A Survey on Peak to Average Power Ratio Reduction Methods for LTE-OFDM

OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing) is generally preferred for high data rate transmission in digital communication. The Long-Term Evolution (LTE) standards for the fourth generation (4G) wireless communication systems. Orthogonal Frequency Division Multiple Access (OFDMA) and Single Carrier Frequency Division Multiple Access (SC-FDMA) are the two multiple access techniques which are generally used in LTE.OFDM system has a major shortcoming of high peak to average power ratio (PAPR) value. This paper explains different PAPR reduction techniques and presents a comparison of the various techniques based on theoretical results. It also presents a survey of the various PAPR reduction techniques and the state of the art in this area

A Novel PTS Scheme for PAPR Reduction of Filtered-OFDM Signals without Side Information

In this paper, a novel partial transmit sequence (PTS) scheme is proposed for reducing the peak-to-average power ratio (PAPR) of filtered orthogonal frequency division multiplexing (f-OFDM) systems. The PTS method is modified such that no side information (SI) transmission is needed. The data and pilot recovery are accomplished by a simple detector, making use of the correlation property of the Hadamard sequence and the transparency property of the pilot signal and an iterative phase detection is further added in a fading channel. Simulation results show that the modified solution provides a higher correct detection probability without increasing the system complexity nor affecting the PAPR suppression performance

New Hybrid Schemes for PAPR Reduction in OFDM Systems

الـ 3GPP قدمت مشروع LTE لتلبية الطلبات المتزايدة لخدمات الاتصالات ذات السرعة العالية والجودة العالية. يستخدم نظام الـ LTE تقنية مضاعفة تقسيم التردد المتعامد (OFDM) في شكل (OFDMA) في الوصلة الهابطة (Downlink) وشكل الـ (SCFDMA) في الوصلة الصاعدة (Uplink) مجتمعة مع تقنية الـ MIMO لتقديم معدل بيانات عالي، قدرة عالية، وحصانة ضد القنوات متعددة المسارات. ومع ذلك لا يزال ارتفاع نسبة القدرة العظمة إلى المتوسط (PAPR) لإشارة الـ LTE المرسلة هي المشكلة الرئيسية التي تعمل على تدهور كفاءة النظام بشك عام وإمكانية استهلاك الطاقة. لذلك كرست الكثير من البحوث للحد من تدهور الأداء بسبب مشكلة الـ PAPR في أنظمة LTE-OFDM. تعتبر طرق ضغط الإشارة (Companding Methods) جزءاً من الطرق المعروفة والتي تعتبر سهلة ومنخفضة التعقيد، وبلا قيود على شكل التضمين وحجم عدد الحوامل (Subcarrier Size)، ولها خصائص طيفية جيدة، ومع ذلك فإن هذه الطرق تقلل الـ PAPR بمقدار ضئيل. وقد اقترح هذا البحث سبعة طرق هجينة جديدة على أساس مزيج من Zaddoff Chu Matrix Transform (ZCT) مع ست أساليب مختلفة من طرق ضغط الإشارة وهي Rooting Companding (RCT)، New Error Function Companding (NERF)، Absolute Exponential Companding (AEXP)، Logarithmic Rooting Companding (LogR)، Cosine Companding (COS)، وTangent Rooting Companding (TanhR). بالإضافة إلى ذلك تم تطوير الطريقة الهجينة السابعة وتجمع الـ Zaddoff Chu Matrix Transform (ZCT) مع طريقة جديدة مقترحة تسمى Advanced AEXP (AAEXP). أظهرت النتائج أن هذه الطرق المتطورة تجمع بين خصائص طريقة الـ ZCT مع خصائص طرق ضغط الإشارة، وتحقق أداء أمثل وانخفاضاً أفضل من حيث PAPR وBER. كما حققت طريقة الـ ZCT+AAEXP أفضل النتائج مقارنة بالطرق الأخرى.The 3rd Generation Partnership Project (3GPP) introduced LTE to meet increasingly demands for communication services with high speed and quality. LTE uses OFDM in the form of OFDMA in the downlink and SCFDMA in the uplink combined with MIMO offering high data rate, high capacity and immunity against multipath channels. However, still the high PAPR of the LTE transmitted signal is the major problem affecting overall system performance degradation and power efficiency. A plenty of research has been devoted to reduce the performance degradation due to the PAPR problem inherent to LTE OFDM systems. A portion of the current techniques such companding methods have low-complexity, no constraint on modulation format and subcarrier size, good distortion and spectral properties; however, they have limited PAPR reduction capabilities. This paper proposes seven new hybrid schemes including Zaddoff Chu Matrix Transform (ZCT) precoding and six modern companding methods; Rooting Companding (RCT), New Error Function Companding (NERF), Absolute Exponential Companding (AEXP), Logarithmic Rooting Companding (LogR), Cosine Companding (COS) and Tangent Rooting Companding (TanhR) companding. Furthermore, the seventh proposed hybrid scheme has been added incorporating ZCT precoding with new proposed companding called Advanced AEXP (AAEXP) companding. The developed methods are combining properties of both ZCT & Compandings, and achieving superior PAPR performance and optimal BER. Simulations results illustrate that the new seven proposed hybrid schemes can achieve better PAPR reduction, and BER performance and the best achievement has been achieved by ZCT+AAEXP scheme

New methods of partial transmit sequence for reducing the high peak-to-average-power ratio with low complexity in the ofdm and f-ofdm systems

The orthogonal frequency division multiplexing system (OFDM) is one of the most important components for the multicarrier waveform design in the wireless communication standards. Consequently, the OFDM system has been adopted by many high-speed wireless standards. However, the high peak-to-average- power ratio (PAPR) is the main obstacle of the OFDM system in the real applications because of the non-linearity nature in the transmitter. Partial transmit sequence (PTS) is one of the effective PAPR reduction techniques that has been employed for reducing the PAPR value 3 dB; however, the high computational complexity is the main drawback of this technique. This thesis proposes novel methods and algorithms for reducing the high PAPR value with low computational complexity depending on the PTS technique. First, three novel subblocks partitioning schemes, Sine Shape partitioning scheme (SS-PTS), Subsets partitioning scheme (Sb-PTS), and Hybrid partitioning scheme (H-PTS) have been introduced for improving the PAPR reduction performance with low computational complexity in the frequency-domain of the PTS structure. Secondly, two novel algorithms, Grouping Complex iterations algorithm (G-C-PTS), and Gray Code Phase Factor algorithm (Gray-PF-PTS) have been developed to reduce the computational complexity for finding the optimum phase rotation factors in the time domain part of the PTS structure. Third, a new hybrid method that combines the Selective mapping and Cyclically Shifts Sequences (SLM-CSS-PTS) techniques in parallel has been proposed for improving the PAPR reduction performance and the computational complexity level. Based on the proposed methods, an improved PTS method that merges the best subblock partitioning scheme in the frequency domain and the best low-complexity algorithm in the time domain has been introduced to enhance the PAPR reduction performance better than the conventional PTS method with extremely low computational complexity level. The efficiency of the proposed methods is verified by comparing the predicted results with the existing modified PTS methods in the literature using Matlab software simulation and numerical calculation. The results that obtained using the proposed methods achieve a superior gain in the PAPR reduction performance compared with the conventional PTS technique. In addition, the number of complex addition and multiplication operations has been reduced compared with the conventional PTS method by about 54%, and 32% for the frequency domain schemes, 51% and 65% for the time domain algorithms, 18% and 42% for the combining method. Moreover, the improved PTS method which combines the best scheme in the frequency domain and the best algorithm in the time domain outperforms the conventional PTS method in terms of the PAPR reduction performance and the computational complexity level, where the number of complex addition and multiplication operation has been reduced by about 51% and 63%, respectively. Finally, the proposed methods and algorithms have been applied to the OFDM and Filtered-OFDM (F-OFDM) systems through Matlab software simulation, where F-OFDM refers to the waveform design candidate in the next generation technology (5G)

Аналіз кодових конструкцій багатовимірних сигналів для безперервного каналу передачі інформації

One of the directions to improve the efficiency of modern telecommunication systems is the transition to the use of multidimensional signals for continuous channels of information transmission. As a result of studies carried out in recent years, it has been established that it is possible to ensure high quality of information transmission in continuous channels by combining demodulation and decoding operations into a single procedure that involves the construction of a code construct for a multidimensional signal. This paper considers issues related to estimating the possibility to improve the efficiency of continuous information transmission channel by changing the signal distance of the code structure. It has been established that the code structures of such types as a hierarchical code construct of signals, a hierarchical code construct of signals with Euclidean metric, a reversible code construct of signals, a reversible code construct of signals with Euclidean metric have the potential, when used, to increase the speed of information transmission along a continuous channel. With a signal distance reduced by 10 percent or larger, it could increase by two times or faster. The estimation of the effect of reducing a signal distance on the efficiency of certain types of code structures was carried out. It has been established that the hierarchical reversible code construct, compared to the hierarchical code construct, provides a win of up to two or more times in the speed of information transmission with a halved signal distance. Implementing the modulation procedure has no fundamental difficulties, on the condition that for each code of the code construct the encoding procedure is known when using binary codes. The results reported here make it possible to build an acceptably complex demodulation procedure according to the specified types of code structuresОдним из направлений повышения эффективности работы современных телекоммуникационных систем является переход к использованию многомерных сигнале для непрерывных каналов передачи информации. В результате проведенных в последние годы исследований установлено, что обеспечить высокое качество передачи информации в непрерывных каналах можно методом объединения операций демодуляции и декодирования в единую процедуру, которая предусматривает создание кодовой конструкции многомерного сигнала. Непосредственно рассмотрены вопросы оценки возможности изменением сигнальной расстоянии кодовой конструкции, повысить эффективность работы непрерывного канала передачи информации. Установлено, что кодовые конструкции типа: иерархическая кодовая конструкция сигналов; иерархическая кодовая конструкция сигналов с евклидовой метрикой; перестановочных кодовая конструкции сигналов; перестановочных кодовая конструкции сигналов с евклидовой метрикой, при их применении имеют потенциальную возможность к повышению скорости передачи информации через непрерывный канал. Она, при уменьшении сигнальной расстоянии от 10 и более процентов, может достигать до двух и более раз. Осуществлена оценка влияния уменьшения сигнальной расстояния на эффективность работы отдельных типов кодовых конструкций. Установлено, что иерархическая переставная кодовая конструкция в сравнении с иерархической кодовой конструкцией, обеспечивает выигрыш до двух и более раз в скорости передачи информации при уменьшении сигнальной расстоянии в два раза. Реализация процедуры модуляции не имеет принципиальных трудностей при условии, что для каждого кода кодовой конструкции известна процедура кодирования при применении двоичных кодов. Полученные результаты позволяют построить достаточно приемлемую по сложности процедуру демодуляции соответственно определенных типов кодовых конструкцийОдним з напрямків підвищення ефективності роботи сучасних телекомунікаційних систем є перехід до використання багатовимірних сигналі для безперервних каналів передачі інформації. В результаті проведених в останні роки досліджень встановлено, що забезпечити високу якість передачі інформації в безперервних каналах можна методом об’єднання операцій демодуляції і декодування в єдину процедуру, яка передбачає створення кодової конструкції багатовимірного сигналу. Безпосередньо розглянуті питання оцінки можливості зміною сигнальної відстані кодової конструкції, підвищити ефективність роботи безперервного каналу передачі інформації. Встановлено, що кодові конструкції типу: ієрархічна кодова конструкція сигналів; ієрархічна кодова конструкція сигналів з евклідовою метрикою; перестановочна кодова конструкції сигналів; перестановочна кодова конструкції сигналів з евклідовою метрикою, при їх застосуванні мають потенційну можливість до підвищення швидкості передачі інформації через безперервний канал. Вона, при зменшені сигнальної відстані від 10 і більше відсотків, може досягати до двох і більше разів. Здійснено оцінку впливу зменшення сигнальної відстані на ефективність роботи окремих типів кодових конструкцій. Встановлено, що ієрархічна переставна кодова конструкція в порівнянні з ієрархічної кодовою конструкцією, забезпечує виграш до двох і більше разів в швидкості передачі інформації при зменшені сигнальної відстані в два рази. Реалізація процедури модуляції не має принципових труднощів при умові, що для кожного коду кодової конструкції відома процедура кодування при застосування двійкових кодів. Отримані результати дозволяють побудувати достатньо прийняту по складності процедуру демодуляції відповідно визначених типів кодових конструкці