We propose vehicular spread spectrum (SS) radar robust to mutual interference using zero correlation zone (ZCZ) code. SS radar schemes have been employed for vehicular radar systems due to their outstanding correlation property. However, this superiority is based on a premise that timing among codes is completely synchronized. In the practical driving environment, timing mismatch among radar signals is inevitable because the radar signals of several vehicles are independently transmitted at each different location and each timing and thus each radar signal is received at different timing. This timing offset is the main cause of orthogonality destruction among codes and thus radar signals from other vehicles become mutual interference. In order to solve this problem, we find out the new property of ZCZ code which maintains the complete orthogonality except to timing offset corresponding to chips (pulses) of multiple of 4 and employ ZCZ code to SS radar systems. Simulation results show the proposed scheme achieve better performance compared with the conventional SS radar scheme using pseudo code or gold code.
ZCZ(Zero Cross-correlation Zone) 부호(code)는 다중 사용자 CDMA 시스템에서 낮은 상관 영역(low correlation zone) 제공하고 상호 채널간섭(co-channel interference)을 제거하는 좋은 성능을 보이고 있다. 본 논문에서는 복소 확산기술(complex spreading scheme)을 이용해 이와 같은 상관관계의 성질을 갖는 확산 부호설계(spreading code design)를 분석하고 그들의 효율성을 이동통신시스템에 적용한다. 또한 자켓 다위상 비트열(Jacket polyphase sequence)을 예로 들어 개선된 성능과 일반 성질을 제시했다.
본 논문에서 제안하는 새로운 유형의 상향링크 OFDM-CDMA 기법은 ZCZ(Zero Correlation Zone) 부호와 블록 확산 기법을 함께 이용하여 사용자간의 넓은 접속시간 동기오차 허용범위를 가진다. 또한, 제안하는 기법은 OFDM 신호에 보호구간을 삽입하지 않아 주파수 효율을 최대화 한다. 넓은 사용자간 접속시간 동기오차 허용범위를 가지려면 보호구간의 길이를 늘여야 하는 기존 기법과 달리, 본 논문에서 제안하는 기법은 보호구간을 삽입하지 않아도 아주 넓은 사용자간 접속시간 동기오차 허용범위를 가진다. 제안하는 보호구간이 없는 상향링크 OFDM-CDMA 기법은 다중경로 페이딩 환경에서 수신단의 역확산 과정을 통해 모든 사용자간 간섭이 사라지는 특성을 가진다. 더욱이, 제안하는 기법은 복수개의 OFDM 심볼 길이만큼의 사용자간 동기오차 환경에서도 모든 사용자간 간섭이 없다. 보호구간이 없기 때문에 자기 신호의 부반송파간 간섭은 존재하지만, 제안하는 블록 확산 방식으로 인한 블록의 첫 번째 심볼이 ISI(Inter Symbol Interference)가 없는 특성을 이용하여 간단한 SIC(Successive Interference Cancellation)를 통해 첫 번째 이후 심볼의 간섭도 효과적으로 억제할 수 있다.
본 논문에서는 다중 사용자 간 시간 동기 오차에 강인한 상향링크 OFDMA (Orthogonal Frequency Division Multiple Access) 두 기법, 즉, ZCZ (Zero Correlation Zone) 코드 시간축 확산 OFDMA 기법과 시간동기오차에 강한 SC-FDMA (Single Carrier Frequency Division Mmultiple Access)기법의 채널용량을 비교한다. 보다 현실적인 성능을 비교하기 위해 사용자 간 시간 동기 오차 뿐 아니라 상향링크 OFDMA 신호 생성의 가장 큰 이슈인 PAPR (Peak-to-Average Power Ratio)에 의한 신호의 왜곡효과도 함께 고려한다. 사용자 간 시간 동기 오차에 의한 간섭이 존재하는 환경에서는 전력제어에 의해 증폭된 사용자들의 신호가 다른 사용자들의 신호에 큰 간섭으로 작용할 수 있다. 한편, 거리를 고려하여 증폭된 신호가 단말의 증폭기의 선형 증폭구간을 벗어나게 되면 신호의 왜곡이 발생하여 최종 성능의 저하를 발생시킬 수도 있다. 따라서, 기지국과 사용자 간의 거리만을 고려한 전력제어 방식이 아니라 최대 채널용량 성능을 갖게 하는 사용자 송신 전력 조합을 실험을 통해 찾는다. 즉, 사용자 단말의 전력 제한 수치와 사용자 시간 동기 오차의 최대범위 및 $E_b/N_0$ 등의 다양한 조합들에 대해 최대 채널용량 성능을 갖게 하는 송신전력 보정 계수(ASF: Adaptive Scaling Factor)을 실험을 통해 찾는다. 먼저, 송신전력 보정계수를 적용한 경우 두 상향링크 OFDMA 방식의 채널용량은 단순히 거리만을 고려한 전력제어 방식을 적용한 경우 즉, 송신전력 보정 계수=1인 경우에 비해 얼마나 높은 채널용량 성능을 가지는지 분석한다. 두 상향링크 OFDMA 방식의 채널용량 성능을 비교하면, 송신출력이 상대적으로 낮아도 되는 높은 $E_b/N_0$ 환경에서는 시간 동기 오차에 보다 강인한 특성을 가진 ZCZ 코드 시간축 확산 OFDMA 기법의 채널용량 성능이 좋고, 반대로 상대적으로 높은 송신출력을 요구하는 낮은 $E_b/N_0$ 환경에서는 낮은 PAPR 특성을 갖는 시간동기오차에 강한 SC-FDMA 기법의 채널용량 성능이 보다 우수함을 다양한 실험을 통해 보인다.
본 논문에서는 상향링크에서 낮은 PAPR(Peak to Average Power Ratio)을 가지면서 사용자 간 동기 오차 범위를 크게 확장한 MCDS CDMA(Multiple Carrier Direct Spread Code Division Multiple Acceess) 형태의 SC-FDMA(Single Carrier Frequency Division Multiple Access) 기법을 제안한다. 제안하는 기법은 상향링크 준동기 환경에 강한 특성을 가진 MC DS CDMA 기법의 높은 PAPR을 갖는 단점을 보완하기 위해 부분 IFFT(Inverse Fast Fourier Transform) 연산 이전에 부분 DFT(Discrete Fourier Transform)연산을 수행한다. 제안하는 기법은 ${\pm}1$칩 준동기 상황에서 '0'상관도를 갖는 PSW(Properly Scrambled Walsh) 부호를 시간 도메인으로 스프레딩하여 레인징 절차를 수행하지 않고서도 사용자 간 최대 ${\pm}1$ OFDM 심벌 길이 이내의 시간 오차이내에서는 MAI(Multiple Access Interference)가 발생하지 않게 한다. 실험결과에서는 준동기 상황을 개선하기 위해 제안된 기존의 SC-FDMA 방식에 비해 사용자 간 동기 오차에 강한 특성이 있음을 보인다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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