KR100776442B1 - 통신 시스템의 간섭 추정 방법 및 시스템 - Google Patents

통신 시스템의 간섭 추정 방법 및 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 메시지 정보를 가진 정보 신호의 전송방법을 개선하는 방법 및 장치에 관한 것이다. 수신된 정보 신호는 정보 채널을 통하여 전송된 정보 신호로부터 형성된다. 수신된 정보 신호는 신호 잡음을 가진다. 메시지 정보는 심볼 시퀀스를 제공하기 위하여 수신된 정보 신호로부터 제거된 후 제 1필터링된 신호를 제공하기 위하여 제 1필터에 인가된다. 제 1필터링된 신호의 전력이 결정되고 수신된 정보 신호의 신호 잡음을 나타내는 제 2필터링된 신호를 제공하기 위하여 제 2필터에 인가된다.

Description

통신 시스템의 간섭 추정 방법 및 시스템{ESTIMATING INTERFERENCE IN A COMMUNICATION SYSTEM}
본 발명은 통신 시스템, 특히 통신 시스템에서의 메시지 신호의 전송에 관한 것이다.
이동 무선 통신 시스템에서 메시지 정보를 포함하는 신호는 다수의 수신기에서의 수신을 위하여 전송된다. 이 신호는 페이딩이 발생하는 통신 채널을 통하여 전송된다. 통신 채널의 페이딩은 수신 신호의 간섭을 야기하고, 수신 신호를 저하시킬 수 있으며, 이에 따라 신호의 메시지 정보가 손실될 수 있다. 게다가, 일반적으로 전력 레벨을 변동시키는 다른 전송원이 존재하며 수신기에서 잡음을 발생시킨다. 다른 잡음원은 동일한 송신기의 신호, 다른 송신기의 신호 또는 전자 모터, 텔레비젼 또는 컴팩트 디스크 플레이어와 같은 서로 다른 장치의 신호를 포함한다.
전송된 정보의 성공적인 복구는 수신된 잡음의 전력과 정보를 포함하는 수신신호의 전력비의 함수이다. 수신 동안 발생하는 잡음량에 관한 표시는 수신된 신호의 정보복구를 크게 개선시킬 수 있다. 예를 들어, 수신기에서의 잡음 전력의 정확한 인식에 의존하는 터보 디코더는 수신된 신호의 정보복구를 개선시키는데 사용될 수 있다. 수신 동안 발생하는 잡음량에 관한 표시는 적당한 레벨에서 수신된 신호 대 잡음전력을 유지하기 위하여 신호의 전송전력을 제어하는데 사용될 수 있다.
본 발명은 메시지 정보를 가진 정보 신호의 전송을 개선하는 방법 및 장치에 관한 것이다. 수신된 정보 신호는 정보 채널을 통하여 전송된 정보 신호로부터 형성된다. 수신된 정보 신호는 신호잡음을 가진다. 메시지 정보는 제 1필터링된 신호를 제공하기 위하여 제 1필터에 인가된 심볼 시퀀스를 제공하도록 수신된 정보 신호로부터 제거된다. 제 1필터링된 신호의 전력이 결정된 후, 수신된 정보의 신호잡음을 나타내는 제 2필터링된 신호를 제공하기 위하여 제 2필터에 인가된다.
본 발명은 도면을 참조로 이하에서 상세하게 설명된다.
도 1은 도플러 스펙트럼의 스펙트럼 밀도의 그래픽 표현을 나타낸다.
도 2는 페이딩 통신 채널 내의 공지된 심볼의 스펙트럼 밀도의 그래픽 표현을 나타낸다.
도 3은 본 발명의 잡음 추정 시스템의 블록도 표현을 나타낸다.
도 4는 도 3의 잡음 추정기 시스템에 사용하기 적합한 고역통과 필터의 바람직한 실시예의 블록도 표현을 나타낸다.
도 5는 도 3의 잡음 추정기 시스템에 사용하기 적합한 고역통과 필터의 다른 바람직한 실시예의 블록도 표현을 나타낸다.
도 6은 도 3의 잡음 추정기 시스템에 사용하기 적합한 고역통과 필터의 또 다른 바람직한 실시예의 블록도 표현을 나타낸다.
도 1에 도플러 스펙트럼의 스펙트럼 밀도의 그래픽 표현(10)이 도시되어 있다. 그래픽 표현(10)의 스펙트럼 밀도는 공지되어 있다. 그래픽 표현(10)의 도플러 스펙트럼은 도플러 주파수(fd)를 가진다.
정보를 운반하는 코히어런트 변조된 신호가 정보 채널을 통하여 전송되고 페이딩 조건이 없이 수신될 때, 수신기가 신호를 다음과 같은 형태의 샘플 시퀀스(si)로 복조하는 것이 가능하다.
si = Aai + ni (1)
A는 상수이거나 상대적으로 느린 가변 복소수이며, ni는 실수 또는 상수의 복소 잡음항 또는 느린 가변 분산치(σ2)이며, ai는 전송된 정보를 포함하는 복소항 또는 실수이다. 예를 들어, 만일 전송된 신호가 BPSK 변조되었다면, 식(1)에 도시된 샘플 신호를 획득하기 위하여 수신된 신호를 복조하는 것이 가능하며, 식 (1)은 전송된 정보에 따라 ai = +1 또는 -1이 된다. ai는 일반적으로 변조 계획과 연관된 배치(constellation) 상의 한 점으로서 참조된다.
만일 전송된 정보(ai)가 이미 수신기에 공지되어 있거나 디코딩 프로세스를 이용하여 결정될 수 있다면, 스케일링과 결합된 회전에 의하여 식(1)의 si로부터 정보를 제거하여 아래와 같은 식(2)를 획득하는 것은 단순하다.
si' = A + ni (2)
이론상, 전송채널에는 어떠한 페이딩도 없으며, si'의 스펙트럼은 항 ni에 의한 잡음의 일정한 스펙트럼으로 둘러싸인 제로값과 동일한 fd에 해당하는 중심 디렉(Dirac)이다. 그러나, 대부분의 경우, 메시지 정보를 가진 신호를 운반하는 전송 채널에는 페이딩이 존재한다. 페이딩이 이러한 방식으로 제공되었을 때, A값은 시간에 따라 변화하고 그래픽 표현(10)에 도시된 바와 같이 대역제한된 전력 스펙트럼 밀도를 가진다. A의 시간 가변값은 Ai로 나타나며, 식(2)는 이에 따라 si' = Ai + ni로 표현될 수 있다. 게다가, ni의 전력(σ2) 역시 시간에 따라 변화하지만 상대적으로 느리다. 시간 가변 Ai로부터 결과된 si'의 스펙트럼은 도 2의 표현(20)으로 도시된다.
수신된 신호의 간섭(σ2)의 레벨추정을 얻기 위하여, 본 발명의 방법은 수신된 신호에 제공된 메시지 정보(ai)의 이전 정보를 이용하여 식(1)로부터 식(2)를 도출한다. 이전 정보는 파일롯 신호 또는 트레이닝 시퀀스를 사용하여 획득될 수 있다. 추가적으로, 이는 수신된 신호를 디코딩하거나 당업자들에 의하여 공지된 임의의 다른 기술에 획득될 수 있다. 수신된 신호의 정보의 이전 정보를 사용함으로써, 정보(ai)는 수신된 신호로부터 제거된다. 이것은 임의의 정보 내용이 실질적으로 없으며, 이에 따라 수신된 신호가 전송되는 채널의 잡음 및 페이딩 조건을 나타내는 신호(si')를 제공한다. 본 발명의 특정 실시예에서, 메시지 정보(ai)의 완전한 정보는 식(3)이 제한된 이전 정보를 이용하여 식(1)로부터 도출될 수 있기 때문에 필요하지 않다.
도 2를 참조하면, 페이딩 전송 채널 내의 시퀀스(si')의 전형적인 스펙트럼 밀도의 그래픽 표현(20)이 도시되어 있다. 수신된 신호를 운반하는 전송 채널의 페이딩량과는 상관없이, 저역통과 대역 제한된 스펙트럼(24)은 그래픽 표현(20)에 도시된 바와 같이 시퀀스(si')내에 제공된다. 그러므로, 그래픽 표현(20)의 스펙트럼(26)은 Ai에 해당하며, 스펙트럼(24)은 잡음(ni)에 해당한다. 따라서, 시퀀스(si')의 스펙트럼은 저역 통과 대역제한된 도플러 스펙트럼과 결합된 잡음 플로어(floor)로서 특징지워 진다.
도 3을 참조하면 본 발명의 잡음 추정기 시스템(50)의 블록도 표현이 도시되어 있다. 잡음 추정기 시스템(50)은 시퀀스(si')를 수신하며, 시퀀스(si)를 전송하는 채널에 제공된 잡음 전력(σ2; 또한 분산치로 명명)의 추정치를 제공한다. 잡음 추정기 시스템(50)의 입력 시퀀스(si')는 고역 통과 필터 및 샘플러(52)에 의하여 가장 먼저 수신된다. 고역 통과 필터 및 샘플러(52)는 시퀀스(si')내의 Ai의 영향을 추정하며, 바람직하게 낮은 비율에서 시퀀스를 재샘플링한다.
고역통과 필터 및 샘플러(52)의 출력에서의 샘플은 신호(ui)로서 설계된다. 신호(ui)의 평균 전력은 노름(norm) 오퍼레이터 블록(54) 내의 전력(N)으로 증가된 노름(norm)을 획득함으로써 결정되며, N은 제로값과는 다른 임의의 실수이다. 전력(N) 오퍼레이터에 대한 노름(norm) 외에, 블록(54)는 심볼의 신호를 제거하며 그 입력 신호의 전력에 직접적으로 연관된 값을 제공하는 임의의 다른 타입의 오퍼레이터일 수 있다. 오퍼레이터 블록(54)의 출력은 저역통과 필터 및 샘플러(56)으로 인가된다. 저역통과 필터 및 샘플러(56)에 제공된 샘플들은 수신된 신호의 잡음(ni)의 분산(σ2) 표현이다.
잡음 추정기 시스템(50)의 바람직한 실시예에서, 고역통과 필터 및 샘플러(52)는 탭들[1, -1]을 가진 유한 임펄스 응답 필터로서 구현될 수 있다. 이것은 단지 두개의 연속된 심볼 시퀀스(si')의 감산만을 요구하기 때문에 필요한 함수를 수행하는 직접적인 방식이 된다.
도 4를 참조하면, 잡음 추정기 시스템(50) 내의 고역통과 필터 및 샘플러(52)의 바람직한 실시예가 도시되어 있다. 추정기 시스템(50)의 입력 시퀀스(si')는 필터 및 샘플러(52)내의 저역통과 필터(62)에 의해 수신된다. 저역 통과 필터(62)의 필터링된 출력은 차이값 결정 장치(difference device; 64)에 인가된다. 차이값 결정 장치(64)는 시퀀스(si)의 필터링된 값 및 필터링되지 않은 값 간의 차이값을 계산한다. 차이값 결정 장치(64)에 의하여 수행된 계산상 차이값은 신호(ui)이다. 상기 실시예가 사용되었을 때, 저역통과 필터는 필수적이지는 않다. 이 경우, 차이값을 계산하기 전에 필터링되지 않은 심볼(si')을 지연시킬 필요가 있다. 지연 동작은 입력 시퀀스(si') 및 차이값 결정 장치(64) 사이에 위치한 지연 블록(74)에 의하여 수행될 수 있다.
도 5를 참조하면, 잡음 추정기 시스템(50) 내의 고역통과 필터 및 샘플러(52)의 다른 바람직한 실시예가 도시되어 있다. 만일 잡음 추정기 시스템(50)의 입력 시퀀스(si')가 파일롯 심볼 스트림이라면, 채널 추정 필터(72)를 저역통과 필터로서 사용할 수 있으며, 이에 따라 저역통과 필터(62)는 필요하지 않다. 이 경우, 잡음 추정기 시스템(50)의 원하는 출력은 심볼(si')와 채널 추정 필터(72)의 출력 사이의 차이값이 된다. 상기 실시예가 사용되었을 때, 채널 추정 필터는 필수적이지는 않다. 이 경우, 차이값을 계산하기 전에 필터링되지 않은 심볼(si')을 지연시킬 필요가 있다. 지연 동작은 입력 시퀀스(si') 및 차이값 결정 장치(64) 사이에 위치한 지연 블록(74)에 의하여 수행될 수 있다. 채널 추정 필터는 일반적으로 전송된 데이터의 코히어런트 복조를 수행하는데 사용될 것이다. 또한, 상기 실시예에서, 특정한 상황에서 부정확한 채널 추정 필터(72)에 의하여 인가된 임의의 바이어스를 제거하기 위하여 추가의 고역통과 필터 다음에 차이값 결정 장치(64)를 두는 것은 바람직하다.
도 4 및 5에 도시된 두 실시예는 필요한 계산율을 줄이는 다운 샘플러를 앞 또는 뒤에 둘 수 있다.
다른 선택적인 실시예에서, 식(1)의 신호(si)가 훨씬 덜 이전인 정보를 이용하여 식(3)에 도시된 신호(s")로 전송될 수 있다.
si" = Bi + ni (3)
여기에서, B는 공지되지 않았으며, 공지된 위상(α)의 시변 복소수이다. α의 정보는 채널 추정 필터 또는 공지된 임의의 다른 수단에 의하여 도출될 수 있다. 도 6의 직교 오퍼레이터(80)를 도 3의 고역통과 필터(52)로 대체할 수 있으며, 이는 복소 벡터(ej*α)에 대하여 공동선형(수직)이 아닌 si"의 성분의 측정치를 복귀(return)시키며, j는 sqrt(-1)에 의하여 정의된 허수값이다. 직교 오퍼레이터(80)는 단순하게 si"를 벡터 e-j*α로 산출하고 최종 산출값의 허수부를 복귀시킴으로써 수행될 수 있다는 것을 당업자들은 이해할 것이다. 직교 오퍼레이터(80)는 또한 공지된 다른 방식으로 수행될 수 있다.
코드 분할 다중 액세스(CDMA) 이동 무선 통신 환경에서 본 발명을 실시할 때, 모든 실시예의 서로 다른 엘리먼트들은 수신기의 핑거 레벨 및 RAKE 결합기의 출력부 사이의 임의의 공간에 위치할 수 있다. 예를 들어, 고역통과 필터 및 N 오퍼레이터에 대한 노름(norm) 또는 노름(norm)은 핑거기반에서 수행될 수 있으며, 모든 핑거의 출력은 공통 저역통과 필터에 삽입되기 전에 결합될 수 있다.
바람직한 실시예의 상술한 설명들은 당업자로 하여금 본 발명을 실시할 수 있도록 한다. 상기 실시예들은 본 발명의 범위내에서 당업자들이 자유롭게 변경시킬 수 있다. 따라서, 본 발명은 본 명세서에만 제한받지 않으며, 본 발명의 사상을 따르는 최광의 범위를 인정받는다.

Claims (15)

  1. 정보 채널을 구비한 통신 시스템에서 메시지 정보를 가진 정보 신호의 전송을 개선하기 위한 방법으로서:
    (a) 상기 정보 채널을 통한 전송 이후에 신호 잡음을 가지는 상기 정보 신호를 수신하는 단계;
    (b) 심볼 시퀀스를 제공하기 위하여 상기 수신된 정보 신호로부터 상기 메시지 정보를 제거하는 단계;
    (c) 제 1필터링된 신호를 제공하기 위하여 제 1필터에 상기 심볼 시퀀스를 인가하는 단계;
    (d) 결정된 전력 신호를 제공하기 위하여 상기 제 1필터링된 신호의 전력을 결정하는 단계; 및
    (e) 상기 수신된 정보 신호의 상기 신호 잡음을 나타내는 제 2필터링된 신호를 제공하기 위하여 제 2필터에 상기 결정된 전력 신호를 인가하는 단계를 포함하는 방법.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 제 1필터는 고역통과 필터를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  3. 제 2항에 있어서, 상기 제 1필터는 저역통과 필터 및 차이값 결정 장치를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  4. 제 3항에 있어서, 상기 차이값 결정 장치는 상기 심볼 시퀀스와 상기 제 1필터링된 신호 사이의 차이값을 결정하는 것을 특징으로 하는 방법.
  5. 제 1항에 있어서, 상기 정보 신호는 파일롯 신호이며, 상기 제 1필터는 채널 추정 필터 및 차이값 결정 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  6. 제 5항에 있어서, 상기 제 1필터는 지연 장치를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  7. 제 6항에 있어서, 상기 지연 장치는 지연된 신호 시퀀스를 제공하기 위하여 상기 심볼 시퀀스를 지연시키며, 상기 지연된 심볼 시퀀스를 상기 차이값 결정 장치에 인가하는 것을 특징으로 하는 방법.
  8. 제 1항에 있어서, 상기 제 1필터는 위상 결정 장치를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  9. 제 1항에 있어서, 상기 단계(d)는 상기 제 1필터링된 신호의 노름(norm)을 결정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  10. 제 1항에 있어서, 상기 단계(d)는 상기 제 1필터링된 신호의 전력(N)에 대한 노름(norm)을 결정하는 단계를 포함하며, 상기 N은 제로값이 아닌 실수인 것을 특징으로 하는 방법.
  11. 제 1항에 있어서, 상기 제 2필터는 저역통과 필터를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  12. 제 2항에 있어서, 상기 고역통과 필터는 탭들[1,-1]을 가진 유한 임펄스 응답 필터를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  13. 제 1항에 있어서, 상기 단계(b)는 상기 수신된 정보 신호로부터 상기 메시지 정보를 제거하기 위하여 상기 메시지 정보에 대한 이전 정보(a priori knowledge)를 사용하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  14. 메시지 정보를 가진 정보 신호의 전송을 개선하는 방법을 수행하기 위한 정보 채널을 구비한 통신 시스템으로서:
    (a) 상기 정보 채널을 통하여 전송된 후에 신호 잡음을 가지는 수신된 정보 신호;
    (b) 상기 수신된 정보 신호로부터 상기 메시지 정보를 제거하여 형성된 심볼 시퀀스;
    (c) 제 1필터에 상기 심볼 시퀀스를 인가하여 형성된 제 1필터링된 신호;
    (d) 상기 제 1필터링된 신호의 전력을 결정하여 형성된 결정된 전력 신호; 및
    (e) 상기 결정된 전력 신호를 제 2필터에 인가하여 형성되며 상기 수신된 정보 신호의 상기 신호 잡음을 나타내는 제 2필터링된 신호를 포함하는 통신 시스템.
  15. 메시지 정보를 가진 정보 신호의 전송을 개선하는 방법을 수행하기 위한 정보 채널을 구비한 통신 시스템으로서:
    (a) 상기 정보 채널을 통한 전송 이후에 신호 잡음을 가지는 상기 정보 신호를 수신하는 수단;
    (b) 심볼 시퀀스를 제공하기 위하여 상기 수신된 정보 신호로부터 상기 메시지 정보를 제거하는 수단;
    (c) 제 1필터링된 신호를 제공하기 위하여 상기 심볼 시퀀스를 제 1필터에 인가하는 수단;
    (d) 결정된 전력 신호를 제공하기 위하여 상기 제 1필터링된 신호의 전력을 결정하는 수단; 및
    (e) 상기 수신된 정보 신호의 상기 신호 잡음을 나타내는 제 2필터링된 신호를 제공하기 위하여 상기 결정된 전력 신호를 제 2필터에 인가하는 수단을 포함하는 통신 시스템.
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