Uzay-zaman kodlamalı OFDM için kafes kod temelli bir tepe/ortalama güç oranı azaltma yöntemi

Abstract

Bu çalışmada, dik frekans bölmeli çoğullama (OFDM) sistemlerinin temel sorunlarından biri olan tepe/ortalama güç oranının (PAPR) azaltılmasına yönelik olarak kanal kodlamayla PAPR azaltma probleminin birlikte ele alındığı yeni bir yöntem önerilmektedir. Kanal kodlama tekniği, band verimlilikli kafes kodlamalı modülasyon tekniği olup önerilen yöntem bir OFDM çerçevesine ilişkin, aynı giriş veri dizisi için kodlamalı modulator kafesi üzerinde, kodlamanın farklı başlangıç durumlarından başlamasıyla elde edilebilecek farklı çıkış simge dizilerine ilişkin PAPR değerlerinin hesaplanması ve ardından en küçük PAPR değerine sahip yola ilişkin çıkış simge dizisinin belirlenerek iletilmesi ilkesine dayanmaktadır. Bu çıkış dizilerinin tamamen farklı olabilmesi yani örtüşmemesi için aynı veri dizisine ilişkin değişik durumlardan başlayan yolların kafes üzerinde herhangi bir durumda birleşmemesi gerekmektedir. Bu da ancak her farklı başlangıç durumunda kodlayıcımn belli bir giriş dizisine bağlı olarak gittiği durumların her adımda farklı olmasıyla mümkün olmaktadır. Bu amaca yönelik olarak literatürde yer alan kafes kodlardan farklı yeni eşleme kuralları tanımlanmıştır. Yöntemin sisteme getireceği ek yük kodlayıcımn durum sayısıyla orantılı olup PAPR kazancı da durum sayısıyla artmaktadır. Daha önce önerilen kodlama temelli yöntemlerden farklı olarak verinin yeniden elde edilmesi için alıcı tarafa ek bilgi gönderilmesine gerek kalmamakta buna karşılık Viterbi kod çözücünün optimum yerine optimuma yalan çalışması nedeniyle hata başaranında bir miktar kayıp oluşmaktadır. Önerilen yöntem önce, iki verici ve bir alıcı anten yardımıyla uzay çeşitlemesi sağlayan uzay-zaman blok kodlayıcılan ve uzay-frekans blok kodlayıcılan da yapısında barındıran kafes kodlamalı OFDM sistemlere uygulanmış, böylece hem bit hata başaranı yüksek hem de PAPR değerleri düşük sistemler oluşturulması amaçlanmıştır. Bu sistemlerin temel eksikliği, kafes kodlayıcı nedeniyle erişilebilir en yüksek veri hızım sağlayamamalandır. Bu probleme bir çözüm olarak kafes kodlayıcımn uzay-zaman blok kodlayıcı ile bir bütün olarak tasarlandığı, tam hız sağlayan yeni bir üstün-dik uzay-frekans-zaman kafes kodlayıcı yapısı önerilmiştir.A new coding-based technique is proposed to reduce the peak-to-average power ratio (PAPR) of an Orthogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM) system. The method is based firstly on the calculation of the PAPR values of all symbol output sequences for the same input data sequence in an OFDM frame, obtained by considering all possible initial states on the trellis coded modulation (TCM) trellis diagram and then the transmission of the output symbol sequence with the lowest PAPR value. In order to find completely different or nonoverlapping output sequences, the paths corresponding to the same input sequence and originating from different initial states must not merge in the same state. This is only possible when for a given input sequence and different initial states the trellis code goes to different states at each transition. In order to obtain output symbol sequences with different PAPR values corresponding to the same input sequence, new codes and mapping rules are defined. Increasing the number of trellis states increases both the PAPR reduction and coding gains thanks to the increased redundancy, the prize paid being the increased number of PAPR calculations before transmission. Contrary to the coding-based PAPR reduction techniques given in the literature, this method avoids the transmission of any side information to recover the original data at the receiver, but the error performance slightly degrades due to the suboptimum operation of the Viterbi decoder. The proposed PAPR reducing trellis codes are then used together with the space-time block coded OFDM and space-frequency block coded OFDM systems, which use two transmit antennas and one receive antenna to obtain transmit diversity, and in this way systems which have high error performance and low PAPR values are obtained. These systems have a main drawback; because of the TCM encoders it is not possible to reach the maximum attainable data rate. As a solution to this problem, a new full rate super-orthogonal space-frequency-time trellis code is proposed by combined design of the trellis code with space-time block code.