KR100275239B1

KR100275239B1 - 동기식 와이어리스 멀티코드 코드 분할 다중 접속 수신기를 위한 부분 디코릴레이션

Info

Publication number: KR100275239B1
Application number: KR1019980015762A
Authority: KR
Inventors: 씨. 황 하워드; 이치린
Original assignee: 루센트 테크놀러지스 인크
Priority date: 1997-05-01
Filing date: 1998-05-01
Publication date: 2000-12-15
Also published as: JP3305650B2; KR19980086706A; US6201799B1; EP0876001A2; JPH10322312A; EP0876001A3

Abstract

멀티코드(MC) 코드 분할 다중 접속(CDMA) 수신기는 L개의 다중 공중 신호 경로(여기에서 L〉1)상에서 J개의 엔코딩된 멀티코드 채널(여기에서 J〉1)을 수신하고, J개의 멀티코드 채널의 각각에 대하여 다른 J-1개의 멀티코드 채널에 의해 야기된 간섭이 제거된 디코릴레이터 출력 벡터를 형성한다. MC CDMA 수신기가 동기식 수신기일 때에, 파일럿 간섭 제거기는 상기 디코릴레이터 출력 벡터를 형성하기 전에 상기 수신된 J개의 멀티코드 채널중의 각각의 채널의 J 채널 코드로부터 수신된 파일럿 신호를 제거한다.

Description

동기식 와이어리스 멀티코드 코드 분할 다중 접속 수신기를 위한 부분 디코릴레이션

본 발명은 동기식 멀티코드(MC) 코드 분할 다중 접속(CDMA) 수신기에 관한 것으로서, 특히, 부분 디코릴에이터를 사용하는 동기식 MC-CDMA 수신기에 관한 것이다.

코드 분할 다중 접속(CDMA)은 무선 통신 시스템을 위한 가장 중요한 방안중의 하나가 되었다. 주어진 무선 주파수 채널에서, 각각의 CDMA 데이터 채널들은 다른 코드 시켄스에 의해 서로 구별된다. 멀티코드(MC) CDMA 수신기는 동시에 J개의 데이터 채널을 복조하므로써 베이스 데이터 레이트의 J〉1의 배로 통신하는 것을 허용한다. CDMA 신호의 광대역 성질로 인하여, 수신기는 레이크 수신기를 사용하여 다중경로 다이버시티를 이용하므로써 페이딩에 대하여 강하게 될 수 있다. 동기식 CDMA 시스템에서, 파일롯 신호는 종종 레이크 수신기가 동기식 검출에 필요한 채널의 진폭 및 위상 추정을 할 수 있도록 전송된다. 이 파일럿 신호는 통상적으로 데이터 채널 확산 코드에 대하여 정규직교되도록(orthogonal) 설계되어, 다중경로 분산이 없는 드문 경우에는 파일럿 신호는 원하는 데이터 채널의 정합 필터 출력에서 간섭을 야기하지 않을 것이다. 다중경로 분산이 있으면, 여러 가지 다중경로 성분으로 인해서 레이크 수신기의 정합 필터 출력에서 원치않는 간섭이 있을 것이다. 특히, 수신기에서의 원하는 데이터 채널의 주어진 다중경로 성분에 대하여, 그것의 레이크 수신기 출력은 자체의 다른 다중경로 성분, 다른 채널 및 파일럿 신호로 인한 원치않는 영향을 받을 것이다. 그 결과, 종래의 레이크 및 MC-CDMA 수신기의 성능은 채널간 다중경로 간섭을 무시한 결과로 저하된다.

본 출원인이 1997년 8월 20일자로 출원한 발명의 명치이 "동기식 무선 코드 분할 다중 접속 수신기를 위한 파일럿 간섭 제거"인 미국특허출원 제08/700,266호에서, 본 출원인은 레이크 수신기에 의한 복조의 전에 파일럿 다중경로 간섭을 재구성하고 제거시키므로써 동기식 CDMA 수신기의 성능을 향상시킨 파일럿 간섭 제거기을 소개하였다. 파일럿 간섭 제거기에 의한 간섭 감소에도 불구하고, MC-CDMA 수신기에서의 간섭의 채널간 다중경로 성분을 제거할 필요성이 계속적으로 존재하였다.

본 발명에 따라서, J〉1개의 데이터 채널을 동시에 복조하는 멀티코드(MC) CDMA 수신기를 위한 간섭을 제거하는 부분 디코릴레이션(PD) 간섭 제거 방법 및 장치가 기술되었다. 본 출원인의 디코릴레이터는 검출기가 모든 K의 사용자에 대하여 단지 알려진 J의 사용자에 대해서만 디코릴레이트한다는 점에서 부분적(partial)이다. 본 발명은 동기식 CDMA 채널을 위한 종래의 다중 사용자 디코릴레이션 기술(1989년 1월자 정보이론에 관한 IEEE 트랜잭션 볼륨 35, 넘버 1, 페이지 123-136에서 알. 루파스 및 에스. 베르두에 의해 기술된 "동기식 코드 분할 다중 접속 채널을 위한 선형 다중 사용자 검출기" 참조)과, 페이딩 다중경로 CDMA 채널에 대한 그 응용(1994년 11월자 프로시딩즈 오브 더 1994 IEEE 글러베컴 컨퍼런스, 페이지 11-15에서 에이치. 씨. 황 및 에스. 씨. 시바르츠의 논문 "페이딩 다중경로 채널을 위한 선형 다중 사용자 검출기의 비교 분석" 참조)에까지 확장된다. 본 발명은 또한 본 명세서에서 참조되고 1997년 동계 벨 러버러토리 테크니컬 저널에서 씨.-엘. 아이, 에스. 텐 브링크, 에스. 난다, 씨. 에이. 웨브 3세, 에이치. 씨. 황 및 알. 디. 기틀린에 의한 논문에 기술된 기술인 "멀티미디어 서비스를 위한 IS-95 개선"을 개선한 것이다.

더욱 구체적으로 말하면, 특정 데이터 채널을 복조함에 있어서, 본 발명의 PD는 다른 J-1개의 MC 데이터 채널로 인한 간섭을 제거한다. 본 발명에 따라서, MC CDMA 수신기는 K≥J개의 데이터 채널 신호와 파일럿 신호의 합인 전송된 CDMA 신호의 L 시간 지연된 복소 진폭 변조된 복제(replica)를 수신한다. 원하는 J개의 MC 데이터 채널에 대한 결정 통계치는 J개의 레이크 수신기의 뱅크를 사용하여 얻어진다. 그 후에, 부분 디코릴레이터(PD)는 J개의 레이크 수신기 출력 각각에 대하여 다른 J-1개의 데이터에 의해 야기된 간섭을 억제하기 위해서 결정 통계치를 프로세스한다. 그 결과의 디코릴레이터 출력 벡터는 J개의 성분의 각각에 대하여 다른 J-1개의 멀티코드 채널에 의해 야기된 간섭이 억제된 벡터이다. 이 벡터는 J개의 MC 데이터 채널상에서 전송된 데이터를 결정하는데에 사용된다.

본 발명의 특징에 따라서, 파일럿 신호가 동기식 채널 추정치를 얻는데에 도움을 주기 위해서 전송될 때에, 파일럿 간섭 제거기(pilot interference canceller)(PIC)는 J개의 레이크 수신기로부터 수신된 파일럿 신호를 제거한다. 이러한 방법으로, PD는 PIC와 연관되어 사용될 수 있어서, 조합된 PIC/PD 검출기는 비-MC 데이터 채널로 인한 간섭만을 받고 상기 두 기술의 복합적 이득을 얻는다.

도1은 예시적 MC-CDMA 시스템의 단순화된 블럭도와, 상기 MC-CDMA 시스템의 베이스 스테이션 또는 이동 사용자 스테이션중의 어느 것에서도 사용될 수 있는 수신기의 블록도.

도2는 각각의 J개의 MC 채널을 위한 종래기술의 "팻트 핑거(fat finger)" 검출기의 블록도.

도3은 L=2의 다중경로를 가정하는 J개의 MC 채널을 위한 종래의 레이크 수신기의 블록도.

도4는 J개의 MC 채널과 L=2 다중경로를 위한 파일럿 간섭 제거(PIC) 회로를 사용하는 종래기술의 레이크 수신기의 블록도.

도5는 본 발명에 따른 파일럿 간섭 제거 회로와 부분 디코릴레이터(PD) 회로를 포함하는 레이크 수신기의 블록도.

도6은 채널 베이시스로 배열된 PIC 회로와 PD 회로를 가진 레이크 수신기의 블록도.

도7은 경로 베이시스로 배열된 PIC 회로와 PD 회로를 가진 레이크 수신기의 블록도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

101,102; 이동 사용자 스테이션 또는 MC 수신기

103; 수신기 104; 송신기

110; 베이스 스테이션 122,123; 복조기

124,125; 저역통과 필터 128; MC-CDMA 레이크 수신기

129; 디지털 신호 프로세서 205; 상관기

301,302; 팻트 핑거 407; 팻트 핑거

501; PIC 검출기 503; 부분 디코릴레이터

505; 비터비 디코더 601,602; 레이크 채널

701,702; 팻트 핑거

도1은 본 발명이 사용될 수 있는 예시적 CDMA 시스템의 단순화된 블록도이다. 또한, CDMA 시스템의 베이스 스테이션과 사용자 스테이션중의 어떤 것에서도 사용될 수 있는 수신기의 블록도가 도시되었다. 그러한 시스템의 한 예가 본 명세서에 참조로서 기술되었고 씨.-엘., 아이, 에이. 파르티카 및 씨. 웨브에 의해 출원되고 발명의 명칭이 "개량된 멀티-코드 코드 분할 다중 접속 수신기"인 미국 특허출원에서 기술되었다. 도1의 시스템은 101 및 102로 도시된 다수의 이동 사용자 스테이션(1 내지 N)을 포함하는데, 그것은 다수의 사용자(1 내지 N)로 하여금 한 셀 사이트에서 베이스 스테이션 유닛(110)과 통신할 수 있게 한다. 이동 사용자 스테이션(101)은 MC 수신기를 사용하며, J〉1개의 데이터 채널을 복조한다. 이동 사용자 스테이션(102)는 종래의 레이크 수신기를 사용하며, 한 데이터 채널을 복조한다.

베이스 스테이션(110)은 각각의 사용자 스테이션(101,102)에 다중채널(본 예에서는 K개인데, K는 J보다 큰 정수이다) 동기식 순방향 링크 통신을 제공하기 위한 송신기(111)를 포함한다. 송신기(111)는 이동 스테이션(101,102)에 K개의 데이터 채널과 함께 월시 파일럿 신호(W₀)를 송신한다. K개의 데이터 채널의 각각은 다른 데이터 채널의 월시 코드 및 파일럿 신호의 월시 코드에 대해 정규직교하는 다른 월시 코드를 사용하여 엔코딩된다. 베이스 스테이션(110)은 또한 각각의 이동 스테이션(101,102)으로부터의 역방향 링크내의 J개의 다중 채널(MC) 데이터를 수신하기 위한 수신기(112)를 포함한다.

각각의 사용자 스테이션(101,102)은 순방향 링크 수신기(103)와 역방향 링크 송신기(104)를 포함한다. 베이스 스테이션(110)과 사용자 스테이션(101,102) 사이의 공중 공간은 통상적으로 순방향 및 역방향 링크 통신 둘다에 대해 다중경로 환경(115)을 제공한다. 예시적으로, L개의 다중경로가 도시되었다. 다중경로중의 몇 개는 116과 같은 물체로부터의 반사의 결과이다.

부분 디코릴레이터(103)를 가진 예시적 MC-CDMA 수신기는 안테나(121)를 통해서 다중경로 동기식 무선 주파수 신호( K개의 데이터 채널의 신호)를 수신한다. 그것의 목적은 J개의 원하는 MC 채널상에서 데이터를 추출하는 것이다. 다중경로 신호는 각각 무선 주파수 신호 cos(ω_ct) 및 sin(ω_ct)를 사용하여 복조기(122,123)에 의해 다운-변환된다. 복조기(122,123)의 출력은 각각 앤티-에일리어싱 LPF(저역통과 필터)(124,125)에 의해 필터링되어, 결과적으로 기저대역 I 및 Q 신호를 발생시킨다. 다음에는, I 및 Q 신호는 MC-CDMA 레이크 수신기(128) 및 디지털 신호 프로세서(DSP)(129)에 의해 더욱 프로세스되어, 출력 데이터 신호(130)를 발생시킨다. J개의 레이크 수신기의 가중 및 결합 프로세스에 추가하여, DSP는 또한 본 발명의 부분 디코릴레이션 프로세싱을 수행한다.

본 발명의 부분 디코릴레이터를 가진 MC-CDMA 수신기의 특정 실시예를 설명하기 전에, 먼저 종래기술의 MC-CDMA 수신기를 검토한다. 우선, 다음 절에서 몇가지 기호표시를 도입한다. 다음에는, 팻트 핑거(fat finger)를 사용하여 실시된 종래의 MC-CDMA 수신기를 설명한다. 다음에는, 파일럿 간섭 제거를 사용하는 개량된 MC-CDMA 수신기를 설명한다. 마지막으로, 동기를 설명하고, 파일럿 간섭 제거 및 부분 디코릴레이션을 가진 MC-CDMA 수신기의 동작을 설명한다.

기호표시

먼저, 파일럿 신호와 K≥J개의 데이터 채널을 포함하는 IS-95 다운링크 신호를 검토한다. J개의 MC 채널에는 k= 1,...,J의 기호를 붙인다. 이 신호의 L개의 다중경로 성분이 이동 수신기에서 검출된다고 가정한다. 복소 기저대역 수신된 신호의 서브칩 레이트 샘플은 칩 기간당 ρ 의 샘플의 레이트로 샘플링하므로써 얻어진다. 채널 진폭은 한 심볼 기간동안에 일정하게 유지되지만 각각의 심볼에 대해서는 변할 수 있다고 가정한다. 유사하게, IS-95는 파일럿 확산 코드(또한 짧은 코드로서 알려졌음)와 데이터 채널 확산 코드(월시 코드와 상기 짧은 코드 시켄스의 성분별로 곱한 값)는 심볼에 따라서 변한다고 기술하였다. 비트 기간 n 동안에, 수신기는 ρN_c+δ_L-1복소값 샘플을 프로세스하는데, 여기에서, N_c는 심볼당 칩의 수이고, δ_/는 정수의 서브칩 기간으로 표시된 다중경로 신호 ι(ι=0....L-1)의 지연이다. 일반성을 잃지 않으면서, 상기 지연을 δ_L-1〉δ_L-2〉...〉δ₀=0 이 되도록 순서를 지을 수 있다. 이러한 지연은 파일럿 탐색기에 의해 얻어졌다고 가정한다. 수신된 샘플은 복소 (ρN_c+δ_L-1-벡터을 형성하도록 수집된다.

(1)

여기에서,

*는 심볼 n 동안의 다중경로 신호 ι의 복소 채널 진폭이다.

* A_o와 A_k는 각각 파일럿 신호와 데이터 신호 k의 실수 진폭이다.

*는 심볼 n 동안의 채널 k의 데이터 비트이다.

*는 실수와 허수 성분이 코우배리언스 σ^2｜ _rNc+δL-1를 가진 i.i.d인 복소 제로-평균 가법 가우시안 노이즈 벡터인데, 여기에서, Iq는 qxq 아이덴티티 매트릭스이고, σ²은 노이즈 배리언스이다.

*및는 각각 심볼 n 동안의 다중경로 신호 ι에 대응하는 서브칩-레이트 복소 파일럿과 데이터 채널 확산이다. 데이터 채널 확산 코드는 IS-95에 의해서 파일럿 확산 코드와 이 채널에 할당된 정규직교 월시 코드외 성분별로 곱한 값으로 정의되었다. 벡터및는 길이(ρN_c+δ_L-1)이고 제로로 패딩(pad)되어, 그들의 넌제로 신호 성분은 대응되는 다중경로 지연에 적절히 정렬된다. 다시 말해서,및의 제1 δ_/는 제로이고 그 뒤에는 δ_L-1-δ_/개의 제로가 뒤따르는 다중경로 ι에 대응되는 ρNc개의 넌제로 서브칩-레이트 신호 성분이 뒤따른다.

식(1)에서의 나머지 항은 심볼 기간 (n-1) 및 (n+1)에서의 신호에 야기되는 심볼간 간섭에 대응된다. 구체적으로 말해서,및(ι=1...L-1; 괄호 속의 "L"은 "좌측" 간섭을 나타낸다 )의 처음 δ_/개의 요소는 각각및의 마지막 δι개의 넌제로 요소이고, 나머지 요소는 모두 제로이다. 유사하게,및(ι =0....L-2; 괄호 속의 "R"은 "우측" 간섭을 나타낸다 )의 마지막 δ_L-1-δ_/개의 요소는 각각및의 처음 δ_L-1-δ_/개의 넌제로 요소이고, 나머지 요소는 모두 제로이다.

ι번째 다중경로 성분에 대응되는의 샘플은 레이크 수신기의 핑거 ι에 의한 프로세싱을 위해서 온-타임 선택기를 사용하여 추출된다.의 요소를 0,1,..., rN_c+δ_L-1-1로서 지정하고, 경로 ι의 온-타임 선택기 출력를의 요소 δ_/,δ_/+γ,...,δ_/+(N_c-1)γ를 포함하는 N_c-벡터로 한다. 따라서,

(2)

여기에서,는 요소가 다중경로 ι에 대한 온-타임 선택기의 출력에 대응되는의 요소인 Nc-벡터로서 정의된다. 따라서,는의 요소들 δ_/,δ_/+γ,...,δ_/+(N_c-1)γ을 포함한다. 경로 ι에 대한 "온-타임" 샘플들은 모든 다중경로 ι=0...L-1에 해당하기 때문에, p⁽ⁿ⁾을 약자로서 사용할 것이다. 또한, 유사한 Nc-벡터를 요소가 다중경로 j에 대한 온-타임 선택기의 출력에 대응되는의 요소인 Nc-벡터로서 정의한다. 유사하게,,및은 데이터 채널 확산 코드에 대한 유사한 칩-레이트 Nc-벡터를 나타낸다.=...=를 나타내기 위해서를 사용할 것이다. 온-타임 확산 코드 샘플 벡터는 대응되는 파일럿 벡터와 채널 k의 Nc 길이 월시 코드 벡터의 성분별로 곱한 값이다. 온-타임 칩-레이트 확산 코드 벡터는=1이 되도록 규정화되는데, 여기에서, 〈x,y〉는 복소 벡터 x 및 y 사이의 내적(inner product)을 나타낸다.

종래의 MC-CDMA 수신기

"팻트 핑거"를 사용하는 이 수신기의 예가 앞에서 언급된 발명의 명칭이 "개량된 멀티코드 코드 분할 다중 접속 수신기"인 미국특허에 기술되었다.

도2에 도시된 팻트 핑거 수신기는 파일럿 신호와 다중경로 성분 ι(ι=0...L-1)에 대응되는 J개의 데이터 채널 신호를 동시에 복조한다. 팻트 핑거 수신기는 채널 계수의 추정치를 얻기 위한 단일 파일럿 코릴레이터(상관기)(204)와 상기 수신된 신호를 각각의 데이터 채널 월시 코드와 코릴레이트(상관)하기 위한 J개의 프로세서(205 내지 206)로 구성된다. 복소 그래픽 기호표시는 도면을 단순하게 하고 팻트 핑거의 분석을 위해서 도2에서 사용되었다.

n번째 심볼을 프로세싱하기 위해서, 팻트 핑거 ι의 온-타임 선택기(OTS) (201)는 칩-레이트 벡터를 형성하기 위해서 경로 ι의 지연에 대응되는로부터 매 ρ개의 샘플을 꺼낸다. 입력 신호 벡터는 도1의 I 및 Q 입력의 디지털화된 형태를 나타내는 신호 벡터를 포함한다. 이 벡터는 경로 ι을 위한 파일럿 확산을 제거하기 위해서 파일럿 시켄스 p⁽ⁿ⁾의(공액은 p^(n)*로서 표시된다) 공액복소수와 상관되어(202), 파일럿 곱셈된 신호(203)를 형성한다. 파일럿 다중화된 신호(203)를 사용하여, 경로 ι을 위한 채널 추정치는 심볼 기간에 걸친 상관기 출력을 누적하고(204), 파일럿 진폭 A₀에 의해 정규화하므로써 얻어진다. 공액 유닛(204a)은의 공액복소수를 형성한다. 이 추정치는 전의 어큐뮬레이터 출력을 고려하는 채널 추정 알고리즘(도시되지 않음)을 사용하영 더욱 정교하게 된다. 예로서, 저속 페이딩 채널에서,은 현재와 전의 어큐뮬레이터 출력의 가중화된 평균일 수 있으나, 본 분석에서는, 상기 추정은 현재의 심볼 어큐뮬레이터 출력만을 사용하는 것으로 가정할 것이다. 따라서, 채널 추정치는 파일럿 진폭에 의해 정규화된 어큐뮬레이터(204)출력이다.

실제 실시에서는 정규화는 필요하지 않다는 것에 유의하여야 하며, 그러나, 정규화는 분석에서는 사용되어, 채널 추정이 완전하면,=이 된다. J개의 데이터 상관기(205) 각각은 파일럿 곱셈된 신호(203)를 J개의 MC 데이터 채널에 대해 사용된 적절한 월시 코드(W₁,...,W_j)와 곱한다. 그 결과는 결과치(207)를 형성하기 위해서 심볼 기간에 걸쳐서 누적된다(206). 이 상관/누적은 성분별 곱 _Ｏ ^(n)* _Ｏ _k (209)에 의해 곱셈기(208)에서 가중화되고, 팻트 핑거_/의 J개의 가중화된 출력(211)의 실수부(210)는 다음식에 의해 얻어진다.

(3)

도3은 L=2의 다중경로를 가정하여 J개의 MC 채널에 대한 종래의 레이크 수신기를 도시하는데, 2개의 팻트 핑거(301,302) 각각은 도2에 도시된 바와 같이 실시된다. 도2는 단순화를 위해서 L=2의 다중경로/팻트 핑거의 경우만을 도시하였으나, 레이크 수신기를 더 많은 핑거로 연장하는 것은 간단하다. 동일한 MC 채널에 대응되는 팻트 핑거 출력(303,304)는 함께 합산되어, 데이터 채널 k에 대한 결정 통계치를 형성한다.

IS-95 표준에 따라서 실시된 이동 레이크 수신기는 비터비 디코더(도1의 DSP(129)의 일부분으로서 실시된다)에 대한 입력으로서 이 결정 통계치를 사용한다. 검출기의 결과적인 프레임 오류율은 기본적으로 코딩된 데이터 비트의 비트 오류율(BER)에 해당하므로, 그것은 본 검출기의 성능 척도로서 사용될 수 있다. 채널 k상의 코딩된 데이터를 위한 비트 결정은 레이크 출력의 어려운 한계이다.

파일럿 간섭 제거기를 가진 MC-CDMA 수신기

도4에는 J개의 MC 채널과 L=2의 다중경로를 위한 파일럿 간섭 제거(PIC) 검출기가 도시되었다. 그러한 PIC 검출기는 발명의 명칭이 "동기식 무선 코드 분할 다중 접속 수신기를 위한 파일럿 간섭 제거"인 앞에서 지적한 미국특허출원에 기술되었다. 이 특허출원에서, 한 심볼 기간 동안에 얻어진 채널 추정치를 사용하여 채널과 데이터 복조기(407,408)로부터 다음의 심볼 기간상의 파일럿 간섭을 재구성하고 제거하는 파일럿 간섭 제거(PIC) 검출기가 기술되었다. 이상적으로, 채널 추정치(401,402)가 완전하고 파일럿이 (405,406)에서 완전히 재구성되면, 복조기(403,404) 입력은 파일럿 간섭을 포함하지 않을 것이다. 실제로는, 불완전한 채널 추정치로 인해서 여전히 잔여 파일럿 간섭이 있을 것이다. 이 검출기는 한 심볼 기간으로부터의 채널 추정치(401,402)가 다음 심벌 기간상에서의 채널 추정치를 향상시키기 위해서 간섭을 제거하는데에 사용된다는 점에서 회귀적(recursive)이다. 회기적인 구조로 인해서, PIC 검출기는 종래의 검출기에 비해서 매우 적은 추가적 하드웨어를 사용하여 실시될 수 있다. 상기 지적된 파일럿 간섭 제거 특허출원에 도시된 바와 같이, 극단적으로 빠른 페이딩에서도(셀룰러 대역 IS-95를 위한 200Hz의 도플러 주파수), 심볼 사이의 채널의 변화는 채널 추정치 변화에 비하여 작아서, 전의 심볼 기간으로부터의 채널 추정치를 사용하여도 성능상에 거의 손실이 없다.

파일럿 간섭 제거 및 부분 디코릴레이션을 가진 MC-CDMA 수신기

이 절에서, 부분 디코릴레이터(PD) 기능을 도4의 PIC 검출기와 결합한 동기를 설명한다.

다중경로 전파 및 비정규직교 확산 코드로 인해서, 레이크 출력의 성분의 각각은 다른 J-1개의 MC 채널로 인한 간섭항을 포함한다. 부분 디코릴레이터(PD)눈 레이크 출력 벡터에 적용되었을 때에 이러한 간섭을 제거하려고 시도하는 선형 변환이다. 디코릴레이터를 사용하고자 하는 동기를 설명하기 위해서, 배경 노이즈가 없고 파일럿 제거는 적절한 비트 기간으로부터의 완전한 채널 추정치를 사용하여 수행된다고 가정한다. 따라서, 방정식(8)은 다음과 같이 된다.

(14)

가 데이터 채널 j 및 k의 L 개의 경로중의 LxL 상관 매트릭스라고 하자. 즉,의 요소가이라고 하자. 유사한 매트릭스가 심볼 n 과 n+1 동안에 신호들 사이의 상관을 나타낸다고 정의하고,의 요소가라고 하자. 심볼 n을 위한 다음의 JxJ 매트릭스와 심볼 n±1 을 위한 유사한 매트릭스를 다음과 같이 정의한다.

(15)

식(14)와 식(15)를 식(10)에 사용하면, J개의 멀티코드 채널을 위한 결정 통계치의 수집을 J-벡터로서 쓸 수 있다.

(16)

여기에서,는 심볼 n에 대한 JL×J(완전히 추정된) 복소 채널 진폭 매트릭스이고, A_j는 데이터 채널 진폭의 대각선 J×J 매트릭스이며,는 심볼 n을 위한 데이터 채널 비트의 J 벡터이다. 바아(bar)(위에 그은 선)는 채널 추정치가 완전한 것으로 가정되었기 때문에 레이크 필터 출력에 대한 파일럿 신호의 영향이 없다는 사실을 나타낸다. 매트릭스의 원소는 주로 제로이라는 것에 유의하여야 한다. 매트릭스 [M⁽ⁿ⁾]^-1(M^-1매트릭스라고도 지칭된다)를 사용하여의 선형 변환을 취하므로써, 선형 변환의 출력은 k번째 원소가 단순히에 심볼간 간섭 및 다른 K-J 채널로 인한 어떤 잔여 항을 더한 것인 J 벡터인데. 여기에서,

(17)

식(17)로 주어지는 매트릭스는 멀티코드 채널의 결합된 다중경로 신호의 JxJ 상관 매트릭스이다.

따라서, 선형 변환은 그것이 서로로부터 MC 채널을 디코릴레이트하지만 그러나 다른 K-J 채널로부터는 디코릴레이트하지 않는다는 점에서 부분 디코릴레이터이다. J가 K에 비하여 클수록, 더욱 많은 간섭을 이 변환은 제거할 것이다. 데이터 심볼 이 코딩되지 않은 BPSK 비트라면, 비트 결정은 정규화되지 않은 디코릴레이터 출력상에서 이루어질 수 있는데, 즉,이다. IS-95에서, 심볼은 코딩된 BPSK 비트이며, k번째 디코릴레이터 출력은 결과를 비터비 디코더(505)로 보내기 전에 A_K에 의해 정규화되어야 한다.

불완전한 파일럿 제거와 배경 노이즈가 있는 실제적인 경우로 돌아오면, 선형 변환은 더 이상 MC 채널을 완전하게 디코릴레이트하지 못할 것이며, 상기 잔여 항에 추가하여, 다른 MC 채널과 제거되지 않은 파일럿 신호와 배경 노이즈로 인한 디코릴레이터 출력에 대한 영향이 있을 것이다. 그러나, 일반적으로, MC 채널로 인한 영향은 입력에 비하여 디코릴레이터 출력에서 크게 감소될 것이다.

도5를 참조하면, PIC 검출기(501)와 부분 디코릴레이터(503)를 포함하는 레이크 수신기가 도시되었다. [M⁽ⁿ⁾]^-1(503)에 의해 한정된 선형 변환을 PIC 검출기 (501) 출력 벡터(502)에 적용하므로써, 부분 디코릴레이터 출력(504)을 다음과 같이 한정한다.

(18)

채널 코드가 각각의 심볼 기간상에서 변하기 때문에,에서의 그들의 상관관계도 변하고, 인버스 매트릭스도 각각의 심볼 기간상에서 계산되어야만 한다. 많은 수의 MC 채널 J에 대하여, 이 인버스 매트릭스는 이동 핸드셋트에 대해서 계산량이 너무 많을 수 있다. 데이터 채널을 위한 (새로운) 랜덤 확산 코드로 인해서, 상관 매트릭스는 엄격한 대각선이다. 따라서, J개의 결합된 다중경로 신호 M⁽ⁿ⁾의 상관 매트릭스도 엄격한 대각선이며, 부분 디코릴레이터[M⁽ⁿ⁾]는 실제 역(인버스)보다 더욱 쉽게 계산되는 약산식에 의해 대치될 수 있다. M^(N)의 대각선 비대각선 항을 사용하여 2개의 약산식을 제공한다.

첫 번째 약산식으로서, F^(N)를 항이 M⁽ⁿ⁾의 대응 대각선 성분인 JxJ 대각선 매트릭스라고 하자.가 M⁽ⁿ⁾의 비대각선 항의 매트릭스라고 하자. 그러면, [M⁽ⁿ⁾]^-1의 첫 번째 약산식은 다음과 같고, 큰 J에 대해서는, 이 약산식은 매트릭스 인버스[M^N]^-1보다 더욱 쉽게 계산된다.

(19)

약산을 행하는 디코릴레이터의 성능은 엠. 나라얀 및 에스. 베르두가 1997년 1월자 와이어리스 퍼스널 커뮤니케이션에서 발행한 "개략적 디코릴레이팅 검출기의 분석"의 논문에서 J=K 인 경우에 대해 분석되었다.

부분 디코릴레이터(PD)는 LxL 매트릭스가 LxL 아이덴티티 매트릭스에 의해 양호하게 개략화된다는 것을 사용하여 더욱 단순화될 수 있다. 그러면, F의 k번째 대각선 항은에 의해 양호하게 약산화되고, 따라서, 다음과 같이 된다.

(20)

여기에서, I_J는 JxJ 아이덴티티 매트릭스이다. 코딩된 데이터 심볼은 BPSK 변조되므로, [M⁽ⁿ⁾]^-1에 대한 두 번째 약산식을 얻기 위해서 식(20)의 약산식을 재정규화할 수 있다.

(21)

식(20)과 식(21)로 보여진 부분 디코릴레이터에 대한 약산식보다 덜 복잡한 효율적 실시의 일부분일 수 있다. 더욱이, 이러한 개략화의 성능은 채널 추정치가 정확하지 않은 실제 환경에서 원래의 부분 디코릴레이터와 거의 동일하다. 따라서, 성능 및 복잡성의 관점에서, 상기 개략화를 사용하는 실시는 바람직할 수 있다.

다른 부분 디코릴레이터 회로

PD 디코릴레이터(503)는 PIC 검출기와 함께 사용되는 것으로 도5에서 도시되었으나, PD 디코릴레리터(503)는 도2의 비동기식 레이크 검출기와 함께 사용될 수 있다는 것에 유의하여야 한다. 그러한 비동기식 레이크 검출기에서, PD 디코릴레이터(503)는 도2의 팻트 핑거 검출기(200)의 출력(211)들에 접속된다.

도6은 채널 베이시스로 배열된 PIC 및 PD 회로를 가진 레이크 수신기를 도시한다. 도시된 바와 같이, J 개의 레이크 수신기(601,602)는 각각 L개의 PIC 및 DC 검출기를 포함한다. 따라서, 그러한 배열은 전체적으로 JxL개의 PIC 및 JxL개의 PD 검출기를 사용한다.

도7은 경로 베이시스로 배열된 PIC 및 PD 회로를 가진 개량된 레이크 수신기 장치를 도시한다. 도시된 바와 같이, L 개의 레이크 수신기(701,702)는 각각 출력이 J개의 DC 검출기와 함께 사용되는 하나의 PIC 검출기를 포함한다. 따라서, 그러한 장치는 전체적으로 L개의 PIC 및 JxL개의 PD 검출기를 사용한다.

결론적으로, 부분 디코릴레이션(PD) 검출기(503)는 비정규직교 다중경로 성분으로 인한 간섭 효과를 완화하는 방법을 제공한다. 이 기술은 J〉1개의 데이터 채널을 동시에 복조하는 이동 터미널에서의 동기식 멀티코드(MC) CDMA 수신기 또는 베이스 스테이션에서의 비동기식 MC CDMA 수신기에 적용된다. PD 검출기(503)는 J개의 레이크 수신기의 뱅크로부터의 벡터 출력에 대해 선형 변환을 수행한다. 이상적으로, 결과적인 벡터의 성분은 상호 디코릴레이트될 것이지만, 그러나, 아직도 이 MC 수신기에 의해 복조되지 않은 다른 채널로 인한 잔여 간섭과 셀간 간섭이 있을 것이다. PD 선형 변환은 JxJ 매트릭스 인버스에 의해 표시된다. 매트릭스는 대각선으로 작용하기 때문에, 매트릭스 인버스에 대해 현저하게 복잡성이 적은 개략화가 사용될 수 있다. 거의 모든 경우에, 개략화로 인한 성능상의 저하는 무시할 만하다.

파일럿 간섭 제거(PIC)와 관련하여 사용될 때에, 결합된 PIC-PC 검출기는 두가지 기술의 결합된 효과로부터 이득을 얻는다. 이러한 이득은 요구되는 복잡성이 최소로 된다는 점에서 상당히 중요하다. 도4의 PIC 검출기에 비하여(또한, 간섭 제거가 없는 종래의 검출기에 비하여) 결합된 PIC-PD 검출기의 성능상의 향상은 MC 채널의 수 J가 증가될 때에 또한 복조된 다중경로 성분의 수 L이 증가될 때에 증가된다. 도4의 PIC 검출기에 대한 도5의 PIC-PD 검출기의 상대적인 성능상의 이득은 도3의 종래의 검출기(간섭 제거가 없는)에 대한 PIC 검출기의 이득만큼 중요하지 않다. 그러나, 개략적인 PD 실시의 단순성으로 인해서, 결합된 PIC-PD는미래의 IS-95 MC 이동 수신기를 위한 현저한 개량으로서 간주된다.

Claims

J는 정수(J〉1)이고, j번째 데이터 신호는 다수의 L_j개의 경로상에서 수신되며, L_j는 정수(L_j≥l)일 때에, CDMA 신호내의 J개의 데이터 신호를 동시에 수신하고 복조하기 위한 멀티코드(MC) 코드 분할 다중 접속(CDMA) 수신기에 있어서, J개의 데이터 신호를 수신하고, 그로부터 j번째 데이터 신호를 위한 L_j개의 다중경로 지연 추정치와 L_j개의 채널 추정치를 형성하기 위한 수단과, j번째 데이터 신호의 L_j개의 다중경로 성분을 복조하고, J개의 데이터 신호를 위해 J개의 결정 통계치를 형성하기 위해서 그 결과들을 결합하기 위한 수단과, L(L=L₁+L₂+...+L_J)개의 채널 추정치와, L개의 다중경로 지연과 J개의 데이터 신호 코드에 응답하여, 원하는 수신된 데이터 신호를 위해서 다른 J-1개의 데이터 신호들에 의해 야기된 간섭을 억제하기 위한 디코릴레이터와, 그로부터 원하는 복조된 데이터 신호를 발생하기 위한 프로세서를 포함하는 멀티코드(MC) 코드 분할 다중 접속(CDMA) 수신기.
제1항에 있어서, 상기 간섭 억제 수단은 상기 J개의 결정 통계치로부터 JxJ 인버스 상관 매트릭스 M^_1를 형성하기 위한 수단을 포함하는 멀티코드(MC) 코드 분할 다중 접속(CDMA) 수신기.
제2항에 있어서, 상기 M^_1매트릭스 형성 수단은 U₁매트릭스를 사용하여 개략화되는 멀티코드(MC) 코드 분할 다중 접속(CDMA) 수신기.
제2항에 있어서, 상기 M^_1매트릭스 형성 수단은 U₂매트릭스를 사용하여 개략화되는 멀티코드(MC) 코드 분할 다중 접속(CDMA) 수신기.
제1항에 있어서, 상기 수신된 신호는 상기 원하는 데이터 신호와 같은 채널상에서 송신된 별개의 파일럿 신호를 포함하는 멀티코드(MC) 코드 분할 다중 접속(CDMA) 수신기.
제5항에 있어서, 상기 경로 복조기 수단은 원하지 않는 파일럿 다중경로 성분으로 인한 간섭을 제거하기 위한 파일럿 간섭 제거기를 포함하는 멀티코드(MC) 코드 분할 다중 접속(CDMA) 수신기.
제5항에 있어서, 지정된 다중경로 성분의 경로 전력에 따라서 상기 파일럿 제거를 스위치 온/오프하기 위해서 각각의 경로 복조기내에 스위치 수단을 부가로 포함하는 멀티코드(MC) 코드 분할 다중 접속(CDMA) 수신기.
제5항에 있어서, 적어도 J개의 데이터 신호와 하나의 파일럿 신호로 구성되는 상기 수신된 신호는 공통 송신기로부터 송신되며, 상기 수신 수단은 L₁(L₁=...=L_J) 개의 팻트 핑거를 사용하여 실시되고, 상기 각각의 팻트 핑거는 하나의 파일럿 경로 복조기와 다수의 J개의 데이터 신호 경로 복조기를 가진 멀티코드(MC) 코드 분할 다중 접속(CDMA) 수신기.
제1항에 있어서, 적어도 J개의 데이터 신호로 구성되는 상기 수신된 신호는 공통 송신기로부터 송신되는 멀티코드(MC) 코드 분할 다중 접속(CDMA) 수신기.
제1항에 있어서, 상기 멀티코드(MC) 코드 분할 다중 접속(CDMA) 수신기는 적어도 하나의 베이스 스테이션과 다수의 사용자 스테이션을 포함하는 CDMA 시스템의 사용자 스테이션의 일부가 되는 멀티코드(MC) 코드 분할 다중 접속(CDMA) 수신기.
제1항에 있어서, 상기 멀티코드(MC) 코드 분할 다중 접속(CDMA) 수신기는 적어도 하나의 베이스 스테이션과 다수의 사용자 스테이션을 포함하는 CDMA 시스템의 베이스 스테이션의 일부가 되는 멀티코드(MC) 코드 분할 다중 접속(CDMA) 수신기.
제1항에 있어서, 상기 프로세서 수단은 원하는 복조된 데이터 신호를 발생하기 위해서 비터비 디코더를 포함하는 멀티코드(MC) 코드 분할 다중 접속(CDMA) 수신기.
J는 정수(J〉1)이고, j번째 데이터 신호는 다수의 L_j개의 경로상에서 수신되며, L_j는 정수(L_j≥1)일 때에, CDMA 신호내의 J개의 데이터 신호를 동시에 수신하고 복조하기 위한 멀티코드(MC) 코드 분할 다중 접속(CDMA) 수신기를 동작하는 방법에 있어서, J개의 데이터 신호를 수신하고, 그로부터 j번째(j=1 내지 J) 데이터 신호를 위한 L_j개의 다중경로 지연 추정치와 L_j개의 채널 추정치를 형성하는 단계와, j번째 데이터 신호의 L_j개의 다중경로 성분을 복조하고, J개의 데이터 신호를 위해 J개의 결정 통계치를 형성하기 위해서 그 결과들을 결합하는 단계와, 디코릴레이터에서, L(L=L₁+L₂+...+L_J) 개의 채널 추정치와, L개의 다중경로 지연과 J개의 데이터 신호 코드에 응답하여, 원하는 수신된 데이터 신호를 위해서 다른 J-1개의 데이터 신호들에 의해 야기된 간섭을 억제하는 단계와, 프로세서에서, 그로부터 원하는 복조된 데이터 신호를 발생하는 단계를 포함하는 멀티코드(MC) 코드 분할 다중 접속(CDMA) 수신기를 동작하는 방법.
제13항에 있어서, 상기 J개의 결정 통계치로부터 JxJ 인버스 상관 매트릭스 M^-1를 형성하는 단계를 포함하는 멀티코드(MC) 코드 분할 다중 접속(CDMA) 수신기를 동작하는 방법.
제13항에 있어서, 상기 형성 단계는 M^-1매트릭스를 개략화하기 위해서 U₁매트릭스를 사용하는 멀티코드(MC) 코드 분할 다중 접속(CDMA) 수신기를 동작하는 방법
제13항에 있어서, 상기 형성 단계는 M^-1매트릭스를 개략화하기 위해서 U₂매트릭스를 사용하는 멀티코드(MC) 코드 분할 다중 접속(CDMA) 수신기를 동작하는 방법.
제13항에 있어서, 상기 수신된 신호는 상기 원하는 데이터 신호와 같은 채널상에서 송신된 별개의 파일럿 신호를 포함하는 멀티코드(MC) 코드 분할 다중 접속(CDMA) 수신기를 동작하는 방법.