In this thesis, we evaluate and improve the detection techniques for MC-CDMA systems.
For the basic MC-CDMA system, we provide the BER expression for orthogonality restoring combining (ORC) and minimum mean square error combining (MMSEC). ORC can perfectly get rid of the effect of the frequency selective channel which leads to the elimination of the multiple access interference (MAI), generated in the process of user multiplexing process. Thus, for usually high loaded condition, ORC scheme has an advantage to apply. For deriving the performance of ORC, we use the statistics of the combining output signal. Using the moment generating function (MGF) of the combined fading random variable, we present an exact and a simple approximation bit error rate (BER) expression of ORC over Nakagami-$\It{m}$ fading channel. Also we investigate the performance of MMSEC over Rayleigh fading channel. Since the distribution of combined signal has not been derived in the literature, we present a simple lower bound and an approximated expression on the BER.
According to the request of high data rate transmission, MC-CDMA systems combine multi-antenna techniques, called multi-input multi-output (MIMO), to obtain higher spectral efficiency. In MC-CDMA systems, the multiplexed signal cannot be directly separated at the receiver since there are no orthogonality restrictions for the transmitted signals due to the MIMO signaling. Thus, MIMO MC-CDMA needs the processing on channel equalization and despreading. First we derive the BER performance of zero-forcing (ZF) detector and evaluate the performance of MMSE detector. In addition to this, for the lowcomplexity approach, we propose a low-complexity decision feedback detections for MIMO MC-CDMA systems. The proposed DF detection based on noise-prediction technique has the same BER performance as symbol-level detector with lower complexity when the system load is almost full. We also propose a partial minimum mean square error (MMSE)-ordered successive interference cancellation (OSIC) based on multi-user detection.
Finally, we analyze the effects of the channel time variation on the multicarrier system. First, we analyze the achievable doppler diversity gain induced by the temporal channel variation by using derived matched filter bound. Second, we propose a DF based MMSE detector to utilize the ICI as a source of diversity for coded system. In addition to this, we evaluate the performance of OFDM and MC-CDMA systems when the iterative receiver is applied. Interference cancellation based MMSE-SC detector can fully obtain the diversity gain provided from the channel.
본 논문은 MC-CDMA (Multi-Carrier Code Division Multiple Access) 시스템을 위한 데이터 검출 기법의 성능 분석 및 개선에 관한 것이다. 첫째, MC-CDMA 시스템을 위한 데이터 검출 기법 중 ORC (Orthogonality Restoring Combining) 기법과 MMSEC (Minimum Mean Square Error Combining) 기법에 대한 이론적 비트 오율 (BER; Bit Error Rate)을 제시한다. ORC 기법의 BER 성능은 검출 출력단의 SINR (Singal to In terference-plus-Noise Power Ratio)의 MGF를 이용하여 계산된다. Nakagami-m 페이딩 환경을 위해 MC-CDMA 시스템과 길쌈 부호 (Convolutional Codes)가 결합된 시스템에 대한 비트 오율 수식이 제공된다. MMSEC 결합 기법에 대한 비트 오율 수식은 레일리 (Rayleigh) 페이딩 환경에 대해 제공된다. 결합 신호에 대한 통계적 특성을 일반적으로 계산하기 어렵기 때문에 간단한 하계 (Lower Bound) 비트 오율 수식과 근사적 수식을 제공하며, 또한 MMSEC 기법에 대한 다이버시티 이득 특성을 논한다. 둘째, MIMO (Multi-Input Multi-Output) MC-CDMA 시스템을 위한 검출 기법의 성능을 분석한다. ZF (Zero-Forcing)과 MMSE (Minimum Mean Square Error) 선형 검출 기법에 대한 성능 분석을 제시하며, 저 복잡도 DF (Decision Feedback) 기반 검출 기법을 제안한다. Noise-Prediction 기술에 근거한 제안된 기법은 다중 사용자 검출 기반 ZF/MMSE 선형 검출 기법과 비교하여 동일한 성능을 발휘하며, 반면 복잡도를 감소시킨다. 이에 더불어 Partial MMSE-OSIC (Ordered Successive Interference Cancellation) 기법을 제시한다. 끝으로 다중 캐리어 시스템에 있어서 채널의 시간적 변화에 대한 효과를 분석한다, 채널의 순간적인 변이로부터 얻을 수 있는 도플러 다이버시티 (Doppler Diversity)를 분석한다. 이를 위해 OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing)과 MC-CDMA 시스템의 성능 한계인 MFB (Matched Filter Bound)를 제시한다. 또한 채널 코딩이 결합된 시스템에서 다이버시티 이득을 최적화 할 수 있는 효율적인 DF 기반 MMSE 수신기를 제안한다. 이에 더불어, 간섭 제거 기반 반복 수신기 (Interference Cancellation based Iterative Receiver)를 본 환경에 적용하여, 채널에서 제공하는 다이버시티 이득을 최대화 할 수 있음을 실험적으로 확인한다.
