벡터 OFDM 기반 전력선 통신의 저PAPR 및 비가우시안 잡음 억제

본 논문은 전력선 통신(PLC) 시스템에서 널리 사용되는 OFDM 방식이 갖는 고PAPR 문제와 비가우시안 잡음(impulsive noise)으로 인한 성능 저하를 동시에 해결하고자 한다. 이를 위해 벡터 OFDM(VOFDM)이라는 변형 방식을 도입하고, 수신기에서는 널링(nulling)과 클리핑(clipping) 두 종류의 비선형 전처리기를 적용한다. 먼저, 기존 OFDM의 구조와 한계를 소개한다. OFDM은 IFFT를 통해 다수의 서브캐리어를 동시에 전송하지만, 이 과정에서 순간 전력 피크가 크게 증가한다(PAPR가 높음). 높은 PAPR는 전력 증폭기의 비선형 구간 진입, 전자기 방출(EMC) 위반, 전력 효율 저하 등을 초래한다. 또한 PLC 채널은 전력선의 특성상 주파수 선택성, 높은 감쇠, 그리고 비가우시안 잡음(특히 impulsive noise)이라는 복합적인 잡음 환경에 놓인다. 이러한 잡음은 Bernoulli‑Gaussian 모델로 표현되며, 발생 확률 p와 백그라운드/충격 잡음의 분산 σ²_w, σ²_i 로 정의된다. VOFDM은 입력 심볼을 M개의 벡터 블록(VB)으로 나누고, 각 VB에 대해 크기 L인 IFFT를 수행한다(N=M·L). IFFT 크기가 작아짐에 따라 각 시간 샘플의 합성 피크가 감소하고, 결과적으로 PAPR가 크게 낮아진다. 논문은 CCDF(Complementary Cumulative Distribution Function) 분석을 통해 VB 수가 증가할수록 PAPR가 감소함을 실증한다. 예를 들어, M=64일 때 CCDF=0.001에서 약 5 dB, CCDF=0.5에서는 약 2 dB의 PAPR 감소를 확인한다. 수신기에서는 비선형 전처리기를 사용해 impulsive noise를 억제한다. 널링은 임계값 T_n을 초과하는 샘플을 0으로 만들고, 클리핑은 임계값 T_c를 초과하는 샘플을 동일 위상에서 크기 T_c로 제한한다. 이러한 전처리기의 성능은 두 가지 지표로 평가된다. 첫째, 잡음 검출 오류 확률(P_de)이며, 이는 신호가 잡음이 없는 상태에서 임계값을 초과할 확률을 의미한다. 시뮬레이션 결과, VOFDM은 OFDM에 비해 P_de가 크게 낮으며, 특히 임계값이 높아질수록 그 차이가 확대된다. 둘째, 전처리기 출력 후의 신호대잡음비(SNR_out)이다. 논문은 출력 SNR을 γ₀=E