Comparative analysis of pulse shaping techniques in SC-FDMA systems

In the recent years, rapidly increasing demands for media-rich wireless services are bringing much more attention to new high speed wireless technologies. Single carrier frequency division multiple access (SC-FDMA) is implemented as the uplink access technology with lower peak to average power (PAPR). However, high order modulations result in high PAPR in the SC-FDMA signal, causing low efficiency in the high power amplifiers and failing to satisfy the fifth generation (5G) requirements related to energy efficiency. Therefore, PAPR is becoming a crucial design parameter for wireless communication systems. In order to achieve low PAPR, various pulse shaping techniques have been proposed in literature. This thesis work attempts to investigate few of those advanced pulse shaping techniques, mainly parametric combination of linear pulses (PLCP) and exponential linear pulses (ELP). Comparative analysis in terms of impulse response, frequency response, complementary cumulative distribution function to perform peak to average power and symbol error rate are investigated. It is concluded that magnitude of the tail of the impulse response is needed to be reduced in order to achieve low PAPR. Also, the trade-off between PAPR and SER for different degree of freedom parameters (µ for PLCP and β for ELP) is investigated and it is concluded that the optimal values for µ and β are 1.6 and 0.1, respectively.

Negli ultimi anni, le richieste in rapida crescita di servizi wireless stanno portando molta più attenzione alle nuove tecnologie wireless ad alta velocità. La divisione dell'accesso multiplo SC-FDMA è implementata come tecnologia di accesso uplink a causa del rapporto tra potenza di picco e potenza media (PAPR) inferiore. Tuttavia, le modulazioni di ordine elevato comportano un elevato PAPR anche nel segnale SC-FDMA, causando quindi una bassa efficienza negli amplificatori ad alta potenza e non soddisfacendo i requisiti di quinta generazione (5G) relativi all'efficienza energetica. Pertanto, PAPR sta diventando un parametro di progettazione cruciale per il sistema di comunicazione wireless di nuova generazione. Al fine di ottenere un PAPR basso, in letteratura sono state proposte varie tecniche di sagomature degli impulsi. Questo lavoro di tesi indaga alcune di queste avanzate tecniche di modulazione degli impulsi, principalmente la combinazione parametrica di impulsi lineari (PLCP) e impulsi lineari esponenziali (ELP). Vengono fatte analisi comparative in termini di risposta all'impulso, risposta in frequenza, funzione di distribuzione cumulativa complementare per valutare il rapporto tra potenza di picco e potenza media e tasso di errore dei simboli. Si è concluso che è necessario ridurre l'entità della coda della risposta all'impulso per ottenere un PAPR basso. Inoltre, viene studiato il compromesso tra PAPR e SER per i parametri di progetto (µ per PLCP e β per ELP) e si è concluso che i valori ottimali per µ e β sono rispettivamente 1,6 e 0,1.