Modulo-NPDM: A Modulo-Based Multicarrier Modulation Framework for PAPR Reduction

doi:10.1109/ojcoms.2026.3717049

2026-07-27

Shaik Basheeruddin Shah

Nazar Ali

Ahmed Altunaiji

Dragan I. Olćan

DOI：10.1109/ojcoms.2026.3717049

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本文提出了一种基于模运算的嵌套周期子空间分割复用（mNPDM）方案，用于降低上行链路传输中的峰均功率比（PAPR）。在所提出的收发器中，非线性复数模运算符应用于过采样的循环前缀（CP）基发送波形，以在功率放大器之前压缩大峰值，而接收端展开阶段则在常规解调之前重构展开波形。我们详细开发了mNPDM框架的两个重要实例，即模运算正交频分复用（mOFDM）和模运算拉马努金周期子空间分割复用（mRPDM）。我们在过采样设置下推导了OFDM、RPDM、离散傅里叶变换扩展OFDM（DFT-s-OFDM）、mOFDM和mRPDM的收发器复杂度表达式，并表明模运算处理基本不改变发射机复杂度，但由于模运算展开而增加了接收机复杂度。我们推导了过采样OFDM的精确确定性最坏情况（WC）-PAPR表达式以及过采样RPDM的确定性上界，并给出了基于霍夫丁不等式的有限块对应项。随后，我们将分析扩展到mOFDM和mRPDM，表明模运算符通过固定的峰值上限显著降低了WC-PAPR。我们还表征了强折叠区域，并表明mOFDM和mRPDM的PAPR下限为 $10\log _{10}(3)\approx 4.77$ dB。蒙特卡洛互补累积分布函数（CCDF）仿真验证了所发展的理论，并表明mOFDM和mRPDM相对于OFDM、RPDM、DFT-s-OFDM、选择性映射OFDM（SLM-OFDM）和部分传输序列OFDM（PTS-OFDM）实现了显著的PAPR降低。我们表明，在理想的模运算展开下，mOFDM和mRPDM保留了其线性对应方案中的频谱效率。最后，初步的比特误码率（BER）研究表明，基于模运算方案的误码率性能强烈依赖于展开算法的鲁棒性；在使用LASSO-B2R2展开算法、足够大的过采样因子或更大的模运算阈值时，mOFDM和mRPDM在较高信噪比下接近其线性对应方案的BER。

Keyword:

OFDM

RPDM

NPDM

PAPR

modulo sampling