A Novel Conversion Vector-Based Low-Complexity SLM Scheme for PAPR Reduction in FBMC/OQAM Systems

發表期刊：IEEE Transactions on Broadcasting（JCR Q1）

原文DOI: https://doi.org/10.1109/TBC.2020.2977548

作者列表

1）程    星 中國石油大學（北京） 信息科學與工程學院 控制理論與控制工程專業 博15

2）劉得軍 中國石油大學（北京） 信息科學與工程學院 電子信息工程系

3）史文哲 中國石油大學（北京） 信息科學與工程學院 電子與通信工程專業 研17

4）趙   陽 中國石油大學（北京） 信息科學與工程學院 電子與通信工程專業 研17

5）李   洋 中國石油大學（北京） 信息科學與工程學院 信息與通信工程專業 研17

背景與動機

FBMC被認為是未來無線通信中一種強有力的輔助波形，但與其它多載波系統一樣，它也存在發射信號過高PAPR的缺點。失真的接收信號被解調后星座點會發生嚴重扭曲，系統的誤碼率將急劇惡化。因此，在基于FBMC調制的無線通信系統中，采取PAPR抑制措施以避免系統性能惡化就顯得格外重要。傳統PAPR抑制方法具有較高的計算復雜度，對于某些實際應用場景并不可行，尤其是機器類通信中用戶設備需要盡可能長的電池循環周期，這就不可避免地需要一種低能耗的算法來抑制發射信號的高PAPR。為大幅度降低計算復雜度并保持良好的PAPR抑制性能，本文提出一種實用的基于轉換向量的低復雜度DSLM方案，簡稱為C-DSLM方案。

設計與實現

圖1 OFDM符號和FBMC符號的平均功率輪廓圖

為直觀的揭示FBMC符號間的重疊結構，在圖1中同時畫出OFDM符號和FBMC符號的功率分布輪廓。觀察到以下三點：（1）OFDM符號的平均功率分布在當前符號周期T內，而FBMC符號的功率主要分布在延后的兩個符號周期內，即區間[1T,3T]內；（2）每個FBMC符號主要與前面的兩個符號和后續的兩個符號發生重疊，特別是與前后兩個符號重疊得較多；（3）當前FBMC符號的峰值不僅受之前幾個符號的影響，還將受到后續幾個符號的影響。這三點觀察對FBMC系統中PAPR抑制方案的設計有重要指導作用。

圖2 基于轉換向量的SLM（CSLM）方案原理框圖

在基于轉換向量的選擇性映射（CSLM）方案中，部分候選發射信號是通過轉換矩陣與時域信號相乘產生的，通過這種方式能夠避免部分IFFT運算，因此，CSLM方案的計算復雜度較低，其基本原理如圖2所示。針對具有重疊結構的FBMC信號設計出C-DSLM方案所需的轉換向量，給出所提C-DSLM方案的具體步驟，然后分別對C-DSLM方案的計算復雜度和PAPR抑制性能做出評估和計算機仿真研究。

圖3 FBMC系統C-DSLM方案與OFDM系統SLM方案的PAPR抑制性能對比

比較FBMC系統中C-DSLM方案與OFDM系統中SLM方案的PAPR抑制性能，觀察圖3中曲線可以發現，與SLM方案在OFDM系統中的PAPR抑制性能相比，C-DSLM方案在FBMC系統中能夠取得相近的性能。在Pr(PAPR>PAPR0)=10-3情況下，當U=8時，它們之間僅有0.22 dB的差距，而當U=4時這個差距縮減到0.18 dB。與U=8時相比，SLM方案在U*=16時（其中8個相位旋轉向量通過翻轉另外8個相位旋轉向量的正負號得到）沒有取得任何的PAPR抑制性能增益，而C-DSLM方案獲得了多達0.37 dB的性能增益。

關于作者

程星，博士，中國石油大學（北京），信息科學與工程學院控制理論與控制工程專業，中共黨員。研究方向：復雜系統的檢測、控制和優化、OFDM系統、FBMC系統、深度學習技術在通信物理層的應用、基于測井電纜的高速遠程傳輸系統?？傆嫲l表科學論文10余篇。

聯系方式：

Email: 1123540775@qq.com

劉得軍，教授，中國石油大學（北京），信息科學與工程學院電子信息工程系，博士生導師，中共黨員。研究方向：電磁測量方法與數值模擬技術、電纜高速數據傳輸理論與技術、機電測量系統虛擬樣機設計等?？傆嫲l表科學論文140余篇。

聯系方式：

Email:liudj65@163.com

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