I nd o ne s ia n J o urna l o f   E lect rica l En g ineering   a nd   Co m pu t er   Science   Vo l.   38 ,   No .   1 A p r il  20 25 ,   p p .   76 ~ 87   I SS N:  2 502 - 4 7 52 ,   DOI : 1 0 . 1 1 5 9 1 /ijee cs .v 38. i 1 . p p 76 - 87          76     J o ur na l ho m ep a g e h ttp : //ij ee cs . ia esco r e. co m   O ptimi zing  F BM C/O Q AM :   H ermi te   fil ter   a nd D FT - ba sed  precod ing   for  PA PR  re duction       Anup riy a Vik a s   Na nd a l   D e p a r t me n t   o f   El e c t r o n i c s a n d   C o mm u n i c a t i o n   En g i n e e r i n g ,   M a h a r s h i   D a y a n a n d   U n i v e r s i t y ,   R o h t a k ,   I n d i a       Art icle  I nfo     AB S T RAC T   A r ticle  his to r y:   R ec eiv ed   J u l   15 ,   2 0 2 4   R ev is ed   Oct   18 202 4   Acc ep ted   Oct   30 ,   2 0 2 4       In   th e   e v e r - e v o lv i n g   lan d sc a p e   o wire les c o m m u n ica ti o n ,   t h e re   is  a   p e rsiste n q u e st  f o m o d u lati o n   sc h e m e th a o p ti m ize   sp e c tral  e fficie n c y ,   re d u c e   in terfe re n c e ,   a n d   e n h a n c e   o v e ra ll   sy ste m   p e rfo rm a n c e .   Th is  p a p e r   in tro d u c e a   n o v e m o d u latio n   tec h n i q u e   th a t   sy n e r g isti c a ll y   imp r o v e o n   t h e   stre n g th o fil ter  b a n k   m u l ti - c a rrier  (F BM C).   d isti n c ti v e   fe a tu re   o o u r   a p p ro a c h   is  th e   d e p lo y m e n o t h e   He rm it e   p ro to ty p e   fil ter  in   t h e   F BM C   sy ste m ,   d iv e r g in g   fro m   trad it i o n a F B M a rc h it e c tu re s.  A n   a d v a n c e d   p re c o d i n g   stra teg y   lev e ra g i n g   a   p ru n e d   d isc re te  fo u rier  tran sf o r m   (p DFT p a ired   wit h   sc a li n g   is  a lso   in tro d u c e d .   Th is  c o m b i n a ti o n   p r o m ise re d u c e d   in ter - sy m b o i n terfe re n c e   a n d   h e ig h ten e d   sp e c tral  e fficie n c y .   As   t h e   m a n a g e m e n o th e   p e a k - to - a v e ra g e   p o we ra ti o   (P APR)  is  a   sig n ifi c a n t   c h a ll e n g e   i n   F BM C   sy ste m to   a d d re ss in g   th is  it e ra ti v e   p a rti c le  sw a rm   o p ti m iza ti o n   (IP S O)  a lg o rit h m   is  p ro p o se d .   Ev a l u a ti o n a re   c a rr ied   o u t o   d e m o n stra te  th e   e fficie n c y   o t h e   p ro p o se sc h e m e   in   re d u c i n g   P A P R   su b sta n ti a ll y   fo r   F B M C /OQA M   f ra m e wo rk .   E x p e rime n ts   a re   c o n d u c ted   a n d   c o m p a riso n a re   p e rf o rm e d   a m o n g   se v e ra p ro m in e n m u lt ica rrier  m o d u lati o n   sc h e m e s.  Th e   re su lt fro m   th e   e x p e rime n ts  in d ica te   th a th e   a p p li c a ti o n   o I P S a lg o rit h m   with   He rm it e   fu n c ti o n a n d   a p p li e d   to   a n   FB M C/OQA M   sy ste m   u sin g   p r u n e d   DFT   h a b e e n   su c c e ss fu in   re d u c i n g   th e   P APR   a lso   a   6 - 1 3 %   d e c re a se   in   e rro r   ra te  h a s b e e n   s h o wn   a c ro ss   v a ry in g   QA M   o rd e rs reg a rd les s o S NR l e v e l.   K ey w o r d s :   5G   FB M C /OQAM   Op tim izatio n   tech n iq u e   PAPR   r ed u ctio n   W ir eles s   c o m m u n icatio n   T h is i a n   o p e n   a c c e ss   a rticle   u n d e r th e   CC B Y - SA   li c e n se .     C o r r e s p o nd ing   A uth o r :   An u p r iy a   Dep ar tm en t o f   E lectr o n ics an d   C o m m u n icatio n   E n g in ee r i n g ,   Ma h ar s h Day an an d   Un iv er s i ty   R o h tak ,   I n d ia   E m ail:  an u p r iy aja g lan 1 2 3 @ g m ail. co m       1.   I NT RO D UCT I O N   T h ev o l u tio n   o f   wir eless   co m m u n icatio n s   f r o m   2 to   5 an d   b ey o n d   h as  b ee n   m ar k ed   b y   s ig n if ican tech n o lo g ical   ad v an ce m en ts   [ 1 ] ,   [ 2 ] ,   ea c h   g en er atio n   b r in g in g   a b o u im p r o v em en ts   in   s p ee d ,   ca p ac ity ,   laten cy ,   an d   o v e r all  n etwo r k   p er f o r m an ce .   T h e   o n g o in g   d ev e l o p m e n ts   to war d   6 d em o n s tr ate  a   tr ajec to r y   o f   c o n tin u o u s   i m p r o v e m en t,   ex p a n d in g   th p o s s ib ilit ies  an d   a p p lica tio n s   in   wir eless   co m m u n icatio n s   [ 3 ] .   C u r r e n wir eless   co m m u n icatio n   s y s tem s ,   n o tab ly   4 G,   f ac s ev er a s ig n if ican is s u es   an d   ch allen g es  th at  im p a ct  th e ir   ef f icien cy   an d   o v er all  p e r f o r m an ce .   On p r im ar y   ch allen g is   th in cr ea s in g   d em an d   f o r   d ata - in ten s iv ap p licatio n s   an d   s er v ices,  wh ich   p u ts   im m en s p r ess u r o n   ex is tin g   4   n etwo r k s   [ 4 ] .   T h s u r g i n   m o b ile  d ata  u s ag f o r   ac tiv ities   s u ch   as  v id eo   s tr ea m in g ,   o n lin e   g am in g ,   a n d   lar g e   f ile  d o wn lo ad s   h as  led   to   co n g esti o n   is s u es,  r esu lt in g   in   r ed u ce d   d ata  s p ee d s   an d   p o ten tial ser v ice  d is r u p tio n s   d u r in g   p ea k   h o u r s .   Mo r eo v er ,   4 n etwo r k s   ar g r ap p lin g   with   th ch allen g o f   p r o v id in g   co n s is ten co v er a g i n   b o th   u r b an   a n d   r u r al  ar ea s .   Ur b an   en v ir o n m en ts   o f ten   ex p er ien ce   n etwo r k   co n g esti o n   d u to   th e   h ig h   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n d o n esian   J   E lec  E n g   &   C o m p   Sci     I SS N:   2 5 0 2 - 4 7 52       Op timiz in g   F B MC /O QA M:  H ermite filte r   a n d   DF T - b a s ed   p r ec o d in g   fo r   P A P R   r ed u ctio n   ( A n u p r iya )   77   co n ce n tr atio n   o f   u s er s ,   wh ile  r u r al  ar ea s   m ay   h a v lim ited   in f r astru ctu r e,   lead i n g   to   c o v er a g g ap s   an d   a   lack   o f   r eliab le  co n n ec tiv ity .   T h is   d ig ital  d iv id p o s es  ch al len g es  in   d eliv er in g   s ea m less   co m m u n icatio n   ex p er ien ce s   f o r   all   u s er s .   I n   ad d r ess in g   th ese  ch allen g es,   th o n g o in g   d e p lo y m e n an d   tr an s itio n   to   5 n etwo r k s   aim s   to   p r o v id s o lu tio n s   s u ch   as  h ig h er   d at r ates,  lo wer   laten c y ,   an d   in cr ea s ed   d e v ice     ca p ac ity   [ 5 ] .   Ho wev er ,   th c o ex is ten ce   o f   4 an d   5 n e two r k s   d u r in g   th e   tr an s itio n   p er io d   i n tr o d u ce s   in ter o p er a b ilit y   ch allen g es  a n d   r e q u ir es  ca r e f u m an ag e m en to   e n s u r a   s m o o th   an d   s ea m less   u s er   ex p er ien ce .   As  wir eless   co m m u n icatio n   s y s tem s   ev o lv e,   a d d r ess in g   th ese  is s u es  will  b ess en tial  to   m ee th e   d em an d s   o f   an   d ata - d r iv e n   wo r ld .   New  m o d u latio n   s ch em es   [ 6 ] ,   in clu d in g   f ilter e d -   o r th o g o n al  f r eq u en c y   d iv is io n   m u ltip l ex in g   (F - OFDM) ,   u n iv er s al  f ilter ed   m u lti - ca r r ie r   ( UFMC),   an d   f ilter   b an k   m u lti - ca r r ier   ( FB MC )   [ 7 ] ,   h av em er g ed   to   ad d r ess   s p ec if ic  ch allen g es  a n d   lim itatio n s   ass o ciate d   with   tr ad itio n al  OFDM  in   wir el ess   co m m u n icatio n   s y s tem s .   T h ese  s ch em es  b r in g   in cr ea s ed   f lex ib ilit y ,   ad a p tab ilit y   to   d y n am ic  ch a n n e co n d itio n s ,   an d   im p r o v e d   s p ec tr al  co n tain m e n t,  m ak in g   th em   v alu ab le  c o n ten d er s   f o r   th e v o lv in g   lan d s ca p o f   wir eless   co m m u n icatio n   s y s tem s   [ 8 ] .   Ad v an ce   m o d u latio n   s ch em e s   s u ch   as  F - OFDM,   UFMC,  an d   FB MC  is   th n ee d   f o r   c o ex is ten ce   with   ex is tin g   m o d u latio n   s c h em es  d u r in g   tr a n s itio n   p er i o d s   [ 9 ] .   E n s u r i n g   b ac k war d   co m p atib ilit y   a n d   in ter o p er a b ilit y   with   leg ac y   s y s tem s   is   cr u cial  f o r   s m o o th   d e p lo y m e n o f   th ese  a d v an ce d   m o d u latio n   tech n iq u es .   I m p lem e n tin g   a d v an ce d   m o d u latio n   s ch em e s   m ay   r eq u ir e   m o r s o p h is ticated   tr an s ce iv er   ar ch itect u r es,  p o ten tially   lead in g   to   h ig h er   p o wer   co n s u m p tio n   an d   h ar d war e   co s ts   [ 1 0 ] .   Ad ap tiv e   r eso u r ce   allo ca tio n   in   d y n am ic   en v ir o n m en ts ,   wh ile  a   s tr en g th   o f   th e s s ch em es,  ca n   also   p r esen ch allen g es  in   ter m s   o f   ef f icien alg o r ith m s   f o r   r ea l - tim ad ap tatio n ,   e s p ec iall y   wh en   d ea lin g   with   r ap i d ly   ch an g in g   ch an n el  co n d itio n s .   R o b u s tn ess   ag ain s v ar io u s   im p ai r m en ts ,   s u c h   as  p h ase  n o is e,   f r eq u en cy   o f f s et,   a n d   n o n - lin ea r ities ,   is   s h ar ed   ch alle n g e.   E n s u r in g   th at   th ese  ad v an ce d   m o d u latio n   s ch em es  p er f o r m   well  u n d er   d iv er s an d   s o m etim es  ad v er s co n d itio n s   is   ess en tial  f o r   th eir   p r ac tical  v iab ilit y   p ea k - to - av er ag p o we r   r atio   ( PAPR )   r em ain s   s ig n if ican co n ce r n   f o r   ad v an ce d   m o d u latio n   s ch em es   [ 1 1 ] .   Ma n ag in g   PAPR   is   cr u cial  f o r   en s u r in g   th p r ac tical  v iab ilit y   an d   ef f i cien d ep lo y m e n o f   th ese  s ch em es  in   r ea l - wo r ld   wir eless   co m m u n icatio n   s y s tem s   [ 1 2 ] .   R esear ch er s   an d   en g in ee r s   co n tin u to   ex p lo r i n n o v ativ s o lu tio n s   to   s tr ik th e   r ig h t b alan ce   b etwe en   PAPR   r ed u ctio n ,   s p ec tr al  e f f icien cy ,   a n d   h ar d war co m p lex ity .   T h is   w o r k   is   m o tiv ated   b y   th q u est  f o r   m o d u latio n   s ch em th at  tr an s ce n d s   th lim itatio n s   o f   ex is tin g   ap p r o ac h es.  Ov er all  c o n tr ib u tio n s   o f   o u r   wo r k   ca n   b s u m m ar ized   as f o llo ws:     Dev elo p m en o f   n o v el  m o d u latio n   s ch em th at  am alg am at es FB M C - OQAM   wi th   v ar io u s   i m p r o v em e n ts   s u ch   as  b etter   p r o to ty p f ilte r ad v a n ce d   p r ec o d in g   m eth o d   an d   o p tim izatio n   o f   s ca lin g   f ac to r s   u s in g   ef f icien t o p tim izatio n   al g o r ith m .     I n teg r atio n   o f   Her m ite  p r o to t y p f ilter s   in   th FB MC  s y s tem ,   o f f er in g   d ep ar tu r f r o m   tr a d itio n al  FB M C   ar ch i tectu r es.     Dev elo p m en o f   an   a d v an ce d   p r ec o d in g   m eth o d   u s in g   p r u n e d   DFT  an d   s ca lin g   f ac to r s   to   en h an ce   s p ec tr al  ef f icien cy .     Pro p o s al  o f   an   I PS alg o r ith m   f o r   PAPR   r ed u ctio n   b y   o p t im izin g   s ca lin g   f ac to r s   in   th FB M C /OQ AM   s y s tem .       2.   RE L AT E WO RK   Mu lticar r ier   m o d u latio n   tech n iq u es  p lay   v ital  r o le  i n   m o d er n   wir eless   co m m u n icatio n   s y s tem s ,   p r o v id i n g   ef f icie n way s   to   tr an s m it  d ata  o v er   c o m m u n icatio n   ch an n els   [ 7 ] ,   [ 1 3 ] .   T h ese  tech n iq u es  ar e   ch ar ac ter ized   b y   th u s o f   m u ltip le  s u b ca r r ier s ,   ea ch   ca r r y i n g   p o r tio n   o f   th to tal  d ata,   an d   ar p ar ticu lar ly   r elev an in   th c o n tex t   o f   h ig h - s p ee d   d ata  tr an s m is s io n .   T h m o s n o tab le  m u lticar r ier   m o d u latio n   tech n iq u e   is   OFDM   [ 1 4 ] ,   wh ich   is   wid ely   em p lo y e d   in   v ar i o u s   co m m u n icatio n   s tan d ar d s ,   in clu d in g   Wi - Fi,  L T E ,   an d ,   m o r r ec e n tly   5 G,   i n   th in it ial  s tag es  o f   5 G   [ 1 5 ] .   Fo r   O FDM  s ig n al  tim e - d o m ain   r e p r esen tatio n   ca n   b ex p r ess ed   as  th s u m   o f   m o d u lated   s u b ca r r ier s .   L et    b th to tal  n u m b er   o f   s u b ca r r ier s ,     b th s y m b o l   d u r atio n ,   ( )   b th OFDM  s ig n al  in   th tim d o m ain   r e p r esen te d   as:     ( ) = 1 = 0 2   ( 1 )       r ep r esen ts   th co m p lex   am p li tu d o f   th m o d u lated   s u b ca r r ier   at  in d e x     is   th f r eq u en cy   o f   th k th   s u b ca r r ier .   I n   th f r eq u e n cy   d o m ain ,   th m o d u lated   s u b ca r r ier s     ca n   b o b tain e d   u s in g   t h d is cr ete  f o u r ier   tr an s f o r m   ( DFT) .   T h d is cr ete   f r eq u e n cy   c o m p o n en ts   o f   t h OFDM  s ig n al  ca n   b ex p r ess e d   as     = 1 1 = 0 2     ( 2 )       R ep r esen ts   th s am p les o f   th e   tim e - d o m ain   s ig n al  at  d is cr ete  tim in d ic es    Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 5 0 2 - 4 7 52   I n d o n esian   J   E lec  E n g   &   C o m p   Sci ,   Vo l.  38 ,   No .   1 Ap r il   20 25 76 - 87   78   OFDM  h o wev er   f ac es  s ev er al  ch allen g es  lik e   h ig h   PAPR ,   wh ich   ca n   r esu lt  in   p o wer   in e f f icie n cies.   T h ese  ch allen g es  h ig h lig h th n ee d   f o r   in n o v ativ m o d u la tio n   s ch em es  th at  ca n   ad d r ess   th lim itatio n s   o f   ex is tin g   tech n iq u es  an d   p av e   th way   f o r   m o r r o b u s an d   ef f icien t   wir eless   co m m u n i ca tio n   s y s tem s .   F - OFDM  in tr o d u ce s   th e   co n ce p o f   f ilter in g   in d iv id u al  s u b ca r r ier s ,   allo win g   f o r   m o r f lex i b le  s ig n al  s h ap i n g F - OFDM ' s   ad ap tab ilit y   to   v ar y in g   c h an n el  c o n d itio n s   co n tr ib u tes  to   its   ef f ec tiv en ess   in   s ce n a r io s   wh er e   s p ec tr al  ef f icien cy   an d   in te r f er en ce   m a n ag em e n ar e   cr iti ca l.  F - OFDM  u tili ze s   f ilte r   b a n k   s tr u ct u r e   to   im p r o v e   s p ec tr al  ef f icien c y   an d   ad d r ess   is s u es  s u ch   as  o u t - of - b a n d   r ad iatio n   [ 1 6 ] .   T h tim e - d o m ain   r ep r esen tatio n   o f   F - OFDM   [ 1 7 ]   ca n   b ex p r ess ed   s im ilar ly   to   th at  o f   OFDM  b u with   ad d itio n al   c o n s i d e r a t i o n s   f o r   t h e   f i lt e r   b a n k   f o r   ( )   w h i c h   i s   t h e   p u ls e   s h a p i n g   f u n c t i o n   a s s o ci a t e d   wi t h   e a c h   s u b c a r r i e r   is :     ( ) = 1 = 0   .     (    )   ( 3 )     UFMC  is   d esig n ed   to   o v er co m th lim i tatio n s   o f   tr a d itio n al  OFDM  in   s ce n ar io s   with   h ig h   m o b ilit y   an d   r ap id ly   ch a n g in g   ch a n n el   co n d itio n s   [ 1 8 ] .   I t   em p lo y s   a   f ilter   b an k   s im ilar   to   F - OFDM  b u t   in co r p o r ates   ad d itio n al  wav ef o r m   s h ap in g   tech n iq u es.  UFMC  p r o v id es  g r ea ter   f lex ib ilit y   in   ter m s   o f   tim e   an d   f r e q u en cy   lo ca lizatio n   o f   th tr an s m itted   s ig n als,  allo win g   f o r   ef f icien ad ap tatio n   to   d y n am ic  ch a n n el  en v ir o n m en ts .   T h is   ad ap tab ilit y   r esu lts   in   im p r o v e d   p er f o r m a n ce   f o r   m o b ile  co m m u n icatio n   s ce n ar io s ,   m ak in g   UFMC  p r o m is in g   ca n d id ate  f o r   f u tu r wi r eless   co m m u n icatio n   s y s tem s   [ 1 9 ] .   T h u s o f   in d iv i d u al  s h ap in g   f ilter s     ( )   f o r   ea ch   s u b ca r r ier   allo ws  f o r   m o r f lex ib ilit y   in   s h ap in g   th s p ec tr al  ch ar ac ter is tics   o f   ea ch   s u b ca r r ier .   T h ex p r ess io n   f o r   UFMC in   th tim e - d o m ai n   s ig n al  ca n   b wr itten   as :     ( ) = 1 = 0   .     ( )   . 2   ( 4 )     FB M C   is   m o d u latio n   s ch em th at  d ev iates  f r o m   th tr ad itio n al  OFDM  s tr u ctu r b y   em p lo y in g   f ilter   b an k   at  th tr an s m itter   an d   r ec ei v er .   FB MC  is   p ar ticu lar ly   well - s u ited   f o r   s ce n ar io s   wit h   h ig h l y   d is p er s iv e   ch an n els,  as  its   in h er en ab ilit y   to   s h ap th tr an s m itted   s ig n al  h elp s   m itig ate  in ter - s y m b o in ter f er en ce   [ 2 0 ] T h ex p r ess io n   f o r   FB MC in   th tim e - d o m ai n   s ig n al  ca n   b wr itten   as :     ( ) = 1 = 0   .     (    )   ( 5 )     W h ile  F B M C   h as  ad v an tag es  in   ter m s   o f   r ed u ce d   s p ec tr al  leak ag an d   im p r o v ed   s p e ctr al  ef f icien cy ,   it  in tr o d u ce s   c h allen g es  r elate d   to   s y n ch r o n izatio n   [ 2 1 ] .   S y n ch r o n izatio n   er r o r s   ca n   le ad   to   in ter - ca r r ier   in ter f er en c an d   im p ac s y s tem   p er f o r m an ce .   R o b u s tn ess   ag ain s v ar i o u s   im p air m e n ts ,   s u ch   as  p h ase  n o is e,   f r eq u e n cy   o f f s et,   an d   n o n - lin e ar ities ,   is   s h ar ed   ch allen g e.   E n s u r in g   th at  th ese  ad v an ce d   m o d u latio n   s ch e m es  p er f o r m   well  u n d e r   d iv e r s an d   s o m etim es a d v er s co n d itio n s   is   ess en tial f o r   th eir   p r ac tic al  v iab ilit y .   T h r esear ch   ar ticles  [ 2 2 ]   ex p lo r ed   th u s o f   FB MC  with   h ig h er   o r d er   QAM   an d   Her m i te   f ilter   to   im p r o v e   b it   er r o r   r ate  ( B E R )   an d   p o wer   s p ec tr al  d en s ity   ( P SD)   in   5 wir eless   co m m u n i ca tio n   s y s tem s .   An   im p r o v e d   v er s io n   ca lled   en h a n ce d   p ar tial  tr an s m it  s eq u en c es  ( E PTS )   is   p r o p o s ed   in   [ 2 3 ] .   Su b s eq u en tly ,   a   lo w - co m p lex ity   s ea r c h   is   u tili ze d   to   id en tify   th o p tim al  co m b in atio n   o f   p h ase  f ac to r s .   FS - FB M C /O QAM   an d   OFDM  s y s tem s   in   an   ad d itiv wh ite  g au s s ian   n o is ( AW GN)   ch an n el  ar in v esti g ated   in   [ 2 4 ] .   PTS - TS   [ 2 5 ]   An   a d d itio n al   m u lti - h y b r id   s ch em e   tak es  in to   ac co u n th o v er lap p in g   o f   m u ltip le   d ata  b lo ck s   with in   ea ch   s eg m en s ig n al.   I n   co n tr ast,  th h y b r id   PTS - T R   s c h em f o cu s es  s o lely   o n   th o v e r lap p in g   ef f ec o f   th two   ad jace n d ata  b lo ck s .   PTS - DPSO - T [ 2 6 ]   m eth o d   em p l o y s   d is cr ete  p ar ticle  s war m   o p tim izatio n   ( DPSO)   t o   e x p l o r e   t h e   o p t i m a l   s o l u ti o n ,   e f f e c t i v e l y   m it i g a ti n g   t h e   e x ce s s i v e l y   h i g h   PA PR   i n   t h e   FB M C /O Q AM   s y s t e m .   T h e s e   r e s ea r c h   g a p s   u r g e   f o r   a n   i m p r o v e d   F B MC   s y s t e m   th a t   n o t   o n l y   a d d r e s s e d   t h e   c h a l l e n g e s   o f   s p e ct r al  e f f i c i e n c y   a n d   i n t e r f e r e n c e   b u t   a l s o   i n t r o d u c e d   i n n o v a t i v e   e l em e n t s   t o   el e v a t e   o v e r a ll   s y s t e m   p e r f o r m a n c e .       3.   P RO P O SE SCH E M E   n o v el  m o d u latio n   s c h em e   th at  co m b in es  FB MC - OQA an d   Her m ite  p r o to ty p f ilter s   in   th e   FB M C   s y s tem ,   d ev iatin g   f r o m   co n v en tio n al  FB MC  ar ch itect u r es.  An   ad v an ce d   p r ec o d in g   m eth o d   b ased   o n   p r u n e d   d is cr ete  f o u r ier   tr an s f o r m   ( p DFT)   [ 2 7 ]   is   u s ed   with   s ca lin g   f ac t o r s .   Fin ally ,   an   I ter ativ e   PS alg o r ith m   is   p r o p o s ed   t o   ad d r ess   th ch allen g e   o f   PAPR   in   FB MC  s y s tem s .   W o r k in g   o f   ea ch   co m p o n e n o f   th s ch em is   d escr ib ed   as f o ll o w :     3 . 1 .     F B M C/O Q AM   FB M C - OQAM   i s   an   ad v an c ed   m o d u latio n   s ch em th at  h as  g ain ed   atten tio n   f o r   its   p o ten tial  ad v an tag es  in   wir eless   co m m u n icatio n   s y s tem s   [ 2 8 ] Her we  s h o an   illu s tr atio n   o f   FB MC/ OQAM   in   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n d o n esian   J   E lec  E n g   &   C o m p   Sci     I SS N:   2 5 0 2 - 4 7 52       Op timiz in g   F B MC /O QA M:  H ermite filte r   a n d   DF T - b a s ed   p r ec o d in g   fo r   P A P R   r ed u ctio n   ( A n u p r iya )   79   F ig u r 1 .   FB MC  em p lo y s   f ilter   b an k   s tr u ctu r e   at  b o t h   th t r an s m itter   an d   r ec eiv er .   I n s tea d   o f   u s in g   a   s in g le   wid eb an d   f ilter ,   it d iv id es  th o v er all  s y s tem   b an d wid t h   in to   m u ltip le  n ar r o wer   s u b - b an d s ,   allo win g   f o r   b etter   f r eq u e n cy   lo ca lizatio n   a n d   r ed u ce d   s p ec tr al  leak ag e .           Fig u r 1 .   I ll u s tr atio n   o f   FB MC/OQAM       T h s u b ca r r ier s   g en er ated   b y   th f ilter   b an k   ar d esig n ed   to   b o r th o g o n al,   m in im izin g   in ter f er en ce   b etwe en   th em .   T h is   o r th o g o n ality   co n tr ib u tes  to   im p r o v e d   s p ec tr al  ef f icien cy   an d   m it ig ates  in ter - ca r r ier   in ter f er en ce   ( I C I )   co m p a r ed   to   co n v e n tio n al  OFDM   [ 2 9 ] FB M C - OQAM ' s   ab il ity   to   h an d le  f r e q u en c y - s elec tiv f ad in g   ch an n els  an d   m itig ate  I SI  m ak es  it  s u itab le  f o r   co m m u n icatio n   s ce n a r io s   with   ch allen g in g   ch an n el  c o n d itio n s ,   s u ch   as  u r b a n   e n v ir o n m en ts   with   m u ltip ath   p r o p a g atio n   [ 2 1 ] .   T h tim e - d o m ai n   ex p r ess io n   o f   FB MC/OQAM  ca n   b r e p r esen ted   as   s u m   o f   m o d u lated   s u b ca r r ie r s .   Gen e r alize d   ex p r ess io n   f o r   th tim e - d o m ain   s ig n al  ( )   in   FB M C /OQAM   i s :     ( ) =    { ( )   2 } 1 = 0   ( 6 )     th    ex tr ac ts   th r ea l   co m p o n en ts   o f   co m p lex   s ig n al.   T h im p r o v ed   s p ec tr al  c o n tain m en in   FB MC - OQAM   co n tr ib u tes  to   lo wer   o u t - of - b an d   em is s io n s ,   r ed u cin g   th p o ten tial  f o r   in ter f e r en ce   with   ad jace n t   f r eq u e n cy   b a n d s .     3. 2   H er m it f ilte r   T h Her m ite   p r o t o ty p e   f ilter   is   u s ed   as  a   cr u cial  c o m p o n e n o f   th e   s y s tem ' s   f ilter   b an k   [ 3 0 ] .   T h e   Her m ite  p r o t o ty p e   f ilter   is   e m p lo y ed   to   s h ap e   th s u b ca r r ier s   in   th e   f r e q u en c y   d o m ain ,   allo win g   f o r   m o r e   p r ec is lo ca lizatio n   an d   r e d u c ed   s p ec tr al  leak ag co m p ar ed   to   tr ad itio n al  f ilter   d esig n s .   H er m ite  f u n ctio n s   ar e   well - s u ited   f o r   ac h ie v in g   s h a r p   f r eq u en cy   lo ca lizatio n   [ 3 1 ] .   T h Her m ite  p r o to ty p f ilter   i s   in teg r ated   in to   th f ilter   b an k   s tr u ct u r o f   FB MC  as sh o wn   in   Fig u r 2 .           Fig u r 2 .   C o m p a r is o n   o f   m ag n itu d r esp o n s in   ( d B )   o f   m u l ticar r ier   m o d u latio n   tech n iq u e s   p lo tted   ag ain s n o r m alize d   f r eq u e n cy   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 5 0 2 - 4 7 52   I n d o n esian   J   E lec  E n g   &   C o m p   Sci ,   Vo l.  38 ,   No .   1 Ap r il   20 25 76 - 87   80   T h g r a p h   s h o ws  th at  th e   m ag n itu d r esp o n s o f   ea c h   s u b ca r r ier   is   m o r c o n f i n ed ,   with   s i g n if ican tly   r ed u ce d   s id lo b es.   T h e   o r th o g o n al   n atu r e   o f   Her m ite  f u n ctio n s   h elp s   in   m in im izin g   I C I   in   FB MC.  T h e   Her m ite  p r o to t y p f ilter ' s   ab ilit y   to   p r o v id e   p r ec is f r e q u en cy   lo ca lizatio n   c o n tr ib u tes  to   im p r o v e d   s p ec tr al   ef f icien cy   [ 3 2 ] .   T h is   is   es s en tial  f o r   ac co m m o d atin g   h ig h er   n u m b e r   o f   s u b ca r r ie r s   w ith in   th av ailab le  b an d wid th ,   th er e b y   in cr ea s in g   th o v er all  d ata  th r o u g h p u t.  T h Her m ite  f ilter   im p u ls r esp o n s ca n   b ex p r ess ed   u s in g   th e   Her m ite  f u n ctio n s .   T h e   Her m ite  f u n ctio n s   ar s et  o f   o r th o g o n al  p o ly n o m ials   d en o ted   as  ( ) ,   T h im p u ls r esp o n s o f   th e   Her m ite  f ilter   ass o ciate d   wit h   th k th   s u b ca r r ier   i n   th p r o p o s ed   Fil ter   B an k   Mu lticar r ier   ( FB MC)  s y s tem   ca n   b r ep r esen ted   as f o l lo ws :     ( ) = 1 ( ) 2   ( 7 )     wh er e ( . ) ,   is   th e   k th   Her m ite   f u n ctio n ,   T   is   th s y m b o l   d u r atio n     is   th f r e q u en c y   o f   t h k th   s u b ca r r ier .   T h e   Her m ite  f u n ctio n s   ( )    ar o r th o g o n al   p o ly n o m ials   th at  ca n   b e x p r ess ed   in   ter m s   o f   th p h y s icis t's   Her m ite  p o ly n o m ials   ( )   as :     ( ) = 1 2 ! ( )   ( 8 )     th co m p lete  ex p r ess io n   f o r   t h Her m ite  f ilter   im p u ls r esp o n s co m b in es  th ese  elem e n ts   an d   p r o v i d es  a   m ath em atica l r ep r esen tatio n   o f   h o th Her m ite  p r o t o ty p f ilter   s h ap es th s u b ca r r ier s   in   t h FB MC sy s tem .       3 . 3 .     P runed DF T   prec o din g   s t ra t eg y   Pre co d in g   is   tech n iq u u s e d   in   wir eless   co m m u n icatio n   s y s tem s   to   m an ip u late  th tr an s m itted   s ig n als  b ef o r e   th ey   a r tr a n s m itted   o v er   th e   ch an n el .   T h p DFT   [ 2 7 ] ,   [ 3 3 ]   is   a   tech n iq u th at  in v o lv es   s elec tin g   s u b s et  o f   DFT  co ef f icien ts   wh ile  d is ca r d in g   o th er s .   T h is   "p r u n in g p r o ce s s   h elp s   in   r ed u cin g   th e   co m p u tatio n al  c o m p lex ity   as s o ciate d   with   th f u ll  DFT.   T h p r u n ed   DFT  is   u s ed   f o r   p r ec o d in g .   T h e   im p lem en tatio n   in v o l v es  id en t if y in g   th m o s r elev an DFT  co ef f icien ts   b ased   o n   th ch a n n el  ch ar ac ter is tic s   an d   s y s tem   r eq u ir em e n ts .   B y   s elec tin g   o n ly ,   s u b s et  o f   co ef f icien ts ,   th co m p u tatio n al  b u r d en   is   s ig n if ican tly   r ed u ce d   with o u t   s ac r if icin g   ess en tial  in f o r m atio n .   Pru n e d   DFT  in   FB MC   p r ec o d in g   b r in g s   s ev er al  ad v an tag es   [ 3 4 ] .   Scalin g   in v o lv es  ap p licatio n   o f   s ca lin g   f ac to r s   to   ea ch   s u b ca r r ier   in d e p en d e n tly .   T h s c alin g   f ac to r   is   d eter m in ed   b ased   o n   th e   c h an n el  c h ar ac ter is tics   an d   th g o al   o f   o p tim izin g   t h s ig n al  tr an s m is s i o n .   I t   ess en tially   ad ju s ts   th am p lit u d o f   ea c h   s u b ca r r ie r   to   im p r o v th e   o v er all  tr a n s m is s io n   q u ality .   Scalin g   is   u s ed   in   c o n ju n ctio n   with   p D FT  p r ec o d i n g   t o   f in e - tu n e   th tr an s m itted   s ig n als,  ad d r ess in g   is s u es  s u ch   as  am p litu d im b alan ce s   a n d   o p tim izin g   p o wer   d is tr ib u tio n .     3 . 4 .     I t er a t iv pa rt icle  s wa r m   o ptim iz a t io n ( I P SO )   n o v el   I PS alg o r ith m   i s   p r o p o s ed   f o r   f ac ilit atin g   th iter ativ r e f in em en t   o f   p r ec o d in g   p ar am eter s ,   o p tim izatio n   o f   t h p r ec o d in g   ap p r o ac h ,   r ed u ctio n   o f   PAPR ,   ad ap tatio n   t o   d y n am ic  c h a n n el  co n d itio n s ,   an d   ef f icien t a llo c atio n   o f   r eso u r ce s .   I PS is   in s p ir ed   f r o m   th p ar ticle  s war m   o p tim izatio n   ( PS O)   wh ich   is   m etah eu r is tic  o p tim izatio n   alg o r ith m   in s p ir e d   b y   th co llectiv b eh a v io r   o f   s o cial  o r g an is m s   [ 3 5 ] ,   [ 3 6 ] ,   s u c h   as  b ir d s   a n d   f is h .   T h alg o r ith m   s ee k s   to   f in d   o p tim al  o r   n ea r - o p tim al  s o lu t io n s   to   o p tim izatio n   p r o b lem s   in   c o m p lex   s ea r ch   s p ac es.   I PS is   ap p lied   to   o p tim ize  th p ar am eter s   ass o ciate d   wit h   th p r o p o s ed   p r ec o d in g   s tr a teg y .   T h is   in clu d es  th tu n in g   o f   p ar am et er s   r elate d   to   p r u n ed   DFT  an d   Scalin g   in   th p r ec o d in g   p r o c ess .   I PS in v o lv es   f in d in g   b alan ce   b etwe en   m ain tain in g   s ig n al  q u ality   a n d   r ed u cin g   t h PAPR ,   wh ich   is   cr u cial  f o r   ef f icien t   p o wer   am p lific atio n .   Ad ap ta b ilit y   o f   I PS h elp s   th s y s tem   m ain tain   o p tim al  p er f o r m an c in   s ce n ar io s   with   v ar y in g   ch a n n el  c h ar ac ter is tics ,   b y   iter ativ el y   a d ju s tin g   th e   weig h ts   an d   s ca lin g   f ac to r s   ass o ciate d   with   th ese   p DFT,   I PS en h an ce s   th o v er all  p er f o r m a n ce   o f   th c o m m u n icatio n   s y s tem .   T h is   o p tim izatio n   p r o ce s s   co n s id er s   th tr ad e - o f f s   an d   d e p en d en cies b etwe en   t h d if f e r en t p r ec o d in g   c o m p o n en ts .     3 . 5 .     I t er a t iv I P SO   wit H e rm it e   ba s is   f un ct io ns   in a n F B M s y s t em   us in g   DF T   Step   1 .   I n itializatio n Gen er at r an d o m   p o p u latio n   o f   p   p ar ticles.  Set  th in itial  in er tia  weig h ω i   an d   th f in al  in er tia  weig h ω d ,   lear n in g   f ac to r s   c 1 an d   c 2   I n itializ p ar ticles  with   r an d o m   p o s itio n s   x   an d   v elo cities  v .   Set  th m ax im u m   v elo city   lim it  v m ax .   Set  th m ax im u m   n u m b er   o f   iter atio n s   G .   Step   2 .   Her m ite  B asi s   Fu n ctio n s   Ap p licatio n Fo r   ea c h   s y m b o in   th F B MC  s y s tem ,   ap p ly   Her m ite   b asis   f u n ctio n s   to   m o d u late  th d ata.   Step   3 .   DFT  Ap p licatio n :   Use  DFT  to   co n v er ea c h   m o d u l ated   s y m b o in to   th f r e q u en c y   d o m ain .   Step   4 .   Fit n ess   Fu n ctio n   C alcu latio n :   C alc u late  th cu r r e n PAPR   o f   th m o d u lated   s y m b o ls .   Min   PAPR   as  Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n d o n esian   J   E lec  E n g   &   C o m p   Sci     I SS N:   2 5 0 2 - 4 7 52       Op timiz in g   F B MC /O QA M:  H ermite filte r   a n d   DF T - b a s ed   p r ec o d in g   fo r   P A P R   r ed u ctio n   ( A n u p r iya )   81   th f itn ess   f u n ctio n ,   aim i n g   t o   m in im ize  it.  Min   PAPR   is   d ef in ed   as:   Step   5 .   Per s o n a an d   Glo b al  B est  Up d ate Fo r   ea ch   p a r ticle,   d e ter m in p id   ( p er s o n al  b est)  an d   p gd   ( g lo b al  b est)  b ased   o n   th e   f i tn ess   v alu e.     Step   6 .   Velo city   an d   Po s itio n   Up d ate:   Up d ate   th v el o city   an d   p o s itio n   o f   ea ch   p ar tic le  u s in g   th I PS O   eq u atio n s .   I f   p ar ticle' s   v elo city   ex ce ed s   v m ax ,   s et  it to   v m ax .   Step   7 .   C o n v er g en ce   C h ec k :     C h ec k   if   th e   m ax im u m   n u m b er   o f   iter atio n s   G   h as  b ee n   r e ac h ed   o r   if   th e   alg o r ith m   h as   co n v er ted   t o   th r esh o ld .     I f   th s to p p i n g   cr iter ia  a r m et ,   o u tp u t   th cu r r en t p o p u latio n ' s   g lo b al  b est  p gd   as th o p tim al  s o lu tio n .     Oth er wis e,   in cr em en t th iter a tio n   co u n ter   g   a n d   r et u r n   to   Step   4 .   Step   8 .   Po s t - p r o ce s s in g :     On ce   th o p tim al  s o lu tio n   is   id en tifie d ,   u s DFT  to   co n v er th s y m b o b ac k   in to   th tim d o m ain ,   o b tain in g   t h o p tim ized   FB MC si g n al  m o d u lated   with   Her m ite  b asis   f u n ctio n s .   Step   9 .   I ter atio n   th r o u g h   Sy m b o ls :     I n cr em en th s y m b o c o u n n   an d   c h ec k   if   all  s y m b o ls   N   h av b ee n   p r o ce s s ed .   I f   n o all  s y m b o ls   ar p r o ce s s ed ,   r etu r n   to   Step   2 .   T h f itn ess   f u n ctio n   in   th e   co n tex o f   th e   p r o p o s ed   FB MC  s y s tem ,   esp ec ially   f o r   PA PR   r ed u ctio n   u s in g   th e   I PS alg o r ith m ,   n ee d s   to   q u an tify   th e   q u ality   o f   p ar ticu lar   s et  o f   p ar am eter s .   T h g o al  is   to   f in d   a   s et  o f   p ar am eter s   ( s ca lin g   f ac to r s ,   in   th is   ca s e)   th at  m i n im izes  th PAPR .   T h f itn ess   f u n ctio n   is   ty p icall y   d esig n ed   to   e v alu ate  h o well   th cu r r e n t set o f   p a r am eter s   ac h iev es th is   o b jectiv e.     3 . 6 .     Wo r k ing   o f   pro po s ed  F B M C /O Q AM   T h p r o p o s ed   FB MC  s y s tem   in v o lv es  th e   u s o f   f ilter   b an k   s tr u ctu r e   to   tr an s m it  in f o r m atio n   o v er   m u ltip le  s u b ca r r ie r s .   L et’ s   ( )   r e p r esen th e   tr an s m itte d   s ig n al   in   th e   tim d o m ain ,   an d     b th co m p lex   b aseb an d   r e p r esen tatio n   o f   th e   k th   s u b ca r r ier .   T h FB MC si g n al  in   th tim d o m ain   ca n   b ex p r ess ed   as:     ( ) =     . ( ) 1 = 0   ( 9 )     W h er N   is   th n u m b er   o f   s u b ca r r ier s ,   an d   ( )   is   th im p u ls r e s p o n s o f   th f ilter   ass o ciate d   with   th k th   s u b ca r r ier .   T h e   Her m it p r o t o ty p e   f ilter   ( )    ca n   b e   r e p r esen ted   u s in g   th e   Her m ite  f u n ctio n s .   T h f ilter ' s   im p u ls r esp o n s is   d en o ted   as  ( ) an d   it   is   u s ed   to   s h ap ea ch   s u b ca r r ie r .       1 (  )   ( 1 0 )     th co m p lex   b aseb an d   r e p r ese n tatio n     o f   ea c h   s u b ca r r ier   is   m o d u lated   u s in g   OQAM .   T h e     r ep r esen ts   th b in ar y   d ata  f o r   th s u b ca r r ie r ,   an d   OQ A M   b th OQAM   m o d u latio n   with   M   co n s tellatio n   p o in ts .   T h e   OQAM - m o d u lated   s ig n al    is   g iv en   b y :       =     OQ A M ( )   ( 1 1 )     th p r ec o d in g   s tr ateg y   in v o lv e s   u s in g   p r u n ed   p DFT  an d     r ep r esen ts   t h s ig n al  s am p les  in   t h tim d o m ain .   T h p r u n ed   DFT  co e f f icien ts   ̃   ca n   b ex p r ess ed   as :     ̃   = 1 1 = 0 2     ( 1 2 )     Scalin g   is   ap p lied   to   ea ch   s u b ca r r ier   s u ch   th at     =     . ̃   ( 1 3 )     T h I ter ativ e   PS ( I PS O)   alg o r ith m   is   ap p lied   to   o p tim ize  th p r ec o d in g   p ar am ete r s ,   in c lu d in g   t h e   s ca lin g   f ac to r s     to   m in im ize   th PAPR .   T h e   o p tim izatio n   p r o ce s s   in v o lv es  u p d atin g   th p o s itio n s   o f   p ar ticles  in   th s ea r ch   s p ac b ased   o n   t h f itn ess   f u n c tio n   r e lated   to   PAPR   r ed u ctio n .     I PS tr ies  to   q u a n tify   th q u ality   o f   a   p ar ticu lar   s et  o f   p ar am eter s .   T h g o al   is   I P SO  is   to   f in d   a   s et  o f   p a r am et er s   ( s ca lin g   f ac t o r s )   th at  m in im izes  th PAP R .   T h f itn ess   f u n ctio n   is   ty p ically   d esig n ed   to   ev alu ate  h o wel th cu r r en s et  o f   p ar am eter s   ac h iev es  th is   o b je ctiv e.   ( )    R ep r esen th f u n ctio n   th at  ca lcu lates  th PAPR   o f   th tim e - d o m ain   s ig n al  ( ) .   T h f itn ess   f u n ctio n   ( 0 0 ,   1 )   is   d ef in ed   as  th in v er s o f   th PA PR ,   aim in g   to   m in im ize  it su c h   th at :     ( 0   , 1 ,   1 ) =   1 ( )   ( 1 4 )   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 5 0 2 - 4 7 52   I n d o n esian   J   E lec  E n g   &   C o m p   Sci ,   Vo l.  38 ,   No .   1 Ap r il   20 25 76 - 87   82   Her 0 , 1 ,   1   ar th s ca lin g   f ac t o r s   ap p lied   to   th co r r esp o n d in g   s u b ca r r ie r s .   T h o p tim izatio n   p r o ce s s   in v o lv es   u p d atin g   th e   p o s itio n s   o f   p a r ticles  in   th s ea r ch   s p ac b a s ed   o n   th e   f itn ess   fu n ctio n   r elate d   to   PAPR   r ed u ctio n   T h o p tim izatio n   task ,   a s   f r am ed   b y   th I PS alg o r ith m ,   is   to   f in d   th s et   o f   s ca lin g   f ac to r s   { 0 ,     1 }   in   o th e r   wo r d s :     { 0 ,     1 } =   0   , 1 ,    1 ( 0   , 1 ,   1 )   ( 1 5 )     th I PS alg o r ith m   iter ativ el y   ex p lo r es  th p ar am eter   s p a ce   ( s ca lin g   f ac to r s )   to   f i n d   t h o p tim al  s et  th at  m in im izes  PAP R ,   g u id ed   b y   t h f itn ess   f u n ctio n .   T h o p tim izatio n   p r o ce s s   in v o lv es  u p d at in g   th p o s itio n s   o f   p ar ticles  in   th s ea r ch   s p ac b ased   o n   t h f i tn ess   v alu es,  ai m in g   to   co n v er g e   to war d   s o lu tio n   th at  r esu lts   in   th lo west PAP R .       4.   E XP E R I M E N T A L   ANA L Y SI S   I n   th e   ex p er im en tal  a n aly s is ,   r ig o r o u s   co m p ar is o n   is   p er f o r m ed   am o n g   s ev er al  p r o m in e n t   m u lticar r ier   m o d u latio n   s ch em es,  n am ely   OFDM,   FB MC/OQA M,   an d   Fil ter   B an k   Mu lticar r ier   with   Qu ad r atu r Am p litu d e   Mo d u latio n   an d   Her m ite  f ilter   ( FB MC/QAM   with   Her m ite  f i lte r ) .   Ad d itio n ally ,   a   p r o p o s ed   FB MC/QAM  s ch e m e,   au g m en ted   with   I PS f o r   PAPR   r ed u ctio n ,   is   in tr o d u c ed .   T h e   s im u latio n s   ar m eticu lo u s ly   co n d u cted   u s in g   MA T L AB   to   as s es s   th p er f o r m an ce   o f   th ese  m o d u lat io n   s ch em es  ac r o s s   k ey   m etr ics.  T h ev alu atio n   cr iter i in clu d B it  E r r o r   R ate  ( B E R ) ,   wh ich   q u an tifie s   th ac cu r ac y   o f   d ata   tr an s m is s io n ,   an d   PAPR ,   c r u cial  p ar a m eter   r e f lectin g   th ef f icien cy   o f   p o wer   am p lif icatio n .   Simu lated   p o wer   s p ec tr al  d en s ity   ( PS D)   is   em p lo y ed   to   ch ar ac te r ize  th s p ec tr al  ef f icien cy   a n d   co m p lian ce   with   r eg u lato r y   s p ec tr al   m ask s .   O FDM  s er v es  as  b en ch m a r k ,   wh ile  FB MC/OQAM  an d   FB M C /QAM   with   Her m ite  f ilter   r ep r esen t a lter n ativ m u lticar r ier   ap p r o ac h es.     4 . 1 .     Sim ula t i o pa ra m e t er s   T h s im u latio n   is   co n f ig u r ed   with   v ar io u s   p ar am eter s   to   c o m p r eh en s iv ely   in v esti g ate  th e   p er f o r m an ce   o f   FB MC/OQ AM   co m m u n icatio n   s y s tem .   T h s im u latio n   s p an s   a   d u r atio n   o f   3 0   s y m b o ls ,   ea ch   with   s u b ca r r ier   s p ac in g   o f   1 5   KHz .   Sig n al  to   n o is r atio   ( SNR )   is   ex p lo r ed   ac r o s s   r an g f r o m   2 0   to   4 0   d B   to   ass ess   s y s te m   r o b u s tn ess   u n d er   v a r y in g   n o is co n d itio n s .   T h FB MC/ OQAM   s y s tem   i s   ch ar ac ter ized   b y   an   o v er lap p i n g   f ac to r   o f   4 ,   in d icatin g   th at  t h s h ap in g   f ilter s   f o r   a d jace n t su b ca r r ier s   o v er la p   o v er   f o u r   s y m b o ls .   QAM   m o d u latio n   o r d e r s   o f   6 4 ,   2 5 6 ,   a n d   1 0 2 4   ar e   em p lo y e d   to   ev a lu ate  th im p ac o f   co n s tellatio n   s ize  o n   s y s tem   p er f o r m an ce .   s id e - lo b e   atten u atio n   o f   4 0   d B   u n d er s co r es  th em p h asis   o n   s u p p r ess in g   s id lo b es  in   th e   s p ec tr u m .   T h s y s tem   o p er a tes  at  s am p lin g   f r eq u e n cy   o f   1 5 . 3 6   MH an d   em p lo y s   6 4   s u b ca r r ier s .   T h Her m ite  f ilter   is   ch o s en   as  th p r o to ty p f ilter .   All  th ese  s im u latio n   p ar a m eter s   ar s h o wn   in   T a b le   1 .   T h e s p ar am eter s   co llectiv ely   d ef in th ex p er im en tal  co n d itio n s ,   en ab lin g   a   co m p r eh e n s iv ex p l o r atio n   o f   th FB MC/ OQAM   s y s tem 's b eh av io u r   u n d er   d i v er s s ce n ar i o s .       T ab le  1 .   Simu latio n   p ar am eter s   co n s id er ed   f o r   th e v alu atio n   o f   th s ch em es   S i mu l a t i o n   p a r a m e t e r   V a l u e   N u mb e r   o f   sy mb o l s   30   S u b c a r r i e r   sp a c i n g   15   K H z   S i g n a l   t o   n o i s e   r a t i o   20 - 40   dB   F B M C / O Q A M   O v e r l a p i n g   f a c t o r   4   Q A M   m o d u l a t i o n   o r d e r   6 4 / 2 5 6 / 1 0 2 4   S i d e - l o b e   a t t e n u a t i o n   4 0   d B   S a mp l i n g   f r e q u e n c y   2 5   M H z   N u mb e r   o f   su b c a r r i e r s   64   P r o t o t y p e   f i l t e r   H e r mi t e   f i l t e r       4 . 2 .     Sim ula t ed  po wer   s pect r a l dens it y   ( P SD)   T h Fig u r 3   d is p lay s   th PS D   o f   s ig n als  f o r   d if f er en m o d u latio n   an d   s ig n al  p r o ce s s in g   tech n iq u es   ac r o s s   s p ec if ic  f r eq u en cy   r a n g e.   Fig u r r ep r esen ts   th f r eq u en cy   r a n g u n d er   co n s id er a tio n .   I r an g es  f r o m   ap p r o x im ately   3 . 8   MH to   4 . 1   MH z;  th PS is   u s ed   to   s h o h o th p o wer   o f   a   s ig n al  is   d is tr ib u ted   o v e r   th f r eq u en cy   s p ec tr u m .     FB M C   h as  m o r e   p r o n o u n ce d   p r esen ce   o f   s id elo b es  co m p ar ed   to   OFDM.   T h is   co u l d   b e   d u e   to   th e   o v er lap p i n g   n atu r o f   FB MC   s u b ca r r ier s ,   wh ich   ca n   lead   to   s p r ea d   in   th f r eq u en c y   s p ec tr u m .   I PS O - Her m ite - FB MC - p DFT  d em o n s tr ated   v er y   s h ar p   p ea k   b u h as  n o ticea b le  d r o p   in   s id elo b lev els  co m p ar e d   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n d o n esian   J   E lec  E n g   &   C o m p   Sci     I SS N:   2 5 0 2 - 4 7 52       Op timiz in g   F B MC /O QA M:  H ermite filte r   a n d   DF T - b a s ed   p r ec o d in g   fo r   P A P R   r ed u ctio n   ( A n u p r iya )   83   to   th s tan d ar d   FB MC.  T h is   in d icate s   th at  th I PS O - Her m ite  tech n iq u h as  o p tim ized   th s ig n al  to   r ed u ce   t h e   s id elo b es a n d   in te r - c h an n el  i n ter f er en ce .           Fig u r 3 .   Simu lated   p o wer   s p e ctr al  d en s ity   ( PS D)   o f   s ig n als  f o r   th m o d u latio n s       4 . 3 .     P AP e v a lua t io ns   T h Fig u r 4   d e p icts   th C DF  o f   th PAPR   f o r   d if f er en m o d u latio n   an d   s ig n al  p r o ce s s in g   tech n iq u es.  h ig h er   PAPR   t y p ically   r eq u ir es  m o r s o p h is ticated   an d   co s tly   p o wer   am p lifie r s   to   h an d le  th p ea k s   with o u d is to r tio n .   R ed u cin g   PAPR   i s   d esira b le  a s   i ca n   lead   to   s im p ler   an d   m o r en er g y - e f f icien t   tr an s m itter   d esig n s .   T h C DF   s h o ws  th p r o b ab ilit y   th at  r an d o m   v ar iab le  ( i n   th is   ca s e,   PAPR )   w ill  tak v alu less   th an   o r   eq u al   to   p ar ticu lar   v alu e.   As  s h o wn   i n   Fig u r e   th OFDM  h as  t h h i g h est  PAPR   f o r   a   s ig n if ican p o r tio n   o f   its   cu r v e,   wh ich   im p lies   th at  f o r   m o s in s tan ce s ,   OF DM   will  h av r elativ ely   h ig h   PAPR   co m p ar ed   to   th o th e r   tech n iq u es.  FB MC  an d   FF T - FB M C   h av lo wer   PAPR s   th an   s tan d ar d   OFDM.   FB M C   an d   FF T - FB MC  cu r v es  ar clo s to   ea ch   o th er ,   i n d i ca tin g   th at  th PAPR   ch ar ac te r is tics   o f   th ese  two   ar s im ilar   f o r   th c o n s id er ed   s ce n ar io s .   Pro p o s ed   wo r k   u s in g   I PS Her m ite  f ilter   an d   p DFT  h a s   th b est   p er f o r m an ce   in   te r m s   o f   PAPR   r ed u ctio n ,   esp ec ially   f o r   h i g h er   p r o b ab ilit ies ( clo s er   to   1   o n   th C DF) .           Fig u r 4 .   C DF o f   th PAPR   f o r   d if f er e n t m o d u latio n       4 . 4 .     B E ev a lua t io ns   T ab le  2   p r o v id es  th B E R   p er f o r m a n ce   o f   s elec ted   s ch e m es  at  v ar y in g   QAM   o r d er s   an d   SNR s ,   Fro m   th tab le  it  clea r   th at  OFDM  g en er ally   h as  th wo r s B E R   p er f o r m an ce   o u o f   th s ch em es  test ed ,   esp ec iall y   at  h ig h er   QAM   o r d er s   an d   SNR s .   FB M C /OQ AM   h as  b etter   B E R   p er f o r m an ce   th an   OFDM,   b u is   s till   o u tp er f o r m ed   b y   FB MC/QAM  w ith   Her m ite  f ilter .   Fo r   in s tan ce ,   at  4 0 d B   SN R   an d   1 0 2 4   QAM ,   FB M C /OQAM   h as  an   E R   o f   1 . 7 0 E - 0 2   wh ile  FB MC/QA with   Her m ite  f ilter   h as  a n   E R   o f   3 . 9 6 E - 0 3 .   FB M C /QAM   w ith   Her m ite  f ilter   co n s is ten tly   p r o v id es  t h b est  E R   p er f o r m an ce   o u t   o f   th tech n iq u es  ev alu ated .   Ad d in g   I PS p r o ce s s in g   f u r th er   im p r o v es  th E R   s l ig h tly .   At  4 0 d B   SNR   an d   1 0 2 4   QAM ,   FB M C /QAM   with   Her m ite  f ilter   h as  an   E R   o f   3 . 9 6 E - 0 3   v er s u s   3 . 6 4 E - 0 3   with   I PS O.   I n cr ea s in g   th e   QAM   o r d er   g e n er ally   wo r s en s   th E R   ac r o s s   all  s ch em es  f o r   f ix ed   SNR   lev el.   S im ilar ly ,   im p r o v i n g   th SNR   r ed u ce s   th E R   f o r   g iv en   QAM   co n f ig u r atio n .   FB MC/ QAM   with   Her m ite  f ilter ,   esp ec ially   with   I PS O   p r o ce s s in g ,   d eliv e r s   th s tr o n g est er r o r   r ate  p e r f o r m an ce   o u o f   th ev al u ated   w av ef o r m .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 5 0 2 - 4 7 52   I n d o n esian   J   E lec  E n g   &   C o m p   Sci ,   Vo l.  38 ,   No .   1 Ap r il   20 25 76 - 87   84   T ab le  2 .   B E R   p er f o r m an ce   o f   s elec ted   s ch em es a t v ar y in g   Q AM   o r d er s   an d   SNR s   W a v e f o r ms   Q A M   o r d e r   20   dB   30   dB   40   dB   O F D M   64   2 . 5 0 E - 02   4 . 7 5 E - 03   1 . 0 3 E - 03   O F D M   2 5 6   6 . 1 5 E - 02   1 . 4 1 E - 02   2 . 9 7 E - 03   O F D M   1 0 2 4   1 . 1 8 E - 01   3 . 8 2 E - 02   1 . 0 0 E - 02   F B M C / O Q A M   64   2 . 5 4 E - 02   5 . 1 0 E - 03   1 . 5 3 E - 03   F B M C / O Q A M   2 5 6   6 . 3 3 E - 02   1 . 6 8 E - 02   5 . 6 8 E - 03   F B M C / O Q A M   1 0 2 4   1 . 1 8 E - 01   4 . 4 1 E - 02   1 . 7 0 E - 02   F B M C / O Q A M   w i t h   H e r mi t e   f i l t e r   64   1 . 3 5 E - 02   2 . 2 7 E - 03   3 . 6 9 E - 04   F B M C / O Q A M   w i t h   H e r mi t e   f i l t e r   2 5 6   3 . 6 6 E - 02   6 . 7 9 E - 03   1 . 1 1 E - 03   F B M C / O Q A M   w i t h   H e r mi t e   f i l t e r   1 0 2 4   8 . 1 4 E - 02   2 . 1 1 E - 02   3 . 9 6 E - 03   F B M C / O Q A M   w i t h   H e r mi t e   f i l t e r   &   I P S O   64   1 . 1 9 E - 02   1 . 9 7 E - 03   3 . 2 4 E - 04   F B M C / O Q A M   w i t h   H e r mi t e   f i l t e r   &   I P S O   2 5 6   3 . 4 1 E - 02   6 . 0 4 E - 03   1 . 0 4 E - 03   F B M C / O Q A M   w i t h   H e r mi t e   f i l t e r   &   I P S O   1 0 2 4   7 . 5 7 E - 02   1 . 9 8 E - 02   3 . 6 4 E - 03       At  6 4   QAM ,   ad d in g   I PS p r o v id es  1 2 - 1 3 im p r o v e m e n ac r o s s   th d if f er en SNR   l ev els.  Fo r   ex am p le,   at  2 0 d B   SNR ,   I PS r ed u ce s   th er r o r   r ate  b y   1 2 %.  Fo r   2 5 6   QAM ,   I PS g en er ates  6 - 1 1 %   r ed u ctio n   in   er r o r   r ate  d ep en d in g   o n   SNR .   At  4 0 d B   SN R ,   a d d in g   I PS d ec r ea s es  th er r o r   r ate  b y   6 %.  W ith   1 0 2 4   QAM ,   I PS p r o d u ce s   a   6 - 8 er r o r   r ate  im p r o v e m en t   o v er   FB MC/Q AM   with   Her m ite  f ilter   alo n e.   At  4 0 d B   SNR ,   th r ed u ctio n   is   8 with   I PS O.   Gen er ally ,   I PS g en er ates  a   6 - 1 3 d ec r ea s e   in   e r r o r   r ate   ac r o s s   v ar y in g   QAM   o r d er s   wh en   co m b in ed   with   FB MC/QAM   an d   Her m ite  f ilter   eq u aliza t io n .   T h g ai n s   ar r elativ ely   co n s is ten r eg ar d les s   o f   SNR   lev el.   T h is   d em o n s tr ates  th v alu o f   I PS f o r   f u r th er   en h a n cin g   t h e   er r o r   p er f o r m a n ce   co m p a r ed   to   ju s F B MC/ QAM   an d   Her m ite  f ilter in g   alo n e.   T h im p r o v em en is   esp ec ially   n o ticea b le  at  h ig h er   QAM   o r d er s   lik 1 0 2 4   QAM .     4 . 5 .     B it ra t e   ev a lua t i o ns   T h Fig u r e   5   s h o ws  th e   co m p ar is o n   o f   b it  r ates  f o r   s elec ted   m o d u latio n   an d   s ig n al   p r o ce s s in g   tech n iq u es.  T h r esu lts   in d icate s   th at  b y   in co r p o r atin g   th I PS alg o r ith m   with   Her m ite  f u n ctio n s   an d   DFT  in to   th FB MC  s y s tem ,   o n ca n   ac h iev s ig n if ican im p r o v e m en ts   in   b it   r ate  co m p ar ed   to   tr ad itio n al  m eth o d s   lik OFDM  an d   s tan d ar d   FB MC.           Fig u r 5 .   C o m p a r is o n   o f   b it r a tes ( Mb /s )   o f   th s elec ted   s ch e m es       5.   P AP CO M P ARI SO NS   W I T H   ST A T E - OF - T H E - ART  AL G O RI T H M S   FB M C /OQAM   is   th b aselin wav ef o r m   with   PAPR   o f   7 . 1 5   d B .   I t' s   ty p ically   h ig h e r   b ec au s FB M C /OQAM   s y s tem s   h av n o ap p lied   an y   PAPR   r ed u ctio n   tech n iq u es.  Par tial  tr an s m it  s eq u en ce s   with   d is cr ete  p ar ticle  s war m   o p tim izatio n   ( PTS - DPSO)   [ 2 6 ]   h av e   PAPR   o f   6 . 2 2   d B ,   wh ich   is   s ig n if ican tly   lo we r   th an   th e   b aselin e,   i n d icatin g   th at  th is   m eth o d   is   ef f ec tiv at   PAPR   r ed u ctio n .   PTS - DPSO - T [ 2 6 ]   a   v ar ian t   o f   th PTS - DPSO  m eth o d ,   t h r esh o ld in g   tech n iq u e   ( T H)   ap p lied .   T h PAPR   is   s im ilar   to   PTS - DPSO  at  6 . 2 3   d B ,   s u g g esti n g   th at   th th r esh o ld in g   d o es  n o s ig n if ican tly   ch an g t h PAPR   f r o m   t h o r ig in al  PTS - DPSO   m eth o d .   I ter ativ clip p in g   an d   f ilter in g   m eth o d   [ 3 7 ]   h as  PAPR   o f   6 . 1 0   d B ,   wh ich   is   s lig h tly   lo wer   th a n   th e   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n d o n esian   J   E lec  E n g   &   C o m p   Sci     I SS N:   2 5 0 2 - 4 7 52       Op timiz in g   F B MC /O QA M:  H ermite filte r   a n d   DF T - b a s ed   p r ec o d in g   fo r   P A P R   r ed u ctio n   ( A n u p r iya )   85   PTS  m eth o d s .   I t   s h o ws  th at  it er ativ clip p in g   an d   f ilter in g   ca n   ef f ec tiv el y   r e d u ce   PAPR ,   lik ely   at  th e   co s o f   s o m s ig n a l d is to r tio n   th at  m u s t b ca r ef u lly   m a n ag ed .   T h clip p in g   an d   f ilter in g   wit h   ch an n el  n u ll  c o n s tr ain ( C FC NC )   [ 3 8 ]   tech n iq u h as  P APR   o f   5 . 9 8   d B ,   wh ich   in d icate s   m o r s i g n if ican t r e d u ctio n   c o m p ar e d   to   th p r e v io u s   m eth o d s .   B y   u s in g   Her m ite  f ilter   in   th FB MC  s y s tem ,   th PAPR   is   f u r th er   r ed u ce d   t o   5 . 9 5   d B .   T h is   r esu lt  s u p p o r ts   th n o tio n   t h at  Her m ite   f ilter s   ca n   im p r o v s y s tem   p er f o r m an ce   in   ter m s   o f   PAPR .   Als o ,   wh en   co m b in in g   th He r m ite  f ilter   with   th e   I PS alg o r ith m ,   th e   PAPR   d ec r ea s es  to   th e   lo west  v alu e   in   th ta b le  at   5 . 8 3   d B .   T h is   d e m o n s tr ates  th at  th e   co m b in atio n   o f   th ad v an ce d   f ilter   d esig n   with   th o p ti m izatio n   alg o r ith m   s y n er g is tica lly   r ed u ce s   PAP R   m o r th a n   an y   o t h er   m et h o d   lis ted .   T h r esu lts   s h o a   c lear   tr en d as  m o r e   s o p h is ticated   tech n iq u es  ar e   ap p lied ,   s p ec if ically   th o s tail o r ed   to   ad d r ess   PAPR   in   F B MC/OQA s y s tem s ,   th P A PR   v alu d ec r ea s es.  T h e   p r o p o s ed   m eth o d ,   wh ic h   co m b in es  th Her m ite  f ilter   w ith   th I PS alg o r ith m ,   p r o v i d es  th b est  PAP R   r ed u ctio n   ac c o r d in g   to   T ab l 3 .   T h is   in d icate s   th at  th p r o p o s ed   s ch em s ig n if ica n tly   en h an ce s   th e   p er f o r m an ce   o f   FB MC/OQ A s y s tem s   in   ter m s   o f   PAPR ,   wh ich   is   cr itical  m etr ic  f o r   p o wer   ef f icien cy   an d   s ig n al  q u ality   in   co m m u n icati o n   s y s tem s .       T ab le  3 .   Peak - to - av er a g p o wer   r atio   ( PAPR )   r esu lts   f o r   v ar io u s   m u lticar r ier   wav ef o r m   te ch n iq u es   W a v e f o r ms   P A P R   ( d B )   F B M C / O Q A M   7 . 1 5   P TS - D P S O   6 . 2 2   P TS - D P S O - TH   6 . 2 3   I t e r a t i v e   c l i p p i n g   a n d   f i l t e r i n g   6 . 1 0   C P C N C   5 . 9 8   F B M C / Q A M   w i t h   H e r mi t e   F i l t e r   5 . 9 5   F B M C / Q A M   w i t h   H e r mi t e   F i l t e r   & I P S O   5 . 8 3       6.   RE SU L T S   DI SCUS SI O N   Nu m er ical  ev alu atio n   co m p le ted   in   th e   p r e v io u s   s ec tio n s   r ev ea ls   th at  th p r o p o s ed   Her m ite  f ilter   an d   DFT - b ased   p r ec o d i n g   s ch em o f f er s   s ig n if ican PAPR   r ed u ctio n   in   FB MC/OQ AM   s y s tem s .   Fro m   th es e   r esu lts ,   s o m o b s er v atio n s   ca n   b m a d co n c er n in g   th s y s tem   p er f o r m a n ce   in   s u c h   p a r am eter s   as  PAPR ,   B E R ,   P SD,  an d   b it  r ates.  Fig u r 4   d e p icted   th at  p r o p o s ed   m eth o d   g i v less   PAP R   v alu es  as  co m p ar ed   to   FB M C /OQAM   an d   o th er   ad v an ce d   tech n i q u es.  C o n s eq u en tly ,   th in teg r atio n   o f   Her m it f ilter   with   I PS p r o v id es  PAPR   r e d u ctio n   o f   5 . 8 3   d B ,   wh ich   s h o ws  b etter   r esu lts   th an   PTS - D PS O   with   ef f icien cy   o f   6 . 2 2   d B ,   an d   I ter ativ C lip p in g   an d   Fil ter in g ,   wh ich   h as  R ed u ce d   PAPR   to   6 . 1 0   d B .   T a b le  2   s h o ws  th is   B E R   p er f o r m an ce   wh ile  co m p ar in g   th v ar io u s   m o d u latio n   s ch e m es  b ased   o n   th e   d if f er e n Q AM   o r d er s   an d   th s ig n al  to   n o is r atio s .   T h e   p e r f o r m a n ce   o f   t h B E R   o f   th e   p r o p o s ed   FB MC/Q AM   with   Her m ite  f ilter   an d   p ar ticle  s war m   o p tim izatio n   i s   b etter   th an   th o th er   s ch em e s   at  all  SNR   lev els  an d   h ig h e r   QAM   o r d er s .   Fo r   in s tan ce ,   th s im u la tio n   o f   4 0   d B   s ig n al - to - n o is r a d io   a n d   1 0 2 4   QAM   e n h an ce s   t h p r o p o s ed   m eth o d   to   h av an   o v er all  B E R   o f   3 .   I t is   wo r th   to   m en tio n   th at  th p r o p o s ed   OFDM  s y s tem   ac h iev ed   B E R   o f   6 4 E - 0 3 ,   wh ile  s tan d ar d   OFDM  s y s tem   h as B E R   1 . 00E - 0 2 .     Fig u r 3   p r o v id es th Si m u lated   PS D   o f   th in v esti g ated   ap p r o ac h es.  Fro m   th PS r esu lts ,   it c an   b e   clea r ly   s ee n   th at  th s u g g ested   m eth o d ,   th at  is   th co m b in a tio n   o f   Her m ite  f ilter in g   an d   p DFT,   h as  b etter   s p ec tr al  co n f in em e n th an   OFDM  an d   co n v en tio n al  FB MC.   T h is   is   b ec au s u n lik e   o th er   f ilter s   u s ed   in   d ata   tr an s m is s io n ,   th Her m ite  f ilter s   s teep   r o ll  o f f   o f f er s   b e tter   s id elo b lev els  an d   m in im al  o u o f   b an d   r ad iatio n s   th at  ar o f   s ig n if i ca n ce   in   p r ev e n tin g   in ter f e r e n ce s   to   n eig h b o r in g   ch a n n el s .   I n   th is   ca s e,   th e   p r o p o s ed   s ch e m b ea ts   o th er   tech n iq u es  b ec au s it  attain s   b it  r ate  o f   9 .   1 8   Mb p s ,   th is   ju d icio u s   r ate  is   h ig h er   f r o m   OFDM  an d   s tan d ar d   FB MC.   Fro m   th a b o v e   r esu lts ,   it  ca n   b co n cl u d ed   th at  th e   p r o p o s e d   Her m ite  f ilter   in co r p o r ate d   with   p DFT  p r ec o d in g   an d   ac c o m p a n ied   b y   I PS p r o v es  its elf   to   b v iab le  s o lu tio n   to   co m b at  t h is s u es  r elate d   to   PAPR   in   FB M C /O QAM   s y s t em s .   T h en h an ce m e n o f   PAPR ,   B E R ,   P SD,  an d   b it  r ate  in   tu r n   p r o v id th e   ev id en ce   th at  th p r o p o s ed   m eth o d   ca n   y ield   s ig n if ica n ad v an ce m e n ts   f o r   n e x g en er atio n   wir eless   co m m u n icatio n   s y s tem s   s p ec i f ically   in   h ig h   s p ec tr al  e f f icien an d   lo w   er r o r   r ate   s ce n ar io s .   T h p r o p o s ed   s ch em im p r o v es  th s p ec tr al  ef f icien cy ,   lo wer s   th in ter f e r en ce ,   an d   o p tim izes  p o wer   ef f icien cy   all  at  h ig h   er r   r ates,  h ig h   th r o u g h p u d ata .       7.   CO NCLU SI O N   AND  F U T U RE   SCO P E   T h is   r esear ch   d elv es  in to   th ch allen g es  an d   o p p o r tu n ities   with in   th d o m ain   o f   wir eless   co m m u n icatio n ,   s p ec if ically   f o cu s in g   o n   m o d u latio n   tech n iq u es  th at  ca n   p o ten tially   r ev o lu tio n ize  h o we   ap p r o ac h   s p ec tr al  ef f icien cy   a n d   in ter f e r en ce   r e d u ctio n .   O u r   p r o p o s ed   m o d u latio n   s ch em u n iq u ely   i n teg r ates  Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.