Int ern at i onal  Journ al of Ele ctrical  an d  Co mput er  En gin eeri ng   (IJ E C E)   Vo l.   11 ,  No.   1 ,  Febr uar y  2021 , pp.  416 ~ 423   IS S N: 20 88 - 8708 ,  DOI: 10 .11 591/ ijece . v11 i 1 . pp416 - 423          416       Journ al h om e page :  http: // ij ece.i aesc or e.c om   OFDM  PAPR r ed uction for im age transm i ssion usi ng impr oved  tone res ervati on       Z aina b No ori  Ghani m, Bu thaina  M. O mra n    Depa rtment  o f  E le c troni c   and   Co m m unic at ion ,   Baghda d   Univ ersi t y ,   Ir aq       Art ic le  In f o     ABSTR A CT   Art ic le  history:   Re cei ved   Dec   30 , 201 9   Re vised  Jun   16 , 20 20   Accepte d Aug  10 , 20 20       High  pea k  to  av era ge   power  ra tion  (PA PR )  in  orthogona l  fr equenc y   divi sio n   m ult ipl exi ng  (O FD M)  is  an  i m p orta nt  probl em,  which  inc re ase   t he  cost  an d   complexi t y   of  hi gh  power  amplifi ers.   One  of  the  te chni qu es  used  to  red uc e   the   PA PR   in  OF DM   sy stem  is  th e  tone   rese rv at io n  m et hod  (TR).   I n  our  work  we  propose  a  m odifi ed  ton e  res erv ation  m et hod   to  dec r ea se  th e   PA PR   with   low  complexi t y  compare d  with  the   conve nti on al   TR  m et hod  b y   proc ess     the   high   and   lo w  amplit udes  at   the   sam e  ti m e.  An  image  of  si z e  128×128   is  used   as  a   source   of  da ta   that  tr an sm it te d  using  O FD M  sy stem.   T he  proposed   m et hod  dec re ase   the   PA PR   b y   2d B  compare d  wit h  conve nt iona l  m et hod  with   kee ping  the   p e rform anc e  unch ange d.   The   p er form anc e  of  th e  proposed   m et hod  is  te ste d  with  seve ral  num ber s  of  s ubca rr i ers;  we  found  tha t     the   PA PR   is r ed uce d  as  th e  num ber   of   subca rri er s de creased.   Ke yw or d s :   OFDM   PA PR   TR   This   is an  open   acc ess arti cl e   un der  the  CC  B Y - SA   l ic ense .     Corres pond in g  Aut h or :   Zai nab No or i  Gh a nim ,    Dep a rtm ent o f El ect ro nic  and  Com m un ic at io n  E ngineeri ng,   Ba ghda d Un i ve rsity ,     Ba ghda d,   Ir a q .   Em a il :  zai nab noori 70@ya hoo.com       1.   INTROD U CTION   Or t hogonal  fr e qu e ncy  div isi on  m ulti plexing  ( OFDM)  is   a  te chn iq ue   us e d  to  tra ns m it   a  high  s pe e d  data.  The  c oncept  of   OFD M  is  the  sp rea ding  of  the  hi gh   s pee d  trans m itted  data  over  a  la rg e  nu m ber   of  su bc ar riers  [ 1].   T he   O F D M   s y s t em   c ov e r s   t he   r e q ui r e m en t s   f or   w i r e l e s s   im a ge   a nd   v i de o  c om m un ic a t i on   s e r vi c e s .   T he   i m a ge   ha s   bi g  s i z e   a nd   ne e ds   l on g  t im e   t o  tr a ns m i t   ov e r   w i r e l e s s   c ha nn e l   i n  O F D M   s y s t em ,    t he   t r a ns m i tt e d  im a ge   i s   ne e de d  t o  be   c o de d   by   t w o  t y pe s   of   c od i n g,   t he   f i r s t   i s   t he   s ou r c e   c od e   t o   r e du c e   r e du nd a nt   da t a   i n  t he   im a ge ,   de c r e a s i ng   t he   im a ge   s iz e   a nd   t r a nsm i s s i on   t im e ,   t he   s e c on d   i s   t he   c ha nn e l   c od e ,   w hi c h  i s   he l pf u l   f or   e r r or   de t e c t i on   a nd   c or r e c t i on   [ 2 - 4 ].   T he   pe a k  t o  a v e r a ge   po w e r   r a t i o  ( P A P R )   pr o vi de s   a   m e a s ur e   f or   t he   va r i a t i on   r a n ge   of   s i gn a l   po w e r .   The  P AP R  is   hi gh   i n  OF DM   because   the  nat ur e  of  m od ulat ion ,   w her e   m ul ti ple  sub car rier s  are  a dded  t og et her   to  f or m   the  tra ns m itted  sign a l.   These   la rg e   peaks  inc rease   the  pro bab il it y  of   le a ka ge  e nergy  to   the  ne ighbor   channel,  wh ic h  le ad  to  si gnal   disto rtion   in  the  outp ut   of   powe r  am pl ifie r  and   degra de  the  e rror   rate   perform ance  due  t o   the   syst e m   con strai nt  to   a  li m it ed  pea k  powe r  of  dyna m ic   ran ge   in   tr ansm itter  am pl ifie rs.  Th us ,  a   la r ge  powe r  am plifie r  has   nee de d.  H ow e ve r,   i ncr ea sing  the  la rg e   powe r  in   am pli fier  not  only   re du c e s   the po wer ef fici ency b ut also  incr ease  the  am plifie r  c os t   si gnific antly  [ 5 ,  6 ].   S e ve r a l  a pp r oa c he s  ha ve  be e n  i nt r od uc e d t o r e du c e  P A P R ,  b ut ,  t he s e   m e t ho ds  i nc r e a s e  t he   e xp e ns e   o f   t r a nsm it t e d   s i gna l   po w e r ,   de g r a de   t he   bi t   e r r or   r a t e ,   i nc r e a s e   t he   c om pu t at i on a l   c om pl e xi t y ,   a nd   l e a d  t o  l os s   of   da t a   r a t e ,   s o,   a   s y s t em   t r a de - of f   i s   pr e di c t e d  [ 7 ] .   O ne   c a n  di vi de   t he   m e th o ds   us e d  t o  r e du c e   t he   P A P R   of   a n   O F D M   s i gn a l   t o  f ou r   c a t e go r i e s :   i )   si gn a l   di s t or t i on ,   ii )   c od i ng   m e t hods ,   i i i )   pr ob a bi l i s ti c   ( s c r am bl i ng )   t e c hn i qu e s   a n d   i v)   p r e - di s t or t i on   m et ho ds   [ 8 ,  9 ] .   T he   p r e - di s t or t i on   m e th o ds   a t t em pt   to   r e or i e nt   or   s pr e a d    Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
In t J  Elec  &  C om p  En g     IS S N: 20 88 - 8708       OFDM PA PR  red uction f or  i mage  tr ansmis sion usi ng im prove d  to ne  re s ervati on  ( Za i nab N oori  Gha ni m )   417   t he   e ne r gy  of  d a t a  sym bo l .  T he  pr e - di s t or t i on  s c he m e s   i nc l ud e  t he  DF T  s pr e a di ng ,  p ul s e  s ha pi ng   or  p r e - c od i n g  a nd   c o ns t e l l a ti on   s ha pi n g.   T h e   t on e   r e s e r va t i on   ( T R )   i s   on e   e xa m pl e   of   c on s t e ll a ti on   s ha pi ng   m e t ho ds   [ 10 ].   T on e  R e s e r va t i on  t e c h ni qu e   h a s  ba s e d  on   r e s e r vi ng  s om e  t one s  t o r e du c e  P A P R .  T he   P A P R  re du c t i o n   am ou nt   de pe n d s   on   t he   nu m be r   of   t he   r e s e r v e d  t on e s   a nd   t h e i r   po s i t i on .   T he   pe r f or m a nc e   of   T R   a l s o  de pe nd s   on   t he   a m ou nt   of   c om pl e xi ty   a nd   r e s e r ve d  t o ne s   p o w e r .   T hi s   t e c hn i qu e   c a n   be   a pp l i e d  t o  e ve r y   t y pe   of   O F D M   s y s t em .   I n  t hi s   m e t ho d,   t r a ns m i s si on   of   s i de   i nf or m a ti on   i s   no t   ne c e s s a r y   a t   t he   r e c e i ve r   [ 1 1 ].   I n  t hi s   pa pe r   a n  im a ge   i s   us e d  a s   a   s ou r c e   o f   da t a ,   go o d  q ua l i ty   r e c e i ve d  im a ge   w i t h  P A P R   r e du c t i on   i s   t he   a im   of   t hi s   pa pe r .   T R   m e t ho d  i s   us e d  f or   P A P R   r e d uc t i on ,   ne w   p r o po s a l   i s   i nt r od uc e d   t o  i m pr ov e   t he   c l i pp i n g  ba s e d  T R   m e t ho d,  by   c l i pp i ng   t he   hi gh   a m pl i t ud e s   a nd   am pl i f yi ng   t he   l ow   am pl i t ud e s ,   t he   m e t ho d  a im s   t o  de c r e a s e   t he   nu m be r  of   i t e r a t i on s   w i t h  p a r a m et e r s   c ha ng e a bl e   a t   e ac h  i t e r a t i on .     M a ny   pa pe r s   w or k o n   T R   m et ho d  im pr ov e m e nt ,   w he r e  Ho r va t h  a nd   B ot l i k  m a de   op t im iz at i on   f or   T R   by   c ha ng i ng   c l i pp i ng   r a t i o  i n  e a c h  i t e r at i on   to   m a ke   li m it s   for   t he   pe a k  va l ue s .   I n  ou r   w o r k,   w e   m a ke   cl ip pi n g   f or   t he   m a x im um   va l ue s   a nd   am pl i f ic a ti on   f or   m i ni m um   va l ue s ,   t he   P A P R   r e du c t i on   i n  t hi s   w o r k  i n c r e a s e s   w i t h  i nc r e a s i ng   t he   nu m be r   of   i t e r a t i on s   bu t   i n  o ur   w o r k  t he   i nc r e a s i ng   of   nu m be r   of   i t e r a t i on   i s   no t     us e f ul   [ 1 2 ] .   A l i   e t   al .   de c r e a s e   t he   c om pl ex i t y   of   T R   t e c hn i q ue .   T he   P A P R   r e d uc t i on   i n  t hi s   w or k  i s   l e s s     t ha n  t ha t   i n  ou r   w or k  [ 1 3 ] .   A nt o no v  e t   al .   de c r e a s e   T R   c om pl e xi t y ,   by   r a nd om l y   ge ne r a t i on   of   di f f e r e nt   c om bi na t i on s  of   m a ni pu l a t i on  s ym bo l s ,  wh i c h l e a d t o t he  a dd i t i on a l  s ub c a r r i e r s ,  e qu a l l y  spa c e d o ve r  t he  s i gn a l   ba nd w i dt h.   T h e y   ne e d  on e   h un dr e d  i t e r a t i on s   i n  t he i r   w or k,   b ut   i n  ou r   w or k,   w e   ne e d   t hr e e   i t e r a ti on s   [ 1 4 ].  A bd e l a l i   e t   al .   m a ke   c om bi na ti on   of   T R   m e th o d  a nd   c l i pp i ng   m e t ho d  t o  i m pr ov e   P A P R   r e du c t i on .   T he y   ne e d  hi gh   nu m be r   o f   i t e r a t i on s   a nd   t he   bi t   e r r o r   r a t e   i s   m or e   t ha n  t ha t   i n  o ur   w or k   [ 1 5 ] .   S hi xi a n  L u  e t   al .   s u gg e s t     a   s l i di ng   w i nd ow ,   t on e   r e s e r va t i on   P A P R   r e du c t i on   t e c hn i qu e .   T he y   ne e d  f i f t y   i t e r a ti on s   t o  r e a c h  t o  go od   r e s ul t s   bu t   w e   ne e d  t hr e e   i t e r a t i on s   [ 1 6 ] .   T he   m od ific at ion   of  To ne   Re ser vation  m et ho d  to  re duce  P APR   rati o  with m ulti carrier non - ort hogo nal sig nal is i ntrod uced in  [1 7 ].     T he   or ga ni z a t io n  o f   t hi s   pa pe r   i s   a s   f ol l ow s :  a n  ov e r vi e w   o f   O F D M   s y s t em   a nd   P A P R   de f i ni t i on   ha s   i nt r od uc e d  i n  s e c t i on   2.   I n  s e c t i on   3  a n   e x pl a na t i on   f o r   t o n e   r e s e r va t i on   m e t ho d  w i l l   be   pr e s e nt e d.   S e c t i on   4   pr e s e nt s   t he   p r op os e d  a l go r i t hm .   P e r f or m a nc e   m e a s ur em en t s   i n  s e c t i on   5.   I n  s e c t i on   6   t he   s im ul at i on   r e s ul t s  f or   t he   us e d  t e c hn i qu e   w i l l   be   pr e s e nt e d  a n d  di s c us s e d.   F i na l l y ,   t he   c on c l us i on s   f o r   t he   us e d  t e c hn i qu e   ha s   s ho w n  i n  s e c t i on   7.       2.   OFD M SIG N AL  MO DEL  AND  PE AK T O AVER AGE  POWE R RAT IO  (P AP R)   An   OFDM  sys tem s  us e  ort ho gonal  a nd   i nd e pende nt  subca r riers,  w her e  t he   m od ulati on   process  ca n  be  easi ly   i m p l e m ented  us in g  si m ple  N - po i nt  inv er se  fast   Fo uri er  trans f or m   (I FFT)   operati on,  the  ou t pu t  sign al  is a  s umm at ion  of m odulate d  c om plex  ha rm on ic s [1 2 ]  that can  be  e xpress ed  as  [1 3 ,  1 8 ]:     ( ) = 1 ∑ 2                                 0 ≤ ≤ − 1 = 0     ( 1)     w he re    is   the  da ta   sy m bo l  tra ns m itted  on  th e  ℎ   sub  ca rr ie r   ,  the  subca rr ie r   ind e x  is  de no te d  by  k  a nd    is t he  sym bo l d ur at io n.    OFDM  syst em s  intr oduce   hi gh  P AP R  due   to  t he  us e  of  a  la r ge  nu m be r  of   subca rr ie rs  [1 9 ] ,  for    a  co ntin uous   t i m e  baseb a nd  OFDM  s i gn a l,  the  def i niti on  of  P AP R  of  a ny  sig nal  i s  the  pro portion  of     the  m axi m u m   instanta neous   powe r   of  t he  sig nal  to   it s  m ean  po wer.  If  ( )   re presents  a   base ba nd  tra ns m it ted  OFDM si gnal , t hen      [ ( ) ] = | ( ) | 2 0 ≤ ≤           (2)     w he re,      is  the   ave rag e   po w er  of   ( )   w hic h  can  be  c om pute d  in   f reque nc y  do m ai n  be cause  IF F T  is    a unit ary tra ns f or m at ion .    re presents the  usef ul du rati on of a n OF DM sym bo l [ 8 ].   The  c om ple m e ntary  c um ulativ e  distrib utio n  f un ct io n  (CCDF)  ha s  us ed   t o  descr i be  a   di stribu ti on  of    a  rand om   var ia ble  [ 1 1 ] .  The   di stribu ti on  of   P AP R  m ay   be  expresse d  in   te r m s  of   (CCDF ),  w hich  is  repre sents   the  prob a bili ty   that  the  P AP R  of   a n  OFDM  sy m bo l  exceed s  a  giv en  th res hold  P AP R0 ,  wh ic h  is    denoted  as  [1 ,  20 ] .      (   0 ) = (    >    0 )   =   1   −   (  0 )   ( 3)     The  CC DF   ha s   al so   us ed  to  e valuate  the  pe r form ance  of   PA PR  re du ct io n  in  OF DM  syst e m s  [1 ,  20 ].   To ne  rese rv at i on   m et ho d  is  on e  of   t he  m a ny  te chn i qu e s,   wh ic h  ha ve  in tro du ce d  in  th e  li te ratur es  to   reduce     the  P AP R  of a n OF DM sig na l.   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                          IS S N :   2088 - 8708   In t J  Elec  &  C om p  En g,   V ol. 11,  No.  1,   Febr uar y  2021 :    416   -   423   418   3.   TONE  RESE RVATIO N M ET HOD   In  TR  sc hem e s,  s om e  of   the   total   num ber   of  to nes     are  re s erv e d  as   a  pea k  reserve d  to ne s  (P RT s)   and   st or e d  in   the  reserve d  ton es  vecto r    =   { 0 , 1 , . . . ,   − 1 } ,  wh e re    is  the  siz e  of   the  PRT  set .     W it h  TR  m et ho ds,  the  OFD M  k th  data  bloc k     config ur e d  from   two  par ts ,  the  peak   rese r ved   t ones  that  are  store d  in  the  P RTs an d de no t ed by     and the  unrese rv e d  t ones  , i.e.,   [1 3 ,  2 1 ].      = +          = 0 , 1 , 2 , … , − 1   (4)     Ther e   are  dif fe ren t m et ho ds f or  t on e  r ese r va ti on  tech nique,  k er nel  base d  a nd cli pp i ng b as ed  TR m et ho ds ha ve   exp la ine d bel ow.     3.1.     Kernel   b as ed  (TR - K ) me thod   T his  m et ho d  create s  a  ref e r ence  kernel  ve ct or   ,  wh ic h  is  an  im pu lse   functi on  has  FFT  siz e ,     in  the  kernel  vecto r  the  rese rv e d  to nes  pos it ion s  will   set   to  one,  a nd  al l  oth e r  val ues  are  up dated  t o  zero.    The  kernel  will   update  with  a  sing le   pea k  and  al l  the  othe r  sam ples  would  be  ze ro,  but  this  is  im pr act ic al   because   of  the  lim it ed  band width .  I n  ev e ry  it erati on     the  m a xim u m   a m pl itu de    of  O FD M   sign al     and   it s   po sit io n    has  to  be  fou nd.  Th e  po sit io n  of  th e  m axi m al   a mp li tud e  of   th e  kernel  vect or   i s  ci rcu la rly   sh i ftin g  to  the  posit io n      ,   the  a dd i ng  of  kernel  ve ct or   to  t he  ori gin al   in p ut  re du ce s  the  pea k  to  a  pr e viou sl y  determ ined  wa nted  cl ip pi ng level. T he foll owin g  e qu at io ns wil l ex plain t he  m e tho d:     + 1 = − ( )      (5)     = ( ) ( −  )     (6)     w he re     is  the  cl ipp in g  am pli tud e  a nd  ( )   is  th e  ci rcu la rly   s hi fted  ke r nel,  th en  the   P AP R  value  is   cal culat ed  [12 , 2 2 ].     3.2.   Clippi n g based  ( T R - C)  meth od   T his  m et ho d  is  sho wn  in   Fi gure  1.  I n  cl ip ping  m et ho d,  a  ge ner at e d  si gn al     is  s ubtra ct ed  f r om    the origi nal OF DM sym bo l  :     = −       (7)     w he re       = { ,                                           | | <   ∅ ( ) , | | ≥    (8)       is  the  cl ipp ed  sign al   a nd   t he  m axi m u m   cl ip ped   sig nal  is    ,  ∅ ( )   is  the  phase  of  .  I n  the  fr e qu ency   do m ai n:       =      ( )      (9)     ′ = { , ∈  0 ,         ∉        (10)     w he re     is  the  m at rix  of   t he  po sit io ns   of   cl ipp e d  sig nals  ( ≠ 0 ).  ′   is  the  sam e  as    m at rix  i n    the cli pped  sig nal posit io n  a nd  will  b e ze ro in th e  o t her p osi ti on s.     ′ = IFFT ( ′ )           (11)     + 1   =     +   µ ′                  ( 12)     The  cl ip ped   si gn al   ′   is  add e d  to  the  ori gin a l  OF DM  sig na l  with  weig ht  par am et er  µ  and   t his   op e rati on  is   re peated   f or  se ve ral  it erati ons  un ti l  m ini m um   PA PR  is  obta ined   for  t he   res ulti ng  si gnal   ,    the sym bo l    de note s fo r  eac h  it erati on [1 2 , 2 2 ].     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
In t J  Elec  &  C om p  En g     IS S N: 20 88 - 8708       OFDM PA PR  red uction f or  i mage  tr ansmis sion usi ng im prove d  to ne  re s ervati on  ( Za i nab N oori  Gha ni m )   419       Figure  1.  Bl oc k  diag ram  o f  T R - C o rigin al  m et hod       4.   PROP OSE D ALGO RITH M   The  pro po se d  work  does   not  need  any  proce ssing  at   the  rec ei ver   as   the  or i gin al   TR,   but  we  im pr ove   the  TR _C  m eth od   by   cl ip ping  t he  m axim u m   peak s  of  or i gin al   sig nal  w hich   exc eed   a   lim i te d     le vel  a nd   a m plify t he  lo west  values o f or i gin al  sig nal  wh ic h  a re lowe r  tha n  a  lim it ed  level   , s ee Fi gure  2.           Figure  2. Bl oc k diag ram  o f  pro posed  TR - C       = { ,           < <  ∝ ,                                        <   ,                                        >           ( 13)     Wh e re  α   is  a  factor   m or e  than  one  m ulti pli ed  with  the  or i gin al   sig nal  to  a m plify  the  low  le vels,  ꞵ  is  a  factor  le ss  than  1  m ulti plied  with   the  or igi nal  sign al   to  m ini m iz e  the  high   le vels  of   sig nal,  by  this  m et ho d    the  m axi m u m   i s  m ini m iz ed  w it h  kee ping  t he   ave rag e   va lue o f   the overall  m essages  cl ose   to  t he  or i gin al  v al ue   and  m ini m iz ing   PAPR ,  se e  ( 2).  In  this   te ch nique     an d     a re   cha nged   in   ea ch  it erati on,   th ei r  values  are  rati o  of  the   la rg e st  sig nal      ,  wh ic h  is   cal le d       .  T he  va l ues  of  α   a nd  ꞵ   are   al so  ch an ged  in   ea c h  it erati on . Fo ur  cases can  b e  obtai ned b y  c ha ng i ng    ,   , α and  ꞵ:   1)   Ca se1:  decr ea sing  α   by  ( 1 + 0 . 1  − 0 . 1 )   with  inc reasi ng     by ( ( 0 . 1 )  ) ,  in   the   ot her  side   decr easi ng ꞵ  by   ( 1 − 0 . 1 )   with  i ncr easi ng     by ( ( 0 . 5 + 0 . 1 )  ) .   2)   Ca se2:  i ncr ea sing  α   by   ( 1 + 0 . 1 )   with   dec reasi ng  by ( ( 0 . 5 − 0 . 1 )  ) ,  in   the   ot her  si de   decr easi ng ꞵ  by   ( 1 − 0 . 1 )   with i ncr easi ng     by ( ( 0 . 5 + 0 . 1 )  ) .   3)   Ca se3:  decr ea sing  α   by  ( 1 + 0 . 1  − 0 . 1 )   with  inc reasi ng     by ( ( 0 . 1 )  ) ,  in   the   ot her  side   increasin g ꞵ  by  ( 0 . 5 + 0 . 1 )   with  d ec reasi ng     by ( ( 1 − 0 . 1 )  ) .    4)   Ca se4:  inc rea sing  α   by  ( 1 + 0 . 1 )   with  decr easi ng   by ( ( 0 . 5 − 0 . 1 )  ) ,  in   the  oth e r  si de   increasin g ꞵ  by  ( 0 . 5 + 0 . 1 )   with  d ec reasi ng   by ( ( 1 − 0 . 1 )  ) .    Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                          IS S N :   2088 - 8708   In t J  Elec  &  C om p  En g,   V ol. 11,  No.  1,   Febr uar y  2021 :    416   -   423   420   Wh e re  t he  m a xim u m   nu m ber   of   it erati ons   is     and    is  the  it erati on  num ber ( = 1 , 2 , … ,  ) .  At  eac h  it erati on   the  outp ut    is  ob ta i ned   as  i n  ( 14),  it   is  saved   in  ta ble  wi th  it s  PA PR  value,   t hen   t he  outp ut   with  m ini m u m  v al ue  of P AP R i s t aken in t his tec hn i qu e .        =     +   µ ′        (14)       5.   PERFO R MANC E  ME ASU REME NTS   The  tra ns m it ted   data  in  this  pap e r  is  im age.  Me asu rem ent s  for  c hec king  the  recei ved   i m age  qual it y  has  oft en  us ed ,  peak   si gn al   t o  noise   rati o  ( PSN R )  an d  m ean  square d  er ror  (MSE )  of  the  dec oded  re cei ve d  i m age ar e m ea su re d wit h res pe ct  to  the  trans m itted one as  foll ows:     MSE = 1 MN ∑ ∑ | X 1 ( i , j ) − X 2 ( i , j ) | 2 N j = 1 M i = 1       (15)     w he re   M   an d  N  a re  the   im age  ve rtic al   an d  horizo ntal  dim ensio ns ,   1   an d  2    are  the   tra ns m i tt ed  an d  receiv e d  i m ages r espect ively , MSE is a  m et ric u sed  to m easur e the  a m ou nt  of  e rro rs  in the rece iv ed  im age w it h  resp ec t   to the t ran sm it t ed on e . PSNR  m easur es t he p recisi on of im a ge deco ding,  bet te r  i m age qu al it y PSNR is  gr eat er   than   20dB  [ 23 - 25 ].      PSNR = 10 log 10 ( 2 55 2 MS E )      (16)       6.   SIMULATI O N AND  RES U LT S     In   t his  w ork  c olored  im age  of  Len na  with  s iz e  128× 128  is   us e d,   the   im a ge  is  co de d  us ing   H uffm an  so urce  co de  a nd  BC H  cha nne l  cod e,  a nd   tra ns m itted  ov e r  OFDM  syst e m   with  par am et ers  sho wn   in  Ta ble  1,  unde r  a dd it ive  wh it e  Gaussi an  noise ( A WGN )  c hannel . Mat - la b  20 18 a  is  use d  in  the  sim ul at ion .       Table  1.   Param et ers  use d i n  si m ula ti on   Na m e  of  Par a m ete rs   Valu e   Sy ste m   OFDM   Mod u latio n   1 6 QAM   Nu m .  o f  su b carr ie r s   6 4  to 1 0 2 4   Ban d  width   2 0 MHz   Nu m .  o f  sy m b o ls   4 9 1 5 2   Valu e of  µ   - 1       CC DF   is  c om pu te d  f or   t he  tra ns m itted  OFD M  sign al   with ou t  a ny  P AP R  reducti on  a nd  is  com par e d  with  CC DF   of  OFDM  sign al   with  co nv e ntio nal  TR  te chn iq ue  an d  the  CC DF   of  sig nal  w it h  the  four   cas es  of  pro po se d  TR  te chn i qu e  (F F T   siz e =256),  se e  Figure  3,  f rom   this   figu re  t he  P AP R  is  re du ce d  a bout  2dB  f or  pro po se d  TR  with  res pect  to  the  P AP R  of  FFT  si gn al   without  any  P AP R  re duct ion,  the  PAPR   is  si m i la r   a m on g  t he  f our  cases  of  pro pose d  TR,  it   is  cl ear  that  the  pro po se d  TR  PA PR  with  M i =3  re du ce  t he  PA P R   m or e than   fo r  c onve ntion al  T R wit h   M i = 10 .   In   the  oth er  si de  the  CC DF   and   bit  err or  a re  com pu te d  a nd   c om par ed  f or   the  sig nal  with  dif fer e nt  su bc ar riers  num ber ,  the  first   case  of   pro po sed  TR  is  com pu ti ng  with  M i= 3 .  T he  CC D F  of   t he  sig nal   with  diff e re nt  num ber   of  subc a rr ie rs  is  show n  in   Figure  4,  f rom   this  figu re  we  fin d  that  t he  P AP R  re duced  as     the  num ber   of   su b  ca rr ie rs  in creased .  T he  bi t  err or  f or   the m   is  sh own  in   Figure  5,  f rom   this  figu re  we  f i nd   that t he  la r ge r nu m ber   of s ubcarriers  h a s the  less BER  at th e sam e  sign al  to no ise  r at io  (SNR).   The  CC DF   of  the  OFDM  si gn al   with   pro p ose d  TR  fi rst   case  a nd  FF T  siz e =2 56  ar e  sho wn  a nd   com par ed  i n  Fi gure  6  for  tw o  diff e re nt  m axi m u m   nu m ber   of   it erati ons ,    f or   Mi = 3  a nd    Mi =5,   f ro m   th e  fig ur e   we  ca n  see  t hat   the  P AP R re duct io n  with   Mi =5  is  m or e  tha n  the   P AP R re du ct io n  with Mi =3  by  a sm a ll   value,  at   the  sam e  t i m e  the  BER =1. 0173e - 05  at   S NR=1 0dB  f or   Mi =3,   but  the  BER =3.051 8e - 05   at   SN R= 10dB  f or   Mi =5,  the  BE R for   Mi =5  is  worse t han that  for  Mi = 3 by a  sm a ll  v al ue.     The  propose d  TR  (f irst  case   and   Mi = 3)   is   us e d  to  reduc e  the  PAPR   f or   Le nna  im a ge  w hich  i s   transm itted  wit h  OFDM.  T he  or i gin al   a nd  th e  receive d  im a ge  a re  s how n  i n  Fi gure  7  for  diff e re nt  num ber s  of   su bc ar riers  with  S NR=1 0dB.   The  receive d  i m age  with  FF T  siz e=2 56,  but  f or   dif fer e nt   values   of  S N R  are   sh ow n  i n  Fi gure  8.   From   Figu re   7,  we  fou nd  t hat  im age  transm itted  with   hi gh e r  num ber   of  sub   car rier s  ha s   the  bette r  pea k  sign al   to  no is e  rati o  (P S NR) ,  and   f r om   Fig ur e  8  we  show   that  the  i m age  at   s m al le st   SN R  has   the sm al le st PS NR.    Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
In t J  Elec  &  C om p  En g     IS S N: 20 88 - 8708       OFDM PA PR  red uction f or  i mage  tr ansmis sion usi ng im prove d  to ne  re s ervati on  ( Za i nab N oori  Gha ni m )   421       Figure  3. CC D F of  P AP R  for  OFDM si gnal   with  four cases  of  pro posed  TR P AP R  reducti on ,    or i gin al   OFD M si gn al   with out P AP R  reduc ti o n    and w it h o rigi na l TR - C m et ho d       Figure  4. CC D F of  P AP R  for  OFDM si gnal   with  pro po se d TR  f i rst case a nd  dif fer e nt num ber     of subca rr ie rs           Figure  5. BER   of the  OFDM s ign al   with  pro pose d  TR f or   dif fer e nt  n um ber   of car riers           Figure  6. CC D F of  P AP R  for  OFDM si gnal   with  pro po se d TR  for t w o diff e rent   m axi m u m  n um ber     of it erati on s         (a)     (b)     (c)     Figure  7. Len na   i m age: o ri gina l and recei ved i m age w it h dif fer e nt FFT si ze , ( a )   Or i gin al  i m age ,    (b)   S NR=1 0 d B, FFT  size= 64, PS NR=4 6 , ( c )   S NR =1 0 dB , F FT  size= 12 8. PS NR=7 1.5       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                          IS S N :   2088 - 8708   In t J  Elec  &  C om p  En g,   V ol. 11,  No.  1,   Febr uar y  2021 :    416   -   423   422     (a)     (b)     (c)     Figure  8. The  re cei ved   Len na im age w it h dif fer e nt S NR , ( a )   SN R= 10 d B , FFT si ze= 256,  PSN R= 71.5 ,    ( b )   S NR=8   dB ,  FF T  siz e=2 56,  PSNR= 20. 7147 , ( c )   S NR=6   dB , F FT  size= 256, P SN R= 13. 5189       7.   CONCL US I O N     Fr om   the  sim ulati on   res ults,  on e   can   c on cl ud e s  that  cl ip pi ng   t he  high  a m pl it ud es  a nd  am plifyi ng    the  lo w  am plitu de s  le ad  t o  re du ce   the  num ber   of  it erati ons   com par ed  wit h  the   co nventi on al   TR  m et ho d  a nd   enh a nce  t he  overall   syst em   perform ance.  The  propose d  m et ho d  is  a ppli ed  in  t his  pap e r  on   t he  i m age  transm issi on ; t his m et ho d  ca n al so  a ppli ed o n  a no t her data  su c h  as s peec h or vi deo tran s m iss ion .       REFERE NCE S   [1]   H.  Ait - Saadi ,  e t  al . ,   “ A  PA P R  Reduc ti on  for  OFDM  Signal s  Based  on  Se lf - Adapti v e  Multi popul at ion  D E  al gorit hm , ”   In ter nati onal  Journ al  of  Elec tri cal   and  Computer  E ngine ering   ( IJE CE) ,  vol.  7,   no .   5,   pp.   2651 - 266 0 ,   Oct  2017.   [2]   M .   C h a n d r a ,  et  a l. ,  “ I m a g e   T r a n sm i ss i o n   t h r o u gh   W i r e l e s s   C h a n n el:   A   r e v i e w , ”   I E E E   1 s t   I n t e r n a t i o n a l   C o n f e r e n c e  o n   P o w e r   E l e c t r o n i c s ,   I n t e l l i g e n t   C o n t r o l   a n d   E n e r g y   S y s t e m s ,  D e l h i ,   I n d i a ,  p p .   1 - 4 ,   2016 .   [3]   N.  F.  Solim an ,   et   al.,   “ Robust  Im age   Tra nsm iss ion  with  OF DM  over   an  AW G N  Channe l , ”   28t h  Nati onal  Radio  Sci en ce Conf ere nce ,   Eg y p t,  pp.   1 - 8,   2011 .   [4]   T.   W eni sch,   et   al . ,   “ Com bine d  Err or  Corre c ti n g  and  Com pre ss ing  Codes, ”  IE EE   Inte rnat iona l  Symposium  on   Information  The ory ,   W ashingt on   DC,  US A,  2001 .   [5]   M.  D.  Roz ai ni ,  e t  al.,   “ Media n  co deword  shift  (M CS )  te chni qu e  fo r  PA PR   red uct io n  with  low  complexi t y   in  OF DM   s y stem, ”   Int ernati onal  Journal  of  El ectric al  an d  Computer  En gine ering  ( IJE C E) ,  vol.   9,   no.   6,   pp.   4882 - 4888,   2019.   [6]   M.  I.   Yous sef,   et a l.,  “ Im age   m ult ipl exi ng  using r e sidue   num ber   s y stem c oding  ove r  MIM O - O FD M   comm unic at ion   s y stem, ”   Int ernati onal  Journal  of  El ectric al  an d  Computer  En gine ering  ( IJE C E) ,   v ol.   9,   no.   6,   pp.   4815 - 4825,   2019.   [7]   M .   M .   M o w l a   an d   S .   M .   M .   H as a n ,   “ P e r f o rm a nc e   I m p r o v e m e n t  o f   P AP R   R e d uc t i o n   f o r   O F DM   S i g n a l   i n   L T E   S y s t e m , ”   I n t e r n a t i o n a l   J o u r n a l   o f   W i r e l e s s   &   M o bi l e   N e t w o r k s ,   v o l .   5 ,   n o .   4 ,   p p .   3 5 - 4 7 ,   2 0 1 3 .   [8]   Y .   S .   C h o ,   e t   a l . ,   “ M IM O   O FD M   w i r e l e s s   c o m m un i c a t i o n s   w i t h   M a t l a b , ”   J o h n   W i l e y   &   S o ns ,   2 0 1 0 .   [9]   C .   C h o u d h a r y  a n d   V .   G u p t a ,   “ A   S t u d y   o f   P e r f o r m a n c e   E n h a n c e m e n t   S c h e m es   f o r   M u l t i c a r r i e r   T r a n s m i ss i o n , ”   I n t e r n a t i o n a l   J o u r n a l   o f   C o m p u ter   A p p l i c a t i o n s , v o l .   6 8 ,   n o .   5 ,   p p .   5 0 - 5 4 ,   2013.   [10]   K .   K .   S e n   a n d   V .   s a h u ,   “ P AP R   R e d u c t i o n   U si n g   P T S   w i t h   D C T   S L M   T e c h n i q u e , ”   I n t e r n a t i o n a l   J o u r n a l   o f   C o m p u t e r   N e t w or k   a n d   S e c u r i t y ,   v o l .   1 ,   p p .   2 7 - 2 9 ,   2 0 1 4 .   [11]   K.  Mhatre   and  U.  P .   Khot,   “ Eff ic i ent   Select ive   Mapping  PA PR   Reduc ti on  Tech nique , ”   Proce d i a  compute r  science ,  vol.   45 ,   pp .   620 - 527,   2015 .   [12]   B .   H o r v a t h   a n d  B .   B o t l i k ,   “ Op t i m i z a t i o n   o f   T o n e   R e s e r v a t i o n - B a s e d   PA PR   R e d u c t i o n   f o r   O FD M   S y s t e m s , ”   R A D I O E N G I N EER I N G ,   v o l .   2 6 ,   n o .   3 ,   p p .   791 - 797,   2017.   [13]   M .   A l i ,  e t   a l . ,   “ P AP R   a n d   B E R  P e r f o rm a n c e s   of   O FD M  S y s t e m   w i t h   N o v e l   To n e   R e s e r v a t i o n  T e c h n i q u e   O v e r   F r e q u e n c y  N o n - S e l e c t i v e   F a d i n g   C h a n n e l , ”   A d v a n c e s   i n   S c i e n c e ,   T e c h n o l o g y   a n d   E n g i n e e r i n g   S y s t e m s   J o u rn a l ,    v o l .   4 ,   n o .   1 ,   p p .   2 2 5 - 2 3 0 ,   2 0 1 9 .   [14]   E .   O .   A n t o n o v ,   e t   a l . ,   “ R e d u c e d   C o m p l e x i t y   T o n e   R e s e r v a t i o n   P eak - to - A v e r a g e   Po w e r   R a t i o   R e du c t i o n   A l g o r i t hm   f o r   S E F DM   S i gn a l s , ”   39  Inte rnational   Confe re nce   on  Tele com municat ions  and  Signal   Pro ce ss ing  (TSP) ,   Vienna ,   Aus tri a,   pp .   445 - 448,   2016 .   [15]   H.  Abdela li,   et   a l. ,   “ N e w   T e c h n i q u e   C om b i n i n g   th e   T o n e   R e s e r v ati o n   M e t h o d   w i th   C l i p p i n g   T e c hn i q u e   t o   R e d u c e  t h e   P e a k - to - A v er a g e   P o w e r   R a t io , ”   I n t e r n a t i o n a l   J o u r n a l   o f   E l e c t r i c a l   a n d   C om pu t e r   E n g i n e e r i n g  ( I J E C E) ,   v o l .   8 ,   n o .   6 ,   p p .   5 2 1 5 - 5 2 2 6 ,   2018.   [16]   S .   L u ,   e t   a l . ,   “ S l i d i n g   W i n d ow   T o n e   R e s e r v a t i o n   T e c h n i q u e   f o r   t h e   P e a k - to - A ve r a g e   P o w e r   R a t i o   R e d u c t i o n   o f  F B MC - OQ AM   S i g n a l s , ”   I E E E   W i r e l e s s   C o mm un i c a t i o n   L e t t e r s ,   v o l .   1 ,   n o .   4 ,   p p .   2 6 8 - 2 7 1 ,   2012.   [ 1 7]   D .   C .   N g u y e n ,   e t   a l . ,   “ T h e   E f f e c t i v e n e s s   o f T o n e   R e s e r v a t i o n   M e th o d   f o r   P e a k - to - A v e r a g e   P ow e r   R a t i o   R e d u c t i o n   o f   S E F DM   S i g n a l s  w i t h   O p t i m a l   E n v e l o p e s , ”   2019  I E E E   I n t e r n a t i o n a l   C o n f e r e n c e   o n   E l e c t r i c a l   E n g i n e e r i n g   a n d  P h o t o n i c s ,   p p .   1 6 5 - 168,   2019.   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
In t J  Elec  &  C om p  En g     IS S N: 20 88 - 8708       OFDM PA PR  red uction f or  i mage  tr ansmis sion usi ng im prove d  to ne  re s ervati on  ( Za i nab N oori  Gha ni m )   423   [18]   A.  La hc en,   et   al .,   “ L o w   C om p u tat i o n   C o m p l e x i t y   P T S   S c h e m e   fo r   PA PR   R e d u c tio n   o f   M IM O - OF DM   S y s t e m s , ”   10 th   Int ernati ona l  Conf ere nce i n t erdisci pli nari ty i n  engi n ee ring   ( INTER - ENG  201 6 ) ,  vol.   181 ,   pp .   876 - 883,   2017 .   [19]   P.  P.  Ann  and   R.   Jos e ,  “ Com p ari son  of  PA PR   Reduc t ion  Tec hnique s  in  OF DM   sy st ems , ”  20 16  Inte rnationa l   Confe renc e  on   C omm unic ati on  a nd  Elec troni cs  S yste ms   ( ICCES) ,   pp.   1 - 5,   2016.   [20]   M.  H.  Aghdam   and   A.  A.  Sha rifi ,   “ PA PR   red uct ion  in  OF DM   sy st ems :  An   eff icient   PTS   a pproa ch  base d  on  par ticle sw arm opt imiza t ion, ”   IC T E xpre ss ,  vo l. 5 ,   pp .   178 - 181 ,   2 019.   [21]   S.  Vanga la   and  A.  Sundru,  “ Ove rla pped  Sca li ng  Tone   Reser va ti o n  m et hod  for  P A PR   Reduc ti on  in   OF D M/OQ A M   S y stems , ”   6th  I nte rnational   Co nfe renc e  On  Ad vanc es  In  Comp uti ng  &   Comm u nic ati ons ,   ICAC C  2016 ,  Cochi n ,   India,   Proce d ia compute r  sci ence ,   vo l.   93,   pp.   63 2 - 638,   2016 .   [22]   M.  Mrou´ e,   et   a l. ,   “ Perform anc e   and  Im ple m e. n t at ion  Eva lu at io n   of  TR  PA PR   Reduc t ionMet hod s  for  DV B - T2, ”   Inte rnational   Jo urnal  of  Dig it al   Mult imedi a   Bro adcasti ng ,  vol .   2 010,   pp .   1 - 10 ,   2 010.     [23]   I.   Deve l ia   and   Y.  Kaba l ci ,   “ Propos al   of  an  ex per imental  data   and  image  tr a nsm ission  sy ste m   and  it spos sible  appl i ca t ion  for  r emote  m onit orin g  sm art   grids, ”   J ournal  of  App li e d  Re search   and  Technol ogy ,   vol .   15,   pp .   303 - 31 0 ,   2017.   [24]   Uzm a,   e t  a l.,   “ A  MIM O - O FDM  Based  Secur e   and  Robust   Co m m unic at ion  S y stem  for  IOT  D rive n  He al th ca r e , ”   Inte rnational   Jo urnal  of Re ce nt   Technol ogy   and  Engi ne ering  ( IJ RTE) ,   vol. 7, no. 6,  pp.   1208 - 122 1,   2019 .   [25]   R.   Muthi y a ,   e t   al . ,   “ Ps eudor a ndom   Noise  Sequenc e  of  Digital  W at ermarki n g  Algorit him  base d  on  Discre t e   W ave le t e  Tra nsf orm   Us ing  Medic al  Im age , ”  The   Inte rnat ional   A rab  Journal  of   I nformation  Tech nology ,   vol .   15 ,   no.   4 ,   pp .   769 - 7 76,   2018 .         BIOGR AP H I ES   OF  A UTH ORS       Z aina b  Noori  G han im   was  born  in  Baghd ad,  Ira q,   on  Jul y   16,   19 70.   She  r ecei ved   the  B. Sc.   and   M.Sc.   degr e es  in   el ectroni cs  and  comm unic at ion  engi ne eri ng  fro m   the   Univer sit y   of  Baghda d  in  1992  and  1999,   respe ctively .   From   1992  to  1999   she  worked  as  an  engi ne er  in  e le c troni cs  an d   comm unic at ion  engi ne eri ng  d ep art m ent   in  th e  Univer sit y   of   B aghda d.   From   1999  to  2011   she  worked  as  an  assistant   lectur e r  and  from   2011  she  worked  as  le ct ur er  in   el e ct roni cs  an d   comm unic at ion engi ne eri ng  d ep art m ent   in the   U nive rsit y   of  B ag hdad.         Bu thain a  Mosa  Omr an   was  born  in  Baghda d,   Ira q,   on  Octobe r  12,   1974.   She  rec ei ved    the   B. Sc.   and  Ph.D.  in  el ec troni cs  and  comm unic at ion  engi nee ring  from   Univer sity   of  Baghda d  in  1996  and  2007,   respe ct ive ly ,   and  rec ei ved  the   M.Sc.   degr ee   in  Modern  comm unic at ion  from   the   Nahra i n  Univer sity   in  2000.   She  worked  in  the   fie ld  of  Sate ll it e  Com m unic at ion  in    Al - Bat ta ni  Com pany /Mini stry   of  Scie nce s  and  Te chnol ogy   from   (2001 - 2003),   and  worked  in    the   fie ld  of  Optic al   Com m unic at ions  in  Al - Raz i  Com pany /  Ministry   of  Industry   from     (2001 - 20 03).   Since   2000  she  works   as  le ct ure r  in  el ec troni cs  and  comm unic at ion  engi nee ring  depa rtment  in  the   unive rsity   of  Bahghda d.   From   2018  ti ll   now,  she  is  the   hea d  of  the   el ec troni cs  and  comm unic at ion  engi nee ring  depa rtment  in  the   unive rsity   of  Baghda d.       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.