博 士 （ 工 学 ） チ ュ ン ッ ト プ ラ ダ ベ ッ ト
学位論文題名
A Study on PAPR Reduction in DFDIVI Wireless Systems （OFDM 無線システムにおけるPAPR 抑圧法に関する研究）
学位論文 内容の要旨
Orthogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM) has well known advantages such as robustness against frequency selective fading and narrowband interference, high efliciency on bandwidth, and efficient implementation. Recently, OFDM has been widely used in digital audio broadcasting (DAB), digital video broadcasting‑terrestrial (DVB‑T), mobile multimedia access communication (MMAC), IEEE802.lla/g/n, IEEE802.16 and IEEE 802.20.
A major drawback of OFDM is a large peak to average power ratio (PAPR) which causes a nonlinear distortion. Owing to a large PAPR, the bit error rate (BER) performance of an OFDM system becomes degraded. Several techniques to reduce PAPR have been proposed. These techniques have been known as amplitude clipping and filtering, peak cancellation, coding, interleaving, selective mapping (SLM), tone reservation (TR) and tone injection (TI), active constellation extension (ACE), partial transmit sequence (PTS) and cascade adaptive peak power reduction (CAPPR) approach. Among these con‑
ventional methods, PTS and CAPPR have been considered as high efficient PAPR reduction methods.
However, it is difficult to get large PAPR reduction only by using PTS. On the other hand, CAPPR cannot suppress out‑of‑band radiation where PTS realizes lower out‑of‑band radiation than CAPPR.
This thesis propose a new PAPR reduction technique. This technique employs the hybrid of PTS and CAPPR methods with coded side information technique. In the proposed method, an input data block is partitioned into the disjoint sub‑blocks. Additionally, a codeword which constructs the vector set of phase rotations is prepared by using genetic algorithm (GA). It is called a coded side information table. The sub‑carriers in each sub‑block are weighted by phase rotations after the phase rotations are properly selected from a coded side information table. The modified input data are then fed to CAPPR process. The input data with the minimum PAPR are selected after CAPPR is applied to OFDM signals. Using these two methods at the same time, the high efficiency of PAPR reduction can be obtained and high BER property can simultaneously be realized.
学 位論文審査の要旨
学位論文題名
A Study on PAPR Reduction in DFDh/I Wireless Systems （OFDM 無線システムにおけるPAPR 抑圧法に関する研究）
本 論 文 で は ， 直 交 周 波 数 分 割 多 重 方 式(Orthogonal Frequency‑Division Multiplexing.以 下OFDM と 略 ） に お け る 重 要 を 課 題 の ー つ で あ る ， 伝 送 信 号 に 対 す る 信 号 の ピ ー ク 時 と そ の 平 均 値 と の 比 （ peak−to＿averagepowerratio． 以 下P觚 Rと 略 ） を 抑 圧 す る 手 法 に つ い て 研 究 し ， い く っ か の 新 技 術 を 提 案 し て い る 。
OFDMは ， 周 波 数 選 択 性 フ ェ ー ジ ン グ に 対 す る ロ バ ス ト 性 や ， 効 率 的 な 実 装 実 現 ， 帯 域 外 へ の 低 干 渉 と 周 波 数 帯 域 の 効 率 的 を 利 用 を ど ， い く っ か 利 点 が す で に 知 ら れ て い る 。 そ の た め 最 近 で は ，OFDM方 式 が 広 く 活 用 さ れ て お り ， デ ジ タ ル オ ー デ ィ オ 放 送 （DAB） ， 地 上 波 デ ィ ジ タ ル 放 送 ， モ バ イ ル マ ル チ メ デ ィ ア ア ク セ ス 通 信 （MAC） ，IEE黽802．11a/g／n，IEEE802．16お よ びIEEE802．20を ど の シ ス テ ム に お い て 採 用 さ れ ， 実 用 的 を シ ス テ ム も 開 発 さ れ て い る 。
し か し 、 0FDMの 欠 点 と し て ， 非 線 形 歪 み の 原 因 と 教 る 大 き をPAPRが 伝 送 信 号 に お い て 発 生 す る と い う 問 題 が あ る 。 大 き をP 舳 ）Rは ， 信 号 の ダ イ ナ ミ ッ ク レ ン ジ が 大 き い こ と を 意 味 し て お り ， そ の た め ， 一 般 的 歡 ア ナ ロ グ 増 幅 器 や ア ナ ロ グ フ ィ ル タ を ど を 通 し て 通 信 を 行 う 無 線 シ ス テ ム で は ， 伝 送 信 号 の ピ ー ク が 大 き く 歪 む こ と と 顔 る 。 こ れ に よ り0FDMシ ス テ ム の ビ ッ ト エ ラ ー 割 合 （Bit EnDrRatio． 以 下BER） が 増 加 し ， 無 線 シ ス テ ム の 性 能 劣 化 の 原 因 と を る 。 従 来 か ら も ， こ のPAPR を 抑 圧 す る 手 法 は 提 案 さ れ て お り ， そ の 中 で は 部 分 伝 送 信 号 変 換 手 法 （panialtransrnitsequence， PTS） ， と カ ス ケ ー ド 型 適 応 ピ ー ク 電 力 低 減 （CAPPR） ア プ ロ ー チ 塩 ど が 代 表 的 を 手 法 と し て 利 用 さ れ て い る 。
本 論 文 で は ， こ れ ら の 従 来 手 法 の 実 験 的 評 価 を 行 い ， 従 来 手 法 よ り さ ら に 効 率 の よ いW岬R抑 圧 手 法 を 提 案 し て い る 。
本 論 文 は ， 全 体 で7つ の 章 で 構 成 さ れ て い る 。 第1章 は ， 本 研 究 の 背 景 を ど 記 述 し た 「 ま え が き 」 部 分 で あ る 。 第 2章 は ， OFDMの 基 本 事 項 に つ い て 述 べ た 章 で あ り ，OFDMの シ ス テ ム 概 要 と 各 モ ジ ュ ー ル の 説 明 ， モ ジ ュ ー ル の 特 徴 に 対 す る 解 説 を ど を 行 っ て い る 。 さ ら に 後 半 の 部 分 で は ， ア ナ ロ グ 系 も 考 慮 し た ， 剛 岬Rに 関 す る 問 題 点 を 明 確 に 示 し て い る 。
第3章 で は ， 従 来 のPAPR抑 圧 法 に つ い て 説 明 を し て い る 。 こ こ で 解 説 さ れ て い る 手 法 は ， （1） AmplitudeClippingandFilt面ng， （2）PeakCancen甜on， （3）Coding， （4）Interleaving， （5）Selective
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一 雄
則 孝
喜
俊
正
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永
島
柴
川
宮
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小
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授
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査
査
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主
副
副
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Mapping，(6) Tone Reservation，(7) Tone Injection，(8) Active Constellation Extension，(9) Partial Transmit Sequence (PTS)， （10) Cascade Adaptive PeakPowerReducbon（Q廿PR） で あ る 。 こ の 中 で ，C心 PRとFrSが 有 効 性 の 高 い 手 法 で あ る と 紹 介 さ れ て い る 。 し か し ，CAPPRは ， 抑 圧 性 能 が 良 好 で あ る が ， 一 方 で は 伝 送 信 号 に 歪 み を 生 じ る 手 法 で あ る こ と 。PTSは ， 伝 送 信 号 に 歪 み を 発 生 さ せ 誼 い 優 れ た 手 法 で あ る が ，PA鳳 の 抑 圧 率 が あ ま り 高 く を い と い う 問 題 を 有 す る こ と も 述 べ て い る 。 第4章 で は ， 新 手 法 と し て ， PTSとAPPRの 組 み 合 わ せ た 手 法 に つ い て 提 案 し て い る 。PTSの 伝 送 信 号 に 歪 み を 残 さ を い メ カ ニ ズ ム を そ の ま ま 生 か し ， ピ ー ク 信 号 が 発 生 す る 近 傍 の 信 号 を 徐 々 に 抑 圧 （APPR） す る 技 術 を 同 時 に 実 現 し ， 高 いW PR抑 圧 率 と ， 少 を い 信 号 歪 み を 同 時 実 現 し た 。 第5章 で は ， 第 4章 で 述 べ た 新 し い W出R手 法 を 導 入 し た OFDMシ ス テ ム の 提 案 を 行 っ た 。 こ こ で は ，PTSの 能 カ を 引 き 上 げ る に は ， 送 信 機 と 受 信 機 間 で 送 り た い 信 号 の ほ か に ， 制 御 信 号 を 送 信 す る （ サ イ ド 情 報 伝 送 ） 必 要 が 出 て く る 。 そ の 制 御 信 号 は ， 結 果 と し て ， ス ル ー プ ッ ト を 低 減 す る こ と と を り ， シ ス テ ム の 性 能 が 低 下 す る 。 そ こ で ， サ イ ド 情 報 を コ ー ド プ ッ ク 化 す る こ と に よ り ， 制 御 信 号 の ピ ッ ト 数 を 大 幅 に 削 減 し ， そ の サ イ ド 情 報 を 伝 送 す る シ ス テ ム に 改 良 し た ， こ れ に よ り ， シ ス テ ム 全 体 の ス ル ー プ ッ ト を 下 げ ず に ， 剛 やR抑 圧 が 可 能 と を っ た 。
第6章 で は ， 第5章 で 紹 介 し た 恥j）R抑 圧 モ ジ ュ ー ル 搭 載 のOFDMシ ス テ ム の 評 価 を 行 い ， よ り 最 適 誼 シ ス テ ム 構 成 と す る た め ， 第5章 で 提 案 し た サ イ ド 情 報 の コ ー ド プ ッ ク 化 で 利 用 す る コ ー ド プ ッ ク を 遺 伝 子 ア ル ゴ リ ズ ム に よ り 最 適 実 現 し ， 最 適 謡PA亅 ｝R抑 圧 と 最 良 の 信 号 歪 み 特 性 を 同 時 実 現 す る シ ス テ ム の 改 良 を 行 っ た 。 こ れ に よ り ， 従 来 手 法 よ り 大 き 顔PA亅 ）R抑 圧 を 実 現 し を が ら ， 本 来 の ス ル ー プ ッ ト を 維 持 し ，BERの 悪 化 を 抑 え た シ ス テ ム が 実 現 で き た 。
以 上 の 事 よ り ， 本 論 文 で は ， 伝 送 さ れ る 信 号 の 大 き を ダ イ ナ ミ ッ ク レ ン ジ に よ る 信 号 歪 み 問 題 を 解 決 す る い く つ か の 手 法 を 提 案 ・ 開 発 ・ 実 現 ・ 評 価 し て お り ，OFDM無 線 通 信 シ ス テ ム に 関 す る 研 究 に お い て ， 十 分 を 成 果 を 挙 げ て い る 。
こ れ を 要 す る に ， 筆 者 は ，OFDM無 線 通 信 シ ス テ ム 固 有 の 問 題 で あ っ たPA鳳 問 題 に つ い て 検 討 し ， そ の 抑 圧 手 法 に つ い て 新 た 顔 方 式 提 案 と そ の 開 発 を 行 い ， 無 線 通 信 の デ ィ ジ タ ル 方 式 設 計 に お い て ， 新 し い 信 号 処 理 技 術 を 実 現 し ， そ の 有 効 性 を 示 し た 。 こ れ に よ り ， 無 線 通 信 処 理 に 関 す る 多 く の 有 益 を 知 見 を 得 て お り ， 工 学 の 分 野 に 貢 献 す る と こ ろ 大 を る も の が あ る 。
よ っ て 筆 者 は ， 北 海 道 大 学 博 士 （ 工 学 ） の 学 位 を 授 与 さ れ る 資 格 あ る も の と 認 め る 。
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