This dissertation is concerned with performance analysis of downlink transmit diversity techniques in DS W-CDMA systems from a time domain perspective and CPICH generation methods for four antennas. First, we introduce a Time Switched Transmit Diversity (TSTD) for FDD and TDD in high chip rate (HCR,3.84 Mcps) option and analyze the performance of the TSTD scheme with no diversity scheme in various operating conditions and power control. Depending on the modeling environments, the gain of TSTD over a non-diversity mode is between -0.2 to 7 dB. The effect of TSTD is the most significant in low mobile speeds and a single path environment which prevails in microcell or pico cell environments. The TSTD scheme is a simple, effective transmit diversity method from the viewpoint that it can increase down-link capacity in CDMA systems. It requires no additional components in MS because channel estimation and modulation for each slot is performed independently. However, due to a limitation in BS power amplifier maximum capacity requirement, it is not accepted as a scheme for dedicated physical channels. Hence, TSTD is finally adopted as a transmit diversity scheme for synchronization channel (SCH) both for W-CDMA FDD and HCR -TDD mode.
Second, A TSTD scheme is also proposed for the downlink physical channels of the Low Chip Rate (LCR,1.28 Mcps) TDD system. The proposed scheme uses the sub-frame structure of LCR-TDD and yields a transmit diversity gain of up to 5dB with only one RF switch and one additional antenna in a base station. In order to utilize the TSTD efficiently, a new power control algorithm for generation of power control commands is required in UEs. From the viewpoint of both complexity and performance, the TSTD scheme is a simple and effective transmit diversity method that can increase downlink capacity in W-CDMA LCR-TDD systems. Hence, the TSTD scheme is adopted in W-CDMA LCR-TDD.
Finally, a Common Pilot Channel (CPICH) generation method for four antenna transmit diversity scheme is proposed. The downlink performance is enhanced as the number of transmit antennas for diversity increases in principle. However, the additional gain for more than 4 antennas becomes smaller considering the added complexity. The four antennas scheme is a reasonable choice for practical purpose when considering the trade-offs between performance gain and complexity of UEs in a multiple antennas transmit diversity environment. The proposed scheme meets the backward compatibility with W-CDMA Release '99 UEs, and enables even distribution of transmit powers among four antennas. With only one additional channelization code and cross distribution of signal powers to two antennas, the proposed CPICH transmission scheme can be used as a diversity scheme with 4 transmit antennas and can be easily expandable to a configuration with more than four antennas
3 세대 이동통신 시스템은 2세대에 비해서 많은 용량, 높은 품질, 그리고 빠른 데이터 전송률 등을 그 특징으로 하고 있다. 대표적인 3세대 이동통신 기술의 하나인 W-CDMA를 살펴 보면 성능개선을 위해서 터보 코드, 동기 검파, 가변 전송률 등 여러 가지 새로운 기법들을 채택하고 있는데 그 중에서도 순방향 성능을 개선하기 위한 방법의 하나로 송신 다이버시티가 채택되고 있다.
송신 다이버시티 기법에는 여러 가지 방법이 있을 수 있는데 본고에서는 Open loop 방식으로서 Time Switched Transmit Diversity 방식을 제안한다. 먼저 FDD 용으로, Time Slot 단위로 안테나를 절체하는 방법을 제안하였는데 단순하고도 우수한 특징으로 말미암아 공통채널인 W-CDMA Synchronization Channel 에 사용할 수 있도록 표준으로 채택되었으며 동시에 이 기술은 W-CDMA High Chip Rate TDD 방식에도 채택되었다.
한편 W-CDMA Low Chip Rate TDD 방식에서는 slot 대신에 subframe 단위로 절체하는 방식을 제안하여 Power Amplifier 를 한 개만 쓰고도 다이버시티를 구현할 수 있는 획기적 방법을 제안하여 공통채널은 물론이고 전용채널에도 표준으로 채택되었다.
또한 더 높은 다이버시티 이득을 위해서는 저속 이동용에 국한되기는 하지만 closed loop 송신 다이버시티 방법이 유용한데, 이득을 더 키우기 위해서는 단순한 계산으로는 송신안테나의 개수를 늘리는 게 유용하다. 그러나 각 안테나별로 전송되어 채널 추정에 사용되는 복수개의 Common Pilot Channel (CPICH) 전송과 관련해서는 호환성과 확장성 그리고 단순성 등 여러 가지 고려해야 할 요소가 많이 있다. 본고에서는 초기 규격인 W-CDMA Release 99 와 호환을 유지하면서도 확장성이 뛰어나고 특히 안테나간에 균일한 전력을 분배할 수 있어서 기지국 구현측면에서도 유리한 CPICH 전송 방식을 제안하였으며 이 기술은 현재 표준 규격화의 전단계인 기술보고서에 채택이 되어 있다. 본고에서 제안하고 있는 TSTD 기법 및 CPICH 전송기법은 W-CDMA 표준으로 이미 반영되었거나 검토단계에 있기 때문에 우수성이 인정되었으며 W-CDMA 시스템의 성능개선에 기여할 것으로 예상된다. 한편 지속적으로 성능을 개선하기 위해서는 4개 이상의 송신안테나를 사용하는 방식에 대해서 더 많은 노력이 투입되어야 할 것으로 예상된다.
