科研動(dòng)態(tài)
一種用于降低FBMC/OQAM系統(tǒng)峰均比的基于轉(zhuǎn)換向量的新型低復(fù)雜度SLM方案
A Novel Conversion Vector-Based Low-Complexity SLM Scheme for PAPR Reduction in FBMC/OQAM Systems
發(fā)表期刊：IEEE Transactions on Broadcasting（JCR Q1）
原文DOI: https://doi.org/10.1109/TBC.2020.2977548
作者列表
1）程 星 中國(guó)石油大學(xué)（北京） 信息科學(xué)與工程學(xué)院 控制理論與控制工程專(zhuān)業(yè) 博15
2）劉得軍 中國(guó)石油大學(xué)（北京） 信息科學(xué)與工程學(xué)院 電子信息工程系
3）史文哲 中國(guó)石油大學(xué)（北京） 信息科學(xué)與工程學(xué)院 電子與通信工程專(zhuān)業(yè) 研17
4）趙 陽(yáng) 中國(guó)石油大學(xué)（北京） 信息科學(xué)與工程學(xué)院 電子與通信工程專(zhuān)業(yè) 研17
5）李 洋 中國(guó)石油大學(xué)（北京） 信息科學(xué)與工程學(xué)院 信息與通信工程專(zhuān)業(yè) 研17
背景與動(dòng)機(jī)
FBMC被認(rèn)為是未來(lái)無(wú)線(xiàn)通信中一種強(qiáng)有力的輔助波形，但與其它多載波系統(tǒng)一樣，它也存在發(fā)射信號(hào)過(guò)高PAPR的缺點(diǎn)。失真的接收信號(hào)被解調(diào)后星座點(diǎn)會(huì)發(fā)生嚴(yán)重扭曲，系統(tǒng)的誤碼率將急劇惡化。因此，在基于FBMC調(diào)制的無(wú)線(xiàn)通信系統(tǒng)中，采取PAPR抑制措施以避免系統(tǒng)性能惡化就顯得格外重要。傳統(tǒng)PAPR抑制方法具有較高的計(jì)算復(fù)雜度，對(duì)于某些實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)景并不可行，尤其是機(jī)器類(lèi)通信中用戶(hù)設(shè)備需要盡可能長(zhǎng)的電池循環(huán)周期，這就不可避免地需要一種低能耗的算法來(lái)抑制發(fā)射信號(hào)的高PAPR。為大幅度降低計(jì)算復(fù)雜度并保持良好的PAPR抑制性能，本文提出一種實(shí)用的基于轉(zhuǎn)換向量的低復(fù)雜度DSLM方案，簡(jiǎn)稱(chēng)為C-DSLM方案。
設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)
圖1 OFDM符號(hào)和FBMC符號(hào)的平均功率輪廓圖
為直觀(guān)的揭示FBMC符號(hào)間的重疊結(jié)構(gòu)，在圖1中同時(shí)畫(huà)出OFDM符號(hào)和FBMC符號(hào)的功率分布輪廓。觀(guān)察到以下三點(diǎn)：（1）OFDM符號(hào)的平均功率分布在當(dāng)前符號(hào)周期T內(nèi)，而FBMC符號(hào)的功率主要分布在延后的兩個(gè)符號(hào)周期內(nèi)，即區(qū)間[1T,3T]內(nèi)；（2）每個(gè)FBMC符號(hào)主要與前面的兩個(gè)符號(hào)和后續(xù)的兩個(gè)符號(hào)發(fā)生重疊，特別是與前后兩個(gè)符號(hào)重疊得較多；（3）當(dāng)前FBMC符號(hào)的峰值不僅受之前幾個(gè)符號(hào)的影響，還將受到后續(xù)幾個(gè)符號(hào)的影響。這三點(diǎn)觀(guān)察對(duì)FBMC系統(tǒng)中PAPR抑制方案的設(shè)計(jì)有重要指導(dǎo)作用。
圖2 基于轉(zhuǎn)換向量的SLM（CSLM）方案原理框圖
在基于轉(zhuǎn)換向量的選擇性映射（CSLM）方案中，部分候選發(fā)射信號(hào)是通過(guò)轉(zhuǎn)換矩陣與時(shí)域信號(hào)相乘產(chǎn)生的，通過(guò)這種方式能夠避免部分IFFT運(yùn)算，因此，CSLM方案的計(jì)算復(fù)雜度較低，其基本原理如圖2所示。針對(duì)具有重疊結(jié)構(gòu)的FBMC信號(hào)設(shè)計(jì)出C-DSLM方案所需的轉(zhuǎn)換向量，給出所提C-DSLM方案的具體步驟，然后分別對(duì)C-DSLM方案的計(jì)算復(fù)雜度和PAPR抑制性能做出評(píng)估和計(jì)算機(jī)仿真研究。
圖3 FBMC系統(tǒng)C-DSLM方案與OFDM系統(tǒng)SLM方案的PAPR抑制性能對(duì)比
比較FBMC系統(tǒng)中C-DSLM方案與OFDM系統(tǒng)中SLM方案的PAPR抑制性能，觀(guān)察圖3中曲線(xiàn)可以發(fā)現(xiàn)，與SLM方案在OFDM系統(tǒng)中的PAPR抑制性能相比，C-DSLM方案在FBMC系統(tǒng)中能夠取得相近的性能。在Pr(PAPR>PAPR0)=10-3情況下，當(dāng)U=8時(shí)，它們之間僅有0.22 dB的差距，而當(dāng)U=4時(shí)這個(gè)差距縮減到0.18 dB。與U=8時(shí)相比，SLM方案在U*=16時(shí)（其中8個(gè)相位旋轉(zhuǎn)向量通過(guò)翻轉(zhuǎn)另外8個(gè)相位旋轉(zhuǎn)向量的正負(fù)號(hào)得到）沒(méi)有取得任何的PAPR抑制性能增益，而C-DSLM方案獲得了多達(dá)0.37 dB的性能增益。
關(guān)于作者
程星，博士，中國(guó)石油大學(xué)（北京），信息科學(xué)與工程學(xué)院控制理論與控制工程專(zhuān)業(yè)，中共黨員。研究方向：復(fù)雜系統(tǒng)的檢測(cè)、控制和優(yōu)化、OFDM系統(tǒng)、FBMC系統(tǒng)、深度學(xué)習(xí)技術(shù)在通信物理層的應(yīng)用、基于測(cè)井電纜的高速遠(yuǎn)程傳輸系統(tǒng)?？傆?jì)發(fā)表科學(xué)論文10余篇。
聯(lián)系方式：
Email: [email protected]
劉得軍，教授，中國(guó)石油大學(xué)（北京），信息科學(xué)與工程學(xué)院電子信息工程系，博士生導(dǎo)師，中共黨員。研究方向：電磁測(cè)量方法與數(shù)值模擬技術(shù)、電纜高速數(shù)據(jù)傳輸理論與技術(shù)、機(jī)電測(cè)量系統(tǒng)虛擬樣機(jī)設(shè)計(jì)等?？傆?jì)發(fā)表科學(xué)論文140余篇。
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