Among various detection schemes for direct sequence code division multiple access (DS-CDMA) systems, decorrelating detectors have been studied by many researchers because they have low complexity linear in the number of users and significantly outperform the conventional receiver when multiple access interference is high or near/far effect is dominant. The application of the decorrelating detectors to asynchronous DS-CDMA when the signal phase and energy are unknown at the receiver owing to channel fading has been addressed by several researchers and is the problem we address in this dissertation work. Previously proposed noncoherent decorrelating detection schemes exhibit an irreducible error floor at high SNR over Rayleigh fading channels with non-zero Doppler spread and have SNR loss compared with the ideal coherent detection. In this dissertation work, we propose practical coherent decorrelating detection arrangements for infinite sequence length data over asynchronous up-link DS-CDMA channels of star-topology mobile radio networks.
For frequency-nonselective Rayleigh fading channels, we propose a scheme to provide a decorrelating multiuser detector with channel phase estimates by applying pilot symbol insertion techniques. Closed form expressions for the bit error rate (BER) of the proposed scheme and that of the noncoherent differential detection scheme are derived. Simulation and analysis results show that the proposed method has SNR gain of about 1 dB at low SNRs and exhibits no error floor at high SNRs compared to differential decorrelator. Furthermore the proposed scheme is near-far resistant since it has the same order of BER at very high SNR as that of the ideal coherent decorrelating scheme which is near-far resistant.
We apply a coherent diversity combining technique to multiuser decorrelating detection for frequency-selective Rayleigh fading channels. The multipath fading channel in mobile radio environments is well represented by the tapped delay line model, where each path undergoes independent frequency-nonselective Rayleigh fading. Each path component can be treated as an additional user so that decorrelation can be applied to eliminate the multipath interference as well as the multiuser interference. The path components for the user of interest are combined by weighting each component by its complex conjugate of channel estimate which is obtained through pilot symbol aided channel interpolation. The BER performance of the proposed scheme is compared with those of the previously reported ideal coherent detection with maximal ratio combining and differntial detection with equal-gain combining of multipath decorrelated components. Simulation results show that the proposed scheme improves BER performance compared with the equal-gain combining technique. The examination of the measurement results of a typical urban 910 MHz radio channel indicates that the proposed arrangement can achieve bit rates up to 60 kbps in star-topology mobile radio networks.
직접 확산 부호분할 다중접속(direct sequence code division multiple access, DSCDMA) 통신을 위한 검파방식 중에서 상관제거 검파기(decorrelating detector)는 다중접속에 의한 간섭이 클 때 통상적인 상관 검파기에 비해 성능이 월등하고 복잡도가 그다지 높지 않기 때문에 많은 연구의 대상이 되어 왔다. 본 논문은 DS-CDMA 방식의 무선 이동통신 시스템에 있어서 채널의 페이딩으로 인하여 수신신호의 위상과 크기가 불확실 할 때, 상관제거 검파를 어떤 식으로 적용할 것인가에 대해 연구 한다. 지금까지 제안된 코히어런트하지 않은(noncoherent) 상관제거 검파기들은 도플러 확산(Doppler spread)된 페이딩 채널에서 신호 대 배경열잡음 비(signal-to-noise ratio, SNR)의 증대로도 개선할 수 없는 오율 포화(irreducible error floor) 현상을 보이며 이상적인 코히어런트(coherent) 상관제거 검파기에 비해 SNR 면에서 손실이 있다. 본 논문은 성형(star-topology)의 이동 무선망의 상향(up-link) 비동기 DS-CDMA 채널을 통하여 데이타를 검파하기 위한 실제적인 코히어런트 상관제거 검파 방안을 제안함으로써 검파 성능을 개선시키는 것을 목표로 하였다. 이를 위하여 페이딩 채널을 그 특성에 따라 주파수 비선택적(frequency-nonselective) 페이딩 채널과 주파수 선택적(frequency nonselective) 다중경로 페이딩 채널의 경우로 나누어 고려하였다.
주파수 비선택적 Rayleigh 페이딩 채널에 대해서는 파일럿 심벌을 데이타 열에 주기적으로 삽입하여 채널 위상을 추정하여 상관제거 후에 코히어런트한 검파를 할 수 있는 방식을 제안하였다. 제안된 코히어런트 방식과 기존의 코히어런트하지 않은 방식의 비트 오율(bit error rate, BER)의 해석적 표현식이 유도되었다. 컴퓨터에 의한 모의 실험 및 해석적 표현식들에 의해 제안된 방식이 낮은 SNR에서는 코히어런트하지 않은 방식에 비해 약 1dB의 이득을 가지며 높은 SNR에서도 오율 포화 현상이 나타나지 않음을 볼 수 있었다. 또한 제안된 방식이 이상적인 코히어런트 상관제거 검파기와 마찬가지로 원근문제에 강한 특성(ncar-far resistance)을 가지고 있음을 알 수 있었다.
주파수 선택적 Rayleigh 페이딩 채널에 대해서는 코히어런트한 다이버시티(diversity) 결합방법이 상관제거 검파에 적용되었다. 주파수 선택적 다중경로 페이딩 채널은 각각의 경로가 독립적으로 주파수 비선택적 페이딩을 받는 것으로 등가적으로 생각할 수 있으므로 사용자 간 뿐 만 아니라 다중경로 성분 사이의 상호 간섭을 상관제거기로 제거한 후 한 사용자에 해당하는 다중경로 성분들을 각 성분의 채널 페이딩 추정치의 복소공액 값으로 가중하여 가산 결합하는 방식이 제안되었다. 채널 페이딩 추정치는 파일럿 심벌의 삽입을 통하여 구하도록 하였다. 제안된 방식은 기존의 동일 이득 결합(equal-gain combining) 방법보다 개선된 비트 오율 특성을 가짐을 컴퓨터 모의 실험을 통해 확인할 수 있었다. 전형적인 도시지역의 900 MHz대 무선 채널 특성을 검토해 보면 제안된 방식으로 성형 무선 망에서 60 kbps 까지의 전송율을 실현할 수 있음을 알 수 있다.
