KR100204599B1 - 적응형 직병렬 혼합 잡음 제거 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 CDMA 시스템에 관한 것으로, 단일 사용자 검출 방법의 문제점을 해결하기 위해 발표된 직렬 잡음 제거 방법 및 병렬 잡음 제거 방법을 일부분 수용하고, 재생된 신호를 각 검출기에 더하는 귀환 경로의 사용과 계속 참여하게 제어하는 수단을 사용하며, 잡음 과정에 참여할 검출기들을 그룹으로 선택할 수 있게 하고, 현재의 잡음 제거 과정에 선택된 검출기들과 이전의 잡음 제거 과정에 선택된 검출기들의 스위치만을 닫는 방법을 사용함으로써 CDMA 시스템의 성능과 용량을 증가 시킬 수 있는 적응형 직병렬 혼합 잡음 제거 방법이 제시된다.

Description

적응형 직병렬 혼합 잡음 제거 방법
본 발명은 코드 분할 다중 접속(Code Division Multiple Access : 이하 CDMA 라 함) 시스템에 관한 것으로, 특히 다중 접속으로 생긴 간섭 잡음을 감소시킴으로써 CDMA 시스템의 성능과 용량을 증가시키기 위한 적응형 직병렬 혼합 잡음 제거방법에 관한 것이다.
종래의 단일 사용자 검출 방법을 사용한 CDMA 시스템은 복수 사용자 환경에서 복수 사용자의 간섭을 무시함으로써 사용자가 증가 할수록 시스템의 성능과 용량 감소를 가져오는 단점을 가진다. 최근에 다중 접속으로 인한 간섭 잡음을 감소시키는 직렬 잡음 제거 방법과 병렬 잡음 제거 방법이 소개되었다.
종래의 직렬 잡음 제거 방법은 이미 잡음 제거 과정에 참여한 검출기가 계속되는 잡음 제거 과정에 아무런 기여를 하지 못하는 문제점이 있으며, 또한 잡음 제거 처리 횟수가 현실적으로 제한될 경우 한 번의 잡음 제거 과정에 한 사용자를 선택함으로써 성능의 감소가 유발된다.
종래의 병렬 잡음 제거 방법은 수신 신호들의 전력이 넓게 분포할 경우 성능이 감소되는 문제점이 있다.
따라서, 상기한 문제점을 해결하기 위한 본 발명은 CDMA 시스템에서 다중 접속으로 생긴 간섭 잡음을 감소시킴으로써 CDMA 시스템의 성능과 용량을 증가시킬 수 있는 적응형 직병렬 혼합 잡음 제거 방법을 제공하는데 그 목적이다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 수신된 신호를 저역 필터를 거쳐 버퍼에 저장하는 단계와, 상기 버퍼에서 출력된 신호를 다수의 검출기에서 입력하는 단계와, 상기 다수의 검출기에서 출력된 결정 신호들 중에서 임의의 신호를 선택 제어기에서 입력하여 선택하는 단계와, 상기 임의의 신호를 입력한 선택 제어기에서 선택된 신호의 해당 스위치를 닫고 시그늄 함수를 거쳐 전송된 (+1, -1) 신호를 처리기에서 입력하는 단계와, 상기 상기 처리기에서 입력한(+1,-1)신호를 복구하는 단계와, 상기 신호의 복구와 동시에 복구 신호를 재생하여 원래 수신된 신호에서 제거하는 단계와, 상기 재생된 신호를 귀환 경로를 통하여 입력한 덧셈기에서 상기 수신된 신호를 더하여 새로운 신호를 생성하는 단계로 이루어진 것을 특징으로 한다.
제1도는 본 발명이 적용되는 동기식 BPSK 송신기의 구조도.
제2도는 본 발명이 적용되는 동기식 BPSK 수신기의 구조도.
제3도는 종래의 단일 사용자 검출 방법을 사용한 CDMA 시스템의 구조도.
제4도는 종래의 직렬 잡음 제거 방법을 사용한 CDMA 시스템의 수신기 구조도.
제5도는 종래의 병렬 잡음 제거 방법을 사용한 CDMA 시스템의 수신기 구조도.
제6도는 본 발명에 따른 적응형 직병렬 혼합 잡음 제거 방법을 사용한 CDMA 시스템의 수신기 구조도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
601 : 채널을 거친 후 수신된 신호
602 : 반송파에 의한 주파수 복조와 정합 여파기(Matched filter)
603 : 버퍼(Buffer) 604 : 기저 대역 신호
605 : 뺄셈기 606 : j 회 간섭 잡음 제거후 기저 대역 신호
607, 608, 609 : 1, 2, K 번째 사용자의 검출기
610, 611, 612 : 1, 2, K 번째 사용자의 추정 값
613, 614, 615 : 1, 2, K 번째 사용자의 결정 신호
616 : 선택 제어기
617, 618, 619 : 1, 2, K 번째 사용자의 스위치
620, 621, 622 : sgn 함수
623, 624, 625 : 1, 2, K 번째 사용자의 (+1, -1) 신호의 추정 값
626, 627, 628 : 월쉬 부호(Walsh code) 1번과 1, 2, K 번째 사용자의 (+1, -1) 신호의 추정 값과의 곱에 파일럿 채널의 신호 크기를 더하는 처리기
629, 630, 631 : 626, 627, 628에서 출력된 신호
632, 633, 634 : 629, 630, 631 신호에 대한 PN 코드에 의한 역확산
635, 636, 637 : 진폭과 위상 추정 값에 의한 곱셈
638, 639, 640 : 635, 636, 637의 출력이 귀환 경로를 사용하여 기저대역 신호에 더함
641, 642, 643 : 623, 624, 625 추정 값의 출력을 제어하는 신호
본 발명에 따른 CDMA 시스템에서의 적응형 직병렬 혼합 잡음 제거 방법에서 재생된 신호는 각 검출기에 더하는 귀환 경로에 사용된다. 이것으로 각 검출기의 추정값들은 일부 간섭 잡음 성분이 제거된 새로운 입력 신호를 바탕으로 갱신된다. 또한 발표된 직렬 잡음 제거 방법과 다르게 이미 잡음 제거 과정에 참여한 검출기들도 새롭게 갱신된 추정 값들을 가지고 잡음 제거 과정에 계속 참여하고, 현재 선택된 검출기들(Group)은 직렬 잡음 제거 방법에서 처럼 보통의 잡음 제거를 실행하는 동안에도 그들의 결정 값을 현재의 잡음 제거 후의 입력을 바탕으로 매 과정마다 갱신한다. 또한 현재의 잡음 제거 과정에 참여 할 검출기들을 그룹으로 선택 할 수 있게 한다. 이것은 간섭 잡음 제거 처리 횟수가 현실적으로 제한될 경우 직렬 잡음 제거 방법인 한 번의 잡음 제거 과정에 한 사용자를 선택함으로써 오는 성능의 감소를 방지한다.
본 발명에 따른 CDMA 시스템에서의 적응형 직병렬 혼합 잡음 제거 방법은 병렬 잡음 제거 방법과 다르게 현재의 잡음 제거 과정에 선택된 검출기들과 이전의 잡음 제거 과정에 선택된 검출기들의 스위치 만을 닫음으로 약한 전력을 가진 사용자들의 신호 검출기가 잡음 제거 과정에 참여하지 못하게 하여 잡음 제거의 성능을 향상시킨다. 또한 잡음 제거 과정에서 총 사용자가 선택된 후 한 단계의 하드웨어를 가지고 발표된 병렬 잡음 제거 방법의 잡음 제거를 계속한다. 이것은 병렬 잡음 제거 방법에서 요구되는 하드웨어와 비교하여 복잡도를 줄인다.
그리고, 본 발명에 따른 CDMA 시스템에서의 적응형 직병렬 혼합 잡음 제거 방법은 종래의 단일 사용자 검출 방법을 사용한 CDMA 시스템 뿐만 아니라, 직렬 잡음 제거 방법과 병렬 잡음 제거 방법의 문제점을 극복함으로써 CDMA 시스템 성능과 용량을 향상시킨다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하기로 한다.
I. 본 발명이 적용되는 BPSK 시스템
제1도는 본 발명이 적용되는 동기식 2진 펄스 위상 편이 키잉(Binary Phase Shift Keying : 이하 BPSK라 함) 송신기의 구조도이다. (101)은 통화 채널의 i 번째 사용자의 (+1, -1) 신호, (102)은 월쉬 부호(Walsh code) 1번에 의한 확산, (103)은 파일럿 채널의 신호 크기, (104)은 의사 잡음(Pseudo-random Noise : 이하 PN이라 함)코드에 의한 확산, (105)은 성형 여파기(pulse shaping filter), (106)은 반송파에 의한 주파수 변조, (107)은 안테나로 송신되는 신호이다.
제1도의 동기식 BPSK 송신기에서 i 번째 사용자가 안테나로 송신하는 신호(107)는 아래의 [수학식 1]로 나타낼 수 있다.
여기서 f0는 반송 주파수, θi는 i 번째 사용자의 위상이다.
제2도는 본 발명이 적용되는 동기식 BPSK 수신기의 구조도이다. (201)은 채널을 거친 후 수신된 신호, (202) 및 (203)은 각각 I 채널, Q 채널에 대한 반송파에 의한 주파수 복조, (204)은 정합 여파기(Matched filter), (205)은 칩 주기 Tc의 정수배 샘플링, (206)은 i 번째 사용자의 PN 코드에 의한 역확산, (207) 및 (208)은 진폭과 위상 추정기, (209) 및 (210)은 (207), (208)에서 구해진 진폭과 위상 추정값, (211)은 월쉬 부호 1번에 의한 역확산, (212)은 N 칩 주기 동안 합하는 가산기, (213)은 i 번째 사용자의 결정 신호이다.
제2도의 동기식 BPSK 수신기에서 i 번째 사용자를 포함한 다수의 사용자들이 송신한 신호와 채널 잡음을 반영한 수신 신호(201)는 아래와 같은 [수학식 2]로 나타낼 수 있다.
여기서 K는 서비스 증인 사용자 수, αi(t), ψi(t), τi(t)는 각각 i 번째 사용자 신호에 대한 채널 응답의 진폭, 위상, 시간 지연을 나타낸다. n(t)는 부가성 백색 가우시안 잡음(Additive White Gaussian Noise : 이하 AWGN이라 함)이다.
역 확산(206) 후 얻어진 기저 대역 I 채널 신호는 아래의 [수학식 3]으로 나타낼 수 있다.
그리고 Q 채널 신호는 아래의 [수학식 4]로 나타낼 수 있다.
여기서 nc(n), ns(n)는 백색 가우시안 잡음과 다중 접속 잡음을 포함한 잡음이다.
채널 파라미터 추정값들 (209), (210)은 상기 Ii(n)와 Qi(n)를 Np칩 주기 동안 평균함으로써 얻어진다. 여기서 NpTc는 채널 특성이 일정하게 유지되는 시간 내로 설정한다. 검출되는 심볼 구간 동안 채널 파라미터들이 일정하게 유지된다는 가정하에 Np샘플을 사용한다. (209), (210)은 아래의 [수학식 5] 및 [수학식 6]로 나타낼 수 있다.
II. 종래의 단일 사용자 검출 방법을 사용한 CDMA 시스템
제3도는 종래의 단일 사용자 검출 방법을 사용한 CDMA 시스템의 구조도이다. (301), (302), (303)은 각각 통화 채널의 1, 2, K 번째 사용자의 (+1, -1) 신호, (304), (305), (306)은 각각 제1도의 점선 박스에 해당하는 1, 2, K 번째 사용자의 송신기, (307), (308), (309)는 각각 안테나로 송신되는 1, 2, K 번째 사용자 신호, (310)은 채널을 거친 후 수신된 신호, (311)은 제2도의 실선 박스에 해당하는 반송파에 의한 주파수 변조와 정합 여파기, (312)은 기저 대역 신호, (313), (314) 및 (315)는 각각 제2도의 점선 박스에 해당하는 1, 2, K 번째 사용자의 검출기, (316), (317), (318)은 각각 1, 2, K 번째 사용자의 결정 신호, (319)은 sgn 함수, (320), (321), (322)은 각각 통화 채널의 1, 2, K 번째 사용자의 (+1, -1)신호의 추정 값이다.
(319)의 sgn 함수는 아래의 [수학식 7]과 같이 정의되는 시그늄(signum)함수를 나타낸다.
제3도에서 수신된 기저 대역 신호(312)는 복소수 함수(complex valued function)로 아래의 [수학식 8]로 나타낼 수 있다.
1 번째 사용자의 신호를 복구하는 경우를 가정하고, 1 번째 사용자의 신호와 다른 사용자의 신호로 (312)를 분리하면 아래의 [수학식9]로 나타낼 수 있다.
상기 [수학식 9]에서 1 번째 항은 1 번째 사용자의 신호를 나타내고, 2 번째 항은 사용자 (2~K)의 신호가 1 번째 사용자의 신호를 복구하는데 악영향을 미치는 다중 접속으로 인한 간섭 잡음이고, 3 번째 항은 백색 가우시안 잡음이다. 2 번째 항의 간섭 잡음은 사용자가 증가할수도록 (K가 큰 수 일수록) 1 번째 사용자의 신호를 복구하는데 다른 사용자들의 신호가 더 많은 간섭 잡음으로 기여함을 나타낸다.
종래의 단일 사용자 검출 방법을 사용한 CDMA 시스템은 상기 언급한 바와 같이 복수 사용자 환경에서 복수 사용자의 간섭을 무시함으로써 사용자가 증가 할수록 시스템의 성능 감소와 용량 감소를 가져오는 단점을 가진다. 간섭 잡음 제거 방법은 간섭 잡음을 감소시킴으로써 CDMA 시스템의 용량을 증가시키는 방법이다.
이제, 직렬 잡음 제거 방법과 병렬 잡음 제거 방법을 사용한 CDMA 시스템의 문제점에 대해 알아보고 그 문제점을 극복한 본 고안의 적응형 직병렬 혼합 잡음 제거 방법을 사용한 CDMA 시스템에 대해 설명한다.
III. 직렬 잡음 제거 방법을 사용한 CDMA 시스템 수신기
참고로표기에서 X는 해당하는 신호를 나타내고, 윗 첨자 (j)는 간섭 잡음 제거 횟수를 나타내고, 아래 첨자 (i)는 사용자를 나타낸다.
제4도는 종래의 직렬 잡음 제거 방법을 사용한 CDMA 시스템 수신기의 구조도이다. (401)은 채널을 거친 후 수신된 신호, (402)은 제2도의 실선 박스에 해당하는 반송파에 의한 주파수 복조와 정합 여파기(Matched filter), (403)은 버퍼, (404)는 기저 대역 신호, (405)는 뺄셈기, (406)은 j회 간섭 잡음 제거후 기저 대역 신호, (407), (408) 및 (409)은 각각 제2도의 점선 박스에 해당하는 1, 2, K 번째 사용자의 검출기, (410), (411) 및 (412)은 각각 제2도의 (209), (210)의 추정 값에 해당하는 1, 2, K 번째 사용자의 추정 값, (413), (414) 및 (415)은 각각 1, 2, K 번째 사용자의 결정 신호, (416)은 최대 선택기(Maximum Selector), (417), (418) 및 (419)은 각각 1, 2, K 번째 사용자의 스위치, (420), (421) 및 (422)는 각각 sgn 함수, (423), (424) 및 (425)는 각각 통화 채널의 1, 2, K 번째 사용자의 (+1, -1) 신호의 추정 값, (426), (427) 및 (428)은 각각 월쉬 부호(Walsh code) 1번과 1, 2, K 번째 사용자의 (+1, -1) 신호의 추정값과의 곱에 파일럿 채널의 신호 크기를 더하는 처리기, (429), (430) 및 (431)은 각각 (426), (427) 및 (428)에서 출력된 신호, (432), (433) 및 (434)는 각각 (429), (430) 및 (431) 신호에 대한 PN 코드에 의한 역확산, (435), (436) 및 (437)은 각각 진폭과 위상 추정 값에 의한 곱셈기이다.
수신된 전력 크기의 순서를 1~K 사용자 순서라 가정하면, 제4도의 직렬 잡음 제거 방법을 사용한 CDMA 시스템 수신기의 동작은 아래와 같다. 수신 신호(401)는 저역 필터(402)를 거쳐 버퍼(403)에 저장된다. 각 검출기들(407, 408, 409)에서 출력된 결정 신호(413, 414, 415)들 중에서 최대 전력을 가진 신호(413)를 최대 선택기(416)가 선택한다. (416)는 선택된 신호의 해당 스위치(417)만을 닫고, sgn 함수(420)를 거쳐 전송된 (+1, -1) 신호(423)를 복구한다. 동시에 복구된 신호(423)를 바탕으로 이 신호의 기저 대역 신호를 재생하여(426, 429, 432, 435) 원래 수신된 신호에서 제거(뺄셈)(405)한다. 상기 동작으로 원래 수신된 기저 대역 신호(404)에서 최대 전력을 가진 신호가 제거된 새로운 신호(406)를 생성한다.
새로운 신호(406)를 사용하여 각 검출기들(408, 409)에서 출력된 결정 신호(414, 415)들 중에서 최대 전력을 가진 신호(414)를 최대 선택기(416)가 선택한다. (416)는 선택된 신호의 해당 스위치(418)만을 닫고, sgn 함수(421)를 거쳐 전송된 (+1, -1) 신호(424)를 복구한다. 동시에 복구된 신호(424)를 바탕으로 이 신호의 기저 대역 신호를 재생하여(427, 430, 433, 436) 원래 수신된 신호에서 제거(뺄셈)(405)한다. 상기 동작으로 원래 수신된 기저 대역 신호(404)에서 최대 전력을 가진 신호가 제거된 새로운 신호(406)를 생성한다.
새롭게 생성된 신호를 사용하여 각 검출기들은 전송된 신호 복구를 계속한다. 상기 동작은 3~K 사용자 순서로 반복된다.
직렬 잡음 제거 방법은 상기에 언급한 바와 같이 수신된 전력의 순서로 한 사용자의 간섭 잡음을 연속적으로 제거하는 방법이다. 수신된 기저 대역 신호(406)는 아래와 같이 [수학식 10]로 나타낼 수 있다.
i를 수신된 전력의 순서로 가정하면 직렬 잡음 제거 방법에서 j 번째 잡음 제거 과정 후에 j+1 번째 사용자에 대한 수신기 입력 신호는 아래와 같이 [수학식 11]으로 나타낼 수 있다.
직렬 잡음 제거 방법에서 i 번째 사용자를 위한 추정값는 i-1 번째 잡음 제거 과정 후에 얻어진신호를 바탕으로 얻어진다.
직렬 잡음 제거 방법에서 각 검출기 (407, 408, 409)는 다음의 3 그룹 중 한 그룹에 속해 동작한다. (그룹 1) 이전에 선택된 검출기들은 이미 그들의 결정 값을 가지고 있으므로 아무 일도 하지 않는다. (그룹 2) 현재 선택된 한 검출기는 기저대역 신호를 재생하여 이 신호는 검출기의 입력에서 제거된다. (그룹 3) 검출기는 각 결정 값을 출력하고 선택되기를 기다린다. 여기에서 발표된 직렬 잡음 제거 방법의 두 가지 문제점을 기술한다. 첫 번째 문제점으로 이미 선택된 검출기들은 차후 잡음 제거 과정에 아무런 기여를 하지 못한다. 최대 전력을 갖는 한 검출기를 고려하자. 이 검출기는 제일 먼저 선택되고 해당 사용자의 신호가 재생된다. 다른 사용자들의 신호로 인한 상당한 양의 간섭 잡음을 포함하고 있는 수신 신호에서 결정 값과 채널 파라미터가 얻어지게 되므로 요구되는 신호를 정확하게 재생 할 수 없으며, 이렇게 불완전하게 재생된 신호는 이어지는 잡음 제거 과정에 영향을 미친다. 또한 (그룹 1)에 속한 검출기들은 그들의 결정 값을 갱신하지 못하므로 시스템의 성능은 감소한다. 두 번째 문제점은 실제 구현 상의 문제와 관련이 있다. 직렬 잡음 제거 방법에서 제거될 사용자 수가 증가함에 따라 모든 사용자를 처리하기 위해 현실적으로 모든 사용자에 대한 순차적 간섭 제거 처리가 불가능할 경우, 대안은 성능 감소를 댓가로 제거 할 사용자의 수를 제한하는 것이다. 이런 경우 직렬 잡음 제거 방법인 한 번의 잡음 제거 과정에 한 사용자를 선택하는 것은 최선이 아닐 수 있다.
IV. 병렬 잡음 제거 방법을 사용한 CDMA 시스템 수신기
제5도는 종래의 병렬 잡음 제거 방법을 사용한 CDMA 시스템 수신기의 구성된다. (501)은 채널을 거친 후 수신된 신호, (502)은 제2도의 실선 박스에 해당하는 반송파에 의한 주파수 복조와 정합 여파기(Matched filter), (503)은 기저 대역 신호, (504), (505) 및 (506)은 각각 제2도의 점선 박스에 해당하는 1, 2, K 번째 사용자의 검출기, (507), (508) 및 (509)은 각각 제2도의 (209), (210)의 추정 값에 해당하는 1, 2, K 번째 사용자의 추정값, (510), (511) 및 (512)은 각각 1, 2, K 번째 사용자의 결정 신호, (513), (514) 및 (515)은 각각 sgn 함수, (516), (517) 및 (518)은 각각 통화 채널의 1, 2, K 번째 사용자의 (+1, -1) 신호의 추정 값, (519), (520) 및 (521)은 각각 월쉬 부호(Walsh code) 번과 1, 2, K 번째 사용자의 (+1, -1) 신호의 추정 값과의 곱에 파일럿 채널의 신호 크기를 더하는 처리기, (522), (523) 및 (524)은 각각 (519), (520) 및 (521)에서 출력된 신호, (525), (526) 및 (527)은 각각 (522), (523) 및 (524) 신호에 대한 PN 코드에 의한 역확산, (528), (529) 및 (530)은 각각 진폭과 위상 추정 값에 의한 곱셈기, (531, 532, 533)은 각각 1, 2, K 번째 사용자의 기저 대역 신호 추정 값, (534, 535, 536)은 버퍼(Buffer), (537, 538, 539)은 각각 원하는 사용자를 제외한 사용자들의 기저 대역 신호들의 추정 값의 합, (540, 541, 542)은 1회 간섭 잡음 제거후 기저 대역 신호이다.
(543), (544) 및 (545)은 각각 제2도의 점선 박스에 해당하는 1, 2, K 번째 사용자의 검출기, (546), (547) 및 (548)은 각각 제2도의 (209), (210)의 추정 값에 해당하는 1, 2, K 번째 사용자의 추정값, (549), (550) 및 (551)은 각각 1, 2, K 번째 사용자의 결정 신호, (552), (553) 및 (554)은 각각 sgn 함수, (555), (556) 및 (557)은 각각 통화 채널의 1, 2, K 번째 사용자의 (+1, -1) 신호의 추정 값, (558), (559) 및 (560)은 각각 월쉬 부호(Walsh code) 1 번과 1, 2, K 번째 사용자의 (+1, -1) 신호의 추정 값과의 곱에 파일럿 채널의 신호 크기를 더하는 처리기, (561), (562) 및 (563)은 각각 (558), (559) 및 (560)에서 출력된 신호, (564), (565) 및 (566)은 각각 (561), (562) 및 (563) 신호에 대한 PN 코드에 의한 역확산, (567), (568) 및 (569)은 각각 진폭과 위상 추정 값에 의한 곱셈기, (570, 571, 572)은 각각 1, 2, K 번째 사용자의 기저 대역 신호 추정 값이다.
제5도의 종래의 병렬 잡음 제거 방법을 사용한 CDMA 시스템 수신기의 동작은 아래와 같다. 수신 신호(501)는 저역 필터(502)를 거쳐 기저 대역 신호(503)가 된다. 버퍼(403)에 저장된다. 각 검출기들(504, 505, 506)에서 출력된 결정 신호(510, 511, 512)들은 sgn 함수(513, 514, 515)를 거쳐 전송된 (+1, -1) 신호 (516, 517, 518)를 복구한다. 동시에 복구된 신호(516, 517, 518)를 바탕으로 이 신호의 기저 대역 신호(531, 532, 533)를 재생(519, 520, 512, 522, 523, 524, 525, 526, 527, 528, 529, 530)한다. 원하는 사용자를 제외한 다른 모든 사용자들의 재생된 신호(537, 538, 539)는 버퍼에 저장된 원래 수신된 신호(534, 535, 536)에서 제거되어 원하는 사용자의 신호만 남는 새로운 신호(540, 541, 542)를 생성한다.
단계 2에서는 새로운 신호(540, 541, 542)를 사용하여 각 검출기들 (543, 544, 545)에서 출력된 결정 신호(549, 550, 551)들은 sgn 함수(552, 553, 554)를 거쳐 전송된 (+1, -1) 신호(555, 556, 557)를 복구한다. 동시에 복구된 신호(555, 556, 557)를 바탕으로 이 신호의 기저 대역 신호(570, 571, 572)를 재생(558, 559, 560, 561, 562, 563, 564, 565, 566, 567, 568, 569)한다. 병렬 잡음 제거 방법은 상기의 동작을 임의의 단계까지 반복한다.
병렬 잡음 제거 방법에 있어서 각 사용자의 수신 입력에서 모든 다른 사용자의 신호들은 발표된 직렬 잡음 제거 방법과 다르게 매 단계마다 제거된다. 즉, 다른 사용자의 신호를 재생하기 위해 현 단계에서 추정 값은 이전 단계의 값을 바탕으로 얻어진다. 이 과정은 임의의 단계 수 만큼 반복된다. 수신된 신호들이 다른 전력을 가질 경우, 병렬 잡음 제거 방법의 성능은 직렬 잡음 제거 방법보다 낮을 수 있다. 이것은 약한 전력을 가진 사용자들의 신호 검출기가 잘못된 채널 파라미터와 비트 결정의 추정 값을 가지고 잡음 제거에 참여하고 신호를 재생함으로써 성능을 감소시키기 때문이다. 특히 다중 경로 환경처럼 전력이 넓게 분포할 경우 이런 성능의 감소는 명확하다. 비록 병렬 잡음 제거 방법이 고속의 하드웨어 처리를 요구하지 않지만, 다단의 동일한 하드웨어를 요구하므로 이것은 하드웨어의 복잡도를 증가시킨다. 병렬 잡음 제거 방법에서 j 번째 잡음 제거 과정 후에 k 번째 사용자에 대한 검출기의 입력은 아래와 같은 [수학식 12]로 나타낼 수 있다.
여기서 i 번째 사용자에 대한 추정값j-1 번째 잡음 제거 과정 후의 신호를 입력으로 얻어진다.
V. 본 발명에 따른 적응형 직병렬 혼합 잡음 제거 방법을 사용한 CDMA 시스템 수신기
제6도는 본 발명에 따른 적응형 직병렬 혼합 잡음 제거 방법을 사용한 CDMA 시스템 수신기의 구조도이다. (601)은 채널을 거친 후 수신된 신호, (602)은 제2도의 실선 박스에 해당하는 반송파에 의한 주파수 복조와 정합 여파기(Matchedfilter), (603)은 버퍼(Buffer), (604)은 기저 대역 신호, (605)은 뺄셈기, (606)은 j회 간섭 잡음 제거후 기저 대역 신호, (607), (608) 및 (609)은 각각 제2도의 점선 박스에 해당하는 1, 2, K 번째 사용자의 검출기, (610), (611) 및 (612)은 각각 제2도의 (209), (210)의 추정 값에 해당하는 1, 2, K 번째 사용자의 추정 값, (613), (614) 및 (615)은 각각 1, 2, K 번째 사용자의 결정 신호, (616)은 선택 제어기, (617), (618) 및 (619)은 각각 1, 2, K 번째 사용자의 스위치, (620), (621) 및 (622)은 각각 sgn 함수, (623), (624) 및 (625)은 각각 통화 채널의 1, 2, K 번째 사용자의 (+1, -1) 신호의 추정 값, (626), (627) 및 (628)은 각각 월쉬 부호(Walsh code) 1 번과 1, 2, K 번째 사용자의 (+1, -1) 신호의 추정 값과의 곱에 파일럿 채널의 신호 크기를 더하는 처리기, (629), (630) 및 (631)은 각각 (626), (627) 및 (628)에서 출력된 신호, (632), (633) 및 (634)은 각각 (629), (630) 및 (631) 신호에 대한 PN 코드에 의한 역확산, (635), (636) 및 (637)은 각각 진폭과 위상 추정 값에 의한 곱셈, (638), (639) 및 (640)은 각각 (635), (636) 및 (637)의 출력이 귀환 경로를 사용하여 기저 대역 신호에 더해짐, (641), (642) 및 (643)은 각각 (623), (624) 및 (625) 추정 값의 출력을 제어하는 신호이다.
본 발명에 따른 적응형 직병렬 혼합 잡음 제거 방법을 사용한 CDMA 시스템 수신기의 동작은 아래와 같다. 수신 신호(601)는 저역 필터(602)를 거쳐 버퍼(603)에 저장된다. 각 검출기들(607, 608, 609)에서 출력된 결정 신호(613, 614, 615)들 중에서 수신 전력 분포와 프로세싱 속도를 고려하여 몇 개의 신호를 선택제어기(616)가 선택한다. 선택 제어기(616)는 선택된 신호의 해당 스위치 (617, 618, 619)를 닫고, sgn 함수(620, 621, 622)를 거쳐 전송된 (+1, -1) 신호 (623, 624, 625)를 복구한다. 동시에 이 신호를 재생하여 (626, 627, 628, 629, 630, 631, 632, 633, 634, 635, 636, 637) 원래 수신된 신호에서 제거하고(605), (638, 639, 640) 귀환 경로를 통하여 신호를 더하여 새로운 신호(606, 644, 645)를 생성한다. 전송된 (+1, -1) 신호(623, 624, 625)를 복구하는데 있어서 직렬 혼합 잡음 제거 방법을 사용한 CDMA 시스템 수신기와 다르게 제어 신호(641, 642, 643)를 사용하여 출력을 제어한다. 이 동작은 간섭 잡음 제거 과정을 많이 거친 후에 전송된 (+1, -1) 신호(646, 647, 648)를 복구하기 위함이다.
본 발명에 따른 적응형 직병렬 혼합 잡음 제거 방법에서 j 번째 잡음 제거과정 후에 k 번째 사용자에 대한 검출기의 입력은 아래의 [수학식 13]과 같이 나타낼 수 있다.
여기서
여기서 i 번째 사용자에 대한 추정값는 j-1 번째 잡음 제거 과정 후의 신호를 입력으로 얻어진다.
본 발명에 따른 적응형 직병렬 혼합 잡음 제거 방법에서 재생된 신호(635, 636, 637)는 각 검출기에 더하는 귀환 경로(638, 639, 640)에 사용된다. 이것으로 각 검출기의 추정 값들은 일부 간섭 잡음 성분이 제거된 새로운 입력 신호 (606, 644, 645)를 바탕으로 갱신된다. 또한 직렬 잡음 제거 방법과 다르게 (그룹 1)에 속한 검출기들은 새롭게 갱신된 추정 값들을 가지고 잡음 제거 과정에 계속 참여하고, 현재 선택된 검출기들(Group)은 직렬 잡음 제거 방법에서 처럼 보통의 잡음 제거를 실행하는 동안에도 그들의 결정 값을 현재의 잡음 제거 후의 입력을 바탕으로 매 과정마다 갱신한다. 이런 동작으로 잡음 제거 처리 시간이 늘어나지 않는다. 처리 시간은 잡음 제거의 횟수를 제한하는 요인으로 작용한다.
병렬 잡음 제거 방법과 다르게 본 발명에 따른 적응형 직병렬 혼합 잡음 제거 방법은 현재의 잡음 제거 과정에 선택된 검출기들과 이전의 잡음 제거 과정에 선택된 검출기들의 스위치 만을 닫음으로(617, 618, 619) 약한 전력을 가진 사용자들의 신호 검출기가 잡음 제거 과정에 참여하지 못하게 하여 잡음 제거의 성능을 향상시킨다. 총 사용자가 선택된 후, 본 발명에 따른 적응형 직병렬 혼합 잡음 제거 방법은 한 단계의 하드웨어를 가지고 병렬 잡음 제거 방법의 잡음 제거를 계속한다. 이것은 병렬 잡음 제거 방법에서 요구되는 하드웨어와 비교하여 복잡도를 줄일 수 있음을 나타낸다.
직렬 잡음 제거 방법과의 또 다른 차이점은 현재의 잡음 제거 과정에 참여할 검출기들을 그룹으로 선택 할 수 있는 점이다. 각 그룹의 검출기 수는 한 개에서 서비스 중인 총 사용자 수까지의 범위이다. 본 발명에 따른 적응형 직병렬 혼합 잡음 제거 방법에서 큰 전력을 가진 사용자들의 그룹은 직렬 잡음 제거 방법의 단일 사용자 처리와 동일하게 하나의 잡음 처리 과정에 처리된다. 이것으로 직렬 잡음 제거 방법에 비해 처리 시간을 줄일 수 있다. i 번째 잡음 제거 과정에 선택된 검출기의 수 B(i)와 잡음 제거의 총 횟수는 서비스 중인 사용자 총 수, 하드웨어의 처리 속도, 수신된 신호의 전력에 의존한다. B(i)를 선택함에 있어 두 가지 극단적인 경우는 다음과 같다. B(i) =1인 경우 직렬 잡음 제거 방법보다 향상된 적응 개선 직렬 잡음 제거(Adaptive Enhanced Serial Interfernce Cancellation; AESIC)가 되며, B(i) = K인 경우 병렬 잡음 제거 방법과 동일한 성능을 가진, 그러나 하드웨어 복잡도를 줄인 적응 순환형 잡음 제거(Adaptive Recursive Interference Cancellation; ARIC)가 된다.
최고 전력을 가진 사용자를 선택하기 위하여 복조기에서는 전력 추정 값을 바탕으로 순위를 매긴다. 시변의 무선 이동 통신 환경에서 잡음 제거의 용도를 고려하여 본 발명에서는 동기 복조를 채용한다. 동기 수신은 채널 특성 즉, 시변의 진폭과 위상과 같은 채널 파라미터의 추정을 요구한다. 채널 파라미터를 추정하기 위한 한 방법은 각 사용자를 위한 분리된 파이롯(pilot) 신호를 전송하는 것이다. 파이롯의 전력은 데이터 신호의 전력 보다 낮게 설정한다. 수신기는 채널 조건의 사전 지식 없이 파이롯 신호를 사용하여 채널의 진폭과 위상을 추정한다. 제안된 잡음 제거기에서 적응(adaptive)이란 용어는 이 점을 나타낸다.
상술한 바와 같이 본 발명에 따른 적응형 직병렬 혼합 잡음 제거 방법을 사용한 CDMA 시스템 수신기는 종래의 단일 사용자 검출 방법을 사용한 CDMA 시스템뿐만 아니라, 직렬 잡음 제거 방법을 사용한 CDMA 시스템 수신기와 병렬 잡음 제거방법을 사용한 CDMA 시스템 수신기보다 시스템의 성능을 높이고, 더 많은 사용자를 수용하여 시스템의 용량을 높일 수 있는 훌륭한 효과가 있다.

Claims (5)

  1. 수신된 신호를 저역 필터를 거쳐 버퍼에 저장하는 단계와, 상기 버퍼에서 출력된 신호를 다수의 검출기에서 입력하는 단계와, 상기 다수의 검출기에서 출력된 결정 신호들 중에서 임의의 신호를 선택 제어기에서 입력하여 선택하는 단계와, 상기 임의의 신호를 입력한 선택 제어기에서 선택된 신호의 해당 스위치를 닫고 시그늄 함수를 거쳐 전송된 (+1, -1) 신호를 처리기에서 입력하는 단계와, 상기 처리기에서 입력한 (+1, -1) 신호를 복구하는 단계와, 상기 신호의 복구와 동시에 복구 신호를 재생하여 원래 수신된 신호에서 제거하는 단계와, 상기 재생된 신호를 귀환 경로를 통하여 입력한 덧셈기에서 상기 수신된 신호를 더하여 새로운 신호를 생성하는 단계로 이루어진 것을 특징으로 하는 적응형 직병렬 혼합 잡음 제거 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 검출기들은 그룹으로 선택되어 현재의 잡음 제거 과정에 참여하는 것을 특징으로 하는 적응형 직병렬 혼합 잡음 제거 방법.
  3. 제1항에 있어서, 처리기에서 입력한 (+1,-1) 신호는 제어 신호를 이용하여 복구하는 것을 특징으로 하는 적응형 직병렬 혼합 잡음 제거 방법.
  4. 제1항에 있어서, 상기 재생된 신호와 간섭 잡음 성분이 제거된 새로운 입력 신호를 바탕으로 검출기의 추정값을 갱신하는 것을 특징으로 하는 적응형 직병렬 혼합 잡읍제거 방법.
  5. 제4항에 있어서, 상기 추정값을 갱신한 검출기는 상기 갱신된 추정값으로 잡음 제거 과정에 계속 참여하고 현재의 선택된 검출기가 잡음 제거 과정을 수행하는 동안에도 결정값을 현재의 잡음 제거 후의 입력을 바탕으로 매 과정마다 갱신하는 것을 특징으로 하는 적응형 직병렬 혼합 잡음 제거 방법.
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