효율적 다차원 성상도를 이용한 다중 반송파 전송 시스템의 전력 감소법

Abstract

디지털 통신 시스템에서는 대역폭과 전력을 효율적으로 사용하면서 신뢰성 높은 데이터 전송을 요구한다. 본 논문에서는 다중 반송파 방식을 사용하는 시스템에서 반송파의 직교성을 이용하여 다차원 성상도를 구현하고 전력 소비가 큰 성상 포인트의 위치를 재배치하여 평균 소비 전력을 감소시킬 수 있는 기술을 제안한다. 기존의 2차원 QAM 변조 방식을 N개의 부반송파를 사용하여 다차원 QAM 형태로 단순하게 변환하면 2 N차원 큐브 형태의 성상 포인트가 구성되는데, 전력 소비가 많은 최외각 성상 포인트들을 효율적으로 재배치하면 전력 소비를 최소화할 수 있는 2 N차원 구 형태의 성상도를 구성할 수 있다. 이와 같은 방식으로 16-QAM부터 2,048-QAM까지의 2차원 성상도를 다차원으로 변환하여 구성하고 전산모의실험을 통해 얻을 수 있는 평균 소비 전력 이득 값을 비교 분석하였다. 차원을 높일수록 재배치 성상 포인트들이 증가하므로 평균 소비 전력 이득 값이 커지는 것을 알 수 있다. 하지만 차원 증가에 따른 이득의 증가비율은 로그 형태를 가지고 있기 때문에 QAM의 성상 포인트 개수에 따라 일정한 이득값에 수렴하게 되고 수렴 값을 바탕으로 적정 다차원 성상도를 유도할 수 있다. 본 논문에서 제안한 방법으로 데이터를 전송하는 것은 하드웨어 복잡도 증가가 거의 없이 소비 전력의 효율성을 높이는데 효과적이다. The design rule of digital communication systems is the reliable data transmission with high spectral efficiency and minimum allowable power. This paper suggests the method that saves the average power by implementing a multi-dimensional constellation in case of multi-carrier communication system. By using multi-dimensional constellations we can relocate constellation points in the form of a sphere. If we simply convert the two-dimensional QAM modulation into multi-dimensional QAM, constellation points of 2 N dimensional cube form are made up. Relocating outermost constellation points of 2 N dimensional cube form into low energy constellation points, the constellation of the 2 N-dimensional sphere form is made up which decreases power consumption. In this paper, the multi-dimensional constellations of 2 N-dimensional sphere form are designed from 16-QAM to 2,048-QAM, and power reductions are obtained by comparing constellations of 2-dimensional QAMs and multi-dimensional constellations of 2 N-dimensional sphere form. The result shows that the average power consumption of higher dimensional constellations increases, because the more a dimension elevates, the more the relocatable constellation points increase. But, the increment of the average power savings decreases as the a dimension elevates. The transmission of the data by using multi-dimensional constellations of the sphere form is effective to save the average power consumption with little hardware complexity.