고속 데이터 전송을 위한 multi-phase clipped multi-code CDMA 시스템의 변복조 및 성능 분석 = Multi-phase clipped multi-code CDMA system for transmitting the high rate data with nonlinear amplifier

국문 초록 (Abstract)

고속 데이터 전송을 위한 기존의 Multi-Code CDMA (MC-CDMA) 시스템은 송신 시 여러 채널의 신호를 동시에 선형적으로 합하여 전송하므로 채널수가 증가할수록 출력신호의 PAPR (Peak to Average Power Ratio)이 증가하게 된다. 신호는 전송할 때 증폭기를 거치게 되는데 높은 PAPR을 갖는 신호는 증폭기의 비선형 특성에 의해 시스템 성능이 저하된다. Multi-Phase Clipped Multi-Code CDMA (MP-CDMA) 시스템은 이러한 증폭기의 비선형 특성에 의한 시스템 성능열화를 상쇄한다[1]. 그러나, 기존의 칩단위에서 경판정을 하는 MP-CDMA 시스템은 다중 경로 페이딩 채널에서 심각한 성능 열화 현상을 보인다[2]. 본 논문에서는 다중 경로 페이딩 채널에서의 성능 열화 현상을 해결하기 위해서 칩단위에서 연판정 수행이 가능한 새로운 MP-CDMA 시스템을 제안한다.
제안된 연판정 방식의 MP-CDMA 시스템의 성능을 AWGN 채널 환경에서 이론적인 방법과 모의실험을 통해 분석하였다. 또한 주파수 비선택적 페이딩 채널환경 및 다중 경로 페이딩 채널 환경에서 모의실험을 통해 분석하였으며 각각의 채널 환경마다 직교부호열, 채널 수 및 클리핑 레벨을 변화시켜 결과를 비교하였다. 또한 기존의 MC-CDMA 시스템과 모의실험을 통해 비교하여 비선형 증폭기의 사용으로 인해 열화된 성능의 보상 정도와 경판정 방식의 MP-CDMA 시스템과 비교하여 성능 이득 정도를 정량화 하였으며, 연판정 방식의 MP-CDMA 시스템에서 고속 데이터를 보내기 위해 요구되는 Eb/No에 대해 연구하였다. 제안한 연판정 방식의 MP-CDMA 시스템의 성능은 사용된 MPSK 심볼의 수와 적용된 클리핑 레벨에 따라 결정되는데 MPSK 심볼의 수를 줄이기 위해 클리핑 레벨을 낮추면 클리핑 에러가 증가하게 되고, 클리핑 에러를 줄이면 MPSK 심볼의 수가 늘어나 전송에러가 많아지게 된다. 따라서 본 논문에서는 요구되는 전송 속도에 따른 최적의 클리핑 레벨에 대해서도 연구하였다.
비선형 증폭기를 적용한 MC-CDMA 시스템과 최적의 클리핑 레벨을 적용한 연판정 방식의 MP-CDMA 시스템을 비교한 결과 제안한 시스템이 AWGN 채널 환경에서 최소 5.5dB의 성능향상을 보였으며, 주파수 비선택적 페이딩 채널 환경에서 최소 5.4dB의 성능향상이 있었고, 다중 경로 페이딩 채널 환경에서 최소3.2dB의 성능향상을 볼 수 있었다. 또한, 제안한 연판정 방식의 MP-CDMA 시스템과 경판정 방식의 MP-CDMA 시스템을 다중 경로 페이딩 채널 환경에서 비교한 결과 최소 3.4dB의 성능향상을 보았다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

The Multi-Code CDMA(MC-CDMA) system has been adopted as a technique to provide variable rate services with different quality requirements by assigning different number of codes to a user. While a MC-CDMA based on a conventional cellular system can achieve high processing gain and spectral efficiency, it needs strong linearity of the amplifier due to the increase of PAPR by the multi-level signaling. Multi-Phase Clipped Multi-Code CDMA (MP-CDMA) making a hard decision on chip level has been shown to mitigate the performance degradation from nonlinear transmit amplifier distortion due to PAPR of multi code signal in AWGN and flat fading channel. However, MP-CDMA system shows poor performance on multi-path fading channel since neither path divesity combining nor ISI (Inter-Symbol Interference) cancellation can be achieved in the conventional chip level hard decision. In this paper, MP-CDMA system making a soft decision on chip level is proposed in order to improve conventional MP-CDMA system.
The performance of the proposed soft decision MP-CDMA system is evaluated in AWGN, flat fading, multi-path fading. and The system performances are compared for the different number of channels and different clipping levels. The optimum clipping level is also evaluated for the different number of channels in AWGN, frequency flat fading and multi-path fading. The result of performance evaluation is that the proposed soft decision MP-CDMA system is improved about 5.5dB in AWGN, about 5.4dB in flat fading, and about 3.2dB in multi-path fading, compared with conventional MC-CDMA system. And the proposed system achieves at least 3.4dB improvement on multi-path fading channel compared with conventional hard decision MP-CDMA.

목차 (Table of Contents)

• 차례
• 그림 차례 = iii
• 표 차례 = vi
• 약기호표 = ⅶ
• 국문 요약 = ⅷ
• 제1장 서론 = 1
• 제2장 MP-CDMA 전송방식 = 3
• 제2-1절 경판정 방식의 MP-CDMA 시스템 = 4
• 제2-2절 연판정 방식의 MP-CDMA 시스템 = 8
• 2-2-1 연판정 방식의 MP-CDMA 시스템 변조 = 8
• 2-2-2 연판정 방식의 MP-CDMA 시스템 복조 = 11
• 2-2-3 직교 부호열에 따른 신호의 분포 형태 = 13
• 제3장 모의실험을 위한 MP-CDMA 시스템 구성 = 16
• 제3-1절 비선형 증폭기 모델 = 17
• 제3-2절 채널 모델링 = 19
• 제3-3절 갈퀴 수신기 = 22
• 제4장 연판정 방식의 MP-CDMA 시스템 = 24
• 제4-1절 AWGN 채널에서의 시스템 성능 = 24
• 4-1-1 이론적인 분석 = 24
• 4-1-2 모의실험을 통한 MC-CDMA 시스템과의 성능 비교 = 33
• 제4-2절 주파수 비선택적 페이딩 채널에서의 시스템 성능 = 36
• 4-2-1 시스템 분석 = 36
• 4-2-2 모의실험을 통한 MC-CDMA 시스템과의 성능 비교 = 38
• 제4-3절 다중 경로 페이딩 채널에서의 시스템 성능 = 43
• 4-3-1 시스템 분석 = 43
• 4-3-2 모의실험을 통한 시스템 성능 분석 = 48
• 4-3-3 연판정 방식의 MP-CDMA 시스템의 적정 클리핑 레벨 = 52
• 4-3-4 모의실험을 통한 MC-CDMA 시스템, 경판정 방식의 MP-CDMA 시스템과의 성능 비교 = 56
• 제5장 결론 = 59
• 참고 문헌 = 61
• 영문 요약 = 63