Code Division Multiple Access (CDMA) systems suffer from the near-far effect, because of non-orthogonality of users'' signature sequences. Multiuser detection can be used to overcome the near-far problem by exploiting the known structure of multiple access interference (MAI) to effectively demodulate non-orthogonal signals of users. It is shown that the optimal multiuser detector has a computational complexity which increases exponentially with the number of active users. Several suboptimum detectors, including the decorrelating detector, have been proposed to achieve a performance comparable to that of the optimum detector while keeping the complexity low.
The decorrelating detector eliminates the multiple access interference totally if the signature sequences of users are linearly independent at the cost of enhancing the additive white Gaussian noise (AWGN). The decorrelator is centralized and non-iterative. The construction of the decorrelator for a certain user requires the knowledge of the signature sequences of active users. In addition, the construction of the decorrelator requires inversion of the cross-correlation matrix of the signature sequences. Adaptive algorithms are desirable to overcome the need for the knowledge about the parameters of interfering users and to avoid the matrix inversion which may have a large computational complexity.
In this dissertation, we propose two adaptive algorithms for synchronous DS-CDMA systems over an AWGN channel to achieve the performance of the decorrelator: one is the centralized multiuser detection scheme and the other is the single user detector. First, the centralized scheme is proposed for the uplink and convergence analysis of it is given. This detector is operating directly on the received signal instead of the matched filter output, thus it needs less computational power than the conventional decorrelator. We show that the performance of the proposed detector is identical to that of the decorrelator. The receiver efficiently implements the decorrelator adaptively without training sequences. Only required parameters are all the users'' spreading sequences and symbol timings, which are easily available in the base station. Second, we propose the decision-directed single user receiver. It consists of two vectors: one is the pre-assigned spreading code of the desired user and the other is orthogonal to it. The orthogonal vector is adjusted adaptively to minimize MAI. This adaptive detector requires no more knowledge than does the conventional single user receiver and does not reveal the saturation effect. The performance of the proposed single user receiver is almost identical to the decorrelator and outperforms the existing single user receivers which have equal computational complexity with the proposed receiver. It takes about 13,000 symbol times to achieve the performance of the decorrelator under 8dB SNR. These detectors are suitable for fixed wireless as well as indoor wireless systems because current adaptive schemes are not capable of tracking the fast channel variations.
직접확산 부호분할 다중접속 (Direct Sequence Code Division Multiple Access, DS-CDMA) 통신시스템의 다중 사용자 검파 (Multi User Detector) 방법 중 비상관 검파기 (Decorrelating Detector)는 계산량과 구현 시 필요한 변수들이 최적의 다중 사용자 검파기 (Optimum Multiuser Detector) 보다 적으면서 비슷한 성능을 보이기 때문에 많은 연구가 되어왔다. 그러나, 비 상관 검파기를 구현하기 위해서는 사용자들의 부호에 대한 상관 행렬 (Correlation Matrix)의 역을 구해야 한다. 이는 실제 시스템 구현 시 문제가 되어 적응 구조를 이용하여 상관 행렬의 역을 구하지 않고도 같은 성능을 보이는 검파기에 대한 연구가 되어 왔다.
본 논문에선 두 가지의 적응 구조 비 상관 검파기를 제안한다. 첫번째는, 기지국에서 사용 가능한 구조로, 모든 사용자의 심볼 타이밍과 부호를 알고 있을 때 구현 가능한 시스템이다. 수신된 신호와 정합 필터 (Matched Filter)를 통과한 출력간의 관계를 이용하여 비 상관 검파기를 구현한다. 기존의 비상관 검파기는 정합 필터의 출력에 적용되는 반면 이 수신기는 수신된 신호에 비 상관 검파기를 바로 적용하는 구조이다. 이 검파기는 적응 구조로 구현될 수 있으며, 수렴한 후의 성능면은 기존의 비상관 검파기와 동일하다. 두 번째 구조는 단말기에 사용 가능한 구조로, 기존에 제안된 단일 사용자 (Single User) 검파기 중 출력 에너지를 최소화 (Minimize Output Energy)하는 구조와 비슷하다. 성능면에서는 신호 대 잡음비가 높은 경우에도 포화 효과 (Saturation Effect)가 발생하지 않고, 모든 사용자의 확산 코드를 필요로 하는 비상관 검파기와 비슷한 성능을 보인다. 신호 대 간섭 신호비 (Signal to Interference, SIR) 관점에서도 기존의 계산량이 비슷한 검파기보다 우수한 성능을 보였다. 이 검파기를 구현하기 위하여 필요한 정보는 정합 필터의 경우와 동일하다. 기존의 비상관 검파기의 성능을 얻기 위해서는 신호대 잡음비가 8dB일 경우, 약13,000 심볼의 수렴 시간이 필요하며 이 시간은 9.6Kbps 시스템에서 약 1.5초의 시간이다. 제안된 적응 구조의 검파기는 기존의 비 상관 검파기의 계산량을 줄이기 위하여 약 1.5초의 수렴시간 동안 신뢰도가 있는 정보를 얻을 수 없다. 제안된 검파기는 빠르게 변화하는 채널 환경에 대응하기에 수렴 속도와 추적(Tracking) 성능이 느려서 정지된 무선 환경 (Fixed wireless) 또는 실내 무선 환경 (Indoor wireless)과 같이 채널의 상황이 급격히 변화하지 않는 상황에 적용이 가능하다.
