KR100580950B1 - 다중 레벨 변조 방식 무선통신 시스템의 심볼 표준화 장치및 방법 - Google Patents

Abstract

1. 청구범위에 기재된 발명이 속한 기술분야

본 발명은 코드분할다중접속 무선통신 시스템의 수신기 구조에 관한 것으로서, 특히 다중 레벨 변조방식에 대한 복조 방법과 관련한 심볼 표준화 방법 및 장치에 관한 것이다.

2. 발명이 해결하려고 하는 기술적 과제

코드분할다중접속 무선통신 시스템의 수신기에서 심볼 결합기의 출력 심볼에 대한 오버플로우를 방지하고, 다이내믹 레인지를 최대한 이용할 수 있도록 하여 수신 성능을 향상시킬 수 있도록 한다.

3. 발명의 해결방법의 요지

데이터 채널과 파일럿 채널의 전송 파워 비율, 각 수신 다중 경로에 대한 채널 예측값, 채널 예측기의 프로세싱 이득, 데이터 채널의 역환산 프로세싱 이득을 이용하여 표준화 계수를 구한 후, 심볼 결합기의 출력 심볼에 상기 표준화 계수를 곱함으로써 다이내믹 레인지를 최대한 이용할 수 있도록 한다.

4. 발명의 중요한 용도

다중 레벨 변조 방식을 지원하는 코드분할다중접속 무선통신 시스템의 기지국 또는 이동 단말기의 수신기에 사용됨.

CDMA, multi-level modulation, QAM, normalization

Description

다중 레벨 변조 방식 무선통신 시스템의 심볼 표준화 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR NORMALIZING SYMBOLS IN WIRELESS COMMUNICATION SYSTEMS EMPLOYING MULTI-LEVEL MODULATION SCHEMES }

도 1은 16QAM 변조방식의 성좌(constellation) 이다.

도 2는 코드분할다중접속 통신 시스템의 일반적인 송신단 블록 구성도이다.

도 3은 일반적인 레이크 수신기의 블록 구성도이다.

도 4는 일반적인 레이크 수신기의 핑거 블록 구성도이다.

도 5는 본 발명을 적용한 레이크 수신기의 블록 구성도이다.

본 발명은 코드분할다중접속 무선통신 시스템의 수신기 구조에 관한 것으로서, 특히 다중 레벨 변조방식에 대한 복조 방법 및 장치에 관한 것이다.

2세대 무선통신 시스템에서는 저차(low order) 변조 방식만으로 사용자가 요구하는 데이터 레이트를 만족시킬 수 있었다. 그러나, 고속 패킷 데이터 서비스에 대한 요구가 증가함에 따라 고차(high order) 다중 레벨 변조 방식이 무선통신 시스템에 도입되었다(예를 들면, HSDPA에서 16QAM 변조 방식을 채용함).

일반적인 코드분할다중접속 통신 시스템에서 채널 부호화기의 출력 비트 시퀀스(bit sequence)는 인터리버(interleaver)를 거쳐 변조기로 입력된다. n차 변조방식을 사용할 경우 인터리버의 출력 비트 시퀀스는 n개의 비트 단위마다 N(=2ⁿ)개의 복소 심볼 중 하나의 심볼로 매핑되어 전송된다. 레이크 수신기의 각 핑거(finger)를 통해 출력되는 복소(complex) 데이터 심볼은 결합된 후, 유한개의 비트(bit)로 양자화 된다. 양자화된 심볼은 연판정(soft decision)되고 연판정값(soft decision value)이 디인터리버(de-interleaver)를 거쳐 채널 복호기로 입력된다. 연판정 과정은 변조 방식에 따라 달라지며 QAM 계열의 변조 방식의 경우 몇 가지 연판정 방법들이 제안되어 있다. 무선 채널 환경에서는 페이딩(fading) 현상으로 인하여 송신 심볼의 진폭이 왜곡되어 수신된다. 따라서 결합된 심볼의 크기는 무선채널의 이득에 의해 결정된다. 채널 이득이 큰 경우에는 결합된 심볼의 크기가 수신기의 다이내믹 레인지(dynamic range)를 넘어 오버플로우(overflow)가 발생할 수도 있고, 채널 이득이 작은 경우에는 다이내믹 레인지를 충분히 이용하지 못할 수도 있다. 두 경우 모두 수신 성능이 저하된다.

상기 문제점을 해결하기 위하여 본 발명은 심볼 결합기의 출력 심볼이 오버플로우가 발생하지 않는 범위 내에서 항상 다이내믹 레인지를 최대한 이용할 수 있도록하고, 수신성능을 향상시킬 수 있는 다중 레벨 변조 방식 무선통신 시스템의 심볼 표준화 장치 및 방법을 제공함에 있다.

상술한 문제점을 해결하기 위하여 본 발명은, 다중레벨 변조 방식을 지원하는 무선통신 시스템의 수신기에서 심볼을 표준화하기 위한 장치에 있어서, 역확산된 수신신호의 채널 예측값을 계산하는 채널예측기; 상기 채널 예측값과 파일럿채널에 대한 데이터채널의 전송파워 옵셋에 따라 표준화 계수를 연산하는 표준화계수 계산기; 상기 역확산된 수신신호를 다시 역확산시킨 수신신호와 상기 채널예측값을 이용하여 동기복조를 수행하는 심볼복조기; 그리고 상기 표준화계수 계산기에서 발생된 표준화계수를 이용하여 상기 심볼복조기에서 발생되는 신호를 표준화하여 출력하는 연산기를 포함함을 특징으로 한다.
상술한 문제점을 해결하기 위하여 본 발명은, 다중레벨 변조 방식을 지원하는 무선통신 시스템의 수신기에서 심볼을 표준화하기 위한 장치에 있어서, 복수개의 핑거 중 각 핑거별로 역확산된 수신신호의 채널 예측값을 계산하는 복수개의 채널예측기와; 상기 채널예측기 각각의 채널 예측값과 파일럿채널에 대한 데이터채널의 전송파워 옵셋에 따라 표준화 계수를 연산하는 표준화계수 계산기; 상기 복수개의 핑거에서, 상기 수신신호를 다시 역확산시키고 상기 채널예측값을 이용하여 동기복조한 신호들을 결합하는 심볼 결합기; 그리고, 상기 표준화계수 계산기로부터 출력되는 표준화계수에 의해 상기 심볼결합기에서 출력되는 신호를 표준화하여 출력하는 연산기를 포함함을 특징으로 한다.
상술한 문제점을 해결하기 위하여 본 발명은, 다중레벨 변조 방식을 지원하는 무선통신 시스템의 수신기에서 심볼을 표준화하기 위한 방법에 있어서, 역확산된 수신신호의 채널 예측값을 계산하는 제1단계; 상기 채널예측값과 파일럿채널에 대한 데이터채널의 전송파워 옵셋에 따라 표준화 계수를 연산하는 제2단계; 상기 수신신호를 역확산시키고 상기 채널예측값을 이용하여 동기복조하는 동기복조단계와; 상기 제 2 단계에서 연산된 표준화계수에 의해, 상기 동기복조단계를 거쳐 상기 체널예측값을 이용하여 결합된 수신신호를 표준화하는 제3단계를 포함함을 특징으로 한다.
상술한 문제점을 해결하기 위하여 본 발명은, 다중레벨 변조 방식을 지원하는 무선통신 시스템의 수신기에서 심볼을 표준화하기 위한 방법에 있어서, 복수개의 핑거 중 각 핑거별로 역확산된 수신신호의 채널 예측값을 계산하는 제1단계; 상기 핑거별 채널예측값과 파일럿채널에 대한 데이터채널의 전송파워 옵셋에 따라 표준화 계수를 연산하는 제2단계; 상기 각 핑거에서, 상기 수신신호를 다시 역확산시키고 상기 채널예측값을 이용하여 동기복조하는 동기복조단계와; 상기 동기복조단계에 의해 핑거별로 출력되는 신호를 상기 채널 예측값을 이용하여 결합시키고 이 결합된 신호를 상기 제 2 단계에서 연산된 표준화계수로 표준화하는 제3단계를 포함함을 특징으로 한다.
상기 제1단계에서, 상기 핑거별로 역확산된 수신신호의 채널 예측값을 제곱하여 합산하는 제4단계를 더 포함함을 특징으로 한다.
상기 채널 예측값은, 하기의 수학식 2에 의해 근사화되어 계산됨을 특징으로 한다.

G_ce는 채널 예측기의 프로세싱 이득
h^_k : 채널 예측값
E_c,p는 파일럿 채널의 칩 당 수신 에너지
h_k는 k번째 다중 경로의 채널 이득
상기 표준화계수는, 상기 채널예측값 제곱하여 합산한 값과, 상기 파일럿채널에 대한 데이터채널의 전송파워 옵셋(

)과, 데이터 채널의 역확산 프로세싱 이득(G_sd) 및, 기준 임계치(2a)를 모두 곱한 값의 역수에 비례하도록 계산됨을 특징으로 한다.
상기 표준화계수는, 하기 수학식 6에 의해 계산됨을 특징으로 하는 다중 레벨 변조 방식 무선통신 시스템의 심볼 표준화 방법.

: 파일럿 채널에 대한 데이터 채널의 전송 파워 옵셋
G_sd : 데이터 채널의 역확산 프로세싱 이득
G_ce는 채널 예측기의 프로세싱 이득
h^_k : 채널 예측값
a : 기준임계치
M : 양자화비트 수
k : 다중경로

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 설명하면 다음과 같다.

도 1은 16QAM 변조방식의 성좌(constellation) 이고, 도 2는 코드분할다중접속 통신 시스템의 일반적인 송신단 블록 구성도이며, 도 3은 일반적인 레이크 수신기의 블록 구성도이고, 도 4는 일반적인 레이크 수신기의 핑거 블록 구성도이며, 도 5는 본 발명을 적용한 레이크 수신기의 블록 구성도이다.

본 발명은 16QAM 변조 방식(도 1 참조)을 사용하는 코드분할다중접속 시스템에서 파일럿 채널과 데이터 채널만을 전송하는 경우를 가정하여 설명하지만 본 발명이 16QAM에 한정되는 것은 아니다.

본 발명에서의 표준화계수의 계산 과정을 살펴보면 하기와 같다. 칩율(chip rate)로 샘플링된 기저대역 수신 신호를 R(n)이라 할 때, R(n)은 다음의 수학식 1 로 표현된다.

여기서 J는 전송한 데이터 채널의 개수, K는 다중 경로의 개수이고, h_k는 k번째 다중 경로의 채널 이득, m_k는 칩 간격으로 전환된 k번째 다중 경로의 지연시간, E_c,j는 j번째 데이터 채널의 칩 당 수신 에너지, E_c,p는 파일럿 채널의 칩 당 수신 에너지, s_j는 평균 전송 파워가 1인 j번째 데이터 채널의 전송 복소 심볼, s_p는 평균 전송 파워가 1인 파일럿 채널의 전송 복소 심볼, c_j는 PN코드 시퀀스가 곱해진 j번째 데이터 채널의 채널화 코드 시퀀스, c_p는 PN코드 시퀀스가 곱해진 파일럿 채널의 채널화 코드 시퀀스, N은 평균이 0인 복소 백색 가우시안 잡음이다.

k번째 다중 경로에 대한 채널 예측값, h^_k는 하기의 수학식 2와 같이 근사화될 수 있다. 본 발명의 실시예에서는 하기와 같이 채널 예측값을 근사화하여 사용하고 있으나 채널 예측값이 하기의 수학식에 의해서만 얻어질 수 있는 것은 아니고, 본원 발명의 채널 예측값이 하기의 수학식에 한정되는 것 또한 아니다.

여기서 G_ce는 채널 예측기의 프로세싱 이득이다.

j번째 데이터 채널에 대하여 K개의 다중 경로에 대해 각각 핑거 프로세싱 후 결합된 심볼을 s_j,comb라 하면 s_j,comb는 하기의 수학식 3으로 표현된다.

여기서 G_sd는 데이터 채널의 역확산 프로세싱 이득이다.

수학식 2와 수학식 3으로부터 하기의 수학식 4가 유도된다.

여기서

는

로 정의되는 파일럿 채널에 대한 데이터 채널의 전송 파워 옵셋이다.

결합된 심볼이 M 비트의 부호 있는 값(signed value)으로 양자화 될 때, 표 준화 계수는 하기의 수학식 5로 구해진다.

여기서 2a는 도 1에 표시되어 있는 기준 임계치(reference threshold)로서 수신 복소 심볼의 평균 파워가 1일 때의 판정 임계치에 해당한다. s_j,comb의 실수부를 Re{s_j,comb}라 하고, 허수부를 Im{s_j,comb}이라 할 때, Re{s_j,comb}, Im{s _j,comb}에 상기 표준화 계수를 각각 곱하면, Re{s_j,comb}, Im{s_j,comb}는 다이내믹 레인지인 [-2^n-1 . 2^n-1]에서 대칭적으로 분포하게 됨으로써 본 발명이 목적하는 바, 결합된 심볼에 오버플로우가 발생하지 않는 범위 내에서 항상 다이내믹 레인지를 최대한 이용할 수 있게 되며 궁극적으로 안정된 수신 성능이 보장된다. 변조 차수가 바뀌어 64QAM 이나 128QAM을 사용하는 경우에도 수학식 5와 거의 유사한 형태로 표준화계수를 구할 수 있다.

이하, 수학식 1 내지 수학식 5로 표현된 표준화 계수 유도 과정 및 표준화 과정을 첨부된 도면을 사용하여 설명하면 다음과 같다.

도2의 채널 부호화기(105)의 출력 비트 시퀀스는 인터리버(110)를 거쳐 변조기(115)에서 16QAM 변조된다. 16QAM 변조 시 인터리버(110)의 출력 비트 시퀀스는 4개의 비트 단위로 나누어져 도 1에 표시된 16개의 복소 심볼 중 해당하는 심볼로 매핑된다. 변조기(115)의 출력 심볼은 확산기(120)에서 데이터 채널화 코드로 확산된다. 파일럿 신호는 별도의 변조 과정 없이 확산기(100)에서 파일럿 채널화 코드로 확산된다. 칩율(chip rate)로 확산된 파일럿 채널 신호와 데이터 채널 신호는 각 채널에 해당하는 이득이 곱해진 후 먹스(135)를 통해 멀티플렉싱(multiplexing)된다. PN 확산기(140)는 셀 고유의 PN코드로 송신신호를 확산하고 송신기 RF 유닛(145)를 거쳐 RF대역으로 전환된 신호는 전송 안테나(150)를 통해 전송된다.

도3의 수신기에서 수신 안테나(200)를 통해 수신된 신호는 수신기 RF 유닛(205)을 통해 기저대역으로 전환되고 핑거들(215-1 ∼ 215-K)은 수신 신호가 겪은 다중 경로에 대해 복조를 수행한다.

각각의 핑거로 입력된 수신 신호는 도4에 도시된 바와 같은 구조에 의해 처리되는데, PN 역확산기(216)에서 역확산 되고 데이터 채널화 코드로 한번 더 역확산 된다. 이와는 별도로 채널 예측기(217)에서는 전술한 바와 같이 각각의 다중 경로에 대한 채널 예측값을 계산한다. 심볼 복조기(219)는 역확산된 수신신호와 채널 예측값을 이용하여 동기(coherent) 복조를 수행한다.

각각의 핑거들(215-1 ∼ 215-K)에 의해 처리된 신호는 도5에 도시된 심볼 결합기(220)에 의해 핑거(215-1 ∼ 215-K)의 출력 심볼들이 결합된다. 결합된 심볼은 M 비트로 양자화 되고 연판정기(225)에서 연판정되어 하나의 심볼 당 4개의 연판정 값이 디인터리버(230)로 입력된다. 채널 복호화기(230)는 디인터리버(230)의 출력 시퀀스를 입력받아 최종적으로 채널 복호화를 수행한다.

본 발명에서 제안된 심볼 표준화 장치를 구비한 수신기의 경우 각 핑거(215- 1 ∼ 215-K)의 채널 예측값은 표준화 계수 계산기(240)로 입력된다. 표준화 계수 계산기(240)는 수학식 5에 표현되어 있는

, G_sd, G_ce, a를 이용하여 표준화 계수를 계산한다. 이때, 수학식5에 표시된 바와 같이 핑거(215-1 ∼ 215-K) 별 각각의 채널예측기(217)에서 출력되는 채널예측값은 제곱되어 합산되어 표준화계수 계산에 사용된다. 심볼 결합기(220)의 출력 심볼은 연산기(250)를 통하여 계산된 표준화 계수와 곱해져 표준화되고, M 비트로 양자화 된다. 양자화된 심볼은 연판정기(225)에서 연판정되어 하나의 심볼 당 4개의 연판정값이 디인터리버(230)로 입력된다. 채널 복호화기(230)는 디인터리버(230)의 출력 시퀀스를 입력받아 최종적으로 채널 복호화를 수행한다.

상술한 바와 같이, 본 발명을 이용할 경우 다중 레벨 변조 방식을 지원하는 무선통신 시스템에서 심볼 결합기의 출력 심볼에 대하여 오버플로우를 방지함과 동시에 다이내믹 레인지를 최대한 이용할 수 있으므로 안정된 수신 성능을 보장할 수 있다.

Claims (8)

1. 다중레벨 변조 방식을 지원하는 무선통신 시스템의 수신기에서 심볼을 표준화하기 위한 장치에 있어서,

   역확산된 수신신호의 채널 예측값을 계산하는 채널예측기;

   상기 채널 예측값과 파일럿채널에 대한 데이터채널의 전송파워 옵셋에 따라 표준화 계수를 연산하는 표준화계수 계산기;

   상기 역확산된 수신신호를 다시 역확산시킨 수신신호와 상기 채널예측값을 이용하여 동기복조를 수행하는 심볼복조기; 그리고

   상기 표준화계수 계산기에서 발생된 표준화계수를 이용하여 상기 심볼복조기에서 발생되는 신호를 표준화하여 출력하는 연산기를 포함함을 특징으로 하는 다중 레벨 변조 방식 무선통신 시스템의 심볼 표준화 장치.
2. 다중레벨 변조 방식을 지원하는 무선통신 시스템의 수신기에서 심볼을 표준화하기 위한 장치에 있어서,

   복수개의 핑거 중 각 핑거별로 역확산된 수신신호의 채널 예측값을 계산하는 복수개의 채널예측기와;

   상기 채널예측기 각각의 채널 예측값과 파일럿채널에 대한 데이터채널의 전송파워 옵셋에 따라 표준화 계수를 연산하는 표준화계수 계산기;

   상기 복수개의 핑거에서, 상기 수신신호를 다시 역확산시키고 상기 채널예측값을 이용하여 동기복조한 신호들을 결합하는 심볼 결합기; 그리고,

   상기 표준화계수 계산기로부터 출력되는 표준화계수에 의해 상기 심볼결합기에서 출력되는 신호를 표준화하여 출력하는 연산기를 포함함을 특징으로하는 다중 레벨 변조 방식 무선통신 시스템의 심볼 표준화 장치.
3. 다중레벨 변조 방식을 지원하는 무선통신 시스템의 수신기에서 심볼을 표준화하기 위한 방법에 있어서,

   역확산된 수신신호의 채널 예측값을 계산하는 제1단계;

   상기 채널예측값과 파일럿채널에 대한 데이터채널의 전송파워 옵셋에 따라 표준화 계수를 연산하는 제2단계;

   상기 수신신호를 역확산시키고 상기 채널예측값을 이용하여 동기복조하는 동기복조단계와;

   상기 제 2 단계에서 연산된 표준화계수에 의해, 상기 동기복조단계를 거쳐 상기 체널예측값을 이용하여 결합된 수신신호를 표준화하는 제3단계를 포함함을 특징으로 하는 다중 레벨 변조 방식 무선통신 시스템의 심볼 표준화방법.
4. 다중레벨 변조 방식을 지원하는 무선통신 시스템의 수신기에서 심볼을 표준화하기 위한 방법에 있어서,

   복수개의 핑거 중 각 핑거별로 역확산된 수신신호의 채널 예측값을 계산하는 제1단계;

   상기 핑거별 채널예측값과 파일럿채널에 대한 데이터채널의 전송파워 옵셋에 따라 표준화 계수를 연산하는 제2단계;

   상기 각 핑거에서, 상기 수신신호를 다시 역확산시키고 상기 채널예측값을 이용하여 동기복조하는 동기복조단계와;

   상기 동기복조단계에 의해 핑거별로 출력되는 신호를 상기 채널 예측값을 이용하여 결합시키고 이 결합된 신호를 상기 제 2 단계에서 연산된 표준화계수로 표준화하는 제3단계를 포함함을 특징으로 하는 다중 레벨 변조 방식 무선통신 시스템의 심볼 표준화 방법.
5. 청구항 4에 있어서,

   상기 제1단계에서,

   상기 핑거별로 역확산된 수신신호의 채널 예측값을 제곱하여 합산하는 제4단계를 더 포함함을 특징으로 하는 다중 레벨 변조 방식 무선통신 시스템의 심볼 표준화 방법.
6. 청구항 3 또는 청구항 4에 있어서,

   상기 채널 예측값은, 하기의 수학식 2에 의해 근사화되어 계산됨을 특징으로 하는 다중 레벨 변조 방식 무선통신 시스템의 심볼 포준화 방법.

   

   G_ce는 채널 예측기의 프로세싱 이득

   h^_k : 채널 예측값

   E_c,p는 파일럿 채널의 칩 당 수신 에너지

   h_k는 k번째 다중 경로의 채널 이득
7. 청구항 3 또는 4에 있어서,

   상기 표준화계수는,

   상기 채널예측값 제곱하여 합산한 값과, 상기 파일럿채널에 대한 데이터채널의 전송파워 옵셋(

   

   )과, 데이터 채널의 역확산 프로세싱 이득(G_sd) 및, 기준 임계치(2a)를 모두 곱한 값의 역수에 비례하도록 계산됨을 특징으로 하는 다중 레벨 변조 방식 무선통신 시스템의 심볼 표준화 방법.
8. 청구항 3 또는 청구항 4에 있어서,

   상기 표준화계수는,

   하기 수학식 6에 의해 계산됨을 특징으로 하는 다중 레벨 변조 방식 무선통신 시스템의 심볼 표준화 방법.

   

   

   : 파일럿 채널에 대한 데이터 채널의 전송 파워 옵셋

   G_sd : 데이터 채널의 역확산 프로세싱 이득

   G_ce는 채널 예측기의 프로세싱 이득

   h^_k : 채널 예측값

   a : 기준임계치

   M : 양자화비트 수

   k : 다중경로

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