Investigación de rendimiento de la reducción de picos y la interpolación de la técnica de reducción de PAPR para señales LTE-Avanzado y 5G
Autores: Mohammady, Somayeh; Farrell, Ronan; Malone, David; Dooley, John
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2019
Acceso abierto
Artículo científico
2019
Investigación de rendimiento de la reducción de picos y la interpolación de la técnica de reducción de PAPR para señales LTE-Avanzado y 5G
Categoría
Gestión y administración
Subcategoría
Gestión de la tecnología y la inovación
Palabras clave
Formas de onda
Ofdm
Papr
Técnica psi
Sistemas 5g
Eficiencia espectral
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 1
Citaciones: Sin citaciones
La multiplexión por división de frecuencia ortogonal (OFDM) se ha convertido en una parte indispensable de la generación de formas de onda en la comunicación digital de banda ancha desde su primera aparición en la radiodifusión de audio digital (DAB) en Europa en la década de 1980, y de hecho está en uso. Como se ha visto, las formas de onda basadas en OFDM funcionan bien con la operación de duplexación por división de tiempo en los sistemas de nueva radio (NR) en los sistemas 5G, apoyando aplicaciones sensibles a la demora, alta eficiencia espectral, compatibilidad con múltiples entradas y múltiples salidas (MIMO) masivas, y señales de ancho de banda cada vez más grandes, lo que ha demostrado una implementación comercial exitosa para los enlaces descendentes y ascendentes de 5G hasta esquemas de modulación de 256-QAM. Sin embargo, las formas de onda OFDM sufren de una alta relación de potencia pico a promedio (PAPR), que no es deseada por los diseñadores de sistemas ya que quieren que los amplificadores de potencia de RF (PAs) operen con alta eficiencia. Aunque NR ofrece algunas opciones para mantener la eficiencia y la demanda espectral, como los esquemas basados en prefijo cíclico (CP-OFDM) y los basados en transformada discreta de Fourier extendida (DFT-S-OFDM), que tienen efectos limitantes sobre el PAPR, el PAPR sigue siendo tan alto como 13 dB. Este valor aumenta cuando se incrementa el ancho de banda. Además, en los sistemas LTE-Advance y 5G, para aumentar el ancho de banda y la tasa de datos, se utiliza la tecnología de agregación de portadoras que incrementa el PAPR de la misma manera que lo hace el incremento del ancho de banda; por lo tanto, es esencial emplear la reducción de PAPR en la etapa de procesamiento de señales antes de pasar la señal al PA. En este artículo, investigamos el rendimiento de una técnica innovadora de reducción de picos e interpolación (PSI) para reducir la relación de potencia pico a promedio (PAPR) en señales basadas en multiplexión por división de frecuencia ortogonal (OFDM) en la etapa de generación de formas de onda. La idea principal detrás de la técnica PSI es extraer picos altos, escalarlos hacia abajo e interpolarlos de nuevo en la señal. Se ha demostrado que la técnica PSI es un candidato posible para reducir el PAPR sin comprometer la complejidad computacional, compatible con los sistemas de telecomunicaciones existentes y futuros como 4G, 5G y más allá. En este artículo, se prueba la técnica PSI con una variedad de señales en términos de longitud de transformada rápida de Fourier inversa (IFFT), tipo de modulación de la señal y aplicaciones. Se ha llevado a cabo un trabajo adicional para comparar la técnica propuesta con otras técnicas prometedoras de reducción de PAPR. Este artículo valida aún más la técnica PSI a través de mediciones experimentales con un banco de pruebas de amplificador de potencia (PA) y logra una relación de potencia de canal adyacente (ACPR) de menos de -55 dBc. Los resultados mostraron una mejora en la potencia de salida del PA en comparación con la potencia de entrada dada, y además, se logró una magnitud de vector de error (EVM) de menos del 1% al comparar la señal después y antes de la modificación por la técnica PSI.
Descripción
La multiplexión por división de frecuencia ortogonal (OFDM) se ha convertido en una parte indispensable de la generación de formas de onda en la comunicación digital de banda ancha desde su primera aparición en la radiodifusión de audio digital (DAB) en Europa en la década de 1980, y de hecho está en uso. Como se ha visto, las formas de onda basadas en OFDM funcionan bien con la operación de duplexación por división de tiempo en los sistemas de nueva radio (NR) en los sistemas 5G, apoyando aplicaciones sensibles a la demora, alta eficiencia espectral, compatibilidad con múltiples entradas y múltiples salidas (MIMO) masivas, y señales de ancho de banda cada vez más grandes, lo que ha demostrado una implementación comercial exitosa para los enlaces descendentes y ascendentes de 5G hasta esquemas de modulación de 256-QAM. Sin embargo, las formas de onda OFDM sufren de una alta relación de potencia pico a promedio (PAPR), que no es deseada por los diseñadores de sistemas ya que quieren que los amplificadores de potencia de RF (PAs) operen con alta eficiencia. Aunque NR ofrece algunas opciones para mantener la eficiencia y la demanda espectral, como los esquemas basados en prefijo cíclico (CP-OFDM) y los basados en transformada discreta de Fourier extendida (DFT-S-OFDM), que tienen efectos limitantes sobre el PAPR, el PAPR sigue siendo tan alto como 13 dB. Este valor aumenta cuando se incrementa el ancho de banda. Además, en los sistemas LTE-Advance y 5G, para aumentar el ancho de banda y la tasa de datos, se utiliza la tecnología de agregación de portadoras que incrementa el PAPR de la misma manera que lo hace el incremento del ancho de banda; por lo tanto, es esencial emplear la reducción de PAPR en la etapa de procesamiento de señales antes de pasar la señal al PA. En este artículo, investigamos el rendimiento de una técnica innovadora de reducción de picos e interpolación (PSI) para reducir la relación de potencia pico a promedio (PAPR) en señales basadas en multiplexión por división de frecuencia ortogonal (OFDM) en la etapa de generación de formas de onda. La idea principal detrás de la técnica PSI es extraer picos altos, escalarlos hacia abajo e interpolarlos de nuevo en la señal. Se ha demostrado que la técnica PSI es un candidato posible para reducir el PAPR sin comprometer la complejidad computacional, compatible con los sistemas de telecomunicaciones existentes y futuros como 4G, 5G y más allá. En este artículo, se prueba la técnica PSI con una variedad de señales en términos de longitud de transformada rápida de Fourier inversa (IFFT), tipo de modulación de la señal y aplicaciones. Se ha llevado a cabo un trabajo adicional para comparar la técnica propuesta con otras técnicas prometedoras de reducción de PAPR. Este artículo valida aún más la técnica PSI a través de mediciones experimentales con un banco de pruebas de amplificador de potencia (PA) y logra una relación de potencia de canal adyacente (ACPR) de menos de -55 dBc. Los resultados mostraron una mejora en la potencia de salida del PA en comparación con la potencia de entrada dada, y además, se logró una magnitud de vector de error (EVM) de menos del 1% al comparar la señal después y antes de la modificación por la técnica PSI.