Csúcstényező csökkentése OFDM rendszerekben vivőallokációs eljárások optimalizálásával
Az ortogonális frekvenciaosztásos-nyalábolás (OFDM) egy széles körben használt modulációs eljárás nagysebességű digitális kommunikációs rendszerekben. Ez a moduláció széles körben alkalmazott mind vezetékes mind pedig vezeték nélküli alkalmazásokban egyaránt. Jól mutatja ezt a tényt, hogy több szabvány is ezt a sémát alkalmazza a fizikai rétegében (DVB, WLAN, LTE).
Az átvitel során a modulált jel magas csúcstényezője (PAPR), más szóval a csúcs- és átlagteljesítmény aránya egy jelentős hátrány lehet, mely miatt kompromisszumot kell hozni a teljesítményerősítők hatásfoka és az előforduló nemlineáris torzítás gyakorisága között. Amennyiben a jelben időnként előforduló nagy csúcsok a nemlineáris tartományba vezérlik az erősítőt, úgy a torzítási termékek növelik a vételi oldalnál a hibás bitek számát, illetve a szomszédos csatornákba sugárzott teljesítmény mértékét is.
A probléma kiküszöbölésére csúcstényező-csökkentő algoritmusokat szoktak alkalmazni. Erre a feladatra több metódust fejlesztettek ki, melyek közül a DVB-T2-es szabványban kettőt rögzítenek. Ezek a vivőallokációt alkalmazó (Tone Reservation - TR), valamint az aktív konstelláció kiterjesztő (Active Constellation Extension - ACE) eljárások. A dolgozatban megvizsgálok két, eddig ismert TR technikát: a kernel alapú és a határolás alapú eljárásokat. Ezen felül ismertetek egy harmadik, teljesen új módszert, az inverz-vágáson alapuló metódust.
A TR módszer esetén lineáris programozás (LP) segítségével meghatározható az elvi maximális PAPR csökkentés mértéke is, azonban ennek számításigényes volta miatt a gyakorlatban a fentebb említett, heurisztikusabb eljárások terjedtek el.
Az eljárások többféle szempont alapján kerültek összehasonlításra. Megvizsgáltam a módszerek PAPR csökkentésének hatékonyságát, illetve az eljárások teljesítőképességét az iterációk számának függvényében összehasonlítva az LP segítségével kapott eredményekkel. Ezen felül a módszereket összehasonlítottuk a konvergencia szempontjából is. A vizsgálatok során fontos szerepet játszott a vágási faktor (Clipping Ratio - CR) optimális értékének meghatározása is, hiszen ez a paraméter mindhárom metódus során előfordul, és értékétől nem közömbös a PAPR csökkenés mértéke sem. Bemutatok egy újszerű adaptív vágási trajektórián alapuló vizsgálatot is, melyben minden iterációra külön-külön meghatározott CR alkalmazásával PAPR csökkenés szempontjából kedvezőbb eredmény érhető el, mint konstans vágási arány használatával.
A szimulációs modell MATLAB környezetben került kialakításra, így a vizsgálatok lefuttatására egy moduláris, könnyen bővíthető keretrendszert tudtam kialakítani, amelybe az új metódusokat és eljárásokat könnyen be lehetett illeszteni. A vizsgálatok során a három módszer előnyeinek és hátrányainak összevetése után meghatározásra került az optimális CR érték is, valamint az így elérhető PAPR csökkenés mértéke is.
A dolgozat végén ismertetésre került a szimulált eredmények alátámasztására kialakított mérési környezet is, melyben egy szoftverrádió segítségével validáltam a szimuláció során kapott eredményeket.
szerző
-
Botlik Barnabás
villamosmérnöki
nappali
konzulensek
-
Dr. Kollár Zsolt
Egyetemi docens, Méréstechnika és Információs Rendszerek Tanszék -
Dr. Horváth Bálint
Adjunktus, Szélessávú Hírközlés és Villamosságtan Tanszék
