In this thesis, we examine power and rate adaptation in CDMA communications over multipath fading channels.
First, we propose a variable power and rate adaptation scheme, where the transmission power and the data rate are simultaneously adapted relative to channel variations. We analyze the average data rate that meets adequate QoS requirements, subject to an average transmission power constraint and a maximum transmission power limit. We also derive the power gains that the proposed scheme provides over power adaptation and rate adaptation. Our results show that higher power gain is attainable as we allocate more transmission power to better channels. The proposed adaptation scheme provides up to 3.7-5.4 and 1.5-3.2 dB of power gains over power adaptation and rate adaptation, respectively, when peak-to-average power ratio is 2 to 10, in Rayleigh fading channel with = 0.5, where is the decaying exponent of multipath intensity profile. The power gain over rate adaptation is more significant for channels with faster decaying multipath intensity profiles or weaker line-of-sight components. The power gain implies a power reduction at the transmitter, which translates into a reduction of interference to other users, leading to a capacity increase. We finally discuss the effect of maximum data rate, caused by a fixed bandwidth, and channel estimation error on the average data rate.
Second, we consider power and rate adaptations in multicarrier (MC) DS/CDMA communications. We derive the optimal power allocation strategy in the frequency domain for single-user case, when the available power for a symbol transmission is fixed. The optimal power strategy in this case corresponds to selective transmission (ST), which allocates the transmission power to a sub-band with the largest channel gain. Then, we consider a dynamic allocation of transmission powers in the time domain, when ST scheme is employed in the MC system. We derive the optimal power adaptation policy in minimizing the average BER in this case, and find that channel inversion (CI) provides nearly optimal performance as the number of sub-bands or available average transmission power increase. We also investigate rate adaptation (RA), where the data rate is adapted such that a desired transmission quality is maintained. We analyze the performance of the MC systems employing ST, CI, and RA, and compare it with power or rate adapted single carrier DS/CDMA with RAKE reception, under the same frequency bandwidth constraint. In both the single- and multi-user cases, the RA in MC-ST scheme shows the best performance.
이 논문에서는 다중 경로 페이딩 채널에서의 부호분할 다중접속 통신을 위한 전송 전력 및 전송율 적응화에 대하여 연구하였다.
첫째로, 직접 대역확산 다중접속 통신 시스템에서 채널 상태의 변화에 따라 전송 전력과 전송율을 동시에 조정하는 가변 전송 전력 및 전송율 적응화 방식을 제안하고, 그 성능을 평균 전송 전력과 최대 전송 전력에 관한 함수로 유도하였다. 또한 가변 전송 전력 및 전송율 적응화 방식이 기존의 전력 적응화 또는 전송율 적응화에 비해 가지는 전력 이득을 유도하였다. 제안된 방식은 다중 경로 채널의 다중 경로 감쇠 지수가 0.5인 레일리 페이딩 채널에서 기존의 전송 전력 적응화 방식이나 전송율 적응화 방식에 비하여 각각 3.7-5.4, 1.5-3.2 dB의 전력 이득을 보였으며, 채널 상황이 나빠지거나 최대값 대 평균 전력비가 커질수록 더욱 더 큰 성능 향상을 보였다. 제한된 주파수 대역폭으로 인한 최대 전송율의 제한이나 불완전한 채널 추정이 제안된 방식에 미치는 영향도 연구하였다.
둘째로, 다중 반송파 부호분할 다중접속 통신 시스템에서 전송율 적응화와 전력 적응화 방식에 대하여 연구하였다. 한 심볼 전송에 사용 가능한 전송 전력이 고정되어 있을 때 주파수 영역에서 최적 전력 배분을 고려하였다. 이때 가장 큰 채널 이득을 갖는 한 부대역을 통해서 전송하는 선택적 전송 방식이 최적이었으며, 이 선택적 전송 방식이 사용된 다중 반송파 부호분할 다중접속 통신 시스템에서 시간 영역에서의 채널 반전 전력 적응화 방식과 전송율 적응화 방식도 연구하였다. 제안된 다중 반송파 부호분할 다중접속에서의 적응화 방식들을 갈퀴 수신기를 사용하는 단일 반송파 부호분할 다중접속에서의 전력 및 전송율 적응화 방식들과 동일한 주파수 대역폭 조건에서 성능을 비교하였다. 단일 사용자일 때는 다중 반송파 시스템에서 제안된 방식들의 성능이 단일 반송파 시스템에서의 적응화 방식들에 비해서 월등한 성능 향상을 보였고, 다중 사용자일 때에는 신호 대 잡음비에 따라서 그 경향이 단일 사용자일 때와는 달라졌다. 모든 경우에 선택적 전송 방식과 결합된 전송율 적응화 방식이 항상 가장 좋은 성능을 보임을 알 수 있었다.
