Уменьшение PAPR в системах FBMC-OQAM на основе дискретного преобразования скользящей нормы

Автор(и)

DOI:

https://doi.org/10.20535/S0021347019020018

Ключові слова:

банк фильтров с несколькими несущими, квадратурная амплитудная модуляция со сдвигом, отношение пикового уровня мощности сигнала к среднему, дискретное преобразование скользящей нормы, модуляция на нескольких несущих, система пятого поколения, 5G

Анотація

Работа посвящена преодолению недостатка, связанного с величиной отношения пикового уровня мощности сигнала к среднему PAPR (Peak to Average Power Ratio), возникающего при нескольких несущих в банке фильтров FBMC (Filter-Bank Multi-Carriers) с квадратурной амплитудной модуляцией со сдвигом OQAM (Offset-QAM) в системах FBMC-OQAM, которые являются кандидатом при формировании формы сигнала для беспроводных систем связи пятого поколения. Дискретное преобразование скользящей нормы DSNT (Discrete Sliding Norm Transform) после обратного дискретного преобразования Фурье IDFT (Inverse Discrete Fourier Transform) предлагается на основе L2-метрики и нормы для пяти отсчетов при каждой операции скольжения. В предлагаемом составе L2-на-5 DSNT рассматривается использование перекрывающейся структуры FBMC-OQAM. Это существенно уменьшает величину PAPR в системах FBMC-OQAM, что гарантирует линейность характеристики усилителя большой мощности HPA (High Power Amplifier) и позволяет избежать искажения сигнала. Основные достоинства этой методики состоят в уменьшении вычислительной сложности по сравнению с известными методиками и отсутствии необходимости в какой-либо дополнительной информации SI (Side Information) на стороне приемника. Результаты моделирования показали, что методика L2-на-5 DSNT позволяет достичь 40% уменьшения величины PAPR при CCDF = 10–3 по сравнению с исходной системой FBMC-OQAM.

Посилання

Siohan, P.; Siclet, C.; Lacaille, N. “Analysis and design of OFDM/OQAM systems based on filterbank theory,” IEEE Trans. Signal Process., Vol. 50, No. 5, p. 1170-1183, 2002. DOI: https://doi.org/10.1109/78.995073.

Skrzypczak, A.; Siohan, P.; Chotkan, N.; Djoko-Kouam, M. “OFDM/OQAM: An appropriate modulation scheme for an optimal use of the spectrum,” Proc. of 2008 3rd Int. Symp. on Communications, Control, and Signal Processing, ISCCSP 2008, 12-14 Mar. 2008, St Julians, Malta. IEEE, 2008. DOI: https://doi.org/10.1109/ISCCSP.2008.4537259.

Коханов, А. Б.; Захаров, В. В. “Выполнение OFDM модуляции с использованием действительной арифметики,” Известия вузов. Радиоэлектроника, Т. 56, № 12, с. 24–34, 2013. DOI: https://doi.org/10.20535/S0021347013120030.

Farhang-Boroujeny, B. “OFDM versus filter bank multicarrier,” IEEE Signal Process. Mag., Vol. 28, No. 3, p. 92-112, 2011. DOI: https://doi.org/10.1109/MSP.2011.940267.

Mattera, D.; Tanda, M.; Bellanger, M. “Filter bank multicarrier with PAM modulation for future wireless systems,” Signal Processing, Vol. 120, p. 594-606, 2016. DOI: https://doi.org/10.1016/j.sigpro.2015.09.035.

Nissel, R.; Rupp, M. “OFDM and FBMC-OQAM in doubly-selective channels: calculating the bit error probability,” IEEE Commun. Lett., Vol. 21, No. 6, p. 1297-1300, 2017. DOI: https://doi.org/10.1109/LCOMM.2017.2677941.

Zakaria, R.; Le Ruyet, D. “Intrinsic interference reduction in a filter bank-based multicarrier using QAM modulation,” Phys. Commun., Vol. 11, p. 15-24, 2014. DOI: https://doi.org/10.1016/j.phycom.2013.10.005.

Bellanger, M. “Physical layer for future broadband radio systems,” Proc. of 2010 IEEE Radio and Wireless Symp., RWS, 10-14 Jan. 2010, New Orleans, USA. IEEE, 2010. DOI: https://doi.org/10.1109/RWS.2010.5434093.

Nam, H.; Choi, M.; Kim, C.; Hong, D.; Choi, S. “A new filter-bank multicarrier system for QAM signal transmission and reception,” Proc. of IEEE Int. Conf. on Communications, ICC, 10-14 Jun. 2014, Sydney, Australia. IEEE, 2014, p. 5227-5232. DOI: https://doi.org/10.1109/ICC.2014.6884151.

Nissel, R.; Schwarz, S.; Rupp, M. “Filter bank multicarrier modulation schemes for future mobile communications,” IEEE J. Sel. Areas Commun., Vol. 35, No. 8, p. 1768-1782, 2017. DOI: https://doi.org/10.1109/JSAC.2017.2710022.

Lin, H.; Gharba, M.; Siohan, P. “Impact of time and carrier frequency offsets on the FBMC/OQAM modulation scheme,” Signal Process., Vol. 102, p. 151-162, 2014. DOI: https://doi.org/10.1016/j.sigpro.2014.03.017.

Бондарев, Б. Н.; Кабак, В. С. “Вычисление пик-фактора сигналов многоканальных систем с ОFDМ,” Известия вузов. Радиоэлектроника, Т. 58, № 10, с. 38–46, 2015. DOI: https://doi.org/10.20535/S0021347015100040.

Bulusu, S. S. K. C. “Performance analysis and PAPR reduction techniques for filter-bank based multi-carrier systems with non-linear power amplifiers,” Doctoral thesis in Radiocommunications, École doctorale Informatique, Télécommunication et Électronique de Paris, LAETITIA/CEDRIC Laboratory. France, 2016.

Viholainen, A.; Bellanger, M.; Huchard, M. “Prototype filter and structure optimization,” Document D5.1 deliverable. Jan. 2009. URI: http://www.ict-phydyas.org.

Bellanger, M.; PHYDYAS team, “FBMC physical layer: a primer,” June 2010. URI: http://www.ict-phydyas.org.

Lu, S.; Qu, D.; He, Y. “Sliding window tone reservation technique for the peak-to-average power ratio reduction of FBMC-OQAM signals,” IEEE Wirell. Commun. Lett., Vol. 1, No. 4, p. 268, 2012. DOI: https://doi.org/10.1109/WCL.2012.062512.120360.

Shi, N.; Wei, S. “A partial transmit sequences based approach for the reduction of peak-to-average power ratio in FBMC system,” Proc. of 25th Wireless and Optical Communication Conf., 21-23 May 2016, Chengdu, China. IEEE, 2016. DOI: https://doi.org/10.1109/WOCC.2016.7506550.

Rahim, M. U.; Stitz, T. H.; Renfors, M. “Analysis of clipping-based PAPR-reduction in multicarrier systems,” Proc. of IEEE 69th Vehicular Technology Conf., 26-29 Apr. 2009, Barcelona, Spain. IEEE, 2009. DOI: https://doi.org/10.1109/VETECS.2009.5073391.

Van Der Neut, N.; Maharaj, B. T.; De Lange, F. H.; Gonzalez, G.; Gregorio, F.; Cousseau, J. “PAPR reduction in FBMC systems using a smart gradient-project active constellation extension method,” Proc. of 21st Int. Conf. on Telecommunications, 4-7 May 2014, Lisbon, Portugal. IEEE, 2014. DOI: https://doi.org/10.1109/ICT.2014.6845095.

Bulusu, S. S. K. C.; Shaiek, H.; Roviras, D. “Reduction of PAPR of FBMC-OQAM systems by dispersive tone reservation technique,” Proc. of Int. Symp. on Wireless Communication Systems, 25-28 Aug. 2015, Brussels, Belgium. IEEE, 2015. DOI: https://doi.org/10.1109/ISWCS.2015.7454408.

Laabidi, M.; Zayani, R.; Roviras, D.; Bouallegue, R. “PAPR reduction in FBMC/OQAM systems using active constellation extension and tone reservation approaches,” Proc. of IEEE Symp. on Computers and Communication, 6-9 Jun. 2015, Larnaca, Cyprus. IEEE, 2016. DOI: https://doi.org/10.1109/ISCC.2015.7405589.

Laabidi, M.; Zayani, R.; Bouallegue, R. “A novel multi-block selective mapping scheme for PAPR reduction in FBMC/OQAM systems,” Proc. of 2015 World Congress on Information Technology and Computer Applications, WCITCA 2015, 11-13 Jun. 2015, Hammamet, Tunisia. IEEE, 2016. DOI: https://doi.org/10.1109/WCITCA.2015.7367014.

Laabidi, M.; Zayani, R.; Bouallegue, R. “A new tone reservation scheme for PAPR reduction in FBMC/OQAM systems,” Proc. of 11th Int. Wireless Communications and Mobile Computing Conf., 24-28 Aug. 2015, Dubrovnik, Croatia. IEEE, 2015. DOI: https://doi.org/10.1109/IWCMC.2015.7289196.

Wang, H.; Wang, X.; Xu, L.; Du, W. “Hybrid PAPR reduction scheme for FBMC/OQAM systems based on multi data block PTS and TR methods,” IEEE Access, Vol. 4, p. 4761-4768, 2016. DOI: https://doi.org/10.1109/ACCESS.2016.2605008.

Hanprasitkum, A.; Numsomran, A.; Boonsrimuang, P.; Boonsrimuang, P. “Improved PTS method with new weighting factor technique for FBMC-OQAM systems,” Proc. of 19th Int. Conf. on Advanced Communication Technology, 19-22 Feb. 2017, Bongpyeong, South Korea. IEEE, 2017. DOI: https://doi.org/10.23919/ICACT.2017.7890073.

Moon, J.-H.; Nam, Y.-R.; Choi, E.-J.; Chen, B.-Y.; Kim, J.-H. “Selected data utilization technique for the PAPR reduction of FBMC-OQAM signals,” Proc. of Ninth Int. Conf. on Ubiquitous and Future Networks, ICUFN, 4-7 Jul. 2017, Milan, Italy. IEEE, 2017. DOI: https://doi.org/10.1109/ICUFN.2017.7993889.

Saltzberg, B. R. “Performance of an efficient parallel data transmission system,” IEEE Trans. Commun. Technol., Vol. 15, No. 6, p. 805-811, 1967. DOI: https://doi.org/10.1109/TCOM.1967.1089674.

Bellanger, M. G. “Specification and design of prototype filter for filter bank based multicarrier transmission,” Proc. of IEEE Int. Conf. on Acoustic, Speech and Signal Processing, 7-11 May 2001, Salt Lake City, USA. IEEE, 2002. DOI: https://doi.org/10.1109/ICASSP.2001.940488.

Zakaria, R.; Le Ruyet, D. “A novel filter-bank multicarrier scheme to mitigate the intrinsic interference: Application to MIMO systems,” IEEE Trans. Wirel. Commun., Vol. 11, No. 3, p. 1112-1123, 2012. DOI: https://doi.org/10.1109/TWC.2012.012412.110607.

Abed, D.; Medjouri, A. “Discrete sliding norm transform-based 50% PAPR reduction in asymmetrically clipped optical OFDM systems for optical wireless communications,” Electron. Lett., Vol. 51, No. 25, p. 2128-2130, 2015. DOI: https://doi.org/10.1049/el.2015.2813.

Dursun, S.; Grigoryan, A. M. “Nonlinear L2-by-3 transform for PAPR reduction in OFDM systems,” Computers and Electrical Engineering, Vol. 36, p. 1055-1065, 2010. DOI: https://doi.org/10.1016/j.compeleceng.2010.03.008.

Saeedi-Sourck, H.; Wu, Y.; Bergmans, J. W. M.; Sadri, S.; Farhang-Boroujeny, B. “Complexity and performance comparison of filter bank multicarrier and OFDM in uplink of multicarrier multiple access networks,” IEEE Trans. Signal Process., Vol. 59, No. 4, p. 1907-1912, 2011. DOI: https://doi.org/10.1109/TSP.2010.2104148.

Eldessoki, S.; Dommel, J.; Hassan, K.; Thiele, L.; Fischer, R. F. H. “Peak-to-average-power reduction for FBMC-based systems,” Proc. of 20th Int. ITG Workshop on Smart Antennas, 9-11 Mar. 2016, Munich, Germany. IEEE, 2016, Vol. 2, No. 1, p. 462-467. URI: https://ieeexplore.ieee.org/abstract/document/7499164.

##submission.downloads##

Опубліковано

2019-02-25

Як цитувати

Икни, С., Абед, Д., Редада, С., & Седрауи, М. (2019). Уменьшение PAPR в системах FBMC-OQAM на основе дискретного преобразования скользящей нормы. Вісті вищих учбових закладів. Радіоелектроніка, 62(2), 67–80. https://doi.org/10.20535/S0021347019020018

Номер

Том 62 № 2 (2019)

Розділ

Оригінальні статті

Ліцензія

Авторське право (c) 2019 Известия высших учебных заведений. Радиоэлектроника

Издатель журнала Известия высших учебных заведений. Радиоэлектроника (сокр. "Известия вузов. Радиоэлектроника"), Национальный технический университет Украины "Киевский политехнический институт", учитывает, что доступ автора к его статье является важным как для самого автора, так и для спонсоров его исследований. Мы представлены в базе издателей SHERPA/RoMEO как зеленый издатель (green publisher), что позволяет автору выполнять самоархивирование своей статьи. Однако важно, чтобы каждая из сторон четко понимала свои права. Просьба более детально ознакомиться с Политикой самоархивирования нашего журнала.

Политика оплаченного открытого доступа POA (paid open access), принятая в журнале, позволяет автору выполнить все необходимые требования по открытому доступу к своей статье, которые выдвигаются институтом, правительством или фондом при выделении финансирования. Просьба более детально ознакомиться с политикой оплаченного открытого доступа нашего журнала (см. отдельно).

Варианты доступа к статье:

1. Статья в открытом доступе POA (paid open access)

В этом случае права автора определяются лицензией CC BY (Creative Commons Attribution).

2. Статья с последующим доступом по подписке

В этом случае права автора определяются авторским договором, приведенным далее.

  • Автор (каждый соавтор) уступает Издателю журнала «Известия высших учебных заведений. Радиоэлектроника» НТУУ «КПИ» на срок действия авторского права эксклюзивные права на материалы статьи, в том числе право на публикацию данной статьи издательством Аллертон Пресс, США (Allerton Press) на английском языке в журнале «Radioelectronics and Communications Systems». Передача авторского права охватывает исключительное право на воспроизведение и распространение статьи, включая оттиски, переводы, фото воспроизведения, микроформы, электронные формы (он- и оффлайн), или любые иные подобные формы воспроизведения, а также право издателя на сублицензирование третьим лицам по своему усмотрению без дополнительных консультаций с автором. При этом журнал придерживается Политики конфиденциальности.
  • Передача прав включает право на обработку формы представления материалов с помощью компьютерных программам и систем (баз данных) для их использования и воспроизводства, публикации и распространения в электронном формате и внедрения в системы поиска (базы данных).
  • Воспроизведение, размещение, передача или иное распространение или использование материалов, содержащихся в статье должно сопровождаться ссылкой на Журнал и упоминанием Издателя, а именно: название статьи, имя автора (соавторов), название журнала, номер тома, номер выпуска, копирайт авторов и издателя "© Национальный технический университет Украины "Киевский политехнический институт"; © автор(ы)".
  • Автор (каждый соавтор) материалов сохраняет все права собственника материалов, включая патентные права на любые процессы, способы или методы и др., а также права на товарные знаки.
  • Издатель разрешает автору (каждому соавтору) материалов следующее:
  1. Право пользоваться печатными или электронными вариантами материалов статьи в форме и содержании, принятыми Издателем для публикации в Журнале. Подробнее см. политики Оплаченного открытого доступа, подписки и самоархивирования.
  2. Право бесплатно копировать или передавать коллегам копию напечатанной статьи целиком или частично для их личного или профессионального использования, для продвижения академических или научных исследований или для учебного процесса или других информационных целей, не связанных с коммерческими целями.
  3. Право использовать материалы из опубликованной статьи в написанной автором (соавторами) книге, монографии, учебнике, учебном пособии и других научных и научно-популярных изданиях.
  4. Право использовать отдельные рисунки или таблицы и отрывки текста из материалов в собственных целях обучения или для включения их в другую работу, которая печатается (в печатном или электронном формате) третьей стороной, или для представления в электронном формате во внутренние компьютерные сети или на внешние сайты автора (соавторов).
  • Автор (соавторы) соглашаются, что каждая копия материалов или любая ее часть, распространенная или размещенная ими в печатном или электронном формате, будет содержать указание на авторское право, предусмотренное в Журнале и полную ссылку на Журнал Издателя.
  • Автор (соавторы) гарантирует, что материалы являются оригинальной работой и представлены впервые на рассмотрение только в этом Журнале и ранее не публиковались. Если материалы написаны совместно с соавторами, автор гарантирует, что проинформировал их относительно условий публикации материалов и получил их подписи или письменное разрешение подписываться от их имени.
  • Если в материалы включаются отрывки из работ или имеются указания на работы, которые охраняются авторским правом и принадлежат третьей стороне, то автору необходимо получить разрешение владельца авторских прав на использование таких материалов в первом случае и сделать ссылку на первоисточник во втором.
  • Автор гарантирует, что материалы не содержат клеветнических высказываний и не посягают на права (включая без ограничений авторское право, права на патент или торговую марку) других лиц и не содержат материалы или инструкции, которые могут причинить вред или ущерб третьим лицам. Автор (каждый соавтор) гарантирует, что их публикация не приведет к разглашению секретных или конфиденциальных сведений (включая государственную тайну). Подтверждением этого является Экспертное заключение (см. перечень документов в Правила для авторов).
  • Издатель обязуется опубликовать материалы в случае получения статьей положительного решения редколлегии о публикации на основании внешнего рецензирования (см. Политика рецензирования).
  • В случае публикации статьи на английском языке в журнале «Radioelectronics and Communications Systems» (Издатель: Аллертон Пресс, США, распространитель Springer) автору (соавторам) выплачивается гонорар после выхода последнего номера журнала года, в котором опубликована данная статья.
  • Документ Согласие на публикацию, который подают русскоязычные авторы при подаче статьи в редакцию, является краткой формой данного договора, в котором изложены все ключевые моменты настоящего договора и наличие которого подтверждает согласие автора (соавторов) с ним. Аналогичным документом для англоязычных авторов является Copyright Transfer Agreement (CTA), предоставляемый издательством Allerton Press.
  • Настоящий Договор вступает в силу в момент принятия статьи к публикации. Если материалы не принимаются к публикации или до публикации в журнале автор (авторы) отозвал работу, настоящий Договор не приобретает (теряет) силу.