웨이브렛 기반 MC‑CDMA 시스템의 안테나 다이버시티 성능 분석

초록

본 논문은 웨이브렛 변환을 적용한 MC‑CDMA 시스템에 Walsh‑Hadamard 부호를 결합하고, 다양한 안테나 다이버시티(특히 Alamouti 2×1)와 레일리·리키안 페이딩 채널을 시뮬레이션하였다. MATLAB 기반 구현 결과, 제안 시스템이 AWGN 및 리키안 채널에서 기존 방식보다 BER이 크게 개선됨을 확인하였다.

상세 분석

본 연구는 다중 사용자 다중 접속(MC‑CDMA) 시스템에 전통적인 FFT 기반 변조 대신 웨이브렛 변환을 도입함으로써 시간‑주파수 로컬라이제이션 특성을 강화하고, 다중 경로 페이딩에 대한 내성을 높이고자 한다. 웨이브렛은 스케일과 위치 정보를 동시에 제공하므로, 급격히 변동하는 채널 환경에서 신호 복원 정확도가 향상된다. 논문에서는 각 사용자를 구분하기 위해 Walsh‑Hadamard 직교 코드를 사용했으며, 이는 기존 CDMA에서 널리 쓰이는 방식으로 다중 사용자 간 간섭을 최소화한다.

안테나 다이버시티 측면에서는 2개의 송신 안테나와 1개의 수신 안테나로 구성된 Alamali(Alamouti) 스페이스‑타임 블록 코딩을 적용하였다. Alamouti 방식은 복잡도가 낮고, 수신 측에서 간단한 선형 결합만으로 최대 다양성 이득을 얻을 수 있어 실용성이 높다. 또한 레일리 페이딩(비직선 경로가 지배적인 환경)과 리키안 페이딩(직진 경로와 다중 경로가 혼합된 환경) 두 종류의 채널 모델을 사용해 시스템의 견고성을 다각도로 검증하였다.

시뮬레이션은 MATLAB/Simulink 환경에서 구현되었으며, 변조 방식은 BPSK를 기본으로 하여 전송 전 웨이브렛 변환을 수행하였다. 주요 성능 지표는 비트 오류율(BER)이며, SNR을 0 dB부터 20 dB까지 변화시켜 각 채널·다이버시티 조합에 대한 BER 곡선을 도출하였다. 결과는 다음과 같다. (1) AWGN 채널에서는 웨이브렛 기반 MC‑CDMA가 전통적인 OFDM‑CDMA 대비 약 2 dB의 SNR 이득을 보였다. (2) 레일리 채널에서는 Alamouti 다이버시티가 적용된 경우 BER이 10⁻³ 수준까지 급격히 감소했으며, 다이버시티가 없을 때보다 약 6 dB의 이득을 제공했다. (3) 리키안 채널에서는 직진 경로 성분이 존재함에 따라 전체적인 BER이 낮아졌으며, 특히 K‑factor가 5인 경우 Alamouti와 결합된 웨이브렛 시스템이 가장 우수한 성능을 나타냈다.

이러한 결과는 웨이브렛 변환이 주파수 선택적 페이딩에 대한 복원 능력을 강화하고, Alamouti 다이버시티가 공간적 다양성을 제공함으로써 복합적인 채널 환경에서도 신뢰성 높은 전송이 가능함을 시사한다. 다만, 논문에서는 변조 방식을 BPSK에 국한하고, 채널 모델을 정적 파라미터로 고정했으며, 실제 이동성에 따른 도플러 효과나 다중 안테나 수신(MIMO) 구조에 대한 평가가 부족한 점이 한계로 지적된다. 향후 연구에서는 QPSK·16QAM 등 고차 변조와 다중 수신 안테나, 실시간 채널 추정 알고리즘을 결합해 시스템의 스펙트럼 효율과 처리량을 종합적으로 검증할 필요가 있다.