KR100335139B1 - Cdma시스템에서프래임단위의피드백을이용한전송다이버시티방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 이동국이 기지국의 전송 안테나의 선택에 대한 정보를 프레임 단위로 기지국에 피드백 시켜줌으로서 슬로우 페이딩 및 패스트 페이딩 환경에서도 우수한 성능과 안정적인 동작을 하는데 적당하도록 한 ＣＤＭＡ 시스템에서 프래임 단위의 피드백을 이용한 전송 다이버시티 방법에 관한 것이다. 이와 같은 전송 다이버시티 방법은 이동국이 매 프레임마다 기지국의 안테나 선택에 대한 피드백 정보를 발생시키는 단계와, 상기 피드백 정보를 상기 기지국으로 전송하는 단계와,

상기 기지국은 상기 수신된 피드백 정보에 따라 상기 프레임 단위로 전송 안테나를 선택하여 트래픽을 송출하는 단계와, 상기 이동국이 상기 기지국으로부터 전송되는 파일럿 신호들을 기준으로 독립적으로 복조를 수행하는 단계로 이루어지므로서 슬로우 페이딩 환경에서의 우수한 다이버시티 성능을 유지할 뿐만 아니라 피드백 정보의 손상으로 인한 성능 악화를 줄여 안정적인 시스템을 구현할 수 있는 효과가 있다.

Description

ＣＤＭＡ 시스템에서 프래임 단위의 피드백을 이용한 전송 다이버시티 방법

본 발명은 전송 다이버시티에 관한 것으로서, 특히 이동국이 기지국의 전송 안테나의 선택에 대한 정보를 프레임 단위로 기지국에 피드백 시켜줌으로서 슬로우 페이딩 및 패스트 페이딩 환경에서도 우수한 성능과 안정적인 동작을 하는데 적당하도록 한 ＣＤＭＡ 시스템에서 프래임 단위의 피드백을 이용한 전송 다이버시티 방법에 관한 것이다.

일반적으로 페이딩은 수신파의 진폭이나 위상에 랜덤한 변동을 주며 통신 품질을 열화 시키는 요인이다. 이러한 페이딩에 대한 대책으로서는 복수개의 안테나나 주파수를 사용하여 선택이나 합성 등을 행하는 각종 다이버시티(Diversity) 기술이 효과적이다.

즉, 다이버시티는 송신 전력을 증가시키지 않고서도 짧은 주기의 페이딩 영향을 경감시킬 수 있는 뛰어난 기술인데 아날로그 및 디지털 통신의 구별없이 사용되고 있다.

이러한 다이버시티 중에 가장 널리 사용되는 기술은 공간 다이버시티라고 부르는 방법인데 공간적으로 떨어진 2개의 수신안테나를 이용하여 이들 수신 신호중 상대적으로 높은 레벨 쪽을 출력 신호로서 선택한다. 또는 2개의 수신 신호를 적당한 방법으로 합성하여 출력 신호로 하는 방법이다.

일반적으로 차세대 DS - CDMA 시스템에서는 순방향에 빠른 (예를 들어, 800㎐) 전력제어를 수행한다.

이와 함께 순방향 용량을 증가시킬 수 있는 좋은 방법은 전송 다이버시티를 이용하여 이동국으로 하여금 필요로 하는 평균 신호 대 잡음비(E_b/N_o)를 낮추는 것이다.

이에 따라, DS - CDMA 시스템의 순방향으로 전송 다이버시티를 주는 방법은 여러가지가 제안되었는데 OTD(Orthogonal Transmit Diversity)와 TSTD(Time Switched Transmit Diversity) 그리고, STD(Selective Transmit Diversity) 등이있다.

이러한 전송 다이버시티 방법을 설명하면, 우선 OTD 방식은 기지국에서 코드 심볼이 여러 개의 안테나로 나누어져 전송되고, 이때 단말기는 각 안테나로부터 수신되는 심볼들을 먹싱(Muxing)하여 하나의 프레임으로 만드는 방식이다.

그리고, TSTD방식은 기지국에서 송신하고자 하는 코드 심볼들을 여러 개의 안테나에 교대로 전송하는 방식이며, STD방식은 이동국이 수신 파일럿 신호 중 그 세기가 가장 큰 안테나를 선택하고, 상기 선택한 안테나 정보를 기지국에 알려 줌으로서 기지국이 단말기에 유리한 안테나를 통하여 선택적으로 정보를 전송하는 방식이다.

이와 같은 방법들은 각각 장단점을 가지고 있는데, 먼저 OTD 방식은 전송된 신호의 지속 시간에 비해 변동이 완만한 플랫 페이딩(Flat fading) 환경에서는 어느 정도의 성능을 발휘하지만 다중 경로에 의한 페이딩인 주파수 선택성 페이딩 환경에서는 성능이 급격히 나빠지는 단점이 있다.

그리고, STD 방식은 슬로우 페이딩(Slow fading) 환경에서는 가장 우수한 성능을 가지지만, 패스트 페이딩(Fast fading) 환경에서는 다이버시티를 쓰지 않을 때 보다 성능이 더욱 나빠지는 결과를 얻는다.

그리고, TSTD 방식은 채널의 환경에 관계없이 비교적 고른 성능을 보이지만 가장 일반적인 채널 환경인 슬로우 페이딩 환경 하에서의 성능은 STD 방식보다 나빠지는 단점이 있다.

이와 같이, 패스트 페이딩 환경에서는 전송되는 프레임 자체의 인터리빙이있기 때문에 전송 경로에 의한 다이버시티 효과가 거의 없으므로 전술한 방식들은 공통적으로 패스트 환경에서는 성능을 발휘하지 못하며 특히 STD의 경우는 오히려 성능이 더 나빠지기까지 한다.

도 1은 일반적인 선택 전송 다이버시티 방식을 나타낸 도면이다.

도 1을 참조하면, 기지국의 파일럿 신호가 안테나 A 와 B를 통해 송출된다면 기지국의 전송 트래픽도 안테나 A 또는 B를 통해 전송되고, 이동국은 안테나 A 또는 B를 통해 전송된 파일럿 신호의 세기를 비교하여 보다 강한 신호를 선택하여 수신한다(S100).

이어, 이동국은 선택한 안테나에 대한 피드백 정보를 피드백시켜 기지국의 전송 안테나로 보낸다(S110).

그러면, 기지국은 수신된 피드백 정보를 이용하여 안테나를 선택하여 트래픽 데이터를 전송한다(S120).

그러나, 기지국의 전송 안테나로 전송되는 피드백 정보에 오류가 있으면 이에 따라 기지국은 다른 안테나로 트래픽 데이터를 전송하고, 이동국은 파일럿 안테나와 트래픽 안테나간의 상이함으로 잘못된 파일럿에 대한 트래픽 복조를 하게 된다.

이와 같이, 순방향 안테나의 선택에 대한 이동국의 피드백 정보에 오류가 있다면 이동국은 기지국의 트래픽 정보가 실리지 않고 안테나에서 전송되는 파일럿 신호를 기준으로 트래픽 신호에 대한 복조를 수행하므로서 높은 심볼 에러를 발생할 확률이 커지는 문제점이 있다.

본 발명의 목적은 이상에서 언급한 종래 기술의 문제점을 감안하여 안출한 것으로서, 프레임 단위로 기지국에 피드백 정보를 전송하여 이동국이 모든 안테나에서 오는 파일럿 신호를 기준으로 복조를 각각 수행하는 전송 다이버시티 방법을 제공하기 위한 것이다.

이상과 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 특징에 따르면, 전송 다이버시티 방법은 이동국이 매 프레임마다 기지국의 안테나 선택에 대한 피드백 정보를 발생시키는 단계와, 상기 피드백 정보를 상기 기지국으로 전송하는 단계와, 상기 기지국은 상기 수신된 피드백 정보에 따라 상기 프레임 단위로 전송 안테나를 선택하여 트래픽을 송출하는 단계와, 상기 이동국이 상기 기지국으로부터 전송되는 파일럿 신호들을 기준으로 독립적으로 복조를 수행하는 단계를 포함하여 이루어진다.

바람직하게는, 상기 피드백 정보를 상기 기지국으로 전송하는 단계에서 상기 피드백 정보는 역방향 파일럿 채널의 전력제어 비트 부분에 전력 제어 비트와 함께 삽입하여 전송하거나, 상기 역방향 파일럿 채널을 구성하는 소정 개수의 전력제어 그룹들 중 마지막 전력제어 그룹에서 전력제어 비트 부분을 삭제하고, 그 자리에 삽입하여 전송한다.

또한, 상기 프레임 복조를 수행하는 단계에서 상기 이동국은 복조된 프레임의 복호를 수행하고, 각 복호된 프레임에 대하여 프레임 에러(CRC) 검사를 수행한다.

또한, 상기 기지국 안테나 선택에 대한 피드백 정보를 발생시키는 단계에서 상기 이동국이 각 안테나로부터 수신된 신호세기의 차이를 비교기에서 산출하고, 산출된 차이에 따라 매 프레임마다 안테나 선택에 대한 상기 피드백 정보를 결정하도록 한다.

또한, 상기 기지국이 상기 수신된 피드백 정보에 따라 프레임 단위로 전송 안테나를 선택하여 트래픽을 송출하는 단계에서 상기 기지국은 상기 수신된 피드백 정보에 따라 매 프레임마다 하나의 안테나를 선택하고, 다음 전송 프레임이 시작되는 시점에서 송신되어야 할 프레임을 선택된 전송 안테나와 매핑하여 전송한다.

도 1은 일반적인 선택 전송 다이버시티 방식을 나타낸 도면.

도 2a는 본 발명에 따른 이동국의 선택 전송 다이버시티 방법을 나타낸 흐름도.

도 2b는 본 발명에 따른 기지국의 선택 전송 다이버시티 방법을 나타낸 흐름도.

도 3a, 3b는 본 발명에 따른 역방향 파일럿 채널의 프레임 구조를 나타낸 도면.

이하 본 발명의 바람직한 일 실시 예에 따른 구성 및 작용을 첨부된 도면을 참조하여 설명한다.

도 2a는 본 발명에 따른 이동국의 선택 전송 다이버시티 방법을 나타내는 흐름도 이고, 도 2b는 본 발명에 따른 선택 기지국의 전송 다이버시티 방법을 나타내는 흐름도 이다.

도 2a를 참고하면, 기지국 안테나 A, B 안테나 모두에 대해서 항상 파일럿을 송출하여 이동국으로 하여금 더 좋은 것을 선택하게 해준다. 이때, 이동국이 전송 안테나에 대한 선택을 하는 방법은 우선, 이동국 안테나의 복조기 초단에서 수신되는 A 안테나와 B 안테나의 파일럿 신호를 동조 검출하기 위해서 일정 구간동안 동기시켜 누적한다(S200).

그리고, 기지국으로 송신하기 위한 안테나 선택에 관한 피드백 정보를 얻기위해서 누적된 파일럿 값을 이용하여 각각의 안테나로부터 수신된 신호세기 지시자(Received Signal Strength Indicator; RSSI)의 차이를 비교기에서 산출하고, 상기 산출된 차이를 협대역 필터에서 필터링 하여 매 프레임 마다 어느 안테나에서 송신되는 신호가 얼마나 강하게 수신되는지를 계산한다(S201). 즉, 두 안테나로부터 수신되는 신호 세기의 차이를 매 프레임마다 산출한다.

이때, 비교기의 출력은 프레임당 N 출력이라고 가정하면, 협대역 필터에서 출력된 신호는 프레임당 1출력이 얻어진다.

그리고, 기지국의 신호를 전송할 송신안테나의 너무 잦은 교체는 폐루프 전력제어에 나쁜 영향을 줄 수 있으므로, 최종적으로 기지국의 안테나 선택에 대한 피드백 정보의 결정을 위해서 선택 루틴에 히스테리시스(Hysterisys)를 가지도록 한다.

즉, 두 안테나(A,B)로부터 수신되는 신호 세기의 차이가 스레쉬홀드(threshold)를 넘지 않으면 기존의 선택된 안테나를 그대로 유지한다.(S202)

위의 과정(S202)을 통하여 얻어진 피드백 정보는 기지국으로 전송된다. 만약, 상기 S202 단계에서 산출된 피드백 정보가 기지국으로 전송되는 도중 오류가 발생하면, 다음 해당 프레임 구간동안 기지국이 데이터를 송출하게 되는 안테나와 이동국이 데이터를 수신하게 되는 안테나가 일치하지 않을 수 있다. 이 경우 이동국에서 데이터를 복조하면 해당 프레임에 대해서 CRC(Cyclic Redundancy Code) 체크에 실패할 것이다. 이동국 안테나의 복조기 초단에서 수신된 A 안테나와, B 안테나의 파일럿 신호를 참조하여 각 안테나의 트래픽을 복조하고(S203), 이어 두 개의 프레임 모두에 대해서 복호기를 이용하여 복호한다(S204).

그리고, 두 개의 복호된 프레임에 대해서 CRC(Cyclic Redundancy Code) 에러를 검사하고, 그 중 좋은 프레임을 선택한다. 즉, 이동국은 기지국 안테나 A, B 양쪽에 대해서 모두 복조를 수행함으로써 적절한 안테나 선택에 실패할 경우를 제거하게 된다.

도 2b를 참조하면, 기지국은 이동국에서 전송한 안테나 선택에 대한 피드백 정보에 따라 프레임당 하나의 선택된 안테나 정보를 검출한다(S210).

그리고, 검출된 정보에 따라서 기지국은 새로운 안테나의 선택을 결정하고(S211), 다음 전송 프레임이 시작되는 시점에서 선택된 송신 안테나로의 스위칭이 이루어진다(S212).

상기 기지국으로부터 이동국에 전송되어야 할 데이터 프레임은 본 발명에 따라 기지국에서 선택한 전송 안테나와 매핑되어 전송하게 된다.(S213)

이와 같이, 이동국은 프레임 단위로 기지국의 안테나 선택에 대한 피드백 정보를 기지국으로 전송하며, 기지국은 수신된 피드백 정보를 이용하여 프레임 단위로 송신 안테나를 선택한다. 여기서 프레임 단위의 피드백 작용은 피드백 정보의 오류로 인한 프레임 손실을 막게 하고자 하는 것이다.

이때, 이동국은 기지국의 A, B 안테나로부터 송출된 파일럿에 대하여 프레임 복조를 수행하여 그 중 좋은 프레임을 선택함으로서 피드백 정보의 손실에 크게 영향을 받지 않고 복조를 수해 할 수 있다.

즉, 이동국에서 피드백 시킨 정보(안테나 선택에 대한 정보)가 손상되어 기지국에서 이동국이 요구하지 않은 안테나를 통하여 트래픽을 송신하더라도 이동국은 수신되는 모든 파일럿 신호를 기준으로 트래픽에 대한 복조를 수행함으로서 트래픽 프레임의 수신에 치명적인 오류가 생기는 것을 막을 수 있는 것이다.

도 3a, 3b는 본 발명에 따른 역방향 파일럿 채널의 프레임 구조를 나타낸 도면이다.

이동국에서 기지국으로 빠른 피드백 정보를 보내기 위해서는 그 정보를 프레임의 끝 부분에 실어 보내야 하는데, 이때, 기지국에서는 안테나 선택에 대한 약간의 시간 여유를 가져야 하므로, 전송되는 프레임 중 16개 전력 제어 그룹 중 마지막 전력 제어 그룹의 중간 이전 부분에 피드백 정보를 실어 보낸다.

상기 전력제어 그룹은 전력 제어비트와, 파일럿으로 구성되고, 16 개의 전력제어 그룹들이 한 프레임을 구성한다.

도 3a를 참조하면, 이동국은 기지국의 전송 안테나 선택에 대한 정보를 역방향 파일럿 채널에 삽입하여 보내는데, 이때 역방향 파일럿 채널에는 이미 빠른 순방향 전력제어를 위한 전력제어 비트(300)가 삽입되어 있다.

따라서, 이동국은 안테나 선택에 대한 피드백 정보(310)를 상기 전력제어 비트(300)를 피하여 삽입시킨다.

또는, 도 3b에 나타낸 바와 같이 전력 제어 비트의 삽입을 삭제하고 그 자리에 안테나 선택에 대한 피드백 정보(320)를 삽입한다.

이렇게 프레임에 피드백 정보를 삽입하는 방법은 여러 가지가 있을 수 있다.

이상의 설명에서와 같은 본 발명은 프레임 단위의 피드백 정보를 이용하여 이동국은 모든 수신 파일럿에 대한 트래픽 복조를 수행하고 프레임을 선택하므로서, 슬로우 페이딩 환경에서의 우수한 다이버시티 성능을 유지할 뿐만 아니라 패스트 페이딩 환경에서도 다이버시티 성능의 급격한 저하를 방지하고, 피드백 정보의 손상에도 안정적인 시스템을 구현할 수 있는 효과가 있다.

Claims (5)

1. 이동국이 매 프레임마다 기지국의 안테나 선택에 대한 피드백 정보를 발생시키는 단계와,

   상기 피드백 정보를 상기 기지국으로 전송하는 단계와,

   상기 기지국은 상기 수신된 피드백 정보에 따라 상기 프레임 단위로 전송 안테나를 선택하여 트래픽을 송출하는 단계와,

   상기 이동국이 상기 기지국으로부터 전송되는 파일럿 신호들을 기준으로 독립적으로 복조를 수행하는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 CDMA 시스템에서 프레임 단위의 피드백을 이용한 전송 다이버시티 방법.
2. 제1 항에 있어서, 상기 피드백 정보를 상기 기지국으로 전송하는 단계에서

   상기 피드백 정보는 역방향 파일럿 채널의 전력제어 비트 부분에 전력 제어비트와 함께 삽입하여 전송하거나, 상기 역방향 파일럿 채널을 구성하는 소정 개수의 전력제어 그룹들 중 마지막 전력제어 그룹에서 전력제어 비트 부분을 삭제하고, 그 자리에 삽입하여 전송하는 것을 특징으로 하는 CDMA 시스템에서 프레임 단위의 피드백을 이용한 전송 다이버시티 방법.
3. 제1 항에 있어서, 상기 프레임 복조를 수행하는 단계에서

   상기 이동국은 복조된 프레임의 복호를 수행하고, 각 복호된 프레임에 대하여 프레임 에러(CRC) 검사를 수행하는 것을 특징으로 하는 CDMA 시스템에서 프레임 단위의 피드백을 이용한 전송 다이버시티 방법.
4. 제1 항에 있어서, 상기 기지국의 안테나 선택에 대한 피드백 정보를 발생시키는 단계에서

   상기 이동국이 각 안테나로부터 수신된 신호세기의 차이를 비교기에서 산출하고, 산출된 차이에 따라 매 프레임마다 안테나 선택에 대한 상기 피드백 정보를 결정하도록 하는 CDMA 시스템에서 프레임 단위의 피드백을 이용한 전송 다이버시티 방법.
5. 제1 항에 있어서, 상기 기지국이 상기 수신된 피드백 정보에 따라 프레임 단위로 전송 안테나를 선택하여 트래픽을 송출하는 단계에서

   상기 기지국은 상기 수신된 피드백 정보에 따라 매 프레임마다 하나의 안테나를 선택하고, 다음 전송 프레임이 시작되는 시점에서 송신되어야 할 프레임을 선택된 전송 안테나와 매핑하여 전송하는 CDMA 시스템에서 프레임 단위의 피드백을 이용한 전송 다이버시티 방법.