KR100279720B1

KR100279720B1 - 무선 통신 시스템의 채널 추정 장치 및 그 제어 방법

Info

Publication number: KR100279720B1
Application number: KR1019980062711A
Authority: KR
Inventors: 배상민
Original assignee: 윤종용; 삼성전자주식회사
Priority date: 1998-12-31
Filing date: 1998-12-31
Publication date: 2001-02-01
Also published as: KR20000046036A

Abstract

무선 통신 시스템의 복조기에서 매우 효과적으로 사용될 수 있도록 구성된 적응 여파기를 이용하여 채널을 추정하는 장치 및 그 제어 방법에 관한 것이다. 상기 적응 여파기를 이용한 채널 추정 장치는 채널의 특성을 복소 엔벨로프로 나타낼 때의 허수항을 최소로 하는 방향으로 적응필터의 계수를 업데이트 하는 장치를 포함한다.

Description

무선 통신 시스템의 채널 추정 장치 및 그 제어 방법

본 발명은 무선 통신 시스템(Radio communication system)에 사용되는 채널 추정 장치 및 그 제어 방법에 관한 것으로, 특히 무선 통신 시스템의 복조기에서 매우 효과적으로 사용될 수 있도록 적응 여파기를 이용하여 채널을 추정 장치 및 그 제어 방법에 관한 것이다.

IS-95 CDMA 시스템에서의 페이딩 채널 정보(fading channel information)는 모든 데이타의 값이 "0"으로 설정된 파일롯 신호(pilot signal)의 세기(strength)를 측정하여 추정한다. 이때, 수신된 신호에 포함된 사용자 데이타(user data)를 제거함과 동시에 파일롯 신호에 실린 채널의 추정값의 정확도를 높이기 위해 월시 직교 코드(Walsh orthogonal code)의 주기에 고정된 적절한 정수배 만큼의 적분을 하게 된다. 이 단순한 적분 기능을 위하여 IS-95시스템에서는 일차 무한 임펄스 응답 필터(first order infinite impulse reponse filter)의 하드웨어로 구현되어 있으며, 이러한 구성을 살피면 하기 도 1과 같다.

도 1은 IS-95(Interim Standard-95) CDMA(Code Division Mutiple Access) 시스템에서 적용되고 있는 채널 추정기의 블럭도를 도시한 것이다. 도 1을 참조하면, 샘플되어 수신된 인페이즈신호 및 쿼드라페이즈신호(in-phase and quadrature sampled received signal)(I, Q)와 PN코드(pseudo noise code)를 곱하여 역확산신호를 출력하는 역확산기(10)와, 상기 역확산기(10)로부터 출력되는 신호를 미리 설정된 적분값으로 적분하여 채널을 추정하는 채널 추정기(channel estimator)(12)와, 상기 채널 추정기(12)의 출력과 상기 역확산신호를 곱하여 채널 추정된 역확산신호를 출력하는 곱셈기(14)와, 상기 곱셈기(14)로부터 출력되는 신호와 직교부호를 곱하여 직교역확산하여 출력하는 직교역확산기(16)를 포함여 구성된다. 이때, 상기 직교부호는 월시 직교 부호(walsh-code)가 이용된다.

그러나, 상기 도 1과 같은 구성을 갖는 종래의 채널 추정 장치는, 단말기의 이동속도에 따라 페이딩 채널의 도풀러 주파수(doppler frequency)가 달라질 때 이에 적응적으로 동작되지 않는 문제가 있었다. 즉, 채널 추정기(12)를 IIR필터의 하드웨어만으로 구성하여 고정된 정수배 만큼의 적분만을 행하므로써 적분값에 따라 영향을 많이 받게되는 문제가 있었다. 예를 들어, IIR필터의 적분값이 너무 크면 빠른 속도로 이동시에 채널 특성의 변화를 따라 가지 못하게 되고, 너무 작은 값을 사용하면 채널 환경이 아닌 잡음(noise)의 영향을 쉽게 받게 되므로 성능이 떨어지게 되는 문제 있었다.

따라서, 본 발명의 목적은 단말기의 운동(이동) 속도에 따라 또는 채널 환경의 변화에 따라 적응적으로 특성을 변화시켜가면서 정확한 채널 환경을 찾아 보상해주는 적응 채널 추정 장치 및 그 제어 방법을 제공함에 있다.

본 발명의 다른 목적은 통신 시스템의 복조기에서 채널의 특성이 시간에 따라 변화더라도 채널 특성을 정확히 추정하여 최적의 상태로 채널을 보상할 수 있도록한 구조를 갖는 적응 필터를 이용한 채널 추정 장치 및 그 제어 방법을 제공함에 있다.

본 발명의 또다른 목적은 시간에 따라 변화되는 채널 특성에 적응적으로 최적의 채널 추정 계수를 구하는 적응 필터 계수기를 포함하여 가지는 적응 채널 추적 장치 및 제어 방법을 제공함에 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 적응 여파기를 이용한 채널 추정 장치 및 방법에 있어서, 채널의 특성을 복소 엔벨로프로 나타낼 때의 허수항을 최소로 하는 방향으로 적응필터의 계수를 업데이트 함을 특징으로 한다.

본 발명의 원리에 의한 채널 추정 장치는 샘플 수신된 인페이즈신호와 쿼드라페이즈신호(in-phase & quadri-phase sampled received signal)(I,Q)에 각각의 PN부호(I-PN, Q-PN)를 각각 곱하여 복소 역확산된 신호를 출력하는 복소 PN 역확산기와, 상기 복소 역확산된 인페이즈신호 및 쿼드라페이즈신호를 미리 설정된 시간동안 적분하여 일차적인 채널 추정치인 파일럿신호들만을 추출하는 적분부와, 상기 추출된 인페이즈 및 쿼드라페이즈 파일럿신호들을 필터링 계수에 적응 필터링하여 인페이즈 및 쿼드라페이즈의 채널 추정값들 발생하고 상기 발생된 채널 추정값을 복소변환하여 출력하는 적응 필터 및 복소변환부와, 상기 인페이즈 및 쿼드라페이즈의 파일럿신호들과 상기 인페이즈 및 쿼드라페이즈의 채널 추정값들을 크로스 프로덕트(cross product)하여 그 차이값이 최소화되도록 하는 필터 계수를 상기 적응필터 및 복소변환부로 공급하는 적응필터 계수발생부와, 상기 복소 PN 역확산된 인페이즈신호 및 쿼드라페이즈신호들 각각에 상기 적응필터링되어 복소변환된 신호와 각각의 직교부호를 순차적으로 곱하여 채널 페이딩이 보상된 역확산된 직교부호를 발생하는 직교부호 역확산기들을 포함하여 구성함을 특징으로 한다.

도 1은 IS(Interim Standard)-95 CDMA(Code Division Mutiple Access) 시스템에서 적용되고 있는 채널 추정기의 블럭도를 도시한 도면.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 적응 여파기를 이용한 채널 추정 장치의 블럭 구성도를 도시한 도면.

이하 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 하기의 설명에서는 본 발명에 따른 동작을 이해하는데 필요한 부분만이 설명되며 그 이외 부분의 설명은 본 발명의 요지를 흐트리지 않도록 생략될 것이라는 것을 유의하여야 한다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 적응 여파기를 이용한 채널 추정 장치의 블럭 구성도를 도시한 도면이다. 도 2에 도시된 본 발명의 실시예의 구성은, 디지탈로 샘프링되어 수신된 인페이즈신호(I)와 쿼드라페이즈신호(Q)들을 복소 PN 역확산(despreading) 한 후, 기존의 방법과 같이 일정한 시간을 적분(ai, aq)하여 사용자 데이타 성분을 제거한 후에 남아 있는 채널 특성을 가진 파일럿신호(Ri, Rq)에 대하여 부가로 적응 필터링을 하는 형태로 구성되어 된다.

도 2를 참조하면, 상기 복소 PN 역확산기(20)는 상기 인페이즈신호(I)와 쿼드라페이즈신호(Q)들 각각에 I-PN 코드와 Q-PN 코드들을 각각 곱하는 곱셈기(22, 24) 및 (26, 28)들과, 상기 곱셈기들(22)(24)의 출력을 가산하는 가산기(30) 및 상기 곱셈기들(26)(28)의 출력을 가산하는 가산기(32)를 포함하여 구성되어 있다. 상기와 같은 구성을 갖는 복소 PN 역확산기(20)는 수신된 인페이즈신호(I)와 쿼드라페이즈신호(Q)들 각각에 I-PN코드와 Q-PN코드를 각각 곱하고 그 결과들을 각각 가산하여 위상 보정되어 복소 역확산된 신호를 각각 출력노드에 채널 추정기(23)내의 제1, 제2적분기(34)(36)들과 인페이즈 데이타 패스(IDAPA: In-phase data path) 및 쿼드라페이즈 데이타 패스(QDAPA: quadri-phase data path)에 각각 공급한다.

상기 제1 및 제2적분기(34, 36)들은 상기 복소 역확산된 신호들을 각각 미리 설정된 시간 동안 적분(ai, aq)하여 사용자 데이타 성분이 제거된 후에 남아있는 채널 특성을 가지는 인페이즈 및 쿼드라페이즈 파일럿신호들(Ri, Rq) 만을 출력노드에 접속된 제1 및 제2적응필터(37)(38)들과 곱셈기들(40, 42)의 일측으로 각각 공급한다.

따라서, 복소 영역(complex domain)에서 페이딩 채널의 엔벨로프를 "Fi+jFq"로 표현하였을 때, 상기 도 2의 복소 PN 역확산(complex PN despeading)(20)과 제1, 제2적분기(34, 36)를 거친 후에 사용자 데이타 성분은 제거되고, 채널 추정을 위한 파일럿 신호 성분(Ri, Rq)만이 남게 된다. 이 성분은 파일롯 신호가 이미 알려진 임의의 일정한 값(디지탈 통신인 경우 "+1", "-1")을 가지므로 각각 Fi와 Fq의 일차적인 추정치와 동일하게 된다. 상기와 같은 채널 추정값을 이용하여 페이딩 성분을 보상하고자 하였을 경우의 수학적 표현은 하기 수학식 1과 수학식 2와 같이 된다.

Ｉ data : Si(Fi+jFq) (Ri-jRq) = Si[FiRi+FqRq+j(FqRi-FiRq)]

Ｑ data : Si(Fi+jFq) (Ri-jRq) = Sq[FiRi+FqRq+j(FqRi-FiRq)]

상기 수학식 1과 2에서 Si 및 Rq는 I 및 Q채널에 실린 사용자 데이타이다.

페이딩 채널을 정확히 추정했을 때에 Ri 및 Rq는 각각 Fi 및 Fq가 되므로써 상기 수학식 1과 2에서 각각의 허수항들이 없어져 실수항만 남게되어 정확한 Si 및 Sq의 복원이 이루어진다. 그러나, 페이딩 채널의 특성이 단말기의 이동속도에 따라 시간적으로 변할 경우에 정확한 채널 추정치를 단순한 일정량 만큼의 적분(ai, aq)을 하므로써 구하기는 어렵다. 따라서, 페이딩 채널의 특성에 따라 적응적으로 필터링할 필요성이 있다.

도 2의 제1, 제2적응필터(37, 38)들은 상기와 같은 일차적인 채널 추정치인 인페이즈 파일럿 신호(Ri)와 (Rq)를 채널의 특성에 적응하여 가변되는 필터 계수(filter coefficient)(Hi)(Hq)에 따라 필터링하므로서 참(true)의 채널 추정치(Fi)와 (Fq)를 출력하는 기능을 가지며, 이를 위한 가장 적절한 필터 계수는 도 2에 도시된 제1적응필터계수 발생기(46) 및 제2적응필터 계수기(48)의 출력에 따라 변화된다.

한편, 곱셈기(40)와 (42) 및 감산기(44)로 구성된 크로스 프로듀서(cross producer)는 상기 제1 및 제2적분기(34)(36)들의 입력신호와 출력신호의 크로스 프로덕트(cross product)의 차이값(DEF)를 발생하여 상기 제1 및 제2적응필터 계수발생기(46, 48)들에 각각 공급한다. 상기 제1 및 제2적응필터 계수발생기(46)(48)들 각각은 적절한 적응 필터링 알고리즘(adaptive filtering algorithm)으로 구성되어 상기 감산기(44)로부터 출력되는 차이값(DEF)가 최소화되도록 하는 방향으로 제1, 제2적응필터(37, 38)내의 필터계수(Hi,Hq)를 갱신시킨다. 즉, 상기 제1 및 제2적응필터 계수발생기(46)(48)들 각각은 제1, 제2적응필터(37, 38)내의 필터계수(Hi,Hq)를 각 채널의 디자이어드(desired)신호와 추정값(Ei, Eq)의 차이의 절대값이 최소화 되도록 상기 필터계수(Hi, Hq)를 갱신한다.

각 채널의 디자이어드 신호는 전술한 수학식 1 또는 수학식 2의 허수항이 영(zero)이 되는 값으로 하기 수학식 3과 4와 같이 나타낼 수 있다.

제1 및 제2적응필터(37, 38)로부터 각각 출력되는 신호(Ei, Eq)와의 차이값은 최소화의 대상인 에러함수(error function)εi, εq으로 정의되며, 이는 하기 수학식 5와 6과 같이 되어 진다.

상기의 에러 함수 εi, εq는 적응필터 계수의 선형함수(linear function)로 나타낼 수 있으며, 이미 이기술 분야에서 잘 알려진 최소 평균 제곱 에러(least mean square error) 또는 순환 최소 제곱(recursive least square)의 알고리즘과 같은 적응필터링 알고리즘을 선택하여 사용할 수 있다.

한편, 상기 제1, 제2적응필터(37,38)들에 의해 2차 필터링되어 출력되는 출력값(Ei, Eq)을 입력하는 복소변환기(49)는 이를 "Ei + jEq"의 값으로 복소 변환하여 인페이즈 데이타 패스(IDAPA)와 쿼드라페이즈 데이타 패스(QDAPA)상에 각각 위치된 곱셈기(50)(54)들로 각각 공급되어 채널 페이딩(Channel fading) 성분을 보상하게 된다.

상술한 바와 같이 본 발명은 채널 추정이 필요한 통신 시스템의 복조기에서 채널 특성이 시간에 따라 변하더라도 적응적으로 채널 특성을 추정하여 최적의 채널 보상을 해줌으로서 복원 데이타의 신뢰성을 높일 수 있는 이점이 있다.

Claims

무선 통신 시스템의 채널 추정 장치에 있어서,

샘플되어 수신된 인페이즈 채널신호와 쿼드라페이즈 채널신호를 복소 역확산하여 복소 엔벨로프 신호로 출력하는 복소 역확산기와

상기 복소 역확산된 인페이즈 및 쿼드라페이즈 채널신호를 각각 소정의 필터계수에 따라 적응 필터들과,

상기 복소 엔벨로프의 허수항을 최소로 하는 방향으로 상기 적응 필터들의 필터 계수들을 갱신하고, 상기 적응 필터링된 값을 복소 변환하여 상기 복소 엔벨로프 신호들의 페이딩 채널을 보상하는 적응 필터 제어기로 구성함을 특징으로 하는 무선 통신 시스템의 채널 추정 장치.
제1항에 있어서, 복소 엔벨로프의 허수항을 상기 적응 필터들로 입력되는 신호 및 출력되는 신호들을 크로스 프로덕션에 의해 구하여 그 값이 최소화 되도록 상기 적응필터들의 필터 계수를 갱신하는 적응필터 계수 발생기들을 포함함을 특징으로 하는 무선 통신 시스템의 채널 추정장치.
제2항에 있어서, 상기 적응필터 계수발생기들 각각은 최소 평균 제곱 에러 또는 순환 최소 제곱의 알고리즘으로 구현됨을 특징으로 하는 무선 통신 시스템의 채널 추정 장치.
제1항에 있어서, 상기 복소 역확산기의 출력노드와 상기 적응 필터들의 사이에는 일정 길이의 적분기들이 더 접속되어 일차적으로 추정된 파일럿신호들을 상기 적응필터들로 공급함을 특징으로 하는 무선 통신 시스템의 채널 추정장치.
적응 여파기를 이용한 채널 추정 방법에 있어서,

복소 역확산된 인페이즈 및 쿼드라페이즈 채널신호를 각각 일정 길이의 적분기로서 적분하여 일차 채널 추정 신호를 발생하는 과정과,

상기 일차 채널 추정된 신호들을 소정의 필터 계수에 적응 필터링하여 이차 추정된 채널 신호를 발생하는 이차 채널 추정 신호 발생과정과,

상기 적응 필터링의 전후 신호들을 크로스 프로덕션에 의해 계산된 복소 엔벨로프의 허수항 값이 최소화 되도록 상기 적응 필터 계수를 갱신하는 적응 필터링 계수 발생 과정과,

상기 적응 필터링된 값들을 복소 변환하여 상기 복소 역확산된 인페이즈 및 쿼드라페이즈 채널신호에 곱하여 채널 페이딩을 보상하는 과정으로 이루어짐을 특징으로 하는 무선 통신 시스템의 채널 추정 방법.
제5항에 있어서, 상기 적응필터 계수 발생과정은 최소 평균 제곱 에러 알고리즘 또는 순환 최소 제곱의 알고리즘임을 특징으로 하는 무선 통신 시스템의 채널 추정 방법.