[論文レビュー] An Implementation of Partial Transmit Sequences to Design Energy Efficient Underwater Acoustic OFDM Communication System

Waleed Raza, Xuefei Ma+3 more|arXiv (Cornell University)|Jul 2, 2020

PAPR reduction in OFDM参考文献 20被引用数 6

ひとこと要約

本論文は、周波数割当てのピーク対平均電力比（PAPR）を低減するための部分送信系列（PTS）を用いた、エネルギー効率の高い水中音響OFDM通信システムを提案する。PAPRはOFDMシステムにおける主なエネルギー消費要因である。PTSを低計算量で適用することで、PAPRを顕著に低減し、スペクトル効率を向上させるとともに、長期的な水中モニタリング応用におけるバッテリー寿命を延長する。

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.

研究の動機と目的

• RFシステムと比較して、水中音響変調器の高い電力消費を是正すること。
• 高PAPRおよび信号伝搬の課題により、従来のOFDMが水中音響チャネルで制限を受ける問題を克服すること。
• 長期的かつバッテリー駆動の水中モニタリングに適したエネルギー効率の高いOFDMシステムを設計すること。
• 水中音響OFDMに部分送信系列（PTS）を実装し、低複雑性のPAPR低減技術として評価すること。
• 水中音響伝搬条件下でのスペクトル効率およびシステム信頼性を向上させること。

提案手法

• PAPR低減を目的として、水中音響OFDMシステムに部分送信系列（PTS）技術を適応させる。
• OFDMデータシンボルを複数のサブブロックに分割し、それぞれに独立した位相回転を適用してピーク電力を抑制する。
• 合成信号のPAPRを最小化するようにサブブロックに位相因子を適用する。
• 繰り返し探索またはヒューリスティック手法を用いて位相因子を最適化し、低複雑性でPAPR低減を達成する。
• OFDM送信機チェーンにPTSを統合しながら、直交性および信号整合性を維持する。
• 水中音響環境下でのPAPR低減、誤りビットレート（BER）、スペクトル効率の観点から性能を評価する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 水中音響OFDMシステムにおけるPTS技術のPAPR低減効果はどの程度か？
• RQ2 従来手法と比較して、水中音響OFDMにおけるPTSの実装に要する計算複雑度はどの程度か？
• RQ3 PTSによるPAPR低減は、水中音響チャネルにおける誤りビットレート（BER）およびスペクトル効率にどのように影響するか？
• RQ4 PTSはバッテリー駆動の水中通信システムにおけるエネルギー効率をどの程度向上させるか？
• RQ5 信号の直交性やシステム性能を損なわずに、PTSを水中音響OFDMに効果的に適用できるか？

主な発見

• 提案されたPTSベースのOFDMシステムは、ピーク対平均電力比（PAPR）を顕著に低減し、エネルギー効率を向上させた。
• 低計算量の導入により、リソース制限のある水中音響モデムに適している。
• PAPR低減により、パワー増幅器の効率が向上し、長期的な水中展開におけるエネルギー消費が削減された。
• 水中音響伝搬条件下でも、良好なスペクトル効率と信号整合性を維持した。
• 結果として、水中音響通信機器の信頼性が向上し、バッテリー寿命が延長されたことが示された。