[論文レビュー] Orthogonal Multilevel Spreading Sequence Design

H. M. de Oliveira, Ricardo M. Campello de Souza|arXiv (Cornell University)|Feb 20, 2015

Antenna Design and Analysis参考文献 13被引用数 17

ひとこと要約

本稿では、ガロア体上の有限体変換を用いた直交的マルチレベルスパreadingシーケンス設計を提案し、CDMAシステムにおける高スペクトル効率を実現する。ガロア・フーリエ変換と円分係数を活用することで、スパースなスペクトル使用とDSPに適した効率的なハードウェア実装を可能とし、新たなマルチレベル多重アクセス方式—ガロア体分割多重（GDM）—を構築した。この方式は、従来のCDMAに比べてスペクトル効率が高く、冗長性の低減も達成している。

ABSTRACT

Finite field transforms are offered as a new tool of spreading sequence design. This approach exploits orthogonality properties of synchronous non-binary sequences defined over a complex finite field. It is promising for channels supporting a high signal-to-noise ratio. New digital multiplex schemes based on such sequences have also been introduced, which are multilevel Code Division Multiplex. These schemes termed Galois-field Division Multiplex (GDM) are based on transforms for which there exists fast algorithms. They are also convenient from the hardware viewpoint since they can be implemented by a Digital Signal Processor. A new Efficient-bandwidth code-division-multiple-access (CDMA) is introduced, which is based on multilevel spread spectrum sequences over a Galois field. The primary advantage of such schemes regarding classical multiple access digital schemes is their better spectral efficiency. Galois-Fourier transforms contain some redundancy and only cyclotomic coefficients are needed to be transmitted yielding compact spectrum requirements.

研究の動機と目的

• 複数アクセス通信システムにおけるより高いスペクトル効率の必要性に対処すること。
• 拡張スペクトルCDMAシステムにおける冗長性と帯域幅要件の低減。
• 複素有限体上の直交的非2進数シーケンスに基づく新しいデジタル多重方式の開発。
• 高速アルゴリズムとDSP互換構造を活用した効率的なハードウェア実装の実現。
• スパースなスペクトル要件を満たすマルチレベルCDMA方式—ガロア体分割多重（GDM）—の導入。

提案手法

• ガロア体上の有限体変換を用いて、直交的マルチレベルスパreadingシーケンスを生成する。
• ガロア・フーリエ変換を採用し、高速な計算を可能とするとともに、送信信号の冗長性を低減する。
• スペクトル帯域幅の最小化を図るため、円分係数を唯一の必要とされる送信成分として焦点化する。
• これらのシーケンスに基づき、新たな多重アクセス方式—ガロア体分割多重（GDM）—を設計する。
• 直交的シーケンスの性質とDSP互換アルゴリズムに依存することで、ハードウェア実現可能性を確保する。
• 複素有限体上の非2進数シーケンスの直交性を活用し、干渉のない多重アクセスを実現する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 有限体理論を用いて、スペクトル効率を向上させる直交的マルチレベルスパreadingシーケンスをどのように設計できるか？
• RQ2 ガロア・フーリエ変換は、CDMAシステムにおける冗長性と帯域幅の低減にどのような役割を果たすか？
• RQ3 円分係数のみで十分な信号成分を表現でき、効率的な送信が可能か？
• RQ4 提案されたGDM方式は、従来のCDMAと比較してスペクトル効率と実装複雑度の面でどのように異なるか？
• RQ5 DSPベースのハードウェア実装に有限体変換を用いる実用的意義は何か？

主な発見

• 提案手法は、円分係数のみを送信することで、帯域幅要件を顕著に低減させ、高スペクトル効率を達成している。
• ガロア・フーリエ変換は高速アルゴリズムを提供し、効率的かつ実用的なDSP実装を可能としている。
• ガロア体上の直交的マルチレベルシーケンスは、同期システムにおいて干渉のない多重アクセスを可能にしている。
• GDM方式は、冗長性の低減とスパースなスペクトル使用のおかげで、従来のCDMAに比べてスペクトル効率が優れている。
• 設計はハードウェアに優しく、デジタル信号処理装置を効率的に活用して実現可能である。
• 有限体変換は、特に高SNR環境において、従来のスパreadingシーケンスの有望な代替手段を提供している。