Design and Performance Evaluation of Selective DFT Spreading Method for PAPR Reduction in Uplink OFDMA System

In this paper, we propose a selective DFT spreading method to solve a high PAPR problem in uplink OFDMA system. A selective characteristic is added to the DFT spreading, so the DFT spreading method is mixed with SLM method. However, to minimize increment of computational complexity, differently with common SLM method, our proposed method uses only one DFT spreading block. After DFT, several copy branches are generated by multiplying with each different matrix. This matrix is obtained by linear transforming the each phase rotation in front of DFT block. And it has very lower computational complexity than one DFT process. For simulation, we suppose that the 512 point IFFT is used, the number of effective sub-carrier is 300, the number of allowed sub-carrier to each user's is 1/4 and 1/3 and QPSK modulation is used. From the simulation result, when the number of copy branch is 4, our proposed method has more than about 5.2 dB PAPR reduction effect. It is about 1.8 dB better than common DFT spreading method and 0.95 dB better than common SLM which uses 32 copy branches. And also, when the number of copy branch is 2, it is better than SLM using 32 copy branches. From the comparison, the proposed method has 91.79 % lower complexity than SLM using 32 copy branches in similar PAPR reduction performance. So, we can find a very good performance of our proposed method. Also, we can expect the similar performance when all number of sub-carrier is allocated to one user like the OFDM.

OFDMA 상향 링크 시스템에서 PAPR 저감을 위한 선택적 DFT Spreading 기법의 설계와 성능 평가

본 논문에서는 OFDMA(Orthogonal Frequency Division Multiple Access) 상향 링크 시스템에서 발생하는 높은 PAPR(Peak to Average Power Ratio) 문제를 해결하기 위한 방법으로 선택적 DFT(Discrete Fourier Transform) spreading 기법을 새롭게 제안한다. 제안된 방법은 기존의 DFT spreading 기법에 선택적 특성을 추가한 것으로, SLM(Selective Mapping) 기법과 DFT spreading 기법이 혼합된 형태를 갖는다. 그러나 제안된 기법은 copy branch를 사용함에 있어 그 복잡도의 증가를 최소화하기 위해 하나의 DFT만을 사용하고, DFT출력 신호에 여러 개의 각기 다른 matrix를 곱함으로써 여러 개의 copy branch를 생성한다. 여기서 사용된 matrix는 DFT 앞에서의 입력 데이터 위상 회전을 선형 변환함으로써 얻어진 것으로, 각각의 matrix는 그 복잡도가 하나의 DFT보다 매우 낮게 설계된다. 성능 분석을 위해 QPSK 변조 및 512 point IFFT의 사용을 가정하고 한 사용자에게 할당된 sub-carrier 수는 각각 75, 100인 두 가지 경우를 고려하였다. 성능 분석 결과에서, 제안된 선택적 DFT spreading 기법은 copy branch 수가 4일 때 약 5.2 dB 이상의 PAPR 저감 효과를 가지며, 이는 기존의 DFT spreading만을 사용하는 경우 보다 약 1.8 dB 이상, 그리고 32 copy branch를 사용하는 SLM보다도 약 0.95 dB 이상의 뛰어난 PAPR 저감 성능이다. 또한 복잡도의 비교에서도 사용자에게 할당된 sub-carrier의 수가 100일 때, 제안된 기법은 기존의 DFT spreading 기법 보다는 증가되었으나 제안된 기법의 성능에 가장 근접하는 32 copy branch의 SLM보다 약 91.79 % 저감된 곱셈 량을 갖는다. 제안된 기법의 효율성을 확인할 수 있으며, 사용자에게 할당된 sub-carrier의 수가 증가되어 단일 사용자가 모든 sub-carrier를 사용하는 경우, 즉 일반적인 OFDM과 같은 상황에서도 유사한 성능적 이득을 예상할 수 있다.