본 논문은 Orthogonal Frequency Division Multiplexing/Offset Quadrature Amplitude Modulation(OFDM/OQAM) 신호의 첨두 대 평균전력비(Peak-to-Average Power Ratio, PAPR)를 줄이기 위해 선택 사상 기법(Selective Mapping, SLM)을 적용 시 발생하는 구현 복잡도의 지수적 증가를 방지하면서 PAPR 저감 성능이 SLM의 최적 성능에 근접하는 적응적 SLM 기법을 제안한다.
송수신 OFDM/Quadrature Amplitude Modulation(QAM) 기술은 IFFT와 FFT를 이용한 신호의 손쉬운 생성과 분리, 단순한 등화기 구조, 용이한 Multi Input Multi Output(MIMO) 기법 적용 등의 장점을 갖고 있다. 그러나 업링크에서 채널간간섭(Inter Channel Interference, ICI)을 방지하기 위해 다중 접속자에게 요구되는 높은 수준의 동기화나, 심볼간 간섭(ISI)을 방지하기 위한 Cyclic Prefix(CP)의 사용으로 인한 주파수 효율 감소 등 단점을 가지고 있다. 반면, Filter Bank Multi-Carrier(FBMC)는 동기에 비교적 민감하지 않고, CP를 사용할 필요가 없으며, 적절한 필터링을 통해 부엽(side lobe) 전력의 크기를 매우 작게 할 수 있다는 장점으로 인해 5G나 Cognitive Radio(CR)와 같은 차세대 통신시스템의 기반 기술 후보로 많은 관심을 받고 있다.
하지만 기존의 OFDM/QAM과 마찬가지로 FBMC 또한 높은 PAPR을 가지며 이는 해결해야 할 중요한 과제이다. 다중반송파 시스템은 다수의 부반송파를 변조하는 신호들이 서로 겹쳐지며 PAPR이 매우 높게 나타나는 양상이 있는데, 높은 PAPR을 갖는 신호는 비선형 특성을 갖는 고출력 증폭기를 거치며 대역 내 및 대역 외 신호에 왜곡과 간섭을 발생시킨다. 또한, 고출력 증폭기를 선형 영역에서 동작시키기 위하여 증폭기에 입력되는 신호의 크기를 낮추는 Back-off를 설정하게 되면 증폭기를 최대 출력에서 사용할 수 없게 되어 전력 효율 측면에서 손해가 발생한다.
FBMC/OQAM은 기존의 OFDM/QAM을 위해 제안된 PAPR 저감기법을 그대로 적용하는 것이 불가능하다. 즉, OFDM/QAM 신호의 PAPR을 저감할 때 각 심볼을 독립적으로 고려한 것과 달리 OFDM/OQAM에서는 연속된 심볼들을 조합적으로 고려하여야 하는데, 이는 PAPR 저감을 위한 구현 복잡도가 데이터 길이에 대해 지수적으로 증가함을 의미한다.
본 논문은 높은 PAPR을 가진 다중반송파 시스템에서 전체 심볼 중 높은 피크 전력을 갖는 심볼의 발생률이 높지 않다는 점에 착안하여, 피크 전력이 높은 부분에서만 PAPR 저감성능과 복잡도가 높은 연산을 수행토록 고안되었다. 즉, 각 심볼의 PAPR을 최소화 하는 위상회전 벡터를 탐색할 때, 기본적으로는 매 심볼에 대해 독립적으로 작동하는 기본탐색(Basic Search, BS)을 수행하여 복잡도를 낮추고, 높은 피크 전력을 갖는 범위에 대해서만 서로 중첩되는 인접 심볼에 대한 위상회전 벡터를 조합적으로 탐색하는 높은 복잡도 및 고성능의 확장탐색(Extended Search, ES)을 수행한다.
제안 기법의 PAPR 저감 성능 검증을 위해 Isotropic Orthogonal Transform Algorithm(IOTA) 필터를 기저함수로 하는 OFDM/OQAM 시스템과 적응적 SLM 블록을 소프트웨어 시뮬레이터로 구현하여 모의실험을 수행하였다. OFDM/OQAM에 SLM 기법을 적용시 PAPR 저감을 위한 최적 위상회전 벡터를 찾기 위해서는 최초 심볼부터 마지막 심볼까지 모두에 대한 위상회전 벡터 조합을 탐색해야 하고, 이로 인해 실현 불가능한 수준의 복잡도 증가가 발생하는데 반해, 제안 기법의 복잡도는 가능한 모든 조합 중에서 최적 위상회전 벡터 조합을 탐색할 때에 비해 약 0.2%에 불과한 것을 확인하였다.
따라서 제안하는 적응적 SLM 기법은 스펙트럼 효율적인 FBMC 시스템에서 증폭기의 비선형 특성으로 인한 성능저하를 줄이고, 전력 사용 효율을 개선하기 위해 적용 가능 할 것이다.

In this paper, we propose adaptive SLM method which demonstrates PAPR reduction performance approaching to SLM optimal performance and prevents exponential incline of complexity when applying SLM for OFDM/OQAM. Even if the signal has high PAPR, high peak does not happen often in whole signal. Proposed method is based on this idea. Basically it carries out the Basic Search(BS) of low complexity during searching the optimum phase rotation vector to reduce PAPR for each symbol. And it carries out the Extended Search(ES) for only the symbol that has high peak. The ES has high complexity because it searches the optimum phase rotation vector combination considering the symbol impact on one another within certain range. Expanding the range of the ES to the entire frame, its performance is the best PAPR reduction performance of the SLM for OFDM/OQAM. However, it has very high complexity as much as it can’t be realized. Proposed method has very low complexity due to it carries out the BS and the ES alternately to the peak power of signal. At this time, the proposed method achieves reduction performance being very close to the SLM optimal performance.