The use of an antenna array in code division multiple access (CDMA) base station can effectively improve system capacity, quality, and coverage of wireless communication systems. This makes space-time signal processing for CDMA systems a promising technology. In general, space-time based CDMA receivers use knowledge about the received signature waveform across space and time for the desired user. The channel information is normally acquired through the use of training sequences (or symbols) known both by the transmitter and receiver.
In this dissertation, we propose several space-time linear receivers based on certain optimality criteria: space-time matched filter (MF) receiver, spacetime minimum mean squared error (MMSE) receiver, and space-time minimum variance (MV) receiver for an antenna array CDMA system. The
space-time MV receiver is based on a certain constrained optimization criterion which does not require the knowledge of the direction of any user, and does not require the spreading code of the interfering users. For this constrained optimization problem, a new constraint matrix which is composed of the spreading code of the desired user is introduced, and a batch algorithm
is proposed for determining the unknown parameter vector and the weight vector of the receiver. Algorithms for recursively updating the optimum solutions of the space-time MMSE receiver and the space-time MV receiver based on the recursive least squares (RLS) adaptation method are developed.
The robust space-time MV receiver is derived in the presence of modeling errors or mismatch due to unmodeled channel effects. The resulting proposed receiver is based on the signal and noise subspace decomposition of the signal covariance matrix, and is insensitive to the mismatch.
Simulation results are presented for demonstrating the improved bit error rate (BER) performance of the proposed space-time receivers in a multipath channel. The receivers also show superior performance to the conventional RAKE receiver and the time-only MV receiver even in the presence of a nonzero angular spread. Furthermore, the performance of the proposed receiver is insensitive to the degree of the angular spread or the spacing between antenna elements, and has a near-far resistant property. For the space-time MV receiver, we verified that the estimation capability for unknown spatialtemporal channel parameters.
The experimental setup for evaluating the performance of the space-time processing in CDMA systems is explained. The performance of the proposed robust space-time MV receiver is compared with that of the conventional receivers, and the channel estimation capability of the space-time MV receiver was verified using the field data obtained from the testbed. We also present
a new blind and adaptive calibration algorithm for both uplink and downlink channels in an antenna array CDMA system. The proposed algorithm is based on least mean square (LMS) and RLS methods, and use phase compensated input signals which are obtained by phase detectors and conjugate operators. As a result of the experiment, our algorithms are proven to be better for the calibration with minimal additional circuits.
CDMA 기지국에서 안테나 배열을 사용하면 통신 시스템의 용량, 품질 그리고 서비스 영역등을 크게 향상시킬 수 있다. 따라서 CDMA 시스템에서의 공간-시간 (space-time) 신호처리 기술은 많은 관심의 대상이 되고 있다. 일반적으로 공간-시간 처리 기반의 CDMA 수신기는 원하는 사용자에 대한 공간 및 시간의 수신 신호구조에 관한 정보를 사용하게 된다. 이러한 채널정보는 학습 수열을 사용하여 구해질 수 있다.
본 논문에서는 안테나 배열을 가진 공간-시간 정합 필터 (MF) 수신기, 공간-시간 최소 평균 제곱 오차 (MMSE) 수신기, 그리고 공간-시간 최소 분산(MV) 수신기등을 제안한다. 공간-시간 최소 분산 수신기의 경우 제한 조건을 가지는 최적화 기준에 의해 설계되며 사용자에 대한 방향 정보를 필요로 하지 않고 또한 간섭 사용자의 확산 부호도 필요하지 않은 장점이 있다. 이 최적화 기준에서 원하는 사용자의 확산 부호로 구성된 행렬이 소개되고 미지의 채널 파라미터를 결정하고 수신기의 가중치 벡터를 구하는 최적의 수신기 알고리듬이 제안된다. 또한 수신기의 가중치 벡터를 재귀적 최소 제곱(RLS) 법에 기반하여 갱신하는 적응 알고리듬을 개발한다.
모델링 할 수 없는 채널의 영향에 의한 불일치 (mismatch)가 있는 경우를 고려한 강인한 공간-시간 최소 분산 수신기 알고리듬이 제안된다. 이 수신기는 신호의 공분산 배열의 신호 및 잡음 부공간 분해를 기반으로 하며 불일치 문제에 대해 강인한 특성을 가진다.
다중경로 채널에서 제안된 공간-시간 수신기의 비트오율 (BER) 성능을 컴퓨터 모의실험을 통해 확인하였다. 제안된 수신기는 근원 효과 (near-fareffect)에 강하며 미지의 채널 파라미터를 추정할 수 있는 능력을 가지고 있음을 입증하였다.또한 CDMA 시스템에서의 공간-시간 신호처리 기법의 성능을 평가하기위한 실험장치를 설명하였다. 실험장치를 이용하여 수집된 실제 수신 신호를 사용하여 제안된 강인한 공간-시간 최소 분산 수신기의 성능을 기존의 수신기와 비교하였다. 또한 안테나 배열을 가진 CDMA 시스템의 상향 링크와하향 링크에 대한 최소 평균 제곱 (LMS) 과 RLS 기반의 보정 (calibration)알고리듬을 제안하고 향상된 성능을 입증하였다.
