[논문 리뷰] A Generic Complementary Sequence Encoder.

Alphan Şahin, Rui Yang|arXiv (Cornell University)|2018. 10. 04.

PAPR reduction in OFDM인용 수 5

한 줄 요약

이 논문은 유한체에서의 다항식 생성을 기반으로 하는 재귀적 부울 함수를 활용하여 비연속 보완 수열을 대수적으로 구성함으로써 OFDM 시스템에서 피크 대 평균 전력비(PAPR)를 감소시키는 일반적인 보완 수열(CS) 인코더를 제안한다. 이 방법은 진폭과 위상 제어를 분리함으로써 동시에 저 PAPR, 주파수 다양성, 코딩 이득을 달성하면서도 QAM 및 주요 무선 표준과의 호환성을 유지한다.

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.

연구 동기 및 목표

• OFDM 시스템에서 보완 수열의 진폭과 위상을 체계적으로 제어할 수 있는 일반적 인코더를 개발하는 것.
• 스펙트럼 효율성을 저하시키지 않고 OFDM 심벌의 피크 대 평균 전력비(PAPR)를 감소시키는 것.
• 기존 무선 표준과 사각형 진폭 변조(QAM) 구성원들과의 호환성을 보장하는 것.
• 비연속 보완 수열을 제어 가능한 파rameter로 생성하기 위한 대수적 프레임워크를 제공하는 것.
• 초기 수열, 위상 회전, 부호, 스케일링 인자 등의 영향을 분석함으로써 재귀적 골레이 보완 쌍(GCP) 구성의 적용 범위를 확장하는 것.

제안 방법

• 보완 수열의 다항식 계수를 생성하기 위해 선형 연산자와 부울 함수를 기반으로 하는 재귀적 프레임워크를 사용한다.
• Budisin의 재귀적 GCP 구성 방법을 적용하여 초기 수열, 위상 회전, 부호 변화, 실수 스케일링, 이동 인자 등이 수열 요소에 미치는 영향을 명시적으로 모델링한다.
• 진폭과 위상 제어를 별개의 인코더 구성 요소로 분리하여 수열 특성의 독립적 최적화를 가능하게 한다.
• 비연속 보완 수열은 초기 GCP를 기반으로 대수적으로 합성되어 OFDM 시스템에서의 자원 할당 유연성을 향상시킨다.
• 표준 OFDM 리소스 블록 구조와 QAM 변조 방식과의 호환성을 고려하여 인코더를 설계한다.
• 대수적 구조는 생성된 수열이 보완 성질을 유지하도록 보장하여 OFDM 심벌에서 저 PAPR 성능을 보장한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 재귀적 골레이 보완 쌍(GCP)의 구성 방식을 어떻게 일반화하여 제어 가능한 진폭과 위상을 가진 비연속 보완 수열을 생성할 수 있는가?
• RQ2 초기 수열, 위상 회전, 부호, 스케일링 인자, 이동 인자가 보완 수열의 요소에 미치는 명시적 영향은 무엇인가?
• RQ3 통합된 인코더 아키텍처를 설계하여 OFDM 시스템에서 동시에 저 PAPR, 코딩 이득, 주파수 다양성을 달성할 수 있는가?
• RQ4 제안된 인코더를 어떻게 표준 무선 통신 자원 할당 및 QAM 구성원들과 호환되게 할 수 있는가?
• RQ5 어떤 대수적 프레임워크가 보완 성질을 유지하면서도 체계적인 보완 수열 합성을 가능하게 하는가?

주요 결과

• 제안된 인코더는 진폭과 위상 제어를 성공적으로 분리하여 수열 파rameter의 독립적 최적화를 가능하게 한다.
• 재귀적 프레임워크는 초기 수열, 위상 회전, 부호, 실수 스케일링, 이동 인자가 수열 요소에 미치는 영향을 명시적으로 정량화한다.
• 비연속 보완 수열은 대수적으로 합성되어 OFDM 시스템에서의 자원 할당의 유연성과 효율성을 향상시킨다.
• 메서드는 주요 무선 표준과 QAM 구성원들과의 호환성을 유지하면서도 저 PAPR 성능을 달성한다.
• 대수적 구조는 생성된 수열이 보완 성질을 유지하도록 보장하여 OFDM 심벌에서 저 PAPR 성능을 보장한다.
• 표준 GCP 구성 방식을 확장하여 더 넓은 파rameter 제어와 향상된 시스템 수준 성능을 가능하게 한다.