[논문 리뷰] An Implementation of Partial Transmit Sequences to Design Energy Efficient Underwater Acoustic OFDM Communication System

Waleed Raza, Xuefei Ma외 3명|arXiv (Cornell University)|2020. 07. 02.

PAPR reduction in OFDM참고 문헌 20인용 수 6

한 줄 요약

이 논문은 피크 대 평균 전력비(PAPR)를 줄이기 위해 부분 전송 시퀀스(PTS)를 사용하는 에너지 효율적인 수중 초음파 OFDM 통신 시스템을 제안한다. PAPR는 OFDM 시스템에서 주요 에너지 손실 원인이다. 저복잡도의 PTS 적용으로 뚜렷한 PAPR 감소를 달성함으로써 스펙트럼 효율성을 향상시키고 장기적인 수중 모니터링 응용 분야에서 배터리 수명을 연장한다.

ABSTRACT

In this article we research about underwater acoustics transceivers. As Underwater acoustic transceivers consume more power than Radio frequency transceivers. The techniques which are being utilized in radio frequency cannot be implemented directly in underwater acoustic system it needs to be re investigated to design new methods. To achieve reliable acoustic data transmission new techniques should be achieved or the traditional Orthogonal frequency divisional multiplexing techniques should be revised. The power consumption also relies upon underwater acoustic signal propagation and transmission distances. Several underwater acoustic applications require long-term monitoring of the sea. For the battery powered modems, it becomes very serious problem. By designing an Energy efficient OFDM Communication system we can solve this problem. We study about peak to average power ratio in an Orthogonal frequency divisional multiplexing system by reducing the major draw-back of OFDM system. The PAPR reduction utilized in this paper is Partial Transmit Sequences for underwater acoustic OFDM communication system which has lesser complexity. The results have provided better performance in underwater acoustic OFDM communication system.

연구 동기 및 목표

• RF 시스템에 비해 수중 초음파 트랜시iever의 높은 전력 소모 문제를 해결한다.
• 높은 PAPR와 신호 전파 과제로 인해 전통적인 OFDM이 수중 초음파 채널에서 제한을 받는 문제를 극복한다.
• 장기적인 배터리 구동 수중 모니터링에 적합한 에너지 효율적인 OFDM 시스템을 설계한다.
• 수중 초음파 OFDM에 부분 전송 시퀀스(PTS)를 구현하고, 저복잡도의 PAPR 감소 기법으로 평가한다.
• 수중 초음파 전파 조건 하에서 스펙트럼 효율성과 시스템 신뢰성을 향상시킨다.

제안 방법

• PAPR 감소를 위해 수중 초음파 OFDM 시스템에 부분 전송 시퀀스(PTS) 기법을 적응시킨다.
• 피크 전력을 억제하기 위해 OFDM 데이터 심볼을 다수의 서브블록으로 분할하고, 각 서브블록에 독립적인 위상 회전을 적용한다.
• 복합 신호의 PAPR를 최소화하기 위해 서브블록에 위상 인자를 적용한다.
• 반복적 검색 또는 히우리스틱 방법을 사용해 위상 인자를 최적화하여 저복잡도로 PAPR 감소를 달성한다.
• OFDM 송신기 체인에 PTS를 통합하면서 직교성과 신호 무결성을 유지한다.
• 수중 초음파 조건 하에서 PAPR 감소, 비트 오류율(BER), 스펙트럼 효율성 측면에서 성능을 평가한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 수중 초음파 OFDM 시스템에서 PTS 기법이 PAPR 감소에 얼마나 효과적인가?
• RQ2 기존 방법에 비해 수중 초음파 OFDM에 PTS를 구현할 경우의 계산 복잡도는 어떻게 되는가?
• RQ3 PTS를 통한 PAPR 감소가 수중 초음파 채널에서 비트 오류율(BER)과 스펙트럼 효율성에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ4 배터리 구동 수중 통신 시스템에서 PTS는 에너지 효율성을 얼마나 향상시키는가?
• RQ5 신호 직교성이나 시스템 성능을 훼손시키지 않고서도 PTS를 수중 초음파 OFDM에 효과적으로 적용할 수 있는가?

주요 결과

• 제안된 PTS 기반 OFDM 시스템은 피크 대 평균 전력비(PAPR)를 뚜렷이 감소시켜 에너지 효율성을 향상시킨다.
• 이 방법은 저복잡도를 도입하여 자원 제약이 있는 수중 초음파 모뎀에 적합하다.
• PAPR 감소로 인해 전력 확대기 효율성이 향상되어 장기적인 수중 구현에서 에너지 소비가 감소한다.
• 수중 초음파 전파 조건 하에서도 양호한 스펙트럼 효율성과 신호 무결성을 유지한다.
• 결과적으로 수중 초음파 통신 장치의 신뢰성 향상과 배터리 수명 연장이 가능함을 입증한다.