Метод ограничения пик-фактора с дополнительным сигналом компенсации в системе с ортогональным частотным разделением каналов при применении регрессии для выбора параметров

Цели. Целью статьи является исследование разработанного авторами метода ограничения пик-фактора с дополнительным сигналом в системе связи с мультиплексированием с ортогональным частотным разделением каналов (orthogonal frequency division multiplexing, OFDM) при использовании полиномиальной регрессии для выбора параметров метода.

Методы. В работе использованы методы статистической радиотехники, математического моделирования для аппроксимации зависимости вероятности битовой ошибки от величины уровня ограничения и числа дополнительных сигналов при использовании полиномиальной регрессии.

Результаты. Разработан алгоритм выбора параметров метода ограничения пик-фактора с дополнительным сигналом в системе связи с мультиплексированием с ортогональным частотным разделением каналов на основе полиномиальной регрессии, позволяющий оперативно оценивать характеристики системы без дополнительных затрат времени на математическое моделирование. Это значительно упрощает выбор оптимального уровня ограничения и числа дополнительных сигналов без выполнения полного цикла моделирования для каждой конфигурации. Моделирование и аналитические расчеты подтвердили, что увеличение уровня ограничения способствует снижению вероятности битовой ошибки, а увеличение числа дополнительных сигналов улучшает точность ограничения, однако вызывает рост вычислительных затрат. Оптимальный выбор параметров позволяет достичь компромисса между снижением пик-фактора и сохранением качества сигнала. Также установлено, что при фиксированном уровне ограничения существует оптимальное значение числа дополнительных сигналов, обеспечивающее наилучшее соотношение между вероятностью ошибки и снижением пиковых значений.

Выводы. Предложенный подход позволяет сократить время расчетов более чем в 5 раз, обеспечивая гибкость и адаптивность при проектировании OFDM-систем с ограничением пиковых значений. 

1. Ковалев В.В., Селецкая О.Ю., Покаместов Д.А. Формирование и обработка OFDM сигналов. Молодой ученый. 2016;14(118):151–154. URL: https://moluch.ru/archive/118/32800/. Дата обращения 17.12.2023.

2. Галустов Г.Г., Мелешкин С.Н. Мультиплексирование с ортогональным частотным разделением сигналов: учебное пособие. Таганрог: Изд-во ТТИ ЮФУ; 2012. 80 с.

3. Van Nee R., Prasad R. OFDM for Wireless Multimedia Communications. Boston; London: Artech House; 2000. 260 p.

4. Wu Y., Zou W.Y. Orthogonal frequency division multiplexing: A multi-carrier modulation scheme. IEEE Trans. Consumer Electronics. 1995;41(3):392–399.

5. Луферчик П.В., Конев А.Н., Богатырев Е.В., Галеев Р.Г. Методы повышения энергетической эффективности OFDM модемов в каналах связи с частотно-селективными замираниями. Сибирский аэрокосмический журнал. 2022;23(2):189–196. https://doi.org/10.31772/2712-8970-2022-23-2-189-196

6. Скляр Б. Цифровая связь. Теоретические основы и практическое применение: пер. с англ. М.: Вильямс; 2017. 1104 с.

7. Прокис Дж. Цифровая связь: пер. с англ.; под ред. Д.Д. Кловского. М.: Радио и связь; 2000. 800 с.

8. Hassan G.M., Mukred M., Gumaei A.H. Modified Method of PAPR Reduction using Clipping and Filtering for Image Transmission with OFDM. Al-Mustansiriyah Journal of Science. 2023;34(4):75–86. https://doi.org/10.23851/mjs.v34i4.1400

9. Shatrughna P.Y., Subhash C.B. PAPR Reduction using Clipping and Filtering Technique for Nonlinear Communication Systems. In: International Conference on Computing, Communication and Automation. IEEE; 2015. P. 1220–1225. https://doi.org/10.1109/CCAA.2015.7148590

10. Tripathi V., Patel P., Jain P.K., Shukla S. Peak-to-average power ratio reduction of orthogonal frequency division multiplexing signals using improved salp swarm optimization-based partial transmit sequence model. ETRI Journal. 2025;47(2):256–269. https://doi.org/10.4218/etrij.2023-0347

11. Пукса А.О. Уменьшение пик-фактора OFDM-сигнала с помощью методов, основанных на ограничении сигналов. Международный научно-исследовательский журнал. 2017;12(66):124–127. https://doi.org/10.23670/IRJ.2017.66.145

12. Oman B.O., Majeed Y.E., Ahmad I. Peak to average power ratio reduction in spectrally efficient FDM using repeated clipping and filtering. Indonesian J. Electric. Eng. Computer Sci. 2023;30(2):993–1001. http://doi.org/10.11591/ijeecs.v30.i2.pp993-1001

13. Фам Т.Т., Тихонова О.В. Метод ограничения пик-фактора с дополнительным сигналом компенсации в системе с ортогональным частотным разделением каналов для гауссовского канала. Russ. Technol. J. 2024;12(5):42–49. https://doi.org/10.32362/2500-316X-2024-12-5-42-49

14. Фам Т.Т., Тихонова О.В. Метод ограничения с дополнительным сигналом для уменьшения значения пик-фактора в системе с ортогональным частотным разделением каналов. Вопросы электромеханики. Труды ВНИИЭМ. 2023;193(2):34–38.

15. Фам Т.Т., Тихонова О.В. Метод ограничения пик-фактора сигнала OFDM с дополнительным сигналом. В сб.: Актуальные проблемы и перспективы развития радиотехнических и инфокоммуникационных систем. «Радиоинфоком-2023»: Сборник научных статей VII Международной научно-практической конференции. М.: РТУ МИРЭА; 2023. С. 140–142.

16. Фам Т.Т., Тихонова О.В. Алгоритм выбора параметров метода ограничения с дополнительным сигналом в системе с ортогональным частотным разделением каналов. Вопросы электромеханики. Труды ВНИИЭМ. 2024;199(2):52–55.

17. Шорохова И.С., Кисляк Н.В., Мариев О.С. Статистические методы анализа. Саратов, Екатеринбург: Изд-во Профобразование, Уральский федеральный университет; 2024. 298 с. ISBN 978-5-4488-0520-2, 978-5-7996-2853-6