KR100370422B1 - 이동통신 시스템의 채널 변화에 따른 최적 채널 추정 장치 및 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 이동통신 시스템, 특히 IMT 2000 시스템의 상향링크 W-CDMA 수신기에서 채널 변화에 따라 최적의 채널을 추정하여, 보다 안정된 최적의 코히어런트 검출(coherent detection)이 가능하도록 한 이동통신 시스템의 최적 채널 추정장치에 관한 것이다.

본 발명은 페이딩 채널의 상태(이동국의 이동속도에 따른 도플러 주파수의 변화)에 따라 채널 추정기에 웨이트될 파일럿 심볼의 길이를 가변적으로 정해주며 이때, 도플러 주파수가 작은 채널(느린 페이딩 채널)에서는 도플러 주파수가 큰 채널(빠른 페이딩 채널) 보다 많은 파일롯 심볼을 채널 추정기에서 웨이팅할 수 있도록 해주고, 도플러 주파수가 큰 채널 환경(빠른 페이딩 채널)에서는 도플러 주파수가 작은 채널(느린 페이딩 채널) 보다 적은 파일럿 심볼을 채널 추정기에서 웨이팅할 수 있도록 해줌으로써, 채널 환경에 따른 최적의 코히어런트 검출을 가능하게 하는 이동통신 시스템의 최적 채널 추정장치이다.

Description

이동통신 시스템의 채널 변화에 따른 최적 채널 추정 장치 및 방법{ADAPTIVE CHANNEL ESTIMATOR OF IMT 2000 UNDER VARYING RADIO CHANNEL ENVIRONMENT}

본 발명은 이동통신 시스템, 특히 IMT 2000 시스템의 상향링크 W-CDMA 수신기에서 채널 변화에 따라 최적의 채널을 추정하여, 보다 안정된 최적의 코히어런트 검출(coherent detection)이 가능하도록 한 이동통신 시스템의 최적 채널 추정 장치 및 방법에 관한 것이다.

특히 본 발명은 채널 환경의 변화에 따라 채널 추정기(channel estimator)의 웨이팅 심볼(weighting symbol) 수를 가변시키는 기법으로, 이동국의 속도에 따른 도플러 주파수(Doppler Frequence)의 변화에 대하여 적응적으로 채널 추정기에 웨이트될 파일럿 심볼의 길이를 정해줌으로써, 채널 환경에 따른 최적의 코히어런트 검출 성능을 확보할 수 있도록 한 이동통신 시스템의 최적 채널 추정 장치 및 방법에 관한 것이다.

IMT-2000 서비스는 초고속 정보통신망을 기반으로 유선망,무선망,위성망이 결합된 시스템을 통해, 인터넷, 영상전송 등 멀티미디어 통신서비스를 제공하는 차세대 종합통신 서비스로서, 전세계 동일 표준에 의한 하나의 단말기로 전세계 어디서나 사용이 가능한 글로벌 로밍(Global Roaming)을 구현하는 서비스이다.

따라서, IMT-2000 서비스는 개인 이동성, 단말 이동성, 서비스 이동성의 구현으로 하나의 단말기를 이용해서, 언제 어디서나 원하는 서비스를 받을수 있는 기능을 제공하며, 또한 멀티미디어 서비스의 광역화로, 기존의 음성 및 저속 데이터 통신 이외에 고속의 인터넷 접속, 영상회의 등의 멀티미디어 서비스 제공할 뿐만 아니라, 유선망, 무선망, 위성망의 통합기술로, 기존의 망을 모두 통합하여 수용하는 개념으로 고품질의 서비스 제공한다.

특히 W-CDMA(Wideband CDMA) 시스템은 높은 음성 품질을 가지고 이동성을 보장하며 PCS에 용응될 수 있다.

W-CDMA 시스템에서의 순방향 링크(Forward Link)에서 송신기는 음성 부호화기, 콘벌루션(Convolutional) 또는 터보 부호화기, 인터리버(Interleaver), 멀티플렉서(Multiplexer), 무선 주파수 변조기 등으로 구성되며, 수신기는 음성 복호화기, Viterbi 또는 터보 복호화기, 디인터리버(Deinterleaver), 레이크(Rake) 수신기, 무선 주파수 복조기로 구성된다.

순방향 링크(Forward Link)에서 기지국은 기지국내의 모든 단말기로 데이타를 전송하며 따라서 동기화가 필요하다. W-CDMA 시스템에서는 월쉬 직교 코드(Walsh Orthogonal Codes)를 사용하여 간섭이 생기지 않으며 PN 코드는 신호에지연이 생기더라도 상관성(Correlation)을 감소시켜 준다.

한편, 역방향 링크(Reverse Link)에서 송신기는 음성 부호화기, 콘벌루션(Convolutional) 또는 터보 부호화기, 인터리버(Interleaver), 멀티플렉서(Multiplexer), 무선 주파수 변조기로 구성되고, 수신기는 음성 복호화기, Viterbi 또는 터보 복호화기, 디인터리버(Deinterleaver), 간섭 해소 시스템(ICS:Interference Canceler System), 무선 주파수 복조기 등으로 구성된다.

송신 신호에서 에러가 연속적으로 발생할 확률을 감소시키기 위해 에러 패턴(Error Pattern)을 랜더마이즈(Randomize)하는 인터리버(Interleaver)가 사용되고, 수신기에서는 디인터러버(Deinterleaver)가 사용된다.

W-CDMA 시스템에서 대역 확산 방식은 DS(Direct Sequence) 방식이 사용되는데 주파수 사용 효율이 높고, 간섭에 강하며 페이딩(Fading)에 강하다는 장점이 있다. W-CDMA 시스템이 페이딩(Fading)에 강한 것은 전력제어(Power Control), 경로 다이버시티(Path Diversity), 에러 콘트롤(Error Control)에 기인한 것이며 ICS로 인하여 큰 용량을 가지게 된다. 또한 뛰어난 음성 코딩 방식으로 유선에 가까운 높은 음성 품질을 얻을 수 있다.

상기한 W-CDMA(IMT-2000) 시스템은 파일럿 심볼(pilot symbol)을 갖고 있어서 코히어런트 검출을 가능하게 한다. 코히어런트 검출을 함으로써 링크 용량을 보다 증가시킬 수 있다.

이동통신 시스템의 신호들은 송신기와 수신기 사이의 장애물에 의해서 전파가 반사와 굴절을 하게 되어 다중 경로 페이딩(fading) 영향을 받는데, 이러한 이동통신 환경(채널 환경)에서 파일럿 심볼은 페이딩 채널의 정보를 수신기에 전달해 준다. 이와같이 전달된 채널의 정보를 채널 추정기를 이용해서 코히어런트 검출을 가능하게 하는 것이다.

W-CDMA 시스템은 빠른 데이터 전송과 빠른 이동속도에 잘 견디도록 요구되고 있으므로 W-CDMA 시스템에 적용되는 채널 추정기는 빠른 페이딩 환경에서 잘 구동되어야 한다. 즉, W-CDMA의 채널 추정기가 늦은 페이딩에서 부터 빠른 페이딩 환경에 이르기 까지 넓은 영역의 도플러 주파수 영역에서 안정적으로 잘 구동되어져야 한다는 의미이다. 채널 추정기는 웨이티드 형태의 FIR필더(Weighted Finite Impulse Response Filter)로 구성되어 있다.

즉, 채널 추정기는 r(n)=sinc(2π×(1/iNc×n))(단, -iNc ≤n ≤iNc 일때, Nc는 한 슬롯당 심볼 수), r(n)=0 (나머지 경우); 의 웨이티드 FIR필터로 구성되어 있고, sinc 형태로 웨이트된 채널 추정기는 넓은 도플러 주파수 영역에서 안정적으로 잘 구동되는 추정기 이다.

도1은 sinc 형태로 웨이트된 상기 채널 추정기를 이용한 상향링크(역방향) W-CDMA 시스템의 수신기 구성을 나타낸 블록도이다.

상향 링크 DPCH(Dedicated Physical CHannel) 송신기는 DPDCH(Dedicated Physical Data CHannel)과 DPCCH(Dedicated Physical Control CHannel)이 다른 OVSF 코드로 I/Q 멀티플렉싱되어 전송하는데, DPCCH는 파일럿 심볼을 포함하고 있어서 코히어런트 검출이 가능하다.

상기 송신기로부터 전송되어 도1의 수신기로 수신되는 확산 신호(Receivedspread signal)는 DPDCH 필터(101)와 DPCCH 필터(102)에 입력된다. DPDCH 필터(101)는 수신된 신호에서 DPDCH에 매칭되어 수신 신호를 역확산시키고, DPCCH 필터(102)는 수신된 신호에서 DPCCH에 매칭되어 수신 신호를 역확산 시킨다.

DPCCH 필터(102)에서 출력된 역확산된 DPCCH 신호는 제1연산기(103)를 거쳐 역확산된 DPCCH 파일럿 심볼을 채널 추정기(104)에 입력한다. 채널 추정기(104)는 앞에서 설명한 바와같이 역확산된 DPCCH의 파일럿 심볼을 이용해서 채널을 추정하여 DPDCH를 코히어런트 검출한다.

즉, 채널 추정기(104)에서 추정된 정보를 제2연산기(105)에 제공하고, 제2연산기(105)는 지연기(101a)를 통해 입력되는 DPDCH 필터(101)의 역확산된 DPDCH신호와 채널 추정기(104)의 정보를 이용해서 DPDCH를 코히어런트 검출한다(여기서 지연기(101a)의 길이는 채널 추정에 의해 sinc 형태로 웨이트되어질 파일럿 심볼 길이의 반이다).

제2연산기(105)의 출력은 디인터리빙을 위한 전처리부(106)(figer)를 거쳐서 디인터리빙부(107)와 디코딩부(108)(Soft-decision Viterbi decoding)를 통해 데이터(data)로 복조 출력된다.

한편, 제1연산기(103)의 출력과 채널 추정기(104)의 출력은 제3연산기(109)를 통해 TPC 및 FBI로 복조 출력되고, 또한 제1연산기(103)의 출력은 지연기(103a)를 통해서 제4연산기(110)에서 상기 채널 추정기(104)의 출력과 연산되어 TFCI로 복조 출력된다.

상기한 바와같이 채널 추정기에 의해서 sinc 형태로 웨이트되어질 파일럿 심볼의 길이는 코히어런트 검출을 위한 채널 추정의 성능을 좌우한다. 그런데 채널 추정에 의해 sinc 형태로 웨이트시킬 파일럿 심볼의 길이 결정은 페이딩 채널 환경에 관계가 있다. 즉, 이동국의 이동 속도에 따라 적절한 파일럿 심볼을 결정해 주면 최적의 채널 추정기를 구성할 수 있다.

그러나, 종래에는 채널 추정기에 입력되어 웨이트되는 파일럿 심볼의 길이가 특정 채널 환경에 고정되어 있다. 즉, 이동국의 이동속도에 따른 도플러 주파수에 고정되어 있다. 따라서 채널이 느린 페이딩 채널에서 빠른 페이딩 채널로 변화(이동국의 이동속도가 늦은 속도에서 빠른 속도로 변화)하거나 또는 빠른 페이딩 채널에서 느린 페이딩 채널로 변화(이동국의 이동속도가 빠른 속도에서 느린 속도로 변화)하는 것과 같이 채널이 심하게 변하게 되면 적절한 코히어런트 검출 성능을 기대하기 어렵게 된다.

본 발명은 페이딩 채널의 상태(이동국의 이동속도에 따른 도플러 주파수의 변화)에 따라 채널 추정기에 웨이트될 파일럿 심볼의 길이를 가변적으로 정해줌으로써, 채널 환경에 따른 최적의 코히어런트 검출을 가능하게 하는 이동통신 시스템의 최적 채널 추정 장치 및 방법을 제안한다.

본 발명은 페이딩 채널의 상태(이동국의 이동속도에 따른 도플러 주파수의 변화)에 따라 채널 추정기에 웨이트될 파일럿 심볼의 길이를 가변적으로 정해줄 때, 도플러 주파수가 작은 채널(느린 페이딩 채널)에서는 도플러 주파수가 큰 채널(빠른 페이딩 채널) 보다 많은 파일롯 심볼을 채널 추정기에서 웨이팅할 수 있도록 해주고, 도플러 주파수가 큰 채널 환경(빠른 페이딩 채널)에서는 도플러 주파수가 작은 채널(느린 페이딩 채널) 보다 적은 파일럿 심볼을 채널 추정기에서 웨이팅할 수 있도록 해줌으로써, 채널 환경에 따른 최적의 코히어런트 검출을 가능하게 하는 이동통신 시스템의 최적 채널 추정 장치 및 방법를 제안한다.

도1은 종래의 상향링크 W-CDMA 시스템에서 수신기의 블록도

도2는 본 발명을 적용한 상향링크 W-CDMA 시스템에서 수신기의 블록도

본 발명의 이동통신 시스템의 최적 채널 추정장치는, 역확산된 DPCCH 신호에서 도플러 주파수를 추정하여 이동국의 이동속도에 대한 정보를 구하는 도플러 주파수 추정수단과, 상기 도플러 주파수 추정수단에서 출력된 페이딩 속도정보에 따라 채널 추정기에 적용될 파일롯 심볼길이를 결정하는 심볼길이 결정수단과, 상기 심볼길이 결정수단에 의해서 결정된 파일롯 심볼 길이를 이용하여 수신 신호의 채널 추정을 수행하는 채널 추정수단을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 이동통신 시스템의 채널 변화에 따른 최적 채널 추정장치이다.바람직하게, 상기 페이딩 추정수단은 역확산된 DPCCH 신호에서 도플러 주파수를 평가하여 이동국의 이동속도에 대한 정보를 구하는 도플러 주파수 추정수단인 것을 특징으로 한다.바람직하게, 상기 각각의 도플러 주파수 평가결과에 대하여 해당 파일롯 심볼 길이 정보를 테이블화하여 구비함으로써, 상기 심볼길이 결정수단이 상기 테이블을 참조하여 파일롯 심볼길이를 결정할 수 있도록 한 것을 특징으로 한다.본 발명에 따른 이동통신 시스템의 채널 변화에 따른 최적 채널 추정 방법은, 파일롯 심볼을 포함하는 채널을 이용하여 이동국의 속도 변환를 추정하는 단계와; 상기 추정된 속도 변화에 따라 채널 추정을 위한 파일롯 심볼 길이를 결정하는 단계와; 상기 결정된 파일롯 심볼 길이를 이용하여 채널 추정을 수행하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.바람직하게, 상기 이동국의 속도 변화는 도플러 주파수를 추정하여 결정하는 것을 특징으로 한다.

도2는 본 발명을 적용한 상향링크(역방향) W-CDMA 시스템의 수신기 구성을 나타낸 블록도이다.

송신기로부터 전송되어 도2의 수신기로 수신되는 확산 신호(Received spread signal)는 DPDCH 필터(101)와 DPCCH 필터(102)에 입력된다. DPDCH 필터(101)는 수신된 신호에서 DPDCH에 매칭되어 수신 신호를 역확산시키고, DPCCH 필터(102)는 수신된 신호에서 DPCCH에 매칭되어 수신 신호를 역확산 시킨다.

DPCCH 필터(102)에서 출력된 역확산된 DPCCH 신호는 제1연산기(103)를 거쳐 역확산된 DPCCH 파일럿 심볼을 채널 추정기(104)에 입력한다. 채널 추정기(104)는앞에서 설명한 바와같이 역확산된 DPCCH의 파일럿 심볼을 이용해서 채널을 추정하여 DPDCH를 코히어런트 검출하는데, 본 발명에서는 채널 추정기(104)에서 웨이팅 시킬 심볼의 길이를 채널 환경에 따라 적응적으로 가변하여 제공받게 된다.

이를 위하여 상기 DPCCH 필터(102)에서 출력된 역확산된 DPCCH 신호에 대하여 도플러 주파수 추정기(111)(Doppler Frequence Estimator) 및 심볼길이 결정기(112)(Symbol length decision)가 구비되었다.

도플러 주파수 추정기(111)는 수신 신호의 도플러 주파수를 평가하여 그때 그때 마다 변화하는 채널의 상태 즉, 이동국의 이동속도의 변화를 검출하고, 심볼길이 결정기(112)는 상기 도플러 추정기(111)에 의해서 판별된 채널의 상태 즉, 도플러 주파수에 알맞은 심볼길이를 결정하여 상기 채널 추정기(104)와 지연기(101a)(103a)에 보내준다.

여기서 심볼 길이를 결정하는 방법은 다음과 같다.

먼저, 도플러 주파수 추정기(111)에서 도플러 주파수를 평가하여, 도플러 주파수가 작은 채널, 즉 느린 페이딩 채널에서는 도플러 주파수가 큰 채널(빠른 페이딩 채널) 보다 많은 파일롯 심볼 길이를 결정해 준다. 이와같이 도플러 주파수가 작은 채널에서 보다 많은 파일롯 심볼을 채널 추정기(104)에서 웨이팅해야 보다 좋은 코히어런트 성능을 얻을 수 있다. 즉, 많은 수의 파일럿 심볼을 채널 추정기(104)에서 웨이팅하게 되면 채널 추정 에러를 줄일 수 있기 때문이다.

반면에, 도플러 주파수 추정기(111)에서 도플러 주파수를 평가하여, 도플러 주파수가 큰 채널, 즉 빠른 페이딩 채널에서는 도플러 주파수가 작은 채널(느린 페이딩 채널) 보다 작은 파일럿 심볼 길이를 결정해 준다. 이와같이 도플러 주파수가 큰 채널에서 보다 작은 파일럿 심볼 길이 채널 추정기(104)에서 웨이팅해야 보다 좋은 코히어런트 성능을 얻을 수 있다. 즉, 만약 빠른 페이딩 채널에서 많은 수의 심볼을 웨이팅하게 되면 코히어런트 검출하려는 지연시간이 길어져서 빠른 페이딩 환경에 효과적으로 대처하기 어렵기 때문에, 이 경우에는 보다 작은 수의 심볼을 웨이팅함으로써 코히어런트 검출하려는 지연시간을 짧게 가져가고, 이에 따라 빠른 페이딩 환경에서도 효과적으로 대처할 수 있게 되는 것이다.

위와같이 도플러 주파수에 따른 적절한 파일럿 심볼의 길이는 미리 정의될 수도 있는데, 많은 성능 테스트를 거쳐서 알맞은 길이를 결정해 두면 바람직하다.

즉, 테이블화 하여 저장해 두고 이 것을 심볼길이 결정기가 참조하여 심볼길이를 결정하는 방법이다.

예를 들어, 이동국의 이동속도가 60km/h 이하일 경우에는 80심볼을 웨이팅하는 것이 가장 좋은 성능을 갖고, 이동국의 이동속도가 60km/h 내지 100km/h 일 경우에는 40심볼을 웨이팅하는 것이 가장 좋은 성능을 갖고, 이동국의 속도가 120km/h 이상일 경우에는 20심볼을 웨이팅하는 것이 가장 좋은 성능을 갖는다고 가정하면, 도플러 주파수 추정기(111)에 의해서 결정된 도플러 주파수 값에 해당되는 최적의 성능을 갖는 파일럿 심볼의 길이(80,40,20 심볼)를 미리 상기 각 경우에 대하여 테이블화 해서 저장해 두고, 판별된 도플러 주파수에 적합한 파일럿 심볼 길이를 심볼길이 결정기(112)에서 상기 테이블을 참조하여 채널 추정기(104)에 알려줄 수 있다.

이렇게 하면 심볼길이의 결정을 보다 신속하고 또 효과적으로 수행할 수 있게 되며, 이 심볼길이에 따라 채널 추정기(104)에서 웨이팅을 주어 코히어런트 검출을 수행하면 된다.

따라서, 상기한 바와같이 심볼길이 결정기(112)에서 결정된 심볼의 길이정보를 채널 추정기(104)가 제공받고, 채널 추정기(104)는 결정된 파일럿 심볼 길이로 입력 신호를 sinc 형태로 웨이팅시키고, 지연기(101a,103a)는 심볼 길이 결정기(112)에서 결정된 심볼 길이의 반을 지연시키게 된다.

이와같이 페이딩 채널의 상태 즉, 이동국의 이동속도에 따른 도플러 주파수의 변화에 따라 적응적으로 가변되게 심볼길이를 지정해 줌으로써, 채널 환경에 따른 최적의 코히어런트 검출이 이루어질 수 있게 된다.

이후, 채널 추정기(104)에서 채널 환경에 따라 적응적으로 가변되는 심볼길이로 웨이팅시켜 추정된 채널정보를 제2연산기(105)에 제공하고, 제2연산기(105)는 지연기(101a)를 통해 입력되는 DPDCH 필터(101)의 역확산된 DPDCH신호와 채널 추정기(104)의 정보를 이용해서 DPDCH를 코히어런트 검출한다

제2연산기(105)의 출력은 디인터리빙을 위한 전처리부(106)(figer)를 거쳐서 디인터리빙부(107)와 디코딩부(108)(Soft-decision Viterbi decoding)를 통해 데이터(data)로 복조 출력된다.

한편, 제1연산기(103)의 출력과 채널 추정기(104)의 출력은 제3연산기(109)를 통해 TPC 및 FBI로 복조 출력되고, 또한 제1연산기(103)의 출력은 지연기(103a)를 통해서 제4연산기(110)에서 상기 채널 추정기(104)의 출력과 연산되어 TFCI로복조 출력된다.

앞에서 설명한 바와같이 본 발명에서는 도플러 주파수를 평가하여 채널 추정을 위한 심볼길이를 적응적으로 가변시켜 정해줌으로써, 변화하는 채널에 적절하게 대처할 수 있게 되고 최적의 코히어런트 성능을 얻을 수 있게 된다.

본 발명에 따르면, 도플러 주파수를 평가하여 채널 추정을 위한 심볼길이를 적응적으로 가변시켜주기 때문에, 변화하는 채널 환경에 적절하게 대처할 수 있게 되고, 변화하는 채널에 대해서 최적의 코히어런트 검출 성능을 얻을 수 있다.

또한 본 발명은 W-CDMA는 물론, 파일럿 심볼을 포함하고 있는 동기식 IMT 2000 시스템에도 적용하여 변화하는 채널에 대한 최적의 코히어런트 검출 성능을 얻을 수 있다.

Claims (5)

1. 이동국의 이동속도 변화에 대한 정보를 평가하는 페이딩 추정수단과, 상기 페이딩 추정수단에 의해서 평가된 이동국의 이동속도 변화에 따라 채널 추정수단에 적용될 파일롯 심볼길이를 결정하는 심볼길이 결정수단과, 상기 심볼길이 결정수단에 의해서 결정된 파일롯 심볼길이로 이용하여 수신 신호의 채널 추정을 수행하는 채널 추정수단을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 이동통신 시스템의 최적 채널 추정장치.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 페이딩 추정수단은 역확산된 DPCCH 신호에서 도플러 주파수를 평가하여 이동국의 이동속도에 대한 정보를 구하는 도플러 주파수 추정수단인 것을 특징으로 하는 이동통신 시스템의 최적 채널 추정장치.
3. 제 2 항에 있어서, 상기 각각의 도플러 주파수 평가결과에 대하여 해당 파일롯 심볼 길이 정보를 테이블화하여 구비함으로써, 상기 심볼길이 결정수단이 상기 테이블을 참조하여 파일롯 심볼길이를 결정할 수 있도록 한 것을 특징으로 하는 이동통신 시스템의 최적 채널 추정장치.
4. 파일롯 심볼을 포함하는 채널을 이용하여 이동국의 속도 변환를 추정하는 단계와;

   상기 추정된 속도 변화에 따라 채널 추정을 위한 파일롯 심볼 길이를 결정하는 단계와;

   상기 결정된 파일롯 심볼 길이를 이용하여 채널 추정을 수행하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 이동통신 시스템의 최적 채널 추정 방법.
5. 제 4항에 있어서,

   상기 이동국의 속도 변화는 도플러 주파수를 추정하여 결정하는 것을 특징으로 하는 이동통신 시스템의 최적 채널 추정 방법.