In this thesis, we try to improve the spectral efficiency and the performance of DS/CDMA communication systems.
First, we examine the capacity of frequency overlapped DS/CDMA (FO/CDMA) systems which share frequency bands by partially overlapping their spectra. The available wideband spectrum is divided into a number of subspectra of smaller bandwidths and each narrowband CDMA system employs spreading with a reduced processing gain relative to the conventional wideband system. We analyze the interference from the adjacent (spectrally) narrowband CDMA systems with an arbitrary amount of spectral overlap. We find the system parameters pair, the amount of spectral overlap and the number of narrowband systems, which maximizes the capacity when the overall bandwidth is fixed. The capacity is maximized for about a half overlapped case and ever increases as the number of narrowband systems increases in AWGN channels. In frequency selective Rayleigh fading channels, the optimal amount of overlap between adjacent CDMA systems also increases as the number of narrowband systems increases. However, the maximum peak capacity is obtained when the optimum number of systems are overlapped by half the null-to-null bandwidth. In frequency selective Rayleigh fading channels, it is shown that FO/CDMA is preferable in the case of relaxed bit error rate requirement and low decay rate of multipath intensity profile. Otherwise, WCDMA is superior.
Second, we propose an offset multicarrier (OMC) DS/CDMA system, where two groups of multicarriers with a frequency offset between them are employed. We analyze the bit error rate in slowly-varying frequency selective Rayleigh fading channels. Our results show that the OMC DS/CDMA system outperforms the conventional multicarrier (MC) DS/CDMA system, and the performance improvement becomes more significant as the number of subcarriers increases. It is found that the OMC DS/CDMA system becomes robust to the roll-off-factor of chip wave-shaping filter. In addition, we generalized OMC DS/CDMA systems with multiple groups of multicarriers. It is found that an OMC system with one additional group of multicarrier is the best for most values of roll-off factor. Under the jamming environments, the OMC system outperforms the SC and the MC systems. Moreover, a user allocation algorithm can be applied to the OMC system to reduce the fluctuation of the performance according to the location of jamming signals.
Third, we apply a kind of transmitter adaptivity scheme to the multicarrier DS/CDMA system. We propose a transmitter adaptive multicarrier DS/CDMA system where only M' strongest carriers among M available carriers are transmitted by estimating the status of each subcarrier. To transmit signals over only the strongest channel gives the best performance for the most part. The transmitter adaptive MC system has a much lower error floor and gives about 5 dB gain in low Eb/N0 compared with the conventional MC system.
본 논문에서는 직접 대역확산 다중접속 통신시스템의 주파수 효율성과 성능을 향상시키기 위한 연구를 수행하였다.
첫째로, 주파수 대역에서 일부분을 겹쳐 사용하는 주파수중첩 대역확산 다중접속 시스템에 관하여 연구하였다. 전체의 사용 가능한 주파수는 기존의 광대역 시스템 보다 작은 처리이득의 갖는 여러 개의 협대역 시스템으로 나누어진다. 임의의 주파수 중첩정도에 따른 인접 시스템으로부터의 간섭을 해석하고, 전체 대역폭이 고정된 상황에서 최대의 용량을 얻기 위한 협대역 시스템의 개수 및 상호 중첩 정도를 찾아내었다. 가산 백색 가우시안 채널에서는, 대역의 반정도가 겹쳐졌을 때 최대의 용량을 얻을 수 있었고, 협대역 시스템의 개수가 늘어날수록 용량도 증가됨을 알 수 있었다. 한편, 주파수 선택 레일리 페이딩 채널에서는 협대역 시스템의 개수가 늘어날수록 최적의 중첩정도도 늘어남을 알 수 있었다. 하지만, 최대의 용량은 최적 개수의 협대역 시스템이 대역폭의 반만큼 중첩되었을 때 얻어짐을 알 수 있었다. 주파수 선택 레일리 페이딩 채널에서는 요구되는 비트오율이 크거나 다 경로 신호세기 감쇄 정도가 낮은 경우에는 광대역 시스템보다 좋은 성능을 그렇지 않은 경우에는 광대역 시스템이 더 좋은 성능을 나타내었다.
둘째로, 주파수 대역에서 옵셋을 갖는 두 개의 반송파 군을 도입한 옵셋 다중 반송파 대역확산 시스템 을 제안하고, 주파수 선택 레일리 페이딩 채널에서의 비트 오율을 분석하였다. 옵셋 다중 반송파 시스템은 기존의 다중 반송파 시스템보다 좋은 성능을 보였으며 성능 향상 폭은 반송파의 수가 늘어날수록 증가되었다. 이러한 옵셋 다중 반송파 시스템은 칩 성형필터의 롤-오프 계수 값에 따른 성능변화가 적게 되었다. 다중 반송파의 군을 여러 개를 도입하여 옵셋 다중 반송파 시스템을 일반화시켜보았으며 그 결과로 두 개의 다중 반송파군을 사용하는 것이 대부분의 성형필터 롤-오프 계수 값에 대하여 가장 좋은 성능을 나타내었다. 협대역 간섭신호가 존재하는 경우에 옵셋 다중 반송파 시스템은 기존의 단일 반송파 시스템과 다중 반송파 시스템보다 좋은 성능을 나타내었으며, 사용자 할당 알고리즘을 사용하여 협대역 간섭신호의 위치에 따른 성능변화의 폭도 줄일 수 있었다.
셋째로, 다중 반송파 시스템에 송신단 적응 기법을 적용하였다. 각 반송파의 상태를 예측하여 총 M개의 다중 반송파 중에서 M'개의 강한 반송파만을 이용하여 송신하는 송신단 적응 다중 반송파 시스템을 제안하였다. 이 경우 가장 강한 반송파만을 이용하여 송신하는 것이 대부분의 경우 가장 좋은 성능을 나타내었으며 기존의 다중 반송파 시스템과 비교하여 낮은 바닥 오율(error-floor)을 나타내었고, 신호대 잡음비가 낮은 경우에 약 5dB의 이득이 있음을 알 수 있었다.
