[논문 리뷰] Orthogonal Multilevel Spreading Sequence Design

H. M. de Oliveira, Ricardo M. Campello de Souza|arXiv (Cornell University)|2015. 02. 20.

Antenna Design and Analysis참고 문헌 13인용 수 17

한 줄 요약

이 논문은 갈로아 체 위에서 유한 체 변환을 사용하여 직교 다수준 확산 시퀀스를 설계함으로써 CDMA 시스템에서 높은 스펙트럼 효율성을 달성하는 새로운 방법을 제안한다. 갈로아-푸리에 변환과 순환계수를 활용하여, 스펙트럼 사용을 최소화하고 DSP 기반의 효율적인 하드웨어 구현을 가능하게 하며, 기존의 CDMA보다 스펙트럼 효율성과 부재 감소 측면에서 뛰어난 새로운 다수준 다중접속 방식인 갈로아-필드 분할 multiplex(GDM)를 도입한다.

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.

연구 동기 및 목표

• 다중접속 통신 시스템에서 더 높은 스펙트럼 효율성이 필요하다는 문제를 해결하기 위해.
• 확산 스펙트럼 CDMA 시스템의 부재와 대역폭 요구사항을 줄이기 위해.
• 복소 유한 체 위에서 직교 비이진 시퀀스를 기반으로 한 새로운 디지털 다중접속 방식을 개발하기 위해.
• 빠른 알고리즘과 DSP 호환 구조를 활용하여 효율적인 하드웨어 구현을 가능하게 하기 위해.
• 스펙트럼 요구가 작고 compact한 특성을 지닌 다수준 CDMA 방식인 갈로아-필드 분할 multiplex(GDM)를 도입하기 위해.

제안 방법

• 갈로아 체 위에서 유한 체 변환을 사용하여 직교 다수준 확산 시퀀스를 생성한다.
• 갈로아-푸리에 변환을 활용하여 빠른 계산이 가능하고 전송 신호의 부재를 감소시킨다.
• 스펙트럼 대역폭을 최소화하기 위해 유일하게 필요한 전송 구성 요소로 순환계수를 사용한다.
• 이러한 시퀀스를 기반으로 새로운 다중접속 방식인 갈로아-필드 분할 multiplex(GDM)를 설계한다.
• 직교 시퀀스 성질과 DSP 호환 알고리즘을 활용하여 하드웨어 실현 가능성을 확보한다.
• 복소 유한 체 위에서 비이진 시퀀스의 직교성을 활용하여 간섭 없는 다중접속을 가능하게 한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 유한 체 이론을 활용하여 직교 다수준 확산 시퀀스를 어떻게 설계할 수 있을까? 이는 스펙트럼 효율성을 향상시키는 데 기여할 수 있는가?
• RQ2 갈로아-푸리에 변환은 CDMA 시스템에서 부재와 대역폭을 어떻게 줄이는 데 기여하는가?
• RQ3 순환계수만으로도 효율적인 전송을 위한 필수 신호 구성 요소를 충분히 표현할 수 있는가?
• RQ4 제안된 GDM 방식은 기존의 CDMA에 비해 스펙트럼 효율성과 구현 복잡도 측면에서 어떻게 비교되는가?
• RQ5 DSP 기반 하드웨어 구현을 위한 유한 체 기반 변환의 실용적 함의는 무엇인가?

주요 결과

• 제안된 방법은 유일하게 순환계수만을 전송함으로써 대역폭 요구사항을 크게 줄여 높은 스펙트럼 효율성을 달성한다.
• 갈로아-푸리에 변환은 빠른 알고리즘을 제공하여 효율적이고 실용적인 DSP 구현을 가능하게 한다.
• 갈로아 체 위에서의 직교 다수준 시퀀스는 동기 시스템에서 간섭 없는 다중접속을 지원한다.
• GDM 신호 방식은 부재 감소와 스펙트럼 사용의 compact함으로 인해 기존 CDMA보다 스펙트럼 효율성이 뛰어나다.
• 디지털 신호 처리기(DSP)를 활용해 효율적으로 실현할 수 있어 하드웨어 친화성이 뛰어나다.
• 유한 체 변환은 특히 고 SNR 환경에서 기존의 확산 시퀀스에 비해 유망한 대안을 제공한다.