In this thesis, we consider diversity and adaptation in frequency-hopped spread-spectrum multiple access (FH/SSMA) communications. We propose a simple and efficient diversity combining scheme and a bandwidth efficient diversity transmission scheme for FH/SSMA communications. In addition, we investigate the performance of combined power/code rate adaptation in comparison with the adaptive power control and adaptive code rate control schemes.
First, we propose the logical AND diversity combining scheme in slotted FH/SSMA packet radio networks. The proposed diversity scheme employes the symbol-by-symbol logical AND operation between the currently received packet and the previously combined packet. Our results show that the proposed low-complexity diversity combining scheme provides a much more significant performance improvement over existing much more complex diversity combining schemes using perfect side informations on channels or soft decision demodulation outputs as the number of combined packets or the modulation alphabet size increases.
Second, we propose a bandwidth efficient diversity scheme for FH/SSMA systems, where the diversity order is independent of the hopping rate. The proposed scheme reduces the hardware complexity for the frequency synthesizer for frequency hopping in comparison with the conventional fast frequency-hopping scheme and the multihopping scheme. Numerical results show that the proposed scheme yields a much lower bit error probability in comparison with the fast frequency-hopping scheme and the multihopping scheme using same bandwidth, and that the performance improvement becomes more significant as signal-to-noise ratio or bandwidth increases.
Third, we consider combined power/code rate adaptation in FH/SSMA communications, where both transmission power and code rate are adapted simultaneously relative to the channel traffic and/or the channel fading. We investigate the optimal pair of transmission power and code rate that minimizes the required energy per information bit for a given error performance. We also investigate the performance improvements over adaptive code rate control and adaptive power control schemes, depending on the type of available channel information.
이 논문에서는 주파수도약 대역확산 다중접속 통신시스템에서의 다이버시티와 적응적 제어에 대한 연구를 수행하였다.
첫째로, 실패한 패킷들로부터 얻을 수 있는 다이버시티를 효과적으로 이용하는 결합 방식에서의 새로운 다이버시티 결합 방식을 제안하였다. 제안된 방식은 논리 곱 연산을 이용하여 결합에 사용되는 심볼들 속에 존재하는 간섭신호를 제거하는 방식이며 연판정 복조 값을 사용하거나 채널 정보를 이용하는 기존의 결합 방식에 비해 구현이 간단하면서도 큰 성능 향상을 볼 수 있었다. 결합에 이용되는 패킷의 수가 늘어나거나 FSK 변조에 사용되는 톤의 수가 늘어날수록 기존의 결합 방식에 비해 훨씬 큰 성능 향상을 볼 수 있었다.둘째로, 다이버시티 정도가 주파수 도약율과 상관없는 새로운 다이버시티 전송 방식을 제안하였다. 제안된 다이버시티 전송 방식은 기존의 빠른 주파수 도약 방식이나 다중 도약 방식을 이용한 다이버시티 전송방식에 비해 주파수 도약에 사용되는 주파수 합성기의 복잡도가 상당히 줄어들게 된다. 제안된 방식은 기존의 방식에 비해 주파수대역을 훨씬 효과적으로 사용하는 것을 볼 수 있었고, 신호대잡음비나 가용주파수대역이 증가할수록 기존의 방식에 비해 더 큰 성능 향상을 볼 수 있었다.
셋째로, 주어진 채널 정보에 따라 전송 전력과 오류 정정 부호의 부호화율을 동시에 최적으로 조절함으로써 전송 전력만 최적으로 조절하는 방식이나 부호화율만 최적으로 조절하는 방식에 비해 시스템의 성능이 상당히 좋아지는 것을 보였다. 송신단이 채널의 사용자 수만 알고 있는 상황과 채널의 사용자 수와 채널 페이딩 정도를 알고 있는 상황에서의 최적 전송 전력과 최적 부호화율에 대하여 분석하였으며, 사용자 수가 증가할수록 전송전력을 높이고 동시에 부호화율을 낮추는 것이 효과적임을 볼 수 있었다. 사용자 수에 따라 전송 전력과 부호화율을 최적으로 조절함으로써 전송 전력만 조절하는 방식이나 부호화율만 조절하는 방식에 비해 주어진 성능을 만족시키기 위해 필요한 정보 비트당 에너지를 상당히 줄일 수 있음을 볼 수 있었다. 또한, 채널 페이딩에 대한 정보가 있는 경우가 채널 사용자 수만 알고 있는 경우에 비해 훨씬 좋은 성능을 보여주었다.
