کاهش PAPR در سیستم های OFDM با ترکیب روش فاز تصادفی بهنگام شده و DCT

  • دوشنبه ۲۷ فروردین ۱۳۹۷
  • بازدید 355 نفر
  • 1 امتیاز2 امتیاز3 امتیاز4 امتیاز5 امتیاز (36 امتیاز از 8 رای)
    Loading...

کاهش PAPR در سیستم های OFDM با ترکیب روش فاز تصادفی بهنگام شده و DCT

کاهش PAPR در سیستم های OFDM

در این بخش دانلود رایگان مقاله کاهش PAPR در سیستم های OFDM با ترکیب روش فاز تصادفی بهنگام شده و DCT را به زبان فارسی آماده کردیم که توسط قیصر آتش افروز در سال ۱۳۹۶ نگارش و در چهاردهمین اجلاس سراسری فناوری رسانه ارائه شده است. در ادامه به چیکده و مقدمه ای از این مقاله پرداخته و لینک دانلود رایگان آن قرار داده شده است.

مدولاسیون تقسیم فرکانس عمود برهم (OFDM)

یکی از تکنولوژی های جذاب در سیستم های مخابرات بی سیم، مدولاسیون تقسیم فرکانس عمود برهم (Orthogonal Frequency-Division Multiplexing – OFDM) است. سیستم OFDM مزایای بسیاری نظیر: دارای بهره وری طیفی زیاد، مقاوم در برابر گستردگی تاخیر در کانال چند مسیره (Multi-Channel)، مقاوم در برابر کانال های فرکانس گزین و همچنین دارای پهنای باند بهینه است. با پیشرفت روز افزون در سیستم های OFDM ، باز هم مشکلات حل نشده ای در طراحی و اجرای آن به چشم می خورد. از مهمترین این مشکلات در OFDM نسبت مقدار پیک توان به مقدار میانگین آن (Powered Air Purifying Respirator – PAPR) در سمت فرستنده است. در سال های اخیر راهکارهای زیادی به منظور کاهش PAPR توسط پژوهشگران پیشنهاد شده که یکی از این روش ها، روش فاز تصادفی بهنگام شده یا Random phase updating می باشد، موضوع مهم در روش فوق، دارا بودن رابطه مستقیم میان واریانس توان سمبل های OFDM و مقدار PAPR است.

واریانس توان آستانه در سیستم OFDM

به دلیل اینکه واریانس توان، برخلاف PAPR، قبل از بلوک IFFT قابل محاسبه می باشد؛ روش فوق در مقایسه با دیگر روش های تزریق فازی؛ پیچیدگی محاسباتی کمتری دارد که همین موضوع از اهمیت بالای برخوردار است. بکارگیری واریانس توان آستانه، از دیگر جذابیت ها در تکنیک فاز تصادفی بهنگام شده می باشد، به این صورت که عملیات تزریق فاز تا حدی تکرار می شود که واریانس توان به مقدار آستانه خود رسیده باشد، ولی چون احتمال دارد که زمان رسیدن به آستانه ی مذکور؛ باعث بوجود آمدن تاخیر در سیستم گردد، این یک عیب برای روش فاز تصادفی بهنگام شده؛ محسوب می شود.

کاهش PAPR در سیستم های OFDM با ترکیب روش فاز تصادفی بهنگام شده و DCT

شکل ۲: نمایش زمان فرکانس سیگنال برای OFDM

معرفی مقاله و محتوای آن

در این مقاله به منظور حل این مشکل، قبل از تزریق فاز؛ از خروجی زیر حامل ها، تبدیل گسسته کسینوسی (DCT) گرفتیم، به همین خاطر از تبدیل DCT استفاده کردیم که این تبدیل همبستگی زیز حامل ها را کم می کند و در نتیجه باعث کاهش واریانس توان می شود از این رو بکارگیری تبدیل DCT در کنار تکنیک فاز تصادفی بهنگام شده باعث خواهد شد که واریانس توان و به تابعیت آن مقدار PAPR (به دلیل رابطه مستقیم واریانس توان با مقدار PAPR) در مقایسه با تکنیک فاز تصادفی بهنگام شده بیشتر کاهش یافته و همچنین تعداد تکرارها جهت رسیدن به مقادیر مختلف آستانه توان؛ به اندازه کافی کاهش یابد و همینطور بکارگیری این تکنیک ترکیبی باعث بهبود در BER سیستم گردیده است.

محدوده تغییرات سیگنال در اجزای فرستنده و گیرنده

اگر در OFDM زیر حامل ها به صورت هم فاز باهم جمع شوند؛ قله بزرگی در سیگنال حوزه زمان خود به وجود می آورند. از آنجایی که یکی از مهمترین فاکتورهای موثر در قیمت اجزای (فرستنده – گیرنده)، محدوده تغییرات سیگنال است، کم کردن این مقدار، باعث کاهش هزینه پیاده سازی این سیستم ها می شود. وجود سیگنال با قله های بزرگ در حوزه زمان از دو جنبه می تواند مشکل ایجاد نماید. مشکل اول اینکه این پدیده باعث کاهش کارایی مبدل های آنالوگ به دیجیتال می شود؛ به این دلیل که محدوده مقادیر ورودی آنها را افزایش داده که این کار باعث افزایش تویز کوانتیزاسیون می گردد.

کاهش PAPR در سیستم های OFDM با ترکیب روش فاز تصادفی بهنگام شده و DCT

شکل ۳: طیف فرکانس سیگنال OFDM

کاهش عملکرد تقویت کننده RF در فرستنده

مشکل دوم کاهش کارایی تقویت کننده RF در فرستنده است که در صورت بالا بودن نسبت قله به میانگین توان در سیگنال ارسالی، اگر توان متوسط را قبل از ارسال کاهش دهیم، به استفاده ناکارآمد از تقویت کننده و افزایش احتمال خطا در گیرنده می انجامد؛ در غیر این صورت چون قله توان سیگنال از ناحیه خطی تقویت کننده بالاتر می رود، سیگنال ارسالی دچار اعوجاج می شود. مشکل PAPR بالا از زمانی که OFDM در استاندارد های مهم مخابراتی مورد استفاده قرار گرفت؛ توجه بسیاری را جلب کرده است. در دهه اخیر مشکل PAPR در سیستم های OFDM توسط روش های متفاوتی شامل روش های کدگذاری، تزریق تن، نگاشت انتخابی، روش های تزریق فاز تصادفی و غیره حل شده است. ما در این مقاله روش فاز تصادفی بهنگام شده (Random phase updating) را که از گروه روش های تزریق فاز تصادفی است؛ با اعمال تبدیل گسسته کسینوسی (DCT) بهبود دادیم.

روش فاز تصادفی بهنگام شده

نیکوکار در مقاله مرجع شماره ۸ روشی به نام فاز تصادفی بروزرسانی شده (Random phase updating) جهت کاهش PAPR ارائه نمودند، مزیت روش ذکر شده این است که یک ارتباط مستقیم بین واریانس توان و PAPR برقرار کرده است و سپس بقیه محاسبات را بر مبنای واریانس توان انجام داده و پیچیدگی محاسبات را بخاطر اینکه واریانس توان قبل از بلوک IFFT قابل محاسبه است، پایین می آورد.

کاهش PAPR در سیستم های OFDM با ترکیب روش فاز تصادفی بهنگام شده و DCT

شکل ۴: روش فاز تصادفی بهنگام شده (Random phase updating)

تبدیل گسسته کسینوسی (DCT)

تبدیل گسسته کسینوسی یک تبدیل معکوس پذیر است. این تبدیل، برداری را به عنوان ورودی گرفته و تبدیل فوریه گسسته کسینوسی آن را ایجاد می کند. این کار موجب کاهش خود همبستگی دنباله ورودی و در نتیجه کاهش PAPR می گردد.

ادغام روش فاز تصادفی بهنگام شده و تبدیل گسسته کسینوسی (DCT)

وجود یک روش کمکی که بتواند در کنار تکنیک فاز تصادفی بهنگام شده؛ ضمن کاهش پیچیدگی محاسبات، درصد PAPR را به مقدار قابل توجهی کاهش دهد، احساس می شود. یکی از کار های مهم که در این مقاله بررسی کرده ایم؛ این است که قبل از اینکه به سیستم، فاز تزریق شود؛ از خروجی زیر حامل ها؛ تبدیل گسسته کسینوسی (DCT گرفته شده است این کار باعث می شود تا همبستگی بین سمبل ها کمتر و به سبب آن؛ واریانس توان بیشتری کاهش یابد)، سپس تکنیک فاز تصادفی بهنگام شده را برروی زیر حامل های جدید، اعمال نمودیم. این کار باعث خواهد شد که اولا مقدار PAPR، نسبت به تکنیک فاز تصادفی بهنگام شده؛ به مقدار بیشتری کاهش یابد؛ ثانیا تعداد تکرار های مورد نیاز برای رسیدن به واریانس توان آستانه، بطور مطلوبی کاهش یابد، ثالثا مقدار BER کم شود. بلوک دیاگرام ادغام روش فاز تصادفی بهنگام شده و تبدیل DCT در شکل زیر آورده شده است.

کاهش PAPR در سیستم های OFDM با ترکیب روش فاز تصادفی بهنگام شده و DCT

شکل ۵: دیاگرام بلوکی ادغام روش فاز تصادفی بهنگام شده و تبدیل DCT

توضیحات بیشتر و کامل تر را با دانلود رایگان مقاله مطالعه و بررسی نمائید.


مشاهده ویدئو در این باره

خوشحال خواهیم شد اگر نظر خودتون رو درباره این مطلب ثبت کنید

خطا!دکمه ریفریش را بزنید