KR19990023073A

KR19990023073A - 다중 사용자 코드 분할 다중 접근 수신기

Info

Publication number: KR19990023073A
Application number: KR1019980004967A
Authority: KR
Inventors: 텡 준 림; 라즈 라스무센; 히로키 수기모토
Original assignee: 리 킨 문; 센터 포 와이어리스 컴뮤니케이션즈, 내쇼날 유니버시티 오브 싱가폴; 푸미오 무토; 오키 테크노 센터(싱가폴) 피티이 엘티디.
Priority date: 1997-08-26
Filing date: 1998-02-18
Publication date: 1999-03-25
Also published as: KR100473586B1; JPH11136212A; CN1209696A; US6240099B1; CN1197283C; SG77607A1

Abstract

복수개의 전개 코드들에 의해 전개된 기호값들을 결합한 코드 분할 다중 접근 ( code - division multiple - access ; CDMA ) 신호를 수신하는 수신기 및 방법이 개시되어 있는 데, 상기 방법은,

( a ) 상기 CDMA 신호를 기저대역 신호로 변환하는 단계 ;

( b ) 지연 추정치를 생성하도록 상기 기저대역 신호에서 모든 사용자에 대한 모든 다중 경로의 기호 경계 부분들을 인식하는 단계 ;

( c ) 채널 추정치들을 생성하도록 각각의 다중 경로에 의해 상기 기저대역 신호상에서 가해진 감쇠 및 상회전 ( phase rotation ) 을 추정하는 단계 ;

( d ) 모든 사용자에 대한 새로운 기호 추정치들을 샘플링 속도로 생성하는 단계 ;

( e ) 상기 기호 추정치들 및 채널 추정치들을 사용하여 수신된 신호의 추정치를 생성하는 단계 ;

( f ) 상기 수신된 신호를 그의 추정치와 비교하여 추정 오차를 다시 송신 기호 추정 수단에 공급하는 단계 ;

( g ) 최종 기호 추정치들을 얻도록 각각의 사용자의 추정된 기호 경계 부분들에서 상기 기호 추정치들을 샘플링하는 단계 ; 및

( h ) 모든 새로운 샘플에 대해 단계 ( b ) 내지 ( g ) 를 반복하는 단계

를 포함한다.

Description

다중 사용자 코드 분할 다중 접근 수신기

본 발명은 순환적 추정을 기초로 한 다중 사용자 코드 분할 다중 접근 수신기에 관한 것이다. 보다 구체적으로는, 본 발명은 코드 분할 다중 접근 신호를 수신하는 방법에 관한 것이다.

코드 분할 다중 접근 ( Code Division Multiple Access ; CDMA ) 셀룰러 통신 시스템은 역전 또는 상공 연결 ( 즉, 이동 핸드 셋으로 부터 기지국까지 ) 상에서의 동일 채널 간섭 ( 또는 다중 사용자 또는 다중 접근 간섭 ( Multiple Access Interference ; MAI ) ) 으로 부터 악영향을 받는다. 이는 독립 이동 핸드 셋에 의해 사용되는, 비동기식으로 송신되는 코드 채널들사이의 직교성을 유지할 수 없는 능력에 기인한다. 이와 같은 간섭 형태는 공중 연결 용량을 상당히 제한하고, 극히 현저한 용량 능력은, 다중 사용자가 감소될 수 있는 경우에나, 모든 사용자의 결합 검출이, 단지 다중 접근 간섭 ( MAI ) 을 상관없는 노이즈로서 취급할 뿐인 현재 사용중에 있는 종래의 단일 사용자 검출 기법과는 반대로 사용되는 경우에 얻어질 수 있다.

MAI 제거에 관한 이전의 방법은, 각각의 사용자에 의해 송신된 비트들의 복조를 위한 최대 공산 ( Maximum - Likelihood ; ML ) 데코딩 미터와 협조하는 비터비 ( Viterbi ) 데코더의 사용을 설명하는, 「 IEEE Trans. Inf. Theory, vol. 32, no. 1, pp. 85-96, Jan 1986 」에 기고된 S. Verdu 명의의 “ Minimum probability of error for asynchronous Gaussian multiple - access channels ”까지 소급 적용된다. 최대 공산 검출기는 2 진 위상 편이 키잉된 ( Binary Phase Shift Keyed ; BPSK ) 시스템에서 지수적으로 증가하는 복잡성을 지니는 데, 이는 2^k정도의 승산 및 가산이며, 여기서 K 는 상기 시스템에서의 사용자의 수이다. 그러한 복잡성은 ML 검출기의 실제적 구현을 방지함으로써, 다른 부수적인 최적의 방안들이 제안되어 있다.

이들중에서, Verdu 의 ML 검출기의 직계 혈통은 「 IEEE Trans. Communications, vol. 38, no. 5, pp. 578-583, May 1990 」 에 기고된 Z. Xie, C.K. Rushforth, 및 R.T.Short 명의의 “ Multi - user signal detection using sequential decoding ”에서 토의된 순차 데코더, 및 「 IEEE Trans. Communications, Vol. 45, No. 6, pp. 691-700, June 1997 」에 기고된 L. Wei, L.K.Rasmussen, 및 R. Wyrwas 명의의 “ Near - optimum tree - search detection schemes for bit - synchronous multi - user CDMA systems over Gaussian and two - path Rayleigh fading channels ”에서 토의된 제한된 트리 탐색 검출기인 데, 이들은 트리의 모든 분기를 검사하는 ML 알고리듬과는 반대로, 데코딩 트리구조를 비소모적으로 탐색하는 원리로 작동한다. 그와 같은 방안들의 복잡성은 여전히 상당히 많으며, 그들 구조는 대규모 집적 ( LSI ) 회로 구현보다는 프로그램가능한 디지탈 신호 프로세서 ( Digital Signal Processor ; DSP ) 구현에 더 적합하다. 현재의 DSP 는 다중 사용자 검출기의 트리 탐색 패밀리를 구현할 정도로 여전히 지배적이지 않다.

종래의 검출기는, 한 사용자의 전개 코드에 정합되는 각각의 분기를 지니는 필터 뱅크를 통해 수신된 신호를 전송한다. 상기 필터 뱅크의 K 출력은 그후, 송신되었던 기호들에 관해 결정하는 K 결정 디바이스 ( 또는 슬라이서 ) 를 통해 전송된다. 이러한 간단한 기법은 앞서 언급한 바와 같은 MAI 로 부터 악영향을 받지만, 개별 사용자들에 의해 사용된 전개 코드들사이의 전후상관을 기초로 한 부가적인 행렬 필터는 MAI 를 완전히 제거하도록 설계될 수 있다. 이러한 검출기 구조는 비상관 검출기로서 알려져 있으며 「 IEEE Trans. Inf. Theory, vol. 35, no. 1, pp. 123-136, Jan 1989 」에 기고된 R.Lupas 및 S.Verdu 명의의 “ Linear multi - user detectors for synchronous code - division multi - access channels ”에서 제안되었다.

비상관 검출기와 관련된 문제점들은 다음과 같다.

1. 기호 간격보다 큰 주기를 지닌 긴 전개 코드들이 사용되는 경우, 행렬 필터는 모든 기호마다 재계산되어야 한다. 이는 k×k 행렬의 역을 필요로 하는 하찮지 않은 작동이다.

2. 긴 코드의 경우, 주어진 기호 간격에서, k 사용자들에 의해 선택된 코드들이 선형적으로 독립된 집합을 형성하지 않는 비제로 확률이 존재한다. 이는 비상관 검출기에 치명적이다.

3. 비상관 검출기는 다른 소스들로 부터의 노이즈 및 간섭에 관계없이 MAI 를 제거하고, MAI 에 기인하지 않은 노이즈 성분을 증가시키도록 항상 시도될 수 있다. 이러한 노이즈 증가 문제는 비상관 검출기와 같은 제로 강제 필터의 특성이다.

처음의 2 가지 문제점들은 송신된 신호 벡터를 회복하도록 채널 행렬을 반전시키는 것인 비상관 검출기의 바로 그 개념에 기인하여 극복하기란 거의 불가능하다.

노이즈 증가 문제점은 채널 균등화, 즉 최소 제곱 평균 오차 ( Minimum mean squared error ; MMSE ) 해의 사용에서와 동일한 기법을 사용하여 제한될 수 있다. 이는 「 IEEE J. Sel. Areas Comms., vol. 8, no. 4, pp. 683-690, May 1990 」에 기고된 Z. Xie, R.T.Short, 및 C.K.Rushforth 명의의 “ A family of sub - optimum detectors for coherent multi - user communications ”에서 제안되었으며, 더구나 「 IEEE Trans. Communications, vol. 42, no. 12, pp. 3178-3188, Dec 1994 」에 기고된 U. Madhow 및 M.L.Honig 명의의 “ MMSE interference suppression for direct - sequence spread - spectrum CDMA ”에서 논파되었다. 상기 MMSE 검출기는 또한 이론상 전개 코드의 지식에 부가하여 행렬 역을 필요로 하며, 또한 수신기에서의 열적 노이즈 전력의 지식을 필요로 한다. 이는 비실제적인 것처럼 보일 수 있지만, 필요한 간접 정보의 양은 적응형 구현이 사용될 경우 단지 연습용 시퀀스만으로 감소될 수 있다. 이러한 방안은 예를들면 「 IEEE Trans. Communications, vol. 43, no.2/3/4, pp. 1746-1755, Feb/Mar/Apr 1995 」에 기고된 S.L.Miller 명의의 “ An adaptive direct - sequence code - division multiple - access receiver for multi - user interference rejection ” 및 「 Code Division Multiple Access Communications, S.G.Glisic and P.A. Leppanen, Eds., pp. 97-116, Kluwer Academic Publishers, The Netherlands, 1995 」에 기고된 S.Verdu 명의의 “ Adaptive multi - user detection ”에서 상세하게 설명되어 있으며, 연습용 기호들의 사용을 필요로 하지 않는 수신정지 방안도 또한 「 IEEE. Trans. Inf. Theory, vol. 41, no. 4, pp. 944-960, July 1995 」에 기고된 M. Honig, U. Madhow, 및 S. Verdu 명의의 “ Blind adaptive multi - user detection ”에서 제안되어 있다.

그러나, 상기 적응형 MMSE 검출기는 짧은 코드 시스템들, 즉 하나의 기호 간격과 정확히 동일한 주기를 지닌 전개 코드들을 사용하는 짧은 코드 시스템들용으로 상기 적응형 MMSE 검출기가 단지 사용될 수 있다는 점에서 한 주된 결함으로 부터 악영향을 받는다. 그러한 시스템들은 현재에는 존재하지 않으며, 전세계에 걸쳐 한 번에 사용중에 있는 모든 단일의 이동 핸드 셋을 유일하게 식별하는 데 충분히 긴 코드들을 지닐 필요성 때문에 미래의 셀룰러 시스템들에 대해 고려중에 있지 않다.

다른 한 다중 사용자 검출기 패밀리는 수신된 신호로 부터의 추정된 간섭 성분들의 점진적인 감산을 통한 간섭 제거의 원리로 작동한다. 「 IEEE J. Sel. Areas Comms., vol. 12, no. 5, pp. 796-807, June 1994 」에 기고된 P.Patal 및 J. Holtzmann 명의의 “ Analysis of simple successive interference cancellation scheme in a DS/CDMA system ”에서 토의된 바와 같은 연속 간섭 제거기 ( Successive Interference Canceller ; SIC ), 및 「 IEEE Trans. Communications, vol. 38, no. 4, pp. 509-519, Apr 1990 」에 기고된 M.K.Varanasi 및 B.Aazhang 명의의 “ Multi - stage detection in asynchronous code - division multiple - access communications ”에서 토의된 병렬 간섭 제거기 ( Parallel Interference Canceller ; PIC ) 는 잘 알려져 있으며 많은 개선점들이 기본 구조에 대해 이루어져 왔다. 주목할 만한 개선점들은 「 the Proc. IEEE Int'l Conf. Comm. Systems ( ICCS )/Int'l Wkshop Intelligent Sig. Proc. Comm. Systems ( ISPACS ), Singapore, Nov. 1996, pp. 585-589 」에 기고된 M.Sawahashi, H.Andoh 및 K. Higuchi 명의의 “ DS - CDMA pilot and data symbol - assisted coherent multistage interference canceller using repeatedly updated channel estimation ”에서 토의된 바와 같은 하이브리드 직-병렬 구조들 및 미국특허 제 5,579,304 호 및 「 Tech. Rep. 95-21, Jet Propulsion Lab. California Inst. of Tech., Oct. 1995 」에 기고된 D. Divsalar 및 M. Simon 명의의 “ Improved CDMA performance using parallel interference cancellation ”에서 토의된 바와 같은 고정 결정들 대신 각각의 스테이지의 출력에서의 임의적인 결정의 사용을 포함한다. 선형 클리퍼 임의 결정 기능은, 「 the Proc. 31st Annual Allerton Conf. Comms., Cont. Comp., Monticello, IL, 1993 」에 기고된 X Zhang 및 D. Brady 명의의 “ Soft - decision multistage detection for asynchronous AWGN channels ”에서 보여준 바와 같은 고정 결정 SIC 에 걸친 성능에 있어서, 그리고 「 IEEE Trans. Communications, vol. 44, No. 12, pp. 1700-1710, Dec. 1996 」에 기고된 L. B. Nelson 및 H. V. Poor 명의의 “ Iterative multi - user receivers for CDMA channels : an EM - based approach ”에서의 다른 한 알고리듬에 대해 극히 현저한 개선점들을 초래시킨다.

감법 간섭 제거기의 여러 형태는 미국특허 제 5,579,304 호, 제 5,218,619 호, 제 5,467,368 호, 및 제 5,363,403 호에 개시되어 있다.

제안되어 왔던 다수의 상이한 형태의 다중 사용자 CDMA 검출기에 기인하여, 종래의 검출기가 보다 불편한 상태로 이행하는 반면에 ML 검출기가 보다 양호한 상태로 이행하는 것보다 뛰어나지 않은 성능에 따라 그들을 계수 ( rank ) 하는 것이 사실상 주 업무이다. 그러므로, 본 발명자는 본 발명이 기타의 다중 사용자 CDMA 검출기보다 양호하게 이행하는 것을 권리주장한 것이 아니라, 「 IEEE J. Sel. Areas Comms., vol. 12, no. 5, pp. 808-816, June 1994 」에 기고된 D. S. Chen 및 S. Roy 명의의 “ An adaptive multi - user receiver for CDMA systems ”에서 토의된 유사한 검출기에 대하여, 본 발명이 보다 더 양호하게 이행하며 이하에서 설명되겠지만 4 - 스테이지 선형 클리퍼 SIC 에 대하여 성능이 유사한 것을 권리주장한 것이다.

「 IEEE J. Sel. Areas Comms., vol. 12, no. 5, pp. 808-816, June 1994 」에 기고된 D.S.Chen 및 S.Roy 명의의 “ An adaptive multi - user receiver for CDMA systems ”에서, 순환적 최소 제곱 ( recursive least squares ; RLS ) 가중치 갱신의 기초로 그리고 공지된 전개 코드들을 토대로 수신된 신호를 재생하는 개념으로 작동하는 검출기가 설명되었다. 사용된 채널 모델은 본원에 기재된 것과 유사하지만, 그것은 동기식 전송, 즉 모든 사용자의 기호 간격이 동기되는 동기식 전송을 취하는 반면에, 본 발명은 분명히 비동기식 시스템을 포함한다. 또한, 본원에 기재된 가중치 갱신 알고리듬은 「 IEEE J. Sel. Areas Comms., vol. 12, no. 5, pp. 808-816, June 1994 」에 기고된 D. S. Chen 및 S. Roy 명의의 “ An adaptive multi - user receiver for CDMA systems ”에서 사용된 RLS 알고리듬과는 상이하다.

「 IEEE Trans. Communication, vol. 45, no. 2, pp. 213-220, Feb 1997 」에 기고된 T. J. Lim 및 L. K. Rasmussen 명의의 “Adaptive symbol and parameter estimation in asynchronous multi - user CDMA detectors ”에서, 연장된 칼만 필터 ( extended kalman filter ; EKF ) 를 사용하는 결합 모수 추정 및 비트 검출 알고리듬이 제안되었다. 그러한 알고리듬에서의 신규성은 EKF 를 사용한 시간 지연 추정치들 및 비트 추정치들의 결합 적응에 있었는 데, 이는 시간 지연들이 공지된 것으로 가정되는 경우에만 후자가 사용될 수 있기 때문에 본 발명에서 사용된 칼만 필터와는 상이하다.

본 발명의 목적은 복수개의 전개 코드들에 의해 전개된 기호값들을 결합한 코드 분할 다중 접근 신호를 수신하는 수신기 및 방법을 제공하는 것이다.

도 1 은 본 발명을 구체화하는 한 수신기 구조의 개략적인 블록 다이어그램.

도 2A 는 본 발명을 구체화하는 다른 한 수신기 구조의 개략적인 블록 다이어그램

도 2B 는 도 2A 의 수신기 구조와 함께 사용하는 최대 비율 결합기를 보여주는 도면.

도 3 은 본 발명의 실시예들과 함께 사용하는 결합 채널 추정기 및 데이터 복조기의 개략적인 블록 다이어그램.

도 4 는 처리 이득이 16 인 4 - 사용자 시스템에서 종래의 검출기 및 본 발명을 구체화하는 수신기 구조에 대한 비트 오차 비 곡선을 보여주는 도면으로서, 단일 - 사용자 경계 부분이 또한 도시되어 있는 도면.

도 5 는 처리 이득이 32 인 4 - 사용자 경계 부분에서 종래의 검출기 및 본 발명을 구체화하는 수신기 구조에 대한 비트 오차 비 곡선을 보여주는 도면으로서, 단일 - 사용자 경계 부분이 또한 도시되어 있는 도면.

도 6 은 처리 이득이 16 인 경우 종래의 검출기 및 본 발명을 구체화하는 수신기 구조에 대한 비트 오차 비 곡선을 보여주는 도면.

도 7 은 RLS 검출기, 종래의 검출기 및 본 발명을 구체화하는 수신기 구조에 대한 비트 오차 비 곡선을 보여주는 도면.

도 8 은 다중 경로 탐색을 위한 본 발명을 구체화하는 시스템의 개략적인 도면.

도 9 는 접근 채널을 데코딩하기 위한 본 발명을 구체화하는 시스템의 개략적인 도면.

따라서, 본 발명의 한 실시태양은 복수개의 전개 코드들에 의해 전개된 기호값들을 결합한 코드 분할 다중 접근 ( code - division multiple - access ; CDMA ) 신호를 수신하는 방법을 제공하는 데, 상기 방법은,

( a ) 상기 CDMA 신호를 기저대역 신호로 변환하는 단계 ;

( c ) 채널 추정치들을 생성하도록 각각의 다중 경로에 의해 상기 기저대역 신호상에 가해진 감쇠 및 상 회전 ( phase ratation ) 을 추정하는 단계 ;

( f ) 상기 수신된 신호를 그의 추정치와 비교하여 추정오차를 다시 송신 기호 추정 수단에 공급하는 단계 ;

를 포함한다.

본 발명의 다른 한 실시태양은, 복수개의 전개 코드들에 의해 전개된 기호값들을 결합한 CDMA 신호를 수신하는 수단 ; 상기 CDMA 신호를 기저대역 신호로 변환하는 수단 ; 지연 추정치를 생성하도록 상기 기저 대역 신호에서 모든 사용자에 대한 모든 다중 경로의 기호 경계 부분들을 인식하는 수단 ; 채널 추정치들을 생성하도록 각각의 다중 경로에 의해 상기 기저 대역 신호상에 가해진 감쇠 및 상회전을 추정하는 수단 ; 모든 사용자에 대한 새로운 기호 추정치들을 샘플링 속도로 생성하는 수단 ; 상기 기호 추정치들 및 채널 추정치들을 사용하여 수신된 신호의 추정치를 생성하는 수단 ; 상기 수신된 신호를 그의 추정치와 비교하여 추정오차를 다시 송신 기호 추정 수단에 공급하는 수단 ; 및 최종 기호 추정치를 얻도록 각각의 사용자의 추정된 기호 경계 부분들에서 상기 기호 추정치들을 샘플링하는 수단을 포함하는 코드 분할 다중 접근 신호 수신기를 제공 한다.

이동통신 채널들은 시간에 따라 변화하며, 허용된 수신기 성능을 유지하기 위하여 이들 변화들을 추적하는 것이 필요하다. 다중 경로 탐색기는 가장 강렬한 경로들이 수신기에서 사용되고 있는 것을 보장하도록 채널을 항상 탐침하는 디바이스이다. 전형적으로는, 다중 경로 탐색기는 하나이상의 슬라이드 ( slide ) 형 상관기들로 이루어져 있는데, 이들은 원하는 사용자의 전개 코드의 시간조정 버전과 수신된 신호를 상관시킨다. 특정범위내의 모든 시간 지연들에 대한 상기 상관기들의 출력들이 재코딩되며, L 개의 가장 강렬한 경로들이 수신기에서 사용되는 경우, 상기 L 개의 가장 강렬한 상관기 출력들이 선택된다.

다중 사용자 CDMA 시스템에서, 수신된 신호는 MAI 에 의해 변조됨으로써, 이를 슬라이드형 상관기에서 직접 사용하는 것은 결과적으로 단일 사용자 시스템에서보다 불량한 성능을 초래시킨다.

따라서, 본 발명의 또 다른 한 실시태양은, 각각의 사용자에 의해 전송된 추정 기호들을 재전개하는 단계 ; 상기 재전개된 신호들을 합산하는 단계 ; 잔여 오차 신호를 생성하도록 상기 합산된 신호를 상기 수신된 신호에서 감산하는 단계 ; 및 상기 잔여 오차 신호를 한 뱅크 ( bank ) 의 다중 경로 탐색기들에 공급하는 단계를 포함하는 수신기의 출력에서의 다중 경로 탐색 방법을 제공한다.

본 발명이 보다 용이하게 이해될 수 있기 위하여, 본 발명의 실시예들이 첨부된 도면들을 참고로 이하에 예로서 설명될 것이다.

실시예

도 1 은 본 발명을 구체화하는 코드 분할 다중 접근 수신기 구조의 블록 다이어그램을 도시한 것이다. 신호 ( r (n) ) 는 1/T_S의 속도로 샘플링된 연속시간 기저 대역 수신 신호의 n 번째 샘플을 나타낸다. 다음과 같은 수학식으로 부터, r (n) 의 추정치가 얻어질 수 있으며으로 표시된다.

상기 수학식에서, k 는 셀내의 통화중인 이동 사용자의 수를 나타내고 L 은 수신기에서 추적된 사용자에 대한 다중 경로의 수이다. 경로 지연 추정치및 복합 채널 계수는 특정화되지 않은 채널 추정기 및 다중 경로 탐색기/추적기를 사용하여 얻어진 것이라고 가정된 것이다.은 시스템내의 k 번째 사용자에 의해 사용된 전개 코드이며 샘플 순시값 ( n ) 에서의 수신된 신호에 기인하는 시스템내의 k 번째 사용자에 의해 송신된 기호의 추정치이다.

선험적 추정오차는에 대한 순환적 갱신 알고리듬에 공급되는 데, 이는 송신된 기호의 다음 추정치,를 생성한다. 그러한 갱신 알고리듬은 시간 (n) 에서의 수신된 신호에 기여하는 실제 송신 기호,에 더 근접하는를 초래시키도록 설계되어 있다. 색인 (i) 은 i 번째 기호 간격을 나타낸다. 그러한 모든 알고리듬에서, ( 스텝 사이즈, 초기값등과 같은 ) 작동을 제어하는 모수들은 특정화될 필요가 있으며 이들은 도 1 의 “ 모수들 ( Parameters ) ”하에서 식별되어 있다. 다중 경로 지연 및 복합 계수의 추정치는 또한 “ 기호 추정 갱신 ( Symbol Estimated Update ) 블록 에 필요할 수 있으므로, 이는 또한 도 1 에 나타나 있다.

도 1 을 참조하면, 모든 시간 변수는 샘플링 간격 단위로 되어 있으며, r(n) 은 샘플링된 수신 신호 시퀀스이고, S 는 셀내의 모든 사용자의 전개 코드를 나타내며,는 i 번째 기호 간격 또는 주기내의 k 번째 사용자에 대한 기호 결정이고,는 다중 경로 지연 추정치에 대한 벡터이며,는 복합 다중 경로 계수의 벡터이고, T 는 기호간격이며, 은 1 샘플지연을 나타내며,는 k 번째 사용자의 전개 파형의 n 번째 샘플이다.

개별 사용자가 비동기 방식으로 송신하는 것으로 가정되어 있기 때문에, 기호 결정들이 상이한 시간에서 내려진다. 사용자 (k) 에 대해, T 가 기호 결정이고인 경우는 시간에서 샘플링되고 그 결과는 기호 데코딩을 위해 슬라이서 또는 비메모리 결정 디바이스에 공급된다. 모든 시간 변수가 샘플링 간격으로 표준화되어 있다는 점에 유념해야 한다. 이러한 과정은 도 1 의 하부에 도시되어 있다.

본 발명을 구체화하는 다른 한 수신기 구조는 도 2A 에 도시되어 있다. 이러한 경우에, 기호 추정 벡터대신에, 상태 추정 벡터가 “ 상태 평가 갱신 ( State Estimate Update ) ”블록에서 갱신된다. 상기 상태 추정 벡터는,

이다.

상태 벡터의 각각의 성분은 한 기호 변조 경로 계수의 추정치, 예컨대,이며 이하 마찬가지이다. 이러한 방식에서, 채널 추정치는 상태 추정 갱신 알고리듬에서 필요하지 않지만, 도 2B 에 도시된 바와 같은 최대 비율 결합기에서의 간섭 복조용으로 사용된다.

도 1 및 2A 의 수신기 구조에서, 중요한 점은 벡터가 각각의 사용자에 의해 송신된 기호의 추정치들을 점진적으로 보다 양호하게 얻을 목적으로 체계적인 방식으로 순환 변경 또는 갱신된다는 점이다. 그러한 목적은 벡터또는에 대한 2 가지 이하의 함수중 어느 하나를 ( 어떤 수신기 구조가 사용됨에 따라 ) 최소화시킴으로써 충족될 수 있다.

수학식 (2) 에서,는 도 1 에서의와 아울러 도 2A에서의를 포함하는 것으로 이해될 것이다.

J₁(n) 및 J₂(n) 사이의 차는 구별하기 어렵지만 상당하다. J₁(n) 를 최소화하는 것은 x(n) 의 시간 변수에 관한 정보가 알려져 있거나 가정되는 것을 필요로 하며, J₂(n) 를 최소화하는 것은 그러한 어떤 정보도 필요하지 않다. 그러나, 이는 전자의 해결 방안이 후자의 해결 방안보다 못하다는 것을 말하고자 한 것이 아니다. 사실상 이와는 반대되는 개념이 옳은것 인데, 그 이유는 J₁(n) 를 최소화하는 것이 신호의 모델화에 있어서 보다 나은 자유도를 허용하기 때문이고, 이는 이하에 기술되는 바와 같은 이점으로 사용된다.

대다수의 적응 또는 순환 알고리즘은 수학식 ( 2, 3 ) 에서의 J₁(n) 또는 J₂(n) 의 최소화를 기초로 유도될 수 있다. 그러한 예들은 이미 문헌에 공지된 확률론적인 최고가파른 강하 및 순환적 가우스 - 뉴톤 알고리듬들을 포함한다.

이러한 예에서, 칼만 필터를 기초로 한 알고리듬은, 2 진 위상 편이 키잉 ( binary phase shift keying ; BPSK ) 변조기법이 사용된다고 가정할 때, 도 1 의 수신기 구조와 함께 사용하기 위해 전개된다.

칼만 필터는 통계적 검출 및 추정 이론의 공지된 수단이며, 수치적 안정성 또는 계산적 효율을 개선시키도록 도입되어왔던 셀 수 없는 변형 구조들을 지닌다. 가장 잘 알려진 예들은 소위 “ 평방근 ( Square root ) ”칼만 필터링 알고리듬들이며, 이들은 P(n) 대신에 공분산 행렬 (P(n)) 의 평방근 인자를 갱신하여 이러한 행렬의 대칭을 유지한다.

K 사용자 각각이 L 경로 각각으로 다중 채널을 거쳐 송신하고 어느 한 사용자에 대한 최대 경로 지연이 기호간격 (T) 보다 휠씬 작다고 가정하면, 수신된 신호는 다음과 같이 제공된다.

여기서, S(n) 는 채널변경된 전개 코드의 행 (row) 벡터이고,은로서 정의되며,는 사용자 ( k ) 에 의해 송신된 i 번째 기호이고, u (n) 는 단위 펄스 주기 (T) 이며,는 사용자 (k) 에 대한 가장 적은 경로 지연이고,(n) 는 k 번째 전개 코드이며, C_kl는 k 번째 사용자에 대한 l 번째 채널 계수이고,는 k 번째 채널의 l 번째 경로 지연이며, v (n) 는 0 평균 및 분산의 백색 가우스 노이즈이다.

기호 경계 부분들에서를 제외하고, 즉k 인 경우

를 제외하고는이라는 것이 자명하다. 이러한 시간 변화는 다음과 같은 수학식으로 간결하게 표기될 수 있다.

여기서, w (n) 는일때를 제외하고는 0 벡터와 동일한 데, 이 경우 이는 동등 확률을 지닌 값 ( 0 및) 을 취한다. 이러한 점은 동등 확률을 지닌이라는 점을 고려함으로써 용이하게 검증된다.

그러므로, 벡터 ( w (n) ) 는 다음 수학식의 시간 (n) 에서의 공분산을 갖는 비교적 무작위 벡터로서 보여질 수 있다.

w (n) 이 가우스이며 0 평균을 지니는 것으로 가정되는 경우, 칼만 필터는 상태 공간 모델 ( 수학식 ( 5, 4 ) ) 을 사용하여 MMSE 상태 추정치를 반복적으로 결정하는 데 사용될 수 있다. 비트 경계 부분들에서 샘플링된의 k 번째 성분은 사용자 (k) 에 대한 비트 추정치를 생성한다.

이러한 설명을 기초로 한 순환적 알고리듬은 하기에 요약되어 있다. 이러한 알고리듬은 상대적 시간 지연및 채널 계수가 알려져 있는 것을 필요로 하고, 이는 비현실적인 요건이 아닌데, 그 이유는 코드 동기 및 채널 추정이 모든 종래의 CDMA 수신기에서 여하간 필요하기 때문이다.

초기화

입력모수

노이즈 강도의 대략 추정치

각각의 갱신에서 행함

이러한 최종 부분은 도 1 의 기호 추정 갱신 블록에서 필요한 단계들이다.

비록 본예의 구현이 BPSK 변조 기법을 가정한 것이지만, M - ary PSK, 구형 진폭 변조 ( quadrature amplitude modulation ; QAM ), 차동 PSK 등과 같은 복합 다중 레벨 변조 기법이 또한 상기 알고리듬에 대한 적절한 수정예로 사용될 수 있다.

도 2A 에 도시된 수신기 구조는 또한 다중 경로 채널 추정, 즉 복합 다중 경로 계수의 추정용으로 사용될 수 있는 데, 이는 경로 지연과 함께 물리적 기저 대역 채널용의 수학적 모델을 구성한다. 「 McGraw - Hill, 3rd edition, 1995 」에 기고된 J. G. Proakis 명의의 “ Digital Communications ”에서 토의된 바와 같은 공지된 레이크 ( Rake ) 결합기 및 다른 모든 보다 복잡한 수신기들을 사용하는 데이터 복조는 정확한 채널 추정치의 이용가능성에 결정적으로 의존하므로, 이는 CDMA 수신기에서의 중요한 논점이다.

그러한 개념을 설명하기 위하여, 도 3 은 k 번째 사용자가 단일 경로 채널을 거쳐 송신하는 것을 가정하는 제안된 방법을 도시한 것인 데, 이는 꼭 하나의 채널 계수일반적으로는 레일리 ( Rayleigh ) 페이딩 복합 무작위 변수, 결과적으로는 느린 시간 변화 ( 결과적으로는 시간 색인 (t) ) 의 추정을 필요로 한다.는 칼만 필터 또는 어떤 다른 순환적 알고리듬을 사용하여 생성된 상태 추정 벡터의 k 번째 성분이다. 기호 경계 부분에서, 즉가 이러한 사용자에 대한가장 최근에 입수한 시간 지연 추정치인 경우일때 고속 ( 칩 ( chip ) 속도이상 ) 신호를 샘플링하는 것은 이론적으로는 송신되는 신호 및 채널 계수의 적 ( product )에 근접해야 하는 신호를 발생시킨다. 이와 같은 식을 기재함에 있어서, 최대 도플러 주파수가 기호 속도보다 휠씬 더 작아서 특정조건이 사실상 용이하게 만족된다고 할때가 하나의 기호 간격에 걸쳐 일정하다고 가정된 것이다.

단일 경로 채널 모델은 알려진 경로 지연을 지닌 다중 경로 모델에 까지 용이하게 확장된다.

단위 에너지 기호 ( 바꾸어 말하면, 신호 배열이 복소 평면내의 단위 원상에 놓인 점들로 이루어져 있는 단위 에너지 기호 ) 를 갖는 위상편이 키잉 ( PSK ) 기법의 사용을 가정하면, (ㆍ)^*가 기호 경계 부분에서 공역 복소수를 나타내는 경우의 곱셈은의 추정치를 생성한다. 물론,는 파일롯 기호가 송신되는 경우를 제외하고는 알려져 있지 않다. 파일롯 기호 간격 이외에는, 도 3 에 도시된 방법으로로 나타나 있는 추정된를 피드백하여 채널 추정치를 얻는 것이 제안된다. 채널 추정기의 성능을 보다 더 개선하기 위하여, 저역 필터, LS 라인 고정 필터 또는 적응 선형 예측기와 같은 특정 형태의 평활 필터를 사용하여 노이즈 추정치들을 평활화하는 것이 필요하다.

도 3 의 상단부에 있는 지연 블록은 고정 ( hard ) 결정 및 공역 복소수 연산을 이행하는 데 소요되는 시간을 나타내는 반면에, 그러한 다이어 그램의 하부 절반에 있는 지연 블록은 피드백 루프를 실현가능하게 하는데 필요하다. 대개는, 후자의 지연이 하나의 기호 간격이도록 취해진다.

다중 경로 지연에서, 그러한 블록 다이어그램은 기호 결정를 얻도록 레이크 결합을 이행하는 것이 필요하다는 점에서 상이하다. 그와는 별도로, 단일 경로 채널에서의 채널 추정에 대한 도 3 의 메카니즘은 다중 경로 채널에서의 개별 계수에 대해 사용된 것과 동일하다.

시뮬레이션 결과들은 이하에 기재되어 있으며 종래의 정합 필터 검출기와 아울러 「 IEEE J. Sel. Areas Comms., vol. 12, no.5, pp. 808-816, June 1994」에 기고된 D. S. Chen 및 S. Roy 명의의 “ An adaptive multi - user receiver for CDMA systems ”에서의 Chen 및 Roy 의 RLS 토의에 비교하여 제안된 칼만 필터 검출기의 성능을 논증한다. 달리 기술하지 않는한, 시스템은 0, 1, 2 및 3 개의 칩의 상대적 지연을 각각 갖는 4 명의 사용자를 지니며, 무작위 코드가 사용되고, 칼만 필터 검출기는인 관측 노이즈 분산을 가정한다.

이 또한 시도되었지만, 얻어진 결과는를 사용한 것과 본질적으로 동일하였다.

도 4 는 종래의 검출기 및 제안된 칼만 필터 검출기를 사용하여 동일한 전력 레벨로 수신되는 신호를 지니는, 처리 이득이 16 인 4 명의 사용자에 대한 비트 오차 비 ( bit error rate ; BER ) 곡선을 도시한 것이다. 그러한 알고리듬에서 사용된 노이즈 분산은 0.4 이었고 단일 사용자 경계 부분이 비교를 위해 동일 도면상에 도시되어 있다. 본 발명을 구체화하는 검출기는 종래의 검출기보다 휠씬 더 양호하게 이행되고, 그의 성능은 10dB 에서 조차 SNR 에 대해 계속 개선되는 반면에, 종래 검출기의 성능은 그러한 SNR 레벨에서 이미 포화되기 시작한다는 점이 아주 자명하다.

도 5 는, 칼만 검출기가 잘 알려진 비전개 작동을 이행하지는 않지만, 보다 큰 처리 이득을 갖는 개선된 성능을 보이는 것을 검증하기 위해 처리 이득이 32 로 증가되어진 것이외에는 동일한 조건들하에서 얻어진 BER 곡선을 보여준다.

도 6 은 수신된 신호 전력 레벨이 각각 0, 3.5, 6 및 8dB 인 경우 4 명의 사용자에 대한 BER 곡선을 보여준다. 처리 이득은 16 이다. 실선 곡선은 칼만 필터를 사용하여 얻어진 결과인 반면에, 점선 곡선은 종래의 검출기로 부터 얻어진 결과이다. 원들은 전력 제어가 완전할 때 제 1 사용자의 BER 을 표시하고, 본 발명을 구체화하는 검출기가 효과적으로 가까이에서 멀리까지 저항하는 것이 원들의 부근으로 부터 제 1 실선으로 도시되어 있다.

도 7 은 본 발명을 구체화하는 칼만 필터 검출기 및 종래의 검출기와 20 에서 토의된 RLS 를 비교한 것이다. 여러 시뮬레이션 시도를 통해 RLS 알고리듬에서의 망각 ( forgetting ) 인자 (l) 가 BER 에 극히 중요하게 영향을 주지 않는다는 점이 발견되었다.

도 7 에 도시된 결과들은 l = 0.995 를 사용하여 생성되었다. 역 상관 행렬 (P) 의 초기 값은 항등 행렬이도록 선택되었다. 4 명의 사용자로 부터 수신된 신호들사이의 상대적 지연은 각각 0, 3, 6 및 9 개의 칩이었다. 처리 이득은 16 이다. 도 7 로 부터, RLS 검출기는 실제로 낮은 SNR 에서 심지어 종래의 검출기를 이행하는 중에서도 오히려 불량하게 이행한다는 점이 극히 명백하다. 그러나, 이전부분에서 이미 설명된 바와 같이, 이는 비동기 시스템에서 사용되는 경우 엄격히 비최선책이라는 점을 고려해 볼때 그다지 놀라운 사항이 아니다.

도 8 및 9 를 참조하면, 다중 경로 탐색 방법이 슬라이드형 상관기의 불량한 성능과 연관된 문제점을 해결하기 위해 제공되어 있다. 도 8 에 개략적으로 도시된 방법에서, 다음과 같은 단계들이 사용되는 데, 기호 추정치를 전개하고 각각의 기호 추정치를 해당하는 전개 코드로 재변조 ( 또는 재전개 ) 하는 단계 ; 재전개된 신호를 모두 가산하고 e(n) 를 형성하도록 수신된 신호 (r(n)) 로 부터 그 결과치를 감산하는 단계 ; 및 각각의 사용자에 대해 하나씩 한 뱅크의 k 명의 종래의 다중 경로 탐색기에 대한 입력으로서 e(n) 를 사용하는 단계가 사용된다.

이러한 방법은 다중 경로 탐색기에 클리너 신호를 제공하는 데 제안된 검출기의 간섭 제거 능력을 사용한다. 구체적으로 기술하면, e(n) 는 채널 추정이 이행된 최종 시간으로 부터 채널 다중 채널 프로파일이 실질적으로 변화하지 않았을때 단지 열적 노이즈만을 포함하여야 한다. 이러한 경우에, 탐색기는 채널에는 어떠한 변화도 존재하지 않는 신호를 검출기에 보낸다. 그러나, 채널 프로파일이 상당히 변화하였을때, 탐색기에 대한 입력은 MAI 가 거의 없는 노이즈뿐만 아니라 새롭고 제거되지 않은 경로로 부터의 기여로 이루어지는 데, 그 이유는 그것이 제안된 검출기에 의해 대부분 제거되어 버렸기 때문이다. 탐색기는 그후 새로운 경로를 검출기에 전달하고, 그후 검출기는 그러한 정보에 적절하게 작용하여야 한다.

도 9 를 참조하면, 잔여 오차 신호 (e(n)) 를 생성하는 사상은 또한 개선된 접근 채널 데코딩용으로 사용될 수 있다. 셀룰러 시스템의 역연계에 관한 P 접근 채널 (들) 은 새로운 이동 사용자 및 기지국사이의 연계의 초기 설정용으로 사용되고, 모든 사용자에 의해 공유된다. 기지국에서의 접근 채널 (들) 의 정확한 복조는 새로운 사용자들이 통화중인 이동국들의 기지국 리스트에 추가될 수 있는 데 지극히 중요하다. 그러나, 다시, 접근 채널들이 또한 MAI 에 영향을 받는다. 각각의 접근 채널은 다중 사용자 검출기 내부의 추가 사용자로서 취급될 수 있지만, 이는 단지 복잡성만을 추가하고 비효율적인 자원의 사용인 데, 그 이유는 접근 채널이, 통화 채널상에 걸린 부하에 대해 극히 육중한 부하로 걸려지지 않기 때문이다.

수신된 신호로 부터 모든 통화중인 사용자의 통화 채널 신호의 제거는 단지 접근 채널 신호들만을 통과시키는 데, 이는 그후 수신된 신호 자체를 사용하는 것보다 높은 신뢰도로 복조될 수 있다.

그러므로, 전술한 내용을 감안할 때 본 발명은 복수개의 전개 코드들에 의해 전개된 기호값들을 결합한 코드 분할 다중 접근 신호를 수신하여, 수신된 신호자체보다는 오히려 단지 접근 채널 신호만을 복조시킴으로써 송신된 신호를 회복하는 데 높은 신뢰도를 갖는 효과가 있다.

Claims

복수개의 전개 코드들에 의해 전개된 기호값들을 결합한 코드 분할 다중 접근 ( code - division multiple - access ; CDMA ) 신호를 수신하는 방법에 있어서,

( a ) 상기 CDMA 신호를 기저대역 신호로 변환하는 단계 ;

( b ) 지연 추정치를 생성하도록 상기 기저대역 신호에서 모든 사용자에 대한 모든 다중 경로의 기호 경계 부분들을 인식하는 단계 ;

( c ) 채널 추정치들을 생성하도록 각각의 다중 경로에 의해 상기 기저대역 신호상에서 가해진 감쇠 및 상 회전 ( phase rotation ) 을 추정하는 단계 ;

( d ) 모든 사용자에 대한 새로운 기호 추정치들을 샘플링 속도로 생성하는 단계 ;

( e ) 상기 기호 추정치들 및 채널 추정치들을 사용하여 수신된 신호의 추정치를 생성하는 단계 ;

( f ) 상기 수신된 신호를 그의 추정치와 비교하여 추정오차를 다시 송신기호 추정수단에 공급하는 단계 ;

( g ) 최종 기호 추정치들을 얻도록 각각의 사용자의 추정된 기호 경계 부분들에서 상기 기호 추정치들을 샘플링하는 단계 ; 및

( h ) 모든 새로운 샘플에 대해 단계 (b) 내지 (g) 를 반복하는 단계

를 포함하는 상기 방법.
제 1 항에 있어서, 채널 추정치들은 기호 복조에서만 사용되는 상기 방법.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 기호 추정치들은 칼만 ( kalman ) 필터를 사용하여 생성되는 상기 방법.
전기한 항중 어느 한 항에 있어서, 상기 지연 및 채널 추정단계는 샘플링 속도와는 다른 갱신 속도로 이행되는 상기 방법.
제 4 항에 있어서, 상기 샘플링 속도보다 낮은 갱신 속도가 사용되는 상기 방법.
전기한 항중 어느 한 항에 있어서, 변조기법이 BPSK 이지않은 상기 방법.
전기한 항중 어느 한 항에 있어서, 상태 추정 벡터또는가 기호 경계 부분들에서 재개시되는 상기 방법.
전기한 항중 어느 한 항에 있어서, 수신기의 출력에서의 다중 경로 탐색 단계를 포함하며, 상기 다중 경로 탐색 단계는 각각의 사용자에 의해 송신된 추정기호들을 재전개하는 단계, 재전개된 신호들을 합산하는 단계, 상기 합산 신호를 상기 수신된 신호로 부터 감산하여 잔여 오차 신호를 발생시키는 단계, 및 상기 잔여 오차 신호를 한 뱅크 ( bank ) 의 다중 경로 탐색기들에 공급하는 단계를 포함하는 상기 방법.
제 8 항에 있어서, 상기 한 뱅크의 다중 경로 탐색기의 각각의 다중 경로 탐색기는 하나이상의 슬라이드형 상관기들을 포함하는 상기 방법.
제 8 항 또는 제 9 항에 있어서, 수신기의 출력에서의 접근 채널 복조 단계를 포함하며, 상기 접근 채널 복조 단계는 각각의 사용자에 의해 송신된 추정 기호들을 재전개하는 단계, 상기 재전개된 신호들을 합산하는 단계, 상기 합산된 신호를 상기 수신된 신호로 부터 감산하여 잔여 오차 신호를 발생시키는 단계, 및 상기 접근 채널상에 사용된 전개 코드와 상관하는 단계를 포함하는 상기 방법.
복수개의 전개 코드들에 의해 전개된 기호값들을 결합한 CDMA 신호를 수신하는 수단 ; 상기 CDMA 신호를 기저대역 신호로 변환하는 수단 ; 지연 추정치를 생성하도록 상기 기저대역 신호에서 모든 사용자에 대한 모든 다 중 경로의 기호 경계 부분들을 인식하는 수단 ; 채널 추정치들을 생성하도록 각각의 다중 경로에 의해 상기 기저대역 신호상에 가해진 감쇠 및 상 회전을 추정하는 수단 ; 모든 사용자에 대한 새로운 기호 추정치들을 샘플링 속도로 생성하는 수단 ; 상기 기호 추정치들 및 채널 추정치들을 사용하여 수신된 신호의 추정치를 생성하는 수단 ; 상기 수신된 신호를 그의 추정치와 비교하여 추정 오차를 송신기호 추정수단에 다시 공급하는 수단 ; 및 최종 기호 추정치를 얻도록 각각의 사용자의 추정된 기호 경계 부분들에서 상기 기호 추정치들을 샘플링하는 수단을 포함하는 코드 분할 다중 접근 ( CDMA ) 신호 수신기.