KR20000077048A

KR20000077048A - Ｃｄｍａ 셀룰러 시스템을 위한 파일럿 보조 통화 채널평가

Info

Publication number: KR20000077048A
Application number: KR1020000020614A
Authority: KR
Inventors: 윌리암더블유. 존스; 토마스제이. 케니
Original assignee: 인피니언 테크놀로지스 노쓰 아메리카 코포레이션
Priority date: 1999-04-21
Filing date: 2000-04-19
Publication date: 2000-12-26
Also published as: GB2351879A8; DE10019116A1; DE10019116B4; CN1135744C; US6219344B1; JP2000332652A; JP4502233B2; GB0008777D0; GB2351879B; CN1274205A; GB2351879A

Abstract

CDMA 셀룰러 시스템에서 2 이상의 기지국들로부터 수신된 파일럿 신호에 근거하여 통화 채널의 진폭을 평가하는 방법. 레이크 수신기의 각 채널에는 통화 채널 상에서 수신된 데이터 신호와 파일럿 채널 상에서 수신된 파일럿 신호가 제공된다. 파일럿 신호와 데이터 신호의 적(product)과 파일럿 신호와 통화 채널 진폭 평가치(estimate)의 적 사이에 비교가 이루어진다. 통화 채널 진폭의 평가치는 피드백 루프를 구동하여 비교를 세밀화하고, 데이터 신호는 통화 채널 진폭 평가치로 가중되고 레이크 수신기의 다른 채널의 가중된 데이터 신호들과 결합된다.

Description

ＣＤＭＡ 셀룰러 시스템을 위한 파일럿 보조 통화 채널 평가 {PILOT AIDED TRAFFIC CHANNEL ESTIMATION FOR CDMA CELLULAR SYSTEMS}

본 발명은 대체로 무선 전화 시스템에 관한 것으로서, 특히 파일럿 심벌들(pilot symbols)을 이용한 통화 채널 평가 시스템에 관한 것이다.

무선 전화 통신의 이용이 널리 확산됨에 따라 이용 대역폭의 양을 최소화하면서도 전송된 무선 통신 신호를 검출하는 송수신기의 능력을 향상시키려는 필요성이 지속적으로 대두되고 있다.

부호 분할 다중 접속(CDMA)은 흔히 사용되는 셀룰러 전화 시스템 중의 하나로서, 시스템의 모든 셀룰러 전화기들이 다른 전화기들이 송신하는지에 상관없이 그들의 신호를 동일한 주파수 범위를 가진 통화 채널 상으로 송신한다. 각 셀룰러 전화기들로부터 또는 전화기로의 송신을 구분하기 위해, 각 전화는 개별 전화기로부터 또는 전화기로의 송신에 선행하는 고유한 의사 잡음(PN) 코드와 관련되어 있다. 개별 전화에 지정된 신호들을 분리하기 위해, 수신 신호가 그 전화의 고유한 PN 코드와 상관된다. 일반적으로 각 PN 코드가 사용되는 모든 다른 코드에 직교하기 때문에, 원하는 PN 코드를 포함하지 않는 신호는 수신기에서 배경 잡음처럼 보인다.

실제 셀룰러 시스템에서, 신호들이 기지국과 셀룰러 전화기 사이에서 전송됨에 따라 신호들이 서로 다른 경로를 통해 전파하기 때문에 각 셀룰러 전화기는 원하는 신호를 여러 가지 버전(version)으로 수신한다. 이는 다중 경로 간섭이라 알려진 상황을 생성한다. 다른 전화기들로 향하는 신호로부터 그리고 다중 경로 간섭으로부터 원하는 신호를 추출하기 위해 대부분의 CDMA 셀룰러 전화기들은 다수의 신호 경로들을 가진 레이크(RAKE) 수신기를 포함한다. 개별 기지국으로부터 송신된 원하는 신호를 추출하기 위해 각 신호 경로는 서로 다르게 지연된 수신 신호 버전을 셀룰러 전화기의 고유 PN 코드와 상관시킨다. 각 상관기들의 출력은 기지국과 셀룰러 전화기 사이의 채널에서 생성된 왜곡을 복구시키도록 처리된다.

레이크 수신기가 통화 채널로 유입되는 왜곡 레벨을 결정하는 것을 돕기 위해, CDMA 기지국들은 통화 채널 상으로 전송되는 데이터 신호들 외에 기지의(known)비트 시퀀스를 가지는 파일럿 신호를 파일럿 채널 상으로 송신한다. 파일럿 신호의 분석에 근거하여, 레이크 수신기들은 통화 채널의 왜곡을 평가할 수 있다.

셀룰러 송수신기가 하나의 기지국으로부터 신호만을 수신할 때에는, 파일럿 신호가 통화 채널의 특성을 평가하는데 사용될 수 있다. 그러나, 실제 셀룰러 시스템에서는, 셀룰러 송수신기가 하나 이상의 기지국으로부터의 신호들을 수신하게 된다. 각 기지국이 자신의 파일럿 신호를 보내면, 각 기지국에 대해 통화 채널에 대한 파일럿 채널의 특성이 대체로 동일하지 않기 때문에 통화 채널의 평가가 쉽게 이루어질 수 없다. 따라서, 레이크 수신기에서의 신호 수신을 최적화하기 위해, 2 이상의 기지국들로부터 셀룰러 신호들이 수신될 경우에 통화 채널 특성을 정확히 평가할 수 있는 기술이 필요하다.

도 1은 셀룰러 전화기가 하나의 기지국으로부터 신호들을 수신하는 CDMA 셀룰러 시스템의 개략도이다.

도 2는 셀룰러 전화기가 둘 이상의 기지국으로부터 신호들을 수신하는 CDMA 셀룰러 시스템의 개략도이다.

도 3은 본 발명에 따라 파일럿 신호로부터 통화 채널 특성을 평가하는 방법의 제어 논리도이다.

도 4는 본 발명의 다른 양상에 따라 파일럿 심벌들이 통화 채널 신호들과 인터리브(interleaved)되었을 때 통화 채널 특성을 평가하는 시스템의 제어 논리도이다.

2 이상의 기지국들로부터 수신되는 CDMA 셀룰러 신호들을 레이크 수신기가 검출하는 능력을 개선하기 위해, 본 발명은 수신된 파일럿 신호의 비교에 근거하여 레이크 수신기의 각 채널에 대해 통화 채널 진폭의 평가치를 생성한다. 통화 채널 평가치는 레이크 수신기의 다른 채널의 다른 가중된 셀룰러 신호들과 결합하기 전에 수신된 셀룰러 신호들에 가중치를 준다.

통화 채널 진폭 평가치와 파일럿 신호 사이의 차이점은 피드백 루프를 형성하여 통화 채널 진폭의 평가를 세밀하게 한다.

본 발명은 CDMA 셀룰러 시스템에서 하나 이상의 기지국들로부터 파일럿 심벌들이 수신되는 경우에 통화 채널 특성을 평가하는 시스템에 관한 것이다.

CDMA 셀룰러 전화 시스템의 개략도가 도 1에 도시되어 있다. 이 시스템에서, 제 1 셀(22)에 위치한 기지국(20)은 셀룰러 전화기(24)와 신호를 송수신한다. CDMA 시스템에서, 개별 셀룰러 전화기(24)로의 또는 그로부터의 전송에는 그 시스템의 다른 셀룰러 전화기들에 의해 송신된 다른 모든 PN 코드들과 실질적으로 직교하는 고유한 PN 코드가 선행된다. 기지국(20)과 셀룰러 전화기(24) 사이의 지형과 건물들로 인해, 기지국(20)으로부터의 전송은 다수의 서로 다른 신호 경로를 통해 셀룰러 전화기로 도달할 수 있다. 도시된 예에서는 두 개의 서로 다른 경로들(26, 28)이 존재한다. 각 신호 경로의 길이는 약간 다를 수 있다. 따라서, 기지국(20)으로부터 송신된 동일한 신호가 서로 다른 시간에 셀룰러 전화기(24)에 도달할 수 있으며, 따라서 다중 경로 간섭을 일으킬 수 있다.

셀룰러 전화기(24)에는 다수의 서로 다른 채널 또는 핑거(fingers)를 포함하는 레이크 수신기가 있다. 각 채널은 그 개별 셀룰러 전화기에 대해 지정된 PN 코드와 수신 신호를 상관하는 상관기를 포함한다. 각 핑거들의 출력은 가중되고 결합되어 최고의 가능 신호를 생성한다. 각 핑거와 관련된 가중치를 결정하기 위해, 기지국(20)과 셀룰러 전화기(24) 사이에서 발생하는 통화 채널 왜곡의 평가가 이루어져야 한다. 파일럿 채널 상으로 전송되는 파일럿 신호의 진폭을 측정함에 의해 통화 채널 왜곡의 평가가 이루어질 수 있으며, 레이크 수신기의 각 핑거에 의해 생성되는 신호들을 스케일(scale)하는 가중치들이 조정되어 결합 신호를 최적화할 수 있다.

여러 경우에 있어서, 셀룰러 전화기는 하나 이상의 기지국으로부터 전송되는 신호들을 수신한다. 도 2에 도시된 바와 같이, 셀룰러 전화기(24)는 제 1 셀(22)에 위치한 기지국(20) 및 제 2 셀(34)에 위치한 제 2 기지국(32)으로부터의 신호들을 수신한다. 기지국(32)으로부터 전송되는 파일럿 신호는 기지국(20)과 셀룰러 전화기(24) 사이의 통화 채널에서의 왜곡을 정확하게 모델링할 수 없다. 마찬가지로, 기지국(20)으로부터 전송되는 파일럿 신호는 기지국(32)과 셀룰러 전화기(24) 사이의 통화 채널에서의 왜곡을 정확히 모델링할 수 없다. 따라서, 통화 채널 특성을 정확하게 평가하고 레이크 수신기의 각 핑거에서 생성된 신호들을 최적화하기 위해서는, 레이크 수신기가 파일럿 신호 자체에만 의존할 수 없다.

2 이상의 기지국으로부터 수신할 때 디코드되는 셀룰러 신호들의 정확도를 증가시키기 위해서, 본 발명은 파일럿 심벌만의 분석에 근거한 가중치보다는 통화 채널 진폭의 평가치에 근거하여 가중되는 신호들을 레이크 수신기에서 결합한다.

도 3은 셀룰러 CDMA 시스템을 정확하게 디코드하기 위해 본 발명이 수신된 데이터 신호와 파일럿 신호 양자를 분석하는 방법을 도시한 제어도이다. 도 3에 도시된 제어 시스템은 바람직하게는 두 개의 신호 x_t(n)와 x_p(n)을 수신하는 디지털 신호 처리기로 구현된다. x_t(n)와 x_p(n)은 각기 하나의 기지국으로부터 수신되어 상관을 통해 간섭 신호 및 다른 기지국들로부터의 신호와 분리된 통화 신호와 파일럿 신호이다. x_t와 x_p신호는 모두 동상과 직교위상 기저대역 성분을 가지는 복소 기저대역 신호이다. x_t신호는 승산기(50)로 인가된다. 또한, 신호 x_t의 공액은 제 2 승산기(52)로 인가된다. 승산기(52)의 다른 입력에는 파일럿 신호 x_p가 인가되어 승산기의 출력이 통화 신호의 위상 성분(a phase component)을 효과적으로 제거하게 된다. 또한, 파일럿 신호 x_p는 제 3 승산기(54)와 제 4 승산기(56)의 입력에 인가된다.

승산기(52)의 출력의 실수부의 절대값이 계산되어 통화 신호의 데이터 변조 성분을 효과적으로 제거하게 된다. 그 결과가 가산기(58)의 양의 입력에 인가된다. 가산기(58)의 음의 입력에 인가되는 것은 승산기(54)의 출력이다. 가산기(58)의 출력은 실제 파일럿 및 통화 신호와 제어 법칙에 따라 생성된 신호 모델들 사이의 차이를 나타내는 에러 신호이다. 가산기(58)에서 생성된 에러 신호의 공액이 계산되어 승산기(60)의 입력에 인가된다. 승산기(60)의 다른 입력에는 가산기(58)의 출력에서 생성된 에러 신호가 0에 이르기까지 필요한 시간을 최적화시키도록 선택된 인자 β가 인가된다. 인자 β는 도 3의 제어 시스템의 컴퓨터 시뮬레이션에 의해 선택되며 시스템의 실전 사용(field trials)을 통해 최적화된다.

승산기(60)의 출력은 승산기(56)의 제 2 입력에 인가된다. 승산기(56)의 출력은 가산기(62)의 입력에 제공된다. 가산기(62)의 출력은 한 샘플 시간만큼 지연된다. 지연된 출력은 가산기(62)의 입력으로 피드백되어 승산기(56)의 출력과 더해진다. 또한, 지연된 신호의 공액은 상기한 바와 같이 승산기 블록(50, 54)들의 입력으로 인가된다.

도 3에 도시된 본 발명의 실시예는 CDMA 셀룰러 시스템에 대한 IS-95 규격을 그대로 따르고 있으며, 따라서 본 발명의 바람직한 실시예이다. 파일럿 신호는

으로 정확하게 모델링된다. 여기서, A_p(n)는 파일럿 신호의 시변(time-variant) 페이딩 엔벌로프(envelop)이며, Π(n)은 파일럿 신호의 시변 위상 처리(phase process)이다.

X_t는 동상과 직교위상 성분들로 구성된 복소 신호로서 데이터 d(n)를 가지는 통화 정보를 포함한다. 따라서 이 데이터 신호는

으로 모델링될 수 있다.

평가되는 플랫 페이딩(flat fading) 채널은 복소량 A_t(n)·e^(i·Π(n))이다. 채널 평가는

으로 주어지며, 에러 신호 e(n)는

으로 주어진다.

β의 설정에 근거한 수렴(convergence)에 따라,

으로 된다. 우측은 통화 채널 다중경로 성분들의 최대비 결합에 필요한 필요적 결과이다.

이상에서 알 수 있는 바와 같이, 도 3에 도시된 제어 시스템은 가중치 W(n-1)를 통화 채널 진폭의 평가치와 동등한 값으로 수렴시킨다. 가중치들은 레이크 수신기의 다른 핑거들의 출력과 가산되도록, 승산기(50)에서 통화 채널 신호들을 스케일한다.

차세대 CDMA 규격은 통화 채널 상의 데이터 신호들과 인터리브되는 파일럿 심벌들을 사용할 수 있다. 이들 내장된(embedded) 파일럿 신호들을 가지고 본 발명을 구현하기 위해서는, 도 4에 도시된 제어 시스템이 사용된다. 이 실시예에서, 결합 신호 x_t는 내장된 파일럿 심벌들을 가지는 통화 채널을 나타낸다. 신호 x_t는 승산기(80)의 제 1 입력에 인가된다. 승산기의 출력은 디멀티플렉서(84)의 입력이다. 데이터 신호들이 존재할 경우, 데이터 신호들은 통화 채널 진폭의 평가치와 가중되고 디멀티플렉서는 레이크 수신기의 다른 데이터 신호 출력들과 결합되도록 가중된 데이터를 보낸다. 파일럿 심벌이 존재할 경우, 하기하는 바와 같이 데이터 신호에 인가된 통화 채널 진폭의 평가치나 가중치를 갱신하도록 피드백 루프가 작용한다.

신호 x_t는 승산기(80)에 인가되는 외에도 다운샘플된다(downsampled). 즉, 단지 주기적으로 샘플되어 데이터 신호 x_t(m)를 생성한다. 데이터 신호 x_t(m)의 진폭이 제곱되어 데이터 및 위상 성분들이 제거되고 가산기(82)의 입력에 인가된다. 가산기(82)의 음의 입력에 인가되는 것은 디멀티플렉서(84)에 의해 공급된 파일럿 심벌들이다. 들어오는 데이터 스트림에 파일럿 심벌들이 포함될 때 인터리브된 파일럿 심벌들이 피드백 루프로 보내어지도록 디멀티플렉서(84)가 제어된다.

가산기(82)의 출력은 통화 채널 진폭의 평가치(주기적으로 샘플된 신호 x_t(m)에 의해 결정된)와 인터리브된 파일럿 심벌 사이의 차이를 나타낸다. 가산기(82)의 출력에서 생성된 신호의 공액은 승산기(85)로 인가되며, 가산기(82)의 출력에서 생성된 차이 신호가 0으로 되는 시간을 제어하도록 선택되는 인자 β에 의해 스케일된다. 다시 말해, 인자 β는 도 4에 도시된 제어 시스템의 컴퓨터 모델링에 의해 결정되고 CDMA 시스템의 실전 사용 동안에 미세 조정된다.

승산기(85)의 출력은 승산기(86)의 입력에 인가된다. 승산기(86)의 다른 입력에는 신호 x_t(m)가 인가된다. 승산기(86)의 출력은 가산기(88)의 입력으로 공급된다. 가산기(88)의 다른 입력에는 가산기(88) 출력의 지연 버전이 인가된다. 지연된 가산기(88) 출력의 공액은 가중치 W(m-1)이며, 데이터 신호들을 이 가중치로 스케일되며 따라서 통화 채널 진폭의 평가치를 나타낸다. 가중치는 샘플 및 홀드 회로(sample and hold circuit)(90)로 인가되고, 후자는 통화 채널의 데이터 신호가 수신되는 기간 동안 가중치를 유지한다. 샘플 및 홀드 회로의 출력은 승산기(80)의 입력에 인가되고, 후자는 디멀티플렉서(84)로 인가하기에 앞서 입력 신호 x_t(n) 내의 들어온 데이터를 가중치로 스케일한다.

파일럿 심벌이 전송될 때, 파일럿 제어는 디멀티플렉서(82)로 하여금 파일럿 심벌을 가산기(82)의 입력으로 보내어 상기한 바와 같이 가중치 W(m-1)를 갱신하게 한다. 가중치 W(m-1)가 입력 신호 x_t와 승산되면, 통화 채널의 왜곡 평가에 파일럿 신호만이 사용되는 경우보다 더 정확하게 데이터가 추출된다.

도 4에 도시된 방법에서, 파일럿 제어 신호는 데이터 심벌들로부터의 파일럿 심벌들을 디멀티플렉스하는데 사용된다. 채널 수정된(corrected) 데이터 심벌들은 상기한 피드백 루프에 의해 파일럿 심벌들이 처리되는 동안의 데이터 검출에 관련된 다음 처리 과정으로 보내어진다. 피드백 루프가 격감된(decimated) 속도에서 동작하기 때문에, 샘플 및 홀드 회로(90)는 데이터 심벌들이 처리되는 기간 동안 채널 평가치를 유지한다. 식 (3)의 기본 루프 방정식이 여전히 유효하지만 격감된 갱신 속도를 고려해야 한다. 이 격감된 속도의 시간 색인을 'm'이라 표시하면, 루프 갱신 방정식은

으로 된다.

이 경우의 에러 신호는

으로 주어진다.

상기한 바와 같이, 본 발명은 수신된 데이터 신호를 파일럿 심벌 상에서만이 아니라 통화 채널 진폭의 함수로서 가중함에 의해, 2 이상의 기지국들로부터 수신되는 CDMA 신호들을 레이크 수신기가 검출하는 능력을 개선한다.

Claims

하나 이상의 채널들을 가진 레이크 수신기에서 CDMA 셀룰러 신호들을 결합하는 방법에 있어서,

2 이상의 기지국들로부터 CDMA 셀룰러 신호와 파일럿 신호를 수신하는 단계;

하나의 기지국으로부터의 CDMA 셀룰러 신호와 파일럿 신호를 분리하는 단계;

통화 채널 진폭의 평가치를 생성하는 단계;

상기 평가치로 CDMA 셀룰러 신호를 가중하고, 레이크 수신기의 다른 채널에서 생성된 다른 가중된 CDMA 셀룰러 신호들과 상기 가중된 신호를 결합하는 단계; 그리고

상기 하나의 기지국으로부터의 파일럿 채널과 통화 채널 진폭 평가치의 비교에 근거하여 통화 채널 진폭의 평가치를 갱신하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
레이크 수신기에서 2 이상의 채널로부터의 신호들을 결합하는 방법에 있어서,

통화 채널 상에서 수신된 데이터 신호와 파일럿 채널 상에서 수신된 파일럿 신호를 레이크 수신기의 각 채널로 공급하는 단계;

데이터 신호와 파일럿 신호의 적을 파일럿 신호와 통화 채널 진폭의 평가치의 적과 비교하는 단계;

통화 채널 진폭의 평가치를 갱신하는 단계;

통화 채널 상에서 수신된 데이터 신호를 통화 채널 진폭의 평가치로 스케일링하는 단계; 그리고

레이크 수신기의 각 채널로부터의 스케일된 데이터 신호들을 결합하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
CDMA 셀룰러 신호들을 검출하는 방법에 있어서,

통화 채널 상에서 CDMA 셀룰러 신호들을 수신하는 단계; 그리고

CDMA 셀룰러 신호들을 통화 채널 진폭의 평가치로 가중하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제 3 항에 있어서,

상기 CDMA 셀룰러 신호들은 다수의 채널들을 가지는 레이크 수신기에서 수신되며, 상기 방법은 상기 CDMA 셀룰러 신호들을 각 채널의 통화 채널 진폭의 평가치로 가중하고 가중된 CDMA 셀룰러 신호들을 결합하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제 3 항에 있어서,

상기 통화 채널 진폭의 평가치는,

파일럿 신호를 수신하는 단계;

이전의 통화 채널 진폭의 평가치와 파일럿 신호의 적(product)과 파일럿 신호와 CDMA 셀룰러 신호들의 적 사이의 차이에 비례하는 에러 신호를 생성하는 단계; 그리고

에러 신호가 최소화되도록 통화 채널 진폭의 평가치를 갱신하는 단계에 의해 만들어지는 것을 특징으로 하는 방법.
제 5 항에 있어서,

상기 파일럿 신호는,

으로 정의되며,

통화 채널 진폭 W(n)는,

으로 정의되며,

에러 항목 e(n)는,

으로 주어지며,

X_t는 통화 채널 상에서 수신되는 CDMA 셀룰러 신호들이며,

β는 에러 신호가 최소화되는 속도를 결정하는 상수인 것을 특징으로 하는 방법.