본 논문에서는 다중 사용자 간 시간 동기 오차에 강인한 상향링크 OFDMA (Orthogonal Frequency Division Multiple Access) 두 기법, 즉, ZCZ (Zero Correlation Zone) 코드 시간축 확산 OFDMA 기법과 시간동기오차에 강한 SC-FDMA (Single Carrier Frequency Division Mmultiple Access)기법의 채널용량을 비교한다. 보다 현실적인 성능을 비교하기 위해 사용자 간 시간 동기 오차 뿐 아니라 상향링크 OFDMA 신호 생성의 가장 큰 이슈인 PAPR (Peak-to-Average Power Ratio)에 의한 신호의 왜곡효과도 함께 고려한다. 사용자 간 시간 동기 오차에 의한 간섭이 존재하는 환경에서는 전력제어에 의해 증폭된 사용자들의 신호가 다른 사용자들의 신호에 큰 간섭으로 작용할 수 있다. 한편, 거리를 고려하여 증폭된 신호가 단말의 증폭기의 선형 증폭구간을 벗어나게 되면 신호의 왜곡이 발생하여 최종 성능의 저하를 발생시킬 수도 있다. 따라서, 기지국과 사용자 간의 거리만을 고려한 전력제어 방식이 아니라 최대 채널용량 성능을 갖게 하는 사용자 송신 전력 조합을 실험을 통해 찾는다. 즉, 사용자 단말의 전력 제한 수치와 사용자 시간 동기 오차의 최대범위 및 $E_b/N_0$ 등의 다양한 조합들에 대해 최대 채널용량 성능을 갖게 하는 송신전력 보정 계수(ASF: Adaptive Scaling Factor)을 실험을 통해 찾는다. 먼저, 송신전력 보정계수를 적용한 경우 두 상향링크 OFDMA 방식의 채널용량은 단순히 거리만을 고려한 전력제어 방식을 적용한 경우 즉, 송신전력 보정 계수=1인 경우에 비해 얼마나 높은 채널용량 성능을 가지는지 분석한다. 두 상향링크 OFDMA 방식의 채널용량 성능을 비교하면, 송신출력이 상대적으로 낮아도 되는 높은 $E_b/N_0$ 환경에서는 시간 동기 오차에 보다 강인한 특성을 가진 ZCZ 코드 시간축 확산 OFDMA 기법의 채널용량 성능이 좋고, 반대로 상대적으로 높은 송신출력을 요구하는 낮은 $E_b/N_0$ 환경에서는 낮은 PAPR 특성을 갖는 시간동기오차에 강한 SC-FDMA 기법의 채널용량 성능이 보다 우수함을 다양한 실험을 통해 보인다.
In this paper, we investigate channel capacity of two kinds of uplink OFDMA (Orthogonal Frequency Division Multiple Access) schemes, i.e. ZCZ (Zero Correlation Zone) code time-spread OFDMA and sparse SC-FDMA (Single Carrier Frequency Division Mmultiple Access) robust to access timing offset (TO) among multiple users. In order to reflect the practical condition, we consider not only access TO among multiple users but also peak to average power ratio (PAPR) which is one of hot issues of uplink OFDMA. In the case with access TO among multiple users, the amplified signal of users by power control might affect a severe interference to signals of other users. Meanwhile, amplified signal by considering distance between user and base station might be distorted due to the limit of amplifier and thus the performance might degrade. In order to achieve the maximum channel capacity, we investigate the combinations of transmit power so called ASF (adaptive scaling factor) by numerical simulations. We check that the channel capacity of the case with ASF increases compared to the case with considering only distance i.e. ASF=1. From the simulation results, In the case of high signal to noise ratio (SNR), ZCZ code time-spread OFDMA achieves higher channel capacity compared to sparse block SC-FDMA. On the other hand, in the case of low SNR, the sparse block SC-FDMA achieves better performance compared to ZCZ time-spread OFDMA.
