[論文レビュー] A PAPR Reduction Method Based on Artificial Bee Colony Algorithm for OFDM Signals

Yajun Wang, Wen Chen+1 more|arXiv (Cornell University)|Mar 13, 2020

PAPR reduction in OFDM参考文献 24被引用数 105

ひとこと要約

本論文は、OFDMの部分送信列（PTS）を最適化するための修正された人工蜂コロニー(ABC)アルゴリズムを提案し、従来のPTS法と比較して計算量を削減しつつPAPRを低減する。

ABSTRACT

One of the major drawbacks of orthogonal frequency division multiplexing (OFDM) signals is the high peak to average power ratio (PAPR) of the transmitted signal. Many PAPR reduction techniques have been proposed in the literature, among which, partial transmit sequence (PTS) technique has been taken considerable investigation.However, PTS technique requires an exhaustive search over all combinations of allowed phase factors, whose complexity increases exponentially with the number of sub-blocks. In this paper, a newly suboptimal method based on modified artificial bee colony (ABC-PTS) algorithm is proposed to search the better combination of phase factors. The ABC-PTS algorithm can significantly reduce the computational complexity for larger PTS subblocks and offers lower PAPR at the same time. Simulation results show that the ABC-PTS algorithm is an efficient method to achieve significant PAPR reduction.

研究の動機と目的

• ピーク対平均電力比が高い為、OFDMシステムにおけるPAPR低減を動機づける。
• PTSのための修正ABCアルゴリズムを用いた準最適位相最適化手法を提案する。
• PAPR性能を向上させつつ大規模なPTSサブブロックの計算量を削減する。

提案手法

• PAPR最小化を、M個のサブブロックを持つ{e^{j2πℓ/W}}^{M}から位相ベクトルbを選ぶ問題として定式化する。
• ABC-PTSを導入: bの離散的な位相因子 {±1} または {±1, ±j} を扱えるようにABCを修正する。
• 解を b_i = [b_{i1},…,b_{iM}] と表現し、適合度を 1/(1+f(b_i)) と定義する。
• 使用蜂および観察蜂は式(11)-(13)および離散写像(12)-(13)を用いて近傍の位相候補を生成する。
• 放棄されたソースは式(15)を用いてスカウトに置き換えられる。反復中に最良解を追跡する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 ABCベースの探索は、OFDMにおけるPTSのほぼ最適に近い位相因子を効率的に見つけられるか？
• RQ2 ABC-PTSはOPTSや他のヒューリスティクスより低い計算量でPAPRを著しく低減できるか？
• RQ3 ABC-PTSのパラメータ（集団サイズ S、リミット、繰り返し回数 K）がPAPR性能と計算量にどう影響するか？
• RQ4 大規模なMサブブロックに対するPAPR低減において、ABC-PTSはIPTS、GD、RS、PSO-PTS、MDGAとどう比較されるか？

主な発見

• ABC-PTSは、同等または低い計算コストで複数の準最適法よりPAPRを低減する。
• M=16サブブロック、W=2の場合、K=40のABC-PTSはCCDF=10^{-3}で約6.65–6.75 dBのPAPRを達成します。対してIPTSは7.95 dB、OPTSは6.45 dBです。
• ABC-PTSはOPTSに対して複雑さをSKに削減し、OPTSがW^{M-1}であるのに対し、同等の性能レベルで大幅な節約をもたらします。
• S=30およびS=40では、ABC-PTSはそれぞれ6.8 dBと6.7 dBを達成し、OPTSの6.45 dBに対して、OPTSの計算量のわずか2.75%および3.66%である。
• ABC-PTSの性能は反復回数が増えるにつれてPSO-PTSおよびMDGAより改善され、K=30とK=60の間で0.1 dBの改善が見られる。
• アルゴリズムは control parameters が3つ（S、Limit、K）しかなく、調整が容易である。