[论文解读] 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 6

一句话总结

本文提出了一种基于部分传输序列（PTS）的节能水下声学OFDM通信系统，以降低峰均功率比（PAPR），这是OFDM系统中主要的能量消耗源。通过采用计算复杂度低的PTS方法，该方法显著降低了PAPR，提升了频谱效率，并延长了长期水下监测应用中的电池寿命。

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.

研究动机与目标

• 解决水下声学收发器相较于射频（RF）系统功耗较高的问题。
• 克服传统OFDM在水下声学信道中因高PAPR和信号传播挑战带来的局限性。
• 设计一种适用于长期、电池供电水下监测的节能型OFDM系统。
• 在水下声学OFDM中实现并评估部分传输序列（PTS）作为低复杂度PAPR抑制技术。
• 在水下声学传播条件下提升频谱效率和系统可靠性。

提出的方法

• 将部分传输序列（PTS）技术适配至水下声学OFDM系统，以降低PAPR。
• 将OFDM数据符号划分为多个子块，对各子块独立进行相位旋转以抑制峰值功率。
• 对子块应用相位因子，以最小化合成信号的PAPR。
• 利用迭代搜索或启发式方法优化相位因子，实现在低复杂度下的PAPR抑制。
• 将PTS集成至OFDM发射链路，同时保持正交性和信号完整性。
• 在水下声学条件下，以PAPR降低程度、误比特率（BER）和频谱效率为指标评估性能。

实验结果

研究问题

• RQ1 PTS技术在水下声学OFDM系统中降低PAPR的效率如何？
• RQ2 与传统方法相比，PTS在水下声学OFDM中实现的计算复杂度如何？
• RQ3 通过PTS实现的PAPR降低对水下声学信道中误比特率（BER）和频谱效率有何影响？
• RQ4 PTS在电池供电的水下通信系统中能多大程度上提升能效？
• RQ5 PTS能否在不损害信号正交性或系统性能的前提下有效应用于水下声学OFDM？

主要发现

• 所提出的基于PTS的OFDM系统显著降低了峰均功率比（PAPR），提升了能效。
• 该方法引入了较低的计算复杂度，适用于资源受限的水下声学调制解调器。
• PAPR的降低提升了功率放大器效率，减少了长期水下部署中的能量消耗。
• 在水下声学传播条件下，系统保持了良好的频谱效率和信号完整性。
• 结果表明，该系统显著提升了可靠性，并延长了水下声学通信设备的电池寿命。