KR100475384B1 - 레이크 수신기 및 그 신호 처리 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 레이크 수신기는 WCDMA 시스템 또는 CDMA시스템에 있어서, 송신단에서 전송된 각 경로의 신호를 추출하는 핑거와, 신호 대 간섭 잡음비를 최대화하기 위해 상기 각 핑거의 출력단에 곱해 주어야 할 웨이트 벡터를 계산하는 핑거 웨이트 계산부와, 상기 핑거 웨이트 계산부에서 계산된 웨이트 벡터를 상기 핑거의 출력단에 곱하는 웨이트 적용부를 포함하고 있으며,

본 발명에 따른 레이크 수신기의 신호 처리 방법은, 각 핑거에 특정 레벨 이상의 신호세기를 가지는 경로가 할당되는 단계와; 상기 각 핑거에서 수신된 신호가 역확산되는 단계와; 핑거 웨이트 계산부에 상기 각 핑거에서 역확산 후의 신호와 역확산 전의 신호가 동시에 핑거 수 만큼의 벡터 신호로 입력되어, 각 핑거의 출력단에 곱해주기 위한 웨이트 벡터가 계산되는 단계와; 상기 핑거 웨이트 계산부에서 계산된 웨이트 벡터를 상기 핑거의 출력단에 곱하는 단계;가 포함되는 것을 그 특징으로 한다.

이와 같은 본 발명에 의하면, 간섭 신호의 영향을 배제하여 원하는 신호를 보다 효율적으로 수신함으로써 신호 대 간섭 잡음비를 최대화할 수 있으며, 종래 시스템에 비해 동일 신호 대 잡음 비에서 비트에러비율(bit error rate)을 줄일 수 있어 통신 품질 향상에 기여할 수 있는 장점이 있다.

Description

레이크 수신기 및 그 신호 처리 방법{Rake receiver and signal processing method of the same}

본 발명은 레이크 수신기 및 그 신호 처리 방법에 관한 것으로, 특히 CDMA 시스템에서 원하는 사용자 신호의 멀티패스(Multi-path) 신호에 대한 영향을 줄이고 그 신호를 보다 효율적으로 수신하기 위해 적용하는 레이크 수신기 및 그 신호 처리 방법 관한 것이다.

부호분할 다중접속(CDMA : Code Division Multiple Access)시스템은 스펙트럼확산 통신방식을 사용하며, 이를 사용한 통신시스템에서는 다음과 같이 통신이 행하여 진다.

즉, 송신측의 통신장치는 우선 디지털화된 음성데이터나 화상데이터를 PSK 변조방식 등의 디지털 변조방식으로 변조한다. 다음으로, 이 변조된 송신데이터를 의사잡음부호(PN부호 : Pseudo Noise Code) 등의 확산부호를 이용하여, 광대역의 베이스 밴드 신호로 변환하고, 이 확산된 송신신호를 무선주파수의 신호로 변환하여 송신한다. 한편, 수신측의 통신장치는 수신된 무선주파신호에 대해 우선 송신측의 통신장치에서 사용한 확산부호와 동일한 부호를 이용하여 스펙트럼 역확산을 행한다. 그리고, 이 역확산후의 수신신호에 대해 PSK 복조방식 등의 디지털 복조방식에 의해 디지털 복조를 행하여 수신데이터를 재생한다.

이런 종류의 무선통신 시스템에서는 멀티 패스(Multi-Path)대책의 하나로서 레이크(Rake) 수신방식이 채용되고 있다. 즉, 무선통신 시스템에서는 송신측의 장치로부터 송신된 무선파가 수신측의 장치에 직접 도달하는 경우도 있다면, 빌딩이나 산에서 반사되어 도달하는 경우도 있는데, 이와 같이 1개의 무선파가 복수의 패스를 거쳐서 다를 지연시간으로 수신측 장치에 도달하면, 파형왜곡이 발생하게 된다. 이 현상을 멀티패스(Multi-Path)라 부르고 있다.

스펙트럼 통신방식에서는 1개의 안테나에서 수신된 지연 시간차가 있는 멀티패스 무선신호를 1확산 부호 길이(1칩 길이) 단위로 분리하는 것이 가능하다. 따라서, 멀티패스 신호를 복수의 복조기에 입력하고, 이들 복조기에 있어서 각각 패스에 대응하는 시간위상의 확산부호로 스펙트럼 역확산을 행하며, 복수 패스의 역확산후의 수신신호를 심볼 합성한 후, 수신데이터를 재생하는 수신방식을 채용하는데, 이 수신방식을 레이크 수신방식 이라 한다.

도 1은 종래의 CDMA시스템의 구성을 간략하게 나타내는 블록도이다.

현재 상용중인 대부분의 CDMA(Code Division Multiple Access)시스템은 도 1에 도시된 바와 같이 멀티 패스를 줄이기 위해 핑거(1) 등으로 이루어진 레이크 수신기(2)를 사용하는 단일 사용자 신호 검출 방식을 채택하고 있기 때문에 같은 시스템에 속한 다른 사용자의 신호 및 다른 경로에 발생하는 신호들은 간섭 잡음으로 처리된다. 따라서, 같은 주파수를 공유하는 다른 사용자의 수가 증가하면 다중 접속 간섭 잡음 및 멀티 패스 신호들에 의한 간섭이 증가되어 수신 신호의 비트 에러율이 증가되므로 시스템의 성능이 저하된다. 그러므로, 현재의 CDMA시스템은 기지국에 속한 사용자의 수를 제한함으로써 시스템의 성능을 일정 수준이상으로 유지시켜 왔다.

또한, 향후의 IMT-2000(International Mobile Telecommunication-2000)에서는 영상 서비스 등의 멀티미디어 서비스를 제공해야 되기 때문에 수신신호의 비트 에러율이 더욱 감소하여야 하고, 이를 충족시키기 위해서는 한 기지국에 서비스되는 사용자의 수는 더욱 제한될 것으로 예상된다.

최근에 다른 사용자에 의한 다중 접속 간섭을 줄여 시스템의 성능을 향상시키려는 간섭 제거에 대한 연구가 활발히 진행 중인데, 이 중에서도 NTT, GBT등에서 IMT-2000 시스템의 표준으로 복수 사용자 신호 검출 방식을 제안하고 있다. 복수 사용자 신호 검출 방식은 단일 사용자 신호 검출 방식에서 간섭 잡음으로 처리되었던 다른 사용자에 의한 신호를 추정하여 재생하고, 이를 수신한 신호에서 제거함으로써 다중 접속 간섭을 줄여 시스템의 용량과 성능을 향상시킨다.

그러나, 이는 다중 사용자의 수에 따라 복잡도가 지수적으로 증가하므로 실제 구현에서 많은 어려움이 있다.

본 발명은 상기와 같은 여건을 감안하여 창출된 것으로서, CDMA시스템의 레이크 수신기에 있어서 각 핑거에, 레이크 수신기의 출력단에서의 신호 대 간섭 잡음비를 최대로 하는 웨이트 벡터를 곱하여 원하는 신호를 다른 간섭 신호의 영향을 배제하며 수신할 수 있도록 하는 레이크 수신기 및 그 신호 처리 방법을 제공함에 그 목적이 있다.

상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 레이크 수신기는, 송신단에서 전송된 각 경로의 신호를 추출하는 핑거와, 신호 대 간섭 잡음비를 최대화하기 위해 상기 각 핑거의 출력단에 곱해 주어야 할 웨이트 벡터를 계산하는 핑거 웨이트 계산부와, 상기 핑거 웨이트 계산부에서 계산된 웨이트 벡터를 상기 핑거의 출력단에 곱하는 웨이트 적용부를 포함하는 것을 그 특징으로 한다.

또한, 상기 핑거에는 수신되는 신호에 할당된 타이밍을 유지하고 동기를 맞추기 위한 지연동기루프가 포함되는 것을 그 특징으로 한다.

또한, 상기 핑거에 전용물리채널 디스크램블러, 전용물리제어채널 역확산기가 더 포함되는 것을 그 특징으로 한다.

또한, 상기 웨이트 적용부에 전용물리데이터채널 역확산기, 역확산된 상기 전용물리제어채널 합산기, 역확산된 상기 전용물리데이터채널 합산기가 더 포함되는 것을 그 특징으로 한다.

또한, 상기 핑거 웨이트 계산부는 상기 핑거에서의 역확산 전의 신호와 역확산 후의 신호 각각의 자기상관 행렬을 이용하여 웨이트 벡터를 계산하는 것을 그 특징으로 한다.

또한, 상기 핑거 웨이트 계산부는 상기 핑거에서의 역확산 후의 신호만을 이용하여 원하는 신호 성분만 존재하는 자기상관 행렬에 의해 웨이트 벡터를 계산하는 것을 그 특징으로 한다.

본 발명에 따른 레이크 수신기의 신호 처리 방법은, 각 핑거에 특정 레벨 이상의 신호세기를 가지는 경로가 할당되는 단계와; 상기 각 핑거에서 수신된 신호가 역확산되는 단계와; 핑거 웨이트 계산부에 상기 각 핑거에서 역확산 후의 신호와 역확산 전의 신호가 동시에 핑거 수 만큼의 벡터 신호로 입력되어, 각 핑거의 출력단에 곱해주기 위한 웨이트 벡터가 계산되는 단계와; 상기 핑거 웨이트 계산부에서 계산된 웨이트 벡터를 상기 핑거의 출력단에 곱하는 단계; 가 포함되는 것을 그 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 또 다른 레이크 수신기의 신호 처리 방법은, 각 핑거에 특정 레벨 이상의 신호세기를 가지는 경로가 할당되는 단계와; 상기 각 핑거에서 수신된 신호가 역확산되는 단계와; 핑거 웨이트 계산부에 상기 각 핑거에서 역확산 후의 신호가 핑거 수 만큼의 벡터 신호로 입력되어, 각 핑거의 출력단에 곱해주기 위한 웨이트 벡터가 계산되는 단계와; 상기 핑거 웨이트 계산부에서 계산된 웨이트 벡터를 상기 핑거의 출력단에 곱하는 단계;가 포함되는 것을 그 특징으로 한다.

이와 같은 본 발명에 의하면, 간섭 신호의 영향을 배제하며 원하는 신호를 보다 효율적으로 수신함으로써 신호 대 간섭 잡음비를 최대화할 수 있으며, 종래 시스템에 비해 동일 신호 대 잡음 비에서 비트에러비율(bit error rate)을 줄일 수 있어 통신 품질 향상에 기여할 수 있는 장점이 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 실시예를 상세히 설명한다.

도 2는 본 발명이 적용되기 위한 WCDMA 시스템 채널의 구조를 나타내는 도면이다.

도 2를 참조하여 본 발명이 적용되기 위한 WCDMA 시스템 채널의 구조를 설명하면 다음과 같다.

단말기로부터 기지국으로의 역방향 채널 중 전용물리채널(DPCH : Dedicated Physical Channel)(200)은 10ms 길이의 15개의 슬롯(slot)(0~14)(205)으로 구성되고, 상기 각각의 슬롯(205)은 전용물리데이터채널(DPDCH : Dedicated Physical Data CHannel)(210)과 전용물리제어채널(DPCCH : Dedicated Physical Control CHannel)(220)로 구성되어 있다.

여기서, 상기 DPCCH(220)은 채널 정보를 추정하기 위한 파일롯(pilot)(222) 심볼(symbol)들과 역방향 채널의 확산인자(SF : Spreading Factor) 정보 등을 포함하고 있는 프레임 병합정보(TFCI : Transport Format Combination Indicator)(224), 단말기가 Transmit Diversity 등을 위한 정보를 실어 나르는 feedback 신호인 피드백 정보(FBI : Feed Back Information)(226), 전력제어(power control)정보를 포함하고 있는 전력제어비트(TPC : Transmit Power Control)(228) 등으로 구성되어 있고, DPDCH(210)는 실질적인 사용자의 data(212)가 실리는 채널이다.

또한, 상기 DPDCH(220)는 실제 사용자 정보가 매핑되는 부분으로서, 각기 다른 트랜스포트채널을 이용하여 물리계층으로 전송된 사용자정보와 제어정보는 DPCH(200)의 DPDCH(210) 부분에 매핑되어 이동국으로 전송된다.

도 3는 본 발명의 실시예에 의한 레이크 수신기가 채용된 WCDMA시스템의 구성을 나타내는 블록도이다.

도 3를 참조하여 본 발명에 의한 레이크 수신기가 채용된 WCDMA시스템의 구성을 설명하면 다음과 같다.

단, 본 발명은 광대역 부호분할 다중접속(WCDMA : Wideband Code Division Multiple Access)시스템을 근간으로 하여 구성하였으나, 일반적인 CDMA시스템에 그대로 적용할 수 있다.

본 발명에 의한 레이크 수신기가 채용된 WCDMA시스템은, 정합 필터(Rx filter)(340), 탐색기(Searcher)(350), 레이크(Rake) 수신기(300) 등으로 구성되어 있다.

상기 탐색기(350)는 송신단에서 scrambling 및 확산(spreading)을 통해 전송한 신호를 descrambling 및 역확산(dispreading)을 한 후, 시간 대 별로 수신 한 신호 중 가장 큰 값이 나오는 시점들을 파악하여 수신단의 레이크 수신기(300) 내부에 있는 핑거(310)의 수대로 그 시점들을 찾아서 각 핑거(310)에 각 시점들을 할당하는 역할을 한다.

또한, 상기 레이크 수신기(300)는 할당된 타이밍(timing)을 유지하고 동기를 맞추기 위한 지연동기루프(Delay Lock Loop)(312), 전용물리채널 디스크램블러(DPCH descrambler)(314), 전용물리제어채널 역확산기(DPCCH despreader)(318)가 포함된 핑거(310)와; 레이크 수신기(300)의 출력단에서 신호 대 간섭 잡음비를 최대화 하기 위해 상기 각 핑거(310)의 출력단에 곱해 주어야 할 웨이트 벡터를 계산하는 핑거 웨이트 계산부(330)와; 전용물리데이터채널 역확산기(DPDCH despreader)(324), 역확산된 DPCCH를 더하는 DPCCH 합산기(322), 역확산된 DPDCH를 더하는 DPDCH 합산기(326)가 포함되어 계산된 상기 웨이트 벡터를 각 핑거(310)의 출력단에 곱하는 웨이트 적용부(320)를 포함하여 구성된다.

본 발명에서는 N개의 핑거(310)를 가진 레이크 수신기(300)를 고려한다.

본 발명은 종래의 코드 분할 다중 접속 시스템에서 N개의 핑거(310)를 사용하는 시스템을 가정할 경우, 각 핑거(310)의 출력단에 적당한 웨이트 벡터를 곱하여 원하는 신호를 다른 간섭 신호의 영향을 배제하며 수신할 수 있도록 한 것이다.

여기서 상기 핑거 웨이트 계산부(330)에서 계산되는 상기 웨이트 벡터는 다음과 같이 구해 진다.

송신측의 통신장치에서 사용한 확산코드와 동일한 코드를 이용하여 역확산(despreading)하는 것, 즉 미리 알고 있는 코드로 역확산 하는 것 전의 각 안테나에서 수신된 신호들을 벡터로 구성한 신호 벡터를 x 라고 하고, 각 안테나에서 미리 알고 있는 코드로 역확산 한 후의 신호들을 벡터로 구성한 신호 벡터를 y라고 한다.

이 때 벡터 x 의 자기 상관 행렬을 라고 하고 벡터 y 의 자기 상관 행렬을 라고 하면 각 핑거의 출력단에 곱해 주어야 할 복소 이득으로 구성된 웨이트 벡터, w 를 구하는 식은 다음과 같이 generalized eigenvalue problem이 된다.

수학식 1이 유도되기 까지의 과정을 좀 더 자세히 설명하면 다음과 같다.

통신 시스템이 원하는 신호 대 간섭 및 잡음의 비를 최대화하는 것이 목표라면 N개의 핑거로 구성된 CDMA(코드 분할 다중 접속)시스템도 그 목적은 동일하다.

각 핑거의 출력단에 적당한 웨이트를 곱해서 원하는 신호를 좀 더 효율적으로 수신하기 위한 코드 분할 다중 접속 시스템에서 각 핑거의 출력단에 적당한 웨이트를 곱하여 합산한 합산기(combiner)의 출력단에서의 신호 대 간섭 잡음비를 최대화하는 각 핑거의 출력단에 곱하여 주어야 할 웨이트 벡터는 다음과 같이 구할 수 있다.

이 식에서 s[n]은 원하는 신호원의 신호 벡터를, u[n]dms 간섭 및 잡음 성분이 포함된 신호벡터를 나타낸다.

계산하여 구한 각 핑거의 출력단에 곱하여 줄 웨이트 벡터를 각 핑거의 출력단에 곱한 후 합산기에서 합산한 출력단에서 신호 대 간섭 잡음비를 최대화 하기 위해서는, 위의 식과 같이 각 핑거의 출력단에 곱하여 주어야 할 웨이트 벡터와 원하는 신호원의 신호 벡터와의 내적 값을 웨이트 벡터와 간섭 및 잡음 신호원의 신호 벡터와의 내적값으로 나눈 값을 최대화 하면 된다.

왜냐하면 이 값이 합산기의 출력단에서의 신호 대 간섭 잡음비 값이기 때문이다.

수학식 2는 다음과 같이 다시 쓸 수 있다.

여기서 는 원하는 신호원의 신호 벡터의 자기 상관 행렬을 나타내고 는 간섭 및 잡음 성분 신호 벡터의 자기 상관 행렬을 각각 나타낸다.

수학식 3으로부터 최적의 웨이트 벡터는 다음과 같이 R_ss와 R_uu로 표현되는 두 자기 상관 행렬의 최대 고유치에 해당하는 고유 벡터를 구하는 문제가 된다.

여기서 max는 최대 고유치를 나타내고 다음과 같이 다시 쓸 수 있다.

즉 수학식 5 에서 주어지는 최대 고유치를 구하면 그것이 신호 대 간섭 잡음비를 최대화 하는 것이 되고, 이는 그 최대 고유치에 해당하는 고유 벡터를 구하는 것이 신호 대 간섭 잡음비를 최대화 하는 각 핑거의 출력단에 곱하여 주어야 할 웨이트 벡터를 구하는 것이 된다.

여기서 신호 벡터 s[n]과 간섭 및 잡음 벡터 u[n] 을 분리하는 것이 쉬운 일이 아니기 때문에 다음과 같이 신호 대 간섭 잡음비를 구하는 방법을 달리할 수 있다.

즉, 신호 대 간섭 잡음비를 CDMA(코드 분할 다중 접속)시스템의 성질을 이용하여 채널화 코드(channelization code)로 역확산 하기 전의 신호 벡터 x[l]과 역확산한 후의 신호 벡터 y[n]을 가지고 구하도록 한다.

이 때 역확산 전의 신호 벡터의 자기 상관 행렬과 역확산 후의 신호 벡터의 자기 상관 행렬을 다음과 같이 쓸 수 있다.

수학식 6으로부터 와 로 쓸 수 있고 신호 대 간섭 잡음비를 구하는 함수를 와 같이 다시 쓰면 다음과 같은 절차로 를 최대화 하는 것이 결국 신호 대 간섭 잡음비를 최대화 하는 문제가 된다.

여기서 이므로 를 최대화 하는 문제가 G > 1 라면 를 최대화 하는 것과 같은 문제가 된다. CDMA 시스템에서는 항상 G > 1 이기 때문에 이 성질은 항상 만족한다고 할 수 있다.

결국 신호 대 간섭 잡음비를 최대화 하는 각 핑거의 출력단에 곱하여 주어야 할 웨이트 벡터를 구하는 문제가 다음과 같이 현실적인 방법으로 바뀔 수 있다.

따라서 수학식 8의 일반화된 고유치 문제는 다음과 같이 다시 쓸 수 있다.

또한, 본 발명에 적용되는 웨이트 벡터는 상기의 방법 이외에도 다음과 같은 방법으로 구해질 수 있다.

단, 이하에서는 WCDMA 시스템을 가정하여 설명하고 있으나, 이는 CDMA 시스템에서도 적용 가능하다.

즉, 신호성분과 간섭 신호 성분을 분해하여 원하는 신호 성분만 존재하는 신호 벡터 v 와 간섭 신호 성분만 존재하는 신호 벡터 u 를 통해 원하는 신호 성분만 존재하는 자기 상관 행렬과 간섭 신호 성분만 존재하는 자기 상관 행렬을 구성 다음과 같은 행렬식을 구성하여 웨이트 벡터를 계산할 수도 있다.

이것은 간섭 신호 성분과 원하는 신호 성분을 분리하는 것으로, 역확산된 DPCCH 신호에서는 원하는 신호 성분은 이미 원하는 신호의 코드로 역확산 되었기 때문에 해당 코드로 역확산된 신호를 처리 이득 구간에서 합산하면 원하는 신호를 얻어 낼 수 있고, 역확산 하기 전의 신호에서 이렇게 추정된 원하는 신호원의 값을 차감하면 간섭 신호원의 성분을 얻어 낼 수 있는 것이다.

따라서, 원하는 신호 성분 벡터와 간섭 신호 성분 벡터를 이렇게 각각 추정하여 이것으로 각각 자기 상관 행렬을 구하면 원하는 신호원의 자기 상관 행렬과 간섭 신호 성분의 자기 상관 행렬을 구할 수 있게 되고 이것을 이용하여 각 핑거의 출력단에 곱해주어야 할 웨이트 벡터를 구할 수 있다.

이 행렬식의 와 는 각각 수학식 3의 와 에 해당한다고 할 수 있다. 이 방법은 다만 와 를 구하는 방법 만이 다른 것이므로 두 행렬을 추정하는 부분만을 제외하면 전체 시스템을 도 3에 나타난 시스템을 그대로 사용 가능하다고 할 수 있다.

따라서 원하는 신호원의 자기 상관 행렬을 구하는 방법과 간섭 신호 성분의 자기 상관 행렬을 구하는 방법이 달라진 것 외에 기본적인 신호 처리 방법은 도3과 동일하다고 할 수 있다.

각 핑거에 곱해주는 웨이트 벡터를 구하는 또 다른 방법도 고려해 볼 수 있다.

도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 의한 레이크 수신기가 채용된 WCDMA 시스템의 구성을 나타내는 블록도이며, 이를 통해 본 발명에 의한 또 다른 웨이트 벡터를 구하는 방법을 설명하면 다음과 같다.

각 핑거의 출력단에 곱해주어야 할 웨이트 벡터를 계산하는 데 있어 웨이트 벡터 계산시 각 안테나에서 역확산된 DPCCH 신호와 DPCCH를 역확산 하기 전 descrambling만 된 신호를 이용하는 방법 외에 역확산된 DPCCH 신호 벡터, y 만을 이용하여 원하는 신호 성분만 존재하는 자기 상관 행렬을 구성, 다음과 같은 행렬식을 구성하여 웨이트 벡터를 계산할 수도 있다.

이렇게 역확산 전의 신호 또는 간섭 성분을 구하지 않고 단순히 원하는 신호로만 구성된 신호 벡터만을 이용하는 것이 가능한 것은 DPCCH의 경우 spreading factor가 256으로 높은 값으로 고정되어 있어서 간섭 신호 성분을 추정하지 않고도 충분히 각 핑거에 곱해줄 웨이트 벡터를 구해서 신호 처리를 실시하는데 문제가 없을 것이라는 추측 때문이다.

단, 이 경우는 DPCCH 역확산 전의 신호를 이용하지 않기 때문에 도 3에 도시된 시스템과는 핑거 웨이트 계산부(330, 430)에서 차이가 있으나, 이는 DPCCH 역확산 전의 신호를 이용하지 않는 것 외에 기본적인 신호 처리 방법은 도 3과 동일하다고 할 수 있으므로, 상기 핑거 웨이트 계산부 외에는 도 3의 구조와 일치한다.

본 발명에 의한 WCDMA 시스템에서의 레이크 수신기의 신호 처리 방법을 도 3을 참조하여 그 처리 순서대로 설명하면 다음과 같다.

단, 본 발명의 WCDMA 시스템의 신호 처리는 앞에서 설명한 DPCH(200) 처리를 중점적으로 전개하도록 하며, 또한 이하에서 WCDMA 시스템을 가정하여 설명하고 있으나, 이는 CDMA 시스템에서도 적용 가능한 것이다.

우선 각 안테나에서 정합 필터(340)를 통과한 신호는 탐색기(350)를 통과한다. 송신단에서 전송된 신호가 이동 채널 환경을 거치면서 여러 경로로 분산되어 다중 경로 신호가 되는데 탐색기(350)에서는 이 다중 경로 신호의 도착 시간차를, WCDMA 시스템에서 사용하는 code 특성을 이용하여 분리하도록 한다.

또한, 본 발명의 핑거(310)는 기존 CDMA 시스템의 시간처리만을 수행하는 핑거와 구조는 동일하며, 각 핑거는 다음과 같이 신호 처리를 실시한다.

일단 탐색기(350)에서 각 경로의 신호의 세기를 측정하고, 각 핑거(310)에 특정 레벨 이상의 신호 세기를 가지는 경로를 할당하면 각 핑거(310)에서는 우선 DPCH(200)에 대해 Descrambling을 실시하고 아울러 DPCCH(220) 및 DPDCH(210) code도 곱하여 역확산(despreading)을 실시한다.

이 때 주의할 것은 DPDCH(210)의 확산인자(SF : Spreading Factor) 및 DPDCH(210) 역확산에 필요한 정보를 포함하고 있는 DPCCH(220)의 TFCI(224) 부분은 DPCCH(220) 1 프레임(frame)을 모두 수신하여 암호화된 것을 풀어낸 후에야 알 수 있기 때문에 DPDCH(210)는 DPCCH(220)한 프레임을 역확산하여 TFCI(224) 정보를 얻어내기 전까지는 버퍼(316) 등의 메모리에 저장하고 있어야 한다.

이와 달리 DPCCH(220)는 항상 그 확산인자(SF : Spreading Factor)가 256으로 고정되어 있고 또 채널화 코드(channelization code)도 미리 알려져 있기 때문에 DPCCH(220)는 DPDCH(210)와 달리 1 frame을 저장할 필요없이 역확산할 수 있다. 이에 비해 역방향 채널의 DPDCH(210)의 확산인자(SF : Spreading Factor)는 프레임(frame) 단위로 변할 수 있도록 유동적인 것이 특징이다.

따라서, 역확산된 DPDCH(210)를 각 핑거(310)에 곱해주어야 할 웨이트 벡터에 사용하기 위해서는 전체 시스템의 한 프레임동안의 시간지연이 불가피하고 이렇게 되면 10ms의 시간 지연이, DPDCH(210)를 이용한 각 핑거(310)의 출력단에 곱해 주어야 할 웨이트 벡터를 계산하는 핑거(310) 웨이트 벡터 계산기 안에서 일어날 수 밖에 없다.

본 발명에서는 이런 점을 감안하여 DPCCH(220) 의 신호를 이용하여 각 핑거(310)의 출력단에 곱해줄 웨이트 벡터를 구하도록 한다. 즉 항상 SF가 256으로 고정되어 있어서 별도의 버퍼없이 바로 역확산한 신호를 구할 수 있는 DPCCH(220)를 이용해서 각 핑거(310)의 출력단에 곱해줄 웨이트 벡터를 계산하고 이 웨이트 벡터를 DPCCH(220) 및 DPDCH(210)에 공히 적용하도록 한 것이다.

도 2에서 확인할 수 있는 바와 같이 레이크 수신기의 핑거 웨이트 계산부에는 각 핑거(310)에서 역확산된 DPCCH(220) 신호와 DPCCH(220)를 역확산 하기 전 descrambling만 된 신호가 동시에 핑거 수 만큼의 벡터 신호로 입력되어 각 핑거(310)의 출력단에 곱해 주기 위한 웨이트 벡터를 계산하도록 한다.

상기 핑거 웨이트 계산부에서의 핑거(310)의 출력단에 곱해주기 위한 웨이트를 계산하는 알고리즘은, 각 핑거(310) 에서의 DPCCH(220)를 역확산 하기 전의 신호를 벡터로 구성한 x 와 각 핑거(310)에서의 DPCCH(220)를 역확산 한 후의 신호를 벡터로 구성한 y 를 이용하여 각 신호 벡터의 자기 상관 행렬을 추정하여 두개의 행렬로 구성된 행렬식의 최대 고유치에 해당하는 최대 고유벡터를 구하여 그 고유벡터의 각 성분을 그 순서대로 각 핑거(310)의 출력단에 곱해줄 웨이트로 삼아 실시하도록 한다. 이 때 적용되는 행렬식을 다음과 같이 쓸 수 있다.

수학식 9에서 웨이트 벡터 w 를 구하는 방법은 상기에서 언급한 바와 같이 여러 가지가 있는데 그 중 하나를 이용한 것이다. 물론 이 때 사용하는 수식은 동일하지만 각 행렬을 구성하기 위한 입력 신호가 사용하는 시스템에 따라 달라지기 때문에 각 핑거(310)의 출력단에 적절한 웨이트 벡터를 곱하는 구조의 레이크 수신기를 위한 모뎀 구조도 달라져야 한다.

본 발명은 WCDMA 시스템을 대상으로 식(11)을 적용하여 각 핑거(310)의 출력단에 곱해주어야 할 웨이트 벡터를 구한다. 아울러 DPCCH(220) 신호를 역확산 하기 전의 신호와 역확산 한 신호를 이용하여 각 핑거(310)의 출력단에 곱해주기 위한 웨이트 벡터를 구하고 그 웨이트 벡터를 DPCCH(220) 및 DPDCH(210)에 모두 적용하도록 한다.

그리고, DPCCH(220)에서 구한 각 핑거(310)의 출력단에 곱해주어야 할 웨이트 벡터를 DPDCH(210)에서 심볼 레벨에서 곱하여 신호 처리를 실시하려면 다음과 같이 DPDCH(210) 신호 처리를 실시하여야 한다.

DPCCH(220) 역확산 전의 신호와 역확산 후의 신호를 이용하여 각 핑거(310)의 출력단에 곱해주어야 할 웨이트 벡터를 구하는 동안 DPDCH(210)는 버퍼(316) 등의 메모리에 데이터를 저장하여야 하며, 이것은 DPCCH(220) 한 프레임이 다 역확산될 때까지 계속된다.

일단 DPCCH(220)에서 웨이트 벡터가 구해지면 그 웨이트를 (물론 한 프레임용 웨이트 벡터 갱신값들) 이 버퍼에 저장된 한 프레임의 DPDCH(210) 데이터에도 동일하게 적용하여 신호 처리를 실시한다.

이것은 한 프레임 동안의 DPCCH(220) 웨이트 벡터를 다 구한 후에 일어나는 일로, 웨이트 벡터 갱신을 심볼 단위로 하느냐 혹은 슬롯 단위로 하느냐 혹은 또 다른 단위로 하느냐에 따라 웨이트 벡터 값도 저장하고 있어야 한다.

또한, DPCCH(220) 역확산 전의 신호와 역확산 후의 신호를 이용하여 각 핑거(310)의 출력단에 곱해주어야 할 웨이트 벡터를 구하는 동안 DPDCH(210)를 저장하지 않고, DPCCH(220)를 이용하여 구한 웨이트 벡터를 역확산 되지 않은 DPDCH(210)에 바로 곱한 후, 나중에 DPCCH(220) 한 프레임이 다 역확산되고, DPDCH(210)를 역확산하기 위한 정보를 얻은 후에 DPDCH(210)를 역확산할 수 도 있을 것이다.

물론 DPCCH(220) 신호를 1 frame 다 수신하면 DPDCH(210) 역확산을 위해 TFCI 를 해독하여 그 해독된 TFCI 정보를 이용하여 DPDCH(210)를 실제로 역확산 하도록 한다. 이 역확산된 값에 DPCCH(220) 한 프레임을 통해 구한 웨이트 벡터들을 갱신 주기에 맞게 각 핑거(310)에 곱하여 신호 처리를 실시하는 것이다.

즉, DPCCH(220)는 계속 역확산 하면서 각 핑거(310)의 출력단에 곱해주어야 할 웨이트 벡터를 계속 갱신화되어, 기본적으로 한 프레임을 처리 단위로 하여 한 프레임동안의 DPCCH(220)에서 구한 웨이트 벡터 저장값과 한 프레임동안의 DPDCH(210) 데이터 저장값을 한 프레임 동안 구한 웨이트 벡터들의 갱신값 중에 웨이트 벡터 갱신 주기에 맞게 DPDCH(210) 데이터 저장값들과의 내적을 통해 DPDCH(210) 신호 처리를 실시하게 되는 것이다.

이렇게 하면 DPDCH(210) 역확산 정보를 포함하고 있는 DPCCH(220)를 먼저 간섭을 배제하고 원하는 신호를 보다 효율적으로 수신한 후, DPDCH(210) 를 역확산 할 수 있어서 DPCCH(220)와 DPDCH(210)의 웨이트 벡터를 DPCCH(220) 및 DPDCH(210) 신호를 각각 사용하여 별도로 구하는 것 보다 나은 성능을 기대할 수 있다.

아울러 DPCCH(220)와 DPDCH(210)를 각각 자신의 채널을 이용해서 각 핑거(310)의 출력단에 곱하여야 할 웨이트 벡터를 구하여 레이크 수신을 실시하면 DPCCH(220)의 신호를 이용해 DPCCH(220) 및 DPDCH(210)를 위한 웨이트 벡터를 구하는 것보다 약간의 시간 지연이 더 필요하다.

이것은 DPDCH(210)는 DPCCH(220)를 모두 수신한 다음 TFCI를 디코딩(decoding) 하고서야 역확산이 가능하기 때문에, 그 때부터 DPDCH(210)를 위한 웨이트 벡터를 계산할 수 있어 미리 DPCCH(220)를 통해 웨이트 벡터가 계산되어 있는 경우보다 시간지연이 다소 더 있게 되는 것이다.

이상의 설명에서와 같이 본 발명에 따른 레이크 수신기 및 그 신호 처리 방법에 의하면, 간섭 신호의 영향을 배제하며 원하는 신호를 보다 효율적으로 수신함으로써 신호 대 간섭 잡음비를 최대화할 수 있는 장점이 있다.

또한, 종래 시스템에 비해 동일 신호 대 잡음 비에서 비트에러비율(bit error rate)을 줄일 수 있어 통신 품질 향상에 기여할 수 있다.

도 1은 종래의 CDMA시스템의 구성을 간략하게 나타내는 블록도.

도 2는 본 발명을 적용하기 위한 WCDMA 시스템 채널의 구조를 나타내는 도면.

도 3는 본 발명의 실시예 의한 레이크 수신기가 채용된 WCDMA시스템의 구성을 나타내는 블록도.

도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 의한 레이크 수신기가 채용된 WCDMA 시스템의 구성을 나타내는 블록도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

200 : 전용물리채널(DPCH) 205 : 슬롯(slot)

210 : 전용물리데이터채널(DPDCH) 212 : 데이터(data)

220 : 전용물리제어채널(DPCCH) 222 : 파일롯(pilot)

224 : 프레임병합정보(TFCI) 226 : 피드백 정보(FBI)

228 : 전력제어비트(TPC)

300 : 레이크 수신기 310 : 핑거(finger)

312 : 지연동기루프(DLL) 314 : 전용물리채널 디스크램블러

316 : 버퍼(Buffer) 318 : 전용물리제어채널 역확산기

320 : 웨이트 적용부 322 : 전용물리제어채널 합산기

324 : 전용물리데이터채널 역확산기 326 : 전용물리데이터채널 합산기

330, 430 : 핑거웨이트 계산부 340 : 정합 필터(Rx filter)

350 : 탐색기(searcher)

Claims (10)

1. 송신단에서 전송된 각 경로의 신호를 추출하는 핑거와,

   신호 대 간섭 잡음비를 최대화하기 위해 상기 각 핑거의 출력단에 곱해 주어야 할 웨이트 벡터를 계산하는 핑거 웨이트 계산부와,

   상기 핑거 웨이트 계산부에서 계산된 웨이트 벡터를 상기 핑거의 출력단에 곱하는 웨이트 적용부를 포함하여 구성되며,

   상기 웨이트 벡터는 원하는 신호원에 대한 신호 벡터의 자기상관 행렬 및 간섭/ 잡음 성분에 대한 신호 벡터의 자기상관 행렬의 최대 고유치에 해당하는 최대 고유 벡터임을 특징으로 하는 레이크 수신기.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 핑거에는 수신되는 신호에 할당된 타이밍을 유지하고 동기를 맞추기 위한 지연동기루프가 포함되는 것을 특징으로 하는 레이크 수신기.
3. 제 1항에 있어서,

   상기 핑거에 전용물리채널 디스크램블러, 전용물리제어채널 역확산기가 더 포함되는 것을 특징으로 하는 레이크 수신가.
4. 제 1항에 있어서,

   상기 웨이트 적용부에 전용물리데이터채널 역확산기, 역확산된 상기 전용물리제어채널 합산기, 역확산된 상기 전용물리데이터채널 합산기가 더 포함되는 것을 특징으로 하는 레이크 수신기.
5. 제 1항에 있어서,

   상기 핑거 웨이트 계산부는 상기 핑거에서의 전용물리제어채널(DPCCH)을 역확산하기 전의 신호에 대한 자기상관 행렬 및 역확산 후의 신호에 대한 자기상관 행렬의 최대 고유치에 해당하는 최대 고유벡터을 구하여 웨이트 벡터를 계산하는 것을 특징으로 하는 레이크 수신기.
6. 제 1항에 있어서,

   상기 핑거 웨이트 계산부는 상기 핑거에서의 전용물리제어채널(DPCCH)을 역확산한 후의 신호만을 이용하여 원하는 신호 성분만 존재하는 자기상관 행렬에 의해 웨이트 벡터를 계산하는 것을 특징으로 하는 레이크 수신기.
7. 각 핑거에 특정 레벨 이상의 신호세기를 가지는 경로가 할당되는 단계와;

   상기 각 핑거에서 수신된 신호가 역확산되는 단계;

   핑거 웨이트 계산부에 상기 각 핑거에서 전용물리제어채널(DPCCH)을 역확산하기 전의 신호와 역환산한 후의 신호가 동시에 핑거 수 만큼의 벡터 신호로 입력되어, 각 핑거의 출력단에 곱해주기 위한 웨이트 벡터가 계산되는 단계와;

   상기 핑거 웨이트 계산부에서 계산된 웨이트 벡터를 상기 핑거의 출력단에 곱하는 단계;

   가 포함되는 것을 특징으로 하는 레이크 수신기의 신호 처리 방법.
8. 제 7항에 있어서,

   상기 각 핑거의 출력단에 곱해주기 위한 웨이트 벡터가 계산되는 단계는, 상기 핑거에서의 전용물리제어채널(DPCCH)을 역확산하기 전의 신호와 역확산한 후의 신호 이용하여 각 신호의 자기 상관 행렬이 추정되는 단계와;

   상기 추정된 두개의 행렬로 구성된 행렬식의 최대 고유치에 해당하는 최대 고유벡터를 구하는 단계와;

   상기 고유벡터의 각 성분을 그 순서대로 각 핑거의 출력단에 곱해줄 웨이트 벡터로 구하는 단계;

   가 더 포함되는 것을 특징으로 하는 레이크 수신기의 신호 처리 방법.
9. 각 핑거에 특정 레벨 이상의 신호세기를 가지는 경로가 할당되는 단계와;

   상기 각 핑거에서 수신된 신호가 역확산되는 단계와;

   핑거 웨이트 계산부에 상기 각 핑거에서 전용물리제어채널(DPCCH)을 역확산한 후의 신호가 핑거 수 만큼의 벡터 신호로 입력되어, 각 핑거의 출력단에 곱해주기 위한 웨이트 벡터가 계산되는 단계와;

   상기 핑거 웨이트 계산부에서 계산된 웨이트 벡터를 상기 핑거의 출력단에 곱하는 단계;

   가 포함되는 것을 특징으로 하는 레이크 수신기의 신호 처리 방법.
10. 제 9항에 있어서,

    상기 각 핑거의 출력단에 곱해주기 위한 웨이트 벡터가 계산되는 단계는, 상기 핑거에서의 전용물리제어채널(DPCCH)을 역확산한 후의 신호 이용하여 신호의 자기 상관 행렬이 추정되는 단계와;

    상기 추정된 행렬로 구성된 행렬식의 최대 고유치에 해당하는 최대 고유벡터를 구하는 단계와;

    상기 고유벡터의 각 성분을 그 순서대로 각 핑거의 출력단에 곱해줄 웨이트 벡터로 구하는 단계;

    가 포함되는 것을 특징으로 하는 레이크 수신기의 신호 처리 방법.