KR100890415B1

KR100890415B1 - 무선 통신 시스템에서의 파일럿 심볼 보조 변조 및 복조

Info

Publication number: KR100890415B1
Application number: KR1020077022126A
Authority: KR
Inventors: 앤토인 제이. 로우팰; 존 이. 호프만; 제임스 에이. 주니어 프록터; 조지 로드니 주니어 넬슨
Original assignee: 아이피알 라이센싱, 인코포레이티드
Priority date: 2000-02-03
Filing date: 2001-02-01
Publication date: 2009-03-26
Also published as: KR20080091869A; AU2001241437A1; KR100809995B1; WO2001058027A3; WO2001058027A2; KR20090026825A; US6301291B1; KR20020084111A; WO2001058027A9; KR100782947B1; JP2003522455A; KR20080049145A; KR20070058701A; KR20070102758A

Abstract

본 발명에 따르면, QPSK 변조기를 포함하는 송신기와, 파일럿 상관 필터(PCF), 데이터 정합 필터(DMF), 타이밍 복원 메커니즘, 샘플러 및 QPSK 복조기를 포함하는 수신기가 무선 통신 시스템에 제공된다. 상기 송신기는 무선 통신 시스템에서 데이터 심볼 및 파일럿 심볼의 프레임을 수신기로 전송한다. QPSK 변조기는 데이터 및 파일럿 심볼의 프레임을 변조한다. 수신기가 송신기로부터 데이터 및 파일럿 심볼의 프레임을 수신함에 따라, PCF는 송신기에 의하여 전송된 파일럿 심볼을 복원시키는 반면, 타이밍 복원 메커니즘은 상기 프레임에서 파일럿 심볼의 타이밍을 추적한다. DMF는 파일럿 심볼의 소정 시간간격으로 데이터 및 파일럿 심볼의 프레임의 다중경로 응답을 증대시키고, 복수의 증대된 피크를 출력한다. 샘플러는 각각의 증대된 피크에서 데이터 및 파일럿 심볼의 프레임의 다중경로 응답을 샘플링한다. QPSK 복조기는 샘플링된 프레임을 토대로 QPSK 복조를 사용하여 데이터 및 파일럿 심볼의 샘플링된 프레임을 복조하고, 데이터 심볼을 복원시킨다.

Description

무선 통신 시스템에서의 파일럿 심볼 보조 변조 및 복조 {PILOT SYMBOL ASSISTED MODULATION AND DEMODULATION IN WIRELESS COMMUNICATION SYSTEMS}

본 발명은 코드 분할 다중 접속(CDMA) 통신시스템, 특히 이러한 CDMA 통신시스템의 순방향 및 역방향 링크에서의 파일럿 심볼 보조 변조 및 복조에 관한 것이다.

당업계에서 알려진 코드 분할 다중 접속(CDMA)은 상이한 사용자들의 신호가 주파수와 시간 모두에 있어서 오버랩하는 다중사용자 접속 전송 방식이다. 또한, 이것은 당업계에서 알려진 것으로서, 사용자들의 신호가 시간에 있어서 오버랩되지만 고유의 주파수가 할당되는 주파수 분할 다중 접속(FDMA) 및 사용자들의 신호가 주파수에 오버랩되지만 고유의 시간대가 할당되는 시간 분할 다중 접속(TDMA)과 대조된다. CDMA에 따르면, 각 사용자에게 사용자의 신호를 변조하는데 사용되는 고유의 코드 시퀀스가 할당된다. 이로 인해, FDMA에서의 특정 서브 채널(들)과는 대조적으로, 사용자가 전체의 채널대역폭에 걸쳐 정보를 확산(spread)시키도록 한다. CDMA에서, 이동국(MS)에서 각 사용자에 대한 신호는 신호를 전송하기 위한 최소대역폭보다 큰 넓은 대역폭에 걸쳐 확산된다. 각각의 사용자신호는 상이한 광대역 코 드에 의하여 유포되며, 그 각각은 서로 직교(orthogonal)한다. 상이한 사용자에 대한 확산 광대역 신호 모두는 동일한 주파수 대역에서 공중파를 통하여 전송되는 합성 신호(composite signal)를 형성하도록 함께 추가된다. 기지국(BS)의 수신부는 사용자에 대한 특정 광대역 코드의 카피(copy)를 사용함으로써 상이한 사용자들로부터의 신호들을 구별하며, 이는 CDMA 시스템의 이동국과 기지국 양쪽 모두에서 이용할 수 있다. 이러한 처리를 채널화라 한다. 예를 들어, 당업계에서 알려진 북미 CDMA 표준인 IS-95 CDMA 시스템에서는, 즉 이동국(MS)이 그 시스템 내의 기지국(BS)으로 송신하고 있을 때에, 또한 당업계에 알려진 의사랜덤 잡음(pseudorandom noise)(PN)코드라 불리는 광대역 코드를 사용하여 역방향 링크의 채널화가 달성된다. 기지국(BS)의 수신기는 원래의 광대역 코드와 합성신호를 상관(correlate)시켜 합성 신호에서 벗어난 특정 사용자로부터 원하는 신호를 가려낸다. 그 특정 사용자로부터 원하는 신호에 대한 코드를 정합시키지 않는 코드를 갖는 그 밖의 사용자 모두는 거절된다.

무선 통신 시스템의 주요 관점(central facet)은 통신되고 있는 데이터의 신뢰성 및 보전성(integrity)이다. 이상적으로, 무선시스템의 송신기로부터 송신되고 있는 데이터는 그 수신기에서 수신되고 있는 데이터와 동일해야 한다. 하지만 실제로는, 수신기에서 수신되는 데이터는 송신기로부터 송신된 원래 데이터와는 달리 종종 손상되었다. 다중 경로 레일레이 페이딩(multipath Rayleigh fading)을 포함하는 여러가지 요인으로 인하여 이러한 데이터 통신 에러가 발생될 수 있다. 수신기가 CDMA 시스템에서 송신기의 범위를 완전히 벗어날 때, 즉, 수신기로 전달하는 신호경로가 없는 경우가 있다. 수신된 신호는 물체로부터의 반사들의 그룹으로 이루어지며, 반사된 신호 경로는 다른 경로보다 결코 우선하지 않는다. 상이하게 반사된 신호 경로는 상이한 진폭과 상이한 위상으로 다소 상이한 시간대에 도달한다. 다수의 상이한 신호 경로가 있기 때문에, 보강 및 상쇄 간섭, 즉 다중경로 레일레이 페이딩이 생길 수 있다. 더욱이, 적절한 신호 샘플링을 방해하는 지터(jitter)가 생겨, 특정 사용자에 할당된 송신 경로의 신호품질에 직접적으로 관련되는 비트에러율(BER)에 부정적인 영향을 끼칠 수 있다.

그러므로, 당업계에서는 데이터 수신이 개선된 무선시스템이 필요하다. 특히, 수신기에서의 신호 품질을 증대시키고 데이터 수신에 있어 다중경로 레일레이 페이딩과 같은 부정적인 영향을 최소화하는 무선 시스템이 필요하다. 또한, 적절한 샘플링 및 최적화된 비트에러율(BER)로 지터의 발생을 막는 무선시스템이 필요하다.

본 발명은 파일럿 심볼 보조 변조 및 복조를 사용하는 데이터 송신 시스템 및 방법이다. 본 발명에 따른 바람직한 실시예는 QPSK(직교 위상 시프트 키잉, quadrature phase shift keying) 변조기를 갖는 송신기와, 파일럿 상관 필터(PCF), 데이터 정합 필터(DMF), 타이밍 복원 메커니즘, 샘플러 및 QPSK(직교위상시프트키잉) 복조기를 갖는 수신기를 포함한다. 송신기는 무선 시스템에서 수신기로 데이터 심볼 및 파일럿 심볼의 프레임을 송신한다. 파일럿 심볼은 알려진 시간 간격으로 프레임에 삽입된다. QPSK 변조기는 QPSK 변조를 사용하여 데이터 및 파일럿 심볼의 프레임을 변조한다. 수신기가 송신기로부터 데이터 및 파일럿 심볼의 프레임을 수신함에 따라, PCF는 프레임으로부터 파일럿 심볼을 복원하고 다중경로 응답을 생성한다. 타이밍 복원 메커니즘은 프레임에서 파일럿 심볼의 타이밍을 추적한다. DMF는 파일럿 심볼의 알려진 시간 간격으로 데이터 및 파일럿 심볼의 프레임의 다중경로 응답을 증대시키고, 복수의 증대된 피크를 가진 증대된 다중경로 응답 신호를 출력한다. 샘플러는 데이터 및 파일럿 심볼의 프레임의 증대된 다중경로 응답을 샘플링한다. QPSK 복조기는 샘플에 기초한 직교위상시프트키잉 (QPSK) 복조를 사용하여, 데이터 및 파일럿 심볼의 샘플링된 프레임을 복조하고, 데이터 심볼을 복원한다.

본 발명은 파일럿 심볼 보조 변조 및 복조를 사용하는 데이터 송신 시스템 및 방법이다. 본 발명에 따른 바람직한 실시예는 QPSK(직교 위상 시프트 키잉, quadrature phase shift keying) 변조기를 갖는 송신기와, 파일럿 상관 필터(PCF), 데이터 정합 필터(DMF), 타이밍 복원 메커니즘, 샘플러 및 QPSK(직교위상시프트키잉) 복조기를 갖는 수신기를 포함한다. 송신기는 무선 시스템에서 수신기로 데이터 심볼 및 파일럿 심볼의 프레임을 송신한다. 파일럿 심볼은 알려진 시간 간격으로 프레임에 삽입된다. QPSK 변조기는 QPSK 변조를 사용하여 데이터 및 파일럿 심볼의 프레임을 변조한다. 수신기가 송신기로부터 데이터 및 파일럿 심볼의 프레임을 수 신함에 따라, PCF는 프레임으로부터 파일럿 심볼을 복원하고 다중경로 응답을 생성한다. 타이밍 복원 메커니즘은 프레임에서 파일럿 심볼의 타이밍을 추적한다. DMF는 파일럿 심볼의 알려진 시간 간격으로 데이터 및 파일럿 심볼의 프레임의 다중경로 응답을 증대시키고, 복수의 증대된 피크를 가진 증대된 다중경로 응답 신호를 출력한다. 샘플러는 데이터 및 파일럿 심볼의 프레임의 증대된 다중경로 응답을 샘플링한다. QPSK 복조기는 샘플에 기초한 직교위상시프트키잉 (QPSK) 복조를 사용하여, 데이터 및 파일럿 심볼의 샘플링된 프레임을 복조하고, 데이터 심볼을 복원한다.

본 발명의 바람직한 방법의 실시예에 따르면, 데이터 심볼 및 파일럿 심볼의 프레임이 전송되는데 여기서, 상기 파일럿 심볼은 알려진 시간 간격으로 프레임내에 삽입된다. 데이터 및 파일럿 심볼의 프레임은 QPSK 변조를 사용하여 변조된다. 일단, 프레임이 수신되면, 파일럿 심볼이 복원되며 다중경로 응답은 유한임펄스응답 (FIR)필터의 사용을 통하여 파일럿 심볼의 알려진 시간 간격으로 수신된 프레임에 제공된다. 이 때, 다중경로 응답은 그 진폭 대 시간의 도표에서 험프형(hump-like)모양이다. 수신된 프레임의 다중경로 응답은 다중경로 응답의 증대된 피크를 제공하도록 시간 반전(time reversal) 및 복소 켤레(complex conjugation)에 의하여 증대된다. 증대된 다중경로 응답은 증대된 피크의 각각에서 샘플링되고, 수신된 프레임의 데이터 심볼은 샘플에 기초한 QPSK 복조를 사용하여 복원된다.

도 1은 본 발명에 따른 무선 통신 시스템에서의 송신기(10) 및 수신기(20)를 일반적으로 예시한 도면이다. 송신기(10), 즉 Tx 1은 QPSK 변조기(14) 및 안테나(15)를 포함한다. 수신기(20), 즉 Rx 2에는 지연부(21), 데이터 정합 필터 (DMF)(22), 파일럿 상관 필터(PCF)(23), 및 샘플러(24)를 포함하는 QPSK 복조기(26)가 있다. 송신기 Tx 1은 수신기 Rx 2로 데이터 심볼(11) 및 파일럿 심볼(12)의 프레임을 송신한다. 본 발명의 실시예에서는, 역방향 링크에서, 즉 무선 시스템에서의 이동국(MS) 내의 송신기로부터 기지국(BS) 내의 수신기로, 전송된다. 하지만, 순방향 링크에서, 즉 무선 시스템에서의 기지국(BS)내의 송신기로부터 이동국(MS)내의 수신기로 전송될 수도 있다. 파일럿 심볼(12)은 알려진 시간 간격으로 (노드(13)에서) 프레임 내에 삽입된다. 파일럿 심볼(12)은 도 1a에 도시된 바와 같이 예시적인 프레임(1)에 삽입된다. P 개의 파일럿 심볼들은 N 개의 심볼들 전체를 갖는 프레임(1)으로 삽입된다. P 개의 파일럿 심볼들은 그것에 첨부된 N-P 개의 데이터 심볼들을 가지면서, 프레임(1)의 전단부에 삽입된다. 본 발명의 실시예에서는, P=1 이고 N=7 이지만, 당업자라면 본 발명의 기술적 사상 및 범위를 벗어나지 않으면서, P 및 N이 임의의 다른 값일 수 있다는 것을 이해할 것이다. 각 심볼은 CDMA 분야의 기술용어인 "칩"과 같은 더 작은 샘플링 유닛으로 더 나뉠 수 있다. 칩은 데이터/파일럿 심볼의 프레임에 대한 최소의 샘플링 주기용 유닛이다. 예를 들어, 당업계에서 알려진 북미 CDMA 표준인 IS-95에서 칩의 샘플링 주기(Tc로 표기됨)는

초이다. 칩에 취해진 샘플의 수는 CDMA 설계에 따라 변한다. 예를 들어, 1개의 샘플이 각 칩에서 취해질 수 있거나, 칩이 복수의 샘플을 포함하도록 오버샘플링이 각 칩에 적용될 수 있다. 본 발명에 따른 특정 실시예에서, 송신되고 있는 데이터/파일럿 심볼의 프레임 내의 각 칩은 4배로 오버샘플링된다. 즉, 각 칩에는 4개의 샘플이 있다.

QPSK 변조기(14)는 각 심볼 주기에서 2비트의 정보 전송을 허용하는 변조 기술로서 당업계에서 알려진 직교 위상 시프트 키잉(QPSK)을 사용하여 데이터 및 파일럿 심볼(11 및 12)의 프레임을 변조시킨다. QPSK 모듈은 송신기(10)로부터 수신기(20)로 전송되는 프레임에서의 심볼의 동위상 성분에 추가하여 직교 성분을 사용한다. QPSK에서, 동위상 성분 I 및 직교 성분 Q는 서로 간섭하지 않고 결합될 수 있어(즉, 서로 직교함), 심볼 주기로 1비트의 정보를 간단히 전송하는 것에 비하여 대역폭 효율이 두배가 된다. 수신기(20)는 안테나(15 및 16)를 통하여 송신기(10)로부터 데이터 및 파일럿 심볼(11, 12)의 QPSK 변조된 프레임을 수신한다. 파일럿 상관 필터 (PCF)(23)는 송신기(10)로부터 수신된 변조된 프레임 내의 파일럿 심볼을 복원하고, 데이터 정합 필터(DMF)(22)로 험프형(hump-like) 다중경로 응답을 출력한다. 이 때, 다중경로 응답은 다중경로 레일레이 페이딩과 같은 간섭으로 인하여 험프형이다. 지연부(21)가 송신기(10)로부터 수신된 프레임을 지연시킨 후, DMF(22)는 PCF(23)에 의하여 복구된 파일럿 심볼의 알려진 시간 간격으로 데이터 및 파일럿 심볼(11 및 12)의 프레임의 다중경로 응답을 증대시키고, 복수의 증대된 피크를 출력한다. 샘플러(24)는 증대된 피크의 각각에서 데이터 및 파일럿 심볼(11 및 12)의 프레임의 다중경로 응답을 샘플링한다. 그 후, QPSK 복조기(26)는 데이터 및 파일럿 심볼(11 및 12)의 샘플링된 프레임의 복조를 완료하고 복원된 데이터 심 볼을 출력한다. 본 발명에 따른 송수신기의 구조 및 다중경로 응답 증대 처리는 아래에 상세하게 서술된다.

도 2는 본 발명에 따른 송신기(10)의 QPSK 변조기를 예시하는 도면이다. 데이터 및 파일럿 심볼(도 1의 11 및 12)의 프레임(201)은 각각 가산기(207 및 209)로 입력된다. QPSK에 따라, 가산기(207 및 209)에 연결된 채널 분리기(203)는 동일한 주파수를 가지는 코사인 및 사인 반송파형을 프레임(201)에 곱함으로써 2개의 데이터 스트림(I 및 Q)으로 상기 프레임(201)을 분리시키거나 확산시킨다. 의사랜덤 잡음(PN) 및 사용자 코드 생성기(205)는 가산기(211 및 213)에서 PN 코드{PN} 및 사용자 코드를 삽입하여 I 및 Q 스트림의 전체 대역폭에 걸쳐 데이터 및 파일럿 심볼의 프레임(201)을 확산시킨다. 또한, 수신기(20)는 데이터 복원용 PN{PN}코드의 카피를 소유한다. I 및 Q 스트림은 필터 H(Z)(215, 217)에서 각각 대역 필터링된다. 오실레이터 VCO(219)는 곱셈기(221 및 223)에서 각각 I 및 Q 스트림에 곱해지는 반송파형을 발생시킨다. I 및 Q 스트림은 송신기(10)의 안테나(15)로부터 수신기(도 1의 20)의 안테나(16)로 전송되는 데이터 및 파일럿 심볼의 변조된 프레임(1)을 출력하는 가산기(225)에서 결합된다.

변조된 프레임(1)을 포함하는 수신기 Rx2에서 수신된 데이터는 변조된 프레임(1)에서 시간 t와 칩에 대한 샘플링 주기 Tc의 함수로서 PN 코드{PN}에 대하여 나타낼 수 있다. PN 코드가 변조된 프레임(1)에 대한 n번째 칩을

로 표현된다고 한다면, 수신기(20)에서 수신된 데이터 r(t)는,

로 표현될 수 있으며, 여기서 N은 변조된 프레임(1)에서의 심볼의 수이며,

은 분수

에 가장 근사한 2개의 정수 중 작은 수에 대하여

근사하는 플로어링(flooring) 또는 모듈로(modulo) 함수를 나타내며,

은 변조된 프레임(1)에서 n번째 칩에 대한 인코딩된 비트를 나타내고, δ는 백색잡음(당업계에서 알려진 인자)의 함수이고, h(t)는 (시간 t의 함수로서) 송신기(10)와 수신기(20)간의 데이터 전송 경로에서의 채널 및 필터링 효과를 나타내며, n(t)는 (시간 t의 함수로서) 송신기 및 수신 기간의 데이터 전송 경로에서의 잡음을 나타낸다. 백색 잡음은 데이터 전송시에 자연적으로 발생하는 잡음 및/또는 간섭의 근사값이며, 전송매체에서 전자의 랜덤한 운동에 의하여 생성되는 열적 잡음 및 전송매체에서 두 점 사이에서의 이산펄스의 전류의 평균값 정도의 편차인 샷잡음(shot noise)을 포함한다. 플로어링 또는 모듈로함수

는 데이터 심볼 및 PN 코드가 상이한 전송 속도를 갖기 때문에 필요하다. 변조된 프레임(1)이 N=32인 심볼들을 가진다고 가정하면, 플로어링 또는 모듈로 함수

의 효과는, N-32 개의 심볼들의 전체 프레임이 처리될 때까지, (n번째 칩에 대한 인코딩된 비트를 나타내는) d가 변조된 프레 임(1)에서의 각 칩에 대하여 일정하게 유지되는 것을 보장한다.

도 3은 데이터의 프레임을 무선시스템의 송신기로부터 수신기로 통신하는 예시적인 다중경로 응답을 예시하고 있는 도면이다. 프레임(도 2의 201)이 변조된 후에, 송신기(도 1의 10)는 시간 t_x에서 변조된 프레임을 전송한다. 수신기(도 1의 20)는, 그 수신기(20)로부터 송신되지만 상이한 길이의 다양한 송신기 경로에 걸쳐 상기 수신기(20)에서 수신된 데이터 및 파일럿 심볼의 변조된 프레임(1)을 나타내는 t0, t1, t2, t3 및 t4에서의 일련의 펄스들 또는 피크들을 수신한다.

본 발명에 따른 QPSK 복조기를 구비한 수신기는 수신된 변조 프레임의 다중경로 응답을 증대시켜 원래의 데이터 심볼을 복원한다. 본 발명의 바람직한 실시예에서, 다중경로 응답은 각각 변조된 프레임을 위하여 수신된 최고의 임펄스 또는 피크 3개를 선택하고 상기 증대된 피크에서의 응답을 샘플링함으로써 증대되며, 이에 대해서는 아래에 더욱 상세히 기술된다.

도 4는 본 발명에 따른 수신기에서의 다중경로 응답을 증대시키는 데이터 정합 필터(DMF)를 구비한 예시적인 QPSK 복조기를 예시하고 있는 도면이다. 도 4를 참조하면, 파일럿 상관 필터(PCF)(41), 지연부(42A)를 갖는 데이터 정합 필터(DMF)(42), 임계치 검출기(43), 위상 추정기(45) 및 샘플러(47)를 포함하는 도 1의 QPSK 복조기(26)의 실시예가 도시되어 있다. PCF(41)는 송신기(10)로부터 파일럿 및 데이터 심볼의 변조된 프레임을 수신하고, 송신기(10)에서의 원래의 입력으로서 수신기(20)에서 알려진 PN 코드{Pn}를 기초로 하는 예시적인 다중경로 응 답(0, 1, 2)을 갖는 다중경로 응답을 발생시킨다. 상이한 길이의 전송 경로에 걸쳐 이동하기 때문에, 다중경로(0, 1, 2)는 시간 t0, t1 및 t2(도 3)에 수신기(10)에 의하여 각각 수신되는 펄스이다. 예를 들면, 변조된 프레임(1)에서의 하나의 심볼에 대하여, 수신기(20)에서 수신된 데이터 r(t)가 수학식 1을 기초로 하여 아래와 같이 표현될 수 있다.

잡음 n(t) 및 채널링/필터링 효과 h(t)로 인해, 다중경로(0, 1, 2)는 험프형의 모양으로 되어 있으며, 이는 수신된 다중경로 응답의 험프에 대한 명백한 피크를 찾기 어렵기 때문에 수신기(20)에서 데이터 또는 심볼을 복원하기에는 적합하지 않다. 험프형 다중경로 응답의 샘플링이 이 때에 수행된다면, 지터가 적절한 응답 피크에서 최적의 샘플링을 방해하는 결과를 초래하기 쉬우며, 또한 비트 에러율(BER)에 악영향을 끼친다. 지연부(42a)에서의 송신기(10)로부터 변조된 프레임에 대한 지연 작업 후에, 복소 켤레 및 타임 리버스(time reverse) 작업을 이용하는, 함수

로 표시된 DMF(42)는 험프형 다중경로(0, 1, 2)를 데이터 심볼 복원에 더욱 적합한 좁은 스파이크(narrow spike) 또는 피크로 형성시키거나 또는 뾰족하게 함으로써 s(t)의 다중경로 응답을 증대시킨다. 임계치 검출기(43)는 이하에서 더욱 상세히 설명되는 임계치(η)를 사용하여 임계치(η)에 걸친 스파이크형 다중경로 또는 피크를 선택한다. 프레임은 QPSK 변조되기 때문에, 선택된 각각의 피크에 대 한 위상이 위상 추정기(45)에서 추정된 다음, 이 위상 추정기가 샘플러(47)에 의한 상기 증대된 피크에서의 샘플링을 위하여 증대된 다중경로 응답을 출력한다.

도 5는 본 발명에 따른 예시적인 파일럿 상관 필터(예를 들면, 도 4의 PCF(41))를 더욱 상세히 예시하고 있는 도면이다. PCF(41)는 유한 임펄스 응답(FIR, finite impulse response) 필터(51) 및 합산기(53)를 포함하는 파일럿 상관 필터이다. 파일럿 상관 필터(예를 들어, PCF(41))의 기능은 데이터 심볼을 복원하고 수신기(20)에서 수신된 데이터 r(t)의 다중경로 응답을 복수의 다중경로 성분, 예를 들어, 다중경로 0, 1 및 2로 분해(resolve)하는 것이다. 본 발명에 따른 예시적인 파일럿 상관 필터는 복수의 탭을 갖는 FIR 필터(51)를 활용하여 수동적(passive) 상관 기술을 채용한다. 도 5에 나타낸 바와 같이, 예시적인 FIR 필터(FIR(51))는 송신기 및 수신기 모두에서 알려진 PN 코드의 입력, 상세하게는, 탭0, 탭1,...,및 탭N-1에 대한 PN 계수{P0, P1,...Pn-1}를 각각 이용하여 변조된 프레임(1)(도 1a)에서의 파일럿 심볼을 디코딩하는 N개의 탭들을 포함한다. FIR(51)은 변조된 프레임(1)의 파일럿 심볼을 처리하기 위한 지연부(N-1, N-2,...및 1)를 더 포함한다. 수신기(20)에서 수신된 데이터 r(t)는 탭(탭N-1, 탭N-2,..., 및 탭0) 및 지연부(N-1, N-2,...및 1) 모두로 입력되며, 여기서 수신된 데이터 r(t)는 각 탭과 나란히 지연 작업을 겪는다. 본 발명에 따른 도 5의 FIR(51)의 특정 실시예에서, r(t)는 우선 지연부(N-1) 및 탭(N-1) 모두로 입력되고, 여기서, PN 계수 P_N _-1에는 r(t)가 곱해진다. 이후에, 지연부(N-1)에서의 지연 작업을 겪은 r(t)는 다른 지 연 작업을 위하여 지연부(N-2) 및 탭(N-2)로 입력되며, 여기서, PN 계수 P_N _-2에는 r(t)가 곱해진다. 이 처리는 도 5에 나타낸 바와 같이, 각각 지연부(1) 및 탭(1)인 최종 지연부 및 탭에 이를 때까지 계속된다. 탭(탭N-1, 탭N-2,..., 및 탭0)에서의 PN 계수 곱셈 및 지연부(N-1, N-2,...및 1)에서의 지연 작업을 겪은 후에, 합산기(53)에서 결과가 합산되고, 그 다음 상기 합산기는 데이터 정합 필터(DMF(42))에서 추가 처리하기 위하여 다중경로 응답 s(t)를 출력한다.

도 6은 도 4의 임계치 검출기(43)와 같은 임계치 검출기를 사용하여, 본 발명에 따른 다중경로 응답의 예시적인 임계치 검출을 예시하고 있는 도면이다. 복소 켤레화 및 타임 리버스 작업으로 DMF(42)(도 4)에서의 다중경로 응답을 증대시킨 후에, 시간 t0, t1 및 t2에서의 예시적인 다중경로(0, 1, 2)는 추가 처리를 위하여 임계치 검출기(43)(도 4)로 진행된다. 스파이크형 다중경로 또는 피크인 DMF(42)의 출력은 우선 시간 t0-δ_0,1에서 임계치(η)와 교차한다. 시간 t0에서의 응답 피크에 도달한 후에, DMF(42)의 출력은 시간 t0+δ_0,2에서 임계치(η)와 아래쪽으로 교차한다. 시간 t0-δ_0,1과 t0+δ_0,2사이의 다중경로 응답에서의 데이터 신호가 기록된다. 최고의 응답을 갖는 데이터 신호인 시간 t0에서의 최대 응답 피크는 시간 t0-δ_0,1과 t0+δ_0,2사이에 위치하며, PN 코드의 대응하는 계수(송신기(10) 및 수신기(20) 모두에서 알려짐)가 그 사이에 할당된다. 다른 다중경로에 대한 최대 응답 피크(예를 들어, 시간 t1 및 t2에서의 다중경로 1 및 다중경로 2)는 유사하게 위치하며, 대응하는 PN 코드 계수는 거기에 할당된다. 위상이 추정된 다음, 예를 들어, 도 4의 샘플러(47)를 사용하여, 그들의 각각의 타이밍 포인트, 예를 들어, 각각 다중경로(0, 1, 2)에 대한 시간(t0, t1, t2)에 대응하는 샘플링 주파수에서 최대 응답 피크가 샘플링된다.

도 6a는 본 발명의 방법론의 바람직한 실시예를 예시하고 있는 흐름도이다. 단계 601에서, 데이터 심볼 및 파일럿 심볼의 프레임이 전송되며, 여기서, 파일럿 심볼은 알려진 시간 간격으로 프레임에 삽입된다. 데이터 및 파일럿 심볼의 프레임은 단계 603에서 QPSK를 사용하여 변조된다. 일단 프레임이 수신되면(단계 605), 파일럿 심볼이 복원되고(단계 607), 파일럿 심볼의 원하는 시간 간격으로 수신된 프레임에 다중경로 응답이 제공된다(단계 609). 이 때, 다중경로 응답은 그것의 진폭 대 시간의 관점에서 험프형의 모양으로 되어 있다. 단계 611을 참조하면, 다중경로 응답에 증대된 피크를 제공하기 위하여 수신된 프레임의 다중경로 응답은 복소 켤레화 및 타임 리버스 작업에 의하여 증대된다. 다중경로 응답은 각각의 증대된 피크에서 샘플링되고(단계 613), 수신된 프레임의 데이터 심볼은 QPSK 복조를 이용하여 복원된다(단계 615).

본 명세서에서 기술된(특히 도 4 및 도 6을 참조로 한) 본 발명에 따른 방법론은 아래에서 더욱 세부화되는 공식으로 표현될 수 있다. 본 발명에 따른 바람직한 실시예에서, 공식으로 표현되는 작업은 소프트웨어 프로그램 및/또는 디지털 신호처리(DSP)에 의하여 수행된다. PCF(41)로부터의 다중경로 응답 출력 s(t)는 다음과 같이 표현된다.

여기서,

는 분수

에 가장 가까운 2개의 정수 중 작은 것에

를 근접시키는 플로어링 또는 모듈로 함수를 나타내고,

는 s(t)의 n번째 칩에 대한 심볼 또는 부호화된 비트를 나타내며, Tc는 s(t)의 칩에 대한 샘플링 주기이고, 함수 h는 시간 t-nTc에서의 채널 응답 및 필터링 효과를 나타낸다. 임계치 검출기(43)에서의 함수

는 h(t)의 근사값이다. PN 코드는 수신기(20)에서 알려지기 때문에, s(t)는 타임 리버스되고 임계치 검출기(43)에서 복소켤레화되며, 이는 다음과 같이 소프트웨어 또는 DSP에서 수행된다.

는

와 같기 때문에, 다중경로 응답은 시간 t-1Tc에서 샘플링되고, 이는 다음과 같이 표현된다.

여기서, M은 다중경로 응답을 샘플링함에 있어서의 오버샘플링 인자이고, MTc는 샘플링 주기(Tc)에 대한 칩핑(chipping) 주기이다. 오버샘플링 인자(M)는 무선시스템용 칩셋을 위한 샘플링 속도의 배수(multiple)에서 프레임을 샘플링하는 샘플링 속도를 나타내는 양적 인자이다. 따라서, 최대 응답 피크는 다음 공식에 따라 선택된다.

일단 최대 응답 피크가 선택되면, 그들 각각의 위상이 추정되고 다중경로 응답이 샘플링된다.

도 7은 본 발명에 따른 예시적인 위상 추정기를 예시하고 있는 도면이다. 도 7을 참조하면, 적분기(integrator)(71) 및 보간기(interpolator)(73)를 포함하는 위상 추정기(45)(도 4와 유사하게 나타남)가 도시되어 있다. PCF(41)에서의 처리 후의 파일럿 및 데이터 심볼의 변조된 프레임 DMF(42) 및 임계치 검출기(43)는 증대된 다중경로 응답 피크에 대한 위상을 추정하기 위하여 (적분기(71)에서의)위상 추정기(45)로 입력된다. 적분기(71)를 사용하여, 위상이 추정되고, 이는 다음의 관계식으로 표현될 수 있다.

여기서, ξ는 시간 1 및 k 사이의 시점에서 추정될 위상을 나타내며, φ는 추정될 위상에 인접한 시점에서의 다중경로 응답의 알려진 위상을 나타내고, P는 파일럿 심볼의 수이고, N은 송신기(10)으로부터 송신된 변조 프레임내의 파일럿 및 데이터 심볼의 수이다. 하지만, 적분기(71)는 다중경로 응답의 모든 타이밍 점에 대한 위상을 적절히 추정할 수는 없다. 특히, 적분기(71)는 시간 t=(m+kN)M(단, M=P, P+1,..., 및 N-1)에서의 위상 추정을 제공할 수 없다. 1차 이상의 보간기인 보간기(73)는 시간 t=(m+kN)M(단, m=P, P+1,..., 및 N-1)에서의 위상을 추정하는데 사용된다. 보간기(73)는 다중경로 응답에서 인접한 시점의 추정된 위상을 기초로 하는 특정 시점에 대한 위상을 보간한다. 각각의 위상이 다중경로 응답 피크에 대하여 추정 및 보간(interpolate)된 후에, 그들이 샘플링되어 송신기(10)로부터 수신기(20)로 원래 전송된 프레임내의 데이터 심볼을 복원시킨다.

도 8은 본 발명에 따른 QPSK 복조기의 예시적인 실시예를 예시하고 있는 도면이다. 송신기(10)으로부터의 데이터는 파일럿 상관 필터(PCF(83))로 입력되며, 이 필터는 송신기로부터 송신된 프레임 내의 파일럿 심볼을 복원시키고 험프형 모양인 예시적인 다중경로(0, 1, 2)를 갖는 다중경로 응답 s(t)를 발생시킨다. 본 명세서에서 유한 임펄스 응답(FIR) 필터인 PCF(83)의 실시예는 도 5와 연계하여 설명된다. 송신기(10) 및 수신기(20)에서 알려지는 PN 코드의 계수 Pn={P0, P1,...,Pn- 1}을 사용하여, PCF(83)는 험프형 다중경로(0, 1, 2)를 갖는 s(t)의 다중경로 응답을 출력한다. 다중경로(0, 1, 2)는, 타임 리버스 및 복소 켤레화 작업에 의하여, DMF(880, 881, 882) 각각에 의한 스파이크 또는 피크 형태로 뾰족하게 된다. 그 다음, 다중경로(0, 1, 2)는 각각 임계치 검출기(80, 81, 82)에서 임계치 검출을 위해 처리된다. 예시적인 DMF 및 임계치 검출기는 각각 DMF(42) 및 임계치 검출기(43)이다(도 4). 임계치(η)를 사용하여, 다중경로(0, 1, 2)에 대한 최대 응답 피크는 각각 임계치 검출기(80, 81, 82)에 위치한다. 또한, PCF(83)으로부터의 다중경로 응답 s(t)는 타이밍 복원 전류(timing recovery current)(85)로 입력되며, 이 타이밍 복원 전류는 QPSK 변조시 그들의 타이밍이 송신기 및 수신기 모두에 알려지기 때문에 파일럿 심볼에 대한 타이밍 포인트를 복원시킨다. 일단 최대 응답 피크가 위치하면, 필터(810, 811, 812)는 각각 그들 각각의 최대 응답 피크에 대응하는 타이밍 포인트에서의 다중경로(0, 1, 2)를 필터링한다.

QPSK에 따르면, 송신기(10) 및 수신기(20)에서 모두 알려지는 PN 코드에는, 다중경로 응답을 역확산(despread) 또는 디코딩하기 위하여, 각각 곱셈기(820, 821, 822)에서 다중경로(0, 1, 2)의 최대 응답 피크가 곱해진다. 그 다음, 다중경로(0, 1, 2)는 각각 위상 추정기(800, 801, 802)로 진행하여, 최대 응답 피크에서 샘플링하기에 적절한 위상을 추정 및 보간하는데, 이는 본 명세서에서 도 7과 연계하여 설명된다. 다중경로 응답(0, 1, 2)는 적분기(840, 841, 842)에 적용된다. 또한, 추정기(800, 801, 802)의 출력은 각각 다중경로(0, 1, 2)용 적분기(830, 831, 832)에서 처리된다. 추정(또는 보간된)위상에 대한 적분기(830, 831, 832)의 출력 에는 각각 곱셈기(850, 851, 852)에서 다중경로(0, 1, 2)용 적분기(840, 841, 842)의 출력이 곱해진다. 그 다음, 최대 응답 피크를 갖는 다중경로(0, 1, 2) 및 곱셈기(850, 851, 852)로부터의 적절한 위상은 각각 지연부(860, 861, 862)에서 지연되고, 송신기(10)로부터의 데이터 심볼이 복원되는 출력을 제공하기 위하여 합산기(87)에서 가산된다.

본 발명은 특히 그것의 바람직한 실시예를 참조로 하여 상세히 도시되고 기술되었으나, 상기 실시예는 모든 것을 포괄하거나 본 발명을 본 명세서에서 개시된 형태로만 제한하기 위한 것은 아니다. 당업자들은 본 발명의 기술적 사상 및 범위를 벗어나지 않는 형태 및 세부적인 많은 수정이 이루어질 수 있다는 점을 이해해야 할 것이다. 이와 유사하게, 본 명세서에서 기술된 특정 처리단계는 실질적으로 동일한 결과를 달성하는 여타의 단계로 대체될 수도 있다. 이러한 모든 수정은 다음의 청구항 등에 정의되는 본 발명의 범위내에 포함된다.

이하, 첨부한 도면과 연계하여 예시적이지만 바람직한 본 발명의 실시예의 상세한 설명을 참조하여 본 발명의 상기 및 기타 특징, 형태, 및 장점을 더욱 명백히 서술한다. 본 발명의 원리를 예시함에 있어서, 특별히 언급하지 않았다면, 이하에 참조된 도면은 도시된 것으로만 한정하여 이해하여서는 아니된다.

도 1은 본 발명에 따른 무선시스템의 송수신기를 일반적으로 예시한 도면;

도 1a는 본 발명에 따라 송신되는 예시적인 데이터 및 파일럿 심볼의 프레임의 프레임 구조를 도시한 도면;

도 2는 본 발명에 따른 송신기의 QPSK 변조기를 예시한 도면;

도 3은 무선시스템에서 송신기로부터 수신기로 데이터의 프레임을 통신하는 예시적인 다중경로 응답을 도시한 도면;

도 4는 본 발명에 따른 수신기에서 다중경로 응답을 증대시키는 데이터 정합 필터를 갖는 예시적인 QPSK 복조기를 예시한 도면;

도 5는 본 발명에 따른 예시적인 파일럿 상관 필터를 예시한 도면;

도 6은 본 발명에 따른 다중경로 응답의 예시적인 임계치 검출을 예시한 도면;

도 6a는 본 발명의 방법의 바람직한 실시예를 예시한 도면;

도 7은 본 발명에 따른 수신기에 사용되는 예시적인 위상추정기를 예시한 도면; 및

도 8은 본 발명에 따른 QPSK 복조기의 또 다른 실시예를 예시한 도면이다.

Claims

삭제
삭제
삭제
데이터 심볼들 및 파일럿 심볼들의 프레임을 수신하도록 구성된 이동국으로서, 상기 파일럿 심볼들은 알려진 시간 구간들에서 상기 프레임 내에 삽입되는 것인, 상기 이동국에 있어서,

상기 파일럿 심볼들을 복원시키고, 상기 파일럿 심볼들의 상기 알려진 시간 구간들에서 상기 데이터 심볼들 및 파일럿 심볼들의 프레임의 다중경로 응답을 제공하는 파일럿 상관 필터와;

상기 다중경로 응답을 증대시키고, 복수의 증대된 피크들을 구비한 증대된 다중경로 응답을 제공하는 데이터 정합 필터와;

상기 데이터 정합 필터에 상기 프레임의 지연된 버전을 제공하는 지연부와;

상기 증대된 피크들의 각각에서 상기 증대된 다중경로 응답을 샘플링하여, 샘플링되고 증대된 다중경로 응답을 제공하는 샘플러와;

상기 샘플링되고 증대된 다중경로 응답에 기반한 QPSK 복조를 사용하여, 데이터 및 파일럿 심볼들의 상기 샘플링된 프레임을 복조하고, 상기 데이터 심볼들을 복원시키는 QPSK 복조기

를 포함하는 이동국.
제4항에 있어서, 상기 파일럿 상관 필터는 FIR(Finite Impulse Filter) 필터를 포함하고, 상기 FIR 필터는,

각각의 지연부가 상기 프레임을 수신하고 상기 프레임의 지연된 버전을 제공하는, 복수의 지연부들과;

각각의 탭이, 대응하는 지연부로부터 상기 프레임의 지연된 버전을 수신하는, 복수의 탭들과;

상기 탭들로부터의 출력들을 수신하고 합산하는 합산기

를 포함하는 이동국.
제4항에 있어서, 상기 데이터 정합 필터는, 상기 다중경로 응답을 시간 반전(time reversal) 및 복소 켤레화(complex conjugating)함으로써, 상기 다중경로 응답을 증대시키는 것인, 이동국.
제4항에 있어서, 상기 데이터 정합 필터와 상기 샘플러 사이에 위치하여 상기 다중경로 응답에서의 한 시점에서 최대 응답 피크의 위치를 찾고, 상기 최대 응답 피크에 의사랜덤 잡음 코드(pseudorandom noise code) 계수를 할당하기 위한 임계치 검출기를 더 포함하는, 이동국.
제4항에 있어서, 상기 샘플러 이전에 위치하여 상기 증대된 피크들의 위상을 추정하기 위한 위상 추정기를 더 포함하는 이동국.
제7항에 있어서, 상기 임계치 검출기와 상기 샘플러 사이에 위치하여 상기 증대된 피크들의 위상을 추정하기 위한 위상 추정기를 더 포함하는 이동국.