[论文解读] Image transmission over OFDM channel with rate allocation scheme and minimum peak-toaverage power ratio

Usama S. Mohammed, H. A. Hamada|arXiv (Cornell University)|Jun 4, 2010

PAPR reduction in OFDM参考文献 21被引用 6

一句话总结

本文提出了一种新颖的基于OFDM的图像传输方案，结合了速率分配与峰均功率比（PAPR）降低技术。通过将SPIHT编码的比特流划分为四个基于重要性的组，并应用优化的不等 error 保护（UEP）技术，结合里德-所罗门编码与选择性交织，该方法在仿真中显著提升了误码率（BER）和峰值信噪比（PSNR），优于现有的PAPR降低与鲁棒编码技术。

ABSTRACT

This paper proposes new scheme for efficient rate allocation in conjunction with reducing peak-to-average power ratio (PAPR) in orthogonal frequency-division multiplexing (OFDM) systems. Modification of the set partitioning in hierarchical trees (SPIHT) image coder is proposed to generate four different groups of bit-stream relative to its significances. The significant bits, the sign bits, the set bits and the refinement bits are transmitted in four different groups. The proposed method for reducing the PAPR utilizes twice the unequal error protection (UEP), using the Read-Solomon codes (RS), in conjunction with bit-rate allocation and selective interleaving to provide minimum PAPR. The output bit-stream from the source code (SPIHT) will be started by the most significant types of bits (first group of bits). The optimal unequal error protection (UEP) of the four groups is proposed based on the channel destortion. The proposed structure provides significant improvement in bit error rate (BER) performance. Performed computer simulations have shown that the proposed scheme outperform the performance of most of the recent PAPR reduction techniques in most cases. Moreover, the simulation results indicate that the proposed scheme provides significantly better PSNR performance in comparison to well-known robust coding schemes.

研究动机与目标

• 为解决OFDM系统中高PAPR问题，该问题会降低频谱效率并影响功率放大器的线性度。
• 通过利用压缩比特流的重要性层次，提高OFDM信道上的图像传输可靠性。
• 在保持对信道失真鲁棒性的同时最小化PAPR，通过智能的比特流分组与保护策略实现。
• 实现优于现有方案的误码率（BER）与峰值信噪比（PSNR）性能。
• 开发一种针对SPIHT编码图像数据重要性等级的最优不等错误保护（UEP）策略。

提出的方法

• 源编码器使用一种改进的SPIHT算法，生成四个不同的比特流组：显著位、符号位、集合位和精炼位。
• 根据各比特流组的重要性及其对错误的敏感性，为其分配不同级别的不等错误保护（UEP）。
• 对关键比特组应用两次里德-所罗门（RS）编码，编码率不同，以增强保护。
• 采用选择性交织技术，通过在子载波间分布能量，进一步降低PAPR。
• 将比特流映射到OFDM子载波上，优先分配功率给最重要的比特。
• 系统设计基于信道失真特性优化UEP分配，以最大化可靠性。

实验结果

研究问题

• RQ1 如何在不损害错误鲁棒性的前提下，最小化基于OFDM的图像传输中的PAPR？
• RQ2 在压缩图像比特流的不同重要性等级之间，不等错误保护（UEP）的最优分配策略是什么？
• RQ3 将RS编码与选择性交织结合，能在多大程度上降低OFDM系统中的PAPR？
• RQ4 与传统鲁棒编码和PAPR降低技术相比，所提方案在BER与PSNR性能上表现如何？
• RQ5 基于重要性的比特流分组策略是否能在高PAPR条件下提升整体图像传输质量？

主要发现

• 与采用标准编码的传统OFDM系统相比，所提方案在误码率（BER）性能方面实现了显著提升。
• 仿真结果表明，该方法在各种信噪比（SNR）水平下，BER性能优于大多数近期的PAPR降低技术。
• 该方案在PSNR性能上显著优于知名鲁棒编码方案，尤其在低SNR值下表现更优。
• 采用双重编码的里德-所罗门码结合选择性交织，能有效降低PAPR，同时保持高数据完整性。
• 基于比特重要性的最优UEP分配策略显著提升了错误鲁棒性，尤其对最关键的图像数据分量。
• 基于重要性的比特流分组与自适应保护策略相结合，构建了一个适用于带宽受限OFDM信道的鲁棒传输框架。