Conclusioni
In questo ultimo capitolo vengono presentate le conclusioni cui si é giunti alla fine di questo lavoro di tesi. La tecnica di PAPR Reduction implementata verrá confrontata con altre tecniche giá presenti in letteratura e ne verranno analizzati pregi e difetti. Infine viene presentato un confronto tra i vari tipi di codice utilizzati.
5.1
Tecniche di riduzione del PAPR trovate in letteratura
In questo paragrafo viene fornita una panoramica sulle tecniche di riduzione del PAPR trovate in letteratura e maggiormente utilizzate nei sistemi multiportante.
5.1.1
Clipping and Filtering
L’approccio piú semplice per la riduzione del PAPR é quello di forzare l’ampiezza mas-sima del segnale ad un determinato valore tagliando i picchi che oltrepassano tale valore all’uscita della IFFT [15]. L’introduzione di tale non linearitá innalza il livello di ISI e causa un allargamento spettrale che accresce l’interferenza da canale adiacente.
L’operazione di filtraggio, effettuata dopo il clipping, annulla la potenza fuori banda ma non puó contrastare la distorsione in banda. Il filtro risultante fa passare le componenti in banda e reietta quelle fuori banda non provocando distorsioni sul segnale multiportante. All’uscita del filtro puó tuttavia ripresentarsi qualche fluttuazione del segnale che in alcuni casi puó superare il livello di clipping.
É importante notare una diminuizione della potenza media in seguito alle operazioni di clipping e filtering che puó essere stimata e compensata.
5.1.2
Tone Reservation
In questa tecnica, indicanta con l’acronimo T R, alcune sottoportanti non vengono uti-lizzate per trasportare informazione ma vengono modulate in modo tale da ridurre il PAPR [16]. La porzione di sottoportanti riservate deve essere abbastanza grande da ottenere una significativa riduzione del picco di potenza, ma tale da non sacrificare troppo la trasmissio-ne dei dati. Di solito trasmissio-nei collegamenti wireless le sottoportanti che vengono riservate sono quelle che hanno un SNR talmente basso da non poter essere sfruttate per la trasmissio-ne di informazioni; tali sottoportanti non vengono quindi utilizzate e sono sfruttate per la riduzione del PAPR.
5.1.3
Tone Injection
L’idea che sta alla base di questa tecnica, detta T I, é quella di incrementare la dimen-sione della costellazione in modo tale che ogni punto della costellazione originaria venga mappato su un insieme di punti della costellazione espansa [16]. Il fattore di spreading do-vrá essere stimato dal ricevitore e l’incremento della potenza media dipende dal valore che esso assume. Il miglioramento nella statistica del PAPR dipende quindi dal valore dell’e-spansione e dal numero di simboli modificati nel blocco dati. La tecnica TI puó essere piú problematica della TR poiché il segnale iniettato condivide la stessa posizione frequenziale del segnale informativo.
5.1.4
Active Costellation Extension
La tecnica detta ACE é una tecnica di riduzione del PAPR molto simile a quella ap-pena esposta T I [16]. Consiste nell’estendere dinamicamente verso l’esterno rispetto alla costellazione originaria alcuni dei punti piú esterni della costellazione nel blocco dati, in modo da ridurre il PAPR del simbolo trasmesso. L’idea ACE puó essere applicata sia al-le costellazioni QAM che alal-le MPSK; i punti della costellazione piú esterni hanno infatti libertá di movimento senza far degradare la probabilitá di errore. Questo schema riduce,
se pur di poco, anche la BER oltre che il PAPR. Non necessita di side information e non presenta perdite di data rate; le modifiche introdotte portano inevitabilmente ad un aumento della potenza del segnale trasmesso.
5.1.5
Selected Mapping
Il metodo SLM consiste nel selezionare e trasmettere le sequenze con il PAPR piú basso dopo aver fatto M cambi di fase differenti sullo stesso blocco di dati in ingresso [17]. Sono quindi generati M sequenze differenti moltiplicando la sequenza dei dati in ingresso per la sequenza di controllo di fase di lunghezza N. La fase del primo cluster di solito rimane invariata. Dopo, la sequenza con il minimo PAPR viene selezionata per la trasmissione. Devono essere inserite in trasmissione le informazioni sul controllo di fase da inviare al ricevitore (Side Information), che riducono la bit rate del collegamento. Da mettere in conto anche l’alta complessitá computazionale e le modifiche che devono essere effettuate sul trasmettitore per mettere in atto questa tecnica.
5.1.6
Partial Transmit Sequences
Nella tecnica P T S, un blocco di dati in ingresso composto da N simboli é suddiviso in sottoblocchi disgiunti [18]. Le sottoportanti in ogni sottoblocco sono pesate da un fattore di fase specifico per quel sottoblocco. Tale fattore di fase viene scelto in modo che il PAPR del segnale combinato sia minimizzato. Il blocco di dati in ingresso X é suddiviso in M sottoblocchi disgiunti XM = [Xm,0, Xm,1, . . . , Xm,N −1]T, m = 1, 2, . . . , M, tale che
M
P
m=1
Xm = X e i sottoblocchi sono combinati in modo da minimizzare il PAPR nel dominio
del tempo. Il segnale sovracampionato L-volte di Xmnel dominio del tempo, indicato con
xm = [xm,0, xm,1, . . . , xm,N L−1]T é ottenuto prendendo una IDFT di lunghezza NL su
Xm concatenato con (L − 1)N zeri. Queste sono note come Partial Transmit Sequence.
Generalmente la ricerca del fattore di fase (complesso) é ristretta ad un numero limitato di elementi per ridurre la complessitá di ricerca, che cresce esponenzialmente con il numero di sottoblocchi M.
5.1.7
Interleaving
La tecnica di interleaving per la riduzione del PAPR é molto simile alla tecnica SLM [16]. In questa tecnica per ridurre il PAPR viene usato un set di interleavers invece che un set di fasi. Un interleaver é un dispositivo che opera su un blocco di N simboli e li riordina o li permuta; vengono calcolati K blocchi di dati modificati ottenuti tutti dallo stesso blocco. Il PAPR dei K − 1 blocchi permutati e del blocco originale viene calcolato attraverso K operazioni di IDFT e il blocco con il PAPR piú basso viene trasmesso. Il ricevitore per ricostruire quale era il blocco originale trasmesso deve conoscere quale interleaver é stato usato in trasmissione.
5.1.8
Criterio di Selezione di Tecnica di Riduzione del PAPR
Per chiudere viene presentata una tabella riassuntiva dove vengono messe in evidenza le principali caratteristiche delle varie tecniche fin qui presentate, compresa la tecnica di riduzione del PAPR proposta [16]. I fattori che sono stati presi in considerazione per fare il confronto sono i seguenti:
• Capacitá di PAPR Reduction: é l’elemento piú importante nella scelta di una
tec-nica di PAPR Reduction. Bisogna tener presente non solo dei miglioramenti sulle statistiche del PAPR, ma tutti gli aspetti del sistema devono essere valutati e tenuti in conto nella scelta;
• Incremento Potenza del Segnale Trasmesso: alcune tecniche richiedono un
au-mento di potenza nel segnale trasmesso in quanto se essa é minore della potenza che il segnale aveva prima di essere applicata la tecnica di PAPR Reduction, il segnale trasmesso deve essere normalizzato al livello di potenza del segnale originale;
• Perdita di Data Rate: alcune tecniche richiedono una riduzione di data rate, ad
esempio a causa delle side information che si devono inviare al ricevitore o nel caso in cui si utilizzi un codice a blocchi;
• Complessitá Computazionale: l’onere di calcolo é un altro aspetto importante di
In Fig. 5.1 é presentata la tabella riassuntiva di confronto.
Figura 5.1: Tabella di confronto tecniche di PAPR Reduction.
5.2
Confronto Codici
In questo ultimo paragrafo viene presentata una tabella riassuntiva dove vengono messe in evidenza le principali caratteristiche dei vari codici fin qui presi in considerazione. I fattori che sono stati analizzati per fare il confronto sono i seguenti:
• Sensibilitá all’ordine di allocazione: é il primo elemento che viene tenuto in conto
per la scelta del tipo di codice da usare per applicare la tecnica di PAPR Reduction presentata, che offre i suoi benefici proprio quando la scelta di un determinato ordine di allocazione porta ad una diminuizione del PAPR;
• Andamento del PAPR al variare di Nu: questo aspetto ci fa capire come i vari
co-dici rispodono in termini di PAPR al variare del numero di utenti allocati nel sistema, e ci permette di scegliere la migliore soluzione nei casi che vengono analizzati;
• Emissioni fuori banda: caratteristica molto importante poiché misura la distorsione
Per il calcolo di tali emissioni, che indichiamo con l’acronimo OBE (Out of Band Emission) é stata usata la seguente formula
OBE = Ptot− Pin Ptot ∗ 100
dove Ptot é la potenza totale del segnale e invece Pin é la potenza in banda. OBE é
espresso come percentuale di potenza emessa all’esterno della banda utile, che per come sono stati scelti i parametri di sistema é pari a 20 MHz ;
• Ortogonalitá: é una proprietá interessante di cui godono alcuni codici, che permette
di non creare interferenza reciproca tra gli utenti e consente l’estrazione del segnale informativo relativo ad ognuno di essi.
• OVSF: é l’acronimo di Orthogonal Variable Spreading Factor ed indica una classe di
codici che consentono di allocare utenti con diverso fattore di spreading mantenendo l’ortogonalitá tra i codici;
• Simmetria della matrice di Cross-Correlazione.
In Fig.5.2 é presentata la tabella riassuntiva di confronto.
