In this dissertation work, the use of the code division multiple access (CDMA) technique in local area networking has been proposed and studied. The CDMA method allows overlap of signals both in time and frequency domains. The transmitted signal is recovered by exploiting the orthogonality of the code sequences used. When the CDMA approach is used as the transmission mechanism of a local area network (LAN), it offers many advantages, and can alleviate various shortcomings of existing local area networks based on the time division multiple access (TDMA) method.
The proposed CDMA LAN is basically a baseband broadcast bus system (BBS). The medium may be baseband coaxial cables, twisted pair wires or optical fibers. In this dissertation, the use of time (bit)-shifted versions of a binary maximal-length sequence as orthogonal codes is proposed. Also, the use of multi-level data symbols is proposed. Thus, information requiring a higher data rate (e.g., voice) than that of normal interactive data can easily be accommodated in the proposed LAN. By employing a dual-cable configuration and broadcasting a reference code sequence, all the transceivers in the CDMA LAN can operate in a synchronous mode, thereby increasing network efficiency. A transceiver can access others simply by changing the destination code sequence.
Multiaccess in the CDMA LAN is based on a simple distributed reservation protocol. The medium can be shared equally among active users on a slot-by-slot basis. The system is inherently stable, and at least one logical channel is guaranted at all times. Unlike TDMA LAN's, channel utilization and the actual data rate of the CDMA LAN are nearly independent of the effect of end-to-end propagation delay. Mean message delay for the CDMA LAN is comparable to or slightly less than that for other TDMA LAN's. Also, the message delay is rather insensitive to propagation delay. Thus, the performance of the CDMA LAN is superior to those of all other TDMA LAN's, especially for a high-speed medium or a long bus.
In the CDMA LAN, the data rate of a link is constant or an integer multiple of a basic data rate (i.e., that of a logical channel). Also, messages can be transmitted directly without packetization. In addition, the use of multi-level symbols allows transmission of higher-rate data than binary data. Thus, the CDMA LAN is very suitable for mixed traffics, such as voice and data. For a voice message, one may transmit it without being blocked or interrupted by other users until the end of a session, and needs no error or flow control.
This dissertation consists of five parts. In the first part, the physical performance of the proposed CDMA LAN is investigated analytically and by computer simulation. Error rates are found with emphasis on the effect of mutual interference and time jitters. In the second part, multiaccess performance of the CDMA LAN is investigated analytically and by simulation with emphasis on the effect of end-to-end propagation delay. In the third part, the multiaccess performances of the CDMA LAN, such as throughput, channel utilization, actual data rate and delay, are compared with those of existing TDMA LAN's. It is shown that the CDMA LAN outperforms all others in channel utilization and actual data rate. In the fourth part, integration of voice and data traffics on the CDMA LAN is investigated by computer simulation. Several voice coding schemes are tested with real speech. The result shows that the CDMA LAN has satisfactory performance for voice/data-integrated communication in the sense that the voice quality is degraded slowly as the network becomes loaded. Finally, in the fifth part, implementation of the proposed CDMA LAN is considered. Implementation of several physical-layer functions is discussed. Also, description of the data link layer functions is presented in detail. These include the data link management, message encapsulation format, flow control and error control.
본 논문에서는 부호분할 다중접근 (CDMA) 방식을 국소지역 통신망(LAN)에 응용하여 종래의 시분할 다중접근(TDMA) 방식의 국소지역 통신망이 가지는 결점을 개선하는 방법을 연구하였다. CDMA 방식에서는 각 신호들은 시간영역 및 주파수 영역에서도 중첩되나 code sequence가 가지고 있는 직교성을 이용함으로써 전송된 신호가 검출된다. CDMA 방식을 LAN의 전송 방법으로 이용하게 되면 많은 장점을 얻을 수 있으며 기존의 LAN이 가지 고 있는 여러가지 결점을 극소화할 수 있다.
본 논문에서 제안된 CDMA LAN은 기본적으로 baseband broadcastbus system (BBS) 이며 user는 상대방의 orthogonal code에 data를 실어서 전송한다. 전송매체로서는 baseband coaxial cable, twistedpair wire 또는 optical fiber 등이 쓰일 수 있다. 본 논문에서는 binary maximal-length sequence를 bit shifting 시킨 것들을 orthogonal code로 사용할 것을 제안하였으며 multi-level data symbol을 사용할 것을 제안하였다. 이와같이 하면 일반적인 interactive data보다 높은 전송속도를 필요로 하는 정보 (예컨대 음성신호) 를 수용하는 것이 용이하다. 또, dual cable의 configuration과 reference code sequence를 broadcast하는 방식을 채택함으로써 CDMA LAN내의 모든 transceiver가 동기적으로 동작할수 있게 되고, 이로 인해 통신망의 효율이 증대된다. Transceiver는 단순히 destination code sequence 를 바꾸어 줌으로써 다른 transceiver를 용이하게 access할 수 있다.
CDMA LAN에서의 다중접근 방식은 간단한 distributed reservation 방식이다. 전송매체는 각 slot 마다 active user에게 균등하게 분배된다. 이 system은 근본적으로 안정하며 어느 때든지 최소한 한 개의 logical channel 이 보장되는 것이 장점이다. 또한, TDMA 방식의 LAN과는 달리 CDMA LAN의 channel 이용률이나 실전송률은 end-to-end propagation delay의 영향을 거의 받지 않는다. CDMA LAN의 평균 message delay는 다른 TDMA 방식의 LAN의 delay와 비교하면 비슷하거나 조금 작은 정도이다. 또한, message delay는 propagation delay에는 비교적 민감하게 변하지 않는다. 이와같이 CDMA LAN의 성능은 특히 고속의 전송매체거나 긴 bus일 때 다른 TDMA LAN에 비해 월등히 좋다.
CDMA LAN에서 한 link의 전송속도는 일정하거나 어떤 기본 전송률 (즉, 한 logical channel의 전송률) 의 정수배이다. 또, message를 packet화 하지 않고 그대로 전송할 수 있다. 또한 multi-level symbol을 사용할 수 있기 때문에 binary data 보다 높은 전송률의 data를 전송할 수도 있다. 이상과 같은 이유로 CDMA LAN은 음성과 data 따위가 혼합된 경우의 통신에 특히 적합하다. 음성 message의 경우 통화가 끝날때까지 다른 user 때문에 blocking 되거나 interrupt 당하는 일 없이 전송하는 것이 가능하며, error control이나 flow control이 필요 없다.
본 논문은 다섯 부분으로 구성되어 있다. 제1부에서는 제안된 CDMALAN의 물리적 성능을 수식과 computer simulation을 통해 연구하였다. 상호간섭과 time jitter의 영향에 중점을 두고 error rate를 구하였다. 제2부에서는 CDMA LAN의 다중접근 성능을 end-to-end propagationdelay의 영향에 중점을 두고 수식과 simulation을 통해 연구하였다. 제3부에서는 CDMA LAN의 성능, 즉 throughput, channel 이용률, 실전송률 및 delay를 기존의 TDMA LAN 의 성능과 비교하였다. Channel 이용률과 실전송률에 있어서 CDMA LAN 의 성능이 모든 다른 LAN을 능가하는 것을 알 수 있었다. 제4부에서는 음성을 data와 통합 전송하는 문제가 computer simulation을 통해 연구되었다. 실제 음성을 써서 여러가지 음성 coding 방법을 시험하였다. 통신망의 통신량이 증가함에 따라 음질이 서서히 떨어지는 결과를 볼 수 있었는데 이는 음성과 data의 통합통신에 있어서 바람직한 성능이라 할 것이다. 끝으로 제5부에서는 제안된 CDMALAN을 실제로 구현하는 문제를 고려하였다. 몇가지 physical layer 기능의 구현에 대해 언급하였다. 또한 data link의 management, message의 encapsulation format, error 및 flow control 등 datalink layer의 구현에 대해서도 상세히 기술하였다.
