KR100786100B1 - 복조기 및 이 복조기의 신호 처리 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 이동통신 시스템에 관한 것으로, 특히 복수의 안테나가 구비된 이동통신 시스템에서의 복조기 및 이 복조기의 신호 처리 방법에 관한 것이다. 이와 같은 본 발명에 따른 복조기는 복수의 안테나를 구비한 이동통신 시스템에서, 입력 신호에 고정된 방향 벡터 셋의 벡터들을 하나씩 적용하여 사전 공간 필터링을 수행하는 사전 공간 필터; 상기 공간 필터링 결과를 각각 탐색하여 그 크기가 큰 소정 개수의 신호에 해당되는 타임 오프셋 및 방향 벡터에 대한 정보를 결과로써 출력하는 탐색기; 상기 출력된 타임 오프셋을 이용하여 각 경로의 신호를 시간 필터링하고, 상기 방향 벡터 셋에 대한 정보를 이용하여 가중치를 산출하고, 상기 시간 필터링 결과에 이 가중치를 적용하는, 각 안테나 엘리먼트에 대한 핑거로 구성된다.

사전 공간 필터링

Description

복조기 및 이 복조기의 신호 처리 방법{Demodulator and method for processing thereof}

도 1은 본 발명에 따른 복조기의 구성을 나타낸 도면.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*

10 : 사전 공간 필터

20 : 탐색기

30 : 핑거

본 발명은 이동통신 시스템에 관한 것으로, 특히 복수의 안테나가 구비된 이동통신 시스템에서의 복조기 및 이 복조기의 신호 처리 방법에 관한 것이다.

일반적으로 종래의 어레이 안테나 시스템에서 고유치를 기반으로 가중치를 구하는 방법은, 이 가중치가 고유 벡터가 되므로 가장 큰 세기로 수신되는 신호의 방향 벡터 성분이 가장 큰 가중치로 구해지게 된다. 즉, 고유 벡터는 여러 신호들의 방향 벡터 성분을 포함하고 있으며, 전력이 큰 신호들의 방향 벡터 성분이 큰 값을 가지게 된다.

상기 고유 벡터를 기반으로 가중치를 구하는 방법은, 고유 벡터의 특성상 두 개의 방향 벡터를 따로 분리할 수 없어 공간 이득(spatial gain)을 최대화 할 수 없다. 예를 들어, 탐색기가 찾은 하나의 타임 오프셋에 서로 다른 방향의 신호가 있는 경우에도 두 방향 벡터 성분이 모두 포함되는 가중치가 구해지므로, 두 개의 서로 다른 방향 성분에 대해 독립적인 이득을 얻을 수 없다.

따라서, 본 발명은 이상에서 언급한 종래 기술의 문제점을 감안하여 안출한 것으로서, 동일한 타임 오프셋 또는 서로 다른 타임 오프셋 당 독립적인 신호 생성에 적당하도록 하는 복조기 및 이 복조기의 신호 처리 방법을 제공하기 위한 것이다.

이상과 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 특징에 따르면, 복조기는 복수의 안테나를 구비한 이동통신 시스템에서, 입력 신호에 고정된 방향 벡터 셋의 벡터들을 하나씩 적용하여 사전 공간 필터링을 수행하는 사전 공간 필터; 상기 공간 필터링 결과를 각각 탐색하여 그 크기가 큰 소정 개수의 신호에 해당되는 타임 오프셋 및 방향 벡터에 대한 정보를 결과로써 출력하는 탐색기; 상기 출력된 타임 오프셋을 이용하여 각 경로의 신호를 시간 필터링하고, 상기 방향 벡터 셋에 대한 정보를 이용하여 가중치를 산출하고, 상기 시간 필터링 결과에 이 가중치를 적용하는, 각 안테나 엘리먼트에 대한 핑거로 구성된다.

바람직하게, 상기 탐색기는 타임 오프셋과, 이 타임 오프셋에 해당되는 방향 벡터 셋의 인덱스를 출력한다.

바람직하게, 상기 핑거는 안테나 엘리먼트별로 구비되어 각 안테나 엘리먼트로부터 입력되는 파일럿 신호 및 데이터 신호를 역확산하는 역확산부; 상기 역확산된 신호들에 가중치를 적용하는 가중치 처리기로 구성된다.

바람직하게, 상기 핑거는 상기 역확산된 파일럿 신호로부터 위상 로테이션 값을 추정하는 위상 추정기; 상기 추정된 위상 로테이션 값을 켤레 복소 연산(conjugate operation)하는 켤레 복소 연산부; 상기 켤레 복소 연산 값과, 상기 가중치가 적용된 데이터 신호를 곱하는 곱셈기를 더 포함하여 구성된다.

바람직하게, 상기 역확산부는 각 안테나 엘리먼트로부터 입력되는 데이터 및 파일럿 신호를 역확산하는 각각의 모듈로 구성된다.

바람직하게, 상기 가중치 처리기는 상기 역확산된 파일럿 신호를 타겟으로 역확산된 신호를 이용하여 가중치를 산출하는 모듈과, 상기 역확산된 데이터 신호를 타겟으로 역확산된 신호 벡터에 대하여 구해진 가중치로 결합하는 모듈로 구성된다. 여기서, 반복 인덱스 n과, 허미션 연산자 H와, 경로 인덱스

과, 초기 벡터

과, 가중치

에 대하여, 가중치

은 '

'에 의해 갱신되는, 여기서

는 '

'으로 정의되고, d는

의 첫 번째 엘리먼트이고,

은 파일럿 신호의 역확산된 신호이고,

는 갱신 이득이다.

이상과 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 특징에 따르면, 복수의 안테나를 구비한 이동통신 시스템에서, 신호 처리 방법은 입력 신호에 고정된 방향 벡터 셋의 벡터들을 하나씩 적용하여 사전 공간 필터링을 수행하는 단계; 상기 공 간 필터링 결과를 각각 탐색하여 그 크기가 큰 소정 개수의 신호에 해당되는 타임 오프셋 및 방향 벡터에 대한 정보를 결과로써 출력하는 단계; 상기 출력된 타임 오프셋을 이용하여 각 경로의 신호를 시간 필터링하고, 상기 방향 벡터에 대한 정보를 이용하여 가중치를 산출하고, 상기 시간 필터링 결과에 이 가중치를 적용하는 단계를 포함하여 이루어진다.

바람직하게, 상기 출력하는 단계에서, 상기 공간 필터링 결과 중 그 크기가 큰 소정 개수의 신호에 해당하는 타임 오프셋을 추정하는 단계; 상기 타임 오프셋에 해당되는 방향 벡터 셋의 인덱스 및 상기 타임 오프셋을 출력하는 단계를 더 포함하여 이루어진다.

이하 본 발명의 바람직한 일 실시 예에 따른 구성 및 작용을 첨부된 도면을 참조하여 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 복조기의 구성을 나타낸 도면이다. 도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 복조기는 입력 신호 벡터(

)에 고정된 방향 벡터 셋의 벡터들을 하나씩 적용하여 사전 공간 필터링을 수행하는 사전 공간 필터(10)와, 이 공간 필터링 결과를 각각 탐색하여 그 크기가 큰 소정 개수의 신호에 해당되는 타임 오프셋 및 방향 벡터에 대한 정보를 결과로써 출력하는 탐색기(20)와, 상기 출력된 타임 오프셋을 이용하여 각 경로의 신호를 시간 필터링하고, 상기 방향 벡터에 대한 정보를 이용하여 가중치를 산출하고, 상기 시간 필터링 결과에 이 가중치를 적용하는, 각 안테나 엘리먼트에 대한 핑거(30)로 구성된다.

상기 사전 공간 필터(10)는 각 안테나 엘리먼트로부터 입력되는 수신 신호 벡터(

)에 F 개의 고정된 방향 벡터 셋(

)을 곱하여, 각 벡터에 대한 수신 신호 벡터의 공간 필터링 결과를 출력한다. 이때, 상기 수신 신호 벡터는 기저대역 신호를 가정한다.

일반적으로

의 입사각을 갖는 신호들이 K 개의 안테나 엘리먼트로 구성된 안테나 어레이에 입사할 때, 방향 벡터

는 다음 수학식 1과 같이 나타낼 수 있다.

=

그리고, 상기 미리 결정된 F 개의 방향 벡터들 중 어느 하나를 다음 수학식 2로 가정할 때,

=

각 셋에 대한, 즉 각

에 대한 공간 필터링 결과

는 다음 수학식 3으로 표현된다.

상기 탐색기(20)는 상기

(i =1,2,..F)들을 각각 탐색하여 그 중 에너지 크기가 상대적으로 큰 소정 개수(도 1에서는 L 개의 (방향 벡터 인덱스, 타임 오프셋)들을 출력하는 것을 예로 들었다)의 타임 오프셋을 추정한다.

상기 탐색기(20)는 이 추정된 타임 오프셋과, 이 타임 오프셋에 해당되는 방향 벡터의 인덱스를 상기 가중치 처리기(32)로 출력한다. 예를 들어, L 개의 타임 오프셋과 방향 벡터 인덱스의 셋 (

), (

)..., (

)이 탐색 결과가 되며, (

=1,2,.., L)은 F 개의

(i=1,2,.., F) 중의 어느 하나이다.

상기 핑거(30)는, 안테나 엘리먼트별로 구비되어 각 안테나 엘리먼트로부터 입력되는 파일럿 신호 및 데이터 신호를 역확산하는 역확산부(31)와, 이 역확산된 신호들에 가중치를 적용하는 가중치 처리기(32)와, 상기 역확산된 파일럿 신호로부터 위상 로테이션 값을 추정하는 위상 추정기(33)와, 상기 추정된 위상 로테이션 값을 켤레 복소 연산(conjugate operation)하는 켤레 복소 연산부(34)와, 이 켤레 복소 연산 값과, 상기 가중치가 적용된 데이터 신호를 곱하는 곱셈기(35)로 구성된다.

상기 출력된 L 개의 타임 오프셋은 각 핑거(30a~30n)에 할당된다.

어느 하나의 핑거(30a)에서, 역확산부(31a~31n)는 이 할당된 타임 오프셋에 따라 각 안테나 엘리먼트를 통해 입력된 신호들의 기저대역 신호를 시간적으로 필터링한다. 이 과정은 모든 핑거들(30b~30n)도 마찬가지로 해당 할당 타임 오프셋에 따라 입력된 신호들의 기저대역 신호를 시간적으로 필터링한다.

상기 어느 하나의 역확산부(31a)는 각 안테나 엘리먼트로부터 입력되는 데이터 및 파일럿 신호를 역확산하는 각각의 모듈(31aa,31ab)로 구성되어 있으며, 다른 역확산부(31b ~ 31n)도 이와 동일하게 구성된다.

역방향 파일럿에 할당된 왈쉬 코드는 0 번 왈쉬 코드이므로, 상기 파일럿 신호를 역확산하기 위한 역확산 코드

는 다음 수학식 4와 같다.

n = 2m

n = 2m+1

여기서,

은 m 번째 가입자의 롱코드이다. 또한,

및

각각은 모든 가입자들에게 공통적으로 사용되는, I 채널 및 Q 채널에 대한 쇼트 코드(short code)이다.

따라서, m 번째 가입자(subscriber)의 파일럿 신호를 역확산하기 위한 코드

를

의 타임 오프셋으로 역확산한 신호 벡터

이라고 할 때, 이

은 가중치 처리기(32)에 의해 최소 평균 자승(Least Mean Square;이하 LMS) 알고리즘으로 가중치를 계산하는데 이용된다.

상기 가중치 처리기(32)는 상기 역확산된 파일럿 신호를 타겟으로 역확산된 신호를 이용하여 가중치를 산출하는 모듈(미도시)과, 상기 역확산된 데이터 신호를 타겟으로 역확산된 신호 벡터에 대하여 구해진 가중치로 결합하는 모듈(미도시)로 구성된다. 따라서, 상기 가중치 처리기(32)는 데이터 신호를 공간적으로 필터링한 결과를 출력한다.

상기 가중치 처리기(32)의 가중치 산출은 다음과 같다.

가중치를 계산하는 반복(iteration)에서 초기 벡터는

으로 택한다.

즉,

=

이 되고,

이 LMS에 의하여 매 번의 반복에서 갱신되는 식이다. 이때, 에러는

로 정의하고, d는

의 첫 번째 요소이고,

는 갱신 이득이다.

상기 LMS 알고리즘은 최소 에러로 수렴해 가게 되는데, 이때,

이

라면, 반복을 통해 구해진 가중치는 F 개의 고정된 섹터 중 i 번째 섹터 내의 m 번째 가입자의 신호가 입사하는 방향의 방향 벡터로 빠르게 수렴해 갈 것이다.

상기 탐색기(20)가 m 번째 가입자에 대하여 찾은 타임 오프셋

을 갖는

번째 경로의 입사 방향이

이라면, LMS 알고리즘에 의해 구해진 가중치는 다음 수학식 5로 나타낸다.

이때,

은

와

사이에 있는 값이다.

상기 가중치 처리기(32)는 상기에서 구해진 가중치를 이용해서 입력 신호 벡 터

를

으로 역확산한 신호를 가중치 결합한다.

여기서,

는 데이터 채널을 역확산하는데 쓰이는 코드이므로, 해당 데이터 채널에 할당된 왈쉬 코드가

에 곱해진 값으로 다음 수학식 6과 같이 나타낼 수 있다.

상기 가중치 처리기(32)의 출력은 위상 보상이 이루어지고, 이 값은 레이크 결합을 위해서 결합기로 보내진다.

입력 신호 벡터

를

의 타임 오프셋을 갖는

으로 역확산한 신호 벡터를

,

의 오프셋에 대하여 위상 추정한 결과를

로 표현한다면 결합기로 보내지는 신호는 다음 수학식 7과 같다.

이상의 설명에서와 같이 탐색기의 출력 결과가 (

), (

)..., (

)의 셋에서

,

의 관계가 있을 때, 신호의 입사 방향은 서로 다르나 같은 시간 지연을 가지는 두 개 이상의 경로들에 대해서 사전 공간 처리를 통 하여 각각 입사 방향에 대하여 독립적인 공간 이득을 얻을 수 있는 효과가 있다.

이상 설명한 내용을 통해 당업자라면 본 발명의 기술 사상을 일탈하지 아니하는 범위에서 다양한 변경 및 수정이 가능함을 알 수 있을 것이다.

따라서, 본 발명의 기술적 범위는 실시 예에 기재된 내용으로 한정하는 것이 아니라 특허 청구 범위에 의해서 정해져야 한다.

Claims (9)

1. 복수의 안테나를 구비한 이동통신 시스템에서,

   입력 신호에 고정된 방향 벡터셋의 벡터들을 하나씩 적용하여 사전 공간 필터링을 수행하는 사전 공간 필터;

   상기 공간 필터링 결과를 각각 탐색하여 그 크기가 큰 소정 개수의 신호에 해당되는 타임 오프셋 및 방향 벡터에 대한 정보를 결과로써 출력하는 탐색기;

   상기 출력된 타임 오프셋을 이용하여 각 경로의 신호를 시간 필터링하고, 상기 방향 벡터에 대한 정보를 이용하여 가중치를 산출하고, 상기 시간 필터링 결과에 이 가중치를 적용하는, 각 안테나 엘리먼트에 대한 핑거로 구성되는 것을 특징으로 하는 복조기.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 탐색기는 타임 오프셋과, 이 타임 오프셋에 해당되는 방향 벡터의 인덱스를 출력하는 것을 특징으로 하는 복조기.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 핑거는

   안테나 엘리먼트별로 구비되어 각 안테나 엘리먼트로부터 입력되는 파일럿 신호 및 데이터 신호를 역확산하는 역확산부;

   상기 역확산된 신호들에 가중치를 적용하는 가중치 처리기로 구성되는 것을 특징으로 하는 복조기.
4. 제 3 항에 있어서, 상기 핑거는

   상기 역확산된 파일럿 신호로부터 위상 로테이션 값을 추정하는 위상 추정기;

   상기 추정된 위상 로테이션 값을 켤레 복소 연산(conjugate operation)하는 켤레 복소 연산부;

   상기 켤레 복소 연산 값과, 상기 가중치가 적용된 데이터 신호를 곱하는 곱셈기를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 복조기.
5. 제 3 항에 있어서, 상기 역확산부는

   각 안테나 엘리먼트로부터 입력되는 데이터 및 파일럿 신호를 역확산하는 각각의 모듈로 구성되는 것을 특징으로 하는 복조기.
6. 제 3 항에 있어서, 상기 가중치 처리기는

   상기 역확산된 파일럿 신호를 타겟으로 역확산된 신호를 이용하여 가중치를 산출하는 모듈과, 상기 역확산된 데이터 신호를 타겟으로 역확산된 신호 벡터에 대하여 구해진 가중치로 결합하는 모듈로 구성되는 것을 특징으로 하는 복조기.
7. 제 6 항에 있어서, 반복 인덱스 n과, 허미션 연산자 H와, 경로 인덱스

   

   과, 초기 벡터

   

   과, 가중치

   

   에 대하여, 가중치

   

   은 '

   

   '에 의해 갱신되는, 여기서

   

   는 '

   

   '으로 정의되고, d는

   

   의 첫 번째 엘리먼트이고,

   

   은 파일럿 신호의 역환산된 신호이고,

   

   는 갱신 이득인 것을 특징으로 하는 복조기.
8. 복수의 안테나를 구비한 이동통신 시스템에서,

   입력 신호에 고정된 방향 벡터셋의 벡터들을 하나씩 적용하여 사전 공간 필터링을 수행하는 단계;

   상기 공간 필터링 결과를 각각 탐색하여 그 크기가 큰 소정 개수의 신호에 해당되는 타임 오프셋 및 방향 벡터에 대한 정보를 결과로써 출력하는 단계;

   상기 출력된 타임 오프셋을 이용하여 각 경로의 신호를 시간 필터링하고, 상기 방향 벡터에 대한 정보를 이용하여 가중치를 산출하고, 상기 시간 필터링 결과에 이 가중치를 적용하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 복조기의 신호 처리 방법.
9. 제 8 항에 있어서, 상기 출력하는 단계에서, 상기 공간 필터링 결과를 각각 탐색하여 그 크기가 큰 소정 개수의 신호에 해당하는 타임 오프셋을 추정하는 단계;

   상기 타임 오프셋에 해당되는 방향 벡터의 인덱스 및 상기 타임 오프셋을 출 력하는 단계를 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 복조기의 신호 처리 방법.

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