[論文レビュー] A Generic Complementary Sequence Encoder.

Alphan Şahin, Rui Yang|arXiv (Cornell University)|Oct 4, 2018

PAPR reduction in OFDM被引用数 5

ひとこと要約

本稿では、再帰的ブール関数に基づく多項式生成を用いて、非連続な補完シーケンスを代数的に構築することにより、OFDMシステムにおけるピーク対平均電力比（PAPR）を低減する汎用的補完シーケンス（CS）エンコーダーを提案する。この手法は、振幅と位相の制御を分離することで、同時に低PAPR、周波数ダイバーシティ、符号化ゲインを達成可能であり、QAMおよび主要な無線規格と互換性を保つ。

ABSTRACT

In this study, we propose a generic complementary sequence (CS) encoder that limits the peak-to-average-power ratio (PAPR) of an orthogonal frequency division multiplexing (OFDM) symbol. We first establish a framework which determines the coefficients of a polynomial generated through a recursion with linear operators via Boolean functions. By applying the introduced framework to a recursive Golay complementary pair (GCP) construction based on Budisin's methods, we then show the impact of the initial sequences, phase rotations, signs, real scalars, and the shifting factors applied at each step on the elements of the sequences in a GCP explicitly. Hence, we provide further insights into GCPs. As a result, we extend the standard sequences by separating the encoders that control the amplitude and the phase of the elements of a CS. We obtain the algebraic structure of an encoder which generates non-contiguous CSs. Thus, three important aspects of communications, i.e., frequency diversity, coding gain, and low PAPR, are achieved simultaneously for OFDM symbols. By using an initial GCP, we algebraically synthesize CSs which can be compatible with the resource allocation in major wireless standards. We also demonstrate the compatibility of the proposed encoder with quadrature amplitude modulation (QAM) constellation and its performance.

研究の動機と目的

• OFDMシステムにおける補完シーケンスの振幅と位相を体系的かつ制御可能に制御する汎用エンコーダーの開発。
• スペクトル効率を損なわず、OFDMシンボルのピーク対平均電力比（PAPR）を低減すること。
• 既存の無線規格および直交振幅変調（QAM）コンステレーションとの互換性を確保すること。
• 非連続な補完シーケンスを制御可能なパrameterで代数的に生成するフレームワークの提供。
• 初期シーケンス、位相回転、符号、スケーリング係数の影響を分析することで、再帰的ゴーヤ補完ペア（GCP）構成の適用範囲を拡張すること。

提案手法

• エンコーダーは、線形演算子とブール関数に基づく再帰的フレームワークを用い、補完シーケンスの多項式係数を生成する。
• Budisinの再帰的GCP構成を適用し、初期シーケンス、位相回転、符号変更、実数スカラーのスケーリング、シフト要因がシーケンス要素に与える影響を明示的にモデル化する。
• 振幅と位相の制御を別々のエンコーダー部に分離し、シーケンス特性の独立した最適化を可能にする。
• 非連続な補完シーケンスは、初期GCPを用いて代数的に合成され、OFDMシステムにおける柔軟なリソース割り当てを可能にする。
• エンコーダーは、標準的なOFDMリソースブロック構造およびQAM変調方式と互換性を持つように設計されている。
• 代数的構造により、生成されたシーケンスが補完性を維持し、OFDMシンボルにおける低PAPR性能が保証される。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 再帰的ゴーヤ補完ペア（GCP）の構成を一般化することで、制御可能な振幅と位相を持つ非連続な補完シーケンスを生成する方法は何か？
• RQ2 初期シーケンス、位相回転、符号、スケーリング係数、シフト要因が補完シーケンスの要素に与える明示的影響は何か？
• RQ3 統合されたエンコーダー構造を設計することで、OFDMシステムにおいて同時に低PAPR、符号化ゲイン、周波数ダイバーシティを達成できるか？
• RQ4 提案されたエンコーダーは、標準的な無線通信リソース割り当ておよびQAMコンステレーションとどのように互換性を保てるか？
• RQ5 どのような代数的フレームワークが、補完性を保持しつつ、補完シーケンスの体系的合成を可能にするか？

主な発見

• 提案されたエンコーダーは、振幅と位相の制御を明確に分離し、シーケンスパラメータの独立した最適化を可能にした。
• 再帰的フレームワークにより、初期シーケンス、位相回転、符号、実数スカラー、シフト要因がシーケンス要素に与える影響が明示的に定量化された。
• 非連続な補完シーケンスは代数的に合成され、OFDMシステムにおける柔軟で効率的なリソース割り当てが可能になった。
• 主な無線規格およびQAMコンステレーションと互換性を保ちつつ、低PAPRを達成した。
• 代数的構造により、生成されたシーケンスが補完性を維持し、OFDMシンボルにおける低PAPR性能が保証された。
• 標準的なGCP構成を拡張し、より広いパrameter制御と向上したシステムレベル性能を実現した。