The key feature of wideband cellular systems is universal frequency reuse. Since simultaneous transmissions interfere with each other in the systems, a careful design of multiple access and interference management can improve capacity and quality of service (QoS). In this thesis, we deal with several issues of multiple access and interference management in wideband downlink cellular systems: soft handoff in code division multiple access (CDMA) systems and multiple access schemes in orthogonal frequency division multiplexing (OFDM) systems.
First, an analysis on CDMA downlink capacity and QoS is provided comparing hard and soft handoffs. For soft handoff, three different power allocation schemes among cells are investigated: equal power, equal signal to interference ratio and selection diversity. In capacity part, a handoff decision based on filtered pilot signal strengths, which is ignored in most of previous research, is considered. Contrary to previous results that soft handoff provides a capacity decrease in the CDMA downlink, it is concluded that soft handoff mitigates capacity loss due to filtering through diversity gain, and may in fact provide higher capacity. In QoS part, effects of soft handoff on QoS under imperfect power control are investigated. It is shown that the power allocation schemes of soft handoff except the selection diversity scheme greatly improve signal quality, especially under power control errors with small standard deviations. Collectively, we reveal that soft handoff can still enhance capacity and QoS efficiently managing interference in downlink as well as in uplink.
Secondly, downlink performance of orthogonal frequency division multiple access (OFDMA) cellular systems is provided for both intercell synchronous and asynchronous cases. A downlink interference model and bit error rate (BER) performance for M-ary quadrature amplitude modulation (M-QAM) are analyzed under imperfect channel estimation. It is shown that the interference power is almost the same for both cases under equal transmission power at each subcarrier. Nevertheless, the performance of the asynchronous systems deteriorates severely with increasing SIR due to channel estimation error while in the synchronous systems the perfect channel estimation can be assumed.
Lastly, downlink performance of multicarrier code division multiple access (MC-CDMA) cellular systems under correlated fading channels is analytically investigated. Under code hopping, a signal to interference plus noise ratio (SINR) including average multiple user interference (MUI) and co-channel interference (CCI) powers and BER performance are derived in multi-cell environments while most of previous research has been studied under isolated cell environments. In addition, specific conditions to validate the commonly used Gaussian approximation of an interference plus noise distribution in MC-CDMA systems are discussed. It is proved that the approximation is adequate in case of low correlation between subcarriers and a large spreading factor (SF). The proposition is confirmed through comparison between analytical and simulation results.
광 대역 셀룰러 시스템의 경우 모든 셀에서 주파수가 재 사용되는 것을 중요 특징으로 한다. 이 경우 시스템 내 동시 사용자는 서로 간섭을 발생시키므로 다중 접속 및 간섭 제어 기술의 주의 깊은 설계를 통해 용량 및 신호품질 향상을 기할 수 있다. 본 논문에서는 광 대역 하향링크 셀룰러 시스템에서의 다중 접속 및 간섭 제어 이슈로서 CDMA 시스템에서의 소프트 핸드오프 그리고 OFDM 시스템에서의 다중 접속 기법에 관하여 다루었다.
첫 번째로 CDMA 하향링크 용량 및 신호품질에 관한 분석이 하드 그리고 소프트 핸드오프하에서 제공되었다. 소프트 핸드오프의 경우 equal power scheme (EPS), equal SIR scheme (ESS) 그리고 selection diversity scheme (SDS)의 세 가지 셀 간 전력 할당 방안이 조사되었다. 용량분석의 경우 많은 선행 연구에서 간과되어진 필터링을 거친 파일럿 신호 세기에 근거한 핸드오프 방안이 고려되었다. 소프트 핸드오프는 CDMA 하향링크에서 용량 감소를 가져온다는 기존의 결과와는 달리 소프트 핸드오프는 다이버시티 이득을 통해 필터링에 기인하는 용량 감소를 완화시켜 더 높은 용량을 제공할 수도 있음이 밝혀졌다. 신호품질 분석에서는 전력제어 에러 하에서의 신호품질에 대한 소프트 핸드오프의 영향이 조사되었다. SDS 를 제외한 소프트 핸드오프는 특히 작은 표준편차를 가지는 전력 제어 에러 하에서 크게 신호품질을 향상시킬 수 있다는 사실이 보여졌다. 결론적으로 소프트 핸드오프는 상향링크 에서 뿐만 아니라 하향링크에서도 효율적으로 간섭을 제어함으로써 용량과 신호 품질의 향상을 제공한다는 것이 밝혀졌다.
두 번째로 OFDMA 셀룰러 시스템의 하향링크 성능이 셀간 동기식 그리고 비 동기식 경우에 대하여 제공되었다. 다운링크 간섭 모델과 M-QAM에 대한 비트 에러 율 성능이 채널 예측 에러 하에서 분석되었다. 각 서브 캐리어 에서의 동일 전력 할당의 경우 간섭량은 두 가지 경우에 대해 거의 동일하나 동기식 시스템의 경우 퍼펙트 채널 예측이 가정될 수 있는데 반하여 비 동기식 시스템에서는 채널 예측 에러에 의해 신호 대 간섭 비 의 중가에 따라 에러 율이 크게 열화 됨이 보여졌다.
마지막으로 correlated 페이딩 하에서의 MC-CDMA 셀룰러 시스템의 하향링크 성능이 분석되었다. 대부분의 선행연구들이 독립된 하나의 셀만을 고려한데 반하여, 코드 하핑을 전제로 평균 다중 사용자 간섭 및 동일 채널 간섭 전력량을 포함하는 신호 대 간섭 플러스 잡음 비과 비트 에러 율 성능이 다중 셀 환경 하에서 유도 되었다. 추가적으로 MC-CDMA시스템에서 그 간 널리 가정 되어져 온 간섭 플러스 잡음 분포의 가우시안 근사화를 유효하게 하는 조건이 다루어졌다. 근사화는 서브 캐리어 간 correlation 이 작고 확산계수가 큰 경우 적절함이 증명되었으며 이는 해석적 및 시뮬레이션 결과의 비교를 통해 확인되었다.
