KR100277925B1

KR100277925B1 - 직접확산코드분할다중접속시스템의다중사용자검파장치및방법

Info

Publication number: KR100277925B1
Application number: KR1019970071798A
Authority: KR
Inventors: 서경삼
Original assignee: 서평원; 엘지정보통신주식회사
Priority date: 1997-12-22
Filing date: 1997-12-22
Publication date: 2001-02-01
Also published as: US6222833B1; CN1221271A; KR19990052335A; CN1102309C

Abstract

본 발명은 다중접속 간섭으로 인한 잡음을 크게 억제하면서도 정보계산량이 크게 경감되는 직접확산 코드분할 다중접속 시스템의 검파장치 및 검파방법을 제공함을 목적으로 한다.

본 발명은 다중사용자에 각각 전송되는 복수의 확산 코드에 의해 대역확산된 신호를 수신한 후 정합필터로 역확산시켜 다중사용자의 각 메세지의 샘플출력을 구하는 단계와, 상기 복수 샘플출력에 상기 다중사용자 확산코드간의 교차 상관값을 적용시켜 상기 복수샘플 출력에 각각 포함된 다중접속 간섭신호를 구한후 상기 복수샘플 출력에서 상기 다중접속 간섭신호를 각각 감산하여 상기 샘플출력에서 다중접속 간섭신호를 제거시키는 단계와, 상기 다중접속 간섭신호가 제거된 복수샘플 출력을 문턱값과 비교하여 2진 출력을 발생하므로써 다중사용자의 메세지를 복원하는 단계를 구비함을 특징으로 한다.

Description

직접확산 코드분할 다중접속 시스템의 다중사용자 검파장치 및 방법{Multiuser defectors for DS-CDMA systems and it's method}

본 발명은 직접확산 코드분할 다중접속(Direct Sequence-Code Division Multiple Access : DS-CDMA) 시스템의 다중사용자 검파장치 및 검파방법에 관한 것으로, 특히 직접확산 코드분할 다중접속 시스템에서 발생되는 다중접속 간섭(Multiple Access Interference : MAI)을 실시간으로 제거하는 비상관 다중사용자 검파장치(Deconelating Multiuser Detector) 및 검파방법에 관한 것이다.

직접확산 코드분할 다중접속 방식은 송신기기에서는 송신 데이터를 사용자마다 각기 식별가능하게 할당된 의사잡음(Pseudo Noise : PN)부호 혹은 확산신호(코드)로 직접대역 확산시킴으로써 자신의 메세지를 변조시켜서 전송하고, 수신기에서는 송신신호를 수신하여 송신기의 PN 부호(또는 확산신호(코드))로 역확산시키는 검파에 의해 원래의 송신 데이터를 복원하는 방식이다.

이 직접확산 코드분할 다중접속 방식은 다경로 감쇄현상(Multipath Fading)에 강하고, 음성활성주기(Voice Activity Cycle)를 잘 이용하며, 기지국간에 소프트 핸드오프(Soft Hand Off)가 가능할 뿐만 아니라, 잼(Jam)에 강하고, 한 주파수 대역을 재사용하므로써 기존의 시스템 보다 더 큰 용량(Capacity)을 가질수 있는 등의 많은 장점을 가지고 있어서, 최근에 셀룰라 통신(Cellular Communication)이나 개인 휴대통신(Personal Communication Service)을 구현하는데 많은 각광을 받아왔다.

직접확산 코드분할 다중접속 방식은 상술한 바와 같은 여러 가지의 장점을 가지고 있음에도 불구하고 수신시에 동시 사용자수가 많거나 SNR(Signal to Noise Ratio)이 클 때는 소위 다중접속간섭에 의해 성능이 제한되기 때문에 상기 다중접속 간섭을 제거하기 위한 노력이 꾸준히 경주되어 지금까지 여러 가지 다중사용자 검파기가 제안되었다.

종래의 다중사용자 검파기중 전형적인 것으로는 도 1에 도시된 바와 같은 비상관 다중사용자 검파기(Decorrelating Multiuser Detector)가 있으며, 이 검파기는 복수의 곱셈기(CO₁-CO_K), 적분기(I₁-I_K) 및 스위치(SW₁-SW_K)를 구비하여 입력되는 다중사용자의 대역확산 코드로 형성되는 수신신호 r(t)를 역확산시켜 다중사용자의 각 메세지의 샘플출력을 발생하는 정합필터 블록(10)과, 상기 정합필터 블록(10)의 복수샘플 출력을 필터링하여 각 다중사용자의 샘플출력에 포함된 다중접속 간섭신호를 제거하는 R^-1필터(11)와, 상기 R^-1필터(11)의 다중사용자의 송신 데이터에 상응하는 복수출력(Z₁-Z_K)을 문턱값과 각각 비교하여 2진 출력(b₁-b_K)을 결정하는 복수의 결정기(DC₁-DC_K)로 형성하는 2진 데이터 결정부(12)로 구성되어 있다.

상기와 같이 구성된 종래의 비상관 다중사용자 검파기의 작동에 대하여 설명한다.

수신기의 비상관 다중사용자 검파기에 입력되는 수신신호 r(t)는 정합 필터(10)의 곱셈기(CO₁-CO_K), 적분기(I₁-I_K) 및 스위치(SW₁-SW_K)로 형성되는 복수개의 정합필터를 통하여 수신되는 대역 확산신호를 역확산함으로써 다중사용자의 각 메세지를 복원하며, 이 정합필터(10)의 출력(y₁-y_K)를 행렬형태로 나타내면 수학식 1과 같다.

여기서 ai는 i번째 사용자의 수신진폭

이며, A는 수신된 신호의 진폭행렬, b는 전송된 데이터 비트벡터, n은 가우시언 잡음벡터를 나타낸 것이며, R행렬의 인자 P_ij는 i번째와 j번째 사용자 확산코드 사이의 교차상관 계수를 나타낸 것이다.

그리고 상기 수학식 1로 표현된 정합필터(10)의 출력 y가 R^-1필터(11)에 입력되면 수학식 2와 같은 출력Z가 얻어진다.

여기서, 수학식 2로 표현되는 R^-1필터로 형성되는 비상관 검파기(11)의 출력은 2진 결정기(DC₁-DC_K)로 구성되는 2진 데이터 결정부(12)를 거쳐 각 다중사용자 2진 데이터가 복원된다.

이와 같은 종래의 비상관 다중사용자 검파기에 의하면 정합필터(10)의 출력 y에 포함되어 있는 0이 아닌 교차상관값을 가지는 다중사용자에 의해 발생되는 다중접속 간섭신호를 R^-1필터(11)를 통하여 완전히 제거할 수 있어, 수신신호의 품질을 대폭적으로 향상시킬 수 있다는 등의 장점이 있으나, 상기 R^-1필터는 수학식 3과 같은 R의 역행렬을 계산하여야 하고 이러한 계산은 사용자의 수가 많아 행렬의 차원이 커질수록 매우 복잡하다.

여기서 대각항 b₁₁=1-(K-1)(K-2)/2개의 교차상관계수의 2차항 + O(P³), b₂₂=1-(K-1)(K-2)/2개의 교차상관계수의 2차항 + O(P³)으로 표현되고 나머지 대각항 b_ii도 같은 식으로 표현되며, 대각항이 아닌 항들은 각각 b₁₂=-P₁₂+(K-2)개의 교차상관계수의 2차항 + O(P³), b₁₃=-P₁₃+(K-2)개의 교차상관계수의 2차항 + O(P³)으로 표현되고 나머지 대각항이 아닌 항들도 비슷한 식으로 표현된다. 상기 O(P³)는 3차 이상의 교차상관 계수의 다항식을 나타낸 것이다.

따라서 R^-1필터는 과다한 계산량으로 인해 실제 회로 구현이 불가능하다는 문제점이 있었다.

따라서 본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 감안하여 발명한 것으로, 본 발명의 목적은 다중접속 간섭을 크게 억제하면서도 정보계산량이 크게 경감되어 실제 시스템 적용이 가능한 직접확산 코드분할 다중접속 시스템의 다중사용자 검파장치 및 검파방법을 제공함을 목적으로 한다.

도 1은 종래의 직접확산 코드분할 다중접속 시스템의 다중사용자 검파장치를 개략적으로 나타낸 블록도,

도 2는 본 발명의 직접확산 코드분할 다중접속 시스템의 다중사용자 검파장치를 개략적으로 나타낸 블록도이다.

도 3(a) 및 도 3(b)는 본 발명과 종래의 다중사용자 검파장치의 성능을 나타낸 그래프이다.

도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

10, 20 : 정합필터 블록 11 ; R^-1필터

12, 22 : 2진 데이터 결정부 21 : 선형 결합부

이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 직접확산 코드분할 다중접속 시스템의 다중사용자 검파방법은, 다중사용자에 각각 할당된 확산코드에 의해 대역확산된 신호를 수신한 후 정합필터로 역확산시켜 다중사용자의 각 메세지의 샘플출력을 구하는 단계와, 상기 복수 샘플출력에 상기 다중사용자 확산코드간의 교차 상관값을 적용시켜 상기 복수샘플 출력에 각각 포함된 다중접속 간섭신호를 상기 복수샘플 출력에서 각각 감산하여 상기 샘플출력에서 다중접속 간섭신호를 제거시키는 단계와, 상기 다중접속 간섭신호가 제거된 복수샘플 출력을 문턱값과 비교하여 2진 출력을 발생함으로써 다중사용자의 메세지를 복원하는 단계를 구비함을 특징으로 한다.

또한 본 발명의 다른 양태의 직접확산 코드분할 다중접속 시스템의 검파장치는, 송신측으로 부터 전송되어 입력되는 다중사용자의 대역확산 신호를 역확산시켜 다중사용자의 각 메세지 샘플출력을 발생하는 정합 필터와, 상기 다중사용자의 샘플출력에 다중사용자 확산코드간의 교차상관 계수값을 적용시켜 각 다중사용자의 샘플출력에 포함된 다중접속 간섭신호를 제거시키는 선형 결합기와, 상기 선형 결합기의 각 출력을 문턱값과 비교함으로써 2진 데이터를 결정하여 출력하는 2진 데이터 결정부를 구비함을 특징으로 한다.

이하 첨부도면에 근거하여 본 발명의 실시예에 대하여 설명한다.

도 2는 본 발명의 일실시예를 개략적으로 나타낸 블록도이다.

본 발명의 일실시예는 도 2에 도시된 바와 같이, 송신측으로 부터 전송되어 입력되는 다중사용자 수신신호 r(t)를 역확산시켜 다중사용자의 각 메세지 샘플 출력(y₁-y_K)을 발생하는 정합필터(20)와, 상기 복수샘플 출력(y₁-y_K)에 다중사용자 확산코드간의 교차상관 계수값을 적용시켜 각 다중사용자의 복수샘플 출력(y₁-y_K)에 포함되어 있는 다중접속 간섭신호를 제거하는 선형결합기(21)와, 상기 선형결합기(21)의 출력(Z₁-Z_K)을 문턱값과 비교하여 2진 데이터를 결정하여 출력하는 2진 데이터 결정부(22)로 구성되어 있다.

상기 정합필터(20) 및 2진 데이터 결정부(22)의 구조는 도 1에 도시된 종래의 정합 필터(10) 및 2진 데이터 결정부(12)의 구조와 동일하므로 이들에 대한 구체적인 설명은 생략하고 상기 선형 결합기(21)에 대해서만 설명한다.

상기 선형결합기(21)는 K의 샘플출력(y₁-y_K)내에 각각 포함되어 있는 다중접속 간섭신호를 제거하여 출력(Z₁-Z_K)을 발생하기 위한 K의 부선형 결합기(Linear Subcombiner)(LC₁-LC_K)로 구성되어 있고, 각 부선형 결합기는 각각 K-1의 곱셈기(CO₁₂…CO_K2)와 하나의 합산기(AD₁-AD_K)로 구성되어 있다.

그리고, 상기 부선형 결합기, 예를들어 2번째 사용자의 샘플출력(y₂)에서 다중접속 간섭신호를 제거하여 출력(Z₂)을 발생하기 위한 부선형 결합기(LC₂)는, 2번째 샘플출력(y₂)를 제외한 나머지(K-1)개의 샘플출력(y₁, y₃-y_k)에, 2번째 사용자의 확산코드와 나머지(K-1)의 사용자의 확산코드간의 교차상관 계수의 부(-)값을 각각 상응하게 곱하도록 접속되어 있다.

상기 "상응하게"란 용어는 다중접속 간섭신호의 제거대상이 되는 2번째 샘플출력의 경우, 1번째 샘플출력(y₁)에는 2번째 사용자의 확산코드와 1번째 사용자의 확산코드간의 교차상관 계수의 부(-)값 (-P₂₁)을, 그리고 K번째 샘플출력(y_K)에는, 2번째 사용자의 확산코드와 K번째 사용자의 확산코드간의 교차상관 계수의 부(-)값(-P_2K)을 곱하도록 하는 것과 같이, i번째 샘플출력(yi)에는 i번째 사용자 확산코드와 다중접속 간섭신호의 제거대상이 되는 샘플출력을 발생하는 사용자의 확산코드간의 교차 상관계수의 부(-)값을 곱하는 것을 의미한다.

이와 같이 구성된 본 발명의 직접확산 코드분할 다중접속 시스템의 검파장치의 작동에 대하여 설명한다.

송신측으로 부터 K의 사용자에 의해 전송되어진 수신신호 r(t)가 검파장치에 입력되면 종래 기술에서 설명한 바와 같은 방식으로 정합필터(20)에서는 역확산시켜 샘플링한 K의 출력(y₁-y_K)이 발생되고 이 샘플출력(y₁-y_K)은 전술한 수학식 1로 표현된 값을 가지게 된다.

상기 샘플출력(y₁-y_K)이 선형결합기(21)에 입력되면, 수학식 5와 같은 출력(Z₁-Z_K)이 발생된다.

따라서 수학식 5는 행렬로 나타내면 수학식 6과 같이 된다.

수학식 6과 수학식 2를 대비하여 보면, P은 R^-1에 상응함을 알수 있고, 수학식 3으로부터 알 수 있는 바와 같이, 다중사용자의 확산코드간의 교차상의 관계수 행렬의 역행렬 2차항이상의 교차상관계수값을 무시하면 R^-1가 P와 동일함을 알 수 있다.

그리고 2차이상의 교차상관계수는 1보다 매우 작은 수이기 때문에 P_ij>>P_ij ²가 되어 2차항이상의 교차상관계수를 무시할 수 있다.

그리고 상기 선형결합기(21)의 출력(Z₁-Z_K)는 2진데이타 결정부(22)에서 0 또는 1의 2진데이타로 결정되어서 각 다중사용자의 메세지가 복원된다.

상기 실시예에서는 선형결합기(21)를 하나만 사용하는 경우이나 다중접속간섭 신호를 보다 더 양호하게 제거하기 위해서는 상기 선형결합기(21)를 직렬형태로 소정수까지 연결하여 사용할 수 있다.

한편, 본 발명의 직접확산 코드분할 다중접속시스템의 검파방법에 대하여 설명하면 다음과 같다. 먼저, K 다중사용자에 의해 각각 전송되는 K 대역확산 코드로 형성되는 대역확산 신호를 수신한 후 정합필터를 이용, 수신신호를 역확산시켜서 메세지의 샘플 출력을 발생한다.

상기 다중접속간섭 신호제거대상의 샘플출력을 제외한 나머지 K-1 샘플출력의 각각에 각각의 샘플출력을 발생하는 확산코드와 상기 제거대상의 샘플출력을 발생하는 확산코드간의 각 교차상관계수값을 곱한 후 상기 제거대상의 샘플출력에서 상기 곱셈결과를 감산하여 샘플출력내에 포함된 다중접속간섭 신호를 제거하며 이와 같은 방법으로 나머지 K-1의 샘플출력에서 해당하는 다중접속간섭신호를 각각 제거하여 K개의 다중접속간섭신호가 제거된 샘플출력(Z₁∼Z_k)를 발생한다.

이어 상기 출력(Z₁∼Z_k)를 문턱값과 비교하여 문턱값보다 크면 1, 작으면 0으로 결정하여 각 다중사용자의 비트를 동시에 형성하며, 이와 같은 비트를 순차적으로 생성하여 상기 K의 다중사용자에 의해 전송되는 원래의 메세지를 복원한다.

상기 실시예의 방법에서 각 샘플출력에서 다중접속간섭신호를 제거하는 과정은 1회에 국한시켰으나 필요에 따라서는 수회까지 반복함으로써 더욱 양호하게 다중접속간섭신호를 제거할 수 있도록 하여도 된다.

도 3(a) 및 도 3(b)는 확산코드 길이가 2^13-1, 처리이득(Processing gain)이 31, 다중사용자수 K=10일때의 성능을 나타낸 것으로 도 3(a)는 이상적인 전력제어의 경우 도 3(b)는 레일리 감쇄환경의 경우에 있어서 Eb/NO(dB)에 대한 평균 BER에 대한 시뮬레이션 결과를 나타낸 그래프로, A는 종래의 다중사용자 검파장치로서 도 1에서 정합필터 블록(10)만을 가진 검파장치이고, B는 본 발명의 다중사용자 검파장치(선형결합기가 하나만 있는 경우)이며 C는 이상적이나 실현불능의 역행렬 R^-1필터를 사용한 가상검파 장치에 대한 것으로서, 본 발명의 다중사용자 검파장치는 이상적인 가상의 다중사용자 검파장치에는 못미치나 종래의 다중사용자 검파장치에 비하여 매우 뛰어난 성능을 가짐을 알 수 있다.

이상과 같이 본 발명은 직접확산코드분할 다중접속시스템의 검파에 있어서, 각 다중사용자의 확산코드를 이용하여 수신신호를 역확산시켜 생성한 각 다중사용자의 메세지에 대한 샘플출력에, 각 다중사용자의 확산코드간의 교차상관계수의 부(-)값을 적용시켜 상기 각 샘플출력에 포함되어 있는 다중접속간섭(MAI)신호를 제거하기 때문에, 상기 각 샘플출력내에 포함되어 있는 다중접속 간섭신호를 실질적으로 거의 제거할 수 있어 비트오류율(Bit Error Rate : BER)을 크게 낮출 수 있고, 이로 인해 사용자용량(User Capacity)이 심각하게 제한받고 있는 기존의 CDMA시스템에 본 발명을 적용할 때 다중접속간섭신호를 크게 줄여서 용량을 크게 확대시킬 수 있을 뿐만 아니라 상기 다중접속간섭신호의 제거시스템도 간편하게 구현할 수 있다는 효과가 있다.

Claims

다중사용자에 의해 각각 전송되는 복수의 확산 코드에 의해 대역확산된 신호를 수신한후 정합필터로 역확산시켜 다중사용자의 각 메세지의 샘플출력을 구하는 단계와,

상기 복수 샘플출력에 상기 다중사용자 확산코드중 어느 한 사용자 확산코드와 나머지 복수사용자 확산코드간의 각 교차 상관값의 부(-)값을 나머지 다중사용자의 각 샘플출력에 상응하게 각각 곱한 후 합산하여 상기 어느 한 사용자의 샘플출력에 포함된 상기 교차 상관값에 따른 다중접속 간섭신호를 구하는 과정을 상기 다중사용자에 걸쳐 행하는 과정을 각각의 상기 샘플출력에 걸쳐 행하여 상기 복수샘플 출력에서 상기 다중접속 간섭신호를 각각 감산하여 상기 복수샘플 출력으로부터 다중접속 간섭신호를 제거시키는 단계와,

상기 다중접속 간섭신호가 제거된 복수샘플 출력을 문턱값과 비교하여 2진 출력을 발생함으로써 다중사용자의 메세지를 복원하는 단계를 구비함을 특징으로 하는 직접확산 코드분할 다중접속 시스템의 검파방법.
제 1 항에 있어서,

상기 다중접속 간섭신호 제거단계가 순차적으로 소정회수까지 반복하여 행함을 특징으로 하는 직접확산 코드분할 다중접속 시스템의 검파방법.
송신측으로 부터 전송되어 수신되는 수신신호를 다중사용자의 확산 코드로 역확산시켜 다중사용자의 각 메세지 샘플출력을 발생하는 정합 필터와,

상기 다중 사용자의 샘플출력(y₁-y_K)중 간섭신호 제거대상의 어느 한 샘플출력을 제외한 나머지 복수샘플 출력에 상응하는 교차 상관계수의 부(-)값을 곱하는 복수의 곱셈기와, 상기 어느 하나의 샘플출력과 상기 복수의 곱셈기의 출력을 합산하는 합산기로 형성되어 상기 각 다중 사용자의 샘플출력에 포함된 다중접속 간섭신호를 제거시키는 복수개의 선형 결합기와,

상기 선형 결합기의 각 출력을 문턱값과 비교하므로써 2진 데이터를 결정하여 출력하는 2진 데이터 결정부를 구비함을 특징으로 하는 직접확산 코드분할 다중접속 시스템의 검파장치.
제 3 항에 있어서,

상기 선형 결합기는 복수개 직렬 접속되어 구성됨을 특징으로 하는 직접확산 코드분할 다중접속 시스템의 검파장치.