KR100665241B1

KR100665241B1 - 코드 분할 다중 접속 이동 통신 시스템에서의 신호 처리 방법

Info

Publication number: KR100665241B1
Application number: KR1020027013693A
Authority: KR
Inventors: 리펭; 허위쏭; 쉬티에쮸
Original assignee: 차이나 아카데미 오브 텔레커뮤니케이션즈 테크놀로지
Priority date: 2000-04-11
Filing date: 2001-02-20
Publication date: 2007-01-04
Also published as: CN1317914A; CA2405682A1; JP4705303B2; EP1274179B1; KR20020087141A; RU2285335C2; TW536876B; US6961365B2; EP1274179A1; MXPA02010041A; CA2405682C; WO2001078253A1; US20030053436A1; BR0110018A; BRPI0110018B1; DE60128557D1; DE60128557T2; ATE363163T1; CN1108071C; AU3909301A

Abstract

본 발명은 CDMA 이동 통신 시스템에서 사용자 장비용 신호 처리 방법을 기술한다. 이 신호 처리 방법은 수신기의 다이버시티 이득을 상승시키기 위해서 시간 다이버시티와 합동 검출의 결합이다. 이 방법은 시간 영역 상에서 수신된 신호를 샘플링하고, 공간 채널 임펄스 응답치를 추정하고, 행렬을 얻고, 시스템 행렬을 구성하고, 합동 검출 알고리즘을 수행하고, 원래의 송신 데이터의 추정치를 얻는 것을 포함한다. 이 방법이 이동 사용자 장비에 사용될 때, 업링크 및 다운링크 성능 부정합 문제는 해결될 수 있고, 동일 주파수 다중화가 달성될 수 있고, 합동 검출 알고리즘이 더욱 단순하게 된다. 이 방법은 또한 기지국에 사용될 수 있다.

코드 분할 다중 접속, 이동 통신 시스템, 사용자 장비(UE), 신호 처리 방법, 시간 다이버시티, 합동 검출 알고리즘, 샘플링, 공간 채널, 임펄스 응답 추정, 시스템 행렬, 송신 데이터 추정,

Description

코드 분할 다중 접속 이동 통신 시스템에서의 신호 처리 방법{METHOD FOR SIGNAL PROCESSING OF CODE DIVISION MULTIPLE ACCESS MOBILE COMMUNICATION SYSTEM}

본 발명은 일반적으로 CDMA 셀룰러 이동 통신 기술에 관한 것으로서, 특히 CDMA 확산 스펙트럼 셀룰러 이동 통신 시스템에서의 신호 검출 및 처리용 방법에 관한 것이다. 상기 방법은 시간 다이버시티(time diversity)와 합동 검출(joint detection)의 결합이다.

CDMA 확산 스펙트럼 셀룰러 이동 통신 시스템, 특히 시분할 듀플렉스(TDD) 코드 분할 다중 접속 이동 통신 시스템에서, 다중 경로 및 다중 접속 간섭을 극복하기 위해서, 원리적으로 기지 송수신국(base transceiver station)(BTS) 및 사용자 장비는 모두 시스템 성능을 증가시키기 위해 시간 다이버시티 방법을 사용하고, 다중 접속 간섭(Multiple Access Interference)(MAI)과 심볼간 간섭(Inter-Symbol Interference)(ISI)을 억제하기 위해서 기본적 신호 검출 방법으로서 합동 검출 알고리즘을 사용할 수 있다. 특히, BTS 측은 스마트 안테나 기술을 사용할 수 있다. 이 경우에, 복수 안테나 유닛을 사용하여, 공간 다이버시티 이득이 얻어지며, 대응 빔 합성 알고리즘을 사용하여 수신 감도가 상승된다(그것은 간섭을 감소시키고 동 시에 백색 잡음을 억제하는 것으로 이해될 수 있다). 그러나, UE 측에서는, 비용과 크기를 감소시키기 위해서, 통상적으로 하나의 안테나만 수신을 위해 사용된다. 이 경우에, 복수 안테나 수신 기술이 사용될 수 없기 때문에, 즉 동일 주파수 간섭 및 열 잡음(hot noise)이 공간 다이버시티에 의해 억제될 수 없기 때문에, 업 링크 및 다운 링크 수신 이득이 정합되지 않는다(unmatched).

특히 합동 검출 알고리즘을 적용하는 CDMA 확산 스펙트럼 셀룰러 이동 통신 시스템에서, 합동 검출 알고리즘은 이 셀 내의 모든 사용자로부터 오는 다중 경로 및 다중 접속 간섭을 추정할 수 있기 때문에, BTS에서 다중 경로 및 다중 접속 간섭이 최대로 억제될 수 있다. 그러나, UE에서는, 셀 사용자로부터 오는 다중 경로 및 다중 접속 간섭이 합동 검출 알고리즘을 사용하여 최대한 억제될 수 있지만, 셀 가장자리에 있는 사용자에 대해서는, 합동 검출 알고리즘이 동일 주파수를 가진 인접 셀로부터 오고 시스템에 대해 잡음으로서 첨가되는 신호를 추정 및 억제할 수 없다. 이 신호는 시스템 성능을 상당히 감소시키고, 수신기의 잡음 계수는 수신 감도를 제한한다. 이 경우에, 적절한 신호 처리 방법이 없으면, 수신 신호의 오류율은 크게 감소되고 심지어는 통신이 차단될 것이다.

전력 제어 및 스마트 안테나 알고리즘이 인접 셀로부터 오는 간섭을 최대한 억제할 수 있지만, UE 수신 이득을 증가시킬 적절한 방법이 없으면, 통신 품질은 심각하게 감소되고 심지어는 통신이 차단될 것이다. CDMA 확산 스펙트럼 셀룰러 이동 통신 시스템에서 동일 주파수 다중화의 목적을 위해서, 셀 중첩 영역에서 UE 통신 품질을 보장하기 위해서 할 수 있는 유일한 방법은 동시에 활성화되는 동작 채 널을 감소시키는 것이다. 그러나, 이것은 시스템 용량을 감소시킬 것이다.

전술한 문제를 해결하기 위해서, 계산의 복잡성을 야기하지 않는 기저대역 처리 방법을 제안하는 것이 필요하다.

본 발명의 목적은 CDMA 확산 스펙트럼 셀룰러 이동 통신 시스템에서 신호 처리 방법을 제공하는 것이다. 상기 방법은 UE(수신기) 다이버시티 이득을 증가시킬 것이고, 이동 단말기에 사용될 때, 상기 방법은 업 링크와 다운 링크 부정합(unmatched) 문제를 해결할 것이다. 상기 방법은 계산량을 크게 증가시키지 않고 동일 주파수 다중화 목적을 달성할 것이고, BTS에 사용될 때에는, 수신 이득 또한 증가된다.

본 발명의 실시예는 다음과 같다.
코드 분할 다중 접속 이동 통신 시스템에서의 신호 처리 방법은

삭제

A. 수신된 신호를 시간 영역 상에서 M회 샘플링하여 M개의 샘플링된 데이터(e_i)를 얻는 단계,

B. 각 샘플링에서 얻어진 각 샘플링된 데이터(e_i)에 대하여 공간 채널 임펄스 응답을 추정하여, M개의 공간 채널 임펄스 응답 추정치(h_i)를 얻는 단계,

C. 상기 얻어진 각각의 공간 채널 임펄스 응답 추정치(h_i)로부터 M개의 행렬(A_i)을 얻는 단계,

D. 상기 M개의 행렬(A_i)로부터 시스템 행렬(A)을 구성하는 단계, 및

E. 상기 시스템 행렬(A)에 따라 합동 검출 알고리즘을 수행하고, 원래의 송신 데이터 추정치(d_est)를 얻는 단계

를 포함하며, i=1, 2, ..., M이다.

상기 원래의 송신 데이터 추정치(d_est)는, 다음의 식

, 또는

을 사용하여 추정된다.

삭제

여기서, *T는 공액 전치(conjugation transpose) 부호이고 diag는 대각행렬(diagonal matrix) 부호이다.

본원 발명의 실시형태는 또한 다음과 같다.

코드 분할 다중 접속 이동 통신 시스템에서의 신호 처리 방법은

B. 각 샘플링에서 얻어진 각 샘플링된 데이터(e_i)에 대하여 공간 채널 임펄스 응답 추정을 하여 M개의 공간 채널 임펄스 응답 추정치(h_i)를 얻는 단계,

C. 상기 얻어진 각 공간 채널 임펄스 응답 추정치(h_i)로부터 M개의 행렬(A_i)을 얻는 단계,

D. 상기 행렬 A_i에 따라 합동 검출 알고리즘을 수행하고, 원래의 송신 데이터 추정치(d_est)를 얻는 단계를 포함하며( i=1...M), 상기 원래의 송신 데이터 추정치(d_est)는, 다음의 식

, 또는
M이 더욱 클 때에는, 다음의 식

을 사용하여 추정된다.
여기서,

,

이며, *T는 공액 전치(conjugation transpose) 부호이고 diag 는 대각 행렬(diagonal matrix) 부호이다.

시간 다이버시티와 합동 검출 알고리즘을 결합하는 본 발명의 방법은 사용자 장비의 수신 신호의 신호 대 잡음비를 상승시키기 위해서 시간 영역 상에서 얻은 다이버시티 이득을 사용하는 최적 알고리즘을 적용한다.

본 발명의 신호 처리 방법은 시간 다이버시티와 합동 검출을 결합하는 방법이다. 계산 복잡성을 크게 증가시키지 않으면서, CDMA 확산 스펙트럼 셀룰러 이동 통신 시스템에서의 사용자 장비는 다이버시티 이득을 얻을 수 있고, 따라서 수신기 감도는 상승되며, 시스템 용량이 증가되고, 업링크 및 다운링크 성능이 정합되지 않는 문제가 해결된다. 또한, 시간 다이버시티를 취하기 때문에, 합동 검출의 비교적 간단한 알고리즘이 사용될 수 있고, 따라서 전체 계산량을 증가시키지 않고 상기 방법은 합동 검출 알고리즘만 사용하는 것에 비하여 더욱 강한 간섭 방지 성능을 갖는다. 본 발명의 방법은 또한 수신 이득을 상승시키기 위해서 BTS에 사용될 수 있다.

도 1은 합동 검출 알고리즘의 블록도이다.

도 2는 TDD CDMA 이동 통신 시스템에서의 버스트 데이터 구조도이다.

도 3은 시간 다이버시티와 합동 검출을 결합하는 본 발명의 블럭도이다.

이제 본 발명을 본 발명의 바람직한 실시예가 도시된 첨부된 도면을 참조하여 더욱 상세히 설명한다. 그러나, 본 발명은 많은 다른 형태로 실시될 수 있고, 여기에 기술된 실시예에 제한되지 않는 것으로 간주되어야 하며, 오히려 이러한 실시예들은 본 설명이 완전하게 되고 본 기술분야에 익숙한 자에게 본 발명의 정신을 완전히 전달하도록 제공되었다. 본 명세서에서 유사한 도면 부호는 유사한 요소들을 지칭한다.

실시예는 시분할 동기 CDMA(TD-SCDMA) 시스템을 예로서 취한다. TD-SCDMA 시스템은 CWTS에 의해 제안되고 IMT-2000 무선 송신 기술 중의 하나이다.

도 1은 TD-SCDMA 시스템에서 합동 검출 알고리즘의 실시 단계들을 도시한다. 송신된 원래의 데이터가 d이고, 시스템 행렬 A는 확산 스펙트럼, 스크램블링 및 공간 채널 함수들을 나타내고, n은 인접 셀들 사이의 동일 주파수 간섭과 열 잡음을 나타낸다고 가정하면, 사용자 장비(수신기)에 의해 수신된 데이터 e는 다음의 식 (1)로 표시될 수 있다.

e = Ad + n (1)

도 1의 단계(1)는 수신된 샘플링된 데이터(e_i)로부터 임펄스 응답 추정치(h_i)를 얻는 것을 나타낸다. TD-SCDMA 시스템에서, 버스트 데이터 구조는 도 2에 도시된 채널 추정용 트레이닝 시퀀스 중간 앰블(training sequence midamble)을 한정한다. 트레이닝 시퀀스 중간 앰블은 시간 슬롯 폭(통상적으로, 폭은 수백 마이크로초이고, 도 2에서는 675μs이다) 내에 위치된다. 트레이닝 시퀀스 중간 앰블(도면에서 144 칩 길이이다) 전후에, 데이터 심볼(도면에서 그 길이는 352칩이다). m_i가 사용자 i가 보낸 트레이닝 시퀀스 중간 앰블을 나타내고, e_mid는 수신된 트레이닝 시퀀스 중간 앰블을 나타내고, n_m은 트레이닝 시퀀스 중간 앰블에서의 잡읍 간섭을 나타낼 때, 다음의 식이 성립된다.

(2)

여기에서,

부호는 콘볼루션(convolution)을 나타낸다.

UE 수신단에서 채널 임펄스 응답 추정치(h_i)는 식(3)에 의해 구해질 수 있다.

(3)

식(3) 내의 G 행렬은 각 사용자 트레이닝 시퀀스 중간 앰블에 의해 생성된 계수 행렬이다.

도 1에서, 단계(1)와 단계(2)는 각각 UE 측에서 임펄스 응답 추정치(h_i)를 얻는 과정과, 얻어진 h_i와 UE 사용자 확산 스펙트럼 코드에 의해 시스템 행렬(A_i)를 생성하는 과정을 나타낸다(시스템 행렬(A_i)의 생성 기술은 본 발명자의 다른 발명 특허에 기술되었다).

합동 검출의 목적은 e와 A에 따라 d를 추정하는 것이다. 도 1의 단계(3)는 합동 검출 즉 전송 신호를 추정하는 것을 실시한다. d_est를 추정하는 것을 실시하는 여러 가지 알고리즘이 있는데,

(4)

또는

(5)

등이 포함되며, 여기에서 *T는 공액 전치(conjugation transpose) 부호이고, diag는 대각선 행렬 부호이다.

식(5)을 특정 알고리즘 예로 하여 시간 다이버시티와 합동 검출의 결합 방법을 기술한다.

도 3을 참조하면, 시간 다이버시티와 합동 검출을 결합하는 본 발명의 방법을 다음의 단계들을 포함한다.

(1) UE는 시간 영역 상의 수신된 신호(e)의 i번째 샘플을 만들고 샘플링된 데이터(e_i)를 얻는다.

(2) 샘플링된 데이터(e_i)에 따라 공간 채널의 임펄스 응답 추정을 하고, 공간 채널 임펄스 응답 추정치(h_i)를 얻는다.

(3) 얻어진 공간 채널 임펄스 응답 추정치(h_i)로부터 행렬(A_i)을 얻는다.

(4) 단계(1), 단계(2) 및 단계(3)를 전체 M회 반복하는데, 즉, 수신된 신호의 M회의 샘플링 후에 샘플링된 데이터는 e_i로 표시되며, i=1, 2, ..., M이다. 수신 된 신호에서, 트레이닝 시퀀스 중간 앰블에 대응되는 부분은 e로 표시될 수 있고, i=1, 2, ..., M이다. 식(3)에 따라, 수신된 신호를 M회 샘플링한 후에, M개의 공간 채널 임펄스 응답 추정치(h_i)가 얻어질 수 있고, i=1, 2, ..., M이다. 다음에는, M개의 공간 채널 임펄스 응답 추정치(h_i)에 따라, M개의 행렬(A_i)이 얻어질 수 있다.

(5) M개의 행렬(A_i)에 의해 시스템 행렬(A)을 구성한다.

(6) 시스템 행렬(A)에 기초하여 합동 검출 알고리즘을 수행하고, 원래의 송신 데이터의 추정치를 얻는다. 계산에 단순히 식(5)을 사용하면, 원래의 송신 데이터(d_i)의 M개의 추정치를 얻을 수 있는데, i=1, 2, ..., M이다. 다음에는 이러한 M개의 추정치(d_i)를 다음의 식을 사용하여 처리한다.

(6)

d_sum의 부호(sign)에 따라 판정하면, 원래의 송신 데이터가 회복된다. 식(6)을 사용하여, 다이버시티 이득이 상승되지만, 동시에 연산량은 M배 증가된다. 연산량을 증가시키지 않고 다이버시티 이득을 상승시키기 위해서, 본 발명은 다음의 방법을 적용한다.

(7)

(8)

이라고 하자.

그러면, 원래의 송신 데이터의 추정치는 다음과 같이 표시될 수 있다.

(9)

식(6)과 식(9)을 비교하면, 식(9)은 큰 연산량을 가진 역 행렬 계산을 상당히 감소시키는 것을 알 수 있다. 따라서, 식(9)의 전체 연산량은 식(6)과 비교하여 크게 감소된다.

샘플링 회수 M이 더욱 클 때, 시간 다이버시티와 합동 검출 알고리즘을 결합하는 식(4)이 사용될 수 있는데, 즉,

(10)

식(10)의 연산량은 식(9)보다 적다. M이 적절한 값을 취할 때, 식(10)의 연산량은 식(5)의 연산량에 가까웁지만, 식(10)의 성능은 식(5)보다 양호하다.

전술한 분석으로부터, 시간 다이버시티와 합동 검출 알고리즘을 결합하기 위한 상기 방법을 사용하여, 업링크와 다운링크 수신 이득의 정합되지 않는 문제를 해결할 수 있고, UE 수신 신호 대 잡음비는 연산량을 증가시키지 않고 상승될 수 있다. 따라서, CDMA 확산 스펙트럼 셀룰러 이동 통신 시스템에서, 인접 셀의 동일 주파수 다중화는 통신 품질을 감소시키지 않고 실현된다.

본 발명의 실시예는 TD-SCDMA에 기초한 UE를 위해 설계되었으나, 그것은 IMT-2000에서 다른 CDMA TDD 시스템인 UTRA TDD 등 TDD 모드를 가진 다른 CDMA 시스템에 직접 사용될 수 있다. 본 발명은 또한 CDMA TDD 시스템의 BTSDP 직접 사용될 수 있다. 적절한 수정을 한 후에, 본 발명은 합동 검출 알고리즘을 적용하는 다 른 CDMA 이동 통신 시스템의 UE 및 BTS에 완전히 사용될 수 있다.

Claims

삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
코드 분할 다중 접속 이동 통신 시스템에서의 신호 처리 방법에 있어서,

(1) 수신된 신호를 시간 영역 상에서 M회 샘플링하여 M개의 샘플링된 데이터(e_i)를 얻는 단계,

(2) 각 샘플링에서 얻어진 각 샘플링된 데이터(e_i)에 대하여 공간 채널 임펄스 응답을 추정하여 M개의 공간 채널 임펄스 응답 추정치(h_i)를 얻는 단계,

(3) 상기 얻어진 각 공간 채널 임펄스 응답 추정치(h_i)로부터 M개의 행렬(A_i)을 얻는 단계,

(4) 상기 행렬 A_i(i=1...M)에 따라 합동 검출 알고리즘을 수행하여 원래의 송신 데이터 추정치(d_est)를 얻는 단계를 포함하며,

상기 원래의 송신 데이터 추정치(d_est)는,

이고, *T가 공액 전치(conjugation transpose) 기호이며, diag 는 대각 행렬(diagonal matrix) 기호일때,

다음의 식

, 또는

M이 더욱 클 때에는, 다음의 식

을 사용하여 추정되는 것을 특징으로 하는 코드 분할 다중 접속 이동 통신 시스템에서의 신호 처리 방법.
제6항에 있어서,

상기 공간 채널 임펄스 응답 추정치(h_i)는,

ⓧ 기호가 컨볼루션 (convolution)을 나타내고, e_mid 가 사용자 장비에 의해 수신된 트레이닝 시퀀스 중간 앰블이고, G가 사용자 장비의 트레이닝 시퀀스 중간 앰블에 의해 생성된 계수 행렬이며, m_i는 i번째 사용자 장비가 보낸 트레이닝 시퀀스 중간 앰블이고, n_m은 트레이닝 시퀀스 중간 앰블에서의 잡음 간섭을 나타낼때,

식
을 먼저 사용하고,

식
을 다음에 사용하여 얻어지는 것을 특징으로 하는 코드 분할 다중 접속 이동 통신 시스템에서의 신호 처리 방법.