Analysis and Comparison of PAPR Reduction Techniques in OFDM Systems

تاثير مخرب محيط هاي با محو شوندگي و محدوديت هاي پهناي باند، دو چالش اساسي در ارتباطات مخابراتي هستند. اين چالش ها در رشد ارتباطات مخابراتي تاثير مي گذارند و حتي باعث مي شوند كه ارتباطات قابل اعتماد و نرخ بالاي داده ها محدود شود. بنابراين، مدولاسيون تسهيم فركانسي متعامد با استفاده از سخت افزارهاي محاسباتي سريع همچون تبديل فوريه سريع، با توانايي بالا در مهار كردن محو شوندگي چند مسيري و راندمان طيفي مناسب، مورد توجه است. معذلك، لازم است بدانيم كه سيستم هاي مبتني بر مدولاسيون تسهيم فركانسي متعامد ذاتاً داراي نسبت حداكثر توان به متوسط بالايي هستند. اين مشكل باعث مي شود كه تقويت كننده قدرت به اشباع برود و اعوجاج هاي بيشتري توليد شود. همچنين باعث كاهش كارايي نرخ خطاي بيت مي شود. با توجه به اين كه افزايش محدوده ديناميكي تقويت كننده قدرت به صرفه اقتصادي نيست، از اين رو كاهش نسبت حداكثر توان به متوسط آن بسيار اهميت دارد. در اين مقاله، نسبت حداكثر توان به متوسط و روش هاي كاهش آن با استفاده از تحليل-هاي عددي و نظري تحقيق مي شود. اين تكنيك ها به دو دسته اساسي تقسيم مي شوند كه عبارتند از: تكنيك هاي اعوجاج سيگنال و تكنيك هاي چند سيگنالي و احتمالي. مزايا و معايب هر تكنيك از چندين نظر استخراج مي شود. علاوه بر اين، نتايج عددي تكنيك هاي دسته اول از نظر نرخ خطاي بيت نشان مي دهد كه با تغيير پارامترهاي متناظر هر روش، كارايي آن روش به شدت تغيير مي كند. از اين رو، مطمين هستيم كه يك تكنيك نمي تواند بر ساير روش ها در كليه حالات برتري داشته باشد. نهايتاً، پيچيدگي محاسباتي تكنيك هاي دسته بندي دوم با يكديگر مقايسه مي شود و نتايج آن نشان مي دهند كه تكنيك هاي TR و TI نسبت به ساير روش ها بسيار پيچيده تر هستند.

The destructive impact of fading environments and also bandwidth limitations are two main challenges which communication is dealing with them. These challenges can affect on the growth of wireless communication and even cause reliable communications and high data rate to be prevented. Thus, OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing) modulation by using of fast calculation hardwares such as FFT, high ability for combating multipath fading and appropriate spectral efficiency has taken into consideration. However, we should know that OFDM systems potentially have high Peak to Average Power Ratio (PAPR). This drawback drives the power amplifier into saturation leading to higher distortions and also degrades BER performance. Since increasing the dynamic range of power amplifier is not affordable, reduction of the PAPR is so important. In this paper, we investigate the PAPR and its reduction methods by using the theoretical and numerical analyses. These techniques can be classified into two main categories, signal distortion techniques, multiple signaling and probabilistic techniques. The advantages and disadvantages of each technique are derived from different prospectives. Moreover, we compare the numerical results of the techniques in the first classification from BER prospective which demonstrates that for changing the parameters corresponding to each technique, its performance can be changed greatly. Hence, we are sure that a technique can not outperform the other ones in all cases. Finally, the computational complexity of the techniques in the second classification are compared to each other which their results show that TR and TI techniques are much more complex than the other ones.