Performance enhancement of OFDM-Based systems using Nyquist-I pulses

Abstract

Los constantes y cada vez más acelerados avances tecnológicos, han generado que los sistemas de comunicación se optimicen considerablemente con el transcurso de los años. Dentro de los cambios más importantes que se han visto en el último tiempo, destaca la disminución del uso de los clásicos sistemas de telecomunicaciones basados en portadoras únicas, dándose paso a sistemas más complejos en donde la información se transmite utilizando múltiples portadoras. Dentro de este último grupo de técnicas, uno de los que más sobresale es orthogonal frequency division multiplexing (OFDM), el cual ha sido y es, ampliamente utilizado en múltiples aplicaciones o estándares de comunicación. El uso extensivo de OFDM se debe a varias ventajas que esta técnica posee, tales como: alcanzar altas tasas de transmisión de datos, generar señales robustas ante canales inalámbricos, tener una alta eficiencia espectral, entre otros. Pero, aun cuando éstos exhiben múltiples ventajas, también presentan ciertos inconvenientes que deben ser tratados como lo son: los altos niveles de peak-to-average power ratio (PAPR) que caracterizan a las señales OFDM y la sensibilidad a errores originados por la desincronización entre el transmisor y receptor. Esto último, facilita la generación de interferencia entre portadoras (inter-carrier interference, ICI) y, por ende, un aumento en la probabilidad de error. En este trabajo se examina el funcionamiento de los sistemas basados en OFDM, partiendo desde la generación de la señal, hasta su comportamiento espectral. Pero por otro lado, también se analiza como la implementación de pulsos que cumplen con el primer criterio de Nyquist (Nyquist-I), favorece al rendimiento de esta clase de sistemas. El uso de pulsos Nyquist-I para combatir los inconvenientes típicos mostrados por los sistemas basados en OFDM ha sido propuesto por múltiples investigadores. En este trabajo se estudia en detalle una nueva familia de pulsos Nyquist-I llamada improved parametric linear combination pulses (IPLCP), la cual se propone para combatir un completo listado de aspectos perjudiciales mostrados por sistemas OFDM reales, a diferencia de otros pulsos que solamente buscan solucionar uno de ellos. Para analizar el rendimiento de la nueva familia de pulsos, se le compara con otras ya conocidas en términos del ICI, la razón señal a interferencia (signal-to-interference ratio, SIR), el PAPR y la tasa de probabilidad de error de bit (bit error rate, BER). Finalmente, el análisis demuestra que la nueva familia es la que mejor se desempeña en promedio en términos de los parámetros de estudio recién mencionados, dejando en claro que la implementación del IPLCP favorece al rendimiento de los sistemas de comunicación basados en la tecnología OFDM.