KR100575723B1

KR100575723B1 - 시분할 동기 코드 분할 방식의 채널 판단 방법

Info

Publication number: KR100575723B1
Application number: KR20030038546A
Authority: KR
Inventors: 장석일
Original assignee: 엘지전자 주식회사
Priority date: 2003-06-14
Filing date: 2003-06-14
Publication date: 2006-05-03
Also published as: CN100490365C; CN1574716A; JP3917990B2; JP2005006324A; EP1487165A1; US20040252793A1; KR20040107889A

Abstract

본 발명은 시분할 동기 코드 분할 방식(TD-SCDMA)에 관한 것으로, 특히 복잡도가 적은 단일 주기 상관기를 이용한 채널 판단기에 마스킹을 적용하여 추정 가능한 채널 탭수를 증가시켜서 수신기의 효율을 증가시킬 수 있는 시분할 동기 코드 분할 방식의 채널 판단 방법에 관한 것이다. 종래 TD-SCDMA에서 칩 레벨 조인트 채널 판단기(Chip Level Joint Channel Estimator)를 사용하게 될 경우 최대 채널 탭 수가 미드앰블 오프셋(W)으로 제한되는 문제점과 상기 미드앰블 오프셋보다 큰 채널 경로가 발생할 경우에는 조인트 채널 판독기에서 그 미드앰블 오프셋보다 큰 채널 경로를 복원할 수 없는 문제점이 있었다. 이와 같은 문제점을 감안한 본 발명은 미드앰블(midamble) 수열을 포함한 데이터를 수신하는 단계와, 상기 미드앰블 수열을 이용하여 최대 16 칩 지연(chip delay)까지 추정 채널 값을 계산하는 단계와, 상기 계산된 추정 채널 값 중 미드앰블 오프셋에 해당하는 추정 채널 값을 0으로 마스킹(masking)하는 단계와, 상기 마스킹된 추정 채널 값을 이용하여 상기 데이터를 디코딩하는 단계로 이루어짐으로써, 조인트 채널 판독기의 채널 탭수의 제한을 완화시키고, 성능과 복잡도에서 큰이득을 얻어 수신기의 효율을 증가시킬 수 있는 효과가 있다.

Description

시분할 동기 코드 분할 방식의 채널 판단 방법{METHOD FOR ESTIMATING CHANNEL OF TIME DIVISION SYNCHRONOUS CODE DIVISION MULTIPLE ACCESS}

도1은 일반적인 채널 판단기에 대한 모델을 도시한 블록도.

도2는 종래 기술에서 사용되는 미드앰블 수열과 그 수열을 이용한 상관값을 도시한 도.

도3은 본 발명 시분할 동기 코드 분할 방식의 채널 판단 방법에 대한 흐름을 도시한 순서도.

도4는 본 발명에서 사용되는 미드앰블 수열과 그 수열을 이용한 상관값을 도시한 도.

본 발명은 시분할 동기 코드 분할 방식(TD-SCDMA)에 관한 것으로, 특히 복잡도가 적은 단일 주기 상관기를 이용한 채널 판단기에 마스킹을 적용하여 추정 가능한 채널 탭수를 증가시켜서 수신기의 효율을 증가시킬 수 있는 시분할 동기 코드 분할 방식의 채널 판단 방법에 관한 것이다.

3세대(3G) 시분할 동기 코드 분할 방식(Time Division Synchronous Code Division Multiple Access : TD-SCDMA)에서 한 타임 슬롯(Time Slot)은 길이가 144 칩(Chip)이고, 주기가 128인 미드앰블(Midamble) 수열을 전송하고, 수신기에서는 상기 미드앰블 수열을 이용하여 채널 판단을 행하게 된다.

그리고, 각 코드에 할당되는 미드앰블 수열은 기본 미드앰블을 이동(shift)한 수열이다. 즉, 미드앰블 오프셋(offset)을 가진 미드앰블 수열이 각 채널에 할당된다. 그럼, 이하 미드앰블 수열과 그 미드앰블 수열을 이용한 채널 판단에 대한 내용을 설명한다.

TD-SCDMA에서 임의의 기본 미드앰블 수열은 수학식1과 같이 나타낼 수 있다.

총 128개의 기본 미드앰블 수열이 정의되어 있으며, 이러한 내용들은 3GPP TS 25.331의 Annex B.1에 자세히 명시되어 있다. 직교 위상 편이 변조(Quadrature Phase Shift Keying : QPSK)가 사용될 때 이진 기본 미드앰블(binary basic midamble) 수열은 수학식2와 같은 복소수 형태로 변환된다.

그리고, 각 코드에 할당되는 트레이닝(training) 수열을 얻기 위해서 이진 기본 미드앰블 수열인 m _p는 수학식3과 같은 크기까지 주기적으로 확장된다.

따라서 확장된 수열은 수학식4와 같이 나타낼 수 있다.

이 수열을 이용하여 k번째 사용자의 길이 L_m=144의 m ^(k) 수열은 수학식5와 같이 나타낼 수 있고, 각각의 원소 m_i ^(k)은 수열 m을 사용하여 수학식6과 같이 얻어진다.

이때 사용되는 사용자수 K와 미드앰블 오프셋인 W는 수학식7에 의해 결정된다.

또한, TD-SCDMA에서 사용하는 채널 판단 방법으로 기본 미드앰블의 좋은 자기상관 특성을 이용하여 성능을 극대화할 수 있는 최소면적 알고리즘(Least Square Algorithm)을 사용한다. 이러한 채널 판단 방법을 도1에 도시한 간단한 채널 판단 시스템 모델을 사용하여 설명하면 다음과 같다.

도1에 도시된 바와 같이, 미드앰블에 대한 수신 신호는 수학식8과 같이 나타낼 수 있다.

여기서, 복소수 채널 임펄스 응답 h는 [h_L,1,h_L,2]^T로 표현되며, n은 외부에서 입력된 잡음 샘플을 의미한다. 그리고, 각 채널에 대한 임펄스 응답은 수학식9와 같다.

또한, 각 채널의 미드앰블 시퀀스 행렬(midamble sequence matrix)을 수학식10과 같이 정의하면, 행렬 M은 수학식 11과 같이 나타낼 수 있다.

여기서, P는 기본 미드앰블 시퀀스의 주기를 나타내며, L은 가드 주기(Guard Period)로 정의된다.

그리고, 최소면적 알고리즘은 모든 채널에서 에러의 제곱을 최소화하는 채널 임펄스 응답을 찾는 알고리즘이므로, 추정된 채널 임펄스 응답은 최소면적 알고리즘에 의해 수학식12와 같이 표현될 수 있다.

이 결과는 채널 계수에 대한 최적의 추정이다.

또한, 기본 미드앰블 시퀀스는 좋은 주기적 자기 상관을 지니고 있다. 따라서, 최소면적 알고리즘에서 상관 행렬이라 할 수 있는 M^HM는 거의 대각선 행렬(diagonal matrix)에 가까운 형태가 된다. 이 성질을 이용하면, 최소면적 알고리즘으로부터 간단한 채널 추정이 가능하게 된다. 이상적으로 M^HM가 대각선 행렬이라고 하면, 채널 임펄스 응답은 수학식 13과 같이 간략화 된다.

이러한 특성을 갖는 미드앰블 수열과 각 채널의 임펄스 응답을 갖는 단일 주 기 상관기(single cyclic correlator)를 이용한 종래 TD-SCDMA의 채널 판단 방법에 대해 도1과 도2를 참고하여 설명한다.

도2a에 도시된 바와 같이, 각 채널에 할당된 미드앰블 수열은 기본 미드앰블 수열에서 미드앰블 오프셋(W)을 갖고 할당된다(M1, M2, M3..). 상기 각 채널에 할당된 미드앰블 수열을 수신기에서 수신하면, 수신기는 단일 주기 상관기를 이용하여 각 채널의 추정 채널 값, 즉 상관값을 계산한다.

이때, 상기 계산되는 상관값은 미드앰블 오프셋보다 작은 칩 지연(Chip Delay)까지 계산하고, 그 계산된 상관값을 이용하여 수신된 데이터를 디코딩하게 된다. 즉, 추정 채널 값은 상기 미드앰블 오프셋(W)에 의해 제한된다. 예를 들어, 수학식7에 도시된 바와 같이, 사용자수 K가 10이면, 미드앰블 오프셋은 12가 되고, 수신기에서 데이터를 디코딩하기 위해 0 칩부터 11칩까지의 추정 채널 값(상관값)을 사용하게 된다.

그러나, 상기에서 알 수 있듯이, 기본 미드앰블 수열은 각 사용자에 이동된 상태로 할당되고, 각 사용자의 수에 따라 미드앰블 오프셋(W)이 달라지게 된다. 따라서, 종래 TD-SCDMA에서 칩 레벨 조인트 채널 판단기(Chip Level Joint Channel Estimator)를 사용하게 될 경우 도2에 도시된 바와 같이 최대 채널 탭 수가 미드앰블 오프셋(W)으로 제한되고, 이는 실제 첫번째 사용자의 W만큼 이동된 수열이 다른 사용자의 수열과 매우 큰 상관값을 지니기 때문에 조인트 채널 판단기에서 역행렬을 구하는데 있어, 원하지 않는 값이 나오는 문제점이 있었다.

또한, 상기 미드앰블 오프셋보다 큰 채널 경로가 발생할 경우에는 조인트 채 널 판독기에서 그 미드앰블 오프셋보다 큰 채널 경로를 복원할 수 없는 문제점이 있었다.

따라서, 이와 같은 문제점을 감안한 본 발명은 단일 주기 상관기에서 최대 16 칩 지연까지 추정 채널 값을 계산하고, 그 계산된 추정 채널 값 중에서 미드앰블 오프셋에 해당하는 추정 채널 값을 0으로 마스킹(masking)함으로써, 조인트 채널 판독기의 채널 탭수의 제한을 완화시키고, 성능과 복잡도에서 큰이득을 얻어 수신기의 효율을 증가시킬 수 있는 시분할 동기 코드 분할 방식의 채널 판단 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은 미드앰블(midamble) 수열을 포함한 데이터를 수신하는 단계와, 상기 미드앰블 수열을 이용하여 최대 16 칩 지연(chip delay)까지 추정 채널 값을 계산하는 단계와, 상기 계산된 추정 채널 값 중 미드앰블 오프셋에 해당하는 추정 채널 값을 0으로 마스킹(masking)하는 단계와, 상기 마스킹된 추정 채널 값을 이용하여 상기 데이터를 디코딩하는 단계로 이루어진 것을 특징으로 한다.

상기 미드앰블 수열을 이용한 추정 채널 값의 계산은 단일 주기 상관기(Single Cyclic Correlator)에 의해 이루어진 것을 특징으로 한다.

상기와 같은 특징을 갖는 본 발명 시분할 동기 코드 분할 방식의 채널 판단 방법에 대한 바람직한 일 실시예를 첨부한 도면을 참고하여 설명한다.

TD-SCDMA에서는 기본적으로 16칩의 가드 주기(Guard Period)가 존재하고, 이론적으로 16칩 지연된 채널 경로도 복원할 수 있다. 본 발명은 간단한 채널 판독기(Channel Estimator)인 단일 주기 상관기(Single Cyclic Correlator)를 이용하여 미드앰블 오프셋(W)에 의해 제한되었던 채널 탭수를 증가시켜 수신기의 효율을 증가시키고자 한다.

여기서, 상기 단일 주기 상관기는 단순히 각 수열을 주기 상관기를 사용하여 채널 임펄스 응답을 얻는 방법으로, 조인트 채널 판독기보다 열화된 성능을 가지지만 미드앰블 오프셋보다 큰 채널 경로가 존재할 경우 단순한 마스킹을 통해 그 미드앰블 오프셋보다 큰 채널 경로의 신호들도 복원할 수 있으며, 상기 단일 주기 상관기에 대한 구성은 이 기술 분야에 종사하는 당업자라면 알 수 있는 기술사항이므로, 설명은 생략한다. 즉, 본 발명은 미드앰블 오프셋에 해당하는 임펄스 응답 값을 0으로 마스킹하여 그 미드앰블 오프셋에 해당하는 추정 채널 값을 0으로 만들고, 그 마스킹된 추정 채널 값(0 칩부터 15칩까지)을 이용하여 수신된 데이터를 디코딩한다.

그럼, 이하 단일 주기 상관기를 이용한 본 발명 시분할 동기 코드 분할 방식(TD-SCDMA)의 채널 판단 방법에 대한 동작을 설명한다.

도3은 본 발명 시분할 동기 코드 분할 방식의 채널 판단 방법에 대한 흐름을 도시한 순서도이다. 도시된 바와 같이, 각 채널에서 데이터를 수신하고, 그 수신한 데이터에서 미드앰블 수열을 검출하는 단계와, 상기 미드앰블 수열을 이용하여 최대 16 칩 지연까지 추정 채널 값을 계산하는 단계와, 상기 계산된 추정 채널 값 중 미드앰블 오프셋에 해당하는 추정 채널 값을 0으로 마스킹(masking)하는 단계와, 상기 마스킹된 추정 채널 값을 이용하여 데이터를 디코딩하는 단계로 이루어진다.

이때, 상기 미드앰블 수열을 이용한 추정 채널 값의 계산은 단일 주기 상관기에 의해 이루어진다.

이러한 단계로 이루어진 본 발명에 대한 동작을 도4를 참고하여 설명한다.

먼저, 수신기에서 각 채널을 통해 수신된 미드앰블 수열을 포함한 데이터를 수신하고, 그 수신한 데이터에 포함된 미드앰블 수열을 검출한다(S10).

이때, 수신된 미드앰블 수열은 도4a에 도시된 바와 같이 기본 미드앰블 수열에서 미드앰블 오프셋(W)만큼 이동된 미드앰블 수열이다(M1, M2, M3..).

그리고, 단일 주기 상관기에서 상기 미드앰블 수열을 입력받아 최대 16칩 지연까지 상관값, 즉, 추정 채널 값을 계산한다(S20). 이때, 계산된 추정 채널 값은 미드앰블 오프셋에 해당하는 W 칩 지연 상관값도 포함된다.

상기 최대 16칩 지연까지 추정 채널 값이 계산되면, 그 계산된 추정 채널 값 중에서 미드앰블 오프셋에 해당하는 추정 채널 값을 0으로 마스킹한다(S30). 종래 기술과 비교하여 조금 더 설명하면 다음과 같다. 예를 들어, 사용자수 K가 10인 경우, 수학식7을 이용하여 미드앰블 오프셋을 구하면

가 되어 종래 기술에서는 추정 채널 값을 0칩 지연부터 11칩 지연까지만 계산하여 수신된 데이터를 디코딩하였다. 반면, 본 발명에서는 단일 주기 상관기를 이용하여 최대 16칩 지연까지 계산하고, 미드앰블 오프셋인 12칩 지연에서의 상관값을 단순히 0으로 마스킹함으로써 12칩 지연 이상의 채널 임펄스 응답을 얻을 수 있다.

그럼, 수학식14와 같이 정의된 k번째 사용자의 채널 임펄스 응답 h ^k를 이용 하여 설명하면 다음과 같다.

단일 주기 상관기의 경우 수신 신호와 할당된 미드앰블 수열과의 주기적인 상관값이 채널 임펄스 응답이 된다. 이러한 경우 또 다른 사용자의 미드앰블은 k번째 사용자의 미드앰블 수열이 12만큼 이동 된 수열이므로, 즉, 미드앰블 오프셋이 12이므로 h₁₂ ^k 의 값은 매우 큰 값을 지니게 되고, 이 값은 각 미드앰블 수열의 할당에 의해 좋은 자기 상관 특성을 지니고 있으나, 매우 작은 상관값을 지녀야 한다. 즉, 미드앰블 오프셋에 해당하는 값인

의 채널 임펄스 응답 값을 0으로 마스킹하여 최대 16탭의 채널 임펄스 응답을 이용할 수 있다. 이러한 본 발명을 통해 계산된 상관값의 예를 도4b에 도시하였다. 도시된 바와 같이 미드앰블 오프셋에 해당하는 상관값은 0으로 마스킹된 것을 알 수 있다.

이렇게 미드앰블 오프셋이 0으로 마스킹 되면, 그 마스킹된 추정 채널 값 즉, 도4b에 도시된 상관값을 이용하여 수신된 데이터를 디코딩한다(S40).

상기에서 상세히 설명한 바와 같이 본 발명은 단일 주기 상관기에서 최대 16 칩 지연까지 추정 채널 값을 계산하고, 그 계산된 추정 채널 값 중에서 미드앰블 오프셋(W)에 해당하는 추정 채널 값을 0으로 마스킹(masking)함으로써, 조인트 채널 판독기의 채널 탭수의 제한을 완화시키고, 성능과 복잡도에서 큰이득을 얻어 수 신기의 효율을 증가시킬 수 있는 효과가 있다.

Claims

미드앰블(midamble) 수열을 포함한 데이터를 수신하는 단계와;

상기 미드앰블 수열을 이용하여 최대 16 칩 지연(chip delay)까지 추정 채널 값을 계산하는 단계와;

상기 계산된 추정 채널 값 중 미드앰블 오프셋(W)에 해당하는 추정 채널 값을 0으로 마스킹(masking)하는 단계와;

상기 마스킹된 추정 채널 값을 이용하여 상기 데이터를 디코딩하는 단계로 이루어진 것을 특징으로 하는 시분할 동기 코드 분할 방식의 채널 판단 방법.
제1항에 있어서, 상기 미드앰블 수열을 이용한 추정 채널 값의 계산은 단일 주기 상관기(Single Cyclic Correlator)에 의해 이루어진 것을 특징으로 하는 시분할 동기 코드 분할 방식의 채널 판단 방법.