In this thesis, several attempts are made to improve the performance of the coded CDMA system in Rayleigh fading channels. First, we find that the asymptotic bit error probability of the convolutionally coded code division multiple access (CDMA) system in a Rayleigh fading channel depends on the length of the shortest error event path and the product of symbol distances along that path. Based on this observation, we propose a new spreading scheme for the convolutionally coded CDMA communication which maximizes the length of the shortest error event path by expanding the size of the spreading sequence set. It is shown from Monte Carlo simulations that the proposed scheme yields an improvement of 1.0~1.3dB at the bit error probability of $10^{-5}$ over the conventional convolutionally coded CDMA system, and even a higher improvement can be achieved as the required bit error probability is decreased.
Second, we propose a multilevel coded CDMA system for a Rayleigh fading channel, which introduces the mutilevel coded modulation technique with multistage decoding into the CDMA system. The advantages of the proposed system over the conventional convolutionally coded CDMA system for a given bandwidth are making the multiple access interference smaller by using a longer spreading sequence, while achieving the same length of the shortest error event path. We show from Monte Carlo simulations that the proposed multilevel coded CDMA system attains a performance improvement of -1.0~3.5dB at the bit error probability of $10^{-5}$ over the conventional convolutionally coded CDMA system, and even a higher improvement can be achieved as the required bit error probability is decreased.
Finally, we try to find out how we should combine the channel coding, spreading and modulation in order to maximize the capacity (the number of users satisfying a certain bit error probability) for a given bandwidth and a given transmitted signal power. We consider five coded CDMA schemes combined modulation techniques. By comparing the cutoff rates and the bit error probabilities of these CDMA schemes in a Rayleigh fading channel, we investigate the important system parameters to be considered for the CDMA system design.
이 논문에서는 레일리 페이딩(Rayleigh fading) 환경에서 오류정정 부호화된 부호분할 다중접속(code division multiple access) 시스템의 성능을 향상시킬수 있는 여러 기법들에 대해서 연구하였다. 첫째로, 레일리 페이딩 채널에서 길쌈 부호화된(convolutionally coded) 부호분할 다중접속 시스템의 근사(asymptotic) 비트 오류율은 최단 오류경로의 길이와 그 경로의 심볼 거리곱에 의존한다는 사실로 부터 최단 오류경로의 길이를 최대로하는 새로운 대역확산 방식을 제안하였다. 컴퓨터 모의실험 결과, 기존 방식에 대한 제안된 방식의 성능 향상비는 비트 오류율 $10^{-5}$에서 1.0~1.3dB이었고, 비트오류율이 더 낮아짐에 따라 더욱 높은 성능 향상비를 얻을 수 있었다. 또한, 제안된 방식은 비트오류율 $10^{-5}$, 부호율 1/2, 부호기의 메모리 크기 7, $bar E_b$ / $N_0$ = 9dB에서 기존 방식에 비해 56% 더 많은 사용자를 수용할 수 있음을 보였다.
둘째로, 레일리 페이딩 채널에서 다중레벨 부호화된(multilevel coded) 부호분할 다중접속 시스템을 제안하였다.이 방식은 다단계 복호(multistage decoding)를 하는 다중레벨 부호를 부호분할 다중접속 시스템에 적용한 방식이다. 기존의 길쌈 부호화된 방식에 대한 제안된 방식의 장점은 같은 전송 대역폭에서 보다 긴 대역확산 부호를 사용할 수 있어 다중접속 간섭(multiple access interference)을 줄일 수 있다는 점이다. 컴퓨터 모의실험 결과, 제안된 다중레벨 부호 방식은 낮은 신호대 잡음비에서는 다단계 복호기의 오류 전달(error propagation) 현상으로 인하여 기존의 길쌈 부호 방식에 비해 그 성능이 떨어 지지만 신호대 잡음비가 높아짐에 따라 보다 높은 성능 향상을 얻을 수 있음을 관찰할 수 있었다. 기존의 길쌈 부호 방식에 대한 제안된 다중레벨 부호 방식의 성능 향상비는 비트 오류율 $10^{-5}$에서 -1.0~3.5dB 이었고, 비트 오류율이 더 낮아짐에 따라 더욱 높은 성능 향상비를 얻을 수 있었다.
마지막으로, 주어진 전송 대역폭과 전송 신호 전력에서 오류정정 부호와 대역확산과 변조기법을 어떤 방식으로 결합하여야 부호분할 다중접속 시스템의 용량(capacity), 즉 어떤 비트 오류율을 만족하는 사용자 수를 최대로 할 수 있는가를 알아보기 위해 여러 변조기법들과 결합된 다섯가지 부호화된 부호분할 다중접속 시스템을 제시하고 그 성능을 조사하였다. 레일리 페이딩 채널에서 각 시스템들의 컷오프율 (cutoff rate)과 비트 오류율을 계산하고 비교함으로써 가장 좋은 성능을 갖는 시스템을 찾아보았다.