[논문 리뷰] Low Correlation Sequences over QAM and AM-PSK Constellations

M. Anand, P. Vijay Kumar|arXiv (Cornell University)|2006. 10. 05.

Advanced Wireless Communication Techniques참고 문헌 17인용 수 3

한 줄 요약

이 논문은 M²-QAM 조합(예: 16-QAM, 64-QAM)에서 저상관성 시퀀스의 새로운 가족인 QM²을 제안한다. 최대 정규화 상관관계 한계는 a√N이며, 여기서 a는 64-QAM일 경우 2.10에서 2.76(큰 m일 경우) 사이로 변한다. 이 구성은 (N+1)/2^{m−1}명의 사용자를 지원하며, 동일한 시퀀스 가족 내에서 QAM 조합 전환을 통해 비동기 전송과 다양한 데이터 전송 속도를 가능하게 하며, M²-PSK 기반 시스템보다 더 나은 유클리드 거리를 달성한다. 또한 8-진수 AM-PSK에서 웰치 한계를 충족하는 부산물이 존재한다.

ABSTRACT

A construction for a family, Q M 2, of low-correlation sequences over QAM alphabet of size M 2 = 2 2m is presented with maximum nontrivial normalized correlation parameter bounded above by � a √ N, where N is the period of the sequences in the family and where a ranges from 2.10 in the case of 64-QAM modulation to 2.76 for large m. Interestingly, along the way, for the particular case of the 16-QAM constellation, we construct two families of sequences that have maximum magnitude of correlation bounded by √ 2 √ N. Family Q M 2 can support (N + 1)/2 m−1 users and each user has an ability to transmit 2m bits of data per period of the spreading sequence. The Euclidean distance between the signals assigned to a particular user, corresponding to different data symbols, is larger than the corresponding value for the case when M 2-PSK, M = 2 m, modulation and spreading is used. Perhaps most interestingly, Family Q M 2 permits users on the reverse link of a CDMA system to communicate asynchronously at varying data rates by switching between different QAM constellations. Family Q M 2 also has a certain compatibility with QPSK sequence families S(p). Also included in the paper are constructions for large families of sequences over the M 2-QAM alphabet. An interesting byproduct of our constructions is a family of sequences over the 8-ary AM-PSK alphabet that meets the Welch bound.

연구 동기 및 목표

• CDMA 시스템에서 높은 사용자 용량을 지원하는 M²-QAM 조합에서 저상관성 시퀀스 가족을 설계하는 것.
• 동일한 시퀀스 가족 내에서 다양한 QAM 조합으로 전환함으로써 비동기 통신과 변동형 데이터 전송 속도를 가능하게 하는 것.
• M²-PSK 기반 확산 방식에 비해 각 사용자당 신호 간 최소 유클리드 거리를 향상시키는 것.
• 하이브리드 시스템에서의 상호 운용성을 위해 기존의 QPSK 시퀀스 가족(S(p))과의 호환성을 확보하는 것.
• M²-QAM에서 큰 시퀀스 가족을 구성하고, 8-진수 AM-PSK에서 웰치 한계를 충족하는 새로운 가족을 발견하는 것.

제안 방법

• M = 2^m인 M²-QAM 조합을 위해 특화된 대수적 및 조합 기법을 사용하여 QM² 시퀀스 가족을 구성한다.
• 시퀀스 구성 요소를 QAM 신호점에 체계적으로 매핑하여 상호상관을 최소화하고 피크 대 평균 전력 비율을 낮춘다.
• 최대 비자명한 정규화 상관관계 매개변수에 대한 이론적 한계를 유도하여, 이 값이 조합 크기에 따라 종속되는 a√N로 유한함을 보여준다.
• 직교 및 보완 시퀀스의 성질을 활용하여 사용자 간에 저상관성을 확보한다.
• 역링크 CDMA 시스템에서 다양한 데이터 전송 속도를 지원하기 위해 동적 QAM 조합 전환 메커니즘을 도입한다.
• 결과로 도출된 8-진수 AM-PSK 시퀀스 가족의 최적성 분석을 위해 웰치 한계를 적용하여 이론적 하한선을 달성함을 증명한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 M²-QAM 조합에서 증명 가능하게 저상관성이고 고사용자 용량을 갖는 시퀀스 가족을 구성할 수 있는가?
• RQ2 QAM 조합 전환을 통해 동일한 시퀀스 가족 내에서 비동기 다속도 전송을 어느 정도까지 지원할 수 있는가?
• RQ3 QM²의 신호 간 유클리드 거리는 M²-PSK 기반 시스템과 비교해 어떻게 되며, 오류 내성에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ4 8-진수 AM-PSK에서 웰치 한계를 충족하는 시퀀스 가족을 구성할 수 있는가?
• RQ5 이러한 QAM 기반 시퀀스 가족의 정규화 상관관계 매개변수에 대한 이론적 상한은 무엇인가?

주요 결과

• QM² 시퀀스 가족은 최대 정규화 상관관계 매개변수를 a√N로 유한하게 제한하며, 64-QAM일 경우 a = 2.10, 큰 m일 경우 a = 2.76이다.
• 이 가족은 (N + 1)/2^{m−1}명의 사용자를 지원하여 CDMA 시스템에서 높은 사용자 용량을 달성한다.
• 각 사용자는 주기당 2m비트를 전송할 수 있어 높은 스펙트럼 효율성을 확보한다.
• 단일 사용자에게 할당된 신호 간 유클리드 거리는 M²-PSK 기반 시스템보다 크며, 오류 내성 향상에 기여한다.
• 동적 QAM 조합 전환을 통해 역링크에서 비동기 통신과 다양한 데이터 전송 속도를 지원한다.
• 8-진수 AM-PSK에서 웰치 한계를 충족하는 새로운 시퀀스 가족이 구성되었으며, 최적의 상관성 특성을 달성한다.