[論文レビュー] ACO-OFDM-Specified Recoverable Upper Clipping With Efficient Detection for Optical Wireless Communications

Wei Xu, Mengting Wu+3 more|arXiv (Cornell University)|Jan 13, 2015

Optical Wireless Communication Technologies参考文献 8被引用数 6

ひとこと要約

本稿では、上位クリッピングを回復可能にする手法（RoC）を導入することで、ピーク対平均電力比（PAPR）を低減する新しい光OFDM方式RoC-ACO-OFDMを提案する。クリッピングされた信号成分は保持され、ACO-OFDMのゼロ埋め時間領域スロットに再配置される。最適なMAP検出法と効率的な近最適検出法が開発され、従来方式と比較して顕著なPAPR低減が達成されるとともに、良好なビット誤り率（BER）性能を実現する。

ABSTRACT

The high peak-to-average-power ratio (PAPR) of orthogonal frequency-division multiplexing (OFDM) degrades the performance in optical wireless communication systems. This paper proposes a modified asymmetrically clipped optical OFDM (ACOOFDM) with low PAPR via introducing a recoverable upper-clipping (RoC) procedure. Although some information is clipped by a predetermined peak threshold, the clipped error information is kept and repositioned in our proposed scheme, which is named RoC-ACO-OFDM, instead of simply being dropped in conventional schemes. The proposed method makes full use of the specific structure of ACO-OFDM signals in the time domain, where half of the positions are forced to zeros within an OFDM symbol. The zero-valued positions are utilized to carry the clipped error information. Moreover, we accordingly present an optimal maximum a posteriori (MAP) detection for the RoC-ACO-OFDM system. To facilitate the usage of RoC-ACO-OFDM in practical applications, an efficient detection method is further developed with near-optimal performance. Simulation results show that the proposed RoC-ACO-OFDM achieves a significant PAPR reduction, while maintaining a competitive bit-error rate performance compared with the conventional schemes.

研究の動機と目的

• OFDMに基づく光無線通信システムにおける高いPAPR問題に対処すること。
• クリッピングされた信号成分を破棄するのではなく保持することにより、スペクトル効率および電力効率を向上させること。
• 実用的実装に適合する効率的な検出手法を開発すること。
• PAPRを顕著に低減する一方で、低いビット誤り率（BER）性能を維持すること。

提案手法

• 信号ピークがしきい値を超えるとクリッピングを行うが、クリッピングに起因する誤差情報を保持する回復可能上位クリッピング（RoC）手順を導入する。
• ACO-OFDMの固有の時間領域構造（各シンボルで半数のサブキャリアがゼロ）を活用し、クリッピング誤差データを埋め込む。
• ACO-OFDMシンボルにおけるゼロ位置を、クリッピングされた信号成分を再配置・回復するための専用位置として利用する。
• 元のデータと回復されたクリッピング成分を同時に検出するための最適な最大後確率（MAP）検出アルゴリズムを開発する。
• リアルタイム応用における計算複雑性を低減するため、近最適性能を達成する効率的な検出手法を提案する。
• 既知のACO-OFDM構造を活用して、データとクリッピング成分の同時推定が可能な構造化された信号モデルを採用する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 ACO-OFDMにおけるPAPRを、新たなクリッピング戦略を用いて顕著に低減可能か？ その際、BER性能に悪影響を与えないか？
• RQ2 ACO-OFDMのゼロサブキャリア構造を活用することで、クリッピングされた信号成分を効果的に回復可能か？
• RQ3 従来のクリッピングと比較して、回復可能上位クリッピングを用いることで、PAPR低減およびBER性能にどの程度の向上が得られるか？
• RQ4 実用的導入を支援するための効率的な検出アルゴリズムは、どのように設計可能か？
• RQ5 提案されたRoC-ACO-OFDMフレームワークにおいて、PAPR低減と検出複雑性のトレードオフはどのようなものか？

主な発見

• 提案されたRoC-ACO-OFDMは、従来のACO-OFDMおよびOFDM方式と比較して顕著なPAPR低減を達成した。
• システムは良好なビット誤り率（BER）性能を維持しており、クリッピング情報の回復が伝送信の信頼性を保つことを示している。
• 最適なMAP検出法はBERにおいて理論的限界に近い性能を達成しており、回復メカニズムの有効性を裏付けている。
• 提案された効率的な検出手法は、顕著に低い計算複雑性で近最適性能を達成した。
• シミュレーション結果から、RoC-ACO-OFDMはPAPR低減およびスペクトル効率の両面で従来方式を上回ることが確認された。