[論文レビュー] Better Performance ACF Operation for PAPR Reduction of OFDM Signal

Md Munjure Mowla, Md. Yeakub Ali+1 more|arXiv (Cornell University)|Feb 24, 2014

PAPR reduction in OFDM参考文献 6被引用数 2

ひとこと要約

本稿では、OFDMシステムにおけるパワーランプ比（PAPR）低減のための、改善されたアンプティチュードクリッピングとフィルタリング（ACF）手法を提案する。クリッピングとフィルタリングのプロセスを最適化することで、わずかなビット誤り率（BER）の増加で顕著なPAPR低減を達成し、従来のACF手法を上回る性能を発揮しながら、計算複雑度を低く保っている。

ABSTRACT

Orthogonal frequency division multiplexing (OFDM) is a promising modulation radio access scheme for next generation wireless communication systems because of its inherent immunity to multipath interference due to a low symbol rate, the use of a cyclic prefix, and its affinity to different transmission bandwidth arrangements. OFDM has already been adopted as a radio access scheme for several of the latest cellular system specifications such as the long-term evolution (LTE) system in the 3GPP (3rd Generation Partnership Project). Nevertheless, peak-to-average power ratio (PAPR) of OFDM signal is a significant drawback since it restricts the efficiency of the transmitter. A number of promising approaches have been proposed & implemented to reduce PAPR with the expense of increase transmit signal power, bit error rate (BER) & computational complexity and data rate loss, etc. In this paper, a relatively better scheme of amplitude clipping & filtering operation (ACF) is proposed and implemented which shows the significant improvement in case of PAPR reduction while increasing slight BER compare to an present method.

研究の動機と目的

• 次世代無線システムにおける送信機の効率を制限するOFDM信号の高いピーク対平均電力比（PAPR）を軽減すること。
• 送信電力、ビット誤り率（BER）、または計算複雑度を著しく増加させることなくPAPRを低減すること。
• 実装の最適化を通じて、既存のアンプティチュードクリッピングとフィルタリング（ACF）手法を改善し、より優れたPAPR低減性能を実現すること。
• OFDMベースのシステム（例：LTE）において、PAPRを低減しながらスペクトル効率とデータレートを維持すること。

提案手法

• 本手法は、歪みを最小限に抑えるために、クリッピングしきい値とフィルタリングパラメータの見直しにより、従来のアンプティチュードクリッピングとフィルタリング（ACF）プロセスを強化する。
• OFDM信号のピークエンvelope電力を制限するためにアンプティチュードクリッピングを適用し、その後に帯域外放射を抑制するためのローパassフィルタリング段階を設ける。
• フィルタリング段階を最適化することで、クリッピング後のスペクトル再成長を低減し、信号の忠実度を向上させる。
• 反復的または複雑な信号再構築技術を避けることで、計算複雑度を低く保つ。
• 特に高出力アンプ環境において、BER劣化を最小限に抑えながらPAPR低減を最大化することを目的とした設計である。
• PAPR低減が重要なLTEなどのOFDMシステムの文脈で、本手法の評価が行われた。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 アンプティチュードクリッピングとフィルタリングをどのように最適化すれば、BER劣化を最小限に抑えつつOFDM信号のPAPRを低減できるか？
• RQ2 従来のACF手法と比較して、PAPR低減性能とシステム複雑度の面で、どの程度の向上が達成できるか？
• RQ3 提案手法のACF方式は、既存のPAPR低減技術と比較して、スペクトル効率とデータレートをどの程度維持できるか？
• RQ4 提案手法は、計算複雑度を低く保ちながら顕著なPAPR低減を達成できるか？

主な発見

• 提案されたACF方式は、従来のACF手法と比較して顕著なピーク対平均電力比（PAPR）低減を達成した。
• 本手法は、わずかなBERの増加しか引き起こさないため、既存のクリッピングベースの手法よりも効率的である。
• PAPR低減は、計算複雑度の顕著な増加やデータレートの損失を伴わず実現された。
• 最適化されたフィルタリング段階は、帯域外放射を効果的に抑制し、クリッピング後のスペクトル再成長を低減した。
• 本手法は良好なスペクトル効率を維持しており、LTEなどのOFDMベースのシステムへの実装に適している。
• 結果から、提案されたACF手法は、先行手法と比較してPAPR低減とBER性能のトレードオフをより優れたバランスで達成できることを示した。