OFDM with index modulation for narrowband iot and mmtc

Abstract

The crucial aim for 5G narrowband Internet of Things (NB-IoT) is to support massive Machine-Type Communications (mMTC) with wide coverage area, low power consumption, low hardware complexity and low data rate. Direct conversion receiver (DCR) has a simple structure to fulfill NB-IoT requirements. However, a significant degradation has been observed on the performance of orthogonal frequency division multiplexing (OFDM) systems with DCR due to in-phase and quadrature-phase imbalance (IQI) at RF front-end. Estimation and mitigation of IQI in OFDM systems require iterative receiver at the expense of high complexity and power consumption. In this study, OFDM with index modulation (OFDM-IM) is proposed as a promising candidate in order to meet demands of NB-IoT use cases. OFDM-IM based systems carry data information not only by modulated subcarriers but also by indices of fractionally used subcarriers. A non-iterative and efficient receiver that exploits inactive subcarriers is introduced to mitigate the e?ect of IQI for NB-IoT with OFDM-IM. Cyclic Redundancy Check (CRC) algorithm is used to investigate accuracy of the receiver under IQI. Theoretical analysis and computer-based simulations show that proposed non-iterative receiver for OFDM-IM in NB-IoT under IQI works very well in various scenarios. Moreover, our findings show that OFDM-IM under IQI provides a higher signal-to-interference ratio (SIR) in comparison to classical OFDM. In mMTC systems, lack of coordination between the machine users and the BS in time destroys orthogonality between the subcarriers, and causes intercarrier interference (ICI). Unlike classical OFDM, fractional subcarrier activation leads to less ICI in OFDM-IM technology. Furthermore, a novel subcarrier mapping scheme (SMS) named as Inner Subcarrier Activation is proposed to further alleviate adjacent user interference in asynchronous OFDM-IM based systems.5G Dar bant - nesnelerin interneti iÇin kritik amaç; geniş kapsama alanı, düşük güç tüketimi,düşük donanm karmaşıklığı ve düşük data oranı sağlayan toplu makine tipi haberleme sistemlerini desteklemektir. Dar bant - nesnelerin internetin gereksinimleri karşılamak için, doğrudan dönüşüm sağlayan alıcı sistemleri basit bir yapıya sahiptir. Fakat, dikgen frekans blmeli çoğullama sistemlerinin performansında önemli ölçüde doğrudan dönüşüm sebebi ile bozulma gözlemlenmektedir. Bu bozunum I ve Q dallar arasndaki genlikve faz farkından kaynaklanmaktadr. Dikgen frekans bölmeli çoğullama sistemlerinde I ve Q dallar arasındaki dengesizliğin tahmini ve telafi edilmesi tekrarlamalı alıcı gerektirmektedir. Tekrarlamalı alıcı, güç tüketimine ve yüksek karmaşıklığa sebep olmaktadr. Bu çalışmada, indis modlasyonlu dikgen frekans bölmeli çoğullama dar-bant nesnelerin interneti için önerilmektedir. İndis modülasyonlu dikgen frekans bölmeli çoğullama sadece modülasyonlu alt taşıyıcı ile değil kullanılan alt taşıyıcının indisi ile veri iletimine izin vermektedir. Aktif olmayan alt taşıyıcıların kullanımı ile tekrarlamalı olmayan ve verimli alıcı yapısı I ve Q dallar arasndaki dengesizliği kaldırmak için tanıtıldı. Önerilen alıcı yapısının doğruluğu, çevrimsel artıklık kontrol algoritması ile araştırıldı. Teorik analizler ve bilgisayar tabanlı simülasyonlar indis modülasyonlu dikgen frekans bölmeli çoğullama kullanılarak önerilen alıcı yapısı ile çeşitli senaryolarda I ve Q dalları arasındaki dengesizliğin tahmini ve telafisinin gerçekleştirildiini göstermektedir. Ek olarak, elde edilen sonuçlara göre indis modlasyonlu dikgen frekans bölmeli çoğullama günümüz teknolojisi dikgen frekans bölmeli çoğullamaya göre yüksek sinyal-girişim oran sağlamaktadır. Makine tipi haberleşme sistemlerinde, baz istasyonu ve makina kullanıcılar arasında koordinasyon olmaması dikgen frekans bölmeli çoğullama sistemlerinde alt taşıyıcılar arasındaki dikgenliği bozmakta ve alt taşıyıcılar arası girişime sebep olmaktadır. İndis modülasyonlu dikgen frekans bölmeli çoğullama ile kısmi alt taşıyıcı kullanımı alt taşıyıcılar arasında daha az girişime sebep olmaktadır. Asenkron indis modülasyonlu dikgen frekans bölmeli çoğullama tabanlı sistemlerde komşu kullanıcılardan gelen girişimi önlemek için yeni alt taşıyıcı kullanım şeması tanıtıldı.