频谱受限的最佳OFDM序列构造及其应用

Orthogonal frequency division multiplexing (OFDM) is an effective method for robustness against multipath interference and Doppler shifts, and it is being used in 5G and the next generation of wireless local area networks (WLAN) for bandwidth efficiency. OFDM sequences have been used for random access, channel estimation, and synchronization. Due to that certain sub-carriers are reserved, i.e., DC sub-carriers and sub-carriers at spectrum edges used for guard interval, the constructions of OFDM sequences under spectral hole constraint naturally become an very important topic. Compared with the traditional sequence design, OFDM sequences under spectral hole constraint have few results, and then it is more challenging. The main objective of this project is to give a well-rounded treatment for the constructions of optimal OFDM sequences with spectrum hole constraint and their applications in 5G and WLAN, based on the theory of finite fields, combinatorial design, and interleaving technique. To achieve this goal, we will firstly study the bound of the parameters of sequences under spectral hole constraint. Secondly, we will construct optimal sequences (sets) achieving the new bounds, and mainly investigate new optimal sequences (sets) with low power to average ratio (PAPR) property. Thirdly, we will construct new sequences sets under spectral hole constraint with low/zero correlation zone properties. Finally, we will analyze the performance of the new sequences used in 5G and WLAN systems. Research on these subjects has both important theoretical significance and application value.

正交频分复用（OFDM）具有抗多径干扰、频带利用率高、抗多普勒偏移等优点，已被应用于5G和下一代无线局域网（WLAN）协议标准。序列在OFDM系统中具有重要应用，可用于随机接入、信道估计、同步。OFDM系统中某些子载波不能传输信号，如直流子载波和用于保护间隔的子载波，于是频谱受限的OFDM序列设计成为一个非常重要的课题。相对于传统序列设计，频谱受限环境下的OFDM序列设计已有成果少，研究更具挑战性。本项目拟基于有限域、组合设计、交织技术等理论和工具，对频谱受限的最佳OFDM序列设计及其在5G和WLAN中的应用展开深入研究：1. 研究制约频谱受限序列（集）参数的理论界；2. 构造达到理论界的频谱受限最佳序列（集），重点研究兼具低PAPR的最佳序列（集）；3. 构造具有低/零相关区性质的频谱受限的序列集；4. 分析新型序列在5G和WLAN中的性能。这些课题的研究具有重要的理论意义和应用价值。

正交频分复用（OFDM）系统中的序列在5G和下一代WLAN协议标准中，用于实现同步、信道估计等功能。由于OFDM系统中某些子载波不能传输信号，于是频谱受限的OFDM序列设计成为一个非常重要的课题。本项目基于有限域、组合设计、交织技术等理论和工具，对频谱受限的OFDM序列设计及其应用展开深入研究。.本项目取得的代表性成果有：1）提出了一类频谱孔约束的、低峰均比序列的CSSs的系统化构造方法；2）首次提出了具有最优奇周期相关特性的二元序列的一般化构造方法。3）基于准互补码，构造了具有图钉状的抗多普勒的波形。4）与华为公司深度合作，构造的一类优相关低峰均比序列入选下一代WIFI IEEE 802.11be国际标准；5） 6GHz-Band具有更丰富的频率资源，将成为未来的主流频带。然而，频率的提升会严重恶化新空口（NR）的上行覆盖性能。为了提升NR的上行覆盖性能，我们提出了基于ADMM优化算法的低PAPR SRS序列设计方法。该成果荣获《华为公司技术合作成果转化二等奖》。.本项目共发表期刊论文18篇，会议论文6篇，其中包括领域权威期刊IEEE Transactions on Information Theory 3 篇、IEEE Transactions on Signal Processing 1 篇、IEEE Transactions on Communications 1 篇；申请发明专利8项；项目组成员获2020年教育部自然科学二等奖（排名第一、第四）、入选第四批万人计划青年拔尖人才、1人晋升教授、1人晋升副教授、硕/博研究生5人。项目组成员参加SETA和IWSDA等国际会议8人次；主办3次学术研讨会，邀请国内外学者来校交流10余人次。.本项目取得的研究成果充实了序列设计理论，构造的新型序列有望用于通信和雷达领域。