KR100368794B1

KR100368794B1 - 여러반송파 직접수열 부호분할 다중접속 시스템에 알맞은적응 전송방법

Info

Publication number: KR100368794B1
Application number: KR10-2000-0079866A
Authority: KR
Inventors: 송익호; 이주미
Original assignee: 한국과학기술원
Priority date: 2000-12-21
Filing date: 2000-12-21
Publication date: 2003-01-24
Also published as: KR20020050667A

Abstract

본 발명은 여러반송파 직접수열 부호분할 다중접속 시스템에 알맞은 적응전송방법에 관한 것으로서, 더 상세하게는 여러반송파 직접수열 부호분할 다중접속 시스템에서 데이터 처리량을 가장 크게 하는 적응 시스템을 만드는 것이다.

종래 다른 여러반송파 직접수열 부호분할 다중접속 방식의 이동 통신은 반복부호를 쓰거나 채널 상태와 상관없이 부호율을 한 가지만 썼다.

그러나, 본 발명에서 제안한 적응시스템은 채널 상태에 따라 부호율을 바꿔 전송하기 때문에 같은 시간동안 더 많은 데이터를 전송할 수 있다.

그러므로, 여러반송파 직접수열 부호분할 다중접속에서 채널 상태에 따른 적응 전송 방법은 많은 데이터 처리량을 요구하는 미래의 이동 통신에 알맞은 효과가 있다.

Description

여러반송파 직접수열 부호분할 다중접속 시스템에 알맞은 적응 전송방법 {An adaptive transmission scheme for multicarrier DS/CDMA systems}

본 발명은 여러반송파 직접수열 부호분할 다중접속 시스템에 알맞은 적응 전송방법에 관한 것으로서, 더 상세하게는 여러반송파 직접수열 부호분할 다중접속 시스템에서 채널 상태를 바탕으로 데이터 처리량을 바꿔주는 적응 전송방법에 관한것이다.

이동하는 물체들의 무선 연결은 시간을 따라 바뀌는 여러길 감쇄로 특징지어지며 이것은 전송 품질이 시간을 따라 바뀌게 만든다.

이 때, 채널 상태 정보를 송신기에 알려 주면 채널을 좀 더 효율적으로 쓸 수 있다.

보기를 들어, 채널 상태가 좋으면 부호율을 높여 더 많은 정보를 보낼 수 있고, 채널 상태가 나쁠 때에는 전송 서비스 품질을 유지하려면 부호율을 낮춰야 한다.

문헌((A. J. Goldsmith, and S. -G. Chua, "Adaptive coded modulation for fading channels,"IEEE Trans. Commun., vol. 46, pp. 595-602, May 1998.),(J. -L. Gauvreau, C. L. Despins, J. Yang, and G. Y. Delisle, "Optimal coding rate of punctured convolutional codes in multiservice wireless cellular systems,"IEEE Trans. Vehicular Tech., vol. 48, pp. 115-125, January 1999.))의하면 수신기에서 주는 채널 정보를 바탕으로 송신기에서 부호율을 적응적으로 바꿔주는 얼개는 감쇄 채널에서 높은 처리량을 얻는데 쓸모 있다.

직접수열 부호분할 다중접속은 감쇄 강인성, 간섭 제한 능력, 다중접속 용량 때문에 흥미있는 다중접속 신호처리 방법이다.

문헌(S. Kondo and L. B. Milstein, "Performance of multicarrier DS CDMA systems,"IEEE Trans. Commun., vol. 44, pp. 238-246, February 1996.)에서는 반송파가 하나인 직접수열 부호분할 다중접속 시스템과 견줄만한 전체 대역폭을 갖는 반송파 M개로 반복 부호화한 여러반송파 직접수열 부호분할 다중접속 시스템을 제안하여, 이 시스템이 여러길 감쇄에 강인하면서 협대역 간섭을 효과적으로 줄인다는 것을 보였다.

이러한 여러반송파 시스템에서는 여러길 다양성이 주파수 다양성으로 바뀐다.

문헌(Y. H. Kim, J. M. Lee, I. Song, H. S. Yun, and S. C. Kim, "A convolutionally coded orthogonal multicarrier DS/CDMA system in time limited asynchronous channels,"Proc. 18th IEEE Mil. Comm. Confer. (MILCOM), pp. 35.1.1-35.1.5, Atlantic City, NJ, U.S.A., November 1999)에서는 여러반송파 시스템에 오류 정정 부호를 적용하면 그 성능이 반복 부호화 시스템의 성능보다 훨씬 좋음을 보였다.

이제까지의 다른 여러반송파 직접수열 부호분할 다중접속 방식의 이동통신은 반복부호를 쓰거나 채널 상태와 상관없이 한가지만 썼다.

서로 다른 비트 오류율을 필요로 하는 것은 부호율을 바꾸면서 적응적으로 오류를 정정하는 것을 뜻한다.

게다가 채널은 시간을 따라 바뀌고 쓸 수 있는 채널 정보도 충분한 것이 아니기 때문에 융통성 있는 채널 부호화와 적응 복호기가 필요하다.

본 발명은 상술한 필요에 의해 안출된 것으로서, 같은 시간동안 많은 데이터를 전송할 수 있고 부호율을 바꿈으로써 데이터의 종류와 채널의 상태에 따라 오류를 정정하는 능력을 제공하는 여러반송파 직접수열 부호분할 다중접속 시스템에 알맞은 적응 전송방법을 제공하고자 한다.

또한, 본 발명은 실제 시스템을 구현할 때 부호율에 따라 부호기와 복호기를 바꾸는 것이 아니라 그 바탕 얼개를 바꾸지 않고 여러 가지 부호율을 만들어내는 하나의 부호기와 복호기를 쓸 수 있는 여러반송파 직접수열 부호분할 다중접속 시스템에 알맞은 적응 전송방법을 제공하고자 한다.

도 1은 본 발명에 따른 적응 부호율 길쌈부호화 적응 여러반송파 직접수열 다중접속 시스템에서 쓰는이 k의 송신기 구성도이다.

도 2는 본 발명에 따른 적응 부호율 시스템의 모형도이다.

도 3은 본 발명에 따른 적응 부호율 길쌈부호화 적응 여러반송파 직접수열 다중접속 시스템에서 쓰는이 k의 수신기 구성도이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

10 : 송신기 12 : 부구 길쌈 부호기

20 : 채널 30 : 수신기

32 : 부구 길쌈 복호기 34 : 상관기

이하 본 발명을 첨부된 도면 도 1 내지 도 3을 참고로 하여 설명하면 다음과 같다.

본 발명에서 제안하는 여러반송파 직접수열 부호분할 다중접속 시스템에서 적응 전송의 송신기(10)를 도 1에서 보였다.

쓰는이 k의 정보 비트는 주기가 T_b이고 부호율 호환 구멍 뚫은 길쌈(줄여서 부구 길쌈이라 함: Rate Compatible Punctured Convolutional(RCPC) code) 부호기(12)를 통해 부호율 r로 부호화된다.

여기서, M을 부채널 수라 할 때, T_b와 부호화된 이진 심볼 주기 T_s사이의 관계식은 수학식 1과 같다.

부호화된 M 심볼들은 주파수 다양성을 얻고자 M 부채널에 배정된다.

이 심볼들은 주파수 다양성뿐만 아니라 시간 다양성도 얻고자 끼워 넣기를 거친 뒤, 칩 주기가인 서명 수열로 확산된다.

여기서, N은 부반송파로 변조된 직접수열 협대역 파형의 처리 이득이다.

길쌈 부호화 직교 여러반송파 시스템에서는 B_T를 전체 대역폭, B_S를 부채널 대역폭이라 두었을 때인 관계가 있다.

본 발명에서는 부채널 대역폭 B_S를(또는, 심볼 주기 T_S) 고정하였으므로 부호율 r이 바뀌면 수학식 1을 따라 T_b도 바뀐다.

쓰는이 k의 전송 신호는 수학식 2와 같다.

.

여기서, P는 한 부반송파의 전송 전력이고,는 끼워넣기 된 다음 m째 부채널에 배정된 k째 쓰는이의 j째 부호화 심볼이며,은 m째 부채널의 반송파 각주파수이다.

또, 부반송파의 확률 위상는 서로 독립이고 모두에서 고르게 퍼져있는 확률 변수이며,

이다.

수학식 3에서는을 그 값으로 하는 확산 칩이며, p(t)는에서 1이고 나머지 구간에서는 0인 사각 파형이다.

본 발명에서 따른 적응 부호율 시스템 모형은 도 2와 같다.

도 2는 본 발명에 따른 적응 부호율 시스템의 모형도이다.

k째 쓰는이의 정보 비트는 송신기(10)의 부구 길쌈 부호기에서 부호화되고, 출력 s_k(t)를 채널(20)로 내보내게 된다.

채널(20)에서 송신기(10) 출력이 인접한 부채널 간섭이나 같은 채널 안에서 다른 쓰는이로부터 받는 간섭 등에 영향을 받아 왜곡된다.

수신기(30)에서는 채널 출력인 r(t)이 역확산되고 수신기(30)의 부구 길쌈 복호기에서 복호된다.

이와 함께 신호 대 간섭과 잡음비를 추정한다.

이렇게 추정한 신호 대 간섭과 잡음비를 송신기(10)에 보내고 알맞은 서비스 품질을 유지하고자 이 채널(20) 정보를 바탕으로 부호율을 결정하게 된다.

채널(20)은 주파수 선택적 레일리 감쇄 채널이라 두고, 또 채널을 한 심볼주기안에서 바뀌지 않는다고 두었다.

한편 T를 채널의 최대 지연 확산이라 할 때 수학식 4를 만족시키도록 M을 골라 각 부채널들은 주파수 선택적이 아니라고 두었다.

그러면 쓰는이 k의 복소 부채널 응답은 수학식 5와 같이 모형화할 수 있다.

.

여기서는 감쇄 크기이고,는 m째 (m=1,2,...,M) 부채널의 확률 위상이다.

위상은 서로 독립이고, 모두에서 고르게 펴져있는 확률 변수들이다.

일반적으로 감쇄 크기는 상관이 있으나 시간 영역에서 부호화 심볼들이 정확히 끼워넣기 되면 서로 독립이고 똑같은 레일리 분포를 갖는 확률 변수라고 둘 수 있다.

뿐만 아니라 주파수 다양성과 시간 다양성을 함께 쓰기 때문에 반송파가 하나인 시스템과 견주어 볼 때 끼워넣기 크기를 줄일 수 있다.

본 발명에서는 데이터를 묶음 단위로 보낸다고 둔다.

이러한 묶음 단위 전송은 이동 통신 시스템의 전형적인 방법이다.

길이가 T_f인 한 묶음은 길이가 T_p인 머리와 길이가 T_d인 데이터 심볼 묶음으로 이루어져 있다.

즉, T_d=N_sT_s이고 T_p=N_pT_s이다.

여기서 N_s는 데이터 심볼수이고, N_p는 보통 8-10 심볼 정도이다.

머리부분은 안내(pilot) 심볼과 채널 상태와 부호율 정보로 이루어져 있다.

본 발명에서 제안한 여러반송파 직접수열 부호분할 다중접속 시스템에서 적응 전송 수신기(30)를 도 3에 도시한 바와 같다.

한 세포에는 쓰는이가 K명 있고 전력제어가 되어있다고 둔다.

그러면, 수신기(30)에서 받은 신호는 수학식 6과 같다.

.

여기서, 전송지연는 서로 독립이며 모두에서 고르게 펴져 있는 확률 변수들이고,도 서로 독립이며 모두에서 고르게 펴져 있는 확률변수들이다.

n(t)는 평균이 0이고 분산이 N_o/2인 덧셈꼴 흰빛 정규 잡음이다.

받은 신호는 부반송파마다 위상이 맞게 복조되고 쓰는이 서명 수열로 역확산된다.

반송파 차감계산(offset) 추정으로 위상이 맞도록 복조한다.

첫째 쓰는이를 바라는 쓰는이라 하고으로 둔다.

그러면, 바라는 쓰는이의 q째 부반송파 상관기(34) 출력은 수학식 7과 같다.

수학식 7에서부터는에서 쓰는이 표시 1과 상관기(34) 표시 0을 쓰지 않는다.

상관기(34) 출력 Y_q를 역끼워넣기 한 뒤 비터비 알고리즘을 쓰는 연판정 부구 길쌈 복호기(32)로 복호한다.

수학식 7로부터 나타난 상관기(34) 출력은 수학식 8과 같이 쓸 수 있다.

.

여기서 수학식 9는 바라는 신호이고, 수학식 10은 같은 부채널 안에서 다른 쓰는이에게 받는 간섭이며, 수학식 11은 가까이 있는 부채널 때문에 생기는 간섭이고, 수학식 12는 덧셈꼴 흰빛 정규잡음의 상관기(34) 출력이다.

.

수학식 10의 같은 채널 간섭인 U_q는 수학식 13으로 다시 쓸 수 있다.

.

여기서,이고와는 문헌(M. B. Pursley, "Performance evaluation for phase-coded spread-spectrum multiple-access communication - Part I: System analysis,"IEEE Trans. Commun., vol. 25, pp. 795-799, August 1977.)에서 정의된 연속 시간 부분 교차 상관 함수이다.

모두 서로 독립이고 분포가 같은 확률 변수들이므로는 평균이 0이고 상관이 없다.

다음라고 두자.

이때,는 서로 독립이고 모두 {0,1,2,...,N-1}에서 고르게 펴져 있는 확률 변수이고,는 서로 독립이고 모두에서 고르게 펴져 있는 확률 변수이다.

그러면, U_q의 분산은 수학식 14와 같다.

.

=.

여기서,라고 두었고,는 역시 문헌(M. B. Pursley, "Performance evaluation for phase-coded spread-spectrum multiple-access communication - Part I: System analysis,"IEEE Trans. Commun., vol. 25, pp. 795-799, August 1977.)에서 정의된 평균 간섭 매개변수로 수학식 15와 같이 쓸 수 있다.

.

수학식 16에서는 이산 비주기 교차 상관함수로 다음과 같이 쓸 수 있다.

이처럼의 분산은 수학식 17과 같다.

여기서,이다.

덧셈꼴 흰빛 정규잡음의 상관기(34) 출력 분산은,

이다.

상관기(34) 출력을 상수로 나누어도 성능은 바뀌지 않으므로 상관기(34) 출력을 수학식 19처럼 정규화할 수 있다.

.

여기서,

, (쓰는이를 뜻하는 첨자 생략).

I_q의 평균은 0이고 분산은,

이다.

이때 E_s=PT_s는 반송파 하나가 보내는 길쌈부호 심볼 에너지이다.

확산 수열로 확률 수열을 쓰고 K와 N이 매우 크면 중심 극한 정리에 따라 I_q는 정규 확률 변수라고 둘 수 있다.

수학식 22는 다음과 같이 다시 쓸 수 있다.

.

본 발명에서는 수학식 1에 따라 E_b=E_s/(r²M)가 된다.

이제,를 한 데이터 묶음에 해당하는 받은 부호어라고 두자.

여기서는 끼워넣기를 한 뒤에 시각이 j인 순간 q째 상관기(34) 출력이다.

또 W=1/T_d는 한 데이터 묶음에 들어 있는 부호 심볼 수이다.

모든 채널 정보(감쇄 크기와 모든 부채널의 잡음 분산)를 이상적으로 쓸 수 있으면 길 부호어의 최대 비슷함 복호 기준을 수학식 23과 같이 쓸 수 있다.

.

여기서,이고이다.

그러나 실제 시스템에서는 이상적인 채널 상태 정보를 쓸 수 없고, 데이터 묶음에 들어 있는 안내 신호를 써서 감쇄 크기와 같은 부분 채널 상태 정보를 믿을 만 하도록 추정할 수 있다.

따라서 부채널들의 잡음 분산이 크게 다르지 않으므로 수학식 24와 같이 복호 기준을 쓸 수 있다.

.

여기서, ^는 추정값을 뜻한다.

이제를 복호기에서를 추정한 값이라고 두자.

그러면 쓸 수 있는 채널 정보가 이상적()일 때, 수학식 25를 얻는다.

.

복호기에서 오류가 없다면는 0이 된다.

또한, 오류는가 작을 때 일어나므로 오류가 일어나면가 작아 이를 무시할 수 있다.

따라서 수학식 26의 결과를 얻게 된다.

.

이 식을 신호 대 간섭과 잡음비 추정에 의해 수학식 27로 쓸 수 있다.

다음은 부호율 적응을 알아본다.

수학식 27을 써서 신호 대 간섭과 잡음비를 추정한 값을 따라 부호율을 바꿔주는 문턱값 바탕 적응 시스템을 제안한다.

를 신호 대 간섭과 잡음비 문턱값이라 둔다.

이때,과사이에 부호율 R_j가 가장 높은 처리량을 갖도록 문턱값들을 선택한다.

여기서, Q는 가능한 부호율 수이다.

그러면, 송신기(10) 적응 얼개는 수학식 28과 같이 나타낼 수 있다.

이면 부호율 R_j를 고른다.

본 발명에서는 역궤환 지연 때문에 비트마다 부호율을 적응시키지 않고, 시간 간격 T_a마다 적응시킨다.

이때, T_a는 적어도 한 데이터 묶음을 전송할 만큼 길고 신호 대 간섭과 변화를 충분히 따라갈 만큼 짧다.

송신기(10)는마다 부호율을 적응시킬 수 있다.

송신기(10)가 신호 대 간섭과 잡음비 변화에 반응하는 속도는 신호 대 간섭과 잡음비 추정과 시스템의 역궤환 지연에 따른다.

이상에서 살펴본 바와 같이 본 발명에 의하면 여러반송파 직접수열 부호분할다중접속 시스템에서 데이터의 처리량을 크게 할 수 있는 적응시스템을 제안하여 간섭 잡음 크기에 따라 채널 부호율이 바뀌므로 바라는 통신 품질에서 데이터 처리량을 가장 크게 할 수 있다.

따라서 이동 통신에서 채널 효율을 높일 수 있고, 많은 데이터 처리량을 요구하는 멀티미디어 통신에 알맞은 방법이다.

본 발명을 바탕 기술로 기지국과 단말기에 쓰는 모뎀설계를 할 수 있다.

Claims

k째 쓰는이의 정보 비트는 송신기의 부구 길쌈 부호기에서 부호화되어 출력 s_k(t)를 채널로 내보내는 단계와,

수신기에서 채널 출력인 r(t)이 역확산되고 수신기의 부구 길쌈 복호기에서 복호되는 단계와,

상기 복호 단계와 함께 신호 대 간섭과 잡음비를 추정하는 단계와,

상기 추정한 신호 대 간섭과 잡음비를 송신기에 보내고 알맞은 서비스 품질을 유지하고자 채널 정보를 바탕으로 여러 가지 오류 정정 부호율을 결정하는 단계를 포함하는 여러반송파 직접수열 부호분할 다중접속 시스템에 알맞은 적응전송방법.
청구항 1에 있어서, 상기 여러 가지 오류 정보 부호율을,

M은 부채널 수, r은 부호율, T_b는 주기, T_s는 이진 심볼 주기일 때,

에 적용하는 것을 특징으로 하는 여러반송파 직접수열 부호분할 다중접속 시스템에 알맞은 적응전송방법.
청구항 1에 있어서, 상기 송신기의 적응 얼개는,

를 신호 대 간섭과 잡음비 문턱값이라 두고, Q는 가능한 부호율 수일 때,

이면 부호율 R_j를 고르는 것을 특징으로 하는 여러반송파 직접수열 부호분할 다중접속 시스템에 알맞은 적응전송방법.
청구항 3에 있어서, 상기 부호율을 시간 간격 T_a마다 적응시키고, T_a는 적어도 한 데이터 묶음을 전송할 만큼 길고 신호 대 간섭과 잡음비 변화를 따라갈 만큼 충분히 짧은 것을 특징으로 하는 여러반송파 직접수열 부호분할 다중접속 시스템에 알맞은 적응전송방법.
청구항 3에 있어서, 상기 송신기는,

시간 간격 T_a와 길이가 T_f인 경우마다 부호율을 적응시키고, 송신기가 신호 대 간섭과 잡음비 변화에 반응하는 속도는 신호 대 간섭과 잡음비 추정과 시스템의 역궤환 지연에 따름을 특징으로 하는 여러반송파 직접수열 부호분할 다중접속 시스템에 알맞은 적응전송방법.