In this dissertation, we are concerned with capacity estimation, soft handoff modeling, and its management in multi-code (MC) CDMA systems.
First, we analytically estimate the reverse-link capacity of a signal-to-interference ratio (SIR)-based power-controlled direct sequence (DS) CDMA system supporting ON-OFF traffic. Since, in an SIR-based power control system, the power level is a function of the number of active home users and the amount of total other cell interference, power level and total other cell interference can be calculated by a recursive method. SIR-based power control systems yield a higher system capacity than strength-based power control systems, which mainly results from smaller other cell interference. System capacity is largely affected by the activity factor, propagation parameters, the maximum received power, and the required $E_b/I_o$.
Second, we extend the analysis of an SIR-based power-controlled DS-CDMA system for an MC-CDMA system supporting heterogeneous CBR and ON-OFF traffic by adopting a Gaussian model for other cell interference. System capacity is derived in terms of admissible regions satisfying the maximum allowable outage probability.
Third, we characterize soft handoff in CDMA systems. Handoff call attempt rate and channel holding time are derived based on soft handoff. An overlap region is used in soft handoff analysis in addition to an inner cell, an outer cell, and a soft handoff region. An SR is divided into a number of overlap regions according to cell structure, and some new parameters are developed. The performance of soft handoff systems is numerically evaluated to investigate the effects of the above parameters and is compared with hard handoff systems.
Finally, we propose a traffic management scheme in an MC-CDMA system supporting soft handoff, which uses guard channels and a queue for realtime traffic. Reservation-on-Demand queue control is suggested to give a priority to queued handoff calls. Handoff traffic is derived by using a flow-based mobility model and the performance of a system with K types of traffic is analyzed by introducing a concept of effective channels. The proposed scheme can require less guard channels and reduce handoff processing delay, which yields better system performance.
The capacity of an SIR-based power control system in this dissertation is analytically estimated for the first time in DS-and MC-CDMA systems. Capacity estimation is a key issue for system performance measures. Soft handoff is newly modeled and soft handoff traffic is derived by two different approaches. This modeling can provide a better framework for performance analysis for soft handoff systems. The proposed traffic management scheme may be adequate in soft handoff systems due to faster handoff processing and less guard channels.
용량 증대 문제와 더불어 다양한 서비스의 수용을 위하여 개발 중인 IMT-2000과 같은 3세대 무선 시스템은 CDMA를 기반으로 한다.
본 졸업 논문은 여러 가지 CDMA 방식 중 다중코드 CDMA를 기반으로 한다. 첫번째 주제는 전력제어되는 CDMA 시스템의 용량 예측이다. 우선, ON-OFF 트래픽을 수용할때 신호대잡음비 (SIR) 기반의 전력제어되는 직접수열 CDMA 시스템의 역방향 링크의 용량을 해석적으로 예측한다. SIR 기반의 전력제어 시스템에서는 전력수준이 ON 상태인 홈 사용자의 수와 총 다른 셀 간섭의 양의 함수이기 때문에 전력수준과 총 다른 셀 간섭은 순환적인 방법에 의해서 구해질 수 있다. SIR 기반의 전력제어 시스템은 더 작은 다른 셀 간섭을 발생하기 때문에 strength 기반의 전력제어 시스템보다 더 큰 시스템 용량을 가진다. 시스템 용량은 액티비티 요소, 전파 전달 변수, 최대 수신 전력, 요구되는 비트 에너지 대 간섭 비에 크게 영향을 받는다.
그 다음엔 다른 셀 간섭에 가우시안 모델을 적용함으로서 이종의 CBR과 ON-OFF 트래픽을 수용하는 다중코드 CDMA 시스템이 SIR 기반의 전력제어될때 시스템 용량을 예측한다. 시스템 용량은 최대 허용 아우티지 확률을 만족시키는 허용영역으로 구해진다.
두번째 주제는 소프트 핸드오프 모델링 및 핸드오프를 포함하는 트래픽 관리에 관한 것이다. 우선, CDMA 시스템에서 소프트 핸드오프의 특성을 규명한다. 핸드오프 호 시도 율과 채널 유지 시간이 소프트 핸드오프를 기반으로 유도된다. 내부 셀, 외부 셀, 그리고 소프트 핸드오프 영역과 더불어 중첩 영역이 소프트 핸드오프 분석을 위하여 도입되었다. 소프트 핸드오프 영역은 셀 구조에 따라 여러 개의 중첩 영역으로 나뉘어지고 몇몇 새로운 변수들이 도입되었다. 소프트 핸드오프 시스템의 성능이 수치적으로 평가되어 도입된 변수들의 영향이 고찰되었으며, 또한 하드 핸드오프 시스템과 비교되었다.
마지막으로 소프트 핸드오프를 제공하는 다중코드 CDMA 시스템에서 트래픽 관리 방식이 제안된다. 이 방식에서는 여러 개의 가드 채널과 하나의 큐가 실시간 트래픽을 위해 이용된다. Reservation-on-Demand라는 큐 제어 방식이 제안되어 큐에 저장된 핸드오프 호에 우선 순위를 부여한다. 핸드오프 트래픽이 flow 기반의 이동성 모델을 이용하여 유도되었으며, K개의 다른 형태의 트래픽을 가진 시스템의 성능이 유효채널의 개념을 도입하여 평가되었다. 제안된 방식은 적은 수의 가드 채널을 요구하며 핸드오프 처리 지연을 줄임으로써 시스템 성능 향상이 가능하다.
본 학위논문에서의 SIR 기반의 전력제어 시스템의 용량은 직접수열과 다중코드 CDMA 시스템에서 최초로 해석적으로 예측되었으며, 이러한 용량 예측은 시스템 성능 척도의 중요 쟁점이다. 소프트 핸드오프는 새로이 모델링되었으며 소프트 핸드오프 트래픽이 두 개의 다른 방식에 의해서 유도되었다. 이러한 모델링은 소프트 핸드오프 시스템의 성능 분석을 위한 보다 나은 틀을 제공한다. 제안된 트래픽 관리 방식은 빠른 핸드오프 처리와 적은 수의 가드 채널로 인해 소프트 핸드오프 시스템에 적합하다.
