[논문 리뷰] Zero Correlation Zone Sequences With Flexible Block-Repetitive Spectral Constraints

Branislav M. Popović, Peng Wang외 2명|arXiv (Cornell University)|2020. 07. 16.

Coding theory and cryptography참고 문헌 16인용 수 5

한 줄 요약

이 논문은 공통의 긴 주파수 도메인 성분과 주기적으로 연장된 짧은 순서열을 활용하여 블록 반복 스펙트럼 제약 조건을 유연하게 구현할 수 있는 영상 상관 영역(ZCZ) 순서열의 새로운 구성 방법을 제시한다. 이 방법은 긴 성분이 조정 가능한 일정 진폭 영상 상관 순서열(MCAZAC)일 경우 0 dB의 피크 대 평균 전력비(PAPR)를 달성할 수 있으며, 다양한 제약 조건 하에서 양호한 상관 및 스펙트럼 특성을 갖는 순서열 설계에 새로운 영역을 제공한다.

ABSTRACT

A general construction of a set of time-domain sequences with sparse periodic correlation functions, having multiple segments of consecutive zero-values, i.e. multiple zero correlation zones (ZCZs), is presented. All such sequences have a common and block-repetitive structure of the positions of zeros in their Discrete Fourier Transform (DFT) sequences, where the exact positions of zeros in a DFT sequence do not impact the positions and sizes of ZCZs. This property offers completely new degree of flexibility in designing signals with good correlation properties under various spectral constraints. The non-zero values of the DFT sequences are determined by the corresponding frequency-domain modulation sequences, constructed as the element-by-element product of two component sequences: a "long" one, which is common to the set of time-domain sequences, and which controls the peak-to-average power ratio (PAPR) properties of the time-domain sequences; and a "short" one, periodically extended to match the length of the "long" component sequence, which controls the non-zero crosscorrelation values of all time-domain sequences. It is shown that 0 dB PAPR of time-domain sequences can be obtained if the "long" frequency-domain component sequence is selected to be a modulatable constant amplitude zero autocorrelation (MCAZAC) sequence. A generalized and simplified unified construction of MCAZAC sequences is presented.

연구 동기 및 목표

• 스펙트럼 제약 조건 하에서 다중 영상 상관 영역(ZCZ)을 갖는 시간 도메인 순서열의 일반적인 구성 방법을 개발하는 것.
• 시간 도메인에서의 상관 특성을 원하는 대로 설계하면서도 DFT 도메인에서의 스펙트럼 영역을 제어할 수 있도록 하는 것.
• 주파수 도메인에서의 변조를 통해 시간 도메인 순서열의 피크 대 평균 전력비(PAPR)를 낮추거나 0 dB로 줄이는 것.
• 조정 가능한 일정 진폭 영상 상관 순서열(MCAZAC)의 통합적 구성 방법을 일반화하고 단순화하는 것.
• 영상 상관 영역(ZCZ)의 위치와 크기 제어를 DFT 순서열의 영역 위치로부터 분리하여 설계의 영리함을 높이는 것.

제안 방법

• 시간 도메인 순서열은 긴 '공통' 순서열과 길이를 맞추기 위해 주기적으로 연장된 '짧은' 순서열의 원소별 곱으로 구성된 주파수 도메인 신호의 역 DFT를 통해 구성된다.
• '긴' 순서열은 시간 도메인 순서열의 PAPR를 제어하며, 0 dB PAPR를 달성하기 위해 조정 가능한 일정 진폭 영상 상관 순서열(MCAZAC)로 선택된다.
• '짧은' 순서열은 주기적으로 연장되어 시간 도메인 순서열 간의 비영역 상관값을 제어한다.
• DFT 순서열은 블록 반복 영역을 가지며, DFT에서의 영역 위치는 시간 도메인의 ZCZ 특성에 영향을 주지 않는다.
• 이 구성은 ZCZ의 위치와 크기를 DFT 영역 위치와 독립적으로 제어할 수 있게 하여 스펙트럼 제약 조건 설계의 영리함을 높인다.
• 기존의 연구를 확장하여 보다 넓은 적용 범위를 갖는 MCAZAC 순서열의 일반화되고 단순화된 통합적 구성 방법을 제안한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 어떻게 하면 스펙트럼 영역을 DFT 도메인에서 자유롭게 배치할 수 있도록 하면서도 양호한 상관 특성을 유지하는 ZCZ 순서열을 구성할 수 있는가?
• RQ2 구조적인 주파수 도메인 설계를 통해 ZCZ 순서열의 피크 대 평균 전력비(PAPR)를 0 dB로 낮출 수 있는가?
• RQ3 DFT 순서열의 영역 위치를 시간 도메인의 ZCZ 특성에서 얼마나 분리할 수 있는가?
• RQ4 유연한 신호 설계를 지원하는 일반화되고 단순화된 조정 가능한 일정 진폭 영상 상관 순서열(MCAZAC)의 구성 방법은 무엇인가?
• RQ5 ZCZ 순서열에 블록 반복 스펙트럼 제약 조건을 체계적으로 적용하면서도 그 상관 성능을 떨어뜨리지 않을 수 있는가?

주요 결과

• 제안된 구성 방법은 '긴' 주파수 도메인 성분이 조정 가능한 일정 진폭 영상 상관 순서열(MCAZAC)일 경우 0 dB의 PAPR를 달성한다.
• 시간 도메인에서의 영상 상관 영역(ZCZ)의 위치와 크기는 DFT 영역의 영역 위치와 독립적이며, 이는 스펙트럼 제약 조건 설계의 영리함을 제공한다.
• 짧은 주기적 순서열을 통해 동일한 ZCZ 구조를 갖는 다수의 ZCZ 순서열을 만들 수 있으며, 이는 서로 다른 상관 특성을 가질 수 있다.
• 기존 방법을 확장하여 보다 넓은 신호 설계 적용 범위를 갖는 일반화되고 단순화된 MCAZAC 순서열의 통합적 구성 방법이 제시된다.
• DFT 영역의 영역이 블록 반복 구조를 가지므로 스펙트럼 영역을 체계적으로 제어하면서도 최적의 상관 특성을 유지할 수 있다.
• 이 프레임워크는 다양한 제약 조건 하에서 양호한 상관 및 스펙트럼 특성을 갖는 신호 설계에 새로운 자유도를 제공한다.