KR100237392B1 - 무선 채널에서의 파일럿 심볼 변조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 무선 통신 시스템에서 컨볼루션 부호화를 사용한 경우 엔코더 테일 비트를 이용한 파일럿 심벌 변조(PSAM) 방법에 관한 것이다.

본 발명에서는 엔코더 테일 비트를 컨볼루션 부호화한 결과 값이 일정한 형태의 '0' 또는 '1' 심벌이 발생되도록 하며, 그 결과를 출력하도록 하는 엔코더 테일 비트는 패리티 검사를 사용하여 결정한다. 그리고 그 결정된 컨볼루션 부호화한 결과값이 인터리빙된 인터리버의 출력과 외부로부터 입력된 파일럿 심볼을 받아 멀티플렉서에서 출력하려는 값의 주기가 매 파일럿 심벌 삽입 주기이고 엔코더 테일 비트에 의해 발생된 파일럿 심벌 구간이면, 별도로 파일럿 심볼을 추가하지 않고 이 값을 파일럿 심벌로 사용하고, 아니면 추가로 파일럿 심벌을 사용한다. 그리고 나서, 그 멀티플렉서의 출력을 데이터 변조하고 PN 코드로 확산한다. 이에 따라서, 본 발명은 엔코더 테일 비트에서 발생되는 결과가 일정한 값으로 발생되도록 하여 이 결과를 파일럿 심벌로 사용하면 Eb/No 의 손실을 줄일 수 있다.

Description

무선 채널에서의 파일럿 심볼 변조방법{Method of Pilot Symbol Assisted Modulation in Radio Link}

본 발명은 무선 통신 시스템에서 무선 채널의 변조방법에 관한 것으로서, 특히 엔코더 테일 비트를 사용한 무선 채널에서의 파일럿 심벌 변조(PSAM : Pilot Symbol Assisted Modulation) 방법에 관한 것이다.

셀룰러 이동통신 시스템에서 수용 할 수 있는 가입자의 증가와 원하는 성능[FER 또는 BER]을 얻기 위해 필요한 에너지[Eb/No]를 감소시키기 위한 방법으로, 트래픽 채널에 파일럿 심벌(약속된 '0' 또는 '1')을 일정 간격으로 삽입함으로써 복조할 때에 동기 복조를 할 수 있는 PSAM(Pilot Symbol Aided Modulation)이 있다. 그러나 파일럿 심벌을 보내는 구간 동안은 정보 데이터를 보내지 않기 때문에 Eb/No 측면에서 손실을 가져오는 문제점이 있다.

또한, 이동 통신에 가장 많이 사용되는 채널 부호화 방법으로는 이동 통신의 채널 특성에 가장 적절한 컨볼루션 부호화를 주로 사용한다. 특히 데이터 채널이 프레임 단위로 처리되며, 컨볼루션 부호화 방법(구속장K, 부호화율 1/n) 이 사용되는 경우 프레임간의 구분을 위하여 K-1개의 0(엔코더 테일 비트)을 삽입하여 프레임 간에 구분을 하는 동시에 컨볼루션 부호화기의 내부 상태 레지스터 값을 0 상태로 만든다. 이는 매 프레임이 시작할 때 부호화기 내부 레지스터 상태가 0 에서 시작한다는 사실을 이용하여 (컨볼루션 복호기)비터기 복호기에서 복호할 때 한 프레임의 에러가 이후 프레임의 에러에 영향을 주지 않도록 하기 위한 것이다. 그러나 이들 엔코더 테일 비트("0"의 순열 사용)는 컨볼루션 부호화가 되면 부호화기 레지스터 상태에 따라 임의의 '0'과 '1'의 조합으로된 부호어가 된다. 그러나 엔코더 테일 비트는 바로 이전 데이터의 복조에 필요한 값일 뿐 그 데이터 자체는 정보량을 가지지 않는다. 따라서 이러한 값들은 파일럿 심벌로는 사용할 수 없는 문제점이 있다. 즉 기존의 PSAM 구현은 도 3과 같이 데이터 심벌 사이에 무변조 파일럿 심벌('0' 또는 '1')을 주기적으로 삽입함으로써 구성된다. 이와 같은 무변조 파일럿 심벌은 컨볼루션 부호화와 같이 사용될 경우, 컨볼루션 부호화 및 인터리빙 된후에 삽입된다.

이와같이 PSAM(Pilot Symbol Assisted Modulation) 은 무선 채널의 채널 상태를 추정하기 위한 방법으로 수개의 데이터 비트들 사이에 파일럿 심벌을 삽입하는 것이다. 파일럿 심벌 삽입 갯수가 많을수록 정확한 채널 상태를 추정 할 수 있다. 그러나 파일럿 심벌을 삽입하는 구간에서는 데이터를 보내지 않으므로 파일럿 심벌 갯수가 많을수록 Eb/No (신호 비트 대 잡음비) 의 손실 또한 증가한다. 따라서 동일한 조건에서 Eb/No손실을 줄이고 같은 성능을 얻을 수 있는 방법이 필요하다.

종래기술에서 엔코더 테일 비트를 사용한 채널에서의 PSAM 구현에서는 엔코더 테일 비트를 "구속장-1" 개의 '0' 의 순열을 삽입함으로 해서 파일럿 심벌로 사용할 수 없었다. 그러나 본 발명에서는 엔코더 테일 비트의 컨볼루션 부호화된 값이 일정한 형태의 '0' 또는 '1' 이 발생되도록 엔코더 테일 비트를 조정함으로써 기존의 방식에 비하여 일부러 삽입하는 파일럿 심벌 갯수를 줄일 수 있다. 즉, 본 발명은 엔코더 테일 비트를 부호화함으로써 발생된 일정한 형태의 심벌을 파일럿 심벌로 사용하여 Eb/No 을 개선하기 위한 무선 채널의 파일럿 심벌 변조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

도 1은 시프트 레지스터로 구성되는 K=7인 컨볼루션 부호화기의 일 예시도,

도 2는 컨볼루션 부호화기의 시간 천이[t=nT 에서 t=(n+1)T로의 천이]에 따른 부호화기의 내부 레지스터 상태의 천이 및 부호어의 발생 관계를 나타내는 나비 구조도,

도 3은 기존의 CDMA 시스팀에 사용되는 PSAM의 블럭 구성의 예시도,

도 4는 기존의 PSAM 구현을 위한 알고리즘의 흐름도,

도 5는 본 발명의 PSAM을 CDMA 시스팀에 적용하는 블럭 구성도,

도 6은 도 5에 도시된 인터리버의 예시도,

도 7은 도 6의 인터리버 출력 결과도,

도 8은 본 발명의 무선 채널에서의 파일럿 심벌 변조(PSAM)을 위한 흐름도이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

10 : 컨볼루션 부호화기의 내부 레지스터

20 : 시간 t=nT 에서의 컨볼루션 부호화기의 내부 상태

21 : 컨볼루션 부호화기의 부호율이 1/2 인 경우 나비 구조도에서 수평 천에 의해 발생되는 부호어의 출력

22 : 시간 t=(n+1)T 에서의 컨볼루션 부호화기의 내부 상태

30 : 컨볼루션 부호화기 31,38 : 인터리버

32,39 : 멀티플렉서 33,300 : 변조부

34,301 : PN 코드 대역 확산부 36 : 엔코더 테일 비트 삽입부

37 : 컨볼루션 부호기 및 엔코더 테일 처리부

데이터 채널이 프레임 단위로 처리되며, 컨볼루션 부호화 방법(구속장K, 부호화율 1/n) 이 사용되는 경우 프레임간의 구분을 위하여 K-1개의 0(엔코더 테일 비트)을 삽입하여 프레임 간에 구분을 하는 동시에 컨볼루션 부호화기의 내부 상태 레지스터 값을 0 상태로 만든다. 이는 매 프레임이 시작할 때 부호화기 내부 레지스터 상태가 0 에서 시작한다는 사실을 이용하여 (컨볼루션 복호기)비터기 복호기에서 복호할 때 한 프레임의 에러가 이후 프레임의 에러에 영향을 주지 않도록 하기 위한 것인 동시에 마지막 K-1비트의 데이터 복원에 필요한 값이다. 그러나 정보 측면에서 보면 엔코더 테일 비트는 데이터 복원에 필요한 값이지 그 자체는 원하는 데이터가 아니다. 따라서 엔코더 테일 비트는 일반적으로 사용하는 K-1개의 '0' 이 아닌 임의의 값을 사용할 수 있으며, 현재 프레임의 에러가 다음 프레임을 복호하는데 영향을 주지 않도록 부호기의 레지스터 상태를 강제로 '0' 상태로 만들수 있다. 이때 엔코더 테일 비트 값의 선택은 엔코더 테일 비트를 컨볼루션 부호화한 결과의 값이 일정한 형태의 '0' 또는 '1' 을 포함하도록 선택하며, 일정한 형태로 발생된 '0' 또는 '1' 의 값은 파일럿 심벌로 사용한다.

그리고 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 매 데이터 프레임간의 구분을 위해 입력되는 엔코더 테일 비트를 컨볼루션 부호화한 두개의 결과 값중 어느 하나가 항상 일정한 형태의 심벌이 되도록 컨볼루션 부호기 및 및 엔코더 테일 처리부에서 엔코더 테일 비트의 값을 결정하는 제 1 과정과; 엔코더 테일 비트 값이 결정된 컨볼루션 부호화된 결과 값이 인터리버를 거친 출력과 외부에서 입력되는 파일럿 심벌을 멀티플렉서에서 받아 파일럿 심벌을 삽입할 시간 구간이 아니면 데이터 심벌을 전달하는 제 2 과정과; 파일럿 심벌을 삽입할 시간 구간이고 엔코더 테일 비트에 의해 발생된 파일럿 심벌 구간이면, 멀티플렉서는 이 값을 파일럿 심벌로 사용하고, 아니면 추가로 파일럿 심벌을 삽입하고, 변조부 및 대역확산부에 의해 데이터 변조 및 PN코드로 대역을 확산하는 제 3 과정을 수행함으로써, 신호 대 잡음비를 개선할 수 있는 것을 특징으로 한다.

상술한 엔코더 테일 비트가 항상 일정한 형태의 값이 되도록 패리티 검사를 이용한다.

또한, 일정한 형태의 심벌이 부호화율이 1/n 일 때, n 개중 하나에 의해 발생되도록 한다.

상기 인터리버의 출력이 엔코더 테일 비트에 의해 발생된 파일럿 심벌만을 파일럿 심벌로 사용한 경우 파일럿 심벌을 등 간격으로 위치하도록 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시 예를 상세히 설명한다.

도 1은 구속장 K=7 이고 생성다항식이 g₀(x)=1 + x + x²+ x³+ x⁶, g₁(x)=1 + x²+ x³+ x⁵+ x⁶이고 출력이 c0, c1 인 컨볼루션 부호화기이다.

발생되는 출력값 c0, c1은 도 1에 도시된 컨볼루션 부호화기의 내부 레지스터(10; 1개의 지연을 갖음) 상태 및 입력 값에 따라서 00 , 01 , 10 , 11 중 한 값이 발생 될 수 있다.

도 2는 컨볼루션 부호화기의 레지스터 상태 및 입력 값에 의해 시간 천이(t=nT에서 t=(n+1)T로의 천이)되는 레지스터 상태 및 출력 값을 표현하는 나비 구조도이다.

나비 구조는, 컨볼루션 부호화기의 부호율이 1/2인 경우, 시간 t=nT에서의컨볼루션 부호화기의 내부 상태(20)인 한 상태에서 시간 t=(n+1)T에서의 컨볼루션 부호화기의 내부상태(22)인 다음 상태로 천이할 때, 수평 천이가 일어날 때의 부호어 출력이 c0, c1 (21)이면, 대각선 천이가 일어 날 때의 출력은 c0', c1' 임을 보여 준다. 여기서 c0', c1' 는 c0, c1의 반전(inversion)을 표시한다. 따라서 컨볼루션 부호화기 레지스터의 모든 상태 값에 상관없이 입력 값에 따라서 c0 나 c1의 출력중 한쪽은 일정한 값(본 발명에서는 c0 값을 '0' 으로 하는 예를 사용함)으로 발생 할 수 있다. 즉, 엔코더 테일 비트를 적절히 선택함으로써 c0 값을 '0'으로 할 수 있다. 그 방법 중 하나는 패리티 검사를 사용하는 것이다. 즉 c0 를 발생하는 다항식인 g₀(x)=1 + x + x²+ x³+ x⁶에서 입력값을 제외한 x + x²+ x³+ x⁶의 모듈로 2 (Modulo 2) 덧셈을 하여 그 결과값이 '1' 이면 입력으로 '1'을 사용하고, '0' 이면 입력으로 '0' 을 사용한다. 따라서 c0 는 항상 '0' 이 발생된다. 이와 같이 발생된 '0' 값을 파일럿 심벌로 사용할 수 있으며, 다음 프레임과의 단절을 위하여 한 프레임의 마지막 엔코더 테일 비트를 부호화 한 후, 부호화기의 내부 레지스터는 모두 '0'으로 한다.

도 3은 기존의 CDMA 시스템에서의 컨볼루션 엔코더를 사용한 경우의 PSAM 구현 방법이다.

기존의 CDMA 시스템의 PSAM 구현에서는 매 데이터 프레임의 끝에 "구속장-1" 개의 '0' 을 엔코더 테일 비트(36)로 사용하였으며, 이를 컨볼루션 부호화기(30)에 의해 부호화 하였다. 컨볼루션 부호화된 결과값은 무선 채널 구간의 연집 에러를 산발 에러로 바꾸기 위하여 인터리버(31)를 사용한다. 인터리버의 출력은 파일럿 심볼(35)과 멀티플렉서(32)에 입력된다. 이를 받은 멀티플렉서(32)에서는 매 파일럿 심벌 삽입 주기마다 파일럿 심벌(35)을 출력으로 하고 , 그 밖에는 인터리버 출력(데이터 심벌)을 출력으로 한다. 이에 대한 기존의 PSAM 구현 알고리즘은 도 4에 도시된 바와 같이, 파일럿 심벌을 삽입할 시간 구간이면 파일럿 심벌을 삽입하고, 그렇지 않으면 데이터 심벌을 전달한다. 이 멀티플렉서(32)에서 출력된 값은 데이터 변조부(33) 및 PN 코드 대역 확산부(34)에서 데이터 변조 및 PN 코드로 확산된다.

도 5는 본 발명에서 제안하는 방법을 CDMA 시스템에 적용하여 PSAM을 구현하는 방법이다.

기존의 CDMA 시스템의 PSAM 구현을 위해서는 매 데이터 프레임의 끝에 "구속장-1" 개의 '0' 을 엔코더 테일 비트(36)로 사용하였으나, 본 발명에서는 엔코더 테일 비트를 컨볼루션 부호화한 결과값이 (c0 나 c1) 항상 '0' 이 되도록 엔코더 테일 비트를 컨볼루션 부호기 및 엔코더 테일 처리부(37)에서 결정한다. 여기서, c0 나 c1이 '0' 이 되도록 하는 엔코더 테일 비트를 결정하는 방법으로는 패리티 체크를 사용한다. 컨볼루션 부호화된 결과값은 무선 채널 구간의 연집 에러를 산발 에러로 바꾸기 위하여 인터리버(38)를 사용한다. 인터리버의 출력은 파일럿 심볼(302)과 멀티플렉서(39)에 입력된다. 이를 받은 멀티플렉서(39)에서는 도 8에 도시된 바와 같이, 파일럿 심벌을 삽입할 시간 구간이 아니면 데이터 심벌을 전달한다. 그러나 멀티플렉서(39)는 매 파일럿 심벌을 삽입할 시간 구간(또는 주기)이고, 엔코더 테일 비트에 의해 발생된 파일럿 심벌 구간이면, 따로 파일럿 심볼을 추가하지 않고 이 값을 출력으로 하여 파일럿 심벌로 사용하고, 아니면 파일럿 심벌(302)을 출력으로 한다. 이와같은 멀티플렉서(39)로부터의 출력은 데이터 변조부(300) 및 PN 코드 대역 확산부(301)에 의해 데이터 변조 및 PN 코드로 확산 된다.

도 6은 도 3 및 도 5의 인터리버의 한 구성 방법을 나타낸다. 즉, 인터리버의 행의 갯수를 컨볼루션 부호화기의 구속장 K - 1 (본 예에서는 K=7) 로 한 것이다. 도면부호 '40' 은 엔코더 테일 비트에 의해 발생된 c0 값이며, 파일럿 심벌로 사용되는 값이다. 도 7은 도 6의 인터리버가 열로 쓴 후 행으로 읽어 가도록 동작하는 경우 인터리버 출력의 결과이다. 즉, 엔코더 테일에 의해 발생된 파일럿 심벌(50)만을 파일럿 심벌로 사용할 경우 파일럿 심벌이 등 간격으로 일정하게 위치한다.

이상과 같은 본 발명은 기존의 PSAM (Pilot Symbol Assisted Modulation) 을 좀 더 효과적으로 구현하기 위하여 엔코더 테일 비트를 사용함으로써 신호 대 잡음비 (Eb/No) 의 개선을 가져온다. 따라서 단말기의 바테리 수명을 증가 시킬 수 있다.

Claims (5)

1. 라디오 시스템에서 채널 부호화를 위해 컨볼루션 부호기 및 엔코더 테일 처리부를 사용하고, 채널의 연집 에러를 산발 에러로 랜덤화시키기 위해 인터리버를 사용하고, 그 인터리버의 출력과 외부 파일럿 심벌을 멀티플렉서에 의해 선택하고, 그 선택된 데이터를 변조부에 의해 변조하고 대역확산부를 거쳐 PN코드로 대역을 확산하는 파일럿 심볼 변조(PSAM) 방법에 있어서,

   매 데이터 프레임간의 구분을 위해 입력되는 엔코더 테일 비트를 컨볼루션 부호화한 두개의 결과 값중 어느 하나가 항상 일정한 형태의 심벌이 되도록 상기 컨볼루션 부호기 및 엔코더 테일 처리부에서 엔코더 테일 비트의 값을 결정하는 제 1 과정과;

   상기 엔코더 테일 비트 값이 결정된 컨볼루션 부호화된 결과 값이 상기 인터리버를 거친 출력과 외부에서 입력되는 파일럿 심벌을 상기 멀티플렉서에서 받아 파일럿 심벌을 삽입할 시간 구간이 아니면 데이터 심벌을 전달하는 제 2 과정과;

   상기 파일럿 심벌을 삽입할 시간 구간이고 엔코더 테일 비트에 의해 발생된 파일럿 심벌 구간이면, 상기 멀티플렉서는 이 값을 파일럿 심벌로 사용하고, 아니면 추가로 파일럿 심벌을 삽입하고, 상기 변조부 및 대역확산부에 의해 데이터 변조 및 PN코드로 대역을 확산하는 제 3 과정을 포함한 것을 특징으로 하는 무선 채널에서의 파일럿 심벌 변조방법.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 엔코더 테일 비트가 항상 일정한 형태의 값이 되도록 패리티 검사를 이용하는 것을 특징으로 하는 무선 채널에서의 파일럿 심벌 변조방법.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 일정한 형태의 심벌이 부호화율이 1/n일 때, n개중 하나에 의해 발생되도록 하는 것을 특징으로 하는 무선 채널에서의 파일럿 심벌 변조방법.
4. 제 1 항에 있어서,

   상기 엔코더 테일 비트를 부호화한 후 다음 정보 데이터를 부호화하기 전에 컨볼루션 부호화기의 레지스터값을 모두 '0'으로 설정하는 것을 특징으로 하는 무선 채널에서의 파일럿 심벌 변조방법.
5. 제 1 항에 있어서,

   상기 인터리버의 출력이 엔코더 테일 비트에 의해 발생된 파일럿 심벌만을 파일럿 심벌로 사용한 경우 파일럿 심벌을 등 간격으로 위치하도록 하는 것을 특징으로 하는 무선 채널에서의 파일럿 심벌 변조방법.

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