KR100327415B1 - 씨디엠에이(ｃｄｍａ) 수신장치 및 그에 따른 다이나믹레인지 조절방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 레이크 리시버에서 출력된 복조심볼을 소프트 디시젼 심볼로 변화시킬 때 최적화된 양자화 범위를 갖도록 다이나믹 레인지를 조절하는 CDMA수신장치 및 그에따른 다이나믹 레인지 조절방법에 관한 것으로, 수신신호를 복조심볼로 변환시키는 복수개의 핑거부들과, 핑거부에서 출력된 복조심볼간의 딜레이를 보상하는 복수개의 FIFO부들과, FIFO부에서 출력된 신호를 합산하는 합산기와, 합산기의 출력신호를 입력하여 복조심볼의 크기와 무관하게 최적화된 양자화 범위를 조절하여 복조심볼을 소프트 디시젼심볼로 변화하는 세추레이션/트루케이션부의 이득을 조절하는 자동이득 조절부와, 자동이득 조절부에 의해 조절된 이득값에 의해 복조 심볼의 비트 리솔루션을 비터비 디코더의 입력비트 리솔루션과 일치시켜 주는 세추레이션/트루케이션부로 구성되고, 다이나믹 레인지 조절방법은 입력되는 복조 심볼 에너지의 절대값을 구하는 단계와, 일정시간 상기 절대값들을 합산하여 복조 심볼의 평균 에너지값을 산출하는 단계와, 평균 에너지값을 저대역 통과 필터를 이용한 필터링을 통해 갑작스러운 이득 변동을 방지하는 단계와, 필터링된 값을 이용하여 최적화된 세추레이션/트루케이션부의 컨트롤값을 발생하는 단계으로 이루어진다.

Description

씨디엠에이(ＣＤＭＡ) 수신장치 및 그에 따른 다이나믹 레인지 조절방법{CDMA RECEIVER AND METHOD FOR CONTROLLING DYNAMIC RANGE THEREOF}

본발명은 무선통신기기에 관한 것으로 특히, 레이크 리시버(Rake Receiver)의 소프트 심볼(Soft Symbol)을 비터비 디코더(Viterbi Decoder)에 입력할 때 최적화된 다이나믹 레인지(Dynamic Range)를 갖도록 조절해주는 CDMA 수신장치 및 그에 따른 다이나믹 레인지 조절방법에 관한 것이다.

일반적으로, 비터비 디코더의 입력인 소프트 심볼은 4비트로 표현되는데 레이크 리시버의 출력값은 이보다 많은 비트를 이용한다. 따라서, 두 장치간의 비트 리솔루션(Bit Resolution)를 맞추기 위해서는 트루케이션(trucation) 또는 세cn레이션(Saturation)을 하게 된다. 이것을 레이크 리시버의 소프트 심볼에 대한 이득(Gain)을 준다고 한다.

무선통신에서는 송신단과 수신단 사이의 매체에 의해 다중경로(Multipath)가 형성되는데, 이 다중경로에 의해 수신 신호에 페이딩(fading) 현상이 발생하게 된다.

페이딩 현상은 다중경로에 의한 신호의 위상차이에 의해 발생하는 것으로 이는 신호의 크기를 감소시키고, 전송 에러를 집중적으로 발생시킬 뿐만 아니라 신호간 간섭(inter-symbol interfernce)을 발생시킨다.

한편, CDMA(Code Division Mitipul Access)방식의 무선통신 시스템에서는 협대역의 송신 데이터가 확산신호에 의해 보다 넓은 대역을 갖는 신호로 바뀌어 전송된다. 이러한 CDMA 신호의 다중경로에 따른 각 신호들은 서로 작은 상관값을 갖는 특성이 있다. 따라서 레이크 리시버는 CDMA방식의 통신시스템에서 페이딩 현상을 극복하기에 적합한 수신기로 널리 사용되고 있다.

이 레이크 리시버는 복수개의 복조기로 구성되며 각 복조기가 각기 다른 수신신호 경로와 동기화되어 복조되는데, 특정 경로에 대해서는 상관값이 크고 다른 패스에 대해서는 상관값이 작게 된다. 이러한 복조기를 여러 개 사용함으로써 각 복조기에서 서로 다른 경로로 수신되는 신호를 복조하여 각 출력을 합쳐 복조 심볼을 발생시켜 다이버시티(Diversity) 이득을 얻게 된다.

통상의 복조 심볼은 하드 디시젼(Hard Dicision)해서 송신된 데이터가 무엇을 결정하기 보다는 여러가지 값을 갖는 소프트 디시젼을 하여 각 심볼간의 상관 관계를 이용하여 채널을 통과하면서 생긴 에러를 보정해주는 비터비 디코더를 사용하게 된다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 종래 기술에 따른 무선통신기의 수신장치를 설명하기로 한다.

도 1은 레이크 리시버와 비터비 디코더를 이용한 CDMA수신기의 구성블록도이고, 도 2는 레이크 리시버의 각 브랜치(Branch)에 해당하는 핑거(Finger)의 구성블록도이다.

먼저, 도 1에 도시된 바와 같이, 종래 기술에 따른 레이크 리시버와 비터비 디코더를 이용한 CDMA수신기는 복수개의 핑거부(11-1,11-2,...,11-N)들과, 각 핑거부에서 출력된 복조 심볼간의 딜레이(Delay)차를 보정해주기 위한 복수개의 FIFO부(12-1,12-2,...,12-N)들과, 각 FIFO부에서 출력된 신호를 합산하는 합산기(13)와, 합산기(13)에서 출력된 심볼의 비트 리솔루션(Bit Resolution)을 비터비 디코더(15)의 입력비트 리솔루션과 동일하게 해주는 세추레이션/트루케이션부(14)로 구성된다.

여기서, 상기 각 핑거부는 베이스 밴드(Base Band)로 변환된 QPSK 수신신호를 받아 특정 경로의 신호와 동기화된 신호를 역확산하는 콤플렉스 디스프레더(Complex Despreader)(21)와, 콤플렉스 디스프레더(21)의 출력신호를 유저(User)에 할당된 월쉬 함수(Walsh Sequence)와 곱셈하는 제 1, 제 2 승산기(22,23)와, 상기 제 1 승산기(22)의 출력값을 누적시키는 제 1 누산기(24)와 상기 제 2 승산기(23)의 출력신호를 누적시키는 제 2 누산기(25)와, 상기 콤플렉스 디스프레더(21)의 출력신호로부터 파일롯(Pilot) 신호만을 추출해내는 제 1, 제 2 파일롯 필터부(26,27)와, 제 1 파일롯 필터부(26)의 출력신호와 상기 제 1 누산기(24)의 출력신호를 곱셈하는 제 3 승산기(28)와, 상기 제 2 파일롯 필터부(27)의 출력신호와 상기 제 2 누산기(25)의 출력신호를 곱셈하는 제 4 승산기(29)와, 상기 제 3 승산기(28)의 출력신호와 제 4 승산기(29)의 출력신호를 합산하여 핑거 심볼을 출력하는 합산기(30)로 구성된다.

이와 같이 각 핑거는 베이스 밴드로 변환된 APSK신호를 받아 특정 경로의 신호와 동기화된 신호가 콤플렉스 디스프레더(21)를 통해 역확산된 후, 유저에 할당된 월쉬 함수와 곱해져서 누적된다.

따라서 주어진 다중경로를 통해 들어온 수신신호중 특정 경로에 대해서 상호관계를 계산하게 되고 다른 경로에 대해서는 다른 핑거에서 상호관계를 계산한다. 즉, 각 핑거에서 역확산하기 위해서 사용된 역확산 신호를 특정 경로와 동기화함으로써 그 경로를 통해 들어온 신호에 대해서는 큰 상관값을 갖고, 다른 경로에 대해서는 작은 상관값을 갖도록 한다.

이러한 상관값은 각 경로에 따라 수신 신호의 세기가 다르고 또한 송신단과 수신단 사이에 캐리어 주파수(Carrier Frequency)의 오차나 채널상의 도플러 쉬프트에 의해 위상이 시간에 따라 변하게 된다.

이러한 진폭과(Amplitude)과 위상의 변화를 보상하기 위해서 사용되는 방법으로 송신단에서 일정한 파워(Power)의 파일롯을 보내게 되는데, 상기 파일롯은 데이터의 값이 변화없이 보내지므로 전송 채널상에서 생긴 위상과 진폭의 변화를 예측하는데 사용된다.

제 1, 제 2 파일롯 필터부(26,27)는 수신신호에서 파일롯 신호만을 추출해내는 것으로서 여기에서 얻어진 값을 인-패이즈 채널(in-phase channel)과 쿼드레쳐 채널(Quadrature channel)의 상관값과 인너 프로덕션(inner production)을 해서 BPSK 변조신호에 대한 채널상의 페이즈 로테이션(phase rotation)을 보상해줄 수 있다.

이러한 복조 방법을 코이어런트 디모듈레이션(Coherent demodulation)이라고 한다.

상기 각 핑거부들의 출력은 각 FIFO부에 입력되는데, 이것은 각 핑거부가 서로 다른 경로의 신호와 동기되어 있기 때문에 동일한 심볼에 대한 핑거부의 출력이 시간차를 갖고 나오게 되는 것을 의미한다. 따라서 시간차에 의한 딜레이를 보상해주기 위해서 FIFO부가 사용된다. FIFO부를 통해 딜레이가 보상된 복조 심볼은 합산기(13)에서 더해진다.

한편, 비터비 디코더(15)는 코딩된 신호를 디코딩하기 위해 사용되는데, 이는 채널상의 에러를 보상해주기 위해서 복조 심볼간에 서로 상관관계를 갖도록 채널 코딩해서 전송하기 때문이다. 상기 비터비 디코더(15)는 하드 디시젼(hard-decision)된 신호를 이용하는 것 보다 소프트 디시젼(soft decision)된 신호를 이용하였을 때 보다 좋은 에러 정정 효과를 얻을 수 있다.

소프트 디시젼(soft decision)된 신호는 비트를 많이 사용할수록 비터비 디코더(15)의 성능을 향상시키게 되는데 비트가 많이 사용될수록 하드웨어가 복잡해진다. 그러나 4비트 정도 사용하면 그 이상의 비트를 사용하는 것 보다 비슷한 성능을 보이게 되어 일반적으로 4비트의 소프트 디시젼된 신호를 비터비 디코더의 입력으로 사용한다.

이와 같은 종래 CDMA 수신장치에 있어서, 디버시티(diversity) 이득을 얻은 복조 심볼(demodulation symbol)은 4비트보다 훨씬 많은 비트를 사용하게 되므로 두 장치간의 비트 리솔루션(bit resolution)을 맞추어 주기 위해 세추레이션/트루케이션부(14)에서 이득을 조절해준다.

이 세추레이션/트루케이션부(14)는 여러가지의 컨트롤 값을 가질 수 있으며 CPU에서 이 값들을 조절한다.

그러나 상기와 같은 종래 CDMA 수신장치는 다음과 같은 문제점이 있었다.

이득을 조절하기 위해 변조율(modulation rate)에 따라 고정된 값을 CPU에서 제공하는데 즉, 변조율에 따라 고정된 이득에 의해 복조 심볼을 소프트 디시젼 심볼로 변환할 때 고정된 양자화 범위(Quantization range)를 사용하게 된다. 이는 복조 심볼의 에너지가 양자화 범위에 잘 일치되지 않을 경우에는 비터비 디코더의에러 정정 효과를 감소시키는 요인으로 작용한다.

일예로, 복조 에너지가 양자화 범위보다 클 때에는 많은 경우의 수가 세추레이션되는데, 이는 인접 심볼간의 상관관계를 이용하는 비터비 디코더의 성능을 감소시킨다. 반대로, 복조 에너지가 양자화 범위보다 작은 경우에는 너무 많은 비트들이 트루케이션(trucation)되어 마찬가지로 비터비 디코더의 에러 정정 성능이 감소된다.

따라서 복조 심볼의 에너지 크기와 상관없이 항상 동일한 비터비 디코더의 성능을 얻기 위해서는 양자화 범위를 복조 심볼의 에너지 크기에 따라 변화시킬 필요가 생긴다.

본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로, 레이크 리시버에서 출력된 복조 심볼을 비터비 디코더의 입력신호인 소프트 디시젼 심볼로 변화시킬 때 복조 에너지에 따른 최적화된 양자화 범위를 갖도록 이득을 적절하게 조절하는 CDMA 수신장치 및 그에 따른 다이나믹 레인지 조절방법을 제공하는데 그 목적이 있다.상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 CDMA 수신장치는 레이크 리시버와 비터비 디코더를 직렬로 연결한 CDMA 수신장치에 있어서, 수신된 신호를 각각 복조 심볼로 변환시키는 복수개의 핑거부들과, 상기 각각의 핑거부에서 출력된 복조 심볼간의 딜레이를 보상하는 복수개의 FIFO부들과, 상기 각 FIFO부에서 출력된 신호를 합산하는 합산기와, 상기 합산기의 출력신호를 입력하여 상기 복조 심볼의 통계적인 특성을 조사하여 복조 심볼의 크기와 무관하게 최적화된 양자화범위를 조절하는 것에 의해 복조 심볼을 소프트 디시젼 심볼로 변화하는 세추레이션/트루케이션부의 이득을 조절하는 자동이득 조절부와, 상기 자동이득 조절부에 의해 조절된 이득값에 의해 복조 심볼의 비트 리솔루션을 상기 비터비 디코더의 입력비트 리솔루션과 일치시켜 주는 세추레이션/트루케이션부를 포함하여 구성되고, 본 발명의 CDMA 수신장치에 따른 다이나믹 레인지 조절방법은 입력되는 복조 심볼 에너지의 절대값을 구하는 단계와, 일정 시간동안 상기 절대값들을 합산하여 복조 심볼의 평균 에너지값을 산출하는 단계와, 상기 평균 에너지값을 저대역 통과 필터를 이용하여 필터링하는 단계와, 상기 필터링된 값을 이용하여 최적화된 세추레이션/트루케이션부의 컨트롤값을 룩업-테이블에 저장하는 단계와, 상기 룩업-테이블에서 최적화된 이득값을 읽어내는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

도 1은 종래 기술에 따른 CDMA 수신장치의 구성블록도

도 2는 도 1의 부분적 상세도

도 3은 본 발명에 따른 CDMA 수신장치의 구성블록도

도 4는 도 3의 부분적 상세도

도 5는 본 발명에 따른 다이나믹 레인지 조절방법을 설명하기 위한 순서도

도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

31-1~31-N :핑거부 32-1~32-N : FIFO부

33 : 합산기 34 : 자동이득 조절부

35 : 세추레이션/트루케이션부 36 : 비터비 디코더

34a : 절대값 변환부 34b : 평균값 산출부

34c : 필터부 34d : 룩업-테이블

이하, 본 발명 CDMA 수신장치 및 그에 따른 다이나믹 레인지 조절방법을 첨부딘 도면을 참조하여 설명하기로 한다.

본 발명에 따른 CDMA 수신장치는 종래 CPU에서 이득을 조절하는 것 대신에 자동이득조정부를 별도로 구성한 것이다.

즉, 자동이득조절부를 구성하여 복조 심볼(demodulation symbol)의 에너지 크기에 따라 이득을 자동으로 조정해주는 것을 특징으로 한다.

이를 위해서 입력된 복조 심볼의 평균 에너지를 계산한 후, 이 평균 에너지값을 저대역 통과 필터를 이용하여 필터링함으로써 갑작스럽게 이득이 변동되는 것을 방지한다. 그리고 필터의 출력에 따른 미리 계산된 최적화된 이득값을 룩업 테이블(lookup table)에서 읽어내서 이득값으로 사용한다.

이를 보다 상세하게 설명하기로 한다.

도 3은 본 발명에 따른 무선통신기의 수신장치의 구성블록도이다.

도 3에 도시한 바와 같이, 수신된 신호를 각각 복조 심볼로 변환시키는 복수개의 핑거부(31-1,31-2,...,31-N)들과, 각 핑거부에서 출력된 복조 심볼간의 딜레이(Delay)차를 보정해주기 위한 복수개의 FIFO부(32-1,32-2,...32-N)들과, 각 FIFO부에서 출력된 신호를 합산하는 합산기(33)와, 합산기(33)에서 출력신호를 입력하여 상기 복조 심볼의 통계적인 특성을 조사하여 복조 심볼의 크기에 따라 최적화된 양자화 범위를 조절하여 복조 심볼을 소프트 디시젼 심볼로 변화하는 세추레이션/트루케이션부의 이득을 조절하는 자동이득 조절부(34)와, 상기 자동이득 조절부(34)에 의해 조절된 이득값에 의해 복조 심볼의 비트 리솔루션을 비터비 디코더(36)의 입력비트 리솔루션과 일치시켜 주는 세추레이션/트루케이션부(35)로 구성된다.

이와 같은 본 발명의 CDMA수신장치는 CPU에 의해 사용되는 변조율에 따른 고정된 이득값 대신 복조 심볼의 에너지 크기에 따라 세추레이션/트루케이션부(35)의 이득을 조절함으로써 비터비 디코더의 에러 정정 성능을 향상시킨다.

한편, 도 4는 본 발명의 CDMA 수신장치의 자동이득 조절부의 구성블록도이다.

도 4에 도시한 바와 같이, 입력되는 복조 심볼을 절대값으로 변환시키는 절대값 변환부(34a)와, 상기 일정시간 동안 절대값들을 합산하여 평균값을 계산하는평균값 산출부(34b)와, 갑작스런 이득 변화를 방지하기 위해 상기 평균값을 필터링하는 필터부(34c)와, 상기 필터부(34c)의 출력값에 따라 최적화된 세추레이션/트루케이션부의 컨트롤값을 발생시키는 룩업-테이블(34d)로 구성된다.

이와 같은 세추레이션/트루케이션부의 이득을 조절하는 자동이득 조절부의 동작을 설명하면 다음과 같다.

먼저, 입력되는 복조 심볼 에너지의 절대값을 구하는 단계(S401)과, 일정 시간구간동안 상기 절대값들을 합산하여 복조 심볼의 평균 에너지값을 산출하는 단계(S402)과, 상기 평균 에너지값을 저대역 통과 필터를 이용한 필터링을 통해 갑작스러운 이득 변동을 방지하는 단계(S403)과, 상기 필터링된 값을 이용하여 최적화된 세추레이션/트루케이션부의 컨트롤값을 발생하는 단계(S404)으로 이루어진다.

이와 같이, 본 발명의 CDMA 수신장치 및 그에 따른 이득조절방법은 CPU에서 이득을 조절하는 것 대신에 자동이득조정부를 별도로 구성하여 복조 심볼(demodulation symbol)의 에너지 크기에 따라 복조 심볼을 비터비 디코더의 입력신호인 소프트 디시젼 심볼로 바꾸어주는 세추레이션/트루케이션부의 이득을 자동으로 조정한다.

이를 위해서 입력된 복조 심볼의 평균 에너지를 계산한 후, 이 평균 에너지값을 저대역 통과 필터를 이용하여 필터링함으로써 갑작스럽게 이득이 변동되는 것을 방지하고, 필터의 출력에 따른 미리 계산된 최적화된 이득값을 룩업 테이블(lookup table)에서 읽어내서 이득값으로 사용한다.

이상 상술한 바와 같이, 본 발명의 CDMA 수신장치 및 그에 따른 다이나믹 레인지 조절방법은 다음과 같은 효과가 있다.

레이크 리시버와 비터비 디코더를 직렬로 연결하여 사용하는 경우, 레이크 리시버의 출력 비트 수를 비터비 디코더의 입력 비트 수와 동일하도록 조정함에 있어서 복조심볼의 통계적인 특성을 계산하여 최적의 양자화 범위를 갖도록 레이크 리시버의 출력 비트를 변화시켜 주므로써 복조 심볼의 에너지 크기와 무관한 비터비 디코더의 에러 정정 성능을 향상시킬 수 있다.

Claims (3)

1. 레이크 리시버와 비터비 디코더를 직렬로 연결한 CDMA 수신장치에 있어서,

   수신된 신호를 각각 복조 심볼로 변환시키는 복수개의 핑거부들과,

   상기 각각의 핑거부에서 출력된 복조 심볼간의 딜레이를 보상하는 복수개의 FIFO부들과,

   상기 각 FIFO부에서 출력된 신호를 합산하는 합산기와,

   상기 합산기의 출력신호를 입력하여 상기 복조 심볼의 통계적인 특성을 조사하여 복조 심볼의 크기와 무관하게 최적화된 양자화 범위를 조절하는 것에 의해 복조 심볼을 소프트 디시젼 심볼로 변환하는 세추레이션/트루케이션부의 이득을 조절하는 자동이득 조절부와,

   상기 자동이득 조절부에 의해 조절된 이득값에 의해 복조 심볼의 비트 리솔루션을 상기 비터비 디코더의 입력비트 리솔루션과 일치시켜 주는 세추레이션/트루케이션부 구성되는 것을 특징으로 하는 CDMA 수신장치.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 자동이득 조절부는 입력되는 복조 심볼을 절대값으로 변환시키는 절대값 변환부와,

   일정 시간동안 절대값들을 합산하여 평균값을 계산하는 평균값 산출부와,

   갑작스런 이득 변화를 방지하기 위해 상기 평균값을 필터링하는 필터부와,

   상기 필터부의 출력값에 따라 상기 세추레이션/트루케이션부의 컨트롤값을발생시키는 룩업-테이블로 구성되는 것을 특징으로 하는 CDMA 수신장치.
3. 입력되는 복조 심볼 에너지의 절대값을 구하는 단계와,

   일정 시간동안 상기 절대값들을 합산하여 복조 심볼의 평균 에너지값을 산출하는 단계와,

   상기 평균 에너지값을 저대역 통과 필터를 이용하여 필터링하는 단계와,

   상기 필터링된 값을 이용하여 최적화된 세추레이션/트루케이션부의 컨트롤값을 룩업-테이블에 저장하는 단계와;

   상기 룩업-테이블에서 최적화된 이득값을 읽어내는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 CDMA 수신장치에 따른 다이나믹 레인지 조절 방법.