환전치(clclic prefix)를 삽입하여 전송한다. 상기 SC-FDMA 의 PAPR 성능을 개선한 방식이 offset DFT-S-OFDM 방식이다. 그러나, 상기 offset DFT-S-OFDM 방식은 많은 계산량을 필요로 하기 때문에 구현이 복잡해지는 문제점이 있었다. 즉, DFT 분산 수행 과정에서, 입력 심볼의 실수부(real part)와 허수부(imaginary part)를 분리하여 DFT 행렬을 적용하게 되므로, 계산량이 늘어나고, 구현이 복잡해지게 된다. 따라서, 구현상 offset DFT-S-OFDM 방식보다 단순하면서도 PAPR 은 더 좋은 성능을 보이는 방식이 요구된다.
지시문 (instruction)
주어진 원문을 읽고 필요한 정보를 파악하여, 원문에 근거해 질문에 답하라.
질문 (question)
OFDM 시스템에서 PAPR(Peak to Average Power Ratio)이 클 때 발생하는 문제점과 이를 해결하기 위해 제안된 신호 생성 변형 방법들의 공통적인 원리는 무엇인가?
추론 과정 (compact_reasoning)
  1. 1과제 해석task_interpretation

    PAPR이 클 때의 문제점과 신호 생성 변형 방법(SC-FDMA 등)의 공통 원리를 묻는 질문이다.

  2. 2정보 추출information_extraction

    PAPR이 클 경우 발생하는 문제점(전력 증폭기 관련)과 신호 생성 변형 방법의 공통점(DFT 활용)을 추출한다.

    • PAPR 이 크면, 최대 전력에 해당하는 신호를 증폭하기 위해, 선형 구간이 큰 전력 증폭기(Power Amplifier)가 필요하다.
    • 상기 신호 생성 방법들은 주파수 영역에서 부 반송파에 데이터를 맵핑하기 전에 DFT 를 통해서 전송 데이터 벡터를 분산시키고, 그 후에 부반송파에 맵핑함으로써 전송 신호의 PAPR 특성을 개선한다.
    • 상기 신호 생성에 변형을 가하는 방법들은 DFT 변환을 통해서 신호를 분산시킨다는 공통점을 가진다.
  3. 3근거 선택evidence_selection

    문제점은 전력 증폭기 비용 및 왜곡 문제로, 공통 원리는 DFT를 통한 신호 분산으로 선별한다.

    • 선형 구간이 큰 전력증폭기를 제작하기 위해서는 비용이 많이 소모되고, 선형구간이 작은 전력증폭기를 사용하게 되면, 비선형 구간에서 증폭된 신호가 왜곡(distortion)되는 문제점 이 있다.
    • 상기 신호 생성에 변형을 가하는 방법들은 DFT 변환을 통해서 신호를 분산시킨다는 공통점을 가진다.
  4. 4논리 통합logical_integration

    PAPR이 크면 비용이 많이 드는 선형 구간이 큰 증폭기가 필요하거나 신호 왜곡이 발생하며, 이를 개선하는 방법들은 DFT를 통해 신호를 분산시켜 전력 변화량을 감소시킨다는 관계를 도출한다.

    • 이를 이용하여 최대 전력을 가지는 신호들의 전력을 상쇄하여 최종 전송 신호의 전력 변화량(variation)을 감소시킬 수 있다.
  5. 5결론 도출conclusion_formulation

    문제점과 공통 원리를 결합하여 답변을 구성한다.

  6. 6답변 생성answer_generation

    질문에 대해 문제점과 공통 원리를 명확히 기술한다.

최종 답변 (final_answer)
PAPR이 크면 선형 구간이 큰 전력 증폭기를 제작하는 데 많은 비용이 소모되거나, 선형 구간이 작은 전력 증폭기를 사용할 경우 비선형 구간에서 신호가 왜곡되는 문제가 발생한다. 이를 개선하기 위해 제안된 신호 생성 변형 방법들은 DFT 변환을 통해 신호를 분산시킴으로써 최종 전송 신호의 전력 변화량을 감소시킨다는 공통점을 가진다.
핵심 해석 (core_interpretation)
OFDM 시스템에서 PAPR이 클 경우 증폭기 제작 비용이 소모되거나 신호 왜곡이 발생하며, 이를 완화하기 위한 신호 생성 변형 방법들은 DFT 변환을 통해 신호를 분산시켜 전력 변화량을 감소시킨다.