KR100459010B1 - Interference Cancellation System Using Antenna Arrays in Multipath Environments - Google Patents
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Abstract
다중 경로환경에서 무선 CDMA 기지국 시스템에 안테나 배열을 이용한 간섭제거 시스템에 관한 것으로, 각 안테나에서 다중 경로 신호 처리 후 각 사용자의 독립된 경로의 신호들은 역방향 채널 용량을 크게 증가시키기 위하여 안테나 배열을 이용한 빔형성을 통하여 결합되고, 각 사용자의 결합된 경로 신호들은 각각 서로 독립된 페이딩의 영향을 받으므로 최대비 결합된다. 이 최대비 결합된 신호를 간섭 제거 단에 입력함으로서 간섭 제거시 처리되는 신호 개수를 크게 줄여 신호처리 속도를 향상시킨 간섭제거 시스템이다.The present invention relates to an interference cancellation system using an antenna array in a wireless CDMA base station system in a multipath environment. After the multipath signal processing in each antenna, signals of independent paths of each user are beamformed using the antenna array to greatly increase the reverse channel capacity. The combined path signals of each user are combined by the maximum ratio since they are each affected by independent fading. By inputting the maximum ratio combined signal to the interference cancellation stage, the interference cancellation system improves the signal processing speed by greatly reducing the number of signals processed during interference cancellation.
본 발명은 다중경로 전파에 의해 시간적으로 지연되어 수신된 신호들을 분리하는 다중경로 처리단과, 다중경로 처리단으로부터 출력된 신호에 빔 형성 가중치 백터를 곱하여 최적 방향성 빔을 형성하여 신호들을 결합하는 빔 형성단과, 빔 형성단으로부터 출력된 다중 사용자에 대한 다중경로에 의한 신호들를 신호전력 대 간섭과 잡음 전력의 비를 최대화시키기 위해서 다중경로 신호를 최대비 결합하는 다중경로 결합단과, 다중경로 결합단으로부터 출력된 다중 사용자 신호를 동일 채널 간섭신호를 제거시키기 위한 간섭 제거단과, 간섭 제거단으로부터 출력된 검출 신호에서 해당 다중 사용자의 신호를 결정해 주는 다중사용자 결정단으로 구성된다.According to the present invention, a multipath processing stage for separating signals received by being delayed by multipath propagation and a beamforming weight vector are formed by multiplying a signal output from the multipath processing stage to form an optimal directional beam to combine the signals. And a multipath combining stage for maximally combining the multipath signals to maximize the ratio of signal power to interference and noise power for the multipath signals output to the multi-user output from the beamforming stage, and output from the multipath combining stage. An interference elimination stage for removing the co-channel interference signal from the multi-user signal, and a multi-user determination stage for determining the signal of the multi-user from the detection signal output from the interference elimination stage.
Description
본 발명은 무선 CDMA(code division multiple access) 시스템 및 기지국 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 무선 CDMA 시스템 및 기지국 시스템에서 다중 경로환경에서 안테나 배열을 이용하는 간섭 제거 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a wireless code division multiple access (CDMA) system and a base station system, and more particularly, to an interference cancellation system using an antenna array in a multipath environment in a wireless CDMA system and a base station system.
일반적으로 무선 CDMA 시스템 및 기지국 시스템에서 수신 신호는 송신측에 의한 직접파 이외에 반사파를 통한 여러 다른 경로를 통해서 수신안테나에 도달한다. 따라서, 경로가 다른 둘 이상의 전파가 수신안테나에서 수신되면 복잡한 수신 장해가 되어 정확한 신호를 수신하지 못하게 된다. 따라서, 무선 CDMA 시스템 및 기지국 시스템에서는 사용자 신호에 대한 신호전력 대 간섭과 잡음 전력의 비(SINR : signal to interference plus noise ratio)를 최대화시키기 위한 최대비 결합(MRC : maximal ratio combining)과 다중 경로에 의한 간섭을 제거하기 위한 간섭 제거기가 이용되고 있다.In general, in a wireless CDMA system and a base station system, the received signal arrives at the receiving antenna through various other paths through the reflected wave in addition to the direct wave by the transmitting side. Therefore, when two or more radio waves with different paths are received at the reception antenna, it becomes a complicated reception obstacle and thus cannot receive an accurate signal. Accordingly, in wireless CDMA systems and base station systems, a maximum ratio combining (MRC) and multiple paths for maximizing the signal to interference plus noise ratio (SINR) for a user signal are required. An interference canceller is used to remove interference caused by the interference.
그러면, 도 1을 참조하여 종래의 다중 경로 후결합을 이용하는 간섭 제거 시스템을 설명한다.Next, an interference cancellation system using a conventional multipath post-coupling will be described with reference to FIG. 1.
사용자 수가 K명이고 다중 경로 수가 L이라고 가정한 경우 종래의 다중 경로 후결합 간섭 제거 시스템은 도 1에서와 같이 수신안테나의 수신 신호(X(t))에서 다중 경로 페이딩의 영향을 감소시키기 위하여 레이크(rake) 수신기의 구조를 갖는 다중 경로 처리단(11)과, 다중 경로 처리단(11)에서 처리된 수신 신호(ZK,L)의 다중 경로에 의한 간섭을 제거하기 위한 간섭 제거단(12)과, 간섭 제거단(12)에서 다중 경로에 의한 간섭이 제거된 다중 사용자에 대한 다중 경로를 통하여 수신된 신호(SK,L)를 사용자 신호에 대한 신호전력 대 간섭과 잡음 전력의 비를 최대화시키기 위한 최대비 결합하는 다중 경로 결합단(13)과, 다중 경로 결합단(13)에서 최대비 결합된 신호(dK)에서 다중 사용자의 신호를 결정해 주는 다중 사용자 결정단(14)으로 이루어진다.Assuming that the number of users is K and the number of multipaths is L, the conventional multipath post-coupling interference cancellation system uses a rake to reduce the effects of multipath fading on the receive signal X (t) of the receive antenna as shown in FIG. (rake) A multipath processing stage 11 having a structure of a receiver and an interference cancellation stage 12 for removing interference by multipaths of the received signals Z K and L processed by the multipath processing stage 11. ) And the signal (S K, L ) received through the multi-path for the multi-user from which the interference by the multi-path has been removed in the interference cancellation stage 12 , and the ratio of the signal power to the interference and the noise power for the user signal. The multi-path combining stage 13 for maximum ratio combining and the multi-user combining stage 14 for determining the signal of the multi-user from the maximum ratio combined signal d K in the multi-path combining stage 13 to maximize Is done.
그러나, 상기와 같이 구성된 종래의 다중 경로 후결합을 이용한 간섭제거 시스템에서 계산량이 많이 요구되어지는 부분이 간섭 제거단(12)이고, 이 간섭 제거단(12)은 입출력 신호의 수가 변함이 없는 유일한 단이다. 따라서, 종래의 다중 경로 후결합 간섭 제거 시스템은 다중 경로를 결합하지 않은 다중 경로 처리단(11)의 출력신호(ZK,L)를 간섭 제거단(12)에 바로 적용함으로서 많은 계산량을 요구한다.However, in the conventional interference cancellation system using the multipath post-combination structure configured as described above, the portion that requires a large amount of computation is the interference cancellation stage 12, and the interference cancellation stage 12 is the only one in which the number of input / output signals does not change. It's sweet. Therefore, the conventional multipath post-coupled interference cancellation system requires a large amount of computation by directly applying the output signals Z K and L of the multipath processing stage 11 that do not combine the multipaths to the interference cancellation stage 12. .
또한, 여러 종류의 간섭 제거기 중에서 현재 CDMA 시스템에서 문제가 되고 있는 원근 문제(near-far problem)를 제거하고 시스템 성능을 향상시킬 수 있는 다중 사용자 검출기 중에서 선형 상관성 제거 다중 사용자 검출기를 이용할 경우에는, 상관성 제거 필터를 거친 출력 신호의 잡음이 시간적으로나 공간적으로 백색화 되어 있지 않기 때문에 각각 사용자의 다중 경로 신호를 최대비 결합하기 전에 사전 백색화 과정이 요구되어진다.In addition, if you use a linear user elimination multiuser detector among multiple user detectors that can eliminate near-far problems and improve system performance, which is currently a problem in CDMA systems, Since the noise of the output signal passed through the rejection filter is not whitened temporally or spatially, a prewhitening process is required before the maximum ratio combining of each user's multipath signal.
본 발명은 이와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로, 그 목적은 다중 경로환경에서 무선 CDMA 기지국 시스템에 안테나 배열을 이용하여 역방향 채널 용량을 크게 향상시키고 간섭 제거단에 다중 경로를 결합하지 않은 다중 경로 처리단의 출력 신호를 적용한 종래의 후처리 간섭 제거 시스템의 문제점이었던 많은 계산량을 줄이고, 상관성 제거 필터를 거친 출력 신호의 잡음이 시간적으로나 공간적으로 백색화되어 있지 않기 때문에 각각 사용자의 다중 경로 신호를 최대비 결합하기 전에 요구되어지는 사전 백색화 과정이 필요 없는 다중 경로 전결합을 이용하는 간섭 제거 시스템을 제공하는 데 있다.The present invention has been made to solve the above problems, and the object of the present invention is to improve the uplink channel capacity by using an antenna array in a wireless CDMA base station system in a multipath environment and to multipath without combining the multipath to the interference cancellation stage. It reduces the amount of computation that has been a problem of the conventional post-processing interference cancellation system using the output signal of the processing stage, and maximizes the multipath signal of each user since the noise of the output signal passed through the correlation elimination filter is not temporally or spatially whitened. An object of this invention is to provide an interference cancellation system using multipath precoupling, which does not require the prewhitening process required before uncoupling.
전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 다중 경로 페이딩의 영향을 감소시키기 위하여 레이크 수신기의 구조를 갖는 다중 경로 처리단과, 최적의 빔 형성을 위한 빔 형성단과, 다중 경로의 신호를 결합하여 신호의 개수를 줄여주는 다중 경로 결합단과, 다중 경로에 의한 간섭신호를 제거하기 위한 간섭 제거단과, 다중 사용자의 신호를 결정해 주는 다중 사용자 결정단으로 구성된다.In order to achieve the above object, the present invention provides a multipath processing stage having a rake receiver structure, a beamforming stage for optimal beam formation, and a multipath signal in order to reduce the influence of multipath fading. It consists of a multipath combining stage that reduces the number, an interference cancellation stage for removing the interference signal by the multipath, and a multiuser determination stage that determines the signal of the multiuser.
이하, 첨부된 도면을 참조로 하여 본 발명에 따른 일 실시예를 설명한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described an embodiment according to the present invention.
도 2는 본 발명의 다중 경로 환경에서 무선 CDMA 기지국 시스템에 안테나 베열을 이용하는 간섭 제거 시스템의 블록 구성도이다. 수신안테나의 수신 신호(X(t))에서 다중 경로 페이딩의 영향을 감소시키기 위하여 레이크(rake) 수신기의 구조를 갖는 다중 경로 처리단(21)과, 다중 경로 처리단(21)에서 처리된 수신 신호(ZK,L,M)에 따른 최적의 빔 형성을 하는 빔 형성단(22)과, 빔 형성단(22)을 통해 최적의 빔이 형성된 다중 사용자에 대한 다중 경로를 통하여 수신된 신호(YK,L)를 사용자 신호에 대한 신호전력 대 간섭과 잡음 전력의 비를 최대화시키기 위해 최대비 결합을 하거나 동등한 이득 결합(equal gain combining) 방식을 이용하여 다중 경로의 신호를 결합하여 신호의 개수를 줄여주는 다중 경로 결합단(23)과, 다중 경로 결합단(23)에서 결합된 신호(SK)의 다중 경로에 의한 간섭을 제거하기 위한 간섭 제거단(24)과, 간섭 제거단(24)에서 다중 경로에 의한 간섭이 제거된 신호(dK)에서 다중 사용자의 신호를 결정해 주는 다중 사용자 결정단(25)으로 이루어진다.2 is a block diagram of an interference cancellation system using antenna tear in a wireless CDMA base station system in a multipath environment of the present invention. In order to reduce the influence of multipath fading on the reception signal X (t) of the reception antenna, a multipath processing stage 21 having a structure of a rake receiver and a reception processed by the multipath processing stage 21 are provided. The signal received through the multi-path for the beam forming stage 22 and the multi-user having the optimal beam formed through the beam forming stage 22 and the beam forming stage 22 according to the signal (Z K, L, M ) Y K, L ) to maximize the ratio of signal power to interference and noise power for the user signal, or combine the signals of multiple paths by using equal gain combining method. Multipath combining stage 23 to reduce the, the interference cancellation stage 24 for removing the interference by the multi-path of the signal (S K ) combined in the multipath combining stage 23, and the interference cancellation stage 24 ) multi-interference is to be eliminated from the signal (K d) by the multiple paths on the That determines a signal of a user consists of a multi-user decision stage (25).
또한, 입출력 신호의 개수가 같고 계산량이 많이 요구되어지는 상기 간섭 제거단(24)을 상기 다중 경로 결합단(23)의 후단에 위치시킴으로써, 상기 다중 경로 결합단(23)에서 다중 경로 결합되어 개수가 감소된 신호를 상기 간섭 제거단(24)에 적용하여 간섭 제거단(24)에서의 계산량을 줄일 수 있도록 한 것을 특징으로 한다.In addition, by placing the interference cancellation stage 24, which has the same number of input / output signals and requires a large amount of computation, at the rear end of the multipath coupling stage 23, the number of multipath coupling stage 23 is multipath-coupled. Is applied to the interference cancellation stage 24 to reduce the amount of computation at the interference cancellation stage 24.
상기에서 다중 경로 결합단(23)은 다중 경로 신호를 결합하기 위하여 최대비 결합 방식 또는 동등한 이득 결합 방식을 이용한다.The multipath combining stage 23 uses a maximum ratio combining scheme or an equivalent gain combining scheme to combine the multipath signals.
상기에서 간섭 제거단(24)은 병렬 간섭 제거기(PIC:parallel interference canceller), 연속 간섭 제거기(SIC:successive interference canceller)등 많은 간섭 제거기의 일 예로 선형 상관성 제거 다중 사용자 검출기를 이용한다.The interference cancellation stage 24 uses a linear correlation cancellation multi-user detector as an example of many interference cancellers such as a parallel interference canceller (PIC) and a successive interference canceller (SIC).
상기와 같이 구성된 본 발명의 다중경로 환경에서 안테나 배열을 이용한 간섭제거 시스템을 도면에 따라 설명하면 다음과 같다.Referring to the drawings the interference cancellation system using the antenna array in the multipath environment of the present invention configured as described above is as follows.
도 3은 본 발명의 안테나 배열을 이용한 간섭제거 시스템의 실시예에 관한 전체 블록도이다.3 is an overall block diagram of an embodiment of an interference cancellation system using an antenna array of the present invention.
도시된 바와 같이 도 3은 다중경로 환경에서 기지국 안테나 배열을 사용한 계산량이 적은 간섭제거 시스템의 전체적인 구조이다. 수신된 신호의 처리순서는 다중경로 처리단(21), 빔 형성단(22), 다중경로 결합단(23), 간섭 제거단(24) 및 다중 사용자 결정단(25)의 순서로 신호가 처리된다.As shown in FIG. 3, the overall structure of the interference cancellation system with low computational complexity using the base station antenna array in a multipath environment is illustrated. The received signal is processed in the order of the multipath processing stage 21, the beamforming stage 22, the multipath combining stage 23, the interference cancellation stage 24, and the multi-user determination stage 25. do.
도 4a는 본 발명의 안테나 배열을 이용한 간섭제거 시스템의 다중경로 처리단의 실시예에 관한 부분 블록도이다.4A is a partial block diagram of an embodiment of a multipath processing stage of an interference cancellation system using an antenna array of the present invention.
먼저, 기지국에서만 안테나 배열을 사용하여 이동체의 신호를 수신한다고 가정하고, 하나의 셀에 K명의 사용자가 균일하게 분포되어 있으며, 기지국 수신기의 비동기와 주파수 선택적 페이딩 채널을 고려한다. 그리고, 안테나 배열의 요소 개수는 M개이고, 각각의 다중 사용자 신호는 L개의 다중 경로 신호로 구성되는 것으로 가정한다. 또한, 저속 변화 채널을 가정하여, 비트 주기 T동안 채널 특성이 일정한 값을 유지한다고 가정하면, k번째 사용자의 신호가 l번째 경로를 통하여 기지국에 수신되는 신호의 세기 βk,l은 수학식 1과 같이 나타내어지며, 협대역 신호 모델을 가정하면, M개의 안테나 배열로부터의 M×1출력 벡터 X(t)는 수학식 2와 같이 나타내어진다.First, it is assumed that only a base station receives an antenna signal using an antenna array, K users are uniformly distributed in one cell, and the asynchronous and frequency selective fading channels of the base station receiver are considered. In addition, it is assumed that the number of elements of the antenna array is M, and each multi-user signal includes L multi-path signals. In addition, assuming that the channel characteristics remain constant during the bit period T by assuming a low-speed change channel, the strength β k, l of the signal received by the k-th user signal to the base station through the l-th path is represented by Equation 1 Assuming a narrowband signal model, the M × 1 output vector X (t) from the M antenna arrays is represented by Equation 2 below.
[수학식 1][Equation 1]
[수학식 2][Equation 2]
수학식 1과 2에서 Pk는 k번째 사용자가 송신한 신호의 전력이고, αk,l은 각각의 안테나 요소에서 k번째 사용자의 i번째 경로에 대한 M×1 배열 응답 벡터(array response vector)이며, bk(i)는 {-1, 1}의 값을 갖는 k번째 사용자의 정보 비트이고 2Ns+1개의 비트수를 고려하며, Ck(t)는 [0, T]의 주기동안 단위 에너지를 갖는 k번째 사용자의 확산 코드이다. Bc는 확산 대역폭이고, τk는 기준 사용자 신호에 대한 k번째 사용자의 상대적인 시간 지연으로서 0＜τ1＜τ2 ＜-＜τk ＜T라고 가정한다. 또한, n(t)는 M개의 안테나에 의한 M×1 수신기 열 잡음 벡터(thermal noise vector)로서 평균이 0이고 분산이 수학식 3과 같이 주어진다.In Equations 1 and 2, P k is the power of the signal transmitted by the k th user, and α k, l is the M × 1 array response vector for the i th path of the k th user in each antenna element. B k (i) is the information bit of the k-th user having the value of {-1, 1} and considers 2N s +1 bits, and C k (t) is the period of [0, T] The spreading code of the k-th user with unit energy. Assume that B c is the spreading bandwidth and τ k is the relative time delay of the k-th user with respect to the reference user signal, where 0 <τ 1 <τ 2 <− <τ k <T. In addition, n (t) is an M × 1 receiver thermal noise vector obtained by M antennas with an average of 0 and a variance given by Equation 3.
[수학식 3][Equation 3]
수학식 3에서 σ2는 각 안테나 배열 요소의 열 잡음의 분산이고, δ(·)는 텔타함수이고, I는 M×M의 치수를 갖는 단위 행렬을 나타내며, 윗첨자 *는 복소공액 전치 연산자를 나타낸다.In Equation 3, σ 2 is the variance of thermal noise of each antenna array element, δ (·) is a telta function, I is an identity matrix having dimensions of M × M, and the superscript * denotes a complex conjugate transposition operator. Indicates.
수학식 2에서와 같이 수신안테나에 수신된 신호 X(t)는 도 4a에서와 같이 레이크 수신기로 구성된 다중 경로 처리단(21)에서 각각의 사용자와 경로에 해당되어지는 확산코드와 상관을 취하여 메시지 정보 비트 한 비트당 한 표본 벡터를 형성하게 되고, m번째 안테나에서 다중 경로 처리 후, i번째 비트에 대한 q번째 경로를 통하여 수신된 p번째 사용자의 다중 경로 처리단(21)의 출력신호 벡터는 수학식 4와 같이 나타내어진다.As shown in Equation 2, the signal X (t) received at the reception antenna is correlated with a spreading code corresponding to each user and path in the multipath processing stage 21 configured as a rake receiver as shown in FIG. 4A. One sample vector is formed for each bit of information, and after the multipath processing at the m th antenna, the output signal vector of the multipath processing stage 21 of the p th user received through the q th path for the i th bit is Equation 4 is shown.
[수학식 4][Equation 4]
수학식 4에서 Rk,l,p,q(i)는 i번째 비트에 대한 각각의 사용자가 사용하는 코드의 상호 상관의 정의 식으로 수학식 5와 같이 나타내어지며, Np,q(i)는 잡음 신호를 각 사용자와 경로에 해당되는 확산 코드와 상관을 취하여 생성된 신호 벡터로서 수학식 6과 같이 나타낼 수 있다.In Equation 4, R k, l, p, q (i) is a definition of the cross-correlation of the code used by each user for the i th bit, and is expressed as Equation 5, and N p, q (i) Is a signal vector generated by correlating a noise signal with a spreading code corresponding to each user and a path, as shown in Equation 6.
[수학식 5][Equation 5]
[수학식 6][Equation 6]
또한, 도 4b는 본 발명의 안테나 배열을 이용한 간섭제거 시스템의 빔 형성단에 관한 부분 블록도이다.4B is a partial block diagram of the beamforming stage of the interference cancellation system using the antenna array of the present invention.
그리고, 수학식 4와 같이 나타내어지는 다중 경로 처리단(21)의 각각의 다중 경로 신호에 대하여 도 4b에서와 같은 빔 형성단(22)에서 최적 방향성 빔을 형성한다. 이때, 안테나 배열 수신기에서는 신호 도착 방향(DOA : direction of arrival)을 추정함으로써 빔 형성 가중치 벡터를 구하여 안테나 배열의 출력을 결합하며, 코드 필터링 후, 비동기 방식 다중 사용자 CDMA 환경에서 최적의 빔 형성 가중치는 와 같이 근사화할 수 있으며, 근사화된 빔 형성 가중치를 사용함으로써 p번째 사용자의 q번째 경로에 대한 빔 형성단(22)의 출력 신호는 수학식 7과 같이 나타내어진다.Then, for each multipath signal of the multipath processing stage 21 represented by Equation 4, an optimal directional beam is formed at the beam forming stage 22 as shown in FIG. 4B. At this time, the antenna array receiver obtains a beamforming weight vector by estimating a direction of arrival (DOA), and combines the outputs of the antenna array.After the code filtering, the optimal beamforming weight in an asynchronous multi-user CDMA environment By using the approximated beamforming weights, the output signal of the beamforming stage 22 for the qth path of the pth user is represented by Equation (7).
[수학식 7][Equation 7]
그리고, 안테나 배열 응답 벡터를 위한 신호 도착 방향은 추정하여 알고 있다고 가정하며, 수신된 안테나 배열 응답 벡터에 같은 경로로 입사한 동일한 사용자의 최적 빔 형성 가중치를 곱하여 최대비 결합하면 α* p,q = M (p = 1, 2,-, K, q = 1, 2,‥‥ L)이 된다고 가정하면, 수학식 7은 수학식 8과 같이 나타내어 진다.In addition, it is assumed that the signal arrival direction for the antenna array response vector is estimated and known, and when the maximum ratio is combined by multiplying the received antenna array response vector by the optimal beamforming weight of the same user, which is incident on the same path, α * p, q = Assuming that M (p = 1, 2,-, K, q = 1, 2, ... L), equation (7) is expressed as shown in equation (8).
[수학식 8][Equation 8]
상술한 수학식 8에서 αk,l,p,q는 수신된 안테나 배열 응답 벡터에 각각의 사용자와 경로에 해당하는 최적 빔 형성 가중치를 곱하여 빔 형성을 한 것으로 수학식 αk,l,p,q = α* p,qαk,l 와 같이 나타낼 수 있으며, nY,p,q(i)는 잡음 신호를 각각의 사용자와 경로에 해당하는 최적 빔 형성 가중치 벡터를 곱해주어 생성된 수학식nY,p,q(i) = α* p,q np,q(i)와 같은 신호 벡터를 나타낸다.In the above Equation 8 α k, l, p, q is the receive antenna array response vector by multiplying the optimized beamforming weights corresponding to each user and the path that the beam-forming equation α k, l, p, q = α * p, q α k, l , where n Y, p, q (i) is an equation generated by multiplying the noise signal by the optimal beamforming weight vector corresponding to each user and path. n Y, p, q (i) = α * p, q n denotes a signal vector such as p, q (i).
또한, 도 4c는 본 발명의 안테나 배열을 이용한 간섭제거 시스템의 다중경로 결합단에 관한 부분 블록도이다.4C is a partial block diagram of a multipath coupling stage of an interference cancellation system using an antenna array of the present invention.
수학식 8과 같이 나타내어지는 빔 형성단(22)의 출력은 도 4c에서 알 수 있듯이 각각의 사용자에 대한 L개의 다중 경로로 구성되어 있다. 따라서, 도 4c와 같이 구성된 다중 경로 결합단(23)에서는 각각의 사용자 신호에 대한 신호전력 대 간섭과 잡음 전력의 비를 최대화시키기 위해서 각각의 사용자 다중 경로의 신호를 최대비 결합을 하거나 동등한 이득 결합을 이용하여 다중 경로 신호를 결합하여 신호의 개수를 줄여준다.As shown in Equation 8, the output of the beam forming stage 22 is composed of L multiple paths for each user, as shown in FIG. 4C. Therefore, in the multi-path combining stage 23 configured as shown in FIG. 4C, the maximum ratio combining or equal gain combining of the signals of each user multipath is maximized in order to maximize the ratio of signal power to interference and noise power for each user signal. By combining the multipath signal to reduce the number of signals.
그러면, 다중 경로 결합단(23)에서 결합된 출력 신호는 수학식 9와 같이 나타내어진다.Then, the output signal combined at the multipath coupling stage 23 is represented by Equation (9).
[수학식 9][Equation 9]
또한, 수학식 9의 다중 경로 결합단(23)의 출력 신호를 행렬-벡터 표현으로나타내면 수학식 10과 같이 된다.In addition, when the output signal of the multipath combining stage 23 of Equation 9 is represented by a matrix-vector representation, Equation 10 is obtained.
도 4d는 본 발명의 안테나 배열을 이용한 간섭제거 시스템의 간섭 제거단 및 다중 사용자 결정단에 관한 부분 블록도이고 간섭 신호를 제거시키기 위한 간섭 제거단(24) 및 다중 사용자 결정단(25)의 구조이며, 본 발명에서의 간섭 제거기의 실시 예로 다중 사용자 검출기 중에서 상관성 제거 다중 사용자 검출기를 이용한다.4D is a partial block diagram of an interference cancellation stage and a multi-user determination stage of the interference cancellation system using the antenna array of the present invention, and the structure of the interference cancellation stage 24 and the multi-user determination stage 25 for canceling the interference signal. In an embodiment of the present invention, an interference elimination multi-user detector is used among multi-user detectors.
[수학식 10][Equation 10]
이때, At this time,
이다. to be.
따라서, 간섭 제거기(상관성 제거 다중 사용자 검출기)(24)의 입력 신호는 수학식 10과 같이 되며, 간섭 제거기(상관성 제거 다중 사용자 검출기)(24)의 입력 잡음 신호는 평균이 0이며, 공분산 행렬은 수학식 11과 같이 나타내어진다.Thus, the input signal of the interference canceller (correlation removal multi-user detector) 24 is expressed by Equation 10, and the input noise signal of the interference canceller (correlation removal multi-user detector) 24 has an average of 0, and the covariance matrix is Equation 11 is shown.
[수학식 11][Equation 11]
그리고, 수학식 10을 Z-변환하면 수학식 12와 같이 나타내어진다.Then, Z-conversion of Equation 10 is expressed as Equation 12.
[수학식 12][Equation 12]
따라서, 다중 사용자 상관성 제거 검출단(24)의 출력 신호의 Z-변환 신호는 수학식 13과 같이 나타내어진다.Therefore, the Z-converted signal of the output signal of the multi-user correlation elimination detection stage 24 is represented by Equation (13).
[수학식 13][Equation 13]
수학식 13에서 G(z)는 선형 상관성 제거 필터의 전달 함수 행렬이며 In Equation 13, G (z) is the transfer function matrix of the linear decorrelation filter.
와 같이 나타내어진다. It is represented as
따라서, 시간 축에서의 간섭 제거기(상관성 제거 다중 사용자 검출기)(24)의 출력 신호는 수학식 14와 같이 된다.Thus, the output signal of the interference canceller (correlation cancellation multi-user detector) 24 on the time axis is as shown in equation (14).
[수학식 14][Equation 14]
그러면, 다중 사용자 결정단(25)에서는 수학식 14와 같이 나타내어지는 간섭 제거기(다중 사용자 상관성 제거 검출기)(24)의 출력 신호로부터 다중 사용자의 신호를 결정한다.Then, the multi-user decision stage 25 determines the signal of the multi-user from the output signal of the interference canceller (multi-user correlation elimination detector) 24 shown in Equation (14).
이와 같이 각각 사용자의 다중 경로 결합된 신호를 다중 사용자 검출기에 적용하는 간섭 제거 시스템에서 상당한 계산량을 차지하고 있는 간섭 제거기에서 실제로 행하여지는 연산의 계산량을 종래의 다중 경로 후결합을 이용하는 간섭 제거 시스템과 비교하여 설명하면 다음과 같다.In this way, the amount of computation actually performed in the interference canceller, which occupies a considerable amount of computation in the interference cancellation system applying the user's multipath combined signal to the multiuser detector, is compared with the conventional interference cancellation system using the multipath post-combination. The explanation is as follows.
도 5는 종래 및 본 발명의 간섭 제거단의 위치에 다른 계산량과의 관계를 나타낸 도표이다.5 is a diagram showing the relationship between the calculation amount and the position of the interference cancellation stage of the prior art and the present invention.
실제 간섭 제거기(상관성 제거 다중 사용자 검출기)에서 실행되어지는 계산량은 입력 신호의 역행렬을 구해주는 연산이다. 따라서, 도 1에 도시된 바와 같이 종래의 후처리 간섭 제거 시스템의 경우에는 다중경로 결합단(13)의 위치가 간섭 제거단(12)의 뒤에 위치된 경우로써, 종래의 간섭 제거단(12)의 입력신호 수는 KL이기 때문에 실제적으로 간섭 제거단(12)에서 처리되는 계산량은 KL×KL 의 치수를 갖는 행렬의 역행렬을 구하는 과정이 필요하게 되고, 이 역행렬 계산은 대략 0(MK)3의 곱셈 연산이 요구되어진다.The amount of computation performed in the real interference canceller (correlation cancellation multi-user detector) is an operation that yields the inverse of the input signal. Therefore, in the conventional post-processing interference cancellation system as shown in FIG. 1, the position of the multipath coupling end 13 is located behind the interference cancellation end 12, and thus, the conventional interference cancellation end 12 is performed. Since the number of input signals of is KL, the amount of computation processed by the interference cancellation stage 12 actually requires a process of obtaining an inverse of a matrix having a dimension of KL × KL. This inverse calculation is approximately 0 (MK) 3 . Multiplication operation is required.
그러나, 본 발명의 전처리 간섭 제거 시스템의 경우에는 도 2에 도시된 바와 같이 간섭 제거단(24)을 다중경로 결합단(23)의 뒤로 위치하게 함으로서 간섭 제거단(24)의 입력신호 수는 K 이기 때문에 실제적으로 간섭 제거단(24)에서 처리되는 계산량은 K×K 의 치수를 갖는 행렬의 역행렬을 구하는 과정이 필요로 하고, 역행렬의 계산은 대략 0(K)3의 곱셈 연산이 요구되어진다.However, in the case of the preprocessing interference cancellation system of the present invention, as shown in FIG. 2, the number of input signals of the interference cancellation stage 24 is K by placing the interference cancellation stage 24 behind the multipath coupling stage 23. Therefore, the amount of computation processed by the interference cancellation stage 24 actually requires a process of obtaining an inverse of a matrix having dimensions of K × K, and the calculation of the inverse matrix requires a multiplication operation of approximately 0 (K) 3 . .
따라서, 신호의 수를 줄여주는 빔 형성 단과 다중 경로 처리단에 비하여 입력 신호의 개수와 출력 신호의 개수가 동일한 간섭 제거기에 다중 경로 결합 신호를 적용하는 본 발명을 이용함으로써 간섭 제거단에 다중경로를 결합하지 않은 다중경로 처리단의 출력신호를 적용한 기존의 후처리 간섭 제거 시스템의 문제점이었던 많은 계산량을 줄이게 되었다. 또한, 종래의 다중 경로 후결합을 이용하는 간섭 제거 시스템에서는 상관성 제거 필터를 거친 출력 신호의 잡음이 시간적으로나 공간적으로 백색화되어 있지 않기 때문에 다중 경로 결합단에서 각각 사용자의 다중 경로 신호를 최대비 결합하기 전에 사전 백색화 과정이 필요하였지만, 본 발명에 의하여 최대비 결합 전에 백색화 과정이 필요 없게 되었다.Therefore, the multipath combined signal is applied to the interference canceling stage by using the present invention in which the multipath combined signal is applied to the interference canceller having the same number of input signals and output signals as compared to the beamforming stage and the multipath processing stage. The amount of computation that has been a problem of the conventional post-processing interference cancellation system using the output signal of the uncoupled multipath processing stage is reduced. In addition, in the conventional interference cancellation system using the multipath post-coupling, since the noise of the output signal passing through the correlation cancellation filter is not whitened temporally or spatially, the multi-path combining stage can perform the maximum ratio combining of the user's multipath signals. Although prior whitening procedures were necessary, the present invention eliminates the need for whitening procedures prior to maximum ratio binding.
이와 같이 본 발명은 간섭 제거단에 다중 경로를 결합하지 않은 다중 경로 처리단의 출력 신호를 적용한 종래의 다중 경로 후결합 간섭 제거 시스템과는 달리 다중 경로환경에서 무선 CDMA 기지국 시스템에 역방향 채널 용량을 크게 향상시키기 위하여 안테나 배열을 이용한 빔형성을 하고 간섭 제거단에 각 가입자의 최대비 결합한 신호를 적용함으로써 간섭 제거단에서의 계산량을 줄일 수 있을 뿐만 아니라 상관성 제거 필터를 거친 출력 신호의 잡음이 시간적으로나 공간적으로 백색화 되어 있지 않기 때문에 각각 사용자의 다중 경로 신호를 최대비 결합하기 전에 요구되어지는 사전 백색화 과정이 필요 없도록 한다.As described above, the present invention provides a large reverse channel capacity for a wireless CDMA base station system in a multipath environment, unlike a conventional multipath post-combination interference cancellation system in which an output signal of a multipath processing stage that does not combine a multipath to an interference cancellation stage is applied. In order to improve beamforming using antenna array and apply the maximum ratio combined signal of each subscriber to the interference cancellation stage, not only can we reduce the amount of computation at the interference cancellation stage, but also the noise of the output signal through the correlation elimination filter Since it is not whitened, the pre-whitening process required before combining the multipath signals of each user is not necessary.
도 1은 종래에 사용하는 다중경로 후결합을 이용한 간섭제거 시스템을 개괄적으로 도시한 블록 구성도,1 is a block diagram schematically illustrating an interference cancellation system using a multipath post-combination conventionally used;
도 2는 본 발명의 다중경로 환경에서 무선 CDMA 기지국 시스템에 안테나 배열을 이용한 계산량이 적은 간섭제거 시스템을 개괄적으로 도시한 블록 구성도,FIG. 2 is a block diagram schematically illustrating an interference cancellation system having a low calculation amount using an antenna array in a wireless CDMA base station system in a multipath environment according to the present invention.
도 3은 본 발명의 안테나 배열을 이용한 간섭제거 시스템의 실시예에 관한 전체 블록도,3 is an overall block diagram of an embodiment of an interference cancellation system using an antenna array of the present invention;
도 4a는 본 발명의 안테나 배열을 이용한 간섭제거 시스템의 다중경로 처리단의 실시예에 관한 부분 블록도,4A is a partial block diagram of an embodiment of a multipath processing stage of an interference cancellation system using an antenna array of the present invention;
도 4b는 본 발명의 안테나 배열을 이용한 간섭제거 시스템의 빔 형성단의 실시예에 관한 부분 블록도,4b is a partial block diagram of an embodiment of a beam forming stage of an interference cancellation system using an antenna array of the present invention;
도 4c는 본 발명의 안테나 배열을 이용한 간섭제거 시스템의 다중경로 결합단의 실시예에 관한 부분 블록도,4C is a partial block diagram of an embodiment of a multipath coupling stage of an interference cancellation system using an antenna array of the present invention;
도 4d는 본 발명의 안테나 배열을 이용한 간섭제거 시스템의 간섭 제거단 및 다중 사용자 결정단의 실시예에 관한 부분 블록도,4d is a partial block diagram of an embodiment of an interference cancellation stage and a multi-user determination stage of an interference cancellation system using an antenna array of the present invention;
도 5는 종래 및 본 발명의 간섭 제거단의 위치에 다른 계산량과의 관계를 나타낸 도표이다.5 is a diagram showing the relationship between the calculation amount and the position of the interference cancellation stage of the prior art and the present invention.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *Explanation of symbols on the main parts of the drawings
21 : 다중경로 처리단 22 : 빔 형성단21: multipath processing stage 22: beam forming stage
23 : 다중경로 결합단 24 : 간섭 제거단23: multipath coupling stage 24: interference cancellation stage
25 : 다중 사용자 결정단25: multi-user decision making
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| PT2209272E (en) * | 2007-09-12 | 2014-05-26 | Qualcomm Inc | Capacity increasing devices and methods for wireless communication |
| IL203785A (en) | 2007-09-12 | 2014-07-31 | Qualcomm Inc | Capacity increasing devices and methods for wireless communication |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0730519A (en) * | 1993-07-08 | 1995-01-31 | Nec Corp | Cdma receiver |
| KR980012986A (en) * | 1996-07-12 | 1998-04-30 | 사와무라 시코우 | Code Division Multiple Access Receiver |
-
1998
- 1998-06-17 KR KR10-1998-0022820A patent/KR100459010B1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0730519A (en) * | 1993-07-08 | 1995-01-31 | Nec Corp | Cdma receiver |
| KR980012986A (en) * | 1996-07-12 | 1998-04-30 | 사와무라 시코우 | Code Division Multiple Access Receiver |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| 논문;간섭제거기와 RAKE수신기를 직렬로 채용하면 셀사용자 수를 증가시켜 성능을 개선하는 방법의 제안(1996. 04. 01) * |
| 논문;다이버시티 효과로 성능향상을 이룬 시스템(1994. 04. 01) * |
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