본 논문에서는 M-ary 직교 변조를 사용하는 직접 확산 코드 분할 다중 접속 (DS/CDMA: Direct Sequence/Code Division Multiple Access) 시스템을 위한 최대 근사 (Maximum Lkelihood : ML) 결정 궤환 채널 추정(Decision Feedback Channel Estimation : DFCE) 시스템을 제안한다. 제안된 시스템은 결정 궤환 정보로서 RAKE 수신기의 최대 결합 출력을 사용한다. 제안된 시스템으로부터 추정된 채널 값을 이용하면 파일럿의 삽입없이 RAKE 수신기에서 동기 검파 (coherent demodulation)를 할 수 있고, 동시에 최대 비 결합(Maximum Ration Combining : MRC) 기법을 사용할 수 있다. 그러나 제안된 DFCE 다중 사용자 환경에서 다중 사용자 간섭 (Multiple Access Interference: MAI)으로 인해 심각한 성능의 저하가 발생한다. 이런 문제를 해결하기 위해 다단 병렬 간섭 제거기(Multistage Parallel Interference Cancellation : PIC)를 제안된 시스템과 결합해 본다. 제안된 DFCE에서 추정된 정확한 채널 값은 동기식 검파뿐 아니라 PIC에서 다중 사용자 간섭 신호의 재 생성(regeneration)을 위해서도 쓰인다. 이럴 경우 PIC와 EFCF간에 서로 도움을 주는 이중 효과를 얻게 된다. 실험결과에 의하면 제안된 시스템은 기존의 비동기 검파(noncoherent demodulation) 방식에 비해 다단 PIC를 쓰지 않는 동기 검파의 경우 IE-02의 E$_{b}$/N$_{0}$에서 수용 가능한 사용자 수가 5명에서 약 10으로 2배 증가함을 확인할 수 있었으며, 다단 PIC를 사용한 동기 검파의 경우 약 30명으로 6배 정도가 증가함을 확인할 수 있었다.
본 논문에서는 DS/CDMA 방식을 채택하는 Q-CDMA 시스템 역방향링크 송수신 모뎀에서 기지국 수신기의 구조 해석과 성능분석에 초점을 두고 시뮬레이션을 수행하였다. 수신기 알고리즘은 열악한 이동통신 채널환경하에서 신뢰성있는 데이터전송을 위하여 많은 데이터를 고속으로 처리해야 하는 특징이 있다. Q-CDMA 방식의 적용에 따른 코드획득회로, 코드추적회로, 그리고 다경로에 따른 시간 다이버시티를 이용한 레이크 시스템을 이용한 복조회로를 연결시켜 동작하도록 하였다. 각 블럭별 회로의 모델에 따른 해석을 하고 AWAGN환경과 다경로 페이딩 환경하에서 임의의 한 사용자에 대한 비트에러 확률을 구한다.
본 논문에서는 전송 채널의 주파수 선택적 특성에 의한 전송 신호의 왜곡현상을 줄이며, 다양한 무선 전송 환경에 대해 일정한 전송 품질을 유지시키는 동시에 최대 데이터 전송률을 제공할 수 있는 다중 반송파 CDMA을 제안한다. 이 시스템은 채널 상태에 따라 작은 지연과 페이딩을 겪는 채널에서는 높은 데이터 전송률로 전송하고, 반면 빠른 페이딩과 긴 지연 성분을 갖는 채널에서는 낮은 전송률로 데이터를 전송한다. 두 경우 모두 다 송신기 구조에서 데이터 직병렬 변환 개수와 데이터 복사 개수를 조절함으로써 가능하다. 여기서, 제안한 시스템은 고정된 수의 부반송파를 갖는다. 따라서 위에서 언급한 직병렬 변화 개수와 데이터 복사 개수의 곱은 항상 일정하게 유지되므로 하드웨어의 변형 없이 구현될 수 있다. 제안한 시스템에서는 직병렬 변환 후 동일 데이터가 여러 다른 부반송파에 복사되어 전송되므로 주파수 다이버시티 이득을 얻을 수 있으며, 레이크(RAKE) 수신구조는 경로 다이버시티 이득도 얻을 수 있게 한다.
This paper presents a mathematical model of the output of Rake receiver of W-CDMA signals for various outdoor channel environment and different bandwidths. This mathematical model is represented as Rayleigh and noncentral chi distribution with 3 degrees of freedom. Those are obtained from the statistics of numerically generated signals. We employ Chi-square test to show how the mathematical model fits signal statistics, and confirmed that this model is appropriate for representing W-CDMA signals.
In this paper, we analyzed a physical layer of W-CDMA system and a performance of a downlink of W-CDMA system by using the space-time code by computer simulation over the ITU-R realistic channel model. From the results of the simulation, we note that the increase of multi-path components affects the improvement of the system performance because of the effect of the RAKE receiver.
본 논문에서는 주파수 다중경로 페이딩과 Near/Gar 영향을 받는 Multi-Carrier CDMA 시스템의 성능을 분석하였다. 성능 분석을 위해 사용한 파라미터들을 Multi-Carrier의 수, 다중사용자의 수, RAKE 수신기의 가지수, 주파수 선택성 다중경로 페이딩의 감쇄지수, 그리고 CDMA 다중사용자의 분포와 세기이다. Multi-Carrier CDMA 시스템에서 Near/Far 영향을 분석하기 위하여 3가지 간섭 분포 모델을 설정하였다. 첫 번째 모델은 다중사용자가 간섭파 대 반송파 비인 I/C를 -4dB에서 4dB 사이에서 2 dB씩의 차이를 가지며 20%씩 균일하게 분포하는 경우이다. 두 번째 모델은 다중사용자가 I/C 비를-2dB에서 2dB 사이에서 2dB씩의 차이를 가지며 33.3%씩 균일하게 분포하는 경우이다. 그리고 세 번재 모델은 모든 다중사용자가 I/C가 0dB로 신호 전력과 간섭전력이 동일하게 분포하여 전력이 완전하게 제어된 경우이다. 그리고 본 논문에서는 주파수 선택성 다중경로 페이딩의 영향을 감소시키기위하여 RAKE 수신기를 채용한 Multi-Carrier CDMA 시스템을 제안하였다. 이 시스템에서는 제시한 3가지 간섭 분포 모델중에서 세 번째 모델(완전 전력제어가 된 경우)이 가장 좋은 성능을 나타내었고, 간섭파의 전력과 신호파의 전력차이가 적을수록 희망 신호에 영향을 주는 간섭 신호의 전력량이 적어서 Multi-Carrier CDMA 시스템의 성능이 향상됨을 알 수 있었다.
본 논문에서는 IMT-2000 채널 환경에서 광대역 CDMA 확산변조 기술을 이용한 무선 시스템을 설계하기 위한 연구과제로 multicode와 multicarrier CDMA 방식의 시스템에 대한 컴퓨터 모의실험용 프로그램들을 작성하여 그 성능을 비교 분석한 결과를 기술하였다. 컴퓨터 모의실험 결과, multicode와 multicarrier CDMA 방식이 비슷한 성능을 보였다. 그리고 IMT-2000 채널의 outdoor B와 vehicular B 채널 환경에서는, RAKE 수신기를 사용하는 다이버시티 기법을 활용하면 두 시스템 모두 크게 성능을 개선시킬 수 있으며, 직교성이 유지된다면 직교부호로 Hadamard 행렬이나 PN 시퀀스 중 어떤 부호를 사용하여도 무방하고, 칩율은 가급적 크게 설정하는 것이 유리하며, 사용자수가 많아질수록 성능이 다소 떨어짐을 보였다.
다중 반송자를 사용하는 CDMA 통신 시스템에서 주파수 영역의 전력과 시간 영역의 전송율을 적응적으로 사용하는 시스템을 분석하였다. 수신단으로 부터 얻는 이상적인 채널상태 정보를 가정하고, 주파수 영역에서는 각 사용자의 부채널 중에서 가장 채널상태가 좋은 한 대역을 선택하고, 시간영역에서는 목표 수신 품질을 만족하도록 전송율을 조정한다. 단일 사용자의 경우에 평균 BER을 최소화 할 수 있는 최적의 전송 방식의 식을 유도하였다. 채널 상태 역수 법이 사용 대역의 수나, 평균 전송양이 증가할 때 최적의 알고리듬이라는 사실 또한 증명하였다. 수학적 분석과 시뮬레이션 결과 제안된 주파수 시간 적응 알고리듬을 사용한 방식이 주파수영역에서만 선택적인 방법을 사용하는 MC-CDMA 방식과 비교하여 현격히 좋은 성능을 보임을 보였다. 또한 제안된 적응형 MC-CDMA 전송방식과 기존의 RAKE 수신기를 사용하고 시간 영역에서 적응적 방식을 사용하는 DS-CDMA 시스템과 성능을 비교하였다.
본 논문에서는 기지국에 스마트 안테나를 적용한 광대역 CDMA 시스템 의 성능을 각도퍼짐(angular spread)에 따라 분석하였다. 채널모형은 광대역 다중경로 실측 채널인 JTC 채널모형에 클러스터링(clustering) 개념을 도입한 채널모형을 적용하였다. 즉 광대역 다중경로 실측 채널모형인 JTC 채널모형을 사용하여 시간정보를 고려하였으며, 여기에 공간정보를 나타내기 위하여 클러스터들의 각도퍼짐이 고려된 배열응답벡터(array response vector)를 삽입하여 실제 환경에 보다 근접한 채널 환경에서 광대역 CDMA 시스템의 성능을 분석하였다. 광대역 CDMA의 경우에는 칩 구간(chip duration)이 보다 짧기 때문에 다중경로 현상이 협대역의 경우와는 다르다. 본 논문에서는 한 칩 구간 내에 들어오는 다중경로 성분을 분리하여 가장 큰 신호 성분만을 찾아내어원하는 사용자의 신호로 사용하는 방법으로 모의실험을 실행하였다. 모의실험 결과, 광대역 다중경로 실측 채널에서 2D-RAKE 수신기를 적용한 광대역 CDMA 시스템의 성능이 전통적인 RAKE 수신기를 사용했을 때보다 우수하다는 것을 알 수 있었으며, 또한 클러스터의 각도퍼짐이 커질수록 이에 비례한 이득이 발생됨을 알 수 있었다.
본 논문에서는 DPSK변조 방식을 고려하여 나카가미-m 페이딩채널로 다중경로 페이딩을 모델화 하였으며, 각 브랜치에서의 나카가미 페이딩 지수(m)는 전파 환경에 따라 일정하지 않을 것이며 각 MRC 다이버시티의 브랜치에서 나카가미 페이딩 지수가 낮은 값을 가지는 브랜치를 제거할 경우 성능이 좋아질 수 있을 것이다. 따라서 본 논문에서는 나카가미 페이딩 지수를 임의의 값으로 주었을 경우 광대역 DS/ /CDMA 시스템에서 각각의 경로로 수신된 신호의 평균 SNR(signal to Noise Ratio)이 시스템의 BER에 미치는 영향을 컴퓨터 시뮬레이션을 통해 분석하고 나카가미 페이딩 지수(m)값이 낮은 브랜치를 제거한 경우의 광대역 DS/CDMA 셀룰라 시스템에서 각각의 경로로 수신된 신호의 평균 SNR(signal to Noise Ratio)이 시스템의 BER에 미치는 영향을 컴퓨터 시뮬레이션을 통해 분석하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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