CBL - Campus del Baix Llobregat

Projecte llegit

Títol: Estudi i implementació de tècniques de reducció de PAPR en sistemes de telecomunicacions mòbils basats en OFDM

Estudiants que han llegit aquest projecte:
BROQUETAS RUIZ, JOAQUIM (data lectura: 27-07-2022)
Cerca aquest projecte a Bibliotècnica

Director/a: GARCÍA LOZANO, MARIO

Departament: TSC

Títol: Estudi i implementació de tècniques de reducció de PAPR en sistemes de telecomunicacions mòbils basats en OFDM

Data inici oferta: 16-02-2022 Data finalització oferta: 16-10-2022

Estudis d'assignació del projecte:

GR ENG SIS TELECOMUN

Tipus: Individual

Lloc de realització: EETAC

Paraules clau:
Crest Factor Reduction, PAPR, OFDM, srsRAN, Software Radio

Descripció del contingut i pla d'activitats:
Aquest Treball de Final de Grau s'enmarca en l'avaluació d'algoritmes de reducció de factor de cresta, o PAPR (de l'anglès Peak to Average Power Ratio), utilitzats habitualment en sistemes Long Term Evolution (LTE). Aquests algoritmes permeten reduir el factor de cresta dels senyals OFDM (Orthogonal Frequency- Division Multiplexing) generats per les estacions base, i permeten utilitzar els amplificadors de potència de forma més eficient. Més enllà de l'àmbit dels algoritmes de reducció de PAPR, aquest treball pretén aprofitar la flexibilitat i facilitat d'operació dels sistemes software ràdio per a aportar una perspectiva experimental sobre els sistemes LTE i 5G des del punt de vista de la capa física. L'impacte de factors configurables com l'amplada de banda del sistema i els diferents esquemes de modulació serà objecte d'investigació, en el marc de l'estudi del PAPR del senyal. Les fites i cronologia del treball és la següent: 1) Establir la motivació de les tècniques de reducció de PAPR en sistemes basats en OFDM. 2) Realitzar una recerca bibliogràfica sobre els diferents algoritmes de reducció de PAPR utilitzats en sistemes LTE. En aquesta recerca s'inclouran els algoritmes de peak clipping and filtering, peak windowing, selective mapping i tone reservation. 3) Implementar un mínim de dos algoritmes d'entre els estudiats en C, i integrar-los en l'estació base LTE desenvolupada per Software Radio Systems. 4) Estudiar quantitativament els algoritmes desenvolupats des del punt de vista del senyal. 5) Evaluar experimentalment l'impacte dels algoritmes desenvolupats en un sistema LTE real, utilitzant transmissors software ràdio i telèfons mòbils comercials per a dur a terme una campanya de mesures. Si és possible, incloure també en l'estudi algunes configuracions de 5G NR.

Overview (resum en anglès):
Two popular Crest Factor Reduction techniques applicable to OFDM signals have been studied and implemented within this project. To provide adequate background, a brief description of OFDM communication systems is included in the first sections, and the problem of high Peak to Average Power Ratio in multi-carrier transmission schemes is presented. An overview of the most relevant Crest Factor Reduction techniques is performed, and the Clipping and Filtering and Peak Windowing algorithms are selected as implementation candidates due to their protocol agnostic nature. Several implementation architectures have been discussed, and the most computationally efficient one has been used to implement both algorithms within srsRAN, an open source, full software radio implementation of an LTE network with all of its components. In order to provide a comprehensive evaluation of the developed algorithms, an extensive measurement campaign has been designed and carried out, comprised of synthetic testing, as well as experimental physical signal measurements in a laboratory setting, and an outdoor measurement campaign. To speed up the measurement process, an automated measurement system has been designed in MATLAB, which remotely operates a signal analyser to perform spectrum and statistical power measurements, as well as IQ sample collection of the generated LTE signals. This measurement system has been used to carry out unwanted emissions tests following the LTE conformance testing procedures, which are also discussed within this document. For the outdoor measurements, an LTE single cell network has been deployed using a software radio transceiver and an LTE phone, with the aim of assessing the end to end quality of service improvements provided by the developed algorithms. The gathered results illustrate that the implemented Crest Factor Reduction techniques can provide significant network performance gains in situations with limited available transmission power. Additional gains provided by these techniques include increased efficiency in the operation of power amplification stages, and reduced network deployment costs.