Algoritmos para la reducción de los picos de potencia en los sistemas OFDM

• Autores: Martha Cecilia Paredes Paredes
• Directores de la Tesis: M. Julia Fernández Getino García (dir. tes.)
• Lectura: En la Universidad Carlos III de Madrid ( España ) en 2014
• Idioma: español
• Tribunal Calificador de la Tesis: Ana García Armada (presid.), Sancho Salcedo Sanz (secret.), Santiago Zazo Bello (voc.)
• Materias:
  • Ciencias tecnológicas
    • Tecnología de las telecomunicaciones
• Enlaces
  • Tesis en acceso abierto en: e-Archivo
• Resumen

  • La modulación OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing) es una técnica de transmisión multiportadora, que debido a sus grandes ventajas se utiliza en numerosos estándares de comunicaciones de banda ancha. Sin embargo, uno de los principales inconvenientes que presenta la modulación OFDM, en el lado transmisor, es la presencia ocasional de grandes picos en su potencia instantánea con respecto a su potencia media, conocido en la literatura como el problema de la PAPR (Peak-to-Average Power Ratio) de los sistemas OFDM. Al pasar la señal con PAPR elevada por el amplificador de alta potencia (HPA - High Power Amplifier ) se produce saturación del dispositivo, provocando radiación fuera de banda, que afecta a las bandas adyacentes, y radiación dentro de banda, que produce rotación, atenuación y desplazamiento de la señal, provocando un incremento en la tasa de error de bit (BER - Bit Error Rate). Para contrarrestar estos efectos, se debe reducir la PAPR de la senñal OFDM transmitida con algún tipo de manipulación en la señal. Una de las técnicas de reducción de la PAPR más prometedoras es la técnica CE (Constellation Extension), que mueve inteligentemente ciertos puntos externos de la constelación del símbolo OFDM en el dominio de la frecuencia, de tal forma que la señal en el dominio del tiempo tenga una PAPR menor. La extensión de la constelación de esta forma no afecta a la distancia mínima de la constelación y, consecuentemente, no se experimenta degradación en la BER del sistema. Además, no hay pérdida en la tasa de transmisión de datos porque no se requiere la transmisión de información de control. Sin embargo, se introduce un incremento de la energía por símbolo. El objetivo principal de esta Tesis es proponer varios algoritmos de reducción de la PAPR, basados en técnicas CE. Por un lado, como primer objetivo (capítulo 4) se presentan algoritmos eficientes en energía, que se consiguen al combinar adecuadamente un esquema CE, basado en métrica, con secuencias piloto. Dicha combinación deja tres posibles arquitecturas de implementación dependiendo del orden en que se usa cada algoritmo. Se determina la arquitectura que proporciona un compromiso adecuado entre reducción de la PAPR y complejidad, esta última medida en términos del número de ciclos adicionales del procesador (que se traducen en energía consumida) que se requieren para procesar la reducción de la PAPR. Además, se demuestra que las tres arquitecturas propuestas demandan una energía por símbolo menor que otras técnicas CE, si se insertan adecuadamente las secuencias piloto en el símbolo OFDM Por otro lado, como segundo objetivo se presentan los esquemas de reducción de la PAPR, basados en técnicas CE, que se formulan como problemas de optimización (capítulo 5). Se propone una solución óptima, en térrminos de reducción de la PAPR, llamada algoritmo GBDCE (Generalized Benders Decomposition for Constellation Extension), el cual se plantea como un problema no lineal mixto-entero (MINLP - Mixed Integer Non-Linear Programming) y que sirve como cota inferior de referencia para comparar con otras técnicas CE. Además, se proponen los algoritmos subóptimos: BBCE (Branch-and-Bound for Constellation Extension) que se formula como un problema de programación entera, y DCE (Dynamic Constellation Extension) que combina un esquema BBCE con un algoritmo basado en métrica. El objetivo de ambos algoritmos subóptimos es reducir la complejidad del algoritmo óptimo.