Design of Binary Constant Envelope System using the Pre-Coding Scheme in the Multi-User CDMA Communication System

In this paper, we newly propose the binary CA-CDMA(constant amplitude CDMA) system using pre-coding method to solve the high PAPR problem caused by multi-user signal transmission in the CDMA system. 4-user CA-CDMA, the basis of proposed binary CA-CDMA system, makes binary output signal for 4 input users. It produces the output of binary(${\pm}$2) amplitude by using a parity signal resulting from the XOR operation of 4 users data. Another sub-channel or more bandwidth is not necessary because it is transmitted together with user data and can be easily recovered in the receiver. The extension of the number of users can be possible by the simple repetition of the basic binary 4-user CA-CDMA. For example, binary 16-user CA-CDMA is made easily by allocating the four 4-user CA-CDMA systems in parallel and leading the four outputs to the fifth 4-user CA-CDMA system as input, because the output signal of each 4-user CA-CDMA is also binary. By the same extension procedure, binary 64 and 256-user CA-CDMA systems can be made with the constant amplitude. As a result, the code rate of this proposed CA-CDMA system is just 1 and binary CA-CDMA does not change the transmission rate with the constant output signal(PAPR = 0 ㏈). Therefore, the power efficiency of the HPA can be maximized without the nonlinear distortion. From the simulation results, it is verified that the conventional CDMA system has multi-level output signal, but the proposed binary CA-CDMA system always produces binary output. And it is also found that the BER of conventional CDMA system is increased by nonlinear HPA, but the BER of proposed binary CA-CDMA system is not changed.

다중 사용자 CDMA 통신 시스템에서 프리코딩 기법을 사용한 2진 정진폭 시스템 설계

본 논문에서는 기존의 CDMA 시스템에서 다중사용자 데이터 전송에 의해 발생하는 높은 PAPR 문제를 해결하기 위하여 pre-coding 기법을 이용한 2진 constant amplitude CDMA(CA-CDMA) 방식을 새롭게 제안한다. 제안하는 CA-CDMA의 기초인 4-user CA-CDMA 기법은 4명의 사용자에 대해 binary 크기의 신호를 출력하는 시스템이며, 이는 parity 신호를 이용하여 항상 $\pm$2의 크기를 갖고 길이가 4인 신호를 출력한다. Parity 신호는 입력되는 4명의 사용자 신호를 XOR한 신호로써 사용자들의 신호와 함께 전송되므로 별도의 부가채널을 필요로 하지 않으며, 수신단에서 쉽게 복원될 수 있다. 한편, 시스템 사용자 수의 확장은 4-user CA-CDMA를 반복 사용함으로써 이루어질 수 있다. 예로써 16-user의 경우, 4개의 4-user CA-CDMA를 병렬로 배치하고 각각의 4-user CA-CDMA에서 출력되는 신호를 다시 하나의 4-user CA-CDMA에 입력함으로써 쉽게 구현될 수 있다. 이는 각 4-user CA-CDMA의 출력 신호 역시 binary 신호이기에 가능하며, 동일한 방법으로 64-user, 256-user에 대해서도 2진 constant amplitude를 만족하는 출력 신호를 얻을 수 있다. 결국, 본 논문에서 제안하는 CA-CDMA는 코드율이 1이므로 전송속도나 대역폭 변화가 없으며, 항상 constant한 즉, PAPR이 항상 0 ㏈인 신호의 출력하여, 다중 사용자 전송에서도 비선형 HPA에 의한 왜곡을 방지하고 전력효율을 최대화 할 수 있다. 시뮬레이션 성능확인 결과, 기존의 CDMA가 다중 레벨의 크기를 갖는 신호를 출력하는데 반해, 제안된 2진 CA-CDMA는 항상 binary 레벨로서 신호를 출력함을 알 수 있으며, 비선형 HPA를 고려하였을 때 BER(bit error rate)이 크게 증가하는 일반 CDMA와 달리, 제안된 2진 CA-CDMA의 BER은 전혀 변하지 않음을 알 수 있다.