Two approaches of CDMA techniques accommodating various types of services have been proposed for applications to second- and third-generation mobile communication systems. The first approach is to use either a single-code CDMA (SC-CDMA) transmission scheme or a multi-code CDMA (MC-CDMA) scheme in a single channel bandwidth. The second approach is to use a spectrally overlaid CDMA system with different spreading bandwidths.
In this dissertation, we are concerned with reverse link performance analysis of overlaid CDMA communication systems for various types of services in terms of signal power, interference, and capacity.
First, we investigate the link capacity and signal power of SC-CDMA and MC-CDMA systems considering various system parameters, such as spreading bandwidth, traffic load, the orthogonality factor, and the number of spreading codes assigned to a user. The capacities of both SC- and MC-CDMA systems are identical in the ideal case where spreading code channels are orthogonal. However, in real environments the orthogonality is lost due to multipath fading and different code channels in MC-CDMA systems interfere with each other. This mutual interference affects link capacity and user signal power, both of which are important factors for determination of the system performance. The degree of orthogonality loss is characterized by introducing the orthogonality factor depending on multipath delay power profiles of the propagation channel. The results show that the SC-CDMA system provides a larger link capacity and multi-code users require significantly more power than do single-code users.
Second, we analyze the capacities of spectrally overlaid narrowband and wideband systems using the two CDMA techniques: a single-code and a multi-code. The capacity is defined here as the maximally achievable total throughput in the narrowband and wideband subsystems. User signal power in the overlay systems affects the performance of the systems. The signal power is characterized as the relative power level of wideband and narrowband users according to the spreading bandwidth, spectral overlay ratio, and the number of spreading codes assigned to a user in single and multiple cell environments. The capacities of the overlay systems are then analyzed. The results of the analysis show that the single-code technique yields better performance than does the multi-code scheme in terms of the capacities of the overlay systems. Furthermore, the use of a multi-code technique for wideband subsystems and a single-code scheme for narrowband subsystems is desirable for enhancing the performance of CDMA overlay systems.
Finally, we analyze the reverse link capacity of a spectrally overlaid macrocell and microcell cellular CDMA system supporting various types of traffic. In the overlay system, several narrowband subsystems are overlaid with a wideband subsystem in macrocells, while in a microcell a single narrowband subsystem is operated with the same spectrum as one of the macrocell narrowband subsystems. Using a typical propagation model the reverse link signal power and interference are characterized as the relative user signal power and the cross-tier interference factors between the macrocell and the microcell, considering various system parameters. The reverse link capacity of the overlay system is then analyzed. The results show that the dominant parameters affecting the system performance are the spectral overlay ratio and the distance between the microcell and macrocell base stations. In particular, when the distance equals a half of macrocell radius, optimum performance can be achieved by minimizing the cross-tier interference factors. This overlay system can enhance the flexibility of the spectrum utilization and accommodate rapidly growing various traffic demands, including shadowed regions and heavily populated areas called hot spots.
본 연구는2세대 및3세대 이동통신시스템에서 다양한 형태의 무선 서비스를 제공하기 위한 기술중의 하나인 중첩 코드분할 다중접속 통신시스템의 무선링크성능을 결정하는데 중요한 요소인 신호전력 및 간섭특성에 대한 수학적 분석을 통하여 시스템의 무선용량을 분석한다.
첫번째 주제는, 단일코드와 다중코드를 사용하는 코드분할 다중접속 통신시스템에서 각종 시스템 파라미터들이 역방향 링크 용량 및 신호전력에 미치는 영향에 대하여 수학적으로 분석한다. 시스템 파라미터로는 확산대역폭, 트래픽 부하, 직교확산코드의 직교성 인자 (Orthogonality factor) 및 각 사용자들에게 할당되는 확산코드 수 등을 포함한다. 일반적으로, 단일코드 및 다중코드 시스템의 용량은 확산코드의 직교성이 보장되는 이상적인 무선채널 환경에서는 동일하다고 알려져 있다. 그러나 다중경로 전파환경에서는 직교성이 상실되며 이로 인하여 서로 다른 직교확산 코드채널 간에는 상호간섭이 발생하게 된다. 이러한 상호간섭은 수신신호 전력 및 무선링크 용량등에 영향을 끼친다. 특히, 본 주제에서는 이러한 영향을 고찰하기 위하여 먼저, 서로 다른 지연경로 전력 특성을 갖는 다중경로 페이딩 채널에서 확산코드의 직교성이 어느 정도 상실되는지를 시뮬레이션으로 유도하였으며, 이를 직교성 인자로 정량화 하였다.
두번째 주제는, 단일코드 및 다중코드를 이용한 협대역/광대역 중첩 코드분할 다중접속 통신시스템의 역방향 무선용량을 분석한다. 본 주제에서, 무선용량은 협대역 및 광대역 서브시스템에서 최대로 제공할 수 있는 전체 스루풋 (Throughput)으로 정의한다. 본 스펙트럼 중첩 시스템의 무선성능에 영향을 미치는 사용자 요구 신호전력은 단일 셀 및 다중 셀 환경에서 협대역 및 광대역 사용자들의 요구하는 상대신호전력으로 유도하였으며, 각종 시스템 파라미터들이 이 상대신호전력에 미치는 영향에 대하여 분석하였다. 그리고 이들 분석 결과를 이용하여 중첩시스템의 무선용량을 수학적으로 분석하였다. 분석 결과 협대역 및 광대역 서브시스템에서 단일코드를 사용한 스펙트럼 중첩 시스템의 성능(무선용량)이 가장 우수함을 알 수 있었으며, 특히 이러한 중첩시스템은 스펙트럼을 유연하게 사용할 수 있는 장점이 있다.
마지막 주제는, 음성 뿐만 아니라 데이터 등을 포함하는 다양한 형태의 무선 서비스를 제공하기 위하여 협대역/광대역 및 매크로 셀/마이크로 셀 중첩된 코드분할 다중접속 통신시스템의 역방향 무선용량을 분석한다. 매크로 셀에서는 하나의 광대역 서브시스템과 다수의 협대역 서브시스템이 스펙트럼 중첩되어 있으며, 마이크로 셀에서는 매크로 셀에 할당된 협대역 스펙트럼과 동일한 하나의 협대역 서브시스템이 운용된다. 먼저, 이동통신전파환경에서 일반적으로 사용되는 전형적인 전파모델을 사용하여 매크로셀 및 마이크로 셀의 역방향 링크 사용자 신호 및 간섭특성을 해석적으로 분석하였으며, 분석 결과 등을 이용하여 시스템의 무선용량을 분석한다. 특히, 마이크로 셀 기지국 위치, 음영현상 (Shadow fading) 및 마이크로 셀의 크기 등이 시스템 성능에 미치는 영향에 대하여 고찰한다. 이러한 중첩코드분할 다중접속 시스템은 무선자원을 유연하게 사용할 수 있을 뿐만 아니라 특히 음영지역 및 사용자 과밀지역 (Hot spots) 등에서 급격하게 증가하고 있는 다양한 형태의 서비스를 제공할 수 있다.
