Skip to main content
SUPERVISOR
حمید سعیدی سورک (استاد مشاور) محمدجواد امیدی (استاد راهنما)
 
STUDENT
Zahra Sharifian
زهرا شریفیان نجف آبادی

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی برق و کامپیوتر
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1392

TITLE

PAPR Reduction in GFDM System
Due to their robustness against multipath fading channels and the ease of equalization, multicarrier modulation techniques have been widely used in communication systems. In particular, orthogonal frequency-division multiplexing (OFDM) has been the technology of choice for a large number of wired and wireless standards. However, OFDM has some limitations that make it unable to address many new communication requirements. Hence, the innovative multicarrier systems as well as general frequency division multiplexing (GFDM) have been candidate as alternate solutions for physical layer in the next wireless communication generation. GFDM is a multicarrier technique with circular pulse shaping that is designed in a way to address emerging applications in fifth generation (5G) networks such as Internet of things (IoT), machine-to-machine (M2M) communications and opportunistic use of spectrum. The same as other multicarrier systems, GFDM suffers from a high peak to average power ratio (PAPR). To address this problem, essential features of GFDM such as possibility of reducing the number of subcarriers and changing the parameters of the pulse shaping filter, are considered. However, there still is the need for reducing the peak values to the lowest level possible while keeping the performance at a satisfactory level. Clipping technique along with iterative nonlinear noise mitigation receiver and block diagonal precorder with discrete Fourier transform (DFT) blocks are two methods already discussed in the literature. However, the high computational complexity and adverse effect on bit error rate (BER) performance cause the inadequacy of these approaches. In this thesis more effective methods for GFDM PAPR reduction are proposed. The first method is a companding technique call polynomial based companding technique (PCT). In this technique, a polynomial-based compressing function is used at the transmitter side and an iterative algorithm is applied at the receiver as a dual transformation that is performed at the transmitter. Although the compressor function is the same as previously proposed method for OFDM, but expander algorithm is redesigned for general forms of multicarrier systems including GFDM. Simulation results reveal that there is a trade-off between computational complexity, PAPR reduction ability, and BER performance. The second proposed method is the calculation of a linear data-independent precoding by using Gradient optimization algorithm. This precoder can be determined as a block circulant matrix that can be used for both GFDM and generalized frequency division multiple access (GFDMA) systems . The proposed precoder has a desirable performance in PAPR reduction, BER and out of band radiation compared to other methods . The block circulant structure of precoder enables a low complexity implementation of combination of precoder and original system. This implementation also reduce the amount of memory requirement in multi-user system, GFDMA. Keys Words Multi-carrier communication system, GFDM, GFDMA, PAPR, BER, PCT, Linear precoder, Blockcirculant matrix.
سیستم‌های مدولاسیون چندحاملی به علت مقاومت در کانال محوشدگی چندمسیره و سادگی همسان‌سازی به‌طور گسترده‌ای درسیستم‌های مخابراتی مورد استفاده قرار گرفته‌اند؛ به‌خصوص OFDM که به عنوان سیستم استاندارد در بسیاری از روش‌های مخابراتی باسیم و بدون‌سیم انتخاب شده~است. با این وجود به علت محدودیت‌هایی قادر به پاسخگوی به بسیاری از نیازهای جدید مخابراتی نمی‌باشد. به همین دلیل سیستم‌های چندحاملی جدیدی از جمله GFDM به عنوان یک روش جایگزین در لایه فیزیکی نسل آینده مخابرات بی‌سیم پیشنهاد شده‌اند. مدولاسیون GFDM یک سیستم چندحاملی با شکل‌دهی چرخشی پالس است که برای تحقق کاربردهای نوظهور شبکه نسل 5 نظیر IoT ، مخابرات M2M و استفاده فرصت‌طلبانه از طیف طراحی شده است. مدولاسیون GFDM نیز همانند سایر سیستم‌های چندحاملی با چالش افزایش APR روبه‌رو است. برای رفع این مشکل ویژگی‌های ذاتی GFDM نظیر امکان کاهش تعداد زیرحامل‌ها و تغییر پارامترهای فیلتر شکل‌دهنده پالس درنظر گرفته شده‌اند. با این وجود هنوز هم لازم است که میزان PAPR، با حفظ عملکرد سیستم در حد قابل قبول، به پایین‌ترین سطح ممکن کاهش یابد. تاکنون دو روش برش به همراه گ?رنده مبتنی بر تکرار جهت تعدیل غیرخطی نویز و استفاده از پیش‌کدگذار قالبی قطری با قالب‌های DFT در منابع مطرح شده است. با این وجود پیچیدگی محاسباتی بالا و اثرات نامطلوب بر عملکرد BER سبب عدم کفایت این دو روش شده است. در این پایان‌نامه روش‌های موثرتری برای کاهش APR سیستم GFDM ارائه می‌شود. اولین روش استفاده از PCT است که جزو تکنیک‌های فشردن-گسترش است. در این روش از یک فشرده‌ساز چند جمله‌ای در سمت فرستنده استفاده می‌شود و یک الگوریتم مبتنی بر تکرار به عنوان گسترنده با عملکردی معکوس آن‌چه در فرستنده رخ می‌دهد در سمت گیرنده قرار دارد. اگرچه ساختار فشرده‌ساز مشابه تابعی است که قبلاً در سیستم OFDM پیشنهاد شده بود، اما الگوریتم گسترنده به‌گونه‌ای بازنویسی شده است که برای کلیه سیستم‌های چندحاملی از جمله GFDM قابل استفاده باشد. نتایج شبیه‌سازی نشان می‌دهد که این روش یک ارتباط مناسب بین میزان پیچیدگی محاسباتی، توانایی کاهش PAPR و عملکرد BER ایجاد می‌کند. روش پیشنهادی دیگر طراحی یک پیش‌کدگذار خطی مستقل از داده با استفاده از الگوریتم بهینه‌سازی گرادیان است. این پیش‌کدگذار به فرم یک ماتریس قالبی چرخشی مشخص می‌شود که برای هر دو سیستم GFDM و GFDMA قابل استفاده است. پیش‌کدگذار پیشنهادی دارای عملکرد مطلوب از نظر معیارهای توانایی کاهش APR ، میزان BER در گیرنده و انتشار خارج از باند نسبت به سایر روش‌ها می‌باشد. وجود خاصیت قالبی چرخشی امکان پیاده‌سازی ساختار ترکیبی ماتریس پیش‌کدگذار و سیستم اصلی را با پیچیدگی محاسباتی پایین فراهم کرده است. این پیاده‌سازی همچنین سبب کاهش حجم حافظه مورد نیاز در حالت سیستم چندکاربره GFDMA نیز شده است. واژه های کلیدی : 1- سیستم مخابراتی چندحاملی، 2- GFDM 3- GFDMA 4- PAPR 5- BER 6- PCT 7- پیش‌کدگذار خطی 8- ماتریس قالبی چرخشی

ارتقاء امنیت وب با وف بومی