Third-generation wireless systems, such as the IMT-2000 and the UMTS, are required to accommodate a wide variety of services, including high quality voice, data, facsimile, video, and interactive applications, with information bit rates ranging from a few kbps to 2 Mbps. Code division multiple access (CDMA) is a promising technique that complies with the above requirements. Especially, direct sequence (DS)-CDMA is attractive because of its flexibility in supporting multimedia traffic, as well as its low interference coexistence with other CDMA or narrow-band systems operating in the same frequency band.
Two approaches for accommodating multi-rate services generated from multimedia traffic in DS-CDMA systems have been proposed. One is to use either a single-code (SC) or a multi-code (MC) DS-CDMA system in a single RF channel bandwidth. The other is to use a multiple-chip-rate (MCR) DS/CDMA system in multiple RF channel bandwidths.
This dissertation is concerned with radio resource management in MCR-DS/CDMA systems accommodating multimedia services with different information rates and quality requirements.
First, capacity estimation in MCR-DS/CDMA systems is concerned. Considering both power spectral density (PSD) over a radio frequency (RF) band and the effect of RF input filtering on a receiver, interference factor is introduced in order to account for other user interference in the same frequency band. Criteria for capacity estimation are presented and the minimum value of the received power which causes the least interference for other users while maintaining an acceptable quality-of-service (QoS) requirement is also derived. In addition, given a state of a system, admissible capacity is estimated.
Second, characteristics of co-channel interference between subsystems in MCR-DS/CDMA systems are investigated. The results show that system performance is strongly affected by a selected channel assignment strategy. Therefore, it is important to efficiently assign radio resource in MCR-DS/CDMA systems that support high capacity with a low blocking rate. A minimum power-increment-based resource assignment scheme for an efficient resource assignment scheme is proposed herein. The performance of this scheme is compared with that of a random-based resource assignment scheme in terms of blocking probability and normalized throughput. The minimum power-increment-based resource assignment scheme yields better performance than the random-based resource assignment scheme for multimedia services. In the simulation, the minimum power-increment-based resource assignment algorithm supports at least 50%, 230%, and 70% more traffic than the random-based resource assignment algorithm for video, facsimile, and voice calls, respectively.
Third, handoff is an important issue in mobile communication systems. Especially, CDMA systems can provide soft handoff by employing universal frequency reuse, rake receivers, and some combining techniques on reverse links. Therefore, radio resource management with considering soft handoff is also investigated. Radio resource management schemes in this case follow the above-mentioned radio resource assignment schemes. In addition, in order to reduce handoff call dropping rate, reallocating subsystems assigned for communicating calls (i.e. the concept of an inter-frequency handoff) is introduced. Performance is evaluated in terms of new call blocking probability, handoff call dropping probability, and normalized throughput. In the simulation, the minimum power-increment-based resource management algorithm supports at least 710 %, 2420 %, and 230 % more traffic than the random-based resource management algorithm for video, facsimile, and voice calls, respectively.
Finally, the effect of applied chip pulses on performance in MCR-DS/CDMA systems is investigated in terms of system capacity and blocking probability. In conventional system with a single carrier frequency, the effect of different chip pulses on the relative interference to other signals is not significantly different. Therefore, rectangular chip pulses are mainly utilized in performance analysis. However, the different PSD of spreading signal with different chip pulses in MCR-DS/CDMA systems may strongly affect the relative interferences in each subsystem. In this dissertation, two systems using a rectangular and a raised cosine chip pulses are compared in terms of system capacity and blocking probability as performance measures in an MCR-DS/CDMA system. The result shows that the system with a raised cosine chip pulse supports at least 80% more capacity and 57% more traffic than that with a rectangular chip pulse.
IMT-2000 및 UMTS와 같은 제 3세대 무선 통신망에서는 서로 다른 품질을 갖는 멀티미디어 서비스를 제공할 수 있어야 한다. 이러한 멀티미디어 서비스를 수용하기 위하여, 본 논문에서는 다중 칩 속도 (MCR) DS-CDMA 시스템을 기반으로한 경우 고려하여 할 여러가지 문제를 다루었다.
먼저 다중 칩속도 DS-CDMA 시스템에서 서로 다른 전송속도와 품질을 갖는 호들이 공존할 경우의 시스템 용량을 예측하였다. 이를 위하여 무선대역에서의 전력 스펙트럼 밀도 (PSD) 및 수신부에서의 무선대역 입력 여파 효과를 나타내는 간섭인자를 도입, 호 수락을 위한 조건을 유도하였다. CDMA 시스템에서는 통화중인 호의 종류 및 양, 그리고 인접 셀에서 유입되는 간섭량에 따라 수신전력이 결정된다. 이러한 요구되는 수신전력의 값도 유도하였다. 또한, 통화중인 호의 종류 및 양을 고려하여 앞으로 어느정도의 호를 수용할 수 있는 가를 나타내는 잔여용량도 예측하였다.
두번째로, 다중 칩속도 DS-CDMA 시스템에서 사용되는 각각의 무선 채널 사이의 간섭량에 대하여 조사하였고, 이를 바탕으로한 효과적인 무선자원 할당에 대한 알고리듬을 제안하였다. 제안된 알고리듬의 성능은 일반적인 자원 임의 할당 알고리듬의 성능과 호손율 및 시스템 효율 측면에서 비교하였다. 모의시험 결과 제안된 알고리듬이 임의할당 알고리듬에 비하여 1% 호손율을 기준으로 할 경우 화상호의 경우는 50%, 팩시밀리호의 경우는 230%, 그리고 음성호의 경우는 70% 정도를 더 수용할 수 있슴을 확인할 수 있었다.
세번째로는 소프트 핸드오프를 고려한 경우에 있어서 앞에서 제안한 알고리듬이 얼마나 유용한 가를 호손율, 절단율 및 시스템 효율 측면에서 조사하였다. 핸드오프하여 유입된 호의 절단율을 감소하기 위하여 핸드오프 관리 알고리듬을 제안하였다. 이러한 알고리듬을 종합하여 모의시험을 시행한 결과 제안된 알고리듬의 성능이 임의 할당 알고리듬에 비하여 1 % 호손율 및 절단율을 기준으로 할 경우 화상호는 710%, 데이터호는 2420%, 그리고 음성호의 경우는 230% 정도를 더 수용할 수 있슴을 확인할 수 있었다.
마지막으로 다중 칩속도 DS-CDMA시스템에서의 칩펄스 파형에 따른 시스템 성능을 시스템 용량 및 호손율 측면에서 비교하였다. 단일 주파수만을 사용하는 기존의 DS-CDMA 시스템에서는 칩펄스 파형에 따라 타 신호에 의한 상대적인 간섭량의 효과가 크게 다르지 않지만, 다중 칩속도 DS/CDMA 시스템에서는 간섭량이 상당히 변화하기 때문에 시스템 성능에도 큰 영향을 미친다. 그러므로 본 시스템을 정확히 분석하기 위하여는 일반적으로 사용하는 구형 칩 펄스가 아닌 강화 여현 칩 펄스 (raised cosine chip pulse)를 사용하여야 보다 정확한 시스템 성능을 파악할 수 있슴을 알 수 있었다.
