Wideband code division multiple access(WDCMA) technology is the most promising wireless access scheme for Intermational Mobile Telecommunication-2000(IMT-2000) systems, so WCDMA schemes have recently been extensively investigated. The wideband CDMA systems for a third-generation mobile communication systems must be flexible enough to support different high-quality services with varying bit rates. The wideband CDMA system with multicode transmission(multicode WCDMA system), which transmits transmits the data spread by many orthogonal has been adopted by major standard bodies for IMT-2000.
However, the multicode WCDMA systems has several problems. One of the severe problems is the effect of non-linear distortion. The transmitted signal in the multicode WCDMA systems has large amplitude fluctuation because the multicode signal is the sum of each parallel code channel signal. This large amplitude fluctuation causes large nonlinear distortion and then, if unaccounted, can significantly degrade the bit error rate(BER) performance.
In this dissertation, constant amplitude transmission, achieved by using a Walsh code and parity generator, is proposed to combat the large amplitude fluctuation and reduce the peak-to-average power ratio(PAPR). Unlike other constant amplitude transmission scheme, the proposed scheme does not use a redundant code channel. The error correction schemes can also be applied to improve the BER performance of receiver if the proposed constant amplitude transmission scheme is used at transmitter. Computer simulation results show that the proposed scheme improves BER performance significantly and that the proposed scheme is extremely effective to the non-linear distortion of high power amplifier(HPA). Thus, the proposed constant amplitude transmission is particulary useful for multicode wideband CDMA transmission with non-linear distortion.
On the other hand, another problem of the sever problems is transmision impariment under fading channels. To enhance the performance of the multicode WCDMA system, the coherent modulation is implemented in both the uplink and downlink for different WCDMA systems. When the multicode WCDMA channael incorporates a pilot signal to obtain coherent channel estimates, the pilot channel causes interference due to multipath propagation. For a given multipath component of desired traffic channal at the receiver, the corresponding RAKD finger's output will have unwanted contributions due to other multipath components of itself, the other channels, the other users, and the pilot channel. These signal components also cause interference and then, if unaccounted, can degrade the channel estimation and resulting RAKE data output. The conventional RAKE receiver currently employed at the mobile receivers does not account for these interferences, and its performance suffers as a result. Thus, the performance of the multicode WCDMA under frequency-selective Rayleigh fading environments results in an irreducible bit error floor caused by the presence of the pilot multipath interference, intersymbol interference(ISI), multiple access interference(MAI) and interchannel interference(ICI).
Several studies using the multi-user detection, transmit diversity or adaptive smart antenna schemes have been carried out to improve the transmission performance. In this work, the multi-user detector of the conventional parallel interference cancellation(PIC) is used to reduce the irreducible BER in the uplink and downlink of the multicode WCDMA system. And, a successive pilot multipath noise canceller(SPMNC) and parallel pilot multipath noise canceller(PPMNC), which can account for the pilot multipath noise, are proposed to improve the channel estimation and detection in multicode WCDMA systems with multi-user detection. Because the multipath pilot cancellation in SPMNC or PPMNC is performed at the RAKE finger input prior to both channel estimation and data demodulation, SPMNC and PPMNC are useful for the Third Generation Partnership Projects(3GPP) and 3GPP2 of IMT-2000, respectively. The improved channel estimation and data demodulation of PPMNC or SPMNC due to pilot cancellation provides significant performance improvement over the conventional RAKE receiver under multi-user and multicode systems.
Importantly, the performance ganin of SPMNC or PPMNC further increases due to the accurate pilot estimates without MAI and ICI when the multi-user detectors can be used to reduce the irreducible bit error floor of the multicode WCDMA system caused by the presence of ISI, MAI and ICI. Moreover, the performance of the multi-user detector is further improved over that of the conventional multi-user detector. Thus, although the performance of the multi-user detector of the conventional parallel interference cancellation(PIC) depends heavily on the initial data estimates of the initial stage, this drawback of the conventional PIC can be combated by the improved initial estimates of the proposed schemes.
The potential for higher capacity exists if the channel estimates and data demodulation can be improved. Therefore, the proposed schemes are particulary useful for future multicode WCDMA systems with a high data rate and can be implemented in mobile handsets and base station to increase user capacity of the next generation CDMA systems.
제3세대 이동통신 시스템인 IMT-2000(International Mobile Telecommunications-2000)은 가변 비트율을 갖는 서로 다른 고품질의 서비스를 지원하기 위해서 멀티코드 전송(multicode transmission)을 갖는 광대역 코드분할 다중 접속(multicode WCDMA: multicode wideband code-division multiple access) 시스템이 주요한 규격으로 채택되었다. 이 멀티 코드 광대역 코드분할 다중접속(multicode WCDMA) 시스템은 고속 데이타 스트림을 병렬로 몇개의 저속 데이타 스트림으로 나누어서 전송함으로써 다중 경로 페이딩 채널에서의 성능 감소를 극복할 수 있다. 그러나 멀티코드 광대역 CDMA 시스템은 여러가지 심각한 단점을 갖는다. 심각한 문제중의 하나는 비선형 왜곡에 대한 영향이다. 멀티코드 시스템의 송신 신호가 각 병렬 코드 채널 신호들의 합이기 때문에 송신 신호는 큰 진폭 변화를 갖는다. 이 큰 진폭 변동은 커다란 비선형 왜곡을 가져오며, 따라서 시스템의 비트 에러율 성능을 저하시킨다. 이 문제를 극복하기 위해 일반적으로 고전력 증폭기(HPA: high power amplifier)의 운용 동작점을 선형으로 이동할 수 있다. 그러나 그러한 백 오프(back-off) 방법은 이동 핸드셋 단말의 전력 효율을 감소시킨다. 따라서 큰 진폭의 변화를 극복하고 이동 핸드셋 단말의 배터리 수명을 증가시키는데에는 비효과적이다. 따라서 이동 단말의 고전력 증폭기의 설계 요인중의 하나인 첨두 대 평균 전력비(PAPR: peak-to-average power ratio)를 감소시키고 고전력증폭기의 비선형 특성에 강한 멀티코드 송신 신호 전송 기법에 대한 연구가 반드시 필요하다. PAPR를 감소시키는 기법은 HPA의 비용을 감소시키고 HPA 효율과 이동국의 배터리 수명을 증가시키는데에도 널리 활용되어지기 때문에 많은 연구들이 이루어지고 있다.
이러한 실정에서 IMT-2000의 역방향 링크를 위해 제안된 HPSK(hybrid phase shift keying) 변조기법은 송신 신호의 위상 전이를 제한시켜 PAPR를 감소시키기 때문에 QPSK 변조나 offset QPSK 변조보다 뛰어난 성능을 갖는다. 그러나 간섭자의 수가 많거나 멀티코드 트래픽 채널들의 수가 많을 경우는 QPSK 변조와 동일한 성능을 갖는다. 그러므로 동영상 서비스등과 같은 빠른 전송 속도를 위해 멀티코드 채널이 많은 멀티코드 광대역 시스템에서 낮은 PAPR를 갖으면서 고전력 증폭기의 비선형 특성에 특히 강한 전송 기법이 반드시 필요하다.
송신 신호의 큰 진폭 변화를 피하고 PAPR을 감소시키기 위한 또 다른 방법은 여분의 한 코드 채널을 추가하여 사용함으로써 송신 신호 진폭이 일정하도록 만들어 주는 일정 진폭 코딩(constant amplitude coding)기법, 즉 Wada 기법이 제안되었다. 이 기법은 비선형 고전력 증폭기가 사용될 때 통상의 전송 기법보다 낮은 PAPR을 가져 오지만 코딩으로 인한 에너지 손실에 기인하여 3/4 부호기일 때 1.25dB의 비트에러율 성능 감쇄를 가져온다. 이 논문에서는 wada 방법과는 다르게 패리티 발생기와 한 개의 월시(walsh) 코드를 사용하여 송신 신호를 일정하게 만들 수 있는 일정 진폭 전송 기법을 제안하였다. 이 제안된 기법은 통상의 QPSK 변조기법이나 IMT-2000의 표준으로 채택된 HPSK 변조 기법과 비교하여 더욱 더 PAPR을 감소시키면서 비선형 왜곡에 특히 강하다. 더구나 여분의 추가 채널을 사용하지 않기 때문에 비트 에러율에서 감쇄가 일어나지 않으며 비트 에러율과 PAPR에서 상당한 성능 개선을 보여준다. 또한 제안된 일정 진폭 전송 기법을 송신기에서 사용할 때 수신기에서 에러 정정 기법을 적용하면 성능은 더욱 더 개선되어진다. 그러므로 제안된 일정 진폭 전송 기법은 비선형 왜곡을 갖는 멀티코드 광대역 시스템에 특별히 유용하다.
한편, 멀티 코드 광대역 CDMA 시스템의 심각한 문제들 중에서 또다른 하나는 페이딩 채널환경하에서 전송 성능의 감쇄이다. 시스템의 성능을 개선시키기 위해 시간 다중화 파일럿 또는 코드 다중화 파일럿을 갖는 코히런트 변조가 순방향과 역방향링크에서 실현되어지고 있다. 파일럿 채널들은 트래픽 채널과 서로 직교적이다. 그러나 다중 경로 지연은 멀티코드 광대역 CDMA 시스템의 트래픽 채널들간의 직교성을 파괴시킨다. 따라서 수신기에서 원하는 트래픽 채널을 복조시 레이크 핑거들은 자신의 다른 다경로 성분과 다른 채널 그리고 파일럿 채널로부터의 원하지 않은 성분들을 갖는다. 이들 신호 성분들은 역시 간섭의 원인이 되며, 제거되지 않으면 채널 추정과 데이타 복조의 성능을 저하시킨다. 현재 사용되는 레이크 수신기는 이러한 간섭들을 제거하지 못하며, 결과로서 그들의 성능은 저하된다. 따라서 주파수 선택적인 레일레이 페이딩 환경에서 멀티코드 광대역 CDMA 시스템의 성능은 파일럿 다중 경로 간섭과 ISI(intersymbol interference) 그리고 MAI(multiple access interference)와 ICI(interchannel interference)의 영향으로 인하여 돌이킬 수 없는 에러 floor를 가져올 수 있다. 다중 사용자 검출 기법 또는 송신 다이버시티, 적응 스마트 안테나 기술들을 사용한 여러 연구들이 이 전송 성능을 개선하기 위해 수행되어지고 있다. 또한, 파일럿 채널로 부터 오는 간섭을 동시에 제거할 수 있는 파일럿 다경로 노이즈 제거기(MNC: pilot multiple noise canceller)도 제안되었다. 이 수신기는 파일럿 전력이 순방향 총 전력의 20%을 갖는 순방향 시스템에 특별히 적합하다. 그러나 파일럿 채널의 전력이 트래픽 채널의 전력과 같거나 작은 역방향 링크에서는 성능 개선이 이루어지지 않는다. 더구나, 통상의 레이크 수신기나 파일럿 다경로 노이즈 제거기에서 채널 추정은 간섭 제거기가 사용되었을 지라도 정확하게 수행되어질 수 없다. 이것은 간섭 제거기로부터 ICI를 갖지 않은 파일럿 추정값들을 사용하지 못하기 때문이다.
이 논문에서는 다중 사용자 간섭(MAI)이나 ICI에 의한 에러 floor를 감소하기 위해 병렬 간섭 제거기(PIC:parallel interference canceller)의 다중 사용자 검파(multi-user detection) 기법을 적용하였다. 그리고 그런 다중 사용자 검파기를 갖는 멀티 코드 광대역 CDMA 시스템 구조에서 특별히 초기단의 채널 추정과 데이타 검출의 성능을 개선하기 위하여 파일럿 채널로부터 오는 간섭을 직렬로 제거할 수 있는 직렬 다경로 파일럿 잡음 제거기(SPMNC:successive pilot multipath noise canceller)와 각 사용자들의 파일럿 채널로부터 오는 파일럿 간섭들을 동시에 병렬로 제거할 수 있는 병렬 다경로 파일럿 잡음 제거기(PPMNC:parallel pilot multipath noise canceller)를 제안하였다. SPMNC 또는 PPMNC에서 다경로 파일럿 제거가 채널 추정과 검출전에 RAKE 핑거의 입력에서 이루어지기 때문에 SPMNC는 순방향 링크에서 파일럿 채널을 갖는 시스템(예를 들면 3GPP(Third Generation Partnership Projects)과 같은 IMT-2000 시스템)에 그리고 PPMNC는 역방향 링크에서 파일럿 채널을 갖는 시스템(예를 들면 3GPP2와 같은 IMT-2000 시스템)에 적용이 가능하다. 이 파일럿 간섭 제거에 기인하여 PPMNC나 SPMNC의 개선된 채널 추정과 검출은 다중 사용자 환경과 멀티 코드 전송 시스템 환경하에서 통산의 RAKE 수신기나 MNC의 성능을 훨씬 더 개선시킬 수 있다. 또한, 이 논문에서는 적용된 병렬 간섭 제기기의 다중 사용자 검출에 의해 MAI와 ICI가 없는 정확한 파일럿 추정이 이루어지기 때문에 SPMNC나 PPMNC 성능의 이득은 더욱 증가되어질 수 있다. 한편 PIC는 IMT-2000에 사용될 수 있는 강력한 간섭 제거기의 하나이지만 PIC의 성능이 PIC 전단(initial stage)의 초기 데이타 추정에 심하게 의존하는 단점을 갖는다. 그러나 제안된 SPMNC나 PPMNC를 PIC 전단에 사용시 이 PIC의 단점은 극복될 수 있음을 보였다. 이것은 SPMNC나 PPMNC가 첫째단의 성능을 개선시켜 PIC가 이 첫째단의 개선된 데이타 추정값들을 이용하여 다중사용자 제거가 이루어져 통상의 PIC의 성능을 더욱 더 개선시켰기 때문이다. 컴퓨터 시뮬레이션 결과, 멀티코드 광대역 시스템에서 고려할 만한 성능 개선이 SPMNC 또는 PPMNC와 PIC 검출기의 조합의 사용에 의해 이루어질 수 있었다. 제안된 기법과 같이 정확하게 채널 추정이 가능하고 데이타 검출 성능이 개선된다면 시스템의 용량을 증가 시킬 수 있다. 그러므로 제안된 SPMNC나 PPMNC기법들은 특별히 파일럿 채널을 갖는 멀티코드 광대역 CDMA 시스템에 유용하다.
