[论文解读] A Generic Complementary Sequence Encoder.

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

PAPR reduction in OFDM被引用 5

一句话总结

本文提出一种通用互补序列（CS）编码器，通过基于递归布尔函数的多项式生成，代数构造非连续互补序列，以降低正交频 division multiplexing（OFDM）系统的峰均功率比（PAPR）。该方法将幅度与相位控制分离，实现低PAPR、频率分集增益和编码增益的同步达成，同时保持与QAM及主要无线标准的兼容性。

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.

研究动机与目标

• 开发一种通用编码器，系统性地控制互补序列中的幅度与相位，以适用于OFDM系统。
• 在不牺牲频谱效率的前提下，降低OFDM符号的峰均功率比（PAPR）。
• 确保与现有无线标准和正交幅度调制（QAM）星座图的兼容性。
• 提供一种代数框架，用于生成具有受控参数的非连续互补序列。
• 通过分析初始序列、相位旋转、符号变化、缩放因子的影响，扩展递归Golay互补对（GCP）构造的适用性。

提出的方法

• 编码器基于线性算子和布尔函数的递归框架，生成互补序列的多项式系数。
• 该方法应用Budisin的递归GCP构造，显式建模初始序列、相位旋转、符号变化、实数标量缩放和移位因子对序列元素的影响。
• 将幅度与相位控制分离为独立的编码器组件，实现对序列特性的独立优化。
• 利用初始GCP代数合成非连续互补序列，实现OFDM系统中灵活的资源分配。
• 编码器设计与标准OFDM资源块结构及QAM调制方案兼容。
• 代数结构确保生成的序列保持互补特性，从而保证OFDM符号中低PAPR性能。

实验结果

研究问题

• RQ1 如何将Golay互补对的递归构造推广，以生成具有可控幅度与相位的非连续互补序列？
• RQ2 初始序列、相位旋转、符号、缩放因子和移位对互补序列元素的显式影响是什么？
• RQ3 能否设计一种统一的编码器结构，以在OFDM系统中同时实现低PAPR、编码增益和频率分集增益？
• RQ4 如何使所提出的编码器与标准无线通信资源分配机制及QAM星座图兼容？
• RQ5 何种代数框架可实现互补序列的系统性合成，同时保持其互补特性？

主要发现

• 所提出的编码器成功实现幅度与相位控制的分离，支持对序列参数的独立优化。
• 递归框架显式量化了初始序列、相位旋转、符号、实数标量和移位因子对序列元素的影响。
• 非连续互补序列通过代数方法合成，支持OFDM系统中灵活高效的资源分配。
• 该方法在保持与主要无线标准和QAM星座图兼容性的同时，实现了低PAPR。
• 代数结构确保生成的序列保持互补特性，从而保证OFDM符号中低PAPR性能。
• 该框架通过实现更广泛的参数控制和增强的系统级性能，扩展了标准GCP构造的适用范围。