بهینه‌سازی تعداد زیرحامل‌های فعال و صورت فلکی مدولاسیون M-PAM برای سیستم‌های OFDM-IM
محورهای موضوعی : ارتباطات بی سیم
فرشاد جلیلی خراجو
1
,
سیدهادی سیدمعصومیان چرندابی
2
*
1 - گروه مهندسی برق، واحد تبریز، دانشگاه آزاد اسلامی، تبریز، ایران
2 - گروه مهندسی برق، واحد تبریز، دانشگاه آزاد اسلامی، تبریز، ایران
کلید واژه: زیرحامل فعال بهینه, OFDM-IM, بازدهی طیفی, صورت فلکی, نرخ داده,
چکیده مقاله :
سیستم تسهیم تقسیم فرکانس متعامد با مدولاسیون اندیس (OFDM-IM) سیستمی است که کارآیی توان و پهنای باند بهتری نسبت به سیستم OFDM دارد. در سیستم OFDM-IM بعضی زیرحامل‌ها غیرفعال بوده و به جای سمبل مدولاسیون، در این زیرحامل‌ها مقدار صفر ارسال می‌شود. در سیستم OFDM-IM با توجه به جایگاه زیرحامل‌های غیرفعال مقداری داده نیز توسط زیرحامل‌های غیرفعال ارسال می‌شود. در این مقاله هدف اول پیدا کردن مقدار زیرحامل‌های فعال بهینه است به طوری که نرخ داده ارسالی سیستم OFDM-IM و کارآیی طیفی بیشینه شود. در این مقاله با توجه به روابط ریاضی و نتایج شبیه‌سازی نشان داده شده است که مقدار زیرحامل فعال پیدا شده، مقدار بهینه خواهد بود و نرخ داده سیستم را بیشینه کرده و بازده طیفی سیستم را حداکثر می‌کند. روش پیشنهادی بهینه، برای مدولاسیون دامنه پالس 4 سمبلی و گروه 8 تایی OFDM-IM، تعداد بیت ارسالی را 6.25 درصد نسبت به روش‌های قبلی افزایش داده است. به عنوان هدف دوم، یک صورت فلکی تغییر یافته با فواصل یکسان برای مدولاسیون M-PAM پیشنهاد شده است که نرخ خطای بیتی سیستم OFDM-IM را کاهش داده و باعث بهبود عملکرد سیستم می‌شود. نتایج شبیه‌سازی و منحنی‌های نرخ خطای بیتی کارایی صورت فلکی پیشنهادی را نشان می‌دهد. صورت فلکی پیشنهادی برای مدولاسیون دامنه پالس 4 سمبلی و گروه 16 تایی OFDM-IM و تعداد زیرحامل فعال برابر با 9 و نسبت سیگنال به نویز 12 دسی بل، 10 برابر نرخ خطای بیتی سیستم را بهبود داده است.
Orthogonal Frequency Division Multiplexing with Index Modulation (OFDM-IM) is a system that exhibits superior power efficiency and bandwidth compared to the conventional OFDM system. In the OFDM-IM system, some subcarriers are inactive, and instead of transmitting modulation symbols, zero values are sent on these subcarriers. Additionally, in the OFDM-IM system, data is transmitted through the inactive subcarriers based on their specific locations. This paper aims to determine the optimal number of active subcarriers to maximize the transmitted data rate and spectral efficiency of the OFDM-IM system. Through mathematical relationships and simulation results, it is demonstrated that the identified value of active subcarriers is indeed optimal, leading to the maximization of the data rate of the system and spectral efficiency. The proposed optimal method, particularly designed for 4-symbol Pulse Amplitude Modulation and 8-group OFDM-IM, has resulted in a 6.25% increase in the number of transmitted bits compared to previous methods. As a secondary objective, a modified constellation with equal intervals is introduced for M-PAM modulation, aiming to reduce the bit error rate of the OFDM-IM system and enhance overall system performance. Simulation results and bit error rate curves illustrate the effectiveness of the proposed constellation. For 4-symbol Pulse Amplitude Modulation and 16-group OFDM-IM, utilizing 9 active subcarriers and a signal-to-noise ratio of 12 dB, the proposed constellation has demonstrated a tenfold improvement in the bit error rate of the system.
محاسبه و اصلاح تعداد زیرحامل‌های فعال بهینه سیستم OFDM-IM به منظور بیشینه کردن نرخ بیت ارسالی و کارآیی طیفی
پیشنهاد یک صورت فلکی تغییر یافته با فواصل ثابت برای مدولاسیون M-PAM با هدف کاهش نرخ خطای بیتی سیستم OFDM-IM.
یکسان نگه داشتن متوسط انرژی سمبل‌های مدولاسیون پیشنهادی با مدولاسیون M-PAM استاندارد.
[1] T. Hwang, C. Yang, G. Wu, S. Li and G. Ye Li, "OFDM and Its Wireless Applications: A Survey," in IEEE Transactions on Vehicular Technology, vol. 58, no. 4, pp. 1673-1694, May 2009, doi: 10.1109/TVT.2008.2004555.
[2] R. Abu-alhiga and H. Haas, "Subcarrier-index modulation OFDM," IEEE 20th International Symposium on Personal, Indoor and Mobile Radio Communications, Tokyo, Japan, 2009, pp. 177-181, doi: 10.1109/PIMRC.2009.5449882.
[3] D. Tsonev, S. Sinanovic and H. Haas, "Enhanced subcarrier index modulation (SIM) OFDM," IEEE GLOBECOM Workshops (GC Wkshps), Houston, TX, USA, 2011, pp. 728-732, doi: 10.1109/GLOCOMW.2011.6162549.
[4] E. Başar, Ü. Aygölü, E. Panayırcı and H. V. Poor, "Orthogonal Frequency Division Multiplexing With Index Modulation," in IEEE Transactions on Signal Processing, vol. 61, no. 22, pp. 5536-5549, Nov. 2013, doi: 10.1109/TSP.2013.2279771.
[5] R. Fan, Y. J. Yu and Y. L. Guan, "Generalization of Orthogonal Frequency Division Multiplexing With Index Modulation," in IEEE Transactions on Wireless Communications, vol. 14, no. 10, pp. 5350-5359, Oct. 2015, doi: 10.1109/TWC.2015.2436925.
[6] M. Chafii, J. P. Coon and D. A. Hedges, "DCT-OFDM With Index Modulation," in IEEE Communications Letters, vol. 21, no. 7, pp. 1489-1492, July 2017, doi: 10.1109/LCOMM.2017.2682843.
[7] A. W. Azim, M. Chafii, Y. Le Guennec and L. Ros, "Spectral and Energy Efficient Fast-OFDM With Index Modulation for Optical Wireless Systems," in IEEE Communications Letters, vol. 24, no. 8, pp. 1771-1774, Aug. 2020, doi: 10.1109/LCOMM.2020.2989633.
[8] N. H. Nguyen, B. Berscheid and H. H. Nguyen, "Fast-OFDM With Index Modulation for NB-IoT," in IEEE Communications Letters, vol. 23, no. 7, pp. 1157-1160, July 2019, doi: 10.1109/LCOMM.2019.2917684.
[9] J. G. Proakis, Digital communications. McGraw-Hill, Higher Education, 2008.
[10] J. Havil, Gamma: Exploring Euler's Constant. Princeton University Press, 2010.