A decode-and-forward two-way relay system benefits from orthogonal frequency division multiplexing (OFDM) and relay transmission. In this paper, we consider a decode-and-forward two-way relay system over OFDMwith two strategies: A joint subcarrier matching algorithm and a power allocation algorithm operating with a total power constraint for all subcarriers. The two strategies are studied based on average capacity using numerical analysis by uniformly allocating power constraints for each subcarrier matching group. An optimal subcarrier matching algorithm is proposed to match subcarriers in order of channel power gain for both transmission sides. Power allocation is defined based on equally distributing the capacity of each hop in each matching group. Afterward, a modified water-filling algorithm is also considered to allocate the power among all matching groups in order to increase the overall capacity of the network. Finally, Monte Carlo simulations are completed to confirm the numerical results and show the advantages of the joint subcarrier matching, power allocation and water filling algorithms, respectively.
This paper proposes a new polarization diversity scheme for OPFDM (Orthogonal Polarization and Frequency Division Multiplexing). OPFDM is an extension of OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing) in conjunction with polarization multiplexing in order to ensure the orthogonality amongst subcarriers. Since OPFDM uses two orthogonally polarized channels, it can easily employ the polarization diversity. In order to get the diversity gain effectively in a frequency selective fading channel, the proposed scheme combines the signals in subcarrier-by-subcarrier basis. The computer simulation results confirm that the proposed scheme is superior to conventional one in the two orthogonally polarized two-ray Rayleigh fading channels with cross-talk between the two channels.
An adaptive modulation scheme is presented for multiuser orthogonal frequency-division multiplexing systems. The aim of the scheme is to minimize the total transmit power with a constraint on the transmission rate for users, assuming knowledge of the instantaneous channel gains for all users using a combined bit-loading and subcarrier allocation algorithm. The subcarrier allocation algorithm identifies the appropriate assignment of subcarriers to the users, while the bit-loading algorithm determines the number of bits given to each subcarrier. The proposed bit-loading algorithm is derived from the geometric progression of the additional transmission power required by the subcarriers and the arithmetic-geometric means inequality. This algorithm has a simple procedure and low computational complexity. A heuristic approach is also used for the subcarrier allocation algorithm, providing a trade-off between complexity and performance. Numerical results demonstrate that the proposed algorithms provide comparable performance with existing algorithms with low computational cost.
Most existing studies on broadcast services in orthogonal frequency division multiplexing (OFDM) systems have focused on how to allocate the transmission power to the subcarriers. However, because a broadcasting system must guarantee quality of service to all users, the performance of the broadcast service dominantly depends on the channel state of the user who has the lowest received signal-to-noise ratio among users. To reduce the effect of the worst user on the system performance, we propose a joint delivery scheme of unicast and broadcast transmissions in OFDM systems with broadcast and unicast best-effort users. In the proposed joint delivery scheme, the BS delivers the broadcast information using both the broadcast and unicast subcarriers at the same time in order to improve the performance of the broadcast service. The object of the proposed scheme is to minimize the outage probability of the broadcast service while maximizing the sum-rate of best-effort users. For the proposed joint delivery scheme, we develop an adaptive power and subcarrier allocation algorithm under the constraint of total transmission power. This paper shows that the optimal power allocation over each subcarrier in the proposed scheme has a multi-level water filling form. Because the power allocation and the subcarrier assignment problems should be jointly solved, we develop an iterative algorithm to find the optimal solution. Numerical results show that the proposed joint delivery scheme with adaptive power and subcarrier allocation outperforms the conventional scheme in terms of the outage probability of the broadcast service and the sum-rate of best-effort users.
We investigated the combined effect of fiber chromatic dispersion and self-phase modulation (SPM) in multi-channel subcarrier multiplexed (SCM) optical transmission systems. We theoretically analyzed the transmission characteristics of the SCM signals with the effect of SPM and chromatic dispersion in a single-mode optical fiber by numerical simulations based on the nonlinear Schrodinger equation. The numerical simulation results revealed that the effect of fiber dispersion and SPM could occur independently between subcarrier channels in two-channel SCM systems for small optical modulation index (OMI) and large channel spacing. However, for large OMI, small channel spacing, and large fiber launching power, we found a performance degradation of the two-channel system compared to that of a single-channel system. These parameters are therefore important for the optimization of multi-channel SCM systems applicable to radio over fiber networks.
Jia, Nianlong;Feng, Wenjiang;Zhong, Yuanchang;Kang, Hong
KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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제8권11호
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pp.4087-4102
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2014
Two-way relaying is an effective way of improving system spectral efficiency by making use of physical layer network coding. However, energy efficiency in OFDM-based bidirectional relaying with asymmetric traffic requirement has not been investigated. In this study, we focused on subcarrier transmission mode selection, bit loading, and power allocation in a multicarrier single amplified-and-forward relay system. In this scheme, each subcarrier can operate in two transmission modes: one-way relaying and two-way relaying. The problem is formulated as a mixed integer programming problem. We adopt a structural approximation optimization method that first decouples the original problem into two suboptimal problems with fixed subcarrier subsets and then finds the optimal subcarrier assignment subsets. Although the suboptimal problems are nonconvex, the results obtained for a single-tone system are used to transform them to convex problems. To find the optimal subcarrier assignment subsets, an iterative algorithm based on subcarrier ranking and matching is developed. Simulation results show that the proposed method can improve system performance compared with conventional methods. Some interesting insights are also obtained via simulation.
This study deals with the adaptive multiuser OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing) system which adjusts the resource allocation according to the environmental changes in such as wireless and quality of service required by users. The resource allocation includes subcarrier assignment to users, modulation method and power used for subcarriers. We first develop a general optimization model which maximizes data throughput while satisfying data rates required by users and total power constraints. Based on the property that this problem has the 0 duality gap, we apply the subgradient dual optimization method which obtains the solution of the dual problem by iteration of simple calculations. Extensive experiments with realistic data have shown that the subgradient dual method is applicable to the real world system, and can be used as a dynamic resource allocation mechanism.
We propose a new coherent optical receiver (COR) to detect optical receiver mode (ORM) subchannels selectively in coherent optical (CO) ORM division multiplexing (ORMDM) systems. In the CO-ORMDM systems, each optical channel is a linear sum of ORM subchannels, to obtain high spectral efficiencies (SEs). The COR uses an ORM subcarrier as its local oscillator (LO) and reads the transmitted data at the origin times of ORM signals. For example, if the mth ORM subcarrier is used as the LO, then the COR reads the data of the mth ORM subchannel. The proposed COR is fast and can make CO-ORMDM systems useful for real-time optical communication with high SE.
OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing) 수신기의 동기화는 시간영역의 심벌타이밍옵셋 추정과 주파수영역의 반송주파수옵셋 추정으로 이루어진다. 이 논문은 소수배 반송주파수옵셋 추정이 이루어진 이후 잔여의 정수배 주파수옵셋 추정에 대한 새로운 방법을 제안한다. 정수배의 반송주파수 옵셋은 복조기의 BER 성능을 열화시키므로 반드시 교정되어야 한다. 여기에서 제안하는 방법은 길이가 N인 PN 시퀀스의 칩들을 OFDM 부반송파에 변조시켜서 송신하고, 수신기는 수신된 신호를 FFT 수행후 국부에서 발생된 알려진 PN 시퀀스와 비교하여 PN 시퀀스의 위상을 추적함으로 정수배의 반송주파수 옵셋을 찾는 것이다. 이것은 기존의 제안된 차동변조된 신호의 에너지를 측정하는 방법에 비해서 계산속도가 빠르며, 간단한 훈련심벌(training symbol)로 동기를 찾을 수 있는 장점이 있다.
Journal of electromagnetic engineering and science
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제10권2호
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pp.50-55
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2010
Orthogonal Frequency Division Multiplexing(OFDM) dual-hop systems can take full advantages of the techniques of both multi-hop communication and OFDM. To achievethis end, we propose a joint subcarrier matching, power allocation and bit loading algorithm operating under a total power constraint and the same Bit Error Rate(BER) threshold over all subcarriers. Simulation results demonstrated system throughput improvement compared to single-hop systems and dual-hop systems with different bit loading algorithms for each relay position, power constraint, and required BER.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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