The use of spread spectrum signaling in packet radio networks was motivated largely by the desire to achieve good performance in the fading multipath channels resulting from the users in the mobile environment and by the need for secure communications in tactical applications. The spread spectrum signaling also enables simultaneous successful transmissions to take place within the same local area, which are not generally possible in narrow-band networks. If a packet transmission is to be successful in the presence of other ongoing transmissions, the destination receiver of a transmitted packet should be ready for packet reception and lock onto the packet successfully, and then accomplish the reception of the packet rejecting the interference due to the other transmissions as noise. In other words, we can say that the success of a packet transmission is determined by the receiver availability and the effect of the multiuser interference. In this thesis, we model and incorporate these two factors in the performance analysis of spread spectrum packet radio networks. In addition, we propose the channel access protocols which regulate these two factors properly so as to enhance the network performance. Firstly, we analyze the performance of an unslotted network. We account for the receiver availability through a Markovian network model and the preamble collision probability, and make a simple threshold approximation to the effect of the multiuser interference. Secondly, we consider a slotted network. We derive a detailed model for the channel with the frequency hopping modulation, which accounts for both the receiver availability and the effect of the multiuser interference. Then, the channel model is incorporated in a Markovian network model for the performance analysis of the network. We also evaluate the asymptotic performance of the slotted network as the number of nodes and the codeword length approach infinity, and derive the optimal retransmission probability for a given traffic load. Lastly, we propose the channel load sensing protocols in minislotted and slotted networks and analyze the throughput performance of the networks taking into account the effect of the nonzero channel load sensing time. Theses protocols are able to control the channel load so as not to cause the severe multiuser interference which degrades the throughput of the networks.
무선 패킷 통신망에서의 대역확산 신호방식의 사용은 주로 이동통신에서 발생하는 페이딩 다중경로 채널에서 좋은 성능을 얻기 위하여 또 전술적 응용 분야에서의 보안통신 (secure communications)에 대한 요구에 의해서 유발되었다고 할 수 있다. 또한 대역확산 신호방식은 협대역 통신망에서는 일반적으로 가능하지 않는 성공적 동시전송을 가능하게 한다. 다른 전송이 진행 중인 가운데 원하는 패킷 전송이 성공하려면 우선 전송되는 패킷의 수신자는 수신할 준비가 되어 있어 그 패킷에 대한 lock이 이루어져야 하고 그 다음 다른 전송으로 인한 간섭을 제거하여 수신을 성공적으로 마쳐야한다. 다시 말하면 패킷 전송의 성공 여부는 수신자 가용성(receiver availability)과 다중사용자 간섭(multiuser interference)의 영향에 의해 결정된다고 할 수 있다. 본 논문에서는 대역확산 무선 패킷 통신망의 성능해석에 있어 이 두 요인을 모델링 하여 성능해석에 반영하였다. 또한 이 두 요인을 적절히 조절하여 통신망의 성능을 향상시키는 채널 접속 프로토콜을 제안하였다. 우선 비동기식(unslotted) 통신망에 있어서 마르코프 통신망 모델과 preamble 충돌 확률을 통해 수신자 가용성을 고려하였으며 다중사용자 간섭의 영향에 대하여서는 간단한 threshold 근사법을 사용하였다. 다음으로 동기식(slotted) 통신망에 대하여서는 주파수 도약 변조 방식을 사용하는 채널에 대해 수신자 가용성과 다중사용자 간섭의 영향을 모두 고려하는 자세한 모델링을 수행하였다. 그 다음 이 채널 모델을 통신망의 성능해석을 위한 마르코프 통신망 모델에 이용하였다. 또한 통신망의 노드 수와 codeword의 길이가 무한대로 증가함에 따른 통신망의 점근적인 성능을 분석하였으며 일정 트래픽에서의 최적 재 전송 확률을 구하였다. 마지막으로 minislotted 통신망과 동기식 통신망에서의 채널 부하 감지 프로토콜을 제안하고 채널 부하 감지에 걸리는 시간을 고려하여 통신망의 throughput을 분석하였다. 이 프로토콜은 통신망의 성능을 저하시키는 심한 다중사용자 간섭을 일으키지 않도록 채널 부하를 조절할 수 있다.
