KR100658651B1

KR100658651B1 - 타임 슬롯 ｃｄｍａ시스템에서의 잡음 공간 상관 특성에대한 평가 방법

Info

Publication number: KR100658651B1
Application number: KR20057012526A
Authority: KR
Inventors: 잉민 왕
Original assignee: 다 탕 모바일 커뮤니케이션즈 이큅먼트 코포레이션 리미티드
Priority date: 2003-01-07
Filing date: 2004-01-07
Publication date: 2006-12-15
Also published as: EP1585245B1; JP4160979B2; CN1424828A; KR20050089869A; US20050286615A1; CN1203637C; WO2004062152A1; EP1585245A4; JP2006515968A; US7388900B2; EP1585245A1

Abstract

본 발명은 타임 슬롯화 CDMA 시스템에서 잡음의 공간 상관 특성을 평가하는 방법을 개시하고 있다. 상기 방법은 P개의 탭의 값을 포함하는 초기 채널 평가 결과를 획득하기 위해 안테나 어레이의 각각의 안테나의 수신 신호에 대해 각각 채널 평가를 행하는 단계와; 상기 안테나 어레이의 잡음 응답 매트릭스를 획득하기 위해 상기 초기 채널 평가 결과로부터 신호 응답 성분 및 잡음 응답 성분을 분리하는 단계와; 잡음의 공간 상관 매트릭스를 획득하기 위해 안테나 어레이의 상기 잡음 응답 매트릭스로 상관 연산을 행하는 단계를 포함하며, 여기서 상기 P는 채널 평가를 위해 사용된 기본 코드의 주기이다. 타임 슬롯화 CDMA 시스템의 채널 평가 특성을 사용함으로써, 본 발명은 타임 슬롯화 CDMA 시스템에서의 잡음의 공간 상관 특성을 평가하는 방법을 제공한다. 상기 방법은 간결하면서도 효과적이며, 우수한 수치적 안정성을 가져, 시스템의 신호대 잡음비의 실질적인 범위에서의 평가의 우수한 성능을 나타낸다.

채널 평가, 상관 특성, 타임 슬롯, 잡음 응답 매트릭스, 켤레 전치 연산

Description

타임 슬롯 ＣＤＭＡ시스템에서의 잡음 공간 상관 특성에 대한 평가 방법{ESTIMATION METHOD FOR NOISE SPACE CORRELATED CHARACTERISTICS IN TIME SLOT CDMA SYSTEM}

본 발명은 이동 통신의 분야에 관한 것으로, 타임 슬롯 CDMA 시스템, 특히 복수의 안테나를 구비한 타임 슬롯 CDMA 시스템에서의 잡음 공간 상관 특성을 평가하는 방법에 관한 것이다.

복수의 안테나를 이용하면, 무선 통신 시스템의 성능은 현저히 향상될 수 있다. 복수-안테나 시스템의 공간-시간 처리에 있어서 로컬 셀 신호의 공간적 특성뿐만 아니라 다른 셀의 간섭 신호의 공간적 특성 또한 고려된다면, 시스템 성능은 추가로 향상될 것이다. 상기 공간-시간 처리는 잡음(열잡음 및 간섭을 포함)의 공간 상관 특성이 측정되어 평가될 때에만, 즉 잡음의 공간 상관 매트릭스가 주어질 때에만 시행될 수 있다. P. Jung 및 J. Blanz이 저술한 "Joint Detection with Coherent Receiver Antenna Diversity in CDMA Mobile Radio System" IEEE Trans. Veh., vol. 44, pp.76-88, February 1995에는 스마트형 안테나를 구비한 타임 슬롯화 CDMA 시스템에서의 잡음 공간 상관 매트릭스의 기능 및 특성이 설명되어 있다. 그러나, 상기 문서에 설명된 기술을 시행하고 에뮬레이션(emulation)할 때, 잡음이 상호 상관하지 않는 않는 것으로 가정하여, 잡음의 상관 특성을 고려하지 않는다. 잡음 공간 상관 매트릭스를 평가하기 위한 방법 또한 제공되어 있지 않다. 실제로, 수신될 신호는 잡음과 함께 축적된다. 즉, e = s + n이 되며, 여기서 e는 총수신신호, s는 신호 성분, n은 잡음 성분이다. 잡음의 상관 특성의 실제적인 측정 및 평가에서는 통상적으로 잡음 성분이 가우시안 분포(Gaussian distribution)를 이루고 있고 신호 성분과 상관하지 않는 것으로 가정되어, 다음의 수학식이 존재한다:

분석 및 평가 결과는 잡음 공간 상관 매트릭스의 상기 평가 알고리듬이 신호대 잡음비가 증가할 때에 더 불안정하게 되어 에러 코드 레이트가 급속하게 악화될 것으로 나타내고 있다. 그러므로, 상기의 평가 알고리듬은 신호대 잡음비의 실제적인 범위에서 시스템 요건을 충족하지 못한다.

본 발명의 목적은 신호대 잡음비가 증가될 때에도 시스템의 에러 코드 레이트가 악화되지 않으면서 잡음 공간 상관 매트릭스의 평가 알고리듬이 안정하게 유지될 수 있도록 타임 슬롯화 CDMA 시스템의 잡음 공간 상관 특성을 평가하는 방법을 제공함으로써 종래 기술의 문제점을 해소하는 것이다. 그 결과, 신호대 잡음비의 실질적인 범위에서 시스템의 성능 조건이 충족될 것이다.

본 발명은 다음의 기술 방식에 기초하여 시행되며, 본 발명에 따른 방법은 주로 다음의 단계를 포함한다:

a. P 개 탭의 값을 포함하는 초기의 채널 평가 결과를 획득하기 위해 안테나 어레이의 각각의 안테나의 수신 신호에 대해 각각 채널 평가를 행하는 단계, 여기서 P는 채널 평가를 위해 사용된 기본 코드의 주기;

b. 안테나 어레이의 잡음 응답 매트릭스를 획득하기 위해, 상기 초기의 채널 평가 결과로부터 신호 응답 성분 및 잡음 응답 성분을 분리하는 단계; 및

c. 잡음 공간 상관 매트릭스를 획득하기 위해 안테나 어레이의 상기 잡음 응답 매트릭스를 가지고 상관 연산을 행하는 단계.

상기 단계 b는 다음의 세부 단계를 포함하는 것이 바람직하다:

b01. 안테나 어레이의 초기의 채널 평가 결과를 사용하여 각각의 탭의 평균-파워를 계산하고, 각각의 탭의 평균-파워가 상기 시스템에 의해 설정된 임계값과 동일하거나 큰 지의 여부를 판정하여, 임계값과 동일하거나 큰 경우, 탭의 값이 처리된 초기의 평가 결과의 값으로써 유지되며, 임계값과 동일하거나 크지 않은 경우, 탭의 값을 제로로 설정하여, 처리된 초기의 평가 결과의 값으로 하는 단계; 및

b02. 잡음 응답 성분 및 제로만을 포함하는 안테나 어레이의 잡음 응답 매트릭스를 획득하기 위해, 초기의 평가 결과로부터 처리된 초기의 평가 결과를 감산하는 단계.

상기 단계 b는 또한 다음의 세부 단계를 포함하는 것이 바람직하다:

b11. P1개 탭의 값을 더 큰 파워를 갖는 처리된 채널 평가 결과의 값으로써 유지하고, 다른 탭의 값을 제로로 설정하여, 처리된 채널 평가 결과의 값으로 하는 단계, 여기서 P1은 0＜P1＜P를 충족함;

b12. 초기의 채널 평가 결과로부터 단계 b11에서 획득된 처리된 채널 평가 결과를 감산하고, 잡음 응답 성분 및 제로만을 포함하는 안테나 어레이의 잡음 응답 매트릭스를 획득하는 단계.

상기 단계 c는 다음의 수학식과의 상관 연산을 포함한다:

여기서, Rns는 잡음 공간 상관 매트릭스이고, N'은 상기 잡음 응답 매트릭스이며, H는 켤레 전치 연산을 나타내며, L₁ = P - P₁ 이며, P₁는 채널 평가 값이 유지되는 탭의 개수이고, D는 채널 평가 알고리듬의 잡음 악화 계수이다.

본 발명은 타임 슬롯화 CDMA 시스템의 채널 평가의 특징을 이용함으로써 타임 슬롯화 CDMA 시스템의 잡음 공간 상관 특성을 평가하는 방법을 제공한다. 본 방법은 우수한 값 안정성을 가져 간편하면서도 효과적이며, 시스템의 신호대 잡음비의 실제적인 범위에서 우수한 평가 성능을 특징으로 한다.

도 1은 본 발명에 따른 방법의 흐름도를 도시한다.

본 발명을 첨부 도면을 참조하여 더욱 상세하게 설명한다.

신호 및 잡음이 상관하지 않는 것으로 가정함으로써 잡음 성질 평가를 행할 때, 통계치에 대한 신호의 양이 충분히 크지는 않기 때문에, 신호와 잡음간에는 특정한 정도의 상관이 존재한다. 즉, 신호 성분 s가 잡음 성질 평가에 영향을 줄 것이다. 통상적으로, 상관은 그리 크지 않으며, 신호대 잡음비가 작을 때에는 잡음 측정에 대한 신호 성분의 영향이 현저하지는 않는다. 신호대 잡음비가 더 커지게 될 때, 그 영향은 매우 현저하게 될 것이다.

본 발명의 방법에 의하면, 채널 평가 결과를 이용함으로써 잡음 상관이 획득된다. 초기의 채널 평가 결과를 처리함으로써, 신호 응답 성분과 잡음 응답 성분이 분리된다. 따라서, 상관은 본 발명의 방법을 이용함에 있어서의 잡음 공간 상관 특성의 평가에 덜 영향을 준다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 방법은 다음의 단계를 포함한다:

단계 a : 초기 채널 평가 결과를 획득하기 위해 수신 신호의 채널 평가를 행하는 단계. 안테나 어레이의 초기 채널 평가 결과를 h"으로 가정하면,

이 되며, 여기서, h" ⁽ ^ka ⁾는 ka번째 안테나에서의 수신 신호의 채널 평가값이고, 다음과 같이 되며,

여기서 h_i"^(ka)는 ka번째 안테나에서의 채널 평가의 i번째 탭 값이며, P는 채 널 평가를 위해 사용된 기본 코드의 주기이다.

단계 b : 안테나 어레이의 잡음 응답 매트릭스를 획득하기 위해 초기의 채널 평가 결과를 처리하는 단계, 여기서 처리 방법은 다음과 같다:

먼저, 초기 채널 평가 결과를 신호대 잡음비 임계치 또는 에너지 분류 방법을 가지고 처리한다.

신호대 잡음비 임계 방법은 다음과 같다: 안테나 어레이의 상기 초기 채널 평가 결과를 사용하여 각각의 탭의 평균-파워를 계산하고, 평균-파워가 임계치 미만인 탭 값을 제로로 설정하고, 평균 파워가 임계치와 동일하거나 더 큰 탭 값을 유지한다. 즉, 평균-파워가 임계치보다 작은 탭 값은 잡음 성분이고, 평균-파워가 임계치와 동일하거나 더 큰 탭 값은 신호 성분이다. 값이 유지되는 탭의 수는 P1으로 나타내어진다. 신호대 잡음비 임계 방법에 의해 처리되었던 채널 평가 결과 h'과 초기 채널 평가 결과 h"간의 관계는 다음의 수학식으로 나타내어 진다:

여기서,

이고, 이것은 파워 임계치이며, ε＞0은 시스템에 의해 설정된 신호대 잡음비의 임계치이며,

는 측정된 잡음 파워이다.

에너지 분류 방법은 다음과 같이 이루어진다: 채널 응답에서 더 큰 에너지를 갖는 탭만을 유지하고, 다른 탭의 값을 제로로 설정한다. 시스템은 탭의 수의 임계치를 P1로 설정하고, 이에 따라 0＜P1＜P 이 된다. 즉, 시스템은 유지될 필요가 있는 채널 평가 탭의 수를 P1으로 결정하고, 이들 P1개 탭의 에너지에 기초하여 탭을 분류하고, 더 큰 에너지의 P1개 탭을 위치 순서 {i₁, i₂,…,i_p1}로 획득한다. 즉, 더 큰 채널 응답 에너지를 갖는 탭 값은 신호 성분이고, 그 나머지는 잡음 성분이다. 에너지 분류 방법에 의해 처리되었던 채널 평가 결과 h'와 초기 채널 평가 결과인 h"간의 관계는 다음의 수학식으로 나타내진다:

그리고나서, 신호대 잡음비 임계 방법 또는 에너지 분류 방법에 의해 처리되고 있는 채널 평가를 h'으로 하고, 유지되는 채널 평가 탭의 수를 P1으로 하면, 초기 채널 평가 결과 h"를 채널 평가 결과 h'으로 감산하여, 잡음 응답 매트릭스 N'이 획득된다:

N' = h" - h'

단계 c : Rns로 표현된 잡음의 공간 상관 매트릭스를 획득하기 위해 안테나 어레이의 잡음 응답 매트릭스로 상관 연산을 행하며, 잡음의 공간 상관 매트릭스는 특히 다음과 같이 계산된다:

여기서, H는 켤레 전치 연산을 나타내며, L₁ = P- P₁이고, D는 채널 평가 알 고리듬의 잡음 악화 계수이다.

Claims

타임 슬롯화 CDMA 시스템에서의 잡음의 공간 상관 특성을 평가하는 방법에 있어서,

a. P개의 탭의 값을 포함하는 초기 채널 평가 결과를 획득하기 위해 안테나 어레이의 각각의 안테나의 수신 신호에 대해 각각 채널 평가를 행하는 단계와;

b. 상기 안테나 어레이의 잡음 응답 매트릭스를 획득하기 위해 상기 초기 채널 평가 결과로부터 신호 응답 성분 및 잡음 응답 성분을 분리하는 단계와;

c. 잡음의 공간 상관 매트릭스를 획득하기 위해 안테나 어레이의 상기 잡음 응답 매트릭스로 상관 연산을 행하는 단계를 포함하며,

상기 P는 채널 평가를 위해 사용된 기본 코드의 주기인 것을 특징으로 하는 잡음의 공간 상관 특성의 평가 방법.
제1항에 있어서,

상기 단계 b는,

b01. 안테나 어레이의 상기 초기 채널 평가 결과를 이용하여 각각의 탭의 평균-파워를 계산하고, 각각의 탭의 평균-파워가 각각 사전 설정된 임계값과 동일하거나 큰 지의 여부를 판정하며, 사전 설정된 임계값과 동일하거나 크다면, 탭 값을 처리된 초기 평가 결과의 값으로써 유지하고, 그렇지 않다면, 탭 값을 제로로 설정하여, 처리된 초기 평가 결과의 값으로 하는 단계와;

b02. 잡음 응답 성분 및 제로만을 포함하는 잡음 응답 매트릭스를 획득하기 위해 상기 초기 채널 평가로부터 상기 처리된 초기 평가 결과를 감산하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 잡음의 공간 상관 특성의 평가 방법.
제2항에 있어서,

상기 임계값은 파워의 임계값이고, 사전 설정된 신호대 잡음비 임계치와 잡음 파워의 프로덕트인 것을 특징으로 하는 잡음의 공간 상관 특성의 평가 방법.
제1항에 있어서,

상기 단계 b는,

b11. 더 큰 에너지를 갖는 P1개 탭의 값을 처리된 초기 평가 결과의 값으로써 유지하고, 다른 탭의 값을 제로로 하여, 처리된 초기 평가 결과의 값으로 하는 단계와;

b12. 잡음 응답 성분 및 제로만을 포함하는 상기 안테나 어레이의 잡음 응답 매트릭스를 획득하기 위해, 상기 초기 채널 평가 결과로부터 단계 b11에서 처리된 상기 처리된 채널 평가 결과를 감산하는 단계를 포함하며,

상기 P1은 0＜P1＜P를 충족하는 것을 특징으로 하는 잡음의 공간 상관 특성의 평가 방법.
제2항 또는 제4항에 있어서,

상기 단계 c는 다음의 수학식을 통한 상관 연산을 포함하며,

여기서, Rns는 잡음의 공간 응답 매트릭스이며,

N'은 상기 잡음 응답 매트릭스이며,

H는 켤레 전치 연산이며,

L₁ = P - P₁이며,

P₁은 채널 평가값이 유지되는 탭의 수이며,

D는 채널 평가 알고리듬의 잡음 악화 계수인 것을 특징으로 하는 잡음의 공간 상관 특성의 평가 방법.