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电气工程与系统科学 > 系统与控制

arXiv:2507.13623 (eess)
[提交于 2025年7月18日 ]

标题: MD-OFDM:一种适用于资源受限应用的高效节能低峰均比MIMO-OFDM变体

标题: MD-OFDM: An Energy-Efficient and Low-PAPR MIMO-OFDM Variant for Resource-Constrained Applications

Authors:Rahul Gulia
摘要: 正交频分复用(OFDM)结合多输入多输出(MIMO)技术构成了现代无线通信系统的基础。虽然提供了高频谱效率和鲁棒性,但传统的MIMO-OFDM,尤其是使用复杂均衡器如最小均方误差(MMSE)的系统,由于多个活动射频(RF)链的存在,会导致较高的峰均功率比(PAPR)和显著的功耗。本文提出并数学建模了一种替代系统,称为多维OFDM(MD-OFDM),该系统采用每子载波发射天线选择策略。通过为每个子载波仅激活一个发射天线,MD-OFDM旨在降低PAPR,降低功耗,并提高比特错误率(BER)性能。我们提供了BER、能量效率(EE)和PAPR的详细数学公式,并讨论了MD-OFDM在各种应用中的适用性,特别是在能源受限和成本敏感的场景中,如物联网(IoT)和低功耗广域网络(LPWAN)。仿真结果表明,与MMSE MIMO相比,MD-OFDM实现了更优的BER和显著更低的PAPR,尽管由于频谱复用减少,在峰值整体能量效率上存在权衡。
摘要: Orthogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM) combined with Multiple-Input Multiple-Output (MIMO) techniques forms the backbone of modern wireless communication systems. While offering high spectral efficiency and robustness, conventional MIMO-OFDM, especially with complex equalizers like Minimum Mean Square Error (MMSE), suffers from high Peak-to-Average Power Ratio (PAPR) and significant power consumption due to multiple active Radio Frequency (RF) chains. This paper proposes and mathematically models an alternative system, termed Multi-Dimensional OFDM (MD-OFDM), which employs a per-subcarrier transmit antenna selection strategy. By activating only one transmit antenna for each subcarrier, MD-OFDM aims to reduce PAPR, lower power consumption, and improve Bit Error Rate (BER) performance. We provide detailed mathematical formulations for BER, Energy Efficiency (EE), and PAPR, and discuss the suitability of MD-OFDM for various applications, particularly in energy-constrained and cost-sensitive scenarios such as the Internet of Things (IoT) and Low-Power Wide Area Networks (LPWAN). Simulation results demonstrate that MD-OFDM achieves superior BER and significantly lower PAPR compared to MMSE MIMO, albeit with a trade-off in peak overall energy efficiency due to reduced spectral multiplexing.
主题: 系统与控制 (eess.SY)
引用方式: arXiv:2507.13623 [eess.SY]
  (或者 arXiv:2507.13623v1 [eess.SY] 对于此版本)
  https://doi.org/10.48550/arXiv.2507.13623
通过 DataCite 发表的 arXiv DOI

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来自: Rahul Gulia [查看电子邮件]
[v1] 星期五, 2025 年 7 月 18 日 03:37:52 UTC (130 KB)
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