[论文解读] 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 17

一句话总结

本文提出了一种新颖的正交多级扩频序列设计方法，利用伽罗瓦域上的有限域变换，以在CDMA系统中实现高谱效率。通过利用伽罗瓦-傅里叶变换和分圆系数，该方法实现了紧凑的频谱使用和通过DSP实现的高效硬件设计，从而提出了一种新型多级多址方案——伽罗瓦域分复用（GDM），其在谱效率和冗余性降低方面优于经典CDMA。

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.

研究动机与目标

• 为多址通信系统中更高的谱效率需求提供解决方案。
• 减少扩频CDMA系统中的冗余性和带宽需求。
• 基于复有限域上的正交非二进制序列，开发一种新型数字复用方案。
• 通过快速算法和DSP兼容结构，实现高效的硬件实现。
• 提出一种具有紧凑频谱需求的多级CDMA方案——伽罗瓦域分复用（GDM）

提出的方法

• 利用伽罗瓦域上的有限域变换生成正交多级扩频序列。
• 采用伽罗瓦-傅里叶变换，实现快速计算并减少传输信号中的冗余。
• 聚焦于分圆系数作为唯一必要的传输组件，最大限度减少频谱带宽。
• 基于这些序列设计一种新型多址方案——伽罗瓦域分复用（GDM）。
• 通过依赖DSP兼容算法和正交序列特性，确保硬件实现的可行性。
• 利用复有限域上非二进制序列的正交性，实现无干扰的多址接入。

实验结果

研究问题

• RQ1 如何利用有限域理论设计正交多级扩频序列以提升谱效率？
• RQ2 伽罗瓦-傅里叶变换在减少CDMA系统中冗余性和带宽方面发挥什么作用？
• RQ3 分圆系数是否足以代表高效传输的必要信号分量？
• RQ4 所提出的GDM方案在谱效率和实现复杂度方面与经典CDMA相比如何？
• RQ5 基于有限域变换在DSP硬件实现中的实际影响是什么？

主要发现

• 所提出的方法通过仅传输分圆系数，显著减少了带宽需求，从而实现了高谱效率。
• 伽罗瓦-傅里叶变换提供了快速算法，支持高效且实用的DSP实现。
• 在伽罗瓦域上的正交多级序列可在同步系统中实现无干扰多址接入。
• 由于减少了冗余性和紧凑的频谱使用，新型GDM方案在谱效率方面优于经典CDMA。
• 该设计具有硬件友好性，可利用数字信号处理器高效实现。
• 有限域变换为传统扩频序列提供了一种有前景的替代方案，尤其在高信噪比环境中。