PAPR reduction in the FBMC-OQAM system via segment-based optimization

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

Multicarrier modulation (MCM) schemes have been intensively studied and developed because of their numerous advantages, which include high data rate and immunity to multipath fading. Among MCM schemes, filter bank multicarrier with offset quadrature amplitude modulation (FBMC-OQAM) has attracted considerable interest in recent years. However, the FBMC-OQAM system exhibits a high peak-to-average power ratio (PAPR). In this thesis, the FBMC-OQAM system is presented and a solution is presented for the problem of high PAPR that involves two separate components: minimizing the PAPR of each data block and optimizing each segment based on the preceding result. Unlike conventional partial transmit sequence techniques, the proposed technique uses fewer combinations of phase factors, thereby decreasing the complexity of the algorithm while still reducing PAPR. In addition, sparse clipping signals are recovered by compressed sensing, and the bit error rates were analyzed. The reductions in PAPR were also numerically evaluated using simulations. The simulation results confirm that the proposed technique effectively reduces the high peaks in the FBMC-OQAM system.

국문 초록 (Abstract)

다중 반송파 변조방식은 높은 데이터 전송률과 다중 경로 페이딩에 강건하다는 점 등 다양한 장점으로 인해 집중적으로 연구되고 개발되어 왔다. 이런 다중 반송파 변조방식들 중 최근, 필터 뱅크 다중 반송파 – 오프셋 직교 진폭 변조(filter bank multicarrier with offset quadrature amplitude modulation, 이하 FBMC-OQAM) 방식이 많은 주목을 받고 있다. 그러나, FBMC-OQAM도 다중 반송파 전송 방식 중 하나이기 때문에, 이 역시 다른 다중 반송파 변조방식과 마찬가지로 높은 첨두 전력 대비 평균전력비(peak-to-average power ratio, 이하 PAPR) 문제를 보인다. 이에 따라 본 논문에서는 FBMC-OQAM 시스템을 살펴보고, 송신단에서 이에 맞는 PAPR 감쇄 기법을 제안하고자 한다. 제안하는 기법은 데이터 블록의 PAPR을 개별적으로 최소화하고, 그 결과를 바탕으로 각 세그먼트를 최적화한다. 그리고 알고리즘의 복잡도를 줄이기 위해 기존 보다 적은 수의 위상 요소 조합만을 고려한다. 이를 통해 PAPR 값을 감소 시킴과 동시에 알고리즘의 복잡도를 낮추는 방안을 모색한다. 또한, 클리핑 이후 남은 희소 신호는 수신단에서 압축 센싱 방법에 의해 복구하고 비트 오류율(bit error rate, 이하 BER)을 분석한다. PAPR의 감쇄 정도도 시뮬레이션을 통해 수치적으로 평가 및 분석한다. 시뮬레이션 결과를 통해 제안하는 기법이 효과적으로 높은 첨두 값을 줄일 수 있고, BER 성능 면에서도 우수함을 확인할 수 있다.

목차 (Table of Contents)

• I. Introduction 1
• II. Background 5
• A. Filter Bank Multicarrier 5
• B. FBMC with Offset Quadrature Amplitude Modulation 7
• III. FBMC-OQAM System Model 8
• A. FBMC-OQAM System 8
• B. PAPR 10
• IV. Conventional PAPR Reduction Techniques 11
• A. Clipping 11
• B. PTS 11
• V. Proposed Technique 14
• A. PAPR Reduction 14
• B. Signal Recovery via CS 19
• VI. Performance Evaluation 23
• VII.Conclusions 32
• References 33
• Abstract in Korean 37