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Tipo: Dissertação
Título: Controle de distorções em sistemas OFDM com amplificadores de potência não lineares
Título em inglês: Distortion control in OFDM systems with non-linear power amplifiers
Autor(es): Teles, Livia Christinie Sousa
Orientador: Fernandes, Carlos Alexandre Rolim
Palavras-chave: OFDM;Amplificador de potência;Distorções Não Lineares;Heurísticas;Alocação de potência;Maximização de taxa
Data do documento: 19-Dez-2018
Citação: TELES, L. C. S. Controle de distorções em sistemas OFDM com amplificadores de potência não lineares. 2018. 87f. Dissertação (Mestrado em em Engenharia Elétrica e Computação) - Campus de Sobral, Universidade Federal do Ceará, 2018.
Resumo: A tecnologia OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing) surgiu como uma ferramenta importante para combater a seletividade em frequência do canal móvel que causa interferência intersimbólica. Por esta e outras razões, OFDM foi escolhida como umas das principais tecnologias para o 5G (5a. Geração), tal qual ocorreu como 4G (4a. Geração). Uma das principais desvantagens dos sistemas OFDM está relacionada à sua alta sensibilidade a PA não lineares (nonlinear Power Amplifiers). Quando os picos de amplitude do sinal OFDM alcançam a região de saturação do PA, o sinal é acometido por distorções que comprometem a qualidade da transmissão. Outra tecnologia de grande destaque no cenário das comunicações sem fio são as redes cooperativas. Esse arranjo de dispositivos da rede assegura a cooperação entre usuários dentro da célula, promovendo aumento da área de cobertura e, por consequência, melhora na qualidade de transmissão. Além das redes cooperativas e dos sistemas OFDM, o gerenciamento dos recursos de rádio aplicado em sistemas OFDM tem se mostrado como uma importante ferramenta para melhorar o desempenho dos sistemas de comunicações móveis. A alocação de recursos considerando a presença das distorções não lineares inseridas por PAs é um assunto que, apesar de ser pouco desenvolvido na literatura, pode fornecer considerável desempenho à rede e reduzir significativamente a quantidade de distorções presentes no sinal OFDM. Nesta dissertação, apresentamos duas abordagens para o tratamento de distorções não lineares em sistemas OFDM. Na primeira delas, propomos um conjunto de técnicas para redução de picos em um sistema OFDM cooperativo com relay AF (Amplify and Forward). O conjunto de técnicas baseia-se na técnica PTS (Partial Transmit Sequences) e utilizam como métricas para escolha dos sinais transmitidos a PAPR (Peak-to-Average Power Ratio) e a CM (Cubic Metric). As técnicas propostas objetivam reduzir os picos do sinal transmitido tanto pela fonte quanto pelo relay, simultaneamente. Na segunda abordagem, propomos a formulação de alocação de potência em um sistema OFDM não cooperativo considerando as distorções inseridas por um PA polinomial de terceira ordem. Com base nessa formulação, duas heurísticas subótimos são propostas para alocação de potência no cenário considerado. As duas heurísticas são baseadas no algoritmo ótimo de alocação de potência para o caso com PA linear: Hughes-Hartogs (HH). Propomos ainda soluções de relaxamento para os algoritmos sub-ótimos e, finalmente, realizamos uma análise da complexidade algorítmica dos métodos. Resultados de simulações são apresentados para avaliar o desempenho do conjunto de técnicas propostas.
Abstract: The OFDM technology has emerged as an important tool for dealing with the frequency selectivity of mobile channels that causes intersymbol interference. Due to this fact and to many other interesting properties, OFDM was chosen for the 5G (5th Generation), as it happened with the 4G (4th Generation). One of the main disadvantages of OFDM systems is the high sensitivity to nonlinear power amplifiers. When the OFDM signal amplitude peaks reach the PA saturation region, the signal is affected by distortions that compromise the transmission quality. Another important technology in the wireless communications scenario is the cooperative networks. This arrangement of network devices ensures the cooperation between users within the cell, promoting an increase in the coverage area and, consequently, an improvement in transmission quality. In addition to cooperative networks and OFDM systems, radio resource management in OFDM systems has proven to be an important tool to improve the performance of mobile communication systems. Resource allocation considering the presence of nonlinear distortions inserted by PAs is not yet a well-developed research area in the literature, however, it can provide considerable network performance and significantly reduce the amount of distortions present in the OFDM signal. In this work, we present two approaches for the treatment of nonlinear distortions in OFDM systems. In the first approach, we propose a set of techniques for reducing peaks in a cooperative OFDM system with relay AF and non-linear PAs. The set of techniques is based on the PTS technique and PAPR and CM metrics are used as to select the signals transmitted. The proposed techniques aim to reduce the peaks of the signal transmitted by both the source and the relay simultaneously. In the second approach, we propose a power allocation problem in a non-cooperative OFDM system taking into account the distortions inserted by a third-order polynomial PA. Based on this formulation, two sub-optimal heuristics are proposed for power allocation in the considered scenario. The two heuristics are based on the optimal power allocation algorithm for the linear case: Hughes-Hartogs (HH). We also propose complexity relaxation solutions for the sub-optimal algorithms and, finally, we perform an analysis of the algorithmic complexity of the methods. Simulation results are presented to evaluate the performance of the set of proposed techniques.
URI: http://www.repositorio.ufc.br/handle/riufc/53637
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