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

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

原文DOI:

作者列表

1）程 星 中国石油大学（北京） 信息科学与工程学院 控制理论与控制工程专业 博15

2）刘得军 中国石油大学（北京） 信息科学与工程学院 电子信息工程系

3）史文哲 中国石油大学（北京） 信息科学与工程学院 电子与通信工程专业 研17

4）赵 阳 中国石油大学（北京） 信息科学与工程学院 电子与通信工程专业 研17

5）李 洋 中国石油大学（北京） 信息科学与工程学院 信息与通信工程专业 研17

背景与动机

FBMC被认为是未来无线通信中一种强有力的辅助波形，但与其它多载波系统一样，它也存在发射信号过高PAPR的缺点。失真的接收信号被解调后星座点会发生严重扭曲，系统的误码率将急剧恶化。因此，在基于FBMC调制的无线通信系统中，采取PAPR抑制措施以避免系统性能恶化就显得格外重要。传统PAPR抑制方法具有较高的计算复杂度，对于某些实际应用场景并不可行，尤其是机器类通信中用户设备需要尽可能长的电池循环周期，这就不可避免地需要一种低能耗的算法来抑制发射信号的高PAPR。为大幅度降低计算复杂度并保持良好的PAPR抑制性能，本文提出一种实用的基于转换向量的低复杂度DSLM方案，简称为C-DSLM方案。

设计与实现

图1 OFDM符号和FBMC符号的平均功率轮廓图

为直观的揭示FBMC符号间的重叠结构，在图1中同时画出OFDM符号和FBMC符号的功率分布轮廓。观察到以下三点：（1）OFDM符号的平均功率分布在当前符号周期T内，而FBMC符号的功率主要分布在延后的两个符号周期内，即区间[1T,3T]内；（2）每个FBMC符号主要与前面的两个符号和后续的两个符号发生重叠，特别是与前后两个符号重叠得较多；（3）当前FBMC符号的峰值不仅受之前几个符号的影响，还将受到后续几个符号的影响。这三点观察对FBMC系统中PAPR抑制方案的设计有重要指导作用。

图2 基于转换向量的SLM（CSLM）方案原理框图

在基于转换向量的选择性映射（CSLM）方案中，部分候选发射信号是通过转换矩阵与时域信号相乘产生的，通过这种方式能够避免部分IFFT运算，因此，CSLM方案的计算复杂度较低，其基本原理如图2所示。针对具有重叠结构的FBMC信号设计出C-DSLM方案所需的转换向量，给出所提C-DSLM方案的具体步骤，然后分别对C-DSLM方案的计算复杂度和PAPR抑制性能做出评估和计算机仿真研究。

图3 FBMC系统C-DSLM方案与OFDM系统SLM方案的PAPR抑制性能对比

比较FBMC系统中C-DSLM方案与OFDM系统中SLM方案的PAPR抑制性能，观察图3中曲线可以发现，与SLM方案在OFDM系统中的PAPR抑制性能相比，C-DSLM方案在FBMC系统中能够取得相近的性能。在Pr(PAPR>PAPR0)=10-3情况下，当U=8时，它们之间仅有0.22 dB的差距，而当U=4时这个差距缩减到0.18 dB。与U=8时相比，SLM方案在U*=16时（其中8个相位旋转向量通过翻转另外8个相位旋转向量的正负号得到）没有取得任何的PAPR抑制性能增益，而C-DSLM方案获得了多达0.37 dB的性能增益。

关于作者

程星，博士，中国石油大学（北京），信息科学与工程学院控制理论与控制工程专业，中共党员。研究方向：复杂系统的检测、控制和优化、OFDM系统、FBMC系统、深度学习技术在通信物理层的应用、基于测井电缆的高速远程传输系统。总计发表科学论文10余篇。