Разработка метода снижения пик-фактора сигнала для ортогональных методов доступа на основе использования формирующих фильтров в гибридных сетях связи

В данной работе представлен метод снижения пик-фактора (PAPR) в гибридных спутниковых сетях связи с использованием методов ортогонального доступа и формирующих фильтров. Предложенный подход объединяет гибкие защитные интервалы и методы формирующей фильтрации для оптимизации передачи сигналов в низкоорбитальных спутниковых сетях. Исследованы несколько типов фильтров, включая приподнятый косинус (RC), корень из приподнятого косинуса (RRC), полосно-настроенный приподнятый косинус (BTRC) и его оптимизированную версию (OBTRC). Предложен новый вариант формирующего фильтра на базе OBTRC. Метод оценивается с использованием технологий OFDM и DFT-s-OFDM с модификациями нулевого хвоста и уникального слова. Результаты моделирования показывают снижение PAPR на 0.5-2 дБ по сравнению с традиционными подходами.

1. Ton W., Zhu P. 6G: The next horizon. – 2021.

2. Пехтерев С. В., Макаренко С. И., Ковальский А. А. Описательная модель системы спутниковой связи Starlink //Системы управления, связи и безопасности. – 2022. – №. 4. – С. 190-255. https://doi.org/10.24412/2410-99162022-4-190-255

3. Ань Н. Д., Ершов А. В. Система «Марафон IoT» и новый рынок спутникового IoT //Технологии и средства связи. – 2021. – №. S1. – С. 75-80.

4. Ozger M. et al. 6G for connected sky: A vision for integrating terrestrial and non-terrestrial networks //2023 Joint European Conference on Networks and Communications & 6G Summit (EuCNC/6G Summit). – IEEE, 2023. – С. 711-716. https://doi.org/10.1109/EuCNC/6GSummit58263.2023.10188330

5. Alfattani S. et al. Multi-mode high altitude platform stations (HAPS) for next generation wireless networks //arXiv preprint arXiv:2210.11423. – 2022. https://doi.org/10.48550/arXiv.2210.11423

6. Sattarzadeh A. et al. Satellite-based non-terrestrial networks in 5G: Insights and challenges //IEEE Access. – 2021. – Т. 10. – С. 11274-11283. https://doi.org/10.1109/ACCESS.2021.3137560

7. Cho Y. S. et al. MIMO-OFDM wireless communications with MATLAB. – John Wiley & Sons, 2010. https://doi.org/10.1002/9780470825631

8. Сальников Р. О. и др. Анализ методов снижения пик-фактора сигнала в условиях влияния эффекта Доплера в гибридных сетях связи //Physics of Wave Processes and Radio Systems. – 2024. – Т. 27. – №. 3. – С. 61-70. https://doi.org/10.18469/1810-3189.2024.27.3.61-70

9. Berardinelli G. Generalized DFT-s-OFDM waveforms without cyclic prefix //Ieee Access. – 2017. – Т. 6. – С. 4677-4689. https://doi.org/10.1109/ACCESS.2017.2781122

10. Kumar U. et al. A waveform for 5G: Guard interval DFT-s-OFDM //2015 IEEE Globecom Workshops (GC Wkshps). – IEEE, 2015. – С. 1-6. https://doi.org/10.1109/GLOCOMW.2015.7414204

11. Singh R. et al. PAPR reduction for OFDM communication system based on ZCT-pre-coding scheme //2021 Second International Conference on Electronics and Sustainable Communication Systems (ICESC). – IEEE, 2021. – С. 555-558. https://doi.org/10.1109/ICESC51422.2021.9532776

12. Kumar N. et al. Fusion of Adaptive SLM Technique with Companding for PAPR reduction in 5G MIMO-OFDM System //2023 Second International Conference on Electrical, Electronics, Information and Communication Technologies (ICEEICT). – IEEE, 2023. – С. 1-5. https://doi.org/10.1109/ICEEICT56924.2023.10157778

13. Lee S. J., Beaulieu N. C. Performance comparison of non-data-aided symbol timing-error detection for the raised-cosine and" Better than" raised-cosine pulses //IEEE transactions on communications. – 2009. – Т. 57. – №. 5. – С. 1261-1264. https://doi.org/10.1109/TCOMM.2009.05.070169

14. Assimonis S. D. et al. Optimized “better than” raised-cosine pulse for reduced ICI in OFDM systems //2010 17th International Conference on Telecommunications. – IEEE, 2010. – С. 249-252. https://doi.org/10.1109/ICTEL.2010.5478748

15. Ochiai H. Peak Power Properties of Band-Limited Signals: With Pulse Shaping or Windowing //IEEE Transactions on Vehicular Technology. – 2024. – Т. 73. – №. 10. – С. 15200-15213. https://doi.org/10.1109/TVT.2024.3410398

16. Aboul-Dahab M. A., Fouad M. M., Roshdy R. A. Generalized discrete Fourier transform for FBMC peak to average power ratio reduction //IEEE access. – 2019. – Т. 7. – С. 81730-81740. https://doi.org/10.1109/ACCESS.2019.2921447

17. Peng S. et al. PAPR reduction of multicarrier faster-than-Nyquist signals with partial transmit sequence //IEEE Access. – 2017. – Т. 5. – С. 24931-24937. https://doi.org/10.1109/ACCESS.2017.2771758

18. Sahrab A. A., Yaseen A. D. Filtered orthogonal frequency division multiplexing for improved 5G systems //Bulletin of Electrical Engineering and Informatics. – 2021. – Т. 10. – №. 4. – С. 2079-2087. https://doi.org/10.11591/eei.v10i4.3119

19. Zhang X. et al. Filtered-OFDM-enabler for flexible waveform in the 5th generation cellular networks //2015 IEEE global communications conference (GLOBECOM). – IEEE, 2015. – С. 1-6. https://doi.org/10.1109/GLOCOM.2015.7417854

20. Луферчик П. В. и др. Моделирование алгоритмов уменьшения пик-фактора OFDM сигналов и реализация наилучшего метода для канала с замираниями //Сибирский аэрокосмический журнал. – 2022. – Т. 23. – №. 2. – С. 177-188. https://doi.org/10.31772/2712-8970-2022-23-2-177-188

21. Калинин В. С., Белов С. П. Обзор источников помех в спутниковых системах связи //Научный результат. Информационные технологии. – 2022. – Т. 7. – №. 3. – С. 3-13. https://doi.org/10.18413/2518-1092-2022-7-3-0-1

22. Wenqi Q. et al. Fine Doppler shift acquisition algorithm for BeiDou software receiver by a look-up table //Journal of Systems Engineering and Electronics. – 2020. – Т. 31. – №. 3. – С. 612-625. https://doi.org/10.23919/JSEE.2020.000037

23. Tian D. et al. Frequency offset estimation for 5G based LEO satellite communication systems //2019 IEEE/CIC International Conference on Communications in China (ICCC). – IEEE, 2019. – С. 647-652. https://doi.org/10.1109/ICCChina.2019.8855824

24. Harris F. J. On the use of windows for harmonic analysis with the discrete Fourier transform //Proceedings of the IEEE. – 1978. – Т. 66. – №. 1. – С. 51-83. https://doi.org/10.1109/PROC.1978.10837

25. Sultana T., Shawkat S. A. Employment of pulse shaping techniques for efficient PAPR reduction in OFDM system //2014 17th International Conference on Computer and Information Technology (ICCIT). – IEEE, 2014. – С. 482-487. https://doi.org/10.1109/ICCITechn.2014.7073118

26. Mamun M. M. I., Medhi D., Beard C. CP-Less MIMO Discrete Fourier Transform Spread OFDM //2020 International Symposium on Networks, Computers and Communications (ISNCC). – IEEE, 2020. – С. 1-6. https://doi.org/10.1109/ISNCC49221.2020.9297194

27. Hossain M. N. et al. Waveform design of DFT-Spread WR-OFDM system for the OOB and PAPR reduction //2018 international conference on information and communication Technology convergence (ICTC). – IEEE, 2018. – С. 792-796. https://doi.org/10.1109/ICTC.2018.8539398

28. Mamun M. M. I., Beard C., Medhi D. A UAV-Assisted Multiuser Non-terrestrial Cyclic Postfixed Windowed OFDM System //2022 International Symposium on Networks, Computers and Communications (ISNCC). – IEEE, 2022. – С. 1-6. https://doi.org/10.1109/ISNCC55209.2022.9851701

29. Network E. U. T. R. A. 3rd generation partnership project; technical specification group services and system aspects; general packet radio service (gprs) enhancements for evolved universal terrestrial radio access network (e-utran) access //EUTRA Network. – 2011.

30. 3GPP Radio Access Network Working Group et al. Study on channel model for frequencies from 0.5 to 100 GHz (Release 15). – 3GPP TR 38.901, 2018. – Т. 15.

31. Meshkov I. K. et al. The development of methods for estimating and compensating frequency and time offset in 6G DFT-s-OFDM technology communication systems //2022 IEEE International Multi-Conference on Engineering, Computer and Information Sciences (SIBIRCON). – IEEE, 2022. – С. 1040-1045. https://doi.org/10.1109/SIBIRCON56155.2022.10016969

32. Гурлев И. В. Проблемы развития сетей связи и управления поколения 5G в России //Вестник евразийской науки. – 2019. – Т. 11. – №. 5. – С. 47.

33. Baeza V. M. et al. An overview of channel models for NGSO satellites //2022 IEEE 96th Vehicular Technology Conference (VTC2022-Fall). – IEEE, 2022. – С. 1-6. https://doi.org/10.48550/arXiv.2209.10173

34. Tropea M., De Rango F. A comprehensive review of channel modeling for land mobile satellite communications //Electronics. – 2022. – Т. 11. – №. 5. – С. 820. https://doi.org/10.3390/electronics11050820.